(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流又は出力電流を平滑するチョークコイルと、前記チョークコイルが巻装されるチョークコアとを有するチョークコイル内蔵回路に装備されて、前記入力電流又は出力電流を検出するチョークコイル内蔵回路の電流検出装置において、
前記チョークコアの近傍に配設されて前記チョークコイルの電流磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅回路とを有し、
前記チョークコアは段階ギャップを有し、前記磁気センサは前記段階ギャップの広幅側ギャップにのみ配置されることを特徴とするチョークコイル内蔵回路の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョークコイル内蔵回路の出力電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車を含む電気自動車や内燃機関車では、大電力給電用の高圧バッテリと、小負荷給電用の低圧バッテリとを搭載する傾向にある。この二バッテリ式車両用電源系では、二バッテリ間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けて、高圧バッテリから低圧バッテリへの送電（場合によっては両バッテリ間の双方向送電）を行っている。
【０００３】
この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータや低圧バッテリに過電流が流れるのを阻止するために、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流を検出して、それが過電流時とならないように、又は、それが目標値となるように制御する必要があった。
【０００４】
このため、従来は、ＣＴ（カレントトランス）や電流検出用低抵抗を回路配線に直列に挿入したり、あるいは回路配線に電流検出用の有ギャップコアを嵌着し、この有ギャップコアのギャップにホール素子を設けて電流を磁気的に検出することが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の電流検出方式では以下に説明する種々の問題があった。
【０００６】
まず、ＣＴ方式では、ＣＴの損失を減らし、検出精度を高めるために、ＣＴを大型化する必要があり、製造コストが増大し、大きな設置スペースが必要となった。更にＣＴのインダクタンスや抵抗が回路動作特に高速スイッチング時におけるサージ電圧発生を随伴するという問題も派生する。
【０００７】
次に、電流検出用低抵抗を回路配線に直列に挿入する場合には、大電流を流す電力用回路では電力損失増大による回路効率の低下、及び、電流検出用低抵抗の発熱による抵抗変化の補正が大きな問題となった。
【０００８】
次に、ホール素子などの磁気センサの採用は、電流検出回路系が高価となり、大電流検出では、電流検出用の有ギャップコアを太い送電線に嵌着、固定する作業が簡単ではなかった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置規模増大及び製造費用増大を回避しつつ回路の入力電流又は出力電流を容易に検出可能なチョークコイル内蔵回路の電流検出装置を提供することをその目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のチョークコイル内蔵回路の電流検出装置は、入力電流又は出力電流を平滑するチョークコイルと、前記チョークコイルが巻装されるチョークコアとを有するチョークコイル内蔵回路に装備されて、前記入力電流又は出力電流を検出するチョークコイル内蔵回路の電流検出装置において、
前記チョークコアの近傍に配設されて前記チョークコイルの電流磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅回路とを有することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、チョークコア近傍に形成される大きな漏れ磁界を、ホール素子などの磁気センサで検出するので、換言すればチョークコア自体が電流検出用のコアを兼ねるので、磁気センサ専用の高価な有ギャップコアを必要とせず、電流検出回路系の大幅なコストダウンが可能となる。
【００１２】
本発明では特に、前記チョークコアは段階ギャップを有し、前記磁気センサは前記段階ギャップの広幅側ギャップに配置されることを特徴としている。
【００１３】
これにより、チョークコイル電流が大電流である場合の検出感度を選択的に向上することができ、たとえば過電流検出装置などに好適である。
【００１４】
【発明を実施するための態様】
本発明のチョークコイル内蔵回路の電流検出装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１５】
【参考例】
チョッパ回路型ＤＣ−ＤＣコンバータに適用した電流検出装置の参考例を図１を参照して以下に説明する。
（回路構成）
この参考例のチョッパ回路を図１に示す。
【００１６】
このチョッパ回路は、一端が電圧入力端Vinに接続されるチョッパ用スイッチング素子１と、チョッパ用スイッチング素子１の他端を電圧出力端Voutに接続して電流を平滑するチョークコイル２と、チョッパ用スイッチング素子１とチョークコイル２との接続点と接地端GNDとを接続するダイオード（チョッパ用スイッチング素子１と逆動作する逆動作スイッチング素子でもよい）３と、入力平滑コンデンサ４と、ホール素子を有する抵抗ブリッジ型磁気センサ５と、電圧増幅回路６と、制御回路７と、出力平滑コンデンサ８とを有している。
【００１７】
このチョッパ回路の回路構成自体は周知のものであり、詳細な回路説明は省略する。
（ＤＣ−ＤＣ電圧変換動作の説明）
次に、このチョッパ回路の動作を以下に説明する。  チョッパ用スイッチング素子１は、２０kHz以上のキャリヤ周波数で断続され、制御回路７はそのデューティ比を制御する。
【００１８】
チョッパ用スイッチング素子１がオンすると、電圧入力端Vinからチョッパ用スイッチング素子１及びチョークコイル２を通じて電圧出力端Voutに電流が供給され、この時、チョークコイル２には磁気エネルギーが蓄積される。
【００１９】
チョッパ用スイッチング素子１がオフすると、電圧入力端Vinからチョッパ用スイッチング素子１及びチョークコイル２を通じて電圧出力端Voutに供給される電流が遮断されるが、チョークコイル２に蓄積された磁気エネルギーにより、接地端GNDからダイオード３、チョークコイル２を通じて電圧出力端Voutに電流が供給される。チョッパ用スイッチング素子１の断続により、上記２動作の繰り返しにより、ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧した電流を出力する。
【００２０】
抵抗ブリッジ型磁気センサ５は、３つの抵抗と一つのホール素子（又は片方が磁気シールドされたホール素子と、チョークコイル２の磁界を検出するホール素子と一対の抵抗とを用いてもよい）をブリッジ接続してなる。電圧増幅回路６は、抵抗ブリッジ型磁気センサ５の４つの端子のうち二つの端子間に直流定電圧を印加し、残る二つの端子間の電圧（以下、出力信号電圧という）を電圧増幅する。抵抗ブリッジ型磁気センサ５の出力信号電圧は、チョークコイル２の電流が０の場合に０Ｖに調整されている。したがって、チョークコイル２に電流が流れると、電圧増幅回路６は、この電流に比例する信号電圧を制御回路７に出力する。
【００２１】
制御回路７は、入力された上記信号電圧と所定の目標電圧とを比較するコンパレータを内蔵しており、このコンパレータがハイレベル（信号電圧が目標電圧より高い）を出力すると制御回路７はデューティ比を所定値だけ増加してチョッパ用スイッチング素子１のオン期間を増大し、このコンパレータがローレベル（信号電圧が目標電圧より低い）を出力すると制御回路７はデューティ比を所定値だけ減少してチョッパ用スイッチング素子１のオン期間を減少する。
【００２２】
これにより、このチョッパ回路型ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＤＣ−ＤＣコンバータに安全に通電可能な一定電流で図示しない低圧バッテリを充電する。
【００２３】
又は、制御回路７は電圧出力端Voutの電圧の平均値と所定の基準電圧とを内蔵のコンパレータで比較して電圧出力端Voutの電圧の平均値が所定の基準電圧と一致するように、チョッパ用スイッチング素子１のデューティ比を制御する。そして、電圧増幅回路６からの入力がハイレベルとなった（チョークコイルの電流が所定のしきい値を超えた）場合に、チョッパ用スイッチング素子１のデューティ比を強制的に減少させて、回路保護を行う。
【００２４】
なお、上記実施例では、チョッパ回路型の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを例として説明したが、本発明は、平滑用のチョークコイルをもつものであれば他の形式のＤＣ−ＤＣコンバータ又は回路にも当然、適用可能である。
（ホール素子内蔵の抵抗ブリッジ型磁気センサ５の配置）
次に、この磁気センサ５の配置を図２、図３を参照して以下に説明する。
【００２５】
このチョークコイル２は、チョークコア９に巻装されている。
【００２６】
チョークコア９は、Ｅ字コア９１とＩ字コア９２とを組み合わせてなり、Ｅ字コア９１の中央脚部９１０とＩ字コア９２との間にギャップ９３が設けられている。なお、このギャップ９３は、チョークコイル２に大電流が流れてチョークコイル２が飽和し、チョークコイル２のインダクタンスが急減してその電流平滑機能（磁気エネルギー蓄積機能）が失われるのを阻止するためのものであり、必須ではない。
【００２７】
磁気センサ５をこのギャップ９３に配置することにより、磁気センサ５に強い電流磁界を作用させることができ、大きな信号電圧を得ることができ、電圧増幅回路６の負担が減り、ＳＮ比を向上することができる。
もし、チョークコア９がギャップ９３を持たない場合には、チョークコア９の外表面に磁気センサ５を貼り付けてもよい。
【００２８】
【実施例】
実施例を図４〜図５を参照して以下に説明する。
【００２９】
この実施例では、チョークコア９０は、図２と同様に、Ｅ字コア９１’とＩ字コア９２とを組み合わせてなる（図５参照）。Ｅ字コア９１’は、中央脚部９１１の先端部に凹部９１１１をもつ点が、Ｅ字コア９１の’中央脚部９１１と異なっている。以下、このチョークコア９を段階ギャップ型チョークコアと称する。
【００３０】
この段階ギャップ型チョークコア９０では、チョークコイル２の電流が小さい場合は、中央脚部９１１の先端部を流れる磁束は、ギャップg1が大きい凹部９１１１の部分を避けて、凹部９１１１が存在しない中央脚部９１１の先端部９１１２に集中し、ギャップg2を通過する。たとえば、ギャップg1の幅をギャップg2の２倍とすれば、凹部９１１１が存在しない中央脚部９１１の先端部９１１２の磁束密度は、凹部９１１１に面する中央脚部９１１の先端部９１１３よりも約２倍となる。
【００３１】
その結果、凹部９１１１が存在しない中央脚部９１１の先端部９１１２が磁気飽和するまでは、凹部９１１１に面する中央脚部９１１の先端部９１１３に固定された磁気センサは、上記磁気飽和までは、出力電流あたりの磁束密度が小さく低感度となるが、凹部９１１１が存在しない中央脚部９１１の先端部９１１２が磁気飽和すると、それ以後の出力電流増大によるすべての磁束増加は、凹部９１１１に面する中央脚部９１１の先端部９１１３に集中し、出力電流あたりの磁束密度が大きくなり、ギャップ一定のチョークコアよりも出力電流変化を高感度に検出することができる。図４はギャップg2の磁束密度とチョークコイル電流との関係を示す。この実施例では、電流検出を過電流検出によるＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流制限に用いることが好適である。
【００３２】
チョークコアの変形例を図６に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のチョークコイル内蔵回路の電流検出装置の回路図である。
【図２】図１の装置の用いるチョークコアの一部破断側面図である。
【図３】図２のチョークコアの平面図である。
【図４】実施例のチョークコイル内蔵回路の電流検出装置に用いるチョークコアの電流ー磁束密度関係を示す特性図である。
【図５】図４のチョークコアのギャップ近傍を示す部分側面図である。
【図６】図５の変形態様におけるチョークコアのギャップ近傍を示す部分側面図である。
【符号の説明】
２  チョークコイル
５  磁気センサ
６  増幅回路
９  チョークコア
【図１】
0003691386.tif 000002
【図２】
0003691386.tif 000003
【図３】
0003691386.tif 000004
【図４】
0003691386.tif 000005
【図５】
0003691386.tif 000006
【図６】
0003691386.tif 000007