JPH077047B2 - 磁気検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、磁束量を磁電変換素子を用いて電気信号に変
換することにより検出する磁気検出装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の磁気検出装置を利用した電流検出装置と
しては、例えば第４図に示すような回路構成のものがあ
る。

即ち、第４図において、１はホール素子で、その入力端
子には定電流回路２から一定のバイアス電流が供給され
るようになっており、鎖交する磁束量に応じたホール電
圧を出力端子から電気信号として出力する。定電流回路
２は、ツェナーダイオード３の端子電圧をベースバイア
スとするトランジスタ４により直流電源端子５からホー
ル素子１に定電流即ちバイアス電流を供給するようにな
っている。６は差動増幅回路で、これは、オペアンプ７
と抵抗等により構成されるもので、その各入力端子には
夫々抵抗を介してホール素子１の出力電気信号が与えら
れ、その電気信号を増幅して検出出力を得るものであ
る。８はオフセット調整回路で、これは、例えば夫々３
端子レギュレータ等の電源回路から夫々与えられる正電
源端子９の正電圧電源＋Ｖ及び負電源端子10の負電圧電
源−Ｖを、抵抗11,可変抵抗器12及び抵抗13の直列回路
の両端に供給し、可変抵抗器12を調整することによりそ
の可変出力端子にオフセット調整出力を得るものであ
り、ホール素子１のオフセット電圧に対して、これを打
消すようにオペアンプ７の非反転入力端子にオフセット
調整出力を与えるものである。尚、ホール素子１のオフ
セット電圧は電源電圧に比べると非常に小さな値つまり
0V近傍の値となっているので、可変抵抗器12の可変出力
端子の電圧も略0V近傍で調整されるようになっている。

このような構成において、予めオフセット調整回路８の
可変抵抗器12を調整しておけば、ホール素子１に電流に
比例した磁束を鎖交させると、ホール素子１から磁束量
に応じたホール電圧が電気信号として出力されるので、
差動増幅回路６の出力端子には磁束量即ち電流量に対応
した検出出力が得られるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成のものでは、例え
ば、温度変化によりツェナーダイオード３の端子電圧が
変動すると、これによって定電流回路２からのホール素
子１へのバイアス電流も変動することになる。ところ
で、一般にホール素子１の出力端子にはオフセット電圧
があるので、上述のようなバイアス電流の変動に伴って
このオフセット電圧も変動することになる。従って、こ
のようにツェナーダイオード３の端子電圧が変動するこ
とにより、ホール素子１のオフセット電圧が変動するの
で、これに応じてオフセット調整回路８を再度調整し直
さないと正確な磁束量即ち電流量を検出できなくなると
いう不具合があった。

また、従来構成のものでは、オフセット調整回路８の
正，負電源端子9,10には夫々別の電源回路から給電して
いるが、一般にそれらの出力電圧は５％程度の範囲内で
誤差を有している。従って、ホール素子１のオフセット
電圧に対して、マスター電源を用いて予め可変抵抗器12
によりオフセット調整しておいても、電源接続時に電源
端子９及び10に与えられる電圧のばらつきに応じて再度
オフセット調整をする必要があり、工数が増えてしまう
という不具合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、磁電変換素子のオフセット調整を一度で行なえるよ
うにすると共に、定電圧素子の温度変化等による端子電
圧の変動で定電流回路から磁電変換素子への電流が変動
する場合でも、その都度オフセット調整をする必要がな
く誤差の変動を極力低減させることのできる磁気検出装
置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、磁束量を磁電変換素子を用いて電気信号とし
て検出する磁気検出装置を対象とし、定電圧素子の端子
電圧に基づいて前記磁電変換素子に定電流を供給する定
電流回路、及び前記磁電変換素子の出力電圧を増幅する
増幅回路、並びに前記定電圧素子の端子電圧に基づいた
正電圧電源及びその正電圧を反転増幅器を介して反転さ
せた負電圧電源の両者を基準電圧として抵抗器を用いて
前記磁電変換素子のオフセット電圧を調整するオフセッ
ト調整回路を設けて構成したところに特徴を有する。

（作用） 本発明の磁気検出装置によれば、磁電変換素子へ供給さ
れる定電流は定電圧素子の端子電圧に基づいて定電流回
路から与えられ、一方磁電変換素子のオフセット電圧
は、前記定電圧素子の端子電圧に基づいた正電圧電源と
その正電圧を反転増幅器により反転された負電圧電源と
を基準電圧としたオフセット調整回路により調整され
る。これにより、予めマスター電源により磁電変換素子
のオフセット電圧調整を行なっておけば、オフセット調
整回路の正，負電圧電源のばらつきがないことにより、
電源接続時に再調整を行なう必要がなくなる。

一方、温度変化等により定電圧素子の端子電圧が変動し
た場合には、定電流回路から磁電変換素子へ与える定電
流の値が変動する。これに対し、オフセット調整回路の
正，負電圧電源も定電圧素子の端子電圧の変動に伴なっ
て変動し、このときオフセット調整出力も変動する。と
ころで、一般に磁電変換素子のオフセット電圧がゼロに
なることは希であり、このため、オフセット調整回路の
出力によりそれを打消すべくオフセット調整がなされて
いるものであるから、オフセット調整回路の出力は、磁
電変換素子のオフセット電圧に対して逆の極性を持った
値となっている。従って、定電圧素子の端子電圧の変動
に伴なう磁電変換素子のオフセット電圧の変動に対し
て、オフセット調整回路の調整出力は常に打消すように
変動するので、磁電変換素子の出力の変動は極力低減さ
れ、その都度再調整を行なう必要がなくなる。

（実施例） 以下、本発明を電流検出装置に適用した場合の第１の実
施例について第１図及び第２図を参照しながら説明す
る。

まず、第２図において、21は検出すべき主回路の電流Ｉ
が流れるコイルで、鉄心22に巻装されている。鉄心22は
磁気回路を構成するもので、その途中にはギャップ部22
aが形成されており、このギャップ部22aに磁電変換素子
たるホール素子23が挿入され、これに電流Ｉに比例する
磁束Φが鎖交するようになっている。

次に、第１図において、24は定電流回路である。即ち、
25aは正電圧電源＋Ｖが与えられた直流電源端子25aであ
り、これとアースとの間に抵抗26及び図示極性の定電圧
素子たるツェナーダイオード27が直列に接続されてい
る。このツェナーダイオード27と並列に可変抵抗器28が
接続され、この可変抵抗器28の可変出力端子がオペアン
プ29の非反転入力端子に接続されている。そして、オペ
アンプ29の反転入力端子は抵抗30を介してアースされ、
前記ホール素子23の入力端子はオペアンプ29の出力端子
及び反転入力端子との間に接続されている。この場合、
定電流回路24は、ツェナーダイオード27の端子電圧に基
づく一定の電圧を基準電圧としてホール素子23にバイア
ス電流としての定電流を与えている。尚、25bは負電圧
電源−Ｖが与えられた直流電源端子である。31は差動増
幅回路で、これはオペアンプ32等により構成されるもの
で、オペアンプ32の反転及び非反転入力端子は夫々抵抗
33及び34を介して前記ホール素子23の出力端子に接続さ
れ、さらに非反転入力端子は抵抗35及び36を介してアー
スされている。オペアンプ32の出力端子は図示しない検
出出力端子に接続されると共に、可変抵抗器37及び抵抗
38を介してアースされている。また可変抵抗器37の可変
出力端子は抵抗39を介してオペアンプ32の反転入力端子
に接続されている。

さて、40はオフセット調整回路で、これは、オペアンプ
41及び42等により構成される。即ち、オペアンプ41の非
反転入力端子は定電流回路24のツェナーダイオード27の
カソードに接続され、反転入力端子は出力端子に接続さ
れ、その出力端子は抵抗43を介して反転増幅器たるオペ
アンプ42の反転入力端子に接続されている。オペアンプ
42の非反転入力端子は抵抗44を介してアースされ、出力
端子と反転入力端子との間には抵抗45が接続されてい
る。オペアンプ41及び42の出力端子間には、抵抗46,可
変抵抗器47及び抵抗48の直列回路が接続されている。そ
して、可変抵抗器47の可変出力端子は抵抗49を介して抵
抗37及び38の共通接続点に接続されている。このオフセ
ット調整回路40は、製作時に可変抵抗器47を調整するこ
とにより、ホール素子23のオフセット電圧を打消すべく
調整を行なうもので、オペアンプ41及び42の各出力端子
に現われる電圧を夫々正電圧電源＋V_A及び負電圧電源−
V_Aとして、抵抗46及び48と可変抵抗器47の分担電圧によ
り決まる電圧を抵抗49及び35を介してオペアンプ32の非
反転入力端子に与えるようになっている。この場合、オ
フセット調整回路40の負電圧電源−V_Aは正電圧電源＋V_A
をもとにしているので、絶対値が同じになってばらつき
が生じないので、オフセット調整は、各電源を接続する
前に予めマスター電源等を用いて行なっておけば良い。

次に、本実施例の作用について述べる。

まず、直流電源端子25a,25bに電圧が与えられている状
態では、定電流回路24のオペアンプ29は、ツェナーダイ
オード27の端子電圧に基づいて可変抵抗28の可変出力端
子に現われる一定の電圧により所定の定電流をバイアス
電流としてホール素子23に与える。この場合、ホール素
子23は、一般に磁束が鎖交していない状態でも出力端子
にオフセット電圧を生じることが多く、これを調整すべ
く前述したようにオフセット調整回路24の調整により差
動増幅回路31のオペアンプ32の両入力端子に電位差が現
われないように調整されている。従って、この状態でオ
ペアンプ32の検出出力はゼロとなっている。

次に、主回路からの電流Ｉがコイル21に流れると、鉄心
22に電流Ｉに応じた磁束Φが生じる。この磁束Φがホー
ル素子23に鎖交すると、ホール効果によりホール素子23
の出力端子に磁束Φの大きさに応じたホール電圧が電気
信号として出力される。この電気信号は差動増幅回路31
により増幅されて出力端子から検出され、以て主回路に
流れる電流Ｉの大きさが検出されるものである。

しかして、上述のように定電流回路24の基準電圧となる
ツェナーダイオード27の端子電圧が温度変化により変動
した場合には、ホール素子23へのバイアス電流も変動
し、これにより、オフセット電圧も変動する。また、オ
フセット調整回路40においても、ツェナーダイオード27
の端子電圧の変動によりオペアンプ41及び42の出力端子
の電圧が変動し、オフセット出力も変動する。ところ
で、オフセット出力は、もともとホール素子23のオフセ
ット電圧を打消すような値つまりオフセット電圧とは逆
の極性の値となっており、従って、オフセット電圧が大
きくなった場合にはこのオフセット出力もこれに伴なっ
て大きくなるが、その極性が逆であることから、両者は
互いに打消すようになり、オペアンプ35の非反転入力端
子にはツェナーダイオード27の端子電圧の変動による悪
影響は極力低減されるようになるものである。この結
果、オフセット調整回路40をその都度再調整することな
く主回路の電流を検出できるものである。

このような本実施例によれば、ツェナーダイオード27の
端子電圧に基づいた定電流回路24によりホール素子23に
定電流を供給するようにし、ホール素子23のオフセット
電圧の調整を、ツェナーダイオード27の端子電圧に基づ
いた正電圧電源＋V_A及び反転増幅器42を介して得られる
負電圧電源−V_Aにより行なうようにしたので、正，負電
源電圧＋V_A，−V_Aのばらつきがなくなり、ホール素子23
のオフセット調整を予めマスター電源により１回行なう
のみで良くなると共に、温度変化によるツェナーダイオ
ード27の端子電圧の変動に対しても、ホール素子23のオ
フセット電圧の変動を打消すようにオフセット調整回路
40のオフセット出力が変動するので、再調整を行なうこ
となく極力誤差の少ない電流検出が行なえる。

第３図は本発明の第２の実施例を示し、第１の実施例と
異なるところは定電流回路24に切換回路部50を設けて定
電流回路51を構成したところである。

即ち、この切換回路部50において、52はオペアンプ29の
非反転入力端子と可変抵抗器28の可変出力端子との間に
接続されたトランスファーゲートで、ゲート信号が与え
られると導通するようになっている。53は反転増幅器と
してのオペアンプで、その反転入力端子は抵抗54を介し
て可変抵抗器28の可変出力端子に接続され、非反転入力
端子は抵抗55を介してアースされている。またオペアン
プ53の出力端子は抵抗56を介して反転入力端子に接続さ
れると共に、トランスファーゲート57を介してオペアン
プ29の非反転入力端子に接続されている。58は切換回路
で、その２つの出力端子はトランスファーゲート52及び
57のゲートに夫々接続され、インバータ回路59を介して
与えられる切換信号に応じてトランスファーゲート52ま
たは57の何れかをオンさせるようになっている。

上述のような構成によれば、切換回路58からトランスフ
ァーゲート52にゲート信号を与えたときには、前述の第
１の実施例と同様の作用効果が得られ、一方、切換信号
に応じてトランスファーゲート57にゲート信号が与えら
れたときには、ツェナーダイオード27の端子電圧はオペ
アンプ53を介して極性が反転された出力としてオペアン
プ29に与えられることにより、ホール素子23へのバイア
ス電流の方向を逆に設定することができる。つまり、ホ
ール素子23への定電流供給をオペアンプ29を用いている
ことにより、切換回路部50を設けることにより、このよ
うな極性反転の操作を簡単な回路で容易に行なうことが
できるものである。

尚、上記各実施例においては、オフセット調整回路40で
オペアンプ41を用いて正電圧電源＋V_Aを作るようにした
が、このオペアンプ41は必要に応じてつまり入力電流を
抑制する等の必要性に応じて設けるようにすれば良い。

また、上記各実施例においては、ホール素子23を１個の
み用いる場合の構成について述べたが、これに限らず、
例えば、複数のホール素子を用いる構成のものでも適用
できる。

さらに、上記各実施例は本発明を電流検出装置に適用し
た場合について述べたが、これに限らず、磁束を検出す
る装置全般に適用できる等、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の磁気検出装置は、定電流
回路を定電圧素子の端子電圧に基づいて磁電変換素子に
定電流を供給する構成とし、オフセット調整回路を、定
電圧素子の端子電圧に基づいた正電圧電源とその正電圧
に基づいて反転増幅器により極性を反転させた負電圧電
源とを基準電圧とする構成として磁電変換素子のオフセ
ット調整を行なうようにした。これにより、温度変化等
により定電圧素子の端子電圧が変動した場合でも、定電
流回路の出力電流が変動して磁電変換素子のオフセット
電圧が変動するのに伴なって、オフセット調整回路のオ
フセット調整出力も変動し、この変動方向がオフセット
電圧の変動する方向と逆になることにより、これらの変
動分は打消し合うようになり、この結果、増幅回路から
の検出出力の変動は極力低減され、オフセット調整回路
の再調整を行なうといった煩わしさは解消される。

また、このようにオフセット調整回路の正，負電圧電源
を構成することで、各電源を別々に構成する従来と異な
り、電源電圧のバランスが保たれるようになるので、磁
電変換素子のオフセット電圧の調整を予めマスター電源
により調整した後は、電源接続時に再調整を行なう必要
がなくなるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す電気的構成図、第
２図は同実施例の電流検出部分の構成図であり、第３図
は本発明の第２の実施例を示す電気的構成の部分図であ
り、第４図は従来例を示す第１図相当図である。 図面中、23はホール素子（磁電変換素子）、24及び51は
定電流回路、27はツェナーダイオード（定電圧素子）、
29はオペアンプ、31は差動増幅回路（増幅回路）、32は
オペアンプ、40はオフセット調整回路、41はオペアン
プ、42はオペアンプ（反転増幅器）、45及び47は抵抗、
46は可変抵抗器、50は切換回路部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁束量を磁電変換素子を用いて電気信号と
   して検出する磁気検出装置において、定電圧素子の端子
   電圧に基づいて前記磁電変換素子に定電流を供給する定
   電流回路と、前記磁電変換素子の出力電圧を増幅する増
   幅回路と、前記定電圧素子の端子電圧に基づいた正電圧
   電源及びその正電圧を反転増幅器を介して反転させた負
   電圧電源の両者を基準電圧として抵抗器を用いて前記磁
   電変換素子のオフセット電圧を調整するオフセット調整
   回路とを具備してなる磁気検出装置。