CN104071023B - 用于检测isc输出和/或高压总线的故障的低成本电路 - Google Patents

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Abstract

一种低成本的故障检测和保护方法和实施例电路，可检测逆变器系统控制(ISC)电路输出和底盘、电机绕组和底盘、以及直流总线和底盘之间的短路故障。一种故障保护单元(FPU)，可监测关于直流总线的底盘电压，以检测短路故障的存在和提供指示是否检测到故障的状态输出。举例来说，FPU可包括窗口检测器和信号发送器。FPU可提供状态输出给配置为当存在任何上述故障时停止ISC运行的ISC控制器，从而避免损坏包含在ISC电路中的装置。

Description

用于检测ISC输出和/或高压总线的故障的低成本电路
技术领域
本发明大体上涉及故障检测电路，尤其涉及用于车辆电力驱动系统的故障检测电路。
背景技术
电动车辆，通过使用电力驱动系统辅助或代替内燃机，可减少化石燃料的消耗和大气排放。通常，电力驱动系统包含能量源、能量转换系统和由能量转换系统供电并配置为驱动负载的电机。典型地，能量源以能量存储装置的形式存在，例如，高电压电池。通常，能量转换系统包括配置为接收来自电池的直流电压和提供交流相电流给电机的逆变器系统控制(ISC)，该电机例如为，配置为驱动电动车辆的车轮组的电动机。
ISC可通过高压直流正轨和负轨连接至高压电池，并且可通过将其直接安装至车辆底盘而接地。在很多配置中，ISC可包括Y电容器，以提高 ISC的抗干扰性和稳定电压波动，这些情况可在正常的ISC运行过程中发生。然而，故障和不规则变化的发生可导致在直流轨出现大的不稳定的电压摆动。例如，ISC输出电缆隔离可能会变得泄露或发电机和／或电动机绕组隔离可能会发生故障。可选择地，在检测或维修过程中，ISC输出或直流轨可能会被不小心短接至底盘。在上述任何情况下，关于直流轨的底盘电压能够快速而显著地改变，产生大的共模电流。如果不尽快解决，该共模电流可损坏ISC控制装置和其它直接耦接至直流总线的模块。
发明内容
本发明提出一种用于故障检测和保护的有效且经济的电路。示例性的电路可包括：能量存储装置(ESD)；具有正直流(DC)总线和耦接至ESD 的负直流总线的逆变器系统控制(ISC)电路；和配置为监测关于一个直流总线的底盘电压的故障保护单元(FPU)。在一个示例性实施例中，ISC 电路可耦接至底盘和至少一个电机，例如，电动机或发电机。FPU可配置为使用关于直流总线的底盘电压来检查存在的接地故障，并且可配置为提供指示是否检测到接地故障的输出。例如，当关于直流总线的底盘电压落入预先确定的典型的正常运行的范围内时，FPU可提供指示未检测到故障的“无故障”状态信号。相反地，当电位差在预先确定的的范围之外时，FPU 可提供指示存在故障的故障信号。在一个示例性的实施例中，FPU可耦接至ISC控制器，该ISC控制器配置为当检测到接地故障时暂停ISC运行，以避免损坏组件，例如，ISC电力电子装置、ISC控制器局域网(CAN) 控制器、或其它的装置。本发明的系统或电路可配置为检测底盘和ISC输出之间、底盘和直流轨之间、或底盘和电机绕组之间的接地故障。
示例性的FPU可包含配置为监测关于直流总线的底盘电压和使用该电压确定是否存在接地故障的故障检测模块(FDM)。此外，FPU也可配置为提供指示是否存在接地故障的输出。在一个示例性的实施例中，FPU 可配置为确定关于直流总线的底盘电压是否落入预先确定的范围内。举例来说，FDM可包含窗口检测器(window detector)，其包括配置为将输入与第一基准电压进行比较的第一比较器，和配置为将输入与第二基准电压进行比较的第二比较器。在一个示例性的实施例中，第一和第二基准电压可代表定义预先确定的范围的下限和上限。在预先确定的范围之外的输入信号可指示接地故障，而在预先确定的范围内的输入电压可指示正常运行。在一个示例性的实施例中，FPU可包括配置为接收FDM输出和提供状态输出的状态输出模块(SOM)。举例来说，SOM可包含信号发送器，例如，光耦合器或其它的配置为提供其输入和输出之间的电隔离的装置，例如，隔离信号变压器。FPU可配置为提供指示正常运行或存在故障的输出。
本发明的方法可包括监测关于直流总线轨的底盘电压，利用所述底盘电压确定是否存在故障，和提供指示是否存在接地故障的状态输出。在一个示例性的方法中，利用关于直流总线的底盘电压确定是否存在故障可包含确定关于直流总线的底盘电压是否在预先确定的范围内。举例来说，一种方法可包括提供状态输出给ISC控制器，该ISC控制器配置为当检测到故障时停止ISC运行，以便避免损坏电路或系统组件。
附图说明
图1示出了一个配置为提供接地故障检测和保护的示例性系统。
图2示出了一个配置为提供接地故障检测和保护的示例性系统。
图3示出了一个用于提供故障检测和保护的示例性电路。
图4示出了用于故障检测和保护的示例性方法的流程图。
图5示出了一个当下部的ISC开关导通时FPU可检测ISC输出故障的示例性电路。
图6示出了一个当上部的ISC开关导通时FPU可检测ISC输出故障的示例性电路。
图7示出了一个FPU可检测正直流总线故障的示例性电路。
图8示出了一个FPU可检测负直流总线故障的示例性电路。
具体实施方式
根据需要，本发明的示例性实施例在此公开。各种实施例旨在作为实施本发明的各种方式的非限制性实例，并且可以理解的是，本发明可以以可选的方式体现。本发明将在下文中参照附图被更充分地描述，其中，相同的附图标记在几个附图中表示相同的元件，并且在其中示出了示例性的实施例。这些附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被放大或缩小以显示特定元件的细节，而相关的元件可能已经被除去，以避免遮挡新颖的部分。在此公开的特定结构和功能性细节不应被解释为限制性的，但是仅作为权利要求的基础，和作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。例如，尽管示例性实施例是在车辆的背景下讨论的，但是应该理解的是，本发明不必限于该特定的安排。而且，描述为由单个模块执行的控制功能，可以在某些情况下分布在多个模块之间。此外，具有以特定顺序描述的活动的方法在不背离附加的权利要求的范围的情况下可以以可选的顺序执行。
通常，用于电动车辆的电力驱动动力系统被设计具有直流总线隔离和针对组件的公共节点噪声防护。然而，针对ISC输出和电机绕组，操作员和／或技术人员的失误、系统组件损坏、或隔离／绝缘的退化可导致接地故障，例如，与车辆底盘之间的短路。与直流总线耦接或通过底盘接地的组件可被这种故障显著损坏。因此，提供一种快速、有效和经济的用于接地故障检测和保护的系统。
根据附图，其中，相同的附图标记始终指代相同的元件，图1示出了系统10包括耦接至由ISC控制器6控制的逆变器系统控制(ISC)4的能量存储装置(ESD)2。ISC4可耦接至至少一个电机，例如，电机(EM) 8，并且其配置为在EM8和ESD2之间传递能量。在一个示例性的实施例中，ISC4可耦接至底盘12，例如，ISC4可安装至电动车辆的底盘。耦接至ISC4和车辆的底盘12的故障保护单元(FPU)14，可配置为提供状态输出给控制器16。例如，当检测到接地故障时，FPU14可提供故障信号。在一个示例性的实施例中，ISC控制器6可配置为响应于接收来自 FPU14的故障信号而停止ISC4的运行。
图2示出了一个示例性的用于故障检测和保护的系统20。在系统20 中，ISC4耦接至EM8和第二电机EM9。在一个示例性的实施例中，EM 8、9的每个可体现为永磁同步电动机(PMSM)中，其可配置作为电动机和／或发电机运行。举例来说，EM8可配置作为电动机运行，以驱动电动车辆的轮组(未示出)，并且EM9可配置作为发电机运行。ISC4可配置为使用ESD2提供的直流电压来提供交流相电流给EM8，并且可将接收自EM9的交流电流转换为直流电能，以给ESD2充电。举例来说，ESD 2能够以电动车辆用高压牵引蓄电池的方式存在，例如，300V锂离子电池或镍氢电池。虽然这里以使用高压电池的系统进行论述，但是可以预期的是其它类型的能量存储装置可代替电池使用，例如，但不限于，电容器、电容器组、或其它电力源。
举例来说，ISC4可包括稳定部分16、可变电压转换器(VVC)部分 18，第一逆变器22和第二逆变器23。在一个示例性的实施例中，稳定部分16可配置在正直流总线24和负直流总线25之间，并且可耦接至底盘 22，在示例性的系统中，该底盘可体现为电动车辆的底盘。稳定部分16 可配置为稳定一些电压波动和提高ISC4的抗干扰性。
VVC部分18可配置为升压和降压运行。例如，VVC部分18可配置为升高ESD2的电压以提供较高的电压给第一逆变器22，其可配置为提供交流相电流给EM8。此外，VVC部分18可配置为降低由逆变器23提供的较高的电压，以提供较低的充电电压给ESD2。
FPU4可配置为监测关于直流总线的底盘电压(VCH-DC)和提供指示是否检测到接地故障的状态输出。在一个示例性的系统20中，FPU14耦接至底盘12和负直流总线25，并且配置为监测二者之间的电压差。举例来说，FPU14可包含配置为监测VCH-DC和使用VCH-DC检查接地故障的存在的故障检测模块(FDM)26。在一个示例性的实施例中，FDM26可配置为确定在正常运行的条件下VCH-DC是否具有通常预期的值。VCH-DC的值明显区别于预期值或VCH-DC的变化大于典型的电压波动，可指示接地故障的存在。通过实施例的方式，FDM26可配置为将VCH-DC与至少一个基准电压值进行比较，以确定是否存在故障。根据电路的配置，VCH-DC相对于基准电压的关系可指示故障条件。举例来说，但不限于，可将VCH-DC与定义正常或非故障运行范围的上限的上基准值，和／或定义正常或非故障运行范围的下限的下基准值进行比较。在这种类型的配置中，VCH-DC超出上基准值或低于下基准值可指示存在接地故障。换言之，故障检测可通过检测 VCH-DC是在预先确定的范围之外来执行。FDM26可包含硬件、软件、固件、或它们的组合体，以有效地实施其故障检测功能。
如示例性的系统20中所示，FPU14也可包含配置为提供指示是否检测到接地故障的状态输出的状态输出模块(SOM)28。例如，SOM可配置为当检测到故障时提供故障信号，和当未检测到故障时提供“无故障”或“正常运行”的信号。在进一步的实施例中，SOM可配置为当FDM26 检测到故障时提供故障信号，和当在系统20中未检测到短路而正常运行时无输出。SOM28可配置为提供输出给ISC控制器6，ISC控制器6可配置为当FDM26检测到接地故障时停止ISC14的运行。
图3示出了用于实施本发明的示例性的电路30。电路30包括耦接至 ISC电路34的ESD32，其进而耦接至第一EM36和第二EM37。ISC电路34还耦接至配置为控制ISC电路34运行的ISC控制器38。故障保护单元(FPU)40耦接至ISC电路34。FPU40配置为确定是否存在接地故障，和提供指示确定结果的状态输出。FPU40可配置为提供状态输出给 ISC控制器38，其可配置为响应于接收到来自FPU40的故障信号而停止 ISC电路34的运行。
举例来说，但不限于，ESD32可体现为电动车辆的高压电池。ISC电路34可包括Y电容器支路42、VVC44、第一逆变器46和第二逆变器47。可包含串联安置的电容器C1和C2的Y电容器支路42，可配置在正直流总线48和负直流总线49之间，并且可配置为经由ISC电路34与底盘50 通过节点41的连接来为ISC电路34提供一定程度的电压稳定度和噪声抑制。在一个示例性的实施例中，底盘50可体现为电动车辆的底盘，并且 ISC电路34可安装在其上。
可配置为升压和降压运行的VVC44，可包含输入电容器CIN、感应器 L、第一开关装置S1和第二开关装置S2。输入电容器CIN可配置在正直流总线48和负直流总线49之间和耦接于其上。感应器L可配置在正直流总线48上并且在节点51处耦接至开关S1和S2。举例来说，但不限于，开关装置S1和S2可包含金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等等。
连接电容器CL可配置在VVC44和逆变器46和47之间。在一个示例性的实施例中，逆变器46可从VVC44接收直流电压，并且，通过开关Q1-Q6的受控操作，提供交流相电流给EM36，其可以为配置为驱动负载的电动机的形式。在一个示例性的实施例中，EM36配置为驱动电动车辆的轮组(未示出)。在一个示例性的实施例中，EM37配置为作为提供交流电流给逆变器47的发电机运行。逆变器47的开关Q7-Q12可被单独控制以将从EM37接收到的交流电流转换为可提供给VVC44的直流电压。在一个示例性的实施例中，开关Q1-Q12是电力电子装置，例如， MOSFET、IGBT、或其它合适的装置，并且可由ISC控制器38独立驱动。举例来说，脉冲宽度调制可用于独立地开启和关闭开关Q1-Q12，以实施逆变器46和47有效运行的各种工作循环。
在节点53处耦接至底盘50和在节点55处耦接至ISC电路34的FPU 40，可包括FDM52和SOM54。FDM52配置为监测关于直流总线——在这种情况下为关于负直流总线49——的底盘50的电压(VCH-DC)，并且使用VCH-DC以确定是否存在接地故障。SOM54可配置为提供指示确定的结果的输出。举例来说，但不限于，SOM54可以在检测到接地故障时提供故障信号，和在未检测到接地故障时提供无故障信号。
在示例性的电路40中，FDM52包含配置为检测关于直流总线49的底盘电压(VCH-DC)的大的变化的窗口检测器56。该窗口检测器56通过确定输入电压VIN是否落入预先确定的范围内可实现此目标。举例来说，窗口检测器56可包含配置为将输入电压VIN与第一基准电压VR1比较的第一比较器60，并且进一步包含配置为将输入电压VIN与第二基准电压VR2比较的第二比较器62。在一个示例性的实施例中，窗口检测器56在VR1< VIN<VR2时可配置为检测。因此，窗口检测器56可检测VCH-DC的大的变化，该结果可在底盘50短路时发生，并导致VCH-DC落在预先确定的范围之外。在示例性的电路中，比较器60可配置为在VIN高于VR1时提供高输出，和可配置为在VIN低于VR1时提供低输出。第二比较器62可配置为在 VIN低于VR2时提供高输出，和可配置为在VIN高于VR2时提供低输出。因此，窗口检测器56的输出，即，在节点64的电压，其当VIN在以VR1和 VR2为界的预先确定的范围内时可以是高的，并且当VIN在以VR1和VR2为界的预先确定的范围外时可以是低的。
在一个示例性的实施例中，VIN包含关于负直流总线49的底盘50的电压，即，VCH-DC。如图3所示，FPU40可包括配置为使直流总线电位衰减以提供较低的电压输入给窗口检测器56的分压器部分58。分压器部分可由于实用和安全的原因而被包括。分压器部分58可包含与电阻器R2串联的电阻器R1。配置在R1和R2之间的节点59的电压，可提供给窗口检测器56输入电压VIN。应该指出，为了本发明的目的，关于直流总线的底盘电压VCH-DC可指代底盘电位和实际的直流总线电位之差，并且也可指代关于由分压器电路衰减的直流总线电位的底盘电位。基准电压VR1、VR2可被指定为特定电路配置所必需的电压，以能够确定关于直流总线电压的底盘电压是否落入或超出电压的预先确定的范围，这可有效地指示是否存在接地故障条件。在正常运行条件下，底盘和负直流总线之间的电位差一般为牵引蓄电池电压的1/2。此外，FDM52可配置为确定VCH-DC是否落入高于和低于ESD32的电压(VESD)的1/2的值的预先确定的范围内。底盘的接地故障可导致VCH-DC经历1/2VESD左右的电压摆动。此外，在一个示例性的实施例中，VR1可设置为1/4VESD，并且VR2可设置为3/4VESD，以使窗口检测器56能够检测指示底盘50短路的电压的大的摆动。在一个示例性的实施例中，FPU40可配置为检测10微秒内或小于典型的逆变器开关周期的一半的接地故障。
在一个示例性的实施例中，SOM54可包含信号发送器，其例如可体现为配置用于其输入和输出之间的电隔离的信号发送器。在一个示例性的实施例中，SOM54体现为包含光耦合器66的信号发送器，该光耦合器 66通过电阻器R3耦接至电压源V3和通过电阻器R4耦接至电压源V4。可设置电压源V3和V4，以便其彼此隔离且不共享公共接地。光耦合器66 可包含LED二极管D，其在窗口检测器56高时不导通。因此，在一个示例性的电路中，状态输出(SO)信号可在窗口检测器56输出高时较高。如果窗口检测器56输出在正常运行时较高，之后高的SO可指示未检测到接地故障。在这种配置中，在节点64的低电压将指示VCH-DC不在正常运行的特性的预先确定的范围内，并且LED二极管D将导通。这将导致SOM 54输出SO较低，提供指示存在接地故障的故障信号。
在一个示例性的实施例中，SO输出可被提供给ISC控制器38。ISC 控制器38可配置为响应于接收到来自于FPU40的故障信号而停止ISC电路34的运行。此外，在一个示例性的实施例中，ISC控制器38可配置为提供故障信号给车辆控制系统(VCS)，该车辆控制系统(VCS)配置为开启使ESD32耦接至ISC34的接触器(未示出)，以避免进一步使直流轨48、49通电。
图4示出了用于检测接地故障的一个示例性的方法80。在框82，可监测关于直流总线的底盘电压。例如，参照图3，FDM50可通过其与负直流总线49在节点55处的连接而接收直流总线电压输入，以及通过其与底盘50在节点53处的连接而接收底盘电压输入。在节点59处的电压可提供关于直流总线49的底盘50的电位(VCH-DC)。
在框84，关于直流总线的底盘电压可用于确定是否存在接地故障。该确定可以以各种方式实施，如本领域技术人员所想到的。举例来说，参照图3，可在窗口检测器56接收到VCH-DC，该窗口检测器56配置为将其与电压基准VR1和VR2进行比较。当VCH-DC落入由VR1和VR2限定的范围内时，来自窗口检测器56的高输出指示无故障存在。然而，如果VCH-DC未落入由VR1和VR2限定的范围内，来自窗口检测器56的低输出指示接地故障的检测。方法80可进行至框86，在此，可提供指示是否检测到故障的状态输出。框86可以以各种方式实施。例如，提供状态输出可包含FDM 提供关于其确定是否存在接地故障的输出。例如，窗口检测器56可在节点64提供关于VCH-DC是否在预先确定的范围内的输出：指示故障条件的低输出，和指示无故障条件的高输出。因此，提供输出可简单地包含在 FPU提供FDM故障检查结果，而无需包括提供FPU外部的输出。例如， FPU可配置为仅当存在故障时提供输出；不存在指示未检测到故障的输出。
然而，在一个示例性的方法中，提供状态输出可包括提供FDM输出给SOM，和SOM提供状态输出。例如，在节点64处的窗口检测器56的输出可作为输入提供给可包含信号发送器66的SOM54。来自于窗口检测器56的在节点64处的高输出可被提供给可输出指示正常运行或无故障检测的高信号的信号发送器54。类似地，当检测到短路或接地故障时，来自于窗口检测器56的低输出可被提供给可输出低“故障”信号的信号发送器66。来自于SOM54的输出可被提供给ISC控制器38。如上所述，也可考以预期，将SOM配置为在故障条件下传递故障信号，但是在正常运行条件下不存在指示正常运行的故障信号时不提供输出。可选择地，FPU 可配置为当系统正常运行时提供输出，但是在故障条件下不提供输出。在这种情况下，不存在输出可被解释为故障信号。
在FPU包括SOM容许使用提高信号质量的发送装置。通过选择以光耦合器、变压器或配置为提供其输入和输出之间的电隔离的其它类似装置形式的发送装置，可减少噪声和改进电路的性能。应该注意的是，SOM 和FDM可以以各种方式体现和实施，以提供状态输出。虽然这里通过实例描述了包含低信号的输出指示故障存在和包含高信号的输出指示正常运行，应该理解的是，也可使用其它的配置；例如，针对故障提供高信号和针对正常运行提供低信号，或不存在作为故障或无故障指示的信号。
图5和6示出了示例电路90、100，其中FPU可检测ISC输出与底盘接触。在直流总线和底盘之间的电位差的大的波动可在上部和下部ISC开关在短路条件下开启和关闭时发生。这些波动可导致共模电流Icm由于 ISC34的分散的寄生电容C而流动，其中Icm=Cdv／dt。具有有限的共模抑制能力的ISC控制器装置可在数秒内被共模电流损坏。例如，在没有 FPU的电路中，当ISC输出不小心短接至底盘时，ISC控制器局域网接收器将在硬件测试程序过程中损坏。虽然一些ISC电路可设计具有IGBT故障检测性能，但这些电路通常不能有效地检测短接至底盘的ISC输出，这是因为通常在10A左右的相对较低的故障电流，其可比通常在数百安培数量级的IGBT故障保护阈值电流低很多。
FPU可快速检测和报告短路的存在，以保护ISC和ISC控制器组件。因为FPU可在10微秒左右——少于典型的ISC开关周期的一半——检测 ISC故障的存在，并且快速提供故障信号给ISC控制器，ISC运行可在ISC 承受大的电压波动之前被关闭，当底盘短接存在和当前导电的装置关闭而不同的装置开启时，可导致该大的电压波动。
图5示出了在逆变器37的下部开关Q12导通时的具有短接至底盘50 的ISC电路34输出的示例性的电路90。短路iS1可导致电流在回路iC1中循环。在这种情况下，电容器C1可由iC1电流回路放电，其可导致负直流总线49和底盘50之间的电压电位经历大约ESD32电压(VESD)的一半的大的负摆动。如之前所述，在正常运行条件下，底盘50和直流总线49 之间的电压差预期在1/2VESD左右，在窗口检测器56的具有1/4VESD左右的 VR1和3/4VESD左右的VR2的预先确定的范围内。然而，在图5示出的情况下，关于直流总线49的底盘50的电位可由于电流iC1而经历大约VESD的一半左右的明显的负摆动，导致其低于阈值VR1。因此，电压VCH-DC将不再落入窗口检测器56的预先确定的范围内。其结果是，FPU40将输出故障信号。在一个示例性的实施例中，故障信号可被提供给配置为响应该信号而关闭ISC电路34运行的ISC控制器38，从而保护ISC电路34和其它耦接至直流总线49的模块或装置。
图6示出了示例性的电路100，其中，ISC输出被短接至底盘50(is2)，并且上部开关Q11被开启和导通。在这种情况下，电流将在回路iC2中循环。电容器C2可被放电，这可导致直流总线49和底盘50之间的电位以大约一半VESD的正向上的显著变化。显著的电压摆动将推动输入信号VIN (VCH-DC)超出窗口检测器56的预先确定的范围。因此，FPU40将输出故障信号。因为FPU40可在几微秒内检测短接，在关闭开关Q11和开启开关Q12之前，ISC控制器38可接收FPU故障信号和关闭ISC34的运行。
图5和6示出了FPU可检测ISC电路输出和底盘之间的短路的实例。然而，FPU还可检测其它类型的短路和，包括ISC正或负高压总线和底盘之间的短路，和电动机或发电机绕组和底盘之间的短路。图7示出了示例性的电路110，其中，FPU可检测正直流总线58和底盘50之间的短路iS3。短路iS3导致电流沿路径iC3流动。其结果是，将发生关于负直流总线49 的底盘50的电位的大的变化，其具有超过3/4VESD的VCH-DC。窗口检测器将检测电位的大的变化，因为VCH-DC将不再落入由VR1和VR2定义的预先确定的范围内。因此，FDM52提供指示检测到故障的输出，在本实施例中是在节点64处的低信号。因此，SOM54输出故障信号。
图8示出了具有负直流总线和底盘之间的短路is4的电路120。短路产生电流回路iC4。在这种情况下，底盘50电位和负直流总线49电位之差基本上是零。因为VCH-DC小于VR1(设置在1/4VESD)，窗口检测器56将检测到底盘电压中的大的变化，这是由于VCH-DC将不会落入由VR1和Vm定义的范围内，并且窗口检测器56在节点64提供低输出。此外，信号发送器66将输出故障信号。
在一个示例性的实施例中，FPU40输出可被提供给可关闭ISC电路 34的运行的ISC控制器38。此外，ISC控制器38可进而提供故障信号给车辆控制系统(VCS)，该车辆控制系统(VCS)配置为在故障条件下关闭牵引蓄电池或ESD的运行，以避免电子驱动系统的问题和／或故障。然而，可以预期的是，示例性的电路可包括故障信号直接从FPU40到VCS 或其它除ISC控制器38之外或替代其的控制模块的传送。
因此，本发明提供一种快速、简单和经济的用于接地故障检测的系统和装置。FPU可监测底盘和直流总线之间的电位，以检测接地故障的存在，并提供指示是否存在接地故障的输出。在一个示例性的实施例中，FPU可用在电动车辆上以检测与其电子驱动系统关联的接地故障，例如，车辆底盘和直流总线之间、底盘和ISC输出之间、以及底盘和电机输出之间的接地故障。通过实施例的方式，状态输出可被提供给ISC控制器，该ISC控制器可在检测到故障时关闭ISC的运行，以保护耦接至ISC的电子装置。在示例性的实施例中，FPU可包含配置为检测由至底盘的短路导致的大的电压变化的窗口检测器。配置为快速检测接地故障的FPU可在一个开关周期完成之前关闭ISC，从而避免直流总线上的显著大的电压摆动。当其它的故障检测方案可能是昂贵的或难以实施的时候，FPU可以以相当低廉的单位成本轻松地和非常经济地实施。
根据需要，在这里公开了示例性的实施例，然而本发明并不限于上述实施例。本领域的技术人员将领会到，本发明的各方面可以以各种方式实施，例如，可将这里所述的模块结合、重新排列和不同地配置，以及该模块可包括硬件、软件、固件以及它们的各种组合体。方法并不限于这里所述的特定的顺序，并且可添加、删除或组合各种步骤和操作。本发明包括在附加的权利要求范围内的所有系统、装置和方法。

Claims (9)

1.一种电路，其特征在于，包含：
能量存储装置(ESD)；
具有正直流(DC)总线和负直流总线的逆变器系统控制(ISC)电路，其耦接至所述ESD；和
在第一节点处耦接至底盘和在第二节点处耦接至其中一个所述的直流总线并且配置为监测关于其中一个所述的直流总线的底盘电压(VCH-DC)的故障保护单元(FPU)；
其中所述故障保护单元被配置为通过将VCH-DC与第一基准电压和第二基准电压进行比较以确定VCH-DC是否位于预先确定的范围内来检测接地故障。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为提供指示是否检测到接地故障的输出。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为提供所述输出给ISC电路控制器，该ISC电路控制器配置为当检测到接地故障时停止所述ISC电路的运行。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为当所述底盘电压在预先确定的范围之外时提供故障信号。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述ISC电路耦接至至少一个电机。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为检测所述电机输出和所述底盘之间的接地故障。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为检测所述正和负直流总线中的至少一个和所述底盘之间的接地故障。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述FPU配置为检测所述ISC电路的输出和所述底盘之间的接地故障。
9.一种故障保护单元(FPU)，其特征在于，包含：
故障检测部分，其在第一节点处耦接至底盘和在第二节点处耦接至直流(DC)总线并且配置为监测关于直流(DC)总线的底盘电压(VCH-DC)以及使用所述底盘电压确定是否存在故障；和
其中，所述FPU配置为通过将VCH-DC与第一基准电压和第二基准电压进行比较以确定VCH-DC是否位于预先确定的范围内来检测接地故障，并且提供指示所述检查的结果的状态输出。
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