JP2000097972A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁電変換素子を有
する電流センサに関する。[0001] The present invention relates to a current sensor having a magnetoelectric conversion element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、エアコン、冷蔵庫、送風ファ
ン、送水ポンプ、コンベアのベルト駆動等のインバータ
モータの電流制御や、工作機械、電気自動車、ソーラ発
電システムのインバータモータ等の電流制御に、電流セ
ンサが使用されてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, current control for inverter motors such as an air conditioner, a refrigerator, a blower fan, a water pump, a belt drive of a conveyor, and current control of an inverter motor for a machine tool, an electric vehicle, and a solar power generation system has been performed. Sensors have been used.
【０００３】広い使用温度で安定した動作をする電流セ
ンサとしては、図５に示す磁気計測型電流センサが知ら
れている。この電流センサは、ホール素子２としてＩｎ
Ａｓホール素子が用いられていて、ホール素子２の感度
が温度補償回路１により補償され、ホール素子２の２つ
の出力の差電圧が差動増幅回路３により増幅されるよう
になっている。As a current sensor that operates stably at a wide operating temperature, a magnetic measurement type current sensor shown in FIG. 5 is known. This current sensor uses In as the Hall element 2.
As Hall elements are used, the sensitivity of the Hall element 2 is compensated by the temperature compensation circuit 1, and the differential voltage between the two outputs of the Hall element 2 is amplified by the differential amplifier circuit 3.
【０００４】ホール素子２の感度はホール素子２に流す
電流に比例し、温度が上昇するにつれて減少する。この
ホール素子２の温度−感度特性の一例を図６に示す。[0004] The sensitivity of the Hall element 2 is proportional to the current flowing through the Hall element 2, and decreases as the temperature rises. FIG. 6 shows an example of the temperature-sensitivity characteristics of the Hall element 2.
【０００５】差動増幅回路３では、ホール素子２の一方
の出力端子の電圧が抵抗３２と抵抗３３により分圧さ
れ、得られた分圧がオペアンプ３０の非反転端子に入力
され、ホール素子２の他方の出力端子の電圧が抵抗３１
を介してオペアンプ３０の反転端子に入力され、反転端
子の電圧と非反転端子の電圧の差電圧が増幅される。こ
の差動増幅回路３のゲインを調整するため、オペアンプ
３０の出力電圧が可変抵抗３６と抵抗３５により分圧さ
れ、得られた分圧が負帰還抵抗３４を介して反転端子に
帰還されている。In the differential amplifier circuit 3, the voltage of one output terminal of the Hall element 2 is divided by the resistors 32 and 33, and the obtained divided voltage is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier 30. Of the other output terminal of the
To the inverting terminal of the operational amplifier 30 to amplify the difference voltage between the inverting terminal voltage and the non-inverting terminal voltage. In order to adjust the gain of the differential amplifier circuit 3, the output voltage of the operational amplifier 30 is divided by the variable resistor 36 and the resistor 35, and the obtained divided voltage is fed back to the inverting terminal via the negative feedback resistor 34. .
【０００６】温度補償回路１はホール素子２と熱結合さ
れていて、この電流センサの温度が上昇すると、上昇温
度に応じてホール素子２に流す電流値を大きくし、温度
が下降すると、下降温度に応じてホール素子２に流す電
流値を小さくするようになっていて、温度の変動に起因
する感度の変動を軽減させることができる。The temperature compensating circuit 1 is thermally coupled to the Hall element 2. When the temperature of the current sensor rises, the value of the current flowing through the Hall element 2 increases according to the temperature rise. , The value of the current flowing through the Hall element 2 is reduced, and fluctuations in sensitivity due to fluctuations in temperature can be reduced.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、温度の上昇に
つれて中点電圧が高くなるという問題があり、この電流
センサには、０．０５％／℃の温度ドリフトがあった。
ホール素子２の温度−中点電圧特性の一例を図７に示
す。中点電圧とは、無磁界時におけるホール素子出力電
圧をいい、ホール素子駆動電源の正側電圧と負側電圧の
算術平均電圧とほぼ等しい値になる。However, there is a problem that the midpoint voltage increases as the temperature rises, and this current sensor has a temperature drift of 0.05% / ° C.
One example of the temperature-midpoint voltage characteristic of the Hall element 2 is shown in FIG. The midpoint voltage refers to the Hall element output voltage in the absence of a magnetic field, and has a value substantially equal to the arithmetic average voltage of the positive voltage and the negative voltage of the Hall element driving power supply.
【０００８】この中点電圧の変動に起因する温度ドリフ
トは、オペアンプ３０と、抵抗３１〜３５と、可変抵抗
３６によりなる差動増幅回路（図５）の同相信号除去比
（ＣＭＲＲ； common mode rejection ratio）を高くす
ることにより軽減することができるが、感度調整用の可
変抵抗３６が負帰還系に挿入されていてこの抵抗値が不
定であるので、ＣＭＲＲを高くするには限界があった。The temperature drift caused by the fluctuation of the midpoint voltage is caused by the common mode signal rejection ratio (CMRR; common mode) of the differential amplifier circuit (FIG. 5) including the operational amplifier 30, the resistors 31 to 35, and the variable resistor 36. The rejection ratio can be reduced by increasing the rejection ratio. However, since the variable resistor 36 for adjusting the sensitivity is inserted in the negative feedback system and the resistance value is indefinite, there is a limit in increasing the CMRR. .
【０００９】また、この問題は、感度調整部分をさらに
別の増幅器を設置して解決することができるが、このよ
うにするには、差動増幅回路の抵抗に高精度のものを使
用するとともに、オペアンプとしても高ＣＭＲＲのもの
を採用する必要があり、却って、電流センサのコストが
高くなるという問題があった。This problem can be solved by installing another amplifier in the sensitivity adjusting portion. To achieve this, a high-precision resistor must be used for the differential amplifier circuit. In addition, it is necessary to employ an operational amplifier having a high CMRR, and there is a problem that the cost of the current sensor is rather increased.
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記のような問
題点を解決し、温度ドリフトをより低減することができ
る電流センサを提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a current sensor which can solve the above-described problems and can further reduce temperature drift.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の電流センサは、
磁界の強さを電圧に変換する磁電変換素子と、該磁電変
換素子と熱結合してあり該磁電変換素子を定電流駆動す
る定電流駆動手段と、該定電流駆動手段により定電流駆
動された磁電変換素子の出力差電圧を増幅する差動増幅
器と、前記磁電変換素子の中点電圧を所定の電圧になる
ように制御する制御手段とを備えている。The current sensor according to the present invention comprises:
A magnetoelectric conversion element for converting the strength of the magnetic field into a voltage, a constant current driving means thermally coupled to the magnetoelectric conversion element and driving the magnetoelectric conversion element at a constant current, and a constant current drive by the constant current driving means. A differential amplifier for amplifying the output difference voltage of the magnetoelectric conversion element, and control means for controlling the midpoint voltage of the magnetoelectric conversion element to a predetermined voltage are provided.
【００１２】定電流駆動手段は温度に応じた電流を前記
磁電変換素子に流し込むことができる。定電流駆動手段
は温度に応じた電流を前記磁電変換素子から流し出すこ
とができる。[0012] The constant current driving means can supply a current corresponding to the temperature to the magnetoelectric conversion element. The constant current driving means can supply a current according to the temperature from the magnetoelectric conversion element.
【００１３】制御手段は、磁電変換素子の一方の入力端
子の電圧と電圧が等しく極性が異なる電圧を該磁電変換
素子の他方の入力端子に印加することができる。The control means can apply to the other input terminal of the magnetoelectric conversion element a voltage having the same voltage as the voltage of one input terminal of the magnetoelectric conversion element and having a different polarity.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。本発明は以下の実施の形態
に限定されるものでないことは勿論である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is, of course, not limited to the following embodiments.
【００１５】＜第１実施の形態＞図１は本発明の第１の
実施の形態を示す。これは磁気計測型電流センサの例で
ある。図１において、１２はホール素子であって、Ｉｎ
Ａｓホール素子であり、図５に示すホール素子２と同一
特性を有する。３は差動増幅回路であって、図５と同一
部分を示し、ホール素子１２の一方の出力端子の電圧を
抵抗３２と抵抗３３により分圧し、得られた分圧をオペ
アンプ３０の非反転端子に印加させ、ホール素子２の他
方の出力端子の電圧を抵抗３１を介してオペアンプ３０
の反転端子に印加させ、反転端子の電圧と非反転端子の
電圧の差電圧を増幅するものであり、この差動増幅回路
３のゲインを調整するため、オペアンプ３０の出力電圧
を可変抵抗３６と抵抗３５により分圧し、得られた分圧
を負帰還抵抗３４を介して反転端子に帰還させている。
１１は温度補償回路であって、図５に示す温度補償回路
１と同一構成を有し、ホール素子１２と熱結合してあ
り、この電流センサの温度が上昇すると、上昇温度に応
じて正電源からホール素子１２に流す電流値を大きく
し、温度が下降すると、下降温度に応じて正電源からホ
ール素子１２に流す電流値を小さくするようになってい
る。<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This is an example of a magnetic measurement type current sensor. In FIG. 1, reference numeral 12 denotes a Hall element,
This is an As Hall element and has the same characteristics as the Hall element 2 shown in FIG. Reference numeral 3 denotes a differential amplifier circuit, which is the same as that shown in FIG. 5, and divides the voltage of one output terminal of the Hall element 12 by the resistors 32 and 33, and divides the obtained voltage into the non-inverting terminal , And the voltage of the other output terminal of the Hall element 2 is applied via the resistor 31 to the operational amplifier 30.
To amplify the difference voltage between the voltage of the inverting terminal and the voltage of the non-inverting terminal. In order to adjust the gain of the differential amplifier circuit 3, the output voltage of the operational amplifier 30 is connected to the variable resistor 36. The voltage is divided by the resistor 35, and the obtained voltage is fed back to the inverting terminal via the negative feedback resistor 34.
Reference numeral 11 denotes a temperature compensating circuit which has the same configuration as the temperature compensating circuit 1 shown in FIG. 5, is thermally coupled to the Hall element 12, and when the temperature of the current sensor rises, a positive power supply When the temperature decreases, the value of the current flowing from the positive power supply to the Hall element 12 decreases in accordance with the temperature decrease.
【００１６】１５はオペアンプであり、この出力端子に
は、ホール素子１２からの電流を吸い込ませ、反転端子
には、ホール素子１２の正側入力電圧を抵抗１６を介し
て印加させるとともに、このオペアンプ１５の出力電圧
を抵抗１７（抵抗１６と抵抗１７は抵抗値が同一であ
る）を介して帰還させてあり、非反転端子はバイアス電
流補償用抵抗１８を介してグランドに接続してある。Numeral 15 denotes an operational amplifier. An output terminal of the operational amplifier sucks a current from the Hall element 12, and an inverting terminal of the operational amplifier applies a positive input voltage of the Hall element 12 through a resistor 16. The output voltage 15 is fed back via a resistor 17 (the resistors 16 and 17 have the same resistance value), and the non-inverting terminal is connected to the ground via a bias current compensation resistor 18.
【００１７】本実施の形態の電流センサは、抵抗１６と
抵抗１７の抵抗値を同一にしたので、ホール素子１２の
一方の入力端子の電圧をＶｈとした場合、オペアンプ１
５の出力端子の電圧が−Ｖｈになり、ホール素子１２の
他方の入力端子の電圧が−Ｖｈになる。従って、中点電
圧Ｖｍは、In the current sensor according to the present embodiment, since the resistance values of the resistor 16 and the resistor 17 are the same, when the voltage of one input terminal of the Hall element 12 is Vh, the operational amplifier 1
5, the voltage at the output terminal becomes -Vh, and the voltage at the other input terminal of the Hall element 12 becomes -Vh. Therefore, the midpoint voltage Vm is
【００１８】[0018]
【数１】 Ｖｍ＝｛（ホール素子１２の一方の入力端子の電圧）＋
（ホール素子１２の他方の入力端子の電圧）｝／２ ＝（Ｖｈ＋（−Ｖｈ））／２ ＝０ となり、中点電圧Ｖｍがグランド電圧になるように制御
される。温度−中点電圧の関係の一例を図２に示す。図
２から分かるように、本実施の形態での温度ドリフト
（図２に＊で示す）は、従来例の温度ドリフト（図２に
■で示す）より軽減されている。Vm = ｛(voltage of one input terminal of Hall element 12) +
(The voltage of the other input terminal of the Hall element 12)｝ / 2 = (Vh + (− Vh)) / 2 = 0, and the midpoint voltage Vm is controlled to be the ground voltage. FIG. 2 shows an example of the relationship between the temperature and the midpoint voltage. As can be seen from FIG. 2, the temperature drift (indicated by * in FIG. 2) in the present embodiment is less than the temperature drift in the conventional example (indicated by Δ in FIG. 2).
【００１９】＜第２の実施の形態＞図３は本発明の第２
の実施の形態を示す。図３において、３，１２は図１と
同一部分を示す。２１は温度補償回路であって、ホール
素子１２と熱結合してあり、電流センサの温度が上昇す
ると、上昇温度に応じて負電源に流す電流、すなわち、
ホール素子１２から流れ出す電流値を大きくし、温度が
下降すると、下降温度に応じて負電源に流す電流、すな
わち、ホール素子１２から流れ出す電流値を小さくする
ようになっている。２５はオペアンプであり、この出力
端子からホール素子１２に電流を流し込み、反転端子に
は、ホール素子１２の他方の入力端子の電圧を抵抗２６
を介して印加させるとともに、このオペアンプ１５の出
力電圧を抵抗２７（抵抗２６と抵抗２７は抵抗値が同一
である）を介して帰還させてあり、非反転端子はバイア
ス電流補償用抵抗２８を介してグランドに接続してあ
る。<Second Embodiment> FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
An embodiment will be described. 3, reference numerals 3 and 12 denote the same parts as in FIG. Reference numeral 21 denotes a temperature compensation circuit, which is thermally coupled to the Hall element 12 and, when the temperature of the current sensor rises, a current flowing to a negative power supply according to the rise temperature, that is,
When the current value flowing out of the Hall element 12 is increased and the temperature decreases, the current flowing to the negative power supply according to the temperature decrease, that is, the current value flowing out of the Hall element 12 is reduced. Reference numeral 25 denotes an operational amplifier. A current flows from the output terminal to the Hall element 12, and the voltage of the other input terminal of the Hall element 12 is supplied to the inverting terminal by a resistor 26.
And the output voltage of the operational amplifier 15 is fed back via a resistor 27 (the resistors 26 and 27 have the same resistance value), and the non-inverting terminal is passed through a bias current compensation resistor 28. Connected to ground.
【００２０】本実施の形態の電流センサは、抵抗２６と
抵抗２７の抵抗値を同一にしたので、ホール素子１２の
一方の入力端子の電圧をＶｈとした場合、オペアンプ１
５の出力端子の電圧が−Ｖｈになり、ホール素子１２の
他方の入力端子の電圧が−Ｖｈになる。従って、中点電
圧Ｖｍは、In the current sensor of the present embodiment, since the resistances of the resistor 26 and the resistor 27 are the same, when the voltage of one input terminal of the Hall element 12 is Vh, the operational amplifier 1
5, the voltage at the output terminal becomes -Vh, and the voltage at the other input terminal of the Hall element 12 becomes -Vh. Therefore, the midpoint voltage Vm is
【００２１】[0021]
【数２】 Ｖｍ＝｛（ホール素子１２の一方の入力端子の電圧）＋
（ホール素子１２の他方の入力端子の電圧）｝／２ ＝（Ｖｈ＋（−Ｖｈ））／２ ＝０ となり、中点電圧Ｖｍがグランド電圧になるように制御
される。この場合の温度−中点電圧の関係も図２に示す
ようになり、図２から、本実施の形態でも、温度ドリフ
ト（図２に＊で示す）が従来例の温度ドリフト（図２に
■で示す）より軽減されていることが分かる。Vm = ｛(voltage of one input terminal of Hall element 12) +
(The voltage of the other input terminal of the Hall element 12)｝ / 2 = (Vh + (− Vh)) / 2 = 0, and the midpoint voltage Vm is controlled to be the ground voltage. In this case, the relationship between the temperature and the midpoint voltage is also as shown in FIG. 2. From FIG. 2, it can be seen from FIG. It can be seen that it is reduced.
【００２２】＜第３の実施の形態＞図４は本発明の第３
の実施の形態を示す。図４において、３，１１，１２は
図１と同一部分を示す。４５はオペアンプであり、反転
端子には、ホール素子１２の一方の出力端子の電圧を抵
抗４６を介して印加してあり、非反転端子はバイアス電
流補償用抵抗４８を介してグランドに接続してあり、出
力端子はホール素子１２の他方の入力端子に接続してあ
る。<Third Embodiment> FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
An embodiment will be described. 4, 3, 11, and 12 indicate the same parts as those in FIG. Reference numeral 45 denotes an operational amplifier. The voltage of one output terminal of the Hall element 12 is applied to the inverting terminal via a resistor 46, and the non-inverting terminal is connected to ground via a bias current compensating resistor 48. The output terminal is connected to the other input terminal of the Hall element 12.
【００２３】本実施の形態の電流センサは、このように
構成したので、ホール素子１２の一方の出力端子は、常
に、グランド電圧になるように、オペアンプ４５により
制御され、ホール素子１２の他方の出力端子には、ホー
ル素子１２の受ける磁界の強さに比例した出力電圧が現
れる。Since the current sensor of the present embodiment is configured as described above, one output terminal of the Hall element 12 is controlled by the operational amplifier 45 so as to be always at the ground voltage, and the other output terminal of the Hall element 12 is controlled. At the output terminal, an output voltage proportional to the strength of the magnetic field received by the Hall element 12 appears.
【００２４】ホール素子１２の一方の出力端子が常にグ
ランド電圧になるので、ホール素子１２の出力を増幅す
るオペアンプ３０と、抵抗３１〜３５と、可変抵抗３６
とによりなる増幅回路のＣＭＲＲが低くても、入力電圧
変動に起因するドリフトを排除することができる。Since one output terminal of the Hall element 12 is always at the ground voltage, the operational amplifier 30 for amplifying the output of the Hall element 12, the resistors 31 to 35, and the variable resistor 36
Even if the CMRR of the amplifier circuit is low, it is possible to eliminate drift caused by input voltage fluctuation.
【００２５】以上、第１ないし第３の実施の形態では、
磁電変換素子としてＩｎＡｓホール素子を使用した例を
説明したが、インジウムアンチモン、ガリウム砒素のホ
ール素子か、あるいは、それらの２種以上からなる３元
または４元の化合物半導体から作られたホール素子やシ
リコンホール素子を使用しても良い。また、いわゆる量
子効果素子も使用できる。当然、温度により感度やオフ
セット電圧が小さいものが好適に使用できる。さらに、
強磁性体ＭＲやＧＭＲあるいは半導体ＭＲといった他の
磁電変換素子も好適に使用できる。また、電流センサに
作り込むために、より薄いあるいはより小さい磁電変換
素子が好ましい。As described above, in the first to third embodiments,
An example in which an InAs Hall element is used as the magnetoelectric conversion element has been described. However, a Hall element made of indium antimony or gallium arsenide, or a Hall element made of a ternary or quaternary compound semiconductor composed of two or more of these elements, A silicon Hall element may be used. Also, a so-called quantum effect element can be used. Naturally, those having a small sensitivity or offset voltage depending on the temperature can be suitably used. further,
Other magnetoelectric elements, such as ferromagnetic MR, GMR, or semiconductor MR, can also be used suitably. In addition, a thinner or smaller magneto-electric conversion element is preferable in order to incorporate it into the current sensor.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上記のように構成したので、温度ドリフトをより低減さ
せることができる。As described above, according to the present invention,
With the configuration described above, the temperature drift can be further reduced.
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図２】温度−ドリフト特性の一例と、温度−中点電圧
特性の一例とを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a temperature-drift characteristic and an example of a temperature-midpoint voltage characteristic.
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す回路図であ
る。FIG. 4 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図５】従来の電流センサの構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional current sensor.
【図６】ホール素子の温度特性の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a temperature characteristic of a Hall element.
【図７】温度−中点電圧特性の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a temperature-midpoint voltage characteristic.
２ ホール素子 ３ 差動増幅回路 １１，２１ 温度補償回路 １５，２５，３０，４５ オペアンプ 2 Hall element 3 Differential amplifier circuit 11, 21 Temperature compensation circuit 15, 25, 30, 45 Operational amplifier
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Claims (4)
子と、 該磁電変換素子と熱結合してあり該磁電変換素子を定電
流駆動する定電流駆動手段と、 該定電流駆動手段により定電流駆動された磁電変換素子
の出力差電圧を増幅する差動増幅器と、 前記磁電変換素子の中点電圧を所定の電圧になるように
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電流セン
サ。1. A magnetoelectric conversion element for converting the strength of a magnetic field into a voltage, a constant current driving means thermally coupled to the magnetoelectric conversion element and driving the magnetoelectric conversion element with a constant current, and a constant current driving means. A current comprising: a differential amplifier for amplifying an output difference voltage of a magnetoelectric conversion element driven by a constant current; and control means for controlling a midpoint voltage of the magnetoelectric conversion element to a predetermined voltage. Sensor.
は、温度に応じた電流を前記磁電変換素子に流し込むこ
とを特徴とする電流センサ。2. The current sensor according to claim 1, wherein said constant current driving means causes a current corresponding to a temperature to flow into said magnetoelectric conversion element.
は、温度に応じた電流を前記磁電変換素子から流し出す
ことを特徴とする電流センサ。3. The current sensor according to claim 1, wherein said constant current driving means causes a current corresponding to a temperature to flow out of said magnetoelectric conversion element.
記磁電変換素子の一方の入力端子の電圧と電圧が等しく
極性が異なる電圧を該磁電変換素子の他方の入力端子に
印加することを特徴とする電流センサ。4. The magneto-optical device according to claim 1, wherein the control means applies a voltage having the same voltage as that of one input terminal of the magneto-electric conversion element and having a different polarity to the other input terminal of the magneto-electric conversion element. Current sensor.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10272200A JP2000097972A (en) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | Current sensor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097972A true JP2000097972A (en) | 2000-04-07 |
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| JP10272200A Withdrawn JP2000097972A (en) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | Current sensor |
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