JPS60173475A - Self-oscillation type current sensor - Google Patents

Self-oscillation type current sensor

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JPS60173475A
JPS60173475A JP59030002A JP3000284A JPS60173475A JP S60173475 A JPS60173475 A JP S60173475A JP 59030002 A JP59030002 A JP 59030002A JP 3000284 A JP3000284 A JP 3000284A JP S60173475 A JPS60173475 A JP S60173475A
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magnetic core
winding
operational amplifier
magnetic
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Shinjiro Takeuchi
信次郎 竹内
Kosuke Harada
原田 耕介
Kimisuke Shirae
白江 公輔
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Mishima Kosan Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To decrease the number of parts and to reduce the device in size on the whole by detecting a current through the self-exciting operation of a magnetic semiconductor circuit consisting of a magnetic core with high magnetic permeability and an operational amplifier. CONSTITUTION:When the operational amplifier 9 is saturated positively and a positive voltage Vs developed at a terminal 8, the amplifier 9 keeps on sending a positive saturation voltage Vs to excite the magnetic core 1. The magnetic core 1 decreases in magnetic permeability before magnetic flux density attains to a maximum level and the impedance of winding 3 also decreases; and the voltage at a terminal 3a is inverted into a negative voltage owing to the resonance between a capacitor 6 and the winding 3 and inputted to an uninverted input terminal 10b, so that the voltage at the terminal 8 is switched automatically to a negative DC saturation voltage -Vs. Similarly, the voltage -Vs is changed to +Vs and DC voltages + or -Vc applied to the amplifier 9 develop voltages + or -Vs alternately at the terminal 8 with a voltage signal induced at the winding 3, and the positive/negative period length ratio of the voltage waveforms is controlled with the current to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高透磁率の磁心とオ゛ペアンブによって磁気
半導体結合回路を構成し、この回路の自励動作によって
電流を検出する電流センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a current sensor that constitutes a magnetic semiconductor coupling circuit using a magnetic core with high magnetic permeability and an operational amplifier, and detects current by the self-excitation operation of this circuit.

従来技術の電流測定方法の代表とされる環状磁心を用い
た値気変調器は、交流励磁電源を別回路とする他励式で
あった。このため、基本構成では、環状磁心を用いた磁
気感応部、磁心を数KH2から数10 KHzの励磁周
波数fで励磁する交流励磁電源を内蔵する駆動回路部、
磁心の倍周波(2f)、成分を増巾し、位相検波する同
期整流部、励磁周波数fより2f成分の参照信号を作り
だし、同期整流部に入力するための逓倍回路部が必ず必
要でありさらに電流の強さを表示する表示回路部などか
ら成り立つため、回路構成が複雑で部品点数が多く、全
体装置の形状の小型化及び各回路部の一部の削除は基本
的に困難な問題であった。そのため特に、限られた局小
邸空間に電流センサを設置することは困難であった。
A value modulator using an annular magnetic core, which is representative of the conventional current measurement method, is a separately excited type in which an AC excitation power source is provided in a separate circuit. For this reason, the basic configuration includes a magnetic sensing section using an annular magnetic core, a drive circuit section incorporating an AC excitation power source that excites the magnetic core at an excitation frequency f of several KHz to several tens of KHz,
A synchronous rectifier section that amplifies the frequency (2f) of the magnetic core and performs phase detection, and a multiplier circuit section that generates a reference signal of the 2f component from the excitation frequency f and inputs it to the synchronous rectifier section are absolutely necessary. Since it consists of a display circuit section that displays the strength of the current, the circuit configuration is complex and the number of parts is large, making it fundamentally difficult to miniaturize the overall device shape and eliminate parts of each circuit section. Ta. Therefore, it has been particularly difficult to install a current sensor in the limited space of a private residence.

そこで、本発明では、非常に簡単な回路方式により部品
点数を大巾に削減し、かつこのような環境条件下でも使
用を可能にしだ自励発振型電流センサを提供する。壕ず
、第1の特徴は、駆動回路部から磁気感応部へ送る電流
−直流伝送とし、磁心とオペアンプそれ自体で磁気半導
体結合形の自励回路を構成り、tた、電流感応部からの
出力信号は入力電流によって発生する印加磁界によって
正負半サイクル期間の比率が可変する方形波交流信号と
し、これを積分して得られる直流信号を電流検出の対象
信号とすることによって電流感応部と駆動回路部を数1
0m〜数100mMLでも電流検出信号を取り出せるD
C−DC伝送方式を実現キした点である。
Therefore, the present invention provides a self-oscillation type current sensor which can greatly reduce the number of parts using a very simple circuit system and which can be used even under such environmental conditions. The first feature is that the current is sent from the drive circuit section to the magnetic sensing section - DC transmission, and the magnetic core and operational amplifier itself constitute a magnetic semiconductor coupled self-exciting circuit. The output signal is a square wave AC signal whose ratio of positive and negative half cycle periods is variable depending on the applied magnetic field generated by the input current, and the DC signal obtained by integrating this is used as the target signal for current detection, so that it can be connected to the current sensing section and drive. The circuit part is number 1
A current detection signal can be extracted even from 0 m to several 100 mML D
This is the key to realizing the C-DC transmission system.

第2の特徴は、電流感応部に使用する磁心としてフェラ
イトアモルファス材料、パーマロイ等の高透率材料を使
用することにより磁気半導体結合 ・回路として非常に
安定した電流感応型自励回路を構成1−またことである
。この結果、高周波交流励磁電源、交流振巾安定化回路
部が不要CCなり、伝送第3の特徴は、入力電流の流れ
る方向と強さを、位相検波や振11]検波回路を使用せ
ずに、出力電圧の極性と電圧値に直接変換し、(m号処
理を電流感応部自体で処理してしまう機能を持たせたこ
とである6、 第4の特徴(5;↓、2つの正負泊流安定化電源によっ
て電流感応部を1.Iiミスさせるもので、信号処理回
路に使用されるオペアンプ用電源か共用でき、〃・つ、
コモンアースを可能にしたことである。
The second feature is that magnetic-semiconductor coupling is achieved by using high-permeability materials such as ferrite amorphous materials and permalloy as the magnetic core used in the current sensing part. ・A very stable current-sensitive self-exciting circuit is constructed as a circuit.1- That's another thing. As a result, a high-frequency AC excitation power source and an AC amplitude stabilization circuit are unnecessary.The third characteristic of transmission is that the direction and strength of input current can be determined without using phase detection or amplitude detection circuits. , it has the function of directly converting the output voltage polarity and voltage value, and processing the (m) processing in the current sensing part itself6. The fourth feature (5; ↓, two positive and negative polarities) The current stabilizing power supply causes the current sensing part to miss 1.Ii, and can be shared with the operational amplifier power supply used in the signal processing circuit.
This made common earth possible.

第5の特徴d1電流感応部は、消費電力が非常K 4S
−Gいため、リニアICレベルのプリント基板上で共存
可能に1.た、実用性と汎用性の高い電流センサ方式で
あるといえる。すなわち、磁心を励磁する電流値はI(
1mA以下でオペアンプの出力で充分てあり、夕)付は
パワートランジスタによる励磁電流増巾回路を付加しな
くても動作しうるようにした点である。
Fifth feature: The d1 current sensing section has extremely low power consumption.
-G is small, so it can coexist on a linear IC level printed circuit board.1. In addition, it can be said that this current sensor method is highly practical and versatile. In other words, the current value that excites the magnetic core is I(
The output of the operational amplifier is sufficient at 1 mA or less, and the second feature is that it can be operated without adding an excitation current amplification circuit using a power transistor.

以下、図面において詳細に説明する。A detailed explanation will be given below with reference to the drawings.

第1図(a)〜(c)は本発明に使用する単孔状の化性
材料からなる単孔磁心1の材料構成例を示す。
FIGS. 1(a) to 1(c) show an example of the material structure of a single-hole magnetic core 1 made of a single-hole formable material used in the present invention.

(a)は打抜き、あるいは焼成、あるいはエツチング加
工でれたa1毛・、(b)はテープ状磁性体を巻いたも
の、(c)はリボン細線あるいは線利を巻いた磁心の例
を示す。いずれの形状、構成であっても本発明の目的は
達成されるので別にこれを限定しない。
(a) shows an example of an A1 core that has been punched, fired, or etched, (b) shows an example of a magnetic core wound with a tape-shaped magnetic material, and (c) shows an example of a magnetic core wound with a thin ribbon wire or wire. Since the object of the present invention can be achieved with any shape or configuration, there is no particular limitation thereto.

磁心1は、単孔であるか、その形状も限定しない。The magnetic core 1 may be a single hole, or its shape is not limited.

また使用材料も、純鉄、硅素鋼、パーマロイ、アモルフ
ァス、フェライト等これを限定しない。スパッターなど
の製造によって得られる薄膜状のものを使用することも
勿論可能である。
The materials used are also not limited to pure iron, silicon steel, permalloy, amorphous, ferrite, etc. Of course, it is also possible to use a thin film obtained by sputtering or the like.

第2凹f/1 、本発明における電流センサの磁心に巻
装される巻線の基本構成を示している。第2図(a)幻
一本発明の基本構成で、モールドなとて励磁巻線、オペ
アンプ入力用巻線を固定したi、D5id単孔磁心で、
その外側には端子2 a、 、 21)の励磁巻線2と
、オペアンプ入力用巻線3と、端子4a。
The second recess f/1 shows the basic configuration of the winding wound around the magnetic core of the current sensor in the present invention. Figure 2 (a) Genichi The basic configuration of the present invention is a molded I, D5id single-hole magnetic core with fixed excitation windings and operational amplifier input windings.
On the outside thereof, the excitation winding 2 of the terminals 2a, 21), the operational amplifier input winding 3, and the terminal 4a.

4bである入力回路の入力巻線4が貫通されている。入
力巻線40巻線数は図ではJターンであるか一般に−、
電磁的に疎結合の条件を満たす範囲で何ターンでもよい
。コンデンサ6はオペアンプのスイツチンクキタイミン
クの調整と磁心より発生する雑音成分を吸収させるとと
も(/′C1自励発振を安定化させる目的で付加したも
ので、端子:3a。
The input winding 4 of the input circuit, which is 4b, is passed through. Input winding 40 The number of turns is J-turn in the figure, or generally -,
Any number of turns may be used as long as the condition of electromagnetically loose coupling is satisfied. Capacitor 6 was added for the purpose of adjusting the switching timing of the operational amplifier and absorbing noise components generated from the magnetic core (/'C1). It was added for the purpose of stabilizing self-excited oscillation. Terminal: 3a.

3bの巻線端子に接続きれ共振回路を構成している。第
2図(b) 、 (c)は測定電流1inの一部を単孔
内の入力巻線4に、残りを単孔外の単一あるいけ複数本
の分流導体40に流すように12だ入力回路の例を示す
。この回路の特憎d、電流をバイパスさせて、所定の電
流の大きさに分流されたIexだけを測定することによ
り、小型の磁心で被測定大電流Iinの測定を可能にす
ることである。すなわち、この磁心を貫通する入力電流
Iexで作る磁界より換算してIinを測定しうるよう
にしだものである。
It is connected to the winding terminal 3b to form a resonant circuit. Figures 2 (b) and (c) show a 12-meter conductor so that a part of the measured current of 1 inch flows into the input winding 4 inside the single hole, and the rest flows through a single or multiple shunt conductor 40 outside the single hole. An example of an input circuit is shown. The special feature of this circuit is that by bypassing the current and measuring only Iex shunted to a predetermined current magnitude, it is possible to measure the large current Iin to be measured with a small magnetic core. In other words, it is possible to measure Iin by converting it from the magnetic field created by the input current Iex passing through this magnetic core.

このような入力回路構成では、磁心より入力巻線に誘導
する交流分は、導体40によって短絡されるため、入力
回路への電磁誘導分を阻止するという大きな利点がある
In such an input circuit configuration, since the alternating current induced from the magnetic core to the input winding is short-circuited by the conductor 40, there is a great advantage that electromagnetic induction to the input circuit is blocked.

第3図は、本発明の動作原理を磁心5のB−Iex特性
を用いて説明するだめの図である。第3図(a)は、入
力電流Iexが零(Iex二〇)の時における磁心5の
B −Iex特性を示しだものである。磁心5にはヒス
テリシスか存在するため、励磁のlすづクルでは、図示
されているように■→■→(■→(4)→■の経路をた
どることになる。ここで、;、11ex−F)の状態の
時に、正の直流電圧を高抵抗に接続された励磁巻線2に
印加し、正の励磁界によって磁心5を最大磁束密度Bm
 1で励磁させると、図示の通りその磁束密度変化中は
ΔB]2 と々る。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using the B-Iex characteristics of the magnetic core 5. FIG. 3(a) shows the B-Iex characteristic of the magnetic core 5 when the input current Iex is zero (Iex 20). Since hysteresis exists in the magnetic core 5, the excitation cycle will follow the path of ■→■→(■→(4)→■) as shown in the diagram.Here, ;, 11ex -F), a positive DC voltage is applied to the excitation winding 2 connected to a high resistance, and the positive excitation field moves the magnetic core 5 to a maximum magnetic flux density Bm.
1, the magnetic flux density reaches ΔB]2 while the magnetic flux density is changing, as shown in the figure.

そして、磁心5の磁束密度がBm K達すると同時に直
流電圧を零にすれば、磁心5に印加している磁界はなく
なるので磁束密度レベルは点C2)から点■のレベルに
急速に戻る。今度は、負の直流電圧を印加して、負の励
磁界によって磁心4を負の最大磁束密度−Bmまで励磁
させると、その磁束密度変化中はΔB34となり、1△
B、2に1ΔB541か成立することになる。ところか
、第3図(b)に示すことく、正の入力電流I’ex 
() 01によって発生する磁界か磁心5に印加してい
る状態から、前述の励磁サイクルをくりかえす場合を考
えてみると、捷す、正励磁界の印加時における磁束密度
変化中はΔB/1□、負励磁界の印加時ではΔB′34
となり、ΔB′12 とへB′34の間には、明らかに
1△B’+21 < l△B’341か成立する。いい
かえれば、励磁用の直流電圧が零状態から、磁心5を正
あるいは負の最大磁束密度レベ刀・にまで励磁するのに
要する正励磁期間ビ+と負励磁期間t′−の間に、t’
十<t’−の関係式が成立することになる。
If the DC voltage is made zero at the same time that the magnetic flux density of the magnetic core 5 reaches Bm K, the magnetic field applied to the magnetic core 5 disappears, so the magnetic flux density level quickly returns from point C2) to the level of point (2). Next, when a negative DC voltage is applied and the magnetic core 4 is excited by a negative excitation field to the negative maximum magnetic flux density -Bm, the magnetic flux density becomes ΔB34 during the change, and 1Δ
1ΔB541 holds true for B,2. However, as shown in FIG. 3(b), the positive input current I'ex
Considering the case where the above-mentioned excitation cycle is repeated from the state where the magnetic field generated by 01 is applied to the magnetic core 5, ΔB/1□ during the magnetic flux density change when the positive excitation magnetic field is applied. , ΔB'34 when applying a negative excitation field
Therefore, between ΔB'12 and B'34, 1ΔB'+21 <lΔB'341 holds true. In other words, during the positive excitation period bi+ and the negative excitation period t'- required for the excitation DC voltage to excite the magnetic core 5 from zero to the maximum positive or negative magnetic flux density level, t '
The relational expression 10<t'- holds true.

次に、第3図(c)に示すごとく、負の入力電流I″e
x ((01によって発生する磁界か磁心5に印加して
いる状態から前述の励磁サイクルをくりかえすと、正励
磁時にΔB″12、負励磁時にΔB14の磁束密度変化
がみられ、正励磁期間th十と負励磁期間t″−の間に
、t″士) t″−が成立することになる。そこで、磁
心5に前述の励磁サイクル時に印加する励磁直流電圧値
が磁心5の最大磁束密度レベルにおいても低下あるいは
変動しないように、第4図の電流検出回路に示すごとく
励磁巻線2と直列に可変抵抗7を接続し、この可変抵抗
によってインピータンス調整をする。壕だ、磁心5の磁
束レベルが最大磁束密度レベルC2)あるいは(頂に達
すると同時に自動的に直流電圧Vc 、 −Vc の極
性が切り換えられる場合を考えると、端子8における電
圧波形eは、正負両極性を有する方形波電圧波形として
観測されることになる。第5図は、このような仮定のも
とに、Iex=0、I’ex 、> 0、I’ex (
0の各場合における端子8における電圧波形eを図示し
たものである。図かられかるように、両極性方形波の正
の半サイクル持続期間を十、t’十t″十と、負の半サ
イクル持続期間t−1t+ 、ttr−は、入力電流I
ex 、 I’ex、 I″exによって制御されるこ
とがわかる。それ故、eを積分し、その電圧積分値Eo
 % E’o 、E”oの符号と電圧値から被測定電流
Iinの極性と強さに対応させて換算表示することによ
り、電流測定を可能にすることができることがわかる。
Next, as shown in FIG. 3(c), the negative input current I″e
When the above excitation cycle is repeated from the state in which the magnetic field generated by During the negative excitation period t''-, t''-t''- is established.Therefore, the excitation DC voltage value applied to the magnetic core 5 during the above-mentioned excitation cycle is at the maximum magnetic flux density level of the magnetic core 5. In order to prevent the current from decreasing or fluctuating, a variable resistor 7 is connected in series with the excitation winding 2, as shown in the current detection circuit of Fig. 4, and the impedance is adjusted by this variable resistor. Considering the case where the polarity of the DC voltage Vc, -Vc is automatically switched at the same time as reaching the maximum magnetic flux density level C2) or (maximum magnetic flux density level C2), the voltage waveform e at the terminal 8 is a square wave voltage waveform having both positive and negative polarities. Figure 5 shows that under these assumptions, Iex = 0, I'ex , > 0, I'ex (
The voltage waveform e at the terminal 8 in each case of 0 is illustrated. As can be seen from the figure, the positive half-cycle duration of the bipolar square wave is 10, t'10t'', and the negative half-cycle duration t-1t+, ttr- is the input current I
It can be seen that it is controlled by ex , I'ex, I″ex. Therefore, by integrating e, its voltage integral value Eo
It can be seen that current measurement can be made possible by converting and displaying the signs and voltage values of % E'o and E''o in correspondence with the polarity and intensity of the current to be measured Iin.

次に、本発明の動作原理を、具体的ri]+路において
説明する。
Next, the operating principle of the present invention will be explained with reference to a specific ri]+ path.

第6図は、本発明の動作原理を自動的に遂行する回路例
であって、磁心5を励磁する直流電圧を自動的に切り換
えるように1.だ電流感応部100、正負駆動直流電源
Sを内蔵する〜ス動回路部200、電流感応部100の
出力を積分増巾する表示回路部300から成り立つ。
FIG. 6 shows an example of a circuit that automatically implements the operating principle of the present invention, and is configured to automatically switch the DC voltage for exciting the magnetic core 5. It consists of a current sensing section 100, a moving circuit section 200 containing a positive/negative drive DC power supply S, and a display circuit section 300 that integrates and amplifies the output of the current sensing section 100.

捷す、電流感応部JO()について説明ずれは、オペア
ンプ9の反転端子]、 Oa IdアースG @ ;?
i、非反転端子]、Oht/li、巧べJン゛ノ入力用
巻線3の端一73aか接続され、DiAi子:うbi、
アースGされている。コンテ゛ンサ6は、巻線:3の両
端に接続―され、磁心5より発生ずる雑音成分を吸収す
ると徒も(で、回路栴成上では巻線3に対する共振回路
を構成し、直流電圧切換え時のタイミング動作を安定化
するのに寄与している。オペアンプ9の出力端子8((
(寸、可変抵抗7が接続され、この抵抗によって出力端
子8の電圧波形の調整、いいかえれは、可変抵抗7と巻
線2を含めた負荷インピータンスの調整を行い、出力端
子電圧波形が極力方形波になるようにする。
The explanation about the current sensing part JO() is the inverting terminal of the operational amplifier 9], Oa Id ground G @ ;?
i, non-inverting terminal], Oht/li, terminal 73a of input winding 3 is connected, DiAi terminal: Ubi,
It is earth G. The capacitor 6 is connected to both ends of the winding 3, and absorbs the noise components generated by the magnetic core 5 (so, in terms of circuit construction, it constitutes a resonant circuit for the winding 3, and is used when switching the DC voltage. It contributes to stabilizing the timing operation.The output terminal 8 of the operational amplifier 9 ((
(The variable resistor 7 is connected, and this resistor adjusts the voltage waveform of the output terminal 8. In other words, the load impedance including the variable resistor 7 and the winding 2 is adjusted, so that the output terminal voltage waveform is as rectangular as possible.) Make it into waves.

次に、自励動作の原理について説明すれば、今仮りに、
オペアンプ9が正に飽和していて、端子8の電圧が飽和
電圧Vs()O’) であるとすれは、励磁電流は抵抗
7を通って巻線2を流れ、アースGへ流れ込む。この時
、巻線3では、磁心5を介1、、て誘起電圧が発生する
。この誘起電圧の極性は、3a端子側で正となるので、
オペアンプ9の非反転端子1. Obには正電圧が入力
され、その結果、オペアンプ9は正の飽和電圧出力Vs
 を出しつつける。そして、この間にも磁心5は励磁さ
れており、やがて最大磁束密度1ノヘルBm に達する
まで励磁される間に、磁心5の透磁率は次第に低下し、
誘起電圧の低下とともに巻線:3のコイルインピータン
スも極端に低下する。この時、これ丑で、コンデンサ6
に誘起電圧によって充電されていた電荷は放電すること
になる。ところが、コンデンサ6と巻線3は、共振回路
を構成しているので、巻線3の3a端子側の電圧は、い
1捷で正であったものが負電圧に変り、オペアンプ9の
非反転端子lObには負電圧信号が入力され、出力端子
8の出力電圧e。げ自動的に負の直流飽和電圧−Vsに
切り換わる。そして次の瞬間には、磁心5における磁束
密度レベルは入力電流Iexで規定されるレベルまで一
旦急速に戻り、次いで負の飽和電圧Vsによって、磁心
5における磁束密度変化は負の最大磁束密度レベル−B
mに向かって変化することになる。この時巻線3の3a
端子の電圧は、勿論、負となっているため、オペアンプ
9の出力電圧e。は−Vsを保持しつつけ、コンデンサ
6には、誘起電圧によって電荷か充電されることになる
Next, if we explain the principle of self-excited operation,
If the operational amplifier 9 is positively saturated and the voltage at the terminal 8 is the saturation voltage Vs()O'), the excitation current flows through the resistor 7, through the winding 2, and into the ground G. At this time, an induced voltage is generated in the winding 3 through the magnetic core 5. The polarity of this induced voltage is positive on the 3a terminal side, so
Non-inverting terminal 1 of operational amplifier 9. A positive voltage is input to Ob, and as a result, the operational amplifier 9 outputs a positive saturation voltage Vs
keep coming out. During this time, the magnetic core 5 is still being excited, and while it is being excited until it reaches the maximum magnetic flux density of 1 noher Bm, the magnetic permeability of the magnetic core 5 gradually decreases.
As the induced voltage decreases, the coil impedance of winding 3 also decreases extremely. At this time, in this case, capacitor 6
The charge that had been charged by the induced voltage will be discharged. However, since the capacitor 6 and the winding 3 constitute a resonant circuit, the voltage on the 3a terminal side of the winding 3 changes from positive to negative voltage, and the non-inverting voltage of the operational amplifier 9 changes. A negative voltage signal is input to the terminal lOb, and the output voltage e of the output terminal 8 is input. automatically switches to negative DC saturation voltage -Vs. Then, at the next moment, the magnetic flux density level in the magnetic core 5 quickly returns to the level defined by the input current Iex, and then, due to the negative saturation voltage Vs, the magnetic flux density level in the magnetic core 5 is reduced to the negative maximum magnetic flux density level - B
It will change towards m. At this time, 3a of winding 3
Since the voltage at the terminal is, of course, negative, the output voltage e of the operational amplifier 9. is maintained at -Vs, and the capacitor 6 is charged with an electric charge due to the induced voltage.

そして磁心5の磁束密度レベルが負の最大磁束密度レベ
ル−Bmに到達する頃には、コンデンサ6の放電が開始
され、次いで共振現象によって箸ペアンブ9の非反転端
子1. Obには、極性反転した入力電圧信号(〉0)
が入力され、出力端子電圧e。
When the magnetic flux density level of the magnetic core 5 reaches the negative maximum magnetic flux density level -Bm, the capacitor 6 starts discharging, and then due to the resonance phenomenon, the non-inverting terminals 1. Ob is an input voltage signal with inverted polarity (>0)
is input, and the output terminal voltage e.

は正の直流飽和電圧V8 に切り換わるのである。is switched to the positive DC saturation voltage V8.

このようにして、オペアンプ9に印加されている駆動直
流電圧±Vcは、磁心5のオペアンプ入力用巻線に誘起
する電圧信号を受けて、オペアンプ −9の出力端子8
に飽和電圧±Vsを交互に出力するどともに、この両極
性を有する飽和電圧波形(出力電圧波形ンの正期間と9
期間との期間長比(チューティ比)は、被測定電流fi
nによって制御されることになるのである。
In this way, the driving DC voltage ±Vc applied to the operational amplifier 9 receives the voltage signal induced in the operational amplifier input winding of the magnetic core 5, and the output terminal 8 of the operational amplifier -9 receives the voltage signal induced in the operational amplifier input winding of the magnetic core 5.
In addition to alternately outputting the saturation voltage ±Vs, the saturation voltage waveform having both polarities (positive period and 9
The period length ratio (Tutee ratio) with the period is the measured current fi
It will be controlled by n.

尚、コンデンサ6の機能代行は、巻線間に存在する浮遊
容量をもって代行させるように、磁心5(て巻装される
巻線線経、巻線数を適切に選択すること(/(よって可
能である。この場合、コンテ″ンサ6は、あえて取付け
なくてもよいことは自明である。第6図において、30
0は表示回路部で、方形波出力電圧e。げ、バッファ]
2の非反転端子l J、 (/C入力するかあるいは抵
抗13とコンデンサ14からなる積分回路あるいはロー
パスフィルター(図示せず)を経て、ゲイン調整用のオ
ペアンプI6の非反転端子I5に入力され、増巾ざねる
The function of the capacitor 6 can be replaced by the stray capacitance existing between the windings by appropriately selecting the diameter of the windings and the number of turns wound around the magnetic core 5. In this case, it is obvious that the container 6 does not need to be installed.
0 is the display circuit section, and the square wave output voltage e. ge, buffer]
2 is inputted to the non-inverting terminal lJ, (/C) or is input to the non-inverting terminal I5 of the operational amplifier I6 for gain adjustment through an integrating circuit or a low-pass filter (not shown) consisting of a resistor 13 and a capacitor 14, Width increases.

オペアンプ16の増中度は、被測定電流Iexの強さに
よって選択できるように、抵抗17〜20がオペアンプ
16の出力端子と反転端子、アース端子間に接続されて
いる。また、抵抗13、コンデンサ14からなる回路の
直後にオペアンプ′16をコンパレータとして動作させ
るように回路構成し、被測定電流の存在の有無を■(あ
るいけLレベルの ′出力電圧Eoとしてとりだすこと
も可能である。
Resistors 17 to 20 are connected between the output terminal, the inverting terminal, and the ground terminal of the operational amplifier 16 so that the degree of increase in the operational amplifier 16 can be selected depending on the strength of the current to be measured Iex. In addition, the circuit is configured so that the operational amplifier '16 operates as a comparator immediately after the circuit consisting of the resistor 13 and the capacitor 14, and the presence or absence of the current to be measured can be detected as the output voltage Eo at the low level. It is possible.

21はコンデンサで、不用な交流雑音成分を除去する目
的で挿入されている。22は、増中度A。
21 is a capacitor inserted for the purpose of removing unnecessary AC noise components. 22 is the increase in intensity A.

B、Cを任意、(t(1選択するだめの切換えスイッチ
である。2:3は、指示計で、電流の極性と強さを表示
する機能を有するものである。24は、可変抵抗で、指
示計23へ流れ込む電流値を調整する。
B and C are optional, (t (1 is a selector switch that cannot be selected. 2:3 is an indicator that has the function of displaying the polarity and strength of the current. 24 is a variable resistor. , adjust the current value flowing into the indicator 23.

200け、駆動回路部で、オペアンプ用の正負直流定電
圧±Vcの供給源である。第7図は、第6図で示した電
流感応部100の自励動作を、強磁界、印加後において
も安定に実行させるための変形回路実施例である。
200, the drive circuit section is a supply source of positive and negative direct current constant voltage ±Vc for the operational amplifier. FIG. 7 shows an embodiment of a modified circuit for stably executing the self-excitation operation of the current sensing section 100 shown in FIG. 6 even after application of a strong magnetic field.

第7図(a)におけるインピーダンス25は抵抗、また
はコンデンサ、まだは抵抗とコンデンサからなる並列接
続回路を意味する。オペアンプ90反転端子]Oaは、
巻線2の端子2bに接続され、強磁界印加によって発生
する自励停止現象の復起は、この25の端子電圧の負帰
還作用によって実施している。
The impedance 25 in FIG. 7(a) means a resistor or a capacitor, or a parallel connection circuit consisting of a resistor and a capacitor. Operational amplifier 90 inverting terminal] Oa is
It is connected to the terminal 2b of the winding 2, and recovery from the self-excitation stop phenomenon that occurs due to the application of a strong magnetic field is carried out by the negative feedback effect of the terminal voltage of 25.

第7図(b)では、インピータンス25による負帰還作
用を巻線2から分離して、可変抵抗26との直列回路に
よって実施している。
In FIG. 7(b), the negative feedback effect by the impedance 25 is separated from the winding 2 and implemented by a series circuit with a variable resistor 26.

第8図は、本発明の応用例を示す。電流センサ1000
0回路構成としては、電流感応部100のあとに積分回
路を接続し1その後段にコンバレル夕を接続して、LE
Dで表示する場合を示す。
FIG. 8 shows an example of application of the present invention. current sensor 1000
As for the circuit configuration, an integrating circuit is connected after the current sensing section 100, a conbarrel is connected after the current sensing section 100, and the LE
The case of displaying as D is shown.

すなわち積分回路の出力電圧を入力信号とするコンパレ
ータを接続し、あらかじめ設定きれた基準電圧値に対し
て入力信号レベルをチェックし、これをハイレベルある
いはローレベルの信号電圧に変換して出力する。ここで
使用するコンパレータは、公知のコンパレータ(ウィン
ドコンパレータを含む)で十分でそれぞれの用途に応じ
その特性を生かして使用するだけで十分である。そして
コンパレータの出力に応じて、たとえば警報音を発生さ
せるリレーを動作させたり、LEDを表示させる。
That is, a comparator that receives the output voltage of the integrating circuit as an input signal is connected, the input signal level is checked against a preset reference voltage value, and this is converted into a high-level or low-level signal voltage and output. As the comparator used here, it is sufficient to use a known comparator (including a window comparator), and it is sufficient to use it by taking advantage of its characteristics according to each purpose. Then, depending on the output of the comparator, for example, a relay that generates an alarm sound is operated or an LED is displayed.

第8図(a)は電磁リレーにおけるメイク状態C0N)
で、確実に電流が流れていることを検出するために使用
する例を示す。電流センサ全体を電磁リレーに内蔵させ
各接点に流れる電流の有無をチェックすることにより、
動作の異常を検知する自己診断型電磁リレーの構成が可
能になる。この場合、単電源(たとえば24v)での使
用も可能で、第6図、第7図におけるアースGを、単電
源の2分の1の電圧レベルに引き上げるよう(で、IC
あるいは抵抗なとによる分圧回路を用いて中間電位点を
作れば簡単に実現できることは自明である。第8図(b
)はランプなどの断線状況を知るだめの応用例である。
Figure 8 (a) shows the make state C0N in the electromagnetic relay)
Here is an example of how to use it to reliably detect that current is flowing. By incorporating the entire current sensor into an electromagnetic relay and checking the presence or absence of current flowing through each contact,
It becomes possible to configure a self-diagnostic electromagnetic relay that detects abnormalities in operation. In this case, it is possible to use a single power supply (for example, 24V), and the ground G in Figures 6 and 7 can be raised to a voltage level that is half that of a single power supply (and
Alternatively, it is obvious that this can be easily achieved by creating an intermediate potential point using a voltage dividing circuit such as a resistor. Figure 8 (b
) is an example of application for determining the disconnection status of lamps, etc.

自動車における各種のランプLの点灯°状況は、運転席
から直接チェックできないところもある。そこで、運転
席に警報ランプ付の電流センサ1000を配置しておけ
ばランプの点灯状態を確認することができる。
In some cases, the lighting status of various lamps L in a car cannot be checked directly from the driver's seat. Therefore, if a current sensor 1000 with a warning lamp is placed in the driver's seat, the lighting state of the lamp can be confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に使用する単孔状の磁性材料からなる
単孔磁心1の材料構成例を示す図、お・ 第2図は、本発明に本ける電流センサの磁心に巻装され
る巻線の基本構成を示す図、 第3図は、本発明の動作原理を磁心4のB−1ex特性
を用いて説明するだめの図、 第4図は、電流検出部の回路図、 第5図は第3図に於て■ex = 0、I’ex ) 
0.1″ex(Oの各場合の端子における電圧波形e。 の図、 第6図は磁心を励磁する直流電圧を自動的に切り換える
ようにした電流感応部、正負駆動直流電源を内蔵する駆
動部、電流感応部の出力を積分増巾する表示回路から成
る全体回路の一例を示す図、第7図は第6図の電流感応
部の自励動作を強磁界印加後においても安定に実行でき
る変形回路の一例を示す図、 第8図は、応用例を示す図である。 x−m心、2・・励磁巻線、3・オペアンプ入力用巻線
、2a、2b、3a、3b 端子、4・入力巻線、5・
巻線を固定した磁心、6 コンデンサ、7 可変抵抗、
8 出力端子、9 オペアンプ、10 a ・反転端子
、10b 非反転端子、40分分流体、100・・電流
感応部、200・駆動部、300 表示回路部、G・ア
ース。 代理人 弁理士 秋 沢 政 光 他2名 リ や 。 方3図 け 71′4図 (c) 升5図
FIG. 1 is a diagram showing an example of the material composition of a single-hole magnetic core 1 made of a single-hole magnetic material used in the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the basic configuration of the winding wire, FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using the B-1ex characteristics of the magnetic core 4, FIG. 4 is a circuit diagram of the current detection section, Figure 5 shows ■ex = 0, I'ex in Figure 3)
A diagram of the voltage waveform e at the terminal in each case of 0.1''ex (O). Figure 7 shows an example of the overall circuit consisting of a display circuit that integrates and amplifies the output of the current sensing part, and Figure 7 shows that the self-excitation operation of the current sensing part shown in Figure 6 can be performed stably even after a strong magnetic field is applied. Figure 8 is a diagram showing an example of a modified circuit. 4. Input winding, 5.
Magnetic core with fixed winding, 6 capacitor, 7 variable resistor,
8 output terminal, 9 operational amplifier, 10 a - inverting terminal, 10 b non-inverting terminal, 40 minutes' worth of fluid, 100... current sensing part, 200 - drive part, 300 display circuit part, G - ground. Agent: Patent attorney Masamitsu Akizawa and two others. Figure 3, Figure 71'4 (c) Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)被測定電流によって発生する磁界を有孔磁性材料
の孔部周囲の磁路方向に沿って集磁させる単孔磁心と、 該磁心に巻装された励磁都倫1巻線と、該磁心を励磁す
るためのオペアンプと、該磁心に巻装されたオペアンプ
入力用第2巻線と、 第1巻線を該オペアンプの出力端子側回路に、第2巻線
を入力端子側回路に接続して磁気半導体結合回路を構成
し、第2巻線の端子間電圧信号を、前記オペアンプの反
転入力端子と非反転入力端子間に印加せしめることによ
り、被測定電流を前記オペアンプの両極性を有する飽和
直流定電圧のチューティ比変化に変換しうるようにした
ことを特徴とする自励発振形電流センサ。 載の自励発振形電流センザ。 (:()被測定電流の全体か該磁心を月通ずるようにし
た特許請求の範囲第1項捷だけ第2項記載の自励発振形
電流センサ。 (4)被測定電流の一部か該磁心を1通するようにした
特許請求の範囲第1項まだは第2項記載の自励発振形電
流センサ。
[Scope of Claims] (1) A single-hole magnetic core that collects the magnetic field generated by the current to be measured along the direction of the magnetic path around the hole of a perforated magnetic material, and an excitation tube wound around the magnetic core. a first winding, an operational amplifier for exciting the magnetic core, a second winding for inputting the operational amplifier wound around the magnetic core, the first winding to the output terminal side circuit of the operational amplifier, and the second winding to the output terminal side circuit of the operational amplifier. A magnetic semiconductor coupling circuit is configured by connecting to the input terminal side circuit, and the voltage signal between the terminals of the second winding is applied between the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier, so that the current to be measured is A self-oscillation type current sensor characterized in that it is capable of converting a saturated direct current constant voltage having bipolar polarities into a change in the tutee ratio of an operational amplifier. Self-oscillating current sensor. (:() A self-excited oscillation type current sensor according to claim 2, in which only the entirety of the current to be measured passes through the magnetic core. A self-oscillation type current sensor according to claim 1 or claim 2, wherein one magnetic core passes through the self-oscillation type current sensor.
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