局部放电测试器 Model 19501

功率元件中的IGBT & SiC-MOSFET等被应用于各种领域(譬如：电子产品、工业设备、航空航太、军用设备、铁路设备、新能源、智能电网、新能源汽车等)，且经常被使用于高功率/大电流的电源转换/控制线路，工作电压通常都是数千伏特，由于会被切换ON/OFF状态的关系，模块中的闸极(Gate)与集极(Collector )或汲极(Drain)之间以及模块与散热板之间会出现PWM的高电压差。当高电压跨越在含有气泡、气隙或裂缝的绝缘材料时，就有较大的可能性会发生局部放电，经过长时间的工作后会慢慢使绝缘材料逐渐劣化，进而造成绝缘材料的绝缘失效导致产品损坏。

【图一】马达驱动控制线路图

另外，每个模块的闸极(Gate)与射极(Emitter)或源极(Source)之间工作偏压可能是由各别的变压器所提供，而变压器的一二次侧之间也会存在高频的高电压差。当变压器一二次侧的绝缘能力不足，持续性异常放电的突波也可能会使数位控制动作异常及导致电晶体故障。虽然变压器使用的线材本身可能具有足够的耐压能力(譬如：耐压3000V的线材)，但是当一二次侧的线圈相邻很近或是靠在一起时，看似线材之间好像可以承受相当高耐压(譬如：6000V)，但实际上可能于一般电压(譬如：1000V)工作一段时间后就发生故障了。这是因为一般线材绝缘皮的介电系数都远大于空气，所以使空气间隙的跨电压/分压比例相对高，当线材之间空气间隙的跨电压达到>350V(在1atm下空气最短距所需的放电起始电压)时，线材之间的局部表面就会开始发生局部放电，由于线材的绝缘皮不会立刻劣化/损坏，所以持续使用一段时间后，线材的绝缘皮才会逐步被碳化，最终导致变压器的一二次侧短路(如图四)。

【图四】变压器一二次侧线圈的线材间的间隙发生局部放电

光耦合器与数位隔离器被应用于各种需要隔离的环境，当隔离的高电压跨越在含有气泡或裂缝的绝缘材料时，就可能会有足够高的分压在气泡或裂缝上导致发生局部放电。经过长时间的劣化后，因绝缘材料的绝缘失效而导致电压的隔离失效(如图五)。

【图五】光耦合器里存在气泡的示意图

局部放电器校正

局部放电测试设备用于测量与判定微小放电量，其讯号非常微小且快速以及被测物实际容量的影响，因此局部放电量测设备必须经过精确的校正，才能确保在局部放电发生时高频的放电讯号能够被精确的测量。

高压模块 (A195005 & A195004)

高压模块拥有高精度与大范围的局部放电测量，依被测物的电容值与量测PD放电量的需求可选择不同的高压模块。

• A195005具有四个PD量测档位，PD测量范围可从1pC~6000pC
• A195004具有两个PD量测档位，PD测量范围可从1pC~2000pC

在测试结束后，主机会将量测的数据与结果直观的显示在画面上，有助于对放电量的判定与分析。

A195004的外型是针对自动机台的应用而设计成等腰梯形，让需要多台测试的自动机台可将高压模块做扇形排列，优化空间的使用。另外，插入式的连接设计使A195004更接近测试座且缩短测试线的长度(降低线材对测试结果的影响)，也让高压模块容易插拔，增加产品维护以及维修的便利性。

抗干扰设计

由于测试环境中可能存在不可避免的高频杂讯，因此将测试&量测与操作&显示分成高压模块与主机的设计，并将高压模块(测试& 量测)与主机(操作& 显示)分离。高压模块就可以尽可能的靠近被测物进行量测，降低因测试线导致被环境的高频杂讯干扰，量测线路采用讯号隔离方式设计，并让量测回路尽可能的最短。另外，低压回路端使用同轴电缆线来隔离环境杂讯的干扰，避免量测回路受到环境杂讯干扰以及使用金属遮罩将被测物与环境杂讯做隔离，确保测量的精准度。

法规针对特定产品要求/建议执行局部放电测试(Partial Discharge Test)，并提供局部放电测试电压(Vpd)的参考公式。局部放电的测试通常会建议/要求将最大额定隔离工作电压或最大额定重复峰值隔离电压(取电压值较高者)乘以1.875倍做为局部放电测试电压。局部放电测试电压(Vpd)的计算公式如下：

三种符合法规的测试

Chroma 19501内建法规要求的三种测试方法1、2与3，设定画面下方会显示示意图辅助用户设定测试参数与选择测试方法，让用户可以更快速地上手。

三段电压测试方法

为了让制造商可以在符合法规局部放电测试要求的同时，依自己对品质的要求而使用一个高于法规局部放电要求的测试电压来执行局部放电测试以提升产品品质。 Chroma 19501增加了三段电压测试方法(4)与(5)，此测试方法的流程会先经过耐压测试(第一段电压测试)，再使用高于法规局部放电测试要求的测试电压执行局部放电测试(第二段电压测试)，最后使用符合法规要求的局部放电测试电压(Vpd)执行局部放电测试(第三段电压测试)。此测试方法不但能符合法规要求又可以提升产品品质。

高频电压的应用(A195004 Only)

高频电压有三个优点：
(1) 提高输出电压的频率可增加电压峰值出现的频率，可缩短PD测试的时间并提高产能。
(2) 因被测物的原始绝缘状态可能有不稳定的因素(譬如：湿气、灰尘、毛边等)存在导致PDIV的结果不稳定，所以为了得到较稳定的PDIV结果，可先使用较高频率的高电压对被测物的不稳定因素做预处理。较高的电压可消除不稳定的因素以及较高的频率可缩短消除不稳定因素的时间。
(3)当需要分析被测物绝缘品质的弱点或寻找弱点的位置时，可使用较高频率的高电压让被测物的绝缘劣化。较高的电压(>PDIV)可以使被测物的绝缘逐渐劣化以及较高的频率能缩短劣化的时间。

PD不良次数判定功能

PD发生时的讯号非常微小且容易受到环境中的高频杂讯干扰，PD不良次数判定功能的目的是为了降低因外部杂讯干扰导致测试结果的误判，确认局部放电确实是发生于被测物上，而非受到环境的一次性干扰。被测物上的局部放电通常会随着电压周期性的变化发生周期性的局部放电，因此局部放电相较于环境中的高频杂讯是相对稳定的。

Chroma 19501设计以测试电压的每个半波周期为单位计数PD持续发生超过电荷量上限(Q Max)的次数。每连续5个半波周期内必需发生超过2次电荷量上限(Q Max)，计数的次数才会累加，也就是第一次发生超过电荷量上限(Q Max)的PD放电后的4个半波周期内(2个周期) 必需接着再发生1次，计数的次数才会累加；如果没有，计数的次数将会归零并且重新计数。当计数的次数达到/超过设定的次数上限，就会判定为不良。

范例：当PD不良的发生次数判定设定为5 P.D.时

(1)条件成立：计数的次数大于等于5次

(2)条件不成立：计数的次数小于5次

▲ 当每5个半波周期内没有发生2次大于电荷量上限(Q Max)的PD放电，次数归零并且重新计数

HVCC 高压接触检查功能

针对高绝缘能力之元件于高压输出前进行接触检查非常重要，Chroma独特之高压接触检查功能(High Voltage Contact Check, HVCC)是利用Kelvin测试方法，于高压输出前，对高绝缘能力的元件进行接触检查以提升测试可靠度与生产效率，其应用接线回路示意如图示：