CN109406977A - 一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法,所述检测电路包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容(C1),连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容(C2),还包括对应连接逆变电路输出火线和输出零线的火线采样电路和零线采样电路,连接火线采样电路和零线采样电路的控制器,其中所述火线采样电路和零线采样电路分别输出采样电压,控制器根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态;本发明在车载充电机工作在逆变变模式时,检测输出火线L和输出零线N对地绝缘阻抗的大小,判断纯逆变模式AC输出与车体之间是否存在绝缘失效,消除人员触电隐患;同时本发明具有结构简单实用,易于实现造价低廉的优点。

Description

一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法
技术领域
本发明涉及充电设备,尤其涉及一种双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法。
背景技术
能源危机和环境污染已在世界范围内日趋严重,整个传统汽车工业和世界客观环境面临严峻挑战。随着公众环保意识的加强,倡导绿色出行及改变出行结构俨然已成为主流。随着发达国家政府发展新能源汽车的计划,我国政府也公布了相应的新能源车发展计划,新能源车也已列入七大新兴战略产业。而新能源车里面目前当属电动车最为主流。车载充电机是电动车中十分重要的部件,车载充电机的好坏直接影响到车辆的安全性和可靠性。车载充电机火线与地线绝缘的好坏又关乎到整机的性能,如火线与地线绝缘失效容易引起元器件损毁甚至人员触电。以往的检测手段是停电后,用仪器进行检测。具有操作繁琐,不能实时监控的缺陷。
故此业内亟需开发一种操作简便,可以在逆变模式下实时检测绝缘的绝缘检测电路及其检测方法。
发明内容
本发明是要解决现有技术的上述问题,提出一种用于检测车载充电机工作在纯逆变模式AC输出与车体之间是否存在绝缘失效的检测电路及其检测方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是设计一种双向车载充电机绝缘检测电路,包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容,连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容,其还包括对应连接逆变电路输出火线和输出零线的火线采样电路和零线采样电路,连接火线采样电路和零线采样电路的控制器,其中所述火线采样电路和零线采样电路分别输出采样电压,控制器根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
所述控制器与火线采样电路和零线采样电路之间设有一个加和电路,所述加和电路对所述两个采样电压进行加和处理得出加和电压,并将加和电压传输给所述控制器,控制器根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。
所述火线采样电路和零线采样电路具有相同电路结构,皆包括分压电路、偏置电源、负压偏置电路、阻抗匹配电路,其中所述分压电路连接所述输出火线或输出零线,用以按比例减小电压输出分压电压;所述负压偏置电路连接在分压电路输出端与偏置电源之间,对所述分压电压进行偏置;所述阻抗匹配电路连接分压电路输出端,进行阻抗匹配并输出所述采样电压。
所述火线采样电路中的分压电路包括串联在输出火线的地线之间的第一电阻和第六电阻,第一电阻和第六电阻的连接端为分压电路输出端;所述零线采样电路中的分压电路包括串联在输出零线的地线之间的第二电阻和第五电阻,第二电阻和第五电阻的连接端为分压电路输出端。
所述火线采样电路中的负压偏置电路包括第四电阻,第四电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端;所述零线采样电路中的负压偏置电路包括第三电阻,第三电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端。
所述阻抗匹配电路采用射极跟随器或电压跟随器。
所述火线采样电路中的阻抗匹配电路包括第一运算放大器,所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端,第一运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压;所述零线采样电路中的阻抗匹配电路包括第二运算放大器,所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端,第二运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压。
所述加和电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻和输出端A,所述第七电阻串接在输出端A与第一运算放大器输出端之间,第八电阻串接在输出端A与第二运算放大器输出端之间,第九电阻串接在输出端A与地线之间,输出端A输出所述加和电压。
一种双向车载充电机绝缘检测电路的检测方法,所述检测电路包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容,连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容,其包括以下步骤:对逆变电路输出火线和输出零线上的电压分别采样得到采样电压,根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
分别用分压电路对逆变电路输出火线和输出零线上的电压按比例减小生成分压电压;用负压偏置电路对所述分压电压进行偏置处理,将偏置处理后的分压电压通过阻抗匹配输出采样电压;用加和电路对输出火线的采样电压和输出零线的采样电压进行加和处理得出加和电压,根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。
本发明在车载充电机工作在逆变变模式时,检测输出火线L和输出零线N 对地绝缘阻抗的大小,判断纯逆变模式AC输出与车体之间是否存在绝缘失效,消除人员触电隐患;同时本发明具有结构简单实用,易于实现造价低廉的优点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的原理框图;
图2为未采用加和电路的电路图;
图3为采用加和电路的电路图;
图4为绝缘正常时加和电压的波形图;
图5为绝缘失效时加和电压的波形图;
图6为绝缘正常时各点电压波形;
图7为绝缘失效时各点电压波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
车载充电机工作在逆变状态时,由于正向OBC对EMI的要求,逆变时 AC输出端口上的输出火线L和输出零线N对地线都有Y电容,并且输出火线L和输出零线N对地的Y电容容值是相等的,Y电容的存在使得输出火线 L与输出零线N分别对地都有电压,并且错相180°;电压的幅值与电容输出火线L和输出零线N的容值比例相关,当输出火线L或者输出零线N对地的绝缘失效时,输出火线L或者输出零线N对地的电压将失去均衡。本发明提供双向车载充电机绝缘检测电路及其检测方法,在逆变模式下通过检测输出火线L与输出零线N对地的电压从而得出输出火线L和输出零线N对地的绝缘阻抗的大小,用于检测车载充电机工作在纯逆变模式AC输出与车体之间是否存在绝缘失效,从而消除人员触电隐患。
本发明公开了一种双向车载充电机绝缘检测电路,包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容C1,连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容C2,其还包括对应连接逆变电路输出火线和输出零线的火线采样电路和零线采样电路,连接火线采样电路和零线采样电路的控制器,其中所述火线采样电路和零线采样电路分别输出采样电压,控制器根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
参看图1示出的较佳实施例的原理框图,所述控制器与火线采样电路和零线采样电路之间设有一个加和电路,所述加和电路对所述两个采样电压进行加和处理得出加和电压,并将加和电压传输给所述控制器,控制器根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。需要指出,加和处理可以在控制器内部进行运算,其实施例的电路图如图2所示;加和处理也可以在控制器外部进行处理,处理完毕后再将加和电压传输给所述控制器,其实施例的电路图如图3所示。
在较佳实施例中,所述火线采样电路和零线采样电路具有相同电路结构,皆包括分压电路、偏置电源、负压偏置电路、阻抗匹配电路,其中所述分压电路连接所述输出火线或输出零线,用以按比例减小电压输出分压电压;所述负压偏置电路连接在分压电路输出端与偏置电源之间,对所述分压电压进行偏置;所述阻抗匹配电路连接分压电路输出端,进行阻抗匹配并输出所述采样电压。需要指出,阻抗匹配电路可以匹配输入端和输出端的阻抗,使输入阻抗高、输出阻抗低,从而增强带负荷能力。
参看图2和图3示出的实施例,所述火线采样电路中的分压电路包括串联在输出火线的地线之间的第一电阻R1和第六电阻R6,第一电阻和第六电阻的连接端为分压电路输出端;所述零线采样电路中的分压电路包括串联在输出零线的地线之间的第二电阻R2和第五电阻R5,第二电阻和第五电阻的连接端为分压电路输出端。分压比例由第一电阻R1和第六电阻R6,第二电阻R2和第五电阻R5的比值决定。在较佳实施例中:R1=R2;R5=R6。
所述火线采样电路中的负压偏置电路包括第四电阻R4,第四电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端;所述零线采样电路中的负压偏置电路包括第三电阻R3,第三电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端。在较佳实施例中R3=R4。
所述阻抗匹配电路采用射极跟随器或电压跟随器。
所述火线采样电路中的阻抗匹配电路包括第一运算放大器oab1,所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端,第一运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压;所述零线采样电路中的阻抗匹配电路包括第二运算放大器oab2,所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端,第二运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压。
在较佳实施例中,所述加和电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和输出端A,所述第七电阻串接在输出端A与第一运算放大器输出端之间,第八电阻串接在输出端A与第二运算放大器输出端之间,第九电阻串接在输出端A与地线之间,输出端A输出所述加和电压。
下面结合图3详述本发明的工作原理。充电机逆变输出火线L和输出零线N分别对地存在Y电容,即第一Y电容C1和第二Y电容C2,其中C1=C2。 Y电容将输出火线L对地、输出零线N对地产生分别产生电压VL、VN,并且这两个电压的相位相差180°,这两个电压的大小与Y电容的比例有关,其中:
f为交流电压的频率,t为时间;在输出零线N与地线之间接入电阻R2、 R5,按比例减小输出零线N上的电压,在R2和R5的连接端B点形成电压 VB1。在偏置电源v_pwl1与B点之间加入电阻R3,v_pwl1与R3、R5对C 点形成直流偏置电压VB2;B点电压VB为VB1与VB2之和。
VB1=VN*R5/(R2+R5); (公式3)
VB2=v_pwl1*R5/(R3+R5); (公式4)
VB=VB1+VB2; (公式5)
在输出火线L与地线之间接入电阻R1、R6,按比例减小输出火线L上的电压,在R1和R6的连接端C点形成电压VC1,在偏置电源v_pwl1与C 点之间加入电阻R4,v_pwl1与R4、R6对C点形成直流偏置电压VC2;C 点电压VC为VC1与VC2之和。
VC1=VL*R6/(R1+R6); (公式6)
VC2=v_pwl1*R6/(R4+R6); (公式7)
VC=VC1+VC2; (公式8)
C点电压经过阻抗匹配电路后,在第一运算放大器的输出端D点电压VD 与VC相等;同理B点电压经过阻抗匹配电路后,在第二运算放大器的输出端E点点电压VE与VB相等;D点和E点电压经过电阻R7、R8相加于A 点;A点电压为:
VA=VD+VE; (公式9)
结合公式1至9得:
图2图3中的A点电压送到控制器MCU的AD采样端口,正常状态输出火线L与输出零线N对地线阻抗无穷大,即图中pwlr1无穷大,且输出火线L对地线的Y电容C1与输出零线N对地线的Y电容C2相等,在绝缘正常状态,输出火线L对地线的分压VB1和输出零线N对地线的分压VC1相加等于零,如下式所示;
A点的电压的和为负压偏置电压的和,即绝缘正常状态下
控制器MCU通过AD采样读取A点电压值,A点电压值与输出火线L、输出零线N的负压偏置电压值的和相等(A点电压如图4所示),加和电压幅值保持不变,图形呈现一条直线,则控制器MCU判断输出火线L和输出零线 N绝缘正常。在正常状态,认为绝缘电阻pwlr1无穷大,在上述公式中忽略不计。图6为绝缘正常时各点电压波形,VL为输出火线L对地电压,VN为输出零线N对地电压,VA0为R7输出端电压,VA1为R8输出端电压。
当输出火线L或者输出零线N对地线出现绝缘失效,输出火线L或者输出零线N对地线的阻抗在减小,即图中的PWLr1由无穷大减小,输出火线L 对地的阻抗将减小,此时VL对地线与VN对地线的电压将失去平衡,VN与 VL相加不再等于零,实测如图5所示,加和电压幅值呈现正弦波波形,控制器MCU将根据AD采样的电压值判断出绝缘失效以及判断出绝缘电阻阻值的大小。图7为绝缘失效时各点电压波形,VL为输出火线L对地电压,VN为输出零线N对地电压,VA0为R7输出端电压,VA1为R8输出端电压。
图示出的一个实施例中,控制器MCU采用M两个不同的AD采样端口将VL和VN的采样到MCU,利用MCU进行加和处理。
本发明还公开了一种双向车载充电机绝缘检测电路的检测方法,所述检测电路包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容C1,连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容C2,其包括以下步骤:对逆变电路输出火线和输出零线上的电压分别采样得到采样电压,根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
在较佳实施例中,分别用分压电路对逆变电路输出火线和输出零线上的电压按比例减小生成分压电压;用负压偏置电路对所述分压电压进行偏置处理,将偏置处理后的分压电压通过阻抗匹配输出采样电压;用加和电路对输出火线的采样电压和输出零线的采样电压进行加和处理得出加和电压,根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。
以上实施例仅为举例说明,非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种双向车载充电机绝缘检测电路,包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容(C1),连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容(C2),其特征在于,还包括对应连接逆变电路输出火线和输出零线的火线采样电路和零线采样电路,连接火线采样电路和零线采样电路的控制器,其中
所述火线采样电路和零线采样电路分别输出采样电压,控制器根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
2.如权利要求1所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述控制器与火线采样电路和零线采样电路之间设有一个加和电路,所述加和电路对所述两个采样电压进行加和处理得出加和电压,并将加和电压传输给所述控制器,控制器根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。
3.如权利要求1或2任一项所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述火线采样电路和零线采样电路具有相同电路结构,皆包括分压电路、偏置电源、负压偏置电路、阻抗匹配电路,其中
所述分压电路连接所述输出火线或输出零线,用以按比例减小电压输出分压电压;
所述负压偏置电路连接在分压电路输出端与偏置电源之间,对所述分压电压进行偏置;
所述阻抗匹配电路连接分压电路输出端,进行阻抗匹配并输出所述采样电压。
4.如权利要求3所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述火线采样电路中的分压电路包括串联在输出火线的地线之间的第一电阻(R1)和第六电阻(R6),第一电阻和第六电阻的连接端为分压电路输出端;所述零线采样电路中的分压电路包括串联在输出零线的地线之间的第二电阻(R2)和第五电阻(R5),第二电阻和第五电阻的连接端为分压电路输出端。
5.如权利要求4所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述火线采样电路中的负压偏置电路包括第四电阻(R4),第四电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端;所述零线采样电路中的负压偏置电路包括第三电阻(R3),第三电阻一端连接所述偏置电源、另一端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端。
6.如权利要求5所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述阻抗匹配电路采用射极跟随器或电压跟随器。
7.如权利要求5所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述火线采样电路中的阻抗匹配电路包括第一运算放大器,所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第一电阻和第六电阻的连接端,第一运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压;所述零线采样电路中的阻抗匹配电路包括第二运算放大器,所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第二电阻和第五电阻的连接端,第二运算放大器的输出端连接其反相输入端并输出所述采样电压。
8.如权利要求7所述的双向车载充电机绝缘检测电路,其特征在于,所述加和电路包括第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)和输出端A,所述第七电阻串接在输出端A与第一运算放大器输出端之间,第八电阻串接在输出端A与第二运算放大器输出端之间,第九电阻串接在输出端A与地线之间,输出端A输出所述加和电压。
9.一种双向车载充电机绝缘检测电路的检测方法,所述检测电路包括逆变电路,连接在逆变电路输出火线与地线之间的第一Y电容(C1),连接在逆变电路输出零线与地线之间的第二Y电容(C2),其特征在于,包括以下步骤:对逆变电路输出火线和输出零线上的电压分别采样得到采样电压,根据两个采样电压判断双向车载充电机绝缘状态。
10.如权利要求9所述的双向车载充电机绝缘检测电路的检测方法,其特征在于,分别用分压电路对逆变电路输出火线和输出零线上的电压按比例减小生成分压电压;用负压偏置电路对所述分压电压进行偏置处理,将偏置处理后的分压电压通过阻抗匹配输出采样电压;用加和电路对输出火线的采样电压和输出零线的采样电压进行加和处理得出加和电压,根据加和电压判断双向车载充电机绝缘状态。
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CN110780174A (zh) * 2019-12-04 2020-02-11 深圳威迈斯新能源股份有限公司 双向车载充电机单三相逆变器绝缘检测方法和电路

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