非接地電源の絶縁状態検出回路
【課題】地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる非接地電源の絶縁状態検出回路を提供する。
【解決手段】フライングキャパシタＣ１が負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電される第２充電回路の、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が地絡抵抗しきい値αであるときの充電抵抗値（Ｒ１＋Ｒｂ＋α）を、フライングキャパシタＣ１が直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電される第１充電回路の充電抵抗値（Ｒ１＋Ｒ２）と一致させる。また、フライングキャパシタＣ１が正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電される第３充電回路の、正端子側の地絡抵抗ＲLpが地絡抵抗しきい値βであるときの充電抵抗値（β＋Ｒａ＋Ｒ２）を、第１充電回路の充電抵抗値と一致させる。第２及び第３充電回路の充電抵抗値が抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値を含むことから、その分だけ地絡抵抗しきい値α，βを低い抵抗値にすることができる。
【解決手段】フライングキャパシタＣ１が負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電される第２充電回路の、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が地絡抵抗しきい値αであるときの充電抵抗値（Ｒ１＋Ｒｂ＋α）を、フライングキャパシタＣ１が直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電される第１充電回路の充電抵抗値（Ｒ１＋Ｒ２）と一致させる。また、フライングキャパシタＣ１が正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電される第３充電回路の、正端子側の地絡抵抗ＲLpが地絡抵抗しきい値βであるときの充電抵抗値（β＋Ｒａ＋Ｒ２）を、第１充電回路の充電抵抗値と一致させる。第２及び第３充電回路の充電抵抗値が抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値を含むことから、その分だけ地絡抵抗しきい値α，βを低い抵抗値にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する回路に係り、特に、フライングキャパシタを充電させてその充電電圧により地絡や絶縁状態を検出する非接地電源の絶縁状態検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、推進用エネルギーとして電力を利用する車両においては、高圧化（例えば２００Ｖ）された直流電源を車体から絶縁して非接地電源とするのが通常である。このような非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態の検出には、フライングキャパシタを用いた検出回路が用いられる。
【０００３】
この検出回路では、内部のスイッチを切り換えつつ、フライングキャパシタを、接地電位部から絶縁した直流電源の電源電圧に応じた電荷量、直流電源の正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量、及び、直流電源の負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でそれぞれ充電させる。そして、検出回路に接続したコントローラ側において、各充電電圧を計測し、その計測値に基づいて正端子側及び負端子側の地絡抵抗を算出することで、地絡や絶縁状態を検出することができる。
【０００４】
ところで、近年では、フライングキャパシタとして小型で高容量のセラミックスコンデンサを用いることが望まれている。このセラミックスコンデンサについては、ＤＣバイアスによって静電容量が大きく変わることが知られている。そこで、ＤＣバイアスによる静電容量変化の影響を排除するために、地絡抵抗が警報レベルの値であるときのセラミックスコンデンサの充電電圧が、直流電源の電源電圧に応じた電荷量による充電電圧と等しくなるように、検出回路を構成することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８１９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した検出回路では、地絡抵抗が警報レベルの値であるときのセラミックスコンデンサの充電電圧を、直流電源の電源電圧に応じた電荷量による充電電圧と等しくするために、直流電源でセラミックスコンデンサを充電する充電回路上に、抵抗値が同じ２つの抵抗を設けている。そして、２つの抵抗のうち一方で、直流電源の正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でセラミックスコンデンサを充電する充電回路の一部を構成させている。また、２つの抵抗のうち他方で、直流電源の負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でセラミックスコンデンサを充電する充電回路の一部を構成させている。
【０００７】
このような構成であることから、上述した検出回路では、正端子側と負端子側の各地絡抵抗の警報レベルが必然的に、直流電源でセラミックスコンデンサを充電する充電回路上に２つ設けた抵抗の抵抗値と同じ値に設定されることになる。この２つの抵抗の抵抗値は、地絡抵抗を求めるためにセラミックスコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対するセラミックスコンデンサの絶縁を確保するために、それぞれ大きな値にすることが要求される。そのため、地絡抵抗の警報レベルも自ずと大きい抵抗値に設定せざるを得なくなる。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、上述したセラミックスコンデンサのようなフライングキャパシタとして使用するコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる非接地電源の絶縁状態検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、
第１抵抗及び第２抵抗とコンデンサとの直列回路を含み、接地電位部から絶縁した直流電源の正端子及び負端子の間を予定時間に亘って接続して、前記直流電源の電源電圧に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第１充電回路と、
前記第１抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記正端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第２充電回路と、
前記第２抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記負端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第３充電回路とを有し、
前記負端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値と前記第２充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致すると共に、
前記正端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路の前記充電抵抗値と前記第３充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致する、
非接地電源の絶縁状態検出回路において、
前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方は、前記第１充電回路中に存在しない調整抵抗をさらに含んでおり、
前記調整抵抗は、前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方の前記直列回路に対して直列に接続されている、
ことを特徴とする非接地電源の絶縁状態検出回路。
【００１０】
請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、第１乃至第３充電回路によって充電したコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源からの絶縁性を確保するために、第１充電回路に含まれる第１及び第２抵抗の各抵抗値は高い値に設定される。したがって、負端子側の地絡抵抗の抵抗値が対応する地絡警報しきい値であるときの第２充電回路の充電抵抗や、正端子側の地絡抵抗の抵抗値が対応する地絡警報しきい値であるときの第３充電回路の充電抵抗も、第１充電回路の充電抵抗と同じく高い抵抗値となる。
【００１１】
そして、第２充電回路と第３充電回路の少なくとも一方は、第１抵抗又は第２抵抗とコンデンサとの直列回路に直列に接続した調整抵抗を含んでいる。このため、第２充電回路と第３充電回路の少なくとも一方については、調整抵抗がない場合に比べて、調整抵抗の抵抗値の分だけ地絡警報しきい値を下げても、第１充電回路の充電抵抗と同じ充電抵抗値を確保できるようになる。よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、前記第２充電回路及び前記第３充電回路がそれぞれ前記調整抵抗を含んでおり、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが同一の抵抗値であり、前記第２充電回路の前記調整抵抗と前記第３充電回路の前記調整抵抗とが同一の抵抗値であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、第２充電回路と第３充電回路の双方の直列回路に、同じ抵抗値の調整回路をそれぞれ直列接続し、かつ、第２充電回路の直列回路が有する第１抵抗と第３充電回路の直列回路が有する第２抵抗とを同じ抵抗値にしている。
【００１４】
したがって、第２充電回路の充電抵抗値と第１抵抗及び調整抵抗の抵抗値とによって定まる、直流電源の負端子側の地絡抵抗に対応する地絡警報しきい値と、第３充電回路の充電抵抗値と第２抵抗及び調整抵抗の抵抗値とによって定まる、直流電源の正端子側の地絡抵抗に対応する地絡警報しきい値とが、同じ値となる。
【００１５】
よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを、直流電源の正端子側及び負端子側の双方とも、同じ値の小さい抵抗値に設定することができる。
【００１６】
さらに、請求項３に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、前記第２充電回路又は前記第３充電回路が前記調整抵抗を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、第２充電回路又は第３充電回路の直列回路にのみ調整抵抗を直列に接続している。したがって、調整抵抗を直列回路に接続した方の充電回路の充電抵抗値によって定義される地絡警報しきい値と、調整抵抗を直列回路に接続していない方の充電回路の充電抵抗値によって定義される地絡警報しきい値とが、異なる値になる。
【００１８】
よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを、直流電源の正端子側及び負端子側のうち任意の一方について選択的に、小さい抵抗値に設定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。本実施形態の地絡検出回路は、車両（図示せず）の車体等の接地電位部から絶縁された直流電源Ｂの正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎにおける地絡や絶縁状態を検出するための回路である。
【００２３】
図１中引用符号ＲLpは正端子側の地絡抵抗、ＲLnは負端子側の地絡抵抗であり、それぞれ、正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎに地絡が発生した場合の仮想抵抗である。
【００２４】
主回路配線１ｐ，１ｎの地絡や絶縁状態を検出する地絡検出ユニット１０は、フライングキャパシタＣ１（請求項中のコンデンサに相当）を含む地絡検出回路（請求項中の非接地電源の絶縁状態検出回路に相当）１１と、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）１５とを有している。フライングキャパシタＣ１は、本実施形態では、セラミックスコンデンサを用いている。
【００２５】
地絡検出回路１１は、フライングキャパシタＣ１の他、フライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの正極及び負極にそれぞれ選択的に接続するスイッチＳ１，Ｓ２と、フライングキャパシタＣ１をマイコン１５及び接地電位部に選択的に接続するスイッチＳ３，Ｓ４とを有している。フライングキャパシタＣ１とスイッチＳ１，Ｓ２との間には、抵抗Ｒ１，Ｒ２（請求項中の第１抵抗、第２抵抗に相当）がそれぞれ直列に接続されている。
【００２６】
なお、後述するマイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ１，Ｒ２には、同じ値の高い抵抗値の抵抗が使用される。
【００２７】
マイコン１５は直流電源Ｂよりも低い低圧系の電源（図示せず）によって動作するもので、直流電源Ｂはマイコン１５の接地電位からも絶縁されている。各スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えば光ＭＯＳＦＥＴで構成されており、直流電源Ｂから絶縁してマイコン１５によりオンオフ制御できるようになっている。
【００２８】
マイコン１５は（アナログ）スイッチ又はサンプルホールド回路（以下、「スイッチ等」と称する。）Ｓａを介してスイッチＳ３と接続されている。スイッチ等ＳａとスイッチＳ３との接続点は、抵抗Ｒ４を介して接地されており、スイッチＳ４と接地電位部との間には、電流方向切替回路Ｙが接続されている。また、フライングキャパシタＣ１の一端（図１中上方の極）側のスイッチＳ１，Ｓ３は直列接続されており、両者の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間には、電流方向切替回路Ｘが接続されている。
【００２９】
電流方向切替回路Ｘは並列回路であり、その一つは、スイッチＳ１からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ０と抵抗Ｒ１の直列回路で構成され、他の一つは、スイッチＳ３からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ１と抵抗Ｒａ（請求項中の調整抵抗に相当）の直列回路で構成され、最後の一つは、フライングキャパシタＣ１の一端からスイッチＳ３に向けて順方向となるダイオードＤ２と抵抗Ｒ３の直列回路で構成されている。
【００３０】
また、電流方向切替回路Ｙも並列回路であり、その一つは、スイッチＳ４から接地電位部に向けて順方向となるダイオードＤａと抵抗Ｒｂ（請求項中の調整抵抗に相当）との直列回路で構成され、もう一つは、接地電位部からスイッチＳ４に向けて順方向となるダイオードＤｂと抵抗Ｒ５の直列回路で構成されている。抵抗Ｒｂの抵抗値は、電流方向切替回路Ｘの抵抗Ｒａと同じ抵抗値である。
【００３１】
上述した地絡検出ユニット１０では、地絡や絶縁状態を検出する際に、まず、マイコン１５の制御により、予め決定しておいた予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオフさせる。ここで、予定時間とは、フライングキャパシタＣ１が完全に充電されるのに要する時間よりも短い時間である。
【００３２】
これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端（図１中上方の極）、他端（同下方の極）、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第１充電回路と称する。
【００３３】
そして、この第１充電回路において、フライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００３４】
続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１の正極が、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ３、及び、スイッチＳ３を介してスイッチ等Ｓａに接続され、負極がスイッチＳ４、ダイオードＤｂ、及び、抵抗Ｒ５を介して接地電位部に接続される。そして、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧したうちの抵抗Ｒ３の両端電圧の差に相当する電位が、スイッチ等Ｓａを介してマイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されて計測される。この計測値と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比とから、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１をマイコン１５で計測させる。
【００３５】
そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３をオフさせる。これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、スイッチＳ４、ダイオードＤａ、抵抗Ｒｂ、（接地電位部、）負端子側の地絡抵抗ＲLn、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第２充電回路と称する。
【００３６】
そして、この第２充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００３７】
続いて、図１に示すマイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−をマイコン１５で計測させる。
【００３８】
そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４をオフさせる。これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、正端子側の地絡抵抗ＲLp、（接地電位部、）抵抗Ｒ４、スイッチＳ３、ダイオードＤ１、抵抗Ｒａ、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第３充電回路と称する。
【００３９】
そして、この第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００４０】
続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１の計測の際や、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋をマイコン１５で計測させる。そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させる。
【００４１】
ところで、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−、及び、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋と、正端子側の地絡抵抗ＲLpと負端子側の地絡抵抗ＲLnとの並列合成抵抗値Ｒ＝（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）との間には、下記関係式
（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）＝｛（Ｖｃ１＋）＋（Ｖｃ１−）｝／Ｖｃ１
なる関係がある。
【００４２】
そこで、マイコン１５は、上記の関係式を用いて正端子側と負端子側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出することができる。
【００４３】
なお、本実施形態の地絡検出回路１１でフライングキャパシタＣ１として用いているセラミックスコンデンサは、ＤＣバイアスによって静電容量が大きく変わる。そこで、ＤＣバイアスによる静電容量変化の影響を排除するために、本実施形態では、第１乃至第３充電回路でフライングキャパシタＣ１がそれぞれ充電される際の充電抵抗値に、次のような関係が成り立つように、地絡検出回路１１を構成している。
【００４４】
即ち、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡抵抗しきい値であるときの第２充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と一致するように構成している。また、正端子側の地絡抵抗ＲLpの抵抗値が警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡抵抗しきい値であるときの第３充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と一致するように構成している。
【００４５】
ここで、第１充電回路の充電抵抗値は、第１充電回路上に直列に存在する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。一方、第２充電回路の充電抵抗値は、第２充電回路上に直列に存在する抵抗Ｒ１、抵抗Ｒｂ、負端子側の地絡抵抗ＲLnの各抵抗値の合計となる。そして、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が負端子側の地絡抵抗しきい値αである場合の第２充電回路の充電抵抗値と第１充電回路の充電抵抗値とが同じであることから、
Ｒ１＋Ｒ２＝Ｒ１＋Ｒｂ＋α
となり、整理すると、
Ｒ２＝Ｒｂ＋α
となる。
【００４６】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、マイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ２の抵抗値を高くしても、負端子側の地絡抵抗しきい値αを、抵抗Ｒ２の抵抗値から抵抗Ｒｂの抵抗値を差し引いた低い抵抗値に設定することができる。
【００４７】
また、第３充電回路の充電抵抗値は、第３充電回路上に直列に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLp、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒａ、抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。そして、正端子側の地絡抵抗ＲLpが正端子側の地絡抵抗しきい値βである場合の第３充電回路の充電抵抗値と第１充電回路の充電抵抗値とが同じであることから、
Ｒ１＋Ｒ２＝β＋Ｒ４＋Ｒａ＋Ｒ２
となり、整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒ４＋Ｒａ
となる。
【００４８】
ここで、第３充電回路上の抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒａ、及び、正端子側の地絡抵抗しきい値βと比較すると非常に小さく無視できるので、さらに整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒａ
となる。
【００４９】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、マイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ１の抵抗値を高くしても、正端子側の地絡抵抗しきい値βを、抵抗Ｒ１の抵抗値から抵抗Ｒａの抵抗値を差し引いた低い抵抗値に設定することができる。
【００５０】
なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは同じ抵抗値であり、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂも同じ抵抗値であることから、本実施形態の地絡検出回路１１では、負端子側の地絡抵抗しきい値αと正端子側の地絡抵抗しきい値βとが同じ抵抗値となる。このため、直流電源Ｂの正端子側も負端子側も、共に、直流電源Ｂに対するフライングキャパシタの絶縁性確保のため高抵抗値となる抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて、地絡抵抗しきい値α，βを低い抵抗値に設定することができる。これにより、直流電源Ｂに対するフライングキャパシタの絶縁性を確保しつつ、低い抵抗値を基準として地絡や絶縁状態を検出することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。本実施形態の地絡検出ユニット１０Ａでは、第１実施形態の地絡検出ユニット１０の地絡検出回路１１に代えて地絡検出回路１１Ａを設けている。地絡検出回路１１Ａを除く地絡検出ユニット１０Ａの構成は、第１実施形態の地絡検出ユニット１０の地絡検出回路１１を除く構成と同じである。
【００５２】
地絡検出回路１１Ａは、スイッチＳ１，Ｓ３の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間に接続した電流方向切替回路Ｘａの構成を、第１実施形態の地絡検出回路１１の電流方向切替回路Ｘとは若干変えている。電流方向切替回路Ｘａを除く地絡検出回路１１Ａの構成は、第１実施形態の地絡検出回路１１の地絡検出回路１１を除く構成と同じである。
【００５３】
そして、電流方向切替回路Ｘａは、第１実施形態の電流方向切替回路ＸにおいてダイオードＤ１に直列に接続した抵抗Ｒａを省略して構成している。
【００５４】
このように構成された地絡検出回路１１Ａを有する本実施形態の地絡検出ユニット１０Ａでは、マイコン１５が、第１実施形態の地絡検出ユニット１０において行ったのと同様のスイッチＳ１〜Ｓ４の切替制御を行う。
【００５５】
その結果、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオフさせて形成する第１充電回路において、フライングキャパシタＣ１が直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１がマイコン１５で計測される。
【００５６】
また、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３をオフさせて形成する第２充電回路において、フライングキャパシタＣ１が、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−がマイコン１５で計測される。
【００５７】
さらに、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４をオフさせて形成する第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１が、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋がマイコン１５で計測される。
【００５８】
そして、本実施形態では、第３充電回路の充電抵抗値が、第３充電回路上に直列に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLp、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。したがって、正端子側の地絡抵抗ＲLpが正端子側の地絡抵抗しきい値βである場合の第３充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と同じであるとすると、
Ｒ１＋Ｒ２＝β＋Ｒ４＋Ｒ２
となり、整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒ４
となる。
【００５９】
ここで、第３充電回路上の抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び、正端子側の地絡抵抗しきい値βと比較すると非常に小さく無視できるので、さらに整理すると、
Ｒ１＝β
となる。
【００６０】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、抵抗Ｒｂを有する第２充電回路上に存在する負端子側の地絡抵抗ＲLnについては、対応する負端子側の地絡抵抗しきい値αを、高抵抗値とされる抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２よりも抵抗Ｒｂの抵抗値を差し引いた分だけ低い抵抗値に設定することができる。一方、抵抗Ｒａを省略した第３充電回路上に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLpについては、対応する正端子側の地絡抵抗しきい値βが、高抵抗値とされる抵抗Ｒ１と同じ抵抗値に設定されることになる。
【００６１】
よって、負端子側の地絡抵抗ＲLnに対応する負端子側の地絡抵抗しきい値αと、正端子側の地絡抵抗ＲLpに対応する正端子側の地絡抵抗しきい値βとを、それぞれ個別の値として、正端子側と負端子側とで地絡や絶縁状態の検出感度を異ならせることができる。
【００６２】
なお、第１実施形態の電流方向切替回路Ｘから抵抗Ｒａを省略して電流方向切替回路Ｘａを構成する代わりに、第１実施形態の電流方向切替回路Ｙに代えて、電流方向切替回路Ｙから抵抗Ｒｂを省略した電流方向切替回路を用いるようにしてもよい。
【００６３】
そのように構成した場合にも、低い抵抗値にできるのが負端子側の地絡抵抗しきい値αから正端子側の地絡抵抗しきい値βに変わる点を除いて、第２実施形態の地絡検出回路１１Ａと同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ｎ 主回路配線
１ｐ 主回路配線
１０ 地絡検出ユニット
１０Ａ 地絡検出ユニット
１１ 地絡検出回路
１１Ａ 地絡検出回路
１５ マイクロコンピュータ
Ａ／Ｄ１ Ａ／Ｄ変換ポート
Ｂ 直流電源
Ｃ１ フライングキャパシタ（コンデンサ）
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｄａ ダイオード
Ｄｂ ダイオード
ＲLn 負端子側の地絡抵抗
ＲLp 正端子側の地絡抵抗
Ｒ１ 抵抗（第１抵抗、第１充電回路、第２充電回路）
Ｒ２ 抵抗（第２抵抗、第１充電回路、第３充電回路）
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗（第３充電回路）
Ｒ５ 抵抗
Ｒａ 抵抗（調整抵抗、第３充電回路）
Ｒｂ 抵抗（調整抵抗、第２充電回路）
Ｓ１ スイッチ
Ｓ２ スイッチ
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ
Ｓａ （アナログ）スイッチ又はサンプルホールド回路
Ｘ 電流方向切替回路
Ｘａ 電流方向切替回路
Ｙ 電流方向切替回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する回路に係り、特に、フライングキャパシタを充電させてその充電電圧により地絡や絶縁状態を検出する非接地電源の絶縁状態検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、推進用エネルギーとして電力を利用する車両においては、高圧化（例えば２００Ｖ）された直流電源を車体から絶縁して非接地電源とするのが通常である。このような非接地電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態の検出には、フライングキャパシタを用いた検出回路が用いられる。
【０００３】
この検出回路では、内部のスイッチを切り換えつつ、フライングキャパシタを、接地電位部から絶縁した直流電源の電源電圧に応じた電荷量、直流電源の正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量、及び、直流電源の負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でそれぞれ充電させる。そして、検出回路に接続したコントローラ側において、各充電電圧を計測し、その計測値に基づいて正端子側及び負端子側の地絡抵抗を算出することで、地絡や絶縁状態を検出することができる。
【０００４】
ところで、近年では、フライングキャパシタとして小型で高容量のセラミックスコンデンサを用いることが望まれている。このセラミックスコンデンサについては、ＤＣバイアスによって静電容量が大きく変わることが知られている。そこで、ＤＣバイアスによる静電容量変化の影響を排除するために、地絡抵抗が警報レベルの値であるときのセラミックスコンデンサの充電電圧が、直流電源の電源電圧に応じた電荷量による充電電圧と等しくなるように、検出回路を構成することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８１９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した検出回路では、地絡抵抗が警報レベルの値であるときのセラミックスコンデンサの充電電圧を、直流電源の電源電圧に応じた電荷量による充電電圧と等しくするために、直流電源でセラミックスコンデンサを充電する充電回路上に、抵抗値が同じ２つの抵抗を設けている。そして、２つの抵抗のうち一方で、直流電源の正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でセラミックスコンデンサを充電する充電回路の一部を構成させている。また、２つの抵抗のうち他方で、直流電源の負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量でセラミックスコンデンサを充電する充電回路の一部を構成させている。
【０００７】
このような構成であることから、上述した検出回路では、正端子側と負端子側の各地絡抵抗の警報レベルが必然的に、直流電源でセラミックスコンデンサを充電する充電回路上に２つ設けた抵抗の抵抗値と同じ値に設定されることになる。この２つの抵抗の抵抗値は、地絡抵抗を求めるためにセラミックスコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対するセラミックスコンデンサの絶縁を確保するために、それぞれ大きな値にすることが要求される。そのため、地絡抵抗の警報レベルも自ずと大きい抵抗値に設定せざるを得なくなる。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、上述したセラミックスコンデンサのようなフライングキャパシタとして使用するコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる非接地電源の絶縁状態検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、
第１抵抗及び第２抵抗とコンデンサとの直列回路を含み、接地電位部から絶縁した直流電源の正端子及び負端子の間を予定時間に亘って接続して、前記直流電源の電源電圧に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第１充電回路と、
前記第１抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記正端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第２充電回路と、
前記第２抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記負端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第３充電回路とを有し、
前記負端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値と前記第２充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致すると共に、
前記正端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路の前記充電抵抗値と前記第３充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致する、
非接地電源の絶縁状態検出回路において、
前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方は、前記第１充電回路中に存在しない調整抵抗をさらに含んでおり、
前記調整抵抗は、前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方の前記直列回路に対して直列に接続されている、
ことを特徴とする非接地電源の絶縁状態検出回路。
【００１０】
請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、第１乃至第３充電回路によって充電したコンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源からの絶縁性を確保するために、第１充電回路に含まれる第１及び第２抵抗の各抵抗値は高い値に設定される。したがって、負端子側の地絡抵抗の抵抗値が対応する地絡警報しきい値であるときの第２充電回路の充電抵抗や、正端子側の地絡抵抗の抵抗値が対応する地絡警報しきい値であるときの第３充電回路の充電抵抗も、第１充電回路の充電抵抗と同じく高い抵抗値となる。
【００１１】
そして、第２充電回路と第３充電回路の少なくとも一方は、第１抵抗又は第２抵抗とコンデンサとの直列回路に直列に接続した調整抵抗を含んでいる。このため、第２充電回路と第３充電回路の少なくとも一方については、調整抵抗がない場合に比べて、調整抵抗の抵抗値の分だけ地絡警報しきい値を下げても、第１充電回路の充電抵抗と同じ充電抵抗値を確保できるようになる。よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、前記第２充電回路及び前記第３充電回路がそれぞれ前記調整抵抗を含んでおり、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが同一の抵抗値であり、前記第２充電回路の前記調整抵抗と前記第３充電回路の前記調整抵抗とが同一の抵抗値であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、第２充電回路と第３充電回路の双方の直列回路に、同じ抵抗値の調整回路をそれぞれ直列接続し、かつ、第２充電回路の直列回路が有する第１抵抗と第３充電回路の直列回路が有する第２抵抗とを同じ抵抗値にしている。
【００１４】
したがって、第２充電回路の充電抵抗値と第１抵抗及び調整抵抗の抵抗値とによって定まる、直流電源の負端子側の地絡抵抗に対応する地絡警報しきい値と、第３充電回路の充電抵抗値と第２抵抗及び調整抵抗の抵抗値とによって定まる、直流電源の正端子側の地絡抵抗に対応する地絡警報しきい値とが、同じ値となる。
【００１５】
よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを、直流電源の正端子側及び負端子側の双方とも、同じ値の小さい抵抗値に設定することができる。
【００１６】
さらに、請求項３に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路は、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、前記第２充電回路又は前記第３充電回路が前記調整抵抗を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、請求項１に記載した本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路において、第２充電回路又は第３充電回路の直列回路にのみ調整抵抗を直列に接続している。したがって、調整抵抗を直列回路に接続した方の充電回路の充電抵抗値によって定義される地絡警報しきい値と、調整抵抗を直列回路に接続していない方の充電回路の充電抵抗値によって定義される地絡警報しきい値とが、異なる値になる。
【００１８】
よって、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡警報しきい値によって定義される地絡抵抗の警報レベルを、直流電源の正端子側及び負端子側のうち任意の一方について選択的に、小さい抵抗値に設定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の非接地電源の絶縁状態検出回路によれば、コンデンサの充電電圧を計測する際の直流電源に対する絶縁性を確保しつつ、地絡抵抗の警報レベルを小さい抵抗値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。本実施形態の地絡検出回路は、車両（図示せず）の車体等の接地電位部から絶縁された直流電源Ｂの正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎにおける地絡や絶縁状態を検出するための回路である。
【００２３】
図１中引用符号ＲLpは正端子側の地絡抵抗、ＲLnは負端子側の地絡抵抗であり、それぞれ、正端子側の主回路配線１ｐや負端子側の主回路配線１ｎに地絡が発生した場合の仮想抵抗である。
【００２４】
主回路配線１ｐ，１ｎの地絡や絶縁状態を検出する地絡検出ユニット１０は、フライングキャパシタＣ１（請求項中のコンデンサに相当）を含む地絡検出回路（請求項中の非接地電源の絶縁状態検出回路に相当）１１と、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）１５とを有している。フライングキャパシタＣ１は、本実施形態では、セラミックスコンデンサを用いている。
【００２５】
地絡検出回路１１は、フライングキャパシタＣ１の他、フライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの正極及び負極にそれぞれ選択的に接続するスイッチＳ１，Ｓ２と、フライングキャパシタＣ１をマイコン１５及び接地電位部に選択的に接続するスイッチＳ３，Ｓ４とを有している。フライングキャパシタＣ１とスイッチＳ１，Ｓ２との間には、抵抗Ｒ１，Ｒ２（請求項中の第１抵抗、第２抵抗に相当）がそれぞれ直列に接続されている。
【００２６】
なお、後述するマイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ１，Ｒ２には、同じ値の高い抵抗値の抵抗が使用される。
【００２７】
マイコン１５は直流電源Ｂよりも低い低圧系の電源（図示せず）によって動作するもので、直流電源Ｂはマイコン１５の接地電位からも絶縁されている。各スイッチＳ１〜Ｓ４は、例えば光ＭＯＳＦＥＴで構成されており、直流電源Ｂから絶縁してマイコン１５によりオンオフ制御できるようになっている。
【００２８】
マイコン１５は（アナログ）スイッチ又はサンプルホールド回路（以下、「スイッチ等」と称する。）Ｓａを介してスイッチＳ３と接続されている。スイッチ等ＳａとスイッチＳ３との接続点は、抵抗Ｒ４を介して接地されており、スイッチＳ４と接地電位部との間には、電流方向切替回路Ｙが接続されている。また、フライングキャパシタＣ１の一端（図１中上方の極）側のスイッチＳ１，Ｓ３は直列接続されており、両者の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間には、電流方向切替回路Ｘが接続されている。
【００２９】
電流方向切替回路Ｘは並列回路であり、その一つは、スイッチＳ１からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ０と抵抗Ｒ１の直列回路で構成され、他の一つは、スイッチＳ３からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ１と抵抗Ｒａ（請求項中の調整抵抗に相当）の直列回路で構成され、最後の一つは、フライングキャパシタＣ１の一端からスイッチＳ３に向けて順方向となるダイオードＤ２と抵抗Ｒ３の直列回路で構成されている。
【００３０】
また、電流方向切替回路Ｙも並列回路であり、その一つは、スイッチＳ４から接地電位部に向けて順方向となるダイオードＤａと抵抗Ｒｂ（請求項中の調整抵抗に相当）との直列回路で構成され、もう一つは、接地電位部からスイッチＳ４に向けて順方向となるダイオードＤｂと抵抗Ｒ５の直列回路で構成されている。抵抗Ｒｂの抵抗値は、電流方向切替回路Ｘの抵抗Ｒａと同じ抵抗値である。
【００３１】
上述した地絡検出ユニット１０では、地絡や絶縁状態を検出する際に、まず、マイコン１５の制御により、予め決定しておいた予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオフさせる。ここで、予定時間とは、フライングキャパシタＣ１が完全に充電されるのに要する時間よりも短い時間である。
【００３２】
これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端（図１中上方の極）、他端（同下方の極）、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第１充電回路と称する。
【００３３】
そして、この第１充電回路において、フライングキャパシタＣ１を直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００３４】
続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１の正極が、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ３、及び、スイッチＳ３を介してスイッチ等Ｓａに接続され、負極がスイッチＳ４、ダイオードＤｂ、及び、抵抗Ｒ５を介して接地電位部に接続される。そして、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧したうちの抵抗Ｒ３の両端電圧の差に相当する電位が、スイッチ等Ｓａを介してマイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されて計測される。この計測値と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比とから、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１をマイコン１５で計測させる。
【００３５】
そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３をオフさせる。これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、スイッチＳ４、ダイオードＤａ、抵抗Ｒｂ、（接地電位部、）負端子側の地絡抵抗ＲLn、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第２充電回路と称する。
【００３６】
そして、この第２充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００３７】
続いて、図１に示すマイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−をマイコン１５で計測させる。
【００３８】
そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５の制御により、上述した予定時間に亘って、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４をオフさせる。これにより、直流電源Ｂの正極から、正端子側の主回路配線１ｐ、正端子側の地絡抵抗ＲLp、（接地電位部、）抵抗Ｒ４、スイッチＳ３、ダイオードＤ１、抵抗Ｒａ、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、抵抗Ｒ２、スイッチＳ２、及び、負端子側の主回路配線１ｎを経て、直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。以後、この充電回路を第３充電回路と称する。
【００３９】
そして、この第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１を、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。
【００４０】
続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１の計測の際や、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋をマイコン１５で計測させる。そして、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させる。
【００４１】
ところで、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−、及び、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋と、正端子側の地絡抵抗ＲLpと負端子側の地絡抵抗ＲLnとの並列合成抵抗値Ｒ＝（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）との間には、下記関係式
（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）＝｛（Ｖｃ１＋）＋（Ｖｃ１−）｝／Ｖｃ１
なる関係がある。
【００４２】
そこで、マイコン１５は、上記の関係式を用いて正端子側と負端子側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出することができる。
【００４３】
なお、本実施形態の地絡検出回路１１でフライングキャパシタＣ１として用いているセラミックスコンデンサは、ＤＣバイアスによって静電容量が大きく変わる。そこで、ＤＣバイアスによる静電容量変化の影響を排除するために、本実施形態では、第１乃至第３充電回路でフライングキャパシタＣ１がそれぞれ充電される際の充電抵抗値に、次のような関係が成り立つように、地絡検出回路１１を構成している。
【００４４】
即ち、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡抵抗しきい値であるときの第２充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と一致するように構成している。また、正端子側の地絡抵抗ＲLpの抵抗値が警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡抵抗しきい値であるときの第３充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と一致するように構成している。
【００４５】
ここで、第１充電回路の充電抵抗値は、第１充電回路上に直列に存在する抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。一方、第２充電回路の充電抵抗値は、第２充電回路上に直列に存在する抵抗Ｒ１、抵抗Ｒｂ、負端子側の地絡抵抗ＲLnの各抵抗値の合計となる。そして、負端子側の地絡抵抗ＲLnの抵抗値が負端子側の地絡抵抗しきい値αである場合の第２充電回路の充電抵抗値と第１充電回路の充電抵抗値とが同じであることから、
Ｒ１＋Ｒ２＝Ｒ１＋Ｒｂ＋α
となり、整理すると、
Ｒ２＝Ｒｂ＋α
となる。
【００４６】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、マイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ２の抵抗値を高くしても、負端子側の地絡抵抗しきい値αを、抵抗Ｒ２の抵抗値から抵抗Ｒｂの抵抗値を差し引いた低い抵抗値に設定することができる。
【００４７】
また、第３充電回路の充電抵抗値は、第３充電回路上に直列に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLp、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒａ、抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。そして、正端子側の地絡抵抗ＲLpが正端子側の地絡抵抗しきい値βである場合の第３充電回路の充電抵抗値と第１充電回路の充電抵抗値とが同じであることから、
Ｒ１＋Ｒ２＝β＋Ｒ４＋Ｒａ＋Ｒ２
となり、整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒ４＋Ｒａ
となる。
【００４８】
ここで、第３充電回路上の抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒａ、及び、正端子側の地絡抵抗しきい値βと比較すると非常に小さく無視できるので、さらに整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒａ
となる。
【００４９】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、マイコン１５によってフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測する際の直流電源Ｂに対する絶縁性を確保するために、抵抗Ｒ１の抵抗値を高くしても、正端子側の地絡抵抗しきい値βを、抵抗Ｒ１の抵抗値から抵抗Ｒａの抵抗値を差し引いた低い抵抗値に設定することができる。
【００５０】
なお、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは同じ抵抗値であり、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂも同じ抵抗値であることから、本実施形態の地絡検出回路１１では、負端子側の地絡抵抗しきい値αと正端子側の地絡抵抗しきい値βとが同じ抵抗値となる。このため、直流電源Ｂの正端子側も負端子側も、共に、直流電源Ｂに対するフライングキャパシタの絶縁性確保のため高抵抗値となる抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて、地絡抵抗しきい値α，βを低い抵抗値に設定することができる。これにより、直流電源Ｂに対するフライングキャパシタの絶縁性を確保しつつ、低い抵抗値を基準として地絡や絶縁状態を検出することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る地絡検出回路を有する地絡検出ユニットを示す回路図である。本実施形態の地絡検出ユニット１０Ａでは、第１実施形態の地絡検出ユニット１０の地絡検出回路１１に代えて地絡検出回路１１Ａを設けている。地絡検出回路１１Ａを除く地絡検出ユニット１０Ａの構成は、第１実施形態の地絡検出ユニット１０の地絡検出回路１１を除く構成と同じである。
【００５２】
地絡検出回路１１Ａは、スイッチＳ１，Ｓ３の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間に接続した電流方向切替回路Ｘａの構成を、第１実施形態の地絡検出回路１１の電流方向切替回路Ｘとは若干変えている。電流方向切替回路Ｘａを除く地絡検出回路１１Ａの構成は、第１実施形態の地絡検出回路１１の地絡検出回路１１を除く構成と同じである。
【００５３】
そして、電流方向切替回路Ｘａは、第１実施形態の電流方向切替回路ＸにおいてダイオードＤ１に直列に接続した抵抗Ｒａを省略して構成している。
【００５４】
このように構成された地絡検出回路１１Ａを有する本実施形態の地絡検出ユニット１０Ａでは、マイコン１５が、第１実施形態の地絡検出ユニット１０において行ったのと同様のスイッチＳ１〜Ｓ４の切替制御を行う。
【００５５】
その結果、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオフさせて形成する第１充電回路において、フライングキャパシタＣ１が直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１がマイコン１５で計測される。
【００５６】
また、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３をオフさせて形成する第２充電回路において、フライングキャパシタＣ１が、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、負端子側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−がマイコン１５で計測される。
【００５７】
さらに、フライングキャパシタＣ１を完全に放電させた後、マイコン１５が予定時間に亘ってスイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４をオフさせて形成する第３充電回路において、フライングキャパシタＣ１が、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電される。その後、マイコン１５がスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせることで、正端子側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋がマイコン１５で計測される。
【００５８】
そして、本実施形態では、第３充電回路の充電抵抗値が、第３充電回路上に直列に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLp、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ２の各抵抗値の合計となる。したがって、正端子側の地絡抵抗ＲLpが正端子側の地絡抵抗しきい値βである場合の第３充電回路の充電抵抗値が、第１充電回路の充電抵抗値と同じであるとすると、
Ｒ１＋Ｒ２＝β＋Ｒ４＋Ｒ２
となり、整理すると、
Ｒ１＝β＋Ｒ４
となる。
【００５９】
ここで、第３充電回路上の抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び、正端子側の地絡抵抗しきい値βと比較すると非常に小さく無視できるので、さらに整理すると、
Ｒ１＝β
となる。
【００６０】
したがって、本実施形態の地絡検出回路１１では、抵抗Ｒｂを有する第２充電回路上に存在する負端子側の地絡抵抗ＲLnについては、対応する負端子側の地絡抵抗しきい値αを、高抵抗値とされる抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２よりも抵抗Ｒｂの抵抗値を差し引いた分だけ低い抵抗値に設定することができる。一方、抵抗Ｒａを省略した第３充電回路上に存在する正端子側の地絡抵抗ＲLpについては、対応する正端子側の地絡抵抗しきい値βが、高抵抗値とされる抵抗Ｒ１と同じ抵抗値に設定されることになる。
【００６１】
よって、負端子側の地絡抵抗ＲLnに対応する負端子側の地絡抵抗しきい値αと、正端子側の地絡抵抗ＲLpに対応する正端子側の地絡抵抗しきい値βとを、それぞれ個別の値として、正端子側と負端子側とで地絡や絶縁状態の検出感度を異ならせることができる。
【００６２】
なお、第１実施形態の電流方向切替回路Ｘから抵抗Ｒａを省略して電流方向切替回路Ｘａを構成する代わりに、第１実施形態の電流方向切替回路Ｙに代えて、電流方向切替回路Ｙから抵抗Ｒｂを省略した電流方向切替回路を用いるようにしてもよい。
【００６３】
そのように構成した場合にも、低い抵抗値にできるのが負端子側の地絡抵抗しきい値αから正端子側の地絡抵抗しきい値βに変わる点を除いて、第２実施形態の地絡検出回路１１Ａと同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ｎ 主回路配線
１ｐ 主回路配線
１０ 地絡検出ユニット
１０Ａ 地絡検出ユニット
１１ 地絡検出回路
１１Ａ 地絡検出回路
１５ マイクロコンピュータ
Ａ／Ｄ１ Ａ／Ｄ変換ポート
Ｂ 直流電源
Ｃ１ フライングキャパシタ（コンデンサ）
Ｄ０ ダイオード
Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｄａ ダイオード
Ｄｂ ダイオード
ＲLn 負端子側の地絡抵抗
ＲLp 正端子側の地絡抵抗
Ｒ１ 抵抗（第１抵抗、第１充電回路、第２充電回路）
Ｒ２ 抵抗（第２抵抗、第１充電回路、第３充電回路）
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗（第３充電回路）
Ｒ５ 抵抗
Ｒａ 抵抗（調整抵抗、第３充電回路）
Ｒｂ 抵抗（調整抵抗、第２充電回路）
Ｓ１ スイッチ
Ｓ２ スイッチ
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ
Ｓａ （アナログ）スイッチ又はサンプルホールド回路
Ｘ 電流方向切替回路
Ｘａ 電流方向切替回路
Ｙ 電流方向切替回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１抵抗及び第２抵抗とコンデンサとの直列回路を含み、接地電位部から絶縁した直流電源の正端子及び負端子の間を予定時間に亘って接続して、前記直流電源の電源電圧に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第１充電回路と、
前記第１抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記正端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第２充電回路と、
前記第２抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記負端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第３充電回路とを有し、
前記負端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値と前記第２充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致すると共に、
前記正端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路の前記充電抵抗値と前記第３充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致する、
非接地電源の絶縁状態検出回路において、
前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方は、前記第１充電回路中に存在しない調整抵抗をさらに含んでおり、
前記調整抵抗は、前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方の前記直列回路に対して直列に接続されている、
ことを特徴とする非接地電源の絶縁状態検出回路。
【請求項２】
前記第２充電回路及び前記第３充電回路がそれぞれ前記調整抵抗を含んでおり、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが同一の抵抗値であり、前記第２充電回路の前記調整抵抗と前記第３充電回路の前記調整抵抗とが同一の抵抗値であることを特徴とする請求項１記載の非接地電源の絶縁状態検出回路。
【請求項３】
前記第２充電回路又は前記第３充電回路が前記調整抵抗を含んでいることを特徴とする請求項１記載の非接地電源の絶縁状態検出回路。
【請求項１】
第１抵抗及び第２抵抗とコンデンサとの直列回路を含み、接地電位部から絶縁した直流電源の正端子及び負端子の間を予定時間に亘って接続して、前記直流電源の電源電圧に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第１充電回路と、
前記第１抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記正端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記負端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第２充電回路と、
前記第２抵抗と前記コンデンサとの直列回路を含み、前記負端子側の主回路配線と接地電位部との間を前記予定時間に亘って接続して、前記正端子側の地絡抵抗に応じた電荷量で前記コンデンサを充電させる第３充電回路とを有し、
前記負端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する負端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値と前記第２充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致すると共に、
前記正端子側の地絡抵抗の抵抗値が、警報レベルの絶縁状態に相当する正端子側の地絡警報しきい値であるときに、前記第１充電回路の前記充電抵抗値と前記第３充電回路で前記コンデンサが充電される際の充電抵抗値とが一致する、
非接地電源の絶縁状態検出回路において、
前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方は、前記第１充電回路中に存在しない調整抵抗をさらに含んでおり、
前記調整抵抗は、前記第２充電回路及び前記第３充電回路のうち少なくとも一方の前記直列回路に対して直列に接続されている、
ことを特徴とする非接地電源の絶縁状態検出回路。
【請求項２】
前記第２充電回路及び前記第３充電回路がそれぞれ前記調整抵抗を含んでおり、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが同一の抵抗値であり、前記第２充電回路の前記調整抵抗と前記第３充電回路の前記調整抵抗とが同一の抵抗値であることを特徴とする請求項１記載の非接地電源の絶縁状態検出回路。
【請求項３】
前記第２充電回路又は前記第３充電回路が前記調整抵抗を含んでいることを特徴とする請求項１記載の非接地電源の絶縁状態検出回路。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−４２２６８（Ｐ２０１２−４２２６８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２２１９（Ｐ２０１０−１８２２１９）
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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