CN104569772B - 电动高压直流电绝缘检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动高压直流电绝缘检测电路，涉及电子测量的技术领域，具体包括：锁相环模块、分压采集模块、差分集成模块、MCU，锁相环模块在MCU的控制下选择电池组正极或者负极接入，分压采集模块在MCU的控制下接入底盘地电阻并分压采集接入的高电压得到采集信号，差分集成电路对采集信号稳压处理后与稳压处理的电源信号进行差分放大得到测试电压，整个方案不需要高精度的AD转换芯片即可精确检测电池组的绝缘电阻，规避了在MCU中出现负电压的情况，以较低成本的检测电路实现汽车电池组绝缘阻抗的精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种电动高压直流电绝缘检测电路及方法。
背景技术
电池组是电动汽车的动力来源，由于车辆上恶劣的环境，以及电池的使用会使电池组自身或它们之间的连接线老化等多种原因，会导致电池组和车辆底盘之间的绝缘出现问题。电池组的电压通常在300V以上，它的绝缘问题会给电动车辆的驾驶员和乘客造成人身危险，所以绝缘检测电路准确性和及时性是非常重要的。现阶段电池管理系统的绝缘检测方案有两种。
第一种为如图1所示的高精度AD转换芯片采集方式，电池组的高压Pack+和Pack-通过分压电路转化为低压，R1、R2、R3、R4分别是四个高精度电阻，Pack+通过R1和R3进行分压，V1＝(1/2)×VPack×『R3/(R1+R3)』，Pack-通过R2和R4进行分压，V2＝(-1/2)VPack『R4/(R2+R4)』，V1和V2通过电压为正负几百mV左右，为了能精确的采集到两个电压的变化，必须选择能够采集负电压的高精度16位AD转换芯片，数据采集后通过SPI通信传输给MCU进行算法和判定，这种检测方式的优点是可以测量出绝缘阻抗，缺点是对AD转换芯片的要求高，必须选择能够采集负电压的高精度16位AD转换芯片，该芯片价格较贵且处于高压区还容易损坏，此方案还要匹配相应的单片机进行相应的计算，成本较高且时效性低。
第二为如图2所示的电压判定方式，R1是高精度几毫欧姆的电阻，R2、R3是几兆欧姆的高精度电阻。当电池组没有漏电时，R1两端的电压V1和V2的电压值基本一样，比较器进行比较判定为1，数据传输给MCU，MCU判定此种状态没有漏电；当电阻漏电时，R1有大电流经过，V1>V2，因为V1不等于V2，比较器进行比较判定为0，数据传输给MCU，MCU判定此种状态漏电，进行安全控制处理。可见，电压判定方式只能对设定的阀值进行判定，期间相关绝缘阻抗的变化没有监控，时效性和安全保障性低。
有鉴于此，针对本领域现有技术的不足之处，有必要设计一种电动高压直流电绝缘检测电路，能够实现高压电与车身之间绝缘状态的监测，防止高压电系统在绝缘故障情况下的运行，以提高人车的安全性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种电动高压直流电绝缘检测电路，能够实现高压电与车身之间绝缘状态的监测，防止高压电系统在绝缘故障情况下的运行，以提高人车的安全性。
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了电动高压直流电绝缘检测电路，解决现有技术中精确检测电路成本高以及阀值判定不能监测高压电与车身之间绝缘状态的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
本发明提供了一种电动高压直流电绝缘检测电路，包括：锁相环模块、分压采集模块、差分集成模块、MCU，锁相环模块的两个输入端信号与MCU连接，输出端分别与电池组正极、负极连接，锁相环模块输出选择接入电池组正极或者负极的信号至分压采集模块输入端，分压采集模块输出采集信号至差分集成模块的一个输入端，差分集成模块的另一输入端接电源，差分集成模块对采集信号、电源信号稳压差分处理后输出测试电压至MCU，MCU输出控制电池组正极或者负极接入的信号至锁相环模块的控制端，MCU输出控制底盘地电阻接入分压采集模块的信号至分压采集模块的控制端。
作为一种实施例，差分集成模块包括：第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放，第一射极跟随器的正输入端接电源电压，第一射极跟随器的负输入端与其输出端连接，第二射极跟随器的正输入端接分压采集模块输出端，第二射极跟随器的负输入端与其输出端连接，差分运放的正输入端接第一射极跟随器输出端连接，差分运放的负输入端与第二射极跟随器的输出端连接，差分运放输出端接MCU，第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放的正电源输入端均接正电源，第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放的负电源输入端均接地或者负电源处理电路。
作为一种实施例，锁相环模块包括：第一至第六电阻、第一至第四MOS管、第一光耦、第二光耦，其中，第一、第三MOS管为PMOS管，第三、第四MOS管为NMOS管，其中：第一、第二开关管的栅极均经过第一电阻接第一控制信号，第三、第四开关管的栅极均经过第二电阻接第二控制信号，第三电阻一端、第四电阻一端、第一开关管漏极均接MCU的IO输出电压，第三电阻另一端接第一开关管栅极，第四电阻另一端接第三开关管栅极，第一开关管源极经过第五电阻接第二光耦阳极，第三开关管源极经过第六电阻接第一光耦阳极，第二开关管漏极接第一光耦阴极，第四开关管漏极接第二光耦阴极，第二开关管源极、第四开关管源极均接地，第一光耦发射极、第二光耦发射极均接电路电压，第一光耦集电极在其导通时接入电池组正高压，第二光耦集电极在其导通时接入电池组负高压。
作为一种实施例，分压采集模块包括第七至第九电阻、底盘接地电阻、第十一电阻、第十二电阻串联组成的分压支路，第五开关管、第三光耦、第一电容，其中：第七电阻一端与第八电阻一端连接在一起后接控制信号，第八电阻另一端接第五开关管栅极，第九电阻一端接MCU的IO输出电压，第九电阻另一端接第三光耦的阳极，第五开关管漏极接第三光耦阴极，第七电阻另一端、第五开关管源极、第三光耦发射极均接地，第三光耦集电极与第十电阻一端连接，第十电阻另一端、分压支路一端均接电池组正极或者负极，分压支路另一端接地，第一电容接在第十一、第十二电阻连接点以及地之间，第十一、第十二电阻的连接点输出采集信号。
作为一种实施例，第一射极跟随器包括：第十三电阻、第十四电阻以及第一双电源放大器，第二射极跟随器为第二双电源放大器，差分运放包括：第十五电阻至第十八电阻以及第三双电源放大器，第一至第三双电源放大器的正电源输入端均接正电源，第十四电阻一端接正电源，第十三电阻一端接第十四电阻另一端，第十三电阻另一端接地，第一双电源放大器正输入端接第十三电阻、第十四电阻的连接点，第一双电源放大器负输入端与其输出端连接，第二双电源放大器正输入端接采集信号，第二双电源放大器负输入端与其输出端连接，第十五电阻一端接第一双电源放大器输出端，第十五电阻另一端、第十七电阻一端均接第三双电源放大器正输入端，第十七电阻另一端接地，第十六电阻一端接第二双电源放大器输出端，第十六电阻另一端、第十八电阻一端均接第三双电源放大器负输入端，第十八电阻另一端接第三双电源放大器输出端；与第一、第二、第三双电源放大器负输入端相连的负电源处理电路，包括：电压转换芯片、储能电容、第二电容、第一极性电容、第二极性电容，电压转换芯片输入端接正电源，储能电容接在电压转换芯片的储能电容正负端脚之间，第一极性电容正极接电压转换芯片输入端，第二电容一极、第二极性电容正极均与电压转换芯片输出端连接，第一极性电容负极、第二极性电容负极、第二电容另一极与电压转换芯片接地端并接后接地。
本发明还提供一种检测电池组绝缘电阻的方法，适用于上述电动高压直流电绝缘检测电路，包括：MCU控制锁相环模块选择电池组负极接入，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻不接入时输出第一测试电压V1，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻接入时输出第二测试电压V1’，MCU控制锁相环模块选择电池组正极接入，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻不接入时输出第三测试电压V2，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻接入时输出第四测试电压V2’，MCU根据各测试电压计算绝缘电阻值RI：
V1>V2时，RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)，
V1<V2时，RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)，
其中，V1＝VU3A－VH_OUT1，
V1’＝VU3A－VH_OUT3，
V2＝VU3A+VH_OUT2，
V2’＝VU3A+VH_OUT4，
R10为底盘地电阻，VU3A为差分集成模块对电源信号稳压处理后的电压值，VH_OUT1为电池组负极接入但底盘地电阻不接入时的采集信号，VH_OUT3为电池组负极接入且底盘地电阻接入时的采集信号，VH_OUT2为电池组正极接入但底盘地电阻不接入时的采集信号，VH_OUT4为电池组正极接入且底盘地电阻接入时的采集信号。
作为一种实施例，所述锁相环模块控制方式包括：设M_CNT1和M_CNT2是两个控制信号，M_CNT1控制Q1、Q2的通断，M_CNT2控制Q3、Q4的通断，其中：当M_CNT1和M_CNT2控制信号都是低电平L时，光控管U1的端子U_1和U_3都处于高电平H，两个光控管都不导通；当M_CNT1是低电平L和M_CNT2是高电平H时，光控管U1的端子U_3为高电平H，U_4为低电平L，U_3和U_4之间的管子导通，Pack+接入，VCC＝V Pack+；当M_CNT1是高电平H和M_CNT2是低电平L时，光控管U1的端子U_1为高电平H，U_2为低电平L，U_1和U_2之间的管子导通，Pack-接入，VCC＝V Pack-；当M_CNT1和M_CNT2都是高电平H时，光控管U1的端子U_2和U_4都为为低电平L，两个光控管都不导通。
作为一种实施例，所述分压采集模块控制方式包括：当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』；当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』。
作为一种实施例，所述差分采集模块控制方式包括：当控制信号M_CNT1为高电平(L)、M_CNT2为低电平(H)时，选择电池组负极电压接入；当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT 1；通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 1，由于电池组负极接入时，VH_OUT 1为负电压，单片机对数据进行再次处理，V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V-VH_OUT 1；当控制信号M_CNT1为高电平(H)、M_CNT2为低电平(L)时，选择电池组正极电压接入；当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT 2；通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2，此电压设为V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2；比较两次得到的电压：如果V1>V2，再次选择电池组负极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V1’＝M_2.5V-VH_OUT 3，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)；如果V1<V2，再次选择电池组正极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V2’＝M_2.5V-VH_OUT 4，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)。
作为一种实施例，所述差分采集模块控制方式进一步包括：当接入PacK-时，R10不接入：V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT 1＝M_2.5V-；当接入PacK+时，R10不接入：V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2＝M_2.5V+；当接入PacK-时，R10接入：V1’＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT 3＝M_2.5V-；当接入PacK+时，R10接入：V2’＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 4＝M_2.5V+。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本方案设计的电动高压直流电绝缘检测电路及方法具有以下有益效果：锁相环模块在MCU的控制下选择电池组正极或者负极接入，分压采集模块在MCU的控制下接入底盘地电阻并分压采集接入的高电压得到采集信号，差分集成电路对采集信号稳压处理后与稳压处理的电源信号进行差分放大得到测试电压，整个方案不需要高精度的AD转换芯片即可精确检测电池组的绝缘电阻，规避了再MCU中出现负电压的情况，以较低成本的检测电路实现汽车电池组绝缘阻抗的精确测量。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中公开的高精度AD转化芯片采集电路的结构示意图；
图2为现有技术中公开的电压判定电路的结构示意图；
图3为本发明一实施例的电动高压直流电绝缘检测电路的框图；
图4为本发明一实施例的锁相环模块的具体电路图；
图5为本发明一实施例的分压采集模块的具体电路图；
图6为本发明一实施例的差分集成模块的具体电路图；
图7为本发明一实施例的负电源处理电路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明涉及的电动高压直流电绝缘检测电路如图3所示，包括：锁相环模块、分压采集模块、差分集成模块、MCU。锁相环模块在MCU的控制下选择电池组正极Pack+或者负极Pack-接入，分压采集模块在MCU的控制下接入底盘地电阻并分压采集接入的高电压得到采集信号，差分集成电路对采集信号稳压处理后与稳压处理的电源信号进行差分放大得到测试电压。
锁相环模块的具体电路图如图4所示，包括：第一至第六电阻R1-R6、第一至第四MOS管Q1-Q4、第一光耦、第二光耦，其中，第一、第三MOS管Q1、Q3为PMOS管，第二、第四MOS管Q2、Q4为NMOS管。第一、第二开关管Q1、Q2的栅极均经过第一电阻R1接第一控制信号M_CNT1，第三、第四开关管Q3、Q4的栅极均经过第二电阻R2接第二控制信号M_CNT2，第三电阻R3一端、第四电阻R4一端、第一开关管Q1漏极均接MCU的IO输出电压3.3V，第三电阻R3另一端接第一开关管Q1栅极，第四电阻R4另一端接第三开关管Q3栅极，第一开关管Q1源极经过第五电阻R5接第二光耦阳极，第三开关管Q3源极经过第六电阻R6接第一光耦阳极，第二开关管Q2漏极接第一光耦阴极，第四开关管Q4漏极接第二光耦阴极，第二开关管Q2源极、第四开关管Q4源极均接地，第一光耦发射极、第二光耦发射极均接电路电压V_CC，第一光耦集电极在其导通时接入电池组正高压PACK_V+，第二光耦集电极在其导通时接入电池组负高压PACK_V-。第一、第二光耦即为光耦芯片U1。
锁相环模块控制方式如下：M_CNT1和M_CNT2是两个控制信号，M_CNT1控制Q1、Q2的通断，M_CNT2控制Q3、Q4的通断。当M_CNT1和M_CNT2控制信号都是低电平L时，光控管U1的端子U_1和U_3都处于高电平H，两个光控管都不导通；当M_CNT1是低电平L和M_CNT2是高电平H时，光控管U1的端子U_3为高电平H，U_4为低电平L，U_3和U_4之间的管子导通，Pack+接入，VCC＝V Pack+；当M_CNT1是高电平H和M_CNT2是低电平L时，光控管U1的端子U_1为高电平H，U_2为低电平L，U_1和U_2之间的管子导通，Pack-接入，VCC＝V Pack-；当M_CNT1和M_CNT2都是高电平H时，光控管U1的端子U_2和U_4都为为低电平L，两个光控管都不导通，参看表1输入/输出信号分析。以上的控制方式保证了Pack+和Pack-同一时刻只有一端接入。对应的输入/输出信号分析如表1所示。
表1
如图5所示，分压采集模块具体电路图包括：第七至第九电阻R7-R9、底盘接地电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12串联组成的分压支路，第五开关管Q5、第三光耦U2、第一电容C1B。第七电阻R7一端与第八电阻R8一端连接在一起后接控制信号MH_CNT，第八电阻R8另一端接第五开关Q5栅极，第九电阻R9一端接MCU的IO输出电压，第九电阻R9另一端接第三光耦的阳极，第五开关管Q5漏极接第三光耦阴极，第七电阻R7另一端、第五开关管Q5源极、第三光耦发射极均接地，第三光耦集电极与第十电阻R10一端连接，第十电阻R10另一端、分压支路一端均接电池组正高压PACK_V+或者负高压PACK_V-，分压支路另一端接地，第一电容C1B接在第十一、第十二电阻R12连接点以及地之间，第十一、第十二电阻R11、R12的连接点输出采集信号。第三光耦即为光耦芯片U2。
当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』；当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』。
差分采集模块具体电路图如图6所示，包括：对电源信号VDD 5V进行稳压处理的第一射极跟随器，具体有第十三电阻R13、第十四电阻R14以及第一双电源放大器U3A、对采集信号进行稳压处理的第二射极跟随器，具体为第二双电源放大器U4A、对两个射极跟随器输出信号差分放大的差分运放，具体有第十五电阻至第十八电阻R15-R18以及第三双电源放大器U5A，第一射极跟随器U3A的正输入端接电源VDD 5V电压，第十四电阻R14一端接正电源，第十三电阻R13一端接第十四电阻R14另一端，第十三电阻R13另一端接地，第一双电源放大器U3A正输入端接第十三电阻R13、第十四电阻R14的连接点，第一双电源放大器U3A的负输入端与其输出端连接，第二双电源放大器U4A的正输入端接分压采集模块输出端，第二双电源放大器U4A的负输入端与其输出端连接，第十五电阻R15一端接第一双电源放大器U3A输出端，第十五电阻R15另一端、第十七电阻R17一端均接第三双电源放大器U5A正输入端，第十七电阻R17另一端接地，第十六电阻R16一端接第二双电源放大器U4A输出端，第十六电阻R16另一端、第十八电阻R18一端均接第三双电源放大器U5A负输入端，第十八电阻R18另一端接第三双电源放大器U5A输出端。U3A芯片和R13和R14构成M_2.5V电压处理电路，电压通过R13和R14进行分压，U3A设计为射随电路，保证电压的稳定性；U4A芯片同样是一个射随电路，对VH_OUT进行稳压处理；U5A是一个差分运放处理端，M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT。M_2.5V即为差分集成模块对电源信号稳压处理后的电压值。
与第一、第二、第三双电源放大器负输入端相连的负电源处理电路如图7所示，包括：电压转换芯片U6、储能电容C1、第二电容C2、第一极性电容E1、第二极性电容E2，电压转换芯片U6输入端接正电源VDD 5V，储能电容C1接在电压转换芯片U6的储能电容正负端脚之间，第一极性电容E1正极接电压转换芯片U6输入端，第二电容C2一极、第二极性电容E2正极均与电压转换芯片U6输出端连接，第一极性电容E1负极、第二极性电容E2负极、第二电容C2另一极与电压转换芯片U6接地端并接后接地。
当控制信号M_CNT1为高电平(L)、M_CNT2为低电平(H)时，选择电池组负极电压接入(见图4)；当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT 1，(见图5)；通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 1，由于电池组负极接入时，VH_OUT 1为负电压，单片机对数据进行再次处理，V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V-VH_OUT 1；
当控制信号M_CNT1为高电平(H)、M_CNT2为低电平(L)时，选择电池组正极电压接入(见图4)；当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT 2，(见图5)；通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2，此电压设为V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT2
比较两次得到的电压，如果V1>V2，再次选择电池组负极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V1’＝M_2.5V-VH_OUT3，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)；如果V1<V2，再次选择电池组正极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V2’＝M_2.5V-VH_OUT 4，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)。绝缘电阻的计算公式请参照SAEJ1766-2005。
当接入PacK-时，R10不接入：V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT 1＝M_2.5V-；
当接入PacK+时，R10不接入：V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2＝M_2.5V+；
当接入PacK-时，R10接入：V1’＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT3＝M_2.5V-；
当接入PacK+时，R10接入：V2’＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 4＝M_2.5V+；
当V1>V2时：
RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)；
当V1<V2时：
RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：锁相环模块在MCU的控制下选择电池组正极或者负极接入，分压采集模块在MCU的控制下接入底盘地电阻并分压采集接入的高电压得到采集信号，差分集成电路对采集信号稳压处理后与稳压处理的电源信号进行差分放大得到测试电压，整个方案不需要高精度的AD转换芯片即可精确检测电池组的绝缘电阻，规避了再MCU中出现负电压的情况，以较低成本的检测电路实现汽车电池组绝缘阻抗的精确测量。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电动高压直流电绝缘检测电路，其特征在于，包括：
锁相环模块、分压采集模块、差分集成模块、MCU，其中：
锁相环模块的两个输入端信号与MCU连接，输出端分别与电池组正极、负极连接，锁相环模块输出选择接入电池组正极或者负极的信号至分压采集模块输入端；
分压采集模块输出采集信号至差分集成模块的一个输入端；
差分集成模块的另一输入端接电源，差分集成模块对采集信号、电源信号稳压差分处理后输出测试电压至MCU；
MCU输出控制电池组正极或者负极接入的信号至锁相环模块的控制端，MCU输出控制底盘地电阻接入分压采集模块的信号至分压采集模块的控制端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述差分集成模块包括：
第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放，其中：
第一射极跟随器的正输入端接电源电压，第一射极跟随器的负输入端与其输出端连接；
第二射极跟随器的正输入端接分压采集模块输出端，第二射极跟随器的负输入端与其输出端连接；
差分运放的正输入端接第一射极跟随器输出端连接，差分运放的负输入端与第二射极跟随器的输出端连接，差分运放输出端接MCU，第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放的正电源输入端均接正电源(VDD 5V)；
第一射极跟随器、第二射极跟随器、差分运放的负电源输入端均接地或者负电源处理电路。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述锁相环模块包括：
第一至第六电阻(R1-R6)、第一至第四MOS管(Q1-Q4)、第一光耦、第二光耦，其中，第一、第三MOS管为PMOS管，第二、第四MOS管为NMOS管，其中：
第一、第二开关管的栅极均经过第一电阻接第一控制信号(M_CNT1)，第三、第四开关管的栅极均经过第二电阻接第二控制信号(M_CNT2)，第三电阻一端、第四电阻一端、第一开关管漏极均接MCU的IO输出电压，第三电阻另一端接第一开关管栅极，第四电阻另一端接第三开关管栅极，第一开关管源极经过第五电阻接第二光耦阳极，第三开关管源极经过第六电阻接第一光耦阳极，第二开关管漏极接第一光耦阴极，第四开关管漏极接第二光耦阴极，第二开关管源极、第四开关管源极均接地，第一光耦发射极、第二光耦发射极均接电路电压(V_CC)，第一光耦集电极在其导通时接入电池组正高压，第二光耦集电极在其导通时接入电池组负高压。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述分压采集模块包括：
第七至第九电阻(R7-R9)、底盘接地电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)串联组成的分压支路，第五开关管(Q5)、第三光耦(U2)、第一电容(C1B)，其中：
第七电阻一端与第八电阻一端连接在一起后接控制信号(MH_CNT)，第八电阻另一端接第五开关管栅极，第九电阻一端接MCU的IO输出电压，第九电阻另一端接第三光耦的阳极，第五开关管漏极接第三光耦阴极，第七电阻另一端、第五开关管源极、第三光耦发射极均接地，第三光耦集电极与第十电阻一端连接，第十电阻另一端、分压支路一端均接电池组正极或者负极(V_CC)，分压支路另一端接地，第一电容接在第十一、第十二电阻连接点以及地之间，第十一、第十二电阻的连接点输出采集信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述差分集成模块中，
第一射极跟随器包括：第十三电阻、第十四电阻以及第一双电源放大器(U3A)，第二射极跟随器为第二双电源放大器(U4A)，差分运放包括：第十五电阻至第十八电阻以及第三双电源放大器(U5A)，第一至第三双电源放大器的正电源输入端均接正电源(VDD)，第十四电阻一端接正电源，第十三电阻一端接第十四电阻另一端，第十三电阻另一端接地，第一双电源放大器正输入端接第十三电阻、第十四电阻的连接点，第一双电源放大器负输入端与其输出端连接，第二双电源放大器正输入端接采集信号，第二双电源放大器负输入端与其输出端连接，第十五电阻一端接第一双电源放大器输出端，第十五电阻另一端、第十七电阻一端均接第三双电源放大器正输入端，第十七电阻另一端接地，第十六电阻一端接第二双电源放大器输出端，第十六电阻另一端、第十八电阻一端均接第三双电源放大器负输入端，第十八电阻另一端接第三双电源放大器输出端；
与第一、第二、第三双电源放大器负输入端相连的负电源处理电路，包括：电压转换芯片(U6)、储能电容(C1)、第二电容(C2)、第一极性电容(E1)、第二极性电容(E2)，电压转换芯片输入端接正电源(VDD)，储能电容接在电压转换芯片的储能电容正负端脚之间，第一极性电容正极接电压转换芯片输入端，第二电容一极、第二极性电容正极均与电压转换芯片输出端连接，第一极性电容负极、第二极性电容负极、第二电容另一极与电压转换芯片接地端并接后接地。
6.一种检测电池组绝缘电阻的方法，适用于上述权利要求1-5所述的电动高压直流电绝缘检测电路，其特征在于，包括：
MCU控制锁相环模块选择电池组负极接入，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻不接入时输出第一测试电压V1，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻接入时输出第二测试电压V1’，
MCU控制锁相环模块选择电池组正极接入，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻不接入时输出第三测试电压V2，差分集成模块在MCU控制底盘地电阻接入时输出第四测试电压V2’，
MCU根据各测试电压计算绝缘电阻值RI：
V1>V2时，RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)，
V1<V2时，RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)，
其中，V1＝VU3A－VH_OUT1，
V1’＝VU3A－VH_OUT3，
V2＝VU3A+VH_OUT2，
V2’＝VU3A+VH_OUT4，
R10为底盘地电阻，VU3A为差分集成模块对电源信号稳压处理后的电压值，VH_OUT1为电池组负极接入但底盘地电阻不接入时的采集信号，VH_OUT3为电池组负极接入且底盘地电阻接入时的采集信号，VH_OUT2为电池组正极接入但底盘地电阻不接入时的采集信号，VH_OUT4为电池组正极接入且底盘地电阻接入时的采集信号。
7.根据权利要求6所述的检测电池组绝缘电阻的方法，其特征在于，所述锁相环模块控制方式包括：
设M_CNT1和M_CNT2是两个控制信号，M_CNT1控制Q1、Q2的通断，M_CNT2控制Q3、Q4的通断，其中：
当M_CNT1和M_CNT2控制信号都是低电平L时，光控管U1的端子U_1和U_3都处于高电平H，两个光控管都不导通；
当M_CNT1是低电平L和M_CNT2是高电平H时，光控管U1的端子U_3为高电平H，U_4为低电平L，U_3和U_4之间的管子导通，Pack+接入，VCC＝V Pack+；
当M_CNT1是高电平H和M_CNT2是低电平L时，光控管U1的端子U_1为高电平H，U_2为低电平L，U_1和U_2之间的管子导通，Pack-接入，VCC＝V Pack-；
当M_CNT1和M_CNT2都是高电平H时，光控管U1的端子U_2和U_4都为为低电平L，两个光控管都不导通。
8.根据权利要求7所述的检测电池组绝缘电阻的方法，其特征在于，所述分压采集模块控制方式包括：
当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；
当Pack+接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』；
当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为高电平H时：U2光控管不导通，R10不接入电路，采集电压是：Vout＝Vcc×『R11/(R11+R12)』；
当Pack-接入的时候，光控管U2控制端MH_CNT为低电平L时：U2光控管导通，R10接入电路，采集电压是：Vout＝(Vcc-Vgnd)×『R11/(R11+R12)』。
9.根据权利要求8所述的检测电池组绝缘电阻的方法，其特征在于，所述差分采集模块控制方式包括：
当控制信号M_CNT1为高电平(L)、M_CNT2为低电平(H)时，选择电池组负极电压接入；
当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT1；
通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 1，由于电池组负极接入时，VH_OUT 1为负电压，单片机对数据进行再次处理，V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V-VH_OUT1；
当控制信号M_CNT1为高电平(H)、M_CNT2为低电平(L)时，选择电池组正极电压接入；
当控制信号MH_CNT为低电平(L)时，分压采集电路的电压为VH_OUT2；
通过差分运算处理电路处理，此时的M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2，此电压设为V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT2；
比较两次得到的电压：
如果V1>V2，再次选择电池组负极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V1’＝M_2.5V-VH_OUT 3，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V1-V1’)/V1’)；
如果V1<V2，再次选择电池组正极接入，使MH_CNT为高电平，对底盘地电阻R10接入，测试电压V2’＝M_2.5V-VH_OUT 4，该种状态下绝缘电阻是：RI＝R10(1+V2/V1)((V2-V2’)/V2’)。
10.根据权利要求9所述的检测电池组绝缘电阻的方法，其特征在于，所述差分采集模块控制方式进一步包括：
当接入PacK-时，R10不接入：V1＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT 1＝M_2.5V-；
当接入PacK+时，R10不接入：V2＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 2＝M_2.5V+；
当接入PacK-时，R10接入：V1’＝2M_2.5V-M_VTO＝M_2.5V－VH_OUT3＝M_2.5V-；
当接入PacK+时，R10接入：V2’＝M_VTO＝M_2.5V+VH_OUT 4＝M_2.5V+。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |