JP2005156324A - 過電流検出機能付き電流検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電流を検出する電流検出センサに過電流を検出する機能をさらに備えた過電流検出機能付き電流検出センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る過電流検出機能付き電流検出センサ１は、測定対象の電路２００に流れる電流Ｉを検出する電流検出部１０と、電流検出部１０の出力が入力され入力と出力とが線形関係となるように線形増幅する線形増幅回路２１と、電流検出部１０の出力が入力され入力と出力とが対数関係となるように対数増幅する対数増幅回路２３と、電流検出部１０の出力における絶対値の閾値に対する大小に応じて、対数増幅回路２１及び線形増幅回路２３の出力のうちの何れか一方を電流検出結果として出力する比較回路２２及びバッファ２４，２５で構成される制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流を検出する電流検出センサに関し、特に、過電流を検出する機能をさらに備える過電流検出機能付き電流検出センサに関する。

従来の電流検出センサとして、例えば、図５に示すホール素子を用いた電流検出センサが知られている。図５は、従来の電流検出センサの一例を示す図である。図５において、電流検出センサ１０１は、貫通する電路２００に流れる電流によってその電流値に応じた磁束を発生するコア１１１と、コア１１１に発生した磁束に応じた電圧を発生するホール素子１１２と、ホール素子１１２の出力電圧を増幅する増幅器１１３とを備えて構成される。このような構成の電流検出センサ１０１は、電路２００に被検出電流が流れると、コア１１１及びホール素子１１２によって被検出電流がその電流値に対応する電圧値の電圧に変換され、この電圧を増幅部１１３で増幅することによって検出結果を得るものである。

しかしながら、このような構成の電流検出センサでは、電路２００に大電流が流れるとコア１１１に発生する磁束が飽和してしまうので、電路２００に流れる電流を正確に検出することができない場合があるという問題があった。また、測定精度がホール素子１１２の性能に大きく依存しているため、ホール素子１１２の性能における製品ばらつきやホール素子１１２の温度特性の影響を受け得るという問題があった。そこで、このような問題点を改善した電流検出センサが、例えば、特許文献１に開示されている。

図６は、特許文献１に記載の電流検出センサを示すブロック図である。図６において、特許文献１に記載の電流検出センサ１０２は、電路２００に直列に接続された検出抵抗器１２２と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生する発振回路１２５と、発振回路１２５のクロック信号Ｓ１に応じてオン・オフを行うスイッチ回路１２３と、検出抵抗器１２２の両端子間にスイッチ回路１２３を介して一次巻線１２４ａが接続されたトランス１２４と、トランス１２４の二次巻線１２４ｂに発生する電圧を、基準となる発振回路１２５のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路１２６とを備えて構成される。スイッチ回路１２３は、例えば、発振回路１２５の出力がカソードに接続されると共にアノードに電源電圧Ｖｃｃが印加される発光ダイオード（発光素子の一例）１２３ａと、発光ダイオード１２３ａと光学的に結合されると共に電気的に絶縁されたフォトトランジスタ１２３ｂとから成るフォトカプラである。

そして、電流検出センサ１０２の出力（同期検波回路１２６の出力）は、その大きさが比較的微小であるため、通常、増幅回路１２７によって増幅され、電流検出センサ１０２の使用目的に応じた様々な処理が為される。例えば、電流検出センサ１０２が電流計測計に用いられる場合には、計測された電流値に応じた表示が為されるように、増幅回路１２７の増幅出力は、処理が為される。また例えば、電流検出センサ１０２が漏電遮断器に用いられる場合には、増幅回路１２７の増幅出力が所定値を越えた場合に遮断器がオフするように、増幅回路１２７の増幅出力は、処理が為される。
特開２００２−１９６０２０号公報

ところで、測定対象の機器又はシステムに流れる電流を計測し、さらに、これら測定対象の機器又はシステムを電源回路や負荷回路等における故障から守るために、過電流を計測しようとすると、従来の電流検出センサでは、過電流が定格入力電流の数倍以上、例えば３倍以上や４倍以上であるため、過電流を正確に測定し得ないという問題があった。例えば、定格入力電流が±１００Ａ、この場合における出力電圧±３Ｖ、電源電圧が５Ｖであって、増幅回路の増幅特性により入力電流が±１５０Ａ以上で出力電圧が±４．５Ｖで飽和する電流検出センサの場合では、過電流で入力電流が±４００Ａであっても出力電圧が±４．５となるため、出力電圧だけを見ると、入力電流が±１５０Ａなのか±４００Ａなのか判別することができない。

このため、従来では、例えば図７に示すように、従来の電流検出センサ１０１又は電流検出センサ１０２の他に、過電流を検出する過電流検出センサ１０３を別個に設ける必要があった。図７は、負荷回路の電流及び過電流を検出する回路例を示すブロック図であり直列に接続された電流検出センサ１０１（１０２）、過電流検出センサ１０３及び負荷回路１０４がスイッチ１０５を介して電源回路１０６に接続される。しかしながら、このような過電流検出センサを電流検出センサの他に設ける構成では、コスト高となる問題や設置スペースを確保しなければならないという問題が生じてしまう。特に、電流検出センサと過電流検出センサとでは、回路構成が共通する部分もあるという事情もある。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、定格入力電流の検出及び過電流の検出を１個のセンサで実施可能な過電流検出機能付き電流検出センサを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る過電流検出機能付き電流検出センサは、測定対象の電路に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の出力が入力され、入力と出力とが線形関係となるように線形増幅する線形増幅部と、前記電流検出部の出力が入力され、入力と出力とが対数関係となるように対数増幅する対数増幅部と、前記電流検出部の出力における絶対値の閾値に対する大小に応じて、前記対数増幅部及び前記線形増幅部の出力のうちの何れか一方を電流検出結果として出力する制御部とを備える。

そして、仕様を変更可能とする観点から、上述の過電流検出機能付き電流検出センサにおいて、前記電流検出部の出力における検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、前記電流検出部の出力における検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する仕様設定部と、前記データ格納部に格納される前記各データを外部より変更する仕様変更部とをさらに備える。

また、測定精度の改善や低コスト化等の観点から、これら上述の過電流検出機能付き電流検出センサにおいて、前記電流検出部は、所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、前記発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、前記発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流電流が入力される抵抗器の端子間に前記スイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの二次巻線に発生する交流電圧を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流電流に応じた直流電圧を発生する同期検波回路とを備える。

このような構成の過電流検出機能付き電流検出センサは、線形増幅部と対数増幅部とを備え、電流検出部の線形増幅部又は対数増幅部を介した出力を制御部によって選択的に出力させる。対数増幅部は、線形増幅部に較べて入力電圧の変化に対する出力電圧（入力電圧の増幅出力）の変化が小さいので、線形増幅部における入力可能な電圧の限界に対し数倍の電圧を入力することができる。このため、このような構成の過電流検出機能付き電流検出センサは、定格入力電流の範囲では線形増幅部の出力を電流検出出力とする一方、過電流の範囲では対数増幅部の出力を電流検出出力とすることによって、１個の電流検出センサで定格入力電流の範囲だけでなく過電流も正確に検出することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。まず、本実施形態の構成について説明する。
（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサの構成を示すブロック図である。図２は、線形・非線形増幅部の入出力特性を示す図である。図２の横軸は入力電電圧であり、縦軸は出力電圧である。

図１において、第１の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ１は、電路２００に流れる被検出電流を検出する電流検出部１０と、電流検出部１０の検出出力を所定の入出力特性で増幅する線形・非線形増幅部２０とを備えて構成される。

電流検出部１０は、電路２００に直列に接続される検出抵抗器１２と、発光ダイオード１３ａ及びフォトトランジスタ１３ｂから成るスイッチ回路１３と、一次巻線１４ａ及び二次巻線１４ｂから成るトランス１４と、発振回路１５と、同期検波回路１６とを備えて構成される。これら検出抵抗器１２、スイッチ回路１３、トランス１４、発振回路１５及び同期検波回路１６は、その接続状態を含めて、従来技術において図６を用いて説明した電流検出センサ１０２の検出抵抗器１２２、スイッチ回路１２３、トランス１２４、発振回路１２５及び同期検波回路１２６とそれぞれ同様であるので、その説明を省略する。

線形・非線形増幅部２０は、図２に示すように、入力電圧が定格入力電流領域Ｘの範囲内（図中に破線で示す枠内）である場合には入力電圧と出力電圧とが線形関係になるように増幅すると共に、入力電圧が過電流領域Ｙの範囲内（図中に破線で示す枠外であって一点鎖線で示す枠内）である場合には入力電圧と出力電圧とが対数関係になるように増幅する。

即ち、線形・非線形増幅部２０の増幅特性は、次式（１−１）式及び（１−２）式で表される。
Ｖｏｕｔ＝ａ×Ｖｉ＋ｂ （＋Ｖａ≧Ｖｉ≧−Ｖａ；ａ、ｂは定数） ・・・（１−１）
Ｖｏｕｔ＝ｃ×ｌｏｇＶｉ＋ｄ （Ｖｉ≧＋Ｖａ、−Ｖａ≧Ｖｉ；ｃ、ｄは定数）
・・・（１−２）
ここで、Ｖｉは、入力電圧であり、Ｖｏｕｔは、出力電圧であり、そして、±Ｖａは、電路２００に定格電流±Ａａが流れた場合に電流検出部１０から出力される電圧値である。なお、図２中における±Ｖｂは、過電流検出機能付き電流検出センサ１が正確に検出可能な限界値の過電流±Ａｂが電路２００に流れた場合に電流検出部１０から出力される電圧値である。Ａｂ＞Ａａ、Ｖｂ＞Ｖａである。

このような増幅特性を有する線形・非線形増幅部２０は、例えば、線形増幅回路（Ｌｉｎｅａｒ−Ａｍｐ）２１と、比較回路（ＣＭＰ）２２と、対数増幅回路（Ｌｏｇ−Ａｍｐ）２３と、バッファ２４、２５とを備えて構成される。

線形増幅回路２１は、その入力と出力とが線形関係となるように線形増幅する増幅回路であり、電流検出部１０における同期検波回路１６の出力が入力される。対数増幅回路２３は、その入力と出力とが対数関係となるように対数増幅する増幅回路であり、電流検出部１０における同期検波回路１６の出力が入力される。

バッファ２４、２５は、その入力を保持し、比較回路２２の制御に応じて保持した入力を出力する回路である。バッファ２４は、線形増幅回路２１の出力を保持し、バッファ２５は、対数増幅回路２３の出力を保持する。バッファ２４の出力及びバッファ２５の出力が過電流検出機能付き電流検出センサ１の出力となる。

比較回路２２は、電流検出部１０における同期検波回路１６の出力が入力される。比較回路２２は、この同期検波回路１６の出力（電流検出部１０の出力）と基準電圧Ｖ_０とを比較して、同期検波回路１６の出力における絶対値が基準電圧Ｖ_０以下の場合にはバッファ２４に出力させ、同期検波回路１６の出力における絶対値が基準電圧Ｖ_０より大きい場合にはバッファ２５に出力させるようにバッファ２４、２５を制御する回路である。即ち、電流検出部１０の出力における絶対値の基準電圧Ｖ_０に対する大小によって、線形増幅回路２１で線形増幅された電流検出部１０の出力及び対数増幅回路２４で対数増幅された電流検出部１０の出力のうちの何れか一方が選択的に出力される。従って、基準電圧Ｖ_０は、可変増幅特性増幅部２０の入力電圧が図２に示す定格入力電流領域Ｘであるか過電流領域Ｙであるかを弁別する閾値となるから、基準電圧Ｖ_０はＶａに設定される。

ここで、比較回路２２及びバッファ２４、２５が請求項における制御部の一例に相当し、基準電圧Ｖ_０（Ｖａ）が請求項の閾値に相当する。

次に、第１の実施形態の動作について説明する。
（第１の実施形態の動作）
電路２００に流れる電流の測定が開始されると、発振回路１５は、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生する。このクロック信号Ｓ１によりその所定周波数に応じた周期で断続的に電流がスイッチ回路１３の発光ダイオード１３ａに流れ、発光ダイオード１３ａは、点滅する。この点滅により、スイッチ回路１３のフォトトランジスタ１３ｂは、所定周波数に応じた周期でオン・オフを繰り返す。

一方、電路２００に流れる被検出電流Ｉによって検出抵抗器１２の両端子間には、被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧（端子間電圧）が発生する。フォトトランジスタ１３ｂは、上述のようにオン・オフを繰り返しているので、この端子間電圧は、フォトトランジスタ１３ｂでスイッチングされた状態でトランス１４の一次巻線１４ａに印加され、これによって一次巻線１４ａには、交流電流が流れることになる。このため、トランス１４の二次巻線１４ｂにそのピーク値が検出抵抗器１２の端子間電圧に比例した交流の電圧信号Ｓ２が発生する。

そして、同期検波回路１６がこの電圧信号Ｓ２を発振回路１５から供給されるクロック信号Ｓ１を基準として同期検波し、検出抵抗器１２の端子間電圧に比例した直流の電圧信号Ｓ３を出力する。

このように電流検出部１０では、スイッチ回路１３及びトランス１４を用いて、電路２００側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２００側に与える影響を小さくすることができ、微小電流の検出を行う場合でも被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗器１２に生じる端子間電圧が発振回路１５及びスイッチ回路１３によって交流電圧に変換され、そして、トランス１４、発振回路１５及び同期検波回路１６によって直流の電圧信号Ｓ３に変換されることにより、被検出電流Ｉは、検出される。このため、従来のホール素子を用いた電流検出センサのように電流検出センサの性能がホール素子の性能に大きく依存することなく、また、ホール素子のバラツキや温度特性によって電流検出センサの性能が左右されることがない。

そして、電流検出部１０からの電圧信号Ｓ３は、線形増幅回路２１、比較回路２２及び対数増幅回路２３に入力される。線形増幅回路２１は、この電圧信号Ｓ３を入出力関係が比例関係となるように増幅してバッファ２４に出力（線形増幅出力）し、バッファ２４は、この線形増幅出力を保持する。また、対数増幅回路２３は、電圧信号Ｓ３を入出力関係が対数関係となるように増幅してバッファ２５に出力（対数増幅出力）し、バッファ２５は、この対数増幅出力を保持する。

また、比較回路２２は、電流検出部１０からの電圧信号Ｓ３を基準電圧Ｖ_０（＝Ｖａ）と比較し、その比較の結果、電圧信号Ｓ３が−Ｖａ≦電圧信号Ｓ３≦＋Ｖａである場合には、線形増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されるようにバッファ２４を動作させる。即ち、バッファ２４に保持されている線形増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。ここで、上述したように、基準電圧Ｖ_０（＝Ｖａ）が電路２００に定格電流±Ａａが流れた場合に電流検出部１０から出力される電圧値に設定しているので、被検出電流Ｉが定格入力電流の範囲内である場合、即ち、−Ａａ≦被検出電流Ｉ≦＋Ａａには、被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧値が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。

一方、比較回路２２は、比較の結果、電圧信号Ｓ３が電圧信号Ｓ３≦−Ｖａ、＋Ｖａ≦電圧信号Ｓ３である場合には、対数増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されるようにバッファ２５を動作させる。即ち、バッファ２５に保持されている対数増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。対数増幅は、線形増幅に較べて入力電圧の変化に対する出力電圧の変化が小さい（圧縮される）。このため、被検出電流Ｉが定格電流Ａａに対して約３倍や４倍の過電流が電路２００に流れたとしても、電圧信号Ｓ３が対数関係で増幅された結果が出力されるので、本実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ１は、過電流である被検出電流Ｉも正確に検出することができる。

このように本実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ１では、線形・非線形増幅部２０が被検出電流Ｉの電流値が定格入力電流の範囲内であるか範囲外であるかによって増幅特性が変わって、例えば図２に示すように、定格入力電流の範囲内では線形増幅し、定格入力電流の範囲外では対数増幅するので、電流検出可能範囲が広く、１個の電流検出センサで定格入力電流範囲内検出及び過電流検出を正確に実行することができる。

設計の一例を挙げると、定格入力電流が±１００Ａ、この場合における出力電圧±３Ｖ、電源電圧が５Ｖであって、被検出電流Ｉが定格入力電流の範囲内である場合には（出力電圧）＝０．０３×（被検出電流Ｉ）となるように、被検出電流Ｉが定格入力電流の範囲外である場合には（出力電圧）＝±０．６５１４×ｌｎ（Ａｂｓ（被検出電流Ｉ））となるように、可変増幅特性増幅部２０を設計すると、被検出電流Ｉの電流値が±１５０Ａでは出力電圧±３．２６４Ｖとなり、被検出電流Ｉの電流値が±２００Ａでは出力電圧±３．４５１Ｖとなり、被検出電流Ｉの電流値が±３００Ａでは出力電圧±３．７１６Ｖとなり、そして、被検出電流Ｉの電流値が±４００Ａでは出力電圧±３．９０３Ｖとなって、定格電流の約４倍の過電流まで正確に検出することができる。なお、ｌｎは、自然対数の演算子であり、Ａｂｓは絶対値の演算子である。

次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態は、電流検出センサが設置される各設備の特性に応じた電流検出センサが必要な場合に、それら各設備の特性に応じて特性の異なる複数種類の電流検出センサを用意することなく、一種類で対応可能とする過電流検出機能付き電流検出センサの実施形態である。

図３は、第２の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサの構成を示すブロック図である。

図３において、第２の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ２は、電路２００に流れる被検出電流を検出する電流検出部３０と、電流検出部３０の検出出力を所定の入出力特性で増幅する線形・非線形増幅部５０と、増幅器５６と、過電流検出機能付き電流検出センサ２の仕様を設定する仕様設定部６０とを備えて構成される。

電流検出部３０は、抵抗器３１と、電路２００に直列に接続された検出抵抗器３２と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生する発振回路３６と、発振回路３６のクロック信号Ｓ１がベース端子に供給されてクロック信号Ｓ１に応じてオン・オフを行うトランジスタ（スイッチング素子の一例）３５と、トランジスタのオン・オフに応じてオン・オフを行うスイッチ回路３３と、検出抵抗器３２の両端子間にスイッチ回路３３を介して一次巻線３４ａが接続されたトランス３４と、トランス３４の二次巻線３４ｂに発生する電圧を、基準となる発振回路３６のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路３８と、同期検波回路３８の電圧信号Ｓ３から例えば雑音等の不要な信号成分を除去するローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略記する。）４１と、ＬＰＦ４１が出力する電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度計数を設定するオフセット可変回路４２と、発振回路３６、ＬＰＦ４１、オフセット可変回路４２及び線形・非線形増幅部５０の各動作を設定するデータを格納する内部レジスタ３９と、内部レジスタ３９と仕様設定部６０との間でデータ授受を行うためのインタフェース部４０とを備えて構成される。

スイッチ回路３３は、例えば、トランジスタ３５のコレクタ端子がカソードに接続されると共にアノードに抵抗器３１を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される発光ダイオード（発光素子の一例）３３ａと、発光ダイオード３３ａと光学的に結合されると共に電気的に絶縁されたフォトトランジスタ３３ｂとから成るフォトカプラである。

線形・非線形増幅部５０は、第１の実施形態における線形・非線形増幅部２０と同様に、図２に示すように、入力電圧が定格入力電流領域Ｘの範囲内である場合には入力電圧と出力電圧とが線形関係になるように増幅すると共に、入力電圧が過電流領域Ｙの範囲内である場合には入力電圧と出力電圧とが対数関係になるように増幅するが、ゲイン及びゲイン温度係数が内部レジスタ３９によって設定可能なように構成されている。

このような増幅特性を有する可変増幅特性増幅部５０は、例えば、線形増幅回路（ｌｉｎｅａｒ−Ａｍｐ）５１と、比較回路（ＣＭＰ）５２と、対数増幅回路（ｌｏｇ−Ａｍｐ）５３と、バッファ５４、５５とを備えて構成される。

線形増幅回路５１は、電流検出部３０におけるオフセット可変回路４２の出力が入力される。線形増幅回路５１は、その入力と出力とが線形関係となるように線形増幅する増幅回路であって、オフセット可変回路４２の出力のゲイン及びゲイン温度係数を設定する。対数増幅回路５３は、電流検出部３０におけるオフセット可変回路４２の出力が入力される。対数増幅回路５３は、その入力と出力とが対数関係となるように対数増幅する増幅回路であって、オフセット可変回路４２の出力のゲイン及びゲイン温度係数を設定する。

バッファ５４、５５は、その入力を保持し、比較回路５２の制御に応じて保持した入力を出力する回路である。バッファ５４は、線形増幅回路５１の出力を保持し、バッファ５５は、対数増幅回路５３の出力を保持する。バッファ５４の出力及びバッファ５５の出力は、増幅器５６に入力され、増幅器５６は、電路２００に流れる電流の電流値の検出信号Ｓ５として出力端子Ｔｏｕｔに出力する。

比較回路５２は、電流検出部３０におけるオフセット可変回路４２の出力が入力される。比較回路２２は、このオフセット可変回路４２の出力（電流検出部３０の出力）と内部レジスタ３９から設定された基準電圧Ｖ_１とを比較して、オフセット可変回路４２の出力における絶対値が基準電圧Ｖ_１以下の場合にはバッファ５４に出力させ、オフセット可変回路４２の出力における絶対値が基準電圧Ｖ_１より大きい場合にはバッファ５５に出力させるようにバッファ５４、５５を制御する回路である。即ち、オフセット可変回路４２の出力における絶対値の基準電圧Ｖ_１に対する大小によって、線形増幅回路５１で線形増幅されたオフセット可変回路４２の出力及び対数増幅回路５４で対数増幅されたオフセット可変回路４２の出力のうちの何れか一方が選択的に出力される。従って、基準電圧Ｖ_１は、可変増幅特性増幅部５０の入力電圧Ｖｉが図２に示す定格入力電流領域Ｘであるか過電流領域Ｙであるかを弁別する閾値となるから、基準電圧Ｖ_１がＶａに相当するように、オフセット可変回路４２に設定されるオフセット及びオフセット温度係数を考慮した上で設定される。ここで、比較回路５２及びバッファ５４、５５が請求項における制御部の一例に相当し、基準電圧Ｖ_１（Ｖａ）が請求項の閾値に相当する。

仕様設定部６０は、外部機器との間でデータの授受を行うための外部インターフェース部６３と、外部インターフェース部６３を介して受け取った過電流検出機能付き電流検出センサ２の検出精度（ゲイン、オフセット）、温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）及び基準電圧Ｖ_１の各データを記憶する例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性のメモリ６２と、メモリ６２のデータの入出力を制御する仕様設定制御部６１とから構成される。

次に、第２の実施形態の動作について説明する。
（第２の実施形態の動作）
電路２００に被検出電流Ｉが流れることによって検出抵抗器３２の両端子間に発生する端子間電圧が発振回路３６、トランジスタ３５、スイッチ回路３３によって交流電圧に変換されてトランス３４の一次巻線３４ａに印加され、トランス３４の二次巻線３４ｂから出力された交流の電圧信号Ｓ２が発振回路３６及び同期検波回路３８によって直流の電圧信号Ｓ３に変換されて出力されるまでの動作は、第１の実施形態と同様である。

第１の実施形態と同様に、電流検出部３０では、スイッチ回路３３及びトランス３４を用いて、電路２００側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２００側に与える影響を小さくすることができ、微小電流の検出を行う場合でも被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗器３２に生じる端子間電圧が発振回路３６、トランジスタ３５及びスイッチ回路３３によって交流電圧に変換され、そして、トランス３４、発振回路３６及び同期検波回路３８によって直流の電圧信号Ｓ３に変換されることにより、被検出電流Ｉは、検出される。このため、従来のホール素子を用いた電流検出センサのように電流検出センサの性能がホール素子の性能に大きく依存することなく、また、ホール素子のバラツキや温度特性によって電流検出センサの性能が左右されることがない。

そして、電流検出部３０からの電圧信号Ｓ３は、ＬＰＦ４１によって不要な信号成分が除去され、オフセット可変回路４２によって内部レジスタ３９に格納されているオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてＬＰＦ４１の出力のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、線形増幅回路５１、比較回路５２及び対数増幅回路５３に入力される。

線形増幅回路５１は、内部レジスタ３９に格納されているゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度特性を設定し、このオフセット可変回路４２からの電圧信号Ｓ５を入出力関係が比例関係となるように増幅してバッファ５４に出力（線形増幅出力）し、バッファ５４は、この線形増幅出力を保持する。また、対数増幅回路５３は、内部レジスタ３９に格納されているゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度特性を設定し、オフセット可変回路４２からの電圧信号Ｓ５を入出力関係が対数関係となるように増幅してバッファ５５に出力（対数増幅出力）し、バッファ５５は、この対数増幅出力を保持する。

また、比較回路５２は、オフセット可変回路４２からの電圧信号Ｓ５を、内部レジスタ３９によって設定された基準電圧Ｖ_１（＝Ｖａ）と比較し、その比較の結果、電圧信号Ｓ５が−Ｖａ≦電圧信号Ｓ５≦＋Ｖａである場合には、線形増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されるようにバッファ５４を動作させる。即ち、バッファ５４に保持されている線形増幅出力が増幅器５６を介して検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。ここで、上述したように、基準電圧Ｖ_１（＝Ｖａ）が電路２００に定格電流±Ａａが流れた場合に電流検出部３０から出力される電圧値に設定しているので、被検出電流Ｉが定格入力電流の範囲内である場合、即ち、−Ａａ≦被検出電流Ｉ≦＋Ａａには、被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧値が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。

一方、比較回路５２は、比較の結果、電圧信号Ｓ５が電圧信号Ｓ５≦−Ｖａ、＋Ｖａ≦電圧信号Ｓ５である場合には、対数増幅出力が検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されるようにバッファ５５を動作させる。即ち、バッファ５５に保持されている対数増幅出力が増幅器５６を介して検出出力端子Ｔｏｕｔから出力されることになる。対数増幅は、線形増幅に較べて入力電圧の変化に対する出力電圧の変化が小さい（圧縮される）。このため、被検出電流Ｉが定格電流Ａａに対して約３倍や４倍の過電流が電路２００に流れたとしても、電圧信号Ｓ５が対数関係で増幅された結果が出力されるので、本実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ２は、過電流である被検出電流Ｉも正確に検出することができる。

このように本実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサ２では、線形・非線形増幅部５０が被検出電流Ｉの電流値が定格入力電流の範囲内であるか範囲外であるかによって増幅特性が変わって、例えば図２に示すように、定格入力電流の範囲内では線形増幅し、定格入力電流の範囲外では対数増幅するので、電流検出可能範囲が広く、１個の電流検出センサで定格入力電流範囲内検出及び過電流検出を正確に実行することができる。

ここで、過電流検出機能付き電流検出センサ２の仕様を設計仕様に合わせるためには、まず、ユーザは、外部機器を用いて、外部機器から外部インターフェース部６３、仕様設定制御部６１を介して検出精度、温度特性及び基準電圧Ｖ_１の各変更データを仕様設定部６０のメモリ６２に記憶させる。そして、次回に過電流検出機能付き電流検出センサ２の電源が投入されると、メモリ６２に記憶された各変更データが仕様設定制御部６１によって読み出されて、インターフェース部４０を介して内部レジスタ３９に転送されて格納される。以後オフセット可変回路４２は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のオフセット及びオフセット温度係数を設定し、線形増幅回路５１及び対数増幅回路５３は、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいて電圧信号Ｓ４のゲイン及びゲイン温度係数を設定し、さらに比較回路５２も変更された基準電圧Ｖ_１で比較を行い、増幅器５６からは変更された仕様で検出出力信号が出力される。

即ち、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部６３と、外部から外部インターフェース部６３を介して受け取った検出精度、温度特性及び基準電圧Ｖ_１の各データを記憶するメモリ６２と、メモリ６２のデータの入出力を制御する仕様設定制御部６１とを備え、仕様設定制御部６１は、電源投入時、メモリ６２の各データを内部レジスタ３９に転送し、転送された各データに基づいて検出精度、温度特性及び基準電圧Ｖ_１を設定する。

このように本実施形態の過電流検出機能付き電流検出センサ２は、仕様の異なるセンサに交換したり、メモリ６２を交換することなく、任意の仕様に柔軟、簡易、且つ低コストに変更することができる。

なお、上述の第２の実施形態では、仕様設定部６０は、仕様設定制御部６１と、メモリ６２と、外部インタフェース部６３とを備えて構成したが、メモリ６２及び仕様設定制御部６１の代わりに、外部インターフェース部６３を介して受け取った過電流検出機能付き電流検出センサ（符号を２’とする）の検出精度（ゲイン、オフセット）、温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）及び基準電圧Ｖ_１の各データ、並びに、本過電流検出機能付き電流検出センサ２’の動作を実行するためのソフトウェアを記憶する例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性のメモリ（符号を６２’とする）と、メモリ６２’のデータの入出力を制御すると共に過電流検出機能付き電流検出センサ２’の動作を制御する例えばマイクロプロセッサ等で構成される仕様設定制御部（符号を６１’とする）とを備えて構成される。

この第２の実施形態の変形形態においては、内部レジスタ３９に格納されている検出精度（ゲイン、オフセット）及び温度特性（ゲイン温度係数、オフセット温度係数）の各データを外部から変更する検出精度／温度特性書換モードと、最適な温度特性を自動的に学習してその最適な温度特性に自動的に合わせる学習機能モードとを備えており、その各動作はメモリ６２’に記憶されているソフトウェアを仕様設定制御部６１’で実行することで実現される。

図４は、第２の実施形態の変形形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサにおける仕様設定の動作を示すフローチャートである。

図４において、まず過電流検出機能付き電流検出センサ２’が動作を開始すると（ステップＳ１１）、学習機能モードか否かを判別し（ステップＳ１２）、学習機能モードでなければ検出精度／温度特性書換モードであるか否かを判別する（ステップＳ２１）。判別の結果、検出精度／温度特性書換モードである場合（ＹＥＳ）には、以下の検出精度及び温度特性の書換動作を行う（ステップＳ２２）。

検出精度／温度特性書換モードでは、まず、外部機器から外部インターフェース部２０、仕様設定制御部６１’を介して検出精度及び温度特性の各変更データを不揮発性のメモリ６２’に記憶させる。そして、次回の過電流検出機能付き電流検出センサ２’の電源投入時に、又は、仕様設定制御部６１’が外部機器から外部インターフェース部６３を介して書換え指示信号を受け取った時に、仕様設定制御部６１’は、メモリ６２’に記憶された各変更データをインターフェース部４０を介して内部レジスタ３９に転送して格納する。以後、オフセット可変回路４２は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてＬＰＦ４１からの出力に対しオフセット及びオフセット温度係数を設定し、線形増幅回路５１及び対数増幅回路５３は、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいてオフセット可変回路４２からの出力に対しゲイン及びゲイン温度係数をそれぞれ設定し、さらに、比較回路５２も変更された基準電圧に設定される。

一方、ステップＳ２１の処理において検出精度／温度特性書換モードではない場合（Ｎｏ）にはＳ２に戻る。

また、ステップＳ１２の処理において学習機能モードである場合（ＹＥＳ）では、仕様設定制御部６１’は、過電流検出機能付き電流検出センサ２’を使用した温度範囲の中で中間温度における温度特性データの取り込みを開始する（ステップＳ１３）。このデータの取り込みが完了すると（ステップＳ１４）、次に、仕様設定制御部６１’は、過電流検出機能付き電流検出センサ２’を使用した温度範囲の中で最低温度における温度特性データの取り込みを開始する（ステップＳ１５）。このデータの取り込みが完了すると（ステップＳ１６）、次に、仕様設定制御部６１’は、過電流検出機能付き電流検出センサ２’を使用した温度範囲の中で最高温度における温度特性データの取り込みを開始する（ステップＳ１７）。このデータの取り込みが完了すると（ステップＳ１８）、仕様設定制御部６１’は、取り込んだ最低温度、中間温度、最高温度における各温度特性データから現在の温度特性を学習し、その学習結果からオフセット可変回路４２が設定するオフセット温度係数及びゲイン可変回路４２が設定するゲイン温度係数の最適な値を計算する（ステップＳ１９）。そして、仕様設定制御部６１’は、最適な温度係数データをインターフェース部４０を介して内部レジスタ３９に転送して格納する（ステップＳ２０）。

以後、オフセット可変回路４２は、最適なオフセット温度係数のデータに基づいてＬＰＦ４１からの出力に対しオフセット温度係数を設定し、さらに、線形増幅回路５１及び対数増幅回路５３は、最適なゲイン温度係数のデータに基づいてオフセット可変回路４２からの出力に対しゲイン温度係数をそれぞれ設定する。

即ち、外部とデータの授受を行うための外部インターフェース部６３と、外部から外部インターフェース部６３を介して受け取った検出精度、温度特性及び基準電圧Ｖ_１の各データを記憶するメモリ６２と、本過電流検出機能付き電流検出センサの動作を制御する仕様設定制御部６１’とを備え、仕様設定制御部６１’は、電源投入時又は書換え指示信号を受け取った時、メモリ６２の各データを内部レジスタ３９に転送し、転送された各データに基づいて検出精度及び温度特性を設定する。そして、検出精度及び温度特性を設定した後、仕様設定制御部６１’は、ｌつ以上の所定温度における電圧信号の温度特性を取り込み、取り込んだ温度特性に基づいてメモリ６２に格納している温度特性のデータを最適なデータに変更する。

このように本第２の実施形態の変形形態における過電流検出機能付き電流検出センサ２’は、仕様の異なる電流検出センサに交換したり、メモリ６２’を交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ、低コストに変更できると共に、検出精度／温度特性書換モードで任意の温度特性に変更した後、実際の温度特性を計測することなく、学習機能モードで最適な温度特性に補正できる。

また、上述の第２の実施形態では、仕様設定部６０によってインターフェース部４０を介して内部レジスタ３９の内容を設定したが、インターフェース部１７に接続した外部書換え機器接続用のインタフェース部を介して接続された、外部からデータを書換える外部書換え機器によって設定するように構成してもよい。

ユーザが、外部書換え機器を用いて検出精度及び温度特性の各変更データを作成し、書換えの実行を外部書換え機器に指示すると、外部書換え機器は、検出精度及び温度特性の各変更データを外部書換え機器接続用のインタフェース部及びインターフェース部４０を介して内部レジスタ３９に転送して格納する。以後、オフセット可変回路４２は、変更されたオフセット及びオフセット温度係数のデータに基づいてＬＰＦ４１からの出力に対しオフセット及びオフセット温度係数を設定し、線形増幅回路５１及び対数増幅回路５３は、変更されたゲイン及びゲイン温度係数のデータに基づいてオフセット可変回路４２からの出力に対しゲイン及びゲイン温度係数をそれぞれ設定し、さらに、比較回路５２も変更された基準電圧に設定される。

このように構成することによっても、過電流検出機能付き電流検出センサ２’は、仕様の異なるセンサに交換することなく、任意のタイミングで任意の検出精度、温度特性に柔軟、簡易、且つ低コストに変更できる。

さらに、このような外部書換え機器に上述の変形形態と同様な最適な温度特性を自動的に学習してその最適な温度特性に合わせる学習機能モードを動作させるように構成してもよい。

また、上述の第１及び第２の実施形態では、電流検出部１０、３０の出力を線形増幅回路２１、５１及び対数増幅回路２３、５３に入力し、線形増幅回路２１、５１の出力及び対数増幅回路２３、５３の出力を比較回路２２及びバッファ２４，２５で選択的に出力するように構成したが、電流検出部１０、３０の出力をその絶対値の閾値に対する大小に応じて選択的に線形増幅回路２１、５１又は対数増幅回路２３、５３に入力するように構成してもよい。

第１の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサの構成を示すブロック図である。 可変増幅特性増幅部の入出力特性を示す図である。 第２の実施形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の変形形態に係る過電流検出機能付き電流検出センサにおける仕様設定の動作を示すフローチャートである。 従来の電流検出センサの一例を示す図である。 特許文献１に記載の電流検出センサを示すブロック図である。 負荷回路の電流及び過電流を検出する回路例を示すブロック図である。

符号の説明

１、２ 過電流検出機能付き電流検出センサ
１０、３０ 電流検出部
２０、５０ 線形・非線形増幅部
６０ 仕様設定部
１２、３２、１２２ 検出抵抗器
１３、３３、１２３ スイッチ回路
１４、３４、１２４ トランス
１５、３６、１２５ 発振回路
１６、３８、１２６ 同期検波回路
２１、５１ 線形増幅回路
２２、５２ 比較回路
２３、５３ 対数増幅回路
２４、２５、５４、５５ バッファ
３９ 内部レジスタ
４２ オフセット可変回路
６１ 仕様設定制御部
６２ メモリ
６３ 外部インタフェース部

Claims (3)

1. 測定対象の電路に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の出力が入力され、入力と出力とが線形関係となるように線形増幅する線形増幅部と、
   前記電流検出部の出力が入力され、入力と出力とが対数関係となるように対数増幅する対数増幅部と、
   前記電流検出部の出力における絶対値の閾値に対する大小に応じて、前記対数増幅部及び前記線形増幅部の出力のうちの何れか一方を電流検出結果として出力する制御部とを備えること
   を特徴とする過電流検出機能付き電流検出センサ。
2. 前記電流検出部の出力における検出精度及び温度特性の各データを格納するデータ格納部と、
   前記電流検出部の出力における検出精度及び温度特性を前記データ格納部に格納された前記各データに基づいて設定する仕様設定部と、
   前記データ格納部に格納される前記各データを外部より変更する仕様変更部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載の過電流検出機能付き電流検出センサ。
3. 前記電流検出部は、
   所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、
   前記発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、
   前記発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、
   直流電流が入力される抵抗器の端子間に前記スイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、
   前記トランスの二次巻線に発生する交流電圧を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流電流に応じた直流電圧を発生する同期検波回路とを備えること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過電流検出機能付き電流検出センサ。

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