JP2021128017A - 三相電流検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成でダイオードの順方向降下電圧を改善した三相電流検出器を提供する。【解決手段】交流電源から負荷に流れる三相電流のうちの少なくとも二相の線路に各々設けられた電圧出力型の電流検出部41a、41b、41cと、前記電流検出部の出力端子にN側端子が各々接続される複数の第1スイッチング素子42a、42b、42cとを備えた電流検出器において、前記複数の第1スイッチング素子のP側端子にP側端子が接続される第2スイッチング素子42dと、前記第1スイッチング素子のP側端子と前記第2スイッチング素子のP側端子に一端が接続され、他端がマイナス電源に接続される第1の抵抗R1と、前記第2スイッチング素子のN側端子に一端が接続され、他端がプラス電源に接続される第2の抵抗R2とを備える電流検出器。【選択図】図4
Description
本発明は、三相電流検出器に関する。
図1に従来に係る三相電流検出器10の回路図を示す。三相電流検出器10は、ホール素子1a〜1c、ダイオード2a〜2c、および増幅器3から構成される。ホール素子1a〜1cは、三相配線4(X相の配線:4a、Y相の配線:4b、Z相の配線:4c)に接続され、三相配線4に流れる各相の電流を検出し、電圧Vinとして出力する。ダイオード2a〜2cは、ホール素子1a〜1cの出力端子に接続され、ホール素子1a〜1cにより検出した出力Vinを突き合わせて単一の出力Voutとする。増幅器3は、ダイオード2a〜2cのカソード端子(K側)に接続され、整流後の出力Voutを増幅する。
増幅器を含む三相電流検出器として、例えば特許文献1に記載の構成が知られている。
図2は、従来に係る三相電流検出器10の出力波形を示す。当波形において、横軸が位相、縦軸が出力電圧である。図2は、ホール素子1a〜1cが広範囲の電流を検出する仕様を前提とする。また、点線はホール素子1a〜1cの出力Vin、実線はノード5の出力Voutを示している。
図2(a)は、入力電流が大電流の場合の波形図を示している。図2(a)の場合、ノード5の出力Voutは、ホール素子1a〜1cの出力Vinからダイオード2a〜2cの順方向降下電圧Vf1だけ小さくなるがホール素子1a〜1cの出力波形を再現出来る。
図2(b)は、入力電流が小電流の場合の波形図を示している。図2(b)の場合、ノード5の出力Voutは、ホール素子1a〜1cの出力Vinがダイオード2a〜2cの順方向降下電圧Vf1より小さくなる微小電流領域でダイオードが非導通となる。そのため、ホール素子1a〜1cからの入力Vin≠0でもノード5の出力Vout=0となり、ホール素子1a〜1cの出力波形を再現出来ない。
図2(a)は、入力電流が大電流の場合の波形図を示している。図2(a)の場合、ノード5の出力Voutは、ホール素子1a〜1cの出力Vinからダイオード2a〜2cの順方向降下電圧Vf1だけ小さくなるがホール素子1a〜1cの出力波形を再現出来る。
図2(b)は、入力電流が小電流の場合の波形図を示している。図2(b)の場合、ノード5の出力Voutは、ホール素子1a〜1cの出力Vinがダイオード2a〜2cの順方向降下電圧Vf1より小さくなる微小電流領域でダイオードが非導通となる。そのため、ホール素子1a〜1cからの入力Vin≠0でもノード5の出力Vout=0となり、ホール素子1a〜1cの出力波形を再現出来ない。
図2(b)のように入力電流が小電流の場合であっても正しく検出するために、図1のダイオード2a〜2cの代わりに理想ダイオード回路(図3)を使用することが考えられる。
図3に理想ダイオード回路30の回路図を示す。理想ダイオード回路30は、増幅器31、ダイオード32aと32b、抵抗33から構成される。増幅器31は、+側入力と−側入力との差分=0となるように制御を掛ける。理想ダイオード回路30を使用する場合、順方向降下電圧Vf≒0である。
しかしながら、例えば図1の三相電流検出器10のようにダイオードが複数存在する場合、ダイオード全てを理想ダイオード回路へ置換える必要がある。そのため、置換えによって回路構成が複雑となる問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でダイオードの順方向降下電圧を改善した三相電流検出器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る三相電流検出器は、
交流電源から負荷に流れる三相電流のうちの少なくとも二相の線路に各々設けられた電圧出力型の電流検出部と、
前記電流検出部の出力端子にN側端子が各々接続される複数の第1スイッチング素子と、
備えた電流検出器において、
前記複数の第1スイッチング素子のP側端子にP側端子が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子のP側端子と前記第2スイッチング素子のP側端子に一端が接続され、他端がマイナス電源に接続される第1の抵抗と、
前記第2スイッチング素子のN側端子に一端が接続され、他端がプラス電源に接続される第2の抵抗を備えることを特徴とする。
交流電源から負荷に流れる三相電流のうちの少なくとも二相の線路に各々設けられた電圧出力型の電流検出部と、
前記電流検出部の出力端子にN側端子が各々接続される複数の第1スイッチング素子と、
備えた電流検出器において、
前記複数の第1スイッチング素子のP側端子にP側端子が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子のP側端子と前記第2スイッチング素子のP側端子に一端が接続され、他端がマイナス電源に接続される第1の抵抗と、
前記第2スイッチング素子のN側端子に一端が接続され、他端がプラス電源に接続される第2の抵抗を備えることを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成でダイオードの順方向降下電圧を改善した三相電流検出器を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る三相電流検出器について、図面を参照して説明する。
図4に本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40の回路図を示す。三相電流検出器40は、ホール素子41a〜41c、ダイオード42a〜42d、抵抗43aと43b、及び増幅器44から構成される。
ホール素子41a〜41cは、三相配線45(X相の配線:45a、Y相の配線:45b、Z相の配線:45c)に接続され、三相配線45に流れる各相の電流を検出し、電圧Vinとして出力する。
ホール素子41a〜41cは、三相配線45(X相の配線:45a、Y相の配線:45b、Z相の配線:45c)に接続され、三相配線45に流れる各相の電流を検出し、電圧Vinとして出力する。
ダイオード42a〜42cは、ホール素子41a〜41cの出力端子に接続され、ホール素子41a〜41cにより検出した出力Vinを突き合わせて単一の出力Voutとする。ダイオード42dは、ダイオード42a〜42cのカソード端子(P側端子:K側)に接続される。抵抗43aは、一端がダイオード42a〜42dのカソード端子(P側端子:K側)、もう一端がマイナス電源に接続され、ダイオード42dの通流電流の制限及び出力レベルの調整を担う。
抵抗43bは、一端がダイオード42dのアノード端子(N側端子:A側)、もう一端がプラス電源に接続され、ダイオード42dの通流電流の制限及び出力レベルの調整を担う。
増幅器44は、ダイオード42dのアノード端子(N側端子:A側)及び抵抗43bの片側端子に接続され、整流後の出力Vout’を増幅する。
増幅器44は、ダイオード42dのアノード端子(N側端子:A側)及び抵抗43bの片側端子に接続され、整流後の出力Vout’を増幅する。
抵抗43aの抵抗値R1及び抵抗43bの抵抗値R2は、入力Vin=0のときにノード47の出力Vout’=0となるように、ダイオード42dの順方向降下電圧Vf2を考慮する必要がある。
図4の三相電流検出器40において、ノード46の出力Voutは、ホール素子41a〜41cの出力Vinからダイオード42a〜42cの順方向降下電圧Vf1だけ小さいので、下記(1)式が成立つ。
Vout=Vin−Vf1・・・(1)
ノード47の出力Vout’は、Voutと比べてダイオード42dの順方向降下電圧Vf2だけ大きいので、下記(2)式が成立つ。
ノード47の出力Vout’は、Voutと比べてダイオード42dの順方向降下電圧Vf2だけ大きいので、下記(2)式が成立つ。
Vout’=Vout+Vf2=Vin−(Vf1−Vf2)・・・(2)
上記(1)式より、ノード46の出力Voutにおいて、入力Vinに対するダイオードの順方向降下電圧寄与分はVf1である。尚、この値は図1の従来例に係る三相電流検出器10のノード5の出力Voutと等しい。また、上記(2)式より、ノード47の出力Vout’において、入力Vinに対するダイオードの順方向降下電圧寄与分は|Vf1−Vf2|である。そのため、下記(3)式が成立つ。
| Vf1−Vf2|<Vf1・・・(3)
また、ダイオード42a〜42dの順方向降下電圧Vf1及びVf2がほぼ等しくなるように、1及びR2を設定すると、微小電流領域において下記(4)式が成立つ。
|Vf1−Vf2|≒0・・・(4)
図5は、本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40の出力波形を示す。当波形において、横軸が位相、縦軸が出力電圧である。図5は、ホール素子1a〜1cが広範囲の電流を検出する仕様を前提とする。また、点線はホール素子41a〜41cの出力Vin、実線はノード47の出力Vout’を示している。
上記(1)式より、ノード46の出力Voutにおいて、入力Vinに対するダイオードの順方向降下電圧寄与分はVf1である。尚、この値は図1の従来例に係る三相電流検出器10のノード5の出力Voutと等しい。また、上記(2)式より、ノード47の出力Vout’において、入力Vinに対するダイオードの順方向降下電圧寄与分は|Vf1−Vf2|である。そのため、下記(3)式が成立つ。
| Vf1−Vf2|<Vf1・・・(3)
また、ダイオード42a〜42dの順方向降下電圧Vf1及びVf2がほぼ等しくなるように、1及びR2を設定すると、微小電流領域において下記(4)式が成立つ。
|Vf1−Vf2|≒0・・・(4)
図5は、本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40の出力波形を示す。当波形において、横軸が位相、縦軸が出力電圧である。図5は、ホール素子1a〜1cが広範囲の電流を検出する仕様を前提とする。また、点線はホール素子41a〜41cの出力Vin、実線はノード47の出力Vout’を示している。
図5(a)は、入力電流が大電流の場合の波形図を示している。図5(a)の場合、ノード47の出力Vout’は、ホール素子41a〜41cの出力Vinからダイオード42a〜42dの順方向降下電圧|Vf1−Vf2|だけ小さくなるがホール素子41a〜41cの出力波形を再現出来る。
図5(b)は、入力電流が小電流の場合の波形図を示している。図5(b)の場合、ノホール素子41a〜41cの出力Vinがダイオード42a〜42dの順方向降下電圧|Vf1−Vf2|より小さくなる微小電流領域であっても、ダイオード42a〜42dは導通可能となる。そのため、ホール素子41a〜41cからの入力Vin≠0に追随してノード47の出力Vout’≠0となり、ホール素子41a〜41cの出力波形を再現出来る。結果として、ダイオード1点及び抵抗2点の計3点のみの追加にてダイオードの順方向降下電圧を改善することが出来る。
本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40において、ダイオード42a〜42dをダイオード接続したトランジスタ・MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成しても良い。
本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40において、抵抗43aと43bをレオスタットやポテンショメータなどの可変抵抗で構成しても良い。
本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40において、ホール素子41a〜41cをCT(カレントトランス)方式・ロゴスキー方式・ゼロフラックス方式などの他方式の電流検出素子で構成しても良い。
本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40では、増幅器44を使用することで整流後の出力を増幅する効果があるが、これに限定されるものではなく、増幅器を使用しない構成であっても良い。
以上の本発明の実施の形態に係る三相電流検出器40は、本発明の実施例の一つを示すものであり、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、構成の一部を変更・追加・省略することも出来る。
10、40 三相電流検出器
1a、41a 第1のホール素子
1b、41b 第2のホール素子
1c、41c 第3のホール素子
2a、42a 第1のダイオード
2b、42b 第2のダイオード
2c、42c 第3のダイオード
42d 第4のダイオード
32a、32b ダイオード
43a 第1の抵抗
43b 第2の抵抗
33 抵抗
3、31、44 増幅器
4a、45a X相の配線
4b、45b Y相の配線
4c、45c Z相の配線
4、45 三相配線
5、46、47 ノード
Claims (4)
- 交流電源から負荷に流れる三相電流のうちの少なくとも二相の線路に各々設けられた電圧出力型の電流検出部と、
前記電流検出部の出力端子にN側端子が各々接続される複数の第1スイッチング素子と、
備えた電流検出器において、
前記複数の第1スイッチング素子のP側端子にP側端子が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子のP側端子と前記第2スイッチング素子のP側端子に一端が接続され、他端がマイナス電源に接続される第1の抵抗と、
前記第2スイッチング素子のN側端子に一端が接続され、他端がプラス電源に接続される第2の抵抗を備える電流検出器。 - 前記電流検出部は、ホール素子形変流器であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の電流検出器。
- 前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電流検出器。
- 前記第1スイッチング素子の順方向降下電圧Vf1と前記第2スイッチング素子の順方向降下電圧Vf2との関係が、|Vf1−Vf2|<Vf1であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電流検出器。
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2020
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