CN206321736U - 接地检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种接地检测电路，接地检测电路包括并联连接的斩波电路、中间直流回路与逆变器电路，以及电压传感器和处理芯片，中间直流回路包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路和电容；偏置式分压电阻检测电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，未发生接地故障时，第三电阻两端的电压约为中间直流回路的电压的三分之一，当发生接地故障时，第三电阻两端的电压将会发生变化，电压传感器读取第三电阻两端的电压并发送给处理芯片，由处理芯片根据第三电阻两端的电压，确定发生接地故障的位置。该电路中，采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。

Description

接地检测电路

技术领域

本申请实施例涉及接地检测技术，尤其涉及一种接地检测电路。

背景技术

机车在行驶过程中可能会由于电缆老化、振动摩擦等原因造成主电路中部分电路或全部电路发生接地故障，严重时会造成机车运行期间烧毁现象。为避免发生该种情况，在机车上设置接地检测电路，用于在检测出主电路中发生接地故障的部分时，对故障部分进行隔离，从而对主电路进行保护。

通常情况下，接地检测电路包括继电器、电阻等大量元器件，通过一个大阻值的电阻将接地检测电路与主电路连接在一起。检测电路在控制电路的作用下，对主电路进行检测。

上述接地检测电路包括大量的元器件，电路结构复杂、成本高且维护难度高。

实用新型内容

本申请实施例提供一种接地检测电路，采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。

第一方面，本申请提供一种接地检测电路，包括：并联连接的斩波电路、中间直流回路与逆变器电路，以及电压传感器和处理芯片，其中，

所述中间直流回路包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路和电容；

所述偏置式分压电阻检测电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第三电阻与所述电压传感器并联，所述第三电阻与所述第二电阻的连接点接地；

所述电压传感器远离所述连接点的一端与所述处理芯片连接；

所述斩波电路包括制动电阻、串联连接的上斩波管与下斩波管，所述制动电阻与所述下斩波管并联，所述上斩波管与所述中间直流回路的正极连接，所述下斩波管与所述中间直流回路的负极连接；

未发生接地故障时，所述第三电阻两端的电压与基准电压的差值满足预设阈值，所述基准电压为所述中间直流回路的电压的三分之一。

在一种可行的实现方式中，所述第一电阻、所述第二电阻与所述第三电阻的阻值相同。

在一种可行的实现方式中，所述逆变器电路包括逆变器，所述逆变器的每个相位的桥臂连接一个上开关管与一个下开关管，所述上开关管与所述中间直流回路的正极连接，所述下开关管与所述中间直流回路的负极连接。

在一种可行的实现方式中，所述处理芯片通过牵引控制单元与所述电压传感器连接。

本申请提供的接地检测电路，接地检测电路包括并联连接的斩波电路、中间直流回路与逆变器电路，以及电压传感器和处理芯片，中间直流回路包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路和电容；偏置式分压电阻检测电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，第三电阻与电压传感器并联，第三电阻与第二电阻的连接点接地；电压传感器远离连接点的一端与处理芯片连接；斩波电路包括制动电阻、串联连接的上斩波管与下斩波管，制动电阻与下斩波管并联，上斩波管与中间直流回路的正极连接，下斩波管与中间直流回路的负极连接，未发生接地故障时，第三电阻两端的电压约为中间直流回路的电压的三分之一，当发生接地故障时，第三电阻两端的电压将会发生变化，电压传感器读取第三电阻两端的电压并发送给处理芯片，由处理芯片根据第三电阻两端的电压，确定发生接地故障的位置。该电路中，采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。

附图说明

图1为本申请接地检测电路实施例一的结构示意图；

图2为本申请接地检测方法的流程图；

图3为本申请接地检测电路实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下内容为结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效的详细说明。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，接地检测电路与机车的主电路通过一个大阻值的电阻连接在一起，接地检测电路包含了继电器、电阻等大量元器件，电路结构复杂、后期维护工作量大。而且，通过大阻值的电阻连接接地检测电路与主电路，未将接地检测电路与主电路分离，使得接地检测电路与主电路的绝缘等级降低，存在极大的安全隐患；另外，接地检测电路与主电路的电磁兼容性差，相互之间存在干扰，设置会导致误动作的出现。

有鉴于此，本申请提出一种接地检测电路，采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。具体的，可参见图1，图1为本申请接地检测电路实施例一的结构示意图。下面，结合图1对本申请实施例所述的接地检测电路的结构及工作原理进行详细说明。

首先，接地检测电路的结构。

请参照图1，本申请实施例提供的接地检测电路21包括：并联连接的斩波电路1、中间直流回路2与逆变器电路3，以及电压传感器4和处理芯片5，其中，所述中间直流回路2包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路21和电容22；所述偏置式分压电阻检测电路21包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第三电阻与所述电压传感器4并联，所述第三电阻与所述第二电阻的连接点接地；所述电压传感器4远离所述连接点的一端与所述处理芯片5连接；所述斩波电路1包括制动电阻13、串联连接的上斩波管11与下斩波管12，所述制动电阻13与所述下斩波管12并联，所述上斩波管11与所述中间直流回路2的正极连接，所述下斩波管12与所述中间直流回路2的负极连接；未发生接地故障时，所述第三电阻两端的电压与基准电压的差值满足预设预设，所述基准电压为所述中间直流回路2的电压的三分之一。

具体的，斩波电路1中，R4为制动电阻13，R4与下斩波管13并联，上斩波管11与下斩波管13串联，上斩波管11远离R4的一端与中间直流回路2的正极连接，下斩波管13远离上斩波管11的一端与中间直流回路2的负极连接。中间直流回路2中，R1、R2和R3分别为偏置式分压电阻检测电路21中的第一电阻、第二电阻和第三电阻，R2和R3的连接点接地，R3与电压传感器4并联，R1远离R2的一端为中间直流回路2的正极，R3远离R2的一端为中间直流回路2的负极。逆变器电路3中包括逆变器(图中未示出)等，逆变器具有U、V、W三个相位，每个相位对应一个桥臂，每个桥臂具有上开关管与下开关管，每个桥臂的上开关管与中间直流回路2的正极连接，每个桥臂的下开关管与中间直流回路2的负极连接。

其次，接地检测电路的工作原理。

通常情况下，当电路中没有发生接地故障时，电压传感器4检测到R3两端的电压为一个恒定的直流电压，该直流电压的幅值约为中间直流回路2电压的1/3左右。也就是说，若将中间直流回路2的电压的三分之一作为基准电压，则R3两端的电压与该基准电压的差值满足预设阈值。理想状态下，预设阈值为0，即R3两端的电压等于中间直流回路2电压的三分之一，不接地情况下R3两端始终为1/3Udc(Udc为中间直流回路的电压)的近似为直线的波形。当发送接地故障时，R3两端的电压将会发生变化，电压传感器4读取R3两端的电压并发送给处理芯片5，由处理芯片5根据R3两端的电压，确定发生接地故障的位置。

本申请实施例提供的接地检测电路，包括并联连接的斩波电路、中间直流回路与逆变器电路，以及电压传感器和处理芯片，中间直流回路包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路和电容；偏置式分压电阻检测电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，第三电阻与电压传感器并联，第三电阻与第二电阻的连接点接地；电压传感器远离连接点的一端与处理芯片连接；斩波电路包括制动电阻、串联连接的上斩波管与下斩波管，制动电阻与下斩波管并联，上斩波管与中间直流回路的正极连接，下斩波管与中间直流回路的负极连接，未发生接地故障时，第三电阻两端的电压约为中间直流回路的电压的三分之一，当发生接地故障时，第三电阻两端的电压将会发生变化，电压传感器读取第三电阻两端的电压并发送给处理芯片，由处理芯片根据第三电阻两端的电压，确定发生接地故障的位置。该电路中，采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。

可选的，在本申请一实施例中，上述电路中的第一电阻、第二电阻与第三电阻的阻值相同。当然，第一电阻、第二电阻与第三电阻的阻值也可以不同，本申请实施例并不限制。

可选的，在本申请一实施例中，所述处理芯片通过牵引控制单元与所述电压传感器连接。例如，牵引控制单元(Traction Controll Unit，TCU)中的信号处理板通过接插件与电压传感器连接，信号处理板将采集到的电压信号通过背板传送给处理芯片。

下面，在上述接地检测电路的基础上，对本申请采用该接地检测电路进行接地检测的方法进行详细说明。具体的，可参见图2，图2为本申请接地检测方法的流程图，包括：

101、所述处理芯片从所述电压传感器获取所述第三电阻两端的电压。

102、所述处理芯片根据所述电压，确定接地故障。

本申请实施例提供的接地检测方法，基于未发生接地故障时，第三电阻两端的电压约为中间直流回路的电压的三分之一，发生故障时，第三电阻两端的电压发生变化的前提，通过处理芯片从电压传感器获取第三电阻两端的电压，根据第三电阻两端的电压，确定接地故障。该检测过程中，通过采用结构简单的偏置式电阻分压接地检测电路对主电路进行接地检测，降低电路复杂度的同时，降低电路维护难度。

本申请实施例中，发生接地故障的情况大致有如下几种情况：情况一、中间直流回路接地故障；情况二、逆变器电路输出接地故障；情况三、斩波电路输出接地故障；情况四、逆变器电路中性点故障。下面，用一个具体的实施例对上述的接地检测方法进行详细说明。具体的可参加图3，图3为本申请接地检测电路实施例二的结构示意图。

情况一、中间直流回路接地故障。

请参照图3，中间直流回路接地故障有两种可能，分别对应图中的①、②两点。其中，第①点接地为中间直流回路的正极接地，第②点接为中间直流回路的负极接地。

当第①点接地时，R1、R2被短接，R3两端的电压由基准电压变化为中间直流回路的电压，且变化后的电压为一个幅值稳定的电压。因此，若处理芯片确定第三电阻两端的电压增大为中间直流回路的电压，且保持为中间直流回路的电压，则确定中间直流回路的正极接地故障；

当②点接地时，R3被短接，R3两端的电压由基准电压变化为0，且保持为0的状态。因此，若处理芯片确定第三电阻两端的电压减小为0，且保持为0的状态，则确定中间直流回路的负极接地。

通过上述方法，实现对中间直流回路的接地检测。

情况二、逆变器电路输出接地故障。

请参照图3，逆变器电路输出接地故障有三种可能，分别对应图中③、④、⑤三点。其中，第③点接地为逆变器U相桥臂接地，即U相主线接地，第④点为逆变器V相桥臂接地，即V相主线接地，第⑤点为逆变器W相桥臂接地，即W相主线接地。牵引电机定子绕组中有电流通过时，定子电流必然会流过逆变器对应相位的桥臂。若该相位的桥臂存在接地故障，当电流通过存在接地故障的桥臂的上开关管时，该相位的电机主线与中间直流回路的正极接通，R1、R2被短接，R3两端的电压变化为中间直流回路的电压；当电流通过存在接地故障的桥臂的下开关管时，该相位的电机主线与中间直流回路的负极接通，R3倍短接，R3两端的电压由基准电压变化为0。另外，当逆变器U、V、W相中某个相位的桥臂的上开关管导通时，其下开关管的二极管将承受反向电压而关断，此时，该桥臂对应的相电流只能通过上开关管；同理，当逆变器U、V、W相中某个桥臂的下开关管导通时，其上开关管的二极管将承受反向电压而关断，此时，该桥臂对应的相电流只能通过下开关管。

综合上述分析可知：R3两端的电压与存在接地故障的桥臂的上开关管的触发信号具有相同的波形，与存在接地故障的桥臂对应的相位的输出电压波形相同。因此，若处理芯片确定电压的波形呈现脉冲波形，且脉冲波形的最大值为中间直流回路的电压，脉冲波形的最小值为0时，处理芯片逆变器电路的三个相位的桥臂中，每个桥臂的上开关管的触发信号的波形，从而得到三个触发信号的波形；然后从三个触发信号的波形中，确定出第一波形，第一波形与电压的波形一致，第一波形对应的桥臂为发生接地故障的桥臂。

例如，当处理芯片根据电压传感器，发现R3两端的电压呈现脉冲波形，而且该电压波形与U相桥臂的上开关管的触发信号的波形一致，则认为时第③点发生接地故障；再如，当处理芯片根据电压传感器，发现R3两端的电压呈现脉冲波形，而且该电压波形与V相桥臂的上开关管的触发信号的波形一致，则认为此时第④点发生接地故障；又如，当处理芯片根据电压传感器，发现R3两端的电压呈现脉冲波形，而且该电压波形与W相桥臂的上开关管的触发信号的波形一致，则认为时第⑤点发生接地故障。

上述方法中，通过比较第三电阻两端的电压与逆变器各相位的桥臂的上开关管的触发信号，实现对逆变器电路输出接地故障的检测。

情况三、斩波电路输出接地故障。

请参照图3，斩波电路输出接地故障即为第⑥点接地。若第⑥点发生接地，则当斩波电路的上斩波管开通时，R1、R2被短接，R3两端的电压由基准电压变化为中间直流回路电压；若第⑥点未发生接地，则当斩波电路的上斩波管开通时，R1和R2不会被短接。因此，所述处理芯片控制所述斩波电路的上斩波管开通；所述处理芯片确定所述电压是否变化为所述中间直流回路的电压；若是，则所述处理芯片确定所述斩波电路的上斩波管与下斩波管的连接点接地；否则，则确定所述斩波电路未发生接地故障。

具体的，可以将斩波电路的上斩波管短时间内进行连续开通控制，采用R3两端的电压进行判断。

需要说明的是，虽然上述实施例中，是通过采集R3两端的电压对斩波电路是否发生接地故障进行判断的。然而，本申请实施例并不以此为限制，在其他可行的实现方式中，也可以在斩波电路上设置电流传感器，该电流传感器设置在上斩波管与下斩波管之间，通过电流传感器采集电流，根据该电流对斩波电路是否发生接地故障进行判断。

上述方法中，通过对斩波电路的上开关管进行开通控制，对第三电阻两端的电压进行监控，实现对斩波电路输出接地故障的检测。

情况四、逆变器电路中性点故障。

请参照图3，逆变器电路中性点接地故障即为图中第⑦点接地。

假设中间直流回路的电压表示为Udc，逆变器的各桥臂的上开关管开通表示为1，下开关管开通表示为0，图中A、B、C分别代表U、V、W相桥臂，用ABC表示U、V、W开关管开通的顺序，则R3两端的电压可能出现如下表所示的四种情况：

表1

序号	R3两端的电压	开关管的状态
			1	0	000
2	Udc	111
			3	2/3Udc	110，011，101
4	1/3Udc	010，100，001

根据表1可知：R3两端的电压波形取决于逆变器各桥臂开关管的开通序列，可以通过软件检测电压传感器的电压脉冲的状态，判断出逆变器是否中性点接地。具体的，不接地情况下R3两端的电压始终为1/3Udc，根据该电压得到的幅值为1/3Udc的近似为直线的波形。若发生中性点接地，开关管的序列是由处理芯片的软件控制决定的，通过软件控制可以使每个开关管在不同时刻开通或者关断，使得原本为直线的波形发生变化，所述处理芯片根据所述电压，以及所述逆变器电路的三个相位桥臂的开关管的状态，确定所述逆变器电路的中性点是否接地。

例如，所述处理器芯片确定所述电压减小为0，且所述逆变器电路的三个相位的桥臂中，每个桥臂的上开关管均未导通，每个桥臂的下开关管均导通，则确定所述逆变器电路的中性点接地。开关管的开通序列为000，在此种开通状态下，R3两端的电压会变为0。

再如，所述处理器芯片确定所述电压增大为所述中间直流回路的电压，且所述逆变器电路的三个相位的桥臂中，每个桥臂的上开关管均导通，每个桥臂的下开关管均未导通，则确定所述逆变器电路的中性点接地。开关管的开通序列为111，在此种开通状态下，R3两端的电压会变为Udc。

又如，所述处理器芯片确定所述电压增大为所述基准电压的两倍，且所述逆变器电路的三个相位的桥臂中，两个相位的桥臂的上开关导通，剩余相位的桥臂的下开关管导通，则确定所述逆变器电路的中性点接地；开关管会有110，011，101这三种开通情况，在此种开通状态下，R3两端的电压会变为2/3Udc。

又如，所述处理器芯片确定所述电压保持所述基准电压不变，且所述逆变器电路的三个相位的桥臂中，两个相位的桥臂的下开关导通，剩余相位的桥臂的上开关管导通，则确定所述逆变器电路的中性点接地。开关管会有010，100，001这三种开通情况，在此时刻，R3两端的电压会变为1/3Udc。

综合上述可知：相较于不接地情况下幅值为1/3Udc的近似直线的波形，在中性点出现接地状态时，R3两端电压波形为幅值在0、1/3Udc、2/3Udc、Udc之间变化的脉冲波形，其脉冲波形是由八种不同开关管开通状态下的R3两端的电压根据开关管的不同控制方式所组合而成。

上述方法中，通过对逆变器电路的各个桥臂的开关管的开通序列进行检测，对第三电阻两端的电压进行监控，实现逆变器电路中性点故障的检测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种接地检测电路，其特征在于，包括：并联连接的斩波电路、中间直流回路与逆变器电路，以及电压传感器和处理芯片，其中，

所述中间直流回路包括并联连接的偏置式分压电阻检测电路和电容；

所述偏置式分压电阻检测电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第三电阻与所述电压传感器并联，所述第三电阻与所述第二电阻的连接点接地；

所述电压传感器远离所述连接点的一端与所述处理芯片连接；

所述斩波电路包括制动电阻、串联连接的上斩波管与下斩波管，所述制动电阻与所述下斩波管并联，所述上斩波管与所述中间直流回路的正极连接，所述下斩波管与所述中间直流回路的负极连接；

未发生接地故障时，所述第三电阻两端的电压与基准电压的差值满足预设阈值，所述基准电压为所述中间直流回路的电压的三分之一。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻与所述第三电阻的阻值相同。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述逆变器电路包括逆变器，所述逆变器的每个相位的桥臂连接一个上开关管与一个下开关管，所述上开关管与所述中间直流回路的正极连接，所述下开关管与所述中间直流回路的负极连接。

4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述处理芯片通过牵引控制单元与所述电压传感器连接。