[發明專利]一種軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路及計算方法

在審

• 申請號: 202011266356.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112540226A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 關煬;馬澤宇;朱子陽;李路德
• 申請（專利權）人: 北京北交新能科技有限公司
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;G01R27/20;G01R31/389;G01R31/396;G01R31/364;G01R31/36;G01R19/25;G01R31/00
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 馮靈智

1.一種軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于，包括：單控制開關非平衡電橋電路、兩個電壓調理電路、AD采樣電路、信號隔離電路和MCU模塊；單控制開關非平衡電橋電路通過電壓調理電路與AD采樣電路連接，AD采樣電路通過信號隔離電路與MCU模塊連接；

單控制開關非平衡電橋電路包括：分壓電阻R1、分壓電阻R2、分壓電阻R3、分壓電阻R4、分壓電阻R5、分壓電阻R6、分壓電阻R7、分壓電阻R8、采樣電阻R9、采樣電阻R10和一個控制開關K；一個電壓調理電路與采樣電阻R9的兩端連接，另一個電壓調理電路與采樣電阻R10的兩端連接；

等效絕緣電阻R_P和等效絕緣電阻R_N分別為電池正端對地、負端對地的等效絕緣電阻，等效絕緣電阻R_P和等效絕緣電阻R_N的連接點c與車身地連接；

單控制開關非平衡電橋電路由上橋臂和下橋臂組成，上橋臂的一端連接電池的正極，下橋臂的一端連接電池的負極，上橋臂的另一端和下橋臂的另一端的連接點d與車身地連接；上橋臂包括分壓電阻R1～R3和采樣電阻R9，分壓電阻R1～R3和采樣電阻R9串聯；下橋臂包括分壓電阻R4～R6和采樣電阻R10，分壓電阻R4～R6和采樣電阻R10串聯；控制開關K和分壓電阻R7、R8串聯后，再和分壓電阻R5、R6或者分壓電阻R2、R3并聯；采樣電阻R9和采樣電阻R10分別有一端與連接點d連接。

2.如權利要求1所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：分壓電阻R1～R8的阻值相同，采樣電阻R9、R10的阻值相同，且分壓電阻阻值遠大于采樣電阻阻值。

3.如權利要求1所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：控制開關K的型號為AQV258。

4.如權利要求1所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：與采樣電阻R9連接的電壓調理電路中，電阻R12和電容C1組成RC濾波電路，接到運放芯片X1的同向輸入端；電阻R12一端接采樣電阻R9，另一端分別接電容C1和運放芯片X1的同向輸入端，電容C1的另一端接地；電容C2和電阻R13并聯后兩端分別接到運放芯片X1的反向輸入端和輸出端，電阻R11一端接運放芯片X1的反向輸入端，另一端與車身地連接；運放芯片X1的輸出端接到電阻R14的一端，電阻R14的另一端分別與電容C3的一端和AD采樣電路的采樣通道管腳連接，電容C3的另一端接地。

5.如權利要求1所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：與采樣電阻R10連接的電壓調理電路中，電阻R12和電容C1組成RC濾波電路，接到運放芯片X1的同向輸入端；電阻R12一端接采樣電阻R10，另一端分別接電容C1和運放芯片X1的同向輸入端，電容C1的另一端接地；電容C2和電阻R13并聯后兩端分別接到運放芯片X1的反向輸入端和輸出端，電阻R11一端接運放芯片X1的反向輸入端，另一端與車身地連接；運放芯片X1的輸出端接到電阻R14的一端，電阻R14的另一端分別與電容C3的一端和AD采樣電路的采樣通道管腳連接，電容C3的另一端接地。

6.如權利要求4或5所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：運放芯片X1的型號為AD8602，AD采樣電路包括AD芯片X2，AD芯片X2的型號為ADS1118。

7.如權利要求1所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：信號隔離電路包括數字隔離器X3和光耦X4；MCU模塊輸出SPI信號，經數字隔離器接到AD采樣電路；MCU模塊輸出IO控制信號，經光耦接到控制開關K；數字隔離器X3的供電電壓為VCC，數字隔離器X3內部集成DC/DC轉換器，將VCC轉換成隔離電壓V_ISO，為運放芯片X1和AD采樣電路供電。

8.如權利要求7所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于：數字隔離器X3的型號為ISOW7841；光耦X4的型號為EL817S；MCU模塊選用MPC5744單片機。

9.一種軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻計算方法，應用權利要求1-8任一所述的軌道交通用非平衡電橋絕緣電阻檢測電路，其特征在于，步驟如下：

分壓電阻R1～R8阻值相等，記為R，采樣電阻R9和R10阻值相等，記為R’，且RR’；R_P和R_N分別為電池正端對地、負端對地的等效絕緣電阻，均為需在線測量的值；

1)控制開關K閉合：

MCU模塊閉合控制開關K，此時MCU模塊通過AD采樣電路得到采樣電阻R9和采樣電阻R10兩端的電壓，分別為采樣電壓U₁和采樣電壓U₂，流經節點a的電流和為I_a，流經節點b的電流和為I_b，等效絕緣電阻R_P與上橋臂的連接點為節點a，等效絕緣電阻R_N與下橋臂的連接點為節點b，則：

由基爾霍夫電流定律可知I_a＝I_b，得到：

2)控制開關K斷開：

MCU模塊斷開控制開關K，此時MCU模塊通過AD采樣電路得到采樣電阻R9和采樣電阻R10兩端的電壓，分別為采樣電壓U₁’和采樣電壓U₂’，流經節點a的電流和為I_a’，流經節點b的電流和為I_b’，則：

由基爾霍夫電流定律可知I_a’＝I_b’，得到：

由式(1)和式(2)，得到絕緣電阻R_P和R_N的計算公式如下：

考慮到分壓電阻阻值R遠大于采樣電阻阻值R’，則R'+3R≈3R，R'+2R≈2R，則R_P和R_N計算公式簡化為：