JP5613408B2 - 絶縁計測装置 - Google Patents
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Description
V10×R13/(R12+R13+R14)
として、第6の抵抗R16を通って判定制御部130(入力ポートAD)に入力され計測される。なお、第6の抵抗R16と入力ポートADの間の経路途中に、第3のダイオードD13のカソードが接続され、その第3のダイオードD13のアノードは接地電位に接続されている。計測が終了したら、第3のスイッチSW13がオフされるとともに放電用スイッチである第5のスイッチSW15がオンされて(図2のT12)、キャパシタC11の電荷は第5の抵抗R15及び第4のスイッチSW14の第4の抵抗R14を通り放電される(図2のT12〜T13)。放電が終了すると(図2のT13)、第4のスイッチSW14がオフとなる。
VC11×R13/(R12+R13+R14)
として、第6の抵抗R16を通って判定制御部130に入力され計測される。計測が終了したら、第3のスイッチSW13がオフされるとともに第5のスイッチSW15がオンされて、キャパシタC11の電荷は第5の抵抗R15及び第4の抵抗R14を通り放電される。
VC12×R13/(R12+R13+R14)
として、第6の抵抗R16を通って判定制御部130に入力され計測される。計測が終了したら、第3のスイッチSW13がオフされるとともに第5のスイッチSW15がオンされてキャパシタC11の電荷は第5の抵抗R15及び第4の抵抗R14を通り放電される。
また、前記制御手段は、前記第2のキャパシタに設定された電圧を読み込んだ後、前記スイッチ手段をオンして前記第2のキャパシタに設定された電圧に対応する電荷を放電してもよい。
本発明の別の態様は、絶縁計測装置に関する。この絶縁計測装置は、電源電圧と、正極側地絡抵抗電圧と、負極側地絡抵抗電圧とが設定されるフライングキャパシタを用いて絶縁状態を計測する絶縁計測装置であって、前記フライングキャパシタである第1のキャパシタを備える計測回路と、前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込み絶縁状態を判定するとともに、前記電源電圧と、前記正極側地絡抵抗電圧と、前記負極側地絡抵抗電圧とを前記第1のキャパシタに設定するときの経路構成を制御する制御手段と、前記計測回路と前記制御手段との間の経路と、接地との間に設けられ、前記第1のキャパシタに電圧が設定されるときに電圧が設定される第2のキャパシタとを備え、前記制御手段は、前記第2のキャパシタに設定された電圧を読み込む動作を開始するときに、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの電荷を放電する経路を構成し、絶縁状態を計測する際に、前記第2のキャパシタに設定された電圧の計測期間中における放電に伴う電圧の低下を補償し、前記計測回路において、前記第1のキャパシタの電荷を放電するように制御された経路の抵抗値が、前記電圧の読み込み期間において前記第1のキャパシタに設定された電圧に対応した電荷が前記第2のキャパシタの電圧計測期間が終了するまでに放電可能に設定されている。
また、前記制御手段は、前記第1のキャパシタに電圧を設定する際に、前記第1のキャパシタがフル充電しない第1の所定時間だけ充電した後に、第2の所定時間だけ放電し、
前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込み前記第1のキャパシタがフル充電したときに設定される電圧を算定するときに、前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込んだ値に対して、前記第1の所定時間における充電率と前記第2の所定時間の放電率とを反映させることで前記第1のキャパシタがフル充電したときに設定される電圧を算出してもよい。
また、前記第2の所定時間は、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの電圧推移と仕様誤差プラス最大のプラスバラツキ品を使用したと仮定したときの電圧推移とが一致する第1の一致点までの放電開始からの時間であってもよい。
また、前記第2の所定時間は、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差マイナス最大のマイナスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する第2の一致点までの放電開始からの時間であってもよい。
また、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差プラス最大のプラスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する点を第1の一致点とし、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差マイナス最大のマイナスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する点を第2の一致点としたときにおいて、前記第2の所定時間は、放電開始から前記第1の一致点と前記第2の一致点との間の点までに設定されてもよい。
また、前記第1のキャパシタは、セラミックスコンデンサまたはフィルムコンデンサであってもよい。
図3は、本実施形態に係る絶縁計測回路10の構成を示す回路図である。図示のように、絶縁計測回路10は、検出回路20と判定制御部30とから構成され、検出回路20に接続される高圧の電源Vの絶縁状態を調べることで漏電を検知する。ここでは、電源Vの正極側の絶縁抵抗である正極側地絡抵抗RLpと負極側の絶縁抵抗である負極側地絡抵抗RLnの絶縁状態を検知する。
まず、AD読み込みの処理に先立ち、判定制御部30は、第1及び第2のスイッチSW1、SW2をオンして、電源Vの正極側から負極側に、第1のスイッチSW1、第1のダイオードD1、抵抗R1、キャパシタC1、及び第2のスイッチSW2による経路を形成して、キャパシタC1に電源Vの電圧を設定する。
つぎに、正極側地絡抵抗電圧VC1p測定モードでは、判定制御部30は、第2のスイッチSW2及び第3のスイッチSW3をオンして、正極側地絡抵抗電圧VC1pをキャパシタC1に設定する。具体的には、そのオンによって、接地電位から、第3の抵抗R3、第3のスイッチSW3、第1のダイオードD1、第1の抵抗R1、キャパシタC1、第2のスイッチSW2、電源V、正極側地絡抵抗RLp、接地電位とからなる経路が形成される。この経路が形成されることで、正極側地絡抵抗電圧VC1pがキャパシタC1に設定される。そして、高圧電圧V0測定モードと同様に、図4のタイムチャートで示した動作により、判定制御部30は、入力ポートADの入力値、つまりAD読み込み用キャパシタCaに設定された正極側地絡抵抗電圧VC1pに対応する値(正極側地絡抵抗電圧VC1pを分圧した値)を計測するとともに、キャパシタC1及びAD読み込み用キャパシタCaの電荷を順次速やかに放電する。
つづいて、判定制御部30は、第1のスイッチSW1、第4のスイッチSW4をオンして、キャパシタC1に負極側地絡抵抗電圧VC1nを設定する。具体的には、そのオンによって、接地電位から、負極側地絡抵抗RLn、電源V、第1のスイッチSW1、第1のダイオードD1、第1の抵抗R1、キャパシタC1、第4のスイッチSW4、第4の抵抗R4、接地電位との経路が形成される。この経路によって、キャパシタC1には負極側地絡抵抗電圧VC1nが設定される。つぎに、高圧電圧V0測定モードや正極側地絡抵抗電圧VC1p測定モードと同様に、図4のタイムチャートで示した動作により、判定制御部30は、入力ポートADの入力値、つまりAD読み込み用キャパシタCaに設定された負極側地絡抵抗電圧VC1nに対応する値(負極側地絡抵抗電圧VC1nを分圧した値)を計測するとともに、キャパシタC1及びAD読み込み用キャパシタCaの電荷を順次速やかに放電する。
そして、判定制御部30は、上述の計測結果をもとに、以下の式による絶縁抵抗換算を行い、必要に応じて警告を発する。
絶縁抵抗換算=(VC1p+VC1n)/V0
本実施形態では、第1の実施形態の変形例として、測定系(高圧回路)の充電抵抗である第1の抵抗R21を各測定モードに共用しない回路を提案する。まず、前提技術として、図5に示す絶縁計測回路210について説明する。判定制御部230は、第1の実施形態や従来技術の判定制御部30、130と同様の構成及び機能を有し、検出回路220に備わる第1から第5のスイッチSW21〜SW25及びAD読み込みスイッチSWaの開閉を制御するとともに、入力ポートADに入力された電圧(VC1p、VC1n、V0)をもとに、絶縁劣化の判定を行う。
1)高圧電圧V0測定モード:
判定制御部230は、第1のスイッチSW21、第2のスイッチSW22を所定時間だけオンして、高圧電圧V0をキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、第1のスイッチSW21と第2のスイッチSW22をオフして、AD読み込みスイッチSWa、第3のスイッチSW23及び第4のスイッチSW24をオンすることで、入力ポートADは、キャパシタC21に設定された高圧電圧V0に対応する値(高圧電圧V0を分圧した値)を計測する。計測が終了すると、判定制御部230は、第3のスイッチSW23をオフし、第4のスイッチSW24と第5のスイッチSW25のみをオンして、キャパシタC21の電荷を放電する。
つづいて、判定制御部230は、第2のスイッチSW22及び第3のスイッチSW23をオンして、正極側地絡抵抗電圧VC1pをキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、第2のスイッチSW22をオフし、第4のスイッチSW24をオンすることで、入力ポートADは、キャパシタC21に設定された正極側地絡抵抗電圧VC1pに対応する値を計測する。計測が終了すると、判定制御部230は、第3のスイッチSW23をオフし、第4のスイッチSW24と第5のスイッチSW25のみをオンして、キャパシタC21の電荷を放電する。
つづいて、判定制御部230は、第1のスイッチSW21、第4のスイッチSW24をオンして、負極側地絡抵抗電圧VC1nをキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、第2のスイッチSW22をオフし、第4のスイッチSW24をオンすることで、入力ポートADは、キャパシタC21に設定された負極側地絡抵抗電圧VC1nに対応する値(高圧電圧VC1nを分圧した値)を計測する。計測が終了すると、判定制御部230は、第3のスイッチSW23をオフし、第4のスイッチSW24と第5のスイッチSW25のみをオンして、キャパシタCの電荷を放電する。
そして、判定制御部230は、上述の計測結果をもとに、絶縁抵抗換算を行う。
判定制御部230は、第1のスイッチSW21、第2のスイッチSW22を所定時間だけオンして、高圧電圧V0をキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、図4のタイムチャートと同様の動作を行う。
つづいて、判定制御部230は、第2のスイッチSW22及び第3のスイッチSW23をオンして、正極側地絡抵抗RLpを介した電源Vによる電圧(正極側地絡抵抗電圧VC1p)をキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、高圧電圧V0測定モードと同様に、図4のタイムチャートと同様の動作により、入力ポートADは、キャパシタC21に設定された正極側地絡抵抗電圧VC1pに対応する値(正極側地絡抵抗電圧VC1pを分圧した値)を計測するとともに、キャパシタC21やAD読み込み用キャパシタCaの電荷を順次速やかに放電する。
つづいて、判定制御部230は、第1のスイッチSW21、第4のスイッチSW24をオンして、負極側地絡抵抗RLnを介して電源Vによる電圧(負極側地絡抵抗電圧VC1n)をキャパシタC21に設定する。つぎに、判定制御部230は、高圧電圧V0測定モードや正極側地絡抵抗電圧VC1p測定モードと同様に、図4のタイムチャートと同様の動作により、入力ポートADは、キャパシタC21に設定された負極側地絡抵抗電圧VC1nに対応する値(負極側地絡抵抗電圧VC1nを分圧した値)を計測するとともに、キャパシタC21やAD読み込み用キャパシタCaの電荷を順次速やかに放電する。
そして、判定制御部230は、上述の計測結果をもとに、絶縁抵抗換算を行う。
本実施形態では、第2の実施形態の変形例として、AD読み込みスイッチSWaを省き、AD読み込み用キャパシタCaの読み込み中の電荷放電に伴う電圧低下を判定制御部230において補正を行う回路を提案する。
判定制御部230は、第1のスイッチSW21、第2のスイッチSW22を所定時間だけオンして、高圧電圧V0をキャパシタC21に設定する。このとき、AD読み込みスイッチSWaが省かれているため、キャパシタC21に設定された電圧の分圧された電圧がAD読み込み用キャパシタCaに設定される。
正極側地絡抵抗電圧VC1p測定モード及び負極側地絡抵抗電圧VC1n測定モードにおいて、それぞれ第2の実施形態と同様の動作により、キャパシタC21に正極側地絡抵抗電圧VC1p及び負極側地絡抵抗電圧VC1nを設定する。つぎに、判定制御部230は、高圧電圧V0測定モードと同様に、図9のタイムチャートと同様の動作により、キャパシタC21に設定された正極側地絡抵抗電圧VC1p及び負極側地絡抵抗電圧VC1nに対応する値(正極側地絡抵抗電圧VC1p及び負極側地絡抵抗電圧VC1nを分圧した値)を計測する。
上記測定モードが終了すると、判定制御部230は、上述の計測結果をもとに、絶縁抵抗換算を行う。このとき、判定制御部230は、計測値(A/D計測電圧)をそのまま用いるのではなく、例えば所定のテーブルや示す計算式をもとにして、放電に伴う電圧低下を補償(補正)する。
以下に、補正例を簡単に説明する。
第3及び第4のスイッチSW23、SW24をオンしたとき(図9のT21)、AD読み込み用キャパシタCaの容量は小さく、AD入力インピーダンスが大きい場合、AD入力(Ca)とキャパシタC21は、次の関係式(1)を満足する。
AD入力(Ca)≒C21×R24/(R23+R24+R25)・・・(1)
そして、T21〜T22の時間をt(s)としたときの放電量を次の関係式(2)を用いて算出し補正処理を行う。
放電によるC21の電圧A
=(SW23、SW24オンの瞬間のC1の電圧)
×exp−(t/(C21×(R23+R24+R25)))・・・(2)
したがって、上記関係式(1)及び(2)より、このときのAD入力(Ca)は、AD読み込み用キャパシタCaの容量影響なしとして、次の関係式(3)で表される。
AD入力(Ca)≒A×R24/(R23+R24+R25)・・・(3)
このように、判定制御部230により計測値の補償を行うことで、AD読み込みスイッチSWaが省かれた構成であっても、十分な検出精度を維持できる。
本実施形態では、図3及び図4で示した第1の実施形態の変形例として、検出用コンデンサであるキャパシタC1のバラツキが大きい場合でも、所望の精度の絶対値検出が可能となる技術について説明する。なお、上述の実施形態では、キャパシタC1に電圧が設定された後の読み込み処理に着眼したものであり、本実施形態ではキャパシタC1に設定すべき電圧の処理に着眼したものである。したがって、本実施形態を上述の実施形態に適用することが効果的である。
高圧電圧=検出電圧/(放電量換算×充電量換算)・・・(4)
コンデンサ容量(キャパシタC1の容量)の基準値に基づく放電電圧の時間的変化と、マイナス最大品(MIN値)に基づく放電電圧の時間的変化との一致点である交点minを設定する。放電電圧の時間的変化とは、一定時間充電後に放電を開始した場合の電圧の時間変化をいう。そして同様に、コンデンサ基準値に基づく放電電圧の時間的変化と、プラス最大品(MAX値)に基づく放電電圧の時間的変化との交点maxを設定する。そして、交点minと交点maxとの間に、検出タイミングを設定する。または、交差mim付近や交点max位近に、検出タイミングを設定する。
充電電圧V1=V0×(1−exp−(t1/(C1×a×R1)))・・・(5)
放電電圧V2=V0×(exp−(t2/(C1×a×R2’)))・・・(6)
V0:印加電圧、tl:充電時間、t2:放電時間、C1:キャパシタC1の容量、R1:充電抵抗(第1の抵抗)の抵抗値、R2’:放電抵抗の抵抗値(R2’=R2+R3+R4)、a:キャパシタC1のバラツキ
V0=V2/((t2とC1×R2’による放電割合)×(t1とC1×R1による充電割合))・・・(7)
V0’=V1/(t1とC1×R1による充電割合)・・・(8)
なお、上記放電割合とは、放電後の電荷残存率をいう。
20、220a、220b 検出回路
30、230 判定制御部
SW1、SW21 第1のスイッチ
SW2、SW22 第2のスイッチ
SW3、SW23 第3のスイッチ
SW4、SW24 第4のスイッチ
SWa AD読み込みスイッチ
Ca AD読み込み用キャパシタ
C1 第1のキャパシタ
R1、R21 第1の抵抗
R2、R22 第2の抵抗
R3、R23 第3の抵抗
R4、R24 第4の抵抗
R5、R25 第5の抵抗
Ra 調整用抵抗
Rp1 保護抵抗
Claims (8)
- 電源電圧と、正極側地絡抵抗電圧と、負極側地絡抵抗電圧とが設定されるフライングキャパシタを用いて絶縁状態を計測する絶縁計測装置であって、
前記フライングキャパシタである第1のキャパシタを備える計測回路と、
前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込み絶縁状態を判定するとともに、前記電源電圧と、前記正極側地絡抵抗電圧と、前記負極側地絡抵抗電圧とを前記第1のキャパシタに設定するときの経路構成を制御する制御手段と、
前記計測回路と前記制御手段との経路の間に設けられ、前記計測回路と前記制御手段との経路を遮断するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段と前記制御手段との間の経路と、接地との間に設けられた第2のキャパシタとを備え、
前記制御手段は、前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込むときに、前記スイッチ手段を前記第1のキャパシタが放電しきらない短い期間だけオンして前記第2のキャパシタに対して前記第1のキャパシタに設定された電圧に対応した電圧を設定したあとに、前記スイッチ手段をオフとして前記第2のキャパシタに設定された電圧を読み込むとともに、前記第1のキャパシタに設定された電圧に対応した電荷を放電するように前記計測回路の経路構成を制御し、
前記計測回路において、前記第1のキャパシタの電荷を放電するように制御された経路の抵抗値が、前記電圧の読み込み期間において前記第1のキャパシタに設定された電圧に対応した電荷が放電可能に設定されていることを特徴とする絶縁計測装置。 - 前記制御手段は、前記第2のキャパシタに設定された電圧を読み込んだ後、前記スイッチ手段をオンして前記第2のキャパシタに設定された電圧に対応する電荷を放電することを特徴とする請求項1に記載の絶縁計測装置。
- 電源電圧と、正極側地絡抵抗電圧と、負極側地絡抵抗電圧とが設定されるフライングキャパシタを用いて絶縁状態を計測する絶縁計測装置であって、
前記フライングキャパシタである第1のキャパシタを備える計測回路と、
前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込み絶縁状態を判定するとともに、前記電源電圧と、前記正極側地絡抵抗電圧と、前記負極側地絡抵抗電圧とを前記第1のキャパシタに設定するときの経路構成を制御する制御手段と、
前記計測回路と前記制御手段との間の経路と、接地との間に設けられ、前記第1のキャパシタに電圧が設定されるときに電圧が設定される第2のキャパシタとを備え、
前記制御手段は、前記第2のキャパシタに設定された電圧を読み込む動作を開始するときに、前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタの電荷を放電する経路を構成し、絶縁状態を計測する際に、前記第2のキャパシタに設定された電圧の計測期間中における放電に伴う電圧の低下を補償し、
前記計測回路において、前記第1のキャパシタの電荷を放電するように制御された経路の抵抗値が、前記電圧の読み込み期間において前記第1のキャパシタに設定された電圧に対応した電荷が前記第2のキャパシタの電圧計測期間が終了するまでに放電可能に設定されていることを特徴とする絶縁計測装置。 - 前記制御手段は、前記第1のキャパシタに電圧を設定する際に、前記第1のキャパシタがフル充電しない第1の所定時間だけ充電した後に、第2の所定時間だけ放電し、
前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込み前記第1のキャパシタがフル充電したときに設定される電圧を算定するときに、前記第1のキャパシタに設定された電圧を読み込んだ値に対して、前記第1の所定時間における充電率と前記第2の所定時間の放電率とを反映させることで前記第1のキャパシタがフル充電したときに設定される電圧を算出することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の絶縁計測装置。 - 前記第2の所定時間は、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの電圧推移と仕様誤差プラス最大のプラスバラツキ品を使用したと仮定したときの電圧推移とが一致する第1の一致点までの放電開始からの時間であることを特徴とする請求項4に記載の絶縁計測装置。
- 前記第2の所定時間は、前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差マイナス最大のマイナスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する第2の一致点までの放電開始からの時間であることを特徴とする請求項4に記載の絶縁計測装置。
- 前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差プラス最大のプラスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する点を第1の一致点とし、
前記第1のキャパシタに仕様誤差ゼロの基準品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移と仕様誤差マイナス最大のマイナスバラツキ品を使用したと仮定したときの充電開始からの電圧推移とが一致する点を第2の一致点としたときにおいて、
前記第2の所定時間は、放電開始から前記第1の一致点と前記第2の一致点との間の点までに設定されることを特徴とする請求項4に記載の絶縁計測装置。 - 前記第1のキャパシタは、セラミックスコンデンサまたはフィルムコンデンサであることを特徴とする請求項4から7までのいずれかに記載の絶縁計測装置。
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