電流センサーの基礎

電流センサーは、開ループまたは閉ループです。 開ループ電流センサーは、ACおよびDC電流を測定し、測定対象の回路とセンサーの出力を電気的に分離します（1次電流は、1次回路と電気的に接触することなく測定され、ガルバニック絶縁を提供します）。 閉ループのいとこよりも安価な、開ループ電流センサーは、低動作電力要件と小さな設置面積機能を考えると、一般にバッテリー駆動回路で好まれます。

閉ループセンサーはACおよびDC電流を測定し、電気的に絶縁します。 高速応答、高直線性、低温度ドリフトを提供します。 閉ループセンサーの電流出力は、電気ノイズの影響を比較的受けません。 閉ループセンサーは、ホール効果センサーが二次コイルに反対の電流をフィードバックし、磁気コアに巻かれて一次電流によって磁気コアで生成される磁束をゼロにするため、「ゼロフラックス」センサーとも呼ばれます。 多くの場合、閉ループセンサーは、高精度が不可欠な場合に選択されるセンサーです。

開ループセンサーから始めて、両方のタイプを詳しく見てみましょう。

開ループ電流センサーは、磁気コアの空隙に取り付けられたホールセンサーで構成されています（図1）。 導体は、電流に匹敵する磁場を生成します。 磁場はコアによって集中され、ホールセンサーによって測定されます。 ホールジェネレーターからの信号は低いため、増幅され、この増幅された信号がセンサーの出力になります。 通常、開ループセンサーには、温度補償と較正された高レベル電圧出力を提供する回路があります。 クローズドループの同等品よりも明確な価格優位性を持っていますが、欠点は飽和と温度ドリフトを起こしやすいことです。 ただし、制御電流に正の係数を注入して、温度に対する感度のドリフトを低減することにより、ドリフトをある程度最小限に抑えることができます。

図1：ホール効果オープンループ電流センサーの基本原理と構造の図。 （ハネウェルの礼儀）。

図1を見ると、オープンループシステムの駆動電流が定電流源を使用して制御され、差動ホール電圧が増幅されると、一次電流のみに比例する出力電圧が電子回路によって得られます。

1つの例は、HEMシリーズのLEMによるオープンループホール効果表面実装電流トランスデューサです（図2）。 センサーは、一次回路と二次回路間のガルバニック絶縁を特徴としています。 4300 V絶縁テスト電圧。 低電力消費; 12 mmの非常に薄型。 単一電源+5V。 固定オフセットとゲイン。

図2：HMSシリーズオープンループホール効果トランスデューサー。 （LEM提供）。

主に、AC可変速度ドライブの産業用アプリケーション、DCモータードライブ用のスタティックコンバーター、バッテリー供給アプリケーション、無停電およびスイッチモード電源、溶接アプリケーション用電源で使用されます。

別の例は、HoneywellのCSLWシリーズミニチュアワイヤードオープンループ電流センサーです（図3）。 このシリーズには、ミニチュアレシオメトリックリニアホール効果センサーのSS490シリーズが組み込まれており、検出素子はPCB実装可能なプラスチックパッケージにカプセル化されています。 電流センサーアセンブリは、センサー、磁束コレクター、ハウジング、およびワイヤコイルで構成されています。

図3：Honeywell CSLWシリーズミニチュア有線オープンループ電流センサー。 （ハネウェルの礼儀）。

この場合、有線の開ループ設計では、感度を上げるために複数のターンがあります。 その他の注目すべき機能には、ACまたはDC電流センシング、線形レシオメトリック出力、インターフェースの柔軟性のための電流シンクまたはソース出力、低挿入損失、高速応答時間、コンパクトサイズ、正確で低コストのセンシングがあります。 アプリケーションには、ロボット工学、可変速ドライブ、産業用プロセス制御、家電製品のモーター制御、HVAC、過電流保護、電子回路の電流監視が含まれます。

高速応答と高精度

開ループと比較して、閉ループセンサーはACおよびDC電流を測定し、電気的絶縁、高速応答、高い直線性、および低い温度ドリフトを提供します。 電流出力は電気ノイズの影響をほとんど受けません。 高精度で知られているこれらは、磁気コアのエアギャップに取り付けられたホールジェネレータ、コアの周りのコイル、および電流増幅器で構成されています。 センサーの開口部に配置された電流搬送導体は、電流に比例する磁場を生成します。 このフィールドはコアによって集中され、ホールジェネレータによって検知されます。 ホールジェネレーターは、コイルを駆動する電流増幅器の入力に接続されています。 コイルを流れる電流は、開口部を通る電流によって提供される反対の場を生成します。

このセンサーの出力は、開口電流とコイルの巻数の両方に比例します。 電流トランスデューサの開口部を通る正味の一次電流がIの場合、補償巻線の巻数はNであり、補償巻線の電流はiであり、ゼロ磁束条件でI = Niです。

閉ループセンサーの出力電流は、抵抗をセンサーの出力とグランドに接続することにより、電圧値に変換されます。 抵抗値を選択すると、出力がスケーリングされる可能性があります。

優れた精度、優れた直線性、および非常に低い温度ドリフトを備えた電流トランスデューサの例は、LEMのLTS 25-NPです（図4）。 このデバイスは、ホール効果を使用した閉ループ（補償済み）マルチレンジ電流トランスデューサーです。 主な機能は次のとおりです。

・ユニポーラ電圧供給

・UL 94-V0に準拠した絶縁プラスチックケース

・PCB取り付け用のコンパクトなデザイン

・組み込まれた測定抵抗

・測定範囲の拡張。

図4：LEM LTS 25-NP閉ループ電流センサー。 （LEM提供）。

このデバイスの用途は主に産業分野にあり、AC可変速度ドライブおよびサーボモータードライブ、DCモータードライブ用の静的コンバーター、バッテリー供給アプリケーション、無停電電源装置、スイッチモード電源、および溶接アプリケーション用の電源が含まれます。

概要

両方のタイプのセンサーは、アプリケーションの要件に応じて経済的ですが、オープンループセンサーは、高電流範囲（100 A以上）でコスト面で最も優れています。 彼らはまた、最小のサイズと重量です。 検出された電流に関係なく、一定の電力消費を維持します。 オープンセンサーの価格優位性は、温度変動を制限できるアプリケーションでのみ実現できます。

一方、閉ループ電流センサーは、一般的に見られる商用および産業用アプリケーションにより適しています。 これらのセンサーは、周囲温度と高温で最高の精度を備えています。 ノイズの多い環境に最適で、出力は簡単に電圧に変換されます。

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