ホール電流センサ

LEM技術のうち3つ（オープン・ループ、クローズド・ループ、イータ）は、1879年にボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学でアメリカの物理学者エドウィン・ハーバート・ホールが発見したホール効果に基づいています。これらは当社の電流センサと電圧センサのポートフォリオで使用されています。

ホール効果 - 電流センサ技術

オープンループ電流センサ（O/L）

オープンループ電流センサは、ホール効果の最も簡単に実装方法で利用しております。最小、最軽量、最もコスト効率の高い電流測定ソリューションを提供し、消費電力も非常に低くなります。

特徴

小型パッケージ
測定範囲の拡大
軽量化
低消費電力
挿入損失がない

オープンループ(O/L）の動作原理

一次電流 I_P によって生成された磁束は磁気回路に集中され、空隙内でホール素子を使用して測定されます。

ホール装置からの出力は、出力における一次電流を正確に表すように信号調整されます。

オープンループ電流センサの利点と制限

オープンループ電流センサは、ガルバニック絶縁を提供しながら、DC、AC、複雑な電流波形の測定を保証します。同方式の利点として、低コスト、小型、軽量、低消費電力が挙げられます。また、大電流（300A以上）を測定する場合に特に有利です。磁気ベースの他測定技術と同様に、挿入損失は非常に小さい。一次電流の過負荷にも容易に対応できますが、コアの磁化により、残留磁化または磁気オフセットと呼ばれるオフセット・シフトが生じることがあります。

他の技術と比較した場合、開ループ・センサの限界は、帯域幅と応答時間が中程度であること、温度によるゲイン・ドリフトが大きいこと、電流周波数積（パワー帯域幅）に制限があることである。
電流周波数積（電力帯域幅）の制限である。

多くのアプリケーションでは、利点が制限を上回り、オープンループ・ソリューションをお勧めします。

オープンループ電流センサの代表的なアプリケーション

オープンループ電流トランスデューサは、制御系ループ（電流、トルク、力、速度、位置など）の主要な要素として、または単に電流表示を動作させるために、いくつかのアプリケーションで使用されます。

代表的なアプリケーションは以下の通りです：

クローズドループ(C/L)電流センサ

オープンループセンサに比べて、ホール効果クローズドループセンサ（ホール効果「補償型」または「ゼロ磁束」センサとも呼ばれる）には、性能を大幅に向上させる補償回路がある。

特徴

広い周波数範囲
優れた総合精度
高速応答時間
低い温度ドリフト
優れた直線性
挿入損失がない

クローズドループ(C/L)方式の動作原理

一次電流I_Pによって生成される磁束は、二次巻線に電流を流すことによって生成される相補的な磁束によって釣り合わされます。

一次電流を正確に表す二次（補償）電流を生成するために、ホール素子と関連する電子回路が使用されます。

クローズドループ電流センサの利点と制限

クローズドループ電流センサは、ガルバニック絶縁を確保しながら、DC、AC、および複雑な電流波形の測定を保証します。この技術の主な利点は、非常に優れた精度と直線性、低ゲインドリフト、広帯域幅、高速応答時間です。もう一つの利点は、出力電流信号が容易に拡張可能で、高ノイズ環境に適していることです。同時に、クローズドループ・センサは電圧出力構成でも利用可能です。開ループ電流センサと同様に、またほとんどの磁気ベースの測定技術と同様に、閉ループ電流トランスデューサーの挿入損失は非常に小さい。

一方、クローズドループ技術は、二次電源からの高い消費電流（補償電流とバイアス電流を供給する必要がある）、大きな寸法（大電流センサではより顕著）、単純なオープンループ設計に比べてより高価な構造、出力段と二次コイル抵抗にわたる内部電圧降下による出力電圧の制限などを示しています。

ここでも、クローズドループ電流センサの利点が制限を上回ることが多く、このソリューションの精度と応答性は、他の選択肢よりも望ましいものです。アプリケーションの要件は、最適なソリューションを決定するのに役立ちます。

クローズドループ電流センサの代表的な用途

クローズドループ変換器は、高精度、広帯域幅、高速応答時間を必要とするアプリケーションに最適です。電流、トルク、力、速度、位置の制御や半導体デバイスの保護など、制御系ループの重要な要素として使用されることがよくあります。

典型的な用途はオープンループセンサと同じです。この場合、より高い性能が期待できます：

周波数インバータおよび3相ドライブ
力率改善コンバータ
電気溶接装置
電源および無停電電源装置（UPS）
EVモーター制御
自動車用バッテリー管理システム（BMS）
電気牽引システム
トラックサイドのサーキットブレーカーおよび整流器保護
エネルギー管理システム

ホール効果式電圧センサ技術

閉ループ電圧センサ（C/L）

同じLEMホール効果技術を使用して、ガルバニック絶縁で一次電圧を測定することも可能です。

これらの電圧センサは、閉ループホール効果設計など、より高感度で正確な電流測定技術に基づいています。

電流センサとの主な違いは、巻数の多い内部一次巻線が追加されていることで、センサは小さな一次電流を測定するのに必要なアンペアターンを作り出すことができます。

特徴

高電圧の測定
安全絶縁
優れた総合精度
低い温度ドリフト
優れた直線性

動作原理閉ループC/L

直列抵抗によって制限された非常に小さな電流が、測定される電圧から取り出され、一次コイルを通して駆動される。一次電流IPによって生成される磁束は、二次巻線を通して電流を駆動することによって生成される相補的な磁束によって釣り合わされます。

一次電圧を正確に表す二次（補償）電流を生成するために、ホール素子と関連する電子回路が使用されます。一次抵抗（R1）は、電圧センサに組み込むことも、組み込まないこともできます。

クローズドループ電圧センサの利点と制限

クローズドループ電圧センサは、ガルバニック絶縁を確保しながら、DC、AC、複雑な電流波形の測定も可能です。利点と制限は、クローズドループ電流センサと同じです。

したがって、クローズドループ電圧センサは、非常に優れた精度と直線性、低ゲインドリフト、広帯域幅、高速応答時間を提供する一方で、拡張が容易で高ノイズ環境に適した出力電流信号を提供します。ここでも、非常に低い挿入損失の恩恵を受けている。

制限面としては、2次電源からの消費電流が大きいこと、外形寸法が大きいこと、オープンループセンサに比べて高価な構造であること、出力電圧に制限があることなどが挙げられる。

クローズドループ電圧変換器の利点は、しばしば制限を相殺します。その精度と応答性から、他の選択肢よりも推奨されるソリューションです。

クローズドループ電圧センサの代表的な用途

クローズドループ型ホール効果電圧センサは、電圧の検出、監視、調整に多くのアプリケーションで使用されています。典型的なアプリケーションは、周波数インバータの入力電圧、出力電圧、およびDCフィルタ電圧の監視で、精度と絶縁が最も重要です。