(57)【要約】【課題】従来よりも少ない数の磁気抵抗素子で被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができ、且つ、応答性の高い電流センサを提供すること。【解決手段】第１検出回路４１は、ｃｏｓθに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子４１０，４１１が直列接続され、中点電圧Ｖ１がｃｏｓθの比例項を含む。オペアンプ５２の入力端子５２ａに中点電圧Ｖ１が入力され、入力端子５２ｂに分圧回路により抵抗分圧された電圧Ｖ２が入力される。オペアンプ５２は、中点電圧Ｖ１が電圧Ｖ２と等しくなるように、１／ｃｏｓθの比例項を含む信号を出力する。第２検出回路４２は、ｓｉｎθに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子４２０，４２１が出力端子と基準電圧との間で直列接続され、ｔａｎθに比例する第１項と１／ｃｏｓθに比例する第２項を含む信号を出力する。減算回路５３は、オペアンプ５５０を有し、第２検出回路の出力から第２項を減算する。【選択図】図３
2017211316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部材（１００）に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界に対して垂直方向に第２磁界を生成する磁界生成部（３０）と、
磁化方向が固定されたピン層と外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層を含む磁気抵抗素子として、前記ピン層の磁化方向が所定方向であって互いに逆向きに固定され、前記第１磁界及び前記第２磁界の合成磁界と前記第２磁界とのなす角度θの余弦値（以下、ｃｏｓθと示す）に応じて抵抗値が変化する第１素子（４１０）及び第２素子（４１１）を有し、前記第１素子及び前記第２素子が直列接続されてなり、中点電圧がｃｏｓθの比例項を含む第１検出回路（４１）と、
抵抗値の等しい２つの基準抵抗素子（５１０，５１１）を有し、２つの前記基準抵抗素子が直列接続されてなり、電源電圧と前記電源電圧よりも低い基準電圧との間において、前記第１検出回路が前記基準電圧側となるように、前記第１検出回路と直列に接続された分圧回路（５１）と、
前記第１検出回路の中点電圧が入力される第１入力端子（５２ａ）と、前記分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力される第２入力端子（５２ｂ）と、前記第１検出回路と前記分圧回路との接続点に接続された出力端子（５２ｃ）と、を有し、前記中点電圧が前記抵抗分圧された電圧と等しくなるように、１／ｃｏｓθの比例項を含む信号を出力する第１オペアンプ（５２）と、
前記磁気抵抗素子として、前記ピン層の磁化方向が前記所定方向と垂直方向であって互いに逆向きに固定され、前記角度θの正弦値に応じて抵抗値が変化する第３素子（４２０）及び第４素子（４２１）を有し、前記第３素子及び前記第４素子が前記第１オペアンプの出力と前記基準電圧との間で直列接続されてなり、前記角度θの正接値に比例する第１項と１／ｃｏｓθに比例する第２項を含む信号を出力する第２検出回路（４２）と、
第２オペアンプ（５５０）を有しており、前記第２検出回路の出力信号から前記第２項を減算し、センサ信号として出力する減算回路（５３）と、
を備える電流センサ。
【請求項２】
前記第１入力端子が反転入力端子であり、前記第２入力端子が非反転入力端子である請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記基準電圧が、グランド電圧と前記電源電圧との間の電圧である請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記基準電圧が、前記電源電圧の半分である請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記基準電圧が、グランド電圧である請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記分圧回路が有する前記基準抵抗素子は、第１基準抵抗素子であり、
前記減算回路は、
抵抗値の等しい２つの第２基準抵抗素子（５４０，５４１）を有し、２つの前記第２基準抵抗素子が直列接続されるとともに、前記第２検出回路に対して並列接続されてなり、前記第２項と等しい信号を出力する第１減算部（５４）と、
前記第２オペアンプを有し、前記第２検出回路の出力から前記第１減算部の出力を減算して、前記センサ信号を出力する第２減算部（５５）と、を備える請求項１〜５いずれか１項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、ピン層及びフリー層を含む磁気抵抗素子を備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピン層及びフリー層を含む磁気抵抗素子を備えた電流センサが提案されている。このような電流センサは、バイアス磁石（磁界生成部）を備えている。バイアス磁石は、バスバー（導電部材）に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界に対して、垂直方向に第２磁界を生成する。磁気抵抗素子には、第１磁界と第２磁界との合成磁界が印加される。
【０００３】
たとえば特許文献１には、磁気抵抗素子を直列接続してなる検出回路として、合成磁界と第２磁界とのなす角度θの余弦値（ｃｏｓθ）に比例する信号を出力する第１検出回路と、角度θの正弦値（ｓｉｎθ）に比例する信号を出力する第２検出回路を備え、センサ信号として、角度θの正接値（ｔａｎθ）に比例する信号を出力するように構成された電流センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１３１３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された電流センサは、第１検出回路の出力及び所定の参照電圧が入力されるオペアンプを備えている。オペアンプは、第１検出回路の出力が参照電圧に等しくなるように、第１検出回路の入力電圧を制御する。このため、オペアンプの出力（上記入力電圧）は、１／ｃｏｓθに比例する。オペアンプの出力は、第２検出回路にも供給される。第２検出回路の出力は、１／ｃｏｓθに比例する電圧にｓｉｎθを乗じた信号、すなわち、ｔａｎθに比例した信号となる。これにより、電流センサは、被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができる。また、アナログ回路にて構成しているため、デジタル回路に較べて、応答性の高い電流センサを安価に提供することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の電流センサが被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力するには、第１検出回路及び第２検出回路のそれぞれを、４つの磁気抵抗素子を用いて構成しなければならない。第１検出回路及び第２検出回路のそれぞれを、２つの磁気抵抗素子を用いて構成した場合、被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができない。この点は、本発明者によって確認されている。
【０００７】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも少ない数の磁気抵抗素子で被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができ、且つ、応答性の高い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】
【０００８】
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
本開示のひとつである電流センサは、導電部材（１００）に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界に対して垂直方向に第２磁界を生成する磁界生成部（３０）と、磁化方向が固定されたピン層と外部磁界に応じて磁化方向が変化するフリー層を含む磁気抵抗素子として、ピン層の磁化方向が所定方向であって互いに逆向きに固定され、第１磁界及び第２磁界の合成磁界と第２磁界とのなす角度θの余弦値（以下、ｃｏｓθと示す）に応じて抵抗値が変化する第１素子（４１０）及び第２素子（４１１）を有し、第１素子及び第２素子が直列接続されてなり、中点電圧がｃｏｓθの比例項を含む第１検出回路（４１）と、抵抗値の等しい２つの基準抵抗素子（５１０，５１１）を有し、２つの基準抵抗素子が直列接続されてなり、電源電圧と電源電圧よりも低い基準電圧との間において、第１検出回路が基準電圧側となるように、第１検出回路と直列に接続された分圧回路（５１）と、第１検出回路の中点電圧が入力される第１入力端子（５２ａ）と、分圧回路により抵抗分圧された電圧が入力される第２入力端子（５２ｂ）と、第１検出回路と分圧回路との接続点に接続された出力端子（５２ｃ）と、を有し、中点電圧が抵抗分圧された電圧と等しくなるように、１／ｃｏｓθの比例項を含む信号を出力する第１オペアンプ（５２）と、磁気抵抗素子として、ピン層の磁化方向が所定方向と垂直方向であって互いに逆向きに固定され、角度θの正弦値に応じて抵抗値が変化する第３素子（４２０）及び第４素子（４２１）を有し、第３素子及び第４素子が第１オペアンプの出力と基準電圧との間で直列接続されてなり、角度θの正接値に比例する第１項と１／ｃｏｓθに比例する第２項を含む信号を出力する第２検出回路（４２）と、第２オペアンプ（５５０）を有しており、第２検出回路の出力信号から第２項を減算し、センサ信号として出力する減算回路（５３）と、を備える。
【００１０】
第１オペアンプは、第１検出回路の中点電圧が、分圧回路により抵抗分圧された電圧と等しくなるように、第１オペアンプから出力される電圧を制御する。このため、第１オペアンプは、１／ｃｏｓθの比例項を含む信号を出力する。
【００１１】
第１オペアンプの出力は、第２検出回路に電源として供給される。したがって、第２検出回路の出力信号は、１／ｃｏｓθに比例する電圧に、角度θの正弦値（ｓｉｎθ）を乗じた値、すなわち、角度θの正接値（ｔａｎθ）に比例する項を含むこととなる。また、第１検出回路及び第２検出回路は、それぞれ、２つの磁気抵抗素子が直列接続されてなるハーフブリッジ回路である。したがって、第２検出回路の出力は、ｔａｎθに比例する項（第１項）に加えて、１／ｃｏｓθに比例する第２項を含む。
【００１２】
本開示では、第２オペアンプを有する減算回路にて、第２検出回路の出力信号から不要項である第２項を減算することができる。これにより、センサ信号として、第１項を含みつつ第２項を含まない信号が出力される。以上より、従来よりも少ない数の磁気抵抗素子で、被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができる。また、アナログ回路にて構成しているため、デジタル回路に較べて、応答性の高い電流センサを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る電流センサをバスバーに取り付けた状態を示す図である。
【図２】電流センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】電流センサの等価回路図である。
【図４】磁気抵抗素子の断面図である。
【図５】被検出電流Ｉと電圧Ｖ３との関係を示す図である。
【図６】被検出電流Ｉと電圧Ｖ４との関係を示す図である。
【図７】被検出電流Ｉと電圧Ｖ６との関係を示す図である。
【図８】比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、バスバーの延設方向、すなわち被検出電流の流れ方向をＸ方向、バイアス磁石とセンサチップとの積層方向をＺ方向、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。
【００１５】
（第１実施形態）
先ず、図１及び図２に基づき、電流センサの概略構成について説明する。この電流センサは、たとえば車載モータのインバータ制御に用いられるものであり、車載モータに電源を供給する車載バッテリに接続されたバスバーに流れる被検出電流を検出するものである。電流センサは、たとえば電気自動車やハイブリッド車に用いられる。
【００１６】
図１及び図２に示すように、電流センサ１０は、基板２０、バイアス磁石３０、センサチップ４０、回路チップ５０、リード６０、及び封止樹脂体７０を備えている。バイアス磁石３０が、磁界生成部に相当する。
【００１７】
基板２０は、樹脂やセラミックなどの絶縁基材に配線が形成された配線基板である。基板２０におけるＺ方向の一面２１側に、バイアス磁石３０、センサチップ４０、及び回路チップ５０が配置されている。
【００１８】
バイアス磁石３０は、バスバー１００に被検出電流Ｉが流れることによって生じる電流磁界Ｂｉに対して、垂直方向にバイアス磁界Ｂｂを発生させるものである。電流磁界Ｂｉが第１磁界に相当し、バイアス磁界が第２磁界に相当する。バイアス磁石３０は、基板２０の一面２１に配置されている。バイアス磁石３０は、センサチップ４０に形成された磁気抵抗素子にバイアス磁界Ｂｂを印加する役割を果たす。
【００１９】
センサチップ４０には、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子が形成されている。センサチップ４０は、バイアス磁石３０を介して基板２０の一面２１に配置されている。センサチップ４０は、バイアス磁石３０における基板２０側の面と反対の面に配置されている。センサチップ４０は、Ｚ方向においてバイアス磁石３０に積層されている。
【００２０】
本実施形態では、センサチップ４０に、後述する４つの磁気抵抗素子４１０，４１１，４２０，４２１が形成されている。すなわち、ひとつのセンサチップ４０に、すべての磁気抵抗素子４１０，４１１，４２０，４２１が形成されている。しかしながら、磁気抵抗素子４１０，４１１と磁気抵抗素子４２０，４２１とが別チップとなるように、２つのセンサチップ４０を有してもよい。
【００２１】
回路チップ５０は、センサチップ４０から入力される信号に対して予め設定された演算を行うための信号処理回路を有している。回路チップ５０は、基板２０の一面２１に配置されている。回路チップ５０は、バイアス磁石３０及びセンサチップ４０に対して、Ｘ方向に並んで配置されている。
【００２２】
リード６０は、外部と電流センサ１０とを電気的に接続するための外部接続端子である。本実施形態では、リード６０がＸ方向に延設されている。また、複数のリード６０が、延設方向に垂直なＹ方向に並んで配置されている。各リード６０は、図示しないボンディングワイヤを介して、回路チップ５０と電気的に接続されている。
【００２３】
封止樹脂体７０は、基板２０、バイアス磁石３０、センサチップ４０、回路チップ５０、及びリード６０の一部を一体的に封止している。封止樹脂体７０の構成材料としては、たとえばエポキシ樹脂を採用することができる。リード６０は、封止樹脂体７０の内部で、回路チップ５０と電気的に接続されるとともに、その一部が封止樹脂体７０から外部に突出している。このように、電流センサ１０はモールドＩＣ化されている。
【００２４】
上記した電流センサ１０は、図１に示すように、バスバー１００に組み付けられる。電流センサ１０は、バスバー１００に流れる被検出電流Ｉの方向、すなわちバスバー１００の延設方向とバイアス磁界Ｂｂとが平行になるように、バスバー１００に組み付けられる。換言すれば、電流センサ１０は、バスバー１００に流れる被検出電流Ｉによって生成される電流磁界Ｂｉとバイアス磁界Ｂｂとが垂直となるように、バスバー１００に組み付けられる。そして、センサチップ４０には、バイアス磁界Ｂｂと電流磁界Ｂｉとの合成磁界Ｂｓが印加されるようになっている。
【００２５】
次に、図３及び図４に基づき、電流センサ１０の回路構成について説明する。
【００２６】
図３に示すように、電流センサ１０は、２つの磁気抵抗素子４１０，４１１を有して構成された第１検出回路４１、２つの磁気抵抗素子４２０，４２１を有して構成された第２検出回路４２、分圧回路５１、オペアンプ５２、及び減算回路５３を備えている。第１検出回路４１及び第２検出回路４２が、センサチップ４０に形成されている。分圧回路５１、オペアンプ５２、及び減算回路５３が、回路チップ５０に形成されている。磁気抵抗素子４１０が第１素子、磁気抵抗素子４１１が第２素子に相当する。磁気抵抗素子４２０が第３素子、磁気抵抗素子４２１が第４素子に相当する。オペアンプ５２が、第１オペアンプに相当する。
【００２７】
磁気抵抗素子４１０は、図４に示すように、磁化方向が所定方向に固定されたピン層４３と、非磁性層４４と、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー層４５を有している。図４では、ピン層４３の磁化方向を矢印で示している。Ｚ方向において、ピン層４３、非磁性層４４、フリー層４５の順に積層されている。ピン層４３、非磁性層４４、及びフリー層４５は、Ｚ方向において、図示しない下部電極及び上部電極の間に形成されている。本実施形態では、非磁性層４４が導電性材料を用いて形成され、磁気抵抗素子４１０がＧＭＲ素子として構成されている。他の磁気抵抗素子４１１，４２０，４２１も、磁気抵抗素子４１０と同じ構成となっている。なお、絶縁材料を用いて形成された非磁性層４４（トンネル絶縁膜）を有するＴＭＲ素子を採用することもできる。
【００２８】
ピン層４３の磁化方向は、第１検出回路４１を構成する磁気抵抗素子４１０，４１１で同じとなっており、第２検出回路４２を構成する磁気抵抗素子４２０，４２１で同じとなっている。磁気抵抗素子４２０，４２１のピン層４３の磁化方向は、磁気抵抗素子４１０，４１１のピン層４３の磁化方向に対して垂直となっている。具体的には、磁気抵抗素子４１０，４１１のピン層４３の磁化方向がバイアス磁界Ｂｂと平行となり、磁気抵抗素子４２０，４２１のピン層４３の磁化方向がバイアス磁界Ｂｂと垂直となるように、センサチップ４０が配置されている。
【００２９】
また、磁気抵抗素子４１０のピン層４３の磁化方向と、磁気抵抗素子４１１のピン層４３の磁化方向とは、互いに平行であって逆向きとなっている。すなわち、角度πだけ異なっている。同じく、磁気抵抗素子４２０のピン層４３の磁化方向と、磁気抵抗素子４２１のピン層４３の磁化方向とは、互いに平行であって逆向きとなっている。
【００３０】
このため、図１に示すように、バイアス磁界Ｂｂと合成磁界Ｂｓとの成す角度をθとすると、磁気抵抗素子４１０の抵抗値Ｒ１と磁気抵抗素子４１１の抵抗値Ｒ２は、角度θの余弦値であるｃｏｓθに応じて変化する。一方、磁気抵抗素子４２０の抵抗値Ｒ３と磁気抵抗素子４２１の抵抗値Ｒ４は、角度θの正弦値であるｓｉｎθに応じて変化する。各抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、下記式１〜４で示される。
【数１】
2017211316.tif 000003
【数２】
2017211316.tif 000004
【数３】
2017211316.tif 000005
【数４】
2017211316.tif 000006
【００３１】
Ｒ０は、ピン層４３の磁化方向と外部磁界とが平行状態における抵抗値である。すなわち、Ｒ０は、抵抗が最も低い状態の値である。ｒは、外部磁界による抵抗変動である。
【００３２】
第１検出回路４１は、磁気抵抗素子４１０，４１１が直列接続されてなる。第１検出回路４１は、磁気抵抗素子４１０，４１１によるハーフブリッジ回路である。第１検出回路４１は、磁気抵抗素子４１０，４１１の中点の電圧Ｖ１を出力する。
【００３３】
分圧回路５１は、抵抗値の等しい２つの抵抗５１０，５１１を有している。抵抗５１０，５１１が、第１基準抵抗素子（基準抵抗素子）に相当する。分圧回路５１は、抵抗５１０，５１１が直列接続されてなるハーフブリッジ回路である。分圧回路５１は、抵抗５１０，５１１により抵抗分圧された電圧Ｖ２を出力する。分圧回路５１は、抵抗５１０，５１１の中点の電圧を出力する。分圧回路５１は、電源電圧Ｖｃと、電源電圧Ｖｃよりも低い基準電圧Ｖｒとの間において、第１検出回路４１が基準電圧Ｖｒ側となるように、第１検出回路４１と直列に接続されている。
【００３４】
オペアンプ５２は、入力端子５２ａ，５２ｂと出力端子５２ｃを有している。入力端子５２ａは、磁気抵抗素子４１０，４１１の接続点に接続されている。入力端子５２ａには、第１検出回路４１から出力される電圧Ｖ１が入力される。入力端子５２ｂは、抵抗５１０，５１１の接続点に接続されている。入力端子５２ｂには、分圧回路５１により抵抗分圧された電圧Ｖ２が入力される。出力端子５２ｃは、第１検出回路４１と分圧回路５１との接続点に接続されている。したがって、オペアンプ５２は、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２と等しくなるように、出力端子５２ｃから出力される電圧Ｖ３をフィードバック制御する。すなわち、オペアンプ５２は、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２と等しくなるように、第１検出回路４１への供給電圧を制御する。入力端子５２ａが第１入力端子に相当し、入力端子５２ｂが第２入力端子に相当する。
【００３５】
本実施形態では、基準電圧Ｖｒが、電源電圧Ｖｃとグランド電圧（０Ｖ）との中点、すなわち電源電圧Ｖｃの半分（Ｖｃ×１／２）となっている。磁気抵抗素子４１１が、磁気抵抗素子４１０に対して基準電圧Ｖｒ側とされ、抵抗５１１が抵抗５１０に対して電源電圧Ｖｃ側とされている。また、入力端子５２ａが反転入力端子とされ、入力端子５２ｂが非反転入力端子とされている。したがって、電圧Ｖ１，Ｖ２は、下記式５，６で示される。
【数５】
2017211316.tif 000007
【数６】
2017211316.tif 000008
【００３６】
式５において、Ｒ０＋ｒ＝Ｒｍとしている。上記したように、オペアンプ５２は、Ｖ１＝Ｖ２となるように制御する。この関係を、上記式５，６を用いて整理すると、電圧Ｖ３は、下記式７で示される。
【数７】
2017211316.tif 000009
【００３７】
このように、オペアンプ５２から出力される電圧Ｖ３は、１／ｃｏｓθに比例する項を含む。
【００３８】
第２検出回路４２は、磁気抵抗素子４２０，４２１が、電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒの間で、直列接続されてなる。第２検出回路４２には、オペアンプ５２から電源として電圧Ｖ３が供給される。第２検出回路４２は、磁気抵抗素子４２０，４２１によるハーフブリッジ回路である。第２検出回路４２は、磁気抵抗素子４２０，４２１の中点の電圧Ｖ４を出力する。本実施形態では、磁気抵抗素子４２１が、磁気抵抗素子４２０に対して基準電圧Ｖｒ側とされている。磁気抵抗素子４２０の一端がオペアンプ５２の出力端子５２ｃと接続されている。したがって、電圧Ｖ４は、下記式８で示される。
【数８】
2017211316.tif 000010
【００３９】
このように、電圧Ｖ４は、角度θの正接値であるｔａｎθに比例する項（第１項）と、１／ｃｏｓθに比例する項（第２項）を含む。
【００４０】
減算回路５３は、第２検出回路４２の出力である電圧Ｖ４から、１／ｃｏｓθに比例する第２項を減算し、センサ信号Ｖ６として出力する。減算回路５３は、上記した第２項に等しい信号を生成して出力する第１減算部５４と、オペアンプ５５０を有し、電圧Ｖ４から第１減算部５４の出力を減算し、その結果をセンサ信号Ｖ６として出力する第２減算部５５を有している。オペアンプ５５０が、第２オペアンプに相当する。
【００４１】
第１減算部５４は、抵抗値の等しい２つの抵抗５４０，５４１を有している。抵抗５４０，５４１が、第２基準抵抗素子に相当する。第１減算部５４は、電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒの間で抵抗５４０，５４１が直列接続されてなるハーフブリッジ回路である。第１減算部５４は、第２検出回路４２に対して並列接続されている。第１減算部５４にも、オペアンプ５２から電源として電圧Ｖ３が供給される。
第１減算部５４において、抵抗５４１が基準電圧Ｖｒ側とされている。第１減算部５４は、抵抗５４０，５４１により抵抗分圧された電圧Ｖ５を出力する。電圧Ｖ５は、下記式で示される。
【数９】
2017211316.tif 000011
【００４２】
第２減算部５５は、上記したオペアンプ５５０に加えて、抵抗５５１，５５２，５５３，５５４を有している。そして、オペアンプ５５０を利用したアナログ減算回路が構成されている。オペアンプ５５０は、入力端子５５０ａ，５５０ｂと出力端子５５０ｃを有している。入力端子５５０ａは、抵抗５５１を介して、第２検出回路４２における磁気抵抗素子４２０，４２１の接続点に接続されている。抵抗５５２は、一端が入力端子５５０ａと抵抗５５１の接続点に接続され、他端が基準電圧Ｖｒに接続されるように設けられている。入力端子５５０ｂは、抵抗５５３を介して、第１減算部５４における抵抗５４０，５４１の接続点に接続されている。抵抗５５４は、一端がオペアンプ５５０の出力端子５５０ｃに接続され、他端が入力端子５５０ｂと抵抗５５３の接続点に接続されている。
【００４３】
ここで、抵抗５５１の抵抗値をＲ５、抵抗５５２の抵抗値をＲ６、抵抗５５３の抵抗値をＲ７、抵抗５５４の抵抗値をＲ８とすると、Ｒ５：Ｒ６＝Ｒ７：Ｒ８となっている。
【００４４】
本実施形態では、入力端子５５０ａが非反転入力端子とされ、入力端子５５０ｂが反転入力端子とされている。また、Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８となっている。したがって、オペアンプ５５０の出力であるセンサ信号Ｖ６は、下記式で示される。
【数１０】
2017211316.tif 000012
このように、センサ信号Ｖ６は、ｔａｎθに比例した信号となる。
【００４５】
次に、上記した電流センサ１０の効果について説明する。
【００４６】
オペアンプ５２は、第１検出回路４１から出力される電圧Ｖ１が、分圧回路５１から出力される電圧Ｖ２と等しくなるように、第１検出回路４１へ電源として供給する電圧Ｖ３を制御する。したがって、オペアンプ５２から出力される電圧Ｖ３は、式７に示したように、１／ｃｏｓθの比例項を含むこととなる。このように、ｃｏｓθに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子４１０，４１１を備えた第１検出回路４１、分圧回路５１、及びオペアンプ５２によって、１／ｃｏｓθを生成することができる。分圧回路５１を構成する抵抗５１０，５１１の抵抗値を等しくしているため、電圧Ｖ３を簡素化することができる。
【００４７】
図５は、被検出電流Ｉと電圧Ｖ３との関係を示している。図５は、実測結果を示している。図５に示すように、電圧Ｖ３は、被検出電流Ｉに対してリニアに変化していない。
【００４８】
また、オペアンプ５２から出力される電圧Ｖ３は、第２検出回路４２に電源として供給される。したがって、第２検出回路４２から出力される電圧Ｖ４は、１／ｃｏｓθに比例する電圧にｓｉｎθを乗じた値、すなわち、ｔａｎθに比例する項を含むこととなる。このように、ｓｉｎθに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子４２０，４２１を備えた第２検出回路４２によって、ｔａｎθを生成することができる。しかしながら、第１検出回路４１及び第２検出回路４２は、それぞれハーフブリッジ回路である。したがって、Ｒｍ（＝Ｒ０＋ｒ）が残り、電圧Ｖ４は、式８に示したように、ｔａｎθに比例する項（第１項）に加えて、１／ｃｏｓθに比例する第２項を含むこととなる。
【００４９】
図６は、被検出電流Ｉと電圧Ｖ４との関係を示している。図６は、実測結果を示している。図６に示すように、電圧Ｖ４は、被検出電流Ｉに対してリニアに変化していない。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、オペアンプ５５０を利用した減算回路５３により、第２検出回路４２の出力である電圧Ｖ４から、センサ信号Ｖ６として不要である第２項を減算することができる。これにより、センサ信号Ｖ６として、ｔａｎθに比例する第１項を含みつつ１／ｃｏｓθに比例する第２項を含まない信号を出力することができる。したがって、従来よりも少ない数、具体的には４つの磁気抵抗素子４１０，４１１，４２０，４２１で、被検出電流Ｉに対してリニアなセンサ信号Ｖ６を出力することができる。
【００５１】
図７は、被検出電流Ｉとセンサ信号Ｖ６との関係を示している。図７は、実測結果を示している。図７の結果からも、センサ信号Ｖ６は、被検出電流Ｉに対してリニアに変化していることが明らかである。
【００５２】
ところで、被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力する電流センサを、デジタル回路を用いて構成することも考えられる。しかしながら、デジタル回路の場合、高応答化のために非常に高速のＡＤＣ（ＡＤ変換器）が必要となり、コストが高くなる。本実施形態では、電流センサ１０をアナログ回路にて構成しており、応答性の高い電流センサ１０を安価に提供することができる。
【００５３】
ところで、センサ信号の感度を調整する回路構成として、図８の参考例に示すように、オペアンプ５５００を備えた反転差動増幅回路が知られている。具体的には、複数のスイッチ５５０１のオン・オフを制御することで、直列接続された複数の抵抗５５０２のうちの、フィードバック抵抗の個数とフィードフォワード抵抗の個数を調整し、これにより、オペアンプ５５００の出力信号の感度を調整できるようになっている。なお、オペアンプ５５００が、本実施形態のオペアンプ５５０に対応している。しかしながら、このような感度調整回路では、５つのスイッチ５５０１により、５段階でしか感度を調整することができない。なお、５つのスイッチ５５０１は、５Ｂｉｔ相当である。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、式１０に示したように、センサ信号Ｖ６の感度が、（Ｖｒ−Ｖｃ）に比例している。このため、電源電圧Ｖｃを変更することで、電流センサ１０の感度を調整することもできる。たとえば５ｂｉｔのＤＡＣを電源側に用いれば、３２段階の感度調整が可能となる。すなわち、高分解能の感度調整が可能となる。
【００５５】
さらに本実施形態では、基準電圧Ｖｒが、電源電圧Ｖｃの半分の値となっている。したがって、正方向の電流だけでなく、負方向の電流も検出することができる。なお、基準電圧Ｖｒは、電源電圧Ｖｃの半分の値に限定されない。基準電圧Ｖｒを、電源電圧Ｖｃとグランド電圧（０Ｖ）の間の電圧とすれば、正負両方向の電流を検出することができる。基準電圧Ｖｒを、電源電圧Ｖｃの半分の値とすることで、正方向の検出域と負方向の検出域を同程度とすることができる。
【００５６】
なお、抵抗５５３の抵抗値Ｒ７と抵抗５５４の抵抗値Ｒ８とが等しい例に限定されない。たとえば、Ｒ７：Ｒ８＝１：２の場合、センサ信号Ｖ６＝ｔａｎθ・（Ｖｒ−Ｖｃ）となる。
【００５７】
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【００５８】
上記実施形態では、第１検出回路４１の電圧Ｖ１が入力される入力端子５２ａが反転入力端子、分圧回路５１の電圧Ｖ２が入力される入力端子５２ｂが非反転入力端子とされる例を示した。しかしながら、入力端子５２ａを非反転入力端子、入力端子５２ｂを反転入力端子としてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、基準電圧Ｖｒが、電流センサ１０に供給される電源電圧Ｖｃの半分の電圧である例を示した。しかしながら、基準電圧Ｖｒをグランド電圧（０Ｖ）としてもよい。
【００６０】
第１検出回路４１において、低電位側の磁気抵抗素子４１１の抵抗値がＲ２＝Ｒ０＋ｒ・（１＋ｃｏｓθ）とされ、第２検出回路４２において、低電位側の磁気抵抗素子４２１の抵抗値がＲ４＝Ｒ０＋ｒ・（１＋ｓｉｎθ）とされる例を示した。しかしながら、磁気抵抗素子４１０，４１１の抵抗値を上記例とは逆とし、磁気抵抗素子４２０，４２１の抵抗値も上記例とは逆としてもよい。具体的には、磁気抵抗素子４１０の抵抗値＝Ｒ０＋ｒ・（１＋ｃｏｓθ）、磁気抵抗素子４１１の抵抗値＝Ｒ０＋ｒ・（１−ｃｏｓθ）、磁気抵抗素子４２０の抵抗値＝Ｒ０＋ｒ・（１＋ｓｉｎθ）、磁気抵抗素子４２１の抵抗値＝Ｒ０＋ｒ・（１−ｓｉｎθ）となるように、センサチップ４０を配置してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…電流センサ、２０…基板、２１…一面、３０…バイアス磁石、４０…センサチップ、４１…第１検出回路、４１０，４１１…磁気抵抗素子、４２…第２検出回路、４２０，４２１…磁気抵抗素子、４３…ピン層、４４…非磁性層、４５…フリー層、５０…回路チップ、５１…分圧回路、５１０，５１１…抵抗、５２…オペアンプ、５２ａ，５２ｂ…入力端子、５２ｃ…出力端子、５３…減算回路、５４…第１減算部、５４０，５４１…抵抗、５５…第２減算部、５５０…オペアンプ、５５０ａ，５５０ｂ…入力端子、５５０ｃ…出力端子、５５１，５５２，５５３，５５４…抵抗、６０…リード、７０…封止樹脂体、１００…バスバー、５５００…オペアンプ、５５０１…スイッチ、５５０２…抵抗
【図１】
2017211316.tif 000013
【図２】
2017211316.tif 000014
【図３】
2017211316.tif 000015
【図４】
2017211316.tif 000016
【図５】
2017211316.tif 000017
【図６】
2017211316.tif 000018
【図７】
2017211316.tif 000019
【図８】
2017211316.tif 000020