一文说清新能源汽车，充电枪中的高压绝缘检测原理和应用

在进入正题之前，我们先了解下为什么要监测，不监测或者说有绝缘系统坏了，会有什么严重后果

举个最简的例子，家里的热水壶，烧水的时候，插头有三个引脚， L,N,PE 也就是零线，火线，和大地保护线，

那他们是怎么连结的呢，

结合图示来看，零线火线不用说，直接连到加热丝两端，那PE线连到哪呢？

不卖关子了，烧水壶或者家用电器上好多外壳是不是金属的啊， PE线就是连到这个金属上。

另一个要说的，所谓的绝缘故障是谁对谁绝缘故障。这里说的是零线和火线分别对PE的电阻，正常应该是无穷大的，要不然你碰到水壶的金属就会触电，但是绝缘故障极端情况就是短路，这时候你摸到电水壶的金属外壳就相当于直接触碰到零线，火线了，能不危险么，

好了，说了这个，大家知道为啥要有绝缘监测了吧，这样一旦发现故障，让人们提前防范

换回到主题，新能源高压系统，充电枪绝缘系统的原理和上面一样，可以说，所以高压

系统都适用上面的原理，只不过我们在这具象化了，应用到新能源车子里去了而已

绝缘泄漏电流理论

绝缘泄漏测量通常在混合动力汽车（HEV）或电动汽车（EV）系统的子系统之一中进行。

预测绝缘破损的位置是很困难的，而且仅靠孤立的测量技术是无法做到的。测量绝缘泄漏电流最有效的方法是在一个完整的系统中接入一个已知电阻来打破其绝缘状态。如果在切换的路径之间没有电流流动，那么就不存在并联路径，这表明系统是安全的，没有任何绝缘破损情况。

设计者必须了解故障的类型，并计算出准确的绝缘破损参数，例如位置（电压）和电阻，以便对严重程度进行分类。绝缘泄漏电阻提供了关于第二条路径可能的泄漏电流量的信息，这种泄漏电流有可能会使操作人员或乘客触电。为了获得对电路板的全面诊断，可在两个具有已知电阻路径的位置打破绝缘状态。

图 2-6 是使用此参考设计进行绝缘破损测量的示例之一。S1 和 S2 是用于切换测量路径的继电器。Rps1 和 Rps2 是在从正极线引出的高电阻路径中使用的电阻器，而 Rns1 和 Rns2 是在负极线中使用的电阻器。Rs1 和 Rs2 是用于测量绝缘电流的串联电阻器。测量时使用带有基准电压源（VREF，偏置电源）的反相运算放大器配置。

在正常情况下，当 S1 闭合时，没有泄漏电流进入电路，因为不存在闭合回路。理想的情况是相对于底盘接地设置 Rps1 和 Rps2 处的 VREF 电位。当 S1 闭合时，ISO_POS 处的电压仍必须保持在 VREF 电压。在实际电路中，根据运算放大器的类型、其输入差分电压和偏置电流的不同，ISO_POS 电压的测量值会出现变化。当仅闭合 S2 时，电路的行为类似，如图 2-7 所示。

图 2-8 显示，如果两个开关都闭合，来自高压电池的泄漏电流会通过混合动力汽车或电动汽车的底盘接地形成回路。选择电阻器 Rps1、Rps2、Rns1 和 Rns2 时，应确保在电池电压达到最大值时，它们在底盘接地中产生的泄漏电流非常低（<1 毫安）。

根据公式 1，VREF 和电阻器是固定的。使用 16 位或 12 位模数转换器（ADC）测量 ISO_POS，以获得更好的精度和分辨率。将 ISO_POS 的测量值与设计中使用的高压电池电压和电阻器的已知参数进行比较。系统计算必须有准确的电压测量值。如果计算值超出了系统的容差范围，那么就认为系统中存在绝缘破损情况。为了使系统中的误差最小化，选择高精度的金属电极无引脚端面（MELF）电阻器和具有低失调和低偏置电流的运算放大器是很重要的。

设计者可以测量运算放大器的失调电压，并在系统中对其进行校准。校准运算放大器的输入偏置电流是很困难的，而且它们对绝缘泄漏电流的测量有很大影响。

系统中绝缘破损有多种根本原因。如果绝缘破损发生在高压系统的正极线，电路的行为如图 2-9 所示。Riso 是从高压正极线到底盘接地的绝缘电阻，其阻值范围可以低至毫欧到兆欧。为了进行安全性分析，设计者必须首先确定绝缘破损的电阻值和位置。当仅闭合 S1 时，高压电池没有闭合回路。由于高压线上的参考偏置电位，只有来自低压系统的泄漏电流会流动。当仅闭合 S1 时，泄漏电流可以忽略不计，因为参考电压很低（<5 伏），而且电阻值相当高（Rps1 + Rps2> 500 千欧）。

当仅闭合 S2 时，高压电池与 Rns1、Rns2、Riso 和 VREF 串联。根据电池电压、Rns1 和 Rns2 的值，会有显著的泄漏电流从高压部分流向底盘接地。这就是从高压到底盘接地的实际泄漏电流，可以在 ISO_NEG 处进行测量。

图 2-10 显示了 S1 和 S2 都闭合时用于测量绝缘泄漏电流的等效电路。假设电路中使用了精密元件，运算放大器的输入阻抗、偏置电流和失调电压可忽略不计。

图 2-10 中的泄漏电流可以通过电压源的叠加来计算。在相同的参考电源且运算放大器中没有失调电压的情况下，由 VREF 电源引起的泄漏电流可以忽略不计，并且在电路中相互抵消（由于对称性）。HV_BATT 是导致底盘接地泄漏电流的主要电压源。如果 Riso 太低，那么图 2-10 中所示的 I_Leak2 电流将可以忽略不计。导致泄漏电流变化的关键因素是 HV_BATT 电源和绝缘电阻。ISO_N 的测量很重要，因为当高压正极端出现绝缘误差时，可利用这些测量值来确定泄漏电流和绝缘电阻。

当负电位出现误差时，对泄漏电流进行类似的分析也是有效的。会有几个公式发生变化，但大部分理论仍然相同。当高压电池的负极端存在绝缘误差时，ISO_POS 的测量就很重要。

我们举个仿真的例子

下面是典型的监测模型, 参数为负极绝缘电阻为100兆欧，正极绝缘电阻分别为100k,和100M的参数