JP4269515B2 - 電気量検出センサ - Google Patents
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Description
【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。
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