非接地電路的對地短路檢測電路的製作方法
2023-10-05 09:04:14 1
專利名稱：非接地電路的對地短路檢測電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測非接地電路的對地短路故障(絕緣電阻下降)的電路，具體而言，涉及一種檢測非接地直流電路的對地短路故障或者檢測經由正極側直流母線及負極側直流母線與直流電源連接的非接地功率轉換電路的交流輸出側的對地短路故障的電路。
背景技術：
在電動汽車和混合動力汽車搭載有作為直流電源的蓄電裝置和由從該蓄電裝置供給電源電壓而產生驅動力的功率轉換器及電動機等構成的負載。此處，將蓄電裝置的正極與負載之間的電路稱為正極側直流母線，將蓄電裝置的負極與負載之間的電路稱為負極側直流母線。此外，將汽車的底盤(底架chassis)看作是接地點，將該接地點的電位設為接地電位。
假如即使正極側直流母線或者負極側直流母線中任一個與底架連接，只要包含該直流母線和底架的路徑不形成閉合電路，就沒有電流流動。因此，將蓄電裝置作為直流電源驅動電動機的工作中沒有任何故障。
但是，在因某種異常而使一個直流母線(例如負極側直流母線)與底架連接的狀態下，在與底架接觸的人觸及另一直流母線(例如，正極側直流母線)的情況下，由蓄電裝置-人體-底架形成閉合電路。因此，造成蓄電裝置的數百伏的直流電壓施加於人體，非常危險。
因此，在電動汽車和混合動力汽車的電力系統中，為了即使人與一個直流母線接觸也不會受觸電，需要使正極側直流母線和負極側直流母線與底架絕緣。即，需要將由蓄電裝置、正極側直流母線、負極側直流母線和負載構成的直流電路保持在非接地狀態。
於是，現有技術提供了測定應為非對地短路狀態的直流電路與接地點之間的絕緣電阻來檢測對地短路故障(絕緣電阻下降)的電路。
圖10表示這種對地短路檢測電路的現有技術的普通電路。在圖10中，1為蓄電裝置等的直流電源，2為由變換器和電動機等構成的負載，PL為正極側直流母線，NL為負極側直流母線。
此外，3a為一端與正極側直流母線PL連接的第一電阻器，3b為一端與負極側直流母線NL連接的第二電阻器，這些電阻器3a、3b的電阻值相等。在電阻器3a、3b的另一端彼此的連接點與接地點100之間連接電流檢測電路4。此處，接地點100相當於汽車的底架。
而且，IOlP為正極側直流母線PL與接地點100之間的絕緣電阻，IOlN為負極側直流母線NL與接地點100之間的絕緣電阻。這些絕緣電阻101P、101N的電阻值本來必須是無限大。
在圖10中，在如上所述電阻器3a、3b的電阻值相等的狀態下，在絕緣電阻101P、 IOlN的電阻值相等的情況下，電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點100 (即絕緣電阻101P、 IOlN彼此的連接點)之間不產生電位差。因此，在電流檢測電路4電流不流動。
假如絕緣電阻101P、101N的電阻值彼此不同時，在電阻器3a、;3b彼此的連接點與接地點100之間產生電位差，因而在電流檢測電路4電流流動。
但是，由於正常狀態的絕緣電阻101P、101N為數ΜΩ左右，因而在電流檢測電路4 流動的電流極小。
接著，基於圖11說明在負極側直流母線NL的絕緣劣化而絕緣電阻IOlN的電阻值下降的情況下的工作。
若絕緣電阻IOlN的電阻值下降，則由於在圖11中虛線表示的路徑有電流流過，因而若能檢測該電流的大小，則能夠得知絕緣電阻IOlN的電阻值和對地短路的程度。由於在電流檢測電路4流動的電流值取決於絕緣電阻IOlN的電阻值和電阻器3a、3b的電阻值，因而若變更電阻器3a、3b的電阻值，則能夠變更用於檢測對地短路的閾值(判定值)。
而且，在正極側直流母線PL的絕緣電阻IOlP的電阻值下降的情況下，在電流檢測電路4流動的電流的方向與圖11相反。因此，要求電流檢測電路4具有可檢測雙向電流的功能。
接著，圖12是表示第一現有技術的電路圖。在圖12中，在電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點100之間連接分流電阻5。在該分流電阻5的兩端依次連接電壓測定電路6、 對地短路判定電路7。
在該現有技術中，由分流電阻5檢測絕緣電阻IOlP或絕緣電阻IOlN的電阻值下降時流動的電流，該電流由電壓測定電路6變換為電壓。而且，在對地短路判定電路7中電壓測定電路6的輸出電壓超過閾值的情況下判定為對地短路，並發出警報。
圖13是表示第二現有技術的電路圖。在該現有技術中，在電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點100之間連接光耦合器8。而且，光耦合器8由發光法二極體(LED)等發光元件81和光敏晶體三極體(phototransistor)等受光元件82構成。
在該現有技術中，若絕緣電阻IOlP或絕緣電阻IOlN的電阻值下降而在發光元件 81中有電流流過且產生光輸出，則受光元件82導通並輸出信號。因此，能夠利用該輸出信號輸出對地短路的警報。
在圖12的第一現有技術中，為了使由直流電源1、正極側直流母線PL、負極側直流母線NL和負載2構成的直流電路和通過控制用的低壓電源來工作的電壓測定電路6和對地短路判定電路7絕緣，需要絕緣放大信號，且需要準備與直流電源1和控制用的低壓電源分開的電源。此外，還存在由這些電壓測定電路6、對地短路判定電路7和電源等引起的部件個數增加、電路的安裝面積增大、並且使裝置整體高價格化這樣的問題。
與此相對，在圖13的第二現有技術中，有電路構成能比第一現有技術簡化的優點。但是，由於光耦合器8通常由模擬元件構成，因而即使在發光元件81流動的輸入電流極少，也有電流流過受光元件82的基極並光耦合器8導通的情況。
光耦合器8的輸出信號從斷開轉換為導通或者從導通轉換為斷開的閾值取決於發光元件81與受光元件82之間的光-電流轉換效率。通常，由於該光-電流轉換效率的偏差大存在時效變化，因而難以準確地確定上述閾值。
因此，與在絕緣電阻IOlP或者絕緣電阻IOlN不存在異常並且直流電路沒有接地無關，也有可能因在發光元件81流動的極小的輸入電流而受光元件82被導通且誤判定為對地短路。特別是在實際檢出對地短路的情況下，在作為保護動作停止裝置運轉的系統中， 由於因誤判定致使裝置的運轉停止，因而對使用者非常不便。
另一方面，實際上絕緣電阻IOlP或者絕緣電阻IOlN的電阻值下降而成為對地短路狀態的情況下，為防止使用者觸電而需要停止裝置的運轉。但是，對於使用者不希望突然停止車輛等的運轉。
作為該情況的對策，優選在通過對地短路檢測而停止裝置的運轉之前將絕緣電阻的下降作為異常預報預先通報給使用者。
圖14是在圖13的電路上附加上述異常預報功能的例子。
在圖14中，由電阻器3a、3b和光耦合器8A構成警報輸出電路9A。該警報輸出電路9A實質上為與圖13的由電阻器3a、北和光耦合器8構成的電路相同的構成，用於在發生對地短路時進行警報輸出和裝置的運轉停止。
此外，在圖14中與警報輸出電路9A並聯連接預報輸出電路9B。該預報輸出電路 9B由電阻器3c、3d和光耦合器8B構成，電阻器3c、3d的電阻值低於電阻器3a、3b的電阻值。
在圖14的電路中，在絕緣電阻IOlP或絕緣電阻IOlN的電阻值下降的情況下，在警報輸出電路9A工作之前，根據在預報輸出電路9B的電阻器3c或電阻器3d流動的電流從光耦合器8B輸出異常預報。即，根據圖14的電路，能在警報輸出電路9A工作並進行警報的輸出和裝置的運轉停止之前，由預報輸出電路9B產生異常預報以喚起使用者的注意， 進而能夠消除由圖13的電路造成的不便。
但是，由於圖14的電路為在圖13的電路中追加了預報輸出電路9B的構成，因而存在部件個數多、成本高且使電路的安裝面積進一步增大這樣的問題。
而且，作為半導體功率轉換電路的對地短路檢測電路已知專利文獻1記載的現有技術。
在該對地短路檢測電路中，使作為因對地短路而檢出正極側直流母線和負極側直流母線的過電流的機構的比較器的電源電路為共用，而且還不需要高速光耦合器，由此實現電路構成的簡化、小型化和低成本化。
現有技術文獻
專利文獻1 日本特開2006-158150號公報(段落(0009) (0011))
在專利文獻1所記載的現有技術中，為了將正極側直流母線的電壓變動變換為從負極側直流母線看的電壓變動，而在正負直流母線之間連接電容器和電阻的串聯電路。此外，為得到對地短路檢測用的兩個比較器的基準電壓還需要多個電阻。
這樣，在專利文獻1的現有技術中必須有許多部件，在電路構成的簡化和低成本化上仍有改善的餘地。發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種部件個數少且可實現電路構成的簡化、小型化、 低成本化的非接地電路的對地短路檢測電路。
此外，本發明的另一目的在於提供一種對地短路判定的閾值偏差小、不可能存在誤判定的非接地電路的對地短路檢測電路。
進而，本發明的另一目的在於提供一種在對地短路檢測時的警報之前以因絕緣電阻的下降而有可能對地短路作為異常預報來進行通報的非接地電路的對地短路檢測電路。
此外，本發明的另一目的在於，不變更用於非接地直流電路而構成的對地短路檢測電路的構成，能容易且高精度地檢測在直流電源經正極側直流母線和負極側直流母線連接的非接地功率轉換電路的交流輸出側的對地短路故障。
本發明的第一方面是檢測經正極側直流母線和負極側直流母線將負載連接於直流電源且不接地的直流電路的對地短路的電路。具體而言，本發明在正極側直流母線或者負極側直流母線的絕緣電阻值下降時檢測在所述直流母線與接地點之間流動的電流來檢測對地短路。
S卩，本發明具備一端連接於正極側直流母線的第一電阻器和一端連接於負極側直流母線的第二電阻器，這些第一、第二電阻器的電阻值相等。
此外，本發明還具備連接於第一、第二電阻器的另一端彼此的連接點與接地點之間的光耦合器。該光耦合器具有輸入電流超過規定的閾值時輸出驅動信號的電流檢測電路、通過上述驅動信號導通的發光二極體等發光元件、通過其輸出光導通的光敏晶體三極體等受光元件。而且，在電流檢測電路的輸入電流超過閾值時，通過受光元件輸出警報信號並判定為對地短路。
而且，如本發明的第二方面，也可以在第一、第二電阻器彼此的連接點與接地點之間串聯連接多個光耦合器，並且將各光耦合器的閾值設定為不同的大小。該情況下，通過由閾值小的一個光耦合器檢出小的輸入電流，能夠輸出對地短路的預報信號，通過由閾值大的另一個光耦合器檢出大的輸入電流(對地短路時的輸入電流)，能夠輸出對地短路的警報信號。
本發明的第三方面為將第一方面的對地短路檢測電路用於非接地功率轉換電路， 本發明的第四方面為將第二方面的對地短路檢測電路用於非接地功率變換電路。在這些本發明的第三方面或第四方面中，在使構成功率轉換電路的半導體開關元件中的任一個導通時，若從光耦合器輸出警報信號，則判定為功率轉換電路的交流側對地短路。
在本發明的第三方面或第四方面中，為了檢測功率轉換電路的交流輸出側的特定相的對地短路，只要根據使構成功率轉換電路的半導體開關元件中上述特定相的上臂或者下臂的半導體開關元件導通的輸出對地短路檢測模式，轉換功率轉換電路且觀察此時的光耦合器的輸出信號即可。
而且，在閾值小的光耦合器中，即使是絕緣電阻大的(輸入電流小)情況下輸出信號也會導通。因此，在光耦合器的閾值小而不能得到所期望的對地短路判定用的閾值的情況下，也可以並聯連接具有與該光耦合器的閾值相等的閾值的其它光耦合器，使在第一、第二電阻器彼此的連接點與接地點之間流動的電流分別分流到並聯連接的各光耦合器內的電流檢測電路。
由此，例如在並聯連接兩個光耦合器的情況下，由於在第一、第二電阻器彼此的連接點與接地點之間流動的電流變為一個光耦合器閾值的2倍時將各光耦合器的輸出導通， 因而與使用一個具有2倍閾值的光耦合器的情況等效。
進而，在本發明中，為了能夠檢測在第一、第二電阻器彼此的連接點與上述接地點之間流動的兩個方向的電流，也可以將至少兩個檢測一個方向的電流的光耦合器互為反方向地並聯連接。
根據本發明，能夠只由連接於正極側直流母線和負極側直流母線與接地點之間的第一、第二電阻器和一個或多個光耦合器構成對地短路檢測電路，能夠實現部件個數少，電路構成簡單且小型化、低成本化。
此外，根據本發明，由於根據在光耦合器內的發光元件的前段設置的電流檢測電路設定光耦合器工作的輸入電流的閾值，因此光耦合器的工作不依賴於發光元件與受光元件之間的光-電流轉換效率的偏差。因此，不論何種原因導致在電流檢測電路流過極小的輸入電流，光耦合器的工作都由上述的閾值管理，因此只要輸入電流不超過該閾值，則光耦合器就不工作，不會誤判定為對地短路。因此，能夠防止因對地短路的誤判定而進行裝置的不需要的運轉停止。
進而，通過根據需要串聯或者並聯連接多個光耦合器，在對地短路檢測時的警報之前，能以因絕緣電阻的下降而可能導致對地短路為預報信號進行通報。
此外，由於可通過相同構成的對地短路檢測電路檢測非接地直流電路和非接地功率轉換電路的交流輸出側的對地短路，因而通用性、經濟性優良。
圖1是表示本發明第一實施方式的電路圖2是圖1中的電流檢測電路的特性圖3是表示本發明第二實施方式的電路圖4是表示本發明第三實施方式的電路圖5是表示本發明第四實施方式的電路圖6是圖5的工作說明圖7是圖5的工作說明圖8是表示本發明第五實施方式的電路圖9是表示本發明第六實施方式的電路圖10是表示現有技術的通常的對地短路檢測電路的電路圖11是表示圖10的工作的電路圖12是表示第一現有技術的電路圖13是表示第二現有技術的電路圖14是表示在圖13的電路中附加了異常預報功能的電路的電路圖。
符號說明
1 直流電源
2、2M:負載
3a、3b:電阻器
10A、10B、10C、IOD 光稱合器
11A、11B、11C、11D 電流檢測電路
12A、12B、12C、12D 發光元件
13A、13B、13C、13D 受光元件
20 變換器
21a、21b、21c、21d、21e、21f 半導體開關元件
22U、22V、22W 交流輸出線
100 接地點
101P、101N、101U、101V、101W 絕緣電阻
PL:正極側直流母線
NL:負極側直流母線
U、V、W:交流輸出端子具體實施方式
下面，參照
本發明的實施方式。
首先，以下所說明的第一 第三實施方式是將本發明用於構成電動汽車和混合動力汽車等的電力系統的非接地直流電路的對地短路檢測的情況，但是本發明也可以用於具有上述以外用途的非接地直流電路的對地短路檢測。
圖1是表示本發明第一實施方式的電路圖。
圖1中，1為蓄電裝置等的直流電源，2為變換器和電動機等負載，PL為正極側直流母線，NL為負極側直流母線。此外，3a為一端與正極側直流母線PL連接的第一電阻器， 北為一端與負極側直流母線NL連接的第二電阻器，這些電阻器3a、!3b的電阻值相等。在電阻器3a、3b的另一端彼此的連接點與接地點100之間連接有光耦合器10A。
此外，IOlP為正極側直流母線PL的絕緣電阻，IOlN為負極側直流母線NL的絕緣電阻。
在此，光耦合器IOA具備連接於電阻器3a、3b的另一端彼此的連接點與接地點 100之間的電流檢測電路11A、與其輸出側連接的發光元件12A、通過發光元件12A的輸出光而導通的受光元件13A。而且，與現有技術相同，發光元件12A由發光法二極體構成，受光元件13A由光敏晶體三極體構成。
接著，圖2表示光耦合器IOA的特性。
如圖2所示，該光耦合器IOA在輸入信號(電流檢測電路IlA的輸入電流)變為某閾值TH+以上時通過來自電流檢測電路IlA的驅動信號使發光元件12A點亮，使受光元件 13A的輸出信號反轉。此外，在電流檢測電路IlA的輸入電流變為某閾值TH_以下時使發光元件12A熄滅，使受光元件13A的輸出信號反轉。
如上所述，在該實施方式中，使光耦合器IOA工作的輸入電流的閾值由連接於發光元件12A的前段的電流檢測電路IlA設定，不依賴於發光元件12A與受光元件13A之間的光-電流轉換效率。因此，在絕緣電阻IOlP或者絕緣電阻IOlN沒有異常未發生對地短路的情況下，不論何種原因致使在電流檢測電路IlA流過極小的輸入電流，光耦合器IOA的工作都由上述的閾值ΤΗ+、TH—管理，因而只要輸入電流不超過這些閾值，則光耦合器IOA就不工作，而不用擔心誤判定為對地短路。
而且，在光耦合器IOA檢測到對地短路的情況下，與圖13等現有技術同樣，使用受光元件13A的輸出信號來進行輸出警報或者停止裝置的運轉等工作。
此外，如上所述，由於因正極側直流母線PL和負極側直流母線NL任一方對地短路而流過電流檢測電路的電流方向改變，因此電流檢測電路需要檢測雙向的電流。因此，優選圖1所示的光耦合器IOA的電流檢測電路IlA能檢測雙向的電流。此處，在使用僅檢測單方向電流的光耦合器的情況下，通過將另一光耦合器(未圖示)相對於上述光耦合器IOA反方向地並列連接可以檢測雙向電流，能夠檢測正極側直流母線PL和負極側直流母線NL兩方的對地短路。
接著，圖3是表示本發明第二實施方式的電路圖。在圖3和圖1中，對具有相同功能的部件賦予相同的參照符號。
在圖3的第二實施方式中，IOB為第二光耦合器，該光耦合器IOB由電流檢測電路 11B、發光元件12B及受光元件1 構成。而且，出於方便將光耦合器IOA稱為第一光耦合ο
第一光耦合器IOA的電流檢測電路1IA和第二光耦合器IOB的電流檢測電路1IB 串聯連接於電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點100之間。換言之，第一光耦合器IOA和第二光耦合器IOB串聯連接於電阻器3a、!3b彼此的連接點和接地點100之間。
在該第二實施方式中，將使第二光耦合器IOB工作的輸入電流的閾值設定為低於使第一光耦合器IOA工作的輸入電流的閾值。由此，例如在絕緣電阻IOlN的電阻值下降且電流從電阻器3a、!3b彼此的連接點經由電流檢測電路IlAUlB向接地點100流動的情況下，能夠在第一光耦合器IOA工作以前使第二光耦合器IOB工作。
因此，能夠使第一光耦合器IOA作為實際發生對地短路時進行發生警報及停止運轉的警報輸出電路發揮功能，使第二光耦合器IOB作為絕緣電阻下降且告知存在對地短路的危險性的情況的預報輸出電路發揮功能。
而且，也可以將串聯連接於電阻器3a、3b彼此的連接點與接地點100之間的光耦合器的個數設為3個以上，使各自工作的輸入電流的閾值稍有不同。
在該第二實施方式中，為了也能夠進行正極側直流母線PL和負極側直流母線NL 兩方的對地短路檢測，優選電流檢測電路11A、1 IB (光耦合器10AU0B)能夠檢測兩個方向的電流。但是，在使用僅能檢測單方向電流的光耦合器的情況下，只要相對於各光耦合器 10AU0B分別將同一結構的其它光耦合器(未圖示)反方向地並聯連接即可。
接著，圖4是表示本發明第三實施方式的電路圖。在該第三實施方式中，如圖4所示，與光耦合器IOC(相當於圖3的光耦合器10B)並聯連接有與該光耦合器IOC相同構成的其它光耦合器10D。而且，11C、1ID為電流檢測電路，12C、12D為發光元件，13C、13D為受光元件。此處，可以使光耦合器10CU0D工作的輸入電流的閾值相同。
該第三實施方式考慮到例如在第二實施方式(圖3)中使光耦合器IOB工作的輸入電流的閾值過低而不能進行在所期望的絕緣電阻值的異常判定的情況。即，如圖4所示， 若將兩個光耦合器10C、IOD並聯連接，則能夠將在電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點100 之間流動的電流分流到電流檢測電路IlCUlD而將其減小。由此，在電阻器3a、3b的連接點與接地點之間流動的電流變為一個光耦合器IOC(或者10D)的閾值的2倍時，各光耦合器10CU0D的輸出導通，因此能夠與使用一個具有2倍閾值的光耦合器相同。
在該第三實施方式中，並聯連接的光耦合器個數也可以是3個以上。並且，也可以相對於圖4的光耦合器IOA並聯連接其它光耦合器。
接著，說明本發明的第四 第六實施方式。這些實施方式是將本發明用於構成電動汽車及混合動力汽車等的電力系統的非接地功率轉換電路的交流輸出側的對地短路檢測的情況，但是本發明也可以用於具有上述以外的用途的非接地功率轉換電路的對地短路檢測。11
首先，圖5是表示本發明第四實施方式的電路圖，對與圖1的第一實施方式相同的構成要素添加相同的參照符號而省略說明，下面以與第一實施方式不同的部分為中心進行說明。
在圖5中，正極側直流母線PL和負極側直流母線NL分別連接於作為非接地功率轉換電路的三相電壓變換器20的直流輸入端子。變換器20由IGBT等半導體開關元件 21a 21f構成，其交流輸出端子U、V、W經由交流輸出線22U、22V、22W與交流電動機等負載2M連接。
變換器20的直流側的電路構成與圖1的第一實施方式相同，其具備電阻器3a、!3b 和光耦合器10A，光耦合器IOA由可檢測雙向電流的電流檢測電路11A、發光元件12A和受光元件13A構成。
而且，在圖5中，101U、101V、101W為交流輸出線22U、22V、22W與接地點100之間的絕緣電阻。
接著，說明該實施方式的工作。
目前，在變換器20通常的工作時，在開關元件21a、21b、21C、21d、21e、21f中任一個導通的情況下，若導通的相的交流輸出線的絕緣電阻101U、101V或者IOlW下降且發生對地短路，則經由相應的絕緣電阻，在直流電源1-導通狀態的開關元件-對應的絕緣電阻-接地點100-電流檢測電路IlA-電阻器3a或者北這一路徑流動對地短路電流。
因此，與第一實施方式同樣，在對地短路電流變為電流檢測電路IlA的閾值(參照圖2)以上時發光元件12A發光並從受光元件13A輸出信號。若利用該輸出信號，則能夠輸出指示對地短路的警報並停止變換器20的運轉。
S卩，在變換器20通常的運轉時，若從受光元件13A輸出信號，則即使不能特定對地短路的相，也能夠檢測到在變換器20的交流輸出側發生了對地短路故障。
此外，在想要檢測有無變換器20的交流輸出側的特定相的對地短路的情況下，只要依以下方式進行即可。
例如，在以U相為檢測對象的情況下，只要如圖6所示將變換器20的U相上臂的開關元件21a導通或者只要如圖7所示將U相下臂的開關元件21b導通即可。各情況的對地短路電流的流通路徑如圖6、圖7中虛線所示，不論何種情況，只要確認受光元件13A的輸出信號，就能夠檢測因U相的絕緣電阻IOlU下降而導致的對地短路故障。
而且，雖然未圖示，但是在以V相為檢測對象的情況下，只要將變換器20的V相上臂的開關元件21c或者下臂的開關元件21d導通，並且在以W相為檢測對象的情況下，只要將變換器20的W相上臂的開關元件21e或者下臂的開關元件21f導通，確認受光元件13A 的輸出信號即可。該情況下，有別於變換器20通常的運轉模式，作為輸出對地短路檢測模式，將上述的U相用、V相用、W相用的開關模式存儲於控制裝置(未圖示)，可以使用作為檢測對象的特定相的輸出對地短路檢測模式開關變換器20。
在該第四實施方式中，也優選光耦合器IOA的電流檢測電路IlA能夠檢測兩個方向的電流。但是，在使用僅能檢測單向電流的光耦合器的情況下，只要相對於光耦合器IOA 反方向地將同一構成的其它光耦合器(未圖示)並聯連接即可。
其次，圖8是表示本發明第五實施方式的電路圖。
該第五實施方式是將圖3的第二實施方式適用於非接地功率轉換電路的情況，變換器20的直流側的電路構成與圖3相同。此外，與第二實施方式相同，將使第二光耦合器 IOB工作的輸入電流的閾值設定為低於使第一光耦合器IOA工作的輸入電流的閾值的值。
由於第五實施方式的工作能很容易地根據第二實施方式、第四實施方式進行類推，因而下面說明其工作的概要。
在圖8中，關於第一光耦合器IOA和第二光耦合器10B，若如上設定輸入電流的閾值，則在變換器20的交流輸出側的絕緣電阻下降而有對地短路危險的情況下，通過在直流電源1-導通狀態的開關元件-絕緣電阻-接地點100-電阻器3a或者北這一路徑流動的電流，能夠使第二光耦合器IOB作為對地短路的預報輸出電路發揮功能。而且，在實際發生對地短路而第一光耦合器IOA的閾值以上的電流在上述路徑流動的情況下，可通過第一光耦合器IOA進行警報發出和變換器20的運轉停止。
在該第五實施方式中，也優選作為電流檢測電路IlAUlB能夠檢測兩方向的電流。但是，在使用僅能檢測單向電流的光耦合器的情況下，只要相對於各光耦合器10AU0B 分別反方向地將同一構成的其它光耦合器(未圖示)並聯連接即可。
接著，圖9是表示本發明第六實施方式的電路圖。
該第六實施方式是將圖4的第三實施方式適用於非接地功率轉換電路的情況，變換器20的直流側電路構成與圖4相同。與第三實施方式相同，使光耦合器10CU0D進行工作的輸入電流的閾值相等。此外，為了使光耦合器10CU0D作為預報輸出電路進行工作，且使光耦合器IOA作為警報輸出電路進行工作，優選將分別使光耦合器10CU0D工作的輸入電流的閾值的2倍以上的值設定為使光耦合器IOA工作的輸入電流的閾值。
由於第六實施方式的工作可容易地根據第三實施方式、第四實施方式等進行類推，因而下面說明工作的概要。
與第三實施方式相同，如圖9所示，若將光耦合器10CU0D並聯連接，則能夠使在電阻器3a、3b彼此的連接點與接地點100之間流動的電流分流到電流檢測電路IlCUlD 而減少。由此，因為在電阻器3a、!3b彼此的連接點與接地點之間流動的電流變為光耦合器 IOC (或者10D)的閾值的2倍時使各光耦合器10C、IOD的輸出導通，因而與使用一個具有2 倍的閾值的光耦合器的情況等效。
因此，即使在各光耦合器10CU0D的輸入電流閾值低且不能分別單獨進行在所期望的絕緣電阻值的異常判定(對地短路預報判定)的情況下，也能夠如本實施方式通過將光耦合器10CU0D並聯連接來進行異常判定。
在該第六實施方式中，並聯連接的光耦合器個數可以是3個以上。此外，也可以在圖9的光耦合器IOA並聯連接其它光耦合器。
產業上的可利用性
本發明不僅能夠用於構成電動汽車和混合動力汽車等的電力系統的非接地直流電路或者非接地功率轉換電路的對地短路檢測，而且還能夠用於各種用途的非接地電路的對地短路檢測。
權利要求
1.一種非接地電路的對地短路檢測電路，其檢測作為非接地電路的直流電路的對地短路，所述直流電路在與直流電源的正極連接的正極側直流母線和與所述直流電源的負極連接的負極側直流母線之間連接有負載，所述對地短路檢測電路的特徵在於，具備一端連接於所述正極側直流母線的第一電阻器；一端連接於所述負極側直流母線，且電阻值與第一電阻器相等的第二電阻器； 連接在第一電阻器和第二電阻器的另一端彼此的連接點與接地點之間的光耦合器， 所述光耦合器具有在所述連接點與所述接地點之間流動的電流超過規定的閾值時輸出驅動信號的電流檢測電路；連接於所述電流檢測電路的後段並由所述驅動信號啟動的發光元件；和由所述發光元件的輸出光啟動的受光元件， 從所述受光元件輸出發生對地短路時的警報信號。
2.一種非接地電路的對地短路檢測電路，其檢測作為非接地電路的直流電路的對地短路，所述直流電路在與直流電源的正極連接的正極側直流母線和與所述直流電源的負極連接的負極側直流母線之間連接有負載，所述對地短路檢測電路的特徵在於，具備一端與所述正極側直流母線連接的第一電阻器；一端與所述負極側直流母線連接，且電阻值與第一電阻器相等的第二電阻器； 串聯連接在第一電阻器和第二電阻器的另一端彼此的連接點與接地點之間的多個光華禹合器，所述多個光耦合器分別具有在所述連接點與所述接地點之間流動的電流超過規定的閾值時輸出驅動信號的電流檢測電路；連接於所述電流檢測電路的後段並由所述驅動信號啟動的發光元件； 由所述發光元件的輸出光啟動的受光元件，將所述多個光耦合器內的閥值分別設定為不同的大小，並且，使一個光耦合器內的所述受光元件輸出預先通報對地短路的危險性的預報信號，使閾值比該光耦合器大的其它光耦合器內的所述受光元件輸出所述警報信號。
3.一種非接地電路的對地短路檢測電路，其檢測作為非接地電路的功率轉換電路的交流輸出側的對地短路，所述功率轉換電路將與直流電源的正極連接的正極側直流母線和與所述直流電源的負極連接的負極側直流母線連接於直流輸入端子、並在交流輸出端子連接有負載，所述對地短路檢測電路的特徵在於，具備一端與所述正極側直流母線連接的第一電阻器；一端與所述負極側直流母線連接，且電阻值與第一電阻器相等的第二電阻器； 連接在第一電阻器和第二電阻器的另一端彼此的連接點與接地點之間的光耦合器， 所述光耦合器具有電流檢測電路，其在構成所述功率轉換電路的多個半導體開關元件之中的任一個導通時經由所述接地點在所述交流輸出端子與所述連接點之間流動的電流超過規定的閾值時， 輸出驅動信號；連接於所述電流檢測電路的後段並由所述驅動信號啟動的發光元件；由所述發光元件的輸出光啟動的受光元件，從所述受光元件輸出發生對地短路時的警報信號。
4.一種非接地電路的對地短路檢測電路，其檢測作為非接地電路的功率轉換電路的交流輸出側的對地短路，所述功率轉換電路將與直流電源的正極連接的正極側直流母線和與所述直流電源的負極連接的負極側直流母線連接於直流輸入端子、並在交流輸出端子連接有負載，所述對地短路檢測電路的特徵在於，具備一端與所述正極側直流母線連接的第一電阻器；一端與所述負極側直流母線連接，且電阻值與第一電阻器相等的第二電阻器；串聯連接在第一電阻器和第二電阻器的另一端彼此的連接點與接地點之間的多個光華禹合器，所述多個光耦合器分別具有電流檢測電路，其在構成所述功率轉換電路的多個半導體開關元件中的任一個導通時經由所述接地點在所述交流輸出端子與所述連接點之間流動的電流超過規定的閾值時，輸出驅動信號；連接於所述電流檢測電路的後段並由所述驅動信號啟動的發光元件；由所述發光元件的輸出光啟動的受光元件，將所述多個光耦合器內的閾值分別設定為不同大小，並且，使一個光耦合器內的所述受光元件輸出預先通報具有對地短路的危險性的預報信號，使閾值比該光耦合器大的其它光耦合器內的所述受光元件輸出所述警報信號。
5.如權利要求3或4所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，為了檢測所述功率轉換電路的交流輸出側的特定相的對地短路，使所述半導體開關元件中所述特定相的上臂或者下臂的半導體開關元件導通。
6.如權利要求5所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，作為輸出對地短路檢測模式，具有使所述特定相的上臂或者下臂的半導體開關元件導通的開關模式。
7.如權利要求1或3所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，在所述光耦合器上並聯連接具有與該光耦合器的閾值相等的閾值的其它光耦合器，將在所述連接點與所述接地點之間流動的電流分流到並聯連接的各光耦合器內的所述電流檢測電路。
8.如權利要求2或4所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，在串聯連接於所述連接點與所述接地點之間的多個光耦合器中的任一光耦合器上並聯連接具有與該光耦合器的閾值相等的閾值的其它光耦合器，將在所述連接點與所述接地點之間流動的電流分流到並聯連接的各光耦合器內的所述電流檢測電路。
9.如權利要求1 8中任一項所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，為了檢測在所述連接點與所述接地點之間流動的兩個方向的電流，將檢測一個方向的電流的至少兩個光耦合器互為反方向地並聯連接。
10.如權利要求1 9中任一項所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，通過所述警報信號來停止所述非接地電路的運轉。
11.如權利要求1 10中任一項所述的非接地電路的對地短路檢測電路，其特徵在於，所述非接地電路構成搭載於汽車的電力系統。
全文摘要
提供一種部件數少且實現電路的簡化、小型化的非接地電路的對地短路檢測電路。消除因對地短路判定的閾值的偏差造成的誤判定，可在對地短路檢測時的警報之前通報異常預報。該檢測電路為檢測經正極側直流母線和負極側直流母線將負載連接於直流電源的非接地直流電路的對地短路的電路，具備一端連接於正極側直流母線的電阻器(3a)；一端連接於負極側直流母線且具有與電阻器(3a)相等電阻值的電阻器(3b)；連接於電阻器(3a)、(3b)另一端彼此連接點與接地點之間的光耦合器。光耦合器具有輸入電流超過規定的閾值時輸出驅動信號的電流檢測電路、由驅動信號導通的發光元件、由其輸出光導通的受光元件，通過受光元件的輸出信號檢測對地短路。
文檔編號G01R31/02GK102539995SQ20111034152
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月2日 優先權日2010年11月19日
發明者前田俊博, 蘆田樹 申請人:富士電機株式會社