專利名稱：漏電檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在例如電動(dòng)汽車中檢測直流電源的漏電的漏電檢測裝置。
背景技術(shù)：
在電動(dòng)汽車中搭載有高電壓的直流電源，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或車載設(shè)備。該直流電源和接地的車體電氣絕緣。但是由于某些原因，在直流電源和車體之間發(fā)生了絕緣不良或短路等的情況下，在從直流電源到大地的通路中有電流流動(dòng)，從而發(fā)生漏電。因此，在直流電源中設(shè)置了用于檢測這種漏電的漏電檢測裝置。作為這樣的漏電檢測裝置，公知有使用耦合電容器的漏電檢測裝置。該漏電檢測·裝置具有耦合電容器，其一端與直流電源連接；脈沖發(fā)生器，其向耦合電容器的另一端提供脈沖；電壓檢測部，其檢測由脈沖充電的耦合電容器的電壓；漏電判斷部，其將電壓檢測部檢測出的電壓與閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)其比較結(jié)果來判斷直流電源有無漏電。在下述專利文獻(xiàn)1、2中，記載了具有這種結(jié)構(gòu)的漏電檢測裝置。此外，在專利文獻(xiàn)3中記載有這樣的技術(shù)利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電源部中的濾波電容器的蓄積能量，用電源電路對該電容器的充電電壓進(jìn)行升壓而施加于發(fā)動(dòng)機(jī)線圈與大地之間，由此來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的絕緣的下降。可是，在根據(jù)耦合電容器的電壓來檢測有無漏電時(shí)，向耦合電容器施加的電壓的大小會影響檢測精度。即，如圖4所示那樣，如果耦合電容器的電壓Va較小，在直流電源和大地之間的漏電電阻由于溫度等而發(fā)生變化的情況下，電容器電壓的變化幅度α也變小。也就是說，由于不能使動(dòng)態(tài)范圍變大，所以檢測精度存在上限。另一方面，如圖5所示那樣，如果耦合電容器的電壓Vb較大，則相對于漏電電阻的變動(dòng)，電容器電壓的變化幅度β變大。也就是說，由于能夠使動(dòng)態(tài)范圍變大，所以提聞了檢測精度。因此，為了提高檢測精度，可以設(shè)置升壓電路，并將由該升壓電路升壓后的電壓施加于耦合電容器。但是，在耦合電容器的電壓變大時(shí)，也存在該電壓超過CPU可讀取的電壓(例如5V)從而在CPU中無法判斷有無漏電的問題。專利文獻(xiàn)1:日本特開2005 - 127821號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007 - 163291號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2007 - 159289號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是提供這樣的漏電檢測裝置即使為了提高檢測精度而增大耦合電容器的施加電壓，也能夠正常地進(jìn)行有無漏電的判斷。在本發(fā)明中，漏電檢測裝置具有耦合電容器，其一端與直流電源連接；脈沖產(chǎn)生單元，其向該耦合電容器的另一端提供脈沖；電壓檢測單元，其對由該脈沖充電的耦合電容器的電壓進(jìn)行檢測；漏電判斷單元，其對該電壓檢測單元檢測出的電壓與閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)其比較結(jié)果來判斷直流電源有無漏電，其中，該漏電檢測裝置還設(shè)有用于向耦合電容器施加升壓后的脈沖電壓的升壓電路。脈沖產(chǎn)生單元將升壓電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。此外，電壓檢測單元包括偏移電壓生成電路，其根據(jù)升壓電路的輸出電壓生低于脈沖電壓的偏移電壓；運(yùn)算電路，其輸出從耦合電容器的電壓減去偏移電壓后的電壓。之后，漏電判斷單元根據(jù)運(yùn)算電路的輸出電壓和閾值的比較結(jié)果來判斷有無漏電。這樣，即使向耦合電容器施加的脈沖電壓是升壓后的高電壓，也能夠通過電壓檢測單元，將從耦合電容器的電壓中減去了偏移電壓后得到的低電壓輸出作為檢測電壓。因此，能夠?qū)z測電壓收斂于漏電判斷單元能夠讀取的電壓范圍內(nèi)。其結(jié)果是，漏電判斷單元能夠根據(jù)該檢測電壓正常地判斷有無漏電。在本發(fā)明中，脈沖產(chǎn)生單元可以構(gòu)成為包括基準(zhǔn)電壓生成電路，其根據(jù)升壓電路的輸出電壓生成恒壓的基準(zhǔn)電壓；開關(guān)元件，其對由該基準(zhǔn)電壓生成電路輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行開關(guān)，轉(zhuǎn)換為脈沖電壓；控制部，其控制該開關(guān)元件的開/關(guān)動(dòng)作。此外，在本發(fā)明中，漏電判斷單元可以在每當(dāng)脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生脈沖時(shí)，按照預(yù)定的定時(shí)對運(yùn)算電路的輸出電壓與閾值進(jìn)行比較，判斷有無漏電。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供這樣的漏電檢測裝置即使為了提高檢測精度而使耦合電容器的施加電壓變大，其也能夠正常地判斷有無漏電。


圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的漏電檢測裝置的電路圖。圖2未漏電時(shí)的各部的信號的波形圖。圖3漏電時(shí)的各部的信號的波形圖。圖4是說明了在耦合電容器的施加電壓較小的情況下的動(dòng)態(tài)范圍的圖。圖5是說明了在耦合電容器的施加電壓較大的情況下的動(dòng)態(tài)范圍的圖。符號說明3 :升壓電路；4 :基準(zhǔn)電壓生成電路；5 CPU ；7 :偏移電壓生成電路；8 :運(yùn)算電路；10 :負(fù)載電源；11 :脈沖產(chǎn)生電路；12 :電壓檢測電路；100 :漏電檢測裝置；C :耦合電容器；Q :開關(guān)元件
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在此處，列舉將本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)汽車中所搭載的漏電檢測裝置的情況下的示例。如圖1所示那樣，漏電檢測裝置100具有端子Tl，其連接驅(qū)動(dòng)電源I的正極；端子T2，其連接驅(qū)動(dòng)電源I的負(fù)極；端子T3，其連接負(fù)載電源10的負(fù)極。驅(qū)動(dòng)電源I為由例如鉛蓄電池構(gòu)成的低圧直流電源，負(fù)載電源10為由例如鋰電池構(gòu)成的高圧直流電源。負(fù)載電源10向車輛所搭載的各負(fù)載提供電壓。負(fù)載電源10和大地G (車體)之間存在寄生電容Cs。此外，在負(fù)載電源10漏電時(shí)，在負(fù)載電源10與大地G之間等效地連接有漏電電阻Rx。在漏電檢測裝置100中，具有電源電路2、升壓電路3、CPU 5、存儲器9、脈沖產(chǎn)生電路11、電壓檢測電路12、二極管D、電阻R以及耦合電容器C。脈沖產(chǎn)生電路11具有基準(zhǔn)電壓生成電路4和開關(guān)元件Q。電壓檢測電路12具有濾波電路6、偏移電壓生成電路7、運(yùn)算電路8。
電源電路2是向CPU 5提供驅(qū)動(dòng)電壓的電路，其輸入端經(jīng)由二極管D與端子Tl連接。升壓電路3是對驅(qū)動(dòng)電源I的電壓進(jìn)行升壓的電路，其輸入端經(jīng)由二極管D與端子Tl連接，其輸出端與基準(zhǔn)電壓生成電路4以及偏移電壓生成電路7連接。基準(zhǔn)電壓生成電路4是根據(jù)升壓電路3的輸出電壓生成恒壓的基準(zhǔn)電壓的電路，其輸出端與開關(guān)元件Q連接。開關(guān)元件Q由例如FET (場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成，其對從基準(zhǔn)電壓生成電路4輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行開關(guān)，轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。開關(guān)元件Q的漏極d與基準(zhǔn)電壓生成電路4連接，源極s與電阻R的一端連接，柵極g與CPU 5連接。開關(guān)元件Q的開/關(guān)動(dòng)作由CPU 5進(jìn)行控制。電阻R的另一端與端子T3之間連接有耦合電容器C。該耦合電容器C對漏電檢測裝置100和負(fù)載電源10進(jìn)行直流分離。耦合電容器C的一端經(jīng)由端子T3與負(fù)載電源10的負(fù)極連接。耦合電容器C的另一端經(jīng)由電阻R與開關(guān)元件Q連接，并與濾波電路6連接。 濾波電路6是用于從耦合電容器C的電壓去除噪聲的電路。偏移電壓生成電路7根據(jù)升壓電路3的輸出電壓生成偏移電壓。該偏移電壓低于向耦合電容器C提供的脈沖電壓。運(yùn)算電路8的“ + ”端子被輸入濾波電路6的輸出，運(yùn)算電路8的端子被輸入偏移電壓生成電路7的輸出。運(yùn)算電路8輸出從濾波電路6的輸出(即耦合電容器C的電壓)減去偏移電壓生成電路7的輸出(即偏移電壓)所得到的電壓。運(yùn)算電路8的輸出被送至CPU 5。CPU 5根據(jù)運(yùn)算電路8的輸出與閾值的比較結(jié)果來判斷負(fù)載電源10有無漏電。存儲器9中存儲有上述閾值。以上，脈沖產(chǎn)生電路11是本發(fā)明的“脈沖產(chǎn)生單元”的一個(gè)示例。電壓檢測電路12是本發(fā)明的“電壓檢測單元”的一個(gè)示例。CPU 5是本發(fā)明的“漏電判斷單元”以及“控制部”的一個(gè)示例。負(fù)載電源10是本發(fā)明的“直流電源”的一個(gè)示例。接下來，對由上述結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的漏電檢測裝置100的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，參照圖2對負(fù)載電源10與大地G之間未發(fā)生漏電的情況下的動(dòng)作進(jìn)行說明。如圖2 (a)所示那樣，CPU 5輸出具有預(yù)定頻率的控制脈沖信號。該控制脈沖信號被送至開關(guān)元件Q的柵極g。因此，開關(guān)元件Q與控制脈沖信號同步地進(jìn)行開/關(guān)動(dòng)作，并對由基準(zhǔn)電壓生成電路4輸出的升壓后的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行開關(guān)，從而如圖2 (b)所示那樣轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。脈沖電壓的峰值Vl與基準(zhǔn)電壓大致相同。該脈沖電壓經(jīng)由電阻R被提供至耦合電容器C，使該電容器充電。此時(shí)，寄生電容Cs也被充電。在未發(fā)生漏電的情況下，由于負(fù)載電源10與大地G之間不存在漏電電阻Rx，耦合電容器C的電壓(圖1的η點(diǎn)的電位)如圖2 (C)所示那樣由于脈沖電壓的施加而陡直地升高，一直上升至接近Vl。之后，在不施加脈沖電壓時(shí)，充電的電荷進(jìn)行放電，耦合電容器C的電壓下降到幾乎0V。另外，圓圈所包圍的部分表示電壓波形中疊加的噪聲。耦合電容器C的電壓被輸入至濾波電路6，在此處被去除噪聲。圖2 (d)表示出濾波電路6的輸出電壓的波形。濾波電路6的輸出電壓被輸入至運(yùn)算電路8的“ + ”端子。另一方面，偏移電壓生成電路7根據(jù)升壓電路3的輸出電壓，輸出如圖2 (d)中的點(diǎn)劃線所示那樣的偏移電壓Vo。在此處，Vo<Vl。該偏移電壓Vo被輸入至運(yùn)算電路8的端子。運(yùn)算電路8從濾波電路6的輸出電壓減去偏移電壓Vo。其結(jié)果是，如圖2 (e)所示那樣，從運(yùn)算電路8輸出將圖2 Cd)的電壓波形抽取偏移電壓Vo之上的部分所得到的電壓。以下，為了便于說明，將該輸出電稱為“檢測電壓”。檢測電壓的峰值V2小于脈沖電壓的峰值VI。作為一個(gè)示例，在設(shè)Vl為15 (V)、Vo為10 (V)的情況下，V2- Cl—Vo=5(V )，檢測電壓保持在CPU 5可讀取的電壓的范圍內(nèi)。CPU 5對從運(yùn)算電路8的輸出所讀取的檢測電壓和存儲在存儲器9中的閾值進(jìn)行比較。閾值在圖2 (e)中用Vs表示。并且，比較的結(jié)果，如果檢測電壓為閾值Vs以上，則CPU 5判斷為負(fù)載電源10與大地G之間未發(fā)生漏電生。另一方面，如果檢測電壓小于閾值Vs，則CPU 5判斷為負(fù)載電源10與大地G之間發(fā)生漏電。在圖2 Ce)的情況下，由于檢測電壓為閾值Vs以上，所以判斷為未發(fā)生漏電。另外，每當(dāng)圖2 (b)的脈沖產(chǎn)生時(shí)，進(jìn)行上述有無漏電的判斷。在本實(shí)施方式中，
在脈沖下降的定時(shí)(tl，t2，t3，…)中，CPU 5讀取運(yùn)算電路8的輸出，并與閾值Vs進(jìn)行比較，判斷有無漏電。因此，漏電判斷的次數(shù)變多，從而能夠迅速地進(jìn)行漏電檢測。另外，該判斷定時(shí)也可以是脈沖下降緊前的定時(shí)。接下來，參照圖3對負(fù)載電源10與大地G之間發(fā)生了漏電的情況下的動(dòng)作進(jìn)行說明。CPU 5輸出圖3 (a)所示的控制脈沖信號，開關(guān)元件Q與該信號同步地對基準(zhǔn)電壓生成電路4的輸出(基準(zhǔn)電壓)進(jìn)行開關(guān)，輸出圖3 (b)所示的脈沖電壓。該脈沖電壓經(jīng)由電阻R被提供至耦合電容器C，對該電容器充電。此時(shí)，寄生電容Cs也被充電。關(guān)于以上幾點(diǎn)，與圖2的情況相同。在發(fā)生漏電的情況下，在負(fù)載電源10與大地G之間存在漏電電阻Rx，耦合電容器C的充電電流也在漏電電阻Rx中流動(dòng)。因此,耦合電容器C的電壓(圖1的η點(diǎn)的電位)如圖3 (c)所示那樣，由于脈沖電壓的施加而比較緩和地升高，并沒有到達(dá)Vl附近。在不施加脈沖電壓時(shí)，充電的電荷進(jìn)行放電，耦合電容器C的電壓下降到幾乎0V。圓圈所包圍的部分表不電壓波形中疊加的噪聲。與圖2的情況類似，耦合電容器C的電壓被輸入至濾波電路6，在此處被去除噪聲。圖3 (d)表示濾波電路6的輸出電壓的波形。運(yùn)算電路8從濾波電路6的輸出電壓中減去偏移電壓Vo。其結(jié)果是，從運(yùn)算電路8輸出圖3 (e)所示那樣的檢測電壓。該檢測電壓的峰值V3比圖2 (e)的檢測電壓的峰值V2更小。從而，從運(yùn)算電路8輸出的檢測電壓保持在CPU 5能夠讀取的電壓的范圍內(nèi)。此外，該檢測電壓如圖3 (e)所示那樣小于閾值Vs。從而，CPU 5判斷為負(fù)載電源10與大地G之間發(fā)生漏電。在進(jìn)行了這樣的判斷的情況下，CPU 5經(jīng)由未圖示的通信線路向上級裝置通知發(fā)生了漏電。以上這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，即使向耦合電容器C施加的脈沖電壓是由升壓電路3升壓后的高電壓，從運(yùn)算電路8輸出的檢測電壓也是從耦合電容器C的電壓中減去了偏移電壓Vo所得到的低電壓。因此，能夠?qū)z測電壓保持在CPU 5能夠讀取的電壓的范圍內(nèi)。其結(jié)果是，即使為了提高漏電檢測的精度而使脈沖電壓變高，也能夠在CPU 5中正常地判斷有無漏電。在本發(fā)明中，可以采用上述之外的各種實(shí)施方式。例如，在圖1中，耦合電容器C的電壓經(jīng)由濾波電路6被輸入至運(yùn)算電路8，但是噪聲的影響不成問題的情況下，也可以省略濾波電路6。
此外，在圖1中，構(gòu)成為升壓電路3的輸出被直接輸入至偏移電壓生成電路7，但是也可以構(gòu)成為基準(zhǔn)電壓生成電路4的輸出被輸入至偏移電壓生成電路7。此外，在圖1中，將FET用作開關(guān)元件Q，也可以不用FET而用一般雙極型晶體管。或者，可以將繼電器用作開關(guān)元件Q。此外，在圖2及圖3中，列舉了每當(dāng)從CPU 5產(chǎn)生控制脈沖信號時(shí)進(jìn)行有無漏電的判斷的示例，但是，例如也可以每隔控制脈沖信號的I個(gè)周期進(jìn)行有無漏電的判斷。此外，在所述的實(shí)施方式中，列舉了在車輛所搭載的漏電檢測裝置中應(yīng)用本發(fā)明的示例，但是也可以在用于車輛之外的用途的漏電檢測裝置中應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種漏電檢測裝置，其具有耦合電容器，其一端與直流電源連接；脈沖產(chǎn)生單元，其向所述耦合電容器的另一端提供脈沖；電壓檢測單元，其對由所述脈沖充電的所述耦合電容器的電壓進(jìn)行檢測；以及漏電判斷單元，其對所述電壓檢測單元檢測出的電壓與閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)其比較結(jié)果判斷所述直流電源有無漏電，其特征在于， 所述漏電檢測裝置還具有升壓電路，該升壓電路用于向所述耦合電容器施加升壓后的脈沖電壓， 所述脈沖產(chǎn)生單元將所述升壓電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為所述脈沖電壓， 所述電壓檢測單元包括 偏移電壓生成電路，其根據(jù)所述升壓電路的輸出電壓生成低于所述脈沖電壓的偏移電壓；以及 運(yùn)算電路，其輸出從所述耦合電容器的電壓減去所述偏移電壓后的電壓， 所述漏電判斷單元根據(jù)所述運(yùn)算電路的輸出電壓與所述閾值的比較結(jié)果來判斷有無漏電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漏電檢測裝置，其特征在于， 所述脈沖產(chǎn)生單元包括 基準(zhǔn)電壓生成電路，其根據(jù)所述升壓電路的輸出電壓生成恒壓的基準(zhǔn)電壓； 開關(guān)元件，其對從該基準(zhǔn)電壓生成電路輸出的所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行開關(guān)，轉(zhuǎn)換為所述脈沖電壓；以及 控制部，其控制該開關(guān)元件的開/關(guān)動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的漏電檢測裝置，其特征在于， 每當(dāng)所述脈沖產(chǎn)生單元產(chǎn)生所述脈沖時(shí)，所述漏電判斷單元按照預(yù)定的定時(shí)對所述運(yùn)算電路的輸出電壓與所述閾值進(jìn)行比較，判斷有無漏電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種漏電檢測裝置，即使為了提高檢測精度而增大耦合電容器的施加電壓，也能夠正常進(jìn)行漏電判斷。漏電檢測裝置(100)具有用于向耦合電容器C施加升壓后的脈沖電壓的升壓電路(3)。根據(jù)升壓電路(3)的輸出電壓，在基準(zhǔn)電壓生成電路(4)生成基準(zhǔn)電壓，通過開關(guān)元件Q對該基準(zhǔn)電壓進(jìn)行開關(guān)，轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。從開關(guān)元件Q輸出的脈沖使耦合電容器C充電。偏移電壓生成電路(7)根據(jù)升壓電路(3)的輸出電壓，生成低于脈沖電壓的偏移電壓。運(yùn)算電路(8)輸出從耦合電容器C的電壓減去偏移電壓后得到的電壓。CPU(5)根據(jù)運(yùn)算電路(8)的輸出電壓與閾值的比較結(jié)果來判斷負(fù)載電源(10)有無漏電。
文檔編號B60L3/00GK102998575SQ20121032373
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月12日
發(fā)明者笠島正人, 藤井真輝, 關(guān)根武司, 齊藤貴弘 申請人:歐姆龍汽車電子株式會社