WO2016067576A1 - 異常検出装置 - Google Patents

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大地 橋本
隆史 中澤
晴彦 関野
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Definitions

  • the present invention relates to an abnormality detection device for detecting an abnormality of an insulation resistance of a high voltage circuit.
  • Patent Document 1 discloses a ground fault detection circuit for an electric vehicle as an abnormality detection device.
  • a ground fault detection circuit of Patent Document 1 includes a coupling capacitor having one end connected to a high voltage circuit, an oscillation circuit unit that outputs an oscillation signal to the other end of the coupling capacitor via an impedance, an impedance and a coupling capacitor And a ground fault detection circuit unit for determining the ground fault of the high voltage circuit based on the amplitude of the signal between
  • the ground fault detection circuit of Patent Document 1 if the insulation resistance of the high voltage circuit is normally maintained, the oscillation signal output from the oscillation circuit section is not greatly dropped in the ground fault detection circuit section. Detected. On the other hand, if the high voltage circuit has a ground fault, the oscillation signal output from the oscillation circuit unit greatly drops due to the current flowing from the high voltage circuit to the ground point, and the ground fault detection circuit unit detects this voltage drop. Thereby, the ground fault of a high voltage circuit can be determined.
  • the ground fault detection circuit of Patent Document 1 includes a band pass filter or a high pass filter that blocks low frequency noise generated in a high voltage circuit between the ground fault detection circuit unit and the coupling capacitor. If the low frequency noise is not blocked, the oscillation signal of the oscillation circuit unit is added to the low frequency noise and input to the ground fault detection circuit unit. For this reason, when the input signal exceeds the dynamic range of the ground fault detection circuit unit, a part of the signal input to the ground fault detection circuit unit is clipped, and it is difficult to accurately detect the ground fault. become. However, by having the bandpass filter or the highpass filter described above, signal clipping can be avoided.
  • the present invention is an abnormality detecting device that is connected to a high voltage circuit via a coupling capacitor and detects an abnormality of an insulation resistance of the high voltage circuit, and can reduce the influence of low frequency noise of the high voltage circuit and An anomaly detection device that does not require a filter circuit having an expensive input capacitor to extract the signal is provided.
  • An abnormality detection apparatus includes a coupling capacitor including a first end and a second end connected to a high voltage circuit, a signal output unit, a signal extraction unit, and a signal input unit.
  • the signal output unit is connected to the first end of the coupling capacitor via a detection resistor, and outputs an AC test signal.
  • the signal extraction unit extracts an inspection signal output between the detection resistor and the coupling capacitor as an extraction signal.
  • the signal input unit detects an abnormality in the insulation resistance of the high voltage circuit based on the level of the input extraction signal.
  • the signal extraction unit includes a signal removal filter and a subtraction circuit.
  • the signal removal filter removes a signal having a frequency of the inspection signal and passes noise having a frequency lower than that of the inspection signal.
  • the subtraction circuit outputs a difference signal between the signal that has passed through the signal removal filter and the signal that has not passed through the signal removal filter as an extraction signal.
  • the influence of the low frequency noise of the high voltage circuit can be reduced, and a filter circuit having an expensive input capacitor for extracting the inspection signal can be eliminated.
  • the block diagram which shows the abnormality detection apparatus of a comparative example The block diagram which shows the abnormality detection apparatus by Embodiment 1 of this invention Circuit diagram showing a first specific example of a low-pass filter Circuit diagram showing a second specific example of the low-pass filter Waveform diagram of the inspection signal output from the signal output unit of the abnormality detection device Waveform diagram of the signal at node n1 to which the low frequency noise of the anomaly detection device is added Waveform diagram of output signal of second low-pass filter of abnormality detection device Waveform diagram of the extracted signal output from the differential amplifier of the abnormality detection device
  • the block diagram which shows the abnormality detection apparatus by Embodiment 2 of this invention The block diagram which shows the abnormality detection apparatus by Embodiment 3 of this invention Circuit diagram showing a specific example of the buffer circuit of FIG.
  • FIG. 1 shows an abnormality detection device 200 of a comparative example to which the configuration of the ground fault detection circuit of Patent Document 1 is applied.
  • the abnormality detection device 200 includes a coupling capacitor C0 having one end connected to the high voltage circuit 100, a detection resistor R0, a signal output unit 201, a signal extraction unit 202, and a signal input unit 203.
  • the high voltage circuit 100 includes a battery 110 that supplies a high voltage and a load 120 that is driven by the high voltage.
  • the high voltage circuit 100 is separated from the ground through a high insulation resistance 111 if normal.
  • the signal output unit 201 of the abnormality detection apparatus 200 outputs an AC inspection signal to the other end of the coupling capacitor C0 via the detection resistor R0.
  • the signal extraction unit 202 inputs a signal at a node between the detection resistor R0 and the other end of the coupling capacitor C0.
  • the signal extraction unit 202 blocks low-frequency noise with a high-pass filter (HPF) 211 and blocks high-frequency noise with a low-pass filter (LPF) 212 to extract a frequency component signal of the inspection signal.
  • the differential amplifier 213 amplifies the signal that has passed through the high pass filter 211 and the low pass filter 212 and outputs the amplified signal to the signal input unit 203.
  • the signal input unit 203 detects an abnormality in the insulation resistance 111 of the high voltage circuit 100 based on the level of the extracted signal.
  • the signal extraction unit 202 includes the high-pass filter 211, it is possible to reduce the influence of low-frequency noise generated in the high-voltage circuit 100, and to avoid the inconvenience that the input signal of the signal input unit 203 is clipped.
  • the high pass filter 211 requires an input capacitor. Since a test signal having a low frequency is input to the high-pass filter 211, a relatively large capacity is required for the input capacitor. Further, it is assumed that a high voltage is applied to the high pass filter 211 due to an abnormality in the high voltage circuit 100. For this reason, the input capacitor is required to have medium and high withstand voltage characteristics. Due to these requirements for capacitance and withstand voltage, the component size of the input capacitor increases and the component cost increases. Therefore, in the abnormality detection apparatus 200, there arises a problem that the circuit area increases and the component cost increases.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing the abnormality detection apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the abnormality detection device 10 is a device that is mounted on a vehicle, for example, and detects an abnormality in the insulation resistance 111 of the high voltage circuit 100.
  • the high voltage circuit 100 includes a battery 110 that supplies a high voltage, and a load (for example, a drive motor for an electric vehicle) 120 that is driven by the high voltage.
  • the high voltage circuit 100 is separated from the ground through a high insulation resistance 111 if normal.
  • low frequency noise having a frequency assumed in advance is generated.
  • the abnormality detection device 10 includes a coupling capacitor C0, a signal output unit 11, a detection resistor R0, a signal extraction unit 12, and a signal input unit 13.
  • the abnormality detection device 10 is supplied with a low-voltage power supply (a voltage lower than that of the high-voltage circuit 100).
  • the coupling capacitor C0 connects the abnormality detection device 10 and the high voltage circuit 100 in an AC manner, and insulates the high voltage circuit 100 and the abnormality detection device 10 in a DC manner.
  • One end of the coupling capacitor C0 is connected to the high voltage circuit 100 (for example, the negative electrode of the battery 110).
  • the signal output unit 11 outputs an AC inspection signal.
  • the signal output unit 11 is supplied with an offset voltage that is an intermediate voltage of the power supply voltage.
  • the signal output unit 11 outputs an alternating voltage whose voltage changes around the offset voltage as a test signal.
  • the signal output unit 11 outputs a test signal to the other end of the coupling capacitor C0 through the detection resistor R0.
  • the detection resistor R0 is a resistor for causing a voltage drop in the inspection signal when a current flows to the high voltage circuit 100 via the coupling capacitor C0.
  • the signal extraction unit 12 extracts the inspection signal output to the node n1 between the detection resistor R0 and the coupling capacitor C0.
  • the signal extraction unit 12 includes a first low-pass filter (corresponding to a noise removal filter) 21, a second low-pass filter (corresponding to a signal removal filter) 22, and a differential amplification unit (corresponding to a subtraction circuit) 23. is doing.
  • the low-pass filter is referred to as LPF.
  • the first low-pass filter 21 removes high-frequency noise having a frequency higher than that of the inspection signal, and passes the inspection signal and low-frequency noise.
  • the cutoff frequency of the first low-pass filter 21 is set to a frequency higher than the frequency of the inspection signal.
  • the second low-pass filter 22 removes the frequency component of the inspection signal and passes low frequency noise having a frequency lower than that of the inspection signal.
  • the cutoff frequency of the second low-pass filter 22 is set between the frequency of the low frequency noise assumed in the high voltage circuit 100 and the frequency of the inspection signal.
  • the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 may be composed of an active low-pass filter having an operational amplifier OP11, input resistors R11 and R12, and capacitors C11 and C12. Further, as shown in FIG. 3B, the first low-pass filter 21 is composed of a passive low-pass filter having a resistor R13 disposed on the signal line and a capacitor C13 connected between the signal line and the ground. May be.
  • the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 do not require an input capacitor having a large capacity and a medium / high breakdown voltage characteristic.
  • the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 have characteristics that do not block the DC component of the input signal, and do not require an offset voltage when a signal to which a DC component is added is input. In addition, it is possible to pass the signal with the DC component added.
  • the differential amplifier 23 outputs a difference signal between the output of the first low-pass filter 21 and the output of the second low-pass filter 22 as an extraction signal of the signal extraction unit 12. Specifically, the differential amplifying unit 23 amplifies and outputs the difference voltage between the output voltage of the first low-pass filter 21 and the output voltage of the second low-pass filter 22 with a predetermined gain.
  • the gain is set to be greater than 1, but the gain may be 1 or less.
  • the signal input unit 13 inputs the extraction signal from the signal extraction unit 12. Specifically, the signal input unit 13 is a microcomputer, and performs A / D (analog / digital) conversion and inputs the extraction signal of the signal extraction unit 12. Further, the signal input unit 13 determines whether the insulation resistance 111 is abnormal by comparing the level value of the extracted signal with a threshold value.
  • 4A to 4D show signals output to each point of the abnormality detection device.
  • 4A is a waveform diagram of an inspection signal output from the signal output unit
  • FIG. 4B is a signal waveform diagram of a node n1 to which low-frequency noise is added
  • FIG. 4C is an output waveform diagram of a second low-pass filter
  • FIG. It is a wave form diagram of the extraction signal output from a differential amplifier.
  • the signal output unit 11 outputs an AC inspection signal that changes at a predetermined frequency with a predetermined amplitude.
  • low frequency noise lower than the frequency of the inspection signal is generated.
  • a signal obtained by adding the low frequency noise and the inspection signal is output to a node n1 between the detection resistor R0 and the coupling capacitor C0.
  • the summed signal is sent to the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22.
  • the first low-pass filter 21 removes high-frequency noise having a frequency higher than that of the inspection signal. Since the high-frequency noise is not included in the waveform diagram of FIG. 4B, when the signal of FIG. 4B is input, the first low-pass filter 21 outputs a signal that is not different from that of FIG. 4B.
  • the second low-pass filter 22 removes the frequency component of the inspection signal and outputs a signal through which the low-frequency noise component is passed.
  • the differential amplifier 23 amplifies the difference signal between the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 with a predetermined gain, and outputs it as an extraction signal.
  • a predetermined offset voltage is supplied to the differential amplifier 23. Due to the predetermined offset voltage and the predetermined gain, the extracted signal output from the differential amplifier 23 to the signal input unit 13 falls within the dynamic range (for example, 0 V to 5 V) of the signal input unit 13.
  • the signal input unit 13 receives the extraction signal from the differential amplification unit 23, and determines whether the insulation resistance 111 of the high voltage circuit 100 is abnormal based on the level of the extraction signal. For example, if the insulation resistance 111 is maintained at a normal value, the amplitude of the extraction signal input to the signal input unit 13 maintains a high level. On the other hand, when the insulation resistance 111 is reduced, a current flows to the ground through the coupling capacitor C0 and the insulation resistance 111 due to the inspection signal, so that the level of the inspection signal at the node n1 is reduced due to a voltage drop caused by the detection resistor R0. Therefore, the amplitude level of the extracted signal output from the differential amplifier 23 to the signal input unit 13 decreases, and the signal input unit 13 determines whether the insulation resistance 111 is abnormal.
  • the signal extraction unit 12 does not require a filter circuit having an expensive input capacitor.
  • the second low-pass filter 22 removes the frequency component of the inspection signal and generates a signal that passes through the low-frequency noise, and the differential amplifier 23 and the signal that has passed through the second low-pass filter 22 The difference signal from the signal that has not passed through the second low-pass filter 22 is output as an extraction signal. Due to the action of the second low-pass filter 22 and the differential amplifier 23 as described above, it is possible to reduce the influence of low frequency noise from the extracted signal output from the signal extracting unit 12 to the signal input unit 13. Therefore, according to the abnormality detection device 10 of the first embodiment, the influence of the low frequency noise of the high voltage circuit 100 can be reduced, and a filter circuit having an expensive input capacitor is not required for extracting the inspection signal. be able to.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the abnormality detection apparatus 10A according to the second embodiment.
  • the abnormality detection apparatus 10A is different from the first embodiment in that the differential amplifier 23A is configured not to use an offset voltage.
  • symbol as Embodiment 1 is attached
  • subjected and detailed description is abbreviate
  • the differential amplifier 23A amplifies the difference signal between the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 with a predetermined gain, and outputs the amplified signal as an extraction signal.
  • the offset voltage is not supplied to the differential amplifier 23A, and the differential amplifier 23A outputs zero voltage when the subtracted voltage value becomes negative.
  • the signal input unit 13 receives an extraction signal obtained by clipping a waveform of 0 V or less from the differential amplification unit 23A.
  • the signal input unit 13 measures the peak value of the extracted signal and compares the peak value with a threshold value to determine whether the insulation resistance 111 is abnormal.
  • the differential amplifier 23A clips the waveform of 0V or less of the extraction signal, while eliminating the need to supply the offset voltage to the signal extraction unit 12. Therefore, in addition to the same effects as those of the first embodiment, it is possible to reduce the overall circuit area and the component cost.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an abnormality detection apparatus 10B according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a specific example of the buffer circuit 24 of FIG.
  • the abnormality detection device 10B is different from the first embodiment in that it includes a buffer circuit 24.
  • symbol as Embodiment 1 is attached
  • subjected and detailed description is abbreviate
  • the abnormality detection device 10B has a signal extraction unit 12B having a buffer circuit 24.
  • the signal extraction unit 12B includes a first low-pass filter 21, a second low-pass filter 22, a differential amplification unit 23, and a buffer circuit 24.
  • Buffer circuit 24 inputs a signal from node n1 and outputs a signal to first low-pass filter 21 and second low-pass filter 22.
  • the buffer circuit 24 has a large input impedance, and outputs the input inspection signal to the subsequent stage with a small voltage drop.
  • the buffer circuit 24 has a function of suppressing the amplitude of the low frequency noise and the high frequency noise input from the high voltage circuit 100 when the amplitude is excessive.
  • the buffer circuit 24 includes a negative feedback operational amplifier OP21, an input resistor R21, a voltage dividing resistor R22, a bypass capacitor C21, and protective diodes D21 and D22. is doing.
  • the input resistor R21 has one end connected to the input terminal and the other end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP21.
  • the protection diode D21 is connected between the power supply voltage and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP21, and the protection diode D22 is connected between the ground and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP21.
  • the voltage dividing resistor R22 is connected between the ground and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP21.
  • the bypass capacitor C21 is connected between the ground and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP21.
  • the voltage dividing resistor R22 and the capacitor C21 may be connected to the output of the first offset voltage or the output of the second offset voltage instead of the ground.
  • the inspection signal output to the node n1 can be output to the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22 with a small voltage drop. Further, even if an excessively low frequency noise or high frequency noise is input from the high voltage circuit 100 by the buffer circuit 24, the inspection signal is not clipped to the first low-pass filter 21 and the second low-pass filter 22. Can be output.
  • the buffer circuit 24 can obtain the effect that the signal extraction unit 12B can extract the inspection signal with higher sensitivity. .
  • the buffer circuit 24 has a function of attenuating low-frequency noise and high-frequency noise, even if the buffer circuit 24 is provided, it is possible to avoid the inspection signal being clipped before the signal input unit 13. .
  • the configuration in which the signal extraction unit 12 includes the first low-pass filter 21 is shown.
  • the first low-pass filter 21 may be omitted. Good.
  • the first low-pass filter 21 may be provided before the node n2 (see FIG. 2).
  • the node n2 is a point where the inspection signal is branched into a signal path that passes through the second low-pass filter 22 and a signal path that does not pass through the second low-pass filter 22.
  • the configuration in which the signal input unit 13 that inputs the extraction signal determines whether the insulation resistance 111 is abnormal based on the level of the extraction signal has been described.
  • a configuration may be adopted in which a separate control unit for determining abnormality is provided, and the control unit determines abnormality of the insulation resistance 111 based on the level of the extracted signal input to the signal input unit 13.
  • the present invention can be applied to, for example, an abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality in insulation resistance of a high voltage circuit mounted on a vehicle.

Abstract

　異常検出装置は、第１端と、高電圧回路に接続される第２端とを含むカップリングコンデンサと、信号出力部と、信号抽出部と、信号入力部とを有する。信号出力部は、カップリングコンデンサの第１端に、検出抵抗を介して接続され、交流の検査信号を出力する。信号抽出部は、検出抵抗とカップリングコンデンサとの間に出力される検査信号を抽出信号として抽出する。信号入力部は入力された抽出信号のレベルに基づき、高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する。信号抽出部は、信号除去フィルタと、減算回路とを含む。信号除去フィルタは、検査信号の周波数の信号を除去し、検査信号より低周波数のノイズを通す。減算回路は、信号除去フィルタを通過した信号と、信号除去フィルタを非通過の信号との差信号を、抽出信号として出力する。

Description

異常検出装置
　本発明は、高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する異常検出装置に関する。
　以前より、高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する異常検出装置が提案されている。特許文献１には、異常検出装置として、電気自動車の地絡検出回路が開示されている。特許文献１の地絡検出回路は、一端が高電圧回路に接続されるカップリングコンデンサと、カップリングコンデンサの他端にインピーダンスを介して発振信号を出力する発振回路部と、インピーダンスとカップリングコンデンサとの間の信号の振幅に基づいて高電圧回路の地絡を判定する地絡検出回路部とを有している。
　特許文献１の地絡検出回路によれば、高電圧回路の絶縁抵抗が正常に維持されていれば、発振回路部により出力される発振信号は、大きく電圧降下することなく地絡検出回路部に検出される。一方、高電圧回路が地絡すれば、発振回路部により出力された発振信号は高電圧回路から接地点へ流れる電流によって大きく電圧降下し、地絡検出回路部がこの電圧降下を検出する。これにより、高電圧回路の地絡を判定することができる。
　また、特許文献１の地絡検出回路は、地絡検出回路部とカップリングコンデンサとの間に、高電圧回路で発生する低周波ノイズを遮断するバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタを有している。低周波ノイズが遮断されないと、発振回路部の発振信号は、低周波ノイズに加算されて地絡検出回路部に入力される。このため、入力された信号が地絡検出回路部のダイナミックレンジを超えた場合に、地絡検出回路部に入力される信号の一部がクリップされ、地絡の正確な検出を行うことが困難になる。しかしながら、上記のバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタを有することで、信号のクリップを回避することができる。
日本国特許第３７８１２８９号公報
　本発明は、カップリングコンデンサを介して高電圧回路に接続され、高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する異常検出装置において、高電圧回路の低周波ノイズの影響を削減でき、且つ、検査信号を抽出するために高価な入力コンデンサを有するフィルタ回路を必要としない異常検出装置を提供する。
　本発明の一態様に係る異常検出装置は、第１端と、高電圧回路に接続される第２端とを含むカップリングコンデンサと、信号出力部と、信号抽出部と、信号入力部とを有する。信号出力部は、カップリングコンデンサの第１端に、検出抵抗を介して接続され、交流の検査信号を出力する。信号抽出部は、検出抵抗とカップリングコンデンサとの間に出力される検査信号を抽出信号として抽出する。信号入力部は入力された抽出信号のレベルに基づき、高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する。信号抽出部は、信号除去フィルタと、減算回路とを含む。信号除去フィルタは、検査信号の周波数の信号を除去し、検査信号より低周波数のノイズを通す。減算回路は、信号除去フィルタを通過した信号と、信号除去フィルタを非通過の信号との差信号を、抽出信号として出力する。
　本発明によれば、高電圧回路の低周波ノイズの影響を削減でき、且つ、検査信号を抽出するために高価な入力コンデンサを有するフィルタ回路を不要とすることができる。
比較例の異常検出装置を示す構成図 本発明の実施の形態１による異常検出装置を示す構成図 ローパスフィルタの第１具体例を示す回路図 ローパスフィルタの第２具体例を示す回路図 異常検出装置の信号出力部が出力する検査信号の波形図 異常検出装置の低周波ノイズが付加された結節点ｎ１の信号の波形図 異常検出装置の第２のローパスフィルタの出力信号の波形図 異常検出装置の差動増幅部から出力される抽出信号の波形図 本発明の実施の形態２による異常検出装置を示す構成図 本発明の実施の形態３による異常検出装置を示す構成図 図６のバッファ回路の具体例を示す回路図
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の技術における問題点を簡単に説明する。図１は、特許文献１の地絡検出回路の構成を適用した、比較例の異常検出装置２００を示している。異常検出装置２００は、一端が高電圧回路１００に接続されるカップリングコンデンサＣ０と、検出抵抗Ｒ０と、信号出力部２０１と、信号抽出部２０２と、信号入力部２０３とを有する。高電圧回路１００は、高電圧を供給する電池１１０と、高電圧により駆動する負荷１２０とを有している。高電圧回路１００は、正常であれば高い絶縁抵抗１１１を介してアースと分離されている。
　異常検出装置２００の信号出力部２０１は、検出抵抗Ｒ０を介してカップリングコンデンサＣ０の他端に交流の検査信号を出力する。信号抽出部２０２は、検出抵抗Ｒ０とカップリングコンデンサＣ０の他端との中間の結節点の信号を入力する。信号抽出部２０２は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１１で低周波ノイズを遮断し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１２で高周波ノイズを遮断して、検査信号の周波数成分の信号を抽出する。差動増幅部２１３は、ハイパスフィルタ２１１とローパスフィルタ２１２とを通過した信号を増幅して信号入力部２０３に出力する。信号入力部２０３は、抽出された信号のレベルに基づいて高電圧回路１００の絶縁抵抗１１１の異常を検出する。
　このように、信号抽出部２０２がハイパスフィルタ２１１を有することで、高電圧回路１００で発生する低周波ノイズによる影響を削減し、信号入力部２０３の入力信号がクリップされるという不都合を回避できる。
　一方、ハイパスフィルタ２１１には、入力コンデンサが必要となる。ハイパスフィルタ２１１には、周波数の高くない検査信号が入力されるため、入力コンデンサには、比較的に大きな容量が要求される。さらに、ハイパスフィルタ２１１には、高電圧回路１００の異常により高電圧が印加されることが想定される。このため、入力コンデンサには、中高耐圧の特性が要求される。これらの容量および耐圧の要求とから、入力コンデンサの部品サイズは大きくなり、部品コストが上昇する。したがって、異常検出装置２００においては、回路面積の増大、および、部品コストの増大という問題が生じる。
　以下、本発明の種々の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　＜構成説明＞
　図２は、本発明の実施の形態１による異常検出装置１０を示す構成図である。異常検出装置１０は、例えば車両に搭載され、高電圧回路１００の絶縁抵抗１１１の異常を検出する装置である。高電圧回路１００は、高電圧を供給する電池１１０と、高電圧により駆動する負荷（例えば電気自動車の駆動用モータなど）１２０とを有している。高電圧回路１００は、正常であれば高い絶縁抵抗１１１を介してアースと分離されている。高電圧回路１００では、予め想定される周波数の低周波ノイズが発生する。
　異常検出装置１０は、カップリングコンデンサＣ０、信号出力部１１、検出抵抗Ｒ０、信号抽出部１２、および、信号入力部１３を有している。異常検出装置１０には、低電圧の電源（高電圧回路１００の電源より低い電圧）が供給される。
　カップリングコンデンサＣ０は、異常検出装置１０と高電圧回路１００とを交流的に接続し、高電圧回路１００と異常検出装置１０とを直流的に絶縁する。カップリングコンデンサＣ０の一端は、高電圧回路１００（例えば電池１１０の負極）に接続される。
　信号出力部１１は、交流の検査信号を出力する。信号出力部１１には、電源電圧の中間の電圧であるオフセット電圧が供給される。信号出力部１１は、オフセット電圧を中心に電圧が変化する交流電圧を、検査信号として出力する。信号出力部１１は、検出抵抗Ｒ０を通して、カップリングコンデンサＣ０の他端に、検査信号を出力する。
　検出抵抗Ｒ０は、カップリングコンデンサＣ０を介して高電圧回路１００へ電流が流れたときに、検査信号に電圧降下を生じさせるための抵抗である。
　信号抽出部１２は、検出抵抗Ｒ０とカップリングコンデンサＣ０との間の結節点ｎ１に出力される検査信号を抽出する。信号抽出部１２は、第１のローパスフィルタ（ノイズ除去フィルタに相当）２１と、第２のローパスフィルタ（信号除去フィルタに相当）２２と、差動増幅部（減算回路に相当）２３とを有している。図中、ローパスフィルタをＬＰＦと記す。
　第１のローパスフィルタ２１は、検査信号より高い周波数の高周波ノイズを除去し、検査信号と低周波ノイズとを通す。第１のローパスフィルタ２１のカットオフ周波数は、検査信号の周波数より高い周波数に設定される。
　第２のローパスフィルタ２２は、検査信号の周波数成分を除去し、検査信号より周波数の低い低周波ノイズを通す。第２のローパスフィルタ２２のカットオフ周波数は、高電圧回路１００で想定される低周波ノイズの周波数と、検査信号の周波数との間に設定される。
　第１のローパスフィルタ２１と第２のローパスフィルタ２２とは、図３Ａに示すように、オペアンプＯＰ１１、入力抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、コンデンサＣ１１、Ｃ１２を有するアクティブ方式のローパスフィルタから構成しても良い。また、第１のローパスフィルタ２１は、図３Ｂに示すように、信号線に配置される抵抗Ｒ１３と、信号線とグラウンドとの間に接続されるコンデンサＣ１３とを有するパッシブ方式のローパスフィルタから構成してもよい。第１のローパスフィルタ２１および第２のローパスフィルタ２２においては、容量が大きく中高耐圧の特性を有する入力コンデンサが必要ない。第１のローパスフィルタ２１および第２のローパスフィルタ２２は、入力信号の直流成分を遮断しない特性を有しており、直流成分が付加された信号が入力される場合に、オフセット電圧を要さずに、直流成分を付加したまま信号を通過させることができる。
　差動増幅部２３は、第１のローパスフィルタ２１の出力と、第２のローパスフィルタ２２の出力との差信号を、信号抽出部１２の抽出信号として出力する。具体的には、差動増幅部２３は、第１のローパスフィルタ２１の出力電圧と第２のローパスフィルタ２２の出力電圧との差電圧を、所定の利得で増幅して出力する。利得は１より大きく設定されるが、利得は１以下としてもよい。
　信号入力部１３は、信号抽出部１２から抽出信号を入力する。具体的には、信号入力部１３は、マイクロコンピュータであり、信号抽出部１２の抽出信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して入力する。さらに、信号入力部１３は、抽出信号のレベル値を、閾値と比較するなどして、絶縁抵抗１１１の異常の有無を判定する。
　＜動作説明＞
　図４Ａ～図４Ｄは、異常検出装置の各点に出力される信号を示す。図４Ａは信号出力部から出力される検査信号の波形図、図４Ｂは低周波ノイズが付加された結節点ｎ１の信号波形図、図４Ｃは第２のローパスフィルタの出力波形図、図４Ｄは差動増幅部から出力される抽出信号の波形図である。
　信号出力部１１は、図４Ａに示すように、所定振幅で所定の周波数で変化する交流の検査信号を出力する。
　高電圧回路１００には、図４Ｃに示すように、検査信号の周波数よりも低い低周波ノイズが発生する。低周波ノイズが発生すると、図４Ｂに示すように、検出抵抗Ｒ０とカップリングコンデンサＣ０との間の結節点ｎ１に、低周波ノイズと検査信号とが合算された信号が出力される。合算された信号は、第１のローパスフィルタ２１と第２のローパスフィルタ２２に送られる。
　第１のローパスフィルタ２１は、検査信号より高い周波数の高周波ノイズを除去する。図４Ｂの波形図には高周波ノイズを含めていないので、図４Ｂの信号が入力された場合、第１のローパスフィルタ２１からは、図４Ｂと変わらない信号が出力される。
　第２のローパスフィルタ２２は、図４Ｃに示すように、検査信号の周波数成分を除去し、低周波ノイズの成分が通された信号を出力する。
　差動増幅部２３は、図４Ｄに示すように、第１のローパスフィルタ２１と、第２のローパスフィルタ２２との差信号を所定利得で増幅して、抽出信号として出力する。差動増幅部２３には、所定のオフセット電圧が供給される。所定のオフセット電圧と所定利得とにより、差動増幅部２３から信号入力部１３に出力される抽出信号は、信号入力部１３のダイナミックレンジ（例えば０Ｖ～５Ｖ）に収まる。
　信号入力部１３は、差動増幅部２３から抽出信号を入力し、抽出信号のレベルに基づいて高電圧回路１００の絶縁抵抗１１１の異常の有無を判定する。例えば、絶縁抵抗１１１が正常な値に維持されていれば、信号入力部１３に入力される抽出信号の振幅は高いレベルを維持する。一方、絶縁抵抗１１１が小さくなると、検査信号によりカップリングコンデンサＣ０と絶縁抵抗１１１を介してグラウンドへ電流が流れることで、検出抵抗Ｒ０による電圧降下により結節点ｎ１の検査信号のレベルが小さくなる。よって、差動増幅部２３から信号入力部１３へ出力される抽出信号の振幅レベルが小さくなって、信号入力部１３が絶縁抵抗１１１の異常を判定する。
　以上のように、異常検出装置１０によれば、信号抽出部１２に高価な入力コンデンサを有するフィルタ回路を必要としない。さらに、第２のローパスフィルタ２２が検査信号の周波数成分を除去し、且つ、低周波ノイズを通した信号を生成し、差動増幅部２３が、第２のローパスフィルタ２２を通過した信号と第２のローパスフィルタ２２を通過していない信号との差信号を、抽出信号として出力する。このような第２のローパスフィルタ２２と差動増幅部２３との作用により、信号抽出部１２から信号入力部１３へ出力される抽出信号から、低周波ノイズの影響を削減することができる。したがって、実施の形態１の異常検出装置１０によれば、高電圧回路１００の低周波ノイズの影響を削減でき、且つ、検査信号を抽出するために高価な入力コンデンサを有するフィルタ回路を不要とすることができる。
　（実施の形態２）
　図５は、実施の形態２による異常検出装置１０Ａの構成図を示す。異常検出装置１０Ａは、差動増幅部２３Ａをオフセット電圧不使用の構成としたところが、実施の形態１と異なる。実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　差動増幅部２３Ａは、第１のローパスフィルタ２１と、第２のローパスフィルタ２２との差信号を所定利得で増幅して、抽出信号として出力する。差動増幅部２３Ａには、オフセット電圧が供給されず、差動増幅部２３Ａは、減算した電圧値が負になるときにはゼロ電圧を出力する。
　信号入力部１３は、差動増幅部２３Ａから、０Ｖ以下の波形がクリップされた抽出信号が入力される。信号入力部１３は、抽出信号の波高値を計測し、波高値と閾値とを比較するなどして、絶縁抵抗１１１の異常の有無を判定する。
　その他の動作は、実施の形態１で説明した異常検出装置１０と同様である。
　以上のように、異常検出装置１０Ａによれば、差動増幅部２３Ａで、抽出信号の０Ｖ以下の波形がクリップされる一方、信号抽出部１２にオフセット電圧を供給する必要がなくなる。よって、実施の形態１と同様の効果に加えて、全体的な回路面積の削減および部品コストの低減を図ることができる。
　（実施の形態３）
　図６は、実施の形態３による異常検出装置１０Ｂの構成図である。図７は、図６のバッファ回路２４の具体例の回路図である。異常検出装置１０Ｂは、バッファ回路２４を有する点が、実施の形態１と異なる。実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　異常検出装置１０Ｂは、バッファ回路２４を有する信号抽出部１２Ｂを有している。信号抽出部１２Ｂは、第１のローパスフィルタ２１、第２のローパスフィルタ２２、差動増幅部２３、および、バッファ回路２４を有する。
　バッファ回路２４は、結節点ｎ１から信号を入力し、第１のローパスフィルタ２１および第２のローパスフィルタ２２に信号を出力する。バッファ回路２４は、入力インピーダンスが大きく、入力された検査信号を少ない電圧低下で後段に出力する。
　また、バッファ回路２４は、高電圧回路１００から入力される低周波ノイズおよび高周波ノイズの振幅が過大だった場合に、これらのノイズの振幅を抑える機能を有している。具体的には、図７に示すように、バッファ回路２４は、負帰還されたオペアンプＯＰ２１と、入力抵抗Ｒ２１と、分圧用の抵抗Ｒ２２と、バイパスコンデンサＣ２１と、保護ダイオードＤ２１、Ｄ２２とを有している。入力抵抗Ｒ２１は、一端が入力端子に接続され、他端がオペアンプＯＰ２１の非反転入力端子に接続される。保護ダイオードＤ２１は、電源電圧とオペアンプＯＰ２１の非反転入力端子との間に接続され、保護ダイオードＤ２２は、グラウンドとオペアンプＯＰ２１の非反転入力端子との間に接続される。分圧用の抵抗Ｒ２２は、グラウンドとオペアンプＯＰ２１の非反転入力端子との間に接続される。バイパスコンデンサＣ２１は、グラウンドとオペアンプＯＰ２１の非反転入力端子との間に接続される。また、分圧用の抵抗Ｒ２２とコンデンサＣ２１はグラウンドではなく、第１オフセット電圧の出力または第２オフセット電圧の出力に接続してもよい。
　このような構成により、バッファ回路２４に振幅の大きな低周波ノイズが入力された場合には、入力抵抗Ｒ２１と、分圧要の抵抗Ｒ２２でノイズの振幅を低減する。また、バッファ回路２４に振幅の大きな高周波ノイズが入力された場合には、入力抵抗Ｒ２１とバイパスコンデンサＣ２１により、ノイズの振幅を低減する。これらにより、過大な振幅の低周波ノイズまたは高周波ノイズが入力された場合でも、検査信号が加算されている信号の振幅を、バッファ用のオペアンプＯＰ２１のダイナミックレンジ内に抑えることができる。
　このようなバッファ回路２４により、結節点ｎ１に出力された検査信号を、少ない電圧低下で第１のローパスフィルタ２１および第２のローパスフィルタ２２に出力することができる。また、バッファ回路２４により、高電圧回路１００から過大な振幅の低周波ノイズまたは高周波ノイズが入力されても、検査信号をクリップすることなく、第１のローパスフィルタ２１および第２のローパスフィルタ２２に出力することができる。
　その他の動作は、実施の形態１で説明した異常検出装置１０と同様である。
　以上のように、異常検出装置１０Ｂによれば、実施の形態１の効果に加えて、バッファ回路２４により、信号抽出部１２Ｂによる検査信号の抽出をより感度よく行うことができるという効果が得られる。また、バッファ回路２４は、低周波ノイズおよび高周波ノイズを減衰させる機能を有しているので、バッファ回路２４を設けても、信号入力部１３より前段で検査信号がクリップされてしまうことを回避できる。
　以上、本発明の各実施の形態について説明した。
　なお、上記の実施の形態では、信号抽出部１２が、第１のローパスフィルタ２１を有する構成を示したが、高周波ノイズの発生が少ない場合には、第１のローパスフィルタ２１を省略してもよい。また、第１のローパスフィルタ２１は、結節点ｎ２（図２を参照）の前段に設けてもよい。結節点ｎ２は、検査信号を第２のローパスフィルタ２２を通る信号経路と、第２のローパスフィルタ２２を通らない信号経路とに分岐させる点である。
　また、上記の実施の形態では、抽出信号を入力する信号入力部１３が、抽出信号のレベルに基づいて絶縁抵抗１１１の異常の判定を行う構成を示した。しかしながら、異常の判定を行う制御部を別に設け、制御部が信号入力部１３に入力された抽出信号のレベルに基づき絶縁抵抗１１１の異常の判定を行う構成を採用してもよい。
　本発明は、例えば車両に搭載される高電圧回路の絶縁抵抗の異常の有無を検出する異常検出装置に適用できる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ　　異常検出装置
１１　　信号出力部
１２，１２Ｂ　　信号抽出部
１３　　信号入力部
２１　　第１のローパスフィルタ（ノイズ除去フィルタ）
２２　　第２のローパスフィルタ（信号除去フィルタ）
２３，２３Ａ　　差動増幅部（減算回路）
２４　　バッファ回路
１００　　高電圧回路
１１０　　電池
１２０　　負荷
１１１　　絶縁抵抗
Ｒ０　　検出抵抗
Ｃ０　　カップリングコンデンサ

Claims (4)

  1. 第１端と、高電圧回路に接続される第２端とを有するカップリングコンデンサと、
    前記カップリングコンデンサの前記第１端に、検出抵抗を介して接続され、交流の検査信号を出力する信号出力部と、
    前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサとの間に出力される前記検査信号を抽出信号として抽出する信号抽出部と、
    前記抽出信号が入力され、入力された前記抽出信号のレベルに基づき、前記高電圧回路の絶縁抵抗の異常を検出する信号入力部と、を備え、
    前記信号抽出部は、
    　前記検査信号の周波数の信号を除去し、前記検査信号より周波数の低い低周波ノイズを通す信号除去フィルタと、
    　前記信号除去フィルタを通過した信号と、前記信号除去フィルタを非通過の信号との差信号を、前記抽出信号として出力する減算回路と、を有する、
    異常検出装置。
  2. 前記信号除去フィルタは、前記検査信号の周波数の信号を除去し、前記低周波ノイズを通すローパスフィルタである、
    請求項１に記載の異常検出装置。
  3. 前記信号抽出部は、前記検査信号より周波数の高い高周波ノイズを除去し、前記検査信号の周波数の信号と前記低周波ノイズとを通すノイズ除去フィルタをさらに有し、
    前記減算回路は、前記信号除去フィルタを通過した信号と、前記ノイズ除去フィルタを通過し且つ前記信号除去フィルタを非通過の信号との差信号を、前記抽出信号として出力する、
    請求項１、２のいずれか一項に記載の異常検出装置。
  4. 前記ノイズ除去フィルタは、前記検査信号より周波数の高い高周波ノイズを除去し、前記検査信号の周波数の信号と前記低周波ノイズとを通すローパスフィルタである、
    請求項３に記載の異常検出装置。
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