(57)【要約】【課題】ノイズ除去に起因して生じる電流検出誤差をなくした電流センサを提供する。【解決手段】１はＭＩ素子、２はバイアスコイル、３は負帰還コイル、５は発振回路、６は検波回路、７は差動増幅回路、８は基準電圧源、９はバイアス磁界定電流源、１０は帰還抵抗、１１はノイズカットコンデンサである。３０は、電流計測信号Ｅｏｕｔに生じた位相遅れを補償するための位相調整回路である。位相調整回路３０は進相回路であって、この位相調整回路３０により、位相遅れした帰還電流ＩｆをＥｓと同相にしている。その結果、電流計測信号Ｅｏｕｔには波形歪がなくなり、誤差のない高精度な電流計測が可能となる。【選択図】        図１
2004170220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インピーダンス素子にバイアスコイルおよび負帰還コイルを巻回し、被測定電流が発生する磁界に応じて変化する該磁気インピーダンス素子のインピーダンスの変化を検出して電流検出信号を出力する電流センサであって、
前記電流検出信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段と、
前記電流検出信号を入力し、前記ノイズ除去手段に起因して生じる前記電流検出信号の位相遅れを補償した信号を出力する位相調整手段とを備え、
前記位相調整手段を介して前記電流検出信号を前記負帰還コイルに供給することを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
磁気インピーダンス素子にバイアスコイルおよび負帰還コイルを巻回し、被測定電流が発生する磁界に応じて変化する該磁気インピーダンス素子のインピーダンスの変化を検出して電流検出信号を出力する電流センサであって、
前記電流検出信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段と、
前記ノイズ除去手段に起因して生じる前記電流検出信号の位相遅れを補償する位相調整手段と、
前記位相調整手段からの出力信号に対応した電流を前記負帰還コイルに供給する定電流供給手段と
を具備したことを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定電流が発生する磁界中に磁気インピーダンス素子（以下、ＭＩ素子という）を置き、該ＭＩ素子に高周波信号を印加することにより、該ＭＩ素子から被測定電流に対応した測定値を得る電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定電流が発生する磁界の強さを検出することにより、被測定電流の大きさを非接触的に検出する技術として、ＭＩ素子を備えた電流センサが知られている。
【０００３】
このＭＩ素子については、例えば特開平６−２８１７１２号公報（特許文献１）に開示されているアモルファスワイヤや、特開平８−３３０６４５号公報（特許文献２）に開示されている薄膜形状のものがある。
【０００４】
図３は、ＭＩ素子を用いた電流センサの一例を模式的に示した図である。
【０００５】
図４は、図３（Ａ）に示した回路構成をより具体的に示した回路図である。
【０００６】
図３および図４において、同じ構成要素には同一の番号，符号を付してある。これら両図において、１はＭＩ素子である。このＭＩ素子１から出力される電圧は、後に述べる検波回路６および差動増幅回路７を介して、電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔとなる。
【０００７】
２はバイアスコイルであり、図３（Ｂ）に示すようなバイアス磁界Ｈｂを発生することにより、計測すべき被測定電流Ｉｍが発生する磁界Ｈｍに一定のオフセットを与える。
【０００８】
３は負帰還コイルであり、被測定電流Ｉｍが発生する磁界Ｈｍが増大した場合にも、このＨｍを相殺する負帰還磁界Ｈｆを発生することにより、測定レンジの拡大を可能としている。この負帰還磁界Ｈｆは、電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔと負帰還量Ｂとの積で与えられる。すなわち、Ｈｆ＝Ｂ・Ｅｏｕｔである。
【０００９】
４は固定抵抗である。
【００１０】
５は、数ＭＨｚ程度の高周波パルスを供給する発振回路である。
【００１１】
６は検波回路であり、図４に示すようにダイオードＤおよびコンデンサを備えたピークホールド回路と、電圧フォロアＶＦの縦続接続からなっている。
【００１２】
７は、ゲインＡを有する差動増幅回路である。
【００１３】
８（図４参照）は基準電圧源であり、差動増幅回路７を含む本回路の動作中点を設定する電圧を発生する。具体的には、本回路の電源（図示せず）が供給する電圧の１／２に設定するのが好適である。
【００１４】
９は、バイアスコイル２に定電流を供給するためのバイアス磁界定電流源である。
【００１５】
１０は、電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔに対応した負帰還磁界Ｈｆを負帰還コイル３に発生させるための帰還抵抗である。
【００１６】
なお、負帰還量Ｂは、この帰還抵抗１０の抵抗値（以下、ｒｆという）と負帰還コイル３の抵抗値（以下、ｒｎｃという）を合わせた抵抗値の逆数に比例する。すなわち、Ｂ＝Ｋ・１／（ｒｆ＋ｒｎｃ）となる。
【００１７】
図５は、この負帰還磁界Ｈｆを発生することにより測定レンジが拡大される原理を示した説明図である。この原理については公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
従来から知られているように、電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔは、
Ｅｏｕｔ＝Ｆ（Ｈｍ＋Ｈｂ，Ｔ）・Ａ・（Ｈｍ−Ｈｆ）            ・・・（式１）
であるので、被測定電流Ｉｍが発生する磁界Ｈｍが増大した場合にも負帰還磁界Ｈｆを発生させることにより、測定レンジの飽和を避けることができる。なお、（式１）において、ＴはＭＩ素子の周囲温度、Ａは差動増幅回路７のゲインである。
【００１９】
上述した従来例のほかに、図６に示すような従来例も知られている。
【００２０】
図６は、特開２００１−２６４４００号公報（特許文献３）の図６に記載されている回路である。本図において、４１はＭＩ素子、４２はバイアスコイル、４３は負帰還コイル、４５は出力検出用抵抗素子、４６は出力端子である。この回路においても、測定レンジを拡大する目的を達成するために、差動アンプを介してＭＩ素子の出力を電圧帰還している点で、図３〜図５に示した従来例と同様である。
【００２１】
一方、上述した各従来例では、高周波信号を発生する発振回路を備えているので、電流計測信号（電流検出値）中にノイズが混入し、高精度な電流測定を妨げる原因となっている。
【００２２】
そこで、ノイズ除去を目的として、図７に示すようなノイズカットコンデンサ１１を差動増幅回路の演算増幅器に取り付けることが行われている。
【００２３】
【特許文献１】
特開平６−２８１７１２号公報（第２頁，図１）
【００２４】
【特許文献２】
特開平８−３３０６４号公報（第１頁，図１）
【００２５】
【特許文献３】
特開２００１−２６４４００号公報（第３頁，図６）
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示したノイズカットコンデンサ１１は、ローパスフィルタ（あるいは、いわゆる積分コンデンサ）であるので、その電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔに位相遅れが生じることになる。さらに、この電流計測信号Ｅｏｕｔは、帰還抵抗１０を介して負帰還コイル３に帰還されているので、ＭＩ素子１から直接得られた出力Ｅｓと、電流計測信号Ｅｏｕｔとの間に位相ずれが生じる。換言すると、負帰還コイル３に供給される帰還電流Ｉｆの位相は、上記Ｅｓの位相に対して遅れることになる。その結果、被測定電流Ｉｍにより発生される磁界Ｈｍと、負帰還磁界Ｈｆは非同期の位相状態になる。
【００２７】
すると、（式１）で述べた通り、Ｅｏｕｔ＝Ｆ（Ｈｍ＋Ｈｂ，Ｔ）・Ａ・（Ｈｍ−Ｈｆ）であるので、（Ｈｍ−Ｈｆ）の項に誤差が生じ、その誤差がＥｏｕｔ自体に波形歪をもたらす。
【００２８】
このように、ノイズカットコンデンサ１１の挿入はＥｏｕｔに波形歪を生じさせることになるので、電流計測の誤差要因となる。
【００２９】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、ノイズ除去に起因して生じる電流検出誤差をなくした電流センサを提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、磁気インピーダンス素子にバイアスコイルおよび負帰還コイルを巻回し、被測定電流が発生する磁界に応じて変化する該磁気インピーダンス素子のインピーダンスの変化を検出して電流検出信号を出力する電流センサであって、前記電流検出信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段と、前記電流検出信号を入力し、前記ノイズ除去手段に起因して生じる前記電流検出信号の位相遅れを補償した信号を出力する位相調整手段とを備え、前記位相調整手段を介して前記電流検出信号を前記負帰還コイルに供給するものである。
【００３１】
さらに、本発明に係る他の電流センサは、磁気インピーダンス素子にバイアスコイルおよび負帰還コイルを巻回し、被測定電流が発生する磁界に応じて変化する該磁気インピーダンス素子のインピーダンスの変化を検出して電流検出信号を出力する電流センサであって、前記電流検出信号に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段と、前記ノイズ除去手段に起因して生じる前記電流検出信号の位相遅れを補償する位相調整手段と、前記位相調整手段からの出力信号に対応した電流を前記負帰還コイルに供給する定電流供給手段とを具備したものである。
【００３２】
これら本発明の構成によれば、ノイズ除去に起因して生じる電流検出信号の位相遅れを補償する手段を備えているので、ノイズ除去に起因して生じる電流検出誤差をなくすことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１の（Ａ）は、第１の実施の形態による電流センサを示す。本図において付した参照符号のうち、図７に示した従来例と同様の要素であるＭＩ素子１からノイズカットコンデンサ１１までは同一の符号を付し、それぞれの動作および機能については説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態においては、電流計測信号（電流検出値）Ｅｏｕｔに生じた位相遅れを補償するために、位相調整回路３０を備えている。この位相調整回路３０は、例えば図１の（Ｂ）に示すハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路を組み合わせた位相調整回路であって、この位相調整回路３０により、位相遅れした帰還電流Ｉｆを、上記Ｅｓと同相にしている。その結果、電流計測信号Ｅｏｕｔには波形歪がなくなり、誤差のない高精度な電流計測が可能となる。
【００３５】
ここで、上記のハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路は、条件により、ハイパスフィルタ回路のみでもよい。また、このようなアナログ回路を使わずに、デジタル処理を行うことも可能である。
【００３６】
実施の形態２
図２は、第２の実施の形態による電流センサを示す。本実施の形態では、上述した第１の実施の形態に加えて、電圧−電流変換回路４０を備えている。この電圧−電流変換回路４０は、位相調整（進相処理）された電流計測信号に対応した定電流を出力する。このように、本実施の形態では、位相調整回路３０の出力を負帰還コイル３に帰還するに際して、その位相調整出力に対応した電流を負帰還コイル３に供給する電流帰還型の形態をとっている。
【００３７】
したがって、負帰還コイル３の抵抗値ｒｎｃが温度変動したとしても、負帰還量Ｂは不変であり、周囲温度に依存しない負帰還を実現することができる。
【００３８】
その結果、先に述べた第１の実施の形態が有する効果に加えて、周囲温度に依存しない電流計測信号Ｅｏｕｔを得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、ノイズ除去に起因して生じる電流検出信号の位相遅れを補償する手段を備えているので、ノイズ除去に起因して生じる電流検出誤差をなくすことができる。
【００４０】
さらに、上記の効果に加えて、周囲温度に依存しない電流計測信号を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による電流センサを示す回路（Ａ）、および、第１の実施の形態における位相調整回路（Ｂ）を示す回路図である。
【図２】第２の実施の形態による電流センサを示す回路図である。
【図３】従来から知られている電流センサの一例を示す模式図である。
【図４】図３に示した電流センサを具体的に示した回路図である。
【図５】負帰還をかけることにより測定範囲が拡大する原理を示す説明図である。
【図６】従来から知られている他の電流センサを示す回路図である。
【図７】従来から知られているノイズ除去機能付き電流センサを示す回路図である。
【符号の説明】
１，４１    ＭＩ素子
２，４２    バイアスコイル
３，４３    負帰還コイル
４    抵抗
５    発振回路
６    検波回路
７    差動増幅回路
８    基準電圧源
９    バイアス磁界定電流源
１０    帰還抵抗
１１    ノイズカットコンデンサ
３０    位相調整回路
４０    電圧−電流変換回路
４５    出力検出用抵抗素子
４６    出力端子
Ｄ    ダイオード
Ｃ    コンデンサ
ＶＦ    電圧フォロア回路
【図１】
2004170220.tif 000003
【図２】
2004170220.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004170220.tif 000006
【図５】
2004170220.tif 000007
【図６】
2004170220.tif 000008
【図７】
2004170220.tif 000009