CN113391125A - 一种绝缘检测电路、检测方法及供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供的绝缘检测电路、检测方法及供电电路，应用于电力电子技术领域，该电路包括正极分压电路、负极分压电路、第一采样电路、第二采样电路和控制电路，正极分压电路和负极分压电路相连，形成检测支路，且正极分压电路和负极分压电路的连接点作为检测电压注入端；控制电路向检测支路注入第一检测电压和第二检测电压，接收第一采样电路输出的第一差分电压和第二差分电压，以及第二采样电路输出的第三差分电压和第四差分电压，并根据所得差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压，有效提高绝缘检测的精度，能够满足实际应用需求。

Description

一种绝缘检测电路、检测方法及供电电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种绝缘检测电路、检测方法及供电电路。

背景技术

在很多应用场景中，对高压供电电路的对地绝缘性能有着严格的要求。以纯电动汽车或混合动力汽车为例，车辆装载的高压供电电路，主要为驱动电机、空调等部件提供工作电源，在振动、冲击以及部件老化等因素的影响下，高压供电电路的对地绝缘容易出现损坏，从而导致绝缘性能下降。如果高压供电电路对整车地构成漏电流回路，当漏电流超过一定值时，不仅会影响车内电器设备的正常工作，甚至会危及乘客的人身安全，因此，需要对高压供电电路以及与其相连的高压部件进行绝缘检测。

图1所示为现有技术中一种对高压供电电路进行绝缘检测的绝缘检测电路，MCU向自适应电压补偿电路U1注入低频电压信号，由于供电电路对地的等效绝缘电阻的大小会影响采样电路两端的阻抗，进而使采样电路在电路中所得分压有所改变，以此判断高压供电电路正负极对车身地的绝缘情况。

然而，发明人研究发现，现有技术提供的绝缘检测电路，只能给出供电电路整体的绝缘检测结果，难以同时精确计算出高压正极对车身地的绝缘阻抗以及高压负极对车身地的绝缘阻抗，绝缘检测精度较低，难以满足实际应用需求。

发明内容

本发明提供一种绝缘检测电路、检测方法及供电电路，同时计算出待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压，有效提高绝缘检测精度，满足实际应用需求。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种绝缘检测电路，包括：正极分压电路、负极分压电路、第一采样电路、第二采样电路和控制电路，其中，

所述正极分压电路和所述负极分压电路相连，形成检测支路；

所述检测支路连接于待检测电路的正极母线和负极母线之间；

所述正极分压电路和所述负极分压电路的连接点作为检测电压注入端；

所述控制电路的输出端与所述检测电压注入端相连，向所述检测支路注入第一检测电压和第二检测电压；

所述第一采样电路分别与所述正极分压电路的分压输出端、所述检测电压注入端以及所述控制电路的第一输入端相连；

所述第一采样电路输出与所述第一检测电压对应的第一差分电压和与所述第二检测电压对应的第二差分电压；

所述第二采样电路分别与所述负极分压电路的分压输出端、所述检测电压注入端以及所述控制电路的第二输入端相连；

所述第二采样电路输出与所述第一检测电压对应的第三差分电压和与所述第二检测电压对应的第四差分电压；

所述控制电路根据所述第一差分电压、所述第二差分电压、所述第三差分电压和所述第四差分电压确定所述待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

可选的，所述第一采样电路包括第一差分调理电路，其中，

所述第一差分调理电路的第一输入端与所述检测电压注入端相连；

所述第一差分调理电路的第二输入端与所述正极分压电路的分压输出端相连；

所述第一差分调理电路的输出端与所述控制电路的第一输入端相连；

所述第二采样电路包括第二差分调理电路，其中，

所述第二差分调理电路的第一输入端与所述检测电压注入端相连；

所述第二差分调理电路的第二输入端与所述负极分压电路的分压输出端相连；

所述第二差分调理电路的输出端与所述控制电路的第二输入端相连。

可选的，所述第一采样电路还包括：第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其中，

所述第一电压跟随电路连接于所述检测电压注入端与所述第一差分调理电路的第一输入端之间；

所述第二电压跟随电路连接于所述正极分压电路的分压输出端与所述第一差分调理电路的第二输入端之间；

所述第二采样电路还包括：第三电压跟随电路和第四电压跟随电路，其中，

所述第三电压跟随电路连接于所述检测电压注入端与所述第二差分调理电路的第一输入端之间；

所述第四电压跟随电路连接于所述负极分压电路的分压输出端与所述第二差分调理电路的第二输入端之间。

可选的，所述第一采样电路还包括：第一钳位电路，其中，

所述第一钳位电路与所述正极分压电路的分压输出端相连；

所述第一钳位电路将所述正极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在第一预设电压范围内；

所述第二采样电路还包括：第二钳位电路，其中，

所述第二钳位电路与所述负极分压电路的分压输出端相连；

所述第二钳位电路将所述负极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在所述第一预设电压范围内。

可选的，所述第一采样电路还包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中，

所述第一滤波电路连接于所述检测电压注入端与所述第一电压跟随电路之间；

所述第二滤波电路连接于所述正极分压电路的分压输出端与所述第二电压跟随电路之间；

所述第二采样电路还包括第三滤波电路和第四滤波电路，其中，

所述第三滤波电路连接于所述检测电压注入端与所述第三电压跟随电路之间；

所述第四滤波电路连接于所述负极分压电路的分压输出端与所述第四电压跟随电路之间。

可选的，所述第一差分调理电路和所述第二差分调理电路还分别接入预设偏置电压。

可选的，所述控制电路包括：电压生成电路和控制器，其中，

所述控制器的第一输入端作为所述控制电路的第一输入端；

所述控制器的第二输入端作为所述控制电路的第二输入端；

所述控制器的输出端与所述电压生成电路的输入端相连；

所述电压生成电路的输出端作为所述控制电路的输出端；

所述控制器输出检测信号；

所述电压生成电路将所述检测信号转换为所述第一检测电压和所述第二检测电压。

可选的，所述电压生成电路包括第五滤波电路和信号调理电路，其中，

所述第五滤波电路连接于所述控制器的输出端与所述信号调理电路的输入端之间；

所述信号调理电路的输出端作为所述电压生成电路的输出端；

所述第五滤波电路将所述检测信号转换为初始方波脉冲信号；

所述信号调理电路将所述初始方波脉冲信号转换为满足预设驱动条件的检测方波脉冲信号。

可选的，所述检测信号包括变占空比PWM控制信号。

可选的，所述控制电路还包括：校验电路，其中，

所述校验电路的输入端与所述电压生成电路的输出端相连；

所述校验电路的输出端与所述控制器的第三输入端相连；

所述校验电路采集所述电压生成电路输出的所述第一检测电压和所述第二检测电压；

所述控制器对所述第一检测电压和所述第二检测电压进行校验。

可选的，所述控制电路还包括：第三钳位电路，其中，

所述第三钳位电路与所述电压生成电路相连；

所述第三钳位电路将所述第一检测电压或所述第二检测电压钳位在第二预设电压范围内。

可选的，所述正极分压电路和所述负极分压电路的阻抗相等。

可选的，所述正极分压电路包括第一接入开关；

所述负极分压电路包括第二接入开关；

所述第一接入开关和所述第二接入开关的控制端分别与所述控制电路相连；

所述控制电路控制所述第一接入开关和所述第二接入开关的导通状态。

可选的，所述第一检测电压和所述第二检测电压的参考零电位，与所述待检测电路的参考零电位相同。

第二方面，本发明提供一种绝缘检测方法，应用于本发明第一方面任一项所述的绝缘检测电路，所述方法包括：

响应检测指令，输出检测电压，所述检测电压包括第一检测电压和第二检测电压；

获取反馈电压，所述反馈电压包括与所述第一检测电压对应的第一差分电压和第三差分电压，以及，与所述第二检测电压对应的第二差分电压和第四差分电压；

根据所述第一差分电压、所述第二差分电压、所述第三差分电压和所述第四差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

可选的，所述获取反馈电压包括：

判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态；

获取所述第一采样电路和所述第二采样电路的输出电压处于稳态情况下的反馈电压。

可选的，所述判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，包括：

按照预设采样规则采集所述第一采样电路的输出电压和所述第二采样电路的输出电压；

分别根据与所述第一采样电路对应的采样结果以及与所述第二采样电路对应的采样结果计算相应的输出电压变化率；

若所述第一采样电路对应的输出电压变化率处于预设波动范围内，判定所述第一采样电路的输出电压处于稳态；

若所述第二采样电路对应的输出电压变化率处于所述预设波动范围内，判定所述第二采样电路的输出电压处于稳态。

可选的，所述判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，包括：

在输出所述检测电压的同时开始计时；

若计时时长达到预设时长阈值，判定所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压处于稳态；

其中，所述预设时长阈值基于所述检测电压的持续周期确定。

第三方面，本发明提供一种供电电路，包括：储能电池、供电主电路和本发明第一方面任一项所述的绝缘检测电路，其中，

所述储能电池与所述供电主电路相连；

所述绝缘检测电路与所述供电主电路的直流母线相连。

本发明提供的绝缘检测电路，包括正极分压电路、负极分压电路、第一采样电路、第二采样电路和控制电路，正极分压电路和负极分压电路相连，形成检测支路，且正极分压电路和负极分压电路的连接点作为检测电压注入端；控制电路向检测支路注入第一检测电压和第二检测电压，接收第一采样电路输出的第一差分电压和第二差分电压，以及第二采样电路输出的第三差分电压和第四差分电压，并根据第一差分电压、第二差分电压、第三差分电压和第四差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。与现有技术相比，本发明提供的绝缘检测电路能够同时计算得到待检测电路的正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，还可以计算得到母线电压，有效提高绝缘检测的精度，能够满足实际应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是现有技术中一种绝缘检测电路的电路拓扑图；

图2是本发明实施例提供的一种绝缘检测电路的结构框图；

图3是本发明实施例提供的另一种绝缘检测电路的电路拓扑图；

图4是本发明实施例提供的再一种绝缘检测电路的电路拓扑图；

图5是本发明实施例提供的又一种绝缘检测电路的电路拓扑图；

图6是本发明实施例提供的另一种绝缘检测电路的电路拓扑图；

图7是本发明实施例提供的一种控制电路的电路拓扑图；

图8是本发明实施例提供的检测电压的转换过程示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种控制电路的电路拓扑图；

图10是本发明实施例提供的一种绝缘检测方法的流程图；

图11是本发明实施例述及的采样电路输出电压的获取时刻的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图2，图2是本发明实施例提供的一种绝缘检测电路的结构框图，如图2所示，图中虚线框内对应的电路即待检测电路60，一般的，待检测电路60包括储能电池BAT以及和储能电池BAT相连的正极母线BUS+和负极母线BUS-。图2中Rp为待测的正极对地绝缘电阻、Rn为待测的负极对地绝缘电阻，Cp为正极对地等效电容和Cn为负极对地等效电容。在控制电路注入检测电压时，会引起Cp和Cn充放电。

基于待检测电路60的基本结构，本实施例提供的绝缘检测电路包括正极分压电路10、负极分压电路20、第一采样电路30、第二采样电路40和控制电路50，其中，

正极分压电路10和负极分压电路20串联连接，形成检测支路，所得检测支路的一端与正极母线BUS+相连，检测支路的另一端和负极母线BUS-相连，即检测支路连接于正极母线BUS+与负极母线BUS-之间。

进一步的，正极分压电路10和负极分压电路20还分别设置有分压输出端(图中未单独示出)，将正极分压电路10和负极分压电路20的连接点作为检测电压注入端，图中以Zr示出。

控制电路50的输出端与检测电压注入端Zr相连，在进行绝缘检测时，控制器50按照预设顺序向检测支路注入第一检测电压和第二检测电压。需要说明的是，在实际应用中，第一检测电压和第二检测电压至少具备不同的幅值，至于二者各自的持续时长是否相同，可以结合实际测试需求设置。

第一采样电路30分别与正极分压电路10的分压输出端、检测电压注入端Zr以及控制电路50的第一输入端相连，相应的，第二采样电路40分别与负极分压电路20的分压输出端、检测电压注入端Zr以及控制电路50的第二输入端相连。

在控制电路50输出第一检测电压的情况下，正极分压电路10在第一检测电压和正极母线电压的叠加作用下输出第一分压电压，第一采样电路30则对第一分压电压和第一检测电压进行差分运算，输出第一检测电压对应的第一差分电压；相应的，在控制电路50输出第二检测电压的情况下，正极分压电路10在第二检测电压和正极母线电压的叠加作用下输出第二分压电压，第一采样电路30则对第二分压电压和第二检测电压进行差分运算，输出与第二检测电压对应的第二差分电压。

相应的，在控制电路50输出第一检测电压的情况下，负极分压电路20在第一检测电压和负极母线电压的叠加作用下输出第三分压电压，第二采样电路40则对第三分压电压和第一检测电压进行差分运算，输出第一检测电压对应的第三差分电压；相应的，在控制电路50输出第二检测电压的情况下，负极分压电路20在第二检测电压和负极母线电压的叠加作用下输出第四分压电压，第二采样电路40则对第四分压电压和第二检测电压进行差分运算，输出与第二检测电压对应的第四差分电压。

控制电路50接收各采样电路采集的差分电压，根据第一差分电压、第二差分电压、第三差分电压和第四差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

对于上述正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压的计算过程，本实施例仅给出核心的计算思想，具体计算过程需要结合具体的电路拓扑结构以及待检测电路的具体结构确定，本发明对具体的计算过程不做限定。由于检测电压是已知的，而正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压是3个未知量，因此，至少需要得到3个方程来求解3个未知数。在注入第一检测电压时，在得到第一差分电压和第三差分电压，可以得到2个电压方程；同理，注入第二检测电压时，可以得到第二差分电压和第四差分电压，进而得到另外2个电压方程，构建得到包括4个电压方程的方程组，经过求解，即可得到上述3个未知量的值。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的绝缘检测电路能够同时计算得到待检测电路的正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，能够在正负极对地绝缘阻抗都较低时，保持较高的绝缘检测精度，能够满足实际应用需求。

进一步的，由于是主动注入检测电压，能够在检测绝缘电阻的同时，实现对高压动力电池电压，即母线电压的检测，高压动力电池电压对检测精度的影响小。

下面结合具体的电路拓扑，对本发明提供的绝缘检测电路进行介绍，当然，各构成部分之间的连接关系，仍然是以图2所示实施例为基础的。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的另一种绝缘检测电路的电路拓扑图，在本实施例中，示出正极分压电路、负极分压电路、第一采样电路和第二采样电路的可选构成方式。

其中，正极分压电路10包括分压电阻R1和R3组成，分压电阻R1的一端与正极母线相连，另一端与分压电阻R3的一端相连，分压电阻R3的另一端与分级分压电路20相连。分压电阻R1和R3的串联连接点，即正极分压电路10的分压输出端，图中以Vo3示出。

负极分压电路20与正极分压电路10的构成类似，此处不再详述。其中，分压电阻R2和分压电阻R4的串联连接点即负极分压电路20的分压输出端，图中以Vo4示出。

需要说明的是，图中所示分压电阻R1-R4，仅为具体电路构成的示意图，在实际应用中，可以基于不同数量电阻、以不同连接方式构成，图3所示不作为对分压电阻设置数量以及连接方式的限制。

可选的，作为一种优选的实施方式，正极分压电路和负极分压电路的阻抗相等。确保正常情况下接地点相对于电池组正负之间的电位处于平衡状态。进一步的，接入的检测电阻总阻值(R1+R3+R2+R4)在MΩ级以上，尽可能减小对整体绝缘阻抗的影响。

进一步的，正极分压电路10还包括第一接入开关S1，负极分压电路20包括第二接入开关S2。第一接入开关S1和第二接入开关S2的控制端分别与控制电路50相连(图中以相应的箭头示出)，控制电路50控制第一接入开关S1和第二接入开关S2的导通状态。通过设置相应的接入开关，可以通过接入开关控制分压检测电路的接入，使得绝缘检测电路不工作时对绝缘阻抗无影响。

第一采样电路30包括第一差分调理电路，如图所述，第一差分调理电路由运放U5以及相应的电阻构成。具体的，电阻R16的一端作为第一差分调理电路的第一输入端与检测电压注入端Zr相连；电阻R13的一端作为第一差分调理电路的第二输入端与正极分压电路10的分压输出端Vo3相连；第一差分调理电路的输出端与控制电路的第一输入端相连。

基于图3所示电路拓扑可以看出，第一差分调理电路以Vo3和Zr的电压为差分输入的电压，在经过差分运算后，输出相应的差分电压，该差分电压对应分压电阻R3两端真实的压降，使得后级相连的控制电路50只需采集第一差分调理电路输出的一个电压，而不是在采集Vo3和Zr处的两个电压之后，再进行做差运算，能够降低一部分软件资源的占用。同时，第一差分调理电路还可以进行相应信号幅值的缩放，避免前级输出的信号大于控制电路50的采样输入范围，影响控制电路50的安全运行。

进一步的，与第一采样电路30类似，第二采样电路40包括第二差分调理电路，第二差分调理电路由运放U8以及相应的电阻构成，其中，电阻R19的一端作为第二差分调理电路的第一输入端与检测电压注入端Zr相连；电阻R22的一端作为第二差分调理电路的第二输入端与负极分压电路20的分压输出端Vo4相连；第二差分调理电路的输出端与控制电路50的第二输入端相连。

第二差分调理电路的工作原理与第一差分调理电路的工作原理一致，此处不再赘述，第二差分调理电路输出的是分压电阻R4两端的真实压降。

可选的，在实施例提供的检测电路中，第一差分调理电路和第二差分调理电路还分别接入预设偏置电压Vref。其中，第一差分调理电路经电阻R14接入，第二差分调理电路通过电阻R20接入。通过预设偏置电压对电位的调节作用，可实现对负电压扰动信号的采样，只需引入低成本的正供电非隔离电源及正压供电运放，而不需要引入高成本的正负供电隔离电源及正负压供电运放，有助于电路整体的成本控制。

需要说明的是，在图3所示实施例以及后续实施例中，V_inject表示控制电路输出的检测电压，Vo3_FB表示第一采样电路反馈的差分电压，Vo4_FB表示第二采样电路反馈的差分电压，在后续内容中不再单独说明。

基于图3所示的电路拓扑可知，图3所示实施例中第一采样电路和第二采样电路的采样方式属于直接采样，对运算放大器的性能要求很高，而且往往需要选用内部集成有隔离电路的运算放大器，这类运放成本很高，进而导致绝缘检测电路的成本较高。

为解决成本问题，本发明实施例提供再一种绝缘检测电路，可选的，参见图4，图4是本发明实施例提供的再一种绝缘检测电路的电路拓扑图，本实施例提供的绝缘检测电路，通过在采样电路中设置电压跟随电路，降低对差分调理电路的性能要求，进而降低成本。

具体的，在图3所示实施例的基础上，第一采样电路还包括：运放U4构成的第一电压跟随电路和运放U3构成的第二电压跟随电路。

第一电压跟随电路连接于检测电压注入端Zr与第一差分调理电路的第一输入端(即R16的一端)之间；第二电压跟随电路连接于正极分压电路的分压输出端与第一差分调理电路的第二输入端(即R13的一端)之间。

第二采样电路还包括：运放U6构成的第三电压跟随电路和运放U7构成的第四电压跟随电路。

第三电压跟随电路连接于检测电压注入端Zr与第二差分调理电路的第一输入端(即R19的一端)之间；第四电压跟随电路连接于负极分压电路的分压输出端与第二差分调理电路的第二输入端(即R22的一端)之间。

基于上述图4所示实施例，以V_inject_H表示第一检测电压，以Vo3_1表示正极分压电路输出的第一分压电压，以Vo4_1表示负极分压电路输出的第三分压电压，经过第一采样电路处理后所得第一差分电压则表示为(Vo3_1-V_inject_H)，经过第二采样电路处理所得第三差分电压则表示为(V_inject_H–Vo4_1)。

同理，以V_inject_L表示第二检测电压，以Vo3_2表示正极分压电路输出的第二分压电压，以Vo4_2表示负极分压电路输出的第四分压电压，经过第一采样电路处理后所得第二差分电压则表示为(Vo3_2-V_inject_L)，经过第二采样电路处理所得第四差分电压则表示为(V_inject_L–Vo4_2)。

本发明实施例通过在采样电路中设置电压跟随电路，可以使图3所示的直接采样，变为间接采样，即将原来四个高共模的差分信号(Vo3_1-V_inject_H)、(V_inject_H–Vo4_1)、(Vo3_2-V_inject_L)和(V_inject_L–Vo4_2)，拆分成6个共模信号：Vo3_1、V_inject_H和Vo4_1、Vo3_2、V_inject_L和Vo4_2。由于是间接采样，可以采用现有技术中常见的高共模输入范围的运放采共模部分，再用宽差分输入的差分调理电路进行差分运算，在具体实现时，所涉及的运放都是市面上常见的运放，而且构成的是非隔离方案，成本低。

进一步的，通过设置电压跟随电路，还可以实现相应的高阻抗采样电路，避免从分压电路中分走电流，进而避免影响采样结果。

可选的，参见图5，在图4所示实施例的基础上，本实施例提供的绝缘检测电路中，第一采样电路30还包括第一滤波电路、第二滤波电路和第一钳位电路，其中，

第一滤波电路连接于检测电压注入端Zr与第一电压跟随电路之间，如图5所示，第一滤波电路包括串联连接的电阻R26和电容C4，电阻R26的一端与检测电压注入端Zr相连，电阻R26和电容C4的串联连接点与第一电压跟随电路相连。

第二滤波电路连接于正极分压电路的分压输出端与第二电压跟随电路之间。第二滤波电路包括串联连接的电阻R25和电容C3，电阻R25的一端与正极分压电路的分压输出端相连，电阻R25和电容C3的串联连接点与第二电压跟随电路相连。

第一钳位电路与正极分压电路的分压输出端相连，即连接于正极分压电路的分压输出端与第二电压跟随电路之间，第一钳位电路将正极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在第一预设电压范围内。如图5所示，第一钳位电路包括二极管D3和二极管D4。D3的负极与工作电源VCC相连，正极与R25的一端相连，D4的负极与R25的一端相连，正极接地。假设D3和D4的导通压降为0.6V，当正极分压电路的输出电压在-0.6V至VCC+0.6V范围内情况下，D3和D4不起作用，当正极分压电路的输出电压大于VCC+0.6V时，正极分压电路的输出电压被钳位在VCC+0.6V；同理，当正极分压电路的输出电压小于-0.6V时，正极分压电路的输出电压被钳位在-0.6V，从而起到保护后级电路的作用。

相似的，第二采样电路40还包括第三滤波电路和第四滤波电路，其中，

第三滤波电路连接于检测电压注入端与第三电压跟随电路之间；第四滤波电路连接于负极分压电路的分压输出端与第四电压跟随电路之间。

进一步的，第二采样电路还包括第二钳位电路，该第二钳位电路与负极分压电路的分压输出端相连，将负极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在前述的第一预设电压范围内。

至于第二采样电路中第三滤波电路、第四滤波电路和第二采样电路的具体构成，各构成部分之间的连接关系以及相应的工作原理，均可以参照前述第一采样电路中相应的内容实现，此处不再复述。

可选的，在图5所示实施例的基础上，图6所示实施例还示出第一采样电路以及第二采样电路中电压跟随电路的另外一种连接方式，具体可参见图6所示，此处不再具体展开。

需要说明的是，在图4和图5所示实施例中的正极分压电路和负极分压电路，同样可以采用图3所示实施例中给出的具体电路拓扑，为了能够突出采样电路的具体结构，图4和图5所示实施例中不再具体示出分压电路的具体结构。

综上所述，本发明实施例提供的绝缘检测电路，采用对母线分压注入方案，分压后共模电压幅值减小很多，容易通过普通运放实现对共模电压的采样调理，进而得到低成本共地非隔离方案。由于不需要隔离，本发明提供的绝缘检测电路比较容易集成设置，而不需要额外引入成本高的隔离器件。

进一步的，用低成本的共模转差模采样替代高成本的直接差分采样，且共模电压跟随电路实现阻抗变换，减小采样调理电路对分压电路的影响，总体成本低。

可选的，在上述任一实施例中使用的控制电路，均可以采用图7所示实施例提供的可选实现方式，本实施例提供的控制电路包括：电压生成电路501和控制器502，其中，

控制器502的第一输入端作为控制电路的第一输入端，与第一采样电路(图中未示出)相连，接收第一采样电路反馈的差分信号Vo3_FB,如前所述，第一采样电路反馈的差分信号包括第一差分信号和第二差分信号。

控制器502的第二输入端作为控制电路的第二输入端，与第二采样电路(图中未示出)相连，接收第二采样电路反馈的差分信号Vo4_FB，如前所述，第二采样电路反馈的差分信号包括第三差分信号和第四差分信号。

控制器502的输出端与电压生成电路501的输入端相连，向电压生成电路输出检测信号，电压生成电路将所得检测信号转换为前述的第一检测电压和第二检测电压，电压生成电路的输出端作为控制电路的输出端，向检测电压注入端注入相应的检测电压(图中以V_inject示出)。

当然，在正极分压电路和负极分压电路设置有接入开关的情况下，控制器502还分别与接入开关的控制端相连。

可选的，在实际应用中，控制器502输出检测信号可采用变占空比PWM信号，为此，本发明实施例提供的电压生成电路501包括第五滤波电路和信号调理电路。

具体的，参见图7，第五滤波电路包括电阻R5、电容C1、电阻R6和电容C2。电阻R6的一端作为第五滤波电路的输出端与信号调理电路的输入端相连，电阻R6的另一端分别与电容C2和电阻R5的一端连接，电容C2的另一端接地。电阻R5的另一端分别与电容C1的一端和控制器502的输出端相连，电容C1的另一端接地。

在本实施例中，第五滤波电路主要用于将控制器502输出的PWM信号转换为方波脉冲信号。

进一步的，信号调理电路主要包括运放U1、电阻R7和电阻R8，对于信号调理电路的具体连接方式，可以参见图7所示，此处不再赘述。由于在大部分情况下，经过第五滤波电路转换得到的方波脉冲信号的功率仍然较小，不能作为注入的检测电压使用，信号调理电路主要用于将方波脉冲信号转换为第一检测电压和第二检测电压。

参见图8，控制器502输出的变占空比PWM信号PWM_inject，前半个周期为高占空比信号，后半个周期为低占空比信号，在经过第五滤波电路的转换后得到方波脉冲信号(图中以V_filter示出)，其中，方波脉冲信号中的高电平的幅值为变占空比PWM信号的幅值与前半周期占空比(图中以D_H表示)的乘积，相应的，方波脉冲信号中的低电平的幅值为变占空比PWM信号的幅值与后半周期占空比(图中以D_L表示)的乘积。之后，经过信号调理电路的处理，方波脉冲信号的功率和幅值均得到放大，图8中A表示放大倍数，得到最终输出至检测电压注入端的检测电压，如图所示，功率增大后的方波脉冲信号中的高电平即为第一检测电压，低电平即为第二检测电压。

需要说明的是，图8所示的PWM信号仅是一种可选的实施方式，在实际应用中，也可以将前半个周期设置为低占空比信号，相应的，将后半个周期设置为高占空比信号，这同样也是可选的，本发明对于PWM信号的具体形式不做限定。

根据图8所示还可以看出，控制器502按照预设周期输出PWM信号，即可实现对绝缘电阻的周期性检测。

可以想到的是，在控制器502可以输出能够注入到检测电压注入端的检测电压的情况下，可以省略电压生成电路的设置，即控制电路中只包括控制器502，这同样是可选的，同样属于本发明保护的范围内。

可选的，为了监测实际注入到检测电压注入端的检测电压的幅值，图9所示实施例提供的控制电路，在图7所示实施例的基础上，还包括校验电路503，其中，

校验电路503的输入端与电压生成电路501的输出端相连，采集电压生成电路501输出的检测电压，校验电路503的输出端与控制器502的第三输入端相连，校验电路501采集电压生成电路输出的第一检测电压和第二检测电压，为了与注入检测电压注入端的检测电压区分，图9中以V_inject_FB表示校验电路501反馈的检测电压。控制器502对校验电路反馈的第一检测电压和第二检测电压进行校验。至于校验电路502的具体构成，可参见图9所示，此处不再赘述。

进一步的，控制电路中还可以包括：第三钳位电路504。如图所示，第三钳位电路504与电压生成电路501的输出端相连，将电压生成电路501输出的第一检测电压或第二检测电压钳位在第二预设电压范围内。第三钳位电路504的构成和工作原理可参见前述图5所示实施例对应的内容，此处不再赘述。

需要说明的是，在第三钳位电路504中使用的二极管与前述第一钳位电路或第二钳位电路使用的二极管规格相同的情况下，第二预设电压范围与第一预设电压范围是一致的。当然，第三钳位电路也可以将第一采样电路中的第一电压跟随电路以及第二采样电路中的第三电压跟随电路的输入电压钳位在第二预设电压范围内。

还需要说明的是，上述任一实施例中对应的电路拓扑图中出现的VCC，均表示绝缘检测电路的工作电源，与待检测电路中的电池是完全独立，对于工作电源VCC的具体实现方式，可以基于现有技术实现，本发明对此不做限定。

可选的，在上述任一实施例提供的绝缘检测电路中，第一检测电压和第二检测电压的参考零电位，与待检测电路的参考零电位相同，可以解决现有技术中直接对待检测电路的接地点注入检测电压带来的待检测电路参考地与检测电压参考地之间因存在共模电压导致的不共地问题，同时能够配合上述实施例提供的非隔离采样电路，进一步解决现有技术中不共地带来的采样电路需要作隔离的问题，整体构成一个非隔离共地注入和采样的绝缘检测方案，低成本解决实际应用需求。

可选的，在上述任一实施例的基础上，本发明还提供一种绝缘电阻检测方法，可以应用于上述任一实施例提供的绝缘检测电路中，具体的，应用于绝缘检测电路的控制电路中。参见图10，本发明实施例提供的绝缘检测方法的流程，包括：

S100、响应检测指令，输出检测电压。

在实际应用中，检测指令可以来源于待检测电路的控制装置，或者是其他能够对待检测电路以及绝缘检测电路的工作过程进行控制的上位机，本发明对于检测指令的具体来源不做限定。

进一步的，如前所述，检测电压包括第一检测电压和第二检测电压。可以想到的是，在控制电路采用图7或图9所示实施例的拓扑结构的情况下，此处述及的输出检测电压，于控制器而言就是输出PWM信号，具体的检测电压是经过电压生成电路输出的。

S110、获取反馈电压。

如前所述，反馈电压包括与第一检测电压对应的第一差分电压和第三差分电压，以及，与第二检测电压对应的第二差分电压和第四差分电压。

基于上述实施例提供的绝缘检测电路的结构可知，在注入检测电压之后，由于待检测电路中等效电容的存在，分压电路两端的电压会存在一定的变化时间，并最终达到稳态，因此，获取反馈电压的具体过程中，应该首先判断绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，并获取第一采样电路和第二采样电路的输出电压处于稳态情况下的反馈电压。

对于判断绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，本发明实施例给出两种可选的实现方式。

第一种方法，在注入检测电压后，第一采样电路和第二采样电路的输出电压将出现如图11所示的变化过程，其中，Vo3_FB_1表示第一差分电压，Vo4_FB_1表示第三差分电压，相应的，Vo3_FB_2表示第二差分电压，Vo4_FB_2表示第四差分电压。具体的，按照预设采样规则采集第一采样电路的输出电压和第二采样电路的输出电压，并分别根据与第一采样电路对应的采样结果以及与第二采样电路对应的采样结果计算相应的输出电压变化率，即△u与采样周期的比值或△u的值。如果第一采样电路对应的输出电压变化率处于预设波动范围内，判定第一采样电路的输出电压处于稳态，相应的，如果第二采样电路对应的输出电压变化率处于预设波动范围内，判定第二采样电路的输出电压处于稳态。

在第一种方法中，由于输出电压变化率处于预设波动范围内的时间，是由对地绝缘电阻Rp和Rn、等效电容Cp和Cn决定的，本方法在判断输出电压是否进入稳态过程中，并不需要预先知道的Rp和Rn、Cp和Cn值，也就是说，电压采样时刻是根据待检测电路的实际情况自动调节完成的，能够适应待检测电路在实际使用中的变化。

第二种方法，对于确定的绝缘检测电路而言，检测电压的持续周期是已知的，基于此，可以在输出检测电压的同时开始计时，如果计时时长达到预设时长阈值，则可判定绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压处于稳态，当然，本实施例中的预设时长阈值基于检测电压的持续周期确定，可以想到的是，由于第一检测电压和第二检测电压的持续时长可能会有所不同，可以针对第一检测电压和第二检测电压分别设置相对应的预设时长阈值。

需要说明的是，第二种方法并没有参考待检测电路的实际情况，在实际应用中，当待检测电路出现较为明显的变化时，检测精度可能会降低。

S120、根据第一差分电压、第二差分电压、第三差分电压和第四差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

对于正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压的计算原理，可以参见前述内容，此处不再复述。

可选的，在控制电路包括校验电路的情况下，本实施例提供的绝缘检测方法还可以对校验电路反馈的第一检测电压和第二检测电压进行校验。

综上所述，本发明实施例提供的绝缘检测方法，能够同时计算得到待检测电路的正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，还可以计算得到母线电压，有效提高绝缘检测的精度，能够满足实际应用需求。

可选的，本发明还提供一种供电电路，包括：储能电池、供电主电路和前述任一实施例提供的绝缘检测电路，其中，

所述储能电池与所述供电主电路相连；

所述绝缘检测电路与所述供电主电路的直流母线相连。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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 (19)

1.一种绝缘检测电路，其特征在于，包括：正极分压电路、负极分压电路、第一采样电路、第二采样电路和控制电路，其中，

所述正极分压电路和所述负极分压电路相连，形成检测支路；

所述检测支路连接于待检测电路的正极母线和负极母线之间；

所述正极分压电路和所述负极分压电路的连接点作为检测电压注入端；

所述控制电路的输出端与所述检测电压注入端相连，向所述检测支路注入第一检测电压和第二检测电压；

所述第一采样电路分别与所述正极分压电路的分压输出端、所述检测电压注入端以及所述控制电路的第一输入端相连；

所述第一采样电路输出与所述第一检测电压对应的第一差分电压和与所述第二检测电压对应的第二差分电压；

所述第二采样电路分别与所述负极分压电路的分压输出端、所述检测电压注入端以及所述控制电路的第二输入端相连；

所述第二采样电路输出与所述第一检测电压对应的第三差分电压和与所述第二检测电压对应的第四差分电压；

所述控制电路根据所述第一差分电压、所述第二差分电压、所述第三差分电压和所述第四差分电压确定所述待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

2.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一采样电路包括第一差分调理电路，其中，

所述第一差分调理电路的第一输入端与所述检测电压注入端相连；

所述第一差分调理电路的第二输入端与所述正极分压电路的分压输出端相连；

所述第一差分调理电路的输出端与所述控制电路的第一输入端相连；

所述第二采样电路包括第二差分调理电路，其中，

所述第二差分调理电路的第一输入端与所述检测电压注入端相连；

所述第二差分调理电路的第二输入端与所述负极分压电路的分压输出端相连；

所述第二差分调理电路的输出端与所述控制电路的第二输入端相连。

3.根据权利要求2所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一采样电路还包括：第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，其中，

所述第一电压跟随电路连接于所述检测电压注入端与所述第一差分调理电路的第一输入端之间；

所述第二电压跟随电路连接于所述正极分压电路的分压输出端与所述第一差分调理电路的第二输入端之间；

所述第二采样电路还包括：第三电压跟随电路和第四电压跟随电路，其中，

所述第三电压跟随电路连接于所述检测电压注入端与所述第二差分调理电路的第一输入端之间；

所述第四电压跟随电路连接于所述负极分压电路的分压输出端与所述第二差分调理电路的第二输入端之间。

4.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一采样电路还包括：第一钳位电路，其中，

所述第一钳位电路与所述正极分压电路的分压输出端相连；

所述第一钳位电路将所述正极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在第一预设电压范围内；

所述第二采样电路还包括：第二钳位电路，其中，

所述第二钳位电路与所述负极分压电路的分压输出端相连；

所述第二钳位电路将所述负极分压电路的分压输出端的输出电压钳位在所述第一预设电压范围内。

5.根据权利要求3所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一采样电路还包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中，

所述第一滤波电路连接于所述检测电压注入端与所述第一电压跟随电路之间；

所述第二滤波电路连接于所述正极分压电路的分压输出端与所述第二电压跟随电路之间；

所述第二采样电路还包括第三滤波电路和第四滤波电路，其中，

所述第三滤波电路连接于所述检测电压注入端与所述第三电压跟随电路之间；

所述第四滤波电路连接于所述负极分压电路的分压输出端与所述第四电压跟随电路之间。

6.根据权利要求2所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一差分调理电路和所述第二差分调理电路还分别接入预设偏置电压。

7.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制电路包括：电压生成电路和控制器，其中，

所述控制器的第一输入端作为所述控制电路的第一输入端；

所述控制器的第二输入端作为所述控制电路的第二输入端；

所述控制器的输出端与所述电压生成电路的输入端相连；

所述电压生成电路的输出端作为所述控制电路的输出端；

所述控制器输出检测信号；

所述电压生成电路将所述检测信号转换为所述第一检测电压和所述第二检测电压。

8.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述电压生成电路包括第五滤波电路和信号调理电路，其中，

所述第五滤波电路连接于所述控制器的输出端与所述信号调理电路的输入端之间；

所述信号调理电路的输出端作为所述电压生成电路的输出端；

所述第五滤波电路将所述检测信号转换为初始方波脉冲信号；

所述信号调理电路将所述初始方波脉冲信号转换为满足预设驱动条件的检测方波脉冲信号。

9.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述检测信号包括变占空比PWM控制信号。

10.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制电路还包括：校验电路，其中，

所述校验电路的输入端与所述电压生成电路的输出端相连；

所述校验电路的输出端与所述控制器的第三输入端相连；

所述校验电路采集所述电压生成电路输出的所述第一检测电压和所述第二检测电压；

所述控制器对所述第一检测电压和所述第二检测电压进行校验。

11.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制电路还包括：第三钳位电路，其中，

所述第三钳位电路与所述电压生成电路相连；

所述第三钳位电路将所述第一检测电压或所述第二检测电压钳位在第二预设电压范围内。

12.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述正极分压电路和所述负极分压电路的阻抗相等。

13.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述正极分压电路包括第一接入开关；

所述负极分压电路包括第二接入开关；

所述第一接入开关和所述第二接入开关的控制端分别与所述控制电路相连；

所述控制电路控制所述第一接入开关和所述第二接入开关的导通状态。

14.根据权利要求1-13任一项所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一检测电压和所述第二检测电压的参考零电位，与所述待检测电路的参考零电位相同。

15.一种绝缘检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-14任一项所述的绝缘检测电路，所述方法包括：

响应检测指令，输出检测电压，所述检测电压包括第一检测电压和第二检测电压；

获取反馈电压，所述反馈电压包括与所述第一检测电压对应的第一差分电压和第三差分电压，以及，与所述第二检测电压对应的第二差分电压和第四差分电压；

根据所述第一差分电压、所述第二差分电压、所述第三差分电压和所述第四差分电压确定待检测电路的正极对地绝缘电阻、负极对地绝缘电阻和母线电压。

16.根据权利要求15所述的绝缘检测方法，其特征在于，所述获取反馈电压包括：

判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态；

获取所述第一采样电路和所述第二采样电路的输出电压处于稳态情况下的反馈电压。

17.根据权利要求16所述的绝缘检测方法，其特征在于，所述判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，包括：

按照预设采样规则采集所述第一采样电路的输出电压和所述第二采样电路的输出电压；

分别根据与所述第一采样电路对应的采样结果以及与所述第二采样电路对应的采样结果计算相应的输出电压变化率；

若所述第一采样电路对应的输出电压变化率处于预设波动范围内，判定所述第一采样电路的输出电压处于稳态；

若所述第二采样电路对应的输出电压变化率处于所述预设波动范围内，判定所述第二采样电路的输出电压处于稳态。

18.根据权利要求16所述的绝缘检测方法，其特征在于，所述判断所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压是否处于稳态，包括：

在输出所述检测电压的同时开始计时；

若计时时长达到预设时长阈值，判定所述绝缘检测电路中第一采样电路和第二采样电路的输出电压处于稳态；

其中，所述预设时长阈值基于所述检测电压的持续周期确定。

19.一种供电电路，其特征在于，包括：储能电池、供电主电路和权利要求1-14任一项所述的绝缘检测电路，其中，

所述储能电池与所述供电主电路相连；

所述绝缘检测电路与所述供电主电路的直流母线相连。

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