CN211741505U - 一种继电器状态检测电路和装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种继电器状态检测电路和装置，所述继电器状态检测电路包括电源、继电器、电池电压采样电路、负载电压采样电路和继电器粘接检测电路。通过采样蓄电池两端的电压，以及各个负载两端之间的电压，利用硬件采样进行电压比较，来判断继电器是否发生粘连，发生继电器粘连的检测电路会输出低电平给控制芯片的I/O口，从而精确判断出故障位置；而且本实用新型通过硬件进行电压采样和比较，具有更快地故障检测速度。本实用新型的电路实用简单可靠，故障诊断速度快，能精确判断故障位置，有利于及时对故障进行处理，减少了维修人员故障检测时间，减轻了其工作强度，更好的保障电动汽车车内人员的人身安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车技术领域，具体涉及一种继电器状态检测电路和装置。
背景技术
电动汽车的动力由高压直流蓄电池唯一提供，整车控制***通过控制高压直流继电器的线圈电压，实现电动汽车中负载（主驱电机、空调、DC/DC、油泵电机、气泵电机、电加热和电除霜）高压电的接通与关断。
继电器作为电动汽车高压***的关键部件，在长时间使用过程中，经常需要进行带载切断，会使继电器产生粘连，导致高达600V的电压并未真正的与负载断开，这将威胁到汽车部件和车内人员的安全。因此必须对继电器的触点进行粘连检测，判断继电器的工作状态，一旦检测到故障，***能立即采取措施。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种继电器状态检测电路和装置，能及时、有效的对继电器故障进行诊断，并精准判断故障位置。
本实用新型的目的通过以下两个方面的技术方案实现：
第一方面，本实用新型提供一种继电器状态检测电路，所述继电器状态检测电路检测电路包括
电源：用于为负载提供电压，使负载工作；
继电器：包括触点和线圈，线圈连接低压控制电，所述触点一端连接所述电源，所述触点另一端连接负载，用于实现低压控制电对高压动力电的控制；
电池电压采样电路：所述电池电压采样电路的两个输入端分别连接所述电源的正极和负极，用于实时获取电源的电压；
负载电压采样电路：所述负载电压采样电路的两个输入端分别连接负载的正极和负极，用于实时获取负载的电压；
继电器粘接检测电路：所述继电器粘接检测电路的两个输入端分别连接电池采样电路的输出端和所述负载电压采样电路的输出端，所述继电器粘接检测电路的输出端连接控制器的一个I/O口。
进一步地，所述电池电压采样电路和所述负载电压采样电路通过相同的电路结构实现电压采样。
进一步地，所述电池电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器；
所述第一电阻的一端连接所述电源的负极，所述第一电阻的另一端连接所述第三电阻的一端且公共端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第三电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二电阻的一端连接所述电源的正极，所述第二电阻的另一端连接所述第四电阻的一端且公共端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的另一端接地。
进一步地，所述继电器粘接检测电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第四运算放大器、第五比较器、第十五电阻、VDC电源，所述第五比较器设有参考电压VREF；
所述第十一电阻的一端连接所述负载电压采样电路的输出端，所述第十一电阻的另一端连接所述第十三电阻的一端且公共端连接所述第四运算放大器的反相输入端，所述第十三电阻的另一端连接所述第四运算放大器的输出端且公共端连接所述第五比较器的同相输入端，所述第十二电阻的一端连接所述电池电压采样电路的输出端，所述第十二电阻的另一端连接所述第十四电阻的一端且公共端连接所述第四运算放大器的同相输入端，所述第十四电阻的另一端接地，所述第五比较器的反相输入端输入参考电压VREF，所述第五比较器的输出端连接所述第十五电阻的一端且公共端连接控制芯片的一个I/O口，所述第十五电阻的另一端连接VDC电源。
进一步地，所述参考电压VREF通过参考电压产生电路生成，所述参考电压产生电路包括VCC电源、第九电阻、第十电阻、第一电容和第三运算放大器；
所述第九电阻的一端连接所述VCC电源，所述第九电阻的另一端连接所述第十电阻的一端且公共端连接所述第一电容的一端和第三运算放大器的反相输入端，所述第十电阻的另一端连接所述第一电容的另一端且公共端接地，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述第三运算放大器的输出端且公共端连接所述第五比较器的反相输入端。
第二方面，本实用新型还提供一种继电器状态检测装置，所述继电器状态检测装置包括第一方面所述的继电器状态检测电路。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种继电器状态检测电路和装置，本实用新型的电路实用简单，故障诊断速度快，能精确判断故障位置，有利于及时对故障进行处理，减少了维修人员故障检测时间，减轻了其工作强度，更好的保障电动汽车车内人员的人身安全。
附图说明
利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本实用新型的一个实施例的电动汽车高压***继电器端子粘连检测原理图。
图2是本实用新型的一个实施例的继电器状态检测电路的电源电压采样电路的电路结构图。
图3是本实用新型的一个实施例的继电器状态检测电路的主电机电压采样电路的电路结构图。
图4是本实用新型的一个实施例的继电器状态检测电路的参考电压产生电路的电路结构图。
图5是本实用新型的一个实施例的继电器状态检测电路的继电器端子粘连检测电路的电路结构图。
图6是本实用新型的一个实施例的继电器状态检测电路的继电器端子粘连检测的逻辑框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实施例的一种继电器状态检测电路，用于电动汽车高压***，所述继电器状态检测电路检测电路包括
电源：用于为负载提供电压，使负载工作，本实施中电源为蓄电池；
继电器：包括触点和线圈，线圈连接低压控制电，所述触点一端连接所述电源，所述触点另一端连接负载，用于实现低压控制电对高压动力电的控制；
电池电压采样电路：所述电池电压采样电路的两个输入端分别连接所述电源的正极和负极，用于实时获取电源的电压；
负载电压采样电路：所述负载电压采样电路的两个输入端分别连接负载的正极和负极，用于实时获取负载的电压；
继电器粘接检测电路：所述继电器粘接检测电路的两个输入端分别连接电池采样电路的输出端和所述负载电压采样电路的输出端，所述继电器粘接检测电路的输出端连接控制器的一个I/O口。
本实施例的负载为主电机、空调、24V-DC/DC电源、油泵电机、气泵电机、电加热和电除霜，每个负载通过继电器的触点控制其通断，每个负载均设有一个熔断器进行保护，每个负载都设有一个电压采样电路，由于每个负载的电压采样电路的电路结构都一样，且蓄电池的电压采样电路也和负载采样电路的电路结构一样（如图2和图3所示），因此，在本实施例中，只对蓄电池的电压采样电路进行详细说明。
如图2所示，蓄电池的电压采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一运算放大器U1；
所述第一电阻R1的一端连接蓄电池的负极，所述第一电阻R1的另一端连接所述第三电阻R3的一端且公共端连接所述第一运算放大器U1的反相输入端，所述第三电阻R3的另一端连接所述第一运算放大器U1的输出端，所述第二电阻R2的一端连接蓄电池的正极，所述第二电阻R2的另一端连接所述第四电阻R4的一端且公共端连接所述第一运算放大器U1的同相输入端，所述第四电阻R4的另一端接地。
其中，R1=R2=R3=R4，负载和蓄电池的电压采样路构成减法器，其中，由运算放大器U1的虚断可知，通过第四电阻R4和通过第二电阻R2的电流相等；同样的，通过第一电阻R1和第三电阻R3的电流相等，A点电压为Va，H点电压为Vh，运算放大器U1的同相端电压为V+ ，运算放大器U1的反相端电压为V- ，运算放大器U1的输出端电压为V1，所以
（Va - V+ ）/R2 =V+ /R4 （1）
（Vh - V- ）/R1 = （V- - V1）/R3 （2）
由式（1）和式（2）可得V1 = Va – Vh，Va 和Vh即为蓄电池的电压，从而通过电压采样电路获取到蓄电池两端的电压。
如图2和图3所示，本实施中的蓄电池两端电压为V1，主电机两端的电压为V2。
如图5所示，本实施例的继电器粘接检测电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第四运算放大器U4、比较器U5、第十五电阻R15、VDC电源，所述比较器U5设有参考电压VREF；
所述第十一电阻R11的一端连接所述负载电压采样电路的输出端，所述第十一电阻R11的另一端连接所述第十三电阻R13的一端且公共端连接所述第四运算放大器U4的反相输入端，所述第十三电阻R13的另一端连接所述第四运算放大器U4的输出端且公共端连接所述比较器U5的同相输入端，所述第十二电阻R12的一端连接所述电池电压采样电路的输出端，所述第十二电阻R12的另一端连接所述第十四电阻R14的一端且公共端连接所述第四运算放大器U4的同相输入端，所述第十四电阻R14的另一端接地，所述比较器U5的反相输入端输入参考电压VREF，所述比较器U5的输出端连接所述第十五电阻R15的一端且公共端连接控制芯片的一个I/O口 CO1，所述第十五电阻R15的另一端连接VDC电源。
其中，R11=R12=R13=R14，继电器粘接检测电路中的第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第四运算放大器U4构成减法器，其工作原理和电压采样电路相同，VDE电源为+3.3V的直流电压源。
通过第四运算放大器U4输出V1-V2的值至比较器U5的同相输入端，把V1-V2的值和比较器U5的反相输入端的参考电压VREF进行对比，根据比较结果，判断蓄电池和主电机之间的压差，若压差V1-V2大于参考电压VREF，比较器U5输出高电平给控制芯片的I/O口，表明继电器的触点已经断开；若压差V1-V2小于参考电压VREF，比较器U5输出低电平给控制芯片的I/O口，表明继电器端子仍处于吸合状态，继电器触点发生粘连故障；控制芯片可以对故障进行报警，提醒车内人员注意。
如图4所示，本实施的参考电压VREF通过参考电压产生电路生成，所述参考电压产生电路包括VCC电源、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1和第三运算放大器U3；
所述第九电阻R9的一端连接所述VCC电源，所述第九电阻R9的另一端连接所述第十电阻R10的一端且公共端连接所述第一电容C1的一端和第三运算放大器U3的反相输入端，所述第十电阻R10的另一端连接所述第一电容C1的另一端且公共端接地，所述第三运算放大器U3的同相输入端连接所述第三运算放大器U3的输出端且公共端连接所述比较器U5的反相输入端。
其中，电源VCC为+5V的直流电压源，第九电阻R9和第十电阻R10构成分压电路，电容C1用于滤波。
输入第三运算放大器U3的反相输入端的电压为R10/（R9+R10）*VCC，第三运算放大器U3构成电压跟随器，为比较器U5生成稳定的参考电压VREF，通过选用不同阻值的第九电阻R9和第十电阻R10，可以根据需求设置不同的参考电压VREF的大小。
如图6所示，本实施例的继电器状态检测电路的工作原理：获取蓄电池和负载的电压，判断蓄电池电压和负载电压的差值是否大于参考电压值，若电压差值大于参考电压，比较器U5输出高电平给控制芯片的I/O口，表明继电器的触点已经断开；若电压差值小于参考电压，比较器U5输出低电平给控制芯片的I/O口，表明继电器端子仍处于吸合状态，继电器触点发生粘连故障；控制芯片可以对故障进行报警，提醒车内人员注意。
本实施例还提供一种继电器状态检测装置，所述继电器状态检测装置包括本实施例所述的继电器状态检测电路，继电器状态检测装置不仅仅用于电动汽车高压***，还可以用于各种使用继电器的高压***用于检测继电器是否粘接。
本实用新型提供了一种继电器状态检测电路和装置，通过采样蓄电池两端的电压，以及各个负载两端之间的电压，利用硬件采样进行电压比较，来判断继电器是否发生粘连，发生继电器粘连的检测电路会输出低电平给控制芯片的I/O口，从而精确判断出故障位置，而且本实用新型通过硬件进行电压采样和比较，通过控制芯片的I/O口读取高低电平就可以诊断出故障点，这相比于控制芯片通过ADC采样电压，软件上进行电压比较，具有更快地故障检测速度。
本实用新型的电路实用简单可靠，故障诊断速度快，能精确判断故障位置，有利于及时对故障进行处理，减少了维修人员故障检测时间，减轻了其工作强度，更好的保障电动汽车车内人员的人身安全。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种继电器状态检测电路，其特征在于，所述继电器状态检测电路检测电路包括
电源：用于为负载提供电压，使负载工作；
继电器：包括触点和线圈，线圈连接低压控制电，所述触点一端连接所述电源，所述触点另一端连接负载，用于实现低压控制电对高压动力电的控制；
电池电压采样电路：所述电池电压采样电路的两个输入端分别连接所述电源的正极和负极，用于实时获取电源的电压；
负载电压采样电路：所述负载电压采样电路的两个输入端分别连接负载的正极和负极，用于实时获取负载的电压；
继电器粘接检测电路：所述继电器粘接检测电路的两个输入端分别连接电池采样电路的输出端和所述负载电压采样电路的输出端，所述继电器粘接检测电路的输出端连接控制器的一个I/O口。
2.如权利要求1所述的一种继电器状态检测电路，其特征在于，所述电池电压采样电路和所述负载电压采样电路通过相同的电路结构实现电压采样。
3.如权利要求1所述的一种继电器状态检测电路，其特征在于，所述电池电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器；
所述第一电阻的一端连接所述电源的负极，所述第一电阻的另一端连接所述第三电阻的一端且公共端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第三电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二电阻的一端连接所述电源的正极，所述第二电阻的另一端连接所述第四电阻的一端且公共端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的另一端接地。
4.如权利要求1所述的一种继电器状态检测电路，其特征在于，所述继电器粘接检测电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第四运算放大器、第五比较器、第十五电阻、VDC电源，所述第五比较器设有参考电压VREF；
所述第十一电阻的一端连接所述负载电压采样电路的输出端，所述第十一电阻的另一端连接所述第十三电阻的一端且公共端连接所述第四运算放大器的反相输入端，所述第十三电阻的另一端连接所述第四运算放大器的输出端且公共端连接所述第五比较器的同相输入端，所述第十二电阻的一端连接所述电池电压采样电路的输出端，所述第十二电阻的另一端连接所述第十四电阻的一端且公共端连接所述第四运算放大器的同相输入端，所述第十四电阻的另一端接地，所述第五比较器的反相输入端输入参考电压VREF，所述第五比较器的输出端连接所述第十五电阻的一端且公共端连接控制芯片的一个I/O口，所述第十五电阻的另一端连接VDC电源。
5.如权利要求4所述的一种继电器状态检测电路，其特征在于，所述参考电压VREF通过参考电压产生电路生成，所述参考电压产生电路包括VCC电源、第九电阻、第十电阻、第一电容和第三运算放大器；
所述第九电阻的一端连接所述VCC电源，所述第九电阻的另一端连接所述第十电阻的一端且公共端连接所述第一电容的一端和第三运算放大器的反相输入端，所述第十电阻的另一端连接所述第一电容的另一端且公共端接地，所述第三运算放大器的同相输入端连接所述第三运算放大器的输出端且公共端连接所述第五比较器的反相输入端。
6.一种继电器状态检测装置，其特征在于，所述继电器状态检测装置包括权利要求1-5任意一项所述的继电器状态检测电路。
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