JP5793021B2 - Current detector - Google Patents
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Description
本発明は、漏電検知等に用いる高透磁率材料の非線形な特性を利用する電流検知装置に関する。 The present invention relates to a current detection device that uses the non-linear characteristics of a high magnetic permeability material used for leakage detection and the like.
この種の電流検知装置としては、種々の構成を有するものが提案され、実施されているが、構造的に簡単で微小電流の検知が可能なものとしてフラックスゲート型の電流センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載された従来例では、図10(a)に示す構成を有する。すなわち、軟質磁性体製の同形,等大に構成された円環状をなすコア101及び102と、各コア101及び102に等しい回数巻回された励磁コイル103と、各コア101及び102にわたるよう一括して巻回された検出コイル104とを備えている。
励磁コイル103には図示しない交流電源が、また検出コイル104には図示しない検出回路が接続されている。そして、両コア101及び102の中心に電流を測定する対象物たる被測定導線107が挿通されている。
励磁コイル103はこれに通電したとき両コア101及び102に生じる磁場が逆相であって互いに打ち消し合うようコア101及び102に巻回されている。
As this type of current detection device, devices having various configurations have been proposed and implemented, but a flux gate type current sensor is known as a device that is structurally simple and capable of detecting a minute current. (For example, refer to Patent Document 1).
The conventional example described in
An AC power supply (not shown) is connected to the
The
そして、励磁コイル103に励磁電流iexを通電したとき、各コア101及び102に生じる磁束密度Bの経時変化は、図10(b)に示すようになる。軟質磁性体製のコア101及び102の磁気特性は磁場の大きさHが所定の範囲内では磁場の大きさHと磁束密度Bとは直線的な関係にある。しかしながら、磁場の大きさHが所定値を超えると、磁束密度Bが変化しない磁気飽和の状態となる関係にあることから、励磁コイル103に励磁電流iexを通電すると、各コア101及び102に発生する磁束密度Bは実線図示のように上下対称の台形波状に変化し、しかも相互に180°位相がずれた状態となる。
今、被測定導線107に矢印で示す如く下向きに直流電流値Iが通電しているものとすると、この直流分に相当する磁束密度が重畳される結果、磁束密度Bは図10(b)に破線で示す如く、台形波のうち、上方の台形波はその幅が拡大され、一方下方の台形波はその幅が縮小された状態となる。
Then, when the exciting current iex is supplied to the
Assuming that a direct current value I is energized downward as shown by an arrow in the
ここで、両コア101及び102に生じた磁束密度Bの変化を正弦波(起電力に対応)で表現すると図10(c)に示すようになる。この図10(c)では、前述した図10(b)で実線図示の台形波に対応して実線図示のように180°位相がずれた周波数fの正弦波(起電力)が表れるが、これらは180°ずれているため互いに打ち消し合う。一方、図10(b)で破線図示の台形波に対応して図10(c)には破線図示のような2倍の周波数2fの2次高調波が表れる。この2次高調波は位相が180°ずれているため、相互に重畳すると図10(c)の最下段に示すような正弦波信号となり、これが検出コイル104で検出される。
この検出コイル104で捉えられた検出信号は被測定導線107を流れる直流の電流値Iに対応しており、これを処理することで電流値Iを検出することができる。
Here, when the change in the magnetic flux density B generated in both the
The detection signal captured by the
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、2つのコア101及び102を使用するため、実際にはコア101及び102の磁気特性を完全に一致させることは困難であり、磁気特性の違いにより励磁電流Iexによる電圧が完全に打ち消されることなく発生してしまう。これが2次高調波成分に対応した検出電圧のS/N比を悪化させ、微小電流の検知が難しいという未解決の課題がある。
However, in the conventional example described in
また、少なくとも2つのコアを使用するので、小型化や低コスト化を実現し難いという未解決の課題もある。
さらに、コア101,102を飽和領域まで励磁する必要があるので、大きな励磁電流が必要となり、センサの消費電流が大きいという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、周囲環境条件により影響を受けることが少なく、小型、低コスト、低消費電流で、微小電流の検知を行うことができる電流検知装置を提供することを目的としている。
Moreover, since at least two cores are used, there is an unsolved problem that it is difficult to realize miniaturization and cost reduction.
Furthermore, since it is necessary to excite the
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and is hardly affected by ambient environmental conditions, and can detect a minute current with a small size, low cost, and low current consumption. An object of the present invention is to provide a current detection device that can be used.
上記目的を達成するために、本発明に係る電流検知装置の第1の態様は、測定電流が流れる一次巻線と、該一次巻線から電気的に絶縁された磁気コアにより前記一次巻線と磁気的に結合されている二次巻線とを備えた電流検知装置であって、設定した閾値電圧に応じて、前記磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態で、前記二次巻線に供給する励磁電流の向きを反転させる矩形波電圧を発生する発振手段と、該発振手段から出力される前記矩形波電圧のデューティ変化に基づいて前記測定電流を検知する電流検知手段と、前記発振手段から出力される前記矩形波電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、該周波数検知手段で検知した周波数に基づいて前記発振手段の閾値電圧を設定する閾値設定手段と、前記励磁電流を供給する二次巻線の巻数を複数段階に選択可能として電流検出特性を変化させる巻数選択手段とを備え、前記発振手段は、出力側及び反転入力側間に前記二次巻線を接続し、前記出力側が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの反転入力側及び前記二次巻線との接続点と接地との間に介挿された抵抗と、前記オペアンプの非反転入力側に前記閾値電圧を供給する当該オペアンプの出力側と接地との間に接続された分圧抵抗とを有し、前記オペアンプは、前記閾値電圧と前記接続点の電圧とを比較して、前記矩形波電圧を発生して前記出力端子に出力する。 In order to achieve the above object, a first aspect of a current detection device according to the present invention includes a primary winding through which a measurement current flows, and the primary winding by a magnetic core electrically insulated from the primary winding. A current detecting device including a magnetically coupled secondary winding, wherein the magnetic core is supplied to the secondary winding in a saturated state or in the vicinity thereof in accordance with a set threshold voltage. An oscillating means for generating a rectangular wave voltage for reversing the direction of the exciting current, a current detecting means for detecting the measurement current based on a duty change of the rectangular wave voltage output from the oscillating means, and the oscillating means Frequency detection means for detecting the frequency of the output rectangular wave voltage, threshold setting means for setting a threshold voltage of the oscillation means based on the frequency detected by the frequency detection means, and a secondary for supplying the excitation current Winding And a winding number selection means for varying the current detecting characteristic as selectable number in a plurality of steps, said oscillating means, said secondary winding connected between the output side and the inverting input, the output side connected to an output terminal An operational amplifier, a resistance inserted between a connection point of the inverting input side of the operational amplifier and the secondary winding and the ground, and the operational amplifier for supplying the threshold voltage to the non-inverting input side of the operational amplifier A voltage dividing resistor connected between the output side of the output terminal and the ground, and the operational amplifier compares the threshold voltage with the voltage at the connection point to generate the rectangular wave voltage to generate the output terminal. you output to.
この構成によると、発振手段で設定した閾値に応じて、励磁コイルに矩形波電圧を印加することにより、励磁コイルのインダクタンスで決まる鋸歯状波となる励磁電流が流れ、その励磁電流の向きが切り換わる電流を、電流が零のときに磁気コアのインダクタンスが飽和電流と一致させることにより、導線を流れる測定電流に応じて磁化電流の向きが切り換わる電流幅が変化し、これに応じて矩形波電圧の立ち下がりを変化させる。また、矩形波電圧の周波数を周波数検知手段で検知し、検知した周波数に応じて前記閾値を変化させることにより、励磁電流を低減して、低消費電流化を図る。
さらに、巻数選択手段によって、磁気コアに巻装する二次巻線の巻数を切換えることができるので、所望の電流検出特性を選択することができる。
また、本発明に係る電流検知装置の第2の態様は、前記巻数選択手段が、前記二次巻線の異なる複数の巻数位置に個別に接続した複数の引出線と、該複数の引出線が個別に接続された複数の固定端子及び該複数の固定端子中の1つを選択する可動端子を有する選択スイッチとを備えている。
According to this configuration, by applying a rectangular wave voltage to the exciting coil according to the threshold set by the oscillation means, an exciting current that becomes a sawtooth wave determined by the inductance of the exciting coil flows, and the direction of the exciting current is switched. By making the current to be switched match the saturation current of the magnetic core when the current is zero, the current width at which the direction of the magnetizing current changes according to the measured current flowing through the conductor, and the rectangular wave is changed accordingly. Varying the voltage fall. Further, the frequency of the rectangular wave voltage is detected by the frequency detection means, and the threshold value is changed according to the detected frequency, thereby reducing the excitation current and reducing the current consumption.
Furthermore, since the number of turns of the secondary winding wound around the magnetic core can be switched by the number-of-turns selection means, a desired current detection characteristic can be selected.
Further, according to a second aspect of the current detection device of the present invention, the winding number selection means includes a plurality of lead wires individually connected to a plurality of different winding number positions of the secondary winding, and the plurality of lead wires include And a selection switch having a plurality of individually connected fixed terminals and a movable terminal for selecting one of the plurality of fixed terminals.
この構成によると、選択スイッチで複数の接続端子中の1つを選択することにより、磁気コアに巻装された二次巻線の巻数を調整することができる。
さらに、本発明に係る電流検知装置の第3の態様は、前記閾値設定手段が、前記周波数検知手段で検知した前記矩形波電圧の周波数が所定の設定値より小さい場合に、前記閾値電圧を前記励磁電流の波高値が小さくなるように設定し、検知した前記矩形波電圧の周波数が前記所定の設定値より高い場合に、前記閾値電圧を前記励磁電流の波高値が大きくなるとともに、前記矩形波電圧の周波数が前記所定の設定値よりも低くなるように設定する。
この構成によると、待機時や測定電流が小さい場合は閾値電流を低く設定することが可能となり、励磁電流の低減が可能となる。
According to this configuration, the number of turns of the secondary winding wound around the magnetic core can be adjusted by selecting one of the plurality of connection terminals with the selection switch.
Furthermore, a third aspect of the current sensing device according to the present invention, the threshold value setting means, when the frequency of the rectangular wave voltage detected by said frequency detecting means is smaller than the predetermined set value, the threshold voltage the When the peak value of the excitation current is set to be small, and the detected frequency of the rectangular wave voltage is higher than the predetermined set value, the threshold voltage is increased and the peak value of the excitation current is increased. The voltage frequency is set to be lower than the predetermined set value.
According to this configuration, the threshold current can be set low during standby or when the measurement current is small, and the excitation current can be reduced.
本発明によれば、磁気コアのインダクタンスが飽和電流付近で急に消失する特性が内部を貫通する導線の電流によってシフトすることを利用して、励磁手段で、二次巻線に、矩形波電圧を印加して、磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態とする励磁電流を供給し、二次巻線に磁気コアのインダクタンス消失に応じた電流変化を生じさせ、この電流変化で設定された閾値に従って矩形波電圧の立ち下がりを変化させる。このため、矩形波電圧のデューティを検出することにより、導線に流れる測定電流を検知する。このため、電流検知装置を1つの磁気コアを用いて構成することができ、磁気コアの材料特性の違いによりS/N比が低下することがなく、微小電流を高精度で検出することができる。 According to the present invention, by utilizing the fact that the characteristic that the inductance of the magnetic core suddenly disappears in the vicinity of the saturation current is shifted by the current of the conducting wire penetrating the inside, the excitation means and the rectangular winding voltage are applied to the secondary winding. Is applied to supply an exciting current to bring the magnetic core into saturation or in the vicinity thereof, causing a current change in the secondary winding in accordance with the disappearance of the magnetic core inductance, and a threshold set by this current change. The falling of the rectangular wave voltage is changed according to For this reason, the measurement current flowing through the conducting wire is detected by detecting the duty of the rectangular wave voltage. For this reason, the current detection device can be configured using one magnetic core, and the S / N ratio does not decrease due to the difference in the material characteristics of the magnetic core, and a minute current can be detected with high accuracy. .
また、電流検知装置を1つの磁気コアと1つの巻線とで構成できるので、小型、低コスト化が可能となる。
さらに、磁気センサ等を使用しないので、堅牢で、周囲環境条件により影響を受けることが少ない電流検知装置を提供できる。
しかも、発振手段の閾値を矩形波電圧の周波数に応じて変更するので、励磁電流を抑制して、消費電流を低減することができる。
また、巻数選択手段によって、磁気コアに巻装した二次巻線の巻数を選択できるので、検出範囲は狭くても高感度で微小電流を検出したい場合や、感度は低くても広範囲の電流を検知した場合等の使用条件に応じて電流検出特性の設定を行うことができる。
In addition, since the current detection device can be configured with one magnetic core and one winding, it is possible to reduce the size and cost.
Furthermore, since a magnetic sensor or the like is not used, it is possible to provide a current detection device that is robust and less affected by ambient environmental conditions.
In addition, since the threshold value of the oscillating means is changed according to the frequency of the rectangular wave voltage, the excitation current can be suppressed and the current consumption can be reduced.
In addition, since the number of turns of the secondary winding wound around the magnetic core can be selected by the number-of-turns selection means, it is possible to detect a small current with high sensitivity even if the detection range is narrow, or a wide range of current even if the sensitivity is low. The current detection characteristic can be set according to the use conditions such as when it is detected.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る電流検知装置の一実施形態を示す構成図である。図中、1は電流検知装置であって、例えば漏電検知等の対象物に設けられた例えば10A〜800Aの往復の電流Iが流れる導線2a,2bの微小な差異電流を検知する。ここで、健全状態では導線2a,2bに流れる電流の和はゼロであるが、漏電や地絡などでは導線2a,2bに流れる電流の和が零にならず、検出対象とする例えば15mA〜500mA程度の微小な差異電流が流れる。これら導線2a,2bの回りには導線2a,2bを一次巻線とするようにリング状の磁気コア3が配設されている。つまり、磁気コア3内に導線2a,2bが一次巻線として挿通されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a current detection device according to the present invention. In the figure,
磁気コア3には、二次巻線としての励磁コイル4が所定巻数で巻回されている。この励磁コイル4は巻数選択手段としての巻数選択部5を介して発振回路6に接続されている。
巻数選択部5は、励磁コイル4の異なる複数の巻数位置に接続された例えば4本の接続線L1〜L4と、各接続線L1〜L4の他端が接続された選択スイッチSWとを備えている。接続線L1は励磁コイル4の例えば巻き始め側に接続され、接続線L4は、励磁コイル4の巻き終わりに接続されている。
選択スイッチSWは、図2に示すように、接続線L1〜L4が接続される固定端子Ts1〜Ts4と、これら固定端子Ts1〜Ts4中の一つを選択する可動端子Tmとを備えている。
An
The winding
As shown in FIG. 2, the selection switch SW includes fixed terminals Ts1 to Ts4 to which connection lines L1 to L4 are connected, and a movable terminal Tm that selects one of the fixed terminals Ts1 to Ts4.
そして、選択スイッチSWの可動端子Tmが発振回路6の一方の出力端子to1に接続され、励磁コイル4の巻き始めが発振回路6の他方の出力端子to2に接続されている。
発振回路6は、図3に示すように、コンパレータとして動作するオペアンプ11を備えている。このオペアンプ11の出力側及び反転入力側に出力端子to1及びto2が接続されている。また、オペアンプ11の反転入力側は抵抗12を介してグランドに接続され、オペアンプ11の非反転入力側は、オペアンプ11の出力側及びグランド間に直列に接続された分圧抵抗13、14及び15における分圧抵抗13及び14間に接続されている。
The movable terminal Tm of the selection switch SW is connected to one output terminal to1 of the
As shown in FIG. 3, the
また、抵抗14と並列にアナログスイッチ回路16が接続され、このアナログスイッチ回路16が後述する周波数検出回路8から出力される周波数検知信号Sfが例えばローレベルであるときにアナログスイッチ回路16がオフ状態に制御され、周波数検知信号Sfがハイレベルであるときにアナログスイッチ回路16がオン状態に制御される。ここで、抵抗14及びアナログスイッチ回路16で閾値設定手段としての閾値設定回路17が構成されている。
そして、オペアンプ11の出力側と出力端子to1との接続点に外部出力端子toが接続されている。
In addition, an
The external output terminal to is connected to the connection point between the output side of the
このため、発振回路6では、巻数選択部5の選択スイッチSWで、可動端子Tmが固定端子Ts1〜Ts4の何れか1つを選択している状態で、分圧抵抗13及び14の接続点Eの閾値電圧Vthがオペアンプ11の非反転入力側に供給されている。このとき、アナログスイッチ回路16がオフ状態であるときには、閾値電圧Vth1は抵抗13の抵抗値をR1、抵抗14の抵抗値をR2及び抵抗15の抵抗値をR3としたときに下記(1)式で表される。
Vth1={R1/(R1+R2+R3)}Va …………(1)
また、アナログスイッチ回路16がオン状態であるときには、閾値電圧Vth2は下記(2)式で表される。
Vth2={R1/(R1+R3)}Va …………(2)
For this reason, in the
Vth1 = {R1 / (R1 + R2 + R3)} Va (1)
When the
Vth2 = {R1 / (R1 + R3)} Va (2)
したがって、アナログスイッチ回路16がオフ状態であるときの閾値Vth1に比較してアナログスイッチ回路16がオン状態であるときの閾値Vth2が大きな値となる。
このため、今、アナログスイッチ回路16がオフ状態であるものとすると、このときの閾値電圧Vth1と励磁コイル4及び抵抗12との接続点Dの電圧Vdとが比較されて、その比較出力が図4(a)に示す矩形波の出力電圧Vaとして出力側から出力される。
今、図4(a)に示すように、時点t1で、オペアンプ11の出力側の出力電圧Vaがハイレベルとなると、これが励磁コイル4に印加される。このため、励磁コイル4を出力電圧Vaと抵抗12の抵抗値R12とに応じた励磁電流Ibで励磁する。このとき、励磁電流Iexは、図4(b)に示すように、出力電圧Vaの立ち上がり時点から比較的急峻に立ち上がり、その後緩やかに増加する放物線状となる。
Therefore, the threshold value Vth2 when the
Therefore, assuming that the
Now, as shown in FIG. 4A, when the output voltage Va on the output side of the
このとき、オペアンプ11の非反転入力側に出力電圧Vaを分圧抵抗13及び14の接続点Eで得られる分圧抵抗13、14及び15の抵抗値R1、R2及びR3で分圧された比較的小さな閾値電圧Vth1が入力されている。
一方、オペアンプ11の反転入力側の励磁コイル4及び抵抗12の接続点Dの電圧Vdは、励磁コイル4の励磁電流Iexの増加に応じて増加し、その後励磁電流Iexが再度急峻に増加して、電圧Vdが時点t2で図4(b)のF点で非反転入力側の閾値電圧Vth1を上回ると、オペアンプ11の出力電圧Vaが図4(a)に示すように、ローレベルに反転する。
At this time, the comparison is made by dividing the output voltage Va on the non-inverting input side of the
On the other hand, the voltage Vd at the connection point D between the
これに応じて励磁コイル4を流れる励磁電流Ibの向きが反転し、励磁電流Iexが最初は比較的急峻に低下し、その後緩やかに低下する放物線状に減少する。
このとき、閾値電圧Vthは、出力電圧Vaがローレベルとなっていることにより、閾値電圧Vth1も低い電圧−Vth1となっている。そして、オペアンプ11の反転入力側の励磁コイル4及び抵抗12の接続点Dの電圧Vdが、励磁コイル4の励磁電流Ibの減少に応じて減少し、この電圧Vdが時点t3で非反転入力側の閾値電圧−Vth1を下回ると、オペアンプ11の出力電圧Vaが図4(a)に示すように、時点t1と同様にハイレベルに反転する。
In response to this, the direction of the excitation current Ib flowing through the
At this time, the threshold voltage Vth is also a low voltage −Vth1 because the output voltage Va is at a low level. Then, the voltage Vd at the connection point D between the
このため、出力電圧Vaは、図4(a)に示すように、ハイレベル及びローレベルを繰り返す矩形波電圧となり、発振回路6が非安定マルチバイブレータとして動作する。そして、励磁コイル4の励磁電流Iexは、図4(b)に示すように増加及び減少を繰り返す波形となる。
ところで、磁気コア3は、図5(a)に示すように角型比の大きな磁束密度Bと磁界の強さHとの関係を表すB−H特性を有し、高透磁率材料の非線型な特性を有する。このB−H特性を有する磁気コア3のインダクタンスは、導線2a,2bの差電流が零であるときに、図5(b)に示すように飽和電流付近Gで急激に消失する。磁気コア3を貫通する導線2a,2bに任意の検出対象となる微小な差電流Cが生じると、図5(b)のB−H特性は、破線図示のように差電流Cに応じて磁界の強さHの正方向にシフトしてインダクタンスが消失するタイミングが変化する。
Therefore, as shown in FIG. 4A, the output voltage Va becomes a rectangular wave voltage that repeats a high level and a low level, and the
Incidentally, as shown in FIG. 5A, the
このため、電流が零のときにインダクタンスが飽和する電流(図5のG)と励磁電流Iexの向きが切り換わる電流(図4のF)とを一致させる。そうすると、インダクタンスが飽和する電流(図5のJ)が導線2a,2bの差電流の電流値Cに応じて変化するので、励磁電流Iexの向きが切り換わる電流(図4(b)のH)も同様に変化することになる。
この励磁電流Iexの向きが切り換わる電流値が変化することにより、励磁コイル4と抵抗12との接続点Dの電圧Vdが閾値電圧Vth1を上回るタイミングが遅れることになる。このため、オペアンプ11から出力される出力電圧Vaの立ち下がり時点が導線2a,2bの差電流の電流値Cに応じて図4(a)で破線図示のように遅れる。この結果、出力電圧Vaの矩形波電圧のデューティ比が導線2a,2bの差電流の電流値Cに応じて変化する。
For this reason, the current at which the inductance is saturated when the current is zero (G in FIG. 5) and the current at which the direction of the excitation current Iex switches (F in FIG. 4) are matched. Then, since the current at which the inductance is saturated (J in FIG. 5) changes according to the current value C of the difference current between the
By changing the current value at which the direction of the excitation current Iex changes, the timing at which the voltage Vd at the connection point D between the
したがって、発振回路6の外部出力端子toにデューティ比を検出する電流検知手段としてのデューティ検出回路7を接続する。このデューティ検出回路7で、出力電圧Vaのハイレベル状態を維持している時間とローレベル状態を維持している時間とを計測することにより、デューティ比を検出することができ、検出したデューティ比に基づいて導線2a,2bの微小差電流の電流値Cを検知することができる。
Therefore, the
また、発振回路6の外部出力端子toから出力される矩形波電圧Vaは、周波数検知手段としての周波数検出回路8にも供給されている。この周波数検出回路8は、図6に示すように、発振回路6からの出力電圧Vaが入力される周波数−電圧変換回路81と、この周波数−電圧変換回路81の出力電圧Vfが非反転入力端子に、反転入力端子に基準電圧源82からの基準電圧Vrefが入力された比較回路83とで構成されている。ここで、基準電圧源82から出力される基準電圧Vrefは、周波数−電圧変換回路81からの出力電圧Vfに対応させて検出したい電流値Cに応じたデューティ変化を励磁電流Iexに生じさせる値に設定される。
したがって、周波数−電圧変換回路81の出力電圧Vfが基準電圧Vref以下であるときには比較回路83から出力される周波数検知信号Sfがローレベルを維持するが、出力電圧Vfが基準電圧Vrefを超えると比較回路83から出力される周波数検知信号Sfがハイレベルとなる。
Further, the rectangular wave voltage Va output from the external output terminal to of the
Therefore, when the output voltage Vf of the frequency-
一方、発振回路6の接続点Eにおける閾値電圧Vthが前述した分圧抵抗13、14及び15の抵抗値R1、R2及びR3で決定される閾値電圧Vth1で固定されているものとすると、閾値電流±Ith1を超える電流値C2が励磁コイル4に通電された場合の励磁電流波形と閾値電流との関係を模式的に表すと図7に示すようになる。
この図7から明らかなように、電流値C2が励磁コイル4に通電された場合には、破線図示のように磁気コア3の飽和により励磁電流Iexの傾きが閾値電流±Ith1に向かって急峻に変化し始める前に図7の点H2で閾値電流±Ith1に到達してしまうため、実線図示の電流値C=0の場合と比較すると、発振周波数が高くなるとともに、デューティ比の変化が略零となる。
On the other hand, if the threshold voltage Vth at the connection point E of the
As is apparent from FIG. 7, when the current value C2 is energized to the
しかしながら、発振回路6から出力される出力電圧Vaの周波数を周波数検出回路8で検出し、周波数−電圧変換回路81から出力される出力電圧Vfが基準電圧Vrefを上回った時点で、比較回路83から出力される周波数検知信号Sfがハイレベルとなると、これに応じてアナログスイッチ回路16がオン状態となる。このため、抵抗14がアナログスイッチ回路16でバイパスされるので、接続点Eの閾値電圧Vhが前述した(2)式で表される閾値電圧Vth2となって、閾値電圧Vth1より大きな閾値電圧となり、これに応じて閾値電流が図8に示すように閾値電流±Ith1より大きな閾値電流±Ith2となる。このため、上述した電流値C2が励磁コイル4に通電された場合に、励磁電流が図8で破線図示のように、図7における点H2を超えて緩やかに増加し、その後急峻に増加して閾値電流+Ith2に達することになる。
However, when the frequency of the output voltage Va output from the
このため、発振回路6から出力される出力電圧Vaがハイレベルからローレベルに変化し、これに応じて励磁電流Iexが急峻に減少を開始し、電流値C=0と略同様の時点で下限側の閾値電流−Ith2に達する。このため、発振回路6の出力電圧Vaがハイレベルに反転し、励磁コイル4に供給される励磁電流Iexが急峻に増加する。
このため、発振回路6の発振周波数は変わらずに、電流値C2に応じたデューティ変化が得られる。このため、デューティ検出回路7で検出されるデューティ比が電流値C2に応じたものとなり、正確な電流検知を行うことができる。
以上のように、発振回路6の発振周波数を検出することにより、測定する電流値に応じて閾値電流を切り換えることができ、待機時や測定電流が小さい場合の閾値電流を低く設定できるので、励磁電流の低減が可能となる。
測定電流と閾値電流との関係を纏めると下記1表に示すようになる。
For this reason, the output voltage Va output from the
Therefore, the duty change according to the current value C2 can be obtained without changing the oscillation frequency of the
As described above, by detecting the oscillation frequency of the
The relationship between the measured current and the threshold current is summarized as shown in Table 1 below.
ところで、励磁コイル4の巻数Nと電流検出感度及び電流検出範囲との関係は、図9に示すようになる。すなわち、電流検出感度は、図9で実線図示の双曲線状の特性線L11で表されるように、励磁コイル4の巻数Nが少ない領域では感度が高く、励磁コイル4の巻数Nが増加するにつれて徐々に双曲線状に減少する。逆に、電流検出範囲は、図9で点線図示の双曲線状の特性線L12で表されるように、励磁コイル4の巻数Nが少ない領域では、電流検出範囲が狭く、励磁コイル4の巻数Nが増加するにつれて徐々に電流検出範囲が広くなる。
したがって、電流検出範囲が狭くて良いが、電流検出感度を高めたいときには、巻数Nが小さくなるように巻数選択部5の選択スイッチSWにおける可動端子Tmで固定端子Ts1を選択する。これによって、励磁コイル4の巻数Nが少なくなり、電流検出感度を高めることできる。
By the way, the relationship between the number N of turns of the
Therefore, the current detection range may be narrow, but when it is desired to increase the current detection sensitivity, the fixed terminal Ts1 is selected by the movable terminal Tm in the selection switch SW of the winding
逆に、電流検出感度は低くて良いが、電流検出範囲は広くしたときには、巻数Nが大きくなるように巻数選択部5の選択スイッチSWにおける可動端子Tmで固定端子Ts4を選択する。これによって、励磁コイル4の巻数Nが多くなり、電流検出範囲を広くすることができる。
つまり、巻数選択部5の選択スイッチSWの可動端子Tmで固定端子Ts1、Ts2、Ts3及びTs4の順に選択することにより、電流検出感度は高感度状態から低感度状態に徐々に切換わり、逆に電流検出範囲は、狭い範囲から広範囲に徐々に切換わることになる。
したがって、1つの電流検知装置で、電流検出感度重視の電流検出特性と電流検出範囲重視の電流検出特性との双方を選択することができ、巻数選択部5によって微小電流の検出特性を使用者の使用条件に応じた所望特性に設定することができる。
Conversely, the current detection sensitivity may be low, but when the current detection range is widened, the fixed terminal Ts4 is selected by the movable terminal Tm in the selection switch SW of the winding
That is, by selecting the fixed terminals Ts1, Ts2, Ts3, and Ts4 in order of the movable terminal Tm of the selection switch SW of the winding
Therefore, it is possible to select both the current detection characteristic emphasizing the current detection sensitivity and the current detection characteristic emphasizing the current detection range with a single current detection device. The desired characteristics can be set according to the use conditions.
なお、上記実施形態においては、巻数選択部5で励磁コイル4の巻数Nを4段階に選択する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、励磁コイル4への接続線数を2以上の任意本数とし、選択スイッチSWの固定端子数を接続線に対応する個数とすることにより、励磁コイル4の巻数の選択を2段階以上の任意段階に設定することができる。
また、上記実施形態においては、1つの励磁コイル4の巻数Nを選択スイッチSWで選択する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、巻数の異なる複数の励磁コイルを磁気コア3に巻装し、複数の励磁コイルを選択スイッチで選択するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the number of turns N of the
In the above embodiment, the case where the number of turns N of one
また、上記実施形態においては、発振回路6の閾値電圧Vthを2段階に切り換える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、周波数検出回路8の比較回路83としてウィンドコンパレータを適用するとともに、抵抗14を省略してアナログスイッチ回路と異なる抵抗値の抵抗との直列回路を3つ並列に接続することにより、閾値を出力電圧Vaの周波数に応じて3段階に切り換えたり、さらには3段階以上に切り換えたりすることもできる。
また、上記実施形態においては、2本の導線2a及び2bの差電流を検知する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、1本の導線に流れる微小電流を検出することもできる。
In the above embodiment, the case where the threshold voltage Vth of the
Moreover, in the said embodiment, although the case where the difference electric current of the two
1…電流検知装置、2a,2b…導線、3…磁気コア、4…励磁コイル、5…巻数選択部、L1〜L4…接続線、SW…選択スイッチ、6…発振回路、7…デューティ検出回路、8…周波数検出回路、11…オペアンプ、12〜15…抵抗、16…アナログスイッチ回路、17…閾値設定回路、71…周波数−電圧変換回路、72…基準電圧源、73…比較回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
設定した閾値電圧に応じて、前記磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態で、前記二次巻線に供給する励磁電流の向きを反転させる矩形波電圧を発生する発振手段と、
該発振手段から出力される前記矩形波電圧のデューティ変化に基づいて前記測定電流を検知する電流検知手段と、
前記発振手段から出力される前記矩形波電圧の周波数を検知する周波数検知手段と、
該周波数検知手段で検知した周波数に基づいて前記発振手段の閾値電圧を設定する閾値設定手段と、
前記励磁電流を供給する二次巻線の巻数を複数段階に選択可能として電流検出特性を変化させる巻数選択手段と
を備え、
前記発振手段は、出力側及び反転入力側間に前記二次巻線を接続し、前記出力側が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの反転入力側及び前記二次巻線との接続点と接地との間に介挿された抵抗と、前記オペアンプの非反転入力側に前記閾値電圧を供給する当該オペアンプの出力側と接地との間に接続された分圧抵抗とを有し、前記オペアンプは、前記閾値電圧と前記接続点の電圧とを比較して、前記矩形波電圧を発生して前記出力端子に出力することを特徴とする電流検知装置。 A current sensing device comprising a primary winding through which a measurement current flows, and a secondary winding magnetically coupled to the primary winding by a magnetic core electrically insulated from the primary winding;
Oscillating means for generating a rectangular wave voltage that reverses the direction of the excitation current supplied to the secondary winding in a state where the magnetic core is saturated or in the vicinity thereof in accordance with a set threshold voltage ;
Current detection means for detecting the measurement current based on a duty change of the rectangular wave voltage output from the oscillation means;
A frequency detection means for detecting the frequency of the rectangular wave voltage outputted from said oscillating means,
Threshold setting means for setting a threshold voltage of the oscillation means based on the frequency detected by the frequency detection means;
The number of turns of the secondary winding for supplying the exciting current can be selected in a plurality of stages, and the number of turns selection means for changing the current detection characteristics ,
The oscillating means connects the secondary winding between the output side and the inverting input side, the operational amplifier having the output side connected to the output terminal, and a connection point between the inverting input side of the operational amplifier and the secondary winding. A resistor interposed between the ground and the operational amplifier, and a voltage dividing resistor connected between the ground and the output side of the operational amplifier that supplies the threshold voltage to the non-inverting input side of the operational amplifier. the op amp compares the voltage of the connection point with the threshold voltage, the current sensing device according to claim also be output from the output terminal to generate the square wave voltage.
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