CN103907028B - 接地连接检测 - Google Patents

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Abstract

描述了一种机构，其通过确定电压测量点与接地连接之间是否存在电位差来确定接地连接是否被正确地接地。第一电容器连接在接地连接与第一电力线之间，并且第一复制电容器(具有与第一电容器相同的电容量)连接在电压测量点与第一电力线之间。如果确定步骤确定不存在电位差，则确定接地连接未正确地接地。

Description

接地连接检测
技术领域
本发明涉及电力电子电路中是否缺少接地连接的检测。
背景技术
出于各种各样的目的，在电路中使用通地或接地连接。通地或接地连接提供了可供其他电位加以参照的电位。通地或接地连接还具有安全功能，例如防止静电聚积以及防止在绝缘失效的情况下人员被电击。此外，接地连接对于电路中的EMC滤波器的正确功能而言通常是必要的。
在电气工程的上下文中，术语“通地”和“接地”通常具有相同的含义。这些术语在本文中可互换使用。
在很多情况下，电路将起作用，而不管电路的通地或接地连接是否被正确地连接成接地/通地。然而，这些电路对于使用者而言潜在地是不安全的。可选择地，或另外地，这些电路可能更易于受损，例如由于闪电导致的供电干线上的瞬间过压等。
发明内容
本发明试图解决前文所述的技术问题中的至少一些技术问题。
本发明提供了一种电路，该电路包括：第一电容器，连接在第一电力线和接地连接之间；第一复制电容器，具有与所述第一电容器相同的电容量，其中第一复制电容器连接在第一电力线与测量点之间；和比较电路，用于确定测量点与接地连接之间是否存在电位差(或电势差)。
电位差的存在表明接地连接被可靠地连接成接地。不存在电位差表明接地连接未被连接成接地。
电路还可以包括：第二电容器，连接在第二电力线与接地连接之间；和第二复制电容器，具有与所述第二电容器相同的电容量，其中第二复制电容器连接在第二电力线与测量点之间。
电路还可以包括：附加阻抗，连接在第一电力线与接地连接之间；和复制附加阻抗，具有与所述附加阻抗相同的阻抗值，其中复制附加阻抗连接在第一电力线与测量点之间。附加阻抗可以是例如电容性的、电阻性的、电感性的或它们的组合。附加阻抗可以设置在第二供电轨与地面(替换地或也可以，附加阻抗设置在第一供电轨和地面)之间，且复制附加阻抗设置在第二供电轨与测量点之间。
第三电容器可以被设置成，连接在电路的一部分与接地连接之间。具有与所述第三电容器相同的电容量的第三复制电容器之后可以被设置在电路的所述部分与测量点之间。在本发明的一种形式中，第一电阻器与在电路的所述部分与接地连接之间的第三电容器串联耦接或连接，第一复制电阻器与在电路的所述部分与测量点之间的第三复制电容器串联耦接或连接。
第一阻抗可以连接在电路的一部分与接地连接之间，并且具有与所述第一阻抗相同的阻抗值的复制阻抗可以连接在电路的所述部分与测量点之间。第一阳抗可以是例如电容性的、电阻性的、电感性的或其组合。
显然，更多的电容器可以连接在每个供电轨和接地连接之间，并且这些电容器被复制。同样，更多的电容器可以连接在电路的不同部分之间，并且这些电容器被复制。还可以提供其他阻抗，并且这些阻抗被复制。
第一电力线或第二电力线可以是生活用供电轨。第一或第二供电轨可以是零线(neutral)供电轨。(例如，适用美国术语的)其他构造也是可行的。
第四电容器可以设置在第三电力线与接地连接之间。第四复制电容器可以连接在第三电力线与测量点之间。
本发明的电路可以例如是电磁兼容(EMC)滤波器。
比较电路可以是(或可以包括)差分放大器。例如，可以提供低通差分放大器。比较电路可以包括比较器。
本发明的电路另外可以提供用于指示接地连接是否被正确地接地的输出。
电容器可以典型地具有10nF数量级的电容量或电容值。注意，并不是所有的电容器都必须具有相同的电容量(当然，虽然每一个复制电容器应当具有与它所复制的电容器相同的电容值或电容量)。
本发明还提供了一种方法，包括：比较测量点与接地连接处的电压电位，其中第一电容器连接在接地连接与第一电力线之间，并且其中第一复制电容器连接在测量点与第一电力线之间，第一电容器和第一复制电容器具有相同的电容值或电容量；和提供用于指示测量点(通常为电压测量点)与接地连接之间是否存在电位差的信号。
存在电位差表明接地连接被可靠地连接成接地。不存在电位差表明接地连接未被连接成接地。因此，信号可用作指示接地连接是否接地的输出。
第二电容器可以连接在第二电力线和接地连接之间，并且具有与所述第二电容器相同的电容量的第二复制电容器可以连接在第二供电轨和(电压)测量点之间。
第一阻抗可以连接在电路的一部分与接地连接之间，具有与所述第一阻抗相同的阻抗值的复制阻抗可以连接在电路的所述部分与测量点之间。该阻抗可以采取电容的形式，但其他形式的阻抗(例如，电容、电阻和/或电感)也是可行的。在本发明的一种形式中，阻抗包括串联连接的电容和电阻。
附加阻抗可以连接在第一电力线与接地连接之间，并且具有与所述附加阻抗相同的阻抗值的复制附加阻抗可以连接在第一电力线与测量点之间。附加阻抗可以是电容性的、电阻性的、电感性的或其组合。额外的附加阻抗可以设置在第二供电轨和地面之间。
附图说明
现在将参照下面的示意图对本发明进行更详细的描述，其中：
图1是已知滤波器配置的电路图；
图2示出了根据本发明的一个方面的电路；
图3示出了根据本发明的一个方面的电路；
图4是与本发明一起使用的示例性的比较电路的电路图；
图5示出了图3的电路的操作的测试结果；
图6示出了根据本发明的一个方面的电路；以及
图7示出了图6的电路的操作的测试结果。
具体实施方式
将电容器用于(输电)干线滤波是公知的。干线滤波可能是需要的，用于例如确保电路满足电磁干扰(EMI)的要求。
图1示出了已知的滤波器配置，其由附图标记1整体地表示。滤波器1包括AC电压源2(例如干线电压源)和电路4。如图所示，AC电压源2具有第一终端和第二终端。第一电容器6连接在第一终端和接地(或通地)连接之间。第二电容器8连接在第二终端和接地/通地连接之间。滤波器电容器6和8用于以本领域公知的方式过滤干线噪声。
发明人已经认识到，现有的如图1所示的滤波配置可以被开发，用于确定接地连接是否被正确地连接成接地。
图2是根据本发明的一个方面的整体由附图标记10表示的示意性电路图。电路10包括如上所述的滤波器1的AC电压源2、电路4(为了与电路10区分，也可以成为电路单元4)、第一电容器6和第二电容器8。电路10另外包括第一复制电容器12、第二复制电容器14和比较电路16。
第一复制电容器12连接在AC电压源2的第一终端和比较电路16的第一终端之间。第二复制电容器14连接在AC电压源2的第二终端和比较电路16的第一终端之间。比较电路16的第二终端连接成通地(并因此连接至第一和第二电容器的第二终端)。
第一复制电容器12与第一电容器6相匹配。类似地，第二复制电容器14与第二电容器8相匹配。典型地，第一电容器6将具有可能约10nF数量级的电容量。如果是这样的话，那么第一复制电容器也将具有10nF数量级的电容量。第二电容器8和第二复制电容器可能也具有10nF数量级的电容量。当然，其他电容量的值也是可行的，并且第一和第二电容器6和8可能具有不同的电容量。
比较电路16用于确定比较电路的两个输入端之间是否存在电位差。
第一和第二复制电容器的第二终端能够例如响应来自电压源2或电路4的激励而改变电压。因此，比较装置16的第一输入端的电压将随时间而变化。
如果被正确地接地，则比较装置16的第二输入端将保持恒定(在接地电位)。因此，比较装置16的第一和第二输入端处的电位将会不同。然而，如果第一和第二电容器所连接到的接地连接未正确地接地，则比较电路16的第二输入端处的电位将以与比较电路的第一输入端的电位相同的方式自由地变化。由于第一和第二复制电容器与第一和第二电容器匹配，因此当缺少接地连接时，比较装置的第一输入端处的电位将以与比较装置的第二输入端的电位相同的方式变化。
这样，比较装置16的第一和第二输入端之间的电位差的存在表明接地连接被正确地接地，并且不存在电位差则表明接地连接未被正确地接地。
图3是根据本发明的另一方面的整体由附图标记20表示的电路图。电路20包括电路10中的电压源2、电路4、第一电容器6、第二电容器8、第一复制电容器12、第二复制电容器14和比较电路16。
电路20还包括第一电阻器22、第三电容器24、第一复制电阻器26和第三复制电容器28。第一电阻器22和第三电容器24串联连接于电路4和接地连接之间，并且可以被设置，例如用于过滤来自电路4的电磁噪声。
第一复制电阻器26和第三复制电容器28串联连接在电路4和比较电路16的第一终端之间。
第一复制电阻器26被选择成与第一电阻器22相匹配，并且第三复制电容器28被选择成与第三电容器24相匹配。因此，比较电路16的第一和第二输入端之间的电压差将仍然表示正确的接地连接，并且比较电路16的第一和第二输入端之间出现的相同的电压将仍然表示缺少接地连接。
比较电路16可以采取许多不同的形式。图4示出了示例性的比较电路16，但对于本领域技术人员来说许多替换方式是显而易见的。图4中所示的比较电路16包括运算放大器30(或某些其他差分放大器)、第一电阻器32、电容器34、第二电阻器36和第三电阻器38。
比较电路16的第一电阻器32和电容器34并联连接并且每一个具有连接到运算放大器30的反相输入端的第一终端和连接到运算放大器的输出端的第二终端。比较电路的第二电阻器36连接在接地连接(并因此连接到第一和第二电容器的第二终端)和运算放大器30的非反相输入端或正相输入端之间。比较电路的第三电阻器38连接在第一和第二复制电容器的第二终端与运算放大器的反相输入端之间。
电路16提供了简单的有源低通滤波器。电路16的输出端因此与输入端处的电压之间的差相关联，但高频成分被移除。
图5示出了由附图标记40整体上表示的图3的电路的操作的测试结果。所述显示示出两对输出波形，其中图的下部是图的上部的放大显示。
第一波形示出了比较电路16的两个输入端之间的电位差。第二波形示出了比较电路16的输出端处的电压。
最初，接地连接未接地。如上所述，在不具有已接地的接地连接的情况下，向比较电路的第一输入端提供电压的电路与向比较电路的第二输入端提供电压的电路相同。因此，在比较电路16的输入端之间应当没有电位差。
一段时间之后，接地连接被正确地接地。因此，比较电路的第二输入端被接地，但是第一输入端自由变化。这在图5中被示出，其中第一图线从大约为零的电压变为具有变化电压的电压，该电压具有与AC电压源2的频率相同的频率。
当缺少接地连接时(由于在比较装置16的输入端之间没有电位差)，比较电路16的输出端很低(0伏特)。当提供了接地连接时，比较电路的电压升高。测试结果40表明，可以确定接地连接是否存在。
上文中参照图3所描述的电路20(其测试结果在上文中参照图5被描述)使用欧洲式AC干线供电。图6示出了整体由附图标记50表示的电路，该电路具有配有美国式干线供电的类似电路。
电路50包括上文所述的电路20的电路4、第一、第二和第三电容器6，8和24、第一、第二和第三复制电容器12，14和28、第一电阻器22、第一复制电阻器26和比较电路16。电路50与电路20的区别在于，AC电源或功率源2被串联连接的第一AC电源52和第二AC电源54替代，其中这些AC电源的中点被连接成接地。电路50的两个AC电源被提供以模仿美国式干线供电或电源。
图7示出了整体由附图标记60表示的图6的电路的操作的测试结果。所述显示显示出两对输出波形，其中图的下部是图的上部的放大显示。
第一波形示出了比较电路16的两个输入端之间的电位差。第二波形示出了比较电路16的输出端处的电压。
最初，接地连接未接地。如上所述，在不具有已接地的接地连接的情况下，向比较电路的第一输入端提供电压的电路与向比较电路的第二输入端提供电压的电路相同。因此，在比较电路16的输入端之上没有电位差。当接地连接被接地时，比较电路的第二输入端被接地，但是第一输入端自由变化。这在图7中被显示，其中第一图线从大约为零的电压变为具有变化电压的电压，该电压具有与AC电压源52和54的频率相同的频率。
当缺少接地连接时，比较电路16的输出(端)很低(0伏特)。当提供了接地连接时，比较电路的电压升高。测试结果60表明，可以确定接地连接是否存在。
本发明的实施例已经被描述，其中设置在供电轨和地面之间的电容器已经被复制并且电路与地面之间的电容器和电阻器的串联连接已经被复制。供电轨与地面之间的或电路与地面之间的任意数目的电容连接可以根据本发明而被复制。此外，本发明不限于仅复制电容和电阻连接。供电轨与地面之间的或电路与地面之间的任何阻抗(诸如，电容性的、电阻性的和/或电感性的)都可以根据本发明的原理而被复制。
上文描述的本发明的实施例仅以举例的方式提供。本领域技术人员将认识到，可以在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改、变化和替换。本发明的权利要求意图覆盖落入本发明的实质和范围内的所有这样的修改、变化和替换。

Claims (17)

1.一种电路，包括：
第一电容器，连接在第一电力线和接地连接之间；
第一复制电容器，具有与所述第一电容器相同的电容量，其中第一复制电容器连接在第一电力线与测量点之间；和
比较电路，用于比较所述测量点和所述接地连接以便确定测量点与接地连接之间是否存在电位差。
2.根据权利要求1所述的电路，还包括：
第二电容器，连接在第二电力线与接地连接之间；和
第二复制电容器，具有与所述第二电容器相同的电容量，其中第二复制电容器连接在第二电力线与测量点之间。
3.根据权利要求1所述的电路，还包括：
附加阻抗，连接在第一电力线与接地连接之间；和
复制附加阻抗，具有与所述附加阻抗相同的阻抗值，其中复制附加阻抗连接在第一电力线与测量点之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路，还包括：
第三电容器，连接在电路单元的一部分与接地连接之间；和
第三复制电容器，具有与所述第三电容器相同的电容量，其中第三复制电容器连接在电路单元的所述部分与测量点之间。
5.根据权利要求4所述的电路，还包括：
与在电路单元的所述部分与接地连接之间的第三电容器串联耦接的第一电阻器，和与在电路单元的所述部分与测量点之间的第三复制电容器串联耦接的第一复制电阻器。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，其中，第一阻抗连接在电路单元的一部分与接地连接之间，具有与所述第一阻抗相同的阻抗值的复制阻抗连接在电路单元的所述部分与测量点之间。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，其中，电路是电磁兼容滤波器。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，其中，比较电路包括差分放大器。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，其中，比较电路包括比较器。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，还包括用于指示接地连接是否被正确地接地的输出。
11.一种方法，包括：
比较测量点与接地连接处的电压电位，其中第一电容器连接在接地连接与第一电力线之间，并且其中第一复制电容器连接在测量点与第一电力线之间，第一电容器和第一复制电容器具有相同的电容量；和
通过比较所述测量点和所述接地连接来提供用于指示测量点与接地连接之间是否存在电位差的信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述信号被用作指示接地连接是否被接地的输出。
13.根据权利要求11所述的方法，其中第二电容器连接在第二电力线和接地连接之间，并且具有与所述第二电容器相同的电容量的第二复制电容器连接在第二供电轨和测量点之间。
14.根据权利要求12所述的方法，其中第二电容器连接在第二电力线和接地连接之间，并且具有与所述第二电容器相同的电容量的第二复制电容器连接在第二供电轨和测量点之间。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中第一阻抗连接在电路单元的一部分与接地连接之间，具有与所述第一阻抗相同的阻抗值的复制阻抗连接在电路单元的所述部分与测量点之间。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中附加阻抗连接在第一电力线与接地连接之间，具有与所述附加阻抗相同的阻抗值的复制附加阻抗连接在第一电力线与测量点之间。
17.根据权利要求15所述的方法，其中附加阻抗连接在第一电力线与接地连接之间，具有与所述附加阻抗相同的阻抗值的复制附加阻抗连接在第一电力线与测量点之间。
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