绝缘电阻检测电路的制作方法

1.本实用新型实施例涉及绝缘电阻检测技术，尤其涉及一种绝缘电阻检测电路。


背景技术：

2.随着新能源汽车的不断发展，对于汽车的续航里程也在不断提高，这迫使电动汽车的电压平台也在不断升高，但是过高的电压对人是有害的，因此必须对与人接触的车体与动力部分的高压进行绝缘，而为了防止绝缘失效，必须实时监测高低压之间的绝缘电阻值，而检测绝缘电阻的常规方法主要有漏电流检测法。
3.漏电流检测法主要是施加高压在待测物体上，通过精密电流表测出漏电流，再通过欧姆定律计算出绝缘电阻值。桥式电阻检测法主要是通过电桥连接方式，间接测出绝缘电阻值。但是漏电流检测法不能在上电过程中进行测量，这会危害乘客安全，同时杂散电容会影响测试速度。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种绝缘电阻检测电路，以实现检测较为安全的效果。
5.本实用新型实施例提供了绝缘电阻检测电路，用于检测车辆的绝缘电阻，车辆包括电池、正端绝缘电阻和负端绝缘电阻，正端绝缘电阻为电池正极和地之间的阻值，负端绝缘电阻为电池负极和地之间的阻值；所述绝缘电阻检测电路第一检测电路、第二检测电路、采样电路和主控电路，所述第一检测电路包括第一开关电路、第一电阻单元和第二电阻单元，所述第二检测电路包括第二开关电路、第三电阻单元和第四电阻单元；
6.所述第一开关电路的一端与电池正极电连接，所述第一开关电路的另一端与所述第一电阻单元电连接，所述第一电阻单元背离所述第一开关电路的一端与所述第二电阻单元电连接，所述第二电阻单元背离所述第一电阻单元的一端连接于地；
7.所述第二开关电路的一端与电池负极电连接，所述第二开关电路的另一端与所述第三电阻单元电连接，所述第三电阻单元背离所述第二开关电路的一端与所述第四电阻单元电连接，所述第四电阻单元背离所述第三电阻单元的一端连接于地；
8.所述第一电阻单元和所述第三电阻单元阻值相同，所述第二电阻单元和所述第四电阻单元阻值相同；
9.所述主控电路与所述第一开关电路和所述第二开关电路电连接，用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的闭合和断开；
10.所述采样电路的第一输入端电连接于所述第一电阻单元和所述第一电阻单元之间，用于在所述第一开关电路闭合和第二开关电路断开时检测第一电压；所述采样电路的第二输入端电连接于所述第三电阻单元和所述第四电阻单元之间，用于在所述第一开关电路断开和第二开关电路闭合时检测第二电压，以便基于所述第一电压和所述第二电压确定正端绝缘电阻和负端绝缘电阻。
11.在本实用新型的可选实施例中，所述第一开关电路和/或所述第二开关电路包括
固态继电器、机械式继电器和干簧管继电器中的至少一种。
12.在本实用新型的可选实施例中，所述第一开关电路和/或所述第二开关电路还包括三极管、第五电阻和第六电阻，所述第五电阻与所述三极管的基极电连接，所述第六电阻电连接于所述三极管的发射极和地之间，所述三极管的集电极与固态继电器、机械式继电器和干簧管继电器中的至少一种的输入端电连接；
13.所述第五电阻和所述第六电阻背离所述三极管的一端与所述主控电路的输出端电连接。
14.在本实用新型的可选实施例中，所述第一电阻单元和/或所述第三电阻单元的阻值为整车安规值的8倍-12倍。
15.在本实用新型的可选实施例中，所述第一电阻单元和/或所述第三电阻单元的阻值为整车安规值的10倍。
16.在本实用新型的可选实施例中，所述第一电阻单元和/或所述第三电阻单元由多个电阻串联形成。
17.在本实用新型的可选实施例中，所述采样电路还包括放大子电路，所述放大子电路的数量为两个，一个放大子电路的输入端电连接于所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间，用于将所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间的电压放大后输出，所输出的电压为所述第一电压；
18.另一个放大子电路的输入端电连接于所述第三电阻单元和所述第四电阻单元之间，用于将所述第三电阻单元和所述第四电阻单元之间的电压放大后输出，所输出的电压为所述第二电压。
19.在本实用新型的可选实施例中，所述放大子电路包括差分放大电路。
20.在本实用新型的可选实施例中，所述差分放大电路包括运算放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；
21.所述第七电阻和所述第八电阻的一端均电连接于所述运算放大器的同相输入端，所述第八电阻背离所述运算放大器的一端电连接于1.65v；
22.所述第九电阻的一端电连接于地，所述第九电阻的另一端电连接于所述运算放大器的反相输入端；
23.所述第十电阻的一端电连接于所述运算放大器的反相输入端，所述第十电阻的另一端电连接于所述运算放大器的输出端；
24.一个放大子电路的所述第七电阻背离所述运算放大器的一端电连接于所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间，另一个放大子电路的所述第七电阻背离所述运算放大器的一端电连接于所述第三电阻单元和所述第四电阻单元之间。
25.在本实用新型的可选实施例中，所述放大子电路包括隔离放大器；
26.一个所述放大子电路的所述隔离放大器的输入端电连接于所述第一电阻单元和所述第二电阻单元之间，另一个所述放大子电路的所述隔离放大器的输入端电连接于所述第三电阻单元和所述第四电阻单元之间。
27.本实用新型通过主控电路控制第一开关电路和第二开关电路的闭合和断开，便可使得第一开关电路和第二开关电路控制第一电阻单元和第二电阻单元以及第三电阻单元和第四电阻单元分别并入整车原有电阻网络，进而使用采样电路便可得到第一电压和第二
电压，根据回路的常见的电压、电流和电阻的关系便可得到车辆的正端绝缘电阻和负端绝缘电阻，过程快速，可以实现周期性检测，也可以持续检测，当整车有多个绝缘电阻检测电路时，也可改变策略，作为单一部件的绝缘检测电路。此方式无需施加高压在待测物体上，检测较为安全。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例提供的绝缘电阻检测电路的等效电路图；
29.图2是图1中第一开关电路s1闭合和第二开关电路s2断开时绝缘电阻检测电路的等效电路图；
30.图3是图1中第一开关电路s1断开和第二开关电路s2闭合时绝缘电阻检测电路的等效电路图；
31.图4是本实用新型实施例提供的绝缘电阻检测电路的电路原理图；
32.图5是本实用新型实施例提供的绝缘电阻检测电路的主控电路的部分电路原理图；
33.图6是本实用新型实施例提供的绝缘电阻检测电路的主控电路的另一部分电路原理图。
34.其中，1、固态继电器；2、三极管；3、采样电路；4、放大子电路；5、运算放大器；6、一阶rc滤波电路。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
36.图1为本实用新型实施例一提供的绝缘电阻检测电路的等效电路图，用于检测车辆的绝缘电阻，车辆包括电池、正端绝缘电阻和负端绝缘电阻，正端绝缘电阻为电池正极和地之间的阻值，负端绝缘电阻为电池负极和地之间的阻值，车辆的车体一般与低压的地连接，上述的地可为车体上的地。
37.绝缘电阻检测电路第一检测电路、第二检测电路、采样电路3(图1中未示出)和主控电路(图1中未示出)，第一检测电路包括第一开关电路、第一电阻单元和第二电阻单元，第二检测电路包括第二开关电路、第三电阻单元和第四电阻单元。
38.第一开关电路的一端与电池正极电连接，第一开关电路的另一端与第一电阻单元电连接，第一电阻单元背离第一开关电路的一端与第二电阻单元电连接，第二电阻单元背离第一电阻单元的一端连接于地。
39.第二开关电路的一端与电池负极电连接，第二开关电路的另一端与第三电阻单元电连接，第三电阻单元背离第二开关电路的一端与第四电阻单元电连接，第四电阻单元背离第三电阻单元的一端连接于地。
40.第一电阻单元和第三电阻单元阻值相同，第二电阻单元和第四电阻单元阻值相同。
41.主控电路与第一开关电路和第二开关电路电连接，用于控制第一开关电路和第二
开关电路的闭合和断开。
42.采样电路3的第一输入端电连接于第一电阻单元和第一电阻单元之间，用于在第一开关电路闭合和第二开关电路断开时检测第一电压。采样电路3的第二输入端电连接于第三电阻单元和第四电阻单元之间，用于在第一开关电路断开和第二开关电路闭合时检测第二电压，以便基于第一电压和第二电压确定正端绝缘电阻和负端绝缘电阻。
43.其中，第一开关电路和第二开关电路均为可使相关的线路断开或闭合的电路。采样电路3为能够采集电压信号的电路。主控电路指能够输出信号控制第一开关电路和第二开关电路的闭合和断开的模块，例如在一个具体的实施例中，主控电路可为mcu，可选的，主控电路还可包括单片机。
44.第一开关电路断开和第二开关电路断开时等效电路图如图1所示，第一电阻单元即为图中的r1，第二电阻单元为图中的r2，第三电阻单元为图中的r3，第四电阻单元为图中的r4，正端绝缘电阻为图中的ry，负端绝缘电阻为图中的 rx，电池为图中的ub，第一电压为u1，第二电压为u2，第一开关电路为s1，第二开关电路为s2。
45.在图1的基础上，当第一开关电路s1闭合和第二开关电路s2断开时等效电路图如图2所示，此时根据电压、电流和电阻的关系可以得到电压方程：
46.u1＝[r2/(r1+r2)]
×
{[rx//(r1+r2)]/[rx//(r1+r2)+ry]}
×
ub。
[0047]
在图1的基础上，当第一开关电路s1断开和第二开关电路s2闭合时等效电路图如图3所示，此时根据电压、电流和电阻的关系可以得到电压方程：
[0048]
u2＝[r3/(r3+r4)]
×
{[ry//(r3+r4)]/[ry//(r3+r4)+rx]}
×
ub。
[0049]
由于第一电阻单元和第三电阻单元阻值相同，第二电阻单元和第四电阻单元阻值相同，所以可以求解：
[0050]
rx＝[ub
×
r2-(r1+r2)
×
(u1+u2)]/u1。
[0051]
ry＝[ub
×
r2-(r1+r2)
×
(u1+u2)]/u2。
[0052]
因此，上述方案，通过主控电路控制第一开关电路和第二开关电路的闭合和断开，便可使得第一开关电路和第二开关电路控制第一电阻单元和第二电阻单元以及第三电阻单元和第四电阻单元分别并入整车原有电阻网络，进而使用采样电路3便可得到第一电压和第二电压，根据回路的常见的电压、电流和电阻的关系便可得到车辆的正端绝缘电阻和负端绝缘电阻，过程快速，可以实现周期性检测，也可以持续检测，当整车有多个绝缘电阻检测电路时，也可改变策略，作为单一部件的绝缘检测电路。此方式无需施加高压在待测物体上，检测较为安全。
[0053]
在本实用新型的可选实施例中，如图4所示，第一开关电路和/或第二开关电路包括固态继电器1、机械式继电器和干簧管继电器中的至少一种。
[0054]
其中，固态继电器1(solid state relay,缩写ssr)，是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器1的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。固态继电器1动作功耗极低，降低了对电源的需求，整个电路工作安静无声，可以提升整车nvh性能。
[0055]
机械式继电器指当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等) 继电器及非电气量(如温度、压力、速度等)继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
[0056]
干簧管继电器比一般机械开关体积小、速度高、工作寿命长，与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。
[0057]
因此，通过使第一开关电路和/或第二开关电路包括固态继电器1、机械式继电器和干簧管继电器中的至少一种，能够方便的控制电路的断开和闭合。
[0058]
在上述实施例的基础上，如图4所示，第一开关电路和/或第二开关电路还包括三极管2、第五电阻和第六电阻，第五电阻与三极管2的基极电连接，第六电阻电连接于三极管2的发射极和地之间，三极管2的集电极与固态继电器1、机械式继电器和干簧管继电器中的至少一种的输入端电连接；第五电阻和第六电阻背离三极管2的一端与主控电路的输出端电连接。
[0059]
例如，在一个具体的实施例中，如图4所示，该实施例以第一开关电路和第二开关电路均包括固定继电器、三极管2、第五电阻和第六电阻为例，第五电阻即为图中的r5，第六电阻即为图中的r6，b+是指该端连接至电池的正极， b-是指该端连接至电池的负极。
[0060]
如图5所示，主控电路包括主控芯片u1a，u1a包括两个输出端，即为图中标示为s01和s02的两个引脚。如图4和图5所示，此时主控芯片u1a所输出的信号分别由标示为s01和s02的两端输入第一开关电路s1和第二开关电路 s2，当s01端输入高电平，此时第一开关电路s1的三极管2导通，从而第一开关电路s1的固态继电器1会闭合，实现第一开关电路s1的闭合。当s02端输入高电平，此时第二开关电路s2的三极管2导通，从而第二开关电路s2的固态继电器1会闭合，实现第二开关电路s2的闭合。从而主控电路实现了控制第一开关电路s1和第二开关电路s2的断开和闭合。
[0061]
通过设置三极管2，能够实现小电流控制固定继电器。
[0062]
在本实用新型的可选实施例中，第一电阻单元和/或第三电阻单元的阻值为整车安规值的8倍-12倍。
[0063]
其中，通过使第一电阻单元和/或第三电阻单元的阻值为整车安规值的8倍
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12倍，能够在检测时不会使原有的绝缘电阻值下降过多，不影响车辆人员安全，提高了检测的安全性。
[0064]
示例性的，第一电阻单元和/或第三电阻单元的阻值为整车安规值的10倍。
[0065]
其中，第一电阻单元和/或第三电阻单元的阻值为整车安规值的10倍，能够在检测时不会使原有的绝缘电阻值下降过多。例如，当第一电阻单元和第三电阻单元的阻值均为整车安规值的10倍时，检测时附加的电阻只会使原有的绝缘电阻值下降10％左右，不会影响车辆人员安全，提高了检测的安全性。
[0066]
在本实用新型的可选实施例中，第一电阻单元和/或第三电阻单元由多个电阻串联形成。
[0067]
其中，在本实施例中，如图4所示，第一电阻单元为图中的r1，第三电阻单元为图中的r3，通过多个电阻串联的方式，能够加大安规距离，有效保证检测时车辆人员的安全。
[0068]
在本实用新型的可选实施例中，如图4所示，采样电路3还包括放大子电路4，放大子电路4的数量为两个，一个放大子电路4的输入端电连接于第一电阻单元和第二电阻单元之间，用于将第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压放大后输出，所输出的电压为第一电压。
[0069]
另一个放大子电路4的输入端电连接于第三电阻单元和第四电阻单元之间，用于将第三电阻单元和第四电阻单元之间的电压放大后输出，所输出的电压为第二电压。
[0070]
其中，由于实际测量中，第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压以及第三电阻单元和第四电阻单元之间的电压可能为负值，因此，通过设置放大子电路4可以将电压放大抬高，便于计算。
[0071]
在上述实施例的基础上，放大子电路4包括差分放大电路。
[0072]
其中，差分放大电路又称为差动放大电路，当该电路的两个输入端的电压有差别时，输出电压才有变动，因此称为差动。差分放大电路是由静态工作点稳定的放大电路演变而来的。通过使放大子电路4包括差分放大电路，能够方便的对第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压以及第三电阻单元和第四电阻单元之间的电压进行放大。
[0073]
示例性的，差分放大电路包括运算放大器5、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻。
[0074]
第七电阻和第八电阻的一端均电连接于运算放大器5的同相输入端，第八电阻背离运算放大器5的一端电连接于1.65v。
[0075]
第九电阻的一端电连接于地，第九电阻的另一端电连接于运算放大器5的反相输入端。
[0076]
第十电阻的一端电连接于运算放大器5的反相输入端，第十电阻的另一端电连接于运算放大器5的输出端。
[0077]
一个放大子电路4的第七电阻背离运算放大器5的一端电连接于第一电阻单元和第二电阻单元之间，另一个放大子电路4的第七电阻背离运算放大器5 的一端电连接于第三电阻单元和第四电阻单元之间。
[0078]
其中，在一个具体的实施例中，如图4所示，第七电阻为图中的r7，第八电阻为图中的r8，第九电阻为图中的r9，第十电阻为图中的r10，通过此方式，当运算放大器5的输入端的电压为u时，运算放大器5的输出端的电压为0.5
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u+1.65v，从而有效对第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压以及第三电阻单元和第四电阻单元之间的电压进行放大抬高，进而使第一电压u1和第二电压 u2的值为正值。
[0079]
在本实用新型的可选实施例中，放大子电路4包括隔离放大器；一个放大子电路4的隔离放大器的输入端电连接于第一电阻单元和第二电阻单元之间，另一个放大子电路4的隔离放大器的输入端电连接于第三电阻单元和第四电阻单元之间。
[0080]
其中，隔离放大器是一种特殊的测量放大电路，其输入、输出和电源电路之间没有直接电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。输入电路和放大器输出之间有欧姆隔离的器件。通过设置隔离放大器，能够方便的对第一电阻单元和第二电阻单元之间的电压以及第三电阻单元和第四电阻单元之间的电压进行放大。
[0081]
在本实用新型的可选实施例中，绝缘电阻检测电路还包括一阶rc滤波电路 6，该电路电连接于放大子电路4的输出端，从而能够有效对电压数据进行滤波，减少毛刺，以使最后得到的绝缘电阻值较为精准。
[0082]
在本实用新型的可选实施例中，主控电路还内置有模数转换芯片，模数转换芯片电连接于放大子电路4的输出端，用于将放大子电路4输出的模拟信号转换为数字信号。由于电压信号通常为模拟信号，通过模数转换芯片，便于将第一电压和第二电压等电压信号
转换成容易处理的数字信号。例如，在一个具体的实施例中，如图6所示，模数转换芯片为图6中的u1b，如图4和图6所示，放大子电路4输出的第一电压和第二电压通过一阶rc滤波电路6滤波后分别通过ai01和ai02引脚连接至u1b。
[0083]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。