(57)【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の磁気センサよりも高い感度で測定する第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、及び、前記第２の磁気センサの出力の少なくとも一方を入力し、当該入力した信号を所定の閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記選択部を制御する第１の制御信号を出力する比較部と、
前記第１の磁気センサの出力信号を増幅する増幅部であって、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増幅部と、
前記第２の磁気センサの出力信号と、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、
前記被測定電流の前記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２の磁気センサの出力信号と前記増幅された前記第１の磁気センサの出力信号との差が前記所定の範囲から外れたことを前記一致判定部が判定した場合、故障の検出を示す信号を出力する故障検出部と
を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記比較部への前記入力信号が通過する少なくとも１つのローパスフィルタを備えた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】
前記比較部は、前記第１の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた前記第１の制御信号を出力し、
前記ローパスフィルタは、前記第１の磁気センサから前記比較部への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタを含む
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】
前記比較部は、前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた前記第１の制御信号を出力し、
前記ローパスフィルタは、前記第２の磁気センサから前記比較部への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタを含む
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の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第１の比較器と、
前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第２の比較器と、
前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理和を演算し、当該演算結果に応じた前記第１の制御信号を出力する論理ゲートとを含み、
前記ローパスフィルタは、
前記第１の磁気センサから前記第１の比較器への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタと、
前記第２の磁気センサから前記第２の比較器への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタとを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記比較部は、
前記第１の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第１の比較器と、
前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第２の比較器と、
前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理積を演算し、当該演算結果に応じた前記第１の制御信号を出力する論理ゲートとを含み、
前記ローパスフィルタは、
前記第１の磁気センサから前記第１の比較器への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタと、
前記第２の磁気センサから前記第２の比較器への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタとを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記選択部において選択された信号が通過する第３のローパスフィルタを備える
ことを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記選択部へ入力される前記第１の磁気センサの出力が通過する第４のローパスフィルタと、
前記選択部へ入力される前記第２の磁気センサの出力が通過する第５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４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、及び、前記第５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の少なくとも一方を入力して前記閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記被測定電流が所定の閾電流を超えたか否かを示す前記第１の制御信号を出力し、
前記オフディレイタイマは、
前記被測定電流が前記閾電流を超え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、
前記被測定電流が前記閾電流を超えていないことを示す前記第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乃至６の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項９】
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の磁気センサよりも高い感度で測定する第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、及び、前記第２の磁気センサの出力の少なくとも一方を入力し、当該入力した信号を所定の閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記選択部を制御する第１の制御信号を出力する比較部と、
前記比較部への前記入力信号が通過する少なくとも１つのローパスフィルタと、
前記選択部へ入力される前記第１の磁気センサの出力が通過する第４のローパスフィルタと、
前記選択部へ入力される前記第２の磁気センサの出力が通過する第５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４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、及び、前記第５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の少なくとも一方を入力して前記閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記被測定電流が所定の閾電流を超えたか否かを示す前記第１の制御信号を出力し、
前記オフディレイタイマは、
前記被測定電流が前記閾電流を超え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、
前記被測定電流が前記閾電流を超えていないことを示す前記第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
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項１０】
前記比較部が、２つの閾値を持つシュミットトリガ回路を含む
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の電流センサ。
【請求項１１】
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の磁気センサよりも高い感度で測定する第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信号を増幅する増幅部であって、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増幅部と、
前記第２の磁気センサの出力信号と、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の差が所定の範囲内であるか否かを判定し、当該判定の結果に応じて、前記選択部を制御する第１の制御信号を出力する一致判定部と、
前記一致判定部に入力される前記第１の磁気センサの出力信号が通過する第１のローパスフィルタと、
前記一致判定部に入力される前記第２の磁気センサの出力信号が通過する第２のローパスフィルタと
を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項１２】
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１１に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記選択部へ入力される前記第１の磁気センサの出力が通過する第４のローパスフィルタと、
前記選択部へ入力される前記第２の磁気センサの出力が通過する第５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、
前記オフディレイタイマは、
前記差が所定の範囲内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、
前記差が所定の範囲にあることを示す前記第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１１又は１２に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記第２の磁気センサが、磁気抵抗効果素子を含む
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。
【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。下記の特許文献には、被検出体であるバスバーから受ける磁気の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子を、バスバーの電流の大小に応じて切り換えつつ、バスバーに流れる電流を検出するようにした電流センサが記載されている。
【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】
被検出電流に応じて磁気センサから出力される検出信号には、様々な原因でノイズが含まれている。被検出電流が所定の電流を超えているか否かを判定するために、コンパレータ回路などを用いて検出信号を一定の閾値と比較すると、閾値付近のノイズの影響によって比較結果が頻繁に反転する現象が生じる。この比較結果に基づいて測定レンジの切り換えが行われると、被検出電流が閾値付近にある場合に、測定レンジが不必要に切り換ってしまう。そこで、上記特許文献１の電流センサでは、被測定電流が増加するときにレンジ切り換えの判定に用いる閾値と、被測定電流が減少するときにレンジ切り換えの判定に用いる閾値とが別の値に設定されている。これにより、閾値付近に多少のノイズが生じていても、測定レンジが不必要に切り換わらなくなる。
【０００５】
しかしながら、上記のように２つの閾値を用いて測定レンジの切り換えを行う方法であっても、２つの閾値の差を超える振幅のノイズが検出信号に混入した場合には、測定レンジが切り換わる。そのため、被測定電流が２つの閾値の近くにあるときに比較的振幅の大きいノイズが混入すると、測定レンジが不必要に切り換わってしまい、測定結果が不安定になるという問題がある。
【０００６】
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、ノイズ等の影響による測定レンジの不必要な切り換えを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、第１の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前記第１の磁気センサよりも高い感度で測定する第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、及び、前記第２の磁気センサの出力の少なくとも一方を入力し、当該入力した信号を所定の閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記選択部を制御する第１の制御信号を出力する比較部と、前記比較部への前記入力信号が通過する少なくとも１つのローパスフィルタとを備える。
上記の構成によれば、前記第１の磁気センサの出力や前記第２の磁気センサの出力にノイズが混入している場合でも、前記ローパスフィルタによって前記比較部に入力される信号のノイズが減衰するため、前記比較部における前記比較動作がノイズの影響を受け難くなる。これにより、前記選択部における前記選択動作がノイズの影響を受け難くなり、ノイズの影響による測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【０００８】
好適に、前記比較部は、前記第１の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた前記第１の制御信号を出力してよい。前記ローパスフィルタは、前記第１の磁気センサから前記比較部への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタを含んでよい。
上記の構成によれば、前記第１の磁気センサの出力にノイズが混入している場合でも、測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【０００９】
好適に、前記比較部は、前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた前記第１の制御信号を出力してよい。前記ローパスフィルタは、前記第２の磁気センサから前記比較部への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタを含んでよい。
上記の構成によれば、前記第２の磁気センサの出力にノイズが混入している場合でも、測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【００１０】
好適に、前記比較部は、前記第１の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第１の比較器と、前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第２の比較器と、前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理和を演算し、当該演算結果に応じた前記第１の制御信号を出力する論理ゲートとを含んでよい。前記ローパスフィルタは、前記第１の磁気センサから前記第１の比較器への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタと、前記第２の磁気センサから前記第２の比較器への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタとを含んでよい。
上記の構成によれば、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にノイズが混入している場合でも、測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【００１１】
好適に、前記比較部は、前記第１の磁気センサからの入力信号と第１の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第１の比較器と、前記第２の磁気センサからの入力信号と第２の閾値とを比較して、当該比較結果に応じた信号を出力する第２の比較器と、前記第１の比較器の出力と前記第２の比較器の出力との論理積を演算し、当該演算結果に応じた前記第１の制御信号を出力する論理ゲートとを含んでよい。前記ローパスフィルタは、前記第１の磁気センサから前記第１の比較器への前記入力信号が通過する第１のローパスフィルタと、前記第２の磁気センサから前記第２の比較器への前記入力信号が通過する第２のローパスフィルタとを含んでよい。
上記の構成によれば、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にノイズが混入している場合でも、測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【００１２】
好適に、上記第１の本発明の電流センサは、前記第１の磁気センサの出力信号を増幅する増幅部であって、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増幅部と、前記第２の磁気センサの出力信号と、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、前記被測定電流の前記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２の磁気センサの出力信号と前記増幅された前記第１の磁気センサの出力信号との差が前記所定の範囲から外れたことを前記一致判定部が判定した場合、故障の検出を示す信号を出力する故障検出部とを備える。
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。そのため、前記一致判定部では、前記第２の磁気センサの出力信号と前記増幅された前記第１の磁気センサの出力信号との前記差が前記所定の範囲に含まれると判定される。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。
【００１３】
好適に、上記第１の本発明の電流センサは、前記選択部において選択された信号が通過する第３のローパスフィルタを備えてよい。
これにより、前記選択部から出力される信号に含まれたノイズ成分が減衰する。
【００１４】
好適に、上記第１の本発明の電流センサは、前記選択部へ入力される前記第１の磁気センサの出力が通過する第４のローパスフィルタと、前記選択部へ入力される前記第２の磁気センサの出力が通過する第５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４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、及び、前記第５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の少なくとも一方を入力して前記閾値と比較し、当該比較の結果に応じて、前記被測定電流が所定の閾電流を超えたか否かを示す前記第１の制御信号を出力してよい。前記オフディレイタイマは、前記被測定電流が前記閾電流を超え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、前記被測定電流が前記閾電流を超えていないことを示す前記第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。
上記の構成によれば、前記被測定電流が前記閾電流を超えた場合、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。そして、前記被測定電流が前記閾電流を超えていない状態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が選択される。そのため、前記第２の磁気センサの出力にノイズが混入している場合でも、測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【００１５】
第２の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前記第１の磁気センサよりも高い感度で測定する第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信号を増幅する増幅部であって、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増幅部と、前記第２の磁気センサの出力信号と、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の差が所定の範囲内であるか否かを判定し、当該判定の結果に応じて、前記選択部を制御する第１の制御信号を出力する一致判定部と、前記一致判定部に入力される前記第１の磁気センサの出力信号が通過する第１のローパスフィルタと、前記一致判定部に入力される前記第２の磁気センサの出力信号が通過する第２のローパスフィルタとを備える。
上記の構成によれば、前記第２の磁気センサの出力にノイズが混入している場合でも、前記第１のローパスフィルタによって前記一致判定部に入力される信号のノイズが減衰するため、前記一致判定部における前記判定動作がノイズの影響を受け難くなる。これにより、前記選択部における前記選択動作がノイズの影響を受け難くなり、ノイズの影響による測定レンジの不必要な切り換えが生じ難くなる。
【００１６】
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。
【００１７】
好適に、上記第２の本発明の電流センサは、前記選択部へ入力される前記第１の磁気センサの出力が通過する第４のローパスフィルタと、前記選択部へ入力される前記第２の磁気センサの出力が通過する第５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。前記オフディレイタイマは、前記差が所定の範囲内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、前記差が所定の範囲にあることを示す前記第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。
上記の構成によれば、前記第２の磁気センサの出力信号と、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の差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２の磁気センサの出力信号と、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の差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５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。
【００１８】
好適に、前記比較部は、２つの閾値を持つシュミットトリガ回路を含んでよい。
【００１９】
好適に、前記第２の磁気センサは、磁気抵抗効果素子を含んでよい。
【発明の効果】
【００２０】
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、ノイズ等の影響によって測定レンジが不必要に切り換わることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【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、比較部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、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】図７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８】図８は、一致判定部の構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、故障検知回路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７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１２】図１２は、第８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１３】図１３は、第９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１４】図１４は、オフディレイタイマの構成の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第１０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１６】図１６は、第１１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１７】図１７は、第１２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１８】図１８は、第１３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１９】図１９は、第１４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２０】図２０は、第１５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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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第１の制御信号Ｓ３に応じて選択して通過させる選択部４と、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て、選択部４を制御する第１の制御信号Ｓ３を出力する比較部３と、第１の磁気センサ１から比較部３への入力信号が通過する第１のローパスフィルタ１１とを有する。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
［第１のローパスフィルタ１１］
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Ｓ１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は、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００２９】
［比較部３］
比較部３は、第１のローパスフィルタ１１を通過した第１の磁気センサ１の出力と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較し、その比較結果に応じて、選択部４を制御する第１の制御信号Ｓ３を出力する。比較部３は、一般的なコンパレータを用いても良いし、２つの閾値を持つシュミットトリガ回路（ヒステリシスコンパレータ）を用いてもよい。比較部３は、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００３０】
図３は、比較部３の構成の一例を示す図であり、２つの閾値を持つシュミットトリガ回路（ヒステリシスコンパレータ）を用いる場合の構成例を示す。
図３に示す比較部３は、比較器３１と、抵抗Ｒ３１及びＲ３２を有する。抵抗Ｒ３１の一方の端子は比較器３１の非反転入力に接続され、他方の端子は第１のローパスフィルタ１１に接続される。抵抗Ｒ３２の一方の端子は比較器３１の非反転入力に接続され、他方の端子はコンパレータ３２の出力に接続される。比較器３１の反転入力には第１の閾値Ｖｒｅｆ１が入力される。抵抗Ｒ３２は抵抗Ｒ３１に比べて大きな抵抗値を有する。
比較器３１の出力がハイレベルの場合、比較器３１の非反転入力は抵抗Ｒ３２を介してハイレベル側にバイアスされるため、比較器３１の出力がハイレベルからローレベルへ反転する閾値は、第１の閾値Ｖｒｅｆ１より僅かに低くなる。一方、比較器３１の出力がローレベルの場合、比較器３１の非反転入力は抵抗Ｒ３２を介してローレベル側にバイアスされるため、比較器３１の出力がローレベルからハイレベルへ反転する閾値は、第１の閾値Ｖｒｅｆ１より僅かに高くなる。
比較部３がこのようなヒステリシス特性を持つことにより、ノイズの影響による比較部３の比較結果の反転を生じ難くすることができる。
【００３１】
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ており、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。比較部３は、第１の磁気センサ１の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を超える場合、被測定電流Ｉが当該最大値を超えていることを示すハイレベルの第１の制御信号Ｓ３を出力する。他方、第１の磁気センサ１の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を超えない場合、比較部３は、被測定電流Ｉが当該最大値を超えていないことを示すローレベルの第１の制御信号Ｓ３を出力する。
【００３２】
［選択部４］
選択部４は、比較部３からハイレベルの第１の制御信号Ｓ３が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、比較部３からローレベルの第１の制御信号Ｓ３が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。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。
【００３３】
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が比較部３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する電流よりも小さい場合、比較部３において出力される第１の制御信号Ｓ３はローレベルとなり、選択部４において第２の磁気センサ２の出力Ｓ２が選択される。他方、被測定電流Ｉが比較部３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する電流よりも大きい場合、比較部３において出力される第１の制御信号Ｓ３はハイレベルとなり、選択部４において第１の磁気センサ１の出力Ｓ１が選択される。
【００３４】
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。
【００３５】
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から比較部３へ入力される信号が第１のローパスフィルタ１１を通過するため、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１にノイズが混入している場合でも、当該ノイズが第１のローパスフィルタ１１によって除去される。これにより、比較部３の比較動作がノイズの影響を受け難くなり、比較部３の比較結果に応じた選択部４の選択動作もノイズの影響を受け難くなるため、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、比較部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の精度の低下を有効に防止できる。
【００３７】
＜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。
【００３８】
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に示す電流センサにおける比較部３を比較部３Ａに置き換え、第１のローパスフィルタ１１を第２のローパスフィルタ１２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。
【００３９】
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Ｓ２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、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
【００４０】
比較部３Ａ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の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較し、当該比較の結果に応じて、選択部４を制御する第１の制御信号Ｓ３を出力する。比較部３は、一般的なコンパレータを用いても良いし、図３に示すようなシュミットトリガ回路（ヒステリシスコンパレータ）を用いてもよい。比較部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。
【００４１】
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ており、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。比較部３Ａは、第２の磁気センサ２の出力がこの第２の閾値Ｖｒｅｆ２を超える場合、被測定電流Ｉが当該最大値を超えていることを示すハイレベルの信号Ｓ３を出力する。他方、比較部３Ａは、第２の磁気センサ２の出力が第２の閾値Ｖｒｅｆ２を超えない場合、被測定電流Ｉが当該最大値を超えていないことを示すローレベルの信号Ｓ３を出力する。
【００４２】
第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する比較部３Ａを設けた図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に、被測定電流Ｉの電流値に応じて測定レンジを切り換えることが可能である。
【００４３】
本実施形態に係る電流センサによれば、第２の磁気センサ２から比較部３Ａへ入力される信号が第２のローパスフィルタ１２を通過するため、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２にノイズが混入している場合でも、当該ノイズが第２のローパスフィルタ１２によって除去される。これにより、比較部３の比較動作がノイズの影響を受け難くなるため、図１に示す電流センサと同様に、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００４４】
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、比較部３Ａの第２の閾値Ｖｒｅｆ２は比較部３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１に比べて大きな値となる。そのため、図４に示す電流センサでは、比較部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、比較部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、比較部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４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。
【００４５】
また、非常に短い単発的なノイズ電流によって第２の磁気センサ２の磁気飽和を生じるレベルまで被測定電流Ｉが大きくなった場合、第２の磁気センサ２の出力の変化は、磁気飽和の影響によって実際の電流の変化よりも小さくなる。そのため、第２のローパスフィルタ１２を経て比較部３Ａに入力される信号のレベルの変化が小さくなり、比較部３Ａにおいて比較結果の反転が生じ難くなる。従って、非常に短い単発的なノイズが被測定電流Ｉに重畳した場合における選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００４６】
＜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。
【００４７】
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に示す電流センサにおける比較部３を比較部３Ｂに置き換えて、第２のローパスフィルタ１２を追加したものであり、他の構成は図１に示す電流センサと同じである。
【００４８】
比較部３Ｂは、第１の比較器３１と、第２の比較器３２と、論理ゲート３３とを有する。
【００４９】
第１の比較器３１は、第１のローパスフィルタ１１を通過した第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とその第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、図１における比較部３とその第１の閾値Ｖｒｅｆ１に相当する。
【００５０】
第２の比較器３２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の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する。第２の比較器３２とその第１の閾値Ｖｒｅｆ２は、図４における比較部３Ａとその第２の閾値Ｖｒｅｆ２に相当する。
【００５１】
論理ゲート３３は、第１の比較器３１の出力と第２の比較器３２の出力との論理和演算を行う。論理ゲート３３は、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第１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第１の制御信号Ｓ３を出力する。
【００５２】
図５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の何れか一方において被測定電流Ｉが最大値（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）を超えた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Ｓ１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。
【００５３】
また、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によって第１の比較器３１及び第２の比較器における比較動作がノイズの影響を受け難くなるため、図１及び図４に示す電流センサと同様に、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００５４】
＜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６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６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部３Ｂにおいて論理和演算を行う論理ゲート３３を、論理積演算を行う論理ゲート３４に置き換えたものであり、その他の構成は図５に示す電流センサと同じである。
【００５５】
図６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が最大値（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）を超えた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Ｓ１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Ｓ１が選択部４において選択される。そのため、図５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。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
上述した第１乃至第４の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がそのまま選択部４に入力されているが、第５の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を増幅した信号が選択部４に入力される。また、本実施形態に係る電流センサは、磁気センサ等の故障の検知を行う。
【００５７】
図７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７に示す電流センサは、図１に示す電流センサと同様の構成に加えて、増幅部２１と、第３のローパスフィルタ１３と、一致判定部７と、故障検知部６を有する。また、図７に示す電流センサでは、図１に示す電流センサにおける比較部３が比較部３Ｃに置き換えられている。
【００５８】
増幅部２１は、第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１を増幅し、増幅結果の信号Ｓ１Ｂを選択部４に入力する。増幅部２１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（第２の磁気センサ２の出力Ｓ２が磁気飽和によって歪まない被測定電流Ｉの最大値）よりも被測定電流Ｉが小さい場合に、第１の磁気センサの出力信号Ｓ１を増幅した信号Ｓ１Ｂと第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２とが等しくなるように設定された増幅率を有する。
【００５９】
第１のローパスフィルタ１１は、増幅部２１において増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂに含まれる高周波成分を減衰させる。
【００６０】
比較部３Ｃは、増幅部２１において増幅されて第１のローパスフィルタ１１を通過した第１の磁気センサ１の出力信号と第１の閾値Ｖｒｅｆ１とを比較し、その比較結果を示す信号Ｓ３を出力する。比較部３Ｃは、上述した比較部３（図１）と同様に、一般的なコンパレータやシュミットトリガ回路（図３）などを用いて構成される。比較部３Ｃは、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
比較部３Ｃの第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、上述した比較部３（図１）の第１の閾値Ｖｒｅｆ１と同様に、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ており、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。
【００６１】
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。
【００６２】
一致判定部７は、第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と、増幅部２１において増幅された第１の磁気センサの出力信号Ｓ１Ｂとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する。
【００６３】
図８は、一致判定部７の構成の一例を示す図である。
図８に示す一致判定部７は、第１の差動増幅器７１と、第２の差動増幅器７２と、第１の比較器７３と、第２の比較器７４と、論理ゲート７５とを有する。
【００６４】
第１の差動増幅器７１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７１の反転入力端子ＩＮ１−に増幅部２１の出力端が接続され、第１の差動増幅器７１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７１は、例えば図８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。
【００６５】
第２の差動増幅器７２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７２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７２の非反転入力端子ＩＮ２＋に増幅部２１の出力端が接続される。
第２の差動増幅器７２は、例えば図８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。
【００６６】
第１の比較器７３は、第１の差動増幅器７１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７４は、第２の差動増幅器７２の出力レベルと第２の閾値Ｖｒｅｆ２'とを比較する。
論理ゲート７５は、第１の比較器７３の出力と第２の比較器７４の出力との否定論理和を演算する。
【００６７】
第２の磁気センサ２の出力レベルが増幅部２１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７１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７１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７３からハイレベルの信号が出力され、論理ゲート７５の出力信号Ｓ７がローレベルとなる。
また、増幅部２１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７２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７２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７４からハイレベルの信号が出力され、論理ゲート７５の出力信号Ｓ７がローレベルとなる。
このように、論理ゲート７５の出力信号Ｓ７は、第２の磁気センサ２の出力レベルと増幅部２１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７５の出力信号Ｓ７は、第２の磁気センサ２の出力レベルと増幅部２１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。 
【００６８】
なお、図８の例では、第１の比較器７３の出力と第２の比較器７４の出力との否定論理和を演算する論理ゲート７５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７５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８に示す一致判定部７と同様の動作を実現可能である。
以上が一致判定部７の説明である。
【００６９】
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、一致判定部７の判定結果を示す信号Ｓ７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２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と増幅部２１で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂとの差が所定の範囲から外れたことを一致判定部７が判定した場合、故障検知部６は、故障の検出を示す信号Ｓ６を出力する。
【００７０】
図９は、故障検知部６の一例を示す図である。
図９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と一致判定部７の出力信号Ｓ７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。
【００７１】
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、一致判定部７の出力信号Ｓ７がハイレベルの場合（第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と増幅部２１で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂとの差が所定の範囲にある場合）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、一致判定部７の出力信号Ｓ７がローレベルの場合（第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と増幅部２１で増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂとの差が所定の範囲から外れる場合）、論理ゲート６３からハイレベルの信号Ｓ６が出力される。
【００７２】
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おらず、第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２と増幅部２１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。そのため、磁気センサ等が正常に動作していれば、一致判定部７の出力信号Ｓ７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。
【００７３】
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２１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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、一致判定部７の判定結果を示す信号Ｓ７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。
【００７６】
また、第１のローパスフィルタ１１によって比較部３Ｃにおける比較動作がノイズの影響を受け難くなるため、既に説明した各電流センサと同様に、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００７７】
＜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。
上述した第５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の出力端に接続される増幅部２１の出力Ｓ１Ｂ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Ｓ２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。
【００７８】
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７に示す電流センサにおける比較部３Ｃを比較部３Ｄに置き換えたものであり、他の構成は図７に示す電流センサと同じである。
【００７９】
比較部３Ｄは、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較し、その比較結果を示す信号Ｓ３を出力する。比較部３Ｄは、上述した比較部３（図１）と同様に、一般的なコンパレータやシュミットトリガ回路（図３）などを用いて構成される。比較部３Ｄは、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。
比較部３Ｄにおける第２の閾値Ｖｒｅｆ２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。
【００８０】
第２の磁気センサ２の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する比較器３Ｄを設けた図１０に示す電流センサにおいても、図７に示す電流センサと同様の動作を実現できる。
【００８１】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
上述した第５，第６の実施形態に係る電流センサでは、増幅部２１の出力又は第２の磁気センサ２の出力の何れか一方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、増幅部２１の出力及び第２の磁気センサ２の出力の両方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。
【００８２】
図１１は、第７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に示す電流センサは、図７に示す電流センサにおける比較部３Ｃを比較部３Ｅに置き換えて、第２のローパスフィルタ１２を追加したものであり、他の構成は図７に示す電流センサと同じである。
【００８３】
比較部３Ｅは、第１の比較器３１と、第２の比較器３２と、論理ゲート３３とを有する。
【００８４】
第１の比較器３１は、増幅部２１において増幅されて第１のローパスフィルタ１１を通過した第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とその第１の閾値Ｖｒｅｆ１は、既に説明した図７における比較部３Ｃとその第１の閾値Ｖｒｅｆ１に相当する。
【００８５】
第２の比較器３２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の出力と第２の閾値Ｖｒｅｆ２とを比較する。第２の比較器３２とその第１の閾値Ｖｒｅｆ２は、図１０における比較部３Ｄとその第２の閾値Ｖｒｅｆ２に相当する。
【００８６】
論理ゲート３３は、第１の比較器３１の出力と第２の比較器３２の出力との論理和演算を行う。論理和ゲート３３の動作は、既に説明した図５における論理和ゲート３３と同じである。
【００８７】
図１１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の何れか一方において被測定電流Ｉが最大値（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）を超えた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の増幅された出力Ｓ１Ｂ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。
【００８８】
また、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によって第１の比較器３１及び第２の比較器における比較動作がノイズの影響を受け難くなるため、上述した各電流センサと同様に、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【００８９】
＜第８の実施形態＞
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
図１２は、第８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１２に示す電流センサは、図１１に示す電流センサにおける比較部３Ｅにおいて論理和演算を行う論理ゲート３３を、論理積演算を行う論理ゲート３４に置き換えたものであり、その他の構成は図１１に示す電流センサと同じである。
【００９０】
図１２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が最大値（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）を超えたとの比較結果が得られた場合にのみ、第１の磁気センサ１の増幅された出力Ｓ１Ｂが選択部４において選択される。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の増幅された出力Ｓ１Ｂが選択部４において選択される。そのため、図１１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。
【００９１】
＜第９の実施形態＞
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
図１３は、第９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１３に示す電流センサは、図１に示す電流センサ（第１の実施形態）と同様の構成に加えて、第４のローパスフィルタ１４と、第５のローパスフィルタ１５と、オフディレイタイマ８を有する。
【００９２】
第４のローパスフィルタ１４は、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１に含まれる高周波成分を減衰させるフィルタであり、選択部４へ入力される第１の磁気センサ１の出力信号が通過する。
第５のローパスフィルタ１５は、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２に含まれる高周波成分を減衰させるフィルタであり、選択部４へ入力される第２の磁気センサ２の出力信号が通過する。
第４のローパスフィルタ１４及び第５のローパスフィルタ１５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。
【００９３】
比較部３は、第１のローパスフィルタ１１を通過した第１の磁気センサ１の出力であって、第４のローパスフィルタ１４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。比較部３は、この比較結果に応じた第１の制御信号Ｓ３をオフディレイタイマ８に出力する。
比較部３における第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ており、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の最大値より小さい所定の閾電流を示す。比較部３は、第１の磁気センサ１の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を超える場合、被測定電流Ｉが当該所定の閾電流を超えていることを示すハイレベルの第１の制御信号Ｓ３を出力する。他方、第１の磁気センサ１の出力が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を超えない場合、比較部３は、被測定電流Ｉが当該所定の閾電流を超えていないことを示すローレベルの第１の制御信号Ｓ３を出力する。
【００９４】
オフディレイタイマ８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８は、比較部８からハイレベルの第１の制御信号Ｓ３（被測定電流Ｉが所定の閾電流を超えていることを示す第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Ｓ８を出力する。他方、オフディレイタイマ８は、比較部８からローレベルの第１の制御信号Ｓ３（被測定電流Ｉが所定の閾電流を超えていないことを示す第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Ｓ８を出力する。なお、前記「一定時間」は、第５のローパスフィルタ１５の時定数に応じて決められる。
【００９５】
図１４は、オフディレイタイマ８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１４の例において、オフディレイタイマ８（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８１，８２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８１，８２は、オペアンプＯＰ２の後段において縦続接続される。縦続接続されたインバータ回路８１，８２から第２の制御信号Ｓ８が出力される。
【００９６】
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の電圧が第１の制御信号Ｓ３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、縦続接続されたインバータ回路８１，８２から出力される第２の制御信号Ｓ８はハイレベルとなる。
【００９７】
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が、このときダイオードＤ１には逆方向電圧が加わり、ダイオードＤ１はオフ状態となる。そのため、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。
【００９８】
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８１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８１の論理閾値より低くなると、インバータ回路８１の出力がローレベルからハイレベルに反転し、このインバータ回路８１の後段に接続されるインバータ回路８２の出力（すなわち第２の制御信号Ｓ８）がハイレベルからローレベルに変化する。
【００９９】
図１４に示すオフディレイタイマ８（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がローレベルからハイ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Ｓ８としてハイ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がハイレベルに維持される場合、第２の制御信号Ｓ８としてハイ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がハイレベルからローレベルへ変化し、そのロー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８１の論理閾値より低くなり、第２の制御信号Ｓ８はハイレベルからローレベルに変化する。
【０１００】
なお、オフディレイタイマ８は、図１４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８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。
【０１０１】
上述した構成を有する図１３に示す電流センサの動作を説明する。
被測定電流Ｉが比較部３の第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する所定の閾電流より小さい場合、比較部３の第１の制御信号Ｓ３はローレベルとなり、オフディレイタイマ８の第２の制御信号Ｓ８もローレベルとなる。そのため、選択部４においては、第５のローパスフィルタ１５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。
【０１０２】
他方、被測定電流Ｉが第１の閾値Ｖｒｅｆ１に対応する所定の閾電流より大きい場合、比較部３の第１の制御信号Ｓ３及びオフディレイタイマ８の第２の制御信号Ｓ８がハイレベルとなる。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の磁気飽和を生じない所定の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。
【０１０３】
また、被測定電流Ｉがノイズ等のために所定の閾電流より一時的に大きくなった場合、比較部３の第１の制御信号Ｓ３は、一時的にハイレベルとなった後で直ぐにローレベルへ戻るが、オフディレイタイマ８の第２の制御信号Ｓ８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ハイ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。
【０１０４】
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、被測定電流Ｉが所定の閾電流を超えた場合、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、被測定電流Ｉが所定の閾電流を超えていない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。そのため、被測定電流Ｉがノイズ成分によって所定の閾電流より大きくなったり小さくなったりする状態が頻繁に繰り返されても、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。
【０１０５】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、比較部３に入力される第１の磁気センサ１の出力Ｓ１のノイズ成分を減衰させる第１のローパスフィルタ１１を設けたことによって、測定レンジが不必要に切り換わることをより効果的に防止できる。
【０１０６】
更に、本実施形態に係る電流センサによれば、被測定電流Ｉに重畳するノイズ成分が一時的に第２の磁気センサ２の磁気飽和を生じる程大きくなった場合、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。これにより、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。
【０１０７】
また、本実施形態に係る電流センサよれば、被測定電流Ｉに重畳するノイズ成分が一時的に第２の磁気センサ２の磁気飽和を生じる程大きくなった場合、第１の磁気センサ１の出力が閾値Ｖｒｅｆ１を下回るまで被測定電流Ｉが小さくなった後も、選択部４において第１の磁気センサ１の出力が一定時間選択され続ける。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。
【０１０８】
しかも、本実施形態に係る電流センサによれば、比較部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、磁気飽和を生じた第２の磁気センサ２の出力が選択部４において選択され難くなるため、第２の磁気センサ２の磁気飽和に起因した出力信号Ｓｏｕｔの精度の低下を更に有効に防止できる。
【０１０９】
＜第１０の実施形態＞
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。
図１５は、第１０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１５に示す電流センサは、図４に示す電流センサ（第２の実施形態）と同様の構成に加えて、第４のローパスフィルタ１４と、第５のローパスフィルタ１５と、オフディレイタイマ８を有する。第４のローパスフィルタ１４、第５のローパスフィルタ１５及びオフディレイタイマ８は、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。
【０１１０】
図１５に示す電流センサにおいても、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）と同様の動作により、比較部３Ａの第１の制御信号Ｓ３に応じた第２の制御信号Ｓ８がオフディレイタイマ８によって生成され、選択部４の選択動作が制御される。すなわち、被測定電流Ｉが第２の閾値Ｖｒｅｆ２に対応する所定の閾電流を超えた場合、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、被測定電流Ｉが所定の閾電流を超えていない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。そのため、被測定電流Ｉのノイズ成分の影響によって測定レンジが不必要に切り換わることを有効に防止できる。
【０１１１】
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ため、比較部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。これにより、図１３に示す電流センサに比べて、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。
【０１１２】
＜第１１の実施形態＞
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。
図１６は、第１１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１６に示す電流センサは、図５に示す電流センサ（第３の実施形態）と同様の構成に加えて、第４のローパスフィルタ１４と、第５のローパスフィルタ１５と、オフディレイタイマ８を有する。第４のローパスフィルタ１４、第５のローパスフィルタ１５及びオフディレイタイマ８は、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。
【０１１３】
図１６に示す電流センサにおいても、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）と同様の動作により、比較部３Ｂの第１の制御信号Ｓ３に応じた第２の制御信号Ｓ８がオフディレイタイマ８によって生成され、選択部４の選択動作が制御される。そのため、被測定電流Ｉのノイズ成分の影響によって測定レンジが不必要に切り換わることを有効に防止できる。
【０１１４】
また、図１６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の何れか一方において被測定電流Ｉが最大値（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）を超えたとの比較結果が得られた場合、第１のローパスフィルタ１１を通過した第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、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。
【０１１５】
＜第１２の実施形態＞
次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。
図１７は、第１２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１７に示す電流センサは、図６に示す電流センサ（第４の実施形態）と同様の構成に加えて、第４のローパスフィルタ１４と、第５のローパスフィルタ１５と、オフディレイタイマ８を有する。第４のローパスフィルタ１４、第５のローパスフィルタ１５及びオフディレイタイマ８は、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。
【０１１６】
図１７に示す電流センサにおいても、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）と同様の動作により、比較部３Ｂの第１の制御信号Ｓ３に応じた第２の制御信号Ｓ８がオフディレイタイマ８によって生成され、選択部４の選択動作が制御される。そのため、被測定電流Ｉのノイズ成分の影響によって測定レンジが不必要に切り換わることを有効に防止できる。
【０１１７】
また、図１７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が最大値（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）を超えたとの比較結果が得られた場合にのみ、第１のローパスフィルタ１１を通過した第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。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１６に示す電流センサ（第１１の実施形態）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。
【０１１８】
＜第１３の実施形態＞
次に、本発明の第１３の実施形態について説明する。
上述した各実施形態に係る電流センサでは、磁気センサ（１，２）の出力信号と一定の閾値（Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２等）とを比較部により比較した結果に応じて、測定レンジの切り換えが行われる。これに対し、本実施形態に係る電流センサでは、測定感度の異なる２つの磁気センサの出力信号を比較した結果に応じて、測定レンジの切り換えが行われる。
【０１１９】
図１８は、第１３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１８に示す電流センサは、図５に示す電流センサ（第３の実施形態）における比較部３Ｂを一致判定部７Ａに置き換え、増幅部２２を追加したものであり、他の構成は図５に示す電流センサと同様である。
【０１２０】
増幅部２２は、第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１を増幅し、増幅結果の信号を第１のローパスフィルタ１１に入力する。増幅部２２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（第２の磁気センサ２の出力Ｓ２が磁気飽和によって歪まない被測定電流Ｉの最大値）よりも被測定電流Ｉが小さい場合に、第１の磁気センサの出力信号Ｓ１を増幅した信号と第２の磁気センサ２の出力信号Ｓ２とが等しくなるように設定された増幅率を有する。
【０１２１】
一致判定部７Ａ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の出力信号と、増幅部２２において増幅されて第１のローパスフィルタ１１を通過した第１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７Ａは、当該判定の結果に応じて、選択部４を制御する第１の制御信号Ｓ７Ａを出力する。
【０１２２】
一致判定部７Ａは、図７に示す電流センサ（第５の実施形態）における一致判定部７と同様の構成（例えば図８に示す構成において、論理ゲート７５の後段にインバータ回路を設けたもの）を有する。
【０１２３】
選択部４は、一致判定部７から出力される第１の制御信号Ｓ７Ａに応じて、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１又は第２の磁気センサ２の出力Ｓ２の一方を選択し、信号Ｓｏｕｔとして出力する。すなわち、選択部４は、一致判定部７に入力される２つの信号が所定の範囲内にあることを示す第１の制御信号Ｓ７Ａを入力した場合、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２を選択して出力し、当該２つの信号が所定の範囲内にないことを示す第１の制御信号Ｓ７Ａを入力した場合、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１を選択して出力する。
【０１２４】
図示しない後段の回路では、第１の制御信号Ｓ７Ａが示すに選択部４の選択状態に応じて、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を切り換える。
【０１２５】
図１８に示す電流センサの動作を説明する。
第２の磁気センサ２の出力Ｓ２が磁気飽和によって歪まない程度に被測定電流Ｉが小さい場合、一致判定部７に入力される２つの信号のレベルは略等しくなる。この場合、一致判定部７は、当該２つの信号の差が所定の範囲内に含まれることを示す第１の制御信号Ｓ７Ａを出力する。選択部４は、この第１の制御信号Ｓ７Ａに応じて、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２を選択する。
【０１２６】
被測定電流Ｉが大きくなって第２の磁気センサ２が磁気飽和を起こすと、第２の磁気センサ２の出力に歪が生じるため、一致判定部７に入力される２つの信号にレベルの差が生じる。例えば第２の磁気センサ２が磁気抵抗効果素子の場合、第２の磁気センサ２の出力Ｓ２は磁気飽和の影響によって第１の磁気センサ１の出力Ｓ１より小さくなる。当該２つの信号のレベル差が所定の範囲内から外れるほど被測定電流Ｉが大きくなると、第１の制御信号Ｓ７Ａの論理が反転し、選択部４において第１の磁気センサ１の出力Ｓ１が選択される。
【０１２７】
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。
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経年的なばらつきが存在するため、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。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可能となる。
【０１２８】
また、本実施形態に係る電流センサによれば、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によって一致判定部７Ａの判定動作がノイズの影響を受け難くなるため、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【０１２９】
＜第１４の実施形態＞
次に、本発明の第１４の実施形態について説明する。
上述した第１３の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がそのまま選択部４に入力されているが、第１４の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を増幅した信号が選択部４に入力される。
【０１３０】
図１９は、第１４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１９に示す電流センサは、図１８に示す電流センサにおける増幅部２２を増幅部２１に置き換えて、第３のローパスフィルタ１３を追加したものであり、他の構成は図１８に示す電流センサと同じである。
【０１３１】
増幅部２１は、図７に示す電流センサ（第５の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。また、第３のローパスフィルタ１３は、図７に示す電流センサ（第５の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。
【０１３２】
第１のローパスフィルタ１１は、増幅部２１において増幅された第１の磁気センサ１の出力信号Ｓ１Ｂに含まれる高周波成分を減衰させる。
【０１３３】
一致判定部７Ａ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の出力信号と、増幅部２１において増幅されて第１のローパスフィルタ１１を通過した第１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し、当該判定の結果に応じて、選択部４を制御する第１の制御信号Ｓ７Ａを出力する。
【０１３４】
図１９に示す電流センサにおいても、図１８に示す電流センサと同様に、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。そのため、一定の閾値と磁気センサの出力とを比較する方法に比べて、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可能となる。
また、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によって一致判定部７Ａの判定動作がノイズの影響を受け難くなるため、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
【０１３５】
更に、図１９に示す電流センサによれば、第１の磁気センサ１の出力Ｓ１が増幅部２１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。
【０１３６】
＜第１５の実施形態＞
次に、本発明の第１５の実施形態について説明する。
図２０は、第１５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２０に示す電流センサは、図１９に示す電流センサから第３のローパスフィルタ１３を削除して、第４のローパスフィルタ１４，第５のローパスフィルタ１５及びオフディレイタイマ８を追加したものであり、他の構成は図１９に示す電流センサと同じである。
【０１３７】
第４のローパスフィルタ１４，第５のローパスフィルタ１５及びオフディレイタイマ８は、図１３に示す電流センサ（第９の実施形態）における同一符号の構成要素と同じである。ただし、図２０に示す電流センサにおけるオフディレイタイマ８は、比較部３から出力される第１の制御信号Ｓ３の代わりとして、一致判定部７Ａから出力される第１の制御信号Ｓ７Ａを入力する。
【０１３８】
オフディレイタイマ８は、一致判定部７Ａから出力される第１の制御信号Ｓ７Ａ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８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の出力信号と、増幅部２１において増幅されて第１のローパスフィルタ１１を通過した第１の磁気センサの出力信号との差が所定の範囲から外れたことを示す第１の制御信号Ｓ７Ａ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Ｓ８を出力する。他方、オフディレイタイマ８は、当該差が所定の範囲内にあることを示す第１の制御信号Ｓ７Ａ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Ｓ８を出力する。
【０１３９】
図２０に示す電流センサにおいても、図１８に示す電流センサと同様に、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。そのため、一定の閾値と磁気センサの出力とを比較する方法に比べて、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可能となる。
また、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によって一致判定部７Ａの判定動作がノイズの影響を受け難くなるため、ノイズの影響による選択レンジの不必要な切り換えを生じ難くすることができる。
加えて、選択部４から出力される信号の被測定電流Ｉに対する比率が選択部４の選択状態に依らず一定になるため、後段の回路における処理を簡略化できる。
【０１４０】
更に、図２０に示す電流センサによれば、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が大きくなって第２の磁気センサ２の出力が歪んだ場合、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。被測定電流Ｉが当該最大値を超えていない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。そのため、被測定電流Ｉがノイズ成分によって当該最大値より大きくなったり小さくなったりする状態が頻繁に繰り返されても、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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
図５，図６，図１１，図１２，図１６，図１７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を行う論理ゲート３３や論理積演算を行う論理ゲート３４の例を挙げたが、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、第１の比較器３１及び第２の比較器３２の出力に対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。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。
【０１４４】
図７，図１１，図１２に示す電流センサでは、増幅部２１において増幅された第１の磁気センサ１の出力が第１のローパスフィルタ１１を介して比較部（３Ｃ，３Ｅ）に入力されているが、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、増幅部２１において増幅される前の第１の磁気センサ１の出力が第１のローパスフィルタ１１を介して比較部（３Ｃ，３Ｅ）に入力されてもよい。また、図１８に示す電流センサでは、増幅部２２において増幅された第１の磁気センサ１の出力が第１のローパスフィルタ１１を介して一致判定部７Ａに入力されているが、本発明の他の実施形態では、第１のローパスフィルタ１１を通過した第１の磁気センサ１の出力が増幅部２２を介して一致判定部７Ａに入力されてもよい。
【０１４５】
図７，図１０，図１１，図１２に示す電流センサにおける故障検知部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において、選択部４の出力が用いられているが、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、第１の磁気センサ１の出力や第２の磁気センサ２の出力を用いて、故障検知部６による当該判定が行われてもよい。また、故障検知部６による当該判定は、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する前の信号に基づいて行われてもよい。
【０１４６】
図７，図１０，図１１，図１２に示す電流センサにおける故障検知部６は、図１，図４〜図６，図１３，図１５〜図２０に示す電流センサにも設けることが可能である。
図１，図４〜図６，図１３，図１５〜図１７に示す電流センサに故障検知部６を設ける場合には、第１の磁気センサ１の出力を増幅する増幅部（増幅部２１（図７）と同様の増幅率を持つもの）と、一致判定部７（図７）を更に追加すればよい。
図１８〜図２０に示す電流センサに故障検知部６を設ける場合には、一致判定部７Ａにおいて出力される第１の制御信号Ｓ７Ａを用いて故障検知部６が故障の検出を行うようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
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】
【０１４８】
１…第１の磁気センサ、２…第２の磁気センサ、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ…比較部、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、１３…第３のローパスフィルタ、１４…第４のローパスフィルタ、１５…第５のローパスフィルタ、２１，２２…増幅部、６…故障検知部、７…一致判定部、８…オフディレイタイマ、９…電流路、Ｉ…被測定電流、Ｖｒｅｆ１…第１の閾値、Ｖｒｅｆ２…第２の閾値、Ｓ３，Ｓ７Ａ…第１の制御信号、Ｓ８…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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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