[发明专利]一种直流电源对地绝缘阻抗检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘阻抗检测技术领域，尤其涉及一种直流电源对地绝缘阻抗检测装置和方法。

背景技术

直流电源(如电动汽车动力蓄电池、光伏阵列等)对地绝缘阻抗不良或阻值低于规定值，将使得直流电源对地形成高压，进而使应用该直流电源的设备的外壳带电，不仅易损坏设备，还给人身安全带来巨大威胁。因此，有必要对直流电源对地绝缘阻抗进行检测，以便及时采取相应的调节措施，保证绝缘阻抗始终满足规定要求。现有技术方案一般通过电桥平衡原理的检测方法，直流电源正负极对地之间均并联给定的电阻值，与直流电源的正负极对地电阻形成一个电阻电桥，通过ADC数模转换器采样桥臂的电压值结合直流电源正负极最大电压值并通过微处理器软件计算得到当前直流电源正负极对地电阻，再通过和标准规范中规定的绝缘阻抗值进行比较判断当前直流电源正负极对地绝缘阻抗是否良好。

中国专利公开号CN102279317，公开日2011年12月14日，发明的名称为光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测方法，该申请案公开了一种光伏并网逆变器的对地绝缘电阻在线检测方法，它通过采样光伏电池的输出电压V_PV，并通过使电阻开关电路中的开关S1处于断开或闭合状态，将电阻R5从上桥臂中脱离或接入上桥臂中，然后采样下桥臂的分压输出端的电压信号，以得到两组光伏电池的正极对地和光伏电池的负极对地的电压比方程，从而在线实时准确地计算出光伏电池的正极对地的绝缘电阻R+和光伏电池的负极对地的绝缘电阻R-。其不足之处是，该方法对信号电压经过多次采样后计算当前绝缘阻抗数值，计算量大而繁杂，对应的硬件资源开销大，需要通过开关改变电桥桥臂的阻值，并且通过ADC模拟数字转换器件将模拟信号转换成微计算机(微处理器或者DSP)能够处理的数字信号并计算得到绝缘阻抗的阻值，再根据规定标准比较才能判断当前绝缘状态是否良好，如果处理器处理位数低，主频不高的话，计算处理速度会很慢。

发明内容

本发明的目的是克服现有的直流电源对地绝缘阻抗检测装置结构复杂，通过微处理器计算绝缘阻抗的阻值，计算繁杂，检测速度慢的技术问题，提供了一种直流电源对地绝缘阻抗检测装置和方法，其直接通过硬件电路输出逻辑电平实现对当前绝缘阻抗是否满足安全规定要求的判断，无需通过微处理器软件来计算当前的绝缘阻抗数值，提高了检测速度，降低了成本。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种直流电源对地绝缘阻抗检测装置，包括电阻电桥电路、电压采样电路、滤波放大电路、模拟信号隔离模块和阈值比较电路，所述电阻电桥电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6，所述电阻R3一端与直流电源的正极相连，所述电阻R3另一端与电阻R4一端相连，所述电阻R4另一端接地，所述电阻R5一端接地，所述电阻R5另一端与电阻R6一端和电压采样电路的输入端相连，所述电阻R6另一端与直流电源的负极相连，所述电压采样电路的输出端与滤波放大电路的输入端相连，所述滤波放大电路的输出端与模拟信号隔离模块的输入端相连，所述模拟信号隔离模块的输出端与阈值比较电路的输入端相连，所述阈值比较电路的输出端输出逻辑电平。

在本技术方案中，直流电源正极与地线之间有绝缘阻抗R1，直流电源负极与地线之间有绝缘阻抗R2。检测时，电阻电桥电路将直流电源正负极对地阻抗变换成电压值，其中电阻R5和电阻R6的分压电路输出电压V_O，分路电压V_O同直流电源正负极最高电压V_max之间的关系如公式：因此通过采集电阻R5和电阻R6分压电路输出的电压V_O就可以反映出直流电源正负极对地绝缘阻抗的变化。

电压采样电路采集电阻电桥电路输出的电压信号V_O，并将其输出到滤波放大电路。滤波放大电路先对电压信号进行工频和高频谐波滤波(主要通过低通滤波器滤除工频和高频谐波成分)，再将模拟电压信号调理放大到匹配后级阈值比较电路的电压标准(通过运算放大电路完成)。模拟信号隔离模块将经过放大的采样电压模拟信号进行信号隔离，以提高信号的稳定性。

阈值比较电路将模拟信号隔离模块输出的电压信号与电压阈值上下限进行比较，如果电压信号在电压阈值上下限范围内，则阈值比较电路输出高电平，否则阈值比较电路输出低电平。此逻辑电平信号为判断当前直流电源正负极对地绝缘阻抗是否良好的标准，高电平表示绝缘阻抗状态良好，低电平表示绝缘阻抗出现问题，不满足安全规定的要求。