JP2003149273A - 電流検出器 - Google Patents

電流検出器

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JP2003149273A
JP2003149273A JP2001352210A JP2001352210A JP2003149273A JP 2003149273 A JP2003149273 A JP 2003149273A JP 2001352210 A JP2001352210 A JP 2001352210A JP 2001352210 A JP2001352210 A JP 2001352210A JP 2003149273 A JP2003149273 A JP 2003149273A
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current
voltage
amplifier
balanced
circuit
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JP2001352210A
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English (en)
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Minoru Noda
実 野田
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Tokin Corp
Original Assignee
NEC Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単極電源で動作可能な小型で精度が高く、応
答性の速い磁気平衡型電流検出器を安価に提供するこ
と。 【解決手段】 強磁性体コアにフィードバックコイル1
3を備えるとともに、磁気ギャップに感磁素子22を配
する。さらにギャップ内の磁束を打ち消す平衡電流をフ
ィードバックコイルに与える信号処理回路を備える。信
号処理回路は、定電圧を発生する定電圧回路17と、定
電圧に基き感磁素子の出力に応じて平衡電流を発生する
平衡電流発生回路18と、平衡電流を電圧に変換する電
流-電圧変換回路19とを備える。電流-電圧変換回路
は、アンプ27と、このアンプの反転端子及び出力端子
の間に接続された負帰還抵抗28とを有する。アンプの
反転端子には平衡電流を与える。また、アンプの非反転
端子には電源電圧VS+とグランドGNDとの中間の電位を与
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業機器、動
力機器、電化製品などに使用される直流電流又はパルス
電流を検出する磁気平衡式の電流検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】まず図1を参照して、従来の磁気平衡式
の電流検出器の原理を説明する。C字形の強磁性体コア
4の内側に貫通させた導体2に被測定電流I1が流れる
と、導体2の周囲に被測定電流I1に比例した磁界が発生
する。この磁束をギャップ6に配したホールセンサなど
の感磁素子1で検出して電圧変換出力を得る。この電圧
変換出力に応じ、平衡電流発生回路5が平衡電流I2を生
成する。平衡電流I2は、コア4に巻廻されたフィードバ
ックコイル3に供給され、ギャップ6の磁束を常に消去
する磁気平衡状態を形成する。この時、被測定電流I1と
平衡電流I2との間にアンペアターンが等しくなる関係が
成立するので、平衡電流I2を測定する事により被測定電
流I1を測定することができる。
【0003】磁気平衡式電流検出器の出力は基本的には
電流出力であるが、出力をマイコン等のA/Dコンバー
タに入力するため、フィードバックコイル3とグランド
GNDとの間に負荷抵抗10を入れて出力を電圧に変換し
て使用されることが多い。導体2に流れる被測定電流I1
の方向によってアンプ9の出力は正負に反転し、それに
応じて後段のパワーブースターの二つのトランジスタ
7,8のどちらか一方が導通される。トランジスタ7又
は8の導通によって負荷抵抗10に流れる平衡電流I2の
方向が切り替わり、出力電圧は正負の両極性を持つこと
になる。このように被測定電流I1の方向を出力電圧の正
負によって判別できるため双方向の電流検出が可能とな
る。
【0004】このような電流検出器では電源として正負
の出力を得るために正負両電圧(VS+、VS-)を供給が必
要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図1に示したような電
流検出器では次のような問題がある。
【0006】電流検出器の出力を演算処理するマイコン
の一般的な入力電圧範囲は0から5Vの電圧範囲である
ため、電流検出器の正負の出力を0から5Vの電圧範囲
に変換するために別にレベルシフト回路が必要である。
近年の電流センサが利用されるインバータ、サーボ及び
エアコンでは単極電源でシステムが構成され、正負両電
圧の電源を作ることはコスト的に高価となるため少なく
なってきている。
【0007】また自動車などへの利用も広がりバッテリ
−等で動作させる電流検出器がますます必要となってい
る。
【0008】単極電源で動作する電流検出器はこれまで
磁気比例式の電流検出器が一般的であったが、温度ドリ
フトの精度及び応答速度の点で磁気平衡式の方が特性的
に優れている。利用分野の多様化に伴いますます高精度
化、高速化及び低コスト化が求められており、単極電源
で動作する磁気平衡式の電流検出器の必要性が高まって
いる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、磁気ギ
ャップを有する強磁性体コアと、前記コアに備えたフィ
ードバックコイルと、前記ギャップ内に配設された感磁
素子と、前記ギャップ内の磁束を打ち消す平衡電流を前
記フィードバックコイルに与える信号処理回路とを含む
磁気平衡式の電流検出器において、前記信号処理回路
は、定電圧を発生する定電圧回路と、前記定電圧に基き
前記感磁素子の出力に応じて前記平衡電流を発生する平
衡電流発生回路と、前記平衡電流を電圧に変換する電流
-電圧変換回路とを備え、前記電流-電圧変換回路は、ア
ンプと、前記アンプの反転端子及び出力端子の間に接続
された負帰還抵抗とを有し、前記反転端子に前記平衡電
流を与え、前記アンプの非反転端子に電源電圧とグラン
ドとの中間の電位を与えることを特徴とする電流検出器
が得られる。
【0010】前記アンプの出力端子と前記負帰還抵抗と
の間にコンプリメンタリな一対のトランジスタからなる
パワーブースターを備えてもよい。
【0011】前記負帰還抵抗の両端電圧を差動増幅する
差動増幅回路を備えてもよい。
【0012】前記平衡電流発生回路は、パワーブースタ
ーを形成するトランジスタと、前記トランジスタ及び前
記電源電圧の間に接続されたダミー抵抗とを備えてもよ
い。
【0013】前記平衡電流-電圧変換回路は、パワーブ
ースターを形成するトランジスタと、前記トランジスタ
及び前記電源電圧の間に接続されたダミー抵抗とを備え
てもよい。
【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。
【0015】図2を参照すると、本発明の第1の実施の
形態に係る電流検出器は磁気平衡式の電流検出器であ
り、磁気ギャップ16を有するC字形の強磁性体コア1
4と、コア14に巻廻されたフィードバックコイル13
とを備えている。コア14の内側に貫通させた導体12
に被測定電流I1が流れると、導体12の周囲に被測定電
流I1に比例した磁界が発生し、ギャップ16に磁束が流
れる。ギャップ16の磁束を打ち消すために、図2の電
流検出器は、定電圧を発生する定電圧回路17、この定
電圧回路17の定電圧に基きギャップ16の磁束に応じ
て平衡電流を発生する平衡電流発生回路18、及び平衡
電流を電圧に変換する平衡電流-電圧変換回路19を有
する信号処理回路をさらに備えている。
【0016】図2と共に図3をも参照して、本発明の第
1の実施の形態に係る電流検出器における信号処理回路
について説明する。
【0017】ツェナーダイオード20のツェナー電圧を
抵抗31、32で分圧した電圧をアンプ21のバッファ
に入力するようにして定電圧回路17を形成している。
定電圧回路17の定電圧出力は感磁素子としてのホール
センサ22に入力電圧として供給される。
【0018】ホールセンサ22の出力端子はアンプ23
の入力端子に接続されている。アンプ23の出力端子は
コンプリメンタルなトランジスタ24、25からなるパ
ワーブースターに接続されている。このパワーブースタ
ーにはフィードバックコイル13の一端が接続されてい
る。パワーブースターとフィードバックコイル13とホ
ールセンサ22とにより平衡電流発生回路18を形成し
ている。
【0019】フィードバックコイル13の他端をアンプ
27の反転入力端子に接続する。アンプ27の反転入力
端子と出力端子の間に負帰還抵抗28を接続する。アン
プ27の非反転入力端子に電源VS+とグランドGNDを抵抗
38,39で分圧した所定の中間電位V1をもつ箇所を接
続する。こうして平衡電流-電圧変換回路19を形成し
ている。
【0020】被測定電流にI1によってコア14のギャッ
プ16に生じた磁束は、ホールセンサ22によって検出
される。平衡電流発生回路18はフィードバックコイル
13にギャップ16の磁束が常に消去されるように平衡
電流I2を発生する。被測定電流I1の方向が正方向の時、
パワーブースターのトランジスタ24が導通し、アンプ
27の反転端子と非反転端子の電位は等しく中間電位V1
となり、電源VS+とグランドGNDとの間に、VS+>V1>GND
の関係が成り立つため、平衡電流I2はトランジスタ24
からアンプ27の反転端子の方向に流れる。被測定電流
I1が負方向に流れるとトランジスタ25が導通して平衡
電流I2は逆にアンプ27の反転端子からトランジスタ2
5の方向に流れる。平衡電流I2は負帰還抵抗28に流れ
込み、電圧出力に変換される。負帰還抵抗28の抵抗値
Rfとすると、出力Voutと平衡電流I2の間には Vout=−I2×Rf+V1 の関係が成立し、中間電位V1をオフセット電圧とした出
力が得られるため、双方向の被測定電流I1を検出でき
る。
【0021】なお、一般のアンプでは10mAが限界で
あるが、アンプ27の出力にパワーブースターを付ける
ことでもっと大きな電流を流すことができる。
【0022】図4を参照して、本発明の第2の実施の形
態に係る電流検出器における信号処理回路について説明
する。図3と同様な部分には同じ参照符号を付して説明
を省略する。
【0023】図4の信号処理回路においては、平衡電流
-電圧変換回路19のアンプ27の出力と負帰還抵抗2
8との間にコンプリメンタルな一対のトランジスタ4
6,47からなるパワーブースターを備えている。この
パワーブースターによってアンプ27の性能に制限され
ることなく平衡電流I2を大きく流すことができるため、
被測定電流I1の測定範囲が大きくてもフィードバックコ
イル13の巻き線数を少なくした、小型の電流検出器を
提供することができる。
【0024】図5を参照して、本発明の第3の実施の形
態に係る電流検出器における信号処理回路について説明
する。図3又は図4と同様な部分には同じ参照符号を付
して説明を省略する。
【0025】図5の信号処理回路においては、平衡電流
-電圧変換回路19の後段に、負帰還抵抗28の両端電
圧を入力とした差動増幅回路52をさらに備えている。
【0026】図5の信号処理回路によると、負帰還抵抗
28の両端電圧V2(=−I2×Rf)を増幅した出力感度
と、定電圧回路17のツェナーダイオード20のツェナ
ー電圧を抵抗60,61で分圧した任意の電圧をオフセ
ット電圧として取り出すことができる。これによって平
衡電流-電圧変換回路19のアンプ27の反転端子に与
える中間電位とオフセット電圧とを別々に設定でき、広
範囲な電源電圧範囲に同一回路で対応できる。入力範囲
が0から5Vの一般のマイコンに対して最も効率の良い
出力である、オフセット2.5V、出力感度±2V/定
格電流の設定ができる。
【0027】また図5の信号処理回路では、パワーブー
スターを形成する電源側のトランジスタ54のコレクタ
と電源VS+との間にダミー抵抗57を備えている。この
ダミー抵抗57はパワーブースター回路のトランジスタ
24,25の消費電力を最小にして発熱を押さえるため
に挿入するものである。フィードバックコイル13の直
流抵抗をRL、アンプ27の非反転端子の電位をV4、トラ
ンジスタ24,25のコレクタ−エミッタ間電圧をVc
e、被測定電流が最大の時の平衡電流をI2とすると、ト
ランジスタ24のコレクタに加わる電圧Vc1をVc1−I2×
RL+V4が最小になるように設定すれば、トランジスタ2
4の消費電力を最小限にすることができる。トランジス
タ25に関してもV4−I2×RLが最小となるようV4を設定
することで消費電力が最小となる。そのためにVS+−(V
c1+I2×Rd1)が最小となるようにダミー抵抗57の値
を設定する。
【0028】平衡電流−電圧変換回路19のトランジス
タ46,47からなるパワーブースターも同様にトラン
ジスタ46と電源VS+の間にダミー抵抗59を入れるこ
とで同様にトランジスタ46,47の消費電力を最小限
にすることができる。これによって安価で小型の小信号
トランジスタを使用することが可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
極電源で動作可能な小型で精度が高く、応答性の速い磁
気平衡型電流検出器を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電流検出器の構成を示す回路図。
【図2】本発明の第1の実施例に係る電流検出器の回路
ブロック図。
【図3】図1の電流検出器における信号処理回路の回路
図。
【図4】本発明の第2の実施例に係る電流検出器におけ
る信号処理回路の回路図。
【図5】本発明の第3の実施例に係る電流検出器におけ
る信号処理回路の回路図。
【符号の説明】
12 導体 13 フィードバックコイル 14 磁性体コア 16 磁気ギャップ 17 定電圧回路 18 平衡電流発生回路 19 平衡電流-電圧変換回路 22 ホールセンサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気ギャップを有する強磁性体コアと、前
    記コアに備えたフィードバックコイルと、前記ギャップ
    に配設された感磁素子と、前記ギャップの磁束を打ち消
    す平衡電流を前記フィードバックコイルに与える信号処
    理回路とを含む磁気平衡式の電流検出器において、前記
    信号処理回路は、定電圧を発生する定電圧回路と、前記
    定電圧に基き前記感磁素子の出力に応じて前記平衡電流
    を発生する平衡電流発生回路と、前記平衡電流を電圧に
    変換する電流-電圧変換回路とを備え、前記電流-電圧変
    換回路は、アンプと、前記アンプの反転端子及び出力端
    子の間に接続された負帰還抵抗とを有し、前記反転端子
    に前記平衡電流を与え、前記アンプの非反転端子に電源
    電圧とグランドとの中間の電位を与えることを特徴とす
    る電流検出器。
  2. 【請求項2】 前記アンプの出力端子と前記負帰還抵抗
    との間にコンプリメンタリな一対のトランジスタからな
    るパワーブースターを備えた請求項1に記載の電流検出
    器。
  3. 【請求項3】 前記負帰還抵抗の両端電圧を差動増幅す
    る差動増幅回路を備えた請求項1又は2に記載の電流検
    出器。
  4. 【請求項4】 前記平衡電流発生回路は、パワーブース
    ターを形成するトランジスタと、前記トランジスタ及び
    前記電源電圧の間に接続されたダミー抵抗とを備えた請
    求項1から3のうちのいずれか一つに記載の電流検出
    器。
  5. 【請求項5】 前記平衡電流-電圧変換回路は、パワー
    ブースターを形成するトランジスタと、前記トランジス
    タ及び前記電源電圧の間に接続されたダミー抵抗とを備
    えた請求請求項2から4のうちのいずれか一つに記載の
    電流検出器。
JP2001352210A 2001-11-16 2001-11-16 電流検出器 Withdrawn JP2003149273A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101191437B1 (ko) 2011-10-26 2012-10-16 태성전장주식회사 2채널 전류센서

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101191437B1 (ko) 2011-10-26 2012-10-16 태성전장주식회사 2채널 전류센서

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