專(zhuān)利名稱(chēng)：高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣失效檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
車(chē)載應(yīng)用時(shí)，由于各種情況，極易發(fā)生電路的高壓端與低壓端絕緣失效情況，造成電子系統(tǒng)的損壞，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為此，必須要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)及絕緣失效情況下的器件保護(hù)。絕緣檢測(cè)電路作為系統(tǒng)的附屬子電路，必須滿足以下幾個(gè)基本要求1)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占空間盡可能小；2)電路必須穩(wěn)定可靠。采用的元器件盡量簡(jiǎn)單，不含不穩(wěn)定元件；3)電路可移植性好，能夠輕易面對(duì)復(fù)雜情況。現(xiàn)有的絕緣檢測(cè)及保護(hù)電路所占體積較大，成本較高，不適用于集成度較高的電路中。另外，在實(shí)際工作中有可能會(huì)遇到正、負(fù)高壓端與低壓端之間的的絕緣同時(shí)失效的情況，如果這兩端的漏電阻阻值相等，現(xiàn)有的電橋平衡式絕緣檢測(cè)電路將無(wú)法檢測(cè)出絕緣失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其不僅能夠檢測(cè)出正高壓端與低壓端之間的絕緣失效以及負(fù)高壓端與低壓端之間的絕緣失效，還能檢測(cè)出正高壓端和負(fù)高壓端的絕緣同時(shí)失效的情況。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，包括
第一分壓電路，該第一分壓電路連接在高壓端的電源正極與參考地之間，包括依次串聯(lián)的第一電阻、開(kāi)關(guān)管和第二電阻；
第二分壓電路，該第二分壓電路連接在參考地與高壓端的電源負(fù)極之間，包括依次串聯(lián)的第三電阻和第四電阻；
加法電路，所述加法電路的一個(gè)輸入端與第一分壓電路的輸出端和第二分壓電路的輸出端電連接，另一個(gè)輸入端與一參考電位電連接； 微處理器，該微處理器的信號(hào)輸入端與所述加法電路的輸出端電連接，該微處理器的控制輸出端與所述開(kāi)關(guān)管的控制端電連接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用上述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置進(jìn)行絕緣失效檢測(cè)的方法，包括以下步驟
步驟I，微處理器控制所述的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，
步驟2，微處理器采集加法電路的輸出電壓；
步驟3，微處理器將采集到的加法電路的輸出電壓與一預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若高于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源負(fù)極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)， 則控制所述的開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，將開(kāi)關(guān)管處于斷開(kāi)時(shí)所采集到的加法電路的輸出電壓值與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預(yù)設(shè)電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負(fù)極與參考地之間均存在絕緣失效。上述的絕緣失效檢測(cè)方法，其中，加法電路包括運(yùn)算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；運(yùn)算放大器的正相端與所述的參考電位電連接；第五電阻的一端連接于開(kāi)關(guān)管和第二電阻的連接點(diǎn)，另一端與運(yùn)算放大器的反相端電連接；第六電阻的一端連接于第三電阻和第四電阻的連接點(diǎn)，另一端與運(yùn)算放大器的反相端電連接；第七電阻的兩端分別與運(yùn)算放大器的反相端和輸出端電連接；第一電阻與第四電阻的阻值相等，第二電阻與第三電阻的阻值相等；第五電阻、第六電阻和第七電阻的阻值相等；開(kāi)關(guān)管為NMOS場(chǎng)效應(yīng)管， 該NMOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接，源極與第二電阻的一端連接。上述的絕緣失效檢測(cè)方法，其中，當(dāng)所述微處理器判斷高壓端的正極與參考地之間存在絕緣失效時(shí)，根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算高壓端的電源正極與參考地的絕緣電阻X1
v (a + h)· c
\ .ν,-Ι ΥΙ η.ν,-Γ/, νΛ
「— -’.2b 當(dāng)所述微處理器判斷高壓端的負(fù)極與參考地之間存在絕緣失效時(shí)，根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算高壓端的電源負(fù)極與參考地的絕緣電阻X2
^ (a-Ii)* c 1 2h
當(dāng)所述微處理器判斷高壓端的電源正、負(fù)極均與參考地之間存在絕緣失效時(shí)，根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算高壓端的電源正極與參考地的絕緣電阻X1以及高壓端的電源負(fù)極與參考地的絕緣電阻X2:
r 2 · a- C- (b2 — b)
X: (a + b)(a- b2)
2 ■ a - c ■ (b-·^ - b)
I __、* J
” a2 + 3ab — ab2 + bb2
其中:S:灰·;卞了 ;b=3*Vf — Uc ;b2=3*Vf — Uc ；c= ( + ) 為第一電阻和第四
電阻的阻值，R2為第二電阻和第三電阻的阻值，Vdc為高壓端的電源值大小，Vf為與加法電路連接的參考電位的電壓值，U。為加法電路的輸出電壓值，b是根據(jù)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的U。計(jì)算得出的參數(shù)，b2是根據(jù)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)的U。計(jì)算得出的參數(shù)。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明解決了在正、負(fù)高壓端與低壓端之間的絕緣同時(shí)失效的情況下有可能發(fā)生的漏檢問(wèn)題。此外，通過(guò)本發(fā)明還能計(jì)算出絕緣電阻的阻值大小以做電路的擴(kuò)展應(yīng)用。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果可靠性高。


圖I是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的原理框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置包括第一分壓電路I、第二分壓電路2、加法電路3和微處理器4。第一分壓電路I連接在高壓端的電源Vdc的正極與參考地(低壓端)之間，其與高壓端的電源正極與參考地之間的絕緣電阻X1并聯(lián)；第二分壓電路2連接在參考地與高壓端的電源Vdc的負(fù)極之間，其與高壓端的電源負(fù)極與參考地之間的絕緣電阻X2并聯(lián)。第一分壓電路I包括依次串聯(lián)的第一電阻Ra、開(kāi)關(guān)管S和第二電阻Rb。第二分壓電路2包括依次串聯(lián)的第三電阻Re和第四電阻Rd。加法電路3的一個(gè)輸入端與第一分壓電路I的輸出端和第二分壓電路2的輸出端電連接,另一個(gè)輸入端與一參考電位Vf電連接。微處理器4的信號(hào)輸入端與加法電路3的輸出端電連接,微處理器4的控制輸出端與開(kāi)關(guān)管S的控制端電連接。微處理器4包括開(kāi)關(guān)控制單元41、信號(hào)采樣單元42和比較判斷單元43。開(kāi)關(guān)控制單元41用于控制開(kāi)關(guān)管S的導(dǎo)通和斷開(kāi)。信號(hào)采樣單元42用于采集加法電路3的輸出電壓Uc。比較判斷單元43用于接收信號(hào)采樣單元42采集到的加法電路3的輸出電壓Uc，將開(kāi)關(guān)管S處于導(dǎo)通時(shí)所采集到的加法電路的輸出電壓值與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若高于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源負(fù)極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)， 則通知開(kāi)關(guān)控制單元41控制開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)，將開(kāi)關(guān)管S處于斷開(kāi)時(shí)所采集到的加法電路3 的輸出電壓值Uc與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預(yù)設(shè)電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負(fù)極與參考地之間均存在絕緣失效。 在圖2所示的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)管為NMOS場(chǎng)效應(yīng)管P1，該NMOS場(chǎng)效應(yīng)管Pl的漏極與第一電阻Ra的一端連接，源極與第二電阻Rb的一端連接。加法電路3包括運(yùn)算放大器 0P、第五電阻Re、第六電阻Rf和第七電阻Rg。運(yùn)算放大器OP的正相端與參考電位Vf電連接；第五電阻Re的一端連接于開(kāi)關(guān)管和第二電阻Rb的連接點(diǎn)A，另一端與運(yùn)算放大器OP的反相端電連接；第六電阻Rf的一端連接于第三電阻Re和第四電阻Rd的連接點(diǎn)B，另一端與運(yùn)算放大器OP的反相端電連接；第七電阻Rg的兩端分別與運(yùn)算放大器OP的反相端和輸出端電連接。第一電阻Ra與第四電阻Rd的阻值相等，第二電阻Rb與第三電阻Re的阻值相等；第五電阻Re、第六電阻Rf和第七電阻Rg的阻值相等。在圖2中，還示出了設(shè)置在加法電路3與微處理器之間的濾波電路5，該濾波電路5由第八電阻Rh和電容Cl組成。如圖2所示，如果在高、低電壓端間沒(méi)有漏電流(漏電阻)的產(chǎn)生，則通過(guò)A點(diǎn)和B 的電流相等，有IA=IB。由于A、B兩點(diǎn)到參考地G之間的電阻(Rb和Re)阻值相等，這兩個(gè)電阻上的壓降也相等，即Ua= - UB。運(yùn)放OP的同相端的輸入電壓U+=Vf=1.25V，反相輸入端的輸入電壓U—=( UA+UB)。其中，Vf為與運(yùn)放OP的同相端連接的參考電位的電壓值。由運(yùn)算放大器計(jì)算方程可得％=3*Vf — ( UA+UB)。如果沒(méi)有絕緣失效，則Ua= - Ub，在這種情況下， 運(yùn)放OP的輸出電壓Uc=3*Vf=3. 75V，考慮到測(cè)量誤差因素，將這個(gè)值進(jìn)一步放寬到3. 7V
3.8V。這個(gè)3. 7V 3. 8V也就是前文所述的預(yù)設(shè)電壓范圍。如果有絕緣失效，則Uc取決于實(shí)際的及絕緣電阻，Vdc為高壓端的電源值大小，Vdc的值為預(yù)定值。器件運(yùn)作之前，可通過(guò)本發(fā)明的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置進(jìn)行絕緣檢測(cè)，以判斷器件是否適合開(kāi)啟；在器件運(yùn)行的過(guò)程中，如果隨時(shí)檢測(cè)到漏電流，則可進(jìn)行相關(guān)的絕緣保護(hù)措施(如關(guān)斷器件)。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置的工作原理現(xiàn)介紹如下。在圖I中，乂1和分別為要檢測(cè)的絕緣電阻。Ra、Rb、Re、Rc^PVf均為已知量。Uc 為被檢測(cè)到的輸出量。由于電路中增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)管S，因此可以得到不同的輸出方程，從而計(jì)算出X1和x2。省略推導(dǎo)過(guò)程，計(jì)算方程組如下所示
權(quán)利要求
1.一種高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，包括第一分壓電路，該第一分壓電路連接在高壓端的電源正極與參考地之間，包括依次串聯(lián)的第一電阻、開(kāi)關(guān)管和第二電阻；第二分壓電路，該第二分壓電路連接在參考地與高壓端的電源負(fù)極之間，包括依次串聯(lián)的第三電阻和第四電阻；加法電路，所述加法電路的一個(gè)輸入端與第一分壓電路的輸出端和第二分壓電路的輸出端電連接，另一個(gè)輸入端與一參考電位電連接；微處理器，該微處理器的信號(hào)輸入端與所述加法電路的輸出端電連接，該微處理器的控制輸出端與所述開(kāi)關(guān)管的控制端電連接。
2.如權(quán)利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的微處理器包括開(kāi)關(guān)控制單元，用于控制所述開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和斷開(kāi)；信號(hào)采樣單元，用于采集所述加法電路的輸出電壓；比較判斷單元，用于接收所述信號(hào)采樣單元采集到的加法電路的輸出電壓，將所述的開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通時(shí)所采集到的加法電路的輸出電壓值與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若高于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源負(fù)極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，則通知開(kāi)關(guān)控制單元控制所述開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，將開(kāi)關(guān)管處于斷開(kāi)時(shí)所采集到的加法電路的輸出電壓值與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預(yù)設(shè)電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負(fù)極與參考地之間均存在絕緣失效。
3.如權(quán)利要求2所述的高低壓端失效絕緣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的加法電路包括運(yùn)算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；所述運(yùn)算放大器的正相端與所述的參考電位電連接；第五電阻的一端連接于開(kāi)關(guān)管和第二電阻的連接點(diǎn)，另一端與所述運(yùn)算放大器的反相端電連接；第六電阻的一端連接于第三電阻和第四電阻的連接點(diǎn)，另一端與所述運(yùn)算放大器的反相端電連接；所述第七電阻的兩端分別與所述運(yùn)算放大器的反相端和輸出端電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一電阻與第四電阻的阻值相等，所述的第二電阻與第三電阻的阻值相等；所述的第五電阻、第六電阻和第七電阻的阻值相等。
5.如權(quán)利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的開(kāi)關(guān)管為 NMOS場(chǎng)效應(yīng)管,該NMOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接,源極與第二電阻的一端連接。
6.如權(quán)利要求5所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，當(dāng)所述比較判斷單元判斷高壓端的正極與參考地之間存在絕緣失效時(shí)，根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算高壓端的電源正極與參考地的絕緣電阻X1
7.如權(quán)利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，其特征在于，所述微處理器為MCU 或單片機(jī)。
8.一種利用如權(quán)利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置進(jìn)行絕緣失效檢測(cè)的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟I，微處理器控制所述的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，步驟2，微處理器采集加法電路的輸出電壓；步驟3，微處理器將采集到的加法電路的輸出電壓與一預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若高于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預(yù)設(shè)電壓范圍，則判斷高壓端的電源負(fù)極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)， 則控制所述的開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，將開(kāi)關(guān)管處于斷開(kāi)時(shí)所采集到的加法電路的輸出電壓值與預(yù)設(shè)電壓范圍進(jìn)行比較，若位于該預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預(yù)設(shè)電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負(fù)極與參考地之間均存在絕緣失效。
9.如權(quán)利要求8所述的絕緣失效檢測(cè)方法，其特征在于，所述的加法電路包括運(yùn)算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；所述運(yùn)算放大器的正相端與所述的參考電位電連接；第五電阻的一端連接于開(kāi)關(guān)管和第二電阻的連接點(diǎn)，另一端與所述運(yùn)算放大器的反相端電連接；第六電阻的一端連接于第三電阻和第四電阻的連接點(diǎn)，另一端與所述運(yùn)算放大器的反相端電連接；所述第七電阻的兩端分別與所述運(yùn)算放大器的反相端和輸出端電連接;所述第一電阻與第四電阻的阻值相等，所述的第二電阻與第三電阻的阻值相等；所述的第五電阻、第六電阻和第七電阻的阻值相等；所述的開(kāi)關(guān)管為NMOS場(chǎng)效應(yīng)管，該NMOS場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接，源極與第二電阻的一端連接。
10.如權(quán)利要求9所述的絕緣失效檢測(cè)的方法，其特征在于，在所述步驟3中當(dāng)所述微處理器判斷高壓端的正極與參考地之間存在絕緣失效時(shí)，根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算高壓端的電源正極與參考地的絕緣電阻X1
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高低壓端絕緣失效檢測(cè)裝置，包括連接在高壓端的電源正極與參考地之間的第一分壓電路，其包括依次串聯(lián)的第一電阻、開(kāi)關(guān)管和第二電阻；連接在參考地與高壓端的電源負(fù)極之間的第二分壓電路，其包括依次串聯(lián)的第三電阻和第四電阻；加法電路，加法電路的一個(gè)輸入端與第一分壓電路的輸出端和第二分壓電路的輸出端電連接，另一個(gè)輸入端與一參考電位電連接；微處理器，該微處理器的信號(hào)輸入端與加法電路的輸出端電連接，該微處理器的控制輸出端與開(kāi)關(guān)管的控制端電連接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種利用上述檢測(cè)裝置進(jìn)行絕緣失效檢測(cè)的方法。本發(fā)明能夠檢測(cè)出正高壓端和負(fù)高壓端的絕緣同時(shí)失效的情況。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102692591SQ20121020243
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者廖洪浪, 王蕊, 聶思貴, 范海波, 趙海洋, 馬振東 申請(qǐng)人:浙江科博達(dá)工業(yè)有限公司, 科博達(dá)技術(shù)有限公司