(57)【要約】【課題】本発明は、検出素子部周りの配線パターンが断線しても、被電流検出部材に電流が流れているとして、出力信号を出力してしまうということのない、故障を検出する機能を有する電流センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の電流センサは、被電流検出部材３６およびキャンセルコイル３５の近傍に位置して故障診断コイル４６を設け、検出素子部２１周りの配線パターンの断線を検知する構成としたものである。【選択図】図１
2012145476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被電流検出部材の近傍に設けられるとともに少なくとも４つの磁気抵抗素子を有しかつ一対の検出部を設けたブリッジ回路と、このブリッジ回路における一方の検出部からの出力信号をオフセットするオフセット調整用バッファー増幅器と、このオフセット調整用バッファー増幅器からの出力信号と前記ブリッジ回路における他方の検出部からの出力信号との差値を出力する差動増幅器と、前記被電流検出部材に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流が発生するキャンセルコイルと、このキャンセルコイルと一端を接続されるとともに他端を定電圧回路と接続された出力抵抗と、この出力抵抗に発生する電圧を定電圧回路によって規定された基準電位を基準として増幅する終段増幅器とを備え、前記被電流検出部材およびキャンセルコイルの近傍に位置して故障診断コイルを設けた電流センサ。
【請求項２】
前記定電圧回路にスイッチを設け、このスイッチを開閉することにより、定電圧回路によって規定される終段増幅器の基準電位を変動させるようにした請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記故障診断コイルの後段にサンプルホールド回路を設け、このサンプルホールド回路により、故障診断コイルに発生する電流を検出する構成とした請求項１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、特に、自動車等のバッテリー等に流れる電流を測定する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の電流センサは、図７に示すように構成されていた。
【０００３】
図７は従来の電流センサの回路図である。
【０００４】
図７において、１は検出素子部で、この検出素子部１には、電源電極２、第１の検出部３、第２の検出部４およびＧＮＤ電極５を設けている。また、前記検出素子部１には、第１のホール素子６を設けており、この第１のホール素子６の一端を電源電極２と電気的に接続させるとともに、他端を第１の検出部３と電気的に接続させている。そしてまた、前記検出素子部１には、第２のホール素子７を設けており、この第２のホール素子７の一端を前記第１の検出部３と電気的に接続させるとともに、他端をＧＮＤ電極５と電気的に接続させている。さらに、前記検出素子部１には、第３のホール素子８を設けており、この第３のホール素子８の一端を電源電極２と電気的に接続させるとともに、他端を第２の検出部４と電気的に接続させている。また、前記検出素子部１には、第４のホール素子９を設けており、この第４のホール素子９の一端を第２の検出部４と電気的に接続させるとともに、他端をＧＮＤ電極５と電気的に接続させている。そして、前記第１のホール素子６、第２のホール素子７、第３のホール素子８、第４のホール素子９、電源電極２、第１の検出部３、第２の検出部４およびＧＮＤ電極５を電気的に接続することにより、ブリッジ回路１０を構成している。１１は差動増幅器で、この差動増幅器１１は前記第１の検出部３からの出力信号を非反転入力端子１２に入力するとともに、反転入力端子１３に前記ブリッジ回路１０における第２の検知部４からの出力信号を入力し、ブリッジ回路１０における第１の検出部３と第２の検出部４からの出力信号の差値を出力している。１４はキャンセルコイルで、このキャンセルコイル１４は、前記ブリッジ回路１０の近傍に被電流検出部材（図示せず）に沿うように設けられるとともに、被電流検出部材（図示せず）に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流が流れるものである。１５は定電圧回路で、この定電圧回路１５は、直列に接続された第１の抵抗１６と、第２の抵抗１７およびバッファー増幅器１８とにより構成されており、定電圧を供給している。１９は出力抵抗で、この出力抵抗１９はキャンセルコイル１４に一端を接続されるとともに、他端を前記定電圧回路１５と電気的に接続されており、前記キャンセルコイル１４に発生する電流により、出力電圧が発生するものである。２０は終段増幅器で、この終段増幅器２０は前記出力抵抗１９に発生する出力電圧を定電圧回路１５によって規定された基準電位を基準として増幅して出力している。
【０００５】
以上のように構成された従来の電流センサについて、次に、その動作を説明する。
【０００６】
被電流検出部材（図示せず）に電流が流れると、その電流値に応じた検出素子部１からの出力信号が差動増幅器１１に入力される。差動増幅器１１は定電圧回路１５から入力される電流を吸い込むまたは吐き出すことにより、第１の検知部３および第２の検知部４間の電位差が常にゼロとなるように、すなわち、第１のホール素子６、第２のホール素子７、第３のホール素子８および第４のホール素子９の感磁面において、磁界が相殺するように、キャンセルコイル１４に負帰還電流を供給する。そして、この負帰還電流を出力抵抗１９により電圧に変換し、さらに終段増幅器２０により増幅させて、センサ出力端子２０ａから出力させるものであった。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６８６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した従来の電流センサにおいては、検出素子部１周りの配線パターン（図示せず）が断線すると、差動増幅器１１から過大な出力信号がキャンセルコイル１４に入力されるため、被電流検出部材（図示せず）に電流が流れていないにも関わらず、電流が流れているとして、センサ出力端子２０ａから出力信号が出力されてしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、検出素子部周りの配線パターンが断線しても、被電流検出部材に電流が流れているとして、出力信号を出力してしまうということのない、故障を検出する機能を有する電流センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、被電流検出部材の近傍に設けられるとともに少なくとも４つの磁気抵抗素子を有しかつ一対の検出部を設けたブリッジ回路と、このブリッジ回路における一方の検出部からの出力信号をオフセットするオフセット調整用バッファー増幅器と、このオフセット調整用バッファー増幅器からの出力信号と前記ブリッジ回路における他方の検出部からの出力信号との差値を出力する差動増幅器と、前記被電流検出部材に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流が発生するキャンセルコイルと、このキャンセルコイルと一端を接続されるとともに他端を定電圧回路と接続された出力抵抗と、この出力抵抗に発生する電圧を定電圧回路によって規定された基準電位を基準として増幅する終段増幅器とを備え、前記被電流検出部材およびキャンセルコイルの近傍に位置して故障診断コイルを設けたもので、この構成によれば、被電流検出部材およびキャンセルコイルの近傍に位置して故障診断コイルを設けたため、検出素子部周りの配線パターンが断線すると、検出素子部周りに発生する磁界を相殺する磁界がキャンセルコイルに発生しないことにより磁気平衡が崩れることとなり、その結果、故障診断コイルに電圧が発生するから、故障診断コイルに発生する電圧を検知することにより、センサ出力端子からの出力信号が誤信号であることを認識できるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、定電圧回路にスイッチを設け、このスイッチを開閉することにより、定電圧回路によって規定される終段増幅器の基準電位を変動させるようにしたもので、この構成によれば、スイッチを開閉すると、終段増幅器の基準電圧が変化するため、終段増幅器が正常な状態においては、スイッチの開閉に伴い、終段増幅器からの出力信号が変化することとなり、これにより、終段増幅器の故障を検知することができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、故障診断コイルの後段にサンプルホールド回路を設け、このサンプルホールド回路により、故障診断コイルに発生する電流を検出するようにしたもので、この構成によれば、磁気平衡が崩れることにより故障診断コイルに発生する電圧を、サンプルホールド回路が監視するから、常時、検出素子部周りの配線パターンの断線を検出することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明の電流センサは、被電流検出部材の近傍に設けられるとともに少なくとも４つの磁気抵抗素子を有しかつ一対の検出部を設けたブリッジ回路と、このブリッジ回路における一方の検出部からの出力信号をオフセットするオフセット調整用バッファー増幅器と、このオフセット調整用バッファー増幅器からの出力信号と前記ブリッジ回路における他方の検出部からの出力信号との差値を出力する差動増幅器と、前記被電流検出部材に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流が発生するキャンセルコイルと、このキャンセルコイルと一端を接続されるとともに他端を定電圧回路と接続された出力抵抗と、この出力抵抗に発生する電圧を定電圧回路によって規定された基準電位を基準として増幅する終段増幅器とを備え、前記被電流検出部材およびキャンセルコイルの近傍に位置して故障診断コイルを設けたもので、この構成によれば、被電流検出部材およびキャンセルコイルの近傍に位置して故障診断コイルを設けたため、検出素子部周りの配線パターンが断線すると、検出素子部周りに発生する磁界を相殺する磁界がキャンセルコイルに発生しないことにより磁気平衡が崩れることとなり、その結果、故障診断コイルに電圧が発生するから、故障診断コイルに発生する電圧を検知することにより、センサ出力端子からの出力信号が誤信号であることを認識できるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態における電流センサの回路図
【図２】同電流センサにおける検出素子部から絶縁層を取り外した状態を示す上面図
【図３】同電流センサにおける検出素子部の側断面図
【図４】同電流センサにおける差動増幅器からキャンセルコイルに入力される電圧を示す特性図
【図５】同電流センサにおけるキャンセルコイルから出力される電圧を示す特性図
【図６】同電流センサの出力特性図
【図７】従来の電流センサの回路図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態における電流センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における電流センサの回路図、図２は同電流センサにおける検出素子部から絶縁層を取り外した状態を示す上面図、図３は同電流センサにおける検出素子部の側断面図である。
【００１９】
図１〜図３において、２１はセラミックからなる検出素子部で、この検出素子部２１には、図２に示すように、電源電極２２、電極からなる第１の検出部２３、電極からなる第２の検出部２４およびＧＮＤ電極２５を設けている。また、前記検出素子部２１には、厚み約０．１μｍで蛇行形状のＮｉ−ＣＯ等の強磁性体薄膜からなる第１の磁気抵抗素子２６を設けており、この第１の磁気抵抗素子２６の一端を電源電極２２と電気的に接続させるとともに、他端を第１の検出部２３と電気的に接続させている。そしてまた、前記検出素子部２１には、前記第１の磁気抵抗素子２６と蛇行形状の向きを９０度異ならせた第２の磁気抵抗素子２７を設けており、この第１の磁気抵抗素子２７の一端を前記第１の検出部２３と電気的に接続させるとともに、他端をＧＮＤ電極２５と電気的に接続させている。さらに、前記検出素子部２１には、前記第１の磁気抵抗素子２６と蛇行形状の向きを９０度異ならせた第３の磁気抵抗素子２８を設けており、この第３の磁気抵抗素子２８の一端を電源電極２２と電気的に接続させるとともに、他端を第２の検出部２４と電気的に接続させている。また、前記検出素子部２１には、第１の磁気抵抗素子２６と蛇行形状の向きを同一にした第４の磁気抵抗素子２９を設けており、この第４の磁気抵抗素子２９の一端を第２の検出部２４と電気的に接続させるとともに、他端をＧＮＤ電極２５と電気的に接続させている。そして、前記第１の磁気抵抗素子２６、第２の磁気抵抗素子２７、第３の磁気抵抗素子２８および第４の磁気抵抗素子２９は全て、蛇行形状の長手方向と直角方向が磁力を感知するようになっており、電源電極２２、第１の検出部２３、第２の検出部２４、ＧＮＤ電極２５、第１の磁気抵抗素子２６、第２の磁気抵抗素子２７、第３の磁気抵抗素子２８および第４の磁気抵抗素子２９を電気的に接続することにより、ブリッジ回路３０を構成している。さらに、前記検出素子部２１には、前記第１の磁気抵抗素子２６、第２の磁気抵抗素子２７、第３の磁気抵抗素子２８および第４の磁気抵抗素子２９を覆うように、厚みが約１μｍのＳｉＯ2薄膜からなる第１の絶縁層２１ａを設けており、この絶縁層２１ａの上面に、厚みが約０．６μｍの薄膜磁石２１ｂを設け、さらにこの薄膜磁石２１ｂの上面を覆うように、ＳｉＯ2薄膜からなる第２の絶縁層２１ｃを設けている。３１はオフセット調整用バッファー増幅器で、このオフセット調整用バッファー増幅器は、自ら出力する出力電圧と第２の検出部２４の出力電圧の差を調整することにより、後述する差動増幅器３２の出力電圧を、電源電圧５Ｖの半分の値、すなわち２．５Ｖにオフセットさせている。差動増幅器３２は前記オフセット調整用バッファー増幅器３１からの出力信号を非反転入力端子３３に入力するとともに、反転入力端子３４に前記ブリッジ回路３０における第２の検知部２４からの出力信号を入力し、ブリッジ回路３０における第１の検出部２３と第２の検出部２４との差値を出力している。３５はキャンセルコイルで、このキャンセルコイル３５は、前記ブリッジ回路３０の近傍に被電流検出部材３６に沿うように設けられるとともに、被電流検出部材３６に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流���流れるものである。３８は第１の定電圧回路で、この第１の定電圧回路３８は、直列に接続された１０ｋΩからなる第１の抵抗３９と、５ｋΩからなる第２の抵抗４０と、５ｋΩからなる第３の抵抗４１と、前記第２の抵抗と並列に接続されたスイッチ４２およびバッファー増幅器４３とにより構成されており、前記スイッチ４２をオープンにした状態において２．５Ｖを供給し、一方、スイッチ４２を閉じた状態においては、１．２５Ｖを供給している。４４は出力抵抗で、この出力抵抗４４は前記キャンセルコイル３５と一端を接続されるとともに、他端を前記第１の定電圧回路３８と電気的に接続されており、前記キャンセルコイル３５に発生する電流により、出力信号が発生するものである。４５は終段増幅器で、この終段増幅器４５は前記出力抵抗４４に発生する電圧を第１の定電圧回路３８によって規定された基準電位を基準として増幅して出力している。４６は故障診断コイルで、この故障診断コイル４６は前記被電流検出部材３６およびキャンセルコイル３５の近傍に位置して設けられるとともに、ブリッジ回路３０からキャンセルコイル３５までの信号ラインが断線しキャンセルコイル３５により磁界を相殺しなくなった際に、電流が流れるものである。４７はサンプルホールド回路で、このサンプルホールド回路４７は前記故障診断コイル４６の後段に設けられるともに、第２の定電圧回路４８と、第１のトランジスタ４９および第２のトランジスタ５０からなるサンプルホールドスイッチ５１と、一端をＧＮＤに接地されたコンデンサ５２と、バッファー増幅器５３とにより構成されている。そして、第２の定電圧回路４８、サンプルホールドスイッチ５１およびバッファー増幅器５３を直列に接続するとともに、故障診断コイル４６の両端に発生する起電力により、サンプルホールドスイッチ５１に設けた第１のトランジスタ４９および第２のトランジスタ５０を開閉することにより、コンデンサ５２に容量を溜め込み、バッファー増幅器５３から故障信号を外部に出力するものである。
【００２０】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における電流センサについて、次に、その動作を説明する。
【００２１】
被電流検出部材３６に電流が流れていない状態において、ブリッジ回路３０における第１の検出部２３および第２の検出部２４の電位は２．５Ｖに設定されている。そして、第１の検出部２３の出力電圧は前記オフセット調整用バッファー増幅器３１によりオフセット調整され、差動増幅器３２の出力電圧が２．５Ｖになるよう規定されている。そして、被電流検出部材３６に矢印の方向に５００Ａの電流が流れると、図４に示すように、第１の磁気抵抗素子２６および第４の磁気抵抗素子２９の抵抗値が増加し、差動増幅器３２から３．５Ｖの出力信号が出力され、キャンセルコイル３５に入力される。一方、被電流検出部材３６に負方向の電流−５００Ａが流れると、差動増幅器３２からは１．５Ｖの出力信号が出力され、同様に、キャンセルコイル３５に入力される。前記キャンセルコイル３５には、被電流検出部材３６に電流が流れることにより発生する磁界を相殺する電流が発生し、結果として、キャンセルコイル３５からは、図５に示すように、被電流検出部材３６に流れる電流に応じて、出力信号が出力される。そして、出力抵抗４４に発生する出力信号を、第１の定電圧回路３８によって規定された２．５Ｖを基準として、終段増幅器４５により増幅することにより、図６に示すように、被電流検出部材３６を流れる電流に応じ、０．５Ｖ〜４．５Ｖの出力信号を出力するものである。
【００２２】
ここで、ブリッジ回路３０からキャンセルコイル３５までの信号ラインのうち、第１の検出部２３の信号ラインがオープンになる場合を考える。その場合には、差動増幅器３２の出力電圧は０．２Ｖとなり、キャンセルコイル３５による磁気平衡は作用しなくなる。同様に、第２の検出部２４の信号ラインがオープンになる場合には、差動増幅器３２の出力電圧は４．８Ｖとなり、キャンセルコイル３５による磁気平衡は作用しなくなる。そうすると、故障診断コイル４６に誘導起電力が発生するから、故障診断コイル４６の後段に設けたサンプルホールド回路４７の第１のトランジスタ４９または第２のトランジスタ５０がオンとなり、コンデンサ５２に電荷が蓄積される。そして、バッファー増幅器５３から故障情報として５Ｖの出力信号を出力するものである。
【００２３】
すなわち、被電流検出部材３６およびキャンセルコイル３５の近傍に位置して故障診断コイル４６を設けたため、検出素子部２１周りの配線パターンが断線すると、検出素子部２１周りに発生する磁界を相殺する磁界がキャンセルコイル３５に発生しないことにより磁気平衡が崩れることとなり、その結果、故障診断コイル４６に電流が発生するから、故障診断コイル４６に発生する電流を検知することにより、センサ出力端子（図示せず）の出力信号が誤信号であることを認識できるという作用効果を有するものである。
【００２４】
また、故障診断コイル４６の後段にサンプルホールド回路４７を設け、このサンプルホールド回路４７により、故障診断コイル４６に発生する電流を検出するようにしたため、磁気平衡が崩れることにより故障診断コイル４６に発生する電流を、サンプルホールド回路４７が監視するから、常時、検出素子部２１周りの配線パターン（図示せず）の断線を検出することができるという作用効果を有するものである。
【００２５】
さらに、終段増幅器４５が故障する場合を考える。終段増幅器４５が正常に動作している状態においては、スイッチ４２の開閉により、終段増幅器４５の基準電位が２．５Ｖと１．２５Ｖとに変動するため、出力信号がスイッチ４２を切り替える度に変化する。一方、終段増幅器４５が故障している場合には、スイッチ４２を切り替えても、出力信号が変化しない。
【００２６】
すなわち、本発明の一実施の形態における電流センサにおいては、スイッチ４２を開閉すると、終段増幅器４５の基準電圧が変化するため、終段増幅器４５が正常な状態においては、スイッチ４２の開閉に伴い、終段増幅器４５からの出力信号が変化することとなり、これにより、終段増幅器４５の故障を検知することができるという作用効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る電流センサは、検出素子部周りの配線パターンが断線しても、被電流検出部材に電流が流れているとして、出力信号を出力してしまうということのない、故障を検出する機能を有する電流センサを提供できるという効果を有するものであり、特に自動車等のバッテリー等に流れる電流を測定する電流センサとして有用となるものである。
【符号の説明】
【００２８】
２３  第１の検出部
２４  第２の検出部
２６，２７，２８，２９  磁気抵抗素子
３０  ブリッジ回路
３１  オフセット調整用バッファー増幅器
３２  差動増幅器
３５  キャンセルコイル
３８  定電圧回路
４２  スイッチ
４４  出力抵抗
４５  終段増幅器
４６  故障診断コイル
４７  サンプルホールド回路
【図１】
2012145476.tif 000003
【図２】
2012145476.tif 000004
【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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