JPH0743390A - 電流プローブ装置の自己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置 - Google Patents
電流プローブ装置の自己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置Info
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- JPH0743390A JPH0743390A JP6177510A JP17751094A JPH0743390A JP H0743390 A JPH0743390 A JP H0743390A JP 6177510 A JP6177510 A JP 6177510A JP 17751094 A JP17751094 A JP 17751094A JP H0743390 A JPH0743390 A JP H0743390A
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- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
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-
- G—PHYSICS
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- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/07—Hall effect devices
Abstract
(57)【要約】
【目的】動作条件等の変化を補償可能な電流プローブ装
置の自己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置を提
供すること。 【構成】 被測定電流の流れる１次側導体８と２次側巻
線３４とを磁気結合させる磁気コア６と、該磁気コアと
磁気結合し、磁気信号を電気信号に変換する磁気電気変
換器１０と、該磁気電気変換器の出力に応じた出力電流
信号を上記２次側巻線の一端に供給する増幅手段２２
と、上記２次側巻線の他端の出力電流信号に応じた出力
電圧を発生する出力手段５０とを有する電流プローブ装
置の自己校正方法である。この方法は、上記磁気電気変
換器と上記増幅手段との間の接続を断ち、上記増幅手段
に既知の刺激電圧を入力し、上記２次側巻線の出力電流
を測定し、上記２次巻線に流れる電流により誘導された
磁束に応じて発生した上記磁気電気変換器の出力電圧を
測定し、これらの測定結果に基づいて自己校正すること
を特徴とする。
置の自己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置を提
供すること。 【構成】 被測定電流の流れる１次側導体８と２次側巻
線３４とを磁気結合させる磁気コア６と、該磁気コアと
磁気結合し、磁気信号を電気信号に変換する磁気電気変
換器１０と、該磁気電気変換器の出力に応じた出力電流
信号を上記２次側巻線の一端に供給する増幅手段２２
と、上記２次側巻線の他端の出力電流信号に応じた出力
電圧を発生する出力手段５０とを有する電流プローブ装
置の自己校正方法である。この方法は、上記磁気電気変
換器と上記増幅手段との間の接続を断ち、上記増幅手段
に既知の刺激電圧を入力し、上記２次側巻線の出力電流
を測定し、上記２次巻線に流れる電流により誘導された
磁束に応じて発生した上記磁気電気変換器の出力電圧を
測定し、これらの測定結果に基づいて自己校正すること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流プローブ装置の自
己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置に関する。
己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】米国特許
第３５２５０４１号に開示された電流プローブ測定シス
テムは、磁性材料のリング状の磁気コアを有し、このリ
ング状の磁気コアに囲まれた開口部に被測定電流の流れ
る導体を通して電流測定をする。この磁気コアの一部の
周囲に多数巻線を設けている。被測定電流によりコア内
部に磁束が発生し、この磁束が巻線に作用する。よっ
て、被測定電流の流れる導体と、磁気コアと巻線とはト
ランスとして機能する。すなわち、被測定電流の流れる
導体はトランスの１次巻線として機能し、磁気コアの巻
線がトランスの２次巻線として機能する。この磁気コア
の磁束は、薄膜状の半導体ホール素子にも作用する。こ
のホール素子は、２組の対向端子を有し、第１の対向端
子は、バイアス電流源とグランドとの間に接続され、第
２の対向端子は、グランドと増幅器の入力端との間に接
続されている。この増幅器の出力端は巻線の一端に接続
され、巻線の他端は、負荷抵抗器（終端抵抗器）の両端
の電圧測定装置に接続されている。
第３５２５０４１号に開示された電流プローブ測定シス
テムは、磁性材料のリング状の磁気コアを有し、このリ
ング状の磁気コアに囲まれた開口部に被測定電流の流れ
る導体を通して電流測定をする。この磁気コアの一部の
周囲に多数巻線を設けている。被測定電流によりコア内
部に磁束が発生し、この磁束が巻線に作用する。よっ
て、被測定電流の流れる導体と、磁気コアと巻線とはト
ランスとして機能する。すなわち、被測定電流の流れる
導体はトランスの１次巻線として機能し、磁気コアの巻
線がトランスの２次巻線として機能する。この磁気コア
の磁束は、薄膜状の半導体ホール素子にも作用する。こ
のホール素子は、２組の対向端子を有し、第１の対向端
子は、バイアス電流源とグランドとの間に接続され、第
２の対向端子は、グランドと増幅器の入力端との間に接
続されている。この増幅器の出力端は巻線の一端に接続
され、巻線の他端は、負荷抵抗器（終端抵抗器）の両端
の電圧測定装置に接続されている。
【０００３】１次側導体を流れる電流の高周波成分は、
１次側導体の電流により発生した磁界と反対の磁界を磁
気コア中に発生する。１次側導体の低周波成分又は直流
成分は、２次側巻線に誘導電流を生じさせる効果は薄い
が、ホール素子の第２の対向端子間に電位差を発生させ
る。この電位差に対応する電流を増幅器が２次側巻線に
供給する。この増幅器からの巻線に流れる電流により発
生するコアの磁界の方向は、１次側導体の電流によって
生じる磁界の方向と反対である。広範囲の周波数にわた
り、負荷抵抗器の両端間の電圧は、１次側導体の電流を
表すことになる。
１次側導体の電流により発生した磁界と反対の磁界を磁
気コア中に発生する。１次側導体の低周波成分又は直流
成分は、２次側巻線に誘導電流を生じさせる効果は薄い
が、ホール素子の第２の対向端子間に電位差を発生させ
る。この電位差に対応する電流を増幅器が２次側巻線に
供給する。この増幅器からの巻線に流れる電流により発
生するコアの磁界の方向は、１次側導体の電流によって
生じる磁界の方向と反対である。広範囲の周波数にわた
り、負荷抵抗器の両端間の電圧は、１次側導体の電流を
表すことになる。
【０００４】図３は、米国特許第３５２５０４１号に開
示された電流プローブの実用例を示している。これは、
例えば、米国のテクトロニクス社製のＡ６３０２型電流
プローブ、ＡＭ５０３型増幅器及びＴＭ５００電源の測
定システム等に適用されるものである。ホール素子１０
は、ホール前置増幅器１４に差動入力を供給する。この
増幅器１４の出力は、抵抗器１８を介して、帰還抵抗器
２６を有するパワー増幅器２２に送られる。この増幅器
２２の出力は、ケーブル３０の１つの導体２８を介して
２次側巻線３４の一端に接続されている。この巻線３４
の他端は、ケーブル３０の別の導体３８を介して差動増
幅器５０の非反転入力端に接続されている。差動増幅器
５０の反転入力端は、接地されている。差動増幅器５０
の入力端間に終端抵抗器５２が接続されている。よっ
て、差動増幅器５０は、入力電圧としてこの終端抵抗器
５２の両端間の電圧を受ける。この入力電圧は、パワー
増幅器２２からの電流に比例している。入力電圧に比例
した差動増幅器５０の出力電圧は、垂直偏向回路５４を
介してＣＲＴ表示装置５６に送られる。巻線３４と並列
にトランス側路素子５７が設けられ、導体３８及び終端
抵抗器５２の直列回路と並列に出力側路素子５９が設け
られている。
示された電流プローブの実用例を示している。これは、
例えば、米国のテクトロニクス社製のＡ６３０２型電流
プローブ、ＡＭ５０３型増幅器及びＴＭ５００電源の測
定システム等に適用されるものである。ホール素子１０
は、ホール前置増幅器１４に差動入力を供給する。この
増幅器１４の出力は、抵抗器１８を介して、帰還抵抗器
２６を有するパワー増幅器２２に送られる。この増幅器
２２の出力は、ケーブル３０の１つの導体２８を介して
２次側巻線３４の一端に接続されている。この巻線３４
の他端は、ケーブル３０の別の導体３８を介して差動増
幅器５０の非反転入力端に接続されている。差動増幅器
５０の反転入力端は、接地されている。差動増幅器５０
の入力端間に終端抵抗器５２が接続されている。よっ
て、差動増幅器５０は、入力電圧としてこの終端抵抗器
５２の両端間の電圧を受ける。この入力電圧は、パワー
増幅器２２からの電流に比例している。入力電圧に比例
した差動増幅器５０の出力電圧は、垂直偏向回路５４を
介してＣＲＴ表示装置５６に送られる。巻線３４と並列
にトランス側路素子５７が設けられ、導体３８及び終端
抵抗器５２の直列回路と並列に出力側路素子５９が設け
られている。
【０００５】図３の電流プローブ測定システムを一般化
した構成を図４に示している。図４の電流電圧変換器５
８は、１次側導体８に流れる電流を検出し、伝達関数Ｔ
（Ｖ／Ａ）により、電流値Ｉpを表す電圧を発生する。
この電流電圧変換器５８の出力は、利得Ａsの増幅器５
０に供給される。この増幅器５０の出力電圧Ｖoは、感
度Ｓoの電圧測定器６１に入力され、ボルト単位の出力
が得られる。従って、この測定システムの全体の伝達関
数は、Ｔ・Ａs・Ｓoとなるので、出力値ＯＵＴは、ＯＵ
Ｔ＝Ｉp・Ｔ・Ａs・Ｓoで表される。
した構成を図４に示している。図４の電流電圧変換器５
８は、１次側導体８に流れる電流を検出し、伝達関数Ｔ
（Ｖ／Ａ）により、電流値Ｉpを表す電圧を発生する。
この電流電圧変換器５８の出力は、利得Ａsの増幅器５
０に供給される。この増幅器５０の出力電圧Ｖoは、感
度Ｓoの電圧測定器６１に入力され、ボルト単位の出力
が得られる。従って、この測定システムの全体の伝達関
数は、Ｔ・Ａs・Ｓoとなるので、出力値ＯＵＴは、ＯＵ
Ｔ＝Ｉp・Ｔ・Ａs・Ｓoで表される。
【０００６】電圧測定器６１は、例えば、オシロスコー
プのような電圧測定装置でも良いし、アナログ・デジタ
ル変換器等でも良い。しかし、電流測定システムは、出
力値を量子化する場合に限定されるものではない。
プのような電圧測定装置でも良いし、アナログ・デジタ
ル変換器等でも良い。しかし、電流測定システムは、出
力値を量子化する場合に限定されるものではない。
【０００７】電流測定システムの全体の伝達関数は、正
確に既知であることが望ましい。特に、オシロスコープ
等の出力装置の場合、１アンペア当たりの表示目盛数が
所望値となるように全体の伝達関数が設定されることが
望ましい。Ｓoの値が正確に既知で便利であり、Ａsの値
は、増幅器に高精度の部品を使用することにより、正確
に既知とすることができる。しかし、Ｔの値は、正確に
は判らないので不便である。
確に既知であることが望ましい。特に、オシロスコープ
等の出力装置の場合、１アンペア当たりの表示目盛数が
所望値となるように全体の伝達関数が設定されることが
望ましい。Ｓoの値が正確に既知で便利であり、Ａsの値
は、増幅器に高精度の部品を使用することにより、正確
に既知とすることができる。しかし、Ｔの値は、正確に
は判らないので不便である。
【０００８】図３において、１次側導体８の電流に対す
る終端抵抗器５２の両端電圧の理想的伝達関数Ｔideal
は、Ｒt／Ｎ（Ｖ／Ａ）に等しい。よって、この理想的
伝達関数は、ホール素子１０のホール利得とは無関係で
あるが、実際の伝達関数Ｔrealは、ホール素子のホール
利得に依存している。このホール利得は、温度やバイア
ス電流等の動作条件に応じて大幅に変化するので、図３
の電流プローブ測定システムでは、ホール利得の変化に
よって測定誤差が発生する。
る終端抵抗器５２の両端電圧の理想的伝達関数Ｔideal
は、Ｒt／Ｎ（Ｖ／Ａ）に等しい。よって、この理想的
伝達関数は、ホール素子１０のホール利得とは無関係で
あるが、実際の伝達関数Ｔrealは、ホール素子のホール
利得に依存している。このホール利得は、温度やバイア
ス電流等の動作条件に応じて大幅に変化するので、図３
の電流プローブ測定システムでは、ホール利得の変化に
よって測定誤差が発生する。
【０００９】この実際の伝達関数Ｔrealの値は、校正に
よって導くことができる。すなわち、既知の電流を１次
側導体８に流し、増幅器５０の利得Ａsを調整して、表
示装置５６上で表示した電流値を既知の値に合わせる。
しかし、この校正方法は、いくつかの欠点がある。すな
わち、ホール利得は、動作条件に応じて大幅に変化する
ので、ホール素子の温度が変化する度にシステムの校正
を頻繁に行う必要が生じること、原理的には、実際の伝
達関数Ｔrealを計算できるが、動作条件が変化する度に
ホール利得を測定するのは現実的ではない。
よって導くことができる。すなわち、既知の電流を１次
側導体８に流し、増幅器５０の利得Ａsを調整して、表
示装置５６上で表示した電流値を既知の値に合わせる。
しかし、この校正方法は、いくつかの欠点がある。すな
わち、ホール利得は、動作条件に応じて大幅に変化する
ので、ホール素子の温度が変化する度にシステムの校正
を頻繁に行う必要が生じること、原理的には、実際の伝
達関数Ｔrealを計算できるが、動作条件が変化する度に
ホール利得を測定するのは現実的ではない。
【００１０】本発明の目的は、動作条件等の変化を補償
可能な電流プローブ装置の自己校正方法及び自己校正型
電流プローブ装置を提供することである。
可能な電流プローブ装置の自己校正方法及び自己校正型
電流プローブ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】本発明は、被測定電流の流
れる１次側導体と２次側巻線とを磁気結合させる磁気コ
アと、該磁気コアと磁気結合し、磁気信号を電気信号に
変換する磁気電気変換器と、該磁気電気変換器の出力に
応じた出力電流信号を上記２次側巻線の一端に供給する
増幅手段と、上記２次側巻線の他端の出力電流信号に応
じた出力電圧を発生する出力手段とを有する電流プロー
ブ装置の自己校正方法である。この方法は、上記磁気電
気変換器と上記増幅手段との間の接続を断ち、上記増幅
手段に既知の刺激電圧を入力し、上記２次側巻線の出力
電流を測定し、上記２次巻線に流れる電流により誘導さ
れた磁束に応じて発生した上記磁気電気変換器の出力電
圧を測定し、これらの測定結果に基づいて自己校正する
ことを特徴とする。
れる１次側導体と２次側巻線とを磁気結合させる磁気コ
アと、該磁気コアと磁気結合し、磁気信号を電気信号に
変換する磁気電気変換器と、該磁気電気変換器の出力に
応じた出力電流信号を上記２次側巻線の一端に供給する
増幅手段と、上記２次側巻線の他端の出力電流信号に応
じた出力電圧を発生する出力手段とを有する電流プロー
ブ装置の自己校正方法である。この方法は、上記磁気電
気変換器と上記増幅手段との間の接続を断ち、上記増幅
手段に既知の刺激電圧を入力し、上記２次側巻線の出力
電流を測定し、上記２次巻線に流れる電流により誘導さ
れた磁束に応じて発生した上記磁気電気変換器の出力電
圧を測定し、これらの測定結果に基づいて自己校正する
ことを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、被測定電流の流れる１次
側導体と２次側巻線とを磁気結合させる磁気コアと、該
磁気コアと磁気結合し、磁気信号を電気信号に変換する
磁気電気変換器と、該磁気電気変換器の出力端に接続さ
れ、導通する第１状態と非道通の第２状態間で切り替え
可能なスイッチと、該スイッチの出力端に接続され、入
力電圧に対応する出力電流を発生する増幅器と、上記ス
イッチが上記第２状態の時に、上記増幅器の入力端に既
知の電圧の刺激信号を供給する刺激信号源と、上記増幅
器の出力端と上記２次側巻線の一端とを接続する接続手
段と、上記スイッチが上記第２状態の時に、上記２次巻
線に流れる電流により誘導された磁束に応じて発生した
上記磁気電気変換器の出力電圧を測定する測定手段と、
該測定手段の測定結果に基づいて自己校正することを特
徴とする自己校正型電流プローブ装置を提供している。
側導体と２次側巻線とを磁気結合させる磁気コアと、該
磁気コアと磁気結合し、磁気信号を電気信号に変換する
磁気電気変換器と、該磁気電気変換器の出力端に接続さ
れ、導通する第１状態と非道通の第２状態間で切り替え
可能なスイッチと、該スイッチの出力端に接続され、入
力電圧に対応する出力電流を発生する増幅器と、上記ス
イッチが上記第２状態の時に、上記増幅器の入力端に既
知の電圧の刺激信号を供給する刺激信号源と、上記増幅
器の出力端と上記２次側巻線の一端とを接続する接続手
段と、上記スイッチが上記第２状態の時に、上記２次巻
線に流れる電流により誘導された磁束に応じて発生した
上記磁気電気変換器の出力電圧を測定する測定手段と、
該測定手段の測定結果に基づいて自己校正することを特
徴とする自己校正型電流プローブ装置を提供している。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図
である。３対１のマルチプレクサ６８は、ホール前置増
幅器１４の出力、増幅器５０の非反転入力、又は増幅器
５０の出力の何れか１つの信号を選択的にアナログ・デ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）７０に供給する。アナログ・デ
ジタル変換器７０の出力は、マイクロ・プロセッサを含
むコントローラ７６に供給される。コントローラ７６
は、アナログ・デジタル変換器７０のデジタル出力から
マルチプレクサ６８の選択出力の電圧を計算する。コン
トローラ７６は、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
７８に利得制御用デジタル・コードを供給する。このデ
ジタル・アナログ変換器７８の出力端は増幅器５０の利
得制御端子に接続されている。コントローラ７６は、第
２のデジタル・アナログ変換器６２にもデジタル・コー
ドを供給する。このデジタル・アナログ変換器６２の出
力端は、抵抗器６４を介して増幅器２２の反転入力端に
接続されている。電子スイッチ６０がホール前置増幅器
１４の出力端と抵抗器１８との間に接続されている。
である。３対１のマルチプレクサ６８は、ホール前置増
幅器１４の出力、増幅器５０の非反転入力、又は増幅器
５０の出力の何れか１つの信号を選択的にアナログ・デ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）７０に供給する。アナログ・デ
ジタル変換器７０の出力は、マイクロ・プロセッサを含
むコントローラ７６に供給される。コントローラ７６
は、アナログ・デジタル変換器７０のデジタル出力から
マルチプレクサ６８の選択出力の電圧を計算する。コン
トローラ７６は、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
７８に利得制御用デジタル・コードを供給する。このデ
ジタル・アナログ変換器７８の出力端は増幅器５０の利
得制御端子に接続されている。コントローラ７６は、第
２のデジタル・アナログ変換器６２にもデジタル・コー
ドを供給する。このデジタル・アナログ変換器６２の出
力端は、抵抗器６４を介して増幅器２２の反転入力端に
接続されている。電子スイッチ６０がホール前置増幅器
１４の出力端と抵抗器１８との間に接続されている。
【００１４】図１のシステムは、自己校正が可能であ
る。すなわち、校正をするのに外部からの校正信号が不
要である。
る。すなわち、校正をするのに外部からの校正信号が不
要である。
【００１５】スイッチ６０を開いて非導通にすると、ホ
ール素子を含むループがオープンとなる。マルチプレク
サ６８は、増幅器５０の出力を選択する。コントローラ
７６は、デジタル・コードをデジタル・アナログ変換器
６２に供給し、抵抗器６４を介して値が等しく逆極性の
電圧を増幅器２２の非反転入力端に供給する。この結
果、増幅器５０の出力電圧は０Ｖとなる。この平衡デジ
タル・コードをデジタル・アナログ変換器６２に供給し
た時、パワー増幅器２２は平衡状態となる。すなわち、
この平衡状態では、パワー増幅器２２の出力は、ホール
前置増幅器１４の出力と比例関係にあり、両者間にオフ
セットが生じない。
ール素子を含むループがオープンとなる。マルチプレク
サ６８は、増幅器５０の出力を選択する。コントローラ
７６は、デジタル・コードをデジタル・アナログ変換器
６２に供給し、抵抗器６４を介して値が等しく逆極性の
電圧を増幅器２２の非反転入力端に供給する。この結
果、増幅器５０の出力電圧は０Ｖとなる。この平衡デジ
タル・コードをデジタル・アナログ変換器６２に供給し
た時、パワー増幅器２２は平衡状態となる。すなわち、
この平衡状態では、パワー増幅器２２の出力は、ホール
前置増幅器１４の出力と比例関係にあり、両者間にオフ
セットが生じない。
【００１６】その後、磁気コア６を消磁して残留磁束を
ゼロにする。この消磁動作は、デジタル・アナログ変換
器６２にデジタル・コードを送り、パワー増幅器２２か
ら消磁電流を巻線３４に供給して行う。この消磁用のデ
ジタル・コードは、増幅器２２の反転入力端の正弦波電
圧と対称な波形となるように、上述の平衡動作で求めた
電圧レベルに基づいて選択される。
ゼロにする。この消磁動作は、デジタル・アナログ変換
器６２にデジタル・コードを送り、パワー増幅器２２か
ら消磁電流を巻線３４に供給して行う。この消磁用のデ
ジタル・コードは、増幅器２２の反転入力端の正弦波電
圧と対称な波形となるように、上述の平衡動作で求めた
電圧レベルに基づいて選択される。
【００１７】磁気コアを消磁した後、プローブの温度が
測定を実行する温度になったが、測定の実行前で、且つ
コア６で囲まれた開口部に被測定導体８を入れる前に、
コントローラ７６は、増幅器５０の利得Ａsを測定す
る。この利得の測定は、デジタル・コードをデジタル・
アナログ変換器６２に供給し、パワー増幅器２２に通常
の測定動作中の最大電流値に略近似する程度の十分な電
流を発生させる。マルチプレクサ６８は、先ず増幅器５
０の入力端を選択し、アナログ・デジタル変換器７０に
より増幅器５０の入力電圧を測定する。次にマルチプレ
クサ６８は増幅器５０の出力端を選択し、アナログ・デ
ジタル変換器７０によって増幅器５０の出力電圧を測定
する。これらの測定値からコントローラ７６は、増幅器
５０の利得Ａsを計算する。もし必要であれば、利得Ａs
が所望値となるまでデジタル・コードを調整する。
測定を実行する温度になったが、測定の実行前で、且つ
コア６で囲まれた開口部に被測定導体８を入れる前に、
コントローラ７６は、増幅器５０の利得Ａsを測定す
る。この利得の測定は、デジタル・コードをデジタル・
アナログ変換器６２に供給し、パワー増幅器２２に通常
の測定動作中の最大電流値に略近似する程度の十分な電
流を発生させる。マルチプレクサ６８は、先ず増幅器５
０の入力端を選択し、アナログ・デジタル変換器７０に
より増幅器５０の入力電圧を測定する。次にマルチプレ
クサ６８は増幅器５０の出力端を選択し、アナログ・デ
ジタル変換器７０によって増幅器５０の出力電圧を測定
する。これらの測定値からコントローラ７６は、増幅器
５０の利得Ａsを計算する。もし必要であれば、利得Ａs
が所望値となるまでデジタル・コードを調整する。
【００１８】増幅器５０の利得Ａsを所望値に設定する
と、スイッチ６０がオープン状態の間に、コントローラ
７６は、校正デジタル・コードをデジタル・アナログ変
換器６２に供給する。この校正デジタル・コードは、パ
ワー増幅器２２の動作を平衡させるためのコードと対称
になるように選択される。デジタル・アナログ変換器６
２は、校正デジタル・コードに応じてパワー増幅器２２
の反転入力端に刺激信号を供給する。パワー増幅器２２
は、巻線３４に電流を供給する。この電流は、終端抵抗
器５２の両端に電圧Ｖrtを発生させる。マルチプレクサ
６８は、増幅器５０の入力端を選択し、アナログ・デジ
タル変換器７０は、電圧Ｖrtを測定する。その後、マル
チプレクサ６８は、ホール前置増幅器１４の出力を選択
し、アナログ・デジタル変換器７０によりホール前置増
幅器１４の出力電圧が測定される。
と、スイッチ６０がオープン状態の間に、コントローラ
７６は、校正デジタル・コードをデジタル・アナログ変
換器６２に供給する。この校正デジタル・コードは、パ
ワー増幅器２２の動作を平衡させるためのコードと対称
になるように選択される。デジタル・アナログ変換器６
２は、校正デジタル・コードに応じてパワー増幅器２２
の反転入力端に刺激信号を供給する。パワー増幅器２２
は、巻線３４に電流を供給する。この電流は、終端抵抗
器５２の両端に電圧Ｖrtを発生させる。マルチプレクサ
６８は、増幅器５０の入力端を選択し、アナログ・デジ
タル変換器７０は、電圧Ｖrtを測定する。その後、マル
チプレクサ６８は、ホール前置増幅器１４の出力を選択
し、アナログ・デジタル変換器７０によりホール前置増
幅器１４の出力電圧が測定される。
【００１９】ホール素子１０のホール利得Ｋは、（Ｖ／
Ａ）で表すと、以下の式で与えられる。
Ａ）で表すと、以下の式で与えられる。
【数１】
【００２０】また、実際の伝達関数Ｔrealは、以下の式
で表される。
で表される。
【数２】 ここで、Ｒtは、 終端抵抗器５２の抵抗値、Ｃは、パワ
ー増幅器２２の出力電流により終端抵抗器５２に流れる
電流値、Ａ1は、ホール前置増幅器１４の利得、Ａ2は、
パワー増幅器２２の利得、２Ｚは、パワー増幅器２２の
出力端と増幅器５０の非反転入力端との間の抵抗値（こ
の抵抗値の半分Ｚは、巻線３４の中点とパワー増幅器２
２の出力端との間の抵抗値、残りの半分Ｚは、巻線３４
の中点と増幅器５０の非反転入力端との間の抵抗値であ
る。）、Ｎは、２次巻線３４の巻数、Ｑは、パワー増幅
器２２から２次巻線３４に流れる電流分である。
ー増幅器２２の出力電流により終端抵抗器５２に流れる
電流値、Ａ1は、ホール前置増幅器１４の利得、Ａ2は、
パワー増幅器２２の利得、２Ｚは、パワー増幅器２２の
出力端と増幅器５０の非反転入力端との間の抵抗値（こ
の抵抗値の半分Ｚは、巻線３４の中点とパワー増幅器２
２の出力端との間の抵抗値、残りの半分Ｚは、巻線３４
の中点と増幅器５０の非反転入力端との間の抵抗値であ
る。）、Ｎは、２次巻線３４の巻数、Ｑは、パワー増幅
器２２から２次巻線３４に流れる電流分である。
【００２１】コントローラ７６は、上述の数式１からホ
ール利得Ｋを計算し、その値を数式２に代入し、実際の
伝達関数Ｔrealを計算する。数式２から判るように、Ｔ
realは、Ｒtに強く依存しているので、Ｒtの値が高精度
に既知であることが望ましい。コントローラ７６は、伝
達関数の誤差ファクタＥ＝（Ｔideal−Ｔreal）／Ｔide
alを計算する。この誤差ファクタＥは、理想伝達関数に
対する実際の伝達関数の誤差の割合を表している。
ール利得Ｋを計算し、その値を数式２に代入し、実際の
伝達関数Ｔrealを計算する。数式２から判るように、Ｔ
realは、Ｒtに強く依存しているので、Ｒtの値が高精度
に既知であることが望ましい。コントローラ７６は、伝
達関数の誤差ファクタＥ＝（Ｔideal−Ｔreal）／Ｔide
alを計算する。この誤差ファクタＥは、理想伝達関数に
対する実際の伝達関数の誤差の割合を表している。
【００２２】その後、コントローラ７６は、測定用デジ
タル・コードをデジタル・アナログ変換器７８に供給
し、理想伝達関数と実際の伝達関数との差を補償し、こ
の結果、増幅器５０の利得の調整値Ａs(final)は、Ａs
／（１−Ｅ）に等しくなる。これで校正手順が完了した
ので、電流測定システムの全伝達関数Ｔoは次式で与え
られる。
タル・コードをデジタル・アナログ変換器７８に供給
し、理想伝達関数と実際の伝達関数との差を補償し、こ
の結果、増幅器５０の利得の調整値Ａs(final)は、Ａs
／（１−Ｅ）に等しくなる。これで校正手順が完了した
ので、電流測定システムの全伝達関数Ｔoは次式で与え
られる。
【数３】 ここで、Ａs(final)及びＥを代入すると次式が得られる
【数４】
【００２３】このように、本発明の電流プローブ測定シ
ステムは、基準電流源を参照することなく、理想的なシ
ステムをシミュレーションすることにより自己校正を行
える。この校正手順は迅速に且つ容易に実行可能であ
り、特に、ホール素子の周囲の温度が変化した時に何時
でも実行することが可能である。
ステムは、基準電流源を参照することなく、理想的なシ
ステムをシミュレーションすることにより自己校正を行
える。この校正手順は迅速に且つ容易に実行可能であ
り、特に、ホール素子の周囲の温度が変化した時に何時
でも実行することが可能である。
【００２４】図３の従来例で示した電流測定システムを
実現する際には、仮に実際の伝達関数Ｔrealが理想的な
伝達関数Ｔidealに等しい場合には、増幅器５０の利得
が正確に理想値Ａs(ideal)に等しくなることが望まし
い。しかし、数式２及びホール利得Ｋの名目値Ｋnomina
lに基づいた場合には、実際の伝達関数Ｔrealは、（１
−Ｅ′）・Ｔidealとなる。ここでＥ′は誤差ファクタ
である。増幅器５０の実際の利得Ａs(real)は、（１＋
Ｅ′）・Ａs(ideal)に設定される。しかし、ホール素子
の実際のホール利得Ｋrealは、製造上のバラツキや動作
条件等により名目ホール利得Ｋnominalとは大幅に異な
ることがある。従って、実際の伝達関数Ｔrealは、（１
−Ｅ′）・Ｔidealと同じではない。本発明の他の実施
例である図２の電流プローブ測定システムでは、ホール
利得を制御することにより、実際の伝達関数Ｔrealを調
整し、実際の利得Ａs(real)と理想利得Ａs(ideal)との
差を補償している。
実現する際には、仮に実際の伝達関数Ｔrealが理想的な
伝達関数Ｔidealに等しい場合には、増幅器５０の利得
が正確に理想値Ａs(ideal)に等しくなることが望まし
い。しかし、数式２及びホール利得Ｋの名目値Ｋnomina
lに基づいた場合には、実際の伝達関数Ｔrealは、（１
−Ｅ′）・Ｔidealとなる。ここでＥ′は誤差ファクタ
である。増幅器５０の実際の利得Ａs(real)は、（１＋
Ｅ′）・Ａs(ideal)に設定される。しかし、ホール素子
の実際のホール利得Ｋrealは、製造上のバラツキや動作
条件等により名目ホール利得Ｋnominalとは大幅に異な
ることがある。従って、実際の伝達関数Ｔrealは、（１
−Ｅ′）・Ｔidealと同じではない。本発明の他の実施
例である図２の電流プローブ測定システムでは、ホール
利得を制御することにより、実際の伝達関数Ｔrealを調
整し、実際の利得Ａs(real)と理想利得Ａs(ideal)との
差を補償している。
【００２５】図２の電流プローブ測定システムでは、ホ
ール・バイアス源８０は、ホール素子に供給するバイア
ス電流値又はバイアス電圧値の何れか又は両方を調整可
能である。この調整は、コントローラ７６からデジタル
・コードを受けるデジタル・アナログ変換器８４からホ
ール・バイアス源８０の制御入力端に供給される制御電
圧により応じて決まる。
ール・バイアス源８０は、ホール素子に供給するバイア
ス電流値又はバイアス電圧値の何れか又は両方を調整可
能である。この調整は、コントローラ７６からデジタル
・コードを受けるデジタル・アナログ変換器８４からホ
ール・バイアス源８０の制御入力端に供給される制御電
圧により応じて決まる。
【００２６】図２のシステムの自己校正手順は、上述の
図１のシステムの場合と最初のステップは同じである。
従って、パワー増幅器２２を平衡させるのに必要なデジ
タル・コードが測定され、磁気コア６を消磁し、増幅器
５０の実際の利得Ａs(real)を測定する。また、スイッ
チ６０がオープン状態の時に、バイアス制御用のデジタ
ル・コードをデジタル・アナログ変換器８４に供給して
ホール利得を測定し、コントローラ７６は、名目ホール
利得Ｋnominalと実際のホール利得Ｋrealが等しくなる
時のデジタル・コードを求める。この結果、そのデジタ
ル・コードによってホール素子のバイアスを調整した後
に、図１のパワー増幅器２２について述べた手順と同様
の手順でホール前置増幅器１４を平衡状態にする。ホー
ル利得Ｋが名目ホール利得Ｋnominalに等しくなるの
で、通常の電流測定状態において、実際の伝達関数Ｔre
alは、（１−Ｅ′）・Ｔidealに等しくなる。この結
果、増幅器５０の実際の利得は、実際の伝達関数と適正
に整合する。
図１のシステムの場合と最初のステップは同じである。
従って、パワー増幅器２２を平衡させるのに必要なデジ
タル・コードが測定され、磁気コア６を消磁し、増幅器
５０の実際の利得Ａs(real)を測定する。また、スイッ
チ６０がオープン状態の時に、バイアス制御用のデジタ
ル・コードをデジタル・アナログ変換器８４に供給して
ホール利得を測定し、コントローラ７６は、名目ホール
利得Ｋnominalと実際のホール利得Ｋrealが等しくなる
時のデジタル・コードを求める。この結果、そのデジタ
ル・コードによってホール素子のバイアスを調整した後
に、図１のパワー増幅器２２について述べた手順と同様
の手順でホール前置増幅器１４を平衡状態にする。ホー
ル利得Ｋが名目ホール利得Ｋnominalに等しくなるの
で、通常の電流測定状態において、実際の伝達関数Ｔre
alは、（１−Ｅ′）・Ｔidealに等しくなる。この結
果、増幅器５０の実際の利得は、実際の伝達関数と適正
に整合する。
【００２７】以上本発明の好適実施例について説明した
が、本発明はここに説明した実施例のみに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応
じて種々の変形及び変更を実施し得ることは当業者には
明らかである。例えば、上述の実施例では、ホール素子
を使用したが、その他の磁気・電気変換器を使用しても
構わない。例えば、磁界に応じて偏光面が回転し、その
偏光面の角度に応じて電圧出力信号を発生するファラデ
ー素子等を使用しても良い。また、磁気・電気変換器の
出力信号が電流信号である場合には、差動増幅器により
終端抵抗器の両端間の電圧を測定する必要はない。その
場合には、例えば電流入力信号に応じて電圧出力信号を
発生するトランスインピーダンス増幅器を使用すれば良
いからである。
が、本発明はここに説明した実施例のみに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応
じて種々の変形及び変更を実施し得ることは当業者には
明らかである。例えば、上述の実施例では、ホール素子
を使用したが、その他の磁気・電気変換器を使用しても
構わない。例えば、磁界に応じて偏光面が回転し、その
偏光面の角度に応じて電圧出力信号を発生するファラデ
ー素子等を使用しても良い。また、磁気・電気変換器の
出力信号が電流信号である場合には、差動増幅器により
終端抵抗器の両端間の電圧を測定する必要はない。その
場合には、例えば電流入力信号に応じて電圧出力信号を
発生するトランスインピーダンス増幅器を使用すれば良
いからである。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、電流プローブ装置の校
正を簡単に必要な時に実行できるので、信頼性が高く、
温度環境や動作条件等に関わらず極めて精度の高い測定
が行える。
正を簡単に必要な時に実行できるので、信頼性が高く、
温度環境や動作条件等に関わらず極めて精度の高い測定
が行える。
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】従来の電流プローブ装置の構成を示すブロック
図である。
図である。
【図４】従来の電流プローブ装置のシステムを一般化し
たブロック図である。
たブロック図である。
６ 磁気コア ８ １次側導体 １０ ホール素子（磁気電気変換器） ２２ パワー増幅器 ３４ ２次側巻線 ５０ 差動増幅器 ６０ スイッチ
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定電流の流れる１次側導体と２次側
巻線とを磁気結合させる磁気コアと、該磁気コアと磁気
結合し、磁気信号を電気信号に変換する磁気電気変換器
と、該磁気電気変換器の出力に応じた出力電流信号を上
記２次側巻線の一端に供給する増幅手段と、上記２次側
巻線の他端の出力電流信号に応じた出力電圧を発生する
出力手段とを有する電流プローブ装置の自己校正方法で
あって、 上記磁気電気変換器と上記増幅手段との間の接続を断
ち、 上記増幅手段に既知の刺激電圧を入力し、 上記２次側巻線の出力電流を測定し、 上記２次巻線に流れる電流により誘導された磁束に応じ
て発生した上記磁気電気変換器の出力電圧を測定し、 これらの測定結果に基づいて自己校正することを特徴と
する電流プローブ装置の自己校正方法。 - 【請求項２】 被測定電流の流れる１次側導体と２次側
巻線とを磁気結合させる磁気コアと、 該磁気コアと磁気結合し、磁気信号を電気信号に変換す
る磁気電気変換器と、 該磁気電気変換器の出力端に接続され、導通する第１状
態と非道通の第２状態間で切り替え可能なスイッチと、 該スイッチの出力端に接続され、入力電圧に対応する出
力電流を発生する増幅器と、 上記スイッチが上記第２状態の時に、上記増幅器の入力
端に既知の電圧の刺激信号を供給する刺激信号源と、 上記増幅器の出力端と上記２次側巻線の一端とを接続す
る接続手段と、 上記スイッチが上記第２状態の時に、上記２次巻線に流
れる電流により誘導された磁束に応じて発生した上記磁
気電気変換器の出力電圧を測定する測定手段と、 該測定手段の測定結果に基づいて自己校正することを特
徴とする自己校正型電流プローブ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/092,306 US5493211A (en) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Current probe |
| US08092306 | 1993-07-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0743390A true JPH0743390A (ja) | 1995-02-14 |
| JP3062861B2 JP3062861B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=22232619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6177510A Expired - Lifetime JP3062861B2 (ja) | 1993-07-15 | 1994-07-06 | 電流プローブ装置の自己校正方法及び自己校正型電流プローブ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5493211A (ja) |
| JP (1) | JP3062861B2 (ja) |
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| WO2008026276A1 (fr) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Appareil de détection à courant à phase nulle |
| JP2013083552A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Hioki Ee Corp | 電流センサ |
| JP2013221994A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-10-28 | Ricoh Co Ltd | 放電検知回路、現像装置、帯電装置及び画像形成装置 |
| JP2015121423A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 株式会社東海理化電機製作所 | 電流検出装置 |
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