JP2004245632A - 電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置 - Google Patents
電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】検出電圧の精度を向上した電圧検出回路を提供する。
【解決手段】電圧を検出するマイコン３と、被電圧検出部位６が接続されるマイコン６の第１の入力ポート５にカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と、第１のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と同一の漏れ電流の規格で、接地電位部７に接地されたマイコン１１の第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源１１の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とを備え、マイコン１１は、被電圧検出部位６の電圧を検出するとき、第１の入力ポート５に印加された電圧に第２の入力ポート９に印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とする。これにより、電圧検出回路１での検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【選択図】 図１
【解決手段】電圧を検出するマイコン３と、被電圧検出部位６が接続されるマイコン６の第１の入力ポート５にカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と、第１のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と同一の漏れ電流の規格で、接地電位部７に接地されたマイコン１１の第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源１１の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とを備え、マイコン１１は、被電圧検出部位６の電圧を検出するとき、第１の入力ポート５に印加された電圧に第２の入力ポート９に印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とする。これにより、電圧検出回路１での検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置に係り、特に、マイコンにより電圧を検出する電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイコンにより電圧を検出する電圧検出回路では、被電圧検出部位が接続されたマイコンの入力ポートに、マイコンに損傷を与えるような過剰な正電位や負電位が印可されるのを防ぐため、クランピング用のダイオードが設けられている。
クランピング用のダイオードとして、マイコンの入力ポートへの比較的短時間の過剰な正電位及び負電位の印可を防ぐ場合には、整流ダイオードを用いることができる。しかし、マイコンの入力ポートへの比較的長時間の過剰な正電位及び負電位の印可を防ぐ場合には、マイコンへのストレスを軽減するためより順方向電圧降下の小さいショットキーバリアダイオードを用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ショットキーバリアダイオードは、周囲温度が高くなるに連れて漏れ電流が増加してしまう特性を有しているため、周囲温度が高くなるに連れてショットキーバリアダイオードを介した電圧降下つまり損失が増大してしまう。このため、ショットキーバリアダイオードを備えた電圧検出回路では、マイコンの入力ポートで検出される検出電圧の精度に問題がある。
【０００４】
これに対して、マイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートとは別の入力ポートにサーミスタを接続することにより、周囲温度を検出して検出電圧を補正することにより、検出電圧の精度を向上することが考えられる。この場合、マイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートとは別の入力ポートにサーミスタを接続すると共に、マイコンに予め周囲温度とショットキーバリアダイオードの漏れ電流との関係に関するデータを入力しておく。そして、マイコンは、このサーミスタを接続した入力ポートで検出した電圧から周囲温度を演算し、この演算した周囲温度とマイコンに予め入力されていた周囲温度と漏れ電流との関係に関するデータから漏れ電流を換算する。さらに、換算した漏れ電流に基づいて損失分の電圧値などを求め、この求めた損失分の電圧値などによりマイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートでの検出電圧を補正する。
【０００５】
このような電圧検出回路では、サーミスタを用いて周囲温度を演算し、周囲温度と漏れ電流との理論上の関係に基づいてショットキーバリアダイオードの漏れ電流を換算して、この換算した漏れ電流に基づいて損失を求めている。しかし、ショットキーバリアダイオードの特性は、データブックなどに示された通りのものでなくばらつきがあることなどから、誤差を生じる可能性がある演算や換算などを重ねることとなり、求めた損失分の電圧値と実際の損失分の電圧値との間の誤差が演算や換算などを重ねる毎に増大してしまう。このため、このようなサーミスタを用いた電圧検出回路では、マイコンの入力ポートで検出される検出電圧の精度を向上し難い。
【０００６】
本発明の第１の課題は、検出電圧の精度を向上することにある。
【０００７】
ところで、本願の発明者らは、このような電圧検出回路を備えた装置として、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、接地電位部と電源の負端子との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の検出手段での検出電圧に基づいて電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備えた構成の絶縁検出装置を考えている。
【０００８】
このような絶縁検出装置では、コンデンサを完全に充電するのに要する時間よりも短い時間に第１の設定時間を設定し、この第１の設定時間の間、第１のスイッチング手段によって直流電源と接地電位部との間にコンデンサを直流に接続して充電し、このときのコンデンサの両端端子間の電圧を第４のスイッチング手段によって接続された電圧検出回路で検出する。そして、この検出した電圧からコンデンサの容量などを定数として含む電源電圧を算出するための式により演算手段が電源電圧を推定することができる。そして、この推定した電源電圧と、第２及び第３のスイッチング手段遮断後の検出手段での検出電圧とに基づいてコンデンサの容量などを定数として含む絶縁抵抗を算出するための式により絶縁抵抗を演算することで、絶縁抵抗の計測誤差を低減し、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【０００９】
ここで、このような絶縁検出装置では、電圧検出回路がマイコンを用いたものである場合、スイッチング手段の開閉動作によって、マイコンのコンデンサの両端子間電圧を検出するための入力ポートに負電位が印可される可能性がある。このため、負電位に対するクランピング用のダイオードとしてショットキーバリアダイオードを用いている。ところが、このような絶縁検出装置では、電圧検出回路による検出電圧が絶縁抵抗の演算にもちいられるため、電圧検出回路による検出電圧の精度に問題があると、絶縁状態の検出精度を向上できなくなってしまうとい問題が生じる。このため、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度を向上することが望まれている。
【００１０】
本発明の第２の課題は、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電圧検出回路は、電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続されるマイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、この第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地されたマイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを備え、マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、第１の入力ポートに印加された電圧に第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とすることにより第１の課題を解決する。
【００１２】
このような構成では、クランピング用となる第１のショットキーバリアダイオードと補正用となる第２のショットキーバリアダイオードとが同一の漏れ電流の規格のショットキーバリアダイオードである。このため、補正用の第２のショットキーバリアダイオードが接続されたマイコンの第２の入力ポートには、クランピング用の第１のショットキーバリアダイオードの漏れ電流による電圧損失にほぼ等しい電圧が印可されることになる。したがって、このマイコンの第２の入力ポートに印可された電圧を第１の入力ポートに印加された電圧加えれば、クランピング用の第１のショットキーバリアダイオードによる電圧損失を補正した検出電圧が得られる。このように、検出電圧の補正において誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【００１３】
さらに、マイコンの第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、この第１の抵抗と同一の抵抗値で、マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えた構成とする。このような構成とすれば、第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された抵抗が設けられるときでも、検出電圧の精度を向上できる。
【００１４】
また、本発明の絶縁検出装置は、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と前記接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、接地電位部と電源の負端子との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源の電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備え、電圧検出回路は、電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続されるマイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、この第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地されたマイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを有し、マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、第１の入力ポートに印加された電圧に前記第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とすることにより第２の課題を解決する。
【００１５】
このような構成とすれば、電圧検出回路での検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がなく、検出電圧の精度を向上できるため、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。
【００１６】
さらに、マイコンの第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、電圧検出回路は、前記第１の抵抗と同一の抵抗値で、マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えた構成とする。
【００１７】
また、第１のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第１のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第２のスイッチ部とを含み、第３のスイッチング手段が、第２のスイッチ部と、第１のスイッチに直列に接続された第３のスイッチ部とを含み、第２のスイッチング手段が、第１のスイッチ部と、第２のスイッチ部に直列に接続された第４のスイッチ部とを含み、第１のスイッチ部と第３のスイッチ部との間と、第２のスイッチ部と第４のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第１のダイオード、及びコンデンサが直列に接続され、第１のダイオードに並列に、この第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオードが直列に接続されており、電圧検出回路が、第３のスイッチ部と第４のスイッチ部との間に位置する被電圧検出部位に接続され、被電圧検出部位と第４のスイッチ部との間が接地電位部に接地されている回路構成とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の絶縁抵抗の算出動作を示すフロー図である。図３は、各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図４は、絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【００１９】
本実施形態の電圧検出回路１は、図１に示すように、マイコン１１を備えており、マイコン１１の第１アナログ／デジタル変換入力ポートつまり第１Ａ／Ｄ入力ポート５に被電圧検出部位６が接続されている。被電圧検出部位６とマイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５との間には、被電圧検出部位６側から直列に第１抵抗Ｒ１、コイルＬ１が順次接続されている。
【００２０】
コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との間の部位の第１抵抗Ｒ１側には、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な負電位が印加されるのを抑制するため、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のカソードが、コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との間の部位のコイルＬ１側には、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な正電位が印加されるのを抑制するため、クランピング用の整流ダイオードＣＤ１のアノードが接続されている。第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のアノードは、接地電位部７に接地され、クランピング用の整流ダイオードＣＤ１のカソードは、電源１１の正端子側に接続されている。マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５とコイルＬ１との間には、コイルＬ１などと共にノイズの除去などを行う第１コンデンサＣ１の一方の端子が接続されており、第１コンデンサＣ１の他方の端子は、接地電位部７に接地されている。
【００２１】
一方、マイコン１１の第２アナログ／デジタル変換入力ポートつまり第２Ａ／Ｄ入力ポート９には、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２のアノードと、補正用となる第２抵抗Ｒ２の一方の端子が接続されている。補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のカソードは、電源１１の正端子側に接続されている。補正用となる第２抵抗Ｒ２の他方の端子は、接地電位部７に接地されている。
【００２２】
なお、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とは、同一仕様で、同一の漏れ電流の規格のものを用いる。望ましくは、同一プロセス上で製造された２個以上のショットキーバリアダイオードを同一パッケージとして市販しているものを用いる。同様に、第１抵抗Ｒ１と補正用の第２抵抗Ｒ２とは、同一仕様で、同一の抵抗値のものを用いる。
【００２３】
このような電圧検出回路１を備えた本実施形態の絶縁検出装置１３は、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両などの電力源となる直流電源１１に対して適用したものである。電源１１は、複数の蓄電池などを直列接続したものや燃料電池などであり、電源１１の正端子側の正側主回路配線１５ａと負端子側の負側主回路配線１５ｂとが、各々、接地電位部７、例えば車体などから絶縁されており、電源１１は非接地電源となっている。絶縁検出装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第２コンデンサＣ２、上記の電圧検出回路１、そして各スイッチを設定された時間に応じて開閉制御する図示していないスイッチング制御回路などで構成されている。
【００２４】
なお、本実施形態の電圧検出回路１のマイコン１１は、絶縁検出装置１３における演算手段や絶縁状態などの判定の機能などを兼ねている。しかし、電圧検出回路を構成するマイコン、絶縁検出装置における演算手段となるマイコン、スイッチング制御回路を構成するマイコンなどは、本実施形態のように１つのマイコンが兼ねることもできるし、各々異なるマイコンとするなど適宜構成できる。また、図１で示した第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４は、例えばリレーや半導体スイッチといった様々なスイッチ機能を有する部品からなるスイッチ部を接点として模式的に示したものである。
【００２５】
電源１１の正端子には、この正端子から第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が順次直列に接続され、電源１１の負側端子には、この負端子側から第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４及び第３抵抗Ｒ３が順次直列に接続されている。第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３との間から第２スイッチＳ２と第４スイッチＳ４との間には、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４及び第２コンデンサＣ２が順次直列に接続されている。第４抵抗Ｒ４と第２コンデンサＣ２との間から第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３との間には、第２ダイオードＤ２及び第５抵抗Ｒ５が順次直列に接続されている。すなわち、第１ダイオードＤ１及び第４抵抗Ｒ４と、第２ダイオードＤ２及び第５抵抗Ｒ５とは並列に接続されている。また、第２ダイオードＤ２と第５抵抗Ｒ５との間の部位から接地電位部７に、バイパス手段として、第５スイッチＳ５、そして第５抵抗Ｒ５よりも抵抗が低い第６抵抗Ｒ６が順次直列に接続されている。なお、第１ダイオードＤ１は、正側から負側に向かう方向に整流するものであり、第２ダイオードＤ２は、第１ダイオードＤ１と逆方向に整流するものである。
【００２６】
第３スイッチＳ３と第３抵抗Ｒ３間には、第３スイッチＳ３と第３抵抗Ｒ３に対して直列に第７抵抗Ｒ７が接続されており、第３スイッチＳ３と第７抵抗Ｒ７との間に被電圧検出部位６が位置し、被電圧検出部位６に電圧検出回路１が接続されている。また、第７抵抗Ｒ７と第３抵抗Ｒ３との間の部位は、接地電位部７に接地されている。
【００２７】
なお、本実施形態では、電源１１に第２コンデンサＣ２を直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。電源１１の正端子と接地電位部７との間に第２コンデンサＣ２を直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。接地電位部７と電源１１の負端子との間に第２コンデンサＣ２を直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段は、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。電圧検出回路１により第２コンデンサＣ２の両端子間電圧を検出するための第４のスイッチング手段は、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。また、第２コンデンサＣ２には、例えば数μＦといった比較的高容量のものが用いられ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２には、例えば数百ｋΩといった比較的高い抵抗値のものが用いられている。
【００２８】
このような構成の電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の動作と本発明の特徴部について説明する。絶縁検出装置１３による接地電位部７に対する絶縁状態の検出動作において、絶縁検出装置１３は、図２及び図３に示すように、絶縁状態の検出を開始すると、図示していないスイッチング制御回路が第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を第１の設定時間である第１閉路時間Ｔ１の間、閉路する（ステップ１０１）。すなわち、第１のスイッチング手段により、接地電位部７を介さずに電源１１に第２コンデンサＣ２を直列に接続する回路が形成され、第１閉路時間Ｔ１の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。なお、第１閉路時間Ｔ１は、第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間よりも短い時間、例えば第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間の１／５〜１／１０といったような短い時間となっており、第１閉路時間Ｔ１は、必要とされる絶縁抵抗の計測誤差範囲によって選択されたものである。
【００２９】
ステップ１０１において第１閉路時間Ｔ１が経過すると、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路される（ステップ１０３）。すなわち、第４のスイッチング手段により、第５抵抗Ｒ５、第７抵抗Ｒ７、そして第３抵抗Ｒ３を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路されてから第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ２経過後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０５）。
【００３０】
このとき、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した電圧となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１０５において、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２と補正用の第２抵抗Ｒ２が接続された第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧を検出し、この第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧Ｖ０としている。
【００３１】
第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧は、絶縁検出装置１３の周囲温度に応じた補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２での漏れ電流に対応する電圧であり、また、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２は同一の漏れ電流の規格のもである。このため、第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧は、絶縁検出装置１３の周囲温度に応じた第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失にほぼ等しいものである。したがって、Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧Ｖ０は、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００３２】
この補正した検出電圧Ｖ０を用い、次式（１）から推定の電源電圧Ｖ０ｓを算出する（ステップ１０７）。
Ｖ０ｓ＝Ｖ０／｛１−ＥＸＰ（−Ｔ１／Ｃ・Ｒ４）｝ …（１）
ただし、式（１）において、Ｔ１は第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値である。
【００３３】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１０５で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせる。これにより、第５抵抗Ｒ５よりも抵抗値が低い第６抵抗Ｒ６を介して放電されるため、第２コンデンサＣ２からの放電量が増大して第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣの降下割合が増大し、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮できる。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０９）。
【００３４】
ステップ１０９で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第３スイッチＳ３を開路し、所定時間ｔｗ１経過後に第１スイッチＳ１を閉路する。そして、第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ１１１）。
すなわち、第２のスイッチング手段により、電源１１の正端子と接地電位部７との間に第２コンデンサＣ２を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線１５ａ、第１スイッチＳ１、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４、第２コンデンサＣ２、第４スイッチＳ４、第３抵抗Ｒ３、接地電位部７、そして図１において点線で示すような位置に仮定される負端子側の地絡抵抗Ｒｎ、負側主回路配線１５ｂを順次直列に電源１１に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、図３に示すように、地絡抵抗Ｒｎの値に応じて第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。なお、第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２も、第１閉路時間Ｔ１と同様に、第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間よりも短く、所定時間ｔｗ１、ｔｗ２、ｔｄ１よりも長い時間に設定されている。
【００３５】
ステップ１１１において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３に示すように、第１スイッチＳ１が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、そして第４抵抗Ｒ４を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。この状態で、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１３）。
【００３６】
このとき、ステップ１０５の場合と同様に、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した電圧となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１１３においても、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧ＶＣＮとしている。このように、ＶＣＮ＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧ＶＣＮは、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００３７】
この検出電圧ＶＣＮにより、次式（２）から電源１１の負端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち負端子側の地絡抵抗Ｒｎを算出する（ステップ１１５）。
Ｒｎ＝−Ｒ４−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＮ／Ｖ０ｓ） …（２）
ただし、式（２）において、Ｔ２は第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００３８】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１５で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせることで、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を下げた状態とし、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第２閉路時間Ｔ２よりも短い所定時間ｔｄ２経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１７）。
【００３９】
ステップ１１７で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第４スイッチＳ４を開路し、所定時間ｔｗ１経過後、第２スイッチＳ２を閉路する。そして、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ１１９）。
すなわち、第３のスイッチング手段により、接地電位部７と電源１１の負端子との間に第２コンデンサＣ２を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線１５ａ、図１において点線で示すような位置に仮定される正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、接地電位部７、第７抵抗Ｒ７、第３スイッチＳ３、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４、第２コンデンサＣ２、第２スイッチＳ２、そして負側主回路配線１５ｂを順次直列に電源１１に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、図３に示すように、地絡抵抗Ｒｐの値に応じて第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。
【００４０】
なお、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を閉路すると、被電圧検出部位６の電位が負電位となる。しかし、被電圧検出部位６と接地電位部７との間にクランピング用のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１が接続されているため、被電圧検出部位６が接続されたマイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５には過剰な負電位が印可されることはない。
【００４１】
ステップ１１９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３に示すように、第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第４スイッチＳ４が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、そして第４抵抗Ｒ４を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。この状態で、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１３）。
【００４２】
このとき、ステップ１０５、１１３の場合と同様に、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した値となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１２１においても、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧ＶＣＰとしている。このように、ＶＣＰ＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧ＶＣＰは、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００４３】
この検出電圧ＶＣＰにより、次式（３）から電源１１の正端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち正端子側の地絡抵抗Ｒｐを算出する（ステップ１２３）。
Ｒｐ＝−Ｒ４−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＰ／Ｖ０ｓ） …（３）
ただし、式（３）において、Ｔ２は第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００４４】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１２３で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせることで、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を下げた状態とし、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して所定時間ｔｄ２経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１２５）。そして、ステップ１２５で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認された時点で、１回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。また、絶縁状態の検出を行う間、ステップ１０１からステップ１２５までの絶縁状態の検出サイクルを繰り返す。
【００４５】
マイコン１１は、１回の絶縁状態の検出サイクルで求めた電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値から、または、複数回の検出サイクルで得た正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値の平均値などから絶縁状態を判定する。例えば、電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、または、その平均値と、予め定められた基準抵抗値とを比較し、地絡抵抗Ｒｐが基準抵抗値以下になっている場合には、絶縁不良が生じていると判定する。
【００４６】
このような本実施形態の絶縁検出装置１３によって計測した正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値と、実際の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値との誤差をある所定の規格容量を有する第２コンデンサＣ２、そしてある所定の規格抵抗値を有する第４抵抗Ｒ４を用いた場合を想定して計算した結果を図４に示す。なお、第２コンデンサＣ２は、製品間差と温度変化を考慮して±１０％程度の容量のばらつきが、第４抵抗Ｒ４は、製品間差と温度変化を考慮して±２％程度の容量のばらつきがあるものとする。図４において、Ｖ０計測時間は、第１閉路時間を意味し、したがって、図４では、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒、２ｔ秒、そして３ｔ秒、ただしｔ＜２ｔ＜３ｔとした場合の計測誤差を示している。なお、図４は、縦軸を検出精度つまり検出誤差、横軸を地絡抵抗の値として計算結果をグラフ化したものである。
【００４７】
図４からわかるように、Ｖ０計測時間つまり第１閉路時間Ｔ１の設定によって計測誤差の低減度合いが異なっており、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときには、地絡抵抗が小さくなるにしたがって誤差が大きくなるが、地絡抵抗が大きくなるにしたがって誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときには、地絡抵抗が大きい場合には、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときよりも誤差が大きくなるが、各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が３ｔ秒のときにも各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっているが、誤差は、第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときよりも大きい。
【００４８】
したがって、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的大きな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒とするのが好ましく、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的小さな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１を２ｔ秒とするのが好ましい。このように、第１閉路時間Ｔ１つまり第１の設定時間は、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値周辺で計測誤差が小さくなるように選択するのが好ましい。例えば、図４において絶縁不良を判定する地絡抵抗の値をＲΩに設定したとすれば、第１閉路時間Ｔ１として２ｔ秒を選択するのが好ましい。
【００４９】
このように本実施形態の電圧検出回路１では、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５側に接続された第１クランピング用となる第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に接続された補正用となる第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とが同一の漏れ電流の規格のショットキーバリアダイオードである。このため、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２が接続されたマイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９には、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１の漏れ電流による電圧の損失にほぼ等しい電圧が印可されることになる。そして、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可された電圧を第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印加された電圧に加えたものを検出電圧としているため、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１による電圧損失を補正した検出電圧が得られる。このように、検出電圧の補正において誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【００５０】
さらに、本実施形態の電圧検出回路１では、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に一方の端子側が接続され、他方の端子側が接地電位部７に接地された補正用の第２抵抗Ｒ２が設けられている。そして、この補正用の第２抵抗Ｒ２は、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に接続された第１抵抗Ｒ１と同一の抵抗値である。したがって、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に第１抵抗Ｒ１が設けられていても、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１の漏れ電流による電圧の損失にほぼ等しい電圧が印可され、検出電圧の精度を向上できる。
【００５１】
加えて、本実施形態の絶縁検出装置１３は、検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がなく、検出電圧の精度を向上できる電圧検出回路１を備えている。このため、電源１１の電圧の推定、さらに、電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎの算出に使用する検出電圧Ｖ０、ＶＣＮ、ＶＣＰといった電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。加えて、演算時間の短縮や、メモリなどの記憶手段の使用容量の縮小といった効果を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態の電圧検出回路１では、第１抵抗Ｒ１、コイルＬ１、第１コンデンサＣ１、第２抵抗Ｒ２などを設けた構成を示したが、これらの電気部品は、電圧を検出する対象の回路の構成などにより要否が決まるものであり、適宜省略することができる。さらに、整流ダイオードＤ１も、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な正電位が印可される恐れがない場合には、適宜省略することができる。
【００５３】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段として、第２ダイオードＤ２と第５抵抗Ｒ５との間から接地電位部７に第５スイッチＳ５そして第５抵抗Ｒ５よりも抵抗が低い第６抵抗Ｒ６を直列に接続した構成を示した。しかし、本実施形態の構成に限らず、バイパス手段は、第５抵抗Ｒ５の両端子間に、第５抵抗Ｒ５と並列に第５スイッチＳ５が接続されている構成にすることもできる。また、絶縁検出のための１サイクルに要する時間の短縮などの必要性がない場合などには、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段を設けない構成にすることもできる。
【００５４】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを個別に算出し、これにより絶縁不良の部位も検出できるようにしている。しかし、絶縁不良の部位を検出せず絶縁不良の発生のみを判定する場合などには、推定した電源電圧Ｖ０ｓと検出電圧ＶＣＰ、ＶＣＮなどとに基づいて正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎとを代表する地絡抵抗値などを算出する別の式を用いることもできる。
【００５５】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、演算手段となるマイコン１１によって式（１）や式（２）によって推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを演算している。しかし、これらの式（１）や式（２）といった複雑な関数式の演算にかかる時間を短縮するため、マイコン１１の記憶手段となるメモリなどにアドレスに対応させて推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎなどを記憶した電源電圧用データテーブルや地絡抵抗値用データテーブルなどを準備し、演算手段であるマイコン１１で各々のデータテーブルに対応したアドレスを演算する構成にすることもできる。このとき、演算手段であるマイコン１１は、電源電圧を推定するために検出した第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧Ｖ０、推定した電源電圧Ｖ０ｓ、正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎを求めるために検出した第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧ＶＣＮ、ＶＣＰなどから、式（１）や式（２）よりも簡単なアドレスの演算式により、各々電源電圧用データテーブルのアドレス、地絡抵抗値用データテーブルのアドレスを算出し、この算出した各々のアドレスから推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを決定する。
【００５６】
また、本発明を適用してなる電圧検出回路は、本実施形態において示した絶縁検出装置１３に限らず、電圧の検出を行う様々な目的の回路や装置などに用いることができる。また、本発明を適用してなる絶縁検出装置は、本実施形態において示した回路構成に限らず、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段、電源の正端子と接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する第４のスイッチング手段などをそなえていれば様々な回路構成にできる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧検出回路において、検出電圧の精度を向上できる。また、本発明によれば、絶縁検出装置において、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態における絶縁抵抗の算出動作を示すフロー図である。
【図３】本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図４】絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【符号の説明】
１ 電圧検出回路
３ マイコン
５ 第１Ａ／Ｄ入力ポート
７ 接地電位部
９ 第２Ａ／Ｄ入力ポート
１１ 電源
１３ 絶縁検出装置
ＳＢＤ１ 第１ショットキーバリアダイオード
ＳＢＤ２ 第２ショットキーバリアダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置に係り、特に、マイコンにより電圧を検出する電圧検出回路、及びその電圧検出回路を備えた非接地電源の絶縁検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイコンにより電圧を検出する電圧検出回路では、被電圧検出部位が接続されたマイコンの入力ポートに、マイコンに損傷を与えるような過剰な正電位や負電位が印可されるのを防ぐため、クランピング用のダイオードが設けられている。
クランピング用のダイオードとして、マイコンの入力ポートへの比較的短時間の過剰な正電位及び負電位の印可を防ぐ場合には、整流ダイオードを用いることができる。しかし、マイコンの入力ポートへの比較的長時間の過剰な正電位及び負電位の印可を防ぐ場合には、マイコンへのストレスを軽減するためより順方向電圧降下の小さいショットキーバリアダイオードを用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ショットキーバリアダイオードは、周囲温度が高くなるに連れて漏れ電流が増加してしまう特性を有しているため、周囲温度が高くなるに連れてショットキーバリアダイオードを介した電圧降下つまり損失が増大してしまう。このため、ショットキーバリアダイオードを備えた電圧検出回路では、マイコンの入力ポートで検出される検出電圧の精度に問題がある。
【０００４】
これに対して、マイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートとは別の入力ポートにサーミスタを接続することにより、周囲温度を検出して検出電圧を補正することにより、検出電圧の精度を向上することが考えられる。この場合、マイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートとは別の入力ポートにサーミスタを接続すると共に、マイコンに予め周囲温度とショットキーバリアダイオードの漏れ電流との関係に関するデータを入力しておく。そして、マイコンは、このサーミスタを接続した入力ポートで検出した電圧から周囲温度を演算し、この演算した周囲温度とマイコンに予め入力されていた周囲温度と漏れ電流との関係に関するデータから漏れ電流を換算する。さらに、換算した漏れ電流に基づいて損失分の電圧値などを求め、この求めた損失分の電圧値などによりマイコンの被電圧検出部位に接続された入力ポートでの検出電圧を補正する。
【０００５】
このような電圧検出回路では、サーミスタを用いて周囲温度を演算し、周囲温度と漏れ電流との理論上の関係に基づいてショットキーバリアダイオードの漏れ電流を換算して、この換算した漏れ電流に基づいて損失を求めている。しかし、ショットキーバリアダイオードの特性は、データブックなどに示された通りのものでなくばらつきがあることなどから、誤差を生じる可能性がある演算や換算などを重ねることとなり、求めた損失分の電圧値と実際の損失分の電圧値との間の誤差が演算や換算などを重ねる毎に増大してしまう。このため、このようなサーミスタを用いた電圧検出回路では、マイコンの入力ポートで検出される検出電圧の精度を向上し難い。
【０００６】
本発明の第１の課題は、検出電圧の精度を向上することにある。
【０００７】
ところで、本願の発明者らは、このような電圧検出回路を備えた装置として、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、接地電位部と電源の負端子との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の検出手段での検出電圧に基づいて電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備えた構成の絶縁検出装置を考えている。
【０００８】
このような絶縁検出装置では、コンデンサを完全に充電するのに要する時間よりも短い時間に第１の設定時間を設定し、この第１の設定時間の間、第１のスイッチング手段によって直流電源と接地電位部との間にコンデンサを直流に接続して充電し、このときのコンデンサの両端端子間の電圧を第４のスイッチング手段によって接続された電圧検出回路で検出する。そして、この検出した電圧からコンデンサの容量などを定数として含む電源電圧を算出するための式により演算手段が電源電圧を推定することができる。そして、この推定した電源電圧と、第２及び第３のスイッチング手段遮断後の検出手段での検出電圧とに基づいてコンデンサの容量などを定数として含む絶縁抵抗を算出するための式により絶縁抵抗を演算することで、絶縁抵抗の計測誤差を低減し、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【０００９】
ここで、このような絶縁検出装置では、電圧検出回路がマイコンを用いたものである場合、スイッチング手段の開閉動作によって、マイコンのコンデンサの両端子間電圧を検出するための入力ポートに負電位が印可される可能性がある。このため、負電位に対するクランピング用のダイオードとしてショットキーバリアダイオードを用いている。ところが、このような絶縁検出装置では、電圧検出回路による検出電圧が絶縁抵抗の演算にもちいられるため、電圧検出回路による検出電圧の精度に問題があると、絶縁状態の検出精度を向上できなくなってしまうとい問題が生じる。このため、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度を向上することが望まれている。
【００１０】
本発明の第２の課題は、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電圧検出回路は、電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続されるマイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、この第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地されたマイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを備え、マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、第１の入力ポートに印加された電圧に第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とすることにより第１の課題を解決する。
【００１２】
このような構成では、クランピング用となる第１のショットキーバリアダイオードと補正用となる第２のショットキーバリアダイオードとが同一の漏れ電流の規格のショットキーバリアダイオードである。このため、補正用の第２のショットキーバリアダイオードが接続されたマイコンの第２の入力ポートには、クランピング用の第１のショットキーバリアダイオードの漏れ電流による電圧損失にほぼ等しい電圧が印可されることになる。したがって、このマイコンの第２の入力ポートに印可された電圧を第１の入力ポートに印加された電圧加えれば、クランピング用の第１のショットキーバリアダイオードによる電圧損失を補正した検出電圧が得られる。このように、検出電圧の補正において誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【００１３】
さらに、マイコンの第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、この第１の抵抗と同一の抵抗値で、マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えた構成とする。このような構成とすれば、第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された抵抗が設けられるときでも、検出電圧の精度を向上できる。
【００１４】
また、本発明の絶縁検出装置は、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と前記接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、接地電位部と電源の負端子との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源の電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の電圧検出回路での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備え、電圧検出回路は、電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続されるマイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、この第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地されたマイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを有し、マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、第１の入力ポートに印加された電圧に前記第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧とする構成とすることにより第２の課題を解決する。
【００１５】
このような構成とすれば、電圧検出回路での検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がなく、検出電圧の精度を向上できるため、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。
【００１６】
さらに、マイコンの第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、電圧検出回路は、前記第１の抵抗と同一の抵抗値で、マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えた構成とする。
【００１７】
また、第１のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第１のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第２のスイッチ部とを含み、第３のスイッチング手段が、第２のスイッチ部と、第１のスイッチに直列に接続された第３のスイッチ部とを含み、第２のスイッチング手段が、第１のスイッチ部と、第２のスイッチ部に直列に接続された第４のスイッチ部とを含み、第１のスイッチ部と第３のスイッチ部との間と、第２のスイッチ部と第４のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第１のダイオード、及びコンデンサが直列に接続され、第１のダイオードに並列に、この第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオードが直列に接続されており、電圧検出回路が、第３のスイッチ部と第４のスイッチ部との間に位置する被電圧検出部位に接続され、被電圧検出部位と第４のスイッチ部との間が接地電位部に接地されている回路構成とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の絶縁抵抗の算出動作を示すフロー図である。図３は、各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図４は、絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【００１９】
本実施形態の電圧検出回路１は、図１に示すように、マイコン１１を備えており、マイコン１１の第１アナログ／デジタル変換入力ポートつまり第１Ａ／Ｄ入力ポート５に被電圧検出部位６が接続されている。被電圧検出部位６とマイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５との間には、被電圧検出部位６側から直列に第１抵抗Ｒ１、コイルＬ１が順次接続されている。
【００２０】
コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との間の部位の第１抵抗Ｒ１側には、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な負電位が印加されるのを抑制するため、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のカソードが、コイルＬ１と第１抵抗Ｒ１との間の部位のコイルＬ１側には、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な正電位が印加されるのを抑制するため、クランピング用の整流ダイオードＣＤ１のアノードが接続されている。第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のアノードは、接地電位部７に接地され、クランピング用の整流ダイオードＣＤ１のカソードは、電源１１の正端子側に接続されている。マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５とコイルＬ１との間には、コイルＬ１などと共にノイズの除去などを行う第１コンデンサＣ１の一方の端子が接続されており、第１コンデンサＣ１の他方の端子は、接地電位部７に接地されている。
【００２１】
一方、マイコン１１の第２アナログ／デジタル変換入力ポートつまり第２Ａ／Ｄ入力ポート９には、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２のアノードと、補正用となる第２抵抗Ｒ２の一方の端子が接続されている。補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のカソードは、電源１１の正端子側に接続されている。補正用となる第２抵抗Ｒ２の他方の端子は、接地電位部７に接地されている。
【００２２】
なお、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とは、同一仕様で、同一の漏れ電流の規格のものを用いる。望ましくは、同一プロセス上で製造された２個以上のショットキーバリアダイオードを同一パッケージとして市販しているものを用いる。同様に、第１抵抗Ｒ１と補正用の第２抵抗Ｒ２とは、同一仕様で、同一の抵抗値のものを用いる。
【００２３】
このような電圧検出回路１を備えた本実施形態の絶縁検出装置１３は、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両などの電力源となる直流電源１１に対して適用したものである。電源１１は、複数の蓄電池などを直列接続したものや燃料電池などであり、電源１１の正端子側の正側主回路配線１５ａと負端子側の負側主回路配線１５ｂとが、各々、接地電位部７、例えば車体などから絶縁されており、電源１１は非接地電源となっている。絶縁検出装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第２コンデンサＣ２、上記の電圧検出回路１、そして各スイッチを設定された時間に応じて開閉制御する図示していないスイッチング制御回路などで構成されている。
【００２４】
なお、本実施形態の電圧検出回路１のマイコン１１は、絶縁検出装置１３における演算手段や絶縁状態などの判定の機能などを兼ねている。しかし、電圧検出回路を構成するマイコン、絶縁検出装置における演算手段となるマイコン、スイッチング制御回路を構成するマイコンなどは、本実施形態のように１つのマイコンが兼ねることもできるし、各々異なるマイコンとするなど適宜構成できる。また、図１で示した第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４は、例えばリレーや半導体スイッチといった様々なスイッチ機能を有する部品からなるスイッチ部を接点として模式的に示したものである。
【００２５】
電源１１の正端子には、この正端子から第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が順次直列に接続され、電源１１の負側端子には、この負端子側から第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４及び第３抵抗Ｒ３が順次直列に接続されている。第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３との間から第２スイッチＳ２と第４スイッチＳ４との間には、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４及び第２コンデンサＣ２が順次直列に接続されている。第４抵抗Ｒ４と第２コンデンサＣ２との間から第１スイッチＳ１と第３スイッチＳ３との間には、第２ダイオードＤ２及び第５抵抗Ｒ５が順次直列に接続されている。すなわち、第１ダイオードＤ１及び第４抵抗Ｒ４と、第２ダイオードＤ２及び第５抵抗Ｒ５とは並列に接続されている。また、第２ダイオードＤ２と第５抵抗Ｒ５との間の部位から接地電位部７に、バイパス手段として、第５スイッチＳ５、そして第５抵抗Ｒ５よりも抵抗が低い第６抵抗Ｒ６が順次直列に接続されている。なお、第１ダイオードＤ１は、正側から負側に向かう方向に整流するものであり、第２ダイオードＤ２は、第１ダイオードＤ１と逆方向に整流するものである。
【００２６】
第３スイッチＳ３と第３抵抗Ｒ３間には、第３スイッチＳ３と第３抵抗Ｒ３に対して直列に第７抵抗Ｒ７が接続されており、第３スイッチＳ３と第７抵抗Ｒ７との間に被電圧検出部位６が位置し、被電圧検出部位６に電圧検出回路１が接続されている。また、第７抵抗Ｒ７と第３抵抗Ｒ３との間の部位は、接地電位部７に接地されている。
【００２７】
なお、本実施形態では、電源１１に第２コンデンサＣ２を直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。電源１１の正端子と接地電位部７との間に第２コンデンサＣ２を直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。接地電位部７と電源１１の負端子との間に第２コンデンサＣ２を直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段は、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。電圧検出回路１により第２コンデンサＣ２の両端子間電圧を検出するための第４のスイッチング手段は、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。また、第２コンデンサＣ２には、例えば数μＦといった比較的高容量のものが用いられ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２には、例えば数百ｋΩといった比較的高い抵抗値のものが用いられている。
【００２８】
このような構成の電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の動作と本発明の特徴部について説明する。絶縁検出装置１３による接地電位部７に対する絶縁状態の検出動作において、絶縁検出装置１３は、図２及び図３に示すように、絶縁状態の検出を開始すると、図示していないスイッチング制御回路が第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を第１の設定時間である第１閉路時間Ｔ１の間、閉路する（ステップ１０１）。すなわち、第１のスイッチング手段により、接地電位部７を介さずに電源１１に第２コンデンサＣ２を直列に接続する回路が形成され、第１閉路時間Ｔ１の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。なお、第１閉路時間Ｔ１は、第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間よりも短い時間、例えば第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間の１／５〜１／１０といったような短い時間となっており、第１閉路時間Ｔ１は、必要とされる絶縁抵抗の計測誤差範囲によって選択されたものである。
【００２９】
ステップ１０１において第１閉路時間Ｔ１が経過すると、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路される（ステップ１０３）。すなわち、第４のスイッチング手段により、第５抵抗Ｒ５、第７抵抗Ｒ７、そして第３抵抗Ｒ３を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路されてから第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ２経過後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０５）。
【００３０】
このとき、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した電圧となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１０５において、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２と補正用の第２抵抗Ｒ２が接続された第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧を検出し、この第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧Ｖ０としている。
【００３１】
第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧は、絶縁検出装置１３の周囲温度に応じた補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２での漏れ電流に対応する電圧であり、また、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２は同一の漏れ電流の規格のもである。このため、第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可される電圧は、絶縁検出装置１３の周囲温度に応じた第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失にほぼ等しいものである。したがって、Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧Ｖ０は、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００３２】
この補正した検出電圧Ｖ０を用い、次式（１）から推定の電源電圧Ｖ０ｓを算出する（ステップ１０７）。
Ｖ０ｓ＝Ｖ０／｛１−ＥＸＰ（−Ｔ１／Ｃ・Ｒ４）｝ …（１）
ただし、式（１）において、Ｔ１は第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値である。
【００３３】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１０５で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせる。これにより、第５抵抗Ｒ５よりも抵抗値が低い第６抵抗Ｒ６を介して放電されるため、第２コンデンサＣ２からの放電量が増大して第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣの降下割合が増大し、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮できる。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０９）。
【００３４】
ステップ１０９で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第３スイッチＳ３を開路し、所定時間ｔｗ１経過後に第１スイッチＳ１を閉路する。そして、第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ１１１）。
すなわち、第２のスイッチング手段により、電源１１の正端子と接地電位部７との間に第２コンデンサＣ２を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線１５ａ、第１スイッチＳ１、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４、第２コンデンサＣ２、第４スイッチＳ４、第３抵抗Ｒ３、接地電位部７、そして図１において点線で示すような位置に仮定される負端子側の地絡抵抗Ｒｎ、負側主回路配線１５ｂを順次直列に電源１１に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、図３に示すように、地絡抵抗Ｒｎの値に応じて第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。なお、第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２も、第１閉路時間Ｔ１と同様に、第２コンデンサＣ２を完全に充電するのに必要な時間よりも短く、所定時間ｔｗ１、ｔｗ２、ｔｄ１よりも長い時間に設定されている。
【００３５】
ステップ１１１において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３に示すように、第１スイッチＳ１が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、そして第４抵抗Ｒ４を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。この状態で、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１３）。
【００３６】
このとき、ステップ１０５の場合と同様に、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した電圧となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１１３においても、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧ＶＣＮとしている。このように、ＶＣＮ＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧ＶＣＮは、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００３７】
この検出電圧ＶＣＮにより、次式（２）から電源１１の負端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち負端子側の地絡抵抗Ｒｎを算出する（ステップ１１５）。
Ｒｎ＝−Ｒ４−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＮ／Ｖ０ｓ） …（２）
ただし、式（２）において、Ｔ２は第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００３８】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１５で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせることで、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を下げた状態とし、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第２閉路時間Ｔ２よりも短い所定時間ｔｄ２経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１７）。
【００３９】
ステップ１１７で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第４スイッチＳ４を開路し、所定時間ｔｗ１経過後、第２スイッチＳ２を閉路する。そして、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ１１９）。
すなわち、第３のスイッチング手段により、接地電位部７と電源１１の負端子との間に第２コンデンサＣ２を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線１５ａ、図１において点線で示すような位置に仮定される正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、接地電位部７、第７抵抗Ｒ７、第３スイッチＳ３、第１ダイオードＤ１、第４抵抗Ｒ４、第２コンデンサＣ２、第２スイッチＳ２、そして負側主回路配線１５ｂを順次直列に電源１１に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、第２コンデンサＣ２への充電が行われ、図３に示すように、地絡抵抗Ｒｐの値に応じて第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。
【００４０】
なお、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を閉路すると、被電圧検出部位６の電位が負電位となる。しかし、被電圧検出部位６と接地電位部７との間にクランピング用のショットキーバリアダイオードＳＢＤ１が接続されているため、被電圧検出部位６が接続されたマイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５には過剰な負電位が印可されることはない。
【００４１】
ステップ１１９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３に示すように、第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第４スイッチＳ４が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、そして第４抵抗Ｒ４を含む第２コンデンサＣ２からの放電回路が形成され、この放電回路に第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧を検出するマイコン１１を含む電圧検出回路１が接続された状態となる。この状態で、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１３）。
【００４２】
このとき、ステップ１０５、１１３の場合と同様に、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印可される電圧は、第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値に対応する電圧から、絶縁検出装置１３の周囲温度、つまり電圧検出回路１の周囲温度に応じたクランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流に対応する損失分だけ電圧が降下した値となる。そこで、マイコン１１は、ステップ１２１においても、第１Ａ／Ｄ入力ポート５で検出した電圧Ｖ１に、第２Ａ／Ｄ入力ポート９で検出された電圧Ｖ２を加え、このときの電圧検出回路１での検出電圧ＶＣＰとしている。このように、ＶＣＰ＝Ｖ１＋Ｖ２とすることによって、検出電圧ＶＣＰは、第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１での漏れ電流による電圧損失を補正した値となる。
【００４３】
この検出電圧ＶＣＰにより、次式（３）から電源１１の正端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち正端子側の地絡抵抗Ｒｐを算出する（ステップ１２３）。
Ｒｐ＝−Ｒ４−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＰ／Ｖ０ｓ） …（３）
ただし、式（３）において、Ｔ２は第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３の閉路時間、Ｃは第２コンデンサＣ２の容量、Ｒ４は第４抵抗Ｒ４の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００４４】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１２３で第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態で、第５スイッチＳ５を閉路して第５抵抗Ｒ５をバイパスさせることで、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を下げた状態とし、第２コンデンサＣ２からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して所定時間ｔｄ２経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、第１Ａ／Ｄ入力ポート５を介してＡ／Ｄ変換データ、つまり第２コンデンサＣ２の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１２５）。そして、ステップ１２５で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認された時点で、１回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。また、絶縁状態の検出を行う間、ステップ１０１からステップ１２５までの絶縁状態の検出サイクルを繰り返す。
【００４５】
マイコン１１は、１回の絶縁状態の検出サイクルで求めた電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値から、または、複数回の検出サイクルで得た正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値の平均値などから絶縁状態を判定する。例えば、電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、または、その平均値と、予め定められた基準抵抗値とを比較し、地絡抵抗Ｒｐが基準抵抗値以下になっている場合には、絶縁不良が生じていると判定する。
【００４６】
このような本実施形態の絶縁検出装置１３によって計測した正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値と、実際の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値との誤差をある所定の規格容量を有する第２コンデンサＣ２、そしてある所定の規格抵抗値を有する第４抵抗Ｒ４を用いた場合を想定して計算した結果を図４に示す。なお、第２コンデンサＣ２は、製品間差と温度変化を考慮して±１０％程度の容量のばらつきが、第４抵抗Ｒ４は、製品間差と温度変化を考慮して±２％程度の容量のばらつきがあるものとする。図４において、Ｖ０計測時間は、第１閉路時間を意味し、したがって、図４では、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒、２ｔ秒、そして３ｔ秒、ただしｔ＜２ｔ＜３ｔとした場合の計測誤差を示している。なお、図４は、縦軸を検出精度つまり検出誤差、横軸を地絡抵抗の値として計算結果をグラフ化したものである。
【００４７】
図４からわかるように、Ｖ０計測時間つまり第１閉路時間Ｔ１の設定によって計測誤差の低減度合いが異なっており、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときには、地絡抵抗が小さくなるにしたがって誤差が大きくなるが、地絡抵抗が大きくなるにしたがって誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときには、地絡抵抗が大きい場合には、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときよりも誤差が大きくなるが、各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が３ｔ秒のときにも各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっているが、誤差は、第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときよりも大きい。
【００４８】
したがって、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的大きな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒とするのが好ましく、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的小さな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１を２ｔ秒とするのが好ましい。このように、第１閉路時間Ｔ１つまり第１の設定時間は、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値周辺で計測誤差が小さくなるように選択するのが好ましい。例えば、図４において絶縁不良を判定する地絡抵抗の値をＲΩに設定したとすれば、第１閉路時間Ｔ１として２ｔ秒を選択するのが好ましい。
【００４９】
このように本実施形態の電圧検出回路１では、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５側に接続された第１クランピング用となる第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１と、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に接続された補正用となる第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２とが同一の漏れ電流の規格のショットキーバリアダイオードである。このため、補正用の第２ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２が接続されたマイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９には、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１の漏れ電流による電圧の損失にほぼ等しい電圧が印可されることになる。そして、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に印可された電圧を第１Ａ／Ｄ入力ポート５に印加された電圧に加えたものを検出電圧としているため、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１による電圧損失を補正した検出電圧が得られる。このように、検出電圧の補正において誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がないため、検出電圧の精度を向上できる。
【００５０】
さらに、本実施形態の電圧検出回路１では、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に一方の端子側が接続され、他方の端子側が接地電位部７に接地された補正用の第２抵抗Ｒ２が設けられている。そして、この補正用の第２抵抗Ｒ２は、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に接続された第１抵抗Ｒ１と同一の抵抗値である。したがって、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に第１抵抗Ｒ１が設けられていても、マイコン１１の第２Ａ／Ｄ入力ポート９に、クランピング用の第１ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１の漏れ電流による電圧の損失にほぼ等しい電圧が印可され、検出電圧の精度を向上できる。
【００５１】
加えて、本実施形態の絶縁検出装置１３は、検出電圧の補正において、誤差が生じるような演算や換算などを行う必要がなく、検出電圧の精度を向上できる電圧検出回路１を備えている。このため、電源１１の電圧の推定、さらに、電源１１の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎの算出に使用する検出電圧Ｖ０、ＶＣＮ、ＶＣＰといった電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。加えて、演算時間の短縮や、メモリなどの記憶手段の使用容量の縮小といった効果を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態の電圧検出回路１では、第１抵抗Ｒ１、コイルＬ１、第１コンデンサＣ１、第２抵抗Ｒ２などを設けた構成を示したが、これらの電気部品は、電圧を検出する対象の回路の構成などにより要否が決まるものであり、適宜省略することができる。さらに、整流ダイオードＤ１も、マイコン１１の第１Ａ／Ｄ入力ポート５に過剰な正電位が印可される恐れがない場合には、適宜省略することができる。
【００５３】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段として、第２ダイオードＤ２と第５抵抗Ｒ５との間から接地電位部７に第５スイッチＳ５そして第５抵抗Ｒ５よりも抵抗が低い第６抵抗Ｒ６を直列に接続した構成を示した。しかし、本実施形態の構成に限らず、バイパス手段は、第５抵抗Ｒ５の両端子間に、第５抵抗Ｒ５と並列に第５スイッチＳ５が接続されている構成にすることもできる。また、絶縁検出のための１サイクルに要する時間の短縮などの必要性がない場合などには、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段を設けない構成にすることもできる。
【００５４】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを個別に算出し、これにより絶縁不良の部位も検出できるようにしている。しかし、絶縁不良の部位を検出せず絶縁不良の発生のみを判定する場合などには、推定した電源電圧Ｖ０ｓと検出電圧ＶＣＰ、ＶＣＮなどとに基づいて正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎとを代表する地絡抵抗値などを算出する別の式を用いることもできる。
【００５５】
また、本実施形態の絶縁検出装置１３では、演算手段となるマイコン１１によって式（１）や式（２）によって推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを演算している。しかし、これらの式（１）や式（２）といった複雑な関数式の演算にかかる時間を短縮するため、マイコン１１の記憶手段となるメモリなどにアドレスに対応させて推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎなどを記憶した電源電圧用データテーブルや地絡抵抗値用データテーブルなどを準備し、演算手段であるマイコン１１で各々のデータテーブルに対応したアドレスを演算する構成にすることもできる。このとき、演算手段であるマイコン１１は、電源電圧を推定するために検出した第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧Ｖ０、推定した電源電圧Ｖ０ｓ、正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎを求めるために検出した第２コンデンサＣ２の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧ＶＣＮ、ＶＣＰなどから、式（１）や式（２）よりも簡単なアドレスの演算式により、各々電源電圧用データテーブルのアドレス、地絡抵抗値用データテーブルのアドレスを算出し、この算出した各々のアドレスから推定した電源電圧Ｖ０ｓや、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを決定する。
【００５６】
また、本発明を適用してなる電圧検出回路は、本実施形態において示した絶縁検出装置１３に限らず、電圧の検出を行う様々な目的の回路や装置などに用いることができる。また、本発明を適用してなる絶縁検出装置は、本実施形態において示した回路構成に限らず、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段、電源の正端子と接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する第４のスイッチング手段などをそなえていれば様々な回路構成にできる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧検出回路において、検出電圧の精度を向上できる。また、本発明によれば、絶縁検出装置において、電圧検出回路による検出電圧の精度を向上し、絶縁状態の検出精度をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる電圧検出回路、及びこの電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の一実施形態における絶縁抵抗の算出動作を示すフロー図である。
【図３】本発明を適用してなる電圧検出回路を備えた絶縁検出装置の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図４】絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【符号の説明】
１ 電圧検出回路
３ マイコン
５ 第１Ａ／Ｄ入力ポート
７ 接地電位部
９ 第２Ａ／Ｄ入力ポート
１１ 電源
１３ 絶縁検出装置
ＳＢＤ１ 第１ショットキーバリアダイオード
ＳＢＤ２ 第２ショットキーバリアダイオード
Claims (4)
- 電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続される前記マイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、該第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地された前記マイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを備え、
前記マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、前記第１の入力ポートに印加された電圧に前記第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧としてなる電圧検出回路。 - 前記マイコン第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、該第１の抵抗と同一の抵抗値で、前記マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧検出回路。
- 正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、前記電源の正端子と前記接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、前記接地電位部と前記電源の負端子との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、前記第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後に前記コンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出回路を接続する第４のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段を遮断後の前記電圧検出回路での検出電圧に基づいて前記電源の電源電圧を推定し、該推定した電源の電源電圧と前記第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の前記電圧検出回路での各検出電圧とに基づいて前記電源の前記接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備え、
前記電圧検出回路は、電圧を検出するマイコンと、被電圧検出部位が接続される前記マイコンの第１の入力ポートにカソードが接続され、アノードが接地電位部に接地された第１のショットキーバリアダイオードと、該第１のショットキーバリアダイオードと同一の漏れ電流の規格で、接地電位部に接地された前記マイコンの第２の入力ポートにアノードが接続され、カソードが電源の正端子側に接続された第２のショットキーバリアダイオードとを有し、前記マイコンは、被電圧検出部位の電圧を検出するとき、前記第１の入力ポートに印加された電圧に前記第２の入力ポートに印可された電圧を加えた値を検出電圧としてなる非接地電源の絶縁検出装置。 - 前記マイコンの第１の入力ポートに一方の端子側が接続され、他方の端子側が被電圧検出部位に接続された第１の抵抗が設けられるとき、前記電圧検出回路は、前記第１の抵抗と同一の抵抗値で、前記マイコンの第２の入力ポートと接地電位部との間に接続された第２の抵抗を備えたことを特徴とする請求項３に記載の非接地電源の絶縁検出装置。
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