JPS617474A - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直流もしくは低周波の交流の電流を検出する
電流検出器に関するものである。

（従来の技術） 従来、電流検出器として各種の方法によるものがあるが
、被電流検出線路から検出回路を絶縁して測定する部類
に属するものとして磁気コアを用いるものがある。その
−例として、磁気コアの非直線性を利用した倍周波磁気
変調器型のものがある。図６は、その回路のブロック図
であシ、磁気コア１１周波数ｆの励振回路２１周波数２
１の帯域通過フィルタ３１周波数ｆの逓倍回路４．同期
検波回路５．増幅回路６から成シ立っている。磁気コア
１には、被測定電流巻線１−１．励振巻線ｌ−２，検出
巻線１−３がそれぞれ施こされている。この倍周波磁気
変調器型電流検出器の動作の概略は次のとおシである。

励振回路２および磁気コア１の励振巻線１−２によって
、磁気コア１は磁束密度の飽和から飽和まで対称的に周
波数１で十分励磁されているものとする。この状態で、
磁気コア１の被測定電流巻線１−１に直流電流もしくは
、低周波交流電流が流れると、この電流に相当するアン
ペア・ターンだけ磁気コア１が偏磁し、その結果、励磁
動作がＢＨカーブ上で非対称となシ、その結果、磁気コ
ア１の検出巻線１−３には周波数２ｆで振幅が直流電流
の大きさあるいは低周波交流電流の振幅に比例する信号
が発生し、この信号を周波数２ｆの帯域通過フィルタ３
を通過させることによって、周波数２ｆの成分を抽出す
ることができる。この周波数２１の信号を励振回路２の
周波数を２逓倍する逓倍回路４の２ｆ信号と同期検波す
ることにより、被測定電流が直流の場合には、直流の大
゛きさのほか、電流の流れる方向も合せて検出すること
ができる。まだ被測定電流が交流電流の場合には、交流
電流に比例した信号電圧を得るととができる。

（発明が解決しようとする問題点） 本方式は特性的に優れ、本基本回路に基づく電流検出器
が広く一般に利用されている。しかしこの方式は、逓倍
回路４．２ｆフィルタ回路３、同期検波回路５等と多く
の機能回路を必要とし、回路が複雑となり、大型となる
欠点を持っている。

本発明は、簡易な回路にょシ従来回路と同様の優れた特
性を得ることを目的とするもので、磁気コアを使用する
ととにおいて従来方式と同じであるが、回路方式的には
、従来方式と全く異なる方式のものを提供するものであ
る・ （問題点を解決するための手段） 本発明の特徴は、１組の発振用巻線と電流測定、用巻線
とが施こされた磁気コアと、該発振用巻線と１対のトラ
ンジスタとで構成される自励発振回路とを有し、前記電
流測定用巻線に電流を流入することにより前記磁気コア
に偏磁を生じせしめ、該偏磁による前記自励発振回路の
発振状態の変化に伴って生じる前記１対のトランジスタ
のそれぞれに流れる電流の差異を検出し、該電流の差異
が前記電流測定用巻線に流れる電流の大きさに比例する
ことを利用して該電流測定用巻線に流れる電流値を検出
する電流検出器にある。

（作用） 本発明によると、測定用電流による磁気コアの磁気的偏
磁を自励発振回路の動作の変化により検出することによ
り、被測定電流を検出する。

（実施例） 図１は本発明の回路の一構成例である。図において１は
磁気コア、１−１は被測定電流巻線。

１−４（１）　、１’−４（２）　、　１−４＜３）は
マルチバイブレータ発振用巻線、１０ａ、１０ｂは発振
用トランジスタ、１１ａ、ｌｌｂはペース電流バイパス
用タイ’−Ａ−−ド、１３は発振用コンデンサ、１４は
、発振用抵抗、１５は直流電源である。２０ａ。

２０ｂは電流検出用抵抗、２１ａ、２１ｂは平滑回路、
２２は差動回路、２３は差動回路２２の出力端子である
。

本回路の詳細を説明する前に図２において、マルチバイ
ブレーク発振動作を説明する。図１と同じものには、同
一番号を付しており、図１において、抵抗２０を削除し
た回路が図２のマルチバイブレータ回路と考えてよい。

図２は公知なマルチバイブレータ発振回路であシ、その
動作は以下のとおシである。

磁気コア１のマルチバイブレータ発振用巻線１−４（１
）、１−４（２）、１−４（３）の巻き方向は図３に示
すごとく（・印がそれぞれの巻線の拳き始めを示し、・
印に電流を印加した時に磁気コア１には同方向の磁束が
生じる。）にする。この場合、直流電源１５のスイッチ
オンにより、磁気コア１、発振用巻線１−４により、ト
ランジスタ１０　ａ　ｘｌｏｂのいずれか一方がオン、
他方がオフとなシ、直流電源１５の電圧がオン状態のト
ランジスタ側の巻線１−４（１−４（１）もしくは１−
４（２））に加わる。この時、巻線１−４　（３）に直
流電源１５の電圧２巻線１−４（１）　、　（１−４（
２））と巻線１−４　（３）の巻数比に関係する電圧が
誘起し、この場合の誘起電圧は前記巻線方向にょシ、オ
ン状態のトランジスタをさらにオンし続けるような一ペ
ース電流を供給するようになっている。例えば、トラン
ジスタ１０ａがオン状態になっているとすると巻線１−
４（１）に同巻線の・印側が＋の状態で直流電源１５の
電圧が加わシ、この時、同時に巻線１−’４（３）の・
印側が十の状態で電圧が誘起し、この誘起電圧により、
トランジスタ１０’ａをオンし続けようとするベース電
流が巻線１−４（３）の・印側→コンデンサ１３→トラ
ンジスタ１０ａのペース→および同エミッタ→ダイオー
ド１１ｂ→抵抗１４→巻線１−４（３）に流れることに
なり九トランジスタ１０ａはオンし続ける。しかし、コ
ンデンサ１３．抵抗１４により、上記ペース電流は、指
数関数的に減少し、トランジスタ１０ａをオンし続は得
ないベース電流まで減少した時にトランジスタ１０ａは
オフ状態に戻る。この瞬間に今度は他方のトランジスタ
１０．ｂがオン状態にカシ、巻線１−４（３）には、ト
ランジスタ１０ｂをオンし続ける方向の電圧が誘起する
が、同様にコンデンサ１３．抵抗１４によりベース電流
は指数関数的に減少し、トランジスタ１０ｂをオンし続
は得ないペース電流まで減少した時にトランジスタ１０
ｂはオフに戻り、この瞬間に今度はトランジスタ１０ａ
がオンに切換る。このようにして図３の回路は発振し続
けることに々る。

次に図１によυ本発明の詳細な説明する。図１の発振回
路と図２の発振回路の相異点は図１においては、巻線１
−４（１）　、　１−４（２）は抵抗ＺＯａ・２０ｂを
経て、直流電源１５の十極に接続されていることである
。

なお、図１の回路において、マルチバイブレータ発振動
作については、基本的に図２の回路を用いて説明したこ
とと同じであシ、説明は省略する。

抵抗２０ａにはトランジスタ１０ａがオン時に電流が流
れ、一方抵抗２０ｂには、トランジスタ１０ｂがオン時
に電流が流れる。すなわち抵抗２Ｑａ　、２０ｂには、
脈流状に電流が流れる。平滑回路２１ａ、２１ｂでは、
これら脈流の直流分を出力し、さらに差動回路２２は、
これらのそれぞれの直流分の差動信号を出力端子２３に
出力する。被測定巻線１−１に被測定電流が流れていな
い時には、抵抗２０ａ、抵抗２０ｂに流れる脈流は位相
が１８０ａずれた状態で同一波形であシ、それらの直流
分も同一であシ、差動回路２２の出力には信号出力は現
われず、従って出力端子２３にも信号出力は現われない
。

しかし、被測定巻線１−１に直流電流もしくは、低周波
の交流電流が流入すると、磁気コア１が偏磁し、その結
果、トランジスタ１０ａ、１０ｂのそれぞれのオン時間
に差異が生ずると共にそれぞれのオン時間にトランジス
タ１ｏａ、１ｏｂに流れるコレクタ電流の振幅にも差異
が生じ、これらの相乗効果により抵抗２０ａ、２０ｂの
直流レベルに差異が生じ、平滑回路２１ａ、２１ｂの出
力は異なシ、このだめ、差動回路２２の出力端子２３に
被測定電流の大きさに比例し、流れる方向に対応した極
性の信号出力電圧が得られる。１−例として、磁気コア
１として、センノ４’−マックスコア、０．０２５Ｘ５
Ｘ１５Ｘ１９　、巻線１−４を２０ターン、抵抗２０ａ
　、２０ｂを２００Ω、直流電源１５の電圧を１５ｖ、
コンデンサ１３．抵抗１４を選択して、マルチバイブレ
ータ発振周波数を３０　ｋＨｚ程度にすると、被測定電
流巻線１−１に１アンペアターン相当の電流が流れた時
、端子２２には、１０ボルト程度の出力電圧が得られ、
前述の倍周波磁気変調器型電流検出器の場合とほとんど
遜色ない感度を持っている。

図３は、図６におけるマルチバイブレータ発振回路のう
ち抵抗２０ａ、２０ｂをトランジスタ１０ａ、１０ｂの
エミッタに挿入したもので動作および特性はほとんど同
じであシ、説明を省略する。

図４は図１の回路を発展させ、被測定電流のダイナミッ
クレンジを大幅に拡張し、電源電圧変動、周囲温度変動
に対して、大幅に安定度を高めた実用的な回路構成の一
例である。

図４の図６に対する相異点は磁気コア１に帰還巻線１−
５を施こし、差動回路２２の出力を帰還抵抗２５を介し
て該帰還巻線１−５に帰還電流を流すように構成してい
ることにある。この場合の動作は次のとおシである。す
なわち、被測定電流巻線１−１（巻数ＮＨ）に被測定電
流（電流値工Ｈ）が流れると前述のとおシ差動回路２２
の出力端子２３には、電圧（電圧をＥｆトスる）が現わ
れる。

抵抗２５の抵抗値をＲｆ、帰還巻線１−５の巻数をＮ７
．抵抗２５に流れる電流をＩｆとし、差動回路２２が電
流Ｉ７を供給でき、かつ、ループゲインを十分高くとる
ことによってＮＨＩＨ≧ＮｆＩｆを実現した場合、磁気
コア１は、ＩＨによって偏磁を受けるものの、工ｆによ
って、元に戻され、ＢＨカーゾの原点を中心に動作する
ことになシ、いわゆる０点測定できることになシ、被測
定電流の大きさは、差動回路２２の最大供給電流に制限
されることになる。逆に述べるならば被測定電流の大き
さは、原理的には磁気コア１には依存せず、差動回路２
２が十分大きな電流を流せるように設計するならば原理
的には、極めて大きな電流まで測定できることになし、
すなわち、広い測定ダイナミックレンジが得られる。一
方帰還巻線１−５を有しない図６の回路では、被測定電
流の測定可能な範囲は、磁気コア１のＢＨ右カーブ非飽
和の範囲に制限され、その値は小さい。

さらに帰還巻線１−５の利点の一つは、電流検出器の安
定性に関するものである。

以下若干の式を用いて考察する。いま、帰還巻線１−５
を有しない状態のいわゆる開ループにおける電流検出感
度をＧ（＆ルト／アン〈ア・ターン）とすると、帰還巻
線１−５を有し、閉ループにおいては、次式が得られる
。

Ｅｆ−（Ｎｌ（ＩＨ−Ｎｆ工ｆ）・Ｇ（１）Ｅｆ＝　Ｒ
ｆ・Ｉ　ｆ　　　　　　　　　　　　（２）ここで巻線
１−５の巻線抵抗を無視し、Ｅｆは端子２３の電圧であ
る。式（１）　、　（２）よシは式（３）′となる。

すなわち、電流工□に対する出力電圧Ｅｆｉｊ：　ＮＨ
，Ｎｆ。

Ｒｆに依存し電流検出感度Ｇには依存していない。

本回路構成は、抵抗２０ａ、２０ｂ、および平滑回路２
１ａ５２’ｌｂが対称回路であシ、差動回路２２は、こ
れらの差動動作を行なっているだめ、基本的には、電源
電圧変動、周囲温度変動には強い回路であるが、閉ルー
プ回路構成によって、さらに高安定化が図られている。

図５は本発明の電流検出器を誤差電流検出器として利用
する場合の回路構成の一例である。図６゜図４と共通の
部品には同一番号を付し、新たなものとして、定電流源
３５磁気コア１に巻かれた定電流巻線１−６．差動回路
２２の出力により被測定電流巻線１−１を流れる電流工
□を一定値に制御する電流制御回路３０が付加されてい
る。

図５は海底ケーブル給電装置のような定電流源を必要と
する場合において、有効な電流検出器を提供するもので
、本電流検出器は、巻線１−１の電流ＩＨを一定値に制
御するだめの電流検出器として利用することができる。

すなわち、ＮＳ工、−ＮＨＩＨがＯで無い時には、差動
回路２２の出力端子２３負帰還制御するものである。

（発明の効果） 以上、詳細に述べたように、本発明によれば、簡易な回
路構成により、広いダイナミックレンジを有し、高安定
々電流検出器を提供することができ、一般の定電流源の
電流検出器をはじめ、数千ポルトル１万ボルトの高電圧
回路となる海底ケーブル用給電装置の電流検出器として
用いることができ、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明のマルチバイブレータ型電流検出器の回
路構成の一例、図２は、本発明のマルチバイブレータ発
振動作を説明するだめの回路図、図３は、本発明の他の
実施例、図４と図５は、本発明の他の実施例、図６は従
来の倍周波磁気変調器型電流検出器のブロック図である
。 １：磁気コア、１−１＝被測定電流巻線、１０ａ、１０
ｂ：発振用トランジスタ。 鳶／凹 Ａ　　８ 本３　図 ｔ３ 幕４図 算、６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１組の発振用巻線と電流測定用巻線とが施こされ
   た磁気コアと、該発振用巻線と１対のトランジスタとで
   構成される自励発振回路とを有し、前記電流測定用巻線
   に電流を流入することにより前記磁気コアに偏磁を生じ
   せしめ、該偏磁による前記自励発振回路の発振状態の変
   化に伴って生じる前記１対のトランジスタのそれぞれに
   流れる電流の差異を検出し、該電流の差異が前記電流測
   定用巻線に流れる電流の大きさに比例することを利用し
   て該電流測定用巻線に流れる電流値を検出することを特
   徴とする電流検出器。
2. （２）前記電流の差異を前記１対のトランジスタのコレ
   クタ電流の差異により検出することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電流検出器。
3. （３）前記電流の差異を前記１対のトランジスタのエミ
   ッタ電流の差異により検出することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電流検出器。