JP2017150817A - 電流検出装置および電流検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エイリアシングの発生を検出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、第１検出部１１と、第２検出部１２と、エイリアシング検出部１３とを備える。第１検出部１１は、所定の周波数の励磁電流を用いて、被測定電流を検出する。第２検出部１２は、被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する。サンプリング検出部１３は、所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで交流検出信号をサンプリングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に電流検出装置および電流検出方法、より詳細には導線を流れる被測定電流を検出する電流検出装置および電流検出方法に関する発明である。

近年、電子機器には、漏電電流を検出するフラックスゲート型の電流検出装置（以下、電流検出装置）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

従来の電流検出装置では、所定の周波数で表される周期の電圧を用いて、この周波数の２倍の周波数成分の電流を検出することで、導線に流れる被測定電流を検出している。

特開２０１３−６１３２２号公報

従来の電流検出装置で被測定電流を検出する際において、被測定電流の周波数が所定の周波数の偶数倍近傍である時、エイリアシングが発生する場合がある。この場合、従来の電流検出装置は、エイリアシングで発生した交流成分の電流を被測定電流として誤検出する可能性がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされており、その目的は、エイリアシングの発生を検出することができる電流検出装置および電流検出方法を提供することにある。

本発明の電流検出装置は、導線に流れる被測定電流を検出する電流検出装置であって、所定の周波数の励磁電流を用いて、前記被測定電流を検出する第１検出部と、前記被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する第２検出部と、前記所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで前記交流検出信号をサンプリングするエイリアシング検出部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の電流検出方法は、導線に流れる被測定電流を検出する電流検出方法であって、所定の周波数の励磁電流を用いて、前記被測定電流を検出する第１検出処理と、前記被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する第２検出処理と、前記所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで前記交流検出信号をサンプリングするエイリアシング検出処理とを含むことを特徴とする。

以上説明したように、電流検出装置および電流検出方法では、エイリアシングを検出することができる。

実施形態１における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態１における電流検出装置の利用形態の一例を示す図である。 実施形態１における電流検出装置の動作を説明する流れ図である。 実施形態２における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態２における電流検出装置の動作を説明する流れ図である。 実施形態３における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態４における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態４における電流検出装置の動作を説明する流れ図である。 実施形態５における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態６における電流検出装置の構成を説明する図である。 実施形態６における別の電流検出装置の構成を説明する図である。

１．実施形態１
以下、本実施形態の電流検出装置１０について説明する。

１．１ 構成
本実施形態に係る電流検出装置１０は、図１に示すように、第１検出部１１、第２検出部１２、エイリアシング検出部１３および判定部１４を備えている。

電流検出装置１０は、導線４０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、導線４０の漏電を検出する装置であり、図２に示すように、電動車両３０の充電器を充電する充電システムで用いられる。電動車両３０として、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車などがある。具体的には、充電システムでは、商用電源を供給する商用系統２０と、電動車両３０とが、変換装置５０を介して接続される。そして、電流検出装置１０は、商用系統２０と変換装置５０との間に介在し、商用系統２０と変換装置５０を接続する導線４０に対する漏電を検出する。なお、変換装置５０は、交流電源を直流電源に変換、および直流電源を交流電源に変換する機能を備える。ここで、導線４０は、商用系統２０から電動車両３０の方向へと電流が流れる第１の導線（図示せず）と、電動車両３０から商用系統２０の方向へと電流が流れる第２の導線（図示せず）とを有している。導線４０で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が、この被測定電流を検出することで導線４０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２０と変換装置５０との間で流れる交流電流、変換装置５０に流れる高周波電流、および変換装置５０と電動車両３０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。

以下、各構成要素について説明する。

（１）第１検出部１１
第１検出部１１は、励磁電流を生成し、生成した励磁電流を用いて被測定電流の検出を行う。

第１検出部１１は、図１に示すように、クロック生成部１００、変換回路１０１、および検出回路１０２を備えている。

クロック生成部１００は、複数の周波数に対して、当該周波数で発振される基準クロックＣＬ１と、基準クロックＣＬ１の周波数の２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２とを生成する。また、クロック生成部１００は、後述するエイリアシング判定部１３１の制御により、基準クロックＣＬ１およびサンプリングクロックＣＬ２を生成するための周波数の切り替えを行う。

変換回路１０１は、クロック生成部１００で発振された基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧へと変換する。

具体的には、変換回路１０１は、図１に示すように、導線４０が挿通される開口部を有する環状の磁性体コア１１０と、アンプ１１１と、磁性体コア１１０に巻回された励磁コイル１１２と、検出抵抗Ｒｓとを備えている。

アンプ１１１は、基準クロックＣＬ１を増幅し、所定の電圧振幅を有する方形波信号（励磁電圧）を生成し、方形波信号を励磁コイル１１２へ出力する。これにより、励磁電圧が励磁コイル１１２に印加されることとなる。

検出抵抗Ｒｓは、励磁コイル１１２から出力される励磁電流を、検出電圧に変換する。

検出回路１０２は、変換回路１０１から出力される検出電圧を検出する。検出回路１０２は、検出した検出電圧を基に、導線４０に流れる電流を検出する。例えば、検出回路１０２は、検出電圧をＰＷＭ信号に変換し、変換したＰＷＭ信号の平均値に基づいて導線４０に流れる被測定電流を検出する。なお、ＰＷＭ信号を用いた検出方法は、既知の技術であるため、ここでの説明は省略する。

検出回路１０２は、ＰＷＭ信号の平均値に基づく電圧信号（直流検出信号）を出力する。

（２）第２検出部１２
第２検出部１２は、例えば０相ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であり、導線４０に流れる被測定電流の交流成分を検出する。

第２検出部１２は、検出された交流成分を電圧信号（交流検出信号）として出力する。

（３）エイリアシング検出部１３
エイリアシング検出部１３は、第２検出部１２から出力される交流検出信号に対してサンプリングを行う。

エイリアシング検出部１３は、図１に示すように、サンプリング部１３０とエイリアシング判定部１３１とを備えている。

サンプリング部１３０は、第２検出部１２で出力された交流検出信号をサンプリングする。具体的には、サンプリング部１３０は、第２検出部１２から出力される交流検出信号に対して、クロック生成部１００から出力されるサンプリングクロックＣＬ２でサンプリングを行う。

エイリアシング判定部１３１は、サンプリング部１３０のサンプリング結果を基に、エイリアシングが発生しているか否かを判定する。具体的には、エイリアシング判定部１３１は、サンプリング結果からサンプリングクロックＣＬ２の周波数の波形が得られると、エイリアシングが発生していると判定する。

エイリアシング判定部１３１は、エイリアシングが発生していると判定すると、クロック生成部１００に対して、出力する基準クロックＣＬ１の周波数およびサンプリングクロックＣＬ２の周波数を変更するよう制御する。具体的には、エイリアシング判定部１３１は、他現在の周波数を他の周波数へ切り替える指示をクロック生成部１００に出力する。

クロック生成部１００では、この制御（指示）により出力する基準クロックＣＬ１の周波数を一の周波数から他の周波数へと切り替えが行われる。さらに、クロック生成部１００では、出力するサンプリングクロックＣＬ２の周波数を一の周波数の２倍の周波数から他の周波数の２倍の周波数へと切り替えが行われる。

（４）判定部１４
判定部１４は、検出回路１０２から出力される直流検出信号に基づいて、導線４０に流れる被測定電流が検出された否かの判定（漏電判定）を行う。

判定部１４は、エイリアシングが検出されていない場合には、エイリアシングの影響がない直流検出信号に基づいて上記判定を行う。また、エイリアシングが検出された場合には、エイリアシングの影響を受ける一の周波数から他の周波数へと切り替えが行われている。そのため、周波数が切り替えられた後に検出回路１０２から出力される直流検出信号はエイリアシングの影響が減少された信号となっている。したがって、判定部１４は、エイリアシングが検出された場合には、周波数の切り替えにより、エイリアシングの影響が減少された直流検出信号に基づいて上記判定を行うことができる。

１．２ 動作
ここでは、本実施形態の電流検出装置１０の動作について、図３に示す流れ図を用いて説明する。なお、ここでは、２つの周波数ｆａ、ｆｂを用いて説明する。

クロック生成部１００は、基準クロックＣＬ１の周期の基準となる周波数を周波数ｆａに設定する（ステップＳ５）。

変換回路１０１は、設定された周波数で表される基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧に変換する。検出回路１０２は、検出電圧に基づいて、導線４０に流れる電流を検出する（ステップＳ１０）。

第２検出部１２は、被測定電流の交流成分を検出する（ステップＳ１５）。

サンプリング部１３０は、設定された周波数の２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２で、第２検出部１２から出力される交流検出信号に対してサンプリングを行う（ステップＳ２０）。

エイリアシング判定部１３１は、サンプリング結果に基づいて、エイリアシングが検出されたか否かを判定する（ステップＳ２５）。

エイリアシングが検出されたと判定する場合（ステップＳ２５における「Ｙｅｓ」）、エイリアシング判定部１３１は、周波数ｆａを周波数ｆｂに切り替えるよう、クロック生成部１００を制御する。クロック生成部１００は、エイリアシング判定部１３１の制御により、基準クロックＣＬ１の周期の基準となる周波数を周波数ｆｂに設定する（ステップＳ３０）。そして、処理はステップＳ２０へ戻る。

エイリアシング判定部１３１がエイリアシングを検出していないと判定する場合（ステップＳ２５における「Ｎｏ」）、判定部１４は、検出回路１０２が出力する直流検出信号に基づいて被測定電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ３５）。そして、処理はステップＳ１０へ戻る。

なお、ステップＳ１０では、変換回路１０１は、設定された周波数が周波数ｆａである場合には、周波数ｆａで表される基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧に変換する。また、変換回路１０１は、設定された周波数が周波数ｆｂである場合には、周波数ｆｂで表される基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧に変換する。

また、ステップＳ１５では、設定された周波数が周波数ｆａである場合には、周波数ｆａの２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２で交流検出信号に対してサンプリングを行う。設定された周波数が周波数ｆｂである場合には、周波数ｆｂの２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２で交流検出信号に対してサンプリングを行う。

また、本実施形態の電流検出装置１０は、２つの周波数を切り替えて被測定電流を検出するとしたが、３つ以上の周波数を切り替えて被測定電流を検出してもよい。この場合、電流検出装置１０のクロック生成部１００は、エイリアシングが検出される度に、検出された時点で使用している一の周波数から他の周波数へと切り替える。

１．３ まとめ
以上説明したように、本実施形態の電流検出装置１０は、第１検出部１１と、第２検出部１２と、エイリアシング検出部１３とを備える。第１検出部１１は、所定の周波数の励磁電流を用いて、被測定電流を検出する。第２検出部１２は、被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する。サンプリング検出部１３は、所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで交流検出信号をサンプリングする。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、エイリアシングの発生を検出することができる。そのため、本実施形態の電流検出装置１０は、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。以下にその理由を述べる。

通常、エイリアシングで発生する電流の交流成分は、基準クロックの偶数倍の近傍で、第１検出部１１および第２検出部１２の双方で検出される。また、電流の直流成分からなる被測定電流は、交流成分を検出する第２検出部１２からは検出されない。そのため、エイリアシング検出部１３で第２検出部１２から出力される交流検出信号からエイリアシングが検出されると、第１検出部１１から出力される直流検出信号においてもエイリアシングが発生していることになる。したがって、電流検出装置１０は、エイリアシング検出部１３で、交流成分の電流についてサンプリングを行うことで、第１検出部１１でのエイリアシングを検出することができる。

ここで、第１検出部１１は、エイリアシング検出部１３でエイリアシングが検出されると、所定の周波数とは別の周波数の励磁電流を用いて、被測定電流を検出することが好ましい。第２検出部１２は、別の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックでサンプリングを行うことが好ましい。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、所定の周波数を別の周波数へと切り替えることで、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。つまり、電流検出装置１０は、複雑な演算を行うことなく、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。

通常、エイリアシングが一の周波数で発生する場合には、別の周波数ではエイリアシングは発生しない。そこで、一の周波数でエイリアシングが発生している場合、別の周波数に切り替えることで、エイリアシングが発生していない状況下で被測定電流の検出を行うことができる。そのため、電流検出装置１０は、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。

ここで、本実施形態の電流検出装置１０は、第１検出部１１で出力される直流検出信号を用いて、導線４０で漏電が発生しているか否かを判定する判定部１４を備えることが好ましい。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、導線４０で漏電が発生しているか否かを判定することができる。

また、本実施形態の電流検出方法は、第１検出処理と、第２検出処理と、エイリアシング検出処理とを行う。第１検出処理は、所定の周波数の励磁電流を用いて、被測定電流を検出する。第２検出処理は、被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する。サンプリング検出処理は、所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで交流検出信号をサンプリングする。

この電流検出方法は、エイリアシングの発生を検出することができる。

２．実施形態２
本実施形態における電流検出装置１０について、実施形態１とは異なる点を中心に説明する。本実施形態の電流検出装置１０の基本構成は、実施形態１と同じであり、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では、エイリアシング検出部１３が行う第１検出部１１の制御方法が、実施形態１とは異なっている。

本実施形態のエイリアシング検出部１３は、図４に示すように、サンプリング部１３０ａを備える。

サンプリング部１３０ａは、第２検出部１２から出力される交流検出信号に対して、クロック生成部１００から出力されるサンプリングクロックＣＬ２でサンプリングを行う。サンプリング部１３０ａは、サンプリング結果を第１検出部１１へ出力する。

第１検出部１１は、図４に示すように、クロック生成部１００、変換回路１０１、検出回路１０２および除去部１０３を備えている。

クロック生成部１００は、所定の周波数で発振される基準クロックＣＬ１と、所定の周波数の２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２とを生成する。

変換回路１０１および検出回路１０２については、実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

除去部１０３は、検出回路１０２で検出された被測定電流から、サンプリング部１３０ａから出力されたサンプリング成分を除去する。具体的には、直流検出信号からサンプリング成分の電圧信号を除去する。

エイリアシングが発生していると、エイリアシング検出部１３ではサンプリング部１３０ａにより基準クロックＣＬ１の周波数の２倍の周波数成分をもつ電圧信号が得られる。つまり、除去部１０３で、直流検出信号から基準クロックＣＬ１の周波数の２倍の周波数成分をもつ電圧信号を除去することで、エイリアシングの影響が減少された直流検出信号が得られる。

判定部１４では、エイリアシングの影響が減少された直流検出信号に基づいて、導線４０に流れる被測定電流が検出された否かの判定（漏電判定）を行う。

次に本実施形態の電流検出装置１０の動作について、図５に示す流れ図を用いて説明する。

クロック生成部１００は、基準クロックＣＬ１の周期の基準となる周波数を周波数ｆａに設定する（ステップＳ１００）。

変換回路１０１は、設定された周波数ｆａで表される基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧に変換する。検出回路１０２は、検出電圧に基づいて、導線４０に流れる電流を検出する（ステップＳ１０５）。

第２検出部１２は、被測定電流の交流成分を検出する（ステップＳ１１０）。

サンプリング部１３０ａは、設定された周波数ｆａの２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２で、第２検出部１２から出力される交流検出信号に対してサンプリングを行う（ステップＳ１１５）。

除去部１０３は、サンプリング結果を用いて除去処理を行う（ステップＳ１２０）。具体的には、除去部１０３は、検出回路１０２から出力された直流検出信号から、サンプリング部１３０ａから出力された高周波成分（周波数ｆａの２倍の周波数成分）の電圧信号を除去する。

判定部１４は、除去処理が施された直流検出信号に基づいて被測定電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１２５）。そして、処理はステップＳ１０５へ戻る。

本実施形態では、エイリアシング検出部１３のサンプリング部１３０ａは、サンプリング結果を第１検出部１１へ出力している。そして、第１検出部１１では、直流検出信号からサンプリング結果である高周波成分の電圧信号を除去している。つまり、第１検出部１１は、直流検出信号からサンプリング結果である高周波成分の電圧信号を除去することで、エイリアシングの影響を減少させている。言い換えると、エイリアシング検出部１３は、サンプリング結果である高周波成分の電圧信号を出力することで、エイリアシングの影響を減少させるように、第１検出部１１を制御していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の第１検出部１１は、エイリアシング検出部１３でエイリアシングが検出されると、被測定電流からエイリアシング成分を除去することが好ましい。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、交流検出信号から検出されたエイリアシングの周波数成分を、直流検出信号から除去することで、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。

以下にその理由を述べる。上述したように、交流検出信号から交流成分は検出されるが、直流成分は検出されないが、直流検出信号からは双方の電流が検出される。そこで、エイリアシング検出部１３でエイリアシングが検出されると、そのエイリアシング成分を直流検出信号から除去することで、エイリアシングの影響が減少された直流検出信号を得ることができる。そのため、本実施形態の電流検出装置１０は、エイリアシングで発生した交流成分を被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。

また、本実施形態の電流検出装置１０は、エイリアシングが検出された場合に、基準クロックの周波数の切り替えを要しないので、検出時間を短縮することができる。

３．実施形態３
本実施形態における電流検出装置１０について、実施形態２とは異なる点を中心に説明する。本実施形態の電流検出装置１０の基本構成は、実施形態２と同じであり、実施形態２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では、エイリアシング検出部１３でのサンプリングで得られた結果（高周波成分の電圧信号）に対してゲイン調整を行う点が、実施形態２とは異なる。

以下、その異なる点を中心説明する。

本実施形態のエイリアシング検出部１３は、図６に示すように、サンプリング部１３０ａおよび調整部１３２を備える。

サンプリング部１３０ａは、実施形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。

調整部１３２は、サンプリング部１３０ａから出力される電圧信号のゲインと、検出回路１０２から出力される直流検出信号のゲインとが同一となるように、サンプリング部１３０ａから出力される電圧信号に対してゲイン調整を行う。具体的には、調整部１３２は、サンプリング部１３０ａで得られたサンプリング結果に対して所定の値を乗算する。

除去部１０３は、検出回路１０２から出力された直流検出信号から、ゲイン調整された高周波成分（周波数ｆａの２倍の周波数成分）の電圧信号を除去する。

本実施形態の電流検出装置１０の動作と、実施形態２とでは、図５のステップＳ１２０において除去に用いられる電圧信号がゲイン調整されている点が異なり、処理の流れ自体は、図５に示す流れ図と同一である。そのため、本実施形態の電流検出装置１０の動作についての説明は省略する。

本実施形態では、エイリアシング検出部１３のサンプリング部１３０ａは、ゲイン調整されたサンプリング結果を第１検出部１１へ出力している。そして、第１検出部１１では、直流検出信号からサンプリング結果である高周波成分の電圧信号を除去している。つまり、実施形態２と同様に、本実施形態のエイリアシング検出部１３は、サンプリング結果である高周波成分の電圧信号を出力することで、エイリアシングの影響を減少させるように、第１検出部１１を制御していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の第１検出部１１は、被測定電流からエイリアシングの周波数と同一の周波数の周波数成分を除去するに先立って、サンプリングによって得られるエイリアシングの波形を補正することが好ましい。第１検出部１１は、エイリアシングの補正に、第２検出部１２と第１検出部１１とのゲインの差を補正する補正値を用いる。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、第１検出部１１と第２検出部１２との出力のゲインが異なる場合であっても、交流検出信号から検出されたエイリアシング成分を、直流検出信号から除去することができる。

４．実施形態４
本実施形態における電流検出装置１０について、実施形態３とは異なる点を中心に説明する。本実施形態の電流検出装置１０の基本構成は、実施形態３と同じであり、実施形態３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、新たにフィルタ部１５（交流用フィルタ部）を備えており、エイリアシング検出部１３でのゲイン調整の方法が、実施形態３とは異なる。

以下、その異なる点を中心説明する。

本実施形態の電流検出装置１０は、図７に示すように、さらにフィルタ部１５を備えている。

フィルタ部１５は、エイリアシング検出部１３へ入力すべき交流検出信号の周波数帯域を制限するフィルタであり、例えばローパスフィルタである。

また、本実施形態のエイリアシング検出部１３は、第１サンプリング部１３０ｂ、第２サンプリング部１３０ｃ、調整部１３２、第１記憶部１３３、算出部１３４および第２記憶部を備える。

第１サンプリング部１３０ｂは、フィルタ部１５に入力される交流検出信号に対して、サンプリングクロックＣＬ２でサンプリングを行う。第１サンプリング部１３０ｂは、サンプリング結果を算出部１３４へ出力する。

第２サンプリング部１３０ｃは、フィルタ部１５から出力された交流検出信号に対して、サンプリングクロックＣＬ２でサンプリングを行う。第２サンプリング部１３０ｃは、サンプリング結果を算出部１３４へ出力する。

第１記憶部１３３は、複数の周波数のそれぞれに対して、当該周波数と、フィルタ部１５で処理される前の交流検出信号の電圧と処理された後の交流検出信号の電圧との比とを対応付けた第１テーブルを有している。

算出部１３４は、フィルタ部１５で処理される前の交流検出信号の電圧（例えば、値Ｖａ）と処理された後の交流検出信号の電圧（例えば、値Ｖｂ）との比（Ｖｂ／Ｖａ）を算出する。算出部１３４は、その結果と対応付けられた周波数を第１記憶部１３３の第１テーブルから取得する。

第２記憶部１３５は、複数の周波数のそれぞれに対して、当該周波数と、ゲイン調整に用いられる補正値とを対応付けた第２テーブルを有している。

調整部１３２は、第１サンプリング部１３０ｂから出力される電圧信号のゲインと、検出回路１０２から出力される直流検出信号のゲインとが同一となるように、第１サンプリング部１３０ｂから出力される電圧信号に対してゲイン調整を行う。具体的には、調整部１３２は、算出部１３４で取得された周波数に対応する補正値を第２記憶部１３５の第２テーブルから取得する。調整部１３２は、第１サンプリング部１３０ｂで得られたサンプリング結果に対して第２テーブルから取得した補正値を乗算する。

次に本実施形態の電流検出装置１０の動作について、図８に示す流れ図を用いて説明する。

クロック生成部１００は、基準クロックＣＬ１の周期の基準となる周波数を周波数ｆａに設定する（ステップＳ２００）。

変換回路１０１は、設定された周波数ｆａで表される基準クロックＣＬ１を基に、励磁電流を発生し、発生した励磁電流を検出電圧に変換する。検出回路１０２は、検出電圧に基づいて、導線４０に流れる電流を検出する（ステップＳ２０５）。

第２検出部１２は、被測定電流の交流成分を検出する（ステップＳ２１０）。

第１サンプリング部１３０ｂは、設定された周波数ｆａの２倍の周波数であるサンプリングクロックＣＬ２で、第２検出部１２から出力され、フィルタ部１５に入力される前の交流検出信号に対してサンプリングを行う（ステップＳ２１５）。

第２サンプリング部１３０ｃは、サンプリングクロックＣＬ２で、フィルタ部１５から出力された交流検出信号に対してサンプリングを行う（ステップＳ２２０）。

算出部１３４は、ステップＳ２１５で得られたサンプリング結果と、ステップＳ２２０で得られたサンプリング結果とを用いて算出処理を行う（ステップＳ２２５）。具体的には、算出部１３４は、フィルタ部１５での処理前後のサンプリング結果（交流検出信号の電圧）から、交流検出信号の電圧比を算出する。

調整部１３２は、算出された電圧比に応じた補正値を第２記憶部１３５の第２テーブルから取得する（ステップＳ２３０）。

調整部１３２は、取得した補正値を用いて、第１サンプリング部１３０ｂから出力される電圧信号に対してゲイン調整を行う（ステップＳ２３５）。具体的には、調整部１３２は、第１サンプリング部１３０ｂで得られたサンプリング結果に対して第２テーブルから取得した補正値を乗算する。

除去部１０３は、補正後のサンプリング結果を用いて除去処理を行う（ステップＳ２４０）。具体的には、除去部１０３は、検出回路１０２から出力された直流検出信号から、エイリアシング検出部１３から出力された補正後の高周波成分（周波数ｆａの２倍の周波数成分）の電圧信号を除去する。

判定部１４は、除去処理が施された直流検出信号に基づいて被測定電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ２４５）。そして、処理はステップＳ２０５へ戻る。

本実施形態では、エイリアシング検出部１３は、ゲイン調整されたサンプリング結果を第１検出部１１へ出力している。そして、第１検出部１１では、直流検出信号からサンプリング結果である高周波成分の電圧信号を除去している。つまり、実施形態２と同様に、本実施形態のエイリアシング検出部１３は、サンプリング結果である高周波成分の電圧信号を出力することで、エイリアシングの影響を減少させるように、第１検出部１１を制御していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の電流検出装置１０は、エイリアシング検出部１３へ入力すべき交流検出信号の周波数帯域を制限するフィルタ部１５（交流用フィルタ部）を備えることが好ましい。エイリアシング検出部１３は、フィルタ部１５に入力される交流検出信号についてサンプリングした際の電圧と、フィルタ部１５で出力された交流検出信号についてサンプリングした際の電圧との比に基づいて、補正値を取得することが好ましい。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、第２検出部１２から出力される交流検出信号が周波数特性を有する場合であっても、交流検出信号から検出されたエイリアシング成分を、直流検出信号から除去することができる。

５．実施形態５
本実施形態における電流検出装置１０について、実施形態２とは異なる点を中心に説明する。本実施形態の電流検出装置１０の基本構成は、実施形態２と同じであり、実施形態３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では、第１検出部１１の構成が、実施形態２とは異なる。

以下、その異なる点を中心説明する。

本実施形態の第１検出部１１は、図９に示すように、クロック生成部１００、変換回路１０１、検出回路１０２、除去部１０３およびタイミング制御部１０４を備える。

クロック生成部１００、変換回路１０１、検出回路１０２および除去部１０３については、実施形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。

タイミング制御部１０４は、クロック生成部１００がサンプリングクロックを出力するタイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部１０４は、クロック生成部１００がサンプリングクロックを出力するタイミングを、第１検出部１１とエイリアシング検出部１３とのそれぞれで検出される電流波形の位相差だけずらすように、クロック生成部１００を制御する。

本実施形態の電流検出装置１０の動作と、実施形態２とでは、サンプリングクロックの出力タイミングが制御される点が異なり、処理の流れそのものは、図５に示す流れ図と同一である。そのため、本実施形態の電流検出装置１０の動作についての説明は省略する。

通常、エイリアシング検出部１３に入力される交流検出信号の波形は、“ｓｉｎ｛２π・２ｋｆｅ・ｔ＋φ｝”で表される。ここで、ｋは定数（整数）、ｆｅはサンプリングクロックの周波数、φは位相差、ｔは時間である。そして、位相差φだけ出力タイミングが制御されたサンプリングクロックの波形は、“ｓｉｎ（２π・２ｆｅ・ｔ＋φ）”で表され、位相差を考慮しないサンプリングクロックの波形は、“ｓｉｎ（２π・２ｆｅ・ｔ）”で表される
位相差を考慮しない場合のサンプリング結果の電圧信号の波形は、ｓｉｎ｛２π・２ｋｆｅ・ｔ＋φ｝ × ｓｉｎ（２π・２ｆｅ・ｔ） ＝ ［ｃｏｓ（φ）−ｃｏｓ{２π・（２ｋ＋１）ｆｅ・ｔ＋φ}］×１／２で表される。これによると、ｃｏｓ（φ）で示されるように、サンプリング結果の電圧レベルが位相差に依存していることが分かる。

一方、位相差を考慮した場合のサンプリング結果電圧信号の波形は、ｓｉｎ｛２π・２ｋｆｅ・ｔ＋φ｝ × ｓｉｎ（２π・２ｆｅ・ｔ＋φ） ＝ ［１−ｃｏｓ{２π・（２ｋ＋１）ｆｅ・ｔ＋２φ}］×１／２で表される。上述したサンプリング結果の波形と比較すると、上述したｃｏｓ（φ）が定数“１”に置き換わっている。そのため、サンプリング結果の電圧レベルが位相差に依存しないことが分かる。

なお、本実施形態では、実施形態２の電流検出装置１０の構成に、タイミング制御部１０４を追加する構成としているが、実施形態３の電流検出装置１０の構成に、タイミング制御部１０４を追加してもよい。または、実施形態４の電流検出装置１０の構成に、タイミング制御部１０４を追加してもよい。

本実施形態では、エイリアシング検出部１３のサンプリング部１３０ａは、直流検出信号との位相差が調整されたサンプリング結果を第１検出部１１へ出力している。そして、第１検出部１１では、直流検出信号からサンプリング結果である高周波成分の電圧信号を除去している。つまり、実施形態２と同様に、本実施形態のエイリアシング検出部１３は、サンプリング結果である高周波成分の電圧信号を出力することで、エイリアシングの影響を減少させるように、第１検出部１１を制御していることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の第１検出部１１は、サンプリングクロックを生成し、生成したサンプリングクロックを出力するタイミングを、交流検出信号と第１検出部１１で出力される直流検出信号との位相差に応じて調整することが好ましい。

この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、交流検出信号と、直流検出信号との遅延時間を調整することができる。

６．実施形態６
本実施形態における電流検出装置１０について、実施形態１とは異なる点を中心に説明する。本実施形態の電流検出装置１０の基本構成は、実施形態１と同じであり、実施形態３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では、第１検出部１１の構成が、実施形態１とは異なる。

以下、その異なる点を中心説明する。

本実施形態の第１検出部１１は、図１０に示すように、クロック生成部１００、変換回路１０１、検出回路１０２およびフィルタ部１０５（直流用フィルタ部）を備える。

クロック生成部１００、変換回路１０１および検出回路１０２については、実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

第２検出部１２は、所定の周波数帯域に属する交流成分を検出する。

フィルタ部１０５は、検出回路１０２へ入力すべき励磁電流の周波数帯域を制限するフィルタであり、例えばローパスフィルタである。具体的には、フィルタ部１０５は、所定の周波数帯域の上限値より大きい高周波成分を、入力された励磁電流から除去する。

本実施形態の電流検出装置１０の動作と、実施形態１とでは、検出回路１０２へ入力すべき励磁電流の周波数帯域を制限する点が異なり、処理の流れそのものは、図３に示す流れ図と同一である。そのため、本実施形態の電流検出装置１０の動作についての説明は省略する。

なお、本実施形態では、フィルタ部１０５を実施形態１の第１検出部１１に追加する構成としているが、実施形態２の第１検出部１１してもよい。この場合、図１１に示すように、フィルタ部１０５は、変換回路１０１と検出回路１０２との間に配置される。また、フィルタ部１０５は、実施形態１および実施形態２に限らず、実施形態３から実施形態５のいずれかの第１検出部１１に、変換回路１０１と検出回路１０２との間に配置してもよい。

以上説明したように、本実施形態の第１検出部１１は、以下のように機能することが好ましい。第２検出部１２は、所定の周波数帯域に属する前記交流検出信号を出力する。第１検出部１１は、励磁電流から、所定の周波数帯域の上限値より大きい高周波成分を除去し、高周波成分が除去された励磁電流を用いて被測定電流を検出する。

通常、第２検出部１２は、所定の周波数帯域に属さない高周波成分のエイリアシングを検出することができない。そこで、この構成によると、本実施形態の電流検出装置１０は、所定の周波数帯域の上限値より大きい高周波成分を励磁電流から除去する。そのため、本実施形態の電流検出装置１０は、所定の周波数帯域の上限値より大きい高周波成分のエイリアシングを被測定電流として誤検出する可能性を低くすることができる。

７．変形例
以上、実施形態１から実施形態６に基づいて本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。

（１）上記各実施形態において、判定部１４は、被測定電流を検出したと判定する場合には、導線４０で漏電が発生していることを通知することが好ましい。

これにより、ユーザは、導線４０で漏電が発生していることを知ることができ、その後の対処、例えば導線４０の交換等を早急に行うことができる。

（２）上記実施形態および変形例を組み合わせてもよい。

１０ 電流検出装置
１１ 第１検出部
１２ 第２検出部
１３ エイリアシング検出部
１４ 判定部
１５ フィルタ部（交流用フィルタ部）
４０ 導線

Claims (9)

1. 導線に流れる被測定電流を検出する電流検出装置であって、
   所定の周波数の励磁電流を用いて、前記被測定電流を検出する第１検出部と、
   前記被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する第２検出部と、
   前記所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで前記交流検出信号をサンプリングするエイリアシング検出部とを備える
   ことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記第１検出部は、前記エイリアシング検出部でエイリアシングが検出されると、前記所定の周波数とは別の周波数の前記励磁電流を用いて、前記被測定電流を検出し、
   前記第２検出部は、前記別の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで前記サンプリングを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１検出部は、
   前記エイリアシング検出部でエイリアシングが検出されると、前記被測定電流からエイリアシング成分を除去する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
4. 前記第１検出部は、
   前記被測定電流から前記エイリアシングの周波数と同一の周波数の周波数成分を除去するに先立って、前記第２検出部と前記第１検出部とのゲインの差を補正する補正値を用いて前記サンプリングによって得られる前記エイリアシングの波形を補正する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
5. 前記エイリアシング検出部へ入力すべき交流検出信号の周波数帯域を制限する交流用フィルタ部を備え、
   前記エイリアシング検出部は、
   交流用フィルタ部に入力される前記交流検出信号についてサンプリングした際の電圧と、交流用フィルタ部で出力された前記交流検出信号についてサンプリングした際の電圧との比に基づいて、前記補正値を取得する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
6. 前記第１検出部は、
   前記サンプリングクロックを生成し、生成した前記サンプリングクロックを出力するタイミングを、前記交流検出信号と前記第１検出部で出力される直流検出信号との位相差に応じて調整する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
7. 前記第２検出部は、所定の周波数帯域に属する前記交流検出信号を出力し、
   前記第１検出部は、
   前記励磁電流から、前記所定の周波数帯域の上限値より大きい高周波成分を除去し、前記高周波成分が除去された前記励磁電流を用いて前記被測定電流を検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電流検出装置。
8. 前記第１検出部で出力される直流検出信号を用いて、前記導線で漏電が発生しているか否かを判定する判定部を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電流検出装置。
9. 導線に流れる被測定電流を検出する電流検出方法であって、
   所定の周波数の励磁電流を用いて、前記被測定電流を検出する第１検出処理と、
   前記被測定電流の交流成分を交流検出信号として出力する第２検出処理と、
   前記所定の周波数の２倍の周波数のサンプリングクロックで前記交流検出信号をサンプリングするエイリアシング検出処理とを含む
   ことを特徴とする電流検出方法。
   

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