(57)【要約】【課題】被検出電流経路に過電流が流れた場合、過電流の検出応答性を向上させることができる電流センサを提供する。【解決手段】センサ部１０は、被測定電流から生じる磁束に対応したアナログ信号である検出信号を出力する。信号処理部２０は、検出信号を入力してデジタル信号に変換し、検出信号に対する演算処理を行い、演算処理されたデジタル信号としての検出信号をアナログ信号に変換する。判定回路部３０は、センサ部１０から検出信号を入力し、当該検出信号の信号値と過電流を検出するための過電流閾値とを比較することにより過電流の有無を判定する。これにより、デジタル回路として構成された演算部２３で過電流の有無を判定するよりも速く判定回路部３０で過電流を検出することができる。したがって、被検出電流経路に過電流が流れた場合、過電流の検出応答性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流から生じる磁束に対応したアナログ信号である検出信号を出力するセンサ部（１０）と、
前記検出信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（２２）と、前記Ａ／Ｄ変換部（２２）でＡ／Ｄ変換された前記検出信号に対する演算処理を行う演算部（２３）と、前記演算部（２３）で演算処理された前記デジタル信号としての前記検出信号を前記アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部（２４）と、を有する信号処理部（２０）と、
前記検出信号を入力し、当該検出信号の信号値と過電流を検出するための過電流閾値とを比較することにより前記過電流の有無を判定する判定回路部（３０）と、
を備えていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記演算部（２３）は、前記センサ部（１０）及び前記信号処理部（２０）のいずれかの温度に対応した前記過電流閾値を保持するメモリ（２７）を有し、前記温度を取得して当該温度に対応した前記過電流閾値を前記判定回路部（３０）に出力し、
前記判定回路部（３０）は、前記演算部（２３）から入力した前記過電流閾値に基づいて前記過電流の有無を判定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】
前記信号処理部（２０）は、前記Ｄ／Ａ変換部（２４）から出力された前記アナログ信号である前記検出信号を外部に出力するための通常出力端子（２６）を有し、
前記判定回路部（３０）は、前記過電流の有無の判定結果を示す判定信号を外部に出力するための過電流検出端子（３３）を有していることを特徴とする請求項１または２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、過電流の有無を判定する判定回路部を備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検出電流経路に流れる電流を検出するように構成された電流センサが、例えば特許文献１で提案されている。電流センサは、磁気センサから入力した検出信号を演算回路にて信号処理してセンサ出力として出力するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６４６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、電流センサでは、アナログ信号である検出信号が演算回路にてデジタル信号として処理されるため、検出信号がＡ／Ｄ変換されてデジタル信号として演算回路に入力される。また、演算回路にて信号処理された検出信号はＤ／Ａ変換されて再びアナログ信号に変換されてセンサ出力として電流センサから外部装置に出力される。
【０００５】
しかしながら、被検出電流経路に過電流が流れた場合、電流センサでは上記のようにＡ／Ｄ変換、デジタル信号処理、及びＤ／Ａ変換が行われるので、過電流に対する電流センサの応答性が遅くなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、被検出電流経路に過電流が流れた場合、過電流の検出応答性を向上させることができる電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被測定電流から生じる磁束に対応したアナログ信号である検出信号を出力するセンサ部（１０）を備えている。
【０００８】
また、検出信号を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（２２）と、Ａ／Ｄ変換部（２２）でＡ／Ｄ変換された検出信号に対する演算処理を行う演算部（２３）と、演算部（２３）で演算処理されたデジタル信号としての検出信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部（２４）と、を有する信号処理部（２０）を備えている。
【０００９】
さらに、検出信号を入力し、当該検出信号の信号値と過電流を検出するための過電流閾値とを比較することにより過電流の有無を判定する判定回路部（３０）を備えていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、過電流の有無を判定するための判定回路部（３０）が全てアナログ回路として構成されているので、デジタル回路として構成された演算部（２３）で過電流の有無を判定するよりも速く過電流を検出することができる。したがって、被検出電流経路に過電流が流れた場合、過電流の検出応答性を向上させることができる。
【００１１】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電流センサの構成を示した図である。
【図２】（ａ）は被測定電流の波形、（ｂ）はセンサ出力の波形、（ｃ）は過電流検出の波形を示したタイミングチャートである。
【図３】（ａ）はセンサ出力と過電流閾値との関係を示した図であり、（ｂ）は過電流検出端子から出力されるＨｉまたはＬｏの判定信号を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電流センサは、例えば３相交流モータに接続される配線としてのバスバーに流れる被測定電流を検出するものである。本実施形態では、バスバーが被検出電流経路に該当する。バスバーはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本が設けられているので、電流センサは各バスバーにそれぞれ設置される。
【００１５】
図１に示されるように、電流センサは、センサ部１０、信号処理部２０、及び判定回路部３０を備えて構成されている。
【００１６】
センサ部１０は、バスバーに流れる電流から生じる磁束に対応したアナログ信号である検出信号を出力するように構成された回路部である。センサ部１０は例えばチップ部品として構成されている。
【００１７】
センサ部１０は、４つの磁気抵抗素子１１〜１４によって構成されたブリッジ回路を有している。センサ部１０は、各磁気抵抗素子１１〜１４が外部の磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する。この検出信号はハーフブリッジ回路の各中点１５、１６の電圧差である。
【００１８】
信号処理部２０は、センサ部１０から検出信号を入力して当該検出信号に対する信号処理を行うように構成されたチップ部品である。信号処理部２０はセンサ部１０に対して端子やボンディングワイヤ、基板上の配線等によって電気的に接続されている。
【００１９】
本実施形態では、信号処理部２０は、第１増幅部２１（ＡＭＰ１）、Ａ／Ｄ変換部２２、演算部２３、Ｄ／Ａ変換部２４、第２増幅部２５（ＡＭＰ２）、及び通常出力端子２６を有している。
【００２０】
第１増幅部２１は、センサ部１０から検出信号を入力すると共に、当該検出信号を所定の増幅率で増幅する回路部である。第１増幅部２１は、例えば図示しないオペアンプを備えたアナログ増幅回路として構成されている。Ａ／Ｄ変換部２２は、第１増幅部２１から検出信号を入力してデジタル信号に変換する回路部である。なお、Ａ／Ｄ変換部２２は第１増幅部２１を含んだ構成になっていても良い。
【００２１】
演算部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換された検出信号に対する所定の演算を行う回路部である。このような演算部２３は、デジタル信号に変換された検出信号を信号増幅して出力するように構成された信号増幅回路や、増幅処理された検出信号から電流値を演算する演算回路、センサ部１０のブリッジ回路に電源電圧を印加するための電源回路等を有している。
【００２２】
また、演算部２３は、バスバーに流れる過電流を検出するための過電流閾値が記憶されたメモリ２７を有している。演算部２３は、メモリ２７に保持された過電流閾値を判定回路部３０に出力する。本実施形態では、過電流閾値は一定値である。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換部２４は、演算部２３で演算処理されたデジタル信号としての検出信号をアナログ信号に変換する回路部である。第２増幅部２５は、Ｄ／Ａ変換部２４からアナログ信号である検出信号を入力すると共に、当該検出信号を所定の増幅率で増幅する回路部である。第２増幅部２５は第１増幅部２１と同様にアナログ増幅回路として構成されている。なお、Ｄ／Ａ変換部２４は第２増幅部２５を含んだ構成になっていても良い。
【００２４】
通常出力端子２６は、第２増幅部２５から出力された検出信号を外部に出力するための端子である。通常出力端子２６は、モータを制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）に電気的に接続される。
【００２５】
判定回路部３０は、バスバーに流れる過電流の有無を判定するための回路部である。このような判定回路部３０は、第３増幅部３１（ＡＭＰ３）、コンパレータ３２（ＣＯＭＰ）、及び過電流検出端子３３を有して構成されている。
【００２６】
第３増幅部３１は、センサ部１０から検出信号を入力すると共に、当該検出信号を所定の増幅率で増幅する回路部である。コンパレータ３２は、第３増幅部３１から検出信号を入力すると共に、演算部２３から過電流閾値を入力し、検出信号の信号値と過電流閾値とを比較することにより過電流の有無を判定する回路部である。
【００２７】
本実施形態では、バスバーに流れる電流が過電流でない場合、コンパレータ３２はＬｏの信号を出力する。一方、バスバーに流れる電流が過電流である場合、すなわち検出信号の信号値が過電流閾値を超える場合、コンパレータ３２はＨｉの信号を一定時間出力する。
【００２８】
過電流検出端子３３は、コンパレータ３２による過電流の有無の判定結果を示す判定信号を外部に出力するための端子である。したがって、過電流検出端子３３は、コンパレータ３２の出力端子に接続されている。過電流検出端子３３はＥＣＵに電気的に接続される。以上が、本実施形態に係る電流センサの構成である。
【００２９】
次に、電流センサの作動について説明する。まず、モータが正常に動作している場合、バスバーに流れる電流は３相交流であるので、バスバーに流れる被測定電流は図２（ａ）に示されるように最大値と最小値とを交互に繰り返す波状の波形になる。
【００３０】
したがって、図２（ｂ）に示されるように、センサ部１０で検出された検出信号が信号処理部２０で信号処理されることで得られるセンサ出力も波状の波形になる。センサ出力は、通常出力端子２６から出力される検出信号の波形である。
【００３１】
ただし、信号処理部２０では、検出信号はＡ／Ｄ変換部２２、演算部２３、及びＤ／Ａ変換部２４においてデジタル信号として処理されるため、センサ出力は被測定電流に対してＡ１の時間だけ遅延する。つまり、電流センサの通常出力応答時間はＡ１だけ遅延する。通常出力応答時間Ａ１は、例えば１０μｓ程度である。
【００３２】
また、被測定電流に過電流が流れない場合、図２（ｃ）に示されるように、判定回路部３０のコンパレータ３２はＬｏの信号を判定信号として出力し続ける。したがって、ＥＣＵは、通常出力端子２６から入力した検出信号、及び過電流検出端子３３から入力した判定信号を用いてモータを通常制御する。
【００３３】
続いて、図２（ａ）に示されるように時点Ｔ１でバスバーに過電流が流れた場合、信号処理部２０では検出信号をデジタル信号として取り扱うので、アナログ−デジタル信号変換やデジタル信号処理に時間が掛かる。このため、図２（ｂ）に示されるように時点Ｔ１からＡ１後の時点Ｔ３でセンサ出力に過電流の波形が反映される。
【００３４】
これに対し、判定回路部３０では検出信号をアナログ信号としてのみ取り扱うため、デジタル信号処理に掛かる時間が不要になる。このため、図２（ｃ）に示されるように、判定回路部３０のコンパレータ３２は時点Ｔ１から過電流応答時間のＡ２後の時点Ｔ２でＨｉの信号を出力する。
【００３５】
過電流応答時間Ａ２は、通常出力応答時間Ａ１よりも短い時間であり、例えば２〜３μｓ程度である。つまり、判定回路部３０はセンサ出力に過電流の波形が反映される前に、バスバーに過電流が流れたことを示す判定信号を出力する。このため、ＥＣＵはセンサ出力の過電流波形を入力する前にバスバーに過電流が流れた情報を取得することができる。これにより、ＥＣＵはモータを停止させる等の制御をいち早く行うことが可能となる。
【００３６】
ここで、図３（ａ）に示されるように、過電流閾値はセンサ出力がＥＣＵで使用される電流の範囲よりも外側に設定されている。したがって、図３（ｂ）に示されるように、センサ出力が通常使用範囲よりも外側の過電流閾値を超えた場合、過電流検出端子３３からＨｉの信号が出力される。通常出力端子２６からは過電流閾値を超えた範囲のセンサ出力が出力される。
【００３７】
さらに、ＥＣＵがセンサ出力を使用する範囲と過電流閾値との間に一定のマージンが設定されている。これは、センサ部１０の劣化等によって検出信号に誤差が発生したとしても検出信号の信号値が過電流閾値を超えないようにするためである。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、過電流を検出するための判定回路部３０が設けられ、さらに判定回路部３０が全てアナログ回路として構成されていることが特徴である。これにより、デジタル回路として構成された演算部２３で過電流の有無を判定するよりも速く判定回路部３０で過電流を検出することができる。したがって、被検出電流経路に過電流が流れた場合、過電流の検出応答性を向上させることができる。
【００３９】
特に、電流センサがモータの制御に使用される場合、過電流に対する応答性が遅いと、モータに過電流が流れたときに過電流の検出が遅れてしまい、モータ配線の焼損やモータの減磁等が問題となる可能性がある。しかし、本実施形態で示された電流センサのように、過電流に対する応答性を判定回路部３０によって向上させることができるので、バスバーに過電流が流れたときにＥＣＵによってモータに対する適切な制御がより早く行われるようにすることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図１に示されたメモリ２７は、センサ部１０及び信号処理部２０のいずれかの温度に対応した過電流閾値を保持している。つまり、メモリ２７は温度−過電流閾値のマップデータを保持している。
【００４１】
「センサ部１０及び信号処理部２０のいずれかの温度」とは、被測定電流がバスバーに流れることや電流センサの周囲の雰囲気に起因したセンサ部１０及び信号処理部２０のいずれか一方または両方の温度である。すなわち、電流センサの近傍の温度である。
【００４２】
したがって、演算部２３は、電流センサの近傍の温度を取得して当該温度に対応した過電流閾値を判定回路部３０に出力する。そして、判定回路部３０は、演算部２３から入力した過電流閾値に基づいて過電流の有無を判定する。
【００４３】
演算部２３が電流センサの近傍の温度を取得する方法としては、電流センサ内に温度センサを設ける方法、信号処理部２０に温度検出回路を内蔵する方法、センサ部１０の出力から電流センサの近傍の温度を推定する演算回路を信号処理部２０に設ける方法等がある。演算部２３は、取得した電流センサの近傍の温度に応じて、過電流閾値を随時変更したり一定時間毎に変更する。
【００４４】
以上のように、電流センサの近傍の温度に応じて過電流閾値を変更することで、判定回路部３０における過電流検出の精度を高めることができる。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサ部１０は被測定電流を検出できる他の回路構成でも良い。
【００４６】
また、信号処理部２０は第１増幅部２１及び第２増幅部２５を有していない構成でも良い。さらに、判定回路部３０は上記各実施形態で示された構成に限られず、上記の機能を実現できる他の回路構成でも良い。
【００４７】
また、上記各実施形態では、判定回路部３０のコンパレータ３２は、過電流の検出時に判定信号としてＬｏの信号を出力し、過電流を検出しない場合は判定信号としてＨｉの信号を出力しても良い。
【００４８】
上記各実施形態では、信号処理部２０の演算部２３が判定回路部３０に対して過電流閾値を供給していたが、判定回路部３０が過電流閾値を独自に有していても良い。すなわち、コンパレータ３２の一方の入力端子に過電流閾値を入力する閾値設定回路が接続されていても良い。この場合も第２実施形態と同様にバスバーの温度に対応した過電流閾値を用いても良い。
【００４９】
なお、閾値設定回路は信号処理部２０から独立した回路部になるので、閾値設定回路は信号処理部２０とは異なるタイミングで劣化したり誤差を生じさせる可能性がある。したがって、ＥＣＵがセンサ出力を使用する通常使用範囲と過電流閾値との間のマージンは広く設定されることが望ましい。
【００５０】
上記各実施形態では、電流センは３相交流モータに接続されるバスバーに流れる被測定電流を測定するように構成されていたが、これは電流センサの適用の一例である。したがって、測定対象はバスバーに限られず、他の用途に用いられる配線に電流センサを適用しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０  センサ部
２０  信号処理部
２２  Ａ／Ｄ変換部
２３  演算部
２４  Ｄ／Ａ変換部
３０  判定回路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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