CN112345904A - 一种绝缘检测电路及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了绝缘检测电路及其检测方法,其中绝缘检测电路包括包括连接交流电网的PFC模块、连接PFC模块输出端的直流母线,连接交流电网的交流电压检测模块、正极直流母线电压检测模块和负极直流母线电压检测模块,在负极直流母线BUS‑或正极直流母线BUS+与和保护地PE之间连接充电支路;控制器在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS‑的绝缘状况;本发明仅需增加少量的检测电路,配合合理的检测时序及控制时序,即可实现交流区域的绝缘状态检测及绝缘电阻检测;具有简单易行成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘检测方法,更具体的说是用于检测交直变换电路直流母线绝缘的绝缘检测电路及其检测方法。
背景技术
交流电网包括L(相线)、N(中线)、PE(保护地),交流电网连接交直变换电路,交直变换电路将L与N经过整流之后输出至后级进行AC-DC转换。交直变换电路后级的变压器隔离之前的电路一般称为原边区域,原边区域与PE(PE在交流用电设备处一般接至金属壳体)之间在安规上一般设计成基本绝缘。在交流电网的配电中,N线一般做成远端接地(保护地),即在交流配电网络中N线会与PE线在配电站处连接到一起。对于交直变换电路来说,在未接入交流配电网络之前,进行内部原边区域对于壳体的绝缘检测相对容易。一旦接入交流配电网络之后,原边区域对于壳体的绝缘检测变得十分困难。
因此,如何设计一种在接入远端接地电网的情况下,仍然可以实现原边区域的绝缘检测的绝缘检测电路及其检测方法,是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷,本发明提出一种绝缘检测电路及其检测方法。
本发明采用的技术方案是一种绝缘检测电路,包括连接交流电网的PFC模块、连接PFC模块输出端的正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-、连接在正极直流母线BUS+和保护地PE之间的第一Y电容Cy1、连接在负极直流母线BUS-和保护地PE之间的第二Y电容Cy2、连接在正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-之间的母线电容C1,以及控制器,还包括连接交流电网的交流电压检测模块、分别连接正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的正极直流母线电压检测模块和负极直流母线电压检测模块,在负极直流母线BUS-或正极直流母线BUS+与和保护地PE之间连接一充电支路;控制器在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
所述充电支路包括串联的标尺绝缘电阻Rref和切入开关Sref;所述切入开关Sref受控制器控制。
所述PFC模块包括整流模块B1。
所述PFC模块采用图腾柱PFC模块、桥式PFC模块、三相桥式PFC模块中的一种。
本发明还设计了一种绝缘检测电路检测方法,所述电路采用上述的绝缘检测电路,所述检测方法包括:检测交流电压、检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2,在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
所述控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路之后,经过时间T的延时后,再次检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2。
记录时间T延时前后的正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2并将之对应相减,得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2,然后根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2。
所述检测方法具体包括以下步骤:
步骤1、检测交流电网是否过零、控制PFC模块中的功率开关是否断开,如否则检测结束,如是则转步骤2;
步骤2、检测是否进入绝缘状态判断,如否则检测结束,如是则转步骤3;
步骤3、接通充电支路;
步骤4、记录正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2;
步骤5、延时时间T;
步骤6、记录延时后正极直流母线电压U_Cy1_det和延时后负极直流母线电压U_Cy2_det;
步骤7、断开充电支路;
步骤8、将正极直流母线电压U_Cy1减去延时后正极直流母线电压U_Cy1_det得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1,将负极直流母线电压U_Cy2减去延时后负极直流母线电压U_Cy2_det得出负极直流母线电压差值ΔU_Cy2;
步骤9、根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2。
步骤10、判断正极直流母线电阻Riso1或负极直流母线电阻Riso2是否小于100千欧,如小于100千欧则转步骤11,如不小于100千欧则转步骤12;
步骤11、判断直流母线绝缘状态异常,发出绝缘状态异常信号,检测结束。
步骤12、判断直流母线绝缘状态正常,发出绝缘状态正常信号,检测结束。
所述时间T的典型取值范围为:0.1毫秒至1毫秒。
本发明提供的技术方案的有益效果是:
在已接入远端接地电网的用电设备上,采用本发明公开的检测方法可实现原边区域的绝缘检测;本发明仅需增加少量的检测电路,配合合理的检测时序及控制时序,即可实现交流区域的绝缘状态检测及绝缘电阻检测;具有简单易行成本低廉的优点。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明,其中:
图1为桥式整流的拓扑图;
图2为整流工作中直流母线电容电压高于L-N间电压阶段时的工作示意图;
图3为直流母线绝缘正常时直流母线、交流、Y电容电压波形对照图;
图4为负直流母线绝缘BUS-绝缘电阻异常时直流母线、交流、Y电容电压波形对照图;
图5为正直流母线绝缘BUS+绝缘电阻异常时直流母线、交流、Y电容电压波形对照图;
图6为在负直流母线与PE之间串联标尺绝缘电阻Rref和切入开关Sref的电路图;
图7为图6中Y电容、直流母线绝缘电阻、标尺绝缘电阻Rref连接关系简化示意图;
图8为本发明在普通桥式PFC电路上实现的电路图;
图9为交流电源在过零点、PFC开关管断开时波形对照图;
图10为本发明在图腾柱PFC电路上实现的电路图;
图11为本发明在桥式PFC电路上实现的电路图;
图12为本发明在三相桥式PFC电路上实现的电路图;
图13为本发明原理框图;
图14为本发明较佳实施例控制流程图。
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。
本发明目的:在交直变换电路中,通过合理的检测方法,使得在实现整流与功率校正功能的同时,配合恰当的优化控制方式,在接入远端接地电网的情况下,仍然可以实现原边区域的绝缘检测。
图1为桥式整流的拓扑上实现绝缘检测的电路说明。L为相线输入、N为中线输入、PE为保护地。BUS+、BUS-分别为直流母线正、负。B1为4个二极管组成的整流桥,C1为母线电容,Cy1与Cy2分别为母线正负对于PE的Y电容。
图2为整流工作中,直流母线电容电压高于L-N间电压阶段时的工作示意图。此阶段整流桥B1实际处于截止阻断状态,用虚线标出,母线正负与L/N之间实际断开。Riso1与Riso2分别为母线正与母线负的绝缘电阻示意。当绝缘电阻正常时,Cy1与Cy2两端的电压波形如图3所示。U_bus为BUS+与BUS-之间的电压。U_ac_LN为交流输入L与N之间的电压。U_Cy1、U_Cy2分别为Cy1与Cy2两端的电压,即分别为BUS正与BUS负相对于PE的电压。
BUS-绝缘电阻异常及BUS+绝缘电阻异常时,Cy1与Cy2两端的电压波形分别如图4、图5所示。从不同绝缘状态下的波形可以看出,通过检测Cy1与Cy2的电压变化,可以分辨出不同的绝缘状态。
图6为在负直流母线与PE之间串联标尺绝缘电阻Rref和切入开关Sref的电路图。在母线正负与L/N之间实际阻断的阶段,在某一时刻闭合切入开关Sref,并在切入前记录Cy1与Cy2及BUS正负之间的电压值。切入Rref之后一段时间t之后,再次记录Cy1与Cy2及BUS正负之间的电压值。由于BUS电容容量远远大于Cy1与Cy2,BUS正负间的电压U_bus可以认为基本不变。
图7为图6中Y电容、直流母线绝缘电阻、标尺绝缘电阻Rref连接关系简化示意图。从图中可以看出,U_Cy1 + U_Cy2 = U_bus,U_Cy1及U_Cy2在时间t内的变化,为Y电容Cy1、Cy2上通过绝缘电阻Riso1、Riso2及标尺绝缘电阻Rref形成的阻抗网络的放电所形成的电压变化。根据Cy1及Cy2上电压的变化值,可以换算出实际的绝缘电阻值Riso1、Riso2。
同时,需要确保在BUS+与BUS-与L、N之间实际已进入阻断状态时,切入开关Sref才能有效的进行检测。根据AC输入电压的实时监测及BUS电压、BUS电容容值、实际负载大小,可以对应的换算出具体的切入时刻。
本发明还公开了一种绝缘检测电路,参看图13示出的本发明原理框图,绝缘检测电路包括连接交流电网的PFC模块、连接PFC模块输出端的正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-、连接在正极直流母线BUS+和保护地PE之间的第一Y电容Cy1、连接在负极直流母线BUS-和保护地PE之间的第二Y电容Cy2、连接在正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-之间的母线电容C1,以及控制器,还包括连接交流电网的交流电压检测模块、分别连接正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的正极直流母线电压检测模块和负极直流母线电压检测模块,在负极直流母线BUS-或正极直流母线BUS+与和保护地PE之间连接一充电支路;控制器在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
参看图8示出的实施例,所述充电支路包括串联的标尺绝缘电阻Rref和切入开关Sref;所述切入开关Sref受控制器控制。闭合开关Sref意味着构成图7所示的充电回路,可进行检测;断开开关Sref可进行正常工作。
在图8示出的实施例,所述PFC模块包括整流模块B1。图中L1、Q1、D1、C2构成PFC模块中的boost升压模块。如图9所示,在AC输入电压过零点附近,控制开关管的驱动关闭,此时BUS正负与L、N间为阻断状态,可以直接通过判断U_Cy1与U_Cy2正常绝缘状态下的差异,来进行绝缘状态判断;或通过切入Rref与Sref来计算实际的绝缘阻值。需要指出,在AC输入电压过零点附近即可进行绝缘检测,因为此时BUS正负与L、N间为阻断状态。
所述PFC模块采用图腾柱PFC模块、桥式PFC模块、三相桥式PFC模块中的一种。图10为图腾柱PFC电路上实现此检测方法的实施例。类似的,在AC电压过零点附近,可以控制开关管的驱动关闭,进入BUS正负与L、N间的阻断状态。类似的,可以直接通过判断U_Cy1与U_Cy2与正常绝缘状态下的差异,来进行绝缘状态判断;或通过切入Rref与Sref来计算实际的绝缘阻值。图11为桥式PFC电路上实现此检测方法的实施例。图12为三相桥式PFC电路上实现此检测方法的实施例。在进行AC-DC整流输出时,可通过控制驱动来实现类似的阻断状态;类似的通过判断U_Cy1与U_Cy2与正常绝缘状态下的差异,来进行绝缘状态判断;或通过切入Rref与Sref来计算实际的绝缘阻值。
对于图10、11、12中的实施例,可通过简单的替换开关器件为双向工作及调整控制方式实现双向输出。除了在普通的AC-DC状态下可以使用此方法进行绝缘检测以外,在逆变输出即DC-AC状态下,也可通过控制驱动实现类似的阻断状态,进行绝缘状态判断或绝缘阻值计算。
本发明还公开了一种绝缘检测电路检测方法,所述电路采用上述的绝缘检测电路,所述检测方法包括:检测交流电压、检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2,在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
所述控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路之后,经过时间T的延时后,再次检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2。
记录时间T延时前后的正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2并将之对应相减,得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2,然后根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2。
参看图14示出的本发明较佳实施例控制流程图,所述检测方法具体包括以下步骤:
步骤1、检测交流电网是否过零、控制PFC模块中的功率开关是否断开,如否则检测结束,如是则转步骤2;
步骤2、检测是否进入绝缘状态判断,如否则检测结束,如是则转步骤3;
步骤3、接通充电支路;
步骤4、记录正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2;
步骤5、延时时间T;
步骤6、记录延时后正极直流母线电压U_Cy1_det和延时后负极直流母线电压U_Cy2_det;
步骤7、断开充电支路;
步骤8、将正极直流母线电压U_Cy1减去延时后正极直流母线电压U_Cy1_det得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1,将负极直流母线电压U_Cy2减去延时后负极直流母线电压U_Cy2_det得出负极直流母线电压差值ΔU_Cy2;
步骤9、根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2。
步骤10、判断正极直流母线电阻Riso1或负极直流母线电阻Riso2是否小于100千欧,如小于100千欧则转步骤11,如不小于100千欧则转步骤12;
步骤11、判断直流母线绝缘状态异常,发出绝缘状态异常信号,检测结束。
步骤12、判断直流母线绝缘状态正常,发出绝缘状态正常信号,检测结束。
所述时间T的典型取值范围为:0.1毫秒至1毫秒。
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 (9)
1.一种绝缘检测电路,包括连接交流电网的PFC模块、连接PFC模块输出端的正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-、连接在正极直流母线BUS+和保护地PE之间的第一Y电容Cy1、连接在负极直流母线BUS-和保护地PE之间的第二Y电容Cy2、连接在正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-之间的母线电容C1,以及控制器,其特征在于,还包括连接交流电网的交流电压检测模块、分别连接正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的正极直流母线电压检测模块和负极直流母线电压检测模块,在负极直流母线BUS-或正极直流母线BUS+与和保护地PE之间连接一充电支路;
控制器在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
2.如权利要求1所述的绝缘检测电路,其特征在于,所述充电支路包括串联的标尺绝缘电阻Rref和切入开关Sref;所述切入开关Sref受控制器控制。
3.如权利要求1所述的绝缘检测电路,其特征在于,所述PFC模块包括整流模块B1。
4.如权利要求1所述的绝缘检测电路,其特征在于,所述PFC模块采用图腾柱PFC模块、桥式PFC模块、三相桥式PFC模块中的一种。
5.一种绝缘检测电路检测方法,其特征在于,所述电路采用权利要求1至4任一项所述的绝缘检测电路,所述检测方法包括:检测交流电压、检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2,在交流电网过零时,控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路,根据正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2的变化判断正极直流母线BUS+和负极直流母线BUS-的绝缘状况。
6.如权利要求5所述的绝缘检测电路检测方法,其特征在于,所述控制PFC模块中的功率开关断开、接通充电支路之后,经过时间T的延时后,再次检测正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2。
7.如权利要求6所述的绝缘检测电路检测方法,其特征在于,记录时间T延时前后的正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2并将之对应相减,得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2,然后根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2。
8.如权利要求7所述的绝缘检测电路检测方法,其特征在于,所述检测方法具体包括以下步骤:
步骤1、检测交流电网是否过零、控制PFC模块中的功率开关是否断开,如否则检测结束,如是则转步骤2;
步骤2、检测是否进入绝缘状态判断,如否则检测结束,如是则转步骤3;
步骤3、接通充电支路;
步骤4、记录正极直流母线电压U_Cy1和负极直流母线电压U_Cy2;
步骤5、延时时间T;
步骤6、记录延时后正极直流母线电压U_Cy1_det和延时后负极直流母线电压U_Cy2_det;
步骤7、断开充电支路;
步骤8、将正极直流母线电压U_Cy1减去延时后正极直流母线电压U_Cy1_det得出正极直流母线电压差值ΔU_Cy1,将负极直流母线电压U_Cy2减去延时后负极直流母线电压U_Cy2_det得出负极直流母线电压差值ΔU_Cy2;
步骤9、根据预存在控制器中的电压电阻对照表查出与正极直流母线电压差值ΔU_Cy1和负极直流母线电压差值ΔU_Cy2对应的正极直流母线电阻Riso1和负极直流母线电阻Riso2;
步骤10、判断正极直流母线电阻Riso1或负极直流母线电阻Riso2是否小于100千欧,如小于100千欧则转步骤11,如不小于100千欧则转步骤12;
步骤11、判断直流母线绝缘状态异常,发出绝缘状态异常信号,检测结束;
步骤12、判断直流母线绝缘状态正常,发出绝缘状态正常信号,检测结束。
9.如权利要求8所述的绝缘检测电路检测方法,其特征在于,所述时间T的取值范围为:0.1毫秒至1毫秒。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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