JPH03291710A - 電流検出回路並びに電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は産業用や民生用の電源装置の電流検出回路並び
に電源装置に関する。

従来の技術 近年、電気製品の信頼性、安全性に関する要求は１す１
す高１ってきている。とくに電力を扱う電源回路は、破
損が発火２発煙につながる危険が高く、その安全回路に
ついての開発が多く行われている。その電源回路の安全
回路として、その負荷電流を電流検出回路で検出し、そ
の出力で負荷電流をある電流値り、下に制限したり、電
流遮断回路を構成して、部品の破壊や発火２発煙を防止
し３ベ−ノ でいる。その他この電流検出回路を用いて電源回路の性
能向上に応用されている。

従来この種の電流検出回路は第６図ａまたは第８図に示
すような構成であった。

第６図乙に示すように、電流入力端子３１と電流出力端
子３２間に検出すべき電流工。を抵抗３３を介して流し
トランジスタ３４とトランジスタ３５と、抵抗３６と、
電流源３７で検出回路を構成し、検出出力端子３８．３
９より検出出力信号ｖｓが出力される。

このように構成された第６図ａの動作について説明する
。電流値１１　を有する電流源３７によりトランジスタ
３６からベース電流が流出し、トランジスタ３６は活性
化する。トランジスタ３６のコレクタ電流はトランジス
タ３５のｈＦＥが十分太きいものとすれば電流源３７の
値１１とほぼ等しくなる。

したがってトランジスタ３６のコレクタ〜エミッタ間電
圧ＶＯＥ５５は抵抗３６の抵抗値をｒ３６とし、トラン
ジスタ３６のベース〜エミッタ間電圧を■Ｂ８．５とす
れば（１）式で表される。

ｖｃｘ３ｓ　汝ｖｎｚ３ｓ−ｒ３６　×１１　　　　　
　”””（１）また、抵抗３３の抵抗値をｒ３３とした
とき、１−ランジスタ３４のベース〜エミッタ間電圧ｖ
ＢＥ５４は（１）式を代入して（２）式で表される。

ＶＢＲｉ　”　ＶＣＫ３５　＋　工ＯＸ　ｒ５５ＶＢｚ
ｓ４＝ｖＢｚ３ｓ　　ｒ５６Ｘｉｌ＋ＩｏＸｒｓ３”−
（２）トランジスタ３４とトランジスタ３６がほぼ同特
性を有するものとすれば、トランジスタ３４が活性化す
るベース−エミッタ間電圧ｖＢＥ５４はｖ８１！３５と
ほぼ等しくなるのでｒ、ｘｉ１共工○ｊＸｒ、となる電
流工０１が流れたときトランジスタ３４は活性化し検出
出力端子３８．３９間にｖｓ　なる検出出力信号を発生
する。

笠た他の従来例として第８図に示すが第６図＆と同一の
ものについては同一の番号を付与し、省略する。検出回
路はトランジスタ４１　．４３と、基準電源４２と、前
述の電流源３７で構成されている。

つぎに、このように構成された第８図の動作に５べ一７
′ ついて説明する。

電流源３７の作用によりトランジスタ４３は活性化して
おりトランジスタ４３のベース〜エミンタ間電圧をＶＢ
ＩＥ４３とすれば、トランジスタ４１のベース−エミッ
タ間電圧ＶＢＫ４１は（３）式で表される。

ＶＢＲ４１−ＶＢ！４３−ＥＳ　＋　工０Ｘ　ｒ３５　
　　　°＝　−（３）ここでＥｓ　は基準電源４２の電
圧である。トランジスタ４１．４３がほぼ同特性を有す
るものとすればＶＢｌ！４３　＝　ＶＢＥ４１となった
ときにトランジスタ４１は活性化する。

すなわち、ＩＯ２＝　Ｅｓ　／　ｒｓｓとなる電流工。

２が流れたときトランジスタ４１は活性化し検出出力端
子３８．３９間にｖｓなる検出出力信号を発生する。

発明が解決しようとする課題 このような従来の構成ではつぎのような課題があった。

（１）第６図ａ、第８図のトランジスタ３４　、４１は
不活性、活性の２つの状態のみを移行するので活性化し
たときには検出出力信号ｖｓ　は電流入力端子３２〜検
出出力端子３９間の電圧Ｅｉｎ６・＼　／ にほぼ等しく、また不活性のときには○Ｖとなるスイッ
チ動作となり、第６図すに示すような検出すべき電流工
ｏと検出出力信号ｖｓの特性となる。

したがってリンギングチョークコンバータの出力巻線を
流れる第７図のような三角波状の電流が検出すべき電流
工０として流れた場合には電流工ｏが時刻ｔｏ−１１の
期間流れているにもかかわらず、検出出力信号ｖｓは電
流工０が従来例で示した動作電流Ｉ０１’ｊたはＩｏ２
Ｊｕｌである時間１ｏ−ｔ２Ｌか発生しない。

このように入力電流が変化するリンギングチョークコン
バータの動作のように平均値としては出力電流値が一定
であっても１ｏ−１１のように時間的に変化するような
例においては、電流工。の平均値と検出出力信号ｖｓの
平均値の関係は変化し、正しい電流値を検出することが
できなかった。

（２）また、検出すべき電流工。と検出用抵抗３３の抵
抗値ｒ３３の積重。×ｒ３３の値は回路に発生す７ベー
７ る雑音、＞　、Ｊ：　Ｕ　”１ｌＥ３４１　ｖａｚ５５
＋　ｖＢｕａ＋　＋　ＶＢｕ４３の値などの影響が加わ
るため、検出信号としである値以下にすることができず
通常０．１ｖ〜０．２　Ｖ程度に設定されている。この
ためｒ３３もある値以下にはできないため電流検出回路
に電流が流れることによりジュール熱が発生してこの電
流検出回路が組み込１れた電源装置の損失を増加させ、
効率を低下させていた。

たとえばｌ０Ｘｒ３３を０．２　Ｖにしても工ｏが１Ｏ
Ａのときには抵抗３３の損失は２Ｗにもなり電源装置全
体の発熱増加、信頼性の低下、効率の低下となっていた
。

（３）さらに」二述例のように検出すべき電流工ｏが１
ＯＡのときに抵抗３３に発生する電圧を０．２Ｖにしよ
うとすれば抵抗値ｒ３３は２０ｍ、Ｑとなり通常の安価
な炭素被膜抵抗器や巻線抵抗器などが使用できないため
高価であり、半田づけ性の悪いマンガニン線などの特殊
抵抗を使用しなければならず電源装置の高価格化や信頼
性の低下となっていた。また、抵抗値が極端に小さいた
めマンガニン線の半田づけが悪いことと相１って半田づ
け部の接触抵抗の変化やプリント配線板の銅箔抵抗値の
変化が影響を与え大幅に検出電圧が変化していた。

（４）また一般的な出力電圧を検出して負帰還動作を行
う安定化電源装置にち・いては、この従来の電流検出回
路を使用すると抵抗３３により出力インピーダンスが増
加して特性を劣化させていた。

一方公知事例として平成元年９月１４日付の実開平１−
１３４９８７号公報の第２図に示されるように変成器に
よる電流検出方式も考案されているが検出回路がトラン
ジスタのベース〜エミッタ間電圧を越える信号が発生す
る１では出力を発生しないものであり、その入出力特性
は第６図すに示す特性と大差はなく、前記した課題（１
）についでは解消されていなかった。

また磁気センサーなどで実用化されている磁気マルチバ
イブレータ−など磁気飽和特性の直流偏磁によるオン、
オフの比率変化を利用した９／＼−７ ものでは前記課題は解消されるものの新たな課題として
高価な可飽和鉄心、および発振回路。

演算増幅器などが必要となり部品点数の増加。

高価格化、電源装置の大型化をともなっていた。

本発明は上記課題に留意し、入力電流に比例した出力が
得られるとともに、低損失で、安価な電流検出回路を提
供しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、コレクタとベース
が接続され、エミッタに第１の抵抗が接続された第１の
トランジスタと、コレクタに第２の抵抗が接続され、エ
ミッタに第３の抵抗が接続された第２のトランジスタと
、第１のトランジスタのコレクタに接続された電流源と
を具備してふ・す、その構成要素の接続を第１．第２の
トランジスタのベース同志を接続し、検出すべき電流の
電流入力端子を第１のトランジスタと第１の抵抗の接続
点とし、電流出力端子として第１の抵抗の他端と第３の
抵抗の他端を接続して用い、検出信号ξ獣検出出力端子
としては電流源の他端と第２の抵１０　＼−７ 杭の他端を接続して第１の検出出力端子とし、第２のト
ランジスタと第２の抵抗との接続点を第２の検出出力端
子とした構成の電流検出回路である。

さらに第２の課題解決手段として、この電流検出回路を
用いた電源回路であり、変成器の一次巻線を電源回路の
整流回路の第１の整流素子に直列に挿入し、との変成器
の二次巻線の出力を第２の整流素子を介して、前述の電
流検出回路の電流入力端子と、電流出力端子の両端に接
続したものである。

作用 」１記構成の本発明の電流検出回路は、電流入力端子か
ら電流出力端子に検出すべき電流工。を流すと、第２の
トランジスタのコレクタ電流が、検出すべき電流Ｉ。に
比例した電流となり、電流工。に比例した出力が得られ
るものである。

検出すべ−き電流工。が流れる第１の抵抗が配置された
閉ループには、第１．第２のトランジスタのベース・エ
ミッタ接合部が存在し、各種特性で相殺するためと、第
１．第２のトランジスタが直線１１　、−７ 的な動作をする活性動作領域となるので、第１の抵抗の
両端に発生する検出すべき電流に比例した電圧を、歪む
ことなくそのｉｔ出力することができることになる。

昔た、第２の課題解決手段は、電源回路の整流回路の第
１の整流素子に流れる電流を、変成器を介して、この電
流検出回路に入力するものであり、整流素子を保護する
場合にも、その整流素子に流れる電流の正確な電流量の
検出が可能となる。なお第２の整流素子は、この電流検
出回路は一方向のみしか検出しないので、余分な逆方向
の電流を阻止するものである。

実施例 以下本発明の一実施例について第１図を参照しながら説
明する。

抵抗１．２．３はそれぞれ、第１の抵抗である抵抗１は
第１のトランジスタ４に、第２および第３の抵抗である
抵抗２，３は第２のトランジスタ端子、９は検出出力端
子、１０は検出出力端子である。

つぎに、これらの構成要素の関連動作について説明する
。

トランジスタ４，５はほぼ同一特性を有し、いわゆるカ
レントミラー接続されているため電流源６の電流値をＩ
ｓとした場合に（４）式が成立する。

ＶＢｌ＋４＋ｒ１×工ｏ＝ｖＢｘｓ＋工ｚｓ　×ｒ３　
　　−−（４）ここでＶＢ！１４はトランジスタ４のベ
ース〜エミッタ間電圧、ＶＢＥ５はトランジスタ５のベ
ース〜エミッタ間電圧、ｒｌは抵抗１の抵抗値、ｒ３は
抵抗３の抵抗値、工０は電流入力端子７から電流出力端
子８へ流れる検出すべき電流、工Ｅ５はトランジスタ６
のエミッタ電流値である。一方、ｖＢＥ４　　＋　ｖＥ
Ｘ５はトランジスタ４，５のエミッタ電流をＩＥ４Ｉ＋
１５とした場合に（５）　、　（６）式で表される。

ＶＢＫ４　汝ＶＴ　Ｘ　ｌｏｇｅ（工１４　／　α）＃
　ＶＴＸ　ｌｏｇｓ　（工Ｓ７ａ　）　　　　　　、、
・、、、　（６）ＶＢｚ５　＃　ＶＴＸ　ｌｏｇｅ　（
Ｉ、５／ａ　）　　　　　　−−−（６）虜す異緊〈６
）式に釦いてｖＴおよびαは半導体の物理的１３／、−
ッ 定数である。つぎに（６）　、　（６）式を（４）式に
代入して整理すると（７）式を導出することができる。

うに工、を設定すれば（７）式は（８）式のように簡略
化される。

この条件はＩｓ埃工ｘｓで簡単に設定できる。また、ト
ランジスタ５のコレクタ電流量。５ばそのエミッタ電流
量。５とほぼ等しいので（８）式は（９）式のように表
される。

（９）式より工。５は工。に直線比例することが判る。

１れるがその位は（８）　、　（９）式が成立するとき
の工、５゜工。５に比較して微小であるので無視するこ
とができる。

１４　・−。

１０間にはＶ８−Ｉ。５×ｒ２なる検出出力信号■８が
発生する。

ここでｒ２は抵抗２の抵抗値である。検出出力信号Ｖ、
と検出すべき電流量。の関係を図示したものが第２図で
あり、」二足したように工。共○のとき、はぼｖｓ＃０
となう、直線関係が得られる。

第３図は本発明を半波整流回路に用いた電源装置に適用
した例であり、第１図と同一のものについては同一の番
号を付与し、説明を省略する。

第３図に示すように容量１１が検出出力端子９゜１０に
接続され、整流器１２は半波整流回路を構成し容量１３
が平滑容量である。変成器の一次巻線１４は整流器１２
に直列接続され、変成器の二次巻線１６は電流入力端子
７，８に整流器１６を介して接続されている。な釦１７
は抵抗、１８は交流電源、１９は電源装置としての電流
出力端子である。

以下、第３図の構成要素の関連動作について説明する。

交流電源１８から流出し、整流器１２を流れる１５・＼
−７ 検出すべき電流工。は変成器の一次巻線１４を通るため
、二次巻線１５と一次巻線１４の巻数比ｎに応じた電流
が二次巻線１６から整流器１６と抵抗１７の並列回路を
介して抵抗１を通る通路で流れる。

１７たがって第３図のトランジスタ６のコレクタ電流工
。５は第４図に示すように抵抗１に発生した電圧に応じ
た、つ１り電流工。に比例した波形となり、工。５は抵
抗２、容量１１で平均化されて検出出力信号ｖｓとなっ
て検出出力端子９，１０に出力される。一方電源装置と
しての電流出力端子１９から出力される直流出力電流工
。′は交流電源１８の出力電流工。を容量１３で平均化
したものであり、検出出力信号ｖｓも上記したように出
力電流工ｏに比例した信号を平均化したものであるので
検出出力信号ｖｓと出力電流工○′の比例関係は保たれ
る。

なお第４図の電流工０が一次巻線１４を流れている期間
１ｏ−１，に変成器に蓄積された磁気エネルギーは電流
工０が流れていない期間ｔ１〜ｔ３に抵抗１９然抵抗１
７に放出される。

第６図は本発明を異なる極性の多出力電圧の電源回路に
用いた電源装置の例であり、第１図、第３図と同一のも
のについては同一の番夛を付与し説明を省略する。

第６図に示すように、第３図の実施例に加えて交流電源
２０からの出力を整流器２３で整流し、容量２１で平滑
し、電源装置としての電流出力端子２２が構成されてい
る。

すなわち交流電源２０、整流器２３、容量２１は半波整
流平滑回路を構成し出力端子２２から外部へ電力供給す
るとともに本発明の電流検出回路の動作電源も兼ねてい
る。

以下第６図の動作は第３図と同様、出力端子１９から主
な負荷をとるので交流電源１８、整流器１２、容量１３
にて半波整流平滑された直流電圧は出力端子１９から直
流電流工。′として出力され、その半波交流電流工０は
変成器の一次巻線１４を通じて流れるため、第３図と同
様に検出される。

第５図におしては一方電流検出回路の電源を、出１で子
２２から取っているので変成器の二次巻線１７へ−７ １５は一次巻線１４と分離されているため、電流検出回
路は極性に関係なく、変成器の巻線接続方向を変えるた
けで、各種の電源電圧の電源に適用することができる。

なお、前記説明では電流源を用いているが、電流源の代
わりに抵抗器を用いることもできる。この場合にはさら
に電源装置を小型、安価とすることができる。

甘た、カレントミラー接続された２つのトランジスタの
内、ダイオード接続されているトランジスタを単なる整
流器におき替えてもその基本動作は変わらないので電源
装置をより安価とすることができる。さらに電流検出信
号と一次側で検出した出力電圧に比例した信号とを演算
することにより二次側で出力電圧を検出しなくでも高精
度の定電圧特性を得ることができたり、また電源装置の
出力インピーダンスを負にすることも可能となる。

また、電流検出信号を電源装置の出力に設けられた半導
体からなる可変ブリーダー回路に印加すれ４ｍｍツブリ
ーダー発生する損失を最適値とする１　８ベーノ ことができ、電源装置の効率を向上させることができる
。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明の電流検出回路に
よればトランジスタが不活性になることがないので常に
入力電流波形に比例した検出出力信号を得ることができ
、したがってリンギングチョークコンバータのように平
均出力電流が一定でも電流波形が著しく変化する装置に
おいても検出出力信号電圧を平滑するのみで平均出力電
流に比例した検出信号を優ることができる。

また、変成器を用いて半波交流電流をも検出することに
より変成器の一次巻線、二次巻線の巻数比を大きくすれ
ば一次巻線に発生する電圧を極めて小さくすることがで
き、したがって検出すべき電流と検出抵抗とのジュール
熱も事実」二無視できる程度に減少させることができる
。また、二次巻線に発生する電圧も損失の増加を１ねく
ことなく大きくできるので高抵抗値の抵抗が使用でき小
型安価な炭素被膜抵抗器２巻線抵抗器を使用でき、１９
ページ 半田うけ性を向」ニさせかつ半田うけ部の接触抵抗、プ
リント配線板の銅箔抵抗の変化による影響を除外するこ
とが可能となる。

また、出力電圧を検出して負帰還動作を行う安定化電源
装置に本発明の電流検出回路を用いた場合においても出
力インピーダンスを増加させることがなく、安定な電源
装置とすることができる。

さらに検出する電流の極性や電圧に関係なく検出する構
成も可能であるので電源装置の二次側電流を検出して一
次側に伝達する場合でも高価なフォトカプラを使用しな
くてもすみ、また極性が異なる回路に適用しても同一回
路を適用できるので定数設定や動作確認など、電源装置
の設計時の業務をも減らすことができ短期で設計が完了
できる。

以上のように本発明によれば電源装置の出力電流を確実
に検出でき、また電源装置に組み入れた場合も小型、軽
量、安価、高信頼性、高性能とすることができる。

す回路図、第２図は同実施例の検出すべき電流工。

と検出出力信号ｖｓの関係を示す特性図、第３図は本発
明の第２の実施例を示す電源装置の回路図、第４図は同
実施例の検出すべき電流工。の電流波形とトランジスタ
５のコレクタ電流Ｉ（ｉ５の電流波形の変化の様子を示
すタイムチャート、第６図は本発明の第３の実施例を示
す電源装置の回路図、第６図ａは従来例の電流検出回路
を示す回路図、第６図すは同従来例の検出すべき電流工
○と検出出力信号ｖｓの関係を示す特性図、第７図は同
従来例の検出すべき電流工０の電流波形と検出出力信号
ｖｓの変化の様子を示すタイムチャート、第８図は第２
の従来例を示す回路図である。

１°°°°゛°抵抗（第１の抵抗）、２・・・・・・抵
抗（第２の抵抗）、３・・・・・抵抗（第３の抵抗）、
４・・・　トランジスタ（第１のトランジスタ）、５・
・・トランジスタ（第２のトランジスタ）、６・・・・
・電流源、７・・・　電流入力端子、８・・・　電流出
力端子、９・・・榛 Ｃ刈 体 第 ６ 図 弔 図 ｔ。

２ １ ３ 弔 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コレクタとベースが接続され、エミッタに第１の
   抵抗が接続された第１のトランジスタと、コレクタに第
   ２の抵抗が接続され、エミッタに第３の抵抗が接続され
   た第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタのコ
   レクタに接続された電流源を具備し、前記第１のトラン
   ジスタのベースが前記第２のトランジスタのベースに接
   続されるとともに、前記第１のトランジスタの第１の抵
   抗との接続点を電流入力端子とし、前記第１の抵抗の他
   端と前記第３の抵抗の他端を接続して電流出力端子とし
   、前記電流源の他端と前記第２の抵抗の他端を接続して
   第１の検出出力端子とし、前記第２の抵抗と前記第２の
   トランジスタのコレクタとの接続点を第２の検出出力端
   子とした電流検出回路。
2. （２）整流回路の第１の整流素子に直列に変成器の一次
   巻線を挿入し、前記変成器の二次巻線を第２の整流素子
   を介して、請求項１記載の電流検出回路の電流入力端子
   と電流出力端子の両端に接続した電源装置。
3. （３）請求項１記載の電流検出回路の電流出力端子が、
   独立した直流電源に接続された請求項２記載の電源装置
   。