(57)【要約】【課題】電気電流を測定するための電流センサデバイスを提供する。【解決手段】電気電流を測定するための電流センサデバイス（４００）は、対称面（Ω）を有する電気導体（４１３）に対して装着され、第１および第２の磁気センサ（４１１、４１２）を備える基板（４１０）であって、第１の磁気センサは、対称面の外側の第１の場所に位置し、電流によって誘導された第１の磁場成分を示す第１の値（ｖ１）を提供するように構成され、第２の磁気センサは、対称面（Ω）内の第２の場所に位置し、外乱磁場を示す第２の値（ｖ２）を提供するように構成される基板（４１０）と、第１および第２の磁気センサに接続され、第１および第２の値（ｖ１、ｖ２）の間の差に基づいて電流を決定するように適合された処理回路（６１０；７１０）とを備える。【選択図】図３
2020095029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気電流（Ｉ）を測定するための電流センサデバイス（２００；３００；４００）であって、前記電流センサデバイスは、
電気導体（２１３、３１３；４１３）に対して予め画定された位置に装着され、第１の磁気センサ（２１１；３１１；４１１）および第２の磁気センサ（２１２；３１２；４１２）を備えるかまたはそれらに接続された基板（２１０；３１０；４１０）であって、
前記電気導体は、前記電気導体の長軸に沿って対称面（Ω）を有し、前記対称面は、前記基板に実質的に垂直に配向され、
前記第１の磁気センサは、前記対称面（Ω）から間隔を空けた（Δｘ）第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸を有し、前記第１の場所で測定される前記電流（Ｉ）によって誘導された第１の磁場成分を示す第１の値（ｖ１）を提供するように構成され、
前記第２の磁気センサは、前記第１の軸および前記対称面に平行な最大感度の第２の軸を有し、前記第２の磁気センサは、前記対称面（Ω）に位置付けされた第２の場所に位置し、存在する場合、外乱磁場を示す第２の値（ｖ２）を提供するように構成される基板（２１０；３１０；４１０）と、
前記第１の値（ｖ１）を得るために前記第１の磁気センサ（２１１；３１１；４３１）に接続され、前記第２の値（ｖ２）を得るために前記第２の磁気センサ（２１２；３１２；４３２）に接続され、前記第１の値（ｖ１）と前記第２の値（ｖ２）との間の差に少なくとも基づいて測定される前記電流（Ｉ）を決定するように適合された処理回路（６１０；７１０）と
を備える、電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項２】
前記電流センサデバイスは、パッケージ化されたデバイスであり、
前記基板は、前記第１および第２の磁気センサと、前記処理回路とを備える半導体基板であり、
前記電気導体は、内部電気導体である、
請求項１に記載の電流センサデバイス（２００；３００）。
【請求項３】
前記電気導体は、ビーム形状の導体部分（１０３；２０３；３０３）を有し、
前記電気導体は、０．３０ミリオーム未満、または０．２８ミリオーム未満、または０．２６ミリオーム未満の電気抵抗を有する、
請求項２に記載の電流センサデバイス（２００；３００）。
【請求項４】
最大感度の前記第１の軸と前記第１の磁場ベクトル（Ｂ１）によって画定された第１の角度（α）は、９０°と実質的に異なり、２７０°と実質的に異なる角度であり、
最大感度の前記第２の軸と前記第２の磁場ベクトル（Ｂ２）によって画定された第２の角度（β）は、９０°に実質的に等しく、または２７０°に実質的に等しい、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項５】
前記第１および第２の磁気センサの各々は、前記基板に垂直な方向（Ｚ）に最大感度の軸を各々有する、少なくとも１つの水平ホール素子を備える、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項６】
前記基板（１１０；２１０；３１０；４１０；５１０）は、１〜７ｍｍ２の範囲、または２〜７ｍｍ２の範囲、または１〜５ｍｍ２の範囲の面積を有する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項７】
前記電気導体は、リードフレームの一部として形成され、
前記リードフレームは、１００〜６００ミクロン、または２００〜５００ミクロンの範囲の厚さを有する銅リードフレームである、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項８】
前記第１のセンサ場所を通り、前記基板に垂直な仮想線と前記電気導体の縁部との間の距離は、前記電気導体の幅（Ｗｃ）または直径（Ｄｃ）の１０％未満または２０％未満である、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項９】
前記基板（２１０；３１０；４１０）は、第１および第２の磁気センサを含む第１の表面を有し、前記第１の表面は、前記電気導体（２１３；３１３；４１３）に面しており、
前記電流センサデバイスは、前記基板と前記電気導体との間に位置した電気絶縁材料をさらに含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１０】
前記基板は、前記第１および第２の磁気センサを含む第１の表面を有し、前記第１の表面は、前記電気導体とは反対側に面している、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１１】
前記電気回路（６１０；７１０）は、前記第１の値（ｖ１）と前記第２の値（ｖ２）との間の前記差を決定および増幅するように構成された差動増幅器を備え、または前記電気回路（６１０；７１０）は、前記第１の値（ｖ１）および前記第２の値（ｖ２）を選択的に増幅するように構成された増幅器を備え、
および／または
前記電流センサデバイスは、少なくとも１つの定数値（Ｋ）を保存する不揮発性メモリ（６３１；７３１）を備えるかまたはそれに接続されたデジタルプロセッサ（６３０；７３０）をさらに備え、前記デジタルプロセッサは、前記第１の値（ｖ１）と前記第２の値（ｖ２）との間の差または加重差に基づいて、および前記定数値（Ｋ）に基づいて測定される前記電流を決定するように適合される、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１２】
前記基板（２１０；３１０；４１０）は、前記第１の磁気センサ（７１１）および／または前記第２の磁気センサ（７２１）の温度に関する少なくとも１つの温度を測定するように構成され、前記デジタルプロセッサ（７３０）に接続されている少なくとも１つの温度センサ（７１２、７２２）をさらに備え、
前記デジタルプロセッサ（７３０）は、前記第１の値（ｖ１）と前記第２の値（ｖ２）との間の差に基づいて測定される前記電流を計算し、少なくとも１つの測定された温度（ｔ１、ｔ２）を考慮するように適合される、
請求項１１に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１３】
前記基板（２１０；３１０；４１０）は、前記第１の磁気センサが受ける機械的応力に関する少なくとも１つの応力値を測定するように構成され、前記デジタルプロセッサ（７３０）に接続されている少なくとも１つの応力センサをさらに備え、
前記デジタルプロセッサは、前記第１の磁気値（ｖ１）と前記第２の磁気値（ｖ２）との間の差に基づいて測定される前記電流を計算し、前記少なくとも１つの測定された応力値を考慮するように適合される、
請求項１１または１２に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１４】
前記第１および第２の磁気センサに基づいて前記処理回路によって決定された前記電流値は、第１の電流値（Ｉ１）とみなされ、
前記基板（２１０；３１０；４１０）は、前記第１の磁気センサと同様に配置され、第３の値（ｖ３）を測定するように構成された第３の磁気センサをさらに備え、前記第２の磁気センサと同様に配置され、第４の値（ｖ４）を測定するように構成された第４の磁気センサをさらに備え、
前記処理回路（６３０；７３０）は、前記第３の値（ｖ３）を得るための前記第３の磁気センサ、および前記第４の値（ｖ４）を得るための前記第４の磁気センサにさらに接続され、
前記第３の値（ｖ３）と前記第４の値（ｖ４）との間の差に基づいて第２の電流値（Ｉ２）を決定するようにさらに適合され、
前記第２の電流値と前記第１の電流値を比較し、前記第１および第２の電流値の間の差または比が所定の条件を満たす場合、前記電流値として前記第１の電流値および前記第２の電流値の平均を提供するようにさらに適合される、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電流センサデバイス（２００；３００；４００）。
【請求項１５】
ａ）測定される電流を運ぶように適合された電気導体部分を備えるリードフレームを提供するステップ（８０１）であって、前記電気導体部分は、その長軸に沿って対称面を有するステップと、
ｂ）少なくとも第１の磁気センサを備えるかまたはそれに接続され、第２の磁気センサを備えるかまたはそれに接続された基板を提供するステップ（８０２）であって、前記第１の磁気センサは、最大感度の第１の軸を有し、第１の信号（ｖ１）を提供するように適合され、前記第２の磁気センサは、前記第１の軸に平行な最大感度の第２の軸を有し、第２の信号（ｖ２）を提供するように適合されるステップと、
ｃ）前記リードフレームに対して前記基板を装着するステップ（８０３）であって、それにより前記第１の磁気センサが前記対称面（ＳＰ）から間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の前記第１の軸が前記対称面（ＳＰ）に平行であり、前記第２のセンサが前記対称面に位置付けされるステップと、
ｄ）前記第１および第２の磁気センサに接続され、前記第１の値（ｖ１）と前記第２の値（ｖ２）との差または加重差に少なくとも基づいて測定される前記電流（Ｉ）を決定するように適合された処理回路を提供するステップ（８０４）と
を含む、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の電流センサを製造する方法（８００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電流センサの分野に関し、より具体的には、磁気電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる種類の電流センサ、例えば（１）シャント抵抗器を使用する電流センサ、（２）変流器を使用する電流センサ、（３）または磁気センサを使用する電流センサが当技術分野で知られている。
【０００３】
シャント抵抗器を使用する電流センサでは、電圧がシャント抵抗器で測定され、電流値は測定された電圧値と抵抗器値を除算することによって決定することができる。このタイプの欠点は、測定回路が負荷から電気的に絶縁されていないことである。変流器は、一次および二次コイルを含む。このタイプの電流センサはガルバニック分離を提供するが、通常非常に嵩張るものである。磁気センサに基づく電流センサは、ガルバニック分離を提供し、また非常にコンパクトであり得る。この種類の電流センサの問題は、明示的にキャンセルしない限りは外乱磁場（「漂遊磁場」とも呼ばれる）に敏感であるということである。
米国特許出願公開第２０１７／０１８４６３５号明細書は、電気導体と、差動対に配置された複数のセンサ素子とを備える磁気電流センサについて説明している。この電流センサのダイナミックレンジを拡大するために、複数の対が使用される。
改善または代替の余地は、常に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１８４６３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、外乱磁場に非常に鈍感な磁気電流センサを提供することである。
本発明の実施形態の目的は、よりコンパクトな磁気電流センサを提供することである。
本発明の特定の実施形態の目的は、製造がより容易および／またはより安価である一体型電気導体を有する電流センサを提供することである。
本発明の特定の実施形態の目的は、外部電気導体に、より容易に装着または位置合わせすることができる電流センサを提供することである。
本発明の特定の実施形態の目的は、測定される電流値を測定および提供することが可能であるが、外乱磁場（存在する場合）を測定および提供することも可能な電流センサを提供することである。
本発明の特定の実施形態の目的は、比較的高い電流（例えば、少なくとも３０アンペアの電流）を測定することが可能な電流センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらおよび他の目的は、本発明の実施形態による電流センサによって達成される。
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は、電気電流を測定するための電流センサデバイスを提供し、電流センサデバイスは、電気導体に対して予め画定された位置に装着され、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサを備えるかまたはそれらに接続された基板であって、電気導体は、電気導体の長軸に沿って対称面を有し、対称面は、基板に実質的に垂直に配向され、第１の磁気センサは、対称面から間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸を有し、前記第１の場所で測定される電流によって誘導された第１の磁場成分を示す第１の値を提供するように構成され、第２の磁気センサは、第１の軸および前記対称面に平行な最大感度の第２の軸を有し、第２の磁気センサは、対称面に位置付けされた第２の場所に位置し、存在する場合、外乱磁場を示す第２の値を提供するように構成される基板と、第１の値を得るために第１の磁気センサに接続され、第２の値を得るために第２の磁気センサに接続され、第１の値と第２の値との間の差に少なくとも基づいて測定される電流を決定するように適合された処理回路とを備える。
【０００８】
処理回路は、前記基板に一体化されてもよい。
【０００９】
言い換えれば、第１のセンサ場所は対称面「から非ゼロ距離に」位置付けされ、第２のセンサ場所は対称面「からゼロ距離に」位置付けされる。
【００１０】
これは、実質的に漂遊磁場の影響を受けないように電流を決定することを可能にするため、最大感度の平行軸を有する２つのセンサ間の差に基づいて電流を計算する利点がある。加えて、感度の不一致を補償することを可能にするため、加重差に基づいて電流を計算する利点がある。
【００１１】
本発明は、外乱磁場に鈍感であるように電流を測定するために、２つの磁気センサを導体の中心線に対して対称に位置合わせまたは位置決めすることは必ずしも必要ではないという洞察に部分的に基づいているが、コモンモード除去は、請求項１に記載のように２つのセンサ素子が位置して配向される場合にも機能する。本発明は、電流によって生成された磁場を測定しないように磁気センサの１つを配置することが可能であるという第２の洞察に基づいている。これは、２倍高い信号を得るために、常に２回磁場を測定しようとする従来の電流センサの配置とは対照的である。
【００１２】
従来の基板のサイズをそのサイズの約半分にまで縮小することを可能にするため、導体の反対側の縁部ではなく、第２のセンサを対称面に位置させるという主な利点がある。例えば、基板幅は、導体の幅よりも小さく、例えばそのわずか６０％〜９０％に選択することができる。基板のコストは電流センサの総コストのかなりの部分を占めるため、この利点を過小評価するべきではない。これは、自動車などの競争の激しい市場では特に重要である。
【００１３】
本発明は、導体がその全長にわたって、またはその長さの一部のみにわたって対称面を有する断面を有する限り、様々な断面形状（例えば円形、楕円形、正方形、長方形、台形など）の導体に対して機能するという利点がある。
【００１４】
一実施形態では、決定される電流は、第１の値（ｖ１）と第２の値（ｖ２）の加重差に基づいており、それぞれの重み係数（Ａ、Ｂ）は、均一な外部磁場がキャンセルされるように選択される。重み係数は、例えば較正試験中に決定され、不揮発性メモリに保存され、実際の使用中に不揮発性メモリから検索されてもよい。
【００１５】
一実施形態では、最大感度の第１の軸と第１の磁場ベクトルＢ１によって画定された第１の角度αは、９０°と実質的に異なり、２７０°と実質的に異なる角度であり、最大感度の第２の軸と第２の磁場ベクトルＢ２によって画定された第２の角度βは、９０°に実質的に等しく、または２７０°に実質的に等しい。
【００１６】
例えば、第１の角度は、０°〜８８°、または９２°〜２６８°、または２７２°〜３６０°、または５０°〜８８°、または２７２°〜３１０°、または５０°〜８５°、または２７５°〜３１０°の範囲の角度であってもよい。
【００１７】
第２の角度は、８９°〜９１°または２６９°〜２７１°の範囲の角度であってもよい。
【００１８】
一実施形態では、第１および第２の磁気センサの各々は、基板に垂直な方向に最大感度の軸を各々有する、少なくとも１つの水平ホール素子を備える。
【００１９】
一実施形態では、基板は、１〜７ｍｍ２、または２〜７ｍｍ２、または１〜５ｍｍ２の範囲の面積を有する。
【００２０】
一実施形態では、電流センサデバイスは、単一のパッケージ化されたデバイス（「半導体チップ」としても知られる）であり、基板は、前記第１および第２の磁気センサ（好ましくは水平ホールプレートの形態）を備える半導体基板（例えばケイ素基板）であり、電気導体は、内部電気導体である。そのような電流センサデバイスは、典型的には、「一体型電流センサ」または「一体型電気導体を有する電流センサ」と呼ばれる。
【００２１】
外部電気導体の近くに、例えばＰＣＢ（プリント回路基板）に装着される電流センサデバイスを備えるシステムとは対照的に、電気導体に対する基板の非常に正確な位置決めを可能にするため、電気導体を一体化するという主な利点がある。一体型電流センサの位置決め公差は、典型的には、ＰＣＢ上、または電気導体上のチップの位置決め公差よりも１桁正確である。すべての他の態様は同じままであり、これは、電気導体が埋め込まれた電流センサは、用途においてエンドカスタマによる較正試験などの追加の対策が講じられていない限り、外部電気導体に装着された電流センサよりもはるかに高い精度を有することを意味する。
【００２２】
電流センサデバイスは、ａ）電気導体を備えるリードフレームを設けること、ｂ）必要に応じて絶縁材料を電気導体に設けること、ｃ）基板を電気導体または絶縁材料に装着すること、ｄ）第２のリードと基板とを電気的に接続すること（例えばボンドワイヤを適用することによって）、ｅ）リードフレームおよび基板をオーバモールドすることによって製造され得る。
【００２３】
一実施形態では、電気導体は、約４．０±０．５ｍｍの幅を有するビーム形状の導体部分を有し、基板は、２±０．５ｍｍ×３±０．５ｍｍのサイズを有する。
【００２４】
一実施形態では、電気導体は、実質的にビーム形状であるか、またはビーム形状の導体部分を有し、電気導体は、０．３０ミリオーム未満、または０．２８ミリオーム未満、または０．２６ミリオーム未満の電気抵抗を有する。
【００２５】
一実施形態では、電気導体は、チップパッケージの一端からチップパッケージの他端に延びる一定幅の平面ビーム形状を有し、入力リードと出力リードとの間の全距離に及ぶ。
【００２６】
電流センサデバイスが（一体型）電気導体に少なくとも３０アンペアの電流（ピーク電流は最大１００アンペア）を流すことを可能にするため、電気抵抗が０．３０ミリオーム未満という利点がある。
【００２７】
「電気導体」は、リードフレームの一部として形成され、複数の第１の入力リードと第１の出力リード（図示せず）との間に形成され、それらに接続されてもよい。
【００２８】
第１の入力リードおよび第１の出力リードは、（典型的には長方形の）デバイスパッケージの反対側に位置することができる。
【００２９】
好ましくは、ビーム形状の導体部分は、電気導体の大部分にわたって延びる。
【００３０】
そのようなリードフレームは、好ましくはスリットまたは開口部またはジグザグなどを伴わずに（例えばスタンピングまたはエッチングによって）製造するのが容易であるため、電気導体がその長さの大部分、例えばその長さの少なくとも７０％または８０％にわたって実質的にビーム成形されるという実施形態の利点がある。これは、機械的安定性、および電流センサデバイスの熱放散にも有利である。
【００３１】
好ましくは、導体は、第１および第２の磁気センサのすぐ近くに一定の断面を有する導体部分を有する。
【００３２】
一実施形態では、電気導体は、リードフレームの一部として形成され、リードフレームは、１００〜６００ミクロン、または２００〜５００ミクロンの範囲、例えば２００ミクロンに実質的に等しい、または２５０ミクロンに実質的に等しい厚さを有する銅リードフレームである。
【００３３】
電流センサデバイスの一体型導体の電気コンダクタンスを減少させる従来の方法は導体の幅を変えずに導体の厚さを増加させることによるため、それ以外には、幅が増加して厚さが同じままである場合、基板のサイズを大きくする必要がある（したがってコストも増加する）ため、リードフレームの一部として形成された、特に１００〜４００ミクロンの範囲の、または約２００または約２５０ミクロンに等しい厚さの内部導体を使用して少なくとも３０アンペア、または少なくとも４０アンペア、または少なくとも５０アンペアの電流を測定することが可能な電流センサデバイスを構築することは簡単ではない。
【００３４】
一実施形態では、第１のセンサ場所を通り基板に垂直な仮想線と、電気導体の縁部との間の距離は、電気導体の幅Ｗｃまたは直径Ｄｃの１０％未満または２０％未満である。
【００３５】
磁場の強さは、典型的には、電気導体の縁部の付近で比較的大きくなる。したがって、この実施形態では、信号ｖ１は比較的大きく、したがって良好なＳＮＲと、同時に比較的小さな基板サイズの両方を提供する。
【００３６】
一実施形態では、第１のセンサ場所と第２のセンサ場所との間の距離Δｘは、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、または１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲の値である。
【００３７】
一実施形態では、基板は、第１および第２の磁気センサを含む第１の表面を有し、第１の表面は、電気導体に面しており、電流センサデバイスは、基板と電気導体との間に位置した電気絶縁材料をさらに含む。電気絶縁材料は、半導体ダイ（例えばＣＭＯＳデバイス）の一部としてのポリアミド層であってもよく、またはリードフレームと半導体ダイとの間に適用された電気絶縁テープであってもよい。
【００３８】
この実施形態の利点は、磁気センサと電気導体との間の距離が比較的小さく、センサによって測定される信号が比較的大きいことである（例えば第２の表面が電気導体に面していた場合よりも大きい）。これにより、信号対ノイズ比、したがって測定の精度が向上する。
【００３９】
この実施形態では、基板は、好ましくは、電気導体部分および絶縁材料によって第１の領域または第１の端部で機械的に支持される。
【００４０】
加えて、基板は、反対側の領域または反対側の端部で機械的に支持されてもよいし、または間に隙間を空けて他方の端部に浮いたままにされてもよく、その隙間は、空気、またはモールド化合物、または絶縁テープもしくは別の電気絶縁材料（例えば適切なポリマー）によって充填されてもよい。
【００４１】
一実施形態では、基板は、第１および第２の磁気センサを含む第１の表面を有し、第１の表面は、電気導体部分に面している。第１の表面と電気導体との間の距離は、１５０〜２５０μｍの範囲、または１７０〜２１０μｍの範囲、例えば約１９０ミクロンに等しい値であり得る。
【００４２】
一実施形態では、電気絶縁材料は、少なくとも１０００ボルトの電圧に耐えるように適合される。
【００４３】
一実施形態では、基板は、第１および第２の磁気センサを含む第１の表面を有し、第１の表面は、電気導体とは反対側に面している。
【００４４】
この実施形態では、電気絶縁材料が電気導体部分と基板との間に絶対に必要とされるわけではないが、電気絶縁材料が必要に応じて存在してもよい。電気絶縁材料のない実施形態では、基板は、間に追加の絶縁材料なしで電気導体の上部に直接位置決めされてもよい。これにより、製造がより容易であり（必要な材料および処理が少なくなる）、したがって製造がより高速かつ安価になる。
【００４５】
基板の第１の表面と電気導体との間の距離は、３００〜４００μｍの範囲、または３２０〜３８０μｍの範囲、例えば約３５０ミクロンに等しい値であり得る。
【００４６】
基板が電気絶縁テープによって電気導体部分から分離される実施形態では、基板と電気導体部分との間の距離は、約１０〜１００μｍ、または１５〜１００μｍ、または２０〜１００μｍ、または３０〜１００μｍ、または３０〜８０μｍ、または３０〜５０μｍの範囲、例えば約４０μｍに等しい値であり得る。
【００４７】
一実施形態では、基板は、電気導体と重なる基板の一部に位置した複数のボンドパッドをさらに備え、電流センサデバイスは、複数のボンドパッドを複数のリードと相互接続する複数のボンドワイヤをさらに備える。
【００４８】
一実施形態では、ボンドパッドは、下で機械的に支持される（すなわち浮いていない）基板の一部に対応する基板の領域にのみ位置する。
【００４９】
一実施形態では、基板は、リードの少なくとも一部に接続されているが電気導体からガルバニック分離された複数のはんだバンプをさらに備える。
【００５０】
ガルバニック分離は、空気で充填された隙間、またはモールド化合物で充填された隙間、または絶縁材料、例えば絶縁テープなどで充填された隙間によって実施されてもよい。
【００５１】
一実施形態では、電気回路は、第１の値と第２の値との間の前記差を決定および増幅するように構成された差動増幅器を備える。
【００５２】
一実施形態では、電気回路は、例えば増幅器の前のスイッチによって第１の値および第２の値を選択的に増幅するように構成された増幅器を備え、２つの増幅された信号は、一時的に保存され（例えば１つまたは複数のサンプルアンドホールド回路に）、その後減算され得る。
【００５３】
一実施形態では、第１のセンサ信号は第１の増幅器によって増幅され得、第２のセンサ信号は第２の増幅器によって増幅され得、２つの増幅された値は互いに減算され得る。
【００５４】
一実施形態では、電流センサデバイスは、少なくとも１つの定数値（例えば、変換係数）を保存する不揮発性メモリを備えるかまたはそれに接続されたデジタルプロセッサをさらに備え、デジタルプロセッサは、第１の値と第２の値との間の差または加重差に基づいて、および前記定数値に基づいて測定される電流を決定するように適合される。
【００５５】
センサデバイスは、増幅された差信号（ｖ１‐ｖ２）をデジタル化するか、または第１の増幅された信号および第２の増幅された信号を選択的にデジタル化するように構成されたアナログ‐デジタル変換器ＡＤＣをさらに備えることができる。ＡＤＣは、デジタルプロセッサ、例えばプログラマブルマイクロコントローラの一部であってもよい。
【００５６】
測定される電流は、電流に比例するアナログ出力信号として提供されてもよいし、または例えばシリアルビットストリームを介して出力され得るデジタル信号として提供されてもよい。
【００５７】
デジタルプロセッサは、差動増幅器の出力に接続された入力を有してもよく、その場合、デジタルプロセッサは、差信号をデジタル化し、例えば式：Ｉ＝Ｋ．（ΔＶ）に従って、前記定数値Ｋでデジタル化された値を乗算するように適合されてもよく、ΔＶは、デジタル化された差信号である。
【００５８】
あるいは、減算は、デジタルドメインで実行されてもよい。デジタルプロセッサは、増幅器の出力に接続された入力を有してもよく、デジタルプロセッサは、第１の増幅された信号および第２の増幅された信号の各々を選択的にデジタル化し、デジタルドメインで減算を実行し、例えば式：Ｉ＝Ｋ．（Ｖ１‐Ｖ２）に従って、測定される電流を示す結果を得るために前記定数値Ｋでその結果を乗算するように適合されてもよく、Ｖ１は、（必要に応じて増幅された）第１の信号のデジタル化された値であり、Ｖ２は、（必要に応じて増幅された）第２の信号のデジタル化された値である。
【００５９】
変形例では、デジタルプロセッサは、以下の式を使用して電流を計算するように適合され得る：
【００６０】
Ｉ＝（Ａ．Ｖ１）‐（Ｂ．Ｖ２）、「Ａ」は、第１の増幅係数（アナログまたはデジタル）であり、「Ｂ」は、第２の増幅係数（アナログまたはデジタル）である。この実施形態は、感度の不一致を修正することができるという利点を提供する。ＡおよびＢの値は、不揮発性メモリに保存されてもよく、較正中に、または他の適切な方法で決定されてもよい。
【００６１】
一実施形態では、基板は、第１の磁気センサおよび／または第２の磁気センサの温度に関する少なくとも１つの温度を測定するように構成され、デジタルプロセッサに接続されている少なくとも１つの温度センサをさらに備え、デジタルプロセッサは、第１の値と第２の値との間の差または加重差に基づいて測定される電流を計算し、少なくとも１つの測定された温度を考慮するように適合される。
【００６２】
この電流センサの利点は、温度補償メカニズムを含むことである。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【００６３】
一実施形態では、基板は、第１の温度センサおよび第２の温度センサをさらに備え、第１の温度センサは、第１の磁気センサの第１の温度（Ｔ１）を測定するように構成され、第２の温度センサは、第２の磁気センサの第２の温度（Ｔ２）を測定するように構成され、第１の温度センサおよび第２の温度センサは、デジタルプロセッサに接続されており、デジタルプロセッサは、第１の値（ｖ１）と第２の値（ｖ２）との間の差または加重差に基づいて測定される電流を計算し、第１の温度および第２の温度を考慮するように適合される。
【００６４】
この実施形態の主な利点は、特に比較的高い電流（例えば３０アンペアよりも大きい）が測定されている場合、第１および第２の磁気センサの温度が実質的に異なり得るため、かつそのような高電流が、典型的には、電気導体を大幅に暖め、基板上で比較的大きな温度勾配を引き起こすため、各磁気センサの温度が別々に測定されることである。両方の温度を測定して考慮することによって、電流測定の精度をさらに向上させることができる。さらに、温度センサを使用して、デバイスがその指定された動作範囲で機能しているかどうかを検出することもできる。そうでない場合、センサデバイスは、エラーを報告し得るが、このエラーは安全性の目的で使用することができる。
【００６５】
一実施形態では、第１の磁気センサは、少なくとも第１の水平ホール素子を備え、第１の温度センサは、第１の水平ホール素子を実質的に囲んでおり、第２の磁気センサは、少なくとも第２の水平ホール素子を備え、第２の温度センサは、第２の水平ホール素子を実質的に囲んでいる。
【００６６】
温度センサは、欧州特許出願公開第３１０９６５８号明細書に記載されているのと同様の方法で、応力センサの有無にかかわらず水平ホール素子の周りに配置することができる。
【００６７】
一実施形態では、基板は、第１の磁気センサが受ける機械的応力に関する少なくとも１つの応力値を測定するように構成され、デジタルプロセッサに（例えば通信可能に）接続されている少なくとも１つの応力センサをさらに備え、デジタルプロセッサは、第１の磁気値と第２の磁気値との間の差または加重差に基づいて測定される電流を計算し、少なくとも１つの測定された応力値を考慮するように適合される。
【００６８】
応力センサは、欧州特許出願公開第３１０９６５８号明細書に記載されているのと同様の方法で水平ホール素子の周りに配置することができるが、温度センサはない。
【００６９】
この電流センサの利点は、応力補償メカニズムを含むことである。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【００７０】
一実施形態では、基板は、第１の応力センサおよび第２の応力センサをさらに備え、第１の応力センサは、第１のセンサ場所で第１の応力を測定するように構成され、第２の応力センサは、第２のセンサ場所で第２の応力を測定するように構成され、第１の応力センサおよび第２の応力センサは、デジタルプロセッサに接続されており、デジタルプロセッサは、第１の磁気値と第２の磁気値との間の差または加重差に基づいて測定される電流を計算し、第１の応力および第２の応力を考慮するように適合される。
【００７１】
この実施形態の主な利点は、特に比較的高い電流（例えば３０アンペアよりも大きい）が測定されている場合、第１および第２の磁気センサにかかる応力が実質的に異なり得るため、かつそのような高電流が、典型的には、電気導体を大幅に暖め、比較的大きな温度勾配を引き起こし、機械的応力（異なる材料の異なる熱膨張係数に関する）を引き起こすため、各磁気センサの（機械的）応力が別々に測定されることである。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【００７２】
一実施形態では、基板は、第１の磁気センサを囲む第１の温度センサおよび第１の応力センサと、第２の磁気センサを囲む第２の温度センサおよび第２の応力センサとを備え、第１の温度センサおよび第１の応力センサ、ならびに第２の温度センサおよび第２の応力センサは、デジタルプロセッサに（例えば通信可能に）接続されており、デジタルプロセッサは、第１の磁気値（必要に応じて第１の係数Ａで増幅または乗算される）と第２の磁気値（必要に応じて第２の係数Ｂで増幅または乗算される）との間の差に基づいて測定される電流を計算し、第１および第２の温度ならびに第１および第２の応力を考慮するように適合され、係数ＡおよびＢは、感度の不一致を補償するために選択され得る。
【００７３】
温度センサおよび応力センサは、欧州特許出願公開第３１０９６５８号明細書に記載されているのと同様の方法で、第１および第２の磁気センサの周りに配置することができる。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【００７４】
一実施形態では、第１および第２の磁気センサに基づいて処理回路によって決定された電流値は、第１の電流値とみなされ、基板は、第１の磁気センサと同様に配置され、第３の値を測定するように構成された第３の磁気センサをさらに備え、第２の磁気センサと同様に配置され、第４の値を測定するように構成された第４の磁気センサをさらに備え、処理回路は、第３の値を得るための第３の磁気センサ、および第４の値を得るための第４の磁気センサにさらに接続され、第３の値と第４の値との間の差または加重差に基づいて第２の電流値を決定するようにさらに適合され、第２の電流値と第１の電流値を比較し、第１および第２の電流値の間の差または比が所定の条件を満たす場合、測定される電流値として第１の電流値および第２の電流値の平均を提供するようにさらに適合される。あるいは、第１の電流値または第２の電流値のいずれかは、「その」電流値として提供されてもよい。
【００７５】
この実施形態は、冗長性の目的でおよび／または「機能的安全性」の目的で４つの磁気センサを使用してもよい。第１および第２の電流値が実質的に同じである場合、これらの電流の平均が提供され、精度をさらに向上させる。
【００７６】
第１および第２の値の偏差が大きすぎる場合（例えば予め定義された値を超える、または予め定義された割合を超える）、電流センサデバイスは、エラー信号、例えば第２のリードの１つを介したアナログエラー信号、または第２のリードの１つを介したシリアルデータストリームのデジタルエラー値を提供してもよい。
【００７７】
第２の態様によれば、本発明はまた、内部電気導体のない上述の電流センサデバイスと、電流センサデバイスの外部の電気導体とを備えるアセンブリを提供する。
【００７８】
第３の態様によれば、本発明はまた、その長軸に沿って対称面を有する内部電気導体を有する電流センサデバイスを製造する方法を提供し、方法は、ａ）測定される電流を運ぶように適合された電気導体部分を備えるリードフレームを提供するステップであって、電気導体部分は、その長軸に沿って対称面を有するステップと、ｂ）少なくとも第１の磁気センサを備えるかまたはそれに接続され、第２の磁気センサを備えるかまたはそれに接続された基板を提供するステップであって、第１の磁気センサは、最大感度の第１の軸を有し、第１の信号を提供するように適合され、第２の磁気センサは、第１の軸に平行な最大感度の第２の軸を有し、第２の信号を提供するように適合されるステップと、ｃ）リードフレームに対して基板を装着するステップであって、それにより第１の磁気センサが対称面ＳＰから間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸が前記対称面ＳＰに平行であり、第２のセンサが対称面に位置付けされるステップと、ｄ）第１および第２の磁気センサに接続され、第１の値と第２の値との差または加重差に少なくとも基づいて測定される電流を決定するように適合された処理回路を提供するステップとを含む。
【００７９】
処理回路は、第１の磁気センサおよび／または第２の磁気センサと同じ基板に埋め込まれてもよく、その場合ステップｄ）は、ステップｂ）に含まれてもよい。
【００８０】
一実施形態では、ステップａ）は、１００〜６００ミクロンまたは２００〜５００ミクロンの範囲の厚さを有する銅リードフレームを提供するステップを含み、前記銅リードフレームは、０．３０ミリオーム未満、または０．２８ミリオーム未満、または０．２６ミリオーム未満の電気抵抗を有するビーム形状の導体部分を備える。
【００８１】
一実施形態では、ステップｃ）の装着は、最大感度の第１の軸と第１の磁場ベクトルによって画定された第１の角度αが９０°と実質的に異なり、２７０°と実質的に異なる角度であり、最大感度の第２の軸と第２の磁場ベクトルによって画定された第２の角度βが９０°に実質的に等しく、または２７０°に実質的に等しくなるように実行される。
【００８２】
一実施形態では、ステップｃ）の装着は、第１のセンサ場所を通り、基板に垂直な仮想線と電気導体の縁部との間の距離が電気導体の幅または直径の１０％未満または２０％未満であるように実行される。
【００８３】
一実施形態では、ステップｃ）は、電気絶縁材料をリードフレームに提供するステップと、基板を前記電気絶縁材料に装着するステップとをさらに含む。
【００８４】
一実施形態では、方法は、リードフレームおよび基板をオーバモールドしてパッケージ化されたデバイスを製造するステップをさらに含む。
【００８５】
本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と適宜組み合わされ、単に特許請求の範囲に明示的に記載されているだけではない。
【００８６】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】当技術分野で知られている電流検知装置のブロック図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態による電流センサデバイスの例示的なブロック図を示す上面図及び断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の別の実施形態による電流センサデバイスの例示的なブロック図を示す上面図及び断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の別の実施形態による電流センサデバイスの例示的なブロック図を示す上面図及び断面図である。
【図５】図２〜図４のセンサデバイスの電流を決定するために使用することができる特性のセットおよび式のセットを示す図である。
【図６】本発明の実施形態で使用することができる電気回路の例示的なブロック図である。
【図７】本発明の実施形態で使用することができる電気回路の例示的なブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による電流センサを製造する例示的な方法のフローチャートである。  図面は概略図に過ぎず、非限定的である。図面において、いくつかの要素のサイズは誇張されており、例示の目的で縮尺通りに描かれていない場合がある。特許請求の範囲の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。異なる図面では、同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
本発明は、特定の実施形態に関して、ある特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載されている図面は概略図に過ぎず、非限定的である。図面において、いくつかの要素のサイズは誇張されており、例示の目的で縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に対応していない。
【００８９】
さらに、説明および特許請求の範囲における第１の、第２のなどの用語は、同様の要素を区別するために使用されており、必ずしも時間的、空間的、ランキングまたは他の方法で順序を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示される以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００９０】
さらに、説明および特許請求の範囲における上部、下部などの用語は、説明の目的で使用されており、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示される以外の配向で動作可能であることを理解されたい。
【００９１】
特許請求の範囲で使用される「備える」という用語は、その後にリストされた手段に限定されると解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを除外しないことに留意されたい。したがって、言及されている記載の特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を指定するものと解釈されるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。それは、本発明に関して、デバイスの関連する構成要素のみがＡおよびＢであることを意味する。
【００９２】
本明細書を通じて「１つの実施形態」または「一実施形態」と言及する場合、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な場所での「１つの実施形態では」または「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではないが、指す場合もある。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態では、本開示から当業者には明らかなように、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００９３】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴は、本開示を簡素化し、様々な発明の態様の１つまたは複数の理解を支援する目的で単一の実施形態、図、またはその説明にまとめられることがあることを理解されたい。ただし、この開示の方法は、特許請求される発明が各請求項で明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、単一の前述の開示される実施形態のすべての特徴よりも少ないことにある。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、これによりこの詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態としてそれ自身で成立する。
【００９４】
さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる以外のいくつかの特徴を含み、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、当業者によって理解されるように異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。
【００９５】
本明細書で提供される説明では、多数の特定の詳細が示されている。ただし、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが理解される。他の例では、この説明の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造および技術は詳細に示されていない。
【００９６】
本明細書で使用される「磁気センサ」という用語は、ホール効果、または磁気抵抗（ＭＲ）効果などの１つまたは複数の磁気効果を測定することが可能な１つまたは複数のセンサ素子を指すことができる。磁気抵抗効果の非限定的な例は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）、ＣＭＲ（超巨大磁気抵抗）、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）またはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）を含む。状況に応じて、「磁気センサ」という用語は、単一の磁気感応素子（例えば水平ホール素子または垂直ホール素子）、または磁気素子のグループ（例えばホイートストンブリッジに配置される）、またはバイアス回路、読み出し回路、増幅器、アナログ‐デジタル変換器などの１つまたは複数をさらに備えるサブ回路を指すことができる。
【００９７】
本明細書で使用される「一体型電流センサ」という用語は、測定される電流全体を伝導することが可能な電気導体を備える集積回路（チップまたはＩＣ）を指す。電気導体は、典型的には、モールド化合物によって少なくとも部分的に囲まれている（例えば最大で１つの表面が露出するように）。
【００９８】
「電気導体の幅」を参照するとき、文脈から他の意味が明らかでなければ、「中心線に垂直であり、リードフレームによって画定された平面に平行な平面内の中心線の各点における電気導体の局所的な横方向の寸法」を意味する。
【００９９】
「加重差」を参照するとき、値の一方または両方がそれぞれの係数で乗算された後の２つの値の間の差を意味する。本発明の文脈において、「値Ｖ１と値Ｖ２の加重差」が意味するものは、Ａ＊Ｖ１‐Ｂ＊Ｖ２として計算される値Ｖであり、ＡおよびＢは、予め定義された定数であり、Ｖ１は、第１の値であり、Ｖ２は、第２の値である。
【０１００】
本発明は、自動車用途（例えば電気またはハイブリッド自動車の電流を測定するために）で使用することができる「磁気電流センサ」とも呼ばれる磁気センサに基づく電流センサに関する。以下に説明する電流センサは、最大１００アンペアまたは最大１２０アンペアのピークで、少なくとも３０アンペアＤＣの電流を測定することが可能であり得る。
【０１０１】
図１は、米国特許出願公開第２０１７／０１８４６３５号明細書の図１に基づいており、当技術分野で知られている電流検知装置１００のブロック図を示す。電流検知装置は、測定される電流を運ぶ導体１０３に対して対称に配置された磁気センサの１つまたは複数の対を備える。電流は、電流とともに増加し、距離とともに減少する振幅を有する磁場を生成する。図１に示す例では、センサ素子１０１ａ、１０１ｂの第１の対は、導体１０３から第１の距離ｄ１に位置する。米国特許出願公開第２０１７／０１８４６３５号明細書に記載されているように、これらのセンサ素子からの信号は、外乱磁場からの影響を低減するために、演算増幅器を使用してアナログドメインで減算される。センサ素子１０２ａ、１０２ｂの第２の対は、導体１１３から第２の距離ｄ２に位置し、またこれらの信号は、外乱磁場からの影響を低減するために、演算増幅器を使用してアナログドメインで減算される。処理回路１３０は、飽和が起こるかどうかを決定し、結果に応じて、第１の対からの第１の差動信号または第２の対からの第２の差動信号、またはそれらの組み合わせを使用して電流の値を決定する。
【０１０２】
本発明は、電気電流を測定するための電流センサデバイスを提案する。電流センサデバイスは、電気導体に対して予め画定された位置に装着された基板を備える。電気導体は、動作中に電流が流れる方向に実質的に平行な、その長軸に沿って対称面を有する導体部分を有する。電気導体は、内部（電流センサデバイスの内側に一体化される）または外部（電流センサデバイスの外側）にあり得る。基板は、第１の磁気センサを備えるかまたはそれに接続され、第２の磁気センサを備えるかまたはそれに接続される。第１の磁気センサは、対称面から間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸を有し、前記第１の場所で測定される電流によって誘導された第１の磁場成分を示す第１の値を提供するように構成される。第２の磁気センサは、第１の軸および前記対称面に平行な最大感度の第２の軸を有し、第２の磁気センサは、対称面に位置付けされた第２の場所に位置し、（存在する場合）外乱磁場を示す第２の値を提供するように構成される。電流センサデバイスは、第１の値を得るために第１の磁気センサに接続された処理回路をさらに備える。処理回路は、第２の値を得るために第２の磁気センサにさらに接続され、第１の値と第２の値との間の差または加重差に少なくとも基づいて測定される電流を決定するように適合される。
【０１０３】
処理回路はまた、前記基板に一体化されてもよい。
【０１０４】
電流センサデバイスに少なくとも２つの磁気センサが提供され、２つのセンサの１つが測定される電流に関する磁場を測定することが不可能なように配置されることは通常ない。しかし、この配置は、２つの理由：１）外乱磁場に比較的鈍感な電流センサデバイスを提供すること、および２）比較的小さな基板を有する電流センサデバイスを提供すること、において特に有益である。後者は電流センサデバイスのコストに重要な影響を与え、これは例えば自動車などの競争の激しい市場では特に重要である。
【０１０５】
ここで、図を参照する。
【０１０６】
図１については、既に説明した。
【０１０７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、本発明の一実施形態による電流センサデバイス２００の例示的なブロック図を、それぞれ上面図および断面図で示す。実際の実施態様の多くの態様は、示されていない（例えばリードフレーム、リードまたはピン、ボンドワイヤ、ボンドパッド、絶縁材料、モールド化合物など）。
【０１０８】
図２は、電気導体２１３を通って流れる電気電流Ｉを測定するための電流センサデバイス２００を示す。電気導体は、電流センサデバイスの一部（内部導体または一体型導体と呼ばれる）であってもよく、または電流センサデバイスの外部にあってもよい。電流センサデバイス２００は、電気導体２１３に対して予め画定された位置に装着された基板２１０を備え、第１の磁気センサ２１１および第２の磁気センサ２１２を備える。各磁気センサは、少なくとも１つの磁気感応素子、例えば少なくとも１つの水平ホール素子を備える。明示的に示されていないが、各磁気センサは、複数の水平ホール素子および／もしくはバイアス回路または励起回路および／もしくは読み出し回路、ならびに必要に応じてさらなる回路を備えてもよい。電気導体は、実質的に平面であってもよく、ビーム形状部分２１４を有する細長い形状を有してもよい。電気導体２１３は、センサ場所に比較的短いもしくは比較的長いビーム形状部分、または極小の小さなビーム形状の導体部分さえ有する場合がある。電気導体またはビーム形状部分は、中心線２１６を含む対称面Ωを有する。
【０１０９】
第１の磁気センサ２１１は、非ゼロ距離Δｘだけ対称面Ωから間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸（例えば上向きの黒色の矢印によって示される）を有し、電気導体を通って流れるときに電流Ｉによって誘導される第１の磁場成分（例えば面外磁場成分Ｂ１ｚ）を示す第１の値ｖ１を提供するように構成される。
【０１１０】
第２の磁気センサ２１２は、第１の軸に平行な最大感度の第２の軸（上向きの黒色の矢印によって示される）を有し、対称面Ω上またはその中に位置付けされた第２の場所、例えば対称面と基板２１０の交点に位置する。第２の磁気センサは、（存在する場合）外乱磁場を示すが電流Ｉによって誘導される磁場ではない第２の値ｖ２を提供するように構成される。これは、従来技術の電流センサにおいて、２つのセンサは、反対の値を測定する（減算される）ように、または信号値を２倍にするために同じ値を２回測定する（加算される）ように典型的には配置されるため、非常に珍しいことである。
【０１１１】
本発明者に知られている限り、電流導体からの信号を測定することができないこの場所にセンサ素子の１つを意図的に位置決めする電流センサは存在しない。しかし、そうすることにより、基板の寸法を約２分の１に縮小することができ、同時に外乱磁場からの影響を低減することができる。この洞察は、従来技術では知られていない。代わりに、従来技術の電流センサでは、外乱磁場を測定するためにセンサ素子を電気導体の上または下に位置させてはならないと誤って考えられている可能性があるため、センサ素子は、中心線から等しい距離に典型的には位置する。
【０１１２】
電流センサデバイス２００は、処理回路６１０；７１０をさらに備え（図２には示されていないが、例えば図６および図７を参照）、いずれかの処理回路は、好ましくは、同じ基板２１０に一体化され、第１の値ｖ１（電流によって生成される磁場を示す）を得るために第１の磁気センサ２１１に接続され、第２の値ｖ２（電流を示すのではなく、存在する場合、外部磁場のみを示す）を得るために第２の磁気センサ２１２に接続される。さらに説明するように、処理回路は、第１の値ｖ１と第２の値ｖ２との間の差に少なくとも基づいて、または第１の値ｖ１と第２の値ｖ２との間の加重差に基づいて電流を決定するように適合される。
【０１１３】
測定される電流が電気導体２１３、より具体的にはビーム形状の導体部分２１４を通って流れると、灰色の矢印によって示されるように、第１のセンサ場所に第１の磁場ベクトルＢ１を有し、第２のセンサ場所に第２の磁場ベクトルＢ２を有する磁場が生成される。
【０１１４】
示すように、最大感度の第１の軸（黒色の矢印）および第１の磁場ベクトルＢ１（灰色の矢印）は、９０°と実質的に異なり、かつ２７０°と実質的に異なる第１の角度αを画定する。例えば、第１の角度αは、０°〜８８°、または９２°〜２６８°、または２７２°〜３６０°、または５０°〜８８°、または２７２°〜３１０°、または５０°〜８５°、または２７５°〜３１０°の範囲の角度であってもよい。
【０１１５】
最大感度の第２の軸（黒色の矢印）および第２の磁場ベクトルＢ２（灰色の矢印）は、９０°に実質的に等しい、または２７０°に実質的に等しい第２の角度βを画定する。例えば、第２の角度は、８９°〜９１°または２６９°〜２７１°の範囲の角度であってもよい。
【０１１６】
電気導体２１３は、内部導体であってもよい。
【０１１７】
電気導体２１３は、３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲の幅Ｗｃを有するビーム形状の導体部分２１４を有することができる。ビーム形状の導体部分は、電気導体の全長の一部にわたって延びてもよく（図２参照）、または電気導体の全長にわたって延びてもよい（図３参照）。
【０１１８】
電気導体は、リードフレームの一部として形成されてもよい。そのようなリードフレーム（図示せず）は、電気導体によって相互接続された複数の第１の入力リードおよび複数の第１の出力リードを備えることができ、第１のリードからガルバニック分離された複数の第２のリード（図示せず）をさらに備えることができる。これらの第２のリードは、例えばボンドワイヤ（図示せず）によって基板のボンドパッド（図示せず）に接続されてもよい。
【０１１９】
リードフレームは、１００〜６００ミクロン、または２００〜５００ミクロンの範囲、例えば２００ミクロンに実質的に等しい、または２５０ミクロンに実質的に等しい厚さを有する銅リードフレームであり得る。
【０１２０】
電気導体２１３は、０．３０ミリオーム未満、または０．２８ミリオーム未満、または０．２６ミリオーム未満の電気抵抗を有し得る。これは、例えば適切なリードフレーム材料（例えば銅）、ならびに適切な長さＬｃと幅Ｗｃおよびリードフレーム厚さを選択することによって達成することができる。この低い抵抗値により、電気導体を通って流れる電流によって引き起こされる消費電力を制限され得、したがって温度上昇を制限することができる。
【０１２１】
第１のセンサ場所は、導体の縁部に実質的に対応する（基板上の）位置に位置付けされてもよく、または第１のセンサ場所を通り、基板に垂直な仮想線と電気導体の縁部との間の距離が電気導体２１３の幅Ｗｃ（または直径Ｄｃ）の１０％未満または２０％未満であるように位置付けされてもよい。第２のセンサ場所が導体の反対側の縁部ではなく、導体の中心線２１６に実質的に対応する（基板上の）位置に位置付けされるため、基板サイズは、ほぼ２分の１に縮小することができる。
【０１２２】
第１のセンサ場所と第２のセンサ場所との間の距離Δｘは、例えば１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、または１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲の値であり得る。
【０１２３】
基板は、ビーム形状の導体部分の幅Ｗｃよりも小さい幅Ｗｓを有することができる。例えば、ビーム形状の導体部分が４．０ｍｍの幅Ｗｃを有する場合、基板は、２．５〜３．５ｍｍの範囲の幅Ｗｓを有し得る。基板は、１〜７ｍｍ２、または２〜７ｍｍ２、または１〜５ｍｍ２の範囲の面積、例えば２±０．５ｍｍ×３±０．５ｍｍのサイズを有してもよい。
【０１２４】
図２には明示的に示されていないが、基板２１０は、電気処理回路をさらに備えることができる。処理回路の例が図６および図７に示されるが、本発明はこれらの例に限定されず、他の処理回路も使用され得る。
【０１２５】
基板２１０は、センサ素子および処理回路を含む活性表面とも呼ばれる第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを有する。
【０１２６】
図２の例では、基板２１０は電気導体２１３の下に位置し、基板２１０の活性表面は電気導体２１３に面している。電気絶縁層、例えば絶縁ポリマーまたは絶縁テープ（図示せず）は、基板２１０と電気導体２１３との間に適用してもよい。
【０１２７】
あるいは、基板の第１の表面は、導体から離れて面していてもよい。この場合、電気導体２１３は、（上述のように）絶縁材料によって基板から分離されてもよく、または間に追加の絶縁材料を介さずに基板の上部（またはその逆）に直接載置されてもよい。酸化物層または窒化物層を基板の第２の表面に設け、電気絶縁層を形成してもよい。
【０１２８】
電気絶縁材料は、少なくとも１０００ボルトの電圧に耐えるように適合させることができる。
【０１２９】
ボンドワイヤの代わりに、またはそれに加えて、基板はまた、複数のはんだバンプ（例えば第２の表面に位置する）を備えてもよい。はんだバンプは、「貫通ビア」によって第１の表面の要素またはトラックまたは構成要素に電気的に接続することができる。はんだバンプは第２のリードの上に置かれて接続される場合があるが、はんだバンプは、電気導体および第１のリードからガルバニック分離されている。ガルバニック分離は、空気で充填された隙間、またはモールド化合物で充填された隙間、または絶縁材料、例えば絶縁テープで充填された隙間によって、または任意の適切な方法で実施されてもよい。
【０１３０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の別の実施形態による電流センサデバイス３００の例示的なブロック図を、それぞれ上面図および断面図で示す。電流センサデバイス３００は、図２の電流センサデバイス２００の変形例である。図３の電流センサデバイス３００と図２の電流センサデバイス２００との間の主な違いは、ビーム形状の導体部分３１４が電気導体３１３の実質的に全長にわたって延びることである。そのような導体部分の電流分布は比較的均一であり得、そのような導体（スリットなし）は比較的容易に製造することができる。図２の電流センサデバイス２００およびその変形について上述した他のすべても、ここで適用可能である。
【０１３１】
図３（ａ）の変形例では、電気導体は、水平に横たわるのではなく（垂直に）直立している。または言い換えれば、その幅Ｗｃ（Ｘ方向）は、その厚さ（Ｚ方向）よりも小さくすることができる。
【０１３２】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の別の実施形態による電流センサデバイス４００の例示的なブロック図を、それぞれ上面図および断面図で示す。電流センサデバイス４００は、図２の電流センサデバイス２００の変形例である。図４の電流センサデバイス４００と図２の電流センサデバイス２００との間の主な違いは、ｉ）電気導体がビーム形状ではなく円筒形状を有することである。ただし、電気導体が対称面Ωを有する場合、ｉｉ）電気導体が電流導体デバイスの外部にあり得るという同じ原理が適用される。図４に示す例では、例示的なプラスチックパッケージに埋め込まれた基板４１０が示されている。
【０１３３】
図５は、図２〜図４の電流センサデバイスの電流を決定するために使用することができる特性のセットおよび式［１］〜［７］のセットを示す。
【０１３４】
式［１］は、第１の磁気センサによって測定された値が、第１のセンサ場所での総磁場のＺ成分に比例することを表す。
【０１３５】
式［２］は、第２の磁気センサによって測定された値が、第２のセンサ場所での総磁場のＺ成分に比例することを表す。
【０１３６】
式［３］は、第１のセンサ場所での総磁場のＺ成分が、外乱磁場Ｂｅｘｔと最大感度の方向における誘導磁場ベクトルＢ１の投影のベクトル和のＺ成分であることを表す。誘導磁場は、電流に比例する値として書き込むことができる。
【０１３７】
式［４］は、ｃｏｓ（β）＝０であるため、第２のセンサ場所での総磁場のＺ成分が、（存在する場合）外乱磁場のＺ成分にのみ等しいことを表す。
【０１３８】
これらの式を組み合わせることによって、測定される電流は、定数Ｋ３で除算した第１および第２の値（ｖ１‐ｖ２）の間の差、または定数Ｋ４で乗算した第１および第２の値（ｖ１‐ｖ２）の間の差として計算することができる。
【０１３９】
定数Ｋ３およびＫ４は、設計段階または評価段階中に決定され、処理回路の不揮発性メモリに保存されるか、または処理アルゴリズムにハードコードされ得る。もちろん、Ｋ３またはＫ４の値はまた、較正試験中に決定され、後で使用するために、較正試験中に前記不揮発性メモリに保存されてもよい。
【０１４０】
式［２］および式［４］から理解され得るように、外乱磁場成分Ｂｅｘｔｚの値はまた、Ｂｅｘｔｚ＝ｖ２／Ｓとして計算することもでき（必要な場合）、Ｓは、予め定義された値であり得るか、または較正中に決定され、不揮発性メモリに保存され得る第２のセンサの感度である。
【０１４１】
見られ得るように、式［１］および式［２］は、第１のセンサと第２のセンサの感度がまったく同じであると仮定しているが、実際には感度がわずかに異なる場合がある。例えば、第１のセンサは値ｖ１＝Ｓ１＊Ｂｔｏｔ１ｚを測定してもよく、第２のセンサは値ｖ２＝Ｓ２＊Ｂｔｏｔ２ｚを測定してもよい。測定される電流Ｉは、以下の式によって計算され得ることを示すことができる：Ｉ＝Ｋ＊（Ａ＊ｖ１‐Ｂ＊ｖ２）、Ａ、Ｂ、およびＫは、定数であり、較正試験中に決定され、不揮発性メモリに保存され得る。しかし、他の式、例えば以下の式を使用することもできる：Ｉ＝（Ｋ１＊ｖ１‐Ｋ２＊ｖ２）、Ｋ１およびＫ２は、定数であり、較正試験中に決定され、不揮発性メモリに保存され得る。数式（Ａ＊ｖ１‐Ｂ＊ｖ２）または（Ｋ１＊ｖ１‐Ｋ２＊ｖ２）は、本明細書では「加重差」と呼ばれる。
【０１４２】
図６は、電流センサデバイスにおいて、例えば図２〜図４に示すように、１つまたは複数の温度センサおよび１つまたは複数の応力センサがない場合、またはそれらによって提供される値を少なくとも考慮しない場合に使用することができる回路６１０の電気ブロック図を示す。電流導体は、電気導体が第１および第２の磁気センサ６１１、６２１の近くに物理的に位置されているにもかかわらず、この処理回路６１０からガルバニック分離されているため、この図面から省略されていることに留意されたい。
【０１４３】
処理ユニット６３０は、例えば図５の式［６］または式［７］を使用して、または式：Ｉ＝Ｋ．（ｖ１‐ｖ２）に従って電流を計算することによって、任意の既知の方法で測定される電流を決定するように適合され、Ｋは、予め定義された定数（例えば設計中または評価段階中に決定される）であり、ｖ１は、第１の磁気センサ６１１によって提供される値（またはそこから導出される値、例えば増幅後）であり、ｖ２は、第２の磁気センサ６２１によって提供される値である。減算は、増幅前もしくは増幅後、またはデジタルドメインにおいてハードウェアで行うことができる。処理ユニット６３０は、少なくとも１つの定数値Ｋを保存する不揮発性メモリ６３１を備えるかまたはそれに接続されたデジタルプロセッサを備えてもよい。
【０１４４】
明示的に示されていないが、処理回路６１０は、第１の値ｖ１と第２の値ｖ２との間の差を決定および増幅し、アナログドメインでこの差を増幅するように構成された差動増幅器を備えてもよい。あるいは、処理回路６１０は、第１の値ｖ１および第２の値ｖ２を選択的に増幅するように構成された増幅器を備えてもよい。センサデバイスは、この増幅された差信号をデジタル化するように構成されたアナログ‐デジタル変換器ＡＤＣをさらに備えることができる。ＡＤＣは、デジタルプロセッサ回路の一部であってもよい。測定される電流は、電流に比例するアナログ出力信号として提供されてもよく、または測定される電流を示すデジタル信号として提供されてもよい。第２のリードは、供給電圧および接地信号を処理回路６１０に提供するため、および／またはデータインターフェース、例えばシリアルデータバス（例えばＩ２Ｃプロトコルを使用する、またはＲＳ２３２プロトコルを使用する、または任意の他の適切なプロトコル）、および／または必要に応じて他の入力信号もしくは出力信号を提供するために使用することができる。
【０１４５】
図７は、図６の処理回路６１０の変形例として見ることができる処理回路７１０の電気ブロック図を示し、処理ユニット７３０に通信可能に接続された第１および第２の温度センサ７１２、７２２をさらに備える。処理ユニット７３０は、値ｖ１およびｖ２に基づいて測定される電流を決定するように適合されるが、温度信号ｔ１、ｔ２の一方または両方を考慮する。測定された温度は、例えばセンサ素子の感度のばらつきを補正するために、温度の変動に対して測定値ｖ１、ｖ２を補正するために考慮することができる。そのような補償技術は、当技術分野では周知であり、したがって、ここでより詳細に説明する必要はない。特定の実施形態では、温度補償は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、欧州特許出願公開第３１０９６５８号明細書に記載されているのと同様の方法で実行される。
【０１４６】
この電流センサの利点は、温度補償メカニズムを含むことである。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【０１４７】
図６の処理ユニット６３０および図７の７３０は、デジタルプロセッサ、例えばプログラマブルマイクロコントローラを含むことができる。明示的に示されていないが、回路６１０および７１０はまた、磁気センサの一部であり得るか、または処理ユニットの一部であり得るか、または別個の回路として実施され得る（例えばセンサ回路の出力と処理ユニットの入力との間）、少なくとも１つのアナログ‐デジタル変換器を含むことができる。図６および図７のブロック図は、当技術分野でよく知られているバイアス回路、読み出し回路、演算増幅器、電源などを示していないのと同じ理由で、このレベルの詳細を示しておらず、したがって、ここで詳細に説明する必要はない。
【０１４８】
これに関して、信号ｖ１、ｖ２、ｔ１およびｔ２がアナログ信号である場合、処理ユニット７３０は、これらの信号をデジタル信号に変換するために少なくとも１つのＡＤＣを含むことができ、信号ｖ１、ｖ２、ｔ１およびｔ２がデジタル信号である場合、処理ユニット７３０は、ＡＤＣを有する必要がないことに留意されたい。
【０１４９】
特に比較的高い電流（例えば３０アンペアよりも大きい）が測定されている場合、第１および第２の磁気センサの温度が実質的に異なり得るため、かつそのような高電流が、典型的には、電気導体を大幅に暖め、基板上で比較的大きな温度勾配を引き起こすため、各磁気センサに１つずつ、２つの温度センサを備えることが実施形態の利点である。このようにして、電流測定の精度をさらに向上させることができる。
【０１５０】
図７の変形例（図示せず）では、回路は、第１の磁気センサの温度を測定するため、または第２の磁気センサの温度を測定するために配置され得る温度センサを１つのみ備える。次いで、他の磁気センサの温度は、他の温度を実際に測定する代わりに、推定消費電力に基づいて（ｖ１およびｖ２に基づいて）、および周囲温度の予め定義された仮定に基づいて推定することができる。もちろん、２つの温度センサを備えた一実施形態は、より正確である。
【０１５１】
図７の変形例（図示せず）では、回路は、１つまたは２つの温度センサの代わりに１つまたは２つの応力センサを備え、処理ユニット７３０は、一方または両方の応力センサから得られた応力値を考慮して、磁気センサから得られた値に基づいて電流を決定するように適合される。
【０１５２】
図７の別の変形例（図示せず）では、回路は、１つまたは２つの温度センサに加えて１つまたは２つの応力センサをさらに備え、処理ユニット７３０は、磁気センサならびに１つまたは複数の温度センサおよび１つまたは複数の応力センサから得られた値に基づいて電流を決定するように適合される。
【０１５３】
図２〜図４のいずれかに示す電流センサデバイスを提供することも考えられ、基板は、第３の値ｖ３を測定するように構成された第３の磁気センサをさらに備え、第４の値ｖ４を測定するように構成された第４の磁気センサをさらに備える。第３の磁気センサは、第１の磁気センサのバックアップとして配置され得（例えば、同じオフセットｄ１および配向を有する）、第４の磁気センサは、第２の磁気センサのバックアップとして配置され得る（例えば、同じオフセットｄ２および配向を有する）。処理回路は、第１および第２の値ｖ１、ｖ２に基づいて第１の電流値Ｉ１を計算するように適合され得、第３および第４の値ｖ３、ｖ４に基づいて第２の電流値Ｉ２を計算するようにさらに適合され得る。両方の測定値は、漂遊磁場の影響を受けない。電流センサが誤動作していない限り、第１の電流Ｉ１と第２の電流Ｉ２は、理想的には同じでなければならない。
【０１５４】
使用中、回路は、第１および第２の電流を計算し、差Ｉ１‐Ｉ２または比Ｉ１／Ｉ２を計算することができ、差が所定のしきい値よりも小さい場合、または比が予め定義された境界内にある場合、回路は、測定値が正しいと結論付けることができ、計算された差または比が前記境界の外側にある場合、回路は、測定値が正しくないと結論付けることができる。Ｒの予め定義された値が１にほぼ等しくなるように回路が設計されている場合、回路は、測定が正しい場合にＩ１とＩ２の平均を提供することができる。このようにして、ＳＮＲをさらに改善することができる。４つの磁気センサを備えた実施形態は、冗長性および機能的安全性の目的で使用することができる。
【０１５５】
図８は、一体化された導体部分を有する電流センサを製造する例示的な方法８００のフローチャートを示す。方法は、以下のステップ、
【０１５６】
ａ）測定される電流を運ぶように適合された電気導体部分を備えるリードフレームを提供するステップ８０１であって、電気導体部分は、その長軸に沿って対称面を有するステップと、
【０１５７】
ｂ）少なくとも第１の磁気センサを備えるかまたはそれに接続され、第２の磁気センサを備えるかまたはそれに接続された基板を提供するステップ８０２であって、第１の磁気センサは、最大感度の第１の軸を有し、第１の信号ｖ１を提供するように適合され、第２の磁気センサは、第１の軸に平行な最大感度の第２の軸を有し、第２の信号ｖ２を提供するように適合されるステップと、
【０１５８】
ｃ）リードフレームに対して基板を装着するステップ８０３であって、それにより第１の磁気センサが対称面ＳＰから間隔を空けた第１の場所に位置し、最大感度の第１の軸が前記対称面ＳＰに平行であり、第２のセンサが対称面に位置付けされ、これにより、第１のセンサは、測定される電流を示す第１の値を提供するように構成され、第２のセンサは、測定される電流を示すのではなく（存在する場合）外乱磁場のみを示す第２の値を提供するように構成されるようになるステップと、
【０１５９】
ｄ）第１および第２の磁気センサに接続され、第１の値ｖ１と第２の値ｖ２との差または加重差に少なくとも基づいて測定される電流Ｉを決定するように適合された処理回路を提供するステップ８０４と
【０１６０】
を含む。
【０１６１】
個々の特徴は、本発明の異なる図面および異なる実施形態で説明されているが、この文書を読むときに当業者には明らかであるように、異なる実施形態の特徴を組み合わせることができると考えられる。
【符号の説明】
【０１６２】
２００、３００、４００  電流センサデバイス
２１０、３１０、４１０  （半導体）基板
２１１、３１１、４１１  第１の磁気センサ
２１２、３１２、４１２  第２の磁気センサ
２１３、３１３、４１３  電気導体
２１４、３１４、４１４  ビーム形状部分
２１６、３１６、４１６  ビーム形状部分の中心線
Ω  対称面
【図１】
2020095029.tif 000003
【図２】
2020095029.tif 000004
【図３】
2020095029.tif 000005
【図４】
2020095029.tif 000006
【図５】
2020095029.tif 000007
【図６】
2020095029.tif 000008
【図７】
2020095029.tif 000009
【図８】
2020095029.tif 000010
【外国語明細書】
2020095029000001.pdf
2020095029000002.pdf
2020095029000003.pdf
2020095029000004.pdf