DE102010042392B4

DE102010042392B4 - Isolations-Messvorrichtungen

Info

Publication number: DE102010042392B4
Application number: DE102010042392.0A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kawamura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: US20110084705A1; FR2951277A1; JP5613408B2; FR2951277B1; US8368406B2; DE102010042392A1; JP2011102788A

Abstract

Isolations-Messvorrichtung, die umfasst:eine Messschaltung (20), die einen ersten Kondensator (C1) als fliegenden Kondensator enthält,eine Steuereinheit (30), die ausgebildet ist, um eine an dem ersten Kondensator (C1) gesetzte Spannung zu lesen, um einen Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung (20) zu steuern, die vorgesehen wird, wenn eine Stromversorgungsspannung, eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der positiven Elektrode oder eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode an dem ersten Kondensator (C1) gesetzt werden soll,einen Schaltabschnitt (SW1-SW4), der in einem Pfad zwischen der Messschaltung (20) und der Steuereinheit (30) angeordnet ist, um den Pfad zwischen der Messschaltung (20) und der Steuereinheit (30) zu sperren, undeinen zweiten Kondensator (Ca), der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen dem Schaltabschnitt (SW1-SW4) und der Steuereinheit (30) vorgesehen ist, wobeidie Steuereinheit (30) ausgebildet ist, um die Pfadkonfiguration der Messschaltung (20) zu steuern, wenn die Steuereinheit (30) die an dem ersten Kondensator (C1) gesetzte Spannung lesen soll, indem der Schaltabschnitt (SW1-SW4) eingeschaltet wird, um eine Spannung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung an dem zweiten Kondensator (Ca) zu setzen, und indem der Schaltabschnitt (SW1-SW4) anschließend ausgeschaltet wird, um die an dem zweiten Kondensator (Ca) gesetzte Spannung zu lesen und eine elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung zu entladen, undin der Messschaltung (20) ein Widerstandswert eines für das Entladen der elektrischen Ladung des ersten Kondensators (C1) gesteuerten Pfades auf einen Wert gesetzt wird, bei dem die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung innerhalb einer Spannungsleseperiode durch die Steuereinheit (30) entladen werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolations-Messvorrichtung und insbesondere eine Isolations-Messvorrichtung, die einen Isolationswiderstand zum Beispiel unter Verwendung eines fliegenden Kondensators misst.
Das Dokument US 2007/0001684 A1 betrifft eine Spannungserfassungsvorrichtung umfassend einen Prozessor, der einen ersten Eingangsanschluss aufweist, und einen zweiten Eingangsanschluss, der an einem ersten Erdpotentialteil geerdet ist, eine erste Schottky-Diode, die eine Kathode, die mit einem elektrischen Kabel zwischen dem ersten Eingangsanschluss und einem Spannungsdetektionsobjektteil verbunden ist, und eine Anode, die an einem zweiten Erdpotentialteil geerdet ist, aufweist, und eine zweite Schottky-Diode, die eine Anode, die mit einem elektrischen Kabel zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und einem dritten Erdpotentialteil verbunden ist, und eine Kathode, die an einen positiven Anschluss einer Stromversorgung angeschlossen ist, aufweist. Wenn der Prozessor eine Spannung an dem Spannungserfassungsobjektteil erfasst, erfasst der Prozessor einen Wert, der durch Addieren einer an den zweiten Eingangsanschluss angelegten Spannung zu einer an den ersten Eingangsanschluss angelegten Spannung als die Spannung erhalten wird.
Das Dokument US2008/0310063 A1 betrifft eine Spannungserfassungsvorrichtung, die eine Schaltung verkleinert, Kosten reduziert und eine Spannung mit hoher Genauigkeit erfasst, wobei die Spannungserfassungsvorrichtung eine Spannung unter Verwendung eines fliegenden Kondensators erfassen kann. Darüber hinaus stoppt die Spannungserfassungsvorrichtung nicht ganze Funktionen. Die erste Zenerdiode ist mit dem ersten Widerstand R1 verbunden, der eine mit dem Kondensator gespeicherte Spannung parallel in eine erfassbare Spannung an einem Mikrocomputer aufteilt. Ferner verhindert die Spannungserfassungsvorrichtung, dass mehr als eine Zenerspannung der ersten Zenerdiode an den Eingang des Mikrocomputers angelegt wird.
Um Strom zu elektrischen Einrichtungen wie etwa einem Beleuchtungssystem, einer Klimaanlage usw. zuzuführen oder diese zu laden, ist ein Kraftfahrzeug herkömmlicherweise mit einer Batterie ausgestattet. Moderne Kraftfahrzeuge sind derart abhängig von einer Stromversorgung, dass sie ohne Stromversorgung nicht betrieben werden können.
Außerdem sollten Kraftfahrzeuge weniger Abgas erzeugen, um dem Klimawandel entgegenzuwirken (Emissionskontrolle). Deshalb haben verschiedene Kraftfahrzeughersteller Hybridfahrzeuge auf den Markt gebracht, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen durch eine Batterie betriebenen Elektromotor als Antriebsquelle verwenden und dadurch den Kraftstoffverbrauch reduzieren. Batterien werden in immer mehr Fahrzeugen als Antriebsquelle verwendet.
Vor diesem Hintergrund spielt die Verwaltung elektrischer Leistung eine immer wichtigere Rolle in Kraftfahrzeugen. Insbesondere wird eine viel höhere Spannung verwendet, wenn eine Hochleistungsbatterie für Antriebszwecke vorgesehen ist. Deshalb ist die Gefahr eines elektrischen Schlags gegeben, wenn die Isolation beschädigt ist. Aus diesem Grund ist die Überwachung des Isolationszustands heute von größerer Bedeutung.
Es gibt verschiedene Techniken zum Prüfen des Isolationszustands. Zum Beispiel gibt es eine Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator (siehe JP2004 - 170103A . 1 ist ein Schaltdiagramm zu der Isolationsmessschaltung 110 in JP2004 - 170103A . Weiterhin ist 2 ein Zeitdiagramm, das das Auslesen von Daten mittels AD in einer Bestimmungssteuereinheit 130 (nachfolgend als AD-Lesen bezeichnet) zeigt.
Die Isolations-Messschaltung 110 umfasst eine Erfassungsschaltung 120 und eine Bestimmungssteuereinheit 130 und erfasst den Isolationszustand einer Stromversorgung V. Die Erfassungsschaltung 120 umfasst einen Kondensator (fliegenden Kondensator) C11, der von einem Erdpotential zu einem fliegenden Zustand gesetzt ist, und weiterhin erste bis sechste Widerstande R11 bis R16 sowie erste bis fünfte Schalter SW11 bis SW15. Jeder der ersten bis fünften Schalter SW11 bis SW15 wird zum Beispiel durch einen optischen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) gebildet. Dabei sollten der erste Widerstand R11 und der zweite Widerstand R12 einen sehr hohen Widerstandswert aufweisen, damit die Isolation des Systems nicht vermindert wird, wenn der Schalter aufgrund eines Kurzschlusses ausfällt.
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 130 den ersten und den zweiten Schalter SW11, SW12 ein, sodass ein Pfad, der den ersten Schalter SW11, eine erste Diode D11, den ersten Widerstand R11, den Kondensator C11 und den zweiten Schalter SW12 umfasst, von der Seite der positiven Elektrode zu der Seite der negativen Elektrode an der Stromversorgung V gebildet wird und die Spannung der Stromversorgung V an dem Kondensator C11 gesetzt wird (diese Spannung wird nachfolgend als „Hochspannung V10“ bezeichnet). Wenn dann der erste und der zweite Schalter SW11, SW12 ausgeschaltet werden und der dritte und der vierte Schalter SW13, SW14 eingeschaltet werden (T11 in 2), wird ein geschlossener Stromkreis gebildet, der den Kondensator C11, eine zweite Diode D12, den zweiten Widerstand R12, den dritten Schalter SW13, den dritten Widerstand R13, den vierten Widerstand R14 und den vierten Schalter SW14 umfasst. Eine durch den zweiten Widerstand R12, den dritten Widerstand R13 und den vierten Widerstand R14 geteilte Spannung wird über den sechsten Widerstand R16 in die Bestimmungssteuereinheit 130 (an dem Einganganschluss AD) eingegeben und wie folgt gemessen: $V 10 \times R13/ (R 12 + R 13 + R 14)$
Dabei ist eine Kathode einer dritten Diode D13 mit der Mitte des Pfades zwischen dem sechsten Widerstand R16 und dem Eingangsanschluss AD verbunden und ist eine Anode der dritten Diode D13 mit einem Erdpotential verbunden. Wenn die Messung abgeschlossen ist, wird der dritte Schalter SW13 ausgeschaltet und wird der als Entladungsschalter funktionierende fünfte Schalter SW15 eingeschaltet (T12 in 2). Auf diese Weise wird eine elektrische Ladung an dem Kondensator C11 über den fünften Widerstand R15 und den vierten Widerstand R14 des vierten Schalters SW14 entladen (T12 bis T13 in 2). Wenn eine Entladung abgeschlossen ist (T13 in 2), wird der vierte Schalter SW14 ausgeschaltet.
Dann lädt die Bestimmungssteuereinheit 130 den Kondensator C11 in einem Zustand, in dem ein Anschluss des Kondensators C11 über den vierten Widerstand R14 geerdet ist, und misst anschließend die an dem Kondensator C11 gesetzte Spannung. Konkret schaltet die Bestimmungssteuereinheit 130 den ersten Schalter SW11 und den vierten Schalter SW14 ein. In Übereinstimmung mit den EIN-Zuständen dieser Schalter wird ein Pfad, der einen Erdschlusswiderstand RLn auf der Seite der negativen Elektrode, die Stromversorgung V, den ersten Schalter SW11, die erste Diode D11, den ersten Widerstand R11, den Kondensator C11, den vierten Schalter SW14 und das Erdpotential G umfasst, von einem Erdpotential G gebildet. Dabei wird eine Ladungsspannung VC11 (Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode) an dem Kondensator C11 gebildet. Wenn dann der erste Schalter SW11 ausgeschaltet wird und der dritte Schalter SW13 eingeschaltet wird, wird eine geteilte Spannung der Ladungsspannung VC11, die ähnlich wie oben beschrieben an dem Kondensator C11 gesetzt ist, über den sechsten Widerstand R16 eingegeben und wie folgt gemessen: $VC 11 \times R13/ (R 12 + R 13 + R 14)$
Wenn die Messung abgeschlossen ist, wird der dritte Schalter SW13 ausgeschaltet und wird der fünfte Schalter SW15 eingeschaltet. Auf diese Weise wird eine elektrische Ladung an dem Kondensator C11 über den fünften Widerstand R15 und den vierten Widerstand R14 entladen.
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 130 den zweiten Schalter SW12 und den dritten Schalter SW13 ein. In Übereinstimmung mit dem EIN-Zustand dieser Schalter wird ein Pfad, der den dritten Widerstand R13, den dritten Schalter SW13, die erste Diode D11, den ersten Widerstand R11, den Kondensator C11, den zweiten Schalter SW12, die Stromversorgung V, einen Erdschlusswiderstand RLp auf der Seite der positiven Elektrode und das Erdungspotential G umfasst, von dem Erdungspotential G gebildet. Dabei wird eine Ladungsspannung VC12 (Erdschlusswiderstands-Spannung auf der positiven Seite) an dem Kondensator C11 gesetzt. Wenn dann der zweite Schalter SW12 ausgeschaltet wird und der vierte Schalter SW14 eingeschaltet wird, wird eine geteilte Spannung der Ladespannung VC12 an dem Kondensator C11 ähnlich wie oben beschrieben über den sechsten Widerstand R16 in die Bestimmungssteuereinheit 130 eingegeben und wie folgt gemessen: $VC 12 \times R13/ (R 12 + R 13 + R 14)$
Wenn die Messung abgeschlossen ist, wird der dritte Schalter SW13 ausgeschaltet und wird der fünfte Schalter SW15 eingeschaltet. Eine elektrische Ladung an dem Kondensator C11 wird also über den fünften Widerstand R15 und den vierten Widerstand R14 entladen.
Weiterhin wandelt die Bestimmungssteuereinheit 130 die gemessene Spannung auf der Basis des Berechnungsausdrucks (VC11+VC12)/V10 zu dem Isolationswiderstand und erfasst dann einen Erdschlusswiderstand RL unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Tabelle. Wenn der erfasste Erdschlusswiderstand RL kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert RLy ist, dann entscheidet die Bestimmungssteuereinheit 130, dass die Isolation beschädigt ist und gibt einen entsprechenden Alarm aus.
Die EIN-Zustände des dritten Schalters SW13 und des vierten Schalters SW14 werden aufrechterhalten, während die Bestimmungssteuereinheit 130 den AD liest. Dabei wird die Erfassungsgenauigkeit vermindert, wenn die elektrische Ladung des Kondensators C11 entladen wird. Deshalb müssen die Zeitkonstanten des zweiten bis vierten Widerstands R12 bis R14 (eine resultierende Zeitkonstante R12+R13+R14) auf einen Wert gesetzt werden, der ausreichend groß ist, um eine Entladung während des AD-Lesens zu verhindern. Währenddessen muss die elektrische Ladung des Kondensators C11 entladen werden, nachdem die Messung abgeschlossen ist. Zu diesem Zweck sind der fünfte Widerstand R15 und der fünfte Schalter SW15 vorgesehen, um eine Entladungsschaltung vorzusehen, sodass die nach Abschluss der Messung verbleibende elektrische Ladung an dem Kondensator C11 schnell entladen wird, indem der vierte Schalter SW14 und der fünfte Schalter SW15 gleichzeitig eingeschaltet werden.
Die aus dem fünften Schalter SW16 und dem fünften Widerstand R15 bestehende Entladungsschaltung benötigt den optischen MOSFET als Isolationselement mit einer hohen Spannungsfestigkeit. Dadurch werden die Kosten erhöht, sodass ein anderer Ansatz wünschenswert ist. Und wenn die oben genannte Entladungsschaltung zusätzlich vorgesehen wird, wird der Hochspannungskreis vergrößert. Deshalb sind mehr Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, wodurch wiederum die Kosten erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung nimmt auf die vorstehend geschilderten Umstände Bezug, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Technik zum Implementieren einer Isolations-Messvorrichtung mit einem fliegenden Kondensator anzugeben, die kostengünstig ist und dennoch eine hohe Erfassungsgenauigkeit bietet.
Die vorliegende Erfindung gibt eine Isolations-Messvorrichtung an, die umfasst: eine Messschaltung, die einen ersten Kondensator enthält; eine Steuereinheit, die eine an dem ersten Kondensator gesetzte Spannung liest, um den Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung steuert; einen Schaltabschnitt, der in einem Pfad zwischen der Messschaltung und der Steuereinheit vorgesehen ist; und einen zweiten Kondensator, der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen dem Schaltabschnitt und der Steuereinheit vorgesehen ist. Die Steuereinheit steuert die Pfadkonfiguration der Messschaltung, indem sie den Schaltabschnitt einschaltet, um eine Spannung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung an dem zweiten Kondensator zu setzen, und dann den Schaltabschnitt ausschaltet, um die an dem zweiten Kondensator gesetzte Spannung zu lesen und eine elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung zu entladen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Technik zum Implementieren einer Isolations-Messvorrichtung mit einem fliegenden Kondensator angegeben werden, die kostengünstig ist und die Messzeit verkürzt und dennoch eine hohe Erfassungsgenauigkeit bietet.

1 zeigt eine Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator aus dem Stand der Technik.
2 ist ein Zeitdiagramm zu einem AD-Leseprozess in der Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator aus dem Stand der Technik.
3 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration der Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Zeitdiagramm, das einen AD-Leseprozess in der Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Schaltdiagramm, das den Einfluss einer Ladungsspannung in der Konfiguration der Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß der zweiten Ausführungsform.
7 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration einer Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration einer Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Zeitdiagramm, das einen AD-Leseprozess in der Isolations-Messschaltung mit einem fliegenden Kondensator gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Kurvendiagramm zu einem Spannungsübergang, das den Messansatz gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11A und 11B sind Kurvendiagramme, die Messergebnisse zu den entsprechenden Spannungsübergängen eines Plus-Maximum-Produkts und eines Standardprodukts gemäß der vierten Ausführungsform zeigen.
12A und 12B sind Kurvendiagrame, die Messergebnisse zu den entsprechenden Spannungsübergängen eines Minus-Maximum-Produkts und eines Standardprodukts gemäß der vierten Ausführungsform zeigen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Isolations-Messvorrichtung angegeben, die umfasst: eine Messschaltung, die einen ersten Kondensator als fliegenden Kondensator enthält; eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um eine an dem ersten Kondensator gesetzte Spannung zu lesen, um einen Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung zu steuern, die vorgesehen wird, wenn eine Stromversorgungsspannung, eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der positiven Elektrode oder eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode an dem ersten Kondensator gesetzt werden soll; einen Schaltabschnitt, der in einem Pfad zwischen der Messschaltung und der Steuereinheit angeordnet ist, um den Pfad zwischen der Messschaltung und der Steuereinheit zu sperren; und einen zweiten Kondensator, der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen dem Schaltabschnitt und der Steuereinheit vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Pfadkonfiguration der Messschaltung zu steuern, wenn die Steuereinheit die an dem ersten Kondensator gesetzte Spannung lesen soll, indem der Schaltabschnitt eingeschaltet wird, um eine Spannung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung an dem zweiten Kondensator zu setzen, und indem der Schaltabschnitt anschließend ausgeschaltet wird, um die an dem zweiten Kondensator gesetzte Spannung zu lesen und eine elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung zu entladen, und wobei in der Messschaltung ein Widerstandswert eines für das Entladen der elektrischen Ladung des ersten Kondensators gesteuerten Pfades auf einen Wert gesetzt wird, bei dem die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung innerhalb einer Spannungsleseperiode durch die Steuereinheit entladen werden kann.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die Steuereinheit den Schaltabschnitt einschaltet, um die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem zweiten Kondensator gesetzten Spannung zu entladen, nachdem die an dem zweiten Kondensator gesetzte Spannung gelesen wurde.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Isolations-Messvorrichtung angegeben, die umfasst: eine Messschaltung, die einen ersten Kondensator als fliegenden Kondensator enthält; eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um eine an dem ersten Kondensator gesetzte Spannung zu lesen, um einen Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung zu steuern, die vorgesehen wird, wenn eine Stromversorgungsspannung, eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der positiven Elektrode oder eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode an dem ersten Kondensator gesetzt werden soll; und einen zweiten Kondensator, der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen der Messschaltung und der Steuereinheit vorgesehen ist und an dem eine Spannung gesetzt wird, wenn die Spannung an dem ersten Kondensator gesetzt wird, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um einen Pfad zu konfigurieren, über den die an dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator akkumulierten elektrischen Ladungen entladen werden, wenn eine Operation zum Lesen der an dem zweiten Kondensator gesetzten Spannung begonnen wird, und um eine Spannungsreduktion zu kompensieren, die durch die Entladung in einer Messperiode für die an dem zweiten Kondensator gesetzte Spannung verursacht wird, wenn der Isolationszustand gemessen wird, und wobei in der Messschaltung der Widerstandswert eines Pfades, der für das Entladen der elektrischen Ladung des ersten Kondensators gesteuert wird, auf einen Wert gesetzt wird, bei dem die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung schnell während der Spannungsleseperiode durch die Steuereinheit entladen werden kann.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die Steuereinheit nach dem Setzen der Spannung an dem ersten Kondensator den ersten Kondensator für eine erste vorbestimmte Zeitdauer lädt, während welcher der erste Kondensator nicht vollständig geladen ist, und anschließend den ersten Kondensator für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer entlädt, wobei die Steuereinheit die Spannung, die gesetzt werden soll, wenn der erste Kondensator vollständig geladen ist, unter Berücksichtigung der Laderate während der ersten vorbestimmten Zeitdauer und der Laderate während der zweiten vorbestimmten Zeitdauer in einem Lesewert der an dem ersten Kondensator gesetzten Spannung berechnet.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem ersten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator verwendet wird, zusammenfällt.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem zweiten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator verwendet wird, zusammenfällt.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standard-Produkt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator verwendet wird, als erster Kreuzungspunkt gesetzt ist und ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standard-Produkt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Minus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator verwendet wird, als zweiter Kreuzungspunkt gesetzt ist, wobei die zweite vorbestimmte Zeitdauer ab dem Entladestart bis zu einem Zeitpunkt zwischen dem ersten Kreuzungspunkt und dem zweiten Kreuzungspunkt gesetzt ist.
Die Isolations-Messvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass der erste Kondensator ein Keramikkondensator oder ein Filmkondensator ist.
(Ausführungsformen)
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In einer ersten Ausführungsform sind der fünfte Schalter SW15 und der fünfte Widerstand R15 der in 1 gezeigten Entladungsschaltung aus dem Stand der Technik weggelassen, während ein analoger Niederspannungsschalter, der als AD-Leseschalter SWa dient, zu der Eingangsleitung zu dem Eingangsanschluss AD hinzugefügt ist. Weiterhin ist ein AD-Lesekondensator Ca, der auch als ein Filter verwendet wird, vorgesehen, um eine Abtast-Halte-Schaltung zu bilden. Weiterhin wird in einer zweiten Ausführungsform als Variation zu der ersten Ausführungsform eine Schaltung vorgeschlagen, in der Dioden des Messsystems (der Messschaltung) weggelassen sind. Weiterhin ist in einer dritten Ausführungsform als Variation zu der zweiten Ausführungsform eine Schaltung vorgeschlagen, in der der AD-Leseschalter SWa weggelassen ist und die Entladung der elektrischen Ladung während des Lesens des AD-Lesekondensators Ca in der Messeinrichtung korrigiert wird.
<Erste Ausführungsform>
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Isolationsmessschaltung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Isolations-Messschaltung 10 eine Erfassungsschaltung 20 und eine Entscheidungssteuerschaltung 30 und erfasst ein Stromlecken, indem es einen Isolationszustand der mit der Erfassungsschaltung 20 verbundenen Hochspannungs-Stromversorgung V prüft. Dabei werden Isolationszustände des Erdschlusswiderstands RLp, der ein Isolationswiderstand auf der Seite der positiven Elektrode der Stromversorgung v ist, und des Erdschlusswiderstands RLn, der ein Isolationswiderstand auf der Seite der negativen Elektrode ist, erfasst.
Die Bestimmungssteuereinheit 30 weist einen Eingangsanschluss AD auf und ist mit einer Spannungsmessfunktion zum AD-Wandeln einer an dem Eingangsanschluss AD eingegebenen Spannung und zum anschließenden Messen der Spannung sowie weiterhin mit einer Funktion zum Steuern des Öffnens/Schließens der ersten bis vierten Schalter SW1 bis SW4 an der weiter unten beschriebenen Erfassungsschaltung 20 versehen. Weiterhin wandelt die Bestimmungssteuereinheit 30 die in den Eingangsanschluss AD eingegebene Spannung unter Verwendung eines vorbestimmten Berechnungsausdrucks zu einem Isolationswiderstand. In diesem Fall enthält die Bestimmungssteuereinheit 30 die für die Isolationswiderstandswandlung verwendeten Isolationswiderstandswerte in der Form einer vorbestimmten Tabelle und spezifiziert den Isolationswiderstand unter Bezugnahme auf die Tabelle.
Ein erster Schalter SW1, eine erste Diode D1, ein erster Widerstand R1, ein Kondensator C1 und ein zweiter Schalter SW2 sind in Reihe an der Erfassungsschaltung 20 von der Seite der positiven Elektrode d zu der Seite der negativen Elektrode er Stromversorgung V vorgesehen. In der folgenden Erläuterung wird der Widerstandswert durch das gleiche Bezugszeichen wie für den Widerstand angegeben, sodass zum Beispiel der Widerstandswert des ersten Widerstands R1 ebenfalls als R1 angegeben wird.
Die Erfassungsschaltung 20 umfasst den Kondensator C1 als fliegenden Kondensator, erste bis vierte Widerstände R1 bis R4, erste bis vierte Schalter SW1 bis SW4, den AD-Leseschalter SWa und den AD-Lesekondensator Ca. Jeder der ersten bis vierten Schalter SW1 bis SW4 besteht zum Beispiel aus einem optischen MOSFET und weist eine hohe Spannungsfestigkeit/eine hohe Isolation auf. Der AD-Leseschalter SWa kann einen diskreten Aufbau aufweisen, der einen relativ kostengünstigen Niederspannungs-Analogschalter, einen FET oder ähnliches verwendet.
Konkret sind der erste Schalter SW1, die erste Diode D1, der erste Widerstand R1, der Kondensator C1 und der zweite Schalter SW2 in Reihe von der Hochspannungsseite der Stromversorgung V zu der Niederspannungsseite verbunden. Die Gleichrichtungsrichtung der ersten Diode D1 erstreckt sich von dem ersten Schalter SW1 zu dem ersten Widerstand R1. Das heißt, eine Anode der ersten Diode R1 ist mit dem ersten Schalter SW1 verbunden, und eine Kathode der ersten Diode R1 ist mit einem Anschluss des Kondensators C1 auf der Hochspannungsseite über den ersten Widerstand R1 verbunden.
Parallel zu dem Pfad, in dem die erste Diode D1 und der erste Widerstand R1 vorgesehen sind, sind der zweite Widerstand R2 und eine zweite Diode D2 von der Anodenseite der ersten Diode D1 vorgesehen. Eine Kathode der zweiten Diode D2 ist mit dem zweiten Widerstand R2 verbunden, und eine Anode der zweiten Diode D2 ist mit einem Anschluss des Kondensators C1 auf der Hochspannungsseite verbunden.
Weiterhin sind der dritte Schalter SW3, der dritte Widersand R3, der vierte Widerstand R4, der vierte Schalter SW4 in Reihe mit einem Anschluss des Kondensators C1 auf der Niederspannungsseite von der Anode der ersten Diode D1 verbunden. Weiterhin ist ein Pfad zwischen dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Widerstand R4 geerdet.
Weiterhin zweigt ein mit dem Eingangsanschluss AD der Bestimmungssteuereinheit 30 verbundener Pfad von dem Pfad zwischen dem dritten Schalter SW3 und dem dritten Widerstand R3 ab. Konkret sind ein fünfter Widerstand R5 als AD-Leseschutzwiderstand und der AD-Leseschalter SWa in Reihe aufeinander folgend von einem Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schalter SW3 und dem dritten Widerstand R3 zu dem Eingangsanschluss AD hin vorgesehen. Weiterhin ist der AD-Lesekondensator Ca zwischen dem Teil des AD-Leseschalters SWa auf der Seite des Eingangsanschlusses AD und der Erde vorgesehen.
Der zweite Widerstand R2, der dritte Widerstand R3 und der vierte Widerstand R4 sind jeweils auf einen Widerstandswert gesetzt, der kleiner als derjenige aus dem Stand der Technik ist, sodass die elektrische Ladung des Kondensators C1 wie weiter unten beschrieben vollständig innerhalb der eines C1-Ladespannungs-Messzyklus entladen werden kann.
Im Folgenden wird das Datenlesen (AD-Lesen) in der Isolations-Messschaltung 10 erläutert. 4 ist ein Zeitdiagramm, das einen AD-Leseprozess in der Bestimmungssteuereinheit 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Das Zeitdiagramm zeigt einen Prozess, der ausgeführt wird, nachdem eine Spannung (Daten) an dem Kondensator C1 gesetzt wurde.
Modus zum Messen der Hochspannung V0
Vor dem AD-Leseprozess schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den ersten und den zweiten Schalter SW1, SW2 an, um den Pfad zu bilden, der den ersten Schalter SW1, die erste Diode D1, den ersten Widerstand R1, den Kondensator C1 und den zweiten Schalter SW2 von der Seite der positiven Elektrode der Stromversorgung V zu der Seite der negativen Elektrode umfasst. Auf diese Weise setzt die Bestimmungssteuereinheit 30 die Spannung von der Stromversorgung V an dem Kondensator C1.
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den ersten und den zweiten Schalter SW1, SW2 aus und schaltet den dritten und den vierten Schalter SW3, SW4 ein (T1 in 4). Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den AD-Leseschalter SWa für eine sehr kurze Zeitdauer (T1-T2 in 4) von nur ungefähr 200 bis 300 µs ein. Während die AD-Leseschaltung SWa eingeschaltet ist (T1-T2 in 4), wird eine geteilte Spannung der an dem Kondensator C1 gesetzten Spannung an dem AD-Lesekondensator Ca gesetzt. Konkret steigt wie in dem Zeitdiagramm des AD-Eingangs von 4 das elektrische Potential des Eingangsanschlusses AD höher an, wenn sich eine größere Menge elektrischer Ladung in dem AD-Lesekondensator Ca akkumuliert. Dabei wird die elektrische Ladung des Kondensators C1 entladen, wodurch sich jedoch im wesentlichen kein Problem für die Messung ergibt, weil eine derartige Entladung nur für eine sehr kurze Zeitdauer auftritt.
Wenn dann der AD-Leseschalter SWa ausgeschaltet wird (T2 in 4), wird das elektrische Potential an dem AD-Lesekondensator Ca gehalten. Dann liest die Bestimmungssteuereinheit 30 das elektrische Potential, das in einer vorbestimmten Periode, während welcher der AD-Leseschalter SWa ausgeschaltet ist (T2-T3 in 4), in den Eingangsanschluss AD eingegeben wird.
Während dieser Zeit befinden sich der dritte Schalter SW3 und der vierte Schalter SW4 weiterhin in ihren EIN-Zuständen, wobei diese Schalter elektrisch von dem AD-Lesekondensator isoliert gehalten werden, sodass die elektrische Ladung an dem Kondensator C1 allmählich entladen wird. Wie weiter oben beschrieben, wird die Entladung innerhalb einer gewünschten kurzen Zeit abgeschlossen, weil der zweite Widerstand R2, der dritte Widerstand R3 und der vierte Widerstand R4 jeweils auf einen ausreichend kleinen Widerstandswert gesetzt sind. Dies ist unproblematisch, weil die Entladung bis zu einer folgenden Periode verlängert wird, in welcher der AD-Leseschalter SWa eingeschaltet ist (T3-T4 in 4).
Wenn dann das AD-Lesen abgeschlossen ist (T3 in 4), schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den AD-Leseschalter SWa ein. Dabei werden der dritte Schalter SW3 und der vierte Schalter SW4 weiterhin in ihren EIN-Zuständen gehalten. Wenn also die Entladung der elektrischen Ladung an dem Kondensator C1 zu diesem Zeitpunkt noch nicht abgeschlossen ist, wird nicht nur die Entladung fortgesetzt, sondern wird auch die an dem AD-Lesekondensator Ca akkumulierte elektrische Ladung über den AD-Leseschalter SWa, den dritten Widerstand R3 usw. zu der Erde entladen. Wenn dabei die elektrische Ladung an dem AD-Lesekondensator Ca derart entladen werden sollte, dass der dritte Schalter SW3 und der vierte Schalter SW4 ausgeschaltet werden und der AD-Leseschalter SWa eingeschaltet wird, nachdem die Entladungsoperation der elektrischen Ladung an dem Kondensator C1 über den dritten Schalter SW3 und den vierten Schalter SW4, die beide in dem EIN-Zustand gehalten werden, abgeschlossen ist, kann eine derartige elektrische Ladung an dem AD-Lesekondensator Ca sicherer entladen werden. Wenn die Entladung abgeschlossen ist (T4 in 4), schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den dritten Schalter SW3, den vierten Schalter SW4 und den AD-Leseschalter SWa aus.
Modus zum Messen der Erdschluss-Widerstandspannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode
In einem Messmodus für die Erdschluss-Widerstandsspannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode schaltet die Bestimmungssteuereinheit 30 den zweiten Schalter SW2 und den dritten Schalter SW3 ein und setzt damit die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode an dem Kondensator C1. Konkret wird in Übereinstimmung mit dem EIN-Zustand dieser Schalter ein Pfad, der den dritten Widerstand R3, den dritten Schalter SW3, die erste Diode D1, den ersten Widerstand R1, den Kondensator C1, den zweiten Schalter SW2, die Stromversorgung V, den Erdschluss-Widerstand RLp auf der Seite der positiven Elektrode und das Erdpotential G umfasst, von dem Erdpotential G gebildet. Die Erdschluss-Widerstandsspannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode wird an dem Kondensator C1 durch die Bildung dieses Pfades gesetzt. Dann misst die Bestimmungssteuereinheit 30 wie in dem Messmodus für die Hochspannung V0 in Übereinstimmung mit den in dem Zeitdiagramm von 4 gezeigten Operationen einen Eingangswert des Eingangsanschlusses AD, d.h. einen Wert in Entsprechung zu der an dem AD-Lesekondensator Ca gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p (einen geteilten Wert der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode) und entlädt schnell die elektrischen Ladungen sequentiell an dem Kondensator C1 und dem AD-Lesekondensator Ca.
Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1 n auf der Seite der negativen Elektrode
Die Bestimmungssteuereinheit 30 schaltet den ersten Schalter SW1 und den vierten Schalter SW4 ein und setzt damit die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode Seite an dem Kondensator C1. Konkret wird in Übereinstimmung mit dem EIN-Zustand dieser Schalter ein Pfad, der den Erdschlusswiderstand RLn auf der Seite der negativen Elektrode, die Stromversorgung V, den ersten Schalter SW1, die erste Diode D1, den ersten Widerstand R1, den Kondensator C1, den vierten Schalter SW4, den vierten Widerstand R4 und das Erdpotential G umfasst, von dem Erdpotential G gebildet. Die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode wird durch diesen Pfad an dem Kondensator C1 gesetzt. Dann misst die Bestimmungssteuereinheit 30 wie in dem Messmodus für die Hochspannung V0 und in dem Messmodus für die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode in Übereinstimmung mit der in dem Zeitdiagramm von 4 gezeigten Operation einen Eingangswert des Eingangsanschlusses AD, d.h. einen Wert in Entsprechung zu der an dem AD-Lesekondensator Ca gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode (einen geteilten Wert der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode) und entlädt schnell die elektrischen Ladungen sequentiell an dem Kondensator C1 und dem AD-Lesekondensator Ca.
Modus zum Wandeln des Isolationswiderstands
Dann wandelt die Bestimmungssteuereinheit 30 die gemessene Spannung auf der Basis des wie oben beschrieben erhaltenen Messergebnisses unter Verwendung der folgenden Gleichung zu dem Isolationswiderstand und gibt ggf. einen Alarm aus. $Isolationswiderstandswandlung = (VC1p + VC1n) /V 0$
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform muss die in dem Stand der Technik gezeigte Entladungsschaltung (der fünfte Schalter SW15 und der fünfte Widerstand R15 von 1) nicht separat vorgesehen sein und kann weiterhin die Entladung innerhalb einer kurzen Zeitdauer abgeschlossen werden. Außerdem kann der AD-Leseschalter SWa durch einen Niederspannungs-Analogschalter oder eine diskrete Konfiguration vorgesehen werden, wobei sowohl eine Größenreduktion als auch eine Kostenreduktion erzielt werden können, weil im Gegensatz zu einem optischen MOSFET keine hohe Spannungsfestigkeit und keine hohe Isolationsleistung erforderlich sind. Und wenn das AD-Lesen an dem Eingangsanschluss AD der Bestimmungssteuereinheit 30 ausgeführt wird, sind die Bestimmungssteuereinheit 30 und die Erfassungsschaltung 20 durch den AD-Leseschalter SWa voneinander isoliert, sodass eine für das AD-Lesen verwendete Verbindungsleitung verkürzt werden kann und eine Schaltung realisiert werden kann, die kaum beeinflusst wird. Und wenn ein Fehler in der Erfassungsschaltung 20 als der Hochspannungsschaltung usw. auftritt, kann die Trennung der Bestimmungssteuereinheit 30 als Niederspannungsschaltung von der Erfassungsschaltung 20 einfach vorgenommen werden. Es kann also ein sicherer Betrieb der Erfassungsschaltung 20 sichergestellt werden, was von großer Bedeutung für die Steuereinheit ist. Außerdem kann eine sekundäre, fehlerhafte Induktion verhindert werden.
<Zweite Ausführungsform>
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird als Variation zu der ersten Ausführungsform eine Schaltung vorgeschlagen, in der ein Widerstand R21 als Ladewiderstand des Messsystems (Hochspannungsschaltung) nicht gemeinsam in entsprechenden Messmodi verwendet wird. Zuerst wird die Isolations-Messschaltung 210 von 5 beschrieben. Eine Bestimmungssteuereinheit 230 weist einen ähnlichen Aufbau und ähnliche Funktionen wie die oben beschriebenen Bestimmungssteuereinheiten 30, 130 in der ersten Ausführungsform und im Stand der Technik auf. Die Bestimmungssteuereinheit 230 steuert das Öffnen/Schließen des ersten bis fünften Schalters SW21 bis SW25 und des AD-Leseschalters SWa an einer Erfassungsschaltung 220 und bestimmt eine Beschädigung der Isolation auf der Basis der Spannungen (VC1p, VC1n, V0), die jeweils in den Eingangsanschluss AD eingegeben werden.
In der Erfassungsschaltung 220 sind der erste Schalter SW21, der erste Widerstand R21, ein Kondensator C21, ein zweiter Widerstand R22 und der zweite Schalter SW22 in Reihe von der Seite der positiven Elektrode zu der Seite der negativen Elektrode der Stromversorgung V angeordnet. Weil ein Vf-Verlust der Diode in entsprechenden Messmodi ausgeglichen werden sollte, kann in einigen Fällen eine vierte Diode D21 (durch Klammern in der Abbildung angegeben) zwischen dem ersten Schalter SW21 und dem ersten Widerstand R21 vorgesehen sein.
Eine erste Diode D21, ein dritter Widerstand R23, der dritte Schalter SW23, ein vierter Widerstand R24, ein fünfter Widerstand R25 und der vierte Schalter SW24 sind in Reihe von dem mit dem ersten Widerstand R21 verbundenen Anschluss des Kondensators C21 auf der Seite der positiven Elektrode angeordnet, wobei der vierte Schalter SW24 mit dem Anschluss des Kondensators C21 auf der Seite der negativen Elektrode (auf der Seite des zweiten Widerstands R22) verbunden ist. Weiterhin sind der fünfte Schalter SW25, der als Entladungsschalter dient, und ein sechster Widerstand R26 in Reihe von der Anode der ersten Diode D21 geerdet.
Eine zweite Diode D22 ist mit dem Anschluss des Kondensators C21 auf der Seite der positiven Elektrode (Anode der ersten Diode D21) von der Mitte eines Pfads verbunden, in dem der dritte Widerstand R23 und der dritte Schalter SW23 verbunden sind. Weiterhin ist ein Teil, mit dem der dritte Schalter SW23 und der vierte Widerstand R24 verbunden sind, über einen Schutzwiderstand Rp1 (in Entsprechung zu dem fünften Widerstand R5 in 3) und den AD-Leseschalter SWa mit dem Eingangsanschluss AD verbunden. Weiterhin ist die Mitte eines Pfads, in dem der vierte Widerstand R24 und der fünfte Widersand R25 verbunden sind, geerdet. In diesem Fall ist eine dritte Diode D23 von einem Pfad zwischen dem AD-Leseschalter SWa und dem Eingangsanschluss AD geerdet.
Die Prozeduren zum Bestimmen des Isolationszustands der Stromversorgung V unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind den mit Bezug auf den Stand der Technik erläuterten ähnlich und werden im Folgenden kurz beschrieben.
Modus zum Messen der Hochspannung V0
Die Bestimmungssteuereinheit 230 schaltet den ersten Schalter SW21 und den zweiten Schalter SW22 nur für eine vorbestimmte Zeitdauer ein und setzt auf diese Weise die hohe Spannung V0 an dem Kondensator C21. Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den ersten Schalter SW21 und den zweiten Schalter SW22 aus und schaltet den AD-Leseschalter SWa, den dritten Schalter SW23 und den vierten Schalter SW24 ein. Auf diese Weise misst der Eingangsanschluss AD einen Wert in Entsprechung zu der an dem Kondensator C21 gesetzten Hochspannung V0 (einen geteilten Wert der Hochspannung V0). Wenn die Messung abgeschlossen ist, schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den dritten Schalter SW23 aus und schaltet nur den vierten Schalter SW24 und den fünften Schalter SW25 ein und entlädt damit die elektrische Ladung an dem Kondensator C21.
Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den zweiten Schalter SW22 und den dritten Schalter SW23 ein und setzt damit die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode an dem Kondensator C21. Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den zweiten Schalter SW22 aus und schaltet den vierten Schalter SW24 ein, sodass der Eingangsanschluss AD einen Wert in Entsprechung zu der an dem Kondensator C21 gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode misst. Wenn die Messung abgeschlossen ist, schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den dritten Schalter SW23 aus und schaltet nur den vierten Schalter SW24 und den fünften Schalter SW25 aus und entlädt damit die elektrische Ladung an dem Kondensator 21.
Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode
Die Bestimmungssteuereinheit 230 schaltet den ersten Schalter SW21 und den vierten Schalter SW24 ein und setzt die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode an dem Kondensator C21. Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den zweiten Schalter SW22 aus und schaltet den vierten Schalter SW24 ein, sodass der Eingangsanschluss AD einen Wert in Entsprechung zu der an dem Kondensator C21 gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode misst (einen geteilten Wert der Hochspannung VC1n). Wenn die Messung abgeschlossen ist, schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den dritten Schalter SW23 ein und schaltet nur den vierten Schalter SW24 und den fünften Schalter SW25 ein und entlädt damit die elektrische Ladung an dem Kondensator C21.
Modus zum Wandeln des Isolationswiderstands
Dann wandelt die Bestimmungssteuereinheit 230 die gemessene Spannung auf der Basis des erhaltenen Messergebnisses zu dem Isolationswiderstand.
Wenn wie oben mit Bezug auf 6 beschrieben der Kondensator C21 über die Diode geladen wird, wird in einigen Fällen eine Spitzenspannung der angelegten Spannung aufrechterhalten. Deshalb ergibt sich das Problem, dass bei einem Abfall der angelegten Spannung die Größe der Spannungsvariation nicht in dem Messergebnis wiedergegeben wird.
Deshalb sind wie in der ersten Ausführungsform der AD-Leseschalter SW1 und der AD-Lesekondensator Ca zwischen dem Eingangsanschluss AD und der Erfassungsschaltung 220 vorgesehen, sodass nicht nur ein Aufbau vorgesehen wird, mit dem die elektrischen Ladungen in dem AD-Lesekondensator Ca innerhalb einer kurzen Zeitdauer akkumuliert werden können, sondern auch auf die Dioden (D21, D22) verzichtet werden kann.
Das Schaltdiagramm von 7 zeigt eine Isolations-Messschaltung 210a gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei wird auf eine Erläuterung des mit 5 identischen Aufbaus verzichtet, wobei die identischen Komponenten durch entsprechende Bezugszeichen wiedergegeben werden, und werden im Folgenden nur die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Aufbau erläutert.
Der Unterschied zu der Isolations-Messschaltung 210 von 5 liegt darin, dass in einer Erfassungsschaltung 220a der Isolations-Messschaltung 210a der dritte Widerstand R23, der vierte Widerstand R24 und der fünfte Widerstand R25 jeweils auf einen ausreichend kleinen Widerstandswert gesetzt sind und weiterhin die erste Diode D21 und die zweite Diode D22 entfernt sind. Nur der dritte Widerstand R23 ist zwischen dem Anschluss des Kondensators C21 auf der Seite der positiven Elektrode und dem dritten Schalter SW23 angeordnet. In der Grundkonfiguration, in welcher der dritte Widersand R23 eine relativ hohen Widerstandswert aufweist, sind die erste Diode D21 und die zweite Diode D22 vorgesehen, damit die Widerstandswerte des Pfads in dem Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und des Pfads in dem Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode gleich sind.
Weil jedoch in der Isolations-Messschaltung 210a der dritte Widerstand R23 einen kleinen Widerstandswert aufweist, sind die erste Diode D21 und die zweite Diode D22 nicht erforderlich. Weiterhin sind der fünfte Schalter SW25 und der sechste Widerstand R26, die die Entladungsschaltung bilden, entfernt. Weiterhin ist ein Einstellungswiderstand Ra zwischen dem ersten Widerstand R21 und dem ersten Schalter SW21 vorgesehen. Der Widerstandswert des Einstellungswiderstands Ra ist gleich dem Widerstandswert des dritten Widerstands R23 gesetzt.
Und wie in der ersten Ausführungsform sind der dritte Widerstand R23, der vierte Widerstand R24 und der fünfte Widerstand R25 jeweils auf einen ausreichend kleinen Widerstandswert gesetzt, sodass die Entladung der elektrischen Ladung an dem Kondensator C21 schnell und vollständig ohne die Entladungsschaltung entladen werden kann. Wenn der Widerstandswert des dritten Widerstands R23 im Gegensatz zu denjenigen des ersten Widerstands R21 und des zweiten Widerstands R22 klein ist (wenn der Widerstandswert des dritten Widerstands R23 im Gegensatz zu dem ersten Widerstand R21 und dem zweite Widerstand R22 in einem Fehlerbereich enthalten ist), kann auf den zusätzlichen Einstellwiderstand R1 verzichtet werden.
Im Folgenden werden die durch die Isolations-Messschaltung 210a mit dem oben beschriebenen Aufbau ausgeführten Prozeduren zum Bestimmen des Isolationszustands der Stromversorgung erläutert. Die Prozeduren sind denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich.
Modus zum Messen der Hochspannung V0
Die Bestimmungssteuereinheit 230 schaltet den ersten Schalter SW21 und den zweiten Schalter SW22 nur für eine vorbestimmte Zeit ein und setzt dadurch die Hochspannung V0 an dem Kondensator. Dann führt die Bestimmungssteuereinheit 230 ähnliche Operationen wie in dem Zeitdiagramm von 4 gezeigt aus.
Die Bestimmungssteuereinheit 230 schaltet den ersten und den zweiten Schalter SW21, SW22 aus und schaltet den dritten und den vierten Schalter SW23, SW24 ein (T1 in 4). Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den AD-Leseschalter SWa nur für eine sehr kurze Zeitdauer ein (T1-T2 in 4). Während der AD-Leseschalter SWa eingeschaltet ist (T1-T2 in 4) wird die geteilte Spannung der an dem Kondensator C21 gesetzten Spannung an dem AD-Lesekondensator Ca gesetzt.
Wenn dann die Bestimmungssteuereinheit 230 den AD-Leseschalter SWa ausschaltet (T2 in 4), wird das elektrische Potential des AD-Lesekondensators Ca gehalten. Die Bestimmungssteuereinheit 230 liest das elektrische Potential, das in den Eingangsanschluss AD eingegeben wird, innerhalb einer vorbestimmten Periode, in welcher der AD-Leseschalter SWa ausgeschaltet ist (T2-T3 in 4).
Dabei werden der dritte Schalter SW23 und der vierte Schalter SW24 in ihren EIN-Zuständen gehalten und wird die elektrische Ladung an dem Kondensator C21 allmählich entladen. In der vorliegenden Ausführungsform sind der zweite Widerstand R22, der dritte Widerstand R23 und der vierte Widerstand R24 jeweils auf einen ausreichend kleinen Widerstandswert gesetzt, sodass die Entladung innerhalb einer gewünschten Zeitdauer abgeschlossen wird.
Wenn dann das AD-Lesen beendet ist (T3 in 4), schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den AD-Leseschalter SWa ein. Dabei werden der dritte Schalter SW23 und der vierte Schalter SW24 weiterhin in ihren EIN-Zuständen gehalten. Dann wird die Entladung der elektrischen Ladung an dem Kondensator C21 fortgesetzt und wird auch die an dem AD-Lesekondensator Ca akkumulierte elektrische Ladung über den AD-Leseschalter SWa, den dritten Widerstand R23 usw. zu der Erde entladen. Wenn die Entladung abgeschlossen ist (T4 in 4), schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den dritten Schalter SW23, den vierten Schalter SW24 und den AD-Leseschalter SWa aus.
Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den zweiten Schalter SW22 und den dritten Schalter SW23 aus und setzt dadurch die von der Stromversorgung V über den Erdschlusswiderstand RLp auf der Seite der positiven Elektrode zugeführte Spannung (die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode) an dem Kondensator C21. Dann misst die Bestimmungssteuereinheit 230 wie in dem Modus zum Messen der Hochspannung V0 unter Verwendung von ähnlichen Operationen wie in 4 einen Eingangswert des Eingangsanschlusses AD, d.h. einen Wert in Entsprechung zu der an dem Kondensator C21 gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode (einen geteilten Wert der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode) und entlädt nacheinander die elektrischen Ladungen an dem Kondensator C21 und dem AD-Lesekondensator Ca.
Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode
Dann schaltet die Bestimmungssteuereinheit 230 den ersten Schalter SW21 und den vierten Schalter SW24 ein und setzt dadurch die von der Stromversorgung V über den Erdschlusswiderstand RLn auf der Seite der negativen Elektrode zugeführte Spannung (die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode) an dem Kondensator C21. Dann misst die Bestimmungssteuereinheit 230 wie in dem Modus zum Messen der Hochspannung V0 und in dem Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode unter Verwendung von ähnlichen Operationen wie in 4 einen Eingangswert des Eingangsanschlusses AD, d.h. einen Wert in Entsprechung zu der an dem Kondensator C21 gesetzten Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode (einen geteilten Wert der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode) und entlädt nacheinander die elektrischen Ladungen an dem Kondensator C21 und dem AD-Lesekondensator Ca.
Modus zum Wandeln des Isolationswiderstands
Dann wandelt die Bestimmungssteuereinheit 230 die gemessene Spannung auf der Basis des erhaltenen Messergebnisses zu dem Isolationswiderstand.
Weil gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration verwendet wird, in der die Dioden aus der Erfassungsschaltung 220a entfernt sind, kann der durch einen Vf-Verlust der Dioden verursachte Einfluss als einer der Faktoren für einen Messfehler beseitigt werden. Weiterhin kann eine Optimierung der Schaltung wie etwa eine Kostenreduktion/Größenreduktion aufgrund einer Reduktion in der Anzahl der Komponenten erzielt werden. Und wenn die Isolations-Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Hochspannungs-Stromversorgungsumgebung angewendet wird, in der die Variation der Hochspannung groß ist, kann der Einfluss der Spannungsvariation entsprechend und automatisch in allen Messmodi in der gemessenen Spannung des Kondensators C21 berücksichtigt werden. Auch wenn ein Kurzschluss in dem dritten Schalter SW23 oder dem vierten Schalter SW24 auftritt, fließt in dieser Konfiguration, in der ein kleiner Widerstandswert jeweils an dem vierten Widerstand R24 und dem fünften Widerstand R25 gesetzt ist, niemals ein übermäßiger Strom zwischen der Hochspannungs-Stromversorgung V und der Erde, weil ein ausreichend großer Widerstandswert an dem ersten Widerstand R21 und dem zweiten Widerstand R22 gesetzt ist. Dadurch wird ein sekundärer Ausfall verhindert, sodass eine gewünschte Sicherheit sichergestellt werden kann. Indem also der erste Widerstand R21 und der zweite Widerstand R22 derart gesetzt sind, dass sie den vorgeschriebenen Isolationswiderstandswert überschreiten, sinkt auch der Isolationswiderstand bei einem Kurzschluss in dem Schalter niemals unter den vorgeschriebenen Wert, kann das System sicher gestoppt werden und kann ein durch einen elektrischen Schlag verursachter Unfall verhindert werden.
<Dritte Ausführungsform>
In der vorliegenden Ausführungsform ist als eine Variation zu der zweiten Ausführungsform eine Schaltung vorgeschlagen, in welcher der AD-Leseschalter SWa entfernt ist und eine durch die Entladung der elektrischen Ladung während des Lesens des AD-Lesekondensators Ca verursachte Spannungsreduktion durch die Bestimmungssteuereinheit 230 korrigiert wird.
8 zeigt ein Schaltungsdiagramm zu einer Isolations-Messschaltung 210b gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Komponenten, die mit denjenigen von 7 identisch sind, werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass in einer Erfassungsschaltung 220b der AD-Leseschalter SWa zwischen dem Eingangsanschluss AD der Bestimmungssteuereinheit 230 und dem als AD-Leseschutzwiderstand dienenden fünften Widerstand R25 entfernt ist. Das heißt, dass der fünfte Widerstand R25 direkt mit dem Eingangsanschluss AD der Bestimmungssteuereinheit 230 verbunden ist.
Weil in dem oben beschriebenen Aufbau der AD-Leseschalter SWa entfernt ist, wird die elektrische Ladung an dem AD-Lesekondensator Ca nicht gehalten und während des AD-Lesens der Bestimmungssteuereinheit 230 entladen. Deshalb umfasst die Bestimmungssteuereinheit 230 eine Funktion zum Kompensieren einer durch die Entladung verursachten Reduktion in der gemessenen Spannung.
Die durch die Isolations-Messschaltung 210b mit dem oben beschriebenen Aufbau ausgeführten Prozeduren zum Bestimmen des Isolationszustands der Stromversorgung V werden nachfolgend kurz erläutert. Dabei sind die Prozeduren zum Setzen der elektrischen Ladung an dem Kondensator C21 in den entsprechenden Messmodi denjenigen der zweiten Ausführungsform ähnlich. Deshalb wird im Folgenden vor allem der AD-Leseprozess in der Isolations-Messschaltung 230 erläutert. 9 ist ein Zeitdiagram, das den AD-Leseprozess in der Isolations-Messschaltung 230 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Modus zum Messen der Hochspannung V0
Die Isolations-Messschaltung 230 schaltet den ersten Schalter SW21 und den zweiten Schalter SW22 nur für eine vorbestimmte Zeitdauer ein und setzt dadurch die Hochspannung V0 an dem Kondensator C21. Weil in diesem Fall der AD-Leseschalter SWa entfernt ist, wird eine geteilte Spannung der an dem Kondensator C21 gesetzten Spannung an dem AD-Lesekondensator Ca gesetzt.
Dann führt die Isolationsmessschaltung 230 die Operationen des Zeitdiagrams von 9 aus. Zuerst schaltet die Isolations-Messschaltung 230 den ersten und den zweiten Schalter SW21, SW22 aus und schaltet den dritten und den vierten Schalter SW23, SW24 (T1 in 9) ein. Dann liest die Isolations-Messschaltung 230 das in den Eingangsanschluss AD eingegebene elektrische Potential innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (T21-T22 in 9).
Dabei werden der dritte Schalter SW23 und der vierte Schalter SW24 in ihren EIN-Zuständen gehalten (T21-T23 in 9) und wird die elektrische Ladung an dem Kondensator C21 allmählich entladen. Dann wird auch die elektrische Ladung an dem AD-Lesekondensator Ca entladen. Wenn dann die AD-Lesung beendet ist (T23 in 9) schaltet die Isolations-Messschaltung 230 den dritten Schalter SW23 und den vierten Schalter SW24 aus.
Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und Modus zum messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode
In dem Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und in dem Modus zum Messen der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode werden mittels ähnlicher Operationen wie in der zweiten Ausführungsform jeweils die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und die Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode an dem Kondensator C21 gesetzt. Dann misst die Bestimmungssteuereinheit 230 wie in dem Modus zum Messen der Hochspannung V0 mittels ähnlicher Operationen wie in dem Zeitdiagramm von 9 Werte in Entsprechung zu der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode an dem Kondensator C21 (jeweils geteilte Spannungswerte der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1p auf der Seite der positiven Elektrode und der Erdschlusswiderstands-Spannung VC1n auf der Seite der negativen Elektrode).
Modus zum Wandeln des Isolationswiderstands
Wenn der vorstehend beschriebene Messmodus beendet wird, führt die Bestimmungssteuereinheit 230 die Isolationswidertandswandlung auf der Basis des erhaltenen Messergebnisses aus. In diesem Fall benützt die Bestimmungssteuereinheit 230 den gemessenen Wert (die AD-gemessene Spannung) nicht wie er ist, sondern kompensiert (korrigiert) eine durch die Entladung verursachte Spannungsreduktion zum Beispiel auf der Basis einer vorbestimmte Tabelle oder eines Berechnungsausdrucks.
Im Folgenden wird kurz ein Korrekturbeispiel erläutert. Wenn der dritte und der vierte Schalter SW23, SW24 eingeschaltet werden (T21 in 9), erfüllen der AD-Eingang (Ca) und der Kondensator C21 die folgende Relation (1) in einer Situation, in der die Kapazität des AD-Lesekondensators Ca klein ist, aber die AD-Eingangsimpedanz groß ist. $AD - Eingang (Ca); C2 1 \times R 24 / (R 23 + R 24 + R 25)$
Dann wird eine Ladungsmenge, die bei einer auf t(s) gesetzten Zeitdauer zwischen T21 und T22 verursacht wird, unter Verwendung der folgenden Relation (2) berechnet, wobei dann ein Korrekturprozess angewendet wird. $\begin{array}{l} Spannung A von C21 bei der Entladung = (Spannung von C1 zu dem Zeitpunkt, zu \\ dem SW23, SW24 eingeschaltet werden) \times {exp}^{- (t (C 21 \times (R 23 + R 24 + R 25)))} \end{array}$
Deshalb wird auf der Basis der oben genannten Relationen (1) und (2) bestimmt, dass der AD-Eingang (Ca) zu diesem Zeitpunkt nicht durch die Kapazität des AD-Lesekondensators Ca beeinflusst wird und durch die folgende Relation (3) ausgedrückt wird. $AD - Eingang (Ca); A \times R 24 / (R 23 + R 24 + R 25)$
Auf diese Weise wird eine Kompensation des gemessenen Werts durch die Bestimmungssteuereinheit 230 vorgenommen. Deshalb kann auch in einer Konfiguration, in welcher der AD-Leseschalter SWa entfernt ist, ein zufriedenstellendes Erfassungsergebnis erhalten werden.
<Vierte Ausführungsform>
In der vorliegenden Ausführungsform wird als eine Variation der in 3 und 4 gezeigten ersten Ausführungsform eine Technik beschrieben, mit der ein absoluter Wert mit vorbestimmter Genauigkeit auch dann erfasst werden kann, wenn der erfassende Kondensator stark variiert. Dabei konzentrieren sich die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf den Leseprozess nach dem Setzen der Spannung an dem Kondensator C1, während sich die vorliegende Ausführungsform auf die Verarbeitung der an dem Kondensator C1 zu setzenden Spannung konzentriert. Deshalb ist es effektiv, wenn die vorliegende Ausführungsform auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet wird.
Wenn in der ersten Ausführungsform das Spannungsmessverfahren den als Erfassungskondensator dienenden Kondensator C1 nicht vollständig lädt, wird die Erfassungsgenauigkeit direkt durch variierende Größen wie etwa die Kapazität, die Temperaturkennlinie usw. des Kondensators C1 beeinflusst, weil der Kondensator C1 eine Komponente mit einer größeren Variation ist. Und wenn es sich bei dem Kondensator C1 um einen Keramikkondensator handelt, gehört auch die DC-Vorspannungskennlinie zu den variierenden Größen. Wenn also der absolute Wert der Spannung erfasst werden soll, muss ein Kondensator C1 mit einer hohen Präzision/hohen Stabilität als Erfassungskondensator verwendet werden, wodurch jedoch die Kosten erhöht werden.
Ein Filmkondensator ist für Anwendungen zu bevorzugen, in denen eine kleine Variation der Kennlinien ausschlaggebend ist. Ein Filmkondensator ist aber nicht nur kostspielig, sondern weist weiterhin auch eine große Größe und eine geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Deshalb ist ein Keramikkondensator trotz seiner schlechteren Erfassungsgenauigkeit in den meisten Einsatzumgebungen wegen seiner kleinen Größe und seiner hervorragenden Feuchtigkeitsbeständigkeit zu bevorzugen. Dank der Technik der vorliegenden Erfindung kann auch bei Verwendung eines Keramikkondensators mit stark variierenden Kennlinien eine gewünschte Erfassungsgenauigkeit erhalten werden. Dazu wird die Konfiguration der Isolations-Messschaltung 10 mit der Konfiguration von 3 implementiert. Es wird hier angenommen, dass die Kennlinienvariation des als Kondensator C1 verwendeten Keramikkondensators bei ±10% liegt und die DC-Vorspannungskennlinie bei höchstens ±20% liegt. Außerdem wird in den folgenden Erläuterungen davon ausgegangen, dass ein als Kondensator C1 verwendetes Produkt mit dem Spezifikationswert gleich null (Nullfehler) als „Standardprodukt“ bezeichnet wird, während ein Produkt mit einem im Plus liegenden maximalen Fehler (+20%) als „Plus-Maximum-Produkt“ bezeichnet wird und ein Produkt mit einem im Minus liegenden maximalen Fehler (-20%) als „Minus-Maximum-Produkt“ bezeichnet wird.
Wenn die Bestimmungssteuereinheit 30 die Spannung des Kondensators C1 misst, wird diese Messung nicht wie im Stand der Technik vorgenommen, indem die Spitzenspannung gehalten wird, sondern erst ausgeführt, nachdem für eine vorbestimmte Zeitdauer eine Entladung durchgeführt wurde. Dann korrigiert die Bestimmungssteuereinheit 30 die Hochspannung, indem sie die durch den konzeptuellen Ausdruck der Gleichung (4) definierte Wandlung auf die Entladungsmenge anwendet, die durch eine Zeitkonstante der Entladung auf der Basis der erfassten Spannung gesetzt wird. $\begin{array}{l} Hochspannung = erfasste Spannung/ (Entladungsmengenwandlung \times Ladungsmen- \\ genwandlung) \end{array}$
Dieser Messansatz wird im Folgenden mit Bezug auf das Kurvendiagramm von 10 erläutert.
Es wird ein Schnittpunkt min als Kreuzungspunkt zwischen einer Änderung der Entladungsspannung in der Zeit auf der Basis des Bezugswerts der Kapazität des Kondensators (Kapazität des Kondensators C1) und einer Änderung der Entladungsspannung in der Zeit auf der Basis des Minus-Maximum-Produkts (MIN-Wert) gesetzt. Unter der „Änderung der Entladungsspannung in der Zeit“ ist eine Änderung der Spannung in der Zeit zu verstehen, wenn mit der Entladung begonnen wird, nachdem die Ladung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer abgeschlossen wurde. Entsprechend wird ein Schnittspunkt max zwischen einer Änderung der Entladungsspannung in der Zeit auf der Basis des Bezugswerts des Kondensators und einer Änderung der Entladungsspannung in der Zeit auf der Basis des Plus-Maximum-Produkts (Max-Werts) gesetzt. Dann wird eine Erfassungszeit zwischen dem Schnittpunkt min und dem Schnittpunkt max gesetzt. Andernfalls wird eine Erfassungszeit in der Nähe des Schnittpunkts min oder des Schnittpunkts max gesetzt.
Mit anderen Worten wird zuerst der Schnittpunkt mit dem Standardprodukt auf der Basis einer an einem Änderungsstartpunkt T0 gemessenen Spitzenspannung geschätzt und wird dann auf der Basis dieses Schnittpunkts eine Messzeit zwischen einem Schnittpunkt min (Tmin) und einem Schnittpunkt max (Tmax) gewählt. Dabei werden zuvor eine Vielzahl von Schnittpunkten A, B, C zwischen dem Schnittpunkt min und dem Schnittpunkt max unterschieden und gesetzt. Es wird also zuerst ein erster Spitzenspannungswert gemessen (Schritt S1) und dann der vorbestimmte Messzeitpunkt B aus den Schnittpunkten A bis C gewählt (Schritt S2). Dann wird der Spannungswert an dem gewählten Messzeitpunkt B gemessen (Schritt S3).
Im Folgenden werden ausführlichere Erläuterungen gegeben. Die durch die Variation verursachte Variation in der Ladungsmenge ist groß, und dennoch ist die Variation in der erfassten Spannung nach der für eine vorbestimmte Zeitdauer vorgenommenen Entladung der elektrischen Ladung klein. Konkret werden die Ladespannung V1 und die Ladespannung V2 durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) wiedergegeben. $Ladespannung V1 = V 0 \times (1 - {exp}^{- (t1/C 1 * a * R 1))})$
$Ladespannung Vs = V 0 \times (1 - {exp}^{- (t2/C 1 * a * R2'))})$
Dabei ist V0 die angelegte Spannung, ist t1 die Ladezeit, ist t2 die Entladezeit, ist C1 die Kapazität des Kondensators C1, ist R1 der Widerstandswert des Ladungswiderstands (ersten Widerstands), ist R2' der Widerstandswert (R2'=R2+R3+R4) des Kondensators C1 und ist a die Variation des Kondensators C1.
Aus den oben angeführten Gleichungen (5) und (6) geht hervor, dass die Ladespannung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erhöht wird, wenn ein Fehler in der Richtung erzeugt wird, entlang der die Kapazität des Kondensators C1 vermindert wird. Gleichzeitig wird die Entladungsmenge innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Laden erhöht. Weiterhin wird die Ladespannung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer vermindert, wenn ein Fehler in der Richtung erzeugt wird, entlang der die Kapazität des Kondensators C1 erhöht wird. Gleichzeitig wird die Lademenge innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Laden vermindert. Daraus resultiert, dass die durch den Fehler verursachte Variationsgröße aufgehoben wird. Die Aktionen für das Laden und Entladen werden also unter Verwendung desselben Kondensators C1 als Erfassungskondensator ausgeführt, sodass die Entladungsspannung während der Entladung auch dann erhöht wird, wenn die Ladespannung aufgrund der Variation des Kondensators C1 erhöht wird. Wenn also die Messung durchgeführt wird, nachdem die Entladung für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Laden durchgeführt wurde, wird die auf die Variation zurückzuführende Variationsgröße in der erfassten Spannung aufgehoben.
Wenn also die angelegte Spannung V0 aus der erfassten Spannung berechnet wird, wird die durch das Berechnen der angelegten Spannung V0 unter Verwendung der Gleichung (7) erhaltene Erfassungsgenauigkeit gegenüber der durch die Berechnung der angelegten Spannung V0' unter Verwendung der Gleichung (8) im Stand der Technik erhaltenen Erfassungsgenauigkeit verbessert. $V 0 = V2/ ((Entladerate bei t2 und C 1 \times R2') \times (Entladerate bei t1 und C 1 \times R1))$
$V 0' = V1/ (Laderate bei t1 und C 1 \times R1)$
Dabei gibt die „Entladerate“ eine verbleibende Laderate nach der Entladung an.
Der oben beschriebene Messansatz wird im Folgenden konkret mit Bezug auf die Messergebnisse von 11A, 11B und 12A, 12B und 10 erläutert. Weil ein maximaler Variationswert des Kondensators C1 durch die Komponenteninformationen deutlich gemacht wird, kann ein derartiger maximaler Wert wie folgt gesetzt werden.

(1) Im Folgenden wird ein Fall erläutert, in dem die Entladung nach einer vorbestimmten Zeitdauer des Ladens (vor der vollständigen Ladung) jeweils unter Verwendung des Plus-Maximum-Produkts (MAX-Wert) und des Standardprodukts (Variation 0) ausgeführt wird, wobei der Zeitpunkt, an dem diese Spannungen einander kreuzen (Zeitpunkt, an dem die Entladungskurven einander schneiden: Schnittpunkt max), als Messpunkt gesetzt wird. Dadurch kann eine höchste Genauigkeit beim Erfassen der Plus-Maximum-Variation erzielt werden. Zum Beispiel liegt mit Bezug auf die Messergebnisse von 11A, 11B wie in 11A gezeigt der Messwert bei 169,4 V, wenn das Standardprodukt nach dem Ende des Ladens (zu Beginn der Entladung) verwendet wird. Im Gegensatz dazu liegt der Messwert bei 147,3 V, d.h. also 13% niedriger, wenn das Plus-Maximum-Produkt verwendet wird. Wie in 11B gezeigt, liegen die unter entsprechenden Bedingungen bei Verwendung des Standardprodukts und des Plus-Maximum-Produkts erhaltenen Messwerte jeweils bei 75,36 V und 75,09 V und sind somit im wesentlichen gleich, wenn 22 ms seit dem Beginn der Entladung vergangen sind.
(2) Im Folgenden wird ein Fall erläutert, in dem die Entladung nach einer vorbestimmten Zeitdauer des Ladens (vor der vollständigen Ladung) jeweils unter Verwendung des Minus-Maximum-Produkts (MIN-Wert) und des Standardprodukts (Variation 0) ausgeführt wird, wobei der Zeitpunkt, an dem diese Spannungen einander kreuzen (Zeitpunkt, an dem die Entladungskurven einander schneiden: Schnittpunkt min), als Messpunkt gesetzt wird. Dadurch kann eine höchste Genauigkeit beim Erfassen der Minus-Maximum-Variation erzielt werden. Zum Beispiel liegt mit Bezug auf die Messergebnisse von 12A, 12B wie in 12A gezeigt der Messwert bei 169,5 V, wenn das Standardprodukt nach dem Ende des Ladens (zu Beginn der Entladung) verwendet wird. Im Gegensatz dazu liegt der Messwert bei 199,1 V, d.h. also 17,5% höher, wenn das Minus-Maximum-Produkt verwendet wird. Wie in 12B gezeigt, liegen die unter entsprechenden Bedingungen bei Verwendung des Standardprodukts und des Minus-Maximum-Produkts erhaltenen Messwerte jeweils bei 87,82 V und 87,42 V und sind somit im wesentlichen gleich, wenn 18 ms seit dem Beginn der Entladung vergangen sind.
(3) Wenn der Messpunkt zwischen den oben beschriebenen Fällen (1) und (2), d.h. also zwischen dem Schnittpunkt max und dem Schnittpunkt min gesetzt wird, wird die Erfassungsgenauigkeit auch dann, wenn der Messwert von dem Bezugswert zu einer der ± maximalen Seiten abweicht, nicht so stark verbessert wie in den Fällen (1) und (2). Dennoch kann die Erfassungsgenauigkeit über einen größeren Variationsbereich verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind jedoch lediglich beispielhaft aufzufassen. Der Fachmann kann verschiedene Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen vornehmen oder Elemente aus verschiedenen Ausführungsformen zu neuen Ausführungsformen kombinieren, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Die in Bezug auf den Keramikkondensator beschriebene Technik kann auch auf einen Filmkondensator angewendet werden. Wenn anstelle des Filmkondensators ein kostengünstigeres Produkt verwendet wird, kann die Kapazität unter Umständen stärker variieren, wobei jedoch auch in derartigen Fällen die oben beschriebene Technik angewendet werden kann.

Claims

Isolations-Messvorrichtung, die umfasst: eine Messschaltung (20), die einen ersten Kondensator (C1) als fliegenden Kondensator enthält, eine Steuereinheit (30), die ausgebildet ist, um eine an dem ersten Kondensator (C1) gesetzte Spannung zu lesen, um einen Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung (20) zu steuern, die vorgesehen wird, wenn eine Stromversorgungsspannung, eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der positiven Elektrode oder eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode an dem ersten Kondensator (C1) gesetzt werden soll, einen Schaltabschnitt (SW1-SW4), der in einem Pfad zwischen der Messschaltung (20) und der Steuereinheit (30) angeordnet ist, um den Pfad zwischen der Messschaltung (20) und der Steuereinheit (30) zu sperren, und einen zweiten Kondensator (Ca), der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen dem Schaltabschnitt (SW1-SW4) und der Steuereinheit (30) vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (30) ausgebildet ist, um die Pfadkonfiguration der Messschaltung (20) zu steuern, wenn die Steuereinheit (30) die an dem ersten Kondensator (C1) gesetzte Spannung lesen soll, indem der Schaltabschnitt (SW1-SW4) eingeschaltet wird, um eine Spannung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung an dem zweiten Kondensator (Ca) zu setzen, und indem der Schaltabschnitt (SW1-SW4) anschließend ausgeschaltet wird, um die an dem zweiten Kondensator (Ca) gesetzte Spannung zu lesen und eine elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung zu entladen, und in der Messschaltung (20) ein Widerstandswert eines für das Entladen der elektrischen Ladung des ersten Kondensators (C1) gesteuerten Pfades auf einen Wert gesetzt wird, bei dem die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung innerhalb einer Spannungsleseperiode durch die Steuereinheit (30) entladen werden kann.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) den Schaltabschnitt (SW1-SW4) einschaltet, um die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem zweiten Kondensator (Ca) gesetzten Spannung nach dem Lesen der an dem zweiten Kondensator (Ca) gesetzten Spannung zu entladen.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) nach dem Setzen der Spannung an dem ersten Kondensator (C1) den ersten Kondensator (C1) für eine erste vorbestimmte Zeitdauer, während welcher der erste Kondensator (C1) nicht vollständig geladen ist, lädt und dann den ersten Kondensator (C1) für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer entlädt, und die Steuereinheit (30) die Spannung, die gesetzt werden soll, wenn der erste Kondensator (C1) vollständig geladen ist, unter Berücksichtigung der Laderate während der ersten vorbestimmten Zeitdauer und der Laderate während der zweiten vorbestimmten Zeitdauer in einem gelesenen Wert der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung berechnet.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem ersten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, zusammenfällt.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem zweiten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Minus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, zusammenfällt.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, als erster Kreuzungspunkt gesetzt ist, und ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Minus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, als zweiter Kreuzungspunkt gesetzt ist, wobei die zweite vorbestimmte Zeitdauer ab dem Entladestart bis zu einem Zeitpunkt zwischen dem ersten Kreuzungspunkt und dem zweiten Kreuzungspunkt gesetzt ist.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C1) ein Keramikkondensator oder ein Filmkondensator ist.
Isolations-Messvorrichtung, die umfasst: eine Messschaltung (20), die einen ersten Kondensator (C1) als fliegenden Kondensator enthält, eine Steuereinheit (30), die ausgebildet ist, um eine an dem ersten Kondensator (C1) gesetzte Spannung zu lesen, um einen Isolationszustand einer Stromversorgung zu bestimmen, und eine Pfadkonfiguration der Messschaltung (20) zu steuern, die vorgesehen wird, wenn eine Stromversorgungsspannung, eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der positiven Elektrode oder eine Erdschlusswiderstands-Spannung auf der Seite der negativen Elektrode an dem ersten Kondensator (C1) gesetzt werden soll, und einen zweiten Kondensator (Ca), der zwischen einer Erde und einem Pfad zwischen der Messschaltung (20) und der Steuereinheit (30) vorgesehen ist und an dem eine Spannung gesetzt wird, wenn die Spannung an dem ersten Kondensator (C1) gesetzt wird, wobei die Steuereinheit (30) ausgebildet ist, um einen Pfad zu konfigurieren, über den die an dem ersten Kondensator (C1) und dem zweiten Kondensator (Ca) akkumulierten elektrischen Ladungen entladen werden, wenn eine Operation zum Lesen der an dem zweiten Kondensator gesetzten Spannung begonnen wird, und um eine Spannungsreduktion zu kompensieren, die durch die Entladung in einer Messperiode für die an dem zweiten Kondensator (Ca) gesetzte Spannung verursacht wird, wenn der Isolationszustand gemessen wird, und in der Messschaltung (20) der Widerstandswert eines Pfades, der für das Entladen der elektrischen Ladung des ersten Kondensators (C1) gesteuert wird, auf einen Wert gesetzt wird, bei dem die elektrische Ladung in Entsprechung zu der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung schnell während der Spannungsleseperiode durch die Steuereinheit (30) entladen werden kann.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) nach dem Setzen der Spannung an dem ersten Kondensator (C1) den ersten Kondensator (C1) für eine erste vorbestimmte Zeitdauer lädt, während welcher der erste Kondensator (C1) nicht vollständig geladen ist, und anschließend den ersten Kondensator (C1) für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer entlädt, und die Steuereinheit (30) die Spannung, die gesetzt werden soll, wenn der erste Kondensator (C1) vollständig geladen ist, unter Berücksichtigung der Laderate während der ersten vorbestimmten Zeitdauer und der Laderate während der zweiten vorbestimmten Zeitdauer in einem Lesewert der an dem ersten Kondensator (C1) gesetzten Spannung berechnet.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem ersten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, zusammenfällt.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Zeitdauer als eine Zeitdauer gesetzt wird, die sich von dem Beginn der Entladung bis zu einem zweiten Kreuzungspunkt erstreckt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standardprodukt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Minus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, zusammenfällt.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standard-Produkt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Plus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Plus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, als erster Kreuzungspunkt gesetzt ist, und ein Zeitpunkt, bei dem ein Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Standard-Produkt mit einem Spezifikationsfehler gleich null als erster Kondensator (C1) verwendet wird, mit einem Spannungsübergang ab einem Ladestart, wenn ein Minus-Variations-Produkt mit einem Spezifikationsfehler bei einem Minus-Maximum als erster Kondensator (C1) verwendet wird, als zweiter Kreuzungspunkt gesetzt ist, wobei die zweite vorbestimmte Zeitdauer ab dem Entladestart bis zu einem Zeitpunkt zwischen dem ersten Kreuzungspunkt und dem zweiten Kreuzungspunkt gesetzt ist.
Isolations-Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (C1) ein Keramikkondensator oder ein Filmkondensator ist.