CN108152589B - 直流电源绝缘电阻检测电路及方法 - Google Patents

直流电源绝缘电阻检测电路及方法 Download PDF

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CN108152589B CN201711330245.0A CN201711330245A CN108152589B CN 108152589 B CN108152589 B CN 108152589B CN 201711330245 A CN201711330245 A CN 201711330245A CN 108152589 B CN108152589 B CN 108152589B
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Abstract

本发明涉及直流电源应用技术，解决了现有检测电路和方法不能快速而精确的检测直流电源绝缘电阻的问题。技术方案概括为：直流电源绝缘电阻检测电路，包括直流电源、机壳、控制处理模块、正绝缘电阻、负绝缘电阻、检测电阻一、检测电阻二、检测电阻三、检测电阻四、检测开关一、检测开关二和地线，其中检测开关一和检测开关二无论处于何种工作状态，检测电阻一和检测电阻二都构成直流电源正级与机壳间的放电通路，检测电阻三和检测电阻四都构成直流电源负级与机壳间的放电通路。有益效果是：本发明能够既快速又精确的对直流电源绝缘电阻进行检测。特别适用于光伏发电领域和电动汽车领域。

Description

直流电源绝缘电阻检测电路及方法
技术领域
本发明涉及直流电源应用技术，特别涉及直流电源绝缘电阻的检测技术。
背景技术
在直流电源应用方面，其绝缘电阻若小于规定值，会影响用电设备的正常运行，甚至威胁人的生命安全。现有技术用来检测直流电源绝缘电阻的方法，有交流信号注入检测法和直流检测法。其中交流信号注入检测法电路结构较复杂，开发难度较大，成本较高；而直流检测法将检测开关设置在检测电阻之间，由于在实际的直流电源系统中，例如光伏发电领域和电动汽车领域，电源系统的正级和负极对壳体存在等效电容，检测开关需要在闭合或断开一段时间后电路才能达到稳定状态，绝缘电阻的阻值越大，趋于稳定的时间就越长，因此就导致绝缘电阻的检测周期受到影响，当检测开关切换后，若立即采集相应电压，将很大程度的影响绝缘电阻检测的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速精确的检测直流电源绝缘电阻的电路和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：直流电源绝缘电阻检测电路，包括直流电源、机壳、控制处理模块、正绝缘电阻、负绝缘电阻、检测电阻一、检测电阻二、检测电阻三、检测电阻四、检测开关一、检测开关二和地线，其中正绝缘电阻的一端与直流电源正极和检测电阻一的一端连接，另一端与机壳、负绝缘电阻的一端和检测开关一的一个静触点连接，检测电阻二的一端与检测电阻一的另一端和检测开关二的一个静触点连接，另一端与检测电阻三的一端、检测开关二的另一个静触点和检测开关一的另一个静触点连接，检测电阻四的一端与检测电阻三的另一端和控制处理模块连接，另一端与直流电源负极、负绝缘电阻的另一端、控制处理模块和地线连接，检测开关一的控制端和检测开关二的控制端分别与控制处理模块连接；
其中检测开关一和检测开关二无论处于何种工作状态，检测电阻一和检测电阻二都构成直流电源正级与机壳间的放电通路，检测电阻三和检测电阻四都构成直流电源负级与机壳间的放电通路；
其中检测开关一和检测开关二能由控制处理模块控制闭合和断开，设只有检测开关一闭合时检测电阻四两端电压值为VS1，检测开关一和检测开关二都闭合时检测电阻四两端电压值为VS2,检测开关一和检测开关二都断开时检测电阻四两端电压值为VS3，控制处理模块将检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值、检测电阻四的阻值、VS1、VS2和VS3进行处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
进一步的，控制处理模块可以包括滤波电路、模数转换器、隔离通信模块、微控制器模块和通信模块，其中滤波电路分别与检测电阻四的两端和模数转换器连接，隔离通信模块分别与模数转换器和微控制器模块连接，微控制器模块分别与检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接。
进一步的，控制处理模块可以包括滤波电路、隔离放大电路、微控制器模块和通信模块，其中滤波电路分别与检测电阻四的两端和隔离放大电路连接，微控制器模块分别与隔离放大电路、检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接。
进一步的，检测开关一采用三极管、场效应管或继电器，检测开关二采用三极管、场效应管或继电器。
进一步的，检测开关一采用三极管，检测开关二采用三极管，其中检测开关一的基极与控制处理模块连接，发射极与正绝缘电阻的另一端、负绝缘电阻的一端和机壳连接，集电极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关二的发射极连接，检测开关二的集电极与检测电阻一的另一端和检测电阻二的一端连接，基极与控制处理模块连接，发射极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关一的集电极连接。
直流电源绝缘电阻检测方法，应用于上述直流电源绝缘电阻检测电路，包括以下步骤：
步骤1、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS1；
步骤2、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二闭合，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS2；
步骤3、控制处理模块控制检测开关一断开，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS3；
步骤4、控制处理模块根据VS1、VS2、VS3、检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值和检测电阻四的阻值，经处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
进一步的，设检测开关一闭合，检测开关二断开时正绝缘电阻两端电压为VP1,负绝缘电阻两端电压为VN1；检测开关一闭合，检测开关二闭合时正绝缘电阻两端电压为VP2,负绝缘电阻两端电压为VN2；直流电源总电压为VBAT；检测电阻一的阻值为R1，检测电阻二的阻值为R2，检测电阻三的阻值为R3，检测电阻四的阻值为R4；Ra＝R1+R2，Rb＝R3+R4；正绝缘电阻的阻值为RP,负绝缘电阻的阻值为RN；
步骤4中，由VS1得出
Figure BDA0001506487890000031
则可得到：VP1＝VBAT-VN1；
根据直流电源正极电流等于直流电源负极电流得出：
Figure BDA0001506487890000032
由VS2得出
Figure BDA0001506487890000033
则可得到：VP2＝VBAT-VN2；
根据直流电源正极电流等于直流电源负极电流得出：
Figure BDA0001506487890000034
由VS3得出
Figure BDA0001506487890000035
则可得到：
Figure BDA0001506487890000036
联合
Figure BDA0001506487890000037
和
Figure BDA0001506487890000038
得：
Figure BDA0001506487890000039
由
Figure BDA00015064878900000310
可得
Figure BDA00015064878900000311
将
Figure BDA00015064878900000312
代入
Figure BDA00015064878900000313
得到：
Figure BDA00015064878900000314
其中，
Figure BDA00015064878900000315
即得出了正绝缘电阻的阻值RP和负绝缘电阻的阻值RN。
有益效果是：本发明利用检测电阻构成电源与机壳间的放电通路，且该放电通路不受检测开关切换状态的影响，因此本发明能够既快速又精确的对直流电源绝缘电阻进行检测。特别适用于光伏发电领域和电动汽车领域。
附图说明
图1是本发明的电路图。
图2是本发明实施例一的电路图。
图3是本发明实施例二的电路图。
其中，E是直流电源，S是机壳，RP是正绝缘电阻，RN是负绝缘电阻，S1是检测开关一，S2是检测开关二，R1是检测电阻一，R2是检测电阻二，R3是检测电阻三，R4是检测电阻四，VS是检测电阻四两端电压值，Q1是三极管一，Q2是三极管二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的技术方案是：直流电源绝缘电阻检测电路，包括直流电源、机壳、控制处理模块、正绝缘电阻、负绝缘电阻、检测电阻一、检测电阻二、检测电阻三、检测电阻四、检测开关一、检测开关二和地线，其中正绝缘电阻的一端与直流电源正极和检测电阻一的一端连接，另一端与机壳、负绝缘电阻的一端和检测开关一的一个静触点连接，检测电阻二的一端与检测电阻一的另一端和检测开关二的一个静触点连接，另一端与检测电阻三的一端、检测开关二的另一个静触点和检测开关一的另一个静触点连接，检测电阻四的一端与检测电阻三的另一端和控制处理模块连接，另一端与直流电源负极、负绝缘电阻的另一端、控制处理模块和地线连接，检测开关一的控制端和检测开关二的控制端分别与控制处理模块连接；
其中检测开关一和检测开关二无论处于何种工作状态，检测电阻一和检测电阻二都构成直流电源正级与机壳间的放电通路，检测电阻三和检测电阻四都构成直流电源负级与机壳间的放电通路；
其中检测开关一和检测开关二能由控制处理模块控制闭合和断开，设只有检测开关一闭合时检测电阻四两端电压值为VS1，检测开关一和检测开关二都闭合时检测电阻四两端电压值为VS2,检测开关一和检测开关二都断开时检测电阻四两端电压值为VS3，控制处理模块将检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值、检测电阻四的阻值、VS1、VS2和VS3进行处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
直流电源绝缘电阻检测方法，应用于上述直流电源绝缘电阻检测电路，包括以下步骤：
步骤1、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS1；
步骤2、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二闭合，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS2；
步骤3、控制处理模块控制检测开关一断开，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS3；
步骤4、控制处理模块根据VS1、VS2、VS3、检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值和检测电阻四的阻值，经处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
实施例一
本例中的直流电源绝缘电阻检测电路，包括直流电源、机壳、控制处理模块、正绝缘电阻、负绝缘电阻、检测电阻一、检测电阻二、检测电阻三、检测电阻四、检测开关一、检测开关二和地线，其中正绝缘电阻的一端与直流电源正极和检测电阻一的一端连接，另一端与机壳、负绝缘电阻的一端和检测开关一的一个静触点连接，检测电阻二的一端与检测电阻一的另一端和检测开关二的一个静触点连接，另一端与检测电阻三的一端、检测开关二的另一个静触点和检测开关一的另一个静触点连接，检测电阻四的一端与检测电阻三的另一端和控制处理模块连接，另一端与直流电源负极、负绝缘电阻的另一端、控制处理模块和地线连接，检测开关一的控制端和检测开关二的控制端分别与控制处理模块连接；
其中检测开关一和检测开关二无论处于何种工作状态，检测电阻一和检测电阻二都构成直流电源正级与机壳间的放电通路，检测电阻三和检测电阻四都构成直流电源负级与机壳间的放电通路；
其中检测开关一和检测开关二能由控制处理模块控制闭合和断开，设只有检测开关一闭合时检测电阻四两端电压值为VS1，检测开关一和检测开关二都闭合时检测电阻四两端电压值为VS2,检测开关一和检测开关二都断开时检测电阻四两端电压值为VS3，控制处理模块将检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值、检测电阻四的阻值、VS1、VS2和VS3进行处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
其中，控制处理模块包括滤波电路、模数转换器、隔离通信模块、微控制器模块和通信模块，其中滤波电路分别与检测电阻四的两端和模数转换器连接，隔离通信模块分别与模数转换器和微控制器模块连接，微控制器模块分别与检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接。检测开关一采用三极管、场效应管或继电器，检测开关二采用三极管、场效应管或继电器。具体的说，检测开关一采用三极管，检测开关二采用三极管，其中检测开关一的基极与控制处理模块连接，发射极与正绝缘电阻的另一端、负绝缘电阻的一端和机壳连接，集电极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关二的发射极连接，检测开关二的集电极与检测电阻一的另一端和检测电阻二的一端连接，基极与控制处理模块连接，发射极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关一的集电极连接。
上述滤波电路用于滤除电压信号的杂质，模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号供微控制器模块使用，模数转换器与微控制器模块间通过隔离通信模块进行数据传输，微控制器模块用于处理计算采集到的数据，通信模块用于与外部设备间的信息传递。
直流电源绝缘电阻检测方法，应用于本例中的直流电源绝缘电阻检测电路，包括以下步骤：
步骤1、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS1；
步骤2、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二闭合，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS2；
步骤3、控制处理模块控制检测开关一断开，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS3；
步骤4、控制处理模块根据VS1、VS2、VS3、检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值和检测电阻四的阻值，经处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
具体的说，如图2所示，本例的直流电源绝缘电阻检测电路包括直流电源E、机壳S、正绝缘电阻RP、负绝缘电阻RN、检测电阻一R1、检测电阻二R2、检测电阻三R3、检测电阻四R4、三极管一Q1、三极管二Q2、滤波电路、模数转换器、隔离通信模块、微控制器模块和通信模块，其中正绝缘电阻RP的一端与直流电源E正极和检测电阻一R1的一端连接，另一端与机壳S、负绝缘电阻RN的一端和三极管一Q1的发射极连接，检测电阻二R2的一端与检测电阻一R1的另一端和三极管二Q2的集电极连接，另一端与检测电阻三R3的一端、三极管二Q2的发射极和三极管一Q1的集电极连接，检测电阻四R4的一端与检测电阻三R3的另一端和滤波电路连接，另一端与直流电源E负极、负绝缘电阻RN的另一端、滤波电路和地线连接，三极管一Q1的基极和三极管二Q2的基极与微控制器模块连接，滤波电路与模数转换器连接，隔离通信模块分别与模数转换器和微控制器模块连接，微控制器模块与通信模块连接。
设三极管一Q1导通，三极管二Q2截止时正绝缘电阻RP两端电压为VP1,负绝缘电阻RN两端电压为VN1；三极管一Q1导通，三极管二Q2导通时正绝缘电阻RP两端电压为VP2,负绝缘电阻RN两端电压为VN2；直流电源E总电压为VBAT；检测电阻一R1的阻值为R1，检测电阻二R2的阻值为R2，检测电阻三R3的阻值为R3，检测电阻四R4的阻值为R4；Ra＝R1+R2，Rb＝R3+R4；正绝缘电阻RP的阻值为RP,负绝缘电阻RN的阻值为RN；
微控制器模块用高电平控制三极管一Q1导通，低电平控制三极管二Q2截止，然后记下此时检测电阻四R4两端的电压值VS1；再控制三极管一Q1导通，三极管二Q2导通，然后记下此时检测电阻四R4两端的电压值VS2；再控制三极管一Q1截止，三极管二Q2截止，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS3；
由VS1得出
Figure BDA0001506487890000061
则可得到：VP1＝VBAT-VN1；
根据直流电源E正极电流等于直流电源E负极电流得出：
Figure BDA0001506487890000071
由VS2得出
Figure BDA0001506487890000072
则可得到：VP2＝VBAT-VN2；
根据直流电源E正极电流等于直流电源E负极电流得出：
Figure BDA0001506487890000073
由VS3得出
Figure BDA0001506487890000074
则可得到：
Figure BDA0001506487890000075
联合
Figure BDA0001506487890000076
和
Figure BDA0001506487890000077
得：
Figure BDA0001506487890000078
由
Figure BDA0001506487890000079
可得
Figure BDA00015064878900000710
将
Figure BDA00015064878900000711
代入
Figure BDA00015064878900000712
得到：
Figure BDA00015064878900000713
其中，
Figure BDA00015064878900000714
即得出了正绝缘电阻RP的阻值RP和负绝缘电阻RN的阻值RN。
实施例二
本例与实施例一相比，不同之处在于：控制处理模块包括滤波电路、隔离放大电路、微控制器模块和通信模块，其中滤波电路分别与检测电阻四的两端和隔离放大电路连接，微控制器模块分别与隔离放大电路、检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接。
具体的说，如图3所示，本例的滤波电路分别与检测电阻四R4的一端、检测电阻四R4的另一端和隔离放大电路连接，微控制器模块分别与隔离放大电路、三极管一Q1的基极、三极管二Q2的基极和通信模块连接。

Claims (5)

1.直流电源绝缘电阻检测电路，包括直流电源、机壳、控制处理模块、正绝缘电阻、负绝缘电阻、检测电阻一、检测电阻二、检测电阻三、检测电阻四、检测开关一、检测开关二和地线，其特征在于：所述正绝缘电阻的一端与直流电源正极和检测电阻一的一端连接，另一端与机壳、负绝缘电阻的一端和检测开关一的一个静触点连接，检测电阻二的一端与检测电阻一的另一端和检测开关二的一个静触点连接，另一端与检测电阻三的一端、检测开关二的另一个静触点和检测开关一的另一个静触点连接，检测电阻四的一端与检测电阻三的另一端和控制处理模块连接，另一端与直流电源负极、负绝缘电阻的另一端、控制处理模块和地线连接，检测开关一的控制端和检测开关二的控制端分别与控制处理模块连接；
所述检测开关一和检测开关二无论处于何种工作状态，检测电阻一和检测电阻二都构成直流电源正级与机壳间的放电通路，检测电阻三和检测电阻四都构成直流电源负级与机壳间的放电通路；
所述检测开关一和检测开关二能由控制处理模块控制闭合和断开，设只有检测开关一闭合时检测电阻四两端电压值为VS1，检测开关一和检测开关二都闭合时检测电阻四两端电压值为VS2,检测开关一和检测开关二都断开时检测电阻四两端电压值为VS3，控制处理模块将检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值、检测电阻四的阻值、VS1、VS2和VS3进行处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值；
所述控制处理模块包括滤波电路、模数转换器、隔离通信模块、微控制器模块和通信模块，所述滤波电路分别与检测电阻四的两端和模数转换器连接，隔离通信模块分别与模数转换器和微控制器模块连接，微控制器模块分别与检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接；或者
所述控制处理模块包括滤波电路、隔离放大电路、微控制器模块和通信模块，所述滤波电路分别与检测电阻四的两端和隔离放大电路连接，微控制器模块分别与隔离放大电路、检测开关一的控制端、检测开关二的控制端和通信模块连接。
2.如权利要求1所述的直流电源绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述检测开关一采用三极管、场效应管或继电器，检测开关二采用三极管、场效应管或继电器。
3.如权利要求2所述的直流电源绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述检测开关一采用三极管，检测开关二采用三极管，所述检测开关一的基极与控制处理模块连接，发射极与正绝缘电阻的另一端、负绝缘电阻的一端和机壳连接，集电极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关二的发射极连接，检测开关二的集电极与检测电阻一的另一端和检测电阻二的一端连接，基极与控制处理模块连接，发射极与检测电阻二的另一端、检测电阻三的一端和检测开关一的集电极连接。
4.直流电源绝缘电阻检测方法，应用于权利要求1所述的直流电源绝缘电阻检测电路，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS1；
步骤2、控制处理模块控制检测开关一闭合，检测开关二闭合，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS2；
步骤3、控制处理模块控制检测开关一断开，检测开关二断开，然后记下此时检测电阻四两端的电压值VS3；
步骤4、控制处理模块根据VS1、VS2、VS3、检测电阻一的阻值、检测电阻二的阻值、检测电阻三的阻值和检测电阻四的阻值，经处理计算后得出正绝缘电阻的阻值和负绝缘电阻的阻值。
5.如权利要求4所述的直流电源绝缘电阻检测方法，其特征在于：设检测开关一闭合，检测开关二断开时正绝缘电阻两端电压为VP1,负绝缘电阻两端电压为VN1；检测开关一闭合，检测开关二闭合时正绝缘电阻两端电压为VP2,负绝缘电阻两端电压为VN2；直流电源总电压为VBAT；检测电阻一的阻值为R1，检测电阻二的阻值为R2，检测电阻三的阻值为R3，检测电阻四的阻值为R4；Ra＝R1+R2，Rb＝R3+R4；正绝缘电阻的阻值为RP,负绝缘电阻的阻值为RN；
步骤4中，由VS1得出
Figure FDA0002371848940000021
则可得到：VP1＝VBAT-VN1；
根据直流电源正极电流等于直流电源负极电流得出：
Figure FDA0002371848940000022
由VS2得出
Figure FDA0002371848940000023
则可得到：VP2＝VBAT-VN2；
根据直流电源正极电流等于直流电源负极电流得出：
Figure FDA0002371848940000024
由VS3得出
Figure FDA0002371848940000025
则可得到：
Figure FDA0002371848940000026
联合
Figure FDA0002371848940000031
和
Figure FDA0002371848940000032
得：
Figure FDA0002371848940000033
由
Figure FDA0002371848940000034
可得
Figure FDA0002371848940000035
将
Figure FDA0002371848940000036
代入
Figure FDA0002371848940000037
得到：
Figure FDA0002371848940000038
其中，
Figure FDA0002371848940000039
即得出了正绝缘电阻的阻值RP和负绝缘电阻的阻值RN。
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