CN102539995A - 非接地电路的对地短路检测电路 - Google Patents

Abstract

提供一种部件数少且实现电路的简化、小型化的非接地电路的对地短路检测电路。消除因对地短路判定的阈值的偏差造成的误判定，可在对地短路检测时的警报之前通报异常预报。该检测电路为检测经正极侧直流母线和负极侧直流母线将负载连接于直流电源的非接地直流电路的对地短路的电路，具备：一端连接于正极侧直流母线的电阻器(3a)；一端连接于负极侧直流母线且具有与电阻器(3a)相等电阻值的电阻器(3b)；连接于电阻器(3a)、(3b)另一端彼此连接点与接地点之间的光耦合器。光耦合器具有输入电流超过规定的阈值时输出驱动信号的电流检测电路、由驱动信号导通的发光元件、由其输出光导通的受光元件，通过受光元件的输出信号检测对地短路。

Description

非接地电路的对地短路检测电路

技术领域

本发明涉及一种检测非接地电路的对地短路故障(绝缘电阻下降)的电路，具体而言，涉及一种检测非接地直流电路的对地短路故障或者检测经由正极侧直流母线及负极侧直流母线与直流电源连接的非接地功率转换电路的交流输出侧的对地短路故障的电路。

背景技术

在电动汽车和混合动力汽车搭载有作为直流电源的蓄电装置和由从该蓄电装置供给电源电压而产生驱动力的功率转换器及电动机等构成的负载。此处，将蓄电装置的正极与负载之间的电路称为正极侧直流母线，将蓄电装置的负极与负载之间的电路称为负极侧直流母线。此外，将汽车的底盘(底架chassis)看作是接地点，将该接地点的电位设为接地电位。

假如即使正极侧直流母线或者负极侧直流母线中任一个与底架连接，只要包含该直流母线和底架的路径不形成闭合电路，就没有电流流动。因此，将蓄电装置作为直流电源驱动电动机的工作中没有任何故障。

但是，在因某种异常而使一个直流母线(例如负极侧直流母线)与底架连接的状态下，在与底架接触的人触及另一直流母线(例如，正极侧直流母线)的情况下，由蓄电装置-人体-底架形成闭合电路。因此，造成蓄电装置的数百伏的直流电压施加于人体，非常危险。

因此，在电动汽车和混合动力汽车的电力系统中，为了即使人与一个直流母线接触也不会受触电，需要使正极侧直流母线和负极侧直流母线与底架绝缘。即，需要将由蓄电装置、正极侧直流母线、负极侧直流母线和负载构成的直流电路保持在非接地状态。

于是，现有技术提供了测定应为非对地短路状态的直流电路与接地点之间的绝缘电阻来检测对地短路故障(绝缘电阻下降)的电路。

图10表示这种对地短路检测电路的现有技术的普通电路。在图10中，1为蓄电装置等的直流电源，2为由变换器和电动机等构成的负载，PL为正极侧直流母线，NL为负极侧直流母线。

此外，3a为一端与正极侧直流母线PL连接的第一电阻器，3b为一端与负极侧直流母线NL连接的第二电阻器，这些电阻器3a、3b的电阻值相等。在电阻器3a、3b的另一端彼此的连接点与接地点100之间连接电流检测电路4。此处，接地点100相当于汽车的底架。

而且，101P为正极侧直流母线PL与接地点100之间的绝缘电阻，101N为负极侧直流母线NL与接地点100之间的绝缘电阻。这些绝缘电阻101P、101N的电阻值本来必须是无限大。

在图10中，在如上所述电阻器3a、3b的电阻值相等的状态下，在绝缘电阻101P、101N的电阻值相等的情况下，电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100(即绝缘电阻101P、101N彼此的连接点)之间不产生电位差。因此，在电流检测电路4电流不流动。

假如绝缘电阻101P、101N的电阻值彼此不同时，在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间产生电位差，因而在电流检测电路4电流流动。

但是，由于正常状态的绝缘电阻101P、101N为数MΩ左右，因而在电流检测电路4流动的电流极小。

接着，基于图11说明在负极侧直流母线NL的绝缘劣化而绝缘电阻101N的电阻值下降的情况下的工作。

若绝缘电阻101N的电阻值下降，则由于在图11中虚线表示的路径有电流流过，因而若能检测该电流的大小，则能够得知绝缘电阻101N的电阻值和对地短路的程度。由于在电流检测电路4流动的电流值取决于绝缘电阻101N的电阻值和电阻器3a、3b的电阻值，因而若变更电阻器3a、3b的电阻值，则能够变更用于检测对地短路的阈值(判定值)。

而且，在正极侧直流母线PL的绝缘电阻101P的电阻值下降的情况下，在电流检测电路4流动的电流的方向与图11相反。因此，要求电流检测电路4具有可检测双向电流的功能。

接着，图12是表示第一现有技术的电路图。在图12中，在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间连接分流电阻5。在该分流电阻5的两端依次连接电压测定电路6、对地短路判定电路7。

在该现有技术中，由分流电阻5检测绝缘电阻101P或绝缘电阻101N的电阻值下降时流动的电流，该电流由电压测定电路6变换为电压。而且，在对地短路判定电路7中电压测定电路6的输出电压超过阈值的情况下判定为对地短路，并发出警报。

图13是表示第二现有技术的电路图。在该现有技术中，在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间连接光耦合器8。而且，光耦合器8由发光法二极管(LED)等发光元件81和光敏晶体三极管(phototransistor)等受光元件82构成。

在该现有技术中，若绝缘电阻101P或绝缘电阻101N的电阻值下降而在发光元件81中有电流流过且产生光输出，则受光元件82导通并输出信号。因此，能够利用该输出信号输出对地短路的警报。

在图12的第一现有技术中，为了使由直流电源1、正极侧直流母线PL、负极侧直流母线NL和负载2构成的直流电路和通过控制用的低压电源来工作的电压测定电路6和对地短路判定电路7绝缘，需要绝缘放大信号，且需要准备与直流电源1和控制用的低压电源分开的电源。此外，还存在由这些电压测定电路6、对地短路判定电路7和电源等引起的部件个数增加、电路的安装面积增大、并且使装置整体高价格化这样的问题。

与此相对，在图13的第二现有技术中，有电路构成能比第一现有技术简化的优点。但是，由于光耦合器8通常由模拟元件构成，因而即使在发光元件81流动的输入电流极少，也有电流流过受光元件82的基极并光耦合器8导通的情况。

光耦合器8的输出信号从断开转换为导通或者从导通转换为断开的阈值取决于发光元件81与受光元件82之间的光-电流转换效率。通常，由于该光-电流转换效率的偏差大存在时效变化，因而难以准确地确定上述阈值。

因此，与在绝缘电阻101P或者绝缘电阻101N不存在异常并且直流电路没有接地无关，也有可能因在发光元件81流动的极小的输入电流而受光元件82被导通且误判定为对地短路。特别是在实际检出对地短路的情况下，在作为保护动作停止装置运转的系统中，由于因误判定致使装置的运转停止，因而对使用者非常不便。

另一方面，实际上绝缘电阻101P或者绝缘电阻101N的电阻值下降而成为对地短路状态的情况下，为防止使用者触电而需要停止装置的运转。但是，对于使用者不希望突然停止车辆等的运转。

作为该情况的对策，优选在通过对地短路检测而停止装置的运转之前将绝缘电阻的下降作为异常预报预先通报给使用者。

图14是在图13的电路上附加上述异常预报功能的例子。

在图14中，由电阻器3a、3b和光耦合器8A构成警报输出电路9A。该警报输出电路9A实质上为与图13的由电阻器3a、3b和光耦合器8构成的电路相同的构成，用于在发生对地短路时进行警报输出和装置的运转停止。

此外，在图14中与警报输出电路9A并联连接预报输出电路9B。该预报输出电路9B由电阻器3c、3d和光耦合器8B构成，电阻器3c、3d的电阻值低于电阻器3a、3b的电阻值。

在图14的电路中，在绝缘电阻101P或绝缘电阻101N的电阻值下降的情况下，在警报输出电路9A工作之前，根据在预报输出电路9B的电阻器3c或电阻器3d流动的电流从光耦合器8B输出异常预报。即，根据图14的电路，能在警报输出电路9A工作并进行警报的输出和装置的运转停止之前，由预报输出电路9B产生异常预报以唤起使用者的注意，进而能够消除由图13的电路造成的不便。

但是，由于图14的电路为在图13的电路中追加了预报输出电路9B的构成，因而存在部件个数多、成本高且使电路的安装面积进一步增大这样的问题。

而且，作为半导体功率转换电路的对地短路检测电路已知专利文献1记载的现有技术。

在该对地短路检测电路中，使作为因对地短路而检出正极侧直流母线和负极侧直流母线的过电流的机构的比较器的电源电路为共用，而且还不需要高速光耦合器，由此实现电路构成的简化、小型化和低成本化。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-158150号公报(段落(0009)～(0011))

在专利文献1所记载的现有技术中，为了将正极侧直流母线的电压变动变换为从负极侧直流母线看的电压变动，而在正负直流母线之间连接电容器和电阻的串联电路。此外，为得到对地短路检测用的两个比较器的基准电压还需要多个电阻。

这样，在专利文献1的现有技术中必须有许多部件，在电路构成的简化和低成本化上仍有改善的余地。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种部件个数少且可实现电路构成的简化、小型化、低成本化的非接地电路的对地短路检测电路。

此外，本发明的另一目的在于提供一种对地短路判定的阈值偏差小、不可能存在误判定的非接地电路的对地短路检测电路。

进而，本发明的另一目的在于提供一种在对地短路检测时的警报之前以因绝缘电阻的下降而有可能对地短路作为异常预报来进行通报的非接地电路的对地短路检测电路。

此外，本发明的另一目的在于，不变更用于非接地直流电路而构成的对地短路检测电路的构成，能容易且高精度地检测在直流电源经正极侧直流母线和负极侧直流母线连接的非接地功率转换电路的交流输出侧的对地短路故障。

本发明的第一方面是检测经正极侧直流母线和负极侧直流母线将负载连接于直流电源且不接地的直流电路的对地短路的电路。具体而言，本发明在正极侧直流母线或者负极侧直流母线的绝缘电阻值下降时检测在所述直流母线与接地点之间流动的电流来检测对地短路。

即，本发明具备一端连接于正极侧直流母线的第一电阻器和一端连接于负极侧直流母线的第二电阻器，这些第一、第二电阻器的电阻值相等。

此外，本发明还具备连接于第一、第二电阻器的另一端彼此的连接点与接地点之间的光耦合器。该光耦合器具有：输入电流超过规定的阈值时输出驱动信号的电流检测电路、通过上述驱动信号导通的发光二极管等发光元件、通过其输出光导通的光敏晶体三极管等受光元件。而且，在电流检测电路的输入电流超过阈值时，通过受光元件输出警报信号并判定为对地短路。

而且，如本发明的第二方面，也可以在第一、第二电阻器彼此的连接点与接地点之间串联连接多个光耦合器，并且将各光耦合器的阈值设定为不同的大小。该情况下，通过由阈值小的一个光耦合器检出小的输入电流，能够输出对地短路的预报信号，通过由阈值大的另一个光耦合器检出大的输入电流(对地短路时的输入电流)，能够输出对地短路的警报信号。

本发明的第三方面为将第一方面的对地短路检测电路用于非接地功率转换电路，本发明的第四方面为将第二方面的对地短路检测电路用于非接地功率变换电路。在这些本发明的第三方面或第四方面中，在使构成功率转换电路的半导体开关元件中的任一个导通时，若从光耦合器输出警报信号，则判定为功率转换电路的交流侧对地短路。

在本发明的第三方面或第四方面中，为了检测功率转换电路的交流输出侧的特定相的对地短路，只要根据使构成功率转换电路的半导体开关元件中上述特定相的上臂或者下臂的半导体开关元件导通的输出对地短路检测模式，转换功率转换电路且观察此时的光耦合器的输出信号即可。

而且，在阈值小的光耦合器中，即使是绝缘电阻大的(输入电流小)情况下输出信号也会导通。因此，在光耦合器的阈值小而不能得到所期望的对地短路判定用的阈值的情况下，也可以并联连接具有与该光耦合器的阈值相等的阈值的其它光耦合器，使在第一、第二电阻器彼此的连接点与接地点之间流动的电流分别分流到并联连接的各光耦合器内的电流检测电路。

由此，例如在并联连接两个光耦合器的情况下，由于在第一、第二电阻器彼此的连接点与接地点之间流动的电流变为一个光耦合器阈值的2倍时将各光耦合器的输出导通，因而与使用一个具有2倍阈值的光耦合器的情况等效。

进而，在本发明中，为了能够检测在第一、第二电阻器彼此的连接点与上述接地点之间流动的两个方向的电流，也可以将至少两个检测一个方向的电流的光耦合器互为反方向地并联连接。

根据本发明，能够只由连接于正极侧直流母线和负极侧直流母线与接地点之间的第一、第二电阻器和一个或多个光耦合器构成对地短路检测电路，能够实现部件个数少，电路构成简单且小型化、低成本化。

此外，根据本发明，由于根据在光耦合器内的发光元件的前段设置的电流检测电路设定光耦合器工作的输入电流的阈值，因此光耦合器的工作不依赖于发光元件与受光元件之间的光-电流转换效率的偏差。因此，不论何种原因导致在电流检测电路流过极小的输入电流，光耦合器的工作都由上述的阈值管理，因此只要输入电流不超过该阈值，则光耦合器就不工作，不会误判定为对地短路。因此，能够防止因对地短路的误判定而进行装置的不需要的运转停止。

进而，通过根据需要串联或者并联连接多个光耦合器，在对地短路检测时的警报之前，能以因绝缘电阻的下降而可能导致对地短路为预报信号进行通报。

此外，由于可通过相同构成的对地短路检测电路检测非接地直流电路和非接地功率转换电路的交流输出侧的对地短路，因而通用性、经济性优良。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的电路图；

图2是图1中的电流检测电路的特性图；

图3是表示本发明第二实施方式的电路图；

图4是表示本发明第三实施方式的电路图；

图5是表示本发明第四实施方式的电路图；

图6是图5的工作说明图；

图7是图5的工作说明图；

图8是表示本发明第五实施方式的电路图；

图9是表示本发明第六实施方式的电路图；

图10是表示现有技术的通常的对地短路检测电路的电路图；

图11是表示图10的工作的电路图；

图12是表示第一现有技术的电路图；

图13是表示第二现有技术的电路图；

图14是表示在图13的电路中附加了异常预报功能的电路的电路图。

符号说明

1：直流电源

2、2M：负载

3a、3b：电阻器

10A、10B、10C、10D：光耦合器

11A、11B、11C、11D：电流检测电路

12A、12B、12C、12D：发光元件

13A、13B、13C、13D：受光元件

20：变换器

21a、21b、21c、21d、21e、21f：半导体开关元件

22U、22V、22W：交流输出线

100：接地点

101P、101N、101U、101V、101W：绝缘电阻

PL：正极侧直流母线

NL：负极侧直流母线

U、V、W：交流输出端子

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

首先，以下所说明的第一～第三实施方式是将本发明用于构成电动汽车和混合动力汽车等的电力系统的非接地直流电路的对地短路检测的情况，但是本发明也可以用于具有上述以外用途的非接地直流电路的对地短路检测。

图1是表示本发明第一实施方式的电路图。

图1中，1为蓄电装置等的直流电源，2为变换器和电动机等负载，PL为正极侧直流母线，NL为负极侧直流母线。此外，3a为一端与正极侧直流母线PL连接的第一电阻器，3b为一端与负极侧直流母线NL连接的第二电阻器，这些电阻器3a、3b的电阻值相等。在电阻器3a、3b的另一端彼此的连接点与接地点100之间连接有光耦合器10A。

此外，101P为正极侧直流母线PL的绝缘电阻，101N为负极侧直流母线NL的绝缘电阻。

在此，光耦合器10A具备：连接于电阻器3a、3b的另一端彼此的连接点与接地点100之间的电流检测电路11A、与其输出侧连接的发光元件12A、通过发光元件12A的输出光而导通的受光元件13A。而且，与现有技术相同，发光元件12A由发光法二极管构成，受光元件13A由光敏晶体三极管构成。

接着，图2表示光耦合器10A的特性。

如图2所示，该光耦合器10A在输入信号(电流检测电路11A的输入电流)变为某阈值TH⁺以上时通过来自电流检测电路11A的驱动信号使发光元件12A点亮，使受光元件13A的输出信号反转。此外，在电流检测电路11A的输入电流变为某阈值TH^-以下时使发光元件12A熄灭，使受光元件13A的输出信号反转。

如上所述，在该实施方式中，使光耦合器10A工作的输入电流的阈值由连接于发光元件12A的前段的电流检测电路11A设定，不依赖于发光元件12A与受光元件13A之间的光-电流转换效率。因此，在绝缘电阻101P或者绝缘电阻101N没有异常未发生对地短路的情况下，不论何种原因致使在电流检测电路11A流过极小的输入电流，光耦合器10A的工作都由上述的阈值TH⁺、TH^-管理，因而只要输入电流不超过这些阈值，则光耦合器10A就不工作，而不用担心误判定为对地短路。

而且，在光耦合器10A检测到对地短路的情况下，与图13等现有技术同样，使用受光元件13A的输出信号来进行输出警报或者停止装置的运转等工作。

此外，如上所述，由于因正极侧直流母线PL和负极侧直流母线NL任一方对地短路而流过电流检测电路的电流方向改变，因此电流检测电路需要检测双向的电流。因此，优选图1所示的光耦合器10A的电流检测电路11A能检测双向的电流。此处，在使用仅检测单方向电流的光耦合器的情况下，通过将另一光耦合器(未图示)相对于上述光耦合器10A反方向地并列连接可以检测双向电流，能够检测正极侧直流母线PL和负极侧直流母线NL两方的对地短路。

接着，图3是表示本发明第二实施方式的电路图。在图3和图1中，对具有相同功能的部件赋予相同的参照符号。

在图3的第二实施方式中，10B为第二光耦合器，该光耦合器10B由电流检测电路11B、发光元件12B及受光元件13B构成。而且，出于方便将光耦合器10A称为第一光耦合器。

第一光耦合器10A的电流检测电路11A和第二光耦合器10B的电流检测电路11B串联连接于电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间。换言之，第一光耦合器10A和第二光耦合器10B串联连接于电阻器3a、3b彼此的连接点和接地点100之间。

在该第二实施方式中，将使第二光耦合器10B工作的输入电流的阈值设定为低于使第一光耦合器10A工作的输入电流的阈值。由此，例如在绝缘电阻101N的电阻值下降且电流从电阻器3a、3b彼此的连接点经由电流检测电路11A、11B向接地点100流动的情况下，能够在第一光耦合器10A工作以前使第二光耦合器10B工作。

因此，能够使第一光耦合器10A作为实际发生对地短路时进行发生警报及停止运转的警报输出电路发挥功能，使第二光耦合器10B作为绝缘电阻下降且告知存在对地短路的危险性的情况的预报输出电路发挥功能。

而且，也可以将串联连接于电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间的光耦合器的个数设为3个以上，使各自工作的输入电流的阈值稍有不同。

在该第二实施方式中，为了也能够进行正极侧直流母线PL和负极侧直流母线NL两方的对地短路检测，优选电流检测电路11A、11B(光耦合器10A、10B)能够检测两个方向的电流。但是，在使用仅能检测单方向电流的光耦合器的情况下，只要相对于各光耦合器10A、10B分别将同一结构的其它光耦合器(未图示)反方向地并联连接即可。

接着，图4是表示本发明第三实施方式的电路图。在该第三实施方式中，如图4所示，与光耦合器10C(相当于图3的光耦合器10B)并联连接有与该光耦合器10C相同构成的其它光耦合器10D。而且，11C、11D为电流检测电路，12C、12D为发光元件，13C、13D为受光元件。此处，可以使光耦合器10C、10D工作的输入电流的阈值相同。

该第三实施方式考虑到例如在第二实施方式(图3)中使光耦合器10B工作的输入电流的阈值过低而不能进行在所期望的绝缘电阻值的异常判定的情况。即，如图4所示，若将两个光耦合器10C、10D并联连接，则能够将在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间流动的电流分流到电流检测电路11C、11D而将其减小。由此，在电阻器3a、3b的连接点与接地点之间流动的电流变为一个光耦合器10C(或者10D)的阈值的2倍时，各光耦合器10C、10D的输出导通，因此能够与使用一个具有2倍阈值的光耦合器相同。

在该第三实施方式中，并联连接的光耦合器个数也可以是3个以上。并且，也可以相对于图4的光耦合器10A并联连接其它光耦合器。

接着，说明本发明的第四～第六实施方式。这些实施方式是将本发明用于构成电动汽车及混合动力汽车等的电力系统的非接地功率转换电路的交流输出侧的对地短路检测的情况，但是本发明也可以用于具有上述以外的用途的非接地功率转换电路的对地短路检测。

首先，图5是表示本发明第四实施方式的电路图，对与图1的第一实施方式相同的构成要素添加相同的参照符号而省略说明，下面以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在图5中，正极侧直流母线PL和负极侧直流母线NL分别连接于作为非接地功率转换电路的三相电压变换器20的直流输入端子。变换器20由IGBT等半导体开关元件21a～21f构成，其交流输出端子U、V、W经由交流输出线22U、22V、22W与交流电动机等负载2M连接。

变换器20的直流侧的电路构成与图1的第一实施方式相同，其具备电阻器3a、3b和光耦合器10A，光耦合器10A由可检测双向电流的电流检测电路11A、发光元件12A和受光元件13A构成。

而且，在图5中，101U、101V、101W为交流输出线22U、22V、22W与接地点100之间的绝缘电阻。

接着，说明该实施方式的工作。

目前，在变换器20通常的工作时，在开关元件21a、21b、21c、21d、21e、21f中任一个导通的情况下，若导通的相的交流输出线的绝缘电阻101U、101V或者101W下降且发生对地短路，则经由相应的绝缘电阻，在直流电源1-导通状态的开关元件-对应的绝缘电阻-接地点100-电流检测电路11A-电阻器3a或者3b这一路径流动对地短路电流。

因此，与第一实施方式同样，在对地短路电流变为电流检测电路11A的阈值(参照图2)以上时发光元件12A发光并从受光元件13A输出信号。若利用该输出信号，则能够输出指示对地短路的警报并停止变换器20的运转。

即，在变换器20通常的运转时，若从受光元件13A输出信号，则即使不能特定对地短路的相，也能够检测到在变换器20的交流输出侧发生了对地短路故障。

此外，在想要检测有无变换器20的交流输出侧的特定相的对地短路的情况下，只要依以下方式进行即可。

例如，在以U相为检测对象的情况下，只要如图6所示将变换器20的U相上臂的开关元件21a导通或者只要如图7所示将U相下臂的开关元件21b导通即可。各情况的对地短路电流的流通路径如图6、图7中虚线所示，不论何种情况，只要确认受光元件13A的输出信号，就能够检测因U相的绝缘电阻101U下降而导致的对地短路故障。

而且，虽然未图示，但是在以V相为检测对象的情况下，只要将变换器20的V相上臂的开关元件21c或者下臂的开关元件21d导通，并且在以W相为检测对象的情况下，只要将变换器20的W相上臂的开关元件21e或者下臂的开关元件21f导通，确认受光元件13A的输出信号即可。该情况下，有别于变换器20通常的运转模式，作为输出对地短路检测模式，将上述的U相用、V相用、W相用的开关模式存储于控制装置(未图示)，可以使用作为检测对象的特定相的输出对地短路检测模式开关变换器20。

在该第四实施方式中，也优选光耦合器10A的电流检测电路11A能够检测两个方向的电流。但是，在使用仅能检测单向电流的光耦合器的情况下，只要相对于光耦合器10A反方向地将同一构成的其它光耦合器(未图示)并联连接即可。

其次，图8是表示本发明第五实施方式的电路图。

该第五实施方式是将图3的第二实施方式适用于非接地功率转换电路的情况，变换器20的直流侧的电路构成与图3相同。此外，与第二实施方式相同，将使第二光耦合器10B工作的输入电流的阈值设定为低于使第一光耦合器10A工作的输入电流的阈值的值。

由于第五实施方式的工作能很容易地根据第二实施方式、第四实施方式进行类推，因而下面说明其工作的概要。

在图8中，关于第一光耦合器10A和第二光耦合器10B，若如上设定输入电流的阈值，则在变换器20的交流输出侧的绝缘电阻下降而有对地短路危险的情况下，通过在直流电源1-导通状态的开关元件-绝缘电阻-接地点100-电阻器3a或者3b这一路径流动的电流，能够使第二光耦合器10B作为对地短路的预报输出电路发挥功能。而且，在实际发生对地短路而第一光耦合器10A的阈值以上的电流在上述路径流动的情况下，可通过第一光耦合器10A进行警报发出和变换器20的运转停止。

在该第五实施方式中，也优选作为电流检测电路11A、11B能够检测两方向的电流。但是，在使用仅能检测单向电流的光耦合器的情况下，只要相对于各光耦合器10A、10B分别反方向地将同一构成的其它光耦合器(未图示)并联连接即可。

接着，图9是表示本发明第六实施方式的电路图。

该第六实施方式是将图4的第三实施方式适用于非接地功率转换电路的情况，变换器20的直流侧电路构成与图4相同。与第三实施方式相同，使光耦合器10C、10D进行工作的输入电流的阈值相等。此外，为了使光耦合器10C、10D作为预报输出电路进行工作，且使光耦合器10A作为警报输出电路进行工作，优选将分别使光耦合器10C、10D工作的输入电流的阈值的2倍以上的值设定为使光耦合器10A工作的输入电流的阈值。

由于第六实施方式的工作可容易地根据第三实施方式、第四实施方式等进行类推，因而下面说明工作的概要。

与第三实施方式相同，如图9所示，若将光耦合器10C、10D并联连接，则能够使在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点100之间流动的电流分流到电流检测电路11C、11D而减少。由此，因为在电阻器3a、3b彼此的连接点与接地点之间流动的电流变为光耦合器10C(或者10D)的阈值的2倍时使各光耦合器10C、10D的输出导通，因而与使用一个具有2倍的阈值的光耦合器的情况等效。

因此，即使在各光耦合器10C、10D的输入电流阈值低且不能分别单独进行在所期望的绝缘电阻值的异常判定(对地短路预报判定)的情况下，也能够如本实施方式通过将光耦合器10C、10D并联连接来进行异常判定。

在该第六实施方式中，并联连接的光耦合器个数可以是3个以上。此外，也可以在图9的光耦合器10A并联连接其它光耦合器。

产业上的可利用性

本发明不仅能够用于构成电动汽车和混合动力汽车等的电力系统的非接地直流电路或者非接地功率转换电路的对地短路检测，而且还能够用于各种用途的非接地电路的对地短路检测。

Claims (11)

1.一种非接地电路的对地短路检测电路，其检测作为非接地电路的直流电路的对地短路，所述直流电路在与直流电源的正极连接的正极侧直流母线和与所述直流电源的负极连接的负极侧直流母线之间连接有负载，所述对地短路检测电路的特征在于，具备：

一端连接于所述正极侧直流母线的第一电阻器；

一端连接于所述负极侧直流母线，且电阻值与第一电阻器相等的第二电阻器；

连接在第一电阻器和第二电阻器的另一端彼此的连接点与接地点之间的光耦合器，

所述光耦合器具有：

在所述连接点与所述接地点之间流动的电流超过规定的阈值时输出驱动信号的电流检测电路；

连接于所述电流检测电路的后段并由所述驱动信号启动的发光元件；和

由所述发光元件的输出光启动的受光元件，

从所述受光元件输出发生对地短路时的警报信号。

2.一种非接地电路的对地短路检测电路，其检测作为非接地电路的直流电路的对地短路，所述直流电路在与直流电源的正极连接的正极侧直流母线和与所述直流电源的负极连接的负极侧直流母线之间连接有负载，所述对地短路检测电路的特征在于，具备：

一端与所述正极侧直流母线连接的第一电阻器；

一端与所述负极侧直流母线连接，且电阻值与第一电阻器相等的第二电阻器；

串联连接在第一电阻器和第二电阻器的另一端彼此的连接点与接地点之间的多个光耦合器，

所述多个光耦合器分别具有：

在所述连接点与所述接地点之间流动的电流超过规定的阈值时输出驱动信号的电流检测电路；

连接于所述电流检测电路的后段并由所述驱动信号启动的发光元件；

由所述发光元件的输出光启动的受光元件，

将所述多个光耦合器内的閥值分别设定为不同的大小，并且，使一个光耦合器内的所述受光元件输出预先通报对地短路的危险性的预报信号，使阈值比该光耦合器大的其它光耦合器内的所述受光元件输出所述警报信号。

3.一种非接地电路的对地短路检测电路，其检测作为非接地电路的功率转换电路的交流输出侧的对地短路，所述功率转换电路将与直流电源的正极连接的正极侧直流母线和与所述直流电源的负极连接的负极侧直流母线连接于直流输入端子、并在交流输出端子连接有负载，所述对地短路检测电路的特征在于，具备：

一端与所述正极侧直流母线连接的第一电阻器；

一端与所述负极侧直流母线连接，且电阻值与第一电阻器相等的第二电阻器；

连接在第一电阻器和第二电阻器的另一端彼此的连接点与接地点之间的光耦合器，

所述光耦合器具有：

电流检测电路，其在构成所述功率转换电路的多个半导体开关元件之中的任一个导通时经由所述接地点在所述交流输出端子与所述连接点之间流动的电流超过规定的阈值时，输出驱动信号；

连接于所述电流检测电路的后段并由所述驱动信号启动的发光元件；

由所述发光元件的输出光启动的受光元件，

从所述受光元件输出发生对地短路时的警报信号。

4.一种非接地电路的对地短路检测电路，其检测作为非接地电路的功率转换电路的交流输出侧的对地短路，所述功率转换电路将与直流电源的正极连接的正极侧直流母线和与所述直流电源的负极连接的负极侧直流母线连接于直流输入端子、并在交流输出端子连接有负载，所述对地短路检测电路的特征在于，具备：

一端与所述正极侧直流母线连接的第一电阻器；

一端与所述负极侧直流母线连接，且电阻值与第一电阻器相等的第二电阻器；

串联连接在第一电阻器和第二电阻器的另一端彼此的连接点与接地点之间的多个光耦合器，

所述多个光耦合器分别具有：

电流检测电路，其在构成所述功率转换电路的多个半导体开关元件中的任一个导通时经由所述接地点在所述交流输出端子与所述连接点之间流动的电流超过规定的阈值时，输出驱动信号；

连接于所述电流检测电路的后段并由所述驱动信号启动的发光元件；

由所述发光元件的输出光启动的受光元件，

将所述多个光耦合器内的阈值分别设定为不同大小，并且，使一个光耦合器内的所述受光元件输出预先通报具有对地短路的危险性的预报信号，使阈值比该光耦合器大的其它光耦合器内的所述受光元件输出所述警报信号。

5.如权利要求3或4所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

为了检测所述功率转换电路的交流输出侧的特定相的对地短路，使所述半导体开关元件中所述特定相的上臂或者下臂的半导体开关元件导通。

6.如权利要求5所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

作为输出对地短路检测模式，具有使所述特定相的上臂或者下臂的半导体开关元件导通的开关模式。

7.如权利要求1或3所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

在所述光耦合器上并联连接具有与该光耦合器的阈值相等的阈值的其它光耦合器，将在所述连接点与所述接地点之间流动的电流分流到并联连接的各光耦合器内的所述电流检测电路。

8.如权利要求2或4所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

在串联连接于所述连接点与所述接地点之间的多个光耦合器中的任一光耦合器上并联连接具有与该光耦合器的阈值相等的阈值的其它光耦合器，将在所述连接点与所述接地点之间流动的电流分流到并联连接的各光耦合器内的所述电流检测电路。

9.如权利要求1～8中任一项所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

为了检测在所述连接点与所述接地点之间流动的两个方向的电流，将检测一个方向的电流的至少两个光耦合器互为反方向地并联连接。

10.如权利要求1～9中任一项所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

通过所述警报信号来停止所述非接地电路的运转。

11.如权利要求1～10中任一项所述的非接地电路的对地短路检测电路，其特征在于，

所述非接地电路构成搭载于汽车的电力系统。

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