CN114545165B - 一种容性负载专用高压绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容性负载专用高压绝缘检测装置，属于高压绝缘检测技术领域，其高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压，可以有效检出容性负载测试中发生的微击穿，采用可编程高压脉冲式检测方式具有检出率高、检测时间短且无损伤等优点；在整个检测中可以实时捕捉分析多种有效指标，能够全部检测出容性负载在生产环节出现的不良品，并且容性负载端电压到达设定值后，停止倍压整流电路工作，容性负载端电压自由跌落，相对于现有技术中的电压维持式测量方案，可以有效检测出容性负载绝缘阻抗低的情况，不仅兼具绝缘高压测量方案的优点，还能有效提升测试速度，测出容性负载出现的微击穿。

Description

一种容性负载专用高压绝缘检测装置

技术领域

本发明涉及高压绝缘检测技术领域，尤其涉及一种容性负载专用高压绝缘检测装置。

背景技术

目前无论哪种类型负载，对其做绝缘测试大多采用绝缘耐压测试仪进行测量。绝缘耐压测试仪的检测机制是对被测负载施加恒定的直流高压，采样流过被测负载的漏电流，并把该电流转换成绝缘阻抗值R＝U/I显示给客户，来判定被测负载绝缘是否合格。而对于贴片电容、电池芯类容性负载，采用绝缘耐压测试仪对其测量绝缘性能具有明显的缺点，测试值不稳定，测试时间长。

在绝缘耐压测试仪的检测过程中通过容性负载的电流有两部分：电容充电电流和电容等效绝缘阻抗漏电流。在绝缘耐压测试仪测试初始阶段，主要是电容充电电流(mA级)，绝缘耐压测试仪计算并显示的绝缘阻抗也很低。随着电容类负载两端电压接近于绝缘耐压测试仪输出电压，这时的电流才主要是电容类负载的绝缘漏电流。而这个充电过程较长，需要几秒钟负载两端电压才能达到设定值。这就是为什么绝缘耐压测试仪测容性负载的测试时间需要设置2～5秒钟。

良品容性负载的绝缘阻抗一般很高，为MΩ到GΩ级别，而容性负载的耐压值普遍偏低，特别是电池芯类负载采用的测试电压一般在3百伏-4百伏，合格品的漏电流都是uA级的。这种级别的弱信号在从测试线回传到绝缘耐压测试仪内部时极易受到外界的辐射干扰，如果不加滤波处理的话，电流信号是极不稳定的，显示给客户的值会不断变化跳动，无法稳定，造成误判。所以绝缘测试仪的电流采样电路都要经过硬件的滤波和软件的多值平均才能最终显示出来作为判断依据。

但是这样带来的问题就是绝缘耐压测试仪测容性负载时，如果在测试中出现微击穿等瞬间放电，由于其属于漏电流的突然变化，属于交变信号(非直流信号)，会被绝缘耐压测试仪硬件采样电路的旁路电容和软件平均值算法给滤掉，也就无法检出容性负载的瞬间放电。

发明内容

本发明提供一种容性负载专用高压绝缘检测装置，旨在解决上述的技术缺陷。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种容性负载专用高压绝缘检测装置包括输入滤波器、电源板、主控板、按键板、通讯板、功率模块和高压输出端子，其中，所述输入滤波器分别与所述功率模块和所述电源板连接，所述电源板与所述主控板连接，所述主控板分别与所述按键板、所述通讯板和所述功率模块连接，所述高压输出端子和所述功率模块连接，所述输入滤波器用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，所述高压输出端子的输出为可编程高压脉冲，所述功率模块包括工频变压器、高压板、放电板，所述高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压。

可选的，高压输出端子输出的可编程高压脉冲通过高压二极管施加到被测试容性负载，所述高压板配置为当检测到容性负载两端电压达到设定值后，四倍压整流电路停止输出进而被测容性负载的电压进入自由跌落阶段。

可选的，所述主控板的中央处理器通过衰减器将脉冲充电、自由跌落和放电三个阶段的电压采集后以曲线图形的方式输出显示，所述中央处理器配置为根据预置的判定阈值判定所述被测容性负载是否存在绝缘不良。

可选的，所述可编程高压脉冲的最短测试时间为10ms。

可选的，所述四倍压整流电路包括功率继电器、尖峰抑制二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、高频变压器、聚丙烯高压电容和高压整流二极管，其中，所述功率放大器和所述尖峰抑制二极管并联设置，所述功率继电器配置为实现在所述第一充电电阻和所述第二充电电阻之间的自动切换，所述尖峰抑制二极管配置为吸收继电器关断时产生的反向尖峰电压。

可选的，所述功率继电器和所述尖峰抑制二极管的两端均分别连接继电器电源和继电器控制信号，所述第二充电电阻的阻值为所述第一充电电阻阻值的5～15倍。

可选的，所述聚丙烯高压电容和所述高压整流二极管的设置数量均为4个，所述聚丙烯高压电容配置为实现四倍压整流电路的滤波储能，所述高压整流二极管配置为实现倍压整流。

可选的，所述输入滤波器的输入端连接单相供电模块，所述输入滤波器的两个输出端分别连接所述功率模块和所述电源板，所述高压输出端子的输入端连接所述功率模块，所述主控板与所述按键板、所述通讯板和所述功率模块之间均是双向通信连接，所述功率模块和所述高压输出端子之间采用单向通信连接。

可选的，所述电源板的输入端连接所述输入滤波器的输出端，所述电源板的输出端连接所述主控板的输入端。

可选的，所述电源板包括输入过压、欠压异常保护电路，所述电源板通过所述主控板将供电提供给所述按键板、所述通讯板和所述功率模块。

本发明具有如下有益技术效果：

本发明提供一种容性负载专用高压绝缘检测装置包括输入滤波器、电源板、主控板、按键板、通讯板、功率模块和高压输出端子，其中，输入滤波器用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，高压输出端子的输出为可编程高压脉冲，功率模块包括工频变压器、高压板、放电板，高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压，可以有效检出容性负载测试中发生的微击穿，采用可编程高压脉冲式检测方式具有检出率高、检测时间短且无损伤等优点；在整个检测中可以实时捕捉分析多种有效指标，能够全部检测出容性负载在生产环节出现的不良品，并且容性负载端电压到达设定值后，停止倍压整流电路工作，容性负载端电压自由跌落，相对于现有技术中的电压维持式测量方案，可以有效检测出容性负载绝缘阻抗低的情况，不仅兼具绝缘高压测量方案的优点，还能有效提升测试速度，测出容性负载出现的微击穿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例的一种容性负载专用高压绝缘检测装置的框架结构示意图；

图2为本发明实施例的四倍压整流电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1和图2对本发明实施例的一种容性负载专用高压绝缘检测装置进行详细的说明，本发明实施例的一种容性负载专用高压绝缘检测装置可以用于容性负载的高压绝缘检测。

参考图1所示，本发明实施例提供的一种容性负载专用高压绝缘检测装置包括输入滤波器1、电源板2、主控板3、按键板4、通讯板5、功率模块6和高压输出端子7，其中，输入滤波器1分别与功率模块6和电源板2连接，电源板2与主控板3连接，主控板3分别与按键板4、通讯板5、功率模块6和电容测量板6连接。

参考图1所示，输入滤波器1的输入端连接单相供电模块，输入滤波器1的两个输出端分别连接功率模块6和电源板2。主控板3与按键板4、通讯板5、功率模块6之间均是双向通信连接。电源板2的输入端连接输入滤波器1的输出端，电源板2的输出端连接主控板3的输入端。电源板2通过主控板3将供电提供给按键板4、通讯板5和功率模块6。高压输出端子7和功率模块6之间采用单向通信连接。电源板2的输入端连接输入滤波器1的输出端，电源板2的输出端连接主控板3的输入端。电源板2包括输入过压、欠压异常保护电路。

参考图1和图2所示，输入滤波器1用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，高压输出端子7的输出为可编程高压脉冲，功率模块6包括工频变压器、高压板、放电板，高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压。

参考图1所示，输入滤波器1安装在电源供电端口，其用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，具备共模和差模抑制能力，可以提高系统可靠性。电源板2提供高压绝缘检测装置的电子电路工作所需的各种供电，电源板2的供电电路具备输入过压、欠压等异常保护。电源板2输出连接主控板3，并通过主控板3将供电提供给按键板4、通讯板5和功率模块6等电路。

功率模块6包含工频变压器、高压板、放电板，工频变压器提供产生高压的初级电压，由于检测时不良电芯存在击穿放电的情况，对于变压器的额定功率要求较高。高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压，最高达2KV。容性负载测试结束后存有高压电，放电板可以对其放电来保障产线测试人员的安全。

主控板3功能包括整机的测试电压设定和采用电压波形显示，结果判定、电芯异常报警等。按键板4配置为提供功能按键(F键)和数字、英文字母按键、U盘接口、结果指示灯，实现人机交互。通讯板5配置为提供串口RS232/485、以太网和开关量输入输出的PLC接口，进而可以通过这些接口实现信息交互。

参考图1和图2所示，高压输出端子7的输出为可编程高压脉冲，可编程高压脉冲的电压可设置，脉冲宽度也可设置，将可编程高压脉冲通过一个高压二极管施加到被测容性负载上。当检测到被测容性负载两端电压达到设定值后，高压板上的倍压电路停止输出，容性负载电压进入自由跌落阶段，此时容性负载的电量由其绝缘内阻和检测装置输出阻抗共同消耗，当到达脉冲宽度的设置时间后就通过放电板将容性负载上的电荷泄放掉。在此过程中，主控板上的中央处理器ARM通过衰减器将脉冲充电、自由跌落和放电三个阶段的电压采集后以曲线图形的方式显示到相应的液晶显示器上。中央处理器ARM根据预置的判定阈值判定所述被测容性负载是否存在绝缘不良。

本发明实施例的容性负载专用高压绝缘检测装置的测试方式采用自由跌落模式，相较于电压维持模式更有优势，不存在电压维持模式低阻抗容性负载会漏检的隐患。

参考图1和图2所示，高压输出端子7的输出的可编程高压脉冲的最短测试时间可设置为10ms，进而实现对被测容性负载的无损检测。本发明实施例的容性负载专用高压绝缘检测装置可实现自动侦测功能，当测试探针接触到被测容性负载后，可自动进行一次脉冲绝缘测试。同时为了防止探针刚接触负载时抖动，可通过设置自动测试延时(延时时间可设置0-999ms)，防止因探针抖动出现错误测试结果。

本发明实施例的容性负载专用高压绝缘检测装置配置有样品击穿分析功能，可根据一组样品负载的击穿电压获知产品的耐压能力，以便设置合适的测试电压。本发明实施例的容性负载专用高压绝缘检测装置配置的样品击穿分析功能，可设置起始电压、终止电压、步幅电压、测试时间、间隔时间。起始电压是击穿分析功能测试输出的第一个电压。终止电压是击穿分析功能测试输出的最后一个电压。步幅电压是下一次测试输出电压比上一次测试输出电压的增加值。测试时间是每一次测试的电压维持时间。间隔时间是两次测试之间间隔的时间。

参考图2所示，高压板采用四倍压整流电路包括功率继电器RY1、尖峰抑制二极管D1、第一充电电阻R1、第二充电电阻R2、高频变压器T1、聚丙烯高压电容和高压整流二极管，其中，功率放大器RY1和尖峰抑制二极管D1并联设置，功率放大器RY1配置为实现在第一充电电阻R1和第二充电电阻R2之间的自动切换，尖峰抑制二极管D1配置为吸收继电器关断时产生的反向尖峰电压。

参考图2所示，功率放大器RY1可实现对不同充电电阻的切换，功率放大器RY1和尖峰抑制二极管D1的两端均分别连接继电器电源和继电器控制信号KZ1，第二充电电阻R2的阻值为第一充电电阻R1阻值的5～15倍。

参考图2所示，继电器是12V供电，继电器控制信号KZ1来自主控板，低电平继电器吸合。第一充电电阻R1和第二充电电阻R2是阻值不同的充电电阻，R2阻值可以是R1的10倍，功率放大器RY1切换到不同的阻值可实现快速、慢速两种脉冲充电模式。由于容性负载种类多样，特别是贴片电容的容值范围很广，从pF级到uF级，本发明实施例的容性负载专用高压绝缘检测装置的充电速度可根据测试的负载容值做自由切换，保证负载端电压达到设定值的时间不超过0.1秒。

参考图2所示，聚丙烯高压电容和高压整流二极管的设置数量均为4个，也即，聚丙烯高压电容C1、C2、C3、C4配置为实现四倍压整流电路的滤波储能，高压整流二极管D2、D3、D4、D5配置为实现倍压整流。

参考图2所示，GND为接地端，T1是高频变压器，可将初级逆变电路产生的PWM波U1传输到次级U2，实现容性负载专用高压绝缘检测装置输出电压与市电隔离。高压板采用的四倍压整流电路的工作原理如下：

(1)C1上的电压：在U2的负半周，即高频变压器T1下正上负时，电流经D2向C1充电，稳定时C1上的电压为

下正上负。

(2)C2上的电压：在U2的正半周，即高频变压器T1上正下负时，U2和C1上的电压叠加经D3向C2充电，稳定时C2上的电压为

上正下负。

(3)C3上的电压：在U2的负半周，即高频变压器T1下正上负时，U2和C2上的电压叠加经D4向C3充电，稳定时C3上的电压为

右正左负。

(4)C4上的电压：在U2的正半周，即高频变压器T1上正下负时，U2和C3上的电压叠加经D5向C4充电，稳定时C4上的电压为

上正下负。

四个聚丙烯高压电容C1、C2、C3、C4的充电过程是同时发生的，在U2的各个周期均有充放电过程。最终稳定时，C4上的电压基本是高频变压器T1次级电压U2的4倍。倍压整流电路适用于容性负载这种需要高电压，小电流测试的场合。可以有效检出容性负载测试中发生的微击穿。所谓微击穿就是容性负载内金属粉尘颗粒在第一次测试时被烧熔，而再次测试出现绝缘合格的情况。在第一次测试金属颗粒烧熔时，倍压整流电路由于负载能力差，输出电压会出现跌落，装置便可检出这种异常。而常规的绝缘耐压测试仪采用变压器升压，其负载能力较强，被测品出现微击穿这种异常其根本无法检出。

本发明提供一种容性负载专用高压绝缘检测装置包括输入滤波器、电源板、主控板、按键板、通讯板、功率模块和高压输出端子，其中，输入滤波器用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，高压输出端子的输出为可编程高压脉冲，功率模块包括工频变压器、高压板、放电板，高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压，可以有效检出容性负载测试中发生的微击穿，采用可编程高压脉冲式检测方式具有检出率高、检测时间短且无损伤等优点；在整个检测中可以实时捕捉分析多种有效指标，能够全部检测出容性负载在生产环节出现的不良品，并且容性负载端电压到达设定值后，停止倍压整流电路工作，容性负载端电压自由跌落，相对于现有技术中的电压维持式测量方案，可以有效检测出容性负载绝缘阻抗低的情况，不仅兼具绝缘高压测量方案的优点，还能有效提升测试速度，测出容性负载出现的微击穿。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述容性负载专用高压绝缘检测装置包括输入滤波器、电源板、主控板、按键板、通讯板、功率模块和高压输出端子，其中，所述输入滤波器分别与所述功率模块和所述电源板连接，所述电源板与所述主控板连接，所述主控板分别与所述按键板、所述通讯板和所述功率模块连接，所述高压输出端子和所述功率模块连接，所述输入滤波器用于抑制功率器件高频开关产生的传导干扰和辐射干扰，所述高压输出端子的输出为可编程高压脉冲，所述功率模块包括工频变压器、高压板、放电板，所述高压板采用四倍压整流电路来产生检测所需的直流高压；所述主控板的中央处理器通过衰减器将脉冲充电、自由跌落和放电三个阶段的电压采集后以曲线图形的方式输出显示，所述中央处理器配置为根据预置的判定阈值判定被测容性负载是否存在绝缘不良；所述四倍压整流电路包括功率继电器、尖峰抑制二极管、第一充电电阻、第二充电电阻、高频变压器、聚丙烯高压电容和高压整流二极管，其中，功率放大器和尖峰抑制二极管并联设置，所述功率继电器配置为实现在所述第一充电电阻和所述第二充电电阻之间的自动切换，所述尖峰抑制二极管配置为吸收继电器关断时产生的反向尖峰电压；所述功率继电器和所述尖峰抑制二极管的两端均分别连接继电器电源和继电器控制信号，所述第二充电电阻的阻值为所述第一充电电阻阻值的5~15倍；聚丙烯高压电容C1、C2、C3、C4配置为实现四倍压整流电路的滤波储能，高压整流二极管D2、D3、D4、D5配置为实现倍压整流，高频变压器T1将初级逆变电路产生的PWM波U1传输到次级U2，四个聚丙烯高压电容C1、C2、C3、C4的充电过程是同时发生的，在U2的各个周期均有充放电过程；其中，四倍压整流电路的工作原理如下：

（1）C1上的电压：在U2的负半周，即高频变压器T1下正上负时，电流经D2向C1充电，稳定时C1上的电压为U2，下正上负；

（2）C2上的电压：在U2的正半周，即高频变压器T1上正下负时，U2和C1上的电压叠加经D3向C2充电，稳定时C2上的电压为\sqrt[{2}] {2}U2，上正下负；

（3）C3上的电压：在U2的负半周，即高频变压器T1下正上负时，U2和C2上的电压叠加经D4向C3充电，稳定时C3上的电压为\sqrt[{3}] {2}U2，右正左负；

（4）C4上的电压：在U2的正半周，即高频变压器T1上正下负时，U2和C3上的电压叠加经D5向C4充电，稳定时C4上的电压为\sqrt[{4}] {2}U2，上正下负。

2.根据权利要求1所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，高压输出端子输出的可编程高压脉冲通过高压二极管施加到被测试容性负载，所述高压板配置为当检测到容性负载两端电压达到设定值后，四倍压整流电路停止输出进而被测容性负载的电压进入自由跌落阶段。

3.根据权利要求1所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述可编程高压脉冲的最短测试时间为10ms。

4.根据权利要求3所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述聚丙烯高压电容和所述高压整流二极管的设置数量均为4个，所述聚丙烯高压电容配置为实现四倍压整流电路的滤波储能，所述高压整流二极管配置为实现倍压整流。

5.根据权利要求4所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述输入滤波器的输入端连接单相供电模块，所述输入滤波器的两个输出端分别连接所述功率模块和所述电源板，所述高压输出端子的输入端连接所述功率模块，所述主控板与所述按键板、所述通讯板和所述功率模块之间均是双向通信连接，所述功率模块和所述高压输出端子之间采用单向通信连接。

6.根据权利要求1所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述电源板的输入端连接所述输入滤波器的输出端，所述电源板的输出端连接所述主控板的输入端。

7.根据权利要求5所述的容性负载专用高压绝缘检测装置，其特征在于，所述电源板包括输入过压、欠压异常保护电路，所述电源板通过所述主控板将供电提供给所述按键板、所述通讯板和所述功率模块。

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