CN109188230A - 一种检测电源绝缘性的电路、方法及车载充电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测电源绝缘性的电路、方法及车载充电机，应用于带有电力变换器的交流电源，电力变换器的输出端输出交流电；该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器；阻抗网络的第一端接地，阻抗网络的第二端连接电力变换器的输入端；电压采样电路，用于采集阻抗网络的交流电压；处理器，用于根据阻抗网络的阻抗、阻抗网络的交流电压、电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及电力变换器的交流输出电压获得交流电源每相的接地阻抗。该电路获得交流输出端每相的接地阻抗，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以在判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了系统的安全性。

Description

一种检测电源绝缘性的电路、方法及车载充电机

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种检测电源绝缘性的电路、方法及车载充电机。

背景技术

环境和能源危机是全球面临的问题，新能源车自然而然成了未来汽车的大趋势。随着动力电池能量密度的提高和成本的下降，当前主流乘用车车型都配备了大容量的动力电池组，续驶里程已达到300公里以上。

但随着续航里程需求越来越大，动力电池组的容量也越来越大。当容量达到几十kWh时，将会出现动力电池组输出的直流电逆变为交流电，例如市电220V。其中将逆变后的交流电用于为其他车辆充电，或者将逆变后的交流电提供给外部用电设备。

由于动力电池组输出的直流电逆变后输出的是交流电，而现有技术中动力电池组绝缘检测仅是针对动力电池组输出直流电的绝缘检测，不适用于交流绝缘检测。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种检测电源绝缘性的电路、方法及系统，能够获得交流输出端不同相分别对地的接地阻抗，方便判断交流电路具体绝缘失效的位置，提升了系统的安全性。

第一方面，提供了一种检测电源绝缘性的电路，应用于带有电力变换器的交流电源，所述电力变换器的输出端输出交流电；

该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器；

所述阻抗网络的第一端接地，所述阻抗网络的第二端连接所述电力变换器的输入端；

所述电压采样电路，用于采集所述阻抗网络的交流电压；

所述处理器，用于根据所述阻抗网络的阻抗、所述阻抗网络的交流电压、所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

其中电力变换器的输入电压为直流电压，也可以为交流电压，本实施例不做具体限定。

接地阻抗的大小反应交流输出端与地之间的绝缘情况，即接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差。并且该电路可以获得交流输出端每相的接地阻抗，因此，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。本申请实施例提供的电路不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以在判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了系统的安全性。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述阻抗网络包括电阻和/或电容。

阻抗网络可以包括电阻和电容的至少一种。当包括电阻和电容时，电阻和电容的连接关系本实施例中不做具体限定。无论阻抗网络内部的结构如何，阻抗网络内部器件的参数均为已知量。

当该电路应用车载充电机时，由于车载充电机为了使用安全，一般包括安规电容，因此，阻抗网络中的电容可以利用安规电容来实现。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，

当所述阻抗网络包括电阻时，所述电压采样电路采集所述电阻上的交流电压；

当所述阻抗网络包括电容时，所述电压采样电路采集所述电容上的交流电压；

当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述电阻和所述电容串联；所述电压采样电路采集所述电阻上的交流电压，或，采集所述电容上的交流电压。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第三种可能的实现方式中，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第一电阻、第一电容和第二电容；

所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端通过所述第一电容连接所述电力变换器的正输入端，所述第一电阻的第二端通过所述第二电容连接所述电力变换器的负输入端。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第四种可能的实现方式中，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第二电阻和第三电容；

所述第二电阻和第三电容串联后连接在所述电力变换器的正输入端和地之间。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第五种可能的实现方式中，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第三电阻和第四电容；

所述第三电阻和第四电容串联后连接在所述电力变换器的负输入端和地之间。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第六种可能的实现方式中，所述处理器，用于对所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压分别进行傅里叶分解，分别获得所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，根据所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量以及所述阻抗网络的阻抗获得所述电流电源每相的接地阻抗。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第七种可能的实现方式中，所述预设奇数次倍频为3次、5次或7次。

在进行傅里叶分解时，可以获得各个奇数次倍频的谐波分量，例如1、3、5、7、9等，1次为基波，其他均为高次谐波。

使用电路的叠加定理计算阻抗网络的电流时，一般选取方波电压源Vmid中的三倍频分量，因为根据傅里叶分解的原理，奇数次倍频的次数越高，对应的分量有效值越低。当次数选择过大时，导致分量的有效值太低，在测量精度不变的情况下，引起的相对误差会较大，不利于求解的准确度。因此，为了计算结果的精确度较高，可以利用三倍频分量来计算。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第八种可能的实现方式中，所述交流电源每相的接地阻抗包括并联的一个电阻和一个电容。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第九种可能的实现方式中，所述电压采样电路为模数转换器，所述模数转换器的输入端连接所述阻抗网络，所述模数转换器的输出端连接所述处理器。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十种可能的实现方式中，所述处理器为单片机、微处理器或数字信号处理器DSP。

结合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第十一种可能的实现方式中，所述处理器，还用于判断所述每相的接地阻抗是否小于或等于预设阈值，当超过时进行报警或切断电力变换器与用电设备之间的连接。

第二方面，提供一种检测电源绝缘性的方法，其特征在于，应用于所述的电路，该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器；该方法包括：

采集所述阻抗网络的交流电压；

根据所述阻抗网络的阻抗、所述阻抗网络的交流电压、所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

第三方面，提供一种车载充电机，包括所述的电路，还包括：电力变换器；

所述电力变换器的输出端输出交流电；

所述电路，用于检测所述电力变换器输出的交流电源每相对地的接地阻抗。

车载充电机可以应用于电动汽车中，其中电动汽车可以为纯电动汽车，也可以为混合动力电动汽车。

在第三方面的第一种可能的实现方式中，，所述电力变换器包括H桥。

结合第三方面及上述任一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，所述电力变换器为包括H桥的逆变器。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本申请实施例提供的电路，通过在电路中增加已知阻抗值的阻抗网络，检测交流电源在该阻抗网络上的电压，该阻抗网络上电压实质是由两个电压源叠加产生的。其中一个交流电压源是电力变换器输出端的正弦交流电压源，另一个是电力变换器中的桥臂中点的方波电压源。由于阻抗网络的阻抗大小、正弦交流电压源以及方波电压源均是已知参数，因此，获得阻抗网络的交流电压，以及利用以上已知参数，便可以通过方程组求解出交流电源每相的接地阻抗。

接地阻抗的大小反应交流输出端与地之间的绝缘情况，即接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差。并且该电路可以获得交流输出端每相的接地阻抗，因此，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。本申请实施例提供的电路不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以在判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的实施例一的电路图；

图2为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的电路的等效电路图；

图3为本申请实施例提供的当电力变换器为包括H桥的逆变器时检测电源绝缘性的电路图；

图4为本申请实施例提供的仅考虑Vmid作用时图3的等效电路图；

图5为本申请实施例提供的仅考虑Vout作用时图3的等效电路图；

图6为本申请实施例提供的又一种检测电源绝缘性的电路图；

图7为本申请实施例提供的仅考虑工频管中点方波源Vmid时图6的等效电路图；

图8为本申请实施例提供的仅考虑输出交流源Vout时图6的等效电路图；

图9为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的实施例三的电路图；

图10为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的实施例四的电路图；

图11为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的方法流程图；

图12为本申请实施例提供的一种检测电源绝缘性的系统示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种检测电源绝缘性的系统示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着动力电池能量密度的提高和成本的下降，新能源车当前主流的乘用车车型都配备了大容量的动力电池组，续驶里程已达到300公里以上。

但随着续航里程需求越来越大，动力电池组的容量也越来越大。当容量达到几十kWh时，动力电池组将不仅仅用于为新能源车行驶供电，还会将动力电池组输出的直流电逆变为交流电为其他用电设备供电，例如将电池组输出的直流电逆变为220V的市电，其中将逆变后的交流电用于为其他车辆充电，或者将逆变后的交流电提供给外部用电设备。具有逆变输出功能的电路系统，当逆变输出端作为外部用电设备的电源时，对电源的绝缘性有着极高的要求，绝缘失效会导致电路存在严重的安全隐患。

目前对于电动汽车领域，测量动力电池组的接地故障，一般是在电路系统中增加电阻网络、低频脉冲信号发生器电路、低通滤波器电路以及数字信号处理器，通过低频脉冲信号发生器电路向系统注入低频脉冲信号，通过低通滤波器电路对采样电阻的电压进行采样，再利用数字信号处理器得到电压采样信号曲线。

因为系统输出端接地电容的影响，所以得到电压采样信号曲线是缓慢充放电的曲线，充放电曲线的上升沿和下降沿与电路系统的阻抗总值和系统输出端接地电容的大小有关，曲线的电压只与系统输出端接地电阻和增加的电阻网络的电阻值有关，与系统输出端接地电容无关。利用数字信号处理器的模数转换ADC采样功能，获得采样信号的电压及充放电的时间，同时因为增加的电阻网络的电阻值已知，即可以解出系统输出端的接地电阻和接地电容的大小，即通过接地电阻和接地电容判断是否发生接地故障。

发明人研究发现，使用脉冲信号注入法检测电源绝缘性时存在以下技术问题：，使用该方法需要增加低频脉冲信号发生电路和低通滤波器电路，导致电路复杂化，扩大了电路的体积，降低了电路的可靠性，同时只能计算出输出端不同相总的接地阻抗和接地电容量，无法判断出电路具体绝缘失效的位置。

因此为了解决以上技术问题，本申请提供了一种检测电源绝缘性的电路，下面结合附图进行详细说明。

电路实施例一：

参见图1，该图为本申请提供的检测电源绝缘性的实施例一的电路图。

如图1所示，本实施例提供的电路包括：阻抗网络101、电压采样电路102和处理器103。

为了便于理解，首先介绍该电路的应用场景，本实施例应用于带有电力变换器104的交流电源系统，其中电力变换器104的输出端输出交流电。例如，可以为UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不间断电源)应用场景，也可以为光伏逆变应用场景，也可以为动力电池组应用场景，也可以为蓄电站应用场景。当应用在动力电池组场景时，动力电池组作为电力变换器104的输入端电源。

电力变换器104可以为进行电力变换的任何设备。电力变换器104的输入电压可以是直流电压或交流电压，本实施例中不做具体限定，下面以电力变换器104的输入电压为直流电压为例进行介绍。如图1所示Vbus为直流电压源为例进行说明。当电力变换器104的输入电压为直流电压，输出电压为交流电压时，此时电力变换器104包括逆变器，逆变器用于将直流电逆变为交流电。

图1中L1和L2分别表示输出端的两相，本实施例测量的接地阻抗是指L1和L2分别与地之间的等效阻抗，即L1和地之间的等效阻抗，L2和地之间的等效阻抗。当某相存在接地故障时，某相对应的接地阻抗较低，即绝缘性较差，反之绝缘性较好。

为了便于理解接地阻抗，图1画出了接地阻抗，L1通过L1接地阻抗网络105接地，L2通过L2接地阻抗网络106接地，L1接地阻抗网络105和L2接地阻抗网络106共同组成输出端电路的接地阻抗网络。

电容Cv的两端分别连接L1与L2，利用电容的充放电作用，以使得输出电压Vout为正弦交流电压。

所述阻抗网络101的第一端接地，所述阻抗网络101的第二端连接所述电力变换器104的输入端。

需要说明的是，阻抗网络101的第二端连接电力变换器104的输入端可以为连接电力变换器104的正输入端，也可以为连接电力变换器104的负输入端。

所述电压采样电路102，用于采集所述阻抗网络101的交流电压。

需要注意的是，电压采样电路102采集的是交流电压，并不是直流电压。对于直流电压在阻抗网络101上的影响忽略不计。

所述处理器103，用于根据所述阻抗网络101的阻抗、所述阻抗网络101的交流电压、所述电力变换器104中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器104的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

通过在电路中增加已知阻抗值的阻抗网络，检测交流电源在该阻抗网络上的电压，该阻抗网络上电压实质是由两个电压源叠加产生的。其中一个交流电压源是电力变换器输出端的正弦交流电压源，另一个是电力变换器中的桥臂中点的方波电压源。由于阻抗网络的阻抗大小、正弦交流电压源以及方波电压源均是已知参数，因此，获得阻抗网络的交流电压，以及利用以上已知参数，便可以通过方程组求解出交流电源每相的接地阻抗。

接地阻抗的大小反应交流输出端与地之间的绝缘情况，即接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差。并且该电路可以获得交流输出端每相的接地阻抗，因此，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。本申请实施例提供的电路不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以在判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了系统的安全性。

为了使本领域技术人员更好地理解以上实施例提供的技术方案，下面将交流电源每相的接地阻抗等效为均包括并联的一个电阻和一个电容为例介绍其工作原理。

即对于图1中的L1接地阻抗网络105可以用一个电阻Ry1和一个电容Cy1等效替代，L2接地阻抗网络106可以用一个电阻Ry2和一个电容Cy2等效替代，于是图1可以被等效成图2所示的电路图。

参见图2，该图为本申请实施例提供的检测电源绝缘性的电路的等效电路图。

需要说明的是，电力变换器104中包括的桥臂，可以为全桥的桥臂，也可以为半桥的桥臂，本申请实施例中不做具体限定，下面实施例中以电力变换器104中包括的桥臂为全桥桥臂为例进行介绍。即当电力变换器104包括的桥臂为全桥时，以H桥为例进行介绍，此时图2可以等效为图3所示的电路图。

其中H桥包括四个开关管，通过控制H桥臂四个开关管的开关状态，实现对输出电压Vout的控制。以其中左侧桥臂为例，包括K1和K2参见图3，该图为本申请提供的当电力变换器为包括H桥的逆变器时检测电源绝缘性的电路的连接图。

如图3所示，此时工频管K1、K2的中点A即为电力变换器的桥臂中点，A点的电压源为方波电压源Vmid。

由于测量对象是阻抗网络101的交流电压，因此输入端的直流电压源Vbus对阻抗网络上的电压没有影响。此时仅需要考虑两个交流源Vmid和Vout即可。

此时图3所示的电路符合叠加定理(Superposition theorem)的使用条件，即阻抗网络上的交流电压受Vmid和Vout两个电压源的影响，下面介绍如何获得所述交流电源每相的接地阻抗。

首先，介绍Vmid对应的等效电路。

参见图4，该图为仅考虑Vmid作用时图3的等效电路图。

根据傅里叶变换的原理，处理器对方波电压源Vmid进行傅里叶分解，可以获得方波电压源Vmid中各个奇数次的正弦交流谐波分量，正弦交流谐波分量在阻抗网络101上产生的交流电压信号频率仍然与正弦交流谐波分量同频率，但由于阻抗网络101和接地阻抗网络中存在电容或者电感，阻抗网络101上的交流电压信号会产生相位差。

进一步分析，如图4所示的方波电压源Vmid进过傅里叶分解得到的各个奇数次的正弦交流谐波分量会在阻抗网络101上产生与正弦交流电压源Vbus同频率的交流电压信号，相位角与阻抗网络101和接地阻抗网络相关。

其次，介绍Vout对应的等效电路。

参见图5，该图为仅考虑Vout作用时图3的等效电路图。

电力变换器输出端的正弦交流电压源Vout在阻抗网络101上产生与输出端的正弦交流电压源Vout同频率的交流电压信号，交流电压信号的相位角与阻抗网络101和接地阻抗网络的阻抗有关。

其中，阻抗网络101可以包括电阻和/或电容。即阻抗网络101可以仅包括电阻，也可以仅包括电容，也可以包括电阻和电容；当包括电阻和电容时，电阻和电容的连接关系本实施例中不做具体限定。无论阻抗网络内部的结构如何，阻抗网络内部器件的参数均为已知量。

需要注意的是，当电阻网络101仅包括电阻时，电压采样电路需要具有隔直作用，即采样的是电阻上的交流电压信号，不采集直流电压信号。例如，电压采样电路102可以包括变压器，或其他隔直作用的器件。

当所述阻抗网络101仅包括电阻时，所述电压采样电路102采集所述电阻上的交流电压；当所述阻抗网络101仅包括电容时，所述电压采样电路102采集所述电容上的交流电压；当所述阻抗网络101包括电阻和电容时，所述电阻和所述电容串联；所述电压采样电路102采集所述电阻上的交流电压，或，采集所述电容上的交流电压。

由于处理器103一般直接处理数字信号，因此，电压采样电路102需要包括模数转换器，所述模数转换器的输入端连接所述阻抗网络，所述模数转换器的输出端连接所述处理器103。

模数转换器的作用是将采集的模拟交流电压信号转换为数字交流电压信号发送给处理器103。

处理器103用于对采样的交流电压信号进行傅里叶分解，得到奇数次的正弦交流谐波分量的幅值和相位角，从而得到多组方程，例如可以利用分解出的1、3次正弦交流谐波分量的幅值和相位角得到4组方程，即可求出Cy1、Cy2、Ry1、Ry2四个未知变量，通过对四个变量的分析，可以实现电源的绝缘性检测。

处理器103可以采用具有数据计算处理功能的任何CPU，例如可以为单片机、微处理器或数字信号处理器DSP。

另外，处理器获得接地阻抗的目的是监测交流侧每相是否出现接地故障。因此，处理器103，还用于判断所述每相的接地阻抗是否小于或等于预设阈值，当超过时进行报警或切断电力变换器104与用电设备之间的连接。

在理想的安全状态下，电源的绝缘性良好时接地阻抗很大。根据安规要求，可以设置第一阈值作为报警阈值，第二阈值作为电力变换器104切断电力变换器104与用电设备之间连接的阈值。其中，第一阈值大于第二阈值。若利用Cy1、Cy2、Ry1和Ry2四个变量中有数值小于或等于第一阈值且大于第二阈值，则判断电源的绝缘性不良，可能存在安全隐患，进行报警；当四个变量中有数值小于或等于第二阈值，则判断电源发生接地绝缘故障，存在安全风险，此时切断电力变换器104与用电设备之间的连接。

本申请实施例提供的电路，通过采集阻抗网络的交流电压，分别得到不同相对地的接地阻抗，方便判断电路具体绝缘失效的位置，并能够在绝缘失效时发出报警或者切断电力变换器，降低事故风险。

电路实施例二：

以上实施例介绍了采集阻抗网络的交流电压进而获得每相接地阻抗的具体工作原理，下面结合阻抗网络的具体内部示例进行进一步的介绍。

本申请实施例中不限定阻抗网络的内部实现方式，可以包括很多种，下面以阻抗网络包括一个电阻和两个电容为例进行介绍。参见图6，该图为本申请提供的检测电源绝缘性的实施例二的电路图。

一般情况下，阻抗网络101因为安规的要求存在安规电容，安规电容在电路中起到隔断直流的作用，因此电力变换器输入端的直流电压不会对安规电容产生影响。

如图6所示，阻抗网络包括：第一电阻Rs、第一电容Cs1和第二电容Cs2；其中，Cs1和Cs2均属于安规电容。

所述第一电阻Rs的第一端接地，所述第一电阻Rs的第二端通过所述第一电容Cs1连接所述电力变换器的正输入端，所述第一电阻Rs的第二端通过所述第二电容Cs2连接所述电力变换器的负输入端。即对于图6所示的阻抗网络包括三端，其中阻抗网络既连接电力变换器的正输入端又连接电力变换器的负输入端。

其中，Vbus为输入电压，Vout为输出电压，K1、K2为两个工频开关管，Cy1、Cy2分别为输出端两相的对地电容，Ry1、Ry2分别为输出端两相对地的绝缘电阻。

根据电路的叠加定理，分别考虑Vmid和Vout两个电压源的影响。本实施例中为了确定每个独立电压源的作用，此时其他电压源被短路。最终Rs上的电流是两个电压源单独作用产生电流的叠加。

参见图7，该图为仅考虑工频管中点方波源Vmid时图6的等效电路图。

参见图8，该图为仅考虑输出交流源Vout时图6的等效电路图。

处理器103，所述处理器，用于对所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压分别进行傅里叶分解，分别获得所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，根据所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量以及所述阻抗网络的阻抗获得所述电流电源每相的接地阻抗。

在进行傅里叶分解时，可以获得各个奇数次倍频的谐波分量，例如1、3、5、7、9等，1次为基波，其他均为高次谐波。

其中预设奇数次倍频可以为3次、5次或7次。下面以高次谐波为3次谐波为例进行介绍。

考虑输入电压为Vbus，方波电压源Vmid的三倍频分量的有效值为

由于在等效图中Cs1、Cs2总是并联出现，因此合并为Cs＝Cs1+Cs2。

考虑Rs上的三倍频电流分量为I_RS3，三倍频的角频率为ω₃，取并联电容Cy＝Cy1+Cy2，并联电阻Ry＝(Ry1*Ry2)/(Ry1+Ry2)，获得Rs上电流值的计算公式(1)；

因为Rs阻值已知，Rs上电流值可以通过Rs的采样电压值Vrs除以Rs获得。

I_RS的三倍频分量可以通过处理器103将电压采样电路102采集的正弦电压信号做傅立叶分解获得，假设其有效值为I_RS3，相对方波电压源Vmid的相位为α，获得以下公式(2)；

以上两个公式经过运算可解出Ry和Cy。

Rs上的基频电流由两个交流电压源产生的电流叠加而成。考虑母线电压为Vbus，方波电压源Vmid中的基频分量有效值为考虑Rs上的基频电流分量为I_RS1，基频的角频率为ω₁，因已解出Cy、Ry的具体值，将Ry、Cy的并联阻抗简化为Zy，Ry1、Cy1并联的阻抗简化为Zy1，Ry2、Cy2并联的阻抗简化为Zy2，Rs、Cs串联的阻抗简化为Zs，则输出正弦电压为Vout；获得以下公式(3)：

Rs上电流I_RS的基频分量可以通过处理器103将电压采样电路102采集的正弦电压信号做傅立叶分解获得，其有效值为I_RS1，相对方波电压源的相位为β，获得以下公式(4)；

通过以上四个公式即可解出：Ry1、Ry2、Cy1和Cy2。

以上计算过程仅使用了方波电压源Vmid中的基频和三倍频分量，可以获得接地阻抗的参数；而如果利用多个高次谐波，可以计算出更复杂的接地阻抗的参数。

需要注意的是，使用电路的叠加定理计算Rs的电流时，一般选取方波电压源Vmid中的三倍频分量，因为根据傅里叶分解的原理，奇数次倍频的次数越高，对应的分量有效值越低。当次数选择过大时，导致分量的有效值太低，在测量精度不变的情况下，引起的相对误差会较大，不利于求解的准确度。因此，为了计算结果的精确度较高，可以利用三倍频分量来计算。

以上实施例介绍了如何通过本申请提供的检测电源绝缘性的电路求解输出端的接地阻抗，使用电路的叠加定理计算Rs的电流时，Vbus始终被短路，因此阻抗网络101第二端的连接方式不限于同时连接电力变换器的正输入端和负输入端，也可以只连接到电力变换器的正输入端或只连接到电力变换器的负输入端，下面分别予以介绍。

电路实施例三：

本实施例中介绍阻抗网络仅连接电力变换器的正输入端的情况。以阻抗网络包括一个电阻和一个电容为例进行介绍。

参见图9，该图为本申请提供的检测电源绝缘性的实施例三的电路图。

在本实施例中，所述阻抗网络包括：第二电阻Rs2和第三电容Cs3；

所述第二电阻Rs2和第三电容Cs3串联后连接在所述电力变换器104的正输入端和地之间。

阻抗网络的一端必须接地，其他端可以连接电力变换器104的正输入端。

对于图9所示的阻抗网络可以类似图8的阻抗网络对应的计算方式来获得每相的接地阻抗，即处理器对电阻上的电压进行傅里叶分解，通过多个方程组得到每相的接地阻抗。

电路实施例四：

本实施例中介绍阻抗网络仅连接电力变换器的负输入端的情况。以阻抗网络包括一个电阻和一个电容为例进行介绍。

参见图10，该图为本申请提供的一种检测电源绝缘性的实施例四的电路的连接图。

在本实施例中，所述阻抗网络包括：第三电阻Rs3和第四电容Cs4；

所述第三电阻Rs3和第四电容Cs4串联后连接在所述电力变换器104的负输入端和地之间。

阻抗网络的一端必须接地，其他端可以连接电力变换器104的负输入端。

对于图10所示的阻抗网络可以类似图8的阻抗网络对应的计算方式来获得每相的接地阻抗，即处理器对电阻上的电压进行傅里叶分解，通过多个方程组得到每相的接地阻抗。

基于以上实施例提供的一种检测电源绝缘性的电路，本申请实施例还提供一种检测电源绝缘性的方法，下面结合附图进行详细介绍。

方法实施例：

参见图11，该图为本申请实施例提供的检测电源绝缘性的方法流程图。

在本实施例中，所述的方法适用于上述任意一种电路实施例所示的电路，该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器。

该方法包括以下步骤：

S1101：采集所述阻抗网络的交流电压；

S1102：根据所述阻抗网络的阻抗、所述阻抗网络的交流电压、所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

可以获得交流输出端不同相分别对地的接地阻抗，接地阻抗的大小反应交流输出端与地之间的绝缘情况，即接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差。并且该方法可以获得交流输出端每相的接地阻抗，因此，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。本申请实施例提供的方法不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以当判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了系统的安全性。

基于以上实施例提供的一种检测电源绝缘性的电路及方法，本申请实施例还提供一种车载充电机，下面结合附图进行详细介绍。

系统实施例：

参见图12，该图为本申请实施例提供的车载充电机示意图。

本实施例提供的车载充电机1200，包括：阻抗网络101、电压采样电路102、处理器103和电力变换器104；

所述电力变换器104的输出端输出交流电；

所述电路，用于检测所述电力变换器输出的交流电源每相对地的接地阻抗。

其中，所述电力变换器中的桥臂可以为全桥，也可以为半桥，其中全桥可以为H桥。具体参见图13，该图为本申请实施例提供的另一种检测电源绝缘性的系统的连接图。其中所述电力变换器1304为包括H桥的逆变器。

本实施例中提供的车载充电机应用于电动汽车上，电动汽车可以为纯电动汽车，也可以为混合动力汽车。

该车载充电机可以获得交流输出端不同相分别对地的接地阻抗，接地阻抗的大小反应交流输出端与地之间的绝缘情况，即接地阻抗越大，说明绝缘性越好，接地阻抗越小，则说明绝缘性越差。并且该车载充电机可以获得交流输出端每相的接地阻抗，因此，可以方便判断交流电路具体绝缘失效的位置。本申请实施例提供的车载充电机不仅可以判断交流输出端是否出现接地故障，而且可以在判断出现接地故障时，确定接地故障的具体位置，提升了车载充电机的安全性。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (16)

1.一种检测电源绝缘性的电路，其特征在于，应用于带有电力变换器的交流电源，所述电力变换器的输出端输出交流电；

该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器；

所述阻抗网络的第一端接地，所述阻抗网络的第二端连接所述电力变换器的输入端；

所述电压采样电路，用于采集所述阻抗网络的交流电压；

所述处理器，用于根据所述阻抗网络的阻抗、所述阻抗网络的交流电压、所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

2.根据权利要求1所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述阻抗网络包括电阻和/或电容。

3.根据权利要求2所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，

当所述阻抗网络包括电阻时，所述电压采样电路采集所述电阻上的交流电压；

当所述阻抗网络包括电容时，所述电压采样电路采集所述电容上的交流电压；

当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述电阻和所述电容串联；所述电压采样电路采集所述电阻上的交流电压，或，采集所述电容上的交流电压。

4.根据权利要求2所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第一电阻、第一电容和第二电容；

所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端通过所述第一电容连接所述电力变换器的正输入端，所述第一电阻的第二端通过所述第二电容连接所述电力变换器的负输入端。

5.根据权利要求2所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第二电阻和第三电容；

所述第二电阻和第三电容串联后连接在所述电力变换器的正输入端和地之间。

6.根据权利要求2所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，当所述阻抗网络包括电阻和电容时，所述阻抗网络包括：第三电阻和第四电容；

所述第三电阻和第四电容串联后连接在所述电力变换器的负输入端和地之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述处理器，用于分别对所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压进行傅里叶分解，分别获得所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量，根据所述阻抗网络的交流电压、所述方波电压和所述电力变换器的交流输出电压对应的预设奇数次倍频的分量以及所述阻抗网络的阻抗获得所述电流电源每相的接地阻抗。

8.根据权利要求7所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述预设奇数次倍频为3次、5次或7次。

9.根据权利要求1所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述交流电源每相的接地阻抗包括并联的一个电阻和一个电容。

10.根据权利要求1所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述电压采样电路为模数转换器，所述模数转换器的输入端连接所述阻抗网络，所述模数转换器的输出端连接所述处理器。

11.根据权利要求1所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述处理器为单片机、微处理器或数字信号处理器DSP。

12.根据权利要求9所述的检测电源绝缘性的电路，其特征在于，所述处理器，还用于判断所述每相的接地阻抗是否小于或等于预设阈值，当超过时进行报警或切断电力变换器与用电设备之间的连接。

13.一种检测电源绝缘性的方法，其特征在于，应用于权利要求1-12任一项所述的电路，该电路包括：阻抗网络、电压采样电路和处理器；该方法包括：

采集所述阻抗网络的交流电压；

根据所述阻抗网络的阻抗、所述阻抗网络的交流电压、所述电力变换器中的桥臂中点的方波电压以及所述电力变换器的交流输出电压获得所述交流电源每相的接地阻抗。

14.一种车载充电机，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的电路，还包括：电力变换器；

所述电力变换器的输出端输出交流电；

所述电路，用于检测所述电力变换器输出的交流电源每相对地的接地阻抗。

15.根据权利要求14所述的车载充电机，其特征在于，所述电力变换器包括H桥。

16.根据权利要求15所述的车载充电机，其特征在于，所述电力变换器为包括H桥的逆变器。