JPH0540134A - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 仮想バイパス電源発生端子からの出力信号の
出力インピーダンスを下げて、外乱ノイズによるノイズ
電圧が重畳しないこと。 【構成】 直流電源を直流安定化回路で安定した定電圧
にし、定電流回路で前記定電圧を分圧してホール素子１
８に定電流を供給し、増幅出力回路で前記ホール素子１
８の出力信号を増幅し所定の出力電圧として出力すると
ともに、前記安定した定電圧を可変分圧してボルテージ
フォロアアンプ２３を介して外部に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流検出器に関するも
のであり、特に、交流電動機の可変速運転装置（以下、
単にインバータ装置という）による負荷電動機の運転状
態を知り、インバータ装置を過大電流から保護するため
に使用される電流検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の電流検出器の回路構成を示
す回路図である。

【０００３】図において、１〜１４は抵抗、１５は電子
回路用の安定した定電圧を出力するレギュレータＩＣで
あり、直流電源の正極端子に抵抗１を介してレギュレー
タＩＣ１５のカソード端子が接続され、その直流電源の
負極端子にレギュレータＩＣ１５のアノード端子が接続
され、前記アノード端子とカソード端子との両端子間に
直列に接続された抵抗２，３間にレギュレータＩＣ１５
のリファレンス端子が接続されている。１６は増幅器、
１７は差動増幅器であり、レギュレータＩＣ１５の出力
端子間に接続されて出力電圧を分圧する抵抗４，５間の
分圧点の電圧信号が増幅器１６に入力され、差動増幅器
１７は調整可能な出力電圧を出力する。１８はホール素
子であり、このホール素子１８には増幅器１６の出力信
号が入力され、差動増幅器１７に差動入力用の信号を出
力する。１９〜２２は各々可変抵抗器である。また、端
子符号について、ＶＣ端子は本電流検出器の電源供給端
子であり、ＣＯＭ端子はこの電源のグランド端子であ
る。ＶOUT 端子は本電流検出器の出力端子であり、ＶCO
M 端子は電流検出器の出力信号を単一の直流電源で交流
信号を取扱うための仮想バイパス電源発生端子である。

【０００４】図５は従来の電流検出器の構造を示す斜視
図である。図において、２５は図１に示す回路部品を実
装したプリント基板、２６は電流を磁束に変換する鉄
心、２７は被検出電流が流れる電路（即ち、電線）を示
す。なお、１８は図１と同一のホール素子であり、この
ホール素子１８は被検出電流により鉄心２６に生じる磁
束の磁路に位置する。

【０００５】次に、上記構成の電流検出器の動作につい
て説明する。図４に示すような回路構成の電流検出器の
ＶＣ端子とＣＯＭ端子との間に単一の直流電源が接続さ
れると、抵抗１を介してレギュレータＩＣ１５に電流が
流れ、抵抗２，３によって決定される電圧がレギュレー
タＩＣ１５のアノードとカソード間に発生する。このア
ノードとカソード間の電圧は非常に安定したものとな
る。また、レギュレータＩＣ１５のアノードとカソード
間の電圧は抵抗４，５で分圧され増幅器１６の正極性端
子に入力されるとともに、抵抗６の端子電圧を増幅器１
６の負極端子にフィードバックすることによりホール素
子１８には定電流が流れる。このような状態のなか、図
５に示す電線２７に電流が流れると、鉄心２６に発生す
る磁束がホール素子１８と鎖交し、２つの端子間に電圧
を発生する。この発生電圧信号は微弱なために差動増幅
器１７に入力され増幅される。図４の各抵抗７〜９，１
１〜１３は回路ゲインを決定するものであり、可変抵抗
器２１も同様に回路ゲインを決定するものである。可変
抵抗器１９，２０はオフセット調整用である。また、Ｖ
OUT 端子の出力信号を単一の出力電源で処理できるよう
に、ＶCOM 端子の信号レベルを決定するために可変抵抗
器２２を備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の電流検出器では、通常、インバータ装置の主回路
交流電流及び主回路直流電流を測定することを目的とす
るために、この電流検出器とこの検出信号を処理判定す
る制御回路との距離が離れていた。

【０００７】これを、図６を用いて説明する。図６はイ
ンバータ装置を示す回路構成図である。

【０００８】図において、２８は交流電圧を直流電圧に
変換するコンバータ部、２９は直流電圧を平滑化する平
滑コンデンサとして機能する電解コンデンサ、３０は交
流電動機である負荷電動機、３１は直流電圧から可変電
圧可変周波数の交流電圧を発生し、それを負荷電動機３
０に供給するインバータ部、３２ａ〜３２ｃは各々電流
検出器、３３はインバータ装置の全体を制御するインバ
ータ制御部である。この図のように、電流検出器３２ａ
〜３２ｃとこの検出信号を処理判定するインバータ制御
部３３との距離は離れていた。

【０００９】また、この種の従来の電流検出器は、単一
の直流電源で動作するので、交流電圧信号を取扱うため
には、仮想０電位を設ける必要があり、精度を得るため
に、その仮想電位を電流検出器の内部に備える必要があ
った。

【００１０】これを、図７で説明する。図７は従来の電
流検出器の使用方法を示すブロック図である。

【００１１】図において、３５ａ，３５ｂは電流検出
器、３６はボルテージフォロアアンプ、３７，３８は仮
想電位のグランドをもつ増幅器、３９〜４４は各々抵
抗、４５は両増幅器３７，３８からの信号を合成する信
号合成器、４６は信号合成器４５の出力信号が正常か否
かを判別する比較器、４７は保護回路、４８は電流検出
器３５ａ，３５ｂ用の直流電源である。電流検出器３５
ａのＶCOM端子からの信号はボルテージフォロアアンプ
３６を経て、抵抗４０，４２を介して増幅器３７，３８
の正極端子に入力され、増幅器３７，３８は仮想コモン
電位となる。この増幅器３７，３８の出力信号は信号合
成器４５に入力され、その出力信号は比較器４６の入力
信号となり、信号レベルが正常か否かを判別する。異常
の場合は比較器４６から保護回路４７に信号が入力され
る。

【００１２】このような使用方法においては、電流検出
器の仮想バイパス電源発生端子であるＶCOM 端子からの
信号が、抵抗１４と可変抵抗器２２とで分圧されて出力
されているために、出力インピーダンスが大きく、しか
も、図６のように電流検出器３２ａ〜３２ｃとインバー
タ制御部３３との距離が離れていると、ＶCOM 端子から
の信号ラインが外乱ノイズの影響を受け易く、回路が誤
動作する虞れが強かった。

【００１３】これを図８に示す。図８は従来の電流検出
器の信号合成回路の出力波形を示す波形図である。

【００１４】図において、（ａ）は正常時の信号合成器
４５の出力波形であり、（ｂ）は異常時の信号合成器４
５の出力波形である。このように、外乱ノイズの影響を
受けると、信号合成器４５からの出力信号にノイズ電圧
が重畳していた。

【００１５】そこで、この発明は、仮想バイパス電源発
生端子であるＶCOM端子からの出力信号の出力インピー
ダンスを下げて、外乱ノイズによるノイズ電圧が重畳し
ない電流検出器の提供を課題とするものである。

【００１６】また、従来の電流検出器においては、主回
路（一次側）に流れる電流をホール素子１８に誘起され
るアナログ電圧信号に変換し、これを制御回路の増幅器
に入力して、後段のＡ／Ｄコンバータ，マイクロコンピ
ュータで処理していた。しかし、電流検出器の出力信号
を手持ちの計測器で簡便に測定したいという要求が強か
った。

【００１７】そこで、請求項２の発明は、電流検出信号
をディジタル信号として出力できる電流検出器の提供を
課題とするものである。

【００１８】さらに、従来より、インバータ装置はスイ
ッチング周波数が約１ＫHzで使用されていたが、磁気音
による騒音を低減するために、約１５〜２０ＫHzで使用
されるようになってきた。このため、電流検出器に使用
されている鉄心の温度上昇もヒステリシス損失の大幅な
増加により著しくなり、電流検出器に使用されている電
子部品が自己発熱によって破損する虞れもあった。これ
らに対処するために、従来ではファン等による強制風冷
手段を採用していた。しかし、従来の方法では、コス
ト、スペースの点で問題があり、この改善が望まれてい
た。

【００１９】そこで、請求項３の発明は、負荷電動機の
騒音及び各回路部品の熱破損を抑制でき、しかも、低コ
スト、省スペースを実現できる電流検出器の提供を課題
とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
電流検出器は、直流電源を安定した定電圧にする直流安
定化回路と、前記直流安定化回路の出力電圧を分圧して
ホール素子に定電流を供給する定電流回路と、前記ホー
ル素子の出力信号を増幅し所定の出力電圧として出力す
る増幅出力回路と、前記直流安定化回路の出力電圧を可
変分圧して外部に出力するボルテージフォロア形のバッ
ファアンプとを具備するものである。

【００２１】また、請求項２の発明にかかる電流検出器
は、上記請求項１の発明の電流検出器と同様の直流安定
化回路、定電流回路、増幅出力回路に加えて、前記増幅
出力回路の出力信号を入力信号として動作する電圧／周
波数変換器とを具備するものである。

【００２２】さらに、請求項３の発明にかかる電流検出
器は、上記請求項１及び請求項２のの発明の電流検出器
と同様の直流安定化回路、定電流回路、増幅出力回路に
加えて、回路内部の温度を検出し、その温度が特定温度
となったときに所定の信号を出力する温度検出比較回路
とを具備するものである。

【００２３】

【作用】請求項１の発明の電流検出器においては、直流
電源を安定した定電圧にし、この定電圧を分圧してホー
ル素子に定電流を供給し、前記ホール素子の出力信号を
増幅し所定の出力電圧として出力するとともに、前記安
定した定電圧を可変分圧してボルテージフォロア形のバ
ッファアンプを介して外部に出力するものであるから、
仮想バイパス電源発生端子からの出力信号の出力インピ
ーダンスが低下し、外乱ノイズによるノイズ電圧が出力
電圧に重畳しない。

【００２４】また、請求項２の発明にかかる電流検出器
は、直流電源を安定した定電圧にし、この定電圧を分圧
してホール素子に定電流を供給し、前記ホール素子の出
力信号を増幅し所定の出力電圧として出力するととも
に、前記出力電圧を入力信号として周波数変換して出力
するものであるから、アナログタイプの電流検出信号の
他に、電流検出信号をディジタル信号として出力され
る。

【００２５】さらに、請求項３の発明にかかる電流検出
器は、直流電源を安定した定電圧にし、この定電圧を分
圧してホール素子に定電流を供給し、前記ホール素子の
出力信号を増幅し所定の出力電圧として出力するととも
に、回路内部の温度を検出し、その温度が特定温度とな
ったときに所定の警報信号を出力するものであるから、
この警告信号を利用してインバータ装置の制御回路のス
イッチング周波数を調整することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の各実施例について説明をす
る。

【００２７】〈第一実施例〉図１は本発明の第一実施例
である電流検出器の回路構成を示す回路図である。図
中、上記従来例と同一符号及び記号は上記従来例の構成
部分と同一または相当する構成部分を示す。

【００２８】図において、２３は抵抗４と可変抵抗器２
２とによって分圧される電圧信号を入力信号として動作
するボルテージフォロアアンプである。即ち、本実施例
の電流検出器は、従来の図４の回路構成にボルテージフ
ォロアアンプ２３を付加したものである。こうして、従
来の仮想バイパス電源発生端子であるＶCOM 端子からの
信号の直後にゲイン１のボルテージフォロアアンプ２３
を設けることにより、ＶCOM 端子からの出力インピーダ
ンスを下げることができる。

【００２９】このように、本実施例の電流検出器は、直
流電源４８と、前記直流電源４８の正極端子ＶＣに抵抗
１を介してカソード端子を接続し、前記直流電源の負極
端子ＣＯＭにアノード端子を接続し、前記アノード端子
とカソード端子との両端子間に直列に接続された抵抗
２，３間にリファレンス端子を接続したレギュレータＩ
Ｃ１５とを有する直流安定化回路と、前記直流安定化回
路の出力端子間に接続され、前記直流安定化回路の出力
電圧を分圧する抵抗４，５間の分圧点の電圧信号を増幅
器１６の入力信号とし、前記増幅器１６の出力信号をホ
ール素子１８の入力電流とする定電流回路と、前記ホー
ル素子１８の出力信号を差動増幅器１７の差動入力信号
とし、増幅して所定の出力電圧として出力する増幅出力
回路と、前記直流安定化回路の出力端子間に接続され、
前記直流安定化回路の出力電圧を可変分圧する抵抗１４
と可変抵抗器２２との間の分圧点の電圧信号を入力信号
とし、出力信号を外部に出力するボルテージフォロア形
のバッファアンプであるボルテージフォロアアンプ２３
とを備えている。

【００３０】即ち、本実施例の電流検出器は、直流電源
を直流安定化回路で安定した定電圧にし、定電流回路で
前記定電圧を分圧してホール素子に定電流を供給し、増
幅出力回路で前記ホール素子の出力信号を増幅して所定
の出力電圧として出力するとともに、前記安定した定電
圧を可変分圧してボルテージフォロア形のバッファアン
プを介して外部に出力するものである。

【００３１】したがって、本実施例の電流検出器は、従
来のように仮想バイパス電源発生端子であるＶCOM 端子
からの信号が単に抵抗１４と可変抵抗器２２との分圧に
よって出力されるのではなく、ボルテージフォロア形の
バッファアンプを介して外部に出力されるので、ＶCOM
端子からの出力信号の出力インピーダンスが低下する。
このため、電流検出器３２ａ〜３２ｃとインバータ制御
部３３との距離が離れていても、ＶCOM 端子からの信号
ラインが外乱ノイズの影響を受けにくく、外乱ノイズに
よるノイズ電圧が出力電圧に重畳しないので、回路が誤
動作する虞れもなくなり、信頼性の高い電流検出器とな
る。

【００３２】〈第二実施例〉図２は本発明の第二実施例
である電流検出器の回路構成を示す回路図である。図
中、上記従来例と同一符号及び記号は上記従来例の構成
部分と同一または相当する構成部分を示す。

【００３３】図において、５０は差動増幅器１７の出力
信号により動作し電圧を周波数に変換するＶ／Ｆコンバ
ータ、５１はＶ／Ｆコンバータ５０のオフセット調整を
するための可変抵抗器、５２はＶ／Ｆコンバータ５０の
ゲインを調整するための可変抵抗器である。端子ＶOFか
らは一次電流に比例したパルス信号が出力される。即
ち、本実施例の電流検出器は、上記実施例の図１の回路
構成にＶ／Ｆコンバータ５０及び可変抵抗器５１，５２
を付加したものである。このため、この電流検出器の端
子ＶOUT からは従来と同様のアナログタイプの出力信号
が出力されるとともに、端子ＶOFからはその信号に比例
したパルス信号が出力される。

【００３４】このように、本実施例の電流検出器は、上
記第一実施例の電流検出器と同様の直流安定化回路、定
電流回路、増幅出力回路、ボルテージフォロア形のバッ
ファアンプに加えて、前記増幅出力回路の出力信号を入
力信号として動作する電圧／周波数変換器であるＶ／Ｆ
コンバータ５０とを備えている。

【００３５】即ち、本実施例の電流検出器は、直流電源
を直流安定化回路で安定した定電圧にし、定電流回路で
前記定電圧を分圧してホール素子に定電流を供給し、増
幅出力回路で前記ホール素子の出力信号を増幅し所定の
出力電圧として出力するとともに、前記安定した定電圧
を可変分圧してボルテージフォロア形のバッファアンプ
を介して外部に出力し、更に、前記出力電圧を入力信号
として周波数変換して出力するものである。

【００３６】したがって、本実施例の電流検出器におい
ても、上記第一実施例と同様に、ＶCOM 端子からの信号
はボルテージフォロア形のバッファアンプを介して外部
に出力され、ＶCOM 端子からの出力信号の出力インピー
ダンスが低下するので、外乱ノイズによるノイズ電圧が
出力電圧に重畳せず、回路が誤動作する虞れもなくな
り、信頼性の高い電流検出器となる。しかも、本実施例
の電流検出器は、端子ＶOUT から従来と同様のアナログ
タイプの出力信号が出力されるとともに、端子ＶOFから
その信号に比例したパルス信号がディジタル信号として
出力されるので、この信号を利用して手持ちの汎用のカ
ウンタ計測器等により簡便に電流を測定できる。

【００３７】〈第三実施例〉図３は本発明の第三実施例
である電流検出器の回路構成を示す回路図である。図
中、上記従来例と同一符号及び記号は上記従来例の構成
部分と同一または相当する構成部分を示す。

【００３８】図において、６０は回路内の温度を検出す
るＩＣ温度センサ、６１は抵抗、６２はＩＣ温度センサ
６０からの信号により作動するトランジスタである。こ
のＩＣ温度センサ６０は増幅器１６、差動増幅器１７、
及びホール素子１８の至近位置に配設されている。そし
て、この電流検出器の温度が上昇した場合には、ＩＣ温
度センサ６０から抵抗６１を介してトランジスタ６２に
異常警報信号が出力される。このトランジスタ信号をイ
ンバータ装置の制御回路（図示せず）に入力することに
より、インバータ装置のスイッチング周波数を上下して
適宜調整することができる。

【００３９】このように、本実施例の電流検出器は、上
記第一及び第二実施例の電流検出器と同様の直流安定化
回路、定電流回路、増幅出力回路、ボルテージフォロア
形のバッファアンプに加えて、回路内部の温度を検出す
る温度検出器であるＩＣ温度センサ６０と、前記ＩＣ温
度センサ６０の出力信号を入力信号として動作する比較
器として機能するトランジスタ６２とからなる温度検出
比較回路とを備えている。

【００４０】即ち、本実施例の電流検出器は、定電流回
路で前記定電圧を分圧してホール素子に定電流を供給
し、増幅出力回路で前記ホール素子の出力信号を増幅し
所定の出力電圧として出力するとともに、前記安定した
定電圧を可変分圧してボルテージフォロア形のバッファ
アンプを介して外部に出力し、更に、温度検出比較回路
により回路内部の温度を検出し、その温度が特定温度と
なったときに所定の警報信号を出力するものである。

【００４１】したがって、本実施例の電流検出器におい
ても、上記第一及び第二実施例と同様に、ＶCOM 端子か
らの信号はボルテージフォロア形のバッファアンプを介
して外部に出力され、ＶCOM 端子からの出力信号の出力
インピーダンスが低下するので、外乱ノイズによるノイ
ズ電圧が出力電圧に重畳せず、回路が誤動作する虞れも
なくなり、信頼性の高い電流検出器となる。しかも、本
実施例の電流検出器は、回路内部の温度が特定温度とな
ったときに所定の警報信号が出力されるので、この警告
信号を利用してインバータ装置の制御回路のスイッチン
グ周波数を適宜調整することができる。即ち、インバー
タ装置に対して負荷が小さいとき（即ち、電流検出器の
温度が低いとき）は、インバータ装置のスイッチング周
波数を高くして、磁気音による騒音を低減し、負荷電動
機３０から発せられる騒音を抑制し、また、負荷が大き
いとき（即ち、電流検出器の温度が高いとき）は、その
温度上昇の原因となっているインバータ装置のスイッチ
ング周波数を下げることにより、負荷電動機３０から発
せられる騒音を抑制する。また、各回路部品の温度上昇
を抑制でき、自己加熱よる破損等を防止でき、信頼性が
向上する。この結果、電流検出器に使用されている鉄心
の温度上昇を抑制するためのファン等による強制風冷手
段が不要になり、低コスト、省スペースを実現できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
電流検出器は、直流安定化回路と、定電流回路と、増幅
出力回路と、ボルテージフォロア形のバッファアンプと
を備え、直流電源を安定した定電圧にし、この定電圧を
分圧してホール素子に定電流を供給し、前記ホール素子
の出力信号を調整可能な出力電圧として出力するととも
に、前記安定した定電圧を可変分圧してボルテージフォ
ロア形のバッファアンプを介して外部に出力することに
より、仮想バイパス電源発生端子からの出力信号の出力
インピーダンスが低下し、外乱ノイズによるノイズ電圧
が出力電圧に重畳しないので、回路が誤動作する虞れも
なくなり、信頼性の高い電流検出器となる。

【００４３】また、請求項２の発明の電流検出器は、直
流安定化回路と、定電流回路と、増幅出力回路と、電圧
／周波数変換器とを備え、直流電源を安定した定電圧に
し、この定電圧を分圧してホール素子に定電流を供給
し、前記ホール素子の出力信号を調整可能な出力電圧と
して出力するとともに、前記出力電圧を入力信号として
周波数変換して出力することにより、アナログタイプの
電流検出信号の他に、電流検出信号をディジタル信号と
して出力されるので、この信号を利用して手持ちの計測
器で簡便に電流を測定できる。

【００４４】さらに、請求項３の発明の電流検出器は、
直流安定化回路と、定電流回路と、増幅出力回路と、温
度検出比較回路とを備え、直流電源を安定した定電圧に
し、この定電圧を分圧してホール素子に定電流を供給
し、前記ホール素子の出力信号を調整可能な出力電圧と
して出力するとともに、回路内部の温度を検出し、その
温度が特定温度となったときに所定の警報信号を出力す
ることにより、この警告信号を利用してインバータ装置
の制御回路のスイッチング周波数を調整することがで
き、負荷電動機から発せられる騒音及び各回路部品の温
度上昇を抑制でき、自己加熱よる破損等を防止できるの
で、温度上昇を抑制するための特別な強制風冷手段等が
不要になり、低コスト、省スペースを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例である電流検出器の
回路構成を示す回路図である。

【図２】図２は本発明の第二実施例である電流検出器の
回路構成を示す回路図である。

【図３】図３は本発明の第三実施例である電流検出器の
回路構成を示す回路図である。

【図４】図４は従来の電流検出器の回路構成を示す回路
図である。

【図５】図５は従来の電流検出器の構造を示す斜視図で
ある。

【図６】図６はインバータ装置を示す回路構成図であ
る。

【図７】図７は従来の電流検出器の使用方法を示すブロ
ック図である。

【図８】図８は従来の電流検出器の信号合成回路の出力
波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１〜１４ 抵抗 １５ レギュレータＩＣ １６ 増幅器 １７ 差動増幅器 １８ ホール素子 １９〜２２ 可変抵抗器 ２３ ボルテージフォロアアンプ ５０ Ｖ／Ｆコンバータ ５１，５２ 可変抵抗器 ６０ ＩＣ温度センサ ６１ 抵抗 ６２ トランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を安定した定電圧にする直流安
   定化回路と、 前記直流安定化回路の出力電圧を分圧してホール素子に
   定電流を供給する定電流回路と、 前記ホール素子の出力信号を増幅し所定の出力電圧とし
   て出力する増幅出力回路と、 前記直流安定化回路の出力電圧を可変分圧して外部に出
   力するボルテージフォロア形のバッファアンプとを具備
   することを特徴とする電流検出器。
2. 【請求項２】 直流電源を安定した定電圧にする直流安
   定化回路と、 前記直流安定化回路の出力電圧を分圧してホール素子に
   定電流を供給する定電流回路と、 前記ホール素子の出力信号を増幅し所定の出力電圧とし
   て出力する増幅出力回路と、 前記増幅出力回路の出力信号を入力信号として動作する
   電圧／周波数変換器とを具備することを特徴とする電流
   検出器。
3. 【請求項３】 直流電源を安定した定電圧にする直流安
   定化回路と、 前記直流安定化回路の出力電圧を分圧してホール素子に
   定電流を供給する定電流回路と、 前記ホール素子の出力信号を増幅し所定の出力電圧とし
   て出力する増幅出力回路と、 回路内部の温度を検出し、その温度が特定温度となった
   ときに所定の信号を出力する温度検出比較回路とを具備
   することを特徴とする電流検出器。