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JPH087243B2 - ディジタル電流検出装置 - Google Patents
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JPH087243B2 - ディジタル電流検出装置 - Google Patents

ディジタル電流検出装置

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JPH087243B2
JPH087243B2 JP2219662A JP21966290A JPH087243B2 JP H087243 B2 JPH087243 B2 JP H087243B2 JP 2219662 A JP2219662 A JP 2219662A JP 21966290 A JP21966290 A JP 21966290A JP H087243 B2 JPH087243 B2 JP H087243B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電流検出装置に係り、特にディジタル出力の
電流検出装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、電流検出装置として第4図に示すようなアナロ
グ出力装置が知られている。
この装置は検出電流の作る磁界Hiをホール素子40によ
り検出してアンプ41で増幅し、それを電流ブースタ42を
通してアナログ出力Oaとして取出すとともに、2次コイ
ル43に電流を流して前記検出電流の磁界Hiを打ち消すよ
うにフィードバックを行うように動作するフィードバッ
ク形電流検出器がある。
しかし、最近電流検出器を使用する装置は、ディジタ
ル制御装置が多いので、電流検出装置もディジタル出力
のものが要求されている。このため、この装置で得られ
たアナログ出力を高価なアナログ/ディジタル変換して
ディジタル出力を得るようにしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来装置は、ディジタル出力を得るために高価
なアナログ/ディジタル変換器を必要とし、電流検出装
置がアナログであるため外乱に弱く、調整個所も多いも
のであった。
本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、高価
なアナログ/ディジタル変換器を使用せずに、しかも、
アナログ回路で問題とされていた外乱,オフセット,ド
リフトを補償して高精度のディジタル量が得られるディ
ジタル電流検出装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、ディジタル電
流検出装置を次のように構成する。なお、構成要素に付
した符号は、第1図の実施例のものを引用した。
すなわち、被検出電流の作る磁界Hiに対してフィード
バック磁界Hfを打ち消す方向に加えるフィードバック用
2次コイル7を備え、 前記フィードバック磁界Hfを発生させるためのフィー
ドバックループ内にて、磁界検出用の磁気検出素子1
と、磁気検出素子1の出力を増幅するアンプ2と、アン
プ2の出力電圧Ezを予め定めた基準電圧Erと比較する電
圧コンパレータ3と、電圧コンパレータ3の出力電圧Ez
が基準電圧Erより高い場合には基準クロックをアップ
(ダウン)カウントし、低い場合はダウン(アップ)カ
ウントするアップ/ダウンカウンタ4と、アップ/ダウ
ンカウンタ4のディジタル出力をアナログ変換するD/A
変換器5と、D/A変換器5のアナログ出力をフィードバ
ック用2次コイル7にフィードバック磁界Hf発生用の電
流として供給する電流ブースタ6とが接続され、且つア
ップ/ダウンカウンタ4のディジタル出力Odを電流検出
信号として取り出すようにして、フィードバック形電流
検出系と追従比較型A/D変換器を同一のフィードバック
ループの中で構成した。
〔作用〕
上記構成によれば、被検出電流の作る磁界Hiを磁気検
出素子1が検出すると、フィードバックループのアンプ
2,電圧コンパレータ3,アップ/ダウンカウンタ4,D/A変
換器5,電流ブースタ6,フィードバック用の2次コイル7
を介して磁界Hiを打ち消す方向のフィードバック磁界Hf
が磁気回路(第2図の磁性体1Aに相当)に生じる。この
時の磁気検出素子1の後段のアンプ2の出力は、フィー
ドバック磁界Hf出力の基になるが、磁界Hiひいては被検
出電流に相当するものとして電圧コンパレータ3及びア
ップ/ダウンカウンタ4を介してディジタル値として取
り出せる。被検出電流が変化すると、磁界HiとHfとの差
ΔHが生じるが、この場合も上記フィードバックループ
により磁界ΔHに見合ったHfフィードバックがかけら
れ、これが上記アップ/ダウンカウンタ4を介してディ
ジタル出力される。
例えば、ΔHが零になるようにHfのフィードバックを
かけるとすれば、電圧コンパレータの基準電圧Erは零に
設定されるが、この場合、コンパレータ3の入力電圧Ez
がΔHの変化によって、Ez<0の場合は、アップ/ダウ
ンカウンタ4が現状よりもダウンカウント(或いはアッ
プカウント)し、Ez>0の場合は、アップカウント(或
いはダウンカウント)する。このようにして、上記コン
パレータ3及びアップ/ダウンカウンタ4が追従比較型
のA/D変換器となり、そのディジタル出力より被検出電
流が検出される。
上記のように、フィードバック形電流検出系のアナロ
グ回路要素と追従比較型A/D変換器を同一のフィードバ
ックループの中で構成したので、外乱,オフセット,ド
リフトについても補償する。例えば、アンプ2の出力に
オフセット電圧が重畳している場合は、本来の被検出電
流iに相当の電圧Ezにオフセット電圧eOが加わり、2次
コイル7には、フィードバック電流icとして被検出電流
i相当の電流とeOに相当の微小電流iOが流れるが(ic=
i+iOであり、iOを流すためにはアンプ2の増幅率を大
きくしておけばよい)、このフィードバック電流ic中の
iOが磁気検出素子1で電圧変換された後,アンプ2に負
帰還することで結果的にオフセット電圧eOを打ち消すこ
とになり、オフセット電圧補償がなされる。このこと
は、アナログ信号伝達系のドリフト,外乱に対しても同
様にして補償され、このような補償のなされているフィ
ードバックループ系から被検出電流i相当のディジタル
信号Odをアップ/ダウンカウンタ4(比較型電流検出
器)を介して取り出せるので、電流検出精度を高める。
〔実施例〕
本発明の実施例を第1図〜第3図により説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係るブロック回路構成
図である。
第1図において、Hiは被検出電流により発生する磁界
である。この磁界Hiに対して、以下に述べるフィードバ
ック形電流検出系を介してフィードバック用2次コイル
7がHiを打ち消す方向のフィードバック磁界Hfを作るよ
うにしてある。
フィードバック磁界Hfを発生させるためのフィードバ
ックループ内にて、ホール素子(磁気検出素子)1と、
アンプ2と、零クロスコンパレータ(電圧コンパレー
タ)3と、アップ/ダウンカウンタ4と、D/A変換器5
と、電流ブースタ6と、フィードバック用2次コイル7
とが接続される。ホール素子1は、磁界HiとHfの差ΔH
を検出するもので、磁界ΔHに見合った出力を発生す
る。この出力をアンプ2で増幅して零クロスコンパレー
タ3に入力する。零クロスコンパレータ3は入力電圧Ez
(アンプ2の出力電圧Ez)が基準電圧Er(ここでは、Er
=0)と比較して、Ez<0又はEz>0かを判定する。そ
して、Ez<0の時は出力EcをLレベルにし、Ez>0の時
はHレベルとする。この出力Ecはアップ/ダウンカウン
タ4のアップ/ダウンの切替信号として、クロック発振
器9からのクロックCLをアップ又はダウンカウントす
る。このアップ/ダウンカウンタ4のディジタル出力Od
をD/Aコンバータ5を通してアナログ値に変換した後、
電流ブース6を通して2次コイル7に電流を流し、それ
によって発生する磁界Hfを作る。
この磁界Hfは被検出電流iが作った磁界Hiを丁度打消
ように動作してこの両者の加算された磁界ΔHが零にな
るようにフィードバックをかけている。従って、被検出
電流に追従したディジタル出力Odが、アップ/ダウンカ
ウンタ4の出力から得られる。このようにして、フィー
ドバック形電流検出系と追従比較型A/D変換器(コンパ
レータ3,アップ/ダウンカウンタ4)を同一のフィード
バックループの中で構成してある。8はホール素子駆動
用の電源である。
第2図は検出メカニズムをモデル化した本発明構成の
具体例であり、第3図は第2図を説明するための各部の
波形である。
第2図、第3図により、本発明を具体的に説明する。
電流端子I1,I2に被検出電流iを流すと磁性体1Aに巻か
れたコイルC1により起磁力が発生し、磁性体1Aの空隙分
GPに磁界Hiが発生する。この空隙部GPには定電流i0で駆
動されるホール素子1を配置している。ホール素子1の
出力e0はアンプ2で増幅され、その出力を電圧コンパレ
ータ3′で基準電圧Erと比較する。出力e0が基準電圧Er
より高い場合は出力EcをHレベルにし、基準電圧Erより
低い場合は出力EcをLレベルにする。この電圧Ecによ
り、アップ/ダウンカウンタ4は基準クロックCLをアッ
プ又はダウンカウントする。このカウンタ4の出力はデ
ィジタル量であり、これをディジタル出力Odとして取り
出すことができると共に、更にディジタル/アナログ変
換して、その出力をアナログ出力Oaとして取出すことが
できる。さらに、アンプ10で増幅し、その出力を抵抗R
を介して磁性体1Aに巻いた2次コイル7に接続し、2次
コイル7に電流を流して被検出電流iの作る起磁力と逆
向きの起磁力を作り、空隙GPに被検出電流iの作る磁界
Hiと逆向きの磁界Hfを生成するようにされ、全体として
フィードバック回路を構成している。
第3図は、被検出電流iが図示のような正弦波の例を
示す。この電流iが流れることにより、これに比例した
磁界Hiが発生するので、フィードバックがない場合はホ
ール素子1の出力e0も図示e01のような波形となる。し
かし、フィードバックがあるためホール素子1の出力e0
は図示e0のようにほぼ一定値となる。次に電圧コンパレ
ータ3′の基準電圧Erを仮りに零とするとホール素子1
の出力e0が零より大きい場合は、電圧コンパレータ3′
の出力EcはHレベルになり、小さい場合はLレベルとな
るので、図示EcのようにH,Lを繰り返す。その結果、基
準クロックが図示CLと仮定すると、アップ/ダウンカウ
ンタCUN4のディジタル出力Odの大きさを表わすと、図示
Od1(ディジタル量を疑似的に示している)のようにな
る。すなわち、アップ/ダウンカウンタは電圧EcがHレ
ベル(イ)点の時はクロックCL毎にアップカウントして
出力が増加し、電圧EcがLレベル(ロ)点ではクロック
CL毎にダウンカウントして出力が減少する。
このディジタル出力Odをディジタル/アナログ変換器
5に加えてそのアナログ出力Oaをフィルタを通すと図示
のOaになる。この出力Oaをアンプ10を通して抵抗Rと2
次コイル7に加えるとそのコイル7の電流icは図示のよ
うに正弦波状になる。
ここでは、被検出電流iの周波数に対して基準クロッ
クCLの周波数を約60倍で示したが、この倍率を高くすれ
ばディジタル出力Odの値もスムーズな正弦波になると共
に被検出電流iに追従する応答速度を早くなるものであ
る。
さらに、上記実施例では電圧コンパレータ3′の基準
電圧Erを零としたので、被検出電流iの作る磁界Hiと2
次コイル7に電流icで生成される磁界Hfが等しくなるよ
うに動作するが、基準電圧Erにある値をもたせると前記
磁界HiとHfの間に所定の一定差が生じるように動作する
ので、基準電圧を調整することでホール素子1の動作点
に常にバイアス磁界をもたせるようにでき、ホール素子
1の感度及び直線性に優れた点を選んで使用することが
できる。また、フィードバック形電流検出系のアナログ
回路要素と追従比較型A/D変換器を同一のフィードバッ
クループの中で構成したので、外乱,オフセット,ドリ
フト等についても補償する。例えば、アンプ2の出力に
オフセット電圧が重畳している場合は、本来の被検出電
流iに相当の電圧Ezにオフセット電圧eOが加わり、2次
コイル7には、フィードバック電流icとして被検出電流
i相当の電流とeOに相当の微小電流iOが流れるが(ic=
i+iO)、このフィードバック電流ic中のiOが磁気検出
素子1で電圧変換された後,アンプ2に負帰還すること
で結果的にオフセット電圧eOを打ち消すことになり、オ
フセット電圧補償がなされる。このことは、アナログ信
号伝達系のドリフト,外乱に対しても同様にして補償さ
れ、このような補償のなされているフィードバックルー
プ系から被検出電流i相当のディジタル信号Odをアップ
/ダウンカウンタ4(比較型電流検出器)を介して取り
出せるので、電流検出精度を高める。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、フィードバック形
電流検出系のアナログ回路要素と追従比較型A/D変換器
を同一のフィードバックループの中で構成したので、ア
ナログ信号伝達系で生じる外乱,オフセット,ドリフト
についても簡単な回路構成で補償し、その結果、調整箇
所も少なくして、高精度なディジタル出力が得られるデ
ィジタル電流検出装置を提供することができる。さら
に、高価で複雑なアナログ/ディジタル変換器を必要と
せず、安価にして簡易なカウンタを用いてディジタル電
流検出系を構成できる。
また、磁界/電圧変換素子の動作点を自由に選択でき
るので、高特性でない変換素子であって充分に使用でき
るといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の一実施例の構成を示すも
ので、第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図
は検出メカニズムをモデル化した本発明の他の実施例を
示す構成図、第3図は第2図の動作説明図、第4図は従
来例の構成図である。 Hi……被検出電流が作る磁界、Hf……2次巻線が作る磁
界、1……ホール素子、1A……磁性体、2……アンプ、
3……零クロスコンパレータ、3′……電圧コンパレー
タ、4……アップ/ダウンカウンタ、5……ディジタル
/アナログ変換器、6……電流ブースタ、7……2次コ
イル、8……ホール素子用電源、9……クロック発信
器、10……アンプ、GP……磁性体の空隙、C1……1次コ
イル、CL……クロック、Er……基準電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−213783(JP,A) 特開 昭61−225663(JP,A) 特開 昭53−15170(JP,A) 実開 昭57−168075(JP,U) 実開 昭51−6840(JP,U) 特公 昭49−5183(JP,B1) 特公 昭53−34706(JP,B2) 特公 昭52−14069(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検出電流の作る磁界Hiに対してフィード
    バック磁界Hfを打ち消す方向に加えるフィードバック用
    2次コイルを備え、 前記フィードバック磁界Hfを発生させるためのフィード
    バックループ内にて、磁界検出用の磁気検出素子と、磁
    気検出素子の出力を増幅するアンプと、前記アンプの出
    力電圧を予め定めた基準電圧と比較する電圧コンパレー
    タと、前記電圧コンパレータの出力電圧が前記基準電圧
    より高い場合には基準クロックをアップ(ダウン)カウ
    ントし、低い場合はダウン(アップ)カウントするアッ
    プ/ダウンカウンタと、前記アップ/ダウンカウンタの
    ディジタル出力をアナログ変換するD/A変換器と、前記D
    /A変換器のアナログ出力を前記フィードバック用2次コ
    イルに前記フィードバック磁界Hf発生用の電流として供
    給する電流ブースタとが接続され、且つ前記アップ/ダ
    ウンカウンタのディジタル出力を電流検出信号として取
    り出すようにして、フィードバック形電流検出系と追従
    比較型A/D変換器を同一のフィードバックループの中で
    構成したことを特徴とするディジタル電流検出装置。
  2. 【請求項2】前記電圧コンパレータの基準電圧が可変で
    ある請求項1記載のディジタル電流検出装置。
  3. 【請求項3】前記アップ/ダウンカウンタの出力端子よ
    りディジタル出力を取り出すほかに、前記D/A変換器の
    出力端子よりアナログ出力を取り出す構成とした請求項
    1又は請求項2記載のディジタル電流検出装置。
JP2219662A 1990-08-20 1990-08-20 ディジタル電流検出装置 Expired - Lifetime JPH087243B2 (ja)

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JPH04102070A JPH04102070A (ja) 1992-04-03
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