JP2002082134A - 電流センサ、電流測定方法、及びスイッチ回路 - Google Patents
電流センサ、電流測定方法、及びスイッチ回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】カレントトランスの自動実装を容易にする電流
センサを提供すること。 【解決手段】２層以上の多層構造をなす基板と、この基
板の表面（１）から裏面（３）へ貫通するよう設けられ
た貫通穴と、前記表面と前記裏面の配線を前記貫通穴を
介して結線してなるコイル（４）と、このコイル内を通
るよう配置された電線パターンと、を備え、前記電線パ
ターンに電流を流したときに前記コイルの両端に発生す
る電圧を検出する。
センサを提供すること。 【解決手段】２層以上の多層構造をなす基板と、この基
板の表面（１）から裏面（３）へ貫通するよう設けられ
た貫通穴と、前記表面と前記裏面の配線を前記貫通穴を
介して結線してなるコイル（４）と、このコイル内を通
るよう配置された電線パターンと、を備え、前記電線パ
ターンに電流を流したときに前記コイルの両端に発生す
る電圧を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流センサ、電流
測定方法、及びスイッチ回路に関する。
測定方法、及びスイッチ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子式スイッチやチョッパー、イ
ンバーターでは、電源から負荷へ伝わる電力を、電子ス
イッチによりＯＮ−ＯＦＦを繰り返して伝えるようにし
て制御している。
ンバーターでは、電源から負荷へ伝わる電力を、電子ス
イッチによりＯＮ−ＯＦＦを繰り返して伝えるようにし
て制御している。
【０００３】図９にチョッパーを用いたスイッチ回路の
例を示す。この回路では電源１１と負荷１２を電子スイ
ッチ１３と電流センサ１４を介して接続している。この
電子スイッチ１３は制御回路１５を通してＯＮ−ＯＦＦ
動作をするようになっており、同時に電源１１から負荷
１２に伝わる電流を電流センサ１４により検出し、過剰
電流の際には電子スイッチ１３を瞬断させ、電子スイッ
チ１３や負荷１２、電源１１などの故障を未然に防止す
るようになっている。電子スイッチ１３には、通常バイ
ポーラトランジスタや電界効果型トランジスタ、ＩＧＢ
Ｔ（InsulatedGate Bipolar Transistor）などが用い
られる。
例を示す。この回路では電源１１と負荷１２を電子スイ
ッチ１３と電流センサ１４を介して接続している。この
電子スイッチ１３は制御回路１５を通してＯＮ−ＯＦＦ
動作をするようになっており、同時に電源１１から負荷
１２に伝わる電流を電流センサ１４により検出し、過剰
電流の際には電子スイッチ１３を瞬断させ、電子スイッ
チ１３や負荷１２、電源１１などの故障を未然に防止す
るようになっている。電子スイッチ１３には、通常バイ
ポーラトランジスタや電界効果型トランジスタ、ＩＧＢ
Ｔ（InsulatedGate Bipolar Transistor）などが用い
られる。
【０００４】電流センサ１４としては、抵抗器かカレン
トトランス（以降、ＣＴと略称する）が考えられるが、
抵抗器は電力損失の要因になるため、損失を減らすため
にＣＴが用いられる。
トトランス（以降、ＣＴと略称する）が考えられるが、
抵抗器は電力損失の要因になるため、損失を減らすため
にＣＴが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＴは
抵抗器に比べ部品が大きく、しかも構造上、電線をコイ
ルの中に通さなければならず、実装の自動化が複雑とな
る問題があった。
抵抗器に比べ部品が大きく、しかも構造上、電線をコイ
ルの中に通さなければならず、実装の自動化が複雑とな
る問題があった。
【０００６】本発明の目的は、カレントトランスの自動
実装を容易にする電流センサを提供することにある。
実装を容易にする電流センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の電流センサ、電流測定方法、
及びスイッチ回路は以下の如く構成されている。
達成するために、本発明の電流センサ、電流測定方法、
及びスイッチ回路は以下の如く構成されている。
【０００８】（１）本発明の電流センサは、２層以上の
多層構造をなす基板と、この基板の表面から裏面へ貫通
するよう設けられた貫通穴と、前記表面と前記裏面の配
線を前記貫通穴を介して結線してなるコイルと、このコ
イル内を通るよう配置された電線パターンと、を備え、
前記電線パターンに電流を流したときに前記コイルの両
端に発生する電圧を検出する。
多層構造をなす基板と、この基板の表面から裏面へ貫通
するよう設けられた貫通穴と、前記表面と前記裏面の配
線を前記貫通穴を介して結線してなるコイルと、このコ
イル内を通るよう配置された電線パターンと、を備え、
前記電線パターンに電流を流したときに前記コイルの両
端に発生する電圧を検出する。
【０００９】（２）本発明の電流センサは上記（１）に
記載のセンサであり、かつ前記電線パターンは、前記基
板の接合面に配置された。
記載のセンサであり、かつ前記電線パターンは、前記基
板の接合面に配置された。
【００１０】（３）本発明の電流センサは上記（１）ま
たは（２）に記載のセンサであり、かつ前記コイルは、
前記表面と前記裏面にそれぞれ導電パターンを一つ以上
並べて配置し、前記貫通穴を介して前記表面と前記裏面
の前記導電パターンを結線した。
たは（２）に記載のセンサであり、かつ前記コイルは、
前記表面と前記裏面にそれぞれ導電パターンを一つ以上
並べて配置し、前記貫通穴を介して前記表面と前記裏面
の前記導電パターンを結線した。
【００１１】（４）本発明の電流測定方法は上記（１）
乃至（３）のいずれかに記載の電流センサを用いた電流
測定方法であり、前記基板を、計測を要する電流経路付
近に配置し、前記経路を前記基板の配線パターンに接続
して電流を流すことで、前記経路を流れる電流を測定す
る。
乃至（３）のいずれかに記載の電流センサを用いた電流
測定方法であり、前記基板を、計測を要する電流経路付
近に配置し、前記経路を前記基板の配線パターンに接続
して電流を流すことで、前記経路を流れる電流を測定す
る。
【００１２】（５）本発明のスイッチ回路は、電子スイ
ッチと上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電流セ
ンサとを一体化して構成した。
ッチと上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電流セ
ンサとを一体化して構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の第１の実施の形態に係る電流センサの構成を示す
概念図である。この電流センサは、実装基板に多層基板
を用いて電流検出用ＣＴが作り込まれており、多層基板
は少なくとも２層以上の多層構造とし、絶縁性の板を貼
りあわせている。本第１の実施の形態で示す例は２層基
板のものであり、上面（表面）、下面（裏面）、板を貼
り合わせた内部面のそれぞれに導電性の配線パターンを
有しているものとする。
発明の第１の実施の形態に係る電流センサの構成を示す
概念図である。この電流センサは、実装基板に多層基板
を用いて電流検出用ＣＴが作り込まれており、多層基板
は少なくとも２層以上の多層構造とし、絶縁性の板を貼
りあわせている。本第１の実施の形態で示す例は２層基
板のものであり、上面（表面）、下面（裏面）、板を貼
り合わせた内部面のそれぞれに導電性の配線パターンを
有しているものとする。
【００１４】この電流センサは、電流を検出する配線を
引き込むために上面１に端子パッドＡ，Ｂがあり、これ
ら端子パッドＡ，Ｂには、スルーホール（貫通穴）を介
して内部面２の配線パターンがつながっている。また上
面１には、ＣＴ出力用の二つの端子パッドＣＴ１，ＣＴ
２が出ている。そして、上面１と下面３に配線の羅列構
造が作られ、これらがスルーホールによりコイル状に結
線されて、そのコイル４の両端がそれぞれ上面１でパタ
ーン配線により端子パッドＡ，Ｂにつながれている。端
子パッドＡ，Ｂ間をつなぐ内部面２のパターン線は、直
線状（あるいは曲線状）をなし、コイル４の内部を通る
ように配置されている。以下、この構造を詳細図を用い
て説明する。
引き込むために上面１に端子パッドＡ，Ｂがあり、これ
ら端子パッドＡ，Ｂには、スルーホール（貫通穴）を介
して内部面２の配線パターンがつながっている。また上
面１には、ＣＴ出力用の二つの端子パッドＣＴ１，ＣＴ
２が出ている。そして、上面１と下面３に配線の羅列構
造が作られ、これらがスルーホールによりコイル状に結
線されて、そのコイル４の両端がそれぞれ上面１でパタ
ーン配線により端子パッドＡ，Ｂにつながれている。端
子パッドＡ，Ｂ間をつなぐ内部面２のパターン線は、直
線状（あるいは曲線状）をなし、コイル４の内部を通る
ように配置されている。以下、この構造を詳細図を用い
て説明する。
【００１５】図２は、上述した構造をなす電流センサの
詳細図であり、上面１と内部面２と下面３のパターンの
重ね合わせ図である。Ａ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８、及びａ
とｂはスルーホールであり、各面間の結線の役割をす
る。
詳細図であり、上面１と内部面２と下面３のパターンの
重ね合わせ図である。Ａ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８、及びａ
とｂはスルーホールであり、各面間の結線の役割をす
る。
【００１６】図３は上面１、図４は内部面２、図５は下
面３のパターン図である。この構造では、上面１と下面
３に形成されている配線の羅列構造をスルーホールＡ１
〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８で結線することでコイル４をなして
おり、このコイル４の両端を端子パッドＣＴ１とＣＴ２
につないでいる。また、電流検出用の配線はスルホール
ａ，ｂを介して内部面２のパターン線に繋がれている。
面３のパターン図である。この構造では、上面１と下面
３に形成されている配線の羅列構造をスルーホールＡ１
〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８で結線することでコイル４をなして
おり、このコイル４の両端を端子パッドＣＴ１とＣＴ２
につないでいる。また、電流検出用の配線はスルホール
ａ，ｂを介して内部面２のパターン線に繋がれている。
【００１７】この構造において、コイルの巻数は何巻で
もよい。巻数が多いと電流の検出感度が上がるが、配線
の占める面積が大きくなる。実際の使用では、許容面積
内で可能な限り巻数が多くなるようにする。すなわちコ
イルは、基板の上面と下面に、直線あるいは曲線の導電
パターンを一つもしくは複数個並べて配置し、スルーホ
ールにより上面と下面の導電パターンをつなぎあわせ、
螺旋あるいはとぐろ状にすることで形成されている。
もよい。巻数が多いと電流の検出感度が上がるが、配線
の占める面積が大きくなる。実際の使用では、許容面積
内で可能な限り巻数が多くなるようにする。すなわちコ
イルは、基板の上面と下面に、直線あるいは曲線の導電
パターンを一つもしくは複数個並べて配置し、スルーホ
ールにより上面と下面の導電パターンをつなぎあわせ、
螺旋あるいはとぐろ状にすることで形成されている。
【００１８】以上のように構成された電流センサの端子
パッドＡ−Ｂ間に電流が流れた際に、コイル４両端（Ｃ
Ｔ１とＣＴ２の間）に誘導起電力が発生する。コイル４
両端に誘導される電圧は端子パッドＡ−Ｂ間に流れる電
流に比例する。よって、コイル両端に発生する電圧（あ
るいは誘導起電力）を検知することで、端子パッドＡ−
Ｂ間の電流を計測することができる。
パッドＡ−Ｂ間に電流が流れた際に、コイル４両端（Ｃ
Ｔ１とＣＴ２の間）に誘導起電力が発生する。コイル４
両端に誘導される電圧は端子パッドＡ−Ｂ間に流れる電
流に比例する。よって、コイル両端に発生する電圧（あ
るいは誘導起電力）を検知することで、端子パッドＡ−
Ｂ間の電流を計測することができる。
【００１９】図６は、上述した構成をなす電流センサを
測定対象の電線に挿入した例を示す図である。図６の
（ａ）に示すような測定を要する電線がある場合、その
経路６１に、図６の（ｂ）に示すように本発明の電流セ
ンサ６０を挿入して、電線を電流センサ６０における基
板の配線パターンに接続して電流を流し、電流センサ６
０から電流検出信号を得ることで、電線の経路６１を流
れる電流を測定することができる。
測定対象の電線に挿入した例を示す図である。図６の
（ａ）に示すような測定を要する電線がある場合、その
経路６１に、図６の（ｂ）に示すように本発明の電流セ
ンサ６０を挿入して、電線を電流センサ６０における基
板の配線パターンに接続して電流を流し、電流センサ６
０から電流検出信号を得ることで、電線の経路６１を流
れる電流を測定することができる。
【００２０】図７は、上述した構成をなす電流センサと
電子スイッチを一体化したスイッチ回路の例を示す図で
ある。図７に示すように、電流センサ６０と電子スイッ
チ７０を同一の基板７１上に一体化し、電子スイッチ７
０の電流を電流センサ６０で検出できるようにすること
で、電子スイッチ７０に流れる電流をモニターし、過電
流時に電子スイッチ７０を遮断できるようになる。これ
により、過電流による電子スイッチの故障を防ぐことが
でき、スイッチ回路の高信頼化が可能になる。
電子スイッチを一体化したスイッチ回路の例を示す図で
ある。図７に示すように、電流センサ６０と電子スイッ
チ７０を同一の基板７１上に一体化し、電子スイッチ７
０の電流を電流センサ６０で検出できるようにすること
で、電子スイッチ７０に流れる電流をモニターし、過電
流時に電子スイッチ７０を遮断できるようになる。これ
により、過電流による電子スイッチの故障を防ぐことが
でき、スイッチ回路の高信頼化が可能になる。
【００２１】なお電子スイッチ７０は、トランジスタや
ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal‐oxide‐semiconductor field
effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated gate
bipolar transistor）などからなる。また、電流セ
ンサと電子スイッチを同一の基板上に一体化する代わり
に、樹脂などを用いて固めることで一体化してスイッチ
回路を構成することもできる。
ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal‐oxide‐semiconductor field
effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated gate
bipolar transistor）などからなる。また、電流セ
ンサと電子スイッチを同一の基板上に一体化する代わり
に、樹脂などを用いて固めることで一体化してスイッチ
回路を構成することもできる。
【００２２】本第１の実施の形態の電流センサによれ
ば、プリント基板作製時に既に電流検出用ＣＴが作り込
まれているため、従来のようなＣＴの実装に関わるコス
トの問題や自動実装が困難であるといった不具合を解消
できる。また、ＣＴ自体のコストを削減することができ
る。
ば、プリント基板作製時に既に電流検出用ＣＴが作り込
まれているため、従来のようなＣＴの実装に関わるコス
トの問題や自動実装が困難であるといった不具合を解消
できる。また、ＣＴ自体のコストを削減することができ
る。
【００２３】（第２の実施の形態）図８は、上述した構
造をなす電流センサの上面と内部面と下面のパターンの
重ね合わせ図である。電流の検出感度を上げるために、
図８に示すように内部面２のパターン線をコイル状にし
て、上面と下面で形成されるコイル内を通す構造として
もよい。
造をなす電流センサの上面と内部面と下面のパターンの
重ね合わせ図である。電流の検出感度を上げるために、
図８に示すように内部面２のパターン線をコイル状にし
て、上面と下面で形成されるコイル内を通す構造として
もよい。
【００２４】
【実施例】具体的な実施例として、本発明を用いて電流
センサを製作し、電流検出可能か否かを調べた。
センサを製作し、電流検出可能か否かを調べた。
【００２５】プリント基板として厚さ０．５ｍｍの基板
を２枚貼りあわせ、上面１、内部面（接合面）２、下面
３にそれぞれ図３、図４、図５に示されるパターンを形
成し、スルーホールＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８に各面のパ
ターンを繋ぎあわせて、コイル４を形成した。そして、
コイル４の中を通るスルーホールａ−ｂ間の配線に方形
波状の電流を流した。そのときの電流の最大値は２０Ａ
で、最小値は０Ａである。方形波の周波数は５０ｋＨｚ
であった。
を２枚貼りあわせ、上面１、内部面（接合面）２、下面
３にそれぞれ図３、図４、図５に示されるパターンを形
成し、スルーホールＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ８に各面のパ
ターンを繋ぎあわせて、コイル４を形成した。そして、
コイル４の中を通るスルーホールａ−ｂ間の配線に方形
波状の電流を流した。そのときの電流の最大値は２０Ａ
で、最小値は０Ａである。方形波の周波数は５０ｋＨｚ
であった。
【００２６】この実施例で電流を流したときに、端子パ
ッドＣＴ１とＣＴ２の間で数百μＶのパルス信号が発生
していることを確認できた。このパルス信号の波高値は
端子パッドＡ−Ｂ間に流れる電流に完全に比例してお
り、この波高値を知ることで端子パッドＡ−Ｂ間の電流
の強度を測ることができることがわかった。
ッドＣＴ１とＣＴ２の間で数百μＶのパルス信号が発生
していることを確認できた。このパルス信号の波高値は
端子パッドＡ−Ｂ間に流れる電流に完全に比例してお
り、この波高値を知ることで端子パッドＡ−Ｂ間の電流
の強度を測ることができることがわかった。
【００２７】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施でき
る。
されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施でき
る。
【００２８】
【発明の効果】本発明の電流センサによれば、基板作製
時に電流検出用のカレントトランスが作り込まれるた
め、カレントトランスの自動実装が容易になる。
時に電流検出用のカレントトランスが作り込まれるた
め、カレントトランスの自動実装が容易になる。
【００２９】本発明の電流センサによれば、多層構造を
なす基板中に電線パターンを容易に配置させることがで
きる。
なす基板中に電線パターンを容易に配置させることがで
きる。
【００３０】本発明の電流センサによれば、多層構造を
なす基板にコイルを容易に設けることができる。
なす基板にコイルを容易に設けることができる。
【００３１】本発明の電流測定方法によれば、電流経路
に電流センサを配置することで経路の電流を容易に測定
することができる。
に電流センサを配置することで経路の電流を容易に測定
することができる。
【００３２】本発明のスイッチ回路によれば、電子スイ
ッチに流れる電流をモニターし、過電流時に前記電子ス
イッチを遮断できるため、過電流による前記電子スイッ
チの故障を防ぐことができ、スイッチ回路の高信頼化が
可能になる。
ッチに流れる電流をモニターし、過電流時に前記電子ス
イッチを遮断できるため、過電流による前記電子スイッ
チの故障を防ぐことができ、スイッチ回路の高信頼化が
可能になる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの
構成を示す概念図。
構成を示す概念図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの
詳細図であり、上面、内部面、下面のパターンを重ね合
わせて示した図。
詳細図であり、上面、内部面、下面のパターンを重ね合
わせて示した図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの
詳細図であり、上面のパターン図。
詳細図であり、上面のパターン図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの
詳細図であり、内部面のパターン図。
詳細図であり、内部面のパターン図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの
詳細図であり、下面のパターン図。
詳細図であり、下面のパターン図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを
測定対象の電線に挿入した例を示す図。
測定対象の電線に挿入した例を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサと
電子スイッチを一体化したスイッチ回路の例を示す図。
電子スイッチを一体化したスイッチ回路の例を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの
詳細図であり、上面、内部面、下面のパターンを重ね合
わせて示した図。
詳細図であり、上面、内部面、下面のパターンを重ね合
わせて示した図。
【図９】従来技術に係るスイッチ回路の模式図。
Ａ，Ｂ…端子パッド Ａ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ８…スルーホール ＣＴ１，ＣＴ２…コイルの端子パッド １…上面 ２…内部面 ３…下面 ４…コイル
Claims (5)
- 【請求項１】２層以上の多層構造をなす基板と、 この基板の表面から裏面へ貫通するよう設けられた貫通
穴と、 前記表面と前記裏面の配線を前記貫通穴を介して結線し
てなるコイルと、 このコイル内を通るよう配置された電線パターンと、を
備え、 前記電線パターンに電流を流したときに前記コイルの両
端に発生する電圧を検出することを特徴とする電流セン
サ。 - 【請求項２】前記電線パターンは、前記基板の接合面に
配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電流セン
サ。 - 【請求項３】前記コイルは、前記表面と前記裏面にそれ
ぞれ導電パターンを一つ以上並べて配置し、前記貫通穴
を介して前記表面と前記裏面の前記導電パターンを結線
したことを特徴とする請求項１または２に記載の電流セ
ンサ。 - 【請求項４】前記基板を、計測を要する電流経路付近に
配置し、前記経路を前記基板の配線パターンに接続して
電流を流すことで、前記経路を流れる電流を測定するこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流
センサを用いた電流測定方法。 - 【請求項５】電子スイッチと請求項１乃至３のいずれか
に記載の電流センサとを一体化して構成したことを特徴
とするスイッチ回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000273363A JP2002082134A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 電流センサ、電流測定方法、及びスイッチ回路 |
| PCT/JP2001/007746 WO2002021146A1 (fr) | 2000-09-08 | 2001-09-06 | Capteur de courant, procede de mesure du courant, et circuit de commutation |
| US10/139,399 US20020135354A1 (en) | 2000-09-08 | 2002-05-07 | Current sensor, current measuring method, and switch circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000273363A JP2002082134A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 電流センサ、電流測定方法、及びスイッチ回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002082134A true JP2002082134A (ja) | 2002-03-22 |
Family
ID=18759318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000273363A Pending JP2002082134A (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 電流センサ、電流測定方法、及びスイッチ回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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