| 【発明の名称】 |
絶縁不良検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山根 敏則
【氏名】前川 博敏
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| 【要約】 |
【課題】絶縁を必要とする複数の電源マイナス端子間の絶縁抵抗不良を安価な回路構成で高精度に検出及び判定する。
【解決手段】マイクロコンピュータ１から矩形波を出力し、絶縁抵抗３とコンデンサ５とで形成される微分回路で微分処理し、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の直流的な絶縁性を損なわない波形整形用微分回路６に通した後、半波整流回路７により前記微分波形を半波整流し、積分回路８にて半波整流した前記微分波形を平均化してＤＣ電圧にし、増幅器９にて増幅後、マイクロコンピュータ１に入力して、内部記憶装置１０と比較することで絶縁抵抗３の大小を判定するようにするものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 絶縁を必要とする１又は複数の電源マイナス端子間の絶縁抵抗不良を検出する絶縁不良検出装置であって、絶縁抵抗を検出するため発振波を発する発振手段と、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損わないように上記発振波を波形整形する微分回路と、上記微分された波形を平均化する積分回路と、この平均化された波形により絶縁抵抗の大小を判定する判定手段を備えたことを特徴とする絶縁不良検出装置。
【請求項２】 絶縁を必要とする１又は複数の電源マイナス端子間の絶縁抵抗不良を検出する絶縁不良検出装置において、矩形波を出力すると共に絶縁抵抗の大小を判定する手段を内蔵しているマイクロコンピュータと、上記マイクロコンピュータの矩形波が入力されるとともに電源マイナス端子及びアースとの間に接続され上記絶縁抵抗を検出するためのコンデンサと、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損わないように上記矩形波を波形整形する微分回路と、上記微分回路により微分された波形を平均化し、この平均化された波形を上記マイクロコンピュータに入力する積分回路とを備えたことを特徴とする絶縁不良検出装置。
【請求項３】 電源マイナス端子の絶縁抵抗値が不良の場合は警告を発する警告手段を備えた請求項１又は請求項２記載の絶縁不良検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁を必要とする複数の電源を搭載した機器において、互いの電源のマイナス端子の絶縁抵抗を検出し、絶縁不良を警告するものであり、例えば、人体が走行用バッテリにより感電するのを防止する電気自動車の安全装置における絶縁不良検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えば特公昭５７−２１９２１号公報に示された従来の絶縁抵抗検出回路のブロック図であり、図において、２１は蓄電池よりなる直流の走行用電源、２２は電磁開閉器の接点部分で走行用電源スイッチとしての２つの接点２２ａ，２２ｂよりなる。２３はチョッパ回路で逆方向は常時導通の第１，第２の逆導通サイリスタ２３ａ，２３ｂ、転流リアクトル２３ｃおよび転流コンデンサ２３ｄよりなる。２４は走行用電動機、２５は走行用電動機２４のフライホイールダイオードであり、以上の回路構成により主回路をなす。
【０００３】２６は蓄電池よりなる直流の補機電源、２７は絶縁抵抗検出回路で、プログラマブルユニジャンクショントランジスタ（商品名）よりなるＮゲートサイリスタ（以下単に「ＰＵＴ」という）２７ａ、このＰＵＴ２７ａのゲートバイアスを決めてＰＵＴ２７ａの導通アノード電位を決定するための抵抗２７ｂ，２７ｃ、ＰＵＴ２７ａの発振周期を決定するための抵抗２７ｄおよびコンデンサ２７ｅ、このコンデンサ２７ｅの放電時の時定数を決定してＰＵＴ２７ａの出力パルス幅を決定すると共に、このＰＵＴ２７ａのアノード電流が過大にならない様に制限する抵抗２７ｆ、および走行用電動機２４の前記接点２２ａ，２２ｂ以降の通電回路であるＡ点とコンデンサ２７ｅとの間に接続した高抵抗２７ｇにより構成される高抵抗検出器２７ｈと、この高抵抗検出器２７ｈのＰＵＴ２７ａの発振周波数に応じた電圧値の出力を発生する周波数−電圧変換器２８と、この周波数−電圧変換器２８の出力電圧が設定値以下になると出力信号を発生する比較器２９とよりなる。
【０００４】３０は安全対策手段としての警報ランプ点灯回路で、運転者に警報するための警報ランプ３０ａ、この警報ランプ３０ａを点灯させるためのランプ駆動用トランジスタ３０ｂ，入力抵抗３０ｃおよびベース・エミッタ抵抗３０ｄとよりなる。３１は通電されることにより前記接点２２ａ，２２ｂを連動させて閉成させるための電磁開閉器の励磁コイル、３２は励磁コイル通電制御回路で、励磁コイル３１への通電を制御するためのトランジスタ３２ａ，入力抵抗３２ｂ、ベース・エミッタ抵抗３２ｃおよび励磁コイル３１のフライホイールダイオード３２ｄとよりなる。
【０００５】３３は安全対策手段としての電源開放制御回路で、励磁コイル通電制御回路３２の入力を短絡するためのトランジスタ３３ａの入力抵抗３３ｂおよびベース・エミッタ抵抗３３ｃとよりなる。３４は主回路のＡ点と車体との間の絶縁抵抗、３５は励磁コイル通電制御回路３２の入力端子で図示せぬキースイッチを閉成した状態において走行用電動機２４を回転するための諸条件が満足されているときに信号が印加されるものである。そして、補機電源２６の一端は車体にアースしてあると共に、この補機電源２６に対して走行用電源２１は浮動状態となしてあり、主回路のＡ点とコンデンサ２７ｅとの間に接続した高抵抗２７ｇの抵抗値は主回路と補機電源２６との間の絶縁抵抗に見合った大きな値にしてある。
【０００６】次に、動作について説明する。まず主回路部分の動作を説明する。励磁コイル通電制御回路３２の入力端子３５に信号が印加されており、そのトランジスタ３２ａが導通して電磁開閉器の励磁コイル３１に補機電源２６より電圧が印加されていて、その両接点２２ａ，２２ｂが閉じているとき、まず第２の逆導通サイリスタ２３ｂがトリガされ、転流リアクトル２３ｃ，転流コンデンサ２３ｄ，第２の逆導通サイリスタ２３ｂおよび走行用電動機２４を通して前記コンデンサ２３ｄが走行用電源２１によって図示極性に充電される。次に走行用電動機２４に給電すべく第１の逆導通サイリスタ２３ａをトリガする。
【０００７】これによって、第１の逆導通サイリスタ２３ａを介して走行用電源２１より走行用電動機２４に給電されると共に、転流コンデンサ２３ｄの充電電荷は転流リアクトル２３ｃ、第１、第２の逆導通サイリスタ２３ａ，２３ｂを通して振動し、このコンデンサ２３ｄは図示極性と逆の極性に充電される。この状態で走行用電動機２４への給電を遮断する場合には、第２の逆導通サイリスタ２３ｂをトリガすると、前記コンデンサ２３ｄの充電電荷は第２、第１の逆導通サイリスタ２３ｂ，２３ａ、転流リアクトル２３ｃを通して振動し、第１の逆導通サイリスタ２３ａをターンオフして再び図示極性にコンデンサ２３ｄは充電される。以上の動作を繰り返し走行用電動機２４に印加される平均電圧を制御し、この電動機２４によって駆動される電気自動車の速度を制御する。
【０００８】次いで、絶縁抵抗検出回路２７部分の動作を説明する。補機電源２６より抵抗２７ｄに流れる電流は、その一部が高抵抗２７ｇ及び主回路と車体との間の絶縁抵抗３４を通して流れることにより、従って主回路と車体との間の絶縁抵抗３４の値が小さくなるのに従って補機電源２６によるコンデンサ２７ｅの充電はおそくなり、高抵抗検出器２７ｈの発振周波数は小さくなる。そして、絶縁抵抗３４が更に小さくなると、コンデンサ２７ｅの端子であるＢ点の電位が抵抗２７ｂ，２７ｃによって設定されたＰＵＴ２７ａのゲート電位以上に上昇することが出来なくなり、高抵抗検出器２７ｈの発振は停止することになる。この様にして高抵抗検出器２７ｈの発振周波数は絶縁抵抗３４が無限大から低下するに従い、抵抗２７ｄ，コンデンサ２７ｅによって設定された周波数より０まで変化する。
【０００９】この出力周波数は周波数−電圧変換器２８に印加され、前記高抵抗検出器２７ｈの発振周波数に応じた電圧値の出力が周波数−電圧変換器２８に発生する。これが比較器２９に送られ、前記周波数−電圧変換器２８の出力電圧が設定値以下になった場合には、この比較器２９に出力信号が発生し、この信号が警報ランプ点灯回路３０に送られ、そのトランジスタ３０ｂが導通して警報ランプ３０ａが点灯する。これと同時に比較器２９の出力信号が電源開放制御回路３３にも印加され、そのトランジスタ３３ａが導通して励磁コイル通電制御回路３２の入力信号を短絡させる。
【００１０】これによって、そのトランジスタ３２ａが遮断して補機電源２６より電磁開閉器の励磁コイル３１への通電が遮断され、その両接点２２ａ，２２ｂが開放して走行用電源２１の端子間を開放させる。即ち、主回路と車体との間の絶縁抵抗３４が設定値以下になるとこれを絶縁抵抗検出回路２７によって検出して、警報ランプ３０ａを点灯させ、これによって主回路と車体との間の絶縁抵抗３４が所定値以下になったことを警報すると共に、走行用電源２１の端子を開放して使用者が感電するのを防止することができる。
【００１１】また、上記においては、絶縁抵抗検出回路２７の検出端子を走行用電動機２４の負極と接点２２ｂの間のＡ点に接続したが、走行用電動機２４の抵抗、ダイオード２５の順方向抵抗、転流リアクトル２３ｃの抵抗、第１，第２の逆導通サイリスタ２３ａ，２３ｂのカソードからアノードにかけての逆方向抵抗は主回路と車体との間に要求される絶縁抵抗に比し極めて小さく無視することができるため、走行用電動機２４の正極端子、転流コンデンサ２３ｄの両方の端子、第１の逆導通サイリスタ２３ａのアノード側のいずれの箇所の絶縁抵抗の低下をも検出することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の絶縁不良検出装置は以上のように構成されているので、走行用バッテリのマイナス端子を高抵抗で内部検出回路と接続していたため、車体アースとの絶縁性が低下するという問題があった。また、回路構成も比較的大掛かりなものであり、車載用検出回路には不向きであった。さらに、ＣＲ発振回路及び周波数−電圧変換回路の動作が不安定であり、自動車のような雑音環境の悪い条件下での使用には、検出精度が粗いという欠点があった。
【００１３】この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、絶縁を必要とする複数の電源間の直流的な絶縁性を損なうことなく、安価な構成で高精度に測定できる絶縁不良検出装置を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る絶縁不良検出装置は、絶縁を必要とする１又は複数の電源マイナス端子間の絶縁抵抗不良を検出するものであって、絶縁抵抗を検出するため発振波を発する発振手段と、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損わないように上記発振波を波形整形する微分回路と、上記微分された波形を半波整流した後平均化する積分回路と、この平均化された波形により絶縁抵抗の大小を判定する判定手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】請求項２の発明に係る絶縁不良検出装置は、マイクロコンピュータから矩形波を出力し、絶縁抵抗とコンデンサ５で形成される微分回路で微分処理し、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損なわない波形整形用微分回路に通した後、半波整流回路により前記微分波形を半波整流し、積分回路にて半波整流した前記微分波形を平均化してＤＣ電圧にし、増幅器にて増幅後、マイクロコンピュータに入力して、内部記憶装置の設定値と比較することで絶縁抵抗の大小を判定するようにするものである。
【００１６】請求項３の発明に係る絶縁不良検出装置は、電源マイナス端子の絶縁抵抗値が不良の場合は警告を発する警告手段を備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施形態１による電気自動車における安全装置の絶縁不良検出装置を示す構成図であり、図において、マイクロコンピュータ１は矩形波を出力し、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の絶縁抵抗３の電圧変換値を入力している。走行用バッテリ２と車体アースとは電気的に絶縁された状態にあり、走行用バッテリ２の両端子は電動機４に接続されている。コンデンサ５は絶縁抵抗３と直流的に絶縁し、かつ微分回路を形成しており、又、波形整形用微分回路６は走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の直流的な絶縁性を保持しつつ、絶縁抵抗３の大小を測定するものである。
【００１８】上記微分回路６で微分された微分波形は半波整流回路７により半波整流され、積分回路８にて半波整流された前記微分波形を平均化してＤＣ電圧にし、増幅器９にて増幅後、マイクロコンピュータ１にＡ／Ｄ変換して入力される。内部記憶装置１０（例えばＲＯＭ）は絶縁抵抗３の大小を判定する値及び絶縁不良と判定する値を記憶するものであり、絶縁不良警告ランプ１１は運転者に絶縁不良を警告し、ランプ駆動用トランジスタ１２により駆動される。
【００１９】次に、実施形態１による絶縁不良検出装置の動作について説明する。絶縁抵抗３の値が数百ｋΩになったときに、コンデンサ５との微分波形のデューティが１０％以下程度になる周波数の矩形波（デューティ５０％）をマイクロコンピュータ１から連続出力する。マイクロコンピュータ１から出力された矩形波は、コンデンサ５と絶縁抵抗３により微分波形となる。一方、前記微分波形は、波形整形用微分回路６を通過した後、半波整流回路７によりマイナス成分の微分波形が半波整流される。前記半波整流された微分波形は、積分回路８により平均化されたＤＣ電圧になり、さらに増幅器９によりマイクロコンピュータ１のＡ／Ｄ入力電圧範囲まで増幅された後、マイクロコンピュータ１に入力される。マイクロコンピュータ１に入力された電圧は、内部記憶装置１０に記憶しておいた値と比較することで、絶縁抵抗３の大小を判定する。
【００２０】さらに、絶縁不良と判定する値をあらかじめ内部記憶装置１０に記憶しておくことで、絶縁不良の場合には絶縁不良警告ランプ１１を点灯し、運転者に感電の危険性を促すことが可能となる。ここで、微分回路６は、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の直流的な絶縁性を保つことが主目的であるため、コンデンサ５と絶縁抵抗３とで生成される微分波形が、極力同ゲインで半波整流回路７に入力できるよう、微分回路６の時定数を大きくしている。また、コンデンサ５及び微分回路６に使用するコンデンサは、低リーク・高耐圧品を使用している。また、絶縁不良警告ランプ１１の代わりに発光ダイオードやブザー等を使用することもできる。
【００２１】次に、絶縁抵抗３の大小を判定する回路において、各部の波形を詳細に説明する。図２は絶縁抵抗３の値が十分大きい場合の各部の波形を示したものである。図２(ａ)はマイクロコンピュータ１の発振波形、図２(ｂ)はコンデンサ５通過後の波形、図２(ｃ)は半波整流回路７通過後の波形、図２(ｄ)は増幅器９通過後の波形をそれぞれ示している。絶縁抵抗３とコンデンサ５とで形成される微分回路の時定数が大きくなるため、半波整流回路７通過後の波形は、マイクロコンピュータ１から出力された矩形波の形状とほぼ同一になり、積分回路８及び増幅器９で平均化されたＤＣ電圧は、積分面積が大きいため、高い電圧が得られる。
【００２２】図３は絶縁抵抗３の値が絶縁不良になるぐらい小さい場合の各部の波形を示したものである。図３(ａ)はマイクロコンピュータ１の発振波形、図３(ｂ)はコンデンサ５通過後の波形、図３(ｃ)は半波整流回路７通過後の波形、図３(ｄ)は増幅器９通過後の波形をそれぞれ示している。絶縁抵抗３の値が小さいと、絶縁抵抗３とコンデンサ５とで形成される微分回路の時定数が小さくなるため、半波整流回路７通過後の波形は、マイクロコンピュータ１から出力された矩形波のデューティが極端に小さくなったものになり、積分回路８及び増幅器９で平均化されたＤＣ電圧は、０Ｖに近くなる。ゆえに、マイクロコンピュータ１は増幅器９の出力電圧をＡ／Ｄ変換することで容易に絶縁抵抗３の大小を判定することが可能となる。
【００２３】以上のように、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の直流的な絶縁性を損なうことなく、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の絶縁抵抗値を安価な構成で高精度に電圧に変換することができ、この電圧値をマイクロコンピュータ１に入力することによって、マイクロコンピュータ１で絶縁不良警告ランプ１１を点灯させることにより、運転者に絶縁不良を知らせることができる。
【００２４】このようにして、絶縁を必要とする他方の電源のマイナス端子と検出回路間をコンデンサカップリング方式でインターフェースするため、直流的な絶縁性を損なうことなく、安価な構成で高精度に測定できる絶縁抵抗検出装置及び判定手段を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】この発明に係る絶縁不良検出装置によれば、電源マイナス端子の絶縁不良を安価な構成で高精度に検出及び判定することができる。また電源マイナス端子の直流的な絶縁抵抗を損わない効果がある。
【００２６】特に、請求項２の発明に係る絶縁不良検出装置によれば、矩形波を出力すると共に、絶縁抵抗の大小並びに絶縁不良を判定する手段を内蔵しているマイクロコンピュータと、絶縁抵抗と共に微分回路を形成するコンデンサと、波形整形用微分回路と、上記微分回路により微分された波形を平均化し、この平均化された波形をマイクロコンピュータに入力する積分回路とを備えたので、絶縁を必要とする複数の電源間の直流的な絶縁性を損なうことなく、互いの電源のマイナス端子間の絶縁抵抗値を高精度に電圧に変換し、マイクロコンピュータ内でＡ／Ｄ変換することにより、絶縁抵抗値を判定することが可能となる。
【００２７】また、請求項３の発明に係る絶縁不良検出装置によれば、絶縁不良と判定する値を予めマイクロコンピュータ等に記憶させておき、絶縁不良となった場合警告ランプ等を点灯させるなどの手段を設けることにより、運転者等に絶縁不良を知らせることができ、感電を防げる効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月３０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 博 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３６３７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１７３６８５ |
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