JPH10282156A - 電流センサー - Google Patents
電流センサーInfo
- Publication number
- JPH10282156A JPH10282156A JP9126186A JP12618697A JPH10282156A JP H10282156 A JPH10282156 A JP H10282156A JP 9126186 A JP9126186 A JP 9126186A JP 12618697 A JP12618697 A JP 12618697A JP H10282156 A JPH10282156 A JP H10282156A
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- Japan
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- effect element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来究めて高価であった高精度電流センサ
ーを安価で信頼性の高いものにする。 【構成】 本特許は導体に流れる電流の大きさを測定
するのに、電流の流れる導体と、電流によって発生する
磁場を測定するホール効果素子を、1基板上に極めて近
接して、しかも精度良く配置することによって、安定に
電流を計測する電流センサーの構成法に関するものであ
る。
ーを安価で信頼性の高いものにする。 【構成】 本特許は導体に流れる電流の大きさを測定
するのに、電流の流れる導体と、電流によって発生する
磁場を測定するホール効果素子を、1基板上に極めて近
接して、しかも精度良く配置することによって、安定に
電流を計測する電流センサーの構成法に関するものであ
る。
Description
【産業上の利用分野】本特許は集積回路技術によって形
成した高精度な電流センサーに関するものである。
成した高精度な電流センサーに関するものである。
【従来技術】図1は、従来の電流センサーの構成例であ
って、1は測定すべき電流を流す電線、2は電流源、3
はホール効果素子、4、5はホール効果素子のバイアス
端子、6、7はホール効果素子のホール起電力出力端
子、8は、電圧源である。図2は従来の別の電流センサ
ーの構成例であって、1は測定すべき電流を流す電線、
2は電流源、3はホール効果素子、4、5はホール効果
素子のバイアス端子、6、7はホール効果素子のホール
起電力出力端子、8は電圧源、9は磁気コア、10は磁
気コアにあいたスリットである。従来この種の電流測定
には、図1に示すように、電流を流す電線1の周囲に発
生する磁場の強さをホール効果素子2によって測定し、
結果として電流の強さをホール起電力と言う電圧の大き
さに変換して測定する、と言う手法がよく知られてい
る。しかし図1の様な方法では、電線1とホール効果素
子2の距離のわずかなずれによって、出力電圧の大きさ
が大きく変化してしまう、という欠点を有していた。そ
こで図2の様に、一部にスリットの開いた磁気コアに電
線を貫通させ、この電線に測定すべき電流を流した時
に、磁気コアのスリットに発生する磁場の強さ(磁束密
度)をスリットに挿入したホール効果素子によって測定
するという回路が考案された。この様にする事によっ
て、電線1がコアに挿入されていれば、その位置に関係
なく、安定した、電流計測が可能となり、広く用いられ
ている。
って、1は測定すべき電流を流す電線、2は電流源、3
はホール効果素子、4、5はホール効果素子のバイアス
端子、6、7はホール効果素子のホール起電力出力端
子、8は、電圧源である。図2は従来の別の電流センサ
ーの構成例であって、1は測定すべき電流を流す電線、
2は電流源、3はホール効果素子、4、5はホール効果
素子のバイアス端子、6、7はホール効果素子のホール
起電力出力端子、8は電圧源、9は磁気コア、10は磁
気コアにあいたスリットである。従来この種の電流測定
には、図1に示すように、電流を流す電線1の周囲に発
生する磁場の強さをホール効果素子2によって測定し、
結果として電流の強さをホール起電力と言う電圧の大き
さに変換して測定する、と言う手法がよく知られてい
る。しかし図1の様な方法では、電線1とホール効果素
子2の距離のわずかなずれによって、出力電圧の大きさ
が大きく変化してしまう、という欠点を有していた。そ
こで図2の様に、一部にスリットの開いた磁気コアに電
線を貫通させ、この電線に測定すべき電流を流した時
に、磁気コアのスリットに発生する磁場の強さ(磁束密
度)をスリットに挿入したホール効果素子によって測定
するという回路が考案された。この様にする事によっ
て、電線1がコアに挿入されていれば、その位置に関係
なく、安定した、電流計測が可能となり、広く用いられ
ている。
【発明が解決しようとする課題】しかし、この図2のよ
うな従来型電流センサーは、上記したように電線、磁気
コア、ホール効果素子と言う3つのディスクリート部品
を組合わせて組み立てる必要があったので、部品材料費
用、組み立て費用等が高額となり、低価格化を妨げてい
た。またホール効果素子には磁場の強さがゼロの場合に
も、多少のオフセット電圧が発生してしまうという問題
がある。従来はこれを除去するために、後段の増幅回路
の回路定数の調整に、熟練を要する調整を行っていたた
めに、低価格化を妨げる要因の一つとなっていた。ま
た、此のために集積回路化の妨げにもなっていた。
うな従来型電流センサーは、上記したように電線、磁気
コア、ホール効果素子と言う3つのディスクリート部品
を組合わせて組み立てる必要があったので、部品材料費
用、組み立て費用等が高額となり、低価格化を妨げてい
た。またホール効果素子には磁場の強さがゼロの場合に
も、多少のオフセット電圧が発生してしまうという問題
がある。従来はこれを除去するために、後段の増幅回路
の回路定数の調整に、熟練を要する調整を行っていたた
めに、低価格化を妨げる要因の一つとなっていた。ま
た、此のために集積回路化の妨げにもなっていた。
【課題を解決するための手段】本特許ではこの様な問題
点を解決するために、電線とホール効果素子を集積回路
技術を用いて、1基板上に精密に位置合わせして形成す
ることによって、高精度、低価格な電流センサーを実現
しようとしたものである。
点を解決するために、電線とホール効果素子を集積回路
技術を用いて、1基板上に精密に位置合わせして形成す
ることによって、高精度、低価格な電流センサーを実現
しようとしたものである。
【作用】この様な構成にすることによって、今まで手作
業で精密な位置合わせを行わなければならなかった図1
の磁気回路を、簡単にサブミクロンオーダーの位置合わ
せされた形で製造でき、かつ大量に一括して形成できる
ので極めて高精度で安価な電流センサーを得ることが出
来る。また、複数のホール効果素子を集積することによ
って、従来問題となっていた、電流が流れない場合に、
ホール効果素子から発生するオフセット電圧を相殺出来
るので、電子回路部での微妙な調整が不要となるため、
さらに高精度、安価格化を実現できるものである。ま
た、この電流センサーを半導体基板上に作成すれば、同
一基板上に、集積回路技術を用いてオペアンプや制御用
デジタル回路などを搭載出来るので、さらに高精度で様
々な機能を兼ね備えた電流センサーを得ることが出来
る。
業で精密な位置合わせを行わなければならなかった図1
の磁気回路を、簡単にサブミクロンオーダーの位置合わ
せされた形で製造でき、かつ大量に一括して形成できる
ので極めて高精度で安価な電流センサーを得ることが出
来る。また、複数のホール効果素子を集積することによ
って、従来問題となっていた、電流が流れない場合に、
ホール効果素子から発生するオフセット電圧を相殺出来
るので、電子回路部での微妙な調整が不要となるため、
さらに高精度、安価格化を実現できるものである。ま
た、この電流センサーを半導体基板上に作成すれば、同
一基板上に、集積回路技術を用いてオペアンプや制御用
デジタル回路などを搭載出来るので、さらに高精度で様
々な機能を兼ね備えた電流センサーを得ることが出来
る。
【実施例】図3は本特許電流センサーの1実施例であっ
て、1は測定すべき電流を流す配線、3はホール効果素
子、4、5はホール効果素子のバイアス端子、6、7は
ホール効果素子のホール起動出力端子、11は配線1の
電流流入端子、12は配線1の電流流出端子、13はこ
れらをつなぐ配線、14はX座標合わせマーク、15は
Y座標合わせマーク、16はコンタクト穴、17は基板
である。また図4は図3の中心付近の横方向断面図であ
って、18、19はシリコン酸化膜などの絶縁膜であ
る。図3の様な構造を製造する手法は、公知の集積回路
技術を組み合わせることによって容易に実現できるが、
以下に概略を説明する。例えば、まず基板17としてシ
リコン単結晶ウエハーを用い、全面にシリコン酸化膜等
の絶緑膜を形成する。次にこの上にポリシリコン膜を堆
積した後、ホール効果素子3のパターンと合わせマーク
14、15のパターンを、このポリシリコン膜によって
形成する。次にこの上に別の絶緑薄積を基板上全面に推
積した後、コンタクト穴16を形成する。次に基板上全
面にアルミニウム薄膜を推積した後、測定すべき電流を
流す配線1、配線1の電流流入端子11、配線1の電流
流出端子12、これらをつなぐ配線13、ホール効果素
子用端子などのパターンを一括して形成する。この配線
パターン形成時には、ホール効果素子3の形成時に同時
に形成した合わせマーク14、15等を基準にして、パ
ターン合わせを行ってゆく。このパターン合わせでは現
代の集積回路技術を用いれば±0.1μm程度の高精度
な合わせ精度が容易に実現できる。このような手法を積
み重ねることによって、図3の様な構造を容易に実現で
きる。この様な構成になっているので、配線1に電流を
流すとき、この配線の周囲にはこの電流の強さに比例し
た強さの磁場が発生する。従ってホール効果素子3のホ
ール出力端子6、7からは、この電流の強さに比例した
電圧出力が得られる。この磁場の強さは、配線1からホ
ール効果素子までの距離の二乗に反比例するので、この
距離のバラツキがそのまま電力測定精度に影響するが、
図3の様な構造を上記のような製法で作るれば、この距
離の精度はパターン露光機の合わせ精度0.1μm程度
におさまっているので、例えばこの距離Lが10μmな
らば1%程度の誤差 100μmならば0.1%程度の
精度におさえることが出来る。距離Lが大きくなればな
るほど、この位置合わせ精度による誤差は小さくなる
が、逆に信号の絶対値も小さくなるので、最終的にはこ
の信号を増幅するアンプの精度との間で最適設計を行う
必要がある。このような電流センサーを構成するにあた
り、上記ではホール効果素子としてポリシリコンを用い
ることを念頭において説明を行ってきたが、基板1とし
て半導体を用い、いわゆる拡散抵抗構造としても同様な
効果を得ることが出来ることは明らかである。また、電
流の大きさがそれほど大きくない場合には、配線1の材
料としてホール効果素子と同じ材料のポリシリコンや拡
散抵抗を用いれば、位置合わせ精度は、露光装置の合わ
せ精度に依存せず、専ら1枚のマスク内のパターン形成
時においけるパターン相互の位置精度と言う、さらに小
さな誤差とすることも可能である。また、小さな電流を
測定する場合の感度向上策として、配線1とホール効果
素子2の距離をできるだけ近ずけることが効果的と考え
られる。これを実現するために、配線1として集積回路
で言ういわゆる、第1層配線以外の層、例えば第2層配
線を用いると、配線1とホール効果素子はさらに接近さ
せることが出来るので、感度の向上が見込める。ただし
上記したような、精度とのトレードオフが生じる。また
ホール効果素子は、磁場の強さゼロの時にも多少の電圧
が発生してしまう、いわゆるオフセット電圧の問題を
て、1は測定すべき電流を流す配線、3はホール効果素
子、4、5はホール効果素子のバイアス端子、6、7は
ホール効果素子のホール起動出力端子、11は配線1の
電流流入端子、12は配線1の電流流出端子、13はこ
れらをつなぐ配線、14はX座標合わせマーク、15は
Y座標合わせマーク、16はコンタクト穴、17は基板
である。また図4は図3の中心付近の横方向断面図であ
って、18、19はシリコン酸化膜などの絶縁膜であ
る。図3の様な構造を製造する手法は、公知の集積回路
技術を組み合わせることによって容易に実現できるが、
以下に概略を説明する。例えば、まず基板17としてシ
リコン単結晶ウエハーを用い、全面にシリコン酸化膜等
の絶緑膜を形成する。次にこの上にポリシリコン膜を堆
積した後、ホール効果素子3のパターンと合わせマーク
14、15のパターンを、このポリシリコン膜によって
形成する。次にこの上に別の絶緑薄積を基板上全面に推
積した後、コンタクト穴16を形成する。次に基板上全
面にアルミニウム薄膜を推積した後、測定すべき電流を
流す配線1、配線1の電流流入端子11、配線1の電流
流出端子12、これらをつなぐ配線13、ホール効果素
子用端子などのパターンを一括して形成する。この配線
パターン形成時には、ホール効果素子3の形成時に同時
に形成した合わせマーク14、15等を基準にして、パ
ターン合わせを行ってゆく。このパターン合わせでは現
代の集積回路技術を用いれば±0.1μm程度の高精度
な合わせ精度が容易に実現できる。このような手法を積
み重ねることによって、図3の様な構造を容易に実現で
きる。この様な構成になっているので、配線1に電流を
流すとき、この配線の周囲にはこの電流の強さに比例し
た強さの磁場が発生する。従ってホール効果素子3のホ
ール出力端子6、7からは、この電流の強さに比例した
電圧出力が得られる。この磁場の強さは、配線1からホ
ール効果素子までの距離の二乗に反比例するので、この
距離のバラツキがそのまま電力測定精度に影響するが、
図3の様な構造を上記のような製法で作るれば、この距
離の精度はパターン露光機の合わせ精度0.1μm程度
におさまっているので、例えばこの距離Lが10μmな
らば1%程度の誤差 100μmならば0.1%程度の
精度におさえることが出来る。距離Lが大きくなればな
るほど、この位置合わせ精度による誤差は小さくなる
が、逆に信号の絶対値も小さくなるので、最終的にはこ
の信号を増幅するアンプの精度との間で最適設計を行う
必要がある。このような電流センサーを構成するにあた
り、上記ではホール効果素子としてポリシリコンを用い
ることを念頭において説明を行ってきたが、基板1とし
て半導体を用い、いわゆる拡散抵抗構造としても同様な
効果を得ることが出来ることは明らかである。また、電
流の大きさがそれほど大きくない場合には、配線1の材
料としてホール効果素子と同じ材料のポリシリコンや拡
散抵抗を用いれば、位置合わせ精度は、露光装置の合わ
せ精度に依存せず、専ら1枚のマスク内のパターン形成
時においけるパターン相互の位置精度と言う、さらに小
さな誤差とすることも可能である。また、小さな電流を
測定する場合の感度向上策として、配線1とホール効果
素子2の距離をできるだけ近ずけることが効果的と考え
られる。これを実現するために、配線1として集積回路
で言ういわゆる、第1層配線以外の層、例えば第2層配
線を用いると、配線1とホール効果素子はさらに接近さ
せることが出来るので、感度の向上が見込める。ただし
上記したような、精度とのトレードオフが生じる。また
ホール効果素子は、磁場の強さゼロの時にも多少の電圧
が発生してしまう、いわゆるオフセット電圧の問題を
【発明が解決しようとする課題】において指摘したが、
本発明によれば、図5の様に同一基板上に2つのホール
効果素子をおくことによって、お互いのオフセット電圧
を相殺させることが可能となる。この2つのホール効果
素子をどのように配置するかはいろいろと考えられる
が、たとえば、図5のようにその各々が配線1に対して
対称の位置に配置すれば、電流がゼロの場合には、ホー
ル効果素子のオフセット電圧は、同じ方向にほぼ同じ大
きさで発生するので、お互いにキャンセルしあい、差の
電圧はゼロになる。一方、電流が流れて磁場が発生した
場合には、反対のホール起電力が発生するので、結局、
オフセット電圧をなくした状態で、電流に比例した差分
電圧を得ることが出来る。
本発明によれば、図5の様に同一基板上に2つのホール
効果素子をおくことによって、お互いのオフセット電圧
を相殺させることが可能となる。この2つのホール効果
素子をどのように配置するかはいろいろと考えられる
が、たとえば、図5のようにその各々が配線1に対して
対称の位置に配置すれば、電流がゼロの場合には、ホー
ル効果素子のオフセット電圧は、同じ方向にほぼ同じ大
きさで発生するので、お互いにキャンセルしあい、差の
電圧はゼロになる。一方、電流が流れて磁場が発生した
場合には、反対のホール起電力が発生するので、結局、
オフセット電圧をなくした状態で、電流に比例した差分
電圧を得ることが出来る。
【発明の効果】以上説明したように、本特許の構成によ
る電流センサーを用いれば、電流を流す配線と、磁場を
測定するホール効果素子を、極めて精密に位置合わせで
きるので、精密で安定した電流計測が行える。また全て
を集積回路製造技術によって作成できるので、通常のI
Cと同じく1回の製造工程で極めて多量の電流センサー
チップを精度良く製造出来る。また、ホール効果素子の
特性ばらつきによるオフセット電圧の問題を、2つのホ
ール効果素子を組み合わせることによって、極めて小さ
な値にすることが可能となる。また、本特許電流センサ
ーを半導体基板上に作成し、かつ同一基板上に形成した
オペアンプや制御回路と組み合わせれば、任意の増幅率
で安定に増幅したり、増幅度を切り替えたりできるの
で、高い機能を兼ね備えた電流センサーを構成すること
も可能となる。従って、高精度、高機能、かつ安価な電
流センサーを作成することが出来る。
る電流センサーを用いれば、電流を流す配線と、磁場を
測定するホール効果素子を、極めて精密に位置合わせで
きるので、精密で安定した電流計測が行える。また全て
を集積回路製造技術によって作成できるので、通常のI
Cと同じく1回の製造工程で極めて多量の電流センサー
チップを精度良く製造出来る。また、ホール効果素子の
特性ばらつきによるオフセット電圧の問題を、2つのホ
ール効果素子を組み合わせることによって、極めて小さ
な値にすることが可能となる。また、本特許電流センサ
ーを半導体基板上に作成し、かつ同一基板上に形成した
オペアンプや制御回路と組み合わせれば、任意の増幅率
で安定に増幅したり、増幅度を切り替えたりできるの
で、高い機能を兼ね備えた電流センサーを構成すること
も可能となる。従って、高精度、高機能、かつ安価な電
流センサーを作成することが出来る。
【図1】
【図2】は従来の電流センサーの構成例、
【図3】は本特許の一実施例である。
【図4】は本特許の第1の実施例図3の中心部横方向の
断面図である。
断面図である。
【図5】は本特許の第2の実施例、
【図6】は第2の実施例図5の中心部横方向の断面図で
ある。
ある。
1・・・・・・・・計測すべき電流を流す導体 2・・・・・・・・電流源 3・・・・・・・・ホール効果素子 4・・・・・・・・ホール効果素子のバイアス端子 5・・・・・・・・ホール効果素子のバイアス端子 6・・・・・・・・ホール効果素子のホール起電力出力
端子 7・・・・・・・・ホール効果素子のホール起電力出力
端子 8・・・・・・・・電圧源 9・・・・・・・・磁気コア 10・・・・・・・磁気コアに開いたスリット 11・・・・・・・配線1の電流流入端子 12・・・・・・・配線1の電流流出端子 13・・・・・・・配線 14・・・・・・・X座標合わせマーク 15・・・・・・・Y座標合わせマーク 16・・・・・・・コンタクト穴 17・・・・・・・基板表面 18・・・・・・・絶縁膜1 19・・・・・・・絶縁膜2 である。
端子 7・・・・・・・・ホール効果素子のホール起電力出力
端子 8・・・・・・・・電圧源 9・・・・・・・・磁気コア 10・・・・・・・磁気コアに開いたスリット 11・・・・・・・配線1の電流流入端子 12・・・・・・・配線1の電流流出端子 13・・・・・・・配線 14・・・・・・・X座標合わせマーク 15・・・・・・・Y座標合わせマーク 16・・・・・・・コンタクト穴 17・・・・・・・基板表面 18・・・・・・・絶縁膜1 19・・・・・・・絶縁膜2 である。
Claims (3)
- 【請求項1】測定する電流を流す導体1、この導体1の
直近に配置されたホール効果素子2、パターンの合わせ
マーク3が同一基板上に形成され、かつ、ホール効果素
子2を形成する半導体膜のパターンと導体1のパターン
とが合わせマーク3によって位値合わせされて形成され
ている事を特徴とする電流センサー。 - 【請求項2】測定する電流を流す導体1、この導体1の
直近に配置されたホール効果素子2とが同一の半導体膜
によって形成されたことを特徴とする電流センサー。 - 【請求項3】測定する電流を流す導体1、この導体1の
直近に配置されたホール効果素子2、4とがあり、ホー
ル効果素子2、4が導体1をはさんで対象の位置に配置
されたことを特徴とする電流センサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9126186A JPH10282156A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 電流センサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9126186A JPH10282156A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 電流センサー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10282156A true JPH10282156A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14928830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9126186A Pending JPH10282156A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 電流センサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10282156A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6424018B1 (en) | 1998-10-02 | 2002-07-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor device having a hall-effect element |
US6462531B1 (en) | 1999-12-09 | 2002-10-08 | Sanken Electric Co., Ltd. | Current detector having a hall-effect device |
US6683448B1 (en) | 1999-12-20 | 2004-01-27 | Sanken Electric Co., Ltd. | Large current detector having a hall-effect device |
US6812687B1 (en) | 1999-12-09 | 2004-11-02 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor current detector of improved noise immunity |
US11092623B2 (en) | 2018-12-11 | 2021-08-17 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Current sensor for measuring alternating electromagnetic wave and a current breaker using the same |
-
1997
- 1997-04-09 JP JP9126186A patent/JPH10282156A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6424018B1 (en) | 1998-10-02 | 2002-07-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor device having a hall-effect element |
WO2004075311A1 (ja) * | 1998-10-02 | 2004-09-02 | Sanken Electric Co., Ltd. | ホール効果素子を有する半導体装置 |
US6462531B1 (en) | 1999-12-09 | 2002-10-08 | Sanken Electric Co., Ltd. | Current detector having a hall-effect device |
US6812687B1 (en) | 1999-12-09 | 2004-11-02 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor current detector of improved noise immunity |
US6683448B1 (en) | 1999-12-20 | 2004-01-27 | Sanken Electric Co., Ltd. | Large current detector having a hall-effect device |
US11092623B2 (en) | 2018-12-11 | 2021-08-17 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Current sensor for measuring alternating electromagnetic wave and a current breaker using the same |
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