JPH0552872A - 実効値レベル検出装置 - Google Patents
実効値レベル検出装置Info
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- JPH0552872A JPH0552872A JP3213352A JP21335291A JPH0552872A JP H0552872 A JPH0552872 A JP H0552872A JP 3213352 A JP3213352 A JP 3213352A JP 21335291 A JP21335291 A JP 21335291A JP H0552872 A JPH0552872 A JP H0552872A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 空隙を有する鉄心２と、この鉄心２の内部に
設けられ、電流が流れる主回路導体１と、前記空隙に設
けられた第１及び第２のホール素子１１、１２と、この
第１のホール素子１１のホール出力電圧に比例した制御
電流を前記第２のホール素子１２に供給する手段と、前
記第２のホール素子１２のホール出力電圧の平均値信号
のレベルを検出する手段とを備える。 【効果】 二つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例
した出力を得て平均値をとり、そのレベルを検出するの
で、従来の高価な実効値検出回路が不要となり、安価で
小形かつ高精度な実効値レベル検出装置が得られる。
設けられ、電流が流れる主回路導体１と、前記空隙に設
けられた第１及び第２のホール素子１１、１２と、この
第１のホール素子１１のホール出力電圧に比例した制御
電流を前記第２のホール素子１２に供給する手段と、前
記第２のホール素子１２のホール出力電圧の平均値信号
のレベルを検出する手段とを備える。 【効果】 二つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例
した出力を得て平均値をとり、そのレベルを検出するの
で、従来の高価な実効値検出回路が不要となり、安価で
小形かつ高精度な実効値レベル検出装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、配電線等電路に歪波
（高周波）成分を含む交流電路の実効値レベル検出装置
に関するものである。
（高周波）成分を含む交流電路の実効値レベル検出装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は例えばクリップオン電流計等にみ
られる従来のホール素子を用いた電流センシング部の構
造図、図７はその断面図、図８はホール素子の出力信号
の処理ブロック図である。図６において、１は主回路導
体、２は主回路導体１を流れる電流により生ずる磁束を
ホール素子１１に導く為の、高透磁率磁性体より成るギ
ャップ付鉄心である。図８において、２０、２１、２２
は正極及び負極の電源及びアース、Ｒ１、Ｒ２はホール
素子１１に制御電流Ｉc を供給する為のバイアス抵抗、
１４はオペアンプ、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はオペアンプ１４
の差動増幅制御の為の抵抗、３０は実効値変換回路、３
１はレベル判別回路、３２は出力回路、３３は出力端子
である。
られる従来のホール素子を用いた電流センシング部の構
造図、図７はその断面図、図８はホール素子の出力信号
の処理ブロック図である。図６において、１は主回路導
体、２は主回路導体１を流れる電流により生ずる磁束を
ホール素子１１に導く為の、高透磁率磁性体より成るギ
ャップ付鉄心である。図８において、２０、２１、２２
は正極及び負極の電源及びアース、Ｒ１、Ｒ２はホール
素子１１に制御電流Ｉc を供給する為のバイアス抵抗、
１４はオペアンプ、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はオペアンプ１４
の差動増幅制御の為の抵抗、３０は実効値変換回路、３
１はレベル判別回路、３２は出力回路、３３は出力端子
である。
【０００３】次に動作について説明する。図６におい
て、主回路導体１に電流ｉが流れると磁束が発生し、ギ
ャップは鉄心２を励磁し、ギャップ中に所定の磁束密度
Ｂを供給する。ホール素子１１は、このギャップ中に挿
入され、次式で示されるホール電圧ｖh1を出力する。 ｖh1＝ｋh ×Ｉc ×Ｂ ここで、ｋh はホール素子の積感度、Ｉc は制御電流で
ある。図８において、この出力電圧をオペアンプ１４の
差動入力として、所定の利得を与える様Ｒ３、Ｒ４、Ｒ
５により決められ、増幅されてｖ1 なる電圧に変換され
る。この電圧を実効値に変換する為の実効値変換回路３
０に入力され、入力ｖh1に比例した実効値出力を得て、
レベル判別回路３１に送り実効値出力が所定のレベルに
達した場合は次段の出力回路３２に信号を送り出力端子
３３より、その旨の出力を行う。ここで、上記実効値変
換回路３０では一般に、専用の実効値変換ＩＣ等を用い
て変換される。原理としては半導体Ｐ−Ｎ接合の２乗特
性を応用したものが多く、ログ−アンチログ変換するも
のが主流である。
て、主回路導体１に電流ｉが流れると磁束が発生し、ギ
ャップは鉄心２を励磁し、ギャップ中に所定の磁束密度
Ｂを供給する。ホール素子１１は、このギャップ中に挿
入され、次式で示されるホール電圧ｖh1を出力する。 ｖh1＝ｋh ×Ｉc ×Ｂ ここで、ｋh はホール素子の積感度、Ｉc は制御電流で
ある。図８において、この出力電圧をオペアンプ１４の
差動入力として、所定の利得を与える様Ｒ３、Ｒ４、Ｒ
５により決められ、増幅されてｖ1 なる電圧に変換され
る。この電圧を実効値に変換する為の実効値変換回路３
０に入力され、入力ｖh1に比例した実効値出力を得て、
レベル判別回路３１に送り実効値出力が所定のレベルに
達した場合は次段の出力回路３２に信号を送り出力端子
３３より、その旨の出力を行う。ここで、上記実効値変
換回路３０では一般に、専用の実効値変換ＩＣ等を用い
て変換される。原理としては半導体Ｐ−Ｎ接合の２乗特
性を応用したものが多く、ログ−アンチログ変換するも
のが主流である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の実効値レベル検
出装置は以上のように構成されているので、出力回路導
体１を流れる電流に比例した磁束の変化を１つのホール
素子により検出し、、そのホール出力電圧ｖh1を実効値
に変換する実効値変換回路手段を用いる必要がある。実
効値変換回路は一般に高価であり、かつ、構成される回
路部品にも高精度のものが要求されるなど多くの問題点
があった。
出装置は以上のように構成されているので、出力回路導
体１を流れる電流に比例した磁束の変化を１つのホール
素子により検出し、、そのホール出力電圧ｖh1を実効値
に変換する実効値変換回路手段を用いる必要がある。実
効値変換回路は一般に高価であり、かつ、構成される回
路部品にも高精度のものが要求されるなど多くの問題点
があった。
【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
為になされたもので安価で、高性能かつ安定な実効値レ
ベル検出装置を提供することを目的とする。
為になされたもので安価で、高性能かつ安定な実効値レ
ベル検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る実効値レ
ベル検出装置は、空隙を有する鉄心と、この鉄心の内部
に設けられ、電流が流れる主回路導体と、前記空隙に設
けられた第１及び第２のホール素子と、この第１のホー
ル素子のホール出力電圧に比例した制御電流を前記第２
のホール素子に供給する手段と、前記第２のホール素子
のホール出力電圧の平均値信号のレベルを検出する手段
とを備える。
ベル検出装置は、空隙を有する鉄心と、この鉄心の内部
に設けられ、電流が流れる主回路導体と、前記空隙に設
けられた第１及び第２のホール素子と、この第１のホー
ル素子のホール出力電圧に比例した制御電流を前記第２
のホール素子に供給する手段と、前記第２のホール素子
のホール出力電圧の平均値信号のレベルを検出する手段
とを備える。
【０００７】
【作用】この発明における実効値レベル検出装置は、二
つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例した出力を得
て平均値をとり、そのレベルを検出する。
つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例した出力を得
て平均値をとり、そのレベルを検出する。
【０００８】
実施例１．以下この発明の一実施例の図について説明す
る。図１において、１は主回路導体、２は高透磁率磁性
体のギャップ付鉄心、１１及び１２は上記鉄心２のギャ
ップ中に配置されたホール素子である。図２は、上記鉄
心２のギャップの断面図であり、ギャップ中に均一磁束
密度Ｂを供給している。図３は、上記２つのホール素子
の信号処理を示す回路ブロック図である。図３におい
て、１１、１２はホール素子、２１、２２及び２３は正
極・負極の電源及びアース、Ｒ１、Ｒ２はホール素子１
１に制御電流Ｉc を供給する為の抵抗、１４、１５はオ
ペアンプであって、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はホール素子１１
のホール出力電圧ｖh1を差動増幅する為の抵抗である。
オペアンプ１４の出力は第２のホール素子１２の制御電
流を供給する様接続され、そのホール出力電圧ｖh2をＲ
６、Ｒ７、Ｒ８を用いてオペアンプ１５により差動増幅
され出力電圧ｖ2 を出力する。３４は平均値回路であっ
てＲ９及びＣにより上記出力電圧ｖ2 を平均値化する。
３１はレベル判別回路、３２は出力回路、３３は出力端
子である。
る。図１において、１は主回路導体、２は高透磁率磁性
体のギャップ付鉄心、１１及び１２は上記鉄心２のギャ
ップ中に配置されたホール素子である。図２は、上記鉄
心２のギャップの断面図であり、ギャップ中に均一磁束
密度Ｂを供給している。図３は、上記２つのホール素子
の信号処理を示す回路ブロック図である。図３におい
て、１１、１２はホール素子、２１、２２及び２３は正
極・負極の電源及びアース、Ｒ１、Ｒ２はホール素子１
１に制御電流Ｉc を供給する為の抵抗、１４、１５はオ
ペアンプであって、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はホール素子１１
のホール出力電圧ｖh1を差動増幅する為の抵抗である。
オペアンプ１４の出力は第２のホール素子１２の制御電
流を供給する様接続され、そのホール出力電圧ｖh2をＲ
６、Ｒ７、Ｒ８を用いてオペアンプ１５により差動増幅
され出力電圧ｖ2 を出力する。３４は平均値回路であっ
てＲ９及びＣにより上記出力電圧ｖ2 を平均値化する。
３１はレベル判別回路、３２は出力回路、３３は出力端
子である。
【０００９】次に動作について説明する。図１におい
て、従来例と同様に主回路導体１に電流ｉが流れ、ギャ
ップは鉄心２に磁束が流れて、ギャップ中に磁束密度Ｂ
を供給している場合を考える。図３において、第１のホ
ール素子に抵抗Ｒ１、Ｒ２により制御電流Ｉc1が流れて
いると、磁束密度Ｂ中に置かれたホール素子のホール出
力電圧ｖh1は次式で与えられる。 ｖh1＝ｋh1×Ｉc1×Ｂ オペアンプ１４のゲインをＡ1 とするとオペアンプ１４
の出力ｖ1 は次式となる。 ｖ1 ＝Ａ1 ×ｖh1 次に、この出力電圧は第２のホール素子の制御電流ＩC2
を供給する。ここでＩC2＝ｋc ×ｖ1 とする（定電圧駆
動とみなす。）。第２のホール素子も同一磁束内に置か
れているから、第２のホール素子のホール出力電圧ｖh2
は次式で与えられる。 ｖh2＝ｋh2×Ｉc2×Ｂ ＝ｋh2×ｋc ×ｖ1 ×Ｂ ＝（ｋh1×ｋh2×ｋc ×Ｉc1）×Ｂ2 よってｖh2は磁束密度Ｂの２乗に比例した信号として出
力される。このｖh2の出力をオペアンプ１５と抵抗Ｒ
６、Ｒ７、Ｒ８により所定の電圧レベルまで差動増幅し
ｖ2 と成し、これをＲ９及びＣによる積分回路３４へ入
力し、積分する。以下、積分出力が所定のレベルになっ
たことを検出するレベル判別回路３１に入力され、所定
レベルになると出力回路３２へ信号出力し、出力端子３
３を介して、その旨を出力する様構成されている。ここ
で、主回路電流の実効値ｉRMS は次式で与えられる。 ｉRMS ＝［（１／Ｔ）×∫T Oｉ2 （ｔ）ｄｔ］1/2 次に主回路電流と鉄心内磁束は比例することから ｉRMS ∝［（１／Ｔ）×∫T OＢ2 （ｔ）ｄｔ］1/2 の関係が成立し、両辺を２乗して ∴ｉ2 RMS∝（１／Ｔ）×∫T OＢ2（ｔ）ｄｔ が成立する。以上のことから、レベル判別回路３１の検
出レベル設定値を検出したい入力信号のレベルの２乗の
値で設定することで真の実効値のレベル判別が可能とな
る。特に入力信号（本例では主回路電流ｉ）に対し、あ
る一定のレベル（実効値としての）に達しているか否か
のレベル判別には非常に有効である。また、本実施例で
はレベル判別回路３１、出力回路３２を設け、基本的な
レベル検出を行う例を示したが、対数指針計などを用い
ることで、本願の平均値出力の平方根表示することは可
能であり、連続的なレベル検出することも可能である。
て、従来例と同様に主回路導体１に電流ｉが流れ、ギャ
ップは鉄心２に磁束が流れて、ギャップ中に磁束密度Ｂ
を供給している場合を考える。図３において、第１のホ
ール素子に抵抗Ｒ１、Ｒ２により制御電流Ｉc1が流れて
いると、磁束密度Ｂ中に置かれたホール素子のホール出
力電圧ｖh1は次式で与えられる。 ｖh1＝ｋh1×Ｉc1×Ｂ オペアンプ１４のゲインをＡ1 とするとオペアンプ１４
の出力ｖ1 は次式となる。 ｖ1 ＝Ａ1 ×ｖh1 次に、この出力電圧は第２のホール素子の制御電流ＩC2
を供給する。ここでＩC2＝ｋc ×ｖ1 とする（定電圧駆
動とみなす。）。第２のホール素子も同一磁束内に置か
れているから、第２のホール素子のホール出力電圧ｖh2
は次式で与えられる。 ｖh2＝ｋh2×Ｉc2×Ｂ ＝ｋh2×ｋc ×ｖ1 ×Ｂ ＝（ｋh1×ｋh2×ｋc ×Ｉc1）×Ｂ2 よってｖh2は磁束密度Ｂの２乗に比例した信号として出
力される。このｖh2の出力をオペアンプ１５と抵抗Ｒ
６、Ｒ７、Ｒ８により所定の電圧レベルまで差動増幅し
ｖ2 と成し、これをＲ９及びＣによる積分回路３４へ入
力し、積分する。以下、積分出力が所定のレベルになっ
たことを検出するレベル判別回路３１に入力され、所定
レベルになると出力回路３２へ信号出力し、出力端子３
３を介して、その旨を出力する様構成されている。ここ
で、主回路電流の実効値ｉRMS は次式で与えられる。 ｉRMS ＝［（１／Ｔ）×∫T Oｉ2 （ｔ）ｄｔ］1/2 次に主回路電流と鉄心内磁束は比例することから ｉRMS ∝［（１／Ｔ）×∫T OＢ2 （ｔ）ｄｔ］1/2 の関係が成立し、両辺を２乗して ∴ｉ2 RMS∝（１／Ｔ）×∫T OＢ2（ｔ）ｄｔ が成立する。以上のことから、レベル判別回路３１の検
出レベル設定値を検出したい入力信号のレベルの２乗の
値で設定することで真の実効値のレベル判別が可能とな
る。特に入力信号（本例では主回路電流ｉ）に対し、あ
る一定のレベル（実効値としての）に達しているか否か
のレベル判別には非常に有効である。また、本実施例で
はレベル判別回路３１、出力回路３２を設け、基本的な
レベル検出を行う例を示したが、対数指針計などを用い
ることで、本願の平均値出力の平方根表示することは可
能であり、連続的なレベル検出することも可能である。
【００１０】実施例２．なお、上記実施例１では２つの
ホーム素子を同一磁内に並べて（並列に）設けた例を図
１、２に示したが図４に示す通り、磁束に対し直列に配
置することも可能であり、この場合は均一磁界を作る上
で、鉄心の断面積が小さくてすむ為、より小形の検出装
置が実現出来る。図５はその時のホール素子の配置の例
を示すもので、ホール素子の面実装（ＳＭＴ）部品を用
いることで、プリント基板１３の両面から同一箇所に配
置することは容易に出来ることは明白であり、精度の高
い小形の検出装置が実現出来る。
ホーム素子を同一磁内に並べて（並列に）設けた例を図
１、２に示したが図４に示す通り、磁束に対し直列に配
置することも可能であり、この場合は均一磁界を作る上
で、鉄心の断面積が小さくてすむ為、より小形の検出装
置が実現出来る。図５はその時のホール素子の配置の例
を示すもので、ホール素子の面実装（ＳＭＴ）部品を用
いることで、プリント基板１３の両面から同一箇所に配
置することは容易に出来ることは明白であり、精度の高
い小形の検出装置が実現出来る。
【００１１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、空隙
を有する鉄心と、この鉄心の内部に設けられ、電流が流
れる主回路導体と、前記空隙に設けられ第１及び第２の
ホール素子と、この第１のホール素子のホール出力電圧
に比例した制御電流を前記第２のホール素子に供給する
手段と、前記第２のホール素子のホール出力電圧の平均
値信号のレベルを検出する手段とを備えた構成にしたの
で、二つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例した出
力を得て平均値をとり、そのレベルを検出するので、従
来の高価な実効値検出回路が不要となり、安価で小形３
かつ高精度な実効値レベル検出装置が得られる。
を有する鉄心と、この鉄心の内部に設けられ、電流が流
れる主回路導体と、前記空隙に設けられ第１及び第２の
ホール素子と、この第１のホール素子のホール出力電圧
に比例した制御電流を前記第２のホール素子に供給する
手段と、前記第２のホール素子のホール出力電圧の平均
値信号のレベルを検出する手段とを備えた構成にしたの
で、二つのホール素子を用いて磁束の自乗に比例した出
力を得て平均値をとり、そのレベルを検出するので、従
来の高価な実効値検出回路が不要となり、安価で小形３
かつ高精度な実効値レベル検出装置が得られる。
【図１】この発明の一実施例による実効値レベル検出装
置のホール素子配置構造斜視図である。
置のホール素子配置構造斜視図である。
【図２】この発明の一実施例による実効値レベル検出装
置のホール素子配置構造断面図である。
置のホール素子配置構造断面図である。
【図３】この発明の一実施例による実効値レベル検出装
置の信号処理回路ブロック図である。
置の信号処理回路ブロック図である。
【図４】この発明の他の実施例による実効値レベル検出
装置のホール素子配置構造断面図である。
装置のホール素子配置構造断面図である。
【図５】この発明の他の実施例による実効値レベル検出
装置のホール素子配置の具体的実施例図である。
装置のホール素子配置の具体的実施例図である。
【図６】従来の実効値レベル検出装置のホール素子配置
構造斜視図である。
構造斜視図である。
【図７】従来の実効値レベル検出装置のホール素子配置
構造断面図である。
構造断面図である。
【図８】従来の実効値レベル検出装置の信号処理回路ブ
ロック図である。
ロック図である。
１ 出力回路導体 ２ ギャップ（空隙）付鉄心 １１、１２ ホール素子 １４、１５ オペアンプ ３１ レベル判別回路 ３２ 出力回路 ３４ 平均値回路
Claims (1)
- 【請求項１】 空隙を有する鉄心と、この鉄心の内部に
設けられ、電流が流れる主回路導体と、前記空隙に設け
られた第１及び第２のホール素子と、この第１のホール
素子のホール出力電圧に比例した制御電流を前記第２の
ホール素子に供給する手段と、前記第２のホール素子の
ホール出力電圧の平均値信号のレベルを検出する手段と
を備えたことを特徴とする実効値レベル検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213352A JPH0552872A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 実効値レベル検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213352A JPH0552872A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 実効値レベル検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552872A true JPH0552872A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16637745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3213352A Pending JPH0552872A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | 実効値レベル検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552872A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000043795A1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-07-27 | Tdk Corporation | Current sensor |
| JP2007155400A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Tokai Rika Co Ltd | 電流センサ、及び、それを有する電流値算出システム |
| JP2010520448A (ja) * | 2007-03-02 | 2010-06-10 | リエゾン、エレクトロニク−メカニク、エルウエム、ソシエテ、アノニム | 高帯域オープンループ電流センサー |
| JP2010164594A (ja) * | 2003-02-21 | 2010-07-29 | Fisher Controls Internatl Llc | 集積化ホール効果スイッチを備える磁気式位置センサ |
| JP2022519060A (ja) * | 2019-01-30 | 2022-03-18 | レム・インターナショナル・エスエイ | 磁界検出器モジュールを備えた電流変換器 |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP3213352A patent/JPH0552872A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000043795A1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-07-27 | Tdk Corporation | Current sensor |
| EP1067391A4 (en) * | 1999-01-21 | 2003-06-25 | Tdk Corp | CURRENT SENSOR |
| JP2010164594A (ja) * | 2003-02-21 | 2010-07-29 | Fisher Controls Internatl Llc | 集積化ホール効果スイッチを備える磁気式位置センサ |
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| JP2010520448A (ja) * | 2007-03-02 | 2010-06-10 | リエゾン、エレクトロニク−メカニク、エルウエム、ソシエテ、アノニム | 高帯域オープンループ電流センサー |
| JP2022519060A (ja) * | 2019-01-30 | 2022-03-18 | レム・インターナショナル・エスエイ | 磁界検出器モジュールを備えた電流変換器 |
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