JP4269515B2 - 電気量検出センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気量検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電気量検出センサとしては、図３に示すようなホール素子を用いる電流センサが従来より提供されている。この電流センサでは、コア１１を貫通する電路２０に被測定電流が流れると、その電流値に応じた磁束がコア１１に発生し、ホール素子１２が磁束に応じた電圧を発生する。そして、ホール素子１２の出力電圧は増幅器１３によって増幅され、外部に出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電流センサでは、電路２０に流れる電流に応じてコア１１に発生する磁束から、電路２０に流れる電流値を検出しているので、電路２０に大電流が流れて、コア１１に発生する磁束が飽和すると、電路２０に流れる電流を正確に検出できなくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、図４に示すように、上述した電流センサにおいて、増幅器１３の出力をさらに増幅し、電流信号として出力する電流増幅回路１４を設け、電流増幅回路１４の出力をコア１１に巻回された補償巻線１５を介して出力するものが提案されている。ここで、補償巻線１５は、コア１１に発生する磁束を相殺する方向に巻回されている。
【０００５】
この電流センサでは、コア１１を貫通する電路２０に被測定電流が流れると、この電流値に応じた磁束がコア１１に発生し、ホール素子１２が磁束に応じた電圧を発生する。そして、ホール素子１２の出力電圧は増幅器１３によって増幅され、さらに電流増幅回路１４によって電流信号に変換された後、補償巻線１５を介して出力される。ここで、補償巻線１５は、コア１１に発生する磁束を相殺する方向に巻回されているので、コア１１の磁気飽和を防止することができ、電流センサの検出精度が向上する。
【０００６】
しかしながら、上述した電流センサでは、その測定精度がホール素子１２の性能に大きく依存しているため、ホール素子１２の性能のばらつきや、ホール素子１２の温度特性の影響を受けるという問題があった。また、後者の電流センサでは、電流増幅回路１４の出力電流によって補償巻線１５に発生する磁束により、コア１１に発生する磁束を相殺して、コア１１の磁気飽和を防止しているが、コア１１に補償巻線１５を巻回する必要があり、コストアップの要因となるという問題があった。また、コア１１に発生する磁束を相殺するために、電流増幅回路１４の出力電流を大きくとる必要があり、消費電流が増加するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、測定精度のばらつきを低減した低コスト、低消費電流の電流センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、同期検波回路の後段に設けられたローパスフィルタとを備えて成ることを特徴とし、発光素子が発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅すると、発光素子の点滅に応じてスイッチ素子がオン／オフし、直流の電気信号がスイッチ素子のスイッチングによって交流の電気信号に変換され、トランスを介して二次側に伝達され、トランスの二次側に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波回路で同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができる。このように直流の電気信号を交流の電気信号に変換し、トランスを介して伝達された交流の電気信号を同期検波により直流の電気信号に復元しているので、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがなく、また磁気飽和を防止するための補償巻線が不要になるからコストアップとなるのを防止できる。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子およびスイッチ素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は、検出対象の電流が流れる電路に挿入された検出抵抗の両端電圧であることを特徴とし、直流電流の電流値を検出する電流センサを実現できる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は直流の電圧信号であることを特徴とし、直流電圧の電圧値を検出する電圧センサを実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電気量検出センサを電流センサを例として説明する。図１に電流センサの基本構成を表した回路図を示す。この電流センサ１は、電路２０に直列に接続された検出抵抗２と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生する発振回路５と、アノードに一定電圧が印加されるとともに、カソードが発振回路５の出力端子に接続された発光ダイオード（発光素子）３ａ、及び、発光ダイオード３ａと光学的に結合されるとともに電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（スイッチ素子）３ｂからなるフォトカプラのような光伝送素子３と、検出抵抗２の両端間にフォトトランジスタ３ｂを介して一次巻線４ａが接続されたトランス４と、トランス４の二次巻線４ｂに発生する電圧信号を、基準となる発振回路５のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路６とで構成される。
【００１２】
次にこの電流センサ１の動作を説明する。発振回路５は所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生し、このクロック信号Ｓ１により光伝送素子３の発光ダイオード３ａに断続的に電流が流れて発光ダイオード３ａが点滅し、フォトトランジスタ３ｂが所定周波数でオン／オフする。ここで、電路２０に直流の被検出電流Ｉが流れると、検出抵抗２の両端間には被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧が発生し、この電圧をフォトトランジスタ３ｂでスイッチングすることによって、トランス４の一次巻線４ａに交流電流が流れ、二次巻線４ｂにピーク値が検出抵抗２の両端電圧に比例した交流の電圧信号Ｓ２が発生する。そして、同期検波回路６がこの電圧信号Ｓ２をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波し、復調することによって、検出抵抗２の両端電圧に比例した直流の電圧信号Ｓ３を出力する。
【００１３】
このように、本実施形態の電流センサ１では、光伝送素子３及びトランス４を用いて、電路２０側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２０側に与える影響を小さくでき、微少電流の計測を行う場合でも電路２０に流れる被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗２の両端電圧を発振回路５のクロック信号Ｓ１でスイッチングすることによって交流信号に変換し、トランス４を介して入力された電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波することにより、直流の電圧信号Ｓ３に復元しているので、従来のホール素子を用いた電流センサのように電流センサの性能がホール素子のみの性能に大きく依存することはなく、ホール素子のばらつきや温度特性によってセンサ自体の性能がばらついたり、温度特性が悪化するのを防止できる。
【００１４】
また、図２は本実施形態の電流センサ１の回路図であり、図１に示す電流センサ１において、同期検波回路６の前段及び後段に増幅器７ａ，７ｂを設けて、増幅器７ａ，７ｂの増幅率を変化させることによって電圧信号Ｓ３の大きさを調整している。また同期検波回路６の後段にローパスフィルタ（ＬＰＦ）８を設けて、不要な信号成分を除去するようにしてある。尚、図２の電流センサ１では、同期検波回路６の前段及び後段に増幅器７ａ，７ｂを設けているが、同期検波回路６の前段又は後段の何れか一方のみに増幅器を設けるようにしても良い。
【００１５】
また、本実施形態の電流センサ１では、電路２０と直列に検出抵抗２を接続して、電路２０に流れる被測定電流の大きさを検出しているが、検出電圧の入力端子間に検出抵抗２とフォトトランジスタ３ｂとトランス４の一次巻線４ａとの直列回路を接続しても良く、入力端子間の電圧値を検出する電圧センサとして用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、同期検波回路の後段に設けられたローパスフィルタとを備えて成ることを特徴とし、発光素子が発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅すると、発光素子の点滅に応じてスイッチ素子がオン／オフし、直流の電気信号がスイッチ素子のスイッチングによって交流の電気信号に変換され、トランスを介して二次側に伝達され、トランスの二次側に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波回路で同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができるという効果がある。このように直流の電気信号を交流の電気信号に変換し、トランスを介して伝達された交流の電気信号を同期検波により直流の電気信号に復元しているので、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがなく、また磁気飽和を防止するための補償巻線が不要になるからコストアップとなるのを防止できるという効果もある。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子およびスイッチ素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできるという効果もある。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は、検出対象の電流が流れる電路に挿入された検出抵抗の両端電圧であることを特徴とし、直流電流の電流値を検出する電流センサを実現できるという効果がある。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は直流の電圧信号であることを特徴とし、直流電圧の電圧値を検出する電圧センサを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電流センサの基本構成を示す回路図である。
【図２】本実施形態の電流センサの回路図である。
【図３】従来の電流センサの回路図である。
【図４】従来の別の電流センサの回路図である。
【符号の説明】
１ 電流センサ
２ 検出抵抗
３ 光伝送素子
３ａ 発光ダイオード
３ｂ フォトトランジスタ
４ トランス
４ａ 一次巻線
４ｂ 二次巻線
５ 発振回路
６ 同期検波回路
２０ 電路
Ｓ１ クロック信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気量検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電気量検出センサとしては、図３に示すようなホール素子を用いる電流センサが従来より提供されている。この電流センサでは、コア１１を貫通する電路２０に被測定電流が流れると、その電流値に応じた磁束がコア１１に発生し、ホール素子１２が磁束に応じた電圧を発生する。そして、ホール素子１２の出力電圧は増幅器１３によって増幅され、外部に出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電流センサでは、電路２０に流れる電流に応じてコア１１に発生する磁束から、電路２０に流れる電流値を検出しているので、電路２０に大電流が流れて、コア１１に発生する磁束が飽和すると、電路２０に流れる電流を正確に検出できなくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、図４に示すように、上述した電流センサにおいて、増幅器１３の出力をさらに増幅し、電流信号として出力する電流増幅回路１４を設け、電流増幅回路１４の出力をコア１１に巻回された補償巻線１５を介して出力するものが提案されている。ここで、補償巻線１５は、コア１１に発生する磁束を相殺する方向に巻回されている。
【０００５】
この電流センサでは、コア１１を貫通する電路２０に被測定電流が流れると、この電流値に応じた磁束がコア１１に発生し、ホール素子１２が磁束に応じた電圧を発生する。そして、ホール素子１２の出力電圧は増幅器１３によって増幅され、さらに電流増幅回路１４によって電流信号に変換された後、補償巻線１５を介して出力される。ここで、補償巻線１５は、コア１１に発生する磁束を相殺する方向に巻回されているので、コア１１の磁気飽和を防止することができ、電流センサの検出精度が向上する。
【０００６】
しかしながら、上述した電流センサでは、その測定精度がホール素子１２の性能に大きく依存しているため、ホール素子１２の性能のばらつきや、ホール素子１２の温度特性の影響を受けるという問題があった。また、後者の電流センサでは、電流増幅回路１４の出力電流によって補償巻線１５に発生する磁束により、コア１１に発生する磁束を相殺して、コア１１の磁気飽和を防止しているが、コア１１に補償巻線１５を巻回する必要があり、コストアップの要因となるという問題があった。また、コア１１に発生する磁束を相殺するために、電流増幅回路１４の出力電流を大きくとる必要があり、消費電流が増加するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、測定精度のばらつきを低減した低コスト、低消費電流の電流センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、同期検波回路の後段に設けられたローパスフィルタとを備えて成ることを特徴とし、発光素子が発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅すると、発光素子の点滅に応じてスイッチ素子がオン／オフし、直流の電気信号がスイッチ素子のスイッチングによって交流の電気信号に変換され、トランスを介して二次側に伝達され、トランスの二次側に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波回路で同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができる。このように直流の電気信号を交流の電気信号に変換し、トランスを介して伝達された交流の電気信号を同期検波により直流の電気信号に復元しているので、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがなく、また磁気飽和を防止するための補償巻線が不要になるからコストアップとなるのを防止できる。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子およびスイッチ素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は、検出対象の電流が流れる電路に挿入された検出抵抗の両端電圧であることを特徴とし、直流電流の電流値を検出する電流センサを実現できる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は直流の電圧信号であることを特徴とし、直流電圧の電圧値を検出する電圧センサを実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電気量検出センサを電流センサを例として説明する。図１に電流センサの基本構成を表した回路図を示す。この電流センサ１は、電路２０に直列に接続された検出抵抗２と、所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生する発振回路５と、アノードに一定電圧が印加されるとともに、カソードが発振回路５の出力端子に接続された発光ダイオード（発光素子）３ａ、及び、発光ダイオード３ａと光学的に結合されるとともに電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（スイッチ素子）３ｂからなるフォトカプラのような光伝送素子３と、検出抵抗２の両端間にフォトトランジスタ３ｂを介して一次巻線４ａが接続されたトランス４と、トランス４の二次巻線４ｂに発生する電圧信号を、基準となる発振回路５のクロック信号Ｓ１により同期検波する同期検波回路６とで構成される。
【００１２】
次にこの電流センサ１の動作を説明する。発振回路５は所定周波数のクロック信号Ｓ１を発生し、このクロック信号Ｓ１により光伝送素子３の発光ダイオード３ａに断続的に電流が流れて発光ダイオード３ａが点滅し、フォトトランジスタ３ｂが所定周波数でオン／オフする。ここで、電路２０に直流の被検出電流Ｉが流れると、検出抵抗２の両端間には被検出電流Ｉの電流値に比例した電圧が発生し、この電圧をフォトトランジスタ３ｂでスイッチングすることによって、トランス４の一次巻線４ａに交流電流が流れ、二次巻線４ｂにピーク値が検出抵抗２の両端電圧に比例した交流の電圧信号Ｓ２が発生する。そして、同期検波回路６がこの電圧信号Ｓ２をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波し、復調することによって、検出抵抗２の両端電圧に比例した直流の電圧信号Ｓ３を出力する。
【００１３】
このように、本実施形態の電流センサ１では、光伝送素子３及びトランス４を用いて、電路２０側と検出回路側とを電気的に絶縁しているので、電路２０側に与える影響を小さくでき、微少電流の計測を行う場合でも電路２０に流れる被検出電流Ｉを正確に検出することができる。また、検出抵抗２の両端電圧を発振回路５のクロック信号Ｓ１でスイッチングすることによって交流信号に変換し、トランス４を介して入力された電圧信号Ｓ３をクロック信号Ｓ１を基準として同期検波することにより、直流の電圧信号Ｓ３に復元しているので、従来のホール素子を用いた電流センサのように電流センサの性能がホール素子のみの性能に大きく依存することはなく、ホール素子のばらつきや温度特性によってセンサ自体の性能がばらついたり、温度特性が悪化するのを防止できる。
【００１４】
また、図２は本実施形態の電流センサ１の回路図であり、図１に示す電流センサ１において、同期検波回路６の前段及び後段に増幅器７ａ，７ｂを設けて、増幅器７ａ，７ｂの増幅率を変化させることによって電圧信号Ｓ３の大きさを調整している。また同期検波回路６の後段にローパスフィルタ（ＬＰＦ）８を設けて、不要な信号成分を除去するようにしてある。尚、図２の電流センサ１では、同期検波回路６の前段及び後段に増幅器７ａ，７ｂを設けているが、同期検波回路６の前段又は後段の何れか一方のみに増幅器を設けるようにしても良い。
【００１５】
また、本実施形態の電流センサ１では、電路２０と直列に検出抵抗２を接続して、電路２０に流れる被測定電流の大きさを検出しているが、検出電圧の入力端子間に検出抵抗２とフォトトランジスタ３ｂとトランス４の一次巻線４ａとの直列回路を接続しても良く、入力端子間の電圧値を検出する電圧センサとして用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、同期検波回路の後段に設けられたローパスフィルタとを備えて成ることを特徴とし、発光素子が発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅すると、発光素子の点滅に応じてスイッチ素子がオン／オフし、直流の電気信号がスイッチ素子のスイッチングによって交流の電気信号に変換され、トランスを介して二次側に伝達され、トランスの二次側に発生する交流の電気信号をクロック信号を基準として同期検波回路で同期検波することにより、直流の電気信号の振幅に応じた直流の電気信号を得ることができるという効果がある。このように直流の電気信号を交流の電気信号に変換し、トランスを介して伝達された交流の電気信号を同期検波により直流の電気信号に復元しているので、ホール素子を用いる電流センサのように検出性能がホール素子のみの性能によらず、１構成部品の性能によって製品間の性能のばらつきや温度特性が大きく影響を受けることがなく、また磁気飽和を防止するための補償巻線が不要になるからコストアップとなるのを防止できるという効果もある。さらに、被検出側の回路と検出側の回路とは光学的に結合された発光素子およびスイッチ素子と、トランスとにより電気的に絶縁されているので、被検出側の回路に与える影響を小さくできるという効果もある。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は、検出対象の電流が流れる電路に挿入された検出抵抗の両端電圧であることを特徴とし、直流電流の電流値を検出する電流センサを実現できるという効果がある。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、上記直流の電気信号は直流の電圧信号であることを特徴とし、直流電圧の電圧値を検出する電圧センサを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電流センサの基本構成を示す回路図である。
【図２】本実施形態の電流センサの回路図である。
【図３】従来の電流センサの回路図である。
【図４】従来の別の電流センサの回路図である。
【符号の説明】
１ 電流センサ
２ 検出抵抗
３ 光伝送素子
３ａ 発光ダイオード
３ｂ フォトトランジスタ
４ トランス
４ａ 一次巻線
４ｂ 二次巻線
５ 発振回路
６ 同期検波回路
２０ 電路
Ｓ１ クロック信号
Claims (3)
- 所定周波数のクロック信号を発生する発振回路と、発振回路のクロック信号に応じて所定周波数で点滅する発光素子と、発光素子に光学的に結合され発光素子が発光すると導通するスイッチ素子と、直流の電気信号が入力される入力端子間にスイッチ素子を介して一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に発生する交流の電気信号を前記クロック信号を基準として同期検波することにより、前記直流の電気信号の振幅に応じた直流の電圧信号を発生する同期検波回路と、同期検波回路の後段に設けられたローパスフィルタとを備えて成ることを特徴とする電気量検出センサ。
- 上記直流の電気信号は、検出対象の電流が流れる電路に挿入された検出抵抗の両端電圧であることを特徴とする請求項１記載の電気量検出センサ。
- 上記直流の電気信号は直流の電圧信号であることを特徴とする請求項１記載の電気量検出センサ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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