JP5167305B2 - 電流検出器 - Google Patents
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図1は、一実施形態の電流検出器100の構成を示す概略図である。以下、電流検出器100の構成について説明する。
電流検出器100は、例えばフェライト製の磁性体コア102を備えており、この磁性体コア102は全体として略角リング形状(環状)をなしている。磁性体コア102の内側(リングの内周)には略矩形状の電流導通部102aが形成されており、この電流導通部102aにはバス線等の導体105が挿通されている。電流検出器100は導体105を通る電流を検出対象とするものであり、磁性体コア102は、導体105に被検出電流(If)が流れる際に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置されている。なお、被検出電流(If)が比較的低い水準(微弱電流)である場合、導体105を複数ターンにわたって磁性体コア102に巻き付けてもよい。
上記のように磁性体コア102は略角リング形状をなしており、そのため磁性体コア102にはそれぞれ一対の短辺部102b及び長辺部102cが含まれている。また磁性体コア102には、例えば一方の長辺部102cの途中を部分的に切り欠くことでギャップ102dが形成されている。なおギャップ102dは、一対の短辺部102bに形成されていてもよい。
電流検出器100はホール素子106を備えている。ホール素子106はギャップ102d内に挿入した状態で磁性体コア102に取り付けられている。ホール素子106は、ギャップ102d内に発生する磁界の強さ(磁束の量)に応じた電圧信号(Vh:ホール電圧)を出力する感磁素子である。なおホール素子106は、例えば樹脂封止によりパッケージされた電子部品であり、ホール素子106には、例えば図示しない電源回路を通じて制御電流(Ic)が供給されている。
また電流検出器100は、例えばオペアンプ等の増幅器108を備えており、この増幅器108の非反転入力端子(+)及び反転入力端子(−)には、それぞれホール素子106の出力端子が抵抗110,112を介して接続されている。ホール素子106からの出力電圧は、信号経路118を通じて増幅器108の各入力端子に入力される。
さらに電流検出器100は、信号経路118の途中に電磁誘導部120を備えている。すなわち電磁誘導部120は、信号経路118の一部をループ状又はコイル状に形成した導電路であり、この電磁誘導部120は、ホール素子106と同様に磁束が貫通する位置に設けられている。上記のホール素子106は、被検出電流(If)の導通により発生する磁界の大きさに比例した電圧信号を出力するものであるが、電磁誘導部120は、磁界(磁束)の変化の割合に比例した誘導起電力を発生する。なお、好ましい電磁誘導部120の配置例については、さらに別の図面を用いて後述する。
図2は、本実施形態の電流検出器100による出力特性を比較例と対比して示した出力線図である。なお、本実施形態と対比するべき比較例は、例えば図1の構成中、電磁誘導部120に相当する構成を有しない電流検出器(従来のもの)である。また図2中、横軸方向には被検出電流の導通に伴う経過時間を表し、縦軸方向には出力電圧(Vout)のレベルを表している。
先ず比較例の出力特性は、被検出電流の変化(ステップ入力)に対して遅れを示している。すなわち、ここでは被検出電流の導通を開始した後、時刻t3で出力レベルが閾値(Vb)に達し、その後にある程度の時間をかけて出力レベルが定常値(Va)に近付いている。なお、電流検出器としての出力レベルが閾値(Vb)に達すれば、その時点(t3)で過電流等の発生を検出することができるものとする。
次に、本実施形態の電流検出器100による出力特性を見ると、比較例よりも早い時刻t1に出力レベルが閾値(Vb)に達しており、さらに、時刻t3よりも前の時刻t2で出力レベルが定常値(Va)を超えていることがわかる。なお、出力レベルは若干のオーバシュートを示した後に定常値(Va)で安定する。
次に、電流検出器100におけるホール素子106や電磁誘導部120の具体的な配置や形態について、いくつかの例を挙げて説明する。
図3は、ホール素子106を面実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。図3に示される構造例は、さらに電磁誘導部120の配置について異なる2つの例を示している。以下、それぞれについて説明する。
図3中(A):電流検出器100は回路基板122を備えており、この回路基板122にホール素子106及び増幅器108が面実装されている。面実装タイプのホール素子106には、例えばパッケージ(封止樹脂)の側面に端子106aが形成されている。また、回路基板122の実装面には導電パターン124,126が形成されており、実装面上でこれら導電パターン124,126にホール素子106の端子106aが半田付けされている。反対側の実装面にも図示しない2本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンはビア128を介して導電パターン124,126とつながっている。そして反対側の実装面では、2本の導電パターンがチップ抵抗部品(いずれも図示していない)を介して増幅器108の各入力端子に接続されている。このため導電パターン124,126は、図1に示される信号経路118の一部を構成する。なお図3中、増幅器108は図示されていない。
図3中(B):配置例2においても、回路基板122の実装面上で導電パターン124,126にホール素子106の端子106aがそれぞれ半田付けされている。また、反対側の実装面にも図示しない2本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンは図示しないビアを介して導電パターン124,126とつながっている。そして反対側の実装面では、2本の導電パターンがチップ抵抗部品(いずれも図示していない)を介して増幅器108の各入力端子に接続されている。
次に図4は、ホール素子106をリード実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。なお図4の構造例は、電磁誘導部120の配置例3を示している。
ホール素子106をリード実装タイプとした場合、回路基板122はその実装面が磁束B1の貫通方向に沿って配置された構造となる。そしてホール素子106は、リード端子106bを介して実装面から略垂直に突出した姿勢のまま、ギャップ102d内に挿入された状態となる。なお、この場合もギャップ102d内に発生する磁束B1は、ホール素子106の感磁面を略垂直に貫通する。
また図5は、ホール素子106を挿入(スルーホール)実装タイプとした場合の構造例において、回路基板122を単独で示した正面図である。なお図5の構造例は、図4とは異なる電磁誘導部120の配置例4を示している。
次に図6は、磁性体コア102の他の構造例を示す縦断面図である。この構造例では、ホール素子106についてリード実装タイプを採用している。また電磁誘導部120については、例えば配置例3のように中心線CLの片側だけにループが形成される配置を採用している。以下、より具体的に説明する。
102 磁性体コア
102a 電流導通部
102d ギャップ
106 ホール素子
108 増幅器
120 電磁誘導部
124,126 導電パターン
Claims (4)
- 被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状の磁路を形成する磁性体コアと、
前記磁性体コアに形成されたギャップ内に配置され、被検出電流の導通時に前記ギャップ内に発生する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力するホール素子と、
前記ホール素子から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、
前記ホール素子の出力端子と前記増幅器の入力端子との間を接続する信号経路上に形成され、被検出電流の変化に伴う磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる電磁誘導部と、
前記ギャップ内でみた磁束の通過方向に沿って実装面が配置され、前記ホール素子からリード状に形成された出力端子を前記実装面と交差する方向に接続した状態で前記ホール素子を実装する回路基板とを備え、
前記電磁誘導部は、
前記回路基板の前記実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項1に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線のいずれか片側のみに形成されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項1に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線を跨いでその両側に形成されており、かつ、ループ又はコイルとしてみたときの開口は、いずれか一方側の開口面積が他方側の開口面積より大きいことを特徴とする電流検出器。 - 請求項1から3のいずれかに記載の電流検出器において、
前記磁性体コアは、
前記ギャップ内にて前記ホール素子を通過する第1の磁路を形成する環状の本体と、
前記本体から分岐して形成され、前記回路基板を介して前記電磁誘導部を通過する第2の磁路を形成する分岐部とを有することを特徴とする電流検出器。
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