JP3128219B2 - 電流検出装置及び電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電流検出装置及
び電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】負荷に流れる電流（電源電流や、信号電
流等）を検出する技術は広く用いられており、電流の検
出結果は、電源装置や信号源の制御などに用いられてい
る。負荷に流れる電流を検出する手法としては、電源か
ら負荷への電流供給路に電流トランスを設ける手法や、
電流供給路に十分抵抗値が低い抵抗器を挿入する手法が
一般的である。

【０００３】電流トランスを用いる手法では、電流供給
路に電流トランスの一次巻線を挿入して、該電流トラン
スの二次巻線から、負荷電流に比例した大きさの信号を
取り出す。また、抵抗器を用いる手法では、電流供給路
に抵抗器を挿入し、該抵抗器の両端間の電圧を計測する
ことによって負荷電流を検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のいずれの手法に
おいても、電流トランスや抵抗器は、これら自体が電力
を消費するため、負荷に流れる電流の大きさが、本来流
れるべき電流の大きさと異なった値となる。このため、
電流トランスや抵抗器が負荷に流れる電流に与える影響
が無視し得る範囲内に止まるようにするため、電流トラ
ンスの消費電力を十分に小さくしたり、抵抗器の抵抗値
を十分小さくする必要がある。

【０００５】しかし、電流トランスの感度を高めるため
には、電流トランスの二次巻線の巻数を増やす必要があ
り、電流トランスの二次巻線の巻数が増大すると、二次
トランス自体による電力の消費量が増大し、従って負荷
に流れる電流の変化が大きくなる。

【０００６】また、負荷への電流供給路に挿入された抵
抗器の両端間の電圧は、この抵抗器の抵抗値の大きさに
比例して増大する。しかし、この抵抗器が消費する電力
も、抵抗値が大きくなるほど増大するので、負荷に流れ
る電流の変化が大きくなる。

【０００７】また、電流トランスは、電流の供給源から
みて誘導性負荷として作用するため、電流の供給源は、
電流トランスが形成する誘導性負荷及び駆動する対象の
負荷の直列回路に電力を供給することとなる。従って、
負荷に流すべき電流のうち周波数が高い成分ほど負荷に
供給されにくくなり、負荷に流れる電流の周波数特性の
悪化を招く。

【０００８】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、負荷に流れる電流を変化させず、高感度に電
流を検出することを可能とする電流検出装置を提供する
ことを目的とする。また、この発明は、負荷に流れる電
流の周波数特性を悪化させずに電流を検出することを可
能とする電流検出装置を提供することを目的とする。ま
た、この発明は、負荷に流れる電流を変化させず、かつ
損失が少ない電源装置を提供することも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点による電流検出装置は、一次
巻線と、前記一次巻線に誘導結合された二次巻線とを備
える変成器と、前記一次巻線に誘導結合された一対の検
出用巻線とを備え、前記一対の検出用巻線は、前記二次
巻線に流れる電流によって発生する磁束の少なくとも一
部が前記一対の検出用巻線の一方に鎖交することなく他
方に鎖交するよう配置されており、各前記検出用巻線
は、前記一次巻線に流れる電流によって各自に相互誘導
される起電力を互いに打ち消し合う向きにカスケードに
接続されて直列回路を形成し、該直列回路の各端は、前
記二次巻線に流れる電流を検出するための検出端を形成
している、ことを特徴とする。

【００１０】このような電流検出装置によれば、検出用
巻線に誘起される起電力は一次巻線に流れる電流により
誘起されるので、二次巻線の両端間に接続された負荷に
流れる電流は実質的に変化せず、また、所望の感度で負
荷に流れる電流が検出される。また、このような電流検
出装置によれば、検出用巻線及び二次巻線に共通の電流
が流れることがないので、負荷に流れる電流の周波数特
性を悪化させることがない。

【００１１】また、この発明の第２の観点による電流検
出装置は、一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合された
二次巻線とを備える変成器の前記二次巻線に流れる電流
を検出するための電流検出装置であって、前記一次巻線
に誘導結合された一対の検出用巻線を備え、前記一対の
検出用巻線は、前記二次巻線に流れる電流によって発生
する磁束の少なくとも一部が前記一対の検出用巻線の一
方に鎖交することなく他方に鎖交するよう配置されてお
り、各前記検出用巻線は、前記一次巻線に流れる電流に
よって各自に相互誘導される起電力を互いに打ち消し合
う向きにカスケードに接続されて直列回路を形成し、該
直列回路の各端は、前記二次巻線に流れる電流を検出す
るための検出端を形成している、ことを特徴とする。

【００１２】このような電流検出装置によっても、検出
用巻線に誘起される起電力は変成器の一次巻線に流れる
電流により誘起されるので、変成器の二次巻線の両端間
に接続された負荷に流れる電流は実質的に変化せず、ま
た、所望の感度で負荷に流れる電流が検出される。ま
た、このような電流検出装置によっても、検出用巻線及
び二次巻線に共通の電流が流れることがないので、負荷
に流れる電流の周波数特性を悪化させることがない。

【００１３】また、この発明の第３の観点による電源装
置は、一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合されてお
り、自己のほぼ中点に、出力端の一方の極を形成するタ
ップが設けられている二次巻線と、を備える変成器と、
前記一次巻線に誘導結合され、前記一次巻線に流れる電
流によって各自に相互誘導される起電力を互いに打ち消
し合う向きにカスケードに接続されて直列回路を形成し
ている一対の検出用巻線と、前記二次巻線の一端と出力
端の他方の極との間に接続された電流路及び制御端を備
え、自己の制御端に供給された信号に応答して各自の電
流路を実質的にオン及びオフする第１のスイッチング手
段と、前記二次巻線の他端と出力端の前記他方の極との
間に接続された電流路及び制御端を備え、各自の制御端
に供給された信号に応答して各自の電流路を実質的にオ
ン及びオフする第２のスイッチング手段と、前記直列回
路の各端の電圧に基づいて、各前記スイッチング手段の
電流路のうち、所定の極性の電圧を発生させている前記
二次巻線の端に接続されているものがあるかを判別し、
接続されていると判別された前記電流路がオンして他の
前記電流路がオフするように、各前記スイッチング手段
の制御端に信号を供給する制御手段と、を備え、 前記一
対の検出用巻線は、前記二次巻線に流れる電流によって
発生する磁束の少なくとも一部が前記一対の検出用巻線
の一方に鎖交することなく他方に鎖交するよう配置され
ている、ことを特徴とする。

【００１４】このような電源装置によれば、第１及び第
２のスイッチング手段の電流路の断続は、各検出用巻線
に誘起される起電力に基づいて決定される。そして、検
出用巻線に誘起される起電力は変成器の一次巻線に流れ
る電流により誘起されるので、変成器の二次巻線の両端
間に接続された負荷に流れる電流は実質的に変化しな
い。また、変成器の二次巻線に実質的に負荷が接続され
ておらず、直列回路のいずれの端にも所定の極性の電圧
が発生しない場合は、第１及び第２のスイッチング手段
の各電流路がいずれもオフするので、リーク電流などに
よる電力の損失の発生が防止される。

【００１５】前記第１のスイッチング手段は、例えば、
ドレイン、ソース及びゲートを備える第１の電界効果ト
ランジスタより構成されてもよい。この場合、例えば、
前記第１の電界効果トランジスタのドレイン及びソース
が前記第１のスイッチング手段の電流路の両端をなし、
前記第１の電界効果トランジスタのゲートが前記第１の
スイッチング手段の制御端をなすようにすればよい。ま
た、前記第２のスイッチング手段は、例えば、ドレイ
ン、ソース及びゲートを備える第２の電界効果トランジ
スタより構成されてもよい。そして、前記第２の電界効
果トランジスタのドレイン及びソースが前記第２のスイ
ッチング手段の電流路の両端をなし、前記第２の電界効
果トランジスタのゲートが前記第２のスイッチング手段
の制御端をなすものとすればよい。

【００１６】前記第１及び第２のスイッチング手段は、
自己の制御端に、自己の電流路をオンさせる信号が供給
されていないときに、前記二次巻線に所定の向きに電流
を流す向きの起電力が前記二次巻線に誘起されたとき、
自己の電流路を迂回して前記二次巻線に過渡的に電流を
流す初期電流通過手段を備えるものとすれば、二次巻線
の両端間に負荷が接続された状態で一次巻線の両端間に
単相交流電圧を印加することにより、他に初期化の手順
を行うことを要せずに、負荷に整流された電圧が供給さ
れる。

【００１７】また、前記電源装置は、 前記出力端の両極
間に接続されたコンデンサを備え、 前記第１のスイッチ
ング手段は、自己の電流路を迂回する順方向電流を流す
ための第１の整流手段を備え、 前記第２のスイッチング
手段は、前記第１の整流手段に流れる順方向電流を、前
記第２のスイッチング手段自身の電流路を迂回する電流
として前記二次巻線に流すための第２の整流手段を備え
ていてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
負荷電流検出用の変成器、及び整流回路を例とし、図面
を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は、この発明の第１の実施の
形態にかかる負荷電流検出用の変成器Ｔの断面を模式的
に示す断面図である。

【００１９】変成器Ｔは、図１に示すように、鉄心Ｆ
と、１次巻線ｗ１と、二次巻線ｗ２と、検出用巻線ｗｄ
１及びｗｄ２とから構成される。

【００２０】鉄心Ｆは、例えば、図示するようなＥＩコ
アから構成されている。ＥＩコアは、図示するように、
「Ｅ」字状のコアと「Ｉ」字状のコアとが、「日」字状
をなすように組み合わされて構成されている。

【００２１】「Ｅ」字状のコアは、直線状のヨーク部５
と、ヨーク部５の両端に、ヨーク部５の長手方向に直角
に立設され、互いに平行に且つ上下に対峙して配置され
ている上下一対の外周脚部７及び８と、ヨーク部５の中
央に外周脚部７及び８と平行に突設されている中央脚部
９と、から構成されている。「Ｉ」字状のコアは、直線
状のヨーク部６から構成されている。

【００２２】一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ２、検出用巻線
ｗｄ１及びｗｄ２は、図示するように、鉄心Ｆの「Ｅ」
字状のコアの中央脚部９に巻装されている。具体的に
は、一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及
びｗｄ２は、図示するように、内径寸法が、小さい方か
ら順に、検出用巻線ｗｄ１、一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ
２及び検出用巻線ｗｄ２となるようにして、各々、中央
脚部９のほぼ全面を覆うように、中央脚部９に巻装され
ている。

【００２３】図１に示すように、一次巻線ｗ１の両端
は、例えば、商用交流電源等の電源を供給するための入
力端を形成する。二次巻線ｗ２の両端は、例えば、負荷
に電力を供給するための出力端を形成する。検出用巻線
ｗｄ１及びｗｄ２の各々の両端の、一次巻線ｗ１に交流
電圧を印加したとき同極性の電圧を発生させる端同士か
らなる２組の端のうち１組の端同士は、互いに接続され
る。他の１組は、電流検出端子を形成する。

【００２４】次に、図１の変成器Ｔの動作を説明する。
電流検出端子の両端に検出用負荷Ｚｄが接続された状態
で、変成器Ｔの入力端間（すなわち一次巻線ｗ１の両端
間）に単相交流の電源電圧が供給されると、一次巻線ｗ
１は、図２に示す分布を有する磁束を発生させる。

【００２５】図示するように、一次巻線ｗ１が発生する
磁束は、一次巻線ｗ１が形成するソレノイドの一方の開
口部から、このソレノイドの外部を経てこのソレノイド
の他方の開口部に至り、更にこのソレノイドの内部を通
過して、このソレノイドの一方の開口部に戻る。従っ
て、一次巻線ｗ１が発生する磁束は、二次巻線ｗ２が形
成するソレノイド、検出用巻線ｗｄ１が形成するソレノ
イド及び検出用巻線ｗｄ２が形成するソレノイドのそれ
ぞれの内部も通過する。

【００２６】このため、変成器Ｔの出力端間（すなわ
ち、二次巻線ｗ２の両端間）には、一次巻線ｗ１が発生
する磁束により二次巻線ｗ２に誘起される電圧が発生す
る。この電圧は、変成器Ｔの入力端間に印加された単相
交流電圧の実効値に比例した実効値を有する単相交流電
圧となる。

【００２７】また、電流検出端子の両端間には、一次巻
線ｗ１が発生する磁束により検出用巻線ｗｄ１に誘起さ
れる電圧と、一次巻線ｗ１が発生する磁束により検出用
巻線ｗｄ２に誘起される電圧との差に実質的に等しい電
圧が発生する。

【００２８】そして、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２と検
出用抵抗器Ｒｄとが形成する閉回路には、電流検出端子
の両端間の電圧に実質的に比例した大きさの電流が流れ
る。また、変成器Ｔの出力端間に純抵抗成分を含む負荷
が接続されていれば、その負荷及び二次巻線ｗ２には負
荷電流が流れ、その負荷は電力を消費する。

【００２９】すると、二次巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１
及びｗｄ２はいずれも、各自に流れる電流によって、一
次巻線ｗ１が発生する磁束を打ち消すような磁束を発生
させる。すなわち、二次巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及
びｗｄ２が発生させる磁束が鉄心Ｆの中央脚部９の内部
を通過する方向は、一次巻線ｗ１が発生させる磁束が鉄
心Ｆの中央脚部９の内部を通過する方向と実質的に逆方
向である。そして、一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ２、検出
用巻線ｗｄ１及びｗｄ２が発生する磁束の大きさを、順
に、Φ_１、Φ_２、Φ_ｄ１及びΦ_ｄ２とすると、Φ_１、Φ
_２、Φ_ｄ１及びΦ _ｄ２の間には、数式１に示す関係があ
る。

【００３０】

【数１】Φ_１＝Φ_２＋Φ_ｄ１＋Φ_ｄ２

【００３１】一方、巻数ｎ、半径ｒ、長さｄのソレノイ
ドの内部が透磁率μの物質で満たされている場合、この
ソレノイドに大きさがＩの電流が流れると、このソレノ
イドが発生させる磁束の大きさΦは、数式２により表さ
れる。

【００３２】

【数２】Φ＝（μ・ｎ・π・ｒ^２・Ｉ）／ｄ

【００３３】従って、一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ２、検
出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２の巻数を、順に、ｎ_１、
ｎ_２、ｎ_ｄ１及びｎ_ｄ２とし、一次巻線ｗ１、二次巻線
ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２の半径を、順に、ｒ
_１、ｒ_２、ｒ_ｄ１及びｒ_ｄ２とし、一次巻線ｗ１、二次
巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２に流れる電流の
大きさを、順に、Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_ｄ１及びＩ_ｄ２とする
と、実質的に、数式３に示す関係が成立する。ただし、
一次巻線ｗ１、二次巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及びｗ
ｄ２が形成する各ソレノイドの長さは互いに実質的に等
しいものとする。

【００３４】

【数３】 ｎ_１・ｒ_１ ^２・Ｉ_１ ＝｛ｄ／（μ・π）｝・（Ｌ_１・Ｉ_１／ｎ_１） ＝（ｎ_２・ｒ_２ ^２・Ｉ_２）＋（ｎ_ｄ１・ｒ_ｄ１ ^２・Ｉ_ｄ１）＋（ｎ_ｄ２・ｒ_{ｄ ２} ^２ ・Ｉ_ｄ２） ＝｛ｄ／（μ・π）｝ ×｛（Ｌ_２・Ｉ_２／ｎ_２）＋（Ｌ_ｄ１・Ｉ_ｄ１／ｎ_ｄ１）＋（Ｌ_ｄ２・Ｉ_{ｄ ２} ／ｎ_ｄ２）｝ （ただし、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_ｄ１及びＬ_ｄ２は、一次巻線
ｗ１、二次巻線ｗ２、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２の自
己インダクタンス）

【００３５】検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２には共通の電
流が流れ、当該共通の電流は、検出用巻線ｗｄ１及びｗ
ｄ２に、互いが発生する磁束を打ち消すような向きの磁
束を発生させる。従って、実質的に数式４に示す関係が
成立する。

【００３６】

【数４】Ｉ_ｄ１＝｛（Ｌ_２・Ｉ_２／ｎ_２）−（Ｌ_１・Ｉ
_１／ｎ_１）｝÷｛（Ｌ_ｄ２／ｎ_ｄ２）−（Ｌ_ｄ１／ｎ
_ｄ１）｝

【００３７】数式４に示すように、検出用巻線ｗｄ１及
びｗｄ２に流れる電流は、二次巻線ｗ２に流れる負荷電
流の変化量に実質的に比例して増加する。

【００３８】図１の変成器Ｔの検出用巻線ｗｄ１及びｗ
ｄ２に誘起される起電力は、一次巻線ｗ１に流れる電流
により誘起されるので、二次巻線ｗｄ２の両端間に接続
された負荷に流れる電流は、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ
２に流れる電流による変化を受けることが実質的にな
い。このため、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２の巻数を十
分大きくすることにより、所望の感度で、二次巻線ｗ２
の両端間に接続された負荷に流れる電流を検出すること
ができる。また、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２に流れる
電流が二次巻線ｗ２に共通に流れるということがないの
で、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２に流れる電流によって
負荷に流れる電流の周波数特性が悪化するという事態も
実質的に生じない。

【００３９】（第２の実施の形態）図３は、この発明の
第２の実施の形態に係る整流回路の構成を模式的に示し
ている。この整流回路は、図示するように、変成器Ｔ
と、電界効果トランジスタＱ１及びＱ２と、抵抗器Ｒ１
及びＲ２と、コンデンサＣとより構成されている。

【００４０】変成器Ｔは、第１の実施の形態におけるも
のに加えて、二次巻線ｗ２の中点に接続された中点タッ
プｃｔを備える。変成器Ｔの一次巻線ｗ１の両端は交流
入力端を形成している。変成器Ｔの二次巻線ｗ２の一端
は電界効果トランジスタＱ１のドレインに接続され、二
次巻線ｗ２の他端は電界効果トランジスタＱ２のドレイ
ンに接続されている。変成器Ｔの中点タップｃｔは、こ
の整流回路の出力端の正極を形成する。

【００４１】電界効果トランジスタＱ１及びＱ２は、い
ずれも、ｎチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ
（Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor）か
ら構成され、ゲート、ソース及びドレインを備える。

【００４２】電界効果トランジスタＱ１のドレインは、
変成器Ｔの二次巻線ｗ２の一端に接続されており、電界
効果トランジスタＱ２のドレインは、変成器Ｔの二次巻
線ｗ２の他端に接続されている。電界効果トランジスタ
Ｑ１のソースと電界効果トランジスタＱ２のソースと
は、互いに接続され、この整流回路の出力端の負極を形
成している。

【００４３】電界効果トランジスタＱ１のゲートは、変
成器Ｔの電流検出端子の各極のうち、電界効果トランジ
スタＱ１のドレインに接続されている変成器Ｔの二次巻
線の一端が負極性となったときに正極性の電圧が発生す
る方の極に接続されている。電界効果トランジスタＱ２
のゲートは、変成器Ｔの電流検出端子の各極のうち、電
界効果トランジスタＱ２のドレインに接続されている変
成器Ｔの二次巻線の一端が負極性となったときに正極性
の電圧が発生する方の極に接続されている。

【００４４】コンデンサＣは、この整流回路の出力端の
電圧（整流電圧）を平滑化するためのものであり、この
整流回路の出力端の正極及び負極の間に接続されてい
る。

【００４５】抵抗器Ｒ１は、電界効果トランジスタＱ１
のゲートにバイアス電圧を供給するためのものであり、
電界効果トランジスタＱ１のゲート及びソースの間に接
続されている。抵抗器Ｒ２は、電界効果トランジスタＱ
２のゲートにバイアス電圧を供給するためのものであ
り、電界効果トランジスタＱ１のゲート及びソースの間
に接続されている。

【００４６】抵抗器Ｒ１の抵抗値は、この整流回路の出
力端の両極間に接続されたコンデンサＣ及び／又は負荷
に電流が流れたとき電界効果トランジスタＱ１をオンさ
せるようなバイアス電圧が電界効果トランジスタＱ１の
ゲート−ソース間に印加される程度に、十分高い値に選
ばれている。抵抗器Ｒ２の抵抗値は、この整流回路の出
力端の両極間に接続されたコンデンサＣ及び／又は負荷
に電流が流れたとき電界効果トランジスタＱ２をオンさ
せるようなバイアス電圧が電界効果トランジスタＱ２の
ゲート−ソース間に印加される程度に、十分高い値に選
ばれている。

【００４７】この整流回路の交流入力端の両極間に、整
流する対象の単相交流電圧を印加すると、変成器Ｔの二
次巻線ｗ２の両端間には相互誘導により電圧が誘起さ
れ、二次巻線ｗ２の一端は変成器Ｔの中点タップｃｔの
電位に対して正極性となり、他方は負極性となる。

【００４８】そして、以下、理解を容易にするため、二
次巻線ｗ２の両端のうち電界効果トランジスタＱ１のド
レインに接続されている方の端の電圧が、中点タップｃ
ｔの電位に対して負極性となったとする。この場合、電
界効果トランジスタＱ１のソースから、電界効果トラン
ジスタＱ１のソース−ドレイン間の寄生ダイオード、変
成器Ｔの二次巻線ｗ２、中点タップｃｔ及びコンデンサ
Ｃを順に経るように、二次巻線ｗ２に電流が流れる。

【００４９】すると、電流検出端子の両極間の電圧が変
化し、この結果、電流検出端子の両極のうち電界効果ト
ランジスタＱ１のゲートに接続された方の極から、抵抗
器Ｒ１、抵抗器Ｒ２を順に経て、電流検出端子の両極の
うち電界効果トランジスタＱ２のゲートに接続された方
の極に至る電流が増加する。この結果、抵抗器Ｒ１の両
端間の電圧を自己のゲート−ソース間に印加されている
電界効果トランジスタＱ１はオンし、抵抗器Ｒ２の両端
間の電圧を自己のゲート−ソース間に印加されている電
界効果トランジスタＱ２はオフする。

【００５０】すると、変成器Ｔの中点タップｃｔから、
コンデンサＣ、電界効果トランジスタＱ１のソース及び
ドレイン、二次巻線ｗ２の両端のうち電界効果トランジ
スタＱ１のドレインに接続されている方の端を順に経る
ように、二次巻線ｗ２に電流が流れる。

【００５１】このとき、この整流回路の両端間に負荷が
接続されていない場合は、コンデンサＣの充電が実質的
に終了すると、二次巻線ｗ２に流れる当該電流は実質的
に流れなくなる。すると、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２
に流れる電流は減少し、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧降下
の大きさも減少する。この結果、電界効果トランジスタ
Ｑ１はオフする。一方、この整流回路の両端間に負荷が
接続されていれば、コンデンサＣの充電終了後も、変成
器Ｔの中点タップｃｔ−電界効果トランジスタＱ１のド
レイン間の二次巻線ｗ２には電流が流れ続ける。

【００５２】また、二次巻線ｗ２の両端のうち電界効果
トランジスタＱ２のドレインに接続されている方の端の
電圧が、中点タップｃｔの電位に対して負極性となった
場合、電界効果トランジスタＱ２のソースから、電界効
果トランジスタＱ２のソース−ドレイン間の寄生ダイオ
ード、変成器Ｔの中点タップｃｔ及びコンデンサＣを順
に経るように、二次巻線ｗ２に電流が流れる。

【００５３】すると、電流検出端子の両極間の電圧が変
化し、電流検出端子の両極のうち電界効果トランジスタ
Ｑ２のゲートに接続された方の極から、抵抗器Ｒ２、抵
抗器Ｒ１を順に経て、電流検出端子の両極のうち電界効
果トランジスタＱ１のゲートに接続された方の極に至る
電流が増加する。この結果、電界効果トランジスタＱ１
はオフし、電界効果トランジスタＱ２はオンする。従っ
て、電界効果トランジスタＱ２のソースから、電界効果
トランジスタＱ２のドレイン、変成器Ｔの中点タップｃ
ｔ及びコンデンサＣを順に経るように、二次巻線ｗ２に
電流が流れる。

【００５４】このとき、この整流回路の両端間に負荷が
接続されていない場合は、コンデンサＣの充電が実質的
に終了すると、二次巻線ｗ２には電流が実質的に流れな
くなり、電界効果トランジスタＱ２がオフする。一方、
この整流回路の両端間に負荷が接続されていれば、コン
デンサＣの充電終了後も、変成器Ｔの中点タップｃｔ−
電界効果トランジスタＱ２のドレイン間の二次巻線ｗ２
には電流が流れ続ける。

【００５５】図３の整流回路では、電界効果トランジス
タＱ１及びＱ２のオン又はオフを決定する電圧を発生さ
せる変成器Ｔの検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２に誘起され
る起電力は、一次巻線ｗ１に流れる電流により誘起され
る。このため、二次巻線ｗｄ２の両端間に接続された負
荷に流れる電流は、検出用巻線ｗｄ１及びｗｄ２に流れ
る電流による変化を受けることが実質的にない。

【００５６】また、変成器Ｔの二次巻線ｗ２に実質的に
負荷が接続されておらず、電流検出端子のいずれの端に
も、電界効果トランジスタＱ１又はＱ２をオンさせるよ
うな電圧が生じていない場合は、電界効果トランジスタ
Ｑ１及びＱ２がいずれもオフする。このため、電界効果
トランジスタＱ１及びＱ２のドレイン−ソース間のリー
ク電流などにより電力が消費される危険が防止される。

【００５７】なお、この整流回路の構成は、上述のもの
に限られない。例えば、電界効果トランジスタＱ１及び
Ｑ２は、図４に示すように、いずれもｐチャネルＭＯＳ
ＦＥＴから構成されていてもよい。

【００５８】図４の構成を有する場合、互いに接続され
た電界効果トランジスタＱ１のソース及び電界効果トラ
ンジスタＱ２のソースは、図示するように、この整流回
路の出力端の正極を形成している。そして、電界効果ト
ランジスタＱ１のゲートは、変成器Ｔの電流検出端子の
各極のうち、電界効果トランジスタＱ１のドレインに接
続されている変成器Ｔの二次巻線の一端が正極性となっ
たときに負極性の電圧が発生する方の極に接続されてい
る。また、電界効果トランジスタＱ２のゲートは、変成
器Ｔの電流検出端子の各極のうち、電界効果トランジス
タＱ２のドレインに接続されている変成器Ｔの二次巻線
の一端が正極性となったときに負極性の電圧が発生する
方の極に接続されている。

【００５９】図４の整流回路の交流入力端の両極間に、
整流する対象の単相交流電圧を印加し、二次巻線ｗ２の
両端のうち電界効果トランジスタＱ１のドレインに接続
されている方の端の電圧が、中点タップｃｔの電位に対
して正極性となったとする。この場合、変成器Ｔの二次
巻線ｗ２から電界効果トランジスタＱ１のドレイン、電
界効果トランジスタＱ１のドレイン−ソース間の寄生ダ
イオード、コンデンサＣ及び変成器Ｔの中点タップｃｔ
を順に経て、二次巻線ｗ２に電流が流れる。

【００６０】すると、電流検出端子の両極間の電圧が変
化して、電流検出端子の両極のうち電界効果トランジス
タＱ２のゲートに接続された方の極から、抵抗器Ｒ２、
抵抗器Ｒ１を順に経て、電流検出端子の両極のうち電界
効果トランジスタＱ１のゲートに接続された方の極に至
る電流が増加する。この結果、電界効果トランジスタＱ
１はオンし、電界効果トランジスタＱ２はオフする。こ
の結果、変成器Ｔの二次巻線ｗ２から電界効果トランジ
スタＱ１のドレイン及びソース、コンデンサＣ及び変成
器Ｔの中点タップｃｔを順に経て、二次巻線ｗ２に電流
が流れる。

【００６１】そして、この整流回路の両端間に負荷が接
続されていない場合は、コンデンサＣの充電の終了によ
り二次巻線ｗ２に実質的に電流が流れなくなって電界効
果トランジスタＱ１はオフする。負荷が接続されている
場合は、変成器Ｔの中点タップｃｔ−電界効果トランジ
スタＱ１のドレイン間の二次巻線ｗ２に電流が流れ続け
る。

【００６２】また、二次巻線ｗ２の両端のうち電界効果
トランジスタＱ２のドレインに接続されている方の端の
電圧が、中点タップｃｔの電位に対して正極性となった
とする。この場合、変成器Ｔの二次巻線ｗ２から電界効
果トランジスタＱ２のドレイン、電界効果トランジスタ
Ｑ２のドレイン−ソース間の寄生ダイオード、コンデン
サＣ及び変成器Ｔの中点タップｃｔを順に経て、二次巻
線ｗ２に電流が流れる。

【００６３】すると、電流検出端子の両極のうち電界効
果トランジスタＱ１のゲートに接続された方の極から、
抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ２を順に経て、電流検出端子の両
極のうち電界効果トランジスタＱ２のゲートに接続され
た方の極に至る電流が増加し電界効果トランジスタＱ２
がオンし、電界効果トランジスタＱ１がオフする。この
結果、変成器Ｔの二次巻線ｗ２から電界効果トランジス
タＱ２のドレイン及びソース、コンデンサＣ及び変成器
Ｔの中点タップｃｔを順に経て、二次巻線ｗ２に電流が
流れる。

【００６４】そして、この整流回路の両端間に負荷が接
続されていない場合は、コンデンサＣの充電が終了する
と電界効果トランジスタＱ２がオフし、負荷が接続され
ている場合は、変成器Ｔの中点タップｃｔ−電界効果ト
ランジスタＱ２のドレイン間の二次巻線ｗ２に電流が流
れ続ける。

【００６５】また、この整流回路は、例えば図５に示す
構成を有していてもよい。図５の整流回路の構成は、以
下述べる点を除き、図３の整流回路の構成と実質的に同
一である。

【００６６】ただし、この整流回路は、図５に示すよう
に、変成器Ｔと、電界効果トランジスタＱ１及びＱ２
と、抵抗器Ｒ１及びＲ２と、コンデンサＣとに加えて、
バイポーラトランジスタＱ３及びＱ４と、抵抗器Ｒ３及
びＲ４と、を備える。バイポーラトランジスタＱ３及び
Ｑ４は、いずれも、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ
から構成され、ベース、エミッタ及びコレクタを備え
る。また、電界効果トランジスタＱ１及びＱ２は、いず
れも、ｐチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴから
構成されている。

【００６７】図５の整流回路においては、変成器Ｔの電
流検出端子の各極のうち、電界効果トランジスタＱ１の
ドレインに接続されている変成器Ｔの二次巻線の一端が
負極性となったときに正極性の電圧が発生する方の極
は、電界効果トランジスタＱ１のゲートに代えて、バイ
ポーラトランジスタＱ４のベースに接続されている。変
成器Ｔの電流検出端子の各極のうち、電界効果トランジ
スタＱ２のドレインに接続されている変成器Ｔの二次巻
線の一端が負極性となったときに正極性の電圧が発生す
る方の極は、電界効果トランジスタＱ２のゲートに代え
て、バイポーラトランジスタＱ３のベースに接続されて
いる。

【００６８】バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ
は、電界効果トランジスタＱ１のゲートに接続されてい
る。バイポーラトランジスタＱ３のエミッタは変成器Ｔ
の中点タップｃｔに接続されている。バイポーラトラン
ジスタＱ４のコレクタは、電界効果トランジスタＱ２の
ゲートに接続されている。バイポーラトランジスタＱ４
のエミッタは変成器Ｔの中点タップｃｔに接続されてい
る。

【００６９】抵抗器Ｒ３は、バイポーラトランジスタＱ
３のベースとエミッタとの間に接続されている。抵抗器
Ｒ４は、バイポーラトランジスタＱ４のベースとエミッ
タとの間に接続されている。

【００７０】抵抗器Ｒ３及びＲ４の抵抗値は、この整流
回路の出力端の両極間に接続されたコンデンサＣ及び／
又は負荷に電流が流れたとき、電界効果トランジスタＱ
１及びＱ２のうち、コンデンサＣ及び／又は負荷に流れ
たこの電流と同じ向きの電流を流す方を、バイポーラト
ランジスタＱ３及びＱ４が後述の動作によりオンさせる
ように選ばれている。

【００７１】図５の整流回路の交流入力端の両極間に、
整流する対象の単相交流電圧が印加され、二次巻線ｗ２
の両端のうち電界効果トランジスタＱ１のドレインに接
続されている方の端の電圧が、中点タップｃｔの電位に
対して負極性となったとする。この場合、変成器Ｔの中
点タップｃｔから、コンデンサＣ、電界効果トランジス
タＱ１のソース−ドレイン間の寄生ダイオード及び電界
効果トランジスタＱ１のドレインを順に経て、二次巻線
ｗ２に電流が流れる。

【００７２】すると、電流検出端子の両極間の電圧が変
化し、この結果、電流検出端子の両極のうちバイポーラ
トランジスタＱ４のベースに接続された方の極から、抵
抗器Ｒ４、抵抗器Ｒ３を順に経て、電流検出端子の両極
のうちバイポーラトランジスタＱ３のベースに接続され
た方の極に至る電流が増加する。この結果、抵抗器Ｒ３
の両端間の電圧を自己のベース−エミッタ間に印加され
ているバイポーラトランジスタＱ３はオンし、抵抗器Ｒ
４の両端間の電圧を自己のベース−エミッタ間に印加さ
れているバイポーラトランジスタＱ４はオフする。

【００７３】すると、変成器Ｔの中点タップｃｔからバ
イポーラトランジスタＱ３のエミッタ及びコレクタ、抵
抗器Ｒ１、電界効果トランジスタＱ１のソース−ドレイ
ン間の寄生ダイオード及び電界効果トランジスタＱ１の
ドレインを順に経て、二次巻線ｗ２に電流が流れる。こ
の結果、抵抗器Ｒ１の両端間の電圧を自己のゲート−ソ
ース間に印加されている電界効果トランジスタＱ１はオ
ンする。

【００７４】一方、バイポーラトランジスタＱ４はオフ
しているため、抵抗器Ｒ２に電流を供給する電流路は実
質的に遮断され、抵抗器Ｒ２の両端には実質的に電圧降
下が発生しない。従って、抵抗器Ｒ２の両端間の電圧を
自己のゲート−ソース間に印加されている電界効果トラ
ンジスタＱ２はオフする。

【００７５】すると、変成器Ｔの中点タップｃｔから、
コンデンサＣ、電界効果トランジスタＱ１のソース及び
ドレインを順に経て、二次巻線ｗ２に電流が流れる。こ
のとき、この整流回路の両端間に負荷が接続されていな
い場合は、コンデンサＣの充電が実質的に終了すると、
二次巻線ｗ２に電流が実質的に流れなくなり、検出用巻
線ｗｄ１及びｗｄ２に流れる電流が減少する結果、電界
効果トランジスタＱ１はオフする。一方、この整流回路
の両端間に負荷が接続されていれば、コンデンサＣの充
電終了後も、変成器Ｔの中点タップｃｔ−電界効果トラ
ンジスタＱ１のドレイン間の二次巻線ｗ２には電流が流
れ続ける。

【００７６】また、図５の整流回路の交流入力端の両極
間に、整流する対象の単相交流電圧が印加され、二次巻
線ｗ２の両端のうち電界効果トランジスタＱ２のドレイ
ンに接続されている方の端の電圧が、中点タップｃｔの
電位に対して負極性となったとする。この場合、変成器
Ｔの中点タップｃｔから、コンデンサＣ、電界効果トラ
ンジスタＱ２のソース−ドレイン間の寄生ダイオード及
び電界効果トランジスタＱ２のドレインを順に経て、二
次巻線ｗ２に電流が流れる。

【００７７】すると、電流検出端子の両極のうちバイポ
ーラトランジスタＱ３のベースに接続された方の極か
ら、抵抗器Ｒ３、抵抗器Ｒ４を順に経て、電流検出端子
の両極のうちバイポーラトランジスタＱ４のベースに接
続された方の極に至る電流が増加する。この結果、バイ
ポーラトランジスタＱ３はオフし、バイポーラトランジ
スタＱ４はオンする。

【００７８】すると、変成器Ｔの中点タップｃｔからバ
イポーラトランジスタＱ４のエミッタ及びコレクタ、抵
抗器Ｒ２、電界効果トランジスタＱ２のソース−ドレイ
ン間の寄生ダイオード及び電界効果トランジスタＱ２の
ドレインを順に経て、二次巻線ｗ２に電流が流れる。こ
の結果、電界効果トランジスタＱ２はオンする。一方、
バイポーラトランジスタＱ３はオフしているため、電界
効果トランジスタＱ１はオフする。

【００７９】すると、変成器Ｔの中点タップｃｔから、
コンデンサＣ、電界効果トランジスタＱ２のソース及び
ドレインを順に経て、二次巻線ｗ２に電流が流れる。こ
のとき、この整流回路の両端間に負荷が接続されていな
い場合は、コンデンサＣの充電が実質的に終了すると、
二次巻線ｗ２に電流が実質的に流れなくなり、検出用巻
線ｗｄ１及びｗｄ２に流れる電流が減少する結果、電界
効果トランジスタＱ２はオフする。一方、この整流回路
の両端間に負荷が接続されていれば、コンデンサＣの充
電終了後も、変成器Ｔの中点タップｃｔ−電界効果トラ
ンジスタＱ２のドレイン間の二次巻線ｗ２には電流が流
れ続ける。

【００８０】なお、この発明は上記実施の形態に限定さ
れず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、変成
器Ｔの鉄心Ｆの形状、材質などは任意である。また、巻
線の位置等も適宜変更可能である。さらに、図３〜図５
に示した整流回路に限らず、他の構成を採用することが
できる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、負荷に流れる電流を変化させず、高感度に電流を検
出することを可能とする電流検出装置が実現される。ま
た、この発明によれば、負荷に流れる電流の周波数特性
を悪化させずに電流を検出することを可能とする電流検
出装置が実現される。また、この発明によれば、負荷に
流れる電流を変化させず、かつ損失が少ない電源装置が
実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る変成器の断
面を模式的に示す断面図である。

【図２】図１の変成器の一次巻線が発生させる磁力線の
向きを示す図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態に係る整流回路の
構成を示す回路図である。

【図４】図３の整流回路の変形例の構成を示す回路図で
ある。

【図５】図３の整流回路の変形例の構成を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

Ｔ 変成器 Ｆ 鉄心 ｗ１ 一次巻線 ｗ２ 二次巻線 ｗｄ１、ｗｄ２ 検出用巻線 Ｑ１、Ｑ２ 電界効果トランジスタ Ｑ３、Ｑ４ バイポーラトランジスタ Ｃ コンデンサ Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗器

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合され
   た二次巻線とを備える変成器と、 前記一次巻線に誘導結合された一対の検出用巻線とを備
   え、前記一対の検出用巻線は、前記二次巻線に流れる電流に
   よって発生する磁束の少なくとも一部が前記一対の検出
   用巻線の一方に鎖交することなく他方に鎖交するよう配
   置されており、 各前記検出用巻線は、前記一次巻線に流れる電流によっ
   て各自に相互誘導される起電力を互いに打ち消し合う向
   きにカスケードに接続されて直列回路を形成し、該直列
   回路の各端は、前記二次巻線に流れる電流を検出するた
   めの検出端を形成している、 ことを特徴とする電流検出装置。
2. 【請求項２】一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合され
   た二次巻線とを備える変成器の前記二次巻線に流れる電
   流を検出するための電流検出装置であって、 前記一次巻線に誘導結合された一対の検出用巻線を備
   え、前記一対の検出用巻線は、前記二次巻線に流れる電流に
   よって発生する磁束の少なくとも一部が前記一対の検出
   用巻線の一方に鎖交することなく他方に鎖交するよう配
   置されており、 各前記検出用巻線は、前記一次巻線に流れる電流によっ
   て各自に相互誘導される起電力を互いに打ち消し合う向
   きにカスケードに接続されて直列回路を形成し、該直列
   回路の各端は、前記二次巻線に流れる電流を検出するた
   めの検出端を形成している、 ことを特徴とする電流検出装置。
3. 【請求項３】一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合され
   ており、自己のほぼ中点に、出力端の一方の極を形成す
   るタップが設けられている二次巻線と、を備える変成器
   と、 前記一次巻線に誘導結合され、前記一次巻線に流れる電
   流によって各自に相互誘導される起電力を互いに打ち消
   し合う向きにカスケードに接続されて直列回路を形成し
   ている一対の検出用巻線と、 前記二次巻線の一端と出力端の他方の極との間に接続さ
   れた電流路及び制御端を備え、自己の制御端に供給され
   た信号に応答して各自の電流路を実質的にオン及びオフ
   する第１のスイッチング手段と、 前記二次巻線の他端と出力端の前記他方の極との間に接
   続された電流路及び制御端を備え、各自の制御端に供給
   された信号に応答して各自の電流路を実質的にオン及び
   オフする第２のスイッチング手段と、 前記直列回路の各端の電圧に基づいて、各前記スイッチ
   ング手段の電流路のうち、所定の極性の電圧を発生させ
   ている前記二次巻線の端に接続されているものがあるか
   を判別し、接続されていると判別された前記電流路がオ
   ンして他の前記電流路がオフするように、各前記スイッ
   チング手段の制御端に信号を供給する制御手段と、を備
   え、 前記一対の検出用巻線は、前記二次巻線に流れる電流に
   よって発生する磁束の少なくとも一部が前記一対の検出
   用巻線の一方に鎖交することなく他方に鎖交するよう配
   置されている、 ことを特徴とする電源装置。
4. 【請求項４】前記第１のスイッチング手段は、ドレイ
   ン、ソース及びゲートを備える第１の電界効果トランジ
   スタより構成され、 前記第１の電界効果トランジスタのドレイン及びソース
   は前記第１のスイッチング手段の電流路の両端をなし、
   前記第１の電界効果トランジスタのゲートは前記第１の
   スイッチング手段の制御端をなし、 前記第２のスイッチング手段は、ドレイン、ソース及び
   ゲートを備える第２の電界効果トランジスタより構成さ
   れ、 前記第２の電界効果トランジスタのドレイン及びソース
   は前記第２のスイッチング手段の電流路の両端をなし、
   前記第２の電界効果トランジスタのゲートは前記第２の
   スイッチング手段の制御端をなす、 ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 【請求項５】前記第１及び第２のスイッチング手段は、
   自己の制御端に、自己の電流路をオンさせる信号が供給
   されていないときに、前記二次巻線に所定の向きに電流
   を流す向きの起電力が前記二次巻線に誘起されたとき、
   自己の電流路を迂回して前記二次巻線に過渡的に電流を
   流す初期電流通過手段を備える、 ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 【請求項６】前記出力端の両極間に接続されたコンデン
   サを備え、 前記第１のスイッチング手段は、自己の電流路を迂回す
   る順方向電流を流すための第１の整流手段を備え、 前記第２のスイッチング手段は、前記第１の整流手段に
   流れる順方向電流を、前記第２のスイッチング手段自身
   の電流路を迂回する電流として前記二次巻線に流すため
   の第２の整流手段を備える、 ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。