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JP6728777B2 - Current detector - Google Patents

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JP6728777B2
JP6728777B2 JP2016040036A JP2016040036A JP6728777B2 JP 6728777 B2 JP6728777 B2 JP 6728777B2 JP 2016040036 A JP2016040036 A JP 2016040036A JP 2016040036 A JP2016040036 A JP 2016040036A JP 6728777 B2 JP6728777 B2 JP 6728777B2
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晋 栗原
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Description

本発明は、漏電検知等に用いる高透磁率材料の非線形な特性を利用する電流検知装置に関する。 The present invention relates to a current detection device that utilizes the non-linear characteristic of a high-permeability material used for leakage detection and the like.

この種の電流検知装置としては、種々の構成を有するものが提案され、実施されているが、構造的に簡単で微小電流の検知が可能なものとしてフラックスゲート型の電流センサが知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。
この特許文献1に記載された従来例では、図24(a)に示す構成を有する。すなわち、軟質磁性体製の同形、等大に構成された円環状をなすコア101及び102と、各コア101及び102に等しい回数巻回された励磁コイル103と、各コア101及び102にわたるよう一括して巻回された検出コイル104とを備えている。
As this type of current detection device, devices having various configurations have been proposed and implemented, but a flux gate type current sensor is known as a device that is structurally simple and capable of detecting a minute current. (See, for example, Patent Documents 1 and 2).
The conventional example described in Patent Document 1 has the configuration shown in FIG. That is, the cores 101 and 102, which are made of a soft magnetic material and have the same shape and the same size and are formed in an annular shape, the exciting coil 103 wound the same number of times as the cores 101 and 102, and the cores 101 and 102 are collectively covered. And the detection coil 104 wound around.

励磁コイル103には図示しない交流電源が、また検出コイル104には図示しない検出回路が接続されている。そして、両コア101及び102の中心に電流を測定する対象物たる被測定導線105が挿通されている。
励磁コイル103はこれに通電したとき両コア101及び102に生じる磁場が逆相であって互いに打ち消し合うようコア101及び102に巻回されている。
An AC power supply (not shown) is connected to the exciting coil 103, and a detection circuit (not shown) is connected to the detection coil 104. Then, a conductor 105 to be measured, which is an object for measuring a current, is inserted through the centers of both cores 101 and 102.
The exciting coil 103 is wound around the cores 101 and 102 so that the magnetic fields generated in the cores 101 and 102 when they are energized have opposite phases and cancel each other out.

そして、励磁コイル103に励磁電流iexを通電したとき、各コア101及び102に生じる磁束密度Bの経時変化は、図24(b)に示すようになる。軟質磁性体製のコア101及び102の磁気特性は磁場の大きさHが所定の範囲内では磁場の大きさHと磁束密度Bとは直線的な関係にある。しかしながら、磁場の大きさHが所定値を超えると、磁束密度Bが変化しない磁気飽和の状態となる関係にあることから、励磁コイル103に励磁電流iexを通電すると、各コア101及び102に発生する磁束密度Bは実線図示のように上下対称の台形波状に変化し、しかも相互に180°位相がずれた状態となる。 Then, when the exciting current iex is passed through the exciting coil 103, the change over time of the magnetic flux density B generated in each of the cores 101 and 102 is as shown in FIG. The magnetic characteristics of the soft magnetic cores 101 and 102 have a linear relationship between the magnetic field density H and the magnetic flux density B when the magnetic field size H is within a predetermined range. However, when the magnitude H of the magnetic field exceeds a predetermined value, there is a magnetic saturation state in which the magnetic flux density B does not change. Therefore, when the exciting current iex is passed through the exciting coil 103, the magnetic flux density B is generated in each core 101 and 102. The magnetic flux density B to be changed changes into a vertically symmetrical trapezoidal wave shape as shown by the solid line, and is 180° out of phase with each other.

今、被測定導線105に矢印で示す如く下向きに直流電流値Iが通電しているものとすると、この直流分に相当する磁束密度が重畳される結果、磁束密度Bは図24(b)に破線で示す如く、台形波のうち、上方の台形波はその幅が拡大され、一方下方の台形波はその幅が縮小された状態となる。
ここで、両コア101及び102に生じた磁束密度Bの変化を正弦波(起電力に対応)で表現すると図24(c)に示すようになる。この図24(c)では、前述した図24(b)で実線図示の台形波に対応して実線図示のように180°位相がずれた周波数fの正弦波(起電力)が表れるが、これらは180°ずれているため互いに打ち消し合う。一方、図24(b)で破線図示の台形波に対応して図24(c)には破線図示のような2倍の周波数2fの2次高調波が表れる。この2次高調波は位相が180°ずれていないため、相互に重畳すると図24(c)の最下段に示すような正弦波信号となり、これが検出コイル104で検出される。
Now, assuming that the direct current value I is flowing downward in the conductor 105 to be measured as indicated by the arrow, the magnetic flux density corresponding to this direct current component is superimposed, and as a result, the magnetic flux density B is shown in FIG. As shown by the broken line, of the trapezoidal waves, the upper trapezoidal wave has its width enlarged, while the lower trapezoidal wave has its width reduced.
Here, a change in the magnetic flux density B generated in the cores 101 and 102 is expressed by a sine wave (corresponding to electromotive force) as shown in FIG. In FIG. 24C, a sine wave (electromotive force) having a frequency f, which is 180° out of phase as shown by the solid line in FIG. 24B, appears in correspondence with the trapezoidal wave shown by the solid line. Are offset by 180° and thus cancel each other out. On the other hand, corresponding to the trapezoidal wave shown by the broken line in FIG. 24(b), the second harmonic of the frequency 2f doubled as shown by the broken line appears in FIG. 24(c). Since the phases of the second harmonics are not shifted by 180°, when they are superposed on each other, a sine wave signal as shown in the lowermost stage of FIG.

この検出コイル104で捉えられた検出信号は被測定導線105を流れる直流の電流値Iに対応しており、これを処理することで電流値Iを検出することができる。
また、特許文献2では、環状の磁性体コアと、磁性体コア上に巻回された励起コイルと、磁性体コア上に巻回された補助励磁コイルと、励起コイルに交流励起電圧を印加する第1の励起回路と、励起電圧の立ち上がり及び立ち下がりに同期し、補助励起コイルに励起コイルが発生する磁界の方向と同じ方向の磁界を発生させるパルス状の電圧を印加する第2の励起回路と、励起コイルに流れる電流を電圧に変換する電流/電圧変換回路と、磁性体コアの交流磁場が正及び負の方向に飽和するタイミングをそれぞれ検出する検出手段を有する電流センサが提案されている。この電流センサの検出手段は、電流/電圧変換回路の出力側に接続されたコンパレータと、このコンパレータの出力が供給された低域通過フィルタとこの低域通過フィルタの出力を増幅するアンプとを備えている。
The detection signal captured by the detection coil 104 corresponds to the direct current value I flowing through the measured wire 105, and the current value I can be detected by processing this.
In Patent Document 2, an annular magnetic core, an exciting coil wound on the magnetic core, an auxiliary exciting coil wound on the magnetic core, and an AC exciting voltage is applied to the exciting coil. A second excitation circuit that applies a pulsed voltage that generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field generated by the excitation coil to the auxiliary excitation coil in synchronization with the first excitation circuit and the rise and fall of the excitation voltage. And a current sensor having a current/voltage conversion circuit for converting the current flowing in the excitation coil into a voltage and a detection means for detecting the timing at which the AC magnetic field of the magnetic core is saturated in the positive and negative directions, respectively. .. The detection means of the current sensor includes a comparator connected to the output side of the current/voltage conversion circuit, a low-pass filter supplied with the output of the comparator, and an amplifier for amplifying the output of the low-pass filter. ing.

特開2000−162244号公報JP-A-2000-162244 特開2011−17618号公報JP, 2011-17618, A

しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、2つのコア101及び102を使用するため、実際にはコア101及び102の磁気特性を完全に一致させることは困難であるため、磁気特性の違いにより励磁電流iexによる電圧が完全に打ち消されることなく発生してしまう。これが2次高調波成分に対応した検出電圧のS/N比を悪化させ、微小電流の検知が難しいという未解決の課題がある。 However, in the conventional example described in Patent Document 1, since the two cores 101 and 102 are used, it is actually difficult to completely match the magnetic characteristics of the cores 101 and 102. Due to the difference in magnetic characteristics, the voltage due to the exciting current iex is generated without being completely canceled. This deteriorates the S/N ratio of the detection voltage corresponding to the second harmonic component, and there is an unsolved problem that it is difficult to detect a minute current.

また、検出コイル104から出力される電流値Iに対応した2次高調波は、電流値Iが大きくなりすぎると、台形波の形が歪んでしまうために、電流Iと2次高調波成分の関係が比例関係でなくなる。これにより、電流値Iの検知範囲が制限されてしまうために、広い範囲の電流を検出できないという未解決の課題もある。
上記特許文献2に記載された従来例にあっては、1つの磁気コアで電流検知を実現しているものの発振回路で磁気コアを励磁し、励磁電流を電圧に変換した直後にコンパレータで二値化する構成のため、インバータなどのノイズの多い負荷を接続した場合に測定電流にノイズが重畳し、励磁電流にも重畳したノイズはコンパレータを誤動作させることで、正確な電流測定ができないという未解決の課題がある。
Further, the second harmonic corresponding to the current value I output from the detection coil 104 has a trapezoidal wave shape that is distorted when the current value I becomes too large. The relationship is no longer proportional. As a result, the detection range of the current value I is limited, and there is an unsolved problem that a wide range of current cannot be detected.
In the conventional example described in Patent Document 2, although the current detection is realized by one magnetic core, the magnetic core is excited by the oscillation circuit, and immediately after the exciting current is converted into the voltage, the binary value is obtained by the comparator. Due to this configuration, noise is superimposed on the measured current when a noisy load such as an inverter is connected, and noise superimposed on the excitation current also causes the comparator to malfunction, making it impossible to accurately measure current. There are challenges.

さらに、特許文献1及び2に記載された従来例にあっては、何れも検出電流による出力電流変化に基づいて電流検知を行っているので、磁気コアが飽和状態を継続する電流を検出することはできないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、検出電流を広範囲に渡って高精度で検知することができる電流検知装置を提供することを目的としている。
Further, in the conventional examples described in Patent Documents 1 and 2, since the current detection is performed based on the output current change due to the detected current, the magnetic core detects the current that keeps in the saturated state. There is an unsolved problem that cannot be done.
Therefore, the present invention has been made by paying attention to the unsolved problem of the above-mentioned conventional example, and an object thereof is to provide a current detection device capable of detecting the detected current over a wide range with high accuracy. ..

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る電流検知装置は、検出電流が流入し得る導線を囲む磁気コアに、電気的に絶縁し磁気的に結合するように巻回した励磁コイルと、周波数一定の矩形波電圧を印加して磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態にする励磁電流を励磁コイルに供給する励磁部と、励磁コイルに流れる励磁電流を、電圧に変換して出力する電流−電圧変換部と、この電流−電圧変換部から出力される電圧に重畳するノイズ成分を除去するフィルタ部と、このフィルタ部から出力される出力電圧の大きさが変化するタイミングに基づいて矩形波電圧に変換する二値化部と、この二値化部から出力される矩形波電圧に基づいて検出電流の流入を検知する第1電流検知部と、電流−電圧変換部から出力される電圧の全波整流値を出力する全波整流値形成部と、この全波整流値形成部の全波整流値に基づいて前記検出電流の流入を検知する第2電流検知部とを備えている。 In order to achieve the above object, a current detection device according to an aspect of the present invention is an excitation device that is wound so as to be electrically insulated and magnetically coupled to a magnetic core that surrounds a conductive wire into which a detected current can flow. A coil, an exciting unit that applies a rectangular wave voltage with a constant frequency to make the magnetic core in a saturated state or a state in the vicinity thereof, and an exciting current that flows in the exciting coil are converted into a voltage. Based on the output current-voltage conversion unit, the filter unit that removes the noise component superimposed on the voltage output from this current-voltage conversion unit, and the timing at which the magnitude of the output voltage output from this filter unit changes Output from the current-voltage conversion unit, and a binarization unit that converts the rectangular-wave voltage into a rectangular-wave voltage, a first current detection unit that detects the inflow of the detected current based on the rectangular-wave voltage output from the binarization unit, A full-wave rectified value forming unit that outputs a full-wave rectified value of the voltage, and a second current detection unit that detects the inflow of the detected current based on the full-wave rectified value of the full-wave rectified value forming unit. There is.

本発明の一態様によれば、電流検知装置を1つの磁気コアを用いて構成することができ、磁気コアの材料特性の違いによりS/N比が低下することがなく、微小電流から過大電流まで広範囲の検出電流を高精度で検知することができる。 According to one aspect of the present invention, the current detection device can be configured by using one magnetic core, the S/N ratio does not decrease due to the difference in material characteristics of the magnetic core, and a small current to an excessive current can be prevented. It is possible to detect a wide range of detection current with high accuracy.

本発明の一態様である電流検知装置の第1の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the electric current detection apparatus which is 1 aspect of this invention. 第1の実施形態に適用し得る励磁部の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the excitation part applicable to 1st Embodiment. 磁気コアの磁界の強さと磁束密度の関係を示す特性線図及び磁気コアのインダクタンス特性を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a magnetic field strength and a magnetic flux density of the magnetic core and a characteristic diagram showing an inductance characteristic of the magnetic core. 励磁回路の出力電圧波形と励磁コイルの電流波形とを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the output voltage waveform of an exciting circuit, and the current waveform of an exciting coil. 第1の実施形態に適用し得る電流−電圧変換部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the current-voltage conversion part applicable to 1st Embodiment. 第1の実施形態に適用し得るフィルタ部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the filter part applicable to 1st Embodiment. 第1の実施形態に適用し得る二値化部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the binarization part applicable to 1st Embodiment. 第1の実施形態に適用し得る第1電流検知部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the 1st electric current detection part applicable to 1st Embodiment. 本発明の一態様である電流検知装置の第2の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the electric current detection apparatus which is 1 aspect of this invention. 第2の実施形態に適用し得る第1電流検知部の具体的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the 1st electric current detection part applicable to 2nd Embodiment. 第2の実施形態に適用し得る全波整流値形成部の具体的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the full-wave rectification value formation part which can be applied to 2nd Embodiment. 第2の実施形態に適用し得る第2電流検知部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the 2nd electric current detection part applicable to 2nd Embodiment. 第2の実施形態に適用し得る論理和回路の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the logical sum circuit applicable to 2nd Embodiment. 本発明の一態様である電流検知装置の第3の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the electric current detection apparatus which is 1 aspect of this invention. 第3の実施形態に適用し得る励磁部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the concrete structure of the exciting part applicable to 3rd Embodiment. 第3の実施形態に適用し得る温度補正部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the concrete structure of the temperature correction|amendment part applicable to 3rd Embodiment. 電流検出時の発振回路の出力電圧と電流検知回路の電流検出電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage of the oscillation circuit at the time of a current detection, and the current detection voltage of a current detection circuit. 周囲温度変化を生じたときの発振回路の出力電圧と電流検知回路の電流検出電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage of an oscillation circuit and the current detection voltage of a current detection circuit when an ambient temperature change occurs. 周囲温度変化対策を行ったときの発振回路の出力電圧と電流検知回路の電流検出電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage of an oscillation circuit and the current detection voltage of a current detection circuit when the ambient temperature change countermeasure is taken. 本発明の一態様である電流検知装置の第4の実施形態に適用し得る励磁部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the concrete structure of the exciting part applicable to 4th Embodiment of the electric current detection apparatus which is 1 aspect of this invention. 本発明の一態様である電流検知装置の第5の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 5th Embodiment of the electric current detection apparatus which is 1 aspect of this invention. 第5の実施形態に適用し得る温度補正部の具体的構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the concrete structure of the temperature correction|amendment part applicable to 5th Embodiment. 第5の実施形態に適用し得る温度補正部の具体的構成を示す他の回路図である。It is another circuit diagram which shows the specific structure of the temperature correction|amendment part applicable to 5th Embodiment. 従来例を示す説明図であって、(a)センサ部の構成図、(b)は励磁コイルに励磁電流を通電したときの各磁気コアの磁束密度を示す図、(c)は各磁気コアの磁束密度を正弦波で表現した図である。It is explanatory drawing which shows a prior art example, (a) A block diagram of a sensor part, (b) is a figure which shows the magnetic flux density of each magnetic core when exciting current is supplied to an exciting coil, (c) is each magnetic core It is the figure which expressed the magnetic flux density of with the sine wave.

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar reference numerals are given to the same or similar parts.
Further, the embodiments described below exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as below. Various changes can be added to the technical idea of the present invention within the technical scope defined by the claims described in the claims.

まず、本発明の第1の実施形態を説明する。
本発明の一態様である電流検知装置1は、図1に示すように、微小な検出電流(例えば数十mA〜数百mA)が流入し得る導線2の回りにリング状の磁気コア3が配設されている。つまり、磁気コア3内に導線2が挿通されている。
磁気コア3には、電気的に絶縁し磁気的に結合するように励磁コイル4が所定巻数で巻回されている。この励磁コイル4の一端には、励磁部としての励磁回路5が接続されており、この励磁回路5から励磁コイル4に矩形波電圧Vaを印加して磁気コア3を飽和状態又はその近傍の状態にする励磁電流を供給する。
First, a first embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the current detection device 1 according to one embodiment of the present invention has a ring-shaped magnetic core 3 around a conducting wire 2 into which a minute detection current (for example, several tens mA to several hundreds mA) can flow. It is arranged. That is, the conductor wire 2 is inserted into the magnetic core 3.
An exciting coil 4 is wound around the magnetic core 3 in a predetermined number of turns so as to be electrically insulated and magnetically coupled. An exciting circuit 5 as an exciting unit is connected to one end of the exciting coil 4, and a rectangular wave voltage Va is applied from the exciting circuit 5 to the exciting coil 4 to make the magnetic core 3 in a saturated state or a state in the vicinity thereof. To supply the exciting current.

この励磁回路5は、図2に示すように、無安定マルチバイブレータの構成を有し、所定周波数の矩形波電圧Vaを励磁コイル4に印加して励磁電流を供給する。すなわち、励磁回路5は、コンパレータとして動作するオペアンプ5aを備えている。このオペアンプ5aの出力側及び反転入力側間に帰還抵抗5bが接続されている。また、オペアンプ5aの出力側とグランドとの間に分圧抵抗5c及び5dが直列に接続され、これら分圧抵抗5c及び5dの接続点がオペアンプ5aの非反転入力側に接続されている。さらに、オペアンプ5aの反転入力側とグランドとの間にコンデンサ5eが接続されている。 As shown in FIG. 2, the exciting circuit 5 has a structure of an astable multivibrator and applies a rectangular wave voltage Va of a predetermined frequency to the exciting coil 4 to supply an exciting current. That is, the excitation circuit 5 includes the operational amplifier 5a that operates as a comparator. A feedback resistor 5b is connected between the output side and the inverting input side of the operational amplifier 5a. The voltage dividing resistors 5c and 5d are connected in series between the output side of the operational amplifier 5a and the ground, and the connection point of these voltage dividing resistors 5c and 5d is connected to the non-inverting input side of the operational amplifier 5a. Further, a capacitor 5e is connected between the inverting input side of the operational amplifier 5a and the ground.

この励磁回路5では、帰還抵抗5bの抵抗値をR、分圧抵抗5cの抵抗値をR、分圧抵抗5dの抵抗値をRとし、コンデンサ5eの容量値をCとしたとき、下記(1)式で表される周波数fの矩形波電圧Vaを出力する。
=1/(2・C・R・ln(1+2・R/R)) …………(1)
ここで、オペアンプ5aで励磁コイル4に励磁電流を十分に供給できない場合には、必要に応じて図示しない電流ブースターをオペアンプ5aの出力側に接続することで励磁電流を増加させることが可能である。
In this excitation circuit 5, when the resistance value of the feedback resistor 5b is R 1 , the resistance value of the voltage dividing resistor 5c is R 2 , the resistance value of the voltage dividing resistor 5d is R 3, and the capacitance value of the capacitor 5e is C 1. , And outputs a rectangular wave voltage Va having a frequency f V represented by the following equation (1).
f V =1/(2·C 1 ·R 1 ·ln(1+2·R 3 /R 2 )) …………(1)
Here, when the operational amplifier 5a cannot sufficiently supply the exciting current to the exciting coil 4, it is possible to increase the exciting current by connecting a current booster (not shown) to the output side of the operational amplifier 5a as necessary. ..

磁気コア3は、図3(a)に示すように角型比の大きな磁束密度Bと磁界の強さHとの関係を表すB−H特性を有し、高透磁率材料の非線形な特性を有する。このB−H特性を有する磁気コア3のインダクタンスは、図3(b)に示すように飽和電流付近で急激に消失する。磁気コア3を貫通する導線2に任意の電流Cを通電すると、図3(a)のB−H特性は、電流Cに応じて磁界の強さがH方向にシフトしてインダクタンスが消失するタイミングが変化する。 As shown in FIG. 3A, the magnetic core 3 has a BH characteristic showing the relationship between the magnetic flux density B having a large squareness ratio and the magnetic field strength H, and shows the non-linear characteristic of a high magnetic permeability material. Have. The inductance of the magnetic core 3 having the B-H characteristic rapidly disappears near the saturation current as shown in FIG. When an arbitrary current C is applied to the conductor 2 penetrating the magnetic core 3, the B-H characteristic of FIG. 3A shows that the strength of the magnetic field shifts in the H direction according to the current C and the inductance disappears. Changes.

図3に示すB−H特性を有する磁気コア3を用いて、励磁コイル4に図4(a)に示すパルス状の矩形波電圧Vaを印加し、磁気コア3が十分に飽和する電流で励磁した場合の励磁コイル4に流れる電流は、図4(b)に示すように、模式的に表すことができる。
すなわち、励磁コイル4にパルス状の矩形波電圧Vaを印加すると、最初に磁気コア3のインダクタンスで決まる電流が流れ、磁気コア3のインダクタンスが飽和すると(図4(b)中のF点)、励磁コイル4の抵抗で決まる励磁電流Iexが流れる。
The pulsed rectangular wave voltage Va shown in FIG. 4A is applied to the exciting coil 4 by using the magnetic core 3 having the B-H characteristic shown in FIG. 3, and the magnetic core 3 is excited with a current sufficiently saturated. The current flowing through the exciting coil 4 in such a case can be schematically represented as shown in FIG.
That is, when a pulsed rectangular wave voltage Va is applied to the exciting coil 4, a current initially determined by the inductance of the magnetic core 3 flows and the inductance of the magnetic core 3 saturates (point F in FIG. 4B). An exciting current Iex determined by the resistance of the exciting coil 4 flows.

磁気コア3を貫通する導線2に任意の検出電流Iが流入すると、図3(b)に示すように、電流Cに応じてインダクタンスが消失するタイミングが変化する。したがって、図4(b)に示す励磁電流もインダクタンスが消失するタイミングが点Fから点Hに変化する。すなわち、励磁コイル4を流れる電流のデューティ比が変化することになる。
したがって、励磁コイル4の励磁電流Iexの、インダクタンスが消失することによるデューティ比変化を検出することにより、導線2に流入する検出電流Cの検知が可能となる。
When an arbitrary detection current I flows into the conductor 2 penetrating the magnetic core 3, the timing at which the inductance disappears changes according to the current C, as shown in FIG. Therefore, in the exciting current shown in FIG. 4B, the timing at which the inductance disappears changes from point F to point H. That is, the duty ratio of the current flowing through the exciting coil 4 changes.
Therefore, by detecting the change in the duty ratio of the exciting current Iex of the exciting coil 4 due to the disappearance of the inductance, the detected current C flowing into the conductor 2 can be detected.

このため、励磁コイル4の他端に、励磁電流を電圧に変換する電流−電圧変換部としての電流−電圧変換回路6、変換した電圧から不要なノイズ成分を除去するフィルタ部としてのフィルタ回路7、フィルタ出力に基づいて励磁電流に比例した電圧のインダクタンスが消失するタイミングでパルス状の矩形波電圧を発生する二値化部としての二値化回路8及びその矩形波電圧のデューティ比を検出する第1電流検知部としての第1電流検知回路9が接続されている。 Therefore, at the other end of the exciting coil 4, a current-voltage conversion circuit 6 as a current-voltage conversion unit for converting the excitation current into a voltage, and a filter circuit 7 as a filter unit for removing unnecessary noise components from the converted voltage. , A binarization circuit 8 as a binarization unit for generating a pulsed rectangular wave voltage at the timing when the inductance of the voltage proportional to the exciting current disappears based on the filter output, and the duty ratio of the rectangular wave voltage are detected. The 1st electric current detection circuit 9 as a 1st electric current detection part is connected.

電流−電圧変換回路6は、図5に示すように、励磁コイル4とグランドとの間に接続されたシャント抵抗6aで構成され、このシャント抵抗6aの励磁コイル4側から励磁電圧Vbが出力される。
この励磁電圧Vbは、シャント抵抗6aの抵抗値をRSHとすると、下記(2)式のように抵抗値RSHと励磁電流Iexとの積で表される。
Vb=Iex・RSH …………(2)
As shown in FIG. 5, the current-voltage conversion circuit 6 is composed of a shunt resistor 6a connected between the exciting coil 4 and the ground, and the exciting voltage Vb is output from the exciting coil 4 side of the shunt resistor 6a. It
When the resistance value of the shunt resistor 6a is R SH , this excitation voltage Vb is represented by the product of the resistance value R SH and the excitation current Iex as in the following equation (2).
Vb=Iex·R SH ………… (2)

フィルタ回路7は、除去したいノイズ成分の周波数に応じて設計されるが、一例として低域通過フィルタで構成することができる。
このフィルタ回路7は、図6に示すように、正帰還形とされた二次の低域通過フィルタ7aで構成されている。この低域通過フィルタ7aは、電流−電圧変換回路6から出力される励磁電圧Vbが抵抗7b及び7cを介して非反転入力側に入力されるとともに、出力側と反転入力側とが直接接続されたオペアンプ7dと、抵抗7cとオペアンプ7dの非反転入力側の接続点とグランド間に接続されたコンデンサ7eと、抵抗7b及び7cの接続点とオペアンプ7dの反転入力側との間に接続されたコンデンサ7fとを備えている。
The filter circuit 7 is designed according to the frequency of the noise component to be removed, but can be configured by a low pass filter as an example.
As shown in FIG. 6, the filter circuit 7 is composed of a positive feedback type secondary low-pass filter 7a. In the low-pass filter 7a, the excitation voltage Vb output from the current-voltage conversion circuit 6 is input to the non-inverting input side via the resistors 7b and 7c, and the output side and the inverting input side are directly connected. The operational amplifier 7d, the resistor 7c, the capacitor 7e connected between the non-inverting input side connection point of the operational amplifier 7d and the ground, and the connection point between the resistors 7b and 7c and the inverting input side of the operational amplifier 7d. And a capacitor 7f.

このフィルタ回路7のカットオフ周波数fcは、抵抗7b及び7cの抵抗値を等しい抵抗値Rfとし、コンデンサ7e及び7fの容量を互いに等しいCfとすると、下記(3)式で表される。
fc=1/(2・π・Rf・Cf) …………(3)
ここで、抵抗値Rf及び容量Cfを除去したいノイズ成分の下限周波数に応じて設定することにより、高周波のノイズ成分を確実に除去することができる。しかも、二次の低域通過フィルタを適用しているので、急峻な遮断特性を得ることができる。
The cut-off frequency fc of the filter circuit 7 is expressed by the following equation (3) when the resistance values of the resistors 7b and 7c are the same resistance value Rf and the capacitances of the capacitors 7e and 7f are the same Cf.
fc=1/(2・π・Rf・Cf) …………(3)
Here, by setting the resistance value Rf and the capacitance Cf according to the lower limit frequency of the noise component to be removed, it is possible to reliably remove the high frequency noise component. Moreover, since a second-order low-pass filter is applied, a sharp cutoff characteristic can be obtained.

二値化回路8は、図7に示すように、ヒステリシス付コンパレータ8aで構成されている。このヒステリシス付コンパレータ8aは、フィルタ回路7から出力されたフィルタ出力Vfが反転入力側に入力されるオペアンプ8bと、オペアンプ8bの出力側とグランド間に接続した抵抗8c及び8dとを有し、抵抗8c及び8dの接続点がオペアンプ8bの非反転入力側に接続されている。 As shown in FIG. 7, the binarization circuit 8 is composed of a comparator with hysteresis 8a. This hysteresis-equipped comparator 8a has an operational amplifier 8b to which the filter output Vf output from the filter circuit 7 is input on the inverting input side, and resistors 8c and 8d connected between the output side of the operational amplifier 8b and ground. The connection point of 8c and 8d is connected to the non-inverting input side of the operational amplifier 8b.

このヒステリシス付コンパレータ8aのヒステリシス幅Vhyは、ヒステリシス付コンパレータ8aから出力される矩形波電圧をVcとし、抵抗8c及び8dの抵抗値をそれぞれR8c及びR8dとしたときに、下記(4)式で表される。
Vhy=Vc・(R8c+R8d)/R8c …………(4)
このように、二値化回路8をヒステリシス付コンパレータ8aで構成することにより、フィルタ回路7から出力されるフィルタ出力にノイズが残留している場合でも、ヒステリシス幅Vhyの範囲内でのノイズの影響を除去した矩形波電圧Vcを出力することができる。
When the rectangular wave voltage output from the comparator with hysteresis 8a is Vc and the resistance values of the resistors 8c and 8d are R 8c and R 8d , the hysteresis width Vhy of the comparator 8a with hysteresis is expressed by the following formula (4). It is represented by.
Vhy=Vc·(R 8c +R 8d )/R 8c …………(4)
In this way, by configuring the binarization circuit 8 with the comparator with hysteresis 8a, even if noise remains in the filter output output from the filter circuit 7, the influence of noise within the range of the hysteresis width Vhy. It is possible to output the rectangular wave voltage Vc from which is removed.

第1電流検知回路9は、図8に示すように、二値化回路8から出力される矩形波電圧Vcが入力されて積分して平滑化する低域通過フィルタ9aと、この低域通過フィルタ9aの出力を絶対値化して測定電流値に対応した測定電圧Vdを出力する絶対値回路9bとを備えている。
このように、上記第1の実施形態によると、励磁部としての励磁回路5から所定周波数の矩形波電圧Vaを磁気コア3に巻装した励磁コイル4に印加して磁気コア3を飽和状態又はその近傍の状態にするための励磁電流Iexを供給する。この励磁電流Iexが磁気コア3を挿通する導線2に流入する検出電流によって、インダクタンスが消失するタイミングが、図4に示すように変化することにより、励磁電流Iexのデューティ比が変化する。
As shown in FIG. 8, the first current detection circuit 9 receives a rectangular wave voltage Vc output from the binarization circuit 8, integrates it and smoothes it, and a low pass filter 9a. And an absolute value circuit 9b for converting the output of 9a into an absolute value and outputting the measured voltage Vd corresponding to the measured current value.
As described above, according to the first embodiment, the rectangular wave voltage Va having a predetermined frequency is applied from the exciting circuit 5 serving as the exciting unit to the exciting coil 4 wound around the magnetic core 3 so that the magnetic core 3 is in the saturated state or An exciting current Iex for supplying a state in the vicinity thereof is supplied. The duty ratio of the exciting current Iex is changed by changing the timing of disappearance of the inductance as shown in FIG. 4 by the detection current flowing into the conducting wire 2 passing through the magnetic core 3 by the exciting current Iex.

この励磁電流Iexを電流−電圧変換回路6で電圧に変換し、変換した電圧をフィルタ回路7に供給することにより、このフィルタ回路7で入力される電圧に重畳している高周波のノイズ成分を除去し、次いで二値化回路8で二値化することにより、矩形波電圧Vcを形成する。この矩形波電圧Vcを第1電流検知回路9に供給することにより、矩形波電圧Vcのデューティ比に応じた測定電流の電流値を表す直流電圧を出力する。 The exciting current Iex is converted into a voltage by the current-voltage conversion circuit 6, and the converted voltage is supplied to the filter circuit 7 to remove a high frequency noise component superimposed on the voltage input by the filter circuit 7. Then, the binarizing circuit 8 binarizes the rectangular wave voltage Vc. By supplying this rectangular wave voltage Vc to the first current detection circuit 9, a DC voltage representing the current value of the measured current according to the duty ratio of the rectangular wave voltage Vc is output.

このように、第1の実施形態では、励磁コイル4に流れる励磁電流Iexを電流−電圧変換回路6で電圧に変換し、変換した電圧をフィルタ回路7に供給して、電圧に重畳するノイズ成分を除去してから二値化回路8で矩形波電圧Vcに変換し、変換した矩形波電圧Vcを第1電流検知回路9で矩形波電圧Vcの測定電流に応じたデューティ比を表す電圧を形成する。このため、磁気コア3の近傍にインバータ回路等の高周波ノイズ源となる負荷が存在することにより、励磁コイル4に流れる励磁電流Iexに高周波ノイズが重畳される場合であっても、フィルタ回路7でノイズ除去を確実に行ってから二値化回路8で矩形波電圧Vcに変換するので、矩形波電圧Vcにノイズ成分が影響することを確実に防止することができる。
しかも、上述したように、二値化回路8をヒステリシス付コンパレータ8aで構成することにより、フィルタ回路7から出力されるフィルタ出力にノイズ成分が残留する場合でも、ヒステリシス機能によってノイズ成分の影響を確実に除去した矩形波電圧Vcを形成することができる。
As described above, in the first embodiment, the exciting current Iex flowing through the exciting coil 4 is converted into a voltage by the current-voltage converting circuit 6, and the converted voltage is supplied to the filter circuit 7 so that a noise component superimposed on the voltage is generated. Is removed and then converted into a rectangular wave voltage Vc by the binarization circuit 8, and the converted rectangular wave voltage Vc is formed by the first current detection circuit 9 to form a voltage representing a duty ratio according to the measured current of the rectangular wave voltage Vc. To do. Therefore, even if a high-frequency noise is superposed on the exciting current Iex flowing through the exciting coil 4 due to the presence of a load such as an inverter circuit that is a high-frequency noise source in the vicinity of the magnetic core 3, the filter circuit 7 does not operate. Since the noise removal is surely performed and then converted into the rectangular wave voltage Vc by the binarization circuit 8, it is possible to reliably prevent the noise component from affecting the rectangular wave voltage Vc.
Moreover, as described above, by configuring the binarization circuit 8 with the comparator with hysteresis 8a, even if a noise component remains in the filter output output from the filter circuit 7, the effect of the noise component is ensured by the hysteresis function. Then, the rectangular wave voltage Vc removed can be formed.

このように、第1の実施形態によると、励磁コイル4に矩形波電圧Vaを印加することにより、励磁コイル4に、測定電流に応じてインダクタンスが消失することによるデューティ比変化を生じさせる励磁電流Iexを供給し、この励磁電流Iexのデューティ比の変化を、電流−電圧変換回路6、フィルタ回路7、二値化回路8及び第1電流検知回路9を設けるだけの簡易な構成で、磁気コア3を貫通する導線2に流入する微小検出電流を広範囲に確実に検知することができ、低コスト化を図ることができる。このとき、磁気コア3は1つ設けるだけでよいので、特許文献1に記載された従来例のように磁気コアを2つ設ける必要がなく、磁気コアの材料特性の違いによりS/N比が低下することがなく、微小検出電流を高精度で検知することができる。また、電流検知装置を1つの磁気コアと1つの励磁コイルとで構成できるので、小型、低コスト化が可能となる。さらに磁気センサ等を使用しないので、堅牢で、周囲環境条件により影響を受けることが少ない電流検知装置を提供することができる。 As described above, according to the first embodiment, by applying the rectangular wave voltage Va to the exciting coil 4, the exciting current that causes the duty ratio change in the exciting coil 4 due to the disappearance of the inductance according to the measured current. Iex is supplied, and the change in the duty ratio of the exciting current Iex is controlled by a simple configuration in which the current-voltage conversion circuit 6, the filter circuit 7, the binarization circuit 8 and the first current detection circuit 9 are provided. It is possible to reliably detect a minute detection current flowing into the conductive wire 2 penetrating 3 and to reduce the cost. At this time, since only one magnetic core 3 needs to be provided, it is not necessary to provide two magnetic cores as in the conventional example described in Patent Document 1, and the S/N ratio varies depending on the material characteristics of the magnetic core. It is possible to detect a minute detection current with high accuracy without decreasing. Further, since the current detecting device can be configured with one magnetic core and one exciting coil, the size and cost can be reduced. Furthermore, since no magnetic sensor or the like is used, it is possible to provide a robust current detection device that is less affected by ambient environmental conditions.

また、励磁コイル4の励磁電流Iexの、インダクタンスが消失することによるデューティ比変化を検出することにより、導線2に流入する検出電流Cの検知を行うために必要な、二値化回路8による励磁電圧から矩形波電圧を発生する際に、フィルタ回路7により不要なノイズ成分を除去した信号を二値化している。
このため、特許文献2に記載された従来例のように電流−電圧変換回路の出力電圧を直接コンパレータに供給した場合にはコンパレータが高周波ノイズによって誤動作することになるが、本実施形態では、電流−電圧変換回路6の出力電圧をフィルタ回路7に供給して高周波ノイズを除去することができる。そのため誤動作を確実に防止して、高精度な電流検知を行うことができる。
Further, the excitation current Iex of the excitation coil 4 is excited by the binarization circuit 8 necessary for detecting the detection current C flowing into the conductor 2 by detecting the change in the duty ratio due to the disappearance of the inductance. When a rectangular wave voltage is generated from the voltage, the signal from which unnecessary noise components are removed by the filter circuit 7 is binarized.
For this reason, when the output voltage of the current-voltage conversion circuit is directly supplied to the comparator as in the conventional example described in Patent Document 2, the comparator malfunctions due to high frequency noise. The high-frequency noise can be removed by supplying the output voltage of the voltage conversion circuit 6 to the filter circuit 7. Therefore, it is possible to reliably prevent a malfunction and perform highly accurate current detection.

しかも、励磁コイル4に印加する矩形波電圧の周波数を選択可能に構成することにより、検出電流に応じた周波数を選択することが可能となり、広い電流範囲の電流検知が可能となる。この場合には、図2に示す励磁回路5を構成するコンデンサ5eと並列に異なる容量のコンデンサをスイッチで選択可能に接続することでコンデンサの容量を選択することにより発振周波数が選択可能となる。コンデンサの容量を変更する場合に代えて分圧抵抗5c及び5dの少なくとも何れか一方と並列に抵抗値の異なる抵抗を同様にスイッチで選択可能に接続するようにしてもよく、さらにはコンデンサの容量及び抵抗の抵抗値の双方を変更するようにしてもよい。
なお、上記第1の実施形態においては、励磁回路5として無安定マルチバイブレータを構成する発振回路を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、励磁コイル4に矩形波電圧を印加可能な発振回路であれば、任意の発振回路を適用することができる。
Moreover, by configuring the frequency of the rectangular wave voltage applied to the exciting coil 4 to be selectable, it is possible to select the frequency according to the detected current, and it is possible to detect the current in a wide current range. In this case, the oscillation frequency can be selected by selecting the capacitance of the capacitor by connecting a capacitor having a different capacitance in parallel with the capacitor 5e forming the excitation circuit 5 shown in FIG. 2 by a switch. Instead of changing the capacitance of the capacitor, at least one of the voltage dividing resistors 5c and 5d may be connected in parallel with a resistor having a different resistance value by a switch, and the capacitance of the capacitor may be changed. Both the resistance value of the resistor and the resistance value of the resistor may be changed.
In addition, in the said 1st Embodiment, although the case where the oscillation circuit which comprises an astable multivibrator was applied as the excitation circuit 5 was demonstrated, it is not limited to this, A rectangular wave voltage is applied to the excitation coil 4. Any oscillation circuit can be applied as long as it can be applied.

次に、本発明の一態様である電流検知装置1の第2の実施形態について図9〜図13を伴って説明する。
この第2の実施形態では、導線2に過大電流が流入した場合に、この過大電流を検知する回路構成を付加したものである。
すなわち、第2の実施形態では、前述した第1の実施形態における第1電流検知回路9が、図10に示すように、絶対値回路9bから出力される測定電圧Vdを比較回路9cに供給して電流検知閾値Vref1と比較し、測定電圧Vdが電流検知閾値Vref1以上であるときにハイレベルとなる電流検知信号Saを出力するように構成されている。
Next, a second embodiment of the current detection device 1 according to one aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13.
In the second embodiment, when an excessive current flows into the conducting wire 2, a circuit configuration for detecting the excessive current is added.
That is, in the second embodiment, the first current detection circuit 9 in the first embodiment described above supplies the measured voltage Vd output from the absolute value circuit 9b to the comparison circuit 9c as shown in FIG. The current detection threshold value Vref1 is compared with the current detection threshold value Vref1, and when the measured voltage Vd is equal to or higher than the current detection threshold value Vref1, the high level current detection signal Sa is output.

また、図9に示すように、電流検知装置1は、電流−電圧変換回路6から出力される励磁電圧Vbが入力される過大電流検知部10を備えている。この過大電流検知部10は、励磁電圧Vbを全波整流した全波整流値を形成する全波整流値形成回路11と、この全波整流値形成回路11から出力される全波整流値が入力されて過大電流を検知する第2電流検知部としての第2電流検知回路12とを備えている。 Further, as shown in FIG. 9, the current detection device 1 includes an excessive current detection unit 10 to which the exciting voltage Vb output from the current-voltage conversion circuit 6 is input. The overcurrent detection unit 10 receives a full-wave rectified value forming circuit 11 that forms a full-wave rectified value obtained by full-wave rectifying the excitation voltage Vb, and a full-wave rectified value output from the full-wave rectified value forming circuit 11. And a second current detection circuit 12 as a second current detection unit that detects an excessive current.

全波整流値形成回路11は、図11に示すように、電流−電圧変換回路6から出力される励磁電圧Vbが入力されてこの励磁電圧Vbを絶対値化する絶対値回路11aと、この絶対値回路11aから出力される絶対値電圧を積分して平均化し全波整流電圧Veとして出力する積分回路11bとを備えている。
第2電流検知回路12は、図12に示すように、全波整流値形成回路11の積分回路11bから出力される全波整流電圧Veが入力される比較器12aで構成されている。この比較器12aは、例えばオペアンプで構成され、全波整流値形成回路11から出力される全波整流電圧Veが非反転入力側に入力され、反転入力側に分圧抵抗12b及び12cによって分圧された過大電流閾値Vref2が入力され、全波整流電圧Veが過大電流閾値Vref2以上となったときに、ハイレベルの過大電流検知信号Sbを出力する。
As shown in FIG. 11, the full-wave rectified value forming circuit 11 receives an exciting voltage Vb output from the current-voltage converting circuit 6 and converts the exciting voltage Vb into an absolute value circuit 11a and an absolute value circuit 11a. The absolute value voltage output from the value circuit 11a is integrated, averaged, and output as the full-wave rectified voltage Ve.
As shown in FIG. 12, the second current detection circuit 12 includes a comparator 12a to which the full-wave rectified voltage Ve output from the integration circuit 11b of the full-wave rectified value forming circuit 11 is input. The comparator 12a is composed of, for example, an operational amplifier, the full-wave rectified voltage Ve output from the full-wave rectified value forming circuit 11 is input to the non-inverting input side, and is divided by the voltage dividing resistors 12b and 12c on the inverting input side. When the full-wave rectified voltage Ve becomes equal to or higher than the excessive current threshold value Vref2, the excessive current threshold value Vref2 is input and the high level excessive current detection signal Sb is output.

そして、第1電流検知回路9から出力される電流検知信号Sa及び第2電流検知回路12から出力される過大電流検知信号Sbが論理和回路13に供給される。この論理和回路13は、図13に示すように、第1電流検知回路9から出力される電流検知信号Saが入力されるダイオード13aと、第2電流検知回路12から出力される過大電流検知信号Sbが入力されるダイオード13bとを有する。両ダイオード13a及び13bのカソードは互いに接続され、その接続点とグランドとの間に抵抗13cが接続され、この抵抗13cの端子電圧が電流検知信号Scとして出力される。 Then, the current detection signal Sa output from the first current detection circuit 9 and the excessive current detection signal Sb output from the second current detection circuit 12 are supplied to the OR circuit 13. As shown in FIG. 13, the OR circuit 13 includes a diode 13a to which the current detection signal Sa output from the first current detection circuit 9 is input and an overcurrent detection signal output from the second current detection circuit 12. It has a diode 13b to which Sb is input. The cathodes of both diodes 13a and 13b are connected to each other, a resistor 13c is connected between the connection point and the ground, and the terminal voltage of this resistor 13c is output as a current detection signal Sc.

この第2の実施形態によると、第1電流検知回路9では、前述した第1の実施形態と同様に、絶対値回路9bから導線2に流入する検出電流に応じた測定電圧Vdが出力され、この測定電圧Vdが電流検知閾値Vref1以上となると比較回路9cからハイレベルの電流検知信号Saが出力され、これが論理和回路13を通じて電流検知信号Scとして出力される。この電流検知信号Scによって導線2に設定値(例えば20mA)以上の検出電流が流入していることを検知することができる。 According to the second embodiment, the first current detection circuit 9 outputs the measured voltage Vd according to the detection current flowing into the conductor 2 from the absolute value circuit 9b, as in the first embodiment described above. When the measured voltage Vd becomes equal to or higher than the current detection threshold Vref1, the comparison circuit 9c outputs a high-level current detection signal Sa, which is output as the current detection signal Sc through the OR circuit 13. The current detection signal Sc can detect that a detection current of a set value (for example, 20 mA) or more flows into the conductor 2.

この第1電流検知回路9で励磁電流Iexの急激な変化によるデューティ比に基づく電流検知を行っている状態では、電流−電圧変換回路6から出力される励磁電圧Vbが全波整流値形成回路11にも供給される。この状態では、励磁電流Iexが図4に示すように、測定電流値に応じてデューティ比が変化し、正負でパルス状に変化しながら繰り返す波形となるので、全波整流値形成回路11の絶対値回路11aで絶対値化したときの1周期分のパルス幅の合計値はデューティ比の変化にかかわらず一定値となるので、積分回路11bで積分して平均化したときに、正方向のパルス波高値の略半分の値となる。この積分回路11bから出力される全波整流電圧Veが第2電流検知回路12に供給されて比較器12aで過大電流閾値Vref2と比較されたときに、Ve<Vref2となり、比較器12aの出力はローレベルを維持する。 In the state where the first current detection circuit 9 is detecting the current based on the duty ratio due to the abrupt change of the excitation current Iex, the excitation voltage Vb output from the current-voltage conversion circuit 6 is the full-wave rectified value forming circuit 11. Will also be supplied. In this state, as shown in FIG. 4, the exciting current Iex has a waveform in which the duty ratio changes in accordance with the measured current value and changes in positive and negative pulses and repeats. Therefore, the absolute value of the full-wave rectified value forming circuit 11 is increased. Since the total value of the pulse widths for one cycle when the value circuit 11a makes the absolute value becomes a constant value regardless of the change of the duty ratio, when the integrating circuit 11b integrates and averages, the positive pulse The value is approximately half the peak value. When the full-wave rectified voltage Ve output from the integrating circuit 11b is supplied to the second current detection circuit 12 and compared with the overcurrent threshold Vref2 by the comparator 12a, Ve<Vref2, and the output of the comparator 12a is Keep low level.

ところが、第1電流検知回路9では、磁気コア3のインダクタンスの飽和状態と消失状態との変化による励磁電流のデューティ比変化によって検出電流を検知するようにしているが、導線2に地絡時のように過大電流(例えば3A以上)が流入する状態となると磁気コア3が矩形波電圧の印加にかかわらず飽和状態となり、励磁電流変化が生じない状態となって第1電流検知回路9での電流検知が行えない状態となる。 However, in the first current detection circuit 9, the detected current is detected by the change in the duty ratio of the exciting current due to the change between the saturation state and the disappearance state of the inductance of the magnetic core 3. As described above, when an excessive current (for example, 3 A or more) flows in, the magnetic core 3 is saturated regardless of the application of the rectangular wave voltage, and the exciting current does not change, and the current in the first current detection circuit 9 does not occur. It cannot be detected.

この導線に過大電流が流入する状態では、励磁電流Iexが過大電流に比例する正値又は負値となり、電流−電圧変換回路6から出力される励磁電圧Vbも正値又は負値となる。
このため、全波整流値形成回路11の絶対値回路11aで絶対値化し、これを積分回路11bで積分したときに、積分回路11bの積分出力電圧は時間の経過とともに増加することになる。この積分出力電圧が第2電流検知回路12を構成する比較器12aに供給されるので、積分出力電圧が過大電流閾値Vref2以上となったときに比較器12aからハイレベルの過大電流検知信号Sbが出力される。この過大電流検知信号Sbが論理和回路13に供給されるので、この論理和回路13からハイレベルとなる電流検知信号Scが出力される。
When an excessive current flows into this conductor, the exciting current Iex has a positive value or a negative value proportional to the excessive current, and the exciting voltage Vb output from the current-voltage conversion circuit 6 also has a positive value or a negative value.
Therefore, when the absolute value circuit 11a of the full-wave rectified value forming circuit 11 converts the absolute value and the integrating circuit 11b integrates the integrated value, the integrated output voltage of the integrating circuit 11b increases with the passage of time. Since the integrated output voltage is supplied to the comparator 12a that constitutes the second current detection circuit 12, the high-level excessive current detection signal Sb is output from the comparator 12a when the integrated output voltage becomes equal to or higher than the excessive current threshold Vref2. Is output. Since the excessive current detection signal Sb is supplied to the OR circuit 13, the OR circuit 13 outputs the high level current detection signal Sc.

このように、上記第2の実施形態によると、導線2に流入する検出電流が微小電流範囲であるときには、第1電流検知回路9の絶対値回路9bで励磁コイル4に流れる励磁電流Iexのデューティ比に応じた電流検知処理を行って電流検知閾値以上の検出電流を検知したときにハイレベルとなる電流検知信号Saが論理和回路13を介して出力される。
一方、導線2に流入する検出電流が過大電流であるときには、第2電流検知回路12によって過大電流閾値Vref2以上の過大電流を検知したときにハイレベルとなる過大電流検知信号Sbが論理和回路13を介して出力される。
As described above, according to the second embodiment, when the detected current flowing into the conductor 2 is in the minute current range, the duty of the exciting current Iex flowing through the exciting coil 4 in the absolute value circuit 9b of the first current detecting circuit 9 is increased. A current detection signal Sa that becomes high level is output via the OR circuit 13 when a current detection process according to the ratio is performed and a detected current equal to or higher than the current detection threshold is detected.
On the other hand, when the detected current flowing into the conductor 2 is an excessive current, the excessive current detection signal Sb which becomes high level when the excessive current of the excessive current threshold Vref2 or more is detected by the second current detection circuit 12 is the OR circuit 13 Is output via.

したがって、第2の実施形態によれば、前述した第1の実施形態の構成に、全波整流値形成回路11、第2電流検知回路12及び論理和回路13を加えるだけで微小電流領域から過大電流領域までの広範囲の電流検知を行うことができる。
しかも、第1電流検知回路9及び第2電流検知回路12の出力側に比較器を配置して、設定電流値以上の検出電流が流入したときにハイレベルの電流検知信号を出力するようにしたので、簡易な構成で電流検知を正確に行うことができる。
Therefore, according to the second embodiment, by adding the full-wave rectified value forming circuit 11, the second current detection circuit 12, and the OR circuit 13 to the configuration of the above-described first embodiment, the excess current from the minute current region is increased. It is possible to detect a wide range of current up to the current region.
Moreover, a comparator is arranged on the output side of the first current detection circuit 9 and the second current detection circuit 12 so that a high-level current detection signal is output when a detection current of a set current value or more flows in. Therefore, current detection can be accurately performed with a simple configuration.

なお、上記第2の実施形態においては、第1電流検知回路9及び第2電流検知回路12に比較器を設け、これら比較器の出力を論理和回路13に供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第1電流検知回路9の絶対値回路9bの測定電圧Vd及び過大電流検知部10の全波整流値形成回路11の全波整流電圧VeをA/D変換してマイクロコンピュータ等の演算処理装置に入力して検出電流値を表示するようにしてもよい。 In the second embodiment, the case where the first current detection circuit 9 and the second current detection circuit 12 are provided with comparators and the outputs of these comparators are supplied to the OR circuit 13 has been described. However, the measured voltage Vd of the absolute value circuit 9b of the first current detection circuit 9 and the full-wave rectified voltage Ve of the full-wave rectified value forming circuit 11 of the overcurrent detection unit 10 are A/D converted. The detected current value may be displayed by inputting it to an arithmetic processing unit such as a microcomputer.

次に、本発明の第3の実施形態について図14〜図19を伴って説明する。
この第3実施形態では、第1電流検知回路9に対する周囲環境の影響による測定値変動を抑制するようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態では、図14に示すように、励磁回路5の出力側に電圧制限部としての電圧制限回路15を接続するとともに、第1電流検知回路9に温度変化による測定値変化を補正する温度補正部としての第1補正回路9dを設けるようにしている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the third embodiment, fluctuations in measured values due to the influence of the surrounding environment on the first current detection circuit 9 are suppressed.
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 14, the voltage limiting circuit 15 as a voltage limiting unit is connected to the output side of the exciting circuit 5, and the first current detecting circuit 9 changes the measured value due to the temperature change. A first correction circuit 9d is provided as a temperature correction unit for correcting the temperature.

電圧制限回路15は、図15に示すように、前述した第1の実施形態における励磁回路5のオペアンプ5aの出力側とグランドとの間に接続されている。この電圧制限回路15は、通電方向が互いに逆方向となるようにアノード同士が互いに接続されたそれぞれツェナーダイオードで構成される第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17で構成されている。ここで、第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17は、第1定電圧ダイオード16のアノードが第2定電圧ダイオード17のアノードに接続されている。また、第1定電圧ダイオード16のカソードがオペアンプ5aの出力側に接続され、第2定電圧ダイオード17のカソードがグランドに接続されている。 As shown in FIG. 15, the voltage limiting circuit 15 is connected between the output side of the operational amplifier 5a of the exciting circuit 5 of the first embodiment and the ground. The voltage limiting circuit 15 is composed of a first constant voltage diode 16 and a second constant voltage diode 17 each having a Zener diode whose anodes are connected to each other so that the energization directions are opposite to each other. Here, in the first constant voltage diode 16 and the second constant voltage diode 17, the anode of the first constant voltage diode 16 is connected to the anode of the second constant voltage diode 17. The cathode of the first constant voltage diode 16 is connected to the output side of the operational amplifier 5a, and the cathode of the second constant voltage diode 17 is connected to the ground.

この電圧制限回路15では、オペアンプ5aから出力される正負の矩形波電圧Vaの正側電圧及び負側電圧の振幅を正側リミット電圧及び負側リミット電圧間の振幅範囲に制限する正負リミッタ回路を構成している。ここで、正側リミット電圧及び負側リミット電圧は、励磁回路5の周囲温度の変化によって矩形波電圧に振幅変化が生じたときに、この振幅変化が出力端子toから出力される矩形波電圧Vaに影響を与えない値に設定されている。 The voltage limiting circuit 15 includes a positive/negative limiter circuit that limits the amplitude of the positive-side voltage and the negative-side voltage of the positive/negative rectangular wave voltage Va output from the operational amplifier 5a to the amplitude range between the positive-side limit voltage and the negative-side limit voltage. I am configuring. The positive limit voltage and the negative limit voltage are the rectangular wave voltage Va output from the output terminal to when the rectangular wave voltage has an amplitude change due to a change in the ambient temperature of the exciting circuit 5. Is set to a value that does not affect the.

また、第1補正回路9dは、図16に示すように、第1電流検知回路9の低域通過フィルタ9aと絶対値回路9bとの間に接続されている。この第1補正回路9dは、低域通過フィルタ9aのフィルタ出力が抵抗9eを介して反転入力側に供給されるオペアンプ9fと、このオペアンプ9fの出力側と反転入力側との間に接続された帰還抵抗9gと、オペアンプ9fの非反転入力側とグランドとの間に接続されたバイアス電流の影響を避ける抵抗9hと、抵抗9eと並列に接続された温度補償部としてのサーミスタ9iとで反転増幅器を構成している。 Further, the first correction circuit 9d is connected between the low-pass filter 9a and the absolute value circuit 9b of the first current detection circuit 9 as shown in FIG. The first correction circuit 9d is connected between the operational amplifier 9f to which the filter output of the low-pass filter 9a is supplied to the inverting input side via the resistor 9e, and the output side and the inverting input side of the operational amplifier 9f. An inverting amplifier including a feedback resistor 9g, a resistor 9h connected between the non-inverting input side of the operational amplifier 9f and the ground to avoid the influence of a bias current, and a thermistor 9i connected in parallel with the resistor 9e as a temperature compensation unit. Is composed of.

ここで、サーミスタ9iは、前述した励磁回路5に設けた電圧制限回路15を構成する第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17が正の温度特性を有するので、これら第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17の正の温度特性を補償するために負の特性すなわち温度の上昇に応じて抵抗値が減少する特性に設定されている。したがって、第1補正回路9dでは、抵抗9eと並列にサーミスタ9iが接続されているので、温度の上昇によってサーミスタ9iの抵抗が低下することにより、抵抗9e及びサーミスタ9iの合成抵抗Rsが減少し、増幅率が増加することにより、増幅出力である測定電圧Vdの低下を補償する。 Here, in the thermistor 9i, the first constant voltage diode 16 and the second constant voltage diode 17 forming the voltage limiting circuit 15 provided in the above-described excitation circuit 5 have positive temperature characteristics, so that the first constant voltage diode In order to compensate the positive temperature characteristics of 16 and the second constant voltage diode 17, a negative characteristic, that is, a characteristic in which the resistance value decreases as the temperature rises is set. Therefore, in the first correction circuit 9d, since the thermistor 9i is connected in parallel with the resistor 9e, the resistance of the thermistor 9i decreases due to the rise in temperature, and the combined resistance Rs of the resistor 9e and the thermistor 9i decreases, The increase in the amplification factor compensates for the decrease in the measured voltage Vd, which is the amplified output.

この第3の実施形態によると、前述した第2の実施形態と同様に、第1電流検知回路9で微小電流領域の検出電流を検知し、第2電流検知回路12で過大電流領域の検出電流を検知することができる。
ところで、励磁回路5は、温度依存特性を有し、周囲温度が変化することで、矩形波電圧Vaが、図18(a)で点線図示のように、正側の電圧減少幅に比較して負側の電圧減少幅が大きくなる場合が生じる。このように、矩形波電圧Vaの正側及び負側で電圧減少幅が異なる場合には、第1電流検知回路9の低域通過フィルタ9aで平均化したときに、導線2に測定電流を生じた場合と同等の0より大きなフィルタ出力Vfが出力される。このフィルタ出力Vfを第1補正回路9dで反転増幅することにより、図18(b)に示すように、図17(a)に示す導線2に微小な検出電流Cが生じた場合の図17(b)に示す測定電圧Vdと同等の測定電圧Vdが出力されることになり、周囲温度変化による誤検知が発生してしまう。
According to the third embodiment, similarly to the second embodiment described above, the first current detection circuit 9 detects the detection current in the minute current region, and the second current detection circuit 12 detects the detection current in the excessive current region. Can be detected.
By the way, the excitation circuit 5 has a temperature-dependent characteristic, and the rectangular wave voltage Va is compared with the voltage decrease width on the positive side as shown by the dotted line in FIG. There may occur a case where the voltage decrease width on the negative side becomes large. In this way, when the voltage decrease width is different on the positive side and the negative side of the rectangular wave voltage Va, a measurement current is generated in the conductor 2 when averaged by the low-pass filter 9a of the first current detection circuit 9. A filter output Vf larger than 0, which is the same as that in the case of By inverting and amplifying this filter output Vf by the first correction circuit 9d, as shown in FIG. 18B, a minute detection current C is generated in the conductor 2 shown in FIG. A measurement voltage Vd equivalent to the measurement voltage Vd shown in b) will be output, resulting in erroneous detection due to a change in ambient temperature.

しかしながら、本実施形態では、励磁回路5のオペアンプ5aの出力端子部とグランドとの間に電圧制限回路15が接続されている。この電圧制限回路15によって、励磁回路5の矩形波電圧Vaの正側及び負側の電圧が温度変化による変動幅分を除くように制限される。したがって、図18(a)に示すように、周囲温度の変化によってオペアンプ5aから出力される矩形波電圧Vaが振幅変動したとしても、その振幅変動分が矩形波電圧Vaに影響を与えない範囲で電圧制限が行われることになる。 However, in the present embodiment, the voltage limiting circuit 15 is connected between the output terminal of the operational amplifier 5a of the exciting circuit 5 and the ground. The voltage limiting circuit 15 limits the positive-side voltage and the negative-side voltage of the rectangular wave voltage Va of the exciting circuit 5 so as to exclude the fluctuation range due to the temperature change. Therefore, as shown in FIG. 18A, even if the rectangular wave voltage Va output from the operational amplifier 5a changes in amplitude due to a change in ambient temperature, the amplitude fluctuation does not affect the rectangular wave voltage Va. The voltage will be limited.

このように、この電圧制限回路15の正負の制限電圧を小さく制限することにより、周囲温度の変化による電圧変動(振幅変動)分を除去することができるが、電圧制限回路15の制限電圧を小さくし過ぎると、導線2に流れる微小電流による励磁電圧Vbのデューティ比の変化による第1電流検知回路9の低域通過フィルタ9aのフィルタ出力の変化分が小さくなることから電流検出精度が低下することになる。 As described above, by limiting the positive and negative limit voltages of the voltage limiting circuit 15 to be small, the voltage fluctuation (amplitude fluctuation) due to the change of the ambient temperature can be removed, but the voltage limiting circuit 15 has a small limiting voltage. If too much, the change amount of the filter output of the low-pass filter 9a of the first current detection circuit 9 due to the change of the duty ratio of the exciting voltage Vb due to the minute current flowing through the conductor 2 becomes small, so that the current detection accuracy deteriorates. become.

このため、電圧制限回路15の制限電圧は使用する周囲温度の範囲内の最大電圧変動幅の影響を受けないぎりぎりの電圧に設定することが好ましい。
しかしながら、電圧制限回路15を構成するツェナーダイオードで構成される第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17自体も温度の上昇に伴って順方向電圧が上昇する温度依存特性を有することから、周囲温度が高くなるにつれて制限電圧も高くなり、周囲温度の上昇による電圧変動が矩形波電圧Vaに影響することになる。この矩形波電圧Vaの変動が第1電流検知回路9で測定電圧Vdの変動として現れ、誤検出の要因となる。
For this reason, it is preferable to set the limit voltage of the voltage limiter circuit 15 to a voltage that is not affected by the maximum voltage fluctuation width within the range of the ambient temperature to be used.
However, since the first constant voltage diode 16 and the second constant voltage diode 17 themselves, which are Zener diodes forming the voltage limiting circuit 15, also have a temperature-dependent characteristic in which the forward voltage rises as the temperature rises, As the ambient temperature rises, the limit voltage also rises, and the voltage fluctuation due to the rise in ambient temperature affects the rectangular wave voltage Va. This variation of the rectangular wave voltage Va appears as a variation of the measured voltage Vd in the first current detection circuit 9, and causes a false detection.

これに対して、本実施形態では、第1電流検知回路9の第1補正回路9dに温度の上昇に対して抵抗値が減少する負の抵抗特性を有するサーミスタ9iが抵抗9eと並列に介挿されている。周囲温度の上昇に応じてサーミスタ9iの抵抗値が減少することで、抵抗9eの抵抗値R5及びサーミスタ9iの抵抗値Rtの合成抵抗Rsが減少する。抵抗9hの抵抗値をR6としたときのオペアンプ9fの増幅率−R6/Rsが増加することになる。
したがって、第1補正回路9dで、電圧制限回路15を構成する第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17の温度依存性による第1補正回路9dから出力される測定電圧Vdの減少を補償することができ、図19(b)に示すように正確な測定電圧Vdを得ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, a thermistor 9i having a negative resistance characteristic that the resistance value decreases with increasing temperature is inserted in parallel with the resistor 9e in the first correction circuit 9d of the first current detection circuit 9. Has been done. Since the resistance value of the thermistor 9i decreases in accordance with the increase in ambient temperature, the combined resistance Rs of the resistance value R5 of the resistance 9e and the resistance value Rt of the thermistor 9i decreases. When the resistance value of the resistor 9h is R6, the amplification factor −R6/Rs of the operational amplifier 9f increases.
Therefore, the first correction circuit 9d compensates for the decrease in the measured voltage Vd output from the first correction circuit 9d due to the temperature dependence of the first constant voltage diode 16 and the second constant voltage diode 17 that form the voltage limiting circuit 15. Therefore, the accurate measurement voltage Vd can be obtained as shown in FIG.

なお、上記第3の実施形態においては、第1補正回路9dとして反転増幅器を適用して励磁回路5から出力される矩形波電圧Vaのデューティ比の増加に対して測定電圧Vdが減少する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、反転増幅器の出力側に同様の反転増幅器を接続することにより、励磁回路5の矩形波電圧Vaのデューティ比の増加に応じて増加する測定電圧Vdを得ることができる。さらには、第1補正回路9dを非反転増幅器で構成することによっても、励磁回路5の矩形波電圧Vaのデューティ比の増加に応じて増加する測定電圧Vdを得ることができる。
また、上記第3の実施形態においては、電圧制限回路15として第1定電圧ダイオード16及び第2定電圧ダイオード17のアノード同士を接続した場合について説明したが、これに限定されるものではなくカソード同士を接続するようにしてもよい。
In the third embodiment, the case where the inverting amplifier is applied as the first correction circuit 9d and the measured voltage Vd decreases as the duty ratio of the rectangular wave voltage Va output from the excitation circuit 5 increases. Although described above, the present invention is not limited to this, and by connecting a similar inverting amplifier to the output side of the inverting amplifier, the measured voltage Vd that increases with an increase in the duty ratio of the rectangular wave voltage Va of the exciting circuit 5 is obtained. Can be obtained. Further, by configuring the first correction circuit 9d with a non-inverting amplifier, it is possible to obtain the measured voltage Vd that increases as the duty ratio of the rectangular wave voltage Va of the excitation circuit 5 increases.
Further, in the third embodiment described above, the case where the anodes of the first constant voltage diode 16 and the second constant voltage diode 17 are connected to each other as the voltage limiting circuit 15 has been described, but the present invention is not limited to this. You may make it connect mutually.

次に、本発明の第4の実施形態について図20を伴って説明する。
この第4実施形態では、励磁回路5で発生する矩形波電圧の、周囲環境の影響による変動を抑制するようにしたものである。
すなわち、第4の実施形態では、図20に示すように、第1の実施形態における励磁回路5において、さらに電流増幅部としての電流増幅回路5fを設けるようにしている。電流増幅回路5fは、オペアンプ5aの出力側に設けられ、オペアンプ5aの出力を増幅し矩形波電圧Vaとして出力する。つまり、オペアンプ5a、帰還抵抗5b、分圧抵抗5c及び5d、コンデンサ5eからなる矩形波電圧を発生する発振回路5oscの出力を、電流増幅回路5fで増幅するようにしている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the fourth embodiment, the variation of the rectangular wave voltage generated in the exciting circuit 5 due to the influence of the surrounding environment is suppressed.
That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 20, the excitation circuit 5 of the first embodiment is further provided with a current amplification circuit 5f as a current amplification unit. The current amplifier circuit 5f is provided on the output side of the operational amplifier 5a, amplifies the output of the operational amplifier 5a, and outputs it as a rectangular wave voltage Va. That is, the output of the oscillating circuit 5osc including the operational amplifier 5a, the feedback resistor 5b, the voltage dividing resistors 5c and 5d, and the capacitor 5e is amplified by the current amplifying circuit 5f.

電流増幅回路5fは、直列に接続されて電源及びグランド間に接続されるnチャネルMOSFET51及びpチャネルMOSFET52から構成され、nチャネルMOSFET51のソースとpチャネルMOSFET52のソースとが接続される。nチャネルMOSFET51のゲート及びpチャネルMOSFET52のゲートには、オペアンプ5aの出力側が接続される。また、nチャネルMOSFET51とpチャネルMOSFET52との接続点が励磁コイル4の一端に接続される。
なお、電流増幅部5fから出力される矩形波電圧Vaは、前記(1)式で表される、発振回路5oscの出力の発振周波数fと同一であり、電流増幅部5fは、発振周波数は同一で、励磁コイル4に対して、より大きな励磁電流を供給し得る矩形波電圧Vaを出力することができる。
The current amplification circuit 5f is composed of an n-channel MOSFET 51 and a p-channel MOSFET 52 which are connected in series and connected between a power supply and a ground, and the source of the n-channel MOSFET 51 and the source of the p-channel MOSFET 52 are connected. The output side of the operational amplifier 5a is connected to the gate of the n-channel MOSFET 51 and the gate of the p-channel MOSFET 52. The connection point between the n-channel MOSFET 51 and the p-channel MOSFET 52 is connected to one end of the exciting coil 4.
The rectangular wave voltage Va output from the current amplification unit 5f is the same as the oscillation frequency f of the output of the oscillation circuit 5osc expressed by the above formula (1), and the current amplification unit 5f has the same oscillation frequency. Then, the rectangular wave voltage Va capable of supplying a larger exciting current to the exciting coil 4 can be output.

この第4の実施形態によると、オペアンプ5aから出力される矩形波電圧は、電流増幅回路5fに入力され、nチャネルMOSFET51及びpチャネルMOSFET52のゲートに供給され、正負の矩形波電圧に応じてnチャネルMOSFET51及びpチャネルMOSFET52が交互にオンオフし、オンオフ動作に応じて正負に切り替わるパルス電圧が矩形波電圧Vaとして励磁コイル4の一端に供給される。 According to the fourth embodiment, the rectangular wave voltage output from the operational amplifier 5a is input to the current amplification circuit 5f, is supplied to the gates of the n-channel MOSFET 51 and the p-channel MOSFET 52, and is supplied in accordance with the positive and negative rectangular wave voltages. The channel MOSFET 51 and the p-channel MOSFET 52 are alternately turned on and off, and a pulse voltage that switches between positive and negative depending on the on/off operation is supplied to one end of the exciting coil 4 as a rectangular wave voltage Va.

このように、励磁回路5では、発振回路5oscの出力は、nチャネルMOSFET51及びpチャネルMOSFET52のゲート信号として用いられ、電流増幅回路5fの出力が矩形波電圧Vaとして励磁コイル4に供給される。そのため、温度環境の変化等の影響により、発振回路5oscの出力に電圧変動等が生じたとしても、発振回路5oscの出力は電流増幅回路5fにより電圧変動等による影響分が除去された後、矩形波電圧Vaとして励磁コイル4に供給される。したがって、電流増幅回路5fを設けることにより、温度による電圧変動等の不安定要因を低減することができ、すなわち周囲環境の影響を受けることを回避し、より高精度な電流測定を行うことができる。 Thus, in the exciting circuit 5, the output of the oscillating circuit 5osc is used as the gate signal of the n-channel MOSFET 51 and the p-channel MOSFET 52, and the output of the current amplifying circuit 5f is supplied to the exciting coil 4 as the rectangular wave voltage Va. Therefore, even if a voltage variation or the like occurs in the output of the oscillation circuit 5osc due to a change in the temperature environment or the like, the output of the oscillation circuit 5osc is rectangular after the influence of the voltage variation or the like is removed by the current amplification circuit 5f. The wave voltage Va is supplied to the exciting coil 4. Therefore, by providing the current amplification circuit 5f, unstable factors such as voltage fluctuation due to temperature can be reduced, that is, the influence of the surrounding environment can be avoided and more accurate current measurement can be performed. ..

また、電流増幅回路5fを設けることで、所望の励磁電流が得られるように調整することができるため、励磁電流の制約を少なくすることができる。そのため、磁気コア3の巻数選定の自由度を高めることができる。
なお、上記第4の実施形態においては、nチャネルMOSFET51とpチャネルMOSFET52とを用いて電流増幅回路5fを構成した場合について説明したが、これに限るものではない。例えばバイポーラトランジスタを用いて電流増幅回路5fを構成することも可能である。
また、上記第4の実施形態では、第1の実施形態において、さらに電流増幅回路5fを設けた場合について説明したが、第2の実施形態、また、第3の実施形態において、電流増幅回路5fを設けることも可能である。
Further, by providing the current amplification circuit 5f, it is possible to perform adjustment so that a desired exciting current can be obtained, so that restrictions on the exciting current can be reduced. Therefore, the degree of freedom in selecting the number of turns of the magnetic core 3 can be increased.
In addition, in the said 4th Embodiment, although the case where the current amplifier circuit 5f was comprised using the n channel MOSFET51 and the p channel MOSFET52 was demonstrated, it is not restricted to this. For example, the current amplifier circuit 5f can be configured using bipolar transistors.
Further, in the fourth embodiment, the case where the current amplifier circuit 5f is further provided in the first embodiment has been described, but in the second embodiment and the third embodiment, the current amplifier circuit 5f is provided. It is also possible to provide.

次に、本発明の第5の実施形態について、図21〜図23を伴って説明する。
この第5実施形態では、第4実施形態において、二値化回路8から出力される矩形波電圧Vcの、周囲環境の影響による変動を抑制するようにしたものである。
第5の実施形態では、図21に示すように、第1電流検知回路9は、低域通過フィルタ9aと、絶対値回路9bとの間に、周囲環境の影響による低域通過フィルタ9aの出力である矩形波電圧Vcの変化を補正する第2補正回路9jを設けるようにしている。
第2補正回路9jは、図22に示すように、分圧抵抗61及び62と、分圧抵抗61と分圧抵抗62との間に設けられたダイオード63と、差動回路64と、を備える。
ダイオード63は、例えばツェナーダイオードで構成され、ダイオード63のアノードが高電位側の分圧抵抗61に接続され、カソードが分圧抵抗62に接続される。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the fifth embodiment, in the fourth embodiment, the variation of the rectangular wave voltage Vc output from the binarization circuit 8 due to the influence of the surrounding environment is suppressed.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 21, the first current detection circuit 9 outputs the output of the low pass filter 9a due to the influence of the surrounding environment between the low pass filter 9a and the absolute value circuit 9b. The second correction circuit 9j is provided to correct the change in the rectangular wave voltage Vc.
As shown in FIG. 22, the second correction circuit 9j includes voltage dividing resistors 61 and 62, a diode 63 provided between the voltage dividing resistor 61 and the voltage dividing resistor 62, and a differential circuit 64. ..
The diode 63 is composed of, for example, a Zener diode, the anode of the diode 63 is connected to the high potential side voltage dividing resistor 61, and the cathode is connected to the voltage dividing resistor 62.

差動回路64は、低域通過フィルタ9aの出力側とグランドとの間に設けられる分圧抵抗65及び66と、分圧抵抗65及び66の接続点が非反転入力側に入力されるオペアンプ67と、オペアンプ67の出力側とダイオード63及び抵抗62の接続点との間に直列に接続した抵抗68及び69を備える。抵抗68と69の接続点がオペアンプ67の反転入力側に接続される。
つまり、第2補正回路9jは、差動回路64によって、低域通過フィルタ9aの出力である矩形波電圧Vcと周囲環境の変化に伴うダイオード63の出力特性の変動分との差分をとることにより、矩形波電圧Vcから周囲環境の変化に伴う変動成分を除去し、これを絶対値回路9bに出力する。
The differential circuit 64 includes a voltage dividing resistors 65 and 66 provided between the output side of the low pass filter 9a and the ground, and an operational amplifier 67 whose connection point between the voltage dividing resistors 65 and 66 is input to the non-inverting input side. And resistors 68 and 69 connected in series between the output side of the operational amplifier 67 and the connection point of the diode 63 and the resistor 62. The connection point of the resistors 68 and 69 is connected to the inverting input side of the operational amplifier 67.
That is, the second correction circuit 9j uses the differential circuit 64 to obtain the difference between the rectangular wave voltage Vc that is the output of the low-pass filter 9a and the variation of the output characteristic of the diode 63 due to the change in the surrounding environment. , The rectangular wave voltage Vc is removed of the fluctuation component due to the change of the surrounding environment, and this is output to the absolute value circuit 9b.

この第5実施形態では、前述した第4実施形態と同様に、周囲温度が変化した場合でも、矩形波電圧Vaの変動を抑制することができる。さらに、第5実施形態では、第1電流検知回路9の低域通過フィルタ9aの出力側に第2補正回路9jを設け、周囲環境の変化による矩形波電圧Vcの変化を抑制するため、周囲環境の影響を受けることなく微小電流検知を行うことができ、すなわち高精度な電流測定を行うことができる。
また、抵抗65、66、68、69と、オペアンプ67からなる差動回路64と、抵抗61、62及びダイオード63とを備えた簡易な構成で、第2補正回路9jを実現することができる。
In the fifth embodiment, similarly to the above-described fourth embodiment, it is possible to suppress the variation of the rectangular wave voltage Va even when the ambient temperature changes. Furthermore, in the fifth embodiment, the second correction circuit 9j is provided on the output side of the low-pass filter 9a of the first current detection circuit 9 to suppress the change in the rectangular wave voltage Vc due to the change in the ambient environment. It is possible to detect a minute current without being affected by, that is, it is possible to perform highly accurate current measurement.
Further, the second correction circuit 9j can be realized with a simple configuration including the resistors 65, 66, 68 and 69, the differential circuit 64 including the operational amplifier 67, the resistors 61 and 62, and the diode 63.

なお、上記第5の実施形態においては、図22に示すように、ダイオード63を用いて矩形波電圧Vcを補正する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、図23に示すように、サーミスタ70を用いて矩形波電圧Vcを補正するようにしてもよい。つまり、図22において、直列に接続された分圧抵抗61、ダイオード63及び分圧抵抗62に変えて、サーミスタ70を高電位側として、直列に接続されたサーミスタ70と抵抗71とを電源及びグランド間に接続し、サーミスタ70と抵抗71との接続点と、差動回路64の抵抗68の一端とを接続する。 In the fifth embodiment, as shown in FIG. 22, the case where the diode 63 is used to correct the rectangular wave voltage Vc has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 23, for example. Alternatively, the thermistor 70 may be used to correct the rectangular wave voltage Vc. That is, in FIG. 22, in place of the voltage dividing resistor 61, the diode 63 and the voltage dividing resistor 62 connected in series, the thermistor 70 is set to the high potential side, and the thermistor 70 and the resistor 71 connected in series are connected to the power source and the ground. The connection point between the thermistor 70 and the resistor 71 is connected to one end of the resistor 68 of the differential circuit 64.

図23に示す構成とした場合であっても、ダイオード63を用いた第2補正回路9jと同等の作用効果を得ることができる。
なお、上記第1〜第5の実施形態においては、電流−電圧変換回路6の出力側に接続したフィルタ回路7を二次の低域通過フィルタで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、一次の低域通過フィルタで構成したり、必要な信号成分のみを通過させる帯域通過フィルタで構成したりしてもよい。
Even in the case of the configuration shown in FIG. 23, it is possible to obtain the same operational effect as the second correction circuit 9j using the diode 63.
In addition, in the said 1st-5th embodiment, although the case where the filter circuit 7 connected to the output side of the current-voltage conversion circuit 6 was comprised by the secondary low pass filter was demonstrated, it is not limited to this. However, it may be configured by a first-order low-pass filter or a band-pass filter that passes only necessary signal components.

また、上記第1〜第5の実施形態においては、磁気コア3内に1本の導線2を挿通して導線2に流れる電流を検知する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気コア3内に互いに微小な差電流を生じる2本の導線を挿通して微小な差電流を検出することもできる。
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
Further, in the above-described first to fifth embodiments, the case has been described in which one conductor wire 2 is inserted into the magnetic core 3 to detect the current flowing through the conductor wire 2, but the present invention is not limited to this. It is also possible to detect a minute difference current by inserting two conductor wires that generate a minute difference current in the magnetic core 3.
Although the present invention has been described with reference to the specific embodiments, the present invention is not limited to these descriptions. Various embodiments of the invention, as well as various modifications of the disclosed embodiments, will be apparent to persons skilled in the art upon reference to the description of the invention. Therefore, the scope of the claims should be understood to cover these modifications and embodiments included in the scope and gist of the present invention.

1…電流検知装置、2…導線、3…磁気コア、4…励磁コイル、5…励磁回路、6…電流−電圧変換回路、7…フィルタ回路、8…二値化回路、9…第1電流検知回路、10…過大電流検知部、11…全波整流値形成回路、12…第2電流検知回路、15…電圧制限回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Current detection device, 2... Conductive wire, 3... Magnetic core, 4... Excitation coil, 5... Excitation circuit, 6... Current-voltage conversion circuit, 7... Filter circuit, 8... Binarization circuit, 9... First current Detection circuit, 10... Excess current detection unit, 11... Full-wave rectified value forming circuit, 12... Second current detection circuit, 15... Voltage limiting circuit

Claims (16)

検出電流が流入し得る導線を囲む磁気コアに、電気的に絶縁し磁気的に結合するように巻回した励磁コイルと、
周波数一定の矩形波電圧を印加して前記磁気コアを飽和状態又はその近傍の状態にする励磁電流を前記励磁コイルに供給する励磁部と、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を、電圧に変換して出力する電流−電圧変換部と、
該電流−電圧変換部から出力される電圧に重畳するノイズ成分を除去するフィルタ部と、
該フィルタ部から出力される出力電圧の大きさが変化するタイミングに基づいて矩形波電圧に変換する二値化部と、
該二値化部から出力される矩形波電圧に基づいて前記検出電流の流入を検知する第1電流検知部と、
前記電流−電圧変換部から出力される電圧の全波整流値を出力する全波整流値形成部と、
該全波整流値形成部の全波整流値に基づいて前記検出電流の流入を検知する第2電流検知部と
を備えたことを特徴とする電流検知装置。
An exciting coil wound so as to be electrically insulated and magnetically coupled to a magnetic core surrounding a conducting wire into which a detection current can flow,
An exciting unit that supplies an exciting current to the exciting coil by applying a rectangular wave voltage having a constant frequency to bring the magnetic core into a saturated state or a state in the vicinity thereof,
An exciting current flowing through the exciting coil, a current-voltage converter that converts the voltage into a voltage and outputs the voltage,
A filter unit that removes a noise component superimposed on the voltage output from the current-voltage conversion unit;
A binarization unit that converts the output voltage output from the filter unit into a rectangular wave voltage based on the timing at which the magnitude of the output voltage changes;
A first current detection unit that detects an inflow of the detection current based on a rectangular wave voltage output from the binarization unit;
A full-wave rectified value forming unit that outputs a full-wave rectified value of the voltage output from the current-voltage conversion unit,
A current detection device comprising: a second current detection unit that detects the inflow of the detected current based on the full-wave rectified value of the full-wave rectified value forming unit.
前記フィルタ部は、ノイズ周波数成分を遮断する低域通過フィルタで構成されていることを特徴とする請求項に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 1 , wherein the filter unit includes a low-pass filter that blocks noise frequency components. 前記励磁部は、前記矩形波電圧を発生する発振回路で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流検知装置。 The current sensing device according to claim 1 or 2 , wherein the exciting unit includes an oscillating circuit that generates the rectangular wave voltage. 前記励磁部は、前記発振回路で発生する矩形波電圧の振幅を制限する電圧制限部を備えていることを特徴とする請求項に記載の電流検知装置。 The current detecting device according to claim 3 , wherein the exciting unit includes a voltage limiting unit that limits the amplitude of the rectangular wave voltage generated in the oscillation circuit. 前記電圧制限部は、前記発振回路の出力側とグランドとの間に接続された定電圧ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 4 , wherein the voltage limiting unit is composed of a constant voltage diode connected between the output side of the oscillation circuit and the ground. 前記励磁部から出力される前記矩形波電圧を入力し前記励磁コイルに供給する前記励磁電流を増幅する電流増幅部を備えていることを特徴とする請求項1から請求項の何れか1項に記載の電流検知装置。 The current amplification unit that amplifies the excitation current supplied to the excitation coil by inputting the rectangular wave voltage output from the excitation unit, is included in any one of claims 1 to 5. The current detection device described in. 前記電流増幅部は、スイッチング素子を含むことを特徴とする請求項に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 6 , wherein the current amplification unit includes a switching element. 前記スイッチング素子は、MOSFETであることを特徴とする請求項に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 7 , wherein the switching element is a MOSFET. 前記電流−電圧変換部は、シャント抵抗で構成されていることを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載の電流検知装置。 The current - voltage converter, the current sensing device according to any one of claims 1 8, characterized in that it is constituted by a shunt resistor. 前記二値化部は、閾値電圧が入力された比較器で構成されていることを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載の電流検知装置。 The binarization unit, a current sensing device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is constituted by a comparator threshold voltage is input. 前記第1電流検知部は、前記矩形波電圧のデューティ比を検知して前記検出電流に応じた検知信号を出力することを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の電流検知装置。 The current detection unit according to any one of claims 1 to 10 , wherein the first current detection unit detects a duty ratio of the rectangular wave voltage and outputs a detection signal corresponding to the detected current. apparatus. 前記第1電流検知部は、前記二値化部から出力される矩形波電圧の温度補正を行う温度補正部を備えていることを特徴とする請求項1から11の何れか1項に記載の電流検知装置。 The said 1st electric current detection part is equipped with the temperature correction|amendment part which temperature-corrects the rectangular wave voltage output from the said binarization part, The any one of Claim 1 to 11 characterized by the above-mentioned. Current sensing device. 前記温度補正部は、周囲温度によって抵抗値が変化するサーミスタを備えていることを特徴とする請求項12に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 12 , wherein the temperature correction unit includes a thermistor whose resistance value changes according to ambient temperature. 前記温度補正部は、ダイオードと差動回路とを備えることを特徴とする請求項12に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 12 , wherein the temperature correction unit includes a diode and a differential circuit. 前記温度補正部は、前記サーミスタを含む反転増幅器で構成されていることを特徴とする請求項13に記載の電流検知装置。 14. The current detection device according to claim 13 , wherein the temperature correction unit includes an inverting amplifier including the thermistor. 前記温度補正部は、前記サーミスタと差動回路とを備えることを特徴とする請求項13に記載の電流検知装置。 The current detection device according to claim 13 , wherein the temperature correction unit includes the thermistor and a differential circuit.
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