CN112415360A - 一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置。本发明包括运算放大器U1、反相器U3和SR触发器U2。运算放大器U1的正相输入端接电阻R3及电阻R4的一端。电阻R3的另一端接基准电压；电阻R4接地；运算放大器U1的正相供电端接基准电压，反相供电端接地。所述运算放大器U1的输出端接电阻R2的一端；电阻R2的另一端接电阻R1的一端及SR触发器U2的S引脚；电阻R1的另一端接地。反相器U3的输出引脚接SR触发器U2的R引脚，供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地。本发明具有更快的响应时间，更高的触发效率，可以在短时间内触发保护电路，切断断路器开关。

Description

一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置

技术领域

本发明属于新能源汽车电子安全技术领域，具体涉及一种电动汽车电路短路快速保护触发和检测装置。

背景技术

随着新能源汽车发展越来越快，汽车不仅是能跑，更多的功能被研发应用，随之而来汽车的电气系统越来越复杂，电气系统的负载也越来越大，电气系统发生故障的类型和频率越来越多。传统新能源汽车的智能检测预警断路器也能起到短路保护作用，但在电路故障发生时，智能检测预警断路器触头工作容量增大，导致触头分断时产生的电弧能量增大，燃弧时间变长，从而造成触点烧坏进而降低寿命，增大汽车电路自燃几率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源汽车智能检测预警断路器装置。

本发明包括运算放大器U1、反相器U3和SR触发器U2。运算放大器U1的正相输入端接电阻R3及电阻R4的一端。电阻R3的另一端接基准电压；电阻R4接地；运算放大器U1的正相供电端接基准电压，反相供电端接地。所述运算放大器U1的输出端接电阻R2的一端；电阻R2的另一端接电阻R1的一端及SR触发器U2的S引脚；电阻R1的另一端接地。反相器U3的输出引脚接SR触发器U2的R引脚，供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地。SR触发器U2的供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地；SR触发器U2输出第一检测信号；

作为优选，本发明还包括运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6和SR触发器U7。所述运算放大器U4的正相输入端接电阻R13的一端，反相输入端接电阻R6、电阻R8及电容C2的一端。电阻R6的另一端接电容C1、电阻R5的一端及运算放大器U1的反相输入端。电阻R13、电容C1及电阻R5的另一端均接地。运算放大器U4的输出端接电阻R8及电容C2的另一端及电阻R7的一端；电阻R7的另一端接接电阻R9的一端及运算放大器U5的反相输入端。运算放大器U5的正相输入端接电阻R14的一端；电阻R14的另一端接地。运算放大器U5的输出端接电阻R9的另一端及二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接电阻R10的一端及运算放大器U6的反相输入端；电阻R10的另一端接地；运算放大器U6的正相输入端接上拉变阻电阻R11的调节端；上拉变阻电阻R11的第一固定端接外部5V电压，第二固定端接地。运算放大器U6的输出端接电阻R12的一端；电阻R12的另一端接SR触发器U2的R引脚。SR触发器U7的供电引脚接外部供电电压，地线引脚接地；

作为优选，所述的SR触发器U2输出的第一检测信号，及SR触发器U7输出的第二检测信号均传输到控制器U8；控制器U8采用AVRmega48单片机。

作为优选，所述电阻R8与电阻R13的电阻值相等。

本发明具有的有益效果是：

1、相比于传统车载保护电路，本发明设计的路短路快速保护触发和检测装置具有更快的响应时间，更高的触发效率，可以在短时间内触发保护电路，切断断路器开关。

2、相比于传统车载保护电路，本发明设计的路短路快速保护触发和检测装置增加了电路故障类型检测功能，可以检测故障发生的类型，再传到车辆电子系统，将故障信息显示在仪表盘，降低修理难度。

3、相比于传统车载保护电路，本发明设计的路短路快速保护触发和检测装置增加电路故障位置检测功能，可以检测故障发生的位置，增加修理电路的便捷性，降低修理的难度。

4、相比于传统车载保护电路，本发明设计的路短路快速保护触发和检测装置增加了预警功能，当故障发生时，可以快速将信息传递到车辆中央控制单元，并在仪表盘显示和语音报警。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置，包括运算放大器U1、运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6、反相器U3和SR触发器U2。运算放大器U1的正相输入端接电阻R3及电阻R4的一端。电阻R3的另一端接外部输入的基准电压es；电阻R4接地；运算放大器U1的正相供电端接基准电压es，反相供电端接地。

运算放大器U1的输出端接电阻R2的一端；电阻R2的另一端接电阻R1的一端及SR触发器U2的S引脚；电阻R1的另一端接地。反相器U3的输出引脚接SR触发器U2的R引脚，供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地。SR触发器U2的供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地；运算放大器U1的反相输入端及反相器U3的输入引脚连接在一起，作为检测输入端Z，与被测的电路节点连接；SR触发器U2的输出引脚输出检测信号P₁，传输给控制器U8；控制器U8采用AVRmega48单片机。

运算放大器U4的正相输入端接电阻R13的一端，反相输入端接电阻R6、电阻R8及电容C2的一端。电阻R6的另一端接电容C1、电阻R5的一端及运算放大器U1的反相输入端。电阻R13、电容C1及电阻R5的另一端均接地。运算放大器U4的输出端接电阻R8及电容C2的另一端及电阻R7的一端；电阻R7的另一端接接电阻R9的一端及运算放大器U5的反相输入端。运算放大器U5的正相输入端接电阻R14的一端；电阻R14的另一端接地。运算放大器U5的输出端接电阻R9的另一端及二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接电阻R10的一端及运算放大器U6的反相输入端；电阻R10的另一端接地；运算放大器U6的正相输入端接上拉变阻电阻R11的调节端；上拉变阻电阻R11的第一固定端接外部5V电压，第二固定端接地。运算放大器U6的输出端接电阻R12的一端；电阻R12的另一端接SR触发器U2的R引脚。SR触发器U7的供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地；SR触发器U7的输出引脚输出检测信号P₂，传输给控制器U8。

电容C1与电阻R5组成低通滤波器，电阻R6起到分压降压作用，电容C2为一个积分小电容。运算放大器U4是集成运算放大器，电容C1与电阻R5组成的低通滤波器，使交流正弦信号滤除高频，通低频。运算放大器U4与电阻R8，电阻R13和电容C2等组成的积分电路，运算放大器U4输入放大级是由两只P沟道JFET组成的共源极差分电路，并且用镜像恒流源做负载来提高增益。增益后的信号流经电阻R7，再经过运算放大器U5,电阻R9,电阻R14构成的积分电路进行二次增益，随后二极管D1导通，流经下一级运算放大器U6，电阻R10和运算放大器U6可以看成并联电路，电阻R8，电阻R13两个电阻等大，电阻R11为上拉电阻，外接5V电压使得没有过流时始终为高电平，过流时经过运算放大器输出低电平。最后输出的为低频信号传入触发器，由触发器传入中央处理芯片。

中央处理芯片选用AVRmega48为主控制器，具有8路10位的AD电容C和3路可编程PWM输出，具有在线编程功能，能方便地实现外部输入参数设置和电流、电压检测等任务

本发明的工作原理如下：

被测的电路节点输出的电信号分路为第一故障信号Sc、第二故障信号P₀和第三故障信号S_b。基准电压es由电阻R3和电阻R4分压后，与第一故障信号Sc比较，比较结果传输到SR触发器识别。第二故障信号P₀经过反相器U3反相后，接入SR触发器的R端，SR触发器负相输出信号P₁至PIC中央控制单元，读取短路故障。其中，SR触发器触发记录短路状态并保持至置位，当采样电路的第一故障信号S_电容C超过保护阈值时，可以将信息快速传递出去，通过车载硬件电路切断断路器，从而实现更快的保护效果。

本发明设计的故障类型识别电路的信号分为完全相同的第一故障信号Sc、第二故障信号P₀，分别传输到运算放大器U1的反相输入端、反相器U3的输入引脚。运算放大器U1对第一故障信号SC被放大到检测系统可以准确分析计算的范围后输入运算放大器U1；运算放大器U1将第一故障信号SC与输入运算放大器U1的标准电压U₀进行比较，并据此输出范围信号Sd；范围信号Sd传输到SR触发器触发器识别。第二故障信号P₀经过反相器U3反相后，转化为可识别功率信号电阻R_d，并将可识别功率信号电阻R_d输出到SR触发器触发器U2的R引脚；SR触发器触发器的负相输出引脚将可识别故障信号P₁传输到中央处理芯片。当电动汽车的电路发生故障时，范围信号S_d和可识别功率信号电阻R_d使得SR触发器触发器产生响应，使得SR触发器触发器的Q'引脚输出的可识别故障信号P₁发生变化。易发生的故障包括漏电短路、金属性短路、高温短路、匝间短路、接触不良、瞬间电压冲击和瞬间大过流。其中，短路和瞬间大过流时，关键节点的电压将快速下降，故SR触发器触发器的输入信号发生变化，输出信号在延迟后发生变化。

当故障发生时，信号经过系统运作处理传入芯片，将故障信号与存入信号比对，当信号匹配成功后，系统开始运作，信号传入中央处理芯片，芯片会对这些信号进行处理和数据转换，判断其故障位置。

故障位置判断采用以下判断原理：智能检测电路接于重要电路输出输入端，每个电路系统均有标号并设置LED灯，如ID电容C01、ID电容C02等。电路短路时系统可以根据故障信号传入的方位和线路判断其故障发生位置。例如智能检测电路ID电容C01接于电池输出端，当短路信号发生时，系统检测到信号开始运作，并亮起LED灯，另一方面将信号传递给电子系统再于驾驶室仪表盘报警，并显示其编号ID电容C01，由此可以确定故障发生的位置。

本发明设计的电路故障类型判断部分，检测电路检测的电流来源自主电路，电路中的电容C1与电阻R5组成低通滤波器，起到高频滤波作用，滤除无用频率，抑制无用信号。电阻R6起到分压降压作用，电容C2为一个积分小电容。U4是集成运算放大器，双运算放大器。图中电路为作用为检测电路中的过流信号使其变成低电平的脉冲信号，从而使过流信号变为可检测的信号。以下假设主电路出现过流信号，过流信号一部分为SC。另一部分Sb进入检测电路，由电容电容C1与电阻电阻R5组成的低通滤波器，使交流正弦信号滤除高频，通低频。过流信号经过电阻R6，由集成运算放大器U4与电阻R8,电阻R13和电容C2等组成的积分电路，U4输入放大级是由两只P沟道JFET组成的共源极差分电路，并且用镜像恒流源做负载来提高增益。增益后的信号流经电阻R7，再经过U5电阻R9,电阻R14构成的积分电路进行二次增益，随后二极管D1导通，流经下一级U5运算放大器，电阻R10和U5可以看成并联电路，电阻R8,电阻R13两个电阻等大，用来稳定输出电流放大级的静态电流并且限制输出短路电流。电阻R11为上拉电阻，外接5V电压使得没有过流时始终为高电平，过流时经过运算放大器输出低电平。最后输出的为低频信号传入触发器。

若过流信号发生，经过电路放大降频之后将低频信号传入触发器，触发器将信号转为二进制码传入中央处理芯片，系统此时将信号与已存信号比对，信号匹配后系统确认故障为电路短路，结合电路位置检测部分来确认电路短路位置，并显示在仪表盘上，其具体实施原理如下。

若电路发生断路，此时电流信号为0，触发器将断路信号传出，经系统运作确认故障类型和位置并显示在仪表盘上。

将汽车电气设备所连接的第i个短路快速保护触发和检测装置的电路故障状态信息定义为λ_i，j，n(j＝1,2,3…)，具体信号定义为：0000为无故障,0001为断路故障,0010短路故障,0011过电流故障0100～1111。其他故障通过智能检测预警断路器触点获取故障状态，再转换成可诊断的状态数据，再发送给中央控制单元，判断故障类型，然后启动触发电路，从而实现设备断电保护和报警。

Claims (4)

1.一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置，包括运算放大器U1、反相器U3和SR触发器U2；其特征在于：运算放大器U1的正相输入端接电阻R3及电阻R4的一端；电阻R3的另一端接基准电压；电阻R4接地；运算放大器U1的正相供电端接基准电压，反相供电端接地；所述运算放大器U1的输出端接电阻R2的一端；电阻R2的另一端接电阻R1的一端及SR触发器U2的S引脚；电阻R1的另一端接地；反相器U3的输出引脚接SR触发器U2的R引脚，供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地；SR触发器U2的供电引脚接外部供电电压VCC，地线引脚接地；SR触发器U2输出第一检测信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置，其特征在于：还包括运算放大器U4、运算放大器U5、运算放大器U6和SR触发器U7；所述运算放大器U4的正相输入端接电阻R13的一端，反相输入端接电阻R6、电阻R8及电容C2的一端；电阻R6的另一端接电容C1、电阻R5的一端及运算放大器U1的反相输入端；电阻R13、电容C1及电阻R5的另一端均接地；运算放大器U4的输出端接电阻R8及电容C2的另一端及电阻R7的一端；电阻R7的另一端接接电阻R9的一端及运算放大器U5的反相输入端；运算放大器U5的正相输入端接电阻R14的一端；电阻R14的另一端接地；运算放大器U5的输出端接电阻R9的另一端及二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接电阻R10的一端及运算放大器U6的反相输入端；电阻R10的另一端接地；运算放大器U6的正相输入端接上拉变阻电阻R11的调节端；上拉变阻电阻R11的第一固定端接外部5V电压，第二固定端接地；运算放大器U6的输出端接电阻R12的一端；电阻R12的另一端接SR触发器U2的R引脚；SR触发器U7的供电引脚接外部供电电压，地线引脚接地。

3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置，其特征在于：所述的SR触发器U2输出的第一检测信号，及SR触发器U7输出的第二检测信号均传输到控制器U8；控制器U8采用AVRmega48单片机。

4.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车电路短路快速保护触发的检测装置，其特征在于：所述电阻R8与电阻R13的电阻值相等。

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