CN104977511B - 非接地电源的绝缘检测装置和绝缘检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绝缘检测装置和绝缘检测方法,能够以不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路与地线之间的接地电阻。包括:控制单元,其监视由第2路径充电的飞跨电容器的检测电压,在该检测电压是大致0V(0伏特)的情况下,控制开关的切换,控制由第3路径对飞跨电容器的充电、和由第3路径充电的飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测;及运算单元,其基于第1检测电压和第2检测电压,运算在直流电源与地线之间形成的接地电阻。
Description
技术领域
本发明涉及非接地电源的绝缘检测装置和绝缘检测方法,特别涉及对搭载在利用电力的推进力的车辆上的非接地的直流电源与升压电路的绝缘状态进行检测的绝缘检测装置和绝缘检测方法。
背景技术
在近年来的电动汽车、混合动汽车上搭载有电池集合体(以下,省略记载为直流电源)作为高电力、高输出、且紧凑型的直流电源,其输出电压为200V(伏特)以上。另外,为了提高负载的驱动效率,为了将直流电源的正电位升压并供给至负载,存在具有升压电路的车辆。在具有该升压电路的车辆中,是直流电源的输出即升压电路的一次侧、和升压电路的输出即二次侧都与车辆电气绝缘的非接地的构成,是不将车辆作为直流电源及升压电路的地线来使用的构成。因此,在具有升压电路的车辆中,为了监视直流电源的绝缘状态,需要对直流电源与地线之间的接地电阻、和升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻都进行检测。
作为对直流电源与地线之间的接地电阻、及升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻进行检测的绝缘检测装置,例如存在专利文献1所记载的绝缘状态检测装置。在该专利文献1所记载的绝缘状态检测装置中,构成为:对由直流电源与接地电位之间的接地电阻、和升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻所形成的合成的接地电阻进行检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-17586号公报
发明内容
本发明欲解决的技术问题
在专利文献1所记载的绝缘状态检测装置中,构成为:在升压电路的二次侧的正极与地线之间形成的接地电阻(二次侧+接地电阻)、与在直流电源的负极(相当于升压电路的二次侧的负极)与地线之间形成的接地电阻(二次侧-接地电阻)经由地线串联连接在升压电路的二次侧的正极与负极之间。另外,构成为:在与二次侧+接地电阻及二次侧-接地电阻的分压相应的电位比直流电源的正极电位高的情况下,产生从升压电路的二次侧+接地电阻经由飞跨电容器到达直流电源的正极的潜行电流。而且,为了检测潜行电流所带来的对飞跨电容器的逆极性下的充电电压,构成为:具有用于将飞跨电容器以逆极性连接于检测单元和地线的逆极性检测电路。
因此,具有:正极性时的检测单元,其对由直流电源的正极对飞跨电容器进行充电的情况下的充电电压进行检测;及逆极性时的检测单元,其对由升压电路的二次侧的正极对飞跨电容器进行逆极性的充电的情况下的充电电压进行检测。即,需要2个系统的检测单元,该2个系统的检测单元是:对不会产生潜行电流而充电的充电电压进行检测的检测单元;及对由潜行电流来充电的逆极性的充电电压进行检测的检测单元。而且,还需要追加至少由二极管、电阻、及开关构成的逆极性检测电路,并且,还需要进行追加的开关的接通/断开控制及与该接通/断开控制对应的检测单元的切换,存在电路规模增大、并且控制软件的负担也增大这种问题。
本发明是鉴于这些问题点而完成的,本发明的目的在于提供一种绝缘检测装置和绝缘检测方法,能够以不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路与地线之间的接地电阻。
用于解决问题的技术方案
用于解决上述问题的技术方案1所述的发明是一种绝缘检测装置,包括:飞跨电容器,其保持充电电压;及检测电路,其检测所述飞跨电容器的充电电压,所述绝缘检测装置连接于与地线电气绝缘的直流电源,并基于由所述检测电路检测的所述飞跨电容器的充电电压来对在所述直流电源于所述地线之间形成的接地电阻进行检测,所述绝缘检测装置的特征在于,
包括对第1路径、第2路径、第3路径及第4路径进行切换的多个开关,所述第1路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第2路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述地线;所述第3路径是从所述地线经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第4路径是将所述飞跨电容器与所述直流电源的连接解除,并将该飞跨电容器与所述检测电路连接,
包括:
控制单元,所述控制单元监视由所述第2路径充电的所述飞跨电容器的检测电压,在该检测电压是大致0V(0伏特)的情况下,所述控制单元控制所述开关的切换,控制由所述第3路径对所述飞跨电容器的充电、和由所述第3路径充电的所述飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为所述第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测;及
运算单元,所述运算单元基于所述第1检测电压和所述第2检测电压来运算在所述直流电源与所述地线之间形成的所述接地电阻。
用于解决上述问题的技术方案2所述的发明是一种绝缘检测装置,包括:飞跨电容器,其保持充电电压;及检测电路,其检测所述飞跨电容器的充电电压,所述绝缘检测装置连接于与地线分别电气绝缘的直流电源及将该直流电源的输出电压升压的升压电路的所述直流电源侧,并基于由所述检测电路检测的所述飞跨电容器的充电电压来检测在所述直流电源及所述升压电路的二次侧与所述地线之间形成的接地电阻,所述绝缘检测装置的特征在于,
包括对第1路径、第2路径、第3路径及第4路径进行切换的多个开关,所述第1路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第2路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述地线;所述第3路径是从所述地线经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第4路径是将所述飞跨电容器与所述直流电源的连接解除,并将该飞跨电容器与所述检测电路连接,
包括:
控制单元,在二次侧的输出电压因所述升压电路升压动作而上升,从而所述接地电位变得比所述直流电源的正极侧的电位高的情况下,所述控制单元控制述开关的切换,控制由所述第3路径对所述飞跨电容器的充电、和由所述第3路径充电的所述飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为所述第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测;及
运算单元,所述运算单元基于所述第1检测电压和所述第2检测电压来运算在所述直流电源及所述升压电路的二次侧与所述地线之间形成的所述接地电阻。
用于解决上述问题的技术方案3所述的发明是一种绝缘检测方法,对在与地线电气绝缘的直流电源与所述地线之间形成的接地电阻进行检测,其特征在于,
包括如下的工序:
将飞跨电容器连接在所述直流电源的正极与所述地线之间,将所述飞跨电容器充电的工序;
将所述直流电源的正极与所述飞跨电容器断开后,将检测电路连接于所述飞跨电容器,检测被充电至所述飞跨电容器的电压的工序;
监视所述检测的电压,在该检测的电压是大致0V(0伏特)的情况下,将所述飞跨电容器连接在所述地线与所述直流电源的负极之间而将所述飞跨电容器充电,对所述飞跨电容器的连接后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测的工序;及
基于所述第1检测电压和所述第2检测电压,运算在所述直流电源与所述地线之间形成的所述接地电阻的工序。
用于解决上述问题的技术方案4所述的发明是如技术方案1或2所述的绝缘检测装置,其特征在于,所述多个开关包括:第1开关,其配置在所述飞跨电容器的一端与所述直流电源的正极之间;第2开关,其配置在所述飞跨电容器的另一端于所述直流电源的负极之间;第3开关,其配置在所述飞跨电容器的一端与地线之间;及第4开关,其配置在所述飞跨电容器的另一端与所述地线之间,
所述第2开关及所述第4开关包括保护元件,所述保护元件分别并联于所述第2开关及所述第4开关,并将施加于该第2开关及所述第4开关的电压保持在预定电压以下。
用于解决上述问题的技术方案5所述的发明是如技术方案4所述的绝缘检测装置,其特征在于,
所述控制单元包括如下的单元:
基于所述第1及第2检测电压、和至少并联于所述第4开关的所述保护元件的特性,对所述第1路径时的施加于所述第2开关的所述直流电源的负极侧与所述第4开关的所述地线侧之间的电压进行推断的单元;及
基于施加于所述第2开关的所述直流电源的负极侧与所述第4开关的所述地线侧之间的电压、和并联于所述第4开关的所述保护元件的特性,对所述直流电源的输出电压进行校正的单元,其中,所述直流电源的输出电压是根据由所述第1路径充电的所述飞跨电容器的检测电压来运算的。
发明效果
根据技术方案1所述的本发明,检测由第2路径充电的飞跨电容器的检测电压,在该检测电压是大致0V(0伏特)的情况下,控制单元控制开关的切换,控制第3路径对飞跨电容器的充电、和由该第3路径充电的飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测。接着,运算单元基于第1检测电压和第2检测电压,运算在直流电源与地线之间形成的接地电阻,由于控制单元及运算单元能够由在微型计算机中动作的程序构成,所以,能够提供能够以不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻的绝缘检测装置。
另外,根据技术方案2所述的本发明,在二次侧的输出电压因升压电路的升压动作而上升,从而接地电位变得比直流电源的正极侧的电位高的情况下,控制单元控制开关的切换,控制第3路径对飞跨电容器的充电、和由该第3路径充电的飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测。接着,运算单元基于第1检测电压和第2检测电压来运算在直流电源与地线之间形成的接地电阻,由于控制单元及运算单元能够由在微型计算机中动作的程序构成,因此,能够提供能够以不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻的绝缘检测装置。
另外,根据技术方案3所述的本发明,将飞跨电容器连接在所述直流电源的正极与所述地线之间而将飞跨电容器充电,在该充电后将直流电源的正极与飞跨电容器断开,此后,将检测电路连接于飞跨电容器,检测被充电至飞跨电容器的电压,监视所检测的电压,在该被检测的电压是大致0V(0伏特)的情况下,将飞跨电容器连接在地线与所述直流电源的负极之间而将飞跨电容器充电,对飞跨电容器的连接后的第1时间的第1检测电压、和与第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测,基于第1检测电压和第2检测电压,运算在直流电源与地线之间形成的接地电阻,因此,能够由在微型计算机中动作的程序实现,能够以不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路的二次侧与地线之间的接地电阻。
而且,监视由第2路径充电的飞跨电容器的检测电压,该检测电压是大致0V(0伏特)的情况下的检测、及二次侧的输出电压因升压电路的升压动作而上升从而接地电位变得比直流电源的正极侧的电位高的情况下的检测也能够由在微型计算机中动作的程序构成。因此,能够以不需要追加的电路的简易的构成来进行监视及检测。
根据技术方案4所述的本发明,由于配置在飞跨电容器的另一端与直流电源的负极之间的第2开关、和配置在飞跨电容器的另一端与地线之间的第4开关包括分别并联于第2开关和第4开关的保护元件,且为该保护元件将施加于第2开关及第4开关的电压保持在预定电压以下的构成,所以,在正极侧的所述接地电阻降低的情况下,能够防止对第2及第4开关施加耐压以上的电压,保护该第2及第4开关避免破损。
根据技术方案5所述的本发明,基于第1及第2检测电压、和并联于第4开关的保护元件的特性,推断第1路径时的施加于第2开关的直流电源的负极侧与第4开关的地线侧之间的电压,基于该推断的电压、和并联于第4开关的保护元件的特性,对根据由第1路径充电的飞跨电容器的检测电压运算的直流电源的输出电压进行校正,因此,接地电阻降低而保护元件的限制电压以上的电压施加于第2开关的直流电源的负极侧与第4开关的地线侧之间的情况下,能够根据用第1路径检测的电容器的检测电压检测出精确的直流电源的输出电压。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的绝缘检测装置的概略结构的图。
图2是用于说明由在本发明的实施方式1的绝缘检测装置的微型计算机中动作的程序实现的接地电阻检测部的概略结构的图。
图3是示出本发明的实施方式1的绝缘检测装置的检测动作的流程的图。
图4是用于说明发明的实施方式1的绝缘检测装置的检测动作的图。
图5是用于说明本发明的实施方式1的绝缘检测装置的Vc1p检测时的充电电压的变化的图。
图6是示出在使升压电路所产生的二次侧电压变化的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的各检测电压-时间特性的仿真结果的图。
图7是用于说明地线的电位比直流电源的正极的电位高的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的检测电压的放大图。
图8是说明用于地线的电位比直流电源的正极的电位高的情况下的根据Vc1p检测中的检测电压来运算接地电阻的原理的图。
图9是用于说明本发明的实施方式2的绝缘检测装置的检测动作的图。
图10是用于说明本发明的实施方式2的绝缘检测装置的Vc1pta检测时、及Vc1ptb检测时的检测电压的图。
图11是用于说明本发明的实施方式3的绝缘检测装置的检测动作的图。
图12是用于说明本发明的实施方式4的绝缘检测装置的概略结构的图。
图13是示出在升压电路的二次侧电压高的情况下,二次侧的正极的接地电阻RLp2降低的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的各检测电压-时间特性的仿真结果的图。
图14是用于说明在升压电路的二次侧电压高的情况下,二次侧的正极的接地电阻RLp2降低的情况下的Vc1p检测中的检测电压的变化的图。
图15是示出本发明的实施方式4的绝缘检测装置的用于校正V0检测的检测值的表格数据的一例的图。
附图标记说明
BAT 直流电源
R+、R- 主继电器
S1~S4 开关
D1~D3 二极管
C1 电容器(飞跨电容器)
R1~R5 电阻
RLp1、RLn1 一次侧的接地电阻
RLp2、RLn2 二次侧的接地电阻
P1、P2 保护元件
1 绝缘检测装置
2 采样保持电路
3 微型计算机
4 升压器
5~8 电源线
9~13 分支布线
14 二次侧的电源线
15 A/D转换部(A/D转换器)
16 测量判定部
16a 检测控制部
16b 判定部
17 开关控制部
17a 第1开关控制部
17b 第2开关控制部
18 运算部
18a 第1运算部
18b 第2运算部
19 接地判断部
具体实施方式
以下,使用附图说明应用了本发明的实施方式。其中,在以下的说明中,对于相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。
〈实施方式1〉
(绝缘检测装置的整体构成)
图1是用于说明本发明的实施方式1的绝缘检测装置的概略结构的图,特别是在对直流电源BAT的正极侧的电位进行升压的升压电路4的一次侧配置有绝缘检测装置1的电路。其中,实施方式1的绝缘检测装置1除了由在微型计算机3中动作的程序实现的未图示的接地电阻检测部之外,其他构成是与现有的绝缘检测装置同样的构成。另外,开关S1~S4例如由公知的光MOSFET构成,且为由与直流电源BAT绝缘的微型计算机3进行接通/断开控制的构成。成为绝缘检测装置1连接在比主继电器R+、R-靠直流电源BAT侧的位置的构成。
如图1所示,与例如200V(伏特)以上的高压的直流电源BAT的正极连接的电源线5被分支,该分支后的电源线5的一者与构成绝缘检测装置1的开关S1的一端连接,分支后的另一者与主继电器R+连接。另一方面,与直流电源BAT的负极连接的电源线6也被分支,分支后的电源线6的一者与构成绝缘检测装置1的开关S2的一端连接,另一者与主继电器R-连接。
另外,开关S1的另一端经由二极管D1及串联连接于该二极管D1的电阻R1以及电气连接于该电阻R1的分支的布线(分支布线)9,与电容器(飞跨电容器)C1的一端(图中上侧的端子)电气连接。而且,开关S2的另一端经由电阻R2及分支布线10与电容器C1的另一端(图中下侧的端子)电气连接。利用该构成,构成为:通过2个开关S1、S2的接通/断开控制(开闭控制),对直流电源BAT的正极与电容器C1的一端的电气连接、及直流电源BAT的负极与电容器C1的另一端的电气连接能够分别独立地进行控制。其中,二极管D1以从直流电源BAT的正极到电容器C1的方向为正向的方式配置。
该电容器C1的一端经由电气连接于分支布线9的二极管D2及连接于该二极管D2的另一端的分支布线11,与开关S3的一端连接。而且,电容器C1的一端经由电气连接于分支布线9的二极管D3及串联连接于该二极管D3的电阻R3以及连接于电阻R3的另一端的分支布线11,与开关S3的一端连接。其中,二极管D2以从开关S3到电容器C1的方向为正向的方式配置,二极管D3以从电容器C1到开关S3(电阻R3)的方向为正向的方式配置。
另一方面,电容器C1的另一端经由分支布线10与开关S4的一端连接。该开关S4的另一端经由电阻R4与连接于地线(接地电位)的分支布线13连接,即,开关S4的另一端经由电阻R4与地线连接。而且,如上所述,电容器C1的另一端经由连接于分支布线10的电阻R2与开关S2的另一端连接。此外,作为电容器C1,不具有极性的公知的陶瓷电容器是适当的,但是,也可以是使用具有极性的电解电容器等的构成。
开关S3的另一端经由分支布线12与公知的采样保持电路2的输入端子电气连接,并且,经由连接于该分支布线12的电阻R5及连接于该电阻R5的另一端的分支布线13,与地线连接。此时,采样保持电路2的输出端子与微型计算机3所具有的A/D转换器(A/D转换部)的输入端子连接。利用该构成,构成为:被充电至电容器C1的电压由电阻R3和电阻R5分压,该被分压的电压作为电容器C1的检测电压,由A/D转换部检测。此外,对于A/D转换部及在微型计算机3中动作的接地电阻检测部的构成,在后详细记述。
另外,在直流电源BAT的正极侧的电源线5与地线之间,形成有数百(MΩ)左右的假想的接地电阻(正极侧的接地电阻)RLp1。而且,在直流电源BAT的负极侧的电源线6与地线之间,也形成有数百(MΩ)左右的假想的接地电阻(负极侧的接地电阻)RLn1。
而且,构成为:在主继电器R+的另一端经由电源线7连接有升压电路4,对经由主继电器R+从直流电源BAT供给的正极侧的电位进行升压,并供给到升压电路4的二次侧的电源线14。另一方面,构成为:在主继电器R-的另一端连接有电源线8,该电源线8延伸到升压电路4的二次侧,经由电源线14和电源线8将升压后的电力供给至未图示的负载。
(接地电阻检测部的详细构成)
图2是用于说明由在本发明的实施方式1的绝缘检测装置的微型计算机中动作的程序实现的接地电阻检测部的概略结构的图,图3是示出本发明的实施方式1的绝缘检测装置的检测动作的流程的图,图4是用于说明发明的实施方式1的绝缘检测装置的检测动作的图,图5是用于说明本发明的实施方式1的绝缘检测装置的Vc1p检测时的充电电压的变化的图。其中,图4(a)是示出实施方式1的由第1检测进行的接地电阻RL的检测动作的图,图4(b)是示出实施方式1的由第2检测进行的接地电阻RL的检测动作的图。
首先,基于图1、图2,说明接地电阻检测部的构成及动作,其中,接地电阻检测部进行由在本发明的实施方式1的绝缘检测装置所具有的微型计算机3中动作的程序实现的接地电阻的检测。
如图2所示,实施方式1的接地电阻检测部包括:微型计算机3所具有的公知的A/D转换器(A/D转换部)15;及由在微型计算机3中动作的程序实现的开关控制部17、运算部18、及接地判定部19。
检测判定部16的构成为:包括检测控制部(检测电路)16a和判定部(判定单元)16b,检测控制部16a控制采样保持电路2及A/D转换部15,检测由电阻R3、R5分配的电容器C1的充电电压作为检测电压。判定部16b的构成为:基于由A/D转换部15检测的Vc1n检测时的电容器C1的检测电压Vc1n,判定Vc1n检测时的直流电源BAT的正极的电位是否高于绝缘检测装置1的地线的电位、即在Vc1n检测时施加于电容器C1的电压是否是逆极性。另外,判定部16b为将判定结果输出至开关控制部17及运算部18的构成。此时,如后述的接地电阻的检测原理的说明项所详细记述的那样,判定部16b为仅基于在Vc1n检测中被充电的电容器C1的检测电压Vc1n来进行判定的构成,判定Vc1n检测中的检测电压Vc1n是否是大致0V(0伏特)(具体而言,考虑到噪声等,几十mV左右是适当的)。此外,也可以为对V0检测、Vc1n检测、Vc1p检测中的所有的检测电压进行判定的构成,但是,如后述的接地电阻的检测原理的说明项所详细记述的那样,除了Vc1n检测中的检测电压Vc1n之外,V0检测、Vc1p检测中的检测电压不会为大致0V。因此,仅基于在Vc1n检测中被充电的电容器C1的检测电压Vc1n来进行判定的构成是适当的。另外,对于判定部16b所进行的判定方法,在后详细记述。
开关控制部17是控制开关S1~S4的接通/断开而对向电容器C1的充电和该被充电的电压的检测进行切换的控制部,包括第1开关控制部17a和第2开关控制部(控制单元)17b,能够将开关S1~S4分别独立地控制。另外,实施方式1的开关控制部17的构成为:在来自判定部16b的判定输出为在Vc1n检测中的检测电压为大致0V的情况下,代替第1开关控制部17a,而使第2开关控制部17b进行Vc1p检测及接在Vc1p检测后的检测放电的开关S1~S4的控制。
因此,与以往同样,实施方式1的第1开关控制部17a的构成为:将V0检测、Vc1n检测、Vc1p检测的各期间控制为几百ms左右,并且将接在各检测后的检测放电的期间控制为上述几百ms的1/2~1/4左右。另一方面,实施方式1的第2开关控制部17b为仅进行Vc1p检测及接续Vc1p检测的检测放电的开关S1~S4的控制的构成。此外,对于第1及第2开关控制部17a、17b所进行的开关S1~S4的控制,在后详细记述。
运算部18的构成为:包括第1运算部18a和第2运算部(运算单元)18b,并且,包括与该第1运算部18a及第2运算部18b的运算结果分别对应的未图示的表格数据。实施方式1的第1运算部18a的构成为:基于在V0检测中检测的电压V0、在Vc1n检测中检测的电压Vc1n、及在Vc1p检测中检测的电压Vc1p,运算(Vc1n+Vc1p)/V0,基于得到的运算值参照表格数据来算出接地电阻RL。另一方面,第2运算部18b的构成为:如后述的接地电阻的检测原理的说明项所说明的那样,基于在由第2开关控制部17b进行检测控制的Vc1p检测中检测的电压Vta、Vtb,对检测电压的比率(例如,Vtb/Vta)进行运算,基于得到的比率参照表格数据算出接地电阻RL。
接地判定部19是基于由运算部18算出的接地电阻RL来进行接地的判定(绝缘状态的监视)的单元,例如为:通过将预先设定的作为接地判定用的基准的电阻值与接地电阻RL进行比较,从而进行接地的有無的判定及绝缘状态的监视的构成。接地判定部19在检测到接地的情况下,例如为将接地的发生通知到上位的控制装置的构成。
接下来,基于图3~图5说明实施方式1的绝缘检测装置1的接地电阻RL的算出动作即绝缘状态的检测动作。此外,在以下的说明中,虽然优选判定部16b所进行的检测电压的判定在Vc1n检测后的检测放电期间来进行的构成,但是,不限定于Vc1n检测后的检测放电期间。
如图3所示,根据在步骤S1中的判定部16b所进行的Vc1n检测中的检测电压是否为大致0V(例如,是否小于数十mV即是否数十mV以上)的判定,实施方式1的绝缘检测装置1的电容器C1的充电及被充电至该电容器C1的充电电压的检测会不同。即,在步骤S1中判定为Vc1n检测中的检测电压不是大致0V(例如,不小于数十mV)的情况下,作为步骤S2的第1检测,基于在与现有同样的V0检测、Vc1n检测、Vc1p检测中充电的电容器C1的检测电压V0、Vc1n、Vc1p,算出接地电阻RL。
在该步骤S2的第1检测中,由第1开关控制部17a控制电容器C1的充放电。而且,由第1运算部18a执行基于检测电压V0、Vc1n、Vc1p的(Vc1n+Vc1p)/V0的运算、和基于该运算结果的表格数据的参照,算出接地电阻RL。
另一方面,在步骤S1中判定为Vc1n检测中的检测电压是大致0V(例如,小于数十mV)的情况下,作为步骤S3的第2检测,基于在接地电阻的检测原理的说明项所示的Vc1p检测中充电的电容器C1的检测电压Vta、Vtb来算出接地电阻RL。
在该步骤S3的第2检测中,由第2开关控制部17b控制Vc1p检测中的电容器C1的充放电。而且,由第2运算部18b,执行基于检测电压Vta、Vtb的Vtb/Vta的运算、和基于该运算结果的表格数据的参照,算出接地电阻RL。
以下,基于图4(a),说明第1检测所进行的接地电阻RL的算出动作即绝缘状态的检测动作。
首先,第1开关控制部17a控制开关S1~S4的切换,为了进行V0检测20,使开关S1、S2接通。由此,形成从直流电源BAT的正极经由二极管D1、电阻R1、电容器C1、及电阻R2到该直流电源BAT的负极的路径(第1路径),将电容器C1充电至与直流电源BAT的电压大致相同的电压。此时,开关S3、S4为断开。另外,V0检测的期间与以往同样,是为了使电容器C1充电至与直流电源BAT相同的电压而所需的时间。该V0检测的期间根据电容器C1的容量及电阻R1、R2的电阻值来适当选择,在实施方式1中,例如以0.4s进行说明。
在经过了V0检测20的期间后,为了进行在该V0检测20中被充电的电容器C1的充电电压的检测和该充电电压的放电,第1开关控制部17a在将开关S1、S2断开后,使开关S3、S4接通。由此,形成从电容器C1的一端经由二极管D3、电阻R3、及电阻R5到地线、并且从电容器C1的另一端经由电阻R4到地线的路径(第4路径)。此处,检测控制部16a控制采样保持电路2及A/D转换部15,检测电容器C1的充电电压来作为检测电压(由电阻R3、R5分压的电压)。此外,由于检测放电期间21中形成的第4路径是将被充电至电容器C1的电压放电的路径,所以,优选在形成第4路径后迅速地进行电容器C1的电压检测。
接着,第1开关控制部17a在经过了检测放电21的期间后,为了进行Vc1n检测22,在将开关S3断开后,使开关S1接通。由此,形成从与直流电源BAT的正极连接的电源线5经由二极管D1、电阻R1、电容器C1、及电阻R4到地线的路径(第2路径),并将电容器C1充电。此时,开关S2、S3为断开。在该第2路径中,由于形成的假想的接地电阻RLn1、RLn2由地线共同连接,因此,经由该地线,直流电源BAT的负极侧的电位也会影响电容器C1的充电。而且,由于在升压电路4的升压输出所连接的二次侧的电源线14与地线之间形成的假想的接地电阻RLp2也连接于地线,所以,在升压电路4进行升压动作的情况下,升压电路4的升压电压也会影响电容器C1的充电。
在经过了Vc1n检测22的期间后,为了进行在该Vc1n检测22中被充电的电容器C1的充电电压的检测和该充电电压的放电,第1开关控制部17a在将开关S1断开后,使开关S3接通,在检测放电23的期间,形成第4路径。在形成第4路径后,检测控制部16a检测电容器C1的充电电压来作为检测电压。此处,判定部16b判定由检测控制部16a得到的电容器C1的检测电压是否是大致0V(例如,小于数十mV)。
接着,第1开关控制部17a在经过了检测放电23的期间,为了进行V0检测24,在将开关S3、S4断开后,使开关S1、S2接通,再次,通过形成第1路径,从而将电容器C1充电至与直流电源BAT的电压大致相同的电压。
在经过了V0检测24的期间后,第1开关控制部17a在将开关S1、S2断开后,使开关S3、S4接通而在检测放电25的期间形成第4路径。在形成该第4路径后,检测控制部16a检测电容器C1的充电电压来作为检测电压。
接着,第1开关控制部17a在经过检测放电25的期间后,为了进行Vc1p检测26,在将开关S4断开后,使开关S2接通。由此,形成从地线经由电阻R5、二极管D2、电容器C1、及电阻R2到直流电源BAT的负极的路径(第3路径),将电容器C1充电。此时,开关S1、S4为断开。在该第3路径中,由于形成的假想的接地电阻RLp1与地线连接,所以,经由该地线,直流电源BAT的正极侧的电位也会影响电容器C1的充电。而且,由于在升压电路4的升压输出所连接的二次侧的电源线14与地线之间形成的假想的接地电阻RLp2也连接于地线,所以,在升压电路4进行升压动作的情况下,升压电路4的升压电压也会影响电容器C1的充电。
在经过Vc1p检测26的期间后,为了检测在该Vc1p检测26中被充电的电容器C1的充电电压,第1开关控制部17a在将开关S2断开后,使开关S4接通,在检测放电27的期间形成第4路径。在形成该第4路径后,检测控制部16a检测电容器C1的充电电压来作为检测电压,第1运算部18a基于检测放电期间25中的检测电压V0和检测放电期间27中的检测电压Vc1p来算出接地电阻RL。在该算出中,首先,基于在上述的各检测中得到的2个检测电压V0、检测电压Vc1n、及检测电压Vc1p,第1运算部18a运算(Vc1n+Vc1p)/V0。接着,第1运算部18a基于所得到的运算值参照表格数据,算出接地电阻RL。
基于该算出的接地电阻RL,接地判定部19将接地的发生及绝缘的状态输出至上位的控制装置。
通过重复以上说明的从V0检测20到与Vc1p检测26对应的检测放电27的电容器C1的充电、和被充电至该电容器C1的电压的检测及放电,从而依次、实时地进行接地电阻RL的算出并将接地的发生以及绝缘的状态输出至上位的控制装置。
接下来,基于图4(b),说明如下情况下的接地电阻RL的算出动作(包含绝缘状态的检测动作):升压电路4的输出电压变大,由于升压电路4的二次侧的输出电压和2个接地电阻RLp2、RLn2以电阻比分压的电位(点A的电位),从而绝缘检测装置1的接地电位比直流电源BAT的正极的电位高,Vc1n检测中的检测电压为大致0V的情况(例如,小于数十mV的情况)。
根据图4(b)可知,在绝缘检测装置1的接地电位比直流电源BAT的正极的电位高的情况下,检测判定部16及第1开关控制部17a以及第1演算部18a也与图4(a)所示的直流电源BAT的正极的电位比绝缘检测装置1的接地电位高的情况同样,进行V0检测20及检测放电21的期间中的充电电压的检测和放电。而且,直到经过检测放电21的期间后的Vc1n检测22所进行的电容器C1的充电、及V0检测24后的检测放电25的期间中的电容器C1的充电电压的检测及放电为止,是与图4(a)所示的动作相同的动作。
另一方面,判定部16b在检测放电23的期间基于检测控制部16a所得到的电容器C1的检测电压,通过判定Vc1n检测中被充电的电容器C1的检测电压是否是大致0V(例如,小于数十mV),来判定直流电源BAT的正极的电位是否比绝缘检测装置1的地线的电位高。此处,在图4(b)中,成为电容器C1的检测电压为大致0V(例如,小于数十mV)的判定结果,该判定结果被输出至运算部18。
该判定结果从判定部16b也被输出至开关控制部17,基于该判定结果,Vc1p检测中的开关控制从第1开关控制部17a变为第2开关控制部17b,该第2开关控制部17b进行Vc1pta检测28。
即,第2开关控制部17b首先在经过检测放电25的期间后,为了进行检测放电25而将处于接通的开关S3、S4之中的开关S4断开后,使开关S2接通,作为Vc1pta检测,用第3路径将电容器C1充电。接着,在经过Vc1pta检测28中的充电期间即与接地电阻的检测原理的说明项所示的时间ta对应的期间后,为了检测由Vc1pta检测28的第3路径充电的电容器C1的充电电压,第2开关控制部17b在将开关S2断开后,使开关S4接通,形成第4路径。通过该开关切换,实施方式1的第2开关控制部17b在图5所示的时刻t0~t1期间即接地电阻的检测原理的说明项所示的时间ta将电容器C1充电。通过在该时刻t1中的开关S2的断开、和此后的开关S4的接通,形成第4路径,在时刻t2,检测控制部16a对检测电压Vta进行检测,作为检测电压Vta由第2运算部18b保持。在该时刻t2的检测后,第2开关控制部17b立即将开关S4断开,之后,使开关S2接通(时刻t3),作为Vc1ptb检测29,由第3路径进行电容器C1的进一步的充电。此时,如图5的电容器C1的电压波形31所示,电容器C1的充电电压在时刻t1~t3会略微降低,但是,由于该充电电压的降低非常小,所以,对于后述的充电电压的比率Vtb/Vta及接地电阻RL的算出的影响非常小。而且,由于预先知道时刻t1~t3所需的时间,所以,通过制作考虑了该充电电压的降低量的表格数据,从而能够减轻对接地电阻RL的影响。
接着,在经过预定的期间(时刻t3~t4的期间)后,为了在Vc1ptb检测29中检测被追加充电的电容器C1的充电电压,第2开关控制部17b在将开关S2断开后,使开关S4接通,形成第4路径。此时,时刻t0~t1的期间和时刻t3~t4的期间的合计期间是与接地电阻的检测原理的说明项所示的期间tb对应的期间。
在为了进行成为该第2充电期间的、接在Vc1ptb检测29后的检测放电30的第4路径形成后,检测控制部16a检测电容器C1的检测电压Vtb。此后,第2运算部18b运算充电电压的比率Vtb/Vta。接着,第2运算部18b参照表格数据,算出接地电阻RL。
基于该算出的接地电阻RL,接地判定部19将接地的发生及绝缘的状态输出至上位的控制装置。
通过重复以上说明的从V0检测20到与Vc1ptb检测29对应的检测放电30的电容器C1的充电、和被充电至该电容器C1的电压的检测及放电,从而依次实时地算出接地电阻RL及接地的发生以及绝缘的状态,将该结果输出至上位的控制装置。
其中,由于图4(b)所示的Vc1pta检测28、Vc1ptb检测29构成为基于被充电至电容器C1的电压Vc1n的判定结果来进行,所以,优选在电压Vc1n的检测后立即进行电压Vc1n是否是大致0V的判定。另外,在上述的图4(b)所示的动作中,虽然构成为不管被充电至电容器C1的电压Vc1n的判定结果如何都进行V0检测24及检测放电25,但是,不限定于此。例如,在判定为电压Vc1n是大致0V的情况下,也可以构成为:不进行V0检测24及检测放电25,而在Vc1n检测22及检测放电23后,立即进行Vc1pta检测28(包含Vc1ptb检测29及检测放电30)。此外,在后述的实施方式2中也同样。
如以上说明的那样,在实施方式1的绝缘检测装置中,首先,在Vc1n检测时,判定部16b根据在Vc1n检测时得到的电压Vc1n是否是大致0V来判定:绝缘检测装置1的地线的电位比直流电源BAT的正极的电位高、即连接于地线的电容器C1的另一端的电位比连接于直流电源BAT的电容器C1的一端的电位高的情况。接着,开关控制部17控制开关S1~S4的切换,控制由第3路径对电容器C1的充电、和由第3路径对该被充电的电容器C1的充电电压的检测。此处,检测判定部16分别检测向第1路径切换的初期的时间ta时的检测电压Vta、和经过比时间ta长的预定时间后的时间tb时的检测电压Vtb。而且,构成为:基于时间ta时的电容器C1的检测电压Vta、和经过时间tb后的电容器C1的检测电压Vtb,运算部18运算由在直流电源BAT的正极与地线之间、及升压电路4的二次侧与地线之间形成的接地电阻RLn1、RLp1、RLn2、RLp2形成的合成的接地电阻RL。因此,在实施方式1的绝缘检测装置中,即使是不需要追加的电路的简易的构成,也能够检测在直流电源BAT及升压电路的二次侧输出与地线之间形成的接地电阻RL。
特别是,在实施方式1的绝缘检测装置中,由在直流电源BAT的正极与地线之间连接飞跨电容器C1的第2路径将该飞跨电容器C1充电,在该充电后,将直流电源BAT的正极从飞跨电容器C1断开。此后,由第4路径将作为检测电路的检测控制部16a连接在飞跨电容器C1上,检测控制部16a检测被充电至飞跨电容器C1的电压,判定部16b监视被检测的电压。在判定部16b判定为该被检测的电压是大致0V(0伏特)的情况下,由将飞跨电容器C1连接在地线与直流电源BAT的负极之间的第3路径将飞跨电容器C1充电。此处,分别检测飞跨电容器C1的连接后的第1时间ta时的第1检测电压Vta、和与第1时间不同的第2时间tb时的第2检测电压Vtb。接着,由于基于第1检测电压Vta和第2检测电压Vtb来运算在直流电源BAT与地线之间形成的接地电阻RL,所以,能够利用在微型计算机中动作的程序来实现。其结果是,能够用不需要追加的电路的简易的构成来检测直流电源及升压电路与地线之间的接地电阻。
此外,在实施方式1的绝缘检测装置1中,构成为:即使在点A的电位比直流电源BAT的正极电位高的情况下,也进行微型计算机3所进行的开关S1~S4的接通/断开控制。因此,优选构成为微型计算机3的电源(包含地线)经由未图示的微型计算机3专用的电源线进行供给。
(接地电阻的检测原理的说明)
图6是示出使升压电路所形成的二次侧电压变化的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的各检测电压-时间特性的仿真结果的图,图7是用于说明地线的电位比直流电源的正极的电位高的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的检测电压的放大图,图8是说明根据地线的电位比直流电源的正极的电位高的情况下的在Vc1p检测中的检测电压来运算接地电阻的原理的图。以下,基于图6~8说明接地电阻RL的运算原理。此外,为了简化说明,记载中没有将图6、7所示的V0检测、Vc1p检测、及Vc1n检测的各检测期间分为电容器C1的充电期间、和被充电至该电容器C1的电压的检测及将被充电的电压放电的放电期间。
特别是。图6所示的仿真结果示出V0检测、Vc1p检测、及Vc1n检测中的由充电路径对电容器C1充电时、和因开关S3、S4接通而放电时的电容器C1的充电电压。此时,2个主继电器R+、R-是接通状态。另外,图6所示的仿真结果示出接地电阻RLp1=RLn1=100MΩ、接地电阻RLp2=RLn2=2MΩ、直流电源BAT的正极侧的Y电容容量Yp=负极侧的Y电容容量Yn=0.1μF、直流电源BAT的输出电压Vb=200V的情况下的电压变化。
另外,图6的期间ST1所示的电压波形32是升压电路4的升压动作没有进行的情况下的电压变化。期间ST2所示的电压波形33是升压电路4的升压动作进行、且图1所示的点A的电位比直流电源BAT的正极电位低的情况下的电压变化。另外,期间ST3所示的电压波形34是升压电路4的升压动作进行、且图1所示的点A的电位比直流电源BAT的正极电位高的情况下的检测电压。
以下,说明在期间ST1~ST3中的V0检测、Vc1p检测、及Vc1n检测中得到的检测电压。
(a)期间ST1
根据期间ST1中的电压波形32的Vc1p检测时及Vc1n检测时的值可知,在没有进行升压电路4所进行的二次侧的输出的升压的情况下,能够得到与接地电阻RLp1、RLn1及接地电阻RLp2、RLn2对应的检测电压。即,由于接地电阻RLp1、RLn1分别相同,接地电阻RLp2、RLn2也分别相同,而且,正极侧的Y电容容量Yp=负极侧的Y电容容量Yn也分别相同,所以,Vc1p检测时的充电电压Vc1p与Vc1n检测时的充电电压Vc1n会被充电至相同的电压V1。
(b)期间ST2
根据期间ST2中的电压波形33的V0检测时的值可知,在V0检测时,开关S1、S2接通,开关S3、S4断开。因此,由于升压电路4所形成的二次侧的输出电压不会影响对电容器C1的充电,所以,期间ST2中的电压波形33的V0检测时的值与期间ST1中的电压波形32的V0检测时的值相同,其电压范围也是放电时的0V与电压检测的开始时的电压V5之间的电压变化。
另一方面,在期间ST2的Vc1p检测时及Vc1n检测时,根据电压波形33可知,Vc1p检测时的检测电压与Vc1n检测时的检测电压不同。以下,详细说明。
在Vc1p检测时,由于使开关S2和开关S3接通来将电容器C1充电,所以,经由电阻R5及二极管D2将地线的电位供给至电容器C1的一端侧。此时,在升压电路4的二次侧的电源线14、8与地线之间分别形成的接地电阻RLp2、RLn2、与在直流电源BAT的负极侧的电源线8与地线之间形成的接地电阻RLn1经由地线连接。在此情况下,一般被设定为直流电源BAT的正极电位与负极电位的中间的电位的地线的电位,会因点A的电位(与接地电阻RLp2、RLn2的电阻比所对应的分压比及二次侧的输出电压相应的电位)而成为高的电位。其结果是,施加于电容器C1的电压即施加在电容器C1的一端与另一端之间的电压比期间ST1的电压大。
而且,在被充电至该电容器C1的电压的检测时,由于开关S2断开,开关S3、S4接通,所以,检测不会受到地线的电位的上升的影响。其结果是,期间ST2中的电压波形33的Vc1p检测时的值达到比期间ST1中的电压波形32的Vc1p检测时的值高的电压V3。因此,在设期间ST2中的接地电位相对于期间ST1中的接地电位的上升量为Vup的情况下,由于期间ST1中的Vc1p检测中的检测电压Vc1p是电压V1,所以,期间ST2中的Vc1p检测时的检测电压Vc1p即电压V3为V3=V1+Vup。
另一方面,在Vc1n检测时,由于使开关S1和开关S4接通来将电容器C1充电,所以,经由二极管D1及电阻R1将直流电源BAT的正极电位供给至电容器C1的一端侧。另外,经由电阻R4将地线电压供给至电容器C1的另一端。此时,与上述的期间ST1同样,地线的电位因点A的电位而成为比本来的地线的电位高的电位,施加在电容器C1的另一端的电位也成为比本来的地线的电位高的电位。其结果是,与期间ST1相比,施加于电容器C1的电压是较小的电压。
此处,在被充电至电容器C1的电压的检测时,由于开关S1断开,开关S3、S4接通,所以,检测不会受到地线的电位的上升的影响。其结果是,期间ST2中的电压波形33的Vc1n检测时的值为:比期间ST1中的电压波形32的Vc1n检测时的值低的电压V2为最高电压的电压波形。因此,在设期间ST2相对于期间ST1中的接地电位的上升量为Vup的情况下,由于期间ST1中的Vc1n检测中的检测电压Vc1n为电压V1,所以,期间ST2中的Vc1n检测时的检测电压Vc1n即电压V2为V2=V1-Vup。
如上所述,接地电阻RL是通过基于检测电压V0、Vc1n、Vc1p运算(Vc1n+Vc1p)/V0、和基于该运算结果参照表格数据而算出的。所以,上述的期间ST1中的(Vc1n+Vc1p)/V0的运算为下述的式1。
(Vc1n+Vc1p)/V0=(V1+V1)/V0
=2×V1/V0···(式1)
另一方面,上述的期间ST2中的(Vc1n+Vc1p)/V0的运算为下述的式2。
(Vc1n+Vc1p)/V0=(V2+V3)/V0
=((V1-Vup)+(V1+Vup))/V0
=(V1+V1)/V0
=2×V1/V0···(式2)
根据该式2可知,期间ST2中的接地电位的上升量Vup对测量及运算没有影响,期间ST1与期间ST2中的接地电阻RL的运算结果相同。因此,在期间ST1和期间ST2中,通过基于检测电压V0、Vc1n、Vc1p运算(Vc1n+Vc1p)/V0的运算、和基于该运算结果参照表格数据,从而能够算出接地电阻RL。
(c)期间ST3
根据图6及图7所示的期间ST3中的电压波形34的V0检测时的值,可知,与期间ST2中的V0检测时同样,期间ST3中的电压波形34的V0检测时的值与期间ST1中的电压波形32的V0检测时的值同样,其电压范围也是在放电时的0V与电压检测的开始时的电压V5之间的电压变化。
另一方面,在期间ST3的Vc1p检测时及Vc1n检测时,根据图6及图7所示的期间ST3中的电压波形34可知,Vc1p检测时的检测电压与Vc1n检测时的检测电压不同。以下,详细说明。
在Vc1p检测时,由于使开关S2和开关S3接通来将电容器C1充电,所以,与期间ST2的Vc1p检测时相比,点A的电位是更高的电位,其结果是,与期间ST2相比,施加于电容器C1的电压即施加在电容器C1的一端与另一端之间的电压变大。此时,在被充电至电容器C1的电压的检测时,与期间ST2同样,检测不会受到地线的电位的上升的影响。其结果是,期间ST3中的电压波形34的Vc1p检测时的值达到比期间ST2中的电压波形33的Vc1p检测时的值更高的电压V4。
另一方面,在Vc1n检测时,由于点A的电位比直流电源BAT的正极电位高,所以,在使开关S1和开关S4接通来将电容器C1充电时,施加于电容器C1的另一端的电位比施加于电容器C1的一端的电位高。即,在电容器C1的另一端施加比在电容器C1的一端施加的电位(直流电源BAT的正极电位)高的电位。此时,根据图1可知,配置有二极管D1,该二极管D1以从直流电源BAT的正极经由开关S1到达电容器C1的一端的方向为正向。其结果是,在Vc1n检测时,电容器C1不会被充电。
此处,在被充电至电容器C1的电压的检测时,由于开关S1断开,开关S3、S4接通,所以,与期间ST2同样,检测不会受到地线的电位的上升的影响。其结果是,在期间ST3中的Vc1n检测时,对微型计算机3的A/D转换器的输入端子,施加与地线的电位大致相同的电压即大致0V,由微型计算机3的A/D转换器检测的电压是大致0V。其结果是,如图6及图7所示,期间ST3中的电压波形34的Vc1n检测时的值与期间ST1、ST2不同,在期间ST3的整个期间中是大致0V。
此外,也想到采用不设置图1所示IDE二极管D1的构成,但是,在该情况下,在电容器C1的充电期间,由于点A的电位比直流电源BAT的正极电位高,所以,电容器C1会被以逆极性充电。另一方面,由于没有设想微型计算机3的A/D转换器对比地线低的电位进行检测,所以,在充电电压的检测时,在输入比地线低的电压而电容器C1被以逆极性充电的情况下,由微型计算机3的A/D转换器检测的电压是大致0V。即,即使在采用不设置二极管D1的构成的情况下,期间ST3中的检测电压在期间ST3的整个期间也是大致0V。
根据以上的结果,在进行升压电路4的升压动作的情况下,能够根据Vc1n检测时的检测电压是否是大致0V来判定:由于与接地电阻RLp2、RLn2的电阻比所对应的分压比及升压电路4的二次侧的输出电压相应的电位,从而从点A经由地线向电容器C1施加了逆极性的电压。其中,由于在Vc1n检测时的检测电压的结果中混入有来自外部的噪声等,所以,考虑到噪声等,优选的是,例如将数十mV左右作为判定时的基准电压,在Vc1n检测时的检测电压小于数十mV的情况下,判定为施加于电容器C1的电压是逆极性,不能用与上述的期间ST2同样的运算来算出(检测)接地电阻。
图8是用于说明Vc1p检测时的电容器的充电特性的图,以下,基于图8,说明施加于电容器C1的电压是逆极性的情况下的接地电阻的算出方法(运算方法)。其中,图8所示的充电特性的电压波形35、36示出:在图1所示的电路中使升压电路4的二次侧的输出电压和接地电阻RLp2、RLn2变化的情况下的Vc1p检测时的电容器C1的充电特性。特别是,单点虚线所示的电压波形35是升压电路4的二次侧的输出电压为550V、且接地电阻RLp2、RLn2分别为500kΩ的情况下的充电特性。另一方面,实线所示的电压波形36是升压电路4的二次侧的输出电压为750V、且接地电阻RLp2、RLn2分别为1MΩ的情况下的充电特性。
在现有的绝缘检测装置中,作为Vc1p检测时的检测电压,将仅在图8所示的时刻tb检测的电压Vtb作为检测电压Vc1p。在此情况下,根据图8所示的电压波形35、36可知,即使在升压电路4的二次侧的输出电压及接地电阻RLp2、RLn2分别不同的情况下,时刻tb的电压Vtb也大致相同。因此,仅用Vc1p检测时的时刻tb的检测电压Vtb不能算出接地电阻。
另一方面,根据图8可知,电容器C1的充电开始初期(例如,时刻ta)的电压在电压波形35中是电压Vta1(图中的点a1的电压),在电压波形36中是电压Vta2(图中的点a2的电压)。即,电容器C1的充电开始初期的时刻ta的电容器C1的充电电压是不取决于施加于电容器C1的电压的与接地电阻RLp2、RLn2之差对应的电压。
因此,通过检测电容器C1的充电开始初期的时刻ta的电压Vta,并且检测与时刻ta不同的时刻tb的电压Vtb,从而仅由使开关S1、S4接通来将电容器C1充电的情况下(Vc1p检测时)的检测电压,就能够算出与一次侧的接地电阻RLp1、RLn1及二次侧的接地电阻RLp2、RLn2相应的合成的接地电阻RL。
此时,在设被充电至电容器C1的电压为Vc的情况下,
Vc=Vs(1-exp(-t/C×(R+RL)))···(式3)。
其中,在式3中,Vs是在Vc1p检测中将电容器C1充电的第3路径的电压、C是电容器C1的容量、R是呈地线经由电容器C1到直流电源BAT的负极的路径中的电阻值(将电阻R2和电阻R5合计的电阻值)、RL是将一次侧的接地电阻RLp1、RLn1和二次侧的接地电阻RLp2、RLn2合成而形成的接地电阻RL的电阻值、t是充电时间。
此处,考虑Vtb/Vta作为时刻ta的电容器C1的充电电压Vta、与时刻tb的电容器C1的充电电压Vtb的比率。
在此情况下,根据式3,充电电压的比率Vtb/Vta为:
Vtb/Vta=(Vs(1-exp(-tb/C×(R+RL))))/(Vs(1-exp(-ta/C×(R+RL))))
=(exp(-tb/C×(R+RL)))/(exp(-ta/C×(R+RL)))
···(式4)。
此处,由于式4中的C(电容器C1的容量)及R((电阻R2与电阻R5的合计电阻值)是由电路构成决定的恒定值,所以,可知,充电电压的比率Vtb/Vta不取决于二次侧的输出电压Vs,而是由充电时间t(例如,ta、tb)和接地电阻RL决定的值。
作为一例,在直流电源BAT的输出电压VBAT为200V、接地电阻RLp1、RLn1为100MΩ、接地电阻RLn2为2MΩ、检测时间ta为0.1s、检测时间tb为0.3s的情况下,使接地电阻RLp2变化为100MΩ、200MΩ、300MΩ、400MΩ、500MΩ、1000MΩ时,仿真了电容器C1的充电电压的比率Vtb/Vta,将结果示出在下述的表1中。此外,表1示出设直流电源BAT的输出电压VBAT、接地电阻RLp1、RLn1、RLn2、检测时间ta、tb分别恒定、并使二次侧的输出电压Vs和接地电阻RLp2变化的情况下的充电电压的比率Vtb/Vta。
根据该表1可知,即使在使二次侧电压Vs变化的情况下,充电电压的比率Vtb/Vta对于每一个接地电阻RLp2都大致恒定,能够基于充电电压的比率Vtb/Vta算出接地电阻RLp2。
另一方面,根据图1的电路图可知,Vc1p检测时被充电至电容器C1的电压会根据接地电阻RLp2和经由地线连接于该接地电阻RLp2的其他接地电阻RLp1、RLn1、RLn2而变化。因此,即使是连接于一次侧的绝缘检测装置,也能够基于充电电压的比率Vtb/Vta算出将接地电阻RLp1、RLn1、RLp2、RLn2合成的接地电阻RL。
[表1]
Vtb/Vta(VBAT=200V、RLp1=RLn1=100MΩ、RLn2=2MΩ、ta=0.1s、tb=0.3s)
如以上说明的那样,通过使充电时间ta、tb为预先设定的固定时间,并且将与充电电压的比率Vtb/Vta对应的接地电阻RL的电阻值预先算出并存储为表格数据,从而能够利用式4所示的比较的简易的运算来算出接地电阻RL。在此情况下,通过利用式4运算比率Vtb/Vta,并基于所得到的比率Vtb/Vta参照表格数据,从而能够算出接地电阻RL,因此,能够用小的运算负担算出接地电阻RL。其结果是,由于能够高速地进行从充电电压Vta、Vtb的检测到接地电阻RL的算出,所以,能够得到如下特别的效果:能够缩短从接地的发生到接地的检测及与接地对应的处理的时间。此外,也可以构成为使用充电电压的比率Vta/Vtb、和与该比率Vta/Vtb对应的表格数据。
另外,根据式3可知,还能够得到如下效果:通过基于算出的接地电阻RL,并使用式3,从而还能够运算二次侧的输出电压Vs。
〈实施方式2〉
图9是用于说明本发明的实施方式2的绝缘检测装置的检测动作的图,特别是示出第2检测所进行的接地电阻RL的检测动作的图。另外,图10是用于说明本发明的实施方式2的绝缘检测装置的Vc1pta检测时、及Vc1ptb检测时的检测电压的图。其中,实施方式2的绝缘检测装置除了第2检测中的接地电阻RL的检测动作之外,其他动作与实施方式1的绝缘检测装置同样。更详细而言,由第2开关控制部17b控制的Vc1pta检测37及接在该Vc1pta检测37后的检测放电38、以及Vc1ptb检测39及接续在该Vc1ptb检测39后的检测放电40与实施方式1的第2检测不同。所以,在以下的说明中,详细说明由实施方式2的第2开关控制部17b控制的Vc1pta检测37、检测放电38、Vc1ptb检测39、及检测放电40。
在实施方式2的绝缘检测装置中,由于与实施方式1的绝缘检测装置同样,也为按照图3所示的绝缘检测装置的检测动作的流程进行动作的构成,所以,Vc1n检测中的检测电压不是大致0V的情况下(例如,不小于数十mV的情况下)的绝缘电阻RL的检测动作与实施方式1的第1检测相同。
另一方面,根据图9可知,Vc1n检测中的检测电压是大致0V的情况下(例如,小于数十mV的情况下)的绝缘电阻RL的检测动作即第2检测,为在Vc1pta检测37与Vc1ptb检测39之间形成检测放电38的期间的构成。
即,在实施方式2的绝缘检测装置的第2检测中,如图9所示,与实施方式1同样,首先,进行V0检测20及检测放电21的期间中的充电电压的检测和放电。而且,直到经过检测放电21的期间后的Vc1n检测22所进行的电容器C1的充电、及V0检测24后的检测放电25的期间中的电容器C1的充电电压的检测及放电为止,是与实施方式1所示的动作相同的动作。
此处,判定部16b在检测放电23的期间基于由检测控制部16a得到的电容器C1的检测电压,判定在Vc1n检测中被充电的电容器C1的检测电压是否小于基准电压即数十mV。在第2检测中,根据该判定,判定为电容器C1的检测电压小于数十mV,将判定部16b所检测的判定结果输出到运算部18。
另外,判定结果还被从判定部16b输出至开关控制部17,基于该判定结果,Vc1p检测中的开关控制从第1开关控制部17a变成第2开关控制部17b,该第2开关控制部17b进行Vc1pta检测37。在该Vc1pta检测37中,在经过检测放电25的期间后,在将为了进行检测放电25而接通的开关S3、S4之中的开关S4断开后,使开关S2接通,作为Vc1pta检测37,由第3路径将电容器C1充电。
在经过Vc1pta检测37的期间即时间ta后,为了进行在该Vc1pta检测37中被充电的电容器C1的充电电压的检测和该充电电压的放电,实施方式2的第2开关控制部17b在将开关S2断开后,使开关S4接通而在检测放电38的期间形成第4路径。利用在该检测放电38中的电容器C1的检测电压的检测,检测控制部16a在图10的时刻ta检测电压波形41的检测电压Vta(图10中的点a1的电压),作为检测电压Vta,由第2运算部18b进行保持。
接着,第2开关控制部17b在经过检测放电38的期间后,为了进行Vc1ptb检测39,在将开关S4断开后,使开关S2接通。由此,再次形成从地线经由电阻R5、二极管D2、电容器C1、及电阻R2到直流电源BAT的负极的第3路径,将电容器C1充电。此时,由于开关S1、S4断开,所以,该Vc1ptb检测39是与第1检测的Vc1pta检测同样的检测。
接着,在经过Vc1ptb检测39的期间后,为了检测在该Vc1ptb检测39中被充电的电容器C1的充电电压,第2开关控制部17b在将开关S2断开后,使开关S4接通而在检测放电40的期间形成第4路径。在形成该第4路径后,检测控制部16a检测电容器C1的充电电压,作为在图10的时刻tb的检测电压Vtb(图10中的点b1的电压)。此后,第2运算部18b运算充电电压的比率Vtb/Vta,参照与得到的比率Vtb/Vta对应的表格数据,算出接地电阻RL。
基于该算出的接地电阻RL,接地判定部19将接地的发生及绝缘的状态输出至上位的控制装置。
通过重复以上说明的从V0检测20到与Vc1ptb检测39对应的检测放电40的电容器C1的充电、和被充电至该电容器C1的电压的检测及放电,从而依次实时地进行接地电阻RL的算出并算出接地的发生以及绝缘的状态,并将其结果输出至上位的控制装置,因此,能够得到与上述的实施方式1的绝缘检测装置同样的效果。
此时,在实施方式2的绝缘检测装置中,构成为:对于在时间ta(充电期间ta)进行的电容器C1的充电和被充电的电容器C1的检测电压Vta的检测、及在时间tb(充电期间tb)进行的电容器C1的充电和被充电的电容器C1的检测电压Vtb的检测,分别独立地检测。所以,能够得到如下的效果:能够使算出的接地电阻RL的精度比实施方式1进一步提高。
〈实施方式3〉
图11是用于说明本发明的实施方式3的绝缘检测装置的检测动作的图,特别是示出第2检测所进行的接地电阻RL的检测动作的图。其中,在实施方式3的绝缘检测装置中,也是除了第2检测中的接地电阻RL的检测动作以外,其他动作与实施方式1的绝缘检测装置相同。更详细而言,由第2开关控制部17b控制的Vc1pta检测37及接在该Vc1pta检测37后的检测放电38、以及Vc1ptb检测39及接在该Vc1ptb检测39后的检测放电40与实施方式1的第2检测不同。另一方面,实施方式2的第2检测中,不同之处仅是不进行V0检测24及检测放电25的动作、即在检测放电23后立即进行Vc1pta检测37~检测放电40的动作,其他动作是与实施方式2的第2检测的动作同样的动作。所以,在以下的说明中,详细说明在经过检测放电23的期间后立即动作的Vc1pta检测37、检测放电38、Vc1ptb检测39、及检测放电40。
在实施方式3的绝缘检测装置中,也与实施方式1、2的绝缘检测装置同样,构成为按照图3所示的绝缘检测装置的检测动作的流程进行动作,因此,Vc1n检测中的检测电压不是大致0V的情况下(例如,不小于数十mV的情况)的绝缘电阻RL的检测动作与实施方式1、2的第1检测相同。
另一方面,Vc1n检测中的检测电压小于数十mV的情况下的绝缘电阻RL的检测动作即第2检测,根据图11可知,为在经过检测放电23的期间后开始Vc1pta检测37的构成。
即,在实施方式3的绝缘检测装置的第2检测中,如图11所示,在Vc1n检测22后的检测放电23中检测的电容器C1的检测电压Vc1n进行检测之后,基于判定部16b的判定结果,第2开关控制部17b迅速地执行Vc1pta检测37~检测放电40。此时,在检测放电38中,检测时刻ta的检测电压Vta,在检测放电40中,检测时刻tb的检测电压Vtb。此处,在检测电压Vtb的检测后,第2运算部18b运算充电电压的比率Vtb/Vta,参照与得到的比率Vtb/Vta对应的表格数据,算出接地电阻RL。
基于该算出的接地电阻RL,接地判定部19将接地的发生及绝缘的状态输出至上位的控制装置。
通过重复以上说明的从V0检测20到与Vc1ptb检测39对应的检测放电40的电容器C1的充电、和被充电至该电容器C1的电压的检测及放电,从而依次实时地进行接地电阻RL的算出并算出接地的发生以及绝缘的状态,将其结果输出至上位的控制装置,因此,能够得到与上述的实施方式1、2的绝缘检测装置同样的效果。
此时,在实施方式3的绝缘检测装置中,由于构成为不进行实施方式1、2的V0检测24及检测放电25,因此,能够得到能够进一步缩短到第2检测中的接地电阻RL的算出为止所需的时间这种效果。
〈实施方式4〉
图12是用于说明本发明的实施方式4的绝缘检测装置的开关S2、S4的概略结构的图。其中,本发明的实施方式4的绝缘检测装置与实施方式1的绝缘检测装置的不同之处仅是开关S2、S4的构成、及由在微型计算机3中动作的程序实现的接地电阻检测部的运算部18的构成,其他构成是与实施方式1的绝缘检测装置同样的构成。所以,在以下的说明中,详细说明实施方式4的开关S2、S4的构成及其效果。
如图12所示,实施方式4的绝缘检测装置构成为:不仅具有上述的图1所示的构成,还在各个开关S2、S4上并联有保护元件P1、P2。开关S1~S4例如是由具有550V的耐压的光MOSFET构成的半导体开关,保护元件P1、P2例如是具有比开关S2、S4的耐压(例如550V)小的500V的限制电压(钳位电压)的公知的TVS(Transient Voltage Suppressor:过电压抑制TVS二极管)。利用该构成,构成为:如在后详细记述那样,在开关S2、S4断开时,防止超过耐压的电压施加于该开关S2、S4的端子间。其结果是,得到如下效果:在实施方式4的绝缘检测装置中,能够使用耐压比升压电路4的输出电压低(例如,与开关S1、S3相同的耐压)的光MOSFET。
此外,保护元件P1、P2不限定于TVS,也可以是使用齐纳二极管、变阻器等的构成。其中,在使用TVS(或齐纳二极管)形成保护元件P1、P2的情况下,通过将2个TVS(或齐纳二极管)反向串联,从而形成过电压吸收用的保护元件。利用该构成,即使在以分别施加于开关S2、S4的电压方向即流过的电流的方向为一个TVS的正向来施加的电压的情况下,另一个TVS为逆方向,能够防止经由保护元件流过电流,同时能够将施加于开关S2、S4的电压保持为TVS(或齐纳二极管)的击穿电压以下。此外,将2个TVS(或齐纳二极管)反向串联来形成保护元件P1、P2的原因在于,TVS(或齐纳二极管)的正向特性与反向特性非对称。因此,在将以变阻器等为代表的具有正负对称的钳位电压特性(相当于TVS的击穿电压特性)的元件用作保护元件P1、P2的情况下,能够用1个元件形成1个保护元件P1、P2。
以下,基于图12及图1说明保护元件P1、P2对开关S2、S4的保护效果。其中,对于直流电源BAT的输出电压(一次侧高压)为200V、保护元件P1、P2的限制电压为500V、开关S2、S4的耐压为550V的情况进行说明,但是,不限定于此。
例如,在升压电路4的输出电压为600V的情况下,在接地电阻RLp2为0(zero)Ω那样的发生接地的情况下,图中的点A的电压成为升压电路4的输出电压即600V。在此情况下,点A的电压经由虚拟地线施加于电阻R4,经由该电阻R4施加于开关S4的地线侧。另外,点A的电压经由虚拟地线施加于电阻R5,经由该电阻R5也施加于开关S3的地线侧。即,在开关S3、S4分别断开的V0检测时,升压电路4的输出电压即600V施加于断开状态的开关S3、S4的地线侧。其中,在开关S4接通、开关S2断开的Vc1p检测中的电容器C1的充电时,点A的电压经由虚拟地线、电阻R4、开关S4、及电阻R2施加于开关S2。
此时,根据图1可知,开关S3配置在电容器C1的一端侧(图1中的上侧端子)即直流电源BAT的正极侧。因此,即使在接地电阻RLp2成为0(zero)Ω那样的发生接地的情况下,施加于断开时的开关S3的电压(施加于断开时的开关S3的端子间的电压)也是从升压电路4的输出电压即600V减去直流电源BAT的输出电压即200V后的400V。此外,在开关S3接通、开关S1断开的情况下,施加于该开关S1的端子间的电压也是同样的电压(400V)。因此,开关S1、S3通过使用600V-200V=400V以上的耐压的光MOSFET,从而不需要保护元件。
另一方面,开关S4配置在电容器C1的另一端侧(图1中的下侧端子)即直流电源BAT的负极侧。因此,在接地电阻RLp2成为0(zero)Ω那样的发生接地的情况下,在如V0检测时那样开关S2接通、开关S4断开的情况下,施加于断开时的开关S4的端子间的电压是升压电路4的输出电压即600V。因此,对于开关S4,需要使用具有600V以上的耐压(实际上,估计余量而耐压为700V左右以上)的光MOSFET。同样,对于开关S2,也需要使用具有600V以上的耐压(实际上,包括余量在内耐压为700V左右以上)的光MOSFET。即,需要使用与配置在电容器C1的一端侧(图1中的上侧端子)即直流电源BAT的正极侧的开关S1、S3相比高耐压的光MOSFET。
但是,耐压700V以上等的高耐压的光MOSFET种类少且外壳的大小也大,而且单价也高,因此,优选使用与开关S1、S3相同的光MOSFET。
因此,在实施方式4的绝缘检测装置中,构成为:使限制电压比开关S2、S4的耐压低的保护元件P1、P2与开关S2、S4并联。利用该构成,构成为:使施加于断开时的开关S2、S4的电压为比各开关S2、S4的耐压小的(低的)限制电压,即使在如V0检测时那样开关S2接通、开关S4断开的情况下,也能够将施加于开关S4的端子间的电压限制在耐压以下。其结果是,实施方式4的绝缘检测装置能够使外壳小型化、能够廉价地制造。
接着,图13示出在升压电路的二次侧电压高的情况下二次侧的正极的接地电阻RLp2降低的情况下的V0检测时、Vc1p检测时、及Vc1n检测时的各检测电压-时间特性的仿真结果的图,图14示出用于说明在升压电路的二次侧电压高的情况下在二次侧的正极的接地电阻RLp2降低的情况下的Vc1p检测中的检测电压的变化的图,图15示出本发明的实施方式4的绝缘检测装置的用于修正V0检测的检测值的表格数据的一例的图,以下,基于图12~15,说明在实施方式4的绝缘检测装置中接地电阻RLp2降低的情况下的V0检测的修正。此外,仿真所使用的升压电路4的输出电压、接地电阻RLp2、RLn2与第一实施方式不同,但是,图13是与图6对应的图。另外,图14是与图8对应的图。
如图13的期间ST4所示,即使升压电路4的输出电压是超过保护元件P1、P2的限制电压即500V的电压(在图13中是750V),在接地电阻RLp2、RLn2未降低的情况下,也与上述的实施方式1同样,在V0检测中,得到与直流电源BAT的输出电压即200V对应的波形(检测电压)。但是,如期间ST5、ST6所示,在接地电阻RLp2大幅度降低的情况下,即使在升压电路4、直流电源BAT的输出电压没有变化的情况下,随着接地电阻RLp2的降低,V0检测中的波形即在V0检测中得到的检测电压也降低。
该在V0检测中得到的检测电压的降低的原因在于,在保护元件P1、P2与开关S2、S4并联的构成中,接地电阻RLp2的降低导致点A的电压超过保护元件P1、P2(特别是保护元件P2)的限制电压。例如,在接地电阻RLp2发生了成为0(zero)Ω那样的接地的情况下,原因在于,如V0检测时那样,即使开关S4断开,600V-500V=100V的电压也经由配置于开关S4的保护元件P2及分支布线10施加于电容器C1的另一端。即,原因在于,在V0检测中,构成为:使开关S1、S2接通,使开关S3、S4断开,将电容器C1充电后,使该开关S1、S2断开,并且使开关S3、S4接通而用直流电源BAT将电容器C1充电。
在此情况下,由于V0检测中的检测电压即将电容器C1充电的电压是比实际的直流电源BAT的输出电压小的电压,所以,在V0检测中运算的直流电源BAT的输出电压也比实际的直流电源BAT的输出电压小。即,在V0检测中检测的直流电源BAT的输出电压从实际的直流电源BAT的输出电压偏离的现象的原因在于,随着接地电阻RLp2的降低,在点A的电压超过配置于开关S4的保护元件P2的限制电压的情况下,超过限制电压的电压(超过电压)施加于电容器C1的另一端(负极侧),因此,在接地电阻RLp2降低时也需要在V0检测中得到的直流电源BAT的输出电压的情况下,该修正非常重要。
例如,作为用于对直流电源BAT的输出电压进行检测并监视的单元控制器的备份(backup)用,有的情况下使用由绝缘检测装置检测的直流电源BAT的输出电压。在此情况下,由单元控制器检测的直流电源BAT的输出电压、与由绝缘检测装置检测的直流电源BAT的输出电压成为不同的结果,会产生问题,因此,在V0检测中得到的直流电源BAT的输出电压需要修正。此外,需要修正在V0检测中得到的直流电源BAT的输出电压的情况限于以下情况:接地电阻RLp2与接地电阻RLn2相比大幅度降低,结果,点A的电压即经由地线及电阻R4施加于开关S4的电压变为保护元件P2的限制电压以上。
以下,基于图14,详细说明对随着接地电阻RLp2的降低而V0检测中的直流电源BAT的输出电压产生的偏离(检测误差)进行修正的方法。其中,图14示出在接地电阻RLp2相同的情况(Vtb3/Vta3与Vtb4/Vta4相同的情况場合)下来自升压电路4的输出电压变化的情况下的Vc1p检测中的检测电压的变化。特别是,电压波形42示出:在图12所示的构成中来自升压电路4的输出电压为600V的情况下的Vc1n检测时的电容器C1的充电特性,电压波形43示出来自升压电路4的输出电压为400V的情况下的Vc1n检测时的电容器C1的充电特性。
如上所述,V0检测中产生直流电源BAT的输出电压的检测误差的原因在于,在经由开关S1、S2将直流电源BAT的正极及负极与电容器C1连接而将该电容器C1充电时产生的直流电源BAT的负极侧的电位即分支布线10的电位被推高到超过电压量,施加于电容器C1的两端的电压差减小。因此,如果能够算出超过电压,那么能够修正在V0检测中检测的直流电源BAT的输出电压的检测误差。即,如果能够掌握图12中的点B与点C之间的电压(B-C间电压,B-C间电压差)、和保护元件P2的限制电压特性,那么能够修正在V0检测中检测的直流电源BAT的检测电压的误差。此处,由于能够预先掌握保护元件P2的限制电压特性,所以,通过检测接地电阻RLp2降低时的B-C间电压,从而能够修正在V0检测中检测的直流电源BAT的检测电压的误差。
另外,在实施方式4的绝缘检测装置中,构成为:在点A的电压比直流电源BAT的正极的电位高的情况下,不使用在V0检测中得到的值,而根据Vc1p检测中的检测电压运算接地电阻。即,构成为:在升压电路4的输出电压变大而B-C间电压变为直流电源BAT的输出电压(例如200V)以上的情况下,不管接地电阻RLp2、RLn2的降低如何,都不使用在V0检测中的到的检测值。
根据图14可知,Vc1p检测中的Vtb3/Vta3与Vtb4/Vta4相同,即使在接地电阻RLp2相同的情况下,在升压电路4的输出电压变大的情况下,时刻ta、tb各自的电容器C1的充电电压会变大。因此,在实施方式4的绝缘检测装置中,如图15所示,对于与Vtb/Vta对应的接地电阻的表格数据(图15(a))的每个Vtb/Vta,制作与Vtb对应的B-C间电压的表格数据(图15(b)),基于在Vc1p检测中得到的Vtb、和Vtb/Vta,参照表格数据,算出(推断)B-C间电压。
此处,如上所述,在经由虚拟地线施加于点C的电压(点A的电压)即B-C间电压为各保护元件P1、P2的限制电压以下的情况下,点A的电位不会对V0检测带来影响。因此,在基于在Vc1p检测得到的Vtb和Vtb/Vta来运算(推断)的电压为各保护元件P1、P2的限制电压以下的情况下,判断为基于在V0检测中得到的检测电压检测的直流电源BAT的输出电压与直流电源BAT的输出电压没有检测误差(正常值),将该检测的直流电源BAT的输出电压输出至上位的控制装置等。
另一方面,在基于在Vc1p检测中得到的Vtb和Vtb/Vta来运算的电压为保护元件P2的限制电压以上的情况下,判断为基于在V0检测中得到的检测电压检测的直流电源BAT的输出电压是包含超过保护元件P2的限制电压的电压(超过电压)量的检测电压的误差的输出电压。因此,将基于运算(推断)的B-C间电压和保护元件P2的限制电压特性来算出的输出电压作为直流电源BAT的输出电压输出至上位的控制装置等。
此外,运算部18具有如下的运算:基于根据上述的在Vc1p检测中得到的Vtb和Vtb/Vta进行的B-C间电压的运算、及该B-C间电压与保护元件P2的限制电压的比较·判定、以及判定结果,参照表格数据,算出直流电源BAT的输出电压。另外,作为基于运算(推断)的B-C间电压和保护元件P2的限制电压特性进行的直流电源BAT的输出电压的算出方法,具有例如如下的算出方法:将从B-C间电压减去保护元件P2的限制电压(超过电压)量后的电压乘以电阻R3、R4的分压比,将相乘后的值加到在V0检测中得到的检测值上。利用该算出方法,由于能够直接使用V0检测用的表格数据,所以,得到能够减小表格数据的存储区域的容量这种效果。其中,也可以构成为:将预先考量了运算(推断)的B-C间电压和保护元件P2的保护电压特性的、在V0检测中得到的检测值与直流电源BAT的输出电压的关系作为表格数据进行存储,基于在V0检测中得到的检测值,参照该表格数据算出直流电源BAT的输出电压。
如以上说明的那样,在实施方式4的绝缘检测装置中,由于构成为将与开关S2、S4的耐压对应的保护元件P1、P2分别配置于开关S2、S4,所以,不仅能够得到上述的实施方式1的绝缘检测装置的效果,还能够得到如下的效果:在升压电路4的输出电压高的情况下,在接地电阻RLp2发生降低的情况下,防止对开关S2、S4施加耐压以上的电压,能够保护该开关S2、S4避免破损。
另外,此时,构成为:在开关S4断开的V0检测中,升压电路4的输出电压的一部分经由配置于该开关S4的保护元件P2施加于电容器C1的负极侧,但是,基于在Vc1p检测中得到的电压Vtb、Vta算出B-C间电压,利用该B-C间电压修正在V0检测中得到的输出电压。因此,在将保护元件P1、P2配置于开关S2、S4的构成中,即使在升压时接地电阻RLp2发生降低的情况下,也能够检测精确的直流电源BAT的输出电压。
此外,在实施方式4的绝缘检测装置中,是仅在开关S2、S4上并联保护元件P1、P2的构成,但是,不限定于此。例如,也可以构成为:根据升压电路4的输出电压及发生接地时施加于点C的电压等,在开关S1、S3上也连接保护元件。
另外,在实施方式4的绝缘检测装置中,说明了将本发明应用于实施方式1的绝缘检测装置的情况,但是,也可以是将本发明应用于实施方式2、3的绝缘检测装置的构成,在该情况下,也不仅能够得到实施方式2、3的绝缘检测装置的效果,还能够得到与实施方式4的绝缘检测装置同样的效果。
以上,基于上述发明的实施方式具体说明了由本发明的发明人完成的发明,但是,本发明不限定于上述发明的实施方式,能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
Claims (5)
1.一种绝缘检测装置,包括:飞跨电容器,其保持充电电压;及检测电路,其检测所述飞跨电容器的充电电压,所述绝缘检测装置连接于与地线电气绝缘的直流电源,并基于由所述检测电路检测的所述飞跨电容器的充电电压来对在所述直流电源于所述地线之间形成的接地电阻进行检测,所述绝缘检测装置的特征在于,
包括对第1路径、第2路径、第3路径及第4路径进行切换的多个开关,所述第1路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第2路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述地线;所述第3路径是从所述地线经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第4路径是将所述飞跨电容器与所述直流电源的连接解除,并将该飞跨电容器与所述检测电路连接,
包括:
控制单元,所述控制单元监视由所述第2路径充电的所述飞跨电容器的检测电压,在该检测电压是大致0V的情况下,所述控制单元控制所述开关的切换,控制由所述第3路径对所述飞跨电容器的充电、和由所述第3路径充电的所述飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为所述第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测;及
运算单元,所述运算单元基于所述第1检测电压和所述第2检测电压来运算在所述直流电源与所述地线之间形成的所述接地电阻。
2.一种绝缘检测装置,包括:飞跨电容器,其保持充电电压;及检测电路,其检测所述飞跨电容器的充电电压,所述绝缘检测装置连接于与地线分别电气绝缘的直流电源及将该直流电源的输出电压升压的升压电路的所述直流电源侧,并基于由所述检测电路检测的所述飞跨电容器的充电电压来检测在所述直流电源及所述升压电路的二次侧与所述地线之间形成的接地电阻,所述绝缘检测装置的特征在于,
包括对第1路径、第2路径、第3路径及第4路径进行切换的多个开关,所述第1路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述直流电源的负极;所述第2路径是从所述直流电源的正极经由所述飞跨电容器到所述地线;所述第3路径是从所述地线经由所述飞跨电容器达所述直流电源的负极;所述第4路径是将所述飞跨电容器与所述直流电源的连接解除,并将该飞跨电容器与所述检测电路连接,
包括:
控制单元,在二次侧的输出电压因所述升压电路升压动作而上升,从而所述接地电位变得比所述直流电源的正极侧的电位高的情况下,所述控制单元控制述开关的切换,控制由所述第3路径对所述飞跨电容器的充电、和由所述第3路径充电的所述飞跨电容器的充电电压的检测,对切换为所述第3路径后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测;及
运算单元,所述运算单元基于所述第1检测电压和所述第2检测电压来运算在所述直流电源及所述升压电路的二次侧与所述地线之间形成的所述接地电阻。
3.如权利要求1或2所述的绝缘检测装置,其特征在于,
所述多个开关包括:第1开关,其配置在所述飞跨电容器的一端与所述直流电源的正极之间;第2开关,其配置在所述飞跨电容器的另一端于所述直流电源的负极之间;第3开关,其配置在所述飞跨电容器的一端与地线之间;及第4开关,其配置在所述飞跨电容器的另一端与所述地线之间,
所述第2开关及所述第4开关包括保护元件,所述保护元件分别并联于所述第2开关及所述第4开关,并将施加于该第2开关及所述第4开关的电压保持在该开关的耐压以下。
4.如权利要求3所述的绝缘检测装置,其特征在于,
所述控制单元包括如下的单元:
基于所述第1及第2检测电压、和至少并联于所述第4开关的所述保护元件的特性,对所述第1路径时的施加于所述第2开关的所述直流电源的负极侧与所述第4开关的所述地线侧之间的电压进行推断的单元;及
基于施加于所述第2开关的所述直流电源的负极侧与所述第4开关的所述地线侧之间的电压、和并联于所述第4开关的所述保护元件的特性,对所述直流电源的输出电压进行校正的单元,其中,所述直流电源的输出电压是根据由所述第1路径充电的所述飞跨电容器的检测电压来运算的。
5.一种绝缘检测方法,对在与地线电气绝缘的直流电源与所述地线之间形成的接地电阻进行检测,其特征在于,
包括如下的工序:
将飞跨电容器连接在所述直流电源的正极与所述地线之间,将所述飞跨电容器充电的工序;
将所述直流电源的正极与所述飞跨电容器断开后,将检测电路连接于所述飞跨电容器,检测被充电至所述飞跨电容器的电压的工序;
监视所述检测的电压,在该检测的电压是大致0V的情况下,将所述飞跨电容器连接在所述地线与所述直流电源的负极之间而将所述飞跨电容器充电,对所述飞跨电容器的连接后的第1时间的第1检测电压、和与所述第1时间不同的第2时间的第2检测电压分别进行检测的工序;及
基于所述第1检测电压和所述第2检测电压,运算在所述直流电源与所述地线之间形成的所述接地电阻的工序。
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