JP2012065459A - Overcurrent detecting device, and overcurrent detecting method - Google Patents

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謙介 村井
Norimitsu Tanaka
憲光 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an overcurrent detecting device capable of reducing failures and accurately and surely detecting short circuit, and an overcurrent detecting method.SOLUTION: When a current slowly varies just like the time when a circuit is brought into an overcurrent state, an overcurrent is detected by a voltage between both terminals of a shunt resistance 11a. When the current varies greatly just like the time when the circuit is brought into a short-circuited state, the overcurrent is detected by a voltage between both terminals of a coil 11b. A hole element or the like is not used and the shunt resistance 11a and the coil 11b are combinedly used, and the overcurrent can be thereby surely detected while maintaining reliability similar to the time when the overcurrent is detected only by the shunt resistance 11a, by reducing failures in all cases such as when the circuit is normal, overloaded, and short-circuited.

Description

本発明は、過電流検出装置及び過電流検出方法に関し、特に過負荷状態や短絡状態となった際に回路を保護する遮断器を動作させるために回路の過電流を検出する過電流検出装置及び過電流検出方法に関する。   The present invention relates to an overcurrent detection device and an overcurrent detection method, and more particularly to an overcurrent detection device that detects an overcurrent of a circuit in order to operate a circuit breaker that protects the circuit when an overload state or a short circuit state occurs. The present invention relates to an overcurrent detection method.

例えば、直流電源と、その直流電源から給電線を介して給電されて駆動する負荷とを備えた給電回路においては、過負荷状態や短絡状態となった際に回路を保護するために、直流電源と負荷との間に電流を遮断する回路遮断器が設けられている。なお、過負荷には、定格を超えた負荷を増設することによって生じるもの等があり、短絡には、地絡等がある。回路遮断器には、ヒューズや、半導体を用いた半導体遮断器、サーキットブレーカ等の様々な回路遮断器がある。   For example, in a power supply circuit including a DC power supply and a load that is driven by the DC power supply through a power supply line, the DC power supply is used to protect the circuit when an overload or short-circuit condition occurs. A circuit breaker is provided between the load and the load to cut off the current. In addition, there exists an overload etc. which arise by adding the load exceeding a rating, etc., and there exists a ground fault etc. in a short circuit. The circuit breaker includes various circuit breakers such as a fuse, a semiconductor breaker using a semiconductor, and a circuit breaker.

例えば、半導体遮断器を利用した給電回路で短絡が発生すると、半導体遮断器のコレクタとエミッタとからなるスイッチング素子によって電流の遮断が開始される。このとき、直流電源から流れる電流の時間変化と、給電回路のインダクタンスとに応じた起電力が半導体遮断器にかかる。これにより、半導体遮断器のコレクタとエミッタとの間の電圧値が急激に上昇するため、半導体遮断器が破損してしまう場合がある。   For example, when a short circuit occurs in a power supply circuit using a semiconductor circuit breaker, current interruption is started by a switching element composed of a collector and an emitter of the semiconductor circuit breaker. At this time, an electromotive force according to the time change of the current flowing from the DC power supply and the inductance of the power feeding circuit is applied to the semiconductor circuit breaker. Thereby, since the voltage value between the collector and emitter of a semiconductor circuit breaker increases rapidly, the semiconductor circuit breaker may be damaged.

よって、半導体遮断器を用いるのに当たっては、素子を通過する電流が増えることにより素子が破損するのを回避する必要がある。このため、過負荷状態や短絡状態を素早く判断することが重要となる。そこで、半導体遮断器を利用した給電回路には、例えば、図3に示すような、特許文献1の電流検出回路100を備えている。そして、このような電流検出回路100には、電流を検出するための素子である電流検出抵抗(シャント抵抗)101や、これに代わるホール素子等が用いられる。そして、この電流検出回路100の電流検出部102が、シャント抵抗101の両端子間の電圧から電流を検出する。そして、その検出された電流値に基づいて、例えば回路のある系統に短絡が発生したことを判断していた。   Therefore, when using a semiconductor circuit breaker, it is necessary to avoid damage to the element due to an increase in current passing through the element. For this reason, it is important to quickly determine an overload state or a short-circuit state. In view of this, a power supply circuit using a semiconductor circuit breaker includes a current detection circuit 100 disclosed in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. In such a current detection circuit 100, a current detection resistor (shunt resistor) 101 which is an element for detecting a current, a Hall element instead of this, or the like is used. The current detection unit 102 of the current detection circuit 100 detects a current from the voltage between both terminals of the shunt resistor 101. Based on the detected current value, for example, it is determined that a short circuit has occurred in a system having a circuit.

特開昭63−101765号公報JP-A-63-101765

上述したように、電流検出にシャント抵抗を用いる場合、短絡等で電流の変化が大きくなると、本来計測したい電流成分だけではなく、シャント抵抗が持っているインダクタンス成分も大きくなる。このインダクタンス成分によって、正確に電流を検出することができない場合があった。   As described above, when a shunt resistor is used for current detection, if a change in current increases due to a short circuit or the like, not only the current component to be originally measured but also the inductance component of the shunt resistor increases. In some cases, the current cannot be accurately detected due to the inductance component.

また、検出値に誤差を与える原因となるインダクタンスによる成分は、短絡した系統の配線の長さによって大きさが変化するため、一意なデータ処理のみでは電流値を導出することができない場合があった。逆に、インダクタンス成分の寄与を小さくするために、シャント抵抗の抵抗値を大きくすると、シャント抵抗による損失が大きくなってしまう場合があった。   In addition, the component due to inductance that causes an error in the detected value changes in magnitude depending on the length of the short-circuited wiring. Therefore, the current value may not be derived only by unique data processing. . Conversely, if the resistance value of the shunt resistor is increased to reduce the contribution of the inductance component, the loss due to the shunt resistor may increase.

一方、ホール素子を用いた電流検出計を用いる場合、ホール素子を動作させるための直流電源や、ホール素子の動作を制御するための制御回路等が必要となり、回路が複雑になる。このため、回路を構成する部品の故障率が高くなることにより、信頼性が低下するという課題があった。   On the other hand, when a current detector using a Hall element is used, a DC power source for operating the Hall element, a control circuit for controlling the operation of the Hall element, and the like are required, which complicates the circuit. For this reason, there has been a problem that reliability is lowered due to an increase in the failure rate of components constituting the circuit.

また、ホール素子からの出力値は、温度等によってもシフトしてしまう。このため、電流の検出精度に欠けるという課題もあった。   Further, the output value from the Hall element also shifts depending on the temperature or the like. Therefore, there is a problem that current detection accuracy is lacking.

そこで、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、故障が少なく、精度良く確実に過電流を検出することのできる過電流検出装置及び過電流検出方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an overcurrent detection device and an overcurrent detection method that can detect an overcurrent accurately and reliably with few failures.

本発明に係る過電流検出装置及び過電流検出方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。   In order to achieve the above object, an overcurrent detection device and an overcurrent detection method according to the present invention are configured as follows.

本発明のうち、請求項1に対応する第1の過電流検出装置は、外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器を動作させるために、過電流を検出する過電流検出装置であって、電流を検出するためのシャント抵抗と、前記シャント抵抗と直列に接続され、電流を検出するためのコイルと、前記シャント抵抗の両端子間の電圧を検出する第1の電圧検出手段と、前記コイルの両端子間の電圧を検出する第2の電圧検出手段と、前記第1の電圧検出手段によって検出された前記シャント抵抗の両端子間の電圧と、前記第2の電圧検出手段によって検出された前記コイルの両端子間の電圧とに基づいて、前記シャント抵抗及び前記コイルに流れる電流とその電流の変化量とを検出する電流検出手段と、を備えることを特徴とする。   Among the present inventions, a first overcurrent detection device corresponding to claim 1 is an overcurrent detection device that detects an overcurrent in order to operate a circuit breaker that cuts off the overcurrent by an external signal. A shunt resistor for detecting current, a coil connected in series with the shunt resistor for detecting current, and first voltage detecting means for detecting a voltage between both terminals of the shunt resistor, A second voltage detecting means for detecting a voltage between both terminals of the coil; a voltage between both terminals of the shunt resistor detected by the first voltage detecting means; and a detection by the second voltage detecting means. Current detection means for detecting the current flowing through the shunt resistor and the coil and the amount of change in the current based on the voltage between the two terminals of the coil.

上記の第1の過電流検出装置によれば、第1の電圧検出手段が、シャント抵抗の両端子間の電圧を検出する。さらに、第2の電圧検出手段が、コイルの両端子間の電圧を検出する。そして、電流検出手段が、第1の電圧検出手段によって検出されたシャント抵抗の両端子間の電圧と、第2の電圧検出手段によって検出されたコイルの両端子間の電圧とに基づいて、シャント抵抗及びコイルに流れる電流とその電流の変化量とを検出する。回路が過電流状態となった時のようにゆっくりと電流が変化する場合には、コイルの両端子間電圧が大きく変化しないので、シャント抵抗の両端子間電圧により過電流の検出を行う。また、回路が短絡状態となった時のように電流が大きく変化する場合には、コイルの両端子間電圧が大きく変化するので、コイルの両端子間電圧により過電流の検出を行う。このように、シャント抵抗及びコイルを有し、回路が過電流状態となった時の電流の変化量と、回路が短絡状態となった時の電流の変化量とを正確に判断することができるため、回路が過負荷状態や短絡状態になったことによって生じる過電流を、より確実に検出することが可能となる。   According to the first overcurrent detection device, the first voltage detection unit detects the voltage between both terminals of the shunt resistor. Further, the second voltage detecting means detects the voltage between both terminals of the coil. Then, the current detecting means is configured to shunt based on the voltage between both terminals of the shunt resistor detected by the first voltage detecting means and the voltage between both terminals of the coil detected by the second voltage detecting means. The current flowing through the resistor and the coil and the amount of change in the current are detected. When the current changes slowly as in the case where the circuit is in an overcurrent state, the voltage between the two terminals of the coil does not change greatly, so the overcurrent is detected by the voltage between the two terminals of the shunt resistor. Further, when the current changes greatly as in the case where the circuit is short-circuited, the voltage between both terminals of the coil changes greatly, so that overcurrent is detected based on the voltage between both terminals of the coil. In this way, it has a shunt resistor and a coil and can accurately determine the amount of change in current when the circuit is in an overcurrent state and the amount of change in current when the circuit is in a short circuit state. For this reason, it is possible to more reliably detect an overcurrent generated when the circuit is overloaded or short-circuited.

本発明のうち、請求項2に対応する第2の過電流検出装置は、前記シャント抵抗及び前記コイルを流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合に、前記遮断器に遮断を開始させるための信号を出力する遮断開始信号出力手段を備えることを特徴とする。   According to a second overcurrent detection device of the present invention, the second overcurrent detection device interrupts the circuit breaker when a change amount of the current flowing through the shunt resistor and the coil exceeds a predetermined change amount. It is characterized by comprising a cutoff start signal output means for outputting a signal for starting.

上記の第2の過電流検出装置によれば、遮断開始信号出力手段は、シャント抵抗又はコイルを流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合に、遮断器に対して遮断を開始させるための信号を出力する。これにより、外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器を動作させて、遮断器を破損させずに過電流の遮断を行うことが可能となる。   According to the second overcurrent detection device, the breaking start signal output means starts breaking the breaker when the change amount of the current flowing through the shunt resistor or the coil exceeds a predetermined change amount. Outputs a signal to As a result, it is possible to operate the circuit breaker that interrupts the overcurrent by a signal from the outside and to interrupt the overcurrent without damaging the circuit breaker.

本発明のうち、請求項3に対応する第3の過電流検出装置は、前記コイルは、当該コイルが接続されている配線のインダクタンスよりも大きいインダクタンスを有することを特徴とする。   A third overcurrent detection device according to a third aspect of the present invention is characterized in that the coil has an inductance larger than an inductance of a wiring to which the coil is connected.

上記の第3の過電流検出装置によれば、コイルは、そのコイルが接続されている配線のインダクタンスよりも大きいインダクタンスを有するものを選択する。これにより、コイルのインダクタンス成分がノイズレベルよりも大きくなり、コイルによる電流の変化量を正確にとらえ、回路の過電流を検出する精度を高めることが可能となる。   According to the third overcurrent detection device, the coil having an inductance larger than the inductance of the wiring to which the coil is connected is selected. As a result, the inductance component of the coil becomes larger than the noise level, and it is possible to accurately detect the amount of change in current caused by the coil and to increase the accuracy of detecting the overcurrent of the circuit.

本発明のうち、請求項4に対応する第4の過電流検出装置は、前記遮断器は、半導体を用いた半導体遮断器であることを特徴とする。   According to a fourth overcurrent detection device of the present invention, the circuit breaker is a semiconductor circuit breaker using a semiconductor.

上記の第4の過電流検出装置によれば、外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器として半導体遮断器を用いるが可能となる。半導体遮断器を用いても、素子を通過する電流が増えることにより素子が破損するのを回避して、回路の過電流を遮断することが可能となる。   According to said 4th overcurrent detection apparatus, it becomes possible to use a semiconductor circuit breaker as a circuit breaker which interrupts | blocks an overcurrent with the signal from the outside. Even when a semiconductor circuit breaker is used, it is possible to prevent an element from being damaged due to an increase in current passing through the element and to interrupt an overcurrent of the circuit.

本発明のうち、請求項5に対応する過電流検出方法は、外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器を動作させるために、過電流を検出する過電流検出方法であって、シャント抵抗の両端子間の電圧を検出し、前記シャント抵抗と直列に接続されたコイルの両端子間の電圧を検出し、前記第1の電圧検出手段によって検出された前記シャント抵抗の両端子間の電圧と、前記第2の電圧検出手段によって検出された前記コイルの両端子間の電圧とに基づいて、前記シャント抵抗及び前記コイルに流れる電流とその電流の変化量とを検出することを特徴とする。   An overcurrent detection method corresponding to claim 5 of the present invention is an overcurrent detection method for detecting an overcurrent in order to operate a circuit breaker that interrupts the overcurrent by an external signal, and includes a shunt. A voltage between both terminals of the resistor is detected, a voltage between both terminals of the coil connected in series with the shunt resistor is detected, and between the both terminals of the shunt resistor detected by the first voltage detecting means. Detecting a current flowing through the shunt resistor and the coil and a change amount of the current based on a voltage and a voltage between both terminals of the coil detected by the second voltage detecting unit. To do.

上記の過電流検出方法によれば、上記の第1の過電流検出装置と同じ作用を得ることが可能となる。   According to the overcurrent detection method, it is possible to obtain the same action as the first overcurrent detection device.

本発明によれば、シャント抵抗とコイルとを組み合わせて用いることによって、シャント抵抗単体による電流を検出する時と同様の信頼性を維持しつつ、正常時、過負荷時、短絡時のいずれの状態でも確実に短絡を検出することができる。また、ホール素子等の素子を用いていないため、ホール素子を動作させるための回路が必要ないため、故障率を低く抑えることもできる。   According to the present invention, by using a combination of a shunt resistor and a coil, while maintaining the same reliability as when detecting a current by a shunt resistor alone, any state during normal operation, overload, or short circuit However, it is possible to reliably detect a short circuit. In addition, since no element such as a Hall element is used, a circuit for operating the Hall element is not required, so that the failure rate can be kept low.

さらに、シャント抵抗に加えてコイルを用いることで、回路が短絡状態となった時のように電流が大きく変化するのを判断することができるため、シャント抵抗のみで短絡を検出するよりも、短絡を検出するのに必要な時間を短縮することができる。これにより、遮断器の故障を一層回避することができる。   Furthermore, by using a coil in addition to the shunt resistor, it is possible to determine that the current changes greatly as when the circuit is in a short circuit state, so it is possible to detect a short circuit rather than detecting a short circuit using only the shunt resistor. It is possible to reduce the time required to detect Thereby, the failure of the circuit breaker can be further avoided.

本発明に係る過電流検出装置11を適用した給電回路10の回路構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the circuit structure of the electric power feeding circuit 10 to which the overcurrent detection apparatus 11 which concerns on this invention is applied. 制御部11eにおける過電流を検出する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which detects the overcurrent in the control part 11e. 従来の過電流検出装置100の回路構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the circuit structure of the conventional overcurrent detection apparatus 100.

以下に、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一の符号によって示す。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each drawing referred to in the following description, components equivalent to those in the other drawings are denoted by the same reference numerals.

(実施形態)
(過電流検出装置11を適用した給電回路10の回路構成)
図1は、本発明に係る過電流検出装置11を適用した給電回路10の回路構成を示す回路構成図である。
(Embodiment)
(Circuit configuration of the power supply circuit 10 to which the overcurrent detection device 11 is applied)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a circuit configuration of a power feeding circuit 10 to which an overcurrent detection device 11 according to the present invention is applied.

図1に示す給電回路10は、過電流検出装置11及び半導体遮断器12を備えている。直流電流を出力する直流電源21と、直流電源21によって動作する負荷22とは、正極線23及び正極線24から構成される給電線によって接続されている。そして、直流電源21から負荷22に、給電線を介して電流が流れる。   A power supply circuit 10 illustrated in FIG. 1 includes an overcurrent detection device 11 and a semiconductor circuit breaker 12. A DC power source 21 that outputs a DC current and a load 22 that is operated by the DC power source 21 are connected to each other by a power supply line including a positive electrode line 23 and a positive electrode line 24. Then, a current flows from the DC power source 21 to the load 22 through the feeder line.

また、過電流検出装置11は、正極線23上に接続され、その接続点に流れる電流の電流値を検出する。そして、過電流検出装置11は、検出された電流値が所定の電流値に達すると、半導体遮断器12の遮断を開始するための信号を半導体遮断器12に出力する。   The overcurrent detection device 11 is connected on the positive line 23 and detects the current value of the current flowing through the connection point. Then, when the detected current value reaches a predetermined current value, the overcurrent detection device 11 outputs a signal for starting the breaking of the semiconductor circuit breaker 12 to the semiconductor breaker 12.

過電流検出装置11は、シャント抵抗11a、コイル11b、電圧検出部11c,11d及び制御部11eを備える。   The overcurrent detection device 11 includes a shunt resistor 11a, a coil 11b, voltage detection units 11c and 11d, and a control unit 11e.

シャント抵抗11aは、正極線23上に接続され、電流を検出するために設けられた素子である。シャント抵抗11aには、電流が流れることによって電圧が発生する。   The shunt resistor 11a is an element that is connected to the positive electrode line 23 and is provided for detecting a current. A voltage is generated in the shunt resistor 11a when a current flows.

コイル11bは、シャント抵抗11aと同様に、正極線23上に接続され、電流を検出するために設けられた素子である。コイル11bには、単位時間の間に電流が大きく変化することによって、その変化量に応じた電圧が発生する。つまり、電流の変化量が少ない場合には、電圧が発生しない。なお、コイル11bのインダクタンスが、コイル11bの出力のノイズレベルよりも大きくなるようにする必要があるため、コイル11bには、コイル11bと接続されている給電線のインダクタンスの数倍以上大きいインダクタンスを有するものを選択する。   The coil 11b is an element that is connected on the positive electrode line 23 and is used to detect a current, like the shunt resistor 11a. The coil 11b generates a voltage corresponding to the amount of change when the current changes greatly during a unit time. That is, no voltage is generated when the amount of change in current is small. Since the inductance of the coil 11b needs to be larger than the noise level of the output of the coil 11b, the coil 11b has an inductance that is several times larger than the inductance of the power supply line connected to the coil 11b. Choose what you have.

上述したシャント抵抗11a及びコイル11bは、図示するように、半導体遮断器12と負荷22との間であって、正極線23上に互いに直列に接続される。   The shunt resistor 11a and the coil 11b described above are connected in series with each other on the positive line 23 between the semiconductor circuit breaker 12 and the load 22 as shown in the figure.

電圧検出部11cは、シャント抵抗11aの両端子間に接続され、シャント抵抗11aの両端子間の電圧を検出する。   The voltage detector 11c is connected between both terminals of the shunt resistor 11a, and detects a voltage between both terminals of the shunt resistor 11a.

電圧検出部11dは、コイル11bの両端子間に接続され、コイル11bの両端子間の電圧を検出する。   The voltage detection unit 11d is connected between both terminals of the coil 11b and detects a voltage between both terminals of the coil 11b.

制御部11eは、電流検出部11f及び遮断開始信号出力部11gを備えて構成される。電流検出部11fは、電圧検出部11cによって検出されたシャント抵抗11aの両端子間の電圧と、電圧検出部11dによって検出されたコイル11bの両端子間の電圧とに基づいて、シャント抵抗11a及びコイル11bに流れる電流とその電流の変化量とを検出する。遮断開始信号出力部11gは、電流検出部11fによって検出された電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合に、半導体遮断器12に電流の遮断を開始させるための信号を出力、つまり半導体遮断器12で過電流を遮断することができるように半導体遮断器12のゲート電圧を制御する。   The control unit 11e includes a current detection unit 11f and a cutoff start signal output unit 11g. Based on the voltage between both terminals of the shunt resistor 11a detected by the voltage detector 11c and the voltage between both terminals of the coil 11b detected by the voltage detector 11d, the current detector 11f The current flowing through the coil 11b and the amount of change in the current are detected. The cutoff start signal output unit 11g outputs a signal for causing the semiconductor circuit breaker 12 to start blocking current when the change amount of the current detected by the current detection unit 11f exceeds a predetermined change amount, that is, The gate voltage of the semiconductor circuit breaker 12 is controlled so that the overcurrent can be interrupted by the semiconductor circuit breaker 12.

半導体遮断器12は、直流電源21と負荷22との間で、正極線23上に接続され、過電流検出装置11から出力される信号に基づいて電流の遮断を開始する。   The semiconductor circuit breaker 12 is connected on the positive line 23 between the DC power source 21 and the load 22, and starts interrupting current based on a signal output from the overcurrent detection device 11.

まず、シャント抵抗11a及びコイル11bに電流が流れる。電流が流れることによりシャント抵抗11aには、シャント抵抗11aを流れる電流とシャント抵抗11aの抵抗値とを乗じた分の電圧が発生する。但し、過負荷状態や短絡状態となっていない通常状態においては、電流の変化がほとんどないため、コイル11bには電圧が発生しない。このため、シャント抵抗11aの端子間電圧により、正確に電流を計測し、過負荷状態や短絡状態となっていない通常状態であることを判断することができる。   First, a current flows through the shunt resistor 11a and the coil 11b. When the current flows, a voltage is generated in the shunt resistor 11a by multiplying the current flowing through the shunt resistor 11a by the resistance value of the shunt resistor 11a. However, since there is almost no change in current in an overload state or a normal state that is not short-circuited, no voltage is generated in the coil 11b. For this reason, it is possible to accurately measure the current based on the voltage across the terminals of the shunt resistor 11a and determine that the current state is not an overload state or a short-circuit state.

また、定格以上の負荷を増設したこと等により、緩やかに負荷電流が大きくなり過電流状態となった場合にも、上述した通常状態と同じようにシャント抵抗11aにより正確に電流を計測できる。従って、シャント抵抗11aの端子間電圧が所定の電圧値を超えた場合には、過負荷状態であると判断することができる。   Further, even when the load current gradually increases and becomes an overcurrent state due to the addition of a load exceeding the rating, the current can be accurately measured by the shunt resistor 11a as in the normal state described above. Therefore, when the voltage across the terminals of the shunt resistor 11a exceeds a predetermined voltage value, it can be determined that an overload condition is present.

また、短絡が発生したことにより、急激に回路を流れる電流が大きくなり過電流状態となった場合には、シャント抵抗11aには上述したように抵抗成分の電圧と、インダクタンス成分の電圧との合計の電圧が出力される。一方で、コイル11bには、V=L×di/dtで表わされるように、単位時間当たりの電流の変化量に応じた電圧が発生する。つまり、コイル11bに電圧が発生する現象は、電流が大きく変化した場合に起こる。このため、コイル11bに大きな電圧が発生した場合には、それだけで短絡状態であると判断することができる。また、コイル11bを用いることによって、シャント抵抗11aのみで短絡を検出するよりも、短い時間で短絡状態であることを検出することができる。   In addition, when a short circuit occurs and the current flowing through the circuit suddenly increases and an overcurrent state occurs, the shunt resistor 11a has the sum of the resistance component voltage and the inductance component voltage as described above. Is output. On the other hand, a voltage corresponding to the amount of change in current per unit time is generated in the coil 11b as represented by V = L × di / dt. That is, the phenomenon that the voltage is generated in the coil 11b occurs when the current changes greatly. For this reason, when a large voltage is generated in the coil 11b, it can be determined that the coil 11b is in a short-circuit state. Further, by using the coil 11b, it is possible to detect a short-circuited state in a shorter time than detecting a short-circuit only by the shunt resistor 11a.

(制御部11eにおける過電流検出処理の流れ)
続いて、図2を参照して、制御部11eにおける過電流検出処理の流れを説明する。
(Overcurrent detection process flow in the control unit 11e)
Next, the flow of overcurrent detection processing in the control unit 11e will be described with reference to FIG.

まず、制御部11eは、電圧検出部11cによって検出されたシャント抵抗11aの両端子間の電圧と、電圧検出部11dによって検出されたコイル11bの両端子間の電圧とを入力する(ステップS101)。電流検出部11fは、シャント抵抗11aの両端子間の電圧と、コイル11bの両端子間の電圧とに基づいて、シャント抵抗11a及びコイル11bに流れる電流とその電流の変化量とを検出する(ステップS102)。   First, the control unit 11e inputs a voltage between both terminals of the shunt resistor 11a detected by the voltage detection unit 11c and a voltage between both terminals of the coil 11b detected by the voltage detection unit 11d (step S101). . The current detection unit 11f detects the current flowing through the shunt resistor 11a and the coil 11b and the amount of change in the current based on the voltage between both terminals of the shunt resistor 11a and the voltage between both terminals of the coil 11b ( Step S102).

遮断開始信号出力部11gは、電流検出部11fによって検出されたコイル11bに流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合には(ステップS103のYES)、回路が短絡状態になったと判断する。そして、遮断開始信号出力部11gは、半導体遮断器12に遮断を開始させるための信号を出力、つまり半導体遮断器12で過電流が遮断されるようにゲート電圧を制御する(ステップS104)。   When the change amount of the current flowing through the coil 11b detected by the current detection unit 11f exceeds a predetermined change amount (YES in step S103), the cutoff start signal output unit 11g determines that the circuit is in a short circuit state. to decide. The interruption start signal output unit 11g outputs a signal for causing the semiconductor breaker 12 to start breaking, that is, controls the gate voltage so that the overcurrent is interrupted by the semiconductor breaker 12 (step S104).

また、遮断開始信号出力部11gは、電流検出部11fによってコイル11bに流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えていない場合であって(ステップS103のNO)、電流検出部11fによってシャント抵抗11aに流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合には(ステップS105のYES)、回路が過負荷状態になったと判断する。そして、遮断開始信号出力部11gは、半導体遮断器12に遮断を開始させるための信号を出力、つまり半導体遮断器12で過電流が遮断されるようにゲート電圧を制御する(ステップS106)。   The interruption start signal output unit 11g is a case where the amount of change in the current flowing through the coil 11b by the current detection unit 11f does not exceed the predetermined change amount (NO in step S103), and the current detection unit 11f If the amount of change in the current flowing through the resistor 11a exceeds a predetermined amount of change (YES in step S105), it is determined that the circuit has been overloaded. Then, the interruption start signal output unit 11g outputs a signal for causing the semiconductor breaker 12 to start breaking, that is, controls the gate voltage so that the overcurrent is interrupted by the semiconductor breaker 12 (step S106).

また、電流検出部11fによってシャント抵抗11aに流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えていない場合には(ステップS105のNO)、過負荷状態や短絡状態になっていない通常状態であるので、ステップS101の処理に戻り、上述した過電流の検出処理を継続する。   When the change amount of the current flowing through the shunt resistor 11a by the current detection unit 11f does not exceed the predetermined change amount (NO in step S105), it is a normal state that is not overloaded or short-circuited. Therefore, the process returns to step S101, and the above-described overcurrent detection process is continued.

(変形例)
なお、回路に短絡が発生したことは、上述したようにコイル11bに流れる電流が急激に増え、コイル11bの両端子間に電圧が発生することにより検出する。但し、回路内で部分的に短絡が発生したり、給電線の配線長が長かったりすると、回路に短絡が発生してもコイル11bに流れる電流の立ち上がりが緩やかな場合がある。この場合には、シャント抵抗11aの両端子間電圧の大きさによって、回路が短絡状態になったと判断することができる。従って、コイル11bの両端子間の電圧のみで短絡を検出するよりも、シャント抵抗11aとコイル11bとを組み合わせて用いて短絡を検出する方が、短絡の検出精度を高めることができる。
(Modification)
Note that the occurrence of a short circuit in the circuit is detected by the fact that the current flowing through the coil 11b suddenly increases as described above, and a voltage is generated between both terminals of the coil 11b. However, if a short circuit occurs partially in the circuit or the length of the feeder line is long, the rise of the current flowing through the coil 11b may be gradual even if a short circuit occurs in the circuit. In this case, it can be determined that the circuit is short-circuited based on the magnitude of the voltage between both terminals of the shunt resistor 11a. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the short circuit by detecting the short circuit using the shunt resistor 11a and the coil 11b in combination rather than detecting the short circuit only by the voltage between both terminals of the coil 11b.

また、上述したようにコイル11bと接続されている給電線のインダクタンスの数倍以上大きいインダクタンスを有するコイル11bを通常用いるが、コイルからの出力にノイズ成分が多く含まれている場合がある。この場合、例えば、コイル11bと並列に、シャント抵抗11a及びコンデンサ等を接続した積分回路を設けると良い。そして、この積分回路の出力値、つまり積算値に基づいて、過電流状態や短絡状態を判断することもできる。   In addition, as described above, the coil 11b having an inductance several times larger than the inductance of the power supply line connected to the coil 11b is usually used, but there are cases where the output from the coil contains a lot of noise components. In this case, for example, an integration circuit in which a shunt resistor 11a and a capacitor are connected may be provided in parallel with the coil 11b. Then, it is possible to determine an overcurrent state or a short-circuit state based on the output value of the integrating circuit, that is, the integrated value.

(まとめ)
上述したように、本実施形態に係る過電流検出装置11においては、過電流状態のようにゆっくりと電流が変化する場合には、シャント抵抗11aの両端子間電圧により過電流の検出を行う。また、短絡が発生した時のように電流が大きく変化する場合には、コイル11bの両端子間電圧により過電流の検出を行う。
(Summary)
As described above, in the overcurrent detection device 11 according to the present embodiment, when the current changes slowly as in the overcurrent state, the overcurrent is detected by the voltage across the shunt resistor 11a. Further, when the current changes greatly as when a short circuit occurs, an overcurrent is detected by the voltage between both terminals of the coil 11b.

このように、ホール素子等を用いずに、シャント抵抗11aとコイル11bとを組み合わせて用いることによって、シャント抵抗11aのみで回路の過電流を検出する時と同様の信頼性を維持しつつ、正常時、過負荷時、短絡時のいずれの状態でも故障を少なくして、回路の過電流を確実に電流を検出することができる。また、シャント抵抗11aに加えてコイル11bを用いることで、短絡を検出するのに必要な時間を短縮することもできる。これにより、遮断器の故障をさらに回避することができる。   Thus, by using a combination of the shunt resistor 11a and the coil 11b without using a Hall element or the like, the same reliability as when detecting an overcurrent of the circuit with only the shunt resistor 11a is maintained, and normal operation is performed. It is possible to reduce the number of failures in any of the states of overload, overload, and short circuit, and reliably detect the overcurrent of the circuit. Further, by using the coil 11b in addition to the shunt resistor 11a, the time required to detect a short circuit can be shortened. Thereby, the failure of the circuit breaker can be further avoided.

本発明は、外部の信号によって電流の遮断を行う半導体遮断器等の遮断器を動作させるために、過電流の検出を行う過電流検出装置として利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an overcurrent detection device that detects an overcurrent in order to operate a circuit breaker such as a semiconductor circuit breaker that cuts off a current using an external signal.

11 過電流検出装置
11a シャント抵抗
11b コイル
11c,11d 電圧検出部
11e 制御部
11f 電流検出部
11g 遮断開始信号出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Overcurrent detection apparatus 11a Shunt resistance 11b Coil 11c, 11d Voltage detection part 11e Control part 11f Current detection part 11g Breaking start signal output part

Claims (5)

外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器を動作させるために、過電流を検出する過電流検出装置であって、
電流を検出するためのシャント抵抗と、
前記シャント抵抗と直列に接続され、電流を検出するためのコイルと、
前記シャント抵抗の両端子間の電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
前記コイルの両端子間の電圧を検出する第2の電圧検出手段と、
前記第1の電圧検出手段によって検出された前記シャント抵抗の両端子間の電圧と、前記第2の電圧検出手段によって検出された前記コイルの両端子間の電圧とに基づいて、前記シャント抵抗及び前記コイルに流れる電流とその電流の変化量とを検出する電流検出手段と、
を備えることを特徴とする過電流検出装置。
An overcurrent detection device that detects an overcurrent in order to operate a circuit breaker that interrupts the overcurrent by a signal from the outside,
A shunt resistor for detecting the current,
A coil connected in series with the shunt resistor for detecting current;
First voltage detecting means for detecting a voltage between both terminals of the shunt resistor;
Second voltage detecting means for detecting a voltage between both terminals of the coil;
Based on the voltage between both terminals of the shunt resistor detected by the first voltage detection means and the voltage between both terminals of the coil detected by the second voltage detection means, the shunt resistance and Current detection means for detecting the current flowing through the coil and the amount of change in the current;
An overcurrent detection device comprising:
前記シャント抵抗及び前記コイルを流れる電流の変化量が、所定の変化量を超えた場合に、前記遮断器に遮断を開始させるための信号を出力する遮断開始信号出力手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の過電流検出装置。   When the amount of change in the current flowing through the shunt resistor and the coil exceeds a predetermined amount of change, the device includes a break start signal output means for outputting a signal for causing the breaker to start break. The overcurrent detection device according to claim 1. 前記コイルは、当該コイルが接続されている配線のインダクタンスよりも大きいインダクタンスを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の過電流検出装置。   The overcurrent detection device according to claim 1, wherein the coil has an inductance larger than an inductance of a wiring to which the coil is connected. 前記遮断器は、半導体を用いた半導体遮断器であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の過電流検出装置。   The overcurrent detection device according to claim 1, wherein the circuit breaker is a semiconductor circuit breaker using a semiconductor. 外部からの信号によって過電流の遮断を行う遮断器を動作させるために、過電流を検出する過電流検出方法であって、
シャント抵抗の両端子間の電圧を検出し、
前記シャント抵抗と直列に接続されたコイルの両端子間の電圧を検出し、
前記第1の電圧検出手段によって検出された前記シャント抵抗の両端子間の電圧と、前記第2の電圧検出手段によって検出された前記コイルの両端子間の電圧とに基づいて、前記シャント抵抗及び前記コイルに流れる電流とその電流の変化量とを検出することを特徴とする過電流検出方法。
An overcurrent detection method for detecting an overcurrent in order to operate a circuit breaker that interrupts an overcurrent by an external signal,
Detect the voltage between both terminals of the shunt resistor,
Detecting the voltage between both terminals of the coil connected in series with the shunt resistor;
Based on the voltage between both terminals of the shunt resistor detected by the first voltage detection means and the voltage between both terminals of the coil detected by the second voltage detection means, the shunt resistance and An overcurrent detection method comprising detecting a current flowing through the coil and a change amount of the current.
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