電流センサ
【課題】所望のＳ／Ｎとなる電流センサを提供する。
【解決手段】被測定電線２１が挿通される磁気コア２と、磁気コア２に配置されたホール素子３と、磁気コア２に巻回された負帰還コイル４と、ホール素子３の電流入力端子３ａ，３ａに直流定電流Ｉ２を供給する電源部５と、ホール素子３の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間に発生する出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還コイル４に負帰還電流Ｉ３を供給する電流生成部６と、負帰還コイル４に接続されて負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２に変換して出力する終端抵抗７とを備え、測定電流Ｉ１の非検出時における検出電圧Ｖ２に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を変更することにより、算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度ＤＥｒｅｆに一致させる補正処理を実行する処理部９を備えている。
【解決手段】被測定電線２１が挿通される磁気コア２と、磁気コア２に配置されたホール素子３と、磁気コア２に巻回された負帰還コイル４と、ホール素子３の電流入力端子３ａ，３ａに直流定電流Ｉ２を供給する電源部５と、ホール素子３の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間に発生する出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還コイル４に負帰還電流Ｉ３を供給する電流生成部６と、負帰還コイル４に接続されて負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２に変換して出力する終端抵抗７とを備え、測定電流Ｉ１の非検出時における検出電圧Ｖ２に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を変更することにより、算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度ＤＥｒｅｆに一致させる補正処理を実行する処理部９を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール素子を使用して被測定電線に流れる測定電流を検出する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流センサとして、下記特許文献１において従来技術として開示されている電流センサ（クランプセンサ）が一般的に知られている。この電流センサは、ゼロフラックス法を採用したセンサであって、被測定電線が挿通される磁気コア、磁気コアに配設されたホール素子、磁気コアに巻回された負帰還コイル、電圧−電流変換器、検出抵抗およびアンプを備えている。
【０００３】
この電流センサでは、直流定電流で駆動されているホール素子が、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束を検出して、測定電流の電流値に比例して電圧値が変化する出力電圧を出力し、電圧−電流変換器が、この出力電圧を負帰還電流に変換して、負帰還コイルに出力する。この場合、ゼロフラックス法では、負帰還電流は、負帰還コイルに負帰還電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束で、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束を相殺するように、その電流値が制御される。このため、負帰還電流は、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束の大きさ、すなわち測定電流に比例する。検出抵抗は、この負帰還電流を電圧に変換し、この変換された電圧をアンプが増幅して出力する。
【０００４】
ところで、この電流センサのＳ／Ｎは、センサ検出感度をＦとし、磁気コアの磁気抵抗をＲとし、測定電流をＩとし、ホール素子やアンプのノイズをＤとしたときに、下記式で表される。
Ｓ／Ｎ＝Ｆ×Ｉ／（Ｒ×Ｄ）
【０００５】
このため、電流センサのＳ／Ｎを向上させる１つの方法として、ホール素子やアンプのノイズＤを下げる方法が考えられるが、現状では、このノイズＤは、ホール素子の特性に依存したノイズに大きく支配されているため、大きく下げることは困難である。つまり、ノイズＤを下げる方法でのＳ／Ｎの大幅な向上は困難である。一方、電流センサのＳ／Ｎを向上させる他の方法として、センサ検出感度Ｆを上げる方法が考えられる。近年では、センサ検出感度Ｆを規定するパラメータの１つである移動度μの大きなホール素子（現行の多くのホール素子の移動度μ（数千ｃｍ２／Ｖｓ）に対して、移動度μが数万ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール素子）が開発されてきているため、このようなホール素子を使用することにより、センサ検出感度Ｆを上げて電流センサのＳ／Ｎを大幅に向上させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４３０７３号公報（第２−３頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の移動度μの大きなホール素子を使用して電流センサのＳ／Ｎを大幅に向上させる構成には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、特許文献１に開示されている一般的な回路方式で利用するホール素子の周波数帯域Ｗ（直流〜１ｋＨｚ程度の帯域）では、図３に示すように、最終段のアンプから出力される電圧に含まれるノイズＤのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、周波数が高くなるに従い、ほぼ反比例の関係で低下する周波数特性を有している。つまり、このノイズは、１／ｆノイズとしての特性を有している。
【０００８】
しかしながら、同じ材料（例えば、インジウム・アンチモンや、ガリウム・砒素など）を使用して同じ移動度μとなるように製造されたホール素子であっても、個体毎に移動度μがばらつく場合があり、特に、移動度μの大きなホール素子の場合には、このばらつきの幅が大きくなる場合がある。
【０００９】
また、移動度μのばらつきがノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性に与える影響について、移動度μが異なる同種（使用材料が同一）の３つ（μ１，μ２，μ３（μ１＞μ２＞μ３））のホール素子を用いて実験で確認したところ、これらのホール素子を同一の直流定電流で駆動する条件下において、図３に示すように、ホール素子の移動度μの値に応じてノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性が変化すること、具体的には、移動度μがμ１からμ２，μ３と順次小さくなるに従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が上昇する周波数特性となることが確認された。なお、同図中において、移動度がμ１のホール素子についての周波数特性については実線で示し、移動度がμ２のホール素子についての周波数特性については一点鎖線で示し、移動度がμ３のホール素子についての周波数特性については破線で示している。
【００１０】
このため、移動度μのばらつきが大きくなる移動度μの大きなホール素子については、同じ直流定電流で駆動したとしても、図３に示すような周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度に生ずるばらつき（パワースペクトル密度の周波数特性のばらつき）が、許容範囲を超えて大きくなる可能性が高まることになる。
【００１１】
したがって、単に移動度μの大きなホール素子を使用するだけの構成の電流センサでは、Ｓ／Ｎを大幅に向上できるものの、上記したノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性のばらつきに起因して、所望のＳ／Ｎを得ることが困難であるという解決すべき課題が存在している。
【００１２】
本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、所望のＳ／Ｎを得ることが可能な電流センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電流センサは、内部に被測定電線が挿通される磁気コアと、当該磁気コアに配置されたホール素子と、前記磁気コアに巻回された負帰還コイルと、前記ホール素子の一対の電流入力端子に駆動電流を供給する電源部と、前記ホール素子の一対の電圧出力端子間に発生する出力電圧に基づいて前記負帰還コイルに前記磁気コア内の磁束を打ち消す負帰還電流を供給する電流生成部と、前記負帰還コイルに接続されて前記負帰還電流を前記被測定電線に流れる測定電流の電流値に応じて電圧値が変化する検出電圧に変換して出力する電流電圧変換部とを備えているゼロフラックス方式の電流センサであって、前記測定電流の非検出時における前記検出電圧に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、前記電源部に対する制御を実行して前記駆動電流の電流値を変更することにより、当該算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度に一致させる補正処理を実行する処理部を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の電流センサでは、処理部による補正処理の実行により、ホール素子のノイズについてのパワースペクトル密度の周波数特性が、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度が基準密度となる所定のパワースペクトル密度の基準周波数特性に揃えられる。
【００１５】
したがって、この電流センサによれば、Ｓ／Ｎを向上させるために移動度の大きなホール素子を使用した場合に、使用したホール素子の移動度にばらつきが生じていたとしても、ノイズのパワースペクトル密度の周波数特性が基準周波数特性に揃えられた状態で、被測定電線に流れる測定電流の電流値を算出（測定）することができる。つまり、この電流センサによれば、移動度の大きなホール素子を使用してＳ／Ｎを向上させつつ、所望のＳ／Ｎを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電流センサ１の構成図である。
【図２】同種のホール素子において、直流定電流の値を変化させたときの各直流定電流でのノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性を示す周波数特性図である。
【図３】移動度μのばらつきに起因して同種のホール素子に発生するノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性のばらつきを説明するための周波数特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、電流センサ１の実施の形態について説明する。
【００１８】
まず、電流センサ１の構成について、図１を参照して説明する。
【００１９】
電流センサ１は、図１に示すように、磁気コア２、ホール素子３、負帰還コイル４、電源部５、電流生成部６、電流電圧変換部７、アンプ８、処理部９、記憶部１０、操作部１１および出力部１２とを備え、ゼロフラックス方式の電流センサとして構成されて、磁気コア２に挿通された被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１を検出する。
【００２０】
磁気コア２は、一例として、基端部（図１中の下端部）を中心として開閉可能な分割型で形成されて、活線状態の被測定電線２１をクランプ可能（内部に被測定電線２１を挿通可能）に構成されている。なお、磁気コア２については、分割型に限定されず、貫通型（非分割型）とすることもできる。
【００２１】
ホール素子３は、電流センサ１のセンサ検出感度を向上させるために、移動度μが数万ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール素子が使用されている。また、ホール素子３は、一例として、磁気コア２の基端部に配設されている。また、ホール素子３は、一対の電流入力端子３ａ，３ａ、および一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂを備え、電源部５から一対の電流入力端子３ａ，３ａに制御用の直流定電流Ｉ２が供給された状態で作動する。また、ホール素子３は、この作動状態において、磁気コア２の内部に発生する磁束を検出して、磁束密度に応じた（具体的には、比例、またはほぼ比例した）電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。この場合、磁気コア２の内部に発生する磁束とは、磁気コア２に挿通された被測定電線２１に測定電流Ｉ１が流れることによって発生する磁束φ１と、負帰還コイル４に後述する負帰還電流Ｉ３が流れることによって発生する磁束φ２との差分（φ１−φ２）の磁束である。
【００２２】
負帰還コイル４は、磁気コア２に巻回されている。電源部５は、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａを介して、駆動電流としての直流定電流Ｉ２をホール素子３に供給する。また、電源部５は、本例では、一例として、電流値を変更可能な直流定電流源で構成されて、処理部９によって制御されることにより、直流定電流Ｉ２の電流値を変更可能に構成されている。
【００２３】
電流生成部６は、ホール素子３から出力電圧Ｖ１を入力すると共に、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して、負帰還コイル４の一端部に供給する。この場合、電流生成部６は、出力電圧Ｖ１がゼロボルトになるように、つまり、ホール素子３において検出される磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）の磁束密度がゼロになるように（言い換えれば、磁束φ２で磁束φ１を相殺するように）、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。
【００２４】
電流電圧変換部７は、負帰還電流Ｉ３を電圧に変換する。本例では、一例として、電流電圧変換部７は、負帰還コイル４の他端部と基準電位（本例ではグランド電位）との間に接続された終端抵抗で構成されている（以下、「終端抵抗７」ともいう）。この構成により、終端抵抗７は、その抵抗値をＲ１としたときに、負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２（＝Ｒ１×Ｉ３）に変換する。なお、図示はしないが、終端抵抗に代えて、非反転入力端子が基準電位に接続された演算増幅器と、その反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗とで構成される公知の電流電圧変換器を使用して、電流電圧変換部７を構成することもできる。
【００２５】
アンプ８は、検出電圧Ｖ２を入力すると共に、予め規定された増幅率で増幅して、新たな検出電圧Ｖ３として処理部９に出力する。なお、アンプ８の増幅率については、検出電圧Ｖ３が処理部９に内蔵されている後述のＡ／Ｄ変換器の入力定格を満たす電圧値となるように予め規定されている。
【００２６】
処理部９は、Ａ／Ｄ変換器およびＣＰＵ（いずれも図示せず）を備え、検出電圧Ｖ３に基づいて電源部５からホール素子３に対して供給する直流定電流Ｉ２の電流値を補正する補正処理、および検出電圧Ｖ３に基づいて被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１を算出する電流検出処理を実行する。記憶部１０は、例えば、ＲＡＭなどの半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）で構成されて、ホール素子３の直流定電流Ｉ２についての基準値Ｉｒｅｆが予め記憶されている。また、記憶部１０には、予め規定された周波数（本例では、一例として、１００Ｈｚ）でのノイズＤについてのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆとして記憶されている。
【００２７】
操作部１１は、操作スイッチ（不図示）を備え、操作スイッチに対する操作に応じて、処理部９に対して補正処理を実行させる指示、および処理部９に対して電流検出処理を実行させる指示を示す指示データＤｃｏを出力する。出力部１２は、一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部９において算出された測定電流Ｉ１の電流値を画面上に表示させる。
【００２８】
次に、電流センサ１の動作について図面を参照して説明する。
【００２９】
最初に、オペレータは、磁気コア２の内部に被測定電線２１を挿通させず、かつ磁気コア２を閉じた状態（測定電流Ｉ１の非検出時）において、操作部１１を操作して、処理部９に対して補正処理を実行させる指示を含む指示データＤｃｏを出力する。
【００３０】
処理部９は、操作部１１からこの指示データＤｃｏを入力して補正処理を実行する。この補正処理では、処理部９は、まず、記憶部１０から基準値Ｉｒｅｆを読み出すと共に、電源部５に対する制御を実行して、電源部５から出力される直流定電流Ｉ２の電流値を基準値Ｉｒｅｆに規定する。電源部５は、この直流定電流Ｉ２をホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａに出力する。
【００３１】
これにより、ホール素子３は、電流値が基準値Ｉｒｅｆに規定された直流定電流Ｉ２を駆動電流として作動して、磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）を検出すると共に、この磁束の磁束密度に比例した電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。電流生成部６は、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して負帰還コイル４の一端部に供給する。
【００３２】
磁気コア２に被測定電線２１が挿通されていない状態では、磁束φ１はゼロであり、これに伴い、電流生成部６は、負帰還電流Ｉ３が負帰還コイル４に流れることによって磁気コア２内に生じる磁束φ２（磁束φ１を相殺するための磁束）もゼロになるように、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。すなわち、電流生成部６は、負帰還電流Ｉ３の電流値をゼロに制御する。終端抵抗７（電流電圧変換部７）は、この負帰還電流Ｉ３を電圧に変換して、ゼロボルトの検出電圧Ｖ２を発生させ、アンプ８が、この検出電圧Ｖ２を検出電圧Ｖ３（この検出電圧Ｖ３の電圧もゼロボルトとなる）に増幅して処理部９に出力する。
【００３３】
処理部９では、Ａ／Ｄ変換器が検出電圧Ｖ３を予め規定されたサンプリングレートでサンプリングして、検出電圧Ｖ３の電圧値を示すデジタルデータ（電圧データ）に変換し、ＣＰＵがこの電圧データに基づいてフーリエ変換処理を実行することにより、検出電圧Ｖ３についての周波数毎のパワースペクトル密度を算出する。この場合、検出電圧Ｖ３は、磁気コア２に被測定電線２１が挿通されていない状態（非検出時）での電圧であるため、ノイズＤに起因して発生した検出電圧Ｖ３についてのパワースペクトル密度を示している。また、背景技術で述べたように、電流センサ１に発生しているノイズは、ホール素子３の特性に依存したノイズＤに大きく支配されるため、処理部９において算出されたパワースペクトル密度は、ホール素子３に固有に発生するノイズＤについてのパワースペクトル密度を示すものでもある。
【００３４】
次いで、処理部９は、算出したノイズＤについての周波数毎のパワースペクトル密度（パワースペクトル密度の周波数特性）に基づいて、予め規定された周波数（本例では、一例として、１００Ｈｚ）でのノイズＤについてのパワースペクトル密度を検出する処理を実行する。続いて、処理部９は、この検出したパワースペクトル密度と記憶部１０から読み出した基準密度ＤＥｒｅｆとを比較する処理を実行しつつ、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆに近づくように（両密度の差が減少するように）、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を変更する処理を実行する。処理部９は、この予め規定された周波数でのノイズＤについてのパワースペクトル密度の検出、検出したパワースペクトル密度と基準密度ＤＥｒｅｆとの比較、および直流定電流Ｉ２の電流値の変更の各処理を、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆと一致（両密度の差分の絶対値が予め規定された値内に収まる状態をいうものとする）するまで繰り返し実行する。
【００３５】
実験によれば、ホール素子は、通常、駆動電流としての直流定電流Ｉ２の電流値の増減に伴い、図２に示すように、周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性が変化するという特性を有している。具体的には、ホール素子３は、同図に示すように、直流定電流Ｉ２の電流値を多くする（増加させる）に従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が低下し、逆に、直流定電流Ｉ２の電流値を少なくする（減少させる）に従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が上昇するという特性を有している。
【００３６】
処理部９は、ホール素子３のこのパワースペクトル密度についての特性を考慮して、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも大きい場合には、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を増加させることにより、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を低下させ、逆に、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも小さい場合には、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を減少させることにより、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を上昇させて、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させる。
【００３７】
パワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させた後、処理部９は、このときの直流定電流Ｉ２の電流値で、記憶部１０に記憶されている基準値Ｉｒｅｆを更新する。これにより、補正処理が完了する。ホール素子３についての周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度は、上記したように、周波数が高くなるに従い、ほぼ反比例の関係で低下する周波数特性（１／ｆノイズとしての特性）を有している。これにより、周波数帯域Ｗでの予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させることにより、周波数帯域Ｗ全体に亘るノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性は、予め規定された周波数において基準密度ＤＥｒｅｆとなる１つの周波数特性に揃えられる。
【００３８】
例えば、図３において破線で示す周波数特性のように、予め規定された周波数（本例では１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆ（一点鎖線で示す周波数特性でのパワースペクトル密度）よりも大きい場合には、処理部９は、補正処理の実行により、直流定電流Ｉ２の電流値を増加させて予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を低下させることで、破線で示される周波数特性を、一点鎖線で示される周波数特性に一致させる（揃える）。一方、図３において実線で示す周波数特性のように、予め規定された周波数（１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも小さい場合には、処理部９は、補正処理の実行により、直流定電流Ｉ２の電流値を減少させて予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を上昇させることで、実線で示される周波数特性を、一点鎖線で示される周波数特性に一致させる（揃える）。
【００３９】
この補正処理の完了の後、オペレータは、磁気コア２の内部に被測定電線２１を挿通させ、操作部１１を操作して、処理部９に対して電流検出処理を実行させる指示を含む指示データＤｃｏを出力する。
【００４０】
処理部９は、操作部１１からこの指示データＤｃｏを入力して電流検出処理を実行する。この補正処理では、処理部９は、まず、記憶部１０から基準値Ｉｒｅｆ（上記の補正処理によって更新された基準値Ｉｒｅｆ）を読み出すと共に、電源部５に対する制御を実行して、電源部５から出力される直流定電流Ｉ２の電流値を基準値Ｉｒｅｆに規定する。電源部５は、この直流定電流Ｉ２をホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａに出力する。
【００４１】
これにより、ホール素子３は、電流値が基準値Ｉｒｅｆに規定された直流定電流Ｉ２を駆動電流として作動して、磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）を検出すると共に、この磁束の磁束密度に比例した電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。電流生成部６は、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して負帰還コイル４の一端部に供給することにより、ホール素子３で検出される磁束（φ１−φ２）の磁束密度（磁気コア２内の磁束密度）がゼロになるように（磁束φ２で磁束φ１を相殺するように）、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。
【００４２】
終端抵抗７は、この負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２に変換し、アンプ８が、この検出電圧Ｖ２を予め規定された増幅率で増幅して、新たな検出電圧Ｖ３として処理部９に出力する。処理部９は、この検出電圧Ｖ３をデジタルデータ（電圧データ）に変換すると共に、この電圧データと、負帰還コイル４の巻回数と、終端抵抗７の抵抗値とに基づいて、被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１の電流値を算出して、出力部１２を構成する表示装置の画面上に表示させる。これにより、電流検出処理が完了する。
【００４３】
このように、この電流センサ１では、処理部９による補正処理の実行により、電流センサ１に使用されているホール素子３の周波数帯域ＷでのノイズＤについてのパワースペクトル密度の周波数特性が、予め規定された周波数（１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆとなる所定のパワースペクトル密度の周波数特性（基準周波数特性）に揃えられている。
【００４４】
したがって、この電流センサ１によれば、Ｓ／Ｎを向上させるために移動度μの大きなホール素子３を使用した場合に、使用したホール素子３の移動度μにばらつきが生じていたとしても、ノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性が基準周波数特性に揃えられた状態で、被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１の電流値を算出（測定）することができる。つまり、この電流センサ１によれば、移動度μの大きなホール素子３を使用してＳ／Ｎを向上させつつ、所望のＳ／Ｎを得ることができる。したがって、この電流センサ１によれば、Ｓ／Ｎを均一化することができる結果、ホール素子３の移動度μのばらつきに起因した電流センサ１の歩留率の低下を回避することもできる。
【００４５】
なお、上記の電流センサ１では、ホール素子３に対して駆動電流としての直流定電流Ｉ２を供給する電源部５に直流定電流源を使用すると共に、処理部９が電源部５に対する制御を実行して、直流定電流Ｉ２の電流値を補正する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、電源部５に直流電圧源を使用して、処理部９がこの電源部５に対する制御を実行して、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａ間に印加される電圧を制御することにより、ホール素子３に供給される直流定電流Ｉ２の電流値（印加される電圧とホール素子３の入力抵抗とで規定される電流値）を補正する構成を採用することもできる。さらには、例えば、電源部５に直流定電圧源を使用すると共に、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａを可変抵抗（電流制限抵抗の一例）を介してこの直流定電圧源に接続し、処理部９がこの可変抵抗に対する制御を実行して、ホール素子３に供給される直流定電流Ｉ２の電流値を補正する構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電流センサ
２ 磁気コア
３ ホール素子
３ａ 電流入力端子
３ｂ 電圧出力端子
４ 負帰還コイル
５ 電源部
６ 電流生成部
７ 終端抵抗
９ 処理部
２１ 被測定電線
ＤＥｒｅｆ 基準密度
Ｉ１ 測定電流
Ｉ３ 負帰還電流
Ｖ２，Ｖ３ 検出電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール素子を使用して被測定電線に流れる測定電流を検出する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流センサとして、下記特許文献１において従来技術として開示されている電流センサ（クランプセンサ）が一般的に知られている。この電流センサは、ゼロフラックス法を採用したセンサであって、被測定電線が挿通される磁気コア、磁気コアに配設されたホール素子、磁気コアに巻回された負帰還コイル、電圧−電流変換器、検出抵抗およびアンプを備えている。
【０００３】
この電流センサでは、直流定電流で駆動されているホール素子が、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束を検出して、測定電流の電流値に比例して電圧値が変化する出力電圧を出力し、電圧−電流変換器が、この出力電圧を負帰還電流に変換して、負帰還コイルに出力する。この場合、ゼロフラックス法では、負帰還電流は、負帰還コイルに負帰還電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束で、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束を相殺するように、その電流値が制御される。このため、負帰還電流は、被測定電線に測定電流が流れることによって磁気コアに発生する磁束の大きさ、すなわち測定電流に比例する。検出抵抗は、この負帰還電流を電圧に変換し、この変換された電圧をアンプが増幅して出力する。
【０００４】
ところで、この電流センサのＳ／Ｎは、センサ検出感度をＦとし、磁気コアの磁気抵抗をＲとし、測定電流をＩとし、ホール素子やアンプのノイズをＤとしたときに、下記式で表される。
Ｓ／Ｎ＝Ｆ×Ｉ／（Ｒ×Ｄ）
【０００５】
このため、電流センサのＳ／Ｎを向上させる１つの方法として、ホール素子やアンプのノイズＤを下げる方法が考えられるが、現状では、このノイズＤは、ホール素子の特性に依存したノイズに大きく支配されているため、大きく下げることは困難である。つまり、ノイズＤを下げる方法でのＳ／Ｎの大幅な向上は困難である。一方、電流センサのＳ／Ｎを向上させる他の方法として、センサ検出感度Ｆを上げる方法が考えられる。近年では、センサ検出感度Ｆを規定するパラメータの１つである移動度μの大きなホール素子（現行の多くのホール素子の移動度μ（数千ｃｍ２／Ｖｓ）に対して、移動度μが数万ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール素子）が開発されてきているため、このようなホール素子を使用することにより、センサ検出感度Ｆを上げて電流センサのＳ／Ｎを大幅に向上させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４３０７３号公報（第２−３頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の移動度μの大きなホール素子を使用して電流センサのＳ／Ｎを大幅に向上させる構成には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、特許文献１に開示されている一般的な回路方式で利用するホール素子の周波数帯域Ｗ（直流〜１ｋＨｚ程度の帯域）では、図３に示すように、最終段のアンプから出力される電圧に含まれるノイズＤのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、周波数が高くなるに従い、ほぼ反比例の関係で低下する周波数特性を有している。つまり、このノイズは、１／ｆノイズとしての特性を有している。
【０００８】
しかしながら、同じ材料（例えば、インジウム・アンチモンや、ガリウム・砒素など）を使用して同じ移動度μとなるように製造されたホール素子であっても、個体毎に移動度μがばらつく場合があり、特に、移動度μの大きなホール素子の場合には、このばらつきの幅が大きくなる場合がある。
【０００９】
また、移動度μのばらつきがノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性に与える影響について、移動度μが異なる同種（使用材料が同一）の３つ（μ１，μ２，μ３（μ１＞μ２＞μ３））のホール素子を用いて実験で確認したところ、これらのホール素子を同一の直流定電流で駆動する条件下において、図３に示すように、ホール素子の移動度μの値に応じてノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性が変化すること、具体的には、移動度μがμ１からμ２，μ３と順次小さくなるに従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が上昇する周波数特性となることが確認された。なお、同図中において、移動度がμ１のホール素子についての周波数特性については実線で示し、移動度がμ２のホール素子についての周波数特性については一点鎖線で示し、移動度がμ３のホール素子についての周波数特性については破線で示している。
【００１０】
このため、移動度μのばらつきが大きくなる移動度μの大きなホール素子については、同じ直流定電流で駆動したとしても、図３に示すような周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度に生ずるばらつき（パワースペクトル密度の周波数特性のばらつき）が、許容範囲を超えて大きくなる可能性が高まることになる。
【００１１】
したがって、単に移動度μの大きなホール素子を使用するだけの構成の電流センサでは、Ｓ／Ｎを大幅に向上できるものの、上記したノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性のばらつきに起因して、所望のＳ／Ｎを得ることが困難であるという解決すべき課題が存在している。
【００１２】
本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、所望のＳ／Ｎを得ることが可能な電流センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電流センサは、内部に被測定電線が挿通される磁気コアと、当該磁気コアに配置されたホール素子と、前記磁気コアに巻回された負帰還コイルと、前記ホール素子の一対の電流入力端子に駆動電流を供給する電源部と、前記ホール素子の一対の電圧出力端子間に発生する出力電圧に基づいて前記負帰還コイルに前記磁気コア内の磁束を打ち消す負帰還電流を供給する電流生成部と、前記負帰還コイルに接続されて前記負帰還電流を前記被測定電線に流れる測定電流の電流値に応じて電圧値が変化する検出電圧に変換して出力する電流電圧変換部とを備えているゼロフラックス方式の電流センサであって、前記測定電流の非検出時における前記検出電圧に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、前記電源部に対する制御を実行して前記駆動電流の電流値を変更することにより、当該算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度に一致させる補正処理を実行する処理部を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の電流センサでは、処理部による補正処理の実行により、ホール素子のノイズについてのパワースペクトル密度の周波数特性が、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度が基準密度となる所定のパワースペクトル密度の基準周波数特性に揃えられる。
【００１５】
したがって、この電流センサによれば、Ｓ／Ｎを向上させるために移動度の大きなホール素子を使用した場合に、使用したホール素子の移動度にばらつきが生じていたとしても、ノイズのパワースペクトル密度の周波数特性が基準周波数特性に揃えられた状態で、被測定電線に流れる測定電流の電流値を算出（測定）することができる。つまり、この電流センサによれば、移動度の大きなホール素子を使用してＳ／Ｎを向上させつつ、所望のＳ／Ｎを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電流センサ１の構成図である。
【図２】同種のホール素子において、直流定電流の値を変化させたときの各直流定電流でのノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性を示す周波数特性図である。
【図３】移動度μのばらつきに起因して同種のホール素子に発生するノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性のばらつきを説明するための周波数特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、電流センサ１の実施の形態について説明する。
【００１８】
まず、電流センサ１の構成について、図１を参照して説明する。
【００１９】
電流センサ１は、図１に示すように、磁気コア２、ホール素子３、負帰還コイル４、電源部５、電流生成部６、電流電圧変換部７、アンプ８、処理部９、記憶部１０、操作部１１および出力部１２とを備え、ゼロフラックス方式の電流センサとして構成されて、磁気コア２に挿通された被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１を検出する。
【００２０】
磁気コア２は、一例として、基端部（図１中の下端部）を中心として開閉可能な分割型で形成されて、活線状態の被測定電線２１をクランプ可能（内部に被測定電線２１を挿通可能）に構成されている。なお、磁気コア２については、分割型に限定されず、貫通型（非分割型）とすることもできる。
【００２１】
ホール素子３は、電流センサ１のセンサ検出感度を向上させるために、移動度μが数万ｃｍ２／Ｖｓ以上のホール素子が使用されている。また、ホール素子３は、一例として、磁気コア２の基端部に配設されている。また、ホール素子３は、一対の電流入力端子３ａ，３ａ、および一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂを備え、電源部５から一対の電流入力端子３ａ，３ａに制御用の直流定電流Ｉ２が供給された状態で作動する。また、ホール素子３は、この作動状態において、磁気コア２の内部に発生する磁束を検出して、磁束密度に応じた（具体的には、比例、またはほぼ比例した）電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。この場合、磁気コア２の内部に発生する磁束とは、磁気コア２に挿通された被測定電線２１に測定電流Ｉ１が流れることによって発生する磁束φ１と、負帰還コイル４に後述する負帰還電流Ｉ３が流れることによって発生する磁束φ２との差分（φ１−φ２）の磁束である。
【００２２】
負帰還コイル４は、磁気コア２に巻回されている。電源部５は、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａを介して、駆動電流としての直流定電流Ｉ２をホール素子３に供給する。また、電源部５は、本例では、一例として、電流値を変更可能な直流定電流源で構成されて、処理部９によって制御されることにより、直流定電流Ｉ２の電流値を変更可能に構成されている。
【００２３】
電流生成部６は、ホール素子３から出力電圧Ｖ１を入力すると共に、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して、負帰還コイル４の一端部に供給する。この場合、電流生成部６は、出力電圧Ｖ１がゼロボルトになるように、つまり、ホール素子３において検出される磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）の磁束密度がゼロになるように（言い換えれば、磁束φ２で磁束φ１を相殺するように）、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。
【００２４】
電流電圧変換部７は、負帰還電流Ｉ３を電圧に変換する。本例では、一例として、電流電圧変換部７は、負帰還コイル４の他端部と基準電位（本例ではグランド電位）との間に接続された終端抵抗で構成されている（以下、「終端抵抗７」ともいう）。この構成により、終端抵抗７は、その抵抗値をＲ１としたときに、負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２（＝Ｒ１×Ｉ３）に変換する。なお、図示はしないが、終端抵抗に代えて、非反転入力端子が基準電位に接続された演算増幅器と、その反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗とで構成される公知の電流電圧変換器を使用して、電流電圧変換部７を構成することもできる。
【００２５】
アンプ８は、検出電圧Ｖ２を入力すると共に、予め規定された増幅率で増幅して、新たな検出電圧Ｖ３として処理部９に出力する。なお、アンプ８の増幅率については、検出電圧Ｖ３が処理部９に内蔵されている後述のＡ／Ｄ変換器の入力定格を満たす電圧値となるように予め規定されている。
【００２６】
処理部９は、Ａ／Ｄ変換器およびＣＰＵ（いずれも図示せず）を備え、検出電圧Ｖ３に基づいて電源部５からホール素子３に対して供給する直流定電流Ｉ２の電流値を補正する補正処理、および検出電圧Ｖ３に基づいて被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１を算出する電流検出処理を実行する。記憶部１０は、例えば、ＲＡＭなどの半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive ）で構成されて、ホール素子３の直流定電流Ｉ２についての基準値Ｉｒｅｆが予め記憶されている。また、記憶部１０には、予め規定された周波数（本例では、一例として、１００Ｈｚ）でのノイズＤについてのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆとして記憶されている。
【００２７】
操作部１１は、操作スイッチ（不図示）を備え、操作スイッチに対する操作に応じて、処理部９に対して補正処理を実行させる指示、および処理部９に対して電流検出処理を実行させる指示を示す指示データＤｃｏを出力する。出力部１２は、一例として、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部９において算出された測定電流Ｉ１の電流値を画面上に表示させる。
【００２８】
次に、電流センサ１の動作について図面を参照して説明する。
【００２９】
最初に、オペレータは、磁気コア２の内部に被測定電線２１を挿通させず、かつ磁気コア２を閉じた状態（測定電流Ｉ１の非検出時）において、操作部１１を操作して、処理部９に対して補正処理を実行させる指示を含む指示データＤｃｏを出力する。
【００３０】
処理部９は、操作部１１からこの指示データＤｃｏを入力して補正処理を実行する。この補正処理では、処理部９は、まず、記憶部１０から基準値Ｉｒｅｆを読み出すと共に、電源部５に対する制御を実行して、電源部５から出力される直流定電流Ｉ２の電流値を基準値Ｉｒｅｆに規定する。電源部５は、この直流定電流Ｉ２をホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａに出力する。
【００３１】
これにより、ホール素子３は、電流値が基準値Ｉｒｅｆに規定された直流定電流Ｉ２を駆動電流として作動して、磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）を検出すると共に、この磁束の磁束密度に比例した電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。電流生成部６は、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して負帰還コイル４の一端部に供給する。
【００３２】
磁気コア２に被測定電線２１が挿通されていない状態では、磁束φ１はゼロであり、これに伴い、電流生成部６は、負帰還電流Ｉ３が負帰還コイル４に流れることによって磁気コア２内に生じる磁束φ２（磁束φ１を相殺するための磁束）もゼロになるように、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。すなわち、電流生成部６は、負帰還電流Ｉ３の電流値をゼロに制御する。終端抵抗７（電流電圧変換部７）は、この負帰還電流Ｉ３を電圧に変換して、ゼロボルトの検出電圧Ｖ２を発生させ、アンプ８が、この検出電圧Ｖ２を検出電圧Ｖ３（この検出電圧Ｖ３の電圧もゼロボルトとなる）に増幅して処理部９に出力する。
【００３３】
処理部９では、Ａ／Ｄ変換器が検出電圧Ｖ３を予め規定されたサンプリングレートでサンプリングして、検出電圧Ｖ３の電圧値を示すデジタルデータ（電圧データ）に変換し、ＣＰＵがこの電圧データに基づいてフーリエ変換処理を実行することにより、検出電圧Ｖ３についての周波数毎のパワースペクトル密度を算出する。この場合、検出電圧Ｖ３は、磁気コア２に被測定電線２１が挿通されていない状態（非検出時）での電圧であるため、ノイズＤに起因して発生した検出電圧Ｖ３についてのパワースペクトル密度を示している。また、背景技術で述べたように、電流センサ１に発生しているノイズは、ホール素子３の特性に依存したノイズＤに大きく支配されるため、処理部９において算出されたパワースペクトル密度は、ホール素子３に固有に発生するノイズＤについてのパワースペクトル密度を示すものでもある。
【００３４】
次いで、処理部９は、算出したノイズＤについての周波数毎のパワースペクトル密度（パワースペクトル密度の周波数特性）に基づいて、予め規定された周波数（本例では、一例として、１００Ｈｚ）でのノイズＤについてのパワースペクトル密度を検出する処理を実行する。続いて、処理部９は、この検出したパワースペクトル密度と記憶部１０から読み出した基準密度ＤＥｒｅｆとを比較する処理を実行しつつ、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆに近づくように（両密度の差が減少するように）、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を変更する処理を実行する。処理部９は、この予め規定された周波数でのノイズＤについてのパワースペクトル密度の検出、検出したパワースペクトル密度と基準密度ＤＥｒｅｆとの比較、および直流定電流Ｉ２の電流値の変更の各処理を、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆと一致（両密度の差分の絶対値が予め規定された値内に収まる状態をいうものとする）するまで繰り返し実行する。
【００３５】
実験によれば、ホール素子は、通常、駆動電流としての直流定電流Ｉ２の電流値の増減に伴い、図２に示すように、周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度についての周波数特性が変化するという特性を有している。具体的には、ホール素子３は、同図に示すように、直流定電流Ｉ２の電流値を多くする（増加させる）に従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が低下し、逆に、直流定電流Ｉ２の電流値を少なくする（減少させる）に従い、各周波数でのノイズＤのパワースペクトル密度が上昇するという特性を有している。
【００３６】
処理部９は、ホール素子３のこのパワースペクトル密度についての特性を考慮して、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも大きい場合には、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を増加させることにより、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を低下させ、逆に、検出したパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも小さい場合には、電源部５に対する制御を実行して直流定電流Ｉ２の電流値を減少させることにより、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を上昇させて、予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させる。
【００３７】
パワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させた後、処理部９は、このときの直流定電流Ｉ２の電流値で、記憶部１０に記憶されている基準値Ｉｒｅｆを更新する。これにより、補正処理が完了する。ホール素子３についての周波数帯域ＷでのノイズＤのパワースペクトル密度は、上記したように、周波数が高くなるに従い、ほぼ反比例の関係で低下する周波数特性（１／ｆノイズとしての特性）を有している。これにより、周波数帯域Ｗでの予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を基準密度ＤＥｒｅｆに一致させることにより、周波数帯域Ｗ全体に亘るノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性は、予め規定された周波数において基準密度ＤＥｒｅｆとなる１つの周波数特性に揃えられる。
【００３８】
例えば、図３において破線で示す周波数特性のように、予め規定された周波数（本例では１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆ（一点鎖線で示す周波数特性でのパワースペクトル密度）よりも大きい場合には、処理部９は、補正処理の実行により、直流定電流Ｉ２の電流値を増加させて予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を低下させることで、破線で示される周波数特性を、一点鎖線で示される周波数特性に一致させる（揃える）。一方、図３において実線で示す周波数特性のように、予め規定された周波数（１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆよりも小さい場合には、処理部９は、補正処理の実行により、直流定電流Ｉ２の電流値を減少させて予め規定された周波数でのパワースペクトル密度を上昇させることで、実線で示される周波数特性を、一点鎖線で示される周波数特性に一致させる（揃える）。
【００３９】
この補正処理の完了の後、オペレータは、磁気コア２の内部に被測定電線２１を挿通させ、操作部１１を操作して、処理部９に対して電流検出処理を実行させる指示を含む指示データＤｃｏを出力する。
【００４０】
処理部９は、操作部１１からこの指示データＤｃｏを入力して電流検出処理を実行する。この補正処理では、処理部９は、まず、記憶部１０から基準値Ｉｒｅｆ（上記の補正処理によって更新された基準値Ｉｒｅｆ）を読み出すと共に、電源部５に対する制御を実行して、電源部５から出力される直流定電流Ｉ２の電流値を基準値Ｉｒｅｆに規定する。電源部５は、この直流定電流Ｉ２をホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａに出力する。
【００４１】
これにより、ホール素子３は、電流値が基準値Ｉｒｅｆに規定された直流定電流Ｉ２を駆動電流として作動して、磁気コア２の内部に発生している磁束（φ１−φ２）を検出すると共に、この磁束の磁束密度に比例した電圧値の出力電圧Ｖ１を一対の電圧出力端子３ｂ，３ｂ間から出力する。電流生成部６は、この出力電圧Ｖ１に基づいて負帰還電流Ｉ３を生成して負帰還コイル４の一端部に供給することにより、ホール素子３で検出される磁束（φ１−φ２）の磁束密度（磁気コア２内の磁束密度）がゼロになるように（磁束φ２で磁束φ１を相殺するように）、負帰還電流Ｉ３の電流値を制御する。
【００４２】
終端抵抗７は、この負帰還電流Ｉ３を検出電圧Ｖ２に変換し、アンプ８が、この検出電圧Ｖ２を予め規定された増幅率で増幅して、新たな検出電圧Ｖ３として処理部９に出力する。処理部９は、この検出電圧Ｖ３をデジタルデータ（電圧データ）に変換すると共に、この電圧データと、負帰還コイル４の巻回数と、終端抵抗７の抵抗値とに基づいて、被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１の電流値を算出して、出力部１２を構成する表示装置の画面上に表示させる。これにより、電流検出処理が完了する。
【００４３】
このように、この電流センサ１では、処理部９による補正処理の実行により、電流センサ１に使用されているホール素子３の周波数帯域ＷでのノイズＤについてのパワースペクトル密度の周波数特性が、予め規定された周波数（１００Ｈｚ）でのパワースペクトル密度が基準密度ＤＥｒｅｆとなる所定のパワースペクトル密度の周波数特性（基準周波数特性）に揃えられている。
【００４４】
したがって、この電流センサ１によれば、Ｓ／Ｎを向上させるために移動度μの大きなホール素子３を使用した場合に、使用したホール素子３の移動度μにばらつきが生じていたとしても、ノイズＤのパワースペクトル密度の周波数特性が基準周波数特性に揃えられた状態で、被測定電線２１に流れる測定電流Ｉ１の電流値を算出（測定）することができる。つまり、この電流センサ１によれば、移動度μの大きなホール素子３を使用してＳ／Ｎを向上させつつ、所望のＳ／Ｎを得ることができる。したがって、この電流センサ１によれば、Ｓ／Ｎを均一化することができる結果、ホール素子３の移動度μのばらつきに起因した電流センサ１の歩留率の低下を回避することもできる。
【００４５】
なお、上記の電流センサ１では、ホール素子３に対して駆動電流としての直流定電流Ｉ２を供給する電源部５に直流定電流源を使用すると共に、処理部９が電源部５に対する制御を実行して、直流定電流Ｉ２の電流値を補正する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、電源部５に直流電圧源を使用して、処理部９がこの電源部５に対する制御を実行して、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａ間に印加される電圧を制御することにより、ホール素子３に供給される直流定電流Ｉ２の電流値（印加される電圧とホール素子３の入力抵抗とで規定される電流値）を補正する構成を採用することもできる。さらには、例えば、電源部５に直流定電圧源を使用すると共に、ホール素子３の一対の電流入力端子３ａ，３ａを可変抵抗（電流制限抵抗の一例）を介してこの直流定電圧源に接続し、処理部９がこの可変抵抗に対する制御を実行して、ホール素子３に供給される直流定電流Ｉ２の電流値を補正する構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電流センサ
２ 磁気コア
３ ホール素子
３ａ 電流入力端子
３ｂ 電圧出力端子
４ 負帰還コイル
５ 電源部
６ 電流生成部
７ 終端抵抗
９ 処理部
２１ 被測定電線
ＤＥｒｅｆ 基準密度
Ｉ１ 測定電流
Ｉ３ 負帰還電流
Ｖ２，Ｖ３ 検出電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被測定電線が挿通される磁気コアと、当該磁気コアに配置されたホール素子と、前記磁気コアに巻回された負帰還コイルと、前記ホール素子の一対の電流入力端子に駆動電流を供給する電源部と、前記ホール素子の一対の電圧出力端子間に発生する出力電圧に基づいて前記負帰還コイルに前記磁気コア内の磁束を打ち消す負帰還電流を供給する電流生成部と、前記負帰還コイルに接続されて前記負帰還電流を前記被測定電線に流れる測定電流の電流値に応じて電圧値が変化する検出電圧に変換して出力する電流電圧変換部とを備えているゼロフラックス方式の電流センサであって、
前記測定電流の非検出時における前記検出電圧に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、前記電源部に対する制御を実行して前記駆動電流の電流値を変更することにより、当該算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度に一致させる補正処理を実行する処理部を備えている電流センサ。
【請求項１】
内部に被測定電線が挿通される磁気コアと、当該磁気コアに配置されたホール素子と、前記磁気コアに巻回された負帰還コイルと、前記ホール素子の一対の電流入力端子に駆動電流を供給する電源部と、前記ホール素子の一対の電圧出力端子間に発生する出力電圧に基づいて前記負帰還コイルに前記磁気コア内の磁束を打ち消す負帰還電流を供給する電流生成部と、前記負帰還コイルに接続されて前記負帰還電流を前記被測定電線に流れる測定電流の電流値に応じて電圧値が変化する検出電圧に変換して出力する電流電圧変換部とを備えているゼロフラックス方式の電流センサであって、
前記測定電流の非検出時における前記検出電圧に含まれる予め規定された周波数でのノイズのパワースペクトル密度を算出しつつ、前記電源部に対する制御を実行して前記駆動電流の電流値を変更することにより、当該算出しているパワースペクトル密度を予め規定された基準密度に一致させる補正処理を実行する処理部を備えている電流センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８３５５２（Ｐ２０１３−８３５５２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３７９５（Ｐ２０１１−２２３７９５）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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