JP2011017586A - 絶縁状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接地電位部から絶縁された直流電源によりフライングキャパシタが逆極性で充電された場合に、その充電電圧を計測手段により計測できるようにすること。
【解決手段】２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を上回ると、マイコン１５の制御によりスイッチＳ１，Ｓ４をオン、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓａをオフさせた場合に、２次側の正側の地絡抵抗ＲLn2 から抵抗Ｒ４、スイッチＳ４、フライングキャパシタＣ１の他端、一端、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ１を経て、高圧直流電源Ｂの正極に至る充電回路が形成される。この充電回路によって、フライングキャパシタＣ１が逆極性で充電された場合に、フライングキャパシタＣ１の正極（他端）を負電位計測回路１３によりマイコン１５に接続し、負極（一端）を放電回路（スイッチＳ５、抵抗Ｒ５）により接地電位部に接続する。
【選択図】図５

Description

本発明は、接地電位部から絶縁された直流電源により充電されるフライングキャパシタの充電電圧に基づいて、接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置に関するものである。

例えば、推進用エネルギーとして電力を利用する車両においては、高圧化（例えば２００Ｖ）された直流電源を車体から絶縁するのか通常である。そして、このような直流電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置として従来から、直流電源により充電されるフライングキャパシタを用いたものが知られている。この種の絶縁状態検出装置では、直流電源の正電位や負電位によりフライングキャパシタを充電し、その充電電圧をマイクロコンピュータ等の計測手段で計測することで、正側や負側の地絡抵抗又は絶縁状態を検出する。

従来の絶縁状態検出装置では、直流電源の正電位によるフライングキャパシタの充電時に、直列に接続された正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗とのうち負側の地絡抵抗を電流が流れる充電回路が形成される。一方、直流電源の負電位によるフライングキャパシタの充電時には、正側の地絡抵抗を電流が流れる充電回路が形成される。そして、どちらの充電回路においても、正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点を充電電流が流れる。この接続点における電位（正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との分圧比に応じた電位）は、直流電源の正電位以下であり、あるいは、直流電源の負電位以上である。

このため、従来の絶縁状態検出装置では、充電電圧の計測時に計測手段に接続されるフライングキャパシタの正極を、直流電源の正電位による充電時には正電位に接続し、直流電源の負電位による充電時には、正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点に接続している。このようなフライングキャパシタの状態毎の接続切替は、装置内に設けた複数のスイッチのオンオフパターンの変更により行われる（例えば、特許文献１，２）。

特開平８−２２６９５０号公報 特開２００７−１７０９８３号公報

上述したように推進用エネルギーとして電力を利用する車両においては、負荷の駆動効率を高めるために、直流電源の正電位を昇圧して負荷に供給する場合がある。そのような場合には、昇圧前の１次側と昇圧後の２次側とのそれぞれについて、接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する必要がある。その検出に上述した絶縁状態検出装置を用いるためには、直流電源の正電位によるフライングキャパシタの充電回路の充電電流が、直列に接続された２次側の正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗とのうち負側の地絡抵抗にも、１次側の負側の地絡抵抗と共に流れる必要がある。また、直流電源の負電位によるフライングキャパシタの充電回路の充電電流が、２次側の正側の地絡抵抗にも、１次側の正側の地絡抵抗と共に流れる必要がある。

ところで、２次側の正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点に現れる、両地絡抵抗の分圧比に応じた電位は、２次側の正電位と２次側の正側の地絡抵抗との内容次第では、１次側（直流電源）の正電位を上回る場合がある。２次側の正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点の電位が１次側の正電位を上回ると、直流電源の１次側の正電位によりフライングキャパシタを充電する切り替え状態において、実際には、それよりも高い２次側の正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点の電位によって、フライングキャパシタが逆極性で充電されてしまうことになる。

しかし、従来の絶縁状態検出回路では、充電電圧の計測時に計測手段に接続されるフライングキャパシタの極が、スイッチのオンオフパターンによって予め決まっているので、上述したようにフライングキャパシタが逆極性で充電された場合には、計測手段によりフライングキャパシタの充電電圧を計測する状態に切り替えても、その充電電圧を計測手段で計測することができない。

以上のような問題は、絶縁状態検出装置を２次側に接続することで解消することができる。つまり、絶縁状態検出装置を２次側に接続すれば、正電位によるフライングキャパシタの充電は、２次側の正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗との接続点の電位よりも常に高い２次側の正電位によって行われる。このため、正電位によるフライングキャパシタの充電は常に同じ極性で行われることになる。したがって、負電位によるフライングキャパシタの充電時と同じ極性でフライングキャパシタが充電されるように、正電位によるフライングキャパシタの充電時におけるスイッチのオンオフパターンを決めておくことで、その充電電圧を計測手段で必ず測定することができる。

ところが、絶縁状態検出装置を２次側に接続するためには、絶縁状態検出装置を構成する各素子の耐圧を２次側の電位に応じて高くする必要があり、コストやサイズが増加する原因となってしまう。また、２次側に接続した絶縁状態検出装置による地絡や絶縁状態の検出は、負荷の動作等による影響を受けて電位が不安定になりがちであることから、できれば避けたいのが実情である。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、接地電位部から絶縁された直流電源の正電位を昇圧した２次側の正電位と地絡抵抗との関係に起因して、直流電源の正電位による充電時にフライングキャパシタが２次側の正電位により逆極性で充電されても、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段により計測することができる絶縁状態検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出装置は、
接地電位部から絶縁された直流電源により地絡抵抗に応じた電圧で充電されるフライングキャパシタと、
前記直流電源により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタを、該フライングキャパシタの充電電圧を計測する計測手段と前記接地電位部との間に直列接続する計測回路とを備え、
前記直流電源の正電位を昇圧して負荷に供給する昇圧電源回路の１次側に接続されて、前記計測手段による前記フライングキャパシタの充電電圧の計測結果に基づき、前記昇圧電源回路の絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置であって、
前記昇圧電源回路の２次側における正極側及び負極側の前記各地絡抵抗の分圧比に応じた電位が前記直流電源の正電位を上回り、該直流電源の正電位による前記フライングキャパシタの充電時に該フライングキャパシタが、前記２次側の正電位により逆極性で充電される場合に、前記フライングキャパシタを前記計測手段と前記接地電位部とに逆極性で接続する逆極性計測回路を設けた、
ことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出装置によれば、直流電源の正電位による充電時にフライングキャパシタが、２次側の正電位により逆極性で充電された場合、逆極性で充電されたフライングキャパシタの正極（直流電源の正電位により充電された場合に負極となる極）は、直流電源から絶縁された状態で、逆極性計測回路により計測手段に接続される。また、負極（直流電源の正電位により充電された場合に正極となる極）は、直流電源から絶縁された状態で、逆極性計測回路により接地電位部に接続される。したがって、逆極性で充電されたフライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測できるようになる。

したがって、２次側の正電位と２次側の正側の地絡抵抗との関係次第で、フライングキャパシタの正電位による充電が、１次側の正電位により行われたり２次側の正電位により行われたりして、充電されたフライングキャパシタの極性が逆になることがあっても、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測することができる。

また、上記目的を達成するため、請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出装置は、
接地電位部から絶縁された直流電源により地絡抵抗に応じた電圧で充電されるフライングキャパシタと、
前記直流電源により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタを、該フライングキャパシタの充電電圧を計測する計測手段と前記接地電位部との間に直列接続する計測回路と、
前記計測手段による充電電圧の計測後に前記直流電源及び前記計測手段から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、放電抵抗を介して前記接地電位部に接続する放電回路とを備え、
前記直流電源の正電位を昇圧して負荷に供給する昇圧電源回路の１次側に接続されて、前記計測手段による前記フライングキャパシタの充電電圧の計測結果に基づき、前記昇圧電源回路の絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置であって、
前記計測回路のうち前記フライングキャパシタと前記接地電位部とを接続する計測回路部分に分岐接続され、前記フライングキャパシタと前記計測手段とを接続するバイパス回路を備えており、
前記昇圧電源回路の２次側における正極側及び負極側の前記各地絡抵抗の分圧比に応じた電位が前記直流電源の正電位を上回り、該直流電源の正電位による前記フライングキャパシタの充電時に該フライングキャパシタが、前記２次側の正電位により逆極性で充電される場合に、
前記直流電源の正電位により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、前記バイパス回路により前記計測手段に接続すると共に、前記直流電源の正電位により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタの負極を、前記放電回路により前記接地電位部に接続し、
かつ、前記直流電源の正電位により充電された前記フライングキャパシタの充電電圧の前記計測手段による計測後に前記直流電源及び前記計測手段から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、前記計測回路の前記計測回路部分により、放電抵抗を介して前記接地電位部に接続する、
ことを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出装置によれば、直流電源の正電位による充電時にフライングキャパシタが、２次側の正電位により逆極性で充電された場合、逆極性で充電されたフライングキャパシタの正極（直流電源の正電位により充電された場合に負極となる極）は、直流電源から絶縁された状態で、バイパス回路により計測手段に接続される。また、負極（直流電源の正電位により充電された場合に正極となる極）は、直流電源から絶縁された状態で、放電回路により接地電位部に接続される。したがって、逆極性で充電されたフライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測できるようになる。

しかも、逆極性で充電されたフライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測した後では、フライングキャパシタの正極が、計測回路のうちフライングキャパシタと接地電位部とを接続する計測回路部分によって、接地電位部に接続される。したがって、逆極性で充電されたフライングキャパシタの充電電圧を接地電位部に向けて放電できるようになる。

したがって、２次側の正電位と２次側の正側の地絡抵抗との関係次第で、フライングキャパシタの正電位による充電が、１次側の正電位により行われたり２次側の正電位により行われたりして、充電されたフライングキャパシタの極性が逆になることがあっても、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測し、計測後に確実に放電させることができる。

また、フライングキャパシタが逆極性で充電された場合に、その正極及び負極を正しく計測手段や接地電位部に選択的に接続するためには、本来、計測回路や放電回路を別途もう一組使用する必要がある。そして、計測手段は一般に、接地電位部から絶縁された直流電源の電位に比べると低電位で作動するものであるため、フライングキャパシタの接続対象を切り替える計測回路や放電回路には、絶縁型スイッチを使用する必要がある。したがって、計測回路や放電回路をもう一組追加すると、絶縁型スイッチを二倍使用しなければならない。

しかし、請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出装置によれば、フライングキャパシタが逆極性で充電された場合、その正極を充電電圧の計測時に計測手段に接続するバイパス回路を追加するだけで、正極及び負極を正しい接続対象に接続できるので、計測回路や放電回路をもう一組追加するのに比べて絶縁型スイッチの増加数を抑えることができる。これにより、高価な部品の増加による装置コストの大幅な上昇を防止することができる。

その上で、昇圧電源回路の１次側に接続した絶縁状態検出装置により昇圧電源回路の地絡や絶縁状態を検出することができるので、負荷の動作等による影響が少なく２次側よりも電位が安定している１次側の電位に基づいて、地絡や絶縁状態の大半を検出することができる。

さらに、請求項３に記載した本発明の絶縁状態検出装置は、請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出装置において、前記バイパス回路と前記放電回路との直列回路が前記計測回路の等価回路であり、前記放電回路が前記計測回路のうち前記計測回路部分の等価回路であることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の車両用指針式表示装置によれば、請求項２に記載した本発明の車両用指針式表示装置において、直流電源の正電位によりフライングキャパシタが充電される場合の充放電回路の各時定数と、２次側の正電位によりフライングキャパシタが逆極性で充電される場合の充放電回路の各時定数とが一致する。

このため、直流電源の正電位と２次側の正電位（逆極性）とのどちらでフライングキャパシタが充電されても、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測した結果に同じ理論式を適用して昇圧電源回路の絶縁状態を検出することができる。

本発明の絶縁状態検出装置によれば、２次側の正電位と２次側の正側の地絡抵抗との関係次第で、フライングキャパシタの正電位による充電が、１次側の正電位により行われたり２次側の正電位により行われたりして、充電されたフライングキャパシタの極性が逆になることがあっても、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段で計測することができる。

本発明の一実施形態に係る地絡センサを絶縁状態検出に用いた昇圧電源回路の回路図である。 図１に示す絶縁状態検出装置のベースとなる地絡センサを高圧直流電源Ｂの絶縁状態検出に用いた場合を説明する回路図である。 図２の地絡センサを図１の昇圧電源回路における絶縁状態検出に用いた場合を説明する回路図である。 図３の地絡センサによる昇圧電源回路の絶縁状態検出においてフライングキャパシタが２次側の正電位により逆極性で充電される場合を説明する回路図である。 図１の昇圧電源回路において２次側の正電位により逆極性で充電された地絡センサのフライングキャパシタの計測する場合を説明する回路図である。 本発明の他の実施形態に係る地絡センサを絶縁状態検出に用いた昇圧電源回路の回路図である。

以下、本発明による絶縁状態検出装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る地絡センサを絶縁状態検出に用いた昇圧電源回路の回路図である。図１中引用符号１で示す昇圧電源回路は、接地電位部から絶縁された１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を、昇圧器３により昇圧して２次側の負荷５に供給するものである。なお、図１中引用符号ＲLpは１次側の正側の地絡抵抗、ＲLnは１次側の負側の地絡抵抗、ＲLp2 は２次側の正側の地絡抵抗、ＲLn2 は２次側の負側の地絡抵抗をそれぞれ示す。この昇圧電源回路１の地絡や絶縁状態は、高圧直流電源Ｂの正極及び負極の間に接続された地絡センサ１１によって検出される。

前記地絡センサ１１（請求項中の絶縁状態検出装置に相当）は、両極性のフライングキャパシタＣ１と、フライングキャパシタＣ１の両極を高圧直流電源Ｂの正極及び負極にそれぞれ選択的に接続するスイッチＳ１，Ｓ２と、フライングキャパシタＣ１の両極をマイクロコンピュータ（請求項中の計測手段に相当、以下、「マイコン」と略記する。）１５及び接地電位部に選択的に接続するスイッチＳ３，Ｓ４とを有している。

また、地絡センサ１１は、フライングキャパシタＣ１の一方の極（図１中上方の極）を放電のために接地電位部に選択的に接続する（選択的に接地させる）スイッチＳ５と、スイッチＳ４が接続されたフライングキャパシタＣ１の他端（図１中下方の極）をマイコン１５に選択的に接続するスイッチＳａとを有している。

マイコン１５は高圧直流電源Ｂよりも低い低圧系の電源（図示せず）によって動作するもので、高圧直流電源Ｂはマイコン１５の接地電位からも絶縁されている。各スイッチＳ１〜Ｓ５，Ｓａは、例えば光ＭＯＳＦＥＴで構成されており、高圧直流電源Ｂから絶縁してマイコン１５によりオンオフ制御できるようになっている。

マイコン１５とスイッチＳ３，Ｓａとの接続点は、抵抗Ｒ３，Ｒｂを介してそれぞれ接地されており、スイッチＳ４，Ｓ５と接地電位部との間には、抵抗Ｒ４，Ｒ５がそれぞれ接続されている。フライングキャパシタＣ１の一端側のスイッチＳ１，Ｓ３は直列接続されており、両者の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間には、電流方向切替回路が接続されている。

電流方向切替回路は並列回路であり、その一方は、スイッチＳ１，Ｓ３からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ０と抵抗Ｒ１の直列回路で構成され、他方は、フライングキャパシタＣ１の一端からスイッチＳ１，Ｓ３に向けて順方向となるダイオードＤ１と抵抗Ｒ６の直列回路で構成されている。

スイッチＳａとフライングキャパシタＣ１の他端との間には、フライングキャパシタＣ１の他端からスイッチＳａに向けて順方向となるダイオードＤａと抵抗Ｒａとが直列に接続されている。

以上に説明した本実施形態の地絡センサ１１では、フライングキャパシタＣ１の他端と接地電位部との間に、スイッチＳ４と抵抗Ｒ４との直列回路（請求項中の、計測回路のうちフライングキャパシタと接地電位部とを接続する計測回路部分に相当）と、ダイオードＤａ、抵抗Ｒａ、スイッチＳａ、及び、抵抗Ｒｂの直列回路とが、並列に設けられている。そして、本実施形態の地絡センサ１１では、ダイオードＤａ、抵抗Ｒａ、スイッチＳａ、及び、抵抗Ｒｂの直列回路によって、負電位計測回路１３が構成されている。

なお、本実施形態の地絡センサ１１では、スイッチＳ３，Ｓ４によりフライングキャパシタＣ１の両極が選択的に接続されるマイコン１５のポートと、スイッチＳａによりフライングキャパシタＣ１の他端が選択的に接続されるマイコン１５のポートとを、個別のポートとしている。即ち、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１には、スイッチＳ３，Ｓ４によりフライングキャパシタＣ１の両極が選択的に接続される。一方、マイコン１５の第２Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２には、スイッチＳａによりフライングキャパシタＣ１の他端が選択的に接続される。

上述した本実施形態の地絡センサ１１は、図２に示す、高圧直流電源Ｂの絶縁状態検出に用いる地絡センサ１１Ａをベースとしたものである。この地絡センサ１１Ａは、図１に示す本実施形態の地絡センサ１１のような負電位計測回路１３を有していない。さらに、図２の地絡センサ１１Ａでは、スイッチＳ５を、フライングキャパシタＣ１の一端に直接ではなくダイオードＤ１を介して（ダイオードＤ１のアノード側ではなくカソード側に）接続している。

図２の地絡センサ１１Ａでは、地絡や絶縁状態を検出する際に、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３〜Ｓ５をオフさせる。これにより、高圧直流電源Ｂの正極から、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、及び、スイッチＳ２を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を高圧直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１が、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ４の直列回路と並列接続される。そして、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ３，Ｒ４で分圧したうちの抵抗Ｒ３の両端電圧の差に相当する電位が、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されて計測される。この計測値と、抵抗Ｒ６，Ｒ３，Ｒ４の分圧比とから、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。したがって、本実施形態では、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ３、抵抗Ｒ３、スイッチＳ４、及び、抵抗Ｒ４によって、計測回路が形成される。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ５をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ４をオフさせて、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、ダイオードＤ１、スイッチＳ５、及び、抵抗Ｒ５を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

次に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオフさせる。これにより、高圧直流電源Ｂの正極から、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、スイッチＳ４、抵抗Ｒ４、（接地電位部）、及び、負側の地絡抵抗ＲLnを経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ５をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ４をオフさせて、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、ダイオードＤ１、スイッチＳ５、及び、抵抗Ｒ５を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

次に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５をオフさせる。これにより、高圧直流電源Ｂの正極から、正側の地絡抵抗ＲLp、（接地電位部）、抵抗Ｒ３、スイッチＳ３、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、及び、スイッチＳ２を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際や、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ５をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ４をオフさせて、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、ダイオードＤ１、スイッチＳ５、及び、抵抗Ｒ５を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

以上のようにして計測した、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧、及び、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧を用いて、所定の計測理論式の計算を行うことで、マイコン１５は、正側の地絡抵抗ＲLpや負側の地絡抵抗ＲLnの値に基づいた高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出することができる。

以上に説明した地絡センサ１１Ａを、図１に示す昇圧電源回路１の地絡や絶縁状態の検出に用いると、図３の回路図に示すようになる。この場合、高圧直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量によるフライングキャパシタＣ１の充電とその充電電圧の検出は、図２を参照して説明した、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電及びその充電電圧の検出を行う際のスイッチＳ１〜Ｓ４のオンオフパターンの切替によって、地絡センサ１１Ａを用いて実行することができる。

また、昇圧電源回路１における正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量によるフライングキャパシタＣ１の充電とその充電電圧の検出も、図２を参照して説明した、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電及びその充電電圧の検出を行う際のスイッチＳ１〜Ｓ４のオンオフパターンの切替によって、地絡センサ１１Ａを用いて実行することができる。

即ち、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５をオフさせる。これにより、上述した、正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量によるフライングキャパシタＣ１の充電を行う際の充電回路が、１次側の充電回路として形成されると共に、２次側について、２次側の正側の地絡抵抗ＲLp2 、（接地電位部）、抵抗Ｒ３、スイッチＳ３、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、及び、スイッチＳ２を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路が形成される。これらの充電回路において、フライングキャパシタＣ１は、１次側と２次側の正側の地絡抵抗ＲLp，ＲLp2 に応じた電荷量で充電される。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

ところが、昇圧電源回路１における負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量によるフライングキャパシタＣ１の充電とその充電電圧の検出は、図２を参照して説明した、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電及びその充電電圧を行う際のスイッチＳ１〜Ｓ４のオンオフパターンの切替によって、地絡センサ１１Ａを用いて実行することができる場合と、そうでない場合とがある。

即ち、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオフさせた場合、理想的には、図３に示すように、上述した、負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量によるフライングキャパシタＣ１の充電を行う際の充電回路が、１次側の充電回路として形成されると共に、フライングキャパシタＣ１の他端から分岐して、２次側について、接地電位部から負正側の地絡抵抗ＲLn2 を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路が形成される。このように充電回路が理想的に形成された場合は、これらの充電回路において、フライングキャパシタＣ１は、１次側と２次側の負側の地絡抵抗ＲLn，ＲLn2 に応じた電荷量で充電される。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

ただし、上述したように充電回路が理想的に形成されるのは、回路上直列接続となる２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を下回る場合に限られる。

反対に、２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を上回ると、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオフさせた場合に形成される充電回路は、次のようになる。

即ち、この場合に形成される充電回路は、図４の回路図に示すように、昇圧器３の２次側から、２次側の正側の地絡抵抗ＲLp2 、２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の接続点（電位ＶRL）、抵抗Ｒ４、スイッチＳ４、フライングキャパシタＣ１の他端、一端、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ１を経て、高圧直流電源Ｂの正極に至るものとなる。すると、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１は、２次側の正側の地絡抵抗ＲLp2 に応じた電荷量で充電されてしまう。そして、この充電により、フライングキャパシタＣ１の他端が正極、一端が負極となり、図３に示す理想的な充電回路による充電の場合とは、フライングキャパシタＣ１の充電極性が逆極性となってしまう。

したがって、続いてマイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成すると、負極であるフライングキャパシタＣ１の一端がマイコン１５に接続されてしまう。このため、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させることができない。

そこで、図１に示す本実施形態の地絡センサ１１では、図２に示す地絡センサ１１Ａには存在しない負電位計測回路１３を設けている。そして、２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を上回る場合、本実施形態の地絡センサ１１では、昇圧電源回路１における地絡や絶縁状態を検出する際に、次のようにしている。

即ち、図１に示すように、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓａをオフさせる。これにより、図４の回路図に示す経路と同じ充電回路が形成される。すると、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１は、２次側の正側の地絡抵抗ＲLp2 に応じた電荷量で充電される。このとき、フライングキャパシタＣ１の他端が正極、一端が負極となり、フライングキャパシタＣ１の充電極性は逆極性となる。

続いて、マイコン１５の制御により、図５の回路図に示すように、スイッチＳ５，Ｓａをオンさせると共に、スイッチＳ１〜Ｓ４をオフさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１の他端（正極）を、負電位計測回路１３のダイオードＤａ、抵抗Ｒａ、及び、スイッチＳａを介して、マイコン１５の第２Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２に接続すると共に、フライングキャパシタＣ１の一端（負極）を、スイッチＳ５及び抵抗Ｒ５を介して接地させて、計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ４をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓａをオフさせて、フライングキャパシタＣ１の他端（正極）を、スイッチＳ４及び抵抗Ｒ４を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

また、回路上直列接続となる２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を下回る場合、本実施形態の地絡センサ１１では、昇圧電源回路１における地絡や絶縁状態を検出する際に、次のようにしている。

即ち、図１に示すように、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓａをオフさせる。これにより、図３の回路図に示す経路と同じ充電回路が形成される。すると、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１は、１次側と２次側の負側の地絡抵抗ＲLn，ＲLn2 に応じた電荷量で充電される。このとき、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓａをオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、及び、スイッチＳ３を介して、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に接続すると共に、フライングキャパシタＣ１の他端（負極）を、スイッチＳ４及び抵抗Ｒ４を介して接地させて、計測回路（請求項中の計測回路に相当）を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ５をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ４，Ｓａをオフさせて、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、スイッチＳ５及び抵抗Ｒ５を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

ちなみに、本実施形態の地絡センサ１１では、フライングキャパシタＣ１の他端（正極）をマイコン１５の第２Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２に接続する、負電位計測回路１３のダイオードＤａ、抵抗Ｒａ、及び、スイッチＳａが、請求項中のバイパス回路に相当している。また、本実施形態の地絡センサ１１では、スイッチＳ５及び抵抗Ｒ５による放電回路が、請求項中の放電回路に相当している。さらに、本実施形態の地絡センサ１１では、スイッチＳ５及び抵抗Ｒ５による放電回路と負電位計測回路１３とにより、請求項中の逆極性計測回路が構成されている。

また、本実施形態の地絡センサ１１では、請求項中のバイパス回路を構成し、逆極性で充電されたフライングキャパシタＣ１の正極となる他端に接続される、負電位計測回路１３のダイオードＤａ、抵抗Ｒａ、及び、スイッチＳａと、請求項中の放電回路を構成し、逆極性で充電されたフライングキャパシタＣ１の負極となる一端に接続される、スイッチＳ５及び抵抗Ｒ５との直列回路が、正極性で充電されたフライングキャパシタＣ１の一端（正極）をマイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に接続する、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、及び、スイッチＳ３と、正極性で充電されたフライングキャパシタＣ１の他端（負極）を接地させる、スイッチＳ４及び抵抗Ｒ４との直列回路による計測回路の、等価回路となっている。

さらに、本実施形態の地絡センサ１１では、請求項中の放電回路を構成するスイッチＳ５及び抵抗Ｒ５との直列回路が、請求項中の計測回路を構成する回路のうち、正極性で充電されたフライングキャパシタＣ１の他端（負極）を接地させるスイッチＳ４及び抵抗Ｒ４の直列回路部分の、等価回路となっている。

そのために、ダイオードＤａとダイオードＤ１、抵抗Ｒａと抵抗Ｒ６、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４には、それぞれ同じ定格のものを用いている。

したがって、本実施形態の地絡センサ１１では、フライングキャパシタＣ１が正極性（一端が正極、他端が負極）で充電されても、逆極性（一端が負極、他端が正極）で充電されても、充電電圧の計測時における充電電圧の分圧比が同じになる。そのため、フライングキャパシタが正逆どちらの極性で充電された場合であっても、共通の理論式を用いた計算により、地絡抵抗ＲLp，ＲLn，ＲLp2 ，ＲLn2 の値に基づいた昇圧電源回路１の地絡や絶縁状態を検出することができる。

なお、電流方向切替回路の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ６を同じ定格（抵抗値）のものとすれば、フライングキャパシタＣ１が正極性、逆極性のどちらで充電されても、充電電圧の計測時におけるフライングキャパシタＣ１の充電時定数が同じになる。このことも、フライングキャパシタＣ１の充電極性に拘わらず共通の理論式を用いて、地絡抵抗ＲLp，ＲLn，ＲLp2 ，ＲLn2 の値に基づいた昇圧電源回路１の地絡や絶縁状態を検出できるようにする上で、大いに有効である。

以上に説明した図１及び図５に示す本実施形態の地絡センサ１１は、フライングキャパシタＣ１が充電電圧によって容量変化を起こさないことを前提にした回路構成としている。したがって、フライングキャパシタＣ１としては、フィルムコンデンサを使用することが好ましい。しかし、充電電圧によって容量変化を起こすセラミックコンデンサをフライングキャパシタＣ１として用いることも可能である。図６は、そのような回路構成とした、本発明の他の実施形態に係る地絡センサを絶縁状態検出に用いた昇圧電源回路の回路図である。

図６に示す実施形態の地絡センサ１１は、電流方向切替回路の構成が、図１及び図５に示す実施形態の地絡センサ１１と異なっている。具体的には、図１及び図５に示す実施形態の地絡センサ１１においてダイオードＤ０と直列に接続されていた抵抗Ｒ１が、スイッチ１に直接接続されており、ダイオードＤ０のカソードが、フライングキャパシタＣ１の一端に直接接続されている。また、図６に示す実施形態の地絡センサ１１においては、電流方向切替回路の構成の変更に伴って、スイッチＳ２とフライングキャパシタＣ１の他端との間に抵抗Ｒ２が接続されている。

このような回路構成とした図６の地絡センサ１１では、昇圧電源回路１における負側の地絡や絶縁状態の検出時に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓａをオフさせた場合、２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を下回ると、図３の回路図に示す経路と同じ充電回路が形成される。一方、２次側の正側と負側の地絡抵抗ＲLp2 ，ＲLn2 の分圧比に応じた電位ＶRLが、１次側の高圧直流電源Ｂの正電位を上回ると、図４の回路図に示す経路と同じ充電回路が形成される。

どちらの充電回路が形成されるかによって、フライングキャパシタＣ１が正極性で充電されるか、それとも、逆極性で充電されるかが異なるが、どちらの充電回路においても、フライングキャパシタＣ１の充電電流は抵抗Ｒ１を通る。したがって、フライングキャパシタＣ１は、抵抗Ｒ１により定まる時定数によって充電されることになり、図１及び図５に示す本実施形態の地絡センサ１１のように、電流方向切替回路の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ６を同じ定格（抵抗値）のものとしなくても、フライングキャパシタＣ１の充電極性に拘わらず共通の理論式を用いて、地絡抵抗ＲLp，ＲLn，ＲLp2 ，ＲLn2 の値に基づいた昇圧電源回路１の地絡や絶縁状態を検出することができる。

以上に、本発明の実施形態に係る地絡センサ１１を２通り説明したが、そのどちらにおいても、例えば、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１の入力と第２Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２の入力とをワイヤードオア接続することで、マイコン１５のＡ／Ｄ変換ポートを１つに集約してもよい。そのように構成すれば、Ａ／Ｄ変換ポートやインターフェース部品（例えば、バイパスコンデンサやクランプダイオード等）の削減を図ることができる。

また、以上に説明した２通りの地絡センサ１１では、共に、ダイオードＤａとダイオードＤ１、抵抗Ｒａと抵抗Ｒ６、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４にそれぞれ同じ定格のものを用いて、それらの素子を用いた回路どうしを等価回路化したが、必ずしもそのように構成する必要はない。

例えば、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒ３に異なる定格（抵抗値）のものを用いてもよく、そのように構成すれば、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されるフライングキャパシタＣ１の正極性での充電電圧と、第２Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２に入力されるフライングキャパシタＣ１の逆極性での充電電圧とで、充電電圧の計測時における充電電圧の分圧比が異なることになる。したがって、フライングキャパシタＣ１の充電極性によって計測される充電電圧がオフセットされるようにして、正極性による充電電圧と逆極性による充電電圧との扱いを異ならせるロジックを、マイコン１５の制御上で実現することができる。

さらに、上述した２通りの地絡センサ１１では、逆極性でフライングキャパシタＣ１が充電される場合の、マイコン１５による充電電圧の計測時における計測回路と、計測後の放電回路とを、正極性でフライングキャパシタＣ１が充電される場合の、マイコン１５による充電電圧の計測時における計測回路や計測後の放電回路の一部又は全部を共用して構成するものとした。

しかし、逆極性でフライングキャパシタＣ１が充電される場合の、マイコン１５による充電電圧の計測時における計測回路を、計測後の放電回路とを、正極性でフライングキャパシタＣ１が充電される場合の、マイコン１５による充電電圧の計測時における計測回路や計測後の放電回路とは別に構成してもよいのは、勿論のことである。

本発明は、接地電位部から絶縁された直流電源からの正電位を昇圧して負荷に供給する昇圧電源回路の１次側において、フライングキャパシタの充電電圧を計測手段により計測することで、昇圧電源回路の絶縁状態を検出する場合に用いて好適である。

１ 昇圧電源回路
３ 昇圧器
５ 負荷
１１ 地絡センサ（絶縁状態検出装置）
１１Ａ 地絡センサ
１３ 負電位計測回路
１５ マイクロコンピュータ（計測手段）
Ａ／Ｄ１ 第１Ａ／Ｄ変換ポート
Ａ／Ｄ２ 第２Ａ／Ｄ変換ポート
Ｂ 高圧直流電源
Ｃ１ フライングキャパシタ
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード（計測回路）
Ｄａ ダイオード（逆極性計測回路、バイパス回路）
ＲLn １次側の正側の地絡抵抗
ＲLp １次側の負側の地絡抵抗
ＲLn2 ２次側の正側の地絡抵抗
ＲLp2 ２次側の負側の地絡抵抗
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗（計測回路、計測回路部分）
Ｒ５ 抵抗（逆極性計測回路、放電回路）
Ｒ６ 抵抗（計測回路）
Ｒａ 抵抗（逆極性計測回路、バイパス回路）
Ｒｂ 抵抗（逆極性計測回路）
Ｓ１ スイッチ
Ｓ２ スイッチ
Ｓ３ スイッチ（計測回路）
Ｓ４ スイッチ（計測回路、計測回路部分）
Ｓ５ スイッチ（逆極性計測回路、放電回路）
Ｓａ スイッチ（逆極性計測回路、バイパス回路）

Claims (3)

1. 接地電位部から絶縁された直流電源により地絡抵抗に応じた電圧で充電されるフライングキャパシタと、
   前記直流電源により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタを、該フライングキャパシタの充電電圧を計測する計測手段と前記接地電位部との間に直列接続する計測回路とを備え、
   前記直流電源の正電位を昇圧して負荷に供給する昇圧電源回路の１次側に接続されて、前記計測手段による前記フライングキャパシタの充電電圧の計測結果に基づき、前記昇圧電源回路の絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置であって、
   前記昇圧電源回路の２次側における正極側及び負極側の前記各地絡抵抗の分圧比に応じた電位が前記直流電源の正電位を上回り、該直流電源の正電位による前記フライングキャパシタの充電時に該フライングキャパシタが、前記２次側の正電位により逆極性で充電される場合に、前記フライングキャパシタを前記計測手段と前記接地電位部とに逆極性で接続する逆極性計測回路を設けた、
   ことを特徴とする絶縁状態検出装置。
2. 接地電位部から絶縁された直流電源により地絡抵抗に応じた電圧で充電されるフライングキャパシタと、
   前記直流電源により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタを、該フライングキャパシタの充電電圧を計測する計測手段と前記接地電位部との間に直列接続する計測回路と、
   前記計測手段による充電電圧の計測後に前記直流電源及び前記計測手段から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、放電抵抗を介して前記接地電位部に接続する放電回路とを備え、
   前記直流電源の正電位を昇圧して負荷に供給する昇圧電源回路の１次側に接続されて、前記計測手段による前記フライングキャパシタの充電電圧の計測結果に基づき、前記昇圧電源回路の絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置であって、
   前記計測回路のうち前記フライングキャパシタと前記接地電位部とを接続する計測回路部分に分岐接続され、前記フライングキャパシタと前記計測手段とを接続するバイパス回路を備えており、
   前記昇圧電源回路の２次側における正極側及び負極側の前記各地絡抵抗の分圧比に応じた電位が前記直流電源の正電位を上回り、該直流電源の正電位による前記フライングキャパシタの充電時に該フライングキャパシタが、前記２次側の正電位により逆極性で充電される場合に、
   前記直流電源の正電位により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、前記バイパス回路により前記計測手段に接続すると共に、前記直流電源の正電位により充電された後に前記直流電源から絶縁された前記フライングキャパシタの負極を、前記放電回路により前記接地電位部に接続し、
   かつ、前記直流電源の正電位により充電された前記フライングキャパシタの充電電圧の前記計測手段による計測後に前記直流電源及び前記計測手段から絶縁された前記フライングキャパシタの正極を、前記計測回路の前記計測回路部分により、放電抵抗を介して前記接地電位部に接続する、
   ことを特徴とする絶縁状態検出装置。
3. 前記バイパス回路と前記放電回路との直列回路は前記計測回路の等価回路であり、前記放電回路は前記計測回路のうち前記計測回路部分の等価回路であることを特徴とする請求項２記載の絶縁状態検出装置。

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