技術情報｜ナナエンジニアリング株式会社

HCTによって測定しようとする任意の電流を被測定電流と称しております。
本カタログ中や製品仕様の中では便宜上、被測定電流をHCTに対する入力とみなし、被測定電流の代わりに入力電流という用語も使用しております。

オフセットやヒステリシス誤差、あるいは直線性誤差を含まない各HCTの理想的な入出力特性を表すグラフは、グラフ1においてゼロ点を通る点線で示した直線になります。
しかし、実際には、HCTの入力電流がプラス方向及びマイナス方向の両領域において、或る値を超えると、HCTが内蔵している磁気コアまたは増幅器が飽和し始めるので、グラフ1の黒の実線が示すようにHCTの出力は徐々に理想的な入出力特性を表す点線から外れてきて、ついには一定の値に近づき、飽和してしまいます。
磁気コアまたは増幅器の飽和によってHCTの実際の出力と理想的な入出力特性を表すグラフから求めた出力との差が3%以上に拡大し始める入力電流の正負の値を飽和電流と称しております。
（グラフ1の縦軸の尺度は正負の飽和電流値付近で誇張してあります。）

アンペア回数（AT）は磁界を発生させるコイルに流れる電流の「アンペア数（Ampere）」に「コイルの巻数（Turn）」を乗じた相乗積のことで、磁気回路の起磁力という物理量を表す単位です。
例えば、巻数2回のコイルに50Aの電流を流した時の起磁力と、巻数10回のコイルに10Aを流した時の起磁力は等しく、どちらも100ATとなります。
HCTは磁気コアすなわち磁気回路を内蔵しておりますので、HCTの出力はその磁気回路に対する磁気的入力すなわち前述の起磁力の大きさに比例します。
言い換えれば、HCTの出力は「被測定電流の大きさ」と被測定導体がHCTの磁気コアの開口部を通る回数すなわち磁気コアに巻いた「被測定導体の巻数」の両方に比例します。
弊社では、50A以上の電流の測定に使用される貫通型HCTの公称入力電流および直線範囲（測定範囲）を規定する単位として「アンペア回数（AT）」を、主に50A以下の電流の測定に使用される非貫通型HCTの公称入力電流および直線範囲を規定する単位として「アンペア（A）」を採用しております。
その理由につきましては貫通型HCTおよび非貫通型HCTに関する解説を参照下さい。
なお、本カタログ中や製品仕様の中では、HCTの公称入力電流および直線範囲を規定する際の単位として用いる「AT」と「A」の後に直流を意味するDCを付け加えて「AT DC」や「A DC」のように表示しております。
これは、HCTの感度調整や出荷検査を行う際、弊社では交流の波高値と同等な値を持つ電流源として直流の定電流電源を使用していることを表したものであり、弊社製HCTが直流しか測定できないという意味ではありませんので、ご了解下さい。

弊社の殆どのHCTはアンプを内蔵しておりますが、一部の磁気比例式HCTでアンプを内蔵していない製品があり、そのようなHCTからはホール素子の出力電圧がそのまま出力されます。
ホール素子そのものの感度は、残留電圧（Vr）を含まない形で求められておりますので、グラフ2に示すように、アンプ非内蔵型磁気比例式HCTの公称出力電圧（VH(n)）には残留電圧（Vr）は含まれません。

アンプ内蔵型磁気比例式HCTでは、製造工程で感度を調整する際、ホール素子の後段に接続されたアンプ回路の特性上、オフセット電圧（Vo）を切り離して公称入力電流に対応する公称出力電圧を設定することができませんので、グラフ3に示すように、公称出力電圧（Vh(n)）にはオフセット電圧（Vo）が含まれます。なお、磁気平衡式HCTで出力側に負荷抵抗を追加して電流出力を電圧出力に変換した製品があり、その場合にも便宜上、公称出力電圧を表す記号としてVh(n) を使用しております。

磁気平衡式HCTについても、アンプを内蔵しておりますので、アンプ内蔵型磁気比例式HCTにつての解説と同様の理由で、公称出力電流（Ih(n)）にはグラフ4に示すようにオフセット電流（Io）が含まれます。

前述のようにアンプ非内蔵型磁気比例式HCTからはホール素子の出力電圧がそのまま出力されます。
アンプ非内蔵型磁気比例式HCTの出力電圧（VH）はグラフ5に示すようにホール素子の残留電圧（Vr）をオフセットとして含んでおります。

アンプ内蔵型磁気比例式HCTの出力電圧（VH）はグラフ6に示すようにオフセット電圧（Vo）を含んでおります。
なお、磁気平衡式HCTで電圧出力タイプのHCTについても便宜上、任意の出力電圧を表す記号としてVhを使用しております。

磁気平衡式HCTの出力電流（Ih）はグラフ7に示すようにオフセット電流（Io）を含んでおります。

HCTに組み込まれるホール素子に使用される半導体材料の材質の不均一性やホール素子を量産する際の製造技術上の制約などのために、ホール素子の四つの端子を電気的に対称な位置に形成することは極めて困難です。
その結果、零磁界の下でもホール素子に制御電流が流れていれば、その出力端子間にプラスまたはマイナスの方向に微少な電位が発生します。
この微少な電位は不平衡電圧または残留電圧と呼ばれるホール素子自身のオフセットです。
なお、アンプ非内蔵型磁気比例式HCTの出力には、ホール素子の残留電圧がそのままオフセットとして含まれます。
一方、アンプ内蔵型HCTでは、アンプを含む電子回路の調整によってオフセットを小さくすることができます。

アンプ内蔵型磁気比例式HCTでは、ホール素子の残留電圧はそのまま増幅され、アンプ自身が持っているオフセットと合算されて、HCTの出力のオフセットとなります。
このHCTの出力に含まれるオフセットはアンプを含む電子回路の調整によって小さくすることができます。しかし、完全に零にすることはできず、わずかな電圧が残ってしまいます。
このわずかに残った電圧をオフセット電圧と称しております。
オフセット電圧の調整は電子回路中のトリマ抵抗器の調整や印刷抵抗のトリミングなどによって行われます。
なお、磁気平衡式HCTで電圧出力タイプのHCTについても便宜上、オフセット電圧を表す記号としてVoを使用しております。
また、このオフセット電圧の規格は電源投入後約5秒以内の値となります。

磁気平衡式HCTでは、内蔵しているホール素子の電圧信号は電流増幅器によって電流に変換されます。
その際、ホール素子の残留電圧も電流の形で継承されて磁気平衡式HCTの出力のオフセットとして現れます。これをオフセット電流と称しております。

各HCTの理論的な入出力特性を表すグラフは、オフセットの値と公称入力電流の規定値に対して実際に調整された出力の値を結んだ直線になります。
ところが、HCTの実際の入出力特性は、グラフ8の実線が示すように、そのHCTの理論的な入出力特性（点線）に対して多少のゆらぎがあります。
各HCTの正負の公称入力電流（If(n)）に挟まれた領域内での実際の出力と理論値との差を直線性誤差と称しております。
また、各HCTの正負の公称入力電流（If(n)）に挟まれた領域内で、そのHCTの実際の入出力特性を示すグラフが理論的な入出力特性を表す直線にどれだけ近いかを表すのが直線性です。
弊社製HCTの直線性は、各HCTの公称出力に対する直線性誤差の割合（%）で規定しております。
例えば、弊社のアンプ内蔵型磁気比例式HCTの直線性は、「公称出力電圧の±1%以内」と規定しております（グラフ8で2本の細線で挟まれた領域です）。
ここで前項同様、公称出力電圧が4V、オフセット電圧が±0.03V以内に規定されたアンプ内蔵型磁気比例式HCTを例に取り、HCTの直線性について説明します。
なお、グラフ8に示した例では、ある特定のアンプ内蔵型磁気比例式HCTについてオフセット電圧が規定値ぎりぎりの+0.03Vであったと仮定しております。
さて、4Vの±1%は±0.04Vですから、あるアンプ内蔵型磁気比例式HCTの出力は、グラフ8に示すようにそのHCTの正負の公称入力電流に挟まれた領域全体にわたり±0.04V以内の直線性誤差を伴っている可能性があります。
従って、「公称出力電圧の±1%以内」と規定された直線性が、「HCTの任意の入力電流に対するHCTの実際の出力が、その理論値と比較して、±1%の誤差の範囲内にある」ということを意味してはおりませんのでご注意下さい。

このことは磁気平衡式HCTの直線性についても、同様です。なお、「直線性が定義されている入力電流の範囲」と「直線範囲が定義されている入力電流の範囲」は異なりますので、ご注意下さい。

HCTの駆動には、一般的に直流電源が使用されます。
弊社製HCTには電源電圧として±15V, ±12V, ±5V（両電源）などのようにプラスとマイナスの両極の電圧を必要とする製品と、+15Vや+12V（片電源）などのようにプラスのみの単極の電圧を必要とする製品とがあります。

HCTが消費する電流は、HCTの検出方式によって異なります。
磁気比例式HCTの場合は、内部の電子回路を駆動するためにほぼ一定の電流（約18mA）が消費されます。
一方、磁気平衡式HCTの場合は、原理的に内部の電子回路を駆動するために消費される一定のスタンバイ電流（約18mA）に加えて、検出電流（If）に比例した出力電流も消費されることになります。つまり、磁気平衡式HCTの場合は、Icc = Ist + Ih となります。
従って、磁気平衡式HCTを使用する際は、使用するHCTの駆動電圧ばかりではなく、その消費電流も考慮に入れて、電源の容量を決めて下さい。

磁気平衡式HCTにおいて、被測定電流の入力がない状態、即ち、出力電流がない状態での待機電流をスタンバイ電流と称しています。

応答速度は、HCTの入力電流が変化した場合にその変換出力が入力電流の変化に追随する速さのことです。
弊社では、測定器の関係上、HCTへの入力電流を遮断した時の立下がりのステップ応答によってHCTの応答速度を規定しております。
具体的には、グラフ9に示すように、HCTの入力電流を遮断し、入力電流が立下りを始めてから元の振幅の10%に減少するまでの時間（t1）と、HCTの出力が入力の変化に応じて立下りを始めてから元の振幅の10%に減少するまでの時間（t2）との差を応答速度（Trr）として表しています。

HCTの出力側には短絡防止用の回路設計がなされておりますが、使用している増幅器に許容される出力電流には限度がありますので、5kΩ以上の負荷でご使用下さい。
通常は10kΩの負荷を標準としております。

磁気平衡式HCTの出力は基本的には電流出力(Ih)ですが、通常は出力端子に負荷抵抗(Rm)を接続してその電圧降下
(Ih x Rm)を電圧出力(Vh)として利用します。この電圧出力(Vh)の大きさは負荷抵抗(Rm)の値を変えることによって調整できますが、負荷抵抗の大きさについては制限があります。

磁気平衡式HCTの増幅回路の最終段には、電流増幅器としてトランジスタが使用され、トランジスタの負荷回路にフィードバック用二次巻線が接続されています。フィードバック用二次巻線の抵抗による電圧降下についても考慮する必要があります。

電圧出力を大きくするために負荷抵抗の値を大きくしていったときに、電圧出力が飽和してしまうことがあります。この場合、電源電圧を大きくすれば、さらにHCTの電圧出力を大きくすることができますが、電流増幅用トランジスタのコレクタ損失が大きくなり、故障につながる可能性があります。

また、磁気平衡式HCTの直線範囲は負荷抵抗の値によって大きく変化します。直線範囲をひろくするために負荷抵抗の値を小さくしていっても、トランジスタのコレクタ損失が大きくなり、故障につながる可能性があります。

従って、磁気平衡式HCTの電流出力を電圧出力に変換するために使用する負荷抵抗は、使用目的に合わせた値を選択する必要があります。

技術情報

１．ホール電流検出器（HCT）とは

２．HCTの特長

３．HCTの用途

４．HCT仕様に用いられている記号の意味

５．HCT仕様に用いられている用語の解説意味

(1) HCTが内蔵する磁気コアの発熱に起因するもの

(2) 非貫通型HCTが内蔵する一次導体の発熱に起因するもの

(3) 磁気平衡式HCTが内蔵する電流増幅用トランジスタの発熱に起因するもの

（1）RL : 磁気比例式HCTの負荷抵抗

（2）Rm : 磁気平衡式HCTの負荷抵抗

オフセット（Vr, Vo, Io）