JP2018040763A - 電流センサ及び感度調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流センサにおいて、コイル等の磁気発生部自体の構造を変更することなく、組み付け精度による測定値への影響を軽減する。
【解決手段】被測定電流を測定する電流センサであって、被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、磁場を磁気センサに与える磁気発生部と、磁気センサの位置において磁気発生部から生じる磁場が被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、磁気センサの出力に応じた信号を磁気発生部に出力するフィードバック部と、磁気センサ、磁気発生部、及び、フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、電流センサの感度を調整する調整部と、を備える電流センサを提供する。
【選択図】図1
【解決手段】被測定電流を測定する電流センサであって、被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、磁場を磁気センサに与える磁気発生部と、磁気センサの位置において磁気発生部から生じる磁場が被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、磁気センサの出力に応じた信号を磁気発生部に出力するフィードバック部と、磁気センサ、磁気発生部、及び、フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、電流センサの感度を調整する調整部と、を備える電流センサを提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電流センサ及び感度調整方法に関する。
従来から、磁気平衡式電流センサが知られている。磁気平衡式電流センサは、被測定電流が作った磁場を打ち消すように、コイルにフィードバック電流を流してキャンセル用の磁場を発生させる。磁場が打ち消されて0となる場合においてコイルに流れるフィードバック電流が、電圧変換されて出力される。
被測定電流が同じであっても、磁気センサ、被測定電流が流れる導体、及びコイルの各部材の位置関係によっては、キャンセル用の磁場を発生させるためのフィードバック電流が異なる。したがって、各部材を実装するときの組み付け精度によって、電流の測定精度が影響を受ける。
組み付け精度による電流の測定精度への影響を軽減するために、コイルの巻数を切り換える電流センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、コイルを磁気コアのほぼ全周に形成することによって、導体の位置に起因する測定誤差を少なくする電流センサが知られている(例えば、特許文献2)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2011−232189号公報
[特許文献2] 特開2016−33505号公報
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2011−232189号公報
[特許文献2] 特開2016−33505号公報
電流センサにおいて、コイル等の磁気発生部自体の構造を変更することなく、組み付け精度による測定値への影響を軽減することができることが好ましい。
本発明の第1の態様においては、被測定電流を測定する電流センサであって、被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、磁場を磁気センサに与える磁気発生部と、磁気センサの位置において磁気発生部から生じる磁場が被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、磁気センサの出力に応じた信号を磁気発生部に出力するフィードバック部と、磁気センサ、磁気発生部、及び、フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、電流センサの感度を調整する調整部と、を備える電流センサを提供する。
本発明の第2の態様においては、被測定電流を測定する電流センサの感度調整方法であって、電流センサは、被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、磁場を磁気センサに与える磁気発生部と、磁気センサの位置において磁気発生部から生じる磁場が被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、磁気センサの出力に応じた信号を磁気発生部に出力するフィードバック部と、磁気センサ、磁気発生部、及び、フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、電流センサの感度を調整する調整部と、を備え、感度調整方法は、調整部によって、電流センサの感度を調整する調整ステップを備える、感度調整方法を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。電流センサ100は、磁気平衡式電流センサであり、被測定電流Ipを測定する。電流センサ100は、磁気センサ10、フィードバック部20、磁気発生部30、及び調整部40を備える。本例の電流センサ100は、被測定電流Ipが流れる導体2を備える。導体2は、一次導体であってよい。但し、本例と異なり、電流センサ100自体が、必ずしも導体2を備えていなくてよい。この場合、電流センサ100が外部の導体を流れる被測定電流Ipを測定する。
図1は、第1実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。電流センサ100は、磁気平衡式電流センサであり、被測定電流Ipを測定する。電流センサ100は、磁気センサ10、フィードバック部20、磁気発生部30、及び調整部40を備える。本例の電流センサ100は、被測定電流Ipが流れる導体2を備える。導体2は、一次導体であってよい。但し、本例と異なり、電流センサ100自体が、必ずしも導体2を備えていなくてよい。この場合、電流センサ100が外部の導体を流れる被測定電流Ipを測定する。
磁気センサ10は、被測定電流Ipから生じた磁場Bpを測定する。磁気発生部30は、磁場Bpを打ち消すためのキャンセル磁場Bfを磁気センサ10に与える。したがって、磁気センサ10は、被測定電流Ipから生じた磁場Bpと磁気発生部30から生じたキャンセル磁場Bfとの合成磁場を測定する。本例において、磁気発生部30は、コイルを有する。本例のフィードバック部20は、磁気センサ10の位置において、磁気発生部30から生じる磁場Bfが、被測定電流Ipから生じた磁場Bpを打ち消すように、磁気センサ10の出力に応じた信号を磁気発生部30に出力する。
本例では、磁気センサ10の出力Viに応じた信号として、フィードバック電流Ifが磁気発生部30に流れる。フィードバック電流Ifは、キャンセル電流とも呼ばれる。フィードバック電流Ifが大きくなるほど、磁気発生部30によって生じるキャンセル磁場Bfは大きくなる。したがって、被測定電流Ipが大きくなると、被測定電流Ipから生じた磁場Bpが大きくなり、この磁場Bpを打ち消すためのキャンセル磁場Bfも大きくなるため、フィードバック電流Ifが大きくなる。フィードバック部20は、磁気センサ10の出力を増幅して磁気発生部30に出力する信号増幅回路であってよい。フィードバック部20の増幅率Gは、適宜に定められてよい。
磁気センサ10、フィードバック部20、及び磁気発生部30は、フィードバックループ4を形成する。磁気センサ10の出力端12は、フィードバック部20の入力端に電気的に接続される。フィードバック部20の出力端22は、磁気発生部30の一端部32に電気的に接続される。フィードバック部20の出力端22から磁気発生部30にフィードバック電流Ifが流れることによって、キャンセル磁場Bfが生じる。これにより、磁気発生部30と磁気センサ10とが磁気的に結合される。
磁気発生部30の他端部34には、出力抵抗Roの一端部が接続されてよい。出力抵抗Roの他端部は、GND端子に接続されてよい。出力抵抗Roは、フィードバック電流Ifを制限するとともに、電流を電圧に変換するための電圧変換部としても機能する。出力抵抗Roは、フィードバック抵抗とも呼ばれる。出力抵抗Roは、温度特性及び抵抗値の絶対値が比較的高精度であるディスクリート抵抗(単体抵抗素子)であってよく、外付け抵抗部品であってよい。
調整部40は、電流センサ100の感度を調整する。調整部40は、フィードバックループ4の外に設けられる。本明細書において「フィードバックループ4の外」とは、磁気センサ10の出力端12から磁気発生部30の他端部34に至る電気的な経路の一部を形成していないことを意味する。また、「フィードバックループ4の外」は、調整部40の動作または出力が、フィードバックループ4内に帰還していないことを意味してよい。
本例では、調整部40は、フィードバック部20からの入力V1を増幅して出力V2を出力する増幅部42を有する。増幅部42は、入力V1を増幅するときの増幅率Gvを設定可能である。増幅部42は、フィードバックループ4の外に配置される。増幅部42の入力端は、フィードバックループ4の一部に接続されているが、増幅部42の出力端は、フィードバックループ4の一部に接続されていない。それゆえ、増幅部42は、磁気センサ10の出力端12から磁気発生部30の他端部34に至る電気的な経路の一部を形成していない。増幅部42の動作または出力は、フィードバックループ4内に帰還しておらず、フィードバックループ4に影響しない。
図2は、第1実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。電流センサ100は、磁気センサ10としてホール素子11を備える。ホール素子11の駆動方式は、定電流駆動であってもよく、定電圧駆動であってもよい。図2は、一例として、ホール素子11が定電流駆動される場合を示す。本例の電流源50は、ホール素子11に駆動電流Ihを供給する。ホール素子11は、検出された磁場に応じた検出信号を出力する。本例では、ホール素子11の出力端12a及び12b間の電圧Viが検出信号として、フィードバック部20に入力される。ホール素子11が定電圧駆動される場合も、ホール素子11は、検出された磁場に応じた検出信号をフィードバック部20に入力する。
フィードバック部20は、磁気センサ10からの検出信号である電圧Viを増幅率Gで増幅して出力信号として電圧V1を生成する。フィードバック部20は、生成した電圧V1を出力する。フィードバック部20の出力端22からフィードバック電流Ifが磁気発生部30であるコイルに流れる。コイルに流れるフィードバック電流Ifは、フィードバック部20の出力端22の電圧V1と、磁気発生部30に接続される出力抵抗Roとに依存する。
本例では、フィードバックループ4の外に配置される増幅部42は、出力部43及び記憶部44を有する。記憶部44は、増幅部42における増幅率Gvについての情報を書き込み可能である。出力部43は、磁気センサ10の出力に応じた信号V1を、記憶部44に書き込まれた情報に対応する増幅率Gvで増幅して出力する。増幅率Gvについての情報は、増幅率Gv自体であってもよく、増幅率Gvを決定するための情報であってよい。増幅率Gvについての情報は、増幅率Gvを決定する抵抗値または複数の抵抗間の抵抗比であってよい。
調整部40としての増幅部42が存在しない場合には、電流センサ100の出力は、出力V1となる。出力V1は、以下のとおりに算出される。但し、ホール感度をSとし、導体2の電磁変換係数をαとし、磁気発生部30(フィードバック用のコイル等)の電磁変換係数をβとし、フィードバック部20の増幅率をGとし、フィードバック部20に入力される電圧をViとし、出力抵抗をRoとし、被測定電流をIpとし、導体2に流れる被測定電流Ipによって生成された磁気センサ10の位置での磁場をBpとし、磁気発生部30に流れるフィードバック電流Ifによって生成された磁気センサ10の位置での磁場をBfとし、ホール駆動電流をIhとする。
磁気平衡式の電流センサ100によれば、被測定電流Ipに比例した電圧V1が得られる。さらに、電圧V1は、ホール素子11のホール感度Sに依存しないので、高精度な電流センサ性能が得られる。ここで、出力電圧V1を被測定電流の値Ipで除算した(α/β)・Roが、増幅部42が存在しない場合の電流センサ100の感度となる。同じ被測定電流Ipであっても、導体2とホール素子11との距離d1が短ければ、ホール素子11の位置におけるBpが大きくなる。すなわち、導体2と磁気センサ10(ホール素子11)との距離d1が短くなると、電磁変換係数αが大きくなる。したがって、増幅部42が存在しない場合の電流センサ100の感度は高くなる。
一方、磁気発生部30と磁気センサ10との距離d2が短くなると、電磁変換係数βが大きくなり、増幅部42が存在しない場合の電流センサ100の感度は低くなる。したがって、調整部40としての増幅部42が存在しない場合における電流センサ100の出力V1は、電磁変換係数α及び電磁変換係数βに影響を受ける。ここで、導体2と磁気センサ10との位置関係が電磁変換係数αを決定し、磁気発生部30と磁気センサ10との位置関係が電磁変換係数βを決定する。したがって、導体2と磁気センサ10との位置関係、及び磁気発生部30と磁気センサ10との位置関係に誤差が生じた場合、電流センサ100の感度が変動する。
フォトパターニング技術で、フィードバックコイル等のコイルである磁気発生部30、ホール素子11、及び導体2を積層する方式の電流センサ100の場合には、位置決め精度は比較的高い。一方、電流センサ100が、ハイブリッド型電流センサの場合には、磁気発生部30、ホール素子11、及び導体2を別個に基板上に貼り付けて金属配線に連結して一体として機能するよう構成する。したがって、その組み立て工程上、各部品の位置誤差が生じやすい。
本例の電流センサ100は、調整部40としての増幅部42を有する。そして、増幅部42の出力V2を電流センサ100の出力端子OUTに出力する。この結果、増幅部42の増幅率をGvとすると、本例の電流センサ100の出力V2は、以下の数式11で与えられる。
したがって、本例の電流センサ100において、出力電圧V2を被測定電流の値Ipで除算したGv・(α/β)・Roが電流センサ100の感度となる。
本例の電流センサ100によれば、増幅部42の増幅率Gvを調整することによって、磁気センサ10と導体2との位置関係の誤差、及び磁気センサ10と磁気発生部30との位置関係の誤差による出力への影響を補償することができる。特に、本例の電流センサ100がハイブリッド型電流センサである場合において、各部品の位置関係が製品個体ごとに異なる場合であっても、増幅部42の増幅率Gvを調整することによって、個体ごとの組み付け精度によらずに、電流センサ100の感度のバラツキを予め定められた範囲内に収めることが可能となる。
増幅部42は、変換係数α及び変換係数βの変動を補償するように増幅率Gvを調整する。一例において、導体2と、磁気センサ10としてのホール素子11との間の位置関係に少なくとも部分的に基づいた増幅率Gvを設定する。増幅部42は、一例において、コイル等の磁気発生部30と、ホール素子11との位置関係に少なくとも部分的に基づいた増幅率Gvを設定する。増幅部42は、導体2とホール素子11との間の位置関係、及び磁気発生部30とホール素子11との間の位置関係の双方に基づいた増幅率Gvを設定してもよい。増幅部42は、磁気センサ10、導体2、及び磁気発生部30を実装するときの組み付け精度よる出力V1への影響を低減して、出力V2を生成する。
例えば、記憶部44は、出荷テスト工程において、電流センサ100の個体ごとに最適な増幅率Gvについての情報を記憶する。この場合、電流センサ100の個体差が解消される。本例の電流センサ100は、実動作時において、適用する増幅率Gvについての情報を記憶部44から読み出す。出力部43は、記憶部44から読み出された情報に対応する増幅率Gvで信号を増幅して出力する。これにより、本例の電流センサ100は、特にコイル等の磁気発生部30に特別な構成を採用することなく、部品の組み付け精度による測定値への影響を軽減することができる。
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。本例の電流センサ100は、増幅部42を除いて、図2の第1実施形態の電流センサ100と同様の構造を有する。本例の増幅部42も、出力部43及び記憶部44を有する。出力部43は、例えばオペアンプ等の増幅器であってよい。本例において、出力部43には、第1抵抗部45及び第2抵抗部46が接続されている。第1抵抗部45及び第2抵抗部46は、可変抵抗であってよい。出力部43の増幅率Gvは、第1抵抗部45と第2抵抗部46との抵抗比で決定される。
図3は、第2実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。本例の電流センサ100は、増幅部42を除いて、図2の第1実施形態の電流センサ100と同様の構造を有する。本例の増幅部42も、出力部43及び記憶部44を有する。出力部43は、例えばオペアンプ等の増幅器であってよい。本例において、出力部43には、第1抵抗部45及び第2抵抗部46が接続されている。第1抵抗部45及び第2抵抗部46は、可変抵抗であってよい。出力部43の増幅率Gvは、第1抵抗部45と第2抵抗部46との抵抗比で決定される。
本例では、出力部43の出力端子である端子47と出力部43の第1入力端子(負極端子)である端子48との間に、第1抵抗部45が接続されている。本例では、端子48とグランド端子GNDとの間に第2抵抗部46が接続されている。図3においては、出力部43が、非反転増幅回路である場合が示されている。但し、本例の出力部43は、この場合に限られず、複数の抵抗の抵抗比で増幅率Gvが決定される増幅器であればよい。
本例の電流センサ100によれば、抵抗値の絶対値ではなく、抵抗比によって増幅率Gvが決定される。したがって、抵抗値の絶対値における誤差、及び抵抗値の温度変化による増幅率Gvの変動を軽減することができる。第1抵抗部45及び第2抵抗部46は、それぞれ複数の抵抗素子を有してよい。複数の抵抗素子から少なくとも一つの抵抗素子が選択してトリミングすることにより、第1抵抗部45及び第2抵抗部46の抵抗比を変更してよい。
図4は、第2実施形態の電流センサ100における抵抗素子49を選択する選択部51の一例を示す。図4は、第1抵抗部45における選択部51を示しているが、第1抵抗部45に代えて、あるいは第1抵抗部45と共に、第2抵抗部46が図4に示される選択部51を有してもよい。増幅部42は、端子47と端子48の間に、直列に接続された複数の抵抗素子49(49‐1、49‐2、及び49‐3)を含む。なお、複数の抵抗素子49が含まれる数は、3つの場合に限れず、2つでもよく、4つ以上であってもよい。抵抗素子49の数が多くなるほど、第1抵抗部45の抵抗を細かく調整できる。
増幅部42は、選択部51を備える。選択部51は、記憶部44内に書き込まれた情報に基づいて、複数の抵抗素子49から、少なくとも一つの抵抗素子49を選択する。選択部51は、トリミング回路であってよい。出力部43は、選択された抵抗素子49に関係づけられた増幅率Gvにより、磁気センサ10の出力に応じた信号を増幅する。
選択部51は、スイッチ部56(56−1、56−2、及び56−3)、トリミング回路本体54(54−1、54−2、及び54−3)、及び制御部52を含んでよい。スイッチ部56−1、56−2、及び56−3は、複数の抵抗素子49‐1、49‐2、及び49‐3にそれぞれ並列に接続される。トリミング回路本体54−1、54−2、及び54−3は、内部にヒューズ抵抗が組み込まれてよい。トリミング回路本体54−1、54−2、及び54−3は、ヒューズ抵抗の切断の有無に応じて、スイッチ部56−1、56−2、及び56−3をオンまたはオフさせる。
制御部52は、記憶部44内に書き込まれた情報に基づいて、複数のトリミング回路本体54のうちから、一部のトリミング回路本体54内のヒューズ抵抗を選択的に切断する。これにより、一部のスイッチ部56がオンまたはオフされる。すなわち、両端がスイッチ部56によって短絡される抵抗素子49が選択される。両端が短絡される抵抗素子49の数によって端子47と端子48との間の内部抵抗が調整される。選択部51は、図4に示される場合に限られず、第1抵抗部45及び第2抵抗部46をトリミングできるものであればよい。
本例の電流センサ100は、記憶部44内に書き込まれた情報に基づいて選択部51が複数の抵抗素子49から抵抗素子49を選択する場合に限れない。調整者が、手動で、複数の抵抗素子49の中から、端子47と端子48との間に接続される抵抗素子49を選択してもよい。
[第3実施形態]
図5は、第3実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。本例の電流センサ100は、調整部40が、磁気発生部30の他端部34と出力抵抗Roの一端部との接続点に、接続されている。本例の他の構造は、図1から図4に示した第1実施形態及び第2実施形態の電流センサ100と同様である。
図5は、第3実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。本例の電流センサ100は、調整部40が、磁気発生部30の他端部34と出力抵抗Roの一端部との接続点に、接続されている。本例の他の構造は、図1から図4に示した第1実施形態及び第2実施形態の電流センサ100と同様である。
本例においても、調整部40は、フィードバックループ4の外に設けられている。フィードバック電流Ifは、出力抵抗Roによって、電圧V1=IfRoに変換される。調整部40は、増幅部42の増幅率Gvを調整することによって、磁気センサ10と導体2との位置関係の誤差、及び磁気センサ10と磁気発生部30との位置関係の誤差による出力への影響を低減することができる。
図6は、増幅率Gvを調整することによる電流センサ100の感度調整方法の一例を示す。電流センサ100は、第1から第3実施形態において説明した電流センサ100であってよい。
感度調整方法は、磁気センサ10、導体2、磁気発生部30、及びフィードバック部20等の部品をチップ又は基板に実装した後に(ステップS110)、調整ステップを実行することができる。感度調整方法は、調整部40によって、電流センサ100の感度であるGv・(α/β)・Roを調整する調整ステップ(ステップS120からステップS150)を備える。具体的には、調整ステップは、増幅部42の増幅率Gvを調整することで、電流センサ100の感度を調整する。
以上のように、本例の感度調整方法によれば、各部品を実装した後に、増幅部42の増幅率Gvを調整することによって電流センサ100の感度が調整される。したがって、各部品の位置関係の影響を考慮した増幅率Gvを設定することができる。具体的には、被測定電流が流れる導体2と磁気センサ10との個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた増幅率Gvを設定することができる。同様に、磁気発生部30と磁気センサ10との個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた増幅率Gvを設定することができる。
具体的な調整において、電流センサ100は、導体2に基準電流を流す(ステップS120)。基準電流は、予め定められた電流値であってよい。電流センサ100は、被測定電流として基準電流を測定する。電流センサ100の増幅部42は、基準電流に対応した基準出力を出力する(ステップS130)。電流センサ100は、基準出力に応じて増幅部42の増幅率Gvについての情報を記録する(ステップS140)。このように、感度調整方法は、出力ステップS130と記録ステップS140とを有してよい。
電流センサ100は、基準出力が設定範囲内に収まっているかを判断してよい。設定範囲は、基準電流に対応した基準出力の理想的な範囲として予め定められた範囲である。導体2と磁気センサ10との個体ごとの位置関係、及び磁気発生部30と磁気センサ10との個体ごとの位置関係によって、基準出力が設定範囲外になってしまう場合がある。基準出力が設定範囲より高くなる場合には、基準出力が設定範囲内に収まるように、増幅率Gvを小さく設定してよい。一方、基準出力が設定範囲より低くなる場合には、基準出力が設定範囲内となるように、増幅率Gvを大きく設定して調整してよい。
以上のように、基準出力と設定範囲とを比較することによって、増幅部42の増幅率Gvについての情報が算出されて、算出された情報が記録される。増幅率Gvについての情報は、増幅率Gv自体であってもよく、増幅率Gvを決定する情報であってよい。情報は、記憶部44に記録されてよい。
増幅率Gvについての情報に基づいて、増幅率Gvが設定される(ステップS150)。図7は、増幅率設定の処理フローの一例を示す。例えば、図4で説明したように、制御部52は、記録された増幅率Gvについての情報を読み込む(ステップS151)。そして、制御部52は、記録された増幅率Gvの情報に基づいて、複数の抵抗素子49から、増幅部42における増幅率Gvに関係する少なくとも一つの抵抗素子49を選択する(ステップS152)。
例えば、増幅率Gvと、選択すべき抵抗素子49の抵抗値とを対応づける変換テーブルまたは変換式が予め記憶部44などのメモリに記憶されていてよい。そして、変換テーブルまたは変換式を参照することによって、記録された増幅率Gvの情報に対応する抵抗値の抵抗素子49を選択してもよい。制御部52は、読み込まれた情報に応じて、トリミング回路本体54のヒューズ抵抗を切断してよい。トリミング回路本体54は、端子47と端子48との間の第1抵抗部45の内部抵抗、または端子48とGND端子との間の第2抵抗部46の内部抵抗をトリミングする(ステップS152)。
このように、記録された情報に基づいて、自動的に増幅率Gvを設定することができるので、調整者の負担が軽減される。但し、本例は、この場合に限られない。
図8は、増幅率Gvを調整することによる電流センサ100の感度調整方法の他例を示す。ステップS210からステップS230は、図6のステップS110からステップS130と同様である。電流センサ100は、基準出力が設定範囲内に収まっているかを判断する(ステップS240)。基準出力が設定範囲内に収まらない場合には(ステップS240:NO)、一例において、調整者が第1抵抗部45を構成する複数の抵抗素子49から選択された一部の抵抗素子49を切断してよく、第2抵抗部46を構成する複数の抵抗素子49から選択された一部の抵抗素子49を切断してもよい。これにより、増幅率Gvを決定する抵抗値が変更される(ステップS250)。
ステップS250の処理は、調整者の手動操作によらず、自動操作によって実行されてもよい。例えば、基準出力が、設定範囲の上限より高い場合には、選択部51は、増幅率Gvを低くするために、第1抵抗部45を構成する複数の抵抗素子49−1、49−2、及び49−3のうち、一つ以上の抵抗素子49の両端をスイッチ部56により短絡して、端子47と端子48との間の抵抗値を順次に下げる。基準出力が、設定範囲の上限未満となるまで、選択部51は、同様の処理を繰り返してよい。
一方、基準出力が、設定範囲の下限より低い場合には、増幅率Gvを高くするために、選択部51は、第2抵抗部46を構成する複数の抵抗素子49−1、49−2、及び49−3のうち、一つ以上の抵抗素子49の両端をスイッチ部56により短絡して、端子48とGND端子との間の抵抗値を順次に下げる。以上のように、図6から図8に示した感度調整方法によれば、電流センサ100において、コイル等の磁気発生部30自体を変更することなく、組み付け精度による測定値への影響を軽減することができる。
[第4実施形態]
図9は、第4実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。第1から第3実施形態の電流センサ100は、増幅率Gvを調整することによって電流センサ100の感度を調整する。これに対して、本例の電流センサ100は、電流制御部60を変更することによって電流センサ100の感度を調整する。調整部40の構成を除いて、本例の電流センサ100は、第1から第3の実施形態の電流センサ100と同様の構造を有する。本例の電流制御部60も、磁気センサ10の出力端12から磁気発生部30の他端部34に至る電気的な経路の一部を形成していないので、フィードバックループ4の外に設けられている。
図9は、第4実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。第1から第3実施形態の電流センサ100は、増幅率Gvを調整することによって電流センサ100の感度を調整する。これに対して、本例の電流センサ100は、電流制御部60を変更することによって電流センサ100の感度を調整する。調整部40の構成を除いて、本例の電流センサ100は、第1から第3の実施形態の電流センサ100と同様の構造を有する。本例の電流制御部60も、磁気センサ10の出力端12から磁気発生部30の他端部34に至る電気的な経路の一部を形成していないので、フィードバックループ4の外に設けられている。
本例の電流センサ100は、調整部40として、電流制御部60が接続可能な端子61及び端子62を有する。電流センサ100は、端子61及び端子62に接続される電流制御部60によって、磁気発生部30に流れる電流を変化させる。端子61は、磁気発生部30の他端部34に接続されてよく、他端部34自体であってよい。端子62は、GND端子に接続されてよく、あるいは、GND端子自体であってよい。
本例の電流センサ100は、調整部40としての増幅部42を有していなくてもよい。したがって、フィードバック部20の出力端22から出力される電圧V1が、そのまま電流センサ100の出力として出力端子OUTから出力される。
図10は、第4実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。電流センサ100は、磁気センサ10としてホール素子11を備える。ホール素子11の駆動方式は、定電流駆動であっても、定電圧駆動であってもよい。図10は、一例として、ホール素子11が定電流駆動される場合を示す。
電流制御部60は、磁気発生部30に直列に接続される出力抵抗Roであってよい。本例では、電流制御部60は、出力抵抗Roとしての外部抵抗素子であってよい。電流制御部60は、温度特性及び抵抗値の絶対値が比較的高精度であるディスクリート抵抗(単体抵抗素子)であってよく、外付け抵抗部品であってよい。端子61及び端子62は、電流制御部60として外部抵抗素子が交換可能に接続される外部端子であってよい。調整部40の構成を除いて、本例の電流センサ100は、図2で説明した電流センサ100と同様の構造を有する。
本例では、V1=(α/β)・Ro・Ip・・・(数式10)において、出力電圧V1を被測定電流の値Ipで除算した(α/β)・Roが電流センサ100の感度となる。導体2と磁気センサ10との位置関係の誤差、及び磁気発生部30と磁気センサ10との位置関係の誤差によってα及びβが変化するので、出力V1が変動する。本例では、電流制御部60(出力抵抗Ro)を交換することによって、α及びβの変化に起因する出力V1の影響を補償する。
出荷テスト工程において、電流センサ100の個体ごとに、複数の外部抵抗素子の中から最適な外部抵抗素子を選んで、端子61及び端子62に接続してもよい。この場合、電流センサ100の個体差が解消される。導体2と磁気センサ10との位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子に交換されてよい。また、磁気発生部30と磁気センサ10との位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子に交換されてよい。本例の電流センサ100は、特にコイル等の磁気発生部30に特別な構成を採用することなく、部品の組み付け精度による測定値への影響を軽減することができる。
[第5実施形態]
図11は、第5実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。本例の電流センサ100は、端子61と端子62との間の電流制御部60の抵抗値が可変に構成されている。図12は、第5実施形態の電流センサ100における電流制御部60の一例を示す。
図11は、第5実施形態の電流センサ100の構成の一例を示す。本例の電流センサ100は、端子61と端子62との間の電流制御部60の抵抗値が可変に構成されている。図12は、第5実施形態の電流センサ100における電流制御部60の一例を示す。
本例の電流制御部60は、複数の抵抗素子64(64‐1、64‐2、64‐3、及び64‐4)を有する。複数の抵抗素子64(64‐1、64‐2、64‐3、及び64‐4)は、端子61と端子62との間に接続されている。本例の電流制御部60では、複数の抵抗素子64が直列に接続されているが、この場合に限られない。複数の抵抗素子64が並列に接続されてもよい。複数の抵抗素子64のうち少なくとも一部の抵抗素子64には、ヒューズ部66(66‐1、66‐2、及び66‐3)が並列に接続されてよい。なお、抵抗素子64の数及びヒューズ部66の数は、限定されない。複数の抵抗素子64のすべてにヒューズ部66が並列に接続されていてもよい。
本例では、ヒューズ部66がトリミング回路として機能する。ヒューズ部66がトリミング処理によって切断されると、ヒューズ部66を通じて電流が流れないので、抵抗素子64を通じて電流が流れる。したがって、ヒューズ部66が切断されることによって、切断されたヒューズ部66に並列接続されている抵抗素子64が端子61と端子62との間に接続される抵抗素子64として組み込まれることとなる。トリミング回路として機能するヒューズ部66が、複数の抵抗素子64のうちの少なくとも一つの抵抗素子64を電流制御部60として端子61及び端子62に接続するようにトリミングする。
本例においても、磁気センサ10と導体2との位置関係の誤差、及び磁気センサ10と磁気発生部30との位置関係の誤差による出力への影響を低減することができる。
図13は、電流制御部60を変更することによる電流センサ100の感度調整方法の一例を示す。電流センサ100は、第4及び第5実施形態において説明した電流センサ100であってよい。
感度調整方法は、磁気センサ10、導体2、磁気発生部30、及びフィードバック部20等の部品を実装した後に(ステップS310)、調整ステップを実行することができる。感度調整方法は、調整部40によって電流センサ100の感度である(α/β)・Roを調整する調整ステップ(ステップS320からステップS340)を備える。具体的には、調整ステップは、端子61及び端子62に電流制御部60として接続する外部抵抗素子Roを取り換えて電流を変化させることで、電流センサ100の感度を調整する。
以上のように、本例の感度調整方法によれば、各部品を実装した後に、外部抵抗素子Roを取り換えることによって電流センサ100の感度が調整される。したがって、各部品の位置関係の影響を考慮した抵抗値の外部抵抗素子Roを接続することができる。具体的には、被測定電流が流れる導体2と磁気センサ10との個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子Roを電流制御部60として端子61及び端子62に接続することができる。同様に、磁気発生部30と磁気センサ10との個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子Roを電流制御部60として端子61及び端子62に接続することができる。
具体的な調整において、電流センサ100は、導体2に基準電流を流す(ステップS320)。電流センサ100は、被測定電流として基準電流を測定する。電流センサ100は、基準電流に対応する基準出力を出力する。具体的には、電流センサ100のフィードバック部20の出力端22が、基準電流に対応した基準出力を出力する(ステップS330)。次いで、基準出力に基づいて、端子61及び端子62に接続する外部素子抵抗を取り換える(ステップS340)。電流センサ100は、基準出力が設定範囲内に収まっているかを判断してよい。設定範囲は、基準電流に対応した基準出力の理想的な範囲して予め定められた範囲である。
導体2と磁気センサ10との個体ごとの位置関係、及び磁気発生部30と磁気センサ10との個体ごとの位置関係によって、基準出力が設定範囲外になってしまう場合がある。基準出力が設定範囲より高くなる場合には、基準出力が設定範囲内に収まるように、より小さい抵抗値の外部抵抗素子Roを電流制御部60として接続する。一方、基準出力が設定範囲より低くなる場合には、基準出力が設定範囲内となるように、より大きい抵抗値の外部抵抗素子Roを電流制御部60として接続する。基準出力と設定範囲との比較結果から、取り換えるべき外部抵抗素子Roの抵抗値を算出し、算出された抵抗値に基づいて、外部抵抗素子Roを選択してもよい。
図14は、電流制御部60を変更することによる電流センサ100の感度調整方法の他例を示す。ステップS410からステップS430は、図13のステップS310からステップS330と同様である。電流センサ100は、基準出力が設定範囲内に収まっているかを判断する(ステップS440)。基準出力が設定範囲内に収まっていない場合には(ステップS440:NO)、電流制御部60の抵抗値をトリミングにより変更する(ステップS50)。
例えば、初期状態において、図12に示されるように、複数の抵抗素子64と、各抵抗素子64に並列に接続される複数のヒューズ部66が備えられる。基準出力が設定範囲よりも小さくなるように、ヒューズ部66の数を設定しておく。複数のヒューズ部66のうち1つのヒューズ部66を切断することによって、一つの抵抗素子64が端子61と端子62との間に接続される。基準出力が設定範囲の下限を超えるまで、ヒューズ部66を一つずつ切断する処理を繰り返すことによって、適切な抵抗値が選択される。
ステップ450の処理は、調整者の手動操作によらず、自動操作によって実行されてもよい。自動操作を採用する場合は、複数の抵抗素子64のそれぞれの抵抗素子64の各両端に、ヒューズ部66に代えて、図4に示したスイッチ部56が接続される。図4に示される選択部51と同様の構成が採用されてよい。例えば、選択部51は、初期状態において、抵抗素子64(64−1、64−2、64−3、及び64−4)の各両端をそれぞれスイッチ部56により短絡しておく。
基準出力が、設定範囲の下限より低い場合には、制御部52は、抵抗素子64(64−1、64−2、64−3、及び64−4)のうちから一つずつ選んで、トリミング回路本体54内のヒューズ抵抗を切断してスイッチ部56のオン・オフを順次に切り替えて、一つの抵抗素子64の両端が短絡していない状態に変化させる。基準出力が設定範囲の下限を超えるまで、ヒューズ部66を一つずつ切断する処理を繰り返すことによって、適切な抵抗値が選択される。自動的に抵抗値をトリミングすることができるので、調整者の負担が軽減される。
図15は、第6実施形態の電流センサ100の構成の概要を示す。本例の電流センサ100の調整部40は、増幅部42と、端子61及び端子62とを備える。増幅部42は、第1から第3実施形態において説明したように、入力V1を増幅するときの増幅率Gvを設定可能である。また、端子61及び端子62は、第4および第5実施形態において説明したように、電流制御部60が接続可能な端子である。したがって、本例の電流センサ100によれば、調整部40は、増幅部42の増幅率Gv及び電流制御部60の双方によって、電流センサ100の感度を調整することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。本明細書における各実施形態は、適宜組み合わせることができる。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
2・・・導体、4・・・フィードバックループ、10・・・磁気センサ、11・・・ホール素子、12・・・出力端、20・・・フィードバック部、22・・・出力端、30・・・磁気発生部、32・・・一端部、34・・・他端部、40・・・調整部、42・・・増幅部、43・・・出力部、44・・・記憶部、45・・・第1抵抗部、46・・・第2抵抗部、47・・・端子、48・・・端子、49・・・抵抗素子、50・・・電流源、51・・・選択部、52・・・制御部、54・・・トリミング回路本体、56・・・スイッチ部、60・・・電流制御部、61・・・端子、62・・・端子、64・・・抵抗素子、66・・・ヒューズ部、100・・・電流センサ
Claims (22)
- 被測定電流を測定する電流センサであって、
前記被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、
磁場を前記磁気センサに与える磁気発生部と、
前記磁気センサの位置において前記磁気発生部から生じる磁場が前記被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、前記磁気センサの出力に応じた信号を前記磁気発生部に出力するフィードバック部と、
前記磁気センサ、前記磁気発生部、及び、前記フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、前記電流センサの感度を調整する調整部と、
を備える電流センサ。 - 前記調整部は、前記フィードバック部からの入力を増幅して出力し当該増幅の増幅率を設定可能な増幅部を有する、
請求項1に記載の電流センサ。 - 前記増幅部は、前記被測定電流が流れる導体と前記磁気センサとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた前記増幅率を設定する、
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記増幅部は、前記磁気発生部と前記磁気センサとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた前記増幅率を設定する、
請求項2又は3に記載の電流センサ。 - 前記増幅部は、
前記増幅率についての情報を書き込み可能な記憶部と、
前記磁気センサの出力に応じた信号を、前記記憶部に書き込まれた情報に対応する増幅率で増幅して出力する出力部と、
を有する、
請求項2から4のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記増幅部は、前記記憶部に書き込まれた前記情報に基づいて、複数の抵抗素子から少なくとも一つの抵抗素子を選択する選択部を備え、
前記出力部は、前記選択された抵抗素子に関係づけられた増幅率により、前記磁気センサの出力に応じた信号を増幅する、
請求項5に記載の電流センサ。 - 前記フィードバック部は、前記磁気センサの出力を増幅して前記磁気発生部に出力する、
請求項2から6のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記磁気発生部は、コイルを有する、
請求項2から7のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記被測定電流が流れる導体を備える、
請求項2から8のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記調整部は、電流制御部が接続可能な端子を有し、前記端子に接続される前記電流制御部によって、前記磁気発生部に流れる電流を変化させる、
請求項1から9のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記端子は、前記電流制御部として外部抵抗素子が交換可能に接続される、
請求項10に記載の電流センサ。 - 複数の抵抗素子から少なくとも一つの抵抗素子を前記電流制御部として前記端子に接続するようにトリミングするトリミング回路を備える、
請求項10に記載の電流センサ。 - 被測定電流を測定する電流センサの感度調整方法であって、
前記電流センサは、前記被測定電流から生じた磁場を測定する磁気センサと、磁場を前記磁気センサに与える磁気発生部と、前記磁気センサの位置において前記磁気発生部から生じる磁場が前記被測定電流から生じた磁場を打ち消すように、前記磁気センサの出力に応じた信号を前記磁気発生部に出力するフィードバック部と、前記磁気センサ、前記磁気発生部、及び、前記フィードバック部により形成されるフィードバックループの外に設けられ、前記電流センサの感度を調整する調整部と、を備え、
前記感度調整方法は、前記調整部によって、前記電流センサの感度を調整する調整ステップを備える、
感度調整方法。 - 前記調整部は、前記フィードバック部からの入力を増幅して出力し当該増幅の増幅率を設定可能な増幅部を有し、
前記調整ステップは、前記増幅部の増幅率を調整する、
請求項13に記載の感度調整方法。 - 前記電流センサによって前記被測定電流として基準電流を測定し、前記基準電流に対応する基準出力を前記増幅部から出力する出力ステップを更に備え、
前記調整ステップは、前記基準出力に応じた増幅率についての情報を前記増幅部の増幅率についての情報として記録する記録ステップを有する、
請求項14に記載の感度調整方法。 - 前記調整ステップは、前記被測定電流が流れる導体と前記磁気センサとの個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた前記増幅率を設定する、
請求項14または15に記載の感度調整方法。 - 前記調整ステップは、前記磁気発生部と前記磁気センサとの個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた前記増幅率を設定する、
請求項14から16のいずれか1項に記載の感度調整方法。 - 前記調整ステップは、前記電流センサを構成する複数の部品を実装した後に、前記記録ステップにおいて記録された前記情報に基づいて、複数の抵抗素子から、前記増幅部における増幅率に関係する少なくとも一つの抵抗素子を選択する選択ステップを備える、
請求項15に記載の感度調整方法。 - 前記調整部は、電流制御部が接続可能な端子を有し、
前記調整ステップは、前記端子に接続される前記電流制御部によって、前記磁気発生部に流れる電流を変化させる、
請求項13に記載の感度調整方法。 - 前記電流センサによって前記被測定電流として基準電流を測定し、前記基準電流に対応する基準出力を前記電流センサから出力する出力ステップと、
前記基準出力に応じた抵抗値の外部抵抗素子を前記電流制御部として前記端子に接続する接続ステップと、を備える、
請求項19に記載の感度調整方法。 - 前記接続ステップは、前記被測定電流が流れる導体と前記磁気センサとの個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子を前記電流制御部として前記端子に接続する、
請求項20に記載の感度調整方法。 - 前記接続ステップは、前記磁気発生部と前記磁気センサとの個体ごとの位置関係に少なくとも部分的に基づいた抵抗値の外部抵抗素子を前記電流制御部として前記端子に接続する、
請求項20に記載の感度調整方法。
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