JPH0552872A - Effective value level detector - Google Patents
Effective value level detectorInfo
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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
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting an effective value level of an AC electric circuit including a distorted wave (high frequency) component in an electric circuit such as a distribution line.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a structural diagram of a current sensing section using a conventional Hall element found in, for example, a clip-on ammeter, FIG. 7 is its sectional view, and FIG. Is. In FIG. 6, 1 is a main circuit conductor, and 2 is an iron core with a gap made of a high-permeability magnetic body for guiding a magnetic flux generated by a current flowing through the main circuit conductor 1 to the Hall element 11. In FIG. 8, 20, 21, 22
Is a positive and negative power source and ground, R1 and R2 are bias resistors for supplying a control current I c to the Hall element 11,
14 is an operational amplifier, and R3, R4, and R5 are operational amplifiers 14.
For controlling the differential amplification of, 30 is an effective value conversion circuit, 3
Reference numeral 1 is a level determination circuit, 32 is an output circuit, and 33 is an output terminal.
【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。Next, the operation will be described. In FIG. 6, when a current i flows through the main circuit conductor 1, a magnetic flux is generated, the gap excites the iron core 2, and a predetermined magnetic flux density B is supplied into the gap. The Hall element 11 is inserted in this gap and outputs the Hall voltage v h1 represented by the following equation. v h1 = k h × I c × B where k h is the product sensitivity of the Hall element and I c is the control current. In FIG. 8, this output voltage is used as a differential input of the operational amplifier 14 so that R3, R4, R
5 and is amplified and converted to a voltage of v 1 . Effective value conversion circuit 3 for converting this voltage into an effective value
0 is input and an effective value output proportional to the input v h1 is obtained,
When the effective value output to the level discriminating circuit 31 reaches a predetermined level, a signal is sent to the output circuit 32 at the next stage and the output terminal 33 outputs the signal. Here, the RMS conversion circuit 30 generally performs conversion using a dedicated RMS conversion IC or the like. As a principle, many apply the square characteristic of the semiconductor P-N junction, and the one that performs log-antilog conversion is the mainstream.
【０００４】[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。Since the conventional RMS level detecting device is constructed as described above, the change in the magnetic flux proportional to the current flowing through the output circuit conductor 1 is detected by one Hall element, It is necessary to use effective value conversion circuit means for converting the Hall output voltage v h1 into an effective value. The effective value conversion circuit is generally expensive, and there are many problems such as highly accurate circuit components are required.
【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。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an inexpensive, high-performance and stable effective value level detecting device.
【０００６】[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。An effective value level detecting device according to the present invention includes an iron core having a void, a main circuit conductor provided inside the iron core, through which a current flows, and a first void provided in the void. And a control current proportional to the Hall output voltage of the first Hall element and the second Hall element.
And a means for detecting the level of the average value signal of the Hall output voltage of the second Hall element.
【０００７】[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。The effective value level detecting apparatus according to the present invention obtains an output proportional to the square of the magnetic flux using two Hall elements, takes an average value, and detects the level.
【０００８】[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。Example 1. A diagram of an embodiment of the present invention will be described below. In FIG. 1, 1 is a main circuit conductor, 2 is an iron core with a gap of a high-permeability magnetic material, and 11 and 12 are Hall elements arranged in the gap of the iron core 2. FIG. 2 is a cross-sectional view of the gap of the iron core 2 in which a uniform magnetic flux density B is supplied into the gap. FIG. 3 is a circuit block diagram showing the signal processing of the two Hall elements. In FIG. 3, 11 and 12 are Hall elements, 21, 22 and 23 are positive and negative power sources and grounds, and R1 and R2 are Hall elements 1.
1 are resistors for supplying the control current I c , 14 and 15 are operational amplifiers, and R3, R4, and R5 are Hall elements 11
Is a resistor for differentially amplifying the Hall output voltage v h1 .
The output of the operational amplifier 14 is connected so as to supply the control current of the second Hall element 12, and its Hall output voltage v h2 is R
The output voltage v 2 is output after being differentially amplified by the operational amplifier 15 using 6, R7 and R8. An average value circuit 34 averages the output voltage v 2 by R9 and C.
Reference numeral 31 is a level determination circuit, 32 is an output circuit, and 33 is an output terminal.
【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。Next, the operation will be described. In FIG. 1, as in the conventional example, a current i flows in the main circuit conductor 1, a magnetic flux flows in the iron core 2 in the gap, and a magnetic flux density B is generated in the gap.
Consider the case where you are supplying. In FIG. 3, when the control current I c1 flows through the resistors R1 and R2 in the first Hall element, the Hall output voltage v h1 of the Hall element placed in the magnetic flux density B is given by the following equation. v h1 = k h1 × I c1 × B When the gain of the operational amplifier 14 is A 1 , the operational amplifier 14
Output v 1 of v 1 = A 1 × v h1 Next, this output voltage is the control current I C2 of the second Hall element.
To supply. Here, I C2 = k c × v 1 (considered as constant voltage drive). Since the second Hall element is also placed in the same magnetic flux, the Hall output voltage v h2 of the second Hall element
Is given by v h2 = k h2 × I c2 × B = k h2 × k c × v 1 × B = (k h1 × k h2 × k c × I c1) × B 2 Therefore v h2 is proportional to the square of the magnetic flux density B Is output as a signal. The output of this v h2 is the operational amplifier 15 and the resistor R.
6, R7, form a v 2 to a differential amplifier to a predetermined voltage level by R8, which was input to the integrating circuit 34 by R9 and C, and integration. Hereinafter, the integrated output is input to the level discriminating circuit 31 which detects that it has reached a predetermined level, and when it reaches a predetermined level, a signal is output to the output circuit 32 and the output terminal 3
It is configured to output that effect via the 3. Here, the effective value i RMS of the main circuit current is given by the following equation. i RMS = [(1 / T) x ∫ T O i 2 (t) dt] 1/2 Next, since the main circuit current and the magnetic flux in the iron core are proportional, i RMS ∝ [(1 / T) x ∫ T O B 2 (t) dt] 1/2 relationship is established, by squaring both sides ∴i 2 RMS α (1 / T ) × ∫ T O B 2 (t) dt is established. From the above, by setting the detection level setting value of the level determination circuit 31 to the squared value of the level of the input signal to be detected, it is possible to determine the true effective level. In particular, it is very effective for level determination of whether or not the input signal (main circuit current i in this example) has reached a certain level (as an effective value). In the present embodiment, the level discriminating circuit 31 and the output circuit 32 are provided to perform the basic level detection. However, it is possible to display the square root of the average value output of the present application by using a logarithmic indicator or the like. It is possible, and continuous level detection is also possible.
【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。Embodiment 2. In the first embodiment, an example in which two home elements are arranged side by side (in parallel) in the same magnet is shown in FIGS. 1 and 2, but as shown in FIG. 4, it is also possible to arrange them in series with respect to the magnetic flux. In this case, in order to create a uniform magnetic field, the cross-sectional area of the iron core can be small, so a smaller detector can be realized. FIG. 5 shows an example of the layout of the Hall elements at that time, and it is clear that it is possible to easily arrange the Hall elements at the same position on both sides of the printed circuit board 13 by using surface mount (SMT) components. Yes, a highly accurate and compact detection device can be realized.
【００１１】[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。As described above, according to the present invention, an iron core having a void, a main circuit conductor provided inside the iron core through which a current flows, and first and second holes provided in the void. An element, a means for supplying a control current proportional to the Hall output voltage of the first Hall element to the second Hall element, and a level of an average value signal of the Hall output voltage of the second Hall element. Since it has a structure including means, it obtains an output proportional to the square of the magnetic flux using two Hall elements, takes an average value, and detects the level, so that a conventional expensive effective value detection circuit is not required. Cheap and small 3
Also, a highly accurate effective value level detection device can be obtained.
【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。FIG. 1 is a perspective view of a Hall element arrangement structure of an effective value level detecting device according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a sectional view of a Hall element arrangement structure of an effective value level detecting device according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 3 is a block diagram of a signal processing circuit of an effective value level detecting device according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 4 is a sectional view of a Hall element arrangement structure of an effective value level detecting device according to another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 5 is a specific embodiment diagram of the Hall element arrangement of the effective value level detecting device according to another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 6 is a perspective view of a Hall element arrangement structure of a conventional RMS level detection device.
【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。FIG. 7 is a sectional view of a Hall element arrangement structure of a conventional RMS level detecting device.
【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。FIG. 8 is a block diagram of a signal processing circuit of a conventional effective value level detection device.
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 1 Output Circuit Conductor 2 Iron Core with Gap (Gap) 11, 12 Hall Element 14, 15 Operational Amplifier 31 Level Discrimination Circuit 32 Output Circuit 34 Average Value Circuit
Claims (1)
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。1. An iron core having a void, a main circuit conductor which is provided inside the iron core and through which a current flows, first and second Hall elements provided in the void, and a first hall element of the first Hall element. It is characterized by further comprising means for supplying a control current proportional to the Hall output voltage to the second Hall element, and means for detecting the level of the average value signal of the Hall output voltage of the second Hall element. RMS level detector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213352A JPH0552872A (en) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | Effective value level detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213352A JPH0552872A (en) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | Effective value level detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552872A true JPH0552872A (en) | 1993-03-02 |
Family
ID=16637745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3213352A Pending JPH0552872A (en) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | Effective value level detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552872A (en) |
Cited By (5)
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-
1991
- 1991-08-26 JP JP3213352A patent/JPH0552872A/en active Pending
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