JP2004343972A

JP2004343972A - Electric leakage detection device

Info

Publication number: JP2004343972A
Application number: JP2003140992A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Higashihama; 弘忠東浜; Hisami Usui; 久視臼井; Koji Soshin; 耕児宗進; Toshiaki Saito; 寿昭齊藤; Hirotsugu Minami; 洋次南
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP3956895B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve withstand voltage and safety at the output side of a DC-DC conversion circuit. <P>SOLUTION: The electric leakage detection device 20 comprises two voltage-dividing resistors R1, R2 connected in series between input terminals of a DC-AC conversion circuit; a detection resistor Rs connected to a contact point of the voltage dividing resistors R1, R2 at one end; a capacitor C0 inserted in between the other end of the detection resistor Rs and a ground; a first determination part 22 for determining the occurrence of leakage by signal-processing of a detection signal Vs. Insertion of the capacitor C0 in between the detection resistor Rs and the ground isolates the output side of the DC-DC conversion circuit from the ground in DC manner. Therefore since the withstand voltage on the output side of the DC-DC conversion circuit is improved, and high voltage on the secondary side of an isolation transformer will not be applied to the primary side, even if dielectric breakdown occurs in an isolation transformer, and safety is improved also. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の漏電検出装置の一例を図１７に示す。この従来例は、電気自動車の動力源となる直流電源Ｅの出力端間に高抵抗値の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続され、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランド（車体）の間に検出抵抗Ｒ３が接続され、検出抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧降下を検出電圧として漏電を検出するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
次に上記従来例の動作について説明する。電気自動車の動力として使用される直流電源Ｅは２００Ｖ〜３００Ｖ程度の非常に高い電圧を出力するものであるから、人が車体に触れても感電しないように車体から電気的に分離された状態（フローティング状態）となっている。しかしながら、直流電源Ｅを含む高電圧系とグランドの間で絶縁破壊が起きている場合には、人が車体等に触れると電流の流れる経路が形成されて感電してしまうことになる。ところが、高電圧系がグランドから分離されているため、例え絶縁破壊が起きても人が高電圧系に触れない限りは電流が流れず、漏電を検出することができない。そこで、人が触れる以前に漏電検出を可能としたのが上記従来例である。
【０００４】
上記従来例において、高電圧系の負極側とグランドの間で絶縁破壊が生じ且つ人が高電圧系に触れている状態の回路図を図１８に示す。但し、抵抗ｒは絶縁破壊が生じた部位における高電圧系とグランド間の抵抗（絶縁破壊抵抗）、抵抗Ｒは人体の抵抗とする。直流電源Ｅの出力電圧をＶボルト、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、検出抵抗Ｒ３、絶縁破壊抵抗ｒ並びに人体抵抗Ｒの各抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，ｒ，Ｒとし、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を絶縁破壊抵抗ｒの抵抗値ｒよりも十分に大きい値とすれば、人体抵抗Ｒに流れる漏洩電流（地絡電流）Ｉは下記の式（１）で表される。
【０００５】
Ｉ＝Ｖ／（ｒ＋Ｒ） …（１）
なお、人体抵抗Ｒは湿度等の環境によって異なることもあるが、Ｒ＝０とした場合に漏洩電流Ｉは最大となる。
【０００６】
一方、人が高電圧系に触れていないとき、すなわち人体抵抗Ｒの抵抗値Ｒが無限大のときの検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値を求めると、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を検出抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３よりも大きい値とすれば、グランドを介して分圧抵抗Ｒ１、検出抵抗Ｒ３並びに絶縁破壊抵抗ｒに流れる漏洩電流ｉが下記の式（２）で表され、さらに検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値が下記の式（３）で表される。
【０００７】
ｉ＝Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（２）
Ｖ１＝Ｖ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（３）
よって、式（３）に式（１）を代入することで漏洩電流Ｉに対応した検出電圧Ｖ１が求められるから、この検出電圧Ｖ１から漏電を検出することができる。
【０００８】
ところで、図１９に示すように直流電源Ｅの電源電圧を直流直流変換部４１にて所望の電圧まで昇圧し、直流直流変換部４１の直流出力電圧を直流交流変換部４２にて交流電圧に変換して負荷４３に供給するようにした電源装置４０が従来より提供されているが、このような電源装置４０に用いられる漏電検出装置５０として、本出願人は直流直流変換部４１の出力端間に互いにインピーダンス値の等しい分圧素子Ｚ１，Ｚ２の直列回路を接続し、分圧素子Ｚ１，Ｚ２の接続点とグランドの間に挿入した検出素子Ｚ３における電圧降下を検出信号として判定部５１に取り込み、判定部５１にて検出信号を所定のしきい値と比較することで漏電発生の有無を判定するようにしたものを既に提案している。この漏電検出装置５０では、漏電事故が発生していなければ検出素子Ｚ３には電流が流れず、検出信号も出力されないが、電源装置４０とグランドの間で絶縁破壊が生じた場合に検出素子Ｚ３に漏洩電流が流れて検出信号が得られ、この検出信号が所定のしきい値以上である場合に漏電と判定している。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３３０７１７３号公報（第２−３頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来の漏電検出装置５０では、直流直流変換部４１の入力側と出力側が検出素子Ｚ３からグランドを通して導通しているためにグランドに対する２次側の耐圧が低くなっていた。また、直流直流変換部４１には入力側と出力側を絶縁するトランス（図示せず）が用いられているが、このトランスで絶縁破壊が生じた場合に２次側の高電圧が１次側に印加されてバッテリ等の直流電源Ｅに接続された他の機器を破損させてしまう虞があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、直流直流変換回路の出力側の耐圧並びに安全性が向上できる漏電検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点に一端が接続される検出素子と、この検出素子の他端と前記グランドの間に挿入されるコンデンサと、検出素子における電圧降下を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、検出素子とグランドの間にコンデンサを挿入したので、直流直流変換回路の出力側とグランドとの間が前記コンデンサによって直流的に絶縁されるため、直流直流変換回路の出力側の耐圧が向上でき、しかも、絶縁トランスに絶縁破壊が生じても絶縁トランスの２次側の高電圧が１次側に印加されることがないから安全性も向上できる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記分圧素子の少なくとも何れか一方をコンデンサとしたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、分圧素子には直流電流が流れなくなるから無駄な電力消費を防ぐことができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定処理と、検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定処理とを行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、第１及び第２の判定処理にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記検出素子がコンデンサからなり、前記判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定処理又は検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定処理の少なくとも何れか一方と、検出信号に含まれる直流成分を極性に応じた所定の閾値と比較することで漏電を判定する第３の判定処理とを行うことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、それぞれの判定処理にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、直流交流変換回路の出力端間に接続される前記分圧素子並びに検出素子をコンデンサとしたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、分圧素子並びに検出素子となるコンデンサによって直流交流変換回路の出力に含まれる高周波ノイズを除去することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の漏電検出装置２０が用いられる電源装置１０は、図１に示すように自動車に搭載されている低電圧（例えば、１２Ｖ〜４２Ｖ）のバッテリ１から１００Ｖの交流電圧を作成して負荷２に供給するものであって、バッテリ１から供給される直流電圧を昇圧回路１１のスイッチング素子でチョッピングするとともに絶縁トランス１２を介して所望のレベルに昇圧した後に整流回路１３（平滑回路を含む）で整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路の直流出力電圧を正弦波の交流電圧に変換する直流交流変換回路１４と、直流交流変換回路１４から負荷２への給電路を開閉する開閉要素１５と、直流交流変換回路１４の出力から高調波成分を除去するフィルタ１６と、直流直流変換回路並びに直流交流変換回路１４の動作を制御する電源制御回路１７とを備えている。但し、バッテリ１はグランド（自動車の車体）に接地されている。
【００２３】
昇圧回路１１は、絶縁トランス１２並びに整流回路１３とともに従来周知の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータからなる直流直流変換回路を構成しており、電源制御回路１７によりスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することによって入力電圧を所望のレベルにまで昇圧することができる。また、直流交流変換回路１４は、例えば従来周知であるフルブリッジ型のインバータ回路からなり、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することで整流回路１３から出力される直流電圧を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の正弦波交流電圧に変換することができる。なお、電源制御回路１７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成することが可能であるが、具体的な構成については従来周知であるから説明を省略する。
【００２４】
一方、本実施形態の漏電検出装置２０は、図１に示すように互いに抵抗値が等しく直流交流変換回路１４の入力端間に直列接続される２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に一端が接続される検出抵抗Ｒｓと、この検出抵抗Ｒｓの他端とグランドの間に挿入されるコンデンサＣ０と、検出抵抗Ｒｓにおける電圧降下を検出信号Ｖｓとして取り込んでゲイン調整する増幅器２１と、検出信号Ｖｓを信号処理することで漏電発生を判定する第１の判定部２２とを備えている。本実施形態では、検出抵抗Ｒｓとグランドの間にコンデンサＣ０を挿入することにより漏電検出装置２０をグランドから直流的に絶縁している。
【００２５】
第１の判定部２２は、図２に示すように検出信号Ｖｓに含まれる正弦波交流電圧の周波数（例えば、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）に略等しい周波数成分のみを取り出すためのバンドパスフィルタ２２ａと、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを求める実効値算出部２２ｂと、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ１と比較するコンパレータ２２ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力する。但し、検出信号Ｖｓを全波整流した後に積分回路により平滑することで上記実効値演算と同様の直流の検出信号Ｖｓｓ２を生成して漏電発生の判定を行うことも可能である。
【００２６】
而して、本実施形態においては、電源装置１０の絶縁トランス１２の２次側がグランドから切り離されてフローティング状態となっているから、漏電事故が発生していなければ検出抵抗Ｒｓには電流（暗電流）が流れず、検出信号Ｖｓも出力されないが、電源装置１０とグランドの間で絶縁破壊が生じた場合には検出抵抗Ｒｓに漏洩電流が流れることから、第１の判定部２２で漏電発生と判定されることになる。以下、第１の判定部２２における漏電発生の判定動作を説明する。
【００２７】
図３に示すように電源装置１０から負荷２への給電路とグランドの間で絶縁破壊が発生した場合を考える。なお、図３における３は前記給電路の正極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）、４は前記給電路の負極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）をそれぞれ示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗３又は４、検出抵抗Ｒｓ並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒｓの両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図４に示すように電源装置１０から出力される正弦波交流電圧の周波数と等しい正弦波交流電圧となる。但し、漏洩電流が何れの絶縁破壊抵抗３，４を介して流れるかによって検出電圧Ｖｓの位相と電源装置１０の出力電圧の位相とが一致しない場合もある。そして、第１の判定部２２では、電源装置１０の出力電圧周波数に等しい周波数成分をバンドパスフィルタ２２ａを利用して取り出し、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを実効値算出部２２ｂで算出するとともに、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓをコンパレータ２２ｃにて所定の閾値Ｖｒ１と比較し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力する。
【００２８】
ここで、本実施形態においては検出抵抗Ｒｓとグランドの間にコンデンサＣ０を挿入することにより直流直流変換回路の出力側をグランドから直流的に絶縁しているため、グランドに対する直流直流変換回路の出力側の耐圧が向上でき、しかも、絶縁トランス１２に絶縁破壊が生じても絶縁トランス１２の２次側の高電圧が１次側に印加されることがないから安全性も向上できるものである。
【００２９】
ところで、電源装置１０が正弦波ではなく矩形波の交流電圧を作成する場合には、図６に示すように検出電圧Ｖｓが電源装置１０から出力される矩形波交流電圧の周波数と等しい矩形波交流電圧となるから、図５に示すように第１の判定部２２を実効値算出部２２ｂとコンパレータ２２ｃとで構成すれば良い。なお、矩形波交流電圧を出力する電源装置１０では、フルブリッジ型のインバータ回路からなる直流交流変換回路１４において直流直流変換回路の出力電圧を周期的に極性反転することにより、直流電圧を矩形波の交流電圧に変換すればよいから、正弦波交流電圧に変換する場合のようにインバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御する必要が無く、インバータ回路のスイッチング素子のオン期間を調整するだけでよく電源制御回路１７における制御が非常に簡単になる。なお、直流交流変換回路１４の出力を矩形波交流電圧とした場合にはフィルタ１６は不要である。
【００３０】
（実施形態２）
本実施形態は、検出素子としてコンデンサＣｓを用いるとともに、実施形態１における第１の判定部２２の代わりに第３の判定部２３を具備した点に特徴を有するものであって、他の構成は実施形態１と共通であるから図示並びに説明は省略する。
【００３１】
第３の判定部２３は、図７に示すように検出信号Ｖｓの直流成分のみを取り出すためのローパスフィルタ２３ａと、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれ所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較する２つのコンパレータ２３ｂ，２３ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。
【００３２】
図８に示すように電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図８における５，６はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗５又は６、コンデンサＣｓ並びに分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２に漏洩電流が流れる経路が存在するが、当該経路中にコンデンサＣｓ，Ｃ０が挿入されていることから直流の漏洩電流は流れない。しかし、上述のようにグランドと絶縁されている直流直流変換回路の出力線の少なくとも一方が絶縁破壊抵抗５又は６を介してグランドに接地された状態であれば、検出用のコンデンサＣｓが漏洩電流により充電されてその両端に電位差（検出電圧Ｖｓ）が発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図９（ａ）（ｂ）に示すように直流電圧となり、漏電発生箇所（前記通電経路の正極側又は負極側）に応じて極性が変化する。そして、第３の判定部２３では、検出信号Ｖｓの直流成分のみをローパスフィルタ２３ａを利用して取り出し、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれコンパレータ２３ｂ，２３ｃで所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。
【００３３】
実施形態１における第１の判定部２２では電源装置１０から負荷２への給電路で発生する漏電を検出することが可能であるのに対し、上述のように第３の判定部２３では電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間で発生する漏電を検出することが可能である。また、実施形態１と同様にコンデンサＣ０を挿入して直流直流変換回路の出力側をグランドから直流的に絶縁しているから出力側の耐圧が向上するとともに、絶縁トランス１２の２次側の高電圧が１次側に印加されるのを防いで安全性が向上する。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１における第１の判定部２２の代わりに第２の判定部２４を具備した点に特徴を有するものであって、他の構成は実施形態１と共通であるから図示並びに説明は省略する。
【００３５】
第２の判定部２４は、図１０に示すように検出信号Ｖｓに含まれるチョッピング周波数（昇圧回路１１におけるスイッチング周波数）に等しい周波数成分のみを取り出すためのハイパスフィルタ２４ａと、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを求める実効値算出部２４ｂと、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ４と比較するコンパレータ２４ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。
【００３６】
図１１に示すように電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図１１における７，８はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗７又は８、検出抵抗Ｒｓ並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒｓ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図１２に示すように昇圧回路１１のスイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング周波数に略等しい周波数の高周波電圧となる。そして、第２の判定部２４では、昇圧回路１１におけるスイッチング周波数に等しい周波数成分のみをハイパスフィルタ２４ａを利用して検出信号Ｖｓから取り出し、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを実効値算出部２４ｂで算出するとともに、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓをコンパレータ２４ｃで所定の閾値Ｖｒ４と比較し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。なお、検出信号Ｖｓから取り出す周波数成分は昇圧回路１１におけるスイッチング周波数にほぼ等しい周波数であれば漏電発生の判定は可能である。
【００３７】
実施形態１における第１の判定部２２では電源装置１０から負荷２への給電路で発生する漏電を検出することが可能であり、実施形態２における第３の判定部２３では電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間で発生する漏電を検出することが可能であるのに対し、上述のように第２の判定部２４では電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間で発生する漏電を検出することが可能である。また、実施形態１，２と同様に検出抵抗Ｒｓとグランドの間にコンデンサＣ０を挿入して直流直流変換回路の出力側をグランドから直流的に絶縁しているから出力側の耐圧が向上するとともに、絶縁トランス１２の２次側の高電圧が１次側に印加されるのを防いで安全性が向上する。
【００３８】
（実施形態４）
本実施形態は、図１３に示すように実施形態１〜３における第１の判定部２２、第３の判定部２３、第２の判定部２４を備える点に特徴を有するものである。また、検出素子として実施形態２と同様にコンデンサＣｓを用いている。
【００３９】
而して、実施形態１〜３で説明したように第１〜第３の判定部２２〜２４により各々異なる箇所の漏電発生を検出することができるが、逆に言うと、第１の判定部２２から判定信号Ｖｊ１が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路であることを示している。また、第３の判定部２３から判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間であることを示している。さらに第２の判定部２４から判定信号Ｖｊ３が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間であることを示している。
【００４０】
すなわち、本実施形態の漏電検出装置２０は第１〜第３の判定部２２〜２４を備えているため、個々の判定部２２〜２４の判定結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができ、しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。但し、本実施形態では第１〜第３の判定部２２〜２４を全て備える構成を例示したが、必要に応じてこれら３つの判定部２２〜２４の内の少なくとも何れか２つの判定部を備える構成としても構わない。
【００４１】
（実施形態５）
本実施形態の漏電検出装置２０は、図１４に示すように分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２及び検出用のコンデンサＣｓ、増幅器２１並びに信号処理回路部２５で構成される。なお、本実施形態における電源装置１０は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００４２】
信号処理回路部２５はマイクロコンピュータを主構成要素とし、図１５に示すようにレベル判定部２５ａ、波形判定部２５ｂ、漏電判定部２５ｃ、外部出力部２５ｄ並びに通信部２５ｅを具備している。なお、増幅器２１で増幅されたアナログの検出信号Ｖｓは、マイクロコンピュータの持つＡ／Ｄ変換機能を用いてデジタルの検出信号データに変換されて一旦メモリ（図示せず）に格納される。レベル判定部２５ａは、前記メモリから読み出した検出信号データにフィルタ処理及び実効値演算処理を施して検出信号Ｖｓのレベルを求め、そのレベルを所定の閾値（基準データ）と比較することで漏電電流のレベルを判定する。波形判定部２５ｂは、前記メモリから読み出した検出信号データから元の検出信号Ｖｓの波形を求め、その波形が予め設定されている複数の波形パターン（基準データ）、具体的には図４に示した正弦波（電源装置１０の出力が矩形波交流電圧の場合には図６に示した矩形波）、図９に示した直線波形、又は図１２に示した鋸波形の何れに最も近いかをパターンマッチング等の方法で判定する。
【００４３】
漏電判定部２５ｃは、レベル判定部２５ａのレベル判定結果から漏電発生の有無を判定するとともに波形判定部２５ｂの波形判定結果から漏電発生箇所の判定を行い、漏電発生及び漏電発生箇所を示すデータを外部出力部２５ｄ及び通信出力部２５ｅに出力する。外部出力部２５ｄは、漏電判定部２５ｃから前記データが入力されると、漏電発生箇所に適した処置、例えば漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路である場合に開閉要素１５を開く処置や、漏電発生箇所が電源装置１０内部である場合に昇圧回路１１や直流交流変換回路１４の動作を停止する処置などを行うための制御信号を電源制御回路１７等に出力する。また通信部２５ｅは、漏電判定部２５ｃから入力された前記データを通信ケーブルを介して自動車に搭載されている電子制御装置、いわゆるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に送信するものであり、通信プロトコルとしては、例えば自動車内のＬＡＮ規格であるＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を利用すればよい。そして、このように漏電の発生及びその発生箇所の情報を電子制御装置に送信し、電子制御装置によってそれらの情報を映像や文字あるいは音声等を用いて自動車の使用者に知らせるようにすれば、安全性のさらなる向上が図れる。
【００４４】
而して、本実施形態の漏電検出装置２０においても実施形態４と同様に、信号処理回路部２５による信号処理結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができる。但し、本実施形態では波形判定部２５ｂにおいて、第１〜第３の判定部２２〜２４に対応する３種類の波形判定を行っているが、何れか１種類若しくは２種類の波形判定を行うようにしても構わない。また、信号処理回路部２５の機能を電源装置１０の電源制御回路１７を構成するマイクロコンピュータで実現すれば、回路構成の簡素が図れるという利点がある。
【００４５】
ところで、上述の実施形態１〜５では分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を直流交流変換回路１４の入力端間に接続したが、直流交流変換回路１４の出力端間に分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続しても同様に漏電を検出することは可能である。また、分圧素子並びに検出素子として抵抗以外のインピーダンス素子（例えばコンデンサ）を用いても同様の効果を奏する。但し、分圧素子及び検出素子としてコンデンサを用いた場合、漏電検出装置２０と直流直流変換回路とが直流的に絶縁されるとともに分圧素子（コンデンサ）には定常時において直流電流が流れないことから耐圧が向上するという利点がある。それに対して分圧素子及び検出素子として抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｓを用いた場合には一般に抵抗素子の抵抗値がコンデンサの容量値に比較してばらつきが小さいことから、直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できるという利点がある。また、２つの分圧素子に何れも抵抗を用いた場合には２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２に常時直流電流（暗電流）が流れて無駄な電力が消費されるために電源装置１０の電力変換効率が低下してしまうことになるが、２つの分圧素子の少なくとも何れか一方にコンデンサを用いれば、分圧素子に定常的に直流電流が流れることがなくなって無駄な電力消費が抑えられるから電源装置１０の電力変換効率の低下が防止できるものである。
【００４６】
（実施形態６）
本実施形態は、図１６に示すようにフィルタ１６とは別に直流交流変換回路１４の出力側に分圧素子並びに検出素子を利用したフィルタ回路を備えた点に特徴があり、その他の構成は実施形態４と共通である。よって、実施形態４と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図１６に示すように直流交流変換回路１４の出力端間に直列接続される２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と、その接続点とグランドの間に挿入されるコンデンサＣ３とでフィルタ回路が形成されている。このフィルタ回路は、電源装置１０から出力線に重畳して外部に漏れる高周波ノイズを除去するものであって、出力線のグランドに対する電位を安定させて雑音端子電圧の低減に寄与する。
【００４８】
而して、本実施形態では分圧素子並びに検出素子となるコンデンサＣ１〜Ｃ３によって直流交流変換回路１４の出力に含まれる高周波ノイズを除去することができる。言い換えると、分圧素子並びに検出素子をフィルタ回路と兼用することで回路素子の削減による回路構成の簡素化並びにコストダウンが図れるという利点がある。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、検出素子とグランドの間にコンデンサを挿入したので、直流直流変換回路の出力側とグランドとの間が前記コンデンサによって直流的に絶縁されるため、直流直流変換回路の出力側の耐圧が向上でき、しかも、絶縁トランスに絶縁破壊が生じても絶縁トランスの２次側の高電圧が１次側に印加されることがないから安全性も向上できる。
【００５０】
請求項２の発明によれば、分圧素子には直流電流が流れなくなるから無駄な電力消費を防ぐことができる。
【００５１】
請求項３の発明によれば、第１及び第２の判定処理にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００５２】
請求項４の発明によれば、それぞれの判定処理にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００５３】
請求項５の発明によれば、分圧素子並びに検出素子となるコンデンサによって直流交流変換回路の出力に含まれる高調波ノイズを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図２】同上における第１の判定部を示すブロック図である。
【図３】第１の判定部の動作説明図である。
【図４】第１の判定部の動作説明用の波形図である。
【図５】電源装置が矩形波交流電圧を出力する場合の第１の判定部を示すブロック図である。
【図６】電源装置が矩形波交流電圧を出力する場合の第１の判定部の動作説明用の波形図である。
【図７】実施形態２における第２の判定部を示すブロック図である。
【図８】第２の判定部の動作説明図である。
【図９】第２の判定部の動作説明用の波形図である。
【図１０】実施形態３における第３の判定部を示すブロック図である。
【図１１】第３の判定部の動作説明図である。
【図１２】第３の判定部の動作説明用の波形図である。
【図１３】実施形態４の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１４】実施形態５の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１５】同上における信号処理回路部を示すブロック図である。
【図１６】実施形態６の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１７】従来例を示す回路図である。
【図１８】同上の動作説明図である。
【図１９】他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０電源装置
２０漏電検出装置
２１増幅器
２２第１の判定部
Ｒ１，Ｒ２分圧抵抗
Ｒｓ検出抵抗
Ｃ０コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a leakage detection device that detects leakage of a power supply device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 shows an example of a conventional leakage detection device. In this conventional example, voltage dividing resistors R1 and R2 having a high resistance value are connected in series between output terminals of a DC power supply E serving as a power source of an electric vehicle, and a connection point between the voltage dividing resistors R1 and R2 and a ground (vehicle body). A detection resistor R3 is connected between the detection resistors R3 and R3, and a leakage voltage is detected using a voltage drop across the detection resistor R3 as a detection voltage (see Patent Document 1).
[0003]
Next, the operation of the above conventional example will be described. Since the DC power supply E used as power for the electric vehicle outputs a very high voltage of about 200 V to 300 V, the DC power supply E is electrically separated from the vehicle body so as not to receive an electric shock even if a person touches the vehicle body ( Floating state). However, when a dielectric breakdown has occurred between the high voltage system including the DC power supply E and the ground, when a person touches the vehicle body or the like, a path for current flow is formed, resulting in electric shock. However, since the high-voltage system is separated from the ground, even if insulation breakdown occurs, no current flows unless a person touches the high-voltage system, and it is not possible to detect leakage. Therefore, in the above-described conventional example, the leakage detection can be performed before a person touches.
[0004]
FIG. 18 is a circuit diagram showing a state in which dielectric breakdown occurs between the negative electrode side of the high voltage system and the ground and a person is touching the high voltage system in the above conventional example. Here, the resistance r is the resistance between the high voltage system and the ground (dielectric breakdown resistance) at the site where the dielectric breakdown has occurred, and the resistance R is the resistance of the human body. The output voltage of the DC power supply E is V volts, the voltage dividing resistors R1 and R2, the detection resistor R3, the insulation resistance r, and the human body resistance R are R1, R2, R3, r, and R, respectively. , R2 are sufficiently larger than the resistance value r of the dielectric breakdown resistance r, the leakage current (ground fault current) I flowing through the human body resistance R is expressed by the following equation (1). You.
[0005]
I = V / (r + R) (1)
Although the human body resistance R may vary depending on the environment such as humidity, the leakage current I becomes maximum when R = 0.
[0006]
On the other hand, when a person does not touch the high-voltage system, that is, when the resistance value R of the human body resistor R is infinite, the value of the detection voltage V1 generated at both ends of the detection resistor R3 is obtained. Assuming that the resistance values R1 and R2 are larger than the resistance value R3 of the detection resistor R3, the leakage current i flowing through the voltage dividing resistor R1, the detection resistor R3, and the insulation resistance r via the ground is represented by the following equation (2). And the value of the detection voltage V1 generated at both ends of the detection resistor R3 is expressed by the following equation (3).
[0007]
i = V / (R1 + R3 + r) (2)
V1 = V × R3 / (R1 + R3 + r) (3)
Therefore, the detection voltage V1 corresponding to the leakage current I is obtained by substituting the expression (1) into the expression (3), so that the leakage can be detected from the detection voltage V1.
[0008]
Meanwhile, as shown in FIG. 19, the power supply voltage of the DC power supply E is boosted to a desired voltage by the DC / DC converter 41, and the DC output voltage of the DC / DC converter 41 is converted to an AC voltage by the DC / AC converter 42. A power supply device 40 for supplying the power to the load 43 has been conventionally provided. As an earth leakage detection device 50 used in such a power supply device 40, the present applicant employs , A series circuit of voltage dividing elements Z1 and Z2 having the same impedance value is connected to each other, and a voltage drop in the detecting element Z3 inserted between the connection point of the voltage dividing elements Z1 and Z2 and the ground is taken into the determination unit 51 as a detection signal. The determination unit 51 has already proposed a configuration in which the presence / absence of leakage is determined by comparing the detection signal with a predetermined threshold value. In the electric leakage detection device 50, if no electric leakage accident occurs, no current flows to the detection element Z3 and no detection signal is output, but if an insulation breakdown occurs between the power supply device 40 and the ground, the detection element Z3 A detection signal is obtained due to a leakage current flowing through the circuit, and when the detection signal is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that a leakage has occurred.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3307173 (page 2-3, FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned conventional leakage detecting device 50, since the input side and the output side of the DC / DC converter 41 are conducted from the detection element Z3 through the ground, the withstand voltage of the secondary side with respect to the ground is low. Further, a transformer (not shown) that insulates the input side and the output side is used in the DC / DC converter 41, but when a dielectric breakdown occurs in this transformer, a high voltage on the secondary side is applied to the primary side. And other devices connected to the DC power supply E such as a battery may be damaged.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a leakage detection device capable of improving the withstand voltage and safety of the output side of a DC / DC converter.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC / DC conversion circuit for chopping a DC voltage supplied from a DC power supply, boosting the DC voltage to a desired level via an insulating transformer, and then rectifying and smoothing the DC voltage. And a DC / AC conversion circuit that converts a DC voltage output from the DC / DC conversion circuit into an AC voltage, and operates while being electrically insulated from the ground to supply an AC voltage to a load. Two voltage-dividing elements connected in series between an input terminal or an output terminal of a DC-AC converter circuit having the same impedance value, and one end is connected to a connection point of the voltage-dividing elements. A detection element, a capacitor inserted between the other end of the detection element and the ground, and a voltage drop in the detection element as a detection signal. Wherein the process to and a determination means for determining presence or absence of leakage.
[0013]
According to this invention, since the capacitor is inserted between the detection element and the ground, the output side of the DC / DC converter and the ground are DC-insulated by the capacitor. , And safety can be improved because a high voltage on the secondary side of the insulation transformer is not applied to the primary side even if insulation breakdown occurs in the insulation transformer.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, at least one of the voltage dividing elements is a capacitor.
[0015]
According to the present invention, since no DC current flows through the voltage dividing element, wasteful power consumption can be prevented.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the determining means determines the earth leakage by comparing an effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold. And performing a second determination process of determining an electric leakage by comparing an effective value of a frequency component equal to the chopping frequency included in the detection signal with a predetermined threshold value.
[0017]
According to the present invention, since the first and second determination processes can detect the electric leakage at each of the detection locations, it is possible to simultaneously detect not only the presence / absence of the electric leakage but also the location of the occurrence. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location of the occurrence of the electrical leakage.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the detection element includes a capacitor, and the determination unit compares an effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold value. And / or a second determination process for determining a leakage by comparing an effective value of a frequency component equal to the chopping frequency included in the detection signal with a predetermined threshold. A third determination process for determining a leakage by comparing a DC component included in the signal with a predetermined threshold value corresponding to the polarity is performed.
[0019]
According to the present invention, since each of the determination processes can detect the electric leakage at each of the detection locations, it is possible to simultaneously detect not only the presence or absence of the electric leakage but also the location of the occurrence. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location of the occurrence of the electrical leakage.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, the voltage dividing element and the detecting element connected between the output terminals of the DC / AC converter are capacitors.
[0021]
According to the present invention, high-frequency noise included in the output of the DC / AC converter can be removed by the voltage divider and the capacitor serving as the detector.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the power supply device 10 using the earth leakage detection device 20 of the present embodiment generates an AC voltage of 100 V from a low-voltage (for example, 12 V to 42 V) battery 1 mounted on an automobile and loads the vehicle. 2, a DC voltage supplied from the battery 1 is chopped by a switching element of a booster circuit 11, and is boosted to a desired level via an insulating transformer 12, and then a rectifier circuit 13 (including a smoothing circuit). A DC / DC conversion circuit for rectifying and smoothing the output, a DC / AC conversion circuit 14 for converting the DC output voltage of the DC / DC conversion circuit into a sine-wave AC voltage, and a power supply path from the DC / AC conversion circuit 14 to the load 2. A switching element 15 for opening and closing, a filter 16 for removing harmonic components from an output of the DC / AC conversion circuit 14, a DC / DC conversion circuit, and a DC / AC conversion circuit 1 And a power supply control circuit 17 for controlling the operation. However, the battery 1 is grounded to the ground (the body of the car).
[0023]
The booster circuit 11 constitutes a DC / DC conversion circuit including a conventionally well-known insulated DC-DC converter together with the insulating transformer 12 and the rectifier circuit 13. The power supply control circuit 17 adjusts the switching frequency and on-duty ratio of the switching element. By doing so, the input voltage can be boosted to a desired level. The DC / AC conversion circuit 14 is, for example, a conventionally known full-bridge type inverter circuit. The DC / AC conversion circuit 14 adjusts the switching frequency and on-duty ratio of a switching element included in the inverter circuit to output DC from the rectifier circuit 13. The voltage can be converted to a sine wave AC voltage having a predetermined frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz). Note that the power supply control circuit 17 can be configured using, for example, a microcomputer, but the specific configuration is well known in the related art, and a description thereof will be omitted.
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the leakage detecting device 20 of the present embodiment includes two voltage-dividing resistors R1 and R2, which have equal resistance values and are connected in series between the input terminals of the DC / AC conversion circuit 14, and a voltage-dividing resistor. A detection resistor Rs having one end connected to a connection point between R1 and R2, a capacitor C0 inserted between the other end of the detection resistor Rs and the ground, and a voltage drop at the detection resistor Rs taken as a detection signal Vs to gain An amplifier 21 for adjustment and a first determination unit 22 that determines occurrence of electric leakage by performing signal processing on the detection signal Vs are provided. In the present embodiment, the leakage detection device 20 is DC-insulated from the ground by inserting the capacitor C0 between the detection resistor Rs and the ground.
[0025]
The first determination unit 22 includes a band-pass filter 22a for extracting only a frequency component substantially equal to the frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the sine wave AC voltage included in the detection signal Vs, as shown in FIG. Effective value Vss of detection signal Vss passed through pass filter 22a _rms And an effective value Vss of the detection signal Vss calculated by the effective value calculation unit 22b. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr1, and the effective value Vss of the detection signal Vss is provided. _rms Is greater than the threshold value Vr1, it is determined that an electric leakage has occurred, and a determination signal Vj1 is output. However, the detection signal Vs can be subjected to full-wave rectification and then smoothed by an integration circuit to generate a DC detection signal Vss2 similar to the above-described effective value calculation, thereby determining the occurrence of leakage.
[0026]
Thus, in the present embodiment, since the secondary side of the insulating transformer 12 of the power supply device 10 is disconnected from the ground and is in a floating state, the current (dark) is applied to the detection resistor Rs unless a leakage fault occurs. Current) does not flow, and the detection signal Vs is not output. However, when insulation breakdown occurs between the power supply device 10 and the ground, a leakage current flows through the detection resistor Rs. Will be determined. Hereinafter, the determination operation of the occurrence of the leakage in the first determination unit 22 will be described.
[0027]
As shown in FIG. 3, consider a case where insulation breakdown occurs between a power supply path from the power supply device 10 to the load 2 and the ground. In FIG. 3, reference numeral 3 denotes a dielectric breakdown resistance (or a human body resistance) when an insulation breakdown occurs on the positive electrode side of the power supply path, and reference numeral 4 denotes an insulation breakdown resistance (when a dielectric breakdown occurs on the negative electrode side of the power supply path). Or human body resistance). In this case, a leakage current flows through the insulation resistance 3 or 4, the detection resistance Rs, and the voltage dividing resistance R1 or R2 via the ground, and a detection voltage Vs is generated across the detection resistance Rs. The detected voltage Vs at this time is a sine wave AC voltage equal to the frequency of the sine wave AC voltage output from the power supply device 10 as shown in FIG. However, the phase of the detection voltage Vs may not coincide with the phase of the output voltage of the power supply device 10 depending on which of the dielectric breakdown resistances 3 and 4 the leakage current flows through. Then, the first determination unit 22 extracts a frequency component equal to the output voltage frequency of the power supply device 10 using the bandpass filter 22a, and obtains an effective value Vss of the detection signal Vss passing through the bandpass filter 22a. _rms Is calculated by the effective value calculation unit 22b, and the effective value Vss of the detection signal Vss calculated by the effective value calculation unit 22b is calculated. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr1 by the comparator 22c, and the effective value Vss of the detection signal Vss is compared. _rms Is greater than the threshold value Vr1, it is determined that an electric leakage has occurred, and a determination signal Vj1 is output.
[0028]
Here, in this embodiment, since the output side of the DC / DC converter is DC-insulated from the ground by inserting a capacitor C0 between the detection resistor Rs and the ground, the output of the DC / DC converter with respect to the ground is output. The breakdown voltage of the insulation transformer 12 can be improved, and safety can be improved because a high voltage on the secondary side of the insulation transformer 12 is not applied to the primary side even if insulation breakdown occurs in the insulation transformer 12.
[0029]
By the way, when the power supply device 10 generates a rectangular wave AC voltage instead of a sine wave, as shown in FIG. 6, the detection voltage Vs is equal to the frequency of the rectangular wave AC voltage output from the power supply device 10. Since the voltage becomes a voltage, the first determination unit 22 may be configured by an effective value calculation unit 22b and a comparator 22c as shown in FIG. In the power supply device 10 that outputs a square wave AC voltage, the DC voltage is periodically inverted by the DC / AC conversion circuit 14 including a full-bridge type inverter circuit, so that the DC voltage is changed to a rectangular wave. It is not necessary to perform PWM control on the switching element of the inverter circuit as in the case of converting to a sine wave AC voltage, and power control can be performed by simply adjusting the ON period of the switching element of the inverter circuit. The control in the circuit 17 becomes very simple. When the output of the DC / AC conversion circuit 14 is a rectangular wave AC voltage, the filter 16 is unnecessary.
[0030]
(Embodiment 2)
The present embodiment is characterized in that a capacitor Cs is used as a detection element and a third determination unit 23 is provided instead of the first determination unit 22 in the first embodiment. Since it is common to the first embodiment, illustration and description are omitted.
[0031]
The third determination unit 23 compares the low-pass filter 23a for extracting only the DC component of the detection signal Vs and the detection signal Vsd passing through the low-pass filter 23a with predetermined thresholds Vr2 and Vr3, respectively, as shown in FIG. It has two comparators 23b and 23c, and when the detection signal Vsd exceeds the threshold value Vr2 or Vr3, it is determined that leakage has occurred and the determination signal Vj2 ₁ Or Vj2 ₂ Is output.
[0032]
As shown in FIG. 8, consider a case in which a leakage occurs due to insulation breakdown (insulation failure) between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14 inside the power supply device 10. In addition, 5 and 6 in FIG. 8 indicate the dielectric breakdown resistance between the current path of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the ground. In this case, there is a path through which a leakage current flows through the insulation resistance 5 or 6, the capacitor Cs, and the voltage dividing resistors R1 and R2 via the ground. However, since the capacitors Cs and C0 are inserted in the path, a direct current flows. No leakage current flows. However, if at least one of the output lines of the DC / DC converter insulated from the ground is grounded to the ground via the insulation breakdown resistor 5 or 6 as described above, the detection capacitor Cs will not To generate a potential difference (detection voltage Vs) at both ends. The detected voltage Vs at this time becomes a DC voltage as shown in FIGS. 9A and 9B, and the polarity changes according to the location of the leakage (the positive or negative side of the current path). Then, in the third determination unit 23, only the DC component of the detection signal Vs is extracted using the low-pass filter 23a, and the detection signal Vsd that has passed through the low-pass filter 23a is determined by comparators 23b and 23c as predetermined thresholds Vr2 and Vr3, respectively. When the detection signal Vsd exceeds the threshold value Vr2 or Vr3, it is determined that leakage has occurred and the determination signal Vj2 is determined. ₁ Or Vj2 ₂ Is output.
[0033]
While the first determination unit 22 in the first embodiment can detect the leakage occurring in the power supply path from the power supply device 10 to the load 2, the third determination unit 23 uses the power supply device as described above. It is possible to detect a leakage occurring between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14 in the internal circuit 10. Also, as in the first embodiment, the output side of the DC-DC converter is insulated DC from the ground by inserting the capacitor C0 in the same manner as in the first embodiment, so that the withstand voltage on the output side is improved and the high voltage on the secondary side of the insulating transformer 12 is increased. The voltage is prevented from being applied to the primary side, thereby improving safety.
[0034]
(Embodiment 3)
The present embodiment is characterized in that a second determination unit 24 is provided instead of the first determination unit 22 in the first embodiment, and other configurations are common to the first embodiment. Description is omitted.
[0035]
The second determination unit 24 passes through the high-pass filter 24a for extracting only a frequency component equal to the chopping frequency (switching frequency in the booster circuit 11) included in the detection signal Vs, as shown in FIG. 10, and the high-pass filter 24a. Effective value Vsc of detection signal Vsc _rms And an effective value Vsc of the detection signal Vsc calculated by the effective value calculation unit 24b. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr4, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc is provided. _rms Is greater than the threshold value Vr4, it is determined that leakage has occurred, and a determination signal Vj3 is output.
[0036]
As shown in FIG. 11, consider a case where a leakage occurs due to insulation breakdown (insulation failure) between the secondary side of the insulating transformer 12 and the rectifier circuit 13 inside the power supply device 10. Note that reference numerals 7 and 8 in FIG. 11 denote dielectric breakdown resistance between the current path of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the ground. In this case, a leakage current flows through the insulation resistance 7 or 8, the detection resistance Rs, and the voltage dividing resistance R1 or R2 via the ground, and a detection voltage Vs is generated across the detection resistance Rs3. The detection voltage Vs at this time is a high-frequency voltage having a frequency substantially equal to the switching frequency for switching the switching element of the booster circuit 11, as shown in FIG. Then, the second determination unit 24 extracts only the frequency component equal to the switching frequency in the booster circuit 11 from the detection signal Vs using the high-pass filter 24a, and extracts the effective value Vsc of the detection signal Vsc passing through the high-pass filter 24a. _rms Is calculated by the effective value calculating unit 24b, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc calculated by the effective value calculating unit 24b is calculated. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr4 by the comparator 24c, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc is compared. _rms Is greater than the threshold value Vr4, it is determined that leakage has occurred, and a determination signal Vj3 is output. If the frequency component extracted from the detection signal Vs is substantially equal to the switching frequency in the booster circuit 11, it is possible to determine the occurrence of leakage.
[0037]
The first determination unit 22 according to the first embodiment can detect a leak occurring in the power supply path from the power supply device 10 to the load 2, and the third determination unit 23 according to the second embodiment can detect an internal leakage of the power supply device 10. While it is possible to detect the leakage occurring between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14, the second determination unit 24 uses the secondary side of the insulating transformer 12 inside the power supply device 10 as described above. It is possible to detect a leakage between the power supply and the rectifier circuit 13. Further, as in the first and second embodiments, the capacitor C0 is inserted between the detection resistor Rs and the ground to insulate the output side of the DC / DC converter from the ground in a DC manner. In addition, high voltage on the secondary side of the insulating transformer 12 is prevented from being applied to the primary side, thereby improving safety.
[0038]
(Embodiment 4)
The present embodiment is characterized in that, as shown in FIG. 13, a first determination unit 22, a third determination unit 23, and a second determination unit 24 in the first to third embodiments are provided. Further, a capacitor Cs is used as a detection element as in the second embodiment.
[0039]
Thus, as described in the first to third embodiments, the first to third determination units 22 to 24 can detect the occurrence of leakage at different locations, but conversely, the first determination unit. The output of the determination signal Vj1 from 22 indicates that the leak location is a power supply path from the power supply device 10 to the load 2. Also, the determination signal Vj2 from the third determination unit 23 ₁ Or Vj2 ₂ Is output indicates that the leakage location is between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14 inside the power supply device 10. Further, the output of the determination signal Vj3 from the second determination unit 24 indicates that the location of the leakage is between the secondary side of the insulating transformer 12 inside the power supply device 10 and the rectifier circuit 13.
[0040]
That is, since the leakage detection device 20 of the present embodiment includes the first to third determination units 22 to 24, not only the presence or absence of the leakage but also the location of the leakage is determined from the determination results of the individual determination units 22 to 24. It is also possible to detect the leakage at the same time, and when the leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the leakage and the location where the leakage occurs. However, in the present embodiment, the configuration including all of the first to third determination units 22 to 24 is illustrated, but at least two of these three determination units 22 to 24 are provided as necessary. It may be configured.
[0041]
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 14, the leakage detecting device 20 of the present embodiment includes voltage dividing resistors R1 and R2, a detecting capacitor Cs, an amplifier 21, and a signal processing circuit unit 25. Note that the power supply device 10 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.
[0042]
The signal processing circuit unit 25 includes a microcomputer as a main component, and includes a level determination unit 25a, a waveform determination unit 25b, an electric leakage determination unit 25c, an external output unit 25d, and a communication unit 25e as shown in FIG. The analog detection signal Vs amplified by the amplifier 21 is converted into digital detection signal data using an A / D conversion function of the microcomputer, and is temporarily stored in a memory (not shown). The level determination unit 25a performs a filtering process and an effective value calculation process on the detection signal data read from the memory to obtain a level of the detection signal Vs, and compares the level with a predetermined threshold value (reference data) to determine a leakage current. Is determined. The waveform determination unit 25b obtains the waveform of the original detection signal Vs from the detection signal data read from the memory, and the waveform is shown in a plurality of predetermined waveform patterns (reference data), specifically, shown in FIG. 6 (in the case where the output of the power supply 10 is a rectangular wave AC voltage, the rectangular wave shown in FIG. 6), the linear waveform shown in FIG. 9, or the sawtooth waveform shown in FIG. It is determined by a method such as pattern matching.
[0043]
The leakage determining unit 25c determines whether or not a leakage has occurred based on the level determination result of the level determining unit 25a, and determines the location of the leakage from the waveform determination result of the waveform determining unit 25b. It outputs to the external output part 25d and the communication output part 25e. When the data is input from the leakage determining unit 25c, the external output unit 25d switches the switching element 15 when the leakage is detected, for example, when the leakage is a power supply path from the power supply device 10 to the load 2. It outputs a control signal to the power supply control circuit 17 or the like for performing an opening operation or a process of stopping the operation of the booster circuit 11 or the DC / AC converter circuit 14 when the leakage occurrence location is inside the power supply device 10. The communication unit 25e transmits the data input from the earth leakage determination unit 25c to an electronic control unit mounted on the vehicle, a so-called ECU (Electric Control Unit) via a communication cable. For example, CAN (Controller Area Network) which is a LAN standard in a car may be used. If the information on the occurrence of the leakage and the location of the occurrence of the leakage is transmitted to the electronic control device and the electronic control device informs the information of the information to the user of the vehicle using images, characters, sounds, or the like, Safety can be further improved.
[0044]
Thus, similarly to the fourth embodiment, the leak detection device 20 of the present embodiment can also detect not only the presence / absence of a leak but also the location of the leak, from the result of the signal processing by the signal processing circuit unit 25. However, in the present embodiment, three types of waveform determination corresponding to the first to third determination units 22 to 24 are performed in the waveform determination unit 25b, but any one or two types of waveform determination are performed. It does not matter. Further, if the function of the signal processing circuit unit 25 is realized by a microcomputer constituting the power supply control circuit 17 of the power supply device 10, there is an advantage that the circuit configuration can be simplified.
[0045]
In the first to fifth embodiments, the voltage dividing resistors R1 and R2 are connected between the input terminals of the DC / AC converter 14. However, the voltage dividing resistors R1 and R2 are connected between the output terminals of the DC / AC converter 14. However, it is possible to detect a short circuit in the same manner. Similar effects can be obtained by using an impedance element (for example, a capacitor) other than a resistor as the voltage dividing element and the detecting element. However, when a capacitor is used as the voltage dividing element and the detecting element, the leakage detecting device 20 and the DC / DC conversion circuit are insulated DC and no DC current flows through the voltage dividing element (capacitor) in a steady state. Therefore, there is an advantage that the breakdown voltage is improved. On the other hand, when the resistors R1, R2, and Rs are used as the voltage dividing element and the detecting element, since the resistance value of the resistance element generally has a smaller variation than the capacitance value of the capacitor, the output voltage of the DC / DC converter circuit is reduced. Can be detected with high accuracy. In addition, when a resistor is used for both of the two voltage dividing elements, a direct current (dark current) always flows through the two voltage dividing resistors R1 and R2 and wasteful power is consumed. Although the conversion efficiency is reduced, if a capacitor is used for at least one of the two voltage dividing elements, a direct current does not constantly flow through the voltage dividing element, and wasteful power consumption can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the power conversion efficiency of the power supply device 10.
[0046]
(Embodiment 6)
This embodiment is characterized in that a filter circuit using a voltage dividing element and a detecting element is provided on the output side of the DC / AC conversion circuit 14 separately from the filter 16 as shown in FIG. Common to mode 4. Therefore, the same reference numerals are given to the same components as those in the fourth embodiment, and the description will be omitted.
[0047]
As shown in FIG. 16, a filter circuit is formed by two capacitors C1 and C2 connected in series between the output terminals of the DC / AC conversion circuit 14, and a capacitor C3 inserted between the connection point and the ground. . This filter circuit removes high-frequency noise that is superimposed on the output line from the power supply device 10 and leaks to the outside, stabilizes the potential of the output line with respect to the ground, and contributes to the reduction of the noise terminal voltage.
[0048]
Thus, in the present embodiment, the high frequency noise included in the output of the DC / AC conversion circuit 14 can be removed by the voltage dividing elements and the capacitors C1 to C3 serving as the detecting elements. In other words, by using the voltage dividing element and the detecting element also as the filter circuit, there is an advantage that the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced by reducing the number of circuit elements.
[0049]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since a capacitor is inserted between the detection element and the ground, the output side of the DC-DC converter and the ground are DC-insulated by the capacitor. The withstand voltage on the output side can be improved, and safety can be improved because a high voltage on the secondary side of the insulating transformer is not applied to the primary side even if insulation breakdown occurs in the insulating transformer.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, since no DC current flows through the voltage dividing element, wasteful power consumption can be prevented.
[0051]
According to the third aspect of the present invention, since the first and second determination processes can detect the electric leakage at the respective detection locations, it is possible to simultaneously detect not only the presence / absence of the electric leakage but also the generation location. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location of the occurrence of the electrical leakage.
[0052]
According to the fourth aspect of the present invention, each of the determination processes can detect an electric leakage at each detection location, so that not only the presence or absence of an electric leakage but also the location where the electric leakage occurs can be detected at the same time. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location of the occurrence of the electrical leakage.
[0053]
According to the fifth aspect of the present invention, the harmonic noise included in the output of the DC / AC conversion circuit can be removed by the voltage dividing element and the capacitor serving as the detecting element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a first determination unit in the above.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation of a first determination unit.
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of a first determination unit.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a first determination unit when the power supply device outputs a rectangular wave AC voltage.
FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the first determination unit when the power supply device outputs a rectangular wave AC voltage.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a second determination unit according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of a second determination unit.
FIG. 9 is a waveform chart for explaining the operation of the second determination unit.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a third determination unit according to a third embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of a third determination unit.
FIG. 12 is a waveform chart for explaining the operation of a third determination unit.
FIG. 13 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a fourth embodiment.
FIG. 14 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a fifth embodiment.
FIG. 15 is a block diagram showing a signal processing circuit unit in the above.
FIG. 16 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a sixth embodiment.
FIG. 17 is a circuit diagram showing a conventional example.
FIG. 18 is an explanatory diagram of the above operation.
FIG. 19 is a circuit diagram showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
10 Power supply
20 Electric leakage detection device
21 Amplifier
22 First judgment unit
R1, R2 voltage divider resistor
Rs detection resistance
C0 capacitor

Claims

A DC / DC conversion circuit that chops the DC voltage supplied from the DC power supply and boosts it to a desired level through an insulating transformer, and then rectifies and smoothes the output, and converts the DC voltage output from the DC / DC conversion circuit into an AC voltage. A DC-to-AC conversion circuit for converting, and a leakage detection device for detecting leakage of a power supply device that operates in a state of being electrically insulated from a ground and supplies an AC voltage to a load, and has an impedance value equal to each other. Two voltage-dividing elements connected in series between an input terminal or an output terminal of the DC-AC converter circuit, a detection element having one end connected to a connection point of the voltage-dividing element, and a second end of the detection element and the ground. A capacitor interposed therebetween, and determination means for capturing a voltage drop in the detection element as a detection signal and performing signal processing on the captured detection signal to determine the presence or absence of leakage. Leakage detecting device, characterized in that the.

The leakage detecting device according to claim 1, wherein at least one of the voltage dividing elements is a capacitor.

The determination means is configured to perform a first determination process of determining an electric leakage by comparing an effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold value, and an effective value of a frequency component equal to the chopping frequency included in the detection signal. 3. The electric leakage detection device according to claim 1, wherein a second judgment process for judging electric leakage by comparing the value with a predetermined threshold value is performed.

The detection element is formed of a capacitor, and the determination unit is configured to perform a first determination process of determining leakage by comparing an effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold value or the chopping included in the detection signal. Comparing the effective value of the frequency component equal to the frequency with a predetermined threshold value, and comparing at least one of the second determination processing for determining the electric leakage and the DC component included in the detection signal with a predetermined threshold value corresponding to the polarity; 3. The electric leakage detection device according to claim 1, wherein a third judgment process for judging an electric leakage is performed by performing the judgment.

The leakage detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage dividing element and the detecting element connected between the output terminals of the DC / AC conversion circuit are capacitors.