(57)【要約】【課題】デザインが複雑であり、集積回路の大きな空間を占めるという従来の問題を解決する温度補償回路を提供する。【解決手段】磁気センサ集積回路が提供され、それは、外部磁界の変化を検出して磁界検知信号を出力する磁気検知素子と、磁界検知信号を処理し、磁界検出信号を出力する信号プロセッサと、磁気検知素子に定電流を出力する電流源発生器とを備える。定電流は温度によって影響を受けない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサ集積回路であって、
外部磁界の極性を検出して磁界検知信号を出力する磁気検知素子と、
前記磁界検知信号を処理し、磁界検出信号を出力する信号プロセッサと、
前記磁気検知素子に、温度によって影響を受けない定電流を出力する電流源発生器とを備える、ことを特徴とする磁気センサ集積回路。
【請求項２】
前記電流源発生器は、
基準電圧を出力する電圧源と、
前記電圧源に接続された温度補償抵抗器であって、前記電圧源は、該温度補償抵抗器を介して前記磁気検知素子に前記定電流を出力する温度補償抵抗器とを備える、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項３】
前記電圧源は、直流電圧を変換し前記基準電圧を出力するバンドギャップ基準電圧源である、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項４】
前記電流源発生器は、少なくとも１つの通常の抵抗器をさらに備え、前記電圧源は、前記少なくとも１つの通常の抵抗器を介して少なくとも１つの電流を出力する、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項５】
前記温度補償抵抗器は、直列に接続された、正の温度係数の補償抵抗器及び負の温度係数の補償抵抗器を備える、請求項２に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項６】
前記正の温度係数の補償抵抗器は第１のドーピング型のポリシリコン抵抗器であり、前記負の温度係数の補償抵抗器は、第２のドーピング型のポリシリコン抵抗器である、請求項５に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項７】
前記バンドギャップ基準電圧源は、バイポーラ接合トランジスタコア回路である、請求項３に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項８】
前記信号プロセッサは、
前記磁界検知信号を増幅する増幅器と、
前記磁気検知信号をサンプリングしかつフィルタに通して偏差信号を除去するスイッチトキャパシタフィルタと、
前記スイッチトキャパシタフィルタによって処理されたフィルタに通した信号を、スイッチタイプ検出信号に変換するアナログ−デジタル変換器とを備える、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかの１つによる前記磁気センサ集積回路を備える、ことを特徴とするモータ組立体。
【請求項１０】
請求項９によるモータ組立体を備える、ことを特徴とする応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、集積回路デザインの技術分野に、具体的には磁気センサ集積回路、電流源発生器、磁気センサ集積回路を応用するモータ組立体、及びモータ組立体を応用する応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  現代の工業及び電子製品において、ホール素子のような磁気センサが、磁界強度を誘導して電流、位置及び方向などの物理パラメータを測定するために広く用いられる。モータは、磁気センサの重要な応用分野である。モータでは、磁気センサは、ロータ極性の位置センサとして役立つことができる。ホール素子は、一般に半導体材料で作成され、ホール素子を駆動するためにこれに定電圧がかけられるので、ホール素子の感度は、温度が変化したとき、一見したところ変化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  従来技術の問題を解決するために、磁気センサ集積回路及び電流源発生器が本開示によって提供され、問題は、ホール信号を補償するために付加的な温度補償回路が要求され、その上、従来の温度補償回路は、デザインが複雑であり、集積回路の大きな空間を占めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  上記目的を達成するために、次の技術的解決策が本開示によって提供される。
【０００５】
[0005]  磁気センサ集積回路が提供され、それは、外部磁界の極性を検出して磁気検知信号を出力する磁気検知素子と、磁界検知信号を処理し、磁界検出信号を出力する信号プロセッサと、磁気検知素子に定電流を出力する電流源発生器とを備える。定電流は、温度によって影響を受けない。
【０００６】
[0006]  電流源発生器は、基準電圧を出力する電圧源と、電圧源に接続された温度補償抵抗器であって、電圧源は、該温度補償抵抗器を介して磁気検知素子に定電流を出力する温度補償抵抗器とを備え得ることが好ましい。
【０００７】
[0007]  電圧源は、直流電圧を変換し基準電圧を出力するバンドギャップ基準電圧源にできることが好ましい。
【０００８】
[0008]  電流源発生器は、温度補償抵抗と並列に接続された少なくとも１つの通常の抵抗器をさらに備え、電圧源は、少なくとも１つの通常の抵抗器を介して少なくとも１つの電流を出力できることが好ましい。
【０００９】
[0009]  温度補償抵抗器は、直列に接続された、正の温度係数の補償抵抗器及び負の温度係数の補償抵抗器を含み得ることが好ましい。
【００１０】
[0010]  正の温度係数の補償抵抗器は第１のドーピング型のポリシリコン抵抗器であり、負の温度係数の補償抵抗器は、第２のドーピング型のポリシリコン抵抗器にできることが好ましい。
【００１１】
[0011]  バンドギャップ基準電圧源は、バイポーラ接合トランジスタコア回路にできることが好ましい。
【００１２】
[0012]  バイポーラ接合トランジスタコア回路は、少なくとも２つのトリオードを含み得ることが好ましい。
【００１３】
[0013]  信号プロセッサは、磁界検知信号を増幅する増幅器と、磁気検知信号をサンプリングしかつフィルタに通して偏差信号を除去するスイッチトキャパシタフィルタと、スイッチトキャパシタフィルタによって処理されたフィルタに通した信号を、スイッチタイプ検出信号に変換するアナログ−デジタル変換器とを含み得ることが好ましい。
【００１４】
[0014]  増幅器はチョッパ増幅器にできることが好ましい。
【００１５】
[0015]  磁気検知素子は、ホール素子であることが好ましい。
【００１６】
[0016]  磁気センサ集積回路は、交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧を電流源発生器に与えるＡＣ−ＤＣコンバータをさらに含む得ることが好ましい。
【００１７】
[0017]  モータ組立体が提供され、それは、交流電源によって給電されるモータと、モータと直列に接続された双方向スイッチと、上述した磁気センサ集積回路とを含み、磁気センサ集積回路の出力ポートが双方向スイッチの制御端子に電気的に接続される。
【００１８】
[0018]  対応して、モータ構成要素を含む応用装置が、本開示によってさらに提供される。
【００１９】
[0019]  随意的に、電気器具機器は、ポンプ、ファン、家庭電化製品又は車両であることができる。
【００２０】
[0020]  上述した技術的解決策を用いれば、本開示による磁気センサ集積回路中の磁気検知素子は、温度の変化によって影響を受けない定電流を受け取り、磁気検知素子の感度は、定電流によって駆動されるとき、基本的に温度によって影響を受けない。従って、従来技術と比較して、本開示による磁気センサ集積回路のおかげで、ホール信号につき温度補償を行なうための付加的な温度補償回路は必要なく、補償回路はデザインが単純であり、集積回路の小さな空間を占める。
[0021]  本開示の実施形態又は従来技術による技術的解決策をより明らかに示すように、以下に、本開示の実施形態又は従来技術の説明に使用する図面を簡単に説明する。以下に説明する図面は、本開示のいくつかの実施形態を例示するに過ぎないことが明らかであり、これらの図面に基づき当業者によって他の図面がいかなる創造的作業もなしに得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つの実施形態による磁気センサ集積回路の全体概要構造図である。
【図２】１つの実施形態による電流源発生器の概要構造図である。
【図３】１つの実施形態による磁気センサ集積回路の概要構造図である。
【図４】１つの実施形態によるＡＣ−ＤＣコンバータの概要構造図である。
【図５】１つの実施形態による磁気センサの概要構造図である。
【図６】１つの実施形態によるバンドギャップ基準電圧源の概要構造図である。
【図７】本開示の実施形態によるモータ組立体の回路の概要構造図である。
【図８】本開示の実施形態による同期モータの概要構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0030]  本開示の実施形態における技術的解決策を、以下に、本開示の実施形態の図面と併せて明確かつ完全に説明する。説明される実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく、ごく僅かにすぎないことは明らかである。本開示の実施形態に基づき当業者によっていかなる創造的作業もなしに得られる全ての他の実施形態は、本開示の保護範囲内に属する。
【００２３】
[0031]  ホール素子が定電圧によって駆動される場合、温度が変化すると、ホール素子の感度は大きく変化し、従ってホール信号にはひどいひずみがある。ホール素子が定電流によって駆動される場合、温度が変化すると、ホール素子の感度は少し変化し、すなわち、ホール素子の感度は、温度変化につれて殆ど変化しない。
【００２４】
[0032]  本開示による電流源発生器は、磁気センサ集積回路に応用され、磁気検知モジュールに電流を供給するように構成される。具体的に、図１は、１つの実施形態による磁気センサ集積回路４００の全体の概要構造図である。磁気センサ集積回路４００は、交流電源に接続され、外部磁界の極性に応じて双方向制御交流スイッチに制御信号を出力する。磁気センサ集積回路４００は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０３、電流源発生器２０１、磁気センサ３００及び時計モジュール５００を含む。ＡＣ−ＤＣコンバータは、交流電圧を直流電圧に変換し、電力を磁気センサモジュール及び時計モジュールに供給するように構成できる。電流源発生器は、低い直流電圧に応じて複数の電流を出力することができる。磁気センサは、外部磁界の極性を検出し、磁界の変化に応じて制御信号を出力するように構成される。時計モジュールは、磁気センサにクロック信号を供給するように構成される。
【００２５】
[0033]  図２は、１つの実施形態による電流源発生器の概要構造図である。図２に示すように、本開示による電流源発生器２０１は、基準電圧を出力するように構成されたバンドギャップ基準電圧源２０２と、少なくとも１つの通常の抵抗器２０３であって、バンドギャップ基準電圧源２０２に接続され、バンドギャップ基準電圧源２０２がこれを介して少なくとも１つの電流Ｉ１、Ｉ２及びＩ３を出力する通常の抵抗器２０３と、温度補償抵抗器２０４であって、バンドギャップ基準電圧源２０２に接続され、バンドギャップ基準電圧源２０２がこれを介して定電流Ｉ−Ｈａｌｌを出力する温度補償抵抗器２０４とを含む。
【００２６】
[0034]  温度補償抵抗器は、直列に接続された、正の温度係数の補償抵抗器及び負の温度係数の補償抵抗器を含む。正の温度係数の補償抵抗器及び負の温度係数の補償抵抗器の抵抗は、温度の変化が抵抗に及ぼす影響を除去するように設定される。すなわち、温度補償抵抗器の抵抗は、磁気センサ集積回路の温度が変化したとき化しない。正の温度係数の補償抵抗器は第１のドーピング型のポリシリコン抵抗器である。負の温度係数の補償抵抗器は、第２のドーピング型のポリシリコン抵抗器である。実施形態では、第２のドーピング型のポリシリコン抵抗器はＮ＋型のポリシリコン抵抗器であり、第２のドーピング型のポリシリコン抵抗器はＰ＋型のポリシリコン抵抗器である。
【００２７】
[0035]  バンドギャップ基準電圧源は、バイポーラ接合トランジスタコア回路を含む。バイポーラ接合トランジスタコア回路は、少なくとも２つのトリオードを含む。一方のトリオードのエミッタの領域は、他方のトリオードのエミッタの領域の少なくとも２倍である。
【００２８】
[0036]  本開示による電流源発生器には、バンドギャップ基準電圧源に接続された温度補償抵抗器が含まれる。バンドギャップ基準電圧源は、温度補償抵抗器を介して定電流を出力する。本開示によれば、温度補償抵抗器は、バンドギャップ基準電圧源と直列に接続される。このように、温度によって影響を受けない定電流は、温度補償抵抗器を介して磁気検知部に出力され、磁気検知部の感度は、定電流によって駆動されるとき、温度によってほとんど影響を受けない。
【００２９】
[0037]  実施形態による電流源発生器を用いて、バイポーラ接合トランジスタコア回路を持つバンドギャップ基準電圧源は、正常動作時、磁気センサに安定しかつ非常に正確な１．２５Ｖの基準電圧を供給し、安定した基準バイアス電流を供給する。
【００３０】
[0038]  図３は、１つの実施形態による磁気センサ集積回路４００の概要構造図である。磁気センサ集積回路４００は、磁界の極性を検知し、制御信号を出力するように構成される。磁気センサ集積回路は、上記実施形態による電流源発生器２０１と、磁気検知素子３０１と、信号プロセッサ３０３とを含む。
【００３１】
[0039]  磁気検知素子３０１は、外部磁界を検出し、磁界検知信号を出力するように構成される。信号プロセッサ３０２は、磁界検知信号を処理し、制御信号を出力するように構成される。電流源発生器２０１は、バンドギャップ基準電圧源２０２と、少なくとも１つの抵抗器２０３と、温度補償抵抗器２０４とを含む。電流源発生器２０１は、直流電圧を受け取り、磁気検知素子３０１に定電流を出力し、信号プロセッサ３０３に電流を出力するように構成される。磁気検知素子３０１は、電流源発生器２０１から出力された定電流Ｉ−Ｈａｌｌによって駆動される。
【００３２】
[0040]  実施形態では、温度補償抵抗器は、バンドギャップ基準電圧源と直列に接続される。このように、温度によって影響を受けない定電流が磁気検知素子に出力され、磁気検知素子の感度は、定電流によって駆動されるとき、温度によってほとんど影響を受けない。従って、ホール信号につき温度補償を行なうための付加的な温度補償回路は必要なく、補償回路はデザインが単純であり、集積回路の小さな空間を占める。
【００３３】
[0041]  磁気検知素子はホール素子である。図３に示すように、磁気センサ集積回路は、信号プロセッサ３０３及び電流源発生器２０１にそれぞれ接続されたＡＣ−ＤＣコンバータ３０２をさらに含むことが好ましい。ＡＣ−ＤＣコンバータ３０２は、都市の電力系統に接続され、交流電圧を低い直流電圧に変換し、バンドギャップ基準電圧源２０２のための基準電圧を提供し、信号プロセッサ３０３に電力を供給するように構成される。
【００３４】
[0042]  上述したＡＣ−ＤＣコンバータによって出力される電圧は、３Ｖから１８Ｖの直流電圧である。図４は、１つの実施形態によるＡＣ−ＤＣコンバータ内のブリッジ整流器回路の概要構造図である。
【００３５】
[0043]  都市の電力系統からの高い交流電圧は、ブリッジ整流器回路及び低いドロップアウト線形レギュレータを介して低い直流電圧（それは、好ましくは３Ｖから１８Ｖである）に変換されることが好ましい。図４に示すように、ブリッジ整流器回路は、ＶＡＣ＋とＶＡＣ−との間に、それぞれ第１のダイオード及び第２のダイオードを介して逆並列に接続された第３のダイオード及び第４のダイオードを含む。第３のダイオードと第４のダイオードとの間に、電圧を安定させるためにツェナーダイオードが設けられる。
【００３６】
[0044]  図５は、１つの実施形態による磁気センサの概要構造図である。信号プロセッサ３０３は、増幅器３１５、スイッチトキャパシタフィルタ３１７及びアナログデジタル（ＡＤ）コンバータ３１９を含む。増幅器３１５は、磁界検知信号を増幅するように構成される。磁界検知信号は磁界信号及び偏差信号を含む。スイッチトキャパシタフィルタ３１７は、磁気検知素子によって出力され増幅器３１５によって増幅された磁界検知信号をサンプリングしかつフィルタに通し、偏差信号を除去するように構成される。ＡＤコンバータ３１９は、スイッチトキャパシタフィルタ３１７によって出力されたフィルタに通して信号を、スイッチタイプ制御信号に変換するように構成される。実施形態では、増幅器３１５はチョッパコア回路増幅器である。ＡＤコンバータ３１９は、ヒステリシスコンパレータ及びラッチを含む。
【００３７】
[0045]  図６は、１つの実施形態によるバンドギャップ基準電圧源の回路の構造図を示す。バンドギャップ基準電圧源２０２は、始動回路２０５、演算増幅器回路２０６及びバンドギャップコア回路２０７を含む。始動回路２０２の出力バイアス端子は、演算増幅器回路２０６及びバンドギャップコア回路２０７に接続される。始動回路２０２は、演算増幅器回路２０６及びバンドギャップコア回路２０７を適切な休止した動作点で作動させるために安定した電圧バイアス点を与え、それによってバンドギャップ基準電圧源回路全体を始動させる。バンドギャップ基準電圧源２０１は、出力端子を介して基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。バンドギャップコア回路は、バイポーラ接合トランジスタ回路であり、少なくとも２つのトリオードを含む。一方のトリオードのエミッタの領域は、他方のトリオードのエミッタの領域の少なくとも２倍である。バンドギャップ基準電圧源は、少なくとも１つの抵抗器２０３を介して定電流Ｉ＿ＨａｌｌをＩ１、Ｉ２及びＩ３のような電流の少なくとも１つを出力する。さらに、バンドギャップ基準電圧源は、温度補償抵抗器２０４を介して定電流Ｉ＿Ｈａｌｌを出力する。
【００３８】
[0046]  図７に示すように、１つの実施形態によるモータ組立体がさらに提供される。モータ組立体は、交流電源１００によって給電されるモータ２００と、電気モータ２００と直列に電気的に接続された双方向伝導スイッチ３０と、本開示の上記実施形態の何れかの１つによる磁気センサ集積回路４００とを含む。磁気センサ集積回路４００の出力ポートは、双方向伝導スイッチ３０の制御端に電気的に接続される。双方向伝導スイッチ３０は、トリオード交流スイッチ（トライアック）であることが好ましい。電気モータは、交流電源１００の電圧を降下させて降下電圧を磁気センサ集積回路４００に供給する、電圧降下回路５００をさらに含むことが好ましい。磁気センサ集積回路４００は、ロータの磁界の極性を検知するために、モータ２００のロータに近接して配置される。
【００３９】
[0047]  上記実施形態に基づき、本開示の実施形態では、電気モータは同期モータである。本開示による磁気センサ集積回路は、同期モータだけでなく、直流ブラシレスモータのような他の形式の永久磁石電気モータにも適用可能であることを理解されたい。図８に示すように、同期モータは、ステータと、ステータに対して回転可能なロータ１１とを含む。ステータは、ステータコア１２と、ステータコア１２の周りに巻き付けたステータ巻線１６とを有する。ステータコア１２は、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼及びケイ素鋼のような軟磁性材料で作ることができる。ロータ１１は永久磁石を含む。ステータ巻線１６が交流電源と直列に電気的に接続されるとき、ロータ１１は、定常状態の間、（６０ｆ／ｐ）ｒｐｍの一定回転数の一定速度で回転することができ、ここでｆは交流電源の周波数を表し、ｐはロータの極対の数を表す。実施形態では、ステータコア１２は、向かい側に配置された２つの磁極部分を有する。各々の磁極部分は、磁極弧面１５を有する。ロータ１１の外側面は磁極弧面１５と対面し、それらの間に実質的に均一な空隙が形成される。本開示における基本的に一定の空隙は、ステータとロータの間の空隙の大部分が均一であり、ステータとロータの間の空隙のわずかな部分が不均一であることを表す。ステータの磁極部分の磁極弧面１５に凹状の始動溝１７が配置されることが好ましい。磁極弧面１５のうち始動溝１７以外の他の部分はロータと同心である。上述した構成を用いれば、不均一な磁界を形成することができ、それによりロータが回転しないとき、ロータの磁極軸線Ｓ１がステータの磁極部分の中心軸線Ｓ２に対して傾斜することが保証され、その結果電気モータが集積回路の作用の下で給電されるごとに、ロータは、始動トルクを有する。ロータ１１の磁極軸線Ｓ１は、ロータのうち異なる極性を有する２つの磁極間の境界である。ステータの磁極部分１４の中心軸線Ｓ２は、ステータのうち２つの磁極部分１４の中心間を通過する接続線である。実施形態では、ステータ及びロータは、各々２つの磁極を含む。他の実施形態では、ステータの磁極の数はロータの磁極の数と異なっても良く、ステータ及びロータは、４つの磁極又は６つの磁極のような、より多くの磁極を有しても良いことを理解されたい。
【００４０】
[0048]  実施形態では、動作中、バンドギャップ基準電圧源は、安定して非常に正確な１．２５Ｖの基準電圧を供給する。温度補償抵抗器は、システムに、バンドギャップ基準電圧源と直列に接続されるので、温度によって影響を受けない定電流が磁気検知素子に出力され、磁気検知素子の感度は、定電流によって駆動されるとき、温度によってほとんど影響を受けない。従って、ホール信号につき温度補償を実行するために付加的な温度補償回路は不要であり、集積回路の領域が減少する結果となる。
【００４１】
[0049]  まとめると、本開示の磁気センサ集積回路では、温度補償抵抗器がバンドギャップ基準電圧源と直列に接続されるので、温度によって影響を受けない定電流が磁気検知素子に出力され、磁気検知素子の感度は、定電流によって駆動されるとき、温度によってほとんど影響を受けない。さらに、本開示による磁気センサ集積回路を用いれば、ホール信号につき温度補償を実行するために付加的な温度補償回路は必要なく、補償回路は、デザインが単純であり、集積回路で占める空間が小さい。
【００４２】
[0050]  この明細書の様々な実施形態は漸進的に説明され、各実施形態では他の実施形態との違いが強調して説明され、同じ又は似た部分を理解するには互いに参照できることに留意されたい。
【００４３】
[0050]  開示した様々な実施形態の上記説明により、当業者が本開示を実施すること又は使用することが可能になる。当業者には実施形態に対する様々な変更が明らかであり、本明細書で規定した一般原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施することができる。従って、発明は、本明細書に開示された実施形態によって限定されず、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に従う。
【符号の説明】
【００４４】
２０１  電流源発生器
３００  磁気センサ
３０３  ＡＣ−ＤＣコンバータ
５００  時計モジュール
【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】
2017211372.tif 000007
【図６】
2017211372.tif 000008
【図７】
2017211372.tif 000009
【図８】
2017211372.tif 000010
【外国語明細書】
2017211372000001.pdf