KR20040001535A

KR20040001535A - 직류 및 교류의 측정이 가능한 클램프형 전류측정기

Info

Publication number: KR20040001535A
Application number: KR1020020036767A
Authority: KR
Inventors: 박영태
Original assignee: 주식회사 서미트
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-07
Also published as: KR100451480B1

Abstract

교류 및 직류를 측정할 수 있는 클램프형 전류측정기가 개시된다. 전류측정기는, 제1 내지 제3 코일, 제1 및 제2비교기, 한 쌍의 피크검출기, 및 다수의 스위치를 구비한다. 제1코일과 제2코일은 상호 직렬로 연결되어 있고, 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일과 커플링되어 있다. 제3코일은 제1 및 제2코일에 커플링되어 있다. 피크검출기는 제1 및 제2코일의 출력전압의 피크치를 각각 검출하고, 제2비교기는 한 쌍의 피크검출기의 출력전압들의 차이를 출력한다. 다수의 스위치는 직류측정상태와 교류측정상태간의 스위칭 상태를 절환시킨다. 직류측정상태에서는, 제1 및 제2코일에 의해 자속의 합이 제로가 되는 영자속이 발생되고 전류측정코일에 흐르는 전류에 의한 자속에 의해 비대칭 자속이 발생되도록 제1 및 제2코일을 기준교류전압원과 연결시키고, 제2비교기의 출력이 제3코일에 피드백되도록 제2비교기와 제3코일을 연결시킨다. 또한, 교류측정상태에서는, 전류측정코일에 대해 2단 전류변환기(2-stage current transformer)가 구성되도록 제1코일과 제3코일을 병렬로 연결시키고, 2단 전류변환기의 양단을 각각 제1비교기의 입력단에 연결시킨다.

Description

직류 및 교류의 측정이 가능한 클램프형 전류측정기 {CLAMP TYPE CURRENT MESURING APPARATUS CAPABLE OF MEASURING AC AND DC CURRENT}

본 발명은 직류/교류 겸용 전류측정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 변환기(transformer)와 피크검출기(peak detector)를 이용하여 직류 및 교류 전류를 측정할 수 있는 클램프형 전류측정기에 관한 것이다.

도선에 흐르는 전류를 측정하기 위해서, 여러 형태의 전류측정기가 개발되어 있다. 이 중, 클램프형 전류측정기는 도선을 절단하지 않고도 전류를 측정할 수 있는 장점이 있으므로, 모터, 인버터, 전력변환기 등에 흐르는 전류를 측정하는 데에 광범위하게 사용되고 있다.

최근들어 사용되는 부하의 기능들이 교류뿐만 아니라 직류전류를 동시에 측정해야 하는 경우가 있고, 자동차 엔진 및 전기기기의 누설전류와 같은 저전류를 정밀하게 측정해야 할 필요가 늘어나고 있다.

대부분의 클램프형 전류측정기는 홀 소자를 이용하여 전류를 측정한다(Y.Suzuki, A.Hirabayashi, and K.Yamasawa, "Analysis of A Zero-Flux Type Current Sensor", IEEE Trans.Mag, vol29, no.6, pp.3183-3185, 1994). 그런데, 홀 소자를 이용하는 경우 주위 온도 특성이 나쁘며, 저전류 측정시에는 선형도가 떨어지는 단점이 있다.

최근에는, 홀 소자에 비하여 주위 온도의 변화에 강하고 측정 감도가 우수한 자기 센서가 부분적으로 전류측정 소자로 활용되고 있다(Y.Yoshida and A.Tayaoka, "Precise Current Sensor by means of Small Angle Magnetization Rotation usingAmorphous Wire and its Industrial Application", IEEE Trans.Mag, vol29, no.6, pp.3180-3182, 1993, 및 D.Son and J.D.Sievert, "A New Current Sensor Based on the Measurement of the Apparent Coercive Field Strength", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol.38, no6, pp.1080-1082, 1989). 그러나, 아직까지 클램프 타입의 휴대용 전류측정기를 상용화하는 데에 어려움이 있는 실정이다.

고전적 방법으로 인식되고 있는 전류변환기형(current transformer type)의 교류/직류 측정용 클램프형 전류측정기(Clampmeter)는 대부분 대전류 측정용으로 사용된다(E. So, S.Ren and D.A.Bennett, "High Current Precision Openable-Core AC and AC/DC Current Transformers", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol.42, no.2, pp.571-576, 1993, J.D.Ramboz. "A Highly Accurate, Hand-Held Claip-on Current Transformer", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol.45, no.2, pp.445-448, 1996, 및 T.Watanabe and T.Aizawa, "DC Large Current Measurement Using DC CT", 電氣檢定硏技報, 第25倦, 4호). 일반적으로 전류변환기(current transformer)는 교류를 정밀하게 측정하는 소자이며 그 크기가 크고, 대개 실험실이나 정밀 전류 측정용 계측기에 사용된다.

직류 전류를 측정하기 위해 변환기형(transformer type)을 사용하는 경우에는 자성체 코어의 비선형 특성이 이용된다. 자성체 코어의 비선형 특성은 교류 신호를 발생시키는 변조기(modulator)에 의해 만들어지는데, 동일한 두 개의 자성체 코어에 발생되는 자속을 제로(zero)로 만들어 측정하는 영자속 전류 변환기(Zero-Flux Current Transformer)를 사용한다(L.Lisser and A.F.van deWalter, "Zero-Flux Current Transformer For Wide-Band Precision Measurement In AC and DC HV Systmem", IEEE Fourth International Conf. AC and DC HV Power Transmission, London 23-26, pp229-234, 1985). 이 타입의 단점은, 자화 전류가 비대칭일 때 출력을 제로로 만들기 위해서는 안정되고 첨예한 대역필터(band pass filter)가 사용되어야 되는데 이러한 필터를 만들기가 어렵다는 점과, 사용되는 부품의 성능이 우수해야 한다는 점이다.

그리고, 교류와 직류를 감지하는 영자속 전류 변환기가 ON-OFF 되는 클램프형이 아니고 트로이덜형이기 때문에, 자성체 코어를 자기포화시키는 것은 어렵지 않으나, ON-OFF되는 클램프형에서는 코어를 포화시키기가 어렵고 많은 포화전류가 필요하다.

또한, 교류신호를 발생시키는 변조기의 변조신호는 전자회로와 자성체 코어의 주파수 특성을 고려해야 하기 때문에 수백 Hz(대략 600 Hz) 미만으로 동작시켜야 한다. 따라서, 높은 주파수의 교류 전류 측정은 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 변환기형(transformer type) 센서와 이 센서의 출력을 충실히 감지할 수 있는 신호변환회로를 이용하여 교류 전류와 직류 전류를 측정함으로써, 교류 및 직류의 측정이 정밀하게 이루어질 수 있으며, 또한 휴대가 가능한 형태(hand-held type)의 클램프형 전류측정기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전류측정기의 회로도,

도 2는 도 1의 전류측정기의 직류전류 측정시의 스위칭 상태에 따른 등가회로를 도시한 회로도,

도 3은 도 2의 동작 원리를 설명하기 위한 그래프, 그리고

도 4는 도 1의 전류측정기의 교류전류 측정시의 스위칭 상태에 따른 등가회로를 도시한 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

W1 : 전류측정코일W2 : 피드백코일

W3, W4 : 제 1 및 제 2 변조코일T1, T2 : 코어

G1 : 기준교류전압원G2 : 발진기

S1, S2, S3, S4, S5 : 스위치PD1, PD2 : 피크검출기

A1, A2, A5, A6 : 증폭기A3, A4 : 비교기

PSD : PSD(Phase Sensitive Detection)블록

LPF : 저역통과필터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류측정기는, 제1코어와 제2코어에 각각 권취되며, 상호 직렬로 연결되어 있고, 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일과 커플링되어 있는 제1코일 및 제2코일; 상기 제1코일 및 상기 제2코일에 커플링되어 있는 제3코일; 입력되는 두 전압의 차이를 출력하는 제1비교기; 상기 제1비교기의 출력전류의 실효치를 출력하는 RMS컨버터; 상기 제1코일 및 상기 제2코일의 출력전압의 피크치를 각각 검출하는 한 쌍의 피크검출기; 상기 한 쌍의 피크검출기의 출력전압들의 차이를 출력하는 제2비교기; 및 직류측정상태와 교류측정상태간의 스위칭 상태를 절환시키는 스위칭수단을 포함한다.

여기서, 상기 스위칭수단은, 상기 직류측정상태에서는, 상기 제1코일 및 제2코일에 의해 자속의 합이 제로가 되는 영자속이 발생되고 상기 영자속이 발생되는 상태에서 전류측정코일의 자속에 의해 비대칭 자속이 발생되도록 상기 제1코일 및 상기 제2코일을 기준교류전압원과 연결시키고, 상기 제2비교기의 출력이 상기 제3코일에 피드백되도록 상기 제2비교기와 상기 제3코일을 연결시킨다. 또한, 상기 스위칭수단은, 상기 교류측정상태에서는, 전류측정코일에 대해 2단 전류변환기(2-stage current transformer)가 구성되도록 상기 제1코일과 상기 제3코일을 병렬로 연결시키고, 상기 2단 전류변환기의 양단을 각각 제1비교기의 입력단에 연결시킨다.

본 발명에 따르면, 변환기(transformer)타입의 센서와 이 센서의 출력을 충실히 감지할 수 있는 신호변환회로를 이용하여 교류전류와 직류전류를 정밀하게 감지할 수 있는 휴대형(Hand-held type)의 전류측정기가 제공된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 전류측정기는, 소정의 발진주파수에 따라 스위칭동작을 행하여 상기 피드백코일의 출력신호를 샘플링하는 아날로그 스위치를 갖는다. 상기 아날로그 스위치는 PSD(Phase Sensitive Detection)블록으로 구현될 수 있다. 상기 아날로그 스위치의 출력은 저역통과필터에 의해 필터링되고 정류된다. 따라서, 최종 출력의 노이즈가 감소된다.

한편, 상기 제2코일에 연결된 보상저항이 연결되어 있으며, 상기 스위칭수단은 상기 교류전류측정상태에서 상기 제2코일과 상기 보상저항이 폐루프를 형성하도록 스위칭동작을 한다. 이에 따라, 교류전류 측정시에는 제2코일에 의한 자계에 의한 영향이 방지된다.

한편, 본 발명에 따르면, 한 쌍의 코어에 각각 권취되고 상호 직렬로 연결되며, 기준교류전압원에 의해 자화전류를 공급받아 그 자속의 합이 제로가 되는 영자속을 발생시키고, 상기 영자속이 발생되는 상태에서 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일의 자속에 의해 비대칭 자속을 발생시키는 한 쌍의 변조코일; 상기 한 쌍의 변조코일의 출력전압의 피크치를 각각 검출하는 한 쌍의 피크검출기; 상기 한 쌍의 피크검출기의 출력전압들의 차를 출력하는 비교기; 및 상기 한 쌍의 변조코일에 자기적으로 커플링되어 있으며, 상기 비교기의 출력을 입력받는 피드백코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기가 제공된다. 이 전류측정기는 특히 직류전류를 측정하는 데에 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 제1코어와 제2코어에 각각 권취되며, 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일과 커플링되어 있는 제1코일 및 제2코일; 상기 제1코일에병렬로 연결되어 상기 제1변조코일과 함께 상기 전류측정코일에 대해 2단 전류변환기(2-stage current transformer)를 구성하는 제3코일; 상기 제2코일에 폐루프를 형성하도록 연결된 보상저항; 상기 2단 전류변환기의 양단의 출력전압들의 차를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력전류의 실효치를 출력하는 RMS컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기가 제공된다. 이 전류측정기는 교류전류를 측정하는 데에 유용하게 이용될 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전류측정기의 회로도이다.

본 발명에 따른 전류측정기는, 세 개의 코일(W2, W3, W4), 두 개의 코어(T1, T2), 다섯 개의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5), 두 개의 피크검출기(PD1, PD2), 네 개의 증폭기(A1, A2, A5, A6), 두 개의 비교기(A3, A4), RMS컨버터, 및 PSD(Phase Sensitive Detection)블록을 가지고 있다.

제1변조코일(W3)은 제1코어(T1)에 권취되어 있고, 제2변조코일(W4)은 제2코어(T2)에 권취되어 있다. 제1변조코일(W3)과 제2변조코일(W4)은 직렬로 연결되어 있다. 피드백코일(W2)은 제1변조코일(W3) 및 제2변조코일(W4)과 커플링되어 있다. 또한, 제1변조코일(W3) 및 제2변조코일(W4)은 전류측정코일(W1)과 커플링되어 있다. 측정전류코일(W1)은 측정 대상이 되는 직류전류 또는 교류전류가 흐르는 도선이다.

제1코어(T1)와 제2코어(T2)는 투자율이 높고 주파수 특성이 좋은 재료로 제조되어, 낮은 전류에서도 높은 기전력을 유도시킬 수 있도록 한다. 이러한 재료의 예로는 사각형에 가까운 히스테리시스 특성을 가지고 있는 퍼멀로이를 들 수 있다.

피드백코일(W2)의 양단에는 제1스위치(S1)와 제5스위치(S5)가 각각 연결되어 있고, 제1변조코일(W3)의 양단에는 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)가 각각 연결되어 있다. 제2변조코일(W4)의 일단에는 제4스위치(S4)가 연결되어 있고 타단에는 보상저항(Rcom)이 연결되어 있다. 각 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)는 직류 측정용 단자(DC)와 교류 측정용 단자(AC) 중 어느 하나에 선택적으로 연결된다.

제1스위치(S1)의 DC단자는 제4증폭기(A6)의 출력단에 연결되어 있고, AC단자는 제1증폭기(A1)의 입력단에 연결되어 있다. 제2스위치(S2)의 DC단자는 제1피크검출기(PD1)의 입력단에 연결되어 있고, AC단자는 제1스위치(S1)의 AC단자와 함께 제1증폭기(A1)의 입력단에 연결되어 있다. 제3스위치(S3)의 DC단자는 기준교류전압원(G1)에 연결되어 있고, AC단자는 제2증폭기(A2)의 입력단에 연결되어 있다. 제4스위치(S4)의 DC단자는 제2피크검출기(PD2)의 입력단에 연결되어 있고, AC단자는 보상저항(Rcom)에 연결되어 있다. 제5스위치(S5)의 DC단자는 제3증폭기(A5)의 입력단에 연결되어 있고, AC단자는 제3스위치(S3)의 AC단자와 함께 제2증폭기(A2)의 입력단에 연결되어 있다.

제1증폭기(A1)의 출력과 제2증폭기(A2)의 출력은 제1비교기(A3)에 입력되며, 제1비교기(A2)의 출력은 RMS컨버터에 입력된다. RMS컨버터는 제1비교기(A3)가 출력하는 교류전류를 입력받아, 이 교류전류의 실효치(rms value : root mean square value)를 출력한다.

제1 및 제2피크검출기(PD1, PD2)는 각각 입력되는 신호의 전압의 피크치를 검출한다.

제1피크검출기(PD1)의 출력과 제2피크검출기(PD2)의 출력은 제2비교기(A4)에 입력되고, 제2비교기(A4)의 출력은 제4증폭기(A6)에 입력된다. 제4증폭기(A6)의 출력은 제1스위치(S1)을 통해 피드백코일(W2)에 피드백 된다(제1스위치(S1)가 DC단자에 연결되어 있는 경우).

제3증폭기(A5)의 출력은 PSD블록에 입력되고, PSD블록의 출력은 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)에 입력된다. PSD블록에는 발진기(G2)의 출력이 입력된다. PSD블록은 발진기(G2)의 발진신호에 의해 스위칭 동작을 행하는 아날로그 스위치이다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전류측정기의 동작을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전류측정기를 이용하여 직류 전류를 측정하는 상태를 도시한 도면이다. 직류를 측정하기 위해서는 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)가 모두 DC단자에 접촉되도록 스위칭 상태가 절환되며, 이에 따라 도 1의 회로는 도 2에 도시된 바와 같이 된다.

도 2에서, 기준교류전압원(G1)에서 발생된 전류는 제1변조코일(W3)과 제2변조코일(W4)에 분기되어 흐르게 된다. 제1변조코일(W3)로 흐르는 기준교류전압원(G1)으로부터의 전류는 제1피크검출기(PD1)을 거쳐 제2비교기(A4)에 입력되며, 또한 제2변조코일(W4)로 흐르는 기준교류전압원(G1)으로부터의 전류는제2피크검출기(PD2)를 거쳐 제2비교기(A4)에 입력된다.

제2비교기(A4)는 두 피크검출기(PD1, PD2)의 출력의 차를 출력한다. 제2비교기(A4)의 출력은 제4증폭기(A6)에 의해 증폭된 후 제1스위치(S1)을 통해 피드백코일(W2)에 피드백된다. 피드백코일(W2)에 피드백된 전류는 제3증폭기(A5), PSD블록 및 저역통과필터(LPF)를 거쳐 외부로 출력된다.

양 변조코일(W3, W4)에의해 코어(T1, T2)에 발생되는 자속은 기준교류전압원(G1)에서 공급되는 자화전류의 크기와 주파수에 따라 달라진다. 통상적인 상태에서, 양 변조코일(W3, W4)에 의해 두 코어(T1, T2)에 발생되는 자속은 상호 상쇄되어 전체 자속이 영자속인 상태가 된다. 피드백코일(W2) 양단에 발생되는 전압의 극성은 한쪽 코어가 포화될 때마다 바뀐다.

측정 대상이 되는 도선인 전류측정코일(W1)에 흐르는 직류전류를 측정하고자 하는 경우에는, 먼저, 본 발명에 따른 전류측정기의 전류센싱부인 변조코일(W3, W4)과 피드백코일(W2)에 인접된 영역에 전류측정코일(W1)을 위치시킨다. 전류측정코일(W1)에 직류전류를 인가하면, 전류측정코일(W1)에 흐르는 직류전류에 의해 발생되는 전류측정코일(W1) 주변의 자계에 의해 양 코어(T1, T2)의 자속이 비대칭을 이루게 된다. 비대칭의 정도는 측정대상이 되는 직류전류의 크기에 비례하며, 비대칭의 방향은 측정대상이 되는 직류전류의 방향에 의해 결정된다.

기준교류전압원(G1)에 의해 발생되는 이러한 비대칭 자화전류의 감지는 피크검출기(PD1, PD2)에 의해 수행된다. 자화전류가 대칭을 이루는 경우에는 (즉, 전류측정코일(W1)에 전류가 흐르지 않는 경우에는) 두 피크검출기(PD1, PD2)에서 출력되는 신호의 차이는 제로(zero)가 된다. 그러나, 자화전류가 비대칭인 경우에는 (즉, 전류측정코일(W1)에 전류가 흐르는 경우에는) 두 피크검출기(PD1, PD2)에서 출력되는 신호의 차이는 제로가 아니며, 이러한 차이의 부호와 크기는 측정대상 직류전류의 방향과 크기에 대응된다. 따라서, 두 피크검출기(PD1, PD2)의 차를 출력하는 제2비교기(A4)의 출력은 전류측정코일(W1)에 흐르는 직류전류의 방향과 크기에 대응된다.

이를 구체적으로 도시하면 도 3과 같다.

도 3에서, (a)도의 두 그래프는 한쪽 코어의 히스테리시스 곡선이고, (b)도의 두 그래프는 발생되는 자화전류의 파형이고, (c)도의 두 그래프는 피크검출기의 출력파형을 나타내는 것으로서, 각각의 A 그래프는 전류측정코일(W1)에 전류가 흐르지 않는 경우를 도시하고 있고, 각각의 B 그래프는 전류측정코일(W1)에 전류가 흐르고 있는 경우를 도시하고 있다.

상대적으로 가파른 포화방향으로 기울어지는 자화곡선과 함께 자화전류는 갑자기 코어의 포화지역에서 증가하게 되는데, 이는 2차권선의 자기유도(self induction)가 급격히 감소하기 때문이다. 만약 자화전류가 대칭이라면 정(+) 부(-)의 주기는 동일한 모양을 가진다. 반주기의 피크값 정류와 이론적으로 이 정류된 신호의 합은 완전히 대칭일 경우 출력신호는 제로(zero)가 된다. 그러나, 자화전류가 대칭이 아닌 경우에는 반주기 동안의 정류된 신호의 합에 의한 출력신호는 제로가 되지 않는다.

전술한 바와 같이, 제2비교기(A4)의 출력은 제4증폭기(A6)에 의해 증폭된 후제1스위치(S1)을 거쳐 피드백코일(W2)에 피드백된다. 이때, 피드백코일(W2)에 의해 발생되는 자속은 변조코일(W3, W4)에 영향을 주게 되고, 이러한 영향은 자계의 정궤환(positive feedback) 기능을 하게 된다. 이러한 정궤환 자계에 의해 피드백코일(W2)을 통해 출력되는 전류의 선형성이 증가되고 잡음이 감소된다.

피드백코일(W2)에 흐르는 전류는 전류측정코일(W1)에 흐르는 측정대상 직류전류에 비례하게 된다. 따라서, 전류측정코일(W1)의 출력 전류를 부하저항(도시되지 않음)에 공급함으로써 측정대상 직류전류에 비례하는 전압을 얻을 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 피드백코일(W2)에서 출력되는 신호는 제3증폭기(A5)에서 증폭된 후 PSD블록에 공급된다. PSD블록에 입력되는 제3증폭기(A5)로부터의 신호에 포함된 잡음은 PSD블록 내의 아날로그 스위치에 의해 샘플링되고 저역통과필터(LPF)에 의해 필터링되고 정류되어 직류신호로 출력된다. 이 직류신호의 크기와 방향은 전류측정코일(W1)에 흐르는 전류의 크기와 방향에 대응된다.

이하에서는 본 발명에 따른 전류측정기를 이용하여 교류 전류를 측정하는 과정을 설명한다. 교류전류도 직류전류를 측정하는 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있으나, 본 발명에서는 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)를 사용하여 직류전류 측정과 분리하여 측정하는 방식을 사용하였다. 이는 측정의 정확도와 안정도를 높이기 위함이다.

도 4는 본 발명에 따른 전류측정기를 이용하여 교류 전류를 측정하는 상태를 도시한 도면이다. 교류를 측정하기 위해서는 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)가 모두AC단자에 접촉되도록 스위칭 상태가 절환되며, 이에 따라 도 1의 회로는 도 4에 도시된 바와 같은 상태가 된다.

도 4에서, 제1변조코일(W3)의 일단과 피드백코일(W2)의 일단은 제1증폭기(A1)에 연결되어 있고, 제1변조코일(W3)의 타단과 피드백코일(W2)의 타단은 제2증폭기(A2)에 연결되어 있다. 이러한 연결 상태에 의해, 제1변조코일(W3)과 피드백코일(W2)은 상호 병렬로 연결된다. 따라서, 교류전류 측정시에는 피드백코일(W2)은 출력을 피드백시키는 기능을 하지 않고, 제1변조코일(W3)과 함께 2단 전류변환기(2-stage current transformer)의 기능을 한다. 이러한 2단 전류변환기에 의하여, 코어에서의 자기손실이 줄어들게 된다.

전류측정코일(W1)에 교류전류가 공급되면, 이 교류전류는 제1변조코일(W3)과 피드백코일(W2)에 의해 구성된 2단 전류변환기에 의해 변환된다. 따라서, 2단 전류변환기의 일단에서는 측정대상 교류전류에 비례하는 전류가 출력되고, 다단에서는 상기 일단의 출력에 대해 위상이 반전된 전류가 출력된다. 이 두 출력은 각각 제1증폭기(A1)와 제2증폭기(A2)에 의해 증폭된다.

제1비교기(A3)는 제1증폭기(A1)과 제2증폭기(A2)의 차를 출력하고, RMS컨버터는 이 차의 실효치를 출력한다. 따라서, RMS컨버터는 측정대상 교류전류의 실효치에 비례하는 값을 출력하게 되며, 이에 따라 교류전류의 측정이 이루어진다.

한편, 제2변조코일(W4)은 제4스위치(S4)에 의해 보상저항(Rcom)과 함께 폐루프를 이루고 있다. 교류전류를 측정하는 경우 제2변조코일(W4)은 사용되지 않으나, 제2변조코일(W4)에 유도되는 기전력은 제1변조코일(W3)과 피드백코일(W2)에 영향을 미친다. 이러한 현상을 제거하기 위하여 부하저항(Rcom)이 사용된다.

이 전류측정기는, 2A 미만의 직류, 교류 전류와 직류와 교류가 혼합된 누설전류를 측정하는 데에 효과적으로 이용될 수 있다. 측정대상 교류전류는, 60Hz 정도의 저주파 에서부터 10kHz 이상의 고주파까지 가능하며, 교류전류 측정시 0.3% 이내의 오차를 갖는 정확도를 나타내었다. 또한, 직류 전류의 측정시에는 오차 0.5% 이내의 정확도를 나타내었다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변형 실시는 본원발명의 특허청구범위에 속할 것이다.

Claims

한 쌍의 코어에 각각 권취되고 상호 직렬로 연결되며, 기준교류전압원에 의해 자화전류를 공급받아 그 자속의 합이 제로가 되는 영자속을 발생시키고, 상기 영자속이 발생되는 상태에서 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일의 자속에 의해 비대칭 자속을 발생시키는 한 쌍의 변조코일;

상기 한 쌍의 변조코일의 출력전압의 피크치를 각각 검출하는 한 쌍의 피크검출기;

상기 한 쌍의 피크검출기의 출력전압들의 차를 출력하는 비교기; 및

상기 한 쌍의 변조코일에 자기적으로 커플링되어 있으며, 상기 비교기의 출력을 입력받는 피드백코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 1 항에 있어서,

소정의 발진주파수에 따라 스위칭동작을 행하여 상기 피드백코일의 출력신호를 샘플링하는 아날로그 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 2 항에 있어서,

상기 아날로그 스위치는 PSD(Phase Sensitive Detection)블록인 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 2 항에 있어서,

상기 아날로그 스위치의 출력을 필터링하고 정류하는 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제1코어와 제2코어에 각각 권취되며, 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일과 커플링되어 있는 제1코일 및 제2코일;

상기 제1코일에 병렬로 연결되어 상기 제1변조코일과 함께 상기 전류측정코일에 대해 2단 전류변환기(2-stage current transformer)를 구성하는 제3코일;

상기 제2코일에 폐루프를 형성하도록 연결된 보상저항;

상기 2단 전류변환기의 양단의 출력전압들의 차를 출력하는 비교기; 및

상기 비교기의 출력전류의 실효치를 출력하는 RMS컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제1코어와 제2코어에 각각 권취되며, 상호 직렬로 연결되어 있고, 측정대상 전류가 흐르는 전류측정코일과 커플링되어 있는 제1코일 및 제2코일;

상기 제1코일 및 상기 제2코일에 커플링되어 있는 제3코일;

입력되는 두 전압의 차이를 출력하는 제1비교기;

상기 제1비교기의 출력전류의 실효치를 출력하는 RMS컨버터;

상기 제1코일 및 상기 제2코일의 출력전압의 피크치를 각각 검출하는 한 쌍의 피크검출기;

상기 한 쌍의 피크검출기의 출력전압들의 차이를 출력하는 제2비교기; 및

직류측정상태와 교류측정상태간의 스위칭 상태를 절환시키는 스위칭수단을 포함하며,

상기 스위칭수단은,

상기 직류측정상태에서는, 상기 제1코일 및 제2코일에 의해 자속의 합이 제로가 되는 영자속이 발생되고 상기 영자속이 발생되는 상태에서 전류측정코일의 자속에 의해 비대칭 자속이 발생되도록 상기 제1코일 및 상기 제2코일을 기준교류전압원과 연결시키고, 상기 제2비교기의 출력이 상기 제3코일에 피드백되도록 상기 제2비교기와 상기 제3코일을 연결시키며;

상기 교류측정상태에서는, 전류측정코일에 대해 2단 전류변환기(2-stage current transformer)가 구성되도록 상기 제1코일과 상기 제3코일을 병렬로 연결시키고, 상기 2단 전류변환기의 양단을 각각 제1비교기의 입력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 6 항에 있어서,

소정의 발진주파수에 따라 스위칭동작을 행하여 상기 피드백코일의 출력신호를 샘플링하는 아날로그 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 7 항에 있어서,

상기 아날로그 스위치는 PSD(Phase Sensitive Detection)블록인 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 7 항에 있어서,

상기 아날로그 스위치의 출력을 필터링하고 정류하는 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.
제 6 항에 있어서,

상기 제2코일에 연결된 보상저항을 더 포함하며,

상기 스위칭수단은 상기 교류전류측정상태에서 상기 제2코일과 상기 보상저항이 폐루프를 형성하도록 스위칭동작을 하는 것을 특징으로 하는 전류측정기.