JPWO2014006914A1

JPWO2014006914A1 - 電流センサの製造方法及び電流センサ

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Publication number: JPWO2014006914A1
Application number: JP2014523610A
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Inventors: 川畑　賢; 賢川畑; 伸祥山崎; 雅俊野村
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Filing date: 2013-07-04
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Abstract

【課題】簡単な調整で高い電流測定精度を実現可能な電流センサ及び電流センサの製造方法を提供すること。【解決手段】磁電変換素子（Ｍ１〜Ｍ４）を有する電流測定回路（１１）と、電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路（１２）と、第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいてオフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路（１３）と、電流測定回路、第１の増幅補正回路、及び第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備える電流センサ（１）の製造方法であって、磁電変換素子の特性に基づいて第１の補正量を設定した後、磁電変換素子を基板に実装し、第２の補正量を設定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、被測定電流を非接触で測定可能な電流センサ及び電流センサの製造方法に関する。

電気自動車や太陽電池などの分野では、被測定電流によって生じる誘導磁界に基づいて非接触で電流値を測定可能な電流センサが用いられている。この電流センサは、被測定電流により生じる誘導磁界を検出するための磁電変換素子を備えており、磁電変換素子で検出される磁界強度を基に被測定電流の電流値を算出する。磁電変換素子としては、例えば、ホール効果を利用して磁界強度を電気信号に変換するホール素子や、磁界による電気抵抗値の変化を利用する磁気抵抗効果素子などが用いられている。

一般に、電流センサに用いられる磁電変換素子は、個体毎に特性ばらつきを有している。このため、十分に高い電流測定精度を得るには、電流センサ毎のゲイン（感度）調整やオフセット（被測定電流が０Ａの時のセンサ出力の基準値からのずれ）調整が重要になる。例えば、特許文献１には、温度に応じて抵抗値の変動する温度感知素子を用い、オフセットの温度変化を低減可能にした電流センサが提案されている。

特開２００６−３２０９号公報

特許文献１に記載される電流センサは、温度感知素子を用いてオフセットを調整することで高い電流測定精度を実現している。しかしながら、この構成では、オフセットを調整する際に電流センサのセンシングの条件を様々に変えて温度特性を実測する必要があるので、調整工程が煩雑になってしまうという問題がある。また、この電流センサでは、オフセットの温度変化を調整するために温度感知素子が必須である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現可能な電流センサ及び電流センサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電流センサの製造方法は、磁電変換素子を有する電流測定回路と、前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、前記第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいて前記オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備える電流センサの製造方法であって、前記磁電変換素子の特性に基づいて前記第１の補正量を設定した後、前記磁電変換素子を前記基板に実装し、前記第２の補正量を設定することを特徴とする。

この構成によれば、オフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路とを別に設け、磁電変換素子の特性に基づいて第１の増幅補正回路に第１の補正量を設定してオフセットの温度特性を補正した後、第２の増幅補正回路に第２の補正量を設定してオフセットの大きさを補正するので、オフセットの温度特性の補正とオフセットの大きさの補正とを切り分けて行うことができる。これにより、多くの条件で温度特性を取得する必要がなくなり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できる。

本発明の電流センサの製造方法において、前記第１の補正量は、前記オフセットの温度特性の影響が小さくなるように設定されることが好ましい。この構成によれば、あらかじめ測定された磁電変換素子の特性に基づいて、オフセットの温度特性の影響が小さくなるように第１の補正量を設定するので、第１の増幅補正回路により、オフセットの温度特性の影響を適切に除去できる。

本発明の電流センサの製造方法において、前記磁電変換素子は、磁気抵抗効果素子であることが好ましい。磁気抵抗効果素子は、同一のロットや同一のウェーハにおいて特性ばらつきが小さいので、同一のロットや同一のウェーハの磁気抵抗効果素子については、代表的なサンプルの特性を共通に利用できる。すなわち、上記構成によれば、全ての磁気抵抗効果素子の特性を実測する必要がなく、調整をさらに簡略化できる。

本発明の電流センサの製造方法において、外部磁界に比例する前記電流測定回路の出力を用いる磁気比例式であることが好ましい。

本発明の電流センサの製造方法において、前記電流センサは、複数の前記電流測定回路の出力を差動演算する差動型であることが好ましい。この構成によれば、電流センサを差動型とすることで、オフセットの温度特性を相殺することが可能になる。

本発明の電流センサは、磁電変換素子を有する電流測定回路と、前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、前記第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいて前記オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備えたことを特徴とする。

本発明の電流センサにおいて、前記第１の補正量は、前記オフセットの温度特性の影響が小さくなるように設定されたことが好ましい。

本発明の電流センサにおいて、前記磁電変換素子は、磁気抵抗効果素子であることが好ましい。

本発明の電流センサにおいて、外部磁界に比例する前記電流測定回路の出力を用いる磁気比例式であることが好ましい。

本発明の電流センサにおいて、複数の前記電流測定回路の出力を差動演算する差動型であることが好ましい。

本発明により、簡単な調整で高い電流測定精度を実現可能な電流センサ及び電流センサの製造方法を提供できる。

実施の形態１に係る磁気比例式の電流センサの構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る電流測定回路の構成例を示す回路図である。実施の形態１に係る演算増幅器（第１の演算増幅器）の補正オフセットの特性を示すグラフである。実施の形態１に係る電流センサの信号の入出力の関係を示すブロック図である。実施の形態１に係る増幅補正回路（第１の演算増幅器）の補正オフセットと、センサ出力との関係を示すグラフである。実施の形態１に係る増幅補正回路（第１の演算増幅器）の補正オフセットと、センサ出力のオフセットの温度特性との関係を示すグラフである。図７Ａは、実施の形態１に係る演算増幅器（第２の演算増幅器）の補正オフセットと、センサ出力との関係を示すグラフであり、図７Ｂは、被測定電流に対する出力変化を示すグラフである。実施の形態１に係る増幅補正回路（第１の演算増幅器）の補正オフセットの特性を示すグラフである。実施の形態２に係る磁気平衡式の電流センサの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る電流センサの信号の入出力の関係を示すブロック図である。実施の形態３に係る差動型の電流センサの構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る電流センサにおいて被測定電流がゼロの状態の出力の温度特性を示すグラフである。

従来の電流センサにおいて、オフセット（被測定電流が０Ａの時のセンサ出力の基準値からのずれ）の調整工程が煩雑だったのは、電流センサのセンシングの条件を様々に変えて、各条件で温度特性を実測する必要があったためである。本発明者は、この点に着目し、オフセットの温度依存を低減するための回路と、オフセットの大きさ（絶対値）を補正するための回路とを別に設け、オフセットの温度特性の補正とオフセットの大きさの補正とを切り分けることで、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できることを見出した。

すなわち、本発明の骨子は、電流センサにおいて、オフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路とを別に設けることである。この構成により、第１の増幅補正回路でオフセットの温度依存を低減し、温度依存が低減された状態で、第２の増幅補正回路によりオフセットの大きさを補正できるので、多くの条件で温度特性を実測する必要がなくなり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できる。以下、本発明の電流センサ及びその製造方法について添付図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る磁気比例式の電流センサの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の電流センサ１は、被測定電流により生じる誘導磁界Ｈを電気信号に変換する電流測定回路１１を備えている。電流測定回路１１の後段には、電流測定回路１１の出力を増幅して補正する増幅補正回路（第１の増幅補正回路）１２が接続されている。また、増幅補正回路１２の後段には、増幅補正回路１２の出力を増幅して補正する増幅補正回路（第２の増幅補正回路）１３が接続されている。

図２は、本実施の形態に係る電流測定回路１１の構成例を示す回路図である。図２に示すように、電流測定回路１１は、磁電変換素子である磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を含むブリッジ回路であり、被測定電流による誘導磁界Ｈの大きさに対応する電圧を出力できるように構成されている。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４は、例えば、磁界が印加されることで抵抗値の変化するＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子である。

電流測定回路１１において、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ３の接続点は端子Ｔ１と接続されており、この端子Ｔ１には、電源電圧を与える電源が接続されている。また、磁気抵抗効果素子Ｍ２，Ｍ４の接続点は端子Ｔ２と接続されており、この端子Ｔ２には、接地電圧を与えるグランドが接続されている。磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２の接続点は、電流測定回路１１の出力端子Ｏ１と接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４の接続点は、電流測定回路１１の出力端子Ｏ２と接続されている。これら２個の出力端子Ｏ１，Ｏ２に生じる電圧差は、電流測定回路１１に加わる磁界に対応して変動し、電流測定回路１１の出力として後段に送られる。

電流測定回路１１の２個の出力端子Ｏ１，Ｏ２は、増幅補正回路１２が備える演算増幅器１２１の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）にそれぞれ接続されている。演算増幅器１２１には、電流測定回路１１の出力を補正するための補正回路１２２が接続されている。補正回路１２２は、設定された補正量（第１の補正量）に応じて補正電圧（第１の補正電圧Ｖ_１）を出力し、演算増幅器１２１は、補正回路１２２から供給される第１の補正電圧Ｖ_１に応じて電流測定回路１１の出力を補正する。なお、増幅補正回路１２は増幅機能を備えており、電流測定回路１１の出力は所定の増幅率で増幅される。

具体的には、演算増幅器１２１は、補正回路１２２から供給される第１の補正電圧Ｖ_１に応じて、電流測定回路１１によるオフセットの温度依存の影響を低減するような補正オフセットを電流測定回路１１の出力に付加する。図３は、演算増幅器１２１で付加される補正オフセットの特性を示すグラフである。図３において、縦軸は補正オフセットの温度係数を示しており、横軸は演算増幅器１２１に供給される第１の補正電圧Ｖ_１を示している。補正オフセットの温度係数は、補正オフセットの温度依存の程度を表している。

図３に示すように、演算増幅器１２１で生じる補正オフセットは、第１の補正電圧Ｖ_１に比例した温度係数を有する。図３において、演算増幅器１２１で生じる補正オフセットの温度係数は、第１の補正電圧Ｖ_１が大きくなるにつれて小さくなっている。このような温度特性の演算増幅器１２１に補正回路１２２から適切な第１の補正電圧Ｖ_１を供給することで、電流測定回路１１によるオフセットの温度依存の影響を低減できる。

増幅補正回路１２の出力端子（演算増幅器１２１の出力端子）は、増幅補正回路１３が備える演算増幅器１３１の入力端子に接続されている。演算増幅器１３１には、増幅補正回路１２の出力を補正して感度を調整すると共に、オフセットの大きさを補正するための補正回路１３２が接続されている。補正回路１３２は、設定される補正量（第２の補正量、第３の補正量）に応じて補正電圧（第２の補正電圧Ｖ_２）及び補正信号（補正信号Ｓ）を出力し、演算増幅器１３１は、補正回路１３２から供給される第２の補正電圧Ｖ_２、及び補正信号Ｓに応じて出力を補正する。

具体的には、演算増幅器１３１は、補正回路１３２から供給される第２の補正電圧Ｖ_２に応じてオフセットの大きさを補正し、補正回路１３２から供給される補正信号Ｓに応じて感度（増幅率）を補正する。演算増幅器１３１は、その出力が温度に依存しない（温度特性を有さない）ように構成されている。これにより、増幅補正回路１３では、温度特性を変えることなく、オフセットの大きさ及び感度のみを補正することができる。補正後の増幅補正回路１３の出力（演算増幅器１３１の出力）は、電流センサ１の出力となる。

次に、電流センサ１の製造方法について説明する。電流センサ１は、増幅補正回路１２，１３が搭載される基板（不図示）に対して電流測定回路１１を構成する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を実装することにより製造される。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４は、個体毎に特性ばらつきを有している。この特性ばらつきに起因するオフセットの温度特性を補正するため、本実施の形態の製造方法では、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の実装前に、増幅補正回路１２（補正回路１２２）に第１の補正量を設定する。第１の補正量は、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の温度特性などに基づいて設定することができる。

増幅補正回路１２に設定される第１の補正量の算出方法の一例を説明する。図４は、本実施の形態の電流センサ１の信号の入出力の関係を示すブロック図である。図４において、Ｉ_ｘは電流測定回路１１への入力信号（被測定電流に相当）を示し、Ｋ_０は電流測定回路１１の感度を示し、Ｋ_１は増幅補正回路１２の増幅率を示し、Ｋ_２は増幅補正回路１３の増幅率を示し、Ｖ_ｏｕｔは電流センサ１の出力（電圧）を示す。また、Ｖ_ｏｆｓは電流測定回路１１で生じるオフセット（電圧）を示し、Ｖ_ｔｒｉｍは増幅補正回路１２の補正オフセット（電圧）を示す。

電流センサ１において、Ｖ_ｏｕｔのオフセットは温度特性を有している。温度をＴ（℃）、Ｖ_ｏｆｓの温度特性（温度の一次の係数）をα（１／℃）、Ｖ_ｔｒｉｍの温度特性（温度の一次の係数）をγ（１／℃）とすれば、Ｖ_ｏｕｔのオフセットは、温度の一次の式で表すことができる。室温（ここでは、２５℃）において、Ｖ_ｏｕｔのオフセットがゼロとなる条件、及び温度Ｔにおいて温度特性が最小となる条件を適用すれば、Ｖ_ｏｕｔのオフセットの温度特性を最小とするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}と、室温においてＶ_ｏｕｔのオフセットをゼロとするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ＲＴ}との関係は、例えば、下記式（１）のようになる。

上記式（１）の右辺における各パラメータの求め方を説明する。図５は、増幅補正回路１２の補正オフセット（＝Ｖ_ｔｒｉｍ）と、入力信号（被測定電流に相当）が無い状態でのセンサ出力（＝Ｖ_ｏｕｔ）との関係を示すグラフである。Ｖ_{ｔｒｉｍ＿ＲＴ}は、室温でオフセットがゼロとなる出力Ｖ_{ｏｕｔ＿０}を得るために必要な補正オフセットに相当する。よって、図５のグラフから、上記式（１）のＶ_{ｔｒｉｍ＿ＲＴ}を求めることができる。図５に示すグラフは、例えば、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４に相当する疑似回路を接続させた状態であらかじめ取得される増幅補正回路１２の出力特性に基づいて導くことができる。

図６は、増幅補正回路１２の補正オフセット（＝Ｖ_ｔｒｉｍ）と、センサ出力（＝Ｖ_ｏｕｔ）のオフセットの温度特性との関係を示すグラフである。γは、Ｖ_ｔｒｉｍの温度特性を表す一次の係数であり、図５に示すグラフの傾きａと図６に示すグラフの傾きｂとの比ｂ／ａに相当する。よって、上述の図５及び図６から、γを求めることができる。図６は、あらかじめ取得される演算増幅器１２１の特性などから導くことができる。αは、Ｖ_ｏｆｓの温度特性を表す一次の係数であり、ウェーハの段階で取得される磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の特性に基づいて導くことができる。

このように、あらかじめ取得可能な磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４、演算増幅器１２１などの特性、及び上記式（１）から、オフセットの温度特性を最小とするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}を算出できる。よって、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の実装前に、補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}に対応する第１の補正電圧Ｖ_１を発生するような第１の補正量を増幅補正回路１２（補正回路１２２）に設定しておくことで、オフセットの温度依存を容易に低減できる。

磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４は、同一のロットや同一のウェーハ内における特性ばらつきが小さいので、代表的なサンプルの特性をあらかじめ取得しておけば、他の電流センサ１を調整する際にも、その特性を共通に利用できる。これにより、電流センサ毎に全ての磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の温度特性を実測する必要がなくなるので、調整をさらに簡略化できる。

増幅補正回路１２に第１の補正量を設定した後には、電流測定回路１１を構成する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を基板に実装する。この状態において、オフセットの温度依存は最小になっている。このため、簡単な測定で、増幅補正回路１３に第２の補正量及び第３の補正量を設定できる。例えば、図７Ｂに示すように、被測定電流に対する出力変化を、補正量の異なる２水準（ｇａｉｎ＿ａ，ｇａｉｎ＿ｂ）において実測することで、それらの変化の比率から、所望の感度（ｇａｉｎ＿ｓｅｔ）を実現するための第３の補正量を決定できる。また、図７Ａに示すように、演算増幅器１３１で生じる補正オフセットと、センサ出力（＝Ｖ_ｏｕｔ）との関係から、Ｖ_ｏｕｔのオフセットを補正するための第２の補正量を決定できる。増幅補正回路１３に第２の補正量及び第３の補正量が設定されると、電流センサ１は完成する。

このように、本実施の形態の電流センサ１及びその製造方法では、オフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路１２と、オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路１３とを別に設け、磁電変換素子Ｍ１〜Ｍ４の特性に基づいて第１の増幅補正回路１２に第１の補正量を設定してオフセットの温度特性を補正した後、第２の増幅補正回路１３に第２の補正量を設定してオフセットの大きさを補正するので、オフセットの温度特性の補正とオフセットの大きさの補正とを切り分けて行うことができる。これにより、多くの条件で温度特性を取得する必要がなくなり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できる。

また、本実施の形態の電流センサ１及びその製造方法において、第１の増幅補正回路１２の第１の補正量は、オフセットの温度特性の影響が小さくなるように設定されるので、オフセットの温度特性の影響を適切に除去できる。また、電流センサ１は、外部磁界に比例する電流測定回路１１の出力を用いる磁気比例式なので、上記式（１）を用いる簡単な補正処理でオフセットを調整できる。

なお、本実施の形態では、磁電変換素子Ｍ１〜Ｍ４の特性に基づいて第１の増幅補正回路１２に第１の補正量を設定した後、電流測定回路１１を構成する磁電変換素子Ｍ１〜Ｍ４を基板に実装し、第２の増幅補正回路１３に第２の補正量を設定しているが、電流センサ１の製造方法はこれに限られない。磁気抵抗効果素子（磁電変換素子）Ｍ１〜Ｍ４を基板に実装した後に、第１の増幅補正回路１２の第１の補正量、及び第２の増幅補正回路１３の第２の補正量を設定しても良い。

図８は、増幅補正回路１２の補正オフセットの特性を示すグラフである。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を基板に実装した後に第１の増幅補正回路１２の第１の補正量を設定する場合、例えば、２つの異なる温度条件において、補正オフセット（＝Ｖ_ｔｒｉｍ）と増幅補正回路１２の出力との関係を実測する。図８に示すように、異なる温度条件（ここでは、２５℃及び１０５℃）の２つのグラフの交点から、補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿１}に相当する第１の補正量を求めることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なる態様の電流センサについて説明する。図９は、本実施の形態に係る磁気平衡式の電流センサ２の構成例を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る電流センサ２と、実施の形態１に係る電流センサ１とは多くの点で共通する。このため、共通する構成については共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施の形態の電流センサ２は、被測定電流により生じる誘導磁界を電気信号に変換する電流測定回路１１を備えている。電流測定回路１１の後段には、増幅補正回路（第１の増幅補正回路）１２が接続されている。増幅補正回路１２の演算増幅器１２１の出力端子には、フィードバックコイル２１が接続されている。フィードバックコイル２１は、例えば、渦巻状の平面的な導電パターンによって構成される。この導電パターンに演算増幅器１２１から電流（フィードバック電流）が流れ込むことで、誘導磁界に対応する逆向きのキャンセル磁界が発生する。なお、フィードバックコイル２１の形状などは特に限定されない。

フィードバックコイル２１には、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ２２が接続されている。Ｉ／Ｖアンプ２２は、演算増幅器２２１を含んで構成されており、その反転入力端子（−）は、フィードバックコイル２１と接続されている。演算増幅器２２１の非反転入力端子（＋）には、参照電圧が与えられている。演算増幅器２２１の出力端子は抵抗素子２２２を介して演算増幅器２２１の反転入力端子（−）と接続されている。また、演算増幅器２２１の出力端子は、増幅補正回路（第２の増幅補正回路）１３と接続されている。

本実施の形態の電流センサ２も、電流センサ１と同様の方法で製造される。すなわち、電流センサ２は、増幅補正回路１２，１３が搭載される基板（不図示）に対して電流測定回路１１を構成する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を実装することにより製造される。本実施の形態においても、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の実装前に、増幅補正回路１２（補正回路１２２）に第１の補正量を設定する。第１の補正量は、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の温度特性などに基づいて設定することができる。

増幅補正回路１２に設定される第１の補正量の算出方法の一例を説明する。図１０は、本実施の形態の電流センサ２の信号の入出力の関係を示すブロック図である。図１０において、Ｉ_ｘは電流測定回路１１への入力信号（被測定電流に相当）を示し、Ｈ_ｘは電流測定回路１１における磁界の変換係数を示し、Ｋ_０は電流測定回路１１の感度を示し、Ｋ_１は増幅補正回路１２の増幅率を示し、Ｒ_ｃはフィードバックコイル２１のインピーダンスを示し、Ｈ_ｃはフィードバックコイル２１における磁界の変換係数を示し、Ｒ_ｓは抵抗素子２２２の抵抗値を示し、Ｋ_２は増幅補正回路１３の増幅率を示し、Ｖ_ｏｕｔは電流センサ１の出力（電圧）を示す。また、Ｖ_ｏｆｓは電流測定回路１１で生じるオフセット（電圧）を示し、Ｖ_ｔｒｉｍは増幅補正回路１２の補正オフセット（電圧）を示す。

電流センサ１において、Ｖ_ｏｕｔのオフセットは温度特性を有している。温度をＴ（℃）、Ｖ_ｏｆｓの温度特性をα（１／℃）、Ｖ_ｔｒｉｍの温度特性をγ（１／℃）、電流測定回路１１の感度の温度特性をβ（１／℃）、磁気平衡式に起因する感度の温度特性をδ（１／℃）とすれば、Ｖ_ｏｕｔのオフセットは、温度の一次の式で表すことができる。室温（ここでは、２５℃）においてＶ_ｏｕｔのオフセットがゼロとなる条件、及び温度Ｔにおいて温度特性が最小となる条件を適用すれば、Ｖ_ｏｕｔのオフセットの温度特性を最小とするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}と、室温においてオフセットをゼロとするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ＲＴ}との関係は、例えば、下記式（２）のようになる。

上記式（２）に基づいて、あらかじめ取得可能な各種特性から、オフセットの温度特性を最小とするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}を算出できる。よって、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の実装前に、補正オフセットＶ_{ｔｒｉｍ＿ｍｉｎ}に対応する第１の補正電圧Ｖ_１を発生するような第１の補正量を増幅補正回路１２（補正回路１２２）に設定しておくことで、オフセットの温度依存を容易に低減できる。

増幅補正回路１２に第１の補正量を設定した後には、電流測定回路１１を構成する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を基板に実装する。この状態において、オフセットの温度依存は最小になっている。このため、簡単な測定で、増幅補正回路１３に第２の補正量及び第３の補正量を設定できる。増幅補正回路１３に第２の補正量及び第３の補正量が設定されると、電流センサ２は完成する。

このように、本実施の形態の電流センサ２も、オフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路１２と、オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路１３とを別に設け、磁電変換素子Ｍ１〜Ｍ４の特性に基づいて第１の増幅補正回路１２に第１の補正量を設定してオフセットの温度特性を補正した後、第２の増幅補正回路１３に第２の補正量を設定してオフセットの大きさを補正するので、オフセットの温度特性の補正とオフセットの大きさの補正とを切り分けて行うことができる。これにより、多くの条件で温度特性を取得する必要がなくなり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できる。本実施の形態において示す構成又は方法は、他の実施の形態において示す構成又は方法と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なる態様の電流センサについて説明する。図１１は、本実施の形態に係る差動型の電流センサ３の構成例を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る電流センサ３と、実施の形態１に係る電流センサ１とは多くの点で共通する。このため、共通する構成については共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、本実施の形態の電流センサ３は、被測定電流により生じる誘導磁界を電気信号に変換する電流測定回路１１ａ，１１ｂを備えている。電流測定回路１１ａ，１１ｂの後段には、それぞれ、増幅補正回路（第１の増幅補正回路）１２ａ、１２ｂが接続されている。電流測定回路１１ａ，１１ｂの構成は、実施の形態１の電流測定回路１１と同様であり、増幅補正回路１２ａ、１２ｂの構成は、実施の形態１の増幅補正回路１２と同様である。

増幅補正回路１２ａ、１２ｂにおいて、演算増幅器１２１ａ，１２１ｂの出力端子は、それぞれ、演算増幅器１３１の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）と接続されている。増幅補正回路１３は、増幅補正回路１２ａの出力Ｖ_ａと、増幅補正回路１２ｂの出力Ｖ_ｂとの差分を演算すると共に、オフセットの大きさ及び感度を補正する。

このような差動型の電流センサ３では、増幅補正回路１２ａ、１２ｂにおいてオフセットの温度特性が等しくなるように補正を行うことで、オフセットの温度特性を相殺することが可能になる。図１２は、被測定電流がゼロの状態の出力の温度特性を示すグラフである。図１２に示すように、増幅補正回路１２ａの出力Ｖ_ａと、増幅補正回路１２ｂの出力の出力Ｖ_ｂとの差分が温度に依存せず一定になるように、増幅補正回路１２ａ、１２ｂにおいてオフセットの温度特性を補正する。

電流測定回路１１ａ，１１ｂで生じるオフセットの温度特性を、増幅補正回路１２ａ、１２ｂにおいて等しくなるように補正することで、オフセットの温度特性を相殺できる。すなわち、電流センサ３を、複数の電流測定回路１１ａ，１１ｂを用いる差動型とすることで、オフセットの温度特性を相殺して高い電流測定精度を実現できる。

なお、本実施の形態の電流センサ３では、オフセットの温度特性を相殺できるので、増幅補正回路１２ａ、１２ｂにおいて必ずしもオフセットの温度特性を最小にする必要はない。本実施の形態において示す構成又は方法は、他の実施の形態において示す構成又は方法と適宜組み合わせて実施することができる。

以上のように、本発明の電流センサ１，２，３及びその製造方法では、オフセットの温度特性を補正する増幅補正回路（第１の増幅補正回路）１２，１２ａ，１２ｂと、オフセットの大きさを補正する増幅補正回路（第２の増幅補正回路）１３とを別に設け、磁電変換素子の特性に基づいて増幅補正回路１２，１２ａ，１２ｂに第１の補正量を設定してオフセットの温度特性を補正した後、増幅補正回路１３に第２の補正量を設定してオフセットの大きさを補正するので、オフセットの温度特性の補正とオフセットの大きさの補正とを切り分けて行うことができる。これにより、多くの条件で温度特性を取得する必要がなくなり、簡単な調整で高い電流測定精度を実現できる。

なお、上記実施の形態では、電流測定回路を構成するブリッジ回路が、４個の磁気抵抗効果素子により構成された電流センサを例示しているが、ブリッジ回路は、外部磁界により抵抗値が変化しない固定抵抗素子などを含んで構成されていても良い。また、電流測定回路は、誘導磁界を検出可能であれば、ブリッジ回路以外の回路としても良い。

また、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて変更可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施できる。

本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーなどのモータ駆動用電流の大きさを検知するために用いることが可能である。

１，２，３電流センサ
１１，１１ａ，１１ｂ電流測定回路
１２，１２ａ，１２ｂ増幅補正回路（第１の増幅補正回路）
１３増幅補正回路（第２の増幅補正回路）
２１フィードバックコイル
２２Ｉ／Ｖアンプ
１２１，１２１ａ，１２１ｂ演算増幅器
１２２，１２２ａ，１２２ｂ補正回路
１３１演算増幅器
１３２補正回路
２２１演算増幅器
２２２抵抗素子
Ｍ１〜Ｍ４磁気抵抗効果素子（磁電変換素子）

本発明の電流センサの製造方法は、磁電変換素子を有する電流測定回路と、前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、前記第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいて前記オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備える電流センサの製造方法であって、前記磁電変換素子の特性に基づいて前記第１の補正量を算出した後、前記磁電変換素子を前記基板に実装した状態で前記第２の補正量を設定することを特徴とする。

本発明の電流センサは、磁電変換素子を有する２つの電流測定回路と、前記２つの電流測定回路の後段にそれぞれ設けられ、前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する２つの第１の増幅補正回路と、前記２つの第１の増幅補正回路の出力差を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいてオフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備えたことを特徴とする。

電流センサ１において、Ｖｏｕｔのオフセットは温度特性を有している。温度をＴ（℃）、Ｖｏｆｓの温度特性（温度の一次の係数）をα（１／℃）、Ｖｔｒｉｍの温度特性（温度の一次の係数）をγ（１／℃）とすれば、Ｖｏｕｔのオフセットは、温度の一次の式で表すことができる。室温（ここでは、２５℃）において、Ｖｏｕｔのオフセットがゼロとなる条件、及び温度Ｔにおいて温度特性が最小となる条件を適用すれば、Ｖｏｕｔのオフセットの温度特性（Ｖ／℃）を最小とするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶｔｒｉｍ＿ｍｉｎと、室温においてＶｏｕｔのオフセットをゼロとするために必要な増幅補正回路１２の補正オフセットＶｔｒｉｍ＿ＲＴとの関係は、例えば、下記式（１）のようになる。

Claims

磁電変換素子を有する電流測定回路と、前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、前記第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいて前記オフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備える電流センサの製造方法であって、
前記磁電変換素子の特性に基づいて前記第１の補正量を設定した後、前記磁電変換素子を前記基板に実装し、前記第２の補正量を設定することを特徴とする電流センサの製造方法。
前記第１の補正量は、前記オフセットの温度特性の影響が小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の電流センサの製造方法。
前記磁電変換素子は、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電流センサの製造方法。
前記電流センサは、外部磁界に比例する前記電流測定回路の出力を用いる磁気比例式であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサの製造方法。
前記電流センサは、複数の前記電流測定回路の出力を差動演算する差動型であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流センサの製造方法。
磁電変換素子を有する電流測定回路と、
前記電流測定回路の出力を増幅し、設定された第１の補正量に基づいてオフセットの温度特性を補正する第１の増幅補正回路と、
前記第１の増幅補正回路の出力を増幅して感度を調整すると共に設定された第２の補正量に基づいてオフセットの大きさを補正する第２の増幅補正回路と、
前記電流測定回路、前記第１の増幅補正回路、及び前記第２の増幅補正回路が設けられる基板と、を備えたことを特徴とする電流センサ。
前記第１の補正量は、前記オフセットの温度特性の影響が小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項６記載の電流センサ。
前記磁電変換素子は、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の電流センサ。
外部磁界に比例する前記電流測定回路の出力を用いる磁気比例式であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の電流センサ。
複数の前記電流測定回路の出力を差動演算する差動型であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の電流センサ。