專利名稱：交通工具ac接地故障檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一^殳涉及交通工具中的AC高電源電壓(power voltage )系統(tǒng)， 以及特別涉及交通工具的AC接地故障檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通工具正變得越來越適應(yīng)交通工具內(nèi)乘客電子便利(convenience) 設(shè)備的使用。這種設(shè)備典型地由主DC電源系統(tǒng)運(yùn)行，其中在交通工具的 一個(gè)或更多位置提供典型的12Vdc電源，以適應(yīng)為乘客的電子便利設(shè)備提 供動(dòng)力。
為使交通工具系統(tǒng)適應(yīng)使用AC電源的個(gè)人便利設(shè)備，交通工具系統(tǒng) 必須將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓。來自于電池的DC電壓被轉(zhuǎn)換為低AC 電壓(例如12Vac)。其后，該低AC電壓被提供給變壓器以將該電壓升高 到高電壓(例如400Vac )。其后，降壓轉(zhuǎn)換器可被用于將電壓降低(step down) 至220Vac或110Vac,用于為交通工具內(nèi)的電源插座(power outlet)提供 電源。
電源插座和其它AC負(fù)載設(shè)備被置于乘客可能接觸到AC電壓的位置。如果交通工具中的乘客接觸到高電壓電源的僅一相(phase ),則電源系統(tǒng) 的初級(jí)(primary)和次級(jí)(secondary)之間的隔離失效。電流通過4妻觸部分(例 如手)流入乘客的身體并通過與地面(例如交通工具)接觸的身體的另一 個(gè)部分(例如腳)流出。乘客的身體本質(zhì)上被電耦合到交通工具，導(dǎo)致電 擊到乘客并導(dǎo)致對(duì)乘客的可能的嚴(yán)重傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)如果乘客接觸高電壓插座的單相則將發(fā)生 的接地故障狀況，并為防止電擊到接觸高電源電路的單條相線的乘客，而 向配電系統(tǒng)提供信號(hào)以禁止由低到高的電源轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種用于交通工具AC電系統(tǒng)的交通 工具接地故障電檢測(cè)系統(tǒng)。該AC電系統(tǒng)包括AC升壓(stepup)變壓器，該 變壓器具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，用于增加供給變壓器的電壓。次級(jí)線圈 被耦合到次級(jí)接地。提供給變壓器的初級(jí)線圈的電壓是來自于具有電池接 地的交通工具電池的被變換的電壓。接地故障電檢測(cè)系統(tǒng)包括故障檢測(cè)電 路，其用于檢測(cè)變壓器的次級(jí)接地和電池接地之間的短路。故障檢測(cè)電路
包括具有預(yù)定的阻抗值的阻抗元件。阻抗元件的一端連接到供電電壓。電 切換電路被連接到阻抗元件，用于選擇性地將阻抗元件的另 一端耦合到次 級(jí)接地。故障檢測(cè)電路進(jìn)一步包括故障檢測(cè)傳感線，該故障檢測(cè)傳感線連 接到阻抗元件的另 一端與電切換電路之間的接點(diǎn)(junction)?？刂破鬟x擇性 地將阻抗元件耦合到次級(jí)接地?？刂破鞅获詈系焦收蠙z測(cè)傳感線以接收電 壓信號(hào)，用于在啟動(dòng)AC升壓電源轉(zhuǎn)換前檢測(cè)接地故障?？刂破骰陧憫?yīng) 于電壓信號(hào)與預(yù)定的比較值的比較來確定接地故障。
在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，提供一種用于檢測(cè)交通工具電路中的接地 故障的交通工具接地故障檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括AC升壓電路，該AC升 壓電路包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的AC變壓器，用于增加提供給AC 變壓器的整流電壓。微處理器用于確定AC升壓電路中的故障檢測(cè)。故障 檢測(cè)電路用于檢測(cè)變壓器的次級(jí)接地和電池接地之間的短路。故障檢測(cè)電 路包括具有預(yù)定的阻抗值的阻抗元件。阻抗元件被連接到供電電壓。電切 換電路被連接到阻抗元件和次級(jí)接地。故障檢測(cè)傳感線被連接在阻抗元件和次級(jí)接地之間。電切換電路通過阻抗元件將供電電壓選擇性地耦合到次 級(jí)接地。微處理器監(jiān)測(cè)故障檢測(cè)傳感線，用于在啟動(dòng)AC升壓電源轉(zhuǎn)換之 前確定接地故障的發(fā)生。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，提供一種用于檢測(cè)交通工具AC電系統(tǒng)中 的接地故障的方法。交通工具AC電系統(tǒng)包括AC升壓變壓器，該AC升 壓變壓器具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，用于增加提供給AC變壓器的電壓。 故障檢測(cè)電路包括連接到阻抗元件的供電電壓輸入線。故障檢測(cè)電路進(jìn)一 步包括電切換電路和故障檢測(cè)傳感線。用于檢測(cè)接地故障的方法包括通過 電切換電路選擇性地將供電電壓輸入線耦合到次級(jí)接地的步驟。故障檢測(cè) 傳感線被監(jiān)測(cè)。在AC電壓升高轉(zhuǎn)換之前，確定在交通工具AC電系統(tǒng)中 是否出現(xiàn)接地故障。
當(dāng)根據(jù)附圖閱讀時(shí)，由以下優(yōu)選的實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各 種目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得明顯。


圖1是本發(fā)明的交通工具電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的故障檢測(cè)系統(tǒng)的電原理圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的故障檢測(cè)系統(tǒng)的電原理圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
現(xiàn)參照這些附圖，電源電路在圖1中示出， 一般以IO表示，用于增 加到負(fù)載設(shè)備的供電電壓。電源電路10包括提供給變壓器16的初級(jí)線圈 14的供電電壓12。該供電電壓是從DC電源15變換的低AC電壓(例如 12VAC)。 DC電源通過一般以17表示的逆變器(inverter)被變換為供電電 壓。提供給初級(jí)線圈14的電源被升高到在次級(jí)線圈18處的高AC電壓， 例如220VAC或400VAC。電插座20被耦合到次級(jí)線圈18，用于電耦合到 基于AC的個(gè)人便利設(shè)備。電源電路10可包括一個(gè)或更多用于降壓或升壓 的附加的變壓器19,以通過交通工具將AC電源提供到各種負(fù)載19。本發(fā) 明提供了一種用于檢測(cè)與變壓器16的高電壓側(cè)生成的各相接觸的物體的 方法。圖2示出了故障檢測(cè)系統(tǒng)22的電原理圖。故障檢測(cè)系統(tǒng)22包括連接 到次級(jí)接地26的電切換電路24。次級(jí)接地26是與AC變壓器16 (圖1 ) 的次級(jí)線圈18的接地相同的接地。電切換電路24被電連接到輸入供電電 壓線28。輸入供電電壓線28包括阻抗元件30,例如具有預(yù)定阻抗值的電 阻器。輸入供電電壓線28連接到來自DC電源的供電電壓32。阻抗元件 30被耦合在供電電壓源和電切換電路24之間的輸入供電電壓線28上。
控制輸入命令信號(hào)34在連接到電切換電路24的控制信號(hào)線36上被 傳輸。傳輸?shù)诫娗袚Q電路24的控制輸入命令信號(hào)34命令電切換電路24 將輸入供電電壓線28內(nèi)部地(internally)耦合到次級(jí)接地26。這就提供 了輸入到次級(jí)接地26的已知的電壓和電流。
故障檢測(cè)傳感線38被耦合到阻抗元件30和電切換電路24之間的輸 入供電電壓線28。故障檢測(cè)傳感線38被耦合到用于監(jiān)測(cè)故障檢測(cè)傳感線 38上的電壓的微處理器40或類似設(shè)備。優(yōu)選地，因?yàn)閱为?dú)用于故障監(jiān)測(cè)
處理器40不是集成為電切換電路24的部分而是作為另一電組件/子系統(tǒng)的 部分。但是，在可選的實(shí)施方式中，微處理器可被集成在電切換電路內(nèi)或 微處理器本身可用作電切換電路。
故障檢測(cè)操作在啟動(dòng)AC升壓電源轉(zhuǎn)換之前發(fā)生。即在開啟點(diǎn)火裝置 和激勵(lì)A(yù)C變壓器以升高AC電壓之前，開始故障檢測(cè)程序。供電電壓(例 如5Vdc )被提供在輸入供電電壓線28上。在電切換電路24接收控制輸入 命令信號(hào)34之前，輸入供電電壓線28被斷路或至少不被耦合到次級(jí)接地 26。當(dāng)控制輸入命令信號(hào)34被提供到電切換電路24時(shí)，電切換元件24 將輸入供電電壓線28內(nèi)部地連接到次級(jí)接地26。微處理器40監(jiān)測(cè)故障檢 測(cè)傳感線38。故障檢測(cè)傳感線38、阻抗元件30、以及次級(jí)接地26的結(jié)構(gòu) 形成了電壓橋分壓器(voltage bridge divider )。微處理器40測(cè)量的電壓代 表低側(cè)電阻器電壓。測(cè)量的電壓或作為測(cè)量電壓的函數(shù)的比較值能夠與預(yù) 定的比較值進(jìn)行比較，以確定接地故障。作為所測(cè)量的電壓的函數(shù)的比較 值，這樣的隔離阻抗可利用下式基于電壓橋分壓器來確定
尺，=(7 , *rV(y —r )其中《是阻抗元件30的阻抗值，^_^是由故障檢測(cè)傳感線38在其 上測(cè)量的電壓，以及^是供電電壓32?；诖_定的隔離阻抗，接地故障可 #1才全測(cè)。例如，如果阻抗元件30具有100《Q的阻抗值，則80《Q或更小 的計(jì)算出的隔離阻抗值(凡*。
)表示一個(gè)物體在次級(jí)接地和電池接地之 間產(chǎn)生了短路。因此，故障檢測(cè)能夠被檢測(cè)到。所以，對(duì)于具有預(yù)定阻抗 值的阻抗元件，預(yù)定的隔離阻抗(或預(yù)定的電壓)與故障檢測(cè)傳感線38 上的計(jì)算出的隔離阻抗(或測(cè)量電壓)相比較，以指示在AC電系統(tǒng)中是 否有故障存在。
圖3示出了根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施方式的故障檢測(cè)電路的原理圖。電切換 電路5(H皮表示為具有繼電器52和電源開關(guān)54。繼電器52包括繼電器線 圏56。繼電器線圈56的輸入^皮耦合到電池電壓58。繼電器線圈56的輸 出被耦合到電源開關(guān)54，以下將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)討論。當(dāng)繼電器線圈56被 耦合到接地時(shí)，繼電器線圏56被激勵(lì)并且繼電器52將輸入供電電壓線28 連接到次級(jí)4妄地26,如所描述的。
繼電器線圈56的輸出被耦合到電源開關(guān)54的集電極60。故障檢測(cè)傳 感線38被耦合到電源開關(guān)54的基極62。發(fā)射極64被耦合到電池接地66。 當(dāng)在故障檢測(cè)傳感線38上生成到基極62的控制命令輸入信號(hào)34時(shí)，就 完成了集電極60和發(fā)射極64之間的電連接以及其后到電池接地66的電 連接。因此，繼電器線圈56的輸出被連接到電池接地66,由此允許電流 流動(dòng)以激勵(lì)繼電器線圏56。激勵(lì)繼電器線圈56就通過繼電器52將輸入供 電電壓線28連接到次級(jí)接地26。其后微處理器40監(jiān)測(cè)故障檢測(cè)傳感線 38以檢測(cè)故障。
可選地，電源開關(guān)54可包括電源繼電器、Mosfet或其他類似設(shè)備。 此外，電切換電路可包括其它電配置，包括但不限于ASIC。必須理解， 本發(fā)明可不同于所具體解釋和說明的而被實(shí)施，而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍，并且其他電組件可用于監(jiān)測(cè)輸入供電電壓線并將輸入供電電壓線耦 合到次級(jí)接地，以便在AC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中可檢測(cè)到故障。
權(quán)利要求
1. 一種交通工具接地故障電檢測(cè)系統(tǒng)，其用于交通工具AC電系統(tǒng)，所述AC電系統(tǒng)包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的AC升壓變壓器，所述AC升壓變壓器用于增加提供給所述變壓器的電壓，所述次級(jí)線圈被耦合到次級(jí)接地，提供給所述變壓器的所述初級(jí)線圈的所述電壓是來自于具有電池接地的交通工具電池的被變換的電壓，所述接地故障電檢測(cè)系統(tǒng)包括故障檢測(cè)電路，其用于檢測(cè)所述變壓器的次級(jí)接地和電池接地之間的短路，所述故障檢測(cè)電路包括阻抗元件，其具有預(yù)定的阻抗值，所述阻抗元件具有連接到供電電壓的一端；電切換電路，其連接到所述阻抗元件，所述電切換電路用于將所述阻抗元件的另一端選擇性地耦合到所述次級(jí)接地；故障檢測(cè)傳感線，其連接到所述阻抗元件的所述另一端與所述電切換電路之間的接點(diǎn)；以及控制器，其用于將所述阻抗元件選擇性地耦合到所述次級(jí)接地，所述控制器被耦合到所述故障檢測(cè)傳感線以接收電壓信號(hào)，用于在AC升壓電源轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)之前檢測(cè)所述接地故障，所述控制器基于響應(yīng)于所述電壓信號(hào)與預(yù)定的比較值的比較來確定接地故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述故障檢測(cè)傳 感線、所述阻抗元件，以及所述次級(jí)接地形成電壓橋分壓器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述控制器包括 微處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述電切換電路 包括電源開關(guān)和繼電器，所述電源開關(guān)將所述繼電器耦合到接地，用于激 勵(lì)所述繼電器的繼電器線圈，其中所述繼電器線圏在被激勵(lì)時(shí)，通過所述 阻抗元件將所述供電電壓耦合到次級(jí)接地。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述電源開關(guān)包 括電源繼電器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述電源開關(guān)包括Mosfet。
7. —種交通工具接地故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其用于檢測(cè)交通工具電路中的 接地故障，所述系統(tǒng)包括AC升壓電路，其包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的AC變壓器，所述 AC變壓器用于增加提供給所述AC變壓器的整流電壓；微處理器，其用于確定所述AC升壓電路中的故障檢測(cè)；故障檢測(cè)電路，其用于檢測(cè)所述變壓器的次級(jí)接地和電池接地之間的 短路，所述故障沖全測(cè)電路包括阻抗元件，其具有預(yù)定的阻抗值，所述阻抗元件連接到供電電壓；電切換電路，其連接到所述阻抗元件和所迷次級(jí)接地；以及故障檢測(cè)傳感線，其連接在所述阻抗元件與所述次級(jí)接地之間；其中所述電切換電路通過所述阻抗元件將所述供電電壓選擇性 地耦合到所述次級(jí)接地，所述微處理器監(jiān)測(cè)所述故障檢測(cè)傳感線，用 于在AC升壓電源轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)之前確定所述接地故障的發(fā)生。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述微處理器確 定作為所測(cè)量的電壓的函數(shù)的隔離阻抗。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中計(jì)算出的隔離阻 抗小于所述阻抗元件的阻抗確定了接地故障。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述微處理器生 電源轉(zhuǎn)換。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述電切換電路 包括電源開關(guān)和繼電器，所述電源開關(guān)將所述繼電器耦合到接地，用于激 勵(lì)所述繼電器的繼電器線圈，其中所述繼電器線圈在被激勵(lì)時(shí)，通過所述阻抗元件將所述供電電壓耦合到次級(jí)接地。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述故障檢測(cè)傳感線、所述阻 抗元件、以及所述次級(jí)4矣地形成電壓橋分壓器。
13. —種方法，其用于檢測(cè)交通工具AC電系統(tǒng)中的接地故障，所述 交通工具AC電系統(tǒng)包括具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的AC升壓變壓器和故 障檢測(cè)電路，所述AC升壓變壓器用于增加提供給所述AC變壓器的電壓， 所述故障檢測(cè)電路包括連接到阻抗元件的供電電壓輸入線，所述故障檢測(cè) 電路進(jìn)一步包括電切換電路和故障檢測(cè)傳感線，用于檢測(cè)所述接地故障的 所述方法包括以下步驟通過所述電切換電路將所述供電電壓輸入線選擇性地耦合到次級(jí)接地；監(jiān)測(cè)所述故障檢測(cè)傳感線；以及在AC電壓升高轉(zhuǎn)換前確定所述交通工具AC電系統(tǒng)中的接地故障。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中微處理器被連接到所述故障故障的發(fā)生。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定所述接地故障的發(fā)生的 所述步驟包括確定作為所測(cè)量的電壓的函數(shù)的隔離阻抗，其中所確定的隔 離阻抗小于預(yù)定的阻抗值表示了接地故障。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定所述接地故障的發(fā)生的 所述步驟包括確定作為所測(cè)量的電壓的函數(shù)的隔離阻抗，其中所確定的隔 離阻抗小于所述阻抗元件的阻抗值表示了接地故障。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括提供用于禁止AC升 壓變換的禁止信號(hào)的步驟，所述禁止信號(hào)在AC升壓轉(zhuǎn)換之前響應(yīng)于確定 所述接地故障的存在。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中確定所述接地故障的所迷步 驟在將所述交通工具點(diǎn)火裝置轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)位置之前^1執(zhí)行。
全文摘要
一種用于檢測(cè)接地故障的交通工具AC接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，其包括具有阻抗元件的故障檢測(cè)電路。阻抗元件的一端連接到供電電壓。電切換電路被連接到阻抗元件，用于將阻抗元件的另一端選擇性地耦合到次級(jí)接地。故障檢測(cè)電路進(jìn)一步包括故障檢測(cè)傳感線，其連接到阻抗元件的另一端和電切換電路之間的接點(diǎn)?？刂破鲗⒆杩乖x擇性地耦合到次級(jí)接地。控制器被耦合到故障檢測(cè)傳感線以接收電壓信號(hào)，用于在AC升壓電源轉(zhuǎn)換啟動(dòng)之前檢測(cè)接地故障。控制器基于響應(yīng)于電壓信號(hào)和預(yù)定的比較值的比較來確定接地故障。
文檔編號(hào)G01R31/02GK101413984SQ200810148850
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者艾伯特·特倫奇斯, 雅恩·達(dá)羅曼 申請(qǐng)人:李爾公司