JP2021019421A - 電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化に有利であって、引き回される配線長が短くすることができる電流検出装置に関する。
図1は、第一実施形態の電流検出装置1を含む電流測定システム100を説明するための図である。電流測定システム100は、電流検出装置1と、直流電源11から電力の供給を受ける負荷21を含む給電部2と、電流検出装置1が検出した電流を整流して電流値を判定する電流判定部3と、を含んでいる。電流判定部3は、電流検出装置1によって検出された電流の値を判定し、また、電流検出装置1のスイッチング素子を制御する。このとき、電流判定部3は、判定結果から電流検出装置1の駆動を停止または開始するものであってもよい。
電流検出装置1は、第一電流iaが流れる第一電流路である電流路16、第二電流ibが流れる第二電流路である電流路17を備えている。また、電流検出装置1は、電流路16と電流路17とを切り換えて、第一電流iaと第二電流ibとを交互に流すスイッチング素子131、132、133、134と、第一電流iaと第二電流ibとにより誘導電流が流れる共通のコイル部151とを備えている。コイル部151は、カレントトランス15のコイル部分であり、コイル部151に生じた誘導起電力によってコイル部151の出力端子A、Cから検出信号が出力される。
コイル部151は、二つのスイッチング素子132、133の間、または二つのスイッチング素子131、134の間を流れる電流により誘導電流を生じる。
このようなフルブリッジ制御回路18は、例えば、マイクロコンピュータ等の小型のコンピュータを利用するものであってもよい。
バイファイラ巻きとは、図2のように、二本の導線をコア150の長さ方向に並べて巻き回すものをいう。また、バイファイラ巻きは、二本の導線を撚り合わせた上で巻き回すものであってもよい。
給電部2は、一方のコイル端部161が電流路16に接続され、他方のコイル端部171が電流路17に接続されるコイル19と、コイル19と分離したコイル20とを備えている。コイル19とコイル20とは絶縁トランスを構成し、コイル19を流れる第一電流iaまたは第二電流ibによりコイル19に誘導起電力を生じさせる。コイル19に生じた誘導起電力は、負荷21に供給される。なお、電流測定システム100を例えば車載機器に適用する場合、セルモーター、エアコン、カーナビゲーション等が負荷21になり得る。
電流判定部3は、コイル部151の出力端子A、B、Cと接続されている。また、電流判定部3は、出力端子A、Cから入力された第一誘導電流iai、第二誘導電流ibiにより給電部2に供給された電流を判定する電流判定回路33を備えている。出力端子Aと電流判定回路33との間にはダイオード31が設けられていて、出力端子Cと電流判定回路33との間にはダイオード32が設けられている。ダイオード31、32は、いずれも電流判定回路33に向かう方向に電流を流す。出力端子Aから出力された第一誘導電流iaiと出力端子Cから出力された第二誘導電流ibiは、合流して電流判定回路33に入力される。
電流判定回路33は、図3(c)に示す合成波形の正方向に出力された電流(以下、「高電流側」とも記す)の値を検出する。そして、検出した検出値をフルブリッジ制御回路18に出力する。フルブリッジ制御回路18は、例えば、検出値を表す信号の入力タイミングに基づいてスイッチング素子132、133及びスイッチング素子131、134をオン、オフするようにしてもよい。また、フルブリッジ制御回路18は、高電流側の検出値により第一電流ia、第二電流ibの値を判定し、供給電流の多寡や異常を判定するものであってもよい。このとき、フルブリッジ制御回路18は、スイッチング素子131〜134の総てをオフして第一電流ia、第二電流ibが負荷21に供給されることを停止させてもよい。
さらに、電流判定回路33は、検出値を外部に出力し、図示しない外部の演算装置が高電流側の検出値からコイル19に供給された電流、ひいては負荷21に供給された電力を算出するようにしてもよい。電流判定回路33によって検出された検出値は、例えば、電流検出装置1の定電流制御、あるいは過電流保護(OCP:Over Current Protection)制御に使用される。
第一実施形態は、第一電流iaと第二電流ibとをそれぞれ別のカレントトランスで測定する構成に比べて一次側の電流が二倍になる。しかし、第一実施形態は、第一電流iaと第二電流ibとを交番させることにより、カレントトランス15に二つのカレントトランスを使う場合と同様のコアサイズ及び巻き数のコイル部151を用いることが可能になる。
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図4は、第二実施形態を説明するための図であって、トロイダルコイル45の上面45aを示す模式図である。第二実施形態は、コイル部151が不図示のトロイダルコアを有するトロイダルコイル45である点が、中足を有するコア150を用いている第一実施形態と相違している。トロイダルコアは、縦断面が矩形のベルト形状の強磁性体を始端と終端とを一致させて円環形状にしたドーナツ状のコアである。強磁性体としては、鉄、ニッケル、コバルト及びその合金等がある。
このような構成によれば、トロイダルコイル45の円環部分にそれぞれ流れ方向が反対の第一電流ic、第二電流idが交互に流れることになる。第一電流ic、第二電流idによりそれぞれコイル部151に発生する誘導電流は、交番電流となる。換言すると、第二実施形態においては、トロイダルコイル45と、トロイダルコイル45に対して上面45aから裏面へ向けて挿通される電流路17、裏面から上面45aに向けて挿通される電流路16が電流交番部として機能する。
次に、以上説明した第一実施形態、第二実施形態の変形例1、変形例2を説明する。(変形例1)
変形例1は、スイッチング素子が、第一電流iaを電流路16に流すスイッチング素子132、133と、第二電流ibを電流路17に流すスイッチング素子131、134を含み、コイル部151が、スイッチング素子132、133及びスイッチング素子131、134よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じている。つまり、変形例1は、カレントトランス15がスイッチング素子132とスイッチング素子133の間、あるいはスイッチング素子131とスイッチング素子134の間で電流を計測することに限定されず、電流路16、17の任意の箇所で電流を測定するものである。
次に、第一実施形態の変形例2を説明する。
図7(a)、図7(b)は、変形例2の電流検出装置を説明するための図である。変形例2は、第一実施形態の電流検出装置をプッシュプル回路に適用するものであって、図7(a)はカレントトランス15がスイッチング素子131、132より上流に設けられ、図7(b)はカレントトランス15がスイッチング素子131、132より下流に設けられる例を示している。図7(a)、図7(b)に示す電流検出装置は、いずれもプッシュプル制御回路28がスイッチング素子131、132を交互にオン。オフする。このとき、直流電源11から供給される直流の電流は、電流路16と電流路17とに交互に流入し、出力端子A、Cからはコイル部151に生じた第一誘導電流が出力される。
(1)第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、を備える、電流検出装置。
(2)前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている(1)の電流検出装置。
(3)前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、(1)または(2)の電流検出装置。
(4)前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ素子及び前記第二トランジスタ素子よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、(1)または(2)の電流検出装置。
(5)前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、(1)から(4)のいずれか一つの電流検出装置。
(6)前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、(1)から(4)のいずれか一つの電流検出装置。
(7)前記コイル部からセンタータップが引き出されている、(1)から(6)のいずれか一つの電流検出装置。
2・・・給電部
3・・・電流判定部
11・・・直流電源
15・・・カレントトランス
16、17・・・電流路
18・・・フルブリッジ制御回路
19、20、46、47・・・コイル
21・・・負荷
28・・・プッシュプル制御回路
31、32・・・ダイオード
33・・・電流判定回路
45・・・トロイダルコイル
45a・・・上面
100・・・電流測定システム
131、132、133、134・・・スイッチング素子
150・・・コア
151・・・コイル部
152・・・第一コイル
153・・・第二コイル
161、171・・・コイル端部
170・・・ターン電流路
A、B、C・・・出力端子
(1)第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、を備える、電流検出装置。
(2)前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている(1)の電流検出装置。
(3)前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、(1)または(2)の電流検出装置。
(4)前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対及び前記第二トランジスタ対よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、(1)または(2)の電流検出装置。
(5)前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、(1)から(4)のいずれか一つの電流検出装置。
(6)前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、(1)から(4)のいずれか一つの電流検出装置。
(7)前記コイル部からセンタータップが引き出されている、(1)から(6)のいずれか一つの電流検出装置。
Claims (7)
- 第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、
前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、
前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、
前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、
を備える、電流検出装置。 - 前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている、請求項1に記載の電流検出装置。
- 前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、請求項1または2に記載の電流検出装置。
- 前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ素子及び前記第二トランジスタ素子よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、請求項1または2に記載の電流検出装置。
- 前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、請求項1から4のいずれか一項に記載の電流検出装置。
- 前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の電流検出装置。
- 前記コイル部からセンタータップが引き出されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の電流検出装置。
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