KR0182334B1 - 전기량 측정장치 - Google Patents

Abstract

한쌍의 전류입력단자와 한쌍의 전압입력단자를 갖는 홀소자를 구비한 피측정계의 전지량을 측정하는 장치, 홀소자에는 4개의 등가저항이 형성되어 있다. 또한 본 장치는 홀소자의 제1의 전류치에 비례한 자계를 인가하는 장치와, 전류입력 단자간에 제2의 전류를 흘리게 하는 전류공급회로를 구비한다.

또한 본 장치는 전압출력단자간에 나타난 제1의 전압을 검출하여 이 제1의 전압을 전기량에 대응하는 측정치로서 출력하는 출력회로와, 전압출력단자간에 나타난 오프셋을 검출하여 검출된 오프셋에 의거해서 4개의 등가저항 중의 1개를 가변하여 오프셋을 보상하는 오프셋 보상수단을 구비한다. 또한 본 장치는 나머지 3개의 등가저항을 가변하여 제2의 전류가 흘러 전류입력단자간에 발생된 제2의 전압이 소정치를 유지하도록 하는 입력저항제어회로를 구비한다. 이렇게 하여 홀소자의 입력저항치는 일정치를 유지한다.

Description

전기량 측정장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 전류 측정장치의 회로도.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 측정장치의 회로도.

제3도는 상기 제1 및 제2실시예의 홀 소자상의 게이트 배치의 변형례를 나타낸 평면도.

제4도는 홀 소자의 등가회로를 나타낸 도면.

제5도는 홀 소자상의 게이트 배치예를 나타낸 도면.

본 발명은 피측정계의 전류 또는 전력을 홀 소자를 사용하여 측정하는 전기량 측정장치에 관한 것이다.

홀 소자는 인가자계를 피측정계의 전류치에 비례시키면 그 인가자계, 즉 피측정계의 전류치에 비례한 홀전압이 얻어지므로, 이 홀 소자를 사용하여 전류 측정장치를 구성할 수가 있다. 제4도는 이와 같은 홀 소자의 등가회로를 나타낸다.

제4도에서 1은 홀 소자, T1, T2는 한쌍의 전류입력단자, T3, T4는 한쌍의 잔압출력단자이다. 이들 T1~T4의 인접하는 단자간에는 등가저항 Ra, Rb, Rc, Rd가 각각 형성되어 있다. B는 인가자계이다. 그러나 자계 B의 비인가시에 전압출력 단자 T3, T4에 오프셋 전압이 있으면 홀 소자(1)을 사용하여 전류 측정장치 등을 구성한 경우에 측정오차를 발생한다.

오프셋은 자계 B의 비인가시의 등가저항 Ra와 Rb가 같지 않거나 등가저항 Rc와 Rd가 같지 않을때 발생한다. 그러므로 외부로부터 가변저항기를 사용하거나 홀 소자(1)에 전압을 인가하는 등의 잘 알려진 방법을 사용하여 이들 4개의 등가저항 Ra, Rb, Rc, Rd중의 1개를 오프셋이 0이 되도록 조정하는 방안을 생각할 수 있다. 오프셋 보상의 일례가 일본국 특허공개 평6-174765(1994. 6.24. 발간)에 개시되어 있다.

예를 들어 제5도에 나타낸 바와 같이 게이트 G1~G4가 붙은 홀 소자(1)를 사용하여 4개의 게이트 G1~G4중의 1개에 전압을 인가함으로써 1개의 등가저항, 예를 들면 Rc를 제어할 수 있다. 이 경우에 종래에는 나머지 3개의 등가저항 Ra, Rb, Rd는 특히 적극적으로 제어하지 않고 방치해 두는 것이 일반적이었다. 이때 홀 소자(1)의 입력저항 Rin은가 된다. 여기서 ∥는 병렬접속을 의미한다.

종래에는 경시특성이나 온도특성에 의해 오프셋에 변동이 생겼을 경우에 1개의 등가저항을 가변하여 오프셋이 0이 되도록 보상하고 있었기 때문에 입력저항에 변동이 생겨서 감도가 변동하여 측정오차가 생기기 쉬워지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 한 가지 목적은 오프셋에 변동이 생겨 그 오프셋 보상을 하여도 입력저항치를 일정하게 유지할 수 있는 피측정계의 전기량 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 오프셋에 변동이 생겨 오프셋 보상을 하여도 감도의 변동을 억제하고, 온도특성도 양호하게 하여 고정밀도의 측정을 할 수 있는 피측정계의 전기량 측정 장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 한쌍의 전류입력단자 및 한쌍의 전압출력단자를 갖는 홀 소자를 구비한 피측정계의 전기량 측정장치를 제공한다. 홀 소자에는 전류입력단자와 전압출력단자의 2개의 인접하는 단자간에 4개의 등가저항이 형성된다. 또한 전기량 측정장치는 홀 소자에 제1의 전류치에 정비례한 자계를 인가하는 자계ㅇ니가장치와, 홀 소자의 한쌍의 전류입력단자간에 제2의 전류를 흘리는 전류공급회로를 구비한다. 또한 전기량 측정장치는 한쌍의 전압출력단자간에 나타난 제1의 전압을 검출하고 이 제1의 전압을 전기량에 대응하는 측정치로서 출력하는 출력회로와, 한쌍의 전압출력단자간에 나타난 오프셋을 검출하고 이 검출된 오프셋에 의거해서 홀 소자의 4개의 등가저항중의 하나를 가변하여 오프셋을 보상하는 오프셋 보상회로를 구비한다.

또한 전기량 측정장치는 제2의 전류의 흐름에 의해 한쌍의 전류입력단자간에 발생한 제2의 전압이 일정치를 유지하도록 1개의 등가저항을 제외한 나머지 3개의 등가저항을 가변하는 입력저항 제어회로를 구비한다.

첫째로 상기 구성에서 자계의 비인가시에 한쌍의 전압출력단자간에 나타난 오프셋은 오프셋 보상수단에 의해 검출되고, 이 검출된 오프셋은 홀 소자의 4개의 등가저항중의 1개의 등가저항을 가변하여 0이 되도록 보상된다.

이와 마찬가지로 입력저항 제어수단이 작동하여 일정치의 직류에 의해 한쌍의 전류입력단자간에 발생한 전압이 일정 전압칠르 유지하도록 3개의 나머지 등가저항을 가변하여 입력저항을 일정치가 되도록 제어한다. 이러한 제어가 이루어지는 조건에서는 측정계의 전류치에 정비례한 전압, 즉 한쌍의 전압출력단자로부터의 출력 전압을 판독함으로써 피측정계의 전류치를 고정밀도로 측정할 수가 있다.

둘째로 오프셋 보상과 그리고 이와 동시에 입력저항 일정치 제어는 실제적으로 상기한 바와 같은 방법으로 이루어진다. 이러한 제어가 이루어지는 조건에서는 피측정계으 전류치와 전압치의 곱에 정비례한 전압, 즉 한쌍의 전압출력단자로부터의 출력전압을 판독함으로써 피측정계의 전력치를 고정밀도로 측정할 수가 있다.

[실시예]

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도면에서 동일 또는 유사한 요소에 대해서는 동일 부호를 사용한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예의 전류 측정장치의 설명도이다. 제1도에서 1은 상기 제5도에 나타낸 것과 마찬가지의 게이트 G1~G4가 붙은 홀 소자이다. B는 코어 등에 의해 변환된 피측정계의 전류치에 정비례한 인가자계이다. 2는 일정치의 직류전압 Vref를 발생하는 정전압원이며, 저항 R1을 통해서 홀 소자(1)의 전류입력단자 T1에 접속되어 있다. 전류입력단자 T1은 또한 이 전류입력단자 T1을 그라운드 레벨로 유지하는 기능을 가진 제1의 연산증폭기 OP1의 반전 입력단자에 접속되어 있다. 제1의 연산증폭기 OP1의 비반전 입력단자는 그라운드 레벨에 접속되고, 그 출력단자는 다른 전류입력단자 T2에 접속되어 있다. 정전압원(2), 저항 R1 및 제1의 연산증폭기 OP1은 한쌍의 전류입력단자 T1, T2간에 일정치의 직류전류 I_O(I_O=Vref/R1)을 흘리는 전류공급수단을 구성한다. 3은 감산기이며, 홀 소자(1)의 한쌍의 전압출력단자 T3, T4간에 발생하는 홀 전압 Va, Vb의 차(Va-Vb)를 K배로 증폭하여 이것을 출력단자 Tout으로 출력한다. 전압차(Va-Vb)가 피측정계의 전류치에 정비례한 값이 되어, 출력단자 Tout의 출력전압을 판독함으로써 피측정계의 전류치가 측정된다. 4는 오프셋 검출기이며, 감산기(3)를 통해 출력단자 T3, T4에 나타난 오프셋을 검출하여 게이트 G4에 보상용의 전압을 인가하여 오프셋을 보상하는 피드백 제어를 실행한다. 더 자세히 말하자면 오프셋은 다음과 같이 검출된다. 즉 홀 소자(1)에 인가되는 자계 B를 0으로 설정하고 전압출력단자 T3, T4에 나타난 전압을 이 조건에서 감산기(3)를 통한 오프셋으로서 검출한다. 오프셋 보상수단은 오프셋 검출기(4)와 게이트 G4로 구성된다. 이 오프셋 보상수단에 의해 1개의 등가저항이 가변되어 오프셋 보상이 이루어졌을 때 나머지 3개의 등가저항을 가변하여 입력저항 Rin(한쌍의 전류입력단자 T1, T2간의 저항)을 일정치로 유지하기 위한 입력저항 제어수단이 다음과 같이 구성되어 있다. 즉 정전압원(2)과 저항 R1의 접속점과 전류입력단자간에 2개의 저항 R2, R3가 직렬로 접속되고, 이 2개의 저항 R2, R3의 접속점이 제2의 연산증폭기 OP2의 반전 입력단자에 접속되어 있다. 제2의 연산증폭기 OP2의 비반전 입력단자는 그라운드 레벨에 접속되고, 그 출력단자는 게이트 G1, G2에 공통으로 접속되어 있다. 제2의 연산증폭기 OP2는 정전압원(2)으로부터 정전압 Vref와 일정치의 직류전류 I_O에 의해 한쌍의 전류입력단자 T1, T2간에 발생한 전압 Vc가 다음의 관계가 되도록 게이트 G1, G2, G3의 인가전압이 제어된다.

입력저항 제어수단은 제2의 연산증폭기 OP2, 저항 R2, R3 및 게이트 G1, G2, G3로 구성된다.

제1도의 구성은 직류전압 Vref는 부의 전압, 게이트 G1~G4의 제어전압이 적어지면 등가저항 Ra ~Rd의 저항치가 낮아지는 방향으로 되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 전류 측정장치의 작용을 다음에 설명한다. 제4도에 나타낸 바와 같이 자계 B의 인가에 의해 등가저항 Ra ~Rd의 저항치는 △Rh분 만큼 변화한다. 오프셋 저항분 Roff가 0인 이상 조건에서는 입력저항은 일정 저항치 Ro가 되고, 이것은 자계 B의 강도에 상관없이 일정하다. 따라서 자계인가중이라도 입력저항 Rin을 일정하게 유지할 수 있도록 제어하는 것이 가능하다. 오프셋 검출기(4)에 의해 오프셋이 검출되고 게이트 G4에 보상용의 전압이 인가되어 1개의 등가저항을 가변하여 이 오프셋이 0으로 보상되었을 때, 이와 동시에 입력저항 제어수단이 다음과 같이 동작하여 입력저항 Rin이 일정치로 유지된다.

상기 식(1)에서의 정전압 ｜Vref｜는

한편 일정치의 직류전류 ISBO/SB에 의해 한쌍의 전류입력단자 T1, T2간에 발생하는 전압 ｜Vc｜는

식(2)를 식(3)에 대입하여 :

식(1)과 식(4)에 의해 입력저항 Rin은 다음 식으로 표시되는 일정치로 제어된다.

이와 같이 온도특성이나 경시특성에 의해 오프셋에 변동이 생겨 이 오프셋을 0으로 보상하도록 1개의 등가저항이 가변되어도 입력저항 Rin은 일정치로 유지할 수 있기 때문에 감도의 변동을 없앨 수가 있다.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 의한 전력 측정치를 나탄낸다. 제2도에서 Tin은 피측정계의 전압을 입력하는 전압입력단자이다. 통상 AC100V 등의 전압이 입력된다.

저항 R4, R5는 피측정계의 전압을 본 장치의 내부회로에 적응한 레벨로 변환하는 감쇠기(sttenuator)를 구성한다. 버퍼가 되는 제3의 연산증폭기 OP3는 피측정계의 전압에 정비례한 전압 V1을 출력한다. 전압 V1은 변동이 있는 교류 또는 직류의 전압이다. 피측정계의 전류치는 상기와 마찬가지로 코어 등에 의해 자계 B로 변환되어 홀 소자(1)에 인가된다.

전류공급수단이 되는 제1의 연산증폭기 OP1은 한쌍의 전류 입력단자 T1, T2간에 피측정계의 전압치에 정비례한 전류를 흘리도록 되어 있다. 5는 전압 V1이 교류인 경우에 제2의 연산증폭기 OP2에의 입력이 부귀환이 되도록 배치된 극성 전환기이다. 극성 전환기(5)는 비교기(comparator)로서 기능하는 제4의 연산증폭기 OP4, 인버터(6) 및 스위치 SW1~SW4로 구성된다. 극성 전환기(5)는 전압 V1의 정 또는 부에 따라 각 스위치 SW1~SW4가 제2(b)도에 나타낸 바와 같이 ON 또는 OFF하여 제2의 연산증폭기 OP2의 반전 입력단자와 비반전 입력단자에 저항기 R2, R3의 중간 접속점과 그라운드 레벨을 전환접속한다.

이 경우에 전압차(Va-Vb)는 피측정계의 전류치와 전압치의 곱에 정비례한 값이므로 출력단자 Tout의 출력전압을 판독함으로써 피측정계의 전력치를 측정할 수가 있다.

상기와 같은 구성에서 제2의 연산증폭기 OP2로 구성되는 입력저항 제어수단은 전류입력단자 T2의 전압 V1, V2가 교류인지 직류인지에 상관없이 상기 제1실시예으 경우와 마찬가지로 동작하여 입력저항 Rin을 다음 식과 같이 일정치로 제어한다.

그 결과, 상기 제1실시예와 마찬가지로 오프셋을 0으로 보상하도록 1개의 등가저항이 가변되어도 감도의 변동을 없앨 수가 있다.

상기 제1 및 제2실시예에서는 입력저항 제어시 3개의 게이트 G1, G2, G3에 동일 전압을 인가하여 3개의 등가저항을 제어하고 있다. 따라서 홀 소자(1)상에는 제3도에 나타낸 바와 같이 오프셋 보상용의 게이트 G6와 3개의 게이트 G1, G2, G3를 1개로 한 입력저항 제어용의 게이트 G5를 설치하도록 하여도 좋다.

본 발명에 의한 전기량 측정장치는 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로 경시특성 등에 의해 오프셋에 변동이 생겼을 경우에 이 오프셋 보상을 하여도 입력저항이 일정치로 유지되어 감도의 변동이 억제될 수 있다. 그 결과 온도특성도 양호하게 유지하면서 피측정계의 전류나 전압 등의 전기량을 고정밀도로 측정할 수가 있다.

상기의 취지에 비추어 본 발명에 여러가지 변형이나 변화를 가할 수 있다. 따라서 본 특허청구의 범위내에서는 본 명세서에서 설명한 이외의 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (7)

1. 한쌍의 전류입력단자와, 한쌍의 전압출력단자와, 상기 전류입력단자 및 상기 전압출력단자의 2개의 인접하는 단자간에 형성된 4개의 등가저항을 구비한 홀 소자와; 상기 홀 소자상에 제1의 전류치에 비례하는 자계를 인가하는 자계인가수단과; 상기 홀 소자의 상기 한쌍의 전류입력단자간에 제2의 전류를 흐르게 하는 전류공급수단과; 상기 한쌍의 전압출력단자간에 나타난 제1의 전압을 검출하여, 상기 제1의 전압을 상기 전기량에 대응하는 측정치로서 출력하는 출력수단과; 상기 한쌍의 전압출력단자간에 나타난 오프셋을 검출하여, 상기 검출된 오프셋에 의거하여 상기 홀 소자내의 상기 4개의 등가저항중의 1개를 가변하여 상기 오프셋을 보상하는 오프셋 보상수단을 포함하는 피측정계의 전기량을 측정하는 장치에 있어서, 상기 1개의 등가저항을 제외한 나머지 3개의 상기 등가저항을 가변하여, 상기 제2의 전류의 흐름에 기인하여 상기 한쌍의 전류입력단자간에 발생하는 제2의 전압이 소정치로 유지되도록 하는 입력저항 제어수단을 더 구비함으로써, 상기 홀 소자의 입력저항치가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 자계인가수단에서 상기 제1의 전류는 상기 피측정계의 전류이며, 상기 전류공급수단은 상기 제2의 전류로서 일정치의 직류전류를 흐르게 하며, 상기 출력수단은 상기 제1의 전압을 상기 피측정계의 상기 전류에 대응하는 상기 측정치로서 출력하며, 상기 입력저항 제어수단은 상기 일정치의 직류전류의 흐름에 기인하여 상기 한쌍의 전류입력단자간에 발생하는 상기 제2의 전압이 상기 소정치로 유지되도록 제어함으로써, 상기 장치가 전류 측정장치로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전류공급수단은 일정치의 직류전압을 발생시키는 정전압원과, 상기 정전압원의 출력단자와 상기 한쌍의 전류입력단자중의 1개간에 접속된 제1으 저항과, 제1의 연산증폭기를 포함하며; 상기 제1의 연산증폭기의 반전 입력단자는 상기 한쌍의 전류입력단자중으 상기 1개에 접속되고, 상기 제1의 연산증폭기의 비반전 입력단자는 그라운드 레벨에 접속되고, 상기 제1의 연산증폭기의 출력단자는 상기 한쌍의 전류입력단자중의 다른 1개에 접속되며, 상기 입력저항 제어수단은 제2의 저항과, 제3의 저항과, 제2의 연산증폭기를 포함하며; 상기 제2의 저항은 상기 정전압원의 상기 출력단자와 상기 제2의 연산증폭기의 반전 입력단자간에 접속되고, 상기 제3의 저항은 상기 제2의 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 한쌍의 전류입력단자중의 상기 다른 1개간에 접속되고, 상기 제2의 연산증폭기의 비반전 입력단자는 상기 그라운드 레벨에 접속되고, 상기 제2의 연산증폭기의 출력단자는 상기 홀 소자에 접속되어 상기 나머지 3개의 등가저항을 가변하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
4. 상기 자계인가수단에서 상기 제1의 전류는 상기 피측정계의 전류이며, 상기 전류공급수단은 상기 제2의 전류로서 상기 피측정계의 전압치에 비례하는 전류를 흐르게 하며, 상기 출력수단은 상기 제1의 전압을 상기 피측정계의 전력에 대응하는 상기 측정치로서 출력하며, 상기 입력저항 제어수단은 상기 피측정계의 상기 전압치에 비례하는 상기 전류의 흐름에 기인하여 상기 한쌍의 전류 입력단자간에 발생하는 상기 제2의 전압이 상기 피측정계의 상기 전압치와 일정한 관계로 유지되도록 제어함으로써, 상기 장치가 전력 측정장치로서의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 전류공급수단은 상기 피측정계의 상기 전압에 비례하는 제3의 전압을 발생시키는 전압발생수단과, 상기 전압발생수단의 출력단자와 상기 한쌍의 전류입력단자중의 1개간에 접속된 제1의 저항과, 제1의 연산증폭기를 포함하며; 상기 제1의 연산증폭기의 반전 입력단자는 상기 한쌍의 전류입력단자중의 상기 1개에 접속되고, 상기 제1의 연산증폭기의 비반전 입력단자는 그라운드 레벨에 접속되고, 상기 제1의 연산증폭기의 출력단자는 상기 한쌍의 전류입력단자중의 다른 1개에 접속되며, 상기 입력저항 제어수단은 제2의 저항과, 제3의 저항과, 제2의 연산증폭기와, 극성 전환수단을 포함하며; 상기 제2의 저항은 상기 전압발생수단의 상기 출력단자와 상기 극성 전환수단의 입력단자간에 접속되고, 상기 제3의 저항은 상기 극성전환수단의 상기 입력단자와 상기 한쌍의 전류입력단자중의 상기 다른 1개간에 접속되고, 상기 극성 전환수단은 상기 제3의 전압을 받도록 상기 전압발생수단의 상기 출력단자에 접속되어 상기 제3의 전압의 극성에 의거하여 상기 극성 전환수단의 상기 입력단자 및 그라운드 레벨을 상기 제2의 연산증폭기의 반전 입력단자 및 비반전 입력단자로 접속전환하고, 상기 제2의 연산증폭기의 출력단자는 상기 홀 소자에 접속되어 상기 나머지 3개의 등가저항을 가변하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 홀 소자는 4개의 게이트를 더 가지며, 상기 게이트에 전압을 인가함으로써 상기 등가저항치가 제어되며, 상기 오프셋 보상수단은 검출된 상기 오프셋에 의거하여 상기 게이트중의 1개에 보상전압을 인가함으로써 상기 4개의 등가저항중 상기 1개를 가변하여 상기 오프셋을 보상하며, 상기 입력저항 제어수단은 상기 제2의 연산증폭기의 상기 출력단자를 상기 게이트의 나머지 3개에 접속함으로써 상기 나머지 3개의 등가저항을 가변하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.
7. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 홀 소자는 오프셋 보상 게이트와 입력저항 제어 게이트를 더 가지며, 상기 보상 게이트 및 상기 입력저항 제어 게이트에 각각 전압을 인가함으로써 상기 등가저항의 1개치 및 나머지 3개치가 제어되며, 상기 오프셋 보상수단은 검출된 상기 오프셋에 의거하여 상기 보상 게이트에 보상전압을 인가함으로써 상기 4개의 등가저항중 상기 1개를 가변하여 상기 오프셋을 보상하며, 상기 입력저항 제어수단은 상기 제2의 연산증폭기의 상기 출력단자를 상기 입력저항 제어 게이트에 접속함으로써 상기 나머지 3개의 등가저항을 가변하는 것을 특징으로 하는 전기량 측정장치.