(57)【要約】  広い測定範囲と、高い分解能とを併せ持つ電流センサを提供することを目的とする。本発明の電流センサ（１）は、第一の磁気センサを具備し、第一の測定可能範囲を有する第一の電流センサ（１１Ａ）と、第二の磁気センサを具備し、第一の測定可能範囲より上限値が高い第二の測定可能範囲を有する第二の電流センサ（１１Ｂ）と、電流線を通流する被測定電流の大きさに応じて、前記第一の電流センサの出力または前記第二の電流センサの出力を選択するセンサ選択手段（１２）と、を備えたことを特徴とする。
2012053296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁気センサを具備し、第一の測定可能範囲を有する第一の電流センサと、
第二の磁気センサを具備し、前記第一の測定可能範囲より上限値が高い第二の測定可能範囲を有する第二の電流センサと、
電流線を通流する被測定電流の大きさに応じて、前記第一の電流センサの出力または前記第二の電流センサの出力を選択するセンサ選択手段と、を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記第一の電流センサは第一の分解能を有し、
前記第二の電流センサは前記第一の分解能より低い第二の分解能を有することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記第一の分解能は、前記第二の分解能の１０倍以上であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記第二の測定可能範囲の上限値は、前記第一の測定可能範囲の上限値の１０倍以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記第二の磁気センサは、磁気センサ素子を覆う素子シールドを備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第一の電流センサと、前記第二の電流センサとは、同一チップ内に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサは、いずれも、フィードバックコイルを用いた磁気平衡式のセンサであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第一の電流センサは一対の前記第一の磁気センサを具備し、
前記一対の第一の磁気センサに接続され、その出力信号を差動演算する演算装置と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電流を測定する電流センサに関する。特に、広い測定範囲と、高い分解能とを併せ持つ電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、このような用途向けに、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。そして、このような電流センサとして、被測定電流によって生じる磁界の変化を磁気センサによって検出する方式のものが実用化されている。このような磁気センサには様々なものがあるが、例えば、特許文献１には、磁気センサ用の素子として磁気抵抗素子を用いた電流センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５６３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の電気自動車などに搭載される各種の電気回路や電子機器などは、オフ状態であっても微細な電流（暗電流などと呼ばれる）を流し、電力を消費することが知られている。暗電流による消費電力に応じて、バッテリーが供給可能なエネルギーは大きく変動することになるが、暗電流の測定を正確に行うことで、バッテリー残量を適切に管理することが可能になるため、バッテリーを効率的に運用することが可能である。【０００５】
しかしながら、上述の大電流を測定するための電流センサは、広い測定範囲を有する半面、分解能（感度ともいう）は低くなっている。つまり、大電流測定用の電流センサは、暗電流のような微細な電流を測定する用途には向いていない。したがって、このような大電流測定用の電流センサを暗電流の測定に用いるとすれば、バッテリー残量を適切に管理することは難しく、残量に余裕がある状態でバッテリーを運用せざるを得ない。【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、広い測定範囲と、高い分解能とを併せ持つ電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電流センサは、第一の磁気センサを具備し、第一の測定可能範囲を有する第一の電流センサと、第二の磁気センサを具備し、前記第一の測定可能範囲より上限値が高い第二の測定可能範囲を有する第二の電流センサと、電流線を通流する被測定電流の大きさに応じて、前記第一の電流センサの出力または前記第二の電流センサの出力を選択するセンサ選択手段と、を備えたことを特徴とする。なお、上記において「測定可能範囲」とは、電流の下限値と上限値で規定される範囲であって、電流値を適当な精度で測定することができる範囲をいう。【０００８】
この構成によれば、異なる測定可能範囲を有する二つの電流センサの出力の一方を選択して用いることにより、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することが可能になる。【０００９】
本発明の電流センサにおいて、前記第一の電流センサは第一の分解能を有し、前記第二の電流センサは前記第一の分解能より低い第二の分解能を有することがある。なお、上記において「分解能」とは、感度を表す指標であって、測定可能な最小の電流値で表される指標をいう。【００１０】
この構成によれば、異なる測定可能範囲および異なる分解能を有する二つの電流センサの出力の一方を選択して用いることにより、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することが可能になる。【００１１】
本発明の電流センサにおいて、前記第二の測定可能範囲の上限値は、前記第一の測定可能範囲の上限値の１０倍以上であることがある。また、前記第一の分解能は、前記第二の分解能の１０倍以上であることがある。なお、分解能が「ａ倍以上」（ａは任意の数）とは、感度が「ａ倍以上」であることと同義であって、測定可能な最小の電流値が「１／ａ以下」であることをいう。【００１２】
この構成によれば、測定可能範囲の上限値が十分に高い電流センサの出力と、分解能が十分に高い電流センサの出力とを選択して用いることにより、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することが可能になる。【００１３】
本発明の電流センサにおいて、前記第二の磁気センサは、磁気センサ素子を覆う素子シールドを備えていることがある。【００１４】
この構成によれば、素子シールドによって、被測定電流による誘導磁界の影響を緩和しているため、第二の磁気センサを備える第二の電流センサの測定可能範囲の上限値を十分に高めることができる。【００１５】
本発明の電流センサにおいて、前記第一の電流センサと、前記第二の電流センサとは、同一チップ内に設けられることがある。【００１６】
この構成によれば、第一の電流センサと第二の電流センサとを同一チップ内に設けることにより、第一の電流センサと第二の電流センサとを別チップにする場合と比較して、位置や角度の合わせ精度を高めることができる。これにより、電流測定精度が高められる。また、第一の電流センサと第二の電流センサとを別チップにする場合と比較して、チップの取り数を増加させ、パッケージコストを低下させることができる。これにより、電流センサの低コスト化を図ることができる。【００１７】
本発明の電流センサにおいて、前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサは、いずれも、フィードバックコイルを用いた磁気平衡式のセンサであることがある。【００１８】
この構成によれば、高感度な電流センサを容易に実現できる。また、フィードバックコイルの巻き数を調節することにより、磁気センサの特性を容易に変更することができる。【００１９】
本発明の電流センサにおいて、前記第一の電流センサは一対の前記第一の磁気センサを具備し、前記一対の第一の磁気センサに接続され、その出力信号を差動演算する演算装置と、を備えることがある。また、前記第二の電流センサは一対の前記第二の磁気センサを具備し、前記一対の第二の磁気センサに接続され、その出力信号を差動演算する演算装置と、を備えることがある。【００２０】
この構成によれば、差動演算によって外部磁界の影響をキャンセルすることができるため、電流の測定精度を十分に高めることができる。特に、外部磁界によって大きな影響を受ける微細電流測定用の電流センサでは、その効果は大きい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電流センサは、異なる測定可能範囲および異なる分解能を有する二つの電流センサの出力を選択して用いることにより、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電流センサの回路構成を示す模式図である。
【図２】電流センサに用いられる磁気センサの層構成を示す断面模式図である。
【図３】電流測定アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図４】各電流センサの出力電圧と被測定電流との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
大電流測定用の電流センサは、暗電流のような微細な電流を測定する用途には向いておらず、これを用いて暗電流の管理を行うとすれば、残量に余裕をもってバッテリーを運用せざるを得ない。大電流測定用の電流センサが微細な電流測定に向かないのは、測定範囲を広くとるために、測定範囲とトレードオフの関係にある分解能が低く抑えられているためである。
【００２４】
本発明者らは、この点に着目し、異なる測定可能範囲および異なる分解能を有する二つの電流センサの出力を選択して用いることにより、大電流測定と微細電流測定に対応可能であることを見出した。
【００２５】
すなわち、本発明の骨子は、測定可能範囲および分解能が異なる少なくとも二以上の電流センサと、被測定電流の大きさに応じてこれらの出力を選択するセンサ選択部と、を備えることにより、被測定電流の大きさに応じて測定レンジを変更し、適切な電流測定を実現するものである。以下、実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る電流センサ１の回路構成例を示すブロック図である。なお、図１は発明の特徴を分かりやすく説明するための図であって、電流センサ１の構成を厳密に表現したものではない。つまり、図１では、電流センサ１の構成の一部が省略されていることがある。また、図１に示される構成に、さらに別の構成が付加される場合もある。
【００２７】
図１に示されるように、電流センサ１は、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂと、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂの出力が入力されるセンサ選択回路１２と、を有している。ここで、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂは、互いに測定可能範囲および分解能が異なっており、それぞれ、被測定電流に対応する電圧を出力する。センサ選択回路１２は、第一の電流センサ１１Ａまたは第二の電流センサ１１Ｂの出力電圧に応じて、第一の電流センサ１１Ａの出力と第二の電流センサ１１Ｂの出力のいずれを採用するか判定し、採用されたセンサの出力を電流センサ１の出力として出力する。すなわち、センサ選択回路１２は、被測定電流に応じて、第一の電流センサ１１Ａの出力と第二の電流センサ１１Ｂの出力とを選択する。
【００２８】
第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂは、互いに測定可能範囲および分解能が異なっているが、一方は分解能が高く、他方は測定可能範囲が広く（または、測定可能範囲の上限が高く）なるように構成することが望ましい。例えば、第一の電流センサ１１Ａは微細な電流を測定可能とすべく、測定可能範囲（以下、第一の測定可能範囲という）は狭いが、分解能（以下、第一の分解能という）は十分に高くなるように構成されている。また、例えば、第二の電流センサ１１Ｂは大電流を測定可能とすべく、分解能（以下、第二の分解能という）は低いが、測定可能範囲（以下、第二の測定可能範囲という）は十分に広くなるように構成されている。
【００２９】
より具体的には、第一の分解能は、第二の分解能の１０倍以上であり、第二の測定可能範囲の上限値は、第一の測定可能範囲の上限値の１０倍以上である。例えば、第一の分解能は０．００１〜０．１Ａ程度、代表的には０．０１Ａ程度とし、第二の分解能は０．１Ａ〜１Ａ程度、代表的には０．１Ａ程度とする。また、第一の測定可能範囲の上限は１Ａ〜１００Ａ程度、代表的には１０Ａ程度とし、第二の測定可能範囲の上限は１０Ａ〜１０００Ａ程度、代表的には１００Ａ程度とする。
【００３０】
上述のような構成を採用することで、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することができる。
【００３１】
第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂには、例えば、磁気平衡式の磁気センサが用いられる。磁気平衡式の磁気センサは、磁気センサ素子である二つの磁気抵抗効果素子および二つの固定抵抗素子からなるブリッジ回路と、被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイルによって構成される。
【００３２】
フィードバックコイルは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生する。ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などを用いることができる。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界により抵抗値が変化するという特性を有する。このような特性を有する磁気抵抗効果素子を用いてブリッジ回路を構成することにより、高感度の電流センサを実現することができる。また、磁気抵抗効果素子を用いることにより、電流センサを設置する基板面と平行な方向に感度軸を配置し易くなり、平面コイルを使用することが可能となる。
【００３３】
なお、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂに用いることができる磁気センサは、磁気平衡式のものに限られない。フィードバックコイルを有さない磁気比例式のセンサなどを用いることもできる。また、第一の電流センサ１１Ａまたは第二の電流センサ１１Ｂは、一対の磁気センサおよび演算装置を有し、一対の磁気センサの出力信号を差動演算する方式の電流センサであっても良い。このような構成を採用することにより、差動演算によって外部磁界の影響をキャンセルすることができるため、電流の測定精度を十分に高めることができる。特に、外部磁界によって大きな影響を受ける微細電流測定用の第一の電流センサ１１Ａでは、その効果は大きい。
【００３４】
なお、電流センサ１において、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂは、同一チップ内に設けられることがある。この場合、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂの取り付け位置や、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂの取り付け角度を精度よく合わせることができる。これにより、電流測定の精度を高めることができる。また、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂを同一チップ内に設けることにより、チップの取り数を増加させ、パッケージコストを低下させることができる。これにより、電流センサ１の低コスト化を図ることができる。
【００３５】
なお、ここでは、電流センサ１が測定可能範囲および分解能が異なる二つの電流センサ（第一の電流センサ１１Ａ、第二の電流センサ１１Ｂ）を備える構成について説明したが、電流センサ１が備える電流センサは二つに限られない。例えば、微細電流測定用の電流センサ（第一の電流センサ１１Ａ）および大電流測定用の電流センサ（第二の電流センサ１１Ｂ）に加え、頻度の高い電流値の近傍を精度よく測定するための電流センサ（第三の電流センサ、図示せず）を備え、これらの出力がセンサ選択回路に入力される構成としても良い。この場合、大電流および微細電流を測定しつつ、頻度の高い電流値を高精度に測定することができる。なお、電流センサ１が、異なる測定可能範囲および分解能を有する四つ以上の電流センサを備えていても良い。
【００３６】
次に、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂに用いられる磁気センサの層構成例について説明する。ここでは、同一の基板上に第一の電流センサ１１Ａに用いられる磁気センサと、第二の電流センサ１１Ｂに用いられる磁気センサと、を作り込む場合、すなわち、第一の電流センサ１１Ａと第二の電流センサ１１Ｂとを同一チップに設ける場合について説明する。図２は、第一の電流センサ１１Ａに用いられる磁気センサ（以下、第一の磁気センサ２０１Ａという）の層構成（図２左）と、第二の電流センサ１１Ｂに用いられる磁気センサ（以下、第二の磁気センサ２０１Ｂという）の層構成（図２右）と、を示す断面模式図である。なお、図２では、第一の磁気センサ２０１Ａおよび第二の磁気センサ２０１Ｂのうち、主に、ブリッジ回路とフィードバックコイルの層構成について示す。また、図２には、紙面奥方向に被測定電流が通流する電流線１３を併せて示している。
【００３７】
図２に示す第一の磁気センサ２０１Ａおよび第二の磁気センサ２０１Ｂにおいては、基板２１１上に絶縁層２１２が形成されている。基板２１１としては、シリコン基板などが用いられ、絶縁層２１２としては、シリコン酸化膜やアルミニウム酸化膜などが用いられる。シリコン酸化膜は、シリコン基板の熱酸化や、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成することができる。アルミニウム酸化膜は、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成することができる。
【００３８】
絶縁層２１２上には、磁気センサ素子である磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂが形成されている。なお、磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂは、ブリッジ回路を構成していても良い。磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂとして、例えば、ＧＭＲ素子を用いる場合には、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層、フリー磁性層を有する層構成のＧＭＲ素子などを採用することができる。
【００３９】
絶縁層２１２上には、磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂや固定抵抗素子などの他に、電極（図示せず）などが形成されていても良い。電極は、例えば、電極材料層を形成した後に、当該電極材料層をフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターン加工することで形成される。
【００４０】
磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂや固定抵抗素子、電極などの上には、これらを覆うように絶縁層２１４が形成されている。絶縁層２１４としては、ポリイミド膜やシリコン酸化膜などが用いられる。ポリイミド膜は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。シリコン酸化膜は、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成することができる。
【００４１】
絶縁層２１４上には、フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂが形成されている。フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂは、コイル材料層を形成した後に、当該コイル材料層をフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターン加工することで形成することができる。または、フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂは、下地材料層を形成した後に、フォトリソグラフィおよびめっきにより形成することができる。
【００４２】
絶縁層２１４上には、フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂの近傍にコイル電極（図示せず）が形成されている。コイル電極は、電極材料層を形成した後に、当該電極材料層をフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターン加工することで形成することができる。
【００４３】
フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂやコイル電極などの上には、これらを覆うように絶縁層２１６が形成されている。絶縁層２１６としては、ポリイミド膜やシリコン酸化膜などが用いられる。ポリイミド膜は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。シリコン酸化膜は、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成することができる。
【００４４】
絶縁層２１６上であって磁気抵抗効果素子２１３Ｂと重畳する領域には、磁気シールド２１７が形成されている。磁気シールド２１７を構成する材料としては、アモルファス磁性材料、パーマロイ系磁性材料、鉄系微結晶材料等の高透磁率材料を用いることができる。なお、絶縁層２１６上であって磁気抵抗効果素子２１３Ａと重畳する領域には、磁気シールド２１７は形成されない。
【００４５】
絶縁層２１６や磁気シールド２１７などの上には、絶縁層２１８が形成されている。絶縁層２１８としては、ポリイミド膜やシリコン酸化膜などが用いられる。ポリイミド膜は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。シリコン酸化膜は、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法を用いて形成することができる。絶縁層２１６や絶縁層２１８などの所定の領域にはコンタクトホールが形成され、コイル電極などと接続される電極が形成される（図示せず）。電極は、電極材料層を形成した後に、当該電極材料層をフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターン加工することで形成することができる。
【００４６】
図２に示すような構成を採用することにより、同一の基板２１１上に、第一の電流センサ１１Ａに用いられる第一の磁気センサ２０１Ａと、第二の電流センサ１１Ｂに用いられる第二の磁気センサ２０１Ｂとを作り込んでワンチップ化することができる。この場合、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂの取り付け位置や、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂの取り付け角度の精度を高めることができる。これにより、第一の電流センサ１１Ａと第二の電流センサ１１Ｂの位置ずれ、角度ずれ等に起因する電流測定精度の低下を抑制することができるため、電流の測定精度が高まる。
【００４７】
また、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂを同一チップ内に設けることにより、チップの取り数を増加させ、パッケージコストを低下させることができる。これにより、電流センサ１の低コスト化を図ることができる。また、第一の電流センサ１１Ａと、第二の電流センサ１１Ｂとを別チップとする場合と比較して、電流センサの小型化を図ることができる。また、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂを電流線から等距離に配置できるため、電流の測定精度を高めることができる。なお、ここでは、同一の基板２１１上に第一の電流センサ１１Ａに用いられる第一の磁気センサ２０１Ａと、第二の電流センサ１１Ｂに用いられる第二の磁気センサ２０１Ｂとを作り込んでワンチップ化する例を示しているが、本発明はこれに限定されず、第一の電流センサ１１Ａと第二の電流センサ１１Ｂとを別チップとしても良い。
【００４８】
このような構成を有する磁気センサにおいて、電流線１３を通流する被測定電流による誘導磁界Ａ、Ｂを磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂが受けると、フィードバックコイル２１５Ａ、２１５Ｂが誘導磁界Ａ、Ｂを打ち消すキャンセル磁界を発生し、磁気抵抗効果素子２１３Ａ、２１３Ｂが受ける磁界が零になるように調整する。
【００４９】
ここで、第一の電流センサ１１Ａにおける第一の磁気センサ２０１Ａは、磁気抵抗効果素子２１３Ａと重畳する領域に磁気シールド２１７を有していないのに対し、第二の電流センサ１１Ｂにおける第二の磁気センサ２０１Ｂは、磁気抵抗効果素子２１３Ｂと重畳する領域に磁気シールド２１７を有している。磁気シールド２１７は、被測定電流から生じる誘導磁界を減衰させるため、磁気シールド２１７と重畳しない磁気抵抗効果素子２１３Ａが受ける誘導磁界Ａは、磁気シールド２１７と重畳する磁気抵抗効果素子２１３Ｂが受ける誘導磁界Ｂより大きくなる。また、フィードバックコイル２１５Ｂからのキャンセル磁界は、磁気シールド２１７によりエンハンスされるため、フィードバックコイル２１５Ｂによるキャンセル磁界の効果は、フィードバックコイル２１５Ａによるキャンセル磁界の効果より大きなものになる。
【００５０】
このため、第一の電流センサ１１Ａでは、測定可能範囲は狭いが、分解能は高く、第二の電流センサ１１Ｂでは、分解能は低いが、測定可能範囲は広くなる。なお、第一の電流センサ１１Ａの分解能をより高めるために、フィードバックコイル２１５Ａのターン数（または巻き数）を、フィードバックコイル２１５Ｂのターン数（または巻き数）より少なくしても良い。
【００５１】
次に、第一の電流センサ１１Ａの出力と第二の電流センサ１１Ｂの出力とを選択して電流測定を行う電流センサ１の電流測定フローについて説明する。図３は、電流測定アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【００５２】
電流測定が開始されると、第一の電流センサ１１Ａおよび第二の電流センサ１１Ｂは、被測定電流を測定する（ステップ３０１）。これにより、第一の電流センサ１１Ａからは、被測定電流に応じた出力電圧Ｖ１が出力され、第二の電流センサ１１Ａからは、被測定電流に応じた出力電圧Ｖ２が出力される。
【００５３】
次に、第一の電流センサ１１Ａと第二の電流センサ１１Ｂのいずれの出力を採用するかを決定する（ステップ３０２）。
【００５４】
ここで、図４に、第一の電流センサ１１Ａの出力電圧Ｖ１と被測定電流との関係（線Ａ）、および、第二の電流センサ１１Ｂの出力電圧Ｖ２と被測定電流との関係（線Ｂ）を模式的に示す。図４から分かるように、第一の電流センサ１１Ａは急峻な出力特性を有しており、僅かな電流を正確に測定することが可能になっている。つまり、測定の分解能が高められている。一方で、第二の電流センサ１１Ｂは緩やかな出力特性を有しており、広い範囲の被測定電流を測定することが可能になっている。つまり、測定可能範囲の上限が高められている。
【００５５】
このため、第一の電流センサ１１Ａと第二の電流センサ１１Ｂのいずれの出力を採用するかの判定は、第一の電流センサ１１Ａの出力電圧Ｖ１と、あらかじめ決められていた閾値Ｖｔｈ１の大きさを比較することにより行えば良い（ステップ３０２）。閾値Ｖｔｈ１には、例えば、第一の電流センサ１１Ａの測定可能範囲の上限に相当する電圧を採用することができる（図４参照）。Ｖ１がＶｔｈ１より大きい場合、つまり、被測定電流が、第一の電流センサ１１Ａの測定可能範囲の上限を超えている場合には、ステップ３０３を実行する。それ以外の場合には、ステップ３０４を実行する。
【００５６】
ステップ３０３では、第二の電流センサ１１Ｂの出力電圧Ｖ２から被測定電流の電流値を算出する。Ｖ１がＶｔｈ１より大きい場合、つまり、被測定電流が、第一の電流センサ１１Ａの測定可能範囲の上限を超えている場合には、測定可能範囲の上限が高い第二の電流センサ１１Ｂの出力を採用して、被測定電流の電流値を算出するのが妥当だからである。
【００５７】
ステップ３０４では、第一の電流センサ１１Ａの出力電圧Ｖ１から被測定電流の電流値を算出する。Ｖ１がＶｔｈ１以下の場合、つまり、被測定電流が、第一の電流センサ１１Ａの測定可能範囲の上限を超えていない場合には、分解能が高い第一の電流センサ１１Ａの出力を採用して、被測定電流の電流値を算出するのが妥当だからである。
【００５８】
以上、ステップ３０３またはステップ３０４によって、被測定電流の電流値が算出されると測定は終了する。
【００５９】
なお、ここでは、第一の電流センサ１１Ａの出力電圧Ｖ１と、閾値Ｖｔｈ１の大きさを比較しているが、第二の電流センサ１１Ｂの出力電圧Ｖ２と、閾値Ｖｔｈ２の大きさを比較しても良い。この場合、閾値Ｖｔｈ２には、例えば、第一の電流センサ１１Ａの測定可能範囲の上限に相当する第二の電流センサ１１Ａの出力電圧を採用することができる（図４参照）。そして、Ｖ２がＶｔｈ２より大きい場合には、第二の電流センサ１１Ａの出力を採用し、それ以外の場合には第一の電流センサ１１Ｂの出力を採用する。つまり、Ｖ２がＶｔｈ２より大きい場合（被測定電流が、第二の電流センサ１１Ｂの測定可能範囲の下限を超えている場合）には、ステップ３０３を実行し、それ以外の場合には、ステップ３０４を実行する。
【００６０】
以上のように、異なる測定可能範囲および異なる分解能を有する二つの電流センサの出力を選択して用いることにより、大電流を測定しつつ、微細な電流を高精度に測定することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態に示す構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知するために用いることが可能である。また、電気自動車等に搭載されるバッテリーの暗電流を測定するために用いることが可能である。【００６３】
本出願は、２０１０年１０月２０日出願の特願２０１０−２３５０４７に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
【図１】
2012053296.tif 000003
【図２】
2012053296.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年1月25日(2012.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁気センサを具備し、第一の測定可能範囲を有する第一の電流センサと、
第二の磁気センサを具備し、前記第一の測定可能範囲より上限値が高い第二の測定可能範囲を有する第二の電流センサと、
電流線を通流する被測定電流の大きさに応じて、前記第一の電流センサの出力または前記第二の電流センサの出力を選択するセンサ選択手段と、を備え、
前記第一の電流センサと前記第二の電流センサとを前記電流線から等距離に配置したことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサは、いずれも、フィードバックコイルを用いた磁気平衡式のセンサであり、
前記第一の磁気センサに対応するフィードバックコイルの巻き数が、前記第二の磁気センサに対応するフィードバックコイルの巻き数より少ないことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記第一の電流センサは第一の分解能を有し、
前記第二の電流センサは前記第一の分解能より低い第二の分解能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記第一の分解能は、前記第二の分解能の１０倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記第二の測定可能範囲の上限値は、前記第一の測定可能範囲の上限値の１０倍以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第二の磁気センサは、磁気センサ素子を覆う素子シールドを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第一の電流センサと、前記第二の電流センサとは、同一チップ内に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第一の電流センサは一対の前記第一の磁気センサを具備し、
前記一対の第一の磁気センサに接続され、その出力信号を差動演算する演算装置と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一に記載の電流センサ。
【国際調査報告】
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