JP2001141757A - ホール素子を用いたセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用するホール素子が変わっても、先のホー
ル素子の特性を温度補正するために用いたサーミスタを
変更する必要がないホールアンプ式電流センサ装置を得
る。 【解決手段】 ホール素子２１に制御電圧、電流を供給
するホール素子電圧電流供給部２５と、ホール素子２１
の両端の出力信号の差動増幅する差動増幅部２６と、こ
の差動増幅部２６からの出力Ｖｏをインピーダンス変換
した電流ＩをサーミスタＴＨで補正するＶーＩ変換回路
部２７とを備えて、出力電圧Ｖｏを補正しないで後段の
ＶーＩ変換回路部２７で出力電圧Ｖｏに対応する電流Ｉ
を温度変化に応じて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホール素子を用いた
センサ装置に関し、特に温度変動によるホール素子等の
バラツキ誤差を一個のサーミスタで補正するホール素子
を用いたセンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホール素子を用いたホールアンプ式の電
流センサでは、ホール素子の温度特性が問題になる。

【０００３】例えば、温度補償回路を持たないＧａＡｓ
ホール素子を用いたホールアンプ式電流センサの入力ー
出力特性は、図５に示すようには、温度が低いと入力電
流が大きくなるにつれて、出力が上がり、逆に温度が高
いと入力電流が大きくなるにつれて出力が低下する。す
なわち、温度変化によって出力に誤差が生じる。

【０００４】このようなことからホールアンプ式の電流
センサには温度補償回路が用いられるのが一般的であ
る。以下に温度補償回路を用いたホールアンプ式の電流
センサの一例を説明する。

【０００５】図６は特開平６ー７４９７５号公報の電流
センサの温度補償回路図である。この温度補償回路１
は、ホール素子２が検出した検出信号を入力し、サーミ
スタ３ａで検出した所定の温度においてこの検出信号の
電圧の傾斜を適正な傾斜に調整する感度調整回路３と、
ホール素子２の特性を補正するためのオフセット調整部
４と、同じ抵抗値６ａ、６ｂを有し、かつ異なる温度係
数を有する二本の抵抗器６ａ、６ｂを電源とグランド間
に直列に接続し、二本の抵抗器６ａ、６ｂの接続点と演
算増幅器５の一方を接続してなる温度傾斜設定部４とを
備えることによって、周囲の温度変化により生じるホー
ル素子の温度係数の変化とオフセット変化を調整してい
る。

【０００６】また、図７に示す特開昭６３ー６１９６１
号公報の電流検出器は、駆動回路１０によってホール素
子１１に予め制御電流を供給し、電線に被検出電流が流
れると、その被検出電流に応じた磁界がコアに発生し、
この磁界に比例した出力信号を抵抗Ｒ１、Ｒ３を介して
差動増幅器１２が入力する。

【０００７】この差動増幅器１２は、サーミスタＴＨと
抵抗Ｒ５とを並列接続してなる温度補償回路１３をフィ
ードバック抵抗部としており、これにより、温度による
感度変化の調整を行っている。

【０００８】このようなホールアンプ式電流センサ装置
は、ホール素子及び回路系のバラツキによって、例え
ば、図８に示すように、ホール素子（１）、ホール素子
（２）、ホール素子（３）の出力電流ー入力電流特性を
図示すると、それぞれバラツキがあることが分かる。

【０００９】また、図９に示すように、ホール電圧ＶＨ
とホール素子の磁束密度Ｂには比例関係が成立する。

【００１０】例えば図６のホールアンプ式センサを例に
すると、出力電圧Ｖｏは、以下の数１のように示され
る。

【００１１】

【数１】 すなわち、この数１に示すように、出力電圧Ｖｏを温度
変化があっても、その温度変化に追従した傾きにするた
めに、抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、サーミスタＴＨを使用す
るホール素子の特性に合わせて変更していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の特開平６ー７４９７５号公報及び特開昭６
３ー６１９６１号公報のものは、使用するホール素子の
特性を調べ、その特性に応じたサーミスタを選択しなけ
ればならないので、手間と費用がかかるという課題があ
った。

【００１３】特開平６ー７４９７５号公報のものはオフ
セット調整部、感度調整部にサーミスタをそれぞれ備え
なければならないので、手間が倍かかる。

【００１４】また、何らかの理由によってホール素子を
変更する場合もある。このような場合は、再度、このホ
ール素子の特性を調べて、このホール素子の特性にあっ
たサーミスタを選択しなければならないので、再度の手
間がかかるという課題があった。

【００１５】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、使用するホール素子が変わっても、先のホ
ール素子の特性を温度補正するために用いたサーミスタ
を変更する必要がないホールアンプ式電流センサ装置を
得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホール素子の
両端出力を、感温抵抗器を用いないで差動増幅した出力
電圧を得る差動増幅部と、差動増幅部の後段に設けら
れ、差動増幅部からの出力電圧を電流に変換すると共
に、この電流を感温抵抗器によって補正する電圧ー電流
変換回路部とを備えたことを要旨とする。

【００１７】また、電圧ー電流変換回路部は、トランジ
スタと、このトランジスタのエミッタに抵抗を介して直
列接続されたサーミスタと、差動増幅部からの出力電圧
をプラス入力端に入力し、マイナス入力端をトランジス
タのエミッタに接続したアンプとからなることを要旨と
する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本実施の形態のホールアン
プ式電流センサ装置の概略構成図である。図２は本実施
の形態のホールアンプ式電流センサ装置２０をホール素
子２１と磁気コア２２にからなる非接触センサ２３に接
続した構成図である。

【００１９】このホールアンプ式電流センサ装置２０
は、図１及び図２に示すように、ホール素子２１に制御
電圧、電流を供給するホール素子電圧電流供給部２５
と、ホール素子２１の両端の出力信号の差動増幅する差
動増幅部２６と、この差動増幅部２６からの出力Ｖｏを
インピーダンス変換した電流ＩをサーミスタＴＨで補正
するＶーＩ変換回路部２７とを備えている。すなわち、
出力電圧Ｖｏを補正しないで出力電圧Ｖｏに対応する電
流Ｉを温度変化に応じて補正している。

【００２０】（各部の構成）ホール素子電圧電流供給部
２５は、電界コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、トランジスタ
ＴＲ１、ツェナーダイオードＤ１、コンデンサＣ２等で
構成された基準電圧発生回路３０を備えている。この基
準電圧発生回路３０は、入力電源を電界コンデンサＣ１
で平滑し、ツェナーダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、トラン
ジスタＴＲ１で所定電圧にしたホール素子制御電圧をホ
ール素子２１に加えている。

【００２１】また、ホール素子電圧電流供給部２５は、
定電流回路３１を備えている。この定電流回路３１は、
抵抗Ｒ２、Ｒ３、アンプＡＭＰ１、抵抗Ｒ４、トランジ
スタＴＲ２、抵抗Ｒ５等からなる。

【００２２】抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とは直列接続され、こ
の分圧点がアンプＡＭＰ１のプラス入力端に入力する。
アンプＡＭＰ１の出力は抵抗Ｒ４を介してトランジスタ
ＴＲ２のベースに接続されている。このトランジスタＴ
Ｒ２は、コレクタをホール素子２１に接続し、エミッタ
を抵抗Ｒ５を介してアースに接続している。

【００２３】差動増幅部２６は、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、
抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１と、アン
プＡＭＰ２とから構成されている。抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９
とは直列接続され、この分圧点がアンプＡＭＰ２の基準
電源となって抵抗Ｒ１０を介して入力する。

【００２４】この差動増幅部２６は、ホール素子２１か
らのホール素子電圧ＶＨを抵抗Ｒ６、Ｒ７を介して入力
し、この差信号がフィードバック抵抗Ｒ１１に基づいて
増幅された出力電圧Ｖｏを得る。

【００２５】ＶーＩ変換回路部２７は、差動増幅部２６
からの出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ１２を介してアンプＡＭＰ
３のプラス入力端に入力する。そして、このアンプＡＭ
Ｐ３は出力を抵抗Ｒ１３を介してトランジスタＴＲ３の
ベースに接続している。

【００２６】このトランジスタＴＲ３のエミッタは抵抗
Ｒ１４、Ｒ１５サーミスタＴＨ、Ｒ１６とからなる直並
列回路に接続されている。

【００２７】（動作説明）上記のように構成されたホー
ルアンプ式電流センサ装置２０は、非接触センサ２３が
電力供給線にバッテリからの電流が流れると、この電流
量に応じた磁束をコア２２に流し、このコア２２の間隙
に設けられているホール素子２１がコア２２に発生した
磁束に比例したホール素子電圧ＶＨを差動増幅部２６に
送出する。

【００２８】差動増幅部２６は、このホール素子電圧Ｖ
Ｈを、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９、抵抗
Ｒ１０、抵抗Ｒ１１と、アンプＡＭＰ２で差動増幅して
抵抗Ｒ１２を介してＶーＩ変換回路部２７に送出する。

【００２９】すなわち、差動増幅部２６における出力電
圧Ｖｏは以下の数２に示すようにして得られることにな
る。

【００３０】

【数２】 この数２に示すように、出力電圧Ｖｏは、抵抗Ｒ１１、
Ｒ６、ホール素子電圧ＶＨのみで示されることになるか
らホール素子にバラツキがあっても、抵抗ｒ１０、抵抗
Ｒ１１を調整するこで補正できる。

【００３１】しかし、サーミスタを備えて温度による補
正を行っていないので、図３の（ａ）に示すように、出
力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの特性は、温度によって変化
することになる。

【００３２】しかしがら、この差動増幅部２６の出力電
圧Ｖｏは、サーミスタＴＨを備えるＶーＩ変換回路部２
７に入力し、インピーダンス変換される。すなわち、出
力電圧Ｖｏに対応した電流ＩがトランジスタＴＲ３を流
れる。

【００３３】このトランジスタＴＲ３には、抵抗Ｒ１
４、Ｒ１５を介してサーミスタＴＨが接続されている。

【００３４】すなわち、温度に変化が生じても、このサ
ーミスタＴＨが温度変化に応じて抵抗が変化するので、
図３の（ｂ）に示すように出力特性にバラツキがない出
力を得る。この図３の（ｂ）は２０℃を基準としてい
る。

【００３５】つまり、差動増幅部２６の後段において、
温度が低い場合はホール電圧ＶＨに対応する電流Ｉが減
少させられ、逆に温度が高いときには、電流Ｉが増加さ
せられることになる。

【００３６】従って、オフセット調整、利得調整等は前
段で行い、温度補正のみを後段で行うので、例えホール
素子が変更されたとしても、前段のオフセット調整、利
得調整を抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ６で行えばよいので、
サーミスタＴＨはそのまま使用できることになる。

【００３７】なお、上記実施の形態では電流検出型のホ
ールアンプ式電流センサ装置として説明したが図４に示
すように、電圧検出型のホールアンプ式電圧センサ装置
としてもよい。

【００３８】この図４においては、バッテリに対して抵
抗Ｒａ、Ｒｂからなる直列回路を並列接続し、この分圧
点の電圧をボルテージフォロワで構成されたＶーＩ変換
回路４０が入力し、この出力をコア２２に巻き付け、ホ
ール素子２１の出力を差動増幅部２６を介してサーミス
タを備えたＶーＩ変換回路部２７が入力する。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ホール素
子の両端出力を、差動増幅した後に、感温抵抗器を備え
た電圧ー電流変換回路部がこの差動増幅された電圧を電
流に変換すると共に、温度に応じてその電流を変化させ
る。

【００４０】このため、使用するホール素子が変わって
も、抵抗値だけの変更で済むので、先のホール素子の特
性を温度補正するために用いたサーミスタを変更する必
要がないという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のホールアンプ式電流セン
サ装置の概略構成図である。

【図２】本実施の形態のホールアンプ式電流センサ装置
２０をホール素子２１と磁気コア２２にからなる非接触
センサ２３に接続した構成図である。

【図３】本実施の形態のＩーＶ変換回路部を用いたこと
による作用効果を説明する説明図である。

【図４】他の実施の形態の概略構成図である。

【図５】温度補償回路を持たないホールアンプ式電流セ
ンサ装置の出力特性である。

【図６】従来のホールアンプセンサ装置の概略構成図で
ある。

【図７】従来のホールアンプセンサ装置の概略構成図で
ある。

【図８】ホール素子の制御電流によるバラツキを説明す
る説明図である。

【図９】ホール電圧と磁束密度との関係を説明する説明
図である。

【符号の説明】

２０ ホールアンプ式電流センサ装置 ２１ ホール素子 ２２ 磁気コア ２３ 非接触センサ ２５ ホール素子電圧電流供給部 ２６ 差動増幅部 ２７ ＶーＩ変換回路部 ＴＨ サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AA07 AB05 AC04 AC07 AD53 BA05 BA10 2G025 AA08 AA17 AB02 2G035 AA03 AA28 AB01 AC01 AD01 AD02 AD05 AD10 AD11 AD13 AD20 AD54 AD56 AD66

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホール素子の両端出力を、感温抵抗器を
   用いないで差動増幅した出力電圧を得る差動増幅部と、 前記差動増幅部の後段に設けられ、前記差動増幅部から
   の出力電圧を電流に変換すると共に、この電流を感温抵
   抗器によって補正する電圧ー電流変換回路部とを備えた
   ホール素子を用いたセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記電圧ー電流変換回路部は、 トランジスタと、 このトランジスタのエミッタに抵抗を介して直列接続さ
   れたサーミスタと、 前記差動増幅部からの出力電圧をプラス入力端に入力
   し、マイナス入力端を前記トランジスタのエミッタに接
   続したアンプとからなることを特徴とする請求項１記載
   のホール素子を用いたセンサ装置。