(57)【要約】【課題】電流センサを構成するホール素子の温度依存性および直流アンプの温度ドリフトによるオフセット電圧発生を一挙に解消し、しかも設計、実装を簡単にする。【解決手段】電流センサ１は、一次側導体２の直流大電流をホール素子で計測し、このホール素子の出力電圧を直流アンプで増幅して電流計測信号を得る。信号処理回路３は、電流センサの出力をＡ／Ｄ変換器３Ａでディジタル値に変換した電流計測信号を得る。  模擬電流センサ４は、電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、該電流センサと周囲温度をほぼ同一にする配置とし、かつ一次側導体とは電磁的に非結合にし、信号処理回路の減算器３Ｄは、電流センサに得る電流計測信号から模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧をキャンセルした電流計測信号を得る。【選択図】図１
2007078374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側導体の直流大電流に応じた出力電圧をホール素子に得、このホール素子の出力電圧を直流アンプで増幅して電流計測信号を得る電流センサと、この電流センサの出力をディジタル値に変換した電流計測信号を得る信号処理回路とを備えた直流電流計測装置において、
前記電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、該電流センサと周囲温度をほぼ同一にする配置とし、かつ前記一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサと、
前記信号処理回路は、前記電流センサに得る電流計測信号から前記模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧をキャンセルした電流計測信号を得る減算器を備えたことを特徴とする直流電流計測装置。
【請求項２】
電流センサは、一次側導体の直流大電流に応じた出力電圧をホール素子に得、このホール素子の出力電圧を直流アンプで増幅して電流計測信号を得、信号処理回路は、前記電流センサの出力をディジタル値に変換した電流計測信号を得る直流電流計測方法において、
前記電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、該電流センサと周囲温度をほぼ同一にする配置とし、かつ前記一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサを設け、
前記信号処理回路は、前記電流センサに得る電流計測信号から前記模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧をキャンセルした電流計測信号を得ることを特徴とする直流電流計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流大電流を計測するための直流電流計測装置および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流大電流を計測する場合、大電流を直接計測端末に取り込む事はできないため、一般的には分流器とトランスデューサを用いて０〜５Ｖ，４〜２０ｍＡ等の微少電圧、電流に変換したものを計測情報として監視装置等に取り込む構成としている。しかし、分流器やトランスデューサは占有スペースが大きいことや、大電流を流した際に分流器で生じる熱の対策を考慮する必要があり、分流器とトランスデューサの組み合わせで計測端末を製作しようとすると、小型軽量の計測器を製作する事が困難になる。
【０００３】
そこで、分流器やトランスデューサの代わりにホール素子を使用した電流センサを適用する事で、直流電流計測器の小型化を実現するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ホール素子を使用した電流センサは、図２に示す外観図で、図３に示すような計測装置としている。電流センサ１の中央部に設けた開口部１Ａには、その内部にドーナツ形状でエアギャップ（空隙）をもつコアと、このエアギャップ部分に配置したホール素子を設け、さらにホール素子の出力電圧を増幅する直流アンプ（ＡＭＰ、ＩＣ化したアナログ増幅器）を設ける。この電流センサ１の開口部に一次側導体２を通し、ホール素子には外部電源から一定電流を流しておくことで、電流センサ１の二次側出力（直流アンプの出力）に一次側導体２の電流値に比例した測定電圧（または測定電流）を得る。
【０００５】
一次側導体２から計測端末（信号処理回路）までの計測装置の構成は、図３に示すように、電流センサ１の二次側出力値を計測用信号処理回路３内のＡ／Ｄ変換器３Ａでディジタル値に変換し、このデータを直流電圧計測部３Ｂに取り込む。
【特許文献１】特開平１−１０５１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ホール素子を使用した電流センサは、分流器やトランスデューサに比べて小型・軽量であるが、温度変化に弱いという問題がある。
【０００７】
図４は、３つの電流センサについてのオフセット電圧−温度特性例を示し、周囲温度の変化によってセンサの二次側にオフセットによる直流出力が現れてしまい、図３に示すような計測装置の構成では周囲温度の変化による誤差分が含まれてしまい、安定した計測ができない。
【０００８】
上記のオフセット電圧の発生は、ホール素子がもつ温度依存性が１つの要因となる。この温度依存性は、ホール素子の基本的な特性に起因するもので、直接的には解消できない。そこで、ホール素子がもつ温度によるセンサの出力変動を補償する方法として、前記の特許文献１では、ホール素子に一定電流を流すための駆動回路に、温度センサおよびインピーダンス変換回路を含む温度補償回路を設けることを提案している。この補償方法では、温度検出値を基にホール素子の駆動電圧を調整するなど、ホール素子別の補償回路自体の設計、追加を必要とし、また実装時には回路素子の選定および回路定数調整を必要とし、多くの手間と時間を必要とする。
【０００９】
上記のオフセット電圧発生の他の要因には、直流アンプがもつ温度ドリフトがある。この温度ドリフトを解消するには、直流アンプのバイアス回路などに、感温素子と可変抵抗回路などを外付けまたはＩＣアンプ内に一部を形成しておくことが考えられるが、回路構成が複雑、高価になる。
【００１０】
本発明の目的は、ホール素子の温度依存性および直流アンプの温度ドリフトによるオフセット電圧発生を一挙に解消し、しかも設計、実装を簡単にした直流電流計測装置および計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記の課題を解消するため、一次側回路をもつ電流センサの他に、この電流センサと同じ回路構成及び構造で一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサを設け、一次側回路をもつ電流センサから得られた計測値と模擬電流センサの出力との差分をとることで、オフセット電圧分（計測誤差）をキャンセルした電流計測信号を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）一次側導体の直流大電流に応じた出力電圧をホール素子に得、このホール素子の出力電圧を直流アンプで増幅して電流計測信号を得る電流センサと、この電流センサの出力をディジタル値に変換した電流計測信号を得る信号処理回路とを備えた直流電流計測装置において、
前記電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、該電流センサと周囲温度をほぼ同一にする配置とし、かつ前記一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサと、
前記信号処理回路は、前記電流センサに得る電流計測信号から前記模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧をキャンセルした電流計測信号を得る減算器を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）電流センサは、一次側導体の直流大電流に応じた出力電圧をホール素子に得、このホール素子の出力電圧を直流アンプで増幅して電流計測信号を得、信号処理回路は、前記電流センサの出力をディジタル値に変換した電流計測信号を得る直流電流計測方法において、
前記電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、該電流センサと周囲温度をほぼ同一にする配置とし、かつ前記一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサを設け、
前記信号処理回路は、前記電流センサに得る電流計測信号から前記模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧をキャンセルした電流計測信号を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のとおり、本発明によれば、一次側回路をもつ電流センサの他に、この電流センサと同じ回路構成及び構造で一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサを設け、一次側回路をもつ電流センサから得られた計測値と模擬電流センサの出力との差分をとることで、オフセット電圧分（計測誤差）をキャンセルした電流計測信号を得るようにしたため、ホール素子の温度依存性および直流アンプの温度ドリフトによるオフセット電圧発生を一挙に解消し、周囲温度の影響を受けることなく、常に安定した直流電流の計測を行うことができる。
【００１５】
しかも、模擬電流センサと減算手段を設けることで済み、電流センサおよび模擬電流センサは従来の駆動回路やバイアス回路を不要または簡略化した構成で済み、その設計、実装が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態を示す直流電流計測装置の構成図であり、図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００１７】
図１において、模擬電流センサ４は、電流センサ１と同じ回路構成及び構造にしたもので、その開口部（図２の１Ａ）に一時側導体２を貫通させない配置（つまり一次側導体とは電磁的に非結合にした実装）とする。
【００１８】
信号処理回路３は、模擬電流センサ４の出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３Ｃと、Ａ／Ｄ変換器３Ａの出力Ａ１からＡ／Ｄ変換器３Ｃの出力Ａ２を減算する減算器３Ｄとを追加した構成とする。
【００１９】
このように、本実施形態は、一次側導体とは電磁的に非結合にした模擬電流センサ４を電流センサ１とは別に設け、実際に一次側電流を取り込んでいる電流センサ１から得られた計測値との差分をとって直流電流計測値とする。
【００２０】
ここで、電流センサ１と模擬電流センサ４は、互いに近接させて設置、または１つのケース内に一体的に収納した設置とすれば、それらの周囲温度はほぼ同一にすることができる。したがって、電流センサ１と模擬電流センサ４のオフセット電圧は常にほぼ同一値となるため、減算器３Ｄで両センサの出力の差分をとることで周囲温度の変化による計測誤差をキャンセルすることができる。
【００２１】
これに伴い、電流センサ１と模擬電流センサ４は、オフセット電圧を補償するための従来の駆動回路やバイアス調節回路を不要または簡略化した構成で済む。
【００２２】
なお、模擬電流センサ４は、例えば、電流センサ１の製造に際して、その予備部品として用意されるものを利用することで、両センサ１，４の温度および電気的な性能、特にオフセット電圧の温度特性に同等のものを確保することができる。
【００２３】
また、信号処理回路３は、適宜設計変更して同等の作用効果を得ることができる。例えば、Ａ／Ｄ変換器３Ａは、電流センサ１と４の出力をマルチプレクサで切り替えて入力し、これら入力を直流電流計測部３Ｂ側で一時保持してその差分演算を行う構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を示す電流計測装置の構成図。
【図２】電流センサの外観図。
【図３】直流電流計測装置の構成図（従来）。
【図４】電流センサのオフセット電圧−温度特性例。
【符号の説明】
【００２５】
１  電流センサ
２  一次側導体
３  信号処理回路
４  模擬電流センサ
３Ａ、３Ｃ  Ａ／Ｄ変換器
３Ｂ  直流電流計測部
３Ｄ  減算器
【図１】
2007078374.tif 000003
【図２】
2007078374.tif 000004
【図３】
2007078374.tif 000005
【図４】
2007078374.tif 000006