(57)【要約】【課題】自励発振回路を用いたクローズドループ制御を行う電流センサにおいて、自励発振回路の異常発振や制御方向の誤りを防止する。【解決手段】電流経路Ｐと磁気結合する磁性体コア２０と、磁性体コア２０に巻回された検出コイルＬｐと、検出コイルＬｐに接続された自励発振回路３０と、電流経路Ｐに流れる電流Ｉｐによって磁性体コア２０に生じる磁束を打ち消す負帰還コイルＬｃと、自励発振回路３０から出力される発振信号Ｑに基づいて負帰還コイルＬｃに電流を流す負帰還電流出力回路４０と、検出コイルＬｐ、自励発振回路３０、負帰還コイルＬｃ及び負帰還電流出力回路４０からなるクローズドループのゲインを制御するゲイン制御回路６０Ａとを備える。本発明によれば、ゲイン制御回路によってクローズドループのゲインが可変であることから、自励発振回路の異常発振や制御方向の誤りを防止することができる。【選択図】図１
2018169303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流経路と磁気結合する磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された検出コイルと、
前記検出コイルに接続された自励発振回路と、
前記電流経路に流れる電流によって前記磁性体コアに生じる磁束を打ち消す負帰還コイルと、
前記自励発振回路から出力される発振信号に基づいて前記負帰還コイルに電流を流す負帰還電流出力回路と、
前記検出コイル、前記自励発振回路、前記負帰還コイル及び前記負帰還電流出力回路からなるクローズドループのゲインを制御するゲイン制御回路と、を備えることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記ゲイン制御回路は、通常動作時においては前記クローズドループのゲインを第１のゲインに設定し、異常検出時においては前記クローズドループのゲインを前記第１のゲインよりも低い第２のゲインに設定することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記ゲイン制御回路は、前記負帰還コイルに流れる電流が所定値を超えた場合に、前記クローズドループのゲインを前記第２のゲインに設定することを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記ゲイン制御回路は、前記発振信号の周波数が所定値を超えた場合に、前記クローズドループのゲインを前記第２のゲインに設定することを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記ゲイン制御回路は、通常動作時においては前記クローズドループのゲインを第１のゲインに設定し、起動後の所定期間においては前記クローズドループのゲインを前記第１のゲインよりも低い第２のゲインに設定することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記自励発振回路は、
前記発振信号に基づいて極性が交互に反転する第１及び第２の接続ノードと、電源電圧が与えられる電源ノードと、出力ノードとを有するＨブリッジ回路と、
前記出力ノードの電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータの出力に基づいて前記発振信号を反転させる発振信号生成回路と、を含み、
前記ゲイン制御回路は、前記基準電圧を変化させることによって前記クローズドループのゲインを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流センサに関し、特に、クローズドループ制御を行う電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｈブリッジ回路を含む電流センサが開示されている。Ｈブリッジ回路は、極性が交互に反転する第１及び第２の接続ノードを有しており、第１の接続ノードと第２の接続ノードとの間には、磁性体コアに巻回された検出コイルが接続される。検出コイルのインダクタンスは磁性体コアの透磁率によって変化するため、一次コイルに電流が流れることによって磁性体コアの透磁率が変化すると、磁性体コアが飽和するのに要する時間が変化する。したがって、磁性体コアが飽和するまでの時間を検出することによって、測定対象である電流の電流量を知ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５２６９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁性体コアが飽和するまでの時間を検出する方法として、Ｈブリッジ回路によって自励発振回路を構成し、発振信号の周波数やデューティをモニタする方法が考えられる。Ｈブリッジ回路によって自励発振回路を構成する場合、Ｈブリッジ回路の出力電圧と基準電圧を比較し、出力電圧が基準電圧を超える度に第１及び第２の接続ノードの極性を反転させればよい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された電流センサはいわゆるオープンループ制御を行っていることから、高い検出精度を得ることが困難であるという問題があった。より高い検出精度を得るためには、クローズドループ制御を行うことが望ましいが、クローズドループ制御を行うと、場合によっては自励発振回路が異常発振を起こしたり、制御方向に誤りが生じたりするという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、自励発振回路を用いたクローズドループ制御を行う電流センサにおいて、自励発振回路の異常発振や制御方向の誤りを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電流センサは、電流経路と磁気結合する磁性体コアと、前記磁性体コアに巻回された検出コイルと、前記検出コイルに接続された自励発振回路と、前記電流経路に流れる電流によって前記磁性体コアに生じる磁束を打ち消す負帰還コイルと、前記自励発振回路から出力される発振信号に基づいて前記負帰還コイルに電流を流す負帰還電流出力回路と、前記検出コイル、前記自励発振回路、前記負帰還コイル及び前記負帰還電流出力回路からなるクローズドループのゲインを制御するゲイン制御回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ゲイン制御回路によってクローズドループのゲインが可変であることから、自励発振回路の異常発振や制御方向の誤りを防止することが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記ゲイン制御回路は、通常動作時においては前記クローズドループのゲインを第１のゲインに設定し、異常検出時においては前記クローズドループのゲインを前記第１のゲインよりも低い第２のゲインに設定することが好ましい。これによれば、異常検出時にクローズドループのゲインが下げられることから、異常モードから自動復旧することが可能となる。この場合、前記ゲイン制御回路は、前記負帰還コイルに流れる電流が所定値を超えた場合に前記クローズドループのゲインを前記第２のゲインに設定しても構わないし、前記発振信号の周波数が所定値を超えた場合に前記クローズドループのゲインを前記第２のゲインに設定しても構わない。
【００１０】
本発明において、前記ゲイン制御回路は、通常動作時においては前記クローズドループのゲインを第１のゲインに設定し、起動後の所定期間においては前記クローズドループのゲインを前記第１のゲインよりも低い第２のゲインに設定しても構わない。これによれば、起動時にすでに電流が流れている場合であっても、制御方向に誤りが生じることがなくなる。
【００１１】
本発明において、前記自励発振回路は、前記発振信号に基づいて極性が交互に反転する第１及び第２の接続ノードと電源電圧が与えられる電源ノードと出力ノードとを有するＨブリッジ回路と、前記出力ノードの電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に基づいて前記発振信号を反転させる発振信号生成回路と、を含み、前記ゲイン制御回路は、前記基準電圧を変化させることによって前記クローズドループのゲインを制御することが好ましい。これによれば、簡単な方法でクローズドループのゲインを変化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、自励発振回路を用いたクローズドループ制御を行う電流センサにおいて、自励発振回路の異常発振や制御方向の誤りを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１００Ａの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、一次コイル１０、磁性体コア２０、検出コイルＬｐ及び負帰還コイルＬｃの位置関係の一例を説明するための模式図である。
【図３】図３は、自励発振回路３０の回路図である。
【図４】図４は、発振信号Ｑの波形図である。
【図５】図５は、磁性体コア２０の磁気特性を説明するためのグラフであり、外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合を示している。
【図６】図６は、磁性体コア２０の磁気特性を説明するためのグラフであり、外部磁場Ｈｅｘｔが存在する場合を示している。
【図７】図７は、出力ノードＮ４のレベルＶｃの変化を示す波形図である。
【図８】図８は、発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑの変化を示す波形図である。
【図９】図９は、基準電圧Ｖｒｅｆと検出感度の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、基準電圧Ｖｒｅｆと検出感度の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、一次コイル１０に流れる電流Ｉｐと発振信号Ｑのデューティとの関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態による電流センサ１００Ｂの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態による電流センサ１００Ｃの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１００Ａの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態による電流センサ１００Ａは、電流経路Ｐに流れる電流Ｉｐを測定する装置であり、電流経路Ｐに設けられた一次コイル（バスバー）１０と磁気結合する磁性体コア２０と、磁性体コア２０に巻回された検出コイルＬｐと、検出コイルＬｐに接続された自励発振回路３０とを備える。後述するように、自励発振回路３０はＨブリッジ回路を含んでおり、これにより検出コイルＬｐの両端Ｓ１，Ｓ２に印加される電圧の極性が周期的に反転する。
【００１７】
さらに、本実施形態による電流センサ１００Ａは、負帰還コイルＬｃと、負帰還コイルＬｃに負帰還電流Ｉｏを流す負帰還電流出力回路４０と、負帰還電流Ｉｏに基づいてセンサ出力ＯＵＴを生成する信号出力回路５０と、クローズドループのゲインを制御するゲイン制御回路６０Ａとを備えている。
【００１８】
図２は、一次コイル１０、磁性体コア２０、検出コイルＬｐ及び負帰還コイルＬｃの位置関係の一例を説明するための模式図である。
【００１９】
図２に示す例では、磁性体コア２０が一次コイル１０のコイル軸に挿入されており、さらに、磁性体コア２０の周囲に検出コイルＬｐが巻回された構成を有している。さらに、検出コイルＬｐの近傍には負帰還コイルＬｃが配置されており、これにより検出コイルＬｐと負帰還コイルＬｃは符号Ｍで示すように磁気結合している。また、一次コイル１０、磁性体コア２０、検出コイルＬｐ及び負帰還コイルＬｃは、外部磁場を遮るための磁気シールド７０によって覆われている。
【００２０】
そして、一次コイル１０に電流Ｉｐが流れると、これによって生じる磁束Ｂ１が磁気シールド７０に流れ、その一部が磁性体コア２０を通過する。これによって磁性体コア２０の透磁率が変化するため、検出コイルＬｐのインダクタンスが変化する。一方、負帰還コイルＬｃには、一次コイル１０に流れる電流Ｉｐによって磁性体コア２０に生じる磁束Ｂ１を打ち消す負帰還電流Ｉｏが与えられる。これにより、負帰還コイルＬｃは磁束Ｂ２を発生させ、磁性体コア２０に生じている磁束Ｂ１を打ち消す。
【００２１】
図３は、自励発振回路３０の回路図である。
【００２２】
図３に示すように、自励発振回路３０はＨブリッジ型の自励発振回路であり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、コンパレータ３１と、フリップフロップ回路３２と、基準電圧切替回路３３を備えている。スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３は、電源ノードＮ３と出力ノードＮ４との間に直列に接続されており、その接続点である第１の接続ノードＮ１は、抵抗Ｒ１を介して検出コイルＬｐの一端Ｓ１に接続されている。同様に、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ４は、電源ノードＮ３と出力ノードＮ４との間に直列に接続されており、その接続点である第２の接続ノードＮ２は、抵抗Ｒ２を介して検出コイルＬｐの他端Ｓ２に接続されている。電源ノードＮ３には電源電圧Ｖｃｃが与えられる。また、出力ノードＮ４は抵抗Ｒ３を介して接地される。
【００２３】
コンパレータ３１の非反転入力端子（＋）は出力ノードＮ４に接続され、反転入力端子（−）には基準電圧切替回路３３を介して基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。これにより、出力ノードＮ４のレベルＶｃが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータ３１の出力はハイレベルに変化する。基準電圧切替回路３３は、コンパレータ３１に供給する基準電圧Ｖｒｅｆを選択信号ＳＥＬに基づいて切り替える回路であり、基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２のいずれか一方を基準電圧Ｖｒｅｆとしてコンパレータ３１に供給する。ここで、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｒｅｆ２である。
【００２４】
コンパレータ３１の出力は、フリップフロップ回路３２のクロックノードに入力される。フリップフロップ回路３２から出力される発振信号ＱはスイッチＳＷ１，ＳＷ４を制御し、反転発振信号／ＱはスイッチＳＷ２，ＳＷ３を制御する。また、反転発振信号／Ｑは、フリップフロップ回路３２のデータノードにフィードバックされる。これにより、フリップフロップ回路３２から出力される発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑの論理レベルは、コンパレータ３１の出力がローレベルからハイレベルに変化する度に反転することになる。このように、フリップフロップ回路３２は、発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑを生成する発振信号生成回路を構成する。但し、本発明において発振信号生成回路をフリップフロップ回路によって構成することは必須でない。
【００２５】
図３に示す自励発振回路３０に電源投入すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフする第１の状態と、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフする第２の状態が交互に現れる。第１の状態においては、電源電圧Ｖｃｃが与えられる電源ラインから、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１、検出コイルＬｐ、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ４、抵抗Ｒ３を介して電流が流れる。これにより、出力ノードＮ４のレベルＶｃが徐々に上昇し、これが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータ３１の出力がローレベルからハイレベルに変化する。
【００２６】
コンパレータ３１の出力がハイレベルに変化すると、発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑの論理レベルが反転し、第２の状態に遷移する。第２の状態においては、電源電圧Ｖｃｃが与えられる電源ラインから、スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ２、検出コイルＬｐ、抵抗Ｒ１、スイッチＳＷ３、抵抗Ｒ３を介して電流が流れる。これにより、出力ノードＮ４のレベルＶｃが徐々に上昇し、これが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータ３１の出力がローレベルからハイレベルに変化する。
【００２７】
このような動作を繰り返すことによって、自励発振回路３０は交互に第１の状態と第２の状態となる。これにより、検出コイルＬｐの両端に印加される電圧の極性が周期的に反転することから、発振信号Ｑの波形は、図４に示すようにハイレベルとローレベルを交互に繰り返す波形となる。ここで、図４に示す符号Ｔは自励発振回路３０の発振周期を示し、符号Ｔ１は第１の状態である期間を示し、符号Ｔ２は第２の状態である期間を示す。そして、自励発振回路３０の発振周期Ｔや発振信号Ｑのデューティは、磁性体コア２０の透磁率によって変化する。以下、この現象についてより詳細に説明する。
【００２８】
図５及び図６は磁性体コア２０の磁気特性を説明するためのグラフであり、図５は外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合を示し、図６は外部磁場Ｈｅｘｔが存在する場合を示している。いずれも、横軸は磁界強度Ｈであり、縦軸は磁束密度Ｂである。
【００２９】
図５に示すように、外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合（電流経路Ｐに電流Ｉｐが流れていない場合）は、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が一方向に変化する場合に現れるＢＨ曲線（ポイント１→ポイント２）と、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が逆方向に変化する場合に現れるＢＨ曲線（ポイント３→ポイント４）は対称形となる。ここで、ポイント２は、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が一方向に変化する場合において、磁束密度Ｂが所定の値Ｂｔｈとなる点を指す。同様に、ポイント４は、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が逆方向に変化する場合において、磁束密度Ｂが所定の値−Ｂｔｈとなる点を指す。
【００３０】
検出コイルＬｐによって与えられる磁場が一方向に変化する場合とは、図３に示す端子Ｓ１から端子Ｓ２に電流が流れる状態、つまり第１の状態である。一方、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が逆方向に変化する場合とは、図３に示す端子Ｓ２から端子Ｓ１に電流が流れる状態、つまり第２の状態である。そして、外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合（電流経路Ｐに電流Ｉｐが流れていない場合）には、ＢＨ曲線が対称形であることから、発振信号Ｑのデューティは５０％となる。
【００３１】
これに対し、外部磁場Ｈｅｘｔが存在する場合（電流経路Ｐに電流Ｉｐが流れている場合）には、図６に示すように、外部磁場Ｈｅｘｔの強度分だけＢＨ曲線がシフトする。その結果、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が一方向に変化する場合に現れるＢＨ曲線（ポイント１→ポイント２）と、検出コイルＬｐによって与えられる磁場が逆方向に変化する場合に現れるＢＨ曲線（ポイント３→ポイント４）は非対称となる。このため、発振信号Ｑのデューティは５０％から外れる。
【００３２】
図７は出力ノードＮ４のレベルＶｃの変化を示す波形図であり、図８は発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑの変化を示す波形図である。いずれの図においても、実線は外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合（電流経路Ｐに電流Ｉｐが流れていない場合）を示し、破線は外部磁場Ｈｅｘｔが存在する場合（電流経路Ｐに電流Ｉｐが流れている場合）を示している。
【００３３】
図７に示すように、いずれの場合も、時間の経過に伴って出力ノードＮ４のレベルＶｃが基準電圧Ｖｒｅｆに達する度に極性が反転し、瞬間的に−Ｖｒｅｆまで低下する。Ｖｒｅｆのレベルは図５及び図６に示す値Ｂｔｈに対応し、−Ｖｒｅｆのレベルは図５及び図６に示す値−Ｂｔｈに対応する。そして、外部磁場Ｈｅｘｔがゼロである場合はＢＨ曲線が対称形であることから、図８に示すように、発振信号Ｑのデューティは５０％となる（Ｔ１＝Ｔ２）。これに対し、外部磁場Ｈｅｘｔが存在する場合はＢＨ曲線が非対称形であることから、図８に示すように、発振信号Ｑのデューティは５０％超となる（Ｔ１'＞Ｔ２'）とともに、磁性体コア２０の磁気飽和による検出コイルＬｐのインダクタンスの低下によって、発振信号Ｑの周期Ｔが短くなる。つまり、自励発振回路３０の発振周波数が高くなる。
【００３４】
自励発振回路３０によって生成される発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑは、図１に示すように、負帰還電流出力回路４０に供給される。負帰還電流出力回路４０は、発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑのデューティ又は周波数をモニタし、これに基づいて負帰還電流Ｉｏを生成する。例えば、発振信号Ｑ及び反転発振信号／Ｑのデューティが５０％から離れるほど、負帰還電流Ｉｏの量が増大するよう制御する。負帰還電流Ｉｏは負帰還コイルＬｃに供給され、一次コイル１０によって生じる磁束Ｂ１を打ち消す磁束Ｂ２を生成する。このようなクローズドループ制御により、一次コイル１０によって生じる磁束Ｂ１は常に打ち消され、発振信号Ｑのデューティが５０％となるよう制御される。
【００３５】
負帰還電流Ｉｏは、負帰還コイルＬｃに対して直列に接続された抵抗Ｒ６によって電圧Ｖｄに変換され、そのレベルが信号出力回路５０によって検出される。信号出力回路５０は、電圧Ｖｄに基づいてセンサ出力ＯＵＴを生成し、これを外部に出力する。
【００３６】
図１に示すように、電圧Ｖｄはゲイン制御回路６０Ａにも供給される。ゲイン制御回路６０Ａは電圧Ｖｄをモニタし、これが所定値以下である通常動作時においては選択信号ＳＥＬを例えばローレベルとし、これにより基準電圧切替回路３３は基準電圧Ｖｒｅｆ１を選択する。基準電圧Ｖｒｅｆ１が選択されている場合、検出コイルＬｐ、自励発振回路３０、負帰還コイルＬｃ及び負帰還電流出力回路４０からなるクローズドループのゲインは適正値にとなる。
【００３７】
これに対し、電圧Ｖｄが所定値を超えると、ゲイン制御回路６０Ａは異常動作であると判断し、選択信号ＳＥＬを例えばハイレベルに変化させる。これにより、基準電圧切替回路３３は基準電圧Ｖｒｅｆ２を選択する。基準電圧Ｖｒｅｆ２は基準電圧Ｖｒｅｆ１よりもレベルが低いため、基準電圧Ｖｒｅｆ２が選択されていると、検出コイルＬｐ、自励発振回路３０、負帰還コイルＬｃ及び負帰還電流出力回路４０からなるクローズドループのゲインが通常動作時よりも低下する。
【００３８】
電圧Ｖｄが所定値を超えている状態とは、負帰還コイルＬｃに流れる負帰還電流Ｉｏが所定値を超えていることを意味し、制御方向に誤りが生じていることが考えられる。しかしながら、本実施形態においては、このような異常モードになるとクローズドループのゲインが下げられることから、異常モードを脱し、自動的に復旧することができる。
【００３９】
図９及び図１０は基準電圧Ｖｒｅｆと検出感度の関係を示すグラフであり、感度を示す縦軸は、一次コイル１０に流れる電流Ｉｐに対するセンサ出力ＯＵＴの変化率（％／Ａ）を示す。また、図９と図１０の違いは磁性体コア２０の材料及び形状の違いである。
【００４０】
図９及び図１０に示すように、電流センサ１００の感度は、基準電圧Ｖｃｒｅｆによって変化することが分かる。具体的には、電源電圧Ｖｃｃに関わらず、基準電圧Ｖｒｅｆが高いほど電流センサ１００の感度が高くなる傾向がある。このことは、基準電圧Ｖｒｅｆ２が選択されている場合、基準電圧Ｖｒｅｆ１が選択されている場合と比べてクローズドループのゲインが低下することを意味する。
【００４１】
図１１は、一次コイル１０に流れる電流Ｉｐと発振信号Ｑのデューティとの関係を示すグラフであり、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルごとに波形が示されている。
【００４２】
図１１に示すように、一次コイル１０に流れる電流Ｉｐがゼロである場合、発振信号Ｑのデューティは５０％であるが、一次コイル１０に電流Ｉｐが流れると、その電流量に応じて発振信号Ｑのデューティが上昇または低下する。発振信号Ｑのデューティが上昇または低下すると、電流Ｉｐによって生じた磁束Ｂ１が打ち消されるよう、負帰還コイルＬｃに負帰還電流Ｉｏが流れる。これにより、発振信号Ｑのデューティが５０％に戻るようフィードバック制御される。
【００４３】
電流Ｉｐに応じた発振信号Ｑのデューティの変化は、コンパレータ３１に入力される基準電圧Ｖｒｅｆの値によって大きく異なる。図１１に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルが高いほど電流Ｉｐに応じた発振信号Ｑのデューティの変化が大きくなるため、電流Ｉｐの検出感度を高めるためには、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを高く設定することが望ましい。しかしながら、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルが高い場合、電流Ｉｐが大きくなるほど発振信号Ｑのデューティが明確に５０％に近づく領域が存在する。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆが６００ｍＶである場合、電流Ｉｐが６Ａを超えると、発振信号Ｑのデューティが顕著に低下することが分かる。このような領域に到達すると、制御方向が逆転してしまい、負帰還電流Ｉｏが増加し続けるようなフィードバックがかかってしまう。
【００４４】
しかしながら、本実施形態においては、負帰還電流Ｉｏが所定値を超えると、ゲイン制御回路６０Ａによって基準電圧がＶｒｅｆ１からＶｒｅｆ２に切り替えられることから、上記の異常モードから自動的に復帰することが可能となる。一例として、基準電圧Ｖｒｅｆ１を６００ｍＶ、基準電圧Ｖｒｅｆ２を２５０ｍＶとすれば、通常動作時において高い検出感度が得られるとともに、異常モードに入った場合には自動復旧することが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態による電流センサ１００Ａは、負帰還電流Ｉｏが所定値を超えると、ゲイン制御回路６０Ａによって基準電圧がＶｒｅｆ１からＶｒｅｆ２に切り替えられることから、通常動作時において高い検出感度が得られるとともに、異常モードに入った場合には自動復旧することが可能となる。
【００４６】
図１２は、本発明の第２の実施形態による電流センサ１００Ｂの構成を示すブロック図である。
【００４７】
図１２に示す電流センサ１００Ｂは、ゲイン制御回路６０Ｂに発振信号Ｑが入力される点において、第１の実施形態による電流センサ１００Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
ゲイン制御回路６０Ｂは、負帰還電流Ｉｏの電流量をモニタするのではなく、発振信号Ｑの周波数をモニタすることにより異常発振が生じていないかを判断するものであり、発振信号Ｑの周波数が所定の範囲内である通常動作時においては、選択信号ＳＥＬを例えばローレベルとする。これにより、通常動作時においては基準電圧Ｖｒｅｆ１が選択される。
【００４９】
これに対し、発振信号Ｑの周波数が所定値を超えると、ゲイン制御回路６０Ｂは異常動作であると判断し、選択信号ＳＥＬを例えばハイレベルに変化させる。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ２が選択されるため、クローズドループのゲインが通常動作時よりも低下する。発振信号Ｑの周波数が所定値を超えている状態は、自励発振回路３０が異常発振を起こしている状態であると考えられる。このため、ゲイン制御回路６０Ｂがこのような異常発振を検出すると、基準電圧Ｖｒｅｆを低下させることによって、異常発振を停止させることが可能となる。
【００５０】
図１３は、本発明の第３の実施形態による電流センサ１００Ｃの構成を示すブロック図である。
【００５１】
図１３に示す電流センサ１００Ｃは、ゲイン制御回路６０Ｃがタイマ機能を有している点において、第１の実施形態による電流センサ１００Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
ゲイン制御回路６０Ｃは、起動後の所定期間に選択信号ＳＥＬを例えばハイレベルとする。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ２が選択されるため、起動後の所定期間はクローズドループのゲインが低い状態に設定される。その後、所定期間が経過すると、選択信号ＳＥＬを例えばローレベルに変化させ、基準電圧Ｖｒｅｆ１を選択する。
【００５３】
このような制御を行っているのは、起動時には異常発振や制御方向の誤りが生じやすいからであり、クローズドループによる制御が安定するまでは低いゲインに設定することにより、異常発振や制御方向の誤りを防止している。例えば、起動直後から基準電圧Ｖｒｅｆを６００ｍＶに設定すると、起動時においてすでに６Ａ以上の電流Ｉｐが一次コイル１０に流れていた場合、負帰還電流出力回路４０は、発振信号Ｑのデューティを５０％に戻すべく、負帰還電流Ｉｏを増加し続けるおそれがある。これに対し、起動直後においては基準電圧Ｖｒｅｆを例えば２５０ｍＶに設定すれば、このような制御方向の誤りが生じにくくなる。そして、起動から所定時間が経過した後、基準電圧Ｖｒｅｆを６００ｍＶに切り替えればよい。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００５５】
例えば、第１〜第３の実施形態において用いたゲイン制御回路６０Ａ〜６０Ｃは互いに排他的なものではなく、これらを併用しても構わない。例えば、ゲイン制御回路６０Ａとゲイン制御回路６０Ｂを併用し、負帰還電流Ｉｏが所定値を超えた場合と、発振信号Ｑの周波数が所定値を超えた場合のいずれにおいても、クローズドループのゲインを低下させることも可能である。
【００５６】
また、上述した各実施形態においては、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを２段階に切り替えることによってクローズドループのゲインを制御しているが、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを３段階以上に切り替えても構わないし、基準電圧Ｖｒｅｆのレベルをリニアに変化させても構わない。また、基準電圧Ｖｒｅｆを変化させるのではなく、負帰還電流出力回路４０のゲイン、つまり、発振信号Ｑのデューティと負帰還電流Ｉｏの電流量との関係を変化させることによって、クローズドループのゲインを制御しても構わない。
【符号の説明】
【００５７】
１０    一次コイル
２０    磁性体コア
３０    自励発振回路
３１    コンパレータ
３２    フリップフロップ回路
３３    基準電圧切替回路
４０    負帰還電流出力回路
５０    信号出力回路
６０Ａ〜６０Ｃ    ゲイン制御回路
７０    磁気シールド
１００Ａ〜１００Ｃ    電流センサ
Ｌｃ    負帰還コイル
Ｌｐ    検出コイル
Ｎ１    第１の接続ノード
Ｎ２    第２の接続ノード
Ｎ３    電源ノード
Ｎ４    出力ノード
Ｐ    電流経路
Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ６    抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ４    スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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