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技術 絶縁性検出装置

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 染谷徹後藤勝敏木村好壱
出願日 2014年2月10日 (7年9ヶ月経過) 出願番号 2014-023870
公開日 2015年8月24日 (6年2ヶ月経過) 公開番号 2015-152326
状態 特許登録済
技術分野 短絡、断線、漏洩,誤接続の試験 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード 相違度合 絶縁レベル ADポート AD入力ポート 出力端子間電圧 非接地電源 正出力端子 負出力端子
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図面 (4)

課題

非接地回路絶縁性検出精度を維持しつつ、コスト低減及び耐久性向上を実現した絶縁性検出装置を提供する。

解決手段

絶縁性検出装置は、第2直流電源20の正出力端子P側の電圧Vi1と第1直流電源5の中点電圧VN0との差に応じた第1参照電圧Vo1を出力する第1演算部30と、第2直流電源20の負出力端子N側の電圧Vi2と中点電圧VN0との差に応じた第2参照電圧Vo2を出力する第2演算部40と、Vo1とVo2の差に基づいて第2直流電源20の出力電圧Vpnを検出する電源電圧検出部11aと、Vo1及びVo2からVN0のオフセット分を除去した第1参照補正電圧及び第2参照補正電圧の相違度合に基づいて、第2直流電源20と接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部12aとを備える。

概要

背景

従来より、高電圧を出力する直流電源を備えた電動車両バッテリ駆動車両、ハイブリッド車両燃料電池車両等)においては、直流電源及び直流電源に接続される回路を車体の接地電位部(ボディアース部)から絶縁して非接地回路とするのが一般的である。

そして、このような非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁性劣化地絡(直流電源の出力端子と車両の接地電位部間の絶縁抵抗所定レベル以下になった状態)を検出する装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。

特許文献1に記載された装置(地絡検知装置)においては、直流電源の正出力端子及び負出力端子と接地電位部間に、それぞれスイッチング素子を介して地絡検出抵抗を接続すると共に、正出力端子及び負出力端子と接地電位部間に定電流源を設け、各スイッチング素子をON(導通状態)したときの地絡検出用抵抗の端子間電圧に基づいて、地絡の有無を検出している。

また、特許文献2に記載された装置(地絡検知装置)においては、特許文献1に記載された装置と同様の回路構成によって、地絡検出用抵抗の端子間電圧の収束値予測し、この予測値に基づいて地絡発生の有無を検知している。

概要

非接地回路の絶縁性の検出精度を維持しつつ、コスト低減及び耐久性向上を実現した絶縁性検出装置を提供する。絶縁性検出装置は、第2直流電源20の正出力端子P側の電圧Vi1と第1直流電源5の中点電圧VN0との差に応じた第1参照電圧Vo1を出力する第1演算部30と、第2直流電源20の負出力端子N側の電圧Vi2と中点電圧VN0との差に応じた第2参照電圧Vo2を出力する第2演算部40と、Vo1とVo2の差に基づいて第2直流電源20の出力電圧Vpnを検出する電源電圧検出部11aと、Vo1及びVo2からVN0のオフセット分を除去した第1参照補正電圧及び第2参照補正電圧の相違度合に基づいて、第2直流電源20と接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部12aとを備える。

目的

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、非接地回路の絶縁性の検出精度を維持しつつ、コスト低減及び耐久性向上を実現した絶縁性検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

負出力端子を車両の接地電位部に接続して該車両に搭載された第1直流電源と、前記接地電位部から絶縁して前記車両に搭載され、前記第1直流電源よりも高い電圧を出力する第2直流電源とを備えた車両において、該第2直流電源の絶縁性を検出する絶縁性検出装置であって、前記第1直流電源からの供給電力により作動し、前記第2直流電源の正出力端子から第1抵抗を介して入力される電圧と、前記第1直流電源の出力電圧を1/2に分圧した中点電圧との差に応じた第1参照電圧を出力する第1演算部と、前記第1直流電源からの供給電力により作動し、前記第2直流電源の負出力端子から第2抵抗を介して入力される電圧と、前記中点電圧との差に応じた第2参照電圧を出力する第2演算部と、前記第1参照電圧から前記中点電圧のオフセット分を除去した第1参照補正電圧と、前記第2参照電圧から前記中点電圧のオフセット分を除去した第2参照補正電圧との相違度合に基づいて、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部との間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部とを備えたことを特徴とする絶縁性検出装置。

請求項2

請求項1に記載の絶縁性検出装置において、前記絶縁レベル検出部は、前記第1参照補正電圧Vo1aと、前記第2参照補正電圧Vo2aと、前記第1抵抗及び前記第2抵抗の抵抗値R1とを、以下の式(1)に適用することによって、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部間の絶縁レベルRsを検出することを特徴とする絶縁性検出装置。但し、Vo1a:第1参照補正電圧、Vo2a:第2参照補正電圧、R1:第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値、Rs:第2直流電源の正出力端子又は負入力端子と接地電位部間の絶縁レベル(絶縁抵抗値)、Vo2a/Vo1a:第1参照補正電圧Vo1aと第2参照補正電圧Vo2aの相違度合。

請求項3

請求項1に記載の絶縁性検出装置において、前記絶縁レベル検出部は、前記第1参照電圧Vo1と、前記第2参照電圧Vo2と、前記第1参照補正電圧Vo1aと、前記第2参照補正電圧Vo2aと、前記第1抵抗及び前記第2抵抗の抵抗値R1とを、以下の式(2)に適用することによって、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部間の絶縁レベルを検出することを特徴とする絶縁性検出装置。但し、Vo1:第1参照電圧、Vo2:第2参照電圧、Vo1a:第1参照補正電圧、Vo2a:第2参照補正電圧、R1:第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値、Rs:第2直流電源の出力端子と接地電位部間の絶縁レベル(絶縁抵抗値)、Vo2a+Vo1a:第1参照補正電圧Vo1aと第2参照補正電圧Vo2aの相違度合。

請求項4

請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の絶縁性検出装置において、前記第2参照電圧と前記第1参照電圧との差に基づいて、前記第2直流電源の出力電圧を検出する電源電圧検出部を備えたことを特徴とする絶縁性検出装置。

技術分野

0001

本発明は、車両の接地電位部から絶縁して配置された非接地電源の出力部と、接地電位部間の絶縁性を検出する絶縁性検出装置に関する。

背景技術

0002

従来より、高電圧を出力する直流電源を備えた電動車両バッテリ駆動車両、ハイブリッド車両燃料電池車両等)においては、直流電源及び直流電源に接続される回路を車体の接地電位部(ボディアース部)から絶縁して非接地回路とするのが一般的である。

0003

そして、このような非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁性の劣化地絡(直流電源の出力端子と車両の接地電位部間の絶縁抵抗所定レベル以下になった状態)を検出する装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。

0004

特許文献1に記載された装置(地絡検知装置)においては、直流電源の正出力端子及び負出力端子と接地電位部間に、それぞれスイッチング素子を介して地絡検出抵抗を接続すると共に、正出力端子及び負出力端子と接地電位部間に定電流源を設け、各スイッチング素子をON(導通状態)したときの地絡検出用抵抗の端子間電圧に基づいて、地絡の有無を検出している。

0005

また、特許文献2に記載された装置(地絡検知装置)においては、特許文献1に記載された装置と同様の回路構成によって、地絡検出用抵抗の端子間電圧の収束値予測し、この予測値に基づいて地絡発生の有無を検知している。

先行技術

0006

特開2004−325381号公報
特開2004−325382号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上記特許文献1,2に記載された装置においては、直流電源から出力される高圧電圧スイッチングする高耐圧のスイッチング素子を用いるため、部品コストが高くなる。また、スイッチング素子としてPhoto−MOS等の光半導体素子を用いたときには、寿命及び信頼性の面で不利となる。さらに、上記特許文献1,2に記載された装置においては、センサとしての出力抵抗が高いために高精度化が難しい。

0008

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、非接地回路の絶縁性の検出精度を維持しつつ、コスト低減及び耐久性向上を実現した絶縁性検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、負出力端子を車両の接地電位部に接続して該車両に搭載された第1直流電源と、前記接地電位部から絶縁して前記車両に搭載され、前記第1直流電源よりも高い電圧を出力する第2直流電源とを備えた車両において、該第2直流電源の絶縁性を検出する絶縁性検出装置に関する。

0010

そして、本発明の絶縁性検出装置は、
前記第1直流電源からの供給電力により作動し、前記第2直流電源の正出力端子から第1抵抗を介して入力される電圧と、前記第1直流電源の出力電圧を1/2に分圧した中点電圧との差に応じた第1参照電圧を出力する第1演算部と、
前記第1直流電源からの供給電力により作動し、前記第2直流電源の負出力端子から第2抵抗を介して入力される電圧と、前記中点電圧との差に応じた第2参照電圧を出力する第2演算部と、
前記第1参照電圧から前記中点電圧のオフセット分を除去した第1参照補正電圧と、前記第2参照電圧から前記中点電圧のオフセット分を除去した第2参照補正電圧との相違度合に基づいて、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部との間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部とを備えたことを特徴とする。

0011

かかる本発明によれば、前記第2直流電源の出力端子(正出力端子及び負出力端子)と前記車両の接地電位部との絶縁抵抗が十分に高いとき(地絡が生じていないとき)には、前記第1演算部に前記第2直流電源の出力電圧の1/2倍の電圧が入力されると共に、前記第2演算部に前記第2直流電源の出力電圧の−1/2倍の電圧が入力される。この場合、前記第1演算部から出力される前記第1参照電圧は、前記第2直流電源の出力端子間電圧の1/2倍の電圧と前記中点電位部との差に応じたものとなる。同様に、前記第2演算部から出力される前記第2参照電圧は、前記第2直流電源の出力端子間電圧の−1/2倍の電圧と前記中点電位部の電圧との差に応じたものとなる。

0012

そして、前記第2直流電源の正出力端子又は負出力端子と前記車両の接地電位部間の絶縁レベル(絶縁抵抗)が低下すると、前記第1演算部又は前記第2演算部の入力抵抗が減少して、前記第1演算部の入力される電圧と前記第2演算部に入力される電圧との大きさの差が大きくなり、この差によって前記第1参照補正電圧と前記第2参照電圧との相違度合が大きくなる。そのため、前記絶縁レベル検出部は、前記第1参照補正電圧と前記第2参照電圧との相違度合に基づいて、前記第2直流電源の出力端子と前記車両の接地電位部間の絶縁レベルを精度良く検出することができる。さらに、本発明においては、第2直流電源から出力される電圧の導通遮断切替えるための高コストなスイッチング素子や光半導体素子を備える必要がないため、装置のコスト低減及び耐久性向上を実現することができる。

0013

また、前記絶縁レベル検出部は、前記第1参照補正電圧Vo1aと、前記第2参照補正電圧Vo2aと、前記第1抵抗及び前記第2抵抗のR1とを、以下の式(1)に適用することによって、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部間の絶縁レベルRsを検出することを特徴とする。

0014

0015

但し、Vo1a:第1参照補正電圧、Vo2a:第2参照補正電圧、R1:第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値、Rs:第2直流電源の正出力端子又は負入力端子と接地電位部間の絶縁レベル(絶縁抵抗値)、Vo2a/Vo1a:第1参照補正電圧Vo1aと第2参照補正電圧Vo2aの相違度合。

0016

この構成によれば、前記絶縁レベル検出部は、上記式(1)の関係を用いて、前記第2直流電源の出力端子と前記車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出することができる。

0017

また、前記絶縁レベル検出部は、前記第1参照電圧Vo1と、前記第2参照電圧Vo2と、前記第1参照補正電圧Vo1aと、前記第2参照補正電圧Vo2aと、前記第1抵抗及び前記第2抵抗の抵抗値R1とを、以下の式(2)に適用することによって、前記第2直流電源の出力端子と前記接地電位部間の絶縁レベルを検出することを特徴とする。

0018

0019

但し、Vo1:第1参照電圧、Vo2:第2参照電圧、Vo1a:第1参照補正電圧、Vo2a:第2参照補正電圧、R1:第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値、Rs:第2直流電源の出力端子と接地電位部間の絶縁レベル(絶縁抵抗値)、Vo2a+Vo1a:第1参照補正電圧Vo1aと第2参照補正電圧Vo2aの相違度合。

0020

この構成によれば、前記絶縁レベル検出部は、上記式(2)の関係を用いて、前記第2直流電源の出力端子と前記車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出することができる。

0021

また、前記第2参照電圧と前記第1参照電圧との差に基づいて、前記第2直流電源の出力電圧を検出する電源電圧検出部を備えたことを特徴とする。

0022

この構成によれば、前記電源電圧検出部により、前記第1演算部及び前記第2演算部を前記第2直流電源の出力電圧の検出に利用することによって、前記第2直流電源の出力電圧を検出するための構成を別個に備える場合よりも、装置のコストを低減することができる。

図面の簡単な説明

0023

第1実施形態の絶縁性検出装置の構成図。
正常時(地絡が生じていない状態)及び地絡発生時の電圧変化の説明図。
第2実施形態の絶縁性検出装置の構成図。

実施例

0024

本発明の絶縁性検出装置について、図1図3を参照して説明する。先ず、図1を参照して、第1実施形態について説明する。

0025

[第1実施形態]
図1を参照して、第1実施形態の絶縁性検出装置1aは車両に搭載して使用され、車両の接地電位部(ボディアース部)BEから正出力端子P及び負出力端子Nを絶縁して車両に配置された第2直流電源20の出力電圧Vpnと、第2直流電源20の正出力端子P及び負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する。

0026

絶縁性検出装置1aは、第1演算部30と、第2演算部40と、マイクロコンピュータ10aと、第1直流電源5の出力電圧Vccを抵抗51,52により分圧して、Vcc/2の電圧(中点電圧)VN0を出力する分圧回路50とを備えている。

0027

第1演算部30、第2演算部40、マイクロコンピュータ10a等は、負出力端子が車両の接地電位部BEに接続された第1直流電源5(例えばDC5Vの電圧Vccを出力する)からの供給電力によって作動する接地回路となっている。

0028

第1演算部30は、オペアンプ31を用いて構成されており、オペアンプ31の負入力端子が抵抗33(本発明の第1抵抗に相当する)を介して第2直流電源20の正出力端子Pに接続されると共に、オペアンプ31の正入力端子が分圧回路50の中点電位部(抵抗51と抵抗52の接続箇所)に接続されている。また、オペアンプ31の負入力端子と出力端子が抵抗32を介して接続され、オペアンプ31の出力端子がマイクロコンピュータ10aのAD(アナログデジタル変換入力ポートAD1に接続されている。

0029

第2演算部40は、オペアンプ41を用いて構成されており、オペアンプ41の負入力端子が抵抗43(本発明の第2抵抗に相当する)を介して第2直流電源20の負出力端子Nに接続されると共に、オペアンプ41の正入力端子が分圧回路50の中点電位部に接続されている。また、オペアンプ41の負入力端子と出力端子が抵抗42を介して接続され、オペアンプ41の出力端子がマイクロコンピュータ10aのAD入力ポートAD2に接続されている。

0030

図1の(a1),(b1),(c1),(d1),(e1)は、第2直流電源20の正出力端子P及び負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルが高く、地絡が生じていない状態で第2直流電源20の出力電圧Vpnが変化した(a1)ときの、第1演算部30への入力電圧Vi1の変化(b1)及び第1演算部30の出力電圧Vo1の変化(d1)と、第2演算部40への入力電圧Vi2の変化(c1)及び第2演算部40の出力電圧Vo2の変化(e1)を、縦軸を電圧(V)とし横軸を時間(t)として示したものである。

0031

ここで、第2直流電源20の負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルが高く、地絡が生じていないとき、すなわち、図1に示した負出力端子Nと接地電位部BE間の抵抗80の抵抗値Rsが十分に高いときには、第1演算部30の入力電圧Vi1と、出力電圧Vo1と、入力電流I1とについて、以下の式(3),式(4)の関係が成立する。

0032

0033

0034

但し、Vi1=Vpn/2、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、VN:出力端子P,N間の中点の電圧、R1:抵抗33の抵抗値、R2:抵抗32の抵抗値、VN0:中点電位部の電圧(中点電圧)、I1:第1演算部30への入力電流。

0035

上記式(3)をI1について整理すると以下の式(5)が得られ、式(5)によるI1を上記式(4)に代入して、Vo1について整理すると以下の式(6)が得られる。

0036

0037

0038

上記式(6)は、オペアンプ31の正入力端子と負入力端子間の電圧((Vi1+VN)−VN0)にゲイン(−R1/R2)を乗じて、中点電圧VN0によるオフセット分を加えた形になっている。

0039

第2演算部40の出力電圧Vo2についても、同様にして以下の式(7)が得られる。

0040

0041

但し、Vo2:第2演算部40の出力電圧、Vi2:第2演算部40への入力電圧、VN:出力端子P,N間の中点の電圧、R1:抵抗33の抵抗値、R2:抵抗32の抵抗値、VN0:中点電位部の電圧。

0042

マイクロコンピュータ10aは、CPU、メモリ入出力ポート等を備えて構成されており、メモリに保持された絶縁性検出装置用の制御プログラムをCPUで実行することによって、第2直流電源20の正出力端子Pと負出力端子N間の電圧Vpnを検出する電源電圧検出部11aと、第2直流電源20の正出力端子P又は負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部12aとして機能する。

0043

また、マイクロコンピュータ10aは、AD入力ポートAD1に入力される第1演算部30の出力電圧Vo1(アナログ電圧、本発明の第1参照電圧に相当する)を、デジタル値に変換して読み込む。同様に、マイクロコンピュータ10aは、AD入力ポートAD2に入力される第2演算部40の出力電圧Vo2(アナログ電圧、本発明の第2参照電圧に相当する)を、デジタル値に変換して読み込む。

0044

マイクロコンピュータ10aのAD入力ポートAD1に入力されるVo1と、AD入力ポートAD2に入力されるVo2とについては、上記式(6)及び式(7)により、以下の式(8)の関係が成り立つ。

0045

0046

但し、Vo1:第1演算部30の出力電圧、Vo2:第2演算部40の出力電圧、Vi1:第1演算部30への入力電圧、Vi2:第2演算部40への入力電圧、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、R1:抵抗33,43の抵抗値、R2:抵抗32,42の抵抗値。

0047

R1(抵抗33の抵抗値)とR2(抵抗32の抵抗値)は既知設計値)であるので、電源電圧検出部11aは、上記式(8)に、AD入力ポートAD1,AD2に入力されるVo1,Vo2とVoとR1,R2を代入して、第2直流電源20の出力電圧(端子間電圧)Vpn(=Vi1−Vi2)を算出する。

0048

次に、絶縁レベル検出部12aは、マイクロコンピュータ10aのAD入力ポートAD1に入力される第1演算部30の出力電圧Vo1と、AD入力ポートAD2に入力される第2演算部40の出力電圧Vo2とを用いて、第2直流電源20の正出力端子P又は負出力端子Nと接地電位部BEとの絶縁レベル(絶縁抵抗値)を算出する。

0049

図1に示したように、第2直流電源20の負出力端子Nと接地電位部BE間の抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値がRsであるときは、第1演算部30への入力電圧Vi1は、以下の式(9)で表される。

0050

0051

但し、Vi1:第1演算部30への入力電圧、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、VN:出力端子P,N間の中点の電圧、R1:抵抗33の抵抗値、Rs:抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値。

0052

また、第2演算部40への入力電圧Vi2は、以下の式(10)で表される。

0053

0054

但し、Vi2:第2演算部40への入力電圧、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、VN:出力端子P,N間の中点の電圧、R1:抵抗43の抵抗値、Rs:抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値。

0055

そのため、第1演算部30の出力電圧Vo1(第1参照電圧)と第2演算部40の出力電圧Vo2(第2参照電圧)は、以下の式(11),式(12)で表される。

0056

0057

但し、Vo1:第1演算部30の出力電圧(第1参照電圧)。

0058

0059

但し、Vo2:第2演算部40の出力電圧(第2参照電圧)。

0060

上記式(11),式(12)により算出した第1参照電圧Vo1,第2参照電圧Vo2から、中点電位部のオフセット電圧VN0(=Vcc/2,既知)を除去した以下の式(13),式(14)により、第1参照補正電圧Vo1a及び第2参照補正電圧Vo2aが算出される。

0061

0062

但し、Vo1a:第1参照補正電圧。

0063

0064

但し、Vo2a:第2参照補正電圧。

0065

上記式(13),式(14)において、VN=VN0であるので、式(13)は以下の式(15)となり、式(14)は以下の式(16)となる。

0066

0067

0068

上記式(15),式(16)の辺々の比をとると、以下の式(17)が得られる。

0069

0070

そこで、絶縁レベル検出部12aは、第1参照補正電圧Vo1a及び第2参照補正電圧Vo2aと、既知(設計値)である抵抗値R1及びR2を、上記式(17)に適用(代入)して、第2直流電源20の負出力端子Nと接地電位部BE間の抵抗80の抵抗値(地絡抵抗値)Rsを算出する。

0071

ここで、図2(a)は第2直流電源20の地絡が生じていない(Rs=∞)とき(正常時)のアンプ(第1演算部30及び第2演算部40)の入力電圧Vi1,Vi2と、出力電圧Vo1,Vo2との関係を示したものである。図2(a)において、入力電圧Vi1は、第2直流電源20の出力電圧Vpnの中点の電圧VNにVpn/2を加えたものとなり、入力電圧Vi2は、第2直流電源20の出力電圧Vpnの中点の電圧VNに−Vpn/2を加えたものとなっている。

0072

そして、アンプの出力電圧Vo1は、第1直流電源5の中点の電圧VN0に−R2/R1・Vpn/2を加えたものとなり、出力電圧Vo2は、第1直流電源5の中点の電圧VN0にR2/R1・Vpn/2を加えたものとなって、VNとVN0が均衡している。

0073

それに対して、図2(b)は第2直流電源20の地絡が生じた(Rs≦500k〜1MΩ)とき(地絡、不平衡時)のアンプの入力電圧Vi1,Vi2と、出力電圧Vo1,Vo2との関係を示したものである。図2(b)において、VN0に対する基準電圧であるVNに対して、出力電圧Vo1とVo2の振幅が変化して、Vo1は上記式(11)で表される電圧となり、Vo2は上記式(12)で表される電圧となる。

0074

なお、振幅の変化ではなく、アンプ入力の基準電圧がVNからVN’に移動したと考えることもできる。この場合、VN’は以下の式(18)で表される。

0075

0076

この場合のアンプの出力電圧Vo1,Vo2は、以下の式(19),式(20)で表される。

0077

0078

0079

上記式(19),式(20)を、Vo1,Vo2について整理すると上記式(11),式(12)と同様に、上記式(13),式(14)の形になる。

0080

アンプの出力電圧である第1参照電圧Vo1と第2参照電圧Vo2は、入力電圧Vi1とVi2の中点電位VNからの振幅がずれることにより、基準電圧VN0からの振幅が不均衡となる。そのため、振幅成分である第1参照補正電圧Vo1aと第2参照補正電圧Vo2aの不均衡の程度(アンバランス量、本発明の第1参照補正電圧と第2参照補正電圧の相違度合に相当する)から絶縁性レベルを算出することができる。

0081

[第2実施形態]
次に、図3を参照して、本発明の絶縁性検出装置の第2実施形態について説明する。なお、図1に示した第1実施形態の絶縁性検出装置と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

0082

第2実施形態の絶縁性検出装置1bは、差動演算部として機能するオペアンプ61を備え、オペアンプ61の負入力端子が抵抗63を介して第1演算部30の出力端子に接続されると共に、オペアンプ61の正入力端子が抵抗64を介して第2演算部40の出力端子に接続されている。また、オペアンプ61の正入力端子と出力端子が抵抗62を介して接続され、負入力端子が抵抗65を介して接地電位部BEに接続され、出力端子がマイクロコンピュータ10bのAD入力ポートAD1に接続されている。

0083

また、第1演算部30の出力端子は抵抗66を介してマイクロコンピュータ10bのAD入力ポートAD2に接続され、第2演算部40の出力端子は抵抗67を介してマイクロコンピュータ10bのAD入力ポートAD2に接続されている。なお、図3中のrは、各抵抗62〜67の抵抗値を表している。

0084

図3の(a2),(b2),(c2),(d2),(e2)は、第2直流電源20の負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルが低く、地絡が生じた状態で第2直流電源20の出力電圧Vpnが変化した(a2)ときの、第1演算部30への入力電圧Vi1の変化(b2)及び第1演算部30の出力電圧Vo1の変化(d2)と、第2演算部40への入力電圧Vi2の変化(c2)及び第2演算部40の出力電圧Vo2の変化(e2)と、オペアンプ61の出力電圧Voutの変化(f2)と、抵抗66,67による加算回路の出力電圧Vsの変化(g2)を、縦軸を電圧(V)とし横軸を時間(t)として示したものである。

0085

マイクロコンピュータ10bは、CPU、メモリ、入出力ポート等を備えて構成されており、メモリに保持された絶縁性検出装置用の制御プログラムをCPUで実行することによって、第2直流電源20の出力電圧Vpnを検出する電源電圧検出部11bと、第2直流電源20の正出力端子P又は負出力端子Nと車両の接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出部12bとして機能する。

0086

また、マイクロコンピュータ10bは、AD入力ポートAD1に入力される第1演算部30の出力電圧Vo1(アナログ電圧)を、デジタル値に変換して読み込む。同様に、マイクロコンピュータ10bは、AD入力ポートAD2に入力される第2演算部40の出力電圧Vo2(アナログ電圧)を、デジタル値に変換して読み込む。

0087

オペアンプ61の出力電圧Voutは、上記式(11),式(12)により、以下の式(21)で表される。

0088

0089

但し、Vout:オペアンプ61の出力電圧、Vo1:第1演算部30の出力電圧(第1参照伝あ圧)、Vo2:第2演算部40の出力電圧(第2参照電圧)、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、R1:抵抗33,43の抵抗値、R2:抵抗32,42の抵抗値、Rs:抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値。

0090

上記式(21)において、R2とR1は既知(設計値)であるので、電源電圧検出部11bは、AD入力ポートAD1に入力される電圧をR2/R1で除することにより、第2直流電源20の出力電圧Vpnを算出することができる。

0091

抵抗66,67による加算回路の出力Vsは、VN=VN0であるので、上記式(13),式(14)に示した、第1参照電圧Vo1,第2参照電圧Vo2からオフセット電圧VN0を除去した第1参照補正電圧Vo1a,第2参照補正電圧Vo2aにより、以下の式(22)で表される。

0092

0093

但し、Rs≪R1。Vs:抵抗66,67による加算回路の出力電圧、Vo1a:第1参照補正電圧、Vo2a:第2参照補正電圧、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、R1:抵抗33,43の抵抗値、R2:抵抗32,42の抵抗値、Rs:抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値。

0094

VN0とVsとの大小比較正負判定)により、第2直流電源20の正出力端子Pと負出力端子Nのどちらが接地電位部BEに短絡しているかを判断することができる。すなわち、VN0<Vsであるときは負出力端子Nが接地電位部BEに短絡しており、Vs<VN0であるときには正出力端子Pが接地電位部BEに短絡していると判断することができる。

0095

次に、オペアンプ61の出力電圧Voutと抵抗66,67による加算回路の出力電圧Vsは、以下の式(23)の関係がある。

0096

0097

但し、Vs:抵抗66,67による加算回路の出力電圧、Vout:オペアンプ61の出力電圧、Vpn:第2直流電源20の出力電圧、R1:抵抗33,43の抵抗値、R2:抵抗32,42の抵抗値、Rs:抵抗80(地絡抵抗)の抵抗値。

0098

そこで、絶縁レベル検出部12bは、マイクロコンピュータ10bのAD入力ポートAD1に入力されるVoutと、ADポートAD2に入力されるVsと、既知であるR1(設計値)を上記式(22)に代入して、地絡抵抗80の抵抗値Rs(絶縁レベル)を算出する。

0099

なお、第2実施形態では、オペアンプ61により第1演算部30の出力電圧Vo1と第2演算部40の出力電圧Vo2の差をVoutとしてAD入力ポートAD1に入力すると共に、抵抗66,67による加算回路により第1演算部30の出力電圧Vo1と第2演算部40の出力電圧Vo2の和をVsとしてAD入力ポートAD2に入力したが、これらの演算をマイクロコンピュータ10bにより行うようにしてもよい。

0100

この場合には、第1実施形態と同様に、第1演算部30の出力電圧Vo1をAD入力ポートAD1に入力すると共に、第2演算部40の出力電圧Vo2をAD入力ポートAD2に入力し、マイクロコンピュータ10bの演算処理によって、Vo1とVo2の和と差を算出する構成となる。

0101

5…第1直流電源、10a,10b…マイクロコンピュータ、11a,11b…電源電圧検出部、12a,12b…絶縁レベル検出部、20…第2直流電源、30…第1演算部、40…第2演算部、50…分圧回路。

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