KR200356237Y1 - 홀소자를 이용한 전류센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 홀소자를 이용한 전류센서에 관한 것으로, 그 목적은 공극부분에 홀소자를 삽입하여 도체에 흐르는 전류에 비례하여 발생하는 자계(자속밀도)를 홀(Hall)소자를 통하여 전기신호로 변환하는 방식을 사용함으로써, 정밀도가 우수하고, 교류전류 측정시 넓은 주파수 특성을 가지며, 응답성이 좋은 전류센서를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 전류제어를 위하여 전선에 흐르는 전류의 크기를 측정하는 전류센서에 있어서, 전류가 흐르는 전선이 통과되는 코어에 형성되는 자기장을 감지하는 전류감지부와, 코어의 홀소자에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하여 출력하는 양전원 증폭회로와, 상기 출력되는 신호를 역으로 출력시킬 수 있는 반전 증폭회로로 구성되고, 전선이 통과된 코어에 흐르는 전류를 홀소자로 감지하여 그 감지되는 신호의 크기를 전압으로 출력되게 함으로써 전선에 흐르는 전류를 용이하게 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 전류센서에 관한 것이다.

Description

홀소자를 이용한 전류센서{The Electric current Sensor Which Used Hall Device}

본 고안은 홀소자를 이용한 전류센서에 관한 것으로, 공극부분에 홀소자를 삽입하여 도체에 흐르는 전류에 비례하여 발생하는 자계(자속밀도)를 홀(Hall)소자를 통하여 전기신호로 변환하는 방식을 사용함으로써, 정밀도가 우수하고, 교류전류 측정시 넓을 주파수 특성을 가지며, 응답성이 좋은 전류센서에 관한 것이다.

일반적으로 전류를 검출하기 위하여 변류기(Current Transformer) 혹은 저항을 삽입하여 전류를 측정하거나 또는 코어의 권선을 이용한 직류용 변류기 등이 많이 사용되었다.

이와 같은 직류용 변류기 또는 교류용 변류기는 노이즈에 약한 결점이 있었고, 저항을 삽입하는 경우에는 높은 전류와 낮은 전류를 전기적으로 분리시키는데 어려움이 많았다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 결점을 해결하기 위해 안출되는 것으로, 홀소자를 사용하여 전선이 통과된 코어에 흐르는 전류를 감지하도록 하여 그 감지되는 신호의 크기를 전압으로 출력되게 함으로써 전선에 흐르는 전류를 용이하게 측정할 수 있도록 된 전류센서를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 고안인 전류센서의 원리를 나타낸 개략도,

도 2 는 본 고안에 따른 전류센서의 회로도,

도 3 은 본 고안에 따른 전류센서의 평면도 및 정면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10): 전류감지부 (11): 코어

(12): 전선 (13): 홀소자

(14): 이득(GAIN)단자 (15): 옵셋(OFFSET)단자

(16): 핀 (17): 코어 지지기재

(18): 소자 실장영역 (20): 양전원 증폭회로

(30): 반전 증폭회로

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 전류제어를 위하여 전선에 흐르는 전류의 크기를 측정하는 전류센서에 있어서, 전류가 흐르는 전선이 통과되는 코어에 형성되는 자기장을 감지하는 전류감지부와, 코어의 홀소자에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하여 출력하는 양전원 증폭회로와, 상기 출력되는 신호를 역으로 출력시킬 수 있는 반전 증폭회로로 구성되고, 전선이 통과된 코어에 흐르는 전류를 홀소자로 감지하여 그 감지되는 신호의 크기를 전압으로 출력되게 함으로써 전선에 흐르는 전류를 용이하게 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 전류센서에 관한 것이다.

상기 전류센서는 홀소자를 이용하어 전류자계의 강도를 전압으로 변환하는 응답성이 좋은 전류센서이며, 도 1 에서 보는 바와 같이 자심(11)을 배치하고 그 갭 사이에 홀소자(13)를 설치한 구조로, 전선(12)에 전류(직류, 교류, 직류+교류)가 흐르면 갭에는 전류(I)에 비례하는 자속(B)이 생성되어 홀소자 면에 직각으로 관통되고, 이 상태에서 그림의 자속(B)에 대해 직각방향에 제어전류(Ic)를 흘리면 단자 a-b 간에는 모선전류(I)에 비례하는 홀전압(Vh)이 발생한다.

홀전압(Vh)이 출력되는 식은 다음과 같다.

Vh = K·Ic·B (Vh:홀전압, K:적감도정수, Ic:제어전류, B:자속밀도)

상기 홀전압(Vh)은 수십 mV 의 미소전압이기 때문에 증폭기를 내장하여 신호를 증폭시켜 홀전압을 측정하고, 상기 홀전압값에 의하여 전류를 측정한다.

이하 본 고안의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안인 전류센서의 원리를 나타낸 개략도를, 도 2 는 본 고안에 따른 전류센서의 회로도를, 도 3 은 본 고안에 따른 전류센서의 평면도 및 정면도를 나타낸 것이다.

상기 전류센서의 구조는 코어의 중심부에 매우 큰 전류가 흐르는 굵은 전선이 통과하도록 하는 구조로 제작되어 있으며, 인쇄회로기판의 상부 일부에 고정시킨 코어지지 기재(17)와, 상기 코어지지 기재의 내부에 삽입된 코어(11)와, 코어의 열린 위치에 위치하며 상기 코어에 접속된 자장을 검출하여 출력하는 홀소자(13)와, 상기 인쇄회로기판의 상부일부에 형성되어 소정의 전압을 공급받아 인쇄회로기판의 소자 실장영역에 공급하고 출력전압을 측정할 수 있는 핀(16)으로 구성된다.

이하, 상기와 같은 홀소자를 이용한 전류센서의 구조를 그 동작과 함께 상세히 설명한다.

먼저, 전선에 그 크기를 측정하기 위한 전류가 흐르면 그 전선의 주위에는 자장이 유도된다.

그 다음, 상기와 같이 유도된 자장은 상기 인쇄회로기판에 고정된 코어지지 기재에 의해 지지되고 보호되는 코어에 접속된다.

이때, 코어의 중심부에는 강한 전류가 흐르는 두꺼운 전선이 관통해야 하기때문에 그 두께보다 원형의 지름이 큰 코어를 두께의 방향이 인쇄회로기판과 평형이 되도록 위치해야 하며, 이를 위해 코어 지지기재는 그 저면이 직사각형 형태로 인쇄회로기판상에 접하여 고정되며, 그 상부측에는 원형 고리의 형태를 갖게 된다.

그 다음, 상기 코어에 접속된 자장의 크기를 검출한 홀소자의 출력신호는 핀을 통해 특정 전압을 인가 받으며, 소자 실장영역에 실장된 소자를 경유하면서 처리되어 출력된다.

그 다음, 상기 코어에 집속된 자장의 크기를 검출한 홀소자의 출력신호는 핀을 통해 특정 전압을 인가 받으며, 소자 실장영역에 실장된 소자를 경유하면서 처리되어 출력된다.

상기 소자 실장영역에는 코어의 홀소자에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하여 출력하는 양전원 증폭회로(20)와, 상기 출력되는 신호를 역으로 출력시킬 수 있는 반전 증폭회로(30)로 이루어져 있으며, 출력전압을 FORWARD 와 INVERS 전압으로 나타낸다.

이후의 과정에서는 상기와 같은 과정을 거치면서 측정된 모터 등 전류제어의 대상의 전류를 검출하며, 이를 설정값과 비교하여 전류제어의 대상을 제어할 수 있게 된다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 고안은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 고안의 효과는 다음과 같다.

홀소자를 이용하여 전선에 흐르는 전류를 감지하여 전압으로 출력토록 함으로써 잡음에 강하고 500(A) 이상의 고전류를 측정할 수 있다.

Claims (2)

1. 인쇄회로기판의 상부 일부에 고정시킨 코어 지지기재(17)와, 상기 코어 지지기재의 내부에 삽입된 코어(11)와, 코어의 열린 위치에 위치하며 상기 코어에 접속된 자장을 검출하여 출력하는 홀소자(13)와, 상기 인쇄회로기판의 상부일부에 형성되어 소정의 전압을 공급반아 인쇄회로기판의 소자 실장영역(18)에 공급하고 출력전압을 측정할 수 있는 핀(16)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전류센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   소자 실장영역(18)은 코어의 홀소자에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭하여 출력하는 양전원 증폭회로(20)와, 상기 출력되는 신호를 역으로 출력시킬 수 있는 반전 증폭회로(30)로 구성되어, 출력전압을 FORWARD 와 INVERS 전압으로 나타내는 것을 특징으로 하는 전류센서.