JP6265842B2

JP6265842B2 - 絶縁抵抗測定装置

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Publication number: JP6265842B2
Application number: JP2014122272A
Authority: JP
Inventors: 宏太西村; 菊夫牛窪
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP2016003867A

Description

本発明は、測定対象の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置に関するものである。

この種の絶縁抵抗測定装置として、本願出願人は、下記の特許文献１に開示された絶縁抵抗測定装置を既に提案している。この絶縁抵抗測定装置は、被測定物（測定対象）に測定電圧（予め規定された電圧値の直流電圧である印加電圧）を印加する測定電圧発生部と、この被測定物に流れる電流を検出する電流検出部と、この測定電圧とこの検出された電流とから絶縁抵抗値を算出する制御部と、制御部に測定条件などを入力する入力部と、測定終了後に被測定物の容量成分に残存している電荷を放電させる放電手段とを備えている。

この特許文献１には開示されてはいないが、測定電圧発生部は、例えば、被測定物に印加されている測定電圧の電圧値を検出しつつ、この検出した電圧値が予め規定された電圧値以上に上昇したときには、測定電圧の出力を停止することによって測定電圧を下降させ、一方、この検出した電圧値が予め規定された電圧値未満に下降したときには、測定電圧の出力を開始することによって測定電圧を上昇させるという動作を繰り返すことにより、被測定物に印加されている測定電圧の電圧値を、予め規定された電圧値を含む所定の電圧範囲内に維持する。

特開２００１−１１６７８２号公報（第３頁、第１−２図）

ところが、上記のように、測定電圧の出力を停止する動作と、測定電圧の出力を開始する動作を繰り返すことにより、被測定物に印加されている測定電圧の電圧値を予め規定された電圧値を含む所定の電圧範囲内に維持する構成を採用した絶縁抵抗測定装置には、以下のような改善すべき課題が存在している。

すなわち、この絶縁抵抗測定装置では、測定電圧発生部が被測定物に印加されている測定電圧の電圧値を予め規定された電圧値に維持する動作において測定電圧の出力を停止した後の測定電圧の下降の度合い（下降率）は、被測定物の容量成分に残存する電荷の放電の進み具合によって決定される。このため、この容量成分が大きいときには、測定電圧の下降の度合いが緩やかになることから、予め規定された電圧値を超えた測定電圧の電圧値がこの予め規定された電圧値に下降するまでに要する時間が長くなる。これにより、測定電圧発生部による測定電圧の出力および出力停止の周期も長くなるため、この測定電圧の出力および出力停止に起因して測定電圧に生じるリップルの周期も長くなる（リップルの周波数が低くなる）。

したがって、この絶縁抵抗測定装置には、この測定電圧に生じるリップルを低減するために測定電圧発生部内に通常設ける平滑回路（ローパスフィルタ回路）のカットオフ周波数をリップルの周波数に見合った低い周波数にする必要があり、これに伴い、平滑回路を構成するインダクタのインダクタンス値やキャパシタのキャパシタンス値を大きくする必要がある（つまり、外形の大きなインダクタやキャパシタを使用する必要がある）ため、その結果として平滑回路が大型化するという改善すべき課題が存在している。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、印加電圧に生じるリップルを低減するための平滑回路を小型化し得る絶縁抵抗測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の絶縁抵抗測定装置は、測定対象に印加する印加電圧を予め規定された定電圧値で生成して出力端子から出力する電圧生成動作を実行する電圧生成部と、前記出力端子に接続されている前記測定対象に前記印加電圧が前記定電圧値で印加されている状態において当該測定対象に流れる電流の電流値を測定する電流測定部と、前記出力端子に接続された放電部と、前記定電圧値と前記測定された電流値とに基づいて前記測定対象の絶縁抵抗を測定する抵抗測定処理、前記電圧生成部および前記放電部を制御する処理部とを備え、前記電圧生成部は、入力電圧に基づいて昇圧した交流電圧を出力する昇圧動作を実行する昇圧回路、当該交流電圧を整流平滑して前記印加電圧を出力する整流平滑回路、および制御回路を備えると共に、当該制御回路が、前記電圧生成動作において、前記印加電圧の電圧値が前記定電圧値未満のときには前記昇圧回路に対して前記昇圧動作を実行させ、かつ前記印加電圧の電圧値が前記定電圧値以上のときには前記昇圧回路に対して前記昇圧動作を停止させることによって当該印加電圧の電圧値を前記定電圧値に制御する絶縁抵抗測定装置であって、前記放電部は、予め規定された放電能力で放電動作を実行する第１放電状態と、当該第１放電状態よりも低い放電能力で前記放電動作を実行する第２放電状態の少なくとも２つの放電状態に選択的に移行可能に構成され、前記処理部は、前記抵抗測定処理の完了後に前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を停止させるときには、前記放電部を前記第１放電状態に移行させ、前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を実行させているときには、前記放電部を前記第２放電状態に移行させる。

請求項２記載の絶縁抵抗測定装置は、請求項１記載の絶縁抵抗測定装置において、前記処理部は、前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を開始させてから前記印加電圧が前記定電圧値に達するまでの間は、前記放電部に対して前記放電動作を停止させ、前記印加電圧が前記定電圧値に一旦達してから前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を停止させるまでの間は、前記放電部を前記第２放電状態に移行させる。

請求項１記載の絶縁抵抗測定装置では、処理部は、抵抗測定処理の完了後に電圧生成部に対して印加電圧の電圧生成動作を停止させるときには、放電部を第１放電状態に移行させ、抵抗測定処理の実行のために電圧生成部に対して印加電圧の電圧生成動作を実行させているときには、放電部を第２放電状態に移行させる。

したがって、この絶縁抵抗測定装置によれば、抵抗測定処理の実行のために印加電圧の電圧値を定電圧値に維持させているときに、電圧生成部に対して電圧生成動作を停止させたときの印加電圧の下降の度合いを、従来の絶縁抵抗測定装置と比較して大きくできるため、印加電圧に生じるリップルの周波数を、従来の絶縁抵抗測定装置と比較して十分に高くすることができる。このため、この絶縁抵抗測定装置によれば、この印加電圧に生じるリップルを低減させるために、電圧生成部の整流平滑回路内に設けられるフィルタ回路のカットオフ周波数を従来の絶縁抵抗測定装置と比較して十分に高めることができることができる結果、フィルタ回路を構成するインダクタのインダクタンス値やキャパシタのキャパシタンス値を十分に小さくでき、これにより、フィルタ回路、ひいては整流平滑回路を十分に小型化することができる。

また、請求項２記載の絶縁抵抗測定装置によれば、処理部は、電圧生成部に対して電圧生成動作を開始させてから印加電圧が定電圧値に達するまでの間は、放電部に対して放電動作を停止させるため、上記のようにして、フィルタ回路、ひいては整流平滑回路の小型化を図りつつ、さらに、印加電圧をより短時間に定電圧値まで上昇させることができ、これにより、絶縁抵抗値の測定完了までに要する時間を大幅に短縮することができる。

絶縁抵抗測定装置１の構成を示す構成図である。図１の電圧生成部２の構成を示す構成図である。図１の放電部７の構成を示す構成図である。従来の絶縁抵抗測定装置において印加電圧Ｖａに生じるリップルの波形図である。絶縁抵抗測定装置１において印加電圧Ｖａに生じるリップルの波形図である。

以下、絶縁抵抗測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

絶縁抵抗測定装置としての図１に示す絶縁抵抗測定装置１は、一例として、電圧生成部２、電流測定部３、操作部４、処理部５、出力部６および放電部７を備えて、測定対象１１の絶縁抵抗値Ｒを測定する。

電圧生成部２は、一例としてスイッチング電源として構成されて、出力開始信号Ｓｏｎを入力しているときにスイッチング動作することにより、予め規定された定電圧値（例えば、ＤＣ２５Ｖ、ＤＣ１００Ｖ、ＤＣ５００Ｖ、ＤＣ１０００Ｖなどの複数の電圧値のうちから選択された１つの電圧値（以下、選択電圧値ともいう））Ｖ１で測定対象１１に印加する印加電圧（直流電圧）Ｖａを生成して、出力端子２ａから出力する。また、電圧生成部２は、測定対象１１に実際に印加されている印加電圧Ｖａの電圧値（出力端子２ａから実際に出力されている印加電圧Ｖａの電圧値）をモニタして、その電圧値を示す電圧データＤｖを出力する。

具体的には、電圧生成部２は、一例として図２に示すように、昇圧トランス２１、スイッチ素子としての一対の半導体スイッチ素子（バイポーラ型トランジスタや電界効果型トランジスタなど）２２ａ，２２ｂ、整流平滑回路２３、分圧回路２４、基準電圧生成回路２５、コンパレータ２６、Ａ／Ｄ変換器２７および制御回路２８を備えている。

本例では、昇圧トランス２１は、一例として、センタータップを備えた一次巻線、および二次巻線を備え、電圧生成部２の一次側の第１電源電圧Ｖｃｃ１（入力電圧：例えば、ＤＣ１２Ｖなど）がセンタータップに印加される。半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂは、昇圧トランス２１の一次巻線の各端部と電圧生成部２の基準電位Ｇとの間にそれぞれ配置されている。昇圧トランス２１および半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂは、昇圧回路を構成して、第１電源電圧Ｖｃｃ１に基づいて、昇圧した交流電圧を二次巻線から出力する（交流電圧を二次巻線に誘起させる）昇圧動作を実行する。

整流平滑回路２３は、二次巻線に接続されて、この二次巻線に誘起する昇圧された交流電圧を入力すると共に整流平滑（整流については全波整流または半波整流）することにより、基準電位Ｇを基準とする印加電圧Ｖａを生成する。具体的には、整流平滑回路２３は、二次巻線に接続されて、昇圧された交流電圧を整流する整流回路と、整流回路から出力される脈流を平滑して印加電圧Ｖａを出力するフィルタ回路（ローパスフィルタ回路）とを備えて構成されている。以上の構成により、本例の電圧生成部２は、一例として、２石式プッシュプル形のスイッチング電源として構成されている。なお、電圧生成部２は、１石フォワード形、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形など種々の形式のスイッチング電源で構成することもできる。また、フィルタ回路は、一例としてインダクタおよびコンデンサを備えて、ＬＣフィルタ（１段または多段接続されたフィルタ）として構成されている。

分圧回路２４は、印加電圧Ｖａを所定の比率で分圧して電圧Ｖａｄとして出力する。基準電圧生成回路２５は、可変電源回路（例えば、Ｄ／Ａ変換器）で構成されて、処理部５から出力される基準電圧データＤｒｅｆに対応した電圧値の基準電圧Ｖｒｅｆを基準電位Ｇを基準として生成する。この場合、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値は、印加電圧Ｖａの電圧値Ｖ１として選択可能な複数の電圧値（本例では、ＤＣ２５Ｖ、ＤＣ１００Ｖ、ＤＣ５００Ｖ、ＤＣ１０００Ｖ）毎に、その電圧値で印加電圧Ｖａが電圧生成部２から出力されているときに、分圧回路２４から出力される電圧Ｖａｄと一致するように規定されている。コンパレータ２６は、電圧Ｖａｄと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、本例では一例として、電圧Ｖａｄが基準電圧Ｖｒｅｆ以上のときにＨレベルとなり、電圧Ｖａｄが基準電圧Ｖｒｅｆ未満のときにＬレベルとなるフィードバック信号Ｓｆｂを出力する。

Ａ／Ｄ変換器２７は、電圧生成部２の一次側の第２電源電圧Ｖｃｃ２（例えば、ＤＣ５Ｖなど。図３に示す後述の抵抗３４に供給される電圧でもある）の供給を受けて作動して、電圧Ｖａｄを入力すると共に所定のサンプリング周波数でサンプリングすることにより、電圧Ｖａｄの電圧値（つまり、印加電圧Ｖａの電圧値）を示す電圧データＤｖを生成して、処理部５に出力する。

制御回路２８は、第２電源電圧Ｖｃｃ２の供給を受けて作動して、コンパレータ２６から出力される上記のフィードバック信号Ｓｆｂと、処理部５から出力される選択電圧値Ｖ１を示す選択電圧データＤｓｖおよび出力開始信号Ｓｏｎとに基づいて、各半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂを駆動する駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２を出力する。

本例では一例として、制御回路２８は、出力開始信号Ｓｏｎを入力しているとき（例えば、出力開始信号ＳｏｎがＨレベルのとき）であって、フィードバック信号ＳｆｂがＬレベルのとき（電圧Ｖａｄが基準電圧Ｖｒｅｆ未満のときに）にのみ、周波数が一定で、かつ選択電圧データＤｓｖで示される選択電圧値Ｖ１に対応したデューティ比（選択電圧値Ｖ１が高くなるに従って数値が高くなるデューティ比）の駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２を、互いの位相が１８０°ずれた位相状態で出力する。

以上の構成により、電圧生成部２では、フィードバック信号ＳｆｂがＬレベルで、かつ出力開始信号ＳｏｎがＨレベルのときに、制御回路２８が、所定の周波数で、かつ選択電圧値Ｖ１に対応したデューティ比の第１駆動パルスＳｄ１および第２駆動パルスＳｄ２を上記のような位相状態で出力し、各半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂが、対応する駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２で駆動されてスイッチング動作することにより、電圧生成部２は、選択電圧値Ｖ１の印加電圧Ｖａを出力する。また、電圧生成部２は、フィードバック信号ＳｆｂがＨレベルであるか、または出力開始信号ＳｏｎがＬレベルのときには、制御回路２８が第１駆動パルスＳｄ１および第２駆動パルスＳｄ２の出力を停止するため、印加電圧Ｖａの出力を停止する。

電流測定部３は、電圧生成部２から測定対象１１に印加電圧Ｖａが印加されている状態において、測定対象１１に流れる電流（直流電流）Ｉａの電流値Ｉ１を測定する。また、電流測定部３は、測定した電流値Ｉ１を示す電流データＤｉを処理部５に出力する。

操作部４には、予め規定された上記の複数の電圧値（一例として、ＤＣ２５Ｖ、ＤＣ１００Ｖ、ＤＣ５００Ｖ、ＤＣ１０００Ｖ）のうちの１つを印加電圧Ｖａの電圧値Ｖ１として選択するための不図示の電圧選択スイッチと、測定対象１１の絶縁抵抗値Ｒについての測定を実行させるための開始スイッチ（オン・オフスイッチ）とを少なくとも備えている。また、操作部４は、複数の電圧値のうちの電圧選択スイッチによって選択されている電圧値（選択電圧値）Ｖ１を示す選択信号Ｓｓｅを処理部５に出力すると共に、開始スイッチが操作されてオン状態になっているときにのみスタート信号Ｓｓｔを処理部５に出力する。

処理部５は、例えば、不図示のコンピュータを備えて構成されている。また、処理部５は、電圧生成部２による印加電圧ｖａの電圧生成動作および放電部７の放電動作に対する制御処理、絶縁抵抗値Ｒを測定する抵抗測定処理、並びに測定した絶縁抵抗値Ｒを出力部６に出力する出力処理を実行する。出力部６は、一例としてＬＣＤなどの表示装置で構成されて、処理部５で測定された絶縁抵抗値Ｒを画面上に表示する。なお、出力部６を外部インタフェース回路や無線回路などで構成して、処理部５で測定した上記の絶縁抵抗値Ｒを外部装置に伝送する構成を採用することもできる。

放電部７は、電圧生成部２の出力端子２ａと基準電位Ｇとの間に配設されて、測定対象１１の容量成分に充電されている電荷を放電させる放電動作、および出力端子２ａから測定対象１１に流れる電流Ｉａの一部を基準電位Ｇに放電させる放電動作を実行する。この放電動作は処理部５によって制御可能に構成されている。本例では一例として、放電部７は、処理部５から出力される第１制御信号Ｓｃ１に基づいて、予め規定された放電能力で放電動作を実行する（予め規定された後述の電流値Ｉｄｉ１で放電電流Ｉｄｉを発生させる）第１放電状態と、この第１放電状態よりも低い放電能力で放電動作を実行する（予め規定された後述の電流値Ｉｄｉ２で放電電流Ｉｄｉを発生させる）第２放電状態の少なくとも２つの放電状態に選択的に移行可能に構成されている。また、放電部７は、処理部５から出力される第２制御信号Ｓｃ２に基づいて、放電動作を停止可能に構成されている。

具体的には、放電部７は、一例として図３に示すように接続された２つのスイッチ素子（本例では一例として、ｎ型の電界効果型トランジスタ）３１，３２、１つのトランジスタ（バイポーラ形トランジスタ）３３、および５つの抵抗３４，３５，３６，３７，３８を備えて、放電電流Ｉｄｉを定電流として発生させると共に、第１制御信号Ｓｃ１に基づいて、放電電流Ｉｄｉの電流値をＩｄｉ１，Ｉｄｉ２（Ｉｄｉ１＞Ｉｄｉ２）の２段階に変更可能に構成された定電流回路で構成されている。

この放電部７では、トランジスタ３３のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ（以下、単に電圧Ｖｂｅともいう）が印加された状態でスイッチ素子３１の基準電位Ｇ側の端子（本例では電界効果型トランジスタのソース端子）と基準電位Ｇとの間に配置されている抵抗３７に対して、スイッチ素子３２をオン状態にする（第１制御信号Ｓｃ１をＨレベルにする）ことで抵抗３８を並列接続して、電圧生成部２の出力端子２ａから基準電位Ｇに流す放電電流Ｉｄｉの電流値をＩｄｉ１（一例として、十数ｍＡ〜数十ｍＡ程度）に規定し、またスイッチ素子３２をオフ状態にする（第１制御信号Ｓｃ１をＬレベルにする）ことでこの並列接続を解除して、電圧生成部２の出力端子２ａから基準電位Ｇに流す放電電流Ｉｄｉの電流値をＩｄｉ２（一例として、数百μＡ程度）に規定する。なお、抵抗３４〜３６は、各トランジスタへの電流を制限するなどして、各トランジスタを保護するためのものである。

また、この放電部７では、スイッチ素子３１の電圧生成部２側の端子（本例では電界効果型トランジスタのドレイン端子）と、電圧生成部２の出力端子２ａとの間に、第２制御信号Ｓｃ２によってオン・オフ状態が切り替えられる他のスイッチ素子３９（例えば、スイッチ素子３１，２２と同じように電界効果型トランジスタで構成することができる）が配設されている。この構成により、この放電部７は、第２制御信号Ｓｃ２がオン状態に制御されることで（電圧生成部２の出力端子２ａに接続されることで）、出力端子２ａから基準電位Ｇへの放電電流Ｉｄｉを発生させ、一方、第２制御信号Ｓｃ２がオフ状態に制御されることで（電圧生成部２の出力端子２ａから切り離されることで）、放電電流Ｉｄｉを停止させることが可能になっている。なお、放電部７は、上記のような定電流回路で構成する以外に、図示はしないが、電圧生成部２の出力端子２ａと基準電位Ｇとの間に、抵抗値の異なる２種類の固定抵抗（第１放電状態用の低抵抗値の抵抗、および第２放電状態用の高抵抗値の抵抗）を切り替えて接続することで、第１放電状態と第２放電状態とを作り出す構成とすることもできる。

次に、絶縁抵抗測定装置１の動作について図面を参照して説明する。なお、電圧生成部２および電流測定部３は、不図示のプローブを介して測定対象１１に予め接続されているものとする。また、絶縁抵抗測定装置１の各構成要素は作動状態にあるものとする。

この状態において、操作者によって操作部４の電圧選択スイッチに対する操作が行われて、印加電圧Ｖａの電圧値Ｖ１が選択され、さらに開始スイッチをオン状態にする操作が行われたときには、操作部４は、上記の複数の電圧値のうちの電圧選択スイッチによって選択されている選択電圧値Ｖ１を示す選択信号Ｓｓｅと、スタート信号Ｓｓｔとを処理部５に出力する。

処理部５は、選択信号Ｓｓｅとスタート信号Ｓｓｔとを入力して、電圧生成部２および放電部７に対する制御処理を実行する。以下では、主として電圧生成部２に対する制御処理について説明しつつ、必要に応じて放電部７に対する制御処理について説明する。

まず、処理部５は、第２制御信号Ｓｃ２を放電部７に出力して、放電部７のスイッチ素子２９をオフ状態に移行させることにより、電圧生成部２の出力端子２ａから放電部７を切り離す処理（放電電流Ｉｄｉの流出を停止させる処理）を実行する。

次いで、処理部５は、選択信号Ｓｓｅで示される選択電圧値Ｖ１に基づいて、この選択電圧値Ｖ１に予め対応づけられていた基準電圧データＤｒｅｆと選択電圧データＤｓｖとを電圧生成部２に出力する。具体的には、処理部５は、選択信号Ｓｓｅで示される選択電圧値Ｖ１がＤＣ２５Ｖのときには、この電圧に対応する基準電圧Ｖｒｅｆとしての基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力するための基準電圧データＤｒｅｆと、この電圧を示す選択電圧データＤｓｖとを出力し、選択信号Ｓｓｅで示される選択電圧値Ｖ１がＤＣ１００Ｖのときには、この電圧に対応する基準電圧Ｖｒｅｆとしての基準電圧Ｖｒｅｆ２（＝Ｖｒｅｆ１×４）を出力するための基準電圧データＤｒｅｆと、この電圧を示す選択電圧データＤｓｖとを出力する。

また、処理部５は、選択信号Ｓｓｅで示される選択電圧値Ｖ１がＤＣ５００Ｖのときには、この電圧に対応する基準電圧Ｖｒｅｆとしての基準電圧Ｖｒｅｆ３（＝Ｖｒｅｆ１×２０）を出力するための基準電圧データＤｒｅｆと、この電圧を示す選択電圧データＤｓｖとを出力し、選択信号Ｓｓｅで示される選択電圧値Ｖ１がＤＣ１０００Ｖのときには、この電圧に対応する基準電圧Ｖｒｅｆとしての基準電圧Ｖｒｅｆ４（＝Ｖｒｅｆ１×４０）を出力するための基準電圧データＤｒｅｆと、この電圧を示す選択電圧データＤｓｖとを出力する。

また、処理部５は、基準電圧データＤｒｅｆおよび選択電圧データＤｓｖの電圧生成部２への出力が完了した後に、出力開始信号Ｓｏｎを電圧生成部２に出力することにより、電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの生成を開始させる。

この場合、電圧生成部２では、分圧回路２４が、印加電圧Ｖａを分圧して電圧Ｖａｄを出力する。また、基準電圧生成回路２５が、基準電圧データＤｒｅｆに基づいて、この基準電圧データＤｒｅｆで示される電圧値の基準電圧Ｖｒｅｆを生成して、コンパレータ２６に出力する。また、コンパレータ２６が、電圧Ｖａｄと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、フィードバック信号Ｓｆｂを出力する。また、Ａ／Ｄ変換器２７が、電圧Ｖａｄを入力して、電圧データＤｖを出力する。

ところで、処理部５から電圧生成部２への出力開始信号Ｓｏｎの出力直後は、電圧生成部２から出力されている印加電圧Ｖａがゼロボルトに近い電圧値であるため、分圧回路２４から出力される電圧Ｖａｄもゼロボルトに近い電圧値である。このため、基準電圧Ｖｒｅｆは電圧Ｖａｄを上回った状態となっている。したがって、コンパレータ２６は、基準電圧Ｖｒｅｆと電圧Ｖａｄとを比較することにより、フィードバック信号ＳｆｂをＬレベルで出力する。

これにより、制御回路２８は、フィードバック信号ＳｆｂがＬレベルで、かつ出力開始信号ＳｏｎがＨレベルであるため、一定周波数で、かつ選択電圧データＤｓｖで示されるデューティ比の第１駆動パルスＳｄ１および第２駆動パルスＳｄ２を出力する。したがって、半導体スイッチ素子２２ａは第１駆動パルスＳｄ１により、また半導体スイッチ素子２２ｂは第２駆動パルスＳｄ２により、同じデューティ比で交互にオン・オフを繰り返すスイッチング動作を実行する。

電圧生成部２では、各半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂがこのようにスイッチング動作することにより、昇圧トランス２１の二次巻線には昇圧された交流電圧が発生する。整流平滑回路２３は、この交流電圧を整流平滑することにより、印加電圧Ｖａの電圧値を上昇させる。このとき、上記したように放電部７は放電電流Ｉｄｉの基準電位Ｇへの流出を停止させている。このため、電圧生成部２は、放電電流Ｉｄｉによる妨げを受けることなく、印加電圧Ｖａの電圧値を上昇させる。なお、この印加電圧Ｖａの電圧値の上昇に伴い、測定対象１１に電流Ｉａが流れ始めるため、電流測定部３は、この電流Ｉａの電流値Ｉ１を測定して、測定した電流値Ｉ１を示す電流データＤｉを処理部５に出力する。

電圧生成部２では、分圧回路２４が、この印加電圧Ｖａを分圧して電圧Ｖａｄをコンパレータ２６に出力する。印加電圧Ｖａが、上昇して選択電圧値Ｖ１に達するまでは、電圧Ｖａｄは基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い状態になっている。このため、コンパレータ２６はＬレベルでのフィードバック信号Ｓｆｂの出力を継続することから、制御回路２８は、各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を続行する。

その後、印加電圧Ｖａが選択電圧値Ｖ１に達したときには、分圧回路２４から出力される電圧Ｖａｄも基準電圧Ｖｒｅｆに達する。この場合、コンパレータ２６は、Ｈレベルでフィードバック信号Ｓｆｂを出力するため、制御回路２８は各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を停止する。したがって、半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂもスイッチング動作を停止する。電圧生成部２における分圧回路２４から、コンパレータ２６、制御回路２８、半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂおよび昇圧トランス２１を介して整流平滑回路２３に至るフィードバックループには、フィードバック制御を実行する通常の回路と同様にして、遅延が存在している。このため、印加電圧Ｖａが選択電圧値Ｖ１に達した後、制御回路２８が各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を停止するまでに若干のタイムラグがあることから、印加電圧Ｖａは選択電圧値Ｖ１よりも若干高い電圧まで上昇した後に、上昇から下降に転じる。

また、下降した印加電圧Ｖａが選択電圧値Ｖ１に達し、さらに選択電圧値Ｖ１を下回ったときには、分圧回路２４から出力される電圧Ｖａｄも基準電圧Ｖｒｅｆ以上の状態から基準電圧Ｖｒｅｆ未満の状態に移行する。この場合、コンパレータ２６は、Ｌレベルでフィードバック信号Ｓｆｂを出力するため、制御回路２８は各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を再開する。したがって、半導体スイッチ素子２２ａ，２２ｂもスイッチング動作を再開することから、印加電圧Ｖａは、上記したフィードバックループの遅延に起因して、選択電圧値Ｖ１よりも若干低い電圧まで一旦下降した後に、下降から上昇に転じる。

以降は、電圧生成部２は、以上の動作を繰り返すことにより、選択電圧値Ｖ１を中心とする一定の目標電圧範囲（各選択電圧値Ｖ１毎に予め規定された電圧範囲）内で電圧値が安定している状態に印加電圧Ｖａを移行させる（制御する）。

処理部５は、電圧生成部２から出力される電圧データＤｖに基づいて、印加電圧Ｖａの電圧値をリアルタイムで算出しつつ、この印加電圧Ｖａの電圧値が選択電圧値Ｖ１についての上記の目標電圧範囲内に移行したか否かを検出する。処理部５は、印加電圧Ｖａの電圧値のこの目標電圧範囲内への移行を検出したときには、第２制御信号Ｓｃ２を放電部７に出力して、放電部７のスイッチ素子２９をオフ状態からオン状態に移行させることにより、電圧生成部２の出力端子２ａに放電部７を接続する処理（放電電流Ｉｄｉの基準電位Ｇへの流出を開始させる処理）と、第１制御信号Ｓｃ１を放電部７に出力して放電部７を第２放電状態に移行させることにより、この放電電流Ｉｄｉの電流値をＩｄｉ２に規定する処理とを実行する。

本例の絶縁抵抗測定装置１では、絶縁抵抗値の測定終了後にのみ放電手段を作動させて被測定物の容量成分に残存している電荷を放電させる（つまり、絶縁抵抗値の測定中は放電手段を作動させない）という従来の絶縁抵抗測定装置とは異なり、印加電圧Ｖａの電圧値が選択電圧値Ｖ１についての上記の目標電圧範囲内に移行した状態（後述するように、抵抗測定処理の実行中）においても放電部７を作動させて、この放電部７を介して電圧生成部２の出力端子２ａから基準電位Ｇに、絶縁抵抗値Ｒの測定終了後の作動時での電流値Ｉｄｉ１よりも小さい電流値Ｉｄｉ２で放電電流Ｉｄｉを流出させている。

このため、印加電圧Ｖａの電圧値を選択電圧値Ｖ１に維持（具体的には、選択電圧値Ｖ１を含む上記の目標電圧範囲内に維持）させるために、制御回路２８が各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を停止させたときの印加電圧Ｖａの下降の度合い（下降率）が、従来の絶縁抵抗測定装置と比較して大きくなる。これにより、従来の絶縁抵抗測定装置では、例えば図４に示すように、目標電圧範囲（同図において２本の破線で挟まれた電圧範囲）の上限値から下限値まで印加電圧Ｖａが下降するのに数ｍｓ（同図では一例として、７〜８ｍｓ程度）の時間がかかっていたのに対して、本例の絶縁抵抗測定装置１では、例えば図５に示すように、目標電圧範囲（同図において２本の破線で挟まれた電圧範囲）の上限値から下限値まで印加電圧Ｖａが下降する時間が数百μｓ（同図では一例として、１９０〜２００μｓ程度）にまで短縮されている。

一方、印加電圧Ｖａの電圧値を選択電圧値Ｖ１に維持（具体的には、選択電圧値Ｖ１を含む上記の目標電圧範囲内に維持）させるために、制御回路２８が各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２を出力させているときの印加電圧Ｖａの上昇の度合い（上昇率）は、測定対象１１に供給される電流Ｉａの電流値Ｉ１に対して電流値Ｉｄｉ２が十分に小さい値に規定されることにより、従来の絶縁抵抗測定装置とほぼ同じになる。

したがって、この絶縁抵抗測定装置１では、印加電圧Ｖａの電圧値を目標電圧範囲内に維持させる際に図５に示すように印加電圧Ｖａに生じるリップルの周波数を、図４に示す従来の絶縁抵抗測定装置において同様にして印加電圧Ｖａに生じるリップルの周波数と比較して十分に高くすることができる。このため、この絶縁抵抗測定装置１では、このリップルを低減させるために、電圧生成部２の整流平滑回路２３内に設けられるフィルタ回路（ローパスフィルタ回路）のカットオフ周波数を従来の絶縁抵抗測定装置と比較して十分に高めることができる結果、フィルタ回路を構成するインダクタのインダクタンス値やキャパシタのキャパシタンス値を小さくできるため（つまり、外形の小さなインダクタやキャパシタを使用できるため）、フィルタ回路、ひいては整流平滑回路２３が小型化されている。

処理部５は、この状態（印加電圧Ｖａの電圧値の目標電圧範囲内に維持され、かつ放電部７が第２放電状態に移行している状態）において、抵抗測定処理を実行する。

この抵抗測定処理では、処理部５は、算出した印加電圧Ｖａについての最新の電圧値と、電流測定部３から出力されている電流データＤｉに基づいて算出した電流Ｉａについての最新の電流値Ｉ１とに基づいて、測定対象１１の絶縁抵抗値Ｒを算出する。次いで、処理部５は、出力処理を実行して、算出した絶縁抵抗値Ｒを出力部６に出力する。本例では出力部６は、一例として表示装置で構成されているため、絶縁抵抗値Ｒを画面上に表示する。

続いて、処理部５は、出力開始信号Ｓｏｎの電圧生成部２への出力を停止する。これにより、電圧生成部２では、制御回路２８が駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を停止するため、印加電圧Ｖａが下降を開始する。また、処理部５は、出力開始信号Ｓｏｎの電圧生成部２への出力と同時に、第１制御信号Ｓｃ１を放電部７に出力して、放電部７を第１放電状態に移行させることにより、この放電電流Ｉｄｉの電流値をより大きな電流値Ｉｄｉ１に規定する処理を放電制御処理の一部として実行する。これにより、印加電圧Ｖａは急速にゼロボルトまで下降する（測定対象１１の容量成分に充電されていた電荷が短時間に放電される）。

処理部５は、電圧生成部２から出力される電圧データＤｖに基づいて、印加電圧Ｖａの電圧値をリアルタイムで算出しつつ、この印加電圧Ｖａの電圧値がゼロボルトに達したか否かを検出する。処理部５は、印加電圧Ｖａの電圧値のゼロボルトに達したことを検出したときには、放電部７による印加電圧Ｖａの放電が完了したと判別して、第２制御信号Ｓｃ２を放電部７に出力して、放電部７のスイッチ素子２９をオフ状態に移行させることにより、電圧生成部２の出力端子２ａから放電部７を切り離す処理（放電電流Ｉｄｉの流出を停止させる処理）を実行する。これにより、測定対象１１についての絶縁抵抗値Ｒの測定が完了する。

このようにして、この絶縁抵抗測定装置１では、処理部５は、抵抗測定処理の完了後に電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を停止させるときには、放電部７を第１放電状態（電圧生成部２から基準電位Ｇに電流値Ｉｄｉ１で放電電流Ｉｄｉを流出させる状態）に移行させ、抵抗測定処理の実行のために電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を実行させているときには、放電部７を第２放電状態（電圧生成部２から基準電位Ｇに電流値Ｉｄｉ２（＜Ｉｄｉ１）で放電電流Ｉｄｉを流出させる状態）に移行させる。

したがって、この絶縁抵抗測定装置１によれば、抵抗測定処理の実行のために印加電圧Ｖａの電圧値を選択電圧値Ｖ１に維持（具体的には、選択電圧値Ｖ１を含む上記の目標電圧範囲内に維持）させているときに、制御回路２８が各駆動パルスＳｄ１，Ｓｄ２の出力を停止させたときの印加電圧Ｖａの下降の度合いを、従来の絶縁抵抗測定装置と比較して大きくできるため（目標電圧範囲の上限値から下限値まで印加電圧Ｖａが下降するのに要する時間を短縮できるため）、印加電圧Ｖａに生じるリップルの周波数を、従来の絶縁抵抗測定装置と比較して十分に高くすることができる。このため、この絶縁抵抗測定装置１によれば、この印加電圧Ｖａに生じるリップルを低減させるために、電圧生成部２の整流平滑回路２３内に設けられるフィルタ回路（ローパスフィルタ回路）のカットオフ周波数を従来の絶縁抵抗測定装置と比較して十分に高めることができることができる結果、フィルタ回路を構成するインダクタのインダクタンス値やキャパシタのキャパシタンス値を十分に小さくでき、これにより、フィルタ回路、ひいては整流平滑回路２３を十分に小型化することができる。

また、この絶縁抵抗測定装置１では、処理部５は、電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を開始させてから印加電圧Ｖａが目標電圧範囲内に移行する（選択電圧値Ｖ１に達する）までの間は、放電部７に対して放電動作を停止させ、印加電圧Ｖａが選択電圧値Ｖ１に一旦達してから電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を停止させるまでの間は、放電部７を第２放電状態に移行させる。

したがって、この絶縁抵抗測定装置１によれば、上記のようにして、フィルタ回路、ひいては整流平滑回路２３の小型化を図りつつ、さらに、印加電圧Ｖａをより短時間に選択電圧値Ｖ１まで上昇させる（目標電圧範囲内に移行させる）ことができ、これにより、絶縁抵抗値Ｒの測定完了までに要する時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記の例では、処理部５は、電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を実行させる制御処理を開始してから印加電圧Ｖａが目標電圧範囲内に移行する（選択電圧値Ｖ１に達する）までの間は、放電部７に対して放電動作を停止させているが、この構成に代えて、処理部５が、電圧生成部２に対して印加電圧Ｖａの電圧生成動作を開始させた当初から、第１制御信号Ｓｃ１を放電部７に出力して放電部７を第２放電状態に移行させる（電流値Ｉｄｉ２で放電電流Ｉｄｉを基準電位Ｇに流出させる）構成を採用することもできる。この構成によれば、印加電圧Ｖａが目標電圧範囲内に移行する（選択電圧値Ｖ１に達する）までに要する時間が若干長くなるものの、放電部７からスイッチ素子２９を省略すること（スイッチ素子３１の電圧生成部２側の端子（本例では電界効果型トランジスタのドレイン端子）を電圧生成部２の出力端子２ａに直接接続すること）ができるため、放電部７の構成と共に、放電部７に対する制御を簡略化することができる。

１絶縁抵抗測定装置
２電圧生成部
２ａ出力端子
３電流測定部
５処理部
７放電部
１１測定対象
２１昇圧トランス
２２ａ，２２ｂ半導体スイッチ素子
２３整流平滑回路
２８制御回路
Ｉ１電流値
Ｉａ電流
Ｒ絶縁抵抗値
Ｖ１選択電圧値
Ｖａ印加電圧

Claims

測定対象に印加する印加電圧を予め規定された定電圧値で生成して出力端子から出力する電圧生成動作を実行する電圧生成部と、前記出力端子に接続されている前記測定対象に前記印加電圧が前記定電圧値で印加されている状態において当該測定対象に流れる電流の電流値を測定する電流測定部と、前記出力端子に接続された放電部と、前記定電圧値と前記測定された電流値とに基づいて前記測定対象の絶縁抵抗を測定する抵抗測定処理、前記電圧生成部および前記放電部を制御する処理部とを備え、
前記電圧生成部は、入力電圧に基づいて昇圧した交流電圧を出力する昇圧動作を実行する昇圧回路、当該交流電圧を整流平滑して前記印加電圧を出力する整流平滑回路、および制御回路を備えると共に、当該制御回路が、前記電圧生成動作において、前記印加電圧の電圧値が前記定電圧値未満のときには前記昇圧回路に対して前記昇圧動作を実行させ、かつ前記印加電圧の電圧値が前記定電圧値以上のときには前記昇圧回路に対して前記昇圧動作を停止させることによって当該印加電圧の電圧値を前記定電圧値に制御する絶縁抵抗測定装置であって、
前記放電部は、予め規定された放電能力で放電動作を実行する第１放電状態と、当該第１放電状態よりも低い放電能力で前記放電動作を実行する第２放電状態の少なくとも２つの放電状態に選択的に移行可能に構成され、
前記処理部は、前記抵抗測定処理の完了後に前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を停止させるときには、前記放電部を前記第１放電状態に移行させ、前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を実行させているときには、前記放電部を前記第２放電状態に移行させる絶縁抵抗測定装置。
前記処理部は、前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を開始させてから前記印加電圧が前記定電圧値に達するまでの間は、前記放電部に対して前記放電動作を停止させ、前記印加電圧が前記定電圧値に一旦達してから前記電圧生成部に対して前記電圧生成動作を停止させるまでの間は、前記放電部を前記第２放電状態に移行させる請求項１記載の絶縁抵抗測定装置。