KR101677422B1

KR101677422B1 - 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서

Info

Publication number: KR101677422B1
Application number: KR1020150051911A
Authority: KR
Inventors: 김태용; 박성환; 서준영
Original assignee: 김태용; 박성환; 서준영
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-11-18
Also published as: KR20160121976A

Abstract

본 발명은 단전원(한가지 전원)으로 동작하면서 컨트롤러가 원하는 범위의 전압과 전류가 각각 출력되고, 전압 및 전류 측정 범위가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있도록 한 홀 소자(Hall Element)를 이용한 다중 출력 전류센서(Current Sensor)에 관한 것으로, 홀 전류를 검출하는 홀 소자와, 상기 홀 소자로 전원을 공급하고 이상 전원으로부터 홀 소자를 보호하는 홀 소자 보호부와, 상기 홀 소자로부터 검출된 홀 전류를 증폭하는 전류증폭부와, 상기 홀 소자의 제로점을 설정하는 제로포인터 설정부와, 상기 홀 소자의 전압을 증폭하는 전압증폭부와, 상기 전압증폭부의 출력 전압을 설정하는 전압설정부와, 상기 전압증폭부로부터 출력되는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터의 출력 전압을 전류로 변환 출력하는 전류출력부와, 상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 전류의 상한 범위를 설정하는 상한리미터와, 상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 전류의 하한 범위를 설정하는 하한리미터와, 상기 상한리미터의 출력에 접속되는 상한스위칭부와, 상기 하한리미터의 출력에 접속되는 하한스위칭부와, 각 회로로 동작전원을 공급하는 전원부를 포함하며, A/D 컨버터의 전압출력단자 및 상한스위칭부의 전압출력단자 및 하한스위칭부의 전압출력단자 및 전류출력부의 전류출력단자 등의 다중 출력단자를 더 포함할 수 있다.

Description

홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서{Multiple output current sensor using hall element}

본 발명은 홀 소자(Hall Element)를 이용한 다중 출력 전류센서(Current Sensor)에 관한 것으로, 상세하게는 단전원(한가지 전원)으로 동작하면서 컨트롤러가 원하는 범위의 전압과 전류가 각각 출력되고, 다중 출력(Multiple Output)에 의해 전압 및 전류 측정 범위가 넓어 대부분의 컨트롤러에 사용할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 홀 효과(Hall Effect)는 자기장이 전류가 흐르는 도체를 쇄교할 때 그 도체의 양단에 전위차가 생기는 물리 현상을 가리킨다. 홀 효과에 의해 유도되는 전위차는 쇄교하는 자기장에 비례한다. 이 같은 홀 효과를 이용해 도전체에 바이어스 전류를 흘리고 그 양단의 전위차를 측정함으로써 자기장의 세기를 측정하는 것이 홀 센서(Current Sensor) 또는 홀 소자이다.

상기 홀 센서(홀 소자)는, 피측정 반도체와 완전히 절연되고, 정밀도가 우수하며, 교류전류 측정에는 넓은 주파수 특성이 있고, 아주 상당한 고주파 전류가 아니면 검출기의 삽입손실이 극히 적고, 대전류를 측정하는데도 발열이 적으며, 직류/교류/직류+교류 측정이 가능하고, 응답 속도가 빠르며, 구조가 간단하고 신뢰성이 좋은 반면, 외부전원이 필요하고, 분류기, 변류기에 비하여 비싼 단점이 있다.

상기 홀 센서는, 철도, 통신, 전기, 화학, 도금, 제련 등 직류 전로를 사용하는 분야, 넓은 주파수 대역 또는 과도적인 전류와 파형 검출을 필요로 하는 분야에서 인버터(INVERTER)의 제어 및 과전류 검출, 서보 모터(SERVO MOTOR)를 제어할 때 발생될 수 있는 과전류 검출, 무인 반송기, 로봇(ROBOTER), 엔씨(NC), 씨엔씨(CNC), 전원공급장치(POWER SUPPLY, UPS, AVR, 정류기 등), AC/DC 전류 검출 및 파형 관측, 용접기의 과전류 검출, 배터리 충전(BATTERY CHARGER) 감시, 엘리베이터 감시, 공장 자동화 시스템(F.A SYSTEM), X-RAYS 장비 등에 적용되고 있으며, 과전류나 과전압을 차단하고 이상 상태를 해결하게 된다.

한편, 종래에도 각종 설비 및 기기의 컨트롤러(PLC 등)에 접속 사용되는 홀 소자형 전류센서가 사용되고는 있으나, 사용 환경에서 따라 요구되는 다양한 전압 및/또는 전류나 그 환경을 제공하지 못할 뿐 아니라, 전압은 제공되는 반면 전류가 제공되지 않는 단점이 있으며, 전압의 입력범위와 출력범위가 좁아 사용(적용)할 수 있는 컨트롤러가 제한되어 범용성이 떨어지며, 전원부는 2가지의 동작전원(양전원), 예컨대 +12V와 -12V 또는 +15V와 -15V를 동시 사용하게 되므로 전원부가 복잡하여 제조원가와 고장율이 자연 상승되는 등의 여러 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1030254호(발명의 명칭: 디지털 전류센서, 2011. 04. 25. 특허공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1357259호(발명의 명칭: 태양광 발전용 전류센서 및 그 전류센서 제조방법, 2014. 02. 03. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0020863호(발명의 명칭: 전류 감지 회로를 위한 장치 및 집적 전류 센서, 2011. 03. 03. 특허공개)

본 발명은 컨트롤러(PLC 등)가 원하는 임의의 전압과 전류가 각각 출력되는 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 2개의 양전원(+전원 및 -전원)이 아닌 단전원(한가지 전원)으로 동작하는 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서를 제공함에 특징이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전압 및 전류 범위(레인지 폭)가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있는 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서를 제공함에 특징이 있다.

본 발명 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서는, 홀 전류를 검출하는 홀 소자와, 상기 홀 소자로 전원을 공급하고 이상 전원으로부터 홀 소자를 보호하는 홀 소자 보호부와, 상기 홀 소자로부터 검출된 홀 전류를 증폭하는 전류증폭부와, 상기 홀 소자의 제로점(Off Set)을 설정하는 제로포인터 설정부와, 상기 홀 소자의 전압을 증폭하는 전압증폭부와, 상기 전압증폭부의 출력 전압을 설정하는 전압설정부와, 상기 전압증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터 및 A/D 컨버터의 출력 신호를 전압으로 변환 출력하는 전압출력부와, 상기 전압출력부의 출력을 전류로 변환 출력하는 전류출력부와, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 상한 범위를 설정하는 상한리미터와, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 하한 범위를 설정하는 하한리미터와, 상기 상한리미터의 출력에 접속되는 상한스위칭부와, 상기 하한리미터의 출력에 접속되는 하한스위칭부와, 각 회로로 동작전원을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.

본 발명은 전압출력부의 전압출력단자와, 상한스위칭부의 전압출력단자와, 하한스위칭부의 전압출력단자와, 전류출력부의 전류출력단자를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 입력되는 단(單)전원을 양(兩)전원으로 변환하는 네가티브 전원 IC를 갖는 전원부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 다중 출력(Multiple Output)에 의해 전압 및 전류 측정 범위가 넓을 뿐 아니라, 각종 설비와 기기의 컨트롤러(PLC 등)에 요구되는 다양한 전압 및/또는 전류와 그 사용 환경이 제공되는 효과가 있다.

본 발명은 전압 및 전류 범위(레인지 폭)가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 네가티브 전원 IC를 갖는 전원부에 의해 2개의 양전원(+전원 및 -전원)이 아닌, 단(單)전원이 양(兩)전원으로 변환 공급되며, 또한 컨트롤러가 원하는 전압과 전류가 각각 출력되는 효과가 있다.

본 발명은 교류전류 측정시 넓은 주파수 특성을 가지며, 응답 특성이 우수한 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 회로블럭도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 일부 상세 회로도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 리미터 및 스위칭부 상세 회로도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 전원부 회로도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 양전원부 회로도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 양전원부 회로 모식도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 1은 본 발명의 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서의 회로블럭도를 예시한 것으로, 홀 전류(Hall Current)를 검출하는 홀 소자(H)와, 홀 소자(H)로 전원을 공급하고 과전압이나 서지 전압 등으로부터 홀 소자(H)를 보호하는 홀 소자 보호부(2)와, 홀 소자(H)로부터 검출된 홀 전류를 증폭하는 전류증폭부(1)와, 홀 소자(H)의 제로점(Off Set, Zero Point)을 설정하는 제로포인터 설정부(3)와, 홀 소자(H)의 전압을 증폭하는 전압증폭부(4)와, 전압증폭부(4)의 출력 전압을 설정하는 전압설정부(5)와, 전압증폭부(4)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(6) 및 A/D 컨버터(6)의 출력 신호를 전압으로 변환 출력하는 전압출력부와, 상기 전압출력부에 접속되고 전류를 변환 출력하는 전류출력부(7)와, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 상한 범위를 설정하는 상한리미터(8)와, 상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 하한 범위를 설정하는 하한리미터(9)와, 상한리미터(8)의 출력에 접속되는 상한스위칭부(10)와, 하한리미터(9)의 출력에 접속되는 하한스위칭부(11)와, 상기 각각의 회로로 전원을 공급하는 전원부(12)를 포함한다.

본 발명은 다중 출력(Multiple Output)의 전압 및 전류 출력단자가 구비된다. 즉, 0~100V 범위의 전압, 바람직하게는 0~10V 범위의 전압이 출력되는 전압출력부의 전압출력단자(V-OUT)와, 상한스위칭부(10)의 전압출력단자(L- OUT1)와, 하한스위칭부(11)의 전압출력단자(L- OUT2)와, 1~200㎃ 범위의 전류, 바람직하게는 4~20㎃ 범위의 전류가 출력되는 전류출력부(7)의 전류출력단자(A-OUT)를 예로 들 수 있으며, 이들 다중 출력(Multiple Output)에 의해 전압 및 전류 측정 범위가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있다.

상기 홀 소자(H)는, (+)(-)전원단자(+IN)(-IN)와, 출력단자(+OUT)(-OUT)를 포함하며, 검출 전류가 출력단자(+OUT)(-OUT)로 출력된다.

상기 홀 소자 보호부(2)는, (+)(-)전원에 직렬 접속되는 정방향 제너다이오드(ZD3) 및 저항(R22)과, 제너다이오드(ZD3)와 저항(R22)의 분기점에 접속되는 전류제한저항(R18)과, 전류제한저항(R18)에 접속되는 풀업저항(R16) 및 트랜지스터(Q3)의 베이스와, 트랜지스터(Q3)의 에미터에 접속되는 홀 소자(H)의 (+)전원단자(+IN)와, 홀 소자(H)의 (-)전원단자(-IN)에 접속되는 풀다운 저항(R29)으로 구성되어 홀 소자(H)로 동작전원을 공급하며, 또한 홀 소자(H)로 과전압이나 서지 전압 등이 작용(인가)되는 경우 제너다이오드(ZD3)에 의해 차단되면서 홀 소자(H)가 보호된다.

전류 증폭부(1)는, 홀 소자(H)의 출력단자(-OUT)에 접속되는 연산증폭기(U1)의 반전단자(-)와, 연산증폭기(U1)의 출력단자에 접속되는 홀 소자(H)의 (-)전원단자(-IN)와, 연산증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 접속되는 저항(R28) 및 캐패시터(C12)로 구성되어 홀 소자(H)가 검출한 미약한 세력의 홀 전류를 증폭하게 된다.

제로포인터 설정부(3)는, 홀 소자(H)의 (+)전원단자(+IN)와 연산증폭기(U1)의 출력단자에 접속되는 가변저항(VR4)과, 가변저항(VR4)의 조정단자와 연산증폭기(U1)의 비반전단자(+)에 접속되는 저항(R27)으로 구성되며, 가변저항(VR4)의 조정에 의해 홀 소자(H)의 제로점(Zero Point), 예컨대 영점(Off Set)이 맞추어진다.

홀 소자(H)의 전압을 증폭하는 전압증폭부(4)는, 홀 소자(H)의 출력단자(+OUT)에 접속되는 전압증폭기(U2)의 비반전단자(+)와, 전압증폭기(U2)의 반전단자(-)에 접속되는 풀다운 저항(R25)과, 전압증폭기(U2)의 반전단자(-)와 전압증폭기(U2)의 출력단자에 직렬로 접속되는 캐패시터(C7) 및 전압 조정용 가변저항(VR3)과, 캐패시터(C7)에 병열로 접속되는 저항(R21)으로 구성되어 홀 소자(H)에 의해 얻어진 전압을 증폭하게 된다.

상기 가변저항(VR3)은 전압설정부(5)에 해당하며, 가변저항(VR3)의 조정에 의해 전압증폭기(U2)로 되먹임(바이패스)되는 전압이 조정되어 출력 전압, 예컨대 0~100V 범위의 전압, 바람직하게는 0~10V의 범위의 출력 전압이 조정되고 설정되며, 전압 범위(레인지 폭)가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있다.

A/D 컨버터(6) 및 전압출력부는, 전압증폭기(U2)의 출력단자와 연산증폭기(U3)의 비반전단자(+) 사이에 접속되는 저항(R24)와, 연산증폭기(U3)의 비반전단자(+)에 접속되어 충방전되는 캐패시터(C8)와, 연산증폭기(U3)의 출력단자에 접속되는 정류 다이오드(D1)의 캐소드 및 정류 다이오드(D2)의 애노드와, 연산증폭기(U3)의 비반전단자(+)에 접속되는 상기 다이오드(D2)의 캐소드와, 연산증폭기(U3)의 반전단자에 직렬 접속되는 저항(R23) 및 상기 다이오드(D2)의 애노드와, 연산증폭기(U3)의 반전단자(-)와 연산증폭기(U4)의 비반전단자(+)에 접속되는 풀다운 저항(R26)과, 연산증폭기(U4)의 반전단자(-)와 저항(R23) 사이에 접속되는 저항(R19)와, 연산증폭기(U4)의 출력단자와 반전단자(-) 사이에 접속되는 바이패스 저항(R20)과, 연산증폭기(U4)의 출력단자에 접속되고 접지되는 캐패시터(C9) 및 전압출력단자(V-OUT)로 구성되어 0~10V 범위의 직류(DC) 전압이 출력된다. 상기 저항(R23)(R24)(R26)과 연산증폭기(U3)와 다이오드(D1)(D2)로 구성되는 A/D 컨버터(6)는 전압증폭부(5)로부터 입력되는 전압신호를 디지털신호로 변환 출력하고, A/D 컨버터(6)에 의해 변환 출력되는 디지털신호는 저항(R19)(R20)과 캐패시터(C9)와 전압출력을 얻기 위해 사용되는 연산증폭기(U4)로 구성되는 전압출력부에 의해 0~10V 범위의 직류(DC) 전압이 전압출력단자(V-OUT)로 출력된다.

전압출력부의 출력에 접속되는 전류출력부(7)는, 연산증폭기(U4)의 출력단자에 접속되는 전류증폭기(U5)의 비반전단자(+)와, 전류증폭기(U5)의 반전단자(-)에 접속되고 접지되어 기준전류를 설정하는 저항(R30)과, 전류증폭기(U5)의 출력단자에 접속되는 트랜지스터(Q4)의 베이스와, 전류증폭기(U5)의 반전단자(-)에 접속되는 트랜지스터(Q4)의 콜렉터와, 트랜지스터(Q4)의 에미터에 접속되는 전류출력단자(A-OUT)로 구성되어 소정 범위의 전류, 예컨대 1~200㎃ 범위의 전류, 바람직하게는 4~20㎃ 범위의 전류가 출력되며, 전류 범위(레인지 폭)가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

전압출력부의 출력에 접속되는 상한리미터(8)는, 풀업저항(R1)과 풀다운저항(R5)이 접속되고 기준전압을 설정하는 반고정 저항(VR1)과, 반고정 저항(VR1)의 조정단자에 접속되는 비교기(U7)의 반전입력단자(-)와, 비교기(U7)의 비반전입력단자(+)와 A/D 컨버터(6)의 출력단자에 직렬로 접속되는 전압제한저항(R4)과, 비교기(U7)의 비반전입력단자(+)에 병열 접속되고 접지되는 저항(R7) 및 캐패시터(C1)로 구성되어 출력 전압의 상한점 또는 상한점 범위가 설정되며, 비교기(U7)의 출력에는 상한스위칭부(10)가 접속된다.

상기 상한스위칭부(10)는, 비교기(U7)의 출력단자에 접속되는 제너다이오드(ZD1)의 캐소드와, 제너다이오드(ZD1)의 애노드에 접속되는 저항(R3)과, 저항(R3)에 접속되고 바이어스 저항(R6)이 접속되는 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스와, 스위칭 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 직렬 접속되는 저항(R2)과 상한 전압출력단자(L- OUT1), 및 에미터 접지되는 스위칭 트랜지스터(Q1)로 구성되어 상한 전압이 출력된다. 상기 제너다이오드(ZD1)는 0.6~1V 이하의 저전압에서 동작하지 않도록 기능한다.

전압출력부의 출력에 접속되는 하한리미터(9)는, 풀업저항(R8)과 풀다운저항(R12)이 접속되고 기준전압을 설정하는 반고정 저항(VR2)과, 반고정 저항(VR2)의 조정단자에 접속되는 비교기(U8)의 반전입력단자(-)와, 비교기(U8)의 비반전입력단자(+)와 A/D 컨버터(6)의 출력단자에 직렬로 접속되는 전류제한저항(R11)과, 비교기(U8)의 비반전입력단자(+)에 병열 접속되는 저항(R14) 및 캐패시터(C2)로 구성되어 출력 전압의 하한점 또는 하한점 범위가 설정되며, 비교기(U8)의 출력에는 하한스위칭부(11)가 접속된다.

상기 하한스위칭부(11)는, 비교기(U8)의 출력단자에 접속되는 제너다이오드(ZD2)의 캐소드와, 제너다이오드(ZD2)의 애노드에 접속되는 전류제한저항(R10)과, 전류제한저항(R10)에 접속되고 바이어스 저항(R13)이 접속되는 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스와, 스위칭 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 직렬 접속되는 전류제한저항(R9)과 하한 전압출력단자(L- OUT2), 및 에미터 접지되는 스위칭 트랜지스터(Q2)로 구성되어 하한 전압이 출력된다.

본 발명에서 각 회로로 동적전원을 공급하는 전원부(12)는, 컨트롤러의 24V 전원을 이용하거나, 별도의 전원부를 구성할 수 있다.

상기 전원부(12)는 입력전압을 24V로 구성(설계)함으로써 대부분의 컨트롤러에 적용되고 있는 24V 전원을 그대로 이용할 수 있으며, 소비전력이 소규모로 적어 컨트롤러의 동작에 영향을 주지 않는다.

또한 종래 전류센서의 전원부는 2가지의 동작 전원, 예컨대 +12V와 -12V, 또는 +15V와 -15V를 사용하게 되므로 전원부가 복잡하여 원가와 고장율이 자연 상승하게 되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 24V의 단전원을 이용하여 0V~10V를 출력하므로 측정 범위(레인지 폭)가 넓어 대부분 또는 모든 컨트롤러에 적용할 수 있으며, 전원부가 간단하여 원가와 고장율이 감소되거나 절감된다.

도 4는 전원부(12)를 예시한 것으로, 입력단자(+Vc)로 24V의 직류전원이 입력되면 저항(R15)과 레귤레이터(RG) 및 평활 캐패시터(C4)(C5)로 구성된 전원부에 의해 +12V의 직류전원이 얻어지며, 도 5와 같이 네가티브 전원 IC(U9)의 +Vcc 단자에 상기 +12V를 인가하면 VOUT 단자로 -Vcc전압이 얻어진다. 즉, +Vcc 단자로 +12V의 전압이 얻어지고, +Vcc 단자로는 -12V의 전압이 얻어지므로 증폭기 및 비교기와 각회로로 도 6과 같이 +12V와 -12V의 양전원을 제공 및 공급할 수 있게 되며, 상기 전원부(12)가 내장되므로 단전원만 공급하면 양전원(두가지 전원)이 얻어지며, 따라서 별도의 양전원을 공급할 필요가 없다.

종래의 전류센서는 전압만 출력되는 단점이 있으며, 출력전압도 0~4V로 제한되어 그 적용(사용) 범위가 좁아 범용적이지 못하였으나, 본 발명에서는 0~100V 범위의 전압, 바람직하게는 0~10V 범위의 전압과, 1~200㎃ 범위의 전류, 바람직하게는 4~20㎃ 범위의 전류가 출력되며, 전압 및 전류 측정 범위가 넓어 대부분의 컨트롤러에 사용할 수 있어서 범용적이다.

본 발명은 상한리미터(8)와 하한리미터(9)에 의해 설정된 전압 범위이면 상한스위칭부(10) 및 하한스위칭부(11)가 오프(Off)되고, 반대로 상한리미터(8)와 하한리미터(9)에 의해 설정된 전압 범위를 초과하거나 미만이면 상한스위칭부(10) 및 하한스위칭부(11)가 온(On)되며, 전압설정부(5)의 가변저항(VR1)에 의해 상한 기준 전압이 설정되고, 가변저항(VR2)에 의해 하한 기준 전압이 설정된다.

본 발명은 A/D 컨버터(6)의 전압출력단자(V-OUT)로 0~100V 범위의 전압, 바람직하게는 0~10V 범위의 전압이 출력되고, 상한리미터(8)로 입력되는 전압이 상한리미터(8)에 의해 설정된 전압 범위를 초과하면 상한스위칭부(10)의 트랜지스터(Q1)가 턴-온(turn-on)되면서 전압출력단자(L- OUT1)가 "H" 상태로 되고, 하한리미터(9)로 입력되는 전압이 하한리미터(9)에 의해 설정된 전압 범위 미만이면 하한스위칭부(11)의 트랜지스터(Q2)가 턴-온(turn-on)되면서 전압출력단자(L- OUT1)가 "H" 상태로 되고, 상한리미터(8) 및 하한리미터(9)로 입력되는 전압이 설정된 전압 범위이면 상하한 스위칭부(10)의 트랜지스터(Q1)(Q2)가 턴-오프(turn-off)되면서 전압출력단자(L- OUT1)가 "L" 상태로 되고, 전류출력부(7)의 전류출력단자(A-OUT)로는 1~200㎃ 범위의 전류, 바람직하게는 4~20㎃ 범위의 전류가 출력된다.

본 발명은 도 5와 같이 네가티브 전원 IC(U9)를 갖는 전원부(12)에 의해 입력 단(單)전원이 양(兩)전원으로 변환되어 각 회로로 공급된다.

본 발명은 제너다이오드(ZD3) 등에 의해 홀 소자(H)가 보호되므로, 과전압, 과전류, 이상전압, 서지전압 등으로 인한 홀 소자(H)의 파괴가 방지된다.

본 발명은 1,000A 이상 전류센서로 사용할 수 있어서 수요자의 다양한 요구에 신속히 응할 수 있으며, 정전류형으로 회로가 구성되어 정밀도가 우수하다.

본 발명은 A/D 컨버터(6)의 전압출력단자(V-OUT)와, 상한스위칭부(10)의 전압출력단자(L- OUT1)와, 하한스위칭부(11)의 전압출력단자(L- OUT2)와, 전류출력부(7)의 전류출력단자(A-OUT)와 같은 다중 출력(Multiple Output) 및/또는 다중 출력단자에 의해 전압 및 전류 측정 범위가 넓어 대부분의 컨트롤러에 범용적으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 각종 설비와 기기의 컨트롤러(PLC 등)에 요구되는 다양한 전압 및/또는 전류와 그 사용 환경이 제공된다.

또한 본 발명은, 피 측정 반도체와 완전 절연되고, 정밀도가 우수하며, 교류전류 측정에는 넓은 주파수 특성이 있으며, 아주 상당한 고주파 전류가 아니면 검출기의 삽입손실이 극히 적고, 대전류를 측정하더라도 발열이 거의 없으며, 직류, 교류 직류+교류 측정이 가능하고, 응답 속도가 빠르며, 구조가 간단하고 신뢰성이 우수한 정점이 있다.

본 발명의 사용 분야로는, 철도, 통신, 전기, 화학, 도금, 제련 등 직류 전로를 사용하는 분야, 또는 넓은 주파수 대역 또는 과도적인 전류 파형 검출을 필요로 하는 분야 등에 적용할 수 있으며, 이들 분야에 사용되는 인버터(INVERTER)의 제어 및 과전류 검출, 서보 모터(SERVO MOTOR)를 제어할 때 발생될 수 있는 과전류 검출, 무인 반송기, 로봇(ROBOTER), 엔씨(NC), 씨엔씨(CNC), 전원공급장치(POWER SUPPLY, UPS, AVR, 정류기 등), AC/DC 전류 검출 및 파형 관측, 용접기의 과전류 검출, 배터리 충전(BATTERY CHARGER) 감시, 엘리베이터 감시, 공장 자동화 시스템(F.A SYSTEM), X-RAYS 장비 등에 적용할 수 있으며, 과전류나 과전압을 차단하고 이상 상태를 해결함으로써 이들 설비나 기기에 사용되는 SCR, TR, FET 등의 각종 파워 반도체가 보호되고, 정도, 노이즈(NOISE), 절연(ISOLATION) 등의 문제점 들이 말끔히 해소된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

(1)--전류증폭부 (2)--홀 소자 보호부
(3)--제로포인터 설정부 (4)--전압증폭부
(5)--전압설정부 (6)--A/D 컨버터
(7)--전류출력부 (8)--상한리미터
(9)--하한리미터 (10)--상한스위칭부
(11)--하한스위칭부 (H)--홀(Hall) 소자

Claims

홀 전류를 검출하는 홀 소자;
상기 홀 소자를 이상 전원으로부터 보호하는 홀 소자 보호부;
상기 홀 소자로부터 검출된 홀 전류를 증폭하는 전류증폭부;
상기 홀 소자의 제로점을 설정하는 제로포인터 설정부;
상기 홀 소자의 전압을 증폭하는 전압증폭부;
상기 전압증폭부의 출력 전압을 설정하는 전압설정부;
상기 전압증폭부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터 및 A/D 컨버터의 출력 신호를 전압으로 변환 출력하는 전압출력부;
상기 전압출력부의 출력을 전류로 변환 출력하는 전류출력부;
상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 상한 범위를 설정하는 상한리미터;
상기 전압출력부로부터 출력되는 전압의 하한 범위를 설정하는 하한리미터;
상기 상한리미터의 출력에 접속되는 상한스위칭부;
상기 하한리미터의 출력에 접속되는 하한스위칭부;
각 회로로 동작전원을 공급하는 전원부;
를 포함하는 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서.
청구항 1에 있어서:
전압출력부의 전압출력단자;
상한스위칭부의 전압출력단자;
하한스위칭부의 전압출력단자;
전류출력부의 전류출력단자;
를 더 포함하는 홀 소자를 이용한 다중 출력 전류센서.