本發(fā)明涉及直流充電設備技術領域，具體涉及一種直流絕緣監(jiān)測電路及方法。

背景技術：

傳統(tǒng)直流絕緣監(jiān)測電路采用不平衡電橋方案，電橋開關如果采用繼電器，繼電器的開關速度慢，開關次數(shù)有限，嚴重影響其性能；電橋開關如果采用電力電子器件，比如MOSFET、IGBT等，電力電子器件斷開時的漏電流以及閉合時的導通電阻，都會影響直流絕緣監(jiān)測電路測量的精度。因此急需一種絕緣值監(jiān)測精度高，并且安全性高的絕緣監(jiān)測裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在與提供一種直流絕緣監(jiān)測電路及方法，用以解決傳統(tǒng)直流絕緣監(jiān)測電路監(jiān)測精度差并的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種直流絕緣監(jiān)測電路，所述直流絕緣監(jiān)測電路包括處理器、正電橋電路、負電橋電路、第一采樣單元、第二采樣單元、第一驅動單元、第二驅動單元、第一驅動電源以及第二驅動電源；其中所述正電橋電路和所述負電橋電路為電橋電路的兩個部分，所述正電橋電路的第一端與直流正極連接，所述負電橋電路的第一端與直流負極連接，所述負電橋電路的第二端與所述正電橋電路的第二端共接電橋中點O，電橋中點O接地；所述第一驅動電源與所述第一驅動單元連接，所述第一驅動單元與所述負電橋電路連接，所述第一驅動單元用來驅動所述負電橋電路內(nèi)部的第一電力電子開關；所述第二驅動電源與所述第二驅動單元連接，所述第一驅動單元與所述正電橋電路連接，所述第二驅動單元用來驅動所述正電橋電路內(nèi)部的第二電力電子開關；所述第一采樣單元與所述處理器連接，所述第一采樣單元采集所述負電橋電路分壓得到的電壓；所述第二采樣單元與所述處理器連接，所述第二采樣單元采集所述正電橋電路分壓得到的電壓；所述處理器分別與所述第一驅動單元和第二驅動單元連接，所述處理器通過所述第一驅動單元和第二驅動單元分別控制所述第一電力電子開關和第二電力電子開關的通斷，所述處理器通過所述第一采樣單元和第二采樣單元分別對所述負電橋電路和正電橋電路電壓進行采樣。

優(yōu)選的，所述負電橋電路包括第一電力電子開關、第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻；所述第一電阻的一端通過相互串聯(lián)的所述第二電阻和第三電阻與所述第四電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端接電橋中點O，所述第四電阻的另一端與直流負極D－連接；所述第一電力電子開關的集電極接在所述第一電阻和第二電阻之間，所述第一電力電子開關的發(fā)射極接在所述第三電阻和第四電阻之間，所述第一電力電子開關的基極與所述第一驅動單元的輸出端連接。

優(yōu)選的，所述第一電阻阻值為1KΩ，所述第二電阻阻值為4KΩ，所述第三電阻阻值為796KΩ，所述第四電阻阻值為199KΩ。

優(yōu)選的，所述正電橋電路包括第二電力電子開關、第五電阻、第六電阻、第七電阻以及第八電阻；所述第五電阻的一端通過相互串聯(lián)的所述第六電阻和第七電阻與所述第八電阻的一端連接，所述第五電阻的另一端接電橋中點O；所述第八電阻的另一端連接直流正極D+；所述第二電力電子開關的集電極連接在所述第七電阻和第八電阻之間，所述第一電力電子開關的發(fā)射極連接在所述第五電阻和第六電阻之間，所述第二電力電子開關的基極與所述第二驅動單元輸出端連接。

優(yōu)選的，所述第五電阻阻值為1KΩ，所述第六電阻阻值為4KΩ，所述第七電阻阻值為796KΩ，所述第八電阻阻值為199KΩ。

優(yōu)選的，所述第一采樣單元的輸入端連接在所述第二電阻和第三電阻之間，所述第一采樣單元的第一輸出端與所述處理器的第一輸入端連接，所述第一采樣單元的第二輸出端與所述處理器的第二輸入端連接；所述第二采樣單元的輸入端連接在所述第六電阻和第七電阻之間，所述第二采樣單元的輸出端與所述處理器的第三輸入端連接。

優(yōu)選的，所述第一采樣單元包括：第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第一二極管、第一穩(wěn)壓管、第二穩(wěn)壓管、第一電容、第二電容、第三電容、第一運算放大器以及第二運算放大器；所述第九電阻的一端為所述第一采樣單元的輸入端，所述第九電阻的一端連接在所述負電橋電路的第二電阻和第三電阻之間，所述第九電阻的另一端與所述第十電阻的一端和所述第一電容的一端連接；所述第十電阻的另一端與所述第一運算放大器的正輸入端連接；所述第一運算放大器的負輸入端和輸出端共接所述第十一電阻的一端和所述第一二極管的正極；所述第十一電阻的另一端與所述第十三電阻的一端和所述第二運算放大器的負輸入端連接；所述第十三電阻的另一端與所述第二運算放大器的輸出端和第十四電阻的一端連接；所述第二運算放大器的正輸入端與所述第十二電阻的一端連接；所述第十四電阻的另一端、所述第二穩(wěn)壓管的負極和所述第二電容的一端共接所述處理器第一輸入端；所述第二穩(wěn)壓管的正極分別與所述第二電容的另一端、所述第十四電阻的另一端、所述第一穩(wěn)壓管的正極、所述第三電容的一端和所述第一電容的另一端共接電橋中點O；所述第一穩(wěn)壓管的負極、所述第三電容的另一端和所述第一二極管的負極共接所述處理器第二輸入端。

優(yōu)選的，所述第二采樣單元包括：第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第四電容、第五電容、第三穩(wěn)壓管以及第三運算放大器；所述第十五電阻的一端為所述第二采樣單元第一輸入端，所述第十五電阻的一端連接在所述第六電阻和所述第七電阻之間，所述第十五電阻的另一端與所述第十六電阻一端和所述第四電容的一端連接；所述第十六電阻的另一端與所述第三運算放大器的正輸入端連接，所述第三運算放大器的負輸入端與所述第三運算放大器的輸出端共接所述第十七電阻的一端；所述第十七電阻的另一端、所述第五電容的一端以及所述第三穩(wěn)壓管的負極共接所述處理器第三輸入端；所述第五電容的另一端、所述第三穩(wěn)壓管的正極以及所述第四電容的另一端共接電橋中點O。

優(yōu)選的，所述處理器是為PIC16F887的單片機。

相應的，本發(fā)明的另一目的在于提供一種直流絕緣監(jiān)測方法，所述直流絕緣監(jiān)測方法包括以下步驟：

步奏S1：閉合所述負電橋電路中的第一電力電子開關，斷開所述正電橋電路中的第二電力電子開關，所述第一采樣單元測得的電壓值為V₁₁，所述第二采樣單元測得的電壓值為V₁₂；

步奏S2：閉合所述正電橋電路中的第二電力電子開關，斷開所述負電橋電路中的第一電力電子開關，所述第一采樣單元測得的電壓值為V₂₁，所述第二采樣單元測得的電壓值為V₂₂；

步奏S3：將V₁₁和V₁₂帶入(1)式計算求得V_1m，

V_1m＝(V₁₁+V₁₂)*R_a (1)

其中，Ra＝R1+R4＝R5+R8，

將V₁₁和V₁₂帶入(2)式計算求得V_1n，

V_1n＝V₁₂*K-V₁₁ (2)

其中，K＝Ra/Rb，

將V₂₁和V₂₂帶入(3)式計算求得V_2m，

V_2m＝(V₂₁+V₂₂)*R_a (3)

將V₂₁和V₂₂帶入(4)式計算求得V_2n，

V_2n＝V₂₂-V₂₁*K (4)

將V_1m、V_1n、V_2m和V_2n分別帶入(5)，(6)和(7)式分別求得M，Z_P和Z_N，

M＝V_1m*V_2m*(R_a-R_b)-(V_1m*V_2n-V_1n*V_2m)*R_a*R_b (5)

其中，Rb＝R1+R2+R3+R4＝R5+R6+R7+R8

Z_P＝V_1m*V_2n*R_a-V_1n*V_2m*R_b (6)

Z_N＝V_1m*V_2n*R_b-V_1n*V_2m*R_a (7)

將M，Z_P和Z_N分別帶入(8)和(9)式求得直流正極對地絕緣電阻r_P和直流負極對地絕緣電子r_N，

r_P＝M/Z_P (8)

r_N＝M/Z_N (9)

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：本發(fā)明中第一驅動電源為第一驅動單元供電，第二驅動電源為第二驅動單元供電，第一驅動單元用來驅動負電橋電路內(nèi)部的第一電力電子開關，第二驅動單元用來驅動正電橋電路內(nèi)部的的第二電力電子開關，第一采樣單元采集負電橋電路分壓得到的電壓，第二采樣單元采集正電橋電路分壓得到的電壓，處理器通過第一驅動單元和第二驅動單元分別控制第一電力電子開關和第二電力電子開關的通斷，同時處理器通過第一采樣單元和第二采樣單元分別對負電橋電路和正電橋電路電壓進行采樣。本發(fā)明具有安全性高，測量絕緣阻值精度高的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明直流絕緣監(jiān)測電路的框圖。

圖2為本發(fā)明第一采樣單元的具體電路圖。

圖3為本發(fā)明第二采樣單元的具體電路圖。

具體實施方式

以下實施例用與說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

如圖1所示，直流絕緣監(jiān)測電路包括處理器6、正電橋電路2、負電橋電路1、第一采樣單元5、第二采樣單元9、第一驅動單元4、第二驅動單元8、第一驅動電源3以及第二驅動電源7。本發(fā)明中第一驅動電源3為第一驅動單元4供電，第二驅動電源7為第二驅動單元8供電，第一驅動單元4用來驅動負電橋電路1內(nèi)部的第一電力電子開關，第二驅動單元8用來驅動正電橋電路2內(nèi)部的第二電力電子開關，第一采樣單元5采集負電橋電路1分壓得到的電壓，第二采樣單元9采集正電橋電路2分壓得到的電壓，處理器6通過第一驅動單元4和第二驅動單元8分別控制第一電力電子開關和第二電力電子開關的通斷，同時處理器6通過第一采樣單元5和第二采樣單元9分別對負電橋電路1和正電橋電路2電壓進行采樣。本發(fā)明具有安全性高，測量絕緣阻值精度高的特點。

處理器6的第一輸出端和第二輸出端分別與第一驅動單元4和第二驅動單元8連接，第一驅動電源3與第一驅動單元4連接，第一驅動單元4與負電橋電路1連接，第一驅動電源3用于為第一驅動單元4供電，第一驅動單元4用來驅動負電橋電路1內(nèi)部的第一電力電子開關SW1。第二驅動電源7與第二驅動單元8連接，第一驅動單元4與正電橋電路2連接，第二驅動單元8用來驅動正電橋電路2內(nèi)部的第二電力電子開關SW2。處理器6通過第一驅動單元4和第二驅動單元8分別控制第一電力電子開關SW1和第二電力電子開關SW2的通斷。處理器6通分別與第一采樣單元5和第二采樣單元9連接，處理器6通過控制第一采樣單元5和第二采樣單元9分別對負電橋電路1和正電橋電路2的電壓進行采樣。優(yōu)選的處理器6是為PIC16F887的單片機，第一電力電子開關SW1和第二電力電子開關SW2均為IGBT器件。

正電橋電路2和負電橋電路1為電橋電路100的兩個部分，正電橋電路2的第一端與直流正極D+連接，負電橋電路1的第一端與直流負極D－連接，負電橋電路1的第二端與正電橋電路2的第二端共接電橋中點O，電橋中點O接地。優(yōu)選的，電橋中點O通過繼電器K1接地。繼電器K1的輸入端與處理器6的第三輸出端連接。負電橋電路1包括第一電力電子開關SW1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4；第一電阻R1的一端通過相互串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3與第四電阻R4的一端連接，第一電阻R1的另一端接電橋中點O，第四電阻R4的另一端與直流負極D－連接；第一電力電子開關SW1的集電極連接在第一電阻R1和第二電阻R2之間，第一電力電子開關SW1的發(fā)射極連接在第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電力電子開關SW1的基極與第一驅動單元4的輸出端連接。優(yōu)選的，第一電阻R1阻值為1KΩ，第二電阻R2阻值為4KΩ，第三電阻R3阻值為796KΩ，第四電阻R4阻值為199KΩ。正電橋電路2包括第二電力電子開關SW2、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7以及第八電阻R8；第五電阻R5一端通過相互串聯(lián)的第六電阻R6和第七電阻R7與第八電阻R8的一端連接，第五電阻R5的另一端接電橋中點O；第八電阻R8的另一端連接直流正極D+；第二電力電子開關SW2的集電極連接在第七電阻R7和第八電阻R8之間，第二電力電子開關SW2的發(fā)射極連接在第五電阻R5和第六電阻R6之間，第二電力電子開關SW2的基極與第二驅動單元8輸出端連接。優(yōu)選的，第五電阻(R5)阻值為1KΩ，第六電阻(R6)阻值為4KΩ，第七電阻(R7)阻值為796KΩ，第八電阻(R8)阻值為199KΩ。

第一采樣單元5的第一輸出端和第二輸出端分別與處理器6的第一輸入端和第二輸入端連接，第一采樣單元5用于采集第一電阻R1和第二電阻R2兩端電壓U1。第一采樣單元5包括:第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第一二極管D11、第一穩(wěn)壓管D1、第二穩(wěn)壓管D2、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一運算放大器U11以及第二運算放大器U12。第九電阻R9的一端為第一采樣單元5的輸入端，第九電阻R9的一端連接在負電橋電路1的第二電阻R2和第三電阻R3之間，第九電阻R9的另一端與第十電阻R10的一端和第一電容C1的一端連接。第十電阻R10的另一端與第一運算放大器U11的正輸入端連接。第一運算放大器U11的負輸入端和輸出端共接第十一電阻R11的一端和第一二極管D11的正極。第十一電阻R11的另一端與第十三電阻R13的一端和第二運算放大器U12的負輸入端連接；第十三電阻R13的另一端與第二運算放大器U12的輸出端和第十四電阻R14的一端連接。第二運算放大器U12的正輸入端與第十二電阻R12的一端連接。第十四電阻R14的另一端、第二穩(wěn)壓管D2的負極和第二電容C2的一端共接處理器6第一輸入端，通過處理器6第一輸入端將采集到的電壓信號V1發(fā)送給處理器6。第二穩(wěn)壓管D2的正極分別與第二電容C2的另一端、第十四電阻R14的另一端、第一穩(wěn)壓管D1的正極、第三電容C3的一端和第一電容C1的另一端共接電橋中點O。第一穩(wěn)壓管D1的負極、第三電容C3的另一端和第一二極管D11的負極共接處理器6第二輸入端。通過處理器6第二輸入端將采集到的電壓信號VR發(fā)送給處理器6。若直流電極反接，則U1>0，此時VR>0，由于D2的作用，使V1電壓不會小于0，此時V1＝0；若直流電極沒有反接，U1<0，此時V1>0，由于二極管D11的作用，使VR電壓不會小于0，此時VR＝0。通過檢測直流電極是否反接，進一步的提高了直流絕緣監(jiān)測電路安全性。

第二采樣單元9的輸入端連接在第六電阻R6和第七電阻R7之間，第二采樣單元9用于采集第五電阻R5和第六電阻R6兩端電壓U2，第二采樣單元9的輸出端與處理器6的第三輸入端連接。第二采樣單元9包括：第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第四電容C4、第五電容C5、第三穩(wěn)壓管D3以及第三運算放大器U21。第十五電阻R15的一端為第二采樣單元9第一輸入端，第十五電阻R15的一端連接在第六電阻R6和第七電阻R7之間，第十五電阻R15的另一端與第十六電阻R16一端和第四電容C4的一端連接。第十六電阻R16的另一端與第三運算放大器U21的正輸入端連接，第三運算放大器U21的負輸入端與第三運算放大器U21的輸出端共接第十七電阻(R17)的一端。第十七電阻R17的另一端、第五電容C5的一端以及第三穩(wěn)壓管D4的負極共接處理器6第三輸入端，通過處理器6第三輸入端將采集到的電壓信號V2發(fā)送給處理器6。第五電容C5的另一端、第三穩(wěn)壓管D3的正極以及第四電容C4的另一端共接電橋中點O。

本發(fā)明發(fā)明還提供一種直流絕緣監(jiān)測方法，該直流絕緣監(jiān)測方法包括以下步驟：

步奏S1：第一驅動單元4驅動負電橋電路1中的第一電力電子開關SW1閉合，第二驅動單元8驅動正電橋電路2中的第二電力電子開關SW2斷開，第一采樣單元5測得的電壓值為V₁₁，第二采樣單元9測得的電壓值為V₁₂；

步奏S2：第二驅動單元8正電橋電路2中的第二電力電子開關SW2閉合，第一驅動單元4驅動負電橋電路1中的第一電力電子開關SW1斷開，第一采樣單元5測得的電壓值為V₂₁，第二采樣單元9測得的電壓值為V₂₂；

步奏S3：將V₁₁和V₁₂帶入(1)式計算求得V_1m，

V_1m＝(V₁₁+V₁₂)*R_a (1)

其中，Ra＝R1+R4＝R5+R8，

將V₁₁和V₁₂帶入(2)式計算求得V_1n，

V_1n＝V₁₂*K-V₁₁ (2)

其中，K＝Ra/Rb，

將V₂₁和V₂₂帶入(3)式計算求得V_2m，

V_2m＝(V₂₁+V₂₂)*R_a (3)

將V₂₁和V₂₂帶入(4)式計算求得V_2n，

V_2n＝V₂₂-V₂₁*K (4)

將V_1m、V_1n、V_2m和V_2n分別帶入(5)，(6)和(7)式分別求得M，Z_P和Z_N，

M＝V_1m*V_2m*(R_a-R_b)-(V_1m*V_2n-V_1n*V_2m)*R_a*R_b (5)

其中，Rb＝R1+R2+R3+R4＝R5+R6+R7+R8

Z_P＝V_1m*V_2n*R_a-V_1n*V_2m*R_b (6)

Z_N＝V_1m*V_2n*R_b-V_1n*V_2m*R_a (7)

將M，Z_P和Z_N分別帶入(8)和(9)式求得直流正極對地絕緣電阻r_P和直流負極對地絕緣電子r_N，

r_P＝M/Z_P (8)

r_N＝M/Z_N (9)

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之做一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬與本發(fā)明要求保護的范圍。