JP2012189378A - 絶縁状態検出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フライングキャパシタの放電開始時の放電電圧値をピークホールド回路によりホールドした際のホールド値が明らかに異常な値であった場合に、その原因を特定できるようにする。
【解決手段】マイコン１５で測定した読込用コンデンサＣａの充電電圧がゼロ（０Ｖ）であった場合に、読込用コンデンサＣａを放電させた後に電荷供給回路１７により読込用コンデンサＣａを所定の電位に充電したときと、その後に読込用コンデンサＣａをフライングキャパシタの放電回路から絶縁したときと、その後にフライングキャパシタの放電開始直後の放電電圧により読込用コンデンサＣａを充電したときに、それぞれ読込用コンデンサＣａの充電電圧をマイコン１５で測定するようにした。そして、各時点における読込用コンデンサＣａの充電電圧の測定値のパターンによって、絶縁状態検出ユニット１０の故障箇所を特定するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出するユニットに係り、特に、地絡や絶縁状態を検出するのに用いるフライングキャパシタの故障を検出する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して非接地電源とするのが通常である。このような非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態の検出には、フライングキャパシタを用いた検出ユニットが用いられる。

この検出ユニットでは、内部のスイッチを切り換えつつ、フライングキャパシタを、接地電位部から絶縁した直流電源の電源電圧に応じた電荷量、直流電源の正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量、及び、直流電源の負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でそれぞれ充電させる。そして、検出ユニットのコントローラにおいて、各充電電圧を測定し、その測定値に基づいて正端子側及び負端子側の地絡抵抗を算出することで、地絡や絶縁状態を検出することができる（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１７０９８３号公報

ところで、フライングキャパシタの充電電圧は、直流電源から切り離したフライングキャパシタを放電させながら放電電圧として測定している。フライングキャパシタの放電に関しては、次の充電を早く開始するため急速放電が要求される。その一方で、放電電圧の測定に関しては、放電直前のフライングキャパシタの充電電圧に近い電圧値を測定するために、放電開始直後にタイミングよく測定することが要求される。

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、フライングキャパシタを用いて地絡や絶縁状態を検出するのに当たり、直流電源の電源電圧や地絡抵抗に応じた電荷量で充電されたフライングキャパシタの充電電圧を、適切なタイミングで精度よく測定するのに適した絶縁状態検出ユニットを提供することにある。

本発明では、直流電源から切り離したフライングキャパシタの急速放電と、フライングキャパシタの放電開始直後の放電電圧測定とを両立させるために、フライングキャパシタの放電開始時の放電電圧値を別回路でホールドすることに着目した。そうすれば、フライングキャパシタの放電をその後も継続しつつ、別回路のホールド値を測定することでフライングキャパシタの放電開始直後の放電電圧値を測定することができる。

この場合、別回路のホールド値を測定したら０Ｖであった場合は、フライングキャパシタの放電開始時の放電電圧値が０Ｖだということは非現実的なので、別回路やその周辺回路で何らかの故障が生じていると考えるのが妥当である。しかし、測定したホールド値が０Ｖであるだけでは、０Ｖをホールドした結果であるのか、ホールド値が経時変化で０Ｖに下がった結果なのか等、その経緯が分からないので、原因を特定することが困難である。

そこで、本発明では、フライングキャパシタの放電開始時の放電電圧値を別回路によりホールドした際のホールド値が明らかに異常な値であった場合に、その原因を特定できるように、以下のような構成を採用した。

即ち、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ユニットは、
接地電位部から絶縁した直流電源の電源電圧に応じた電荷量でフライングキャパシタが充電されるときの充電電圧と、前記直流電源の絶縁抵抗を含む前記直流電源の絶縁抵抗測定回路による前記フライングキャパシタの充電電圧とに基づいて、前記直流電源の絶縁状態を検出する絶縁状態検出ユニットであって、
前記フライングキャパシタの放電開始時点で該フライングキャパシタの放電回路に選択的に接続され、前記フライングキャパシタの放電電圧のピーク値に相当する電位でホールド用コンデンサを充電して該電位をホールドするピークホールド回路と、
前記フライングキャパシタの放電開始後に、前記ピークホールド回路を前記放電回路から電気的に絶縁した状態で、該ピークホールド回路がホールドした電位を測定するホールド値測定手段と、
前記ホールド値測定手段の測定値に基づいて、前記フライングキャパシタの充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、
前記ホールド値測定手段による前記ピークホールド回路のホールド電位がゼロであるときに、前記放電回路から電気的に絶縁した状態で、前記ホールド用コンデンサを所定の電位で充電させる検査用充電手段と、
前記検査用充電手段による充電後に、前記ホールド用コンデンサの充電電圧を測定する検査用測定手段と、
前記ホールド値測定手段及び前記検査用測定手段の各測定値に基づいて、故障箇所を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットのフライングキャパシタ故障検出装置によれば、ホールド値測定手段の測定値がゼロ（電位が０Ｖ）である場合は、ホールド用コンデンサがフライングキャパシタの放電時に充電されていないか、あるいは、フライングキャパシタの放電電圧のピーク値が０Ｖということになる。このような状態は正常な状態では起こり得ないので、絶縁状態検出ユニットに何らかの故障が発生していることが伺われる。

そこで、検査用充電手段による充電後に検査用測定手段が測定するホールド用コンデンサの充電電圧が０Ｖであるか否かによって、ホールド用コンデンサのオープン故障であるのか否かを検出することができる。即ち、ホールド用コンデンサの充電電圧に応じたピークホールド回路のホールド電位が明らかに異常な値（０Ｖ）であった場合に、その原因がホールド用コンデンサにあるかどうかを特定することができる。

また、請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットは、請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットにおいて、前記検査用測定手段が、前記検査用充電手段による充電後に、前記ホールドコンデンサを前記放電回路から電気的に絶縁した状態と接続した状態との双方で、前記ホールド用コンデンサの充電電圧をそれぞれ測定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ユニットによれば、請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットにおいて、ホールド用コンデンサを放電回路から絶縁した状態で検査用測定手段が測定するホールド用コンデンサの充電電圧が０Ｖであれば、ホールド用コンデンサのオープン故障であることを検出できる。

また、ホールド用コンデンサを放電回路から絶縁した状態で検査用測定手段が測定するホールド用コンデンサの充電電圧が０Ｖでなく、かつ、ホールド用コンデンサを放電回路に接続した状態で検査用測定手段が測定するホールド用コンデンサの充電電圧が０Ｖであれば、スイッチ手段よりも放電回路側の故障であることを検出できる。

したがって、故障箇所の検出範囲をピークホールド回路の外部の部分に拡げて、絶縁状態検出ユニットの故障箇所を広い範囲で特定することができる。

さらに、請求項３に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットは、請求項１又は２に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットにおいて、前記故障検出手段が、前記検査用測定手段の測定値と、該測定値の前記検査用測定手段による測定の前後に前記ホールド値測定手段がそれぞれ測定した各測定値とに基づいて、故障箇所を検出することを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットによれば、請求項１又は２に記載した本発明の絶縁状態検出ユニットにおいて、ホールド値測定手段の測定値がゼロ（電位が０Ｖ）であり、それに続いて検査用測定手段が測定するホールド用コンデンサの充電電圧が、ホールド用コンデンサを放電回路から絶縁した状態と接続した状態とでいずれも０Ｖでなく、かつ、その後にホールド値測定手段の測定値がゼロ（電位が０Ｖ）でなければ、ピークホールド回路内の、例えば、スイッチ手段のオープン故障等であることを検出できる。

したがって、ピークホールド回路内の故障箇所の検出対象を増やして、絶縁状態検出ユニットの故障箇所をより詳細に特定することができる。

本発明の絶縁状態検出ユニットによれば、フライングキャパシタの放電開始時の放電電圧値をピークホールド回路によりホールドした際のホールド値が明らかに異常な値であった場合に、その原因を特定することができる。

本発明の一実施形態に係る絶縁状態検出ユニットを示す回路図である。 図１のサンプルホールド回路を示す回路図である。 図１及び図２の各スイッチのオンオフとコンデンサの充電状態との関係を示すタイムチャートである。 図１の絶縁状態検出ユニットの故障検出動作を行うタイミングを示すタイムチャートである。 図１の絶縁状態検出ユニットに設ける電荷供給回路を示す回路図である。 図１のマイコンがＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがい実行する図１の絶縁状態検出ユニットの故障検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、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絶縁状態検出ユニットを示す回路図である。本実施形態の絶縁状態検出ユニットは、車両（図示せず）の車体等の接地電位部から絶縁された直流電源Ｂの正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎにおける地絡や絶縁状態を検出するユニットである。

図１中引用符号ＲLpは正端子側の地絡抵抗、ＲLnは負端子側の地絡抵抗であり、それぞれ、正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎに地絡が発生した場合の仮想抵抗である。

主回路配線１ｐ，１ｎの地絡や絶縁状態を検出する絶縁状態検出ユニット１０は、フライングキャパシタＣ１を含む地絡検出回路１１と、フライングキャパシタＣ１の充電電圧や放電電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路１３と、サンプルホールド回路１３のホールド値を検出してフライングキャパシタＣ１の充電電圧や放電電圧を測定するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）１５とを有している。フライングキャパシタＣ１は、本実施形態では、セラミックスコンデンサを用いている。

地絡検出回路１１は、フライングキャパシタＣ１の他、フライングキャパシタＣ１を直流電源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をマイコン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。フライングキャパシタＣ１とスイッチＳ１，Ｓ２との間には、抵抗Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ直列に接続されている。

なお、後述するマイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧や放電電圧を測定する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ１，Ｒ２には、同じ値の高い抵抗値の抵抗が使用される。

サンプルホールド回路１３は、図２の回路図に示すように、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に一端が接続されたスイッチＳａと、このスイッチＳａの一端と接地電位部との間に接続された読込用コンデンサＣａと、スイッチＳａの他端とスイッチＳ３との間に直列接続される抵抗Ｒａとを有している。

読込用コンデンサＣａは、スイッチＳａが閉じている間、抵抗Ｒ５を介してスイッチＳａの一端に現れる電位で充電される。

マイコン１５は直流電源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、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。地絡検出回路１１の各スイッチＳ１〜Ｓ４，Ｓａとサンプルホールド回路１３のスイッチＳａとは、例えば光ＭＯＳＦＥＴで構成されており、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の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１はサンプルホールド回路１３を介してスイッチＳ３と接続されている。サンプルホールド回路１３とスイッチＳ３との接続点は、抵抗Ｒ４を介して接地されており、スイッチＳ４と接地電位部との間には、抵抗Ｒ５が接続されている。また、フライングキャパシタＣ１の一端（図１中上方の極）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Ｘが接続されている。

電流方向切替回路Ｘは並列回路であり、その一つは、スイッチＳ１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、他の一つは、スイッチ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Ｄ１で構成され、最後の一つは、フライングキャパシタＣ１の一端からスイッチＳ３に向けて順方向となるダイオードＤ２と抵抗Ｒ３の直列回路で構成されている。

次に、上述した絶縁状態検出ユニット１０において、地絡や絶縁状態を検出する際の手順について説明する。まず、マイコン１５の制御により、予め決定しておいた予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４，Ｓａをオフさせる。ここで、予定時間とは、フライングキャパシタＣ１が完全に充電されるのに要する時間よりも短い時間である。

これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、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（図１中上方の極）、他端（同下方の極）、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第１充電回路と称する。

そして、この第１充電回路において、フライングキャパシタＣ１を直流電源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の正極が、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ３、及び、スイッチＳ３を介してサンプルホールド回路１３に接続され、負極がスイッチＳ４、及び、抵抗Ｒ５を介して接地電位部に接続される。これにより、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

また、図３のタイムチャートに示すように、スイッチＳ３，Ｓ４のオンと同時（Ｔ１の時点）に、マイコン１５の制御により、サンプルホールド回路１３のスイッチＳａを短時間（Ｔ１〜Ｔ２の期間、例えば、２００〜３００μｓ）オンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を抵抗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で、読込用コンデンサＣａが充電される。

ところで、フライングキャパシタＣ１の放電開始時には、直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量でフライングキャパシタＣ１が充電された状態にある。そのため、フライングキャパシタＣ１の放電開始直後にその放電電圧で充電される読込用コンデンサＣａには、直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量のうち、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比に応じた電荷量が蓄積されることになる。

そして、マイコン１５の制御によりサンプルホールド回路１３のスイッチＳａをオフさせると（Ｔ２の時点）、読込用コンデンサＣａの充電電圧を分圧した電位が、サンプルホールド回路１３を介してマイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されて測定される。そこで、この測定値と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比と、抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧比とから、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Ｖｃ１をマイコン１５で測定させる。

なお、サンプルホールド回路１３のスイッチＳａをオフさせた後、フライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１を測定している間も、スイッチＳ３，Ｓ４はオンされたままであるので、フライングキャパシタＣ１は引き続き放電状態にある。

さらに、フライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１の測定終了後（Ｔ３の時点）、マイコン１５の制御により、サンプルホールド回路１３のスイッチＳａをオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１と読込用コンデンサＣａとを放電状態とする。それぞれを完全に放電させた時点で（Ｔ４の時点）、マイコン１５の制御により、スイッチＳ３，Ｓ４，Ｓａをオフさせる。

そして、フライングキャパシタＣ１と読込用コンデンサＣａとを完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３をオフさせる。

これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、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Ｒ５、（接地電位部、）負端子側の地絡抵抗ＲLn、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第２充電回路と称する。

そして、この第２充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、負端子側の地絡抵抗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をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせ（図３のＴ１の時点）、かつ、サンプルホールド回路１３のスイッチＳａを短時間（図３のＴ１〜Ｔ２の期間、例えば、２００〜３００μｓ）オンさせる。

その後、マイコン１５の制御によりサンプルホールド回路１３のスイッチＳａを再びオンさせるまでの間（図３のＴ２〜Ｔ３の期間）、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Ｖｃ１の測定の際と同様にして、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−をマイコン１５で測定させる。

そして、フライングキャパシタＣ１と読込用コンデンサＣａとを完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ２，Ｓ３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、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、正端子側の地絡抵抗ＲLp、（接地電位部、）抵抗Ｒ４、スイッチＳ３、ダイオードＤ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第３充電回路と称する。

そして、この第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、正端子側の地絡抵抗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（図３のＴ１の時点）、かつ、サンプルホールド回路１３のスイッチＳａを短時間（図３のＴ１〜Ｔ２の期間、例えば、２００〜３００μｓ）オンさせる。

その後、マイコン１５の制御によりサンプルホールド回路１３のスイッチＳａを再びオンさせるまでの間（図３のＴ２〜Ｔ３の期間）、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Ｖｃ１の測定の際や、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−の測定の際と同様にして、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋をマイコン１５で測定させる。そして、フライングキャパシタＣ１と読込用コンデンサＣａとを完全に放電させる。

ところで、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Ｖｃ１、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−、及び、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋と、正端子側の地絡抵抗ＲLpと負端子側の地絡抵抗ＲLnとの並列合成抵抗値Ｒ＝（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）との間には、下記関係式
（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）＝｛（Ｖｃ１＋）＋（Ｖｃ１−）｝／Ｖｃ１
なる関係がある。

そこで、マイコン１５は、上記の関係式を用いて正端子側と負端子側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出することができる。

なお、本実施形態の地絡検出回路１１でフライングキャパシタＣ１として用いているセラミックスコンデンサは、ＤＣバイアスによって静電容量が大きく変わる。また、絶縁状態検出ユニット１０の環境温度やフライングキャパシタＣ１として用いているセラミックスコンデンサの特性の個体差等によっても、静電容量が大きく変わる。

そこで、これらの静電容量変化の影響を排除するために、マイコン１５による各充電電圧Ｖｃ１，Ｖｃ１−，Ｖｃ１＋の測定手順を変更してもよい。以下、その測定手順について説明する。

フライングキャパシタＣ１の静電容量が正常時よりも下がると、フライングキャパシタＣ１を一定時間充電した場合の充電量が正常時よりも高くなり、フライングキャパシタＣ１の放電量が、放電開始からしばらくの間は高くなる。

一方、フライングキャパシタＣ１の静電容量が正常時よりも上がると、フライングキャパシタＣ１を一定時間充電した場合の充電量が正常時よりも低くなり、フライングキャパシタＣ１の放電量が、放電開始からしばらくの間は低くなる。

放電開始からしばらく経過すると、フライングキャパシタＣ１の放電が飽和に近づくので、フライングキャパシタＣ１の静電容量が正常時より上下していても、それ以降のフライングキャパシタＣ１の放電量には大きな差は生じない。

即ち、フライングキャパシタＣ１の静電容量特性のばらつきによる充電量の変動は大きいが、フライングキャパシタＣ１の放電開始からしばらくの間経過した時点における放電電圧のばらつきは小さくなる。具体的には、フライングキャパシタＣ１を一定時間（ｔ１）充電した後に放電した場合の放電開始時点における放電電圧ＶＤ１と、フライングキャパシタＣ１の放電開始から時間ｔ２が経過した時点における放電電圧ＶＤ２とは、下式
ＶＤ１＝Ｖ０×（１−ｅｘｐ^{−｛ｔ１／（Ｃ１×ａ×ＲＣ）｝}）
ＶＤ２＝Ｖ０×（ｅｘｐ^{−｛ｔ２／（Ｃ１×ａ×ＲＤ）｝}）
但し、Ｖ０：充電電圧
Ｃ１：フライングキャパシタＣ１の静電容量
ＲＣ：充電抵抗値
ＲＤ：放電抵抗値
ａ：フライングキャパシタＣ１の静電容量のばらつき係数（正常時の静電容量 に対する比）
によって表される。

上式から明らかなように、フライングキャパシタＣ１の静電容量が下がる方向にばらつきが生じた場合、放電開始時点の放電電圧ＶＤ１は高くなる。また、放電開始から時間ｔ２が経過した時点の放電電圧ＶＤ２も高くなる。反対に、フライングキャパシタＣ１の静電容量が上がる方向にばらつきが生じた場合、放電開始時点の放電電圧ＶＤ１は低くなる。また、放電開始から時間ｔ２が経過した時点の放電電圧ＶＤ２も低くなる。

このように、フライングキャパシタＣ１の静電容量が正常時に対して上下したときに、フライングキャパシタの充電量が正常時に対して高低した分は、フライングキャパシタＣ１の放電量が放電開始からしばらくの間高低することで打ち消されるものと考えられる。

したがって、フライングキャパシタＣ１の放電電圧からフライングキャパシタＣ１を一定時間充電した際の充電電圧を求める場合、放電電圧ＶＤ２を用いた下式
Ｖ０＝ＶＤ２／｛（ｔ２とＣ１×ＲＤとによる放電割合）×（ｔ１とＣ１×ＲＣとによる充電割合）｝・・・（式１）
但し、放電割合：放電後の電荷残存率
充電割合：充電後の電荷残存率
によって充電電圧Ｖ０を求める方が、放電電圧ＶＤ１を用いた下式
Ｖ０＝ＶＤ１／（ｔ１とＣ１×ＲＣとによる充電割合）・・・（式２）
によって充電電圧Ｖ０を求めるよりも、精度が高くなる。

そこで、フライングキャパシタＣ１の放電開始からしばらくの間経過した後に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４，Ｓａをオンさせる（図３のＴ１の時点）。そして、短時間後にマイコン１５の制御によりスイッチＳａをオフさせるまでの間（図３のＴ１〜Ｔ２の期間）に充電された読込用コンデンサＣａの充電電圧を分圧した電位を、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１の入力から測定し、これに基づいて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で測定する。

このようにして、フライングキャパシタＣ１の各充電電圧Ｖｃ１，Ｖｃ１−，Ｖｃ１＋を、フライングキャパシタＣ１の放電開始からしばらくの間経過した後に測定した放電電圧ＶＤ２から求めるようにしてもよい。また、直流電源Ｂの電源電圧に応じた電荷量で充電されたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１を、上述した放電電圧ＶＤ２から求め、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−や、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋を、放電開始時点における放電電圧ＶＤ１から求めるようにしてもよい。

なお、フライングキャパシタＣ１の放電が飽和に近づくペースは、フライングキャパシタＣ１の静電容量によって異なる。したがって、静電容量が正常ではないフライングキャパシタＣ１の放電量が正常な静電容量のフライングキャパシタＣ１の放電量と大きく変わらなくなる時点（放電開始からしばらくの間経過した時点）は、静電容量が正常であるときよりも上か下かによって異なる。

そこで、静電容量が正常ではないフライングキャパシタＣ１の放電量が正常な静電容量のフライングキャパシタＣ１の放電量と大きく変わらなくなる時点の、静電容量が正常であるときよりも上である場合と下である場合との平均を求めて、その平均した時点を、放電電圧ＶＤ２を測定する時点とするようにしてもよい。

次に、本実施形態の絶縁状態検出ユニット１０が故障検出動作を行うタイミングについて、図４のタイムチャートを参照して説明する。まず、絶縁状態検出ユニット１０においては、直流電源Ｂの電圧を測定するために、まず、スイッチＳ１，Ｓ２のオンにより、第１充電回路においてフライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する。

続いて、スイッチＳ３，Ｓ４のオンによりフライングキャパシタＣ１を放電させ、その少し後にスイッチＳａをオンして、フライングキャパシタＣ１の放電開始直後の放電電圧により読込用コンデンサＣａを充電する。その後短時間のうちにスイッチＳａのみをオフさせ、この状態で、読込用コンデンサＣａの充電電圧に応じた電位を、直流電源Ｂの電圧に応じた電位としてマイコン１５により測定する（通常計測）。

さらにその後、スイッチＳａを再びオンさせて、スイッチＳ３，Ｓ４と共にオフさせるまでの間、読込用コンデンサＣａを放電させる。

ところで、通常計測においてマイコン１５により測定した、読込用コンデンサＣａの充電電圧に応じた電位は、絶縁状態検出ユニット１０が正常な状態であれば０Ｖよりも大きい値であるはずである。したがって、通常計測の結果が０Ｖであるとすると、絶縁状態検出ユニット１０のどこかで故障が生じているものと考えられる。

そこで、本実施形態の絶縁状態検出ユニット１０では、図５の回路図に示すように、サンプルホールド回路１３の読込用コンデンサＣａを必要に応じて充電する電荷供給回路１７を設けている。この電荷供給回路１７は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor 電界効果トランジスタ）等で構成される半導体スイッチＳｂとプルアップ抵抗Ｒｐとを介して、読込用コンデンサＣａとマイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１との接続点の電位を、必要に応じて所定の電位にプルアップする。

そして、通常計測の結果が０Ｖである場合にマイコン１５は、上述した電荷供給回路１７を地絡検出回路１１及びサンプルホールド回路１３と共に制御して、絶縁状態検出ユニット１０の故障検出動作を行う。

次に、マイコン１５がＲＯＭ（図示せず）に記憶された故障検出処理プログラムにしたがい絶縁状態検出ユニット１０の故障検出処理を実行する際の手順を、図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、マイコン１５は、通常計測を行ったか否かを確認する（ステップＳ１）。行ったことを確認したならば（ステップＳ１でＹＥＳ）、計測結果が０Ｖであるか否かを確認し（ステップＳ３）、０Ｖでない場合は（ステップＳ３でＮＯ）、一連の処理を終了する。一方、０Ｖである場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、スイッチ故障判定（地絡判定）とフライングキャパシタＣ１の放電処理とが終了したか否かを確認する（ステップＳ５）。

ここで、スイッチ故障判定処理は、図４のタイムチャートで破線の枠で囲んだタイミングにおいて実行する。このスイッチ故障判定処理では、先に説明したような手順で、第２充電回路や第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１を負端子側の地絡抵抗ＲLnや正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する。そして、フライングキャパシタＣ１の放電により読込用コンデンサＣａを充電し、読込用コンデンサＣａの充電電圧に応じた電位を、負端子側の地絡抵抗ＲLnや正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−，Ｖｃ１＋としてマイコン１５により測定する。

そして、マイコン１５は、測定した充電電圧Ｖｃ１−，Ｖｃ１＋を用い、上述した関係式を用いる等して、正端子側と負端子側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出する。したがって、本実施形態では、請求項中の充電電圧検出手段と充電電圧検出手段とが、マイコン１５によって構成されている。

スイッチ故障判定（地絡判定）とフライングキャパシタＣ１の放電処理とが終了したならば（ステップＳ５でＹＥＳ）、マイコン１５は、半導体スイッチＳｂを短時間オンさせて、電荷供給回路１７により読込用コンデンサＣａを充電する（ステップＳ７）。そして、電荷供給回路１７による充電後に、マイコン１５は、第１充電回路においてフライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する（ステップＳ９）。

さらに、第１充電回路による充電後に、マイコン１５は、故障計測１（図４参照）を実行する（ステップＳ１１）。この故障計測１では、マイコン１５は、スイッチＳ１〜Ｓ４，Ｓａのオフ状態で、読込用コンデンサＣａの充電電圧に応じた電位を測定する。そして、計測結果が０Ｖであるか否かを確認する（ステップＳ１３）。

計測結果が０Ｖである場合は（ステップＳ１３でＹＥＳ）、マイコン１５は、電荷供給回路１７により充電した読込用コンデンサＣａが、スイッチＳａがオフであるにもかかわらず放電したものとして、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１の入力部の故障（例えば、読込用コンデンサＣａのオープン故障、故障（１））と判定する（ステップＳ１５）。そして、一連の処理を終了する。

一方、計測結果が０Ｖでない場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、マイコン１５は、フライングキャパシタＣ１の放電を開始する（ステップＳ１７）。そして、少し遅れて、読込用コンデンサＣａの充電を開始し（ステップＳ１９）、故障計測２（図４参照）を実行する（ステップＳ２１）。

この故障計測２では、マイコン１５は、スイッチＳ３，Ｓ４，Ｓａのオン状態で、読込用コンデンサＣａの充電電圧に応じた電位を測定する。そして、計測結果が０Ｖであるか否かを確認する（ステップＳ２３）。

計測結果が０Ｖである場合は（ステップＳ２３でＹＥＳ）、マイコン１５は、フライングキャパシタＣ１の放電電圧（充電電圧）により充電した読込用コンデンサＣａが、オン状態のスイッチＳａを介して放電したものとして、地絡検出回路１１側（例えば、主回路配線１ｐ，１ｎの断線、故障（２））と判定する（ステップＳ２５）。そして、一連の処理を終了する。

一方、計測結果が０Ｖでない場合は（ステップＳ２３でＮＯ）、マイコン１５は、読込用コンデンサＣａの充電を終了し（ステップＳ２７）、通常計測を行ったか否かを確認する（ステップＳ２９）。通常計測を行ったことを確認したならば（ステップＳ２９でＹＥＳ）、計測結果が０Ｖであるか否かを確認する（ステップＳ３１）。

計測結果が０Ｖである場合は（ステップＳ３１でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。一方、０Ｖでない場合は（ステップＳ３１でＮＯ）、マイコン１５は、読込用コンデンサＣａの放電が一切行われていないものとして、ピークホールド回路１３内のオープン故障（例えば、スイッチＳａのオープン故障、故障（３））と判定する（ステップＳ３３）。そして、一連の処理を終了する。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図６のフローチャートにおけるステップＳ１及びステップＳ２９（で共にＹＥＳの場合）の処理と、通常計測を実行するのに関与する地絡検出回路１１やサンプルホールド回路１３の各構成要素とによって、請求項中のホールド値測定手段が構成されている。

また、本実施形態では、図６中のステップＳ７の処理が、請求項中の検査用充電手段に対応する処理となっている。さらに、本実施形態では、図６中のステップＳ１１及びステップＳ２１の処理が、請求項中の検査用測定手段に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図６中のステップＳ１５、ステップＳ２５、及び、ステップＳ３３が、請求項中の故障検出手段に対応する処理となっている。

このように構成された本実施形態の絶縁状態検出ユニット１０によれば、フライングキャパシタＣ１の放電開始直後の放電電圧をピーク値としてピークホールド回路１３の読込用コンデンサＣａに充電し、その充電電圧をマイコン１５で測定する構成とする上で、次のような構成を採用した。

即ち、マイコン１５で測定した読込用コンデンサＣａの充電電圧がゼロ（０Ｖ）であった場合に、読込用コンデンサＣａを放電させた後に電荷供給回路１７により読込用コンデンサＣａを所定の電位に充電したときと、その後に読込用コンデンサＣａをフライングキャパシタＣ１の放電回路から絶縁したときと、その後にフライングキャパシタＣ１の放電開始直後の放電電圧により読込用コンデンサＣａを充電したときに、それぞれ読込用コンデンサＣａの充電電圧をマイコン１５で測定するようにした。

そして、各時点における読込用コンデンサＣａの充電電圧の測定値のパターンによって、絶縁状態検出ユニット１０の故障箇所を特定するようにした。

このため、ピークホールド回路１３を用いた絶縁状態検出を行うのに当たり、絶縁状態検出ユニット１０の故障箇所の有無を特定して、説エッ状態検出の精度を高めることができる。

１ｎ 主回路配線
１ｐ 主回路配線
１０ 絶縁状態検出ユニット
１１ 地絡検出回路
１３ サンプルホールド回路
１５ マイクロコンピュータ
１７ 電荷供給回路
Ａ／Ｄ１ Ａ／Ｄ変換ポート
Ｂ 直流電源
Ｃ１ フライングキャパシタ
Ｃａ 読込用コンデンサ
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
ＲLn 負端子側の地絡抵抗
ＲLp 正端子側の地絡抵抗
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
Ｒａ 抵抗
Ｒｐ プルアップ抵抗
Ｓ１ スイッチ
Ｓ２ スイッチ
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ
Ｓａ スイッチ
Ｓｂ 半導体スイッチ
Ｘ 電流方向切替回路

Claims (3)

1. 接地電位部から絶縁した直流電源の電源電圧に応じた電荷量でフライングキャパシタが充電されるときの充電電圧と、前記直流電源の絶縁抵抗を含む前記直流電源の絶縁抵抗測定回路による前記フライングキャパシタの充電電圧とに基づいて、前記直流電源の絶縁状態を検出する絶縁状態検出ユニットであって、
   前記フライングキャパシタの放電開始時点で該フライングキャパシタの放電回路に選択的に接続され、前記フライングキャパシタの放電電圧のピーク値に相当する電位でホールド用コンデンサを充電して該電位をホールドするピークホールド回路と、
   前記フライングキャパシタの放電開始後に、前記ピークホールド回路を前記放電回路から電気的に絶縁した状態で、該ピークホールド回路がホールドした電位を測定するホールド値測定手段と、
   前記ホールド値測定手段の測定値に基づいて、前記フライングキャパシタの充電電圧を検出する充電電圧検出手段と、
   前記ホールド値測定手段による前記ピークホールド回路のホールド電位がゼロであるときに、前記放電回路から電気的に絶縁した状態で、前記ホールド用コンデンサを所定の電位で充電させる検査用充電手段と、
   前記検査用充電手段による充電後に、前記ホールド用コンデンサの充電電圧を測定する検査用測定手段と、
   前記ホールド値測定手段及び前記検査用測定手段の各測定値に基づいて、故障箇所を検出する故障検出手段と、
   を備えることを特徴とする絶縁状態検出ユニット。
2. 前記検査用測定手段は、前記検査用充電手段による充電後に、前記ホールドコンデンサを前記放電回路から電気的に絶縁した状態と接続した状態との双方で、前記ホールド用コンデンサの充電電圧をそれぞれ測定することを特徴とする請求項１記載の絶縁状態検出ユニット。
3. 前記故障検出手段は、前記検査用測定手段の測定値と、該測定値の前記検査用測定手段による測定の前後に前記ホールド値測定手段がそれぞれ測定した各測定値とに基づいて、故障箇所を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁状態検出ユニット。

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