オフセット信号検出回路、および、このオフセット信号検出回路を用いた信号検出装置
【課題】温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出し、このオフセット値を用いて、検出信号をより正確に補正する信号検出装置を提供する。
【解決手段】信号線を流れる信号を検出する信号検出手段９２ｕを備えた信号検出装置において、信号検出手段９２ｕと周囲温度がほぼ同一となるように配置され、信号線を流れる信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段９１と、信号検出手段９２ｕにより検出された信号と逆相信号検出手段９１により検出された逆相信号とを加算して２で除したオフセット信号を算出するオフセット信号算出手段９３１，９３２と、信号検出手段９２ｕにより検出された信号からオフセット信号算出手段９３１，９３２により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段９３３ｕとを備えた。
【解決手段】信号線を流れる信号を検出する信号検出手段９２ｕを備えた信号検出装置において、信号検出手段９２ｕと周囲温度がほぼ同一となるように配置され、信号線を流れる信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段９１と、信号検出手段９２ｕにより検出された信号と逆相信号検出手段９１により検出された逆相信号とを加算して２で除したオフセット信号を算出するオフセット信号算出手段９３１，９３２と、信号検出手段９２ｕにより検出された信号からオフセット信号算出手段９３１，９３２により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段９３３ｕとを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度ドリフトにより変化するオフセット値を検出するためのオフセット信号検出回路、および、このオフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を用いて検出信号を補正する信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などの直流電源によって生成される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。例えば、トランスレス方式の系統連系インバータシステムの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置が直流電源からの出力電圧（直流電圧）を商用電力系統の電圧（系統電圧）に合わせるために昇圧し、インバータ装置が昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する。
【０００３】
トランスレス方式や高周波リンク方式の系統連系インバータシステムにおいては、インバータ回路と商用電力系統とが絶縁されていないので、商用電力系統に直流電流成分が流出する可能性がある。流出した直流電流成分は商用電力系統側に設けられた変圧器を直流励磁状態とし、コアの磁束を飽和させる。これにより、変圧器に過電流が流れ、変圧器が焼損する場合がある。これを防ぐために、直流電流成分を検出し、システムを商用電力系統から解列させる機能が設けられている。
【０００４】
図８は、従来のトランスレス方式の系統連系インバータシステムの一例を示すブロック図である。この系統連系インバータシステムＸ１０では、電流信号検出装置１８０により検出されるインバータ装置１３０の出力電流が所定の値となるように、制御装置１７０がフィードバック制御を行なっている。制御装置１７０に設けられている直流成分検出回路１７４は、電流信号検出装置１９０により検出されるＬＣフィルタ１４０の出力電流から直流成分を検出する。制御装置１７０は、インバータ装置１３０の出力電流制御において、直流成分検出回路１７４により検出されるＬＣフィルタ１４０の出力電流の直流成分を抑制するように制御する。また、制御装置１７０は、直流成分が規定値を超えた場合、インバータ装置１３０を停止させ、開閉器１５０をオフにしてシステムを商用電力系統１６０から解列させる。
【０００５】
この規定値は、通常、インバータ装置の定格出力電流の１％が設定される。例えば、定格容量１０ｋＷのインバータ装置１３０を用いて、ＡＣ２００Ｖの系統電圧に連系させる場合、定格出力電流２８．６Ａ（＝１０ｋＷ／（２０２Ｖ・√３））の１％である２８６ｍＡが規定値として設定される。一方、電流信号検出装置１９０の検出電流にはオフセット値が上乗せされている。このオフセット値は温度ドリフト（周囲温度に応じた出力の変化）により変化し、例えば周囲温度が１０℃違うと、１００ｍＡ程度異なってくる場合がある（図６の特性Ｐ参照）。このオフセット値は、直流成分検出回路１７４において直流成分として検出されるので、規定値と比較して無視できない大きさとなる。
【０００６】
例えば、設定時より周囲温度が１０℃高い場合、検出された直流電流が２００ｍＡであっても、本当の直流電流は３００ｍＡを超えている場合がある。この場合、制御装置１７０による解列が行なわれず、規定値以上の直流電流が商用電力系統１６０に流出することになる。
【０００７】
この問題を解決するために、例えば、特許３２９１９０２号公報に記載のサーボ制御装置では、モータが停止する毎に電流センサのオフセット電圧を検出して、この検出されたオフセット電圧により逐次補正を行っている。この方法を系統連系インバータシステムに用いる場合、オフセット値を補正するのは、インバータ装置が停止して商用電力系統から解列されたときとなる。直流電源が太陽電池の場合、日中は日陰にならない限りインバータ装置が停止しない。したがって、その間に周囲温度が変化しても、オフセット値の補正が行なわれない。また、直流電源が燃料電池などの場合、起動・停止に時間がかかるため（数時間程度）、一度起動すると異常が起こらない限り停止しない。したがって、オフセット値の補正がほとんど行なわれないことになる。
【０００８】
システムを停止することなく温度ドリフトによるオフセット値を補正する方法として、特開２００７−７８３７４号公報には、電流センサとは別に温度ドリフト補正用の模擬電流センサが設けられた直流電流計測装置が記載されている。電流センサは、一次側導体を流れる電流計測信号を検出する。模擬電流センサは、一次側導体とは電磁的に非結合とされ、電流センサと周囲温度がほぼ同一となる配置とされている。直流電流計測装置は、電流センサが検出した電流計測信号から模擬電流センサの出力を減算することで、オフセット電圧がキャンセルされた電流計測信号を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許３２９１９０２号公報
【特許文献２】特開２００７−７８３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、模擬電流センサは一次側導体とは電磁的に非結合とされているので、電流センサに流れる電流と模擬電流センサに流れる電流とに違いが生じる。したがって、周囲温度がほぼ同一であっても、センサに流れる電流の違いによりセンサの内部温度に違いが生じる。これにより、両電流センサのオフセット値に差が発生するので、正確なオフセット値の補正をすることができない。
【００１１】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができるオフセット信号検出回路、このオフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を用いて検出信号を補正する信号検出装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
本発明の第１の側面によって提供されるオフセット信号検出回路は、信号線から電流信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段と周囲温度がほぼ同一となるように配置され、前記電流信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段と、前記信号検出手段により検出された電流信号と前記逆相信号検出手段により検出された逆相信号とを加算した信号を出力する加算手段と、前記加算手段より出力される信号を２で除した信号を出力する除算手段とを備えており、前記除算手段より出力される信号をオフセット信号として出力することを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、前記信号検出手段と前記逆相信号検出手段とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両手段の内部温度はほぼ同一である。よって、前記両手段に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。両手段が検出する信号にはほぼ同一のオフセット値が上乗せされており、両信号は互いに逆相となっているので、前記オフセット信号算出手段はオフセット信号のみを抽出することができる。したがって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができる。
【００１５】
本発明の第２の側面によって提供される信号検出装置は、第１の側面によって提供されるオフセット信号検出回路と、前記信号検出手段により検出された電流信号から前記オフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段と、を備えている。
【００１６】
この構成によると、前記信号検出手段により検出された信号から、より正確なオフセット値が減じられる。したがって、前記信号検出手段により検出された信号をより正確なオフセット値で補正して検出することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記信号検出手段は、三相の信号線のうちの第１の信号線から第１の交流信号を検出し、前記逆相信号検出手段は、前記第１の交流信号の逆相信号を検出し、前記三相の信号線のうちの第２の信号線から第２の交流信号を検出し、第３の信号線から第３の交流信号を検出する第２の信号検出手段をさらに備え、前記補正信号算出手段は、さらに、前記第２の交流信号から前記オフセット信号を減じた第２の補正信号、および、前記第３の交流信号から前記オフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記信号検出手段は、三相の信号線から第１ないし第３の交流信号を検出し、前記逆相信号検出手段は、前記第１ないし第３の交流信号のそれぞれの逆相信号を検出し、前記加算手段は、前記第１の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第２の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第３の交流信号とその逆相信号とを加算した信号とを、それぞれ出力し、前記除算手段は、前記加算手段が算出した３つの信号をそれぞれ２で除した信号を、それぞれ第１ないし第３のオフセット信号として出力し、前記補正信号算出手段は、前記第１の交流信号から前記第１のオフセット信号を減じた第１の補正信号を算出し、前記第２の交流信号から前記第２のオフセット信号を減じた第２の補正信号を算出し、前記第３の交流信号から前記第３のオフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。
【図３】温度ドリフト補正回路における電流信号の補正について説明するための図である。
【図４】温度ドリフト補正回路が電流信号に重畳された直流成分の影響を受けないことを説明するための図である。
【図５】電流信号検出装置を用いて検出された電流信号の検証結果である。
【図６】従来の電流信号検出装置および本実施形態に係る電流信号検出装置の各温度における電流実測値の関係を説明するための図である。
【図７】本発明に係る電流信号検出装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。
【図８】従来の電流信号検出装置を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【００２３】
系統連系インバータシステムＸ１は基本構成として、直流電力を供給する直流電源１、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２、インバータ装置３、ＬＣフィルタ４、開閉器５、商用電力系統６、制御装置７、電流信号検出装置８，９を備えている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２の昇圧動作を制御する制御装置は省略している。
【００２４】
直流電源１、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２、インバータ装置３、ＬＣフィルタ４、開閉器５および商用電力系統６は、この順で直列に接続されている。インバータ装置３には制御装置７が接続されている。系統連系インバータシステムＸ１は、直流電源１により出力された直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ装置２で所定の電圧に昇圧した後、そのＤＣ／ＤＣコンバータ装置２から出力される直流電力をインバータ装置３で交流電力に変換し、ＬＣフィルタ４でスイッチングノイズを除去して商用電力系統６に供給する構成となっている。
【００２５】
直流電源１は、直流電力を生成するものであり、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を備えている。直流電源１は、生成した直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ装置２に出力する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２は、直流電源１からの出力電圧を昇圧するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２は、図示しない制御装置からのＰＷＭ信号によって図示しないスイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、図示しないインダクタおよびコンデンサへの電力の蓄積と放出を交互に繰り返して昇圧を行なう。
【００２７】
インバータ装置３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２から出力される直流電力を交流電力に変換するものである。インバータ装置３は、制御装置７からのＰＷＭ信号によって図示しないスイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、入力される直流電力を交流電力に変換する。
【００２８】
ＬＣフィルタ４は、図示しないリアクトルおよびキャパシタを備えたローパスフィルタであり、インバータ装置３から出力される交流電圧に含まれるスイッチングノイズを除去するものである。ＬＣフィルタ４は、スイッチングノイズが除去された正弦波状の交流電圧を商用電力系統６に出力する。
【００２９】
開閉器５は、系統連系インバータシステムＸ１が生成した電力を商用電力系統６に供給する場合に両者を接続し、電力の供給を停止する場合に両者を切り離すものである。開閉器５は、制御装置７から解列信号を入力されたときに、系統連系インバータシステムＸ１を商用電力系統６から切り離す。
【００３０】
制御装置７は、インバータ装置３の電力変換動作を制御するものである。制御装置７は、電流信号検出装置８から入力されるインバータ装置３の出力電流信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を入力することでインバータ装置３のスイッチングを制御して電力変換動作を制御する。すなわち、制御装置７は、インバータ装置３の出力電流をフィードバック制御する。また、制御装置７は、電流信号検出装置９から入力される電流信号に基づいて、解列信号を開閉器５に出力する。制御装置７は、電流制御回路７１、ＰＷＭ信号生成回路７２、直流成分検出回路７３を備えている。
【００３１】
電流制御回路７１は、電流信号検出装置８から入力されるインバータ装置３の出力電流信号と予め設定されている目標電流信号との差分を算出し、直流成分検出回路７３から入力される直流成分検出信号を差分して、指令値信号としてＰＷＭ信号生成回路７２に出力する。
【００３２】
ＰＷＭ信号生成回路７２は、電流制御回路７１から入力される指令値信号と予め設定されているキャリア信号との差分を算出し、デッドタイムを付加したパルス信号を生成する。ＰＷＭ信号生成回路７２は、このパルス信号をＰＷＭ信号として、インバータ装置３に入力する。インバータ装置３は、入力されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行う。これにより、インバータ装置３の出力電流がフィードバック制御される。また、ＰＷＭ信号生成回路７２は、直流成分検出回路７３からゲートブロック信号が入力されたときに、ＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００３３】
直流成分検出回路７３は、電流信号検出装置９より入力されるＬＣフィルタ４の出力電流信号から直流電流成分を検出し、直流成分検出信号として電流制御回路７１に入力する。また、直流成分検出回路７３は、検出された直流電流成分が規定値を超えた場合、系統連系インバータＸ１を停止させて、商用電力系統６から解列させる。具体的には、ＰＷＭ信号生成回路７２にゲートブロック信号を出力して、ＰＷＭ信号の出力を停止させることで、インバータ装置３を停止させる。また、開閉器５に解列信号を出力して、系統連系インバータシステムＸ１を商用電力系統６から解列させる。なお、本実施形態では、定格容量１０ｋＷのインバータ装置３を用いてＡＣ２００Ｖの系統電圧に連系させるので、定格出力電流２８．６Ａ（＝１０ｋＷ／（２０２Ｖ・√３））の１％である２８６ｍＡが規定値として設定されている。
【００３４】
電流信号検出装置９は、ＬＣフィルタ４の出力電流を検出するものであり、検出された出力電流信号に温度ドリフトによるオフセット値の補正を行なって、制御装置７に出力する。図１では簡略化のため省略しているが、本実施形態のインバータ装置３は３相フルブリッジインバータなので、インバータ装置３から商用電力系統６までＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の信号線があり、それぞれの電流信号が検出される。電流信号検出装置９の詳細な構成を、図２を参照して説明する。
【００３５】
図２は、系統連系インバータシステムＸ１の電流信号検出装置９を説明するためのブロック図である。
【００３６】
同図に示すように、電流信号検出装置９は電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗ、温度ドリフト補正回路９３を備えている。電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗは、それぞれＬＣフィルタ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電流を検出するセンサである。直流成分も合わせて検出する必要があるので、例えば、直流変流器（ＤＣＣＴ）やホール電流検出器（ＨＣＴ）などが用いられる。電流センサ９１は、ＬＣフィルタ４のＵ相の出力電流の逆相成分を検出するセンサであり、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗと同じセンサが用いられる。各電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗは、周囲温度が同じとなる状態で使用するために、できるだけ近付けて配置する必要がある。
【００３７】
温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号と電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とから温度ドリフトによるオフセット信号を抽出し、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗがそれぞれ検出した電流信号をこのオフセット信号を用いて補正する。
【００３８】
温度ドリフト補正回路９３は、同図に示すように、加算部９３１、除算部９３２、減算部９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗを備えている。加算部９３１は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号と電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とを加算して、加算信号として出力するものである。除算部９３２は、加算部９３１が出力した加算信号を２で除して、オフセット信号として出力するものである。減算部９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗは、除算部９３２が出力したオフセット信号を、それぞれ電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号から減算して、補正された電流信号を出力するものである。
【００３９】
電流信号検出装置８は、インバータ装置３の出力電流を検出するものであり、検出された出力電流信号に温度ドリフトによるオフセット値の補正を行なって、制御装置７に出力する。電流信号検出装置８の構成および機能は、電流信号検出装置９と同様であり、インバータ装置３の出力電流を検出する電流センサ８２、インバータ装置３の出力電流の逆相成分を検出する電流センサ８１、および電流センサ８２が検出した電流信号を補正する温度ドリフト補正回路８３を備えている。
【００４０】
次に、電流信号検出装置９の作用について、図３および図４を参照して説明する。電流信号検出装置８の作用も同様である。
【００４１】
図３は、温度ドリフト補正回路９３において、電流センサ９２ｕが検出した電流信号が、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号を用いて補正されることを説明するための図である。
【００４２】
同図（ａ）に示すＡは電流センサ９２ｕが検出した電流信号Ａを示し、Ｂは電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号Ｂを示している。電流センサ９２ｕと電流センサ９１とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両電流センサ９２ｕ，９１の内部温度はほぼ同一である。よって、両電流センサ９２ｕ，９１に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。したがって、電流信号Ａ，Ｂは、同じオフセット値の分、マイナス側（同図（ａ）において下側）にずれて検出されている。また、電流信号Ａ，Ｂは互いに逆相となっているので、電流信号Ａの波形と電流信号Ｂの波形とは温度ドリフトによるオフセット値を示す破線直線Ｃに対して対称となっている。
【００４３】
式で表すと、電流信号Ａは、Ａ＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−αで表すことができる。ここで、Ｖは最大電流値、−αは温度ドリフトによるオフセット値に相当する電流値である。このとき、電流信号Ｂは、電流信号Ａの逆相成分であり、同じオフセット値が上乗せされているので、Ｂ＝−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−αで表される。
【００４４】
同図（ｂ）に示すＤは、電流信号Ａと電流信号Ｂとを加算した加算信号Ｄを示している。加算信号Ｄは、加算部９３１が算出して出力する。電流信号Ａの波形と電流信号Ｂの波形とは破線直線Ｃに対して対称となっているので、両者を加算した加算信号Ｄの波形は、温度ドリフトによるオフセット値を２倍した値を示す直線となっている。式で表すと、加算信号Ｄは、Ｄ＝Ａ＋Ｂ＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）＋（−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）＝−２αで表される。
【００４５】
同図（ｃ）に示すＥは、加算信号Ｄを２で除したオフセット信号Ｅを示している。オフセット信号Ｅは、除算部９３２が算出して出力する。加算信号Ｄの波形は温度ドリフトによるオフセット値を２倍した値を示しているので、これを２で除したオフセット信号Ｅの波形は、温度ドリフトによるオフセット値を示す直線となっている。式で表すと、オフセット信号Ｅは、Ｅ＝Ｄ／２＝−αで表される。
【００４６】
同図（ｄ）に示すＦは、電流信号Ａからオフセット信号Ｅを減算した補正電流信号Ｆを示している。補正電流信号Ｆは、減算部９３３ｕが算出して出力する。電流信号Ａの波形からオフセット信号Ｅの波形を減算した補正電流信号Ｆの波形は、電流信号Ａの波形を温度ドリフトによるオフセット値で補正した波形を示す。式で表すと、補正電流信号Ｆは、Ｆ＝Ａ−Ｅ＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）−（−α）＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）で表される。
【００４７】
同様に、除算部９３２が出力するオフセット信号Ｅを減算することで、電流センサ９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号がオフセット値で補正され、減算部９３３ｖおよび９３３ｗはそれぞれ補正された電流信号を出力する。
【００４８】
このように、温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号を補正して出力する。補正の精度を良くするためには、同じロットで製造された電流センサを各電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗとして用いる必要がある。
【００４９】
温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号に直流成分が重畳していても、オフセット値のみを補正するものである。図４は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号に直流成分が重畳している場合でも、温度ドリフト補正回路９３がこの直流成分の影響を受けないことを説明するための図である。なお、説明の簡略化のために、オフセット値はゼロとして考える。
【００５０】
同図（ａ）に示すＡは電流センサ９２ｕが検出した電流信号Ａを示している。電流信号Ａには直流成分が重畳されており、破線直線Ｃ’はこの直流成分を示している。Ｂ’は、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号Ｂ’を示している。電流信号Ｂ’には、破線直線Ｃ’に示す直流成分の逆相成分が重畳されている。したがって、電流信号Ａの波形と電流信号Ｂ’の波形とは、電流値がゼロとなるＸ軸（同図（ａ）における横軸）に対して対称となっている。式で表すと、電流信号Ａは、Ａ＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−βで表すことができる。ここで、Ｖは最大電流値、−βは直流成分に相当する電流値である。このとき、電流信号Ｂ’は、同じ直流成分が重畳されている電流信号Ａの逆相成分なので、Ｂ’＝−Ａ＝−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）＋βで表される。
【００５１】
同図（ｂ）に示すＤ’は、電流信号Ａと電流信号Ｂ’とを加算した加算信号Ｄ’を示している。電流信号Ａの波形と電流信号Ｂ’の波形とはＸ軸に対して対称となっているので、両者を加算した加算信号Ｄ’の波形は、Ｘ軸と一致する直線となっている。式で表すと、加算信号Ｄ’は、Ｄ’＝Ａ＋Ｂ’＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β）＋（−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）＋β）＝０で表される。
【００５２】
同図（ｃ）に示すＥ’は、加算信号Ｄ’を２で除したオフセット信号Ｅ’を示している。加算信号Ｄ’の波形はＸ軸と一致する直線なので、これを２で除したオフセット信号Ｅ’の波形もＸ軸と一致する直線となっている。すなわち、電流信号Ａに重畳されている直流成分は、オフセット信号Ｅ’に表れない。式で表すと、オフセット信号Ｅ’は、Ｅ’＝Ｄ’／２＝０で表される。
【００５３】
同図（ｄ）に示すＦ’は、電流信号Ａからオフセット信号Ｅ’を減算した補正電流信号Ｆ’を示している。オフセット信号Ｅ’はゼロなので、補正電流信号Ｆ’は電流信号Ａと同じであり、補正電流信号Ｆ’の波形は電流信号Ａの波形と同じである。式で表すと、補正電流信号Ｆ’は、Ｆ’＝Ａ−Ｅ’＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β）−０＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β＝Ａで表される。このように、電流信号Ａに重畳されている直流成分は、補正に影響を与えることなく、補正電流信号Ｆ’にも重畳されたままである。すなわち、温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号に直流成分が重畳されていても、この直流成分を残して、オフセット値のみを補正する。
【００５４】
本実施形態においては、電流センサ９２ｕと電流センサ９１とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両電流センサ９２ｕ，９１の内部温度はほぼ同一である。よって、両電流センサ９２ｕ，９１に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。両電流センサ９２ｕ，９１が検出する信号にはほぼ同一のオフセット値が上乗せされており、両信号は互いに逆相となっているので、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、オフセット信号のみを抽出することができる。したがって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、電流センサ９２ｕが検出した電流信号を、このオフセット信号を用いてより正確に補正して、出力することができる。また、本実施形態においては、電流センサ９２ｖ，９２ｗも電流センサ９１，９２ｕと周囲温度がほぼ同一となるように配置されているので、電流センサ９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号も、このオフセット信号を用いてより正確に補正して、出力することができる。
【００５６】
図５は、電流信号検出装置９を用いて検出された電流信号の検証結果である。図５において、Ａは電流センサ９２ｕが検出したＬＣフィルタ４のＵ相の出力電流の電流信号Ａの波形であり、Ｆは電流信号検出装置９が出力するＵ相の補正電流信号Ｆの波形である。電流信号Ａは、直流成分が重畳していない交流電流信号である。同図に示すように、補正電流信号Ｆの波形は、電流信号Ａの波形からオフセット値が補正された波形となっている。
【００５７】
図６は、従来の電流信号検出装置１８０（図８参照）および本実施形態に係る電流信号検出装置８（図１参照）の各温度における電流実測値の関係を説明するための図である。同図において、横軸は周囲温度であり、縦軸は周囲温度が３０℃のときの電流実測値を０ｍＡとしたときの相対値である。
【００５８】
特性Ｐは従来の電流信号検出装置１８０が検出した電流値の相対値と周囲温度を示す点を結んだものであり、特性Ｑは本実施形態に係る電流信号検出装置８が検出した電流値の相対値と周囲温度を示す点を結んだものである。同図に示すように、特性Ｐは周囲温度により変化しているが、特性Ｑは周囲温度にかかわらず、ほぼ一定の値となっている。これは、電流信号検出装置８が温度ドリフトによるオフセット値を適切に補正していることを示している。
【００５９】
上記実施形態では、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号を用いて、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗがそれぞれ検出した電流信号を補正しているが、これに限られない。電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが互いに離れた位置に配置されるなどして、それぞれの周囲温度が同じにならない場合や、検出した電流信号の補正をより精度良くしたい場合は、電流センサ毎に逆相成分の電流信号を検出する電流センサを設けて補正するようにしてもよい。
【００６０】
図７は、本発明に係る電流信号検出装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００６１】
電流信号検出装置９’は、相毎に逆相成分の電流信号を検出する電流センサが設けられている点、および各相の電流信号の補正を相毎に独立して行なう点において電流信号検出装置９と異なる。具体的には、図７において、電流センサ９１ｖおよび９１ｗが追加され、温度ドリフト補正回路９３’の加算器９３１ｖ，９３１ｗおよび除算器９３２ｖ，９３２ｗが追加されている点が異なる。電流センサ９１ｕ、加算器９３１ｕ、および除算器９３２ｕは、それぞれ図２における電流センサ９１、加算器９３１、および除算器９３２と同じもので、符号のみ変更しただけである。
【００６２】
電流センサ９１ｖ（９１ｗ）は、ＬＣフィルタ４のＶ相（Ｗ相）の出力電流の逆相成分を検出するセンサであり、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）と同じセンサが用いられ、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）のできるだけ直近に配置される。加算部９３１ｖ（９３１ｗ）は、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）が検出した電流信号と電流センサ９１ｖ（９１ｗ）が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とを加算した加算信号を出力するものである。除算部９３２ｖ（９３２ｗ）は、加算部９３１ｖ（９３１ｗ）が出力した加算信号を２で除したオフセット信号を出力するものである。減算部９３３ｖ（９３３ｗ）は、除算部９３２ｖ（９３２ｗ）が出力したオフセット信号を、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）が検出した電流信号から減算して、補正された電流信号を出力するものである。
【００６３】
この構成によると、相毎に電流信号の補正を行なうので、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが互いに離れた位置に配置されても、検出された電流信号の補正を精度良く行なうことができる。
【００６４】
上記実施形態では、インバータ装置３が３相フルブリッジインバータの場合について説明したが、インバータ装置３が単相インバータの場合やハーフブリッジインバータの場合であっても、本発明を適用することができる。また、３相フルブリッジインバータの場合、３相電流が平衡することを考慮すれば、電流センサを１つ省略することも可能である。
【００６５】
上記実施形態では、電流信号検出装置が系統連系インバータシステムのインバータ装置の出力電流やＬＣフィルタの出力電流を検出するために用いられている場合について説明しているが、これに限られない。本発明に係る電流信号検出装置は、各種電気回路、装置およびシステムにおいて、電流信号を検出する場合、特に、検出された電流信号の精度が求められる場合に、用いることができる。
【００６６】
本発明の適用は、電流信号を検出する場合に限られない。例えば、電圧信号を検出する電圧信号検出装置などのように、各種信号を検出する信号検出装置に、本発明を用いることができる。
【００６７】
また、本発明の適用は、検出した電流信号をオフセット信号を用いて補正する場合に限られない。検出した電流信号からオフセット信号を算出するオフセット信号検出回路にも、本発明を用いることができる。
【００６８】
図２に示す電流信号検出装置９において、電流センサ９１，９２ｕ、温度ドリフト補正回路９３の加算部９３１、および除算部９３２は、電流信号のオフセット信号を出力する電流オフセット信号検出回路を構成する。この電流オフセット信号検出回路は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号からオフセット信号を算出することができる。また、電流信号以外の各種信号（例えば、電圧信号など）のオフセット信号を算出するオフセット信号検出回路にも、本発明を用いることができる。
【００６９】
本発明に係るオフセット信号検出回路および信号検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るオフセット信号検出回路および信号検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 直流電源
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ装置
３ インバータ装置
４ ＬＣフィルタ
５ 開閉器
６ 商用電力系統
７ 制御装置
７１ 電流制御回路
７２ ＰＷＭ信号生成回路
７３ 直流成分検出回路
８ 電流信号検出装置
８１ 電流センサ（逆相信号検出手段）
８２ 電流センサ（信号検出手段） ８３ 温度ドリフト補正回路
９ 電流信号検出装置
９１，９１ｕ，９１ｖ，９１ｗ 電流センサ（逆相信号検出手段）
９２，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗ 電流センサ（信号検出手段）
９３ 温度ドリフト補正回路
９３１，９３１ｕ，９３１ｖ，９３１ｗ 加算部（オフセット信号算出手段）
９３２，９３２ｕ，９３２ｖ，９３２ｗ 除算部（オフセット信号算出手段）
９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗ 減算部（補正信号算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度ドリフトにより変化するオフセット値を検出するためのオフセット信号検出回路、および、このオフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を用いて検出信号を補正する信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などの直流電源によって生成される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。例えば、トランスレス方式の系統連系インバータシステムの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置が直流電源からの出力電圧（直流電圧）を商用電力系統の電圧（系統電圧）に合わせるために昇圧し、インバータ装置が昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する。
【０００３】
トランスレス方式や高周波リンク方式の系統連系インバータシステムにおいては、インバータ回路と商用電力系統とが絶縁されていないので、商用電力系統に直流電流成分が流出する可能性がある。流出した直流電流成分は商用電力系統側に設けられた変圧器を直流励磁状態とし、コアの磁束を飽和させる。これにより、変圧器に過電流が流れ、変圧器が焼損する場合がある。これを防ぐために、直流電流成分を検出し、システムを商用電力系統から解列させる機能が設けられている。
【０００４】
図８は、従来のトランスレス方式の系統連系インバータシステムの一例を示すブロック図である。この系統連系インバータシステムＸ１０では、電流信号検出装置１８０により検出されるインバータ装置１３０の出力電流が所定の値となるように、制御装置１７０がフィードバック制御を行なっている。制御装置１７０に設けられている直流成分検出回路１７４は、電流信号検出装置１９０により検出されるＬＣフィルタ１４０の出力電流から直流成分を検出する。制御装置１７０は、インバータ装置１３０の出力電流制御において、直流成分検出回路１７４により検出されるＬＣフィルタ１４０の出力電流の直流成分を抑制するように制御する。また、制御装置１７０は、直流成分が規定値を超えた場合、インバータ装置１３０を停止させ、開閉器１５０をオフにしてシステムを商用電力系統１６０から解列させる。
【０００５】
この規定値は、通常、インバータ装置の定格出力電流の１％が設定される。例えば、定格容量１０ｋＷのインバータ装置１３０を用いて、ＡＣ２００Ｖの系統電圧に連系させる場合、定格出力電流２８．６Ａ（＝１０ｋＷ／（２０２Ｖ・√３））の１％である２８６ｍＡが規定値として設定される。一方、電流信号検出装置１９０の検出電流にはオフセット値が上乗せされている。このオフセット値は温度ドリフト（周囲温度に応じた出力の変化）により変化し、例えば周囲温度が１０℃違うと、１００ｍＡ程度異なってくる場合がある（図６の特性Ｐ参照）。このオフセット値は、直流成分検出回路１７４において直流成分として検出されるので、規定値と比較して無視できない大きさとなる。
【０００６】
例えば、設定時より周囲温度が１０℃高い場合、検出された直流電流が２００ｍＡであっても、本当の直流電流は３００ｍＡを超えている場合がある。この場合、制御装置１７０による解列が行なわれず、規定値以上の直流電流が商用電力系統１６０に流出することになる。
【０００７】
この問題を解決するために、例えば、特許３２９１９０２号公報に記載のサーボ制御装置では、モータが停止する毎に電流センサのオフセット電圧を検出して、この検出されたオフセット電圧により逐次補正を行っている。この方法を系統連系インバータシステムに用いる場合、オフセット値を補正するのは、インバータ装置が停止して商用電力系統から解列されたときとなる。直流電源が太陽電池の場合、日中は日陰にならない限りインバータ装置が停止しない。したがって、その間に周囲温度が変化しても、オフセット値の補正が行なわれない。また、直流電源が燃料電池などの場合、起動・停止に時間がかかるため（数時間程度）、一度起動すると異常が起こらない限り停止しない。したがって、オフセット値の補正がほとんど行なわれないことになる。
【０００８】
システムを停止することなく温度ドリフトによるオフセット値を補正する方法として、特開２００７−７８３７４号公報には、電流センサとは別に温度ドリフト補正用の模擬電流センサが設けられた直流電流計測装置が記載されている。電流センサは、一次側導体を流れる電流計測信号を検出する。模擬電流センサは、一次側導体とは電磁的に非結合とされ、電流センサと周囲温度がほぼ同一となる配置とされている。直流電流計測装置は、電流センサが検出した電流計測信号から模擬電流センサの出力を減算することで、オフセット電圧がキャンセルされた電流計測信号を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許３２９１９０２号公報
【特許文献２】特開２００７−７８３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、模擬電流センサは一次側導体とは電磁的に非結合とされているので、電流センサに流れる電流と模擬電流センサに流れる電流とに違いが生じる。したがって、周囲温度がほぼ同一であっても、センサに流れる電流の違いによりセンサの内部温度に違いが生じる。これにより、両電流センサのオフセット値に差が発生するので、正確なオフセット値の補正をすることができない。
【００１１】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができるオフセット信号検出回路、このオフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を用いて検出信号を補正する信号検出装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
本発明の第１の側面によって提供されるオフセット信号検出回路は、信号線から電流信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段と周囲温度がほぼ同一となるように配置され、前記電流信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段と、前記信号検出手段により検出された電流信号と前記逆相信号検出手段により検出された逆相信号とを加算した信号を出力する加算手段と、前記加算手段より出力される信号を２で除した信号を出力する除算手段とを備えており、前記除算手段より出力される信号をオフセット信号として出力することを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、前記信号検出手段と前記逆相信号検出手段とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両手段の内部温度はほぼ同一である。よって、前記両手段に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。両手段が検出する信号にはほぼ同一のオフセット値が上乗せされており、両信号は互いに逆相となっているので、前記オフセット信号算出手段はオフセット信号のみを抽出することができる。したがって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができる。
【００１５】
本発明の第２の側面によって提供される信号検出装置は、第１の側面によって提供されるオフセット信号検出回路と、前記信号検出手段により検出された電流信号から前記オフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段と、を備えている。
【００１６】
この構成によると、前記信号検出手段により検出された信号から、より正確なオフセット値が減じられる。したがって、前記信号検出手段により検出された信号をより正確なオフセット値で補正して検出することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記信号検出手段は、三相の信号線のうちの第１の信号線から第１の交流信号を検出し、前記逆相信号検出手段は、前記第１の交流信号の逆相信号を検出し、前記三相の信号線のうちの第２の信号線から第２の交流信号を検出し、第３の信号線から第３の交流信号を検出する第２の信号検出手段をさらに備え、前記補正信号算出手段は、さらに、前記第２の交流信号から前記オフセット信号を減じた第２の補正信号、および、前記第３の交流信号から前記オフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記信号検出手段は、三相の信号線から第１ないし第３の交流信号を検出し、前記逆相信号検出手段は、前記第１ないし第３の交流信号のそれぞれの逆相信号を検出し、前記加算手段は、前記第１の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第２の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第３の交流信号とその逆相信号とを加算した信号とを、それぞれ出力し、前記除算手段は、前記加算手段が算出した３つの信号をそれぞれ２で除した信号を、それぞれ第１ないし第３のオフセット信号として出力し、前記補正信号算出手段は、前記第１の交流信号から前記第１のオフセット信号を減じた第１の補正信号を算出し、前記第２の交流信号から前記第２のオフセット信号を減じた第２の補正信号を算出し、前記第３の交流信号から前記第３のオフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を説明するためのブロック図である。
【図３】温度ドリフト補正回路における電流信号の補正について説明するための図である。
【図４】温度ドリフト補正回路が電流信号に重畳された直流成分の影響を受けないことを説明するための図である。
【図５】電流信号検出装置を用いて検出された電流信号の検証結果である。
【図６】従来の電流信号検出装置および本実施形態に係る電流信号検出装置の各温度における電流実測値の関係を説明するための図である。
【図７】本発明に係る電流信号検出装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。
【図８】従来の電流信号検出装置を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る電流信号検出装置の第１実施形態を備えた系統連系インバータシステムの一例を説明するためのブロック図である。
【００２３】
系統連系インバータシステムＸ１は基本構成として、直流電力を供給する直流電源１、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２、インバータ装置３、ＬＣフィルタ４、開閉器５、商用電力系統６、制御装置７、電流信号検出装置８，９を備えている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２の昇圧動作を制御する制御装置は省略している。
【００２４】
直流電源１、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２、インバータ装置３、ＬＣフィルタ４、開閉器５および商用電力系統６は、この順で直列に接続されている。インバータ装置３には制御装置７が接続されている。系統連系インバータシステムＸ１は、直流電源１により出力された直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ装置２で所定の電圧に昇圧した後、そのＤＣ／ＤＣコンバータ装置２から出力される直流電力をインバータ装置３で交流電力に変換し、ＬＣフィルタ４でスイッチングノイズを除去して商用電力系統６に供給する構成となっている。
【００２５】
直流電源１は、直流電力を生成するものであり、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を備えている。直流電源１は、生成した直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ装置２に出力する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２は、直流電源１からの出力電圧を昇圧するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２は、図示しない制御装置からのＰＷＭ信号によって図示しないスイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、図示しないインダクタおよびコンデンサへの電力の蓄積と放出を交互に繰り返して昇圧を行なう。
【００２７】
インバータ装置３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置２から出力される直流電力を交流電力に変換するものである。インバータ装置３は、制御装置７からのＰＷＭ信号によって図示しないスイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、入力される直流電力を交流電力に変換する。
【００２８】
ＬＣフィルタ４は、図示しないリアクトルおよびキャパシタを備えたローパスフィルタであり、インバータ装置３から出力される交流電圧に含まれるスイッチングノイズを除去するものである。ＬＣフィルタ４は、スイッチングノイズが除去された正弦波状の交流電圧を商用電力系統６に出力する。
【００２９】
開閉器５は、系統連系インバータシステムＸ１が生成した電力を商用電力系統６に供給する場合に両者を接続し、電力の供給を停止する場合に両者を切り離すものである。開閉器５は、制御装置７から解列信号を入力されたときに、系統連系インバータシステムＸ１を商用電力系統６から切り離す。
【００３０】
制御装置７は、インバータ装置３の電力変換動作を制御するものである。制御装置７は、電流信号検出装置８から入力されるインバータ装置３の出力電流信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を入力することでインバータ装置３のスイッチングを制御して電力変換動作を制御する。すなわち、制御装置７は、インバータ装置３の出力電流をフィードバック制御する。また、制御装置７は、電流信号検出装置９から入力される電流信号に基づいて、解列信号を開閉器５に出力する。制御装置７は、電流制御回路７１、ＰＷＭ信号生成回路７２、直流成分検出回路７３を備えている。
【００３１】
電流制御回路７１は、電流信号検出装置８から入力されるインバータ装置３の出力電流信号と予め設定されている目標電流信号との差分を算出し、直流成分検出回路７３から入力される直流成分検出信号を差分して、指令値信号としてＰＷＭ信号生成回路７２に出力する。
【００３２】
ＰＷＭ信号生成回路７２は、電流制御回路７１から入力される指令値信号と予め設定されているキャリア信号との差分を算出し、デッドタイムを付加したパルス信号を生成する。ＰＷＭ信号生成回路７２は、このパルス信号をＰＷＭ信号として、インバータ装置３に入力する。インバータ装置３は、入力されたＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行う。これにより、インバータ装置３の出力電流がフィードバック制御される。また、ＰＷＭ信号生成回路７２は、直流成分検出回路７３からゲートブロック信号が入力されたときに、ＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００３３】
直流成分検出回路７３は、電流信号検出装置９より入力されるＬＣフィルタ４の出力電流信号から直流電流成分を検出し、直流成分検出信号として電流制御回路７１に入力する。また、直流成分検出回路７３は、検出された直流電流成分が規定値を超えた場合、系統連系インバータＸ１を停止させて、商用電力系統６から解列させる。具体的には、ＰＷＭ信号生成回路７２にゲートブロック信号を出力して、ＰＷＭ信号の出力を停止させることで、インバータ装置３を停止させる。また、開閉器５に解列信号を出力して、系統連系インバータシステムＸ１を商用電力系統６から解列させる。なお、本実施形態では、定格容量１０ｋＷのインバータ装置３を用いてＡＣ２００Ｖの系統電圧に連系させるので、定格出力電流２８．６Ａ（＝１０ｋＷ／（２０２Ｖ・√３））の１％である２８６ｍＡが規定値として設定されている。
【００３４】
電流信号検出装置９は、ＬＣフィルタ４の出力電流を検出するものであり、検出された出力電流信号に温度ドリフトによるオフセット値の補正を行なって、制御装置７に出力する。図１では簡略化のため省略しているが、本実施形態のインバータ装置３は３相フルブリッジインバータなので、インバータ装置３から商用電力系統６までＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の信号線があり、それぞれの電流信号が検出される。電流信号検出装置９の詳細な構成を、図２を参照して説明する。
【００３５】
図２は、系統連系インバータシステムＸ１の電流信号検出装置９を説明するためのブロック図である。
【００３６】
同図に示すように、電流信号検出装置９は電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗ、温度ドリフト補正回路９３を備えている。電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗは、それぞれＬＣフィルタ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電流を検出するセンサである。直流成分も合わせて検出する必要があるので、例えば、直流変流器（ＤＣＣＴ）やホール電流検出器（ＨＣＴ）などが用いられる。電流センサ９１は、ＬＣフィルタ４のＵ相の出力電流の逆相成分を検出するセンサであり、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗと同じセンサが用いられる。各電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗは、周囲温度が同じとなる状態で使用するために、できるだけ近付けて配置する必要がある。
【００３７】
温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号と電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とから温度ドリフトによるオフセット信号を抽出し、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗがそれぞれ検出した電流信号をこのオフセット信号を用いて補正する。
【００３８】
温度ドリフト補正回路９３は、同図に示すように、加算部９３１、除算部９３２、減算部９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗを備えている。加算部９３１は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号と電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とを加算して、加算信号として出力するものである。除算部９３２は、加算部９３１が出力した加算信号を２で除して、オフセット信号として出力するものである。減算部９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗは、除算部９３２が出力したオフセット信号を、それぞれ電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号から減算して、補正された電流信号を出力するものである。
【００３９】
電流信号検出装置８は、インバータ装置３の出力電流を検出するものであり、検出された出力電流信号に温度ドリフトによるオフセット値の補正を行なって、制御装置７に出力する。電流信号検出装置８の構成および機能は、電流信号検出装置９と同様であり、インバータ装置３の出力電流を検出する電流センサ８２、インバータ装置３の出力電流の逆相成分を検出する電流センサ８１、および電流センサ８２が検出した電流信号を補正する温度ドリフト補正回路８３を備えている。
【００４０】
次に、電流信号検出装置９の作用について、図３および図４を参照して説明する。電流信号検出装置８の作用も同様である。
【００４１】
図３は、温度ドリフト補正回路９３において、電流センサ９２ｕが検出した電流信号が、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号を用いて補正されることを説明するための図である。
【００４２】
同図（ａ）に示すＡは電流センサ９２ｕが検出した電流信号Ａを示し、Ｂは電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号Ｂを示している。電流センサ９２ｕと電流センサ９１とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両電流センサ９２ｕ，９１の内部温度はほぼ同一である。よって、両電流センサ９２ｕ，９１に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。したがって、電流信号Ａ，Ｂは、同じオフセット値の分、マイナス側（同図（ａ）において下側）にずれて検出されている。また、電流信号Ａ，Ｂは互いに逆相となっているので、電流信号Ａの波形と電流信号Ｂの波形とは温度ドリフトによるオフセット値を示す破線直線Ｃに対して対称となっている。
【００４３】
式で表すと、電流信号Ａは、Ａ＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−αで表すことができる。ここで、Ｖは最大電流値、−αは温度ドリフトによるオフセット値に相当する電流値である。このとき、電流信号Ｂは、電流信号Ａの逆相成分であり、同じオフセット値が上乗せされているので、Ｂ＝−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−αで表される。
【００４４】
同図（ｂ）に示すＤは、電流信号Ａと電流信号Ｂとを加算した加算信号Ｄを示している。加算信号Ｄは、加算部９３１が算出して出力する。電流信号Ａの波形と電流信号Ｂの波形とは破線直線Ｃに対して対称となっているので、両者を加算した加算信号Ｄの波形は、温度ドリフトによるオフセット値を２倍した値を示す直線となっている。式で表すと、加算信号Ｄは、Ｄ＝Ａ＋Ｂ＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）＋（−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）＝−２αで表される。
【００４５】
同図（ｃ）に示すＥは、加算信号Ｄを２で除したオフセット信号Ｅを示している。オフセット信号Ｅは、除算部９３２が算出して出力する。加算信号Ｄの波形は温度ドリフトによるオフセット値を２倍した値を示しているので、これを２で除したオフセット信号Ｅの波形は、温度ドリフトによるオフセット値を示す直線となっている。式で表すと、オフセット信号Ｅは、Ｅ＝Ｄ／２＝−αで表される。
【００４６】
同図（ｄ）に示すＦは、電流信号Ａからオフセット信号Ｅを減算した補正電流信号Ｆを示している。補正電流信号Ｆは、減算部９３３ｕが算出して出力する。電流信号Ａの波形からオフセット信号Ｅの波形を減算した補正電流信号Ｆの波形は、電流信号Ａの波形を温度ドリフトによるオフセット値で補正した波形を示す。式で表すと、補正電流信号Ｆは、Ｆ＝Ａ−Ｅ＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−α）−（−α）＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）で表される。
【００４７】
同様に、除算部９３２が出力するオフセット信号Ｅを減算することで、電流センサ９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号がオフセット値で補正され、減算部９３３ｖおよび９３３ｗはそれぞれ補正された電流信号を出力する。
【００４８】
このように、温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号を補正して出力する。補正の精度を良くするためには、同じロットで製造された電流センサを各電流センサ９１，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗとして用いる必要がある。
【００４９】
温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号に直流成分が重畳していても、オフセット値のみを補正するものである。図４は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号に直流成分が重畳している場合でも、温度ドリフト補正回路９３がこの直流成分の影響を受けないことを説明するための図である。なお、説明の簡略化のために、オフセット値はゼロとして考える。
【００５０】
同図（ａ）に示すＡは電流センサ９２ｕが検出した電流信号Ａを示している。電流信号Ａには直流成分が重畳されており、破線直線Ｃ’はこの直流成分を示している。Ｂ’は、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号Ｂ’を示している。電流信号Ｂ’には、破線直線Ｃ’に示す直流成分の逆相成分が重畳されている。したがって、電流信号Ａの波形と電流信号Ｂ’の波形とは、電流値がゼロとなるＸ軸（同図（ａ）における横軸）に対して対称となっている。式で表すと、電流信号Ａは、Ａ＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−βで表すことができる。ここで、Ｖは最大電流値、−βは直流成分に相当する電流値である。このとき、電流信号Ｂ’は、同じ直流成分が重畳されている電流信号Ａの逆相成分なので、Ｂ’＝−Ａ＝−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）＋βで表される。
【００５１】
同図（ｂ）に示すＤ’は、電流信号Ａと電流信号Ｂ’とを加算した加算信号Ｄ’を示している。電流信号Ａの波形と電流信号Ｂ’の波形とはＸ軸に対して対称となっているので、両者を加算した加算信号Ｄ’の波形は、Ｘ軸と一致する直線となっている。式で表すと、加算信号Ｄ’は、Ｄ’＝Ａ＋Ｂ’＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β）＋（−Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）＋β）＝０で表される。
【００５２】
同図（ｃ）に示すＥ’は、加算信号Ｄ’を２で除したオフセット信号Ｅ’を示している。加算信号Ｄ’の波形はＸ軸と一致する直線なので、これを２で除したオフセット信号Ｅ’の波形もＸ軸と一致する直線となっている。すなわち、電流信号Ａに重畳されている直流成分は、オフセット信号Ｅ’に表れない。式で表すと、オフセット信号Ｅ’は、Ｅ’＝Ｄ’／２＝０で表される。
【００５３】
同図（ｄ）に示すＦ’は、電流信号Ａからオフセット信号Ｅ’を減算した補正電流信号Ｆ’を示している。オフセット信号Ｅ’はゼロなので、補正電流信号Ｆ’は電流信号Ａと同じであり、補正電流信号Ｆ’の波形は電流信号Ａの波形と同じである。式で表すと、補正電流信号Ｆ’は、Ｆ’＝Ａ−Ｅ’＝（Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β）−０＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）−β＝Ａで表される。このように、電流信号Ａに重畳されている直流成分は、補正に影響を与えることなく、補正電流信号Ｆ’にも重畳されたままである。すなわち、温度ドリフト補正回路９３は、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号に直流成分が重畳されていても、この直流成分を残して、オフセット値のみを補正する。
【００５４】
本実施形態においては、電流センサ９２ｕと電流センサ９１とは周囲温度がほぼ同一となるように配置され、同じ信号線を流れる信号を検出しているので、両電流センサ９２ｕ，９１の内部温度はほぼ同一である。よって、両電流センサ９２ｕ，９１に生じる温度ドリフトによるオフセット値はほぼ同一となる。両電流センサ９２ｕ，９１が検出する信号にはほぼ同一のオフセット値が上乗せされており、両信号は互いに逆相となっているので、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、オフセット信号のみを抽出することができる。したがって、温度ドリフトにより変化するオフセット値をより正確に検出することができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、電流センサ９２ｕが検出した電流信号を、このオフセット信号を用いてより正確に補正して、出力することができる。また、本実施形態においては、電流センサ９２ｖ，９２ｗも電流センサ９１，９２ｕと周囲温度がほぼ同一となるように配置されているので、電流センサ９２ｖ，９２ｗが検出した電流信号も、このオフセット信号を用いてより正確に補正して、出力することができる。
【００５６】
図５は、電流信号検出装置９を用いて検出された電流信号の検証結果である。図５において、Ａは電流センサ９２ｕが検出したＬＣフィルタ４のＵ相の出力電流の電流信号Ａの波形であり、Ｆは電流信号検出装置９が出力するＵ相の補正電流信号Ｆの波形である。電流信号Ａは、直流成分が重畳していない交流電流信号である。同図に示すように、補正電流信号Ｆの波形は、電流信号Ａの波形からオフセット値が補正された波形となっている。
【００５７】
図６は、従来の電流信号検出装置１８０（図８参照）および本実施形態に係る電流信号検出装置８（図１参照）の各温度における電流実測値の関係を説明するための図である。同図において、横軸は周囲温度であり、縦軸は周囲温度が３０℃のときの電流実測値を０ｍＡとしたときの相対値である。
【００５８】
特性Ｐは従来の電流信号検出装置１８０が検出した電流値の相対値と周囲温度を示す点を結んだものであり、特性Ｑは本実施形態に係る電流信号検出装置８が検出した電流値の相対値と周囲温度を示す点を結んだものである。同図に示すように、特性Ｐは周囲温度により変化しているが、特性Ｑは周囲温度にかかわらず、ほぼ一定の値となっている。これは、電流信号検出装置８が温度ドリフトによるオフセット値を適切に補正していることを示している。
【００５９】
上記実施形態では、電流センサ９１が検出した出力電流の逆相成分の電流信号を用いて、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗがそれぞれ検出した電流信号を補正しているが、これに限られない。電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが互いに離れた位置に配置されるなどして、それぞれの周囲温度が同じにならない場合や、検出した電流信号の補正をより精度良くしたい場合は、電流センサ毎に逆相成分の電流信号を検出する電流センサを設けて補正するようにしてもよい。
【００６０】
図７は、本発明に係る電流信号検出装置の第２実施形態を説明するためのブロック図である。なお、同図において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００６１】
電流信号検出装置９’は、相毎に逆相成分の電流信号を検出する電流センサが設けられている点、および各相の電流信号の補正を相毎に独立して行なう点において電流信号検出装置９と異なる。具体的には、図７において、電流センサ９１ｖおよび９１ｗが追加され、温度ドリフト補正回路９３’の加算器９３１ｖ，９３１ｗおよび除算器９３２ｖ，９３２ｗが追加されている点が異なる。電流センサ９１ｕ、加算器９３１ｕ、および除算器９３２ｕは、それぞれ図２における電流センサ９１、加算器９３１、および除算器９３２と同じもので、符号のみ変更しただけである。
【００６２】
電流センサ９１ｖ（９１ｗ）は、ＬＣフィルタ４のＶ相（Ｗ相）の出力電流の逆相成分を検出するセンサであり、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）と同じセンサが用いられ、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）のできるだけ直近に配置される。加算部９３１ｖ（９３１ｗ）は、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）が検出した電流信号と電流センサ９１ｖ（９１ｗ）が検出した出力電流の逆相成分の電流信号とを加算した加算信号を出力するものである。除算部９３２ｖ（９３２ｗ）は、加算部９３１ｖ（９３１ｗ）が出力した加算信号を２で除したオフセット信号を出力するものである。減算部９３３ｖ（９３３ｗ）は、除算部９３２ｖ（９３２ｗ）が出力したオフセット信号を、電流センサ９２ｖ（９２ｗ）が検出した電流信号から減算して、補正された電流信号を出力するものである。
【００６３】
この構成によると、相毎に電流信号の補正を行なうので、電流センサ９２ｕ，９２ｖ，９２ｗが互いに離れた位置に配置されても、検出された電流信号の補正を精度良く行なうことができる。
【００６４】
上記実施形態では、インバータ装置３が３相フルブリッジインバータの場合について説明したが、インバータ装置３が単相インバータの場合やハーフブリッジインバータの場合であっても、本発明を適用することができる。また、３相フルブリッジインバータの場合、３相電流が平衡することを考慮すれば、電流センサを１つ省略することも可能である。
【００６５】
上記実施形態では、電流信号検出装置が系統連系インバータシステムのインバータ装置の出力電流やＬＣフィルタの出力電流を検出するために用いられている場合について説明しているが、これに限られない。本発明に係る電流信号検出装置は、各種電気回路、装置およびシステムにおいて、電流信号を検出する場合、特に、検出された電流信号の精度が求められる場合に、用いることができる。
【００６６】
本発明の適用は、電流信号を検出する場合に限られない。例えば、電圧信号を検出する電圧信号検出装置などのように、各種信号を検出する信号検出装置に、本発明を用いることができる。
【００６７】
また、本発明の適用は、検出した電流信号をオフセット信号を用いて補正する場合に限られない。検出した電流信号からオフセット信号を算出するオフセット信号検出回路にも、本発明を用いることができる。
【００６８】
図２に示す電流信号検出装置９において、電流センサ９１，９２ｕ、温度ドリフト補正回路９３の加算部９３１、および除算部９３２は、電流信号のオフセット信号を出力する電流オフセット信号検出回路を構成する。この電流オフセット信号検出回路は、電流センサ９２ｕが検出した電流信号からオフセット信号を算出することができる。また、電流信号以外の各種信号（例えば、電圧信号など）のオフセット信号を算出するオフセット信号検出回路にも、本発明を用いることができる。
【００６９】
本発明に係るオフセット信号検出回路および信号検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るオフセット信号検出回路および信号検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 直流電源
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ装置
３ インバータ装置
４ ＬＣフィルタ
５ 開閉器
６ 商用電力系統
７ 制御装置
７１ 電流制御回路
７２ ＰＷＭ信号生成回路
７３ 直流成分検出回路
８ 電流信号検出装置
８１ 電流センサ（逆相信号検出手段）
８２ 電流センサ（信号検出手段） ８３ 温度ドリフト補正回路
９ 電流信号検出装置
９１，９１ｕ，９１ｖ，９１ｗ 電流センサ（逆相信号検出手段）
９２，９２ｕ，９２ｖ，９２ｗ 電流センサ（信号検出手段）
９３ 温度ドリフト補正回路
９３１，９３１ｕ，９３１ｖ，９３１ｗ 加算部（オフセット信号算出手段）
９３２，９３２ｕ，９３２ｖ，９３２ｗ 除算部（オフセット信号算出手段）
９３３ｕ，９３３ｖ，９３３ｗ 減算部（補正信号算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号線から電流信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段と周囲温度がほぼ同一となるように配置され、前記電流信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段と、
前記信号検出手段により検出された電流信号と前記逆相信号検出手段により検出された逆相信号とを加算した信号を出力する加算手段と、
前記加算手段より出力される信号を２で除した信号を出力する除算手段と、
を備えており、
前記除算手段より出力される信号をオフセット信号として出力する、
ことを特徴とするオフセット信号検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載のオフセット信号検出回路と、
前記信号検出手段により検出された電流信号から前記オフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段と、
を備えている信号検出装置。
【請求項３】
前記信号検出手段は、三相の信号線のうちの第１の信号線から第１の交流信号を検出し、
前記逆相信号検出手段は、前記第１の交流信号の逆相信号を検出し、
前記三相の信号線のうちの第２の信号線から第２の交流信号を検出し、第３の信号線から第３の交流信号を検出する第２の信号検出手段をさらに備え、
前記補正信号算出手段は、さらに、前記第２の交流信号から前記オフセット信号を減じた第２の補正信号、および、前記第３の交流信号から前記オフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する、
請求項２に記載の信号検出装置。
【請求項４】
前記信号検出手段は、三相の信号線から第１ないし第３の交流信号を検出し、
前記逆相信号検出手段は、前記第１ないし第３の交流信号のそれぞれの逆相信号を検出し、
前記加算手段は、前記第１の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第２の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第３の交流信号とその逆相信号とを加算した信号とを、それぞれ出力し、
前記除算手段は、前記加算手段が算出した３つの信号をそれぞれ２で除した信号を、それぞれ第１ないし第３のオフセット信号として出力し、
前記補正信号算出手段は、前記第１の交流信号から前記第１のオフセット信号を減じた第１の補正信号を算出し、前記第２の交流信号から前記第２のオフセット信号を減じた第２の補正信号を算出し、前記第３の交流信号から前記第３のオフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する、
請求項２に記載の信号検出装置。
【請求項１】
信号線から電流信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段と周囲温度がほぼ同一となるように配置され、前記電流信号の逆相信号を検出する逆相信号検出手段と、
前記信号検出手段により検出された電流信号と前記逆相信号検出手段により検出された逆相信号とを加算した信号を出力する加算手段と、
前記加算手段より出力される信号を２で除した信号を出力する除算手段と、
を備えており、
前記除算手段より出力される信号をオフセット信号として出力する、
ことを特徴とするオフセット信号検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載のオフセット信号検出回路と、
前記信号検出手段により検出された電流信号から前記オフセット信号検出回路により検出されたオフセット信号を減じた補正信号を算出する補正信号算出手段と、
を備えている信号検出装置。
【請求項３】
前記信号検出手段は、三相の信号線のうちの第１の信号線から第１の交流信号を検出し、
前記逆相信号検出手段は、前記第１の交流信号の逆相信号を検出し、
前記三相の信号線のうちの第２の信号線から第２の交流信号を検出し、第３の信号線から第３の交流信号を検出する第２の信号検出手段をさらに備え、
前記補正信号算出手段は、さらに、前記第２の交流信号から前記オフセット信号を減じた第２の補正信号、および、前記第３の交流信号から前記オフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する、
請求項２に記載の信号検出装置。
【請求項４】
前記信号検出手段は、三相の信号線から第１ないし第３の交流信号を検出し、
前記逆相信号検出手段は、前記第１ないし第３の交流信号のそれぞれの逆相信号を検出し、
前記加算手段は、前記第１の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第２の交流信号とその逆相信号とを加算した信号と、前記第３の交流信号とその逆相信号とを加算した信号とを、それぞれ出力し、
前記除算手段は、前記加算手段が算出した３つの信号をそれぞれ２で除した信号を、それぞれ第１ないし第３のオフセット信号として出力し、
前記補正信号算出手段は、前記第１の交流信号から前記第１のオフセット信号を減じた第１の補正信号を算出し、前記第２の交流信号から前記第２のオフセット信号を減じた第２の補正信号を算出し、前記第３の交流信号から前記第３のオフセット信号を減じた第３の補正信号を算出する、
請求項２に記載の信号検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４７６８２（Ｐ２０１３−４７６８２Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１９００６（Ｐ２０１２−２１９００６）
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【分割の表示】特願２００８−９６０７０（Ｐ２００８−９６０７０）の分割
【原出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【分割の表示】特願２００８−９６０７０（Ｐ２００８−９６０７０）の分割
【原出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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