母线绝缘故障检测电路的制作方法

1.本实用新型属于故障检测技术领域，尤其涉及一种母线绝缘故障检测电路。


背景技术：

2.电源系统中绝缘电阻是衡量系统绝缘性能的重要指标，良好的绝缘性能是设备安全的保障。
3.现有技术中，通过采用电桥法(平衡桥和不平衡桥)对正负母线的绝缘阻抗进行在线监测，操作复杂，时效性无法保证，无法快速的判定母线绝缘故障。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种母线绝缘故障检测电路，以解决现有技术中电桥法无法快速判定母线绝缘故障的问题。
5.本实用新型实施例第一方面提供了一种母线绝缘故障检测电路，包括：第一放大模块、第二放大模块、差分放大模块及主控模块；
6.第一放大模块的输入端与母线中点连接，第一放大模块的输出端与差分放大模块的第一输入端连接；
7.第二放大模块的输入端与接地线连接，第二放大模块的输出端与差分放大模块的第二输入端连接；
8.差分放大模块的输出端与主控模块连接。
9.可选的，第一放大模块包括：第一同相比例放大单元及第一滤波单元；
10.第一同相比例放大单元的输入端与第一放大模块的输入端连接，第一同相比例放大单元的输出端与第一滤波单元的输出端及第一放大模块的输出端连接。
11.可选的，第一同相比例放大单元包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第五电阻；
12.第一运算放大器的同相输入端分别与第一电阻的第一端及第二电阻的第一端连接，第一运算放大器的反相输入端分别与第三电阻的第一端及第四电阻的第一端连接，第一运算放大器的输出端分别与第四电阻的第二端及第五电阻的第一端连接；
13.第五电阻的第二端与第一同相比例放大单元的输出端连接；
14.第一电阻的第二端与第一同相比例放大单元的输入端连接；
15.第二电阻的第二端及第三电阻的第二端均与第一接地端连接。
16.可选的，第二放大模块的电路结构与第一放大模块的电路结构相同；母线绝缘故障检测电路还包括：过压保护模块；
17.过压保护模块的第一端与第一放大模块中的第一运算放大器的同相输入端连接，过压保护模块的第二端与第二放大模块中的第一运算放大器的同相输入端连接。
18.可选的，过压保护模块包括：第一二极管及第二二极管；
19.第一二极管的阳极与过压保护模块的第一端及第二二极管的阴极连接，第一二极
管的阴极与过压保护模块的第二端及第二二极管的阳极连接。
20.可选的，母线绝缘故障检测电路还包括：隔离模块；
21.隔离模块的第一输入端与第一放大模块的输出端，隔离模块的第二输入端与第二放大模块的输出端连接，隔离模块的第一输出端与差分放大模块的第一输入端连接，隔离模块的第二输出端与差分放大模块的第二输入端连接。
22.可选的，隔离模块包括：隔离放大器、第一电容及第二电容；
23.隔离放大器的正输入端分别与第一电容的第一端及隔离模块的第一输入端连接，隔离放大器的负输入端分别与第一电容的第二端及隔离模块的第二输入端连接，隔离放大器的输入侧供电端与第一直流电源连接，隔离放大器的输入侧接地端与第一接地端连接；
24.隔离放大器的正输出端分别与第二电容的第一端及隔离模块的第一输出端连接，隔离放大器的负输出端分别与第二电容的第二端及隔离模块的第二输出端连接，隔离放大器的输出侧供电端与第二直流电源连接，隔离放大器的输出侧接地端与第二接地端连接。
25.可选的，差分放大模块包括：差分放大单元、稳压单元及第二滤波单元；
26.差分放大单元的第一输入端与差分放大模块的第一输入端连接，差分放大单元的第二输入端与差分放大模块的第二输入端连接，差分放大单元的输出端与稳压单元的输出端、滤波单元的输出端及差分放大模块的输出端连接。
27.可选的，差分放大单元包括：第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第三电容及第四电容；
28.第二运算放大器的同相输入端与第八电阻的第一端、第九电阻的第一端及第三电容的第一端连接，第二运算放大器的反相输入端分别与第六电阻的第一端、第七电阻的第一端及第四电容的第一端连接，第二运算放大器的输出端分别与第七电阻的第二端、第四电容的第二端及第十电阻的第一端连接；
29.第六电阻的第二端与差分放大单元的第一输入端连接；
30.第八电阻的第二端与差分放大单元的第二输入端连接；
31.第十电阻的第二端与差分放大单元的输出端连接；
32.第九电阻的第二端及第三电容的第二端均与第二接地端连接。
33.可选的，稳压单元包括：第三二极管及第四二极管；
34.第三二极管的阳极分别与稳压单元的输出端及第四二极管的阴极连接，第三二极管的阴极与第三直流电源连接；
35.第四二极管的阳极与第二接地端连接。
36.本实用新型实施例提供了一种母线绝缘故障检测电路，上述电路包括：第一放大模块、第二放大模块、差分放大模块及主控模块；第一放大模块的输入端与母线中点连接，第一放大模块的输出端与差分放大模块的第一输入端连接；第二放大模块的输入端与接地线连接，第二放大模块的输出端与差分放大模块的第二输入端连接；差分放大模块的输出端与主控模块连接。当母线绝缘故障时，会迅速表现为母线中点电位与接地线电位差超过预设值。本实用新型实施例中，通过差分放大模块采集母线中点与接地线之间的电位差，进而主控模块根据该电位差判定是否发生母线绝缘故障，可快速判定是否存在母线绝缘故障，方法简单，速度快。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本实用新型实施例提供的一种母线绝缘故障检测电路的电路结构示意图；
39.图2是本实用新型实施例提供的一种第一放大模块的电路原理图；
40.图3是本实用新型实施例提供的又一种母线绝缘故障检测电路的电路结构示意图；
41.图4是本实用新型实施例提供的一种隔离模块的电路原理图；
42.图5是本实用新型实施例提供的一种差分放大模块的电路原理图；
43.图6是本实用新型实施例提供的电源隔离部分的电路原理图。
具体实施方式
44.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
45.为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
46.参考图1，一种母线绝缘故障检测电路，包括：第一放大模块11、第二放大模块12、差分放大模块13及主控模块14；
47.第一放大模块11的输入端与母线中点middle连接，第一放大模块11的输出端与差分放大模块13的第一输入端连接；
48.第二放大模块12的输入端与接地线连接，第二放大模块12的输出端与差分放大模块13的第二输入端连接；
49.差分放大模块13的输出端与主控模块14连接。
50.当母线不存在绝缘故障时，母线中点middle与接地线之间的压差较小。当母线发生绝缘阻抗故障时，由于正负母线阻抗不平衡，首先表现为正负母线电压不平衡，母线中点middle电压与接地线之间的压差迅速变大，超出预设范围。
51.基于以上，参考图1，本实用新型实施例中采用差分放大模块13检测母线中点middle与接地线之间的压差，进而主控模块14根据压差判定是否发生绝缘阻抗故障。若该压差超过预设范围，则判定存在绝缘阻抗故障；若该压差在预设范围内，则判定不存在绝缘阻抗故障。采用上述实施例提供的母线绝缘故障检测电路，可快速识别出绝缘阻抗故障，且电路结构简单，成本低。
52.一些实施例中，参考图2，第一放大模块11可以包括：第一同相比例放大单元111及第一滤波单元112；
53.第一同相比例放大单元111的输入端与第一放大模块11的输入端连接，第一同相比例放大单元111的输出端与第一滤波单元112的输出端及第一放大模块11的输出端连接。
54.第一放大模块11用于放大采集得到的母线中点middle电压，采用同相比例放大，
输入阻抗高，用于小信号放大。同时设置第一滤波单元112对放大后的信号进行滤波。
55.一些实施例中，参考图2，第一同相比例放大单元111可以包括：第一运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第五电阻r5；
56.第一运算放大器u1的同相输入端分别与第一电阻r1的第一端及第二电阻r2的第一端连接，第一运算放大器u1的反相输入端分别与第三电阻r3的第一端及第四电阻r4的第一端连接，第一运算放大器u1的输出端分别与第四电阻r4的第二端及第五电阻r5的第一端连接；
57.第五电阻r5的第二端与第一同相比例放大单元111的输出端连接；
58.第一电阻r1的第二端与第一同相比例放大单元111的输入端连接；
59.第二电阻r2的第二端及第三电阻r3的第二端均与第一接地端0v2连接。
60.本实用新型实施例中，第三电阻r3和第四电阻r4决定放大倍数。第二电阻r2为下拉电阻，第一电阻r1为直流平衡电阻。
61.一些实施例中，参考图2，第一滤波单元112可以包括：第十一电阻r11及第五电容c5；
62.第十一电阻r11的第一端分别与第一滤波单元112的输出端及第五电容c5的第一端连接，第十一电阻r11的第一端及第五电容c5的第二端均与第一接地端0v2连接。
63.本实用新型实施例中，采用电阻电容滤波，电路结构简单。
64.本实用新型实施例中，参考图2，第一放大模11与第二放大模块12的电路结构可以相同。
65.一些实施例中，参考图2，第二放大模块12的电路结构与第一放大模块11的电路结构相同；母线绝缘故障检测电路还可以包括：过压保护模块15；
66.过压保护模块15的第一端与第一放大模块11中的第一运算放大器u1的同相输入端连接，过压保护模块15的第二端与第二放大模块12中的第一运算放大器u1的同相输入端连接。
67.一些实施例中，参考图2，过压保护模块15可以包括：第一二极管d1及第二二极管d2；
68.第一二极管d1的阳极与过压保护模块15的第一端及第二二极管d2的阴极连接，第一二极管d1的阴极与过压保护模块15的第二端及第二二极管d2的阳极连接。
69.本实用新型实施例中还设置有过压保护模块15，防止运放输入端有大电压接入，损坏运放。例如，第一放大模块11中的第一运算放大器u1的同相输入端电压过高时，第一二极管d1导通钳位；反之，当第二放大模块12中的第一运算放大器u1的同相输入端电压过高时，第二二极管d2导通钳位，可用于保护运放。
70.一些实施例中，参考图3，母线绝缘故障检测电路还可以包括：隔离模块16；
71.隔离模块16的第一输入端与第一放大模块11的输出端，隔离模块16的第二输入端与第二放大模块12的输出端连接，隔离模块16的第一输出端与差分放大模块13的第一输入端连接，隔离模块16的第二输出端与差分放大模块13的第二输入端连接。
72.一些实施例中，参考图4，隔离模块16可以包括：隔离放大器u2、第一电容c1及第二电容c2；
73.隔离放大器u2的正输入端分别与第一电容c1的第一端及隔离模块16的第一输入
端连接，隔离放大器u2的负输入端分别与第一电容c1的第二端及隔离模块16的第二输入端连接，隔离放大器u2的输入侧供电端与第一直流电源+5v2连接，隔离放大器u2的输入侧接地端与第一接地端0v2连接；
74.隔离放大器u2的正输出端分别与第二电容c2的第一端及隔离模块16的第一输出端连接，隔离放大器u2的负输出端分别与第二电容c2的第二端及隔离模块16的第二输出端连接，隔离放大器u2的输出侧供电端与第二直流电源+5v_d连接，隔离放大器u2的输出侧接地端与第二接地端0v连接。
75.本实用新型实施例还设置有隔离模块16，用于信号隔离，避免干扰，提高检测的准确度。
76.一些实施例中，参考图5，差分放大模块13可以包括：差分放大单元131、稳压单元132及第二滤波单元133；
77.差分放大单元131的第一输入端与差分放大模块13的第一输入端连接，差分放大单元131的第二输入端与差分放大模块13的第二输入端连接，差分放大单元131的输出端与稳压单元132的输出端、滤波单元的输出端及差分放大模块13的输出端连接。
78.一些实施例中，参考图5，差分放大单元131可以包括：第二运算放大器u3、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第三电容c3及第四电容c4；
79.第二运算放大器u3的同相输入端与第八电阻r8的第一端、第九电阻r9的第一端及第三电容c3的第一端连接，第二运算放大器u3的反相输入端分别与第六电阻r6的第一端、第七电阻r7的第一端及第四电容c4的第一端连接，第二运算放大器u3的输出端分别与第七电阻r7的第二端、第四电容c4的第二端及第十电阻r10的第一端连接；
80.第六电阻r6的第二端与差分放大单元131的第一输入端连接；
81.第八电阻r8的第二端与差分放大单元131的第二输入端连接；
82.第十电阻r10的第二端与差分放大单元131的输出端连接；
83.第九电阻r9的第二端及第三电容c3的第二端均与第二接地端0v连接。
84.一些实施例中，参考图5，稳压单元132可以包括：第三二极管d3及第四二极管d4；
85.第三二极管d3的阳极分别与稳压单元132的输出端及第四二极管d4的阴极连接，第三二极管d3的阴极与第三直流电源+3.3v_a连接；
86.第四二极管d4的阳极与第二接地端0v连接。
87.本实用新型实施例中在差分放大单元131输出端设置稳压单元132，用于电压钳位，保护运放的输出级。例如，第三直流电源+3.3v_a可以为3.3v，当输出电压大于3.3v+0.7v时，第三二极管d3导通，电压钳位；同理，当输出电压小于-0.7v时，第四二极管d4导通，电压钳位，防止后端负载引入干扰使得第二运算放大器u3的输出电压过高，损坏运放，有效保护运放的输出级。
88.一些实施例中，参考图5，第二滤波单元133的电路结构可以与第一滤波单元112的电路结构相同，采用简单的电容电阻实现滤波，效果好，电路简单，成本低。
89.本实用新型实施例中第一直流电源+5v2与第一接地端0v2对应，第二直流电源+5v_d和第三直流电源+3.3v_a与第二接地端0v对应，第一接地端0v2和第二接地端0v隔离。例如，可采用图6所示的电路，利用隔离电源芯片实现电源及接地隔离，具体电路原理在此不再赘述。
90.进一步的，可采用三端稳压器，由第二直流电源+5v_d降压得到第三直流电源+3.3v_a。
91.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。