WO1985001355A1 - Current detecting circuit - Google Patents
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- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
- G01R15/183—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
- G01R15/185—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors
Definitions
- This invention relates to current sensing circuits, such as those applied to electronic watt-hour meters, for example.
- (1) is a current detection circuit.
- (2a) is Ri Oh input terminal to which detected all come current Ru is introduced, Ru is connected to the current transformer primary Coil le (3).
- Current transformer ( ⁇ will have a core ⁇ and secondary Coil Le (4) to the al, secondary Coil Le (4) of the pair of both ends is a strange Nagareki ⁇ output terminal
- the output terminal (5a) which is connected to terminals (5a) and (5b), respectively, is connected to the inverting input terminal (1) of the operational amplifier, and the operational amplifier.
- an operational amplifier via a feedback resistor (6) that constitutes a current-to-voltage conversion circuit (DO)
- the other output terminal (5b) is because the it is connected to the non-inverting input terminal (+) and the reference potential of the operational amplifier), have until the current 1 2 in the direction output terminal (5a)
- the resistance value of the resistor (6) is R
- the potential of the output terminal of the operational amplifier (7) is equal to the potential minus R of the inverting input terminal H if the resistance value of the resistor (6) is R.
- ⁇ It drops to 12 V
- the voltage between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal of the operational amplifier is 1 R ⁇ lz / kV], where A is the gain of the operational amplifier (7).
- Gain A of the operational amplifier is generally 10 about 5 Ah Therefore, the potential of the inverting input terminal (1) is almost 0.
- Means similar to the current detection means described above include, for example, Miran Mikovic's No. 38775 issued in April 1, 1975, issued in the United States patent.
- the device power shown in the '509 patent Fi 1 is known.
- a large current is constituted by a semiconductor device.
- FIG. 2 is an electric circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
- BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 2 is an electric circuit diagram showing an example of a current detection circuit according to the present invention, and in FIG. The explanation is omitted by appending.
- ⁇ is a current transformer
- ⁇ Is the force of the primary coil (3), iron core, and secondary coil (4) connected to the pair of input terminals (2a) and (2b).
- the current input to the input terminals (2a) and (2b) is the primary current I! Of the current transformer ⁇ .
- each it in the third-order co-Yi Le ® is 1 2, 1 3 Ru flow.
- the secondary Coil Le (4) the secondary current 1 2 is Tsu Ah in the direction Ru flows Ri good terminal (5a), the secondary current 1 2 Input operational amplifier)
- the inverting input of the operational amplifier (7) which does not flow into the terminal H, and the output of the operational amplifier ⁇ via the resistor ( 6 ) because the impedance is extremely large.
- the potential of the output terminal of the fit operational amplifiers of Ru flows to force the terminal (7), the potential of the inverting input terminal (1), one. or Ri one R ⁇ 1 2 value and ing.
- the gain is that Do a value of about 1 0 5 of the operational amplifier (7), it inverting input terminal (an) and the non-inverting input terminal (+) 0 voltage etc. does O and Ho between [V] That is, the potential between the terminals' (5a) and (5b) is 0 [V], that is, the output end of the secondary coil (4) is in a state equivalent to a short circuit. ing In this state, the primary coil (3) and the secondary coil (4)
- a coil of the same material may be wound, and the cross-sectional area ratio may be set to 1:99. This ratio can be maintained accurately by simply winding the secondary and tertiary coils ( 4 ), ⁇ in parallel.
- the secondary coil (and the tertiary coil ® are described in the case where they are wound with the same material, but this is regarded as a different material and the temperature coefficient of resistance It is also possible to make the current detection circuit (1) have an arbitrary temperature characteristic by giving a difference to the temperature.
- the present invention can be easily applied not only to a current detection means in an electronic watt-hour meter but also to a converter for measuring a large current.
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Description
明 細細
発 明 の 名 称
電流検出 回 路
技術分野
こ の発 明 は 、 た と え ば 電子式電力 量計 な ど に 適 用 さ れ る 電流検出 回 路 に 関 す る 。
背景技術
従来、 電力 を 測定す る た め の 電流検出 手段 と し て、 第 1 図 に示す も のカ あ っ た 。 す な わ ち 、 (1) は 電流検出 回 路で あ る 。 (2a),(2b) は 検出 すべ き 電 流が導入 さ れ る 入力 端子 で あ り 、 変流器 の 1 次 コ イ ル (3) に接続 さ れ る 。 変流器(^ は さ ら に鉄心 ^ と 2 次 コ イ ル (4) を 有 し 、 2 次 コ イ ル (4) の両 端は 変 流器 ^ の 出力 端子 と し て の 1 対 の端子 (5a) ,(5b) に そ れ ぞれ接続 さ れて い る 方の 出力 端子 (5a ) は 演算増幅器 ) の 反転入力端子 (一) に 接続 さ れ る と と も に 、 演算増幅.器 ) と と も に電流 · 電圧変換 回 路(DO) を 構成す る 帰還抵抗体 (6) を 介 し て 演算増幅器
(7) の 出 力 端子で も あ る 電流検出 回路 (1) の 出 力 端子 (8a)に 接続 さ れ て い る 。 他方 の 出 力 端子 (5b)は 、 演算増幅器 ) の非反転入力 端子 (+) に 接続 さ れ る と
O PI
? ATION
と も に、 基準電位に接続 さ れ、 さ ら に電流検出 回 路(1) の 出 力端子 (8b)に接続 さ れて い る 。
こ の よ う に構成 さ れた 電流検出 回路ひ) に お い て 、 変流器 ^ の 1 次お よ び 2 次 コ ィ ル の各巻数 を そ れ ぞれ , N2と す る 。 い ま 入力端子 (2a), 2b) に 電 流 Iiが入力 さ れ る と 、 1 次 コ イ ル (3) には 、 · Ιχ ΑΤ〕の 磁化力 が発生す る 。 そ し て 2 次 コ イ ル に は 上記磁化力 と 平衡 を保 っ た め に 、 · Ii = Ν2 · 12を 満足 さ せ る べ き 2 次電流 12が流れ る 。 こ の 2 次電流 12は 演算増幅器ひ) の入カ イ ン ピ ー ダ ン ス 力 極 め て大 き い こ と に よ り 、 出力端子 (5a)を 介 し て 抵抗体(6) を 流れ る 。 他方の 出 力 端子 (5b)は演算増 幅器 ) の非反転入力端子 (+) と 基準電位 に接続 さ れ て い る た め 、 い ま 上記電流 12の 方向 が出力 端子 (5a) よ り 流れ出 す方向 で あ る と すれ ば 、 抵-抗体 (6) の抵 抗値 を R と し た 場合、 演算増幅器(7) の 出力 端子 の 電位は反転入力端子 Hの電位マ イ ナ ス R · 12 V ま で低下し 、 演算増幅器 ) の非反転入力 端子 (+) と 反転入力 端子間 の 電圧 を 演算増幅器(7) の利得 を A と すれ ば、 一 R · lz/k V〕 と し て 回 路的 に 平衡 を保 つ 。 演算増幅器 の利得 A は 一般 に 105 程度は あ
る た め 、 前記反転入力 端子 (一) の 電位 は ほ と ん ど 0
〔V〕 と な り 、 演算増幅器 ) の 出 力端子の 電位 は一 R 12 〔V〕 と な る 。 つ ま り 電流検出 回 路 ひ) の 出 力 端子 (8 a ) , (8b ) 間 の 出 力電圧 E0に — R · I2〔V〕 を 得 る 。 し た 力 つ て 、 上記 1 次電流 に 対 し て
E, R Ϊ 2 =
Ν2
よ り 、 入力 電流 I iに比例 し た 出 力 電圧 Εοを 得 る こ と 力 で き る 。
上記 の よ う な 電流検出 手段 に類 似 し た 手段 と し て は 、 例 え ば米国 特許 に お い て 、 1 9 75 年 4月 1 曰 に発行 さ れた Miran Mikovicの第 3 8 7 5 5 0 9 号特許 Fi 1 に示 さ れた 装置力 知 ら れ て い る 。
し カ る に、 上記従来の も の は つ ぎ の よ う な 問題 が あ る 。 すな わ ち 、 検出 すべ き 電流が大 き い 場合 、 た と え ば 電子式電力 量計 に お い て は 最大 2 0 0 〔A〕の電 流 を変流器 の 1 次電流 と し て導入す る 必要 があ る が、 こ の 場合、 一般 の 演算増幅 器(7) に よ り 抵抗 体 (6) を介 し て 2 次電流 I 2を 供給 し ょ う と す る と 、 こ の電流は ピ ー ク 値 に お い て 5 〔m A〕 以下で あ る こ と 力 望 ま し い こ の こ と に よ り 、 1 次 電流 と 一 OMPI '
し て 2 0 0 〔A〕流れた と き に 2 次電流 I2を 、 た と え ば 2 〔mA〕 と し た 場合、 変流器 の 巻 き 数比 は
N2 Ii 200〔A〕 , v , n.
— = = , = X 1 0 *
Ni 12 2 X 1 (J-3〔A〕
と な り 、 1 次 コ イ ル の巻 き 数 を 1 〔T〕 と し て も 2 次 コ ィ ル の 巻 き 数 は 、 100,000〔丁:!カ 必要 と な る 。 こ の よ う な コ ィノレ を 必要 と す る 変流器は 、 巻 き 数 力 極 め て大 き い こ と に よ り 、
(1) コ イ ル の 占積率が低 く 、 大 き な コ ア を 必要 と し 、 変流器 そ の も の が大 き く な る 。
(2) 巻 き 線 を大量 に必要 と し 、 材料 コ ス ト が高 く な る 。
(3) 巻 き 線作業 に 長時間 を要す る 。
(4)細 い線 を大量 に巻 く た め 、 信頼 性力 低い 。 等の欠点 を 有す る 。 さ ら に 、 た と え ば 、 演算増幅 器 (7) に大電流出力の も の を 使用 し て上述の欠点を 解消 し ょ う と す れば、 こ の 演算増幅器(7) は極 め て 大 き な電力 を 消費 し 、 全体の 回路 を約 0. 5 〔 W〕 程 度で動作 さ せ よ う と す る 電子式電力 量計への 使用 は 不可能 と な る 。
発明 の 開示 こ の発明 は 、 大電流 を 半導体装置で 構成 さ れ た
— OMPし
演算増幅器 を 用 い て検出 す る 手段 と し て 、 両端 が 閉 路 さ れた 3 次 コ イ ル を 有す る 特定の変流器 を用 い る に よ り 、 2 次 コ イ ル の 出 力 を 半導体 レ べ ル で扱 え る よ う な 微少電流値 に変流す る こ と を 特 徵 と す る も ので あ る れ に よ っ て 、 膨大な 巻数 の 2 次 コ イ ル を 力有す る 変流器 を 必要 と せず、 ま た で
大電流 出 力 の 演算増幅器 も 必要 と し な い 。
る
従 っ て、 小形で 製作が容易 で安価 で あ り 、 し か も 信頼 性が高 く 己 消費電力 の小 さ い電流検出 回 路 を 得 る 図面の 簡単 な 説 明.' 第 1 図 は 従来の 電流検出 回 路 を 示す電気 回 路 図 第 2 図 は こ の発 明 の 一 実施 例を 示す 電気 回 路図 で あ る 。 発明 を 実施す る た め の最良の 形態 第 2 図は こ の発 明 に 係 る 電流検出 回 路の 一例 を 示す電気 回路図 で あ り 、 第 1 図 と 同 一部所 に は 同 一符号 を 付 し て 説 明 を 省略す る 。 同 図 に お い て 、 ^ は変流器 で あ り 、 の 変流器
^ は 1 対の 入力 端子 (2 a ),(2 b ) に 接続 さ れ る 1 次 コ イ ル (3) 、 鉄心 、 2 次 コ イ ル (4) の ほ 力 に 、 3 次
O PI
s. WIPO
コ イ ル を 有す る 。 上記 3 次 コ イ ル は 端子(23a) (23b) に接続 さ れ、 さ ら に両端子 (23a) ,(23b)間 は 導体 ^ で 閉路 さ れ て い る 。
つ ぎ に 、 上記構成の動作 に つ い て 説明 す る 。
入力 端子 (2a),(2b) に入力 さ れた 電流 は 、 変流 器 ^ の 1 次電流 I!と し て 、 1 次 コ イ ル ( に導かれ る の 次電流 Lに対 し て 2 次 コ イ ル (4) お よ び
3 次 コ イ ル ® に そ れ ぞれ 12 , 13が流れ る 。 い ま 、 2 次 コ イ ル (4) に 2 次電流 12が端子 (5a)よ り 流れ出 る 方向 で あ っ た と すれ ば 、 2 次電流 12は、 演算増 幅器 ) の入カ イ ン ピ ー ダ ン ス が極 め て大 き い と に よ り 、 演算増幅器(7) の 反転入力.端子 Hに は 流入 せず、 抵抗体(6) を 介 し て演算増幅器 ω の 出 力 端子 へ と 流れ る の た め 演算増幅器(7) の 出力 端子の 電位は、 反転入力端子 (一) の電位、 つ.ま り 一 R · 12の 値 と な る 。 一般に演算増幅器(7) の利得は 1 05 程度 の値 と な る た め 、 反転入力 端子 (一) と 非反転入力端 子 (+) 間 の電圧は ほ と ん ど 0 〔V〕 と な り 、 端子' (5a) (5b)間 の電位は 0 〔V〕 、 す な わ ち 2 次 コ イ ル (4) の 出力端は 回 路的 に短絡 さ れた と 等価 な 状態 と な つ てい る
こ の よ う な 状態 で 1 次 -コ イ ル (3) 、 2 次 コ イ ル (4)
3 次 コ イ ル © に 流れ る 電流 Ii , 12, 13の 関係 につ
I
い て説 明 す る 次 コ ィ ノレ (3)、 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル ^ の 各巻 き 数 を そ れ ぞれ Ν , N2お よ び N3と し 、 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル © の 巻 線抵抗を そ れ ぞれ r2お よ び r3と し 、 鉄心 に発生 し て い る 磁束 を ^ と すれば 、 次式が成立す る 。
Ε2 = Ν2 ω Ε3 = Ν3 jz» こ こ に 、 Ε2お よ び Ε3は そ れ ぞれ 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル ® に発生 す る 電圧 で あ り 、 ω は 電 流の 角周 波数で あ る 。 こ の た め ϋ-2 = r2 · I
r3 N2 を 得 る 。 一方、 1 次 コ イ ル (3) の 発生す る ア ン ペ ア タ ー ン N2 - は 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル © の発生
OMPI一
WIPO"" Λ¾
す る ア ン ペ ア タ ー ン に等 し く な る こ と に よ り
= " ( NT2丄 +— Γ 2 - - N-3 N3 )
い ま 、 次電流 が 2 0 0 〔A〕の と き 、 I2 = 2〔mA〕 と な る 関係 を得 よ う と す る 場合、 N1 = l 〔T〕 ,
= 9 9 = 1 , Ν2 = 1 0 0 0 〔Τ〕 と すれば 、
N2
Ι2 = ■X 2 0 0 =2 X 10-3〔Α〕
Θ 0 0 - 9 9 Χ 1 Χ 1 0 0 0 と な る 。 つ ま り 1 次電流 Itが 2 0 0 〔 A〕の と き 、 2 次 コ イ ル に 流れ る 電流 を 2 〔mA〕 す る こ と がで き る の き 、 演算増幅器 ) の 出力 端子、 すな わ ち 電流検出 回路 (1) の 出 力 端子 (8a)に は 、 抵抗体 (6) の抵抗値 R を 1 〔Κ !〕 と すれば 、 一 1〔Kii〕X2〔mA〕
2〔V〕の電圧 を 得 る 。
で = 9 9 1 の
r 3 N2
関 係 を 得 る に は 、 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル
¾ に 、 え ば 同 一の材料 の コ イ ル を 巻 き 、 そ の 断面積比 を 1 : 9 9にすれば よ い。 こ の比 は 2 次お よ び 3 次 コ イ ル (4) , ^ を 並列 に巻 く だけ で正確 に 保つ こ と 力 > ' で き る 。
と こ ろ で 、 上記実施例で は 、 2 次 コ イ ル (4) お よ び 3 次 コ イ ル を 独立 し た コ イ ル と し た 場合 で説 明 し た が、 両 者(4) , は電気的 に絶縁す る 必要 は な く 、 一 つ の 直列 の コ イ ルで あ っ て も よ い ま た
2 次 コ イ ル ( お よ び 3 次 コ イ ル ® は 、 同質の 材料 で 巻かれ て い る 場合 に つ い て 述べ た が、 こ れ を 異 質の材料 と し 、 そ の抵抗温度係数 に差 を も た せ、 電流検出 回路 (1) と し て任意 の温度特性 を も た せ る こ と も 可能 で あ る 。
産業上の利甩可能性
こ の 発明 は電子式電力量計 に お け る 電流検出 手 段 に限 ら ず 、 大電流測定用 の 変換器 に も 容易 に適 用 で き る も ので あ る 。
OMPI
. IPO― _
Claims
1. 1 次 コ イ ル , 2 次 コ イ ル お よ び 3 次 コ イ ル を 有 し 、 上記 1 次 コ ィ ル が電流検 出用 の 1 対の 入力 端子に接続 さ れた 変流器 と 、 こ の 変流器の 2 次 コ ィ ル に 接続 さ れ て 、 帰還抵抗体 と で電流 · 電圧変 換回路 を 構成す る 演算増幅器 と を 備 え 、 上記変流 器の 3 次 コ ィ ル は そ の 雨端 を 電気的 に 閉路 し た 電 流検出 回路。
2. 2 次 コ ィ ル と 3 次 コ ィ ル は 、 同一の 材料の コ ル を 並列 に し て ほ ぼ 同数巻 回 し た こ と を 特徴 と す る 請求の 範囲第 1 項記載の電流検出 回路 。
3. — つ の 直列 コ ィ ル の 両端 お よ び中 間 点か ら 端 子 を 導出 し て 、 一方側 を 2 次 コ イ ル に 、 他方側 を 3 次 コ ィ ル に し だ こ と を 特徴 と す る 請求の 範囲 第 1 項記載の 電流検出 回路。
4. 2 次 コ イ ル と 3 次 コ イ ル と は 、 抵抗温度係数 が異 な る 材料に し た こ と を 特徵 と す る 請求の 範囲 第 1 項記載の電流検出 回 路
?し
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Legal Events
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Designated state(s): KR US |
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AL | Designated countries for regional patents |
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