JPH0425500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電流検出装置に関する。

第１図を参照して、先行技術においては、マル
チバイブレータ１、抵抗２、ならびに被検出電流
を検出するための１次コイル３、発振のデユーテ
イを変えるための２次および３次コイル４，５を
有する可飽和リアクトル６により、予め定める周
期で発振する磁気マルチバイブレータ７が形成さ
れる。前記デユーテイをそれぞれ検出するために
２つのデユーテイ検出回路８，９が設けられる。
デユーテイ検出回路８，９のデユーテイ検出出力
は、差動増幅器１０により相互に差動増幅され、
レベル弁別回路１１でレベル弁別される。差動増
幅器１０の出力が弁別レベルを超えたときに応動
装置１２が動作される。これによつて１次コイル
３に電流が設定値以上に流れたことが検出され
る。ところが保持力や磁束特性による磁気特性の
ばらつきが飽和リアクトル６には大である。デユ
ーテイ検出回路８，９のデユーテイ検出出力の変
化分ΔVOは次式で表わされる。

ΔVO＝Ｉ／ｎ・Ｒ／２・EC・Vcc ただし、１次コイル３の電流をＩ、２次および
３次コイル４，５の巻数をｎ、直流電源の電圧を
Vcc、抵抗２の抵抗値をＲ、２次および３次コイ
ル４，５の印加電圧をEcとする。たとえば、可
飽和リアクトル６の保持力Hcが変化すると、２
次および３次コイルの電流が変化し、抵抗２の電
流が変化し、コイル印加電圧Ecが変化する。デ
ユーテイ検出回路８，９は一定の電圧Vccで電力
付勢されているけれども、デユーテイ検出出力の
変化分ΔVOが変化する、すなわち感度にばらつ
きが生じることになつた。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
可飽和リアクトルの磁気特性が変化しても安定に
デユーテイ検出出力を取り出すことができる電流
検出装置を提供することである。

以下図面によつて本発明の実施例を説明する。
第２図は、本発明の基礎となる構成のブロツク回
路図である。電流検出装置は、磁気マルチバイブ
レータ回路２１と、デユーテイ検出回路２２，２
３と、比較回路２４，２５と、応動装置２６とを
含む。

磁気マルチバイブレータ回路２１は、抵抗２７
と、可飽和リアクトル２８と、マルチバイブレー
タ３１とを有する。抵抗２７の一端には直流電圧
Vccが印加され、抵抗２７の他端は可飽和リアク
トル２８の一対の２次コイル３３、３次コイル３
４の各一方端にそれぞれ接続される。抵抗２７に
は、逆バイアスされたツエナダイオード２９が並
列に接続される。

可飽和リアクトル２８は、被測定電流源３０か
らの被検出電流を検出するための１次コイル３２
を含む、２次および３次コイル３３，３４は、ほ
ぼ等しい巻数ｎをそれぞれ有する。２次コイル３
３の他方端は、マルチバイブレータ３１の接続点
３６に接続される。３次コイル３４の他方端は、
マルチバイブレータ３１の接続点３７に接続され
る。

マルチバイブレータ３１において、接続点３６
および接地間には、トランジスタ４０が接続され
る。接続点３７および接地間には、トランジスタ
４１が接続される。トランジスタ４０のベース
は、抵抗４２を介して接続点３７に接続されると
ともに、抵抗４３を介して接地される。トランジ
スタ４１のベースは、抵抗４４を介して接続点３
６に接続されるとともに、抵抗４５を介して接地
される。

このように構成された磁気マルチバイブレータ
回路２１は、コイル印加電圧をEc、飽和磁束を
φmとすると周期Ｔ＝４・ｎ・φm／Ecで常時発
振する。

以下、この理由について説明する。

磁気マルチバイブレータ回路２１は、基本的な
トランジスタ・インバータ回路であるRoyer回路
の変形回路と考えることができる。トランジスタ
４０，４１がスイツチとして交互に開閉すると、
磁心中の磁束は正負の飽和値＋φm、−φmの間を
直線的に変化する。磁心が飽和しない範囲では、
コイルのインダクタンスが大きいので、電流の変
化量が一定になるからである。半周期の時間が
T1が次式のように適当な値であれば磁束の変化
量Δφは2φmになり、三角波状に変化する。

Ec＝ｎ・Δφ／T1＝2φm・ｎ／T1 すなわち、T1＝２・ｎ・φm／Ecである。

いま、直流電源Vccを投入した場合、一方の
トランジスタ４０がオンの状態になつたとする
と抵抗２７によつて電圧降下した直流電圧Ec
は２次コイル３３に加わる。３次コイル３４に
は電圧Ecが誘起され、接続点３７に2Ecの電圧
が加わり、抵抗４２を介してベース電流が流れ
るので、トランジスタ４０は完全にオンの状態
になる。他方、接続点３６は、直流電圧Ecが
２次コイル３３によつて電圧降下され、ほぼ接
地電位となるので、トランジスタ４１は、ベー
ス電位が低く、ベース電流は流れずオフの状態
が続く。すなわち、一方のトランジスタがオン
になると他方のトランジスタは必ずオフにな
り、２つのトランジスタが同時にオンになるこ
とはない。なお、オフ状態のトランジスタ４１
には、３次コイル４３に直流電圧Ecと同じ電
圧が誘起するため、コレクタ−エミツタ間には
2Ecの電圧が加わることになる。

トランジスタ４０のオン状態が続き磁束が正
方向に直線的に増加し、T1時間後に正の飽和
値＋φmに達すると、磁心が飽和して２次コイ
ル３３を流れるコレクタ電流が急激に増加し、
抵抗２７による電圧降下が大きくなり、直流電
圧Ecが低くなり、接続点３７の電位も低くな
つてトランジスタ４０がオフとなる。

トランジスタ４０がオフになりコレクタ電流
が遮断されると、それまで可飽和リアクトル２
８に蓄えられていた電磁エネルギLI^-／２が放
出される。なお、Ｌはインダクタンス、Ｉは電
流を示す。そのため、トランジスタ４０のコレ
クタ電流とは可飽和リアクトル２８に関して逆
方向であるトランジスタ４１のコレクタ電流が
流れて、トランジスタ４１がオン状態になる。
したがつて、可飽和リアクトル２８の磁束も負
の方向に変化することになる。

T2時間の後、磁束が負の飽和値−φmに達す
ると、と同じようにトランジスタ４１のコレ
クタ電流は磁気飽和のために急激に増加し、ト
ランジスタ４１はオフの状態になりコレクタ電
流は遮断され、可飽和リアクトルに蓄えられて
いた電磁エネルギにより再びトランジスタ４０
がオンの状態になり、動作になる。そして
T1時間後には動作になり、以後その動作を
繰返し発振が続く。

すなわち、半周期の時間T1、T2は磁心中の
磁束が−φmから＋φmまたは＋φmから−φm
まで変わり、磁心飽和のために過電流が流れて
トランジスタがオフになるまでの時間である。
１次コイル３２に電流が流れていないときは、
２次および３次コイル３３，３４はほぼ等しい
巻数ｎを有するので、飽和磁束φmに達する電
流値は等しく、直流電源電圧Vccから抵抗２７
によつて電圧降下されるコイル印加電圧Ecも
等しくなる。したがつて、T1＝T2であるの
で、周期Ｔは次式のように表される。

Ｔ＝T1＋T2＝４・ｎ・φm／Ec １次コイル３２の電流が零であるときには、周
期Ｔのデユーテイ比は50％である。２次コイル３
３および３次コイルには、半周期Ｔ／２ごとで、
しかも相互に異なる周期に電流が流れる。したが
つてトランジスタ４０，４１は、相互に異なる半
周期Ｔ／２ごとに導通する。

１次コイル３２に流れる１次電流の極性が、１
次コイル３２によつて２次コイル３３に流れる２
次電流と等しい方向の場合、２次電流は減少し、
逆に３次コイル３４に流れる３次電流が増加す
る。この場合には、２次電流の減少により、２次
コイル３３に印加される電圧が増加して飽和に達
する期間が長くなる。したがつて発振周期Ｔのデ
ユーテイ比が50％から変化する。

すなわち、コイル印加電圧Ecは直流電圧Vccか
ら抵抗２７の電圧降下分を差し引いた電圧であ
り、前述のように、１次コイル３２に電流が流れ
ないときは、デユーテイ比は50％である。１次コ
イル３２に電流が流れると、１次コイル３２から
も電流に比例した磁束が発生し、２次コイル３３
および３次コイル３４から発生する磁束を増加ま
たは減少させる。磁束が増加するときは、２次ま
たは３次コイル３３，３４に流れる電流が少なく
ても可飽和リアクトル２１が磁気飽和し、磁束が
減少するときは、磁気飽和に至る電流が増加す
る。この電流の変化によつて、抵抗２７の電圧降
下も変化し、上述の半周期T1、T2を与える式中
のコイル印加電圧Ecが変化して、半周期T1、T2
も変化する。これによつてデユーテイ比も変化す
る。

接続点３６は、デユーテイ検出回路２２の抵抗
４６を介して、エミツタ接地のトランジスタ４７
のベースに接続される。トランジスタ４７のコレ
クタには、抵抗４８を介して直流電圧Vccが印加
される。トランジスタ４７のコレクタは、抵抗４
９接続点５０およびコンデンサ５１を介して接地
される。

接地点３７は、デユーテイ検出回路２３の抵抗
５２を介して、エミツタ接地のトランジスタ５３
のベースに接続される。トランジスタ５３のコレ
クタには抵抗５４を介して直流電圧Vccが印加さ
れる。トランジスタ５３のコレクタは、抵抗５
５、接続点５６およびコンデンサ５７を介して接
地される。

レベル弁別回路２４は、抵抗５８，５９および
比較器６０を有する。比較器６０の一方の入力に
は接続点５０が接続される。比較器６０の他方の
入力には、直流電圧Vccが抵抗５８，５９により
分圧されて任意に設定される弁別レベルV1が与
えられる。弁別レベルV1でレベル弁別された比
較器６０からの出力は、抵抗６１，６２を介して
応動装置２６に与えられる。

レベル弁別回路２５は、レベル弁別回路２４と
同様に、抵抗６３，６４および比較器６５を有す
る。比較器６５の一方の入力には、接続点５６が
接続される。比較器６５の他方の入力には、直流
電圧Vccが抵抗６３，６４により分圧されて任意
に設定される弁別レベルV2が与えられる。弁別
レベルV2でレベル弁別された比較器６５からの
出力は、抵抗６６，６２を介して応動装置２６に
与えられる。

第３図を参照して、１次コイルに流れる１次電
流が零である場合には、磁気マルチバイブレータ
回路２１は周期Ｔでしかも50％のデユーテイ比で
発振する。したがつてトランジスタ４０，５３
は、第３図１に示すように半周期Ｔ／２ごとに導
通、遮断する。またトランジスタ４１，４７は、
第３図２に示すように異なる半周期Ｔ／２ごとに
導通、遮断する。したがつてコンデンサ５１に
は、第３図３に示すように、コンデンサ５１によ
る時定数で定まる電圧が充電される。コンデンサ
５１の充電電圧は、弁別レベルV1未満である。
また、コンデンサ５７には、第３図４に示すよう
に、コンデンサ５７による時定数で定まる電圧が
充電される。コンデンサ５７の充電電圧は、弁別
レベルV2未満である。比較器６０，６５の出力
がローレベルであり、したがつて、応動装置２６
は動作されない。

１次コイル３２に矢符６６に示すように直流電流
が流れると、２次コイル３３を流れる電流によつ
て、可飽和リアクトル２１は飽和しやすくなり、
１次コイル３２に流れる直流電流の向きが反対に
なれば、３次コイル３４に流れる電流によつて可
飽和リアクトル２８が飽和しやすくなる。２次お
よび３次コイル３３，４４の一方に流れる電流に
よつて可飽和リアクトル２１が飽和しやすくなる
ときには、２次および３次コイル３３，３４の他
方に流れる電流によつては、可飽和リアクトル２
１が飽和しにくくなる。このため、磁気マルチバ
イブレータ回路２１は周期Ｔで、しかもデユーテ
イ比を50％から変えて発振する。したがつて、１
次コイル３２に矢符６６に示すような直流電流が
流れると、トランジスタ４０は、第３図５に示す
ように遮断周期が長くなつて導通、遮断する。ま
たトランジスタ４１は、第３図６に示すように導
通周期が長くなつて導通、遮断する。トランジス
タ４０のコレクタにベースが接続されるトランジ
スタ４７は、トランジスタ４０の出力を反転した
第３図６に示すような導通周期が長くなる動作を
行う。したがつてコンデンサ５１の充電電圧は、
第３図８に示すようにほぼ零であり、弁別レベル
V1未満のままである。一方トランジスタ５３は、
トランジスタ４１の出力を反転した出力となるの
で、第３図５に示すように遮断周期が長くなり、
コンデンサ５７の充電電圧は、第３図７に示すよ
うに上昇し、弁別レベルV2を超え、比較器６５
の出力がハイレベルになり、したがつて応動装置
２６は動作される。

なお、１次コイル３２に矢符６６とは逆方向に
直流電流が流れた場合には、コンデンサ５１の充
電電圧が上昇して弁別レベルV1を超え、比較器
６０の出力がハイレベルとなり、応動装置２６が
動作される。また１次コイル３２に交流電流が流
れた場合には、コンデンサ５１，５７の充電電圧
が弁別レベルV1、V2をそれぞれ超え、比較器６
０，６５の出力がハイレベルとなり、応動装置２
６が動作される。

第４図は、本発明の一実施例のブロツク回路図
であり、第２図の構成と対応する部分には、同一
の参照符を付す。抵抗２７と２次および３次コイ
ル３３，３４との接続点７１は、電圧制御回路７
２の入力に接続される。デユーテイ検出回路２
２，２３は、電圧制御回路７２の出力電圧によつ
てそれぞれ電力付勢される。デユーテイ検出回路
２２の抵抗４９には、順方向のダイオード７３が
並列に接続される。デユーテイ検出回路２３の抵
抗５５には、順方向のダイオード７４が並列に接
続される。デユーテイ検出回路２２の接続点５０
は、差動増幅器７５の一方の入力に接続される。
デユーテイ検出回路２３の接続点５６は、差動増
幅器７５の他方の入力に接続される。差動増幅器
７５の出力は、レベル弁別回路２４，２５と同様
に構成されたレベル弁別回路７６に与えられる。
レベル弁別回路７６によつてレベル弁別されたレ
ベル弁別回路７６からの出力は、応動装置２６に
与えられる。

電圧制御回路７２は、バツフア７７，７８なら
びに抵抗７９およびコンデンサ８０から成る積分
回路８１を含む。接続点７１には、バツフア７７
の一方の入力が接続される。バツフア７７の出力
は、バツフア７７の他方の入力に与えられるとと
もに、抵抗７９に与えられる。抵抗７９とコンデ
ンサ８０との接続点８２はバツフア７８の一方の
入力に接続される。バツフア７８の出力は、デユ
ーテイ検出回路２２，２３にそれぞれ与えられる
とともに、バツフア７８の他方の入力に与えられ
る。バツフア７７，７８は、高入力インピーダン
ス、低出力インピーダンスでインピーダンス変換
器として動作する。接続点８２および接地間の電
圧は、コイル印加電圧Ecにほぼ等しく第５図１
に示される。積分回路８１は、電圧Ecを平滑す
る。したがつてバツフア７８の出力は第５図２に
示すように電圧Ecが平滑された直流の電圧Ec′と
なる。電圧Ec′は電圧Ecとほぼ等しいので、コン
デンサ５１の充電電圧の変化分ΔVOは次式て示
される。

ΔVO＝Ｉ／ｎ・Ｒ／２・Ec・Ec＝Ｉ・Ｒ／２・ｎ ただし、１次コイルの電流をＩ、抵抗２７の抵
抗値をＲとする。したがつてコンデンサ５１の充
電電圧の変化分ΔVOは、可飽和リアクトル２８
の磁気特性とは無関係となる。コンデンサ５７の
充電電圧の変化分もまた、飽和リアクトル２８の
磁気特性とは無関係になる。トランジスタ４０，
４１，４７，５３およびコンデンサ５１，５７の
動作は、第２図１〜８と同様になる。したがつて
飽和リアクトル２８の磁気特性にばらつきがあつ
てもコンデンサ５１，５７の充電電圧は被検出電
流に正確に比例して変化し、応動装置２６を正確
に動作させることができる。

本発明の他の実施例として、電圧制御回路７２
に代えて、コイル印加電圧Ecを平滑するととも
に平滑されたコイル印加電圧に比例した直流電流
を出力する電流制御回路を用いるようにしてもよ
い。この場合には、デユーテイ検出回路２２，２
３の抵抗４８，５４にコンデンサが並列にそれぞ
れ接続されて、デユーテイ検出回路２２，２３が
電流制御回路により電力付勢される。

以上のように本発明によれば、可飽和リアクト
ルの磁気特性が変化しても、デユーテイ検出出力
を安定に取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術のブロツク回路図、第２図は
本発明の基礎となる構成のブロツク回路図、第３
図はその動作を説明するための波形図、第４図は
本発明の一実施例のブロツク回路図、第５図はそ
の動作を説明するための波形図である。 ２１……磁気マルチバイブレータ回路、２２，
２３……デユーテイ検出回路、２４，２５，７６
……レベル弁別回路、２６……応動装置、２７…
…抵抗、２８……可飽和リアクトル、３１……マ
ルチバイブレータ、３２……１次コイル、３３…
…２次コイル、３４……３次コイル、７２……電
圧制御回路、７５……差動増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マルチバイブレータ、抵抗ならびに被検出電
   流を検出するための１次コイル、発振のデユーテ
   イを変えるための２次および３次コイルを有する
   可飽和リアクトルにより予め定める周期で発振す
   る磁気マルチバイブレータ回路を形成し、前記デ
   ユーテイをそれぞれ検出するための２つのデユー
   テイ検出回路を設け、各デユーテイ検出回路のデ
   ユーテイ検出出力の相互の差をレベル弁別して弁
   別レベルを超えたときに応動装置を動作させるよ
   うにした電流検出装置において、２次および３次
   コイルに印加されるコイル印加電圧を平滑すると
   ともに、前記平滑されたコイル印加電圧に比例し
   た電圧または電流の出力で前記各デユーテイ検出
   回路を電力付勢するための電圧または電流制御回
   路を含むことを特徴とする電流検出装置。