JP6927014B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor.
従来、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）効果を用いたＡＭＲ素子や巨大磁気抵抗（ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive））効果を用いたＧＭＲ素子など磁気抵抗効果素子を用いた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, current sensors using magnetoresistive elements such as AMR elements using the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect and GMR elements using the giant magnetoresistive (GMR) effect have been known. (See, for example, Patent Document 1).
特許文献１では、固定層の磁化方向の向きがそれぞれ反対となるように直列に接続された第１及び第２の磁気検出素子からなるハーフブリッジ構造の電流センサが記載されている。この電流センサでは、両磁気検出素子に反対方向のバイアス磁界を印加することで、バイアス磁界と平行な方向の外部磁界（外乱）の影響を低減している。 Patent Document 1 describes a current sensor having a half-bridge structure composed of first and second magnetic detector elements connected in series so that the directions of the magnetization directions of the fixed layers are opposite to each other. In this current sensor, the influence of the external magnetic field (disturbance) in the direction parallel to the bias magnetic field is reduced by applying the bias magnetic fields in the opposite directions to both magnetic detector elements.
特許文献１に記載の電流センサでは、両磁気検出素子に逆方向のバイアス磁界を印加する必要があるため、バイアス磁界を印加する手段が復雑となりセンサ全体が大型化し易いという課題があり、更なる改良が望まれていた。 In the current sensor described in Patent Document 1, since it is necessary to apply a bias magnetic field in the opposite direction to both magnetic detector elements, there is a problem that the means for applying the bias magnetic field becomes complicated and the entire sensor tends to be large. Improvement was desired.
そこで、本発明は、小型で外乱の影響を受けにくい電流センサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a current sensor that is compact and less susceptible to disturbance.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、固定層の磁化方向の向きがそれぞれ反対となるように直列に接続された第１及び第２の磁気検出素子と、直列に接続された前記第１及び第２磁気検出素子の両端間に直流電圧を印加する電圧源と、を有し、前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子との間の電圧を出力する電流センサであって、前記第１及び第２の磁気検出素子に、前記磁化方向と垂直方向のバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、前記バイアス磁界印加手段で印加するバイアス磁界の方向を反転させるバイアス磁界反転手段と、前記バイアス磁界反転手段によるバイアス磁界の反転前後の出力の平均化処理を行う平均化処理部と、を備えた、電流センサを提供する。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems, and the first and second magnetic detection elements connected in series so that the directions of the magnetization directions of the fixed layers are opposite to each other are connected in series. A current sensor that has a voltage source that applies a DC voltage between both ends of the first and second magnetic detection elements, and outputs a voltage between the first magnetic detection element and the second magnetic detection element. Then, the bias magnetic field applying means for applying the bias magnetic field in the direction perpendicular to the magnetization direction to the first and second magnetic detection elements and the bias magnetic field reversal for reversing the directions of the bias magnetic field applied by the bias magnetic field applying means. Provided is a current sensor including means and an averaging processing unit that performs an output averaging process before and after reversal of the bias magnetic field by the bias magnetic field reversing means.
本発明によれば、小型で外乱の影響を受けにくい電流センサを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a current sensor that is compact and less susceptible to disturbance.
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本実施の形態に係る電流センサの概略構成図である。図２は、センサ部とバスバとの位置関係を説明する図であり、（ａ）は、バスバを透視した平面図、（ｂ）はその側面図である。図１及び図２に示すように、電流センサ１は、センサ部２と、処理回路部３と、を有している。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a current sensor according to the present embodiment. 2A and 2B are views for explaining the positional relationship between the sensor unit and the bus bar, where FIG. 2A is a plan view of the bus bar and FIG. 2B is a side view thereof. As shown in FIGS. 1 and 2, the current sensor 1 includes a sensor unit 2 and a processing circuit unit 3.
（センサ部２の説明）
まず、センサ部２について説明する。図２に示すように、センサ部２は、２つの磁気検出素子２１を有するチップ２０と、バイアス磁界印加手段４の一部であるバイアスコイル４１と、を有している。
(Explanation of sensor unit 2)
First, the sensor unit 2 will be described. As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 has a chip 20 having two magnetic detection elements 21 and a bias coil 41 which is a part of the bias magnetic field applying means 4.
ここでは、電流センサ１が、バスバ８を流れる電流を測定する場合を説明する。バスバ８は、銅やアルミニウム等の電気良導体からなる板状の導体である。センサ部２は、バスバ８の板厚方向において、バスバ８と対向するように配置される。 Here, a case where the current sensor 1 measures the current flowing through the bus bar 8 will be described. The bus bar 8 is a plate-shaped conductor made of a good electric conductor such as copper or aluminum. The sensor unit 2 is arranged so as to face the bus bar 8 in the plate thickness direction of the bus bar 8.
チップ２０は、電源端子２２ａ、出力端子２２ｂ、及びグランド端子２２ｃの３つの端子を有している。電源端子２２ａと出力端子２２ｂとは、チップ２０内で第１磁気検出素子２１ａを介して電気的に接続されており、出力端子２２ｂとグランド端子２２ｃとは、チップ２０内で第２磁気検出素子２１ｂを介して電気的に接続されている。第１及び第２磁気検出素子２１ａ，２１ｂは、被測定磁界がない場合の磁気抵抗、および磁気抵抗変化率（被測定磁界の強度変化に対する抵抗の変化率）が略同等とされる。
The chip 20 has three terminals, a
電源端子２２ａには、後述する駆動用定電圧回路３１に電気的に接続され、電源電圧Ｖｃｃが入力される。グランド端子２２ｃは、処理回路部３のグランドパターンに電気的に接続される等して接地される。出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍが、センサ部２の出力となる。つまり、センサ部２では、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂに一括して電源電圧Ｖｃｃが印加され、第１磁気検出素子２１ａと第２磁気検出素子２１ｂとの間の電圧が出力される。換言すれば、センサ部２では、電源電圧Ｖｃｃが両磁気検出素子２１ａ，２１ｂで抵抗分圧された電圧Ｖｍが、センサ部２の出力とされる。
The
図３に示すように、磁気検出素子２１は、磁化方向が固定された固定層２１０と、磁化方向が変化する自由層２１１と、固定層２１０と自由層２１１とを分離する非磁性層（導電層）２１２とが積層されて構成されている。磁気検出素子２１を用いて磁界強度を測定する際には、固定層２１０の磁化方向が被測定磁界の方向と一致するように（平行に）磁気検出素子２１を配置し、かつ、固定層の磁化方向と垂直な方向にバイアス磁界を印加する。 As shown in FIG. 3, the magnetic detection element 21 is a non-magnetic layer (conductive) that separates the fixed layer 210 in which the magnetization direction is fixed, the free layer 211 in which the magnetization direction changes, and the fixed layer 210 and the free layer 211. Layer) 212 is laminated and configured. When measuring the magnetic field strength using the magnetic detection element 21, the magnetic detection element 21 is arranged (parallel) so that the magnetization direction of the fixed layer 210 coincides with the direction of the magnetic field to be measured, and the fixed layer A bias magnetic field is applied in the direction perpendicular to the magnetization direction.
すると、自由層２１１は、被測定磁界とバイアス磁界とを合成した合成磁界に沿った方向に磁化され、固定層２１０の磁化方向と、自由層２１１の磁化方向とが所定の角度θをなす。磁気検出素子２１では、この角度θ、すなわち固定層２１０と自由層２１１の磁化方向の角度差に応じて、抵抗が変化する。外乱がない状態での磁気検出素子２１の被測定磁界に対する抵抗値の関係は、図３（ｂ）のようになる。 Then, the free layer 211 is magnetized in the direction along the combined magnetic field of the magnetic field to be measured and the bias magnetic field, and the magnetization direction of the fixed layer 210 and the magnetization direction of the free layer 211 form a predetermined angle θ. In the magnetic detection element 21, the resistance changes according to this angle θ, that is, the angle difference between the fixed layer 210 and the free layer 211 in the magnetization direction. The relationship between the resistance values of the magnetic detector 21 with respect to the magnetic field to be measured in the absence of disturbance is as shown in FIG. 3 (b).
図３（ｂ）に示すように、被測定磁界の方向が固定層２１０の磁化方向と同じ（平行）、すなわち図３（ｂ）の縦軸より右の領域の場合、その大きさが大きくなるにしたがって（θが０度に近づくにしたがって）磁気検出素子２１の抵抗値はある値に漸近しつつ小さくなる。逆に、被測定磁界の方向が固定層２１０の磁化方向と反対（反平行）、すなわち図３（ｂ）の縦軸より左の領域の場合、その大きさが大きくなるにしたがって（θが１８０度に近づくにしたがって）磁気検出素子２１の抵抗値はある値に漸近しつつ大きくなる特性を示す。 As shown in FIG. 3 (b), when the direction of the magnetic field to be measured is the same (parallel) as the magnetization direction of the fixed layer 210, that is, the region to the right of the vertical axis of FIG. 3 (b), the size becomes large. (As θ approaches 0 degrees), the resistance value of the magnetic detector 21 gradually decreases while approaching a certain value. On the contrary, when the direction of the magnetic field to be measured is opposite to the magnetization direction of the fixed layer 210 (antiparallel), that is, in the region to the left of the vertical axis in FIG. 3 (b), as the magnitude increases (θ is 180). The resistance value of the magnetic detector 21 (as it approaches the degree) shows a characteristic that it gradually increases while approaching a certain value.
一方、磁気検出素子２１の磁化方向を図３（ａ）とは反対方向になるように磁気検出素子２１を配置し、かつ、固定層の磁化方向と垂直な方向にバイアス磁界を印加した場合、外乱がない状態での磁気検出素子２１の被測定磁界に対する抵抗値の関係は、図３（ｂ）の縦軸に対して反転した特性になる。すなわち、被測定磁界の方向が固定層２１０の磁化方向と同じ（平行）、すなわち図３（ｂ）の縦軸より左の領域の場合、その大きさが大きくなるにしたがって（θが０度に近づくにしたがって）磁気検出素子２１の抵抗値はある値に漸近しつつ大きくなる。逆に、被測定磁界の方向が固定層２１０の磁化方向と反対（反平行）、すなわち図３（ｂ）の縦軸より右の領域の場合、その大きさが大きくなるにしたがって（θが１８０度に近づくにしたがって）磁気検出素子２１の抵抗値はある値に漸近しつつ大きくなる特性を示す。 On the other hand, when the magnetic detection element 21 is arranged so that the magnetization direction of the magnetic detection element 21 is opposite to that in FIG. 3A and a bias magnetic field is applied in a direction perpendicular to the magnetization direction of the fixed layer. The relationship of the resistance value of the magnetic detector 21 with respect to the magnetic field to be measured in the absence of disturbance has a characteristic inverted with respect to the vertical axis of FIG. 3 (b). That is, when the direction of the magnetic field to be measured is the same as (parallel) to the magnetization direction of the fixed layer 210, that is, in the region to the left of the vertical axis in FIG. 3 (b), as the magnitude increases (θ becomes 0 degrees). (As it gets closer), the resistance value of the magnetic detector 21 gradually increases while approaching a certain value. On the contrary, when the direction of the magnetic field to be measured is opposite to the magnetization direction of the fixed layer 210 (antiparallel), that is, in the region to the right of the vertical axis in FIG. 3 (b), as the magnitude increases (θ is 180). The resistance value of the magnetic detector 21 (as it approaches the degree) shows a characteristic that it gradually increases while approaching a certain value.
図２に戻り、第１及び第２の磁気検出素子２１ａ，２１ｂは、固定層２１０の磁化方向の向き（黒塗り矢印にて示す）がそれぞれ反対となるようにチップ２０内で配置されている。また、電流センサ１では、バスバ８を流れる電流により発生する磁界の方向に対して、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂは、固定層２１０の磁化方向の向きが平行または反平行（平行でかつ同じ向きまたは反対向き）となるように、チップ２０を配置する。
Returning to FIG. 2, the first and second
バスバ８を電流が流れておらず被測定磁界がゼロである場合には、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗値が同じ値となるため、出力端子２２ｂから出力される電圧ＶｍはＶｃｃ／２となる。他方、バスバ８に電流が流れ図２（ａ）内矢印で示す方向に被測定磁界が大きくなると、図２の例では、第１磁気検出素子２１ａの抵抗が小さく、第２磁気検出素子２１ｂの抵抗が大きくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧ＶｍはＶｃｃ／２よりも大きくなる。逆に、バスバ８に電流が流れ図２（ａ）で示す方向とは逆方向に被測定磁界の大きさが大きくなると、第１磁気検出素子２１ａの抵抗が大きく、第２磁気検出素子２１ｂの抵抗が小さくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧ＶｍはＶｃｃ／２より小さくなる。よって、この電圧Ｖｍから、磁界を演算し、バスバ８を流れる電流の方向と大きさを求めることができる。磁界または電流の方向はＶｍがＶｃｃ／２より大きいか小さいかで判別でき、磁界または電流の大きさはＶｍとＶｃｃ／２の差の絶対値から算出できる。
When no current is flowing through the bus bar 8 and the magnetic field to be measured is zero, the resistance values of both
バイアスコイル４１は、自身を流れる電流によりバイアス磁界を発生させ、発生させたバイアス磁界をチップ２０の両磁気検出素子２１ａ，２１ｂに印加するためのものである。バイアスコイル４１は、例えば、磁気検出素子２１ａ，２１ｂの製造工程と同じ薄膜プロセスによって形成される。ここでは、渦巻き状の導体パターンからなるバイアスコイル４１を形成する場合を示しているが、バイアスコイル４１の具体的な形状はこれに限定されない。バイアスコイル４１の両端は、後述する極性切替部５１を介して、バイアス用定電流源４２に電気的に接続されている。
The bias coil 41 is for generating a bias magnetic field by a current flowing through itself and applying the generated bias magnetic field to both
（処理回路部３の説明）
処理回路部３は、両磁気検出素子２１に直流電圧（電源電圧Ｖｃｃ）を印加する電圧源としての駆動用定電圧回路３１と、バイアスコイル４１に電流を供給する電流源としてのバイアス用定電流源４２と、を有している。駆動用定電圧回路３１は、その出力がセンサ部２の電源端子２２ａに電気的に接続され、電源端子２２ａとグランド端子２２ｃ間、すなわち直列に接続された第１及び第２磁気検出素子２１ａ，２１ｂの両端間に、直流の電源電圧Ｖｃｃを印加する。
(Explanation of processing circuit unit 3)
The processing circuit unit 3 includes a drive
バイアス用定電流源４２は、バイアスコイル４１に直流電流を供給するためのものである。本実施の形態では、このバイアス用定電流源４２とバイアスコイル４１とで、バイアス磁界印加手段４が構成されている。バイアス磁界印加手段４は、第１及び第２の磁気検出素子２１ａ，２１ｂに、固定層２１０の磁化方向と垂直方向のバイアス磁界を印加するものである。
The bias constant
また、処理回路部３は、バイアス磁界反転手段５としての極性切替部５１を有している。バイアス磁界反転手段５は、バイアス磁界印加手段４で印加するバイアス磁界の方向を反転させるものである。本実施の形態では、バイアス磁界反転手段５は、バイアス用定電流源４２からバイアスコイル４１に供給される直流電流（以下、バイアス電流という）の向きを反転させる極性切替部５１を有しており、この極性切替部５１でバイアス電流の向きを反転させることで、バイアス磁界の方向を反転させるように構成されている。
Further, the processing circuit unit 3 has a
また、本実施の形態では、バイアス磁界反転手段５は、所定の時間間隔ごとにバイアス磁界の方向を切り替えるように構成されている。具体的には、処理回路部３にクロック信号を生成するクロック生成部７を搭載し、このクロック生成部７から入力されるクロック信号を切り替え信号として、所定の時間間隔（つまり所定の周波数）で、バイアス電流の向きを反転させるように極性切替部５１を構成した。バイアス電流を切り替える周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であるとよい。所定の時間間隔ごとにバイアス磁界の方向を切り替えることで、バスバ８を流れる電流の時間変化を検出可能となる。
Further, in the present embodiment, the bias magnetic
極性切替部５１は、例えば１つ以上のスイッチと、スイッチの開閉制御を行うスイッチ制御部と、から構成される。極性切替部５１の具体的な構成は特に限定するものではない。極性切替部５１は、バイアス用定電流源４２とバイアスコイル４１間に挿入される。換言すれば、バイアス用定電流源４２とバイアスコイル４１とが、極性切替部５１を介して電気的に接続される。
The
さらに、処理回路部３は、バイアス磁界反転手段５によるバイアス磁界の反転前後の出力の平均化処理を行う平均化処理部６を有している。平均化処理部６は、センサ部２の出力端子２２ｂに電気的に接続され、出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍの平均化処理を行う。本実施の形態では、平均化処理部６は、クロック生成部７からのクロック信号を受信し、極性切替部５１の切り替えと同期して電圧Ｖｍのサンプリングを行う。平均化処理部６は、例えば、所定数のサンプルの総和（積分）をサンプル数で除することで、所定の期間における電圧Ｖｍの平均値を演算し、演算した電圧Ｖｍの平均値を、出力Ｖｏｕｔとして出力する。出力Ｖｏｕｔは、アナログ信号（電圧信号）であってもよいし、デジタル信号であってもよい。このＶｏｕｔから、磁界を演算し、バスバ８を流れる電流の方向と大きさを求めることができる。磁界または電流の方向はＶｏｕｔがＶｃｃ／２より大きいか小さいかで判別でき、磁界または電流の大きさはＶｏｕｔとＶｃｃ／２の差の絶対値から算出できる。なお、平均化処理部６で平均化処理を行う具体的な構成はこれに限定されず、例えば平均化処理を積分回路等を用いたアナログ処理により行うように構成してもよい。
Further, the processing circuit unit 3 has an averaging processing unit 6 that performs an output averaging process before and after the inversion of the bias magnetic field by the bias magnetic field inversion means 5. The averaging processing unit 6 is electrically connected to the
（電流センサ１における外乱抑制の原理）
まず、図４（ａ）に示すように、バイアス磁界と外乱の方向が同じ方向である場合を考える。ここでは、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの固定層２１０の磁化方向は両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの配列方向において外側に向かう方向とし、被測定磁界の向きが第２磁気検出素子２１ｂ側から第１磁気検出素子２１ａに向かう方向とする。なお、図４（ａ）では、固定層２１０の磁化方向を黒塗り矢印、バイアス磁界の方向を白抜き矢印、被測定磁界の方向をハッチング矢印にてそれぞれ示している。
(Principle of disturbance suppression in current sensor 1)
First, as shown in FIG. 4A, consider the case where the bias magnetic field and the disturbance are in the same direction. Here, the magnetization direction of the fixed layer 210 of both
バイアス磁界と外乱の方向が同じ方向（平行）である場合、バイアス磁界と外乱が互いに強め合う。そのため、外乱が無い場合（図示破線矢印）と比較して、固定層２１０の磁化方向に対する合成磁界の傾きが大きくなる。このとき両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗値は図４（ｂ）のように変化する。すなわち、被測定磁界が正の場合、磁気検出素子２１ａの抵抗値は外乱がない場合（破線で表示）に比べ大きくなり、磁気検出素子２１ｂの抵抗値は外乱がない場合に比べ小さくなる。その結果、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗の差は外乱がない場合と比べて小さくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍは外乱がない場合と比べて小さくなる。逆に、被測定磁界が負の場合、磁気検出素子２１ａの抵抗値は外乱がない場合に比べ小さくなり、磁気検出素子２１ｂの抵抗値は外乱がない場合に比べ大きくなる。その結果、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗の差は外乱がない場合と比べて小さくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍは外乱がない場合と比べて大きくなる。したがって、被測定磁界が負から正まで全体を見ると、被測定磁界の変化に対する出力変化（つまり感度）は、外乱がない場合と比べ小さくなる。
When the directions of the bias magnetic field and the disturbance are the same (parallel), the bias magnetic field and the disturbance strengthen each other. Therefore, the inclination of the combined magnetic field with respect to the magnetization direction of the fixed layer 210 is larger than that in the case where there is no disturbance (dashed line arrow in the figure). At this time, the resistance values of both
他方、図５（ａ）に示すように、バイアス磁界と外乱の方向が反対方向（反平行）である場合、バイアス磁界が外乱の影響を受けて弱められる。そのため、外乱が無い場合（図示破線矢印）と比較して、固定層２１０の磁化方向に対する合成磁界の傾きが小さくなる。このとき両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗値は抵抗変化量の関係が図５（ｂ）のように変化する。すなわち、被測定磁界が正の場合、磁気検出素子２１ａの抵抗値は外乱がない場合（破線で表示）に比べ小さくなり、磁気検出素子２１ｂの抵抗値は外乱がない場合に比べ大きくなる。その結果、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗の差は外乱がない場合と比べて大きくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍは外乱がない場合と比べて大きくなる。逆に、被測定磁界が負の場合、磁気検出素子２１ａの抵抗値は外乱がない場合に比べ大きくなり、磁気検出素子２１ｂの抵抗値は外乱がない場合に比べ小さくなる。その結果、両磁気検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗の差は外乱がない場合と比べて大きくなり、出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍは外乱がない場合と比べて小さくなる。したがって、被測定磁界が負から正まで全体を見ると、被測定磁界の変化に対する出力変化（つまり感度）は、外乱がない場合と比べ大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, when the directions of the bias magnetic field and the disturbance are opposite (antiparallel), the bias magnetic field is weakened by the influence of the disturbance. Therefore, the inclination of the combined magnetic field with respect to the magnetization direction of the fixed layer 210 is smaller than that in the case where there is no disturbance (dashed line arrow in the figure). At this time, the resistance values of the two
このように、バイアス磁界と平行な方向の外乱が存在すると、バイアス磁界と外乱の方向が同じか否かによって、出力される電圧Ｖｍが変動する。本実施の形態では、これらを平均した値を出力Ｖｏｕｔとすることによって、外乱の影響を低減している。 As described above, when a disturbance in a direction parallel to the bias magnetic field exists, the output voltage Vm fluctuates depending on whether or not the direction of the bias magnetic field and the disturbance is the same. In the present embodiment, the influence of disturbance is reduced by setting the average value of these as the output Vout.
バイアス磁界と平行な方向にバイアス磁界の５０％の大きさの外乱が存在するとし、図６（ａ）に示すようにバイアス電流を所定の時間間隔で反転させた場合に、バイアス磁界の２倍の大きさの被測定磁界を計測する際の出力端子２２ｂから出力される電圧Ｖｍと、電圧Ｖｍの平均化処理を行った出力Ｖｏｕｔとをシミュレーションにより求めた。結果を図６（ｂ）に示す。
Assuming that a disturbance having a magnitude of 50% of the bias magnetic field exists in a direction parallel to the bias magnetic field, when the bias current is inverted at a predetermined time interval as shown in FIG. 6A, the bias magnetic field is twice as large. The voltage Vm output from the
図６（ｂ）に示すように、外乱があると、バイアス磁界と外乱の方向が同じか否かによって、感度の変動を介して出力される電圧Ｖｍが変動するが、電圧Ｖｍの平均をとることで、外乱の影響を抑制した出力Ｖｏｕｔが得られる。なお、図６（ｂ）では、外乱が存在しない場合の出力Ｖｏｕｔが任意単位で０．５０となるように縦軸が設定されている。本実施の形態で得られる出力Ｖｏｕｔは、外乱が存在しない場合に比べてわずかに小さい値になっているものの、精度が高い検出結果が得られている。具体的には、シミュレーションの結果、本実施の形態によれば、バイアス磁界の反転及び平均化処理を行わない場合と比較して、検出誤差を１／１０程度に抑制できることが確認された。 As shown in FIG. 6B, when there is a disturbance, the voltage Vm output via the fluctuation of the sensitivity fluctuates depending on whether the bias magnetic field and the direction of the disturbance are the same, but the average of the voltage Vm is taken. As a result, an output Vout that suppresses the influence of disturbance can be obtained. In FIG. 6B, the vertical axis is set so that the output Vout in the absence of disturbance is 0.50 in an arbitrary unit. Although the output Vout obtained in the present embodiment has a slightly smaller value than that in the case where no disturbance is present, a highly accurate detection result is obtained. Specifically, as a result of the simulation, it was confirmed that according to the present embodiment, the detection error can be suppressed to about 1/10 as compared with the case where the bias magnetic field inversion and averaging processing is not performed.
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る電流センサ１では、バイアス磁界印加手段４で印加するバイアス磁界の方向を反転させるバイアス磁界反転手段５と、バイアス磁界反転手段５によるバイアス磁界の反転前後の出力の平均化処理を行う平均化処理部６と、を備えている。
(Actions and effects of embodiments)
As described above, in the current sensor 1 according to the present embodiment, the bias magnetic field reversing means 5 for reversing the direction of the bias magnetic field applied by the bias magnetic field applying means 4 and the bias magnetic
これにより、バイアス磁界と平行な方向の外乱が存在する場合であっても、外乱の影響を抑制し、出力誤差を大幅に低減し検出精度の向上を図ることが可能になる。また、電流センサ１では、従来技術のようにバイアス磁界の向きが異なる２つのバイアスコイル等を用いる必要がなく、１つのバイアスコイル４１で供給する電流の向きを変えるのみでよいため、センサ部２を小型化することが可能になる。つまり、本実施の形態によれば、小型で外乱の影響を受けにくい電流センサ１を実現できる。 As a result, even when a disturbance in a direction parallel to the bias magnetic field exists, it is possible to suppress the influence of the disturbance, significantly reduce the output error, and improve the detection accuracy. Further, in the current sensor 1, it is not necessary to use two bias coils or the like having different directions of the bias magnetic field as in the prior art, and it is only necessary to change the direction of the current supplied by one bias coil 41. Therefore, the sensor unit 2 Can be miniaturized. That is, according to the present embodiment, it is possible to realize a current sensor 1 that is compact and less susceptible to disturbance.
さらに、センサ部２を小型化できるので、チップ２０のチップサイズを小さくすることができ、低コスト化を図ることも可能になる。さらにまた、チップ２０のチップサイズを小さくすることで、製造時の薄膜プロセスで生じる２つの磁気検出素子２１の特性の差を小さくすることが可能になり、２つの磁気検出素子２１の特性の差による誤差（オフセット等）を抑制することが可能になる。なお、チップ２０のチップサイズが大きくなると製造上のばらつきが大きくなり、２つの磁気検出素子２１間の距離が離れていると、特性の差が大きくなりやすい。 Further, since the sensor unit 2 can be miniaturized, the chip size of the chip 20 can be reduced, and the cost can be reduced. Furthermore, by reducing the chip size of the chip 20, it is possible to reduce the difference in characteristics between the two magnetic detectors 21 that occurs in the thin film process during manufacturing, and the difference in characteristics between the two magnetic detectors 21. It becomes possible to suppress the error (offset, etc.) due to the above. As the chip size of the chip 20 increases, the manufacturing variation increases, and when the distance between the two magnetic detectors 21 is large, the difference in characteristics tends to increase.
また、電流センサ１では、バイアス磁界を印加する構造が従来と比べて簡単になるので、コストの低減が図れる。なお、本実施の形態ではバイアス磁界印加手段４としてバイアスコイル４１を用いたが、バイアス磁界を印加する構造はこれに限定されない。例えば、チップ２０の近傍にバイアス磁界印加用の電流路（バスバ等）を通し、その電流路を流れる電流により発生する磁界をバイアス磁界として用いることもできる。この場合、電流路を流れる電流の向きを反転させることで、バイアス磁界の方向を反転させることができる。また、チップ２０の近傍に配置された永久磁石によって、バイアス磁界を印加してもよい。この場合永久磁石を回転あるいは移動させること等によって、バイアス磁界を反転させることができる。 Further, in the current sensor 1, the structure for applying the bias magnetic field is simpler than that in the conventional case, so that the cost can be reduced. In the present embodiment, the bias coil 41 is used as the bias magnetic field applying means 4, but the structure for applying the bias magnetic field is not limited to this. For example, a current path (such as a bus bar) for applying a bias magnetic field is passed in the vicinity of the chip 20, and a magnetic field generated by a current flowing through the current path can be used as the bias magnetic field. In this case, the direction of the bias magnetic field can be reversed by reversing the direction of the current flowing through the current path. Further, a bias magnetic field may be applied by a permanent magnet arranged in the vicinity of the chip 20. In this case, the bias magnetic field can be reversed by rotating or moving the permanent magnet.
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiments)
Next, the technical idea grasped from the above-described embodiment will be described with reference to the reference numerals and the like in the embodiment. However, the respective reference numerals and the like in the following description are not limited to the members and the like in which the components in the claims are specifically shown in the embodiment.
［１］固定層の磁化方向の向きがそれぞれ反対となるように直列に接続された第１及び第２の磁気検出素子（２１ａ，２１ｂ）と、直列に接続された前記第１及び第２磁気検出素子（２１ａ，２１ｂ）の両端間に直流電圧を印加する電圧源（３１）と、を有し、前記第１磁気検出素子（２１ａ）と前記第２磁気検出素子（２１ｂ）との間の電圧を出力する電流センサ（１）であって、前記第１及び第２の磁気検出素子（２１ａ，２１ｂ）に、前記磁化方向と垂直方向のバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段（４）と、前記バイアス磁界印加手段（４）で印加するバイアス磁界の方向を反転させるバイアス磁界反転手段（５）と、前記バイアス磁界反転手段（５）によるバイアス磁界の反転前後の出力の平均化処理を行う平均化処理部（６）と、を備えた、電流センサ（１）。 [1] The first and second magnetic detection elements (21a, 21b) connected in series so that the directions of the magnetization directions of the fixed layers are opposite to each other, and the first and second magnetic fields connected in series. It has a voltage source (31) for applying a DC voltage between both ends of the detection elements (21a, 21b), and is between the first magnetic detection element (21a) and the second magnetic detection element (21b). A current sensor (1) that outputs a voltage, and a bias magnetic field applying means (4) that applies a bias magnetic field in a direction perpendicular to the magnetization direction to the first and second magnetic detection elements (21a, 21b). The bias magnetic field reversing means (5) for reversing the direction of the bias magnetic field applied by the bias magnetic field applying means (4) and the output averaging process before and after the reversal of the bias magnetic field by the bias magnetic field reversing means (5) are performed. A current sensor (1) including an averaging processing unit (6).
［２］前記バイアス磁界反転手段（５）は、所定の時間間隔ごとにバイアス磁界の方向を切り替えるように構成されている、［１］に記載の電流センサ（１）。 [2] The current sensor (1) according to [1], wherein the bias magnetic field reversing means (5) is configured to switch the direction of the bias magnetic field at predetermined time intervals.
［３］前記バイアス磁界印加手段（４）は、前記第１及び第２磁気検出素子（２１ａ，２１ｂ）の近傍に設けられた１つのバイアスコイル（４１）と、前記バイアスコイル（４１）に直流電流を供給する電流源（４２）と、を有し、前記バイアス磁界反転手段（５）は、前記電流源（４２）からバイアスコイル（４１）に供給される直流電流の向きを反転させることで、バイアス磁界の方向を反転させる、［１］または［２］に記載の電流センサ（１）。 [3] The bias magnetic field applying means (4) directs a DC to one bias coil (41) provided in the vicinity of the first and second magnetic detection elements (21a, 21b) and the bias coil (41). The bias magnetic field reversing means (5) has a current source (42) for supplying a current, and the bias magnetic field reversing means (5) reverses the direction of the DC current supplied from the current source (42) to the bias coil (41). , The current sensor (1) according to [1] or [2], which reverses the direction of the bias magnetic field.
［４］前記第１及び第２磁気検出素子（２１ａ，２１ｂ）の磁気抵抗変化率が同じである、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の電流センサ（１）。 [4] The current sensor (1) according to any one of [1] to [3], wherein the first and second magnetic detector elements (21a, 21b) have the same reluctance rate of change.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. It should also be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention. In addition, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
１…電流センサ
２…センサ部
２０…チップ
２１…磁気検出素子
２１０…固定層
２１１…自由層
２１ａ…第１磁気検出素子
２１ｂ…第２磁気検出素子
３…処理回路部
３１…駆動用定電圧回路（電圧源）
４…バイアス磁界印加手段
４１…バイアスコイル
４２…バイアス用定電流源（電流源）
５…バイアス磁界反転手段
５１…極性切替部
６…平均化処理部
７…クロック生成部
８…バスバ
1 ... Current sensor 2 ... Sensor unit 20 ... Chip 21 ... Magnetic detection element 210 ... Fixed layer 211 ...
4 ... Bias magnetic field applying means 41 ...
5 ... Bias magnetic field inversion means 51 ... Polarity switching unit 6 ...
Claims (4)
前記第１及び第２の磁気検出素子に、前記磁化方向と垂直方向のバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と、
前記バイアス磁界印加手段で印加するバイアス磁界の方向を反転させるバイアス磁界反転手段と、
前記バイアス磁界反転手段によるバイアス磁界の反転前後の出力の平均化処理を行う平均化処理部と、を備えた、
電流センサ。 A DC voltage between the first and second magnetic detector elements connected in series so that the directions of the magnetization directions of the fixed layer are opposite to each other and the first and second magnetic detector elements connected in series. A current sensor that has a voltage source to which the voltage is applied and outputs a voltage between the first magnetic detector element and the second magnetic detector element.
A bias magnetic field applying means for applying a bias magnetic field in the direction perpendicular to the magnetization direction to the first and second magnetic detection elements, and
A bias magnetic field reversing means for reversing the direction of the bias magnetic field applied by the bias magnetic field applying means, and a bias magnetic field reversing means.
An averaging processing unit that performs an output averaging process before and after inversion of the bias magnetic field by the bias magnetic field inversion means is provided.
Current sensor.
請求項１に記載の電流センサ。 The bias magnetic field reversing means is configured to switch the direction of the bias magnetic field at predetermined time intervals.
The current sensor according to claim 1.
前記バイアス磁界反転手段は、前記電流源からバイアスコイルに供給される直流電流の向きを反転させることで、バイアス磁界の方向を反転させる、
請求項１または２に記載の電流センサ。 The bias magnetic field applying means includes one bias coil provided in the vicinity of the first and second magnetic detector elements, and a current source for supplying a direct current to the bias coil.
The bias magnetic field reversing means reverses the direction of the bias magnetic field by reversing the direction of the direct current supplied from the current source to the bias coil.
The current sensor according to claim 1 or 2.
請求項１乃至３の何れか１項に記載の電流センサ。 The reluctance rate of change of the first and second magnetic detector elements is the same.
The current sensor according to any one of claims 1 to 3.
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