JP7430033B2 - current detection device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば微小電流の検出に適した電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device suitable for detecting minute currents, for example.

例えば、バッテリやコンデンサ等の容量性素子を負荷とする充電装置には、スイッチング電源回路が用いられている(特許文献1参照。)。充電装置は、直流電源部から供給される定格ライン電流をスイッチング電源回路(スイッチング素子)でPWM制御し、充電負荷に出力する電流を制御している。充電負荷の電圧はアイソレーションアンプを介して制御回路にフィードバックされ、負荷電圧が低い場合は充電電流の値を大きくし、負荷電圧が高くなるにつれて充電電流を低減させていく制御が行われる。そして、充電負荷の電圧が満充電状態になるとスイッチング動作を停止し、それ以上の充電電流の出力は行われなくなる。充電装置が直流電源部に接続されたままであっても、スイッチング電源回路はライン電流の導通を遮断していると考えられる。 For example, a switching power supply circuit is used in a charging device that uses a capacitive element such as a battery or a capacitor as a load (see Patent Document 1). The charging device performs PWM control on the rated line current supplied from the DC power supply section using a switching power supply circuit (switching element) to control the current output to the charging load. The voltage of the charging load is fed back to the control circuit via the isolation amplifier, and control is performed to increase the value of the charging current when the load voltage is low, and to reduce the charging current as the load voltage increases. Then, when the voltage of the charging load reaches a fully charged state, the switching operation is stopped and no further charging current is output. Even if the charging device remains connected to the DC power supply, the switching power supply circuit is considered to be cutting off line current conduction.

特開2018-148663号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-148663

しかしながら、スイッチング電源回路を遮断状態に制御していたとしても、例えば充電装置の回路内部に何らかの不具合(スイッチング素子の経年劣化等)があると、ごく僅かであるが回路内部に微小な電流が導通することがある。スイッチング動作停止時は、微小電流が導通していても、これを電圧検出回路では検出することができず、装置として何も対策をとることができない。もちろん、微小電流がスイッチング素子を貫通する程度では大きな問題とならないが、待機電力とは別に余計な電力損失を生じるという問題がある。また、スイッチング停止時にもライン電流が導通しているので、漏電による事故が発生する危険性も見逃すことができない。 However, even if the switching power supply circuit is controlled to be cut off, for example, if there is some kind of malfunction inside the circuit of the charging device (deterioration of the switching element over time, etc.), a very small amount of current may be conducted inside the circuit. There are things to do. When the switching operation is stopped, even if a small current is conducted, the voltage detection circuit cannot detect this, and the device cannot take any countermeasures. Of course, this does not pose a major problem as long as the minute current passes through the switching element, but there is a problem in that extra power loss is generated in addition to standby power. Furthermore, since the line current is conducting even when switching is stopped, the risk of accidents due to electrical leakage cannot be overlooked.

上記は充電装置を一例としたものであるが、例えば工業用や商用の大電流が流れるラインをスイッチ等でON-OFFするような場合でも、ライン電流の遮断後に微小電流がどこかで導通するといった漏洩電流の問題はしばしば生じ得ることから、その対策が求められている。 The above is an example of a charging device, but even when a switch or the like is used to turn on and off an industrial or commercial line that carries a large current, a minute current may continue somewhere after the line current is cut off. Since leakage current problems such as these can often occur, countermeasures are required.

そこで本発明は、上記対策として有用な微小電流を検出する技術を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a technique for detecting minute currents that is useful as a countermeasure to the above.

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。なお、以下の説明における括弧書きはあくまで参考であり、本発明はこれに限定されない。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following solving means. Note that the parentheses in the following description are for reference only, and the present invention is not limited thereto.

本発明は、電流検出装置を提供する。本発明の電流検出装置は、圧電トランス及びこれに接続した回路網を電流検出の中心的な存在に据えて検出動作を行うものである。回路網はダイオードブリッジ、及抵抗で構成することができる。また圧電トランスは、一次側及び二次側に分極された4端子のものである。圧電トランスの一次側と二次側とは、圧電体(圧電素子、圧電セラミックス)そのものによって絶縁されている。 The present invention provides a current detection device. The current detection device of the present invention performs a detection operation using a piezoelectric transformer and a circuit network connected thereto as a central element in current detection. The network may consist of diode bridges and resistors. Further, the piezoelectric transformer has four terminals polarized on the primary side and the secondary side. The primary side and secondary side of a piezoelectric transformer are insulated by the piezoelectric body (piezoelectric element, piezoelectric ceramics) itself.

圧電トランスには、その一方側(例えば一次側)に入力インピーダンスが誘導性となる共振周波数の近傍領域で駆動信号を印加して共振を起こさせつつ、他方側(例えば二次側)は終端回路により終端する。この終端回路と並列に回路網を圧電トランスの他方側に接続する。なお、終端回路を回路網の構成に含めてもよい。 A piezoelectric transformer is caused to resonate by applying a drive signal in a region near the resonant frequency where the input impedance becomes inductive to one side (for example, the primary side), while the other side (for example, the secondary side) is connected to the termination circuit. Terminates with A network is connected in parallel to this termination circuit to the other side of the piezoelectric transformer. Note that a termination circuit may be included in the configuration of the circuit network.

回路網は、被検出電流の導通状態によって以下のように電気的特性が変化する。
(1)被検出電流が比較的大きい電流値(例えば数十~数百A程度)である場合、被検出電流はダイオードブリッジを流れるため個々のダイオードが導通状態となり、圧電トランスの他方側(対向電極間)からみた回路網全体としてのインピーダンスは比較的低いインピーダンスの状態を維持する。
(2)被検出電流が微小な電流値(例えば数mA程度)である場合、ダイオードブリッジは個々のダイオードがカットオフ状態(微小電流Icutはカットオフを解消しない程度の電圧をVcutと想定すると、Icut≦Vcut/R1、但抵抗R1)となり、被検出電流抵抗のみを流れるため、圧電トランスの他方側(対向電極間)からみた回路網全体としてのインピーダンスは大電流の導通時と比較して高いインピーダンスとなる。
The electrical characteristics of the circuit network change as follows depending on the conduction state of the current to be detected.
(1) When the current to be detected is a relatively large current value (for example, several tens to several hundred A), the current to be detected flows through the diode bridge, so each diode becomes conductive, and the other side of the piezoelectric transformer (opposite The impedance of the entire circuit network as seen from the electrodes (between the electrodes) maintains a relatively low impedance state.
(2) When the current to be detected is a small current value (for example, about several mA), each diode in the diode bridge is in a cutoff state (the small current Icut is assumed to be a voltage that does not eliminate the cutoff, Vcut), Icut≦Vcut/R1 (resistance R1), and the current to be detected flows only through the resistance, so the impedance of the entire circuit network seen from the other side of the piezoelectric transformer (between the opposing electrodes) is compared to when a large current is conducting. resulting in high impedance.

その結果、上記(1)の被検出電流が比較的大電流である場合、圧電トランスの他方側(対向電極間)に終端されるインピーダンスは総じて低インピーダンスとなる。なお、終端回路のインピーダンスは、導通状態でダイオードブリッジが現出させる低インピーダンス値よりも十分に高いインピーダンスとする。
一方、上記(2)の被検出電流が微小な電流値である場合、圧電トランスの他方側(対向電極間)に終端されるインピーダンスは、ほぼ終端回路のインピーダンスに等しくなる。
As a result, when the current to be detected in (1) above is a relatively large current, the impedance terminated on the other side of the piezoelectric transformer (between the opposing electrodes) generally becomes a low impedance. Note that the impedance of the termination circuit is set to be sufficiently higher than the low impedance value that the diode bridge appears in the conductive state.
On the other hand, when the current to be detected in (2) above is a small current value, the impedance terminated on the other side of the piezoelectric transformer (between the opposing electrodes) is approximately equal to the impedance of the termination circuit.

このようにして、被検出電流の導通状態(比較的大電流又は微小電流)に応じて圧電トランスの他方側(対向電極間)に現れる終端インピーダンスが変化することから、この変化を捕まえて検出信号を出力することができる。 In this way, the terminal impedance that appears on the other side of the piezoelectric transformer (between the opposing electrodes) changes depending on the conduction state of the current to be detected (relatively large current or small current), so this change is captured and the detection signal is can be output.

このため本発明の電流検出器は、検出器を備える。検出器は、圧電トランスの他方側を終端する終端回路と並列に前記回路網を接続させた状態で、被検出電流の導通状態に応じた検出信号を圧電トランスの一方側で出力する。検出信号は、例えば被検出電流の導通状態が比較的大電流の状態1と微小電流の状態2に変化したとすると、状態1と状態2とでそれぞれ固有の信号となる。 For this reason, the current detector of the present invention includes a detector. The detector outputs a detection signal on one side of the piezoelectric transformer in accordance with the conduction state of the current to be detected, with the circuit network connected in parallel with a termination circuit that terminates the other side of the piezoelectric transformer. For example, if the conduction state of the current to be detected changes to state 1, which is a relatively large current, and state 2, which is a very small current, the detection signal becomes a unique signal in state 1 and state 2, respectively.

これにより、例えば被検出電流を電源設備や発電設備のライン電流(大電流)とすると、検出信号が状態1を表す場合は正常にライン電流が流れていることを知ることができ、逆に検出信号が状態2を表す場合、ライン電流とは異なる微小電流が流れていることを知ることができる。このとき、微小電流として検出する電流Icutの閾値は上記の関係式〔Vcut/R1〕に基づいて任意に設定することができる。すなわち、ライン電流として許容できる極めて微小電流(漏電とはいえない微弱な値)を閾値とし、これ以上の電流値は許容できない微小電流(漏電状態の値)として検出する場合、ダイオードブリッジ及び抵抗を適宜に選定して閾値を設定することにより、許容値範囲内の微小電流(状態2)であるか、許容値以上の微小電流(状態1)であるかを検出することもできる。 As a result, for example, if the current to be detected is the line current (large current) of power supply equipment or power generation equipment, if the detection signal indicates state 1, it can be known that the line current is flowing normally; When the signal indicates state 2, it can be known that a minute current different from the line current is flowing. At this time, the threshold value of the current Icut to be detected as a minute current can be arbitrarily set based on the above relational expression [Vcut/R1]. In other words, when setting an extremely small current that is acceptable as a line current (a weak value that cannot be considered as a leakage current) as a threshold value, and detecting a current value higher than this as an unacceptable microcurrent (a value in a current leakage state), a diode bridge and a resistor are used. By appropriately selecting and setting a threshold value, it is also possible to detect whether the current is a minute current within the allowable value range (state 2) or a minute current that is greater than the allowable value (state 1).

本発明によれば、微小電流を検出する技術を提供することができる。 According to the present invention, a technique for detecting minute current can be provided.

一実施形態の電流検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a current detection device according to an embodiment. 圧電トランスを単体で示す図である。It is a figure showing a piezoelectric transformer alone. 圧電トランスの入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics of input impedance of a piezoelectric transformer. 圧電トランスの等価回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a piezoelectric transformer. 図4中の被検出側対向電極P1-P2間に抵抗Rbを終端した場合に検出側対向電極P3-P4間からみた圧電トランスの等価回路である。This is an equivalent circuit of the piezoelectric transformer seen from between the detection side counter electrodes P3 and P4 when the resistor Rb is terminated between the detection side counter electrodes P1 and P2 in FIG. 圧電トランスの検出側インピーダンスが誘導性となる周波数領域で駆動した場合の等価回路を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit when the piezoelectric transformer is driven in a frequency range in which the impedance on the detection side becomes inductive. 図6の等価回路で示した圧電トランスを駆動する場合の等価回路図である。7 is an equivalent circuit diagram when driving the piezoelectric transformer shown in the equivalent circuit of FIG. 6. FIG. 電流検出装置の具体的な回路構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific example of a circuit configuration of a current detection device. 発振器の出力波形と端子間電圧の電圧波形との関係を条件(イ)~(ハ)別に示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the output waveform of the oscillator and the voltage waveform of the voltage between the terminals, according to conditions (A) to (C).

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の電流検出装置100の構成を概略的に示すブロック図である。
電流検出装置100は、例えば直流の被検出電流(ライン電流IL)を端子IN+から端子IN-に導通させて検出動作を行い、その結果を出力端子OUTに出力する。以下、電流検出装置100の構成について説明する。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a current detection device 100 according to an embodiment.
The current detection device 100 performs a detection operation by conducting, for example, a DC current to be detected (line current IL) from a terminal IN+ to a terminal IN-, and outputs the result to an output terminal OUT. The configuration of the current detection device 100 will be described below.

〔圧電トランス〕
電流検出装置100は、圧電トランスPZT1を備えている。圧電トランスPZT1は、例えば一次側と二次側とに分極処理された圧電体(圧電セラミックス)であり、外面には一次側電極対(対向電極P3,P4)及び二次側電極対(対向電極P1,P2)が形成されている。このような圧電トランスPZT1は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電体を板状に成形し、分極処理して一次側と二次側とを構成したものであり、図1では長手方向の一側面視による外形を模式的に示している。圧電体の表面には、一次側電極対(対向電極P3,P4)及び二次側電極対(対向電極P1,P2)が例えば銀ペースト等で厚膜形成されている。これら対向電極P3,P4及び対向電極P1,P2はそれぞれ、圧電体の厚み方向で対をなしており、一次側電極対と二次側電極対との間には、圧電体の外面において充分な絶縁距離が確保されている。なお、圧電トランスPZT1は、複数の圧電体層を積層した積層体で構成されていてもよく、内層に電極が配置されていてもよい。
[Piezoelectric transformer]
The current detection device 100 includes a piezoelectric transformer PZT1. The piezoelectric transformer PZT1 is, for example, a piezoelectric body (piezoelectric ceramics) that has been polarized into a primary side and a secondary side, and has a primary side electrode pair (counter electrodes P3, P4) and a secondary side electrode pair (counter electrodes) on the outer surface. P1, P2) are formed. Such a piezoelectric transformer PZT1 is constructed by forming a piezoelectric material such as lead zirconate titanate into a plate shape and subjecting it to polarization treatment to form a primary side and a secondary side. The external shape is schematically shown in a side view. On the surface of the piezoelectric body, a pair of primary electrodes (counter electrodes P3, P4) and a pair of secondary electrodes (counter electrodes P1, P2) are formed as thick films using, for example, silver paste. These counter electrodes P3, P4 and counter electrodes P1, P2 form a pair in the thickness direction of the piezoelectric body, and there is a sufficient space between the primary electrode pair and the secondary electrode pair on the outer surface of the piezoelectric body. Insulation distance is ensured. Note that the piezoelectric transformer PZT1 may be constituted by a laminate in which a plurality of piezoelectric layers are stacked, and electrodes may be arranged in the inner layer.

また、電流検出装置100は、発振器110、検出器120及び回路網130を備えている。このうち、発振器110及び検出器120は、例えば圧電トランスPZT1の一次側に接続されており、回路網130は圧電トランスPZT1の二次側に接続されている。また、本実施形態では、一次側電極対(対向電極P3,P4)に発振器110が接続された回路構成となっている。 The current detection device 100 also includes an oscillator 110, a detector 120, and a circuit network 130. Of these, the oscillator 110 and the detector 120 are connected, for example, to the primary side of the piezoelectric transformer PZT1, and the circuit network 130 is connected to the secondary side of the piezoelectric transformer PZT1. Further, in this embodiment, the circuit configuration is such that the oscillator 110 is connected to the primary side electrode pair (counter electrodes P3, P4).

〔回路網〕
回路網130は、例えば4つのダイオードD1~D4で構成するダイオードブリッジ抵抗R1dを配置した回路構成である。ダイオードブリッジは、個々のダイオードD1~D4が被検出電流を順方向に導通させるブリッジ構成であり抵抗R1dは、ダイオードD1~D4が導通状態又はカットオフ状態となるときの電流閾値を決定している。
[Circuit network]
The circuit network 130 has a circuit configuration in which, for example, a diode bridge composed of four diodes D1 to D4 and a resistor R1d are arranged. The diode bridge is a bridge configuration in which each of the diodes D1 to D4 conducts the current to be detected in the forward direction , and the resistor R1d determines the current threshold when the diodes D1 to D4 become conductive or cut-off. There is.

すなわち、上記のように被検出電流(以下、「ライン電流IL」とする。)は、端子IN+から端子IN-に流れる。このとき、抵抗値R1d、ダイオードD1~D4のカットオフ電圧をVcutとすると、ライン電流ILが〔IL>2×Vcut/R1d〕の関係を満たす通電状態である場合、ライン電流ILの一部はダイオードブリッジを流れ、4つのダイオードD1~D4が導通状態となる。このような通電状態は、例えばライン電流ILが通常の大電流で流れている場合を想定することができる。 That is, as described above, the current to be detected (hereinafter referred to as "line current IL") flows from the terminal IN+ to the terminal IN-. At this time, if the resistance value R1d and the cutoff voltage of the diodes D1 to D4 are Vcut, then when the line current IL is in a conductive state that satisfies the relationship [IL>2×Vcut/R1d], part of the line current IL is The current flows through the diode bridge, and the four diodes D1 to D4 become conductive. Such an energization state can be assumed, for example, when the line current IL is flowing at a normal large current.

一方、ライン電流ILが〔IL≦2×Vcut/R1d〕の関係を満たす通電状態である場合、ライン電流ILの全てが抵抗R1dを流れるから、各ダイオードD1~D4はカットオフ状態となる。このような通電状態は、例えばライン電流ILの電路を遮断した後も、ライン電流ILに微小な電流(極微弱な電流)が流れている場合を想定することができる。なお、ライン電流ILが非通電状態(0A)である場合も本条件を満たす。したがって、本実施形態では上記の関係式を満たす微小電流までは許容範囲とするが、大電流とはいえなくとも上記の関係式を満たさないレベルの微小電流については許容範囲外として検出対象にすることが可能である。なお、このような使用形態についてはさらに後述する。 On the other hand, when the line current IL is in an energized state that satisfies the relationship [IL≦2×Vcut/R1d], all of the line current IL flows through the resistor R1d, so each of the diodes D1 to D4 is in a cutoff state. Such an energized state can be assumed, for example, when a minute current (extremely weak current) continues to flow in the line current IL even after the line current IL path is cut off. Note that this condition is also satisfied when the line current IL is in a non-energized state (0 A). Therefore, in this embodiment, a minute current that satisfies the above relational expression is considered as a permissible range, but even if it is not a large current, a minute current that does not satisfy the above relational expression is detected as outside the allowable range. Is possible. Note that such a usage pattern will be further described later.

〔終端回路〕
また、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間は、終端抵抗(インピーダンス)Z1により終端されている。回路網130のダイオードブリッジ(ダイオードD1~D4)及び抵抗R1dは、この終端抵抗Z1と並列にして二次側対向電極P1-P2に接続されている。なお、図1では終端抵抗Z1を回路網130の構成として含めている。
[Termination circuit]
Further, the secondary side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 are terminated by a terminating resistor (impedance) Z1. The diode bridge (diodes D1 to D4) and the resistor R1d of the circuit network 130 are connected to the secondary side counter electrodes P1-P2 in parallel with this terminating resistor Z1. Note that, in FIG. 1, the terminating resistor Z1 is included as part of the configuration of the circuit network 130.

〔終端インピーダンスの変化〕
このとき、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間からみた終端インピーダンスは、上記のようなライン電流ILの通電状態に応じたダイオードD1~D4の導通状態-カットオフ状態の切り替わりに応じて変化する。
[Change in terminal impedance]
At this time, the terminal impedance seen from between the secondary side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 changes according to the switching between the conduction state and the cutoff state of the diodes D1 to D4 according to the conduction state of the line current IL as described above. and change.

〔低インピーダンス時〕
例えば、ライン電流ILが〔IL>2×Vcut/R1d〕の関係を満たす通電状態である場合、ダイオードD1~D4のインピーダンスは低インピーダンスの状態を維持する。この結果、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間に終端されるインピーダンスは大略低インピーダンスとなる。なお、終端抵抗Z1のインピーダンスは、このときダイオードD1~D4で構成するダイオードブリッジが現出させる低インピーダンスの値に対して十分高いインピーダンス値とする。また、抵抗R1dは、ダイオードD1~D4がブリッジを構成しているので、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間に終端した終端抵抗Z1のインピーダンスに影響を与えない。
[At low impedance]
For example, when the line current IL is in an energized state that satisfies the relationship [IL>2×Vcut/R1d], the impedances of the diodes D1 to D4 maintain a low impedance state. As a result, the impedance terminated between the secondary opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 becomes approximately low impedance. Note that the impedance of the terminating resistor Z1 is set to an impedance value sufficiently higher than the low impedance value produced by the diode bridge constituted by the diodes D1 to D4. Furthermore, since the diodes D1 to D4 form a bridge, the resistor R1d does not affect the impedance of the terminating resistor Z1 terminated between the secondary opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1.

〔高インピーダンス時〕
一方、一方、ライン電流ILが〔IL<2×Vcut/R1d〕の関係を満たす通電状態である場合、カットオフ状態のダイオードブリッジを圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間からみたインピーダンスは高インピーダンスである。したがって、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間に終端されるインピーダンスは、ほぼ終端抵抗Z1のインピーダンスとなる。
[At high impedance]
On the other hand, when the line current IL is in an energized state that satisfies the relationship [IL<2×Vcut/R1d], the impedance of the diode bridge in the cut-off state as seen from between the secondary side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 is high impedance. Therefore, the impedance terminated between the secondary opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 is approximately the impedance of the terminating resistor Z1.

以上のように本実施形態の電流検出装置100では、検出対象であるライン電流ILの値は、〔2×Vcut/R1d〕を閾値として、圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間の終端インピーダンスを低-高に可変することが分かる。 As described above, in the current detection device 100 of the present embodiment, the value of the line current IL to be detected is set between the secondary side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 with [2×Vcut/R1d] as the threshold value. It can be seen that the terminal impedance can be varied from low to high.

そこで本実施形態では、ライン電流ILの導通状態に応じて圧電トランスPZT1の二次側対向電極P1-P2間に現れるインピーダンスの変化の特性を利用して、ライン電流ILの通電状態に応じた検出動作を実現している。そのための構成が上記の発振器110及び検出器120である。以下、発振器110及び検出器120について説明する。 Therefore, in the present embodiment, detection according to the conduction state of the line current IL is performed using the characteristics of impedance changes that appear between the secondary side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 according to the conduction state of the line current IL. The operation is realized. The configuration for this purpose is the oscillator 110 and detector 120 described above. The oscillator 110 and the detector 120 will be explained below.

〔発振器〕
発振器110は、圧電トランスPZT1の一次側対向電極P3-P4間に駆動信号を印加する。このとき駆動信号は、圧電トランスPZT1の一次側対向電極P3-P4間のインピーダンスが誘導性となる周波数領域(共振周波数の近傍)で発振する。なお、圧電トランスPZT1のインピーダンス-周波数特性については後述する。
[Oscillator]
The oscillator 110 applies a drive signal between the primary side opposing electrodes P3 and P4 of the piezoelectric transformer PZT1. At this time, the drive signal oscillates in a frequency region (near the resonance frequency) where the impedance between the primary side opposing electrodes P3 and P4 of the piezoelectric transformer PZT1 becomes inductive. Note that the impedance-frequency characteristics of the piezoelectric transformer PZT1 will be described later.

〔検出器〕
検出器120は、インピーダンスが誘導性となる駆動状態で圧電トランスPZT1の共振状態に基づく一部の電圧波形(容量端子間電圧Vca)を監視し、その結果に基づいて出力端子OUTに検出信号を出力する。なお、圧電トランスPZT1の内部等価回路及び一部の電圧波形についてはさらに後述する。
〔Detector〕
The detector 120 monitors a part of the voltage waveform (voltage Vca between capacitive terminals) based on the resonance state of the piezoelectric transformer PZT1 in a driving state where the impedance is inductive, and outputs a detection signal to the output terminal OUT based on the result. Output. Note that the internal equivalent circuit and some voltage waveforms of the piezoelectric transformer PZT1 will be further described later.

〔圧電トランスによる絶縁〕
このように、発振器110及び検出器120は圧電トランスPZT1の一次側に接続され、一方、ライン電流ILが導通する回路網130は二次側に接続されることで、電流検出装置100において、一次側の回路と二次側の回路とが圧電トランスPZT1によって絶縁されていることが分かる。図1に示す縦方向の一点鎖線がその絶縁ラインである。
[Insulation by piezoelectric transformer]
In this way, the oscillator 110 and the detector 120 are connected to the primary side of the piezoelectric transformer PZT1, while the circuit network 130 through which the line current IL conducts is connected to the secondary side, so that in the current detection device 100, the primary It can be seen that the side circuit and the secondary side circuit are insulated by the piezoelectric transformer PZT1. The vertical dotted line shown in FIG. 1 is the insulation line.

なお、本実施形態では、圧電トランスPZT1に駆動信号が印加される側を「一次側」とし、その逆側を「二次側」としているが、印加電圧が相対的に大きい側を「一次側」とし、その逆側を「二次側」として考える場合もある。ライン電流ILは圧電トランスPZT1に印加される回路構成ではないが、回路網130が圧電トランスPZT1に接続されているため、回路網130を導通するライン電流ILの電圧が駆動電圧より高い場合、回路網130が接続されている側を「一次側」と考えることもできる。 In this embodiment, the side to which the drive signal is applied to the piezoelectric transformer PZT1 is referred to as the "primary side," and the opposite side is referred to as the "secondary side." However, the side to which the applied voltage is relatively large is referred to as the "primary side." '', and the opposite side is sometimes considered the ``secondary side''. Although the line current IL is not a circuit configuration applied to the piezoelectric transformer PZT1, since the circuit network 130 is connected to the piezoelectric transformer PZT1, if the voltage of the line current IL conducting the circuit network 130 is higher than the driving voltage, the circuit The side to which the network 130 is connected can also be considered the "primary side."

〔呼称の統一〕
このように、圧電トランスPZT1について「一次側/二次側」と言うときは、その場の使用条件や技術上の慣習等による違いがあって、一義的でないことがある。
そこで本実施形態では、「一次側/二次側」といった呼称の相対性に鑑み、以下のように呼称を統一するものとする。
[Unification of names]
In this way, when referring to the piezoelectric transformer PZT1 as "primary side/secondary side", there are differences depending on the conditions of use, technical customs, etc., and it may not be unambiguous.
Therefore, in this embodiment, in view of the relative nature of the names such as "primary side/secondary side", the names are unified as follows.

〔被検出側/検出側〕
すなわち、圧電トランスPZT1に回路網130が接続される側を「被検出側」とし、発振器110及び検出器120が接続される側を「検出側」とする。なお、これら「被検出側/検出側」との呼称は説明の便宜のためのものであり、圧電トランスPZT1が本来の意味での「一次側/二次側」を備えたものであることは言うまでもない。
[Detected side/detecting side]
That is, the side to which the circuit network 130 is connected to the piezoelectric transformer PZT1 is defined as the "detected side", and the side to which the oscillator 110 and the detector 120 are connected is defined as the "detection side". Note that these terms "detected side/detection side" are for convenience of explanation, and the piezoelectric transformer PZT1 does not have "primary side/secondary side" in the original meaning. Needless to say.

〔インピーダンス変化を利用した検出手法〕
図2は、圧電トランスPZT1を単体で示す図である。本実施形態で用いる圧電トランスPZT1は、上記のように絶縁型の4端子構造を有する。
[Detection method using impedance change]
FIG. 2 is a diagram showing the piezoelectric transformer PZT1 alone. The piezoelectric transformer PZT1 used in this embodiment has an insulated four-terminal structure as described above.

このような圧電トランスPZT1の検出側対向電極P3-P4間からみたインピーダンスZaは、被検出側対向電極P1-P2間に接続したインピーダンスの値によって変化する。特に、インピーダンスZaが誘導性である周波数領域において、圧電トランスPZT1の被検出側対向電極P1-P2間に終端されるインピーダンスは、検出側からみたインピーダンスZaのQ値に影響を与える。 The impedance Za seen from between the detecting side counter electrodes P3 and P4 of the piezoelectric transformer PZT1 changes depending on the value of the impedance connected between the detected side counter electrodes P1 and P2. In particular, in the frequency range where the impedance Za is inductive, the impedance terminated between the detection side opposing electrodes P1 and P2 of the piezoelectric transformer PZT1 affects the Q value of the impedance Za as seen from the detection side.

一方、被検出側対向電極P1-P2間に終端されるインピーダンスは、回路網130におけるダイオードブリッジのインピーダンス変化に影響されて高-低に変化することは既に説明した通りである。そして、ダイオードブリッジのインピーダンスは、ライン電流ILの通電状態によって大きく変化することから、被検出側対向電極P1-P2間に接続した回路網130は、微小電流の閾値(2×Vcut/R1d)を境にライン電流ILの値をインピーダンスの変化に変換することができる。
本実施形態の電流検出装置100ではこのような特性を利用して、微小電流を検出することができる。
On the other hand, as described above, the impedance terminated between the opposite electrodes P1 and P2 on the detection side changes from high to low due to the influence of the impedance change of the diode bridge in the circuit network 130. Since the impedance of the diode bridge changes greatly depending on the conduction state of the line current IL, the circuit network 130 connected between the counter electrodes P1 and P2 on the detection side has a threshold value (2×Vcut/R1d) of the minute current. At the same time, the value of line current IL can be converted into a change in impedance.
The current detection device 100 of this embodiment can detect minute currents by utilizing such characteristics.

〔圧電トランスのインピーダンス周波数特性〕
ここで図3は、圧電トランスPZT1の入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。通常、圧電トランスPZT1の入力インピーダンスは、位相が+90度に近くなる領域(共振周波数fr~反共振周波数frrの領域)で誘導性となり、それ以外では容量性となる。共振周波数fr~反共振周波数frrの領域内では、インピーダンスの絶対値が周波数の増加に伴って増加する。
[Impedance frequency characteristics of piezoelectric transformer]
Here, FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the input impedance of the piezoelectric transformer PZT1. Normally, the input impedance of the piezoelectric transformer PZT1 is inductive in a region where the phase is close to +90 degrees (region from the resonant frequency fr to the anti-resonant frequency frr), and capacitive in other regions. In the region from the resonant frequency fr to the anti-resonant frequency frr, the absolute value of impedance increases as the frequency increases.

〔等価回路による説明〕
図4は、圧電トランスPZT1の等価回路を示す図である。この等価回路は、圧電トランスPZT1の共振周波数近傍の周波数領域に対するものである。そのため、被検出側対向電極P1-P2間は、理想トランスT1の巻線によって直流的には短絡しているようにみえているものの、実際には直流的に開放されている。このような理由から、圧電トランスPZT1の被検出側対向電極P1-P2間及び検出側対向電極P3-P4間は、直流電圧や共振周波数より十分に低周波の交流電圧に対しては、等価回路にかかわらず、高インピーダンスとなることに留意する。
[Explanation using equivalent circuit]
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1. This equivalent circuit is for a frequency region near the resonance frequency of the piezoelectric transformer PZT1. Therefore, although the opposing electrodes P1 and P2 on the detection side appear to be short-circuited in terms of direct current due to the winding of the ideal transformer T1, they are actually open in terms of direct current. For this reason, the equivalent circuit between the detection side counter electrodes P1 and P2 and the detection side counter electrodes P3 and P4 of the piezoelectric transformer PZT1 is Note that the impedance will be high regardless of the

図5は、図4中の被検出側対向電極P1-P2間に抵抗Rbを終端した場合に検出側対向電極P3-P4間からみた圧電トランスPZT1の等価回路である。
図4の等価回路から図5の等価回路への変換は、以下の式により説明することができる。すなわち、図5の等価回路における抵抗R1’及び容量C1’は、次式〔数1〕で表される。

Figure 0007430033000001
FIG. 5 is an equivalent circuit of the piezoelectric transformer PZT1 seen from between the detection side counter electrodes P3 and P4 when the resistor Rb is terminated between the detection side counter electrodes P1 and P2 in FIG.
The conversion from the equivalent circuit of FIG. 4 to the equivalent circuit of FIG. 5 can be explained by the following equation. That is, the resistance R1' and the capacitance C1' in the equivalent circuit of FIG. 5 are expressed by the following equation [Equation 1].
Figure 0007430033000001

図6は、圧電トランスPZT1の検出側インピーダンスが誘導性となる周波数領域で駆動した場合の等価回路を示す図である。すなわち、検出側対向電極P3-P4からみたインピーダンスをZaとすると、このインピーダンスZaは、圧電トランスPZT1の共振周波数frの近傍においては、先の図3で示したように周波数の増大に伴って容量性インピーダンス領域から誘導性インピーダンス領域を経て、再度、容量性インピーダンスとなる周波数特性を有する。 FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit when the piezoelectric transformer PZT1 is driven in a frequency range in which the impedance on the detection side becomes inductive. That is, if the impedance seen from the detection-side counter electrodes P3-P4 is Za, this impedance Za decreases in capacitance as the frequency increases as shown in FIG. 3 in the vicinity of the resonance frequency fr of the piezoelectric transformer PZT1. It has a frequency characteristic in which it changes from an inductive impedance region to a capacitive impedance region again.

このとき、検出側対向電極P3-P4からみたインピーダンスZaが誘導性インピーダンスになる周波数領域に限定して考えると、図5の等価回路は図6の等価回路で表すことができる。すなわち、誘導性インピーダンス領域の条件下で図5の等価回路から図6の等価回路への変換に伴う抵抗Ra及びインダクタンスLaは、次式〔数2〕で表される。

Figure 0007430033000002
At this time, if the impedance Za seen from the detection side counter electrodes P3-P4 is limited to the frequency range where it becomes an inductive impedance, the equivalent circuit in FIG. 5 can be expressed as the equivalent circuit in FIG. That is, under the conditions of the inductive impedance region, the resistance Ra and inductance La associated with the conversion from the equivalent circuit of FIG. 5 to the equivalent circuit of FIG. 6 are expressed by the following formula [Equation 2].
Figure 0007430033000002

〔駆動モデル〕
図7は、図6の等価回路で示した圧電トランスPZT1を駆動する場合の等価回路図である。すなわち、検出側対向電極P3-P4間に発振器OSCを接続し、これと直列に容量Caを配置した状態で、発振器OSCにより圧電トランスPZT1を検出側対向電極P3-P4間で駆動している。
[Drive model]
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram when the piezoelectric transformer PZT1 shown in the equivalent circuit of FIG. 6 is driven. That is, with the oscillator OSC connected between the detection side counter electrodes P3 and P4 and the capacitor Ca arranged in series with the oscillator OSC, the piezoelectric transformer PZT1 is driven between the detection side counter electrodes P3 and P4.

発振器OSCの発振周波数foscは、圧電トランスPZT1の検出側対向電極P3-P4間のインピーダンスZaが誘導性を示す周波数領域で、かつ共振周波数frの近傍に設定することとする。また、発振器OSCによる駆動中は、等価回路のインダクタンスLaの値が一定に維持される制御を行うものとする。なお、発振器OSCによる発振周波数foscの制御については、具体的な回路構成例とともに後述する。 The oscillation frequency fosc of the oscillator OSC is set in a frequency range in which the impedance Za between the detection-side opposing electrodes P3 and P4 of the piezoelectric transformer PZT1 exhibits inductive properties, and in the vicinity of the resonance frequency fr. Further, during driving by the oscillator OSC, control is performed to maintain the value of the inductance La of the equivalent circuit constant. Note that control of the oscillation frequency fosc by the oscillator OSC will be described later along with a specific circuit configuration example.

また、図7の駆動モデルにおいて、容量Caの値は、fosc≒1/(2π√(La×Ca)を満たす値として選定する。このとき、容量Caの端子間電圧Vcaは、次式〔数3〕で表される。

Figure 0007430033000003
In addition, in the drive model of FIG. 7, the value of the capacitance Ca is selected as a value that satisfies fosc≒1/(2π√(La×Ca). At this time, the voltage Vca between the terminals of the capacitance Ca is calculated using the following formula [Math. 3].
Figure 0007430033000003

ここで、上式〔数2〕に示すようにインダンクタンスLaは、終端抵抗Rbの変化に伴って変動するため、上記のように発振器OSCによる駆動中はインダクタンスLaを一定に維持する発振周波数foscに制御する。しかしながら、図3に示したように、共振周波数frの近傍では位相角が急激に変化することから、制御でインダクタンスLaを一定に維持していても発振周波数foscの値は事実上ほとんど変化しない。このため、終端抵抗Rbの変化に伴う端子間電圧Vcaの変化は、内部等価抵抗Raの変化のみに依存し、その変化は、上式〔数3〕から等価抵抗Raの値に反比例することが分かる。 Here, as shown in the above equation [Equation 2], the inductance La changes with the change in the terminating resistance Rb, so the oscillation frequency that maintains the inductance La constant during driving by the oscillator OSC as described above. control to fosc. However, as shown in FIG. 3, since the phase angle changes rapidly near the resonance frequency fr, the value of the oscillation frequency fosc practically does not change even if the inductance La is kept constant through control. Therefore, the change in the terminal voltage Vca due to the change in the termination resistance Rb depends only on the change in the internal equivalent resistance Ra, and the change is inversely proportional to the value of the equivalent resistance Ra from the above formula [Equation 3]. I understand.

そこで、終端抵抗Rb≒0Ωとした場合の等価抵抗Raの値Rasと、終端抵抗Rbを圧電トランスPZT1の整合インピーダンス値〔Rb≒1/(2πfosc×C02)〕とした場合の等価抵抗Raの値Rarbとの比を算出する。このとき発振周波数foscは、共振周波数frの近傍であると近似すると、これらの関係は次式〔数4〕で表される。

Figure 0007430033000004
Therefore, the value Ras of the equivalent resistance Ra when the terminating resistor Rb≒0Ω and the value Ras when the terminating resistor Rb is the matching impedance value of the piezoelectric transformer PZT1 [Rb≒1/(2πfosc×C02)] Calculate the ratio with Rarb. At this time, if the oscillation frequency fosc is approximated to be near the resonance frequency fr, the relationship between them is expressed by the following equation [Equation 4].
Figure 0007430033000004

したがって、終端抵抗Rbが0Ω近辺の低抵抗値から圧電トランスPZT1の整合インピーダンスである値〔1/(2πfosc×C02)〕に変化すると、上式〔数4〕から端子間電圧Vcaの値は2R1/Rb倍に変化することになる。 Therefore, when the terminating resistance Rb changes from a low resistance value near 0Ω to a value [1/(2πfosc×C02)] which is the matching impedance of the piezoelectric transformer PZT1, the value of the terminal voltage Vca from the above equation [Equation 4] becomes 2R1 /Rb times.

ここまでの検討から、図1に示した回路構成において、終端抵抗Z1のインピーダンス値を1/(2πfosc×C02)に選定したとすると、被検出側対向電極P1-P2間の終端等価抵抗Rbは以下の値となる。
すなわち、図1の回路構成においてダイオードブリッジのダイオードD1~D4が導通している場合、終端等価抵抗Rb≒0Ωとなる。
一方、ダイオードブリッジのダイオードD1~D4がカットオフである場合、終端等価抵抗Rb=1/(2πfosc×C02)となる。
From the above considerations, in the circuit configuration shown in FIG. 1, if the impedance value of the terminating resistor Z1 is selected as 1/(2πfosc×C02), the terminating equivalent resistance Rb between the detection side counter electrodes P1 and P2 is The value is as follows.
That is, in the circuit configuration of FIG. 1, when the diodes D1 to D4 of the diode bridge are conductive, the terminal equivalent resistance Rb≈0Ω.
On the other hand, when the diodes D1 to D4 of the diode bridge are cut-off, the terminal equivalent resistance Rb=1/(2πfosc×C02).

以上のことから、本実施形態の電流検出装置100は、以下のように微小電流の検出動作を実行することができる。 From the above, the current detection device 100 of this embodiment can perform a minute current detection operation as follows.

発振器110は、その発振周波数foscが圧電トランスPZT1の共振周波数近傍であり、かつ検出側対向電極P3-P4間のインピーダンスZaが誘導性となる周波数で発振する。このとき、発振器110は、図6に示した等価回路のインダクタンスLaが常に一定値を維持する周波数に制御する。 The oscillator 110 oscillates at a frequency whose oscillation frequency fosc is near the resonance frequency of the piezoelectric transformer PZT1 and at which the impedance Za between the detection side counter electrodes P3 and P4 becomes inductive. At this time, the oscillator 110 controls the frequency so that the inductance La of the equivalent circuit shown in FIG. 6 always maintains a constant value.

また、検出器120には、その回路内に圧電トランスPZT1と一体に共振するコンデンサを実装する。このコンデンサの容量は、図7の等価回路に示した容量Caに相当するものとして、インダクタンスLaとの共振周波数が発振周波数foscとなる定数に選定するものとする。 Further, a capacitor that resonates integrally with the piezoelectric transformer PZT1 is mounted in the circuit of the detector 120. The capacitance of this capacitor corresponds to the capacitance Ca shown in the equivalent circuit of FIG. 7, and is selected to be a constant such that the resonance frequency with the inductance La is the oscillation frequency fosc.

また、被検出側対向電極P1-P2に接続した終端抵抗Z1は、圧電トランスPZT1の整合インピーダンスである1/(2πfosc×C02)の値を有するものとする。
抗R1dは、微小電流の検出閾値Idetに対応させて、その抵抗値R1d=2Vcut/Idetに選定する。ここでは、上記のようにダイオードD1~D4の順方向のカットオフ電圧Vcutを用いる。
Further, it is assumed that the terminating resistor Z1 connected to the detection side counter electrodes P1-P2 has a value of 1/(2πfosc×C02), which is the matching impedance of the piezoelectric transformer PZT1.
The resistor R1d is selected to have a resistance value R1d=2Vcut/Idet in correspondence with the microcurrent detection threshold Idet. Here, the forward cutoff voltage Vcut of the diodes D1 to D4 is used as described above.

検出器120は、図7で等価的に示したコンデンサCaの端子間電圧Vcaを監視し、端子間電圧Vcaの値の変化からライン電流ILの導通状態に応じた検出信号を出力端子OUTに出力する。例えば、ライン電流ILが比較的大電流(例えば数十A以上)の導通状態にある場合に観測した端子間電圧Vcaの値に対し、その値が2R1/Rb倍程度に低下したことを検知すると、ライン電流ILが閾値Idet以下の導通状態に変化したと判断し、その旨(微小電流の通電状態)を表す検出信号を出力端子OUTに出力する。一方、ライン電流ILが比較的大電流のときも、その旨(大電流の通電状態)を表す検出信号を出力端子OUTに出力することとする。 The detector 120 monitors the inter-terminal voltage Vca of the capacitor Ca, which is equivalently shown in FIG. do. For example, when it is detected that the value of the voltage Vca between the terminals observed when the line current IL is in a relatively large current conduction state (for example, several tens of A or more) has decreased to about 2R1/Rb times. , it is determined that the line current IL has changed to a conductive state below the threshold value Idet, and a detection signal indicating this (a microcurrent conduction state) is output to the output terminal OUT. On the other hand, even when the line current IL is a relatively large current, a detection signal representing that fact (large current energization state) is outputted to the output terminal OUT.

〔使用形態〕
本実施形態の電流検出装置100は、例えば以下の使用形態を適用することができる。
例えば、ライン電流ILを充電装置の電源経路上で端子IN+から端子IN-に導通させる。ライン電流ILとしては比較的大電流(例えば数十A程度)のものを使用し、検出目標とする微小電流(例えば数mA程度)を適宜に設定してダイオードD1~D4のカットオフ電圧Vcut、抵抗R1d、終端抵抗Z1のインピーダンスを選定する。これら選定した各値から閾値Idetが定まるので、電源経路において微小電流の許容範囲を設定することができる。
[Usage form]
The current detection device 100 of this embodiment can be used, for example, in the following usage mode.
For example, the line current IL is conducted from the terminal IN+ to the terminal IN- on the power supply path of the charging device. A relatively large current (for example, about several tens of amperes) is used as the line current IL, and the detection target minute current (for example, about several mA) is appropriately set to set the cutoff voltage Vcut of the diodes D1 to D4. Select the impedance of the resistor R1d and the terminating resistor Z1. Since the threshold value Idet is determined from each of these selected values, it is possible to set an allowable range of minute current in the power supply path.

ライン電流ILが比較的大電流の導通状態である場合、上記のようにダイオードブリッジが導通して低インピーダンス状態となる。この場合、検出器120からは例えばHigh信号を出力端子OUTから出力し、大電流の導通状態である旨を表す検出信号とする。ただし、閾値Idet以上のライン電流ILであれば、比較的大電流ではない電流(許容範囲を超える微小電流)についてもHigh信号が出力されることになる。 When the line current IL is in a relatively large current conduction state, the diode bridge is conductive as described above and enters a low impedance state. In this case, the detector 120 outputs, for example, a High signal from the output terminal OUT, which is used as a detection signal indicating that a large current is in a conductive state. However, if the line current IL is equal to or greater than the threshold value Idet, a High signal will be output even for a current that is not a relatively large current (a minute current that exceeds the allowable range).

一方、ライン電流ILが微小電流(閾値Idet以下)の導通状態である場合、上記のようにダイオードブリッジがカットオフとなって高インピーダンス状態となる。この場合、検出器120からは例えばLow信号を出力端子OUTから出力し、許容範囲以下である微小電流の導通状態である旨を表す検出信号とする。 On the other hand, when the line current IL is in a conductive state with a minute current (below the threshold value Idet), the diode bridge is cut off as described above and enters a high impedance state. In this case, the detector 120 outputs, for example, a Low signal from the output terminal OUT, which is used as a detection signal indicating that a minute current is being conducted that is below the allowable range.

このとき、例えば充電装置に電源スイッチを備えているとすると、通常、電源スイッチをOFFにするとライン電流ILの経路が遮断されて大電流は通電していない状態になるはずである。この場合、電流レベルが許容範囲以下の微小電流(極微弱電流)であれば検出器120からLow信号が出力されるので、「電源スイッチOFFかつLow信号」の条件を満たす場合は正常と判断することができる。
ところが、電源スイッチをOFFにしてもなお、検出器120がHigh信号を出力している場合、許容範囲を超える微小電流の導通状態が検出されていることになる。したがって、「電源スイッチOFFかつHigh信号」の条件を満たした場合、それは充電装置内部のどこかで漏洩電流が発生していることを意味するので、異常と判断することができる。
なお、電源スイッチがONのとき、ライン電流ILは大電流の導通状態であるため、「電源スイッチONかつHigh信号」の条件を満たす場合は正常と判断することができる。
このようにして、本実施形態の電流検出装置100を微小電流の検出(漏電検出)に使用することができる。
At this time, if the charging device is equipped with a power switch, for example, when the power switch is turned off, the path of the line current IL will be cut off and the large current will not be flowing. In this case, if the current level is a minute current (extremely weak current) below the allowable range, a Low signal will be output from the detector 120, so if the conditions of "power switch OFF and Low signal" are met, it is determined to be normal. be able to.
However, if the detector 120 is still outputting a High signal even after the power switch is turned off, this means that a conduction state of a minute current exceeding the allowable range has been detected. Therefore, if the conditions of "power switch OFF and High signal" are met, this means that a leakage current is occurring somewhere inside the charging device, so it can be determined that there is an abnormality.
Note that when the power switch is ON, the line current IL is in a large current conduction state, so if the condition of "power switch ON and High signal" is satisfied, it can be determined to be normal.
In this way, the current detection device 100 of this embodiment can be used for detecting minute currents (earth leakage detection).

〔回路構成例〕
図8は、電流検出装置100の具体的な回路構成例を示す図である。以下、図1で示した回路構成との対応関係を説明する。
[Circuit configuration example]
FIG. 8 is a diagram showing a specific example of the circuit configuration of the current detection device 100. The correspondence relationship with the circuit configuration shown in FIG. 1 will be explained below.

図8の回路において、ダイオードD1~D4及び抵抗R1,R2が回路網130を構成する。ダイオードD1~D4及び抵抗R1の配置は図1の回路構成と同じである。抵抗R1は、図1で示した抵抗R1dに相当する。抵抗R2は、図1で示した終端抵抗Z1に相当するインピーダンスを構成する。 In the circuit of FIG. 8, diodes D1 to D4 and resistors R1 and R2 constitute a network 130. The arrangement of diodes D1 to D4 and resistor R1 is the same as the circuit configuration in FIG. The resistor R1 corresponds to the resistor R1d shown in FIG. The resistor R2 constitutes an impedance equivalent to the terminating resistor Z1 shown in FIG.

オペアンプIC1とその周辺回路(抵抗R13~R16、コンデンサC3,C4)、及びトランジスタQ1,Q2,Q3とその周辺回路(抵抗R3~R11)は、図1に示した発振器110を構成する。発振器110の出力は、トランジスタQ1,Q2のコレクタが該当する。 The operational amplifier IC1 and its peripheral circuits (resistors R13 to R16, capacitors C3 and C4), and the transistors Q1, Q2, Q3 and their peripheral circuits (resistors R3 to R11) constitute the oscillator 110 shown in FIG. The output of the oscillator 110 corresponds to the collectors of the transistors Q1 and Q2.

2つのコンデンサC1,C2は、図7の等価回路で示した容量Caを構成するものであり、これらコンデンサC1,C2は圧電トランスPZT1と一体となって共振する。したがって、コンデンサC1,C2は図1の回路構成では検出器120に含まれる。トランジスタQ1,Q2のコレクタ出力が電流源として動作している場合、等価回路でみた容量Caの値はCa=C1×C2/(C1+C2)となる。一方、トランジスタQ1,Q2のコレクタ出力が電圧源に近い動作をしている場合、等価回路でみた容量Caの値はCa=C1となる。 The two capacitors C1 and C2 constitute the capacitance Ca shown in the equivalent circuit of FIG. 7, and these capacitors C1 and C2 resonate together with the piezoelectric transformer PZT1. Therefore, capacitors C1 and C2 are included in detector 120 in the circuit configuration of FIG. When the collector outputs of the transistors Q1 and Q2 operate as current sources, the value of the capacitance Ca seen in the equivalent circuit is Ca=C1×C2/(C1+C2). On the other hand, when the collector outputs of the transistors Q1 and Q2 operate close to a voltage source, the value of the capacitance Ca seen in the equivalent circuit becomes Ca=C1.

また、検出器120の構成には以下が含まれる。
オペアンプIC2、ダイオードD5及びコンデンサC5は、コンデンサC1の端子間電圧を整流して直流電圧にする。コンデンサC1の端子間電圧は、上記で説明した端子間電圧Vcaに相当するものである。コンパレータIC3は、駆動電圧Vccの分圧値Vcc×R19/(R19+R20)を閾値として、コンデンサC1の端子間電圧を整流した直流電圧(コンデンサC5端子間電圧)を監視し、ライン電流ILが閾値以下になったとき、Low信号を出力端子OUTから出力する。
Further, the configuration of the detector 120 includes the following.
The operational amplifier IC2, the diode D5, and the capacitor C5 rectify the voltage between the terminals of the capacitor C1 into a DC voltage. The inter-terminal voltage of the capacitor C1 corresponds to the inter-terminal voltage Vca explained above. Comparator IC3 monitors the DC voltage obtained by rectifying the voltage between the terminals of capacitor C1 (voltage between terminals of capacitor C5) using the divided voltage value Vcc×R19/(R19+R20) of drive voltage Vcc as a threshold value, and the line current IL is below the threshold value. When this happens, a Low signal is output from the output terminal OUT.

〔発振器の動作〕
図8の回路に示す発振器110による発振動作は以下の通りである。
すなわち、発振器110の動作は、マルチバイブレータの基本動作に対して充放電時定数を目的周波数に位相制御したものである。位相制御とは、マルチバイブレータの基本動作による周波数と目的周波数との誤差を位相差として検出し、その位相差を電圧変換して帰還をかける制御である。ここでの目的周波数とは、図7の等価回路における共振周波数(1/2π√(La×Ca))である。
[Oscillator operation]
The oscillation operation of the oscillator 110 shown in the circuit of FIG. 8 is as follows.
That is, the operation of the oscillator 110 is the same as the basic operation of the multivibrator in which the charging/discharging time constant is phase-controlled to the target frequency. Phase control is control that detects the error between the frequency due to the basic operation of the multivibrator and the target frequency as a phase difference, converts the phase difference into voltage, and applies feedback. The target frequency here is the resonance frequency (1/2π√(La×Ca)) in the equivalent circuit of FIG.

図8の回路において、オペアンプIC1、抵抗R13~R16、及びコンデンサC3は上記マルチバイブレータの基本回路を構成するものである。圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスと、コンデンサC1,C2、及び抵抗R12は、充放電時定数を目的周波数に位相制御するための回路である。図8の回路の場合、目的周波数はコンデンサC1,C2、及び圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスとで構成する共振回路の共振周波数になる。ただし、目的周波数は、圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスが図3に示す誘導性領域の範囲内に限定しておく必要がある。このように目的周波数の範囲を限定することで、圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間の等価回路を図6に示すものとして考えることができる。 In the circuit of FIG. 8, the operational amplifier IC1, resistors R13 to R16, and capacitor C3 constitute the basic circuit of the multivibrator. The impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1, the capacitors C1 and C2, and the resistor R12 are a circuit for controlling the phase of the charge/discharge time constant to a target frequency. In the case of the circuit shown in FIG. 8, the target frequency is the resonant frequency of the resonant circuit constituted by the capacitors C1 and C2 and the impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1. However, the target frequency needs to be limited within the range of the inductive region in which the impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1 is shown in FIG. By limiting the target frequency range in this way, the equivalent circuit between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1 can be considered as shown in FIG.

発振器110が構成するマルチバイブレータの発振周波数は、コンデンサC3の充放電時間で定まる。コンデンサC3の充放電特性は、オペアンプIC1の出力電圧から抵抗R13を経由して入り込む電流と、コンデンサC1の端子間電圧から抵抗R12を経由して帰還入力してくる電流の合計値と、コンデンサC3に蓄積される電荷量とによって定まる。ここで、コンデンサC3に蓄積-放出される電荷量をqとし、コンデンサC3の充電時間をtc、放電時間をtdとする。このとき充放電時間tc,tdは下式で表される。
tc=q/Ic
td=q/Id
The oscillation frequency of the multivibrator constituted by the oscillator 110 is determined by the charging and discharging time of the capacitor C3. The charging and discharging characteristics of capacitor C3 are determined by the sum of the current that enters from the output voltage of operational amplifier IC1 via resistor R13, the current that feeds back from the voltage between the terminals of capacitor C1 via resistor R12, and the sum of the current that enters from the output voltage of operational amplifier IC1 via resistor R12, It is determined by the amount of charge accumulated in . Here, the amount of charge stored and released in the capacitor C3 is q, the charging time of the capacitor C3 is tc, and the discharging time is td. At this time, the charging and discharging times tc and td are expressed by the following formula.
tc=q/Ic
td=q/Id

上式におけるIcは、オペアンプIC1の出力電圧から抵抗R13を経由して入り込む電流と、コンデンサC1の端子間電圧から抵抗R12を経由して入り込む電流との合計電流の充電時間内における平均値とする。 Ic in the above equation is the average value within the charging time of the total current of the current flowing from the output voltage of the operational amplifier IC1 via the resistor R13 and the current flowing from the terminal voltage of the capacitor C1 via the resistor R12. .

同様に上記におけるIdは、オペアンプIC1の出力電圧へ抵抗R13を経由して流れ出る電流と、コンデンサC1の端子間電圧へ抵抗R12を経由して流れ出る電流との合計電流の放電時間内における平均値とする。 Similarly, Id in the above is the average value within the discharge time of the total current of the current flowing to the output voltage of the operational amplifier IC1 via the resistor R13 and the current flowing to the terminal voltage of the capacitor C1 via the resistor R12. do.

通常は、発振器110による発振波形をデューティーが1:1となる波形にして発振させるので、以下の説明においては、tc=td=taの条件が成り立つものとする。そうすると、抵抗R13を経由して入り込む電流と流れ出る電流は等しくなり、ともに電流Ir13とすることができる。また、抵抗R12を経由して入り込む電流と流れ出る電流は等しくなり、ともに電流Ir12とすることができる。このように定義すると充放電の時間taは下式となり、発振器110の発振周波数fは下式となる。
ta=q/Ic=q/(Ir13+Ir12)
f=(Ir13+Ir12)/(2q)
Normally, the oscillation waveform of the oscillator 110 is oscillated with a duty ratio of 1:1, so in the following description, it is assumed that the condition tc=td=ta holds true. Then, the current flowing in through the resistor R13 and the current flowing out will be equal, and both can be made into the current Ir13. Further, the current flowing in through the resistor R12 and the current flowing out are equal to each other, and both can be the current Ir12. When defined in this way, the charging/discharging time ta is expressed by the following expression, and the oscillation frequency f of the oscillator 110 is expressed by the following expression.
ta=q/Ic=q/(Ir13+Ir12)
f=(Ir13+Ir12)/(2q)

発振器110の発振周波数fが圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスが誘導性となる範囲内であるとした場合、その動作は図7に示す等価回路で表すことができる。このとき、図7の等価回路における発振器OSCの出力は、図8の回路にあるトランジスタQ1,Q2のコレクタに相当する。また、図7の等価回路における抵抗Ra及びインダクタンスLaは、圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスを示している。そして、図7の等価回路における容量Caは、図8の回路にあるコンデンサC1とコンデンサC2の直列容量に相当する。ただし、図8の回路におけるコンデンサC1の端子間電圧は、図7の等価回路に現れる端子間電圧Vcaを実際にはコンデンサC1とコンデンサC2とにより分圧した電圧になる。したがって、図7の等価回路で発振器OSCの出力を1とすると、容量Ca及びその端子間電圧Vcaはそれぞれ下式〔数5〕で表される。なお、下式〔数5〕では、図7の等価回路に示したVcaと図8の回路におけるコンデンサC1の端子間電圧とを区別するため、図8でみたコンデンサC1の端子間電圧をVca1と記述するものとする。

Figure 0007430033000005
Assuming that the oscillation frequency f of the oscillator 110 is within a range where the impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1 becomes inductive, its operation can be expressed by the equivalent circuit shown in FIG. At this time, the output of the oscillator OSC in the equivalent circuit of FIG. 7 corresponds to the collectors of transistors Q1 and Q2 in the circuit of FIG. Furthermore, the resistance Ra and inductance La in the equivalent circuit of FIG. 7 indicate the impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1. Capacitance Ca in the equivalent circuit of FIG. 7 corresponds to the series capacitance of capacitor C1 and capacitor C2 in the circuit of FIG. However, the inter-terminal voltage of the capacitor C1 in the circuit of FIG. 8 is actually a voltage obtained by dividing the inter-terminal voltage Vca appearing in the equivalent circuit of FIG. 7 by the capacitor C1 and the capacitor C2. Therefore, when the output of the oscillator OSC is set to 1 in the equivalent circuit of FIG. 7, the capacitance Ca and the voltage Vca between its terminals are each expressed by the following formula [Equation 5]. In addition, in the formula [Equation 5] below, in order to distinguish between Vca shown in the equivalent circuit of FIG. 7 and the voltage between the terminals of capacitor C1 in the circuit of FIG. 8, the voltage between the terminals of capacitor C1 as seen in FIG. shall be described.
Figure 0007430033000005

上式から、コンデンサC1の端子間電圧Vca1の電圧波形は、図8のトランジスタQ1,Q2のコレクタの出力電圧との位相差φが発振周波数の影響を受けることが分かる。このとき位相差φは、発振周波数fの値(下記の条件(イ)、(ロ)、(ハ))に応じて大略下式〔数6〕のように影響を受ける。ただし、発振周波数fは、圧電トランスPZT1の対向電極P4-P3間インピーダンスが誘導性となる周波数の範囲内にあるものとする。

Figure 0007430033000006
From the above equation, it can be seen that the phase difference φ between the voltage waveform of the voltage Vca1 between the terminals of the capacitor C1 and the output voltage of the collectors of the transistors Q1 and Q2 in FIG. 8 is affected by the oscillation frequency. At this time, the phase difference φ is influenced according to the value of the oscillation frequency f (conditions (a), (b), and (c) below) as roughly shown in the following equation [Equation 6]. However, it is assumed that the oscillation frequency f is within a frequency range at which the impedance between the opposing electrodes P4 and P3 of the piezoelectric transformer PZT1 becomes inductive.
Figure 0007430033000006

〔条件(イ)~(ハ)別の発振周波数〕
図9は、発振器OSCの出力波形と端子間電圧Vca1の電圧波形との関係を条件(イ)~(ハ)別に示した図である。なお、図9では端子間電圧Vca1をコンデンサC3の充電時間における電圧波形で示している。したがって、コンデンサC3の放電時間における電圧波形は図9に対して極性が反対になる。以下、条件(イ)~(ハ)別に説明する。
[Oscillation frequency for different conditions (a) to (c)]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the output waveform of the oscillator OSC and the voltage waveform of the inter-terminal voltage Vca1 for each condition (A) to (C). In addition, in FIG. 9, the inter-terminal voltage Vca1 is shown as a voltage waveform during the charging time of the capacitor C3. Therefore, the voltage waveform during the discharge time of capacitor C3 has a polarity opposite to that in FIG. Conditions (a) to (c) will be explained separately below.

図9の中央に示す〔条件(ロ)〕に見られるように、発振周波数fが目的周波数に一致しているときは(f=1/2π√(La×Ca))、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca1の位相差φが-90°であり、充電時間の中間点で端子間電圧Vca1が0Vとなる。この場合、端子間電圧Vca1の電圧波形の充電時間内における平均値は0であり、図8の回路において抵抗R12を経由して帰還される充電電流Ir12も0Aとなる。したがって、図8のマルチバイブレータを構成する回路の発振周波数fは、純粋に抵抗R13経由の電流Ir13によるコンデンサC2の充放電時間で定まる周波数となり、誤差がないとしたときの目的周波数で発振を継続する。 As shown in [condition (b)] shown in the center of FIG. 9, when the oscillation frequency f matches the target frequency (f=1/2π√(La×Ca)), the output waveform of the oscillator OSC The phase difference φ between the terminal voltage Vca1 and the terminal voltage Vca1 is -90°, and the terminal voltage Vca1 becomes 0V at the midpoint of the charging time. In this case, the average value of the voltage waveform of the inter-terminal voltage Vca1 within the charging time is 0, and the charging current Ir12 fed back via the resistor R12 in the circuit of FIG. 8 also becomes 0A. Therefore, the oscillation frequency f of the circuit constituting the multivibrator in Fig. 8 is determined purely by the charging and discharging time of the capacitor C2 by the current Ir13 via the resistor R13, and oscillation continues at the target frequency assuming there is no error. do.

次に、図9の左側に示す〔条件(イ)〕に見られるように、発振周波数fが目的周波数より低周波(f<1/2π√(La×Ca))の場合、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca1の位相差φが-90°より大きいが0°より小さくなる。この場合、Vca1の電圧波形の充電時間内における平均値はプラスとなるので、図8の回路で抵抗R12を経由して帰還する電流Ir12もプラスになり、この帰還電流Ir12がコンデンサC3を充電する方向に働く。これは、抵抗R13経由の電流Ir13に加えて電流Ir12がコンデンサC3を充電し、その充電時間を短縮することを意味する。したがって、この場合の発振周波数は、抵抗R13とコンデンサC3だけで定まる周波数より高周波側に制御されることになる。その結果、低周波であった発振周波数fが目的周波数(1/2π√(La×Ca))に近づくことになる。 Next, as shown in [condition (a)] shown on the left side of FIG. 9, if the oscillation frequency f is lower than the target frequency (f<1/2π√(La×Ca)), the output of the oscillator OSC The phase difference φ of the inter-terminal voltage Vca1 with respect to the waveform is larger than -90° but smaller than 0°. In this case, since the average value of the voltage waveform of Vca1 within the charging time is positive, the current Ir12 that returns via the resistor R12 in the circuit of FIG. 8 also becomes positive, and this feedback current Ir12 charges the capacitor C3. Work in the direction. This means that current Ir12 in addition to current Ir13 via resistor R13 charges capacitor C3, shortening its charging time. Therefore, the oscillation frequency in this case is controlled to be higher than the frequency determined only by the resistor R13 and the capacitor C3. As a result, the oscillation frequency f, which was a low frequency, approaches the target frequency (1/2π√(La×Ca)).

一方、図9の右側に示す〔条件(ハ)〕に示す場合は以下となる。この場合、発振周波数fが目的周波数より高周波(1/2π√(La×Ca)<f)であり、発振器OSCの出力波形に対する端子間電圧Vca1の位相差φが-90°より小さい。この場合、Vca1の電圧波形の充電時間内における平均値はマイナスとなるので、図8の回路で抵抗R12を経由して帰還する電流Ir12もマイナスになり、この帰還電流Ir12がコンデンサC3の電荷を放電する極性に働くため、電流Ir13によるコンデンサC3の充電時間を延長する作用を生じる。したがって、この場合の発振周波数は、抵抗R13とコンデンサC3だけで定まる周波数より低周波側に制御されることになる。その結果、高周波であった発振周波数fがやはり目的周波数(1/2π√(La×Ca))に近づくことになる。 On the other hand, in the case of [condition (c)] shown on the right side of FIG. 9, the following is true. In this case, the oscillation frequency f is higher than the target frequency (1/2π√(La×Ca)<f), and the phase difference φ between the terminal voltage Vca1 and the output waveform of the oscillator OSC is smaller than −90°. In this case, since the average value of the voltage waveform of Vca1 within the charging time is negative, the current Ir12 that feeds back via the resistor R12 in the circuit of FIG. 8 also becomes negative, and this feedback current Ir12 reduces the charge of the capacitor C3. Since it acts on the polarity of discharging, it has the effect of extending the charging time of the capacitor C3 by the current Ir13. Therefore, the oscillation frequency in this case is controlled to be lower than the frequency determined only by the resistor R13 and the capacitor C3. As a result, the oscillation frequency f, which was a high frequency, approaches the target frequency (1/2π√(La×Ca)).

このように、発振器110は、目的周波数(圧電トランスPZT1とコンデンサC1,C2で構成する容量との共振周波数)との誤差を位相差として検出し、その位相差を電圧に変換して正味の充放電電流を増減し、発振周波数fを目的周波数近傍に制御することができる。 In this way, the oscillator 110 detects the error with the target frequency (the resonant frequency between the piezoelectric transformer PZT1 and the capacitance formed by the capacitors C1 and C2) as a phase difference, converts the phase difference into a voltage, and calculates the net charge. The oscillation frequency f can be controlled to be near the target frequency by increasing or decreasing the discharge current.

以上の実施形態によれば、以下のような利点が得られる。
(1)ライン電流ILとして比較的大電流が想定される対象についても、簡素な回路構成で微小電流の検出を行うことができる。すなわち、通常なら大電流が流れるライン上で微小電流を検出しようとすると、そのライン上に電流検出抵抗を配置し、その端子間電圧を検出側に絶縁した状態で送信するための絶縁アンプが必要になるが、本実施形態の電流検出装置100は、絶縁アンプを必要とせず、簡素な回路構成で微小電流を検出することができる。
(2)また、被検出側と検出側が圧電トランスPZT1の一次側と二次側の絶縁距離で充分に絶縁されているにも関わらず、被検出側の回路構成である回路網130への電力供給は必要でない。この点、上記のように絶縁アンプを用いる回路構成とした場合、絶縁アンプに対して駆動電源を供給するための回路(例えばDC-DCコンバータ)が別途必要であり、装置の構成が複雑になるという問題がある。
(3)同じく被検出側と検出側とを圧電トランスPZT1によって絶縁しているため、検出器120でのノイズの影響を対策する必要がない。
(4)電流検出装置100は、「微小電流の検出」に対して「圧電トランス」という素材を適用したことで、全体として斬新な回路構成を実現する。その上で、「圧電トランス」そのものに対する信頼性は既に確立されていることから、電流検出装置の実用化に際して安全性や信頼性を考慮する必要がなく、産業上の利用性が高い。
According to the above embodiment, the following advantages can be obtained.
(1) Even for objects for which a relatively large current is expected as the line current IL, a minute current can be detected with a simple circuit configuration. In other words, when trying to detect a minute current on a line that normally carries a large current, it is necessary to place a current detection resistor on that line and an isolation amplifier to transmit the voltage between its terminals in an isolated state to the detection side. However, the current detection device 100 of this embodiment does not require an insulation amplifier and can detect minute currents with a simple circuit configuration.
(2) In addition, even though the detected side and the detection side are sufficiently insulated by the insulation distance between the primary and secondary sides of the piezoelectric transformer PZT1, power is not supplied to the circuit network 130 that is the circuit configuration of the detected side. No supply is required. In this regard, if the circuit configuration uses an isolated amplifier as described above, a separate circuit (for example, a DC-DC converter) is required to supply drive power to the isolated amplifier, making the device configuration complicated. There is a problem.
(3) Similarly, since the detected side and the detection side are insulated by the piezoelectric transformer PZT1, there is no need to take measures against the influence of noise on the detector 120.
(4) The current detection device 100 realizes a novel circuit configuration as a whole by applying a material called a "piezoelectric transformer" to "detection of minute current." Furthermore, since the reliability of the "piezoelectric transformer" itself has already been established, there is no need to consider safety or reliability when putting the current detection device into practical use, and it has high industrial applicability.

本発明は、上述した実施形態に制約されることなく、種種に変形して実施可能である。
電流検出装置100は、各図に示す構成だけでなく、同様の機能を発揮できる構成に変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various modifications.
The current detection device 100 can be implemented not only with the configuration shown in each figure but also with a configuration that can perform similar functions.

また、実施形態において圧電トランスPZT1の形状や大きさ、インピーダンス周波数特性、共振特性は一例として挙げたものであり、異なる形状や大きさ、特性のものを採用してもよい。 Further, in the embodiment, the shape and size, impedance frequency characteristics, and resonance characteristics of the piezoelectric transformer PZT1 are given as examples, and those having different shapes, sizes, and characteristics may be adopted.

発振器や検出器の動作において示した各種の値も例に過ぎず、実施に際して様々に異なる条件に応じた回路素子等の選定、調整等が行われることは当然である。実施形態では、閾値以下の微小電流を許容し、閾値を超える微小電流を許容しないこととしているが、閾値未満の微小電流を許容し、閾値以上の微小電流を許容しないこととしてもよく、閾値を許容範囲の上限とするか下限とするかは任意である。 The various values shown for the operation of the oscillator and detector are merely examples, and it goes without saying that circuit elements and the like will be selected and adjusted in accordance with various different conditions during implementation. In the embodiment, a minute current that is below the threshold is allowed and a minute current that exceeds the threshold is not allowed, but it is also possible to allow a minute current that is below the threshold and not allow a minute current that is above the threshold. It is arbitrary whether the upper limit or lower limit of the allowable range is set.

各実施形態において図示とともに挙げた構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。 The structures illustrated and illustrated in each embodiment are merely preferred examples, and it goes without saying that the present invention can be suitably implemented even if various elements are added to the basic structure or some parts are replaced. do not have.

100 電流検出装置
110 発振器
120 検出器
PZT1 圧電トランス
100 Current detection device 110 Oscillator 120 Detector PZT1 Piezoelectric transformer

Claims (4)

一次側及び二次側に分極された圧電トランスと、
前記圧電トランスの一方側を入力インピーダンスが誘導性となる共振周波数の近傍領域で駆動する発振器と、
被検出電流を順方向に導通させるように直列接続された2つのダイオードをそれぞれ有する2つの回路が被検出電流の入力端子間で並列に接続された構成のダイオードブリッジに対し、前記入力端子間で前記2つの回路と並列に抵抗が接続されるとともに、前記ダイオードブリッジのインピーダンスの出力対となる前記各回路の2つのダイオードの間が前記圧電トランスの他方側を終端する終端回路と並列に接続される回路構成を有した回路網と、
前記圧電トランスの他方側前記回路網接続さた状態で、被検出電流の導通状態に応じた検出信号を前記圧電トランスの一方側で出力する検出器と
を備えた電流検出装置。
a piezoelectric transformer polarized on a primary side and a secondary side;
an oscillator that drives one side of the piezoelectric transformer in a region near a resonance frequency where the input impedance is inductive;
For a diode bridge having a configuration in which two circuits each having two diodes connected in series so as to conduct the current to be detected in the forward direction are connected in parallel between the input terminals of the current to be detected, A resistor is connected in parallel with the two circuits, and a terminal circuit that terminates the other side of the piezoelectric transformer is connected in parallel between the two diodes of each circuit that serve as an impedance output pair of the diode bridge. a circuit network having a circuit configuration;
A current detection device comprising: a detector that outputs a detection signal according to a conduction state of a current to be detected on one side of the piezoelectric transformer with the circuit network connected to the other side of the piezoelectric transformer.
請求項1に記載の電流検出装置において、
前記回路網は、
被検出電流の導通状態の変化に応じて前記圧電トランスの他方側に現れる終端等価抵抗の値を変化させ、
前記検出器は、
前記圧電トランスの他方側に現れる終端等価抵抗の変化に応じて前記圧電トランスの一方側に現れる共振状態の変化に基づいて、前記検出信号を出力することを特徴とする電流検出装置。
The current detection device according to claim 1,
The circuit network is
changing the value of a terminal equivalent resistance appearing on the other side of the piezoelectric transformer in accordance with a change in the conduction state of the detected current;
The detector is
A current detection device that outputs the detection signal based on a change in a resonance state that appears on one side of the piezoelectric transformer in response to a change in a terminal equivalent resistance that appears on the other side of the piezoelectric transformer.
請求項2に記載の電流検出装置において、
前記回路網は、
前記ダイオードブリッジのカットオフ特性と検出対象とする被検出電流の上限又は下限を定める閾値との関係から定まる値の抵抗が前記ダイオードブリッジ接続されており、
前記終端回路には、前記圧電トランスの整合インピーダンス値の抵抗が接続されていることを特徴とする電流検出装置。
The current detection device according to claim 2,
The circuit network is
A resistor having a value determined from the relationship between the cut-off characteristic of the diode bridge and a threshold value defining an upper or lower limit of the current to be detected is connected to the diode bridge,
A current detection device characterized in that a resistor having a matching impedance value of the piezoelectric transformer is connected to the termination circuit.
請求項1から3のいずれかに記載の電流検出装置において、
前記圧電トランスは、
一次側及び二次側にそれぞれ電極対を有しており、一方側の電極対を通じて前記発振器により駆動され、他方側の電極対を通じて前記回路網に接続されることにより、前記発振器及び前記検出器を被検出電流から絶縁していることを特徴とする電流検出装置。
The current detection device according to any one of claims 1 to 3,
The piezoelectric transformer is
It has electrode pairs on the primary side and the secondary side, and is driven by the oscillator through the electrode pair on one side and connected to the circuit network through the electrode pair on the other side, so that the oscillator and the detector A current detection device characterized in that the current detection device is insulated from the current to be detected.
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