JP2012037508A - Current sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an error caused by an arrangement accuracy of elements during sensor assembly, and to measure the direction of a current to be detected or the like without using any hole element.SOLUTION: A current sensor includes: a magnetic substance core 1 for passing a magnetic flux generated by a current I to be detected therethrough; a resonance circuit including a winding wire Lo wound around the magnetic substance core 1; an oscillator 4 for applying a signal of a predetermined frequency to the resonance circuit; an output circuit 11 which is connected to the resonance circuit and outputs an electric signal corresponding to a direction of the current to be detected on the basis of a characteristic change of the resonance circuit which is changed in accordance with the direction of the current to be detected; and a magnetic field bias section (bias winding wire 2 and constant current power source 3) for applying a magnetic field bias to the magnetic substance core 1.

Description

本発明は、電流センサに関するものである。   The present invention relates to a current sensor.

磁気比例型の電流センサでは、被検出電流により発生する周回磁束の磁路となる磁性体コアが設けられ、その磁性体コアのギャップ内にホール素子が配置される。そのホール素子から出力される電気信号のレベルは、被検出電流による周回磁束の強度や向きに応じて変化する。このため、そのホール素子から出力される電気信号が増幅回路により増幅され、被検出電流の電流値として出力される（例えば特許文献１参照）。   In a magnetic proportional type current sensor, a magnetic core serving as a magnetic path of a circulating magnetic flux generated by a detected current is provided, and a Hall element is disposed in the gap of the magnetic core. The level of the electric signal output from the Hall element changes according to the strength and direction of the circulating magnetic flux due to the detected current. For this reason, the electric signal output from the Hall element is amplified by the amplifier circuit and output as the current value of the detected current (see, for example, Patent Document 1).

特開昭６３−６１９６１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 63-61961

このような電流センサでは、ホール素子の特性、ホール素子の配置位置などのバラツキに起因して、検出される電流値に誤差が生じる。このため、電流センサ製造時に回路定数（増幅回路内の抵抗素子の抵抗値など）を調整することで増幅回路の増幅度を電流センサの個体ごとに補正して、そのような誤差を低減させている。   In such a current sensor, an error occurs in the detected current value due to variations in the hall element characteristics, the arrangement position of the hall element, and the like. For this reason, by adjusting circuit constants (such as resistance values of resistance elements in the amplifier circuit) at the time of manufacturing the current sensor, the amplification degree of the amplifier circuit is corrected for each individual current sensor, and such errors are reduced. Yes.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、センサ組立時の素子の配置精度に起因する誤差を低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to reduce errors caused by element arrangement accuracy during sensor assembly.

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

本発明に係る電流センサは、被検出電流による磁束を通すための磁性体コアと、磁性体コアに巻回された巻線を含む共振回路と、共振回路に対して所定の周波数の信号を印加する発振器と、共振回路に接続され、被検出電流の向きに応じて変化する共振回路の特性変化に基づいて被検出電流の向きに対応する電気信号を出力する出力回路とを備える。   The current sensor according to the present invention applies a magnetic core for passing a magnetic flux by a detected current, a resonance circuit including a winding wound around the magnetic core, and a signal having a predetermined frequency to the resonance circuit. And an output circuit that is connected to the resonance circuit and outputs an electrical signal corresponding to the direction of the detected current based on a change in characteristics of the resonance circuit that changes according to the direction of the detected current.

これにより、ホール素子を使用しないため、センサ組立時の素子の配置精度に起因する誤差を低減することができ、また、ホール素子を使用せずに、被検出電流の向きなどを測定することができる。   As a result, since no Hall element is used, errors due to element placement accuracy during sensor assembly can be reduced, and the direction of the detected current can be measured without using the Hall element. it can.

また、本発明に係る電流センサは、上記の電流センサに加え、次のようにしてもよい。この場合、電流センサは、磁性体コアに磁界バイアスを印加する磁界バイアス部をさらに備える。   In addition to the above current sensor, the current sensor according to the present invention may be as follows. In this case, the current sensor further includes a magnetic field bias unit that applies a magnetic field bias to the magnetic core.

これにより、被検出電流の向きに応じて巻線のインダクタンスが増減するため、共振回路の特性変化に基づいて被検出電流の向きに対応する電気信号が出力される。   Thereby, since the inductance of the winding increases or decreases according to the direction of the detected current, an electric signal corresponding to the direction of the detected current is output based on the characteristic change of the resonance circuit.

また、本発明に係る電流センサは、上記の電流センサに加え、次のようにしてもよい。この場合、磁界バイアス部は、磁性体コアに巻回されたバイアス用巻線とそのバイアス用巻線に定電流を導通させる電源、または永久磁石であり、磁界バイアスは、磁性体コアを磁気飽和領域に到達させる。   In addition to the above current sensor, the current sensor according to the present invention may be as follows. In this case, the magnetic field bias unit is a bias winding wound around the magnetic core and a power source or a permanent magnet that conducts a constant current to the bias winding. The magnetic field bias magnetically saturates the magnetic core. Let the area reach.

また、本発明に係る電流センサは、被検出電流による磁束を通すための磁性体コアと、磁性体コアに巻回された巻線を含む共振回路と、共振回路に対して所定の周波数の信号を印加する発振器と、共振回路に接続され、被検出電流の大きさに応じた共振回路の特性変化に対応する大きさの電気信号を出力する出力回路と、磁性体コアのギャップに配置されたホール素子と、ホール素子の出力電圧に基づく被検出電流の向きに応じて、出力回路の出力極性を反転させる極性反転回路とを備える。   In addition, a current sensor according to the present invention includes a magnetic core for passing a magnetic flux by a detected current, a resonance circuit including a winding wound around the magnetic core, and a signal having a predetermined frequency with respect to the resonance circuit. Is disposed in the gap between the magnetic core and an output circuit that outputs an electric signal having a magnitude corresponding to a change in characteristics of the resonant circuit according to the magnitude of the detected current. A Hall element and a polarity inversion circuit that inverts the output polarity of the output circuit in accordance with the direction of the current to be detected based on the output voltage of the Hall element.

本発明によれば、センサ組立時の素子の配置精度に起因する誤差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce errors due to the arrangement accuracy of elements during sensor assembly.

図１は、本発明の実施の形態１に係る電流センサの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、図１における巻線Ｌｏのインダクタンス特性を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the inductance characteristics of the winding Lo in FIG. 図３は、図１に示す電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔの特性を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the characteristics of the output voltage Vout of the current sensor shown in FIG. 図４は、本発明の実施の形態２に係る電流センサの構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 図５は、本発明の実施の形態３に係る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 current sensor according to Embodiment 3 of the present invention. 図６は、ラッチ型ホール素子の特性を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of the latch-type Hall element. 図７は、図５における出力回路および極性反転回路の等価回路を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the output circuit and the polarity inverting circuit in FIG.

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１． Embodiment 1 FIG.

図１は、本発明の実施の形態１に係る電流センサの構成を示す回路図である。   1 is a circuit diagram showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

図１において、磁性体コア１は、被検出電流Ｉによる周回磁束の磁路となる磁性体コアである。磁性体コア１には、フェライトコア、電磁鋼板コアなどが使用される。また、この実施の形態では、磁性体コア１はリング形のコアである。   In FIG. 1, a magnetic core 1 is a magnetic core that serves as a magnetic path of a circulating magnetic flux due to a detected current I. For the magnetic core 1, a ferrite core, an electromagnetic steel plate core, or the like is used. In this embodiment, the magnetic core 1 is a ring-shaped core.

巻線２は、磁性体コア１に巻回されたバイアス用巻線である。定電流電源３は、巻線２に定電流を導通させる。アンペアターン（巻線２のターン数と定電流電源３による電流値との積）が、被検出電流Ｉによる定格電流（測定すべき最大電流）の約半分となるように、定電流電源３による電流値が決定される。   The winding 2 is a bias winding wound around the magnetic core 1. The constant current power source 3 causes the winding 2 to conduct a constant current. By the constant current power source 3 so that the ampere turn (the product of the number of turns of the winding 2 and the current value by the constant current power source 3) is about half of the rated current (maximum current to be measured) by the detected current I. A current value is determined.

この巻線２と定電流電源３は、磁界バイアス部を構成する。磁界バイアス部は、磁性体コア１に磁界バイアスを印加する。磁界バイアスは、磁性体コア１を磁気飽和領域に到達させる。   The winding 2 and the constant current power source 3 constitute a magnetic field bias unit. The magnetic field bias unit applies a magnetic field bias to the magnetic core 1. The magnetic field bias causes the magnetic core 1 to reach the magnetic saturation region.

巻線Ｌｏは、磁性体コア１に巻回されており、インダクタとして機能する。巻線Ｌｏには、コンデンサＣｏおよび抵抗Ｒｏが直列に接続されており、巻線Ｌｏ、コンデンサＣｏおよび抵抗Ｒｏにより直列共振回路が形成されている。その直列共振回路には、発振器４が接続されている。発振器４は、所定の発振周波数ｆｏｓｃの電気信号を出力する。発振周波数ｆｏｓｃは、被検出電流Ｉがゼロであるときの直列共振回路の共振周波数ｆｏ近傍の周波数であって、被検出電流Ｉによるインダクタンス変化に起因して共振周波数が増減してもそのときの共振周波数に一致しない周波数とされる。   The winding Lo is wound around the magnetic core 1 and functions as an inductor. A capacitor Co and a resistor Ro are connected in series to the winding Lo, and a series resonance circuit is formed by the winding Lo, the capacitor Co, and the resistor Ro. An oscillator 4 is connected to the series resonance circuit. The oscillator 4 outputs an electrical signal having a predetermined oscillation frequency fosc. The oscillation frequency fosc is a frequency in the vicinity of the resonance frequency fo of the series resonance circuit when the detected current I is zero. Even if the resonance frequency increases or decreases due to an inductance change due to the detected current I, the oscillation frequency fosc The frequency does not match the resonance frequency.

整流回路５は、ダイオードＤおよびコンデンサＣを有し、コンデンサＣｏの両端電圧を整流平滑する。   The rectifier circuit 5 includes a diode D and a capacitor C, and rectifies and smoothes the voltage across the capacitor Co.

増幅回路６は、整流回路５の出力電圧を増幅する回路である。この実施の形態では、増幅回路６は、差動増幅回路である。この増幅回路６では、整流回路５の正側出力端子がオペアンプＯＰの正側入力端子に抵抗Ｒ１を介して接続されており、整流回路５の負側出力端子がオペアンプＯＰの負側入力端子に抵抗Ｒ２を介して接続されており、オペアンプＯＰの負側入力端子が抵抗Ｒ４を介してグランドに接続されており、抵抗Ｒ３の一端がオペアンプＯＰの正側入力端子に接続され抵抗Ｒ３の他端がオペアンプＯＰの出力端子に接続されている。   The amplifier circuit 6 is a circuit that amplifies the output voltage of the rectifier circuit 5. In this embodiment, the amplifier circuit 6 is a differential amplifier circuit. In this amplifier circuit 6, the positive output terminal of the rectifier circuit 5 is connected to the positive input terminal of the operational amplifier OP via the resistor R1, and the negative output terminal of the rectifier circuit 5 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier OP. The resistor R2 is connected, the negative input terminal of the operational amplifier OP is connected to the ground via the resistor R4, one end of the resistor R3 is connected to the positive input terminal of the operational amplifier OP, and the other end of the resistor R3. Is connected to the output terminal of the operational amplifier OP.

この整流回路５と増幅回路６により、出力回路１１が構成されている。出力回路１１は、上述の共振回路に接続され、被検出電流Ｉの向きに応じて変化するその共振回路の特性変化に基づいて被検出電流Ｉの向きに対応する電気信号（出力電圧Ｖｏｕｔ）を出力する。   The rectifier circuit 5 and the amplifier circuit 6 constitute an output circuit 11. The output circuit 11 is connected to the above-described resonance circuit, and outputs an electric signal (output voltage Vout) corresponding to the direction of the detected current I based on the characteristic change of the resonance circuit that changes according to the direction of the detected current I. Output.

次に、上記電流センサの動作について説明する。   Next, the operation of the current sensor will be described.

定電流電源３により巻線２に所定の電流が導通されると、磁性体コア１内の磁界が磁気飽和領域に到達する。したがって、直流重畳特性により、巻線Ｌｏのインダクタンスは、定電流電源３による電流がない場合に比べ低下する。このときのインダクタンスをＬｂとする。図２は、図１における巻線Ｌｏのインダクタンス特性を説明する図である。   When a predetermined current is conducted to the winding 2 by the constant current power source 3, the magnetic field in the magnetic core 1 reaches the magnetic saturation region. Therefore, due to the DC superimposition characteristics, the inductance of the winding Lo is lower than when there is no current from the constant current power source 3. The inductance at this time is Lb. FIG. 2 is a diagram illustrating the inductance characteristics of the winding Lo in FIG.

そして、被検出電流Ｉがゼロである場合、巻線ＬｏのインダクタンスＬｂであり、そのときの直列共振回路のインピーダンスに応じた振幅の電流が、巻線Ｌｏ、コンデンサＣｏ、および抵抗Ｒｏに導通する。そして、この電流によるコンデンサＣｏの両端電圧が整流回路５により整流平滑され、整流平滑後の直流電圧が増幅回路６により増幅され、出力電圧Ｖｏｕｔとなる。被検出電流Ｉがゼロである場合の出力電圧Ｖｏｕｔを、Ｖｂとする。図３は、図１に示す電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔの特性を説明する図である。   When the detected current I is zero, it is the inductance Lb of the winding Lo, and a current having an amplitude corresponding to the impedance of the series resonance circuit at that time is conducted to the winding Lo, the capacitor Co, and the resistor Ro. . Then, the voltage across the capacitor Co due to this current is rectified and smoothed by the rectifier circuit 5, and the rectified and smoothed DC voltage is amplified by the amplifier circuit 6 to become the output voltage Vout. The output voltage Vout when the detected current I is zero is Vb. FIG. 3 is a diagram for explaining the characteristics of the output voltage Vout of the current sensor shown in FIG.

次に、被検出電流Ｉの電流値が正である場合（つまり、図１におけるＩ＋の方向に被検出電流Ｉが導通しており、磁性体コア１内で被検出電流Ｉによる磁束が定電流電源３の電流による磁束Φと同一方向に導通している場合）、磁性体コア１内の磁界が強まるため、図２に示すように、巻線ＬｏのインダクタンスがＬｂから減少する。このため、直列共振回路のインピーダンスが低下し、直列共振回路を導通する電流の振幅が増加するため、電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔは、図３に示すようにＶｂから増加する。   Next, when the current value of the detected current I is positive (that is, the detected current I is conducted in the direction I + in FIG. 1), the magnetic flux generated by the detected current I in the magnetic core 1 is a constant current. Since the magnetic field in the magnetic core 1 is strengthened, the inductance of the winding Lo is decreased from Lb as shown in FIG. For this reason, the impedance of the series resonant circuit is lowered, and the amplitude of the current that is conducted through the series resonant circuit is increased, so that the output voltage Vout of the current sensor increases from Vb as shown in FIG.

一方、被検出電流Ｉの電流値が負である場合（つまり、図１におけるＩ−の方向に被検出電流Ｉが導通しており、磁性体コア１内で被検出電流Ｉによる磁束が定電流電源３の電流による磁束Φと反対方向に導通している場合）、磁性体コア１内の磁界が弱まるため、図２に示すように、巻線ＬｏのインダクタンスがＬｂから増加する。このため、直列共振回路のインピーダンスが増加し、直列共振回路を導通する電流の振幅が減少するため、電流センサの出力電圧Ｖｏｕｔは、図３に示すようにＶｂから減少する。   On the other hand, when the current value of the detected current I is negative (that is, the detected current I is conducted in the direction of I− in FIG. 1, the magnetic flux generated by the detected current I is constant current in the magnetic core 1. Since the magnetic field in the magnetic core 1 is weakened, the inductance of the winding Lo increases from Lb as shown in FIG. For this reason, since the impedance of the series resonance circuit increases and the amplitude of the current conducted through the series resonance circuit decreases, the output voltage Vout of the current sensor decreases from Vb as shown in FIG.

したがって、出力電圧ＶｏｕｔとＶｂとを比較することで、被検出電流Ｉの向きが特定される。つまり、出力電圧ＶｏｕｔがＶｂより大きければ、被検出電流Ｉの向きは、図１におけるＩ＋の方向であり、出力電圧ＶｏｕｔがＶｂより小さければ、被検出電流Ｉの向きは、図１におけるＩ−の方向である。また、出力電圧ＶｏｕｔとＶｂとの差から、被検出電流Ｉの大きさも特定される。   Therefore, the direction of the detected current I is specified by comparing the output voltages Vout and Vb. That is, if the output voltage Vout is larger than Vb, the direction of the detected current I is the direction of I + in FIG. 1, and if the output voltage Vout is smaller than Vb, the direction of the detected current I is I− in FIG. Direction. Further, the magnitude of the detected current I is also specified from the difference between the output voltages Vout and Vb.

以上のように、上記実施の形態１に係る電流センサは、被検出電流Ｉによる磁束を通すための磁性体コア１と、磁性体コア１に巻回された巻線Ｌｏを含む共振回路と、その共振回路に対して所定の周波数ｆｏｓｃの信号を印加する発振器４と、その共振回路に接続され、被検出電流の向きに応じて変化する共振回路の特性変化に基づいて被検出電流の向きに対応する電気信号を出力する出力回路１１とを備える。   As described above, the current sensor according to the first embodiment includes the magnetic core 1 for passing the magnetic flux generated by the detected current I, and the resonance circuit including the winding Lo wound around the magnetic core 1. An oscillator 4 that applies a signal having a predetermined frequency fosc to the resonance circuit, and the direction of the detected current based on a characteristic change of the resonance circuit that is connected to the resonance circuit and changes according to the direction of the detected current. And an output circuit 11 for outputting a corresponding electrical signal.

これにより、ホール素子を使用せず、検出精度が共振回路のＱ特性でほぼ決定されるため、センサ組立時の素子の配置精度に起因する誤差を低減することができ、また、ホール素子を使用せずに、被検出電流Ｉの向きなどを測定することができる。   As a result, the Hall element is not used, and the detection accuracy is almost determined by the Q characteristics of the resonance circuit, so that errors due to the element placement accuracy during sensor assembly can be reduced, and the Hall element is used. The direction of the detected current I and the like can be measured without doing so.

また、上記実施の形態１に係る電流センサは、磁性体コア１に磁界バイアスを印加する磁界バイアス部（バイアス用巻線２と定電流電源３）をさらに備える。   The current sensor according to the first embodiment further includes a magnetic field bias unit (bias winding 2 and constant current power supply 3) that applies a magnetic field bias to the magnetic core 1.

これにより、被検出電流Ｉの向きに応じて巻線Ｌｏのインダクタンスが増減するため、共振回路の特性変化に基づいて被検出電流Ｉの向きに対応する電気信号が出力される。   As a result, the inductance of the winding Lo increases or decreases in accordance with the direction of the detected current I, so that an electrical signal corresponding to the direction of the detected current I is output based on the change in the characteristics of the resonance circuit.

実施の形態２． Embodiment 2. FIG.

本発明の実施の形態２では、磁性体コア１に磁界バイアスを印加する磁界バイアス部として永久磁石が使用される。   In the second embodiment of the present invention, a permanent magnet is used as a magnetic field bias unit that applies a magnetic field bias to the magnetic core 1.

図４は、本発明の実施の形態２に係る電流センサの構成を示す回路図である。図４に示すように、実施の形態２に係る電流センサでは、図１における磁性体コア１、巻線２および定電流回路３の代わりに、Ｃ形の磁性体コア１５と、磁性体コア１５に接続された永久磁石１６とが使用される。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 4, in the current sensor according to the second embodiment, instead of the magnetic core 1, the winding 2 and the constant current circuit 3 in FIG. And a permanent magnet 16 connected to the.

永久磁石１６は、磁界バイアス部を構成する。磁界バイアス部は、磁性体コア１５に磁界バイアスを印加する。磁界バイアスは、磁性体コア１５を磁気飽和領域に到達させる。   The permanent magnet 16 constitutes a magnetic field bias unit. The magnetic field bias unit applies a magnetic field bias to the magnetic core 15. The magnetic field bias causes the magnetic core 15 to reach the magnetic saturation region.

なお、図４におけるその他の構成要素については、実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。また、実施の形態２に係る電流センサは、実施の形態１に係る電流センサと同様に動作して、被検出電流Ｉの電流値を検出する。   Since the other components in FIG. 4 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. The current sensor according to the second embodiment operates in the same manner as the current sensor according to the first embodiment, and detects the current value of the detected current I.

以上のように、上記実施の形態２では、磁界バイアス部として、永久磁石１６を備える。これにより、被検出電流Ｉの向きに応じて巻線Ｌｏのインダクタンスが増減するため、共振回路の特性変化に基づいて被検出電流Ｉの向きに対応する電気信号が出力される。   As described above, in the second embodiment, the permanent magnet 16 is provided as the magnetic field bias unit. As a result, the inductance of the winding Lo increases or decreases in accordance with the direction of the detected current I, so that an electrical signal corresponding to the direction of the detected current I is output based on the change in the characteristics of the resonance circuit.

実施の形態３． Embodiment 3 FIG.

図５は、本発明の実施の形態３に係る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 current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

図５において、磁性体コア２１は、磁性体コア１と同様のコアであるが、ギャップを有する。磁性体コア２１のギャップには、ホール素子２２が設置されている。このホール素子２２はラッチ型ホール素子である。図６は、ラッチ型ホール素子の特性を説明する図である。図６に示すように、ラッチ型ホール素子の磁界強度−出力電圧特性は、ヒステリシス特性となっている。   In FIG. 5, the magnetic core 21 is the same core as the magnetic core 1 but has a gap. A Hall element 22 is installed in the gap of the magnetic core 21. The hall element 22 is a latch type hall element. FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of the latch-type Hall element. As shown in FIG. 6, the magnetic field strength-output voltage characteristic of the latch-type Hall element is a hysteresis characteristic.

巻線Ｌｏ、コンデンサＣｏおよび抵抗Ｒｏによる直列共振回路は、実施の形態１と同様のものである。また、整流回路５の代わりに、実施の形態３では、整流回路５ａがその共振回路に接続されている。整流回路５ａは、ダイオードＤ，Ｄ１とコンデンサＣ，Ｃ１とで構成される倍電圧整流回路である。   The series resonance circuit including the winding Lo, the capacitor Co, and the resistor Ro is the same as that in the first embodiment. Further, in the third embodiment, the rectifier circuit 5a is connected to the resonance circuit instead of the rectifier circuit 5. The rectifier circuit 5a is a voltage doubler rectifier circuit composed of diodes D and D1 and capacitors C and C1.

増幅回路２３は、整流回路５ａの出力電圧を増幅する回路である。実施の形態３では、増幅回路２３は、極性反転回路２４の状態に応じて、反転増幅回路または非反転増幅回路として動作する。増幅回路２３では、整流回路５ａの正側出力端子が、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介してオペアンプＯＰ１の正側入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４を介してオペアンプＯＰ１の負側入力端子に接続されている。そして、抵抗Ｒ１５の一端がオペアンプＯＰ１の負側入力端子に接続され抵抗Ｒ１５の他端がオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されている。   The amplifier circuit 23 is a circuit that amplifies the output voltage of the rectifier circuit 5a. In the third embodiment, the amplifier circuit 23 operates as an inverting amplifier circuit or a non-inverting amplifier circuit depending on the state of the polarity inverting circuit 24. In the amplifier circuit 23, the positive output terminal of the rectifier circuit 5a is connected to the positive input terminal of the operational amplifier OP1 via resistors R11 and R12, and is connected to the negative input terminal of the operational amplifier OP1 via resistors R13 and R14. It is connected. One end of the resistor R15 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier OP1, and the other end of the resistor R15 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1.

この整流回路５ａと増幅回路２３により、出力回路４１が構成されている。出力回路４１は、上述の共振回路に接続され、被検出電流Ｉの大きさに応じた、その共振回路の特性変化に対応する大きさの電気信号（出力電圧Ｖｏｕｔ）を出力する。   The rectifier circuit 5a and the amplifier circuit 23 constitute an output circuit 41. The output circuit 41 is connected to the above-described resonance circuit, and outputs an electric signal (output voltage Vout) having a magnitude corresponding to the characteristic change of the resonance circuit according to the magnitude of the detected current I.

極性反転回路２４は、ホール素子２２の出力電圧に基づく被検出電流Ｉの向きに応じて、出力回路４１の出力極性を反転させる。この実施の形態３では、極性反転回路２４は、増幅回路２３を反転増幅回路および非反転増幅回路のいずれかとして動作させることで、出力電圧Ｖｏｕｔの極性を反転させる。   The polarity inversion circuit 24 inverts the output polarity of the output circuit 41 in accordance with the direction of the detected current I based on the output voltage of the Hall element 22. In the third embodiment, the polarity inversion circuit 24 inverts the polarity of the output voltage Vout by operating the amplifier circuit 23 as either an inverting amplifier circuit or a non-inverting amplifier circuit.

極性反転回路２４は、オープンコレクタ型（またはオープンドレイン型）のコンパレータＯＰ２，ＯＰ３を有している。コンパレータＯＰ２，ＯＰ３は例えばオペアンプで実現される。コンパレータＯＰ２の正側入力端子とコンパレータＯＰ３の負側入力端子が互いに接続されており、両者の接続点に対して、直流電源３１により基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。この基準電圧Ｖｒｅｆは、図６に示すようにホール素子２２の２つの出力電圧ＶＨ，ＶＬの中間の電圧とされる。また、コンパレータＯＰ２の負側入力端子とコンパレータＯＰ３の正側入力端子が互いに接続されており、両者の接続点に、ホール素子２２の出力電圧Ｖｓが印加される。そして、コンパレータＯＰ２の出力端子は、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点に接続され、コンパレータＯＰ３の出力端子は、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４との接続点に接続されている。   The polarity inverting circuit 24 has open collector (or open drain) comparators OP2 and OP3. The comparators OP2 and OP3 are realized by operational amplifiers, for example. The positive input terminal of the comparator OP2 and the negative input terminal of the comparator OP3 are connected to each other, and a reference voltage Vref is applied to the connection point between them by the DC power supply 31. The reference voltage Vref is an intermediate voltage between the two output voltages VH and VL of the Hall element 22, as shown in FIG. The negative input terminal of the comparator OP2 and the positive input terminal of the comparator OP3 are connected to each other, and the output voltage Vs of the Hall element 22 is applied to the connection point between them. The output terminal of the comparator OP2 is connected to the connection point between the resistors R11 and R12, and the output terminal of the comparator OP3 is connected to the connection point between the resistors R13 and R14.

次に、実施の形態３に係る電流センサの動作について説明する。   Next, the operation of the current sensor according to the third embodiment will be described.

実施の形態３に係る電流センサでは、被検出電流Ｉの大きさに応じて、巻線Ｌｏのインダクタンスが変化し、その変化に応じて、整流回路５ａの出力電圧が変化する。したがって、被検出電流Ｉの大きさに応じて、増幅回路２３の出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値が変化する。   In the current sensor according to the third embodiment, the inductance of the winding Lo changes according to the magnitude of the detected current I, and the output voltage of the rectifier circuit 5a changes according to the change. Therefore, the absolute value of the output voltage Vout of the amplifier circuit 23 changes according to the magnitude of the detected current I.

他方、被検出電流Ｉの電流値が正である場合（つまり、図５におけるＩ＋の方向に被検出電流Ｉが導通している場合）、ホール素子２２の出力電圧ＶｓはＶＬとなり、コンパレータＯＰ３の出力電圧はゼロに固定され、オープンコレクタ型のコンパレータＯＰ２の出力電圧は不定となり、増幅回路２３により決定される。   On the other hand, when the current value of the detected current I is positive (that is, when the detected current I is conducted in the direction of I + in FIG. 5), the output voltage Vs of the Hall element 22 becomes VL, and the comparator OP3 The output voltage is fixed to zero, the output voltage of the open collector type comparator OP2 becomes indefinite, and is determined by the amplifier circuit 23.

一方、被検出電流Ｉの電流値が負である場合（つまり、図５におけるＩ−の方向に被検出電流Ｉが導通している場合）、ホール素子２２の出力電圧ＶｓはＶＨとなり、コンパレータＯＰ２の出力電圧はゼロに固定され、オープンコレクタ型のコンパレータＯＰ３の出力電圧は不定となり、増幅回路２３により決定される。   On the other hand, when the current value of the detected current I is negative (that is, when the detected current I is conducted in the direction I- in FIG. 5), the output voltage Vs of the Hall element 22 becomes VH, and the comparator OP2 The output voltage of the open-collector type comparator OP3 becomes indefinite and is determined by the amplifier circuit 23.

図７は、図５における出力回路４１および極性反転回路２４の等価回路を示す回路図である。図７（Ａ）は、被検出電流Ｉの電流値が正である場合の、出力回路４１および極性反転回路２４の等価回路を示す回路図である。図７（Ｂ）は、被検出電流Ｉの電流値が負である場合の、出力回路４１および極性反転回路２４の等価回路を示す回路図である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the output circuit 41 and the polarity inversion circuit 24 in FIG. FIG. 7A is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the output circuit 41 and the polarity inversion circuit 24 when the current value of the detected current I is positive. FIG. 7B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the output circuit 41 and the polarity inversion circuit 24 when the current value of the detected current I is negative.

図７（Ａ）に示すように、被検出電流Ｉの電流値が正である場合には、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４との接続点の電圧がゼロとされるため、増幅回路２３は、非反転増幅回路として動作し、出力電圧Ｖｏｕｔの極性は反転しない（つまり、出力電圧Ｖｏｕｔは正となる）。   As shown in FIG. 7A, when the current value of the current I to be detected is positive, the voltage at the connection point between the resistor R13 and the resistor R14 is zero. It operates as an amplifier circuit, and the polarity of the output voltage Vout is not inverted (that is, the output voltage Vout becomes positive).

一方、図７（Ｂ）に示すように、被検出電流Ｉの電流値が負である場合には、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点の電圧がゼロとされるため、増幅回路２３は、反転増幅回路として動作し、出力電圧Ｖｏｕｔの極性が反転する（つまり、出力電圧Ｖｏｕｔは負となる）。   On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the current value of the detected current I is negative, the voltage at the connection point between the resistor R11 and the resistor R12 is set to zero. It operates as an inverting amplifier circuit, and the polarity of the output voltage Vout is inverted (that is, the output voltage Vout becomes negative).

以上のように、上記実施の形態３によれば、出力回路４１は、被検出電流Ｉの大きさに応じた上述の共振回路の特性変化に対応する大きさの電気信号を出力し、極性反転回路２４は、ホール素子２２の出力電圧に基づく被検出電流Ｉの向きに応じて、出力回路４１の出力極性を反転させる。   As described above, according to the third embodiment, the output circuit 41 outputs an electric signal having a magnitude corresponding to the characteristic change of the resonance circuit according to the magnitude of the detected current I, and polarity inversion. The circuit 24 inverts the output polarity of the output circuit 41 according to the direction of the detected current I based on the output voltage of the Hall element 22.

これにより、ホール素子２２を使用するものの、ホール素子２２は、被検出電流Ｉの向きの検出に使用されるだけであり、被検出電流Ｉの大きさの測定には直接的に使用されないため、センサ組立時のホール素子２２の配置精度が、当該電流センサの測定精度に与える影響が少ない。   Thereby, although the Hall element 22 is used, the Hall element 22 is only used for detecting the direction of the detected current I and is not directly used for measuring the magnitude of the detected current I. The placement accuracy of the Hall elements 22 during sensor assembly has little effect on the measurement accuracy of the current sensor.

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。   Each embodiment described above is a preferred example of the present invention, but the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. It is.

例えば、上記実施の形態１，２，３において、巻線Ｌｏをそれぞれ含む共振回路をコンデンサとの並列共振回路としてもよい。   For example, in the first, second, and third embodiments, the resonance circuit including the winding Lo may be a parallel resonance circuit with a capacitor.

また、上記実施の形態３における整流回路５ａを整流回路５としてもよいし、上記実施の形態１，２における整流回路５を整流回路５ａとしてもよい。   Further, the rectifier circuit 5a in the third embodiment may be the rectifier circuit 5, and the rectifier circuit 5 in the first and second embodiments may be the rectifier circuit 5a.

本発明は、例えば、絶縁型の電流センサに適用可能である。   The present invention is applicable to, for example, an insulation type current sensor.

１，１５，２１ 磁性体コア
２ 巻線（バイアス用巻線の一例，磁界バイアス部の一例の一部）
３ 定電流電源（磁界バイアス部の一例の一部）
４ 発振器
１１，４１ 出力回路
１６ 永久磁石（磁界バイアス部の一例）
２２ ホール素子
２４ 極性反転回路
Ｃｏ コンデンサ（共振回路の一例の一部）
Ｌｏ 巻線（共振回路の一例の一部）
Ｒｏ 抵抗（共振回路の一例の一部） 1, 15, 21 Magnetic core 2 windings (an example of a bias winding, a part of an example of a magnetic field bias unit)
3. Constant current power supply (part of an example of magnetic field bias unit)
4 Oscillator 11, 41 Output circuit 16 Permanent magnet (an example of a magnetic field bias unit)
22 Hall element 24 Polarity inversion circuit Co capacitor (part of an example of resonance circuit)
Lo winding (part of an example of resonant circuit)
Ro resistance (part of an example of a resonant circuit)

Claims (4)

被検出電流による磁束を通すための磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された巻線を含む共振回路と、
前記共振回路に対して所定の周波数の信号を印加する発振器と、
前記共振回路に接続され、前記被検出電流の向きに応じて変化する前記共振回路の特性変化に基づいて前記被検出電流の向きに対応する電気信号を出力する出力回路と、
を備えることを特徴とする電流センサ。 A magnetic core for passing magnetic flux due to the detected current;
A resonant circuit including a winding wound around the magnetic core;
An oscillator that applies a signal of a predetermined frequency to the resonant circuit;
An output circuit connected to the resonant circuit and outputting an electrical signal corresponding to the direction of the detected current based on a characteristic change of the resonant circuit that changes according to the direction of the detected current;
A current sensor comprising: 前記磁性体コアに磁界バイアスを印加する磁界バイアス部を備えることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。   The current sensor according to claim 1, further comprising a magnetic field bias unit that applies a magnetic field bias to the magnetic core. 前記磁界バイアス部は、磁性体コアに巻回されたバイアス用巻線とそのバイアス用巻線に定電流を導通させる電源、または永久磁石であり、
前記磁界バイアスは、前記磁性体コアを磁気飽和領域に到達させること、
を特徴とする請求項２記載の電流センサ。 The magnetic field bias unit is a bias winding wound around a magnetic core and a power source that conducts a constant current to the bias winding, or a permanent magnet,
The magnetic field bias causes the magnetic core to reach a magnetic saturation region;
The current sensor according to claim 2. 被検出電流による磁束を通すための磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された巻線を含む共振回路と、
前記共振回路に対して所定の周波数の信号を印加する発振器と、
前記共振回路に接続され、前記被検出電流の大きさに応じた前記共振回路の特性変化に対応する大きさの電気信号を出力する出力回路と、
前記磁性体コアのギャップに配置されたホール素子と、
前記ホール素子の出力電圧に基づく前記被検出電流の向きに応じて、前記出力回路の出力極性を反転させる極性反転回路と、
を備えることを特徴とする電流センサ。 A magnetic core for passing magnetic flux due to the detected current;
A resonant circuit including a winding wound around the magnetic core;
An oscillator that applies a signal of a predetermined frequency to the resonant circuit;
An output circuit connected to the resonance circuit and outputting an electric signal having a magnitude corresponding to a characteristic change of the resonance circuit according to the magnitude of the detected current;
A hall element disposed in a gap of the magnetic core;
A polarity inversion circuit for inverting the output polarity of the output circuit according to the direction of the detected current based on the output voltage of the Hall element;
A current sensor comprising:
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