CN102298084A - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的电流传感器，设有磁芯(1)、霍尔元件(2)、放大电路(5)、绕线(3)、高频振荡器(4)、滤波器(7)以及控制电路(8)，其中，磁芯(1)用于使由被测电流产生的磁通通过，霍尔元件(2)检测导通于磁芯(1)中的磁通并输出与检测出的磁通相对应的电信号，放大电路(5)将由霍尔元件(2)输出的电信号放大，绕线(3)卷绕于磁芯(1)上，高频振荡器(4)对绕线(3)附加高频信号，滤波器(7)从放大电路(5)的输出信号中提取与高频信号的频率相同的频率成分，控制电路(8)根据由滤波器(7)提取的电信号来控制放大电路(5)的放大率，以使该频率成分的振幅成为规定的固定值。

Description

电流传感器
技术领域
本发明涉及电流传感器。
背景技术
在开环式电流传感器(Open-loop type current sensor)中，设有成为由被测电流产生的环形磁通(circular flux)的磁路的磁芯，并在该磁芯的开口处配置有霍尔元件。从该霍尔元件输出的电信号的电平，根据由被测电流产生的环形磁通的强度而变化。因此，利用放大电路将从该霍尔元件输出的电信号放大，并作为被测电流的电流值而输出(例如参照日本公开公报、特开2001-141757号)。
发明内容
在这样的电流传感器中，由于霍尔元件的特性、磁芯的特性、霍尔元件的配置位置等的偏差，而在检测出的电流值中产生误差。因此，通过在制造电流传感器时调整电路常数(放大电路内的电阻元件的电阻值等)，而对每个电流传感器修正放大电路的放大率，从而减少这样的误差。
另外，由于霍尔元件的特性根据环境温度的变化而动态地变化，因此，在日本公开公报特开2001-141757号记载的电流传感器中，在放大电路的下一级(Next stage)中设有进行检测电流值的温度补偿的电路。但是，之所以为了减少检测误差而要求进行修正，不仅是因为温度变化，还存在上述的偏差等的各种因素。因此，在上述电流传感器中，若设有用于对多个因素分别进行修正的电路的话，则电流传感器的电路规模变大，或者需要进行电路常数的调整作业。
本发明是鉴于上述问题而形成的，其目的在于，得到一种自动地进行针对各种误差因素的修正的电流传感器。
为了解决上述课题，在本发明中形成为如下那样。
本发明涉及的电流传感器，设有磁芯、磁通检测部、放大电路、绕线、高频振荡器、第一滤波器以及控制电路，其中，磁芯用于使由被测电流产生的磁通通过，磁通检测部检测导通于磁芯中的磁通并输出与检测出的磁通相对应的电信号，放大电路将由磁通检测部输出的电信号放大，绕线卷绕于磁芯上，高频振荡器对绕线附加高频信号，第一滤波器从放大电路的输出信号中提取与高频信号的频率相同的频率成分，控制电路根据由第一滤波器提取的电信号来控制放大电路的放大率，以使该频率成分的振幅成为规定的固定值。
通过这样，由于有关与被测电流分开附加的高频信号的检测值，也因各种误差因素而包含有误差，且为了消除该误差而调整放大电路的放大率，因此，有关被测电流的误差同时也被减少。因此，在该电流传感器中，自动地进行针对各种误差因素的修正。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的基础上形成为如下那样。该情况下，电流传感器还设有第二滤波器，该第二滤波器从放大电路的输出信号中将与高频信号的频率相同的频率成分截断。
通过这样，由于在来自该电流传感器的输出信号中不包含起因于高频信号的成分，因此，后级电路(Subsequent stage circuit)不再需要使起因于高频信号的成分和起因于被测电流的成分分离。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，控制电路设有整流电路、比较电路以及电子元件，其中，整流电路将由第一滤波器提取的频率成分的电信号进行整流，比较电路将对应于整流电路的输出电压与规定的基准电压的差的控制信号进行输出，电子元件根据该控制信号而改变放大电路的放大率。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，电子元件为晶体管，根据控制信号的电压来改变晶体管的集电极-发射极之间的电阻值，从而改变放大电路的放大率。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，磁芯为铁氧体磁芯。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，第一滤波器为高通滤波器，高通滤波器的截止频率为被测电流的最大频率与高频信号的频率之间的频率。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，第二滤波器为低通滤波器。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，高频信号的频率为被测电流的最大频率的10倍以上的频率。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，磁通检测部为霍尔元件。
另外，本发明涉及的电流传感器，也可以在上述电流传感器的任意一种的基础上形成为如下那样。该情况下，磁通检测部为线圈。
采用本发明的话，能够得到自动地进行针对各种误差因素的修正的电流传感器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的电流传感器的构成的电路图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的实施方式涉及的电流传感器的构成的电路图。
在图1中，磁芯1是成为由被测电流I产生的环形磁通(circular flux)的磁路的磁芯。磁芯1使用铁氧体磁芯、电磁钢板磁芯等。另外，在该实施方式中，磁芯1为C形磁芯，并在磁芯1的开口处配置有霍尔元件2。霍尔元件2检测导通于磁芯1中的磁通，并输出与检测出的磁通相对应的电信号。
进而，在磁芯1上卷绕有绕线3。绕线3被卷绕于通过霍尔元件2(也就是磁通检测位置)的闭合磁路上的任意位置上。另外，如图1所示，以由导通于绕线3中的电流产生的磁通导通的闭合磁路、与由被测电流I产生的环形磁通导通的闭合磁路一致为佳。
高频振荡器4产生高频信号并附加于绕线3中。为了能够将霍尔元件2的输出功率按照频率分离为有关高频信号的成分和有关被测电流I的成分，高频信号的频率被设定为被测电流I的最大频率的10倍左右或10倍以上。在被测电流I为直流或约10千赫以下的交流时，高频信号的频率被设定为例如200千赫。
放大电路5是将由霍尔元件2输出的电信号放大的电路。在该实施方式中，放大电路5是差动放大电路。
在该实施方式中，放大电路5设有运算放大器11，霍尔元件2的正侧输出端经由电阻Ra而被连接于运算放大器11的正侧输入端上，霍尔元件2的负侧输出端经由电阻Rb而被连接于运算放大器11的负侧输入端上。运算放大器11的正侧输入端，通过电源Vcc和地线之间的电阻Rc、Rd的串联电路而被偏置。另外，电阻R1、R2的串联电路的一端连接于运算放大器11的负侧输入端上，电阻R1、R2的串联电路的另一端连接于地线。另外，电阻R3的一端连接于电阻R1与电阻R2的连接点上，电阻R3的另一端连接于运算放大器11的输出端上。
在电阻R2上并联有晶体管Q的集电极-发射极。因此，通过改变晶体管Q的集电极-发射极之间的电阻值，而改变放大电路5的放大率。
滤波器6，是从放大电路5的输出信号中将与高频信号的频率相同的频率成分截断的电路。在该实施方式中，滤波器6是由电阻R4和电容器C1构成的低通滤波器。放大电路5的输出信号中的有关被测电流I的频率成分，通过滤波器6并被附加于输出端上，而有关高频信号的频率成分未通过滤波器6，未被附加于输出端上。也就是说，滤波器6的截止频率被设定在被测电流I的最大检测频率与高频信号的频率之间。
滤波器7，是从放大电路5的输出信号中提取与高频信号的频率相同的频率成分的电路。在该实施方式中，滤波器7是由电容器C2和电阻R5构成的高通滤波器。放大电路5的输出信号中的有关高频信号的频率成分，通过滤波器7并被附加于控制电路8，而有关被测电流I的频率成分来通过滤波器7，未被附加于控制电路8。也就是说，滤波器7的截止频率被设定在被测电流I的最大检测频率与高频信号的频率之间。
控制电路8，是根据由滤波器7提取的电信号来控制放大电路5的放大率，以使该频率成分的振幅成为规定的固定值的电路。
在该实施方式中，控制电路8设有电源21、整流电路22、比较电路23以及晶体管Q，其中，电源21产生基准电压Vref，整流电路22将由滤波器7提取的频率成分的电信号进行整流，比较电路23将对应于整流电路22的输出电压与基准电压Vref的差的控制信号进行输出，晶体管Q根据该控制信号改变放大电路5的放大率。
整流电路22设有二极管D和电容器C3，并将滤波器7的输出功率整流平滑。比较电路23设有运算放大器31以及电阻R6、R7，并将在整流电路22的输出电压与基准电压Vref的差上乘以电阻R6与电阻R7的电阻值的比所得的电压的控制信号进行输出。该控制信号被附加于晶体管Q的发射极-基极之间。因此，由于晶体管Q的集电极-发射极之间的电阻值根据控制信号的电压而变化，因此，放大电路5的放大率发生变化。
接下来，对上述电流传感器的动作进行说明。
若通过高频振荡器4对绕线3附加高频信号的话，则由该高频信号产生的磁通导通于磁芯1和霍尔元件2中。在被测电流I不为零时，由被测电流I产生的磁通也导通于磁芯1和霍尔元件2中。然后，霍尔元件2产生与导通的磁通的磁通密度相对应的输出电压。因此，在被测电流I不为零时，输出电压中包含有有关高频信号的频率成分和有关被测电流I的频率成分。
放大电路5将该霍尔元件2的输出电压(正侧输出电压+Vh与负侧输出电压-Vh的差)放大。放大电路5的输出电压被附加于滤波器6和滤波器7中。
由于有关高频信号的频率成分被滤波器6截断，因此，若被测电流I不为零的话，则放大电路5的输出电压中的有关被测电流I的频率成分通过滤波器6，并作为电流传感器的输出电压Vout而被附加于输出端上。
另一方面，放大电路5的输出电压中的有关被测电流I的频率成分被滤波器7截断，而有关高频信号的频率成分通过滤波器7，并被附加于控制电路8中。
在控制电路8中，利用整流电路22对该有关高频信号的频率成分进行整流平滑，利用比较电路23对整流电路22的输出电压(直流电压)和基准电压Vref进行比较，并控制晶体管Q以使两者的差接近于规定值。
也就是说，由于若从整流电路22的输出电压中减去基准电压Vref所得的值大于规定值的话，则控制信号的电压减小，晶体管Q的集电极-发射极之间的电阻增加，因此，放大电路5的放大率减小。反之，由于若从测量直流电压中减去基准电压Vref所得的值小于规定值的话，则控制信号的电压增加，晶体管Q的集电极-发射极之间的电阻减小，因此，放大电路5的放大率增加。
因此，经常控制放大电路5的放大率，以使仅对有关高频信号的频率成分进行整流平滑而得到的直流电压成为规定的固定值。
如上所述，上述实施方式涉及的电流传感器，设有磁芯1、霍尔元件2、放大电路5、绕线3、高频振荡器4、滤波器7以及控制电路8，其中，磁芯1用于使由被测电流I产生的磁通通过，霍尔元件2检测导通于磁芯1中的磁通，并输出与检测出的磁通相对应的电信号，放大电路5将由霍尔元件2输出的电信号放大，绕线3卷绕于磁芯1上，高频振荡器4对绕线3附加高频信号，滤波器7从放大电路5的输出信号中提取与高频信号的频率相同的频率成分，控制电路8根据由滤波器7提取的电信号而控制放大电路5的放大率，以使该频率成分的振幅成为规定的固定值。
通过这样，由于有关与被测电流I分开附加的高频信号的检测值，也因各种误差因素而包含有误差，且为了消除该误差而调整放大电路5的放大率，因此，有关被测电流I的误差同时也被减少。因此，在该电流传感器中，自动地进行针对制造时的误差、由环境变化、经时变化引起的误差等的各种误差因素的修正。尤其在磁芯1为铁氧体磁芯时，若被测电流I大的话，则在磁芯1中产生的磁饱和也成为误差因素，但是，这样的由磁饱和引起的误差也能够自动地进行修正。
另外，在上述实施方式中，滤波器6从放大电路5的输出信号中将与高频信号的频率相同的频率成分截断。通过这样，由于在来自该电流传感器的输出信号中不包含起因于高频信号的成分，因此，电流传感器的后级电路，不再需要使起因于高频信号的成分和起因于被测电流I的成分分离。
另外，上述实施方式是本发明的适宜的例子，但是，本发明并不限于此，在不脱离本发明要旨的范围内能够进行各种变形、变更。
例如，在上述实施方式中，也可以将磁芯1形成为环状磁芯，并取代霍尔元件2而使用线圈。
另外，在上述实施方式中，也可以在放大率固定的放大电路的输出级(Output stage)中设置分压电路，并利用晶体管Q调整分配比。该情况下，也对放大电路的放大率进行调整。
另外，在上述实施方式中，作为晶体管Q，除了双极型之外还可以使用场效应晶体管(FET)。
工业上的利用可能性
本发明能够适用于例如绝缘型的电流传感器。

Claims (10)

1.一种电流传感器，设有用于使由被测电流产生的磁通通过的磁芯、检测导通于所述磁芯中的磁通并输出与检测出的磁通相对应的电信号的磁通检测部、以及将由所述磁通检测部输出的电信号放大的放大电路，其特征在于，
设有绕线、高频振荡器、第一滤波器以及控制电路，
所述绕线卷绕于所述磁芯上，
所述高频振荡器对所述绕线附加高频信号，
所述第一滤波器从所述放大电路的输出信号中提取与所述高频信号的频率相同的频率成分，
所述控制电路根据由所述第一滤波器提取的电信号来控制所述放大电路的放大率，以使所述频率成分的振幅成为规定的固定值。
2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，设有第二滤波器，该第二滤波器从所述放大电路的输出信号中将与所述高频信号的频率相同的频率成分截断。
3.如权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述控制电路设有整流电路、比较电路以及电子元件，
所述整流电路将由所述第一滤波器提取的频率成分的电信号进行整流，
所述比较电路将对应于所述整流电路的输出电压与规定的基准电压的差的控制信号进行输出，
所述电子元件根据所述控制信号而改变所述放大电路的放大率。
4.如权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，
所述电子元件为晶体管，根据所述控制信号的电压来改变所述晶体管的集电极-发射极之间的电阻值，从而改变所述放大电路的放大率。
5.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁芯为铁氧体磁芯。
6.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述第一滤波器为高通滤波器，
所述高通滤波器的截止频率为所述被测电流的最大频率与所述高频信号的频率之间的频率。
7.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述第二滤波器为低通滤波器。
8.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述高频信号的频率为所述被测电流的最大频率的10倍以上的频率。
9.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁通检测部为霍尔元件。
10.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁通检测部为线圈。
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