(57)【要約】【課題】  電流センサの小型化を図るとともに大電流を測定するのに好適な電流測定方法を提供する。【解決手段】  配線パターン４のパターン面内に、電流センサ１００の両側のリードピン６ａに対応させて２つの絶縁領域７ａを形成する。そして、両側のリードピン６ａを、対応する絶縁領域７ａに設けた導体８ａに接着することにより配線パターン４の一部を跨いで電流センサ１００を実装した。【選択図】  図４
2005031000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが形成されたプリント基板に電流センサを実装し、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する方法であって、
前記プリント基板は、前記配線パターンのパターン面内に前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域を有し、
前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部又は全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、前記支持部を前記絶縁領域に設置することにより前記電流パターンの一部を跨いで前記プリント基板に実装されており、
前記配線パターンが生成する磁界の強さを前記電流センサにより測定し、前記配線パターン全体を流れる電流を測定することを特徴とする電流測定方法。
【請求項２】
配線パターンが形成されたプリント基板に電流センサを実装し、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する方法であって、
前記プリント基板は、前記配線パターンから分岐し、前記配線パターンを流れる電流に比例した電流の流れる微少幅配線パターンを有し、
前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部又は全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、前記支持部を前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域に設置することにより前記微少幅配線パターンを跨いで前記プリント基板に実装されており、前記微少幅配線パターンを流れる電流又は前記配線パターンを流れる電流が生成する磁界の強さを測定することにより、前記配線パターン全体を流れる電流を測定することを特徴とする電流測定方法。
【請求項３】
配線パターンが形成されたプリント基板と、電流センサとを備え、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する装置であって、
前記プリント基板は、前記配線パターンに前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域を有し、
前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部又は全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、
前記支持部を前記絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装したことを特徴とする電流測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記プリント基板は、さらに、前記プリント基板を厚さ方向に貫通し且つ前記絶縁領域に形成したスルーホールを有し、
前記絶縁領域に設置した前記支持部から前記スルーホールを通じて前記信号線を前記プリント基板の反対面に引き出したことを特徴とする電流測定装置。
【請求項５】
請求項３及び４のいずれかにおいて、
前記電流センサは、複数の前記支持部を有し、
前記プリント基板は、前記各支持部に対応させて前記配線パターンのパターン面内に前記配線パターンとは絶縁された複数の絶縁領域を有し、
前記各支持部を対応する絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装したことを特徴とする電流測定装置。
【請求項６】
請求項３及び４のいずれかにおいて、
前記電流センサは、複数の前記支持部を有し、前記各信号線の一部又は全部を、当該電流センサを支持する支持部としてそれぞれ形成してなり、
前記複数の支持部のうちいずれかを前記絶縁領域に設置し且つ前記複数の支持部のうち他のいずれかを前記配線パターン外の絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装したことを特徴とする電流測定装置。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかにおいて、
前記電流センサは、さらに、磁束を所定方向に収束させる磁気収束手段を有し、
前記配線パターンを流れる電流により発生した磁束が前記磁気検出素子の感磁面に収束するように前記磁気収束手段を設けたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記電流センサは、
前記磁気検出素子及び前記磁気収束手段を一体に内蔵し、
当該電流センサの外装面のうち実装時に前記プリント基板面と対向することとなる面と前記磁気検出素子との間に前記磁気収束手段を設けたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記磁気収束手段は、複数の磁気収束板からなり、
前記電流センサの実装時に前記磁気収束板の面が前記プリント基板面と対向するように且つ前記プリント基板の面方向からみて前記磁気収束板の間に前記配線パターンの一部が位置するように、前記複数の磁気収束板を、間隔をあけて設けたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項１０】
配線パターンが形成されたプリント基板と、電流センサとを備え、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する装置であって、
前記プリント基板は、前記配線パターンから分岐して形成し且つ前記配線パターンよりも幅の小さい第２配線パターンを有し、
前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する複数の信号線とを有し、前記各信号線の一部又は全部を、当該電流センサを支持する支持部としてそれぞれ形成してなり、
前記複数の支持部のうちいずれかを前記第２配線パターン外の片側一方の絶縁領域に設置し且つ前記複数の支持部のうち他のいずれかを前記第２配線パターン外の片側他方の絶縁領域に設置することにより前記第２配線パターンを跨いで前記電流センサを実装したことを特徴とする電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサをプリント基板に実装し、プリント基板上の配線パターンを流れる電流を測定する方法および装置に係り、特に、電流センサの小型化を図るとともに大電流を測定するのに好適な電流測定方法および電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント基板上の電流を測定する装置としては、例えば、図９に示すような電流測定装置があった。
図９は、電流センサ２００をプリント基板３上に実装した電流測定装置を示す斜視図である。
図９において、電流センサ２００は、ホール素子等の磁気検出素子を有し、測定対象となる配線パターン４を跨いで電流センサ２００を実装する。そして、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束を磁気検出素子で検出し、磁気検出素子の検出信号に基づいて配線パターン４の電流値を求める。電流センサ２００は、表面実装型のパッケージであって、その側面よりリードピン６ａが出ている。
【０００３】
しかしながら、図９の電流測定装置にあっては、配線パターン４を跨いで電流センサ２００を実装するため、電流センサ２００のサイズにより配線パターン４の幅が制限され、熱焼損等の問題から配線パターン４の電流値を大きくすることができない。大電流を流すために配線パターン４の幅を広げようとすれば、電流センサ２００のリードピン６ａに接触しないような幅にする必要がある。したがって、大電流を測定することが困難であるという問題があった。大電流を測定するには、配線パターン４の幅を広げるとともに、電流センサ２００のサイズを大きくすればよいが、それでは、電流センサ２００の小型化を図ることができない。
【０００４】
そこで、この問題を解決するため、図１０に示すような電流測定装置が提案されている。
図１０は、電流センサ２００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
図１０においては、測定対象となる配線パターン４の一部にくびれ４ａを形成し、くびれ４ａがリードフレーム６ａに接触しないように、くびれ４ａを跨いで電流センサ２００を実装する。そして、くびれ４ａを流れる電流により発生した磁束を磁気検出素子で検出し、磁気検出素子の検出信号に基づいて配線パターン４の電流値を求める。
【０００５】
これにより、配線パターン４の幅を大きくでき、配線パターン４の電流値を大きくすることができる。また、くびれ４ａについては、配線パターン４に大電流を流した場合、くびれ４ａで発生する熱を配線パターン４のうちくびれ４ａ以外の部分で拡散させることができる。
なお、従来、プリント基板上の電流を測定する技術としては、シャント抵抗、磁気抵抗素子またはホール素子を用いたものが広く知られている。
【０００６】
ホール素子を用いて電流を測定する技術としては、例えば、特許文献１に開示されている電流検知ユニット、特許文献２に開示されている電流センサを用いた電流測定装置、および特許文献３に開示されている電流センサを用いた電流測定装置が知られている。
【特許文献１】特開平８−２３３８６５号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７９６５号公報
【特許文献３】ＵＳ特許５９４２８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１０の電流測定装置にあっても、配線パターン４に流せる電流値には一定の限界があった。一般に３５[μm]厚の銅箔により配線パターン４を形成した場合、１[mm]幅当り１[A]程度の電流が限度となる。そのため、くびれ４ａでの発熱を他の部分で拡散できるからといっても限度があり、例えば、１０[A]の電流を流す配線パターン４のくびれ４ａの幅を１[mm]にした場合には、くびれ４ａでの発熱量が放熱量を上回ってしまい、くびれ４ａが焼損する可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、電流センサの小型化を図るとともに大電流を測定するのに好適な電流測定方法および電流測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の電流測定方法は、配線パターンが形成されたプリント基板に電流センサを実装し、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する方法であって、前記プリント基板は、前記配線パターンのパターン面内に前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域を有し、前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部または全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、前記支持部を前記絶縁領域に設置することにより前記電流パターンの一部を跨いで前記プリント基板に実装されており、前記配線パターンが生成する磁界の強さを前記電流センサにより測定し、前記配線パターン全体を流れる電流を測定する。
【００１０】
ここで、電流を測定することには、配線パターンを流れる電流の大きさを得ること、電流の有無を検出すること、電流値が所定値を超えたかを検出することが含まれる。以下、請求項３および１０記載の電流測定装置において同じである。
さらに、本発明に係る請求項２記載の電流測定方法は、配線パターンが形成されたプリント基板に電流センサを実装し、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する方法であって、前記プリント基板は、前記配線パターンから分岐し、前記配線パターンを流れる電流に比例した電流の流れる微少幅配線パターンを有し、前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部または全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、前記支持部を前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域に設置することにより前記微少幅配線パターンを跨いで前記プリント基板に実装されており、前記微少幅配線パターンを流れる電流または前記配線パターンを流れる電流が生成する磁界の強さを測定することにより、前記配線パターン全体を流れる電流を測定する。
【００１１】
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項３記載の電流測定装置は、配線パターンが形成されたプリント基板と、電流センサとを備え、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する装置であって、前記プリント基板は、前記配線パターンに前記配線パターンとは絶縁された絶縁領域を有し、前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する信号線とを有し、前記信号線の一部または全部を、当該電流センサを支持する支持部として形成してなり、前記支持部を前記絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装した。
【００１２】
このような構成であれば、配線パターンに電流が流れると、配線パターンを流れる電流により磁気が発生し、発生した磁気が配線パターン上の電流センサに到達する。電流センサでは、磁気検出素子により、到達した磁気が検出されるので、磁気検出素子の検出信号により、配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。
また、配線パターンのパターン面内に配線パターンとは絶縁された絶縁領域に支持部を設置することにより電流センサを実装したので、配線パターンの幅を狭めることなく、配線パターンの定格まで電流を流すことができる。また、電流センサのサイズを大きくしなくてもすむ。
【００１３】
さらに、本発明に係る請求項４記載の電流測定装置は、請求項３記載の電流測定装置において、前記プリント基板は、さらに、前記プリント基板を厚さ方向に貫通しかつ前記絶縁領域に形成したスルーホールを有し、前記絶縁領域に設置した前記支持部から前記スルーホールを通じて前記信号線を前記プリント基板の反対面に引き出した。
このような構成であれば、絶縁領域に形成したスルーホールを通じて信号線をプリント基板の反対面に引き出したので、反対面の配線パターンを通じて外部の演算処理回路等に信号線を比較的容易に接続することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る請求項５記載の電流測定装置は、請求項３および４のいずれかに記載の電流測定装置において、前記電流センサは、複数の前記支持部を有し、前記プリント基板は、前記各支持部に対応させて前記配線パターンのパターン面内に前記配線パターンとは絶縁された複数の絶縁領域を有し、前記各支持部を対応する絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装した。
【００１５】
このような構成であれば、配線パターンに電流が流れると、配線パターンを流れる電流により磁気が発生する。電流センサは、配線パターン内の異なる絶縁領域間を跨いで実装されているが、発生した磁気の多くは、電流センサに到達する。電流センサでは、磁気検出素子により、到達した磁気が検出されるので、磁気検出素子の検出信号により、配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る請求項６記載の電流測定装置は、請求項３および４のいずれかに記載の電流測定装置において、前記電流センサは、複数の前記支持部を有し、前記各信号線の一部または全部を、当該電流センサを支持する支持部としてそれぞれ形成してなり、前記複数の支持部のうちいずれかを前記絶縁領域に設置しかつ前記複数の支持部のうち他のいずれかを前記配線パターン外の絶縁領域に設置することにより前記配線パターンの一部を跨いで前記電流センサを実装した。
【００１７】
このような構成であれば、配線パターンに電流が流れると、配線パターンを流れる電流により磁気が発生する。電流センサは、配線パターン内の絶縁領域と配線パターン外の絶縁領域とを跨いで実装されているが、発生した磁気の多くは、電流センサに到達する。電流センサでは、磁気検出素子により、到達した磁気が検出されるので、磁気検出素子の検出信号により、配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る請求項７記載の電流測定装置は、請求項３ないし６のいずれかに記載の電流測定装置において、前記電流センサは、さらに、磁束を所定方向に収束させる磁気収束手段を有し、前記配線パターンを流れる電流により発生した磁束が前記磁気検出素子の感磁面に収束するように前記磁気収束手段を設けた。
このような構成であれば、磁気収束手段により、配線パターンを流れる電流により発生した磁束が磁気検出素子の感磁面に収束し、磁気検出素子により、収束した磁束が検出される。したがって、磁気検出素子の検出信号により、配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る請求項８記載の電流測定装置は、請求項７記載の電流測定装置において、前記電流センサは、前記磁気検出素子および前記磁気収束手段を一体に内蔵し、当該電流センサの外装面のうち実装時に前記プリント基板面と対向することとなる面と前記磁気検出素子との間に前記磁気収束手段を設けた。
このような構成であれば、磁気検出素子と対向面との間に磁気収束手段が設けられているので、配線パターンを流れる電流により発生した磁束を磁気収束手段で受けやすくなる。したがって、配線パターンを流れる電流により発生した磁束を効果的に磁気検出素子の感磁面に収束させることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る請求項９記載の電流測定装置は、請求項８記載の電流測定装置において、前記磁気収束手段は、複数の磁気収束板からなり、前記電流センサの実装時に前記磁気収束板の面が前記プリント基板面と対向するようにかつ前記プリント基板の面方向からみて前記磁気収束板の間に前記配線パターンの一部が位置するように、前記複数の磁気収束板を、間隔をあけて設けた。
【００２１】
このような構成であれば、磁気収束板の面がプリント基板面と対向するように磁気収束板が設けられているので、配線パターンを流れる電流により発生した磁束を磁気収束板で受けやすくなる。したがって、配線パターンを流れる電流により発生した磁束を効果的に磁気検出素子の感磁面に収束させることができる。
また、プリント基板の面方向からみて磁気収束板の間に配線パターンの一部が位置するように磁気収束板が間隔をあけて設けられているので、磁気収束板で受けた磁束を効果的に磁気検出素子の感磁面に収束させることができる。
【００２２】
さらに、本発明に係る請求項１０記載の電流測定装置は、配線パターンが形成されたプリント基板と、電流センサとを備え、前記電流センサにより前記配線パターンを流れる電流を測定する装置であって、前記プリント基板は、前記配線パターンから分岐して形成しかつ前記配線パターンよりも幅の小さい第２配線パターンを有し、前記電流センサは、磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の検出信号を外部に出力する複数の信号線とを有し、前記各信号線の一部または全部を、当該電流センサを支持する支持部としてそれぞれ形成してなり、前記複数の支持部のうちいずれかを前記第２配線パターン外の片側一方の絶縁領域に設置しかつ前記複数の支持部のうち他のいずれかを前記第２配線パターン外の片側他方の絶縁領域に設置することにより前記第２配線パターンを跨いで前記電流センサを実装した。
【００２３】
このような構成であれば、配線パターンに電流が流れると、その電流の一部が第２配線パターンに分流し、第２配線パターンを流れる電流により磁気が発生し、発生した磁気が第２配線パターン上の電流センサに到達する。電流センサでは、磁気検出素子により、到達した磁気が検出されるので、磁気検出素子の検出信号により、第２配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。また、配線パターンを流れる電流は、第２配線パターンを流れる電流に比例するので、同様に、磁気検出素子の検出信号により、配線パターンを流れる電流を非接触で測定することができる。
また、配線パターンから分岐して形成しかつ配線パターンよりも幅の小さい第２配線パターンを跨いで電流センサを実装したので、配線パターンの幅を狭めることなく、配線パターンの定格まで電流を流すことができる。また、電流センサのサイズを大きくしなくてもすむ。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明に係る請求項１または２記載の電流測定方法によれば、配線パターンのパターン面内に形成された絶縁領域に支持部を設置することにより電流センサを実装するので、配線パターンの幅を狭めることなく、配線パターンの定格まで電流を流すことができる。また、電流センサのサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサを大型化することなく、大電流を測定することができるという効果が得られる。さらに、電流センサは配線パターンの上に実装するので、電流センサとしての実装面積を新たに確保する必要がなく、実装面積が要らないという効果も得られる。
【００２５】
一方、本発明に係る請求項３ないし９記載の電流測定装置によれば、配線パターンのパターン面内に配線パターンとは絶縁された絶縁領域に支持部を設置することにより電流センサを実装したので、配線パターンの幅を狭めることなく、配線パターンの定格まで電流を流すことができる。また、電流センサのサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサを大型化することなく、大電流を測定することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項４記載の電流測定装置によれば、絶縁領域に形成したスルーホールを通じて信号線をプリント基板の反対面に引き出したので、電流センサの検出信号を比較的容易に取り出すことができるという効果も得られる。
【００２６】
さらに、本発明に係る請求項７ないし９記載の電流測定装置によれば、磁気収束手段により、配線パターンを流れる電流により発生した磁束が磁気検出素子の感磁面に収束しやすくなるので、電流センサの感度を向上することができるという効果も得られる。磁気検出素子を使って非接触で配線パターンの電流を測定することができるので、配線パターンと電流センサとの電気的絶縁を保つことができ、かつ電流の向きを含めて比較的高精度に配線パターンの電流を測定することができるという効果も得られる。また、電流センサは、電流が流れる一次側導体を同一パッケージに内蔵せず、構成要素である磁気検出素子および磁気収束板が、通常のＬＳＩプロセスと同様の技術で製造できることから、電流センサは、小型化できるとともに量産にも適しているという効果も得られる。一次導体を内蔵せず、外部の配線パターンに近接するだけで電流を測定することができることから、プリント基板の配線パターンに抵抗素子やコンデンサのように間隔を設け、そこに直列に実装する必要もなく、設計後に部品の取り外しを行っても、配線パターンの修正変更が必要にならず、実装を取りやめることが比較的容易であるという効果も得られる。
【００２７】
さらに、本発明に係る請求項８または９記載の電流測定装置によれば、配線パターンを流れる電流により発生した磁束を効果的に磁気検出素子の感磁面に収束させることができるので、電流センサの感度をさらに向上することができるという効果も得られる。
さらに、本発明に係る請求項９記載の電流測定装置によれば、配線パターンを流れる電流により発生した磁束をさらに効果的に磁気検出素子の感磁面に収束させることができるので、電流センサの感度をさらに向上することができるという効果も得られる。
【００２８】
さらに、本発明に係る請求項１０記載の電流測定装置によれば、配線パターンから分岐して形成しかつ配線パターンよりも幅の小さい第２配線パターンを跨いで電流センサを実装したので、配線パターンの幅を狭めることなく、配線パターンの定格まで電流を流すことができる。また、電流センサのサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサを大型化することなく、大電流を測定することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図５は、本発明に係る電流測定方法および電流測定装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、本発明に係る電流測定装置の構造を図１ないし図３を参照しながら説明する。図１および図２は、図４中のＢ−Ｂ’線に沿った電流センサ１００の厚さ方向の断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。
【００３０】
本発明に係る電流測定装置は、図１に示すように、プリント基板３と、プリント基板３に実装した電流センサ１００とで構成されている。
電流センサ１００は、図１に示すように、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２をモールドパッケージ１に内蔵して構成されている。モールドパッケージ１の内部には、モールドパッケージ１の外装面のうち実装時にプリント基板３と対向することとなる面（以下、対向面という。）９０側に磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２が設けられている。
【００３１】
また、モールドパッケージ１には、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２をダイボンドしかつ磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２の検出信号を出力するためのリードフレーム６が設けられている。リードフレーム６の端部は、プリント基板３に実装できるように曲げられ、リードピン６ａを形成している。また、モールドパッケージ１内に設けられたリードフレーム６には、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２が接着用ペースト５により接着されている。
プリント基板３には、測定対象となる配線パターン４が形成されており、配線パターン４のパターン面内には、両側のリードピン６ａに対応させて絶縁領域７ａが形成されている。
【００３２】
磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２は、図２および図３に示すように、信号処理回路１０の外装面のうち実装時にプリント基板３と対向することとなる面に２つのホール素子９を設けるとともに、信号処理回路１０と対向面９０との間に２つの磁気収束板１１を設けてなる。ここで、ホール素子９は、２つ１組のペアであれば、２組以上設けても構わない。絶縁領域７ａには、導体８ａが形成され、リードピン６ａに電気的に接続されている。導体８ａは、プリント基板３中に設けられたスルーホール８ｂを介して裏面の導体８ｃに電気的に接続されている。導体８ｃは、別のプリント配線（図示せず）に接続され、信号が入出力される。
【００３３】
磁気収束板１１は、実装時に磁気収束板１１の面がプリント基板３の面と対向するようにかつプリント基板３の面方向からみて磁気収束板１１の間に配線パターン４の一部が位置するように所定の間隔をあけて設けられている。磁気収束板１１の間隔をあけることにより、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束は、両側の磁気収束板１１により、ホール素子９の感磁面に向けて収束される。なお、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２の構造については、特許文献３に詳しい。
プリント基板３は、紙フェノール、紙エポキシまたはガラスエポキシ等の材質で構成されている。もちろん、これらに限定されるものではないが、ポリイミド系材料であれば、プリント基板３の厚さを小さくできてよい。
【００３４】
配線パターン４および導体８ａ，８ｃは、例えば、Ｃｕ等の金属箔からなる電流導線であり、配線パターン４を流れる電流値、要求される電流感度に応じて最適な形状とすることができる。電流値が大きければ、配線パターン４の厚みを増し、電流感度を向上する場合は、配線パターン４の幅を小さくする。配線パターン４の長さは、所定の長さ以上あればよい。なお、配線パターン４の幅とは、プリント基板３の面方向に沿った長さであって配線パターン４を流れる電流の向きと直交する長さをいい、配線パターン４の長さとは、プリント基板３の面方向に沿った長さであって配線パターン４を流れる電流の向きの長さをいい、配線パターン４の厚さとは、プリント基板３の面方向と直交する方向に沿った長さをいう。以下、同じである。
【００３５】
信号処理回路１０は、ホール素子９により磁電変換して得られるホール起電力を加算増幅する。なお、ホール素子９と信号処理回路１０とは、必ずしも、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２としてモノリシックに構成されている必要はなく、ハイブリッドに構成されていても構わない。
このように、電流センサ１００は、磁気収束板付きホールＡＳＩＣ２およびリードフレーム６をモールド樹脂で一体加工したものであり、汎用的なプロセスで大量生産に適した構造になっている。
【００３６】
図４は、電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
電流センサ１００は、図４に示すように、両側のリードピン６ａを、対応する絶縁領域７ａに設けた導体８ａに半田付け等により接着することにより配線パターン４の一部を跨いでプリント基板３に実装されている。この場合、配線パターン４を流れる電流が作る磁場の様子は、図２における符号１２，１３に示すようになる。ホール素子９の下方には、磁気収束板１１が所定の間隔をもってホール素子９に平行になるように配置されているので、図２において、図面裏側から図面表側に向けて配線パターン４に電流が流れているとき、電流により発生する磁界は、図２における符号１３に示すようになり、特に、ホール素子９近傍の磁界は、磁気収束板１１により符号１２に示すように収束される。これにより、ホール素子９の感磁面の磁束密度を大きくすることができる。
【００３７】
リードピン６ａからの信号は、プリント基板３を厚さ方向に貫通するスルーホール８ｂを各絶縁領域７ａのプリント基板３中に形成し、スルーホール８ｂを通してプリント基板３の裏面から取り出すようにする。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
配線パターン４に電流が流れると、配線パターン４を流れる電流により磁束が発生する。電流センサ１００は、配線パターン４内の異なる絶縁領域７ａ間を跨いで実装されているが、発生した磁束の多くは、電流センサ１００に到達する。電流センサ１００では、ホール素子９により、到達した磁束が検出されるので、ホール素子９の検出信号により、配線パターン４を流れる電流を非接触で測定することができる。
【００３８】
［実施例］
次に、本発明に係る第１の実施例を図５を参照しながら説明する。
図５は、本発明に係る第１の実施例を説明するための図である。
図５に示すように、プリント基板３の厚さを１．６[mm]、配線パターン４の厚さを３５[μm]、配線パターン４の幅を２０[mm]、モールドパッケージ１の幅を２[mm]、絶縁領域７ａの幅を５[mm]として、電流センサ１００を、両側のリードピン６ａを、対応する絶縁領域７ａに設けた導体８ａに半田付け等により接着することにより配線パターン４の一部を跨いで実装した。電流センサ１００には、ＧＮＤピン、電源ピン、入出力ピンが設けられている。
【００３９】
電流センサ１００には、一般に広く利用されているTSSOP-16パッケージをモールドパッケージ１として使用した。モールドパッケージ１の厚さは、およそ１[mm]で、底面からおよそ３００[μm]の位置にホール素子９を配置する構造とし、配線パターン４に極力近接するように配置した。ホール素子９の表面には、軟磁性材料からなる複数の磁気収束板１１を配置し、対向面９０に平行な磁束をホール素子９に収束させる機能を持たせている。ホール素子９より得られたセンサ信号をモールドパッケージ１内に内蔵した信号処理回路１０で演算増幅することによって、最終的な電流センサ１００単体での配線パターン面に平行な磁気に対する磁気感度を４６０[mV/mT]にできる電流センサ１００を利用した。
【００４０】
配線パターン４は２０[mm]幅であるため、およそ２０[A]の電流を定常的に流すことができる。電流感度について考察してみると、電流センサ１００直下の２[mm]幅の配線パターンが電流センサ１００に与える電流感度は、ビオ・サバールの法則に基づいて計算することができ、およそ１１８[mV/A]となる。ただし、この電流感度は、２[mm]幅の配線を流れる電流に対する電流感度である。また、同様に配線パターン４のうち、外側の４[mm]幅の配線の与える電流感度は、４[mm]幅の配線を流れる電流に対して０．３７[mV/A]である。配線幅に比例した大きさの電流が流れると考えることができ、外側には、４[mm]幅の配線が２つあるので、配線パターン４全体に１[A]を流したときの出力は、１１８[mV/A]×２／１０＋０．３７[mV/A]×４／１０×２＝２３．９８[mV]となる。すなわち、全体の電流感度は、およそ２４[mV/A]となる。
【００４１】
このようにして、本実施の形態では、配線パターン４のパターン面内に、両側のリードピン６ａに対応させて２つの絶縁領域７ａを形成し、両側のリードピン６ａを、対応する絶縁領域７ａに設けた導体８ａに接着することにより配線パターン４の一部を跨いで電流センサ１００を実装した。
これにより、配線パターン４の幅を狭めることなく、配線パターン４の定格まで電流を流すことができる。また、電流センサ１００のサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサ１００を大型化することなく、大電流を測定することができる。
【００４２】
さらに、本実施の形態では、プリント基板３を厚さ方向に貫通するスルーホール８ｂを絶縁領域７ａのプリント基板３中に形成し、リードピン６ａからの信号を、スルーホール８ｂを通じてプリント基板３の裏面から取り出すようにした。
これにより、電流センサ１００の検出信号を比較的容易に取り出すことができる。
さらに、本実施の形態では、対向面９０側にホール素子９を設け、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束がホール素子９の感磁面に収束するように磁気収束板１１を設けた。
【００４３】
これにより、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束がホール素子９の感磁面に収束しやすくなるので、電流センサ１００の感度を向上することができる。ホール素子を使って非接触で配線パターン４の電流を測定することができるので、配線パターン４と電流センサ１００との電気的絶縁を保つことができ、かつ電流の向きを含めて比較的高精度に配線パターン４の電流を測定することができる。また、電流センサ１００は、電流が流れる一次側導体を同一パッケージに内蔵せず、構成要素であるホール素子９および磁気収束板１１が、通常のＬＳＩプロセスと同様の技術で製造できることから、電流センサ１００は、小型化できるとともに量産にも適している。一次導体を内蔵せず、外部の配線パターンに近接するだけで電流を測定することができることから、プリント基板３の配線パターン４に抵抗素子やコンデンサのように間隔を設け、そこに直列に実装する必要もなく、設計後に部品の取り外しを行っても、配線パターン４の修正変更が必要にならず、実装を取りやめることが比較的容易である。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、電流センサ１００は、ホール素子９および磁気収束板１１を一体に内蔵し、ホール素子９と対向面９０との間に磁気収束板１１を設けた。
これにより、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束を効果的にホール素子９の感磁面に収束させることができるので、電流センサ１００の感度をさらに向上することができる。
さらに、本実施の形態では、電流センサ１００の実装時に磁気収束板１１の面がプリント基板３面と対向するようにかつプリント基板３の面方向からみて磁気収束板１１の間に配線パターン４の一部が位置するように、複数の磁気収束板１１を、間隔をあけて設けた。
これにより、配線パターン４を流れる電流により発生した磁束をさらに効果的にホール素子９の感磁面に収束させることができるので、電流センサ１００の感度をさらに向上することができる。
【００４５】
上記第１の実施の形態において、ホール素子９は、請求項１ないし３、７または８記載の磁気検出素子に対応し、リードピン６ａは、請求項１ないし５記載の支持部に対応し、磁気収束板１１は、請求項７ないし９記載の磁気収束手段に対応している。
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図６は、本発明に係る電流測定方法および電流測定装置の第２の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
まず、電流センサ１００の実装構造を図６を参照しながら説明する。
図６は、電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
配線パターン４のパターン面内には、図６に示すように、片側一方のリードピン６ａに対応させて１つの絶縁領域７ａが形成されている。
電流センサ１００は、片側一方のリードピン６ａを、絶縁領域７ａに設けた導体８ａ（図示せず）に半田付け等により接着し、かつ、片側他方のリードピン６ａを、配線パターン４外の絶縁領域７ｂに設けた導体８ａ（図示せず）に半田付け等により接着することにより、配線パターン４の一部を跨いでプリント基板３に実装されている。
【００４７】
リードピン６ａからの信号は、上記第１の実施の形態と同様に、スルーホール８ｂ（図示せず）を通してプリント基板３の裏面から取り出すようにしてもよいし、絶縁領域７ａに設けた導体８ａに接着されたリードピン６ａは、ダミーとして使用せず、絶縁領域７ｂに設けた導体８ａに接着されたリードピン６ａから信号を入力または取り出すようにしてもよい。
【００４８】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
配線パターン４に電流が流れると、配線パターン４を流れる電流により磁束が発生する。電流センサ１００は、絶縁領域７ａと絶縁領域７ｂとを跨いで実装されているが、発生した磁束の多くは、電流センサ１００に到達する。電流センサ１００では、ホール素子９により、到達した磁束が検出されるので、ホール素子９の検出信号により、配線パターン４を流れる電流を非接触で測定することができる。
【００４９】
このようにして、本実施の形態では、配線パターン４のパターン面内に、片側一方のリードピン６ａに対応させて１つの絶縁領域７ａを形成し、片側一方のリードピン６ａを、絶縁領域７ａに設けた導体８ａに接着し、かつ、片側他方のリードピン６ａを、絶縁領域７ｂに設けた導体８ａに接着することにより、配線パターン４の一部を跨いで電流センサ１００を実装した。
【００５０】
これにより、配線パターン４の幅を狭めることなく、配線パターン４の定格まで電流を流すことができる。また、電流センサ１００のサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサ１００を大型化することなく、大電流を測定することができる。
上記第２の実施の形態において、ホール素子９は、請求項１ないし３、７または８記載の磁気検出素子に対応し、リードピン６ａは、請求項１ないし４または６記載の支持部に対応し、磁気収束板１１は、請求項７ないし９記載の磁気収束手段に対応している。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図７および図８は、本発明に係る電流測定方法および電流測定装置の第３の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
まず、電流センサ１００の実装構造を図７を参照しながら説明する。
【００５２】
図７は、電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
プリント基板３には、図７に示すように、配線パターン４ｂが配線パターン４から分岐して形成され、再び配線パターン４に合流するように形成されている。配線パターン４ｂの幅は、モールドパッケージ１の幅よりも小さい。配線パターン４ｂは、配線パターン４の一部をバイパスしているので、配線パターン４を流れる電流のうち配線パターン４ｂとの分岐点（以下、単に分岐点という。）よりも上流の電流値をＩ0 、配線パターン４ｂを流れる電流値をＩ1、配線パターン４を流れる電流のうち分岐点よりも下流の電流値をＩ2としたときに、Ｉ1とＩ2の総和は、Ｉ0に等しくなる。
【００５３】
電流センサ１００は、片側一方のリードピン６ａを、配線パターン４ｂ外の片側一方の絶縁領域７ｃに設けた導体８ａに半田付け等により接着し、かつ、片側他方のリードピン６ａを、配線パターン４ｂ外の片側他方の絶縁領域７ｄに設けた導体８ａ’（図示せず）に半田付け等により接着することにより、配線パターン４ｂを跨いでプリント基板３に実装されている。
【００５４】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
配線パターン４に電流が流れると、その電流の一部が配線パターン４ｂに分流し、配線パターン４ｂを流れる電流により磁束が発生し、発生した磁束が配線パターン４ｂ上の電流センサ１００に到達する。電流センサ１００では、ホール素子９により、到達した磁束が検出されるので、ホール素子９の検出信号により、配線パターン４ｂを流れる電流を非接触で測定することができる。また、配線パターン４を流れる電流は、配線パターン４ｂを流れる電流に比例するので、同様に、ホール素子９の検出信号により、配線パターン４を流れる電流を非接触で測定することができる。
また、配線パターン４ｂを跨いで電流センサ１００を実装したので、配線パターン４の幅を狭めることなく、配線パターン４の定格まで電流を流すことができる。また、電流センサ１００のサイズを大きくしなくてもすむ。
【００５５】
［実施例］
次に、本発明に係る第３の実施例を図８を参照しながら説明する。
図８は、本発明に係る第３の実施例を説明するための図である。
図８に示すように、配線パターン４のうち分岐点よりも上流の幅を２０[mm]、配線パターン４のうち分岐点よりも下流の幅を１８[mm]、配線パターン４ｂの幅を２[mm]、絶縁領域７ｄの幅を４[mm]として、上記第１の実施の形態と同様の電流センサ１００を、片側一方のリードピン６ａを、絶縁領域７ｃに設けた導体８ａ（図示せず）に半田付け等により接着し、かつ、片側他方のリードピン６ａを、絶縁領域７ｄに設けた導体８ａ’（図示せず）に半田付け等により接着することにより、配線パターン４ｂを跨いで実装した。
【００５６】
電流センサ１００の各電流成分に対する電流感度は、ビオ・サバールの法則で求めることができる。電流値Ｉ1の流れる配線パターン４ｂに対する電流センサ１００の電流感度を計算すると、１１８．４[mV/A]であり、また電流値Ｉ2（＝Ｉ0−Ｉ1）の流れる配線パターンに対する電流感度を計算すると、０．１７[mV/A]である。配線の幅に比例した大きさの電流が流れると考えることができるので、Ｉ0＝１[A]流した場合、Ｉ1＝０．１[A]、Ｉ2＝０．９[A]となり、このときの出力は、１１８．４４×０．１＋０．１８×０．９＝１２．０[mV]となる。したがって、電流Ｉ0に対する電流感度は、およそ１２[mV/A]となる。すなわち、Ｉ0に０〜２０[A]の電流を流すと、０〜２４０[mV]の出力が得られることになる。
【００５７】
このようにして、本実施の形態では、モールドパッケージ１の幅よりも小さい配線パターン４ｂを配線パターン４から分岐して形成し、片側一方のリードピン６ａを、絶縁領域７ｃに設けた導体８ａに接着し、かつ、片側他方のリードピン６ａを、絶縁領域７ｄに設けた導体８ａ’に半田付け等により接着することにより、配線パターン４ｂを跨いで電流センサ１００を実装した。
【００５８】
これにより、配線パターン４の幅を狭めることなく、配線パターン４の定格まで電流を流すことができる。また、電流センサ１００のサイズを大きくしなくてもすむ。したがって、従来に比して、電流センサ１００を大型化することなく、大電流を測定することができる。
上記第３の実施の形態において、ホール素子９は、請求項１０記載の磁気検出素子に対応し、リードピン６ａは、請求項１０記載の支持部に対応し、配線パターン４ｂは、請求項１０記載の第２配線パターンに対応している。
【００５９】
なお、上記第１ないし第３の実施の形態においては、リードフレーム６を用いて構成したが、これに限らず、リードフレーム６を使用しなくとも、ホール素子９の感磁面が絶縁層を介して配線パターン４に近接または接触できれば、フリップチップとし、フリップチップボンディングタイプのものを用いて構成することもできる。この場合、モールド樹脂で一体加工する必要はない。
【００６０】
また、上記第１ないし第３の実施の形態において、電流センサ１００は、ホール素子９を設けて構成したが、これに限らず、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＭＩ素子、コイルその他の磁気検出素子を設けて構成することができるほか、配線パターン４を流れる電流が生成するプリント基板３面に平行な磁気を検出できる構成であればあらゆる構成を採用することができる。
また、上記第１ないし第３の実施の形態において、モールドパッケージ１の構造について特に説明しなかったが、モールドパッケージ１は、ＳＯＰでも、ＳＩＰでも、ＤＩＰでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図４中のＢ−Ｂ’線に沿った電流センサ１００の厚さ方向の断面図である。
【図２】図４中のＢ−Ｂ’線に沿った電流センサ１００の厚さ方向の断面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。
【図４】電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
【図５】本発明に係る第１の実施例を説明するための図である。
【図６】電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
【図７】電流センサ１００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
【図８】本発明に係る第３の実施例を説明するための図である。
【図９】電流センサ２００をプリント基板３上に実装した電流測定装置を示す斜視図である。
【図１０】電流センサ２００をプリント基板３上に実装した場合を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００，２００            電流センサ
１                        モールドパッケージ
２                        磁気収束板付きホールＡＳＩＣ
３                        プリント基板
４，４ｂ                  配線パターン
４ａ                      くびれ
５                        接着用ペースト
６                        リードフレーム
６ａ                      リードピン
８ａ，８ｃ                導体
８ｂ                      スルーホール
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ    絶縁領域
９                        ホール素子
１０                      信号処理回路
１１                      磁気収束板
１２，１３                磁気方向
９０                      対向面
【図１】
2005031000.tif 000003
【図２】
2005031000.tif 000004
【図３】
2005031000.tif 000005
【図４】
2005031000.tif 000006
【図５】
2005031000.tif 000007
【図６】
2005031000.tif 000008
【図７】
2005031000.tif 000009
【図８】
2005031000.tif 000010
【図９】
2005031000.tif 000011
【図１０】
2005031000.tif 000012