CN111929500B - 一种y电容平衡检测方法、系统及电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Y电容平衡检测方法、系统及电路,包括连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；分别计算连续采集的第一电压的斜率K1、第二电压的斜率K2；计算第一电压与第二电压的斜率差K12；根据所述K1、K2、K12的值判断所述Y电容上的电荷是否达到平衡。采用上述技术方案后，将Y电容上电荷平衡的检测转化为绝缘检测点斜率之间的关系，测量简单可靠，且在电池电压无波动、向上波动、向下波动时都可准确判断Y电容上电荷是否达到平衡，减少了绝缘检测的等待时间，保证绝缘检测的准确性。

Description

一种Y电容平衡检测方法、系统及电路

技术领域

本发明涉及Y电容平衡检测领域，尤其涉及一种Y电容平衡检测方法、 系统及电路。

背景技术

高压电源绝缘阻值的测量直接影响着高压系统的安全工作，当所测量获 得的绝缘阻值低于一定安全值时，需要及时断开电路保障安全，若绝缘阻值 测量值比实际值偏小，则会导致电路误操作断开电路，不利于电路的稳定工 作，若绝缘阻值测量值比实际值偏大，则会导致实际绝缘阻值已低于安全值 而未及时发现，带来安全隐患。在绝缘检测的过程中，因Y电容的存在，导 致采样点的电压在每个状态的初始阶段都是下降的，需要等待Y电容上的电 荷达到平衡后，才能通过采样点的电压来计算绝缘阻值。现有技术中通过测量绝缘检测点的电压当绝缘检测点电压稳定不变时Y电容电荷达到平衡，但 此方法只适用于电池电压无波动的情形，当电池电压波动时，此方法无法判 断Y电容上的电荷是否达到平衡。

本发明通过计算绝缘检测点的斜率并根据斜率之间的关系以判断Y电 容上的电荷是否达到平衡，在电池电压波动时也可准确判断，以保证绝缘检 测的准确。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种Y电容平衡检测方 法、系统及电路，将Y电容上电荷平衡的检测转化为绝缘检测点斜率之间的 关系，在电池电压波动时也可准确判断，减少绝缘检测的等待时间，保证绝 缘检测的准确性。

本发明公开了一种Y电容平衡检测方法，检测步骤包括，

步骤1：连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第一绝缘 检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；

步骤2：分别计算连续采集的所述第一电压的斜率K1、所述第二电压的 斜率K2；

步骤3：计算所述第一电压与第二电压的斜率差K12；

步骤4：根据所述K1、K2、K12的值判断所述Y电容上的电荷是否达 到平衡。

优选地，步骤1中包括根据连续采集第一绝缘检测点的第一电压与第二 绝缘检测点的第二电压获取第一电压波形与第二电压波形，步骤2为根据所 述第一电压波形与第二电压波形计算所述第一电压的斜率K1、所述第二电 压的斜率K2。

优选地，步骤4中当K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于 零时所述Y电容上的电荷达到平衡。

本发明还公开了一种Y电容平衡检测系统，包括：

电压采集模块，连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第 一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；

第一斜率计算模块，计算连续采集的所述第一电压的斜率K1、所述第 二电压的斜率K2；

第二斜率计算模块，计算所述第一电压与第二电压的斜率差K12；

Y电容平衡判断模块，根据所述K1、K2、K12的值判断所述Y电容上 的电荷是否达到平衡。

优选地，所述电压采集模块还包括根据连续采集的第一绝缘检测点的第 一电压与第二绝缘检测点的第二电压获取第一电压波形与第二电压波形；所 述第一斜率计算模块为根据所述第一电压波形与第二电压波形计算所述第 一电压的斜率K1、所述第二电压的斜率K2。

优选地，所述Y电容平衡判断模块中判断所述Y电容上的电荷是否达 到平衡的方法为当K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于零时所 述Y电容上的电荷达到平衡。

本发明还公开了一种Y电容平衡检测电路，包括差分放大电路、第一微 分电路、第一比较器、第二微分电路、第二比较器、反向电路、第三微分电 路、第三比较器、与门电路、或门电路；

所述差分放大电路包括两个输入端，接收绝缘检测电路第一绝缘检测点 的第一电压信号与第二绝缘检测点的第二电压信号，所述差分放大电路的输 出端与所述第一微分电路的输入端连接；所述第一微分电路的输出端与所述 第一比较器的输入端连接；所述第一比较器的输出端与所述与门电路的输入 端、所述或门电路的输入端连接；

所述第二微分电路的输入端与所述第一绝缘检测点连接，接收所述第一 电压信号，输出端与所述第二比较器的输入端连接；所述第二比较器的输出 端与所述与门电路的输入端、所述或门电路的输入端连接；

所述反向电路的输入端与所述第二绝缘检测点连接，接收所述第二电压 信号，输出端与所述第三微分电路的输入端连接；所述第三微分电路的输出 端与所述第三比较器的输入端连接；所述第三比较器的输出端与所述与门电 路的输入端、所述或门电路的输入端连接。

优选地，所述第一比较器、第二比较器、第三比较器包含运算放大器。

优选地，所述差分放大电路为差分运算放大器。

优选地，所述反向电路为反向运算放大器。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.将Y电容上电荷平衡的检测转化为绝缘检测点斜率之间的关系，测 量简单可靠；

2.在电池电压波动时也可准确判断Y电容上电荷是否达到平衡；

3.减少绝缘检测的等待时间，保证绝缘检测的准确性。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测方法的流程图；

图2为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测方法适用的一绝缘检 测电路图；

图3为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测方法适用的另一绝缘 检测电路图；

图4为第一电压信号V1与第二电压信号V2的波形图；

图5为第一电压信号V1与第二电压信号V2的另一波形图；

图6为第一电压信号V1与第二电压信号V2的另一波形图；

图7为第一电压信号V1与第二电压信号V2的另一波形图；

图8为第一电压信号V1与第二电压信号V2的另一波形图；

图9为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测系统的结构示意图；

图10为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测电路结构图。

附图标记：

1-差分放大电路

2-第一微分电路

3-第一比较器

4-第二微分电路

5-第二比较器

6-反向电路

7-第三微分电路

8-第三比较器

9-与门电路

10-或门电路

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测方法的流程图， 附图2、附图3均为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测方法适用的 绝缘检测电路图。Y电容上电荷的平衡检测存在于高压电源绝缘检测过程 中，其信号也来源于高压电源绝缘检测电路，图2与图3为两种绝缘检测电 路图，此处结合图2、图3进行本发明Y电容平衡检测方法的说明，现有技 术中已经有许多对于高压绝缘检测电路的设计，本方法并不仅适用于这两个绝缘检测电路。Y1、Y2为安规电容，即待测Y电容，第五电阻R5与第六 电阻R6的连接点为第一绝缘检测点，V1为第一电压，第七电阻R7与第八 电阻R6的连接点为第二绝缘检测点，V2为第二电压。

本发明Y电容平衡检测方法的检测步骤包括，

S1：连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第一绝缘检测 点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；

连续采集第一电压与第二电压只是为了获取第一绝缘检测点与第二绝 缘检测点电压变化的斜率，因此，只要是可以获取电压变化斜率的数据采集 方式都可以，如通过连续的数据除以间隔的时间计算或采集第一电压与第二 电压的波形，通过波形计算斜率等。

S2：分别计算连续采集的第一电压的斜率K1、第二电压的斜率K2；

通过步骤S1采集的数据进行电压斜率的计算。

S3：计算第一电压与第二电压的斜率差K12；

可以根据第一电压的斜率、第二电压的斜率计算第一电压与第二电压斜 率的差值；也可以根据S1中第一电压与第二电压的数据获取第一电压与第 二电压差值的数据，对应的，可以是连续的数据，也可是波形，根据第一电 压与第二电压差值的数据计算斜率。

S4：根据K1、K2、K12的值判断所述Y电容上的电荷是否达到平衡。

当检测到K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于零时Y电容 上的电荷达到平衡。

参阅图4、图5为采用图2中绝缘检测电路时V1、V2的波形图，其中 图4为电源电压无波动时第一开关S1闭合、第二开关S2断开与第一开关 S1断开、第二开关S2闭合两种状态下的V1、V2电压波形图；图5为电源 电压向上波动时第一开关S1闭合、第二开关S2断开与第一开关S1断开、 第二开关S2闭合两种状态下的V1、V2电压波形图。根据波形图计算斜率 并判断Y电容上电荷是否达到平衡，可以看出当电源电压无波动或向上波动 时均可以判断。

参阅图6-8为采用图3中绝缘检测电路时V1、V2的波形图，其中图6 为电源电压无波动时第一开关S1闭合、第二开关S2断开与第一开关S1断 开、第二开关S2闭合两种状态下的V1、V2电压波形图；图7为电源电压 向上波动时第一开关S1闭合、第二开关S2断开与第一开关S1断开、第二 开关S2闭合两种状态下的V1、V2电压波形图；图8为电源电压向下波动时第一开关S1闭合、第二开关S2断开与第一开关S1断开、第二开关S2 闭合两种状态下的V1、V2电压波形图。根据波形计算斜率并判断Y电容上 电荷是否达到平衡，可以看出当电源电压无波动、向上波动或向下波动时均 可以可靠判断Y电容上电荷否达到平衡。

参阅图9，为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测系统的结构示 意图，Y电容上电荷的平衡检测存在于高压电源绝缘检测过程中，其信号也 来源于高压电源绝缘检测电路，图2与图3为两种绝缘检测电路图，现有技 术中已经有许多对于高压绝缘检测电路的设计，本实施例为结合图2、图3 进行本发明Y电容平衡检测方法的说明，现有技术中已经有许多对于高压绝 缘检测电路的设计，本系统并不仅适用于这两个绝缘检测电路。Y1、Y2为 安规电容，即待测Y电容，第五电阻R5与第六电阻R6的连接点为第一绝 缘检测点，V1为第一电压，第七电阻R7与第八电阻R6的连接点为第二绝 缘检测点，V2为第二电压。

Y电容平衡检测系统包括电压采集模块、第一斜率计算模块、第二斜率 计算模块与Y电容平衡判断模块。

电压采集模块，连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第 一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压。连续采集第一电压 与第二电压只是为了获取第一绝缘检测点与第二绝缘检测点电压变化的斜 率，因此，只要是可以获取电压变化斜率的数据采集方式都可以实现本模块， 如通过连续的数据除以间隔的时间计算或采集第一电压与第二电压的波形， 通过波形计算斜率等。

第一斜率计算模块，计算连续采集的第一电压的斜率K1、第二电压的 斜率K2，通过电压采集模块采集的数据进行电压斜率的计算。

第二斜率计算模块，计算第一电压与第二电压的斜率差K12。此模块可 以根据第一电压的斜率、第二电压的斜率计算第一电压与第二电压斜率的差 值；也可以根据S1中第一电压与第二电压的数据获取第一电压与第二电压 差值的数据，对应的，可以是连续的数据，也可是波形，根据第一电压与第 二电压差值的数据计算斜率。

Y电容平衡判断模块，根据K1、K2、K12的值判断Y电容上的电荷是 否达到平衡，当检测到K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于零 时Y电容上的电荷达到平衡。

参阅图10，为符合本发明一优选实施例的Y电容平衡检测电路结构图， 包括差分放大电路、第一微分电路、第一比较器、第二微分电路、第二比较 器、反向电路、第三微分电路、第三比较器、与门电路、或门电路；

差分放大电路1包括两个输入端，接收绝缘检测电路第一绝缘检测点的 第一电压信号V1与第二绝缘检测点的第二电压信号V2，差分放大电路的输 出端与第一微分电路2的输入端连接；第一微分电路2的输出端与第一比较 器3的输入端连接；第一比较器3的输出端与与门电路9的输入端、或门电 路10的输入端连接；

第二微分电路4的输入端与第一绝缘检测点连接，接收第一电压信号 V1，输出端与第二比较器5的输入端连接；第二比较器5的输出端与与门电 路9的输入端、或门电路10的输入端连接；

反向电路6的输入端与第二绝缘检测点连接，接收第二电压信号V2， 输出端与第三微分电路7的输入端连接；第三微分电路7的输出端与第三比 较器8的输入端连接；第三比较器8的输出端与与门电路9的输入端、或门 电路10的输入端连接。

电路分为三部分，第一部分第一电压信号V1和第二电压信号V2通过 差分放大电路1，得到能够反映电池电压U的V12，经过第一微分电路2， 得到电池电压U对应的斜率V12_D，然后经过第一比较器3进行比较，来判 断电池电压U是向上波动还是向下波动或者是稳定的。

第二部分，第一电压信号V1通过第二微分电路4获得第一电压信号V1 对应的斜率，然后经过第二比较器5来判断第一电压信号V1的是向上波动 还是向下波动或者稳定。

第三部分，第二电压信号V2先经过反向电路6进行反向翻转，然后进 入第三微分电路7，再进入第三比较器8，来判断第二电压信号V2是向上波 动还是向下波动或者稳定。

将上述三部分的输出值分别输入与门电路9和或门电路10进行与、或 操作，当与操作的结果V_SI为1时，或者或操作的结果V_SD为0时，说 明Y电容上的电荷达到平衡。

通过此电路，可以有效地将Y电容电荷的平衡转化为与门电路9和或门 电路10逻辑电平的判断，简单明了并且准确。

其中，差分放大电路、微分电路、比较器、反向电路、与门电路、或门 电路的设计均为本领域常用设计，不一一举例，如运算放大器。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任 何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变 更或修饰为等同的有效实施例，但凡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作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于 本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种Y电容平衡检测方法，其特征在于，检测步骤包括，

步骤1：连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；

步骤2：分别计算连续采集的所述第一电压的斜率K1、所述第二电压的斜率K2；

步骤3：计算所述第一电压与第二电压的斜率差K12；

步骤4：根据所述K1、K2、K12的值判断所述Y电容上的电荷是否达到平衡。

2.如权利要求1所述的Y电容平衡检测方法，其特征在于，

步骤1中包括根据连续采集第一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压获取第一电压波形与第二电压波形，步骤2为根据所述第一电压波形与第二电压波形计算所述第一电压的斜率K1、所述第二电压的斜率K2。

3.如权利要求1所述的Y电容平衡检测方法，其特征在于，

步骤4中当K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于零时所述Y电容上的电荷达到平衡。

4.一种Y电容平衡检测系统，其特征在于，包括：

电压采集模块，连续采集绝缘检测电路中与Y电容并联的分压电路上第一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压；

第一斜率计算模块，计算连续采集的所述第一电压的斜率K1、所述第二电压的斜率K2；

第二斜率计算模块，计算所述第一电压与第二电压的斜率差K12；

Y电容平衡判断模块，根据所述K1、K2、K12的值判断所述Y电容上的电荷是否达到平衡。

5.如权利要求4所述的Y电容平衡检测系统，其特征在于，

所述电压采集模块还包括根据连续采集的第一绝缘检测点的第一电压与第二绝缘检测点的第二电压获取第一电压波形与第二电压波形；所述第一斜率计算模块为根据所述第一电压波形与第二电压波形计算所述第一电压的斜率K1、所述第二电压的斜率K2。

6.如权利要求4所述的Y电容平衡检测系统，其特征在于，

所述Y电容平衡判断模块中判断所述Y电容上的电荷是否达到平衡的方法为当K12、K1、K2同时小于零、同时为零或同时大于零时所述Y电容上的电荷达到平衡。

7.一种Y电容平衡检测电路，其特征在于，包括差分放大电路、第一微分电路、第一比较器、第二微分电路、第二比较器、反向电路、第三微分电路、第三比较器、与门电路、或门电路；

所述差分放大电路包括两个输入端，接收绝缘检测电路第一绝缘检测点的第一电压信号与第二绝缘检测点的第二电压信号，所述差分放大电路的输出端与所述第一微分电路的输入端连接；所述第一微分电路的输出端与所述第一比较器的输入端连接；所述第一比较器的输出端与所述与门电路的输入端、所述或门电路的输入端连接；

所述第二微分电路的输入端与所述第一绝缘检测点连接，接收所述第一电压信号，输出端与所述第二比较器的输入端连接；所述第二比较器的输出端与所述与门电路的输入端、所述或门电路的输入端连接；

所述反向电路的输入端与所述第二绝缘检测点连接，接收所述第二电压信号，输出端与所述第三微分电路的输入端连接；所述第三微分电路的输出端与所述第三比较器的输入端连接；所述第三比较器的输出端与所述与门电路的输入端、所述或门电路的输入端连接。

8.如权利要求7所述的Y电容平衡检测电路，其特征在于，所述第一比较器、第二比较器、第三比较器包含运算放大器。

9.如权利要求7所述的Y电容平衡检测电路，其特征在于，所述差分放大电路为差分运算放大器。

10.如权利要求7所述的Y电容平衡检测电路，其特征在于，所述反向电路为反向运算放大器。

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