JP2003098196A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度の電流検出の可能な電流検出装置を提
供する。 【解決手段】 被測定電流の経路としてのリードフレー
ム１６に、第１および第２のＵ字部２０、２１を設け
る。リードフレーム１６は、第１のＵ字部２０と第２の
Ｕ字部２１との間で折り返され、第１のＵ字部２０の内
周が第２のＵ字部２１の外周に隣接するように配置す
る。また、第１のＵ字部２０と第２のＵ字部２１とは、
共通の対称軸（Ａ−Ａ線）に対して対称に構成されてい
る。ホール素子１４は、第１および第２のＵ字部２０、
２１の内側の、対称軸上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホール素子を用い
た電流検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電流検出装置として、ホール素子を用い
るホール素子型の装置が知られている。ホール素子型の
電流検出装置は一般に、被測定電流の流れる電流経路
と、電流経路の近傍に配置されたホール素子と、から構
成される。電流の検出は、電流経路を被測定電流が通過
したときに発生する磁界をホール素子によって検出する
ことによって行われる。

【０００３】ホール素子は、半導体内の電流の流れる方
向と直角に磁界が形成された場合に、電流及び磁界と直
角方向に電流と磁場に比例する起電力を生じるというホ
ール効果を利用して、検出磁界を電圧に変換する。ホー
ル素子型の電流検出装置は、電流経路に電流が流れたと
きに形成される磁界（及びその強さ）を電圧に変換する
ことによって電流（及びその量）を検出する。

【０００４】ホール素子を用いた電流検出装置が、特開
2001-221815号公報に開示されている。上記公報に開示
の装置は、Ｕ字状の電流通路形成用導体と、該導体の内
側に設けられたホール素子と、を備える。被測定電流が
該導体を流れる際に発生する磁界は、Ｕ字状の電流経路
の内側では、強められ、安定したものとなる。このた
め、ホール素子による高感度での電流検出が可能とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示の電流
検出装置は、前記導体を流れる電流量が１００Ａ程度で
ある場合には、高い電流検出感度が得られる。しかし、
被検出電流の流量が少ない場合、特に、電流量が５０Ａ
以下である場合には、発生する磁界が小さく、十分に高
い検出感度を得ることが難しいという問題があった。

【０００６】上記問題を解決するため、本発明は、ホー
ル素子を用いた、検出感度の高い電流検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる電流検出装置は、ホール素子と、平
面的に見て、前記ホール素子の周囲を少なくとも部分的
に複数回周回するように設けられ、被測定電流の電流経
路を形成するリードフレームと、を備えたことを特徴と
する。

【０００８】上記構成によれば、ホール素子の回りを複
数回周回するリードフレームに被測定電流が流れること
により、ホール素子近傍には、リードフレームがホール
素子の周囲を、例えば、１回周回する場合よりも、強め
られた磁界が形成される。これにより、高感度の電流検
出が可能となる。なお、少なくとも部分的に複数回周回
する、というのは、ホール素子の周囲を、少なくとも１
周より多く周回していることを指し、ほぼ１周半（１．
５周）、１と３／４周などであってもよい。すなわち、
被測定電流がホール素子の周囲を１回周回した場合より
も強い磁界を形成可能であればよい。

【０００９】上記構成において、例えば、前記リードフ
レームは径の異なる複数のＵ字状部分を有し、前記Ｕ字
状部分は平面的に見て前記ホール素子を包囲し、かつ、
より大径の前記Ｕ字状部分がより小径のＵ字状部分を包
囲するように離間して配置され、前記Ｕ字状部分のそれ
ぞれに、同一方向に前記被測定で流電流が流れる。ホー
ル素子をＵ字状部分の略中心に配置することにより、ホ
ール素子近傍の高い磁束密度が得られる。

【００１０】上記構成において、例えば、前記リードフ
レームは、端部を有するシート状に形成され、前記端部
は、前記リードフレームの主面に対して略垂直に屈曲し
ている。これにより、被測定回路の端子と容易に接続が
できる。

【００１１】上記電流検出装置は、さらに、前記ホール
素子近傍の前記リードフレームの少なくとも一部を覆
う、磁性体粉末を含有する樹脂層を備えてもよい。これ
により、ホール素子近傍の磁束密度をさらに高めること
ができ、一層高感度の電流検出が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる電流
検出装置について、以下図面を参照して説明する。本実
施の形態の電流検出装置は、ホール素子を備え、ホール
効果を用いて電流検出を行う装置である。

【００１３】図１に、本発明の実施の形態にかかる電流
検出装置１１の構成を示す。また、図２に、図１に示す
電流検出装置１１のＡ−Ａ線矢視断面を示す。図１に示
すように、本実施の形態にかかる電流検出装置１１は、
別体に樹脂封止された、ホールセンサ１２と、リードフ
レーム封止体１３と、が接着されて構成されている。

【００１４】ホールセンサ１２は、図１および図２に示
されるように、その内部の略中央にホール素子（チッ
プ）１４を備える。ホールセンサ１２は、ホール素子１
４を電極端子であるリードピン１５とともに、トランス
ファモールド法により樹脂封止されている。リードピン
１５は、検出回路、制御回路等に接続されている。な
お、ホールセンサ１２としては、ホール素子１４を備
え、ホール効果を用いて磁界を検出するものであれば、
どのようなものでもよい。

【００１５】リードフレーム封止体１３は、図２に示す
ように、リードフレーム１６と、絶縁膜１７と、モール
ド樹脂１８と、を備える。

【００１６】リードフレーム１６は、アルミニウム等の
導体からなるシート状部材である。リードフレーム１６
の厚さは、例えば、１ｍｍ程度とされている。リードフ
レーム１６は、例えば、プレス加工することにより得ら
れる。

【００１７】リードフレーム１６の端部１９は、その主
面に対して略垂直方向に屈曲している。リードフレーム
１６の端部１９は、図示しない被測定回路の電極端子
に、溶接又はねじ止めなどにより接続される。このよう
に、リードフレーム１６の端部１９を屈曲させることに
より、端部１９を電極端子に容易に接続させることがで
きる。リードフレーム１６は、被測定電流の電流経路を
構成する。リードフレーム１６の通電の際には、後述す
るように、電流経路によってリードフレーム１６の周囲
に磁界が形成され、ホールセンサ１２はこの磁界を検出
する。

【００１８】図３にリードフレーム１６の上面図を示
す。図３に示すように、リードフレーム１６は、端部１
９ａおよび１９ｂを有する帯状に形成され、その一端１
９ｂが内側に回り込んで、全体として集約する、略コイ
ル状の構造となっている。

【００１９】すなわち、リードフレーム１６は、第１お
よび第２のＵ字部２０、２１を有し、第１のＵ字部２０
と第２のＵ字部２１との間でさらにターンして、ほぼ
１．５回周回している。また、第１のＵ字部２０は、第
２のＵ字部２１よりも大径に形成され、第１のＵ字部２
０が第２のＵ字部２１を包囲する構造となっている。

【００２０】第１および第２のＵ字部２０、２１以外の
部分では、リードフレーム１６の幅は、例えば、２００
μｍ程度とされている。リードフレーム１６の、第１の
Ｕ字部２０の近傍には、複数の切り込み２２が形成され
ている。切り込み２２は、リードフレーム１６を流れる
電流を第１のＵ字部２０の内周側に集めるために設けら
れている。また、第２のＵ字部２１の近傍では、例え
ば、２０μｍの幅狭に形成され、電流が集中する構成と
なっている。

【００２１】第１および第２のＵ字部２０、２１は、Ｕ
字の底部が、略半円状に形成されている。第１のＵ字部
２０は、第２のＵ字部２１よりも大径であり、第１のＵ
字部２０の内周と、第２のＵ字部２１の外周と、は、例
えば、２０μｍ程度離間している。また、第１および第
２のＵ字部２０、２１は、いずれも共通の軸Ｌに関して
対称に形成され、また、それぞれのＵ字部を構成する半
円は、略同一の中心（図１のＡ−Ａ線とＢ−Ｂ線の交
点）を有するように形成されている。

【００２２】ここで、図１を参照して、リードフレーム
１６は、平面的に見て、ホール素子１４の周囲を略１．
５回周回している。ホールセンサ１２は、内部のホール
素子１４が、平面的に見て、第１および第２のＵ字部２
１の対称軸上に、半円の中心と重なるように配置されて
いる。

【００２３】図２に戻り、絶縁膜１７は、平板状に形成
されている。絶縁膜１７は、例えば、ポリイミドフィル
ムから構成され、例えば、２００μｍの厚さで形成され
ている。

【００２４】絶縁膜１７の一面には、ホールセンサ１２
が配置されている。ホールセンサ１２は、絶縁膜１７に
接着樹脂により接着されている。

【００２５】絶縁膜１７の他面、すなわち、ホールセン
サ１２の配置されていない面には、リードフレーム１６
が配置されている。シート状のリードフレーム１６は、
絶縁膜１７と接するように設けられている。ここで、絶
縁膜１７は、ホールセンサ１２のリードピン１５とリー
ドフレーム１６とを絶縁する機能を有する。

【００２６】リードフレーム１６は、絶縁膜１７に対し
てポッティング樹脂層２３により固定されている。ポッ
ティング樹脂層２３は、図２に示すように、リードフレ
ーム１６の第１および第２のＵ字部２０、２１を覆うよ
うに設けられている。ここで、ポッティング樹脂層２３
は、第１および第２のＵ字部２０、２１の一部を覆い、
リードフレーム１６を絶縁膜１７に固定していればよい
が、後述する十分な集磁効果を得るには第１および第２
のＵ字部２０、２１全体に重なって、全体を覆うように
形成されていることが好ましい。

【００２７】ポッティング樹脂層２３は、ポッティング
により形成され、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹
脂等から構成される。ポッティング樹脂層２３には磁性
体粉末、例えば、フェライト粉末が添加され、集磁性が
付与されている。

【００２８】ポッティング樹脂層２３は、例えば、粒径
が５００μｍのフェライト粉末を、例えば、フェライト
粉末：エポキシ樹脂＝８５：１５の重量比でエポキシ樹
脂に添加して得られた樹脂を用いて形成される。ポッテ
ィング樹脂層２３は、例えば、厚さ２ｍｍで形成されて
いる。

【００２９】上記のように、ホール素子１４の近傍に磁
性体粉末を添加したポッティング樹脂層２３を設けるこ
とにより、磁性体による集磁効果から、ホール素子１４
の近傍の磁束密度が高められる。これにより、ホール素
子１４の感受可能な磁束量は増大し、ホールセンサ１２
による高精度かつ高感度な電流検出が可能となる。

【００３０】モールド樹脂１８は、例えば、エポキシ樹
脂から構成され、トランスファモールド法により形成さ
れる。モールド樹脂１８は、リードフレーム１６と、絶
縁膜１７と、ポッティング樹脂層２３と、を、方形に一
体に封止している。リードフレーム１６の屈曲部は、モ
ールド樹脂１８から突出しており、被測定回路の端子に
接続可能となっている。

【００３１】図４に図１に示す電流検出装置１１のＢ−
Ｂ線矢視断面を示す。図４に示すように、方形のモール
ド樹脂１８には、ホールセンサ１２位置決め用の溝１８
ａが形成されている。溝１８ａの底には、絶縁膜１７
の、リードフレーム１６と接していない面の一部が露出
している。ホールセンサ１２は、溝１８ａ内の所定位置
に配置され、絶縁膜１７に接着される。このとき、ホー
ルセンサ１２内部のホール素子１４が、平面的に見て第
１および第２のＵ字部２０、２１の対称軸上にあるよう
に固定される。このように、ホールセンサ１２と、リー
ドフレーム１６組立体と、が一体に組み立てられて、電
流検出装置１１が形成される。

【００３２】上記構成の電流検出装置１１を用いて電流
を検出する時には、被測定回路に、リードフレーム１６
の端部１９を接続する。被検出回路から電流が流れた場
合、例えば、図１（および図４）の矢印に示す向きに被
測定電流Ｉがリードフレーム１６を流れる。

【００３３】リードフレーム１６を流れる電流Ｉは、ま
ず、第１のＵ字部２０を通過し、ホール素子１４の周囲
を１回周回する。このとき、第１のＵ字部２０には、ホ
ール素子１４の近傍（線分Ａ−Ａと線分Ｂ−Ｂの交点の
近傍）を中心とした、略点対称な電流経路が形成され
る。これにより、平面的に見て、第１のＵ字部２０の内
側、特に、ホール素子１４の近傍には、強められた、安
定した磁界Ｈが形成される。

【００３４】周回した電流は、次いで、第２のＵ字部２
１を通過し、これにより、電流はホール素子１４の周囲
を１．５回周回することとなる。このとき、第２のＵ字
部２１には、対称軸Ｌを境に対称な電流経路が形成さ
れ、それぞれ逆方向に電流が流れる。これにより、平面
的に見て、第２のＵ字部２１の内側、特に、ホール素子
１４の近傍の磁界Ｈは、Ｕ字構造を１つしか設けず、ホ
ール素子１４の周囲を０．５回〜１回しか周回しない構
造と比べて、より強められ、より安定したものとなる。
また、発生した磁界Ｈは、磁性体粉末を含むポッティン
グ樹脂層２３による集磁効果により、さらに強められ
る。

【００３５】ホール素子１４の近傍に発生する磁界が上
記のように強められることにより、ホール素子１４の周
囲を０．５回〜１回しか周回しない構造と比べて、２倍
程度に高い検出感度が得られ、例えば、リードフレーム
１６に流れる電流が５０Ａ以下、特に、１０Ａ〜５０Ａ
の電流であっても、高感度の電流検出が可能となる。

【００３６】以上説明したように、本発明によれば、リ
ードフレーム１６に大きさ（径）が異なり、互いに隣接
する第１および第２のＵ字部２０、２１を設けて、リー
ドフレーム１６がホール素子１４の周囲を略１．５回周
回する構造としている。また、ホール素子１４は、平面
的に見て、第１および第２のＵ字部２０、２１の内側
の、対称軸Ｌ上に配置されている。第１および第２のＵ
字部２０、２１の内側、特に、ホール素子１４の近傍で
は、リードフレーム１６への通電の時に形成される磁界
は、Ｕ字構造を１つしか設けず、ホール素子１４の周囲
を０．５回〜１回した周回しない構造と比べて、２倍程
度に強められる。従って、５０Ａ以下の電流であって
も、高感度での検出が可能となる。

【００３７】また、このように比較的小さい電流量でも
高感度の電流検出が可能であるので、１００Ａ程度の電
流を検出する場合と比べて、リードフレーム１６の断面
積を小さくできる。

【００３８】本発明は、上記の実施の形態に限られず、
種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可
能な上記の実施の形態の変形態様について、説明する。

【００３９】上記実施の形態では、リードフレーム１６
に、半円形状を有する対称な第１および第２のＵ字部２
０、２１を形成するものとした。しかし、リードフレー
ム１６の形状は、ホール素子１４の周囲に強められた磁
界を発生可能なものであればどのようなものであっても
よい。

【００４０】また、リードフレーム１６の周囲を１．５
回以上周回するようしてもよい。例えば、上記のような
Ｕ字構造をさらに複数設けることにより、２回、２．５
回、３回、３．５回、…等、所望の回数、ホール素子１
４の周囲を周回させることができる。周回の数が多いほ
ど、ホール素子１４近傍の磁束密度は強められ、良好な
感度での電流検出が可能となる。なお、周回数は、上記
したように、１回、０．５回と数えるのではなく、ホー
ル素子の一部を少なくとも部分的に周回（包囲）してい
ればよく、１／４回、３／４回等、どのようなものであ
ってもよい。

【００４１】上記実施の形態では、フェライトを含有す
るポッティング樹脂層２３を集磁体として用いた。しか
し、ポッティング樹脂層２３に添加する磁性体は、フェ
ライトに限らず、鉄粉末、ニッケル粉末、パーマロイ粉
末など、集磁効果を有する磁性材料であればいかなるも
のでもよい。また、磁性体は、粉末として樹脂に添加す
るものとしたが、溶融して添加するなど、他の方法で添
加してもよい。さらに、絶縁膜１７のホールセンサ１２
と接着面の反対側にフェライトコアを、集磁体として配
置してもよい。また、モールド樹脂１８にフェライト等
の磁性体を添加して、直接モールドする構成であっても
よい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ホール素子を用いた検出感度の高い電流検出装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる電流検出装置の構
成を示す図である。

【図２】図１における電流検出装置のＡ−Ａ線矢視断面
である。

【図３】リードフレームの上面図である。

【図４】図１における電流検出装置のＢ−Ｂ線矢視断面
図である。

【符号の説明】

１１ 電流検出装置 １２ ホールセンサ １３ リードフレーム封止体 １４ ホール素子 １５ リードピン １６ リードフレーム １７ 絶縁膜 １８ モールド樹脂 １９ 端部 ２０ 第１のＵ字部 ２１ 第２のＵ字部 ２２ 切り込み ２３ ポッティング樹脂層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホール素子と、 平面的に見て、前記ホール素子の周囲を少なくとも部分
   的に複数回周回するように設けられ、被測定電流の電流
   経路を形成するリードフレームと、を備えたことを特徴
   とする電流検出装置。
2. 【請求項２】前記リードフレームは径の異なる複数のＵ
   字状部分を有し、前記Ｕ字状部分は平面的に見て前記ホ
   ール素子を包囲し、かつ、より大径の前記Ｕ字状部分が
   より小径のＵ字状部分を包囲するように離間して配置さ
   れ、前記Ｕ字状部分のそれぞれに、同一方向に前記被測
   定で流電流が流れる、ことを特徴とする請求項１に記載
   の電流検出装置。
3. 【請求項３】前記リードフレームは、端部を有するシー
   ト状に形成され、前記端部は、前記リードフレームの主
   面に対して略垂直に屈曲している、ことを特徴とする請
   求項１または２に記載の電流検出装置。
4. 【請求項４】さらに、前記ホール素子近傍の前記リード
   フレームの少なくとも一部を覆う、磁性体粉末を含有す
   る樹脂層を備える、ことを特徴とする請求項１、２また
   は３に記載の電流検出装置。