JP2000097974A - 変流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホール素子の温度特性によるエラー及び／又は
熱暴走を阻止又は補正する変流器を提供すること。 【解決手段】ホール素子１０はデバイス７０のコア７４
に磁気的に結合される。ホール素子１０には、レギュレ
ーション増幅器２０から一定動作電圧が印加され、直列
抵抗１８の電圧降下に応じてホール素子１０の出力信号
電圧を補正して、デバイス７０の巻線７２に供給するこ
とにより閉ループを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変流器（カレント
トランスフォーマ、以下ＣＴという）、特にホール素子
を使用する閉ループＣＴに関する。

【０００２】

【従来の技術】ホール素子（又はホール効果素子）を使
用する閉ループＣＴは周知である。例えば、米国特許第
３，５７３，６１６号には、斯るＣＴの１例が開示され
ているので、ここに参考文献として引用することとす
る。優れた閉ループＣＴは、Ｓ／Ｎ比が良好であるこ
と、換言すると大きい信号が出力されることが必要であ
る。斯るＣＴは、インジウム アンチモン（ＩｎＳｂ）
で製造可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】斯るインジウム アン
チモンで製造したＣＴは、直線性（リニアリティ）が悪
く且つその主ターミナル抵抗が大きい負の温度係数を有
する。ホール素子を電圧源で駆動する場合、負温度係数
であると、電圧を一定に維持すると温度上昇につれてパ
ワーが増加し、所謂サーマルランナラエイ（熱暴走）を
生じる危険がある。そこで、ＣＴデバイスへ送られるピ
ーク電流を制限する必要がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、Ｓ／Ｎ比が良好
であり、外部温度センサを使用することなく、ホール素
子の動作温度がモニタ可能であるホール素子使用の閉ル
ープＣＴを提供することである。

【０００５】本発明の他の目的は、デバイスの温度変化
により生じるデバイスの駆動電圧のオフセットが実質的
に除去可能であるＣＴを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の変流器は、ホー
ル素子を含み、レギュレーション増幅器から一定動作電
圧をホール素子に印加すると共に直列抵抗を含み、ホー
ル素子に流れる電流をモニタし、ホール素子の出力信号
電圧を直列の電圧降下に応じて補正することにより、エ
ラーを排除する。

【０００７】即ち、本発明のＣＴでは、ホール素子に駆
動電圧を供給するレギュレーション増幅器と直列に抵抗
を設ける。この抵抗は、ホール素子を破壊し得る電流が
供給される以前に増幅器が飽和するよう選択する。この
抵抗の電圧降下を観測し、ホール素子に流れる電流、更
にはその温度をモニタすることを可能にする。

【０００８】ホール素子の構造上、対称性及び均一性に
小さなエラー（誤差）がある。これらの誤差は、例え小
さくても、ＣＴで制御される動作シーケンスにエラーを
生じることとなる。しかし、本発明のＣＴでは、レギュ
レーション増幅器に関連する直列抵抗の両端の温度信号
の極く一部をホール素子のＤＣ出力信号とミックス(混
合)して、デバイスの温度依存誤差信号の効果を０とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＣＴの好適実施例
の構成及び動作を、添付図を参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明のＣＴの好適実施形態例の
構成を示す回路図である。このＣＴは、ホール素子１
０、このホール素子10に動作電圧を供給するレギュレー
ション増幅器２０、この増幅器２０のバイアス調整回路
３０、増幅器２０とホール素子１０間に接続された直列
抵抗１８、この抵抗１８の電圧降下を検出する差動増幅
器４０、ホール素子１０の出力を増幅する増幅器５０、
カレントバッファ６０、巻線７２及びコア（鉄芯）７４
を有する被検出デバイス７０及びリミタ回路８０より構
成される。ここで、ホール素子１０は、磁界を検出する
為に、デバイス７０のコア７４の空隙に埋込まれ、コア
７４と磁気的に結合されているものとする。

【００１１】このホール素子１０は、例えばインジウム
アンチモン製であり、上述の如く、デバイス７０のコ
ア７４と磁気的に結合され、その磁界を検出し、磁束密
度に比例する電圧を出力するよう構成されている。尚、
図１中、ホール素子１０とデバイス１２とは、図示の便
宜上、相互に離れた位置に示す。

【００１２】ホール素子１０の出力電圧は、増幅器５０
の演算増幅器５１、５２を介して増幅され、多数の並列
接続されたバッファ増幅６１〜６４及び出力抵抗６５〜
６８を有するカレントバッファ（又はパワーステージ）
６０に入力される。また、このカレントバッファ６０の
出力は、デバイス７０の巻線７２に供給される。この巻
線７２は、コア７４の周囲に巻回され、コア７４内の磁
界を補正する。このカレントバッファ６０は、巻線７２
に必要な補正電流を供給する為であり、更に大きい出力
電流を必要とする場合には、カレントバッファ６０に、
別のカレントバッファ６０´を付加することが可能であ
る。この付加カレントバッファ６０´も、図示の特定例
では４個のバッファ増幅器６１´〜６４´と出力抵抗６
５´〜６８´を含んでいる。

【００１３】ホール素子１０には、レギュレーション増
幅器２０の出力電圧が直列抵抗１８を介して供給され
る。レギュレーション増幅器２０は、非反転入力端子と
反転入力端子とを備える演算増幅器２１を有する。非反
転入力端子には、バイアス調整回路３０からの可変バイ
アス電圧が入力されると共にキャパシタ２２を介して接
地される。他方、反転入力端子は、直列抵抗１８とホー
ル素子１０との共通接続点に接続される。斯る構成によ
り、直列抵抗１８を流れる負荷電流が例えばホール素子
１０の温度特性等により変動しても、直列抵抗１８とホ
ール素子１０との接続点、即ちホール素子１０への印加
電圧が演算増幅器２１の非反転入力端子に入力されるバ
イアス電圧と等しくなるよう動作する。

【００１４】バイアス調整回路３０は、上述したレギュ
レーション増幅器２０の演算増幅器２１の非反転入力端
子への可変バイアス電圧を発生する回路であり、抵抗３
１及ツェナーダイオード３２の直列回路と、ツェナーダ
イオード３２と並列接続されるポテンショメータ（可変
抵抗器）３３より構成される。このポテンショメータ３
３の摺動子に得られる可変電圧がレギュレーション増幅
器２０にバイアス電圧として入力される。

【００１５】次に、差動増幅器４０は、１対の演算増幅
器４１、４２を含んでいる。演算増幅器４１の非反転入
力端子には、ホール素子１０の入力電圧（バイアス調整
回路３０の出力と等しい）が入力され、出力端子は反転
入力端子に接続されると共にポテンショメータ４３を介
して接地し、また１対の抵抗４４、４５を介して接地さ
れる。他方、演算増幅器４２の非反転入力端子は抵抗４
４、４５を介して接地し、また１対の４４、４５を介し
て接地される。他方、演算増幅器４２の非反転入力端子
は抵抗４４、４５の接続点に接続され、反転入力端子は
抵抗４６を介してレギュレーション増幅器２０の演算増
幅器２１の出力端子又は直列抵抗１８のホール素子１０
から遠い端に接続される。演算増幅器４２の出力端子は
抵抗４７を介してその反転入力端子に接続され、更にポ
テンショメータ４８を介して演算増幅器２１の出力端子
に接続される。

【００１６】従って、差動増幅４０の演算増幅器４１
は、バッファ増幅器として作用し、演算増幅器４２は、
直列抵抗１８の電圧降下に対応する信号を出力する差動
増幅器として作用する。この場合の利得（ゲイン）は、
実質的に抵抗４６と４７の比で決定されること周知のと
おりである。

【００１７】次に、増幅器５０は、１対の演算増幅器５
１、５２を含み、ホール素子１０が誘起する電圧を増幅
する差動増幅回路として作用する。即ち、ホール素子１
０の一方の電極の信号電圧は、バッファ増幅器として作
用する演算増幅器５１に入力され、その出力とホール素
子１０の他方の電極の信号電圧を、夫々演算増幅器５２
の非反転及び反転入力端子に入力して、差信号をカレン
トバッファ６０に入力する。尚、この演算増幅器５１の
反転入力端子には、ポテンショメータ４３、４８を介し
て差動増幅器４０からの信号を入力し、その出力電圧を
差動増幅器４０の出力、即ち直列抵抗１８の電圧降下に
応じてオフセットしている。

【００１８】ここで、バイアス調整回路３０は、ホール
素子１０の特性の変動（ばらつき）を補正する為の補正
回路として作用する。また、実質的にこのバイアス電圧
に対応する電圧が、差動増幅器４０の演算増幅器４１か
らポテンショメータ４３及び入力抵抗５３を介して、増
幅器５０の演算増幅器５１に入力される。この演算増幅
器５１の出力端子と反転入力端子間には帰還抵抗５４が
接続される。また、ポテンショメータ４８の出力電圧
は、入力抵抗５５を介して演算増幅器５１の反転入力端
子に入力される。

【００１９】ホール素子１０の出力は、出力回路を構成
する増幅器５０及びカレントバッファ６０を介して、デ
バイス７０の巻線７２に供給される。この巻線７２に
は、４個のダイオード８１〜８４を含むリミッタ回路８
０が並列接続され、過大な電圧が巻線７２に生じ、これ
を破損する虞れを防止する。

【００２０】上述の如く、ホール素子１０には、レギュ
レーション増幅器２０により、例えば２Ｖの一定電圧が
印加される。しかし、ホール素子１０を製造する材料
（インジウム アンチモン）の特性上、ホール素子１０
に一定動作電圧を印加し、動作電流が流れると温度が上
昇し、その抵抗も変化する。しかし、この動作温度に起
因する抵抗の変化は、直列抵抗１８により効果的にモニ
タされる。即ち、ホール素子１０の動作電流は、直列抵
抗１８を介して供給されるので、例えばホール素子１０
の電流が増加すると、直列抵抗１８の電圧降下が増加す
る。そこで、差動増幅器４０の演算増幅器４２及びポテ
ンショメータ４８を介して増幅器５０の演算増幅器５１
への入力が低下する。

【００２１】ポテンショメータ４８からの入力信号は、
増幅器５１で反転され、増幅器５２への入力電圧を上昇
させ、カレント バッファ６０の入力を減少する。そこ
で、デバイス７０の巻線７２に供給される電流を減少さ
せ、ホール素子１０の出力を低下させる。これにより、
ホール素子１０の入力抵抗の低下により生じるエラーを
排除し、ホール素子１０が熱暴走する危険を効果的に防
止することが可能である。

【００２２】以上、本発明のホール素子を使用する変流
器（ＣＴ）の好適実施形態例の構成及び動作を説明し
た。しかし、本発明は斯る特定例のみに限定されるべき
ではなく、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形
変更が可能であることが当業者には容易に理解できよ
う。

【００２３】

【発明の効果】上述の説明から理解される如く、本発明
の変流器によると、ホール素子には調整可能な一定電圧
を供給し且つ動作温度の変動による動作電流の変化を直
列抵抗に生じる電圧降下によりモニタして補正するの
で、ホール素子の温度特性によるエラーが効果的に除去
でき、しかもその熱暴走の危険を排除することが可能で
ある。また、その為の回路構成は比較的簡単であり、安
価且つ高信頼性である。更に、ホール素子を使用するの
で、直流から比較的高周波にわたる広帯域の変流器がえ
られるという実用上の顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変流器の好適実施形態例の構成を示す
回路図である。

【符号の説明】

１０ ホール素子 １８ 直列抵抗 ２０ レギュレーション増幅器 ３０ バイアス調整回路 ４０ 差動増幅器 ５０ 増幅器 ６０ カレント バッファ ７０ デバイス ７２ 巻線 ７４ コア

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアに巻回された巻線を有するデバイスの
   前記コアと磁気的に結合されたホール素子を含む変流器
   において、 前記ホール素子に一定動作電圧を印加するレギュレーシ
   ョン増幅器と、 該レギュレーション増幅器及び前記ホール素子間に接続
   された直列抵抗と、 該直列抵抗の電圧降下を検出して前記ホール素子の出力
   信号電圧を補正して前記デバイスの前記巻線に出力電流
   を供給する出力回路とを備えることを特徴とする変流
   器。
2. 【請求項２】前記レギュレーション増幅器のバイアス電
   圧を制御し、前記ホール素子のばらつきを補正するバイ
   アス調整回路を有することを特徴とする請求項１の変流
   器。
3. 【請求項３】前記出力回路の前記出力電流は、前記バイ
   アス調整回路の前記バイアス電圧により補正する回路を
   有することを特徴とする請求項２の変流器。