一种绝缘检测电路、检测方法及车载充电机与流程

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种绝缘检测电路、检测方法及车载充电机。


背景技术：

2.逆变电路用于构成各种交流电源，如带有电力变换器的交流电源，广泛应用于新能源车等工业中。为了保证交流电源可以安全可靠运行，需进行绝缘检测，以保证交流电源的绝缘介电强度。而现有的绝缘检测方法较为复杂，检测难度大。


技术实现要素：

3.为了降低绝缘检测的难度，本技术提供了一种绝缘检测电路、检测方法及车载充电机。
4.第一方面，本技术提供一种绝缘检测电路，具有降低绝缘检测难度的特点。
5.本技术是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种绝缘检测电路，应用于带有电力变换器的交流电源，所述电力变换器的输出端口输出交流电，该电路包括阻抗网络、差分采样电路和处理器；
7.所述阻抗网络的一端通过pe线接地，一端连接于所述电力变换器的输入端；
8.所述差分采样电路的一端通过pe线接地，一端连接于所述电力变换器的任一输出端口，用于采样所述电力变换器的输出端口对pe的电压；
9.所述处理器，连接于所述差分采样电路的输出端，用于将采样的电压转换为数字量，并基于所述数字量计算得到所述交流电源每相的接地阻抗。
10.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述阻抗网络包括电阻和/或电容。
11.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述阻抗网络为具有三个连接端口的无源阻抗网络，其中一连接端口接地，另两个连接端口中至少有一连接端口连接至直流端。
12.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述处理器用于对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，根据所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，并结合电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量进行计算，得到所述交流电源每相的接地阻抗。
13.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述预设奇数次倍频为1次和3次。
14.第二方面，本技术提供一种绝缘检测方法，具有降低绝缘检测难度的特点。
15.本技术是通过以下技术方案得以实现的：
16.一种绝缘检测方法，应用于上述任意一项所述的绝缘检测电路，包括以下步骤，
17.所述处理器接收所述差分采样电路采样的所述电力变换器的输出端口对pe的电压；
18.所述处理器将采样的电压转换为数字量，并基于所述数字量计算得到所述交流电
源每相的接地阻抗。
19.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述基于所述数字量计算得到所述交流电源每相的接地阻抗包括，对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量；
20.根据所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，结合所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量，计算得到所述交流电源每相的接地阻抗。
21.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量时，包括以下步骤，
22.对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得电力变换器的交流输出电压的基波和3次谐波对应的分量。
23.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量包括基波和3次谐波对应的分量。
24.第三方面，本技术提供一种车载充电机，具有降低绝缘检测难度的特点。
25.本技术是通过以下技术方案得以实现的：
26.一种车载充电机，包括上述任一项所述的绝缘检测电路，还包括：电力变换器；
27.所述电力变换器的输出端口输出交流电；
28.所述绝缘检测电路，用于检测所述电力变换器输出的交流电源每相对地的接地阻抗。
29.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电力变换器包括h桥，h桥中的一个桥臂以输出交流电压的同频率做切换。
30.本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电力变换器为包括h桥的逆变器。
31.综上所述，与现有技术相比，本技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
32.通过设计差分采样电路采样电力变换器的输出端口对pe的电压,以用于计算电力变换器任一输出端口的对pe的电阻和电容；再借助处理器，将采样的电压转换为数字量并计算求解，以得到交流电源每相的接地阻抗；本技术提供了一种新的用于绝缘检测的采样电路和计算方法，相对于传统的绝缘检测方法，本技术可以采样l线或n线任意一个端口对pe的电压，采样更灵活、简单，更容易实现，大大降低了绝缘检测的难度。
附图说明
33.图1为本技术一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路的结构框图。
34.图2为本技术又一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路的结构框图。
35.图3为本技术一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路的连接关系示意图。
36.图4为本技术又一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路在忽略直流电压源vbus影响的电路简化示意图。
37.图5为本技术另一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路只考虑方波电压源vmid影响的电路简化示意图。
38.图6为本技术一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路只考虑正弦波电压源
vac影响的电路简化示意图。
39.图7为本技术一个示例性实施例提供的一种绝缘检测电路在使用信号的三次谐波计算时忽略正弦波电压源vac、第一交流采样电阻ry1和第二交流采样电阻ry2影响的电路简化示意图。
40.图8为本技术一个示例性实施例提供的一种绝缘检测方法的流程图。
具体实施方式
41.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
44.本实施例应用于带有电力变换器的交流电源系统，其中电力变换器的输出端口输出交流电。电力变换器为进行电力变换的任何设备。
45.下面结合说明书附图对本技术实施例作进一步详细描述。
46.参照图1和图2，本技术实施例提供一种绝缘检测电路，应用于带有电力变换器的交流电源，电力变换器的输出端口输出交流电，包括阻抗网络、差分采样电路和处理器；
47.其中，阻抗网络的一端通过pe线接地，一端连接于电力变换器的输入端。
48.其中，差分采样电路的一端通过pe线接地，一端连接于电力变换器的任一输出端口，用于采样电力变换器的输出端口对pe的电压；
49.处理器，连接于差分采样电路的输出端，用于将采样的电压转换为数字量，并基于数字量计算得到交流电源每相的接地阻抗。
50.具体地，直流电压源vbus为母线电压。电力变换器包括第一工频管k1和第二工频管k2。阻抗网络包括电阻和/或电容。阻抗网络为具有三个连接端口的无源阻抗网络，其中一连接端口接地，另两个连接端口中至少有一连接端口连接至直流端。第一交流采样电阻ry1、第一交流采样电容cy1构成l接地阻抗网络，用于提供第一电压采样点v1对pe电压，即火线l到pe电压；第二交流采样电阻ry2、第二交流采样电容cy2构成n接地阻抗网络，用于提供第二电压采样点v2对pe电压，即零线n到pe电压。电阻ry、电容cy构成差分采样电路的回路。
51.如图1所示，在电力变换器的其中一输出端口设置第一电压采样点v1，通过差分采样电路采样电力变换器的输出端口对pe的电压。
52.或者，如图2所示，在电力变换器的负另一输出端口设置第二电压采样点v2，通过差分采样电路采样电力变换器的输出端口对pe的电压。
53.参照图3，阻抗网络包括第一直流采样电阻rp1、第二直流采样电阻rp2、第一直流
采样电容cp1和第二直流采样电容cp2；第一直流采样电阻rp1的一端经第一直流采样电容cp1通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端或负输入端；第二直流采样电阻rp2的一端经第二直流采样电容cp2通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端或负输入端。
54.具体地，阻抗网络包括第一直流采样电阻rp1、第二直流采样电阻rp2、第一直流采样电容cp1和第二直流采样电容cp2；第一直流采样电阻rp1的一端经第一直流采样电容cp1通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端或负输入端；第二直流采样电阻rp2的一端经第二直流采样电容cp2通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端或负输入端。
55.在本技术的一实施例中，第一直流采样电阻rp1的一端经第一直流采样电容cp1通过pe线接地，另一端连接电力变换器的负输入端，第二直流采样电阻rp2的一端经第二直流采样电容cp2通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端，以采样直流电压vbus；或，在本技术的一实施例中，第一直流采样电阻rp1的一端经第一直流采样电容cp1通过pe线接地，另一端连接电力变换器的正输入端，第二直流采样电阻rp2的一端经第二直流采样电容cp2通过pe线接地，另一端连接电力变换器的负输入端，以采样直流电压vbus。
56.或，当阻抗网络包括电阻时，电阻的一端连接于电力变换器的正输入端或电力变换器的负输入端。在本技术的一实施例中，当阻抗网络包括电阻时，电阻的一端连接于电力变换器的正输入端，另一端通过pe线接地。
57.或，当阻抗网络包括电容时，电容的一端连接于电力变换器的正输入端或电力变换器的负输入端。在本技术的一实施例中，当阻抗网络包括电容时，电容的一端连接于电力变换器的正输入端，另一端通过pe线接地。
58.或，当阻抗网络包括电阻和电容，且电阻和电容串联时，电阻的一端连接于电力变换器的正输入端或电力变换器的负输入端。具体地，通过设置一组串联设置的电阻和电容，使电阻的一端连接于电力变换器的负输入端，一端经电容通过pe线接地；或者，使电阻的一端连接于电力变换器的正输入端，一端经电容通过pe线接地。
59.阻抗网络可以由任意的已知参数的电阻、电容做任意连接组成。无论阻抗网络内部的结构如何，阻抗网络内部器件的参数均为已知量。
60.在本技术的一实施例中，因电力变换器的输入电压为直流电压，输出电压为交流电压，此时电力变换器包括逆变器，逆变器用于将直流电逆变为交流电。在本技术的一实施例中，l接地阻抗网络包括并联设置的第一交流采样电阻ry1和第一交流采样电容cy1，第一交流采样电阻ry1和第一交流采样电容cy1的一端均通过pe线接地，第一交流采样电阻ry1或第一交流采样电容cy1的另一端连接于电力变换器的输出端口，以从第一电压采样点v1采样电压。
61.在本技术的一实施例中，n接地阻抗网络包括并联设置的第二交流采样电阻ry2和第二交流采样电容cy2，第二交流采样电阻ry2和第二交流采样电容cy2的一端均通过pe线接地，第二交流采样电阻ry2或第二交流采样电容cy2的另一端连接于电力变换器的输出端口，以从第二电压采样点v2采样电压。
62.或者，在本技术的一实施例中，第一交流采样电阻ry1或第一交流采样电容cy1的另一端连接于电力变换器的输出端口，以从第二电压采样点v2采样电压；第二交流采样电阻ry2或第二交流采样电容cy2的另一端连接于电力变换器的输出端口，以从第一电压采样
点v1采样电压。
63.处理器为具有a/d转换的微控制器mcu。
64.在本技术的一实施例中，处理器用于对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，根据电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，并结合电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量进行计算，即可得到交流电源每相的接地阻抗。
65.优选地，预设奇数次倍频为1次和3次。随着谐波频率的升高，其幅值越来越小，选择1、3次谐波可以获得最大的信号幅值，信号受噪声影响较小。
66.具体地，由于需要采样处理的是交流信号，因此可以不考虑直流电压源vbus的影响，本技术实施例提供的绝缘检测电路可简化为图4所示的简化电路原理图。方波电压源vmid为桥臂中点位置处的方波电压，方波电压源vmid是幅值为vbus，频率为50hz的方波电压源。正弦波电压源vac为电力变换器的输出电压，正弦波电压源vac是正弦50hz电压源。
67.再根据电路叠加定理，图4可分解为图5只考虑方波电压源vmid影响的电路原理图和图6只考虑正弦波电压源vac影响的电路原理图进行分析。
68.参照图5，设第一直流采样电阻rp1、第二直流采样电阻rp2、第一直流采样电容cp1和第二直流采样电容cp2的等效阻抗为zp；
69.设第一交流采样电阻ry1和第一交流采样电容cy1的等效阻抗为zy1；对应的第二交流采样电阻ry2和第二交流采样电容cy2的等效阻抗为zy2；
70.zy1流过的电流设为iymid，可得到如下等式：
[0071][0072]
参照图6，zy1流过的电流设为iyac，可得到如下等式：
[0073][0074]
又第一电压采样点v1对pe电压vs＝(iymid+iyac)*zy1，将上面的公式1和公式2代入，得到：
[0075][0076]
如果使用第二电压采样点v2对pe电压进行计算，则将公式3中zy1、zy2交换即可。
[0077]
通过对公式3中的参数进行傅里叶分解，可以获得对应的预设倍频的分量。例如，在进行傅里叶分解时,可选择1、3、5、7、9等。因为频率越高，对应谐波幅值越小，由于mcu的adc采样精度有限，为了保证采样精度，本实施例中预设奇数次倍频选择1次谐波和3次谐波进行计算。设vs、vmid、vac的基频分量分别为vs1、vmid1、vac1；设vs、vmid、vac的3倍频分量分别为vs3、vmid3、vac3，则：
[0078]
[0079][0080]
取rp1＝rp2＝rp，cp1＝cp2＝cp，为已知量；
[0081]
通过将基频和3倍频参数导入到公式3，可解出ry1、ry2、cy1、cy2。
[0082]
进一步地，由公式3可知，如果vac的三次谐波非常小，在使用信号的三次谐波计算时，则可以不考虑vac的影响，从而简化计算，得到公式：
[0083][0084]
参照图7，又由于zy1、zy2为并联关系，可设zy1||zy2＝ry||rx||cx||cy，正常交流端口对地电阻非常大，可以忽略ry，故可将图3简化，其中，第一交流采样电容cy1和第二交流采样电容cy2的等效阻抗为zy，rx为未知电阻，cx为未知电容，未知电容cx的等效阻抗为zx，未知电阻rx是需要计算的绝缘电阻，可将公式4简化后得如下等式：
[0085][0086]
式中，zp为第一直流采样电阻rp1、第二直流采样电阻rp2、第一直流采样电容cp1、和第二直流采样电容cp2的等效阻抗；zy为第一交流采样电容cy1和第二交流采样电容cy2的等效阻抗；vmid3为50hz、幅值vbus的方波的三次谐波；vs3为mcu采样得到的三次谐波；zp、zy、vs3和vmid3均为已知量。
[0087]
由以上公式和参数即可求得绝缘电阻rx、电容cx，获得交流电源每相的接地阻抗，以表征带有电力变换器的交流电源的绝缘性能。
[0088]
综上，本技术通过差分采样电路采样回路中的电压，再使用转换为数字量的采样电压的基波和3次谐波计算ac任一输出端口的对地电阻和电容，以提供一种新的采样电路；相对于传统的绝缘检测电路，本技术可以采样l线或n线任意一个端口对pe的电压，采样更灵活、简单，更容易实现。
[0089]
上述一种绝缘检测电路中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0090]
参照图8，本技术实施例还提供一种绝缘检测方法，所述方法的主要步骤描述如下。
[0091]
s1:处理器接收差分采样电路采样的电力变换器的输出端口对pe的电压；
[0092]
处理器将采样的电压转换为数字量，并基于数字量计算得到交流电源每相的接地阻抗。
[0093]
进一步地，基于数字量计算得到交流电源每相的接地阻抗包括，s21:对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量；
[0094]
s22:根据电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，结合电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量，计算得到交流电源每相的接地阻抗。
[0095]
进一步地，s21:对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量时，包括以下步骤，
[0096]
对转换为数字量的电压进行傅里叶分解，获得电力变换器的交流输出电压的基波和3次谐波对应的分量。
[0097]
电力变换器中的桥臂中点的方波电压对应的预设奇数次倍频的分量包括基波和3次谐波对应的分量。
[0098]
一种绝缘检测方法的具体限定与一种绝缘检测电路的具体限定相同，在此不再赘述。
[0099]
一种绝缘检测方法通过采样电力变换器任一输出端口对pe的电压，再使用转换为数字量的采样电压的基波和3次谐波计算ac任一输出端口的对地电阻和电容，以提供一种新的计算方法，相对于传统的绝缘检测方法，本技术可以采样l线或n线任意一个端口对pe的电压，采样更灵活、简单，更容易实现。
[0100]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0101]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0102]
本技术实施例还提供一种车载充电机，包括上述任一项所述的绝缘检测电路，还包括：阻抗网络、差分采样电路、处理器和电力变换器；
[0103]
电力变换器的输出端口输出交流电；
[0104]
该绝缘检测电路，用于检测电力变换器输出的交流电源每相对地的接地阻抗。
[0105]
其中，电力变换器中的桥臂可以为全桥，也可以为半桥，其中全桥可以为h桥，且h桥中的一个桥臂以输出交流电压的同频率做切换。交流电压的频率为电力变换器的交流输出电压对应的奇数次谐波，h桥中的一个桥臂以输出交流电压的同频率做切换，便于获取计算所使用的h桥桥臂的中点电压，实现方式更简单。
[0106]
电力变换器可以为包括h桥的逆变器。
[0107]
本实施例提供的车载充电机可以应用于电动汽车中，其中电动汽车可以为纯电动汽车，也可以为混合动力电动汽车。一种车载充电机通过采样l线或n线任意一个端口对pe的电压，计算接地阻抗的大小，进而反应交流输出端口对pe的绝缘情况，接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差，采样更灵活、简单，更容易实现。
[0108]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功
能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。