JP2006010337A - 電流検出器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電力変換器1のアームを構成する半導体スイッチング素子のオン電圧2を検出するオン電圧検出回路14、オン電圧2の極性変化から被検出交流電流の電流極性反転タイミングで立ち下がる極性変化検出信号9を出力するオン極性変化検出回路3、極性変化検出信号9と電流値出力信号5とを入力して電流0A値7を出力するサンプルホールド回路6、および電流0A値7により電流値出力信号5を補正する制御装置8を備えた。【選択図】 図1
Description
被検出電流路に連接し交流電流とその電流極性反転タイミングを同じくする電流が流れる連接電流路、この連接電流路に挿入された半導体素子のオン電圧を検出するオン電圧検出回路、このオン電圧検出回路で検出されたオン電圧の極性変化から交流電流の電流極性が反転するタイミングを検出するオン極性変化検出回路、およびオン極性変化検出回路で検出された電流極性反転タイミングにおける電流検出器の検出電流値である電流0A値に基づき電流検出器の検出電流値を補正する電流補正手段を備えたものである。
被検出電流路に直列に接続された、互いに逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子のオン電圧を検出するオン電圧検出回路、このオン電圧検出回路で検出されたオン電圧がオン電圧波高値よりも低い所定の正側レベルと一致する正側サンプルタイミングを検出する正側レベル検出信号と正側レベルと絶対値が等しい負側レベルと一致する負側サンプルタイミングを検出する負側レベル検出信号とを出力するオン電圧レベル検出回路、正側および負側レベル検出信号と電流検出器の出力信号である電流値出力信号とを入力し、電流値出力信号を正側および負側サンプルタイミングでサンプリングして第1および第2のサンプル電流値を出力する2値サンプルホールド回路、および第1および第2のサンプル電流値を平均して電流検出器の電流0A値を求め、当該電流0A値に基づき電流検出器の検出電流値を補正する電流補正手段を備えたものである。
図1は、本発明の実施の形態1における電流検出器の構成を示すブロック図である。ここでは、インバータである電力変換器1からの交流電流を測定電流15として検出動作をする電流検出器4を対象としている。即ち、電流検出器4は、例えば、ホール素子やホールICなどの温度や個体差により0Aレベルが変動する電流センサーであって、検出電流値である電流値出力信号5に補正処理を施す必要があるものである。
制御装置8は、電力変換器1を駆動するためにゲート信号H1、H2、H3、L1、L2、L3を発生させる。ゲート信号L1、L2、L3は、ゲート信号遅延回路18に入力され、ゲート信号遅延回路18の出力の遅延ゲート信号19は、読み込み許可回路16に入力される。また、読み込み許可回路16には極性変化検出信号9も入力され、これら2つの信号から結果有効信号13を形成する。結果有効信号13は、制御装置8に入力される。
そして、制御装置8は、電流値出力信号5、電流0A値7、結果有効信号13を取り込んで電流値出力信号5に補正処理を加えるものであるが、その処理要領については後段で詳述するとして、以下では先ず、その処理に必要となる各種信号を作成する構成要素について順次説明する。
そして、各相交流出力端子が被検出電流路となり、この被検出電流路に電流検出器4が挿入されている。
更に、この被検出電流路に連接し電流検出器4に流れる交流電流とその電流極性反転タイミングを同じくする電流が流れる連接電流路として、ここでは、図2に示すように、電流検出器4が挿入される交流出力端子に接続される負側アームを設定し、その両端電圧または、グランドが共通の場合は高圧側の電圧をオン電圧2として測定する構成になっている。そして、そのオン電圧2は、オン極性変化検出回路3へ送られるように構成されている。なお、図中、インバータ回路の1アーム分のみ接続が示されているが、他のアームも同様である。
なお、各抵抗の抵抗値を比較的大きく設定しておくことにより、これら抵抗に流れる電流を十分低いレベルに抑え、発生損失も無視できる程度に低減することができる。
また、端子電圧の分圧点は、ダイオードD1、D3により制御電圧P05Vにクランプし、またダイオードD2、D4により制御電圧N05Vにクランプしている。これは、検出回路の入力が許容値を越えないようにするためである。即ち、当該端子電圧が正の高電圧になるとダイオードD1、D3が導通して制御電圧P05Vに抑えられ、負の高電圧になるとダイオードD2、D4が導通して制御電圧N05Vに抑えられる。
また、信号Xの立ち下がりスピードと立ち上がりスピードは、コンデンサC11、抵抗R11、R12で決められており、立ち下がり時間は、電流検出器4の遅れ時間に合わせて数μsの立ち下がり時間に設定される。図5の例では、オン電圧の極性が反転する時刻から6μs後に極性変化検出信号9が立ち下がるよう、各部品の定数が設定されている。なお、この極性変化検出信号9の立ち下がりタイミングを遅延させる理由および効果については、説明の便宜上、後段の実施の形態3で説明する。
そして、このオン極性変化検出回路3の出力である極性変化検出信号9は、信号Yを反転した信号で、電圧レベルがP05Vから0Vに立ち下がる時点が電流極性反転タイミングと判定される。
極性変化検出信号9の立ち下がり時刻において、遅延ゲート信号19がHならば、半導体スイッチング素子導通時に電流0A時刻(電流極性反転タイミング)を迎えたことになり、結果有効信号13をHとして出力する。極性変化検出信号9の立ち下がり時刻において、遅延ゲート信号19がLならば、半導体スイッチング素子導通時に電流0A時刻を迎えなかったことになり、結果有効信号13をLとする。即ち、結果有効信号13がHならば、検出された電流0A値7が有効であり、Lならば無効になる。
なお、結果有効信号13がHに立ち上がった場合、この状態が保持されたまま、次の極性変化検出信号9の立ち下がり時刻を迎えると、ゲート信号の存否による正しい判定がなされないので、極性変化検出信号9がLである期間中に結果有効信号13をLに立ち下げる処理を行う。この場合、ゲート信号がHからLに立ち下がるタイミングで結果有効信号13をLにするようにしてもよい。
以上の動作により、制御装置8は電流0A値7を電流検出器4から送られてくる電流値出力信号5の0Aレベルとして処理できる。その結果、電流検出器4の0Aレベルの補正ができ、この補正動作は電流反転タイミング毎に実行されるので、温度変化が生じても常に正確な電流値出力が得られ、この電流値出力を使用した制御の信頼性の向上が期待できる。
電力変換器1が3相交流を扱う場合、1相分は負側アームを構成する半導体スイッチング素子25と正側アームを構成する半導体スイッチング素子24により構成される。例えば、半導体スイッチング素子25に掛かるオン電圧2をオン極性変化検出回路3に入力して電流の0A点を判断する場合、半導体スイッチング素子24がオンした状態で電流の極性が変化すると、オン電圧の変化はオン極性変化検出回路3では極性変化を感知できない。
この場合、電流0A値7が無効である場合も極性変化検出信号9の立ち上がりがゲート信号12の発生期間内にあるため、結果有効信号13を発生してしまう。従って、誤って電流0A値7を電流値出力の補正処理に取り込んでしまうことになる。
図15は、本発明の実施の形態2における電流検出器の構成を示すブロック図である。電力変換器1から、第一のオン電圧29と第二のオン電圧30とを観測する2値オン極性変化検出回路28と、2値オン極性変化検出回路28から出力される第一の極性変化検出信号31と第二の極性変化検出信号32と電流値出力信号5とを入力する2値サンプルホールド回路22とを備え、2値サンプルホールド回路22は、制御装置8に第一のサンプルホールド電流値20と第二のサンプルホールド電流値21とを出力するように構成される。各ブロックの回路構成は、全体としては、実施の形態1で説明した構成と類似のものである。
そこで、第二のオン電圧30を測定する。第一のオン電圧29で電流値が正から負に変化した場合は、第二のオン電圧30が、負から正に電流が変化する場合の電流0クロス点について観測する。そして、図17のように、第一の極性変化検出信号立ち下がり時刻36と第二の極性変化検出信号立ち下がり時刻37とにおいて、それぞれ、第一のサンプルホールド電流値20と第二のサンプルホールド電流値21とを保持して2値サンプルホールド回路22から制御装置8へ送り、制御装置8で第一のサンプルホールド電流値20と第二のサンプルホールド電流値21とを平均化することにより、真実に近い電流0Aの時の電流値出力を得ることができる。
図18は、本発明の実施の形態3における電流検出器の構成を示すブロック図である。電力変換器1からのオン電圧2を入力するオン極性変化検出回路3と、オン電圧検出回路3より出力される極性変化検出信号9を入力信号とする極性変化検出信号遅延回路33と、極性変化検出信号遅延回路33より出力される遅延極性変化検出信号41と電流値出力信号5とを入力し電流0A値7を出力するサンプルホールド回路6とにより構成される。各ブロックの回路構成は、全体としては、実施の形態1で説明した構成と類似のものである。
以上の結果、求められる電流値0A値7はより正しい値になり、即ち、電流検出器4の検出誤差の内、時間応答に基づく成分が補償され、温度変化に基づく成分の誤差補正がより確実になされることになり、測定精度が一層向上し電流検出器を使用した制御の信頼性の向上が期待できる。
図20は、本発明の実施の形態4における電流検出器の構成を示すブロック図である。
先の各実施の形態例では、オン電圧としては、電力変換器1内のアームを構成する半導体素子の電圧を検出していた。これに対し、この実施の形態4では、電流検出器4の検出対象である測定電流15が流れる被検出電流路と直列に接続され常に上記被検出電流路と同一の電流が流れる連接電流路に、互いに逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子を挿入し、その半導体ダイオード素子のオン電圧を検出するようにしている。従って、電力変換器の出力交流電流を検出する場合に限らず、任意の個所に流れる交流電流を検出する電流検出器の出力補正に適用することができる。
以上の動作により、制御装置8は電流0A値7を電流検出器4から送られてくる電流値出力信号5の0Aレベルとして処理できる。その結果、電流検出器4の0Aレベルの補正ができ、この補正動作は電流反転タイミング毎に実行されるので、温度変化が生じても常に正確な電流値出力が得られ、この電流値出力を使用した制御の信頼性の向上が期待できる。
図22は、本発明の実施の形態5における電流検出器の構成を示すブロック図である。オン電圧発生装置14Aからのオン電圧2をオン電圧レベル検出回路3Aで受ける。一方、電流検出器4からの電流値出力信号5を2値以上サンプルホールドできる2値サンプルホールド回路22Aに入力する構成になっている。この2値サンプルホールド回路22Aの出力値は制御装置8に入力される。各ブロックの回路構成は、全体として、実施の形態1で説明した構成と類似のものである。
2値サンプルホールド回路22Aでは、電流値出力信号5をサンプルできる回路を2個以上持ち、正側レベル検出信号31Aにより、1個のサンプルホールドを実行して正側サンプルホールド電流値(第1のサンプル電流値)20Aを出力する。そして、負側レベル検出信号32Aにより、更にサンプルホールドを実行して負側サンプルホールド電流値(第2のサンプル電流値)21Aを出力する。
その結果、電流検出器4の0Aレベルの補正ができ、この補正動作は電流反転タイミング毎に実行されるので、温度変化が生じても常に正確な電流値出力が得られ、この電流値出力を使用した制御の信頼性の向上が期待できる。
図24は、本発明の実施の形態6における電流検出器の構成を示すブロック図である。この実施の形態6では、極性変化検出信号9の検出遅れを問題としている。即ち、オン極性変化検出回路3は、オン電圧2を入力してその極性反転時刻で立ち下がる極性変化検出信号9を作成する。しかし、現実の回路では、例えば、ノイズ除去フィルター等の回路要素で演算動作に遅れが生じ、極性変化検出信号9の立ち下がりタイミングが真の電流反転タイミングから相当量の遅れ時間を経て発生することが考えられる。ここでは、このような場合にも、正確な電流出力補正が可能となる対策について説明する。
サンプルホールド回路6は、本来、電流値出力信号5を電流0クロス時刻35においてサンプルホールドすべきであるが、上記の時間遅れがあると正確な値を保持することができない。そこで、この遅れ時間ΔTを予め計算ないし計測して求めておき、電流値出力信号5を電流値出力信号遅延回路34でΔTだけ遅らせた遅延電流値出力信号42をサンプルホールド回路6に入力し、この遅延電流値出力信号42を極性変化検出信号9の立ち下がりタイミングでサンプルホールドして電流0A値7を出力するものである。
半導体スイッチング素子とこれと逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子とからなるアームを複数備えた電力変換器の、上記複数のアームの接続点に接続された交流出力回路を被検出電流路とし、上記アームを連接電流路とし、オン電圧検出回路は上記アームのオン電圧を検出するようにしたので、検出対象である交流電流の電流極性反転タイミング簡便確実に検出することができる。
3A オン電圧レベル検出回路、4 電流検出器、5 電流値出力信号、
6 サンプルホールド回路、7 電流0A値、8 制御装置、9 極性変化検出信号、
10 実電流、12 ゲート信号、13 結果有効信号、14 オン電圧検出回路、
14A オン電圧発生装置、15 測定電流、16 読み込み許可回路、
18,26 ゲート信号遅延回路、19,27 遅延ゲート信号、
20 第一のサンプルホールド電流値、20A 正側サンプルホールド電流値、
21 第二のサンプルホールド電流値、21A 負側サンプルホールド電流値、
22,22A 2値サンプルホールド回路、24,25 半導体スイッチング素子、
28 2値オン極性変化検出回路、29 第一のオン電圧、30 第二のオン電圧、
31 第一の極性変化検出信号、31A 正側レベル検出信号、
32 第二の極性変化検出信号、32A 負側レベル検出信号、
33 極性変化検出信号遅延回路、34 電流値出力信号遅延回路、
41 遅延極性変化検出信号、42 遅延電流値出力信号。
Claims (10)
- 交流電流が流れる被検出電流路に挿入され上記交流電流を検出する電流検出器であって、 上記被検出電流路に連接し上記交流電流とその電流極性反転タイミングを同じくする電流が流れる連接電流路、この連接電流路に挿入された半導体素子のオン電圧を検出するオン電圧検出回路、このオン電圧検出回路で検出されたオン電圧の極性変化から上記交流電流の電流極性が反転するタイミングを検出するオン極性変化検出回路、および上記オン極性変化検出回路で検出された電流極性反転タイミングにおける上記電流検出器の検出電流値である電流0A値に基づき上記電流検出器の検出電流値を補正する電流補正手段を備えた電流検出器。
- 半導体スイッチング素子とこれと逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子とからなるアームを複数備えた電力変換器の、上記複数のアームの接続点に接続された交流出力回路を上記被検出電流路とし、上記アームを上記連接電流路とし、上記オン電圧検出回路は上記アームのオン電圧を検出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電流検出器。
- 上記連接電流路を上記被検出電流路に直列に接続して常に上記被検出電流路と同一の電流が流れるものとし、互いに逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子を上記半導体素子とし、上記オン電圧検出回路は上記並列接続された半導体ダイオード素子のオン電圧を検出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電流検出器。
- 上記電流補正手段は、上記オン極性変化検出回路の出力信号である極性変化検出信号と上記電流検出器の出力信号である電流値出力信号とを入力し、上記電流0A値を出力するサンプルホールド回路、および上記サンプルホールド回路からの電流0A値により上記電流値出力信号を補正する電流補正回路を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電流検出器。
- 上記電流検出器における電流検出遅延時間を予め求め、上記オン極性変化検出回路から出力された極性変化検出信号を上記電流検出遅延時間だけ遅らせて上記サンプルホールド回路に入力する極性変化検出信号遅延回路を備えたことを特徴とする請求項4記載の電流検出器。
- 上記オン極性変化検出回路における電流極性反転タイミング検出遅延時間を予め求め、上記電流検出器から出力された電流値出力信号を上記電流極性反転タイミング検出遅延時間だけ遅らせて上記サンプリングホールド回路に入力する電流値出力信号遅延回路を備えたことを特徴とする請求項4記載の電流検出器。
- 上記オン電圧検出回路の検出対象アームを構成する半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を入力し、上記電流極性反転タイミングが当該半導体スイッチング素子へのオン指令の出力期間内にあるときにのみ上記電流0A値の電流補正への使用を許可する読み込み許可回路を備えたことを特徴とする請求項2記載の電流検出器。
- 上記読み込み許可回路に入力するゲート信号の上記オン指令の立ち上がりタイミングを所定時間遅延させるゲート信号遅延回路を備え、上記オン電圧検出回路の検出応答特性に起因する上記極性変化検出信号の遅延時間誤差のため上記読み込み許可回路が許可動作を誤ることを防止したことを特徴とする請求項7記載の電流検出器。
- 上記連接電流路に挿入された半導体素子の電圧であって、上記交流電流の極性の正から負への変化を判定するための第1のオン電圧と負から正への変化を判定するための第2のオン電圧とを検出する2値オン電圧検出回路、この2値オン電圧検出回路で検出された第1および第2のオン電圧の極性変化から上記交流電流の電流極性が、正から負に反転するタイミングを検出する第1の極性変化検出信号と負から正に反転するタイミングを検出する第2の極性変化検出信号とを出力する2値オン極性変化検出回路、上記第1および第2の極性変化検出信号と上記電流検出器の出力信号である電流値出力信号とを入力し、第1および第2の電流0A値を出力する2値サンプルホールド回路、上記第1および第2の電流0A値を平均して上記電流0A値を求め、当該電流0A値により上記電流値出力信号を補正する2値電流補正回路を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電流検出器。
- 交流電流が流れる被検出電流路に挿入され上記交流電流を検出する電流検出器であって、 上記被検出電流路に直列に接続された、互いに逆極性に並列接続された半導体ダイオード素子のオン電圧を検出するオン電圧検出回路、このオン電圧検出回路で検出されたオン電圧が上記オン電圧波高値よりも低い所定の正側レベルと一致する正側サンプルタイミングを検出する正側レベル検出信号と上記正側レベルと絶対値が等しい負側レベルと一致する負側サンプルタイミングを検出する負側レベル検出信号とを出力するオン電圧レベル検出回路、上記正側および負側レベル検出信号と上記電流検出器の出力信号である電流値出力信号とを入力し、上記電流値出力信号を上記正側および負側サンプルタイミングでサンプリングして第1および第2のサンプル電流値を出力する2値サンプルホールド回路、および上記第1および第2のサンプル電流値を平均して上記電流検出器の電流0A値を求め、当該電流0A値に基づき上記電流検出器の検出電流値を補正する電流補正手段を備えた電流検出器。
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JP2012088318A (ja) * | 2010-10-21 | 2012-05-10 | Tektronix Inc | 電流データ・サンプル補正方法及び装置 |
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