(57)【要約】【課題】ＣＴ方式電流センサを用いて直流電流に重畳している電流の変化分を測定する場合に小型のコアを使用する。【解決手段】コイル１０とコイル１１は、コア４０において異なる位置に巻回され、差動接続の向きに接続されている。短絡コイル２０は、例えば、コア４０においてコイル１０に重ねて、またはコイル１０の近傍に巻回されている。検出コイル３０は、コア４０においてコイル１１に重ねて巻回されている。検出コイル３０の巻き数は、コイル１１の巻き数よりも多い。検出コイル３０の両端には、シャント抵抗ＳＲが接続されている。例えば、直流成分Ｉｄに交流成分ｉａが重畳した測定対象の電流が端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて流れるとき、シャント抵抗ＳＲに交流成分ｉａに応じた電圧が生じる。端子Ｔ３と端子Ｔ４の間には、シャント抵抗ＳＲに生じる電圧が出力される。この電圧により、交流成分ｉａを測定することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアにおいて異なる位置に巻回され、差動接続の向きに接続された第１のコイルおよび第２のコイルと、
前記コアの所定の位置に巻回された短絡コイルと、
前記コアにおいて前記第２のコイルに重ねて巻回されており、前記第２のコイルの巻き数よりも巻き数が多い検出コイルと、
を備えることを特徴とするＣＴ方式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式により電流を計測するＣＴ方式電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流センサの一種にＣＴ方式電流センサがある。ＣＴ方式電流センサでは、１つのコア（鉄心）に一次巻線と二次巻線が巻回されている。一次巻線に測定対象の交流電流を流すとコアの中に変化する磁束が生じ、この磁束の変化に対応して二次巻線に交流電流が流れる。ＣＴ方式電流センサでは、二次巻線に流れる交流電流をシャント抵抗等により電圧に変換して測定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＣＴ方式電流センサを用いて交流電流を測定する場合、電流の方向に対応してコア内の磁束の方向が交互に逆方向に変化するため、コアは磁気飽和しない。
しかし、直流電流に変化する電流が重畳しており、その電流の変化分をＣＴ方式電流センサで測定する場合には、電流に含まれる直流成分によってコアに直流偏磁が生じるため、コアが磁気飽和しやすい。この場合、コアの磁気飽和を防ぐために、コアを大型化したり、コアにギャップを設けたりしなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、直流電流に重畳している電流の変化分を測定する場合に小型のコアを使用することができるＣＴ方式電流センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のＣＴ方式電流センサは、
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアにおいて異なる位置に巻回され、差動接続の向きに接続された第１のコイルおよび第２のコイルと、
前記コアの所定の位置に巻回された短絡コイルと、
前記コアにおいて前記第２のコイルに重ねて巻回されており、前記第２のコイルの巻き数よりも巻き数が多い検出コイルと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ＣＴ方式電流センサを用いて直流電流に重畳している電流の変化分を測定する場合に小型のコアを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るＣＴ方式電流センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２】図１のＣＴ方式電流センサの具体的な構造の一例を示す図である。
【図３】直流成分に交流成分が重畳した測定対象の電流の一例を示す図である。
【図４】直流成分によって生じる磁束の一例を示す図である。
【図５】図１のＣＴ方式電流センサを用いてＤＣ／ＤＣコンバータの一次コイルに流れる電流を測定する例を示す図である。
【図６】図５のＤＣ／ＤＣコンバータの一次コイルに流れる電流の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係るＣＴ方式電流センサについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係るＣＴ方式電流センサ１の回路構成の一例を示す。図２は、ＣＴ方式電流センサ１の具体的な構造の一例を示す。
ＣＴ方式電流センサ１は、コイル１０と、コイル１１と、短絡コイル２０と、検出コイル３０と、シャント抵抗ＳＲと、コア４０とを有する。
コア４０は、例えば、環状である。コア４０は、鉄のような磁束を通しやすい材料で作られている。
コイル１０とコイル１１は、コア４０に巻回されている。コイル１０とコイル１１の巻き数は同一である。コイル１０とコイル１１は、差動接続されている。コイル１０は、巻き始めが端子Ｔ１に接続されている。コイル１１は、巻き始めが端子Ｔ２に接続されている。コイル１０とコイル１１の巻き終わりは接続されている。
コイル１０とコイル１１の自己インダクタンスをそれぞれＬ１とＬ２、相互インダクタンスをＭとすると、コイル１０とコイル１１の合成インダクタンスはＬ１＋Ｌ２−２Ｍとなる。
【００１０】
短絡コイル２０は、複数回巻かれた巻線を有し、その巻線の巻き始めと巻き終わりが短絡されている。また、短絡コイル２０は、配線がリング状になっている短絡リングであってもよい。本発明では、短絡リングは短絡コイルに含まれるものとする。短絡コイル２０は、コア４０の所定の位置に巻回される。例えば、短絡コイル２０は、コア４０においてコイル１０に重ねて、またはコイル１０の近傍に巻回される。
検出コイル３０は、コア４０においてコイル１１に重ねて巻回される。検出コイル３０の巻き数は、通常コイル１１の巻き数よりも多い。コイル１１の巻き数に対して検出コイル３０の巻き数が多いほど検出コイルに流れる電流は小さくなる。
検出コイル３０の両端には、シャント抵抗ＳＲが接続される。シャント抵抗ＳＲの抵抗値は非常に小さい。また、検出コイル３０の両端は、端子Ｔ３と端子Ｔ４とに接続される。
【００１１】
図３は、直流成分Ｉｄに交流成分ｉａが重畳した測定対象の電流の一例を示す。この電流が端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて流れるとき、図４に示すように、直流成分Ｉｄによってコイル１０とコイル１１とにそれぞれ磁束ΦＩ１が磁束ΦＩ２が生じる。磁束ΦＩ１と磁束ΦＩ２の向きは逆向きであり、互いに打ち消し合う。このため、直流成分Ｉｄが流れてもコア４０に直流偏磁は生じない。
【００１２】
また、図３に示す電流が端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて流れるとき、交流成分ｉａによって生じる磁束を打ち消すように短絡コイル２０に電流が流れるとともに、検出コイル３０とシャント抵抗ＳＲからなる閉回路に電流が流れる。端子Ｔ３と端子Ｔ４の間には、シャント抵抗ＳＲに生じる電圧が出力される。この電圧により、交流成分ｉａを測定することができる。
【００１３】
従って、ＣＴ方式電流センサ１は、例えば、高電圧直流給電システムにおける直流バスを流れる電流の変動を高電位側のラインで測定するために使用することができる。
また、例えば、プリント基板において配線パターンが長いと、配線パターンとグランドの間に直流電圧が生じる場合がある。ＣＴ方式電流センサ１は、このような場合に直流偏磁の影響を受けずに配線パターンに流れる電流の変動を測定することができる。
【００１４】
図５は、ＣＴ方式電流センサ１を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ１００の一次コイルに流れる電流を測定する例を示す。
ＣＴ方式電流センサ１の端子Ｔ２は、フライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の高電位側の入力に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の低電位側の入力は端子Ｔ５に接続される。端子Ｔ１と端子Ｔ５には直流電圧が入力される。端子Ｔ６と端子Ｔ７には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００によって変換された直流電圧が出力される。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１００のスイッチング素子（ＮＭＯＳトランジスタ）１０１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により駆動される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の一次コイルに流れる電流ｉｃは、図６に示すように変化する。電流ｉｃは、スイッチング素子１０１がオンの間に徐々に増加し、スイッチング素子１０１がオフになったときに０に戻る。
電流ｉｃによってコイル１０に生じる交流成分の磁束は、短絡コイル２０に生じる磁束で打ち消される。
シャント抵抗ＳＲに生じる電圧（端子Ｔ３と端子Ｔ４の間の電圧）により、電流ｉｃを測定することができる。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態に係るＣＴ方式電流センサ１のコア４０には、直流成分に交流成分が重畳している電流が流れても偏磁が生じない。従って、本発明によれば、ＣＴ方式電流センサを用いて直流電流に重畳している電流の変化分を測定する場合に小型のコアを使用することができる。
【００１７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００１８】
１…ＣＴ方式電流センサ、１０，１１…コイル、２０…短絡コイル、３０…検出コイル、４０…コア、ＳＲ…シャント抵抗、１００…フライバック方式ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０１…スイッチング素子
【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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