JP2014089061A

JP2014089061A - 電流検出回路

Info

Publication number: JP2014089061A
Application number: JP2012237828A
Authority: JP
Inventors: Akiteru Chiba; 明輝千葉; Keita Ishikura; 啓太石倉
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US20140117972A1; CN103792407A

Abstract

【課題】抵抗損失を軽減させ、カレントトランスＣＴのサイズ、コスト面のいずれをも満足させることができる電流検出回路を提供する。
【解決手段】カレントトランスＣＴと、カレントトランスＣＴの２次側巻線Ｎｓ間に接続されたコンデンサＣ１とを備え、コンデンサＣ１によって、カレントトランスＣＴの１次側巻線Ｎｐに流れる１次側電流ｉｐとコンデンサＣ１の電圧Ｖｃとが同位相による位相調整されている。この構成により、カレントトランスＣＴの巻線比が小さいと抵抗損失が大きくなるマッチング抵抗を用いることなく、１次側電流ｉｐをコンデンサＣ１の電圧Ｖｃとして検出することができるため、小サイズ且つ低コストのカレントトランスＣＴを用いた低損失の電流検出回路を構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カレントトランスを用いた電流検出回路に関する。

従来のカレントトランスを用いた電流検出回路は、図５に示すように、電流を検出するラインに１次側巻線Ｎｐを設置したカレントトランスＣＴと、カレントトランスＣＴの２次側巻線Ｎｓ間に設置された抵抗Ｒ２とを備えている。２次側巻線Ｎｓ間に設置された抵抗Ｒ２は、マッチング抵抗と呼ばれ、抵抗Ｒ２の端子間には、１次側巻線Ｎｐが設置されたラインに流れる１次側電流ｉｐに応じた電圧値Ｖｓが出力される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２９９８３８号公報

しかしながら、従来技術では、マッチング抵抗である抵抗Ｒ２の抵抗損失Ｗ、カレントトランスＣＴのサイズ、コスト面のいずれをも満足させることが困難であるという問題点があった。

１次側電流ｉｐの電流値をｉｐ、２次側電流ｉｓの電流値をｉｓ、１次側巻線Ｎｐの巻数をＮｐ、２次側巻線Ｎｓの巻数をＮｓ、１次側巻線Ｎｐと２次側巻線Ｎｓとの巻数比をＮ（＝Ｎｓ／Ｎｐ）、抵抗Ｒ２の端子間に出力される２次側出力電圧をＶｓ、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲとそれぞれすると、
等アンペアターンの法則により、
ｉｓ＝（Ｎｐ／Ｎｓ）・ｉｐ＝ｉｐ／Ｎなので、
２次側に発生する２次側出力電圧Ｖｓは、
Ｖｓ＝Ｒ・ｉｐ／Ｎとなる。
また、マッチング抵抗である抵抗Ｒ２による抵抗損失Ｗは、
Ｗ＝Ｒ・ｉｓ^２＝Ｒ（ｉｐ／Ｎ）^２となる。

従って、１次側に１Ａ流して、２次側で１Ｖを発生させる場合における、巻数比Ｎ（＝Ｎｓ／Ｎｐ）と抵抗損失Ｗとの関係は、図６に示すようになる。図６から分かるように、抵抗損失Ｗを下げるには、巻数比Ｎを増やさなければならない。巻数比Ｎを増やすことは、カレントトランスＣＴの大型化を招き、コストアップにつながる。逆にカレントトランスＣＴの小型化のために巻数比Ｎを下げようとすると、抵抗損失Ｗが増えてしまう。このように抵抗損失ＷとカレントトランスＣＴの巻数比Ｎとは相反する関係にあり、いずれをも満足させることは困難である。なお、通常のカレントトランスＣＴは、電流を流す１次側巻線Ｎｐを１ターンとして使用するため、ここでは巻線比Ｎとは、すなわち２次側巻数Ｎｓによって決定されることなる。

本発明の目的は、上記問題点に鑑みて従来技術の上記問題を解決し、抵抗損失Ｗを軽減させ、カレントトランスＣＴのサイズ、コスト面のいずれをも満足させることができる電流検出回路を提供することにある。

本発明の電流検出回路は、カレントトランスと、当該カレントトランスの２次側巻線間に接続されたコンデンサとを具備し、前記コンデンサの電圧が前記カレントトランスの１次側巻線に流れる１次側電流と同位相に位相調整されていることを特徴とする。
さらに、本発明の電流検出回路は、前記カレントトランスの２次側巻線間に接続された抵抗と前記コンデンサの直列回路を具備し、前記直列回路によって、前記コンデンサの電圧が前記カレントトランスの１次側巻線に流れる電流と同位相に位相調整されるようにしても良い。
さらに、本発明の電流検出回路は、前記抵抗の抵抗値をＲ、前記コンデンサの静電容量をＣ、前記カレントトランスの２次側インダクタンスをＬｓ、前記カレントトランスの２次側リーケージインダクタンスをＬｒ、前記カレントトランスの２次側巻線抵抗をＲｒとそれぞれすると、前記抵抗及び前記コンデンサは、ＲＣ＝（Ｌｓ＋Ｌｒ）／Ｒの関係に設定さるようにしても良い。

本発明によれば、カレントトランスＣＴの巻線比が小さいと抵抗損失が大きくなるマッチング抵抗を用いることなく、１次側電流ｉｐを検出することができるため、小サイズ且つ低コストのカレントトランスＣＴを用いた低損失の電流検出回路を構成することができるという効果を奏する。

本発明に係る電流検出回路の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。図１に示す電流検出回路におけるコンデンサ電圧波形を示すグラフである。図１に示す電流検出回路における巻数比と抵抗値及び抵抗損失とのそれぞれの関係を示す比較図である。図１に示す電流検出回路の使用範囲を説明するためのグラフである。従来の電流検出回路の回路構成を示す回路構成図である。従来の電流検出回路におけるカレントトランスの巻数比と抵抗損失との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態の電流検出回路は、図１を参照すると、電流を検出するラインに１次側巻線Ｎｐを設置したカレントトランスＣＴと、カレントトランスＣＴの２次側巻線Ｎｓ間に接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路とを備えている。

抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路は、カレントトランスＣＴの２次側電圧の位相調整を行う回路である。抵抗Ｒ１の抵抗値をＲと、コンデンサＣ１の静電容量をＣとすると、Ｒ・Ｃは、次式「数１」の関係に設定されている。

なお、図１及び「数１」において、Ｌｓは、カレントトランスＣＴの２次側インダクタンス、Ｌｒは、カレントトランスＣＴの２次側リーケージインダクタンス、Ｒｒは、カレントトランスＣＴの２次側巻線抵抗をそれぞれ表している。また、図１において、Ｌｐは、１次側励磁インダクタンスを表している。

上述の「数１」の関係に設定された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路による位相調整によって、本実施の形態の電流検出回路では、１次側電流ｉｐがコンデンサＣ１の電圧Ｖｃによって再現される。すなわち、１次側電流ｉｐによって、１次側励磁インダクタンスＬｐに生じる電圧は進み位相になる。当然、カレントトランスＣＴの２次側電圧も１次側電流ｉｐに対して進み位相になるが、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路を接続することによって位相を遅らせて、元の１次側電流ｉｐと同位相に戻している。

２次側に流れる電流をｉｓ（ｔ）、コンデンサの電圧をｖｃ（ｔ）とすると、
２次側の閉回路網の電圧降下は、次式「数２」で表すことができる。

また、１次側と２次側の電流の関係は、巻線極性を加味して次式「数３」で表すことができる。なお、Ｎは、カレントトランスＣＴの巻数比（Ｎｓ／Ｎｐ）である。

従って、上述の「数１」の関係に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを設定することにより、ｉｓ（ｔ）とｖｃ（ｔ）とは、次式「数４」で表され、１次側電流ｉｐがコンデンサＣ１の電圧Ｖｃによって再現されることが分かる。

図２には、本実施の形態の電流検出回路において、１次側電流ｉｐとして交流電流を流したときの、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃの電圧波形が示されている。図２に示すように、１次側電流ｉｐがコンデンサＣ１の電圧Ｖｃによって再現されている。

図３には、カレントトランスＣＴの巻数比Ｎ（＝Ｎｓ／Ｎｐ）と抵抗値（従来のマッチング抵抗ｏｒ本実施の形態の位相調整用の抵抗）との関係と、カレントトランスＣＴの巻数比Ｎ（＝Ｎｓ／Ｎｐ）と抵抗損失との関係とが、マッチング抵抗した従来方式と、本実施の形態の電流検出回路とにおいてそれぞれ示されている。

なお、抵抗損失は、１次側に１Ａ流して、２次側で１Ｖを発生させる場合の値を示す。
このときの計算パラメータは、以下の通りである。
使用したカレントトランスＣＴは、ＥＩ１２．５コア、
カレントトランスＣＴの１次側電流ｉｐは、周波数ｆ＝１５０ｋＨｚのｓｉｎ波、
位相調整用のコンデンサＣ１は１０００ｐＦに固定して計算した。
また、位相調整用の抵抗Ｒ１の損失Ｗは、次式「数５」に示すコンデンサＣ１の電圧ｖｃと２次側電流ｉｓとに基づいて計算される。

図３によると、本実施の形態の電流検出回路では、カレントトランスＣＴの巻数比Ｎが少ないほど抵抗損失を低減させることが分かる。図４には、従来方式と、本発明の電流検出回路との使用領域の違いが示されている。図４によると、２次側巻数Ｎｓが小さい領域が本発明の電流検出回路の使用領域となる。このように本発明によると、小サイズ、低損失で正確に電流−電圧変換のためのカレントトランスＣＴを用いた電流検出回路を構成することができる。

なお、本実施の形態では、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路によって位相調整を行うように構成したが、抵抗Ｒ１は必ずしも必要なく、コンデンサＣ１とカレントトランスＣＴの２次側巻線抵抗Ｒｒとを用いて位相調整を行うように構成することもできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、カレントトランスＣＴと、カレントトランスＣＴの２次側巻線Ｎｓ間に接続されたコンデンサＣ１とを備え、コンデンサＣ１によって、コンデンサＣ１の電圧ＶｃがカレントトランスＣＴの１次側巻線Ｎｐに流れる１次側電流ｉｐと同位相に位相調整されている。この構成により、カレントトランスＣＴの巻線比が小さいと抵抗損失が大きくなるマッチング抵抗を用いることなく、１次側電流ｉｐをコンデンサＣ１の電圧Ｖｃとして検出することができるため、小サイズ且つ低コストのカレントトランスＣＴを用いた低損失の電流検出回路を構成することができる。

さらに、本実施の形態によれば、カレントトランスＣＴの２次側巻線Ｎｓ間に接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路を備え、この直列回路によって、コンデンサＣ１の電圧ＶｃがカレントトランスＣＴの１次側巻線Ｎｐに流れる１次側電流ｉｐと同位相に位相調整されている。この構成により、静電容量の小さいコンデンサＣ１を用いることができ、低コスト化することができる。

さらに、本実施の形態によれば、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ、コンデンサＣ１の静電容量をＣ、カレントトランスＣＴの２次側インダクタンスをＬｓ、カレントトランスＣＴの２次側リーケージインダクタンスをＬｒ、カレントトランスＣＴの２次側巻線抵抗をＲｒとそれぞれすると、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１は、ＲＣ＝（Ｌｓ＋Ｌｒ）／Ｒの関係に設定されている。この構成により、位相調整用の直列回路を構成する抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１を、カレントトランスＣＴの特性に応じて、簡単に選択することができる。

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。

ＣＴカレントトランス
Ｃ１コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２抵抗

Claims

カレントトランスと、
当該カレントトランスの２次側巻線間に接続されたコンデンサとを具備し、
前記コンデンサの電圧が前記カレントトランスの１次側巻線に流れる１次側電流と同位相に位相調整されていることを特徴とする電流検出回路。
前記カレントトランスの２次側巻線間に接続された抵抗と前記コンデンサの直列回路を具備し、
前記直列回路によって、前記コンデンサの電圧が前記カレントトランスの１次側巻線に流れる電流と同位相に位相調整されていることを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
前記抵抗の抵抗値をＲ、前記コンデンサの静電容量をＣ、前記カレントトランスの２次側インダクタンスをＬｓ、前記カレントトランスの２次側リーケージインダクタンスをＬｒ、前記カレントトランスの２次側巻線抵抗をＲｒとそれぞれすると、前記抵抗及び前記コンデンサは、ＲＣ＝（Ｌｓ＋Ｌｒ）／Ｒの関係に設定されていることを特徴とする請求項２記載の電流検出回路。