(57)【要約】感度の低い第１の磁気センサ１の出力と感度の高い第２の磁気センサ２の出力とを比較することによって、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な最大値よりも被測定電流Ｉが大きくなったか否かが判定される。被測定電流Ｉが当該最大値より小さい場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力が選択され、被測定電流Ｉが当該最大値を超えた場合、選択部４において第１の磁気センサ１の出力が選択される。
2016021500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流に応じて生じる磁場を測定する第１の磁気センサと、
前記被測定電流に応じて生じる磁場を測定する第２の磁気センサと、
前記第１の磁気センサの出力及び前記第２の磁気センサの出力のうち、何れか一方の出力を選択する選択部と、
前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較する比較部と
を備え、
前記第１の磁気センサは、磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第２の磁気センサよりも大きく、
前記第２の磁気センサは、前記被測定電流に応じて生じる磁場の測定感度が前記第１の磁気センサよりも高く、
前記比較部は、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致する場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させ、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが前記所定の範囲内で一致しない場合、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる第１の制御信号を出力する
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記比較部は、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲内に含まれる場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させる前記第１の制御信号を出力し、前記差若しくは前記比が前記所定の範囲から外れる場合、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる前記第１の制御信号を出力する
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】
前記選択部において選択される前記第１の磁気センサの出力が通過する第１のローパスフィルタと、
前記選択部において選択される前記第２の磁気センサの出力が通過する第２のローパスフィルタとを備え、
前記比較部は、前記第１のローパスフィルタを通過した前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過した前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較する
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】
前記選択部において選択される前記第１の磁気センサの出力が通過する第１のローパスフィルタと、
前記選択部において選択される前記第２の磁気センサの出力が通過する第２のローパスフィルタと、
前記第１の制御信号に応じた第２の制御信号を前記選択部に出力するオフディレイタイマとを備え、
前記比較部は、前記第１のローパスフィルタを通過する前の前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過する前の前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較し、
前記オフディレイタイマは、
前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が前記所定の範囲から外れたことを示す前記第１の制御信号を入力すると、直ちに前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる前記第２の制御信号を出力し、
前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が前記所定の範囲内に入ったことを示す前記第１の制御信号の入力が一定時間続いた場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させる前記第２の制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記比較部は、
前記第１の磁気センサの出力信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部において増幅された前記第１の磁気センサの出力信号と、前記第２の磁気センサの出力信号との差が所定の範囲内であるか否かを判定する一致判定部とを有し、
前記増幅部は、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも前記被測定電流が小さい場合に、前記第１の磁気センサの出力信号を増幅した信号と前記第２の磁気センサの出力信号とが等しくなるように設定された増幅率を有する
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記増幅部は、前記選択部に入力される前記第１の磁気センサの出力信号を増幅する
ことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１の磁気センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１のアナログ−デジタル変換回路と、
前記第２の磁気センサの出力信号をデジタル信号に変換する第２のアナログ−デジタル変換回路と、
前記第１のアナログ−デジタル変換回路の前記デジタル信号及び前記第２のアナログ−デジタル変換回路の前記デジタル信号をそれぞれ入力するデジタル信号処理回路とを備え、
前記デジタル信号処理回路は、前記比較部及び前記選択部を含む
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも小さい所定の閾電流に比べて前記被測定電流が小さいか否かを、前記第１の磁気センサの出力信号、前記第２の磁気センサの出力信号、又は、前記選択部の出力信号に基づいて判定し、前記被測定電流が前記閾電流に比べて小さいときに、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの前記差若しくは前記比が前記所定の範囲から外れたことを示す前記第１の制御信号が前記比較部から出力された場合、故障の検出を示す信号を出力する故障検出部を有する
ことを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項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、磁気センサを用いて電流を検出する電流センサに係り、特に、検出可能な電流の範囲が異なる複数の測定レンジを切り換えることが可能な電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流センサの測定レンジを広げる方法として、検出可能な電流の範囲が異なる複数の測定レンジを切り換える方法が一般的に知られている。下記の特許文献に記載される感度切換型センサ回路では、シャント抵抗の電圧が高ゲインの小電流用アンプと低ゲインの大電流用アンプとにおいてそれぞれ増幅される。各アンプの出力信号は、ローパスフィルタによって低周波成分を抽出された後、Ａ／Ｄコンバータにおいてそれぞれデジタル値の検出データｘ，ｙに変換されて、マイクロコンピュータに取り込まれる。マイクロコンピュータでは、小電流用アンプの検出データｘがしきい値ｉＬより小さい場合、検出データｘに基づいて電流値が算出され、大電流用アンプの検出データｙがしきい値ｉＨ（＞ｉＬ）より大きい場合、データｙに基づいて電流値が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６６７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、電流検出素子としてシャント抵抗が使用されているが、磁電変換素子やカレントトランスなどの磁気センサを用いても、同様な回路を実現可能である。磁気センサは、特に測定系を被測定系から絶縁することが要求される用途、例えば電気自動車・ハイブリッド自動車等の高電圧回路において多く使用されている。【０００５】
一般に磁気センサは磁性材料を含んでおり、大電流による高い磁場を受けると磁性材料が磁気飽和を生じるため、検出結果に誤差が生じる。図１１は、磁気式の電流センサの特性を示す図である。横軸は電流Ｉを示し、縦軸は磁気センサの出力信号Ｓｏｕｔを示す。図１１の例では、電流値Ｉｓを超える電流が流れると、磁気センサの感度が磁気飽和によって低下し、電流Ｉに対する出力信号Ｓｏｕｔのリニアリティが劣化する。通常は、感度（出力信号レベル／電流）が大きいほど小さな電流で磁気飽和が生じるので、大電流用には低感度の磁気センサ、小電流用には高感度の磁気センサを用いることが好ましい。【０００６】
従って、上記特許文献１と同様な回路を磁気センサで実現する場合、低感度の磁気センサと高感度の磁気センサを２つ用意して、小電流用アンプに高感度の磁気センサを接続し、大電流用アンプに低感度の磁気センサを接続する方式が考えられる。これにより、大電流用アンプと小電流用アンプを同一の磁気センサに接続する方式に比べて、小電流の測定レンジにおけるＳ／Ｎ比やリニアリティを向上できる。【０００７】
ところで、低感度の磁気センサを用いる大電流用の測定レンジと、高感度の磁気センサを用いる小電流用の測定レンジとを備えた電流センサでは、高感度の磁気センサの磁気飽和が生じない電流の範囲で小電流用の測定レンジを使用しなければならない。磁気飽和が生じると、上述したように磁気センサの出力レベルが低下するため、電流の測定結果に誤差を生じるからである。従って、測定レンジの切り換えを自動的に行う場合には、高感度の磁気センサにおいて磁気飽和が生じているか否かを判定する必要がある。【０００８】
磁気センサの磁気飽和の有無を判定する方法として、磁気センサの出力と所定の閾値とを比較する方法が挙げられる。この方法では、磁気センサの出力が磁気飽和によって歪みを生じない所定の閾値より小さい場合に、磁気センサに磁気飽和が生じていないと判定される。【０００９】
しかしながら、磁気センサの性能には、個体ばらつきや温度によるばらつきや、経年ばらつき等が存在する。そのため、このような性能のばらつきに対するマージンを確保するため、上記の閾値は、磁気センサの出力が磁気飽和によって歪みを生じない実際の最大値よりも低くする必要がある。性能のばらつきが大きい場合には、マージンを大きくしなければならず、閾値が更に低くなる。閾値が低くなると、小電流用の測定レンジが狭くなるため、小電流における測定精度や分解能が低下するという問題がある。【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定レンジを切り換えることができるダイナミックレンジの広い電流センサにおいて、感度の高い小電流の測定レンジを広くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した従来技術の問題を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の電流センサは、被測定電流に応じて生じる磁場を測定する第１の磁気センサと、前記被測定電流に応じて生じる磁場を測定する第２の磁気センサと、前記第１の磁気センサの出力及び前記第２の磁気センサの出力のうち、何れか一方の出力を選択する選択部と、前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較する比較部とを備える。前記第１の磁気センサは、磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第２の磁気センサよりも大きく、前記第２の磁気センサは、前記被測定電流に応じて生じる磁場の測定感度が前記第１の磁気センサよりも高い。前記比較部は、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致する場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させ、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが前記所定の範囲内で一致しない場合、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる第１の制御信号を出力する。【００１２】
上記の構成によれば、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が小さい場合、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの両方において前記被測定電流の磁場の測定が可能である。この場合、前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の前記第１の電流レベルと、前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の前記第２の電流レベルとがほぼ等しくなる。これにより、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが前記所定の範囲内で一致するため、前記比較部から出力される前記第１の制御信号により、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力が選択される。
他方、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が大きくなると、磁気飽和などの影響によって前記第２の磁気センサの出力に歪みが生じ、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの間にレベル差が生じる。前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが前記所定の範囲内で一致しなくなる程に当該レベル差が大きくなると、前記比較部から出力される前記第１の制御信号により、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力が選択される。
このように、上記電流センサでは、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの相対的な比較に基づいて、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が大きくなったか否かが判定され、前記選択部における磁気センサの選択が切り換えられる。そのため、マージンを持たせた固定の閾値と電流測定値との比較に基づいて高感度の磁気センサの出力に歪みが生じているか否か判定する方法に比べて、高感度の磁気センサの測定レンジが広くなる。【００１３】
好適に、前記比較部は、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲内に含まれる場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させる前記第１の制御信号を出力してよく、前記差若しくは前記比が前記所定の範囲から外れる場合、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる前記第１の制御信号を出力してよい。
上記の構成によれば、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が前記所定の範囲内に含まれるか否かに応じて、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が大きくなったか否かが判定され、前記制御部における前記選択が制御される。【００１４】
好適に、上記電流センサは、前記選択部において選択される前記第１の磁気センサの出力が通過する第１のローパスフィルタと、前記選択部において選択される前記第２の磁気センサの出力が通過する第２のローパスフィルタとを備えてよい。前記比較部は、前記第１のローパスフィルタを通過した前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過した前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較してよい。
上記の構成によれば、前記第１のローパスフィルタを通過した前記第１の磁気センサの出力が示す前記第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過した前記第２の磁気センサの出力が示す前記第２の電流レベルとの相対的な比較により、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が大きくなったか否かが判定される。【００１５】
好適に、上記電流センサは、前記選択部において選択される前記第１の磁気センサの出力が通過する第１のローパスフィルタと、前記選択部において選択される前記第２の磁気センサの出力が通過する第２のローパスフィルタと、前記第１の制御信号に応じた第２の制御信号を前記選択部に出力するオフディレイタイマとを備えてよい。前記比較部は、前記第１のローパスフィルタを通過する前の前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過する前の前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとを比較してよい。前記オフディレイタイマは、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が前記所定の範囲から外れたことを示す前記第１の制御信号を入力すると、直ちに前記選択部において前記第１の磁気センサの出力を選択させる前記第２の制御信号を出力してよく、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が前記所定の範囲内に入ったことを示す前記第１の制御信号の入力が一定時間続いた場合、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力を選択させる前記第２の制御信号を出力してよい。【００１６】
上記の構成によれば、前記第１のローパスフィルタを通過する前の前記第１の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第１の電流レベルと、前記第２のローパスフィルタを通過する前の前記第２の磁気センサの出力が示す前記被測定電流の第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲内を外れた場合、直ちに前記選択部において前記第１の磁気センサの出力が選択される。そのため、前記被測定電流が急速に増大した場合でも、前記被測定電流が前記最大値を超えている状態で前記第２の磁気センサの出力が前記選択部により選択されることが起こり難くなる。
また、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲にある状態が一定時間続いた場合に、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力が選択される。そのため、前記被測定電流が前記最大値を超えた状態における前記第２の磁気センサの出力の影響が前記第２のローパスフィルタに残っている間は、前記選択部において前記第１の磁気センサの出力が選択され、当該影響が減少した後、前記選択部において前記第２の磁気センサの出力が選択される。【００１７】
好適に、前記比較部は、前記第１の磁気センサの出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部において増幅された前記第１の磁気センサの出力信号と、前記第２の磁気センサの出力信号との差が所定の範囲内であるか否かを判定する一致判定部とを有してよい。この場合、前記増幅部は、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも前記被測定電流が小さい場合に、前記第１の磁気センサの出力信号を増幅した信号と前記第２の磁気センサの出力信号とが等しくなるように設定された増幅率を有してよい。
上記の構成によれば、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも前記被測定電流が小さい場合、前記増幅部により増幅された前記第１磁気センサの出力信号と前記第２の磁気センサの出力信号とが略等しくなり、これらの信号の差が前記所定の範囲内であると前記一致判定部において判定される。
他方、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値より前記被測定電流が大きくなって、前記第２の磁気センサの出力に歪みが生じると、前記増幅部により増幅された前記第１磁気センサの出力信号と前記第２の磁気センサの出力信号との間に差が生じる。前記被測定電流が更に大きくなって前記第２の磁気センサの出力の歪みが増すと、当該差が前記所定の範囲から外れたと前記一致判定部において判定される。【００１８】
好適に、前記増幅部は、前記選択部に入力される前記第１の磁気センサの出力信号を増幅してよい。
これにより、前記第１の磁気センサからの出力及び前記第２の磁気センサからの出力のどちらが前記選択部において選択されても、前記選択部から出力される信号の前記被測定電流に対する比率は同じになる。【００１９】
好適に、上記電流センサは、前記第１の磁気センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１のアナログ−デジタル変換回路と、前記第２の磁気センサの出力信号をデジタル信号に変換する第２のアナログ−デジタル変換回路と、前記第１のアナログ−デジタル変換回路の前記デジタル信号及び前記第２のアナログ−デジタル変換回路の前記デジタル信号をそれぞれ入力するデジタル信号処理回路とを備えてよい。前記デジタル信号処理回路は、前記比較部及び前記選択部を含んでよい。【００２０】
好適に、上記電流センサは、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも小さい所定の閾電流に比べて前記被測定電流が小さいか否かを、前記第１の磁気センサの出力信号、前記第２の磁気センサの出力信号、又は、前記選択部の出力信号に基づいて判定し、前記被測定電流が前記閾電流に比べて小さいときに、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの前記差若しくは前記比が前記所定の範囲から外れたことを示す前記第１の制御信号が前記比較部から出力された場合、故障の検出を示す信号を出力する故障検出部を有してよい。
上記の構成によれば、前記被測定電流が前記閾電流に比べて小さい場合、前記被測定電流は、前記第２の磁気センサにおいて磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値よりも小さくなる。この場合、故障のない正常な状態であれば、前記第１の電流レベルと前記第２の電流レベルとの前記差若しくは前記比がほぼ等しくなる。そのため、前記比較部では、前記第２の電流レベルと前記第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致すると判定される。他方、前記被測定電流が前記閾電流に比べて小さい場合に、前記差若しくは比が前記所定の範囲から外れたと前記比較部において判定されると、前記故障検出部において故障の検出を示す信号が出力される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、測定レンジを切り換えることができるダイナミックレンジの広い電流センサにおいて、感度の高い小電流の測定レンジを広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、電流センサに用いられる磁気センサの構成の一例を示す図である。図２Ａは大電流用の第１の磁気センサの構成例を示し、図２Ｂは小電流用の第２の磁気センサの構成例を示す。
【図３】図３は、一致判定回路の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、オフディレイタイマの構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、故障検知部の構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、信号処理系の一部をデジタル回路に置き換えた電流センサの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、故障検知部に入力される磁気センサの信号の例を示す図である。図１０Ａは、ローパスフィルタを通過した磁気センサの信号が故障検知部に入力される例を示す。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、ローパスフィルタ及び増幅部を通過した磁気センサの信号が故障検知部に入力される例を示す。
【図１１】図１１は、磁気式の電流センサの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る電流センサについて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。この電流センサは、電流路９に流れる被測定電流Ｉに応じて生じる磁場）を磁気センサ（１，２）によって検出する磁気式の電流センサであり、電流Ｉに対する感度が異なる２つの磁気センサ（１，２）を測定レンジに応じて切り換えて使用する。
【００２４】
図１に示す電流センサは、被測定電流Ｉに応じて生じる磁場を測定する第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２と、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２の各出力が示す被測定電流Ｉの電流を比較する比較部３と、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１及び第２の磁気センサ２の出力Ｓ２のうち何れか一方の出力を、比較部３が出力する第１の制御信号Ｓ３に応じて選択する選択部４とを有する。
【００２５】
［第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２］
第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２は、電流路９に流れる被測定電流Ｉに応じて生じる磁場を測定するセンサであり、例えばホール素子や磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子，ＴＭＲ等）、カレントトランスなど、磁場を電気的な信号に変換する種々のセンサ素子の何れかを含んで構成される。第１の磁気センサ１は、磁場の測定が可能な被測定電流Ｉの最大値（例えば、被測定電流Ｉの磁場によって磁気飽和を生じない条件における被測定電流Ｉの最大値）が第２の磁気センサ２に比べて大きい。また、第２の磁気センサ２は、被測定電流Ｉに応じて生じる磁場の測定感度が第１の磁気センサ１よりも高い。
【００２６】
本実施形態では、例えば図１に示すように、電流路９から第１の磁気センサ１までの距離に比べて、電流路９から第２の磁気センサ２までの距離が短い。すなわち、第２の磁気センサ２は、第１の磁気センサ１に比べて被測定電流Ｉによる磁場が大きい位置に配置される。また、第１の磁気センサ１と第２の磁気センサ２とは、同一特性を持った素子である。
第２の磁気センサ２は、第１の磁気センサ１に比べて被測定電流Ｉによる磁場が大きい位置にあるため、第１の磁気センサ１と同一の特性を有していても、第１の磁気センサ１に比べて被測定電流Ｉに対する測定感度が高くなるとともに、磁気飽和を生じ始める被測定電流Ｉの電流値が第１の磁気センサ１より小さくなる。
第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２を同一特性の素子にすることで、部品の種類を少なくすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態の他の例においては、第１の磁気センサ１と第２の磁気センサ２とが同一特性の素子でなくとも良い。例えば、図２は、感度の異なる２つの磁気センサの例である。図２Ａは第１の磁気センサ１の構成例を示し、図２Ｂは第２の磁気センサ２の構成例を示す。図２Ａに示す第１の磁気センサ１は、基板１Ｂに配置された磁気抵抗効果素子１Ａの上に絶縁層１Ｄを介して磁気シールド１Ｅが設けられ、磁気シールド１Ｅの上に絶縁層１Ｃが形成されている。他方、図２Ｂに示す第２の磁気センサ２は、基板２Ｂに配置された磁気抵抗効果素子２Ａの上に絶縁層２Ｃが形成されているが、磁気シールドは設けられていない。磁気シールド１Ｅを有する第１の磁気センサ１は磁場に対する感度が相対的に低く、磁気シールドを持たない第２の磁気センサ２は磁場に対する感度が相対的に高い。このような感度の違いがある場合、電流路９から第１の磁気センサ１までの距離と電流路９から第２の磁気センサ２までの距離とが同じでもよい。
第２の磁気センサ２は、第１の磁気センサ１に比べて同一の磁界強度に対する感度が高いため、電流路９からの距離が第１の磁気センサ１と同じであっても、被測定電流Ｉに対する測定感度は第１の磁気センサ１より高くなるとともに、磁気飽和を生じ始める被測定電流Ｉの電流値が第１の磁気センサ１より小さくなる。
電流路９から第１の磁気センサ１までの距離と電流路９から第２の磁気センサ２までの距離を同じにすることで、装置サイズを小型化できる。
【００２８】
また、電流路９の磁場の方向に対する感度軸の角度を変えることにより、被測定電流Ｉの磁場に対する第１の磁気センサ１と第２の磁気センサ２の感度が異なるようにすることも可能である。
【００２９】
［比較部３］
比較部３は、第１の磁気センサ１の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル）と、第２の磁気センサ２の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第２の電流レベル）とを比較し、当該比較結果に応じて選択部４を制御する。すなわち、比較部３は、第２の電流レベルと第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致する場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を選択させ、第２の電流レベルと第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致しない場合、選択部４において第１の磁気センサ１の出力を選択させる第１の制御信号Ｓ３を選択部４に出力する。
【００３０】
例えば、比較部３は、第１の電流レベルと第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲内に含まれる場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を選択させる第１の制御信号Ｓ３を出力し、当該差若しくは比が所定の範囲から外れる場合は、選択部４において第１の磁気センサ１の出力を選択させる第１の制御信号Ｓ３を出力する。
【００３１】
図１の例において、比較部３は、一致判定部３１と増幅部３２を有する。
増幅部３２は、第１の磁気センサ１の出力信号を増幅する。増幅部３２は、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な被測定電流Ｉの最大値よりも被測定電流Ｉが小さい場合に、第１の磁気センサ１の出力信号を増幅した信号と第２の磁気センサ２の出力信号とが等しくなるように設定された増幅率を有する。
【００３２】
一致判定部３１は、増幅部３２において増幅された第１の磁気センサ１の出力信号、及び、第２の磁気センサ２の出力信号を入力し、入力した２つの信号の差が所定の範囲内であるか否かを判定する。入力した２つの信号の差が所定の範囲内である場合、一致判定部３１は、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を選択させる第１の制御信号Ｓ３を出力する。入力した２つの信号の差が所定の範囲から外れている場合、一致判定部３１は、選択部４において第１の磁気センサ１を選択させる第１の制御信号Ｓ３を出力する。
【００３３】
図３は、一致判定回路３１の構成の一例を示す図である。
図３に示す一致判定部３１は、第１の差動増幅器３１１と、第２の差動増幅器３１２と、第１の比較器３１３と、第２の比較器３１４と、論理ゲート３１５とを有する。
【００３４】
第１の差動増幅器３１１は、非反転入力端子ＩＮ１＋と反転入力端子ＩＮ１−とのレベル差を増幅する。第１の差動増幅器３１１の反転入力端子ＩＮ１−に増幅部３２の出力端が接続され、第１の差動増幅器３１１の非反転入力端子ＩＮ１＋に第２の磁気センサ２の出力端が接続される。
第１の差動増幅器３１１は、例えば図３に示すように、オペアンプＯＰ１１と抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４を有する。オペアンプＯＰ１１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ１１を介して反転入力端子ＩＮ１−に接続されるとともに、抵抗Ｒ１３を介してオペアンプＯＰ１１の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ１１の反転入力端子は、抵抗Ｒ１２を介して非反転入力端子ＩＮ１＋に接続されるとともに、抵抗Ｒ１４を介してグランドに接続される。
【００３５】
第２の差動増幅器３１２は、非反転入力端子ＩＮ２＋と反転入力端子ＩＮ２−とのレベル差を増幅する。第２の差動増幅器３１２の反転入力端子ＩＮ２−に第２の磁気センサ２の出力端が接続され、第２の差動増幅器３１２の非反転入力端子ＩＮ２＋に増幅部３２の出力端が接続される。
第２の差動増幅器３１２は、例えば図３に示すように、オペアンプＯＰ２１と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を有する。オペアンプＯＰ２１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２１を介して反転入力端子ＩＮ２−に接続されるとともに、抵抗Ｒ２３を介してオペアンプＯＰ２１の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ２１の反転入力端子は、抵抗Ｒ２２を介して非反転入力端子ＩＮ２＋に接続されるとともに、抵抗Ｒ２４を介してグランドに接続される。
【００３６】
第１の比較器３１３は、第１の差動増幅器３１１の出力レベルと第１の閾値Ｖｒｅｆ１'とを比較する。
第２の比較器３１４は、第２の差動増幅器３１２の出力レベルと第２の閾値Ｖｒｅｆ２'とを比較する。
論理ゲート３１５は、第１の比較器３１３の出力と第２の比較器３１４の出力との否定論理和を演算する。
【００３７】
第２の磁気センサ２の出力レベルが増幅部３２の出力レベルより高くなり、その出力レベル差が大きくなると、第１の差動増幅器３１１の出力レベルが上昇する。そして、当該出力レベル差が所定のレベル差を超えると、第１の差動増幅器３１１の出力レベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１'より高くなり、第１の比較器３１３からハイレベルの信号が出力され、論理ゲート３１５の出力信号Ｓ３がローレベルとなる。
また、増幅部３２の出力レベルが第２の磁気センサ２の出力レベルより高くなり、その出力レベル差が大きくなると、第２の差動増幅器３１２の出力レベルが上昇する。そして、当該出力レベル差が所定のレベル差を超えると、第２の差動増幅器３１２の出力レベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２'より高くなり、第２の比較器３１４からハイレベルの信号が出力され、論理ゲート３１５の出力信号Ｓ３がローレベルとなる。
このように、論理ゲート３１５の出力信号Ｓ３は、第２の磁気センサ２の出力レベルと増幅部３２の出力レベルとのレベル差が所定のレベル差より大きくなるとローレベルになる。一方、論理ゲート３１５の出力信号Ｓ３は、第２の磁気センサ２の出力レベルと増幅部３２の出力レベルとのレベル差が所定のレベル差より小さくなるとハイレベルとなる。
【００３８】
なお、図３の例では、第１の比較器３１３の出力と第２の比較器３１４の出力との否定論理和を演算する論理ゲート３１５を設けているが、否定論理和の代わりに論理和を演算する論理ゲート３１５を設けてもよい。また、差動出力を有する差動増幅器の後段に所定のヒステリシス幅を有したヒステリシスコンパレータを接続した回路でも、図３に示す一致判定部３１と同様の動作を実現可能である。
以上が一致判定部３１の説明である。
【００３９】
［選択部４］
選択部４は、第２の電流レベルと第１の電流レベルとが所定の範囲内で一致していることを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではハイレベルの第１の制御信号Ｓ３）が比較部３から出力されている場合、第２の磁気センサ２の出力を選択して通過させる。他方、選択部４は、第２の電流レベルと第１の電流レベルとが所定の範囲内から外れていることを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではローレベルの第１の制御信号Ｓ３）が比較部３から出力されている場合、第１の磁気センサ１の出力を選択して通過させる。選択部４は、例えばＳＰＤＴ（Single Pole, Dual Throw；単極双投）スイッチにより構成される。
【００４０】
上述した構成を有する電流センサの動作を説明する。
第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な程度に被測定電流Ｉが小さい場合、第２の磁気センサ２において磁気飽和等は生じないため、第１の磁気センサ１の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル）と、第２の磁気センサ２の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第２の電流レベル）はほぼ等しくなる。この場合、一致判定部３１の２つの入力信号（第１の磁気センサ１の出力信号を増幅した信号、及び、第２の磁気センサ２の出力信号）は略等しくなる。一致判定部３１は、２つの入力信号の差が所定の範囲内にあることを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではハイレベルの第１の制御信号Ｓ３）を選択部４に出力する。この第１の制御信号Ｓ３を受けた選択部４は、第２の磁気センサ２の出力を選択する。
従って、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な程度に被測定電流Ｉが小さい場合（第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和等の影響によって歪んでいない場合）、選択部４は、感度の高い第２の磁気センサ２の出力を選択する。
【００４１】
一方、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な被測定電流Ｉの最大値より被測定電流Ｉが大きくなると、第２の磁気センサ２において磁気飽和等が起こり、第２の磁気センサ２の出力が歪む。そのため、第１の磁気センサ１の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル）と、第２の磁気センサ２の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第２の電流レベル）との間に差が生じる。この場合、一致判定部３１の２つの入力信号（第１の磁気センサ１の出力信号を増幅した信号、及び、第２の磁気センサ２の出力信号）にも差が生じる。被測定電流Ｉが大きくなると、第２の磁気センサ２の出力の歪みが大きくなり、一致判定部３１の２つの入力信号における差も大きくなる。そして、２つの入力信号の差が所定の範囲から外れると、一致判定部３１はそのことを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではローレベルの第１の制御信号Ｓ３）を選択部４に出力する。この第１の制御信号Ｓ３を受けた選択部４は、第１の磁気センサ１の出力を選択する。
従って、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な被測定電流Ｉの最大値より被測定電流Ｉが大きくなると、選択部４は、感度の低い第１の磁気センサ１の出力を選択する。
【００４２】
図示しない後段の回路では、第１の制御信号Ｓ３に応じて、選択部４から出力される信号Ｓｏｕｔを被測定電流Ｉの電流値に換算する処理における換算比率が切り換えられる。
例えば、第１の磁気センサ１の感度が第２の磁気センサ２の感度に対して１／３になっているとすると、後段の回路では、第１の磁気センサ１からの出力が選択部４において選択された場合の出力信号Ｓｏｕｔ（若しくは、これをＡＤ変換した後のデータ）に３倍のゲインが乗ぜられる。これにより、第１の磁気センサ１と第２の磁気センサ２の感度の違いによる出力信号Ｓｏｕｔの違いが補正される。第１の制御信号Ｓ３は、このような処理において、選択部４の選択状態を示す信号として使用される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る電流センサによれば、感度の低い第１の磁気センサ１の出力と感度の高い第２の磁気センサ２の出力とを比較することによって、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な最大値よりも被測定電流Ｉが大きくなったか否かが判定される。被測定電流Ｉが当該最大値より小さい場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力が選択され、被測定電流Ｉが当該最大値を超えた場合、選択部４において第１の磁気センサ１の出力が選択される。
すなわち、感度の異なる２つの電流センサが示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル，第２の電流レベル）の相対的な比較に基づいて、感度の高い第２の磁気センサ２における被測定電流Ｉの測定可能範囲が判定されて、測定レンジが切り換えられる。
一定の閾値と磁気センサの出力とを比較する方法では、磁気センサの性能の個体的なばらつきや温度ばらつき、経年的なばらつき等が存在するため、第２の磁気センサ２の測定レンジを余分に狭くする必要がある。これに対し、本実施形態に係る電流センサでは、このようなばらつきの影響を受けることなく、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な最大値よりも被測定電流Ｉが大きくなったか否かを正確に判定できる。そのため、高感度な第２の磁気センサ２の測定レンジを広げることができる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図４に示す電流センサは、図１に示す電流センサと同様な構成を有するとともに、第１のローパスフィルタ１１と第２のローパスフィルタ１２を有する。
【００４５】
第１のローパスフィルタ１１は、第１の磁気センサ１の出力に含まれるノイズ等の高周波成分を減衰させる。第１の磁気センサ１の出力は、第１のローパスフィルタ１１を通過して選択部４及び比較部３に入力される。
【００４６】
第２のローパスフィルタ１２は、第２の磁気センサ２の出力に含まれるノイズ等の高周波成分を減衰させる。第２の磁気センサ２の出力は、第２のローパスフィルタ１２を通過して選択部４及び比較部３に入力される。
【００４７】
第１のローパスフィルタ１１及び第２のローパスフィルタ１２は、それぞれアナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００４８】
図４に示す電流センサにおいても、図１に示す電流センサと同様な動作が可能であり、同様な効果を奏することができる。ローパスフィルタの出力は、暫く前の入力の影響を受ける。この為、ローパスフィルタの出力レベルが低くても、暫く前の入力が歪んでいると、正しい大きさを出力しない。本発明では、信号の大きさで歪みを判断せず、第１のローパスフィルタ１１の出力の大きさと、第２のローパスフィルタ１２の出力の大きさとを比較して、歪みの有無を判断する。よって、ローパスフィルタの出力レベルに拘わらず、正しく歪みを判断できる。また、比較部３に入力される信号がローパスフィルタ（１１，１２）を通過するため、比較部３の入力信号に含まれるノイズ成分が減少し、比較動作を安定に行うことができる。更に、比較部３の入力信号の周波数が低くなり、比較部３の比較動作が低い周波数で行われるため、比較動作の精度を向上できる。
【００４９】
なお、第１のローパスフィルタ１１及び第２のローパスフィルタ１２は、同一の周波数特性を有していることが望ましい。これにより、これらのローパスフィルタを通過する信号の時間的な変化が一致し易くなるため、第２の磁気センサ２において磁気飽和が生じているか否かを比較部３においてより正確に判定できる。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図５は、第３の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図５に示す電流センサは、図１に示す電流センサと同様な構成を有するとともに、第１のローパスフィルタ１１及び第２のローパスフィルタ１２と、オフディレイタイマ５を有する。
【００５１】
第１のローパスフィルタ１１及び第２のローパスフィルタ１２は、図４に示す電流センサにおける同一符号の構成要素と同じである。ただし、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２の出力が、これらのローパスフィルタ（１１，１２）を通過せずに比較部３へ入力されている点が、図４に示す電流センサと異なっている。すなわち、比較部３は、第１のローパスフィルタ１１を通過する前の第１の磁気センサ１の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル）と、第２のローパスフィルタ２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第２の電流レベル）とを比較する。
【００５２】
オフディレイタイマ５は、比較部３から出力される第１の制御信号Ｓ３に応じた第２の制御信号Ｓ２を選択部４に出力して、選択部４の選択動作を制御する。オフディレイタイマ５は、第１の電流レベルと第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲から外れたことを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではローレベルの第１の制御信号Ｓ３）を入力すると、直ちに選択部４において第１の磁気センサ１の出力を選択させる第２の制御信号Ｓ５（ローレベルの第２の制御信号Ｓ５）を出力する。他方、オフディレイタイマ５は、第１の電流レベルと第２の電流レベルとの差若しくは比が所定の範囲内に入ったことを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではハイレベルの第１の制御信号Ｓ３）の入力が一定時間続いた場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を選択させる第２の制御信号Ｓ５（ハイレベルの第２の制御信号Ｓ５）を出力する。なお、前記「一定時間」は、第２のローパスフィルタ１２の時定数に応じて決められる。
【００５３】
図６は、オフディレイタイマ５の構成の一例を示す図であり、パルスストレッチャ回路を用いる例を示す。
図６の例において、オフディレイタイマ５（パルスストレッチャ回路）は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、キャパシタＣ１と、インバータ回路５０，５１とを有する。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、比較器３の第１の制御信号Ｓ３をインバータ回路５０において反転した信号が入力される。キャパシタＣ１の一方の端子は、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介してオペアンプＯＰ１の出力に接続されるとともに、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続される。キャパシタＣ１の他方の端子は、グランドに接続される。抵抗Ｒ２は、キャパシタＣ１と並列に接続される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子はキャパシタＣ１の一方の端子に接続され、反転入力端子はオペアンプＯＰ２の出力に接続される。インバータ回路５１は、オペアンプＯＰ２の後段に接続される。インバータ回路５１から第２の制御信号Ｓ５が出力される。
【００５４】
キャパシタＣ１の電圧がローレベルの状態で第１の制御信号Ｓ３がローレベルになり、インバータ回路５０の出力信号がハイレベルになると、オペアンプＯＰ１の出力電圧が上昇し、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介してキャパシタＣ１に電流が流れ、キャパシタＣ１の電圧が上昇する。キャパシタＣ１の電圧がインバータ回路５０の出力信号と同じハイレベルになると、オペアンプＯＰ１の出力からキャパシタＣ１へ流れる電流がゼロとなり、キャパシタＣ１の電圧上昇が止まる。第１の制御信号Ｓ３がローレベルに留まり、インバータ回路５０の出力信号がハイレベルに留まると、キャパシタＣ１の電圧もハイレベルに保たれる。キャパシタＣ１の電圧がハイレベルの場合、オペアンプＯＰ２の出力はハイレベルになるため、インバータ回路５１から出力される第２の制御信号Ｓ５はローレベルとなる。
【００５５】
キャパシタＣ１の電圧がハイレベルの状態で第１の制御信号Ｓ３がハイレベルになり、インバータ回路５０の出力信号がローレベルになると、キャパシタＣ１を放電するようにオペアンプＯＰ１の出力電圧が低下する。このとき、ダイオードＤ１には逆方向電圧が加わるため、ダイオードＤ１はオフ状態となる。ダイオードＤ１がオフすると、キャパシタＣ１の電荷はオペアンプＯＰ１によって急速に放電されず、抵抗Ｒ２によってゆっくり放電される。この場合、キャパシタＣ１の電圧は、キャパシタＣ１の静電容量値と抵抗Ｒ２の抵抗値とに応じた一定の時定数で低下する。
【００５６】
オペアンプＯＰ２は、高入力インピーダンスかつ低出力インピーダンスのバッファ回路を構成しており、キャパシタＣ１の電圧とほぼ同じレベルを有する信号を後段のインバータ回路５１に入力する。キャパシタＣ１の電圧がハイレベルから一定の時定数で低下し、その電圧がインバータ回路５１の論理閾値より低くなると、インバータ回路５１の出力（すなわち第２の制御信号Ｓ５）がローレベルからハイレベルに反転する。
【００５７】
図６に示すオフディレイタイマ５（パルスストレッチャ回路）によれば、比較部３の第１の制御信号Ｓ３がハイレベルからローレベルへ変化した場合、その変化の直後から第２の制御信号Ｓ５としてローレベルの信号が出力される。比較部３の第１の制御信号Ｓ３がローレベルに維持される場合、第２の制御信号Ｓ５としてローレベルの信号が出力される。比較部３の第１の制御信号Ｓ３がローレベルからハイレベルへ変化し、そのハイレベルの状態が一定時間続くと、キャパシタＣ１の電圧がインバータ回路５１の論理閾値より低くなり、第２の制御信号Ｓ５はローレベルからハイレベルに変化する。
【００５８】
なお、オフディレイタイマ５は、図６に示すようなパルスストレッチャ回路の他にも、例えばタイマＩＣを用いた回路によって実現可能である。また、オフディレイタイマ５は、デジタル回路やアナログ回路を含んだ集積回路により構成してもよい。既存の集積回路を用いることで、設計が容易になる。
【００５９】
上述した構成を有する図５に示す電流センサの動作を説明する。
第１の磁気センサ１の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第１の電流レベル）と第２の磁気センサ２の出力が示す被測定電流Ｉの電流レベル（第２の電流レベル）とが所定の範囲内で一致する場合（増幅部３２で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号と第２の磁気センサ２の出力信号との差が所定の範囲内にある場合）、比較部３の第１の制御信号Ｓ３はハイレベルとなり、オフディレイタイマ５の第２の制御信号Ｓ５もハイレベルとなる。そのため、選択部４においては、第２のローパスフィルタ２を通過した第２の磁気センサ２の出力が選択され、出力信号Ｓｏｕｔとして出力される。
【００６０】
他方、第１の電流レベルと第２の電流レベルとが所定の範囲内で一致しない場合（増幅部３２で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号と第２の磁気センサ２の出力信号との差が所定の範囲から外れた場合）、比較部３の第１の制御信号Ｓ３及びオフディレイタイマ５の第２の制御信号Ｓ５がローレベルとなる。この場合、選択部４においては、第１の磁気センサ１を通過した第１の磁気センサ１の出力が選択され、出力信号Ｓｏｕｔとして出力される。すなわち、第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和等の影響で歪み始めると、選択部４では第１の磁気センサ１の出力が選択される。
【００６１】
また、第１の電流レベルと第２の電流レベルとが一時的に所定の範囲内で一致しなくなった場合、比較部３の第１の制御信号Ｓ３は一時的にローレベルとなった後で直ぐにハイレベルへ戻るが、オフディレイタイマ５の第２の制御信号Ｓ５は第１の制御信号Ｓ３がローレベルへ戻った後も一定時間ローレベルのままとなる。この場合、選択部４においては、第１の磁気センサ１の出力が一定時間選択され続けた後、第２の磁気センサ２の出力に切り換わる。そのため、第２の磁気センサ２の一時的な磁気飽和が終了した後も第２のローパスフィルタ１２の出力にしばらくの間残存している誤差成分は、選択部４から出力され難くなる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態に係る電流センサによれば、第１の磁気センサ１の出力及び第２の磁気センサ２の出力にそれぞれローパスフィルタ（１１，１２）を設けることにより、周波数の高いノイズの影響による測定結果の変動を抑制できる。ローパスフィルタ（１１，１２）の出力信号の周波数が低くなるため、比較的低速のＡ／Ｄ変換器を用いて精度の高い被測定電流Ｉのデジタル値を得ることができる。
【００６３】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２の出力が示す電流レベル（第１の電流レベル及び第２の電流レベル）が所定の範囲内で一致しなくなると、直ちに選択部４において第１の磁気センサ１の出力が選択される。これにより、第２の磁気センサ２の磁気飽和を生じる程被測定電流Ｉが一時的に大きくなって第２の磁気センサ２の出力が歪んだ場合、磁気飽和を生じ難い低感度の第１の磁気センサ１の出力が選択部４において速やかに選択される。従って、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響で誤差を生じた信号Ｓｏｕｔが選択部４から出力され難くなるため、測定精度を向上できる。
【００６４】
更に、本実施形態に係る電流センサによれば、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２の出力が示す電流レベル（第１の電流レベル及び第２の電流レベル）が所定の範囲内で一致し、その状態が一定時間続いた場合、選択部４において第２の磁気センサ２の出力が選択される。これにより、第２の磁気センサ２の一時的な磁気飽和が終了した後も、第２のローパスフィルタ１２の出力に残存している誤差成分が十分に小さくなるまでの間は、第１の磁気センサ１の出力が選択部４において選択され続ける。そのため、第２の磁気センサ２の磁気飽和に起因した出力信号Ｓｏｕｔの精度の低下を有効に防止できる。
【００６５】
また、本実施形態に係る電流センサでは、選択部４において第１の磁気センサ１の出力が一旦選択されると、第２の磁気センサ２の出力に歪みを生じない電流レベルが一定時間以上続かない限りと、選択部４の選択は切り換わらない。そのため、第２の磁気センサ２の出力に歪みを生じ始める電流レベルの付近で被測定電流Ｉがノイズにより変動した場合に、選択部４において第１の磁気センサ１の出力と第２の磁気センサ２の出力とが不必要に切り換わることを有効に防止できる。
【００６６】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図７は、第４の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図７に示す電流センサは、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２と、比較部３Ａと、選択部４と、第３のローパスフィルタ１３と、故障検知部６を有する。
【００６７】
第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２は、図１における同一符号の構成要素と同じである。
【００６８】
比較部３Ａは、図１における比較部３と同様な比較動作を行う。比較部３Ａは、図７において示すように、一致判定部３１と増幅部３３を有する。一致判定部３１は、図１における比較部３の一致判定部３１と同じである。増幅部３３は、第１の磁気センサ１の出力を増幅して選択部４に入力する点を除いて、図１における比較部３の増幅部３２と同じである。
【００６９】
選択部４は、比較部３Ａから出力される第１の制御信号Ｓ３に応じて、第２の磁気センサ２の出力、又は、増幅部３３で増幅された第１の磁気センサ１の出力の何れか一方を選択する。
【００７０】
第３のローパスフィルタ１３は、選択部４において選択された信号に含まれる高周波成分を減衰させる。第３のローパスフィルタ１３は、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００７１】
故障検知部６は、選択部４から第３のローパスフィルタ１３を介して出力される信号Ｓｏｕｔと、比較部３において出力される第１の制御信号Ｓ３とに基づいて、故障の有無を検知する。
具体的には、故障検知部６は、第２の磁気センサ２において磁場の測定が可能な被測定電流Ｉの最大値よりも小さい所定の閾電流に比べて被測定電流Ｉが小さいか否かを、選択部４から第３のローパスフィルタ１３を介して出力される信号Ｓｏｕｔに基づいて判定する。被測定電流Ｉが所定の閾電流に比べて小さいときに、第１の磁気センサ１及び第２の磁気センサ２の出力が示す電流レベル（第１の電流レベル及び第２の電流レベル）が所定の範囲内で一致しないことを示す第１の制御信号Ｓ３（図３の例ではローレベルの第１の制御信号Ｓ３）が比較部３から出力された場合、故障検知部６は、故障の検出を示す信号Ｓ６を出力する。
【００７２】
図８は、故障検知部６の一例を示す図である。
図８に示す故障検知部６は、比較器６１と論理ゲート６３を有する。
比較器６１は、第３のローパスフィルタ１３の出力信号Ｓｏｕｔと第３の閾値Ｖｒｅｆ３とを比較し、出力信号Ｓｏｕｔが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より高い場合にハイレベルの信号Ｓ６１を出力し、出力信号Ｓｏｕｔが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より低い場合にローレベルの信号Ｓ６１を出力する。第３の閾値Ｖｅｒｆは、上述した所定の閾電流と等しい被測定電流Ｉが流れた場合の出力信号Ｓｏｕｔのレベルに相当する。
論理ゲート６３は、比較器６１の出力信号Ｓ６１と比較部３の第１の制御信号Ｓ３との否定論理和を演算し、その演算結果を信号Ｓ６として出力する。
【００７３】
出力信号Ｓｏｕｔが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より高い場合（被測定電流Ｉが所定の閾電流より大きい場合）、比較器６１の出力信号Ｓ６１がハイレベルになるため、論理ゲート６３からローレベルの信号Ｓ６が出力される。また、比較部３の第１の制御信号Ｓ３がハイレベルの場合（第１の磁気センサ１の出力が示す第１の電流レベルと第２の磁気センサ２の出力が示す第２の電流レベルとが所定の範囲内で一致する場合）も、論理ゲート６３からローレベルの信号Ｓ６が出力される。
他方、出力信号Ｓｏｕｔが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より小さく（被測定電流Ｉが所定の閾電流より小さく）、かつ、比較部３の第１の制御信号Ｓ３がローレベルの場合（第１の磁気センサ１の出力が示す第１の電流レベルと第２の磁気センサ２の出力が示す第２の電流レベルとが所定の範囲内で一致していない場合）、論理ゲート６３からハイレベルの信号Ｓ６が出力される。
【００７４】
被測定電流Ｉが所定の閾電流より小さい場合、第２の磁気センサ２において磁気飽和は生じてないため、磁気センサ等が正常に動作していれば、第１の磁気センサ１の出力が示す第１の電流レベルと第２の磁気センサ２の出力が示す第２の電流レベルとが略等しくなる。すなわち、第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と増幅部３３で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂとが略等しくなる。この場合、一致判定部３１から出力される第１の制御信号Ｓ３はハイレベルになり、論理ゲート６３からローレベルの信号Ｓ６が出力される。論理ゲート６３からハイレベルの信号Ｓ６が出力されることは、磁気センサ等が正常に動作していないこと、すなわち、なんらかの故障があることを示す。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態に係る電流センサでは、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１が増幅部３３において増幅されて選択部４に入力されており、２つの磁気センサ（１，２）のどちらの出力が選択部４において選択されても、選択部４から出力される信号の被測定電流Ｉに対する比率が同じになる。そのため、図示しない後段の回路において信号Ｓｏｕｔを被測定電流Ｉの電流値に換算する場合に、選択部４の選択状態に応じて換算比率を切り換える必要がなくなり、処理を簡略化できる。
【００７６】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、選択部４の後段に第３のローパスフィルタ１３が設けられているため、周波数の高いノイズの影響による測定結果の変動を抑制できるとともに、比較的低速のＡ／Ｄ変換器を用いて精度の高い被測定電流Ｉのデジタル値を得ることができる。
【００７７】
更に、本実施形態に係る電流センサによれば、選択部４から第３のローパスフィルタ１３を介して出力される信号Ｓｏｕｔと、比較部３の比較結果を示す第１の制御信号Ｓ３とに基づいて、磁気センサ等における故障の有無を検知できる。これにより、図示しない外部の機器等に対して被測定電流Ｉの測定値の異常を通知できるため、測定システムの信頼性を向上できる。
【００７８】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
【００７９】
例えば、上述した各実施形態において、第１の磁気センサ１や第２の磁気センサ２は増幅器を内蔵していてもよい。特に第２の磁気センサ２が増幅器を内蔵することによって、微小な電流に対する測定感度を高めることができる。
【００８０】
本発明の電流センサは、磁気センサからの信号の処理に関わる部分を全てアナログ回路で実現してもよいし、その少なくとも一部をデジタル回路によって実現してもよい。
【００８１】
図９は、信号処理系の一部をデジタル回路に置き換えた電流センサの一例を示す図である。図９に示す電流センサは、図４に示す電流センサにおける比較部３及び選択部４をデジタル信号処理回路８によって構成したものであり、第１のローパスフィルタ１１の出力信号Ｓ１Ａをデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路７１、及び、第２のローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１Ｂをデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路７２を有する。デジタル信号処理回路８は、専用のロジック回路やＣＰＵが構成された１以上の集積回路を含む。
【００８２】
図９に示す電流センサのように、ローパスフィルタ（１１,１２）の出力においてＡ／Ｄ変換を行うことにより、比較的低速で精度の高いＡ／Ｄ変換回路を用いることが可能である。なお、被測定電流Ｉの周波数が比較的低く、ノイズの混入が少ない場合には、磁気センサ（１，２）の出力においてＡ／Ｄ変換を行い、ローパスフィルタ処理を含む他の信号処理をデジタル化してもよい。
【００８３】
上述した実施形態において、比較部は、２つの入力信号の差が所定の範囲内に含まれるか否かの判定を行う一致判定回路３１（図３）を備えているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態において、比較部は、例えば２つの入力信号の比に応じた信号を生成する演算回路（割り算回路等）と、その演算回路の出力信号が所定の範囲内に含まれているか否か判定する判定回路（ウィンドウコンパレータ等）を有するものでもよい。このような２つの入力信号の比を判定する比較部を設けた場合、判定回路における判定の範囲を適切に設定することにより、第１の磁気センサ１の出力を増幅する増幅部を省略することも可能である。
【００８４】
図７に示す電流センサの故障検知部６では、被測定電流Ｉが所定の閾電流に比べて小さいか否かの判定が選択部４の出力信号に基づいて行われているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、図１０において示すように種々の経路を通過した磁気センサからの信号に基づいて当該判定を行ってもよい。
【００８５】
図１０Ａは、ローパスフィルタ１０を通過した磁気センサ（第１の磁気センサ１又は第２の磁気センサ２）からの信号が故障検知部６に入力される例を示す。
図１０Ｂは、増幅部３０による増幅後、ローパスフィルタ１０を通過した磁気センサからの信号が故障検知部６に入力される例を示す。
図１０Ｃは、ローパスフィルタ１０を通過した後、増幅部３０により増幅された磁気センサからの信号が故障検知部６に入力される例を示す。
【００８６】
なお、図１０におけるローパスフィルタ１０は、図１１における第１のローパスフィルタ１１や第２のローパスフィルタ１２でもよいし、これとは別に設けたものでもよい。
また、図１０における増幅部３０は、図１，図４，図５における増幅部３２や図７における増幅部３３でもよいし、これとは別に設けたものでもよい。
【００８７】
図１０の例では、磁気センサ（第１の磁気センサ１又は第２の磁気センサ２）からの信号がローパスフィルタ１０の通過後に故障検知部６へ入力される例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。故障検知部６による被測定電流Ｉの判定は、ノイズによる誤判定を防止するため、ローパスフィルタを通過した信号に基づいて行われることが好ましいが、ノイズの影響を無視できる場合には、ローパスフィルタを通過していない磁気センサからの信号に基づいて行われてもよい。
【００８８】
図７に示す電流センサにおける故障検知部６は、図１，図４，図５に示す電流センサにも設けることが可能である。この場合、故障検知部６における故障の検出は、磁気センサ（１，２）からの信号と、比較部３から出力される第１の制御信号Ｓ３とに基づいて行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、車載用の電流センサ等に適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１…第１の磁気センサ、２…第２の磁気センサ、３，３Ａ…比較部、３１…一致判定部、３２，３３…増幅部、４…選択部、５…オフディレイタイマ、６…故障検知部、８…デジタル信号処理回路、１１…第１のローパスフィルタ、１２…第２のローパスフィルタ、１３…第３のローパスフィルタ、９…電流路、Ｉ…被測定電流、Ｓ３…第１の制御信号、Ｓ５…第２の制御信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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