(57)【要約】【課題】出力段にローパスフィルタなどの特別な回路を設けることなく、負荷で消費される電力成分のみを含む電力信号を出力できるようにする。【解決手段】電力センサー１は、接地電位ＧＮＤを基準にした所定の正電圧ＶＤＤが入力され、正電圧の極性を反転させた負電圧−ＶＤＤを出力するチャージポンプ６と、正電圧ＶＤＤと負電圧−ＶＤＤとに基づいて動作し、負荷１００に流れる負荷電流Ｉｉを測定して接地電位ＧＮＤを基準にした電流検知信号Ｖ１を出力する電流測定回路２と、正電圧ＶＤＤと負電圧−ＶＤＤとに基づいて動作し、負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬを測定して接地電位ＧＮＤを基準にした電圧検知信号Ｖ２を出力する電圧測定回路３と、電流検知信号Ｖ１と電圧検知信号Ｖ２とを乗算することにより、接地電位ＧＮＤを基準にした電力信号Ｖｏｕｔを出力する乗算回路４と、を備える。【選択図】図１
2016142651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷で消費される電力を測定する電力センサーであって、
接地電位を基準にした所定の正電圧が入力され、前記正電圧の極性を反転させた負電圧を出力するチャージポンプと、
前記正電圧と前記負電圧とに基づいて動作し、前記負荷に流れる負荷電流を測定して前記接地電位を基準にした電流検知信号を出力する電流測定回路と、
前記正電圧と前記負電圧とに基づいて動作し、前記負荷にかかる負荷電圧を測定して前記接地電位を基準にした電圧検知信号を出力する電圧測定回路と、
前記電流検知信号と前記電圧検知信号とを乗算することにより、前記接地電位を基準にした電力信号を出力する乗算回路と、
を備えることを特徴とする電力センサー。
【請求項２】
前記電流測定回路は、前記負荷電流が流れる第１の導体の近傍位置に配置され、前記第１の導体に流れる電流によって発生する第１の磁界を検出して前記負荷電流を測定することを特徴とする請求項１に記載の電力センサー。
【請求項３】
前記電圧測定回路は、前記負荷電圧を所定の抵抗比で分圧した分圧値に基づいて前記負荷電圧を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力センサー。
【請求項４】
前記電圧測定回路は、前記負荷電圧に応じた電流が流れる第２の導体の近傍位置に配置され、前記第２の導体に流れる電流によって発生する第２の磁界を検出して前記負荷電圧を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力センサー。
【請求項５】
前記電流測定回路及び前記電圧測定回路は、負荷が接続された回路と絶縁された回路構成であることを特徴とする請求項４に記載の電力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷で消費される電力を検出する電力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気抵抗素子を利用して負荷で消費される電力を測定できるようにした電力センサーが提案されている（例えば特許文献１）。この従来の電力センサーは、負荷に対して一次導体を直列に接続すると共に、その一次導体の近傍位置に配置した磁気抵抗素子を負荷と一次導体に対して並列に接続した構成である。そして一次導体が負荷に流れる電流に応じた磁界を発生させて磁気抵抗素子の抵抗値を変化させ、磁気抵抗素子の電圧を検出することにより負荷で消費される電力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０５４５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の電力センサーの場合、磁気抵抗素子の両端に現れる電圧に直流成分と交流成分とが含まれており、負荷で消費される電力が直流成分のみに現れるので、そのままでは出力信号が利用し難いという問題がある。そのため、従来の電力センサーは、出力段に高周波成分を除去するためのローパスフィルタを別途設けることが必要となり、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、出力段にローパスフィルタなどの特別な回路を設けることなく、負荷で消費される電力成分のみを含む電力信号を出力できるようにした電力センサー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】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１に、本発明は、負荷で消費される電力を測定する電力センサーであって、接地電位を基準にした所定の正電圧が入力され、前記正電圧の極性を反転させた負電圧を出力するチャージポンプと、前記正電圧と前記負電圧とに基づいて動作し、前記負荷に流れる負荷電流を測定して前記接地電位を基準にした電流検知信号を出力する電流測定回路と、前記正電圧と前記負電圧とに基づいて動作し、前記負荷にかかる負荷電圧を測定して前記接地電位を基準にした電圧検知信号を出力する電圧測定回路と、前記電流検知信号と前記電圧検知信号とを乗算することにより、前記接地電位を基準にした電力信号を出力する乗算回路と、を備える構成である。
【０００７】
第２に、本発明は、上記第１の構成において、前記電流測定回路は、前記負荷電流が流れる第１の導体の近傍位置に配置され、前記第１の導体に流れる電流によって発生する第１の磁界を検出して前記負荷電流を測定することを特徴とする構成である。
【０００８】
第３に、本発明は、上記第１又は第２の構成において、前記電圧測定回路は、前記負荷電圧を所定の抵抗比で分圧した分圧値に基づいて前記負荷電圧を測定することを特徴とする構成である。
【０００９】
第４に、本発明は、上記第１又は第２の構成において、前記電圧測定回路は、前記負荷電圧に応じた電流が流れる第２の導体の近傍位置に配置され、前記第２の導体に流れる電流によって発生する第２の磁界を検出して前記負荷電圧を測定することを特徴とする構成である。
【００１０】
第５に、本発明は、上記第４の構成において、前記電流測定回路及び前記電圧測定回路は、負荷が接続された回路と絶縁された回路構成であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、乗算回路から出力される電力信号が負荷で消費される電力成分のみを含む信号となり、余分な信号成分を含まないため、出力段にローパスフィルタなどの特別な回路を設ける必要がない。それ故、回路規模を小さくでき、電力センサーを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における電力センサーの構成例を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における電力センサーの詳細な回路構成を示す図である。
【図３】磁気抵抗素子の抵抗特性の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態における電力センサーの構成例を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態における電力センサーの詳細な回路構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の電力センサーを１チップデバイスとして構成した場合の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態において互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電力センサー１の一構成例を示す図である。この電力センサー１は、負荷１００が設けられた測定対象回路１３０の近傍位置に配置され、負荷１００に流れる負荷電流Ｉｉと、負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬとを測定して乗算することにより、負荷１００で消費される電力を測定した電力信号Ｖｏｕｔを出力するセンサーである。測定対象回路１３０は、例えば、負荷１００に電力を供給する電源１０１と、負荷１００に対して直列に接続される第１の導体１１０と、２つの外部抵抗１０２，１０３とを有する。第１の導体１１０は、プリント基板などの基板上に形成された配線パターンやバスバーなどによって構成される。そして第１の導体１１０は、負荷電流Ｉｉが流れることにより周囲に負荷電流Ｉｉに応じた第１の磁界Ｈ１を発生させる。一方、外部抵抗１０２，１０３は、負荷１００に応じた耐圧特性を有し、互いに直列に接続される。そして外部抵抗１０２，１０３は、負荷１００に対して直列に接続されることにより負荷電圧ＶＬを所定の抵抗比で分圧した分圧信号（分圧値）Ｖｄを出力する。電力センサー１は、第１の導体１１０から発生する第１の磁界Ｈ１と、外部抵抗１０２，１０３から出力される分圧信号Ｖｄとを検知することにより、負荷１００で消費される電力を測定する。
【００１５】
電力センサー１は、電流測定回路２と、電圧測定回路３と、乗算回路４と、チャージポンプ６とを備える構成である。例えば電力センサー１は、それら複数の回路を１つの基板上に形成した１チップデバイスとして構成される。この電力センサー１は、外部接続端子として、負荷１００で消費される電力を測定した測定信号Ｖｏｕｔを出力する出力端子７と、グランドＧＮＤ（接地電位）を基準に所定の正電圧ＶＤＤを出力する外部直流電源に接続される一対の電源端子８，９とを備えている。ここで、電源端子８は、所定の正電圧である電源電圧ＶＤＤを出力する電圧源に接続され、電源端子９はグランドＧＮＤに接続される。尚、図示を省略しているが、電力センサー１には、外部接続端子として、外部抵抗１０２，１０３によって生成される分圧信号Ｖｄを入力するための入力端子も設けられる。
【００１６】
電流測定回路２は、負荷電流Ｉｉが流れる第１の導体１１０の近傍位置に配置され、第１の導体１１０に流れる負荷電流Ｉｉによって発生する第１の磁界Ｈ１を検出して負荷電流Ｉｉを測定する回路である。この電流測定回路２は、磁界検出部１０と負荷電流検出部２０とを備えている。磁界検出部１０は、第１の導体１１０から生じる第１の磁界Ｈ１を検出し、第１の磁界Ｈ１に応じた信号を負荷電流検出部２０へ出力する。負荷電流検出部２０は、磁界検出部１０から出力される信号に基づいて負荷電流Ｉｉを検知し、負荷電流Ｉｉに応じた電流検知信号Ｖ１を出力する。
【００１７】
電圧測定回路３は、外部抵抗１０２，１０３によって負荷電圧ＶＬが分圧された分圧信号Ｖｄに基づき、負荷電圧ＶＬを測定する回路であり、負荷電圧ＶＬに応じた電圧検知信号Ｖ２を出力する。
【００１８】
乗算回路４は、電流測定回路２から出力される電流検知信号Ｖ１と、電圧測定回路３から出力される電圧検知信号Ｖ２とを乗算することにより、負荷１００で消費される電力を算出する回路である。そして乗算回路４は、負荷１００で消費される電力を測定した測定信号（電力信号）Ｖｏｕｔを出力する。
【００１９】
チャージポンプ６は、電源端子８から入力される所定の正電圧である電源電圧ＶＤＤに基づき、その電源電圧ＶＤＤの極性を反転させた負電圧−ＶＤＤを生成する回路である。そしてチャージポンプ６は、負電圧−ＶＤＤを電流測定回路２、電圧測定回路３及び乗算回路４に供給する。
【００２０】
図２は、電流測定回路２及び電圧測定回路３の詳細な構成を示す回路図である。第１の導体１１０は、図２に示すように概略Ｕ字状に構成される。そして第１の導体１１０は、所定の間隔で互いに平行に配置され、且つ、直列に接続された一対の第１配線パターン１１１，１１２を有しており、それら一対の第１配線パターン１１１，１１２にそれぞれ異なる方向の負荷電流Ｉｉが流れるように構成される。
【００２１】
電流測定回路２の磁界検出部１０は、第１の導体１１０の近傍位置に設けられ、第１の導体１１０から生じる第１の磁界Ｈ１を非接触で検知する。この磁界検出部１０は、複数の磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６を備えて構成される第１のブリッジ回路１１を有している。第１のブリッジ回路１１では４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６がブリッジ接続されている。これらの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６は、磁気抵抗効果によって電気抵抗が変化する素子であり、第１の導体１１０から発生する第１の磁界Ｈ１に応じて抵抗値を変化させる。図３は、磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の抵抗特性の一例を示す図である。尚、図３は、異方性磁気抵抗効果を示すＡＭＲ素子の特性を示している。磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６がＡＭＲ素子である場合、図３に示すように外部からの磁界Ｈが作用すると、その磁界Ｈの方向及び大きさに応じて抵抗値Ｒが変化する。また磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６がＡＭＲ素子でない場合、特性曲線は図３とは異なるものになるが、磁界Ｈの方向及び大きさに応じて抵抗値Ｒが変化する点は同様である。そのため、磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６は、ＡＭＲ素子以外の素子（例えば巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ素子など）であっても良い。
【００２２】
図２に戻り、磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６は、感度方向を同一方向に揃えた状態でＵ字状に構成された第１の導体１１０の内側に配置される。具体的に説明すると、２つの磁気抵抗素子１３，１４は、Ｕ字形状において互いに平行に延びる２つの第１配線パターン１１１，１１２のうちの一方の第１配線パターン１１１の近傍位置に設けられ、別の２つの磁気抵抗素子１５，１６は、他方の第１配線パターン１１２の近傍位置に設けられる。そして４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６がブリッジ接続された第１のブリッジ回路１１は、一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端がチャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤに接続される。また第１のブリッジ回路１１は、磁気抵抗素子１３，１６を互いに接続すると共に、磁気抵抗素子１５，１４を互いに接続したクロス配線によって構成される。
【００２３】
第１の導体１１０に負荷電流Ｉｉが流れていないときには、第１のブリッジ回路１１における２つの中点ａ，ｂの電位は互いに等しくなり、電位差は生じない。これに対し、第１の導体１１０に負荷電流Ｉｉが流れると、第１の導体１１０の周囲には負荷電流Ｉｉの方向に対して右回り方向に第１の磁界Ｈ１が発生する。このとき、一方の第１配線パターン１１１の近傍位置にある磁気抵抗素子１３，１４には、例えば図２に示すように右向き方向の磁界Ｈａが作用し、他方の第１配線パターン１１２の近傍位置にある磁気抵抗素子１５，１６には、その磁界Ｈａと大きさが等しく、且つ、逆向きの磁界Ｈｂが作用する。そして一方の第１配線パターン１１１の近傍位置にある磁気抵抗素子１３，１４の抵抗値が磁界ＨａによってΔＲだけ増加すると、他方の第１配線パターン１１２の近傍位置にある磁気抵抗素子１５，１６の抵抗値は磁界ＨｂによってΔＲだけ減少し、第１のブリッジ回路１１の２つの中点ａ，ｂのうち、第１の中点ａの電位が上がり、第２の中点ｂの電位が下がる。したがって、第１のブリッジ回路１１の２つの中点ａ，ｂには第１の導体１１０に流れる負荷電流Ｉｉに応じた電位差が現れる。
【００２４】
ところで、４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６には、第１の導体１１０から発生する第１の磁界Ｈ１（すなわち、Ｈａ，Ｈｂ）だけではなく、外部環境からの外部磁界が作用する。しかし、そのような外部磁界は、４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６のそれぞれに対して同一方向で且つ均一に作用するため、各磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の抵抗値は、外部磁界に対して等しい割合で増減し、第１のブリッジ回路１１の２つの中点ａ，ｂには外部磁界による電位差は生じない。すなわち、電流測定回路２は、外部磁界による影響を打ち消し、負荷電流Ｉｉが流れる第１の導体１１０から発生する第１の磁界Ｈ１に対してのみ感度を有するように構成される。
【００２５】
負荷電流検出部２０は、差動アンプ２１と、出力抵抗２２と、４つのコイル（第１コイル）２３，２４，２５，２６とを備えており、第１のブリッジ回路１１の２つの中点ａ，ｂに現れる電位差に基づき第１の導体１１０に流れる負荷電流Ｉｉに応じた電流検知信号Ｖ１を出力する。４つのコイル２３，２４，２５，２６は、それぞれ同一の特性を有し、第１のブリッジ回路１１を構成する４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の近傍位置に１対１で設けられる。そして各コイル２３，２４，２５，２６は直列に接続された回路構成を有し、その回路の一端が出力抵抗２２を介して差動アンプ２１の出力端に接続され、他端がグランドＧＮＤに接続される。差動アンプ２１は、２つの中点ａ，ｂの電位差に応じて電流検知信号Ｖ１を出力することにより、出力抵抗２２を介して４つのコイル２３，２４，２５，２６にコイル電流を流す。このコイル電流は、各コイル２３，２４，２５，２６から各磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６に作用している第１の磁界Ｈ１を打ち消す磁界を発生させる。つまり、差動アンプ２１は、２つの中点ａ，ｂの電位差が０になるようにコイル電流をフィードバックするのである。
【００２６】
例えば、第１の導体１１０に負荷電流Ｉｉが流れていないとき、磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６には外部磁界だけが作用する。この外部磁界を例えば図３に示すＸであると仮定する。第１の導体１１０に負荷電流Ｉｉが流れ、第１の磁界Ｈ１が磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６に作用すると、各磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の抵抗値は、図３に示す外部磁界Ｘに対応する抵抗値を中心（動作点）に、第１の磁界Ｈ１の大きさ及び方向に応じて変化する。そして磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６は、第１のブリッジ回路１１を構成することにより、外部磁界Ｘだけが作用している状態を中心とする抵抗変化を、線形とみなせる部分で動作させることができる。すなわち、第１の導体１１０に流れる負荷電流Ｉｉにより磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の抵抗がそれぞれ線形に変化するので、負荷電流検出部２０は、コイル２３，２４，２５，２６に流すコイル電流を正確に決めることができ、第１の磁界Ｈ１をコイル電流でキャンセルすることができる。これにより、４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６に対して常に外部磁界だけが作用している状態となる制御が行われ、磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の動作点を、例えば図３においてＸで示す位置に固定することができる。したがって、第１の導体１１０に流れる負荷電流Ｉｉが変化しても磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６の抵抗値Ｒを安定させた状態で負荷電流Ｉｉを測定することができる。
【００２７】
差動アンプ２１は、電源電圧ＶＤＤと、チャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤとを電源としており、グランドＧＮＤを基準とした電流検知信号Ｖ１を出力する。つまり、差動アンプ２１から出力される電流検知信号Ｖ１は、負荷１００に流れる負荷電流Ｉｉの方向及び大きさに応じてグランドＧＮＤを基準にして正負双方向に変動する信号となり、負荷電流Ｉｉが０のときには電流検知信号Ｖ１は接地電位（すなわち０Ｖ）の信号となる。したがって、負荷電流Ｉｉに応じた電圧をＶｉとすると、Ｖ１＝Ｖｉとして表すことができる。
【００２８】
電圧測定回路３は、アンプ３９を備えて構成される。アンプ３９は、外部抵抗１０２，１０３によって負荷電圧ＶＬが分圧された分圧信号Ｖｄを入力し、その分圧信号Ｖｄを所定の増幅率で増幅した電圧検知信号Ｖ２を出力する。このような電圧測定回路３は、電流測定回路２と比較すると部品数が少なく、回路規模が小さいので、小型化を図ることが可能である。アンプ３９は、電源電圧ＶＤＤと、チャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤとを電源としており、グランドＧＮＤを基準とした電圧検知信号Ｖ２を出力する。つまり、アンプ３９から出力される電圧検知信号Ｖ２は、負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬの方向及び大きさに応じてグランドＧＮＤを基準にして正負双方向に変動する信号となり、負荷電圧ＶＬが０のときには電圧検知信号Ｖ２は接地電位（すなわち０Ｖ）の信号となる。したがって、負荷電圧ＶＬに応じた電圧をＶｖとすると、Ｖ２＝Ｖｖとして表すことができる。
【００２９】
そして乗算回路４は、電流検知信号Ｖ１と電圧検知信号Ｖ２とを乗算することにより、グランドＧＮＤを基準にした電力信号Ｖｏｕｔを生成して出力する。すなわち、乗算回路４から出力される電力信号ＶｏｕｔはＶｏｕｔ＝Ｖ１・Ｖ２＝Ｖｉ・Ｖｖとなる。乗算回路４は、負荷１００で消費される電力成分のみを含む電力信号Ｖｏｕｔを出力することが可能であり、出力段にローパスフィルタなどの特別な回路を設ける必要がない。それ故、電力センサー１の小型化を図ることも可能である。尚、乗算回路４は、外部から入力される電源電圧ＶＤＤとチャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤとを電源電圧として動作することにより、電流検知信号Ｖ１及び電圧検知信号Ｖ２が正負いずれの値であっても電力信号Ｖｏｕｔを正常に出力することができる。
【００３０】
このように本実施形態の電力センサー１は、外部直流電源から出力される電源電圧ＶＤＤの極性を反転させた負電圧−ＶＤＤを出力するチャージポンプ６を備えており、電流測定回路２、電圧測定回路３及び乗算回路４のそれぞれが電源電圧ＶＤＤと負電圧−ＶＤＤとに基づいて動作し、グランドＧＮＤを基準にした電流検知信号Ｖ１と電圧検知信号Ｖ２とを出力するため、乗算回路４ではそれらの電流検知信号Ｖ１と電圧検知信号Ｖ２とを単純に乗算するだけでグランドＧＮＤを基準にした電力信号Ｖｏｕｔを出力することができる。そして電力信号Ｖｏｕｔは負荷１００で消費される電力成分のみを含む信号であるため、電力信号Ｖｏｕｔに対して余分な信号処理を行う必要がなく、回路規模を小さくできるという利点がある。
【００３１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態で説明した電力センサー１は、電圧測定回路３が外部抵抗１０２，１０３によって生成される分圧信号Ｖｄを入力し、その分圧信号Ｖｄに基づいて負荷電圧ＶＬに応じた電圧検知信号Ｖ２を出力する。そのような電力センサー１は、測定対象回路１３０と絶縁されていないため、測定対象回路１３０に対してノイズが混入すると、そのノイズが電力センサー１の内部回路に入り込み、測定精度が低下する可能性がある。そこで、第２実施形態では、ノイズの影響を低減することが可能な構成例について説明する。
【００３２】
図４は、第２実施形態における電力センサー１ａの一構成例を示す図である。この電力センサー１ａは、負荷１００が設けられた測定対象回路１３０の近傍位置に配置され、負荷１００に流れる負荷電流Ｉｉと、負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬとを非接触で測定して乗算することにより、負荷１００で消費される電力を測定した電力信号Ｖｏｕｔを出力するセンサーである。測定対象回路１３０は、例えば、負荷１００に電力を供給する電源１０１と、負荷１００に対して直列に接続される第１の導体１１０と、負荷１００に対して並列に接続される第２の導体１２０と、第２の導体１２０に対して直列に接続される抵抗１０４とを有する。抵抗１０４は、負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖを第２の導体１２０に流すためのものである。第１及び第２の導体１１０，１２０は、プリント基板などの基板上に形成された配線パターンやバスバーなどによって構成される。そして第１の導体１１０には負荷１００に流れる負荷電流Ｉｉが流れ、第２の導体１２０には負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖが流れる。第１の導体１１０は、負荷電流Ｉｉが流れることにより周囲に負荷電流Ｉｉに応じた第１の磁界Ｈ１を発生させる。また第２の導体１２０は、負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖが流れることにより周囲に電流Ｉｖに応じた第２の磁界Ｈ２を発生させる。電力センサー１ａは、それら第１及び第２の磁界Ｈ１，Ｈ２を非接触で検知することにより、負荷１００で消費される電力を測定する。
【００３３】
電力センサー１ａは、第１実施形態と同様に、電流測定回路２と、電圧測定回路３と、乗算回路４と、チャージポンプ６とを備え、これらの各回路を１つの基板上に形成した１チップデバイスとして構成される。電流測定回路２、乗算回路４及びチャージポンプ６は、第１実施形態で説明したものと同様である。これに対し、電圧測定回路３は、第１実施形態と異なる構成である。すなわち、電圧測定回路３は、負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖが流れる第２の導体１２０の近傍位置に配置され、第２の導体１２０に流れる電流Ｉｖによって発生する第２の磁界Ｈ２を検出して負荷電圧ＶＬを測定する。この電圧測定回路３は、磁界検出部３０と負荷電圧検出部４０とを備えている。磁界検出部３０は、第２の導体１２０から生じる第２の磁界Ｈ２を検出し、第２の磁界Ｈ２に応じた信号を負荷電圧検出部４０へ出力する。負荷電圧検出部４０は、磁界検出部３０から出力される信号に基づいて負荷電圧ＶＬを検知し、負荷電圧ＶＬに応じた電圧検知信号Ｖ２を出力する。
【００３４】
図５は、電流測定回路２及び電圧測定回路３の詳細な構成を示す回路図である。尚、図５において電流測定回路２を構成する磁界検出部１０及び負荷電流検出部２０の構成は第１実施形態で説明したものと同様である。図５に示すように電圧測定回路３は、電流測定回路２と同様の構成を有している。すなわち、第２の導体１２０は、概略Ｕ字状に構成され、所定の間隔で互いに平行に配置され、且つ、直列に接続された一対の第２配線パターン１２１，１２２を有しており、それら一対の第２配線パターン１２１，１２２にそれぞれ異なる方向の電流Ｉｖが流れるように構成される。
【００３５】
電圧測定回路３の磁界検出部３０は、第２の導体１２０の近傍位置に設けられる。この磁界検出部３０は、複数の磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６を備えて構成される第２のブリッジ回路３１を有している。第２のブリッジ回路３１では４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６がブリッジ接続されている。これらの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６は、磁気抵抗効果によって電気抵抗が変化する素子であり、第２の導体１２０から発生する第２の磁界Ｈ２に応じて抵抗値を変化させる。また、これら４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６は、電流測定回路２に設けられた４つの磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６と同じ特性を有している。
【００３６】
それら４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６は、感度方向を同一方向に揃えた状態でＵ字状に構成された第２の導体１２０の内側に配置される。具体的に説明すると、２つの磁気抵抗素子３３，３４は、Ｕ字形状において互いに平行に延びる２つの第２配線パターン１２１，１２２のうちの一方の第２配線パターン１２１の近傍位置に設けられ、別の２つの磁気抵抗素子３５，３６は、他方の第２配線パターン１２２の近傍位置に設けられる。そして４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６がブリッジ接続された第２のブリッジ回路３１は、一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端がチャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤに接続される。また第２のブリッジ回路３１は、磁気抵抗素子３３，３６を互いに接続すると共に、磁気抵抗素子３５，３４を互いに接続したクロス配線によって構成される。
【００３７】
第２の導体１２０に負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖが流れていないときには、第２のブリッジ回路３１における２つの中点ｃ，ｄの電位は互いに等しくなり、電位差は生じない。これに対し、第２の導体１２０に負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖが流れると、第２の導体１２０の周囲には電流Ｉｖの方向に対して右回り方向に第２の磁界Ｈ２が発生する。このとき、一方の第２配線パターン１２１の近傍位置にある磁気抵抗素子３３，３４には、例えば図５に示すように右向き方向の磁界Ｈｃが作用し、他方の第２配線パターン１２２の近傍位置にある磁気抵抗素子３５，３６には、その磁界Ｈｃと大きさが等しく、且つ、逆向きの磁界Ｈｄが作用する。そして一方の第２配線パターン１２１の近傍位置にある磁気抵抗素子３３，３４の抵抗値が磁界ＨｃによってΔＲだけ増加すると、他方の第２配線パターン１２２の近傍位置にある磁気抵抗素子３５，３６の抵抗値は磁界ＨｄによってΔＲだけ減少し、第２のブリッジ回路３１の２つの中点ｃ，ｄのうち、第１の中点ｃの電位が上がり、第２の中点ｄの電位が下がる。したがって、第２のブリッジ回路３１の２つの中点ｃ，ｄには第２の導体１２０に流れる電流Ｉｖに応じた電位差が現れる。
【００３８】
また４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６には外部環境からの外部磁界も作用するが、第２のブリッジ回路３１は、そのような外部磁界による影響を打ち消すことができるため、電流Ｉｖによって第２の導体１２０から発生する第２の磁界Ｈ２に対してのみ感度を有する。
【００３９】
負荷電圧検出部４０は、差動アンプ４１と、出力抵抗４２と、４つのコイル（第２コイル）４３，４４，４５，４６とを備えており、第２のブリッジ回路３１の２つの中点ｃ，ｄに現れる電位差に基づき第２の導体１２０に流れる電流Ｉｖに応じた電圧検知信号Ｖ２を出力する。４つのコイル４３，４４，４５，４６は、それぞれ同一の特性を有し、第２のブリッジ回路３１を構成する４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６の近傍位置に１対１で設けられる。そして各コイル４３，４４，４５，４６は直列に接続された回路構成を有し、その回路の一端が出力抵抗４２を介して差動アンプ４１の出力端に接続され、他端がグランドＧＮＤに接続される。差動アンプ４１は、２つの中点ｃ，ｄの電位差に応じて電圧検知信号Ｖ２を出力することにより、出力抵抗４２を介して４つのコイル４３，４４，４５，４６にコイル電流を流す。このコイル電流は、各コイル４３，４４，４５，４６から各磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６に作用している第２の磁界Ｈ２を打ち消す磁界を発生させる。つまり、差動アンプ４１は、２つの中点ｃ，ｄの電位差が０になるようにコイル電流をフィードバックするのである。これにより、４つの磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６に対して常に外部磁界だけが作用している状態となる制御が行われ、磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６の動作点を、例えば図３においてＸで示す位置に固定することができる。したがって、負荷電圧ＶＬの変化によって第２の導体１２０に流れる電流Ｉｖが変化した場合であっても磁気抵抗素子３３，３４，３５，３６の抵抗値Ｒを安定させた状態で負荷電圧ＶＬに応じた電流Ｉｖを測定することができる。
【００４０】
差動アンプ４１は、電源電圧ＶＤＤと、チャージポンプ６によって生成される負電圧−ＶＤＤとを電源としており、グランドＧＮＤを基準とした電圧検知信号Ｖ２を出力する。つまり、差動アンプ４１から出力される電圧検知信号Ｖ２は、負荷１００にかかる負荷電圧ＶＬの方向及び大きさに応じてグランドＧＮＤを基準にして正負双方向に変動する信号となり、負荷電圧ＶＬが０のときには電圧検知信号Ｖ２は接地電位（すなわち０Ｖ）の信号となる。したがって、負荷電圧ＶＬに応じた電圧をＶｖとすると、Ｖ２＝Ｖｖとして表すことができる。
【００４１】
そして乗算回路４は、第１実施形態と同様に、電流測定回路２から出力される電流検知信号Ｖ１と、電圧測定回路３から出力される電圧検知信号Ｖ２とを乗算することにより、グランドＧＮＤを基準にした電力信号Ｖｏｕｔを生成して出力する。そして本実施形態においても、乗算回路４から出力される電力信号ＶｏｕｔはＶｏｕｔ＝Ｖ１・Ｖ２＝Ｖｉ・Ｖｖとなり、負荷１００で消費される電力成分のみを含む電力信号Ｖｏｕｔを出力することができるため、出力段にローパスフィルタなどの特別な回路を設ける必要がない。それ故、電力センサー１ａの小型化を図ることも可能である。
【００４２】
図６は、電力センサー１ａを１チップデバイスとして構成した場合の配置例を示す図である。例えば図６に示すように、電力センサー１ａが実装される基板上において第１及び第２の導体１１０，１２０は、互いに絶縁された状態で上下方向に重ね合わせられ、第１の導体１１０を構成する一対の第１配線パターン１１１，１１２と、第２の導体１２０を構成する一対の第２配線パターン１２１，１２２とが直交するように交叉させた状態に配線される。そして１チップデバイスとして構成される電力センサー１ａは、第１配線パターン１１１，１１２と第２配線パターン１２１，１２２とが交叉して形成される矩形領域の内側に配置される。そして磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６は、１チップデバイスの周縁部に配置され、第１配線パターン１１１，１１２又は第２配線パターン１２１，１２２の近傍位置に設けられる。例えば、磁気抵抗素子１３，１４は一方の第１配線パターン１１１の近傍位置に配置され、磁気抵抗素子１５，１６は他方の第１配線パターン１１２の近傍位置に配置される。また磁気抵抗素子３３，３４は一方の第２配線パターン１２１の近傍位置に配置され、磁気抵抗素子３５，３６は他方の第２配線パターン１２２の近傍位置に配置される。このような配置によれば、磁気抵抗素子１３，１４は、第１配線パターン１１１から発生する磁界に対して高い感度を有し、他の配線パターン１１２，１２１，１２２から発生する磁界に対する感度が低くなるため、他の配線パターン１１２，１２１，１２２から発生する磁界と干渉することなく、第１配線パターン１１１から発生する磁界を検知することが可能である。また磁気抵抗素子１５，１６は、第１配線パターン１１２から発生する磁界に対して高い感度を有し、他の配線パターン１１１，１２１，１２２から発生する磁界に対する感度が低くなるため、他の配線パターン１１１，１２１，１２２から発生する磁界と干渉することなく、第１配線パターン１１２から発生する磁界を検知することが可能である。また磁気抵抗素子３３，３４は、第２配線パターン１２１から発生する磁界に対して高い感度を有し、他の配線パターン１１１，１１２，１２２から発生する磁界に対する感度が低くなるため、他の配線パターン１１１，１１２，１２２から発生する磁界と干渉することなく、第２配線パターン１２１から発生する磁界を検知することが可能である。さらに磁気抵抗素子３５，３６は、第２配線パターン１２２から発生する磁界に対して高い感度を有し、他の配線パターン１１１，１１２，１２１から発生する磁界に対する感度が低くなるため、他の配線パターン１１１，１１２，１２１から発生する磁界と干渉することなく、第２配線パターン１２２から発生する磁界を検知することが可能である。したがって、一対の第１配線パターン１１１，１１２と一対の第２配線パターン１２１，１２２とを互いに交叉させ、各磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６を上記のように配置することにより、各磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６は、第１の導体１１０又は第２の導体１２０に電流が流れることによって発生する磁界を良好に検知することができるようになる。また磁気抵抗素子以外の回路素子は、１チップデバイスの中央に配置される。尚、図６は、一対の第１配線パターン１１１，１１２と、一対の第２配線パターン１２１，１２２とが直交する場合を例示しているが、各磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６において検知対象となる磁界を他の磁界と干渉させることなく検知することができるのであれば、一対の第１配線パターン１１１，１１２と一対の第２配線パターン１２１，１２２とは、必ずしも直交するものに限られない。
【００４３】
上記のように構成される電力センサー１ａは、センサー内部において、電流測定回路２、電圧測定回路３、乗算回路４及びチャージポンプ６のそれぞれを、負荷１００が接続された測定対象回路１３０と絶縁させた回路構成である。そのため、測定対象回路１３０に対してノイズが混入した場合であっても、電力センサー１ａは、そのようなノイズの影響を受け難く、負荷１００で消費される電力の測定精度を向上させることができる。
【００４４】
（変形例）
以上、本発明に関する幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。例えば、上記実施形態では、電流測定回路２と、電圧測定回路３と、乗算回路４と、チャージポンプ６とが１つの基板上に形成された１チップデバイスとして構成される場合を例示した。しかし、これに限られるものではなく、少なくとも電流測定回路２と電圧測定回路３とが１つのチップ上に形成されるものであれば良い。例えば、第２実施形態の電力センサー１ａの場合、少なくとも電流測定回路２と電圧測定回路３とが１つのチップ上に形成されていれば、そのチップを図６に示したように配置することにより、負荷電流Ｉｉと負荷電圧ＶＬとを同時に非接触で測定することができるようになる。
【００４５】
また上記第１及び第２実施形態において、第１及び第２のブリッジ回路１１，３１を構成する４つの抵抗が全て磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６で構成される場合を例示したが、これに限られるものではなく、例えば第１及び第２のブリッジ回路１１，３１のそれぞれに磁気抵抗素子を２つずつ設けた構成としても良い。この場合、各ブリッジ回路１１，３１における他の２つの抵抗は固定抵抗として設けられる。各ブリッジ回路１１，３１に設ける磁気抵抗素子の数を２つにすれば、それら磁気抵抗素子の近傍に配置するコイルの数を低減することができるため、回路規模をより小さくできるという利点がある。ただし、磁気抵抗素子の数を２つにすると、各ブリッジ回路１１，３１において外部磁場の影響を良好に打ち消すことができなくなる。そのため、第１及び第２のブリッジ回路１１，３１は、４つの抵抗が全て磁気抵抗素子１３〜１６，３３〜３６で構成することが好ましい。
【符号の説明】
【００４６】
１，１ａ…電力センサー、２…電流測定回路、３…電圧測定回路、４…乗算回路、６…チャージポンプ、１１…第１のブリッジ回路、１３〜１６…磁気抵抗素子、２３〜２６…コイル（第１コイル）、３１…第２のブリッジ回路、３３〜３６…磁気抵抗素子、４３〜４６…コイル（第２コイル）、１１０…第１の導体、１１１，１１２…第１配線パターン、１２０…第２の導体、１２１，１２２…第２配線パターン、１００…負荷。
【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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