JP2007033303A - Electric current detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電流によって発生する磁界を計測するホール素子を備えた電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device including a Hall element that measures a magnetic field generated by a current.
従来の電流検出装置では、被計測電流に応じた磁界が発生する磁性体コアを有し、磁性体コアには少なくとも1つの空隙部があり、広いダイナミックレンジを得るために、磁界を検出するホール素子を空隙部に2個設けている(例えば、特許文献1参照)。 A conventional current detection device has a magnetic core that generates a magnetic field according to a current to be measured, and the magnetic core has at least one air gap, and a hole for detecting a magnetic field in order to obtain a wide dynamic range. Two elements are provided in the gap (see, for example, Patent Document 1).
従来の電流検出装置では、基板上に電流検出装置を構成する場合において、自相電流の検出の際に他相電流の影響を受ける。つまり、被計測電流である自相電流以外の他相電流によって発生する磁界を、自相電流を検出するためのホール素子が誤って検出する問題があった。 In the conventional current detection device, when the current detection device is configured on the substrate, the current detection device is influenced by the other-phase current when detecting the self-phase current. That is, there is a problem that the Hall element for detecting the self-phase current erroneously detects the magnetic field generated by the other-phase current other than the self-phase current that is the current to be measured.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、他相電流からの磁界の影響を排除し、被計測電流である自相電流を正確に検出する電流検出装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a current detection device that eliminates the influence of a magnetic field from other-phase current and accurately detects a self-phase current that is a current to be measured. It is.
この発明に係る電流検出装置は、電流が流れる導体を囲み、電流によって形成される磁路内の相対する位置に各々の空隙部を有するように配置された2つの磁性体コアと、各々の空隙部に配置された各々の磁束検出素子と、各々の磁束検出素子の出力信号を加算または減算して電流の値を演算する検出回路部とを備えたことを特徴とするものである。 The current detection device according to the present invention includes two magnetic cores arranged so as to surround each conductor through which a current flows and to have respective air gap portions at opposite positions in a magnetic path formed by the current, and to each air gap Each of the magnetic flux detection elements disposed in the unit, and a detection circuit unit that calculates a current value by adding or subtracting the output signals of the magnetic flux detection elements.
この発明に係る電流検出装置は、電流が流れる導体を囲み、電流によって形成される磁路内の相対する位置に各々の空隙部を有するように配置された2つの磁性体コアと、各々の空隙部に配置された各々の磁束検出素子と、各々の磁束検出素子の出力信号を加算または減算して電流の値を演算する検出回路部とを備えたので、他相電流からの磁界の影響を排除し、被計測電流である自相電流を正確に検出する電流検出装置を得ることができる。 The current detection device according to the present invention includes two magnetic cores arranged so as to surround each conductor through which a current flows and to have respective air gap portions at opposite positions in a magnetic path formed by the current, and to each air gap Each of the magnetic flux detection elements arranged in the unit and a detection circuit unit that calculates the current value by adding or subtracting the output signal of each magnetic flux detection element. It is possible to obtain a current detection device that eliminates and accurately detects the self-phase current that is the current to be measured.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における電流検出装置の磁束検出部の構成図を示すものである。図1(a)は斜視図で、図1(b)は断面図である。図1において、磁束検出部は、環状の磁性体コアを形成する2つの磁性体コアである上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11と、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15とよって構成される。上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11は、電流が流れる導体である第1のバスバー3を囲み、第1のバスバー3を流れる電流によって形成される磁路内の相対する位置に各々の空隙部12,13を形成するように配置される。空隙部12における磁束の向きと空隙部13における磁束の向きとが逆となるように、各々の空隙部12,13の位置を決めている。空隙部12にはホール素子14が配置され、空隙部13にはホール素子15が配置される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a magnetic flux detection unit of a current detection device according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. In FIG. 1, the magnetic flux detection unit includes an upper
回路基板2上に、被検出電流である自相電流Ib1が流れる第1のバスバー3と、自相電流以外の他相電流Ib2が流れる第2のバスバー4とが配置され、第1のバスバー3を囲み、回路基板2を挟むように上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11が配置される。上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11は、それぞれ一定の厚みを有するコの字形状である。上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11は、それぞれの2つの突起部が互いに向き合い、それぞれの2つの突起部端面が回路基板2の垂直方向から見てほぼ重なるように配置されている。また、上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11は、第1のバスバー3の電流流出入断面の中心線に対して対称に配置されている。ホール素子14,15は、上部の磁性体コア10の2つの突起部のほぼ中央部に対するように配置され、回路基板2に実装されている。
A
各々の空隙部12,13の空隙の大きさは同等である。つまり、各々の空隙部12,13の空隙の長さは同等である。空隙の長さを同等にしている理由は次のとおりである。空隙の長さが異なる場合には、上部の磁性体コア10および下部の磁性体コア11からの磁束の漏れに対して、短い空隙に配置されたホール素子14,15の出力感度が大きくなり、ホール素子14,15の出力電圧のバランスが悪くなるためである。磁束の漏れのない理想的な場合には、空隙の長さのばらつきは問題がないように思われる。しかしながら、実際には、空隙の長さと磁束の漏れ量とは相関があり、空隙の長さによってホール素子14,15での磁束密度も変化する。ホール素子14,15の出力電圧のバランスが悪くなる場合には、他相電流Ib2からの磁界の影響を排除しきれなくなる問題がある。このため、各々の空隙部12,13の空隙の長さを同等にすることで、ホール素子14,15の出力電圧のバランスを合せることができる。
The sizes of the gaps of the
図2は実施の形態1における電流検出装置の回路図を示すものである。電流検出装置は、磁束検出部50と、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15の出力信号を加算または減算して電流の値を演算する検出回路部60とによって構成される。検出回路部60は、ホール素子14,15と同様に、回路基板2に実装されている。回路基板2には、電流検出機能とは別の機能を実現するための回路素子、回路素子を駆動するための電源等も実装されている。このように、電流検出以外の機能を有する回路素子を同一基板上に実装することによって、システム全体の小形化、低コスト化が実現できる。
FIG. 2 shows a circuit diagram of the current detection device according to the first embodiment. The current detection device includes a magnetic
検出回路部60は、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15を駆動する2つの電流供給源21,22からなる電流供給部30と、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器70,71と、2つの差動増幅器70,71で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器である差動増幅器72とによって構成されている。
The
ホール素子14は電流供給源21から供給されるホール素子駆動電流Ih01によって駆動され、第1のバスバー3に流れる電流によって発生する磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子15は電流供給源22から供給されるホール素子駆動電流Ih02によって駆動され、第1のバスバー3に流れる電流によって発生する磁束密度に比例した電圧を出力する。Ih01とIh02とは同等の電流値である。第1のバスバー3に流れる電流の大きさとホール素子14,15で検出される磁束密度とは比例関係である。ホール素子14の出力電圧は差動増幅器70によって増幅され、ホール素子15の出力電圧は差動増幅器71によって増幅される。差動増幅器70はオペアンプAP70、抵抗R701,R702,R703,R704によって構成され、差動増幅器71はオペアンプAP71、抵抗R711,R712,R713,R714によって構成される。
The
差動増幅器70,71によって増幅された2つの出力電圧は、差動増幅器72によって減算され、第1のバスバー3に流れる電流の大きさに比例した検出電圧信号として差動増幅器72から出力される。差動増幅器72はオペアンプAP72、抵抗R721,R722,R723,R724によって構成される。検出電圧信号は、図示していないマイコン等で構成される制御回路部で処理される。
The two output voltages amplified by the
ここで、測定対象である第1のバスバー3以外のバスバーに流れる電流である他相電流からの磁界の影響が排除できる理由を説明する。図1(b)に示すように、第1のバスバー3に流れる電流である自相電流Ib1は紙面上面から下面へ、第2のバスバー4に流れる電流である他相電流Ib2は紙面上面から下面へ流れている。自相電流Ib1によって、第1のバスバー3の回りには、時計回りの方向にループ状の磁界が発生する。空隙部12における自相電流Ib1からの磁束密度をB11、空隙部13における自相電流Ib1からの磁束密度をB12とする。磁束密度B11と磁束密度B12とは、大きさが同等であり、向きが逆方向である。
Here, the reason why the influence of the magnetic field from the other-phase current that is the current flowing through the bus bar other than the
他相電流Ib2によって、第2のバスバー4の回りにも、時計回りの方向にループ状の磁界が発生する。空隙部12における他相電流Ib2からの磁束密度をB13、空隙部13における他相電流Ib2からの磁束密度をB14とする。第2のバスバー4までの距離は、空隙部12に比べて空隙部13の方が短いので、磁束密度B14は磁束密度B13よりも大きくなる。しかしながら、第2のバスバー4と空隙部12,13との距離が離れているので、第2のバスバー4から空隙部12までの距離と第2のバスバー4から空隙部13までの距離とは同等とみなすことができ、磁束密度B13と磁束密度B14とは、ほぼ同等となる。また、磁束密度B13の向きと磁束密度B14の向きとは同じ方向である。
Due to the other-phase current Ib2, a loop-shaped magnetic field is also generated around the second bus bar 4 in the clockwise direction. The magnetic flux density from the other phase current Ib2 in the
このことから、自相電流Ib1と他相電流Ib2とによって発生する、空隙部12での磁束密度B1および空隙部13での磁束密度B2は、式(1)および式(2)のように表すことができる。
B1=B11+B13 …(1)
B2=−B12+B14 …(2)
From this, the magnetic flux density B1 in the
B1 = B11 + B13 (1)
B2 = −B12 + B14 (2)
上記の検出回路部60によって、磁束密度B1に比例した検出電圧と磁束密度B2に比例した検出電圧とを減算することで、大きさが同等である磁束密度B13と磁束密度B14とを取り除くことができる。つまり、B13=B14とし、式(1)から式(2)を減算すると、式(3)のようになる。
B1−B2=(B11+B13)−(−B12+B14)=B11+B12 …(3)
この結果、他相電流Ib2に起因する磁束密度B13および磁束密度B14の影響が排除され、磁束密度B11と磁束密度B12との和に比例した出力電圧が検出される。また、出力電圧の検出感度が2倍となる。
By subtracting the detection voltage proportional to the magnetic flux density B1 and the detection voltage proportional to the magnetic flux density B2 by the
B1-B2 = (B11 + B13)-(-B12 + B14) = B11 + B12 (3)
As a result, the influence of the magnetic flux density B13 and the magnetic flux density B14 caused by the other-phase current Ib2 is eliminated, and an output voltage proportional to the sum of the magnetic flux density B11 and the magnetic flux density B12 is detected. Also, the output voltage detection sensitivity is doubled.
なお、ホール素子14,15のどちらか一方の磁束検出面を逆方向とし、一方のホール素子の出力電圧を正負逆転させ、差動増幅器72において差動増幅器70,71によって増幅された2つの出力電圧を加算しても同様の効果が得られる。
Note that either one of the
以上のように、電流が流れる導体を囲み、電流によって形成される磁路内の相対する位置に各々の空隙部を有するように配置された2つの磁性体コアと、各々の空隙部に配置された各々の磁束検出素子と、各々の磁束検出素子の出力信号を加算または減算して電流の値を演算する検出回路部とを備えたので、他相電流Ib2からの磁界の影響を排除し、被計測電流である自相電流Ib1を正確に検出することができる。 As described above, the two magnetic cores are disposed so as to surround the conductor through which the current flows and to have the respective air gap portions at opposite positions in the magnetic path formed by the electric current, and to be arranged in each air gap portion. In addition, each magnetic flux detection element and a detection circuit unit that calculates the value of the current by adding or subtracting the output signal of each magnetic flux detection element, the influence of the magnetic field from the other-phase current Ib2 is eliminated, The self-phase current Ib1 that is the current to be measured can be accurately detected.
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2を示す電流検出装置の回路図である。図3において、検出回路部61の構成が実施の形態1と異なっている。図3において、図1および図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。本実施の形態2においては、検出回路部61の差動増幅器73または差動増幅器74のゲイン調整によって、他相電流Ib2からの磁界の影響をほぼ無くすことができる。
FIG. 3 is a circuit diagram of a current detection
検出回路部61は、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15の駆動する2つの電流供給源21,22からなる電流供給部30と、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器73,74と、2つの差動増幅器73,74で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器である差動増幅器75とによって構成されている。
The detection circuit unit 61 includes a
ホール素子14は電流供給源21から供給されるホール素子駆動電流Ih01によって駆動され、第1のバスバー3に流れる電流によって発生する磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子15は電流供給源22から供給されるホール素子駆動電流Ih02によって駆動され、第1のバスバー3に流れる電流によって発生する磁束密度に比例した電圧を出力する。Ih01とIh02とは同等の電流値である。第1のバスバー3に流れる電流の大きさとホール素子14,15で検出される磁束密度とは比例関係である。ホール素子14の出力電圧は差動増幅器73によって増幅され、ホール素子15の出力電圧は差動増幅器74によって増幅される。差動増幅器73はオペアンプAP701,AP702、抵抗R731,R732,R733によって構成され、差動増幅器74はオペアンプAP711,AP712、抵抗R741,R742,R743によって構成される。
The
差動増幅器73,74によって増幅された2つの出力電圧は、差動増幅器75によって減算され、第1のバスバー3に流れる電流の大きさに比例した検出電圧信号として出力される。差動増幅器75はオペアンプAP721、抵抗R751,R752,R753,R754,R755,R756によって構成される。オペアンプAP721はオペアンプAP72と同じものであってもよい。検出電圧信号は、図示していないマイコン等で構成される制御回路部で処理される。
The two output voltages amplified by the
このように構成された検出回路部61の差動増幅器73,74では、抵抗R732,R742以外の抵抗の値を同じにすることができる。また、抵抗R732のみを変更することによって、ホール素子14の出力電圧を増幅する差動増幅器73のゲインを変更することが可能である。つまり、差動増幅器は、ゲインの調整機能を有する。実施の形態1における差動増幅器70,71を用いた場合には、差動増幅器70のゲインの調整を行う際に、抵抗R703および抵抗R704などの最低2箇所の抵抗を調整する必要があるのに対して、本実施の形態では1箇所の抵抗R732のみを調整すればよい。同様に抵抗R742のみの変更によって、ホール素子15の出力電圧を増幅する差動増幅器のゲインの変更ができる。抵抗の変更は可変抵抗によって抵抗値を変更してもよいし、固定抵抗の付け替えによって抵抗値を変更してもよい。
In the
差動増幅器73,74のゲインの調整が必要な理由について述べる。実施の形態1においては、他相電流Ib2からの磁界の影響を取り除くためには、各々のホール素子14,15の特性が同等であることが必要である。しかしながら、ホール素子には特性ばらつきが存在し、各々のホール素子14,15の積感度にばらつきが生じる。各々のホール素子14,15の出力電圧は、ホール素子の積感度とホール素子の駆動電流とを用いて、式(4)および式(5)のように表すことができる。
Vh1=Kh1×Ih01×B1 …(4)
Vh2=Kh2×Ih02×B2 …(5)
ここで、Kh1はホール素子14の積感度、Kh2はホール素子15の積感度、Ih01はホール素子14の駆動電流、Ih02はホール素子15の駆動電流、Vh1はホール素子14の出力電圧、Vh2はホール素子15の出力電圧である。
The reason why the gains of the
Vh1 = Kh1 × Ih01 × B1 (4)
Vh2 = Kh2 × Ih02 × B2 (5)
Here, Kh1 is the product sensitivity of the
各々のホール素子14,15の駆動電流Ih01とIh02とが同一の値であっても、各々のホール素子14,15の積感度Kh1,Kh2にばらつきが存在する場合には、各々のホール素子の出力電圧Vh1,Vh2にばらつきが生じる。このため、抵抗R732を出荷時に調整することで差動増幅器73のゲインを調整することで、ホール素子14の積感度とホール素子15の積感度とを見かけ上同等にすることができる。この結果、他相電流Ib2によって発生する磁束密度B13と磁束密度B14とを同じ値として検出できるので、差動増幅器75において磁束密度B13と磁束密度B14とを減算することで、他相電流Ib2からの磁界の影響を取り除くことができる。また、抵抗R742を調節して、差動増幅器74のゲインを調整することによっても同様の効果が得られる。
Even if the drive currents Ih01 and Ih02 of the
以上のように、差動増幅器はゲインの調整機能を有するので、ホール素子の感度のばらつきによる出力電圧のばらつきを抑えることができる。 As described above, since the differential amplifier has a gain adjustment function, variations in output voltage due to variations in sensitivity of the Hall elements can be suppressed.
実施の形態3.
図4は、本発明の実施の形態3を示すホール素子の電流供給源の構成図である。図4において、電流供給源23の構成が実施の形態1と異なっている。また、本実施の形態において、ホール素子の積感度のばらつきがあった場合のゲイン調整方法が実施の形態2と異なっている。本実施の形態3においては、ホール素子へ供給する電流値の調整によって、他相電流からの磁界の影響をほぼ無くすことができる。
FIG. 4 is a configuration diagram of a current supply source of the Hall element according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, the configuration of the
図4において、電流供給源23は、図示していない電流供給部に含まれており、マイコン80、オペアンプAP801、トランジスタTr801および抵抗R801によって構成されている。オペアンプAP801の非反転入力端子には、マイコン80のアナログ出力端子が接続されている。ここでは、電流供給源23はホール素子14に電流を供給する。マイコン80のアナログ出力電圧によって、電流供給源23から得られるホール素子14の駆動電流Ih01は式(6)のようになる。
Ih01=Vh01/R801 …(6)
ここで、Vh01はマイコン80のアナログ出力電圧である。つまり、マイコン80のアナログ出力電圧Vh01を調整することによって、ホール素子駆動電流Ih01を調整することができる。つまり、電流供給源23は磁束検出素子であるホール素子14に供給する電流値の調整機能を有する。検出回路部の2つの電流供給源のうちの少なくともどちらか一方に、電流供給源23を設ける。つまり、ホール素子14に電流を供給するために電流供給源23を用いてもよいし、ホール素子15に電流を供給するために電流供給源23を用いてもよいし、ホール素子14およびホール素子15に電流を供給するために個別に電流供給源23を用いてもよい。
In FIG. 4, the
Ih01 = Vh01 / R801 (6)
Here, Vh01 is an analog output voltage of the
ホール素子14またはホール素子15の駆動電流を調整する必要性は次のとおりである。各々のホール素子14,15の駆動電流Ih01とIh02とが同一の値であっても、各々のホール素子14,15の積感度Kh1,Kh2にばらつきが存在する場合には、各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2にもばらつきが生じる。各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2と積感度Kh1,Kh2との関係は式(4)および式(5)と同等である。このため、式(7)のように、
Kh1×Ih01=Kh2×Ih02 …(7)
の関係を満たすようにホール素子駆動電流Ih01を調整することによって、磁束密度に対する各々のホール素子の出力電圧Vh1,Vh2の特性を同一にすることができる。この結果、他相電流Ib2によって発生する磁束密度B13と磁束密度B14とを同じ値として検出できるので、差動増幅器72において磁束密度B13と磁束密度B14とを減算することで、他相電流Ib2からの磁界の影響を取り除くことができる。
The necessity of adjusting the drive current of the
Kh1 × Ih01 = Kh2 × Ih02 (7)
By adjusting the Hall element drive current Ih01 so as to satisfy the relationship, the characteristics of the output voltages Vh1 and Vh2 of the Hall elements with respect to the magnetic flux density can be made the same. As a result, since the magnetic flux density B13 and the magnetic flux density B14 generated by the other phase current Ib2 can be detected as the same value, the
次に、電流供給源23を用いた場合のIh01の調整法について述べる。他相電流Ib2をゼロとし、自相電流Ib1のみに電流を流し、各々のホール素子14,15の出力電圧の大きさが正負逆で同等となる駆動電流Ih01が流れるように、マイコン80のアナログ出力電圧Vh01を調整する。駆動電流Ih02の調整についても同様である。本実施の形態では、実施の形態2のように抵抗の値を変更する必要がない。
Next, a method for adjusting Ih01 when the
以上のように、2つの電流供給源のうちの少なくともどちらか一方は、磁束検出素子に供給する電流値の調整機能を有するので、ホール素子の感度のばらつきによる出力電圧のばらつきを抑えることができる。 As described above, since at least one of the two current supply sources has a function of adjusting the current value supplied to the magnetic flux detection element, variation in output voltage due to variation in sensitivity of the Hall element can be suppressed. .
実施の形態4.
図5は、本発明の実施の形態4を示す電流検出装置の回路図である。図5において、電流供給部31の構成が実施の形態1と異なっている。本実施の形態4においては、ホール素子の駆動に定電流源を用い、ゲイン調整または電流値調整をすることなく、他相電流からの磁界の影響を無くすことができる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram of a current detection device showing Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 5, the configuration of the
検出回路部62は、並列に接続された各々の磁束検出素子であるホール素子14,15を駆動する1つの電流供給源24からなる電流供給部31と、各々の磁束検出素子であるホール素子14,15の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器70,71と、2つの差動増幅器70,71で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器である差動増幅器72とを備えている。本実施の形態4におけるホール素子の電流駆動構成においては、単一の電流源である電流供給源24によって、並列に接続されたホール素子14,15を駆動する。この結果、各々のホール素子14,15の積感度のばらつきによる各々のホール素子14,15の出力電圧のばらつきが抑えることができる。
The
ホール素子の積感度は、ホール素子の入力抵抗と関係があり、ホール素子の入力抵抗が大きいときには、ホール素子の積感度は大きくなる。ホール素子の入力抵抗は、ホール素子を駆動する電流の入力と出力との間の抵抗のことである。ホール素子の積感度とホール素子の入力抵抗との関係を、ホール素子の比感度を用いると、式(8)のように表すことができる。
K*=Vh/(Rin×Ih×B) …(8)
ここで、K*はホール素子の比感度、Rinはホール素子の入力抵抗、Ihはホール素子の駆動電流、Bはホール素子部磁束密度、Vhはホール素子の出力電圧である。ホール素子の出力電圧Vhは式(8)から式(9)のように表すことができる。
Vh=K*×Rin×Ih×B …(9)
ホール素子の出力電圧Vhとホール素子の積感度Khとの関係は式(10)のように表すことができる。
Vh=Kh×Ih×B …(10)
式(9)および式(10)から式(11)のような関係が得られ、ホール素子の積感度はホール素子の入力抵抗に比例していることがわかる。
Kh=K*×Rin …(11)
The product sensitivity of the Hall element is related to the input resistance of the Hall element. When the input resistance of the Hall element is large, the product sensitivity of the Hall element increases. The input resistance of the Hall element is a resistance between an input and an output of a current that drives the Hall element. The relationship between the product sensitivity of the Hall element and the input resistance of the Hall element can be expressed as Equation (8) when the specific sensitivity of the Hall element is used.
K * = Vh / (Rin × Ih × B) (8)
Here, K * is the Hall element specific sensitivity, Rin is the Hall element input resistance, Ih is the Hall element drive current, B is the Hall element magnetic flux density, and Vh is the Hall element output voltage. The output voltage Vh of the Hall element can be expressed as in Expression (8) to Expression (9).
Vh = K * × Rin × Ih × B (9)
The relationship between the output voltage Vh of the Hall element and the product sensitivity Kh of the Hall element can be expressed as Expression (10).
Vh = Kh × Ih × B (10)
From Equations (9) and (10), a relationship such as Equation (11) is obtained, and it can be seen that the product sensitivity of the Hall element is proportional to the input resistance of the Hall element.
Kh = K * × Rin (11)
ホール素子の比感度K*を用いて、各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2は式(9)から、それぞれ式(12)、式(13)のように表すことができる。
Vh1=K*×Rin1×Ih01×B1 …(12)
Vh2=K*×Rin2×Ih02×B2 …(13)
ここで、Rin1はホール素子14の入力抵抗、Rin2はホール素子15の入力抵抗である。
Using the Hall element specific sensitivity K *, the output voltages Vh1 and Vh2 of the
Vh1 = K * × Rin1 × Ih01 × B1 (12)
Vh2 = K * × Rin2 × Ih02 × B2 (13)
Here, Rin1 is the input resistance of the
各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2のばらつきが抑えられる理由は次のとおりである。各々のホール素子14,15に流れる電流は、各々のホール素子14,15の入力抵抗Rin1,Rin2によって決まり、式(14)および式(15)のような関係がある。
Ih01×Rin1=Ih02×Rin2 …(14)
Ih01+Ih02=Ih0 …(15)
また、各々のホール素子14,15への駆動電流Ih01,Ih02は式(16)、式(17)のように表すことができる。
Ih01=(Rin2/(Rin1+Rin2))×Ih0 …(16)
Ih02=(Rin1/(Rin1+Rin2))×Ih0 …(17)
式(12)、式(13)の駆動電流Ih01,Ih02の項に式(16)、式(17)の関係を代入することで、各々のホール素子の駆動電流の関係式を用いて、各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2を式(18)、式(19)のように表すことができる。
Vh1=K*×Ih0×(Rin1×Rin2/(Rin1+Rin2))×B1 …(18)
Vh2=K*×Ih0×(Rin1×Rin2/(Rin1+Rin2))×B2 …(19)
The reason why variations in the output voltages Vh1 and Vh2 of the
Ih01 × Rin1 = Ih02 × Rin2 (14)
Ih01 + Ih02 = Ih0 (15)
In addition, the drive currents Ih01 and Ih02 to the
Ih01 = (Rin2 / (Rin1 + Rin2)) × Ih0 (16)
Ih02 = (Rin1 / (Rin1 + Rin2)) × Ih0 (17)
By substituting the relationship of the equations (16) and (17) into the terms of the drive currents Ih01 and Ih02 of the equations (12) and (13), The output voltages Vh1 and Vh2 of the
Vh1 = K * × Ih0 × (Rin1 × Rin2 / (Rin1 + Rin2)) × B1 (18)
Vh2 = K * × Ih0 × (Rin1 × Rin2 / (Rin1 + Rin2)) × B2 (19)
式(18)と式(19)とを比べると、ホール素子の出力電圧が磁束密度に依存して変化するので、各々のホール素子14,15における磁束密度に対するホール素子の出力電圧の特性を同一にすることができる。この結果、他相電流Ib2によって発生する磁束密度B13と磁束密度B14とを同じ値として検出できるので、差動増幅器72において磁束密度B13と磁束密度B14とを減算することで、他相電流Ib2からの磁界の影響を取り除くことができる。
Comparing equation (18) and equation (19), the output voltage of the hall element changes depending on the magnetic flux density, so the characteristics of the output voltage of the hall element with respect to the magnetic flux density in each of the
以上のように、並列に接続された各々の磁束検出素子を駆動する1つの電流供給源と、
各々の磁束検出素子の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器と、2つの差動増幅器で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器である差動増幅器とを備えたので、ホール素子の感度のばらつきによる出力電圧のばらつきを抑えることができる。
As described above, one current supply source that drives each magnetic flux detection element connected in parallel;
Two differential amplifiers that differentially amplify the output voltage of each magnetic flux detection element, and a differential amplifier that is an arithmetic unit that adds or subtracts each output voltage differentially amplified by the two differential amplifiers. Therefore, variation in output voltage due to variation in sensitivity of the Hall element can be suppressed.
実施の形態5.
図6は、本発明の実施の形態5を示すホール素子の電流供給源の構成図である。図6において、電流供給部32の構成が実施の形態1と異なっている。図6において、電流供給部32は、定電流源と同等の機能を有する定電圧源25によって構成されている。定電圧源25は並列に接続された各々の磁束検出素子であるホール素子14,15を駆動する1つの電流供給源である。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram of a current supply source of the Hall element according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the configuration of the
定電圧源25を用いた場合には、各々のホール素子14,15の入力抵抗によって、各々のホール素子14,15への駆動電流Ih01,Ih02は式(20)、式(21)のように表すことができる。
Ih01=Vh0/Rin1 …(20)
Ih02=Vh0/Rin2 …(21)
ここで、Vh0は定電圧源25から供給される電圧である。式(12)、式(13)の駆動電流Ih01,Ih02の項に式(20)、式(21)の関係を代入することで、各々のホール素子14,15の出力電圧Vh1,Vh2を式(22)、式(23)のように表すことができる。
Vh1=K*×Vh0×B1 …(22)
Vh2=K*×Vh0×B2 …(23)
When the
Ih01 = Vh0 / Rin1 (20)
Ih02 = Vh0 / Rin2 (21)
Here, Vh0 is a voltage supplied from the
Vh1 = K * × Vh0 × B1 (22)
Vh2 = K * × Vh0 × B2 (23)
式(22)と式(23)とを比べると、ホール素子の出力電圧が磁束密度に依存して変化するので、各々のホール素子14,15における磁束密度に対するホール素子の出力電圧の特性を同一にすることができる。この結果、他相電流Ib2によって発生する磁束密度B13と磁束密度B14とを同じ値として検出できるので、差動増幅器72において磁束密度B13と磁束密度B14とを減算することで、他相電流Ib2からの磁界の影響を取り除くことができる。
Comparing equation (22) and equation (23), the output voltage of the hall element changes depending on the magnetic flux density, so the characteristics of the output voltage of the hall element with respect to the magnetic flux density in each of the
以上のように、並列に接続された各々の磁束検出素子を駆動する1つの電流供給源と、
各々の磁束検出素子の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器と、2つの差動増幅器で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器である差動増幅器とを備えたので、ホール素子の感度のばらつきによる出力電圧のばらつきを抑えることができる。
As described above, one current supply source that drives each magnetic flux detection element connected in parallel;
Two differential amplifiers that differentially amplify the output voltage of each magnetic flux detection element, and a differential amplifier that is an arithmetic unit that adds or subtracts each output voltage differentially amplified by the two differential amplifiers. Therefore, variation in output voltage due to variation in sensitivity of the Hall element can be suppressed.
なお、全ての実施の形態において、第2のバスバーに電流検出装置がある場合にも、平行して配置される他のバスバーに電流検出装置が備えられた場合にも、本発明の実施によって各バスバーに流れる電流の電流検出を正確に行うことができる。 In all of the embodiments, each of the embodiments of the present invention can be applied to the case where the second bus bar has a current detection device and the other bus bars arranged in parallel have the current detection device. The current flowing through the bus bar can be accurately detected.
2 回路基板、3 第1のバスバー、4 第2のバスバー、10 上部の磁性体コア、11 下部の磁性体コア、12,13 空隙部、14,15 ホール素子、21〜24 電流供給源、25 定電圧源、30〜32 電流供給部、50 磁束検出部、60〜62 検出回路部、70〜75 差動増幅器、80 マイコン、AP70〜AP72,AP701,AP702,AP711,AP712,AP721,AP801 オペアンプ、R701〜R704,R711〜R714,R721〜R724,R731〜R733,R741〜R743,R751〜R756,R801 抵抗、Tr801 トランジスタ。 2 circuit board, 3 first bus bar, 4 second bus bar, 10 upper magnetic core, 11 lower magnetic core, 12, 13 gap, 14, 15 Hall element, 21-24 current supply source, 25 Constant voltage source, 30 to 32 current supply unit, 50 magnetic flux detection unit, 60 to 62 detection circuit unit, 70 to 75 differential amplifier, 80 microcomputer, AP70 to AP72, AP701, AP702, AP711, AP712, AP721, operational amplifier, R701 to R704, R711 to R714, R721 to R724, R731 to R733, R741 to R743, R751 to R756, R801 resistors, Tr801 transistors.
Claims (6)
前記各々の空隙部に配置された各々の磁束検出素子と、
前記各々の磁束検出素子の出力信号を加算または減算して前記電流の値を演算する検出回路部とを備えたことを特徴とする電流検出装置。 Two magnetic cores that surround a conductor through which a current flows and are arranged to have respective air gaps at opposite positions in a magnetic path formed by the current;
Each magnetic flux detecting element disposed in each of the gaps;
A current detection apparatus comprising: a detection circuit unit that calculates the value of the current by adding or subtracting output signals of the respective magnetic flux detection elements.
前記各々の磁束検出素子の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器と、
前記2つの差動増幅器で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器とを備えたことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の電流検出装置。 The detection circuit unit includes two current supply sources that drive each magnetic flux detection element,
Two differential amplifiers for differentially amplifying the output voltage of each of the magnetic flux detection elements;
The current detection device according to claim 1, further comprising: an arithmetic unit that adds or subtracts each output voltage differentially amplified by the two differential amplifiers.
前記各々の磁束検出素子の出力電圧を差動増幅する2つの差動増幅器と、
前記2つの差動増幅器で差動増幅された各々の出力電圧を加算または減算する演算器とを備えたことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の電流検出装置。 The detection circuit unit includes one current supply source that drives each magnetic flux detection element connected in parallel;
Two differential amplifiers for differentially amplifying the output voltage of each of the magnetic flux detection elements;
The current detection device according to claim 1, further comprising: an arithmetic unit that adds or subtracts each output voltage differentially amplified by the two differential amplifiers.
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