(57)【要約】【課題手段】本発明は、流入導電体(H)を流れる電流(IH)と流出導電体(R)を流れる電流(IR)との間の差分電流(ΔI)を測定する差分電流センサを提供する。差分電流センサは、供給側導電体(H)及び帰還側導電体(R)における電流(IH,IR)を測定するため二つの低オーミック電流測定抵抗器(RH,RL)と、二つの電流検出抵抗器(RH,RL)における電圧降下(UH,UL)をそれぞれ測定するための測定変換器を有する二つの測定器(MEH,MEL)と、測定器(MEH,MEL)を較正するための二つの基準電源(UREFH,UREFL)とを備える。二つの測定変換器は、それぞれの電流検出抵抗器(RH)における電圧降下(UH)と、それに対応する基準電源(UREFH,UREFL)の両方を連続的に測定する。
2014529075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側導電体(H)を流れる第一電流(IH)と、帰還側導電体(R)を流れる第二電流(IR)との間の差分電流(ΔI)を測定する差分電流センサ、特に直流電源システムの差分電流センサであって、
ａ）供給側導電体(H)に配置されると共に、第一電流(IH)が流れることにより、供給側導電体(H)を流れる第一電流(IH)を測定する低オーミック第一電流検出抵抗器(RH)と、
ｂ）第一電流検出抵抗器(RH)における第一電圧降下(UH)を測定する第一測定変換器(A/D)を有する第一測定器(MEH)と、
ｃ）第一測定器(MEH)を較正する第一基準電源(UREFH)と、
ｄ）帰還側導電体(R)に配置されると共に、第二電流(IR)が流れることにより、帰還側導電体(R)を流れる第二電流(IR)を測定する低オーミック第二電流検出抵抗器(RL)と、
ｅ）第二電流検出抵抗器(RH)における第二電圧降下(UL)を測定する第二測定変換器(A/D)を有する第二測定器(MEL)と、
ｆ）第二測定器(MEL)を較正する第二基準電源(UREFL)と
を備える差分電流センサにおいて、
ｇ）第一測定変換器(A/D)は、第一電流検出抵抗器(RH)における第一電圧降下(UH)と第一基準電源(UREFH)との両方を連続的に測定し、
ｈ）第二測定変換器(A/D)は、第二電流検出抵抗器(RL)における第二電圧降下(UL)と第二基準電源(UREFL)との両方を連続的に測定してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）複数の抵抗器(R1,R2,R3)から構成される分圧器(R1,R2,R3)が、供給側導電体(H)と帰還側導電体(R)との間で接続され、
ｂ）第一基準電源(UREFH)は、分圧器(R1,R2,R3)における第一電圧タップ点によって形成され、
ｂ）第二基準電源(UREFL)は、分圧器(R1,R2,R3)における第二電圧タップ点によって形成されてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）第一電流検出抵抗器(RH)における第一電圧降下(UH)が、第一基準電源(UREFH)と同じオーダーとなるように分圧器(R1,R2,R3)が設計されており、
ｂ）第二電流検出抵抗器(RL)における第二電圧降下(UL)が、第二基準電源(UREFL)と同じオーダーとなるように分圧器(R1,R2,R3)が設計されてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）分圧器(R1,R2,R3)は、電圧側第一抵抗器(R1)と、中間第二抵抗器(R2)と、グランド側第三抵抗器(R3)とで構成される直列回路を有し、
ｂ）中間第二抵抗器(R2)は、電圧側第一抵抗器(R1)及びグランド側第三抵抗器(R3)よりも実質的に高い抵抗値を有し、
ｃ）第一基準電源(UREFH)に対する第一電圧タップ点は、電圧側第一抵抗器(R1)と中間抵抗器(R2)との間で第一測定器(MEH)に接続され、
ｄ）第二基準電源(UREFL)に対する第二電圧タップ点は、グランド側第三抵抗器(R3)と中間抵抗器(R2)との間で第二測定器(MEL)に接続されてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
分圧器の電圧側第一抵抗器(R1)における抵抗値及び分圧器のグランド側第三抵抗器(R3)の抵抗値は、実用上同じ温度依存性を有してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）分圧器(R1,R2,R3)は、セラミック支持体を有し、
ｂ）分圧器(R1,R2,R3)の抵抗器(R1,R2,R3)は、均質抵抗材料として、特に薄膜型ネットワーク抵抗器として、セラミック支持体に配置されてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
第一測定器(MEH)及び第二測定器(MEL)に接続されると共に、第一電圧降下(UH)及び第二電圧降下(UL)の関数として差分電流(ΔI)を決定する電子評価ユニット(AE)を備えてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の差分電流センサにおいて、
評価ユニット(AE)は、第一測定器(MEH)及び第二測定器(MEL)に作動信号（トリガー）及び／又はクロック信号（ＳＹＮＣ）を送信して、第一測定器(MEH)及び第二測定器(MEL)による測定が同時に開始されてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）第一電流検出抵抗器(RH)における第一温度差(ΔTH)を測定する第一熱電対(TEH)が配置され、
ｂ）第一測定器(MEH)又は評価ユニット(AE)は、第一電流検出抵抗器(RH)において低下する、第一温度差(ΔTH)の関数として第一熱電位を計算し、
ｃ）第一測定器(MEH)又は評価ユニット(AE)は、電流測定の際に第一熱電位(ΔTH)を考慮し、
ｄ）第二電流検出抵抗器(RL)における第二温度差(ΔTL)を測定する第二熱電対(TEL)が配置され、
ｅ）第二測定器(MEL)又は評価ユニット(AE)は、第二電流検出抵抗器(RL)において低下する、第二温度差(ΔTL)の関数として第二熱電位を計算し、
ｆ）第二測定器(MEL)又は評価ユニット(AE)は、電流測定の際に第二熱電位(ΔTL)を考慮してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）第一電流検出抵抗器(RH)における第一温度(TH)を測定する第一温度センサ(TSH)が配置され、
ｂ）第一測定器(MEH)又は評価ユニット(AE)は、第一温度(TH)の関数として第一電流検出抵抗器の抵抗値の温度変化を計算し、
ｃ）第一測定器(MEH)又は評価ユニット(AE)は、電流測定の際に前記抵抗値の温度変化を考慮し、
ｄ）第二電流検出抵抗器(RL)における第二温度(TL)を測定する第二温度センサ(TSL)が配置され、
ｅ）第二測定器(MEL)又は評価ユニット(AE)は、第二温度(TL)の関数として第二電流検出抵抗器(RL)の抵抗値の温度変化を計算し、
ｆ）第一測定器(MEH)又は評価ユニット(AE)は、電流測定の際に前記抵抗値の温度変化を考慮してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、さらに
ａ）第一測定器(MEH)と評価ユニット(AE)との間で非電気的に結合されている第一データ線(GTH)、及び
ｂ）第二測定器(MEL)と評価ユニット(AE)との間で非電気的に結合されている第二データ線(GTL)を備えており、
前記第一データ線(GTH)は、
ａ１）第一測定器(MEH)から評価ユニット(AE)へ第一電圧降下(UH)を送信し、かつ／又は
ａ２）評価ユニット(AE)から第一測定器(MEH)へトリガー信号を送信し、かつ／又は
ａ３）第一測定器(MEH)から評価ユニット(AE)へ第一温度差(ΔTH)を送信し、かつ／又は
ａ４）第一測定器(MEH)から評価ユニット(AE)へ第一温度(TH)を送信するための部材であり、
前記第二データ線(GTL)は、
ｂ１）第二測定器(MEL)から評価ユニット(AE)へ第二電圧降下(UH)を送信し、かつ／又は
ｂ２）評価ユニット(AE)から第二測定器(MEL)へトリガー信号を送信し、かつ／又は
ｂ３）第二測定器(MEL)から評価ユニット(AE)へ第二温度差(ΔTL)を送信し、かつ／又は
ｂ４）第二測定器(MEL)から評価ユニット(AE)へ第二温度(TH)を送信するための部材であることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
第一電流検出抵抗器(RH)は、電気絶縁性で熱伝導性の熱ブリッジを用いて、第二電流検出抵抗器(RL)と熱的に接続され、二つの電流検出抵抗器(RH,RL)間の温度差を低減させてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）第一電流検出抵抗器(RH)及び第二電流検出抵抗器(RL)の抵抗値は等しく、かつ／又は
ａ）第一電流検出抵抗器(RH)及び第二電流検出抵抗器(RL)における抵抗値の温度依存性を、実用上等しくしてなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
ａ）第一測定器(MEH)は、第一マルチプレクサ(MUX)を有しており、第一測定変換器(A/D)は、第一電流検出抵抗器(RH)における第一電圧降下(UH)と第一基準電源(UREFH)とを第一マルチプレクサ(MUX)を用いて連続的に測定し、
ｂ）第二測定器(MEL)は、第二マルチプレクサ(MUX)を有しており、第二測定変換器(A/D)は、第二電流検出抵抗器(RL)における第二電圧降下(UL)と第二基準電源(UREFL)とを第二マルチプレクサ(MUX)を用いて連続的に測定してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一に記載の差分電流センサにおいて、
差分電流センサは、
ａ）差分電流(ΔI)、
ｂ）供給側導電体(H)と帰還側導電体(R)との間で低下する総電圧(U0)、
ｃ）第一電流(IH)又は第一電流(IH)から導出される電流値、
ｄ）第二電流(IR)又は第二電流(IR)から導出される電流値、
ｅ）第一温度差(ΔTH)又は第一温度差(ΔTH)から導出される値、
ｆ）第二温度差(ΔTL)又は第二温度差(ΔTL)から導出される値、
ｇ）第一温度(TH)又は第一温度(TH)から導出される値、
ｈ）第二温度(TL)又は第二温度(TL)から導出される値
の少なくとも一を出力してなることを特徴とする差分電流センサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一に記載の差分電流センサを備えることを特徴とする電源システム、特に直流電源システム、特に自動車電気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差分電流センサに関し、特に直流電源システム用の差分電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の差分電流センサは、供給側導電体及び帰還側導電体における電流を測定し、そこから差分電流を計算して異常を検出できる。例えば、単相交流電源システムにおいて利用可能な差分電流センサが、国際特許出願公開第００／００８３４号明細書（特許文献１）で知られている。ここでは実際の電流測定は、４線式技術に基づいて行われる。４線式技術では、基本的に供給側導電体及び帰還側導電体にそれぞれ配置される低オーミック電流検出抵抗器を用いて、測定すべき電流が供給側導電体及び帰還側導電体に流れ、電流検出抵抗器における電圧降下に基づいて、それぞれの電流測定が行われる。この既知の差分電流センサはさらに、供給側導電体と帰還側導電体において二つの電流検出抵抗器における電圧を計算し、そこから差分電流を計算するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）を有している。さらにこの差分電流センサは、二つの電流検出抵抗器における電圧測定を較正できる。電圧測定の較正では、ＡＳＩＣはグランド側及び電圧側のそれぞれで、供給側導電体と帰還側導電体との間の分圧器によって提供される、一つの基準電源を測定する。ここでは、ＡＳＩＣによる基準電源の測定は、別々の測定変換器を用いてＡＳＩＣ内において行われる。
【０００３】
上記説明した既知の差分電流センサにおいては、較正が特に正確でないことが知られており、不十分という欠点があった。
【０００４】
また他の従来技術として、米国特許出願公開第２００５／０２４８３５１号明細書（特許文献２）が挙げられる。該文献は、測定変換器が電流検出抵抗器における電圧降下を測定する、電池電圧を測定するための測定回路を開示している。ここでは、電流検出抵抗器は、任意選択的に電池又は基準電源に接続できる。しかしながら、測定変換器自身は電流検出抵抗器における電圧降下を常に測定しているため、基準電源に接続できない。よってこの方法では、完全な較正は不可能であった。
【０００５】
さらに他の従来技術として、ドイツ特許出願公開第１０２０１００３８８５１号明細書（特許文献３）、ドイツ実用新案出願公開第２０２０１０００５７５６号明細書（特許文献４）、及びドイツ特許出願公開第１０２００４０６２６５５号明細書（特許文献５）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許出願公開第００／００８３４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０２４８３５１号明細書
【特許文献３】ドイツ特許出願公開第１０  ２０１０  ０３８  ８５１号明細書
【特許文献４】ドイツ実用新案出願公開第２０  ２０１０  ００５  ７５６号明細書
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第１０  ２００４  ０６２  ６５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した既知の差分電流センサを改良することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
この目的は、主な請求項に係る差分電流センサによって達成される。
【０００９】
本発明は、既知の差分電流センサにおいて較正が不十分であるという結果は、一方の基準電源と他方の電流検出抵抗器における電圧降下とを、別々の測定変換器によって検出することに起因するという技術的洞察に基づくものである。このことは欠点となる。なぜなら、較正の状況によっては、この方法では個々の測定変換器の測定誤差を補正することができないからである。したがって本発明は、概して、本発明に係る差分電流センサにおいて、基準電源と電流検出抵抗器における電圧降下とを同じ測定変換器によって、具体的には電圧側（「ハイ側」）とグランド側（「ロー側」）で、測定することを技術的に教示するものである。したがって、二つの電圧側又はグランド側測定変換器は、本発明に係る差分電流センサにおいて、基準電源とそれぞれの電流検出抵抗器における電圧降下とを連続的に、高速で順次、測定する。
【００１０】
本発明の好ましい例示的な態様において、はじめに説明した国際特許出願公開第００／００８３４号（特許文献１）の既知の差分電流センサのように、供給側導電体と帰還側導電体との間に接続される分圧器を用いて、較正のための基準電源が提供される。ここでは、電圧側電流測定の較正のための第一基準電源は、分圧器における第一電圧タップ点を通じて提供されると共に、グランド側電流測定の較正のための第二基準電源は、分圧器における第二電圧タップ点を通じて提供される。
【００１１】
好ましい例示的な態様において、第一電流検出抵抗器における第一電圧降下が、第一基準電源と同じオーダーとなるように、分圧器が設計される。また、好ましくは第二電流検出抵抗器における第二電圧降下が、第二基準電源と同じオーダーとなるように、分圧器が設計される。例えば、これらの電圧値を３０ｍＶ程度とできる。一方の基準電源の電圧値を、他方の電流検出抵抗器における電圧と略一致させることで有利となる。この場合、それぞれの測定変換器と、必要に応じて追加される前置増幅器とが、測定変換器又は前置増幅器の内部設定を変更することなく、基準電源とそれぞれの電流検出抵抗器における電圧降下とを連続的に測定できるからである。
【００１２】
本発明の好ましい例示的な態様において、分圧器は、電圧側第一抵抗器（例えばＲ１＝１００Ω）と、中間第二抵抗器（例えばＲ２＝２ＭΩ）と、グランド側第三抵抗器（例えばＲ３＝１００Ω）とで構成された直列回路を有する。ここでは、中間第二抵抗器の抵抗値は、好ましくは電圧側第一抵抗器及びグランド側第三抵抗器よりも実質的に高い。ここで、電圧側較正のための第一基準電源は、好ましくは分圧器の電圧側抵抗器と分圧器の中間抵抗器との間の第一電圧タップ点を通じて提供される。一方、グランド側電流測定の較正のための第二基準電源は、好ましくは分圧器のグランド側第三抵抗器と中間抵抗器との間の第二電圧タップ点を通じて提供される。
【００１３】
また好ましくは、分圧器の電圧側第一抵抗器における抵抗値及び分圧器のグランド側第三抵抗器の抵抗値は、実用上同じ温度依存性を呈する。これにより、較正の際や動作の際に、温度依存性を可能な限り低くできるという利点がある。例えば、同じバッチで製造されるため略同じ温度依存を有する金属膜抵抗器を用いて、分圧器を構成することができる。また、温度係数の小さな差異を較正の際に検出し、計算によって除去することもできる。さらに、この構成においては分圧器の二つの外側の抵抗器に極僅かな負荷をかけるだけなので、長期安定性に非常に優れることが期待される。
【００１４】
一方、分圧器の高オーミックの中間抵抗器の温度非依存性や精度は、差分電流測定において影響しないか、影響しても僅かである。好ましくは、本発明に係る差分電流センサにより、総電圧測定、つまり供給側導電体と帰還側導電体との間の電圧を測定できるが、分圧器の高オーミックの中間抵抗器には、温度係数の良好な長期安定性と、良好な経過同期性が必要である。両方の要件は、セラミックと、その上に配置された均質抵抗材料（例えば薄膜）とで製造されたネットワーク抵抗器により、理想的に得られる。しかも、この場合は必要な絶縁強度も得られる。
【００１５】
さらに本発明に係る差分電流センサは、好ましくは電圧降下を測定するよう二つの測定器に接続されると共に、電圧側電流検出抵抗器及びグランド側電流検出抵抗器におけるそれぞれの二つの電圧降下の関数として、差分電流を決定する電子評価ユニットを有する。
【００１６】
可能な限り測定精度を高めるためには、電圧測定を、電圧側（「ハイ側」）とグランド側（「ロー側」）の二つの電流検出抵抗器で同時に行う必要がある。したがって、電圧測定がグランド側及び電圧側で同時に行われるように、評価ユニットは、好ましくは電圧測定を開始するために、二つの（電圧側とグランド側）測定器に対してトリガー信号を送信する。
【００１７】
一方の測定器と他方の評価ユニットとの間のデータ通信は、好ましくは非電気的に結合されたデータ線（例えば光結合素子）によって行われる。
【００１８】
また二つの電流検出抵抗器間の温度差を防止するために、二つの電流検出抵抗器を、電気絶縁性を備えつつ熱伝導性である熱ブリッジを用いて互いに接続することにより、測定精度を向上できる。
【００１９】
本発明に係る差分電流センサにおいても、温度変化による悪影響を完全に防ぐことはできないが、本発明に係る差分電流センサは、温度変化による悪影響を、好ましくは計算によって補正できる。
【００２０】
他の熱的な悪影響は、電流検出抵抗器における温度差に起因する、測定回路（電流検出抵抗器及び測定器）における熱電位から受ける。測定器は、熱電位と、電流によって生じる電圧降下とを区別することが基本的にできないので、熱電位を間接的に連続的に決定する必要がある。このため本発明に係る差分電流センサは、好ましくは電流検出抵抗器における温度差を測定する熱電対を有する。そして、発生した熱電位を、測定された温度差の関数として計算する。この計算は、例えばそれぞれの測定器又は評価ユニット（例えばＡＳＩＣ）において行うことができる。さらに対応する補償が、電流測定の際に行われる。この補償は、例えば測定器や評価ユニットにおいて行うことができる。
【００２１】
他の温度による悪影響は、温度安定性が高い電流検出抵抗器の温度の関数として、電流検出抵抗器の抵抗値が多少変化することからも生じる。したがって、本発明に係る差分電流センサは、好ましくは電流検出抵抗器の抵抗値の温度変化を補償することができる。このため、好ましくはそれぞれの電流検出抵抗器の温度を測定するための温度センサを備える。そして、電流検出抵抗器の抵抗値の温度による変化が、測定器又は評価ユニットによって計算され、電流測定の際には補償が考慮される。
【００２２】
測定精度を高めるためには、さらにグランド側（「ロー側」）及び電圧側（「ハイ側」）の二つの電流検出抵抗器が同じ抵抗値を有し、かつ同じ温度依存性を呈することが重要である。
【００２３】
本発明に係る差分電流センサは、基準電源及び電流検出抵抗器における電圧降下を、同じ測定経路を介して、すなわち同じ測定変換器によって連続的に測定することは、上記で説明した通りである。したがって、電圧側及びグランド側の測定器は、好ましくはそれぞれの電流検出抵抗器における電圧降下と関連する基準電源とを連続的に測定するマルチプレクサを有する。
【００２４】
さらにマルチプレクサは、好ましくは他の値、例えば第一、第二温度や、第一、第二温度差を測定する。
【００２５】
さらに言えば、前述の測定器及び評価ユニットの機能は、好ましくは別々の電子部品において実現される。ただ本発明は、状況に応じて、これらの機能を一又は複数の部材（例えばＡＳＩＣ）に集積することもできる。
【００２６】
また本発明に係る差分電流センサは特に、例えば自動車の電気システム等の直流電源システムにおける差分電流（漏れ電流等の異常電流）の測定に適している。ただ本発明に係る差分電流センサは、交流電源システム、特に単相電源システムにも適している。
【００２７】
さらに、好ましい例示的な実施形態における本発明に係る差分電流センサは、差分電流のみならず、絶対値、例えば電流検出抵抗器における温度差、電流検出抵抗器の温度、供給側導電体と帰還側導電体との間の総電圧及び／又は総電流を出力する。
【００２８】
本発明の他の有用な態様は、従属請求項に記載されており、又は図面を参照しつつ好ましい例示的な実施形態の説明を用いて、以下詳細に説明する。また以下の図面を説明に使用する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る差分電流センサの概略的なブロック回路図である。
【図２】図１に示した電圧側測定器の概略ブロック回路図（グランド側測定器も同様に構成できる）である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図では、本発明に係る、例えば差分電流ΔＩを測定するために単相直流電源ネットワークにおいて利用可能な差分電流センサを概略的に示している。
【００３１】
ここでは、直流電源ネットワークを単に概略的に示しており、直流電源ネットワークは、基本的には供給側導電体Ｈと、帰還側導電体Ｒと、概略的に示す負荷Ｖとで構成される。電流ＩＨが供給側導電体Ｈを通って負荷Ｖへと流れ、対応する電流ＩＲが帰還側導電体Ｒを経て戻ってくる。
【００３２】
動作に問題がない場合は、供給側導電体Ｈを通る電流ＩＨが、帰還側導電体Ｒを通る電流ＩＲと正確に対応する。
【００３３】
しかしながら、異常がある場合、例えばグランドと短絡した場合や、リーク電流がグランドに流れた場合には、異常電流ＩＦが供給側導電体Ｈから流れ出ることになる。このような異常がある場合には、供給側導電体Ｈと帰還側導電体Ｒとにおける電流ＩＨ、ＩＲが差分電流ΔＩだけずれ、この場合、ある状況下では何らかの対策（例えば非常停止）を講じる必要もある。
【００３４】
したがって、本発明に係る差分電流センサは、供給側導電体Ｈにおける電圧側電流ＩＨを測定でき、また帰還側導電体Ｒにおけるグランド側電流ＩＲを測定できる。電流測定は、基本的に既知の４線技術に基づいて行われる。このため、低オーミック電流検出抵抗器ＲＨが供給側導電体Ｈに配置され、さらに対応する低オーミック電流検出抵抗器ＲＬが帰還側導電体Ｒに配置される。
【００３５】
例えば、両方の低オーミック電流検出抵抗器ＲＨ及びＲＬを、欧州特許出願公開第０６０５８００号明細書に記載される電流検出抵抗器とできる。したがって、低オーミック電流検出抵抗器ＲＨ、ＲＬの製造方法及び構造の説明に関しては、該特許出願の内容全体を、本願明細書に援用する。
【００３６】
電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおける電圧降下ＵＨを測定するために、測定器ＭＥＨが配置される。また測定器ＭＥＬが、グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおける電圧降下ＵＬを測定するために配置される。
【００３７】
電圧側測定器ＭＥＨは、非電気的結合器ＧＴＨ（例えば光結合素子）を介して、評価ユニットＡＥに接続される。評価ユニットＡＥは他の非電気的結合器ＧＴＬ（例えば光結合素子）を介してグランド側測定器ＭＥＬに接続される。評価ユニットＡＥは、二つの測定器ＭＥＨ及びＭＥＬによってそれぞれ測定される電圧側電流検出抵抗器ＲＨ及びグランド側電流検出抵抗器ＲＬにおける電圧降下ＵＨ及びＵＬを、二つ非電気的結合器ＧＴＨ、ＧＴＬを用いて受信する。ここでは、非電気的結合器ＧＴＨ及びＧＴＬによるデータ通信はデジタル形式で行われる。
【００３８】
さらに、本発明に係る差分電流センサは、供給側導電体Ｈと帰還側導電体Ｒとの間に接続される分圧器ＳＴを用いて、較正することができる。分圧器ＳＴは、三つの抵抗器（Ｒ１＝１００Ω、Ｒ２＝２ＭΩ、Ｒ３＝１００Ω）で構成される。
【００３９】
ここでは、較正のための基準電源ＵREFHを構成する電圧タップ点が、分圧器の抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との間に配置される。測定器ＭＥＨは、電流検出抵抗器ＲＨにおける電圧降下ＵＨと基準電源ＵREFHとを、マルチプレクサＭＵＸを用いて連続的に測定する。ここでは、この測定が同じ測定経路を介して行われることが重要である。この結果、該較正により、はじめに説明した国際特許出願公開第００／００８３４号（特許文献１）に係る従来の差分電流センサの場合よりも大幅に精度が向上する。そして測定器ＭＥＨは、測定された基準電源ＵREFHを、非電気的結合器ＧＴＨを介して評価ユニットＡＥへと送信する。
【００４０】
ここでは、測定器ＭＥＬの較正のためのグランド側基準電源ＵREFHを構成する他の電圧タップ点が、分圧器ＳＴの抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３との間に配置される。また、同じ測定経路を介して電流検出抵抗器ＲＬにおける電圧降下ＵＬと基準電源ＵREFLとを連続的に測定するマルチプレクサＭＵＸが、測定器ＭＥＬに配置される。アナログ／デジタルコンバータが、二つの測定器ＭＥＨ及びＭＥＬにおいてマルチプレクサＭＵＸの下流側に配置され、測定された電圧値はデジタル信号として評価ユニットＡＥに送信される。
【００４１】
さらに本発明に係る差分電流センサは、電流検出抵抗器ＲＨ、ＲＬにおける温度差によって生じる熱電位を補償できる。このため本発明に係る差分電流センサは、電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおける温度差ΔＴＨと、グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおける温度差ΔＴＬとをそれぞれ測定可能な、二つの熱電対ＴＥＨ及びＴＥＬを有する。同様に、温度差ΔＴＨ及びΔＴＬの測定は、それぞれの測定器ＭＥＨ、ＭＥＬのマルチプレクサＭＵＸを用いて行われる。
【００４２】
さらにまた本発明に係る差分電流センサは、二つ電流検出抵抗器ＲＨ、ＲＬの抵抗値の温度による変化を補償できる。このため電圧側電流検出抵抗器ＲＨの温度ＴＨと、グランド側電流検出抵抗器ＲＬの温度ＴＬを測定可能な、温度センサＴＳＨ及びＴＳＬが配置される。同様に温度ＴＨ及びＴＬの測定は、それぞれの測定器ＭＥＨ、ＭＥＬのマルチプレクサＭＵＸを用いて行われる。
【００４３】
このようにして差分電流ΔＩは、評価ユニットＡＥにおける測定データの関数として、次式に基づき計算される。
【数１】
2014529075.tif 000003
【００４４】
ここで、各記号は以下の通りである。
ＩＨ：供給側導電体Ｈを通る電流
ＩＲ：帰還側導電体Ｒを通る電流
ＵＨOHM：電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおけるオーミック電圧降下
ＵＬOHM：グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおけるオーミック電圧降下
ＵＨTHERMO：電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおける熱電位
ＵＬTHERMO：グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおける熱電位
ＲＨ：電圧側電流検出抵抗器ＲＨの温度に依存する抵抗値
ＲＬ：グランド側電流検出抵抗器ＲＨの温度に依存する抵抗値
ΔＴＨ：電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおける温度差
ΔＴＬ：グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおける温度差
ＴＨ：電圧側電流検出抵抗器ＲＨの温度
ＴＬ：電圧側電流検出抵抗器ＲＬの温度
ＵＨ：電圧側電流検出抵抗器ＲＨにおいて測定された電圧降下
ＵＬ：グランド側電流検出抵抗器ＲＬにおいて測定された電圧降下
【００４５】
ここでは、抵抗値ＲＨ（ＴＨ）及びＲＬ（ＴＬ）の温度依存特性が、特性曲線として表され、評価ユニットＡＥに記憶される。
【００４６】
さらに熱電位ＵＨTHERMO（ΔＴＨ）及びＵＬTHERMO（ΔＴＬ）の温度依存特性も、特性曲線として表され、評価ユニットＡＥに記憶される。
【００４７】
さらに差分電流センサにおいては、基準電源ＵREFH及びＵREFLが、それぞれ対応する電圧降下ＵＨ及びＵＬと同じオーダーであることが好ましい。この場合は、内部切換を必要とせず、測定器ＭＥＨ及びＭＥＬがそれぞれ電圧値を連続的に測定できるので、有利となる。
【００４８】
評価ユニットＡＥは、トリガー信号を、非電気的結合器ＧＴＨ及びＧＴＬを介して、二つの測定器ＭＥＨ及びＭＥＬへと送信する。これにより、二つの電流検出抵抗器ＲＨ及びＵＨにおける電圧降下ＵＬ及びＲＬを、ほぼ正確に自己同期的に測定し、その結果測定精度が高められる。
【００４９】
さらに評価ユニットＡＥは、同期信号ＳＹＮＣを二つの非電気的結合器ＧＴＨ及びＧＴＬを介して二つの測定器ＭＥＨ及びＭＥＬへとそれぞれ送信することによって、正確に同期して測定を行うことができる。
【００５０】
さらにまた較正の際には、一方の基準電源ＵREFH、ＵREFLとそれぞれの電圧降下ＵＨ、ＵＬとが、同じ測定経路を介して測定されることが重要であり、これにより測定精度を同様に高めることができる。
【００５１】
さらに図に示す通り、評価ユニットＡＥは、差分電流のΔＩに加えて、総電流Ｉと、温度ＴＨ及びＴＬと、供給側導電体Ｈと帰還側導電体Ｒとの間で低下する総電圧Ｕ０とを出力するための出力端子をさらに備える。
【００５２】
本発明は、上述した好ましい例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明の概念を用いた種々の変形及び変更が可能であり、これら変形及び変更は本発明の保護の範囲内である。さらに本発明は、従属先の請求項の特徴を含む従属請求項に係る技術事項の保護をも主張するものである。例えば、差分電流センサにおける温度補償の技術思想は、それ自体で重要であり、保護に値し、他の特徴から独立して保護されうるものである。
【符号の説明】
【００５３】
ΔＩ…差分電流
ΔＴＨ…電流検出抵抗器ＲＨにおける温度差
ΔＴＬ…電流検出抵抗器ＲＬにおける温度差
ＡＥ…評価ユニット
ＧＴＨ…電圧側非電気的結合器
ＧＴＬ…グランド側非電気的結合器
Ｈ…供給側導電体
Ｉ…総電流
ＩＦ…異常電流
ＩＨ…供給側導電体を通る電流
ＩＲ…帰還側導電体を通る電流
ＭＥＨ…電圧側測定機器
ＭＥＬ…グランド側測定機器
ＭＵＸ…マルチプレクサ
Ｒ１…抵抗器
Ｒ２…抵抗器
Ｒ３…抵抗器
ＲＨ…低オーミック電流検出抵抗器
ＲＬ…低オーミック電流検出抵抗器
Ｒ…帰還側導電体
ＳＴ…分圧器
ＳＹＮＣ…同期信号
ＴＥＨ…ハイ側熱電対
ＴＥＬ…ロー側熱電対
ＴＨ…ハイ側電流検出抵抗器の温度
ＴＬ…ロー側電流検出抵抗器の温度
ＴＳＨ…ハイ側温度センサ
ＴＳＬ…ロー側温度センサ
Ｕ０…総電圧
ＵＨ…電流検出抵抗器ＲＨにおける電圧降下
ＵＬ…電流検出抵抗器ＲＬにおける電圧降下
ＵREFH…ハイ側基準電源
ＵREFL…ロー側基準電源
Ｖ…負荷
【図１】
2014529075.tif 000004
【図２】
2014529075.tif 000005
【国際調査報告】
2014529075.tif 000006
2014529075.tif 000007
2014529075.tif 000008
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