(57)【要約】本発明は、パルス変圧器（１０）を備えるチョップされた電流ｉｅを計測するための装置に関する。この変圧器は、チョップされた電流を流している１次回路（１２）と、そのチョップされた電流に比例した出力電流（ｉｓ）を流している２次回路（１４）とを備えており、この変圧器の２次回路は出力電流計測回路（２２）をその間に接続する２つの出力端子（１６、１８）を有する。この計測回路はさらに、変圧器を消磁する手段（２０）を備えている。この計測回路は、チョップされた電流が厳密に正であるときはいつでもおよびチョップされた電流が厳密に負であるときはいつでも出力電流（ｉｓ）を計測回路（２２）を通して流し、かつチョップされた電流がゼロであるときは計測回路を通したあらゆる電流の流れを阻止することを可能とするために、スイッチ（３２）と、前記スイッチをチョップされた電流（ｉｅ）と同期させる手段（３３）とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョップされた電流（ｉｅ）を計測するための装置であって、その装置は第１にパルス変圧器（１０）を備えており、変圧器はチョップされた電流が流れている１次回路（１２）と、チョップされた電流に比例した出力電流（ｉｓ）が流れている２次回路（１４）とを備えており、変圧器の２次回路は出力電流計測回路（２２）をその間に接続する２つの出力端子（１６、１８）と、さらに変圧器を消磁する手段（２０）とを有しており、チョップされた電流が厳密に正であるときはいつでもおよびチョップされた電流が厳密に負であるときはいつでも出力電流（ｉｓ）を計測回路（２２）を通して流し、かつチョップされた電流がゼロであるときはいつでも計測回路を通る電流の流れを阻止するために、計測回路がスイッチ（３２、３４）とこのスイッチをチョップされた電流（ｉｅ）と同期させるための手段（３３、３５）とを備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
スイッチ（３２）はＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
消磁する手段（２０）は、変圧器（１０）の２次回路の２つの出力端子（１６、１８）の間に接続された消磁回路（２０）を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
消磁回路（２０）は、直列でありかつ反対向きに接続された２つのツェナーダイオードを備え、スイッチ（３２、３４）がＯＦＦ状態およびＯＮ状態において双方向であること、を特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
スイッチ（３２、３４）は、計測回路（２２）内に直列でありかつ反対向きに接続された２つのＭＯＳＦＥＴを備えていることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョップされた電流を計測するための、パルス変圧器を含む形式の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この変圧器は、チョップされた電流が流れる１次回路と、このチョップされた電流に比例した出力電流が流れる２次回路とを備えており、この変圧器の２次回路は出力電流計測回路をその間に接続させる２つの出力端子を含んでいる。さらにこの計測装置は、変圧器を消磁させるための手段を含んでいる。
【０００３】
１次近似では、２次回路の出力端子の間に配置された寄生インダクタンスによってパルス変圧器の不完全性をモデル化することができる。したがって、この寄生インダクタンスを通って流れる出力電流は無視できる割合となる。しかし寄生インダクタンスの端子間に電位差が維持される場合は、「磁化電流」と呼ばれるこの無視できる電流の割合は増加する。磁化現象と呼ぶこの現象は、計測回路内で出力電流が計測されると直ぐに現れる。
【０００４】
このため、たとえばこの磁化電流を消磁回路を通して流すことによって、パルス変圧器を定期的に消磁することが必要である。
【０００５】
一般に、直流対直流変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器）内を流れるチョップされた電流の計測に対してこうした計測装置を適用する場合に、その計測回路は第１のダイオードと直列に接続した抵抗器によって構成される。
【０００６】
この消磁回路は一般に、ツェナーダイオードに反対の向きに接続された第２のダイオードと直列に接続されたツェナーダイオードにより構成され、これによって第１のダイオードにより許される方向で計測回路を通って電流が流れている間では電流が消磁回路を通って流れるのを阻止し、また逆に、第１のダイオードが電流が計測回路を流れるのを阻止している間では消磁回路を通して電流が流れることを可能としている。
【０００７】
したがって、その装置によって、変圧器の１次回路を流れる単一方向のチョップされた電流を計測することが可能となる。２次回路に誘導される出力電流は、第１のダイオードの導通方向であるような、変圧器の１次回路を通って流れる電流の可能な２つの方向のうちの一方だけで計測回路を通って流れることが許容される。磁化電流は無視できるものと見なせるため、この出力電流は入力電流に比例する。しかし、第２のダイオードによって阻止されるので第１の方向や、正の電位差によって阻止されるのでこれと反対の方向では、消磁回路を通って流れることができない。
【０００８】
したがって、その出力電流は全部が計測回路を通って流れており、入力電流ｉｅは抵抗値ＲＳをもつ出力抵抗器の端子間の出力電圧ＶＳを計測することにより、次式を用いて導出することができる。
【数１】
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上式において、ＮＳはパルス変圧器の２次回路の巻数であり、またＮＰはその変圧器の１次回路の巻数である。
【０００９】
この消磁操作は、入力電流がゼロの出力電流を誘導するとき、あるいは出力電流が第１のダイオードによって阻止されるために計測回路を通って流れることを阻止されているときに実行される。したがって、磁化電流は消磁回路を通って自由にかつ単独に流れることができ、これによって寄生インダクタンス内に蓄積されたエネルギーを解放させることが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この装置の主な欠点は、その単一方向的な性質である。この装置は、チョップされた電流を１つの方向でしか計測することができない。
【００１１】
都合の悪いことには、たとえば電圧が異なる２つの電源電池を相互接続したＤＣ／ＤＣ変換器内を流れるチョップされた電流を計測するためなどに、ゼロの平均値を有するチョップされた電流の計測を必要とすることがあり得る。こうした状況では、計測すべき電流が必然的に正の値と負の値の両方を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電流が二方向性である場合であっても、各瞬時において前記電流のすべての非ゼロ値を計測することが可能であるようなチョップされた電流計測装置を作成することによって、従来の計測装置のこうした欠点を是正することを求めている。
【００１３】
したがって本発明は、上述の規定した形式の、チョップされた電流を計測するための装置を提供し、この装置は、チョップされた電流が厳密に正であるときはいつでもおよびチョップされた電流が厳密に負であるときはいつでも出力電流を計測回路を通して流し、かつチョップされた電流がゼロであるときいつでも計測回路を通る電流の流れを阻止するために、計測回路がスイッチとこのスイッチをチョップされた電流と同期させるための手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
したがって、本発明の計測装置では、計測回路の第１のダイオードをスイッチおよび同期手段によって有利に置き換えているため、計測回路内に第１のダイオードを存在させることを必要としない。このスイッチは、出力電流が計測回路内を両方の方向に流れることを可能とし一方、変圧器の２次回路の必要な消磁をチョップされた電流がゼロであるときはいつでも発生することを可能とする。
【００１５】
本発明の計測装置はさらに、以下に示す特徴のうちの１つまたは複数を備えている。
−そのスイッチが金属酸化物シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはバイポーラ接合トランジスタであること。
−その消磁する手段が変圧器の２次回路の２つの出力端子間に接続された消磁回路を備えること。
−その消磁する回路が直列でありかつ反対向きに接続された２つのツェナーダイオードを備えており、かつそのスイッチが非導通状態（ＯＦＦ）と導通状態（ＯＮ）とにおいて双方向であること。
−そのスイッチが計測回路内で直列でありかつ反対向きに接続された２つのＭＯＳＦＥＴを備えること。
【００１６】
本発明は、添付の図面を参照しながら単に一例として提供している以下の説明を読めばより十分な理解が得られよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に時間の関数として表示したチョップされた電流ｉｅは、１０マイクロ秒（μｓ）に等しい周期を有する、周期性をもっている。
【００１８】
時点ｔ０＝０μｓと時点ｔ１＝３．５μｓの間の１つの期間にわたって、チョップされた電流ｉｅはゼロである。
【００１９】
時点ｔ１において、このチョップされた電流は瞬時に値ｉｅ＝−５アンペア（Ａ）をとる。その後、時点ｔ１と時点ｔ２＝５μｓの間において、チョップされた電流は値ｉｅ＝−５Ａから値ｉｅ＝０Ａまでほぼ直線的に増加する。したがって、ｔ１とｔ２の間ではチョップされた電流は負である。
【００２０】
時点ｔ２と時点ｔ３＝６．５μｓの間では、チョップされた電流は、値ｉｅ＝０Ａからｉｅ＝５Ａまでほぼ直線的に増加を続ける。したがってｔ２とｔ３の間ではチョップされた電流は正である。
【００２１】
時点ｔ３において、チョップされた電流は瞬時に値ｉｅ＝０Ａをとる。その後、時点ｔ３から時点ｔ４＝１０μｓまで、すなわちその期間の終わりまでは、チョップされた電流ｉｅはゼロである。
【００２２】
時点ｔ１とｔ３の間において、すなわち電流が−５Ａという負の値である第１の値から５Ａという正の値である第２のボリュームまでほぼ直線的に増加している間においては、チョップされた電流ｉｅを計測することが望ましい。この計測段階の間において、パルス変圧器は磁化される。したがって、変圧器の消磁は時点ｔ３から開始して発生し、チョップされた電流がゼロである限り、すなわち時点ｔ４＋（ｔ１−ｔ０）まで消磁を継続する。
【００２３】
このチョップされた電流ｉｅを計測するための装置の第１の実施形態を図２に表している。
【００２４】
本装置は、ＮＰの巻数を有する１次回路１２とＮＳの巻数を有する２次回路１４とをもつパルス変圧器１０を備えている。
【００２５】
パルス変圧器１０の２次回路１４は、２つの出力端子１６および１８を有している。１次近似では、出力端子１６と出力端子１８の間に配置されると共に変圧器磁化電流ｉｐが流れることを許しているインダクタンス１５によって、変圧器１０の不完全性を表現することができる。
【００２６】
消磁回路２０および計測回路２２は、２つの端子１６と１８の間に並列に接続されている。
【００２７】
消磁回路２０は、出力端子１６と１８の間でツェナーダイオード２６と直列に接続されたダイオード２４により構成される。ダイオード２４は、出力端子１６から出力端子１８まで消磁回路２０を通って電流が流れるのを阻止するような方向に接続されている。ツェナーダイオード２６はこれと反対の方向に接続している。
【００２８】
計測回路２２は、第１に出力端子１６に接続され、第２に一定の電圧にある接地形成基準点３０に接続されている出力抵抗器２８を備えている。
【００２９】
計測回路２２はさらに、ＭＯＳＦＥＴによって構成されたスイッチ３２を備えている。このトランジスタ３２のドレインは出力端子１８に接続されており、またこのトランジスタのソースは接地３０に接続されている。
【００３０】
このトランジスタ３２は、全体としては双方向性ではないような１つのスイッチを構成している。このトランジスタがＯＮのときには双方向性であり、電流は計測回路２２を通っていずれの方向にも流れることができる。しかしこのトランジスタがＯＦＦのときには単一方向性であり、ドレインからソースに向かう１つの方向だけで電流の流れを阻止している。
【００３１】
このトランジスタは、そのＯＮ状態とＯＦＦ状態をチョップされた電流に応じて制御する同期手段３３にも接続されている。チョップされた電流ｉｅが一定にゼロとなっている間、すなわちｔ０とｔ１の間およびｔ３とｔ４の間では、この同期手段３３はトランジスタ３２がＯＦＦ状態となるようにトランジスタ３２を制御する。チョップされた電流ｉｅがほぼ直線的に増加している間である時点ｔ１とｔ３の間では、同期手段３３は、トランジスタ３２がＯＮ状態となるようにトランジスタ３２を制御する。
【００３２】
したがって、時点ｔ１とｔ２の間では、チョップされた電流ｉｅは負となっており、２次回路１４内で端子１６から端子１８まで流れるような出力電流ｉｓが誘導される。ｔ１とｔ２の間ではトランジスタ３２がＯＮ状態となっているため、計測回路２２内で電流は端子１８から端子１６まで自由に流れることができる。
【００３３】
これに対して、端子１８と端子１６の間の電圧が変動しておりツェナー電圧と等しくないとすると、ツェナーダイオード２６は導通していないため消磁回路２０を通って全く電流が流れない。
【００３４】
したがって、出力電流ｉｓは計測回路２２を通って流れる。このため、端子１８と端子１６の間の寄生インダクタンス１５内に磁化電流ｉｐを生成させる効果を有する。しかし、この磁化電流ｉｐは、設計上ｉｓと比べて無視できるものであるため、接地３０と端子１６の間で、チョップされた電流ｉｅと比例した負の出力電圧ＶＳを計測することができる。
【００３５】
時点ｔ２とｔ３の間では、チョップされた電流ｉｅは正であり、端子１８から端子１６まで２次回路１４を通って流れる出力電流ｉｓが誘導される。トランジスタ３２は依然としてＯＮ状態であるため、この出力電流も計測回路２２を通って流れ、計測電圧ＶＳはチョップされた電流ｉｅと比例して継続する。
【００３６】
上述したように、磁化電流は寄生インダクタンス１５を通って、こんどは端子１６から端子１８まで流れる。しかし、ダイオード２４によって電流の流れが阻止されているため消磁回路２０を通っては電流が全く流れない。
【００３７】
ｔ３の時点からは、変圧器１０の１次回路１２を通ってこれ以上電流が流れず、またトランジスタ３２はＯＦＦ状態に切り替わる。したがって、トランジスタ３２はもはや、電流が端子１８から端子１６まで計測回路２２を通って流れることを許さない。
【００３８】
しかしこの時点では、寄生インダクタンス１５を通って流れる磁化電流ｉｐは端子１６から端子１８まで流れる。したがって、この電流ｉｐは、ツェナーダイオード２６のツェナー電圧によって決定される端子１８と端子１６の間の電位差によって、消磁回路２０だけを通って流れることができる。その結果、時点ｔ３から時点ｔ４＋（ｔ１−ｔ０）まででは、すなわちチョップされた電流ｉｅがゼロである限りにおいて、磁化電流ｉｐは減少し、消磁回路２０を通って電流が流れる。
【００３９】
この計測回路を確実に正確に動作させることを保証するためには、磁化電流ｉｐも正であることを保証するために、パルス変圧器１０が消磁され始めるｔ３の時点においてチョップされた電流ｉｅが正であることが必要となる。ｔ３の時点でチョップされた電流ｉｅが負であったとしたら、トランジスタ３２がＯＦＦ状態にあるときに双方向性でないとすると、磁化電流ｉｐは端子１８から端子１６まで寄生インダクタンス１５を通って流れていることになり、消磁回路２０を通って流れる代わりに計測回路２２を通って流れることになる。この方向では、それ自身の寄生ダイオードのために、ＯＮスイッチと同様の挙動をしている。
【００４０】
図３に示すような計測装置の第２の実施形態は、計測回路２２および消磁回路２０の構造において上述した第１の実施形態と異なっている。
【００４１】
上述したように、計測回路２２は、出力端子１８と接地３０の間に接続されたトランジスタ３２を含んでいる。しかし、この出力抵抗器２８は、最初に出力端子１６に接続され、第２に別のＭＯＳＦＥＴ３４のドレインに接続されており、この別のＭＯＳＦＥＴ３４のソースは接地３０に接続させている。
【００４２】
トランジスタ３２と同様に、この別のトランジスタ３４は同期装置３３と同一の同期装置３５によって制御される。したがって、チョップされた電流ｉがｅゼロでないときは両ＭＯＳＦＥＴ３２および３４はＯＮ状態にあり、またチョップされた電流ｉｅがゼロである間は、これらＭＯＳＦＥＴの両方はＯＦＦ状態となる。
【００４３】
反対向きに配置させたこれら２つのトランジスタ３２および３４によって構成されたユニットは、ＯＦＦ状態とＯＮ状態の両方において完全に双方向性であるような１つのスイッチを構成している。
【００４４】
さらに、この消磁回路２０では、ダイオード２４を、ツェナーダイオード２６と反対向きに接続された第２のツェナーダイオード３６で置き換えている。したがって、この消磁回路２０は同様に完全に双方向性である、すなわち消磁回路２０は、両方の電流方向において消磁が発生することが可能となる。
【００４５】
この結果、チョップされた電流ｉｅが値ゼロをとるｔ３の時点で寄生インダクタンス１５を通って磁化電流が流れる方向にかかわらず、本装置は、消磁回路２０を用いてパルス変圧器１０を消磁することができる。
【００４６】
本発明のチョップされた電流計測装置は、その設計を簡単なままとしながら、任意の双方向電流ｉｅの計測を可能とする、すなわち電流ｉｅの波形や電流方向によらないことが明瞭に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の装置によって計測できるような二方向性のチョップされた電流の大きさの変動を時間の関数として表した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を構成している計測装置の概要図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を構成している計測装置の概要図である。
【図１】
2005504304.tif 000004
【図２】
2005504304.tif 000005
【図３】
2005504304.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2005504304.tif 000007
2005504304.tif 000008
2005504304.tif 000009
2005504304.tif 000010
2005504304.tif 000011
2005504304.tif 000012
2005504304.tif 000013
2005504304.tif 000014
2005504304.tif 000015
2005504304.tif 000016
2005504304.tif 000017
【国際調査報告】
2005504304.tif 000018
2005504304.tif 000019
2005504304.tif 000020
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