CN103219707A - 一种车载逆变器的漏电保护电路及相应的车载逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载逆变器的漏电保护电路及相应的车载逆变器，该漏电保护电路包括：绝缘电阻检测电路、比较电路和输出延时电路，其中绝缘电阻检测电路与车载逆变器的交流输出端连接检测交流输出端的对地电阻，然后将绝缘电阻检测信号输出到比较电路，当绝缘电阻低于预设阈值时，比较电路输出绝缘不良信号给输出延时电路，当绝缘不良信号持续超过预设时间后，输出延时电路输出漏电保护信号给微控制器停止输出交流电压。本发明通过对交流输出端的对地绝缘电阻进行检测，并在低于预设阈值时输出漏电保护信号分别给升压微控制器和逆变微控制器停止输出交流电压，进而预防触电事故，或在发生触电事故时逆变器迅速停止输出，有效地保护人员安全。

Description

一种车载逆变器的漏电保护电路及相应的车载逆变器

技术领域

本发明涉及车载逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种车载逆变器的漏电保护电路及相应的车载逆变器。

背景技术

现有车载逆变器的模块框图如图1所示，包括直流滤波电路10、DC/DC升压电路20、DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40，以及用于产生PWM波控制DC/DC升压电路20的升压微控制器50及用于产生PWM波控制DC/AC逆变电路30的逆变微控制器60。直流输入后先经过直流滤波电路10以减少纹波电流和抑制电磁干扰，再经过DC/DC升压电路20将DC12V或DC24V变换到高压直流，然后经过DC/AC逆变电路30将高压直流转换成SPWM正弦波脉宽调制的方波，最后经过交流滤波电路40输出AC220V/50Hz或AC110V/60Hz的正弦波交流电压，如通过交流输出端AC1和AC2输出交流电压。

当车载逆变器只配置两孔插座时，即只允许II类电器设备接入使用，由于II类电器设备采用强化绝缘，使用是安全的。然而，为方便用户，车载逆变器需要配置三孔插座时，即允许I类电器设备接入使用，对于I类电器设备，除了交流电源线外，还另设有地线，且一般与电器设备的金属外壳连接，安规要求必须采用漏电保护装置来防止触电事故。因此，现有车载逆变器的主要缺点是没有漏电保护电路或装置，当采用三孔插座配置时缺乏输出交流电压的漏电保护，使用不安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有车载逆变器缺乏输出交流电压的漏电保护存在安全隐患的缺陷，提供一种车载逆变器的漏电保护电路相应的车载逆变器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车载逆变器的漏电保护电路，所述车载逆变器包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路和交流滤波电路，以及用于控制DC/DC升压电路的升压微控制器和用于控制DC/AC逆变电路的逆变微控制器；所述漏电保护电路包括：绝缘电阻检测电路、比较电路和输出延时电路；

所述绝缘电阻检测电路输入端与所述车载逆变器的交流输出端连接，输出端与所述比较电路输入端相连，将产生的绝缘电阻检测信号发送给所述比较电路；所述比较电路输出端与所述输出延时电路输入端连接，所述比较电路接收所述绝缘电阻检测信号，并在绝缘电阻低于预设阈值时产生的绝缘不良信号发送给所述输出延时电路；所述输出延时电路的输出端与所述升压微控制器连接，所述输出延时电路接收所述绝缘不良信号，当持续时间超过预设时间后产生的漏电保护信号发送给所述逆变微控制器停止交流电压输出。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述输出延时电路还与所述升压微控制器相连，将所述漏电保护信号发送给所述升压微控制器停止DC/DC升压变换。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述升压微控制器还连接有故障报警电路，接收所述漏电保护信号并输出故障报警信号。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述漏电保护电路还包括连接在所述绝缘电阻检测电路和比较电路之间的输入滤波电路。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述比较电路进一步包括：并联的峰值比较电路和平均值比较电路，所述峰值比较电路和平均值比较电路的输入端与所述输入滤波电路输出端相连，输出端接入输出延时电路，分别将峰值比较产生的绝缘不良信号和平均值比较产生的绝缘不良信号发送给所述输出延时电路。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述输入滤波电路包括第一运放U1A、电容C4和电阻R24，所述第一运放U1A的正向输入端与所述绝缘电阻检测电路的输出端相连，并通过电容C4接地；所述第一运放U1A的信号输出端与正向输入端短接，组成电压跟随器；所述第一运放U1A的信号输出端还通过电阻R24接地并作为输入滤波电路的输出端。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述峰值比较电路包括：第二运放U1B、电阻R17、电阻R10、电阻R19、电阻R20；所述第二运放U1B的正向输入端通过电阻R20连接至所述输入滤波电路的输出端，所述电阻R10和R19串联在工作电压和地之间进行分压，且所述电阻R10和R19之间的节点接入第二运放U1B的反向输入端；所述第二运放U1B的信号输出端通过电阻R17接地，并接入输出延时电路；

所述平均值比较电路包括：第三运放U1C、电阻R18、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电容C3；所述第三运放U1C的正向输入端通过电阻R23连接至所述输入滤波电路的输出端，并通过电容C3接地；所述电阻R21和R22串联在工作电压和地之间进行分压，且所述电阻R21和R22之间的节点接入第三运放U1C的反向输入端；所述第三运放U1C的信号输出端通过电阻R18接地，并接入输出延时电路。

在根据本发明所述的车载逆变器的漏电保护电路中，所述输出延时电路包括电容C2、第四运放U1D、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16。其中，所述峰值比较电路输出端通过电阻R15连接电容C2，平均值比较电路输出端通过电阻R16也连接电容C2的同一端，电容C2另一端接地，并接入所述第四运放U1D的正向输入端，所述电阻R13和电阻R14串联在工作电压与地之间进行分压，且所述电阻R13和电阻R14之间的节点接入第四运放U1D的反向输入端；所述第四运放U1D的信号输出端通过电阻R12接地，并作为所述输出延时电路的输出端。

本发明还提供了一种车载逆变器，包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路和交流滤波电路，以及用于控制DC/DC升压电路的升压微控制器和用于控制DC/AC逆变电路的逆变微控制器；所述车载逆变器还包括如上所述的车载逆变器的漏电保护电路。

实施本发明的车载逆变器的漏电保护电路及采用该漏电保护电路的车载逆变器，具有以下有益效果：本发明通过采用绝缘电阻检测电路对车载逆变器的交流输出端的绝缘电阻进行检测，并在低于预设阈值时产生绝缘不良信号，在该信号持续时间超过预设时间后输出漏电保护信号控制车载逆变器的逆变微控制器停止交流电压输出，进而在发生触电事故时迅速切断逆变器交流输出，使车载逆变器产品可以防止触电事故，有效地保护使用人员的安全。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有车载逆变器的模块框图；

图2为根据本发明的车载逆变器的漏电保护电路实施的车载逆变器的模块框图；

图3为图2的车载逆变器的漏电保护电路中绝缘电阻检测电路的原理图；

图4为图2的车载逆变器的漏电保护电路中其它电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明针对车载逆变器提供了一种漏电保护电路，以确保在发生触电事故时迅速切断车载逆变器的交流输出。

请参阅图2，为根据本发明的车载逆变器的漏电保护电路实施的车载逆变器的模块框图。如图2所示，本发明提供的车载逆变器的漏电保护电路70可以对车载逆变器进行漏电保护。该车载逆变器可以如图1所示包括直流滤波电路10、DC/DC升压电路20、DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40，以及用于控制DC/DC升压电路20的升压微控制器50和用于控制DC/AC逆变电路30的逆变微控制器60。本发明提供的车载逆变器的漏电保护电路70至少包括绝缘电阻检测电路71、比较电路72和输出延时电路73。

其中，绝缘电阻检测电路71输入端与车载逆变器的交流输出端AC1和AC2连接，检测交流输出端AC1、AC2对地的绝缘电阻，产生绝缘电阻检测信号。

比较电路72的输入端与绝缘电阻检测电路71的输出端连接，接收绝缘电阻检测电路71产生的绝缘电阻检测信号，并与预设阈值比较，在判断绝缘电阻小于预设阈值时认为绝缘电阻小于安全值，因此产生绝缘不良信号。具体地，通过判断绝缘电阻检测信号的电压来实现，绝缘电阻越小，产生的电压越大。因此，设定一个电压的限值，当绝缘电阻检测信号的电压高于该设定的电压限值则判断绝缘电阻小于安全值，产生表示绝缘不良的高电平信号。

输出延时电路73输入端与比较电路72的输出端连接，用于接收比较电路72产生的绝缘不良信号，并在该绝缘不良信号的持续时间超过预设时间时产生漏电保护信号，以防止误动作。延时电路73至少与车载逆变器的逆变微控制器60连接，将漏电保护信号发送给逆变微控制器60以停止输出PWM信号，因此DC/AC逆变电路30的工作被停止，车载逆变器的交流输出端AC1和AC2也将停止输出交流电压。这样，当车载逆变器的交流侧绝缘不良或发生触电事故时，车载逆变器可以迅速切断交流输出，从而保护用电人员的安全。

本发明中漏电保护电路70的输出延时电路73还可以同时将漏电保护信号发送给逆变微控制器60和升压微控制器50，逆变微控制器60收到漏电保护信号后立即停止DC/AC逆变，使交流输出快速停止。升压微控制器50收到漏电保护信号后也立即停止DC/DC升压变换，进而避免在停止输出交流电压时升压微控制器50还在工作，增加了安全性并减小了损耗。该升压微控制器50还可以进一步连接有故障报警电路，接收漏电保护信号并输出故障报警信号提醒用户。

本发明中漏电保护电路70还可以进一步包括连接在绝缘电阻检测电路71和比较电路72之间的输入滤波电路74，用于对绝缘电阻检测电路71采集的绝缘电阻检测信号进行滤波，消除干扰。

下面对本发明的车载逆变器的漏电保护电路的各个功能电路的电路原理进行具体介绍。请参阅图3和图4，分别为图2中绝缘电阻检测电路和其余电路的电路原理图。

如图3所示，绝缘电阻检测电路71与车载逆变器的交流输出端AC1和AC2连接。交流输出端AC1连接二极管D1的阳极，交流输出端AC2连接二极管D2的阳极，二极管D1和二极管D2的阴极连接在一起，并通过多个电阻，如电阻R1-电阻R7接车载逆变器的输入直流侧公共端。车载逆变器的直流侧是指直流滤波电路10和DC/DC升压电路20的原边部分，交流侧是指DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40。电阻R1和电阻R2两端并联稳压管ZD1。电阻R1和电阻R2之间的节点电压VIR即为输出绝缘电阻检测信号。交流输出端AC1的对地的绝缘电阻用R8表示，交流输出端AC2的对地的绝缘电阻用R9表示。当交流侧对地绝缘不良或发生触电事故时，电阻R8与电阻R9的阻值或单独或同时降低，流过电阻R1-R7的电流增大，绝缘电阻检测信号VIR的电压值增大。

本发明的车载逆变器实例中二极管D1和二极管D2采用击穿电压为400V的瞬态电压抑制二极管，不仅可以抑制干扰电压，而且可以经受产品生产时的耐压测试。如果二极管D1和二极管D2采用普通二极管，绝缘监测保护电路也具有同样功能，但需要选用高电压的二极管，产品才能做耐压测试。

如图4所示，输入滤波电路74包括第一运放U1A、电容C4、电阻R11和电阻R24，第一运放U1A的正向输入端通过电阻R11与绝缘电阻检测电路71的输出端相连，并通过电容C4接地。第一运放U1A的信号输出端通过电阻R24接地，并且输出端与正向输入端短接，组成电压跟随器，作为输入滤波电路74的输出端。绝缘电阻检测信号经过电阻R11、电容C4进行滤波，并通过第一运放U1A进行滤波后输出给比较电路72。

比较电路72进一步包括并联的峰值比较电路721和平均值比较电路722。滤波电路74输出的绝缘电阻检测信号分为两路，分别提供给峰值比较电路721和平均值比较电路722。峰值比较电路721对绝缘电阻检测信号进行比较，当判断绝缘电阻检测信号的峰值高于设定的峰值阈值电压时，产生绝缘不良信号输出给输出延时电路73。同样，平均值比较电路722对绝缘电阻检测信号进行平均值比较，当判断绝缘电阻检测信号的平均值高于设定的平均值阈值电压时，产生绝缘不良信号输出给输出延时电路73。

具体地，峰值比较电路721包括第二运放U1B、电阻R17、电阻R10、电阻R19和电阻R20。电阻R10和R19串联在工作电压如5V和地之间进行分压，且所述电阻R10和R19之间的节点接入第二运放U1B的反向输入端作为比较的峰值阈值电压。第二运放U1B的正向输入端通过电阻R20连接至滤波放大电路74的输出端，第二运放U1B的信号输出端通过电阻R17接地。当第二运放U1B的正向输入端电压高于反向输入端电压时，第二运放U1B的信号输出端输出高电平的绝缘不良信号给输出延时电路73。

平均值比较电路722包括第三运放U1C、电阻R18、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电容C3。电阻R21和R22串联在工作电压如5V和地之间进行分压，且所述电阻R21和R22之间的节点接入第三运放U1C的反向输入端作为比较的平均值阈值电压。第三运放U1C的正向输入端通过电阻R23连接至滤波放大电路74的输出端，且第三运放U1C的正向输入端还通过电容C3接地，第三运放U1C的信号输出端通过电阻R18接地。滤波后的绝缘电阻检测信号经过电阻R23对电容C3进行充电，以将绝缘电阻检测信号的平均值输出给第三运放U1C的正向输入端，当其电压高于反向输入端电压时，第三运放U1C的信号输出端输出高电平的绝缘不良信号给输出延时电路73。

车载逆变器的交流输出端AC1和AC2中可能只有其中一路，也可能两路同时出现对地绝缘不良。当只有一路如AC1出现对地绝缘不良绝缘电阻R8阻值下降时，另外一路如AC2对地绝缘良好绝缘电阻R9阻值仍为无穷大时，AC2通过二极管D2、电阻R1～R7和电阻R8，再到AC1形成回路，产生回路电流；由于电阻R9开路，AC1不能通过二极管D1、电阻R1～R7和电阻R9，再到AC2形成回路，没有回路电流，此时绝缘电阻检测信号VIR为正弦波半波整流波形。当AC1和AC2两路同时出现对地绝缘不良绝缘电阻R8和R9阻值下降时，AC1通过二极管D1、电阻R1～R7，AC1还通过电阻R8，再经电阻R9，再到AC2形成回路，产生回路电流，而AC2通过二极管D2、电阻R1～R7，AC2还通过电阻R9，再经电阻R8，再到AC1形成回路，产生回路电流，此时绝缘电阻检测信号VIR为正弦波全波整流波形。当AC1和AC2两路同时出现对地绝缘不良，即使绝缘电阻阻值与只有一路出现对地绝缘不良时相同，由于并联分流的影响，使绝缘电阻检测信号VIR幅值大大降低，不能达到峰值比较电路721设定的阈值电压而产生绝缘不良的高电平信号，但此时绝缘电阻检测信号VIR为正弦波全波整流波形，平均值比较电路722能够有效地检测到并输出绝缘不良信号。由此可见，无论车载逆变器发生一路或者两路故障，由峰值比较电路721和平均值比较电路722构成的比较电路72都能有效地检测到绝缘电阻小于预设绝缘电阻阈值。

输出延时电路73包括电容C2、第四运放U1D、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16。峰值比较电路输出端通过电阻R15连接电容C2，平均值比较电路输出端通过电阻R16也连接电容C2的同一端，电容C2另一端接地，并接入所述第四运放U1D的正向输入端，电阻R13和电阻R14串联在工作电压如5V与地之间进行分压，且所述电阻R13和电阻R14之间的节点接入第四运放U1D的反向输入端作为参考电压。因此，峰值比较电路721和平均值比较电路722输出的表示绝缘不良的高电平信号都将对电容C2进行充电，当电容C2上的电压值即接入第四运放U1D的正向输入端的电压值增大到高于反向输入端的参考电压时，第四运放U1D的信号输出端将产生高电平的漏电保护信号输出，因此，只有绝缘不良持续达到一定时间才将漏电保护信号同时输出给升压微控制器50和逆变微控制器60，从而防止漏电保护误动作。

本发明还相应提供了一种车载逆变器，其包括如图1所示的直流滤波电路10、DC/DC升压电路20、DC/AC逆变电路30和交流滤波电路40，以及用于控制DC/DC升压电路20的升压微控制器50和用于控制DC/AC逆变电路30的逆变微控制器60。本发明提供的车载逆变器还包括如上所示的车载逆变器的漏电保护电路，如图2中所示的漏电保护电路70。

综上所示，本发明提供了一种车载逆变器的绝缘监测及漏电保护电路，通过采用绝缘电阻检测电路对车载逆变器的交流输出端的绝缘电阻进行检测，并在低于预设阈值时产生绝缘不良信号，在该信号持续超过预设时间后输出漏电保护信号控制车载逆变器的逆变微控制器停止DC/AC逆变，在出现输出交流电压对地绝缘不良时迅速切断逆变器交流输出。本发明技术方案使车载逆变器产品完全符合相关的安规要求，当用户使用的产品出现对地绝缘不良时逆变器停止工作预防触电事故，而一旦发生触电事故时逆变器迅速停止输出从而有效地保护使用人员的安全。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (9)

1.一种车载逆变器的漏电保护电路，所述车载逆变器包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路和交流滤波电路，以及用于控制DC/DC升压电路的升压微控制器和用于控制DC/AC逆变电路的逆变微控制器；其特征在于，所述漏电保护电路包括：绝缘电阻检测电路、比较电路和输出延时电路；

所述绝缘电阻检测电路输入端与所述车载逆变器的交流输出端连接，输出端与所述比较电路输入端相连，将产生的绝缘电阻检测信号发送给所述比较电路；

所述比较电路输出端与所述输出延时电路输入端连接，所述比较电路接收所述绝缘电阻检测信号，并将在绝缘电阻低于预设阈值时产生的绝缘不良信号发送给所述输出延时电路；

所述输出延时电路的输出端与所述升压微控制器连接，所述输出延时电路接收所述绝缘不良信号，并将持续时间超过预设时间后产生的漏电保护信号发送给所述逆变微控制器，停止交流输出升压。

2.根据权利要求1所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述输出延时电路还与所述升压微控制器相连，将所述漏电保护信号发送给所述升压微控制器停止DC/DC升压变换。

3.根据权利要求2所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述升压微控制器还连接有故障报警电路，接收所述漏电保护信号并输出故障报警信号。

4.根据权利要求1所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电保护电路还包括连接在所述绝缘电阻检测电路和比较电路之间的输入滤波电路。

5.根据权利要求4所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述比较电路进一步包括：

并联的峰值比较电路和平均值比较电路，所述峰值比较电路和平均值比较电路的输入端与所述输入滤波电路输出端相连，输出端接入输出延时电路，分别将峰值比较产生的绝缘不良信号和平均值比较产生的绝缘不良信号发送给所述输出延时电路。

6.根据权利要求5所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述输入滤波电路包括第一运放U1A、电容C4和电阻R24，所述第一运放U1A的正向输入端与所述绝缘电阻检测电路的输出端相连，并通过电容C4接地；所述第一运放U1A的信号输出端与正向输入端短接，组成电压跟随器；所述第一运放U1A的信号输出端还通过电阻R24接地并作为输入滤波电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于：

所述峰值比较电路包括：第二运放U1B、电阻R17、电阻R10、电阻R19、电阻R20；所述第二运放U1B的正向输入端通过电阻R20连接至所述输入滤波电路的输出端，所述电阻R10和R19串联在工作电压和地之间进行分压，且所述电阻R10和R19之间的节点接入第二运放U1B的反向输入端；所述第二运放U1B的信号输出端通过电阻R17接地，并接入输出延时电路；

所述平均值比较电路包括：第三运放U1C、电阻R18、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电容C3；所述第三运放U1C的正向输入端通过电阻R23连接至所述输入滤波电路的输出端，并通过电容C3接地；所述电阻R21和R22串联在工作电压和地之间进行分压，且所述电阻R21和R22之间的节点接入第三运放U1C的反向输入端；所述第三运放U1C的信号输出端通过电阻R18接地，并接入输出延时电路。

8.根据权利要求7所述的车载逆变器的漏电保护电路，其特征在于，所述输出延时电路包括电容C2、第四运放U1D、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16；

其中，所述峰值比较电路输出端通过电阻R15连接电容C2，平均值比较电路输出端通过电阻R16也连接电容C2的同一端，电容C2另一端接地，并接入所述第四运放U1D的正向输入端，所述电阻R13和电阻R14串联在工作电压与地之间进行分压，且所述电阻R13和电阻R14之间的节点接入第四运放U1D的反向输入端；所述第四运放U1D的信号输出端通过电阻R12接地，并作为所述输出延时电路的输出端。

9.一种车载逆变器，包括直流滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路和交流滤波电路，以及用于控制DC/DC升压电路的升压微控制器和用于控制DC/AC逆变电路的逆变微控制器；其特征在于，所述车载逆变器还包括权利要求1-8中任意一项所述的车载逆变器的漏电保护电路。

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