JP2017125722A - 電流検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源オフ時において、磁心が着磁する可能性を低くすることができる電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流検出装置10は、磁心13、励磁コイル14、励磁部12、検出抵抗15、検出部17及び遮断制御部20を備える。励磁部12は、電源電圧V0の供給を受けて、所定の周波数の励磁電圧V1を励磁コイル14に印加して励磁コイル14に流れる励磁電流を生成する。検出抵抗15は、励磁電流を検出電圧V2に変換する。検出部17は、検出電圧V2を用いて導体30に流れる電流を検出する。遮断制御部20は、電源電圧V0を遮断する。遮断制御部20は、電源電圧V0の遮断を指示する遮断指令信号S1を受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に、励磁部12から出力される励磁電圧V1が変化するタイミングで当該励磁電圧V1をグランドレベルにする。
【選択図】図1

Description

本発明は、電流検出装置に関する。
従来の電流検出装置としては、例えばフラックスゲート方式の磁束検知方法を用いた電流検出装置が知られている(特許文献1参照)。
特許文献1で開示された電流検出装置は、磁心とコイルとを含む磁気回路ユニットと、コイルへ磁心を磁気飽和させる電圧を印加する励磁回路とを含んでいる。電流検出装置では、励磁回路が印加した電圧でコイルに電流が流れる。磁心で発生する磁界は、電流の検出対象である導体に流れる電流の変化に応じて変化する。そして、磁界が変化すると、コイルに流れる電流も変化する。電流検出装置では、コイルに流れる電流の変化を検出することで、導体に流れる電流を検出している。
WO2014/010187号公報
従来の電流検出装置では、電源をオフするタイミングによっては励磁回路の磁心が磁気飽和していない場合があり、この場合において励磁回路への電源供給を遮断すると、磁心が着磁する可能性があり、以降の電流検出において正確な検出が行えない可能性がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされ、電源オフ時において、磁心が着磁する可能性を低くすることができる電流検出装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電流検出装置は、導体が挿通される磁心と、前記磁心に巻かれた励磁コイルと、電源電圧の供給を受けて、所定の周波数の励磁電圧を前記励磁コイルに印加して前記励磁コイルに流れる励磁電流を生成する励磁部と、前記励磁電流を電圧信号に変換する変換部と、前記電圧信号を用いて前記導体に流れる電流を検出する検出部と、前記電源電圧を遮断する遮断制御部とを備え、前記遮断制御部は、前記電源電圧の遮断を指示する遮断指令信号を受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部から出力される前記励磁電圧が変化するタイミングで当該励磁電圧をグランドレベルにすることを特徴とする。
本発明に係る電流検出装置によれば、電源オフ時において、磁心が着磁する可能性を低くすることができる。
図1は、本発明の実施形態1に係る電流検出装置の構成を説明するブロック図である。 図2は、同上の電流検出装置の利用形態の一例を示す図である。 図3は、同上の電流検出装置の励磁部の構成を説明するブロック図である。 図4A〜図4Fは、同上の電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。 図5は、同上の電流検出装置の変形例である電流検出装置の構成を説明するブロック図である。 図6は、同上の電流検出装置の変形例である電流検出装置の励磁部の構成を説明するブロック図である。 図7A〜図7Dは、比較例の電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。 図8は、本発明の実施形態2に係る電流検出装置の遮断制御部の構成を説明するブロック図である。 図9は、本発明の実施形態3に係る電流検出装置の励磁部の構成を説明するブロック図である。 図10A〜図10Gは、同上の電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。 図11は、同上の電流検出装置における磁気ヒステリシス曲線を表す図である。 図12は、本発明の実施形態4に係る電流検出装置の構成を説明するブロック図である。 図13A〜図13Fは、同上の電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。 図14A〜図14Fは、同上の電流検出装置の変形例である電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。 図15A〜図15Gは、同上の電流検出装置の別の変形例である電流検出装置の動作を説明するタイミング図である。
以下の実施形態は、一般に電流検出装置に関し、より詳細には導体を流れる被測定電流を検出する電流検出装置に関する発明である。
(実施形態1)
以下、本実施形態のフラックスゲート型の電流検出装置(以下、電流検出装置)10について説明する。図1は、本実施形態の電流検出装置10の構成を説明する図であり、図2は、電流検出装置10の利用用途を説明する図である。
電流検出装置10は、図2に示すように、電動車両3の蓄電池を充電する充電システムで用いられる。電動車両3は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車等である。具体的には、充電システムは、商用電源を供給する商用系統1と、電動車両3とが、変換装置2を介して電気的に接続される。そして、電流検出装置10は、商用系統1と変換装置2とを接続する導体30に設けられ、導体30に流れる被測定電流(不平衡な直流電流)を検出することで、商用系統1と電動車両3との間における漏電を検出する。なお、変換装置2は、交流電源を直流電源に変換、及び直流電源を交流電源に変換する機能を備える。ここで、導体30には、商用系統1から電動車両3の方向へと電流が流れる第1の導線と、電動車両3から商用系統1の方向へと電流が流れる第2の導線とがある。漏電が発生していない場合には第1の導線に流れる電流の量と第2の導線に流れる電流の量とは同一であるため被測定電流(不平衡電流)は発生しない。しかしながら、漏電が発生している場合には、第1の導線に流れる電流の量と第2の導線に流れる電流の量とは異なるため被測定電流が発生する。電流検出装置10は、この被測定電流を検出することで商用系統1と電動車両3との間の漏電を検出することができる。
これにより、電流検出装置10は、商用系統1と変換装置2との間で流れる交流電流、変換装置2に流れる高周波電流、及び変換装置2と電動車両3との間で流れる直流電流についての漏電を検出することができる。なお、変換装置2は、電動車両3に設けられていてもよい。また、本実施形態では、電源の供給元を商用系統1としたが、これに限定されない。電源の供給元は、太陽光発電等の分散電源であってもよい。
以下、本実施形態に係る電流検出装置10の各構成要素について説明する。
電流検出装置10は、図1に示すように、電源部11と、励磁部12と、磁心13と、励磁コイル14と、検出抵抗15(変換部)と、基準電圧発生部16と、検出部17と、遮断制御部20とを備える。
電源部11は、電源電圧V0を励磁部12、基準電圧発生部16及び検出部17に供給する。ここで、本実施形態では、電源部11は、片電源で構成されているとする。具体的には、電源部11は、遮断制御部20から遮断タイミング信号S2を逐次受け付けており、遮断タイミング信号S2の値に応じて、電源電圧V0の供給及び遮断を行っている。電源部11は、H(High)レベルの遮断タイミング信号S2を受け付けている間は、電源電圧V0を供給する。電源部11は、L(Low)レベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後、電源電圧V0を遮断、つまり電源電圧V0をグランドレベルにする。ここで、電圧をグランドレベルにするとは、電圧を0Vにすることをいう。
励磁部12は、電源電圧V0の供給を受け、所定の周波数で発振される励磁電圧V1を生成する。励磁部12は、図3に示すように、発振器100及びスイッチ101を有している。
スイッチ101は、遮断制御部20から出力される遮断タイミング信号S2のレベルに応じて、励磁コイル14との電気的な接続先を発振器100及び基準電圧発生部16のいずれかに切り替える。具体的には、遮断制御部20から出力される遮断タイミング信号S2がHレベルである場合には、スイッチ101は、発振器100と励磁コイル14とを電気的に接続する。遮断制御部20から出力される遮断タイミング信号S2がLレベルである場合には、スイッチ101は、基準電圧発生部16と励磁コイル14とを電気的に接続する。
発振器100は、所定の周波数で発振する発振回路を備える。発振器100は、発振回路で生成された励磁クロックを増幅し、所定の電圧振幅を有する方形波信号(励磁電圧V1)を生成し、方形波信号をスイッチ101を介して励磁コイル14へ出力する。これにより、励磁電圧V1が励磁コイル14に印加されることになる。
磁心13は、例えば磁性体コアであり、導体30が挿通される開口部を有する環状に形成されている。励磁コイル14は、磁心13に巻かれたコイルである。
検出抵抗15は、一端が励磁コイル14に、他端が基準電圧発生部16にそれぞれ電気的に接続されている。検出抵抗15は、励磁コイル14から出力される励磁電流Iを、検出電圧V2に変換する。
基準電圧発生部16は、電源電圧V0の供給を受けて、基準電圧V3(例えば、V3=V1/2)を生成し、励磁部12及び検出部17に出力する。具体的には、基準電圧発生部16は、遮断制御部20からHレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けている間は、基準電圧V3(例えば、V3=V1/2)を生成し、励磁部12及び検出部17に出力する。基準電圧発生部16は、遮断制御部20からLレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、基準電圧V3をグランドレベルにする。このとき、励磁部12のスイッチ101は、基準電圧発生部16と励磁コイル14とを電気的に接続するので、励磁部12の励磁電圧V1はグランドレベル(0V)になる。なお、励磁部12では、基準電圧V3を基準として所定の周波数で発振される励磁電圧V1が生成されることとなる。
検出部17は、検出電圧V2と、基準電圧V3とを用いて導体30の電流(不平衡電流)の有無を検出する。例えば、検出部17は、検出電圧V2の平均値と、基準電圧V3との差分の絶対値が所定値以上である場合には商用系統1と電動車両3との間で漏電が発生していることを検出する。検出部17は、差分が所定値未満である場合には商用系統1と電動車両3との間で漏電が発生していないことを検出する。検出部17は、検出結果を出力する。例えば、検出部17は表示装置に検出結果を出力し、表示装置に検出結果を表示させる。
遮断制御部20は、電流検出装置10の動作を終了するタイミングでHレベルの遮断指令信号S1を外部から受け付けると、それ以降の励磁電圧V1が立ち下がるタイミングでLレベルの遮断タイミング信号S2を、電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16に出力する。遮断制御部20は、Lレベルの遮断指令信号S1を受け付けている間は、Hレベルの遮断タイミング信号S2を電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16へ出力する。つまり、Hレベルの遮断指令信号S1は電源電圧V0の遮断を指示する信号であり、Lレベルの遮断指令信号S1は電源電圧V0の供給の維持を指示する信号である。なお、遮断制御部20は、ユーザの操作で遮断指令信号S1を受け付けてもよいし、他の装置から遮断指令信号S1を受け付けてもよい。
次に、遮断指令信号を受け取ってから電源電圧V0が遮断されるまでの間の電流検出装置10の動作について、図4A〜図4Fに示すタイミング図を用いて説明する。
遮断制御部20は、時点t1で、外部からHレベルの遮断指令信号S1を受け付ける(図4A参照)。
遮断制御部20は、時点t1以後で、励磁電圧V1が立ち下がるタイミングである時点t2で、遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する(図4C参照)。基準電圧発生部16は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、基準電圧V3をHレベルからグランドレベル(Lレベル)にする(図4D参照)。励磁部12は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、励磁電圧V1をHレベルからグランドレベル(Lレベル)にする(図4E参照)。具体的には、スイッチ101の接続先を発振器100から基準電圧発生部16に変更する。
電源部11は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後(励磁電圧V1及び基準電圧V3がグランドレベルになった後)の時点t3で、電源電圧V0をHレベルからグランドレベル(Lレベル)に変更する(図4B参照)。
励磁電圧V1が立ち下がる時点(t2)では、励磁電流Iは最大となっており、磁心13が磁気飽和した状態となっている(図4F参照)。時点t2で励磁電圧V1がグランドレベルになるので、励磁電流Iは減少していき、最後には0となる。したがって、電源部11のオフ時(電源電圧V0の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
ここで、遮断タイミング信号S2が電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16に出力されると、電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16は、出力する電圧をグランドレベルにしている。つまり、遮断タイミング信号S2は、出力する電圧をグランドレベルにする指示を表す信号であるといえる。
なお、本実施形態における励磁部12は、自励発振する構成であってもよい。この場合の電流検出装置10(以下、「本変形例の電流検出装置10」という)の構成を図5に示す。
本変形例の電流検出装置10の励磁部12は、図5に示すように、検出電圧V2をさらに受け付ける構成となっている。
本変形例の励磁部12は、図6に示すように、コンパレータ110、抵抗111、112及びスイッチ113を有している。抵抗111の一端は、基準電圧発生部16に電気的に接続されている。抵抗111の他端は、抵抗112の一端と接続されている。コンパレータ110のマイナス入力端子は検出抵抗15と、プラス入力端子は抵抗111と抵抗112との接続点と、それぞれ電気的に接続されている。コンパレータの出力端子は、抵抗112の他端及びスイッチ113と電気的に接続されている。コンパレータ110が出力する電圧を分圧した電圧が閾値電圧としてコンパレータ110のプラス入力端子に入力される。マイナス入力端子に入力される検出電圧V2が閾値電圧を超えるとコンパレータ110が出力する電圧の極性が反転する。これにより、励磁部12は自励発振することができる。
スイッチ113は、遮断タイミング信号S2のレベルに応じて、コンパレータ110及び基準電圧発生部16のいずれかに切り替える。具体的には、遮断タイミング信号S2がHレベルである場合には、スイッチ101は、コンパレータ110と励磁コイル14とを電気的に接続する。遮断タイミング信号S2がLレベルである場合には、スイッチ101は、基準電圧発生部16と励磁コイル14とを電気的に接続する。
ここで、従来の電流検出装置(以下、「比較例の電流検出装置」という)の動作について、図7A〜図7Dに示すタイミング図を用いて説明する。比較例の電流検出装置では、時点taで電源部の電圧供給を遮断すると、電源部から出力される電源電圧Vaは、Hレベルから徐々に減少し、時点tbでグランドレベル(Lレベル)となる(図7A参照)。このとき、電源部からの電圧供給が徐々に減少するに伴って、比較例の電流検出装置の基準電圧発生部から出力される基準電圧Vbも徐々に減少し、時点tcでグランドレベル(Lレベル)となる(図7B参照)。また、電源部からの電圧供給が徐々に減少するに伴って、比較例の電流検出装置の励磁部から出力される励磁電圧VcのHレベルは徐々に変化し、方形波信号とは異なる信号となり、時点tdでLレベルとなる(図7C参照)。このように、比較例の電流検出装置では、電源部からの電圧供給を遮断すると、比較例の電流検出装置の基準電圧発生部と励磁部との遮断のタイミングが異なってしまう可能性がある。遮断のタイミングが異なってしまうと、電源部からの電圧供給を遮断した後(時点ta後)、励磁コイルに偏った電流、左右非対称の電流が流れる(図7D参照)。励磁コイルに偏った電流が流れるため、磁心が着磁する可能性がある。
さらには、電源部からの電圧供給の遮断のタイミングと励磁電圧Vcとの位相との関係は電圧供給の遮断のタイミングの度に異なるため、励磁電流Iaは、電圧供給の遮断の度に異なる波形となる。つまり、電圧供給の遮断する度に再現性が低い。
一方、本実施形態の電流検出装置10は、磁心13、励磁コイル14、励磁部12、検出抵抗15(変換部)、検出部17及び遮断制御部20を備える。磁心13には、導体30が挿通される。励磁コイル14は、磁心13に巻かれたコイルである。励磁部12は、電源電圧V0の供給を受けて、所定の周波数の励磁電圧V1を励磁コイル14に印加して励磁コイル14に流れる励磁電流Iを生成する。検出抵抗15は、励磁電流Iを電圧信号(検出電圧V2)に変換する。検出部17は、検出電圧V2を用いて導体30に流れる電流を検出する。遮断制御部20は、電源電圧V0を遮断する。遮断制御部20は、電源電圧V0の遮断を指示する遮断指令信号S1を受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に、励磁部12から出力される励磁電圧V1が変化するタイミングで当該励磁電圧V1をグランドレベルにする。
この構成によると、電流検出装置10は、電源部11からの電圧の供給を遮断する前に、励磁電圧V1が変化するタイミング(本実施形態では、励磁電圧V1が立ち下がるタイミング)で励磁電圧V1をグランドレベルにしている。このタイミングでは、励磁電流Iは最大となっており、磁束密度が磁気飽和した状態となる。このタイミングで励磁電圧V1がグランドレベルになるので、励磁電流Iは減少していき、最後には0となる。したがって、電源部11のオフ時(電源電圧V0の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。また、電流検出装置10は、電源部11からの電圧の供給を遮断する前に、常に、磁束密度が磁気飽和した状態となった状態で励磁電圧V1をグランドレベルにしている。そのため、励磁電流Iaは、電圧供給の遮断の度に同じ波形することができるので、電圧供給の遮断の度に再現性は高くなる。
ここで、本実施形態の電流検出装置10は、検出部17に基準電圧V3を出力する基準電圧発生部16を、さらに備えることが好ましい。電源電圧V0は、片電源構成の電源部11から供給されることが好ましい。検出部17は、検出電圧V2(電圧信号)と基準電圧V3との差分に基づいて導体30に流れる電流を検出する。遮断制御部20は、さらに、遮断指令信号S1を受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に、励磁部12の励磁電圧V1が変化するタイミングで基準電圧V3をグランドレベルにすることが好ましい。この構成によると、電流検出装置10は、磁心13のランダムな着磁を防ぐことができる。また、片電源構成とすることで、電流検出装置10の構成を簡単にすることができる。
ここで、励磁部12は、検出抵抗15(変換部)の検出電圧V2(電圧信号)が入力されることにより自励発振する構成を有していることが好ましい。遮断制御部20は、電源電圧V0を遮断する前に、励磁部12の励磁電圧V1が変化するタイミングで励磁部12の自励発振を停止することが好ましい。この構成によると、励磁電圧V1を自励発振させる場合であっても、磁心13のランダムな着磁を防ぐことができる。
ここで、遮断制御部20は、遮断指令信号S1を受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に、励磁部12の励磁電圧V1が変化するタイミングで、励磁部12及び電源電圧V0を供給する電源部11に、遮断タイミング信号S2を出力する。遮断タイミング信号S2は、出力する電圧(励磁電圧V1、電源電圧V0)をグランドレベルにする指示を表す信号である。励磁部12は、遮断タイミング信号S2を受け取ることで、励磁電圧V1をグランドレベルにする。遮断制御部20は、遮断タイミング信号S2を電源部11に出力することで、電源部11に電源電圧V0の供給を遮断させる。この構成によると、電流検出装置10は、励磁部12における励磁電圧V1の遮断から電源部11の電源停止まで、自動で行うことができる。
なお、図3及び図6で示した励磁部12の構成はあくまでも一例であり、同様の機能を有していれば、これと異なる構成であってもよい。
(実施形態2)
ここでは、実施形態2の電流検出装置10について説明する。具体的には、遮断制御部20の構成について説明する。なお、ここでの構成は一例である。
遮断制御部20は、図8に示すように、NOT回路200及びDフリップフロップ201を有している。NOT回路200は、励磁電圧V1である電圧信号を入力として、当該電圧信号のH/Lを反転させた信号をDフリップフロップ201へ出力する。
Dフリップフロップ201は、データ入力端子(D入力端子)で受け付けられる信号がHレベルである場合において、クロック信号の立ち上がりのタイミングで出力する信号を変化させる。具体的には、Dフリップフロップ201のD入力端子は、遮断指令信号S1を受け付ける。Dフリップフロップ201のクロック入力端子は、NOT回路の出力を受け付ける。Dフリップフロップ201は、Lレベルの遮断指令信号S1を受け付けている間は、励磁電圧V1の電圧変化に関係なくHレベルの遮断タイミング信号S2をQ’端子から出力する。Dフリップフロップ201は、Hレベルの遮断指令信号S1を受け付けると、励磁電圧V1の立ち下がりのタイミング(クロック端子に入力される信号は立ち上がりのタイミングとなっている)で、Lレベルの遮断タイミング信号S2をQ’端子から出力する。
この構成によると、既存の論理回路(NOT回路200、Dフリップフロップ201)により、遮断制御部20の機能を実現することができる。
以上説明したように、本実施形態の電流検出装置10において、遮断制御部20は、励磁電圧V1としての電圧信号を入力とするNOT回路200と、Dフリップフロップ201とを有することが好ましい。遮断指令信号S1はDフリップフロップ201のデータ入力端子に入力される。NOT回路200の出力はDフリップフロップ201のクロック入力端子に入力される。Dフリップフロップ201は、励磁部12の励磁電圧V1が変化するタイミングで出力される信号を遮断タイミング信号S2として、励磁部12に出力することが好ましい。励磁部12は、遮断タイミング信号S2を受け付けることで、励磁電圧V1をグランドレベルにすることが好ましい。
この構成によると、電流検出装置10は、汎用の論理回路を用いることで、励磁電圧V1の遮断を制御することができる。
また、Dフリップフロップ201は、遮断タイミング信号S2を、基準電圧発生部16に出力することが好ましい。基準電圧発生部16は、遮断タイミング信号S2を受け付けることで、基準電圧V3をグランドレベルにすることが好ましい。
(実施形態3)
本実施形態では、電流検出装置10は、遮断指令信号S1を受け付けた後、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくして、励磁電圧V1をグランドレベルにする点が、実施形態1の電流検出装置10と異なる。
以下、異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の励磁部12は、図9に示すように、発振器120、減衰器121及びスイッチ122を有している。
発振器120は、所定の周波数で発振される励磁クロックを生成する。発振器100は、生成した励磁クロックを増幅し、励磁電圧V1を生成し、励磁電圧V1を減衰器121及びスイッチ122を介して励磁コイル14へ出力する。
減衰器121は、振幅低減信号S3を逐次受け付けており、振幅低減信号S3の値に応じて、励磁電圧V1の振幅の低減を行っている。減衰器121は、Lレベルの振幅低減信号S3がLレベルの間は、励磁電圧V1の振幅を低減することなく、つまり振幅を変更することなく励磁電圧V1をスイッチ122を介して励磁コイル14へ出力する。減衰器121は、Hレベルの振幅低減信号S3を受け付けると、励磁電圧V1の振幅を徐々に減衰し、振幅が小さくなった励磁電圧V1をスイッチ122を介して励磁コイル14へ出力する。減衰器121は、励磁電圧V1が立ち上がりのタイミング、または立ち下がりのタイミング毎に振幅を小さくする。このように、減衰器121は、Hレベルの振幅低減信号S3を受け付けることで励磁電圧V1の振幅を徐々に低減している。つまり、Hレベルの振幅低減信号S3は、励磁電圧V1が変化する所定のタイミングで励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする指示を表す信号である。
スイッチ122は、遮断制御部20から出力される遮断タイミング信号S2のレベルに応じて、励磁コイル14との電気的な接続先を減衰器121及び基準電圧発生部16のいずれかに切り替える。具体的には、遮断タイミング信号S2がHレベルである場合には、スイッチ122は、減衰器121と励磁コイル14とを電気的に接続する。遮断タイミング信号S2がLレベルである場合には、スイッチ122は、基準電圧発生部16と励磁コイル14とを電気的に接続する。
本実施形態の遮断制御部20は、Hレベルの遮断指令信号S1を外部から受け付けると、それ以降の励磁電圧V1が立ち下がるタイミングでHレベルの振幅低減信号S3を、励磁部12に出力する。遮断制御部20は、励磁電圧V1の振幅の減衰が所定回数行われた後、Lレベルの遮断タイミング信号S2を、電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16に出力する。遮断制御部20は、Lレベルの遮断指令信号S1を受け付けている間は、Lレベルの振幅低減信号S3を励磁部12へ、Hレベルの遮断タイミング信号S2を電源部11、励磁部12及び基準電圧発生部16へ、それぞれ出力する。
次に、遮断指令信号を受け取ってから電源電圧V0が遮断されるまでの間における本実施形態の電流検出装置10の動作について、図10A〜図10Gに示すタイミング図を用いて説明する。
遮断制御部20は、時点t11で、外部からHレベルの遮断指令信号S1を受け付ける(図10A参照)。
遮断制御部20は、時点t11以後で、励磁電圧V1が立ち下がるタイミングである時点t12で、振幅低減信号S3をLレベルからHレベルに変更する(図10D参照)。
励磁部12は、Hレベルの振幅低減信号S3を受け付けると、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする(図10E参照)。本実施形態では、振幅の変更を4回行っている。なお、この回数は、一例であり、この数値に限定する趣旨ではない。
励磁電流Iは、励磁電圧V1の振幅が徐々に小さくになるにつれて、電流の波形も小さくなる(図10F参照)。
遮断制御部20は、励磁電圧V1の振幅の変更が所定回数(ここでは、4回)行われた時点(ここでは、時点t13)で、遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する(図10C参照)。
基準電圧発生部16は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、基準電圧V3をHレベルからグランドレベル(Lレベル)にする(図10G参照)。
励磁部12は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、励磁電圧V1をHレベルからグランドレベル(Lレベル)にする(図10E参照)。
電源部11は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後(励磁電圧V1及び基準電圧V3がグランドレベルになった後)の時点t14で、電源電圧V0をHレベルからグランドレベル(Lレベル)に変更する(図10B参照)。
図11は、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくした場合の磁束密度Bと磁界Hとの特性を示す磁気ヒステリシス曲線を表す図である。励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくすることで、磁気ヒステリシス曲線は、B−Hループの中心(原点)の付近に収束する。つまり、磁心13に磁気がない状態となるので、電源部11のオフ時(電源電圧V0の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
以上説明したように、本実施形態の電流検出装置10において、遮断制御部20は、遮断指令信号S1を受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に励磁電圧V1が変化する所定のタイミングで振幅低減信号S3を励磁部12に出力することが好ましい。振幅低減信号S3は、励磁部の励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする指示を表す信号である。励磁部12は、振幅低減信号S3を受け取ると所定期間内で励磁電圧の振幅を徐々に小さくすることが好ましい。遮断制御部20は、所定期間の経過後、励磁電圧V1が変化するタイミングで当該励磁電圧V1をグランドレベルにすることが好ましい。
この構成によると、電流検出装置10は、B−Hループの中心(原点)の付近で励磁を止めるため、磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
なお、実施形態3で説明した電流検出装置10の構成を実施形態1,2と適宜組み合わせてもよい。
(実施形態4)
本実施形態では、電流検出装置10が備える電源部11が両電源構成である点が、実施形態1の電流検出装置10と異なる。
以下、異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の電流検出装置10は、図12に示すように、電源部11、励磁部12、磁心13、励磁コイル14、検出抵抗15と、検出部17と、遮断制御部20とを備える。
電源部11は、両電源で構成され、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とを励磁部12及び検出部17に供給する。ここで、正の電源電圧V10の絶対値と負の電源電圧V11の絶対値とは同じ値である。
電源部11は、遮断制御部20から遮断タイミング信号S2を逐次受け付けており、遮断タイミング信号S2の値に応じて、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11との供給及び遮断を行っている。電源部11は、H(High)レベルの遮断タイミング信号S2を受け付けている間は、正の電源電圧V10及び負の電源電圧V11を供給する。電源部11は、L(Low)レベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とを遮断、つまり正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とをグランドレベル(0V)にする。
励磁部12は、正の電源電圧V10及び負の電源電圧V11の供給を受け、0Vを基準として所定の周波数で発振される励磁電圧V1を生成する。
検出抵抗15は、一端が励磁コイル14に電気的に接続され、他端が接地されている。検出抵抗15は、励磁コイル14から出力される励磁電流Iを、検出電圧V2に変換する。
検出部17は、検出電圧V2と、基準電圧V3(=0V)とを用いて導体30の電流(不平衡電流)の有無を検出する。例えば、検出部17は、検出電圧V2の平均値と、基準電圧V3との差分が所定値以上である場合には商用系統1と電動車両3との間で漏電が発生していることを検出する。検出部17は、差分が所定値未満である場合には商用系統1と電動車両3との間で漏電が発生していないことを検出する。
遮断制御部20は、Hレベルの遮断指令信号S1を外部から受け付けると、それ以降の励磁電圧V1が立ち下がるタイミング又は立ち上がるタイミングでLレベルの遮断タイミング信号S2を、電源部11及び励磁部12に出力する。遮断制御部20は、Lレベルの遮断指令信号S1を受け付けている間は、Hレベルの遮断タイミング信号S2を電源部11及び励磁部12へ出力する。つまり、Hレベルの遮断指令信号S1は正の電源電圧V10と負の電源電圧V11との遮断を指示する信号であり、Lレベルの遮断指令信号S1は正の電源電圧V10と負の電源電圧V11との供給の維持を指示する信号である。なお、遮断制御部20は、ユーザの操作で遮断指令信号S1を受け付けてもよいし、他の装置から遮断指令信号S1を受け付けてもよい。
次に、遮断指令信号S1を受け取ってから電源電圧が遮断されるまでの間の電流検出装置10の動作について、図13A〜図13Fに示すタイミング図を用いて説明する。
遮断制御部20は、時点t21で、外部からHレベルの遮断指令信号S1を受け付ける(図13A参照)。
遮断制御部20は、時点t21以後で、励磁電圧V1が立ち下がるタイミング又は立ち上がるタイミングで遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する。ここでは、立ち下がるタイミングある時点t22(ここでは、立ち下がるタイミング)で、遮断制御部20は、遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する(図13D参照)。励磁部12は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、励磁電圧V1をグランドレベル(0V)とする(図13E参照)。
電源部11は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後(励磁電圧V1が0Vとなった後)の時点t23で、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図13B参照)。また、電源部11は、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベルにした後、時点t24で、負の電源電圧V11をLレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図13C参照)。なお、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とは、同じタイミングでグランドレベルにしてもよい。
励磁電圧V1が立ち下がる時点又は立ち上がる時点では励磁電流Iは最大又は最小となっており、磁束密度が磁気飽和した状態となっている(図13F参照)。時点t22で励磁電圧V1がグランドレベルになるので、励磁電流Iは減少していき、最後には0となる。したがって、電源部11のオフ時(電源電圧の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
本実施形態の励磁部12は、実施形態1の励磁部12と同様に自励発振する構成であってもよい。
また、本実施形態の遮断制御部20の構成として、実施形態2の遮断制御部20の構成を適用してもよい。
また、本実施形態の電流検出装置10に、実施形態3の電流検出装置10の機能を適用してもよい。
励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする機能を適用した場合の電流検出装置10(以下、「本変形例の電流検出装置10」という)の動作について、図14A〜図14Fに示すタイミング図を用いて説明する。
遮断制御部20は、時点t31で、外部からHレベルの遮断指令信号S1を受け付ける(図14A参照)。
遮断制御部20は、時点t31以後で、励磁電圧V1が立ち下がるタイミング又は立ち上がるタイミングで振幅低減信号S3をLレベルからHレベルに変更する。ここでは、時点t32(ここでは、立ち下がるタイミング)で、遮断制御部20は、振幅低減信号S3をLレベルからHレベルに変更する(図14D参照)。
励磁部12は、Hレベルの振幅低減信号S3を受け付けると、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする(図14E参照)。本実施形態では、振幅の変更を4回行っている。なお、この回数は、一例であり、この数値に限定する趣旨ではない。
励磁電流Iは、励磁電圧V1の振幅が徐々に小さくになるにつれて、電流の波形も小さくなる(図14F参照)。
励磁電圧V1の振幅の変更が所定回数(ここでは、4回)行われた後(ここでは、時点t33)で、電源部11は、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図14B参照)。また、電源部11は、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベルにした後、時点t34で、負の電源電圧V11をLレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図14C参照)。なお、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とは、同じタイミングでグランドレベルにしてもよい。
このように、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくすることで、磁心13に磁気がない状態となるので、電源部11のオフ時(電源電圧の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
本変形例の電流検出装置10では、遮断タイミング信号S2を用いることなく、電源部11をオフしたが、遮断タイミング信号S2を用いて電源部11をオフしてもよい。この場合の電流検出装置10の動作について、図15A〜図15Fに示すタイミング図を用いて説明する。
遮断制御部20は、時点t41で、外部からHレベルの遮断指令信号S1を受け付ける(図15A参照)。
遮断制御部20は、時点t41以後で、励磁電圧V1が立ち下がるタイミング又は立ち上がるタイミングで振幅低減信号S3をLレベルからHレベルに変更する。ここでは、時点t42(ここでは、立ち下がるタイミング)で、遮断制御部20は、振幅低減信号S3をLレベルからHレベルに変更する(図15D参照)。
励磁部12は、Hレベルの振幅低減信号S3を受け付けると、励磁電圧V1の振幅を徐々に小さくする(図15E参照)。本実施形態では、振幅の変更を3回行っている。なお、この回数は、一例であり、この数値に限定する趣旨ではない。
励磁電流Iは、励磁電圧V1の振幅が徐々に小さくになるにつれて、電流の波形も小さくなる(図15F参照)。
遮断制御部20は、励磁電圧V1の振幅の変更が所定回数(ここでは、3回)行われた後、励磁電圧V1の立ち下がるタイミング又は立ち上がるタイミングで、遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する。ここでは、遮断制御部20は、励磁電圧V1が立ち上がるタイミング(ここでは、時点t43)で、遮断タイミング信号S2をHレベルからLレベルに変更する(図15G参照)。
励磁部12は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、励磁電圧V1をHレベルからグランドレベル(0V)にする(図15E参照)。
電源部11は、Lレベルの遮断タイミング信号S2を受け付けると、所定時間経過後(励磁電圧V1がグランドレベルになった後)の時点t44で、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図15B参照)。また、電源部11は、正の電源電圧V10をHレベルからグランドレベルにした後、時点t45で、負の電源電圧V11をLレベルからグランドレベル(0V)に変更する(図15C参照)。なお、正の電源電圧V10と負の電源電圧V11とは、同じタイミングでグランドレベルにしてもよい。
この場合においても、電流検出装置10は、電源部11のオフ時(電源電圧の遮断時)において磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
以上説明したように、本実施形態の電流検出装置10では、電源電圧V0は、両電源構成の電源部から供給されることが好ましい。遮断制御部20は、遮断指令信号S1を外部から受け取った後、電源電圧V0を遮断する前に、励磁電圧V1の立ち上りまたは立ち下りタイミングで、励磁電圧V1をグランドレベルにすることが好ましい。この構成によると、電流検出装置10は、両電源構成の電源部11から電源電圧V0を受ける場合であっても磁心13のランダムな着磁を防ぐことができる。
ここで、励磁部12では、電源電圧V0として正の電源電圧V10及び負の電源電圧V11が供給されている。遮断制御部20は、励磁部12の励磁電圧V1がグランドレベルになった状態で、正の電源電圧V10及び負の電源電圧V11を遮断することが好ましい。この構成によると、電流検出装置10は、回路の雑音の影響を小さくすることできるので、磁心13が着磁する可能性を低くすることができる。
(変形例)
上記各実施形態では、電流検出装置10が電源部11を備える構成としたが、この構成に限定されない。電流検出装置10が電源部11を備える構成である必要はない。例えば、電流検出装置10は、他の装置が備える電源部から電力供給を受けてもよい。
上記各実施形態において、磁心13の形状は環状である構成としたが、この構成に限定されない。磁心13の形状は、閉磁路が形成される形状であればよい。
上記各実施形態では、電流検出装置10は、電流検出の方法としてオープンループ方式、クローズドループ方式などのような磁気センサ方式であってもよい。
また、遮断指令信号S1、遮断タイミング信号S2、振幅低減信号S3の極性は前述した極性に限定されず、同様の信号タイミング及び機能を実現できれば、前述したものと異なる極性を有する信号であってもよい。
10 電流検出装置
11 電源部
12 励磁部
13 磁心
14 励磁コイル
15 検出抵抗(変換部)
16 基準電圧発生部
17 検出部
20 遮断制御部
30 導体
200 NOT回路
201 Dフリップフロップ
V0 電源電圧
V1 励磁電圧
V2 検出電圧(電圧信号)
V3 基準電圧
V10 正の電源電圧
V11 負の電源電圧
S1 遮断指令信号
S2 遮断タイミング信号
S3 振幅低減信号
I 励磁電流

Claims (8)

  1. 導体が挿通される磁心と、
    前記磁心に巻かれた励磁コイルと、
    電源電圧の供給を受けて、所定の周波数の励磁電圧を前記励磁コイルに印加して前記励磁コイルに流れる励磁電流を生成する励磁部と、
    前記励磁電流を電圧信号に変換する変換部と、
    前記電圧信号を用いて前記導体に流れる電流を検出する検出部と、
    前記電源電圧を遮断する遮断制御部とを備え、
    前記遮断制御部は、
    前記電源電圧の遮断を指示する遮断指令信号を受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部から出力される前記励磁電圧が変化するタイミングで当該励磁電圧をグランドレベルにする
    ことを特徴とする電流検出装置。
  2. 前記検出部に基準電圧を出力する基準電圧発生部を、さらに備え、
    前記電源電圧は、片電源構成の電源部から供給され、
    前記検出部は前記電圧信号と前記基準電圧との差分に基づいて前記導体に流れる電流を検出し、
    前記遮断制御部は、さらに、
    前記遮断指令信号を受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部の前記励磁電圧が変化するタイミングで前記基準電圧をグランドレベルにする
    ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出装置。
  3. 前記励磁部は、前記変換部の電圧信号が入力されることにより自励発振する構成を有しており、
    前記遮断制御部は、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部の前記励磁電圧が変化するタイミングで前記励磁部の前記自励発振を停止する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電流検出装置。
  4. 前記電源電圧は、両電源構成の電源部から供給され、
    前記遮断制御部は、
    前記遮断指令信号を外部から受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁電圧の立ち上りまたは立ち下りタイミングで、前記励磁電圧をグランドレベルにする
    ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出装置。
  5. 前記励磁部では、前記電源電圧として正の電源電圧及び負の電源電圧が供給されており、
    前記遮断制御部は、前記励磁部の前記励磁電圧がグランドレベルになった状態で、正の電源電圧及び負の電源電圧を遮断する
    ことを特徴とする請求項4に記載の電流検出装置。
  6. 前記遮断制御部は、前記遮断指令信号を受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部の前記励磁電圧が変化する所定のタイミングで前記励磁部の励磁電圧の振幅を徐々に小さくする指示である振幅低減信号を前記励磁部に出力し、
    前記励磁部は、前記振幅低減信号を受け取ると所定期間内で前記励磁電圧の振幅を徐々に小さくし、
    前記遮断制御部は、前記所定期間の経過後、前記励磁電圧が変化するタイミングで当該励磁電圧をグランドレベルにする
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電流検出装置。
  7. 前記遮断制御部は、前記励磁電圧としての電圧信号を入力とするNOT回路と、Dフリップフロップとを有し、
    前記遮断指令信号は前記Dフリップフロップのデータ入力端子に入力され、
    前記NOT回路の出力は前記Dフリップフロップのクロック入力端子に入力され、
    前記Dフリップフロップは、前記励磁部の前記励磁電圧が変化するタイミングで出力される信号を遮断タイミング信号として、前記励磁部に出力し、
    前記励磁部は、前記遮断タイミング信号を受け付けることで、前記励磁電圧をグランドレベルにする
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電流検出装置。
  8. 前記遮断制御部は、前記遮断指令信号を受け取った後、前記電源電圧を遮断する前に、前記励磁部の前記励磁電圧が変化するタイミングで、前記励磁部及び前記電源電圧を供給する電源部に、出力する電圧をグランドレベルにする指示を表す遮断タイミング信号を出力し、
    前記励磁部は、前記遮断タイミング信号を受け取ることで、前記励磁電圧をグランドレベルにし、
    前記遮断制御部は、前記遮断タイミング信号を前記電源部に出力することで、前記電源部に前記電源電圧の供給を遮断させる
    ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電流検出装置。
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