JP2004212376A

JP2004212376A - Leakage detecting device

Info

Publication number: JP2004212376A
Application number: JP2003140991A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Higashihama; 弘忠東浜; Hisami Usui; 久視臼井; Koji Soshin; 耕児宗進; Toshiaki Saito; 寿昭齊藤; Hirotsugu Minami; 洋次南
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-07-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to detect not only the presence or absence of an leakage but also the place where the leakage has occurred. <P>SOLUTION: The leakage detecting device 20 comprises two voltage dividing resistors R1, R2 which have the same resistance and are connected in series to each other between output terminals of a rectifier circuit, a detection resistor Rs inserted between a contact point of the voltage dividing resistors R1, R2 and a ground, and first to third determination parts 22 to 24 which determine leakage occurrence at different places by signal-processing of a detection signal Vs. In this manner, the leakage detecting device 20 comprises the first to third determination parts 22 to 24, and can thus detect not only the presence or absence of leakage occurrence but also the place where the leakage has occurred based on the determination results of the determination parts 22 to 24, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の漏電を検出する漏電検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の漏電検出装置の一例を図１８に示す。この従来例は、電気自動車の動力源となる直流電源Ｅの出力端間に高抵抗値の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に接続され、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランド（車体）の間に検出抵抗Ｒ３が接続され、検出抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧降下を検出電圧として漏電を検出するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
次に上記従来例の動作について説明する。電気自動車の動力として使用される直流電源Ｅは２００Ｖ〜３００Ｖ程度の非常に高い電圧を出力するものであるから、人が車体に触れても感電しないように車体から電気的に分離された状態（フローティング状態）となっている。しかしながら、直流電源Ｅを含む高電圧系とグランドの間で絶縁破壊が起きている場合には、人が車体等に触れると電流の流れる経路が形成されて感電してしまうことになる。ところが、高電圧系がグランドから分離されているため、例え絶縁破壊が起きても人が高電圧系に触れない限りは電流が流れず、漏電を検出することができない。そこで、人が触れる以前に漏電検出を可能としたのが上記従来例である。
【０００４】
上記従来例において、高電圧系の負極側とグランドの間で絶縁破壊が生じ且つ人が高電圧系に触れている状態の回路図を図１９に示す。但し、抵抗ｒは絶縁破壊が生じた部位における高電圧系とグランド間の抵抗（絶縁破壊抵抗）、抵抗Ｒは人体の抵抗とする。直流電源Ｅの出力電圧をＶボルト、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２、検出抵抗Ｒ３、絶縁破壊抵抗ｒ並びに人体抵抗Ｒの各抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，ｒ，Ｒとし、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を絶縁破壊抵抗ｒの抵抗値ｒよりも十分に大きい値とすれば、人体抵抗Ｒに流れる漏電電流（地絡電流）Ｉは下記の式（１）で表される。
【０００５】
Ｉ＝Ｖ／（ｒ＋Ｒ） …（１）
なお、人体抵抗Ｒは湿度等の環境によって異なることもあるが、Ｒ＝０とした場合に漏電電流Ｉは最大となる。
【０００６】
一方、人が高電圧系に触れていないとき、すなわち人体抵抗Ｒの抵抗値Ｒが無限大のときの検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値を求めると、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を検出抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３よりも大きい値とすれば、グランドを介して分圧抵抗Ｒ１、検出抵抗Ｒ３並びに絶縁破壊抵抗ｒに流れる漏電電流ｉが下記の式（２）で表され、さらに検出抵抗Ｒ３の両端に生じる検出電圧Ｖ１の値が下記の式（３）で表される。
【０００７】
ｉ＝Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（２）
Ｖ１＝Ｖ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３＋ｒ） …（３）
よって、式（３）に式（１）を代入することで漏電電流Ｉに対応した検出電圧Ｖ１が求められるから、この検出電圧Ｖ１から漏電を検出することができる。
【０００８】
ところで、図２０に示すように一般家庭に供給されている１００Ｖの商用交流電源では、トランスＴの２次側が抵抗ｒで接地されているため、負荷Ｍに人が触れた場合に人体抵抗Ｒと上記接地抵抗ｒによって電流の流れる経路が形成されて漏電が発生することになる。そのため、通常はトランスＴの２次側に漏電遮断器が設置されており、漏電が発生したときに漏電遮断器で負荷Ｍへの給電路を遮断して漏電事故を防止している。この漏電遮断器では、図２０に示すようにトランスＴから負荷Ｍへの給電路に挿入された零相変流器ＺＣＴを有し、給電路に流れる不平衡電流に応じた零相変流器ＺＣＴの２次側出力から漏電を検出する漏電検出装置が用いられている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３３０７１７３号公報（第２−３頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の漏電検出装置では漏電の有無を検出することはできてもその発生箇所を検出することはできず、漏電事故に対する適切な対処を早期に行うことが困難であった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、漏電の有無だけでなくその発生箇所も検出できる漏電検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出素子の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定部、検出信号に含まれる直流成分を極性に応じた所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定部、検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第３の判定部、のうちの少なくとも何れか２つの判定部を具備することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、それぞれの判定部にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出抵抗の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換し、デジタルの検出信号から得られる波形データ並びにレベルデータを予め用意された基準データと比較することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、発生箇所ごとに検出信号の波形並びにレベルが異なることを利用して複数箇所の漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記分圧素子並びに検出素子を抵抗としたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、一般に抵抗素子のインピーダンス値（抵抗値）はばらつきが小さいことから直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記分圧素子並びに検出素子をコンデンサとしたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、抵抗を用いる場合に比較して耐圧が向上するとともに定常時には分圧素子や検出素子に直流電流が流れないために無駄な電力消費を防止することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、判定手段による判定結果を通信媒体により外部に伝送する通信手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、例えば、外部の機器において判定結果の情報を映像や文字あるいは音声等で使用者に報知して安全性の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、判定手段は、電源装置から負荷への電力供給が開始される前に前記開閉要素を開成して電源装置を無負荷とした状態で漏電の判定を行うことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、無負荷の状態で漏電検出を行うことにより漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の漏電検出装置２０が用いられる電源装置１０は、図１に示すように自動車に搭載されている低電圧（例えば、１２Ｖ〜４２Ｖ）のバッテリ１から１００Ｖの交流電圧を作成して負荷２に供給するものであって、バッテリ１から供給される直流電圧を昇圧回路１１のスイッチング素子でチョッピングするとともに絶縁トランス１２を介して所望のレベルに昇圧した後に整流回路１３（平滑回路を含む）で整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路の直流出力電圧を正弦波の交流電圧に変換する直流交流変換回路１４と、直流交流変換回路１４から負荷２への給電路を開閉する開閉要素１５と、直流交流変換回路１４の出力から高調波成分を除去するフィルタ１６と、直流直流変換回路並びに直流交流変換回路１４の動作を制御する電源制御回路１７とを備えている。但し、バッテリ１はグランド（自動車の車体）に接地されている。
【００２５】
昇圧回路１１は、絶縁トランス１２並びに整流回路１３とともに従来周知の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータからなる直流直流変換回路を構成しており、電源制御回路１７によりスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することによって入力電圧を所望のレベルにまで昇圧することができる。また、直流交流変換回路１４は、例えば従来周知であるフルブリッジ型のインバータ回路からなり、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティ比を調整することで整流回路１３から出力される直流電圧を所定周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の正弦波交流電圧に変換することができる。なお、電源制御回路１７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成することが可能であるが、具体的な構成については従来周知であるから説明を省略する。
【００２６】
一方、本実施形態の漏電検出装置２０は、図１に示すように互いに抵抗値が等しく整流回路１３の出力端間に直列接続される２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とグランドの間に挿入される検出抵抗Ｒｓと、検出抵抗Ｒｓにおける電圧降下を検出信号Ｖｓとして取り込んでゲイン調整する増幅器２１と、検出信号Ｖｓを信号処理することで互いに異なる箇所での漏電発生を判定する第１〜第３の判定部２２〜２４とを備えている。
【００２７】
第１の判定部２２は、図２に示すように検出信号Ｖｓに含まれる正弦波交流電圧の周波数（例えば、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）に略等しい周波数成分のみを取り出すためのバンドパスフィルタ２２ａと、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを求める実効値算出部２２ｂと、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ１と比較するコンパレータ２２ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力する。但し、検出信号Ｖｓを全波整流した後に積分回路により平滑することで上記実効値演算と同様の直流の検出信号Ｖｓｓ２を生成して漏電発生の判定を行うことも可能である。
【００２８】
第２の判定部２３は、図３に示すように検出信号Ｖｓの直流成分のみを取り出すためのローパスフィルタ２３ａと、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれ所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較する２つのコンパレータ２３ｂ，２３ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。
【００２９】
第３の判定部２４は、図４に示すように検出信号Ｖｓに含まれるチョッピング周波数（昇圧回路１１におけるスイッチング周波数）に等しい周波数成分のみを取り出すためのハイパスフィルタ２４ａと、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを求める実効値算出部２４ｂと、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを所定の閾値Ｖｒ４と比較するコンパレータ２４ｃとを具備し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。なお、検出信号Ｖｓから取り出す周波数成分は昇圧回路１１におけるスイッチング周波数にほぼ等しい周波数であれば漏電発生の判定は可能である。
【００３０】
而して、本実施形態においては、電源装置１０の絶縁トランス１２の２次側がグランドから切り離されてフローティング状態となっているから、漏電事故が発生していなければ検出抵抗Ｒｓには電流（暗電流）が流れず、検出信号Ｖｓも出力されないが、電源装置１０とグランドの間で絶縁破壊が生じた場合、絶縁破壊が生じた箇所に応じて第１〜第３の判定部２２〜２４の何れかで漏電発生と判定されることになる。以下、第１〜第３の判定部２２〜２４における漏電発生の判定動作をそれぞれ個別に説明する。
【００３１】
まず、図５に示すように電源装置１０から負荷２への給電路とグランドの間で絶縁破壊が発生した場合を考える。なお、図５における３は前記給電路の正極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）、４は前記給電路の負極側で絶縁破壊が発生した場合の絶縁破壊抵抗（又は人体抵抗）をそれぞれ示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗３又は４、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図６に示すように電源装置１０から出力される正弦波交流電圧の周波数と等しい正弦波交流電圧となる。但し、漏洩電流が何れの絶縁破壊抵抗３，４を介して流れるかによって検出電圧Ｖｓの位相と電源装置１０の出力電圧の位相とが一致しない場合もある。そして、第１の判定部２２では、電源装置１０の出力電圧周波数に等しい周波数成分をバンドパスフィルタ２２ａを利用して取り出し、バンドパスフィルタ２２ａを通過した検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓを実効値算出部２２ｂで算出するとともに、実効値算出部２２ｂで算出された検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓをコンパレータ２２ｃにて所定の閾値Ｖｒ１と比較し、検出信号Ｖｓｓの実効値Ｖｓｓ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ１を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ１を出力するのであるが、逆に言うと、第１の判定部２２から判定信号Ｖｊ１が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路であることを示していることになる。
【００３２】
次に、図７に示すように電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図７における５，６はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗５又は６、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図８（ａ）（ｂ）に示すように直流電圧となり、漏電発生箇所（前記通電経路の正極側又は負極側）に応じて極性が変化する。そして、第２の判定部２３では、検出信号Ｖｓの直流成分のみをローパスフィルタ２３ａを利用して取り出し、ローパスフィルタ２３ａを通過した検出信号Ｖｓｄをそれぞれコンパレータ２３ｂ，２３ｃで所定の閾値Ｖｒ２，Ｖｒ３と比較し、検出信号Ｖｓｄが閾値Ｖｒ２又はＶｒ３を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２を出力する。なお、第２の判定部２３から判定信号Ｖｊ２_１又はＶｊ２_２が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の整流回路１３と直流交流変換回路１４の間であることを示している。
【００３３】
最後に、図９に示すように電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間で絶縁破壊（絶縁不良）による漏電が発生した場合を考える。なお、図９における７，８はそれぞれ正極及び負極の通電経路とグランドの間の絶縁破壊抵抗を示している。この場合、グランドを介して絶縁破壊抵抗７又は８、検出抵抗Ｒ３並びに分圧抵抗Ｒ１又はＲ２に漏洩電流が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端に検出電圧Ｖｓが発生する。このときの検出電圧Ｖｓは、図１０に示すように昇圧回路１１のスイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング周波数に略等しい周波数の高周波電圧となる。そして、第３の判定部２４では、昇圧回路１１におけるスイッチング周波数に略等しい周波数成分のみをハイパスフィルタ２４ａを利用して検出信号Ｖｓから取り出し、ハイパスフィルタ２４ａを通過した検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓを実効値算出部２４ｂで算出するとともに、実効値算出部２４ｂで算出された検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓをコンパレータ２４ｃで所定の閾値Ｖｒ４と比較し、検出信号Ｖｓｃの実効値Ｖｓｃ_ｒｍｓが閾値Ｖｒ４を超えたときに漏電発生と判定して判定信号Ｖｊ３を出力する。なお、第３の判定部２４から判定信号Ｖｊ３が出力されたということは漏電発生箇所が電源装置１０内部の絶縁トランス１２の２次側と整流回路１３の間であることを示している。
【００３４】
すなわち、本実施形態の漏電検出装置２０は第１〜第３の判定部２２〜２４を備えているため、個々の判定部２２〜２４の判定結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができ、しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。但し、本実施形態では第１〜第３の判定部２２〜２４を全て備える構成を例示したが、必要に応じてこれら３つの判定部２２〜２４の内の少なくとも何れか２つの判定部を備える構成としても構わない。
【００３５】
（実施形態２）
本実施形態の漏電検出装置２０は、図１１に示すように分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２及び検出抵抗Ｒｓ、増幅器２１並びに信号処理回路部２５で構成される。なお、本実施形態における電源装置１０は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００３６】
信号処理回路部２５はマイクロコンピュータを主構成要素とし、図１２に示すようにレベル判定部２５ａ、波形判定部２５ｂ、漏電判定部２５ｃ、外部出力部２５ｄ並びに通信部２５ｅを具備している。なお、増幅器２１で増幅されたアナログの検出信号Ｖｓは、マイクロコンピュータの持つＡ／Ｄ変換機能を用いてデジタルの検出信号データに変換されて一旦メモリ（図示せず）に格納される。レベル判定部２５ａは、前記メモリから読み出した検出信号データにフィルタ処理及び実効値演算処理を施して検出信号Ｖｓのレベルを求め、そのレベルを所定の閾値（基準データ）と比較することで漏電電流のレベルを判定する。波形判定部２５ｂは、前記メモリから読み出した検出信号データから元の検出信号Ｖｓの波形を求め、その波形が予め設定されている複数の波形パターン（基準データ）、具体的には図６に示した正弦波、図８に示した直線波形、又は図１０に示した鋸波形の何れに最も近いかをパターンマッチング等の方法で判定する。
【００３７】
漏電判定部２５ｃは、レベル判定部２５ａのレベル判定結果から漏電発生の有無を判定するとともに波形判定部２５ｂの波形判定結果から漏電発生箇所の判定を行い、漏電発生及び漏電発生箇所を示すデータを外部出力部２５ｄ及び通信出力部２５ｅに出力する。外部出力部２５ｄは、漏電判定部２５ｃから前記データが入力されると、漏電発生箇所に適した処置、例えば漏電発生箇所が電源装置１０から負荷２への給電路である場合に開閉要素１５を開く処置や、漏電発生箇所が電源装置１０内部である場合に昇圧回路１１や直流交流変換回路１４の動作を停止する処置などを行うための制御信号を電源制御回路１７等に出力する。また通信部２５ｅは、漏電判定部２５ｃから入力された前記データを通信ケーブルを介して自動車に搭載されている電子制御装置、いわゆるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に送信するものであり、通信プロトコルとしては、例えば自動車内のＬＡＮ規格であるＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を利用すればよい。そして、このように漏電の発生及びその発生箇所の情報を電子制御装置に送信し、電子制御装置によってそれらの情報を映像や文字あるいは音声等を用いて自動車の使用者に知らせるようにすれば、安全性のさらなる向上が図れる。
【００３８】
而して、本実施形態の漏電検出装置２０においても実施形態１と同様に、信号処理回路部２５による信号処理結果から漏電発生の有無だけでなく漏電発生箇所も併せて検出することができる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は、図１３に示すように漏電検出装置２０の分圧素子及び検出素子として抵抗Ｒ１〜Ｒ３の代わりにコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いた点と、電源装置１０が正弦波ではなく矩形波の交流電圧を作成する点とが実施形態１と異なっているが、基本的な構成は実施形態１と共通である。よって、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
まず本実施形態における電源装置１０について説明する。この電源装置１０では、フルブリッジ型のインバータ回路からなる直流交流変換回路１４において直流直流変換回路の出力電圧を周期的に極性反転することにより、図１４に示すような矩形波の交流電圧に変換している。ここで、半周期Ｔ１における正弦波交流の実効値と矩形波交流の実効値を略同じにするには、図１４に示すように正弦波交流の半周期Ｔ１内において直流交流変換回路１４を構成するインバータ回路のスイッチング素子をオンする期間Ｔ２を調整すればよい。すなわち、実施形態１では直流交流変換回路１４で正弦波交流に変換するためにインバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御しなければならないことから、電源制御回路１７における制御が非常に複雑であったが、本実施形態のように矩形波交流に変換する場合にはインバータ回路のスイッチング素子のオン期間を調整するだけでよいから、電源制御回路１７における制御が非常に簡単になる。なお、直流交流変換回路１４の出力を矩形波交流電圧としたことで実施形態１におけるフィルタ１６は不要である。
【００４１】
一方、本実施形態の漏電検出装置２０は、図１３に示すように互いに容量値が等しく整流回路１３の出力端間に直列接続される２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点とグランドの間に挿入される検出用のコンデンサＣ３とを備えており、増幅器２１にて検出用のコンデンサＣ３の両端電圧を取り込んでゲイン調整することにより、図１５に示すように電源装置１０から出力される矩形波交流電圧に同期した検出信号Ｖｓが得られ、この検出信号Ｖｓを第１〜第３の判定部２２〜２４にて各々信号処理することにより互いに異なる箇所での漏電発生を判定するものである。但し、増幅器２１並びに第１〜第３の判定部２２〜２４の構成並びに動作は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００４２】
上述のように本実施形態では分圧素子及び検出素子としてコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いているので、漏電検出装置２０と直流直流変換回路とが直流的に絶縁されるとともに分圧素子（コンデンサＣ１，Ｃ２）には定常時において直流電流（暗電流）が流れないことから耐圧が向上するとともに暗電流による無駄な電力消費を防止して電源装置１０における電力変換効率の低下を防ぐことができるという利点がある。なお、分圧素子及び検出素子としてコンデンサＣ１〜Ｃ３の代わりに抵抗Ｒ１〜Ｒ３を用いることも勿論可能であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を用いた場合には一般に抵抗素子の抵抗値がコンデンサの容量値に比較してばらつきが小さいことから、直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できるという利点がある。また、本実施形態では電源装置１０の出力を矩形波交流電圧としたが、実施形態１と同様に正弦波交流電圧としても同様の効果を奏することは言うまでもない。さらに、図１６に示すように実施形態２においても分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２並びに検出抵抗Ｒ３の代わりにコンデンサＣ１〜Ｃ３を用いることが可能であり、コンデンサ又は抵抗の何れを用いる場合においても電源装置１０の出力が正弦波又は矩形波の何れであっても実施形態２と同様の効果を奏するものである。
【００４３】
ところで、上述の実施形態１〜３の漏電検出装置２０において、電源装置１０から負荷２への電力供給が開始される前に開閉要素１５を開成して電源装置１０を無負荷とした状態で漏電検出を行うことが望ましい。つまり、図１７に示すように開閉要素１５を開成した状態で昇圧回路１１のみを動作させれば絶縁トランス１２から直流交流変換回路１４までの電源装置１０内部における漏電が検出でき、さらに昇圧回路１１及び直流交流変換回路１４を動作させれば直流交流変換回路１４から開閉要素１５までの区間における漏電が検出できる。そして、これらの初期診断で漏電が検出されなければ、一定時間の待機後に開閉要素１５を閉成して電源装置１０から負荷２への給電路を形成するとともに昇圧回路１１及び直流交流変換回路１４を動作させて電源装置１０を運転させればよい。このように無負荷の状態で漏電検出を行うことにより、漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れるという利点がある。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、それぞれの判定部にてそれぞれの検出箇所における漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、発生箇所ごとに検出信号の波形並びにレベルが異なることを利用して複数箇所の漏電が検出できるから、漏電の有無だけでなくその発生箇所も同時に検出可能となる。しかも、複数箇所で同時に漏電が発生した場合にはそれらの漏電発生及び漏電発生箇所を同時に検出することができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、一般に抵抗素子のインピーダンス値（抵抗値）はばらつきが小さいことから直流直流変換回路の出力電圧を精度良く検出できる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、抵抗を用いる場合に比較して耐圧が向上するとともに定常時には分圧素子や検出素子に直流電流が流れないために無駄な電力消費を防止することができる。
【００４８】
請求項５の発明によれば、例えば、外部の機器において判定結果の情報を映像や文字あるいは音声等で使用者に報知して安全性の向上を図ることができる。
【００４９】
請求項６の発明によれば、無負荷の状態で漏電検出を行うことにより漏電事故の発生を未然に防いで安全性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図２】同上における第１の判定部を示すブロック図である。
【図３】同上における第２の判定部を示すブロック図である。
【図４】同上における第３の判定部を示すブロック図である。
【図５】第１の判定部の動作説明図である。
【図６】第１の判定部の動作説明用の波形図である。
【図７】第２の判定部の動作説明図である。
【図８】第２の判定部の動作説明用の波形図である。
【図９】第３の判定部の動作説明図である。
【図１０】第３の判定部の動作説明用の波形図である。
【図１１】実施形態２の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１２】同上における信号処理回路部を示すブロック図である。
【図１３】実施形態３の漏電検出装置並びに電源装置を示す回路ブロック図である。
【図１４】同上における電源装置の出力電圧の波形図である。
【図１５】同上における検出電圧の波形図である。
【図１６】同上の漏電検出装置並びに電源装置の他の構成を示す回路ブロック図である。
【図１７】同上の動作説明用のタイミングチャートである。
【図１８】従来例を示す回路図である。
【図１９】同上の動作説明図である。
【図２０】他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０電源装置
２０漏電検出装置
２１増幅器
２２第１の判定部
２３第２の判定部
２４第３の判定部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a leakage detection device that detects leakage of a power supply device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 18 shows an example of a conventional leakage detection device. In this conventional example, voltage dividing resistors R1 and R2 having a high resistance value are connected in series between output terminals of a DC power supply E serving as a power source of an electric vehicle, and a connection point between the voltage dividing resistors R1 and R2 and a ground (vehicle body). A detection resistor R3 is connected between the detection resistors R3 and R3, and a leakage voltage is detected using a voltage drop across the detection resistor R3 as a detection voltage (see Patent Document 1).
[0003]
Next, the operation of the above conventional example will be described. Since the DC power supply E used as power for the electric vehicle outputs a very high voltage of about 200 V to 300 V, the DC power supply E is electrically separated from the vehicle body so as not to receive an electric shock even if a person touches the vehicle body ( Floating state). However, when a dielectric breakdown has occurred between the high voltage system including the DC power supply E and the ground, when a person touches the vehicle body or the like, a path for current flow is formed, resulting in electric shock. However, since the high-voltage system is separated from the ground, even if insulation breakdown occurs, no current flows unless a person touches the high-voltage system, and it is not possible to detect leakage. Therefore, in the above-described conventional example, the leakage detection can be performed before a person touches.
[0004]
FIG. 19 is a circuit diagram showing a state in which dielectric breakdown occurs between the negative electrode side of the high voltage system and the ground and a person is touching the high voltage system in the above conventional example. Here, the resistance r is the resistance between the high voltage system and the ground (dielectric breakdown resistance) at the site where the dielectric breakdown has occurred, and the resistance R is the resistance of the human body. The output voltage of the DC power supply E is V volts, the voltage dividing resistors R1 and R2, the detection resistor R3, the insulation resistance r, and the human body resistance R are R1, R2, R3, r, and R, respectively. , R2, the leakage current (ground fault current) I flowing through the human body resistance R is represented by the following equation (1). You.
[0005]
I = V / (r + R) (1)
Although the human body resistance R may vary depending on the environment such as humidity, the leakage current I becomes maximum when R = 0.
[0006]
On the other hand, when a person does not touch the high-voltage system, that is, when the resistance value R of the human body resistor R is infinite, the value of the detection voltage V1 generated at both ends of the detection resistor R3 is obtained. Assuming that the resistance values R1 and R2 are larger than the resistance value R3 of the detection resistor R3, the leakage current i flowing through the voltage dividing resistor R1, the detection resistor R3, and the insulation breakdown resistor r via the ground is represented by the following equation (2). And the value of the detection voltage V1 generated at both ends of the detection resistor R3 is expressed by the following equation (3).
[0007]
i = V / (R1 + R3 + r) (2)
V1 = V × R3 / (R1 + R3 + r) (3)
Therefore, the detection voltage V1 corresponding to the leakage current I is obtained by substituting the expression (1) into the expression (3), and the leakage can be detected from the detection voltage V1.
[0008]
By the way, as shown in FIG. 20, in a 100 V commercial AC power supply supplied to a general household, the secondary side of the transformer T is grounded by a resistor r. A path through which a current flows is formed by the ground resistance r, and a leakage occurs. For this reason, an earth leakage breaker is usually installed on the secondary side of the transformer T, and when an earth leakage occurs, the earth leakage breaker cuts off a power supply path to the load M to prevent an earth leakage accident. This earth leakage breaker has a zero-phase current transformer ZCT inserted in a power supply line from a transformer T to a load M as shown in FIG. 20, and a zero-phase current transformer corresponding to an unbalanced current flowing in the power supply line. An electric leakage detection device that detects electric leakage from the secondary side output of the ZCT is used.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3307173 (page 2-3, FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned conventional electric leakage detection device can detect the presence or absence of electric leakage, but cannot detect the location where the electric leakage has occurred, and it has been difficult to take appropriate measures against the electric leakage accident at an early stage.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a leakage detection device capable of detecting not only the presence / absence of leakage but also the location where the leakage has occurred.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC / DC conversion circuit for chopping a DC voltage supplied from a DC power supply, boosting the DC voltage to a desired level via an insulating transformer, and then rectifying and smoothing the DC voltage. A DC / AC conversion circuit that converts a DC voltage output from a DC / DC conversion circuit into an AC voltage, and a switching element that opens and closes a power supply path from the DC / AC conversion circuit to a load, and is electrically insulated from ground. A leakage detecting device for detecting a leakage of a power supply device which operates in a state where the AC voltage is supplied to a load, and which is connected in series between input terminals or output terminals of a DC / AC conversion circuit having equal impedance values. Two voltage-dividing elements, a detecting element inserted between the connection point of the voltage-dividing elements and the ground, and a detection signal that captures the voltage across the detection element as a detection signal and transmits the captured detection signal. Determining means for processing to determine the presence / absence and location of the leakage, wherein the determination means compares the effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold to determine the leakage. Unit, a second determination unit that determines a leakage by comparing a DC component included in the detection signal with a predetermined threshold value corresponding to the polarity, and sets an effective value of a frequency component equal to the chopping frequency included in the detection signal to a predetermined value. It is characterized by including at least any two of the third determination units that determine leakage by comparing with a threshold value.
[0013]
According to the present invention, since each of the determination units can detect the leakage at each of the detection locations, it is possible to simultaneously detect not only the presence or absence of the leakage but also the location where the leakage occurs. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location where the electrical leakage occurs.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a DC / DC conversion circuit for chopping a DC voltage supplied from a DC power supply, boosting the DC voltage to a desired level via an insulating transformer, and then rectifying and smoothing the DC voltage. A DC / AC conversion circuit that converts a DC voltage output from a DC / DC conversion circuit into an AC voltage, and a switching element that opens and closes a power supply path from the DC / AC conversion circuit to a load, and is electrically insulated from ground. A leakage detecting device for detecting a leakage of a power supply device which operates in a state where the AC voltage is supplied to a load, and which is connected in series between input terminals or output terminals of a DC / AC conversion circuit having equal impedance values. Two voltage-dividing elements, a detecting element inserted between the connection point of the voltage-dividing elements and the ground, and a detection signal that captures the voltage across the detection resistor as a detection signal and transmits the captured detection signal. A determination means for processing to determine the presence / absence and location of occurrence of an electric leakage, wherein the determination means converts an analog detection signal into a digital detection signal and prepares in advance waveform data and level data obtained from the digital detection signal It is characterized by comparison with reference data obtained.
[0015]
According to the present invention, it is possible to detect leakage at a plurality of locations by utilizing the fact that the waveform and level of the detection signal are different for each location, so that not only the presence / absence of a leakage but also the location of occurrence can be detected simultaneously. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location where the electrical leakage occurs.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the voltage dividing element and the detecting element are resistors.
[0017]
According to the present invention, since the impedance value (resistance value) of the resistance element generally has a small variation, the output voltage of the DC / DC converter can be detected with high accuracy.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the voltage dividing element and the detecting element are capacitors.
[0019]
According to the present invention, the withstand voltage is improved as compared with the case where a resistor is used, and wasteful power consumption can be prevented because a direct current does not flow through the voltage dividing element or the detecting element in a steady state.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, there is provided a communication unit for transmitting a determination result by the determination unit to the outside via a communication medium.
[0021]
According to the present invention, for example, information on the determination result can be notified to the user by video, text, sound, or the like in an external device to improve safety.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, the judging means opens the switching element before the power supply from the power supply to the load is started to set the power supply to no load. It is characterized in that the judgment of the electric leakage is performed in a state where the electric leakage has occurred.
[0023]
According to the present invention, leakage detection is performed in a no-load state, thereby preventing a leakage accident from occurring and improving safety.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the power supply device 10 using the earth leakage detection device 20 of the present embodiment generates an AC voltage of 100 V from a low-voltage (for example, 12 V to 42 V) battery 1 mounted on an automobile and loads the vehicle. 2, a DC voltage supplied from the battery 1 is chopped by a switching element of a booster circuit 11, and is boosted to a desired level via an insulating transformer 12, and then a rectifier circuit 13 (including a smoothing circuit). A DC / DC conversion circuit for rectifying and smoothing the output, a DC / AC conversion circuit 14 for converting the DC output voltage of the DC / DC conversion circuit into a sine-wave AC voltage, and a power supply path from the DC / AC conversion circuit 14 to the load 2. A switching element 15 for opening and closing, a filter 16 for removing harmonic components from an output of the DC / AC conversion circuit 14, a DC / DC conversion circuit, and a DC / AC conversion circuit 1 And a power supply control circuit 17 for controlling the operation. However, the battery 1 is grounded to the ground (the body of the car).
[0025]
The booster circuit 11 constitutes a DC / DC conversion circuit including a conventionally well-known insulated DC-DC converter together with the insulating transformer 12 and the rectifier circuit 13. The power supply control circuit 17 adjusts the switching frequency and on-duty ratio of the switching element. By doing so, the input voltage can be boosted to a desired level. The DC / AC conversion circuit 14 is, for example, a conventionally known full-bridge type inverter circuit. The DC / AC conversion circuit 14 adjusts the switching frequency and on-duty ratio of a switching element included in the inverter circuit to output DC from the rectifier circuit 13. The voltage can be converted to a sine wave AC voltage having a predetermined frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz). Note that the power supply control circuit 17 can be configured using, for example, a microcomputer, but the specific configuration is well known in the related art, and a description thereof will be omitted.
[0026]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the leakage detecting device 20 of the present embodiment includes two voltage dividing resistors R1 and R2 having the same resistance value and connected in series between the output terminals of the rectifier circuit 13, and the voltage dividing resistors R1 and R2. A detection resistor Rs inserted between the connection point of R2 and the ground, an amplifier 21 that takes in a voltage drop in the detection resistor Rs as a detection signal Vs and adjusts the gain, and a signal processing of the detection signal Vs at different locations. And first to third determination units 22 to 24 that determine the occurrence of leakage.
[0027]
The first determination unit 22 includes a band-pass filter 22a for extracting only a frequency component substantially equal to the frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the sine wave AC voltage included in the detection signal Vs, as shown in FIG. Effective value Vss of detection signal Vss passed through pass filter 22a _rms And an effective value Vss of the detection signal Vss calculated by the effective value calculation unit 22b. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr1, and the effective value Vss of the detection signal Vss is provided. _rms Is greater than the threshold value Vr1, it is determined that an electric leakage has occurred, and a determination signal Vj1 is output. However, the detection signal Vs can be subjected to full-wave rectification and then smoothed by an integration circuit to generate a DC detection signal Vss2 similar to the above-described effective value calculation, thereby determining the occurrence of leakage.
[0028]
The second determination unit 23 compares the low-pass filter 23a for extracting only the DC component of the detection signal Vs and the detection signal Vsd passing through the low-pass filter 23a with predetermined thresholds Vr2 and Vr3, respectively, as shown in FIG. It has two comparators 23b and 23c, and when the detection signal Vsd exceeds the threshold value Vr2 or Vr3, it is determined that leakage has occurred and the determination signal Vj2 ₁ Or Vj2 ₂ Is output.
[0029]
The third determination unit 24 passes through the high-pass filter 24a for extracting only a frequency component equal to the chopping frequency (the switching frequency in the booster circuit 11) included in the detection signal Vs, as shown in FIG. 4, and the high-pass filter 24a. Effective value Vsc of detection signal Vsc _rms And an effective value Vsc of the detection signal Vsc calculated by the effective value calculation unit 24b. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr4, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc is provided. _rms Is greater than the threshold value Vr4, it is determined that leakage has occurred, and a determination signal Vj3 is output. If the frequency component extracted from the detection signal Vs is substantially equal to the switching frequency in the booster circuit 11, it is possible to determine the occurrence of leakage.
[0030]
Thus, in the present embodiment, since the secondary side of the insulating transformer 12 of the power supply device 10 is disconnected from the ground and is in a floating state, the current (dark) is applied to the detection resistor Rs unless a leakage fault occurs. Current) does not flow, and the detection signal Vs is not output. However, when an insulation breakdown occurs between the power supply device 10 and the ground, the first to third determination units 22 to 24 depend on the location where the insulation breakdown has occurred. Either one will determine that a short circuit has occurred. Hereinafter, the operation of determining the occurrence of electric leakage in the first to third determination units 22 to 24 will be individually described.
[0031]
First, consider a case where insulation breakdown occurs between the power supply path from the power supply device 10 to the load 2 and the ground as shown in FIG. In FIG. 5, reference numeral 3 denotes a dielectric breakdown resistance (or a human body resistance) when an insulation breakdown occurs on the positive electrode side of the power supply path, and reference numeral 4 denotes a dielectric breakdown resistance (when a dielectric breakdown occurs on the negative electrode side of the power supply path). Or human body resistance). In this case, a leakage current flows through the insulation resistance 3 or 4, the detection resistance R3 and the voltage dividing resistance R1 or R2 via the ground, and a detection voltage Vs is generated across the detection resistance R3. The detection voltage Vs at this time is a sine wave AC voltage equal to the frequency of the sine wave AC voltage output from the power supply device 10 as shown in FIG. However, the phase of the detection voltage Vs may not coincide with the phase of the output voltage of the power supply device 10 depending on which of the dielectric breakdown resistances 3 and 4 the leakage current flows through. Then, the first determination unit 22 extracts a frequency component equal to the output voltage frequency of the power supply device 10 using the bandpass filter 22a, and obtains an effective value Vss of the detection signal Vss passing through the bandpass filter 22a. _rms Is calculated by the effective value calculation unit 22b, and the effective value Vss of the detection signal Vss calculated by the effective value calculation unit 22b is calculated. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr1 by the comparator 22c, and the effective value Vss of the detection signal Vss is compared. _rms Is greater than the threshold value Vr1, it is determined that an electric leakage has occurred, and the judgment signal Vj1 is output. Conversely, the fact that the judgment signal Vj1 is output from the first judgment unit 22 means that the electric leakage occurrence location is This indicates that the power supply path is from the power supply device 10 to the load 2.
[0032]
Next, as shown in FIG. 7, a case where a leakage occurs due to insulation breakdown (insulation failure) between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14 inside the power supply device 10 will be considered. In FIG. 7, reference numerals 5 and 6 denote dielectric breakdown resistance between the current path of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the ground. In this case, a leakage current flows through the insulation resistance 5 or 6, the detection resistance R3, and the voltage dividing resistance R1 or R2 via the ground, and a detection voltage Vs is generated across the detection resistance R3. The detection voltage Vs at this time is a DC voltage as shown in FIGS. 8A and 8B, and the polarity changes according to the location of the leakage (the positive or negative side of the current path). Then, in the second determination unit 23, only the DC component of the detection signal Vs is extracted using the low-pass filter 23a, and the detection signal Vsd that has passed through the low-pass filter 23a is determined by the comparators 23b and 23c as predetermined thresholds Vr2 and Vr3, respectively. When the detection signal Vsd exceeds the threshold value Vr2 or Vr3, it is determined that leakage has occurred and the determination signal Vj2 is determined. ₁ Or Vj2 ₂ Is output. Note that the determination signal Vj2 is output from the second determination unit 23. ₁ Or Vj2 ₂ Is output indicates that the leakage location is between the rectifier circuit 13 and the DC / AC converter circuit 14 inside the power supply device 10.
[0033]
Finally, let us consider a case where a leakage occurs due to insulation breakdown (insulation failure) between the secondary side of the insulating transformer 12 and the rectifier circuit 13 inside the power supply device 10 as shown in FIG. In addition, 7 and 8 in FIG. 9 indicate the dielectric breakdown resistance between the current path of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the ground. In this case, a leakage current flows through the insulation resistance 7 or 8, the detection resistance R3 and the voltage dividing resistance R1 or R2 via the ground, and a detection voltage Vs is generated across the detection resistance R3. The detection voltage Vs at this time is a high-frequency voltage having a frequency substantially equal to the switching frequency for switching the switching element of the booster circuit 11, as shown in FIG. Then, the third determination unit 24 extracts only the frequency component substantially equal to the switching frequency in the booster circuit 11 from the detection signal Vs using the high-pass filter 24a, and obtains the effective value Vsc of the detection signal Vsc passing through the high-pass filter 24a. _rms Is calculated by the effective value calculating unit 24b, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc calculated by the effective value calculating unit 24b is calculated. _rms Is compared with a predetermined threshold value Vr4 by the comparator 24c, and the effective value Vsc of the detection signal Vsc is compared. _rms Is greater than the threshold value Vr4, it is determined that leakage has occurred, and a determination signal Vj3 is output. The output of the determination signal Vj3 from the third determination unit 24 indicates that the leakage location is between the secondary side of the insulating transformer 12 in the power supply device 10 and the rectifier circuit 13.
[0034]
That is, since the leakage detection device 20 of the present embodiment includes the first to third determination units 22 to 24, not only the presence or absence of the leakage but also the location of the leakage is determined from the determination results of the individual determination units 22 to 24. It is also possible to detect the leakage at the same time, and when the leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the leakage and the location where the leakage occurs. However, in the present embodiment, the configuration including all of the first to third determination units 22 to 24 is illustrated, but at least two of these three determination units 22 to 24 are provided as necessary. The configuration may be used.
[0035]
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 11, the leakage detecting device 20 of the present embodiment includes voltage dividing resistors R1 and R2, a detecting resistor Rs, an amplifier 21, and a signal processing circuit unit 25. Note that the power supply device 10 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0036]
The signal processing circuit unit 25 includes a microcomputer as a main component, and includes a level determination unit 25a, a waveform determination unit 25b, an electric leakage determination unit 25c, an external output unit 25d, and a communication unit 25e as shown in FIG. The analog detection signal Vs amplified by the amplifier 21 is converted into digital detection signal data using an A / D conversion function of the microcomputer, and is temporarily stored in a memory (not shown). The level determination unit 25a performs a filtering process and an effective value calculation process on the detection signal data read from the memory to obtain a level of the detection signal Vs, and compares the level with a predetermined threshold value (reference data) to determine a leakage current. Is determined. The waveform determination unit 25b obtains the waveform of the original detection signal Vs from the detection signal data read from the memory, and the waveform is shown in a plurality of predetermined waveform patterns (reference data), specifically, as shown in FIG. The closest to the sine wave, the linear waveform shown in FIG. 8, or the sawtooth waveform shown in FIG. 10 is determined by a method such as pattern matching.
[0037]
The leakage determining unit 25c determines whether or not a leakage has occurred based on the level determination result of the level determining unit 25a, and determines the location of the leakage from the waveform determination result of the waveform determining unit 25b. It outputs to the external output part 25d and the communication output part 25e. When the data is input from the leakage determining unit 25c, the external output unit 25d switches the switching element 15 when the leakage is detected, for example, when the leakage is a power supply path from the power supply device 10 to the load 2. It outputs a control signal to the power supply control circuit 17 or the like for performing an opening operation or a process of stopping the operation of the booster circuit 11 or the DC / AC converter circuit 14 when the leakage occurrence location is inside the power supply device 10. The communication unit 25e transmits the data input from the earth leakage determination unit 25c to an electronic control unit mounted on the vehicle, a so-called ECU (Electric Control Unit) via a communication cable. For example, CAN (Controller Area Network) which is a LAN standard in a car may be used. If the information on the occurrence of the leakage and the location of the occurrence of the leakage is transmitted to the electronic control device and the electronic control device informs the information of the information to the user of the vehicle using images, characters, sounds, or the like, Safety can be further improved.
[0038]
Thus, similarly to the first embodiment, the leak detection device 20 of the present embodiment can also detect not only the presence or absence of a leak but also the location of the leak from the signal processing result by the signal processing circuit unit 25.
[0039]
(Embodiment 3)
This embodiment is different from the first embodiment in that capacitors C1 to C3 are used in place of the resistors R1 to R3 as the voltage dividing element and the detecting element of the leakage detecting device 20 as shown in FIG. However, the basic configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description will be omitted.
[0040]
First, the power supply device 10 according to the present embodiment will be described. In the power supply device 10, the output voltage of the DC / DC conversion circuit is periodically inverted in the DC / AC conversion circuit 14 including a full-bridge type inverter circuit, thereby converting the output voltage to a rectangular wave AC voltage as shown in FIG. are doing. Here, in order to make the effective value of the sine wave AC and the effective value of the rectangular wave AC in the half cycle T1 substantially the same, the DC / AC conversion circuit 14 is configured within the half cycle T1 of the sine wave AC as shown in FIG. The period T2 during which the switching element of the inverter circuit is turned on may be adjusted. That is, in the first embodiment, the control in the power supply control circuit 17 is very complicated because the switching element of the inverter circuit has to be PWM-controlled in order to convert the sine-wave AC into the sine-wave AC in the DC-AC converter 14. In the case of converting into a rectangular wave AC as in the present embodiment, it is only necessary to adjust the ON period of the switching element of the inverter circuit, so that the control in the power supply control circuit 17 becomes very simple. The filter 16 in the first embodiment is unnecessary because the output of the DC / AC conversion circuit 14 is a rectangular wave AC voltage.
[0041]
On the other hand, as shown in FIG. 13, the leakage detection device 20 of the present embodiment has two capacitors C1 and C2 having the same capacitance value and connected in series between the output terminals of the rectifier circuit 13, and a connection point between the capacitors C1 and C2. And a detection capacitor C3 inserted between the power supply device 10 and the ground, and the amplifier 21 captures the voltage between both ends of the detection capacitor C3 and adjusts the gain. A detection signal Vs synchronized with the output rectangular wave AC voltage is obtained, and the detection signal Vs is subjected to signal processing in each of the first to third determination units 22 to 24 to determine the occurrence of leakage in different places. Is what you do. However, since the configuration and operation of the amplifier 21 and the first to third determination units 22 to 24 are common to those of the first embodiment, the description is omitted.
[0042]
As described above, since the capacitors C1 to C3 are used as the voltage dividing element and the detecting element in the present embodiment, the leakage detecting device 20 and the DC / DC conversion circuit are DC-insulated and the voltage dividing elements (the capacitors C1 and C1) are used. C2) has an advantage that the DC voltage (dark current) does not flow in the steady state, so that the withstand voltage is improved, and the power conversion efficiency of the power supply device 10 can be prevented from being reduced by preventing wasteful power consumption due to the dark current. There is. Note that it is of course possible to use the resistors R1 to R3 instead of the capacitors C1 to C3 as the voltage dividing element and the detecting element. In the case where the resistors R1 to R3 are used, the resistance value of the resistor element generally becomes the capacitance value of the capacitor. Therefore, there is an advantage that the output voltage of the DC / DC converter can be detected with high accuracy because the variation is smaller than that of the DC / DC converter. Further, in the present embodiment, the output of the power supply device 10 is a rectangular wave AC voltage. However, it is needless to say that a similar effect can be obtained by using a sine wave AC voltage as in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 16, in the second embodiment as well, capacitors C1 to C3 can be used instead of the voltage dividing resistors R1 and R2 and the detection resistor R3. The same effect as in the second embodiment can be obtained regardless of whether the output of the signal 10 is a sine wave or a rectangular wave.
[0043]
By the way, in the earth leakage detecting device 20 of the above-described first to third embodiments, the switching element 15 is opened before the power supply from the power supply device 10 to the load 2 is started, and the earth leakage is performed in a state where the power supply device 10 has no load. It is desirable to perform detection. That is, if only the booster circuit 11 is operated with the switching element 15 opened as shown in FIG. 17, it is possible to detect a leakage in the power supply device 10 from the insulating transformer 12 to the DC / AC converter circuit 14, If the DC / AC conversion circuit 14 is operated, the leakage from the DC / AC conversion circuit 14 to the switching element 15 can be detected. If no leakage is detected in these initial diagnoses, the switching element 15 is closed after waiting for a certain period of time to form a power supply path from the power supply 10 to the load 2 and the booster circuit 11 and the DC / AC converter 14 To operate the power supply device 10. As described above, by performing the leakage detection under no load, there is an advantage that the occurrence of a leakage accident can be prevented beforehand and safety can be improved.
[0044]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, each of the determination units can detect the leakage at each of the detection locations, so that not only the presence or absence of the leakage but also the location of the occurrence can be detected at the same time. In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location where the electrical leakage occurs.
[0045]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to detect leakage at a plurality of locations by using the fact that the waveform and level of the detection signal are different for each location. . In addition, when electric leakage occurs at a plurality of locations at the same time, it is possible to simultaneously detect the occurrence of the electrical leakage and the location where the electrical leakage occurs.
[0046]
According to the third aspect of the invention, since the impedance value (resistance value) of the resistance element generally has a small variation, the output voltage of the DC / DC converter can be accurately detected.
[0047]
According to the fourth aspect of the present invention, the withstand voltage is improved as compared with the case where a resistor is used, and wasteful power consumption can be prevented because a direct current does not flow through the voltage dividing element or the detecting element in a steady state.
[0048]
According to the fifth aspect of the present invention, for example, information on the determination result can be notified to the user by a video, a character, a sound, or the like in an external device to improve safety.
[0049]
According to the sixth aspect of the present invention, leakage detection is performed in a no-load state, thereby preventing occurrence of a leakage accident and improving safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a first determination unit in the above.
FIG. 3 is a block diagram showing a second determination unit in the above.
FIG. 4 is a block diagram showing a third determination unit in the above.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of a first determination unit.
FIG. 6 is a waveform chart for explaining the operation of the first determination unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of a second determination unit.
FIG. 8 is a waveform chart for explaining the operation of the second determination unit.
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of a third determination unit.
FIG. 10 is a waveform chart for explaining the operation of a third determination unit.
FIG. 11 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a second embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing a signal processing circuit unit in the above.
FIG. 13 is a circuit block diagram illustrating a leakage detection device and a power supply device according to a third embodiment.
FIG. 14 is a waveform diagram of an output voltage of the power supply device in the above power supply device;
FIG. 15 is a waveform chart of a detection voltage in the above power supply;
FIG. 16 is a circuit block diagram showing another configuration of the electric leakage detection device and the power supply device according to the above.
FIG. 17 is a timing chart for explaining the above operation.
FIG. 18 is a circuit diagram showing a conventional example.
FIG. 19 is an explanatory diagram of the operation of the above.
FIG. 20 is a circuit diagram showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
10 Power supply
20 Electric leakage detection device
21 Amplifier
22 First judgment unit
23 Second determination unit
24 Third Determination Unit

Claims

直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出素子の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、検出信号に含まれる前記交流電圧の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第１の判定部、検出信号に含まれる直流成分を極性に応じた所定の閾値と比較することで漏電を判定する第２の判定部、検出信号に含まれる前記チョッピング周波数に等しい周波数成分の実効値を所定の閾値と比較することで漏電を判定する第３の判定部、のうちの少なくとも何れか２つの判定部を具備することを特徴とする漏電検出装置。A DC / DC conversion circuit that chops the DC voltage supplied from the DC power supply and boosts it to a desired level through an insulating transformer, and then rectifies and smoothes the output, and converts the DC voltage output from the DC / DC conversion circuit into an AC voltage. A power supply device having a DC / AC conversion circuit for converting, and an opening / closing element for opening / closing a power supply path from the DC / AC conversion circuit to the load, and operating in a state electrically insulated from the ground to supply an AC voltage to the load A leakage detecting device for detecting a leakage of the voltage, comprising two voltage dividing elements connected in series between the input terminals or the output terminals of the DC / AC conversion circuit having the same impedance value, a connection point of the voltage dividing elements, and the ground. The detection element inserted between the detection element and the voltage between both ends of the detection element is captured as a detection signal, and the captured detection signal is subjected to signal processing to determine the presence / absence of leakage and the location of occurrence. A first determining unit that determines an electric leakage by comparing an effective value of the AC voltage included in the detection signal with a predetermined threshold, and polarizes a DC component included in the detection signal. A second determining unit that determines an electric leakage by comparing with a predetermined threshold value corresponding thereto, and a third determining unit that determines an electric leakage by comparing an effective value of a frequency component equal to the chopping frequency included in the detection signal with a predetermined threshold value. A leakage detection device comprising at least any two of the determination units.

直流電源から供給される直流電圧をチョッピングするとともに絶縁トランスを介して所望のレベルに昇圧した後に整流平滑して出力する直流直流変換回路と、直流直流変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と、直流交流変換回路から負荷への給電路を開閉する開閉要素とを有し、グランドと電気的に絶縁された状態で動作して負荷に交流電圧を供給する電源装置の漏電を検出する漏電検出装置であって、互いにインピーダンス値が等しく直流交流変換回路の入力端間又は出力端間に直列接続される２つの分圧素子と、分圧素子の接続点と前記グランドの間に挿入される検出素子と、検出抵抗の両端電圧を検出信号として取り込み且つ取り込んだ検出信号を信号処理して漏電の有無並びに発生箇所を判定する判定手段とを備え、判定手段は、アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換し、デジタルの検出信号から得られる波形データ並びにレベルデータを予め用意された基準データと比較することを特徴とする漏電検出装置。A DC / DC conversion circuit that chops the DC voltage supplied from the DC power supply and boosts it to a desired level through an insulating transformer, and then rectifies and smoothes the output, and converts the DC voltage output from the DC / DC conversion circuit into an AC voltage. A power supply device having a DC / AC conversion circuit for converting, and an opening / closing element for opening / closing a power supply path from the DC / AC conversion circuit to the load, and operating in a state electrically insulated from the ground to supply an AC voltage to the load A leakage detecting device for detecting a leakage of the voltage, comprising two voltage dividing elements connected in series between the input terminals or the output terminals of the DC / AC conversion circuit having the same impedance value, a connection point of the voltage dividing elements, and the ground. The detection element inserted between the detection element and the voltage across the detection resistor is fetched as a detection signal, and the fetched detection signal is subjected to signal processing to determine the presence / absence of leakage and the location of occurrence. Determining means for converting an analog detection signal into a digital detection signal, and comparing waveform data and level data obtained from the digital detection signal with reference data prepared in advance. Electric leakage detection device.

前記分圧素子並びに検出素子を抵抗としたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏電検出装置。3. The leakage detecting device according to claim 1, wherein the voltage dividing element and the detecting element are resistors.

前記分圧素子並びに検出素子をコンデンサとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏電検出装置。3. The leakage detecting device according to claim 1, wherein the voltage dividing element and the detecting element are capacitors.

判定手段による判定結果を通信媒体により外部に伝送する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の漏電検出装置。The earth leakage detecting device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a communication unit configured to transmit a determination result by the determination unit to the outside via a communication medium.

判定手段は、電源装置から負荷への電力供給が開始される前に前記開閉要素を開成して電源装置を無負荷とした状態で漏電の判定を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の漏電検出装置。The power supply device according to claim 1, wherein the determination unit performs the leakage determination in a state where the power supply device is not loaded by opening the switching element before the power supply from the power supply device to the load is started. The leakage detection device according to any one of the above.