JPH08178972A - 電流センサおよび電流センサの信号補償方法 - Google Patents
電流センサおよび電流センサの信号補償方法Info
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- JPH08178972A JPH08178972A JP7198898A JP19889895A JPH08178972A JP H08178972 A JPH08178972 A JP H08178972A JP 7198898 A JP7198898 A JP 7198898A JP 19889895 A JP19889895 A JP 19889895A JP H08178972 A JPH08178972 A JP H08178972A
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/20—Instruments transformers
- H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
- H01F38/28—Current transformers
- H01F38/32—Circuit arrangements
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流センサにおいて所望の測定信号に不連続
な極性反転が生じないようにし、かつ信号インタフェー
スチャンネル当たりの必要な接続ピンの数を低減する。 【解決手段】 電流センサは、磁気コア２１により磁気
結合された一次巻線１６、二次巻線１８および帰還巻線
２０を有する変成器を含む１つの信号インタフェースチ
ャンネルを有する。電流センサは更に、二次巻線のＡＣ
信号に応答して、帰還巻線に供給されて磁気コアの磁束
をほぼゼロ近くに維持するのに有効である連続した極性
を有する帰還信号を発生する帰還発生回路１０２を有す
る。帰還発生回路は、第１および第２の差動入力ポート
と第１および第２の差動出力ポートとを持つ演算増幅器
１１０と、ＤＣオフセット電圧から補償用ＡＣ信号を発
生するように設計されたスイッチングアセンブリ１０
４，１０６とを有する。補償用ＡＣ信号は磁気コアを介
して演算増幅器に結合される。
な極性反転が生じないようにし、かつ信号インタフェー
スチャンネル当たりの必要な接続ピンの数を低減する。 【解決手段】 電流センサは、磁気コア２１により磁気
結合された一次巻線１６、二次巻線１８および帰還巻線
２０を有する変成器を含む１つの信号インタフェースチ
ャンネルを有する。電流センサは更に、二次巻線のＡＣ
信号に応答して、帰還巻線に供給されて磁気コアの磁束
をほぼゼロ近くに維持するのに有効である連続した極性
を有する帰還信号を発生する帰還発生回路１０２を有す
る。帰還発生回路は、第１および第２の差動入力ポート
と第１および第２の差動出力ポートとを持つ演算増幅器
１１０と、ＤＣオフセット電圧から補償用ＡＣ信号を発
生するように設計されたスイッチングアセンブリ１０
４，１０６とを有する。補償用ＡＣ信号は磁気コアを介
して演算増幅器に結合される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流センサに関し、更
に詳しくは、電流センサの変成器に帰還補償を行うため
に使用される増幅器のオフセット電圧を克服するための
差動技術に関する。
に詳しくは、電流センサの変成器に帰還補償を行うため
に使用される増幅器のオフセット電圧を克服するための
差動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力およびエネルギ使用量を計量するた
めの誘導式および電子式電力量計のような多くの電気お
よび電子装置は、導体に流れる電力線路電流成分または
負荷電流成分を検知し、広範囲の大きさの負荷電流に対
して正確に比例する電流測定信号を発生する手段を必要
としている。
めの誘導式および電子式電力量計のような多くの電気お
よび電子装置は、導体に流れる電力線路電流成分または
負荷電流成分を検知し、広範囲の大きさの負荷電流に対
して正確に比例する電流測定信号を発生する手段を必要
としている。
【０００３】負荷電流は典型的には電子式計量装置に使
用するのに適切な電流測定信号の値の何倍も大きい。シ
ステムによっては、負荷電流は所望の電流測定信号より
も１０，０００倍も大きい。そこで、変流器のような変
成器を使用することが都合がよく、変流器では、トロイ
ダルコアの周りの比較的少ない巻回数（例えば、１また
は２ターン）が負荷電流の流れる一次巻線として作用す
る。多巻回数の二次巻線は、負荷電流に比例しているが
変流器の一次対二次巻線比によって低減された電流を誘
導する。
用するのに適切な電流測定信号の値の何倍も大きい。シ
ステムによっては、負荷電流は所望の電流測定信号より
も１０，０００倍も大きい。そこで、変流器のような変
成器を使用することが都合がよく、変流器では、トロイ
ダルコアの周りの比較的少ない巻回数（例えば、１また
は２ターン）が負荷電流の流れる一次巻線として作用す
る。多巻回数の二次巻線は、負荷電流に比例しているが
変流器の一次対二次巻線比によって低減された電流を誘
導する。
【０００４】変成器は負荷電流が大きいときコアが飽和
しやすい。コアの飽和は、一般に大きなコアを使用し、
コアを高品質の材料で作ることにより避けることができ
る。しかし、大きさを大きくし、材料を高品質にするこ
とにより、価格が高くなるという不利益がある。コアの
飽和を回避する従来の技術では、コアの周りに帰還巻線
を設けて、該帰還巻線にコアの磁束をゼロ近くに維持す
るのに十分な帰還電流信号を流すようにしている。コア
の磁束をゼロ近くに制限することにより、より小さなコ
アを使用することができ、コアの材料をより安価なもの
にすることができる。負荷電流が変化するとき、帰還電
流信号もコアの磁束をゼロ近くに維持するのに十分なよ
うに変化して、変成器のコアの飽和を誘起することなく
種々の異なるレベルの負荷電流に対処することが出来
る。
しやすい。コアの飽和は、一般に大きなコアを使用し、
コアを高品質の材料で作ることにより避けることができ
る。しかし、大きさを大きくし、材料を高品質にするこ
とにより、価格が高くなるという不利益がある。コアの
飽和を回避する従来の技術では、コアの周りに帰還巻線
を設けて、該帰還巻線にコアの磁束をゼロ近くに維持す
るのに十分な帰還電流信号を流すようにしている。コア
の磁束をゼロ近くに制限することにより、より小さなコ
アを使用することができ、コアの材料をより安価なもの
にすることができる。負荷電流が変化するとき、帰還電
流信号もコアの磁束をゼロ近くに維持するのに十分なよ
うに変化して、変成器のコアの飽和を誘起することなく
種々の異なるレベルの負荷電流に対処することが出来
る。
【０００５】上述した技術に使用されている能動帰還
は、変成器の二次巻線の出力を受ける演算増幅器によっ
て行われる。典型的な高利得の演算増幅器はコアの磁束
をゼロ近くに維持することができる出力電流を容易に発
生することができる。しかしながら、高利得の演算増幅
器は別の問題を招く。本技術分野に専門知識を有する者
に理解されるように、変成器の二次巻線と帰還巻線との
結合は交流（ＡＣ）に対して有効なだけである。演算増
幅器の入力への直流（ＤＣ）帰還結合はない。例えば、
１ミリボルト未満のＤＣオフセット電圧が演算増幅器の
入力に現れ又は生じることがある。典型的な演算増幅器
は数百万のオーダのＤＣ利得を有する。この結果、演算
増幅器の入力におけるオフセット電圧が１ミリボルト未
満であっても、演算増幅器は飽和状態に駆動されること
がある。
は、変成器の二次巻線の出力を受ける演算増幅器によっ
て行われる。典型的な高利得の演算増幅器はコアの磁束
をゼロ近くに維持することができる出力電流を容易に発
生することができる。しかしながら、高利得の演算増幅
器は別の問題を招く。本技術分野に専門知識を有する者
に理解されるように、変成器の二次巻線と帰還巻線との
結合は交流（ＡＣ）に対して有効なだけである。演算増
幅器の入力への直流（ＤＣ）帰還結合はない。例えば、
１ミリボルト未満のＤＣオフセット電圧が演算増幅器の
入力に現れ又は生じることがある。典型的な演算増幅器
は数百万のオーダのＤＣ利得を有する。この結果、演算
増幅器の入力におけるオフセット電圧が１ミリボルト未
満であっても、演算増幅器は飽和状態に駆動されること
がある。
【０００６】ここに引用する米国特許第４，７６１，６
０５号には、ＤＣ補償を行うために、シングルエンド型
演算増幅器およびチョッピングスイッチを使用してＤＣ
オフセット電圧をＡＣ成分に変換し、このＡＣ成分を変
成器の二次巻線と帰還巻線との間に結合する帰還回路が
記載されている。この米国特許第４，７６１，６０５号
に記載のものは所望のＤＣ補償を行うのには有効である
が、そこに使用されている帰還回路は所望の測定信号に
不連続な極性反転を生じ、測定信号からこのような不連
続な極性反転を濾波または除去するために、別の同期化
または信号極性「ブックキーピング（ｂｏｏｋｋｅｅｐ
ｉｎｇ）」を必要とする。更に、帰還回路は集積回路チ
ップで構成され、電流センサは多数の電流および／また
は電圧インタフェースチャンネルを扱わなければならな
いので、電流センサにおける信号インタフェースチャン
ネル当たりの必要な接続ピンの数を低減することが好ま
しい。
０５号には、ＤＣ補償を行うために、シングルエンド型
演算増幅器およびチョッピングスイッチを使用してＤＣ
オフセット電圧をＡＣ成分に変換し、このＡＣ成分を変
成器の二次巻線と帰還巻線との間に結合する帰還回路が
記載されている。この米国特許第４，７６１，６０５号
に記載のものは所望のＤＣ補償を行うのには有効である
が、そこに使用されている帰還回路は所望の測定信号に
不連続な極性反転を生じ、測定信号からこのような不連
続な極性反転を濾波または除去するために、別の同期化
または信号極性「ブックキーピング（ｂｏｏｋｋｅｅｐ
ｉｎｇ）」を必要とする。更に、帰還回路は集積回路チ
ップで構成され、電流センサは多数の電流および／また
は電圧インタフェースチャンネルを扱わなければならな
いので、電流センサにおける信号インタフェースチャン
ネル当たりの必要な接続ピンの数を低減することが好ま
しい。
【０００７】
【発明の概要】一般的に言えば、上述した要望を達成す
るため、本発明は、一次巻線、二次巻線および帰還巻線
を持つ変成器を含む少なくとも１つの信号インタフェー
スチャンネルを有する電流センサを提供する。磁気コア
が一次巻線、二次巻線および帰還巻線を磁気結合する。
電流センサは更に、二次巻線のＡＣ信号に応答して、帰
還巻線に供給するための実質的に連続な帰還信号を発生
する帰還発生回路を有する。帰還信号は磁気コアの磁束
をほぼゼロ近くに維持するのに有効である。帰還発生回
路は、演算増幅器、例えば第１および第２の差動入力ポ
ートと第１および第２の差動出力ポートとを有する増幅
器と、ＤＣオフセット電圧から補償用ＡＣ信号を発生す
るようになっているスイッチングアセンブリとを有す
る。補償用ＡＣ信号は磁気コアを介して演算増幅器に結
合される。
るため、本発明は、一次巻線、二次巻線および帰還巻線
を持つ変成器を含む少なくとも１つの信号インタフェー
スチャンネルを有する電流センサを提供する。磁気コア
が一次巻線、二次巻線および帰還巻線を磁気結合する。
電流センサは更に、二次巻線のＡＣ信号に応答して、帰
還巻線に供給するための実質的に連続な帰還信号を発生
する帰還発生回路を有する。帰還信号は磁気コアの磁束
をほぼゼロ近くに維持するのに有効である。帰還発生回
路は、演算増幅器、例えば第１および第２の差動入力ポ
ートと第１および第２の差動出力ポートとを有する増幅
器と、ＤＣオフセット電圧から補償用ＡＣ信号を発生す
るようになっているスイッチングアセンブリとを有す
る。補償用ＡＣ信号は磁気コアを介して演算増幅器に結
合される。
【０００８】本発明ではまた電流センサの信号補償方法
が提供され、該方法は、磁気コアを使用して一次巻線、
二次巻線および帰還巻線を磁気結合し、帰還巻線に供給
されて磁束をほぼゼロ近くに維持するのに有効なほぼ連
続な帰還信号を発生し、ＤＣオフセット電圧から補償用
ＡＣ信号を発生するステップを有する。補償用信号は磁
気コアを介して所定の通りに結合される。
が提供され、該方法は、磁気コアを使用して一次巻線、
二次巻線および帰還巻線を磁気結合し、帰還巻線に供給
されて磁束をほぼゼロ近くに維持するのに有効なほぼ連
続な帰還信号を発生し、ＤＣオフセット電圧から補償用
ＡＣ信号を発生するステップを有する。補償用信号は磁
気コアを介して所定の通りに結合される。
【０００９】新規であると考えられる本発明の特徴は、
特許請求の範囲に特に記載されている。しかしながら、
本発明自身は構成および動作の方法について、その別の
目的および利点とともに、添付図面を参照した以下の説
明により一層良く理解され得ることであろう。全図面に
おいて、同じ符号は同じ構成部品を示している。
特許請求の範囲に特に記載されている。しかしながら、
本発明自身は構成および動作の方法について、その別の
目的および利点とともに、添付図面を参照した以下の説
明により一層良く理解され得ることであろう。全図面に
おいて、同じ符号は同じ構成部品を示している。
【００１０】
【詳しい説明】図１および２は、変流器１４のような変
成器における磁気コアの飽和の問題を克服した帰還発生
回路１２を有する従来の電流センサ１０を示している。
この変成器は、共通のコア２１上に巻回された一次巻線
１６、二次巻線１８および帰還巻線２０を有している。
二次巻線１８の２つの端部すなわち端子は、それぞれ接
続ピンＰ1 およびＰ2 を介して一対の単極双投（ＳＰＤ
Ｔ）サンプリングスイッチ２２1 および２２2 からなる
第１のスイッチングユニット２２に接続されている。こ
の一対のスイッチは実際には半導体スイッチング素子で
具体化されるが、図示の簡単化のために機械的なスイッ
チとして示されている。
成器における磁気コアの飽和の問題を克服した帰還発生
回路１２を有する従来の電流センサ１０を示している。
この変成器は、共通のコア２１上に巻回された一次巻線
１６、二次巻線１８および帰還巻線２０を有している。
二次巻線１８の２つの端部すなわち端子は、それぞれ接
続ピンＰ1 およびＰ2 を介して一対の単極双投（ＳＰＤ
Ｔ）サンプリングスイッチ２２1 および２２2 からなる
第１のスイッチングユニット２２に接続されている。こ
の一対のスイッチは実際には半導体スイッチング素子で
具体化されるが、図示の簡単化のために機械的なスイッ
チとして示されている。
【００１１】図１は、第１のスイッチング期間の間、ス
イッチ２２1 および２２2 がそれぞれ二次巻線１８の２
つの端子のそれぞれを演算増幅器２６の２つの入力ポー
トのそれぞれに接続していることを図示している。例え
ば、図１に示すように、第１のスイッチング期間の間、
黒点を記した二次巻線の端部は入力抵抗２８を介して演
算増幅器２６の反転入力ポートに接続され、黒点を記し
てない二次巻線の端部は演算増幅器２６の非反転入力ポ
ートに接続されている。説明のためにここに使用され
る、変成器１４における黒点と極性の取り決めは次の通
りである。すなわち、電流が二次巻線１８のような一つ
の巻線の黒点を記した端部に流れ込んだ瞬間、帰還巻線
２０のような他の巻線の黒点を記した端部から電流が流
れ出るようになっている。必要により入力抵抗２８とと
もに帰還コンデンサ３０を用いて、演算増幅器２６が積
分動作を行うようにし、これにより帯域外信号を濾波す
るようにしてもよい。
イッチ２２1 および２２2 がそれぞれ二次巻線１８の２
つの端子のそれぞれを演算増幅器２６の２つの入力ポー
トのそれぞれに接続していることを図示している。例え
ば、図１に示すように、第１のスイッチング期間の間、
黒点を記した二次巻線の端部は入力抵抗２８を介して演
算増幅器２６の反転入力ポートに接続され、黒点を記し
てない二次巻線の端部は演算増幅器２６の非反転入力ポ
ートに接続されている。説明のためにここに使用され
る、変成器１４における黒点と極性の取り決めは次の通
りである。すなわち、電流が二次巻線１８のような一つ
の巻線の黒点を記した端部に流れ込んだ瞬間、帰還巻線
２０のような他の巻線の黒点を記した端部から電流が流
れ出るようになっている。必要により入力抵抗２８とと
もに帰還コンデンサ３０を用いて、演算増幅器２６が積
分動作を行うようにし、これにより帯域外信号を濾波す
るようにしてもよい。
【００１２】図２は、第２のスイッチング期間の間、ス
イッチ２２1 および２２2 はそれぞれ二次巻線１８の２
つの端部と演算増幅器２６の２つの入力ポートとの間の
接続を図１に示した接続と逆にしている。例えば、図２
に示すように、第２のスイッチング期間の間、二次巻線
１８の黒点を記した端部は演算増幅器２６の非反転入力
ポートに接続され、二次巻線１８の黒点を記してない端
部は演算増幅器２６の反転入力ポートに接続されてい
る。
イッチ２２1 および２２2 はそれぞれ二次巻線１８の２
つの端部と演算増幅器２６の２つの入力ポートとの間の
接続を図１に示した接続と逆にしている。例えば、図２
に示すように、第２のスイッチング期間の間、二次巻線
１８の黒点を記した端部は演算増幅器２６の非反転入力
ポートに接続され、二次巻線１８の黒点を記してない端
部は演算増幅器２６の反転入力ポートに接続されてい
る。
【００１３】いずれの場合も、演算増幅器２６の出力信
号は帰還巻線２０に接続され、帰還巻線２０の出力信号
は接続ピンＰ4 およびＰ3 を介して第２のスイッチング
ユニット２４を通って出力増幅器３２に接続されてい
る。スイッチングユニット２４は一対の単極双投（ＳＰ
ＤＴ）サンプリングスイッチ２４1 および２４2 から構
成されている。上述したように、この一対のスイッチは
実際には半導体スイッチング素子で具体化されるが、図
示の簡単化のため機械的スイッチとして示されている。
号は帰還巻線２０に接続され、帰還巻線２０の出力信号
は接続ピンＰ4 およびＰ3 を介して第２のスイッチング
ユニット２４を通って出力増幅器３２に接続されてい
る。スイッチングユニット２４は一対の単極双投（ＳＰ
ＤＴ）サンプリングスイッチ２４1 および２４2 から構
成されている。上述したように、この一対のスイッチは
実際には半導体スイッチング素子で具体化されるが、図
示の簡単化のため機械的スイッチとして示されている。
【００１４】図１は、第１のスイッチング期間の間、ス
イッチ２４2 が帰還巻線２０の２つの端部の一方を出力
増幅器３２の反転入力ポートに接続し、スイッチ２４1
が演算増幅器２６からの出力信号を受信するように帰還
巻線２０の２つの端部の他方を接続することを示してい
る。例えば、図１に示すように、第１のスイッチング期
間の間、帰還巻線２０の黒点を記した端部は演算増幅器
２６からの出力信号を受信するように接続され、帰還巻
線２０の黒点を記してない端部は出力増幅器３２の反転
入力ポートに接続される。
イッチ２４2 が帰還巻線２０の２つの端部の一方を出力
増幅器３２の反転入力ポートに接続し、スイッチ２４1
が演算増幅器２６からの出力信号を受信するように帰還
巻線２０の２つの端部の他方を接続することを示してい
る。例えば、図１に示すように、第１のスイッチング期
間の間、帰還巻線２０の黒点を記した端部は演算増幅器
２６からの出力信号を受信するように接続され、帰還巻
線２０の黒点を記してない端部は出力増幅器３２の反転
入力ポートに接続される。
【００１５】図２は、第２のスイッチング期間の間、ス
イッチ２４1 および２４2 がそれぞれ帰還巻線２０の２
つの端部と演算増幅器２６の出力ポートおよび出力増幅
器３２の反転入力ポートとの間の接続を図１に示した接
続と逆にすることを示している。例えば、図２に示すよ
うに、第２のスイッチング期間の間、帰還巻線２０の黒
点を記した端部は出力増幅器３２の反転入力ポートに接
続され、帰還巻線２０の黒点を記してない端部は演算増
幅器２６からの出力信号を受信するように接続される。
出力増幅器３２は接続ピンＰ5 およびＰ6 の間に接続さ
れた帰還抵抗３４を有する。出力増幅器３２からの出力
信号は所望の測定信号を構成しており、この測定信号は
必要に応じてアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
（図示せず）に都合よく入力され、ディジタル化され
る。
イッチ２４1 および２４2 がそれぞれ帰還巻線２０の２
つの端部と演算増幅器２６の出力ポートおよび出力増幅
器３２の反転入力ポートとの間の接続を図１に示した接
続と逆にすることを示している。例えば、図２に示すよ
うに、第２のスイッチング期間の間、帰還巻線２０の黒
点を記した端部は出力増幅器３２の反転入力ポートに接
続され、帰還巻線２０の黒点を記してない端部は演算増
幅器２６からの出力信号を受信するように接続される。
出力増幅器３２は接続ピンＰ5 およびＰ6 の間に接続さ
れた帰還抵抗３４を有する。出力増幅器３２からの出力
信号は所望の測定信号を構成しており、この測定信号は
必要に応じてアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
（図示せず）に都合よく入力され、ディジタル化され
る。
【００１６】本技術に専門知識を有する者に明らかなよ
うに、演算増幅器２６におけるＤＣオフセット電圧成分
（演算増幅器２６の非反転入力ポートに接続されている
電圧源ＶOSによって表されている）は、図１および２の
それぞれのスイッチング構成により対応するＡＣ信号に
変換される。ＤＣオフセット電圧から得られるＡＣ信号
は、ＤＣオフセットの影響を実質的にゼロ近くに維持し
て、演算増幅器２６が飽和状態に駆動されるのを防止す
るための補償信号を発生するように、変流器１４を介し
て演算増幅器２６に戻される。図１および２においてそ
れぞれの矢印の方向で示すように、第１のスイッチング
期間の間、出力増幅器３２からの電流の流れは第２の期
間の間の電流の流れと逆であることが明らかであろう。
この反対方向の電流の流れは好ましくないことに所望の
測定信号に不連続な極性反転を生じ、これはこのような
不連続な極性反転を測定信号から濾波または除去するた
めに別の同期化または信号極性「ブックキーピング」を
必要とする。
うに、演算増幅器２６におけるＤＣオフセット電圧成分
（演算増幅器２６の非反転入力ポートに接続されている
電圧源ＶOSによって表されている）は、図１および２の
それぞれのスイッチング構成により対応するＡＣ信号に
変換される。ＤＣオフセット電圧から得られるＡＣ信号
は、ＤＣオフセットの影響を実質的にゼロ近くに維持し
て、演算増幅器２６が飽和状態に駆動されるのを防止す
るための補償信号を発生するように、変流器１４を介し
て演算増幅器２６に戻される。図１および２においてそ
れぞれの矢印の方向で示すように、第１のスイッチング
期間の間、出力増幅器３２からの電流の流れは第２の期
間の間の電流の流れと逆であることが明らかであろう。
この反対方向の電流の流れは好ましくないことに所望の
測定信号に不連続な極性反転を生じ、これはこのような
不連続な極性反転を測定信号から濾波または除去するた
めに別の同期化または信号極性「ブックキーピング」を
必要とする。
【００１７】図３および４は、本発明による少なくとも
１つの信号インタフェースチャンネルを有する改良され
た電流センサ１００を示している。この電流センサ１０
０は所望の測定信号における上述した好ましくない極性
反転を克服するための帰還発生回路１０２を有する。図
３は図１に関連して記載した第１のスイッチング期間に
対応し、図４は図２に関連して記載した第２のスイッチ
ング期間に対応する。コア２１（図１および２）は図３
および４に示されていないが、電流センサ１００におけ
る磁気結合は図１および２の説明で変流器１４について
記載した通りのものである。帰還発生回路１０２は有利
なことにほぼ連続した帰還信号を発生する。すなわち好
ましくない極性反転を受けず、その結果所望の測定信号
の余分な同期化または信号極性「ブックキーピング」を
必要としない信号を発生する。
１つの信号インタフェースチャンネルを有する改良され
た電流センサ１００を示している。この電流センサ１０
０は所望の測定信号における上述した好ましくない極性
反転を克服するための帰還発生回路１０２を有する。図
３は図１に関連して記載した第１のスイッチング期間に
対応し、図４は図２に関連して記載した第２のスイッチ
ング期間に対応する。コア２１（図１および２）は図３
および４に示されていないが、電流センサ１００におけ
る磁気結合は図１および２の説明で変流器１４について
記載した通りのものである。帰還発生回路１０２は有利
なことにほぼ連続した帰還信号を発生する。すなわち好
ましくない極性反転を受けず、その結果所望の測定信号
の余分な同期化または信号極性「ブックキーピング」を
必要としない信号を発生する。
【００１８】スイッチングアセンブリが（図１および２
に関連して記載したＳＰＤＴサンプリングスイッチのよ
うな）第１および第２の入力スイッチ１０４1 および１
０４ 2 を有し、これらのスイッチはそれぞれ二次巻線１
８の黒点を記した端部のＡＣ信号を第１の接続ピンＰ1
を介して演算増幅器１１０の第１および第２の差動入力
ポートに供給するように接続される。演算増幅器１１０
は好ましくは完全差動演算増幅器、すなわち差動入力信
号が演算増幅器の２つのそれぞれの入力ポートに供給さ
れたとき互いにほぼ１８０゜位相がずれている各ＡＣ信
号を２つのそれぞれの出力ポートに発生する演算増幅器
である。図３および４に示すように、所与のスイッチン
グ期間の間、２つの入力ポートの一方は二次巻線１８の
黒点を記した端部に結合され、他方の入力ポートは所定
のアースに接続されている。スイッチングアセンブリは
更に（図１および２に関連して説明したＳＰＤＴサンプ
リングスイッチのような）出力スイッチ１０６を有し、
この出力スイッチは周期的に演算増幅器１１０の第１お
よび第２の差動出力ポートを帰還巻線２０の黒点を記し
た端部に結合し、その帰還信号を第２の接続ピンＰ2 を
介してする。第３の接続ピンＰ3 は測定信号を適当な縮
尺（ｓｃａｌｉｎｇ）用抵抗１１２を介して上述したよ
うに適当なＡ／Ｄ変換器（図示せず）に供給するように
都合よく接続されている。
に関連して記載したＳＰＤＴサンプリングスイッチのよ
うな）第１および第２の入力スイッチ１０４1 および１
０４ 2 を有し、これらのスイッチはそれぞれ二次巻線１
８の黒点を記した端部のＡＣ信号を第１の接続ピンＰ1
を介して演算増幅器１１０の第１および第２の差動入力
ポートに供給するように接続される。演算増幅器１１０
は好ましくは完全差動演算増幅器、すなわち差動入力信
号が演算増幅器の２つのそれぞれの入力ポートに供給さ
れたとき互いにほぼ１８０゜位相がずれている各ＡＣ信
号を２つのそれぞれの出力ポートに発生する演算増幅器
である。図３および４に示すように、所与のスイッチン
グ期間の間、２つの入力ポートの一方は二次巻線１８の
黒点を記した端部に結合され、他方の入力ポートは所定
のアースに接続されている。スイッチングアセンブリは
更に（図１および２に関連して説明したＳＰＤＴサンプ
リングスイッチのような）出力スイッチ１０６を有し、
この出力スイッチは周期的に演算増幅器１１０の第１お
よび第２の差動出力ポートを帰還巻線２０の黒点を記し
た端部に結合し、その帰還信号を第２の接続ピンＰ2 を
介してする。第３の接続ピンＰ3 は測定信号を適当な縮
尺（ｓｃａｌｉｎｇ）用抵抗１１２を介して上述したよ
うに適当なＡ／Ｄ変換器（図示せず）に供給するように
都合よく接続されている。
【００１９】本技術に専門知識を有する者に明らかなよ
うな、演算増幅器１１０のＤＣオフセット電圧成分は図
３および４のそれぞれのスイッチング構成により対応す
るＡＣ信号に変換される。ＤＣオフセット電圧から得ら
れるＡＣ信号は、補償信号を発生してＤＣオフセットの
影響を実質的にゼロ近くに維持することにより、演算増
幅器１１０が飽和状態に駆動されるのを防止するよう
に、変成器１４（図１および２）を介して演算増幅器１
１０に戻される。図３および４においてそれぞれの矢印
の方向で示すように、スイッチング期間に関係なく、帰
還巻線を通る電流の流れは一方向であることが明らかで
ある。本発明の主要な利点によれば、この一方向の電流
の流れは所望の測定信号内の不連続な極性反転を都合よ
く除去し、図１および２の電流センサで必要であったよ
うな余分な同期化または信号極性「ブックキーピング」
を必要としない。本発明の他の利点では、帰還発生回路
１０２は、図３および４の１つの信号インタフェースチ
ャンネルに対して接続ピンＰ 1 ，Ｐ2 およびＰ3 のよう
なたった３つの接続ピンを使用した１組のピンを有する
単一のモノリシック集積回路チップとして構成すること
ができる。これは図１および２に関連して説明した従来
の電流センサに利用されている６つのピンに比べてかな
りの削減である。このピンの削減により、別のインタフ
ェースチャンネルを集積回路チップ内に収容することが
可能となる。この別の信号インタフェースチャンネルの
各々には、チャンネル当り３つの接続ピンしか必要とし
ない。
うな、演算増幅器１１０のＤＣオフセット電圧成分は図
３および４のそれぞれのスイッチング構成により対応す
るＡＣ信号に変換される。ＤＣオフセット電圧から得ら
れるＡＣ信号は、補償信号を発生してＤＣオフセットの
影響を実質的にゼロ近くに維持することにより、演算増
幅器１１０が飽和状態に駆動されるのを防止するよう
に、変成器１４（図１および２）を介して演算増幅器１
１０に戻される。図３および４においてそれぞれの矢印
の方向で示すように、スイッチング期間に関係なく、帰
還巻線を通る電流の流れは一方向であることが明らかで
ある。本発明の主要な利点によれば、この一方向の電流
の流れは所望の測定信号内の不連続な極性反転を都合よ
く除去し、図１および２の電流センサで必要であったよ
うな余分な同期化または信号極性「ブックキーピング」
を必要としない。本発明の他の利点では、帰還発生回路
１０２は、図３および４の１つの信号インタフェースチ
ャンネルに対して接続ピンＰ 1 ，Ｐ2 およびＰ3 のよう
なたった３つの接続ピンを使用した１組のピンを有する
単一のモノリシック集積回路チップとして構成すること
ができる。これは図１および２に関連して説明した従来
の電流センサに利用されている６つのピンに比べてかな
りの削減である。このピンの削減により、別のインタフ
ェースチャンネルを集積回路チップ内に収容することが
可能となる。この別の信号インタフェースチャンネルの
各々には、チャンネル当り３つの接続ピンしか必要とし
ない。
【００２０】図５および６は、電流センサの別の典型的
な実施例を示している。図５は図１および３に関連して
説明した第１のスイッチング期間に対応し、図６は図２
および４に関連して説明した第２のスイッチング期間に
対応している。この実施例では、演算増幅器１１０は帰
還コンデンサ１２０のような帰還コンデンサ手段および
入力抵抗１２２を有し、それぞれの値は演算増幅器１１
０において所望の周波数応答特性を有するように選択さ
れる。例えば、周波数応答特性は帰還発生回路が実質的
に安定に動作するように都合よく補償することが出来
る。オプションとして、本実施例は第２の接続ピンＰ2
と出力スイッチ１０６との間にバッファ増幅器１２４を
有する。コンデンサ１３０は一端がバッファ増幅器１２
４の非反転端子に接続され、他端がアースに接続されて
いる。図５および６に示す追加の構成部品は特定の設計
に応じて帰還発生回路の全体の安定性を改良するための
便宜な手段を提供しているものであることを理解された
い。
な実施例を示している。図５は図１および３に関連して
説明した第１のスイッチング期間に対応し、図６は図２
および４に関連して説明した第２のスイッチング期間に
対応している。この実施例では、演算増幅器１１０は帰
還コンデンサ１２０のような帰還コンデンサ手段および
入力抵抗１２２を有し、それぞれの値は演算増幅器１１
０において所望の周波数応答特性を有するように選択さ
れる。例えば、周波数応答特性は帰還発生回路が実質的
に安定に動作するように都合よく補償することが出来
る。オプションとして、本実施例は第２の接続ピンＰ2
と出力スイッチ１０６との間にバッファ増幅器１２４を
有する。コンデンサ１３０は一端がバッファ増幅器１２
４の非反転端子に接続され、他端がアースに接続されて
いる。図５および６に示す追加の構成部品は特定の設計
に応じて帰還発生回路の全体の安定性を改良するための
便宜な手段を提供しているものであることを理解された
い。
【００２１】電流センサにおける信号補償方法は、磁気
コアを使用して一次巻線、二次巻線および帰還巻線を磁
気結合するステップを有する。ほぼ連続した帰還信号が
発生され、実効的に磁束をほぼゼロ近くに維持するよう
に帰還巻線に供給される。補償用ＡＣ信号がＤＣオフセ
ット電圧から発生される。補償用信号は磁気コアを通し
て所定の通りに結合される。ほぼ連続した帰還信号を発
生するステップでは、第１および第２の差動入力ポート
および第１および第２の差動出力ポートを有する演算増
幅器を作動させる。例えば、第１のスイッチング期間の
間、第１の入力ポート（例えば、演算増幅器１１０の反
転入力ポート）が黒点を記した端部を介して二次巻線に
結合され、第２の入力ポート（例えば、演算増幅器１１
０の非反転入力ポート）が所定のアースに結合される。
反対に、第２のスイッチング期間の間、第１の入力ポー
トは所定のアースに結合され、第２の入力ポートは二次
巻線の黒点を記した端部に結合される。更に、演算増幅
器を作動させるステップでは、第１のスイッチ期間の
間、第１の出力ポート（例えば、出力スイッチ１０６に
接続された図３に示されている出力ポート）を黒点を記
した端部を介して帰還巻線に結合し、第２のスイッチン
グ期間の間、第２の出力ポート（例えば、出力スイッチ
１０６に接続された図４に示されている出力ポート）を
黒点を記した端部を介して帰還巻線に結合する。
コアを使用して一次巻線、二次巻線および帰還巻線を磁
気結合するステップを有する。ほぼ連続した帰還信号が
発生され、実効的に磁束をほぼゼロ近くに維持するよう
に帰還巻線に供給される。補償用ＡＣ信号がＤＣオフセ
ット電圧から発生される。補償用信号は磁気コアを通し
て所定の通りに結合される。ほぼ連続した帰還信号を発
生するステップでは、第１および第２の差動入力ポート
および第１および第２の差動出力ポートを有する演算増
幅器を作動させる。例えば、第１のスイッチング期間の
間、第１の入力ポート（例えば、演算増幅器１１０の反
転入力ポート）が黒点を記した端部を介して二次巻線に
結合され、第２の入力ポート（例えば、演算増幅器１１
０の非反転入力ポート）が所定のアースに結合される。
反対に、第２のスイッチング期間の間、第１の入力ポー
トは所定のアースに結合され、第２の入力ポートは二次
巻線の黒点を記した端部に結合される。更に、演算増幅
器を作動させるステップでは、第１のスイッチ期間の
間、第１の出力ポート（例えば、出力スイッチ１０６に
接続された図３に示されている出力ポート）を黒点を記
した端部を介して帰還巻線に結合し、第２のスイッチン
グ期間の間、第２の出力ポート（例えば、出力スイッチ
１０６に接続された図４に示されている出力ポート）を
黒点を記した端部を介して帰還巻線に結合する。
【００２２】本発明のある特徴のみについて図示し説明
したが、本技術に専門知識を有する者には多くの変更、
置き換え、改変および等価物が考えられよう。従って、
特許請求の範囲は本発明の真の精神内に入るこのような
すべての変更および改変を包含するものであることを理
解されたい。
したが、本技術に専門知識を有する者には多くの変更、
置き換え、改変および等価物が考えられよう。従って、
特許請求の範囲は本発明の真の精神内に入るこのような
すべての変更および改変を包含するものであることを理
解されたい。
【図１】従来の電流センサの回路図であり、第１のスイ
ッチング期間におけるスイッチング構成を示す。
ッチング期間におけるスイッチング構成を示す。
【図２】第２のスイッチング期間におけるスイッチング
構成を示す従来の電流センサの回路図である。
構成を示す従来の電流センサの回路図である。
【図３】本発明の典型的な一実施例による電流センサの
回路図であり、第１のスイッチング期間におけるスイッ
チング構成を示す。
回路図であり、第１のスイッチング期間におけるスイッ
チング構成を示す。
【図４】第２のスイッチング期間におけるスイッチング
構成を示す本発明の一実施例の電流センサの回路図であ
る。
構成を示す本発明の一実施例の電流センサの回路図であ
る。
【図５】本発明の典型的な他の実施例による電流センサ
の回路図であり、第１のスイッチング期間におけるスイ
ッチング構成を示す。
の回路図であり、第１のスイッチング期間におけるスイ
ッチング構成を示す。
【図６】第２のスイッチング期間におけるスイッチング
構成を示す本発明の他の実施例の電流センサの回路図で
ある。
構成を示す本発明の他の実施例の電流センサの回路図で
ある。
１４ 変流器 １６ 一次巻線 １８ 二次巻線 ２０ 帰還巻線 １００ 電流センサ １０２ 帰還発生回路 １０４1 第１のスイッチ １０４2 第２のスイッチ １０６ 出力スイッチ １１０ 演算増幅器 １２４ バッファ増幅器
Claims (12)
- 【請求項１】 少なくとも１つの信号インタフェースチ
ャンネルを有する電流センサにおいて、 該信号インタフェースチャンネルが、一次巻線、二次巻
線および帰還巻線を有する変成器と、前記一次巻線、前
記二次巻線および前記帰還巻線を磁気結合する磁気コア
と、前記二次巻線のＡＣ信号に応答して、前記帰還巻線
に供給されて前記磁気コアの磁束をほぼゼロ近くに維持
するのに有効なほぼ連続な帰還信号を発生する帰還発生
回路とを有し、 前記帰還発生手段が、演算増幅器と、ＤＣオフセット電
圧から補償用ＡＣ信号を発生するようになっているスイ
ッチングアセンブリとを有し、前記補償用ＡＣ信号が前
記磁気コアを介して前記演算増幅器に結合されることを
特徴とする電流センサ。 - 【請求項２】 前記演算増幅器は、第１および第２の差
動入力ポートと、第１および第２の差動出力ポートとを
有する請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項３】 前記スイッチングアセンブリは、 第１のスイッチング期間の間、前記第１の入力ポートを
前記二次巻線に結合すると共に前記第２の入力ポートを
所定のアースに結合し、また第２のスイッチング期間の
間、前記第２の入力ポートを前記二次巻線に結合すると
共に前記第１の入力ポートを所定のアースに結合する第
１および第２の入力スイッチと、 第１のスイッチング期間の間、前記第１の出力ポートを
前記帰還巻線に結合し、また第２のスイッチング期間の
間、前記第２の出力ポートを前記帰還巻線に結合する出
力スイッチとを有する請求項２記載の電流センサ。 - 【請求項４】 前記帰還発生回路は単一のモノリシック
集積回路から構成される請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の電流センサ。 - 【請求項５】 前記集積回路チップは、前記少なくとも
１つの信号インタフェースチャンネルに対して３つの接
続ピンからなる１組のピンを有する請求項４記載の電流
センサ。 - 【請求項６】 前記３つの接続ピンの第１のピンは、前
記二次巻線のＡＣ信号を通過させるように接続され、前
記３つの接続ピンの第２のピンは、前記帰還巻線の帰還
信号を通過させるように接続され、前記３つの接続ピン
の第３のピンは、所定の測定信号を通過させるように接
続されている請求項５記載の電流センサ。 - 【請求項７】 前記集積回路チップは、前記電流センサ
の別の信号インタフェースチャンネル用の別の帰還発生
回路を有し、前記集積回路チップは、別の信号インタフ
ェースチャンネル当り３つの接続ピンから成る別の組の
ピンを有する請求項４または５記載の帰還発生回路。 - 【請求項８】 前記演算増幅器は、該演算増幅器の周波
数応答特性を所定の通りに補償する少なくとも１つの帰
還コンデンサを有する請求項７記載の帰還発生回路。 - 【請求項９】 磁気コアを使用して一次巻線、二次巻線
および帰還巻線を磁気結合するステップと、 前記帰還巻線に供給されて、磁束をほぼゼロ近くに維持
するのに有効なほぼ連続な帰還信号を発生するステップ
と、 前記磁気コアを介して所定の通りに結合される補償用Ａ
Ｃ信号を、ＤＣオフセット電圧から発生するステップと
を有する電流センサの信号補償方法。 - 【請求項１０】 前記ほぼ連続な帰還信号を発生するス
テップは、第１および第２の差動入力ポートと第１およ
び第２の差動出力ポートとを有する演算増幅器を作動さ
せるステップを有する請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記演算増幅器を作動させるステップ
は、第１のスイッチング期間の間、前記第１の入力ポー
トを前記二次巻線に結合すると共に前記第２の入力ポー
トを所定のアースに結合し、また第２のスイッチング期
間の間、前記第２の入力ポートを前記二次巻線に結合す
ると共に前記第１の入力ポートを所定のアースに結合す
るステップを有する請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記演算増幅器を作動させるステップ
は、第１のスイッチング期間の間、前記第１の出力ポー
トを前記帰還巻線に結合し、また第２のスイッチング期
間の間、前記第２の出力ポートを前記帰還巻線に結合す
るステップを更に有する請求項１１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/288,177 US5568047A (en) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | Current sensor and method using differentially generated feedback |
| US08/288177 | 1994-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178972A true JPH08178972A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3992760B2 JP3992760B2 (ja) | 2007-10-17 |
Family
ID=23106074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19889895A Expired - Fee Related JP3992760B2 (ja) | 1994-08-10 | 1995-08-04 | 電流センサおよび電流センサの信号補償方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5568047A (ja) |
| JP (1) | JP3992760B2 (ja) |
| KR (1) | KR100341072B1 (ja) |
| DE (1) | DE19528501A1 (ja) |
| ES (1) | ES2113292B1 (ja) |
| FR (1) | FR2723643B1 (ja) |
| TW (1) | TW462503U (ja) |
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| JP2017102450A (ja) * | 2015-12-01 | 2017-06-08 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | 電流積分器及び有機発光表示装置 |
| KR20170080775A (ko) * | 2015-12-30 | 2017-07-11 | 엘지디스플레이 주식회사 | 유기발광 표시장치 및 그의 구동방법 |
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