JP4710626B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

この発明は、例えば車載バッテリに接続された電流路をはじめとする各種電流路の電流検出に用いられる電流センサに関し、特に磁気抵抗素子などの磁気感知素子を用いて電流路に流れる電流の電流量を検出する電流センサに関する。

従来、この種の電流センサとしては、例えば特許文献１に記載されている電流センサが知られている。図９に、この特許文献１に記載の電流センサについて、検出対象となる電流路も含めて、その全体構成を示す。以下、同図９を参照して、この特許文献１に記載の電流センサをその電流検出の原理とともに説明する。

一般に、磁気抵抗素子に磁界が付与されるとき、磁気抵抗素子の抵抗値は、付与される磁気ベクトルの角度（向き）に応じて変化する。一方、電流路に電流が流れるとき、この電流路の周辺には流れる電流の大きさ（電流量）に比例する磁界が発生する。そこで、上記特許文献１に記載の電流センサでは、このような現象に鑑みて、図９（ａ）に示されるように、被検出電流路としてのコイル１に電流ｉａが流れることにより生ずる第１の磁気ベクトルＭＶ１に対し、これに直交する第２の磁気ベクトルＭＶ２をバイアス磁石（図示略）などによって発生させる。そして、こうした２つの磁気ベクトルの合成ベクトルが付与されるように配置された磁気抵抗素子１１を備えて構成されている。なお、同特許文献１に記載の電流センサでは、特に上記コイル１に電流ｉａが流れることにより生ずる磁気ベクトルをコア２によって集磁し、該集磁された磁気ベクトルが上記第１の磁気ベクトルＭＶ１として上記磁気抵抗素子１１に付与される。

このような構成では、上記第１の磁気ベクトルＭＶ１と第２の磁気ベクトルＭＶ２との合成ベクトルＣＶは、図９（ｂ）に併せて示されるように、上記コイル１に流れる電流ｉａの電流量の変化に伴って例えば合成ベクトルＣＶａ、ＣＶｂ等のようにその角度が変化するようになる。したがって、このような合成ベクトルＣＶの角度変化を、上記磁気抵抗素子１１の抵抗値変化に応じた電圧信号（出力信号）の変化として得るようにすることで、上記コイル１に流れる電流ｉａの量（大きさ）を検出することができるようになる。

ところで、磁気抵抗素子の抵抗値が付与される磁気ベクトルの角度に応じて変化することは上述したが、より正確には、図１０に示すように、該抵抗値は、付与される磁気ベクトルの角度変化に対して正弦波波形を示すように変化する。したがって、このような磁気抵抗素子を用いた電流センサでは、上記磁気抵抗素子１１から取り出される出力信号（正弦波信号ｓｉｎθ）の直線性の高い角度領域を通じて上記コイル１に流れる電流ｉａの量を検出するようにすることが、その電流検出精度を好適に確保する上で望ましい。ただし、上記合成ベクトルＣＶの角度（コイル１に流れる電流ｉａの量）が大きく変化する場合、上記磁気抵抗素子１１から取り出される出力信号（正弦波信号）がその直線性の高い角度領域から外れ、直線性の低い角度領域で変化するようなことがある。そこで従来は、例えば特許文献１に記載の電流センサによるように、上記合成ベクトルＣＶが角度変化するとき、上記磁気抵抗素子１１を、該合成ベクトルＣＶの向きに沿うように、図９（ａ）中の矢印Ａにて示されるかたちでその都度回動せしめるようにしたものなども提案されている。
特開平６−１７４７５２号公報

上記従来の電流センサによれば、コイル（被検出電流路）１に流れる電流の電流量が変化することに起因して上記合成ベクトルＣＶが角度変化するとき、該合成ベクトルＣＶの向き（角度）に沿うように上記磁気抵抗素子１１がその都度回動される。したがって、上記合成ベクトルＣＶの角度が大きく変化するような場合であれ、上記磁気抵抗素子１１から取り出される出力信号（正弦波信号ｓｉｎθ）の直線性を好適に維持することは可能である。しかし、同従来の電流センサでは、合成ベクトルＣＶの向きに沿うように上記磁気抵抗素子１１をその都度回動せしめるための回動機構が必須であり、電流センサとしての大型化が避けられないばかりか、該回動機構としての素子回動精度によっては、電流センサとしての電流検出精度が逆に低下する懸念すらある。一方、該検出精度の低下を回避しようとすれば、上記回動機構の機械的な組付け等にかかる調整に込み入った工数が必要となり、該回動機構自体もより複雑な構造となる。

なお、磁気抵抗素子を用いた電流センサに限らず、例えばホール素子などの他の磁気感知素子を用いた電流センサであっても、このような実情は概ね共通したものとなっている。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気感知素子を用いた電流センサとしてより簡易な構成でありながら、要求される検出精度を維持しつつ、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって被検出電流路中の電流の電流量を検出することのできる電流センサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の電流センサでは、電流検出の対象となる被検出電流路に電流が流れることによって生ずる第１の磁気ベクトルに対して異なる角度に第２の磁気ベクトルを発生する磁界発生手段と、前記被検出電流路に流れる電流の電流量の変化に伴って生ずる前記第１の磁気ベクトルと前記第２の磁気ベクトルとの合成ベクトルの変化を各々位相の異なる正弦波信号として感知するように配置された複数の磁気感知素子と、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号のうちの直線性の高い角度領域にある出力信号の１つを選択的に出力する信号処理部と、を備え、該信号処理部からの信号に基づいて前記被検出電流路に流れる電流の電流量を検出することとした。

このような構成によれば、上記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号のうちの直線性の高い角度領域にある出力信号の１つが選択的に出力されるため、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって上記信号処理部から取り出される信号の直線性が好適に維持されるようになる。すなわち、
・上記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号を適宜切り替える。
といった極めて簡易な構成でありながら、要求される検出精度を維持しつつ、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって被検出電流路中の電流の電流量を検出することができるようになる。

なお、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域としては、請求項１に記載の電流センサにおいて、請求項２に記載の電流センサによるように、正弦波信号ｓｉｎθの「θ＝０°」若しくは「θ＝１８０°」付近の角度領域を各々設定するようにすることが、上記信号処理部から取り出される信号の直線性を適正に確保する上で実用上望ましい。そして、具体的には、請求項３に記載の電流センサによるように、正弦波信号ｓｉｎθの「−５°≦θ≦＋５°」のうちの「θ＝０°」を含む所定の角度領域、若しくは「１７５°≦θ≦１８５°」のうちの「θ＝１８０°」を含む所定の角度領域を各々設定することとなる。なおこの場合、上記信号処理部から取り出される信号にかかる直線性誤差を「±０．５％」以下まで低減可能になる。

また、請求項２または３に記載の電流センサにおいて、請求項４に記載の電流センサによるように、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの同一の角度領域を各々設定するようにすれば、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって上記信号処理部から取り出される信号の直線性がより均一になり、ひいては電流検出精度のさらなる向上が期待できるようになる。

また、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、請求項５に記載の電流センサによるように、前記信号処理部から取り出される信号が前記合成ベクトルの角度変化（電流量の変化）に対して固有の値を持つ信号となるように前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号に各々異なるオフセットを持たせるようにすれば、前記信号処理部によっていずれの磁気感知素子が選択されたかを認識せずとも、該信号処理部から取り出される信号の値だけで上記被検出電流路に流れる電流の電流量を検出することができるようになる。

また、請求項５に記載の電流センサにおいて、請求項６に記載の電流センサによるように、前記信号処理部から取り出される信号が前記出力信号の切り替えの際（信号処理部による出力信号の選択が変更される際）に連続する値となるように前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号に各々異なるオフセットを持たせるようにすれば、上記被検出電流路に流れる電流の電流量変化に対して前記信号処理部から取り出される信号の変化する割合が、前記出力信号の切り替えの際も含めて一定となり、前記被検出電流路に流れる電流の電流量の変化態様についてのより詳細な解析が可能となる。

なお、上記信号処理部による上記複数の磁気感知素子の選択（切り替え）にかかる処理態様については、基本的には任意である。ただし、上記電流量の変化態様が、上記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の推移に直接反映されることに鑑みれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、請求項７に記載の電流センサによるように、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の前記信号処理部による選択を、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の各出力値に基づいて行うようにすることが、該選択にかかる精度を好適に確保する上で実用上望ましい。

そして、この場合には特に、請求項８に記載の電流センサによるように、前記信号処理部が、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号を所定の閾値電圧との比較に基づきそれぞれ２値化するとともに、それら２値化信号の出力レベルの組み合わせのパターンを判断し、該判断されたパターンに関連付けて予め定められている出力信号を選択的に出力するようにすることがより望ましい。このような構成では、２値化信号の出力レベルの組み合わせのパターンから一義的に選択すべき１つの出力信号が認識されるため、例えば同選択に際して上記電流量の増減などの変化推移をモニタする必要がなくなるなど、演算負荷の好適な軽減を図ることができるようになる。

なお、上記磁気感知素子としては、磁気ベクトルの角度変化を抵抗値の変化として感知する磁気抵抗素子、磁界強度の変化を抵抗値の変化として感知する巨大磁気抵抗素子、さらには磁界強度に応じたホール電圧を発生するホール素子、等々の採用が考えられる。ただし、上記合成ベクトルの角度変化の感知を通じて被検出電流路の電流検出を行う前述の電流検出原理に鑑みれば、請求項９に記載の発明によるように、上記磁気感知素子として、上記被検出電流路に流れる電流の電流量の変化に伴って生ずる上記合成ベクトルの角度変化を抵抗値の変化として感知する磁気抵抗素子を採用するようにすることが、磁気感知素子の取り扱いを容易なものとする上で実用上より望ましい。

また、請求項９に記載の電流センサにおいて、請求項１０に記載の電流センサによるように、前記複数の磁気抵抗素子を同一の半導体基板上に形成するようにすれば、半導体プロセスを通じて各磁気抵抗素子の配置関係をより正確に設定することができるようになる。

また、請求項１０に記載の電流センサにおいて、請求項１１に記載の電流センサによるように、前記複数の磁気抵抗素子としては、隣り合う磁気抵抗素子に対して各々同一の角度だけ傾いて配置された３つ以上の磁気抵抗素子を用いるようにすることが、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電流センサの構成を前提とする上記請求項１０に記載の電流センサを実現する上で実用上望ましい。

以下、この発明にかかる電流センサの一実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
はじめに、図１を参照して、この電流センサの全体構成について詳述する。なお、図１は、電流検出の対象となる被検出電流路（バスバー）も含めて、このセンサの平面構造を示す平面図である。

この実施の形態にかかる電流センサも、磁気抵抗素子を用いて例えば車載バッテリに接続された電流路（バスバー）に流れる電流の電流量を検出するものである。ただし、図１に示されるように、この電流センサ１００では、磁気抵抗素子１１１を有するセンサチップ１１０と、該センサチップ１１０内の磁気抵抗素子１１１にバイアス磁界（第２の磁気ベクトル）を付与するバイアス磁石（磁界発生手段）１２０とを基板１３０上に備えている。そして、この基板１３０が、樹脂などからなるモールド材（便宜上、図示略）によりモールドされた状態で当該電流センサ１００の電流検出の対象となるバスバーＢＳ上に設置される構造となっている。なお、この実施の形態にかかるバスバーＢＳには、車載バッテリからの出力電流や同車載バッテリへの充電電流となる電流Ｉｂ（−数百Ａ〜＋数百Ａ）、すなわち広いダイナミックレンジの電流が流れるようになっている。

このような構成では、前述のように、バスバーＢＳの電流Ｉｂによって発生する第１の磁気ベクトルとバイアス磁石１２０による第２の磁気ベクトルとの合成ベクトルが、上記電流Ｉｂの変化に伴って角度変化するようになる。そこで、この実施の形態にかかる電流センサ１００では、前述の原理に基づき、こうした合成ベクトルの角度変化を上記センサチップ１１０内の磁気抵抗素子１１１にて感知することによりバスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの電流量を検出するようにしている。

ところで、この実施の形態にあって、上記バイアス磁石１２０による第２の磁気ベクトルの大きさは、図２に示されるように、
・上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂとして予め想定される最大の電流（＋数百Ａ）が同バスバーＢＳに流れるときに生ずる合成ベクトルＣＶ１と、上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂとして予め想定される最小の電流（−数百Ａ）が同バスバーＢＳに流れるときに生ずる合成ベクトルＣＶ２との角度差が「３０°」である。
といった条件を満たすように設定されている。ただし、このような角度範囲にて変化する上記合成ベクトルの変化を、単に１つの磁気抵抗素子のみによって感知しようとすると、該磁気抵抗素子からの出力信号にかかる直線性誤差は「±２％」程度となり、磁気抵抗素子を用いた電流センサとしての電流検出精度への悪影響が無視できない。

この点、この実施の形態にかかる電流センサでは、同図２に示されるように、
・上記合成ベクトルＣＶ１及びＣＶ２の平均角度上に配置される第１の磁気抵抗素子１１１ｂ。
・上記第１の磁気抵抗素子１１１ｂに対して図中右回りに「１０°」だけ傾いて配置される第２の磁気抵抗素子１１１ｃ。
・上記第１の磁気抵抗素子１１１ｂに対して図中左回りに「１０°」だけ傾いて配置される第３の磁気抵抗素子１１１ａ。
といった、上記合成ベクトルの角度変化を各々位相の異なる正弦波信号Ａ〜Ｃ（図４参照）として感知するように配置された３つの磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃを上記磁気抵抗素子１１１として用いている。そしてこの上で、これら磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号（正弦波信号）Ａ〜Ｃのうちの直線性の高い角度領域にある出力信号の１つを、信号処理部１４０（図１参照）を通じて選択的に出力するようにしている。このような構成によれば、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって上記信号処理部１４０から取り出される信号Ｖｏｕｔの直線性が好適に維持され、ひいては要求される検出精度を好適に確保することができるようになる。

図３は、この実施の形態にかかる信号処理部１４０について、上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃとの関係も含めて、その概要を示すブロック図である。
同図３に示されるように、信号処理部１４０は、大きくは、
・上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの出力経路の別にトランジスタなどのスイッチング素子（図示略）を配置し、それらスイッチング素子のオン／オフの切り替えを通じて、上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの１つを選択的に出力するスイッチング回路１４１。
・上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの各出力値に基づいて、上記各スイッチング素子のオン／オフの切替制御を行う切替制御部１４２。
等々、を備えて構成されている。

図４（ａ）〜（ｃ）は、上記切替制御部１４２による切替制御に供される信号と上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの電流量との関係を上記３つの磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に示したものである。

ここで、上記切替制御部１４２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの「−５°≦θ≦＋５°」の角度領域を各々設定している（図４（ａ）〜（ｃ）中、出力信号Ａ〜Ｃの実線にて示される角度領域）。また、同切替制御部１４２は、上記電流Ｉｂの電流量の変化に伴って上記出力信号Ａ〜Ｃのこのような角度領域を順次に取り出すべく、正弦波信号ｓｉｎθの「−５°」の電圧レベルに対応するかたちで閾値電圧ｔｈ１〜ｔｈ３をそれら出力信号Ａ〜Ｃの別に設定している。そして、出力信号Ａ〜Ｃを、同閾値電圧ｔｈ１〜ｔｈ３との比較に基づきそれぞれ２値化するとともに、それら２値化信号ＣＡ〜ＣＣの出力レベルの組み合わせのパターンを判断し、該判断されたパターンに関連付けて予め定められている出力信号を選択的に出力する構成とされている。

すなわち、こうした２値化信号ＣＡ〜ＣＣを得るようにすれば、上記電流Ｉｂのダイナミックレンジを、
・２値化信号ＣＡの出力レベルが「Ｈ（ハイ）」レベルであり、２値化信号ＣＢ、ＣＣの出力レベルが「Ｌ（ロー）」レベルである角度領域ＡＡ。
・２値化信号ＣＡ、ＣＢの出力レベルが「Ｈ（ハイ）」レベルであり、２値化信号ＣＣの出力レベルが「Ｌ（ロー）」レベルである角度領域ＡＢ。
・２値化信号ＣＡ〜ＣＣの出力レベルが「Ｈ（ハイ）」レベルである角度領域ＡＣ。
といった３つの角度領域ＡＡ〜ＡＣにて表わすことができるようになり、これら角度領域ＡＡ〜ＡＣは、上記出力信号Ａ〜Ｃの直線性の高い角度領域（図４（ａ）〜（ｃ）中、出力信号Ａ〜Ｃの実線にて示される角度領域）とそれぞれ一致する。この点、この実施の形態にかかる切替制御部１４２では、図６に示されるように、上記出力信号Ａ〜Ｃが、上記２値化信号ＣＡ〜ＣＣの出力レベルの組み合わせのパターンに対応して関連付けられたテーブルを有しており、このテーブルに基づいて上記電流Ｉｂの電流量毎に上記スイッチング素子のオン／オフの切替制御を行う。信号処理部１４０としてのこのような構成では、例えば上記電流Ｉｂの増加により上記磁気抵抗素子１１１ａの出力信号Ａが正弦波信号ｓｉｎθの「θ＝５°」の位相になった時点で、磁気抵抗素子１１１ｂの出力信号Ｂが選択的に出力されるようになる。また、上記電流Ｉｂがさらに増加することにより磁気抵抗素子１１１ｂの出力信号Ｂが正弦波信号ｓｉｎθの「θ＝５°」の位相まで変化したときは、この時点で、磁気抵抗素子１１１ｃの出力信号Ｃが選択的に出力されるようになる。したがって、上記スイッチング回路１４１からは、図５に示されるように、上記電流Ｉｂの電流量の変化に対して直線的に変化する信号Ｖｏｕｔが取り出されるようになり、この信号Ｖｏｕｔに基づいて同電流Ｉｂの電流量を精度良く検出することができるようになる。すなわちこの場合、スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔの直線性誤差は、上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの変化範囲として予め想定される範囲（ダイナミックレンジ）において「±０．５％」以下まで低減されるようになる。

ちなみに、この実施の形態では、同図５からも明らかなように、上記３つの磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃには、上記スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔが、
（イ）上記バスバーＢＳに流れる電流の電流量に対して固有の値を持つ。
（ロ）上記出力信号の切り替え（選択変更）の際に連続する値となる。
の論理積条件を満たす信号となるように各々異なるオフセットが持たせられている。なお、こうしたオフセットの付与手段（図示略）は、種々の構成によって実現可能なものであり、例えば、
・スイッチング回路１４１への入力に際し、出力信号Ａ〜Ｃに各々異なるオフセットを持たせる手段。
・出力信号Ａ〜Ｃのいずれかが選択されて後に、その選択に応じたオフセットを持たせる手段。
等々、といった手段によって実現できる。

以上説明したように、この実施の形態にかかる電流センサによれば、以下に記載するような優れた効果が得られるようになる。
（１）磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃを、上記電流Ｉｂの電流量変化に伴う上記合成ベクトルの角度変化を各々位相の異なる正弦波信号Ａ〜Ｃ（図４参照）として感知するように各々配置した。そして、それら磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの直線性の高い角度領域を上記電流Ｉｂの変化に伴って順次に取り出すようにした。このような構成では、
・上記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号を適宜切り替える。
といった極めて簡易な構成でありながら、要求される検出精度を維持しつつ、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたって被検出電流路中の電流の電流量を検出することができるようになる。

（２）磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの同一の角度領域（「−５°≦θ≦＋５°」）を各々設定することとした。このため、スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔの直線性が、小電流から大電流までの広い範囲（ダイナミックレンジ）にわたってより均一になり、ひいては電流検出精度のさらなる向上が期待できるようになる。

（３）スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔが上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの電流量に対して固有の値を持つ信号となるように、磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃに各々異なるオフセットを持たせるようにした。このため、スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔの値だけで上記電流Ｉｂの電流量を検出することができるようになる。

（４）スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔが上記出力信号の切り替え（選択変更）の際に連続する値となるように、磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃに各々異なるオフセットを持たせるようにした。このため、上記被検出電流路（バスバーＢＳ）に流れる電流Ｉｂの電流量変化に対して上記信号処理部１４０から取り出される信号Ｖｏｕｔの変化する割合が、上記出力信号の切り替えの際も含めて一定となり、上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの電流量の変化態様についてのより詳細な解析が可能となる。

（５）切替制御部１４２は、図６に示されるテーブルに基づいて上記電流Ｉｂの電流量毎に上記スイッチング素子のオン／オフの切替制御を行うこととした。これにより、上記２値化信号ＣＡ〜ＣＣの出力レベルの組み合わせのパターンから一義的に選択すべき１つの出力信号が認識されるようになるため、例えば同選択に際して上記電流量の増減などの変化推移をモニタする必要がなくなるなど、演算負荷の好適な軽減を図ることができるようになる。

（６）上記複数の磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃを同一の半導体基板上に形成するようにしたため、半導体プロセスを通じて各磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの配置関係をより正確に設定することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃの別に得られる出力信号Ａ〜Ｃの直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの「−５°≦θ≦＋５°」に代えて、正弦波信号ｓｉｎθの「１７５°≦θ≦１８５°」を各々設定するようにしても、上記実施の形態とほぼ同様の効果は得られる。ただしこの場合、上記閾値電圧ｔｈ１〜ｔｈ３の大きさや、特定の出力信号に関連付けされる上記出力レベルの組み合わせのパターン（図６）については、上記設定される角度範囲に応じてそれらを適宜変更することとなる。

・スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔは、図７に示すように、上記出力信号の切り替えの際に必ずしも連続する値とならなくてもよい。このような場合であれ、同信号Ｖｏｕｔに基づいて上記電流Ｉｂの電流量を検出することは可能である。

・スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔは、図８に示すように、上記バスバーＢＳに流れる電流Ｉｂの電流量に対して必ずしも固有の値を持たなくてもよい。このような場合であれ、上記切替制御部１４２による切替制御の内容と、その選択された信号とに基づいて上記電流Ｉｂの角度検出を行うことは可能である。なおこの場合、上記出力信号Ａ〜Ｃに対して所定のオフセットを持たせる必要がなくなる。

・上記信号処理部１４０を、上記磁気抵抗素子１１１ａ〜１１１ｃと同一の半導体チップ上に形成するようにしてもよい。
・磁気抵抗素子の個数については、上記合成ベクトルＣＶ１、ＣＶ２の角度差（図２参照）に合わせて適宜変更するようにすることが、当該電流センサとしての電流検出精度を好適に確保する上でより望ましい。

・磁気抵抗素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの同一の角度領域を必ずしも設定しなくてもよい。すなわち、上記スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔの直線性さえ確保されれば、少なくとも上記（１）の効果を得ることはできる。

・磁気抵抗素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域の大きさについては、正弦波信号ｓｉｎθの「−４５°≦θ≦＋４５°」のうちの「θ＝０°」を含む所定の角度領域、若しくは「１３５°≦θ≦２２５°」のうちの「θ＝１８０°」を含む所定の角度領域を設定することによって、上記スイッチング回路１４１から取り出される信号Ｖｏｕｔの直線性誤差を「±０．５％」以下とするようにすることが望ましい。ただし、単に１つの磁気抵抗素子のみによって上記合成ベクトルの角度変化を感知する電流センサよりも上記直線性誤差が低減可能な角度領域であれば、少なくとも要求される検出精度を維持することはできる。

・上記センサチップ１１０は、電流Ｉｂの変化に伴う上記合成ベクトルの変化を各々位相の異なる正弦波信号として感知するように配置された複数の磁気感知素子を備えるものであればよく、その構成も任意である。この意味では、ホール効果に基づき磁気ベクトルの変化を感知するホール素子や、磁界強度の変化を抵抗値の変化として感知する巨大磁気抵抗素子などを上記磁気感知素子として採用してもよい。

・バイアス磁石１２０は、バスバーＢＳに電流が流れることによって生ずる第１の磁気ベクトルに対して異なる角度、すなわちバスバーＢＳに流れる電流の電流量の変化に伴って生ずる上記合成ベクトルの角度変化を磁気感知素子にて感知することができるような角度に第２の磁気ベクトルを発生するものであればよい。

・磁界発生手段として永久磁石を採用したが、電磁石であってもよい。
・検出対象となる電流路は、車載バッテリに接続された電流路に限らず、当該電流センサの用途は任意である。また、同電流路に流れる電流の電流量やその向きも任意であり、例えば１方向のみに電流が流れるようなものであってもよい。

この発明にかかる電流センサの一実施の形態について、被検出電流路との関係も含めて、その平面構造を模式的に示す平面図。 同実施の形態にかかる複数の磁気抵抗素子の配置態様を模式的に示す平面図。 同実施の形態の信号処理部について、磁気抵抗素子との関係も含めて、その内部回路を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、センサチップから取り出される出力信号、及びそれら出力信号の別に設定される閾値電圧、及び同出力信号と閾値電圧との比較に基づいて算出される２値化信号を、磁気抵抗素子の別に、電流路に流れる電流の電流量毎に示したグラフ。 同実施の形態のスイッチング回路から取り出される信号を、被検出電流路に流れる電流の電流量毎に示したグラフ。 同実施の形態の切替制御部によって選択されるべき出力信号が、２値化信号の出力レベルの組み合わせのパターンに対応して関連付けられたテーブル。 スイッチング回路から取り出される信号の別例を示すグラフ。 スイッチング回路から取り出される信号の別例を示すグラフ。 （ａ）は、従来の電流センサの全体構成を模式的に示す側面図。（ｂ）は、電流検出の原理を説明するための図。 磁気ベクトルの角度変化に対する磁気抵抗素子の抵抗値特性を示すグラフ。

符号の説明

１００…電流センサ、１１０…センサチップ、１１１…磁気抵抗素子、１１１ａ…第３の磁気抵抗素子、１１１ｂ…第１の磁気抵抗素子、１１１ｃ…第２の磁気抵抗素子、１２０…バイアス磁石、１３０…基板、１４０…信号処理部、１４１…スイッチング回路、１４２…切替制御部、ＡＡ〜ＡＣ…角度領域、Ａ〜Ｃ…出力信号（正弦波信号）、ＢＳ…バスバー、Ｉｂ…電流、ｔｈ１〜ｔｈ３…閾値電圧。

Claims (11)

1. 電流検出の対象となる被検出電流路に電流が流れることによって生ずる第１の磁気ベクトルに対して異なる角度に第２の磁気ベクトルを発生する磁界発生手段と、
   前記被検出電流路に流れる電流の電流量の変化に伴って生ずる前記第１の磁気ベクトルと前記第２の磁気ベクトルとの合成ベクトルの変化を各々位相の異なる正弦波信号として感知するように配置された複数の磁気感知素子と、
   前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号のうちの直線性の高い角度領域にある出力信号の１つを選択的に出力する信号処理部と、を備え、
   該信号処理部からの信号に基づいて前記被検出電流路に流れる電流の電流量を検出する電流センサ。
2. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの「θ＝０°」若しくは「θ＝１８０°」付近の角度領域が各々設定されてなる
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの「−５°≦θ≦＋５°」のうちの「θ＝０°」を含む所定の角度領域、若しくは「１７５°≦θ≦１８５°」のうちの「θ＝１８０°」を含む所定の角度領域が各々設定されてなる
   請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の直線性の高い角度領域として、正弦波信号ｓｉｎθの同一の角度領域が各々設定されてなる
   請求項２または３に記載の電流センサ。
5. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号には、前記信号処理部から取り出される信号が前記被検出電流路に流れる電流の電流量に対して固有の値を持つ信号となるように各々異なるオフセットが持たせられる
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号には、前記信号処理部から取り出される信号がそれら出力信号の切り替えの際に連続する値となるように各々異なるオフセットが持たせられる
   請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の前記信号処理部による選択は、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号の各出力値に基づいて行われる
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の電流センサ。
8. 前記信号処理部は、前記複数の磁気感知素子の別に得られる出力信号を所定の閾値電圧との比較に基づきそれぞれ２値化するとともに、それら２値化信号の出力レベルの組み合わせのパターンを判断し、該判断されたパターンに関連付けて予め定められている出力信号を選択的に出力する
   請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記複数の磁気感知素子が、前記被検出電流路に流れる電流の電流量の変化に伴って生ずる前記合成ベクトルの角度変化を抵抗値の変化として感知する複数の磁気抵抗素子からなる
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の電流センサ。
10. 前記複数の磁気抵抗素子は、同一の半導体基板上に形成されてなる
    請求項９に記載の電流センサ。
11. 前記複数の磁気抵抗素子は、隣り合う磁気抵抗素子に対して各々同一の角度だけ傾いて配置された３つ以上の磁気抵抗素子からなる
    請求項１０に記載の電流センサ。

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