JP2007170983A - 絶縁検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックコンデンサを使用して検出精度が良く小型化できる絶縁検出装置を提供すること。
【解決手段】接地電位Ｇから絶縁された直流電源Ｖの両極から前記接地電位Ｇから絶縁された状態のコンデンサＣに第１の充電抵抗Ｒｃ１を介して充電される第１の充電電圧と、直流電源Ｖの両極から、第２の充電抵抗Ｒｃ１＋Ｒ１（またはＲｃ１＋Ｒ２）を介して接地電位に接続された状態のコンデンサＣに充電される第２の充電電圧とを電圧計測手段１０で計測し、第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて直流電源Ｖの地絡抵抗を地絡抵抗検出手段１０で検出する絶縁検出装置であって、コンデンサＣとしてセラミックコンデンサＣを使用すると共に、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサＣに直流電源Ｖの両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁検出装置に係り、特に、直流電源の正負両極の地絡抵抗を検出する絶縁検出装置に関するものである。

上述した従来の絶縁検出装置として、例えば、フライングキャパシタ方式の絶縁検出装置が提案されている。この絶縁検出装置は、直流の高圧電源の絶縁状態を検出する際に、接地から浮かせた状態のコンデンサ（すなわち、フライングキャパシタ）に高圧電源の電圧を充電してその両端電圧を計測した計測値と、コンデンサの一方を抵抗を介して接地した状態において、同様に高圧電源の電圧をコンデンサに充電してその両端電圧を計測した計測値とに基づいて地絡抵抗を算出することにより高圧電源の絶縁状態を検出している。（たとえば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−１７０１０３号公報 特開２００４−２４５６３２号公報

ところで、上述の絶縁検出装置においては、検出精度を向上させるため、高圧電源の電圧で充電されるコンデンサとして、特性変動の少ないフィルムコンデンサを使用している。フィルムコンデンサは、他の種類のコンデンサに比べて特性バラツキが少なく、周囲環境に対しても安全性が高いが、高耐圧品となると、形状が大型になるため、装置の小型化には向いていない。また、大型のフィルムコンデンサは、湿気を吸収し易いため、高温高湿の条件下での使用にはあまり適さない。

そこで、フィルムコンデンサの代わりに、それより形状が小型のセラミックコンデンサを使用すれば、装置の小型化が望める。しかしながら、セラミックコンデンサは、図１に示すように、直流電圧を印加するとその容量値が変動するというバイアス特性を示すため、電圧検出の精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、セラミックコンデンサを使用して検出精度が良く小型化できる絶縁検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、前記直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記コンデンサに充電される第２の充電電圧とを電圧計測手段で計測し、前記第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて前記直流電源の地絡抵抗を地絡抵抗検出手段で検出する絶縁検出装置であって、前記コンデンサとしてセラミックコンデンサを使用すると共に、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明においては、接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のコンデンサに充電される第２の充電電圧とを電圧計測手段で計測する。そして、第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて直流電源の地絡抵抗を地絡抵抗検出手段で検出する。コンデンサとしてセラミックコンデンサが使用され、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されている。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、コンデンサと、接地電位とは絶縁された直流電源の正極を前記コンデンサの一端に接続するための第１スイッチ手段と、前記直流電源の負極を前記コンデンサの他端に接続するための第２スイッチ手段と、電圧計測手段と、前記コンデンサの一端を前記電圧計測手段の入力端子に接続するための第３スイッチ手段と、前記コンデンサの他端を前記接地電位に接続するための第４スイッチ手段と、前記第３スイッチ手段の前記電圧計測手段側−前記接地電位間に設けられた第１抵抗と、前記第４スイッチ手段の前記接地電位側−前記接地電位間に設けられた第２抵抗と、前記第１スイッチ手段および前記第３スイッチ手段の接続ライン−前記コンデンサ間に設けられた第１および第２切替抵抗と、該第１および第２切替抵抗のうち前記コンデンサの極性方向に対応する一つを選択し、当該選択した一つを前記第１スイッチ手段および前記第３スイッチ手段の接続ライン−前記コンデンサ間に電気的に接続させる選択手段と、前記第１〜第４スイッチ手段を選択的に閉制御する制御手段と、前記制御手段による前記第１〜第４スイッチ手段の選択的な閉制御により、接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに前記第１切替抵抗からなる第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、前記直流電源の両極から、前記第１切替抵抗および前記第１抵抗または第２抵抗からなる第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記コンデンサに充電される第２の充電電圧とを計測する電圧計測手段と、前記第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて前記直流電源の地絡抵抗を検出する地絡抵抗検出手段とを備えた絶縁検出装置であって、前記コンデンサとしてセラミックコンデンサを使用すると共に、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明においては、絶縁検出装置は、コンデンサと、接地電位とは絶縁された直流電源の正極をコンデンサの一端に接続するための第１スイッチ手段と、直流電源の負極をコンデンサの他端に接続するための第２スイッチ手段と、電圧計測手段と、コンデンサの一端を電圧計測手段の入力端子に接続するための第３スイッチ手段と、コンデンサの他端を接地電位に接続するための第４スイッチ手段と、第３スイッチ手段の電圧計測手段側−接地電位間に設けられた第１抵抗と、第４スイッチ手段の接地電位側−接地電位間に設けられた第２抵抗と、第１スイッチ手段および第３スイッチ手段の接続ライン−コンデンサ間に設けられた第１および第２切替抵抗と、第１および第２切替抵抗のうちコンデンサの極性方向に対応する一つを選択し、当該選択した一つを第１スイッチ手段および第３スイッチ手段の接続ライン−コンデンサ間に電気的に接続させる選択手段と、第１〜第４スイッチ手段を選択的に閉制御する制御手段と、制御手段による第１〜第４スイッチ手段の選択的な閉制御により、接地電位から絶縁された直流電源の両極から接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１切替抵抗からなる第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、直流電源の両極から、第１切替抵抗および第１抵抗または第２抵抗からなる第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のコンデンサに充電される第２の充電電圧とを計測する電圧計測手段と、第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて直流電源の地絡抵抗を検出する地絡抵抗検出手段とを備えている。コンデンサとしてセラミックコンデンサが使用され、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されている。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の絶縁検出装置において、前記第１および第２の充電抵抗の抵抗値と前記セラミックコンデンサの容量値が、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように選択されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明においては、第１および第２の充電抵抗の抵抗値とセラミックコンデンサの容量値が、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように選択されている。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の絶縁検出装置において、前記接地電位から絶縁された前記直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態の前記セラミックコンデンサに前記第１の充電抵抗を介して第１の充電時間の間充電され、前記直流電源の両極から、前記第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記セラミックコンデンサに前記第１の充電時間より長い第２の充電時間の間充電されることにより、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明においては、接地電位から絶縁された直流電源の両極から接地電位から絶縁された状態のセラミックコンデンサに第１の充電抵抗を介して第１の充電時間の間充電され、直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のセラミックコンデンサに第１の充電時間より長い第２の充電時間の間充電されることにより、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されている。

上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁検出装置において、地絡抵抗検出手段により前記しきい値以下の地絡抵抗が検出された場合に警報を発する警報手段をさらに備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明においては、絶縁検出装置は、地絡抵抗検出手段によりしきい値以下の地絡抵抗が検出された場合に警報を発する警報手段をさらに備えている。

上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の絶縁検出装置において、前記しきい値以下または以上の地絡抵抗の検出精度のずれを補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする。

請求項６記載の発明においては、しきい値以下または以上の地絡抵抗の検出時の検出精度のずれを補正する補正手段をさらに備えている。

請求項１記載の発明によれば、接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のコンデンサに充電される第２の充電電圧とを電圧計測手段で計測し、第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて直流電源の地絡抵抗を地絡抵抗検出手段で検出する際に、コンデンサとしてセラミックコンデンサが使用され、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されているので、小型のセラミックコンデンサの使用により絶縁検出装置が小型化できる。また、セラミックコンデンサを使用しても、そのＤＣバイアス特性の影響を受けずに精度良く絶縁検出を行うことができる。また、セラミックコンデンサを使用するので、従来のフィルムコンデンサよりも耐湿性が向上する。

請求項２記載の発明によれば、コンデンサと、接地電位とは絶縁された直流電源の正極をコンデンサの一端に接続するための第１スイッチ手段と、直流電源の負極をコンデンサの他端に接続するための第２スイッチ手段と、電圧計測手段と、コンデンサの一端を電圧計測手段の入力端子に接続するための第３スイッチ手段と、コンデンサの他端を接地電位に接続するための第４スイッチ手段と、第３スイッチ手段の電圧計測手段側−接地電位間に設けられた第１抵抗と、第４スイッチ手段の接地電位側−接地電位間に設けられた第２抵抗と、第１スイッチ手段および第３スイッチ手段の接続ライン−コンデンサ間に設けられた第１および第２切替抵抗と、第１および第２切替抵抗のうちコンデンサの極性方向に対応する一つを選択し、当該選択した一つを第１スイッチ手段および第３スイッチ手段の接続ライン−コンデンサ間に電気的に接続させる選択手段と、第１〜第４スイッチ手段を選択的に閉制御する制御手段と、制御手段による第１〜第４スイッチ手段の選択的な閉制御により、接地電位から絶縁された直流電源の両極から接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１切替抵抗からなる第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、直流電源の両極から、第１切替抵抗および第１抵抗または第２抵抗からなる第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のコンデンサに充電される第２の充電電圧とを計測する電圧計測手段と、第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて直流電源の地絡抵抗を検出する地絡抵抗検出手段とを備え、コンデンサとしてセラミックコンデンサが使用され、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されているので、小型のセラミックコンデンサの使用により絶縁検出装置が小型化できる。また、セラミックコンデンサを使用しても、そのＤＣバイアス特性の影響を受けずに精度良く絶縁検出を行うことができる。また、セラミックコンデンサを使用するので、従来のフィルムコンデンサよりも耐湿性が向上する。

請求項３記載の発明によれば、第１および第２の充電抵抗の抵抗値とセラミックコンデンサの容量値が、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように選択されているので、セラミックコンデンサを使用しても、しきい値付近で地絡抵抗の検出精度は、セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の影響を受けることがなくなり、精度の良い絶縁検出ができる。

請求項４記載の発明によれば、接地電位から絶縁された直流電源の両極から接地電位から絶縁された状態のセラミックコンデンサに第１の充電抵抗を介して第１の充電時間の間充電され、直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して接地電位に接続された状態のセラミックコンデンサに第１の充電時間より長い第２の充電時間の間充電されることにより、第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合にセラミックコンデンサに直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されているので、セラミックコンデンサを使用しても、しきい値付近で地絡抵抗の検出精度は、セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の影響を受けることがなくなり、精度の良い絶縁検出ができる。

請求項５記載の発明によれば、絶縁検出装置は、地絡抵抗検出手段によりしきい値以下の地絡抵抗が検出された場合に警報を発する警報手段をさらに備えているので、地絡抵抗の低下による感電の危険を報知することができる。

請求項６記載の発明によれば、しきい値以下または以上の地絡抵抗の検出時の検出精度のずれを補正する補正手段をさらに備えているので、地絡抵抗の検出精度のずれをなくして精度をさらに向上させることができる。

以下、本発明の絶縁検出装置について図面を参照して説明する。

図２は、本発明に係る絶縁検出装置の一実施の形態を示す回路図である。図中、ＶはＮ個のバッテリが直列接続された高圧電源（＝直流電源）であり、この高圧電源Ｖは、後述するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１０など低圧系の接地電位Ｇとは絶縁されている。マイコン１０は、請求項における電圧計測手段、地絡抵抗検出手段、制御手段および補正手段として働く。

同図に示すように絶縁検出装置は、両極性のコンデンサＣと、接地電位Ｇとは絶縁された高圧電源Ｖの正極をコンデンサＣの一端に接続するための第１スイッチＳＷ１と、高圧電源Ｖの負極をコンデンサＣの他端に接続するための第２スイッチＳＷ２とを備えている。第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、それぞれ、請求項における第１スイッチ手段および第２スイッチ手段として働く。

マイコン１０は、入力ポートＡ／Ｄ（＝入力端子）に供給された電圧をＡ／Ｄ変換して計測する電圧計測機能を有する。また、絶縁検出装置は、コンデンサＣの一端を入力ポートＡ／Ｄに接続するための第３スイッチＳＷ３と、コンデンサＣの他端を接地電位Ｇに接続するための第４スイッチＳＷ４とを備えている。第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４は、それぞれ、請求項における第３スイッチ手段および第４スイッチ手段として働く。

また、絶縁検出装置は、第３スイッチＳＷ３の入力ポートＡ／Ｄ側−第４スイッチＳＷ４の接地電位Ｇ側間に設けられた第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１の接地電位Ｇ側−第４スイッチＳＷ４の接地電位Ｇ側間に設けられた第２抵抗Ｒ２とを備えている。

また、入力ポートＡ／Ｄには、保護回路１１を介して電圧が供給される。この保護回路１１は、第１抵抗Ｒ１の第３スイッチＳＷ３側−入力ポートＡ／Ｄ側間に設けられた保護抵抗Ｒｐ１と、この保護抵抗Ｒｐ１の入力ポートＡ／Ｄ側−接地電位Ｇ間に設けられたクランプダイオードＤｃとから構成される。

保護抵抗Ｒｐ１は、電流制限抵抗として働き、マイコン１０の入力ポートＡ／Ｄに過電流が流れることを防ぐ。また、クランプダイオードＤｃによって、マイコン１０の入力ポートＡ／Ｄにマイコン１０に損傷を与えるような過剰な正電位や負電位が印加されるのを防ぐことができる。

また、絶縁検出装置は、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ライン−コンデンサＣ間に設けられた抵抗切替回路１２を備えている。抵抗切替回路１２は、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインからコンデンサＣに向かって順方向となるように接続された第１ダイオードＤ１および第１切替抵抗Ｒｃ１から構成される直列回路と、第１ダイオードＤ１とは逆方向となるように接続された第２ダイオードＤ２および第２切替抵抗Ｒｃ２から構成される直列回路とが、並列に接続されて構成されている。

つまり、第１および第２ダイオードＤ１およびＤ２は、選択手段として働き、第１および第２切替抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２のうちコンデンサＣの極性方向に対応する一つを選択し、選択した一つを第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ライン−コンデンサＣ間に電気的に接続させる。また、上述した第１〜第４スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は例えば光ＭＯＳＦＥＴが用いられ、高圧電源Ｖと絶縁しつつマイコン１０によって制御できるようになっている。

次に、上述した構成の絶縁検出装置の動作について以下説明する。まず、マイコン１０は、全てのスイッチが開いている初期状態から第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を第１充電時間Ｔｃ１の間閉制御する。なお、第１充電時間Ｔｃ１は、コンデンサＣをフル充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されている。それにより、高圧電源Ｖ、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣおよび第２スイッチＳＷ２により閉回路が形成され、高圧電源Ｖの電圧がコンデンサＣに充電される。このとき、コンデンサＣは、接地電位Ｇから浮いた状態で充電される。

次に、第１および第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を開制御した後、第３および第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４を閉制御する。それにより、コンデンサＣ、第２ダイオードＤ２、第２切替抵抗Ｒｃ２、第３スイッチＳＷ３、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第４スイッチＳＷ４により閉回路が形成され、コンデンサＣの両端電圧に応じた値がマイコン１０の入力ポートＡ／Ｄに供給される。このとき、コンデンサＣの両端電圧Ｖ₀ 、すなわち高圧電源Ｖの両端電圧は、第２切替抵抗Ｒｃ２、補正第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２で決定される分圧比で分圧されて、マイコン１０の入力ポートＡ／Ｄに供給される。それにより、供給された分圧電圧（∵Ｖｃ・Ｒ１／（Ｒｃ２＋Ｒ１＋Ｒ２））は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換してデジタル値とされ、その値が、高圧電源Ｖの電圧としてマイコン１０で読み込まれる。

次に、マイコン１０は、リセットスイッチＳＷｒを閉制御してコンデンサＣに充電された電圧を充分に放電させる。次に、マイコン１０は、リセットスイッチＳＷｒおよび第３スイッチＳＷ３を開制御した後、第１スイッチおよび第４スイッチＳＷ１、ＳＷ４を第２充電時間Ｔｃ２の間閉制御する。なお、第２充電時間Ｔｃ１は、コンデンサＣをフル充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されている。それにより、高圧電源Ｖ、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣ、第４スイッチＳＷ４、第２抵抗Ｒ２、接地電位Ｇおよび高圧電源Ｖの負極側地絡抵抗ＲＬ−により閉回路が形成され、負極側地絡抵抗ＲＬ−の値に応じた電圧Ｖ_RL- がコンデンサＣに充電される。

次に、マイコン１０は、第１のスイッチＳＷ１を開制御した後、第３および第４スイッチ手段ＳＷ３、ＳＷ４を閉制御する。それにより、コンデンサＣの両端電圧Ｖ_RL- 、すなわち負極側地絡抵抗ＲＬ−の値に応じた電圧は、第２切替抵抗Ｒｃ２、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２で決定される分圧比で分圧されて、マイコン１０の入力ポートＡ／Ｄに供給される。それにより、供給された分圧電圧は、Ａ／Ｄ変換してデジタル値とされ、その値が、負極側地絡抵抗ＲＬ−の値に応じた電圧としてマイコン１０で読み込まれる。

次に、マイコン１０は、リセットスイッチＳＷｒを閉制御してコンデンサＣに充電された電圧を充分に放電させる。次に、マイコン１０は、リセットスイッチＳＷｒおよび第４スイッチＳＷ４を開制御した後、第２スイッチおよび第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３を第２充電時間Ｔｃ２の間閉制御する。それにより、高圧電源Ｖ、正極側地絡抵抗ＲＬ＋、接地電位Ｇ、第１抵抗Ｒ１、第３スイッチＳＷ３、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣおよび第２スイッチＳＷ２により閉回路が形成され、正極側地絡抵抗ＲＬ＋の値に応じた電圧Ｖ_RL+ がコンデンサＣに充電される。

次に、マイコン１０は、第２スイッチＳＷ２を開制御した後、第３および第４スイッチ手段ＳＷ３、ＳＷ４を閉制御する。それにより、コンデンサＣの両端電圧Ｖ_RL+ 、すなわち正極側地絡抵抗ＲＬ＋の値に応じた電圧は、第２切替抵抗Ｒｃ２、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２で決定される分圧比で分圧されて、マイコン１０の入力ポートＡ／Ｄに供給される。それにより、供給された分圧電圧は、Ａ／Ｄ変換してデジタル値とされ、その値が、正極側地絡抵抗ＲＬ＋の値に応じた電圧としてマイコン１０で読み込まれる。

なお、上述した第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２とは同じ値に設定される（Ｒ１＝Ｒ２）。これにより、第１および第４スイッチＳＷ１およびＳＷ４を閉制御して、負極側地絡抵抗ＲＬ−に応じた電圧でコンデンサＣを充電するときの充電抵抗（Ｒｃ１＋Ｒ２）と、第２および第３スイッチＳＷ２およびＳＷ３を閉制御して、正極側地絡抵抗ＲＬ＋に応じた電圧でコンデンサＣを充電するときの充電抵抗（Ｒｃ１＋Ｒ１）とが等しくなる。つまり、負極側地絡抵抗ＲＬ−と正極側地絡抵抗ＲＬ＋とが同じ値であれば、コンデンサＣを充電する負極側地絡抵抗ＲＬ−に応じた電圧と正極側地絡抵抗ＲＬ＋に応じた電圧とが等しくなる。

そして、マイコン１０は、負極側地絡抵抗ＲＬ−に応じた計測電圧Ｖ_RL- と正極側地絡抵抗ＲＬ＋に応じた計測電圧Ｖ_RL+ の和を高圧電源Ｖの両端電圧に応じた計測電圧Ｖ₀ で除する演算を行い（Ｖ_RL- ＋Ｖ_RL+ ／Ｖ₀ ）、その演算値により、予め内部メモリに記憶されている演算値対地絡抵抗の参照テーブルを参照して高圧電源Ｖの地絡抵抗を算出する。

最後に、マイコン１０は、算出した地絡抵抗の値を、予め内部メモリに記憶されているしきい値と比較判定し、算出した地絡抵抗値がしきい値より小さくなっていれば、警報部２０より絶縁不良が生じていることを警報する。

以上のような構成および動作を有する絶縁検出装置において、本発明では、コンデンサＣとしてチップ型のセラミックコンデンサを使用している。セラミックコンデンサは、図２に示すように、印加電圧が低いうちは一定の容量値を示すが、印加電圧が高くなると、それに比例して容量値が減少するというＤＣバイアス特性を持っており、印加される直流電圧により容量値が変動する。

そこで本発明では、以下に説明するように設定することによって、この容量値の変動の影響を受けずに精度良く絶縁検出を行うことができるようにしている。以下、コンデンサＣをセラミックコンデンサＣと言い換えて説明する。

（１）まず、セラミックコンデンサＣの耐圧（定格電圧）に対してできるだけ低い電圧印加（充電量）でＤＣバイアスによる容量変動の少ない特性領域で使用するために、図１に示すように、セラミックコンデンサＣに充電される最高電圧Ｖ₀ が、セラミックコンデンサＣの耐圧に対して十分に低い電圧になるように周辺回路の定数を設定する。このセラミックコンデンサＣに充電される最高電圧Ｖ₀ は、上述の絶縁検出動作において、第１スイッチおよび第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を閉制御して、接地電位Ｇから浮いた状態のセラミックコンデンサＣに高圧電源Ｖの電圧が充電された場合の電圧である。

（２）次に、セラミックコンデンサＣに充電される最高電圧Ｖ₀ と、しきい値と等しい値の負極側地絡抵抗ＲＬ−の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL- およびしきい値と等しい値の正極側地絡抵抗ＲＬ＋の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL+ が、それぞれ等しくなる（Ｖ₀ ＝Ｖ_RL-＝Ｖ_RL+ ）ように周辺回路の定数を設定する。

すなわち、図３に示すように、第１充電時間Ｔｃ１の間第１スイッチおよび第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２が閉制御されたとき、セラミックコンデンサＣに充電される電圧が、充電開始から第１切替抵抗Ｒｃ１の抵抗値とセラミックコンデンサＣの容量値で決まる時定数で上昇して、上述の第１充電時間Ｔｃ１の経過時に上述の最高電圧Ｖ₀ に達するように、抵抗Ｒｃ１の抵抗値およびセラミックコンデンサＣの容量値が設定される。なお、第１充電時間Ｔｃ１は、コンデンサＣをフル充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されているので、上述の最高電圧Ｖ₀ に達した時点では、セラミックコンデンサＣはまだフル充電になっていない。

また、第２充電時間Ｔｃ２の間第１スイッチおよび第４スイッチＳＷ１、ＳＷ４が閉制御されたとき、上述のしきい値と等しい値の負極側地絡抵抗ＲＬ−の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL- が、充電開始から第１切替抵抗Ｒｃ１、第２抵抗Ｒ２および負極側地絡抵抗ＲＬ−の各抵抗値とセラミックコンデンサＣの容量値で決まる時定数で上昇して、上述の第２充電時間Ｔｃ２の経過時に最高電圧Ｖ₀ と等しい値に達するように、第１切替抵抗Ｒｃ１および第２抵抗Ｒ２の各抵抗値およびセラミックコンデンサＣの容量値が設定される。なお、第２充電時間Ｔｃ２は、コンデンサＣをフル充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されているので、上述の最高電圧Ｖ₀ に達した時点では、セラミックコンデンサＣはまだフル充電になっていない。

電圧Ｖ_RL- の充電波形Ｂ１は、最高電圧Ｖ₀ の充電波形Ａよりも時定数が大きいため、第２充電時間Ｔｃ２は、第１充電時間Ｔｃ１より長くなる。したがって、上述の設定条件は、第１スイッチおよび第４スイッチＳＷ１、ＳＷ４が閉制御されたとき、上述のしきい値と等しい値の負極側地絡抵抗ＲＬ−の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL- が、最高電圧Ｖ₀ と等しくなるように、第１充電時間Ｔｃ１と第２充電時間Ｔｃ２が設定される、と言い換えても良い。

また、第２充電時間Ｔｃ２の間第２スイッチおよび第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３が閉制御されたとき、上述のしきい値と等しい値の正極側地絡抵抗ＲＬ＋の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL+ が、充電開始から第１切替抵抗Ｒｃ１、第１抵抗Ｒ１および正極側地絡抵抗ＲＬ＋の各抵抗値とセラミックコンデンサＣの容量値で決る時定数で上昇して、上述の第２充電時間Ｔｃ２の経過時に最高電圧Ｖ₀ と等しい値に達するように、第１切替抵抗Ｒｃ１および第１抵抗Ｒ１の各抵抗値およびセラミックコンデンサＣの容量値が設定される。

電圧Ｖ_RL+ の充電波形Ｂ１は、最高電圧Ｖ₀ の充電波形Ａよりも時定数が大きいため、第２充電時間Ｔｃ２は、第１充電時間Ｔｃ１より長くなる。したがって、上述の設定条件は、第２スイッチおよび第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３が閉制御されたとき、上述のしきい値と等しい値の正極側地絡抵抗ＲＬ＋の場合にセラミックコンデンサＣに充電される電圧Ｖ_RL+ が、最高電圧Ｖ₀ と等しくなるように、第１充電時間Ｔｃ１と第２充電時間Ｔｃ２が設定される、と言い換えても良い。

以上のように設定されることにより、絶縁検出は、計測され演算された（Ｖ_RL- ＋Ｖ_RL+ ／Ｖ₀ ）の演算値により、地絡抵抗を算出することにより行うため、演算値が大きくなると地絡抵抗は小さくなり、演算値が小さくなると、地絡抵抗は大きくなる。

その結果、上記（２）の設定により、セラミックコンデンサＣのＤＣバイアス特性の影響で、地絡抵抗がしきい値と等しい場合および異なる場合について、検出精度特性は下記のようになる。

（Ｉ）地絡抵抗がしきい値と等しい場合・・・Ｖ₀ 計測電圧＝Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）
計測電圧となり、Ｖ₀ 計測値におけるセラミックコンデンサＣの容量低下は、Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測時のセラミックコンデンサＣの容量低下と等しくなる。したがって、地絡抵抗の算出値に変動は無く、セラミックコンデンサＣを使用してもＤＣバイアス特性における容量変動の影響を受けず、絶縁状態を精度良く検出することができる。

（II）地絡抵抗がしきい値より低い場合・・・図３に示すように、電圧Ｖ_RL- （または
Ｖ_RL+ ）の充電波形Ｂ２は、充電波形Ｂ１よりも時定数が小さくなり、（Ｉ）の場合より
もＶ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測電圧の値が大きくなる。したがって、Ｖ₀ 計測電圧＜Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測電圧となり、Ｖ₀ 計測値におけるセラミックコンデンサＣの容量低下より、Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測時のセラミックコンデンサＣの容量低下が大きくなる。よって、地絡抵抗の算出値は（Ｉ）の場合よりも大きくなり、地絡抵抗がより小さ
くなる方向に検出精度がずれる。このように、地絡抵抗がしきい値より小さい場合は、地絡抵抗が小さめに検出され誤警報がなくなる方向のため、検出精度がずれても安全に絶縁状態を検出できる。

（III）地絡抵抗がしきい値より高い場合・・・図３に示すように、電圧Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）の充電波形Ｂ３は、充電波形Ｂ１よりも時定数が大きくなり、（Ｉ）の場合よりもＶ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測電圧の値が小さくなる。したがって、Ｖ₀ 計測電圧＞Ｖ_RL- （またはＶ_L+ ）計測電圧となり、Ｖ₀ 計測値におけるセラミックコンデンサＣの容量低下より、Ｖ_RL- （またはＶ_RL+ ）計測時のセラミックコンデンサＣの容量低下が小さくなる。よって、地絡抵抗の算出値は（Ｉ）の場合よりも小さくなり、地絡抵抗がより大きくなる方向に検出精度がずれる。

図４は、上述の検出精度特性をグラフで表した図である。検出された地絡抵抗値がしきい値と一致している場合は、地絡検出精度のずれは０％であり、検出された地絡抵抗値が小さくなるとマイナス方向に検出精度がずれ、大きくなるとプラス方向に検出精度がずれる。

この検出精度特性は、しきい値付近はセラミックコンデンサＣのＤＣバイアス特性の影響を受けないので検出精度が良く、地絡抵抗がしきい値より低い場合（感電の危険が大きい場合）は、検出抵抗値が実際の抵抗値より低い方向にずれるという特性となるため、必ず警報部２０より警報が発せられることになり、この検出精度のずれは、実使用上問題とならない方向となる。また、地絡抵抗がしきい値より高い場合（感電の危険が小さい）は、検出抵抗値が実際の抵抗値より高い方向にずれるが、元々警報部２０より警報を発することのない領域なので問題はない。

以上述べたように、本発明によれば、直流電源の電圧を充電するコンデンサとしてセラミックコンデンサを使用しているので、装置の小型化が図れる。また、セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性の影響を受けずに精度良く絶縁検出を行うことができる。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、他の実施例として、マイコン１０は、図４に示す検出精度特性における検出精度のずれを補正して地絡抵抗の算出するようにしても良い。この場合、図４の検出精度特性は、矢印のように、検出される地絡抵抗値が常に検出精度のずれが０％となるように補正される。

セラミックコンデンサのＤＣバイアス特性を示す図である。 本発明の絶縁検出装置の一実施の形態を示す回路図である。 セラミックコンデンサの充電波形を示す図である。 絶縁検出装置の検出精度特性を示す図である。

符号の説明

Ｃ セラミックコンデンサ（コンデンサ）
Ｄ１ 第１ダイオード（選択手段）
Ｄ２ 第２ダイオード（選択手段）
Ｇ 接地電位
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒｃ１ 第１切替抵抗
Ｒｃ２ 第２切替抵抗
ＳＷ１ 第１スイッチ（第１スイッチ手段）
ＳＷ２ 第２スイッチ（第２スイッチ手段）
ＳＷ３ 第３スイッチ（第３スイッチ手段）
ＳＷ４ 第４スイッチ（第４スイッチ手段）
Ｖ 高圧電源（直流電源）
Ａ／Ｄ 入力ポート（入力端子）
１０ マイコン（電圧計測手段、制御手段、地絡抵抗検出手段、補正手段）

Claims (6)

1. 接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、前記直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記コンデンサに充電される第２の充電電圧とを電圧計測手段で計測し、前記第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて前記直流電源の地絡抵抗を地絡抵抗検出手段で検出する絶縁検出装置であって、
   前記コンデンサとしてセラミックコンデンサを使用すると共に、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする絶縁検出装置。
2. コンデンサと、接地電位とは絶縁された直流電源の正極を前記コンデンサの一端に接続するための第１スイッチ手段と、前記直流電源の負極を前記コンデンサの他端に接続するための第２スイッチ手段と、電圧計測手段と、前記コンデンサの一端を前記電圧計測手段の入力端子に接続するための第３スイッチ手段と、前記コンデンサの他端を前記接地電位に接続するための第４スイッチ手段と、前記第３スイッチ手段の前記電圧計測手段側−前記接地電位間に設けられた第１抵抗と、前記第４スイッチ手段の前記接地電位側−前記接地電位間に設けられた第２抵抗と、前記第１スイッチ手段および前記第３スイッチ手段の接続ライン−前記コンデンサ間に設けられた第１および第２切替抵抗と、該第１および第２切替抵抗のうち前記コンデンサの極性方向に対応する一つを選択し、当該選択した一つを前記第１スイッチ手段および前記第３スイッチ手段の接続ライン−前記コンデンサ間に電気的に接続させる選択手段と、前記第１〜第４スイッチ手段を選択的に閉制御する制御手段と、前記制御手段による前記第１〜第４スイッチ手段の選択的な閉制御により、接地電位から絶縁された直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態のコンデンサに前記第１切替抵抗からなる第１の充電抵抗を介して充電される第１の充電電圧と、前記直流電源の両極から、前記第１切替抵抗および前記第１抵抗または第２抵抗からなる第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記コンデンサに充電される第２の充電電圧とを計測する電圧計測手段と、前記第１および第２の充電電圧の両計測値に基づいて前記直流電源の地絡抵抗を検出する地絡抵抗検出手段とを備えた絶縁検出装置であって、
   前記コンデンサとしてセラミックコンデンサを使用すると共に、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする絶縁検出装置。
3. 請求項１または２記載の絶縁検出装置において、
   前記第１および第２の充電抵抗の抵抗値と前記セラミックコンデンサの容量値が、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように選択されていることを特徴とする絶縁検出装置。
4. 請求項１または２記載の絶縁検出装置において、
   前記接地電位から絶縁された前記直流電源の両極から前記接地電位から絶縁された状態の前記セラミックコンデンサに第１の充電抵抗を介して第１の充電時間の間充電され、前記直流電源の両極から、第２の充電抵抗を介して前記接地電位に接続された状態の前記セラミックコンデンサに前記第１の充電時間より長い第２の充電時間の間充電されることにより、前記第１の充電電圧と、地絡抵抗が予め設定されたしきい値と等しい場合に前記セラミックコンデンサに前記直流電源の両極から充電される第２の充電電圧とが等しくなるように設定されていることを特徴とする絶縁検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁検出装置において、
   地絡抵抗検出手段により前記しきい値以下の地絡抵抗が検出された場合に警報を発する警報手段をさらに備えたことを特徴とする絶縁検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の絶縁検出装置において、
   前記しきい値以下または以上の地絡抵抗の検出時の検出精度のずれを補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする絶縁検出装置。

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