WO2010044609A2 - 절연파괴 측정회로 - Google Patents

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박상현
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    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Definitions

  • the present invention relates to an insulation breakdown measurement circuit, and more particularly, an insulation breakdown measurement circuit configured to more accurately determine the breakdown by configuring a circuit to measure a large voltage fluctuation in the insulation breakdown determination range when measuring insulation resistance. It is about.
  • Hybrid vehicles using high voltage batteries have a system that automatically shuts down the main high voltage battery in the event of an emergency.
  • the emergency refers to excessive leakage, insulation breakdown, etc., caused by a short circuit generated due to excessive leakage, insulation breakdown, etc. due to aging of related parts, and external shocks.
  • the power is interrupted by issuing a command to shut down the main power from the upper part that controls high voltage components such as BMS (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM) or HCU (HYBRID CONTROL UNIT).
  • the high voltage-related components monitor the voltage and current of the line connecting the power through a series of programs or sensors to detect voltages, currents outside the normal range, leakage currents above the allowable value, and breakdown of insulation resistance above the allowable value. If present, the main power is shut off via CAN communication or signal transmission.
  • the method of measuring leakage current between a high voltage battery and a hybrid vehicle is to destroy the insulation and force a DC current to flow. This method has the disadvantage that the insulation is destroyed while measuring the insulation resistance.
  • the conventional circuit has a negative correlation between the insulation resistance and the current charging the coupling capacitor. If the noise is affected by the microcontroller while detecting the current of the coupling capacitor, it may be determined that the insulation is broken.
  • the present invention has been made to improve the prior art as described above, measuring a large voltage fluctuation in the insulation breakdown determination range when measuring the insulation resistance, and by configuring the circuit so that the insulation resistance and the voltage fluctuation is positively correlated more accurately
  • An object of the present invention is to provide an insulation breakdown measurement circuit capable of determining an insulation breakdown.
  • the dielectric breakdown measurement circuit includes a first sub-RC circuit including a first capacitor, a 1-1 resistor, a 1-2 resistor, and a reference resistor. And a second sub RC circuit including a second capacitor and a second resistor and connected to the insulation resistance measuring battery.
  • a first-first differential amplifier connected to the first sub-RC circuit to amplify and output the voltage applied to the 1-2 resistor, and a voltage connected to the second sub-RC circuit to the second resistor;
  • a first differential amplifier including a 1-2 differential amplifier for amplifying and outputting the first differential amplifier;
  • first capacitor, the 1-2 resistor, and the reference resistor of the first sub-RC circuit of the dielectric breakdown measurement circuit according to the present invention are connected in series with each other, and the first-first resistor is the first resistor. In parallel with the capacitor, the second resistor, and the reference resistor.
  • the second capacitor and the second resistor of the second sub-RC circuit of the dielectric breakdown measurement circuit according to the present invention are connected in series, and the second capacitor is connected to the negative terminal of the insulation resistance measurement battery. It is done.
  • the second sub-RC circuit of the breakdown measurement circuit according to the present invention is connected in parallel with the 1-1 register of the first sub RC circuit, the 1-2 resistor, the first capacitor connected in series with each other And are connected in parallel with the reference register.
  • the insulation resistance of the insulation resistance measurement battery of the insulation breakdown measurement circuit according to the present invention is characterized in that connected in series with the second capacitor and the second resistor.
  • the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the 1-1 differential amplifier of the breakdown measurement circuit according to the present invention are connected to both ends of the 1-2 resistor, and the inverting input terminal of the 1-2 differential amplifier. And a non-inverting input terminal is connected to both ends of the second register.
  • non-inverting input terminal of the second differential amplifier of the breakdown measurement circuit according to the present invention is connected to the output terminal of the 1-1 differential amplifier, the inverting input terminal of the output terminal of the 1-2 differential amplifier. It is characterized in that connected with.
  • the breakdown measurement circuit according to the present invention is characterized in that it further comprises a voltage source for supplying and blocking the voltage for a predetermined time (predetermined) to the RC circuit.
  • the insulation resistance measurement battery of the breakdown measurement circuit according to the invention is characterized in that the high voltage battery of the hybrid vehicle (hybrid).
  • the insulation breakdown measurement circuit of the present invention when the insulation resistance is measured, a large voltage fluctuation is measured in the insulation breakdown determination range, and the circuit is configured to have a positive correlation between the insulation resistance and the voltage fluctuation so that the insulation breakdown determination can be made more accurately. You can get the effect.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a dielectric breakdown measurement circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph illustrating a correlation graph between insulation resistance and measurement voltage of an existing insulation resistance measurement circuit and a correlation graph between insulation resistance and measurement voltage according to the present invention.
  • insulation resistance measurement battery 120 RC circuit
  • resistor 124 first capacitor
  • first differential amplifier 131 first-first differential amplifier
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a dielectric breakdown measurement circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the insulation resistance measurement battery 110 the RC circuit unit 120, the first differential amplifier 130, the second differential amplifier 140, and the insulation resistance 150 may be used. It includes.
  • the RC circuit unit 120 includes a first sub RC circuit 121 and a second sub RC circuit 126.
  • the first differential amplifier 130 includes a 1-1 differential amplifier 131 and a 1-2 differential amplifier 132.
  • the insulation breakdown measurement circuit is connected to the negative terminal of the insulation resistance measurement battery 110.
  • the insulation breakdown measurement circuit may be connected to the negative terminal of the insulation resistance measurement battery 110 through the second capacitor 128 of the second sub RC circuit 126 of the RC circuit unit 120.
  • the insulation resistance measurement battery 110 may be implemented as a high voltage battery mounted in a hybrid vehicle.
  • the insulation resistance measurement battery 110 may be implemented including not only the hybrid vehicle high voltage battery but also various types of batteries for which insulation resistance measurement is required.
  • the RC circuit unit 120 includes a first sub RC circuit 121 and a second sub RC circuit 126.
  • the first sub RC circuit 121 includes a first-first register 122, a first-second register 123, a first capacitor 124, and a reference resistor 125.
  • the first capacitor 124, the first-second resistor 123, and the reference resistor 125 of the first sub RC circuit 121 are connected to each other in series.
  • the first-first resistor 122 is connected in parallel with the first capacitor 124, the first-second resistor 123, and the reference resistor 125.
  • the reference resistor 125 may be designed with a margin selected by the designer of the breakdown measurement circuit.
  • the second sub RC circuit 126 includes a second resistor 127 and a second capacitor 128.
  • the second capacitor 128 and the second resistor 127 of the second sub RC circuit 126 are connected in series.
  • the second capacitor 128 is connected to the negative terminal of the insulation resistance measuring battery 110.
  • the second sub-RC circuit 126 is connected in parallel with the first-first register 122 of the first sub-RC circuit 121, the first-second register 123, the first capacitor 124, And in parallel with the reference register 125.
  • the insulation resistance 150 of the battery 110 may be connected in series with the second capacitor 128 and the second resistor 127.
  • the first differential amplifier 130 includes a 1-1 differential amplifier 131 and a 1-2 differential amplifier 132.
  • the 1-1 st differential amplifier 131 is connected to the first sub RC circuit 121.
  • the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the 1-1 st differential amplifier 131 are connected to both ends of the 1-2 resistor 123. Accordingly, the 1-1 first differential amplifier 131 amplifies the voltage applied to the 1-2 register 123 of the first sub RC circuit 121 and outputs the result through the output terminal.
  • the 1-2 differential amplifier 132 is connected to the second sub RC circuit 126.
  • the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the 1-2 differential amplifier are connected to both ends of the second register 127. Accordingly, the 1-2 differential amplifier 132 amplifies the voltage applied to the second register 127 of the second sub RC circuit 126 and outputs the result through the output terminal.
  • the second differential amplifier 140 is connected to the 1-1 differential amplifier 131 and the 1-2 differential amplifier 132, respectively.
  • the non-inverting input terminal of the second differential amplifier 140 is connected to the output terminal of the 1-1 differential amplifier 131, and the inverting input terminal is connected to the output terminal of the 1-2 differential amplifier 132. Can be connected.
  • the second differential amplifier 140 amplifies and outputs a difference between the output voltage of the 1-1 differential amplifier 131 and the output voltage of the 1-2 differential amplifier 132.
  • the output value of the second differential amplifier 140 may be applied to the A / D converter of the microcontroller.
  • Those skilled in the art can design an amplification ratio of the second differential amplifier 140 based on the maximum voltage value applied to the A / D controller.
  • the voltage source applies a voltage to the RC circuit unit 120.
  • the voltage source may apply and cut off the voltage to the RC circuit unit 120 for a predetermined time.
  • the application and interruption of the voltage may be implemented through a switch.
  • the voltage source applies the voltage to the RC circuitry 120 during the first time that the switch is on, and the voltage applied to the RC circuitry 120 during the second time when the switch is off is blocked. Can be.
  • the voltage may be implemented with a constant voltage of 12V, and may be implemented with various constant voltage values as well as the 12V according to the judgment of those skilled in the art.
  • the first time and the second time may be implemented as appropriate and various times according to the judgment of those skilled in the art.
  • the skilled person can measure the charging current of the first capacitor 124 and the second capacitor 128, respectively, when the voltage is supplied to the RC circuit unit 120 from the voltage source while the switch is on. When switched to the off state and the voltage is not supplied to the RC circuit unit 120 from the voltage source, the discharge current of the first capacitor 124 and the second capacitor 128 may be measured.
  • the insulation resistance is measured by measuring the magnitude of the current that charges and discharges the second capacitor 128.
  • the size of 150 can be calculated. Precise resistance measurement may be required within and around the resistance value that is a criterion for determining the breakdown of the insulation resistance 150.
  • the first-first differential amplifier 131 amplifies the current flowing in the first capacitor 124.
  • the 1-2 differential amplifier 132 may amplify the current flowing in the second capacitor 128.
  • the first-first differential amplifier 131 is connected to both ends of the first-second register 123 and amplifies a voltage applied to the first-second register 123 to output to the second differential amplifier 140.
  • the second differential amplifier 132 may be connected to both ends of the second resistor 127 to amplify a voltage applied to the second resistor 127 and output the amplified voltage to the second differential amplifier 140.
  • the second differential amplifier 140 amplifies the difference between the current flowing through the first capacitor 124 and the current flowing through the second capacitor 128 when the dielectric breakdown occurs. That is, the second differential amplifier 140 amplifies and outputs a difference between the output voltage of the first-first differential amplifier 131 and the output voltage of the first-second differential amplifier 132 and thus outputs a reference that is used to determine insulation breakdown. The voltage fluctuation of the voltage can be greatly amplified.
  • the non-inverting input terminal of the second differential amplifier 140 is connected to the output terminal of the 1-1 differential amplifier 131, the inverting input terminal is connected to the output terminal of the 1-2 differential amplifier 132.
  • the second differential amplifier 140 may serve to convert the insulation resistance and the voltage variation into a positive correlation.
  • the insulation breakdown determination voltage is 4.5. Due to the small size of V to 5V, it is difficult to determine insulation breakdown. In addition, when a high voltage is applied to the microcontroller due to the influence of noise, it can be determined that the insulation is destroyed even in a normal state.
  • the difference between the voltages applied to the first-second register 123 and the second register 127 is determined by the first-first differential amplifier 131, the first-second differential amplifier 132, and When the amplification is performed through the second differential amplifier 140, as shown in the lower graph of FIG. 2, the measured voltage corresponding to the reference resistance of the 500 k ⁇ insulation breakdown is 2.5V, and the insulation breakdown determination voltage is 0V to 0. As it is 2.5V, insulation breakdown can be judged based on larger voltage fluctuations, and the influence of noise can be reduced than existing circuits.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 절연파괴 측정회로는 제1 커패시터, 제1-1 레지스터, 제1-2 레지스터, 및 레퍼런스 레지스터를 포함하는 제1 서브 RC 회로와, 제2 커패시터 및 제2 레지스터를 포함하고 절연저항 측정 배터리와 연결되는 제2 서브 RC 회로를 포함하는 RC 회로부; 상기 제1 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제1-2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-1 차동 증폭기와, 상기 제2 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-2 차동 증폭기를 포함하는 제1 차동 증폭부; 및 상기 제1-1 차동 증폭기 및 상기 제1-2 차동 증폭기와 각각 연결되고, 상기 제1-1 차동 증폭기의 출력전압 및 상기 제1-2 차동 증폭기의 출력전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 제2 차동 증폭기를 포함한다.

Description

절연파괴 측정회로
본 발명은 절연파괴 측정회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연저항 측정 시 절연파괴 판단 범위에서 큰 전압변동을 측정할 수 있도록 회로를 구성하여 보다 정확하게 절연파괴 판단을 할 수 있도록 하는 절연파괴 측정회로에 관한 것이다.
고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량은 비상사태 발생시 자동적으로 메인 고전압 배터리의 전원을 차단하는 시스템을 갖추고 있다. 상기 비상사태라 함은 관련부품의 노후화에 의한 과도한 누전, 절연파괴 등과 외부적인 충격에 의한 부품파괴로 생겨나는 쇼트에 의해 발생하는 과도한 누전, 절연파괴 등을 말한다.
차량에 비상사태가 발생되면 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)나 HCU(HYBRID CONTROL UNIT)등 고전압 부품을 제어하는 상위의 부품에서 메인 전원을 차단하도록 하는 명령을 내려 전원을 단속하게 된다. 상기 고전압 관련 부품은 전원을 연결해 주는 선로의 전압과 전류를 일련의 프로그램 또는 센서를 통해 모니터링하여 정상범위를 벗어난 전압, 전류가 검출되거나 허용치 이상의 누설전류가 있는 경우, 그리고 허용치 이상의 절연저항 파괴등이 있는 경우에 CAN 통신 또는 시그날 전송을 통하여 메인 전원을 차단하게 된다.
이와 같이, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량에 있어서 절연저항의 측정은 매우 중요하다. 고전압 배터리와 하이브리드 차량 간의 누설전류를 측정하는 방법으로 절연을 파괴하고 강제로 직류전류를 흐르게 하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 절연저항을 측정하는 동안 절연이 파괴된다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여 고전압 배터리와 하이브리드 차량 간에 커플링 콘덴서를 연결하고, 상기 커플링 콘덴서에 교류신호를 인가하여 절연저항 성분을 측정하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법 또한 커플링 콘덴서를 충전하는 전류와 방전하는 전류가 같은 회로를 통과해야 하므로 회로 설계에 많은 제약이 따른다는 단점이 있다. 또한, 기존의 절연파괴 측정회로는 절연파괴 판단 범위에서 전압 변동이 작아 정확한 판단이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 회로는 절연저항과 커플링 콘덴서를 충전하는 전류가 음의 상관관계를 갖는다. 상기 커플링 콘덴서의 전류를 마이크로 컨트롤러(Microcontroller)가 검출하는 동안 노이즈의 영향을 받으면 이는 절연이 파괴되었다고 판단될 수 있다.
이에, 절연파괴 판단 범위에서 큰 전압 변동의 측정을 가능하게 하여 보다 정확한 절연파괴 판단을 할 수 있도록 하고, 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 절연저항과 커플링 콘덴서의 전류가 양의 상관관계에 있는 절연파괴 측정회로의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 절연저항 측정 시 절연파괴 판단 범위에서 큰 전압변동을 측정하고, 절연저항과 전압변동이 양의 상관관계에 있도록 회로를 구성하여 보다 정확하게 절연파괴 판단을 할 수 있도록 하는 절연파괴 측정회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로는 제1 커패시터, 제1-1 레지스터, 제1-2 레지스터, 및 레퍼런스 레지스터를 포함하는 제1 서브 RC 회로와, 제2 커패시터 및 제2 레지스터를 포함하고 절연저항 측정 배터리와 연결되는 제2 서브 RC 회로를 포함하는 RC 회로부; 상기 제1 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제1-2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-1 차동 증폭기와, 상기 제2 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-2 차동 증폭기를 포함하는 제1 차동 증폭부; 및 상기 제1-1 차동 증폭기 및 상기 제1-2 차동 증폭기와 각각 연결되고, 상기 제1-1 차동 증폭기의 출력전압 및 상기 제1-2 차동 증폭기의 출력전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 제2 차동 증폭기를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 제1 서브 RC 회로의 상기 제1 커패시터, 상기 제1-2 레지스터, 및 상기 레퍼런스 레지스터는 서로 직렬 연결되고, 상기 제1-1 레지스터는 상기 제1 커패시터, 상기 제2 레지스터, 및 상기 레퍼런스 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 제2 서브 RC 회로의 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 직렬 연결되고, 상기 제2 커패시터는 상기 절연저항 측정 배터리의 마이너스 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 제2 서브 RC 회로는 상기 제1 서브 RC 회로의 상기 제1-1 레지스터와 병렬 연결되고, 서로 직렬 연결된 상기 제1-2 레지스터, 상기 제1 커패시터, 및 상기 레퍼런스 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항은 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 레지스터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 제1-1 차동 증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 상기 제1-2 레지스터 양단과 연결되고, 상기 제1-2 차동 증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 상기 제2 레지스터 양단과 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 제2 차동 증폭기의 비반전입력단자는 상기 제1-1 차동 증폭기의 출력단자와 연결되고, 반전입력단자는 상기 제1-2 차동 증폭기의 출력단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로는 상기 RC 회로에 선정된(predetermined) 시간 동안 전압을 공급 및 차단하는 전압 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 절연파괴 측정회로의 상기 절연저항 측정 배터리는 하이브리드(hybrid) 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 절연파괴 측정회로에 따르면, 절연저항 측정 시 절연파괴 판단 범위에서 큰 전압변동을 측정하고, 절연저항과 전압변동이 양의 상관관계를 갖도록 회로를 구성하여 보다 정확하게 절연파괴 판단을 할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절연파괴 측정회로를 도시한 도면.
도 2는 기존 절연저항 측정회로의 절연저항 및 측정전압 간의 상관 그래프 및 본 발명에 따른 절연저항 및 측정전압 간의 상관 그래프를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 절연저항 측정 배터리 120: RC 회로부
121: 제1-1 서브 RC 회로 122: 제1-1 레지스터
123: 제1-2 레지스터 124: 제1 커패시터
125: 레퍼런스 레지스터 126: 제1-2 서브 RC 회로
127: 제2 레지스터 128: 제2 커패시터
130: 제1 차동 증폭부 131: 제1-1 차동 증폭기
132: 제1-2 차동 증폭기 140: 제2 차동 증폭기
150: 절연저항
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절연파괴 측정회로를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 절연파괴 측정회로는 절연저항 측정 배터리(110), RC 회로부(120), 제1 차동 증폭부(130), 제2 차동 증폭기(140), 및 절연저항(150)을 포함한다. RC 회로부(120)는 제1 서브 RC 회로(121) 및 제2 서브 RC 회로(126)를 포함한다. 제1 차동 증폭부(130)는 제1-1 차동 증폭기(131) 및 제1-2 차동 증폭기(132)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 절연파괴 측정회로는 절연저항 측정 배터리(110)의 마이너스 단자와 연결된다. 상기 절연파괴 측정회로는 RC 회로부(120)의 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128)를 통해 절연저항 측정 배터리(110)의 상기 마이너스 단자와 연결될 수 있다.
절연저항 측정 배터리(110)는 하이브리드 차량에 장착되는 고전압 배터리로 구현될 수 있다. 절연저항 측정 배터리(110)는 상기 하이브리드 차량 고전압 배터리뿐만 아니라, 절연저항의 측정이 요구되는 다양한 종류의 배터리를 모두 포함하여 구현될 수 있다.
RC 회로부(120)는 제1 서브 RC 회로(121) 및 제2 서브 RC 회로(126)를 포함한다.
제1 서브 RC 회로(121)는 제1-1 레지스터(122), 제1-2 레지스터(123), 제1 커패시터(124), 및 레퍼런스 레지스터(125)를 포함한다. 제1 서브 RC 회로(121)의 제1 커패시터(124), 제1-2 레지스터(123), 및 레퍼런스 레지스터(125)는 서로 직렬 연결된다. 제1-1 레지스터(122)는 제1 커패시터(124), 제1-2 레지스터(123), 및 레퍼런스 레지스터(125)와 병렬 연결된다. 레퍼런스 레지스터(125)는 절연파괴 측정회로의 설계자가 선정된 마진(Margin)을 두고 설계할 수 있다.
제2 서브 RC 회로(126)는 제2 레지스터(127) 및 제2 커패시터(128)를 포함한다. 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128) 및 제2 레지스터(127)는 직렬 연결된다. 제2 커패시터(128)는 절연저항 측정 배터리(110)의 마이너스 단자와 연결된다.
제2 서브 RC 회로(126)는 제1 서브 RC 회로(121)의 제1-1 레지스터(122)와 병렬 연결되고, 서로 직렬 연결된 제1-2 레지스터(123), 제1 커패시터(124), 및 레퍼런스 레지스터(125)와 병렬 연결될 수 있다.
절연저항 측정 배터리(110)의 절연저항(150)은 제2 커패시터(128) 및 제2 레지스터(127)와 직렬 연결될 수 있다.
제1 차동 증폭부(130)는 제1-1 차동 증폭기(131) 및 제1-2 차동 증폭기(132)를 포함한다.
제1-1 차동 증폭기(131)는 제1 서브 RC 회로(121)와 연결된다. 제1-1 차동 증폭기(131)의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 제1-2 레지스터(123)의 양단과 연결된다. 이에, 제1-1 차동 증폭기(131)는 제1 서브 RC 회로(121)의 제1-2 레지스터(123)에 인가되는 전압을 증폭하여 출력단자를 통해 출력한다.
제1-2 차동 증폭기(132)는 제2 서브 RC 회로(126)와 연결된다. 제1-2 차동 증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 제2 레지스터(127)의 양단과 연결된다. 이에 따라, 제1-2 차동 증폭기(132)는 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 레지스터(127)에 인가되는 전압을 증폭하여 출력단자를 통해 출력한다.
제2 차동 증폭기(140)는 제1-1 차동 증폭기(131) 및 제1-2 차동 증폭기(132)와 각각 연결된다. 예를 들어, 제2 차동 증폭기(140)의 비반전입력단자는 제1-1 차동 증폭기(131)의 출력단자와 연결되고, 반전입력단자는 제1-2 차동 증폭기(132)의 출력단자와 연결될 수 있다.
제2 차동 증폭기(140)는 제1-1 차동 증폭기(131)의 출력전압 및 제1-2 차동 증폭기(132)의 출력전압 간의 차를 증폭하여 출력한다. 제2 차동 증폭기(140)의 출력 값은 마이크로 컨트롤러(Microcontroller)의 A/D 컨버터로 인가될 수 있다. 당업자는 상기 A/D 컨트롤러에 인가되는 최대 전압값을 기준으로 제2 차동 증폭기(140)의 증폭 비율을 설계할 수 있다.
전압 소스는 RC 회로부(120)에 전압을 인가한다. 전압 소스는 선정된 시간 동안 RC 회로부(120)에 전압을 인가 및 차단할 수 있다. 상기 전압의 인가 및 차단은 스위치를 통해 구현될 수 있다. 스위치가 온(on)되는 제1 시간 동안 전압 소스는 상기 전압을 RC 회로부(120)에 인가하고, 스위치가 오프(off)되는 제2 시간 동안 RC 회로부(120)로 인가되는 상기 전압은 차단될 수 있다.
상기 전압은 12V의 정전압으로 구현될 수 있고, 당업자의 판단에 따라 상기 12V 뿐만 아니라 다양한 정전압 값으로 구현될 수도 있다. 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 당업자의 판단에 따라 적절하고 다양한 시간으로 구현될 수 있다.
본 발명의 절연파괴 측정회로를 통해 배터리(110)의 절연저항을 측정하는 당업자는 스위치의 온/오프 제어를 통해 제1 서브 RC 회로(121)의 제1 커패시터(124)의 충전 전류 또는 방전 전류와, 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128)의 충전 전류 또는 방전 전류를 측정할 수 있다.
즉, 상기 당업자는 스위치가 온 상태에서 전압 소스로부터 상기 전압이 RC 회로부(120)에 공급되는 경우 제1 커패시터(124) 및 제2 커패시터(128)의 충전 전류를 각각 측정할 수 있고, 스위치가 오프 상태로 전환되어 전압 소스로부터 상기 전압이 RC 회로부(120)에 공급되지 않는 경우 제1 커패시터(124) 및 제2 커패시터(128)의 방전 전류를 측정할 수 있다.
제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128)를 충방전시키는 전류는 절연저항(150)의 크기에 반비례하므로, 제2 커패시터(128)를 충방전시키는 전류의 크기 측정을 통해 절연저항(150)의 크기를 산출할 수 있다. 절연저항(150)의 절연파괴의 판단 기준이 되는 저항값 내외에서 정밀한 저항 측정이 요구될 수 있다.
이때, 절연파괴 시 제1 서브 RC 회로(121)의 제1 커패시터(124)에 흐르는 전류값을 기준으로 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128)에 흐르는 전류값을 비교하면 보다 정밀한 절연저항을 측정할 수 있다. 제1 서브 RC 회로(121)의 레퍼런스 레지스터(125)가 절연파괴에 대응되는 저항 값이면 제1 커패시터(124)에 흐르는 전류는 절연파괴 시 흐르는 전류가 된다. 따라서 이 때, 제2 커패시터(128)에 흐르는 전류가 제1 서브 RC 회로(121)의 제1 커패시터(124)에 흐르는 전류보다 큰 경우, 절연파괴로 판단할 수 있다.
제1 커패시터(124)에 흐르는 전류 및 제2 커패시터(128)에 흐르는 전류 간의 차를 보다 정확하게 측정하기 위하여, 제1-1 차동 증폭기(131)는 제1 커패시터(124)에 흐르는 전류를 증폭하고, 제1-2 차동 증폭기(132)는 제2 커패시터(128)에 흐르는 전류를 증폭할 수 있다.
즉, 제1-1 차동 증폭기(131)는 제1-2 레지스터(123)의 양단과 연결되어 제1-2 레지스터(123)에 인가되는 전압을 증폭하여 제2 차동 증폭기(140)로 출력하고, 제1-2 차동 증폭기(132)는 제2 레지스터(127)의 양단과 연결되어 제2 레지스터(127)에 인가되는 전압을 증폭하여 제2 차동 증폭기(140)로 출력할 수 있다.
제2 차동 증폭기(140)는 절연파괴 시 제1 커패시터(124)에 흐르는 전류와 제2 커패시터(128)에 흐르는 전류 간의 차를 증폭하는 역할을 수행한다. 즉, 제2 차동 증폭기(140)는 제1-1 차동 증폭기(131)의 출력 전압 및 제1-2 차동 증폭기(132)의 출력 전압 간의 차를 증폭하여 출력함으로써, 절연파괴 판단에 사용되는 기준 전압의 전압 변동을 크게 증폭할 수 있다.
또한, 제2 차동 증폭기(140)의 비반전입력단자가 제1-1 차동 증폭기(131)의 출력단자와 연결되고, 반전입력단자가 제1-2 차동 증폭기(132)의 출력단자와 연결되는 경우, 제2 차동 증폭기(140)는 절연저항과 전압 변동을 양의 상관관계로 전환하는 역할을 할 수 있다.
절연저항이 절연파괴의 판단이 되는 저항 값 보다 작은 경우, 제2 차동 증폭기(140)의 반전입력단자에 인가되는 제2 서브 RC 회로(126)의 제2 커패시터(128)를 충방전시키는 전류 정보는, 제2 차동 증폭기(140)의 비반전입력단자에 인가되는 제1 서브 RC 회로(121)의 제1 커패시터(124))를 충방전시키는 전류 정보보다 커진다. 따라서 제2 차동 증폭기(140)의 반전입력단자에 인가되는 값이 비반전입력단에 인가되는 값보다 크면, 제2 차동 증폭기(140)의 출력 값은 작아진다. 이에 따라, 절연저항과 전압변동은 양의 상관관계를 가질 수 있게 된다.
예를 들어, 도 2의 상단 그래프에 도시된 바와 같이, 기존의 절연파괴 측정회로에서는 500kΩ이 절연파괴의 기준 저항인 경우 상기 기준 저항에 대응하는 측정전압은 4.5V이고, 절연파괴 판단 전압은 4.5V 내지 5V로 크기가 미세하여 절연파괴의 판단에 어려움이 있다. 또한 마이크로 콘트롤러(Microcontroller)에 노이즈의 영향으로 높은 전압이 인가될 경우, 정상 상태일 때도 절연이 파괴되었다고 판단할 수 있다.
그러나, 본 발명에서와 같이 제1-2 레지스터(123) 및 제2 레지스터(127)에 인가되는 전압 간의 차를 제1-1 차동 증폭기(131), 제1-2 차동 증폭기(132), 및 제2 차동 증폭기(140)를 통해 증폭하여 판단하는 경우, 도 2의 하단 그래프에 도시된 바와 같이, 500kΩ의 절연파괴의 기준 저항에 대응하는 측정전압은 2.5V이고, 절연파괴 판단 전압은 0V 내지 2.5V이므로 보다 큰 전압변동을 기준으로 절연파괴를 판단하고 노이즈의 영향을 기존의 회로보다 줄일 수 있어, 정확하게 절연파괴 여부를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 제1 커패시터, 제1-1 레지스터, 제1-2 레지스터, 및 레퍼런스 레지스터를 포함하는 제1 서브 RC 회로와, 제2 커패시터 및 제2 레지스터를 포함하고 절연저항 측정 배터리와 연결되는 제2 서브 RC 회로를 포함하는 RC 회로부;
    상기 제1 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제1-2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-1 차동 증폭기와, 상기 제2 서브 RC 회로와 연결되어 상기 제2 레지스터에 인가되는 전압을 증폭하여 출력하는 제1-2 차동 증폭기를 포함하는 제1 차동 증폭부; 및
    상기 제1-1 차동 증폭기 및 상기 제1-2 차동 증폭기와 각각 연결되고, 상기 제1-1 차동 증폭기의 출력전압 및 상기 제1-2 차동 증폭기의 출력전압 간의 차를 증폭하여 출력하는 제2 차동 증폭기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 서브 RC 회로의 상기 제1 커패시터, 상기 제1-2 레지스터, 및 상기 레퍼런스 레지스터는 서로 직렬 연결되고, 상기 제1-1 레지스터는 상기 제1 커패시터, 상기 제1-2 레지스터, 및 상기 레퍼런스 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 서브 RC 회로의 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 직렬 연결되고, 상기 제2 커패시터는 상기 절연저항 측정 배터리의 마이너스 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 서브 RC 회로는 상기 제1 서브 RC 회로의 상기 제1-1 레지스터와 병렬 연결되고, 서로 직렬 연결된 상기 제1-2 레지스터, 상기 제1 커패시터, 및 상기 레퍼런스 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항은 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 레지스터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1 차동 증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 상기 제1-2 레지스터 양단과 연결되고, 상기 제1-2 차동 증폭기의 반전입력단자 및 비반전입력단자는 상기 제2 레지스터 양단과 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 차동 증폭기의 비반전입력단자는 상기 제1-1 차동 증폭기의 출력단자와 연결되고, 반전입력단자는 상기 제1-2 차동 증폭기의 출력단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 RC 회로에 선정된(predetermined) 시간 동안 전압을 공급 및 차단하는 전압 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항 측정 배터리는 하이브리드(hybrid) 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 하는 절연파괴 측정회로.
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