(57)【要約】【課題】車両側の容量変動やインバータの動作にともなうノイズや、地絡検出装置の外部から受けるノイズの影響を軽減して、地絡誤検出の発生を抑制する。【解決手段】グランドＧＮＤと一端が接続した絶縁抵抗ＲＬの抵抗値の変化から地絡を検出するためのものであり、所定の周期で繰り返すパルス信号ＶＯＳＣを出力するパルス信号生成手段３００と、パルス信号生成手段３００からのパルス信号ＶＯＳＣを絶縁抵抗ＲＬに印加するための検出抵抗Ｒ０４およびカップリングコンデンサＣ０２と、パルス信号ＶＯＳＣの複数の周期にわたって、検出抵抗Ｒ０４およびカップリングコンデンサＣ０２の接続点Ｐに現れる検出電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を積分する区間積分手段４００とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドと一端が接続した絶縁抵抗の抵抗値の変化から地絡を検出する地絡検出装置において、
ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号生成手段と、
上記パルス信号生成手段からの上記パルス信号を上記絶縁抵抗に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、
上記パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間にわたって、上記検出抵抗および上記カップリングコンデンサの接続点に現れる検出電圧と基準電圧との差分を積分する区間積分手段とを備えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の地絡検出装置において、
区間積分手段は、
検出電圧と基準電圧との差分を積分する積分器と、積分区間にわたって上記積分器に積分を実行させ、上記積分区間外で上記積分器をリセットする第１のスイッチと、パルス信号のＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルに応じてＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替わり、ＯＮ状態に切り替わると上記検出電圧を上記積分器に与える第２のスイッチとを有する積分手段と、
上記パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間を含んだ上記積分区間を生成して上記第１のスイッチに与える積分区間生成手段とを備えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の地絡検出装置において、
区間積分手段の積分結果に応じて地絡の有無を判定し地絡検出信号を出力する地絡判定手段をさらに備えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の地絡検出装置と、
この地絡検出装置の積分結果をＡ／Ｄ変換して絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えることを特徴とする絶縁抵抗計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば高電圧車両（電気自動車やハイブリッド自動車）などにおいて発生した地絡を検出する地絡検出装置に係るものであり、また、地絡が発生した際の絶縁抵抗の抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の地絡検出装置の回路構成を示す図であり、図８は従来の地絡検出装置の動作を説明するための図である（特許文献１参照）。
図７において、Ａは電気自動車の走行駆動回路系、Ｂは電気自動車の車体、１００は走行駆動回路系Ａにおける車体Ｂへの地絡を検出する従来の地絡検出装置である。
【０００３】
また、走行駆動回路系Ａにおいて、１はバッテリ群、２はインバータ、３は交流モータ、４はバッテリ群１のプラス母線、５はバッテリ群１のマイナス母線、６はＵ相線、７はＶ相線、８はＷ相線、３１は地絡発生時に生じる絶縁抵抗である。
【０００４】
さらに、地絡検出装置１００において、１０は発振回路、２０は検出部であり、１１は発振器、１２はインピーダンス変換器、１３は検出抵抗、１５，１６，１７，１８は保護用ダイオード、２１は比較器、２２，２３は基準電圧Ｖ１を設定する分圧抵抗、２４は抵抗、２５はコンデンサ、２６は抵抗２４およびコンデンサ２５からなる平滑回路、２７は比較器、２８，２９は基準電圧Ｖ２を設定する分圧抵抗、Ｐは発振回路１０と検出部２０との接続点、１０Ａは接続点Ｐとプラス母線４とを接続するカップリングコンデンサ、ＧＮＤは車体Ｂに接続された発振回路１０および検出部２０のアースラインである。
【０００５】
発振器１１は、デューティ比５０％の矩形波パルス信号を一定の発振周波数で出力するものである。また、インピーダンス変換器１２は、地絡発生時のインピーダンス変化による発振器１１の発振周波数変動を防ぐために発振器１１後段に設けられており、発振器１１からの矩形波パルス信号をそのままのデューティ比で検出抵抗１３へ出力する。
【０００６】
検出抵抗１３はインピーダンス変換器１２の出力側と接続点Ｐとの間に設けられており、接続点Ｐはカップリングコンデンサ１０Ａを介してプラス母線４に接続されている。つまり、検出抵抗１３は絶縁抵抗３１とともに分圧器として働くようになっており、地絡が発生した場合、接続点Ｐの矩形波パルス信号は検出抵抗１３および絶縁抵抗３１で分圧され、地絡が発生していない場合と比較してその波高値が低くなる。
【０００７】
比較器２１の非反転入力端子には基準電圧Ｖ１が印加されており、比較器２１は、反転入力端子に印加される接続点Ｐの電圧レベルを基準電圧Ｖ１と比較する。基準電圧Ｖ１は、地絡の発生がない場合の発振回路１０の矩形波パルス信号の波高値よりも低く、地絡発生時の矩形波パルス信号の波高値よりも高くなるように設定されている。このため、比較器２１は、地絡の発生がない場合にはデューティ比５０％の矩形波パルス信号を、地絡発生時にはデューティ比１００％の一定電圧値をそれぞれ出力する。
【０００８】
比較器２１後段には、平滑回路２６，比較器２７がさらに設けられており、比較器２１の出力は平滑回路２６によって平滑化され、平滑電圧Ｖｒとして比較器２７の非反転入力端子に与えられる。比較器２７は、反転入力端子に入力される基準電圧Ｖ２と平滑電圧Ｖｒとを比較する。
【０００９】
抵抗２４，コンデンサ２５で決まる平滑回路２６の時定数は、比較器２１出力がデューティ比５０％の場合には、基準電圧Ｖ２より低い平滑電圧Ｖｒを出力し、また、比較器２１出力がデューティ比１００％の場合には、基準電圧Ｖ２より高い平滑電圧Ｖｒを出力するように設定されている。したがって、比較器２７は、平滑電圧Ｖｒを受けると、比較器２１出力がデューティ比５０％の場合にはＬｏｗレベルを、比較器２１の出力がデューティ比１００％の場合にはＨｉｇｈレベルを出力する。
【００１０】
次に動作について説明する。
地絡が発生していない場合は絶縁抵抗３１が現れていないため、接続点Ｐのインピーダンス変化はない。このため、比較器２１の反転入力端子へ入力される矩形波パルス信号は基準電圧Ｖ１より高い波高値になっており、比較器２１はデューティ比５０％の矩形波パルス信号を出力する。すなわち、平滑回路２６から比較器２７へ与えられる平滑電圧Ｖｒは基準電圧Ｖ２より低く、比較器２７は正常状態を示すＬｏｗレベルを出力する（以上、図８の地絡検出前の各図参照）。
【００１１】
一方、マイナス母線５と車体Ｂとの間に地絡が発生して、図７の絶縁抵抗３１が現れると、カップリングコンデンサ１０Ａは、バッテリ群１，カップリングコンデンサ１０Ａ，検出抵抗１３，インピーダンス変換器１２，アースラインＧＮＤ，車体Ｂ，絶縁抵抗３１，バッテリ群１の経路でバッテリ群１の電圧値まで充電される。
【００１２】
同時に、インピーダンス変換器１２が出力する矩形波パルス信号は、検出抵抗１３，カップリングコンデンサ１０Ａ，バッテリ群１，絶縁抵抗３１，車体Ｂ，インピーダンス変換器１２の経路で伝達し、カップリングコンデンサ１０Ａの充電完了とともに、検出抵抗１３および絶縁抵抗３１で分圧されてその波高値が小さくなる。
【００１３】
このため、比較器２１の反転入力端子へ入力される矩形波パルス信号は基準電圧Ｖ１より低い波高値に変化し、比較器２１出力はデューティ比１００％に変化する。すなわち、平滑回路２６から比較器２７へ与えられる平滑電圧Ｖｒは基準電圧Ｖ２より高くなり、比較器２７は地絡状態を示すＨｉｇｈレベルを出力する（以上、図８の地絡検出後の各図参照）。
以上の構成・動作によって、従来の地絡検出装置はバッテリ群１で発生した地絡を検出している。
【００１４】
なお、プラス母線４と車体Ｂとの間またはバッテリ群１内部と車体Ｂとの間に地絡が発生した場合には、カップリングコンデンサ１０Ａの充電電圧値が地絡位置に依存して上記の場合と異なるだけで、インピーダンス変換器１２の出力は矩形波パルス信号であるため、上記と同様に地絡を検出できる。
【００１５】
【特許文献１】
特許第２９３３４９０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の地絡検出装置は以上のように構成されているので、以下の（１），（２）に示すような課題があった。
【００１７】
（１）例えば高電圧車両の場合、車両側の容量変動やインバータの動作にともなうノイズなどにより、絶縁抵抗の検出電圧が変動するため、地絡の誤検出が発生し、絶縁抵抗計測装置に適用すると、絶縁抵抗の抵抗値計測精度が劣化してしまうという課題。
【００１８】
（２）地絡検出装置の外部から受けるノイズ（バーストノイズなど）に弱いため、地絡の誤検出が発生しやすく、絶縁抵抗計測装置に適用すると、絶縁抵抗の抵抗値を高精度で計測することが難しくなってしまうという課題。
【００１９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、車両側の容量変動やインバータの動作にともなうノイズや、地絡検出装置の外部から受けるノイズの影響を軽減して、地絡の誤検出の発生を抑制することが可能な地絡検出装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、この発明は、絶縁抵抗の抵抗値計測精度を向上することが可能な絶縁抵抗計測装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地絡検出装置は、グランドと一端が接続した絶縁抵抗の抵抗値の変化から地絡を検出する地絡検出装置において、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段からのパルス信号を絶縁抵抗に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間にわたって、検出抵抗およびカップリングコンデンサの接続点に現れる検出電圧と基準電圧との差分を積分する区間積分手段とを備えるようにしたものである。
このことにより、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間にわたって、絶縁抵抗の抵抗値に応じて変化する検出電圧が平均化されるため、検出電圧中の任意のパルスがノイズによって一時的に変動しても、この任意のパルスの一時的な変動をその他のパルスで補うことができるようになり、また、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルできるようになる。
【００２２】
請求項２記載の地絡検出装置は、請求項１記載の地絡検出装置において、区間積分手段は、検出電圧と基準電圧との差分を積分する積分器と、積分区間にわたって積分器に積分を実行させ、積分区間外で積分器をリセットする第１のスイッチと、パルス信号のＨｉｒｈレベルまたはＬｏｗレベルに応じてＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替わり、ＯＮ状態に切り替わると検出電圧を積分器に与える第２のスイッチとを有する積分手段と、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間を含んだ積分区間を生成して第１のスイッチに与える積分区間生成手段とを備えるようにしたものである。
このことにより、積分区間生成手段で生成した積分区間にわたって、ＯＮ状態の第２のスイッチを通じて与えられた検出電圧が積分手段で平均化されるため、検出電圧中の任意のパルスがノイズによって一時的に変動しても、この任意のパルスの一時的な変動をその他のパルスで補うことができるようになり、また、積分区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルすることができるようになる。
【００２３】
請求項３記載の地絡検出装置は、請求項１記載の地絡検出装置において、区間積分手段の積分結果に応じて地絡の有無を判定し地絡検出信号を出力する地絡判定手段をさらに備えるようにしたものである。
このことにより、区間積分手段の積分結果に応じて地絡検出信号を容易に取得できるようになる。
【００２４】
請求項４記載の絶縁抵抗計測装置は、請求項１または請求項２記載の地絡検出装置と、この地絡検出装置の積分結果をＡ／Ｄ変換して絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えるようにしたものである。
このことにより、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を容易に取得できるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図１はこの発明に係る地絡検出装置の基本構成を示す図である。
図１において、この発明の地絡検出装置は、グランドＧＮＤと一端が接続した絶縁抵抗ＲＬの抵抗値の変化から地絡を検出するためのものであり、所定の周期で繰り返すパルス信号ＶＯＳＣを出力するパルス信号生成手段３００と、パルス信号生成手段３００からのパルス信号ＶＯＳＣを絶縁抵抗ＲＬに印加するための検出抵抗Ｒ０４およびカップリングコンデンサＣ０２と、パルス信号ＶＯＳＣの複数の周期にわたって、検出抵抗Ｒ０４およびカップリングコンデンサＣ０２の接続点Ｐに現れる検出電圧Ｖｘと基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を積分する区間積分手段４００とを備えている。
【００２６】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による地絡検出装置の回路構成を示す図である。
図２において、３００はパルス信号生成回路（パルス信号生成手段）、４００は区間積分回路（区間積分手段）、４１０は積分回路（積分手段）、４２０は積分区間信号生成回路（積分区間生成手段）である。区間積分回路４００は、積分回路４１０と、積分区間信号生成回路４２０とを備えている。ＧＮＤは例えば車体などのグランド、ＲＬはグランドＧＮＤと一端が接続された車両側などの絶縁抵抗である。絶縁抵抗ＲＬは、地絡の発生によって抵抗値がほぼ無限大から有限値にまで変化する。
【００２７】
また、図２において、Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３は抵抗、ＩＣ１，ＩＣ２はインバータ、Ｃ０１はコンデンサ、Ｄ０１，Ｄ０２は保護用ダイオード、ＶＣＣは電源電圧、Ｃ０２はカップリングコンデンサ、Ｒ０４は検出抵抗、ＩＣ３はインバータ、ＩＣ４，ＩＣ５はＤフリップフロップ、ＩＣ６はＡＮＤ回路、ＳＷ１はアナログスイッチ（第１のスイッチ）、Ｒ０５は抵抗、Ｄ０３，Ｄ０４は保護用ダイオード、Ｒ０６，Ｒ０７，Ｒ０８は抵抗、ＳＷ２はアナログスイッチ（第２のスイッチ）、ＯＰ１はオペアンプ（積分器）、Ｒ０９は抵抗（積分器）、Ｃ０３はコンデンサ（積分器）、ＶＬＥＫは検出端子である。
【００２８】
図２に示すように、パルス信号生成回路３００は、抵抗Ｒ０１〜Ｒ０３，インバータＩＣ１，ＩＣ２およびコンデンサＣ０１から構成されており、デューティ比５０％の矩形波パルス信号ＶＯＳＣを一定の発振周波数で出力する。また、パルス信号生成回路３００の出力側に設けられた検出抵抗Ｒ０４は、カップリングコンデンサＣ０２を介して車両側の絶縁抵抗ＲＬの他端に接続されている。
【００２９】
この検出抵抗Ｒ０４を介して、矩形波パルス信号ＶＯＳＣは、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣ０２との接続点Ｐに検出電圧Ｖｘとして現れる。そして地絡が発生すると、検出電圧Ｖｘは検出抵抗Ｒ０４および絶縁抵抗ＲＬで分圧され、地絡が発生していない場合と比較して波高値が低くなる。つまり、検出抵抗Ｒ０４は、絶縁抵抗ＲＬとともに分圧器として機能するようになっている。
【００３０】
積分回路４１０は、オペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ０９およびコンデンサＣ０３を積分器として備えており、コンデンサＣ０３に対してアナログスイッチＳＷ１がさらに並列接続されている。また、オペアンプＯＰ１では、抵抗Ｒ０６および抵抗Ｒ０７の分圧器で電源電圧ＶＣＣを分圧した基準電圧Ｖｒｅｆが非反転入力端子に印加されており、抵抗Ｒ０５，アナログスイッチＳＷ２を介して検出電圧Ｖｘが反転入力端子に入力される。
【００３１】
さらに、積分区間信号生成回路４２０は、インバータＩＣ３，ＤフリップフロップＩＣ４，ＩＣ５およびＡＮＤ回路ＩＣ６を備えており、後述するように、パルス信号生成回路３００の矩形波パルス信号ＶＯＳＣを４分周して積分区間信号を生成し、積分回路４１０のアナログスイッチＳＷ１に出力する。
【００３２】
さらに、パルス信号生成回路３００出力側、積分回路４１０入力側には保護用ダイオードＤ０１〜Ｄ０４が設けられている。これらの保護用ダイオードＤ０１〜Ｄ０４は、パルス信号生成回路３００の出力側インバータＩＣ２や、積分回路４１０のオペアンプＯＰ１を地絡発生時に逆電圧または過電圧から保護する働きをする。
【００３３】
次に動作について説明する。
図２において、パルス信号生成回路３００が生成した矩形波パルス信号ＶＯＳＣは、接続点Ｐに検出電圧Ｖｘとして現れる。この検出電圧Ｖｘは、地絡が発生していない状態では絶縁抵抗ＲＬが無限大に近い抵抗値なので、抵抗Ｒ０５を介して積分回路４１０のアナログスイッチＳＷ２に入力される。
【００３４】
一方、地絡が発生した場合には絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が有限値になるため、接続点Ｐの検出電圧Ｖｘは、カップリングコンデンサＣ０２を介して絶縁抵抗ＲＬからグランド（車両の場合は車体）ＧＮＤに流れる。この結果、検出電圧Ｖｘは、検出抵抗Ｒ０４，抵抗ＲＬによって分圧されて波高値が低下し、抵抗Ｒ０５を介して積分回路４１０のアナログスイッチＳＷ２に入力される。
【００３５】
同時に、パルス信号生成回路３００が生成した矩形波パルス信号ＶＯＳＣは、積分区間信号生成回路４２０に与えられている。積分区間信号生成回路４２０は、以下に説明するように、パルス信号生成回路３００出力の矩形波パルス信号ＶＯＳＣから積分区間信号を生成する。
【００３６】
＜積分区間信号とアナログスイッチＳＷ１の動作＞
図３は積分区間信号生成回路４２０の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図３（ａ）は矩形波パルス信号ＶＯＳＣの波形、図３（ｂ）はインバータＩＣ３の出力波形、図３（ｃ）はＤフリップフロップＩＣ４の出力波形、図３（ｄ）はＤフリップフロップＩＣ５の出力波形、図３（ｅ）はＡＮＤ回路ＩＣ６の出力波形、図３（ｆ）はアナログスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ動作をそれぞれ表している。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベルをデューティ比５０％で交互に繰り返す矩形波パルス信号ＶＯＳＣに対して、インバータＩＣ３は矩形波パルス信号ＶＯＳＣのＨｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベルを反転して出力する（図３（ｂ））。この図３（ｂ）の反転矩形波パルス信号は、ＤフリップフロップＩＣ４のクロック入力端子ＣＫとＡＮＤ回路ＩＣ６の入力端子とに与えられる。
【００３８】
ＤフリップフロップＩＣ４は、相補出力端子ＮＱとデータ入力端子Ｄとが接続されており、クロック入力端子ＣＫに与えられたパルス１個分の時間だけデータ入力端子Ｄへの信号を遅延させて正規出力端子Ｑに伝えるため、図３（ｂ）の反転矩形波パルス信号を２分周した２分周反転矩形波パルス信号（図３（ｃ））を正規出力端子Ｑから出力する。この図３（ｃ）の２分周反転矩形波パルス信号は、ＤフリップフロップＩＣ５のクロック入力端子ＣＫとＡＮＤ回路ＩＣ６の入力端子とに与えられる。
【００３９】
ＤフリップフロップＩＣ４と同様に、ＤフリップフロップＩＣ５は、相補出力端子ＮＱとデータ入力端子Ｄとが接続され、クロック入力端子ＣＫのパルス１個分だけデータ入力端子Ｄの信号を時間遅延して正規出力端子Ｑから出力するので、図３（ｃ）の２分周反転矩形波パルス信号をさらに２分周した波形、つまり図３（ｂ）の反転矩形波パルス信号を４分周した４分周反転矩形波パルス信号（図３（ｄ））を正規出力端子Ｑから出力する。この図３（ｄ）の４分周反転矩形波パルス信号は、ＤフリップフロップＩＣ５からＡＮＤ回路ＩＣ６の入力端子へと入力される。
【００４０】
このようにして、インバータＩＣ３から反転矩形波パルス信号が、ＤフリップフロップＩＣ４から２分周反転矩形波パルス信号が、ＤフリップフロップＩＣ５から４分周反転矩形波パルス信号がＡＮＤ回路ＩＣ６へ入力される。ＡＮＤ回路ＩＣ６は、入力信号が全てＨｉｇｈレベルとなる区間ではＨｉｇｈレベルを出力し、入力信号のうちのいずれか一つがＬｏｗレベルとなる区間ではＬｏｗレベルを出力するので、図３（ｅ）に示す積分区間信号を生成してアナログスイッチＳＷ１に与える。
【００４１】
図３（ａ），図３（ｅ）から分かるように、積分区間信号は、矩形波パルス信号ＶＯＳＣの４個のパルス１〜４，５〜８，…が存在する各区間を含んだ積分区間Ｔ１，Ｔ２，…ではＬｏｗレベルとなり、各積分区間Ｔ１，Ｔ２，…以外ではＨｉｇｈレベルとなる。したがって、コンデンサＣ０３に並列接続されたアナログスイッチＳＷ１は、積分区間信号のＬｏｗレベルに対してＯＦＦ状態（遮断状態）となってコンデンサＣ０３の両端を開放し、積分区間信号のＨｉｇｈレベルに対してＯＮ状態（導通状態）となってコンデンサＣ０３の両端を短絡する（図３（ｆ））。
【００４２】
つまり、積分回路４１０は、積分区間信号がＬｏｗレベルとなる各積分区間Ｔ１，Ｔ２，…では、アナログスイッチＳＷ１によってコンデンサＣ０３の両端が開放されて積分動作し、積分区間信号がＨｉｇｈレベルとなる各積分区間Ｔ１，Ｔ２，…以外では、アナログスイッチＳＷ１によってコンデンサＣ０３の両端が短絡されてリセットされるようになっている。
【００４３】
＜積分回路４１０の動作＞
続いて、積分回路４１０の動作について説明する。
図４は積分区間における積分回路４１０の動作を説明するための図であり、図２の地絡検出装置の回路構成を部分的に図示したものである。図２と同一符号は同一または相当する構成を表す。
【００４４】
図２や図４に示すように、積分回路４１０に設けられたアナログスイッチＳＷ２に対しても、パルス信号生成回路３００から矩形波パルス信号ＶＯＳＣが与えられている。アナログスイッチＳＷ２は、矩形波パルス信号ＶＯＳＣがＨｉｇｈレベルのときにＯＮ状態となり、ＬｏｗレベルのときにＯＦＦ状態となる。
【００４５】
したがって、接続点Ｐの検出電圧ＶｘがＨｉｇｈレベルのときには矩形波パルス信号ＶＯＳＣもＨｉｇｈレベルとなるため、検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルは、抵抗Ｒ０５とＯＮ状態のアナログスイッチＳＷ２（ＯＮ抵抗）とを介して、波高値Ｖ０１または波高値Ｖ０１’としてオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される（図４（ａ））。ここで、波高値Ｖ０１は地絡が発生していない場合に、波高値Ｖ０１’は地絡が発生した場合に、オペアンプＯＰ１に印加される検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルであり、オペアンプＯＰ１の基準電圧Ｖｒｅｆは、波高値Ｖ０１と波高値Ｖ０１’との間の値となるように設定している（波高値Ｖ０１＞基準電圧Ｖｒｅｆ＞波高値Ｖ０１’）。
【００４６】
一方、検出電圧ＶｘがＬｏｗレベルの場合、図４（ｂ）のように、矩形波パルス信号ＶＯＳＣもＬｏｗレベルとなってアナログスイッチＳＷ２はＯＦＦ状態になる。したがって、検出電圧ＶｘのＬｏｗレベルはオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加されなくなる。このときには、抵抗Ｒ０８を用いて（抵抗Ｒ０８で電圧降下が発生せず、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される）、オペアンプＯＰ１の差動入力電圧を０にして積分しないようにしている。
【００４７】
まとめると、積分回路４１０は、積分区間Ｔ１，Ｔ２，…内では、検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルに応じた波高値Ｖ０１または波高値Ｖ０１’がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加され、波高値Ｖ０１または波高値Ｖ０１’と基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を積分するようになっている。ここでは、積分区間信号によって、４個分のパルス１〜４，５〜８，…が積分区間Ｔ１，Ｔ２，…内に含まれるように設定しているため、検出電圧Ｖｘの４パルス分のＨｉｇｈレベルが積分回路４１０で積分される。
【００４８】
以上の各動作を踏まえて、図２の地絡検出装置の積分結果について以下に説明する。
＜地絡が発生していない場合の積分結果＞
地絡が発生していない状態では、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値がほぼ無限大であるため、ＯＮ状態のアナログスイッチＳＷ２に入力した検出電圧Ｖｘは、波高値Ｖ０１でオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される。このときの積分回路４１０の入出力特性は次の図５のようになる。
【００４９】
図５は地絡が発生していない場合での積分回路４１０の積分結果を説明するためのタイミングチャートであり、図５（ａ）はオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される波高値Ｖ０１を、図５（ｂ）は基準電圧Ｖｒｅｆと波高値Ｖ０１との差分を、そして、図５（ｃ）は図５（ｂ）の差分を積分した結果（検出端子ＶＬＥＫの出力電圧）を示している。
【００５０】
積分区間Ｔ１では、地絡が発生していない場合の検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルに応じた波高値Ｖ０１（波高値Ｖ０１＞基準電圧Ｖｒｅｆ）がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される。図５（ａ）はこの印加電圧を図示したもので、積分区間Ｔ１のパルス１〜４毎に、オペアンプＯＰ１の反転入力端子へ波高値Ｖ０１が印加される。
【００５１】
オペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ０９およびコンデンサＣ０３は、基準電圧Ｖｒｅｆと波高値Ｖ０１との差分を積分するため（つまりｋ∫［Ｖｒｅｆ−Ｖ０１］ｄｔ，ｋは正の定数）、図５（ｂ）に示した差分（斜線部分）を積分することになる。図５（ｂ）から分かるように、地絡が発生していない場合は波高値Ｖ０１＞基準電圧Ｖｒｅｆであり、差分Ｖｒｅｆ−Ｖ０１は負の値になるので、オペアンプＯＰ１の積分結果、つまり検出端子ＶＬＥＫの出力電圧は低下することになる（図５（ｃ））。
【００５２】
＜地絡が発生した場合の積分結果＞
地絡が発生した場合は絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が有限値になって、検出電圧Ｖｘは、検出抵抗Ｒ０４，絶縁抵抗ＲＬの分圧で波高値が低下し、基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い波高値Ｖ０１’でオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される。このときの積分回路４１０の入出力特性は次の図６のようになる。
【００５３】
図６は地絡が発生した場合での積分回路４１０の積分結果を説明するためのタイミングチャートであり、図６（ａ）はオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される波高値Ｖ０１’を、図６（ｂ）は基準電圧Ｖｒｅｆと波高値Ｖ０１’との差分を、そして、そして、図６（ｃ）は図６（ｂ）の差分を積分した結果（検出端子ＶＬＥＫの出力電圧）を示している。
【００５４】
積分区間Ｔ１では、地絡が発生した場合の検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルに応じた波高値Ｖ０１’（波高値Ｖ０１’＜基準電圧Ｖｒｅｆ）がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加される。図６（ａ）はこの印加電圧を図示したもので、積分区間Ｔ１のパルス１〜４毎に、オペアンプＯＰ１の反転入力端子へ波高値Ｖ０１’が印加される。
【００５５】
オペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ０９およびコンデンサＣ０３は、基準電圧Ｖｒｅｆと波高値Ｖ０１’との差分を積分するため（つまりｋ∫［Ｖｒｅｆ−Ｖ０１’］ｄｔ，ｋは正の定数）、図６（ｂ）に示した差分（斜線部分）を積分することになる。図６（ｂ）から分かるように、地絡が発生した場合は波高値Ｖ０１’＜基準電圧Ｖｒｅｆであり、差分Ｖｒｅｆ−Ｖ０１’は正の値になるので、オペアンプＯＰ１の積分結果、つまり検出端子ＶＬＥＫの出力電圧は上昇することになる（図６（ｃ））。
【００５６】
以上の通り、図２の地絡検出装置は、絶縁抵抗ＲＬに応じて変化する検出電圧Ｖｘを４個分のパルス（積分区間Ｔ１，Ｔ２，…）にわたって区間積分回路４００で平均化している。このことは、絶縁抵抗ＲＬを検出したパルス４個によって地絡検出を行っていることに相当する。このように検出電圧Ｖｘを平均化することで、車両側の容量変動やインバータの動作にともなうノイズや、地絡検出装置の外部から受けたノイズによって検出電圧Ｖｘの１パルスが一時的に変動しても、この１パルスの一時的な変動をその他の３パルスで補うことが可能になり、地絡誤検出の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、絶縁抵抗ＲＬに応じて変化する検出電圧Ｖｘを積分することで、積分区間より短い時間に発生した正負対称なノイズ（正極性のノイズと、この正極性のノイズと絶対値がほぼ等しい負極性のノイズと）をキャンセルすることができ、ノイズの影響を軽減することができる。
【００５８】
以上のように、この実施の形態１によれば、デューティ比５０％の矩形波パルス信号ＶＯＳＣを出力するパルス信号生成回路３００と、パルス信号生成回路３００の出力と絶縁抵抗ＲＬとを接続する検出抵抗Ｒ０４およびカップリングコンデンサ１０Ａと、矩形波パルス信号ＶＯＳＣのパルス１〜４，５〜８，…を含む積分区間Ｔ１，Ｔ２，…において、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサ１０Ａとの接続点Ｐに現れる検出電圧Ｖｘを積分する区間積分回路４００とを備えるようにしたので、積分区間Ｔ１，Ｔ２，…にわたって、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に応じて変化する検出電圧Ｖｘが平均化されるようになり、検出電圧Ｖｘ中の任意のパルスがノイズによって一時的に変動しても、この任意のパルスの一時的な変動をその他のパルスで補うことができ、地絡の誤検出を抑制できるという効果が得られ、積分区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルすることができ、ノイズの影響を軽減できるという効果が得られる。
【００５９】
また、この実施の形態１によれば、矩形波パルス信号ＶＯＳＣを４分周して、積分区間Ｔ１，Ｔ２，…でＬｏｗレベル、積分区間Ｔ１，Ｔ２，…以外でＨｉｇｈレベルとなる積分区間信号を生成する積分区間信号生成回路４２０と、波高値Ｖ０１または波高値Ｖ０１’と基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を積分して検出端子ＶＬＥＫに出力するオペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ０９およびコンデンサＣ０３と、矩形波パルス信号ＶＯＳＣがＬｏｗレベルのときにＯＦＦ状態、矩形波パルス信号ＶＯＳＣがＨｉｇｈレベルのときにＯＮ状態となって、検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベルを波高値Ｖ０１または波高値Ｖ０１’としてオペアンプＯＰ１に与えるアナログスイッチＳＷ２と、コンデンサＣ０３と並列接続され、積分区間信号生成回路４２０から積分区間信号が与えられるとともに、積分区間信号がＬｏｗレベルのときにＯＦＦ状態となり、積分区間信号がＨｉｇｈレベルのときにＯＮ状態となるアナログスイッチＳＷ１とを備えた積分回路４１０とから区間積分回路４００を構成するようにしたので、絶縁抵抗ＲＬに応じて変化する検出電圧Ｖｘがパルス４個分にわたって平均化されるようになり、ノイズによって検出電圧Ｖｘの例えば１パルスが一時的に変動しても、この１パルスの一時的な変動をその他の３パルスで補うことができ、絶縁抵抗ＲＬの検出誤差を抑制できるという効果が得られ、積分区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルすることができ、ノイズの影響を軽減できるという効果が得られる。
【００６０】
なお、実施の形態１では、図２の回路構成で実現した地絡検出装置について説明してきたが、この発明は図２の回路構成に限定されるものではなく、例えばデジタル回路構成によって積分回路４１０などを実現しても良く、同様の効果が得られる。
【００６１】
また、実施の形態１では、検出電圧ＶｘのＨｉｇｈレベル（波高値Ｖ０１，Ｖ０１’）を積分するようにしているが、この発明はこれに限定されるものではなく、Ｌｏｗレベルを積分しても地絡検出が可能であり、同様の効果が得られる。
【００６２】
さらに、実施の形態１では、矩形波パルス信号ＶＯＳＣのデューティ比を５０％として説明したが、この発明では、このデューティ比を別の値に変更しても良い。
【００６３】
さらに、実施の形態１のパルス信号生成回路３００は、図２に示した回路構成に限定されるものではなく、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとを所定の周期で繰り返す矩形波パルス信号を出力するものであれば良い。
【００６４】
さらに、実施の形態１では、４個のパルスが積分区間に含まれるように積分区間信号を生成し、４個分のパルスにわたって検出電圧Ｖｘを積分しているが、この発明は、パルス４個に限定されるものではなく、積分区間信号に含まれるパルスの個数は種々の条件に応じて任意に変更可能である。
【００６５】
さらに、構成図は省略するが、図５（ｃ），図６（ｃ）に示した第２の基準電圧Ｖｔｈと、積分結果が現れる検出端子ＶＬＥＫの出力電圧とを比較するコンパレータ（地絡判定手段）を地絡検出装置の出力側に設けるようにし、地絡発生時に上昇する検出端子ＶＬＥＫの出力電圧が第２の基準電圧Ｖｔｈより高くなったときに、コンパレータが地絡検出信号を出力するようにしても良い。このようにすることで、地絡の検出結果を簡単に判定することができる。
【００６６】
なお、上記の地絡の検出結果判定はコンパレータに限定されるものではなく、検出端子ＶＬＥＫの出力電圧に応じて地絡の有無を判定して地絡検出信号を出力するものであれば良い。
【００６７】
さらに、図示は省略するが、この発明の地絡検出装置を応用して、地絡発生時の絶縁抵抗の抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置を構成しても良い。つまり、この絶縁抵抗計測装置は、この発明の地絡検出装置と、地絡検出装置の積分結果（検出端子ＶＬＥＫの出力電圧）をＡ／Ｄ変換して絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えるもので、ノイズの影響を軽減し、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値計測精度を向上することができる。
【００６８】
さらに、この発明の地絡検出装置および絶縁抵抗計測装置の適用範囲は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統と、この直流電源系統に接続された交流回路とを備えた車両に限定されるものではない。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の地絡検出装置によれば、グランドと一端が接続した絶縁抵抗の抵抗値の変化から地絡を検出する地絡検出装置において、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段からのパルス信号を絶縁抵抗に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間にわたって、検出抵抗およびカップリングコンデンサの接続点に現れる検出電圧と基準電圧との差分を積分する区間積分手段とを備えるようにしたので、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間にわたって、絶縁抵抗の抵抗値に応じて変化する検出電圧が平均化されるため、検出電圧中の任意のパルスがノイズによって一時的に変動しても、この任意のパルスの一時的な変動をその他のパルスで補うことができるようになり、また、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルできるようになり、地絡の誤検出を抑制できるという効果が得られ、また、ノイズの影響を軽減できるという効果が得られる。
【００７０】
請求項２記載の地絡検出装置によれば、請求項１記載の地絡検出装置において、区間積分手段は、検出電圧と基準電圧との差分を積分する積分器と、積分区間にわたって積分器に積分を実行させ、積分区間外で積分器をリセットする第１のスイッチと、パルス信号のＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルに応じてＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替わり、ＯＮ状態に切り替わると検出電圧を積分器に与える第２のスイッチとを有する積分手段と、パルス信号がＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルとなる複数の区間を含んだ積分区間を生成して第１のスイッチに与える積分区間生成手段とを備えるようにしたので、積分区間生成手段で生成した積分区間にわたって、ＯＮ状態の第２のスイッチを通じて与えられた検出電圧が積分手段で平均化されるため、検出電圧中の任意のパルスがノイズによって一時的に変動しても、この任意のパルスの一時的な変動をその他のパルスで補うことができるようになり、また、積分区間より短い時間に発生した正負対称なノイズをキャンセルできるようになり、地絡の誤検出を抑制できるという効果が得られ、また、ノイズの影響を軽減できるという効果が得られる。
【００７１】
請求項３記載の地絡検出装置によれば、請求項１記載の地絡検出装置において、区間積分手段の積分結果に応じて地絡の有無を判定し地絡検出信号を出力する地絡判定手段をさらに備えるようにしたので、区間積分手段の積分結果に応じて地絡検出信号を容易に取得できるようになり、地絡の検出結果を簡単に判定できるという効果が得られる。
【００７２】
請求項４記載の絶縁抵抗計測装置によれば、請求項１または請求項２記載の地絡検出装置と、この地絡検出装置の積分結果をＡ／Ｄ変換して絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えるようにしたので、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を容易に取得できるようになり、ノイズの影響を軽減し、絶縁抵抗の抵抗値計測精度を向上できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る地絡検出装置の基本構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による地絡検出装置の回路構成を示す図である。
【図３】積分区間信号生成回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】積分区間における積分回路の動作を説明するための図である。
【図５】地絡が発生していない場合での積分回路の積分結果を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】地絡が発生した場合での積分回路の積分結果を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】従来の地絡検出装置の回路構成を示す図である。
【図８】従来の地絡検出装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
３００    パルス信号生成手段
４００    区間積分手段
ＧＮＤ    グランド
ＲＬ      絶縁抵抗
ＶＯＳＣ  パルス信号
ＲＬ      検出抵抗
Ｃ０２    カップリングコンデンサ
Ｐ        接続点
Ｖｘ      検出電圧
Ｖｒｅｆ  基準電圧
【図１】
2004286522.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004286522.tif 000007
【図６】
2004286522.tif 000008
【図７】
2004286522.tif 000009
【図８】
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