具有故障檢測和故障位置的絕緣狀態(tài)檢測器的制造方法
【專利摘要】如果由微型計算機（15）測量的讀取電容器（Ca）的充電電壓為零，則微型計算機（15）測量在讀取電容器（Ca）放電并且由電荷供應(yīng)電路（17）充電至預(yù)定電勢之后該讀取電容器（Ca）的充電電壓，測量當(dāng)讀取電容器（Ca）此后與快速電容器C1的放電器隔離時的充電電壓，并且測量當(dāng)讀取電容器（Ca）此后以剛好在快速電容器（C1）開始放電之后該快速電容器（C1）的放電電壓充電時的充電電壓?；谠诟鱾€時間點測量的讀取電容器（Ca）的充電電壓值的模式，識別絕緣狀態(tài)檢測器（10）的故障位置。
【專利說明】具有故障檢測和故障位置的絕緣狀態(tài)檢測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測未接地電源關(guān)于地電勢部分的接地故障或者絕緣狀態(tài)的單元，并且特別地涉及一種用于檢測被用來檢測接地故障或者絕緣狀態(tài)的快速電容器的故障的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]使用電力作為驅(qū)動能量的車輛通常采用配置成與車體絕緣的未接地電源的高電壓(例如200V)DC電源。為了檢測未接地電源關(guān)于車體即地電勢部分的接地故障或者絕緣狀態(tài)，檢測單元采用快速電容器。
[0003]檢測單元控制內(nèi)部開關(guān)，從而以與從地電勢部分絕緣的DC電源的電壓相對應(yīng)的電荷量、與在DC電源的正端子側(cè)上的接地故障電阻相對應(yīng)的電荷量和與在DC電源的負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻相對應(yīng)的電荷量對快速電容器充電。此后，檢測單元的控制器測量在每一種電荷量下的充電電壓、計算在DC電源的正和負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻，并且檢測DC電源的接地故障或者絕緣狀態(tài)。相關(guān)文獻例如有日本未審查的專利申請公開N0.2007-170983。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]通過斷開快速電容器與DC電源的連接并且通過對快速電容器放電而測量快速電容器的充電電壓來作為其放電電壓。在對快速電容器放電方面，需要快速放電以快速地開始電容器的下一次充電。在另一方面，在測量放電電壓方面，必須測量接近快速電容器剛好在放電之前的充電電壓的電壓值，并且因此，要求剛好在開始放電之后的適當(dāng)?shù)亩〞r測量放電電壓。
[0006]鑒于這個主題，本發(fā)明提供一種絕緣狀態(tài)檢測器，該絕緣狀態(tài)檢測器采用快速電容器以通過以與DC電源的電源電壓或者接地故障電阻相對應(yīng)的電荷量對快速電容器充電并且通過在適當(dāng)?shù)亩〞r準(zhǔn)確地測量該快速電容器的充電電壓，而檢測接地故障或者絕緣狀態(tài)。
[0007]解決問題的方案
[0008]本發(fā)明實現(xiàn)了從DC電源斷開的快速電容器的快速放電，以及剛好在快速電容器開始放電之后的放電電壓測量。為此，本發(fā)明保持在獨立電路中在快速電容器開始放電時的放電電壓值。由此，本發(fā)明能夠連續(xù)地對快速電容器放電，并且同時能夠測量保持在該獨立電路中的值，以測量剛好在快速電容器開始放電之后的放電電壓值。
[0009]如果保持在獨立電路中的值被測量為0V，則在快速電容器開始放電時的放電電壓值為OV是不現(xiàn)實的。于是，認(rèn)為獨立電路或者外圍電路發(fā)生故障是適當(dāng)?shù)摹Ｒ驗榍闆r不清楚，所以測量值為OV的事實不足以識別其原因。例如，是否已經(jīng)從開始起便保持0V，或者是否保持值已經(jīng)隨著時間經(jīng)過降低為0V，這是不清楚的。[0010]如果在快速電容器開始放電時在獨立電路中保持的放電電壓值明顯地異常，則本發(fā)明能夠識別原因。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)方面，本發(fā)明的絕緣狀態(tài)檢測器用于根據(jù)以與DC電源的電壓相對應(yīng)的電荷量充電的快速電容器的充電電壓和通過包括所述DC電源的絕緣電阻的、所述DC電源的絕緣電阻測量電路的所述快速電容器的充電電壓來檢測與地電勢部分絕緣的所述DC電源的絕緣狀態(tài)，所述絕緣狀態(tài)檢測器包括:峰值保持器，所述峰值保持器在所述快速電容器開始放電時被選擇性地連接到所述快速電容器的放電器，并且所述峰值保持器被配置為以與所述快速電容器的放電電壓的峰值相對應(yīng)的電勢對保持電容器充電，并且保持所述電勢；保持值測量單元，所述保持值測量單元被配置為:在所述快速電容器開始放電之后并且在所述峰值保持器與所述放電器電隔離的狀態(tài)中，測量保持在所述峰值保持器中的所述電勢；充電電壓檢測器，所述充電電壓檢測器被配置為:根據(jù)由所述保持值測量單元所測量的值來檢測所述快速電容器的充電電壓；測試充電器，所述測試充電器被配置為:如果保持在所述峰值保持器中的并且由所述保持值測量單元所測量到的所述電勢為零，則在與所述放電器電絕緣的狀態(tài)中以預(yù)定電勢對保持電容器充電；測試測量單元，所述測試測量單元被配置為:在由所述測試充電器充電之后，測量所述保持電容器的充電電壓；和故障檢測器，所述故障檢測器被配置為:根據(jù)由所述保持值測量單元和所述測試測量單元所測量的值來檢測故障位置。
[0012]附圖簡要說明
[0013]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的絕緣狀態(tài)檢測器的電路圖。
[0014]圖2是示出圖1的采樣和保持電路的電路圖。
[0015]圖3是示出在圖1和2的開關(guān)的開/關(guān)與電容器充電狀態(tài)之間的關(guān)系的時間表。
[0016]圖4是示出由圖1的絕緣狀態(tài)檢測器執(zhí)行故障檢測操作的時序的時間表。
[0017]圖5是示出安裝在圖1的絕緣狀態(tài)檢測器中的電荷供應(yīng)電路的電路圖。
[0018]圖6是示出由圖1的絕緣狀態(tài)檢測器的微型計算機根據(jù)存儲在ROM中的程序執(zhí)行的故障檢測過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]將參考附圖解釋本發(fā)明的實施例。
[0020]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的絕緣狀態(tài)檢測器的電路圖。本實施例的絕緣狀態(tài)檢測器是這樣的單元，該單元配置成:檢測在與諸如車體(未示出)的地電勢部分絕緣的DC電源B的正端子側(cè)上的主電路配線Ip的接地故障或者絕緣狀態(tài)，或者檢測在DC電源B的負(fù)端子側(cè)上的主電路配線In的接地故障或者絕緣狀態(tài)。
[0021]在圖1中，“RLp”代表在正端子側(cè)上的接地故障電阻，并且“RLn”代表在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻。這些接地故障電阻RLp和RLn是當(dāng)在正端子側(cè)上的主電路配線Ip或者在負(fù)端子側(cè)上的主電路配線In發(fā)生接地故障時可能產(chǎn)生的虛擬電阻。
[0022]用于檢測主電路配線Ip或者In的接地故障或者絕緣狀態(tài)的絕緣狀態(tài)檢測器10包括:接地故障檢測器11，其具有快速電容器Cl ;采樣和保持電路13，其采樣并保持快速電容器Cl的充電或者放電電壓；以及微型計算機(微控制器)15，其檢測在采樣和保持電路13中保持的值并且測量快速電容器Cl的充電/放電電壓。根據(jù)本實施例的快速電容器Cl是陶瓷電容器。
[0023]除了快速電容器Cl，接地故障檢測器11包括:開關(guān)SI和S2，其將快速電容器Cl選擇性地連接到DC電源B的正電極和負(fù)電極；和開關(guān)S3和S4，其將快速電容器Cl選擇性地連接到微型計算機15和地電勢部分。電阻器Rl串聯(lián)連接在快速電容器Cl和開關(guān)SI之間。電阻器R2串聯(lián)連接在快速電容器Cl和開關(guān)S2之間。
[0024]當(dāng)微型計算機15測量快速電容器Cl的充電或者放電電壓時，必須確保DC電源B的絕緣。為此，電阻器Rl和R2具有相同的高電阻值。
[0025]圖2是示出采樣和保持電路13的電路圖。采樣和保持電路13包括:開關(guān)Sa，其具有連接到微型計算機15的第一 A/D轉(zhuǎn)換端口 A/D1的第一端；讀取電容器Ca，其連接在開關(guān)Sa的第一端與地電勢部分之間；以及電阻器Ra，其串聯(lián)連接在開關(guān)Sa的第二端與開關(guān)S3之間。
[0026]在開關(guān)Sa被閉合時，讀取電容器Ca以經(jīng)由電阻器Ra出現(xiàn)在開關(guān)Sa的第一端處的電勢充電。
[0027]微型計算機15利用其電壓比DC電源B的電壓低的電源(未示出)來操作，使得DC電源B與微型計算機15的地電勢隔離。接地故障檢測器11的開關(guān)SI到S4與采樣和保持電路13的開關(guān)Sa例如是與DC電源B絕緣并且由微型計算機15接通/斷開的光學(xué)M0SFET。
[0028]微型計算機15的第一 A/D轉(zhuǎn)換端口 A/D1經(jīng)過采樣和保持電路13連接到開關(guān)S3。采樣和保持電路13與開關(guān)S3的連接點通過電阻器R4接地。電阻器R5連接在開關(guān)S4和地電勢部分之間。在快速電容器Cl的第一端側(cè)(圖1中的上電極側(cè))上的開關(guān)SI和S3串聯(lián)連接。電流方向切換電路X連接在開關(guān)SI和S3的連接點與快速電容器Cl的第一端之間。
[0029]電流方向切換電路X是并聯(lián)電路，該并聯(lián)電路包括:包括二極管DO以及電阻器Rl的串聯(lián)電路，該二極管DO的正向方向是從開關(guān)SI朝向快速電容器Cl的第一端的方向；包括二極管Dl的電路，該二極管Dl的正向方向是從開關(guān)S3朝向快速電容器Cl的第一端的方向；以及包括二極管D2和電阻器R3的串聯(lián)電路，該二極管D2的正向方向是從快速電容器Cl的第一端朝向開關(guān)S3的方向。
[0030]將解釋由絕緣狀態(tài)檢測器10執(zhí)行的檢測DC電源B的接地故障或者絕緣狀態(tài)的順序。首先，微型計算機15接通開關(guān)SI和S2并且斷開開關(guān)S3、S4和Sa達預(yù)定時間。該預(yù)定時間比用于對快速電容器CI完全充電所需的時間短。
[0031 ] 這形成了沿著DC電源B的正電極、在正端子側(cè)上的主電路配線Ip、開關(guān)S1、二極管D0、電阻器R1、快速電容器Cl的第一端(圖1中的上側(cè)電極)、快速電容器Cl的第二端(圖1中的下側(cè)電極)、電阻器R2、開關(guān)S2、在負(fù)端子側(cè)上的主電路配線In，以及DC電源B的負(fù)電極而延伸的充電電路。該充電電路稱作為第一充電電路。
[0032]在第一充電電路中，快速電容器Cl以與DC電源B的電壓相對應(yīng)的電荷量充電。由于充電，快速電容器Cl的第一端變成正電極并且其第二端變成負(fù)電極。
[0033]此后，微型計算機15斷開開關(guān)SI和S2并且接通開關(guān)S3和S4。這將快速電容器Cl的正電極經(jīng)過二極管D2、電阻器R3和開關(guān)S3而連接到采樣和保持電路13并且將該快速電容器Cl的負(fù)電極經(jīng)過開關(guān)S4和電阻器R5而連接到地電勢部分。結(jié)果，快速電容器Cl放電。[0034]如在圖3的時間表中所示，微型計算機15在時間Tl接通開關(guān)S3和S4，并且同時接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa達較短時間(Tl和T2之間的間隔，例如，200到300 [us(微秒)])。結(jié)果，快速電容器Cl的充電電壓由電阻器R3和R4分壓，并且與電阻器R3兩端的電壓相對應(yīng)的驅(qū)動力對讀取電容器Ca充電。
[0035]當(dāng)快速電容器Cl開始放電時，快速電容器Cl具有與DC電源B的電壓相對應(yīng)的電荷量。因此，當(dāng)剛好在快速電容器Cl開始放電之后以該快速電容器Cl的放電電壓對于讀取電容器Ca充電時，讀取電容器Ca的電荷量等于與DC電源B的電壓乘以電阻器R4和R5的電壓分壓比相對應(yīng)的電荷量。
[0036]微型計算機15在時間T2斷開采樣和保持電路13的開關(guān)Sa并且讀取電容器Ca的充電電壓分壓電勢從采樣和保持電路13輸出到微型計算機15的第一 A/D轉(zhuǎn)換端口 A/D1并且得以測量。根據(jù)所測量的值、電阻器R3和R4的分壓比，和電阻器R4和R5的分壓比，微型計算機15計算與DC電源B的電壓相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl。
[0037]在采樣和保持電路13的開關(guān)Sa斷開之后并且快速電容器Cl的充電電壓Vcl正在被測量的同時，開關(guān)S3和S4接通，并且因此快速電容器Cl繼續(xù)地放電。
[0038]當(dāng)在時間T3完成快速電容器Cl的充電電壓Vcl的測量時，微型計算機15接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa。這對快速電容器Cl和讀取電容器Ca放電。當(dāng)這些電容器Cl和Ca在時間T4完全地放電時，微型計算機15斷開開關(guān)S3、S4和Sa。
[0039]在對快速電容器Cl和讀取電容器Ca完全地放電之后，微型計算機15接通開關(guān)SI和S4并且斷開開關(guān)S2和S3達上述預(yù)定時間。
[0040]這形成了沿著DC電源B的正電極、在正端子側(cè)上的主電路配線lp、開關(guān)S1、二極管D0、電阻器R1、快速電容器Cl的第一端、快速電容器Cl的第二端、開關(guān)S4、電阻器R5、(地電勢部分、)在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn、在負(fù)端子側(cè)上的主電路配線In，以及DC電源B的負(fù)電極的充電電路。該充電電路稱作為第二充電電路。
[0041]在第二充電電路中，快速電容器Cl以與在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn相對應(yīng)的電荷量充電。由此，快速電容器Cl的第一端變成正電極并且其第二端變成負(fù)電極。
[0042]此后，微型計算機15在圖3的Tl斷開開關(guān)SI和S2并且接通開關(guān)S3和S4。同時，微型計算機15接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa達較短時間(在圖3中的Tl和T2之間的間隔，例如200到300us )。
[0043]直至微型計算機15再次接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa，即，在圖3的T2和T3之間的間隔期間，類似測量與DC電源B的電壓相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl那樣，微型計算機15測量與在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-。
[0044]此后，微型計算機15對快速電容器Cl和讀取電容器Ca完全地放電，接通開關(guān)S2和S3，并且斷開開關(guān)SI和S4達上述預(yù)定時間。
[0045]這形成了沿著DC電源B的正電極、在正端子側(cè)上的主電路配線lp、在正端子側(cè)上的接地故障電阻RLp、(地電勢部分、)電阻器R4、開關(guān)S3、二極管D1、快速電容器Cl、電阻器R2、開關(guān)S2、在負(fù)端子側(cè)上的主電路配線In，以及DC電源B的負(fù)電極而延伸的充電電路。該充電電路稱作為第三充電電路。
[0046]在第三充電電路中，快速電容器Cl以與在正端子側(cè)上的接地故障電阻RLp相對應(yīng)的電荷量充電。這使得快速電容器Cl的第一端為正并且其第二端為負(fù)。
[0047]此后，微型計算機15在圖3中的時間Tl斷開開關(guān)SI和S2并且接通開關(guān)S3和S4。同時，微型計算機15接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa達較短時間。該接通時間是在圖3中的Tl和T2之間的間隔，并且例如是200到300[us (微秒)]。
[0048]直至微型計算機15再次接通采樣和保持電路13的開關(guān)Sa，即，在圖3的T2和T3之間的間隔期間，類似測量與DC電源B的電壓相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓VcI并且類似測量與在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-那樣，微型計算機15測量與在正端子側(cè)上的接地故障電阻RLp相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl+。此后，快速電容器Cl和讀取電容器Ca完全地放電。
[0049]與DC電源B的電壓相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl、與在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-，以及與在正端子側(cè)上的接地故障電阻RLp相對應(yīng)的快速電容器Cl的充電電壓Vcl+能夠與在正端子側(cè)上的接地故障電阻RLp和在負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLn的并聯(lián)合成電阻值R相關(guān)。即，合成電阻R能夠表達為“ { (Vcl+) + (Vcl-) }/Vcl” 的函數(shù)。
[0050]根據(jù)這個關(guān)系，微型計算機15計算在正和負(fù)端子側(cè)上的接地故障電阻RLp和RLn的并聯(lián)合成電阻值，以檢測DC電源B的接地故障或者絕緣狀態(tài)。
[0051]在根據(jù)該實施例的接地故障檢測器11中用作快速電容器Cl的陶瓷電容器根據(jù)DC偏壓大幅地改變其電容?？焖匐娙萜鰿l的電容還取決于環(huán)境溫度和用作快速電容器Cl的陶瓷電容器的個體特性差異而改變。
[0052]為了消除快速電容器Cl的電容的這種變化的影響，可以改變由微型計算機15執(zhí)行的、測量充電電壓Vcl、Vcl-和Vcl+的順序。這將予以說明。
[0053]如果快速電容器Cl的電容降低為低于在正常狀態(tài)下的電容，則通過在特定時段內(nèi)對快速電容器Cl充電而達到的電荷量增加為高于在正常狀態(tài)下的電荷量。結(jié)果，在從放電開始的特定間隔內(nèi)，快速電容器Cl的放電量變得較高。
[0054]在另一方面，如果快速電容器Cl的電容增加為高于在正常狀態(tài)下的電容，則通過在特定時段內(nèi)對快速電容器Cl充電而達到的電荷量降低為低于在正常狀態(tài)下的電荷量。結(jié)果，在從放電開始的特定間隔內(nèi)，快速電容器Cl的放電量變得較低。
[0055]當(dāng)在放電開始之后經(jīng)過特定時間時，放電快速電容器Cl接近飽和，并且因此，在飽和之后的快速電容器Cl的放電量幾乎均衡，而與快速電容器Cl的電容是高于還是低于在正常狀態(tài)中的電容無關(guān)。
[0056]這意味著，雖然快速電容器Cl的電荷量取決于該快速電容器Cl的電容特性而大幅地改變，但是對于從放電開始的特定時間，快速電容器Cl的放電電壓的變化變得較小。更加精確地，在對快速電容器Cl充電達預(yù)定時間tl之后的放電開始時的放電電壓VDl和在從快速電容器Cl開始放電起經(jīng)過時間t2之后的放電電壓VD2具有以下關(guān)系:
[0057][數(shù)學(xué)式I]
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣狀態(tài)檢測器，該絕緣狀態(tài)檢測器用于根據(jù)如下兩個充電電壓來檢測與地電勢部分絕緣的DC電源的絕緣狀態(tài)，所述兩個充電電壓為:以與所述DC電源的電壓相對應(yīng)的電荷量充電的快速電容器的充電電壓；以及通過包括所述DC電源的絕緣電阻的、所述DC電源的絕緣電阻測量電路的所述快速電容器的充電電壓，所述絕緣狀態(tài)檢測器包括: 峰值保持器，所述峰值保持器在所述快速電容器開始放電時被選擇性地連接到所述快速電容器的放電器，并且所述峰值保持器被配置為以與所述快速電容器的放電電壓的峰值相對應(yīng)的電勢對保持電容器充電，并且保持所述電勢； 保持值測量單元，所述保持值測量單元被配置為:在所述快速電容器開始放電之后并且在所述峰值保持器與所述放電器電隔離的狀態(tài)中，測量保持在所述峰值保持器中的所述電勢； 充電電壓檢測器，所述充電電壓檢測器被配置為:根據(jù)由所述保持值測量單元所測量的值來檢測所述快速電容器的充電電壓； 測試充電器，所述測試充電器被配置為:如果保持在所述峰值保持器中的并且由所述保持值測量單元所測量到的所述電勢為零，則在與所述放電器電絕緣的狀態(tài)中以預(yù)定電勢對保持電容器充電； 測試測量單元，所述測試測量單元被配置為:在由所述測試充電器充電之后，測量所述保持電容器的充電電壓；和 故障檢測器，所述故障檢測器被配置為:根據(jù)由所述保持值測量單元和所述測試測量單元所測量的值來檢測故障位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣狀態(tài)檢測器，其中 在由所述測試充電器充電之后，所述測試測量單元測量所述保持電容器在該保持電容器與所述放電器電隔離的狀態(tài)中以及在該保持電容器被連接到所述放電器的狀態(tài)中的充電電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的絕緣狀態(tài)檢測器，其中，所述故障檢測器根據(jù)由所述測試測量單元所測量的值和在所述測試測量單元的測量之前和之后由所述保持值測量單元所測量的值來檢測故障位置。
【文檔編號】G01R35/00GK103430039SQ201280012397
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月9日
【發(fā)明者】河村佳浩 申請人:矢崎總業(yè)株式會社