JPH0535381B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は電力線などの漏れ電流を検出する電流
検出装置に関する。

（背景技術） 従来の電流検出装置における磁気マルチバイブ
レーター回路は、たとえば数Ａ以上の大電流の被
検出電流を検出すると、被検出電流の流れるライ
ンに関連して設けられる可飽和リアクトルの磁化
特性が微小電流時の磁化特性から変化して高周波
発振する。したがつて被検出電流が大きい場合に
は、被検出電流と磁気マルチバイブレーター回路
の出力信号のデユーテーイー変化との間の直線性
が損なわれ応動回路を動作させることができなか
つた。また、従来のように磁気マルチバイブレー
ター回路の高周波信号を検出する回路は、抵抗と
コンデンサーから成るローパスフイルターを媒介
として動作させているためノイズにより抵抗両端
に電圧を生じ誤動作しやすく耐ノイズ性が悪かつ
た。

（目的） 本発明の目的は、前述の技術的課題を解決し、
被検出電流が大電流のときでも応動回路を動作さ
せ、耐ノイズ性を向上させる電流検出装置を提供
することである。

（発明の構成） 本発明は、検出されるべき被検出電流の流れる
ラインに関連して設けられるとともに、被検出電
流を検出するための第１のコイルと第２とコイル
を有する可飽和リアクトルと、第１のコイルと第
２のコイルとに流れる電流を制御する抵抗を備
え、被検出電流に応じて予め定める周期のデユー
テイーを変えて発振し、互いに反転した信号を送
出する磁気マルチバイブレーター回路と、 前記磁気マルチバイブレーター回路の各出力信
号のデユーテイー差を検出するデユーテイー検出
回路と、 前記デユーテイー検出回路からのデユーテイー
差に対応した出力信号の電圧レベル差を整流し、
その電圧レベル差に対応した電流値にてコンデン
サーＣ７を充電する電圧／電流変換回路と、 前記可飽和リアクトルが高周波発振したことを
検出して前記コンデンサーＣ７を充電する高周波
検出回路と、 前記コンデンサーＣ７の出力電圧が予め定めた
値になつたことを検出する出力回路と、 磁気マルチバイブレーター回路とデユーテイー
検出回路と電圧／電流変換回路と高周波検出回路
と出力回路とに電力を供給する電源回路と、 電流回路の出力が予め定めた値に達するまで、
磁気マルチバイブレーターの発振を停止させる制
御回路とを含むことを特徴とする電流検出装置で
ある。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例の電気回路図であ
る。まず、電源回路Ａの動作を説明する。スイツ
チＳ１，Ｓ２がオンされ交流電源Ｅ０から電力が
ラインｌ１，ｌ２に交流電圧が供給されると、ダ
イオードＤ１〜Ｄ４、コイルＬ、抵抗Ｒ１および
コンデンサＣ１から成る回路にて整流され直流電
圧になる。交流電源Ｅ０からの電力が投入される
と同時にラインｌ３に流れる直流電流によりトラ
ンジスタTr１がオンし、コンデンサＣ２が充電
される。そしてコンデンサＣ２と電圧が予め設定
された電圧に達するとトランジスタTr２がオン
し、そのエミツタのラインｌ４はリツプル分を含
まない定電圧を得る。トランジスタTr２のコレ
クタ電圧が予め定めた電位を越えると（前述の予
め定めた電位よりは高い電位）、比較器１が動作
しトランジスタTr３にベース電流を供給してト
ランジスタTr３がオンしトランジスタTr１のベ
ース電流を引き込みトランジスタTr１をオフさ
せる。一方、これと同時に比較器１の出力にてト
ランジスタTr1２がオンして比較器１の非反転入
力端子に与えられるしきい値電圧を下げる。次
に、電源回路Ａに接続される負荷回路がエネルギ
ーを消費してコンデンサＣ２の電位が下がると、
比較器１に反転入力端子の電位が下がり比較器１
の出力が反転し、トランジスタTr３、Tr１２が
オフしてトランジスタTr１のベース電流が供給
されトランジスタTr１がオンしてコンデンサＣ
２を充電してゆき、さらに比較器１の非反転入力
端子に与えられるしきい値電圧がもとに戻る（高
くなる）。このように動作させることにてトラン
ジスタTr１，Tr２のコレクタとエミツタ間電圧
を小さく抑え、トランジスタTr１，Tr２の消費
電力／発熱を小さくすることができるとともに、
ラインｌ４にリツプル分を含まない（ごく少な
い）定電圧を得ることができる。

次に制御回路Ｂの動作を説明する。電源回路Ａ
のトランジスタTr１のエミツタのラインｌ４の
電位が予め定めた値に達するまでは比較器２の出
力はローとなり、磁気マルチバイブレーター回路
ＣのスイツチＳ３，Ｓ４はオフ（開）のままとな
る。電源回路ＡのトランジスタTr１のエミツタ
のラインｌ４の電位が予め定めた値に達すると比
較器２が動作し出力はハイとなり、磁気マルチバ
イブレーター回路ＣのスイツチＳ３，Ｓ４をオン
させ、磁気マルチバイブレーター回路Ｃの動作
（発振）させる。このように制御回路Ｂはライン
ｌ４の電位が予め定めた値に達するまで後段の回
路の誤動作を防止するために磁気マルチバイブレ
ーター回路Ｃの発振を停止させておくことができ
る。

次の磁気マルチバイブレーター回路Ｃの動作を
説明する。磁気マルチバイブレーター回路Ｃはス
イツチＳ３，Ｓ４がオンすることにて発振を開始
する。負荷Ｌ０と接続ラインｌ１，ｌ２に関連し
て設けられるとともにラインｌ１，ｌ２に流れる
電流の差を検出するためのコイルＬ１，Ｌ２を有
する可飽和リアクルトルが設けられる。その可飽
和リアクトルのコイルＬ１およびコイルＬ２の一
端は抵抗Ｒを介してラインｌ４に接続されてい
る。コイルＬ１の他端はトランジスタTr４のコ
レクタに接続され、コイルＬ２の他端はトランジ
スタTr５のコレクタに接続されている。コイル
Ｌ１，Ｌ２、トランジスタTr４，Tr５およびダ
イオードＤ８〜Ｄ１１、抵抗Ｒ９，Ｒ１０の回路
にて、トランジスタTr４がオンしたときにはト
ランジスタTr５をオフさせ、またトランジスタ
Tr５がオンしたときにはトランジスタTr４をオ
フさせることにて発振が行われる。ラインｌ１ま
たはラインｌ２に漏れ電流が無い場合には、コイ
ルＬ１，Ｌ２のリアタンスは変化せず、またＬ１
≒Ｌ２なのでトランジスタTr４，Tr５のオン／
オフのデユーテイー比は１：１のままで、抵抗Ｒ
にて設定された発振周波数（基準周波数）にて発
振する。次にラインｌ１，ｌ２に漏れ電流が生じ
るとコイルＬ１およびコイルＬ２のリアクタンス
が変化しL1≠L2となり、トランジスタTr４、Tr
５のオン／オフのデユーテイー比は１：１から変
化することになる。さらに詳しく説明すると、第
６図示すように、 (1) 漏れ電流が無いときには、抵抗Ｒにて設定さ
れた基準周波数にて発振し、コイルのリアクタ
ンスL1≒L2≒L00なのでトランジスタTr４，
Tr５のオン／オフのデユーテイー比は１：１
のまま、 (2) 小さい漏れ電流が発生しない場合には、漏れ
電流により可飽和リアクトルに磁束が重畳され
コイルのリアクタンスはL1≠L2となりトラン
ジスタTr４，Tr５のオン／オフのデユーデイ
ー比は１：１から漏れ電流に対応して変化す
る。なおこのときの可飽和リアクトルの発振周
波数は、漏れ電流が極小さいときは上記基準周
波数とさほど変化しないが、漏れ電流が徐々に
大きくなるに従い発振周波数も徐々に高くな
る。しかしデユーテイー比の変化は漏れ電流が
大きくなるに従い比例的に大きくなる。しかし
ある程度以上被検出電流が大きくなることを線
形性は悪くなる。

(3) 大きな漏れ電流が発生した場合には、漏れ電
流により可飽和リアクトルに大きな磁束が重畳
されコイルのリアクタンスは初期の値より極小
さくL1≒L2＜L00となりトタンジスタTr４，
Tr５のオン／オフのデユーテイー比は１：１
のまま、磁気マルチバイブレーターの発振周波
数が非常に高くなる。

なお磁気マルチバイブレーター回路Ｃは漏れ電
流に対して上記のような特性をもちにながら、ト
ランジスタTr４，Tr５のコレクタから互いに位
相反転したパルス信号を出力する（第２図２，
３、第３図２，３、第７図２，３）。

次に、デユーテイー検出回路Ｄの動作を説明す
る。前記磁気マルチバイブレーター回路Ｃのトラ
ンジスタTr４，Tr５のオン／オフに同期してス
イツチＳ５〜Ｓ８がオン／オフする。スイツチＳ
５，Ｓ８はトランジスタTr５がオンのときにオ
ンし、、スイツチＳ６，Ｓ７はトランジスタTr４
がオンのときにオンする。ここで、磁気マルチバ
イブレーター回路Ｃの動作状態に対応して説明す
る。

(1) 漏れ電流が無い場合には、第２図の波形に示
すように磁気マルチバイブレーター回路Ｃの発
振に対応してデユーテイー検出回路Ｄのスイツ
チＳ５，Ｓ６と抵抗Ｒ１１との接点a′には第２
図２に示すようなパルス信号が与えられる。ま
た、スイツチＳ７，Ｓ８と抵抗Ｒ１３との接点
b′には第２図３に示すようにパルス信号が与え
られる。これにより、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコ
ンデンサＣ３との接続点ａからは第２図１に示
す直流電圧の信号Ｐ１が、抵抗Ｒ１３，Ｒ１２
とコンデンサＣ４との接続点ｂからは第２図１
に示す直流電圧の信号Ｐ２が出力される。

(2) 小さい漏れ電流が発生した場合には、第７図
の波形に示すように磁気マルチバイブレーター
回路Ｃの発振のデユーテイー比の１：１からを
変化に対応してデユーテイー検出回路Ｄのスイ
ツチＳ５，Ｓ６と抵抗Ｒ１１との接点a′には第
７図２に示すようなパルス信号が与えられる。
また、スイツチＳ７，Ｓ８と抵抗Ｒ１３との接
点b′には第７図３示すようなパルス信号が与え
られる。これにより、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコ
ンデンサＣ３との接続点ａからは第７図１に示
す直流電圧の信号Ｐ１が、抵抗Ｒ１３，Ｒ１２
とコンデンサＣ４との接続点ｂからは第７図１
に示す直流電圧の信号Ｐ２が出力される。この
ように、漏れ電流が発生すると、直流信号Ｐ
１，Ｐ２の平均値に漏れ電流に対応した差を生
じることになる。

(3) 大きな漏れ電流が発生した場合には、第３図
の波形に示すように磁気マルチバイブレーター
回路Ｃの高周波発振に対応してデユーテイー検
出回路ＤのスイツチＳ５，Ｓ６と抵抗Ｒ１１と
の接点a′には第３図２に示すようなパルス信号
が与えられる。また、スイツチＳ７，Ｓ８と抵
抗Ｒ１３との接点b′には第３図３に示すような
パルス信号が与えられる。これにより、抵抗Ｒ
１１，Ｒ１２とコンデンサＣ３との接続点ａか
らは第３図１に示す直流電圧の信号Ｐ１が、抵
抗Ｒ１３，Ｒ１２とコンデンサＣ４の接続点ｂ
からは第３図１に示す直流電圧の信号Ｐ２が出
力される。このように大きな漏れ電流時には上
記(2)のように直流信号Ｐ１，Ｐ２の平均値に差
を検出することができず、発振周波数のみが高
くなることになる。

次に、高周波検出回路Ｅの動作を説明する。比
較器８の反転入力端子には前記デユーテイー検出
回路Ｄの接続点a′からの信号を与え、比較器８の
非反転入力端子には前記デユーテーイー検出回路
Ｄの接続点b′からの信号を与える。これにより、
比較器８は動作しトランジスタTr６をオン／オ
フさせる。トランジスタTr６のオン／オフ動作
と定電流電源Ｅ５とコンデンサＣ５にてコンデン
サＣ５の電位は、磁気マルチバイブレーター回路
Ｃの動作状態にて異なるが、第２図４、第３図
４、第７図４の信号Ｐ４のようになる。この信号
Ｐ４は比較器３の非反転入力端子に与えられ、比
較器３の反転入力端子にはツエナーダイオードＤ
１２て設定されるしきい値（第２図４に示すライ
ンＡ４）電圧を与える。これにより、比較器３は
動作してトランジスタTr７をオン／オフさせる。
トランジスタTr７のオン／オフ動作と停電流源
Ｅ６とコデンサＣ６にてコンデンサＣ６の電位
は、磁気マルチバイブレーター回路Ｃの動作状態
にて異なるが、第２図５、第３図５、第７図５の
信号Ｐ５のようになる。この信号Ｐ５は比較器４
の非反転入力端子に与えられ、比較器４の反転端
子にはツエナーダイオードＤ１２にて設定される
しきい値（第２図５に示すラインＡ５）電圧を与
える。これにより、比較器４の動作は、磁気マル
チバイブレーター回路Ｃの動作状態にて異なり、 (1) 漏れ電流が無いときには、磁気マルチバイブ
レーター回路Ｃが基準周波数にて発振し、第２
図４の信号Ｐ４がしきい値Ａ４より高くなるこ
とにて比較器３の出力はロー／ハイとなり、ト
ランジスタTr７はオフ／オンをし、第２図５
の信号Ｐ５が常にしきい値Ａ５より低いため比
較器４の出力はローとなり、スイツチＳ９はオ
フのまとなる。

(2) 小さい漏れ電流が発生した場合には、磁気マ
ルチバイブレーター回路Ｃがほぼ基準周波数に
て発振し、第７図４の信号Ｐ４がしきい値Ａ４
より高くなることにて比較器３はロー／ハイと
なり、トランジスタTr７はオフ／オンをし、
第７図５の信号Ｐ５が常にしきい値Ａ５より低
いため比較器４の出力はローとなり、スイツチ
Ｓ９はオフのままとなる。しかし、通常の漏れ
電流ではならないが、漏れ電流がかなり大きく
なり発振周波数が大きくなると場合により、第
７図４の信号Ｐ４がしきい値Ａ４より高くなら
なくなり比較器３の出力はローとなり、トラン
ジスタTr７はオフし、信号Ｐ５がしきい値Ａ
５より大きくなり、比較器４の出力はハイとな
り、スイツチＳ９はオンとなる場合もある。

(3) 大きな漏れ電流が発生した場合には、磁気マ
ルチバイブレーター回路Ｃが高周波にて発振
し、第３図４の信号Ｐ４常にしきい値Ａ４より
低くなることにて比較器３の出力はローとな
り、トランジスタTr７はオフし、第３図５の
信号Ｐ５が常にしきい値Ａ４より高くなり比較
器４の出力はハイとなり、スイツチＳ９はオン
とする。となり、磁気マルチバイブレーター回
路Ｃの動作状態（発振周波数）に合わせ、スイ
ツチＳ９をオン／オフさせる。

次に、電圧／電流変換回路Ｆの動作を説明す
る。電圧／電流変換回路Ｆは比較器６と、ダイオ
ードＤ１３と、トランジスタTr９と、比較器５
と、ダイオードＤ１４と、トランジスタTr８と、
抵抗Ｒ１４にて、比較器６の非反転入力端子に与
えられた信号（デユーテイー検出回路Ｄの信号
ａ）と比較器５の非反転入力端子に与えられ信号
（デユーテイー検出回路SDの信号ｂ）の電位差の
抵抗Ｒ１４の抵抗値で割つた電流に変換し、この
電流にてコンデンサＣ７を充電し、抵抗Ｒ１５と
トランジスタTr１０，Tr１１か成る定電流引出
し回路にて、前記電圧／電流交換後の電流値が、
予め定められた電流値まではコンデンサＣ７の電
位を上昇させない。これにより、 (1) 漏れ電流が無いときは、デユーテイ検出回路
Ｄの信号ａ，ｂの直流電圧は同じとなり、コン
デンサＣ７の充電電流はほほゼロとなり（多少
リツプル分の電流値は流れる）、コンデンサＣ
７の電位はほぼゼロのままとなる。

(2) 小さい漏れ電流が発生した場合には、デユー
テイー検出回路Ｄの信号ａ，ｂの直流電圧に差
を生じコンデンサＣ７を充電する電流を生じる
が、前記定電流引出し回路にて設定された電流
値以下の漏れ電流時にはコンデンサＣ７の電位
はゼロのままとなる。一方、前記定電流引出し
回路にて設定された電流値以上の漏れ電流時に
は、前記設定された電流を差し引いた充電電流
にて充電されコンデンサＣ７の電位は徐々に上
昇する。

(3) 大きな漏れ電流が発生した場合には、磁気マ
ルチバイブレーター回路Ｃが高周波にて発振を
し、前述のように高周波検知回路Ｅが動作し
て、スイツチＳ９がオンに定電流Ｅ８にてコン
デンサＣ７は急速に充電される。

次に出力回路Ｇは、定電流源Ｅ９とツエナダイ
オードＤ１５にて予め設定されたしきい値以上
に、コンデンサＣ７と電位が上昇すると、比較器
７が動作し（出力がハイとなり）、前述のスイツ
チＳ１，Ｓ２をオフさせる信号を送出する。これ
により負荷Ｌ０は交流電源Ｅ０から遮断されるこ
とになる。

以上のように、 (1) ラインｌ１，ｌ２の被検出電流が小さいとき
には、被検出電流値を磁気マルチバイブレータ
ー回路Ｃの出力パルスのデユーテイー比として
検出し、そのデイーテイー比を検出回路Ｄにて
電位差として検出し、電圧／電流交換回路Ｆに
て前記電位差を電流にて変換し予め設定された
電流値以上になるとコンデンサＣ７を充電し、
コンデンサＣ７の電位があるしいきい値以上に
なると動作することにて、小さな被検出電流を
正確に検出する。

(2) また被検出電流が大きなときには、磁気マル
チバイブレーター回路Ｃの発振周波数が高くな
り、出力パルスのデユーテーイー比はほぼ１：
１となつてしまい被検出電流が出力パルスのデ
ユーテイー比として検出することはできなくな
るが、前述の高周波検出回路Ｅにて磁気マルチ
バイブレーターの高い発振周波数にて大きな被
検出電流を検出して、電圧／電流変換回路Ｆの
コンデンサＣ７を定電流源Ｅ８に急速に充電
し、コンデンサＣ７の電位があるしきい値以上
になるかと動作することにて、大きな被検出電
流も正確に検出することができる。

第４図は、負荷Ｌ０の漏れ電流である被検出電
流Igと、電圧／電流交換回路Ｆのトランジスタ
Tr９，Tr８のコレクタから送出される平均電流
Ｉ０との関係を示すグラフである。本発明では、
デユーテイー検出回路Ｄの出力にリツプルが重畳
されるため、破線で示す従来の電圧／電流交換回
路の特性に対し、本発明の一実施例の電圧／電流
変換回路Ｆの特性を実線にて示すようになるが、
実用上、特に問題はない。また、このようなう特
性にすることにて、第５図１〜３に示すような
“歪み”さらに“直流”的な被検出電流であつて
も、第５図４に示すような“交流”の被検出電流
と同様に検出することができる。

また従来の高周波検出回路の入力として（デユ
ーテイー検出回路Ｄの接続点ａ，ｂ間の電圧をロ
ーパスフイルターに与え直流分のみを電位差とし
て検出し、さらには）デユーテイー検出回路Ｄの
接続点ａ，ｂ間の電圧を微分してリツプル分だけ
を検出して高周波検出していたが、ノイズにより
接続点ａ，ｂ間の電圧が変化し、リツプル分に急
崚な電圧変化が生じ、高周波検出回路が誤動作し
やすく、耐ノイズ性が悪かつたが、本発明のよう
に高周波検出回路を構成し、さらには高周波検出
回路の出力にて電圧／電圧変換回路のコンデンサ
を充電する構成とすることにて耐ノイズ性を向上
させることができる。

（効果） 以上のように、本発明によれば、被検出電流が
小さいときには、被検出電流値を磁気マルチバイ
ブレーター回路Ｃの出力バルスのデユーテイー比
として検出し、そのデユーテイー比をでデユーテ
イー検出回路Ｄにて電位差として検出し、電圧／
電流変換回路Ｆにて前記電位差を電流に変換しコ
ンデンサＣ７を充電し、しかも被検出電流が大き
なときには、磁気マルチバイブレーター回路Ｃの
発振周波数が高くなり、出力パルスのデユーテイ
ー比はほぼ１：１となつてしまい被検出電流を出
力パルスのデユーテイー比として検出することは
できなくなるが、前述の高周波検出回路Ｅにて磁
気マルチバイブレーターの高い発振周波数にて大
きな被検出電流を検出して、電圧／電流変換回路
ＦのコンデンサＣ７を定電流源Ｅ８にて急速に充
電するようにし、出力回路はこのコンデンサＣ７
の出力電圧が予め定められた値以上になつたこと
を検出するようにしたので、ノイズにより高周波
検出回路が誤動作してもそのことにより直ちに出
力回路から検出出力が導出されることはなく（コ
ンデンサＣ７を充電ししきい値に達するまで時間
を要するので）、耐ノイズ性の向上が図られる。

さらに本発明によれば、磁気マルチバイブレー
ター回路とデユーテイー検出回路と電圧／電流変
換回路と高周波回路と出力回路の電力を供給する
電源回路の出力が、予め定めた値に達するまでは
磁気マルチバイブレーター回路の発振動作を制御
回路に停止させるようにしたので、たとえば電源
投入直後などにおいて電流検出装置の誤動作を防
げことができ、信頼制が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路図、第２
図は磁気マルチバイブレーター回路Ｃの通常発振
時（漏れ電流無し）の回路動作説明図、第３図は
磁気マルチバイブレーター回路Ｃの高周波発振時
（大きな漏れ電流時）の回路動作説明図、第４図
は電圧／電流交換回路の動作説明図、第５は被検
出電流波形例、第６図は被検出電流と磁気マルチ
バイブレーターの発振周波数の関係説明図、第７
図は磁気マルチバイブレーター回路Ｃの通常発振
時（小さな漏れ電流時）の回路動作説明図であ
る。 Ａ……電源回路、Ｂ……制御回路、Ｃ……磁気
マルチバイブレーター回路、Ｄ……デユーテイー
検出回路、Ｅ……高周波検出回路、Ｆ……電圧／
電流変換回路、Ｇ……出力回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検出されるべき被検出電流の流れるラインに
   関連して設けられるとともに、被検出電流を検出
   するための第１のコイルと第２のコイルを有する
   可飽和リアクトルと、第１のコイルと第２のコイ
   ルとに流れる電流を制御する抵抗を備え、被検出
   電流に応じて予め定める周期のデユーテイーを変
   えて発振し、互いに反転した信号を送出する磁気
   マルチバイブレーター回路と、 前記磁気マルチバイブレーター回路の各出力信
   号のデユーテイー差を検出するデユーテイー検出
   回路と、 前記デユーテイー検出回路からのデユーテイー
   差に対応した出力信号の電圧レベル差を整流し、
   その電圧レベル差に対応した電流値にてコンデン
   サーＣ７を充電する電圧／電流変換回路と、 前記可飽和リアクトルが高周波発振したことを
   検出して前記コンデンサーＣ７を充電する高周波
   検出回路と、 前記コンデンサーＣ７の出力電圧が予め定めた
   値になつたことを検出する出力回路と、 磁気マルチバイブレーター回路とデユーテイー
   検出回路と電圧／電流変換回路と高周波検出回路
   と出力回路とに電力を供給する電源回路と、 電流回路の出力が予め定めた値に達するまで、
   磁気マルチバイブレーターの発振を停止させる制
   御回路とを含むことを特徴とする電流検出装置。