(57)【要約】【課題】回路を構成した後であっても温度補償値を調節可能とすることにより、ホール素子等の磁気検出素子の温度特性バラツキに対して柔軟に対応することができる電流センサ及びそれに用いられる磁気検出素子の温度特性補償方法を提供する。【解決手段】分圧回路２４は、電源端子１２と接地端子１４との間に直列に接続された可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXを有し、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の接続点の電圧(分圧電圧ＶX)を定電流回路１８に出力する。分圧電圧ＶXは、可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値と、可変抵抗器ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXの合成抵抗値との比で電源電圧ＶCCを分圧したものである。【選択図】図１
2010181211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を定電流駆動する定電流回路と、
電源電圧を所定の比率で分圧し、分圧電圧を前記定電流回路に供給する分圧回路とを備え、
前記定電流回路から前記磁気検出素子に供給される電流値は、前記分圧回路からの前記分圧電圧との間に所定の相関関係を有し、前記分圧回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記分圧電圧を前記定電流回路に供給するものである、磁気比例式電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気比例式電流センサにおいて、前記分圧回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記温度係数抵抗器とが直列に接続されたものである、磁気比例式電流センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気比例式電流センサにおいて、前記分圧回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とが直列に接続されるとともに、前記温度係数抵抗器が前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の両端子間に設けられたものである、磁気比例式電流センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の磁気比例式電流センサにおいて、
電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に、前記磁気検出素子が前記高電圧端子側となるように前記磁気検出素子と前記定電流回路とが直列に接続され、
前記定電流回路は、Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと、電流設定用抵抗器と、誤差増幅器とを有し、
前記磁気検出素子と前記低電圧端子との間に、前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタが前記磁気検出素子側となるように前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器とが直列に接続され、
前記誤差増幅器は、前記分圧回路からの前記分圧電圧が非反転入力端子に入力され、前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子が前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタの制御端子に接続されている、磁気比例式電流センサ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の磁気比例式電流センサにおいて、
電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に、前記定電流回路が前記高電圧端子側となるように前記定電流回路と前記磁気検出素子とが直列に接続され、
前記定電流回路は、Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと、電流設定用抵抗器と、誤差増幅器とを有し、
前記磁気検出素子と前記高電圧端子との間に、前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタが前記磁気検出素子側となるように前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器とが直列に接続され、
前記誤差増幅器は、前記分圧回路からの分圧電圧が非反転入力端子に入力され、前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子が前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタの制御端子に接続されている、磁気比例式電流センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の磁気比例式電流センサにおいて、
前記磁気検出素子の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とをさらに備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第３のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第４のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有するもう１つの温度係数抵抗器とを含み、
前記第３のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第４のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記もう１つの温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものである、磁気比例式電流センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気比例式電流センサにおいて、前記差動増幅器は、演算増幅器と、第１ないし第６の固定抵抗器と、第５のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とを有し、
前記磁気検出素子の一方の出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子とを接続する経路に前記第１の固定抵抗器が設けられ、前記磁気検出素子の他方の出力端子と前記演算増幅器の非反転入力端子とを接続する経路に前記第２の固定抵抗器が設けられ、前記演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子とを接続する経路に前記第３及び第４の固定抵抗器が直列に接続され、前記非反転入力端子と前記中間電圧生成回路の出力端子とを接続する経路に前記第５及び第６の固定抵抗器が直列に接続され、前記第３及び第４の固定抵抗器の接続点と前記第５及び第６の固定抵抗器の接続点とを接続する経路に前記第５のトリミング抵抗器又は可変抵抗器が設けられ、前記第１及び第２の固定抵抗器が同抵抗値であり、前記第３ないし第６の固定抵抗器が同抵抗値である、磁気比例式電流センサ。
【請求項８】
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する電流検出部と、
前記電流検出部の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とを備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものである、電流センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の電流センサにおいて、前記中間電圧生成回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記温度係数抵抗器とが直列に接続されたものである、電流センサ。
【請求項１０】
請求項８に記載の電流センサにおいて、前記中間電圧生成回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とが直列に接続されるとともに、前記温度係数抵抗器が前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の両端子間に設けられたものである、電流センサ。
【請求項１１】
磁気比例式電流センサに用いられる磁気検出素子の温度特性を補償する、磁気検出素子の温度特性補償方法であって、
前記磁気比例式電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を定電流駆動する定電流回路と、
電源電圧を所定の比率で分圧し、分圧電圧を前記定電流回路に供給する分圧回路とを備え、
前記定電流回路から前記磁気検出素子に供給される電流値は、前記分圧回路からの前記分圧電圧との間に所定の相関関係を有し、前記分圧回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記分圧電圧を前記定電流回路に供給するものであり、
この温度特性補償方法は、
第１の所定温度において前記磁気検出素子に第１の磁界が印加されているときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記磁気検出素子からの出力電圧が第１の所定値となるように前記分圧回路からの第１の分圧電圧を設定する第１ステップと、
前記第１の所定温度と異なる第２の所定温度において前記磁気検出素子に第２の磁界が印加されているときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記磁気検出素子からの出力電圧が第２の所定値となるように前記分圧回路からの第２の分圧電圧を設定する第２ステップと、
前記第１ステップで設定された前記第１の分圧電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第１の関係式と、前記第２ステップで設定された前記第２の分圧電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第２の関係式とに基づいて、未知数とした前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を既知数として求める第３ステップと、
前記第３ステップで求めた前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を有するように前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節する第４ステップとを有するものである、磁気検出素子の温度特性補償方法。
【請求項１２】
電流センサに用いられる磁気検出素子の温度特性を補償する、磁気検出素子の温度特性補償方法であって、
前記電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する電流検出部と、
前記電流検出部の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とを備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものであり、
この温度特性補償方法は、
第１の所定温度において前記磁気検出素子に磁界が印加されていないときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記差動増幅器からの出力電圧が所定値となるように前記中間電圧生成回路からの第１の中間電圧を設定する第１ステップと、
前記第１の所定温度と異なる第２の所定温度において前記磁気検出素子に磁界が印加されていないときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記差動増幅器からの出力電圧が前記所定値となるように前記中間電圧生成回路からの第２の中間電圧を設定する第２ステップと、
前記第１ステップで設定された前記第１の中間電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第１の関係式と、前記第２ステップで設定された前記第２の中間電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第２の関係式とに基づいて、未知数とした前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を既知数として求める第３ステップと、
前記第３ステップで求めた前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を有するように前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節する第４ステップとを有するものである、磁気検出素子の温度特性補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流をホール素子等の磁気検出素子を用いて測定する電流センサ及びそれに用いられる磁気検出素子の温度特性補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール素子等の磁気検出素子を用いてバスバー等に流れる電流(被測定電流)を非接触状態で検出する電流センサとして、以下に示す磁気比例式や磁気平衡式のものが従来から知られている。
【０００３】
磁気比例式電流センサは、図１１(Ａ)に例示のように、ギャップＧを有するリング状の磁気コア２０(高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア等)と、ギャップＧに配置されたホール素子１６(磁気検出素子の例示)とを有する。磁気コア２０は、被測定電流Ｉinの流れるバスバー１０が貫通する配置である。したがって、被測定電流ＩinによってギャップＧ内に磁界が発生し、これがホール素子１６の感磁面に印加される。磁界の強さは被測定電流Ｉinに比例するので、ホール素子１６の出力電圧から被測定電流Ｉinが求められる。
【０００４】
一方、磁気平衡式電流センサは、図１１(Ｂ)に例示のように、磁気比例式電流センサの構成に加え、磁気コア２０に巻線を設けてなる負帰還用コイルＬFBを有する。この構成においては、被測定電流ＩinによってギャップＧ内に第１の磁界が発生してこれがホール素子１６の感磁面に印加される一方、ホール素子１６の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する(ゼロにする)第２の磁界を発生するように負帰還用コイルＬFBに電流が供給される。この供給した電流から被測定電流Ｉinが求められる(例えば、負帰還用コイルＬFBへの供給電流を検出抵抗で電圧に変換して出力する)。
【０００５】
また、近年では装置小型化の要求のため、図１２(Ａ),(Ｂ)に示されるような、リング状の磁気コアを用いないコアレス構造の磁気比例式電流センサも採用されている。コアレス構造の場合も、被測定電流Ｉinによって発生する磁界がホール素子１６の感磁面に印加され、ホール素子１６の出力電圧から被測定電流Ｉinが求められる。
【０００６】
ハイブリッドカーやＥＶ(電気自動車)のバッテリに流れる充放電電流をモニタする電流センサや、インバータ用の三相モータ駆動電流をモニタする電流センサ等は、バスバーに流れる電流(被測定電流)が例えば２００Ａ〜６００Ａあるいはそれ以上と非常に大きい。このため、バスバーが１００℃以上の高温になることもあり、電流センサの動作温度も相当高温となる。また、自動車の使用される環境は過酷なものがあり、電流センサの動作温度範囲は例えば−４０℃〜１１０℃程度と広範囲に渡る。したがって、ホール素子等の磁気検出素子の温度特性の影響による電流センサ出力の温度特性の悪化が問題となっている。
【０００７】
このような問題に関し、下記特許文献１は、「ホール素子の温度特性を補償することにより、温度変化に影響されることなく、正確な磁束の検出が行なわれるようにした、ホール素子の駆動回路を提供する」([要約]の[目的])としている。
【０００８】
下記特許文献１のホール素子の駆動回路は、「ホール素子１１の入力端子に対して直列に接続されたＦＥＴ１２及び電流検出抵抗ＲＹとを含んでおり、可変抵抗ＶＲ及び分圧抵抗ＲＸにより分圧された定電圧が上記ＦＥＴのゲートに対して接続されてい」て、「上記分圧抵抗ＲＸとして、ホール素子の温度係数と逆の温度係数を有する抵抗を使用」している([要約]の[構成]及び図１)。また、別の例では、「抵抗ＲＸに対して並列に極めて小さな温度特性を有する抵抗Ｒ′が接続されてい」て、「抵抗Ｒ′の抵抗値を適宜に選定することにより、所望の温度特性が得られる」としている(段落[００１８],[００１９])。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２８９１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１のホール素子の駆動回路では、可変抵抗ＶＲの抵抗値と、分圧抵抗ＲＸの抵抗値(又は分圧抵抗ＲＸと抵抗Ｒ′との並列接続の合成抵抗値)との比で定まる分圧電圧が温度に対して変化することによりホール素子の温度特性が補償されるが、分圧電圧の温度変化量(すなわち駆動回路による温度補償値)は回路を構成した後に調節することができない。一方、ホール素子の温度特性は素子ごとバラツキがある。そのため、上記特許文献１の技術では、ホール素子の温度特性と駆動回路による温度補償値とがちょうどマッチングしたときしか正確に温度補償できず、ホール素子の温度特性バラツキに対して柔軟に対応できないという問題がある。以下、より具体的に説明する。
【００１１】
図１３は、３つのホール素子＃１〜３の出力電圧(ゲイン)の温度特性の素子ごとのバラツキを示す例示的な温度特性図である。図１４は、同３つのホール素子＃１〜３の温度特性を上記特許文献１の技術を用いて(つまり単一の温度補償値で)補償した場合のセンサ出力電圧Ｖoutの特性図である。
【００１２】
図１３に示されるように、いずれのホール素子も温度上昇に伴って出力電圧が低下する(ゲインが低下する)ものの、一定の温度上昇に対する低下量は異なる。したがって、単一の温度補償値で全てのホール素子の出力電圧(ゲイン)の温度特性を適切に補償することはできない。例えば、被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対して０.５Ｖ〜４.５Ｖのレンジで直線的に変化するセンサ出力電圧Ｖoutを目標とする場合、図１４に示されるように、＃２のホール素子に関しては温度特性と温度補償値とがちょうどマッチングして理想的な出力電圧となっている。しかし、＃１のホール素子に関しては、＃２のホール素子と比較して温度特性の傾斜が小さいために、＃２のホール素子と同じ温度補償値では大きすぎて過補償となっている(理想的な出力電圧の場合よりもゲインが大きくなってしまっている)。また、＃３のホール素子に関しては、＃２のホール素子と比較して温度特性の傾斜が大きいために、＃２のホール素子と同じ温度補償値では小さすぎて補償不足となっている(理想的な出力電圧の場合よりもゲインが依然として小さい状態となっている)。
【００１３】
なお、こうした問題は、ホール素子の出力電圧(ゲイン)の温度特性を補償する場合のみならず、ホール素子のオフセット電圧の温度特性を補償する場合にも存在する。図１５は、３つのホール素子＃１〜３のオフセット電圧の温度特性の素子ごとのバラツキを示す例示的な温度特性図である。いずれのホール素子も温度上昇に伴ってオフセット電圧が低下するものの、一定の温度上昇に対する低下量は異なる。したがって、単一の温度補償値で全てのホール素子のオフセット電圧の温度特性を適切に補償することはできない。
【００１４】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、回路を構成した後であっても温度補償値を調節可能とすることにより、ホール素子等の磁気検出素子の温度特性バラツキに対して柔軟に対応することができる電流センサ及びそれに用いられる磁気検出素子の温度特性補償方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様は、磁気比例式電流センサである。この磁気比例式電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を定電流駆動する定電流回路と、
電源電圧を所定の比率で分圧し、分圧電圧を前記定電流回路に供給する分圧回路とを備え、
前記定電流回路から前記磁気検出素子に供給される電流値は、前記分圧回路からの前記分圧電圧との間に所定の相関関係を有し、前記分圧回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記分圧電圧を前記定電流回路に供給するものである。
【００１６】
第１の態様の磁気比例式電流センサにおいて、前記分圧回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記温度係数抵抗器とが直列に接続されたものであるとよい。
【００１７】
第１の態様の磁気比例式電流センサにおいて、前記分圧回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とが直列に接続されるとともに、前記温度係数抵抗器が前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の両端子間に設けられたものであるとよい。
【００１８】
第１の態様の磁気比例式電流センサにおいて、
電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に、前記磁気検出素子が前記高電圧端子側となるように前記磁気検出素子と前記定電流回路とが直列に接続され、
前記定電流回路は、Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと、電流設定用抵抗器と、誤差増幅器とを有し、
前記磁気検出素子と前記低電圧端子との間に、前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタが前記磁気検出素子側となるように前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器とが直列に接続され、
前記誤差増幅器は、前記分圧回路からの前記分圧電圧が非反転入力端子に入力され、前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子が前記Ｎチャンネル又はＮＰＮ型トランジスタの制御端子に接続されているとよい。
【００１９】
第１の態様の磁気比例式電流センサにおいて、
電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に、前記定電流回路が前記高電圧端子側となるように前記定電流回路と前記磁気検出素子とが直列に接続され、
前記定電流回路は、Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと、電流設定用抵抗器と、誤差増幅器とを有し、
前記磁気検出素子と前記高電圧端子との間に、前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタが前記磁気検出素子側となるように前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器とが直列に接続され、
前記誤差増幅器は、前記分圧回路からの分圧電圧が非反転入力端子に入力され、前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタと前記電流設定用抵抗器との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子が前記Ｐチャンネル又はＰＮＰ型トランジスタの制御端子に接続されているとよい。
【００２０】
第１の態様の磁気比例式電流センサにおいて、
前記磁気検出素子の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とをさらに備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第３のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第４のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有するもう１つの温度係数抵抗器とを含み、
前記第３のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第４のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記もう１つの温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものであるとよい。
【００２１】
この場合、前記差動増幅器は、演算増幅器と、第１ないし第６の固定抵抗器と、第５のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とを有し、
前記磁気検出素子の一方の出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子とを接続する経路に前記第１の固定抵抗器が設けられ、前記磁気検出素子の他方の出力端子と前記演算増幅器の非反転入力端子とを接続する経路に前記第２の固定抵抗器が設けられ、前記演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子とを接続する経路に前記第３及び第４の固定抵抗器が直列に接続され、前記非反転入力端子と前記中間電圧生成回路の出力端子とを接続する経路に前記第５及び第６の固定抵抗器が直列に接続され、前記第３及び第４の固定抵抗器の接続点と前記第５及び第６の固定抵抗器の接続点とを接続する経路に前記第５のトリミング抵抗器又は可変抵抗器が設けられ、前記第１及び第２の固定抵抗器が同抵抗値であり、前記第３ないし第６の固定抵抗器が同抵抗値であるとよい。
【００２２】
本発明の第２の態様は、電流センサである。この電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する電流検出部と、
前記電流検出部の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とを備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものである。
【００２３】
第２の態様の電流センサにおいて、前記中間電圧生成回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記温度係数抵抗器とが直列に接続されたものであるとよい。
【００２４】
第２の態様の電流センサにおいて、前記中間電圧生成回路は、電源に接続される高電圧端子と低電圧端子との間に前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器とが直列に接続されるとともに、前記温度係数抵抗器が前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の両端子間に設けられたものであるとよい。
【００２５】
本発明の第３の態様は、磁気検出素子の温度特性補償方法である。この方法は、
磁気比例式電流センサに用いられる磁気検出素子の温度特性を補償する、磁気検出素子の温度特性補償方法であって、
前記磁気比例式電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を定電流駆動する定電流回路と、
電源電圧を所定の比率で分圧し、分圧電圧を前記定電流回路に供給する分圧回路とを備え、
前記定電流回路から前記磁気検出素子に供給される電流値は、前記分圧回路からの前記分圧電圧との間に所定の相関関係を有し、前記分圧回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記分圧電圧を前記定電流回路に供給するものであり、
この温度特性補償方法は、
第１の所定温度において前記磁気検出素子に第１の磁界が印加されているときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記磁気検出素子からの出力電圧が第１の所定値となるように前記分圧回路からの第１の分圧電圧を設定する第１ステップと、
前記第１の所定温度と異なる第２の所定温度において前記磁気検出素子に第２の磁界が印加されているときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記磁気検出素子からの出力電圧が第２の所定値となるように前記分圧回路からの第２の分圧電圧を設定する第２ステップと、
前記第１ステップで設定された前記第１の分圧電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第１の関係式と、前記第２ステップで設定された前記第２の分圧電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第２の関係式とに基づいて、未知数とした前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を既知数として求める第３ステップと、
前記第３ステップで求めた前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を有するように前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節する第４ステップとを有するものである。
【００２６】
本発明の第４の態様も、磁気検出素子の温度特性補償方法である。この方法は、
電流センサに用いられる磁気検出素子の温度特性を補償する、磁気検出素子の温度特性補償方法であって、
前記電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する電流検出部と、
前記電流検出部の出力電圧を増幅する差動増幅器と、
電源電圧を所定の比率で分圧した中間電圧を前記差動増幅器に供給する中間電圧生成回路とを備え、
前記差動増幅器は前記中間電圧生成回路からの前記中間電圧を基準電圧とし、前記中間電圧生成回路は、
第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器と、所定の温度係数を有する温度係数抵抗器とを含み、
前記第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、前記第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び前記温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて定まる前記中間電圧を前記差動増幅器に供給するものであり、
この温度特性補償方法は、
第１の所定温度において前記磁気検出素子に磁界が印加されていないときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記差動増幅器からの出力電圧が所定値となるように前記中間電圧生成回路からの第１の中間電圧を設定する第１ステップと、
前記第１の所定温度と異なる第２の所定温度において前記磁気検出素子に磁界が印加されていないときに、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節し、前記差動増幅器からの出力電圧が前記所定値となるように前記中間電圧生成回路からの第２の中間電圧を設定する第２ステップと、
前記第１ステップで設定された前記第１の中間電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第１の関係式と、前記第２ステップで設定された前記第２の中間電圧を既知数とし、前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を未知数とする第２の関係式とに基づいて、未知数とした前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を既知数として求める第３ステップと、
前記第３ステップで求めた前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を有するように前記第１及び第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値を調節する第４ステップとを有するものである。
【００２７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１のトリミング抵抗器又は可変抵抗器の抵抗値と、第２のトリミング抵抗器又は可変抵抗器及び温度係数抵抗器の合成抵抗値との比に応じて温度補償値が定まるため、回路を構成した後であっても温度補償値の調節が可能となり、ホール素子等の磁気検出素子の温度特性バラツキに対して柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気比例式電流センサの例示的な回路図。
【図２】同磁気比例式電流センサにおける、分圧電圧とホール素子駆動電流との関係を示す例示的な特性図。
【図３】同磁気比例式電流センサにおける、ホール素子のオフセット電圧の温度特性の補償前のセンサ出力電圧及び理想的なセンサ出力電圧の例示的な特性図。
【図４】同磁気比例式電流センサにおける、中間電圧生成回路の可変抵抗器の抵抗値の決定に用いる抵抗値導出図。
【図５】同磁気比例式電流センサにおける、ホール素子の出力電圧(ゲイン)の温度特性の補償前のセンサ出力電圧及び理想的なセンサ出力電圧の例示的な特性図。
【図６】同磁気比例式電流センサにおける、分圧回路の可変抵抗器の抵抗値の決定に用いる抵抗値導出図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気比例式電流センサの部分的な回路図。
【図８】定電流回路の変形例を示す回路図。
【図９】分圧回路の変形例を示す回路図。
【図１０】分圧回路の別の変形例を示す回路図。
【図１１】(Ａ)は磁気比例式電流センサの基本的構成を示す概略斜視図。(Ｂ)は磁気平衡式電流センサの基本的構成を示す概略斜視図。
【図１２】リング状の磁気コアを用いないコアレス構造の磁気比例式電流センサの構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は断面図。
【図１３】３つのホール素子＃１〜３の出力電圧(ゲイン)の温度特性の素子ごとのバラツキを示す例示的な温度特性図。
【図１４】同３つのホール素子＃１〜３の温度特性を特許文献１の技術を用いて(つまり単一の温度補償値で)補償した場合のセンサ出力電圧の特性図。
【図１５】３つのホール素子＃１〜３のオフセット電圧の温度特性の素子ごとのバラツキを示す例示的な温度特性図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００３１】
(第１の実施の形態)
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気比例式電流センサ１００の例示的な回路図である。磁気比例式電流センサ１００は、高電圧端子としての電源端子１２と、低電圧端子としての接地端子１４と、センサ出力端子１５と、磁気検出素子としてのホール素子１６と、定電流回路１８と、差動増幅器２２と、分圧回路２４と、中間電圧生成回路２６とを備える。
【００３２】
電源端子１２及び接地端子１４は直流電圧源(例えば電源電圧ＶCC＝５Ｖ)に接続され、電源端子１２が高電圧側であり、接地端子１４が低電圧側で接地される。ホール素子１６は、例えばＩｎＡｓ系であり、図１１(Ａ)に例示のように磁気コア２０のギャップ部Ｇ(すなわち被測定電流Ｉinによって発生する磁界が印加される位置)に固定配置される。
【００３３】
図１においてホール素子１６は等価的に４つの抵抗のブリッジ接続で表される。ホール素子１６の電流供給端子ａ,ｂ間に一定の駆動電流ＩCを流しておくことにより、ホール素子１６に印加された磁界に比例した(換言すれば被測定電流Ｉinに比例した)電圧ＶHが出力端子ｃ,ｄ間に得られる。
【００３４】
定電流回路１８は、ホール素子１６を定電流駆動する。分圧回路２４は、電源電圧ＶCCを所定の比率で分圧する。この分圧電圧ＶXは定電流回路１８の駆動電圧となり、図１の回路構成例では後述のように分圧電圧ＶXと定電流回路１８の供給電流(ホール素子１６の駆動電流ＩC)とが正比例の関係となる。差動増幅器２２は、ホール素子１６の出力電圧ＶHを増幅し、これをセンサ出力端子１５から出力する(センサ出力電圧Ｖout)。中間電圧生成回路２６は、電源電圧ＶCCを所定の比率で分圧して出力する。中間電圧生成回路２６の出力電圧ＶYは、差動増幅器２２の基準電圧(入力端子間の電圧が０Ｖのときの出力電圧)となる。
【００３５】
以下、磁気比例式電流センサ１００の回路構成をより具体的に説明する。
【００３６】
ホール素子１６及び定電流回路１８は、電源端子１２と接地端子１４との間に、ホール素子１６が電源端子１２側となるように直列に接続される。すなわち、ホール素子１６の電流供給端子ａが電源端子１２に接続され、ホール素子１６の電流供給端子ｂと接地端子１４との間に定電流回路１８が設けられる。
【００３７】
分圧回路２４は、電源端子１２と接地端子１４との間に直列に接続された可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXを有し、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の接続点の電圧(分圧電圧ＶX)を定電流回路１８に出力する。分圧電圧ＶXは、可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値と、可変抵抗器ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXの合成抵抗値との比で電源電圧ＶCCを分圧したものであり、次の式(1)
ＶX＝｛（ＶＲ2＋ＲX）／（ＶＲ1＋ＶＲ2＋ＲX）｝×ＶCC  …式(1)
で表される。なお、正温度係数抵抗器ＲXの抵抗温度係数(T.C.R：Temperature Coefficient of Resistance)は例えば４２００ｐｐｍ／Ｋ(１℃あたりの抵抗値変化率が０.４２％)であり、２５℃における抵抗値が例えばＲX(２５℃)＝１８０Ωのとき、１２５℃における抵抗値はＲX(１２５℃)＝２５５.６Ωとなる。上記式(1)より次の２つのことが理解される。
【００３８】
１.分圧電圧ＶXは温度によって変化する。
２.ある温度(例えば２５℃)における分圧電圧ＶXを所定値(例えば１Ｖ)とする場合において、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節することで分圧電圧ＶXの温度に対する変化量を調節可能である(つまり後述のように温度補償値を調節可能である)。
【００３９】
上記１.は、正温度係数抵抗器ＲXの抵抗値が温度によって変化する(温度が高いほど高抵抗値となる)ためである。上記２.は、可変抵抗器ＶＲ2を設けたことによる効果であり、上記特許文献１の技術では実現できないものである。すなわち、上記特許文献１のように可変抵抗器が１つしかない(本実施の形態における可変抵抗器ＶＲ2に相当するものがない)場合、分圧電圧ＶXは上記式(1)でＶＲ2をゼロにした次式
ＶX＝｛ＲX／（ＶＲ1＋ＲX）｝×ＶCC    (比較例)
となり、ある温度(例えば２５℃)における分圧電圧ＶXを所定値(例えば１Ｖ)とする場合の可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値は１通りしかないため、分圧電圧ＶXの温度に対する変化量を調節できない。これに対し、本実施の形態では分圧電圧ＶXは上記式(1)に表されるとおりであり、ある温度(例えば２５℃)における分圧電圧ＶXを所定値(例えば１Ｖ)とする場合の可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の組合せは複数通りあるため、どのような抵抗値の組合せとするかによって分圧電圧ＶXの温度に対する変化量を調節可能である。具体的には、分圧電圧ＶXの温度に対する変化量を小さくしたい場合は可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2を高抵抗値の組合せにすればよく、逆に分圧電圧ＶXの温度に対する変化量を大きくしたい場合は可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2を低抵抗値の組合せにすればよい。可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値のより詳細な調節については後述する。
【００４０】
定電流回路１８は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱと、電流設定用抵抗器Ｒ1と、オペアンプ３２(誤差増幅器としての演算増幅器)とを有する。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ及び電流設定用抵抗器Ｒ1は、ホール素子１６の電流供給端子ｂと接地端子１４との間に、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱが電流供給端子ｂ側となるように直列に接続される。すなわち、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱのコレクタがホール素子１６の電流供給端子ｂに接続され、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱのエミッタと接地端子１４との間に電流設定用抵抗器Ｒ1が設けられる。オペアンプ３２は、分圧回路２４からの分圧電圧ＶXが非反転入力端子に入力され、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱと電流設定用抵抗器Ｒ1との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子がＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱの制御端子(ベース端子)に接続される。
【００４１】
このような接続とすることで、オペアンプ３２の非反転入力端子と反転入力端子との間の電圧は負帰還により常にゼロとなる(イマジナリーショートが成立する)。つまり、オペアンプ３２の反転入力端子の電圧(ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱのエミッタの電圧)はオペアンプ３２の非反転入力端子の電圧(分圧回路２４からの分圧電圧ＶX)と等しくなる。したがって、電流設定用抵抗器Ｒ1に流れる電流すなわちホール素子駆動電流ＩCは、
ＩC＝ＶX／Ｒ1［Ａ］  …式(2)
となる。図２は、分圧電圧ＶXとホール素子１６の駆動電流ＩCとの関係を示す例示的な特性図である。本図に示されるように、図１の回路構成例ではホール素子駆動電流ＩCは分圧電圧ＶXと正比例の関係にある。例えば、温度１２５℃における分圧電圧ＶXが１Ｖでゲインが大きすぎた場合、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の組合せを変更して同温度における分圧電圧ＶXを０.９Ｖに調節し、ゲインを適正にすることが本実施の形態では可能となる。なお、ホール素子駆動電流ＩCは例えば２５℃において５ｍＡに設定する。
【００４２】
中間電圧生成回路２６は、電源端子１２と接地端子１４との間に直列に接続された可変抵抗器ＶＲ3,ＶＲ4及び正温度係数抵抗器ＲYを有し、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の接続点の電圧(中間電圧ＶY)を差動増幅器２２に出力する。中間電圧ＶYは、
ＶY＝｛（ＶＲ4＋ＲY）／（ＶＲ3＋ＶＲ4＋ＲY）｝×ＶCC  …式(3)
と表される。なお、正温度係数抵抗器ＲYは、正温度係数抵抗器ＲXと同様のものを用いることができる。上記式(3)より次の２つのことが理解される。
【００４３】
１.中間電圧ＶYは温度によって変化する。
２.ある温度(例えば２５℃)における中間電圧ＶYを所定値(例えば２.５Ｖ)とする場合において、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節することで中間電圧ＶYの温度に対する変化量を調節可能である(つまり後述のように温度補償値を調節可能である)。
【００４４】
上記１.は、正温度係数抵抗器ＲYの抵抗値が温度によって変化する(温度が高いほど高抵抗値となる)ためである。上記２.は、可変抵抗器ＶＲ4を設けたことによる効果である。可変抵抗器が１つしかない(本実施の形態における可変抵抗器ＶＲ4に相当するものがない)場合、中間電圧ＶYは上記式(3)でＶＲ4をゼロにした次式
ＶY＝｛ＲY／（ＶＲ3＋ＲY）｝×ＶCC  (比較例)
となり、ある温度(例えば２５℃)における中間電圧ＶYを所定値(例えば２.５Ｖ)とする場合の可変抵抗器ＶＲ3の抵抗値は１通りしかないため、中間電圧ＶYの温度に対する変化量を調節できない。これに対し、本実施の形態では中間電圧ＶYは上記式(3)に表されるとおりであり、ある温度(例えば２５℃)における中間電圧ＶYを所定値(例えば２.５Ｖ)とする場合の可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の組合せは複数通りあるため、どのような抵抗値の組合せとするかによって中間電圧ＶYの温度に対する変化量を調節可能である。具体的には、中間電圧ＶYの温度に対する変化量を小さくしたい場合は可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4を高抵抗値の組合せにすればよく、逆に中間電圧ＶYの温度に対する変化量を大きくしたい場合は可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4を低抵抗値の組合せにすればよい。可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値のより詳細な調節については後述する。
【００４５】
差動増幅器２２は、オペアンプ３８(演算増幅器)と、第１ないし第６固定抵抗器としての固定抵抗器Ｒ6〜Ｒ11と、トリミング抵抗器ＶＲ5とを有する。トリミング抵抗器ＶＲ5としては例えばレーザトリミング抵抗器が用いられる。
【００４６】
ホール素子１６の出力端子ｄとオペアンプ３８の反転入力端子とを接続する経路に固定抵抗器Ｒ6が設けられ、ホール素子１６の出力端子ｃとオペアンプ３８の非反転入力端子とを接続する経路に固定抵抗器Ｒ7が設けられ、オペアンプ３８の出力端子と前記反転入力端子とを接続する経路に固定抵抗器Ｒ8及びＲ9が直列に接続され、前記非反転入力端子と基準電圧端子(中間電圧生成回路２６の出力端子)とを接続する経路に固定抵抗器Ｒ10及びＲ11が直列に接続され、固定抵抗器Ｒ8及びＲ9の接続点と固定抵抗器Ｒ10及びＲ11の接続点とを接続する経路にトリミング抵抗器ＶＲ5が設けられる。
【００４７】
固定抵抗器Ｒ6及びＲ7は同抵抗値であり、固定抵抗器Ｒ8〜Ｒ11は同抵抗値である(Ｒ6＝Ｒ7,Ｒ8＝Ｒ9＝Ｒ10＝Ｒ11)。ここで、トリミング抵抗器ＶＲ5の抵抗値をＫ×Ｒ12(但し、Ｋは任意の正の実数で、Ｒ12＝Ｒ8＝Ｒ9＝Ｒ10＝Ｒ11)とすれば、差動増幅器２２の出力電圧Ｖout(センサ出力電圧)は、
Ｖout＝ＶY＋２(１＋１／Ｋ)×(Ｒ12／Ｒ6)×ＶH［Ｖ］  …式(4)
で示される。したがって、トリミング抵抗器ＶＲ5の抵抗値(＝Ｋ×Ｒ12)を調節することで差動増幅器２２の増幅度を調節することができる。
【００４８】
以下、可変抵抗器ＶＲ1ないしＶＲ5の抵抗値の調節について説明する。ここでは例として、図１４の＃２に示すように、被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対して磁気比例式電流センサ１００の出力電圧Ｖoutが０.５Ｖ〜４.５Ｖのレンジで直線的に変化するように各抵抗値を調節するものとする。
【００４９】
１．可変抵抗器ＶＲ5の抵抗値の調節
この作業は、磁気比例式電流センサ１００のゲイン調整に相当する。
【００５０】
まず、所定温度(例えば２５℃)において、分圧回路２４の可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節し、ホール素子１６の駆動電流ＩCが所定値(例えば５ｍＡ)となるように分圧電圧ＶXを設定する。なお、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の組合せは複数存在するが、この段階ではどのような組合せでも構わない。
【００５１】
次に、中間電圧生成回路２６の可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節し、被測定電流Ｉinが０Ａの時の差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutが所定値(例えば２.５Ｖ)となるように中間電圧ＶYを設定する。なお、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の組合せは複数存在するが、この段階ではどのような組合せでも構わない。ここまでの手順(オフセット調整)は、ホール素子１６のオフセット電圧(被測定電流が０Ａ時の出力電圧)の影響に配慮したものである。
【００５２】
その後、トリミング抵抗器ＶＲ5の抵抗値(＝Ｋ×Ｒ12)を調節し、被測定電流Ｉinのフルスケール時(±３００Ａ時)の差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutが２.５Ｖ±２Ｖとなるように差動増幅器２２の増幅度を調節する。増幅度は例えば、ホール素子１６の出力電圧ＶH(例えば数１０ｍＶ)に対して数１０倍である。
【００５３】
なお、ここまでの手順で調節した可変抵抗器ＶＲ1ないしＶＲ4の抵抗値は暫定的なものであり、可変抵抗器ＶＲ1ないしＶＲ4の抵抗値は最終的には後述の手順で決定される。
【００５４】
２．可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の調節
この作業は、ホール素子１６の温度特性の補償その１(ホール素子１６のオフセット電圧の温度特性の補償)に相当する。
【００５５】
第１ステップ：第１の所定温度(例えば２５℃)で被測定電流Ｉinが０Ａ(ホール素子１６への印加磁界がゼロ)かつホール素子１６の駆動電流ＩCが所定値(例えば５ｍＡ)の状態で、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節し、差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutが所定値(例えば２.５Ｖ)となるように中間電圧生成回路２６からの中間電圧ＶYを設定する。ここで設定した中間電圧ＶYを、第１の中間電圧ＶY(２５℃)とする。
【００５６】
第２ステップ：第１の所定温度と異なる第２の所定温度(例えば１２５℃)とした状態で、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節し、差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutが前記所定値となるように中間電圧生成回路２６からの中間電圧ＶYを設定する。ここで設定した中間電圧ＶYを、第２の中間電圧ＶY(１２５℃)とする。
【００５７】
第３ステップ：第１の中間電圧ＶY(２５℃)を既知数とし、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を未知数とする第１の関係式(下記式(5))と、第２の中間電圧ＶY(１２５℃)を既知数とし、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を未知数とする第２の関係式(下記式(6))とに基づいて、未知数とした可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を既知数として求める。つまり、第１及び第２の関係式(下記式(5)及び(6))を連立方程式として例えばコンピュータプラグラムを利用して解くことで可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を求める。
【００５８】
【数１】
2010181211.tif 000003
【００５９】
【数２】
2010181211.tif 000004
【００６０】
第４ステップ：求められた抵抗値を有するように可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節する。これにより、第１及び第２の所定の温度の双方において、被測定電流Ｉinが０Ａ(ホール素子１６への印加磁界がゼロ)かつホール素子１６の駆動電流ＩCが所定値(例えば５ｍＡ)の場合の差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutが所定値(例えば２.５Ｖ)となる。ここで、ホール素子１６のオフセット電圧は温度に対して直線的な特性であるため、第１及び第２の所定の温度に限らず、他の温度範囲においても、差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutは前記所定値となる。
【００６１】
図３は、ホール素子１６のオフセット電圧の温度特性の補償前、すなわち可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の調節前におけるセンサ出力電圧(差動増幅器２２の出力電圧Ｖout)、及び理想的なセンサ出力電圧の例示的な特性図である。本図の例では、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の調節前においては被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対してセンサ出力電圧Ｖoutが１Ｖ〜５Ｖのレンジで直線的に変化している。これを、上記のようにして可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値の調節することで、被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対してセンサ出力電圧Ｖoutが０.５Ｖ〜４.５Ｖのレンジで直線的に変化する理想的な特性を実現することができる。
【００６２】
以下、第３ステップにおいて可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を求める具体的方法の一つを説明する。この方法は、第１の関係式(上記式(5))の可変抵抗器ＶＲ3の抵抗値に任意の値を代入して可変抵抗器ＶＲ4の抵抗値(ＶＲ4(２５℃))を導出し、第２の関係式(上記式(6))の可変抵抗器ＶＲ3の抵抗値にも同じ値を代入して可変抵抗器ＶＲ4の抵抗値(ＶＲ4(１２５℃))を導出し、ＶＲ4(１２５℃)−ＶＲ4(２５℃)＝０となる場合の可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を求めるものである。例えば、図４のようにＶＲ3を横軸にとり、｛ＶＲ4(１２５℃)−ＶＲ4(２５℃)｝を縦軸にとって計算値をプロットし、縦軸のゼロと重なる点(すなわち差＝０)が求められるべき抵抗値である。
【００６３】
３．可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の調節
この作業は、ホール素子１６の温度特性の補償その２(ホール素子１６の出力電圧(ゲイン)の温度特性の補償)に相当する。
【００６４】
第１ステップ：第１の所定温度(例えば２５℃)においてホール素子１６に第１の磁界(例えば５０ｍＴ、被測定電流３００Ａに対応)が印加されているときに、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節し、ホール素子１６の出力電圧ＶHが第１の所定値(差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutの例えば４.５Ｖに対応した値)となるように分圧回路２４からの分圧電圧ＶXを設定する。ここで設定した分圧電圧ＶXを、第１の分圧電圧ＶX(２５℃)とする。
【００６５】
第２ステップ：第１の所定温度と異なる第２の所定温度(例えば１２５℃)においてホール素子１６に第２の磁界(ここでは第１の磁界と同じ)が印加されているときに、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節し、ホール素子１６の出力電圧ＶHが第２の所定値(ここでは第１の所定値と同じ)となるように分圧回路２４からの分圧電圧ＶXを設定する。ここで設定した分圧電圧ＶXを、第２の分圧電圧ＶX(１２５℃)とする。なお、前記第１及び第２の磁界並びに前記第１及び第２の所定値は異なっていてもよい(例えば、第２の磁界は−５０ｍＴ、第２の所定値は差動増幅器２２の出力電圧Ｖoutの０.５Ｖに対応した値であってもよい)。
【００６６】
第３ステップ：第１の分圧電圧ＶX(２５℃)を既知数とし、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を未知数とする第１の関係式(下記式(7))と、第２の分圧電圧ＶX(１２５℃)を既知数とし、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を未知数とする第２の関係式(下記式(8))とに基づいて、未知数とした可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を既知数として求める。つまり、第１及び第２の関係式(下記式(7)及び(8))を連立方程式として例えばコンピュータプラグラムを利用して解くことで可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を求める。
【００６７】
【数３】
2010181211.tif 000005
【００６８】
【数４】
2010181211.tif 000006
【００６９】
第４ステップ：求められた抵抗値を有するように可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節する。これにより、第１及び第２の所定の温度の双方において、被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対して磁気比例式電流センサ１００の出力電圧Ｖoutが０.５Ｖ〜４.５Ｖのレンジで直線的に変化するようになる。ここで、ホール素子１６のゲインは温度に対して直線的な特性であるため、第１及び第２の所定の温度に限らず、他の温度範囲においても、磁気比例式電流センサ１００の出力電圧Ｖoutは同様に変化するようになる。
【００７０】
図５は、ホール素子１６の出力電圧(ゲイン)の温度特性の補償前、すなわち可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の調節前におけるセンサ出力電圧(差動増幅器２２の出力電圧Ｖout)、及び理想的なセンサ出力電圧の例示的な特性図である。本図の例では、可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の調節前においてはゲインが大きすぎて理想的な特性と比較して傾きが大きくなっている。これを、上記のようにして可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値の調節することで、被測定電流Ｉinの−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対してセンサ出力電圧Ｖoutが０.５Ｖ〜４.５Ｖのレンジで直線的に変化する理想的な特性を実現することができる。
【００７１】
なお、第３ステップにおいて可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を求める具体的方法の一つは、可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を求める場合と同様である。すなわち、第１の関係式(上記式(7))の可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値に任意の値を代入して可変抵抗器ＶＲ2の抵抗値(ＶＲ2(２５℃))を導出し、第２の関係式(上記式(8))の可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値にも同じ値を代入して可変抵抗器ＶＲ2の抵抗値(ＶＲ2(１２５℃))を導出し、ＶＲ2(１２５℃)−ＶＲ2(２５℃)＝０となる場合の可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を求める。例えば、図６のようにＶＲ1を横軸にとり、｛ＶＲ2(１２５℃)−ＶＲ2(２５℃)｝を縦軸にとって計算値をプロットし、縦軸のゼロと重なる点(すなわち差＝０)が求められるべき抵抗値である。
【００７２】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００７３】
(1) ホール素子１６の出力電圧ＶHは図１３に例示のようにホール素子駆動電流ＩCが一定であれば温度上昇(低下)に伴って低下(上昇)するところ、本実施の形態の磁気比例式電流センサ１００では温度上昇(低下)に伴ってホール素子駆動電流ＩCを大きく(小さく)してホール素子１６の感度を高める(低める)ことで、温度上昇(低下)に伴うホール素子１６の出力電圧ＶHの低下(上昇)を防止できる(つまりホール素子１６の温度特性を補償できる)。ここで、可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値と、可変抵抗器ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXの合成抵抗値との比に応じて温度に対するホール素子駆動電流ＩCの変化量(つまり温度補償値)が定まるため、回路を構成した後であっても温度補償値の調節が可能となり、ホール素子１６の温度特性バラツキに対して柔軟に対応することができる。より具体的には、式(1)のところで既述のとおり、本実施の形態の磁気比例式電流センサ１００では可変抵抗器ＶＲ1及びＶＲ2の抵抗値を調節することで温度に対する分圧電圧ＶXの変化量を調節可能としているため、回路を構成した後であっても温度に対するホール素子駆動電流ＩCの変化量(温度補償値)が調節可能である。このため、ホール素子の出力電圧(ゲイン)の温度特性は素子ごとバラツキがあるところ、温度に対するホール素子駆動電流ＩCの変化量(温度補償値)が調節可能なため、温度特性の異なる各ホール素子に対して適切に温度補償することが可能となる。
【００７４】
(2) ホール素子１６のオフセット電圧は図１５に例示のようにホール素子駆動電流ＩCが一定であれば温度上昇(低下)に伴って低下(上昇)するところ、本実施の形態の磁気比例式電流センサ１００では温度上昇(低下)に伴って中間電圧ＶY(差動増幅器２２の基準電圧)を上昇(低下)させることで、温度上昇(低下)に伴うホール素子１６のオフセット電圧の低下(上昇)の影響を防止できる(つまりホール素子１６の温度特性を補償できる)。ここで、可変抵抗器ＶＲ3の抵抗値と、可変抵抗器ＶＲ4及び正温度係数抵抗器ＲYの合成抵抗値との比に応じて温度に対する中間電圧ＶYの変化量(つまり温度補償値)が定まるため、回路を構成した後であっても温度補償値の調節が可能となり、ホール素子１６の温度特性バラツキに対して柔軟に対応することができる。より具体的には、式(3)のところで既述のとおり、本実施の形態の磁気比例式電流センサ１００では可変抵抗器ＶＲ3及びＶＲ4の抵抗値を調節することで温度に対する中間電圧ＶYの変化量(温度補償値)を調節可能としているため、回路を構成した後であっても温度に対する中間電圧ＶYの変化量(温度補償値)が調節可能である。このため、ホール素子のオフセット電圧の温度特性は素子ごとバラツキがあるところ、温度に対する中間電圧ＶYの変化量(温度補償値)が調節可能なため、温度特性の異なる各ホール素子に対して適切に温度補償することが可能となる。
【００７５】
(3) トリミング抵抗器ＶＲ5の抵抗値(＝Ｋ×Ｒ12)を調節して差動増幅器２２の増幅度を調整することで磁気比例式電流センサ１００のゲイン調整を可能として差動増幅器２２の他の抵抗器Ｒ6〜Ｒ11(ゲイン調節の際に抵抗値調整不要)には高精度な固定抵抗器を用いているため、増幅度の調整のために差動増幅器２２のＣＭＲ(Common Mode Rejection)が低下する不都合も防止できる。以下、これについて説明する。
【００７６】
差動増幅器２２は、反転増幅器と非反転増幅器の両方を重ねて作った増幅器と考えられるため、固定抵抗器Ｒ6〜Ｒ11の抵抗値の関係(Ｒ6＝Ｒ7，Ｒ8＝Ｒ9＝Ｒ10＝Ｒ11)が崩れた場合は、差動増幅器２２に反転入力端子及び非反転入力端子に同相成分が入ってきたときのＣＭＲが低下し、理想的な差動増幅器から離れてしまい、不具合が発生しやすくなる。理想的な差動増幅器の場合は、例えば同相のノイズが入っても出力はゼロとなる(差動電圧だけを正確に増幅する)。
【００７７】
ここで、抵抗器Ｒ8〜Ｒ11(又は、抵抗器Ｒ6及びＲ7)を半固定抵抗器やレーザトリミング抵抗器としてその抵抗値を調整することでゲイン調整する場合を考えると、調整後の抵抗値が等しくなるようにする(Ｒ8＝Ｒ9＝Ｒ10＝Ｒ11(又はＲ6＝Ｒ7)を満たすようにする)ことは至難の業であり、抵抗値の上記関係が崩れてＣＭＲが低下し、理想的な差動増幅器から遠ざかってしまう。
【００７８】
一方、本実施の形態によれば上述のとおりトリミング抵抗器ＶＲ5の抵抗値(＝Ｋ×Ｒ12)を調整することで差動増幅器２２の増幅度を調整でき、他の抵抗器Ｒ6〜Ｒ11の抵抗値は調整不要なため、抵抗器Ｒ6〜Ｒ11として高精度の固定抵抗器を用いている。このため差動増幅器２２の増幅度の調整(すなわち磁気比例式電流センサ１００のゲイン調整)のために抵抗器Ｒ6〜Ｒ11の抵抗値の関係(Ｒ6＝Ｒ7，Ｒ8＝Ｒ9＝Ｒ10＝Ｒ11)が崩れることはなく、理想的な差動増幅器に近い状態を維持することができる。
【００７９】
(第２の実施の形態)
上記実施の形態では、ホール素子を駆動する定電流回路に用いるトランジスタをＮＰＮ型バイポーラトランジスタとしたが、本実施の形態ではそれをＰＮＰ型バイポーラトランジスタとする。
【００８０】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気比例式電流センサ２００の部分的な回路図である。本実施の形態の磁気比例式電流センサ２００は、第１の実施の形態の磁気比例式電流センサ１００と比較して、定電流回路１８の構成と、ホール素子１６及び定電流回路１８の位置関係とにおいて相違し、その他の点で一致する。以下、相違点を中心に説明する。
【００８１】
定電流回路１８及びホール素子１６は、電源端子１２と接地端子１４との間に、定電流回路１８が電源端子１２側となるように直列に接続される。すなわち、電源端子１２とホール素子１６の電流供給端子ａとの間に定電流回路１８が設けられ、ホール素子１６の電流供給端子ｂが接地端子１４に接続される。
【００８２】
定電流回路１８は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱと、電流設定用抵抗器Ｒ1と、演算増幅器３２とを有する。電流設定用抵抗器Ｒ1及びＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱは、電源端子１２とホール素子１６の電流供給端子ａとの間に、電流設定用抵抗器Ｒ1が電源端子１２側となるように直列に接続される。すなわち、電源端子１２とＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱのエミッタとの間に電流設定用抵抗器Ｒ1が設けられ、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱのコレクタがホール素子１６の電流供給端子ａに接続される。演算増幅器３２は、分圧回路２４からの分圧電圧ＶXが非反転入力端子に入力され、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱと電流設定用抵抗器Ｒ1との接続点に反転入力端子が接続され、出力端子がＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱの制御端子(ベース端子)に接続される。電流設定用抵抗器Ｒ1に流れる電流すなわちホール素子駆動電流ＩCは、
ＩC＝（ＶCC−ＶX）／Ｒ1［Ａ］  …式(9)
となる。
【００８３】
本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００８５】
実施の形態では定電流回路に用いるトランジスタをバイポーラトランジスタとする場合を説明したが、変形例では電界効果トランジスタとしてもよい。この場合の定電流回路の構成を図８(Ａ)及び(Ｂ)に示す。図８(Ａ)ではＮチャンネルＭＯＳ型の電界効果トランジスタ(ＭＯＳ：Metal-Oxide Semiconductor)を用いており、これは図１の定電流回路１８の変形である。同図(Ｂ)ではＰチャンネルＭＯＳ型の電界効果トランジスタを用いており、これは図７の定電流回路１８の変形である。
【００８６】
実施の形態では分圧回路２４は電源端子１２と接地端子１４との間に可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXを直列に接続したものとした。変形例ではこれに替えて、分圧回路２４は、図９に示すように、電源端子１２と接地端子１４との間に可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ2が直列に接続されるとともに、正温度係数抵抗器ＲXが可変抵抗器ＶＲ2の両端子間に設けられたものであってもよい。要するに分圧回路２４は、可変抵抗器ＶＲ1の抵抗値と、可変抵抗器ＶＲ2及び正温度係数抵抗器ＲXの合成抵抗値との比で電源電圧ＶCCを分圧して出力するものであればよい。さらに、分圧回路２４は図１０(Ａ),(Ｂ)のように負温度係数抵抗器ＲX'を用いた構成であってもよい。これは、図１又は図９の分圧回路２４において、正温度係数抵抗器ＲXに替えて負温度係数抵抗器ＲX'を用い、可変抵抗器ＶＲ1を接地端子１４側とし、可変抵抗器ＶＲ2及び負温度係数抵抗器ＲX'の合成抵抗(直列又は並列接続)を電源端子１２側としたものである。以上のことは中間電圧生成回路２６についても同様である。
【００８７】
実施の形態では磁気比例式電流センサを単電源駆動する場合を説明したが、変形例では両電源駆動としてもよい。
【００８８】
実施の形態では、ホール素子１６の出力電圧(ゲイン)の温度特性と、ホール素子１６のオフセット電圧の温度特性との双方を補償する構成を説明した。変形例では、出力電圧(ゲイン)及びオフセット電圧の温度特性のいずれか一方のみを構成してもよい。どのような構成を採用するかは用途や設計上の要請によって適宜決定される。
【００８９】
実施の形態では図１に示される構成の差動増幅器２２を用いてゲイン調整に伴うＣＭＲ低下を防止したが、ＣＭＲ低下への配慮を重要視しない場合は他の公知の差動増幅器を用いてもよい。
【００９０】
実施の形態では図１１(Ａ)に示すようにホール素子１６が磁気コア２０のギャップ部Ｇに配置される場合を説明したが、変形例では図１２に例示のようなコアレス構成を採用してもよい。
【００９１】
実施の形態で用いた可変抵抗器ＶＲ1ないしＶＲ4の一部又は全部は、変形例ではトリミング抵抗器(例えばレーザトリミング抵抗器)に替えてもよい。また、実施の形態で用いたトリミング抵抗器ＶＲ5は、変形例では可変抵抗器に替えてもよい。
【００９２】
実施の形態では電流センサが磁気比例式である場合を説明したが、ホール素子１６のオフセット電圧の温度特性の補償に関していえば、電流センサが図１１(Ｂ)に例示のような磁気平衡式である場合も有効である。
【符号の説明】
【００９３】
１２  電源端子
１４  接地端子
１５  センサ出力端子
１６  ホール素子
１８  定電流回路
２２  差動増幅器
２４  分圧回路
２６  中間電圧生成回路
１００,２００  磁気比例式電流センサ
ＶＲ1〜ＶＲ4  可変抵抗器
ＶＲ5  トリミング抵抗器
ＲX,ＲY  正温度係数抵抗器
【図１】
2010181211.tif 000007
【図２】
2010181211.tif 000008
【図３】
2010181211.tif 000009
【図４】
2010181211.tif 000010
【図５】
2010181211.tif 000011
【図６】
2010181211.tif 000012
【図７】
2010181211.tif 000013
【図８】
2010181211.tif 000014
【図９】
2010181211.tif 000015
【図１０】
2010181211.tif 000016
【図１１】
2010181211.tif 000017
【図１２】
2010181211.tif 000018
【図１３】
2010181211.tif 000019
【図１４】
2010181211.tif 000020
【図１５】
2010181211.tif 000021