JP2009036724A - 直流成分検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 電路の直流成分をアナログ量で検出でき、また専用電源が必要ない直流成分検出回路を提供する。
【解決手段】 電路１に直列に介在させた抵抗素子２と、この抵抗素子２の電圧降下量から電路電流の直流成分を抽出するための第１の積分器３及び第２の積分器４を備え、第１の積分器３を抵抗素子２の両端の電圧を入力信号とする差動増幅回路を基に形成した。第１の積分器３が交流成分を削減し、第２の積分器４が直流成分を増幅するよう構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電流に重畳された直流成分を検出する直流成分検出回路に関する。

太陽電池や燃料電池の直流発電設備により発電された電力を商用電力系統に連系させる場合、商用電力系統に同期した周波数の電力に変換するために系統連系インバータが使用される。この系統連系インバータは、回路素子の温度ドリフトや経時変化等の様々な理由で、変換された交流電力に僅かな直流成分が重畳してしまうことがある。
このような場合、連系している商用電力系統に設けられている変圧設備に偏磁現象が発生し、直流成分が大きい場合には大電流が発生して変圧器が破壊されることもあった。そのため、変圧器を無くしたり、交流電力に重畳される直流成分を監視して、直流成分が所定値以上となったら連系を停止する等の対策が必要となっている。
このような目的で使用される直流成分検出回路として、例えば特許文献１に示す回路がある。

特開２００７−１０５７７号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成は、電圧基準点が電路の一部にあるためにＣＰＵ等から成る制御回路の電圧基準点とは異なり、直流成分検出回路を駆動するための専用電源が必要であったし、検出回路にフォトカプラを使用しているため、１／０型の出力回路となっていた。そのため、設定レベル以上の直流成分の検出しか行うことができず、設定レベル以下の直流成分に関しては判定できず放置せざるを得なかった。
そのため、インバータをスタンドアロンで使用して変圧器が使用されている電気機器に交流電力を供給するような場合、変圧器が偏磁して大電流が流れる虞があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、専用電源の必要が無く更に直流成分をアナログ量で検出できる直流成分検出回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、電路電流を検出するために電路に直列に介在させた抵抗素子と、該抵抗素子の電圧降下量から電路電流の直流成分を抽出するための２段の積分器とを備え、初段の第１の積分器が、前記抵抗素子の両端の電圧を入力する差動増幅回路を基に構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、直流成分検出回路の電圧基準点を電路上の特定部位とする必要が無くなるため、インバータ制御回路等の電路上の制御回路の電源を使用することが可能となる。よって、専用の電源が不要となるし、単純な抵抗素子で電路電流を検出するので、低コストで構成できる。
また、電源を他の制御回路と共通にできるため、フォトカプラを介在させることなく出力信号を生成でき、検出した直流成分に応じたアナログ信号を出力できる。よって、直流成分を０にする制御が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、初段の第１の積分器が交流成分を削減し、後段の第２の積分器が直流成分を増幅するよう構成されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、オペアンプを使用する簡易な回路で直流成分のみ良好に増幅させることができる。

本発明によれば、他の制御回路と共通の電源に接続でき、専用の電源が不要となる。また、検出した直流成分に応じたアナログ信号を出力でき、直流成分を０にする制御が可能となる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る直流成分検出回路の一例を示す回路図であり、１は検出対象の電路、２は電路１に直列に挿入した電流検出用の抵抗素子、３は第１の積分器、４は第２の積分器、５はフィルタ回路である。

第１の積分器３は差動増幅回路を基本に構成され、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４は何れも２００ｋΩ、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２は０．４７μＦである。この結果、ＤＣゲインは１、ＡＣゲインは周波数が６０Ｈｚの場合は０．０２７５となる。
一方、第２の積分器４の抵抗はＲ５＝１ｋΩ、Ｒ６＝２００ｋΩであり、ＤＣゲインを２００としている。またコンデンサＣ３＝０．４μＦであり、ＡＣゲインを５．５としている。
また、フィルタ回路５はＣＲフィルタ回路を２段設けて構成され、コンデンサＣ４＝Ｃ５＝２２μＦ、抵抗Ｒ７＝Ｒ８＝１ｋΩとなっている。

２段の積分器３，４をこのように構成することで、電流検出用の抵抗素子２の抵抗値を０．０５Ω、電路電流（交流）Ｉｏ＝５Ａｒｍｓ、電路電流（直流）Ｉｄｃ＝２０ｍＡとすると、第１の積分器３により１ｍＶ（ＤＣゲインが１の為）のＤＣ成分と、６．８７５ｍＶ（ＡＣゲインが０．０２７５の為）のＡＣ成分が検出される。この信号は、第２の積分器４により、ＤＣ成分は２００ｍＶ（ＤＣゲインが２００の為）、ＡＣ成分は３７．８ｍＶ（ＡＣゲインが５．５の為）に変換される。
そして、フィルタ回路５により、２００ｍＶのＤＣは変化無く、３７．８ｍＶのＡＣ成分は０．５５ｍＶに変化して出力される。

こうして、２０ｍＡの電路直流電流に対応して２００ｍＶの信号が出力され、５Ａの交流電流に対してはぼ０Ｖの信号が出力される。この出力をＡ／Ｄコンバータに接続してデジタル信号に変換することで、直流成分を削減する制御や系統連系の解除等の制御に利用できる。

図２は図１の直流成分検出回路を適用した系統連系インバータの概略図を示し、１０は連系させる直流電源、１１は昇圧して交流に変換するインバータ部、１２は平滑回路部、１３は商用電力系統、１４は直流成分検出回路を示している。直流電源１０が出力する電力は、インバータ部１１で必要な電圧まで昇圧されると共にパルス幅変調され、平滑回路１２で高周波成分が除去されて正弦波交流電力が電路１に出力され、商用電力系統１３に連系される。この電路１に流れる電流が抵抗素子２により電圧信号として検出され、その中の直流成分が直流成分検出回路１４で検出される。

このように、電路の電圧信号を差動増幅回路に入力する構成を使用することで、直流成分検出回路の電圧基準点を電路上の特定部位とする必要が無くなり、インバータ制御回路等の電路上の制御回路の電源を使用することが可能となる。よって、専用の電源が不要となり、低コストで構成できる。
また、電源を他の制御回路と共通にできることでフォトカプラを介在させることなく出力信号を生成でき、検出した直流成分に応じたアナログ信号を出力でき、直流成分を０にする制御が可能となる。
更に、オペアンプを使用する簡易な回路で直流成分のみ増幅させることができる。

尚、上記図１に示した各素子の数値は一例であり、適宜変更できるものである。

本発明に係る直流成分検出回路の実施形態の一例を示す回路図である。 図１の直流成分検出回路を組み付けた系統連系インバータの概略図である。

符号の説明

１・・電路、２・・抵抗素子、３・・第１の積分器、４・・第２の積分器、５・・フィルタ回路。

Claims (2)

1. 電路電流を検出するために電路に直列に介在させた抵抗素子と、
   該抵抗素子の電圧降下量から電路電流の直流成分を抽出するための２段の積分器とを備え、
   初段の第１の積分器が、前記抵抗素子の両端の電圧を入力する差動増幅回路を基に構成されたことを特徴とする直流成分検出回路。
2. 初段の第１の積分器が交流成分を削減し、後段の第２の積分器が直流成分を増幅するよう構成されて成る請求項１記載の直流成分検出回路。

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