专利名称：直流电源对地绝缘电阻的检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对地绝缘电阻的检测电路，尤其涉及一种针对光伏电池板等直流电源设备的绝缘电阻检测和故障保护的检测电路。
背景技术：
随着光伏发电和移动电源等直流电源的普及使用，光伏电池板PV及移动电源& 的对地绝缘电阻受到业界的高度重视。如果该直流电源的对地绝缘电阻不好(低于一定数值)，则可能危及光伏发电设备或移动电源的变电设备及人身安全。如图1所示，是单相光伏并网逆变器主电路的示意图。图中&为光伏电池板PV正极对地的绝缘电阻，&为光伏电池板PV负极对地的绝缘电阻，电网电压e的N端直接接地。极端地讲，如果光伏电池板PV 的负极对地短路，即& = 0，则其等效电路如图2所示；或者当光伏电池板PV的正极对地短路，即& = 0，则其等效电路如图3所示。无论前者还是后者，无疑都无法使逆变器主电路按正常PWM调制规律工作，从而引发设备故障。如果光伏电池板PV的绝缘电阻不良，且其外框导电性差或外框接点接触不良，则该外框的对地连接形同虚设，此时光伏电池板PV的外框对地形成高压，即所谓外壳带电，它将给人身安全带来威胁。对于移动电源&，其故障及缺陷描述同理，故省略。

发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种直流电源对地绝缘电阻的检测电路，可实现在设备运行前自动识别直流电源对地绝缘电阻是否正常，并对检测电路自身也进行自诊断。本发明目的之一种非隔离光伏并网逆变器的主电路，其技术方案为直流电源对地绝缘电阻的检测电路，所述直流电源至少为具直流压降的光伏电池板PV或移动电源I，直流电源的正极与绝缘电阻&的一端相接于节点P，且其负极与绝缘电阻&的一端相接于节点N，绝缘电阻&的另一端与绝缘电阻&的另一端接地PE，其特征在于所述检测电路输出端为运放AMP2，运放AMP2的前级为运放AMP1，其中运放AMP2的输出端与电阻R7的一端相接于节点H ；电阻R7的另一端与电阻&的一端、运放AMP2的“_”输入端相接于节点G ；电阻&的另一端与电阻R3的另一端、运放AMP1的输出端相连于节点F ； 运放AMP2的“ + ”输入端与电阻&的另一端连接；所述检测电路的输入端与直流电源相接， 其中检测电路的电容C的正极、检测开关S1的一端、辅助检测电阻&的一端相接于节点P ； 电容C的负极、检测开关&的一端、辅助检测电阻R4的一端、R6的一端相接于节点N ；检测开关S1的另一端与二极管D1的阴极、检测电阻&的另一端、电阻R1的一端、电阻&的一端相接于节点B ；电阻R1的另一端与电阻R3的一端、AMP1的“_”输入端相连接于节点D ；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极、检测开关&的一端相接于节点A ；S3的另一端接地PE ；电阻&的另一端与二极管D2的阳极、检测开关&的另一端、电阻&的一端相接于节点C ；电阻&的另一端与运放AMP1的“ + ”输入端、电阻R4的另一端相接于节点E。
进一步地，所述检测开关Sp S2, S3为继电器触点，或者为半导体开关器件，至少选自绝缘栅双极晶体管IGBT、金属氧化物场效应晶体管M0SFET、晶闸管SCR或集成门极换向晶闸管IGCT。进一步地，所述检测开关&为由两个反并联的半导体开关器件组成的双向导通开关。应用本发明绝缘电阻的检测电路，较之于现有技术其突出效果为可在设备运行前自动识别PV电池板(或移动电源Ed)对地绝缘电阻是否正常，并对检测电路本身的输入电路也进行自诊断。


图1是单相光伏并网逆变器主电路的结构示意图；图2是图1所示主电路中光伏电池板PV负极对地短路时的等效电路；图3是图1所示主电路中光伏电池板PV正极对地短路时的等效电路；图4是本发明检测电路的结构示意图；图5为采用图4所示检测电路测试绝缘电阻&的原理示意图；图6为采用图4所示检测电路测试绝缘电阻&的原理示意图。
具体实施例方式以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。一、检测电路结构说明如图4所示，是本发明直流电源对地绝缘电阻的检测电路的结构示意图。以光伏电池板PV(或移动电源Ed)为例，阐述了该检测电路的连接结构，其中直流电源的正极与绝缘电阻&的一端相接于节点P，且其负极与绝缘电阻&的一端相接于节点N，绝缘电阻&的另一端与绝缘电阻&的另一端接地PE。从图示可见，该检测电路的输出端为运放AMP2，运放AMP2的前级为运放AMP1，其中运放AMP2的输出端与电阻R7的一端相接于节点H ；电阻R7的另一端与电阻&的一端、运放 AMP2的“_”输入端相接于节点G ；电阻&的另一端与电阻R3的另一端、运放AMP1的输出端相连于节点F ；运放AMP2的“ + ”输入端与电阻&的另一端连接；所述检测电路的输入端与直流电源相接，其中检测电路的电容C的正极、检测开关S1的一端、辅助检测电阻&的一端相接于节点P ；电容C的负极、检测开关&的一端、辅助检测电阻R4的一端、R6的一端相接于节点N ；检测开关S1的另一端与二极管D1的阴极、检测电阻&的另一端、电阻R1的一端、 电阻&的一端相接于节点B ；电阻队的另一端与电阻R3的一端、AMP1的“_”输入端相连接于节点D ；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极、检测开关&的一端相接于节点A 的另一端接地PE ；电阻&的另一端与二极管D2的阳极、检测开关&的另一端、电阻&的一端相接于节点C ；电阻&的另一端与运放AMP1的“ + ”输入端、电阻R4的另一端相接于节点E。其中电阻RP、RN、Rx、R1、&相对电阻Rs、R3、R4、R5、&在阻值上要高出一个以上数量级，具体不限。二、检测电路测试验证，以光伏电池板PV为例(移动电源&同理)
(1)对检测电路本身的输入电路进行自诊断令检测开关S1闭合，如果检测电路本身的输入电阻队、R2正常，则光伏电池板PV 正极电压经检测开关Si、电阻Rs、R2、R4到光伏电池板PV负极，电阻&上的压降为& · Rs/ (Rs+R2+R4)，由于电阻&很小，电阻&很大，该压降很小，经运放AMP1倒相放大后，得F点的电压接近0V，H点的电压也接近0V。如果检测电路本身的输入电阻R1开路(开路是电阻的常见故障)，则运放AMP1可看成是个射极跟随器，故F点的电位与E点的电位同为& ·R4/ (Rs+R2+R4)，该电压经运放AMP2 倒相放大后H点输出为绝对值远大于1的负电压。同理，如果检测电路本身的输入电阻&开路，则B点的电位为Ed，E点的电位为0V， 经运放AMP1和运放AMP2倒相放大后，H点输出为绝对值远大于1的正电压。比较以上三者可以看出，当H点的输出电压接近于OV时，表示检测电路本身的输入电阻R1A2正常；当H点的输出电压远偏离OV时，为负值表示输入电阻队开路，为正值则表示输入电阻&开路。(2)检测绝缘电阻&和& 检测绝缘电阻& 令检测开关S” S3闭合，如图5所示。则光伏电池板PV正极电压经检测开关S”电阻&后分成2路其一经电阻&、R4到光伏电池板PV负极；其二经二极管D2、检测开关&、地PE、绝缘电阻&到光伏电池板PV负极。如果电阻&正常，即绝缘电阻足够大，则绝缘电阻&与电阻(R2+R4)的并联阻值仍较大，如忽略二极管D2的压降，则辅助性的检测电阻&压降相对很小。该电压经运放AMP1和运放AMP2两次倒相放大后得H 点的电压接近0V。而如果绝缘电阻&的绝缘效果变差或失效，即绝缘电阻&变小了，则绝缘电阻&与电阻(R2+R4)的并联阻值将更小，此时辅助性的检测电阻&两端的电压将明显升高，该电压经AMP1和AMP2两次倒相放大后，H点的电压也升高。检测绝缘电阻& 令检测开关S2A3闭合，如图6所示，则光伏电池板PV正极电压分为两路其一经绝缘电阻&、地PE、检测开关&、二极管D1到B点；其二经辅助性的检测电阻&后到B点。两路汇合后经电阻&、检测开关&到光伏电池板PV负极。同理，如果绝缘电阻&正常，即绝缘电阻足够大，则绝缘电阻&与辅助性的检测电阻&的并联阻值仍较大，如忽略二极管D1的压降，则辅助性的检测电阻&压降相对很小。该电压经运放AMP1* 运放AMP2两次倒相放大后得H点的电压接近0V。如果绝缘电阻&的绝缘效果变差或失效， 即绝缘效果变小了，则绝缘电阻&与辅助性的检测电阻&的并联阻值将更小，此时辅助性的检测电阻&两端的电压将明显升高，该电压经运放AMP1和运放AMP2两次倒相放大后，H 点的电压也升高。归纳以上绝缘电阻&和&的检测分析可以看出无论绝缘电阻&还是绝缘电阻 Rp,只要其中有一个绝缘效果变差或失效，都将使H点的输出电压升高。因此根据H点输出电压升高的幅值可以判断绝缘电阻&或&的绝缘效果变差程度。分析与比较上述发明方案经过仿真和反复实验验证，实验时给绝缘电阻设置不同的阻值作为故障点判据，然后换上不同阻值的绝缘电阻&和&，系统都能正确无误地判断出该对地绝缘电阻是否发生故障。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本本发明实质性特征的，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.直流电源对地绝缘电阻的检测电路，所述直流电源至少为具直流压降的光伏电池板 PV或移动电源&，直流电源的正极与绝缘电阻&的一端相接于节点P，且其负极与绝缘电阻&的一端相接于节点N，绝缘电阻&的另一端与绝缘电阻&的另一端接地PE，其特征在于所述检测电路输出端为运放AMP2，运放AMP2的前级为运放AMP1，其中运放AMP2的输出端与电阻R7的一端相接于节点H ；电阻R7的另一端与电阻&的一端、运放AMP2的“_”输入端相接于节点G ；电阻&的另一端与电阻R3的另一端、运放AMP1的输出端相连于节点F ；运放AMP2的“ + ”输入端与电阻&的另一端连接；所述检测电路的输入端与直流电源相接，其中检测电路的电容C的正极、检测开关S1的一端、辅助检测电阻&的一端相接于节点P;电容C的负极、检测开关&的一端、辅助检测电阻R4的一端、R6的一端相接于节点N ；检测开关S1的另一端与二极管D1的阴极、检测电阻&的另一端、电阻R1的一端、电阻&的一端相接于节点B ；电阻R1的另一端与电阻R3的一端、AMPi的“_”输入端相连接于节点D ；二极管 D1的阳极与二极管D2的阴极、检测开关&的一端相接于节点A ；S3的另一端接地PE ；电阻 Rs的另一端与二极管D2的阳极、检测开关&的另一端、电阻&的一端相接于节点C ；电阻 R2的另一端与运放AMP1的“+”输入端、电阻R4的另一端相接于节点E。
2.根据权利要求1所述的直流电源对地绝缘电阻的检测电路，其特征在于所述检测开关Sp S2、&为继电器触点。
3.根据权利要求1所述的直流电源对地绝缘电阻的检测电路，其特征在于所述检测开关Si、S2, &为半导体开关器件，至少选自绝缘栅双极晶体管IGBT、金属氧化物场效应晶体管MOSFET、晶闸管SCR或集成门极换向晶闸管IGCT。
4.根据权利要求3所述的直流电源对地绝缘电阻的检测电路，其特征在于所述检测开关&为由两个反并联的半导体开关器件组成的双向导通开关。
全文摘要
本发明揭示了一种直流电源对地绝缘电阻的检测电路。其中检测电路包含输出端的运放AMP2及其前级相连的运放AMP1，以及输入端与光伏电池板PV或移动电源Ed以特殊结构相连的检测开关S1、S2、S3，电阻RX、RS、R1～R7，二极管D1、D2。实施本发明的绝缘电阻检测电路，能有效识别光伏电池板PV(或移动电源Ed)的对地绝缘电阻是否发生对地短路或局部短路故障，并可判别检测电路自身输入电路是否故障，保证了光伏发电和移动电源普及使用的可靠性。
文档编号G01R35/00GK102298091SQ201110124438
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者周勤利, 徐亚明, 陈国呈, 魏仕桂 申请人:江苏斯达工业科技有限公司