專利名稱：高低壓端絕緣失效檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及絕緣失效檢測技術。
背景技術：
車載應用時，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)嚴重的安全事故。為此，必須要采取相應的措施進行系統(tǒng)的絕緣檢測及絕緣失效情況下的器件保護。絕緣檢測電路作為系統(tǒng)的附屬子電路，必須滿足以下幾個基本要求1)電路結構簡單，所占空間盡可能??；2)電路必須穩(wěn)定可靠。采用的元器件盡量簡單，不含不穩(wěn)定元件；3)電路可移植性好，能夠輕易面對復雜情況?，F(xiàn)有的絕緣檢測及保護電路所占體積較大，成本較高，不適用于集成度較高的電路中。另外，在實際工作中有可能會遇到正、負高壓端與低壓端之間的的絕緣同時失效的情況，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電路將無法檢測出絕緣失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種高低壓端絕緣失效檢測裝置，其不僅能夠檢測出正高壓端與低壓端之間的絕緣失效以及負高壓端與低壓端之間的絕緣失效，還能檢測出正高壓端和負高壓端的絕緣同時失效的情況。本發(fā)明所采用的技術方案是一種高低壓端絕緣失效檢測裝置，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、開關管和第二電阻；
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，另一個輸入端與一參考電位電連接； 微處理器，該微處理器的信號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關管的控制端電連接。本發(fā)明還公開了一種利用上述的高低壓端絕緣失效檢測裝置進行絕緣失效檢測的方法，包括以下步驟
步驟I，微處理器控制所述的開關管導通，
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設電壓范圍進行比較，若高于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源負極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預設電壓范圍內(nèi)， 則控制所述的開關管斷開，將開關管處于斷開時所采集到的加法電路的輸出電壓值與預設電壓范圍進行比較，若位于該預設電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預設電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負極與參考地之間均存在絕緣失效。上述的絕緣失效檢測方法，其中，加法電路包括運算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；運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關管和第二電阻的連接點，另一端與運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，另一端與運算放大器的反相端電連接；第七電阻的兩端分別與運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；開關管為NMOS場效應管， 該NMOS場效應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方法，其中，當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，根據(jù)以下公式來計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 當所述微處理器判斷高壓端的負極與參考地之間存在絕緣失效時，根據(jù)以下公式來計算高壓端的電源負極與參考地的絕緣電阻X2
^ (a-Ii)* c 1 2h
當所述微處理器判斷高壓端的電源正、負極均與參考地之間存在絕緣失效時，根據(jù)以下公式來計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)開關管導通時的U。計算得出的參數(shù)，b2是根據(jù)開關管斷開時的U。計算得出的參數(shù)。采用上述技術方案后，本發(fā)明解決了在正、負高壓端與低壓端之間的絕緣同時失效的情況下有可能發(fā)生的漏檢問題。此外，通過本發(fā)明還能計算出絕緣電阻的阻值大小以做電路的擴展應用。本發(fā)明電路結構簡單，檢測結果可靠性高。


圖I是根據(jù)本發(fā)明一實施例的原理框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做出進一步的說明。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明一實施例的高低壓端絕緣失效檢測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的負極之間，其與高壓端的電源負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、開關管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,另一個輸入端與一參考電位Vf電連接。微處理器4的信號輸入端與加法電路3的輸出端電連接,微處理器4的控制輸出端與開關管S的控制端電連接。微處理器4包括開關控制單元41、信號采樣單元42和比較判斷單元43。開關控制單元41用于控制開關管S的導通和斷開。信號采樣單元42用于采集加法電路3的輸出電壓Uc。比較判斷單元43用于接收信號采樣單元42采集到的加法電路3的輸出電壓Uc，將開關管S處于導通時所采集到的加法電路的輸出電壓值與預設電壓范圍進行比較，若高于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源負極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預設電壓范圍內(nèi)， 則通知開關控制單元41控制開關管S斷開，將開關管S處于斷開時所采集到的加法電路3 的輸出電壓值Uc與預設電壓范圍進行比較，若位于該預設電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預設電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負極與參考地之間均存在絕緣失效。 在圖2所示的實施例中，開關管為NMOS場效應管P1，該NMOS場效應管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包括運算放大器 0P、第五電阻Re、第六電阻Rf和第七電阻Rg。運算放大器OP的正相端與參考電位Vf電連接；第五電阻Re的一端連接于開關管和第二電阻Rb的連接點A，另一端與運算放大器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B，另一端與運算放大器OP的反相端電連接；第七電阻Rg的兩端分別與運算放大器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、低電壓端間沒有漏電流(漏電阻)的產(chǎn)生，則通過A點和B 的電流相等，有IA=IB。由于A、B兩點到參考地G之間的電阻(Rb和Re)阻值相等，這兩個電阻上的壓降也相等，即Ua= - UB。運放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為與運放OP的同相端連接的參考電位的電壓值。由運算放大器計算方程可得％=3*Vf — ( UA+UB)。如果沒有絕緣失效，則Ua= - Ub，在這種情況下， 運放OP的輸出電壓Uc=3*Vf=3. 75V，考慮到測量誤差因素，將這個值進一步放寬到3. 7V
3.8V。這個3. 7V 3. 8V也就是前文所述的預設電壓范圍。如果有絕緣失效，則Uc取決于實際的及絕緣電阻，Vdc為高壓端的電源值大小，Vdc的值為預定值。器件運作之前，可通過本發(fā)明的高低壓端絕緣失效檢測裝置進行絕緣檢測，以判斷器件是否適合開啟；在器件運行的過程中，如果隨時檢測到漏電流，則可進行相關的絕緣保護措施(如關斷器件)。根據(jù)本發(fā)明一實施例的高低壓端絕緣失效檢測裝置的工作原理現(xiàn)介紹如下。在圖I中，乂1和分別為要檢測的絕緣電阻。Ra、Rb、Re、Rc^PVf均為已知量。Uc 為被檢測到的輸出量。由于電路中增加了一個開關管S，因此可以得到不同的輸出方程，從而計算出X1和x2。省略推導過程，計算方程組如下所示
權利要求
1.一種高低壓端絕緣失效檢測裝置，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、開關管和第二電阻；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，另一個輸入端與一參考電位電連接；微處理器，該微處理器的信號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關管的控制端電連接。
2.如權利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置，其特征在于，所述的微處理器包括開關控制單元，用于控制所述開關管的導通和斷開；信號采樣單元，用于采集所述加法電路的輸出電壓；比較判斷單元，用于接收所述信號采樣單元采集到的加法電路的輸出電壓，將所述的開關管處于導通時所采集到的加法電路的輸出電壓值與預設電壓范圍進行比較，若高于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源負極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預設電壓范圍內(nèi)，則通知開關控制單元控制所述開關管斷開，將開關管處于斷開時所采集到的加法電路的輸出電壓值與預設電壓范圍進行比較，若位于該預設電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預設電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負極與參考地之間均存在絕緣失效。
3.如權利要求2所述的高低壓端失效絕緣檢測裝置，其特征在于，所述的加法電路包括運算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；所述運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關管和第二電阻的連接點，另一端與所述運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，另一端與所述運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算放大器的反相端和輸出端電連接。
4.如權利要求3所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置，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.如權利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置，其特征在于，所述的開關管為 NMOS場效應管,該NMOS場效應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.如權利要求5所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置，其特征在于，當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，根據(jù)以下公式來計算高壓端的電源正極與參考地的絕緣電阻X1
7.如權利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置，其特征在于，所述微處理器為MCU 或單片機。
8.一種利用如權利要求I所述的高低壓端絕緣失效檢測裝置進行絕緣失效檢測的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟I，微處理器控制所述的開關管導通，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設電壓范圍進行比較，若高于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源正極與參考地之間存在絕緣失效，若低于該預設電壓范圍，則判斷高壓端的電源負極與參考地之間存在絕緣失效，若位于該預設電壓范圍內(nèi)， 則控制所述的開關管斷開，將開關管處于斷開時所采集到的加法電路的輸出電壓值與預設電壓范圍進行比較，若位于該預設電壓范圍內(nèi)，則判斷高壓端與參考地之間的絕緣正常，若高于預設電壓范圍，判斷高壓端的電源正、負極與參考地之間均存在絕緣失效。
9.如權利要求8所述的絕緣失效檢測方法，其特征在于，所述的加法電路包括運算放大器、第五電阻、第六電阻和第七電阻；所述運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關管和第二電阻的連接點，另一端與所述運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，另一端與所述運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；所述的開關管為NMOS場效應管，該NMOS場效應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.如權利要求9所述的絕緣失效檢測的方法，其特征在于，在所述步驟3中當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，根據(jù)以下公式來計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)明公開了一種高低壓端絕緣失效檢測裝置，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、開關管和第二電阻；連接在參考地與高壓端的電源負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，另一個輸入端與一參考電位電連接；微處理器，該微處理器的信號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關管的控制端電連接。本發(fā)明還公開了一種利用上述檢測裝置進行絕緣失效檢測的方法。本發(fā)明能夠檢測出正高壓端和負高壓端的絕緣同時失效的情況。
文檔編號G01R31/12GK102692591SQ20121020243
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日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 申請人:浙江科博達工業(yè)有限公司, 科博達技術有限公司