特許 7521930 電流検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】電流検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/00 20060101AFI20240717BHJP

【ＦＩ】

G01R15/00 500

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020088100

(22)【出願日】2020-05-20

(65)【公開番号】P2021181956

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 保

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１１９３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５１３５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０７－０１３０４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１３３９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャント抵抗器と、前記シャント抵抗器と着脱可能に接続される回路部と、を具備する電流検出装置であって、
前記回路部は、ＡＤ変換器と、ＤＡ変換器とが絶縁された絶縁アンプと、前記ＡＤ変換器に電圧を供給する一次側電源を有する絶縁電源と、オペアンプとを、有し、
前記シャント抵抗器と前記回路部との間には、前記ＡＤ変換器に接続される第１グランド端子と、前記絶縁電源の一次側電源のグランドに接続される第２グランド端子とが別々に設けられており、
前記シャント抵抗器と前記回路部との未接続状態では、前記ＡＤ変換器の電源が供給されず、前記ＤＡ変換器への伝達信号はオフ状態となることを特徴とする電流検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、シャント抵抗器を備えた電流検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、パワー半導体装置等の電流を検出するために、シャント抵抗器を備えた電流検出装置が用いられる。

【0003】

特許文献１に示す電流検出装置では、シャント抵抗器と回路部とが、出力端子およびグランド端子を介してコネクタ接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－４５１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のシャント抵抗器を備えた電流検出装置においては、コネクタが外れていても、未接続状態を判断することができなかった。

【0006】

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、コネクタの未接続状態を検知することが可能な電流検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様の電流検出装置は、シャント抵抗器と、前記シャント抵抗器と着脱可能に接続される回路部と、を具備する電流検出装置であって、前記回路部は、ＡＤ変換器と、ＤＡ変換器とが絶縁された絶縁アンプと、前記ＡＤ変換器に電圧を供給する一次側電源を有する絶縁電源と、オペアンプとを、有し、前記シャント抵抗器と前記回路部との間には、前記ＡＤ変換器に接続される第１グランド端子と、前記絶縁電源の一次側電源のグランドに接続される第２グランド端子とが別々に設けられており、前記シャント抵抗器と前記回路部との未接続状態では、前記ＡＤ変換器の電源が供給されず、前記ＤＡ変換器への伝達信号はオフ状態となることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電流検出装置によれば、コネクタの未接続状態を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係る電流検出装置（接続時）の一構成例を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る電流検出装置（未接続時）の一構成例を示す図である。

【図3】比較例に係る電流検出装置（接続時）の一構成例を示す図である。

【図4】比較例に係る電流検出装置（未接続時）の一構成例を示す図である。

【図5】図５ａは、本発明の実施の形態において、コネクタの非接続時に検出される電圧信号の波形の一例を示したグラフであり、図５ｂは、比較例において、コネクタの非接続時に検出される電圧信号の波形の一例を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るシャント抵抗器を備えた電流検出装置について説明する。

【0011】

＜本実施の形態の電流検出装置１０の回路構成＞
図１に示すように、本実施の形態の電流検出装置１０は、シャント抵抗器１と、回路部２とを備える。シャント抵抗器１と、回路部２とは、コネクタを介して着脱可能に接続される。

【0012】

図１に示すシャント抵抗器１の構造を限定するものでなく、既存のシャント抵抗器を適用することができる。

【0013】

図１に示すように、シャント抵抗器１と回路部２とは、ケーブル１１を介して電気的に接続されている。ケーブル１１は、４本用意され、シャント抵抗器１とケーブル１１は、第１信号出力端子（コネクタ）Ｔ１、第２信号出力端子（コネクタ）Ｔ２、第１グランド端子（コネクタ）Ｔ３、及び、第２グランド端子（コネクタ）Ｔ４を介して接続される。また、回路部２とケーブル１１は、第１信号出力端子（コネクタ）Ｔ５、第２信号出力端子（コネクタ）Ｔ６、第１グランド端子（コネクタ）Ｔ７、及び、第２グランド端子（コネクタ）Ｔ８を介して接続される。

【0014】

図１に示すように、回路部２は、絶縁電源５、絶縁アンプ６、及び、オペアンプ９等を備える。絶縁電源５は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、絶縁電源５の一次側電源は、電源電圧がＶｃｃ１であり、二次側電源は、電源電圧がＶｃｃ２である。

【0015】

図１に示すように、絶縁アンプ６は、ＡＤ変換器７（アナログ／デジタル変換部）とＤＡ変換器８（デジタル／アナログ変換部）によって構成されている。本実施の形態において、ＡＤ変換器７とＤＡ変換器８の間は、絶縁構成とされる。絶縁アンプ６には、例えば、フォトカプラ、静電カップリングコンデンサーなどの、ΔΣ方式絶縁アンプを用いるのが好ましい。シャント抵抗器１からは高電圧が回路部２に供給されるため、電圧を降下させて図示しないマイコンを適切に動作させるべく絶縁アンプ６を用いている。

【0016】

図１に示すように、回路部２内では、絶縁電源５の一次側電源から、ＡＤ変換器７に、電源電圧Ｖｃｃ１が供給される経路を備え、絶縁電源５の二次側電源から、ＤＡ変換器８に、電源電圧Ｖｃｃ２が供給される経路を備える。このように、電源５は、絶縁アンプ６のＡＤ変換器７用とＤＡ変換器８用とで分けられる。

【0017】

図１に示すように、ＡＤ変換器７の入力部と、第１信号出力端子Ｔ５及び第２信号出力端子Ｔ６との間は、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して、電気的に接続される。図１に示すように、シャント抵抗器１と回路部２とが接続された状態では、シャント抵抗器１で検出された電圧が、ＡＤ変換器７へ入力され、ＡＤ変換器７において、アナログ信号からデジタル信号に変換され、ＤＡ変換器８に絶縁伝送される。これにより、ＡＤ変換器７を高電圧領域、ＤＡ変換器８を低電圧領域にできる。

【0018】

ＤＡ変換器８では、絶縁伝送されたデジタル信号がアナログ信号に変換される。ＤＡ変換器８の非反転出力部及び反転出力部は、抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して、オペアンプ９の各差動入力部に接続されており、アナログ信号（電圧）はオペアンプ９にて、増幅処理される。そして、電流検出信号がオペアンプ９の出力部から出力される。図１に示すように、ＤＡ変換器８の反転出力部と、オペアンプ９の（－）差動入力部との間には、抵抗Ｒ８、Ｒ９の中点電位が抵抗Ｒ６を介して入力されるため、電流検出信号の基準電位（シャント抵抗器１の電位差が０であるときに出力される電圧）を０Ｖからシフトさせることができる。

【0019】

図１に示す本実施の形態では、シャント抵抗器１と回路部２とが４本の信号線（ケーブル１１）で接続され、このうち２本がグランド配線である。回路部２には、各グランド配線に接続される第１グランド端子Ｔ７と第２グランド端子Ｔ８が設けられ、第１グランド端子Ｔ７は、ＡＤ変換器７のグランドＧＮＤ１ｂに接続され、第２グランド端子Ｔ８は、絶縁電源５の一次側電源のグランドＧＮＤ１ａに接続される。このように回路部２内では、ＡＤ変換器７のグランドＧＮＤ１ｂと、絶縁電源５の一次側電源のグランドＧＮＤ１ａとが別々に分かれている。

【0020】

図１に示すように、シャント抵抗器１と回路部２とが接続された状態では、シャント抵抗器１、絶縁電源５、及び、絶縁アンプ６がそれぞれ電気的に接続される。このため、電源入力により、絶縁電源５の一次側電源からＡＤ変換器７に電源電圧Ｖｃｃ１が供給され、絶縁電源５の二次側電源からＤＡ変換器８及びオペアンプ９に電源電圧Ｖｃｃ２が供給される。シャント抵抗器１にて検出された電位差は、絶縁アンプ６及びオペアンプ９を経て、電流検出信号として検出される。

【0021】

＜本実施の形態におけるコネクタの未接続状態の検知機能＞
図２は、本実施の形態の電流検出装置１０において、シャント抵抗器１が回路部２から外れた状態を示す。図２では、各ケーブル１１と回路部２の各端子Ｔ５～Ｔ８間が外れた図とされているが、各ケーブル１１とシャント抵抗器１の各端子Ｔ１～Ｔ４間が外れていてもよい。

【0022】

ところで、シャント抵抗器１と回路部２との間のコネクタの接続状態と未接続状態とが適切に判別される必要がある。しかしながら、図３に示す比較例の電流検出装置２０の回路構成では、コネクタの未接続状態を適切に検知することができない問題が生じた。図３、図４に示す比較例の電流検出装置２０の回路構成について、主に、本実施の形態の電流検出装置１０との相違点を中心に説明する。なお、図３、図４の比較例において、本実施の形態と同じ個所には同じ符号を付した。

【0023】

図３に示す比較例では、シャント抵抗器１と回路部２との間の信号線は３本であり、うち２本が出力配線であり、１本がグランド配線である。図３に示すように、回路部２内では、絶縁電源５の一次側電源のグランドＧＮＤ１と、絶縁アンプ６のＡＤ変換器７のグランドＧＮＤ１は、共通のグランド電位である。したがって、比較例では、第１グランド端子Ｔ７は１つのみ設けられる。

【0024】

このため、図４に示すように、シャント抵抗器１と回路部２のコネクタが未接続状態であっても、回路部２内では、絶縁電源５の一次側電源と、絶縁アンプ６のＡＤ変換器７とは電気的に接続された状態にある。よって、電源入力により、ＡＤ変換器７には電源電圧Ｖｃｃ１が供給される。

【0025】

これにより、コネクタの未接続状態でも、図５ｂに示すように、基準電圧である電流検出信号が出力される。すなわち、ＡＤ変換器７には、第１信号出力端子Ｔ５、第２信号出力端子Ｔ６から電位差０と同じ信号が入ることで、基準電圧が出力されてしまう。例えば、出力範囲が０Ｖ～５Ｖであるとき、基準電圧は中間電位である２．５Ｖであり、シャント抵抗器１が回路部２から外れていても、基準電位としての２．５Ｖが出力される。以上により、比較例の電流検出装置２０では、コネクタの接続状態及び未接続状態を適切に判別することができない。

【0026】

これに対して、本実施の形態の電流検出装置１０では、図１に示すように、シャント抵抗器１と回路部２との間の信号線は４本であり、うち２本が出力配線であり、２本がグランド配線である。これらグランド配線は、ＡＤ変換器７のグランドＧＮＤ１ｂと、絶縁電源５の一次側電源のグランドＧＮＤ１ａとを別々に分けている。このため、図２のように、シャント抵抗器１と回路部２のコネクタの未接続状態では、絶縁電源５の一次側電源と、絶縁アンプ６のＡＤ変換器７とが電気的に接続されない。したがって、電源入力によっても、ＡＤ変換器７に電源電圧Ｖｃｃ１が供給されない。一方、電源入力によって、絶縁電源５の二次電源側では、ＤＡ変換器８に電源電圧Ｖｃｃ２が供給される。

【0027】

この結果、図２に示す本実施の形態における電流検出装置１０において、シャント抵抗器１が回路部２から外れた状態にあると、ＡＤ変換器７の電源が供給されない為、ＤＡ変換器８への伝達信号はオフ状態となり、＋側もしくは－側の最大値と同等となり、図５ａの検出波形となる。図５ａでは、出力範囲が０～５Ｖのうち５Ｖ以上の異常電圧を示している。この結果、コネクタの未接続状態であることを検知することができる。コネクタの未接続状態をマイコンにて確認することができ、例えば、未接続状態の場合には、警報や光の点滅等により作業者に即座に報知することができる。

【0028】

図１、図２に示す本実施の形態では、シャント抵抗器１側と、回路部２側との間にケーブル１１を配置し、シャント抵抗器１とケーブル１１の間、及び、回路部２とケーブル１１の間で、それぞれ、着脱可能な構造としたが、どちらか一方のみ着脱可能な構造であってもよい。また、ケーブル１１を用いずに、シャント抵抗器１と回路部２とが直接、端子を介して接続される構造であってもよい。

【0029】

また、回路部２内には、ＡＤ変換器７とＤＡ変換器８との間を絶縁した絶縁アンプ６を配置することが好ましいが、抵抗器との組み合わせなどにより、ＡＤ変換器７側を高電圧領域、ＤＡ変換器８側を低電圧領域に制御できる構成であってもよい。ただし、電流検出の安定性を確保するうえで、絶縁アンプ６を用いることが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明によれば、シャント抵抗器と回路部とが着脱可能な電流検出装置において、コネクタの未接続状態を適切に判断することができる。これにより、接続状態の確認、接続作業を早急に行うことができ、安定した電流検出を行うことが可能になる。

【符号の説明】

【0031】

１ ：シャント抵抗器
２ ：回路部
５ ：絶縁電源
６ ：絶縁アンプ
７ ：ＡＤ変換器
８ ：ＤＡ変換器
９ ：オペアンプ
１０ ：電流検出装置
１１ ：ケーブル
２０ ：電流検出装置
Ｖｃｃ１、２：電源電圧
ＧＮＤ１、１ａ、１ｂ、２：グランド
Ｒ１－Ｒ９ ：抵抗
Ｔ１、Ｔ５ ：第１信号出力端子
Ｔ２、Ｔ６ ：第２信号出力端子
Ｔ３、Ｔ７ ：第１グランド端子
Ｔ４、Ｔ８ ：第２グランド端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】