一种基于FPGA的电动汽车漏电保护装置的制作方法

本发明涉及电气电子技术领域，具体为一种基于FPGA的电动汽车漏电保护装置。

背景技术：

目前电动汽车大致可以分为三类：纯电动汽车(EV．ElectriCVehicle)、混合动力汽车(HEV．HybridElectricVehicle)和燃料电池汽车(FCV．FuelCellVehicle)。其中，纯电动汽车由单一的蓄电池组供电；混合动力汽车由传统的内燃机和蓄电池组共同给动力系统供给能量；燃料电池汽车上能量供给主要由燃料电池完成，同时辅以动力蓄电池组。无论电动汽车动力系统的能量供给是蓄电池、燃料电池还是超级电容等，也无论构成蓄电池组的是铅酸蓄电池、金属氢化物镍蓄电池还是锂离子蓄电池，都不可避免地牵涉到高电压问题。电动汽车的国家标准规定161，绝缘电阻值除以电动汽车直流系统标称电压u，结果应大于100fgV才符合安全的要求。标准中所推荐的动力蓄电池绝缘电阻测量方法只适用于静态测试，无法满足当车辆运行时对车辆电安全性的监控。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种基于FPGA的电动汽车漏电保护装置，能够实时测量高压电路与地问的绝缘电阻，判断是否出现漏电现象并进行执行保护动作，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于FPGA的电动汽车漏电保护装置，包括接线盒，所述接线盒的外表面镶嵌有接线插口，接线盒的内部固定安装有集成电路板，所述集成电路板的中心焊接有核心控制单元，所述信号输入端连接有信号调理模块，所述信号调理模块的输入端连接有开关阵列，所述开关阵列的输入端连接到接线插口的内部，接线插口通过插头连接到电动汽车的高压电缆系统检测点；所述核心控制单元包括主控芯片，所述主控芯片的电源引脚连接有独立电源，数据交互端连接有输入输出模块，同时主控芯片的数据读写端还连接有数据存储模块；所述核心控制单元还连接有无线通信模块和漏电保护跳闸电路。

作为本发明一种优选的技术方案，所述主控芯片采用ALTERA公司的CYCLONE系列芯片EP1C6，且主控芯片的时钟引脚连接有外接晶振和看门狗，同时还内置有JTAG接口。

作为本发明一种优选的技术方案，所述信号调理模块包括电压采样器、光耦隔离器和相位比较器，所述电压采样器的输出端连接有信号滤波器，所述信号滤波器的输出端与光耦隔离器的输入端之间连接有模数转换器，所述光耦隔离器与主控芯片的I/O电气相连。

作为本发明一种优选的技术方案，所述开关阵列包括总馈电开关和分支路馈电开关，所述总馈电开关通过导线直接连接到采样信号交流输入对应的接线插口，总馈电开关通过母线连接至分支路馈电开关和电压采样器的输入端，分支路馈电开关的输出端连接至相位比较器的输入端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述输入输出模块包括液晶显示器和输入按键，所述液晶显示器与主控芯片的LCD驱动引脚电气连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据存储模块包括FLASH存储器和DDR数据存储器，所述FLASH存储器用于存储程序命令，所述DDR数据存储器用于存储动态数据。

作为本发明一种优选的技术方案，所述无线通信模块包括编解码器和无线网络适配器，所述编码器的输入端连接有串口转换器，输出端连接有无线信号收发器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述漏电保护跳闸电路包括三极管驱动电路，所述三极管驱动电路的输出端连接有继电器，继电器的常开端串联在工作电路当中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于FPGA的电动汽车漏电保护装置，通过设置开关阵列，利用总馈电开关连接接线插口，可以方便将高压采样电引入检测保护系统，利用分支路馈电开关实现分支检测，再结合信号调理模块，实现动态数据实时采集操作；通过设置漏电保护跳闸电路，利用主控芯片进行控制三极管驱动电路和继电器，实现漏电跳闸保护操作；通过设置无线通信模块，利用编解码器、无线网络适配器和无线信号收发器实现无线数据传输，提高装置灵活性；本发明能够实时测量高压电路与地问的绝缘电阻，判断是否出现漏电现象并进行执行保护动作。

附图说明

图1为本发明结构模块示意图；

图2为核心控制单元模块结构示意图；

图3为本发明外观结构示意图。

图中：1-接线盒；2-接线插口；3-集成电路板；4-核心控制单元；5-信号调理模块；6-开关阵列；7-主控芯片；8-独立电源；9-输入输出模块；10-数据存储模块；11-无线通信模块；12-电压采样器；13-光耦隔离器；14-信号滤波器；15-模数转换器；16-总馈电开关；17-分支路馈电开关；18-漏电保护跳闸电路；19-相位比较器；20-液晶显示器；21-输入按键；22-FLASH存储器；23-DDR数据存储器；24-编解码器；25-无线网络适配器；26-无线信号收发器；27-三极管驱动电路；28-继电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于FPGA的电动汽车漏电保护装置，包括接线盒1，所述接线盒1的外表面镶嵌有接线插口2，接线盒1的内部固定安装有集成电路板3，所述集成电路板3的中心焊接有核心控制单元4，所述信号输入端连接有信号调理模块5，所述信号调理模块5的输入端连接有开关阵列6，所述开关阵列6的输入端连接到接线插口2的内部，接线插口2通过插头连接到电动汽车的高压电缆系统检测点；所述核心控制单元4包括主控芯片7，所述主控芯片7的电源引脚连接有独立电源8，数据交互端连接有输入输出模块9，同时主控芯片7的数据读写端还连接有数据存储模块10；所述核心控制单元4还连接有无线通信模块11和漏电保护跳闸电路18；

所述主控芯片7采用ALTERA公司的CYCLONE系列芯片EP1C6，且主控芯片7的时钟引脚连接有外接晶振和看门狗，同时还内置有JTAG接口；所述信号调理模块5包括电压采样器12、光耦隔离器13和相位比较器19，所述电压采样器12的输出端连接有信号滤波器14，所述信号滤波器14的输出端与光耦隔离器13的输入端之间连接有模数转换器15，所述光耦隔离器13与主控芯片7的I/O电气相连；所述开关阵列6包括总馈电开关16和分支路馈电开关17，所述总馈电开关6通过导线直接连接到采样信号交流输入对应的接线插口2，总馈电开关16通过母线连接至分支路馈电开关17和电压采样器12的输入端，分支路馈电开关17的输出端连接至相位比较器19的输入端；

所述输入输出模块9包括液晶显示器20和输入按键21，所述液晶显示器20与主控芯片7的LCD驱动引脚电气连接；所述数据存储模块10包括FLASH存储器22和DDR数据存储器23，所述FLASH存储器22用于存储程序命令，所述DDR数据存储器23用于存储动态数据；所述无线通信模块11包括编解码器24和无线网络适配器25，所述编码器24的输入端连接有串口转换器25，输出端连接有无线信号收发器26；所述漏电保护跳闸电路18包括三极管驱动电路27，所述三极管驱动电路27的输出端连接有继电器28，继电器28的常开端串联在工作电路当中。

本发明的工作原理：所述接线盒1采用绝缘防腐材料制成，具有良好的绝缘和防腐性能，所述接线插口2用于接线插头连接，连接到待测电路当中，所述集成电路板3将所有的电气元件集成为一体化结构，能够有效减小整体体积并且提高整体稳定性；

所述主控芯片7采用ALTERA公司的CYCLONE系列芯片EP1C6，芯片上包括4个用户自定义按键、4个用户自定义LED、1个七段码LED、标准AS编程接口和JTAG调试接口、50MHz高精度时钟源、三个高密度扩展接口，系统上电复位电路，同时支持+5V直接输入，板上集成电源管理模块；它拥有6030个LE，26个M4K片上RAM（共计239616bits），2个高性能PLL以及多达185个用户自定义IO；

（1）所述核心控制单元4用于进行数据采集和数据处理控制，所述主控芯片7的电源引脚连接有独立电源8，通过独立电源8进行单独供电，避免系统直接供电导致故障时掉电停止运行，主控芯片7通过外接晶振提高标准机器振荡周期，通过看门狗防止出现跑飞异常及时进行自我恢复，通过JTAG接口下载程序并进行调试操作；主控芯片7基于μCOS-II的操作系统设计，移植了μCOS-II的STM32F407ZGT6系统可以使每个任务独自工作，实时无误，一直的程序存储至FLASH存储器22；

（2）所述输入输出模块9用于进行参数设置和人工控制操作，所述液晶显示器20可以显示当前的操作界面，所述输入按键21用于进行操作参数设置，主控芯片7内置有LCD驱动器，可以直接实现数据输入输出操作转换，所述主控芯片7接收到输入指令后开始进行下一步控制操作；

（3）所述信号调理模块5用于进行信号采集和调理控制，所述开关阵列6的总馈电开关16直接通过接线插口2进行连接到待测电路，总馈电开关16将输出的信号分成两路连接到总线结构，一路输出至电压采样器12的输入端，电压采样器12的输入端对接收到的电压进行采样操作，并且将采样后的数据输出至信号滤波器14，由于电动汽车的行驶工况复杂，无论是外部环境还是内部环境，都可能给漏电检测装置带来很大的干扰，因此利用信号滤波器14进行滤波降噪操作；所述模数转换器15将滤波后的信号变换成数字信号后，再通过光耦隔离器13隔离后输出至主控芯片7；分支路利用分支路馈电开关17和相位比较器19检测电网的零序电压和零序电流，然后将相位比较后的数据送入至同样主控芯片7；

（4）所述主控芯片7采用提升小波变换的方法进行零序电流和零序电压的去噪，进而来判断是否发生漏电故障；若某支路发生漏电故障，利用其零序电压的相位差和各个支路零序电流相位比较来判断哪条支路发生漏电事故，达到选择性漏电保护的目的；采集处理的数据存储至所述DDR数据存储器23并建立动态数据库；

（5）当主控芯片7检测到出现故障时，触发漏电保护跳闸电路18执行保护动作，当系统发生漏电后，故障支路就会发出跳闸命令，输入一个高电平，使三极管驱动电路27中的光耦隔离工作，然后三极管Ｑ１的基极变为高电平使其导通，这样执行命令开始控制继电器28的吸合，使馈电开关断开，从而实现漏电时跳闸保护的完整过程；

（6）所述无线通信模块11用于实现与车载电脑或远程计算机进行数据传输，从而方便进行远程控制，所述编解码器24用于将待发送数据进行加密编码、接收数据进行解码操作，所述无线网络适配器25用于进行无线网络参数配置，所述无线信号收发器26按照无线网络适配器25配置的网络进行无线信号接收和发送，实现实时通信操作。

该基于FPGA的电动汽车漏电保护装置，通过设置开关阵列6，利用总馈电开关16连接接线插口，可以方便将高压采样电引入检测保护系统，利用分支路馈电开关117实现分支检测，再结合信号调理模块5，实现动态数据实时采集操作；通过设置漏电保护跳闸电路18，利用主控芯片7进行控制三极管驱动电路27和继电器28，实现漏电跳闸保护操作；通过设置无线通信模块11，利用编解码器24、无线网络适配器25和无线信号收发器26实现无线数据传输，提高装置灵活性；本发明能够实时测量高压电路与地问的绝缘电阻，判断是否出现漏电现象并进行执行保护动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。