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JPH0211109B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0211109B2
JPH0211109B2 JP59030002A JP3000284A JPH0211109B2 JP H0211109 B2 JPH0211109 B2 JP H0211109B2 JP 59030002 A JP59030002 A JP 59030002A JP 3000284 A JP3000284 A JP 3000284A JP H0211109 B2 JPH0211109 B2 JP H0211109B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
winding
magnetic core
operational amplifier
voltage
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59030002A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60173475A (en
Inventor
Shinjiro Takeuchi
Kosuke Harada
Kimisuke Shirae
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mishima Kosan Co Ltd
Original Assignee
Mishima Kosan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mishima Kosan Co Ltd filed Critical Mishima Kosan Co Ltd
Priority to JP59030002A priority Critical patent/JPS60173475A/en
Publication of JPS60173475A publication Critical patent/JPS60173475A/en
Publication of JPH0211109B2 publication Critical patent/JPH0211109B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速磁率の磁心とオペアンプによつ
て自励回路を構成し、この回路の自励動作によつ
て電流を検出する電流センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a current sensor that constitutes a self-exciting circuit using a magnetic core with high magnetic flux and an operational amplifier, and detects current through the self-exciting operation of this circuit.

従来技術の電流測定方法の代表とされる環状磁
心を用いた磁気変調器は、「計測用磁気増幅器」
(電気学会磁気増幅器専門委員会編・昭和43年12
月1日電気書院発行)76頁の「変調器の励振方
法」において記述されているように、交流励磁電
源を別回路とする他励式であつた。このため、基
本構成では、前掲書94頁の「各方式の具体的付属
回路例」にみられるように、環状磁心を用いた磁
気感応部(前掲書では変調器MM)、磁心を数K
Hzから数10KHzの励磁周波数で励磁する交流励
磁電源を内蔵する駆動回路部、磁心の倍周波
(2)成分を増巾し、位相検波する同期整流部、
励磁周波数より2成分の参照信号を作りだし、
同期整流部に入力するための逓倍回路部が必ず必
要でありさらに電流の強さを表示する表示回路部
などから成り立つため、回路構成が複雑で部品点
数が多く、全体装置の形状の小型化及び各回路部
の一部の削除は基本的に困難な問題であつた。そ
のため特に、限られた局小部空間に電流センサを
設置することは困難であつた。
A magnetic modulator using a circular magnetic core, which is representative of the conventional current measurement method, is called a "magnetic amplifier for measurement".
(edited by the Magnetic Amplifier Specialist Committee of the Institute of Electrical Engineers of Japan, December 1962)
As described in ``Modulator excitation method'' on page 76 (published by Denkishoin on January 1st), it was a separately excited type in which the AC excitation power source was a separate circuit. Therefore, in the basic configuration, as shown in "Specific examples of attached circuits for each system" on page 94 of the above-mentioned book, the magnetic sensing section (modulator MM in the above-mentioned book) using a ring-shaped magnetic core, and the magnetic core of several K
A drive circuit section with a built-in AC excitation power supply that excites at excitation frequencies from Hz to several tens of KHz, a synchronous rectifier section that amplifies the frequency double (2) component of the magnetic core and performs phase detection,
Create a two-component reference signal from the excitation frequency,
A multiplier circuit for input to the synchronous rectifier is always required, and it also includes a display circuit to display the strength of the current, so the circuit configuration is complex and has a large number of parts, making it necessary to reduce the size of the overall device. Deleting part of each circuit section was fundamentally a difficult problem. Therefore, it has been particularly difficult to install the current sensor in a limited local space.

本発明は、従来の欠点を解消し、非常に簡単な
回路方式により部品点数を大幅に削減し、限られ
た局小部空間においても使用を可能にした自励発
振形電流センサを提供する。
The present invention provides a self-oscillation type current sensor that eliminates the drawbacks of the prior art, greatly reduces the number of parts using a very simple circuit system, and can be used even in a limited local space.

すなわち本発明は、環状方向に磁路を生じさせ
る単孔磁心と、該磁心を励磁するためのオペアン
プと、該磁心に巻装される励磁用の第1巻線およ
びオペアンプ入力用の第2巻線と、該磁心の孔部
に被測定電流が貫通するように配置した第3巻線
とからなり、前記第1巻線をオペアンプの出力端
子側回路に、また第2巻線をオペアンプの入力端
子側回路の反転端子および非反転端子側にそれぞ
れ接続し、該オペアンプにおいて被測定電流値に
よつて定まる値を起点とする正の励磁時間と負の
励磁時間をオペアンプの正負両極性を有する飽和
直流電圧の正の半サイクル励磁時間と負の半サイ
クル励磁時間にそれぞれ変換し、この飽和直流電
圧を第1巻線に帰還して単孔磁心を自励状態とす
ることにより正負励磁時間の期間長比から被測定
電流値を測定するように構成し、また第2巻線の
端子間にコンデンサを並列接続した自励発振形電
流センサである。まず、第1の特徴は、駆動回路
部から磁気感応部へ送る電流は直流伝送とし、磁
心とオペアンプそれ自体で自励回路を構成し、ま
た、電流感応部からの出力信号は入力電流によつ
て発生する印加磁界によつて正負半サイクル期間
の比率が可変する方形波交流信号とし、これを積
分して得られる直流信号を電流検出の対象信号と
することによつて電流感応部と駆動回路部を数
10m〜数100m離しても電流検出信号を取り出せ
るDC−DC伝送方式を実現した点である。
That is, the present invention includes a single-hole magnetic core that generates a magnetic path in an annular direction, an operational amplifier for exciting the magnetic core, a first winding for excitation wound around the magnetic core, and a second winding for inputting the operational amplifier. and a third winding arranged so that the current to be measured passes through the hole in the magnetic core, the first winding being connected to the output terminal side circuit of the operational amplifier, and the second winding being connected to the input circuit of the operational amplifier. Connected to the inverting terminal and non-inverting terminal side of the terminal side circuit, respectively, the positive excitation time and negative excitation time starting from the value determined by the current value to be measured in the operational amplifier are used to saturate the operational amplifier, which has both positive and negative polarities. By converting the DC voltage into a positive half-cycle excitation time and a negative half-cycle excitation time, and feeding back this saturated DC voltage to the first winding to bring the single-hole magnetic core into a self-excited state, the periods of positive and negative excitation times can be changed. This is a self-oscillation type current sensor configured to measure the current value to be measured from the length ratio, and in which a capacitor is connected in parallel between the terminals of the second winding. First, the first feature is that the current sent from the drive circuit section to the magnetic sensing section is a direct current transmission, the magnetic core and the operational amplifier itself constitute a self-exciting circuit, and the output signal from the current sensing section depends on the input current. A square wave alternating current signal whose ratio of positive and negative half-cycle periods is variable depending on the applied magnetic field generated by the electric field, and a direct current signal obtained by integrating this signal is used as the target signal for current detection. number of parts
The point is that we have realized a DC-DC transmission method that allows current detection signals to be extracted even from a distance of 10 m to several 100 m.

第2の特徴は、電流感応部に使用する磁心とし
てフエライト、アモルフアス材料、パーマロイ等
の高透率材料を使用することにより非常に安定し
た電流感応型自励回路を構成したことである。こ
の結果、高周波交流励磁電源、交流振巾安定化回
路部が不要になり、伝送路途上での交流励磁電流
の減衰防止対策、信号電圧の減衰防止対策が全く
不要になつた。
The second feature is that a highly stable current-sensitive self-exciting circuit is constructed by using a high-permeability material such as ferrite, amorphous material, or permalloy as the magnetic core used in the current-sensing section. As a result, a high-frequency AC excitation power source and an AC amplitude stabilizing circuit are no longer necessary, and measures to prevent AC excitation current from attenuating and signal voltage from attenuating in the transmission path are completely unnecessary.

第3の特徴は、入力電流の流れる方向と強さ
を、位相検波や振巾検波回路を使用せずに、出力
電圧の極性と電圧値に直接変換し、信号処理を電
流感応部自体で処理してしまう機能を持たせたこ
とである。
The third feature is that the input current flow direction and strength are directly converted into the output voltage polarity and voltage value without using phase detection or amplitude detection circuits, and signal processing is performed by the current sensing section itself. This is because it has a function that allows you to do so.

第4の特徴は、2つの正負直流安定化電源によ
つて電流感応部を駆動させるもので、信号処理回
路に使用されるオペアンプ用電源が共用でき、か
つ、コモンアースを可能にしたことである。
The fourth feature is that the current sensing section is driven by two positive and negative DC stabilized power supplies, which allows the power supply for the operational amplifier used in the signal processing circuit to be shared, and also enables common grounding. .

第5の特徴は、電流感応部は、消費電力が非常
に小さいため、リニアICレベルのプリント基板
上で共存可能にした、実用性と汎用性の高い電流
センサ方式であるといえる。すなわち、磁心を励
磁する電流値は10mA以下でオペアンプの出力で
充分であり、外付けパワートランジスタによる励
磁電流増巾回路を付加しなくても動作しうるよう
にした点である。
The fifth feature is that the current sensor has very low power consumption, so it can be said to be a highly practical and versatile current sensor system that can coexist on a linear IC level printed circuit board. In other words, the current value for exciting the magnetic core is 10 mA or less, which is sufficient for the output of the operational amplifier, and operation is possible without the addition of an excitation current amplification circuit using an external power transistor.

以下、図面において詳細に説明する。 A detailed explanation will be given below with reference to the drawings.

第1図a〜cは本発明に使用する単孔磁心の磁
性材料からなる単孔磁心1の材料構成例を示す。
aは打抜き、あるいは焼成、あるいはエツチング
加工された磁心、bはテープ状磁性体を巻いたも
の、cはリボン細線あるいは線材を巻いた磁心の
例を示す。いずれの形状、構成であつても本発明
の目的は達成されるので別にこれを限定しない。
磁心1は、単孔であるが、その形状も限定しな
い。また使用材料も、純鉄、硅素鋼、パーマロ
イ、アモルフアス、フエライト等これを限定しな
い。スパツターなどの製造によつて得られる薄膜
状のものを使用することも勿論可能である。
FIGS. 1a to 1c show examples of the material composition of a single-hole magnetic core 1 made of a magnetic material for the single-hole magnetic core used in the present invention.
A shows an example of a magnetic core that has been punched, fired, or etched, b shows an example of a magnetic core wound with a tape-shaped magnetic material, and c shows an example of a magnetic core wound with a thin ribbon wire or wire rod. Since the object of the present invention can be achieved with any shape or configuration, there is no particular limitation thereon.
Although the magnetic core 1 has a single hole, its shape is not limited either. The materials used are also not limited to pure iron, silicon steel, permalloy, amorphous, ferrite, etc. Of course, it is also possible to use a thin film obtained by manufacturing a sputter or the like.

第2図は、本発明における電流センサの磁心に
巻装される巻線の基本構成を示している。第2図
aは本発明の基本構成で、モールドなどで励磁巻
線、オペアンプ入力用巻線を固定した磁心5は単
孔磁心で、その外側には端子2a,2bの励磁用
の第1巻線2と、オペアンプ入力用の第2巻線3
と、端子4a,4bである被測定電流入力用の第
3巻線4が貫通されている。第3の巻線4の巻線
数は図では1ターンであるが一般には、電磁的に
疎結合の条件を満たす範囲で何ターンでもよい。
コンデンサ6はオペアンプのスイツチングタイミ
ングの調整と磁心より発生する雑音成分を吸収さ
せるとともに、自励発振を安定化させる目的で付
加したもので、端子3a,3bの巻線端子に接続
され共振回路を構成している。第2図b,cは測
定電流Iinの一部を単孔内の入力巻線4に、残り
を単孔外の単一あるいは複数本の分流導体40に
流すようにした入力回路の例を示す。この回路の
特徴は、電流をバイパスさせて、所定の電流の大
きさに分流されたIexだけを測定することにより、
小型の磁心で被測定大電流Iinの測定を可能にす
ることである。すなわち、この磁心を貫通する入
力電流Iexで作る磁界より換算してIinを測定しう
るようにしたものである。このような入力回路構
成では、磁心より第2巻線3に誘導する交流分
は、導体40によつて短絡されるため、入力回路
への電磁誘導分を阻止するという大きな利点があ
る。
FIG. 2 shows the basic configuration of the winding wire wound around the magnetic core of the current sensor according to the present invention. Figure 2a shows the basic configuration of the present invention, in which the magnetic core 5 with the excitation winding and the operational amplifier input winding fixed in a mold or the like is a single-hole magnetic core, and the first winding for excitation of the terminals 2a and 2b is outside the single-hole magnetic core. line 2 and the second winding 3 for the op amp input.
The third winding 4 for inputting the current to be measured, which is the terminals 4a and 4b, is passed through. The number of turns of the third winding 4 is one turn in the figure, but generally any number of turns may be used as long as the condition of electromagnetically loose coupling is satisfied.
Capacitor 6 is added for the purpose of adjusting the switching timing of the operational amplifier and absorbing noise components generated from the magnetic core, as well as stabilizing self-excited oscillation. It is connected to the winding terminals of terminals 3a and 3b, and creates a resonant circuit. It consists of Figures 2b and 2c show an example of an input circuit in which a part of the measured current Iin flows through the input winding 4 inside the single hole, and the rest flows through one or more shunt conductors 40 outside the single hole. . The feature of this circuit is that it bypasses the current and measures only Iex shunted to a predetermined current magnitude.
The purpose of this invention is to enable measurement of a large current Iin with a small magnetic core. That is, it is possible to measure Iin by converting it from the magnetic field created by the input current Iex passing through this magnetic core. In such an input circuit configuration, since the AC component induced from the magnetic core to the second winding 3 is short-circuited by the conductor 40, there is a great advantage that the electromagnetic induction component is blocked from flowing into the input circuit.

第3図は、本発明の動作原理を磁心5のB−
Iex特性を用いて説明するための図である。第3
図aは、入力電流Iexが零(Iex=0)の時におけ
る磁心5のB−Iex特性を示したものである。磁
心5にはヒステリシスが存在するため、励磁の1
サイクルでは、図示されているように→→
→→の経路をたどることになる。ここで、
Iex=0の状態の時に、正の直流電圧を高抵抗に
接続された励磁巻線2に印加し、正の励磁界によ
つて磁心5を最大磁束密度Bmまで励磁させる
と、図示の通りその磁束密度変化巾は△B12とな
る。そして、磁心5の磁束密度がBmに達すると
同時に直流電圧を零にすれば、磁心5に印加して
いる磁界はなくなるので磁束密度レベルは点か
ら点のレベルに急速に戻る。今度は、負の直流
電圧を印加して、負の励磁界によつて磁心5を負
の最大磁束密度−Bmまで励磁させると、その磁
束密度変化巾は△B34となり、|△B12|=|△
B34|が成立することになる。ところが、第3図
bに示すごとく、正の入力電流I′ex(>0)によ
つて発生する磁界が磁心5に印加している状態か
ら、この状態を起点としての励磁サイクルをくり
かえす場合を考えてみると、まず、正励磁界の印
加時における磁束密度変化巾は△B′12、負励磁界
の印加時では△B′34となり△B′12と△B′34の間に
は、明らかに|△B′12|<|△B′34|が成立す
る。いいかえれば、励磁用の直流電圧が零状態か
ら、磁心5を正あるいは負の最大磁束密度レベル
にまで励磁するのに要する正励磁期間t′+と負励
磁期間t′−の間に、t′+<t′−の関係式が成立する
ことになる。
FIG. 3 shows the operating principle of the present invention at B-
FIG. 3 is a diagram for explaining using Iex characteristics. Third
Figure a shows the B-Iex characteristic of the magnetic core 5 when the input current Iex is zero (Iex=0). Since hysteresis exists in the magnetic core 5, 1 of the excitation
In the cycle →→
You will follow the route →→. here,
When Iex = 0, when a positive DC voltage is applied to the excitation winding 2 connected to a high resistance and the magnetic core 5 is excited to the maximum magnetic flux density Bm by the positive excitation field, as shown in the figure, The range of magnetic flux density change is △B 12 . If the DC voltage is made zero at the same time that the magnetic flux density of the magnetic core 5 reaches Bm, the magnetic field applied to the magnetic core 5 disappears, and the magnetic flux density level quickly returns from the point to the level of the point. Next, when a negative DC voltage is applied and the magnetic core 5 is excited by a negative excitation field to the negative maximum magnetic flux density -Bm, the range of change in magnetic flux density becomes △B 34 , and |△B 12 | =|△
B 34 | holds true. However, as shown in Fig. 3b, when the magnetic field generated by the positive input current I'ex (>0) is applied to the magnetic core 5, the excitation cycle is repeated starting from this state. Thinking about it, first, the range of change in magnetic flux density when a positive excitation field is applied is △B′ 12 , and when a negative excitation field is applied, it becomes △B′ 34 , so between △B′ 12 and △B′ 34 , Clearly, |△B′ 12 |<|△B′ 34 | holds true. In other words, t' The relational expression +<t'- holds true.

次に、第3図cに示すごとく、負の入力電流
I″ex(<0)によつて発生する磁界が磁心5に印
加している状態を起点として前述の励磁サイクル
をくりかえすと、正励磁時に△B″12、負励磁時に
△B″34の磁束密度変化がみられ、正励磁期間t″+
と負励磁期間t″−の間に、t″+>t″−が成立する
ことになる。そこで、磁心5に前述の励磁サイク
ル時に印加する励磁直流電圧値が磁心5の最大磁
束密度レベルにおいても低下あるいは変動しない
ように、第4図の電流検出回路に示すごとく第1
巻線2と直列に可変抵抗7を接続し、この可変抵
抗によつてインピーダンス調整をする。また、磁
心5の磁束レベルが最大磁束密度レベルあるい
はに達すると同時に自動的に直流電圧Vc,−
Vcの極性が切り換えられる場合を考えると、端
子8における電圧波形eは、正負両極性を有する
方形波電圧波形として観測されることになる。第
5図は、このような仮定のもとに、Iex=0、
I′ex>0、I″ex<0の各場合における端子8にお
ける電圧波形eを図示したものである。図からわ
かるように、両極性方形波の正の半サイクル持続
期間t+,t′+,t″+と、負の半サイクル持続期
間t−,t′−,t″−は、入力電流Iex,I′ex,I″ex
によつて制御されることがわかる。それ故、eを
積分し、その電圧積分値Eo,E′o,E″oの符号と
電圧値から被測定電流Iinの極性と強さに対応さ
せて換算表示することにより、電流測定を可能に
することができることがわかる。
Next, as shown in Figure 3c, the negative input current
If the above excitation cycle is repeated starting from the state where the magnetic field generated by I″ex (<0) is applied to the magnetic core 5, the magnetic flux will be △B″ 12 during positive excitation and △B″ 34 during negative excitation. Density changes are observed, and the positive excitation period t″+
During the negative excitation period t″-, t″+>t″- holds true.Therefore, the excitation DC voltage value applied to the magnetic core 5 during the above-mentioned excitation cycle is at the maximum magnetic flux density level of the magnetic core 5. As shown in the current detection circuit in Figure 4, the first
A variable resistor 7 is connected in series with the winding 2, and impedance is adjusted by this variable resistor. Also, as soon as the magnetic flux level of the magnetic core 5 reaches the maximum magnetic flux density level or the DC voltage Vc, -
Considering the case where the polarity of Vc is switched, the voltage waveform e at the terminal 8 will be observed as a square wave voltage waveform having both positive and negative polarities. Figure 5 shows that under these assumptions, Iex=0,
The voltage waveform e at terminal 8 is illustrated for each case I′ex>0, I″ex<0. As can be seen, the positive half-cycle durations t+, t′+ of the bipolar square wave , t″+ and the negative half-cycle durations t−, t′−, t″− are the input currents Iex, I′ex, I″ex
It can be seen that it is controlled by Therefore, current measurement is possible by integrating e and converting and displaying the signs and voltage values of the voltage integral values Eo, E′o, and E″o in correspondence with the polarity and strength of the current to be measured Iin. It turns out that it can be done.

次に、本発明の動作原理を、具体的回路におい
て説明する。
Next, the operating principle of the present invention will be explained using a specific circuit.

第6図は、本発明の動作原理を自動的に遂行す
る回路例であつて、磁心5を励磁する直流電圧を
自動的に切り換えるようにした電流感応部10
0、正負駆動直流電源Sを内蔵する駆動回路部2
00、電流感応部100の出力を積分増巾する表
示回路部300から成り立つ。
FIG. 6 shows an example of a circuit that automatically implements the operating principle of the present invention, and shows a current sensing section 10 that automatically switches the DC voltage that excites the magnetic core 5.
0. Drive circuit section 2 with built-in positive/negative drive DC power supply S
00, it consists of a display circuit section 300 that integrally amplifies the output of the current sensing section 100.

まず、電流感応部100について説明すれば、
オペアンプ9の反転端子10aはアースGされ、
非反転端子10bには、オペアンプ入力用の第2
巻線3の端子3aが接続され、端子3bは、アー
スGされている。コンデンサ6は、巻線3の両端
に接続され、磁心5より発生する雑音成分を吸収
するとともに、回路構成上では巻線3に対する共
振回路を構成し、直流電圧切換え時のタイミング
動作を安定化するのに寄与している。オペアンプ
9の出力端子8には、可変抵抗7が接続され、こ
の抵抗によつて出力端子8の電圧波形の調整、い
いかえれば、可変抵抗7と第1巻線2を含めた負
荷インピーダンスの調整を行い、出力端子電圧波
形が極力方形波になるようにする。
First, the current sensing section 100 will be explained.
The inverting terminal 10a of the operational amplifier 9 is grounded G,
The non-inverting terminal 10b has a second input terminal for operational amplifier input.
Terminal 3a of winding 3 is connected, and terminal 3b is grounded. The capacitor 6 is connected to both ends of the winding 3, absorbs the noise component generated by the magnetic core 5, and forms a resonant circuit for the winding 3 in terms of circuit configuration, thereby stabilizing the timing operation when switching the DC voltage. It contributes to the A variable resistor 7 is connected to the output terminal 8 of the operational amplifier 9, and this resistor adjusts the voltage waveform of the output terminal 8, in other words, adjusts the load impedance including the variable resistor 7 and the first winding 2. and make the output terminal voltage waveform as square wave as possible.

次に、自励動作の原理について説明すれば、今
仮りに、オペアンプ9が正に飽和していて、端子
8の電圧が飽和電圧VS(>0)であるとすれば、
励磁電流は抵抗7を通つて巻線2を流れ、アース
Gへ流れ込む。この時、巻線3では、磁心5を介
して誘起電圧が発生する。この誘起電圧の極性
は、3a端子側で正となるので、オペアンプ9の
非反転端子10bには正電圧が入力され、その結
果、オペアンプ9は正の飽和電圧出力VSを出し
つづける。そして、この間にも磁心5は励磁され
ており、やがて最大磁束密度レベルBmに達する
まで励磁される間に、磁心5の透磁率は次第に低
下し、誘起電圧の低下とともに巻線3のコイルイ
ンピーダンスも極端に低下する。この時、これま
で、コンデンサ6に誘起電圧によつて充電されて
いた電荷は放電することになる。ところが、コン
デンサ6と巻線3は、共振回路を構成しているの
で、巻線3の3a端子側の電圧は、いままで正で
あつたものが負電圧に変り、オペアンプ9の非反
転端子10bには負電圧信号が入力され、出力端
子8の出力電圧epは自動的に負の直流飽和電圧−
VSに切り換わる。そして次の瞬間には、磁心5
における磁束密度レベルは入力電流Iexで規定さ
れるレベルまで一旦急速に戻り、次いで負の飽和
電圧−VSによつて、磁心5における磁束密度変
化は負の最大磁束密度レベル−Bmに向かつて変
化することになる。この時巻線3の3a端子の電
圧は、勿論、負となつているため、オペアンプ9
の出力電圧e0は−VSを保持しつづけ、コンデン
サ6には、誘起電圧によつて電荷が充電されるこ
とになる。そして磁心5の磁束密度レベルが負の
最大磁束密度レベル−Bmに到達する頃には、コ
ンデンサ6の放電が開始され、次いで共振現象に
よつてオペアンプ9の非反転端子10bには、極
性反転した入力電圧信号(>0)が入力され、出
力端子電圧epは正の直流飽和電圧VSに切り換わる
のである。
Next, to explain the principle of self-excitation operation, suppose that the operational amplifier 9 is positively saturated and the voltage at the terminal 8 is the saturation voltage V S (>0).
The excitation current flows through the winding 2 through the resistor 7 and into the ground G. At this time, an induced voltage is generated in the winding 3 via the magnetic core 5. Since the polarity of this induced voltage is positive on the terminal 3a side, a positive voltage is input to the non-inverting terminal 10b of the operational amplifier 9, and as a result, the operational amplifier 9 continues to output a positive saturated voltage output V S. During this time, the magnetic core 5 is still being excited, and while it is being excited until it reaches the maximum magnetic flux density level Bm, the magnetic permeability of the magnetic core 5 gradually decreases, and as the induced voltage decreases, the coil impedance of the winding 3 also decreases. extremely low. At this time, the charge that has been charged in the capacitor 6 by the induced voltage will be discharged. However, since the capacitor 6 and the winding 3 constitute a resonant circuit, the voltage at the terminal 3a of the winding 3, which was positive until now, changes to a negative voltage, and the voltage at the non-inverting terminal 10b of the operational amplifier 9 changes from positive to negative. A negative voltage signal is input to the output terminal 8, and the output voltage e p of the output terminal 8 automatically becomes the negative DC saturation voltage -
Switch to VS. And in the next moment, the magnetic core 5
The magnetic flux density level in the magnetic core 5 quickly returns to the level specified by the input current Iex, and then due to the negative saturation voltage -V S , the magnetic flux density change in the magnetic core 5 changes toward the negative maximum magnetic flux density level -Bm. I will do it. At this time, the voltage at the terminal 3a of the winding 3 is, of course, negative, so the operational amplifier 9
The output voltage e 0 continues to be held at -V S , and the capacitor 6 is charged with an electric charge due to the induced voltage. By the time the magnetic flux density level of the magnetic core 5 reaches the negative maximum magnetic flux density level -Bm, the capacitor 6 starts discharging, and then due to the resonance phenomenon, the non-inverting terminal 10b of the operational amplifier 9 has a reversed polarity. An input voltage signal (>0) is input, and the output terminal voltage e p is switched to the positive DC saturation voltage V S .

このようにして、オペアンプ9に印加されてい
る駆動直流電圧±Vcは、磁心5のオペアンプ入
力用巻線に誘起する電圧信号を受けて、オペアン
プ9の出力端子8に飽和電圧±VSを交互に出力
するとともに、この両極性を有する飽和電圧波形
(出力電圧波形)の正期間と負期間との期間長比
(デユーテイ比)は、被測定電流Iinによつて制御
されることになるのである。
In this way, the drive DC voltage ±Vc applied to the operational amplifier 9 alternately changes the saturation voltage ±V S to the output terminal 8 of the operational amplifier 9 in response to the voltage signal induced in the operational amplifier input winding of the magnetic core 5 . At the same time, the period length ratio (duty ratio) between the positive period and the negative period of this bipolar saturated voltage waveform (output voltage waveform) is controlled by the current to be measured Iin. .

尚、コンデンサ6の機能代行は、巻線間に存在
する浮遊容量をもつて代行させるように、磁心5
に巻装される巻線線経、巻線数を適切に選択する
ことによつて可能である。この場合、コンデンサ
6は、あえて取付けなくてもよいことは自明であ
る。第6図において、300は表示回路部で、方
形波出力電圧epは、バツフア12の非反転端子1
1に入力するか、あるいは抵抗13とコンデンサ
14からなる積分回路あるいはローパスフイルタ
ー(図示せず)を経て、ゲイン調整用のオペアン
プ16の非反転端子15に入力され、増巾され
る。オペアンプ16の増巾度は、被測定電流Iex
の強さによつて選択できるように、抵抗17〜2
0がオペアンプ16の出力端子と反転端子、アー
ス端子間に接続されている。また、抵抗13、コ
ンデンサ14からなる回路の直後にオペアンプ1
6をコンパレータとして動作させるように回路構
成し、被測定電流の存在の有無をHあるいはLレ
ベルの出力電圧Eoとしてとりだすことも可能で
ある。21はコンデンサで、不用な交流雑音成分
を除去する目的で挿入されている。22は、増巾
度A,B,Cを任意に選択するための切換えスイ
ツチである。23は、指示計で、電流の極性と強
さを表示する機能を有するものである。24は、
可変抵抗で、指示計23へ流れ込む電流値を調整
する。200は、駆動回路部で、オペアンプ用の
正負直流電圧±Vcの供給源である。第7図は、
第6図で示した電流感応部100の自励動作を、
強磁界印加後においても安定に実行させるための
変形回路実施例である。
Note that the function of the capacitor 6 is replaced by the magnetic core 5 so that the stray capacitance existing between the windings is used to perform the function of the capacitor 6.
This is possible by appropriately selecting the winding wire diameter and the number of windings to be wound. In this case, it is obvious that the capacitor 6 does not need to be attached. In FIG. 6, 300 is a display circuit section, and the square wave output voltage e p is at the non-inverting terminal 1 of the buffer 12.
1, or via an integrating circuit consisting of a resistor 13 and a capacitor 14 or a low-pass filter (not shown), and is input to a non-inverting terminal 15 of an operational amplifier 16 for gain adjustment, where it is amplified. The amplification degree of the operational amplifier 16 is the measured current Iex
Resistance 17 to 2 can be selected depending on the strength of
0 is connected between the output terminal of the operational amplifier 16, the inverting terminal, and the ground terminal. In addition, an operational amplifier 1 is installed immediately after the circuit consisting of the resistor 13 and the capacitor 14.
It is also possible to configure the circuit so that 6 operates as a comparator, and to extract the presence or absence of the current to be measured as an output voltage Eo of H or L level. 21 is a capacitor inserted for the purpose of removing unnecessary AC noise components. 22 is a changeover switch for arbitrarily selecting the degree of amplification A, B, C; 23 is an indicator which has a function of displaying the polarity and strength of the current. 24 is
The value of the current flowing into the indicator 23 is adjusted using a variable resistor. Reference numeral 200 denotes a drive circuit section, which is a supply source of positive and negative DC voltages ±Vc for the operational amplifier. Figure 7 shows
The self-excitation operation of the current sensing section 100 shown in FIG.
This is an example of a modified circuit for stable execution even after application of a strong magnetic field.

第7図aにおけるインピーダンス25は抵抗、
またはコンデンサ、または抵抗とコンデンサから
なる並列接続回路を意味する。オペアンプ9の反
転端子10aは、第1巻線2の端子2bに接続さ
れ、強磁界印加によつて発生する自励停止現象の
復起は、この25の端子電圧の負帰還作用よつて
実施している。
The impedance 25 in FIG. 7a is a resistance,
Or a capacitor, or a parallel circuit consisting of a resistor and a capacitor. The inverting terminal 10a of the operational amplifier 9 is connected to the terminal 2b of the first winding 2, and the self-excitation stop phenomenon caused by the application of a strong magnetic field is restored by the negative feedback action of the terminal voltage of 25. ing.

第7図bでは、インピーダンス25による負帰
還作用を第1巻線2から分離して、可変抵抗26
との直列回路によつて実施している。
In FIG. 7b, the negative feedback effect due to the impedance 25 is separated from the first winding 2, and the variable resistor 26
This is implemented using a series circuit with

第8図は、本発明の応用例を示す。電流センサ
1000の回路構成としては、電流感応部100
のあとに積分回路を接続し、その後段にコンパレ
ータを接続して、LEDで表示する場合を示す。
すなわち積分回路の出力電圧を入力信号とするコ
ンパレータを接続し、あらかじめ設定された基準
電圧値に対して入力信号レベルをチエツクし、こ
れをハイレベルあるいはローレベルの信号電圧に
変換して出力する。ここで使用するコンパレータ
は、公知のコンパレータ(ウインドコンパレータ
を含む)で十分でそれぞれの用途に応じその特性
を生かして使用するだけで十分である。そしてコ
ンパレータの出力に応じて、たとえば警報音を発
生させるリレーを動作させたり、LEDを表示さ
せる。
FIG. 8 shows an example of application of the present invention. The circuit configuration of the current sensor 1000 includes a current sensing section 100
An example is shown in which an integrating circuit is connected after , a comparator is connected after that, and the display is displayed using an LED.
That is, a comparator which receives the output voltage of the integrating circuit as an input signal is connected, the input signal level is checked against a preset reference voltage value, and this is converted into a high level or low level signal voltage and output. As the comparator used here, it is sufficient to use a known comparator (including a window comparator), and it is sufficient to use the comparator by taking advantage of its characteristics according to each purpose. Then, depending on the output of the comparator, for example, a relay that generates an alarm is operated, or an LED is displayed.

第8図aは電磁リレーにおけるメイク状態
(ON)で、確実に電流が流れていることを検出
するために使用する例を示す。電流センサ全体を
電磁リレーに内蔵させ各接点に流れる電流の有無
をチエツクすることにより、動作の異常を検知す
る自己診断型電磁リレーの構成が可能になる。こ
の場合、単電源(たとえば24V)での使用も可能
で、第6図、第7図におけるアースGを、単電源
の2分の1の電圧レベルに引き上げるように、
ICあるいは抵抗などによる分圧回路を用いて中
間電位点を作れば簡単に実現できることは自明で
ある。第8図bはランプなどの断線状況を知るた
めの応用例である。自動車における各種のランプ
Lの点灯状況は、運転席から直接チエツクできな
いところもある。そこで、運転席に警報ランプ付
の電流センサ1000を配置しておけばランプの
点灯状態を確認することができる。
FIG. 8a shows an example in which an electromagnetic relay is in the make state (ON) and is used to ensure that current is flowing. By incorporating the entire current sensor into an electromagnetic relay and checking the presence or absence of current flowing through each contact, it becomes possible to construct a self-diagnostic electromagnetic relay that detects abnormalities in operation. In this case, it is also possible to use a single power supply (for example, 24V), so that the ground G in Figures 6 and 7 is raised to a voltage level that is half that of a single power supply.
It is obvious that this can be easily achieved by creating an intermediate potential point using a voltage divider circuit using an IC or resistor. FIG. 8b shows an example of application for determining the disconnection status of a lamp or the like. In some automobiles, the lighting status of various lamps L cannot be checked directly from the driver's seat. Therefore, if a current sensor 1000 with a warning lamp is placed in the driver's seat, the lighting state of the lamp can be confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に使用する単孔状の磁性材料
からなる単孔磁心1の材料構成例を示す図、第2
図は、本発明における電流センサの磁心に巻装さ
れる巻線の基本構成を示す図、第3図は、本発明
の動作原理を磁心4のB−Iex特性を用いて説明
するための図、第4図は、電流検出部の回路図、
第5図は第3図に於てIex=0、I′ex>0、I″ex
<0の各場合の端子における電圧波形epの図、第
6図は磁心を励磁する直流電圧を自動的に切り換
えるようにした電流感応部、正負駆動直流電源を
内蔵する駆動部、電流感応部の出力を積分増巾す
る表示回路から成る全体回路の一例を示す図、第
7図は第6図の電流感応部の自励動作を強磁界印
加後においても安定に実行できる変形回路の一例
を示す図、第8図は、応用例を示す図である。 1……単孔磁心、2……励磁用の第1巻線、3
……オペアンプ入力用の第2巻線、2a,2b,
3a,3b……端子、4……被測定電流入力用の
第3巻線、5……巻線を固定した磁心、6……コ
ンデンサ、7……可変抵抗、8……出力端子、9
……オペアンプ、10a……反転端子、10b…
…非反転端子、40……分流導体、100……電
流感応部、200……駆動部、300……表示回
路部、G……アース。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the material composition of a single-hole magnetic core 1 made of a single-hole magnetic material used in the present invention, and FIG.
The figure is a diagram showing the basic configuration of the winding wound around the magnetic core of the current sensor in the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the present invention using the B-Iex characteristic of the magnetic core 4. , FIG. 4 is a circuit diagram of the current detection section,
Figure 5 shows Iex = 0, I'ex > 0, I''ex in Figure 3.
A diagram of the voltage waveform e p at the terminal in each case of <0, Figure 6 shows a current sensing section that automatically switches the DC voltage that excites the magnetic core, a drive section with a built-in positive/negative drive DC power supply, and a current sensing section. Figure 7 shows an example of a modified circuit that can stably perform the self-excitation operation of the current sensing section in Figure 6 even after a strong magnetic field is applied. The figure shown in FIG. 8 is a diagram showing an example of application. 1...Single hole magnetic core, 2...First winding for excitation, 3
...Second winding for operational amplifier input, 2a, 2b,
3a, 3b... terminal, 4... third winding for inputting the current to be measured, 5... magnetic core to which the winding is fixed, 6... capacitor, 7... variable resistor, 8... output terminal, 9
...Operation amplifier, 10a...Inverting terminal, 10b...
...Non-inverting terminal, 40... Shunt conductor, 100... Current sensing section, 200... Drive section, 300... Display circuit section, G... Earth.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 環状方向に磁路を生じさせる単孔磁心と、該
磁心を励磁するためのオペアンプと、該磁心に巻
装される励磁用の第1巻線およびオペアンプ入力
用の第2巻線と、該磁心の孔部に被測定電流が貫
通するように配置した第3巻線とからなり、前記
第1巻線をオペアンプの出力端子側回路に、また
第2巻線をオペアンプの入力端子側回路の反転端
子および非反転端子側にそれぞれ接続し、該オペ
アンプにおいて被測定電流値によつて定まる値を
起点とする正の励磁時間と負の励磁時間をオペア
ンプの正負両極性を有する飽和直流電圧の正の半
サイクル励磁時間と負の半サイクル励磁時間にそ
れぞれ変換し、この飽和直流電圧を第1巻線に帰
還して単孔磁心を自励状態とすることにより正負
励磁時間の期間長比から被測定電流値を測定する
ように構成した自励発振形電流センサ。 2 第2巻線の端子間にコンデンサを並列接続し
た特許請求の範囲第1項記載の自励発振形電流セ
ンサ。
[Claims] 1. A single-hole magnetic core that generates a magnetic path in an annular direction, an operational amplifier for exciting the magnetic core, a first winding for excitation wound around the magnetic core, and a first winding for inputting the operational amplifier. It consists of two windings and a third winding arranged so that the current to be measured passes through the hole in the magnetic core.The first winding is connected to the output terminal side circuit of the operational amplifier, and the second winding is connected to the operational amplifier. is connected to the inverting terminal and non-inverting terminal side of the input terminal side circuit of the operational amplifier, and the positive excitation time and negative excitation time are connected to the positive and negative polarities of the operational amplifier starting from the value determined by the current value to be measured in the operational amplifier. The saturated DC voltage is converted into a positive half-cycle excitation time and a negative half-cycle excitation time, respectively, and the saturated DC voltage is fed back to the first winding to bring the single-hole magnetic core into a self-excited state, thereby changing the positive and negative excitation times. A self-oscillating current sensor configured to measure a current value to be measured from a period length ratio. 2. A self-oscillating current sensor according to claim 1, wherein a capacitor is connected in parallel between the terminals of the second winding.
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