JPH01105177A - 電流センサー駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ホール素子を用いた電流センサーの駆動回路
に関する。

［従来の技術］ ホール素子を用いた電流センサー°は、被測定電流回路
とは電気的に絶縁された状態で、独立に、直流電流およ
び交流電流を測定することができ、一部実用的に用いら
れている。

第２図は、このようなポール素子を用いた電流測定の方
法を示す。電流の流れる導体１１の周囲に発生するＦｌ
ｆｌ界の磁束を強磁性体コア２１で集束し、コア２１の
一部に形成された空隙２２に発生する磁界の磁束密度を
ホール素子２３で測定することにより、導体１１中を漬
れる電流を測ることができる。

即ち、導体１１を涜れる電流に比例した磁束密度が空隙
２２中のホール素子に加わるため、ホール電圧を測定す
ることによって導体中を漬れる電流値を、電流の流れる
導体と非接触で電気回路上は独立に測定で包る。

［発明が解決しようとする問題点］ ホール素子の出力であるホール電圧は、一般に温度依存
性を持つために、ホール素子を用いた電流センサの測定
電流に比例した出力は温度依存性を示す。この温度依存
性は、ホール素子の基本的な特性に起因するため、解消
することはできない。

例えば、第３図は薄膜型１ｎＡｓホール素子をフェライ
トコアの空隙に挿入して定電圧駆動させた電流センサー
の温度依存性を示す。同図の縦軸はホール電圧Ｖ、を２
５℃において１．０に基準化した相対値で表わしている
。常温付近の比較的狭い温度範囲では、温度依存性はあ
まり大きくないが、−４０℃から＋８０℃の比較的広い
温度範囲では、約２０％の相対的な差違が見られ、測定
精度は大幅に悪く実用上、重大な問題点となっている。

ホール素子を用いた電流センサーの温度依存性は、上述
したようにホール素子に起因するため、その対策はホー
ル素子の温度依存性を見かけ上軽減する方法を用いるが
、既に種々の方法が考案されている。

従来の方法の例として、第４図はボール素子１１Ｅの入
力回路に感温抵抗ＲＴをホール素子に直列に接続する方
法、また第５図はホール素子の出力回路に感温抵抗ＲＴ
と定抵抗Ｒをホール素子ＨＥと直列に接続する方法を示
すが、ともに感温抵抗ＲＴを負の温度係数にすることに
より、第３図に示されるようなホール素子の温度補償が
近似的に可能である。

このほかにも、種々の温度補償法が公知であるが、これ
らの方法には次のような問題がある。

（１）第４図あるいは第５図に示した単に感温抵抗を挿
入する方法では、第６図の曲線ａに示すようなりＨの温
度変化と逆傾向の電圧でホール素子を駆動させることは
でかない。すなわち感温抵抗の温度係数を選別しても、
第６図の曲線すあるいは曲線Ｃに示すような傾向の電圧
となり、たかだか二つの温度ｔ＋、　ｈで曲線ａにおけ
る電圧Ｖ＋、　ｖ、と一致するにすぎない。そのため、
比較的狭い範囲の温度補償は可能であっても、広い範囲
の温度補償を高精度で行い、電流センサーの実用上の信
頼性を上げ、かつ、電流の高精度測定を行うことは難し
い。

（２）どのような種類のホール素子も、抵抗値はどうし
ても、ある範囲のバラツキを持っている。

従って、第４図または第５図に示すような従来の方法で
、第６図の曲線ａに示すようなホール素子駆動電圧を生
成するには、ホール素子、感温抵抗および定抵抗の抵抗
値を個々の製品ごとに整合する必要があり、電流センサ
ーを量産するうえで大きな障害となる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上述した二つの問題点を同時に解決するため
に検討した結果なされたものであり、ホール素子を用い
る電流センサーの駆動回路において、ホール素子の駆動
回路に、温度センサーおよびインピーダンス変換回路を
含む温度補償回路を具備することを特徴とする。

本発明の電流センサーは、上述した問題点（１）を解決
するために、第７図に示すような温度センサーとして感
温抵抗を用いたホール素子駆動回路により、第８図の曲
ｆｉｄに示されるようなホール素子駆動電圧を生成する
。第８図の曲線ａは、ホール素子の温度依存性の逆傾向
をなすホール素子駆動電圧の目標値である。

第８図の曲線ｄは、第７図の感温抵抗ト、定抵抗Ｒａ、
　ＲｈおよびＲｃにより定まるが、第８図の曲線ａと曲
率が完全に一致せず、誤差分が温度補償誤差となる。

本発明では第８図の曲線ａと曲線ｄが、温度ｔｌ、　ｔ
２およびｔ３で一致する３点補償によって、比較的広い
温度範囲で高精度の温度補償を行った。

感温抵抗Ｒ〒はサーミスタ、薄膜抵抗体および薄膜型半
導体素子等を試験した結果、それらのいずれも用いるこ
とができるが、中でも薄膜型１ｎＳｂホール素子、又は
薄膜型１ｎＳｂ抵抗素子によって最も良好な温度補償が
得られた。

次に、前述した問題点（２）を解決するために、インピ
ーダンス変換回路を用いる。ここで用いるインピーダン
ス変換回路は、第７図にＺで示されるように、入力端子
Ａと出力端子Ｂの電圧は固定の電圧比を持ち、かつ人力
インピーダンスが理想的には無限大、出力インピーダン
スは零となる機能を有する。このようなインピーダンス
変換回路を用いることにより、いかなる抵抗値のホール
素子が出力端子Ｂに接続されても、入力端子Ａにおける
電圧は変化せず、かつ端子Ａを通る電流１ｏは男となり
、感温抵抗Ｒ１，定抵抗Ｒａ、　ＲｂおよびＲｃとホー
ル素子）ＩＥとは整合が不要なホール素子駆動回路が構
成できた。

［作　用］ 次にホール素子の駆動電圧ｖＴに、ホール素子のホール
電圧Ｖ、とは逆傾向の温度依存性を付与して、温度補償
を行う電流センサー駆動回路の動作を述べる。

第７図を参照して説明すると、温度ｔにおける駆動電圧
、感温抵抗値をそれぞれＶＴ　（ｔ）　、　Ｒｔ　（ｔ
）とおけば 一方、第８図に示すように駆動電圧の温度依存性が温度
ｔｌ、　ｔ２およびｔ、の３点で駆動電圧Ｖ、、　Ｖ２
およびｖ３になることから次の式となる。

ここで、Ｖ、、　Ｖ２およびｖ３は前述のように、ホー
ル素子の温度依存性の逆傾向により決まり、またｎｔ（
ｔ＋）、　Ｒア（ｔ２）　、およびｎ’ｒ（ｔ３）、は
感温抵抗の温度依存性により決まる。従って　（２）式
の三元連立方程式より定抵抗Ｒａ、　ＲｂおよびＲｃは
求まり、第８図の曲線ａと３点で一致するホール素子駆
動電圧曲線ｄが得られる。

次に第７図に示されるインピーダンス変換回路Ｚは、電
圧ホロワ回路を使用すれば、入力端子Ａと出力端子Ｂの
電圧は等しく、上記の曲線ｄの電圧がホール素子にその
まま印加される。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す。本実施例の電流セン
サーは、被測定電流の流れる導体１１を周回する強磁性
体コア２１が、比透磁率μｒ　−４０００゜外径２０ｍ
ｍ、内径１０ｍｍ、厚さ５ｍＩＩ＋のフェライトコアか
らなり、長さｉｎｍの空隙２２に薄膜型ＩｎＡｓホール
素子２３が挿入されている。ホール素子２３が接続され
る電流センサー駆動回路は、温度補償回路を含むホール
素子人力駆動回路２４Ａと、ホール素子出力増幅回路２
４Ｂからなる。ホール素子出力駆動回路２４Ｂは、差動
増幅器ＩＣ２，オフセット調整用の可変抵抗器部、およ
び電流センサー出力調整用の可変抵抗器ＶＨ２等を主要
部にして構成されている。

抵抗ＲｆとＲｓとの比を選ぶことにより、差動増幅器Ｉ
Ｃ２の増幅率を任意に設定することができる。

感温抵抗ＲＴは、薄膜型１ｎＳｂホール素子を使用した
。

予めＩｎＡｓホール素子のホール電圧の温度依存性を測
定し、温度によるホール電圧の変化を打ち消すような駆
動電圧を求めておく。そして使用する感温抵抗Ｒ７に対
して定抵抗Ｒａ、　ＲｂおよびＲｃの値を（２）式によ
、って定める。なお第３図に示した基準化されたホール
電圧の温度依存性はホール素子の材質によって定まり、
個々の製品による変動はほとんどないので、前述した各
抵抗の値を個々の製品に対して定め直す必要はなく、ま
たすでに説明したように、インピーダンス変換回路ＩＣ
，が設けられているので、個々のホール素子の抵抗変化
に対して、各抵抗Ｒ７，Ｒａ、　ＲｂおよびＲｃの整合
をとる必要もない。

次に、本発明の実施例で得られた結果について述べる。

第１表に示すように、薄膜型１ｎＳｂホール素子を感温
抵抗とするホール素子駆動電圧ｖＴは、目標とする薄膜
型ＩｎＡｓホール素子の駆動電圧Ｖア。

に対して、−４０℃から＋８０℃の広い温度範囲に対し
て最大で＋１．３％の誤差となり、従来の数％の誤差に
比較して極めて良好であった。

電流センサーの精度は、ホール素子駆動回路の誤差にホ
ール素子出力増幅回路の誤差も加算されるが、増幅回路
にはオフセット調整およびゲイン調整の機能があるため
総合誤差１．５％となっ、　　た。

マイクロコンピュータおよびｌｌ０Ｍメモリ等を使う複
雑な電流センサー駆動回路によれば、精密な温度補償に
よる高精度な電流センサーは可能であるが、本発明によ
れば、簡単な回路構成で、きわめて広い温度範囲にわた
る高精度の電流センサーが得られた。

本発明が薄膜型１ｎＡｓホール素子以外のホール素子を
用いた電流センサにも適用できることは言うまでもない
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の電流センサーは従来、精
度を向上させる際に大きな障害になっていた温度依存性
を、感温抵抗とインピーダンス変換回路を含む簡単な回
路構成の温度補償回路を具備する電流センサー駆動回路
によフて大幅に改善した。特に高感度の薄膜型１ｎＡｓ
ホール素子や、ｉｎ又は＾Ｓを含む化合物半導体薄膜で
形成されるホール素子を用いる電流センサーに於ては、
上記改善は著しい効果を持つ。そのため高精度の電流セ
ンサーが量産でき又、その実用上の信頼性は大幅に向上
した。このような本発明の工業的価値は大である。

また、前述のように感温抵抗とホール素子の抵抗値の整
合をとるための選別、あるいは検査等が不要となり、製
造コスト低減の利点も大台い。

【図面の簡単な説明】

第１図は木発明の実施例を示す図、 第２図は従来の電流センサーの斜視口、第３図は薄膜型
１ｎＡｓホール素子のホール電圧の温度依存性を示す特
性図、 第４図、および第５図は、それぞれ従来の温度補償方法
を示す図、 第６図は従来の温度補償法における駆動電圧の目標電圧
、および出力電圧の温度依存性の関係を示す特性図、 第７図は木発明の温度補償の動作を説明するための回路
図、 第８図は本発明の温度補償法における駆動電圧の目標電
圧および出力電圧の温度依存性の関係を示す特性図であ
る。 １１・・・導体、 ２１・・・強磁性体コア、 ２２・・・空隙、 ２３・・・ホール素子、 ２４＾・・・ホール素子入力駆動回路、２４１１・・・
ホール素子出力増幅回路。 冬発明の実眉Ｍ列を示Ｔ図 第１図 従来の電流でンす−の斜才見図 第２図 温度 ホール電圧の１度イ衣ｔ＋１・生ａ示Ｔ竹・１・生図第
３図 イア〔Ａヒのヨ昌Ｘ卆雨゛イ１「ジ［う主材、１１図第
４図 宥ε朱の５星厘卆組π丁三五を示１図 第５図 融ｎ土力電ｉｆ）１崖依存１往只ホ劣１予・１伎図第６
図 ＄、発」月のヲ呈眉ネ組實重第４乍五官兇明するロア相
第７図 １′ｔ２　　温度ｔ３ 奉発明１′：よる出力電圧の逼度、不に存小生８示す牛
ト１．生図第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ホール素子を用いる電流センサーの駆動回路において、
   該ホール素子の駆動回路に、温度センサーおよびインピ
   ーダンス変換回路を含む温度補償回路を具備することを
   特徴とする電流センサー駆動回路。