本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种直流母线对地绝缘电阻的检测电路及其检测方法。
背景技术：
目前光伏电池板或电动汽车的电池组应用已非常广泛，在标准的对地绝缘检测方法中，不能有效检测不带电的直流母线对地绝缘电阻，也就不能及时发现绝缘安全隐患。
故，有必要设计一种检测电路及其检测方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种本发明提供一种可在直流母线带电或没电的情况下，均能精确有效地实时检测设备的电池组的对地绝缘电阻，其方案成本低，接入阻抗高，绝缘电阻计算速度快，准确度高。
本发明提供一种一种直流母线对地绝缘电阻的检测电路，直流母线设有正极直流母线和负极直流母线，本检测电路用于测量所述正极直流母线对地绝缘电阻的电阻值、以及用于测量所述负极直流母线对地绝缘电阻的电阻值，设定所述正极直流母线对地绝缘电阻为第一电阻，设定所述负极直流母线对地绝缘电阻为第二电阻，所述检测电路包括：初始电阻、直流电压源、以及串联连接在正极直流母线和负极直流母线之间的第一二极管和第二二极管；所述初始电阻一端接地连接，另一端与所述直流电压源一端连接；所述直流电压源另一端连接在所述第一二极管和第二二极管之间；所述检测电路还包括用于测量所述第一电阻的电压和第二电阻的电压的电压测量电路、以及测量流过所述第一二极管的电流和第二二极管的电流的电流测量电路。
优选地，所述第一二极管为正端二极管，其阴极朝向正极直流母线并与正极直流母线连接，其阳极与所述第二二极管的阳极连接；所述第二二极管为负端二极管，其阴极朝向负极直流母线并与负极直流母线连接。
优选地，所述电压测量电路包括：用于测量第一电阻的电压的第一电压测量电路、以及用于测量第二电阻的电压的第二电压测量电路；所述电流测量电路包括用于测量流过第一二极管的电流的第一电流测量电路、以及用于测量流过第二二极管的电流的第二电流测量电路。
优选地，所述检测电路还包括均与所述第一电压测量电路、第二电压测量电路、第一电流测量电路、第二电流测量电路、以及所述直流电压源连接的微控制单元。
优选地，所述第一电压测量电路包括：第一运算放大器、连接在该第一运算放大器的正极输入端和正极直流母线之间的第三电阻、连接在该第一运算放大器的负极输入端和初始电阻之间的第四电阻、连接在该第一运算放大器的正极输入端和接地之间的第五电阻、以及连接在该第一运算放大器的负极输入端和该第一运算放大器的输出端之间的第六电阻；所述第一运算放大器输出电压至所述微控制单元。
优选地，所述第二电压测量电路包括：第二运算放大器、连接在该第二运算放大器的正极输入端和初始电阻之间的第九电阻、连接在该第二运算放大器的负极输入端和负极直流母线之间的第十电阻、连接在该第二运算放大器的正极输入端和接地之间的第十一电阻、以及连接在该第二运算放大器的负极输入端和该第二运算放大器的输出端之间的第十二电阻；所述第二运算放大器输出第二电压至微控制单元。
优选地，所述第一电流测量电路包括与所述第一二极管的阳极连接的第十一电阻，所述第二电流测量电路包括与所述第二二极管的阳极连接的第十二电阻，且所述第十一电阻和第十二电阻设置在所述第一二极管和第二二极管之间。
优选地，所述第一电流测量电路还包括第三运算放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、以及第十六电阻；所述第三运算放大器输出电流至所述微控制单元；所述第十三电阻的一端与第三运算放大器的正极输入端连接，另一端连接在所述第一二极管和第十一电阻之间连接；第十四电阻的一端与第三运算放大器的负极输入端连接，另一端连接在第十一电阻和第十二电阻之间；第十五电阻连接在第三运算放大器的正极输入端和接地之间；第十六电阻连接在第三运算放大器的负极输入端和第三运算放大器的输出端之间。
优选地，所述第二电流测量电路还包括第四运算放大器、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、以及第二十电阻；所述第四运算放大器输出电流至所述微控制单元；所述第十七电阻的一端与第四运算放大器的正极输入端连接，另一端连接在第十一电阻和第十二电阻之间；第十八电阻的一端与第四运算放大器的负极输入端连接，另一端连接在第十二电阻和第二二极管之间；第十九电阻连接在第四运算放大器的正极输入端和接地之间；第二十电阻连接在第四运算放大器的负极输入端和第四运算放大器的输出端之间。
本发明还提供一种直流母线对地绝缘子电阻的检测电路的测量方法包括如下步骤：
a：在不开通直流电压源的情况下，同时测量第一电阻的电压为v11和第二电阻的电压为v21，直流母线电压的vdc=v11+v21，这时存在2种情况：vdc=0或vdc>0；
b：开通直流电压源，同时测量第一电阻的电压为v12和第二电阻的电压为v22、流过第一二极管的第一电流为i1和流过第二二极管的第二电流为i2；c：由上述测得的v11、v21、v12、v22、i1、i2，求解第一电阻的电阻值r1和第二电阻的电阻值r2。
优选地，第一电阻的电阻值r1和第二电阻的电阻值r2计算方法如下：
假如vdc=0，则：r1=v21/i1，r2=v22/i2；
假如vdc>0，第一二极管处于反向截止状态，i1=0，第二二极管处于导通状态，且i2=ir1=ir2；
由所述a步骤得：
v11/r1=v21/(r2//r0)→r1=v11*(r2//r0)/r2；
由所述b步骤得：
ir1-ir2=i2→v12/r1-v22/r2=i2;
最终求解得：
r1=(v11*v22-v12*v21)*r0/(v21*v22-v21*i2*r0),
r2=(v11*v22-v12*v21)*r0/(v12*v21-v11*i2*r0),
其中，初始电阻的电阻值为ro，r2//r0=r2*r0/(r2+r0)；ir1为第一电阻r1的电流；ir2为第二电阻r2的电流。
本发明通过一个可控开关的直流电压源、并检测两路正负直流母线对地的电压和两路分流电流，再利用微控制单元按照特定的算法计算出当前光伏电池板或电动汽车的电池组的对地绝缘电阻；本发明可在直流母线带电或没电的情况下，均能精确有效地实时检测设备的对地绝缘电阻，杜绝了因绝缘电阻检测不及时或不精确带来的安全隐患；本发明通过在测量电路中增加可控开关直流电压源，同时通过多路电压、电流检测，并经ad采样，cpu计算，从而测得直流母线对地绝缘电阻的大小；本发明可在直流母线带电或没电的情况下，均能精确有效地实时检测设备的电池组的对地绝缘电阻，其方案成本低，接入阻抗高，绝缘电阻计算速度快，准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的检测原理图；
图2为图1所示具体实施例图。
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。
本发明提供一种直流母线对地绝缘电阻的检测电路，直流母线一般指的是电池装置直流母线，也可以广泛适用于各种设备的直流母线。其检测原理如图1所示，具体实施方案如图2所示。
如图1所示为直流母线的检测电路的示意图，直流母线设有正极直流母线（dc+）和负极直流母线（dc-），本检测电路用于测量所述正极直流母线（dc+）连接的对地等效绝缘电阻的电阻值、以及用于测量所述负极直流母线（dc-）连接的对地等效绝缘电阻的电阻值，设定所述正极直流母线（dc+）对地等效绝缘电阻为第一电阻r1，设定所述负极直流母线（dc-）对地等效绝缘电阻为第二电阻r2，其中第一电阻r1相当于正极直流母线（dc+）接地时的等效电阻，第二电阻r2相当于负极直流母线（dc-）接地时的等效电阻。
直流母线对地绝缘电阻的检测电路包括：初始电阻r0、直流电压源vs1、以及串联连接在正极直流母线（dc+）和负极直流母线（dc-）之间的第一二极管d1和第二二极管d2。
初始电阻r0为测量电路引入的已知配置对地电阻；直流电压源vs1用于本测量电路引入的可控开关，直流电压源vs1与初始电阻r0连接，即：初始电阻ro一端接地，初始电阻r0另一端与直流电压源vs1一端串联连接；第一二极管d1与第二二极管d2串联连接，直流电压源vs1另一端连接在第一二极管d1与第二二极管d2之间。
其中第一二极管d1为正端二极管，其阴极朝向正极直流母线（dc+）并与正极直流母线（dc+）连接，其阳极与所述第二二极管d2的阳极连接；第二二极管d2为负端二极管，其阴极朝向负极直流母线（dc-）并与负极直流母线（dc-）连接。
本发明检测电路还包括用于测量第一电阻r1的电压荷第二电阻r2的电压的电压测量电路、用于检测流过第一二极管d1的电流和第二二极管d2的电流的电路测量电路。
所述电压测量电路包括：用于测量第一电阻r1的电压的第一电压测量电路10、以及用于测量第二电阻r2的电压的第二电压测量电路20；所述电流测量电路包括用于测量流过第一二极管d1的电流的第一电流测量电路30、以及用于测量流过第二二极管d2的电流的第二电流测量电路40。
直流母线对地绝缘电阻的检测电路还包括均与所述第一电压测量电路10、第二电压测量电路20、第一电流测量电路30、第二电流测量电路40、以及所述直流电压源vs1连接的微控制单元(microcontrollerunit；mcu)50。
第一电压测量电路10、第二电压测量电路20、第一电流测量电路30、第二电流测量电路40、以及所微控制单元(microcontrollerunit；mcu)50统称为测量电路100。
直流电压源vs1为dc/dc隔离电源，其工作状态由所述微控制单元50控制。
如图2所示，第一电压测量电路10为高输入阻抗的差分放大电路，第一电压测量电路10连接在正极直流母线（dc+）、初始电阻r0和接地之间、以及微控制单元50之间，其包括：第一运算放大器u1、连接在该第一运算放大器u1的正极输入端和正极直流母线（dc+）之间的第三电阻r3、连接在该第一运算放大器u1的负极输入端和初始电阻r0之间的第四电阻r4、连接在该第一运算放大器u1的正极输入端和接地之间的第五电阻r5、以及连接在该第一运算放大器u1的负极输入端和该第一运算放大器u1的输出端之间的第六电阻r6。
第一运算放大器u1输出第一电压v1至微控制单元50。
第二电压测量电路20为高输入阻抗的差分放大电路，第二电压测量电路20连接在负极直流母线（dc-）、初始电阻r0和接地之间、以及微控制单元50之间，其包括：第二运算放大器u2、连接在该第二运算放大器u2的正极输入端、以及连接在该第二运算放大器u2的正极输入端和初始电阻r0之间的第九电阻r9、连接在该第二运算放大器u2的负极输入端和负极直流母线（dc-）之间的第十电阻r10、连接在该第二运算放大器u2的正极输入端和接地之间的第十一电阻r11、以及连接在该第二运算放大器u2的负极输入端和该第二运算放大器u2的输出端之间的第十二电阻r12。
第二运算放大器u2输出第二电压v2至微控制单元50。
第一电流测量电路30和第二电流测量电路40设置在第一二极管d1和第二二极管d2之间，并均输出电流至微控制单元50，第一电流测量电路30用于测量第一二极管d1的电流i1，第二电流测量电路40用于测量第二二极管d2的电流i2。
第一电流测量电路30包括：与第一二极管d1的正极连接的第十一电阻r11、第三运算放大器u3、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、以及第十六电阻r16。第三运算放大器u3输出第一电流i1至微控制单元50。
第二电流测量电路40包括：与第二二极管d2的正极连接的第十二电阻r12、第四运算放大器u4、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、以及第二十电阻r20。第四运算放大器u4输出第二电流i2至微控制单元50。即：第十一电阻r11和第十二电阻r12设置在第一二极管d1和第二二极管d2之间。
所述第十三电阻r13的一端与第三运算放大器u4的正极输入端连接，另一端连接在所述第一二极管d1和第十一电阻r11之间连接；第十四电阻r14的一端与第三运算放大器u3的负极输入端连接，另一端连接在第十一电阻r11和第十二电阻r12之间；第十五电阻r15连接在第三运算放大器u3的正极输入端和接地之间；第十六电阻r16连接在第三运算放大器u3的负极输入端和第三运算放大器u3的输出端之间。
所述第十七电阻r17的一端与第四运算放大器u4的正极输入端连接，另一端连接在第十一电阻r11和第十二电阻r12之间；第十八电阻r18的一端与第四运算放大器u4的负极输入端连接，另一端连接在第十二电阻r12和第二二极管d2之间；第十九电阻r19连接在第四运算放大器u4的正极输入端和接地之间；第二十电阻r12连接在第四运算放大器u4的负极输入端和第四运算放大器u4的输出端之间。
其中第一电流测量电路30首先由第十一电阻ri1检出流过第一二极管d1的电流，再经高输入阻抗的差分放大电路变换；第二电流测量电路40首先由第十二电阻ri2检出流过第二二极管d2的电流，再经高输入阻抗的差分放大电路变换。
微控制单元50包括a/d转换单元51和软件计算单元52。
a/d转换单元51把测量的模拟量第一电压v1、第二电压v2、第一电流i1、和第二电流i2转化为数字量，以便于微控制单元50计算。
软件计算单元52完成上述检测原理公式的计算及相关检测控制步骤的逻辑处理。
本发明由于整个绝缘测量电路为高阻抗接入，故可实现对正负母线对地绝缘电阻的在线连续检测。
其中，r0为初始电阻的电阻值，r1为第一电阻的电阻值，r2为第二电阻的电阻值，r3为第三电阻的电阻值，r4为第四电阻的电阻值，r5为第五电阻的电阻值，r6为第六电阻的电阻值，r9为第九电阻的电阻值，r10为第十电阻的电阻值，r11为第十一电阻的电阻值，r12为第十二电阻的电阻值，r11为第十一电阻的电阻值，r12为第十二电阻的电阻值，r13为第十三电阻的电阻值，r14为第十四电阻的电阻值，r15为第十五电阻的电阻值，r16为第十六电阻的电阻值，r17为第十七电阻的电阻值，r18为第十八电阻的电阻值，r19为第十九电阻的电阻值，r20为第二十电阻的电阻值。
本发明测量方法，包括如下步骤：
a：在不开通直流电压源vs1的情况下(即vs1=0)，同时测量第一电阻r1的电压v11和第二电阻r2的电压v21，并计算直流母线电压vdc=v11+v21，这时存在2种情况：vdc=0或vdc>0；即：第一电压测量电路10测量第一电阻r1的电压v11并输入微控制单元50内，第二电压测量电路20测量第二电阻r2的电压v21并输入微控制单元50内。
b：开通直流电压源vs1，同时测量第一电阻r1的电压v12和第二电阻r2的电压v22、流过第一二极管d1的第一电流i1和流过第二二极管d2的第二电流i2，即：第一电压测量电路10测量第一电阻r1的电压v12，第二电压测量电路20测量第二电阻r1的电压v22，第一电流测量电路30测量流过第一二极管d1的电流i1，第二电流测量电路40测量流过第二二极管d2的电流i2；
c：由上述测得的v11、v21、v12、v22、i1、i2，求解r1和r2的值，具体如下：
假如vdc=0，则：r1=v21/i1，r2=v22/i2；
假如vdc>0，这时第一二极管d1处于反向截止状态，i1=0，第二二极管d2处于导通状态，且i2=ir1=ir2；
由所述a步骤得：
v11/r1=v21/(r2//r0)→r1=v11*(r2//r0)/r2；
由所述b步骤得：
ir1-ir2=i2→v12/r1-v22/r2=i2;
最终求解得：
r1=(v11*v22-v12*v21)*r0/(v21*v22-v21*i2*r0),
r2=(v11*v22-v12*v21)*r0/(v12*v21-v11*i2*r0),
其中，初始电阻的电阻值为ro，r2//r0=r2*r0/(r2+r0)；ir1为第一电阻r1的电流；ir2为第二电阻r2的电流
本发明通过一个可控开关的直流电压源、并检测两路正负直流母线对地的电压和两路分流电流，再利用微控制单元按照特定的算法计算出当前光伏电池板或电动汽车的电池组的对地绝缘电阻；本发明可在直流母线带电或没电的情况下，均能精确有效地实时检测设备的对地绝缘电阻，杜绝了因绝缘电阻检测不及时或不精确带来的安全隐患；本发明通过在测量电路中增加可控开关直流电压源，同时通过多路电压、电流检测，并经ad采样，cpu计算，从而测得直流母线对地绝缘电阻的大小；本发明可在直流母线带电或没电的情况下，均能精确有效地实时检测设备的电池组的对地绝缘电阻，其方案成本低，接入阻抗高，绝缘电阻计算速度快，准确度高。
由于整个绝缘测量电路为高阻抗接入，故可实现对正负母线对地绝缘电阻的在线连续检测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。