【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイアス磁界を用い、電線等の電流路に流れる電流が作る磁界の大きさをＡＭＲ等の強磁性磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子）を利用して検出し、検出信号を信号処理回路で処理することによって電線に流れる電流の電流値を検出する電流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電線等の電流路に流れる電流を検知する方法は、従来から種々な方法が存在する。その中でも磁気デバイスを用いる従来例としては、コイルを用いる方法、ホールＩＣを用いる方法、ＭＲ素子を用いる方法等があるが、代表的な例としてＭＲ素子を用いる従来例（特開平５−２２３８４８号公報）について述べる。
【０００３】
検知される電流の流れる電線の中心からｒの距離をおいた任意の点Ｐには磁界強度Ｈを発生し、その磁界強度Ｈの方向は電線を中心とした円周方向で、向きは電流の流れる方向に右ネジを回転させた時の回転方向である。磁界強度Ｈは、アンペアの法則から（１）式で表される。
【０００４】
【数２】
【０００５】
代表的な従来例では、絶縁基板上に強磁性抵抗体のエレメント群を形成し、同じ抵抗値を持つ２つのエレメント群を互いに直交配置した第１のハーフブリッジと第１のハーフブリッジと線対称に配置された同様なハーフブリッジとで形成されたフルブリッジのエレメント群で構成されたＭＲ素子で上記磁界強度Ｈを検出し、電流検知を行っている。
【０００６】
図６に示すように、電線１の電流の流れる方向に対してＭＲ素子３の各エレメント群を４５度方向に配置し、バイアス磁界を電流方向に印加する。このように配置することにより、図７に示すＭＲ磁気特性の直線性の良い部分を利用して、電流路の電流によって発生する電流磁界Ｈの大きさをＭＲ素子の磁気抵抗変化として検出し、電圧に変換するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電線に流れる電流検知には、非接触では、通常、磁気デバイスが用いられる。パーマロイ、珪素鋼板で磁気回路を構成し、コイル、ホール素子を用いる従来の方式では、磁気回路にコアを用いるので形状的に大きくなり、小型化が困難であるという課題があった。同時にコイル、ホール素子、磁気回路の使用温度範囲での特性変化が大きく、精度の高い磁界検出が困難であるという課題があった。
【０００８】
これに比べて、小型化に適しているのはＭＲの強磁性磁気抵抗素子とＳＭＲの半導体磁気抵抗素子である。しかし、ＳＭＲは温度変化に対する特性変化が大きく、且つ素子個々の変化の傾向がばらつくので温度補償には回路が複雑になりコストアップになる。
【０００９】
また、ＳＭＲは膜面に垂直に入射する磁界は検知するが、膜面の横方向に入射する磁界は検知しないために、ＳＭＲによる電流検知は電線表面直近から離れた点での微弱電流磁界を検知することになるため電流磁界検出には不利である。
【００１０】
一方、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、膜面に平行方向で、側面に垂直方向に入射する電流磁界を検知し、膜面に垂直方向に入射する磁界は検知しないため、電線表面直近の磁界を検知するには優れている。且つ、温度に対する特性変化がＳＭＲに比べると小さく、素子個々の特性バラツキも小さい。従って、ＭＲ素子は、電流検出する素子の１つとして優れた特性を持っている。しかし、ＭＲ素子を用いた従来例では、次のような課題があった。
【００１１】
▲１▼ＭＲ磁気抵抗変化特性は、感度がＭＲ素子個々によりばらつくのでハーフブリッジ出力が個々になり異なる。更にフルブリッジ差動出力なので出力バラツキが拡大する。
【００１２】
▲２▼電線表面とＭＲ素子の感磁部との取り付け距離は０．１〜０．２ｍｍ程度と小さく、電線表面にＭＲ素子を取り付けた時の取り付けバラツキはＭａｘ．１０μｍとすると、０〜５％の誤差として電流検知精度に影響してくる。通常、ＭＲ素子取り付け後、信号処理回路で増幅度の調整を行うが、温度の変化によって増幅度が変化するために高い電流検出精度が得られない。
【００１３】
本発明は、ＭＲ素子個々の出力バラツキの影響を排除し、精度の良い電流検出が可能である電流検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明は、基板上に同じ抵抗値を持つ強磁性磁気抵抗体よりなり磁界に感磁する感磁部と温度補償を行う補償部を互いに直交させて構成した第１のハーフブリッジと、同様に互いに直交する同じ抵抗値を持つ感磁部と補償部とで構成され、第１のハーフブリッジと４５度の角度を持たせて配置した第２のハーフブリッジとを含み電流の流れる電線に近接して配置したＭＲ素子と、このＭＲ素子に近接して配置したバイアス磁石を備え、第１のハーフブリッジの感磁部を構成する抵抗体の長手方向を電線の電流方向に合わせ、バイアス磁石の磁極方向を電流方向に合わせ、バイアス磁界量Ｈｂと電流で発生する磁界Ｈとの合成磁界Ｈｃを第１、第２のハーフブリッジで検出し、電流供給時の夫々の第１、第２のハーフブリッジの中点出力をｖ１，ｖ２とすると、電線を流れる電流の大きさは
【００１５】
【数３】
【００１６】
で表されるように構成したものである。
【００１７】
この構成によれば、ＭＲ素子の持つ磁気抵抗変化特性のバラツキ要因を減少させ、精度の良い電流検出が可能であるという作用を有する。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、強磁性磁気抵抗体に電流を供給する電流源と、第１、第２のハーフブリッジの中点出力ｖ１，ｖ２を処理するためのＤ／Ａコンバータ、演算処理部、Ａ／Ｄコンバータ、任意数発生器よりなる信号処理回路を設けるように構成されたものである。
【００１９】
この構成によれば、検出信号のディジタル信号処理なので回路の経時ドリフト、温度ドリフトの影響を軽減して精度の良い電流検出が可能である。また電線とＭＲ素子面との取り付け距離のバラツキは任意数発生器によって調整できるという作用を有する。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、強磁性磁気抵抗体に接続したトリミング抵抗の抵抗値をトリミングによって調整し、通電、無磁界バイアス時における第１と第２のハーフブリッジの中点電圧を等しくするように構成されたものである。
【００２１】
この構成によれば、各エレメント群の抵抗値がバラツキのある場合でもハーフブリッジに挿入されたトリミング抵抗の抵抗値を調整することによりハーフブリッジの出力比率を精度良くするという作用を有する。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、信号処理回路に線形の温度特性を持つ素子を使い、バイアス磁石の持つ温度特性を補償するように構成されたものである。
【００２３】
この構成によれば、バイアス磁石の磁界強度の温度変動特性を補償するためにダイオード等を用いた温度補償回路を使用するものであり、使用温度範囲（−４０℃〜１２５℃）にわたって見かけ上一定のバイアス磁界強度が得られるという作用を有する。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、信号処理回路とＭＲ素子とを同一のシリコン基板上に構成されたもので、集積化したものである。
【００２５】
この構成によれば、更に小型の電流検出装置を構成できるという作用を有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の電流検出装置の実施の形態１について図を用いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１における電流検出装置の概観図、図２はＭＲ素子のパターン配置図、図３は検出信号の信号処理回路のブロック図を示している。図１において、１は検出される電流（Ｉ）が流れる電線、２は検出信号を処理する信号処理回路、３は電流磁界を検出するＭＲ素子、４は信号処理回路２とＭＲ素子３をマウントするプリント基板、５はバイアス磁石である。又、図４は本発明のＭＲ膜感磁部でのＭＲ膜電流、ＭＲ膜磁化と合成磁界との関係を表す図である。
【００２８】
図２において、磁界検知部であるＭＲ素子３は、ガラス、セラミック、シリコン等からなる素子基板６上に強磁性材料を蒸着し、パターニングを行い２つの同じ抵抗値を持つ抵抗体１ａ，１ｂを互いに直交するように配置して第１のハーフブリッジを構成し、磁界印加時の中点出力ｖ１が素子基板６の出力端子ＯＵＴ１に出力される。抵抗体１ａで感磁部、抵抗体１ｂで補償部となすハーフブリッジを構成することにより、中点出力の温度変化による中点電位の変位を防いでいる。また、第１のハーフブリッジと４５度の角度をおいて、同様に互いに直交する同じ抵抗値を持つ抵抗体２ａで感磁部、抵抗体２ｂで補償部となす第２のハーフブリッジを素子基板６上に構成し、磁界印加時の中点出力ｖ２が素子基板６の出力端子ＯＵＴ２に出力される。各エレメント群（抵抗体１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ）の抵抗値が不揃いの場合でも、第２のハーフブリッジのリターン側に接続されたトリミング用抵抗７を、無磁界時の２つのハーフブリッジの中点電圧が同じになるようにレーザでトリミングする。これは予めトリミング用抵抗８により第１のハーフブリッジの中心電位を高く設定しておき、トリミングすることで、第２のハーフブリッジの中心電位を高くし第１のハーフブリッジの中心電位と合わせ込むものである。
【００２９】
プリント基板４にマウントされた温度補償された信号処理回路２はＭＲ素子３の中点出力ｖ１，ｖ２の信号処理を行う。この信号処理回路２は、図３に示すように、Ａ／Ｄコンバータ１１、演算処理回路１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、任意数発生器１４から構成されている。本電流検出装置を電流を検出する電線近傍に取り付けた後、電線に所定電流を流した時に本電流検出装置の出力が所定電圧を得られるように任意の数を発生させ、その値を固定する。
【００３０】
本発明の電流磁界検出原理を以下に述べる。
【００３１】
電線電流による磁界強度Ｈは（１）式で表され、図４に示すように磁界強度Ｈとバイアス磁界Ｈｂとの合成磁界Ｈｃが形成される。従って、検知電流磁界の大きさＨは、バイアス磁界を電流の流れる方向に加えた時、図４より次の（２）式から求められる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
電流磁界Ｈが検出されると、求める電流Ｉはアンペアの法則で求めた（１）式から（４）式で求められる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
従って、
【００３６】
【数６】
【００３７】
ＭＲ素子３を、第１ハーフブリッジの感磁部の抵抗体長手方向を電線に流れる電流方向に、また、バイアス磁石の磁界方向を、電線に流れる電流方向とは逆方向に（図４）配置する。この時、電流磁界Ｈとバイアス磁界Ｈｂとの合成磁界ＨｃによってＭＲ膜の磁化Ｍが影響を受け、ＭＲ磁気抵抗が変化する。ＭＲ膜に流れる電流と磁化のなす角度をθとすると、第１のハーフブリッジの中点出力ｖ１と第２のハーフブリッジの中点出力ｖ２の変動出力は、夫々次式で表される。
【００３８】
【数７】
【００３９】
第１ハーフブリッジと第２ハーフブリッジは同一の素子基板６上に近接して配置してあるので、磁気抵抗の変化率、その温度特性は非常に近似しており、ａ≒ｂである。従って、使用温度範囲においてＡ≒Ｂとなるので、出力比率Ｄは、Ｄ≒ｖ１／ｖ２＝ｃｏｓ２θ／ｓｉｎ２θで、図５に示すようにＭＲ素子３の抵抗体に流れる電流と磁化Ｍとのなす角度θの関数だけで表される。
【００４０】
また、ＭＲ膜の反磁界の影響を軽減させるために、例えばＭＲ素子を使い、膜幅を３０〜５０μｍ程度、膜厚を１μｍ程度にし、バイアス磁界Ｈｂを３０ｋＡ／ｍ程度に設定すると、θはθ’にほぼ等しくなりθ≒θ’となる。また、バイアス磁界量Ｈｂは、ＭＲ膜の感磁部で検知される最大電流磁界の大きさ以上の磁界量に設定し、θ（θ’）を０〜４５度の範囲で検知するように設定されている。
【００４１】
従って、ＭＲ素子の第１ハーフブリッジの感磁部の抵抗体長手方向を電線電流の流れる方向に合わせておくと、出力比率Ｄは、合成磁界ＨｃとＭＲ膜に流れる電流がなす角度θ’の関数となる。
【００４２】
（４）式からｔａｎθ’（＝ｔａｎθ）をＤで表すと、電流Ｉが求まる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
ｔａｎθ＝ｔとおき、ｔをＤで表すと、
【００４５】
【数９】
【００４６】
結局、電流の大きさＩは、次式（７）で表される。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
バイアス磁石５としては、温度変化が小さい特性を有するサマリウム・コバルト磁石を用いる。サマリウム・コバルト磁石の磁界強度の温度変化は、約−０．０３％／度で、使用温度範囲（−４０〜１２５℃）に対しては、温度上昇とともにほぼ直線的に磁力は減少する変化を示す。一方、図３に示すように、信号処理回路２の出力部にダイオードを用いた温度補償回路１５で、サマリウム・コバルト磁石の磁界強度の温度変化は温度補償することが可能である。
【００４９】
ハーフブリッジの出力信号を処理する温度補償された信号処理回路２は、ＭＲ素子３に近接して、プリント基板４上に配置されている。信号処理回路２は、図３に示すようにＡ／Ｄコンバータ１１、演算処理回路１２、Ｄ／Ａコンバータ１３、任意数発生器１４から構成されている。（７）式に示すＫは任意の数で、バイアス磁界強度Ｈｂを含めて、例えば小数点第２位迄の３桁の数で設定することができる。従って、回路が有する経時ドリフト、温度ドリフトの要因を排除する。
【００５０】
ＭＲ素子３と信号処理回路２を１つのシリコン基板上に構成することにより検出装置全体の大きさが更に小型になるとともに、耐久性に優れた電線電流の検出装置が実現可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＭＲ素子で電流磁界を検出し、ディジタル演算回路を用いて信号処理を行い、また、ダイオードを用いた温度補償回路でバイアス磁石の磁界量の温度変動を補償することによって、広範囲な使用温度（−４０〜１２５℃）範囲に亘って、電線に流れる電流を精度良く電流値の検知が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流検出装置の概観図
【図２】同装置に使用するＭＲ素子のＭＲパターン図
【図３】同装置に使用する信号処理回路のブロック図
【図４】同ＭＲパターンの電流磁界、バイアス磁界による合成磁界図
【図５】同ＭＲ素子の磁化Ｍと合成磁界Ｈｃの関係図
【図６】従来の電流検出装置の概念図
【図７】同装置の磁界−電圧関係図
【符号の説明】
１ 電流電線
２ 信号処理回路
３ ＭＲ素子
４ プリント基板
５ バイアス磁石
６ 素子基板
７，８ トリミング用抵抗[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention uses a bias magnetic field, detects the magnitude of a magnetic field generated by a current flowing in a current path such as an electric wire using a ferromagnetic magnetoresistive element (hereinafter, MR element) such as an AMR, and outputs a detection signal to a signal processing circuit. The present invention relates to a current detection device that detects a current value of a current flowing through an electric wire by performing the above processing.
[0002]
[Prior art]
Various methods exist for detecting a current flowing in a current path such as an electric wire. Among them, as a conventional example using a magnetic device, there are a method using a coil, a method using a Hall IC, a method using an MR element, and the like. As a typical example, a conventional example using an MR element (JP-A-5-223848) Gazette).
[0003]
A magnetic field strength H is generated at an arbitrary point P at a distance r from the center of the wire through which the detected current flows, and the direction of the magnetic field strength H is a circumferential direction around the wire and the direction is the direction of the current. This is the rotation direction when the right screw is rotated in the flowing direction. The magnetic field strength H is expressed by equation (1) from Ampere's law.
[0004]
(Equation 2)
In a typical conventional example, a first half-bridge and a first half-bridge, in which an element group of a ferromagnetic resistor is formed on an insulating substrate and two element groups having the same resistance value are arranged orthogonal to each other, are line-symmetrical. The magnetic field intensity H is detected by an MR element composed of a full-bridge element group formed by a similar half-bridge arranged in the same manner as described above, and current detection is performed.
[0006]
As shown in FIG. 6, each element group of the MR element 3 is arranged at a direction of 45 degrees with respect to the direction in which the current of the electric wire 1 flows, and a bias magnetic field is applied in the current direction. With this arrangement, the magnitude of the current magnetic field H generated by the current in the current path is detected as a change in the magnetoresistance of the MR element using the portion of the MR magnetic characteristic having good linearity shown in FIG. It converts to voltage.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
For detecting the current flowing in the electric wire, a magnetic device is usually used in a non-contact manner. In a conventional method in which a magnetic circuit is formed of permalloy and a silicon steel plate and a coil and a Hall element are used, there is a problem that the size is large because the core is used in the magnetic circuit, and it is difficult to reduce the size. At the same time, there is a problem that the characteristics of the coil, the Hall element, and the magnetic circuit change greatly in the operating temperature range, and it is difficult to detect the magnetic field with high accuracy.
[0008]
In contrast, MR ferromagnetic magnetoresistive elements and SMR semiconductor magnetoresistive elements are suitable for miniaturization. However, the SMR has a large characteristic change with respect to a temperature change, and the tendency of the change of each element varies, so that the circuit for the temperature compensation becomes complicated and the cost increases.
[0009]
The SMR detects a magnetic field that is perpendicular to the film surface, but does not detect a magnetic field that is incident on the film surface in the lateral direction. Therefore, current detection by the SMR detects a weak current magnetic field at a point away from the wire surface. This is disadvantageous for detecting a current magnetic field because it is detected.
[0010]
On the other hand, MR (Magnetoresistance) detects a current magnetic field incident in a direction parallel to the film surface and in a direction perpendicular to the side surface, and does not detect a magnetic field incident in a direction perpendicular to the film surface. Is excellent. In addition, the change in characteristics with respect to temperature is smaller than that of SMR, and the characteristics of individual elements are small. Therefore, the MR element has excellent characteristics as one of the elements for current detection. However, the conventional example using the MR element has the following problems.
[0011]
{Circle around (1)} In the MR magnetoresistance change characteristics, since the sensitivity varies depending on the MR element, the half-bridge output differs and differs. Further, since the output is a full-bridge differential output, the output variation increases.
[0012]
{Circle around (2)} The mounting distance between the surface of the electric wire and the magneto-sensitive part of the MR element is as small as about 0.1 to 0.2 mm. If the thickness is 10 μm, the current detection accuracy is affected as an error of 0 to 5%. Normally, after the MR element is mounted, the amplification degree is adjusted by a signal processing circuit. However, a high current detection accuracy cannot be obtained because the amplification degree changes due to a change in temperature.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a current detecting device which can eliminate the influence of the output variation of each MR element and detect current with high accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first magnetic sensor comprising a ferromagnetic magnetoresistive element having the same resistance value on a substrate, wherein a magnetic sensing part for sensing a magnetic field and a compensating part for performing temperature compensation are arranged orthogonal to each other. And a second half bridge, which is composed of a magneto-sensitive part and a compensating part having the same resistance and also orthogonal to each other, and arranged at an angle of 45 degrees with the first half bridge. An MR element disposed close to an electric wire through which a current flows, and a bias magnet disposed close to the MR element, wherein a longitudinal direction of a resistor constituting a magnetic sensing portion of the first half bridge is defined by a current direction of the electric wire. , The direction of the magnetic pole of the bias magnet is aligned with the direction of the current, the combined magnetic field Hc of the bias magnetic field amount Hb and the magnetic field H generated by the current is detected by the first and second half bridges, and 1, the second half-bristle When the midpoint output di and v1, v2, the magnitude of the current flowing through the wire [0015]
[Equation 3]
[0016]
It is configured as represented by.
[0017]
According to this configuration, it is possible to reduce a variation factor of the magnetoresistive change characteristic of the MR element and to perform an accurate current detection.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a current source for supplying a current to the ferromagnetic magneto-resistor and a midpoint output v1, v2 of the first and second half bridges are processed. A signal processing circuit including a D / A converter, an arithmetic processing unit, an A / D converter, and an arbitrary number of generators is provided.
[0019]
According to this configuration, since the detection signal is digital signal processing, it is possible to reduce the influence of the drift over time and the temperature drift of the circuit and to perform accurate current detection. Also, there is an effect that the variation in the attachment distance between the electric wire and the MR element surface can be adjusted by an arbitrary number of generators.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the resistance value of the trimming resistor connected to the ferromagnetic magneto-resistor is adjusted by trimming, and the first and second half bridges when energized and without a magnetic field bias. Are configured to make the midpoint voltages equal.
[0021]
According to this configuration, even when the resistance value of each element group varies, there is an effect that the output ratio of the half bridge is accurately adjusted by adjusting the resistance value of the trimming resistor inserted into the half bridge.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, an element having a linear temperature characteristic is used in the signal processing circuit, and the temperature characteristic of the bias magnet is compensated.
[0023]
According to this configuration, a temperature compensating circuit using a diode or the like is used to compensate for the temperature fluctuation characteristic of the magnetic field strength of the bias magnet, and is apparently constant over the operating temperature range (−40 ° C. to 125 ° C.). Is obtained.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the signal processing circuit and the MR element are formed on the same silicon substrate and are integrated.
[0025]
According to this configuration, there is an effect that a more compact current detection device can be configured.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of the current detection device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a schematic view of a current detection device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a pattern layout of an MR element, and FIG. 3 is a block diagram of a signal processing circuit for a detection signal. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electric wire through which a detected current (I) flows, 2 denotes a signal processing circuit for processing a detection signal, 3 denotes an MR element for detecting a current magnetic field, and 4 denotes a signal processing circuit 2 and an MR element 3 mounted. The printed circuit board 5 is a bias magnet. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the MR film current, the MR film magnetization, and the combined magnetic field in the MR film magnetic sensing part of the present invention.
[0028]
In FIG. 2, an MR element 3 serving as a magnetic field detecting unit is formed by depositing a ferromagnetic material on an element substrate 6 made of glass, ceramic, silicon, or the like, patterning the same, and forming two resistors 1a and 1b having the same resistance value. The first half bridges are arranged so as to be orthogonal to each other, and the midpoint output v1 when a magnetic field is applied is output to the output terminal OUT1 of the element substrate 6. By forming a half bridge that forms a magnetic sensing part by the resistor 1a and a compensating part by the resistor 1b, displacement of the midpoint potential due to a temperature change of the midpoint output is prevented. Also, a second half bridge, which forms a magnetic sensing part with a resistor 2a and a compensating part with a resistor 2b, which are similarly orthogonal to each other and have the same resistance at an angle of 45 degrees with respect to the first half bridge, is used as an element substrate. 6 and a midpoint output v2 when a magnetic field is applied is output to an output terminal OUT2 of the element substrate 6. Even when the resistance values of the element groups (resistors 1a, 1b, 2a, 2b) are not uniform, the trimming resistor 7 connected to the return side of the second half bridge is connected to the two half bridges in the absence of a magnetic field. The laser is trimmed so that the midpoint voltage becomes the same. This is because the center potential of the first half bridge is set high by the trimming resistor 8 in advance, and the center potential of the second half bridge is increased by trimming to match the center potential of the first half bridge. It is a thing.
[0029]
The temperature-compensated signal processing circuit 2 mounted on the printed circuit board 4 performs signal processing on the midpoint outputs v1 and v2 of the MR element 3. The signal processing circuit 2 includes an A / D converter 11, an arithmetic processing circuit 12, a D / A converter 13, and an arbitrary number generator 14, as shown in FIG. After installing the current detection device near the electric wire for detecting the current, an arbitrary number is generated so that the output of the current detection device can obtain a predetermined voltage when a predetermined current is applied to the electric wire, and the value is fixed. .
[0030]
The current magnetic field detection principle of the present invention will be described below.
[0031]
The magnetic field strength H due to the electric wire current is expressed by the equation (1), and a combined magnetic field Hc of the magnetic field strength H and the bias magnetic field Hb is formed as shown in FIG. Therefore, the magnitude H of the detected current magnetic field can be obtained from the following equation (2) from FIG. 4 when the bias magnetic field is applied in the direction in which the current flows.
[0032]
(Equation 4)
[0033]
When the current magnetic field H is detected, the current I to be obtained can be obtained from the equations (1) to (4) obtained by Ampere's law.
[0034]
(Equation 5)
[0035]
Therefore,
[0036]
(Equation 6)
[0037]
The MR element 3 is arranged in the direction of the current flowing through the electric wire in the longitudinal direction of the resistor of the magnetosensitive portion of the first half bridge, and the direction of the magnetic field of the bias magnet is opposite to the direction of the current flowing in the electric wire (FIG. 4). I do. At this time, the magnetization M of the MR film is affected by the combined magnetic field Hc of the current magnetic field H and the bias magnetic field Hb, and the MR magnetoresistance changes. Assuming that the angle between the current flowing in the MR film and the magnetization is θ, the fluctuation output of the midpoint output v1 of the first half bridge and the midpoint output v2 of the second half bridge are expressed by the following equations, respectively.
[0038]
(Equation 7)
[0039]
Since the first half bridge and the second half bridge are arranged close to each other on the same element substrate 6, the rate of change of the magnetoresistance and the temperature characteristics thereof are very close, and a ≒ b. Therefore, since A ≒ B in the operating temperature range, the output ratio D is D ≒ v1 / v2 = cos2θ / sin2θ, and the current flowing through the resistor of the MR element 3 and the magnetization M are formed as shown in FIG. It is expressed only by a function of the angle θ.
[0040]
Further, in order to reduce the influence of the demagnetizing field of the MR film, for example, using an MR element, setting the film width to about 30 to 50 μm, setting the film thickness to about 1 μm, and setting the bias magnetic field Hb to about 30 kA / m, θ becomes θ ′ is almost equal to θ ′. Also, the bias magnetic field amount Hb is set to a magnetic field amount equal to or larger than the maximum current magnetic field detected by the magnetically sensitive portion of the MR film, and θ (θ ′) is set to be detected in the range of 0 to 45 degrees. Have been.
[0041]
Therefore, if the longitudinal direction of the resistor of the magneto-sensitive portion of the first half bridge of the MR element is set to the direction in which the electric wire current flows, the output ratio D becomes the angle θ ′ between the combined magnetic field Hc and the current flowing in the MR film. Function.
[0042]
When tan θ ′ (= tan θ) is represented by D from the equation (4), the current I is obtained.
[0043]
(Equation 8)
[0044]
When tan θ = t and t is represented by D,
[0045]
(Equation 9)
[0046]
After all, the magnitude I of the current is expressed by the following equation (7).
[0047]
(Equation 10)
[0048]
As the bias magnet 5, a samarium-cobalt magnet having a small temperature change characteristic is used. The temperature change of the magnetic field strength of the samarium-cobalt magnet is about -0.03% / degree. For the operating temperature range (-40 to 125 ° C), the magnetic force decreases almost linearly with the temperature rise. Show. On the other hand, as shown in FIG. 3, the temperature change of the magnetic field intensity of the samarium-cobalt magnet can be temperature-compensated by the temperature compensating circuit 15 using a diode at the output of the signal processing circuit 2.
[0049]
The temperature-compensated signal processing circuit 2 for processing the output signal of the half-bridge is arranged on the printed circuit board 4 close to the MR element 3. The signal processing circuit 2 includes an A / D converter 11, an arithmetic processing circuit 12, a D / A converter 13, and an arbitrary number generator 14, as shown in FIG. K shown in the equation (7) is an arbitrary number, and can be set to, for example, a three-digit number up to the second decimal place including the bias magnetic field strength Hb. Therefore, the factors of the drift with time and the temperature drift which the circuit has are eliminated.
[0050]
By configuring the MR element 3 and the signal processing circuit 2 on one silicon substrate, the size of the entire detection device can be further reduced, and a wire current detection device with excellent durability can be realized.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a current magnetic field is detected by an MR element, signal processing is performed by using a digital arithmetic circuit, and temperature fluctuation of a magnetic field amount of a bias magnet is compensated by a temperature compensation circuit using a diode. By doing so, it is possible to accurately detect the current flowing through the electric wire over a wide range of operating temperature (−40 to 125 ° C.).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a current detection device according to the present invention. FIG. 2 is an MR pattern diagram of an MR element used in the device. FIG. 3 is a block diagram of a signal processing circuit used in the device. FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnetization M of the MR element and the resultant magnetic field Hc. FIG. 6 is a conceptual diagram of a conventional current detecting device. FIG. 7 is a magnetic field-voltage relationship of the device. Figure [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current wire 2 Signal processing circuit 3 MR element 4 Printed circuit board 5 Bias magnet 6 Element board 7, 8 Trimming resistance
