CN110426557A - 一种集成绝缘检测的igbt驱动电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路及检测方法，涉及IGBT驱动电路。本发明在IGBT驱动板上集成直流母线电压采样电路、绝缘检测电路，直流母线电压采样电路，使用大电阻分压接在正负母线P、N之间，保证系统的绝缘要求，分压电压经过高精度电压型光耦U1隔离，后极用运放芯片U2进行采样倍数处理完成后，送入DSP控制板A/D采样接口，绝缘电阻检测电路通过切换光耦继电器SW1、SW2所控制的不平衡电阻R并入到绝缘检测电路中，来检测母线正负端对地的电阻值，并且可以检测出正负母线对地电阻同时下降时的测绝缘电阻值。

Description

一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路及检测方法

技术领域

本发明涉及IGBT驱动电路，具体是一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路及检测方法。

背景技术

电动汽车作为人们新的出行方式，也是未来汽车行业的发展趋势，目前整个行业快速发展，同时对功能安全性要求也越来越高。IGBT作为电驱系统核心组件之一，其驱动电路设计的可靠性、安全性至关重要。电动汽车上的能量源具有高压、大电流的特点，且使用在振动、高温、低温等恶劣环境中，动力电源的正负极若在使用中与车身金属发生短路故障，则将危害人身安全，因此电驱系统绝缘检测功能设计具有重要意义。

一般IGBT驱动板上只有IGBT驱动和保护功能，母线直流电压采样电路放在上层控制板，这就需要额外从母线上引高压线到控制板，增加了安全风险；同时在一般的单体控制器中是没有绝缘检测模块。现在对电驱系统功率密度要求也越来越高，电机控制器结构设计也越来越紧凑，在IGBT驱动板上集成更多功能，可以节省主控板空间，同时在其上集成绝缘检测功能以提高电控系统的安全性。

电动汽车直流母线电压波动范围大，且电压变化频繁，目前的高压直流绝缘检测技术有多种，如平衡电桥法但在正负母线对地电阻同时下降时不能准确检测绝缘电阻值，交流信号注入法会增加系统纹波。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路及检测方法，在IGBT驱动板上集成直流母线电压采样电路、绝缘检测电路。

本发明是以如下技术方案实现的：一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路，在IGBT驱动板和DSP控制板之间增加直流母线电压采样电路和绝缘检测电路；

所述直流母线电压采样电路包括电阻R1～R7、高精度电压型光耦U1以及运放芯片U2，电阻R1的一端连接直流母线的正极，另一端连接电阻R2的一端以及高精度电压型光耦U1的Vin+端，电阻R2的另一端连接直流母线的负极以及高精度电压型光耦U1的Vin-端，高精度电压型光耦U1的Vout+端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R7的一端以及运放芯片U2的正输入端，电阻R7的另一端接地，精度电压型光耦U1的Vout-端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端以及运放芯片U2的负输入端，电阻R5的另一端连接运放芯片U2的出端以及电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接DSP控制板的A/D采样接口；

所述的绝缘检测电路包括被测绝缘电阻Rp、Rn、两个不平衡电阻R以及光耦继电器SW1、SW2，直流母线的正极连接被测绝缘电阻Rp的一端以及光耦继电器SW1的一端，被测绝缘电阻Rp的另一端连接接被测绝缘电阻Rn的一端，被测绝缘电阻Rn的另一端连接直流母线的负极以及光耦继电器SW2的一端，光耦继电器SW2的另一端依次通过两个不平衡电阻R连接光耦继电器SW1的另一端，两个不平衡电阻R的公共端连接被测绝缘电阻Rp、Rn得公共端，光耦继电器SW1、SW2由DSP控制板控制。

优选的，所述电阻R3＝R4，电阻R5＝R7。

一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路检测方法，首先对检测到的正负母线对地电压进行比较，然后对绝缘电阻较大的一端并联不平衡电阻，具体如下：

1)不闭合光耦继电器SW1、SW2，第一次检测正负母线对地电压如果两个电压相差在5V以内，需要进行二次检测，首先闭合光耦继电器SW1断开光耦继电器SW2，可得母线正对地电压Up，然后闭合光耦继电器SW2断开光耦继电器SW1，可得母线正对地电压Un，同时由直流母线总电压Vdc，可得公式(2)：

其中//为电阻并联符号，由上式可求出绝缘电阻Rp、Rn；

2)若1)中检测到正母线对地电压Up大于负母线对地电压Un，则闭合光耦继电器继电器SW1断开光耦继电器SW2，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(3)：

3)若1)中检测到正母线对地电压Up小于负母线对地电压Un，则闭合光耦继电器SW2断开光耦继电器SW1，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(4)：

至此完成自动调整绝缘电阻检测控制策略。

本发明的有益效果：在IGBT驱动板上集成直流母线电压采样电路、绝缘检测电路，可以优化控制器内部结构布局，减少高压走线，有益于安规和EMC设计，同时直流母线电压采样可以辅助绝缘电阻的检测，本发明所设计的自动调整绝缘电阻检测策略，可以较好地完成正负母线对机壳绝缘电阻的测量，不用单独增加处理器和CAN通信电路，节省了成本，并且提高了单体控制器的安全性。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是直流母线电压采样电路；

图3是绝缘电阻检测电路图。

具体实施方式

如图1所示，在一般驱动电路的基础上，增加直流母线电压采样电路、绝缘检测电路，借用驱动板上的正负母线电压信号以及车架地信号可以简化电机控制器内高压走线，合理利用IGBT驱动板空间，降低对低压控制信号的干扰，增加控制器安全性。

直流母线电压采样电路如图2所示，使用大电阻分压接在正负母线P、N之间，保证系统的绝缘要求，分压电压经过高精度电压型光耦U1隔离，后极用运放芯片U2进行采样倍数处理完成后，送入DSP控制板A/D采样接口，此电路较好的完成了高低压信号电气隔离，并且满足对母线电压采样精度的要求，图中R3＝R4、R5＝R7，隔离光耦放大系数为G，则输入Vdc和输出Vdc1计算公式为：

绝缘电阻检测电路如图3所示，其中Rp、Rn为被测绝缘电阻，R为测量绝缘电阻所要并联的不平衡电阻，SW1、SW2为光耦继电器来控制电阻R是否接入，通过切换光耦继电器SW1、SW2所控制的不平衡电阻R并入到绝缘检测电路中，来检测母线正负端对地的电阻值，并且可以检测出正负母线对地电阻同时下降时的测绝缘电阻值。

本发明所设计的自动调整绝缘电阻检测策略，首先对检测到的正负母线对地电压进行比较，然后对绝缘电阻较大的一端并联不平衡电阻，来提高系统安全性和检测精度，检测分以下三步。

1)第一次检测正负母线对地电压不闭合继电器SW1、SW2，如果两个电压相差较小在5V以内，为了防止是正负母线对地电阻同时下降，需要进行二次检测。首先闭合继电器SW1断开SW2，可得母线正对地电压Up，然后闭合继电器SW2断开SW1，可得母线正对地电压Un，同时由公示(1)中的电路得到直流母线总电压Vdc，可得公式(2)：

其中//为电阻并联符号，由上式可求出绝缘电阻Rp、Rn；

2)若1)中检测到正母线对地电压Up大于负母线对地电压Un 5V时，则闭合

继电器SW1断开SW2，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(3)：

3)若1)中检测到正母线对地电压Up小于负母线对地电压Un 5V时，则闭合继电器SW2断开SW1，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(4)：

以上测试步骤需保证控制的同步性，避免母线电压波动造成检测精度降低，至此完成自动调整绝缘电阻检测控制策略，上述中。

主控板DSP通过IGBT驱动板接插件给光耦继电器SW1、SW2控制信号，控制策略按照技术方案2中所述，同时采样母线电压配合完成绝缘电阻的采集，把采集到的电压信号传到DSP控制板的A/D采样接口，DSP控制板内部完成绝缘电阻的计算，根据绝缘电阻等级控制器采取相应的保护措施，并上传数据给VCU。

本发明将绝缘检测功能做到IGBT驱动板中，也可以增加驱动器自身的功能安全等级，用于多合一控制器时也能节省结构空间，减少高压走线，并且不用单独的处理器以及CAN电路来完成绝缘检测功能，此设计直接通过主控板处理器完成绝缘电阻采样；此外，利用端电压不平衡电桥检测方法，根据控制器绝缘状况的不同，自动调整绝缘电阻检测策略，能较好地解决电动汽车直流母线电压波动范围大，且电压变化频繁问题，满足电动汽车需求。

Claims (3)

1.一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路，其特征在于：在IGBT驱动板和DSP控制板之间增加直流母线电压采样电路和绝缘检测电路；

所述直流母线电压采样电路包括电阻R1～R7、高精度电压型光耦U1以及运放芯片U2，电阻R1的一端连接直流母线的正极，另一端连接电阻R2的一端以及高精度电压型光耦U1的Vin+端，电阻R2的另一端连接直流母线的负极以及高精度电压型光耦U1的Vin-端，高精度电压型光耦U1的Vout+端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R7的一端以及运放芯片U2的正输入端，电阻R7的另一端接地，精度电压型光耦U1的Vout-端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电阻R5的一端以及运放芯片U2的负输入端，电阻R5的另一端连接运放芯片U2的出端以及电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接DSP控制板的A/D采样接口；

所述的绝缘检测电路包括被测绝缘电阻Rp、Rn、两个不平衡电阻R以及光耦继电器SW1、SW2，直流母线的正极连接被测绝缘电阻Rp的一端以及光耦继电器SW1的一端，被测绝缘电阻Rp的另一端连接接被测绝缘电阻Rn的一端，被测绝缘电阻Rn的另一端连接直流母线的负极以及光耦继电器SW2的一端，光耦继电器SW2的另一端依次通过两个不平衡电阻R连接光耦继电器SW1的另一端，两个不平衡电阻R的公共端连接被测绝缘电阻Rp、Rn得公共端，光耦继电器SW1、SW2由DSP控制板控制。

2.根据权利要求1所述的一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路，其特征在于：所述电阻R3＝R4，电阻R5＝R7。

3.一种集成绝缘检测的IGBT驱动电路检测方法，首先对检测到的正负母线对地电压进行比较，然后对绝缘电阻较大的一端并联不平衡电阻，具体如下：

1)不闭合光耦继电器SW1、SW2，第一次检测正负母线对地电压如果两个电压相差在5V以内，需要进行二次检测，首先闭合光耦继电器SW1断开光耦继电器SW2，可得母线正对地电压Up，然后闭合光耦继电器SW2断开光耦继电器SW1，可得母线正对地电压Un，同时由直流母线总电压Vdc，可得公式(2)：

其中//为电阻并联符号，由上式可求出绝缘电阻Rp、Rn；

2)若1)中检测到正母线对地电压Up大于负母线对地电压Un，则闭合光耦继电器继电器SW1断开光耦继电器SW2，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(3)：

3)若1)中检测到正母线对地电压Up小于负母线对地电压Un，则闭合光耦继电器SW2断开光耦继电器SW1，得到另一组电压值Up1、Un1，可得公式(4)：

至此完成自动调整绝缘电阻检测控制策略。