CN106908748A - 一种程控电阻耦合电容模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种程控电阻耦合电容模拟器，所述程控电阻耦合电容模拟器包括微控制器与多通道继电器驱动器和电阻耦合电容模块，所述电阻耦合电容模块包括并联的多阻值可调电阻模块与多容值可调电容模块，所述多通道继电器驱动器驱动所述电阻耦合电容模块中的开关器件。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域；更具体而言，本发明涉及新能源汽车的高压电安全。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，新能源汽车带来的安全问题越来越严重，其中就包括高压电安全。
新能源汽车内部一般都带有高压电池组，电池组与车体之间互相隔离，保证乘客不会触电。为了监控高压电池组与车体之间的绝缘情况，整车厂会在新能源汽车中添加一个绝缘检测仪。这个绝缘检测仪测量的是高压环境下整车的绝缘电阻。
众所周知，对于高压系统来说，高压电池组与车体之间不可避免存在耦合电容(包括平板电容与人为添加的滤波电容)并且汽车在不同工况下耦合电容是变化的(如阴雨天耦合电容变大)。当绝缘检测仪测量高压系统的绝缘电阻过程中，会受到此耦合电容的影响。当耦合电容过大时，甚至导致绝缘检测仪测量错误。
为了检测绝缘检测仪性能的好坏，需要有一台设备可以模拟整车遇到的所有绝缘情况。这些情况就是由不同容值的耦合电容与不同阻值的绝缘电阻形成的矩阵。如下表：
传统测试绝缘检测仪的方式是用单个定值电阻和单个定值电容模拟一种情况，这种方式受限于测试次数，一般都是选择几个定点来做测试。无法准确完整描述绝缘检测仪的真实测量精度。
基于实际测试的需求，需要一种可以自动调整耦合电容值与电阻值的设备来测试绝缘检测仪的精度。
发明内容
为了解决上述问题，发明人将多阻值可调电阻模块与多容值可调电容模块并联形成可调电阻耦合电容模拟器。将按照固定电阻值序列1:2:2:5选择固定电阻做成的两阻值可调电阻模块串联形成多阻值可调电阻模块。将按照固定电容值序列1:2:2:5选择固定电容做成的两容值可调电容模块并联形成多容值可调电容模块。
因此，在第一方面，本发明提供了一种多值可调元件模块，其特征在于，所述多值可调元件模块包括串联或并联的4×n个两值可调元件模块，且n大于等于1，每个所述两值可调元件模块由固定值元件与开关器件并联或串联形成；对于所述n组4个两值可调元件模块中的每一组，所述固定值元件中最小值的值为1个单位，则另外3个固定值元件的值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两值可调元件模块的单位值以10的倍数递增。
在一个实施方案中，n大于等于3、4、5、6、7、8、9、10、15、20或50。
在一个实施方案中，所述开关器件是高压干簧继电器或高压水银继电器。
在一个优选实施方案中，所述多值可调元件模块为多阻值可调电阻模块，所述多阻值可调电阻模块包括串联的4×n个两阻值可调电阻模块，且n大于等于1，每个所述两阻值可调电阻模块由固定值电阻与开关器件并联形成；对于所述n组4个两阻值可调电阻模块中的每一组，所述固定值电阻中最小电阻的电阻值为1个单位，则另外3个固定值电阻的电阻值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两阻值可调电阻模块的单位电阻值以10的倍数递增。
在一个更优选实施方案中，所述n组两阻值可调电阻模块的最小单位电阻值是1Ω和10KΩ之间的任意值，如5Ω、10Ω、100Ω、0.5KΩ、1KΩ或5KΩ。
在另一个更优选实施方案中，所述多阻值可调电阻模块还包括与所述两阻值可调电阻模块串联的限流电阻，例如阻值不大于1KΩ、10Ω、1Ω或0.1Ω的电阻。
在另一个优选实施方案中，所述多值可调元件模块为多容值可调电容模块，所述多容值可调电容模块包括并联的4×n个两容值可调电容模块，且n大于等于1，每个所述两容值可调电容模块由固定值电容与开关器件并联形成；对于所述n组4个两容值可调电容模块中的每一组，所述固定值电容中最小电容的电容值为1个单位，则另外3个固定值电容的电容值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两容值可调电容模块的单位电容值以10的倍数递增。
在一个更优选实施方案中，所述n组两容值可调电容模块的最小单位电容值是0.1nF和100nF之间的任意值，如0.5nF、1nF、5nF、10nF或50nF。
在第二方面，本发明提供了一种可调电阻耦合电容模块，所述电阻耦合电容模块包括并联的根据本发明第一方面所述的多阻值可调电阻模块与多容值可调电容模块。
在第三方面，本发明提供了一种程控电阻耦合电容模拟器，所述程控电阻耦合电容模拟器包括微控制器与多通道继电器驱动器和根据本发明第二方面的电阻耦合电容模块，所述多通道继电器驱动器驱动所述电阻耦合电容模块中的开关器件。
在一个优选的实施方案中，所述程控电阻耦合电容模拟器还包括用于与外部通讯的RS232串口或CAN总线。
附图说明
图1是两阻值可调电阻模块的示意图。
图2是两容值可调电容模块的示意图。
图3是多阻值可调电阻模块的示意图。
图4是多容值可调电容模块的示意图。
图5是可调电阻耦合电容模块的示意图。
图6是程控电阻电容模拟器的示意图。
具体实施方式
在本发明的一个具体实施方案中，使用高压干簧继电器与固定值电阻并联形成两阻值可调电阻模块，如图1所示。
在本发明的一个具体实施方案中，使用高压干簧继电器与固定值电容串联形成两容值可调电容模块，如图2所示。
在本发明的一个具体实施方案中，将不同阻值的两阻值可调电阻模块串联形成多阻值可调电阻模块，如图3所示。
在本发明的一个具体实施方案中，将不同容值的两容值可调电容模块并联形成多容值可调电容模块如图4所示。
在本发明的一个具体实施方案中，将多阻值可调电阻模块与多容值可调电容模块并联形成可调电阻耦合电容模块，如图5所示。
在本发明的一个具体实施方案中，在可调电阻耦合电容模块回路中串入一个大功率小阻值电阻防止过流损坏高压干簧继电器，如图5所示。
在本发明的一个具体实施方案中，使用MCU(微控制器)控制多路驱动器驱动可调电阻电容模拟器中的高压干簧继电器，实现自动程序控制。实现程电阻电容程控模拟器，即绝缘电阻程控模拟器。如图6所示。
在本发明中，两阻值可调电阻模块中的电阻可以是电阻组合序列、两容值可调电容模块中的电容可以是电容组合序列，如采用多个小阻值串联或者多个小容值并联方式。
在本发明中，所述最小单位电阻值、所述最小单位电容值选择的范围可以变换，扩大或者缩小电阻电容值得可调范围。例如，所述最小单位电阻值是0.1KΩ、1KΩ、10KΩ或者0.1KΩ和10KΩ之间的任意值。
在本发明中，所述开关器件不限于高压干簧继电器，可以换成其他类型的开关器件，如高压水银继电器等。
本发明的基本原理：
如图1所示：使用高压干簧继电器跟电阻并联形成两阻值可调电阻模块。当高压干簧继电器吸合时，两阻值可调电阻模块的电阻值相当于0Ω；当高压干簧继电器断开时，两阻值可调电阻模块的电阻值相当于电阻的真实阻值。
如图2所示：使用高压干簧继电器跟电容串联形成两容值可调电容模块。当高压干簧继电器吸合时，两容值可调电容模块的电容值相当于电容的真实容值，当高压干簧继电器断开时，两容值可调电容模块的电容值相当于0uF。
通过发明人的研究，1:2:2:5这个比例有一个很好的优点，就是按照这个比值选出的电阻值可以串联出1至10以内的任意一个电阻值。比如选择1KΩ、2KΩ、2KΩ、5KΩ四颗定值电阻，串联出1KΩ至10KΩ的方法如下：
以此类推，选择10KΩ、20KΩ、20KΩ、50KΩ就可以串联出10KΩ至100KΩ中的任一10KΩ整数倍的电阻值。如果选择1KΩ、2KΩ、2KΩ、5KΩ与10KΩ、20KΩ、20KΩ、50KΩ就可以串联出1KΩ至100KΩ中的任一1KΩ整数倍的电阻值。同样对于电容的并联也可以按照1:2:2:5的比例来选择。
所以按照固定的电阻值序列1：2：2：5挑选固定值电阻：1KΩ、2KΩ、2KΩ、5KΩ、10KΩ、20KΩ、20KΩ、50KΩ、100KΩ、200KΩ、200KΩ、500KΩ、1MΩ、2MΩ、2MΩ、5MΩ、10MΩ、20MΩ、20MΩ、50MΩ、100MΩ、200MΩ、200MΩ、500MΩ。每一颗固定值电阻均与一个高压干簧继电器并联形成图1所示的两阻值可调电阻模块，然后将这些不同阻值的两阻值可调电阻模块串联起来形成多阻值可调电阻模块，此多阻值可调电阻模块可以调整出1KΩ至1GΩ中的任意一个1KΩ整数倍的电阻值。如图3所示。
按照固定电容值序列1：2：2：5挑选固定值电容：10nF、20nF、20nF、50nF、100nF、200nF、200nF、500nF。每一颗电容值均与一个高压干簧继电器串联形成图2所示的两容值可调电容模块，然后将这些不同容值的两容值可调电容模块并联起来形成多容值可调电容模块，此多容值可调电容模块可以调整出10nF至1uF之间的任意一个10nF整数倍的电容值。如图4所示。
然后将多阻值可调电阻模块与多容值可调电容模块并联起来，形成阻值与容值均可调的可调电阻耦合电容模块。这样可以分别调整电容值和电阻值，实现1KΩ至1GΩ间任意一个阻值耦合10nF至1uF之间的任意一个容值，即满足绝缘电阻测试仪的测试要求。如图5所示。
此设计中在可调电阻序列中前端添加了一个大功率1KΩ的固定值电阻：图5中的R0。此电阻的作用是避免测试过程中，所有的高压干簧继电器都闭合，此时电阻模拟器输出0Ω，在外部高压作用下，形成很大电流损坏高压干簧继电器。此设计提高了系统的可靠性。
在此基础上，添加MCU与多通道继电器驱动，控制电动车绝缘电阻模拟器中高压干簧继电器的吸合，并通过RS232串口或者CAN总线与外部通讯。实现自动程序控制即实现了程控电阻耦合电容模拟器。电路结构如图6所示。
本发明技术方案的有益效果：本发明已经成功应用到了电动汽车实验室用绝缘电阻模拟器设备中，其应用将填补市场的空白，为高压绝缘电阻测量设备的检测与校准提供了解决方案。
Claims (10)
1.一种多值可调元件模块，其特征在于，所述多值可调元件模块包括串联或并联的4×n个两值可调元件模块，且n大于等于1，每个所述两值可调元件模块由固定值元件与开关器件并联或串联形成；对于所述n组4个两值可调元件模块中的每一组，所述固定值元件中最小值的值为1个单位，则另外3个固定值元件的值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两值可调元件模块的单位值以10的倍数递增。
2.根据权利要求1的多值可调元件模块，其特征在于，所述开关器件是高压干簧继电器或高压水银继电器。
3.根据权利要求1或2所述的多值可调元件模块，所述多值可调元件模块为多阻值可调电阻模块，其特征在于，所述多阻值可调电阻模块包括串联的4×n个两阻值可调电阻模块，且n大于等于1，每个所述两阻值可调电阻模块由固定值电阻与开关器件并联形成；对于所述n组4个两阻值可调电阻模块中的每一组，所述固定值电阻中最小电阻的电阻值为1个单位，则另外3个固定值电阻的电阻值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两阻值可调电阻模块的单位电阻值以10的倍数递增。
4.根据权利要求3所述的多值可调元件模块，其特征在于，所述n组两阻值可调电阻模块的最小单位电阻值是1Ω和10KΩ之间的任意值。
5.根据权利要求3的多值可调元件模块，其特征在于，所述多阻值可调电阻模块还包括与所述两阻值可调电阻模块串联阻值不大于1KΩ、10Ω、1Ω或0.1Ω的电阻。
6.根据权利要求1或2所述的多值可调元件模块，所述多值可调元件模块为多容值可调电容模块，其特征在于，所述多容值可调电容模块包括并联的4×n个两容值可调电容模块，且n大于等于1，每个所述两容值可调电容模块由固定值电容与开关器件并联形成；对于所述n组4个两容值可调电容模块中的每一组，所述固定值电容中最小电容的电容值为1个单位，则另外3个固定值电容的电容值为2个单位、2个单位和5个单位；在n大于等于2时，所述n组两容值可调电容模块的单位电容值以10的倍数递增。
7.根据权利要求6所述的多值可调元件模块，其特征在于，所述n组两容值可调电容模块的最小单位电容值是0.1nF和100nF之间的任意值。
8.一种可调电阻耦合电容模块，其特征在于，所述电阻耦合电容模块包括并联的根据权利要求3-5任一项所述的多值可调元件模块与根据权利要求6或7所述的多值可调元件模块。
9.一种程控电阻耦合电容模拟器，其特征在于，所述程控电阻耦合电容模拟器包括微控制器与多通道继电器驱动器和根据权利要求8的电阻耦合电容模块，所述多通道继电器驱动器驱动所述电阻耦合电容模块中的开关器件。
10.根据权利要求9的程控电阻耦合电容模拟器，其特征在于，所述程控电阻耦合电容模拟器还包括用于与外部通讯的RS232串口或CAN总线。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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