JPH0980106A - 浮動直流電源の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で浮動直流電源の地絡及び／又は
電源電圧を検出する。 【構成】 浮動直流電源Ｅ０の正負電極間に４個の基準
抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄが直列接続され、正負
電極側の２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄ同士及び中間の２個
の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃ同士の抵抗値が等しく設定された
直列抵抗回路１と、これに対し独立した回路であって、
直列抵抗回路の中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃの接続
点に基準直流電圧を印加し、回路の一部が接地された基
準電圧印加回路２を備える。直列抵抗回路の抵抗素子Ｒ
ａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと、抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄ
の接続点の電位Ｖｃｄを同相加算し、同相加算値の変動
に基いて浮動直流電源の地絡を検出する。同じく電位Ｖ
ａｂとＶｃｄを差動増幅し、差動増幅値の変動に基いて
浮動直流電源の電圧を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、浮動直流電源の
異常検出装置に関し、特に電気自動車等に用いられる高
圧浮動直流電源における配線系の地絡及び／又は電源電
圧を検出する異常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、交流配電系においては交流アー
スが構成されることから電源の地絡による漏電発生時に
は閉回路が形成され、従って地絡検出が可能である。

【０００３】しかしながら、電源が浮動状態で用いられ
る直流配電系においては、電源の一方の電極がフレー
ム、地面等に地絡していても閉回路が形成されないため
地絡による漏電を検出できなかった。その点で、特開平
６−３０８，１８５号公報は、漏電の発生及び漏電箇所
並びに直流電源電圧を検出する技術を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においては、電源電圧を検出抵抗及び保護抵抗に
より分圧すると共に、保護抵抗の両端をスイッチで短絡
または開放し、それぞれの時点の出力を検出してその和
や差を求めて比較するように構成されており、回路構成
が複雑であった。

【０００５】従って、この発明の目的は、上記した従来
技術の欠点を解消することにあり、浮動直流電源の地絡
及び／又は電源電圧を簡易に検出できるようにした浮動
直流電源の異常検出装置の提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、浮動直流電源Ｅ０の正負電極間に４個
の基準抵抗素子をＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄが直列接続さ
れると共に、正負電極側の２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄ同
士及び中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃ同士の抵抗値が
それぞれ等しく設定された直列抵抗回路（１）と、前記
直列抵抗回路（１）に対し独立に構成された回路であっ
て、前記直列抵抗回路（１）の中間の２個の抵抗素子Ｒ
ｂ，Ｒｃの接続点に基準直流電圧を印加すると共に、回
路の一部が接地された基準電圧印加回路（２）とを備え
ると共に、前記浮動直流電源Ｅ０の正極側に位置する２
個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと、負極
側に位置する２個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの接続点の電位
Ｖｃｄを同相加算し、同相加算値の変動に基いて前記浮
動直流電源Ｅ０の地絡を検出する手段（３）と、前記浮
動直流電源Ｅ０の正極側に位置する２個の抵抗素子Ｒ
ａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと、負極側に位置する２
個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの接続点の電位Ｖｃｄとを差動
増幅し、差動増幅値の変動に基いて前記浮動直流電源Ｅ
０の電圧を検出する手段（９）との少なくともいずれか
を備えるように構成したことを特徴とする。

【０００７】尚、上記において、前記浮動直流電源Ｅ０
の地絡を検出する手段（３）とその電圧を検出する手段
（９）は、両者とも必須なものではなく、どちらか一方
のみあれば良い。その意味で特許請求の範囲において
「少なくともいずれかを備えるように」と記載した。

【０００８】まず、本発明に係る異常検出装置の原理を
説明すると次のとおりである。

【０００９】即ち、図２に示されるように、浮動直流電
源Ｅ０の正負電極間に４個の基準抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，
Ｒｃ，Ｒｄが直列接続されると共に、正負電極側の２個
の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄ同士及び中間の２個の抵抗素子Ｒ
ｂ，Ｒｃ同士の抵抗値がそれぞれ等しく設定された直列
抵抗回路（２０）を考える。

【００１０】ここに、浮動直流電源Ｅ０の正極側に位置
する２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｂの接続点の電位をＶａ
ｂ、中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃの接続点の電位を
Ｖｂｃ、負極側に位置する２個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの
接続点の電位をＶｃｄ、回路の電流をＩ０とすると、電
位Ｖａｂ及びＶｃｄは電源Ｅ０の負極側電位を基準と考
えて、 Ｖａｂ＝Ｖｂｃ＋Ｒｂ×Ｉ０ Ｖｃｄ＝Ｖｂｃ−Ｒｃ×Ｉ０ ＝Ｖｂｃ−Ｒｂ×Ｉ０ となる。

【００１１】次に、図３のように、前記中間の２個の抵
抗素子Ｒｂ，Ｒｃの接続点に直流電源Ｅ１の正極側が接
続されると共に、抵抗素子Ｒｘを介して閉回路が形成さ
れた基準電圧印加回路（３０）を形成し、該基準電圧印
加回路（３０）における電源Ｅ１の負極側をフレームや
筐体等に接地した場合を考える。すると、電源Ｅ１の負
極側から見た前記電位Ｖｂｃは、Ｖｂｃ＝Ｅ１であるか
ら、電位Ｖａｂ，Ｖｃｄはそれぞれ Ｖａｂ＝Ｅ１＋Ｒｂ×Ｉ０ Ｖｃｄ＝Ｅ１−Ｒｂ×Ｉ０ と表すことができる。

【００１２】上記において、電位ＶａｂとＶｃｄとを同
相加算すると、その出力は２Ｅ１となる。而して、直列
抵抗回路（２０）における浮動直流電源Ｅ０の負極側が
地絡した場合、直列抵抗回路（２０）の電源Ｅ０の負極
側と基準電圧印加回路（３０）の電源Ｅ１の負極側が接
続されることになる。このとき、電源Ｅ１の負極側から
見た直列抵抗回路（２０）の各部の電位のうち、Ｖｂｃ
はＥ１で変わらないが、抵抗素子Ｒａ，Ｒｂを流れる電
流値とＲｃ，Ｒｄを流れる電流値はバランスが崩れて異
なるものとなるため、電位Ｖａｂ，Ｖｃｄは増減する。

【００１３】従って、電位ＶａｂとＶｃｄの同相加算値
は２Ｅ１に対して大小に変化することになり、これを検
出することにより、浮動直流電源Ｅ０の地絡を検出する
ことができる。これらの動作は浮動直流電源Ｅ０の正極
側が地絡した場合も同様となる。同相加算値の２Ｅ１に
対する大小は地絡した電源ラインの極性の認識に用い、
同相加算値の大きさは地絡している抵抗値に対応する。

【００１４】一方、直列抵抗回路（２０）における浮動
直流電源Ｅ０が地絡していない状態で、電位ＶａｂとＶ
ｃｄとを差動増幅すると、その出力は２Ｒｂ×Ｉ０を増
幅した値となる。而して、Ｒｂは一定値でありＩ０は電
源電圧Ｅ０の値によって変化するから、前記差動増幅後
の出力値を監視することにより電源電圧Ｅ０の電圧を検
出することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す回路図である。

【００１６】同図において、（１）は直列抵抗回路であ
り、直列電源Ｅ0 の正負両電極間に４個の基準抵抗素子
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄが直列接続されている。そし
て、正負電極側の２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄ同士、及び
中間の２個の抵抗Ｒｂ，Ｒｃ同士の抵抗値がＲａ＝Ｒ
ｄ，Ｒｂ＝Ｒｃに設定されている。前記直流電源Ｅ０は
例えば２００〜６００Ｖの高電圧電源であり、正負両電
極ともに浮動状態（いわゆるフローティング状態）で使
用されている。この電源には、例えば直流モータ等が接
続されている（図示省略）。

【００１７】（２）は５Ｖ程度の低電圧の基準直流電源
Ｅ１を有する基準電圧印加回路である。この基準電圧印
加回路（２）の前記基準電源Ｅ１は、その正極側が前記
直列抵抗回路（１）における中間の２個の抵抗素子Ｒ
ｂ，Ｒｃの接続点に接続されると共に、電源Ｅ１の負極
側はフレームや筐体等に接地されており、前記直列抵抗
回路（１）とは異なる独立した回路に構成されている。
従って、浮動直流電源Ｅ０が地絡していない状態におい
て、基準直流電源Ｅ１の負極側から見た場合の抵抗Ｒ
ａ，Ｒｂ間の電位Ｖａｂ、及び抵抗Ｒｃ，Ｒｄ間の電位
Ｖｃｄは、直列抵抗回路（１）の電流をＩ０とすると、 Ｖａｂ＝Ｅ１＋Ｒｂ×Ｉ０ Ｖｃｄ＝Ｅ１−Ｒｂ×Ｉ０ となる。

【００１８】（３）は地絡検出手段であり、インピーダ
ンス変換器（４）及び（５）を介して出力される前記２
つの電位Ｖａｂ及びＶｃｄを同相加算する同相加算器
（６）を備える。この同相加算器（６）は演算増幅器及
びこれを動作させるための抵抗素子によって構成され
る。また、前記インピーダンス変換器（４）及び（５）
も演算増幅器によって構成される。そして、同相加算器
（６）の出力はＡ／Ｄ変換器（７）によりＡ／Ｄ変換さ
れ、ＣＰＵ（８）に入力され、該ＣＰＵ（８）は後述の
ように入力値を監視し、その変動に応じて浮動直流電源
Ｅ０の地絡状態を判断する。

【００１９】（９）は浮動直流電源Ｅ０の電圧を検出す
る電源電圧検出手段であり、差動増幅器（１０）、基準
電圧発生器（１１）、ゲイン調整器（１２）とを備え
る。前記差動増幅器（１０）は、前記インピーダンス変
換器（４）及び（５）を介して出力される２つの電位Ｖ
ａｂ，Ｖｃｄを差動増幅する。また、前記基準電圧発生
器（１１）は、分圧抵抗（１１ａ），（１１ｂ）の分圧
比に基いて電圧Ｖｃｃを分圧し、これを基準電圧として
出力する。

【００２０】また前記ゲイン調整器（１２）は前記差動
増幅器（１０）の出力と、抵抗（１１ａ），（１１ｂ）
によって決定される基準電圧発生器（１１）の基準電圧
とを比較し、その差を適宜なゲインで増幅して出力す
る。尚、これらの差動増幅器（１０）、基準電圧発生器
（１１）、ゲイン調整器（１２）はいずれも演算増幅器
と動作用の抵抗素子によって構成される。

【００２１】次に、図示実施形態に係る異常検出装置の
動作を説明する。

【００２２】前述の通り、基準直流電源Ｅ１の負極側か
ら見た場合の抵抗Ｒａ，Ｒｂ間の電位Ｖａｂ、及び抵抗
Ｒｃ，Ｒｄ間の電位Ｖｃｄは、 Ｖａｂ＝Ｅ１＋Ｒｂ×Ｉ０ Ｖｃｄ＝Ｅ１−Ｒｂ×Ｉ０ と表されるから、前記同相加算器（６）の出力は、電位
Ｖａｂ及びＶｃｄを同相加算した値となるが、この同相
加算器（６）の出力はＡ／Ｄ変換器（７）によりＡ／Ｄ
変換され、ＣＰＵ（８）により基準値２Ｅ１と比較され
る。直列抵抗回路（１）が地絡していない状態では同相
加算器（６）の出力は２Ｅ１であり基準値２Ｅ１に等し
いから、ＣＰＵは地絡を生じていないと判断する。

【００２３】次に、直列抵抗回路（１）における浮動直
流電源Ｅ０の負極側が地絡した場合、該電源Ｅ０の負極
側と基準電圧印加回路（２）における基準電源Ｅ１の負
極側が接続されたことになるから、抵抗素子Ｒｂを流れ
る電流が増加し、Ｒｃを流れる電流が減少する。従っ
て、電位ＶａｂとＶｃｄを同相加算した値は２Ｅ１より
大きくなり、これがＣＰＵ（８）により判断されて電源
Ｅ０の負極側が地絡したことが検出される。

【００２４】次に、直列抵抗回路（１）における電源Ｅ
０の正極側が地絡した場合、電源Ｅ０の正極側と基準電
圧印加回路（２）における基準電源Ｅ１の負極側が接続
されたのと同じ状態となるから、抵抗素子Ｒｂを流れる
電流が減少し、Ｒｃを流れる電流が増加する。従って、
電位ＶａｂとＶｃｄを同相加算した値は２Ｅ１より小さ
くなり、これがＣＰＵ（８）により判断されて電源Ｅ０
の正極側が地絡したことが検出される。

【００２５】このように同相加算器（６）の低電圧出力
を監視することにより、直列抵抗回路（１）における浮
動高圧直流電源Ｅ０の地絡を検出することができる。

【００２６】一方、直列抵抗回路（１）の地絡が生じて
いないとき、差動増幅器（１０）の出力は２Ｒｂ×Ｉ０
を増幅した値となり、この値と基準電圧発生器（１１）
による基準電圧とがゲイン調整器（１２）で比較され
る。ここで、抵抗値Ｒｂは一定であり直列抵抗回路
（１）を流れる電流Ｉ０は浮動直流電源Ｅ０の電圧値の
大きさによって変化する。

【００２７】前述の如く、前記ゲイン調整器（１２）は
前記差動増幅器（１０）の出力と基準電圧発生器（１
１）による基準電圧を比較し、差を増幅して出力するこ
とから、電源電圧の変化を精度良く監視することができ
る。

【００２８】尚、図示実施形態においては、基準電圧印
加回路（２）の電源Ｅ１の負極側をフレーム等に接地し
ておく場合を示したが、電源Ｅ１の正極側を接地してお
いても良い。この場合は、上記と逆に、直列抵抗回路
（１）における電源Ｅ０の負極側が地絡した場合には同
相加算器（６）の出力は２Ｅ１より小さくなり、電源Ｅ
０の正極側が地絡した場合には２Ｅ１より大きくなり、
前記と同様にして電源の地絡を判断することができる。

【００２９】また、電圧検出手段（９）において、差動
増幅器（１０）の出力をゲイン調整器（１２）により高
精度で電圧を検出する場合を示したが、ＣＰＵを用いて
比較しても良い。また、同相加算器（６）や差動増幅器
（１０）の構成も図示のものに限定されることはなく、
要は直列抵抗回路（１）の２つの電位Ｖａｂ，Ｖｃｄを
差動増幅あるいは同相加算して、その結果に基いて浮動
直流電源Ｅ０の地絡や電圧を検出する構成であれば良
い。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、直列抵抗回路の２つ
の電位Ｖａｂ，Ｖｃｄを同相加算あるいは差動増幅し、
それらの値の変動に基いて浮動直流電源の地絡及び／又
は電圧を検出するものであるから、極めて簡単な構成で
浮動直流電源の地絡及び／又は電圧を検出することがで
きる。

【００３１】しかも、同相加算した値は、直流抵抗回路
の中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃの接続点に印加され
た直流電圧値の２倍を基準に変動するから、直流電圧値
を低電圧に設定することにより、地絡検出手段における
取扱い電圧を低くすることができる。また、差動増幅し
た値も低電圧となるから、電圧検出手段における取扱い
電圧も低くすることができる。従って、浮動直流電源が
高電圧であっても、低電圧処理により浮動直流電源の地
絡及び／又は電圧を検出することができる。

【００３２】尚、上記において、電圧検出手段と地絡検
出手段を設けたが、両者は必須のものではなく、いずれ
か一方のみであっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す回路図である。

【図２】この発明の動作原理を説明するための回路図で
ある。

【図３】同じくこの発明の動作原理を説明するための回
路図である。

【符号の説明】

１ 直列抵抗回路 ２ 基準電圧印加回路 ３ 地絡検出手段 ６ 同相加算器 ９ 電圧検出手段 １０ 差動増幅器 Ｅ０ 浮動直流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浮動直流電源Ｅ０の正負電極間に４個の
   基準抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄが直列接続される
   と共に、正負電極側の２個の抵抗素子Ｒａ，Ｒｄ同士及
   び中間の２個の抵抗素子Ｒｂ，Ｒｃ同士の抵抗値がそれ
   ぞれ等しく設定された直列抵抗回路（１）と、 前記直列抵抗回路（１）に対し独立に構成された回路で
   あって、前記直列抵抗回路（１）の中間の２個の抵抗素
   子Ｒｂ，Ｒｃの接続点に基準直流電圧を印加すると共
   に、回路の一部が接地された基準電圧印加回路（２）
   と、を備えると共に、 前記浮動直流電源Ｅ０の正極側に位置する２個の抵抗素
   子Ｒａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと、負極側に位置す
   る２個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの接続点の電位Ｖｃｄを同
   相加算し、同相加算値の変動に基いて前記浮動直流電源
   Ｅ０の地絡を検出する手段（３）と、 前記浮動直流電源Ｅ０の正極側に位置する２個の抵抗素
   子Ｒａ，Ｒｂの接続点の電位Ｖａｂと、負極側に位置す
   る２個の抵抗素子Ｒｃ，Ｒｄの接続点の電位Ｖｃｄとを
   差動増幅し、差動増幅値の変動に基いて前記浮動直流電
   流Ｅ０の電圧を検出する手段（９）と、の少なくともい
   ずれかを備えるようにしたことを特徴とする浮動直流電
   源の異常検出装置。