特開 2021-19421 電流検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-19421(P2021-19421A)

(43)【公開日】2021年2月15日

(54)【発明の名称】電流検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20210118BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 E

   H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2019-133552(P2019-133552)

(22)【出願日】2019年7月19日

(71)【出願人】

【識別番号】000107804

【氏名又は名称】スミダコーポレーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137589

【弁理士】

【氏名又は名称】右田 俊介

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 弘行

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA21

5H770BA01

5H770BA05

5H770DA01

5H770DA11

5H770DA14

5H770DA41

5H770DA45

5H770FA06

5H770HA02X

5H770LA02X

5H770LB09

5H770QA25

(57)【要約】

【課題】小型化に有利であって、引き回される配線長が短い電流検出装置を提供する。
【解決手段】第一電流ｉａが流れる電流路１６及び第二電流ｉｂが流れる電流路１７と、電流路１６と電流路１７とを切り換えて、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとを交互に流すスイッチング素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとにより誘導電流が流れる共通のコイル部１５１と、第一電流ｉａによりコイル部１５１に流れる第一誘導電流ｉａ_ｉと、第二電流ｉｂによりコイル部１５１に流れる第二誘導電流ｉｂ_ｉとを交番させるターン電流路１７０と、により電流検出装置１を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、
前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、
前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、
前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、
を備える、電流検出装置。

【請求項2】

前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている、請求項１に記載の電流検出装置。

【請求項3】

前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、請求項１または２に記載の電流検出装置。

【請求項4】

前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ素子及び前記第二トランジスタ素子よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、請求項１または２に記載の電流検出装置。

【請求項5】

前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電流検出装置。

【請求項6】

前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の電流検出装置。

【請求項7】

前記コイル部からセンタータップが引き出されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電流検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

省電力の観点から、様々な機器に電力監視システムが設けられている。電力監視システムのうち、電流を計測するものに、カレントトランス（ＣＴ（Current Transformer））と呼ばれる機器がある。カレントトランスは、測定すべき交流電流をコイルの巻線比に応じた二次電流に変換する機器である。このようなカレントトランスは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電源装置は、互いに並列に接続された二つの一次巻線を備え、駆動スイッチによって二つの１次巻線を介して流れる電流を制御する。１次巻線を介して流れる電流は、それぞれ二つのカレントトランスを利用して検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−４１８１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電源装置は、複数のカレントトランスを用いて電流を検出し、この電流を用いて駆動スイッチを制御している。しかしながら、電流検出用のカレントトランスを複数配置し、各々にフルブリッジ回路のアームを流れる電流を挿入すると、装置においてカレントトランスが配置されるスペースが大きくなるため装置が大型化し、また、装置において引き回される配線長が長くなる。配線長は、サージノイズや回路駆動の安定性に寄与する因子であって、サージノイズの低減や回路駆動の安定性の観点から短いことが望ましい。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化に有利であって、引き回される配線長が短くすることができる電流検出装置に関する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の電流検出装置は、第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明は、小型化に有利であって、引き回される配線長が短い電流検出装置に関する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第一実施形態の電流検出装置を含む電流測定システムを説明するための図である。

【図2】図１に示したコイル部を説明するための模式的な縦断面図である。

【図3】（ａ）は第一誘導電流を示す模式図、（ｂ）は第二誘導電流を示す模式図、（ｃ）は第一誘導電流と第二誘導電流とを合成した状態を示す模式図である。

【図4】本発明の第二実施形態を説明するための図であって、トロイダルコイルの上面を示す模式図である。

【図5】（ａ）は第一実施形態の変形例１を説明するための図、（ｂ）は第二実施形態の変形例１を説明するための図である。

【図6】（ａ）は第一実施形態の変形例１を説明するための他の図、（ｂ）は第二実施形態の変形例１を説明するための他の図である。

【図7】（ａ）は第一実施形態の変形例２を説明するための図、（ｂ）は第一実施形態の変形例２を説明するための他の図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下。本発明の第一実施形態、第二実施形態を説明する。第一実施形態、第二実施形態は、いずれも本発明の技術思想及び構成例を示すものであって、具体的な構成や寸法形状を限定するものでない。また、第一実施形態、第二実施形態で用いる図面は、主に各部材の機能、配置及び互いの関係等を模式的に示すものであり、その寸法形状や縦横比等を正確に示すものではない。

【0009】

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態の電流検出装置１を含む電流測定システム１００を説明するための図である。電流測定システム１００は、電流検出装置１と、直流電源１１から電力の供給を受ける負荷２１を含む給電部２と、電流検出装置１が検出した電流を整流して電流値を判定する電流判定部３と、を含んでいる。電流判定部３は、電流検出装置１によって検出された電流の値を判定し、また、電流検出装置１のスイッチング素子を制御する。このとき、電流判定部３は、判定結果から電流検出装置１の駆動を停止または開始するものであってもよい。

【0010】

（電流検出装置）
電流検出装置１は、第一電流ｉａが流れる第一電流路である電流路１６、第二電流ｉｂが流れる第二電流路である電流路１７を備えている。また、電流検出装置１は、電流路１６と電流路１７とを切り換えて、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとを交互に流すスイッチング素子１３１、１３２、１３３、１３４と、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとにより誘導電流が流れる共通のコイル部１５１とを備えている。コイル部１５１は、カレントトランス１５のコイル部分であり、コイル部１５１に生じた誘導起電力によってコイル部１５１の出力端子Ａ、Ｃから検出信号が出力される。

【0011】

スイッチング素子１３２、１３３は、電流路１６に第一電流ｉａを流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対を構成する。また、スイッチング素子１３１、１３４は、電流路１７において第二電流ｉｂを流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対を構成する。スイッチング素子１３１〜１３４は、フルブリッジ回路を構成し、電流路１６、１７は、それぞれフルブリッジ回路のアームとなる。電流路１６を流れる第一電流ｉａ及び電流路１７を流れる第二電流ｉｂは、フルブリッジ回路のアーム電流である。

【0012】

このようなフルブリッジ回路では、例えばスイッチング素子１３２、１３３が同一のタイミングでオンし、この間スイッチング素子１３１、１３４はオフ状態になっている。このとき、電流検出装置１においては、スイッチング素子１３２からコイル端部１７１、コイル１９、コイル端部１６１、スイッチング素子１３３に至る電流の流路（電流路）が形成される。電流路１６は、このような電流路におけるスイッチング素子１３２、１３３間の部分をいう。このような状態においては、電流検出装置１から流れ出した電流はスイッチング素子１３２のソース・ドレイン間を流れて電流路１７に流れ込む。電流路１７に流れ込んだ電流は、コイル端部１７１からコイル１９を通って第一電流ｉａとなり、スイッチング素子１３３のソース・ドレイン間を通って電流検出装置１に帰還する。

【0013】

次に、第一実施形態では、スイッチング素子１３１、１３４が同一のタイミングでオンし、この間スイッチング素子１３２、１３３がオフ状態になる。このとき、電流検出装置１においては、スイッチング素子１３１からコイル端部１６１、コイル１９、コイル端部１７１、スイッチング素子１３４に至る電流路が形成される。このうち、電流路１７は、このような電流路におけるスイッチング素子１３１、１３４間の部分をいう。このような状態においては、電流検出装置１から流れ出した電流がスイッチング素子１３１のソース・ドレイン間を通り、さらにコイル端部１７１からコイル１９を通ってターン電流路１７０に流れ込む。ターン電流路１７０に流れ込んだ電流は、第二電流ｉｂとなってスイッチング素子１３４のソース・ドレイン間を通って電流検出装置１に帰還する。
コイル部１５１は、二つのスイッチング素子１３２、１３３の間、または二つのスイッチング素子１３１、１３４の間を流れる電流により誘導電流を生じる。

【0014】

さらに、電流検出装置１は、直流の直流電源１１と、スイッチング素子１３１〜１３４のゲートに電圧を印加してスイッチング素子１３１〜１３４を制御するフルブリッジ制御回路１８を備えている。フルブリッジ制御回路１８は、スイッチング素子１３２、１３３を同じタイミングでオンし、この間にスイッチング素子１３１、１３４がオフするように制御する。このとき、電流検出装置１には、上記のように、直流電源１１から電流路１６、電流路１６上のスイッチング素子１３３から直流電源１１に戻る電流路が形成される。

【0015】

また、フルブリッジ制御回路１８は、スイッチング素子１３１、１３４を同じタイミングでオンし、この間にスイッチング素子１３２、１３３がオフするように制御する。このとき、電流検出装置１には、上記のように、直流電源１１から電流路１７、電流路１７上のスイッチング素子１３４から直流電源１１に戻る電流路が形成される。
このようなフルブリッジ制御回路１８は、例えば、マイクロコンピュータ等の小型のコンピュータを利用するものであってもよい。

【0016】

また、第一実施形態では、コイル部１５１が出力端子Ａ、Ｃの他に出力端子Ｂを備え、合計三つの出力端子Ａ、Ｂ、Ｃを備えている。このうちの一つの出力端子Ｂはコイル部１５１の中間でコイル部１５１から引き出されるセンタータップである。コイル部１５１にセンタータップを設けると、コイル部１５１が二つの半波回路のように動作してコイル部１５１を流れる電流が両波整流される。第一実施形態は、このように、両波整流することによって第一電流ｉａと第二電流ｉｂとをそれぞれの＋側のピーク値で検出することができるようになり、電流判定回路内の１つの判定基準値で第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの両方の判定が可能になる。

【0017】

また、第一実施形態は、第一電流ｉａによりコイル部１５１に流れる誘導電流と、第二電流ｉｂによりコイル部１５１に流れる誘導電流とを交番させる電流交番部を備えている。ここで、誘導電流を交番させるとは、誘導起電力によってコイル部１５１に生じる誘導電流を、一定の周期で流れ方向が互いに反転するように流すことをいう。誘導電流は、直流の第一電流ｉａ及び第二電流ｉｂが流れる、あるいは消失すること（以下、「第一電流ｉａのオン、オフ、第二電流ｉｂのオン、オフ」と記す）によってコイル部１５１に流れる。このような誘導電流は、第一電流ｉａ及び第二電流ｉｂのオン、オフに対応する周期を持った波形で表される。また、第一実施形態では、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとの流れ方向が反転するため、第一電流ｉａによってコイル部１５１流れる第一誘導電流ｉａ_ｉと第二電流ｉｂによってコイル部１５１に流れる第二誘導電流ｉｂ_ｉとの位相が互いに反転する。

【0018】

第一実施形態の電流検出装置１は、図１に示すように、電流路１７において第一電流ｉａの流れ方向と反対に第二電流ｉｂが流れるターン電流路１７０を含んでいる。コイル部１５１にはターン電流路１７０を流れる電流による誘導電流が生じる。上記のように、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとの流れ方向が反転することによって第一誘導電流ｉａ_ｉと第二誘導電流ｉｂ_ｉとが互いに交番するから、第一実施形態ではターン電流路１７０が電流交番部として機能する。換言すると、第一実施形態は、スイッチング素子１３２、１３３とスイッチング素子１３１、１３４とを交互にオン、オフすることによって直流の第一電流ｉａ、第二電流ｉｂから交流電流を発生させる。

【0019】

図２は、コイル部１５１を説明するための模式図であって、二次側についてのみコイル部１５１の縦断面を示している。図２に示すコイル部１５１は、コア１５０に中足を有するものを用いている。このようなコアとしては、例えば、ＥＩ形状、ＥＲ形状等のものがある。コイル部１５１は、鉄芯等のコア１５０と、コア１５０に巻き回される第一コイル１５２及び第二コイル１５３を含んでいる。第一コイル１５２及び第二コイル１５３は、一つのコア１５０にバイファイラ巻き回されている。なお、図２においては、第一コイル１５２と第二コイル１５３とを断面のハッチング線の傾きにより区別している。
バイファイラ巻きとは、図２のように、二本の導線をコア１５０の長さ方向に並べて巻き回すものをいう。また、バイファイラ巻きは、二本の導線を撚り合わせた上で巻き回すものであってもよい。

【0020】

上記バイファイラ巻きのコイル部１５１は、コイル間の結合が良く、漏れインダクタンスを減らすことができて、作動インピーダンスが小さくなる。このようなコイル部１５１は、二つの電流路１６と電流路１７とに交互に流れる電流を計測するカレントトランス１５に好適な構成である。

【0021】

（給電部）
給電部２は、一方のコイル端部１６１が電流路１６に接続され、他方のコイル端部１７１が電流路１７に接続されるコイル１９と、コイル１９と分離したコイル２０とを備えている。コイル１９とコイル２０とは絶縁トランスを構成し、コイル１９を流れる第一電流ｉａまたは第二電流ｉｂによりコイル１９に誘導起電力を生じさせる。コイル１９に生じた誘導起電力は、負荷２１に供給される。なお、電流測定システム１００を例えば車載機器に適用する場合、セルモーター、エアコン、カーナビゲーション等が負荷２１になり得る。

【0022】

（電流判定部）
電流判定部３は、コイル部１５１の出力端子Ａ、Ｂ、Ｃと接続されている。また、電流判定部３は、出力端子Ａ、Ｃから入力された第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉにより給電部２に供給された電流を判定する電流判定回路３３を備えている。出力端子Ａと電流判定回路３３との間にはダイオード３１が設けられていて、出力端子Ｃと電流判定回路３３との間にはダイオード３２が設けられている。ダイオード３１、３２は、いずれも電流判定回路３３に向かう方向に電流を流す。出力端子Ａから出力された第一誘導電流ｉａ_ｉと出力端子Ｃから出力された第二誘導電流ｉｂ_ｉは、合流して電流判定回路３３に入力される。

【0023】

図３（ａ）は、第一誘導電流ｉａ_ｉを示す模式図である。図３（ｂ）は、第二誘導電流ｉｂ_ｉを示す模式図である。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、第一誘導電流ｉａ_ｉ及び第二誘導電流ｉｂ_ｉは、出力端子Ｂの電位を基準にして互いに位相が反対の振幅が等しい波形となる。図３（ｃ）は、第一誘導電流ｉａ_ｉと第二誘導電流ｉｂ_ｉとの合成波形を示す図である。
電流判定回路３３は、図３（ｃ）に示す合成波形の正方向に出力された電流（以下、「高電流側」とも記す）の値を検出する。そして、検出した検出値をフルブリッジ制御回路１８に出力する。フルブリッジ制御回路１８は、例えば、検出値を表す信号の入力タイミングに基づいてスイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４をオン、オフするようにしてもよい。また、フルブリッジ制御回路１８は、高電流側の検出値により第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの値を判定し、供給電流の多寡や異常を判定するものであってもよい。このとき、フルブリッジ制御回路１８は、スイッチング素子１３１〜１３４の総てをオフして第一電流ｉａ、第二電流ｉｂが負荷２１に供給されることを停止させてもよい。

【0024】

なお、第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの値の判定は、例えば、第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの値と、第一電流ｉａ、第二電流ｉｂに応じて生じた第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉの値とを予め対応つけておくことよって実現することができる。電流判定回路３３は、異常であると判断される第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの閾値に対応する第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉの値を予め記憶しておき、入力された第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉの値が閾値を上回る、または下回る場合にスイッチング素子１３１〜１３４をオフするようにしてもよい。
さらに、電流判定回路３３は、検出値を外部に出力し、図示しない外部の演算装置が高電流側の検出値からコイル１９に供給された電流、ひいては負荷２１に供給された電力を算出するようにしてもよい。電流判定回路３３によって検出された検出値は、例えば、電流検出装置１の定電流制御、あるいは過電流保護（OCP：Over Current Protection）制御に使用される。

【0025】

次に、以上説明した電流測定システム１００の全体の動作を説明する。電流検出装置１においては、先ず、フルブリッジ制御回路１８がスイッチング素子１３２、１３３をオンし、スイッチング素子１３１、１３４をオフする。このとき、直流電源１１から流れ出た電流は、第一電流ｉａとして電流路１６を通り、コイル部１５１に第一誘導電流ｉａ_ｉを誘起する。

【0026】

次に、フルブリッジ制御回路１８は、スイッチング素子１３１、１３４をオンし、スイッチング素子１３２、１３３をオフする。このとき、直流電源１１から流れ出た電流は、流れ方向が反対の第二電流ｉｂとして電流路１７を通り、コイル部１５１に第二誘導電流ｉｂ_ｉを誘起する。この結果、第一誘導電流ｉａ_ｉと第二誘導電流ｉｂ_ｉとが出力端子Ａまたは出力端子Ｃから出力される。

【0027】

出力された第一誘導電流ｉａ_ｉ及び第二誘導電流ｉｂ_ｉは、合流して電流判定回路３３に入力する。このとき、第一実施形態は、電流路１６、電流路１７を流れる電流の一方を他方に対して反転させていることによって電流路１６を流れる電流による第一誘導電流ｉａ_ｉと電流路１７を流れる第二誘導電流ｉｂ_ｉとの位相を逆にすることができる。そして、第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉを合成した波形から第一誘導電流ｉａ_ｉ、第二誘導電流ｉｂ_ｉの高電流側の値を検出することができる。

【0028】

このような第一実施形態によれば、第一電流ｉａ、第二電流ｉｂの両方を共通のカレントトランス１５によって測定することができる。このような構成は、第一電流ｉａ、第二電流ｉｂを別のカレントトランスにより測定している上記の特許文献１の構成に比べてカレントトランスの数を低減することができる。カレントトランスはコイルを備えるために比較的設置スペースが大きく、カレントトランスの個数を少なくすることは、装置全体の小型化に有利である。

【0029】

また、小型の装置にあっては、装置内で引き回される配線の長さを短くすることができる。このため、第一実施形態は、配線がサージ電流やノイズの影響を受け難くなり、信号品質を向上させて駆動の信頼性を高めることができる。
第一実施形態は、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとをそれぞれ別のカレントトランスで測定する構成に比べて一次側の電流が二倍になる。しかし、第一実施形態は、第一電流ｉａと第二電流ｉｂとを交番させることにより、カレントトランス１５に二つのカレントトランスを使う場合と同様のコアサイズ及び巻き数のコイル部１５１を用いることが可能になる。

【0030】

さらに、第一実施形態は、一つのカレントトランス１５のコイル部１５１をバイファイラ巻きにしたことにより、一つのコイルでも二つの電流路１６、１７を流れる電流を良好に検出し、別々のカレントトランスで測定する構成と同等の測定精度を得ることができる。カレントトランス１５を一つ備える電流測定システム１００では、電流判定回路３３も一つでよく、いっそう装置の小型化に有利である。

【0031】

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図４は、第二実施形態を説明するための図であって、トロイダルコイル４５の上面４５ａを示す模式図である。第二実施形態は、コイル部１５１が不図示のトロイダルコアを有するトロイダルコイル４５である点が、中足を有するコア１５０を用いている第一実施形態と相違している。トロイダルコアは、縦断面が矩形のベルト形状の強磁性体を始端と終端とを一致させて円環形状にしたドーナツ状のコアである。強磁性体としては、鉄、ニッケル、コバルト及びその合金等がある。

【0032】

図４に示すように、トロイダルコイル４５は、上面視において円環形状を有していて、図４においては一方の円環形状の面（例えば上面４５ａ）が示されている。ここでは、図示されていない上面４５ａの裏面にあたる円環形状の面を他方の面と記す。トロイダルコイル４５には、電流路１６、１７が挿通されている。第二実施形態では、電流路１７はターン電流路１７０を有さずに、代わりに電流路１７がトロイダルコイル４５の上面視において上面４５ａから他方の面に向けて挿通される。また、電流路１６は、他方の面から上面４５ａに向けて挿通される。

【0033】

トロイダルコイル４５は、電流路１６のスイッチング素子１３１、１３３間にある部分と、電流路１７のスイッチング素子１３２、１３４間にある部分とで固定される。電流路１６、電流路１７にはそれぞれ同じ方向に流れる第一電流ｉｃ、第二電流ｉｄが供給される。
このような構成によれば、トロイダルコイル４５の円環部分にそれぞれ流れ方向が反対の第一電流ｉｃ、第二電流ｉｄが交互に流れることになる。第一電流ｉｃ、第二電流ｉｄによりそれぞれコイル部１５１に発生する誘導電流は、交番電流となる。換言すると、第二実施形態においては、トロイダルコイル４５と、トロイダルコイル４５に対して上面４５ａから裏面へ向けて挿通される電流路１７、裏面から上面４５ａに向けて挿通される電流路１６が電流交番部として機能する。

【0034】

以上説明した第二実施形態は、既存の電流路にトロイダルコイル４５を一つ取付けることによって第一電流ｉｃ、第二電流ｉｄを測定することができる。また、トロイダルコイル４５にあっても二本の導線を並べて、あるいは撚り合わせた上でトロイダルコアに巻きつけてバイファイラ巻きすることが可能である。このため、第二実施形態も、第一実施形態と同様に、一つのトロイダルコイル４５を使って二つの電流路１６、１７の電流を正確に測定することができる。

【0035】

［変形例］
次に、以上説明した第一実施形態、第二実施形態の変形例１、変形例２を説明する。（変形例１）
変形例１は、スイッチング素子が、第一電流ｉａを電流路１６に流すスイッチング素子１３２、１３３と、第二電流ｉｂを電流路１７に流すスイッチング素子１３１、１３４を含み、コイル部１５１が、スイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じている。つまり、変形例１は、カレントトランス１５がスイッチング素子１３２とスイッチング素子１３３の間、あるいはスイッチング素子１３１とスイッチング素子１３４の間で電流を計測することに限定されず、電流路１６、１７の任意の箇所で電流を測定するものである。

【0036】

図５（ａ）は、第一実施形態の電流検出装置１において、スイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４よりも上流の電流によりコイル部１５１が誘導電流を生じる例を示している。図５（ａ）に示すカレントトランス１５は、スイッチング素子１３１よりも上流に設けられ、電流路１７は、スイッチング素子１３３よりも上流でターン電流路１７０を構成している。

【0037】

図５（ａ）に示す電流検出装置では、第一実施形態と同様に、スイッチング素子１３１とスイッチング素子１３４との間にコイル端部１６１が接続し、スイッチング素子１３２とスイッチング素子１３３との間にコイル端部１７１が接続してコイル１９に電流を供給している。また、フルブリッジ制御回路１８は、第一実施形態と同様に、スイッチング素子１３１、１３３を一対とし、スイッチング素子１３２、１３４を一対として交互にオン、オフさせている。

【0038】

図５（ｂ）は、第二実施形態のトロイダルコイル４５をスイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４よりも上流に設けた例を示している。図５（ｂ）に示すトロイダルコイル４５及びトロイダルコイル４５に挿通される電流路１６、１７は、第二実施形態と同様の構成である。ただし、図５（ｂ）に示す例では、トロイダルコイル４５が直流電源１１とスイッチング素子１３１との間であって、かつ直流電源１１とスイッチング素子１３３との間に設けられる。このため、電流路１６、電流路１７には直流電源１１から流れ出した直後の電流ｉｆが分岐して第一電流ｉｃ、第二電流ｉｄとして流入、流出する。

【0039】

図６（ａ）は、第一実施形態の電流検出装置１において、スイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４よりも下流の電流によりコイル部１５１が誘導電流を生じる例を示している。図６（ａ）に示すカレントトランス１５は、スイッチング素子１３２よりも下流に設けられ、電流路１７は、スイッチング素子１３４よりも下流でターン電流路１７０を構成している。

【0040】

図６（ｂ）は、第二実施形態のトロイダルコイル４５をスイッチング素子１３２、１３３及びスイッチング素子１３１、１３４よりも下流に設けた例を示している。図６（ｂ）に示すトロイダルコイル４５及びトロイダルコイル４５に挿通される電流路１６、１７は、第二実施形態と同様の構成である。ただし、図６（ｂ）に示す例では、トロイダルコイル４５がスイッチング素子１３２と直流電源１１との間であって、かつスイッチング素子１３４と直流電源１１との間に設けられる。このため、電流路１６、電流路１７には第一電流ｉｃ及び第二電流ｉｄが流れ込み、流出後に合流して電流ｉｅとして直流電源１１に流れ込む。

【0041】

（変形例２）
次に、第一実施形態の変形例２を説明する。
図７（ａ）、図７（ｂ）は、変形例２の電流検出装置を説明するための図である。変形例２は、第一実施形態の電流検出装置をプッシュプル回路に適用するものであって、図７（ａ）はカレントトランス１５がスイッチング素子１３１、１３２より上流に設けられ、図７（ｂ）はカレントトランス１５がスイッチング素子１３１、１３２より下流に設けられる例を示している。図７（ａ）、図７（ｂ）に示す電流検出装置は、いずれもプッシュプル制御回路２８がスイッチング素子１３１、１３２を交互にオン。オフする。このとき、直流電源１１から供給される直流の電流は、電流路１６と電流路１７とに交互に流入し、出力端子Ａ、Ｃからはコイル部１５１に生じた第一誘導電流が出力される。

【0042】

また、図７（ａ）、図７（ｂ）の電流検出装置１は、電流路１６にコイル４６が接続され、電流路１７にはコイル４６と分離したコイル４７が接続されている。コイル４６とコイル４７には第一電流ｉａと同じ向きの電流が交互に供給される。このような動作により、コイル４６、４７には互いに異なる方向の電流が交互に流れ、電磁誘導によってコイル２０にコイル４７と同じ向きに流れる電流が生じる。コイル２０に生じた誘導起電力は、負荷２１に供給される。

【0043】

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、を備える、電流検出装置。
（２）前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている（１）の電流検出装置。
（３）前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、（１）または（２）の電流検出装置。
（４）前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ素子及び前記第二トランジスタ素子よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、（１）または（２）の電流検出装置。
（５）前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、（１）から（４）のいずれか一つの電流検出装置。
（６）前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、（１）から（４）のいずれか一つの電流検出装置。
（７）前記コイル部からセンタータップが引き出されている、（１）から（６）のいずれか一つの電流検出装置。

【符号の説明】

【0044】

１・・・電流検出装置
２・・・給電部
３・・・電流判定部
１１・・・直流電源
１５・・・カレントトランス
１６、１７・・・電流路
１８・・・フルブリッジ制御回路
１９、２０、４６、４７・・・コイル
２１・・・負荷
２８・・・プッシュプル制御回路
３１、３２・・・ダイオード
３３・・・電流判定回路
４５・・・トロイダルコイル
４５ａ・・・上面
１００・・・電流測定システム
１３１、１３２、１３３、１３４・・・スイッチング素子
１５０・・・コア
１５１・・・コイル部
１５２・・・第一コイル
１５３・・・第二コイル
１６１、１７１・・・コイル端部
１７０・・・ターン電流路
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2020年8月11日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項4】

前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対及び前記第二トランジスタ対よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、請求項１または２に記載の電流検出装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

本発明は、小型化に有利であって、引き回される配線長が短い電流検出装置を提供することができる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

以下、本発明の第一実施形態、第二実施形態を説明する。第一実施形態、第二実施形態は、いずれも本発明の技術思想及び構成例を示すものであって、具体的な構成や寸法形状を限定するものでない。また、第一実施形態、第二実施形態で用いる図面は、主に各部材の機能、配置及び互いの関係等を模式的に示すものであり、その寸法形状や縦横比等を正確に示すものではない。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0043】

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）第一電流が流れる第一電流路及び第二電流が流れる第二電流路と、前記第一電流路と前記第二電流路とを切り換えて、前記第一電流と前記第二電流とを交互に流すスイッチング素子と、前記第一電流と前記第二電流とにより誘導電流が流れる共通のコイル部と、前記第一電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流と、前記第二電流により前記コイル部に流れる前記誘導電流とを交番させる電流交番部と、を備える、電流検出装置。
（２）前記コイル部は、第一コイルと第二コイルとを含み、第一コイル及び第二コイルは、一つのコアにバイファイラ巻き回されている（１）の電流検出装置。
（３）前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間、または前記第二トランジスタ対に含まれる二つの前記トランジスタ素子の間を流れる電流により誘導電流を生じる、（１）または（２）の電流検出装置。
（４）前記スイッチング素子は、前記第一電流を前記第一電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第一トランジスタ対と、前記第二電流を前記第二電流路に流す二つのトランジスタ素子を含む第二トランジスタ対とを含み、前記コイル部は、前記第一トランジスタ対及び前記第二トランジスタ対よりも上流または下流を流れる電流により起電力を生じる、（１）または（２）の電流検出装置。
（５）前記電流交番部は、前記第二電流路において前記第一電流の流れ方向と反対に前記第二電流が流れるターン電流路を含み、前記コイル部には前記ターン電流路を流れる電流による誘導電流が生じる、（１）から（４）のいずれか一つの電流検出装置。
（６）前記コイル部がトロイダルコアに巻き回されてトロイダルコイルを構成し、前記電流交番部は、前記トロイダルコイルの上面視において円環形状の一方の面から他方の面に向けて挿通される前記第一電流路と、前記他方の面から前記一方の面に向けて挿通される前記第二電流路と、を含む、（１）から（４）のいずれか一つの電流検出装置。
（７）前記コイル部からセンタータップが引き出されている、（１）から（６）のいずれか一つの電流検出装置。

【手続補正5】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図5】

【手続補正6】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図6】

【手続補正7】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図7】