JPH09326323A - 電流検出機能を有するコイル部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 それぞれ別個の電子部品が果たしていた２つ
の機能を新規な単体のコイル部品で達成することによ
り、これを組み込んだ電子回路の小型・軽量・低コスト
化及び消費電力低減や回路動作の信頼性向上、また組立
性向上が図れる電流検出機能を有するコイル部品を提供
する。 【解決手段】 本発明の電流検出機能を有するコイル部
品は、ループ方向を捲回中心として巻線１０ｂが螺旋状
に捲回されたチョークコイル１０の中心部に、長手方向
を捲回中心として巻線２０ｂが螺旋状に捲回されたアン
テナコイル２０を挿入し、チョークコイル１０の巻線１
０ｂに流れる電流の変化によって励磁された磁束の変化
をアンテナコイル２０で電気信号として取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路の各部を
流れる電流を検出する機能を有する電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、様々な用途で用いられる電子回路
にあっては、所望の回路動作を得るために各部を流れる
電流を適宜検出している。その検出にあたりカレントセ
ンサーとしてカレントトランスや電流検出用抵抗等の電
子部品が用いられている。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバー
タ等の電源回路において過電流保護用にカレントトラン
スを出力ラインに介挿したり、また力率改善回路におい
て入力電流波形と入力電圧波形との同期をとるにあたり
スイッチングトランジスタに流れる電流の瞬時値を電流
検出用抵抗で検出したりしている。さらに、多出力型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータにおいてカレントシェアリングを行
うにあたり、出力電流を検出する際にもカレントトラン
スが用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カレン
トセンサーとしてカレントトランスを用いると、これは
電子部品として比較的重いものであるため回路全体が重
量化してしまうのである。中でも電源回路にあっては様
々な装置の内部に組み込まれるため小型軽量化が迫られ
ており、その意味で重いカレントトランスの存在は好ま
しくない。

【０００４】また、カレントセンサーとして電流検出用
抵抗を用いるとその電圧降下による電力損失が問題とな
るのである。特に電源回路においては高効率化が極めて
要求されるため電力が損失するような要因はできるだけ
排除することが望ましい。例えば、前記の多出力型ＤＣ
−ＤＣコンバータの場合において５０Ａと６０Ａとの２
系統の出力を行うものでは、カレントシェアリングをす
るために各系統の出力ラインにそれぞれ１００ｍＶの電
圧降下を生じる電流検出用抵抗を介装すると、合計１０
Ｗ以上の大きな電力損失が発生することになり大きな問
題となる。

【０００５】さらに、電流検出用抵抗の大きな電力損失
による発熱の問題も無視できない。この発熱によって温
度が上昇すれば周辺素子の動作が乱れる可能性も出てく
るため回路動作の信頼性が低下してしまうのである。し
たがって、電子回路において大きな電力損失及び発熱要
因となる電流検出用抵抗は使いたくない。

【０００６】本発明はこのような従来の課題を背景とし
てなされたものであり、その目的は、それぞれ別個の電
子部品が果たしていた２つの機能を新規な単体のコイル
部品で達成することにより、これを組み込んだ電子回路
の小型・軽量・低コスト化及び消費電力低減や回路動作
の信頼性向上、また組立性向上が図れる電流検出機能を
有するコイル部品を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、ルー
プ方向を捲回中心として巻線が螺旋状に捲回されたルー
プ状コイルの中心部に、長手方向を捲回中心として巻線
が螺旋状に捲回された棒状コイルを挿入してなり、前記
ループ状コイルの前記巻線に流れる電流の変化によって
励磁された磁束の変化を前記棒状コイルで電気信号とし
て取り出してなることを特徴とする電流検出機能を有す
る。

【０００８】また、前記ループ状コイルをチョークコイ
ルとすることが好ましい。さらに好ましくは、前記ルー
プ状コイルをノイズフィルタ用コイルあるいはマグアン
プ用コイルの何れかとする。

【０００９】本発明に係るループ状コイルはループ方向
を捲回中心として巻線が螺旋状に捲回された構成となっ
ているが、巨視的には螺旋状に捲回された巻線を一つの
太巻線とみなすことができる。即ち、この太巻線がルー
プ方向に捲回されたループ状コイルの中心部に棒状コイ
ルが挿入されることによって、ループ状コイルの巻線に
流れる電流の変化によって励磁された磁束は棒状コイル
の長手方向を貫き、この棒状コイルの巻線には起電力が
発生することになる。

【００１０】即ち、本発明の電流検出機能を有するコイ
ル部品にあっては、例えば電子回路のリプル電圧等を下
げたりする等の本来ある機能を有するループ状コイルに
対して、棒状コイルを組み合わせた構成とすることによ
って、前記ループ状コイルの巻線に流れる電流の変化に
よって励磁された磁束の変化を前記棒状コイルで電気信
号として取り出す。よって本発明のコイル部品は、ルー
プ状コイルが有する本来の機能の他に電流検出機能をも
兼備した新規な単体のコイル部品となる。このコイル部
品を電子回路に用いることにより、電流検出のために重
いカレントトランスや大きな電力損失及び発熱要因とな
る電流検出用抵抗等の電流検出用の部品をわざわざあら
ためて使わなくても済むようになる。

【００１１】特にループ状コイルがチョークコイル、ノ
イズフィルタ用コイル、あるいはマグアンプ用コイルの
うちの何れかである場合には、電子回路のリプル電圧等
を下げたりするチョークコイルの機能、ノイズを低減す
るノイズフィルタ用コイルの機能、あるいはスイッチン
グ電源等で用いられる磁気増幅器としてのマグアンプ用
コイルの機能といった、それぞれ本来の機能と電流検出
機能との双方を兼ね備えた単体のコイル部品となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好適な一形態としての電
流検出機能を有するコイル部品を図１〜７を参照にして
説明する。先ず本形態で対象とするのは、図７（ａ）の
正面図及び（ｂ）の側面図に示すような一般的なトロイ
ダル型チョークコイル１０についてであり、このチョー
クコイル１０は、ループ状のトロイダル型コア１０ａに
対してそのループ方向を捲回中心として螺旋状に巻線１
０ｂが捲回された構成となっている。この構成におい
て、巻線１０ｂに流れる電流の向きによってコア１０ａ
を貫く磁束（磁界）の向きが１０ｃの向きあるいは反対
の１０ｄの向きとなる。このような構成のチョークコイ
ルは電源回路等に用いられて出力電圧リプルを下げた
り、入力コンデンサのリプル電流を下げたりするなどの
フィルタ機能を果たす。

【００１３】本形態のコイル部品にあっては、このよう
な一般的なトロイダル型チョークコイル１０の中心部
に、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、一般的
な棒状のアンテナコイル２０を挿入した構成になってい
る。このアンテナコイル２０にあっては、棒状のコア２
０ａに巻線２０ｂがその長手方向に螺旋状に捲回された
構成となっている。

【００１４】このチョークコイル１０にあっては、トロ
イダルコア１０ａのループ方向、即ちコアの中心軸方向
を捲回中心として巻線１０ｂが螺旋状に捲回された構成
となっているが、これを巨視的には螺旋状に捲回された
巻線１０ｂを一つの太巻線とみなすことができる。つま
り、チョークコイル１０は一本の太巻線がループ方向に
１ターン捲回されたものとみなし、その中心部にアンテ
ナコイル２０が挿入されることによって、チョークコイ
ル１０の巻線１０ｂに流れる電流の変化により励磁され
た磁束はアンテナコイル２０の長手方向を貫き、このア
ンテナコイル２０の巻線２０ｂには起電力が発生するこ
とになる。

【００１５】よって、チョークコイル１０の巻線１０ｂ
に流れる電流の変化によって励磁された磁束の変化をア
ンテナコイル２０で電気信号として取り出せる。したが
って、本形態のコイル部品はチョークコイル本来のフィ
ルタ機能と電流検出機能との双方を兼ね備えた単体のコ
イル部品となる。

【００１６】このようなコイル部品の電流検出機能の有
効性を確認するため、図３に示すような試験回路を用い
て市販のチョークコイルの巻線に流れる電流Ｉ0 に対す
る試験回路の出力電圧Ｖ0 を測定した。試験回路として
は、アンテナコイル２０の巻線２０ａの出力端子に抵抗
やダイオード及びコンデンサを接続した出力電圧検出回
路とした。またアンテナコイル２０としては２種類の規
格のものを用いた。

【００１７】その結果、２種類のアンテナコイル２０に
対してそれぞれ図４（ａ）および（ｂ）に示すように、
チョークコイル１０の巻線１０ｂに流れる電流Ｉ0 に対
してアンテナコイル２０からはほぼリニアな出力電圧特
性が得られ、本形態のコイル部品は良好な電流検出機能
を有する実用的なコイル部品であることが確認された。

【００１８】特に図４（ｂ）ではチョークコイル１０の
巻線１０ｂに流れる電流Ｉ0 がほぼ５Ａを過ぎたあたり
から精度の良い直線状となっており、電子回路に組み込
むにあたってはこの部分の特性を用いる。

【００１９】次に、以上のようなコイル部品を現実の電
子回路に用いた例を実施例１、２として説明する。

【００２０】［実施例１］本実施例は、図５の回路図に
示すようなＤＣ−ＤＣコンバータに対して、本形態のコ
イル部品（破線で囲まれた部分）をチョークコイルとし
て、またその過電流保護回路(OCP:Over Current Protec
tor)の電流検出素子として適用したものであり、トラン
スＴｒの二次側から整流回路を介して出力される電流Ｉ
1 をチョークコイル１０に流してそのリプル成分を下げ
るとともにアンテナコイル２０の出力端子Ａ，Ｂから電
流Ｉ1 に対応した出力を得るようになっている。

【００２１】得られた出力を、ダイオードＤ１で整流す
るとともにコンデンサＣ１で平滑してスイッチング素子
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のパルス幅制御を行う
ＰＷＭ制御ＩＣの１６番ピンに入力する。入力された信
号は１５番ピンから入力される基準電圧と比較される。
そして、もし過電流状態に陥りそうになってトランスＴ
ｒの出力電流Ｉ1 が所定値を越えるとＰＷＭ制御ＩＣは
スイッチング素子ＦＥＴのパルス幅を絞り込んで過電流
状態に陥ることを回避する。

【００２２】［実施例２］本実施例は、図６の回路図に
示すようなＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを複数台並
列に接続してなるコンバータシステムの各モジュールに
対して、本形態のコイル部品（破線で囲まれた部分）を
チョークコイルとして、またその電流バランス制御を行
うカレントシェアリングの電流検出素子として適用した
ものであり、トランスＴｒの二次側から整流回路を介し
て出力される電流Ｉ1 をチョークコイル１０に流してそ
のリプル成分を下げるとともにアンテナコイル２０の出
力端子Ａ，Ｂから電流Ｉ1 に対応した出力を得るように
なっている。

【００２３】このようにして得られた出力は、ダイオー
ドＤ１及びコンデンサＣ１で整流平滑されて負帰還増幅
器ＡＭＰ１によってインピーダンス変換され、スイッチ
ング素子ＦＥＴのパルス幅制御を行うＰＷＭ制御ＩＣに
出力される。ＡＭＰ１の出力端子とＰＷＭ制御ＩＣとの
間には抵抗を介してＣＳ端子、即ちカレントシェアリン
グ端子が接続されている。このＣＳ端子が他のコンバー
タモジュールの各ＣＳ端子と接続されることによってＰ
ＷＭ制御ＩＣに入力される信号が制御ＩＣ内の電圧アン
プの基準電圧となり、各モジュール間の電流バランス制
御、即ちカレントシェアリングが行われる。

【００２４】以上、説明した実施例１、２のＤＣ−ＤＣ
コンバータにあっては、小型軽量低コスト化、低消費電
力、低発熱、動作の高信頼性等といった厳しい性能が要
求されるものであるが、本形態のコイル部品を用いるこ
とにより電流検出用に従来用いられてきたカレントトラ
ンスや電流検出用抵抗等のカレントセンサー部品を省略
できるため、これら厳しい性能に対応できることにな
る。

【００２５】なお、本発明のコイル部品にあっては、チ
ョークコイルに限らず、本発明が適用できれば電子回路
全般で用いられるコイル部品全てがその対象となる。例
えば、コイル部品がノイズフィルタ用コイルあるいはマ
グアンプ用コイルである場合には、ノイズを低減するノ
イズフィルタ用コイルの機能、あるいはスイッチング電
源等で用いられる磁気増幅器としてのマグアンプ用コイ
ルの機能といった、それぞれ本来の機能と電流検出機能
との双方を兼ね備えた単体のコイル部品となる。

【００２６】また、本発明に係るループ状コイルにあっ
ては、円環状のトロイダル型に限らずに他の形状、例え
ば矩形のＥ型コイルでもよく、また挿入された棒状コイ
ルがループ状コイルに流れる電流を検出、即ちカレント
センスできれば閉ループ状でも開ループ状でもよい。

【００２７】さらに、本発明に係るループ状コイルまた
は棒状コイルにあってはコアがなくても良いが、あれば
各コイル内を貫く磁束による起電力の発生を効率よく行
えるためコイル部品としての性能向上が図れる。

【００２８】さらにまた、本発明に係るループ状コイル
の螺旋状に捲回した巻線を重ね巻きとすれば、巨視的に
見た前述の太巻線がループ方向に重ねて捲回されたこと
になるため、棒状コイルの長手方向に貫く磁束がより大
きくなり電流検出機能が向上する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電流検出
機能を有するコイル部品にあっては、ループ状コイルが
有する本来ある機能の他に電流検出機能をも発揮でき
る。したがって、本発明のコイル部品を電子回路に組み
込むと、従来用いられてきたカレントトランスや電流検
出用抵抗等のカレントセンサー部品を省略できる。この
ことにより、これを組み込んだ電子回路の小型・軽量・
低コスト化及び消費電力低減や回路動作の信頼性向上、
また部品点数が減ることによる組立性向上といった多く
の効果をもたらすのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態による電流検出機能を有するコ
イル部品の各構成要素を組合わせる様子を示した説明図
である。

【図２】本発明の一形態による電流検出機能を有するコ
イル部品を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。

【図３】本発明の一形態による電流検出機能を有するコ
イル部品の棒状コイルからの出力を得る試験回路図であ
る。

【図４】（ａ）、（ｂ）は図３の試験回路から得られた
出力電圧Ｖ0 の入力電流Ｉ0 に対する特性を示す特性図
である。

【図５】本発明のコイル部品をＤＣ−ＤＣコンバータに
適用した一実施例を示す回路図である。

【図６】本発明のコイル部品をＤＣ−ＤＣコンバータモ
ジュールに適用した一実施例を示す回路図である。

【図７】本形態で用いられる一般的なトロイダル型チョ
ークコイルを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図で
ある。

【符号の説明】

１０ トロイダル型チョークコイル １０ａ トロイダル型コア １０ｂ 巻線 １０ｃ、１０ｄ 磁束（磁界）の向き ２０ アンテナコイル ２０ａ 棒状コア ２０ｂ 巻線 Ｔｒ トランス ＦＥＴ スイッチング素子 ＡＭＰ１ 負帰還増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ループ方向を捲回中心として巻線（１０
   ｂ）が螺旋状に捲回されたループ状コイル（１０）の中
   心部に、長手方向を捲回中心として巻線（２０ｂ）が螺
   旋状に捲回された棒状コイル（２０）を挿入してなり、
   該ループ状コイル（１０）の該巻線（１０ｂ）に流れる
   電流の変化によって励磁された磁束の変化を該棒状コイ
   ル（２０）で電気信号として取り出してなることを特徴
   とする電流検出機能を有するコイル部品。
2. 【請求項２】 前記ループ状コイル（１０）はチョーク
   コイルであることを特徴とする請求項１記載の電流検出
   機能を有するコイル部品。
3. 【請求項３】 前記ループ状コイル（１０）はノイズフ
   ィルタ用コイルあるいはマグアンプ用コイルの何れかで
   あることを特徴とする請求項１記載の電流検出機能を有
   するコイル部品。