KR101950710B1 - 누전 차단기와 같은 응용을 위한 고정밀 차동 전류 센서 - Google Patents

누전 차단기와 같은 응용을 위한 고정밀 차동 전류 센서 Download PDF

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안드레아스 피. 프리드리히
안드레아 포레토
피. 칼 쉘러
윌리암 피. 테일러
마이클 씨. 두구에
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알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
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Abstract

전류 감지 및 다른 응용들에서 사용되는 다수의 자기장 감지 소자들을 가지는 센서가 개시된다. 일 구성에서, 센서는 전류 전송 전도체들에서의 전류의 차동 및 절대 전류 측정치들을 획득한다. 누전 차단기에 적용된 경우, 제1 자기장 감지 소자는 상 전도체에 흐르는 절대 전류(상 전류)를 측정하는 데에 이용되고, 제2 자기장 감지 소자는 중성 전도체에 흐르는 절대 전류(중성 전류)를 측정하는 데에 이용되며, 상 및 중성 전류들의 차이는 제3 자기장 감지 소자에 의해 측정되거나 제1 및 제2 자기장 감지 소자들의 측정치들로부터 결정된다. 다른 구성에서, 전류 전송 전도체들에서의 전류들의 차 및/또는 전류들의 합이 측정될 수 있다. 일 배열의 다수의 감지 소자들은 오정렬 검출/정정에 이용될 수 있다.

Description

누전 차단기와 같은 응용을 위한 고정밀 차동 전류 센서{HIGH ACCURACY DIFFERENTIAL CURRENT SENSOR FOR APPLICATIONS LIKE GROUND FAULT INTERRUPTERS}
본 발명은 일반적으로 고정밀 차동 전류 센서들에 관한 것으로, 단일 집적 회로 상에 배치된 고정밀 차동 전류 센서들에 관한 것이다.
전류 측정 회로들은 다양한 서로 다른 응용들, 예를 들어 전력 모니터링, 전력 소모 관리, 모터 제어, 진단 및 결함 검출 등에 채용된다. 전류 전송 전도체에서 전류를 측정하도록 전류 측정 회로들에 일반적으로 사용되는 기술들로 감지 저항들, (홀-효과(Hall-effect) 센서들과 같은) 자기장 센서들 및 전류 변환기들이 있다.
결함 검출 응용에서, 전류 측정 회로는, 예를 들어 전원에서부터 부하까지의 경로의 전류, (부하에서부터 전원까지의) 귀환 경로의 전류, 또는 이러한 두 개의 경로들에서의 전류 레벨의 차이를 측정함으로써, 결함 조건을 검사하도록 전류 흐름을 모니터링할 수 있다. 차동 전류 측정을 이용하는 결함 검출기의 일종으로 누전 차단기(Ground Fault Interrupter; GFI)가 있다. GFI는 위험해질 가능성이 있는 접지 결함들(ground faults)을 검출하여 전기적 충격을 방지하도록 설계된 장치이다. GFI는, 회로에 설치되면, 상기 회로의 상(접지되지 않은 또는 "핫(hot)") 전도체(phase conductor)의 전류량을 중성 전도체(neutral conductor)의 전류량과 비교한다. 회로가 정상적으로 동작할 때, 상기 상 전도체(phase conductor)를 통하여 전원에서 부하로 흐르는 전류와 상기 중성 전도체를 통하여 귀환되는 전류가 동일하다. 상기 GFI 장치는 상기 상 및 중성 전도체들에서의 작은 전류 차이를 검출하면 회로를 중단(즉, 회로의 전력을 차단)한다. (일반적으로 1 mA 내지 30 mA 범위의) 이러한 차이는, 예를 들어 누군가가 상기 상 전도체를 터치한 경우와 같이, 상기 상 전도체로부터의 비정상적인 전류 우회로가 발생한 것을 나타낸다. 결과적으로, 일정량의 전류("접지 결함 전류(ground fault current)")가 상기 의도된 중성 전도체와 다른 경로를 통해 반환된다.
GFI를 통한 보호는, 욕실의 콘센트(또는 리셉터클(receptacle)), 주방 콘센트, 외부 콘센트, 및 수영장 근처 콘센트 등 많은 가정용 회로들의 전기 코드에 필요하다. 지금까지, GFI 장치들은, 상기 상 및 중성 전도체들에서의 전류 흐름의 불균형을 검출하도록 상기 상 및 중성 전도체들 모두를 둘러싸는 차동 전류 변환기를 이용하도록 설계되어 왔다. 이러한 방식은 부피가 크고 비싼 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 단일 집적 회로 상에 배치된 고정밀 차동 전류 센서를 제공하는 것이다.
일반적으로, 일 측면에서, 본 발명은 차동 전류 센서에 관한 것이다. 상기 차동 전류 센서는 제1 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제1 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제1 감지 소자 및 제2 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제2 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제2 감지 소자를 포함하는 자기장 감지 소자들을 가진다. 상기 차동 전류 센서는 또한, 상기 자기장 감지 소자들에 연결되고, 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 포함하는 출력 신호를 제공하는 회로부(circuitry)를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 회로부는 상기 감지된 제1 및 제2 자기장들에 기초하여 제1 및 제2 신호들을 각각 생성하고, 상기 제1 및 제2 신호들을 이용하여 상기 차이 신호를 생성하도록 동작할 수 있다. 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작할 수 있다. 상기 자기장 감지 소자들은 상기 제1 및 제2 전류들과 관련된 상기 자기장들을 감지하도록 상기 제1 감지 소자와 상기 제2 감지 소자 사이에 위치한 제3 감지 소자를 포함할 수 있고, 상기 회로부는 상기 제3 감지 소자에 의한 감지에 기초하여 제3 신호를 생성하고, 상기 제3 신호를 이용하여 상기 차이 신호를 생성하도록 더욱 동작할 수 있다. 상기 제2 신호로부터 상기 차이 신호를 생성하는 것에 더하여, 상기 회로부는 상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작할 수 있다. 이와 달리, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작할 수 있다.
상기 제1 및 제2 감지 소자들은 제1 반도체 물질로 구성될 수 있고, 상기 제3 감지 소자는 상기 제1 반도체 물질보다 더 자성에 민감한(magnetically sensitive) 제2 반도체 물질로 구성될 수 있다. 상기 제1 반도체 물질은 실리콘(Silicon)일 수 있고, 상기 제2 반도체 물질은 게르마늄(Germanium), 갈륨 비화물(Gallium Arsenide) 또는 다른 고이동도 화합물 반도체 물질 중 하나일 수 있다. 이와 달리, 상기 감지 소자들 모두가 동일한 반도체 물질로 구성될 수 있다. 각 감지 소자는 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성될 수 있다.
상기 차동 전류 센서는 상기 자기장 감지 소자들과 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들 사이의 오정렬(misalignment)에 대하여 상기 차이 신호를 전자적으로 보상하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block)을 더 포함할 수 있다. 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 차동 전류 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 제3 신호에 오프셋 값을 가산하도록 프로그램될 수 있다. 단일한 중간 감지 소자(즉, 상기 제3 감지 소자)를 이용하는 것을 대신하여, 상기 제1 및 제2 전류들과 관련된 상기 자기장들을 감지하도록 상기 제1 감지 소자와 상기 제2 감지 소자 사이에 위치하는 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 배열이 더 포함될 수 있고, 상기 회로부는 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 상기 차동 신호를 생성하도록 더욱 동작할 수 있다. 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 회로부가 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 측정치들의 수학적 조합에 기초하여 상기 차이 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하도록 프로그램될 수 있다.
상기 차동 전류 센서는 각각이 입력 및 출력의 단자들을 가지는 상기 제1 전류 전도 경로 및 상기 제2 전도 경로를 제공하는 제1 구조물, 및 센서 집적 회로를 포함하는 제2 구조물을 더 포함할 수 있고, 상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 상기 센서 집적 회로 내에 제공되고, 상기 센서 집적 회로는 상기 출력 신호에 상응하는 출력을 가질 수 있다. 상기 제1 구조물은 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들을 제공하는 인쇄 회로 기판 트레이스(printed circuit board trace)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구조물의 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들은 상기 센서 집적 회로와 함께 패키지로 둘러싸일 수 있다. 상기 패키지는 상기 센서 집적 회로의 상기 출력들 및 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들의 상기 단자들에 상응하는 핀들을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들이 누전 차단기 응용의 상(phase) 및 중성(neutral) 전류 전도체들에 연결된 경우, 상기 제1 전류 전도 경로는 상 전류(phase current)를 전송하도록 이용 가능하고, 상기 제2 전류 전도 경로는 중성 전류(neutral current)를 전송하도록 이용 가능할 수 있다.
상기 차동 전류 센서는 코일 드라이버, 및 상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함할 수 있고, 상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며, 상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공할 수 있다. 상기 자기장 감지 소자들, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적될 수 있다.
상기 차동 전류 센서는 셀프-테스트 회로(self-test circuit)를 더 포함할 수 있다.
상기 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성될 수 있다.
상기 제1 전류는 상 전류이고, 상기 제2 전류는 중성 전류일 수 있다.
상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 제1 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제1 전류와 관련된 제1 자기장 및 제2 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제2 전류와 관련된 제2 자기장을 감지하는 자기장 감지 소자들로서, 각각이 상기 제1 및 제2 자기장들 중 하나를 감지하는 제1 감지 소자 및 제2 감지 소자와, 상기 제1 및 제2 자기장들 모두를 감지하도록 상기 제1 및 제2 감지 소자들 사이에 위치하는 제3 감지 소자를 포함하는 상기 자기장 감지 소자들, 및 상기 자기장 감지 소자들에 연결되고, 상기 제3 감지 소자의 감지에 기초하여 신호를 생성하며, 상기 신호에 기초하여 출력 신호를 제공하는 회로부를 포함하는 차동 전류 센서에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 센서가 목표물(target)에 근접하여 위치할 때 상기 목표물과 관련된 자기장을 감지하는 2 이상의 자기장 감지 소자들의 배열을 포함하는 센서에 관한 것이다. 상기 센서는, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열에 연결되고, 상기 배열의 상기 자기장 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 센서 출력 신호를 생성하는 회로부를 더 포함한다. 또한, 상기 회로부에 연결되고, 상기 센서와 상기 목표물 사이의 오정렬(misalignment)에 대한 보상을 가지는 상기 출력 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block)이 포함된다.
본 발명의 실시예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 중 하나의 측정치를 선택하도록 프로그램될 수 있다. 이와 달리, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 측정치들의 수학적 조합을 선택하도록 프로그램될 수 있다. 상기 배열은 적어도 세 개의 자기장 감지 소자들의 배열을 포함할 수 있고, 이러한 배열은 선형적이거나 비선형적일 수 있다. 상기 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성될 수 있다. 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열 및 상기 회로부는 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적될 수 있다.
상기 목표물은 한 쌍의 전류 전도 경로들을 포함할 수 있다. 상기 목표물이 제1 전류를 전송하는 제1 전류 전도 경로 및 제2 전류를 전송하는 제2 전도 경로를 포함하는 한 쌍의 전류 전도 경로들인 경우, 상기 센서 출력 신호는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 크기들 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 포함할 수 있다. 상기 센서는, 코일 드라이버, 및 상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함할 수 있고, 상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며, 상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공할 수 있다. 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적될 수 있다. 셀프-테스트 회로(self-test circuit)가 상기 센서에 제공될 수 있다.
상기 센서는, 상기 제1 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제1 자기장 감지 소자, 및 상기 제2 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제2 자기장 감지 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 회로부는 상기 제1 자기장 감지 소자 및 상기 제2 자기장 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 및 제2 자기장들에 기초하여 제1 및 제2 신호들을 각각 생성하도록 동작할 수 있다. 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작할 수 있다. 상기 회로부는 상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공할 수 있다.
상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들은 제1 반도체 물질로 구성되고, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들은 상기 제1 반도체 물질보다 더 자성에 민감한(magnetically sensitive) 제2 반도체 물질로 구성될 수 있다. 상기 제1 반도체 물질은 실리콘(Silicon)이고, 상기 제2 반도체 물질은 게르마늄(Germanium), 갈륨 비화물(Gallium Arsenide) 또는 다른 고이동도 화합물 반도체 물질 중 하나일 수 있다. 이와 달리, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들은 동일한 반도체 물질로 구성될 수 있다. 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성될 수 있다.
이와 달리, 상기 목표물은 자석을 포함하고, 상기 출력 신호는 상기 센서에 대한 상기 자석의 상대적 위치를 나타낼 수 있다. 상기 상대적 위치는 상기 센서에 대한 상기 자석의 선형 변위(displacement)에 상응하거나, 이와 달리, 상기 센서에 대한 상기 자석의 0 도 내지 360 도의 범위의 각도 변위에 상응할 수 있다.
상기 상 및 중성 전도체들에 흐르는 전류의 차이만을 검출하는 종래의 GFI 회로들과는 달리, 여기에 개시된 해결책은 상기 두 개의 전도체들에 흐르는 절대 전류를 측정하는 것뿐만 아니라 상기 두 개의 전도체들 사이의 전류 차이를 측정하는 내부 자기장 감지를 가지는 센서 장치를 제공한다. 또한, 종래의 GFI 회로는 큰 부피를 가지는 차동 전류 변환기, 및 상기 차동 전류 변환기를 통과하는 높은 비용의 상 및 중성 배선들 모두의 통과를 필요로 하는 홀 관통 해결책을 사용한다. 이러한 회로들은 높은 부품 및 조립체 비용들에 기여한다. 이와 반대로, 여기에 개시된 자기장 감지 소자들을 가지는 상기 센서 장치는 모듈 비용 최적화를 할 수 있는 집적된 저비용 해결책을 제공한다. 상기 센서 장치는 작은 풋프린트, 저 프로파일 표면 실장 패키지로 패키지화될 수 있고, 상기 상 및 중성 전도체 배선들이 상기 패키지 핀들에 직접 연결될 수 있어, GFI 모듈의 소형화 및 보다 용이한 조립을 가능하게 한다. 상기 센서 장치에 대한 집적 회로(Integrated Circuit; IC)적 접근은 추가적 기능, 예를 들어, 트립 코일을 작동시키는 코일 드라이버의 용이한 집적을 가능하게 한다.
상기 장치가 차동 전류 감지, 특히 GFI 회로 응용에 이상적이나, 이는 또한 리던던트(redundant) 전류 센서, 리던던트 선형 위치 센서 또는 360도 각도 센서로서 이용될 수 있다. 또한, 기계적 오정렬에 대한 보상이 프로그램 가능한 온-칩 특징들의 포함을 통한 장치 테스트 또는 조정 동안 수행될 수 있다. 상기 프로그램 가능한 온-칩 특징들은, 특정한 감지 소자들의 측정들 또는 이러한 측정들의 수학적 조합들을 선택하거나, 상기 차이 측정치에 오프셋 파라미터를 적용함으로써, 가장 정확한 차이 측정치를 선택하도록 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면 작은 부피를 가지고 작은 비용을 가지는 차동 전류 센서 또는 센서가 제공될 수 있다.
본 발명이 첨부된 도면들을 참조하여 특정한 실시예들에 대하여 상세히 설명되며, 첨부 도면들에 있어서,
도 1a는 예시적인 차동 전류 센서의 구조의 상면도이고,
도 1b는 도 1a에 도시된 구조의 부분 측면도이며,
도 2a는, 상 전류(phase current)의 진폭, 중성 전류(neutral current)의 진폭, 및 상기 상 및 중성 전류 진폭들 사이의 차이가 센서 출력에서 이용 가능한 센서에 대한 IC 구현예의 블록도이고,
도 2b는, 상 및 중성 전류 진폭들의 총합, 및 상기 상 및 중성 전류 진폭들 사이의 차이가 센서 출력에서 이용 가능한 센서에 대한 IC 구현예의 블록도이며,
도 2c는, 상 및 중성 전류 진폭들의 총합, 및 상기 상 및 중성 전류 진폭들 사이의 차이가 센서 출력에서 이용 가능한 센서에 대한 다른 IC 구현예의 블록도이고,
도 2d는, 상 및 중성 전류 진폭들 사이의 차이가 센서 출력에서 이용 가능한 센서에 대한 IC 구현예의 블록도이며,
도 3은 도 1 내지 도 2d에 도시된 것과 같은 차동 전류 센서가 채용된 누전 차단기 응용의 블록도이고,
도 4는 코일 드라이버를 포함하는 예시적인 전류 센서 IC의 블록도이며,
도 5a 내지 도 5e는 전류 전도체들에 대한 감지 소자들의 가능한 오정렬에 대한 서로 다른 접근법들을 나타내는 도면들이고,
도 6a 및 도 6b는 도 5a 내지 도 5e에 도시된 종류의 오정렬에 대한 보상이 가능한 예시적인 전류 센서 IC들의 블록도들이며,
도 7a 및 도 7b는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 것과 같은 센서 IC가 채용된 예시적인 각도 센서 응용을 나타내는 도면들이고,
도 8a 및 도 8b는 각도 센서로서 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 것과 같은 센서 IC를 포함하는 예시적인 각도 센서 장치들을 나타내는 도면들이며,
도 9는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 것과 같은 센서 IC를 포함하는 예시적인 선형 위치 감지 응용을 나타내는 도면이고,
도 10은 셀프-테스트 지원(support)을 더 포함하는 도 2a에 도시된 것과 같은 전류 센서 IC를 나타내는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 유사한 진폭들의 두 개의 유입되는 전류들 사이의 작은 차이들을 검출하기 위한 적어도 하나의 독립적인 감지 소자를 포함하는 차동 전류 센서(10)가 도시된다. 센서(10)는 제1 전도 경로(conduction path)(14a) 및 제2 전도 경로(14b)를 가지도록 제공되는 제1 구조물(12)을 포함한다. 제1 전도 경로(14a)는 입력 단자들(16a) 및 출력 단자들(18a)을 가진다. 제2 전도 경로(14b)는 입력 단자들(16b) 및 출력 단자들(18b)을 가진다. 제1 외부 전도체 또는 버스의 주된 전류(I1)는 입력 단자들(16a)에 제공될 수 있고, 전도 경로(14a)를 통하여 출력 단자들(18a)로 나갈 수 있다. 이와 유사하게, 제2 외부 전도체 또는 버스의 주된 전류(I2)는 입력 단자들(16b)에 인가될 수 있고, 전도 경로(14b)를 통하여 출력 단자들(18b)로 나갈 수 있다.
센서(10)는 주된 전류들(I1 및 I2)을 측정하는 제2 구조물(또는 장치)(20)을 더 포함한다. 장치(20)는 적어도 하나의 자기장 감지 소자(또한, 자기장 트랜스듀서(transducer)로 불림). 도시된 실시예에서, 장치(20)는 세 개의 자기장 감지 소자들(SE1(22a), SE2(22b), SE3(22c))(일반적으로 22f로 표시됨)을 포함한다. 소자(SE1(22a))는 주된 전류(I1)를 측정하도록 이용되고, 소자(SE2(22b))는 주된 전류(I2)를 측정하도록 이용된다. 도 1a에 도시된 바와 같은 세 개의 감지 소자 구현에서, 소자(SE3(22c))는 I1과 I2 사이의 전류 차이를 검출하도록 이용된다.
일 실시예에서, 도시된 바와 같이, 장치(20)는 센서 집적 회로(Integrated circuit; IC)로 구현된다. 또한, 상기 IC의 대향하는 측면들에는, IC 입력들, 출력들, 전원 및 접지 연결들에 각각 상응하는 다수의 핀들 또는 단자들이 존재한다. 다른 핀 배치에서, 핀들은 상기 IC의 한 측면에만 제공될 수 있다.
제1 구조물(12)은 인쇄 회로(Printed Circuit; PC) 보드로 구현될 수 있다. PC 보드 구현에서, 전도 경로들(14a, 14b)은 상기 PC 보드 트레이스(trace)들로 제공될 수 있다. 센서 IC(20)는 내부 감지 소자들(22a 내지 22c)이 전도 경로들(14a, 14b)에 근접하게 위치하도록 상기 PC 보드에 연결 또는 상대적으로 위치할 수 있다. 이와 달리, 제1 구조물(12)은 전도 경로들(14a, 14b)을 가지고 센서 IC(20)를 둘러싸는 패키지로 구현될 수 있다. 플립 칩 형태 조립체가 다이를 PC 보도 트레이스들 상부에 또는 패키지 내에 위치하도록 이용될 수 있다. 패키징 옵션들은 표면 실장 또는 홀-관통 타입 패키지들을 포함할 수 있다.
제1 구조물(12)은, 전도 경로들(14a, 14b)을 가지고 센서 IC(20)를 둘러싸는 패키지로 구현될 때, 알려진 기술들, 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,166,807호 및 미국 특허 번호 제7,476,816호에 개시된 바에 따라 구성될 수 있고, "전류 센서(Current Sensor)"라는 제목의 이러한 문헌들은 본 출원의 출원인인 "Allegro Microsystems, Inc."의 소유이다. 또한, 다른 기술들이 이용될 수 있다. 특히, 제1 구조물(12)은 전도 경로들(14a, 14b)과 센서 IC(20) 사이의 적당한 절연체를 포함하도록 설계되어야 한다. 이러한 절연은, 누전 차단기(Ground Fault Interrupter; GFI) 응용들과 같은 목표 응용들에서 요구되는 안전 절연(safety insulation)을 제공해야 한다. 절연 구조물들 및 기술들의 예들이 상술한 미국 특허 번호 제7,166,807호뿐만 아니라, 2011년 7월 22일 출원된 "자기장 트랜스듀서를 가진 전류 센서를 위한 보강된 절연(Reinforced Isolation for Current Sensor with Magnetic Field Transducer)"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제13/188,739호에 개시되어 있고, 이는 본 출원의 출원인의 소유이다.
GFI 응용들에서, 전류(I1)는 상 전류(phase current)에 상응하고, 전류(I1)는 중성 전류(neutral current)에 상응한다. 이러한 응용이 정상적으로 기능하는 경우, 응용 부하로부터의 모든 귀환 전류(return current)는 상기 중성 전도체를 통하여 흐른다. 그러므로, 상기 상 및 중성 전류들 사이의 전류 차이가 존재하는 것은 고장(malfunction)을 나타낸다. 이러한 고장의 검출은, 위험한 또는 일부 환경에서 치사의 위험성이 있는 감전 위험을 초래할 수 있어 치명적이다.
자기장 감지 소자들(SE1(22a), SE2(22b), SE3(22c))은 홀-효과(Hall-effect) 기술 및 실리콘(Silicon, Si) IC로의 모놀리식 집적에 기반할 수 있다. 예를 들어, 대략 1 mA 내지 30 mA의 범위의 작은 전류 차이들을 검출하기 위하여, 자기장 감지 소자(SE3(22c))는 매우 민감해야 한다. 공칭의(nominal) 주된 전류들(I1, I2)은 일반적으로 1A 내지 30A의 범위일 수 있고(즉, I1과 I2 사이의 상기 작은 전류 차이보다 세 자리수가 큼), 자기장 감지 소자들(SE1(22a), SE2(22b))은 종래의 Si-홀 플레이트들로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 서로 다른, 보다 자성에 민감한(magnetically sensitive) 반도체 물질, 예를 들어, 갈륨 비화물(Gallium Arsenide, GaAs) 또는 게르마늄(Germanium, Ge)이 SE3(22c)을 위해 선택될 수 있다. 다른 고이동도 화합물 반도체 물질들, 예를 들어, 실리콘 게르마늄(Silicon Germanium, SiGe), 게르마늄 질화물(Gallium Nitride, GaN), 또는 인듐 인화물(Indium Phosphide, InP), 인듐 게르마늄 비화물(Indium Gallium Arsenide, InGaAs), 인듐 게르마늄 비화 인화물(Indium Gallium Arsenide Phosphide, InGaAsP), 인듐 비화물(Indium Arsenide, InAs) 및 인듐 안티몬화물(Indium Antimonide, InSb) 등과 같은 인듐 화합물들(Indium compounds), 및 다른 물질들 또한 이용될 수 있다. 서로 다른 종류의 홀-효과 소자들, 예를 들어, 평면 홀 소자들, 수직 홀 소자들 또는 원형 수직 홀(Circular Vertical Hall; CVH) 소자들이 감지 소자들(22)로 이용될 수 있다.
상기 센서 IC는 임의의 종류의 센서일 수 있고, 그러므로 홀-효과 기술로 한정되지 않는다. 따라서, 감지 소자들(22)은 홀-효과 소자와 다른 형태, 예를 들어 자기 저항(MagnetoResistive; MR) 소자의 형태를 가질 수 있다. MR 소자는 임의의 MR 장치의 형태로 구성될 수 있고, 이에 한정되지 않으나, 이방성 자기 저항(Anisotropic MagnetoResistance; AMR) 장치, 거대 자기 저항(Giant MagnetoResistance; GMR) 장치, 터널링(Tunneling MagnetoResistance; TMR) 장치, 및 실리콘과 다른 반도체 물질, 예를 들어, GaAs 또는 인듐 화합물(예를 들어, InAs 또는 InSb))로 구성된 장치일 수 있다.
센서 IC(20)의 표면에 대하여 직교하는 방향의 자기장들에 반응하지 않는 감지 소자가 이용되는 경우, 상기 감지 소자의 감도축의 변화는 상기 감지 소자가 상기 전류 전도체(들)에 대하여 서로 다른 위치에 배치될 것을 요구할 수 있다. 이러한 "재배치(re-positioning)"는 당업자에게 자명하며, 여기서 상세히 서술되지 않는다.
상기 감지 소자들의 감도가 충분히 큰 경우, 상기 주된 전류 전도 경로들(14a, 14b)이 패키지로 집적되기보다 PC 보드 트레이스들로 구현될 수 있다. 상기 전도 경로들로서 PC 보드 트레이스들을 이용하는 구성에서, 센서 정밀도를 최적화하도록 트리밍(trimming)이 요구될 수 있다. PCB 트레이스 트리밍 또는 조정(calibration)(센서 또는 시스템-레벨 조정)이 이용될 수 있다.
전류 센서(10)가, 측정될 전체 전류의 일부만이 전도 경로들(14a, 14b)에 인가되고, 나머지는 전류 센서(10)를 바이패스하는 전류 션트(current shunt) 구성에서 이용될 수 있다. 하나의 가능한 전류 션트 구성에서, 션트 경로 또는 경로들은 외부, 즉 상기 회로 보드 상에 위치할 수 있다. 이러한 종류의 션트 구성에서, 상기 센서는, 예를 들어, 2011년 7월 13일자로 출원되고, 본 출원의 출원인에 의해 소유된 "전류 분배기 구성을 위한 조정을 가지는 전류 센서(Current Sensor with Calibration for a Current Divider Configuration)"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제13/181,926호에 개시된 "셀프-조정(self-calibration)" 기술, 또는 다른 조정 기술들을 이용하여 조정될 수 있다. 이와 달리, 상기 션트 경로 또는 경로들은 내부, 즉 상기 센서 패키지의 일부일 수 있다. 이러한 종류의 내부(또는 "집적된(integrated)") 션트의 예가 상술한 미국 특허 번호 제7,476,816호에 개시되어 있다.
도 1a에 도시된 상기 차동 전류 센서(10)와 같은 전류 센서가, 전류들(I1, I2)의 공칭 정격(nominal rating)보다 (예를 들어, 2x의 인자만큼) 큰 전류를 측정하도록 "전류 분배기 구성(current divider configuration)"에서 이용될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 전류는 전류 경로를 두 개의 부경로들로 물리적으로 분리시켜, 본 예에서 전류 경로들(14a, 14b)을 두 개의 부경로들로 이용하여 측정될 수 있다. 동일한 전류가 2 이상의 독립적인 감지 소자들, 예를 들어, SE1(22a) 및 SE2(22b)에 의해 측정될 수 있으므로, 차동 전류 센서(10) 또한 중복(redundancy)을 요구하는 응용들에 유용할 수 있다. 전류 분배기 응용에서, (도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 방향을 대신하여) 양 쪽의 전류들이 전도 경로들(14a, 14b)에 반대 방향들로 인가되도록, 입력(16) 및 출력(18)으로 표시된 상기 단자들이 하나의 전도 경로에 대하여 반대로 될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 전류 분배기 응용에서, 감지 소자(SE3(22c))의 출력, 또는 감지 소자(SE1(22a)) 및 감지 소자(SE2(22b))의 출력들의 전체 합 중 하나가 상기 전체 전류를 결정하는 데에 이용될 수 있다.
도 1b는 참조 번호 30으로 표시된, 도 1a의 구조물(10)의 부분 측면도를 나타낸다. 본 도면은, 감지 소자들(22a 및 22c)의 근처를 지나는 (또한 이들에 의해 감지되는) 전도 경로(14a)의 일부, 및 감지 소자들(22b 및 22c)의 근처를 지나는 (또한 이들에 의해 감지되는) 전도 경로(14b)의 일부와 함께, 감지 IC(20)의 세 개의 감지 소자들(22a 내지 22c)을 나타낸다. 또한 본 도면에는, (전류의 방향을 도면의 지면으로부터 나가는 방향으로 가정하여) 전도 경로들(14a 및 14b)에 의해 생성되는 자기장들과 관련된 자속선들이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 감지 소자(22a)에 의해 감지되고 전도 경로(14a)에 상응하는 자기장은 BSE1로 표현되고, 감지 소자(22b)에 의해 감지되고 전도 경로(14b)에 상응하는 자기장은 BSE2로 표현된다. 감지 소자(22c)에 의해 감지되고 전도 경로들(14a 및 14b)에 상응하는 자기장은 BSE3으로 표현된다. 자기장(BSE3)은 양의 극성들을 가지는 전도 경로들(14a 및 14b)로부터의 자기장 기여들을 포함한다. 또한, 감지 소자(22a) 및 감지 소자(22b)가 전도 경로(14b) 및 전도 경로(14a)에 의해 각각 생성된 작은 자기장을 '볼(see)' 수 있는 것에 주목해야 한다.
도 2a 내지 도 2d는 감지 장치(또는 IC)의 가능한 구현들을 나타낸다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 구현들은 세 개의 감지 소자들을 이용한다. 도 2c에 도시된 구현은 두 개의 감지 소자들의 사용만을 요구한다. 도 2d의 구현은 하나의 감지 소자만을 이용할 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 다양한 구조들이 GFI 전류 센서 응용들의 관점에서 개시되나, 상기 구조들이 GFI 전류 센서들 외의, 후술될 바와 같이, 다른 종류의 전류 센서들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 구조가 위치 또는 변위 측정들, 예를 들어 (도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 후술될 바와 같이) 각도 변위 측정에 또한 이용될 수 있다.
우선 도 2a를 참조하면, 여기선 전류 센서 IC(40)로 도시된 (도 1a 및 도 1b의) 센서 IC(20)의 예시적인 구현은 세 개의 감지 소자들(22a, 22b 및 22c)을 포함한다. 감지 소자들(22a, 22b, 22c)은 각각 자기장 신호 생성 회로들(42a, 42b, 42c)의 일부들이다. 감지 소자들(22a, 22b, 22c)은 전도 경로들(14a, 14b)의 하나 또는 모두와 관련된 자기장들을 감지하고, 각각 감지 소자 출력 신호들(44a, 44b, 44c), 예를 들어, 상기 감지된 자기장들에 비례하는 전압 신호들을 생성한다. 자기장 신호 생성 회로들(42a, 42b, 42c)은 자기장 신호 생성 회로 출력 신호들(또는 자기장 신호들)(46a, 46b, 46c)을 각각 생성하도록 집합적으로(collectively) 동작하는 다양한 종래의 회로들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 감지 소자에 더하여, 자기장 신호 생성 회로들(42a, 42b 및 42c) 각각은 적어도 감지 소자들(22a, 22b 및 22c) 각각의 출력 신호를 증폭하는 증폭기를 포함한다. 따라서, 자기장 신호 생성 회로(42a)는 자기장 신호(46a)를 생성하도록 증폭기(48a)를 포함하고, 자기장 신호 생성 회로(42b)는 자기장 신호(46b)를 생성하도록 증폭기(48b)를 포함하며, 자기장 신호 생성 회로(42c)는 자기장 신호(46c)를 생성하도록 증폭기(48c)를 포함한다.
자기장 신호 생성 회로들(42a 내지 42c)에 다른 회로들이 포함될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 각 회로(42a 내지 42c)는 동적 오프셋 제거(dynamic offset cancellation)를 구현하는 회로를 포함할 수 있다. 감지 소자들(22a 내지 22c)이 홀 플레이트들인 경우, 초퍼 안정화 회로(chopper stabilization circuit)가 증폭기들(48a 내지 48c)과 관련된 상기 홀 플레이트들의 오프셋 전압을 최소화하도록 제공될 수 있다. 또한, 이와 달리, 각 회로(42a 내지 42c)는, 상기 자기장 신호가 상기 센서의 전원 공급 범위 내에서 중심에 있도록 하는 오프셋 조절 특징, 및/또는 상기 자기장 신호의 이득이 클리핑(clipping)의 유발 없이 상기 전원 공급 범위 내에서 피크-대-피크(peak-to-peak)를 최대화하도록 조절되도록 하는 이득 조절 특징을 구현할 수 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 센서 장치 또는 IC(40)는 또한 자기장 신호 처리 회로들(50a, 50b, 50c)을 포함한다. 내부의 상세 블록들이 회로(50a)에 대해서만 도시되어 있으나, 회로들(50a 내지 50c) 각각이 로우 패스 필터(52) 및 출력 증폭기/버퍼(54)를 포함하고, 각각의 자기장 신호 처리 회로 출력 신호들(56, 60, 58)을 생성하도록 각각의 자기장 신호(46a, 46b, 46c)를 처리할 수 있다. 출력 신호들(56 및 60)은 절대(absolute) 측정 신호들이고, 출력 신호(58)는 측정된 차이 측정 신호(또는 차이 신호)이다. GFI 응용에서, 출력 신호(56) 및 출력 신호(60)는 (도시된 바와 같이) 상 전류 크기 및 중성 전류 크기를 각각 나타낼 수 있고, 차이 신호(58)는 상기 상 및 중성 전류 크기들의 차이를 나타낼 수 있다.
센서 장치(40)는 다양한 회로 소자들이 형성된 반도체 기판을 포함하는 IC의 형태로 제공될 수 있다. 상기 IC는 각각이 (외부 전원 소스에 연결된) VCC 입력 또는 단자(62), (접지에 연결된) GND 단자(64), 및 '출력 1'(66), '출력 2'(68) 및 '출력 3'(70)을 포함하는 출력들 각각에 상응하는 적어도 하나의 핀(단자 또는 리드(lead))을 포함할 수 있다. 출력들(66, 70, 68)은 각각 GFI 회로와 같은 외부 차동 전류 센서 응용이 출력 신호들(56, 50, 58) 중 임의의 하나 또는 그 이상을 수신 및 이용하게 할 수 있다. 전원은 VCC 핀(52)을 통하여 IC(40)에 공급되고, 도시된 바와 같이, 내부적으로 다양한 부회로들에 연결된다. 여기서 단순한 제너(Zener) 다이오드(72)로 표현된 보호 회로는, 상기 전원 핀이 접지로 단락(short)된 경우의 보호를 위하여 VCC 핀(62)과 접지 사이에 제공된다. GND 핀(64)은 상기 센서의 부회로들에 대한 접지 연결을 제공하도록 내부적으로 연결된다. 예를 들어 제어 및 클록 생성과 같은 다른 회로들이 단순화를 위하여 도면에서 생략되었다.
이제 도 2b를 참조하면, 대안적인 센서 장치 또는 IC(80)에서, 세 개의 감지 소자들(22a 내지 22c)이 도 2a의 장치(40)와 동일한 측정치들을 획득하도록 이용된다. 장치(80)는, 장치(80)가 이의 출력들에서 개별적인 절대 측정치들에 상응하는 신호들을 대신하여 합 또는 총합 신호를 제공하는 점에서, 장치(40)와 상이하다. 따라서, 장치(80)는 (장치(40)의 출력들(66, 70)을 대신하여) "새로운(new)" 출력 1(84)에서 총합 신호(82)를 생성하는 하나를 포함하여 두 개의 신호 경로들만을 포함한다. 장치(80)는 감지 소자들(22a, 22b) 및 (각각 감지 소자들(22a, 22b)로부터의) 감지 소자 출력들(44a, 44b)을 조합하는 합산기 소자(88)를 포함하는 자기장 신호 생성 회로(86)를 포함한다. 회로(86)는 또한, 증폭기(48a')로 도시되고, 출력(92)을 제공하는 증폭기를 포함한다. 장치(80)는, 회로(50a')로 도시되고, 총합 신호(82)를 생성하도록 출력(92)을 처리하는 자기장 신호 처리 회로를 더 포함한다. 차이 신호 경로는 장치(40)에서와 동일하고, 즉 이는 출력(68)에서 차이 신호(58)를 생성하도록 자기장 신호 생성 회로(42c) 및 자기장 신호 처리 회로(50c)를 이용한다. GFI 응용에서, 총합 신호(82)는 상 및 중성 전류 크기들의 총합(또는 합)을 나타낼 수 있다.
또 다른 대안적인 구현에서, 도 2c를 참조하면, 감지 장치 또는 IC(100)는, 장치(80)와 유사하게 총합 및 차이 신호들에 상응하는 두 개의 출력들을 제공하나, 이를 위하여 감지 소자들(22a, 22b)만을 이용할 수 있다. 따라서, 장치(100)와 장치(80)의 유일한 차이는, 장치(100)에서 자기장 신호 생성 회로(102)가 장치(80)의 회로(42c)를 대체하는 것에 있다. 회로(102)는 감지 소자들(22a, 22b), 및 감지 소자들(22a, 22b) 각각으로부터의 출력들(44a, 44b) 사이의 차이를 취하여 차이 출력(106)으로서 결과를 제공하는 감산기 (또는 차이) 소자(104)를 포함한다. 다른 모든 자기장 신호 생성 회로들과 유사하게, 회로(102)는, 여기서 증폭기(48c')로 표시되고, 차이 출력(106)을 증폭하는 증폭기를 포함한다. (회로(50c)의 출력에서 제공되고, 출력(68)에서 이용 가능한) 상응하는 출력 신호가 여기서 차이 신호(108)로 도시되어 있다. 차이 신호(108)는 감지 소자들(22a, 22b)의 측정치들로부터 결정된 차이를 나타내고, (도 2b의 차이 신호(58)와 같은) 감지 소자(22c)의 측정치에 기초하지 않는다.
일부 응용들은 절대 전류 측정치들을 요구하지 않을 수 있다. 이러한 설계들에서, 차이 신호만이 필요할 수 있다. 그 차이 신호는 SE1(22a) 및 SE2(22b)에 의해 생성/계산되거나, SE3(22c)과 같이, 두 전도체들의 전류를 측정하도록 위치한 "중간(middle)" 감지 소자에 의해 측정될 수 있다. 계산적인 접근 방식에서, 다시 도 2c를 참조하면, 상기 총합 전류 신호를 지원하는 회로부(즉, 합산 소자(76)로부터 출력(84)을 통한 신호 경로)는 제거될 수 있다. 이와 달리 "측정(measured)" 접근 방식에서, 도 2d의 장치(104)에 도시된 바와 같이, 감지 소자들(SE1(22a), SE2(22b))에 대한 (감지 소자들(SE1(22a), SE2(22b))을 포함하는) 신호 경로들이 (예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이) 제거될 수 있다. 두 개의 전도체들에 근접하여 위치하고, 상기 전도체들 모두와 관련된 자기장들을 감지할 수 있는, SE2(22c)와 같은, 적어도 하나의 감지 소자의 차동 센싱에 기초하여 생성되는 차이 신호만이 요구된다. 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6b를 참조하여 후술될 바와 같이, 오정렬(misalignment) 검출 및 정정을 위하여 이러한 감지 소자를 2 이상 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
(도 2a 내지 도 2d에 도시된 실시예들에 한정되지는 않으나, 이들을 포함하는) 센서 IC에 추가적인 기능들, 예를 들어 상술한 특허들 및 특허 출원들 중 임의의 하나에 개시된 것들이 또한 포함될 수 있다. 본 출원의 출원인인 "Allegro Microsystems, Inc."의 ACS 71x 계열의 전류 감지 IC들에서 제공되는 기능들이 본 발명의 센서 IC에 포함될 수 있다. 예를 들어, ACS710 전류 센서는, 장치 대역폭을 설정하도록 사용자가 외부 커패시터를 연결할 수 있는 제로 전류 레퍼런스 핀 및 필터 핀을 제공할 뿐만 아니라, 과전류 조건들을 검출할 수 있는 내부 회로부 및 핀들을 포함한다. (부하를 디스에이블 시키기 위한 외부 고압측 FET 게이트 드라이버를 가지고) 과전력, 과전류 및 단락(short circuit) 결함들을 포함하는 다양한 레벨의 결함 보호를 지원하는 회로부 및 핀들을 포함하는 ACS761 전류 모니터 IC에서 이용 가능한 것들과 같은 다른 예시적인 기능들, 및 (예를 들어, 유효 전력 표시기와 같은) 다른 특징들 또한 포함될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d의 센서 IC 실시예들의 신호 경로들은 아날로그 또는 디지털 도메인에서 구현될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d와 함께 도 1a를 참조하면, 센서 장치(40)(또는 80, 100 또는 104)에 의해 측정되는 전류는 전도 경로들(14a, 14b)에 인가된다. 동작 중, 상기 전도 경로들에 흐르는 상기 인가된 전류는, 하나 이상의 감지 (또는 액티브) 소자들(22)에 의해 감지되고 비례하는 전압으로 변환되는 자기장을 생성한다. 감지 소자(22a)는 전도 경로(14a)에서의 상 전류와 관련된 자기장을 감지하고, 감지 소자(22b)는 전도 경로(14b)에서의 중성 전류와 관련된 자기장을 감지한다. 도 2a, 도 2b 및 도 2d의 실시예들에서, 감지 소자(22c)는 전도 경로(14a)에서의 상 전류 및 전도 경로(14b)에서의 중성 전류의 모두와 관련된 자기장들을 감지한다. 상기 상 및 중성 전류들의 크기가 동일한 경우, 상기 두 개의 감지된 자기장들은 서로를 상쇄시킬 수 있다. 상기 중성 전류의 크기가 상기 상 전류의 크기보다 작은 경우, 이는 고장이 발생한 경우일 수 있고, 감지 소자(22c)는 이의 차이(전도 경로(14b)로부터 우회된 전류의 양)를 검출한다. 두 개의 감지 소자 접근 방식에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 이러한 전류 차이 또는 손실은 전술한 바와 같이 감지 소자들(22a, 22b)의 출력들 사이의 차이를 취하여 결정된다. 센서 장치 또는 IC는 상기 상 및 중성 전류 크기들의 총합을 나타내는 총합 신호를 제공하도록 구현될 수 있고, 또는 이와 달리 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 전술한 바와 같이 각 전도 경로의 절대 전류를 나타내는 개별적인 신호들을 제공하도록 구현될 수 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2d에 제공된 (SE3 차이 출력 측정) 접근 방식들을 도 2c의 (SE1 및 SE2로부터 차이 출력이 도출 또는 계산) 접근 방식과 조합되는 것 또한 가능하다. 이러한 조합된 접근 방식은, 보다 큰 수준의 보호를 제공할 수 있고, 상기 두 개의 차이 값들 중 큰 것을 선택하도록, 예를 들어 OR 게이트와 같은, 회로부를 포함함으로써 용이하게 달성될 수 있다.
도 3은 (도 1a의) 차동 전류 센서(10)를 채용한 간단한 누전 차단기(Ground Fault Interrupter; GFI) 회로(110)를 도시한다. 차동 전류 센서(10)는, 부하(114)에 연결되는 전류 전도체들 또는 배선들(112a, 112b)에 연결된다. 전류 전도체(112a)는 전원에서 부하(114)로 상 전류(phase current)를 전송한다. 전류 전도체(112b)는 부하(114)로부터의 중성 전류(neutral current)를 전송한다. 센서(10)는 상기 중성 전류의 크기와 상기 상 전류의 크기 사이의 차이를 측정하고, (예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에서 도시된 내부 감지 IC에 의해 생성된 출력(68)에서의) 차이 신호(116)를 구동 회로(118)에 제공하며, 구동 회로(118)는 차이 신호(116)가 과도한 값을 나타낼 때 구동 (또는 "트립(trip)") 신호(120)를 제공한다. 상기 구동 회로는, 예를 들어 트립 레벨/임계값에 도달되었는지를 나타내는 임계값 기반 비교기, 또는 전류 부정합을 검사하는 윈도우 비교기 등과 같은 비교기로 구현될 수 있다. GFI 회로(110)는 또한, 트립 신호(120)에 응답하여 한 세트의 스위치들, 예를 들어 (전도체들/배선들(112a, 112b)에 각각 연결된) 스위치들(124a, 124b)을 작동시키는 트립 회로(122)(또는 "회로 차단기(circuit breaker)")를 포함할 수 있다. 즉, 트립 신호(120)는 트립 회로(122)가 스위치들(124)을 오픈하는 것(이에 따라 전원을 차단하는 것)을 개시(trigger)하도록 이용된다. 트립 회로(122)는 임의의 적당한 전자기계적 트립 장치, 예를 들어 트립 코일로 구현될 수 있다.
도 3은 GFI 응용의 단순화된 묘사이고, 보드 또는 시스템 레벨에서의 신호들의 물리적 배치를 나타내도록 의도된 것이 아닌 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같은 센서(10)를 채용한 실제 물리적 배치에서, 전류 전도체들(112a, 112b)은 I1 및 I2가 전술한 바와 같이 (도 3에 도시된 바와 같이 상반된 방향들과 달리) 동일한 방향으로 전류 센서(10)로 또는 전류 센서(10)에서부터 입출력되도록 전류 센서(10)에 적절하게 배치될 수 있다. I1 및 I2가 상반된 방향으로 전류 센서(10)로 입출력하는 다른 방식의 GFI 설계 또한 가능하나, 이러한 설계는 SE3이 자기장을 두 번 감지해야 하는 것을 고려할 필요가 있다.
상기 센서 IC의 기능이 특정한 응용에 적합하도록 가변될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 센서 IC의 대안적인 실시예에서, (도 3의) 트립 회로(122)를 제어하는 구동 회로(118)를 구현하는 회로부는 상기 센서 IC 그 자체에 집적될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 집적된 코일 드라이버 회로를 가진 센서 IC(센서 IC(130))는 예를 들어 (도 2b의) 센서 장치(80)와 같은, 여기서 센서(132)로 표시된 감지 장치로부터 내부 자기장 신호 생성 및 처리 회로부를 포함할 수 있다. 본 예에서, 센서 장치(80)에 기초하여, 센서(132)는 총합 전류 신호(82) 및 차이 신호(58)를 생성할 수 있다. 장치(80)와 같이, 새로운 센서(130)는 두 개의 출력들, 출력(84) 및 출력(122)을 가진다. 출력(84)은 전체 전류 신호(82)를 수신한다. 센서(130)는 또한 코일 드라이버(134), 및 코일 드라이버(134)에 센서(132)를 인터페이싱하는 센서/드라이버 인터페이스 로직(136)을 포함한다. 센서/드라이버 인터페이스 로직(136)은 차이 신호(58)를 수신하고, 이러한 신호에 응답하여 코일 드라이버 입력 신호(138)를 생성한다. 코일 드라이버 입력 신호(138)에 응답하여, 코일 드라이버(134)는 적당한 구동 신호(140)를 생성한다.
따라서, 도 3과 함께 도 4를 참조하면, 센서(130)는 차동 전류 센서(10) 내부의 센서 장치(20)를 대체하여 이러한 센서가 새로운 센서의 구동 신호(140)로 트립 회로(122)를 직접 개시(trigger)할 수 있다. 이러한 보다 집적된 해결책은 GFI 회로(110) 내에 구동 회로(118)에 대한 필요를 제거할 수 있다. 도 2b에 도시된 회로부에 기초한 내부 센서(132)를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 센서(132)의 회로부가 도 2c에 도시된 것, 또는 이와 달리 출력(84)을 대신하여 출력들(66, 70)을 가지는 도 2a에 도시된 센서 IC(40)의 회로부, 또는 전체 전류 신호(82)를 가지고 출력(84)이 생략된 도 2d에 도시된 센서 IC(104)의 회로부를 포함할 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.
(도 1a의) 전류 센서(10)와 같은 GFI 전류 센서의 조립체에서, 전류 전도 경로들에 대한 감지 소자들의 기계적 오정렬이 요구되는 결함 전류 수준의 정확한 검출을 방해할 수 있다. 이러한 오정렬은 (설계 방식, 즉 내부 전도 경로들을 가지는 패키지, 또는 감지 IC 및 PC 보드 트레이스에 따라) 상기 센서 IC 내의 감지 소자들의 배치의 결과로서 발생되거나, 상기 센서 패키지 내의 IC의 위치 또는 상기 PC 보드 트레이스에 대한 상기 IC의 위치에 따라 발생될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 참조 번호 150 및 152로 표시된, 센서 IC 및 전도 경로들의 부분 측면도들이다. 도 5a는 전도 경로들(14a, 14b)에 대한 감지 소자들(22a, 22b, 22c)의 완벽한 정렬을 도시한다. 도 5b는 오정렬의 경우를 도시한다. 상기 IC의 윤곽은 생략되었고, 상술한 바와 같이, 상기 오정렬은 다이 상의 감지 소자 간격 또는 센서 패키지 내의 상기 IC의 위치에 따라 발생할 수 있다. 오류를 발생시키는 다른 원인들은 전도 경로들(14a, 14b)의 배치 또는 폭의 제조 허용오차를 포함할 수 있다. 도 5a를 참조하면, 완벽하게 정렬된 GFI 센서의 동작 동안, 전류가 전도 경로들(14a, 14b)에 흐르고, 이는 감지 소자(22c)에서 0의 자기장을 발생시킨다. 오정렬이 존재하는 경우, 감지 소자(22c)는 도시된 바와 같이 두 개의 전도 경로들(14a, 14b) 사이의 중앙에 위치하지 않을 수 있다. 대신에, 도 5b를 참조하면, 감지 소자들(22a, 22b, 22c)은, 도시된 바와 같이, 한 쪽으로 오프셋을 가질 수 있다.
이러한 오정렬을 조절하는 하나의 가능한 방법은 다수의 "중간(middle)" 차동 감지 소자들을 사용하는 구현에 기초하는 것이다. 즉, 도 5c의 부분 측면도(156)에 도시되고, 도 5d 및 도 5e의 부분 상면도(156', 156'')에 각각 도시된 바와 같이, 상기 중간 (차동 전류) 감지는 2 이상의 감지 소자들의 배열로 구현될 수 있다. 상기 배열은, 도 5c 내지 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 센서 IC가 상기 전도 경로들과 적절하게 배열될 때 두 개의 전도 경로들(14a, 14b)에 대하여 중앙에 위치한다. 발생될 수 있는, 오정렬의 방향은 화살표(158)로 표시되었다. 도시된 예에서 상기 배열은 감지 소자(22c), 및 감지 소자(22c)의 양쪽으로 배치된 추가적인 감지 소자들(22d, 22e)을 포함하도록 도시되었다. 센서 배치의 관점에서, 감지 소자들(22c 내지 22e)은 도 5d에 도시된 바와 같이 선형적으로 간격을 가지는 배열이거나, 비선형적으로 간격을 가지는 배열일 수 있다. 상기 감지 소자들의 비선형적으로 간격을 가지는 배열의 일 예가 도 5e에 도시되어 있다. 도 5e의 도시된 예에는 균일한 사이즈를 가지는 감지 소자들이 도시되어 있으나, 상기 감지 소자들의 사이즈는 주어진 배열 내에서 다양할 수 있다. 도 5c 내지 도 5e의 도시에서 (도 5a 및 도 5b)의 감지 소자들(22a, 22b)이 생략되어 있으나, (두 개의 전도 경로들(14a, 14b)에 흐르는 전류들의 크기 차이를 나타내는 단일 차이 신호가 생성될 수 있는) 차동 전류 감지를 수행하는 2 이상의 감지 소자들의 배열을 이용하는 개념이 감지 소자들(22a, 22b)을 가지는 또는 가지지 않는 구성들에 적용될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.
오프셋이 발생한 경우, 중간 감지 소자(22c)(또는 도 5c 내지 도 5e에 도시된 감지 소자들(22c, 22d, 22e)과 같은 감지 소자들)에 의해 제공된 상기 전도 경로들에 흐르는 전류들 사이의 차이의 측정치는 다수의 서로 다른 방식들로 조절될 수 있다. 상기 센서 IC의 제조 공정 도중 획득된 테스트 데이터에 기초하여, 상기 센서 IC에 대한 전자 장치들이 전자 트리밍(electronic trimming)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 6a에서 전류 센서 IC(160)로 도시되고 도 6b에서 전류 센서 IC(160)로 도시된 상기 센서 IC는, 상기 오정렬에 의해 야기된 센서 출력 부정확을 보상 또는 최소화하도록 외부 프로그래밍 블록(163)에 의해 프로그램될 수 있는 프로그램 가능한 오정렬 오프셋 조정 블록(programmable misalignment offset adjustment block)(162)을 포함할 수 있다. 블록(162)은 어떤 종류의 메모리 소자(들)(164), 필요한 경우 메모리 소자(들)(164)의 디지털 콘텐츠를 아날로그 형식으로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(166), 및 예를 들어 (도 2a의) 자기장 신호 생성 회로들(42a, 42b, 42c)과 같은 자기장 신호 생성 회로들에 대한 제어 인터페이스를 제공하는 프로그램 가능한 제어 로직 블록(168)을 포함할 수 있다. 메모리 소자(들)(164)는 레지스터들, RAM, 원 타임 프로그래머블 또는 리프로그래머블 ROM 또는 다른 비휘발성 메모리일 수 있다. 메모리 소자(들)(164)는 메모리-D/A 라인(170)을 통하여 D/A 변환기(166)에 연결되고, D/A 변환기(166)는 D/A-제어 라인(172)을 통하여 제어 로직 블록(168)에 연결된다.
도 6a를 참조하면, 제어 로직 블록(168)의 출력은 제어 로직 출력 라인(176)을 통하여, 총괄하여 자기장 신호 생성 회로들(174)로 도시된 자기장 신호 생성 회로들(42a 내지 42c)에 제공된다. 도 2의 자기장 신호 처리 회로들(50a, 50b, 50c)은 총괄하여 자기장 신호 처리 회로들(178)로 도시되어 있다. 센서 IC(160)의 다른 특징들은 도 2a에 도시된 것과 동일하다.
도 6b를 참조하면, 여기서 참조 번호 176'로 표시된, 블록(162)으로부터의 제어 로직 출력 라인은 자기장 신호 생성 회로들(174')에 제공되고, 자기장 신호 생성 회로들(174')은, 회로들(174')은 감지 소자들(22d, 22e)을 위한 자기장 신호 생성 회로부를 더 포함하는 점에서, 도 6a의 자기장 신호 생성 회로들(174)과 상이하다. 따라서, (도 2a 및 도 6a에 도시된) 감지 소자(22c)를 위한 자기장 신호 생성 회로(42)에 더하여, 회로들(174')은 감지 소자들(22d, 22e)을 위한 이러한 회로들을 포함한다. 감지 소자(22d)는 증폭기(48d)에 의해 증폭되는 출력(44d)을 제공하고, 증폭기(48d)는 자기장 신호 처리 회로들(178)에 신호(46d)를 제공한다. 감지 소자(22e)는 증폭기(48e)에 의해 증폭되는 출력(44e)을 제공하고, 증폭기(48e)는 자기장 신호 처리 회로들(178)에 신호(46e)를 제공한다. 신호들(46c, 46d, 46e)을 생성하는 상기 자기장 신호 생성 회로부는 총괄하여 블록(179)으로 표시되어 있다. 라인(176')은 자기장 신호 생성 회로들(174'), 예를 들어, (도 6b에 도시된 바와 같이) 블록(179)의 적어도 일부에 제공된다.
(도 6a 및 도 6b의) 조정 블록(162)으로, 상기 센서 칩 내에 프로그램된 파라미터들을 이용하여 상기 신호 경로들에 대한 디지털 정정에 의해 오정렬 보상 또는 정정이 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 가능한 구현에서, 테스트에 의해 오프셋(예를 들어, 도 5b의 오프셋(154))을 결정할 수 있고, 감지 소자 출력(44c)으로부터 이러한 오프셋을 가산 또는 감사하도록 블록(162)을 프로그램할 수 있다. 따라서, 도 6a를 참조하면, 상기 오프셋 값은 메모리 소자(들)(164)에 제공될 수 있고, 제어 로직 블록(168)을 통하여 적절한 감지 소자 회로부에 적용될 수 있다.
다른 가능한 구현들에서, 다시 도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 조정 블록(162)은 상기 차이 측정치로 이용하도록 감지 소자들(22c, 22d, 22e)의 측정치들 중 가장 정확한 것을 선택하거나, 상기 세 개의 감지 소자들의 측정치들의 수학적 배열(또는 조합)을 선택하도록 이용될 수 있다. 간단한 수학적 배열의 예는 두 개의 인접한 감지 소자들의 측정치들의 평균을 구하는 것, 예를 들어, A가 감지 소자(22d)와 연관된 측정치를 표시하고, B가 감지 소자(22c)와 연관된 측정치를 표시할 때, A와 B 사이의 값인 (A + B)/2를 구하는 것일 수 있다. 오정렬의 방향에 따라, 상기 수학적 평균화를 위한 관심 감지 소자들은 감지 소자들(22d, 22c)을 대신하여 감지 소자들(22e, 22c)일 수 있다. 또한, 감지 소자들(22d, 22c, 22e)은 상기 차동 전류 센서의 조립체 허용오차에 기초하여 다른 관심 수학적 조합들 또는 관심 위치들이 가능하도록 (예를 들어, 도 5e에 도시된 바와 같이) 비선형적으로 간격을 가질 수 있다. (감지 소자들(22d, 22c, 22e) 각각과) 동일한 방식으로 감지 소자들(22a, 22c, 22b)을 이용하는 것이 가능하나, 이러한 이용은 특정 응용에 적합할 수 있다. 또한, 도 5c, 도 5d 및 도 5b에 도시된 세 개와 다른 수의 차동 전류 감지 소자들을 이용하는 것이 가능하고, 예를 들어, 2, 4, 5, 6, 7 및 8 개의 감지 소자들을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 상기 감지 소자들의 수는 요구되는 다이 면적 및 최종 제품에 이용되거나 개별 부품의 프로그래밍에 이용되는 최선의 조합을 찾기 위한 테스트 시간에 의해 현실적으로 제한될 수 있다. 상기 조정은 어떠한 종류의 패키지가 이용되는지에 따라 설치 전 또는 후에 수행될 수 있다.
도 6b를 참조하면, (점선으로 도시된) 블록(179)이 프로그램 가능하고 구성 가능한 블록인 것을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 이는 원하는 구성, 예를 들어 신호들(44c, 44d, 44e)의 선택 및/또는 조합, 블록(179)으로부터 단일한 출력을 제공하는 데에 필요한 임의의 자기장 신호 생성 회로부 및 신호 경로들의 적당한 선택 등의 다양한 프로그램 가능한 온-칩 특징들(미도시)을 포함한다. 이러한 단일한 출력은, 라인들(46c, 46d, 46e) 중 하나에 인가될 수 있고, (블록(178)에서) 상응하는 자기장 신호 처리 회로, 예를 들어 출력(68)에서 차이 신호(58)를 생성하도록 도 2a에 도시된 회로(50c)에 제공될 수 있다. 출력(68)에서의 이러한 차이 신호는 프로그램 가능한 오정렬 오프셋 조정 블록(162)의 제어 하에 적용된 선택들에 기초하여 오정렬 오프셋에 대하여 보상된 것일 수 있다.
도 6a 및 도 6b의 실시예들은 감지 소자들(22a, 22b) 및 상응하는 신호 경로들을 포함하나, 이러한 감지 소자들 및 신호 경로들은 제거될 수 있다. 이와 달리, 감지 소자들(22a, 22b)과 관련된 상기 자기장 신호 생성 및 처리 회로들이 (개별적인 상 및 중성 출력들을 대신하여 단일한 전체 전류 출력을 제공하는) 도 2b에 도시된 것들로 대체될 수 있다.
오정렬 문제에 대한 이러한 종류의 해결책들은 감지 소자(22c)(또는, 추가적인 감지 소자들(22d, 22e)이 또한 이용된 경우, 22c, 22d, 22e)가 전술한 바와 같은 보다 민감한 물질로 구성된 것이 아닌 표준 Si 홀 플레이트로 구현되는 것을 가능하게 한다. 그러나, 다수의 감지 소자들을 이용하고, 중간 감지 소자, 즉 감지 소자(22c), 또는 중간 감지 소자, 예를 들어 감지 소자들(22c, 22d, 22e)에 기초하여 값을 제공하도록 최선의 하나 또는 수학적 조합을 선택하는 개념은 임의의 하나 이상의 감지 소자들이 Si와 다른 물질들로 구성된 구현들에 또한 적용될 수 있다. 이러한 접근 방식들 중 하나 또는 다른 하나, 즉 첫 번째 접근으로서 SE3 출력에 오프셋을 인가하는 것, 또는 SE 출력이나 SE 출력들의 수학적 조합을 선택하는 것은 특정한 범위의 가능한 오정렬에 대하여 SE3으로서 또는 SE3을 대신하여 이용하는 것에 충분할 수 있다. 오정렬의 정도(및/또는 다른 조건들)에 기초하여 하나 또는 다른 하나를 선택할 수 있도록 적당한 제어 로직과 함께 두 접근 방식들을 모두 지원하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
도 1a 및 1b, 및 2a 내지 도 2c에 도시된 상기 센서 IC는 전류와 같은 측정된 파라미터에 대하여 (차이 값들에 더하여) 절대 또는 전체 값들에 상응하는 이의 출력들에서의 정보를 제공하므로, 다양한 서로 다른 응용들에서 사용될 수 있는 다용도 장치일 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 이는 전류 분배기 응용들 또는 중복(redundancy)을 요구하는 전류 측정 응용들에서 전류를 측정하도록 이용될 수 있다. 상기 장치는 또한 변위(displacement)를 측정하도록 자기장을 감지하는 응용들에서 사용되기에 적합할 수 있다.
도 1a 및 도 2a에 제시된 센서 IC(20)에 의해 수행될 수 있는 변위 측정의 한 종류는 (예를 들어, 회전 위치 또는 각도에 대한) 각도 변위이다. 도 7a 및 도 7b는 예시적 각도 감지 구조물(180)의 서로 다른 도면들이다. 도 7a 및 도 7b를 차조하면, 구조물(180)은 S극(184a) 및 N극(184b)의 두 개의 극을 가진 자석으로 도시된 영구 자석(182)을 포함한다. 센서 IC(20)는 자석(82)에 근접하여 배치된다. 본 응용에서, 센서 IC(20)는 회전축(188)에 대한 두-극 자석(182)의 회전 각도(186)를 결정할 수 있다. 도 2a에 도시되었던 것과 같이, 세 개의 감지 소자들(22a 내지 22c) 및 세 개의 출력들을 가지는 예시적인 센서 장치 구성에서, 각각이 출력들(66, 70)에서 회전 각도(186)에 대하여 감지 소자(22a)는 사인 신호를 생성하도록 이용되고, 감지 소자(22a)는 사인 신호를 생성하도록 이용된다. 상기 두 개의 출력들로부터, 회전 각도(186)를 나타내는 값이 결정될 수 있다. 측정되는 회전 각도(186)는 0 내지 360도의 범위일 수 있다. 각도 감지 응용에서, 센서 IC(20)는 움직이지 않을 수 있고, 자석(182)은 센서 IC(20) 근처의 회전축(회전자)에 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 제3 (또는 중간) 감지 소자(22c)는 센서-자석 오정렬을 검출하도록 이용된다. 도 7b를 참조하면, 자석(182)과 정렬된 IC(20)에 대하여, SE1(22a) 및 SE2(22b)는 서로 90도의 각도를 가지고 포인트(188)를 지나는 두 개의 라인들에(라인(189a)에 SE1 및 라인(189b)에 SE2) 위치해야 한다. 동작에 있어서, 도시된 정렬에서, SE1(22a)에 의한 감지는 제1 사인파를 제공하고, SE2(22b)에 의한 감지는 상기 제1 사인파에 대하여 90도 쉬프트된 제2 사인파(즉, 코사인파)를 제공한다. SE1(22a) 및 SE2(22b)에 대한 이의 위치 때문에, SE3(22c)에 의한 감지는 상기 제1 사인파로부터 90도보다 작은 위상각(phase angle)만큼 쉬프트된 사인파를 제공한다. 도 7b에 도시된 배열에서, SE3(22c)은 45도의 위상각만큼 위상 쉬프트된 사인파를 제공하도록 위치한다. 보다 일반적으로, 상기 위상 각도는 값의 일정 범위 내, 예를 들어 30 내지 60 도일 수 있다. SE3(22c)이 SE1(22a) 및 SE2(22b)에 의해 형성되는 선 상에 위치할 필요가 없고, SE3(22c)으로부터 SE1(22a)까지의 거리가 SE3(22c)으로부터 SE2(22b)까지의 거리와 동일할 필요가 없음에 주목해야 한다. 두 개의 감지 소자들만을 가지고 사인 신호 및 코사인 신호만을 생성할 수 있는 종래의 각도 감지 장치들에서, 두 신호들의 진폭들 및 위상들은, 오정렬에 의해 필요한 경우, 검사 및 정정되어야 했다. IC(20)는, SE1(22a)과 SE2(22b) 사이에 (예를 들어, 이전의 도면들에 도시되고 도 7a 및 도 7b에서 다시 도시된 것과 같이 SE1(22a)과 SE2(22b) 사이의 중간점에) 위치하는 SE3(22c)을 가지는 세 개의 감지 소자들의 배열을 제공하므로, IC(20)는 세 개의 신호들을 생성한다. 다시 도 2a를 참조하면, IC(20)는 출력(66)에서 사인 신호를 생성하고, 출력(70)에서 코사인 신호를 생성하며, SE3(22c)의 감지로부터 생성된 신호는 출력(68)에서 이용 가능하다. 결과적으로, the signal based in sensing by SE3(22c)의 감지에 기초한 신호는 오정렬에 대한 검출 및 정정에 이용될 수 있는 추가적인 정보를 제공한다.
보다 구체적으로, 모든 세 개의 감지 소자들로부터의 신호 정보는 에러 함수 또는 수식을 정의하도록 이용된다. 상기 에러 함수는 상기 세 개의 신호들의 신호 값들(즉, 진폭들)의 수학적 조합과 같은 에러 값(X)을 제공한다. 상기 에러 함수를 채용한 응용은 X를 정렬 조건에 대하여 제1 "최소의 에러(minimal error)" 값으로 오정렬 조건에 대하여 다른 (예를 들어, 상기 제1 값과 같지 않은 또는 상기 제1 값보다 큰) 제2 값으로 인식하도록 구현될 수 있다. 하나의 단순화된 예에서, 상기 에러 함수는 "X = ASE1 + ASE2 - ASE3"(여기서, ASE1, ASE2 및 ASE3은 SE1(22a), SE2(22b) 및 SE3(22c)에 의한 감지의 결과로서 각각 생성된 신호들에 대한 신호 진폭 값들)으로 표현될 수 있고, X가 0인 것은 정렬을 나타내고, X가 0이 아닌 것은 오정렬을 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같이, SE1(22a), SE2(22b) 및 SE3(22c)의 감지에 기초하여 에러 함수를 사용하는 응용의 목적은 각도 결정에 있어서 원하는 수준의 정확성에 대하여 에러 함수를(이에 따라 오정렬의 크기를) 최소화하는 것에 있다. 이는 어떠한 정정의 형태로 수행될 수 있다. 상기 정정은 전자적으로 구현되거나, 최적 정력에 대한 센서/자석 조립체의 기계적 조정으로 구현되어, 향상된 각도 정확성을 달성할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 회전 각도 값을 결정하도록 각도 센서의 출력을 이용하는 예시적인 각도 측정 장치들(도 8a의 190, 도 8b의 190')을 도시한다. 각도 측정 장치(190)(또는 190')는 각도 센서, 예를 들어 도 2a의 센서 IC(20), 및 처리부(도 8a의 192, 도 8b의 192')를 포함한다. 신호 처리부(192)(또는 192')는 각도 계산을 수행한다. 이는 각도 센서(20)로부터의 두 개의 절대 출력 신호들을 하나의 디지털 출력 신호로 조합한다. 처리부(192)(또는 192')는 디지털 출력을 제공하나, 이에 대신하여 아날로그 출력을 제공하도록 설계될 수 있다. 센서의 출력들(66, 70)에서 제공되는, 여기서 출력 신호(194a, 194b)로 도시된, 출력 신호들은 샘플링되어, 아날로그-디지털 변환기(ADC)(도 8a의 196, 도 8b의 192')에 의해 디지털 도메인으로 변환된다. 프로세서(또는 마이크로프로세서)(도 8a의 198, 도 8b의 198')는, ADC 출력들(200a, 200b)로 도시된, 상기 센서 출력 신호들의 디지털 표현들을 수신하고, ADC 출력들(200a, 200b)로부터 각도 값을 결정하도록 각도 결정기(도 8a의 202, 도 8b의 202')로 도시된 소프트웨어를 이용한다. 다양한 알고리즘들, 예를 들어, 잘 알려진 CORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer) 알고리즘이 각도 값 결정을 위하여 아크탄젠트(또는 "arctan") 삼각 함수 계산을 수행하도록 이용될 수 있다. 상기 사인 및 코사인 신호들로부터 상기 각도 값을 결정할 수 있는 다른 알고리즘들 또한 이용될 수 있다. 클록 및 제어 신호들이 클록 생성 및 제어 회로(203)에 의해 ADC(196)(또는 196') 및 프로세서(198)(또는 198')에 제공된다. 상기 각도가 결정되면, 외부 컨트롤러 또는 사용자(미도시)에 의해 접근 가능한 출력(도 8a의 204, 도 8b의 204')에서 각도 값으로 표현될 수 있다.
전자적 오정렬 검출 및 정정의 일 구현에서, 도 8b에 도시된 바와 같이, (도 2a의) 센서의 출력(68)에서 제공되는, 여기서 출력 신호(194c)로 도시된, 출력 신호는 센서-자석 오정렬을 전자적으로 보상하는 데에 이용되는 정보를 제공한다. 출력 신호(194c)는 샘플링되어 ADC(196')에 의해 디지털 도메인으로 변환된다. 프로세서(198')는, ADC 출력(200c)으로 도시된, 이러한 센서 출력 신호의 디지털 표현을, ADC 출력들(200a, 200b)과 함께 수신하고, 상기 에러 함수를 계산하고 상기 에러 함수에 의해 표시된 오정렬을 보상하도록 오정렬 정정기(205)로 도시된 소프트웨어를 사용한다. 도 8b의 예시적 구조에서, 오정렬 정정기(205)는 에러 결정기(또는 에러 함수 블록)(206) 및 정정기(또는 정정 블록)(207)를 포함한다. 에러 함수 블록(206)은 신호 값들(200a, 200b, 200c)을 조합하는 에러 함수를 정의하고, 정렬 또는 오정렬을 나타내는 에러 값(208)을 생성하도록 상기 에러 함수를 수행한다. 에러 값(208)은 정정 블록(207)에 제공되고, 이는 에러 값(208)에 기초하여 적당한 에러 정정을 결정하고, 각도 결정기(202')에 정정 정보(209)를 제공한다. 도시된 실시예에서, 각도 결정기(202')는 상기 정정 정보를 이용하여 각도 값(204')을 생성한다. 즉, 각도 결정기(202')는 오정렬 정정기(205)에 의해 검출된 임의의 오정렬에 대하여 보상된 각도 값을 생성한다.
도 8b에 도시된 종류의 전자적 오정렬 검출/정정을 이용하는 하나의 예시적인 처리는 다음과 같다. 자석이, 예를 들어 반 바퀴 또는 한 바퀴 회전된 후, 오정렬 정정기(205)는 신호 값들(200a, 220b, 200c)을 수신하고, 오정렬을 검출하도록 이러한 신호 값들을 이용하여 (상술한 바와 같은 소정의 에러 함수에 따라) 상기 에러 값을 계산한다. 이후, 오정렬 정정기(205)는 각도 결정기(202')에 의해 생성된 출력에 대한 정정을 적용하고(또는, 상술한 바와 같이, 각도 결정기(202')에 정정 정보(209)를 제공하고, 각도 결정기(202')는 이의 각도 결정에 상기 정정 정보를 통합함), 이에 따라 각도 값(204')의 에러를 최소화할 수 있다. 정정 블록(207)은 즉석에서(on-the-fly) 정정 값을 계산하도록 구성될 수 있다. 다른 구현들 또한 가능하다. 예를 들어, 정정 블록(207)은 소정의 정정 값들의 룩업 테이블을 구비할 수 있고, 계산된 에러 값들에 대한 적당한 정정 값들을 제공하도록 룩업 테이블을 이용할 수 있다.
이와 달리, 상기 처리는 전자적 오정렬 검출 및 기계적 오정렬 정정을 포함할 수 있다. 상기 오정렬 검출은 도 6에 도시된 프로그래밍 장치(163)와 같은 장치를 외부적으로 이용하여 수행될 수 있다. 사용자는 (다시, 예를 들어, 반 바퀴 또는 한 바퀴) 상기 자석을 회전시킬 수 있고, 오정렬을 검출하도록 센서 출력 신호들(194a, 194b, 194c)을 검사한다. 이는, 예를 들어, 프로그래밍 장치(163)에서 구동되는 소프트웨어를 이용함으로써 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 프로그래밍 장치(163)의 소프트웨어는 신호들(194a 내지 194c)의 수학적 조합에 기초하여 에러 값을 제공하도록 (도 9b의 처리부(192')의 에러 함수 블록(206)과 같은) 에러 함수 블록을 포함할 수 있다. 상기 에러 값이 오정렬을 나타내는 경우, 사용자는 상기 오정렬을 기계적으로 정정, 즉 이러한 사용자의 시스템에서 자석-센서 위치를 조정하고, 또한 원하는 정렬 정도에 상응하는 최소 에러 함수가 달성될 때까지 (예를 들어, 각 자석-센서 위치에 대하여, 상기 에러 함수 계산에 이은 자석 회전을 수행함으로써) 이러한 루틴을 반복할 수 있다. 상기 오정렬 검출 및 정정이 완료된 후, 각도 센서(예를 들어, IC (20)) 출력들(194a, 194b)은 각도 검출을 위하여 (도 8a의) 처리부(192)와 같은 장치에 의해 처리될 수 있다. (도 8b의) 처리부(192')와 같은 장치에 의해 제공되는 종류의 전자적 오정렬 정정이 필요하지 않을 수 있다.
또 다른 대안적인 실시예에서, 상기 에러 함수 블록을 구현하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 IC(20)에 포함될 수 있다. IC(20)가 이러한 기능을 포함하도록 수정되는 경우, 이러한 기능은 다른 곳에 제공될 필요가 없고, 예를 들어, 전자적 오정렬 정정을 이용하는 응용들을 위한 (도 8b의) 오정렬 정정기(205), 또는 기계적 오정렬 정정을 이용하는 응용들을 위한 프로그래밍 장치(163)와 같은 다른 장치들이 제공될 필요가 없다.
도 7a 및 도 7b에는 영구 자석(182)이 한 쌍의 N/S 극들만을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 오정렬 검출 및 정정의 상술한 방식은 2 이상의 극 쌍들을 가지는 자석들을 이용하는 감지 응용들에 또한 적용될 수 있다. 센서(20)가 상기 자석에 정렬될 때, SE1(22a) 및 SE2(22b)가 90도 위상이 다른 신호들을 생성하도록 위치하는 한 2 이상의 쌍들을 가지는 자석이 이용될 수 있다. 센서 IC(20) 및 처리부(192)(또는 192') 개별적인 집적 회로 칩들에 패키징화될 수 있다. 이와 달리, 장치들은 센서 및 처리 전자 장치들이 동일한 칩에 통합되도록 제조될 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 2a에 제시된 센서 IC(20)에 의해 측정될 수 있는 다른 종류의 변위는 선형 변위이다. 상기 센서 IC는 중복을 필요로 하는 선형 변위 측정에 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 2a와 함께 도 9를 참조하면, 센서 IC(20)에 근접하고 N 극(212a) 및 S 극(214b)을 가지는 막대 자석(212)을 이용하는 선형 변위 측정 응용(210)에서, 센서 IC(20)의 감지 소자들(22a, 22b, 22c)은 상기 막대 자석의 선형 이동과 관련된 자기장을 감지할 수 있다. 따라서, 이러한 종류의 응용에서, 중간 감지 소자(22c)는 다른 감지 소자들(22a, 22b)과 동일한 기능을 수행, 즉 (차동이 아닌) 절대 측정치를 생성할 수 있다. 도시된 구성에서, 선형 이동의 경로는 화살표(216)로 표시된 축을 따른다. 이러한 이동 또는 변위는 양방향 또는 단방향일 수 있고, 상응하는 출력들(66, 70, 68)에서 (상기 자기장에 대하여 비례하는) 선형 전압 값으로 표현될 수 있다. 중복 응용에서, 주어진 시점에 출력들(66, 70, 68) 중 하나만이 이용될 수 있다. 상기 응용(또는 이와 달리, 상기 IC 그 자체)은, 예를 들어 에러가 발생된 경우, 현재 사용되는 출력으로부터 사용되지 않는 출력들 중 하나로 스위칭하는 시스템 대체 작동(failover) 방식으로 구성될 수 있다.
IC(20) 및 자석(212)은, 예를 들어, 자석 및 (선형 모터 또는 다른 선형 움직임 시스템의) 센서 IC/코일 조립체와 같은 보다 큰 시스템(미도시)의 일부일 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 시스템에서, 전류가 상기 코일에 인가될 때, 상기 에너지를 받은 코일에 의해 생성된 자속은 상기 자기장에 의해 생성된 자석과 상호 작용하여, 상기 자석이 상기 코일 자속의 극성에 따라 일 방향 또는 반대 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
상술한 센서 장치는 두 개의 유사한 전류들 사이의 작은 차이의 측정을 요구하는 임의의 소비자, 산업 또는 자동차 응용에 이용될 수 있고, 그러므로, GFI 응용들에 한정되지 않는다. 또한, 유입되는 전류들의 절대값들을 측정하도록 두 개의 개별적인 자기장 감지 센서들을 포함하도록 구현될 수 있고, 동일한 전류가 두 개의 전도체 경로들에 인가되는 경우, 상기 센서 장치는 중복 응용들에 이용될 수 있다. 상기 센서 장치는, 360도 각도 감지뿐만 아니라, 중복을 요구하는 선형 위치 응용들에 또한 이용될 수 있다. 각도 감지 응용에서, 두 개의 감지 소자들은 각도 결정을 위하여 사인 및 코사인 신호들을 제공할 수 있고, 상술한 바와 같이, 세 번째의 감지 소자는 자석-센서 정렬(이에 따른 전체 각도 정밀도)을 향상시키도록 이용될 수 있다.
예를 들어, (도 5c 내지 도 5e, 및 도 6b를 참조하여 전술한 바와 같이) SE3(22c), SE4(22d) 및 SE5(22e)와 같은 다수의 중간 SE들의 배열의 이용이 전류 감지 응용의 관점에서 도시되었으나, 선형 및 각도 변위(또는 위치) 감지, 속도 감지 및 근접 감지와 같은 다른 응용들에 또한 적용 가능하다. 예를 들어, 다시 도 5d, 도 5e 및 도 9를 참조하면, 도 9의 중간 소자(SE3(22c))는 (예를 들어, 도 5d에 도시된 바와 같은) 다수의 SE들의 배열로 대체될 수 있다. 그러나, 상기 정렬은 다른 방향을 가지는 것이 필요할 수 있고, 예를 들어, 도 9의 예에서 수직 방향을 가질 수 있다. 어떠한 오정렬도 존재하지 않는 경우, 상기 정렬은 외부 목표물(즉, 소스가 한 쌍의 전류 전도 경로들 또는 자석(들)인지 여부에 따라, SE들에 의해 감지되는 자속의 상기 소스)에 대하여 중앙에 위치할 수 있고, 0의 장(field)을 나타낼 수 있다. 상기 센서와 이러한 목표물 사이에 오정렬이 발생한 경우, 0이 아닌 장이 상기 배열에 의해 표시될 수 있다. (예를 들어, GFI 응용 전류 센서에 대한 차이 신호, 또는 선형 위치 센서의 출력 신호와 같은) 상기 센서 출력 신호가 보다 정확하게 되도록, 전술한 오정렬 오프셋 보상 방식들 중 하나가 상기 배열에 의해 제공되는 결과가 0이 되도록 이용될 수 있다.
(도 1에 도시된 전류 센서(10)와 같은) 차동 전류 센서에 다른 기능이 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 센서 회로부는 셀프-테스트 블록 또는 회로(222)(또한 빌트-인 셀프 테스트(BIST)로 불림)를 포함하는 센서 IC(220)를 제공하도록 수정될 수 있고, 상호연결(224)을 통하여 부회로들에 연결되어 셀프-테스트 기능을 제공할 수 있다. 셀프-테스트 회로(222)는, 외부 장치(예를 들어, 컨트롤러)와 진단 테스트 정보를 교환하도록, 적어도 하나의 입력 라인(226) 및 출력 라인(230)과, 이들에 상응하는 단자들(228, 232)을 가질 수 있다. 예를 들어, (단자(228)를 통하여) 입력 라인(226) 상에 진단 테스트에 대한 커맨드 또는 요청이 셀프-테스트 회로(222)에 제공될 수 있고, (단자(232)를 통하여) 출력 라인(230) 상에 결과들이 반환될 수 있다. 셀프-테스트 회로(222)는, 입력 라인(226)의 커맨드에 응답하여, (회로들(42a 내지 42c) 및 회로들(50a 내지 50c)과 같은) 다양한 부회로들의 적어도 일부 또는 전부의 셀프-테스트를 인에이블할 수 있다. 상기 셀프-테스트 회로가 도 2a에 도시된 것과 같은 센서 IC의 일부로 도시되어 있으나, 또한 다른 도시된 실시예들에 적용될 수 있다. 이러한 종류의 회로부는 증가된 안정성을 제공하고, 따라서 이를 포함하는 것이 GFI 응용들에 특히 매력적일 수 있다. 셀프-테스트 회로(222)는 설계 및 응용 요구들에 따라 다수의 서로 다른 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 2010년 2월 16일 출원되고, 본 출원의 출원인인 "Allegro Microsystems, Inc."의 소유이며, "자기장 센서의 셀프-테스트를 생성하는 회로들 및 방법들(Circuits and Methods for Generating a Self-Test of a Magnetic Field Sensor)"의 제목을 가지는 미국 특허 출원 번호 제12/706,318호 및 미국 특허 공개 번호 제US2010/0211347호에 개시된 셀프-테스트 특징들을 포함하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 셀프-테스트 회로(222)는, 상술한 특허 출원에 개시된 바와 같이, 진단 및/또는 다른 신호(들)를 생성하도록 셀프-테스트 자기장을 생성하기 위한 셀프-테스트 전류 전도체 및 측정된 셀프-테스트 자기장을 처리하는 회로부를 포함하도록 구현될 수 있다. 다른 종류의 셀프-테스트/BIST 메커니즘들의 사용 또한 고려될 수 있다.
임의의 상술한 실시예들에서, 각 감지 소자는, 예를 들어 Si 또는 Ge와 같은 IV족 반도체 물질, 또는 GaAs 또는 인듐 화합물과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성된 장치일 수 있다.
여기에 인용된 모든 문헌들은 이들 전체로서 참조로 여기에 포함된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 개시하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이러한 개념들을 포괄하는 다른 실시예들이 이용될 수 있음이 명확하게 되었을 것이다. 그러므로, 이러한 실시예들이 개시된 실시예들에 한정되지 않고, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 한정되어야 할 것이다.
본 발명은 차동 전류 센서 또는 센서에 이용될 수 있다.

Claims (79)

  1. 제1 입력 단자 및 제1 출력 단자를 가지는 제1 전류 전도 경로;
    상기 제1 전류 전도 경로로부터 전기적으로 격리되고, 제2 입력 단자 및 제2 출력 단자를 가지는 제2 전류 전도 경로;
    상기 제1 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제1 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제1 감지 소자 및 상기 제2 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제2 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제2 감지 소자를 포함하는 자기장 감지 소자들; 및
    상기 자기장 감지 소자들에 연결되고, 출력 신호를 제공하는 회로부(circuitry)를 포함하고,
    상기 출력 신호는 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 전류들과 관련하여 감지된 상기 자기장들에 기초하여 제1 및 제2 신호들을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들을 이용하여 상기 차이 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들은 상기 제1 및 제2 전류들과 관련된 상기 자기장들을 감지하도록 상기 제1 감지 소자와 상기 제2 감지 소자 사이에 위치한 제3 감지 소자를 포함하고, 상기 회로부는 상기 제3 감지 소자에 의한 감지에 기초하여 제3 신호를 생성하고, 상기 제3 신호를 이용하여 상기 차이 신호를 생성하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 감지 소자들은 제1 반도체 물질로 구성되고, 상기 제3 감지 소자는 상기 제1 반도체 물질보다 더 자성에 민감한(magnetically sensitive) 제2 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 반도체 물질은 실리콘(Silicon)이고, 상기 제2 반도체 물질은 게르마늄(Germanium), 갈륨 비화물(Gallium Arsenide) 또는 다른 고이동도 화합물 반도체 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  10. 제5 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들은 동일한 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  11. 제5 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 자기장 감지 소자들과 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들 사이의 오정렬(misalignment)에 대하여 상기 차이 신호를 전자적으로 보상하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 차동 전류 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 제3 신호에 오프셋 값을 적용하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  15. 제2 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들은 상기 제1 및 제2 전류들과 관련된 상기 자기장들을 감지하도록 상기 제1 감지 소자와 상기 제2 감지 소자 사이에 위치하는 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 배열을 더 포함하고, 상기 회로부는 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 상기 차이 신호를 생성하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 자기장 감지 소자들과 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들 사이의 오정렬에 대하여 상기 차이 신호를 전자적으로 보상하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록을 더 포함하고,
    상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 회로부가 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 측정치들의 수학적 조합에 기초하여 상기 차이 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  17. 제1 항에 있어서,
    센서 집적 회로를 더 포함하고,
    상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 상기 센서 집적 회로 내에 제공되고, 상기 센서 집적 회로는 상기 출력 신호에 상응하는 출력을 가지는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 제1 전류 전도 경로 및 상기 제2 전류 전도 경로 중 하나 또는 모두가 인쇄 회로 기판 트레이스(printed circuit board trace)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  19. 제17 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들은 상기 센서 집적 회로와 함께 패키지로 둘러싸이고, 상기 패키지는 상기 센서 집적 회로의 상기 출력들 및 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들의 상기 단자들에 상응하는 핀들을 가지는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  20. 제17 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들이 누전 차단기 응용의 상(phase) 및 중성(neutral) 전류 전도체들에 연결된 경우, 상기 제1 전류 전도 경로는 상 전류(phase current)를 전송하도록 이용 가능하고, 상기 제2 전류 전도 경로는 중성 전류(neutral current)를 전송하도록 이용 가능한 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  21. 제20 항에 있어서,
    코일 드라이버; 및
    상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함하고,
    상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며,
    상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  23. 제1 항에 있어서,
    셀프-테스트 회로(self-test circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  24. 제1 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  25. 제24 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  26. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전류는 상 전류이고, 상기 제2 전류는 중성 전류인 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  27. 제1 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  28. 제1 입력 단자 및 제1 출력 단자를 가지는 제1 전류 전도 경로;
    상기 제1 전류 전도 경로로부터 전기적으로 격리되고, 제2 입력 단자 및 제2 출력 단자를 가지는 제2 전류 전도 경로;
    상기 제1 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제1 전류와 관련된 제1 자기장 및 상기 제2 전류 전도 경로에 의해 전송되는 제2 전류와 관련된 제2 자기장을 감지하는 자기장 감지 소자들로서, 각각이 상기 제1 및 제2 자기장들 중 하나를 감지하는 제1 감지 소자 및 제2 감지 소자와, 상기 제1 및 제2 자기장들 모두를 감지하도록 상기 제1 및 제2 감지 소자들 사이에 위치하는 제3 감지 소자를 포함하는 상기 자기장 감지 소자들; 및
    상기 자기장 감지 소자들에 연결되고, 상기 제3 감지 소자의 감지에 기초하여 신호를 생성하며, 상기 신호에 기초하여 출력 신호를 제공하는 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  29. 센서에 있어서,
    상기 센서가 목표물(target)에 근접하여 위치할 때 상기 목표물과 관련된 자기장을 감지하는 2 이상의 자기장 감지 소자들의 배열;
    상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열에 연결되고, 상기 배열의 상기 자기장 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 센서 출력 신호를 생성하는 회로부; 및
    상기 회로부에 연결되고, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들과 상기 목표물 사이의 오정렬(misalignment)에 대한 보상을 가지는 상기 출력 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block)을 포함하고,
    상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 중 하나의 측정치를 선택하도록 프로그램되고,
    상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 중 상기 하나는 상기 테스트에 응답하여 선택되는 것을 특징으로 하는 센서.
  30. 제29 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 중 다른 자기장 감지 소자들보다 높은 정확도를 가진 상기 하나의 측정치를 선택하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 센서.
  31. 제29 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 측정치들의 수학적 조합을 선택하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 센서.
  32. 제29 항에 있어서, 상기 배열은 적어도 세 개의 자기장 감지 소자들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  33. 제32 항에 있어서, 상기 배열은 상기 적어도 세 개의 자기장 감지 소자들의 선형 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  34. 제32 항에 있어서, 상기 배열은 상기 적어도 세 개의 자기장 감지 소자들의 비선형 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  35. 제29 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  36. 제29 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 센서.
  37. 제29 항에 있어서, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열 및 상기 회로부는 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 센서.
  38. 제29 항에 있어서, 상기 목표물이 제1 전류를 전송하는 제1 전류 전도 경로 및 제2 전류를 전송하는 제2 전도 경로를 포함하는 한 쌍의 전류 전도 경로들인 경우, 상기 센서 출력 신호는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 크기들 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  39. 제38 항에 있어서,
    코일 드라이버; 및
    상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함하고,
    상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며,
    상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 센서.
  40. 제39 항에 있어서, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 센서.
  41. 제38 항에 있어서,
    셀프-테스트 회로(self-test circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  42. 제38 항에 있어서,
    상기 제1 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제1 자기장 감지 소자; 및
    상기 제2 전류와 관련된 자기장을 감지하는 제2 자기장 감지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  43. 제42 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 자기장 감지 소자 및 상기 제2 자기장 감지 소자에 연결되고, 상기 제1 및 제2 자기장들에 기초하여 제1 및 제2 신호들을 각각 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
  44. 제43 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
  45. 제43 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 전류의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 센서.
  46. 제42 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들은 제1 반도체 물질로 구성되고, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들은 상기 제1 반도체 물질보다 더 자성에 민감한(magnetically sensitive) 제2 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 센서.
  47. 제46 항에 있어서, 상기 제1 반도체 물질은 실리콘(Silicon)이고, 상기 제2 반도체 물질은 게르마늄(Germanium), 갈륨 비화물(Gallium Arsenide) 또는 다른 고이동도 화합물 반도체 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 센서.
  48. 제42 항에 있어서, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들은 동일한 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 센서.
  49. 제42 항에 있어서, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  50. 제42 항에 있어서, 상기 배열의 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 및 상기 제1 및 제2 자기장 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 센서.
  51. 제29 항에 있어서, 상기 목표물은 자석을 포함하고, 상기 출력 신호는 상기 센서에 대한 상기 자석의 상대적 위치를 나타내는 것을 특징으로 하는 센서.
  52. 제51 항에 있어서, 상기 상대적 위치는 상기 센서에 대한 상기 자석의 선형 변위(displacement)에 상응하는 것을 특징으로 하는 센서.
  53. 제51 항에 있어서, 상기 상대적 위치는 상기 센서에 대한 상기 자석의 0 도 내지 360 도의 범위의 각도 변위에 상응하는 것을 특징으로 하는 센서.
  54. 제29 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은 외부 프로그래밍 장치에 의해 프로그램되는 것을 특징으로 하는 센서.
  55. 센서에 있어서,
    상기 센서가 목표물(target)에 근접하여 위치할 때 상기 목표물과 관련된 자기장을 감지하는 2 이상의 자기장 감지 소자들의 배열, - 상기 목표물은 제1 전류를 전송하는 제1 전류 전도 경로 및 제2 전류를 전송하는 제2 전류 전도 경로를 포함하는 한 쌍의 전류 전도 경로들임 -;
    상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열에 연결되고, 상기 배열의 상기 자기장 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 센서 출력 신호를 생성하는 회로부, - 상기 센서 출력 신호는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 크기들 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 포함함 -;
    상기 회로부에 연결되고, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들과 상기 목표물 사이의 오정렬(misalignment)에 대한 보상을 가지는 상기 출력 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block), - 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 센서 출력 신호를 생성하기 위하여 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들 중 하나의 측정치를 선택하도록 프로그램됨 -;
    코일 드라이버; 및
    상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함하고,
    상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며,
    상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 센서.
  56. 제55 항에 있어서, 상기 2 이상의 자기장 감지 소자들의 상기 배열, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 센서.
  57. 제28 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 감지된 제1 및 제2 자기장들에 기초하여 제1 및 제2 신호들을 생성하도록 동작하고, 상기 제3 감지 소자의 감지에 기초하여 생성되는 상기 신호는 제3 신호인 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  58. 제57 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들을 이용하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기 사이의 차이를 나타내는 차이 신호를 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  59. 제58 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 신호들의 합에 기초하여 상기 제1 전류의 크기와 상기 제2 전류의 크기의 총합을 나타내는 총 전류 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  60. 제58 항에 있어서, 상기 회로부는 상기 차이 신호를 생성하기 위하여 상기 제3 신호를 이용하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  61. 제57 항에 있어서, 상기 출력 신호는 제3 출력 신호이고,
    상기 회로부는 상기 제1 신호에 기초하여 상기 제1 전류의 크기를 나타내는 제1 출력 신호를 제공하고, 상기 제2 신호에 기초하여 상기 제2 전류의 크기를 나타내는 제2 출력 신호를 제공하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  62. 제28 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 감지 소자들은 제1 반도체 물질로 구성되고, 상기 제3 감지 소자는 상기 제1 반도체 물질보다 더 자성에 민감한(magnetically sensitive) 제2 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  63. 제62 항에 있어서, 상기 제1 반도체 물질은 실리콘(Silicon)이고, 상기 제2 반도체 물질은 게르마늄(Germanium), 갈륨 비화물(Gallium Arsenide) 또는 다른 고이동도 화합물 반도체 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  64. 제28 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들은 동일한 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  65. 제28 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들 각각은 홀-효과(Hall-effect) 감지 소자 및 자기 저항(magnetoresistive) 감지 소자 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  66. 제65 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 감지 소자들 각각은 IV 족 반도체 물질 및 III-V 족 반도체 물질 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  67. 제58 항에 있어서,
    상기 자기장 감지 소자들과 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들 사이의 오정렬(misalignment)에 대하여 상기 차이 신호를 전자적으로 보상하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록(programmable misalignment adjustment block)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  68. 제67 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 차동 전류 센서의 테스트가 오정렬을 나타낼 때, 상기 제3 신호에 오프셋 값을 적용하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  69. 제58 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들은 상기 제1 및 제2 전류들과 관련된 상기 자기장들을 감지하도록 상기 제1 감지 소자와 상기 제2 감지 소자 사이에 위치하는 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 배열을 더 포함하고, 상기 회로부는 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들 중 적어도 하나의 감지에 기초하여 상기 차이 신호를 생성하도록 더욱 동작하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  70. 제69 항에 있어서,
    상기 자기장 감지 소자들과 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들 사이의 오정렬에 대하여 상기 차이 신호를 전자적으로 보상하는 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록을 더 포함하고,
    상기 프로그램 가능한 오정렬 조정 블록은, 상기 회로부가 상기 하나 이상의 추가적 감지 소자들의 측정치들의 수학적 조합에 기초하여 상기 차이 신호를 생성하도록 상기 회로부를 제어하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  71. 제28 항에 있어서,
    센서 집적 회로를 더 포함하고,
    상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 상기 센서 집적 회로 내에 제공되고, 상기 센서 집적 회로는 상기 출력 신호에 상응하는 출력을 가지는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  72. 제71 항에 있어서, 상기 제1 전류 전도 경로 및 상기 제2 전류 전도 경로 중 하나 또는 모두가 인쇄 회로 기판 트레이스(printed circuit board trace)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  73. 제71 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들은 상기 센서 집적 회로와 함께 패키지로 둘러싸이고, 상기 패키지는 상기 센서 집적 회로의 상기 출력들 및 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들의 상기 단자들에 상응하는 핀들을 가지는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  74. 제71 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전류 전도 경로들이 누전 차단기 응용의 상(phase) 및 중성(neutral) 전류 전도체들에 연결된 경우, 상기 제1 전류 전도 경로는 상 전류(phase current)를 전송하도록 이용 가능하고, 상기 제2 전류 전도 경로는 중성 전류(neutral current)를 전송하도록 이용 가능한 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  75. 제58 항에 있어서,
    코일 드라이버; 및
    상기 코일 드라이버에 상기 회로부를 인터페이싱하는 인터페이스 로직을 더 포함하고,
    상기 인터페이스 로직은 상기 회로부로부터 상기 차이 신호를 수신하고, 상기 코일 드라이버에 대한 입력 신호를 생성하며,
    상기 코일 드라이버는 상기 입력 신호에 응답하여 외부 트립 회로(trip circuit)의 코일을 구동하는 구동 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  76. 제75 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들, 상기 회로부, 상기 코일 드라이버 및 상기 인터페이스 로직은 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  77. 제28 항에 있어서,
    셀프-테스트 회로(self-test circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  78. 제28 항에 있어서, 상기 제1 전류는 상 전류(phase current)이고, 상기 제2 전류는 중성 전류(neutral current)인 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
  79. 제28 항에 있어서, 상기 자기장 감지 소자들 및 상기 회로부는 공통 기판 상에 집적 회로로서 집적되는 것을 특징으로 하는 차동 전류 센서.
KR1020147028166A 2012-04-04 2013-03-21 누전 차단기와 같은 응용을 위한 고정밀 차동 전류 센서 KR101950710B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/439,094 2012-04-04
US13/439,094 US9081041B2 (en) 2012-04-04 2012-04-04 High accuracy differential current sensor for applications like ground fault interrupters
US13/439,074 US8896295B2 (en) 2012-04-04 2012-04-04 Magnetic field sensor having multiple sensing elements and a programmable misalignment adjustment device for misalignment detection and correction in current sensing and other applications
US13/439,074 2012-04-04
PCT/US2013/033248 WO2013151792A1 (en) 2012-04-04 2013-03-21 High accuracy differential current sensor for applications like ground fault interrupters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140142722A KR20140142722A (ko) 2014-12-12
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Family Applications (1)

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KR (1) KR101950710B1 (ko)
WO (1) WO2013151792A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9625558B2 (en) * 2014-03-17 2017-04-18 Lsis Co., Ltd. Duplex system
CN107407697A (zh) * 2015-03-03 2017-11-28 麦格纳动力系有限两合公司 利用各向异性磁阻效应测量直流电路电流强度的电气组件
US9810721B2 (en) 2015-12-23 2017-11-07 Melexis Technologies Sa Method of making a current sensor and current sensor
DE102021208720A1 (de) * 2021-08-10 2023-02-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stromerfassungsanordnung
US11733025B2 (en) * 2021-10-14 2023-08-22 Allegro Microsystems, Llc Dynamic offset and amplitude tracker
US11815532B2 (en) 2021-11-24 2023-11-14 Infineon Technologies Ag Coreless auto-calibrating current sensor for measuring current in an adjacent wire
EP4206690A1 (en) * 2021-12-29 2023-07-05 Melexis Technologies SA Current sensor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002311064A (ja) 2001-04-19 2002-10-23 Daito Communication Apparatus Co Ltd 通電検出方法およびその装置
US20050073293A1 (en) 2003-10-01 2005-04-07 Hastings Jerome K. Integrated anti-differential current sensing system
US20100156394A1 (en) 2008-12-18 2010-06-24 Infineon Technologies Ag Magnetic field current sensors

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6580269B2 (en) * 2000-04-14 2003-06-17 Melexis Uk Ltd. Magnetic sensing devices and systems
DE10219649C1 (de) * 2002-05-02 2003-11-27 Infineon Technologies Ag Differentielle Strombewerterschaltung und Leseverstärkerschaltung zum Bewerten eines Speicherzustands einer SRAM-Halbleiterspeicherzelle
US7476816B2 (en) 2003-08-26 2009-01-13 Allegro Microsystems, Inc. Current sensor
US7166807B2 (en) 2003-08-26 2007-01-23 Allegro Microsystems, Inc. Current sensor
US7394244B2 (en) * 2003-10-22 2008-07-01 Parker-Hannifan Corporation Through-wall position sensor
ITTV20070103A1 (it) * 2007-06-01 2008-12-02 Kem O Tek Italia Srl Circuito di protezione per i pericoli di folgorazione
KR101509842B1 (ko) * 2007-10-25 2015-04-06 자넷 트론텔쯔 방향 트랙킹을 사용하여 회전과 각 위치를 비접촉으로 센싱하는 방법과 장치
KR100968633B1 (ko) * 2008-06-27 2010-07-06 김장수 전류센서
WO2010096367A1 (en) 2009-02-17 2010-08-26 Allegro Microsystems, Inc. Circuits and methods for generating a self-test of a magnetic field sensor
KR20110085713A (ko) * 2010-01-21 2011-07-27 현대모비스 주식회사 홀센서를 이용한 전류측정장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002311064A (ja) 2001-04-19 2002-10-23 Daito Communication Apparatus Co Ltd 通電検出方法およびその装置
US20050073293A1 (en) 2003-10-01 2005-04-07 Hastings Jerome K. Integrated anti-differential current sensing system
US20100156394A1 (en) 2008-12-18 2010-06-24 Infineon Technologies Ag Magnetic field current sensors

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