JP2016161276A - 電流センサ回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】
従来の記憶した補正データを元に環境温度変化に対するセンサ感度、オフセットの補正を行う場合、補正データ取得のための追加工程が必要であった。
【解決手段】
電流センサの環境温度変化に対する出力を検査する検査装置で通常の検査を行うだけで自動的に環境温度に対する感度、オフセット設定データを記憶し、電流センサはその補設定データを元に環境温度変化でも安定した出力をだす電流センサを供給することができる。
【選択図】 図１
従来の記憶した補正データを元に環境温度変化に対するセンサ感度、オフセットの補正を行う場合、補正データ取得のための追加工程が必要であった。
【解決手段】
電流センサの環境温度変化に対する出力を検査する検査装置で通常の検査を行うだけで自動的に環境温度に対する感度、オフセット設定データを記憶し、電流センサはその補設定データを元に環境温度変化でも安定した出力をだす電流センサを供給することができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は既存の検査設備を変更することなく電流センサ回路の出力に係る感度、オフセット設定値を環境温度に対し自動取得記憶し、環境温度に対する感度設定、オフセット設定を自動設定することができる電流センサの提供を可能とする電流センサ回路に関する。
従来の電流センサを含むセンサ回路の環境温度変化による出力変動を補正する方法は特開２０００−２１４０２９公報の圧力センサでの実施例に見られるように、ＥＥＰＲＯＭに記録された補正データを元に環境温度変化によるセンサ出力の補正を行っている。
上記の発明では、環境温度変化に伴うセンサ回路出力変動をＥＥＰＲＯＭに記録したデータでセンサ感度、及びオフセット補正を行っている、しかし、上記発明でのＣＰＵで構成されるコントローラー回路は補正データを取得するタイミングを得る機能を持たない為、コントロール回路は自らセンサからの出力を読み込み、補正データを求めＥＥＰＲＯＭへ記録することはできない。よって、各環境温度でのセンサからの出力を読み込み、読み込んだ値で補正値を求めＥＥＰＲＯＭへ記録する検査装置、工程を追加する必要があり、製造費用の上昇は避けられないという実用上の問題があった。
上記の課題を解決するために請求項１記載の発明の電流センサ回路は、計測電流で発生する磁束を検出するホールセンサとホールセンサ出力を増幅する増幅回路と、ホールセンサを駆動しホールセンサの感度を決定する定電流回路と、増幅回路出力のオフセットを決定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路と、定電流回路の電流値を設定し電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路と、環境温度を検出する感温回路を備え、増幅回路出力のオフセットを設定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路、及び、電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路へ設定データを出力するＣＰＵを備え、ＣＰＵは外部にＡ／Ｄコンバータが接続されていると判断すると、環境温度データの取得、環境温度に対して電流センサ出力及びオフセット出力が所定の値となるよう、外部に取り付けられたＡ／Ｄコンバータの出力データを読みこみながら、感度決定用Ｄ／Ａ回路、オフセット設定Ｄ／Ａ回路をコントロールし、電流センサの感度、オフセットを自動校正し、得られた、環境温度データ、感度設定データ、オフセット設定データをＣＰＵ内部のＥＥＰＲＯＭへ記録する設定データ取得機能を持つ為、既存の計測電流を流し電流センサの感度、オフセットの温度特性を最終確認する検査装置、検査工程を用いて環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを自動取得、記憶、検査することが可能となり、製造費用、工数の上昇を避け個々の部品の環境温度特性ばらつきを補正することを可能とした精度の高い電流センサを供給することが可能となる。
請求項２記載の発明の電流センサ回路は、計測電流で発生する磁束を検出するホールセンサとホールセンサ出力を増幅する増幅回路と、ホールセンサを駆動しホールセンサの感度を決定する定電流回路と、増幅回路出力のオフセットを決定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路と、定電流回路の電流値を設定し電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路と、環境温度を検出する感温回路を備え、増幅回路出力のオフセットを設定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路、及び、電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路へ設定データを出力するＣＰＵを備え、ＣＰＵは外部にＡ／Ｄコンバータが接続されていると判断すると感度設定データ、オフセット設定データ取得機能を実行し、検査装置から電流センサが計測電流が流されているかどうかをＡ／Ｄコンバータの出力を読み込み、感度に係るホールセンサに流す定電流値である感度設定データを取得するタイミングであるか、オフセットの設定データを取得するタイミングであるかをＣＰＵは自動的に判断することができ、特別に既存の検査装置との信号のやり取りは必要なくなり既存の設備を使用することが可能となる。
本発明によれば、既存の検査設備、工程を用いて精度の高い電流センサを供給することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明での電流センサは計測電流で発生する磁束を磁気検出素子であるホールセンサで検出、増幅を行い計測電流に比例した電圧を出力する磁気比例式電流センサを示す。
図１は本発明の電流センサ回路を示す図である。ホールセンサ１の感度はホールセンサ１に流れる電流で変化し、ホールルセンサ１に流れる電流値で電流センサの感度が決定される。ホールセンサ１の感度は環境温度変化に対し最大−６００ｐｐｍの感度変化を持つ為、電流センサの精度を上げるためには環境温度に対しホールセンサ１に流れる電流を環境温度に対応した感度に感度設定Ｄ／Ａの出力電圧でコントロールし、環境温度変化に対し電流センサの感度を一定に保つ必要がある。
また、電流センサへ供給する電圧が５Ｖであった場合、計測電流が０Ａの時オフセット設定Ｄ／Ａ４の出力電圧で増幅回路２の出力電圧は２．５Ｖに設定される。この電圧をオフセット電圧と本発明では定義する。ホールセンサ１及び増幅回路２は環境温度変化に対し出力電圧が変動する為、固定のオフセット設定では環境温度変化に伴いオフセット電圧が変動してしまう。そこで、環境温度に対応したオフセット設定Ｄ／Ａ４の出力電圧でコントロールし、計測電流が０の場合の出力電圧を環境温度が変化した場合でも２．５Ｖに保つ必要がある。
また、電流センサへ供給する電圧が５Ｖであった場合、計測電流が０Ａの時オフセット設定Ｄ／Ａ４の出力電圧で増幅回路２の出力電圧は２．５Ｖに設定される。この電圧をオフセット電圧と本発明では定義する。ホールセンサ１及び増幅回路２は環境温度変化に対し出力電圧が変動する為、固定のオフセット設定では環境温度変化に伴いオフセット電圧が変動してしまう。そこで、環境温度に対応したオフセット設定Ｄ／Ａ４の出力電圧でコントロールし、計測電流が０の場合の出力電圧を環境温度が変化した場合でも２．５Ｖに保つ必要がある。
図１に於いて、ＣＰＵと温度検出回路６、オフセット設定Ｄ／Ａ４、感度設定Ｄ／Ａ５、電流センサ回路に接続したＡ／Ｄ８はシリアルインターフェイスで接続し、個々はアドレスで識別される。
まず感度設定データ、オフセット設定データを取得するため、電流センサを電流センサ出力の温度特性を検査可能な既存の検査装置にセットする。既存の電流センサであれば電流センサへの供給電源と電流センサの出力を読み込むための接続だけであるが、本発明の場合、電流センサ出力をＡ／Ｄコンバータ８の入力へ追加接続、電流センサ内ＣＰＵ７とシリＡ／Ｄコンバータ８とシリアルインターフェイスで追加接続する。
以下図２のフローチャートを基にＣＰＵ７の動作を説明する。検査装置へセットされた電流センサへ電源を投入する。電源投入直後ＣＰＵ７は電流センサ外部にＡ／Ｄコンバータ８が接続されているかどうか確認する。確認方法は、例えば、ＣＰＵ７はＡ／Ｄコンバータ８に対しＡ／Ｄ変換条件設定データを送出し、Ａ／Ｄコンバータ８からＡ／Ｄ変換条件設定データが返送されればＡ／Ｄコンバータ８が接続されていると判断し、設定データ取得モードへと入る。
設定データ取得モードについて電流センサの仕様が計測電流±３００Ａ、０Ａ時の出力電圧が２．５Ｖ、＋３００Ａでの出力電圧が４．５Ｖの場合を例に図２フローチャートを基に説明する。
設定データ取得モードについて電流センサの仕様が計測電流±３００Ａ、０Ａ時の出力電圧が２．５Ｖ、＋３００Ａでの出力電圧が４．５Ｖの場合を例に図２フローチャートを基に説明する。
設定データ取得モードに入るとＣＰＵ７はＡ／Ｄコンバータ８を介し増幅回路２の出力電圧を読み込み続ける。出力電圧が大きく変化したことをＣＰＵ７が確認すると、検査装置から計測電流３００Ａが流されたと判断１４で判断し、ＣＰＵ７は感度データ取得処理１５を実行する。感度データ取得処理１５は感度設定Ｄ／Ａコンバータ５への出力データを変化させながらＡ／Ｄコンバータ８を介し増幅回路２の出力電圧を読み込み、増幅回路２からの出力電圧が４．５Ｖにもっとも近くなる電圧となるまで繰り返す。
この処理が終了すると判断１６で増幅回路２の出力電圧をＡ／Ｄ７を介しで読み込みながら増幅回路２の出力電圧が４．５Ｖから２．５Ｖ近辺へと大きく低下するまで待つ。増幅回路２の出力電圧が大きく低下した場合、検査装置が計測電流を３００Ａから０Ａに落としたと判断し、オフセット設定データ取得処理１７を実行する。
オフセット設定データ取得処理１７は感度設定データ取得処理と同等の処理を行い、増幅回路２の出力電圧が２．５Ｖにもっとも近くなるよう、オフセットＤ／Ａコンバータ４への出力データを変化させる。
オフセットデータ取得処理１７が終了すると温度検出回路６から環境温度データを読み込む環境温度データ取得処理１８を実行する。
環境温度データを取得後、環境温度データ、感度データ取得処理１５で得られた増幅回路２の出力電圧が４．５Ｖにもっとも近くなった時の感度設定Ｄ／Ａコンバータ５への出力データ、オフセット設定データ取得処理１８で得られた増幅回路２の出力電圧が２．５Ｖにもっとも近くなった時のオフセット設定Ｄ／Ａコンバータ４への出力データをＣＰＵ内臓のＥＥＰＲＯＭへ記憶する。
検査装置はあらかじめ設定した環境温度、例えば、−４０℃、−２０℃、０℃、２０℃、４０℃、６０℃、８０℃に達したタイミングで検査装置が計測電流３００Ａを流し、電流センサ内臓のＣＰＵ７が感度設定データ取得に十分な時間を待った後、検査装置が計測電流を０Ａにすれば、自動的に電流センサは環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを自動的に取得記憶する。ＣＰＵ７は設定された環境温度での設定データ取得を終了したと判断すると電流計測モードへ移行する。
電流計測モードに入るとＣＰＵ７は処理１１で環境温度データを取得する。処理１２では取得した環境温度データがＥＥＰＲＯＭへ記憶した−４０℃、−２０℃、０℃、２０℃、４０℃、６０℃、８０℃のうちどの温度の間のデータであるか判断し取得した環境温度での感度設定データ、オフセット設定データを演算処理し求める。取得した環境温度データが仮に５０℃であれば４０℃の時に取得記憶した感度設定Ｄ／ＡコンバータデータをＶＨ４０、オフセット設定Ｄ／ＡコンバータデータをＶ０４０、６０℃の時に取得記憶した感度設定Ｄ／ＡコンバータデータをＶＨ６０、オフセット設定Ｄ／ＡデータをＶ０６０とした場合、
ΔＶＨ＝（ＶＨ６０−ＶＨ４０）／（６０−４０） ――――（１）
ΔＶ０＝（Ｖ０６０−Ｖ０４０）／（６０−４０） ――――（２）
５０℃Ｃにおける感度設定Ｄ／ＡデータをＶＨ５０とすれは
ＶＨ５０＝ＶＨ４０＋ΔＶＨ×（５０−４０） ――――（３）
５０℃におけるオフセット設定Ｄ／ＡデータをＶ０５０とすれば
Ｖ０５０＝Ｖ０４０＋ΔＶ０×（５０−４０） ――――（４）
（１）（２）（３）（４）式より５０℃での感度設定Ｄ／ＡコンバータデータＶＨ５０、オフセット設定Ｄ／ＡコンバータデータＶ０５０を演算し求める。
ΔＶＨ＝（ＶＨ６０−ＶＨ４０）／（６０−４０） ――――（１）
ΔＶ０＝（Ｖ０６０−Ｖ０４０）／（６０−４０） ――――（２）
５０℃Ｃにおける感度設定Ｄ／ＡデータをＶＨ５０とすれは
ＶＨ５０＝ＶＨ４０＋ΔＶＨ×（５０−４０） ――――（３）
５０℃におけるオフセット設定Ｄ／ＡデータをＶ０５０とすれば
Ｖ０５０＝Ｖ０４０＋ΔＶ０×（５０−４０） ――――（４）
（１）（２）（３）（４）式より５０℃での感度設定Ｄ／ＡコンバータデータＶＨ５０、オフセット設定Ｄ／ＡコンバータデータＶ０５０を演算し求める。
ＣＰＵ７は処理１３に於いて処理１２で求めたＶＨ５０、Ｖ０５０を感度設定Ｄ／Ａコンバータ５、オフセット設定Ｄ／Ａコンバータ４へ出力する。ＣＰＵ７は引き続き処理１１、処理１２、処理１３を電流センサへ供給される電源が遮断されるまで繰り返す。
本発明の電流センサは電源供給時Ａ／Ｄコンバータ８が接続されていないと判断した場合、電流計測モードに入り処理１１、処理１２、処理１３を繰り返し、結果環境温度変化に対し特性変動の少ない高精度の電流センサとなる。
本発明によれば、特別な製造工程を必要としないで、説明例では―４０℃〜８０℃の範囲での環境温度変化に伴う電流センサ特性変動をなくした高精度の電流センサを供給できるようになる。
１ ホールセンサ
２ 増幅回路
３ 定電流回路
４ オフセット設定Ｄ／Ａコンバータ
５ 感度設定Ｄ／Ａコンバータ
６ 環境温度検出回路
７ ＣＰＵ
８ 増幅回路２の出力をＡ／Ｄ変換し、変換データをＣＰＵへ送るＡ／Ｄコンバータ
１０ 外部へＡ／Ｄコンバータが接続されているかどうか判断する処理。
１１ 環境温度計測処理
１２ ＥＥＰＲＯＭに記憶されたデータより読み込んだ環境温度に対する感度設定Ｄ／Ａデータ，オフセット設定Ｄ／Ａデータを求める処理。
１３ 処理１２で求めた感度設定Ｄ／Ａデータ、オフセット設定Ｄ／Ａデータを各Ｄ／Ａコンバータへ出力する。
１４ 計測電流が流れたかどうか判断する処理
１５ 計測電流に対して設定感度となる感度設定Ｄ／Ａコンバータの値を求める処理。
１６ 計測電流が０になったかどうかを判断する処理。
１７ オフセット電圧が設定電圧となるオフセット設定Ｄ／Ａコンバータの値を求める処理。
１８ 環境温度データを計測する処理
１９ 処理１５，１６，１７，１８で求めた各データをＥＥＰＲＯＭへ書き込む処理。
２０ 設定環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを取得したかどうかの判断処理。
２ 増幅回路
３ 定電流回路
４ オフセット設定Ｄ／Ａコンバータ
５ 感度設定Ｄ／Ａコンバータ
６ 環境温度検出回路
７ ＣＰＵ
８ 増幅回路２の出力をＡ／Ｄ変換し、変換データをＣＰＵへ送るＡ／Ｄコンバータ
１０ 外部へＡ／Ｄコンバータが接続されているかどうか判断する処理。
１１ 環境温度計測処理
１２ ＥＥＰＲＯＭに記憶されたデータより読み込んだ環境温度に対する感度設定Ｄ／Ａデータ，オフセット設定Ｄ／Ａデータを求める処理。
１３ 処理１２で求めた感度設定Ｄ／Ａデータ、オフセット設定Ｄ／Ａデータを各Ｄ／Ａコンバータへ出力する。
１４ 計測電流が流れたかどうか判断する処理
１５ 計測電流に対して設定感度となる感度設定Ｄ／Ａコンバータの値を求める処理。
１６ 計測電流が０になったかどうかを判断する処理。
１７ オフセット電圧が設定電圧となるオフセット設定Ｄ／Ａコンバータの値を求める処理。
１８ 環境温度データを計測する処理
１９ 処理１５，１６，１７，１８で求めた各データをＥＥＰＲＯＭへ書き込む処理。
２０ 設定環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを取得したかどうかの判断処理。
Claims (2)
- 計測電流で発生する磁束を検出するホールセンサとホールセンサ出力を増幅する増幅回路と、ホールセンサを駆動しホールセンサの感度を決定する定電流回路と、増幅回路出力のオフセットを決定するオフセット設定Ｄ／Ａ変換回路と、定電流回路の電流値を設定し電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ変換回路と、環境温度を検出する感温回路を備え、増幅回路出力のオフセットを設定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路、及び、電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路へ設定データを出力するＣＰＵを備え、ＣＰＵは環境温度データの取得、環境温度に対して電流センサの感度及びオフセット出力が所定の値となるよう感度設定用Ｄ／Ａ変換回路、オフセットを設定するオフセット設定Ｄ／Ａ変換回路をコントロールし、電流センサの感度、オフセットを自動測定し、得られた、環境温度データ、感度設定データ、オフセット設定データをＣＰＵ内部のＥＥＰＲＯＭへ記録する設定データ取得機能と、環境温度を検出しながら環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを各Ｄ／Ａ回路へ出力する機能を持ち、電源投入時ＣＰＵは電流センサ外部にＡ／Ｄコンバータが接続されているかどうかを検出し、その二つの機能のうちどちらを選択するかを判断実行する電流センサ回路。
- 計測電流で発生する磁束を検出するホールセンサとホールセンサ出力を増幅する増幅回路と、ホールセンサを駆動しホールセンサの感度を決定する定電流回路と、増幅回路出力のオフセットを決定するオフセット設定Ｄ／Ａ変換回路と、定電流回路の電流値を設定し電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ変換回路と、環境温度を検出する感温回路を備え、増幅回路出力のオフセットを設定するオフセット設定Ｄ／Ａ回路、及び、電流センサの感度を設定する感度設定Ｄ／Ａ回路へ設定データを出力するＣＰＵを備え、ＣＰＵは環境温度データの取得、環境温度に対して電流センサの感度及びオフセット出力が所定の値となるよう感度設定用Ｄ／Ａ変換回路、オフセットを設定Ｄ／Ａ変換回路をコントロールし、電流センサの感度、オフセットを自動測定し、得られた、環境温度データ、感度設定データ、オフセット設定データをＣＰＵ内部のＥＥＰＲＯＭへ記録する設定データ取得機能と、環境温度を検出しながら環境温度に対する感度設定データ、オフセット設定データを各Ｄ／Ａ回路へ出力する機能を持ち、設定データ取得機能が選択されたとき、ＣＰＵは感度設定データを取得するか、オフセット設定データを取得するかどうかの判断を電流センサが目的とする計測電流が流れているか流れていないかによって行う電流センサ回路。
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-
2015
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| A02 | Decision of refusal |
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