JP2005321202A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、導体に流れる電流を非接触にて検出する電流センサ、特に、測定対象から異なる位置に配置された２個の磁気インピーダンス（ＭＩ）素子を用いた電流検出部の出力差を出力信号とする電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that detects a current flowing through a conductor in a non-contact manner, in particular, an output signal of an output difference of a current detector using two magnetic impedance (MI) elements arranged at different positions from a measurement target. It relates to a current sensor.
図８に、従来の電流計測デバイスによる電流計測例を示す。
これは、測定対象となる電線１から距離Ｌ1の位置のプリント基板１０１上に配置された電流計測デバイス１００と、電線１から距離Ｌ2の位置のプリント基板１０１上に配置された電流計測デバイス１００とから構成した例である。
図９に、電流計測デバイスの内部構成例を示す。これは、ＭＩ素子１１３と、ＭＩ素子１１３を搭載したリードフレーム１１０と、ＭＩ素子１１３とリードフレーム１１０をモールドした１次モールド１１２と、１次モールドに巻かれたコイル１１１とから構成した例である。
FIG. 8 shows an example of current measurement by a conventional current measurement device.
This includes a current measuring device 100 disposed on the printed circuit board 101 of the position of the distance L 1 from the
FIG. 9 shows an internal configuration example of the current measuring device. This is an example of an MI element 113, a lead frame 110 on which the MI element 113 is mounted, a primary mold 112 in which the MI element 113 and the lead frame 110 are molded, and a coil 111 wound around the primary mold. is there.
ＭＩ素子１１３は例えば図１０に示すように、磁気の変化に対応してインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を利用した電流センサ用素子であり、ガラス基板１２３上にソフト(軟)磁性膜１２１でパターニングした簡単な構造になっている。一般に、ＭＩ素子はホール素子や磁気抵抗素子に比べて磁界に対し高感度であることが報告されている（たとえば、比嘉外５名「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロＭＩセンサ」日本応用磁気学界誌，ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２，１９９７年参照）。 For example, as shown in FIG. 10, the MI element 113 is a current sensor element that uses a magnetic impedance effect in which the impedance changes in response to a change in magnetism, and is patterned with a soft magnetic film 121 on a glass substrate 123. It has a simple structure. In general, it has been reported that MI elements are more sensitive to magnetic fields than Hall elements and magnetoresistive elements (for example, Higa et al. 5 “Sputtered thin film micro-MI sensor by pulsed current excitation” Japanese Applied Magnetics Journal. , Vol.21, No.4-2, 1997).
通常ＭＩ素子を電流センサとして用いる場合、１）レンジアビリティの向上、２）温度特性改善等を目的に、外部磁界に比例し外部磁界と逆方向の磁場（負帰還磁場）をＭＩ素子に印加する。図９のコイル１１１はＭＩ素子１１３へ負帰還磁場を印加するためのものである。
図１１に、従来の電流計測デバイスの全体構成を示す。図９のように、１次モールド１１２したものに２次モールドを施し、図示のような出力端子１３１を持つ構成とする。
図１２に、電流計測デバイスを用いる電流センサ回路の従来例を示す。符号１００で示す四角の枠が、ＭＩ素子１１３からなる電流計測デバイスであり、この電流計測デバイスからの信号を電線に流れる電流に比例する電圧信号に変換する変換回路が整流回路１４３，増幅回路１４４，差動回路１４８等から構成されている。
When using a normal MI element as a current sensor, 1) Improving rangeability and 2) Improving temperature characteristics, applying a magnetic field (negative feedback magnetic field) in proportion to the external magnetic field and in the opposite direction to the external magnetic field to the MI element . The coil 111 in FIG. 9 is for applying a negative feedback magnetic field to the MI element 113.
FIG. 11 shows the overall configuration of a conventional current measuring device. As shown in FIG. 9, the primary mold 112 is subjected to a secondary mold to have an output terminal 131 as shown.
FIG. 12 shows a conventional example of a current sensor circuit using a current measuring device. A square frame denoted by reference numeral 100 is a current measuring device including the MI element 113, and a conversion circuit that converts a signal from the current measuring device into a voltage signal proportional to a current flowing through the electric wire is a rectifier circuit 143 and an amplifier circuit 144. , Differential circuit 148 and the like.
図１２において、１４１は発振回路、１４２は抵抗、１４３は整流回路、１４４は増幅回路、１４７は負帰還磁場発生回路、１４８は差動回路である。
この回路において、発振回路１４１からＭＩ素子１１３に高周波信号を印加すると、ＭＩ素子１１３は外部磁界に比例してインピーダンスが変化する。そのため、整流回路１４３の入力側の信号は、外部磁界に比例した振幅を持つ高周波信号となる。これを整流回路１４３，増幅回路１４４を介して電流信号（センサ出力）として出力する。
In FIG. 12, 141 is an oscillation circuit, 142 is a resistor, 143 is a rectifier circuit, 144 is an amplifier circuit, 147 is a negative feedback magnetic field generation circuit, and 148 is a differential circuit.
In this circuit, when a high frequency signal is applied from the oscillation circuit 141 to the MI element 113, the impedance of the MI element 113 changes in proportion to the external magnetic field. Therefore, the signal on the input side of the rectifier circuit 143 is a high-frequency signal having an amplitude proportional to the external magnetic field. This is output as a current signal (sensor output) via the rectifier circuit 143 and the amplifier circuit 144.
また、電流センサのレンジアビリティの向上，温度特性改善を目的に、負帰還磁場を印加する負帰還磁場発生回路１４７を設け、外部磁界に比例し外部磁界と逆方向の磁場を発生させるためコイル１１１に電流を流したり、また、外乱ノイズの影響を除去することを目的に、被測定対象となる電線からある距離をおいて２つのＭＩ素子を設置し、各ＭＩ素子からの出力信号Ｉ1，Ｉ2の差をとるようにしたりしているが、かかる技術は例えば特許文献１に開示されている。
以上のように、図１２のような電流センサでは、距離Ｌ1，Ｌ2に設置された素子に印加される磁界の差をセンサ出力としている。しかし、電流計測デバイスはプリント基板上に実装されることから、Ｌ1とＬ2の位置決め精度が十分に得られない。そのため、電流センサ毎に電流出力特性が異なり、個体差が発生するという問題がある。また、負帰還磁場を発生させるためのコイルを、１次モールドしたものにコイルを巻くようにしているため、コイルの位置ずれが発生する。さらには、コイルを二重以上巻くことができないため、コイルのターン数が少なくなり、負帰還磁場を発生させるための消費電力が大きくなる、などの問題がある。 As described above, in the current sensor as shown in FIG. 12, the difference between the magnetic fields applied to the elements installed at the distances L 1 and L 2 is the sensor output. However, since the current measuring device is mounted on the printed board, the positioning accuracy of L 1 and L 2 cannot be sufficiently obtained. Therefore, there is a problem that current output characteristics are different for each current sensor, and individual differences occur. Further, since the coil for generating the negative feedback magnetic field is wound around the primary mold, the coil is displaced. Furthermore, since the coil cannot be wound more than twice, there are problems such that the number of turns of the coil is reduced and the power consumption for generating the negative feedback magnetic field is increased.
したがって、この発明の課題は、電流センサ毎の個体差を少なくするとともに、コイルの位置ずれをなくし、かつコイルを二重以上に巻けるようにすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the individual difference for each current sensor, to eliminate the positional deviation of the coil, and to wind the coil more than double.
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、測定対象電線から所定の距離に配置される電流検出デバイスと、この電流検出デバイスからの信号を電線に流れる電流に比例する電圧信号に変換する変換回路とを有する電流センサにおいて、
前記電流検出デバイスは、測定対象電線からの垂直方向の距離が互いに異なるように配置された２つの電流検出体からなることを特徴とする。
In order to solve such a problem, in the invention of
The current detection device includes two current detection bodies arranged so that the distances in the vertical direction from the measurement target electric wire are different from each other.
上記請求項１の発明においては、前記前記各電流検出体は、リードフレームと、このリードフレーム上に配置された電流検出用素子と、この電流検出用素子をモールドするケースと、このケースに巻かれ負帰還用磁場を発生させるためのコイルとから構成することができる（請求項２の発明）。
また、請求項１または２の発明においては、前記ケースの両端部に鍔を設け、この鍔の両端部間に前記コイルを配置することができ（請求項３の発明）、請求項２または３の発明においては、前記電流検出用素子を、ＭＩ素子とすることができる（請求項４の発明）。
In the first aspect of the present invention, each of the current detectors includes a lead frame, a current detection element disposed on the lead frame, a case for molding the current detection element, and a winding around the case. And a coil for generating a negative feedback magnetic field (invention of claim 2).
Further, in the invention of
この発明によれば、下記のような効果が得られる。
１）２つの１次モールド品をリードフレーム上に実装して位置決めするため、２つの位置の位置決めが容易となり、電流センサ毎のセンサ出力の個体差を小さくできる。
２）１次モールド品に鍔を付けることにより、１次モールド品に巻かれるコイルは位置ずれしない。
３）１次モールド品に鍔を付けることにより、コイルを二重以上に巻くことができ、小さい電流でも大きな負帰還磁場を発生することが可能となる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
1) Since the two primary molded products are mounted and positioned on the lead frame, the two positions can be easily positioned, and the individual difference in sensor output for each current sensor can be reduced.
2) By attaching a hook to the primary molded product, the coil wound around the primary molded product is not displaced.
3) By attaching a wrinkle to the primary mold product, the coil can be wound more than double, and a large negative feedback magnetic field can be generated even with a small current.
図１はこの発明の実施の形態を示す概要構成図である。
図示のように、測定対象となる電線１から所定の距離に、プリント基板４上に搭載された１個の電流計測デバイス２が設置されている。電流計測デバイス２は、電線１から距離Ｌ1に配置された電流検出体であるＮｏ．１の1次モールド品５と、電線１から距離Ｌ2に配置されたＮｏ．２の1次モールド品６とをモールドにより一体形成することにより構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
As illustrated, one
図２に電流計測デバイスの上面から透視した透視図を示す。
Ｎｏ．１の1次モールド品５およびＮｏ．２の1次モールド品６は、リードフレーム２９上に配置される。1次モールド品５，６は従来の電流計測デバイス２と同様に、それぞれ負帰還磁場を発生させるためのコイル２２，２３およびＭＩ素子２５，２６から構成される。コイル２２，２３およびＭＩ素子２５，２６の各端子は電流計測デバイス２の端子Ｔ１〜Ｔ８に接続され、回路的には図３のように示される。
FIG. 2 shows a perspective view seen through from the upper surface of the current measuring device.
No. No. 1 primary mold product 5 and No. 1 The primary molded product 6 is disposed on the lead frame 29. The primary molded products 5 and 6 are composed of
図４に1次モールド品を示す。
この1次モールド品５はリードフレーム４１、このリードフレーム４１上に配置された電流検出用素子としてのＭＩ素子２５から構成され、ＭＩ素子２５はリードフレーム４１上にワイヤボンディング４２にて接続して形成される。ここに、リードフレーム４１は、1次モールド品５の出力端子である電極４０を兼ねている。リードフレーム４１にワイヤボンディング４２したものを、さらに樹脂にてモールドしたものが1次モールド品である。なお、ＭＩ素子および変換回路は従来と同じであるため、説明は省略する。
Fig. 4 shows the primary molded product.
The primary molded product 5 is composed of a lead frame 41 and an MI element 25 as a current detection element disposed on the lead frame 41, and the MI element 25 is connected to the lead frame 41 by wire bonding 42. It is formed. Here, the lead frame 41 also serves as an electrode 40 that is an output terminal of the primary molded product 5. A product obtained by wire bonding 42 to the lead frame 41 and further molded with a resin is a primary molded product. Since the MI element and the conversion circuit are the same as the conventional one, the description is omitted.
次に、図５に示すように1次モールド品５の両端に鍔（つば）５０を形成し、図６のように巻き線してコイル２２とする。こうすることで、コイルの位置ずれが防止され、コイル線のサイズを小さくすることで、多重に巻くことが可能となる。
図７に1次モールド品５，６にコイル２２，２３を取付けたものを、リードフレーム２９上に実装した例を示す。1次モールド品５，６のＭＩ素子２５，２６の出力端子と、リードフレーム２９とをハンダ（半田）７１にて電気的に接続できるように構成されている。さらに、図７に示すものをモールドパッケージすることにより、図１のような電流計測デバイスを得ることが可能になる。
Next, as shown in FIG. 5, collars 50 are formed at both ends of the primary molded product 5 and wound as shown in FIG. By doing so, the displacement of the coil can be prevented, and the coil wire can be reduced in size to be wound in multiple layers.
FIG. 7 shows an example in which the primary molded products 5 and 6 with the
１…電線、２…電流計測デバイス、３…、４…プリント基板、５，６…１次モールド品、２２，２３…コイル、２５，２６…ＭＩ素子、２８…配線、２９，４１…リードフレーム、４０…電極、４２…ワイヤボンディング、５０…鍔（つば）、７１…ハンダ（半田）、Ｔ１〜Ｔ８…端子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電流検出デバイスは、測定対象電線からの垂直方向の距離が互いに異なるように配置された２つの電流検出体からなることを特徴とするＭＩ素子を用いた電流センサ。 In a current sensor having a current detection device arranged at a predetermined distance from a measurement target wire and a conversion circuit that converts a signal from the current detection device into a voltage signal proportional to a current flowing through the wire,
The current detection device is a current sensor using an MI element, characterized in that the current detection device includes two current detection bodies arranged so that the distances in the vertical direction from the measurement target electric wire are different from each other.
The current sensor according to claim 2, wherein the current detection element is an MI element.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007194623A (en) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Memsic Inc | Three-dimensional multichip, three-axis sensor and manufacturing method therefor |
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2004
- 2004-05-06 JP JP2004137064A patent/JP2005321202A/en active Pending
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