JP2017062168A - 漏電検知回路 - Google Patents

Abstract

【課題】漏電検知回路において、絶縁抵抗の抵抗値が検出抵抗の抵抗値と比較して十分に大きい場合であっても、絶縁抵抗の抵抗値の経時変化を測定する。【解決手段】発振回路２と直流電源ＰのグランドラインＬｇに接続されるカップリングコンデンサＣとの間に接続される検出抵抗Ｒ１と、検出抵抗Ｒ１にかかる電圧の振幅値によりグランドラインＬｇに設けられる絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の低下を検知する検知部５と、カップリングコンデンサＣと検出抵抗Ｒ１との接続点に接続される分圧抵抗Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ２に接続されるスイッチＳＷとを備えて漏電検知回路１を構成し、検知部５は、スイッチＳＷをオンさせて検出抵抗Ｒ１にかかる電圧を分圧抵抗Ｒ２により分圧し、その分圧した電圧により絶縁抵抗Ｒｇの経時変化を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、漏電検知回路に関する。

漏電検知回路として、例えば、車両に搭載される直流電源のグランドラインと車両のボディアースとの間に仮想的に設けられる絶縁抵抗にカップリングコンデンサを介して検出抵抗を接続し、その検出抵抗にかかるパルス電圧の振幅値が閾値以下のとき、絶縁抵抗の抵抗値が小さくなっていることを、すなわち、漏電が発生していることを検知部で検知するものがある。例えば、特許文献１〜３参照。

ところで、絶縁抵抗の抵抗値の経時変化を測定することが可能な場合、その測定結果を用いて、例えば、漏電が発生するタイミングを予測することが考えられる。

特開２０１３−１９５１３６号公報 特開２０１４−０９５６２８号公報 特開２０１２−０３７２７８号公報

しかしながら、絶縁抵抗の抵抗値が検出抵抗の抵抗値と比較して十分に大きく、検知部に入力される電圧の振幅値が、検知部で認識可能な入力電圧の上限値またはその上限値付近になり、検知部で認識される電圧の振幅値の変動幅が小さくなる場合では、その電圧の振幅値の変動幅を用いて絶縁抵抗の抵抗値の経時変化を測定することが難しくなってしまう。

本発明の一側面に係る目的は、絶縁抵抗の抵抗値が検出抵抗の抵抗値と比較して十分に大きい場合であっても、絶縁抵抗の抵抗値の経時変化を測定することが可能な漏電検知回路を提供することである。

本発明に係る一つの形態である漏電検知回路は、直流電源のグランドラインに設けられた絶縁抵抗の抵抗値の低下を検知する漏電検知回路であって、発振回路とグランドラインに接続されるカップリングコンデンサとの間に接続される検出抵抗と、検出抵抗にかかる電圧の振幅値により前記絶縁抵抗の抵抗値の低下を検知する検知部と、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点に接続される分圧抵抗と、分圧抵抗に接続されるスイッチとを備える。検知部は、スイッチをオンさせて検出抵抗にかかる電圧を分圧抵抗により分圧し、その分圧した電圧により絶縁抵抗の経時変化を測定する。

本発明によれば、漏電検知回路において、絶縁抵抗の抵抗値が検出抵抗の抵抗値と比較して十分に大きい場合であっても、絶縁抵抗の抵抗値の経時変化を測定することができる。

実施形態の漏電検知回路の一例を示す図である。 絶縁抵抗の抵抗値と検知部に入力される電圧の振幅値との関係の一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の漏電検知回路の一例を示す図である。
図１に示す直流電源Ｐは、例えば、直列接続される複数の電池（例えば、リチウムイオン電池）により構成される高圧バッテリであって、ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載され、走行用モータを駆動するインバータ回路などの負荷Ｌｏに電力を供給する。

図１に示す漏電検知回路１は、直流電源Ｐのマイナス端子に接続されるグランドＧＮＤ（グランドライン）と車両のボディアースＥとの間に仮想的に設けられる絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の低下を検知するものであって、ボディアースＥに接続される発振回路２と、グランドＧＮＤに接続されるカップリングコンデンサＣと、発振回路２とカップリングコンデンサＣとの間に接続される検出抵抗Ｒ１と、フィルタ３と、自己診断回路４と、検知部５とを備える。

発振回路２は、パルス状の電圧（パルス電圧）を検出抵抗Ｒ１に出力する。
フィルタ３は、例えば、ローパスフィルタやバンドパスフィルタであり、検出抵抗Ｒ１にかかるパルス電圧に含まれるノイズ（高周波成分など）を除去し、ノイズ除去後のパルス電圧を検知部５に出力する。

自己診断回路４は、分圧抵抗Ｒ２と、スイッチＳＷとを備える。分圧抵抗Ｒ２の一方の端子は、カップリングコンデンサＣと検出抵抗Ｒ１との接続点に接続され、分圧抵抗Ｒ２の他方の端子は、スイッチＳＷの一方の端子に接続され、スイッチＳＷの他方の端子はボディアースＥに接続されている。スイッチＳＷがオンするとともに、発振回路２からパルス電圧が出力されると、分圧抵抗Ｒ２がカップリングコンデンサＣ及びスイッチＳＷを介して絶縁抵抗Ｒｇに並列接続され、検出抵抗Ｒ１にかかるパルス電圧が絶縁抵抗Ｒｇと分圧抵抗Ｒ２とにより分圧され、その分圧後のパルス電圧がフィルタ３を介して検知部５に入力される。なお、スイッチＳＷは、例えば、半導体リレーや機械式リレーにより構成される。

検知部５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などにより構成される演算部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される記憶部とを備えて構成される。

また、検知部５は、漏電が発生しているか否かを検知しない通常モードから漏電が発生しているか否かを検知する漏電検知モードに移行すると、スイッチＳＷをオフさせるとともに、発振回路２からパルス電圧を出力させ、検出抵抗Ｒ１にかかる電圧の振幅値（例えば、波高値）により、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の低下を検知する。例えば、検知部５は、図２に示すように、入力される電圧の振幅値（実線）が閾値Ｖｔｈ以下である場合、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が低下していることを、すなわち、漏電が発生していることを検知し、入力される電圧の振幅値（実線）が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が低下していないことを、すなわち、漏電が発生していないことを検知する。なお、図２に示すグラフの横軸（絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値）及び縦軸（検知部５に入力される電圧の振幅値（例えば、波高値））は対数目盛で示されているものとする。

また、検知部５は、通常モードから検出抵抗Ｒ１が異常であるか否かを診断するための自己診断モードに移行すると、スイッチＳＷをオンさせるとともに、発振回路２からパルス電圧を出力させて、検出抵抗Ｒ１にかかる電圧を分圧抵抗Ｒ２により分圧し、その分圧した電圧により検出抵抗Ｒ１に異常（短絡異常またはオープン異常）が発生しているか否かを診断する。

また、検知部５は、通常モードから絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の経時変化を測定するための経時変化測定モードに移行すると、スイッチＳＷをオンさせるとともに、発振回路２からパルス電圧を出力させ、入力される電圧の振幅値（例えば、波高値）により絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の経時変化を測定する。例えば、図２に示す破線は、スイッチＳＷがオンしているとともに、発振回路２からパルス電圧が出力している場合で、かつ、検出抵抗Ｒ１に異常が発生していない場合における、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値と検知部５に入力される電圧の振幅値との関係の一例を示している。そして、その関係を示す情報は、不図示の記憶部に予め記憶されているものとする。検知部５は、その記憶部に記憶されている情報を参照して、前回の経時変化測定モードにおいて、検知部５に入力された電圧の振幅値Ｖ１に対応する絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を取得するとともに、今回の経時変化測定モードにおいて、検知部５に入力された電圧の振幅値Ｖ２に対応する絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を取得し、それら抵抗値の差Ｒｄを、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の経時変化とする。なお、通常モードから経時変化測定モードへの移行は、例えば、車両のイグニッションがオンするタイミングと同期しているものとする。

図２に示す例では、漏電検知モードにおいて、検知部５に入力される電圧の振幅値（実線）が閾値Ｖｔｈ以下であるか否かを精度良く判断するため、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が検出抵抗Ｒ１と同じような値になるとき、検知部５に入力される電圧の振幅値が、検知部５で認識可能な入力電圧の上限値（例えば、検知部５の入力段に設けられるＡＤ変換器のダイナミックレンジの上限値）よりも小さくなるように、検出抵抗Ｒ１の抵抗値が設定されている（不飽和領域）。そのため、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が検出抵抗Ｒ１の抵抗値に比べて十分に大きい場合では、検知部５に入力される電圧の振幅値（実線）が、検知部５で認識可能な入力電圧の上限値またはその上限値付近にはりつき、検知部５で認識される電圧の振幅値の変動幅が小さくなるため、その電圧の振幅値の変動幅を用いて絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の経時変化を測定することが難しくなってしまう（飽和領域）。

そこで、実施形態の漏電検知回路１では、経時変化測定モードにおいて、スイッチＳＷをオンさせて検出抵抗Ｒ１にかかるパルス電圧を分圧抵抗Ｒ２により分圧し、その分圧した電圧（破線）により、絶縁抵抗Ｒｇの経時変化を測定している。すなわち、経時変化測定モードにおいて、スイッチＳＷをオンさせて検知部５に入力される電圧の振幅値を、検知部５で認識可能な上限値よりも小さい値にレベルシフトすることで、検知部５で認識される電圧の振幅値の変動幅が小さくなることを抑えている。これにより、検知部５に入力される電圧の振幅値の変動幅を検知部５で精度良く認識することができるため、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が検出抵抗Ｒ１の抵抗値と比較して十分に大きい場合であっても、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値の経時変化を測定することができる。

また、実施形態の漏電検知回路１は、自己診断回路４の分圧抵抗Ｒ２及びスイッチＳＷを、経時変化測定モードで流用しているため、経時変化測定モード用の分圧抵抗及びスイッチを新たに備える必要がなく、その分コストを低減することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 漏電検知回路
２ 発振回路
３ フィルタ
４ 自己診断回路
５ 検知部
Ｐ 直流電源
Ｌｏ 負荷
ＧＮＤ グランド
Ｅ ボディアース
Ｒｇ 絶縁抵抗
Ｃ カップリングコンデンサ
ＳＷ スイッチ
Ｒ１ 検出抵抗
Ｒ２ 分圧抵抗

Claims (3)

1. 直流電源のグランドラインに設けられた絶縁抵抗の抵抗値の低下を検知する漏電検知回路であって、
   発振回路と前記グランドラインに接続されるカップリングコンデンサとの間に接続される検出抵抗と、
   前記検出抵抗にかかる電圧の振幅値により前記絶縁抵抗の抵抗値の低下を検知する検知部と、
   前記カップリングコンデンサと前記検出抵抗との接続点に接続される分圧抵抗と、
   前記分圧抵抗に接続されるスイッチと、
   を備え、
   前記検知部は、前記スイッチをオンさせて前記検出抵抗にかかる電圧を前記分圧抵抗により分圧し、その分圧した電圧により前記絶縁抵抗の経時変化を測定する
   ことを特徴とする漏電検知回路。
2. 請求項１に記載の漏電検知回路であって、
   前記検知部は、前記検出抵抗にかかる電圧の振幅値が、前記検知部で認識可能な入力電圧の上限値またはその上限値付近にはりつく飽和領域において、前記スイッチをオンさせて前記検出抵抗にかかる電圧を前記分圧抵抗により分圧し、その分圧した電圧により前記絶縁抵抗の経時変化を測定する
   ことを特徴とする漏電検知回路。
3. 請求項１に記載の漏電検知回路であって、
   前記検知部は、前記スイッチをオンさせて前記検出抵抗にかかる電圧を前記分圧抵抗により分圧し、その分圧した電圧により前記検出抵抗に異常が発生しているか否かを診断する
   ことを特徴とする漏電検知回路。
   

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