JP2007078417A - 電流センサおよび電流検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小電流から大電流までの広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高い精度の電流検出を行うことのできる電流センサおよびその電流検出方法を提供する。
【解決手段】磁気平衡検出式の電流センサとして、被検出体であるバスバーＢＢから受ける磁気（第１の磁気）の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子（集積チップＣＰ１およびＣＰ２に搭載）を備え、該バスバーＢＢの電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、同バスバーＢＢに流れる電流を検出するようにする。しかもこのとき、バスバーＢＢの電流値が閾値を超えたときには、同バスバーＢＢから受ける磁気強度のより小さい集積チップＣＰ２へ、またバスバーＢＢの電流値が閾値を下回ったときには逆に、同バスバーＢＢから受ける磁気強度のより大きい集積チップＣＰ１へ、出力チップ（磁気検出素子）を切り替えるようにする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば車載バッテリに接続された電源供給用の棒状導体等からなる被検出体について、この被検出体に流れる電流の検出に用いられる電流センサおよびその電流検出方法に関し、特に磁気検出素子による磁気検出のもとに、該被検出体に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出する電流センサおよびその電流検出方法に関する。

従来、この種の電流センサとしては、例えば特許文献１に記載されるように、ホール素子を用いた電流センサがよく知られている。そして近年、被検出体の電流により発生する磁気（第１の磁気）とは別にさらに磁気（第２の磁気）を発生させ、被検出体による第１の磁気をこの第２の磁気で打ち消しながら、該第２の磁気の強度に基づいて当該被検出体に流れる電流を検出する電流センサ、いわゆる磁気平衡検出式の電流センサなども提案されるに至っている。以下、図１１を参照して、この磁気平衡検出式の電流センサによる電流検出の原理について説明する。

同図１１に示されるように、このセンサは、被検出体であるバスバーＢＢの近傍に、周辺回路共々ホール素子の集積化された集積チップ（ホールＩＣ）ＣＰが配設されて構成されている。そして、同バスバーＢＢの近傍に、適宜の配線材（例えばアルミニウム）からなる帰還配線ＲＢをさらに設け、この帰還配線ＲＢに電流（帰還電流）を流すことによって、別途磁気（第２の磁気Ｂ２）を発生させるようにしている。こうして、被検出体であるバスバーＢＢに電流（被検出電流）が流れることに起因して発生する磁気（第１の磁気Ｂ１）を、この帰還電流による磁気（第２の磁気Ｂ２）で打ち消すように、上記帰還配線ＲＢに流れる帰還電流をフィードバック制御しながら、該制御される帰還電流の電流量（第２の磁気の強度に相当）に基づいて、上記バスバーＢＢに流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出するようにしている。すなわち、このホール素子（集積チップＣＰ）を用いた電流センサでは、バスバーＢＢに流れる電流に起因して発生する磁気（第１の磁気Ｂ１）を打ち消すように発生させた磁気（第２の磁気Ｂ２）の強度を、上記ホール電圧として感知することによって、同バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流（被検出電流）の検出を行っている。
特開２００３−２６２６５０号公報

このように、こうした従来の電流センサによっても、磁気検出素子（ホール素子）を用いた磁気検出のもとに、被検出体（バスバーＢＢ）に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出することはできる。しかしながら、こうした従来の電流センサでは、小電流から大電流までの広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高い精度の電流検出を行うことは困難である。

具体的には、こうした磁気平衡検出式の電流センサでは、大電流を検出しようとするとき、これを打ち消すような大きな磁気（第２の磁気）が必要になる。したがって、このセンサでは、検出範囲（ダイナミックレンジ）の上限が、上記第２の磁気としてどれだけ大きな磁気を発生させることができるか、すなわち上記帰還配線ＲＢ（図１１）にどれだけの電流を流すことができるか（帰還電流の上限）で決まってしまうのである。

もっとも、上記磁気検出素子（ホール素子）を被検出体（バスバーＢＢ）から遠ざけるようにすれば、遠ざかった分だけ打ち消しの対象となる電流が小さくなり、大電流についてはこれを検出することが可能になる。しかし、こうした場合には、被検出体（バスバーＢＢ）までの距離が遠ざかったことにより、今度は上記磁気検出素子（ホール素子）によって小さな電流を感知しにくくなり、微小な電流領域にあっては逆に、精度の低下を招くことになってしまう。すなわちこの場合も、結局は、いわゆるダイナミックレンジ（検出範囲）が広がったことにはならない。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、小電流から大電流までの広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高い精度の電流検出を行うことのできる電流センサおよびその電流検出方法を提供することを目的とする。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被検出体に電流が流れることに起因して発生する第１の磁気を打ち消すように、該第１の磁気とは別にさらに第２の磁気を発生させ、磁気検出素子による磁気検出のもと、前記被検出体による第１の磁気をこの第２の磁気で打ち消しながら、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流を検出する電流センサとして、前記磁気検出素子として、前記被検出体から受ける前記第１の磁気の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子を備え、前記検出される被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、前記被検出体に流れる電流を検出する構成とする。

前述したように、被検出体から受ける磁気強度の小さい（例えば被検出体から離間する）位置に例えばホール素子等からなる磁気検出素子を配設すれば、この磁気検出素子をもって、大電流の検出が可能になる。ただし、微小な電流領域にあっては、高い精度で電流を検出することができない。この点、請求項１に記載の上記構成のように、被検出体から受ける磁気強度の大きい（例えば被検出体から近接する）位置にも磁気検出素子をさらに配設して、被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えることを可能とすれば、大電流の領域だけでなく、小電流の領域についても、高い精度の電流検出を行うことができるようになる。すなわち、電流センサとしてこのような構成を採用することとすれば、小電流から大電流までの広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高い精度の電流検出を行うことが可能になる。

そして、具体的には請求項２に記載の発明によるように、前記磁気検出素子の切替を、前記被検出体の電流値と同電流値に対して設定された閾値（しきい値）との比較に基づいて行うようにし、前記被検出体の電流値が閾値を超えたときには、前記被検出体から受ける磁気強度のより小さい磁気検出素子へ、また前記被検出体の電流値が閾値を下回ったときには逆に、前記被検出体から受ける磁気強度のより大きい磁気検出素子へ、前記磁気検出素子を切り替えるように構成することで、小電流の領域にあっては、上記被検出体から受ける磁気強度のより大きい磁気検出素子が選択されようになり、また大電流の領域にあっては、上記被検出体から受ける磁気強度のより小さい磁気検出素子が選択されるようになる。すなわち、これら各領域においては、該選択された磁気検出素子を通じて高い精度の電流検出が行われるようになり、ひいては広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高精度の電流検出が実現されることになる。

またこの場合、請求項３に記載の発明によるように、前記被検出体に流れる電流を監視しつつ、該監視される電流値と同電流値に対して設定された閾値との比較に基づいて、前記複数の磁気検出素子を切り替える信号切替判定回路を設けるようにすれば、上記請求項２に記載の電流センサが、簡素な回路構成をもって容易に、しかも的確に実現されるようになる。

さらに、閾値付近での頻繁な切り替わりを防止する上においては、請求項４に記載の発明によるように、上記請求項２または３に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子の切替に係る閾値を、切替方向の別に異なる値に設定する、すなわち同閾値に、いわゆるヒステリシス特性をもたせるようにすることが望ましい。

また、請求項５に記載の発明によるように、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記被検出体から受ける前記第１の磁気の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子を、前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子とするように構成すれば、これら請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサも、より容易かつ的確に実現されるようになる。

詳しくは、電流（被検出電流）の流通に伴って被検出体から発せられる磁気（第１の磁気）は、同被検出体からの距離だけでなく、同被検出体に流れる電流の電流密度にも依存するものとなっている。すなわち、磁気検出素子に付与される磁気の大きさを左右するものとしては、単純なる被検出体からの距離よりも、実際には、被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路からの距離のほうが重要になってくる。

すなわち、例えば請求項６に記載の発明によるように、前記主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子を、前記被検出体の対向面からの距離の長短に基づいて、前記主電流路からの距離を異にする（相違させる）ようにすることで、上述の請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサがより容易かつ的確に実現されるようになる。

さらに、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路が、当該被検出体の中心部に相当する場合には、例えば請求項７に記載の発明によるように、前記主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子を、この中心部からより端側への離間の程度の相違に基づいて、前記主電流路からの距離を異にする（相違させる）ようにすることで、上述の請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサがより容易かつ的確に実現されるようになる。

また、これら請求項１〜７のいずれか一項に記載の電流センサに関しては、請求項８に記載の発明によるように、前記電流の検出に際して、前記被検出体とは別の帰還配線に電流（帰還電流）を流して前記第２の磁気を発生させ、この帰還配線に流れる電流（帰還電流）をフィードバック制御しながら、前記第１の磁気を前記第２の磁気で打ち消しつつ、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流（被検出電流）を検出するように構成することが望ましい。こうすることで、上述の請求項１〜７のいずれか一項に記載の電流センサが好適に実現されるようになる。

また、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記複数の磁気検出素子としては、請求項９に記載の発明によるように、ホール効果に基づきウェハ面に平行な磁界成分を検出する縦型ホール素子を用いることが有効である。この磁気検出素子（縦型ホール素子）は、ウェハ面に平行な磁界成分を検出するため、このような構成によれば、大掛かりな配線を必要とすることなく、すなわち当該ホール素子の上に適宜の配線を配設（パターン形成）するだけで、前記第２の磁気に相当する磁気（磁界）を発生させることができるようになる。また、大掛かりな配線を別途設けるようにした場合であれ、こうしたホール素子上の配線による磁気調整を通じて、前述した第１の磁気の打ち消し（キャンセル）の精度、ひいては電流検出の精度を高めることが可能になる。

さらに、ホール素子を基板上に配置する場合、特にこれを同一基板（同一チップ）上に複数（あるいは多数）配置する場合、一般的な横型ホール素子では、基板面に平行な方向に駆動電流を流して磁気を検出するため、基板上に大きな面積が必要になり、スペース的な制約を受ける。この点、上記縦型ホール素子であれば、基板面に垂直な方向に駆動電流を流すため、これを同一基板上に複数配置する場合であれ、スペース的な制約は緩和され、簡素な構造を維持することも可能になる。

さらに、請求項１０に記載の発明によるように、上記請求項１〜９のいずれか一項に記載の電流センサは、前記被検出体が、棒状の導体、およびプリント基板上に配設された配線、のいずれか一方である場合に適用してより有効である。詳しくは、検出対象の電流が大電流であれば棒状の導体を、また小電流であればプリント基板上に配設された配線を、前記被検出体として採用することが望ましい。

他方、請求項１１に記載の発明によるように、被検出体に電流が流れることに基づいて発生する第１の磁気を打ち消すように、該第１の磁気とは別にさらに第２の磁気を発生させ、磁気検出素子による磁気検出のもと、前記被検出体による第１の磁気をこの第２の磁気で打ち消しながら、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流を検出する電流検出方法として、前記磁気検出素子として、前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子を用意し、前記検出される被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、前記被検出体に流れる電流を検出するようにした場合であっても、上記請求項１に記載の発明と同様、より広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高い精度の電流検出を行うことが可能になる。

以下、図１〜図８を参照して、この発明に係る電流センサおよび電流検出方法を具体化した一実施の形態について説明する。
はじめに、図１〜図４を参照して、この電流センサの構成について詳述する。なお、図１は、このセンサの概略構成を示す斜視図、図２は、図１中のＡ視矢印側からみた正面図、図３は、図１中のＣ視矢印側からみた平面図、図４は、図１中のＢ視矢印側からみた側面図である。

図１〜図４に示されるように、この電流センサも、先の図１１に示したセンサと同様、磁気検出素子による磁気検出のもとに被検出体に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出するものである。ただし、このセンサにおいては、磁気検出素子として、ウェハ面（チップ表面）に平行な方向の磁気を検出する縦型ホール素子が採用されている。そして、被検出体であるバスバーＢＢ（例えば車載バッテリに接続された電源供給用の棒状導体）の近傍、特にその中央（主電流路に相当）に対して、この縦型ホール素子が周辺回路（信号処理回路や補正回路等）と共に集積化された２つの集積チップ（ホールＩＣ）ＣＰ１およびＣＰ２が、上記バスバーＢＢの対向面からの距離が異なる（相違する）ように配設されている。具体的には、上記集積チップＣＰ２のほうが集積チップＣＰ１よりも、上記バスバーＢＢの対向面から離間して配設されている。

また、このセンサにおいても、先の図１１に示したセンサと同様、上記バスバーＢＢの近傍に、適宜の配線材（例えばアルミニウム）からなる帰還配線ＲＢをさらに設け、この帰還配線ＲＢに電流（帰還電流）を流すことによって、上記バスバーＢＢに流れる電流に起因して発生する磁気（第１の磁気）を打ち消すような磁気（第２の磁気）を発生させるようにしている。

また、図５は、上記集積チップ（ホールＩＣ）ＣＰ１およびＣＰ２の構造、特にその内部構造をより詳細に示す斜視図である。
同図５に示されるように、同チップＣＰ１、ＣＰ２は、縦型ホール素子ＴＨを内蔵し、この縦型ホール素子ＴＨの上に、例えばアルミニウムからなる配線Ｗを備えて構成されている。そして、こうした配線Ｗに電流（帰還電流）を流すことによっても、上記バスバーＢＢに流れる電流に起因して発生する磁気（第１の磁気Ｂ１）を打ち消すような磁気（第２の磁気Ｂ２）を発生させることができるようになっている。なお、縦型ホール素子ＴＨの磁気検出の方向、すなわちウェハ面（チップ表面）に平行な方向は、先の図２の横（左右）方向に相当する。

また、図６は、このセンサユニット全体の概略構成を示すブロック図である。
同図６に示されるように、この電流センサ（センサユニット）は、上記集積チップＣＰ１（第１のホールＩＣ）および集積チップＣＰ２（第２のホールＩＣ）の他に、これらチップの出力を切り替えるスイッチング素子ＳＷや、同スイッチング素子ＳＷの駆動を制御する信号切替判定回路ＲＣ等をさらに備えて構成されている。そして、信号切替判定回路ＲＣによりスイッチング素子ＳＷが適宜に切り替えられることで、該切替に基づき選択された集積チップＣＰ１もしくはＣＰ２からの出力信号（ホール電圧）のみが出力（センサ出力に相当）されるようになっている。さらに、上記信号切替判定回路ＲＣからは、こうした切替に係る情報（いずれのチップから信号が出力されているか等）が、レンジ信号として常に（もしくは切替時に）出力されるようになっている。

このように、この実施の形態に係るセンサにおいては、前述した磁気平衡検出式の電流検出を実現すべく、上記帰還配線ＲＢに電流（帰還電流）を流すことで、被検出体であるバスバーＢＢに電流（被検出電流）が流れることに起因して発生する磁気（第１の磁気）とは別に磁気（第２の磁気）を発生させるようにしている。そして、上記信号切替判定回路ＲＣにより選択されたチップ（集積チップＣＰ１もしくはＣＰ２）による磁気検出のもと、上記第１の磁気を第２の磁気で打ち消すように上記帰還配線ＲＢに流れる帰還電流をフィードバック制御しながら、該制御される帰還電流の電流量（第２の磁気の強度に相当）に基づいて、被検出体（バスバーＢＢ）に流れる電流を検出するようにしている。すなわち、このセンサにおいては、被検出体であるバスバーＢＢの電流値の大小に応じて、上記集積チップＣＰ１およびＣＰ２（磁気検出素子）を切り替えつつ、同バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流を検出するようにしている。

次に、図７および図８を参照して、このセンサの動作について説明する。
図７は、上記電流検出方式の切替態様を示すグラフである。ただし、この図７においては、選択された集積チップＣＰ１もしくはＣＰ２から出力される出力信号（出力電圧）と上記バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流（被検出電流）とを、それぞれ縦軸と横軸にとってこれら両者の関係を示している。

同図７に示されるように、上記信号切替判定回路ＲＣは、詳しくは上記バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流（被検出電流）を監視しながら、該監視される電流値と同電流値に対して設定された閾値（しきい値）Ａ１もしくはＡ２とを比較し、該比較の結果に基づいて、上記スイッチング素子ＳＷをいずれか一方に切り替えるものである。すなわち、上記バスバーＢＢの電流値が増加して閾値Ａ１を超えたときには、集積チップＣＰ１（第１のホールＩＣ）から集積チップＣＰ２（第２のホールＩＣ）へ、また上記バスバーＢＢの電流値が減少して閾値Ａ２を下回ったときには逆に、集積チップＣＰ２から集積チップＣＰ１へ、集積チップ（磁気検出素子）が切り替えられることになる。

図８は、上記バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流（被検出電流）の電流増加時における電流センサの動作例を示すフローチャートである。
同図８に示されるように、被検出電流が閾値Ａ１よりも小さいときには、上記集積チップＣＰ１（第１のホールＩＣ）からの出力信号（出力電圧）が出力されている。しかしここで、被検出電流が閾値Ａ１を超えると、信号切替判定回路ＲＣによりスイッチング素子ＳＷが切り替えられ、今度は、上記集積チップＣＰ２（第２のホールＩＣ）からの出力信号（出力電圧）が出力されるようになる。このように、被検出電流が増加するときには、上記一連の処理を通じて、チップ（磁気検出素子）の切替（選択）が行われることになる。また、ここでは便宜上その説明を割愛するが、被検出電流が減少するときには、この一連の処理が逆の順序で行われることになる。

そして、以上説明したこの実施の形態に係る電流センサおよび電流検出方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）磁気平衡検出式の電流センサとして、被検出体であるバスバーＢＢから受ける磁気（第１の磁気）の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子（縦型ホール素子）を備え、上記バスバーＢＢ（被検出体）の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、同バスバーＢＢに流れる電流を検出するようにする。しかもこのとき、上記磁気検出素子の切替は、上記バスバーＢＢ（被検出体）の電流値と同電流値に対して設定された閾値（しきい値）との比較に基づいて行う。詳しくは、上記バスバーＢＢの電流値が閾値を超えたときには、同バスバーＢＢから受ける磁気強度のより小さい集積チップＣＰ２へ、また上記バスバーＢＢの電流値が閾値を下回ったときには逆に、同バスバーＢＢから受ける磁気強度のより大きい集積チップＣＰ１へ、出力チップ（磁気検出素子）を切り替えるように構成することとした。こうすることで、小電流の領域にあっては、上記バスバーＢＢ（被検出体）から受ける磁気強度のより大きい磁気検出素子が選択されようになり、また大電流の領域にあっては、上記バスバーＢＢ（被検出体）から受ける磁気強度のより小さい磁気検出素子が選択されるようになる。すなわち、これら各領域においては、該選択された磁気検出素子を通じて高い精度の電流検出が行われるようになり、ひいては広い検出範囲（ダイナミックレンジ）にわたって、高精度の電流検出が実現されることになる。

（２）さらに、上記バスバーＢＢ（被検出体）に流れる電流を監視しながら、該監視される電流値と同電流値に対して設定された閾値とを比較し、該比較の結果に基づいて、上記２つの磁気検出素子を切り替える信号切替判定回路ＲＣ（図６）を設けるようにした。こうすることで、簡素な回路構成をもって容易に、上述の高精度な電流検出が行われるようになる。

（３）しかも図７に示したように、この実施の形態においては、上記磁気検出素子の切替に係る閾値を、切替方向の別に異なる値Ａ１およびＡ２に設定するようにした。これにより、閾値付近での頻繁な切り替わりが防止されるようになる。

（４）集積チップ（ホールＩＣ）ＣＰ１およびＣＰ２を、被検出体であるバスバーＢＢの近傍、特にその中央（主電流路に相当）へ、同バスバーＢＢの対向面からの距離（距離の長短）が異になる（相違する）ように配設した。こうすることで、上記被検出体（バスバーＢＢ）から受ける磁気（第１の磁気）の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子が、簡素構成を維持しながら、容易に形成されることになる。

（５）また、上記電流の検出に際して、上記バスバーＢＢ（被検出体）とは別の帰還配線ＲＢに電流（帰還電流）を流して磁気（第２の磁気）を発生させるようにした。そうして、この帰還配線ＲＢに流れる帰還電流をフィードバック制御しながら、上記バスバーＢＢ（被検出体）に電流が流れることに起因して発生する磁気（第１の磁気）を、この第２の磁気で打ち消しつつ、該第２の磁気の強度（詳しくはフィードバック制御される帰還電流の電流量）に基づいて、被検出体（バスバーＢＢ）に流れる電流を検出するようにした。こうすることで、上述の高精度な電流検出が好適に行われるようになる。

（６）上記集積チップＣＰ１およびＣＰ２に搭載される磁気検出素子（磁電変換素子）として、ホール効果に基づきウェハ面に平行な磁界成分を検出する縦型ホール素子ＴＨ（図５）を用いるようにした。こうすることで、該縦型ホール素子ＴＨ上の配線Ｗによる磁気調整を通じて、前述した第１の磁気の打ち消し精度を高めることが可能になり、ひいては高い精度の電流検出が実現可能となる。

（７）この実施の形態においては、検出対象の電流として大電流を想定し、バスバー（被検出体）として、棒状の導体を採用することとした。この発明は、実用上、こうした検出対象（被検出体）に適用して特に有効である。

（他の実施の形態）
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記縦型ホール素子ＴＨ上の配線Ｗ（図５）だけで十分大きな磁気（第２の磁気）が得られ、これを適切にコントロールすることができる場合は、例えば図９に示すように、上記帰還配線ＲＢ（図１）の配設を割愛するようにしてもよい。

・また、上記実施の形態においては、集積チップ（ホールＩＣ）ＣＰ１およびＣＰ２を、被検出体であるバスバーＢＢの近傍、特にその中央（主電流路に相当）へ、同バスバーＢＢの対向面からの距離（距離の長短）が異なる（相違する）ように配設した。しかし、これに限定されることはなく、例えば図１０に示すように、これら集積チップＣＰ１およびＣＰ２を、被検出体であるバスバーＢＢの最も電流密度の高い部分である主電流路、すなわち同バスバーＢＢの中心部からより端側への離間の程度が異なる（相違する）ように配設するようにしてもよい。なお、ここには、上記集積チップＣＰ２のほうが集積チップＣＰ１よりも、上記バスバーＢＢの中心部から端側へ離間して配設された例を示している。

・上記被検出体は、前述の棒状の導体に限られることなく任意であり、例えば検出対象の電流が小電流であれば、プリント基板上に配設された配線などを該被検出体として採用することもできる。

・上記実施の形態においては、上記電流検出方式の切替に係る閾値を、切替方向の別に異なる値Ａ１およびＡ２に設定するようにした（図７参照）。しかし、これに限定されることはなく、切替方向にかかわらず、同一の閾値（１つの閾値）を用いるようにしてもよい。

・上記実施の形態においては、２つの磁気検出素子（縦型ホール素子）を別チップに搭載するようにした。しかし、これに限定されることはない。例えばセンサユニットとしての小型化、簡素化を図るべく、これら磁気検出素子を１チップに集積化するようにしてもよい。

・また、磁気検出素子の数は、２つに限定されることはなく任意であり、必要があれば、３つ以上の磁気検出素子を用いるようにしてもよい。ただしこの場合には、先の図７に示した制御マップに対しても、閾値の数を増やすことで、この磁気検出素子の数に応じた検出レンジを設けることになる。

・また、こうした磁気検出素子としても、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）なども含めて、前述した縦型ホール素子に限られない任意の素子を用いることができる。さらに、ホール素子であっても、上記縦型ホール素子に限らず、ウェハ面に垂直な磁界成分を検出する横型ホール素子も適宜に採用することができる。

・さらに、磁気検出の感度を高めるべく、集磁用の磁性体（コア）を用いた構成であっても、この発明は同様に適用することができる。
・結局のところ、被検出体から受ける磁気（第１の磁気）の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子を備え、該被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、同被検出体に流れる電流を検出するようにすれば、前記（１）の効果と同様もしくはそれに準じた効果は得られるようになる。

この発明に係る電流センサおよび電流検出方法の一実施の形態について、該電流センサのセンサ構造の概要を示す斜視図。 図１中のＡ視矢印側からみた正面図。 図１中のＣ視矢印側からみた平面図。 図１中のＢ視矢印側からみた側面図。 集積チップの構造、特にその内部構造の詳細を示す斜視図。 センサユニット全体の概略構成を示すブロック図。 電流検出方式の切替態様を示すグラフ（制御マップ）。 被検出電流の電流増加時における当該電流センサの動作例を示すフローチャート。 同実施の形態に係る電流センサの変形例について、該電流センサのセンサ構造の概要を示す斜視図。 さらに別の変形例のセンサ構造の概要を示す斜視図。 従来の電流センサを例にとって、磁気平衡検出式の電流検出原理を模式的に示す斜視図。

符号の説明

ＢＢ…バスバー、ＣＰ１、ＣＰ２…集積チップ、ＲＢ…帰還配線、ＲＣ…信号切替判定回路、ＳＷ…スイッチング素子、ＴＨ…縦型ホール素子、Ｗ…配線。

Claims (11)

1. 被検出体に電流が流れることに起因して発生する第１の磁気を打ち消すように、該第１の磁気とは別にさらに第２の磁気を発生させ、磁気検出素子による磁気検出のもと、前記被検出体による第１の磁気をこの第２の磁気で打ち消しながら、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流を検出する電流センサにおいて、
   前記磁気検出素子として、前記被検出体から受ける前記第１の磁気の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子を備え、前記検出される被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、前記被検出体に流れる電流を検出する
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気検出素子の切替は、前記被検出体の電流値と同電流値に対して設定された閾値との比較に基づいて行われるものであり、前記被検出体の電流値が閾値を超えたときには、前記被検出体から受ける磁気強度のより小さい磁気検出素子へ、また前記被検出体の電流値が閾値を下回ったときには逆に、前記被検出体から受ける磁気強度のより大きい磁気検出素子へ、前記磁気検出素子を切り替える
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 請求項２に記載の電流センサにおいて、
   前記被検出体に流れる電流を監視しつつ、該監視される電流値と同電流値に対して設定された閾値との比較に基づいて、前記複数の磁気検出素子を切り替える信号切替判定回路を備える
   ことを特徴とする電流センサ。
4. 前記磁気検出素子の切替に係る閾値は、切替方向の別に異なる値に設定されてなる
   請求項２または３に記載の電流センサ。
5. 前記被検出体から受ける前記第１の磁気の強度が異なるように配設された複数の磁気検出素子は、前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子は、前記被検出体の対向面からの距離の長短に基づいて、前記主電流路からの距離を異にしてなる
   請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路は、当該被検出体の中心部に相当し、前記主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子は、この中心部からより端側への離間の程度の相違に基づいて、前記主電流路からの距離を異にしてなる
   請求項５に記載の電流センサ。
8. 前記電流の検出に際しては、前記被検出体とは別の帰還配線に電流を流して前記第２の磁気を発生させ、この帰還配線に流れる電流をフィードバック制御しながら、前記第１の磁気を前記第２の磁気で打ち消しつつ、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流を検出する
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 前記複数の磁気検出素子はいずれも、ホール効果に基づきウェハ面に平行な磁界成分を検出する縦型ホール素子である
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の電流センサ。
10. 前記被検出体は、棒状の導体、およびプリント基板上に配設された配線、のいずれか一方である
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の電流センサ。
11. 被検出体に電流が流れることに起因して発生する第１の磁気を打ち消すように、該第１の磁気とは別にさらに第２の磁気を発生させ、磁気検出素子による磁気検出のもと、前記被検出体による第１の磁気をこの第２の磁気で打ち消しながら、該第２の磁気の強度に基づいて前記被検出体に流れる電流を検出する電流検出方法において、
    前記磁気検出素子として、前記被検出体の最も電流密度の高い部分である主電流路からの距離が異なるように配設された複数の磁気検出素子を用意し、前記検出される被検出体の電流値の大小に応じて、これら磁気検出素子を切り替えつつ、前記被検出体に流れる電流を検出する
    ことを特徴とする電流検出方法。

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