JP6547294B2 - 電流検知装置 - Google Patents
電流検知装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6547294B2 JP6547294B2 JP2014265289A JP2014265289A JP6547294B2 JP 6547294 B2 JP6547294 B2 JP 6547294B2 JP 2014265289 A JP2014265289 A JP 2014265289A JP 2014265289 A JP2014265289 A JP 2014265289A JP 6547294 B2 JP6547294 B2 JP 6547294B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- current detection
- circuit
- output
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
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および102と、各コア101および102に等しい回数巻回された励磁コイル103と、各コア101および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はこれに通電したとき両コア101および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および102に巻回されている。
ここで、両コア101および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。
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。
図において、感知される電流201は、ソフトフェライトのトロイダルコアを有する小型変成器でなる可飽和コア磁気検知素子204の一次巻線を通って流れる。この変成器の二次巻線は一端が電力スイッチ203に接続され、この電力スイッチ203は、電源202から二次巻線に供給される電圧の極性を交互に切り替える。また、二次巻線の他端は、検知装置205に接続されている。
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課題がある。
また、特許文献2に記載された電流センサは、直流成分を含む非常に低い周波数成分の大電流を測定した場合、可飽和コア磁気検知素子204が可飽和する前に電力スイッチ203が切り替わってしまうので、ローパスフィルタ208の出力線209における信号はゼロに近づく。このために、特許文献2の電流センサでは、微小電流から大電流までの広い電流範囲の測定ができないという課題がある。さらに、少なくとも2つの変成器を使用するので、小型化や低コスト化を図ることが難しいという課題がある。
さらに、磁気センサや集磁コア等を使用する必要がないので、堅牢で、周囲環境温度により影響を受けることが少ない高信頼性を有する電流検知装置を提供できる。
しかも、耐ノイズ性を向上できるので、耐環境性に優れた電流検知装置を提供できる。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
ここで、励磁コイル4の一端と発振回路5との接続点およびグランド間には、励磁コイル4や発振回路5あるいは両者間の接続線に印加されるノイズをグランドにバイパスして除去するノイズ除去用コンデンサNC1が接続されている。同様に、励磁コイル4の他端と発振回路5の接続点およびグランド間には励磁コイル4や発振回路5あるいは両者間の接続線に印加されるノイズをグランドにバイパスして除去するノイズ除去用コンデンサNC2が接続されている。
また、発振回路5の出力側には、発振回路5から出力される出力電圧のデューティ比を検出して小電流領域の測定電流を検出する第1電流検知部としての第1電流検出回路6と、発振回路5から出力される出力電圧の周波数を検出して小電流領域より大きな大電流領域の測定電流を検出する第2電流検出部としての第2電流検出回路7が接続されている。そして、2つの電流検出回路6および7の出力側には出力判定部としての出力判定回路8が接続されている。
この閾値電圧Vthは、分圧抵抗54の抵抗値をR1、分圧抵抗55の抵抗値をR2とし、オペアンプ51の出力電圧をVaとすると下記(1)式で表される。
また、第1低域通過フィルタ52は、図2に示すように、オペアンプ51の反転入力端子とコイル接続端子tc2との間に接続された抵抗52aと、この抵抗52aとオペアンプ51の反転入力端子との接続点と分圧抵抗54および55間の接続点との間に接続されたコンデンサ52bとから一次の低域通過フィルタとして構成することができる。
第1電流検出回路6は、図3に示すように、発振回路5から出力される矩形波電圧Vaを平均化する第2低域通過フィルタ61と、この第2低域通過フィルタ61のフィルタ出力を絶対値化する絶対値回路62とから構成することができ、発振回路5の矩形波電圧Vaのデューティ変化に応じた小電流領域の測定電流値に対応する電圧出力を得ることができる。
さらに、出力判定回路8は、第1電流検出回路6および第2電流検出回路7の出力が個別に供給される第1比較回路81および第2比較回路82と、これら2つの比較回路81および82の出力が入力される論理和回路83とから構成することができる。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
一方、オペアンプ51の反転入力側の励磁コイル4および抵抗53の接続点Dの電圧Vdは、励磁コイル4の励磁電流Ibの増加に応じて増加し、さらに、抵抗52aおよびコンデンサ52bからなる第1低域通過フィルタ52で高周波成分を除去した電圧Fが時点t2で非反転入力側の閾値電圧Vth、すなわち図6(b)の+Ith1を上回ると、オペアンプ51から出力される矩形波電圧Vaが図6(a)に示すように、ローレベルに反転する。これに応じて励磁コイル4を流れる励磁電流Ibの極性が反転し、励磁電流Ibは最初は急峻に低下し、その後、緩やかに低下する放物線状に減少する。
ところで、磁気コア3は、図7(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7(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7(b)のインダクタンス特性は、破線図示のように差電流Cに応じてインダクタンスが消失するタイミングが変化する。
次に、数アンペア以上の大電流領域の検出について、図1と図8とを用いて説明する。ここで、大電流領域とは図8(a)において、第1電流検出回路6の出力が飽和し始める電流よりも大きい電流領域を示す。
第2電流検出回路7は、図3に示すように、高域通過フィルタ71と絶対値回路72とから構成することができ、発振回路5から出力される矩形波電圧Vaの周波数増加を検出するものである。
図において、第1電流検出回路6の出力電圧は、図8(a)に示すように、最初線形に推移するが、電流の増加とともに一旦飽和し、その後減少を続け、最終的にゼロとなる。これは測定電流の大きさに比較して図6(b)の励磁電流Ibも大きくなることで、磁気コア3が十分飽和する前に閾値電圧(+Ith1、−Ith1)に達してしまうためである。
また、第2電流検出回路7の出力電圧は、図8(b)に示すように、第1電流検出回路6の出力が飽和し始めると同時に急激に増加し始め、ある電流以上でほぼ一定の周波数を維持する。
また、測定電流が図8(b)に示すように、ある電流値+I1、−I1より大きい領域Yでは、第2電流検出回路7の出力電圧がある値、すなわち、ある電流値+I1、−I1に対応した電圧V1よりも大きいことを検知することで、+I1、−I1より大きい電流値を検知できる。
すなわち、測定電流がXの領域であるときは、第1電流検出回路6で発振回路5の矩形波電圧Vaのデューティ比を検出することで、+I1〜−I1の微小電流を含む小電流領域の測定電流を検出する。また、測定電流がYの領域であるときは、第2電流検出回路7で周波数−電圧変換を行い、発振回路5の矩形波電圧Vaの周波数増加を検出して+I1、−I1より大きい電流値となる大電流領域の測定電流を検出する。
また、第1電流検出回路6および第2電流検出回路7の出力信号を、第1比較回路81および第2比較回路82を有する出力判定回路8に供給するようにしたので、簡易な構成で広範囲の測定電流の検知を行うことができる。
すなわち、測定電流が小電流領域であるか高電流領域であるかを判別する場合には、第2比較回路82の比較出力がローレベルで、第1比較回路81の比較出力のみがハイレベルであるときに小電流領域であり、第1比較回路81の比較出力にかかわらず、第2比較回路82の比較出力がハイレベルとなったときに、高電流領域であると判断することができる。
また、上記実施形態においては、2本の導線2aおよび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。
Claims (7)
- 測定電流が流れる導線を囲む磁気コアに巻回した1つの励磁コイルと、
設定した閾値に応じて、前記磁気コアを飽和状態またはその近傍の状態で、前記励磁コイルに供給する励磁電流の極性を反転させる矩形波電圧を発生する発振回路と、
該発振回路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小電流領域の前記測定電流を検出する第1電流検出部と、
前記発振回路から出力される前記矩形波電圧の周波数を検出して前記小電流領域より大きな大電流領域の前記測定電流を検出する第2電流検出部と、
前記発振回路の外部に設けられ、前記励磁コイルおよび前記発振回路に印加されるノイズをバイパスして除去するノイズ除去用コンデンサと
を備えていることを特徴とする電流検知装置。 - 前記第1電流検出部の出力信号と第1設定信号とを比較する第1比較回路と、前記第2電流検出部の出力信号と第2設定信号とを比較する第2比較回路と、前記第1比較回路および前記第2比較回路の比較出力が供給された論理和回路とを有する出力判定部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電流検知装置。
- 前記第1比較回路および前記第2比較回路のうち少なくとも一方は、記憶素子に記憶された記憶値に基づいて設定信号が設定されることを特徴とする請求項2に記載の電流検知装置。
- 前記発振回路は、出力側および反転入力側間に前記励磁コイルを接続し、前記出力側が出力端子に接続されて前記矩形波電圧を発生するオペアンプと、該オペアンプの反転入力側および前記励磁コイルとの間に介挿された第1低域通過フィルタと、前記オペアンプの非反転入力側に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することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電流検知装置。
- 前記第1低域通過フィルタは、前記オペアンプの反転入力側および前記励磁コイルの間に接続された抵抗と、該抵抗および前記オペアンプの反転入力側間と前記分圧抵抗の中間点との間に接続されたコンデンサとで構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電流検知装置。
- 前記第1電流検出部は、前記矩形波電圧のデューティ変化を検出する第2低域通過フィルタで構成されていることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の電流検知装置。
- 前記第2電流検出部は、前記矩形波電圧の周波数増加時にのみ前記矩形波電圧を通過させる高域通過フィルタで構成されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の電流検知装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014265289A JP6547294B2 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 電流検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014265289A JP6547294B2 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 電流検知装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016125863A JP2016125863A (ja) | 2016-07-11 |
JP6547294B2 true JP6547294B2 (ja) | 2019-07-24 |
Family
ID=56358045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014265289A Active JP6547294B2 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 電流検知装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6547294B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6990061B2 (ja) * | 2017-08-02 | 2022-01-12 | 泰和電気工業株式会社 | 直流漏電検出器及び直流漏電検出方法 |
CN107576928A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-01-12 | 上海凌世电磁技术有限公司 | 一种新的大电流注入法抗扰度测试系统 |
CN108459193B (zh) * | 2018-04-04 | 2020-09-11 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 交变电流测量装置 |
JP6879645B2 (ja) | 2018-08-31 | 2021-06-02 | 株式会社タムラ製作所 | 電流検出器 |
US11579172B2 (en) * | 2018-09-26 | 2023-02-14 | Solaredge Technologies Ltd. | Flux gate sensor circuit |
CN113702696A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-26 | 山东元星电子有限公司 | 一种多位一体电流传感器 |
CN116953335B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-01-12 | 盛位科技(合肥)有限公司 | 一种用于检测直流信号或磁场的装置和方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH095084A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-01-10 | Sony Corp | 磁気センサ |
US7642762B2 (en) * | 2007-01-29 | 2010-01-05 | Linear Technology Corporation | Current source with indirect load current signal extraction |
JP5948958B2 (ja) * | 2012-02-29 | 2016-07-06 | 富士電機機器制御株式会社 | 電流検出装置 |
JP2014130061A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 直流電流検知装置 |
JP6210193B2 (ja) * | 2013-04-16 | 2017-10-11 | 富士電機機器制御株式会社 | 電流検知装置 |
-
2014
- 2014-12-26 JP JP2014265289A patent/JP6547294B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016125863A (ja) | 2016-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6547294B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP5625525B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP6304647B2 (ja) | 電流検出装置 | |
JP5948958B2 (ja) | 電流検出装置 | |
CN100468066C (zh) | 用于检测直流和/或交流电流的设备和方法 | |
JP6123275B2 (ja) | 電流検知装置 | |
EP2749891A1 (en) | Current sensor | |
WO2014010187A1 (ja) | 電流検出装置 | |
JPH02168167A (ja) | 電流センサ | |
JP2007316042A (ja) | 直流電流センサー及び直流電流検出装置 | |
JP6210193B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP6024162B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP5702592B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP5516079B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP2012233718A (ja) | 電流検出装置 | |
JP2016194483A (ja) | 電流検知装置 | |
JP6119384B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP2012063218A (ja) | 電流検知装置 | |
JP2014130061A (ja) | 直流電流検知装置 | |
JP6476851B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP6728777B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP2016050921A (ja) | 電流検知装置 | |
JP5793021B2 (ja) | 電流検知装置 | |
JP4884384B2 (ja) | 広帯域型電流検出器 | |
JP6191267B2 (ja) | 電流検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20171114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181005 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190416 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20190423 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190610 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6547294 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |