[发明专利]电流检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电流测定或者过电流检测、电流反馈控制等的磁比例式电流检测器。

背景技术

这种电流检测器(电流传感器)采用了如下的方法：通过磁芯(core)聚集由于导通被检测电流而产生的磁通，再用霍尔元件将该磁通转换为电压信号来检测电流值。另外，从霍尔元件得到的输出电压经运算放大器等放大器被放大，且被用作传感器的检测信号。

通常，霍尔元件的输出电压与通过磁芯间隙(霍尔元件的磁敏部)的磁场的大小(磁通量)成比例。但是，由于未通过霍尔元件的磁敏部而通过磁敏部的外侧的磁通对电流的检测不起作用，因而实际上得到的霍尔元件的输出电平在表观上具有降低的倾向。关于该问题，日本专利第2552683号公报中公开了如下的现有技术：通过在霍尔元件的双面或者单面上配置高导磁率的强磁性体片，从而将间隙内的磁通密度扩大后施加到霍尔元件上。

依照上述现有技术，可以考虑通过将施加到霍尔元件的磁通密度扩大为通常的2倍～5倍，从而被检测电流本身在比较小的范围内，将从霍尔元件得到的输出电压倍增，也能够提高电流的检测精度。

使用了电流检测器的过电流的早期检测在诸如变换器、电动机控制装置、焊接机、电梯等电机系统中是重要的问题。但是，既然电流检测器使用了磁芯或者运算放大器，则就无法完全去除磁芯或者运算放大器所固有的延迟因素。即，磁芯具有由涡流损耗、磁滞损耗这样的铁损所产生的延迟因素。另外，在运算放大器存在有压摆率(through rate)和GB积这样的电延迟因素。这样的延迟因素在过电流等产生时，就是使检测信号的输出延迟的主要原因，使过电流的早期检测变得困难。

可以认为在间隙内产生的磁场在某种程度稳定的状况下，上述现有技术对提高检测精度是有效的。但是，像瞬间过电流这样被检测电流在某一时刻变化较大的状况下，由于磁芯本身存在延迟因素，因而不论设置了多少强磁性体片，也未必能够借此提高检测信号的响应性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使在电流检测器中具有不可避免的延迟因素，也能够改善其响应性的技术。

为了解决上述问题，作为改善针对被检测电流变化的响应性的方法，本发明的发明人正是着眼于感应电动势的大小与磁场的变化率成比例这一定律，从而想到了如下的解决方法。

即，本发明第一方面的电流检测器包括：磁芯，沿在被检测电流导通时产生的磁场的环绕方向形成环状的磁路；霍尔元件，配置在形成于该磁芯上的间隙内，用于输出与被检测电流导通时在间隙内产生的磁场的大小相对应的电压信号；以及放大器，用于放大从该霍尔元件输出的电压信号。

尤其是，本发明的电流检测器在连接霍尔元件的输出端子与放大器的输入端子之间的信号路径上形成有根据磁场的变化而产生感应电动势的电磁感应部，其中，该磁场的变化基于被检测电流的变化。

根据本发明的电流检测器，尤其是在被检测电流变化时可以发挥有用性。也就是说，如果被检测电流变化(例如，产生过电流)，则与其相伴磁场也急剧地变化，因而就能够根据电流的瞬时变化而从电磁感应部得到较大的感应电动势。此时，感应电动势作用于抬高从霍尔元件输出的电压信号的方向，由此提高输出电压的上升沿响应性。因此，即使磁芯或者运算放大器等放大器分别存在有不可避免的延迟因素，也能够部分补偿其响应延迟而大大地提高作为电流检测器的响应性。

另外，本发明的电流检测器可以还具备电路基板。电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在间隙内将霍尔元件面贴装在贴装面上。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。

根据上述方式，则例如在电路基板的贴装面上，(1)作为围绕霍尔元件的外周的形状的导电图案能够配置电磁感应部、或(2)作为在与霍尔元件分离的位置上形成开口的导电图案可以配置电磁感应部。如果是上述(1)的配置，则能够随着在间隙内贯通霍尔元件(磁敏面)的磁场的变化而得到感应电动势。另外，如果为上述(2)的配置，则能够随着穿过间隙外侧的磁场的变化而得到感应电动势。不论是哪一种配置，通过使在被检测电流变化时磁场变化，从而都能够用对应于磁场变化率的大小的感应电动势来抬高从霍尔元件输出的输出电压，进而能够提高电流检测器的响应性。

或者，本发明的电流检测器可以具备另一方式的电路基板。另一方式的电路基板的贴装面沿与通过间隙内的磁通交叉的方向配置，在与贴装面交叉的方向上连接了从霍尔元件上形成为引线状的输出端子的状态下安装霍尔元件。在这种情况下，上述电磁感应部优选由沿电路基板的贴装面形成为环状或线圈状的导电图案构成。