(57)【要約】ローパスフィルタによる遅延を生じていない第１の磁気センサ１の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とが比較器３で比較される。そのため、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きくなったことが比較器３において直ちに検出され、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において直ちに選択される。
2016021575.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前記第１の磁気センサより高感度に測定し、当該磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第１の磁気センサよりも小さい第２の磁気センサと、
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、
入力される制御信号に応じて、前記第１のローパスフィルタの出力及び前記第２のローパスフィルタの出力のうち何れか一方の出力を通過させる選択部と、
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、又は、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と閾値とを比較し、当該比較の結果に応じて、前記被測定電流のレベルが前記閾値に対応する閾電流より大きい場合には、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、前記被測定電流のレベルが前記閾電流より小さい場合には、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力する比較器と
を有することを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記比較器は、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と前記閾値とを比較する
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】
前記比較器は、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と前記閾値とを比較する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記比較器は、負帰還をかけない１つのオペアンプからなる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記閾値は、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
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】
前記比較器は、
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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、
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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、
前記第１の比較器の出力及び前記第２の比較器の出力が入力される第１の論理ゲートと
を含み、
前記第１の論理ゲートは、論理和ゲート又は論理積ゲートのどちらかである
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１の閾値と、前記第２の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記比較器は、
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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第１の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を含み、
前記第２の論理ゲートは、
前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第１の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第１の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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９】
前記第１の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記比較器は、
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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第２の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を含み、
前記第２の論理ゲートは、
前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第２の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第２の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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１１】
前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
【請求項１２】
前記比較器は、
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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、
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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第１の比較器の出力及び前記第２の比較器の出力が入力される第１の論理ゲートと、
前記第１の論理ゲートの出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を含み、
前記第１の論理ゲートは、論理和ゲート又は論理積ゲートのどちらかであり、
前記第２の論理ゲートは、
前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが大きいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが小さいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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１３】
前記第１の閾値と、前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項１２に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記被測定電流が流れる電流路から前記第１の磁気センサ迄の距離より、前記電流路から前記第２の磁気センサ迄の距離が短い
ことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項１５】
前記第１の磁気センサの感度より、前記第２の磁気センサの感度が高い
ことを特徴とする請求項１乃至１４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１２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１２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、上記特許文献１の回路では、ローパスフィルタで高周波成分を除去した検出データｘ，ｙに基づいて測定レンジ（大電流／小電流）の切り換えが行われている。すなわち、高周波成分が除去された検出データｘ，ｙを適当なしきい値と比較することにより、レンジ切り換えの判定が行われている。電流検出素子として低感度と高感度の磁気センサを用いる場合、このしきい値は、高感度の磁気センサにおいて磁気飽和が始まる値「Ｖｓ」より若干小さい値「Ｖｒ」に設定される（図１２）。もし検出対象の電流の変化が緩やかであれば、高感度の磁気センサにおいて磁気飽和が始まる前の「Ｖｒ」において、測定レンジを確実に低感度の磁気センサへ切り換えることが可能である。【０００８】
しかしながら、例えば電気自動車等の用途では、回生ブレーキ作動時や急発進時、モータ始動時などにおいて、被測定電流が急激に大きくなる場合がある。小電流の測定レンジで測定している時に被測定電流が急激に大きくなると、測定レンジが切り換わる前に高感度の磁気センサが磁気飽和するため、次に述べるように測定誤差が大きくなる。【０００９】
図１３は、被測定電流が緩やかに増大する場合における磁気センサの出力を示す図である。
図１３において、「ＳＬ」は大電流用の低感度な磁気センサの出力信号を示し、「ＳＨ」は小電流用の高感度な磁気センサの出力信号を示す。「ＳＬａ」は出力信号ＳＬのローパスフィルタ通過後の信号を示し、「ＳＨａ」は出力信号ＳＨのローパスフィルタ通過後の信号を示す。「ＴＨ１」は低感度の磁気センサにおいて磁気飽和が生じ始める出力信号ＳＬの閾値を示し、「ＴＨ２」は高感度の磁気センサにおいて磁気飽和が生じ始める出力信号ＳＨの閾値を示す。
なお、以下の説明では、ローパスフィルタ通過後の低感度磁気センサの出力信号ＳＬａが閾値ＴＨ１を超えた場合に、測定レンジを小電流用から大電流用へ切り換えるものとする。【００１０】
被測定電流が緩やかに増大する場合、図１３において示すように、ローパスフィルタ通過前の信号（ＳＬ，ＳＨ）に対するローパスフィルタ通過後の信号（ＳＬａ，ＳＨａ）の遅延は比較的小さい。すなわち、ローパスフィルタ通過前の信号ＳＬが閾値ＴＨ１を超える時刻は、ローパスフィルタ通過後の信号ＳＬａが閾値ＴＨ１を超える時刻ｔ１（レンジ切り換え時刻）に比較的近い。そのため、小電流用から大電流用へのレンジ切り換え（時刻ｔ１）の直前において、高感度磁気センサは極端に磁気飽和しておらず、出力信号ＳＨの歪みは小さい。従って、時刻ｔ１の直前におけるローパスフィルタ通過後の信号ＳＨａは実際の被測定電流に近似しており、測定誤差は比較的小さい。【００１１】
一方、図１４は、被測定電流が急激に増大する場合における磁気センサの出力を示す図である。被測定電流が急激に変化すると、図１４に示すように、ローパスフィルタ通過前の信号（ＳＬ，ＳＨ）に対するローパスフィルタ通過後の信号（ＳＬａ，ＳＨａ）の遅延が大きくなる。すなわち、ローパスフィルタ通過前の信号ＳＬが閾値ＴＨ１を超える時刻ｔ２と、ローパスフィルタ通過後の信号ＳＬａが閾値ＴＨ１を超える時刻ｔ３（レンジ切り換え時刻）との時間差が顕著に大きくなる。レンジ切り換え直前の期間（ｔ２〜ｔ３）において、高感度磁気センサが磁気飽和を起こすため、出力信号ＳＨは著しく歪む。従って、レンジ切り換え直前の期間（ｔ２〜ｔ３）において、ローパスフィルタ通過後の信号ＳＨａは実際の被測定電流より小さい値を表すようになり、測定誤差が大きくなる。【００１２】
上記の問題を避けるため、例えば、レンジ切り換えの閾値ＴＨ１を高感度の磁気センサの磁気飽和が始まる値より十分に低く設定することが考えられる。しかしながら、閾値ＴＨ１をあまり低く設定してしまうと、特に変化の緩やかな被測定電流が流れる場合において小電流用の測定レンジが不必要に狭くなり、小電流を高感度に測定できないという問題が生じる。【００１３】
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、小電流時の測定感度が高く、ダイナミックレンジの広い電流センサにおいて、小電流用の測定レンジで測定をしている時に、被測定電流が急激に増大したことによって測定レンジを小電流用から大電流用へ切り換える場合でも、測定誤差を生じ難くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、本発明に係る電流センサは、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前記第１の磁気センサより高感度に測定し、当該磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第１の磁気センサよりも小さい第２の磁気センサと、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、入力される制御信号に応じて、前記第１のローパスフィルタの出力及び前記第２のローパスフィルタの出力のうち何れか一方の出力を通過させる選択部と、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、又は、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と閾値とを比較し、当該比較の結果に応じて、前記被測定電流のレベルが前記閾値に対応する閾電流より大きい場合には、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、前記被測定電流のレベルが前記閾電流より小さい場合には、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力する比較器とを有する。【００１５】
上記の構成によれば、前記比較器の比較結果に応じて、前記被測定電流のレベルが前記閾値に対応する閾電流より大きい場合には、前記第１のローパスフィルタの出力が通過するように前記選択部が制御され、前記被測定電流のレベルが前記閾電流より小さい場合には、前記第２のローパスフィルタの出力が通過するように前記選択部が制御される。また、前記比較器では、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、又は、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と前記閾値とが比較される。すなわち、前記比較器では、ローパスフィルタによる遅延を生じていない前記第１の磁気センサの出力又は前記第２の磁気センサの出力が、前記閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が小電流から大電流へ急激に増大した場合、前記被測定電流のレベルが前記閾値に対応する閾電流より大きくなったことが前記比較器において直ちに検出され、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号が直ちに出力される。【００１６】
好適に、前記比較器は、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と前記閾値とを比較してよい。あるいは、前記比較器は、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と前記閾値とを比較してもよい。
また、前記比較器は、負帰還をかけない１つのオペアンプからなるものでもよい。【００１７】
好適に、前記閾値は、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値であってよい。
これにより、前記第２の磁気センサの歪んだ出力が前記選択部において選択され難くなる。【００１８】
好適に、前記比較器は、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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、前記第１の比較器の出力及び前記第２の比較器の出力が入力される第１の論理ゲートとを含んでよい。この場合、前記第１の論理ゲートは、論理和ゲート又は論理積ゲートのどちらかであってよい。また、この場合、前記第１の閾値と、前記第２の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値であってよい。【００１９】
好適に、前記比較器は、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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、前記第１の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートとを含んでよい。前記第２の論理ゲートは、前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第１の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。また、前記第２の論理ゲートは、前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第１の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。前記第１の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値であってよい。【００２０】
上記の構成によれば、前記第１の比較器において、前記第１のローパスフィルタによる遅延を生じていない前記第１の磁気センサの出力が前記第１の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が小電流から大電流へ急激に増大した場合、前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より大きくなったことを示す信号が前記第１の比較器から直ちに出力される。従って、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号が前記第２の論理ゲートから直ちに出力される。
また、上記の構成によれば、前記第３の比較器において、前記第１のローパスフィルタによる遅延を生じた前記第１の磁気センサの出力が前記第３の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が大電流から小電流へ急激に減少した場合、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さくなったことを示す信号が前記第３の比較器から直ちに出力されず、当該信号の出力に遅延が生じる。従って、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号は、前記第２の論理ゲートから遅延して出力される。【００２１】
好適に、前記比較器は、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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、前記第２の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートとを含んでよい。前記第２の論理ゲートは、前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第２の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。また、前記第２の論理ゲートは、前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第２の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値であってよい。【００２２】
上記の構成によれば、前記第２の比較器において、前記第２のローパスフィルタによる遅延を生じていない前記第２の磁気センサの出力が前記第２の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が小電流から大電流へ急激に増大した場合、前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より大きくなったことを示す信号が前記第２の比較器から直ちに出力される。従って、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号が前記第２の論理ゲートから直ちに出力される。
また、上記の構成によれば、前記第３の比較器において、前記第１のローパスフィルタによる遅延を生じた前記第１の磁気センサの出力が前記第３の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が大電流から小電流へ急激に減少した場合、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さくなったことを示す信号が前記第３の比較器から直ちに出力されず、当該信号の出力に遅延が生じる。従って、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号は、前記第２の論理ゲートから遅延して出力される。【００２３】
好適に、前記比較器は、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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、前記第１の比較器の出力及び前記第２の比較器の出力が入力される第１の論理ゲートと、前記第１の論理ゲートの出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートとを含んでよい。前記第１の論理ゲートは、論理和ゲート又は論理積ゲートのどちらかであってよい。前記第２の論理ゲートは、前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが大きいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。また、前記第２の論理ゲートは、前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが小さいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力してよい。前記第１の閾値と、前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値であってよい。【００２４】
上記の構成によれば、前記第１の比較器において、前記第１のローパスフィルタによる遅延を生じていない前記第１の磁気センサの出力が前記第１の閾値と比較され、前記第２の比較器において、前記第２のローパスフィルタによる遅延を生じていない前記第２の磁気センサの出力が前記第２の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が小電流から大電流へ急激に増大した場合、前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より大きくなったことを示す信号が前記第１の比較器から直ちに出力され、前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より大きくなったことを示す信号が前記第２の比較器から直ちに出力される。これにより、前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが大きいことを示す信号が前記第１の論理ゲートから直ちに出力される。従って、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号が前記第２の論理ゲートから直ちに出力される。
また、上記の構成によれば、前記第３の比較器において、前記第１のローパスフィルタによる遅延を生じた前記第１の磁気センサの出力が前記第３の閾値と比較される。そのため、前記被測定電流が大電流から小電流へ急激に減少した場合、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さくなったことを示す信号が前記第３の比較器から直ちに出力されず、当該信号の出力に遅延が生じる。従って、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号は、前記第２の論理ゲートから遅延して出力される。【００２５】
好適に、前記被測定電流が流れる電流路から前記第１の磁気センサ迄の距離より、前記電流路から前記第２の磁気センサ迄の距離が短くてよい。
これにより、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとを同一特性の素子にすることが可能となる。【００２６】
好適に、前記第１の磁気センサの感度より、前記第２の磁気センサの感度が高くてよい。
これにより、前記被測定電流が流れる電流路から前記第１の磁気センサ迄の距離と、前記電流路から前記第２の磁気センサ迄の距離を同じにすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、小電流時の測定感度が高く、ダイナミックレンジの広い電流センサにおいて、小電流用の測定レンジで測定をしている時に、被測定電流が急激に増大したことによって測定レンジを小電流用から大電流用へ切り換える場合でも、測定誤差を生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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３】図３は、比較器がデジタル回路で構成された例を示す図である。
【図４】図４は、一般的なモータの駆動電流の変化を例示する図である。
【図５】図５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６】図６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７】図７は、第３の実施形態に係る電流センサの他の構成例を示す図である。
【図８】図８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９】図９は、第５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１０】図１０は、第６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１１】図１１は、第６の実施形態に係る電流センサの他の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、磁気式の電流センサの特性を示す図である。
【図１３】図１３は、被測定電流が緩やかに増大する場合における磁気センサの出力を示す図である。
【図１４】図１４は、被測定電流が急激に増大する場合における磁気センサの出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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の出力が通過する第１のローパスフィルタ１１と、第２の磁気センサ２の出力が通過する第２のローパスフィルタ１２と、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の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較する比較器３と、比較器３からの制御信号Ｓ３に応じて、第１のローパスフィルタ１１の出力及び第２のローパスフィルタ１２の出力のうち何れか一方を通過させる選択部４とを有する。
【００３１】
［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２の磁気センサ２は、被測定電流Ｉに応じて生じる磁場を第１の磁気センサ１よりも高感度に測定する。また、第２の磁気センサ２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１の磁気センサ２に比べて小さい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
［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］
第１のローパスフィルタ１１は、第１の磁気センサ１の出力に含まれる高周波成分を減衰させる。第２のローパスフィルタ１２は、第２の磁気センサ２の出力に含まれる高周波成分を減衰させる。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、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００３６】
［比較器３］
比較器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の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較し、当該比較の結果に応じた制御信号Ｓ３を出力する。比較器３は、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きい場合、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力を通過させる制御信号Ｓ３を出力し、被測定電流Ｉのレベルが当該閾電流より小さい場合には、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を通過させる制御信号Ｓ３を出力する。比較器３は、一般的なコンパレータを用いても良いし、負帰還をかけない１つのオペアンプを用いてもよい。負帰還をかけない１つのオペアンプを用いることにより、簡単な構成で比較器を構成でき、回路のサイズを小型化できる。また、比較器３としてヒステリシスコンパレータを用いることにより、第１の閾値Ｖｒｅｆ１付近の微小なノイズによる制御信号Ｓ３の頻繁な変化を抑えることができる。
【００３７】
また比較器３は、図３において示すようにデジタル回路で構成することも可能である。図３の例では、第１のローパスフィルタ１１の出力を、Ａ／Ｄ変換器５１がデジタル信号に変換する。プロセッサ５２は、Ａ／Ｄ変換器５１によってデジタル信号に変換された第１のローパスフィルタ１１の出力と予め記憶した第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較し、当該比較結果に応じた制御信号Ｓ３を出力する。
【００３８】
第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和によって歪みを生じる磁場よりも小さい磁場を示す値に設定される。例えば、第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する被測定電流Ｉの閾電流は、第２の磁気センサ２において磁気飽和を生じない条件における被測定電流Ｉの最大値を示す。比較器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の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１より大きい場合、被測定電流Ｉが当該最大値より大きいことを示すハイレベルの制御信号Ｓ３を出力する。他方、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の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１より小さい場合、比較器３は、被測定電流Ｉが当該最大値より小さいことを示すローレベルの制御信号Ｓ３を出力する。
【００３９】
［選択部４］
選択部４は、比較器３からハイレベルの制御信号Ｓ３が出力される場合、第１のローパスフィルタ１１の出力を選択して通過させ、比較器３からローレベルの制御信号Ｓ３が出力される場合、第２のローパスフィルタ１２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。
被測定電流Ｉが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より小さい場合、比較器３からローレベルの制御信号Ｓ３が出力される。この場合、選択部４では、第２のローパスフィルタ１２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。
【００４１】
他方、被測定電流Ｉが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きい場合、比較器３からハイレベルの制御信号Ｓ３が出力される。この場合、選択部４では、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の磁気飽和を生じない最大値（第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流）に比べて被測定電流Ｉが大きい場合、第２の磁気センサ２の出力は磁気飽和によって歪む可能性があるため、選択部４では第１の磁気センサ１の出力が選択される。
【００４２】
また、被測定電流Ｉが急激に増大して、第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より小さいレベルから当該閾電流を超えるレベルに変化した場合、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の出力も、被測定電流Ｉの変化にほぼ遅れることなく変化して、第１の閾値Ｖｒｅｆ１より大きくなる。従って、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大すると、比較器３において出力される制御信号Ｓ３がローレベルからハイレベルへ直ちに変化し、選択部４を通過する信号が第２のローパスフィルタ１２の出力から第１のローパスフィルタ１１の出力へ直ちに切り換わる。
【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、ローパスフィルタによる遅延を生じていない第１の磁気センサ１の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とが比較器３で比較される。そのため、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きくなったことが比較器３において直ちに検出され、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において直ちに選択される。従って、第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和によって歪んだ状態で、第２のローパスフィルタ１２の出力が選択部４において選択され続けることがなくなり、出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることできる。
【００４４】
例えば図１４において、「ＴＨ１」を第１の閾値Ｖｒｅｆ１、「ＳＬ」を第１の磁気センサ１の出力、「ＳＬａ」を第１のローパスフィルタ１１の出力、「ＳＨ」を第２の磁気センサ２の出力、「ＳＨａ」を第２のローパスフィルタ１２の出力とみなした場合、時刻ｔ２において、選択部４の出力信号Ｓｏｕｔが第２のローパスフィルタ１２の出力から第１のローパスフィルタ１１の出力へ切り換わる。これにより、時刻ｔ２以降において測定誤差を生じた第２のローパスフィルタ１２の出力が選択部４において選択されなくなるため、出力信号Ｓｏｕｔの精度の低下を有効に抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、比較器３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１が、磁気飽和によって第２の磁気センサ２の出力に歪みが生じる磁場よりも小さい磁場を示す値に設定されている。これにより、第２の磁気センサ２に磁気飽和が生じている状態でその出力が選択部４を通過することがないため、第２の磁気センサ２の磁気飽和に起因した出力信号Ｓｏｕｔの精度の低下をより確実に防止できる。
【００４６】
なお、本実施形態に係る電流センサでは、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少する場合も、測定レンジが速やかに切り換わる。そのため、被測定電流Ｉが急激に減少する場合、第２の磁気センサ２の磁気飽和による影響が第２のローパスフィルタ１２の出力に残存している状態で、その出力が選択部４により選択される可能性がある。従って、本実施形態に係る電流センサは、被測定電流Ｉの増大が急激である一方、被測定電流Ｉの減少が比較的緩やかな場合において特に有効である。例えば、電気自動車やハイブリッド車などのバッテリに流れる電流は、回生ブレーキ作動時において急激に増大するが、電流の減少は比較的なだらかになる。また、図４において示すように、一般的なモータの駆動電流は起動時において急激に増大するが、運転中の変化は比較的緩やかである。従って、本実施形態に係る電流センサは、これらの用途において被測定電流Ｉを精度よく測定することができる。
【００４７】
＜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。
上述した第１の実施形態に係る電流センサでは、被測定電流Ｉに対する感度が低い第１の磁気センサ１の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較した結果に応じて選択部４が制御されるが、本実施形態に係る電流センサでは、被測定電流Ｉに対する感度が高い第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較した結果に応じて選択部４が制御される。
【００４８】
図５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に示す電流センサは、図１に示す電流センサにおける比較器３を比較器３Ａに置き換えたものであり、他の構成は図１に示す電流センサと同じである。
【００４９】
比較器３Ａは、第２のローパスフィルタ１２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較し、当該比較の結果に応じた制御信号Ｓ３を出力する。比較器３Ａは、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きい場合、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力を通過させる制御信号Ｓ３を出力し、被測定電流Ｉのレベルが当該閾電流より小さい場合には、選択部４において第２の磁気センサ２の出力を通過させる制御信号Ｓ３を出力する。比較器３Ａは、上述した比較器３（図１）と同様に、一般的なコンパレータや、負帰還をかけない１つのオペアンプ、ヒステリシスコンパレータなどを用いて構成される。また比較器３Ａは、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００５０】
第２の閾値Ｖｒｅｆ２は、第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和によって歪みを生じる磁場よりも小さい磁場を示す値に設定される。例えば、第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する被測定電流Ｉの閾電流は、第２の磁気センサ２において磁気飽和を生じない条件における被測定電流Ｉの最大値を示す。比較器３Ａは、第２のローパスフィルタ１２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力が第２の閾値Ｖｒｅｆ２より大きい場合、被測定電流Ｉが当該閾電流より大きいことを示すハイレベルの制御信号Ｓ３を出力する。他方、第２のローパスフィルタ１２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力が第２の閾値Ｖｒｅｆ２より小さい場合、比較器３Ａは、被測定電流Ｉが当該閾電流より小さいことを示すローレベルの制御信号Ｓ３を出力する。
【００５１】
本実施形態に係る電流センサにおいても、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きくなったことが比較器３Ａにおいて直ちに検出され、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において直ちに選択される。従って、第１の実施形態と同様に、出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００５２】
また、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に対する感度が高いことから、被測定電流Ｉの同一の電流値について比べた場合、比較器３Ａの第１の閾値Ｖｒｅｆ２は比較器３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１に比べて大きな値となる。そのため、図５に示す電流センサでは、比較器３Ａにおいて第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２との比較を精度良く行うことができる。また、比較器３Ａの比較動作の精度が高いことから、第２の磁気センサ２の磁気飽和を生じない条件における被測定電流Ｉの最大値を、比較器３に比べて高い値に設定することが可能である。これにより、図５に示す電流センサでは、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。
【００５３】
＜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。
上述した第１，第２の実施形態に係る電流センサでは、２つの磁気センサにおける一方の出力と閾値とを比較した結果に基づいて選択部４が制御されるが、本実施形態に係る電流センサでは、２つの磁気センサにおける両方の出力と閾値とをそれぞれ比較した結果に基づいて選択部４が制御される。
【００５４】
図６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に示す電流センサは、図１に示す電流センサにおける比較器３を比較器３Ｂに置き換えたものであり、他の構成は図１に示す電流センサと同じである。
【００５５】
比較器３Ｂ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の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較する第１の比較器３１と、第２のローパスフィルタ１２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する第２の比較器３２と、第１の比較器３１の出力及び第２の比較器３２の出力が入力される第１の論理ゲート３４とを有する。第１の比較器３１と第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、図１における比較器３と第１の閾値Ｖｒｅｆ１に相当する。また、第２の比較器３２と第２の閾値Ｖｒｅｆ２は、図５における比較器３Ａと第２の閾値Ｖｒｅｆ２に相当する。第１の論理ゲート３４は、論理和演算を行う回路であり、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の何れか一方の出力がハイレベルの場合にハイレベルの制御信号Ｓ３を出力し、第１の比較器３１及び第１の比較器３１の出力が共にローレベルの場合はローレベルの制御信号Ｓ３を出力する。
【００５６】
本実施形態に係る電流センサによれば、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きくなったことが第１の比較器３１において直ちに検出され、また、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きくなったことが第２の比較器３２において直ちに検出される。これにより、第１の論理ゲート３４からハイレベルの制御信号Ｓ３が出力され、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において直ちに選択される。従って、上述した各実施形態と同様に、出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の何れか一方において被測定電流Ｉが閾電流（第２の磁気センサ２において磁気飽和が生じない条件における被測定電流Ｉの最大値）より大きいとの比較結果が得られた場合、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。そのため、第１の比較器３１及び第２の比較器３２のそれぞれにおいて閾値とセンサ出力との比較精度にばらつきが存在する場合でも、磁気飽和による歪みが生じた第２の磁気センサ２の出力が選択部４において選択されることをより確実に防止できる。
【００５８】
なお、図６の例に示す電流センサでは、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対して論理和演算が行われているが、本実施形態の他の例では、論理和演算の代わりに他の論理演算を行ってもよい。図７はその一例を示す。図７に示す電流センサは、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対して論理積演算を行う第１の論理ゲート３５を設けたものである。図７に示す電流センサによれば、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の両方で被測定電流Ｉが閾電流（第２の磁気センサ２において磁気飽和が生じない条件における被測定電流Ｉの最大値）より大きいとの比較結果が得られた場合にのみ、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、被測定電流Ｉが最大値を超えたことがより確実となった場合に第１の磁気センサ１の出力が選択部４において選択される。そのため、図６に示す電流センサに比べて、第２の磁気センサ２による高感度の測定レンジを広くすることができる。
【００５９】
また、本実施形態の更に他の例では、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対して論理演算を行う論理ゲートとして、否定論理和や否定論理積の論理演算を行う論理ゲートを設けてもよい（ただし、この場合、制御信号Ｓ３の論理レベルに対する選択部４の選択動作を図６，図７の例とは逆にする）。これにより、論理ゲートに含まれるトランジスタの数を少なくすることができる。
【００６０】
＜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。
上述した実施形態に係る電流センサでは、測定レンジが大電流側のときに被測定電流Ｉが小電流へ急激に減少すると、測定レンジは小電流側へ直ちに切り換わる。この場合、第２の磁気センサ２の磁気飽和による影響が第２のローパスフィルタ１２の出力に多く残っている状態で、その出力が選択部４において選択されてしまう。本実施形態に係る電流センサは、測定レンジが大電流から小電流へ急激に減少する場合、測定レンジの切り換えが上述した実施形態に比べて遅延するように構成される。
【００６１】
図８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に示す電流センサは、図１に示す電流センサにおける比較器３を比較器３Ｃに置き換えたものであり、他の構成は図１に示す電流センサと同じである。
【００６２】
比較器３Ｃ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の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較する第１の比較器３１と、第１のローパスフィルタ１１を通過した後の第１の磁気センサ１の出力と第３の閾値Ｖｒｅｆ３とを比較する第３の比較器３３と、第１の比較器３１及び第３の比較器３３の出力が入力される第２の論理ゲート３６とを有する。
第１の比較器３１と第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、図１における比較器３と第１の閾値Ｖｒｅｆ１に相当する。
【００６３】
第３の比較器３３は、第１のローパスフィルタ１１を通過した後の第１の磁気センサ１の出力と第３の閾値Ｖｒｅｆ３との比較結果に応じて、第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流に比べて被測定電流Ｉが大きいか否かを示す信号を出力する。具体的には、第３の比較器３３は、第１のローパスフィルタ１１を通過した後の第１の磁気センサ１の出力が第３の閾値Ｖｒｅｆ３より大きい場合、第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流に比べて被測定電流Ｉが大きいことを示すハイレベルの信号を出力し、当該第１の磁気センサ１の出力が第３の閾値Ｖｒｅｆ３より小さい場合は、当該第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流に比べて被測定電流Ｉが小さいことを示すローレベルの信号を出力する。第３の比較器３３は、上述した比較器３（図１）と同様に、一般的なコンパレータや、負帰還をかけない１つのオペアンプ、ヒステリシスコンパレータなどを用いて構成される。また、第３の比較器３３は、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００６４】
第３の閾値Ｖｒｅｆ３は、第２の磁気センサ２の出力が磁気飽和によって歪みを生じる磁場よりも小さい磁場を示す値に設定される。例えば第３の閾値Ｖｒｅｆ３は、第１の閾値Ｖｒｅｆ１と同じでもよい。
【００６５】
第２の論理ゲート３６は、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より大きいことを示す信号（ハイレベル）を第１の比較器３１から入力するか、又は、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より大きいことを示す信号（ハイレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ハイレベル）を出力する。他方、第２の論理ゲート３６は、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流より小さいことを示す信号（ローレベル）を第１の比較器３１から入力し、かつ、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より小さいことを示す信号（ローレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ローレベル）を出力する。第２の論理ゲート３６は、例えば図８において示すように、論理和演算を行う回路によって構成される。
【００６６】
本実施形態に係る電流センサにおいて、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きくなったことが第１の比較器３１において直ちに検出される。これにより、第１の比較器３１の出力信号がハイレベルになると、第２の論理ゲート３６の出力信号（制御信号Ｓ３）が直ちにハイレベルとなり、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において選択される。従って、第１の実施形態と同様に、出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少した場合、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より小さくなったことが第１の比較器３１において直ちに検出され、第１の比較器３１の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。ところが、第３の比較器３３には、第１のローパスフィルタ１１によって遅延した第１の磁気センサ１の出力信号が入力されるため、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少しても、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より小さくなったことは、第３の比較器３３において直ちに検出されない。すなわち、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少した後も、第３の比較器３３の出力信号はしばらくの間ハイレベルとなり、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力が選択され続ける。第３の比較器３３の出力信号がこの遅延時間を経てローレベルになると、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力が選択され、測定レンジが大電流側から小電流側に切り換わる。この遅延時間の間に、第２の磁気センサ２の磁気飽和によって第２のローパスフィルタ１２の出力に残存する誤差は減少するため、測定レンジが小電流側に切り換わったときの出力信号Ｓｏｕｔの測定誤差は、上述した各実施形態に比べて小さくなる。従って、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少する場合において、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響による出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を効果的に抑えることができる。
【００６８】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図９は、第５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９に示す電流センサは、図５に示す電流センサにおける比較器３Ａを比較器３Ｄに置き換えたものであり、他の構成は図５に示す電流センサと同じである。
【００６９】
比較器３Ｄは、第２のローパスフィルタ１２を通過する前の第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する第２の比較器３２と、第１のローパスフィルタ１１を通過した後の第１の磁気センサ１の出力と第３の閾値Ｖｒｅｆ３とを比較する第３の比較器３３と、第２の比較器３２及び第３の比較器３３の出力が入力される第２の論理ゲート３６とを有する。
第２の比較器３２と第２の閾値Ｖｒｅｆ２は、図５における比較器３Ａと第２の閾値Ｖｒｅｆ２に相当する。
また、第３の比較器３３と第３の閾値Ｖｒｅｆ３は、第４の実施形態に係る電流センサ（図８）における同一符号の構成要素と同じである。
【００７０】
第２の論理ゲート３６は、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きいことを示す信号（ハイレベル）を第２の比較器３２から入力するか、又は、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より大きいことを示す信号（ハイレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ハイレベル）を出力する。他方、第２の論理ゲート３６は、被測定電流Ｉのレベルが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より小さいことを示す信号（ローレベル）を第２の比較器３２から入力し、かつ、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より小さいことを示す信号（ローレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ローレベル）を出力する。図９の例において、第２の論理ゲート３６は論理和演算回路により構成される。
【００７１】
上述した構成を有する本実施形態に係る電流センサにおいても、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合には、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力が直ちに選択されるため、図５に示す電流センサと同様に、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響による出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００７２】
また、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少した場合には、第１のローパスフィルタ１１の遅延により、第３の比較器３３の出力がハイレベルからローレベルへ遅れて変化し、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力が遅れて選択されるため、図８に示す電流センサと同様に、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響による出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００７３】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１０は、第６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１０に示す電流センサは、図６に示す電流センサにおける比較器３Ｂを比較器３Ｅに置き換えたものであり、他の構成は図６に示す電流センサと同じである。
【００７４】
比較器３Ｅは、比較器３Ｂ（図６）と同様の構成を有するとともに、第３の比較器３３と第２の論理ゲート３６を有する。
第３の比較器３３と第３の閾値Ｖｒｅｆ３は、第４，第５の実施形態に係る電流センサ（図８，図９）における同一符号の構成要素と同じである。
【００７５】
第２の論理ゲート３６は、第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流又は第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流に比べて被測定電流Ｉのレベルが大きいことを示す信号（ハイレベル）を第１の論理ゲート３４から入力するか、又は、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より大きいことを示す信号（ハイレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第１のローパスフィルタ１１の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ハイレベル）を出力する。他方、第２の論理ゲート３６は、第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流及び第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流に比べて被測定電流Ｉのレベルが小さいことを示す信号（ローレベル）を第１の論理ゲート３４から入力し、かつ、被測定電流Ｉのレベルが第３の閾値Ｖｒｅｆ３に対応する閾電流より小さいことを示す信号（ローレベル）を第３の比較器３３から入力した場合、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力を通過させる制御信号Ｓ３（ローレベル）を出力する。図１０の例において、第２の論理ゲート３６は論理和演算回路により構成される。
【００７６】
図１０に示す電流センサによれば、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大した場合、被測定電流Ｉのレベルが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する閾電流又は第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する閾電流より大きくなったことが第２の比較器３２において直ちに検出される。これにより、第１の論理ゲート３４からハイレベルの信号が出力され、第２の論理ゲート３６からハイレベルの制御信号Ｓ３が出力されるので、第１のローパスフィルタ１１の出力が選択部４において直ちに選択される。従って、図６に示す電流センサと同様に、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響による出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００７７】
また、図１０に示す電流センサによれば、被測定電流Ｉが大電流から小電流へ急激に減少した場合には、第１のローパスフィルタ１１の遅延により、第３の比較器３３の出力がハイレベルからローレベルへ遅れて変化し、選択部４において第２のローパスフィルタ１２の出力が遅れて選択されるため、図８，図９に示す電流センサと同様に、第２の磁気センサ２の磁気飽和の影響による出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
【００７８】
なお、図１０に示す電流センサの比較器３Ｅにおいて、第１の論理ゲート３４は論理和演算を行っているが、本実施形態の他の例では、論理和演算の代わりに他の論理演算を行ってもよい。図１１はその一例を示す。図１１に示す電流センサは、図７に示す電流センサと同様に、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対して論理積演算を行う第１の論理ゲート３５を設けたものである。このような構成によれば、被測定電流Ｉが小電流から大電流へ急激に増大する場合には、図７に示す電流センサと同様に、出力信号Ｓｏｕｔの測定精度の低下を抑えることができる。
本実施形態の更に他の例では、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対して論理演算を行う論理ゲートとして、否定論理和や否定論理積の論理演算を行う論理ゲートを設けてもよい。
【００７９】
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。
【００８０】
例えば、電流路９、第１の磁気センサ１、第２の磁気センサ２、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をモジュール化し、比較器３と選択部４を後段の回路と一体化しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
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】
【００８２】
１…第１の磁気センサ、２…第２の磁気センサ、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ…比較器、３１…第１の比較器、３２…第２の比較器、３３…第３の比較器、３４，３５…第１の論理ゲート、３６…第２の論理ゲート３６、４…選択部、１１…第１のローパスフィルタ、１２…第２のローパスフィルタ、９…電流路。
【図１】
2016021575.tif 000003
【図２】
2016021575.tif 000004
【図３】
2016021575.tif 000005
【図４】
2016021575.tif 000006
【図５】
2016021575.tif 000007
【図６】
2016021575.tif 000008
【図７】
2016021575.tif 000009
【図８】
2016021575.tif 000010
【図９】
2016021575.tif 000011
【図１０】
2016021575.tif 000012
【図１１】
2016021575.tif 000013
【図１２】
2016021575.tif 000014
【図１３】
2016021575.tif 000015
【図１４】
2016021575.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月24日(2015.12.24)
【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】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
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前記第１の磁気センサより高感度に測定し、当該磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第１の磁気センサよりも小さい第２の磁気センサと、
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、
入力される制御信号に応じて、前記第１のローパスフィルタの出力及び前記第２のローパスフィルタの出力のうち何れか一方の出力を通過させる選択部と、
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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第１の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を有し、
前記第２の論理ゲートは、
前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第１の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記被測定電流のレベルが前記第１の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第１の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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９】
前記第１の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。
【請求項１０】
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前記第１の磁気センサより高感度に測定し、当該磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第１の磁気センサよりも小さい第２の磁気センサと、
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、
入力される制御信号に応じて、前記第１のローパスフィルタの出力及び前記第２のローパスフィルタの出力のうち何れか一方の出力を通過させる選択部と、
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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第２の比較器の出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を有し、
前記第２の論理ゲートは、
前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第２の比較器から入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記被測定電流のレベルが前記第２の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第２の比較器から入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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１１】
前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
【請求項１２】
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前記第１の磁気センサより高感度に測定し、当該磁場の測定が可能な前記被測定電流の最大値が前記第１の磁気センサよりも小さい第２の磁気センサと、
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、
入力される制御信号に応じて、前記第１のローパスフィルタの出力及び前記第２のローパスフィルタの出力のうち何れか一方の出力を通過させる選択部と、
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と第１の閾値とを比較する第１の比較器と、
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と第２の閾値とを比較する第２の比較器と、
前記第１のローパスフィルタを通過した後の前記第１の磁気センサの出力と第３の閾値とを比較する第３の比較器と、
前記第１の比較器の出力及び前記第２の比較器の出力が入力される第１の論理ゲートと、
前記第１の論理ゲートの出力及び前記第３の比較器の出力が入力される第２の論理ゲートと
を有し
前記第１の論理ゲートは、論理和ゲート又は論理積ゲートのどちらかであり、
前記第２の論理ゲートは、
前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが大きいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力するか、又は、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より大きいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第１のローパスフィルタの出力を通過させる前記制御信号を出力し、
前記第１の閾値に対応する閾電流、及び／又は、前記第２の閾値に対応する閾電流より前記被測定電流のレベルが小さいことを示す信号を前記第１の論理ゲートから入力し、かつ、前記被測定電流のレベルが前記第３の閾値に対応する閾電流より小さいことを示す信号を前記第３の比較器から入力した場合、前記選択部において前記第２のローパスフィルタの出力を通過させる前記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１３】
前記第１の閾値と、前記第２の閾値と、前記第３の閾値とは、前記第２の磁気センサの出力が歪む磁場よりも小さい磁場を示す値である
ことを特徴とする請求項１２に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記被測定電流が流れる電流路から前記第１の磁気センサ迄の距離より、前記電流路から前記第２の磁気センサ迄の距離が短い
ことを特徴とする請求項８乃至１３の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項１５】
前記第１の磁気センサの感度より、前記第２の磁気センサの感度が高い
ことを特徴とする請求項８乃至１４の何れか一項に記載の電流センサ。
【国際調査報告】
2016021575.tif 000017
2016021575.tif 000018