一种电容式绝缘检测电路及其检测方法与流程

1.本发明属于电力电子技术应用领域，具体涉及一种电容式绝缘检测电路及其检测方法。


背景技术：

2.随着人们对环境保护、科技进步和能源紧缺重视程度的加深，在公路交通领域使用化石能源作为动力的交通工具正逐渐被采用其他新能源的动力系统所取代，以电动化为技术背景的电动汽车行业迎来发展良机。正常情况下，电动汽车的动力系统是一个高压系统，要与整车的低压系统保持绝对隔离，防止对驾驶员和乘客造成人身危险，所以整车的绝缘性是动力系统安全可靠的充要条件。
3.目前的绝缘检测方法主要有电桥平衡式和信号注入式，两种方法具有一定的绝缘性能，但是均存在不足。传统的电桥平衡式绝缘检测采样电路与高压输入端无隔离，存在不可靠性；而信号注入式会增大系统的电压纹波系数，影响采样电压。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电容式绝缘检测电路及其检测方法，在硬件结构简单且成本低的情况下，电容式绝缘检测电路中的电容元件，一方面有隔离高压的作用，保障第一采样电路不受高压干扰；另一方面采用电容作为贮能元件，使得采样电压保持稳定。
5.本发明的技术方案是：
6.一种电容式绝缘检测电路，包括第一采样电路，还包括：第一绝缘电阻rp、第二绝缘电阻rn、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k5；高压输入正极端与所述第一绝缘电阻rp的第一端、所述第一电阻r1的第一端及所述第二电阻r2的第一端相连；所述第一电阻r1的第二端与所述第一开关k1的第一端相连；所述第二开关k2的第一端与所述第二电阻r2的第二端及所述第三电阻r3的第一端相连，所述第三开关k3的第一端与所述第四电阻r4的第一端及所述第三电阻r3的第二端相连；所述第一电容c1的第一端与所述第二开关k2的第二端及所述第四开关k4的第一端相连，所述第一电容c1的第二端与所述第三开关k3的第二端、所述第五开关k5的第一端相连；所述第一采样电路的第一端与所述第四开关k4的第二端相连，所述第一采样电路的第二端与所述第五开关k5的第二端相连；所述第一绝缘电阻rp的第二端与所述第二绝缘电阻rn的第一端、所述第一开关k1的第二端、所述第四电阻r4的第二端以及所述第五电阻r5的第一端相连，其公共端均接地；高压输入负极端与所述第二绝缘电阻rn的第二端及所述第七电阻r7的第二端相连，所述第七电阻r7的第一端与所述第六电阻r6的第二端相连，所述第六电阻r6的第一端与所述第五电阻r5的第二端相连。
7.优选的，所述第一电阻r1、所述第二电阻r2和所述第五电阻r5的阻值相同；所述第三电阻r3与所述第六电阻r6的阻值相同；所述第四电阻r4与所述第七电阻r7的阻值相同。
8.优选的，所述第二开关k2与所述第三开关k3为同时通断的第一开关组，所述第四开关k4与所述第五开关k5为同时通断的第二开关组。
9.优选的，所述第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k5均为继电器或光耦。
10.进一步的，还包括控制器，所述控制器与所述第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k连接，用于控制开关的通断。
11.优选的，所述控制器还与所述第一采样电路连接，所述第一采样电路通过所述控制器的模拟数字转换器进行电压信号采集。
12.进一步的，所述控制器为单片机。
13.一种电容式绝缘检测电路的检测方法，包括以下步骤：
14.步骤s1：断开所述第一开关k1，闭合所述第二开关k2和所述第三开关k3，断开所述第四开关k4和所述第五开关k5，对所述第一电容c1进行第一阶段充电；
15.步骤s2：断开所述第二开关k2和所述第三开关k3，闭合所述第四开关k4和所述第五开关k5，所述第一电容c1充当电源进行第一阶段放电，通过第一采样电路采集电压v1；
16.步骤s3：闭合所述第一开关k1、所述第二开关k2和所述第三开关k3，断开所述第四开关k4和所述第五开关k5，所述第一电容c1进行第二阶段充电；
17.步骤s4：断开所述第一开关k1、所述第二开关k2和所述第三开关k3，闭合所述第四开关k4和所述第五开关k5，所述第一电容c1充当电源进行第二阶段放电，通过第一采样电路采集电压v2；
18.步骤s5：根据所述电压v1和所述电压v2计算所述待测高压输入正极dc+和负极dc-对地的第一绝缘电阻rp和第二绝缘电阻rn。
19.优选的，所述步骤s5中，计算所述第一绝缘电阻rp和所述第二绝缘电阻rn时采用以下公式：
[0020][0021][0022]
式中，v
fixed
、v1、v2分别为所述高压电源总电压、所述步骤s3中的采集电压v1和所述步骤s4中的采集电压v2；
[0023]
符号“//”表示电阻并联后所得的电阻。
[0024]
其中，由公式1和公式2得到：
[0025]
[0026][0027]
由上述公式三和公式四组成方程组，分别计算化简得到下面公式：
[0028][0029][0030]
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
[0031]
本发明提供一种电容式绝缘检测电路及其检测方法，在硬件结构简单且成本低的情况下，电容式绝缘检测电路中的电容元件，一方面有隔离高压的作用，保障第一采样电路不受高压干扰；另一方面采用电容作为贮能元件，使得采样电压保持稳定。
附图说明
[0032]
图1是一种电容式绝缘检测电路的绝缘检测电路示意图；
[0033]
图2一种电容式绝缘检测电路的绝缘检测方法的流程图；
[0034]
图3是一种电容式绝缘检测电路处于断开第一开关k1、第四开关k4和第五开关k5，并闭合第二开关k2和第三开关k3状态下的电路示意图；
[0035]
图4是一种电容式绝缘检测电路处于断开第四开关k4和第五开关k5，并闭合第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3状态下的电路示意图。
具体实施方式
[0036]
现结合附图对本发明作进一步说明。
[0037]
实施例一
[0038]
如图1所示，一种电容式绝缘检测电路，包括第一采样电路、控制器、第一绝缘电阻rp、第二绝缘电阻rn、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k5。高压输入正极端与第一绝缘电阻rp的第一端、第一电阻r1的第一端及第二电阻r2的第一端相连；第一电阻r1的第二端与第一开关k1的第一端相连；第二开关k2的第一端与第二电阻r2的第二端及第三电阻r3的第一端相连，第三开关k3的第一端与第四电阻r4的第一端及第三电阻r3的第二端相连；第一电容c1的第一端与第二开关k2的第二端及第四开关k4的第一端相连，第一电容c1的第二端与第三开关k3的第二端、第五开关k5的第一端相连；第一采样电路的第一端与第四开关k4的第二端相连，第一采样电路的第二端与第五开关k5的第二端相连；第一绝缘电阻rp的第二端与第二绝缘电阻rn的第一端、第一开关k1的第二端、第四电阻r4的第二端以及第五电阻r5的第一端相连，其公共端均接地；高压输入负极端与第二绝缘电阻rn的第二端及第七电阻r7的第二端相连，第七电阻r7的第一端与第六电阻r6的第二端相连，第六电阻r6的第一端与第五电阻r5的第二端相连。
[0039]
控制器为单片机，控制器与第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第
五开关k和控制器连接，用于控制开关的通断以及第一采样电路通过控制器的模拟数字转换器进行电压信号采集。
[0040]
第一电阻r1、第二电阻r2和第五电阻r5的阻值相同；第三电阻r3与第六电阻r6的阻值相同；第四电阻r4与第七电阻r7的阻值相同。
[0041]
第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k5均为继电器。
[0042]
第二开关k2与第三开关k3为同时通断的第一开关组，第四开关k4与第五开关k5为同时通断的第二开关组。
[0043]
实施例二
[0044]
如图2所示，一种电容式绝缘检测电路的检测方法，包括以下步骤：
[0045]
步骤s1：如图3所示，断开第一开关k1，闭合第二开关k2和第三开关k3，断开第四开关k4和第五开关k5，对第一电容c1进行第一阶段充电；此时，作为贮能元件的第一电容c1进行第一阶段充电，两端的电位差逐渐增大，一旦第一电容c1两端电压增。至与第三电阻r3两端电压相等时，充电完毕；
[0046]
步骤s2：断开第二开关k2和第三开关k3，闭合第四开关k4和第五开关k5，第一电容c1充当电源进行第一阶段放电，通过第一采样电路采集电压v1；
[0047]
步骤s3：如图4所示，闭合第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3，断开第四开关k4和第五开关k5，第一电容c1进行第二阶段充电；此时，作为贮元件的第一电容c1进行第二阶段充电，其两端的电位差逐渐增大，一旦第一电容c1两端电压增大至与第三电阻r3两端电压相等时，充电完毕；
[0048]
步骤s4：断开第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3，闭合第四开关k4和第五开关k5，第一电容c1充当电源进行第二阶段放电，通过第一采样电路采集电压v2；
[0049]
步骤s5：根据电压v1和电压v2计算待测高压输入正极dc+和负极dc-对地的第一绝缘电阻rp和第二绝缘电阻rn；计算第一绝缘电阻rp和第二绝缘电阻rn时采用以下公式：
[0050][0051][0052]
式中，rp、rn、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7分别为第一绝缘电阻r
p
、第一绝缘电阻rn、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7，v
fixed
、v1、v2分别为所述高压电源总电压、步骤s3中的采集电压v1和步骤s4中的采集电压v2。符号“//”表示电阻并联后所得的电阻，例如公式1中r
p
//(r2+r3+r4)表示电阻r
p
与电阻r2+r3+r4并联所得的电阻值。
[0053]
由公式1和公式2得到：
[0054]
[0055][0056]
除r
p
、rn以外，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、v
fixed
、v1及v2均为已知量，可根据已知量代入公式三和公式四中求出高压输入正极端对地的第一绝缘电阻r
p
的阻值和高压输入负极端对地的第二绝缘电阻rn的阻值。
[0057]
由上述公式三和公式四组成方程组，分别计算化简得到下面公式：
[0058][0059][0060]
其中，ra＝r2+r3+r4＝r5+r6+r7，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、v
fixed
、v1及v2均为已知量，代入上述公式五及公式六，即可得rp、rn的值。
[0061]
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。