一种直流绝缘监测电路及方法与流程

文档序号：11132084阅读：343来源：国知局

本发明涉及直流充电设备技术领域，具体涉及一种直流绝缘监测电路及方法。

背景技术：

传统直流绝缘监测电路采用不平衡电桥方案，电桥开关如果采用继电器，继电器的开关速度慢，开关次数有限，严重影响其性能；电桥开关如果采用电力电子器件，比如MOSFET、IGBT等，电力电子器件断开时的漏电流以及闭合时的导通电阻，都会影响直流绝缘监测电路测量的精度。因此急需一种绝缘值监测精度高，并且安全性高的绝缘监测装置。

技术实现要素：

本发明的目的在与提供一种直流绝缘监测电路及方法，用以解决传统直流绝缘监测电路监测精度差并的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种直流绝缘监测电路，所述直流绝缘监测电路包括处理器、正电桥电路、负电桥电路、第一采样单元、第二采样单元、第一驱动单元、第二驱动单元、第一驱动电源以及第二驱动电源；其中所述正电桥电路和所述负电桥电路为电桥电路的两个部分，所述正电桥电路的第一端与直流正极连接，所述负电桥电路的第一端与直流负极连接，所述负电桥电路的第二端与所述正电桥电路的第二端共接电桥中点O，电桥中点O接地；所述第一驱动电源与所述第一驱动单元连接，所述第一驱动单元与所述负电桥电路连接，所述第一驱动单元用来驱动所述负电桥电路内部的第一电力电子开关；所述第二驱动电源与所述第二驱动单元连接，所述第一驱动单元与所述正电桥电路连接，所述第二驱动单元用来驱动所述正电桥电路内部的第二电力电子开关；所述第一采样单元与所述处理器连接，所述第一采样单元采集所述负电桥电路分压得到的电压；所述第二采样单元与所述处理器连接，所述第二采样单元采集所述正电桥电路分压得到的电压；所述处理器分别与所述第一驱动单元和第二驱动单元连接，所述处理器通过所述第一驱动单元和第二驱动单元分别控制所述第一电力电子开关和第二电力电子开关的通断，所述处理器通过所述第一采样单元和第二采样单元分别对所述负电桥电路和正电桥电路电压进行采样。

优选的，所述负电桥电路包括第一电力电子开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻；所述第一电阻的一端通过相互串联的所述第二电阻和第三电阻与所述第四电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接电桥中点O，所述第四电阻的另一端与直流负极D－连接；所述第一电力电子开关的集电极接在所述第一电阻和第二电阻之间，所述第一电力电子开关的发射极接在所述第三电阻和第四电阻之间，所述第一电力电子开关的基极与所述第一驱动单元的输出端连接。

优选的，所述第一电阻阻值为1KΩ，所述第二电阻阻值为4KΩ，所述第三电阻阻值为796KΩ，所述第四电阻阻值为199KΩ。

优选的，所述正电桥电路包括第二电力电子开关、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；所述第五电阻的一端通过相互串联的所述第六电阻和第七电阻与所述第八电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接电桥中点O；所述第八电阻的另一端连接直流正极D+；所述第二电力电子开关的集电极连接在所述第七电阻和第八电阻之间，所述第一电力电子开关的发射极连接在所述第五电阻和第六电阻之间，所述第二电力电子开关的基极与所述第二驱动单元输出端连接。

优选的，所述第五电阻阻值为1KΩ，所述第六电阻阻值为4KΩ，所述第七电阻阻值为796KΩ，所述第八电阻阻值为199KΩ。

优选的，所述第一采样单元的输入端连接在所述第二电阻和第三电阻之间，所述第一采样单元的第一输出端与所述处理器的第一输入端连接，所述第一采样单元的第二输出端与所述处理器的第二输入端连接；所述第二采样单元的输入端连接在所述第六电阻和第七电阻之间，所述第二采样单元的输出端与所述处理器的第三输入端连接。

优选的，所述第一采样单元包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第一二极管、第一稳压管、第二稳压管、第一电容、第二电容、第三电容、第一运算放大器以及第二运算放大器；所述第九电阻的一端为所述第一采样单元的输入端，所述第九电阻的一端连接在所述负电桥电路的第二电阻和第三电阻之间，所述第九电阻的另一端与所述第十电阻的一端和所述第一电容的一端连接；所述第十电阻的另一端与所述第一运算放大器的正输入端连接；所述第一运算放大器的负输入端和输出端共接所述第十一电阻的一端和所述第一二极管的正极；所述第十一电阻的另一端与所述第十三电阻的一端和所述第二运算放大器的负输入端连接；所述第十三电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端和第十四电阻的一端连接；所述第二运算放大器的正输入端与所述第十二电阻的一端连接；所述第十四电阻的另一端、所述第二稳压管的负极和所述第二电容的一端共接所述处理器第一输入端；所述第二稳压管的正极分别与所述第二电容的另一端、所述第十四电阻的另一端、所述第一稳压管的正极、所述第三电容的一端和所述第一电容的另一端共接电桥中点O；所述第一稳压管的负极、所述第三电容的另一端和所述第一二极管的负极共接所述处理器第二输入端。

优选的，所述第二采样单元包括：第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第四电容、第五电容、第三稳压管以及第三运算放大器；所述第十五电阻的一端为所述第二采样单元第一输入端，所述第十五电阻的一端连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间，所述第十五电阻的另一端与所述第十六电阻一端和所述第四电容的一端连接；所述第十六电阻的另一端与所述第三运算放大器的正输入端连接，所述第三运算放大器的负输入端与所述第三运算放大器的输出端共接所述第十七电阻的一端；所述第十七电阻的另一端、所述第五电容的一端以及所述第三稳压管的负极共接所述处理器第三输入端；所述第五电容的另一端、所述第三稳压管的正极以及所述第四电容的另一端共接电桥中点O。

优选的，所述处理器是为PIC16F887的单片机。

相应的，本发明的另一目的在于提供一种直流绝缘监测方法，所述直流绝缘监测方法包括以下步骤：

步奏S1：闭合所述负电桥电路中的第一电力电子开关，断开所述正电桥电路中的第二电力电子开关，所述第一采样单元测得的电压值为V₁₁，所述第二采样单元测得的电压值为V₁₂；

步奏S2：闭合所述正电桥电路中的第二电力电子开关，断开所述负电桥电路中的第一电力电子开关，所述第一采样单元测得的电压值为V₂₁，所述第二采样单元测得的电压值为V₂₂；

步奏S3：将V₁₁和V₁₂带入(1)式计算求得V_1m，

V_1m＝(V₁₁+V₁₂)*R_a (1)

其中，Ra＝R1+R4＝R5+R8，

将V₁₁和V₁₂带入(2)式计算求得V_1n，

V_1n＝V₁₂*K-V₁₁ (2)

其中，K＝Ra/Rb，

将V₂₁和V₂₂带入(3)式计算求得V_2m，

V_2m＝(V₂₁+V₂₂)*R_a (3)

将V₂₁和V₂₂带入(4)式计算求得V_2n，

V_2n＝V₂₂-V₂₁*K (4)

将V_1m、V_1n、V_2m和V_2n分别带入(5)，(6)和(7)式分别求得M，Z_P和Z_N，

M＝V_1m*V_2m*(R_a-R_b)-(V_1m*V_2n-V_1n*V_2m)*R_a*R_b (5)

其中，Rb＝R1+R2+R3+R4＝R5+R6+R7+R8

Z_P＝V_1m*V_2n*R_a-V_1n*V_2m*R_b (6)

Z_N＝V_1m*V_2n*R_b-V_1n*V_2m*R_a (7)

将M，Z_P和Z_N分别带入(8)和(9)式求得直流正极对地绝缘电阻r_P和直流负极对地绝缘电子r_N，

r_P＝M/Z_P (8)

r_N＝M/Z_N (9)

本发明具有如下优点：本发明中第一驱动电源为第一驱动单元供电，第二驱动电源为第二驱动单元供电，第一驱动单元用来驱动负电桥电路内部的第一电力电子开关，第二驱动单元用来驱动正电桥电路内部的的第二电力电子开关，第一采样单元采集负电桥电路分压得到的电压，第二采样单元采集正电桥电路分压得到的电压，处理器通过第一驱动单元和第二驱动单元分别控制第一电力电子开关和第二电力电子开关的通断，同时处理器通过第一采样单元和第二采样单元分别对负电桥电路和正电桥电路电压进行采样。本发明具有安全性高，测量绝缘阻值精度高的特点。

附图说明

图1为本发明直流绝缘监测电路的框图。

图2为本发明第一采样单元的具体电路图。

图3为本发明第二采样单元的具体电路图。

具体实施方式

以下实施例用与说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，直流绝缘监测电路包括处理器6、正电桥电路2、负电桥电路1、第一采样单元5、第二采样单元9、第一驱动单元4、第二驱动单元8、第一驱动电源3以及第二驱动电源7。本发明中第一驱动电源3为第一驱动单元4供电，第二驱动电源7为第二驱动单元8供电，第一驱动单元4用来驱动负电桥电路1内部的第一电力电子开关，第二驱动单元8用来驱动正电桥电路2内部的第二电力电子开关，第一采样单元5采集负电桥电路1分压得到的电压，第二采样单元9采集正电桥电路2分压得到的电压，处理器6通过第一驱动单元4和第二驱动单元8分别控制第一电力电子开关和第二电力电子开关的通断，同时处理器6通过第一采样单元5和第二采样单元9分别对负电桥电路1和正电桥电路2电压进行采样。本发明具有安全性高，测量绝缘阻值精度高的特点。

处理器6的第一输出端和第二输出端分别与第一驱动单元4和第二驱动单元8连接，第一驱动电源3与第一驱动单元4连接，第一驱动单元4与负电桥电路1连接，第一驱动电源3用于为第一驱动单元4供电，第一驱动单元4用来驱动负电桥电路1内部的第一电力电子开关SW1。第二驱动电源7与第二驱动单元8连接，第一驱动单元4与正电桥电路2连接，第二驱动单元8用来驱动正电桥电路2内部的第二电力电子开关SW2。处理器6通过第一驱动单元4和第二驱动单元8分别控制第一电力电子开关SW1和第二电力电子开关SW2的通断。处理器6通分别与第一采样单元5和第二采样单元9连接，处理器6通过控制第一采样单元5和第二采样单元9分别对负电桥电路1和正电桥电路2的电压进行采样。优选的处理器6是为PIC16F887的单片机，第一电力电子开关SW1和第二电力电子开关SW2均为IGBT器件。

正电桥电路2和负电桥电路1为电桥电路100的两个部分，正电桥电路2的第一端与直流正极D+连接，负电桥电路1的第一端与直流负极D－连接，负电桥电路1的第二端与正电桥电路2的第二端共接电桥中点O，电桥中点O接地。优选的，电桥中点O通过继电器K1接地。继电器K1的输入端与处理器6的第三输出端连接。负电桥电路1包括第一电力电子开关SW1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4；第一电阻R1的一端通过相互串联的第二电阻R2和第三电阻R3与第四电阻R4的一端连接，第一电阻R1的另一端接电桥中点O，第四电阻R4的另一端与直流负极D－连接；第一电力电子开关SW1的集电极连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第一电力电子开关SW1的发射极连接在第三电阻R3和第四电阻R4之间，第一电力电子开关SW1的基极与第一驱动单元4的输出端连接。优选的，第一电阻R1阻值为1KΩ，第二电阻R2阻值为4KΩ，第三电阻R3阻值为796KΩ，第四电阻R4阻值为199KΩ。正电桥电路2包括第二电力电子开关SW2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8；第五电阻R5一端通过相互串联的第六电阻R6和第七电阻R7与第八电阻R8的一端连接，第五电阻R5的另一端接电桥中点O；第八电阻R8的另一端连接直流正极D+；第二电力电子开关SW2的集电极连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间，第二电力电子开关SW2的发射极连接在第五电阻R5和第六电阻R6之间，第二电力电子开关SW2的基极与第二驱动单元8输出端连接。优选的，第五电阻(R5)阻值为1KΩ，第六电阻(R6)阻值为4KΩ，第七电阻(R7)阻值为796KΩ，第八电阻(R8)阻值为199KΩ。

第一采样单元5的第一输出端和第二输出端分别与处理器6的第一输入端和第二输入端连接，第一采样单元5用于采集第一电阻R1和第二电阻R2两端电压U1。第一采样单元5包括:第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一二极管D11、第一稳压管D1、第二稳压管D2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一运算放大器U11以及第二运算放大器U12。第九电阻R9的一端为第一采样单元5的输入端，第九电阻R9的一端连接在负电桥电路1的第二电阻R2和第三电阻R3之间，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的一端和第一电容C1的一端连接。第十电阻R10的另一端与第一运算放大器U11的正输入端连接。第一运算放大器U11的负输入端和输出端共接第十一电阻R11的一端和第一二极管D11的正极。第十一电阻R11的另一端与第十三电阻R13的一端和第二运算放大器U12的负输入端连接；第十三电阻R13的另一端与第二运算放大器U12的输出端和第十四电阻R14的一端连接。第二运算放大器U12的正输入端与第十二电阻R12的一端连接。第十四电阻R14的另一端、第二稳压管D2的负极和第二电容C2的一端共接处理器6第一输入端，通过处理器6第一输入端将采集到的电压信号V1发送给处理器6。第二稳压管D2的正极分别与第二电容C2的另一端、第十四电阻R14的另一端、第一稳压管D1的正极、第三电容C3的一端和第一电容C1的另一端共接电桥中点O。第一稳压管D1的负极、第三电容C3的另一端和第一二极管D11的负极共接处理器6第二输入端。通过处理器6第二输入端将采集到的电压信号VR发送给处理器6。若直流电极反接，则U1>0，此时VR>0，由于D2的作用，使V1电压不会小于0，此时V1＝0；若直流电极没有反接，U1<0，此时V1>0，由于二极管D11的作用，使VR电压不会小于0，此时VR＝0。通过检测直流电极是否反接，进一步的提高了直流绝缘监测电路安全性。

第二采样单元9的输入端连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间，第二采样单元9用于采集第五电阻R5和第六电阻R6两端电压U2，第二采样单元9的输出端与处理器6的第三输入端连接。第二采样单元9包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第四电容C4、第五电容C5、第三稳压管D3以及第三运算放大器U21。第十五电阻R15的一端为第二采样单元9第一输入端，第十五电阻R15的一端连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间，第十五电阻R15的另一端与第十六电阻R16一端和第四电容C4的一端连接。第十六电阻R16的另一端与第三运算放大器U21的正输入端连接，第三运算放大器U21的负输入端与第三运算放大器U21的输出端共接第十七电阻(R17)的一端。第十七电阻R17的另一端、第五电容C5的一端以及第三稳压管D4的负极共接处理器6第三输入端，通过处理器6第三输入端将采集到的电压信号V2发送给处理器6。第五电容C5的另一端、第三稳压管D3的正极以及第四电容C4的另一端共接电桥中点O。

本发明发明还提供一种直流绝缘监测方法，该直流绝缘监测方法包括以下步骤：

步奏S1：第一驱动单元4驱动负电桥电路1中的第一电力电子开关SW1闭合，第二驱动单元8驱动正电桥电路2中的第二电力电子开关SW2断开，第一采样单元5测得的电压值为V₁₁，第二采样单元9测得的电压值为V₁₂；

步奏S2：第二驱动单元8正电桥电路2中的第二电力电子开关SW2闭合，第一驱动单元4驱动负电桥电路1中的第一电力电子开关SW1断开，第一采样单元5测得的电压值为V₂₁，第二采样单元9测得的电压值为V₂₂；