JPH0244261A - 電流検出方法および電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は磁電変換素子を用いて電流を検出する電流検出
方法に関するものである。

従来の技術 従来この種の電流検出方法は、第７図に示すような構成
であり、また電流検出方法を用いた電源装置は、第８図
のような構成であった。第７図において、１−１′は被
測定電流端子で検出しようとする電流を磁心２に施した
巻線３に流し、磁心２にはギャップを設け、そのギャッ
プ中に入力端子６−６′に接続されたホール素子４１Ｌ
を挿入する。５は直流電源で電池もしくは交流電圧を整
流平滑することで構成され、前記入力端子６−６′を介
して、前記ホール素子４１Ｌに電流を供給する。

前記ホール素子４ａは前記磁心２のギャップ中において
発生する磁界が加わるように配置され、その磁界の加わ
る面と、前記直流電源６が接続される面とに直角な面に
、温度補償回路２１を介し誤差増幅器７を介して出力端
子９を接続する。

第８図において、１０は前記と同様に直流電源で電池も
しくは交流電圧を整流平滑することで構成されるもので
、入力端子１２−１２’に電圧を及び被測定電施工。供
給し正電圧を入力端子１２に接続し、負電圧を入力端子
１２′を介し、電流検出抵抗１９を介して負の出力端子
１３′に接続している。１１は制御部でアシ、一端は入
力端子１２に、他の一端は正の出力端子１３に接続され
、出力端子１３−１３’間の出力電圧Ｖ。ＵＴ　　を一
定に制御するか、もしくは入出力間を遮断する動作を行
う。８は基準電圧で正電極を前記負の出力端子１３′に
接続し、一方の負電極を誤差増幅器７の入力端子の一端
に接続している。７は誤差増幅器であシ、２つの入力端
子１２−１２’のうちの１端子は前述のように基準電圧
８の負電極に、他の入力端子は前記電流検出抵抗１９の
負の入力電圧側にそれぞれ接続され、電流検出抵抗１９
の電位降下を検出し、前記制御部１１へ伝達する。

以下に従来例の動作について説明する。

第７図において、磁心２に施された巻ａ３に被測定電流
端子より被測定電流電。を流すと、ギャップ中に磁界が
発生する。磁心２の磁路長を４゜断面積Ｓ、透磁率μ、
ギャップの長さをｌ　／　　、断面積Ｓ。、空気の透磁
率をμ。１巻線３の巻数をＮとすると、発生する磁束密
度Ｂ。は次式で表わ一方ホール素子４ａに直流電源５よ
り電圧ｖ０を印加して前記ホール素子４ａに電流を流し
、この電流と直角方向に磁界Ｂ。を加えると、電流及び
磁界の両方に直角な方向に電位差ｖＨが発生し、その関
係は次式で表わされる。

Ｖ　　＝４　　、ｖ−Ｂ　　　　　　　　　　・・・・
・・（２）ＩＩ　　　　　　Ｈｏ。

ただしに、は積感度と呼ばれ、使用される半導体材料の
特性により決まる定数である。

よって（１）　、　（２）式よシ となり、被測定電流電。に応じた電位差ｖＨを得ること
ができ、この電位差Ｖヨを誤差増幅器７にて検出し、出
力端子９より出力信号を得るものである。磁心２が円筒
状であった場合、磁心２の透磁率μは空気の透磁率μ。

よりはるかに大きくｌ−ｅ′　、１と＝１と考えること
ができるため（３）式は ｖ１１＝ＫＭ−ｖ。・トエ・μｏ／ｌ・・・・・・（４
）と表すことができる。

第８図の電流検出を用いた電源装置について、電流検出
抵抗１９に被測定電流電。が流れると電位差ｖＲＩ９　
　が発生し、このｖＲＩ９　　と基準電圧Ｖ。

の差、つまＤｖｂ”＝ｖｉ＋ｐ−ｖＦの電位差を誤差増
幅器７で検出し、前記誤差増幅器７の出力信号を制御部
１１へ伝達し、制御部１１にて出力電圧を一定に制御さ
せたり、垂下させて過電流時の保護機能を持たせるもの
である。

発明が解決しようとする課題 このような従来の構成では、ホール素子４１Ｌを用いて
電流検出をする方法は、素子自体のバラツキが大きく、
キャリアの数及び移動度の温度変化が大きく、温度特性
が悪いために温度補償用の外部回路を必要とし、出力電
圧が小さいという問題があり、また電流検出を用いた電
源装置においては、検出部に抵抗を使用しているために
検出精度は良いものの、被測定電流容量が大きくなると
電流検出抵抗１９で消費される電力が増大し、効率の低
下や発熱が問題となり、さらには被検出回路と検出回路
が絶縁できないという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためのもので、簡単
な構成で温度特性の良好な、素子のバラツキの少ない電
流検出方法を提供するものであり、電源装置における電
流検出部の損失を低減させ、被検出回路と検出回路を絶
縁すること全可能とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、磁気抵抗効果を有
する磁電変換素子と、巻線を施した磁心全有し、巻線に
被測定電流を流すことによって磁界を発生する磁気回路
の磁界により磁電変換素子の出力電圧を検出するように
したものである。また、上記電流検出方法を用いて電源
装置を構成するものである。

作用 この構成により、被検出電流に応じた磁界を磁気回路で
発生させ、その発生した磁界によって磁電変換素子の出
力電圧を変化させ、その出力電圧を検出することによっ
て簡単に電流検出をすることができる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付の図面第１図〜第６図を用
いて説明する。

第１図は本発明の一実施例による電流検出方法の構造図
である。第１図において、第７図と同じものは同一の付
号を記し説明は省略する。１−１′は被測定電流端子で
あり、２は磁心であり、３は巻線であり、６は直流電源
であり、６−６′は入力端子であシ、７は誤差増幅器で
あり、８は基準電圧であり、９は出力端子である。

４は磁電変換素子であり、電流供給端子ａ、ｃと出力端
子ｂｌ有した３端子構成のもので、電流供給端子ａ、ｃ
は入力端子６−６′に接続し、出力端子すは誤差増幅器
７の１入力端子に接続し、前記誤差増幅器７の他の入力
端子は基準電圧８の正電極に接続し、前記基準電圧８の
負電極は負の入力端子６′に接続し、磁電変換素子４の
出力電圧と前記基準電圧８とを前記誤差増幅器７で検出
し、増幅して出力端子９より信号を取り出すものである
。

磁電変換素子４の動作原理を簡単に説明すると、素子の
構造は特公昭５７−５０θ７号公報に説明されているよ
うに、夫々異方性のある磁気抵抗効果を有し、同一平面
上に互いに直交するように配された強磁性体膜からなる
２つの電流通路において、２つの電流通路の流接点に出
力端子ｂ、各々の他端側に電流供給端子ａ、ｃが設けら
れ、電流供給端子に電圧ｖ０を印加し、電流通路の膜面
に平行に磁界を加える検出方法は特公昭５７−６０６７
号公報においては、磁界強度を一定にして加える角度を
変化させ、２つの抵抗値の和ヲー定にしながらこれら抵
抗値の各々が変化し、この変化に伴なう前記出力端子の
電圧の変化を検出するのに対し、本発明においては、直
交するように配された２つの電流通路のうちの一方を常
に磁界方向と部内に配し、他方を平向とし、磁界強度を
変化させて前記出力端子の電圧の変化を検出するもので
ある。

電流通路と直角な磁界強度による抵抗値をρ（Ｈ５）　
’磁界０における抵抗値をρ。、電流通路と直角な飽和
磁界を加えた時の抵抗値変化幅をΔρ、電流通路と直角
に加えられる磁界強度を■５２強磁性体の材質・形状・
寸法で決定される飽和磁界強度をＨよとすると、磁界強
度と抵抗値変化の関係は次式で表わすことができる。

なお、磁界を電流通路と平行に加えた場合は抵抗値は変
化しない。よって端子ａ側の電流通路を磁界方向と直角
となるように配すると、磁界強度が強くなるにつれて出
力端子すの電圧は上昇する。

この電圧をｖｂ（１，５）とすると、 ｖｂ（）Ｉ３．＝（ρ。／（ρ（＋１１１　＞＋ρ。）
）・ｖｏ・・・・・・（４）・・・・直向 という関係になり、磁界強度に応じた出力電圧が得られ
ることになる。

一方、磁気回路に発生する磁界強度Ｈ８は前述の（１）
式と磁心の形状を加味して Ｈ，、、＝Ｎ−Ｉ。／ｌ　　　　　　　・・・・・・（
６）で表わされるため、被測定電流電。による出力室と
なり、この電圧と基準電圧８を誤差増幅器７で検出し、
出力端子９より出力信号全得るものであるＯ 本発明において、特公昭５了−６０６７号公報のように
２つの強磁性体膜の電流通路を直列に接続したものを使
用しているのは、素子自体の温度変化をキャンセルし、
出力端子すの出力電圧の温度特性を改善するにも有効な
手段である。つまり、磁界と直角な電流通路を強磁性体
膜で構成し、平向な電流通路は単なる抵抗で構成しても
同様の結果が得られるということである。

第２図は、第１図の構造図の具体的な回路図を示してお
り、第１図と同一であるため説明は省略する。

第３図は、第１図の磁電変換素子４を２個使用した実施
例である。印加する電圧に対して、磁界と直角方向に配
する電流通路を各々逆にし、磁界の変化によって一方の
出力端子の出力電圧ｖｂが上昇し、他方のｖｂ’　７）
：減少するようにすることによって、電圧変化幅を（７
）式の２倍にすることができ、検出精度を向上させたも
のである。

第４図は、本発明による電流検出方法を用いた電源装置
の一実施例を示したものである第１図。

第８図と同じものは同一の符号を記し説明は省略する。

第４図において、２０は第１図における電流検出部で被
測定電流端子の一端１は候御部１１に、他端１′と電流
供給端子ａは正の出力端子１３に、電流供給端子Ｃと基
準電圧８の負極極は負の出力端子１３′に、出力端子９
は制御部１１に負の入力端子１２′は負の出力端子１３
′にそれぞれ接続される。

電流検出部２０の動作は第１図と、制御部１１の動作は
第８図と、それぞれ同等であるために説明は省略する。

第５図は、本発明のその他の実施例で被検出電流によっ
て出力電圧Ｖ。ｔｌＴ　　を垂下させるように制御する
場合のブロック図全示す。第４図にて出方電圧を垂下す
るよう制御すると、磁電変換素子４に印力ａされる電圧
も垂下し、出力端子９がら得られる出力信号が被測定電
流電。にょらずに変動してしまう。よって磁電変換素子
４に印加される電圧が常に一定となるように、正の入力
端子１２と電流供給端子へとを接続し、いかなる状態に
おいても、前記出力信号が被測定電流電。の変化以外の
影響で変動しないようにしたものである。

第６図は本発明のさらなる他の実施例で１次側〜２次側
絶縁型の電源装置において、１次側に制御部を設けた場
合のブロック図を示す。第６図において、第５図と同じ
ものは同一符号を記して説明は省略する。１７はトラン
スであυ、１次巻線１７１Ｌの一端を入力端子１２に接
続し他端をスイッチング素子１６を介して入力端子１２
′に接続し、２次巻線１７ｂのに発生する交流電圧を整
流平滑部１８で直流電圧に変換し、電流検出部２０を介
して出力端子１３−１３’に接続する。１４は絶縁信号
伝達手段であり、１次〜２次間を絶縁しつつ電流検出部
２０からの出力信号を発振制御部１６に伝達し、発振制
御部１６Ｆｉ、被測定電流電。に応じてスイッチング素
子１６の発振を制御し、出力電圧Ｖ。。？　を制御する
。１０′は磁電変換素子４のための直流電源であり、素
子に印加する電圧を一定とするために接続する。

第４図、第６図、第６図において、電流検出部２０を第
３図に示す構成とすることにより、被測定電流の検出精
度が向上することは明らかである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、簡単な構成で温度特性の
良好な、素子のバラツキの少ない電流検出方法が実現で
き、電源装置における電流検出部の損失を大幅に低減さ
せ、さらに被検出回路と検出回路を絶縁することを可能
とさせるなどの大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電流検出方法を示す構
造図、第２図は本発明の第１図の構造図の具体的回路図
、第３図は本発明のその他の実施例の回路図、第４図は
本発明の一実施例による電流検出方法を用いた電源装置
を示すブロック図、第６図、第６図は本発明の他の実施
例のブロック図、第７図は従来の電流検出方法の構造図
、第８図は従来の電流検出方法を用いた電源装置のブロ
ック図である。 １−１′・・・・・・被測定電流端子、２・川・・磁心
、３・・・・・・巻線、４・・・・・・磁電変換素子、
４１川・・ポール素子、６，１ｏ・・・・・・直流電源
、６−６’、１２−１２′・・・・・・入力端子、７・
・・・・・誤差増幅器、８・・・・・・基準電圧、９　
、１３−１３’・・す・・出方端子、１１・・・・・・
制御部、１４・す・絶縁信号伝達手段、１５・・・・・
・発振制御回路、１６・・・・・・スイッチング素子、
１７・・・・・・トランス、１８・川・・整流平滑ブロ
ック、２０・・・・・・電流検出部。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　はが１名１、
ｔ゛　−横胴定１ｉう荒搗子 ２−＆＆Ａ： ３−　　発　　　璋 ４゛−穂電１攪を子 ５　−　　ａ　　ＦＩＬｔ　　源 乙、６′−人ｔ＋島子 ７−　！ｌｌ　杢　１唱　酪 直　１　電　源 別　Ｗｌ　　郡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気抵抗効果を有する磁電変換素子と、巻線を施
   した磁心を有し、巻線に被測定電流を流すことによって
   磁界を発生する磁気回路の磁界により磁電変換素子の出
   力電圧を検出する電流検出方法。
2. （２）請求項１記載の電流検出方法を用いた電源装置。