DE102016201142A1

DE102016201142A1 - Hall-Element-Treiberschaltung, Sensorschaltung und Strommessvorrichtung

Info

Publication number: DE102016201142A1
Application number: DE102016201142.1A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nakayama; Masakazu Ikeda; Youhei Sakurai
Original assignee: Hioki Denki KK; Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US20160216296A1; US10386392B2; CN105823918B; CN105823918A

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Hall-Element-Treiberschaltung bereitgestellt, mit: einer Signalschalteinheit, die zwischen einer Spannungsversorgungseinheit, die einen Treiberstrom ausgibt, und einem Hall-Element angeordnet ist, das erste und zweite Anschlüsse aufweist, und eine Schaltsteuerung zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der Strom den ersten Anschlüssen zugeführt wird, und einem zweiten Schaltzustand ausführt, in dem der Strom den zweiten Anschlüssen zugeführt wird; einer Schaltsteuerungseinheit, die Übergänge zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand steuert; und einer Schalteinheit, die zwischen der Stromversorgungseinheit und der Signalschalteinheit angeordnet ist und einen Schaltvorgang zwischen einem eingeschalteten Zustand, in dem der Strom zugeführt wird, und einem ausgeschalteten Zustand steuert, in dem die Stromzufuhr unterbrochen ist. Die Schaltsteuerungseinheit steuert Übergänge zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand und führt eine Schaltsteuerung über die Signalschalteinheit nur dann aus, wenn die Schalteinheit auf den ausgeschalteten Zustand eingestellt ist.

Description

1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hall-Element-Treiberschaltung zum Betreiben eines Hall-Elements, eine Sensorschaltung, die eine derartige Hall-Element-Treiberschaltung aufweist, und eine Strommessvorrichtung, die ein Hall-Element aufweist.
(2) Beschreibung der verwandten Technik
Die im japanischen Patent Nr. 3022957 beschriebene Sensorschaltung (Hall-Sensor) ist als ein Beispiel sowohl einer derartigen Sensorschaltung als auch eines in einer derartigen Strommessvorrichtung normalerweise verwendeten Hall-Sensors bekannt. Diese Sensorschaltung ist dafür konfiguriert, die Fließrichtung des dem Hall-Element zugeführten Anregungsstroms (Treiberstroms) (d. h. die Richtung des im Hall-Element fließenden Anregungsstroms) und die Erfassungsrichtung der Hall-Spannung umzuschalten, um einen im Hall-Element und in den Peripherieschaltungen erzeugten Offset zu kompensieren (wobei der Offset eine Spannung ist, deren Polarität sich vor und nach dem Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms und der Erfassungsrichtung der Hall-Spannung nicht ändert). Die Sensorschaltung weist einen Schalter zum Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms und der Erfassungsrichtung der Hall-Spannung auf. D. h., dass in der Sensorschaltung, immer wenn der Schalter einen Schaltvorgang ausführt, unerwünschtes pulsförmiges Rauschen auftritt. Um die Wirkungen von derartigem Schaltrauschen zu eliminieren, wird in der dargestellten Sensorschaltung ein Abtastvorgang einer Abtasthalteschaltung gemäß einem in der Mitte eines Schaltzyklus erzeugten Taktes ausgeführt (d. h., ein Abtastvorgang wird mit einer Zeitsteuerung ausgeführt, die bezüglich der Zeit von Schaltvorgängen des Schalters verschieden ist).
Es treten jedoch Fälle auf, in denen das vorstehend beschriebene Schaltrauschen eine übermäßige Änderung im Ausgangssignal des zum Erfassen der Hall-Spannung verwendeten Verstärkers (”Hall-Verstärkers”) über eine relativ lange Zeitdauer verursachen kann. Wenn eine derartige übermäßige Änderung für eine Zeitdauer andauert, die der Zeit von einem Schaltvorgang des Schalters bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Abtastvorgang beginnt, gleicht oder länger als diese ist, werden Fälle auftreten, in denen die Wirkungen des Schaltrauschens im Abtastvorgang der Abtasthalteschaltung verbleiben. Aus diesem Grunde wird in der Sensorschaltung eine Konfiguration verwendet, durch die die Wirkung des Abtastrauschens auf die Abtasthalteschaltung durch effektives Vermindern des Verstärkungsfaktors des vorstehend erwähnten Verstärkers während Schaltvorgängen des Schalters vermindert wird.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Als Ergebnis einer Untersuchung der vorstehend beschriebenen Sensorschaltung haben die vorliegenden Erfinder bei der Sensorschaltung allerdings das folgende zu lösende Problem festgestellt. D. h., die Sensorschaltung weist vier einpolige Doppelumschalter als Schalter zum Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms und der Erfassungsrichtung des Hall-Elements auf, wobei einer der zwei einpoligen Doppelumschalter zum Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms zwischen der Versorgungsspannung und zwei Kontakten des Hall-Elements angeordnet ist, und der andere einpolige Doppelumschalter zwischen Masse und den anderen zwei Kontakten des Hall-Elements angeordnet ist.
D. h., in einem Zustand, in dem die Versorgungsspannung einem gemeinsamen Kontakt (c-Kontakt) eines der vorstehend beschriebenen einpoligen Doppelumschalter kontinuierlich zugeführt wird, ist ein Kontakt jedes der zwei Kontaktpaare, die sich im Hall-Element diagonal gegenüberliegen, mit dem a- und dem b-Kontakt des einpoligen Doppelumschalters verbunden. Außerdem ist in einem Zustand, in dem einem gemeinsamen Kontakt (c-Kontakt) des anderen der vorstehend beschriebenen einpoligen Doppelumschalter ein Massepotential kontinuierlich zugeführt wird, der andere Kontakt jedes der zwei vorstehend beschriebenen Kontaktpaare mit dem a- und dem b-Kontakt dieses einpoligen Doppelumschalters verbunden.
Daher wird, weil die vorstehend beschriebene Sensorschaltung derart konfiguriert ist, dass sie den Anregungsstrom von einem Kontaktpaar auf das andere Kontaktpaar in einem Zustand schaltet, in dem ein Anregungsstrom (Treiberstrom) zu einem Kontaktpaar des Hall-Elements fließt, das Schaltrauschen groß, das beim Schalten der Fließrichtung des Anregungsstroms in der Sensorschaltung erzeugt wird, so dass für verschiedene Konfigurationen, die die vorstehend beschriebene herkömmliche Sensorschaltung verwenden, das Problem, dass es nicht möglich ist, die Wirkungen des Schaltrauschens vollständig zu unterdrücken, gelöst werden muss.
Außerdem haben die vorliegenden Erfinder als ein Ergebnis einer Untersuchung einer Strommessschaltung, die den vorstehend beschriebenen Hall-Sensor verwendet, das folgende zu lösende Problem für eine derartige Strommessvorrichtung festgestellt. D. h., in einer Strommessvorrichtung weist der Hall-Sensor einen Schalter zum Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms und der Erfassungsrichtung der Hall-Spannung auf, und ist dafür konfiguriert, den durch das Hall-Element erzeugten Offset unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Eigenschaften zu kompensieren. Wenn als ein Beispiel ein Magnetfeld mit einer konstanten Stärke, das kein Magnetfeld von einem erfassten Objekt ist, dem Hall-Element kontinuierlich zugeführt wird (beispielsweise Magnetfelder von Objekten in der Nähe des erfassten Objekts und, für eine Strommessvorrichtung mit einem Kernmaterial zum Führen eines Magnetfeldes vom erfassten Objekt zum Hall-Element, ein Magnetfeld, das dem Hall-Element aufgrund dessen zugeführt wird, dass das Kernmaterial selbst magnetisiert wird, nachstehend zusammengefasst als ”überflüssige Magnetfelder” bezeichnet), ist zusätzlich zur durch das Magnetfeld vom erfassten Objekt erzeugten Hall-Spannung (gewünschte Hall-Spannung) eine durch die überflüssigen Magnetfelder verursachte weitere Hall-Spannung (eine Hall-Spannung mit einem konstanten Spannungswert) im Ausgangssignal (Hall-Spannung) des Hall-Elements enthalten.
Weil die weitere Hall-Spannung einen Fehler für die vorstehend beschriebene gewünschte Hall-Spannung darstellt, ist es erwünscht, die Spannung zu kompensieren. Anders als beim vorstehend beschriebenen Offset, hat die andere Hall-Spannung jedoch vor und nach dem Umschalten der Fließrichtung des Anregungsstroms und der Erfassungsrichtung der Hall-Spannung die gleiche Polarität wie die gewünschte Hall-Spannung. Aus diesem Grunde muss in einer Strommessschaltung, die den vorstehend beschriebenen Hall-Sensor verwendet, das Problem, dass es nicht möglich ist, die weitere Hall-Spannung zu kompensieren, d. h., dass es nicht möglich ist, die Wirkungen der zusätzlich zum Magnetfeld vom erfassten Objekt erzeugten überflüssigen Magnetfelder auf das Hall-Element zu kompensieren, gelöst werden.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Hall-Element-Treiberschaltung und eine Sensorschaltung bereitzustellen, die dazu geeignet sind, das während des Umschaltens der Fließrichtung des Treiberstroms (Anregungsstroms) des Hall-Elements erzeugte Schaltrauschen zu vermindern. Es ist eine andere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strommessvorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, die Wirkungen von zusätzlich zum Magnetfeld vom erfassten Objekt erzeugten Magnetfeldern auf das Hall-Element zu kompensieren.
Um diese Aufgabe zu lösen, weist eine Hall-Element-Treiberschaltung erfindungsgemäß auf: eine Signalschalteinheit, die zwischen einer Stromversorgungseinheit, die einen Treiberstrom ausgibt, der einem Hall-Element zugeführt wird, das ein erstes Anschlusspaar und ein zweites Anschlusspaar aufweist, und dem Hall-Element angeordnet ist und eine Schaltsteuerung zum Umschalten eines Schaltzustands zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der Treiberstrom dem ersten Anschlusspaar zugeführt wird, und einem zweiten Schaltzustand ausführt, in dem der Treiberstrom dem zweiten Anschlusspaar zugeführt wird; eine Schaltsteuerungseinheit, die Übergänge vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand der Signalschalteinheit und Übergange vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand steuert; und eine Schalteinheit, die zwischen der Stromversorgungseinheit und der Signalschalteinheit angeordnet ist und den Schaltvorgang in einen Zustand unter einem eingeschalteten Zustand, in dem die Ausgabe des Treiberstroms von der Stromversorgungseinheit zur Signalschalteinheit zugelassen wird, und einem ausgeschalteten Zustand steuert, in dem die Ausgabe des Treiberstroms von der Stromversorgungseinheit zur Signalschalteinheit verhindert wird, wobei die Schaltsteuerungseinheit Übergänge der Schalteinheit von dem eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand und Übergänge der Schalteinheit vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand steuert und eine Schaltsteuerung über die Signalschalteinheit nur während einer Zeitdauer ausführt, in der die Schalteinheit einen Übergang in den ausgeschalteten Zustand ausgeführt hat.
Außerdem weist eine erfindungsgemäße Sensorschaltung auf: die Hall-Element-Treiberschaltung und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung bezüglich einer ersten Erfassungsspannung, die zwischen dem zweiten Anschlusspaar während des ersten Schaltzustands erzeugt wird, und einer zweiten Erfassungsspannung ausführt, die zwischen dem ersten Anschlusspaar während des zweiten Schaltzustands erzeugt wird, um eine Hall-Spannung des Hall-Elements zu erfassen, in der eine Offset-Spannung des Hall-Elements kompensiert worden ist.
Gemäß der erfindungsgemäßen Hall-Element-Treiberschaltung und der erfindungsgemäßen Sensorschaltung ist es, weil die Schalteinheit bereitgestellt wird, möglich, zu veranlassen, dass die Signalschalteinheit Übergänge zwischen den zwei Schaltzuständen in einem Zustand ausführt, in dem der Treiberstrom nicht zugeführt wird (d. h., die Fließrichtung des im Hall-Element fließenden Treiberstroms zu schalten). D. h., es ist möglich, das während eines Schaltvorgangs erzeugte Schaltrauschen im Vergleich zu einer Konfiguration wesentlich zu vermindern, in der ein Schaltvorgang in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Treiberstrom zugeführt wird.
Außerdem weist die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung auf: ein Hall-Element mit einem ersten Anschlusspaar und einem zweiten Anschlusspaar, eine Stromversorgungseinheit zum Ausgeben eines dem Hall-Element zugeführten Treiberstroms, eine Signalschalteinheit, die zwischen der Stromversorgungseinheit und dem Hall-Element angeordnet ist und eine Steuerung ausführt, durch die alternierend mit konstanten Zeitintervallen in einen ersten Schaltzustand, in dem der Treiberstrom dem ersten Anschlusspaar zugeführt wird, und in einen zweiten Schaltzustand geschaltet wird, in dem der Treiberstrom dem zweiten Anschlusspaar zugeführt wird, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung bezüglich einer ersten Erfassungsspannung, die zwischen dem zweiten Anschlusspaar während des ersten Schaltzustands erzeugt wird, und einer zweiten Erfassungsspannung ausführt, die zwischen dem ersten Anschlusspaar während des zweiten Schaltzustands erzeugt wird, um eine Hall-Spannung des Hall-Elements zu erfassen, in der eine Offset-Spannung des Hall-Elements kompensiert worden ist, und basierend auf der Hall-Spannung einen in einem erfassten Objekt fließenden Strom berechnet, durch den auf das Hall-Element ein Magnetfeld einwirkt, wobei die Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine Korrekturspannungsausgabeschaltung, die eine Korrekturspannung ausgibt, deren Spannungswert einstellbar ist, und eine Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung, die die Hall-Spannung korrigiert und eine Addierschaltung aufweist, die die Korrekturspannung zu einer Spannung addiert, die durch die Signalverarbeitungsschaltung bezüglich der ersten Erfassungsspannung und der zweiten Erfassungsschaltung erzeugt wird, und dafür konfiguriert ist, den Spannungswert der Korrekturspannung derart einzustellen, dass die durch die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung korrigierte Hall-Spannung null beträgt, wenn das Magnetfeld von dem erfassten Objekt auf das Hall-Element nicht einwirkt.
Mit der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung ist es möglich, die aufgrund nur der überflüssigen Magnetfelder erzeugte Hall-Spannung unter Verwendung der Korrekturspannung zu kompensieren (oder wesentlich zu vermindern), während die Offset-Spannung durch ein herkömmliches Verfahren kompensiert wird (d. h. durch ein Verfahren, durch das die Offset-Spannung durch eine Signalverarbeitung bezüglich der ersten Erfassungsspannung und der zweiten Erfassungsspannung kompensiert wird, die beim Schalten der Anschlusspaare des Hall-Elements erfasst werden, denen der Treiberstrom zugeführt wird). D. h., dass es mit der Strommessvorrichtung möglich ist, den Stromwert des im erfassten Objekt fließenden Stroms mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen, während eine Sättigung aufgrund der Hall-Spannung (der nur durch die überflüssigen Magnetfelder erzeugten Hall-Spannung) in der Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung vermieden wird, die eine Signalverarbeitung bezüglich der vom Hall-Element ausgegebenen Hall-Spannung (der ersten Erfassungsspannung und der zweiten Erfassungsspannung) ausführt.
Außerdem wird erfindungsgemäß eine Strommessvorrichtung bereitgestellt, wobei die Signalverarbeitungseinheit einen Differenzverstärker mit einem Paar Eingangsanschlüssen aufweist, die während des ersten Schaltzustands mit dem zweiten Anschlusspaar verbunden sind und während des zweiten Schaltzustands mit dem ersten Anschlusspaar verbunden sind, und von einem Ausgangsanschluss eine dritte Erfassungsspannung ausgibt, die mit konstanten Zeitintervallen alternierend zwischen der ersten Erfassungsspannung als eine positive Spannung und der zweiten Erfassungsspannung als eine negative Spannung variiert, wobei die Korrekturspannungsausgabeschaltung als die Korrekturspannung alternierend eine positive Korrekturspannung und eine negative Korrekturspannung, deren jeweilige Absolutwerte gleich sind, synchron mit der dritten Erfassungsspannung ausgibt, und wobei die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung, indem die Addierschaltung die dritte Erfassungsspannung und die Korrekturspannung addiert, eine korrigierte Hall-Spannung ausgibt, in der die erste Erfassungsspannung durch Addieren der negativen Korrekturspannung korrigiert worden ist und die zweite Erfassungsspannung durch Addieren der positiven Korrekturspannung korrigiert worden ist.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es durch Einstellen des Spannungswertes der Korrekturspannung und des Spannungswertes der Hall-Spannung (einer nur durch die überflüssigen Magnetfelder erzeugten Hall-Spannung) derart, dass sie gleich sind, möglich, die dritte Erfassungsspannung, deren Spannungswert sich in bestimmten Zeitintervallen ändert, unter Verwendung des Spannungswertes der Korrekturspannung (eines Spannungswertes, der sich synchron mit der dritten Erfassungsspannung zwischen der positiven Korrekturspannung und der negativen Korrekturspannung, deren Absolutwerte gleich sind, alternierend ändert) exakt zu korrigieren. D. h., dass es für eine dritte Erfassungsspannung dieses Typs in einer Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung, die aus Analogschaltungen konfiguriert ist, die eine Addierschaltung aufweisen, möglich ist, eine Hall-Spannung (die nur durch überflüssige Magnetfelder erzeugte Hall-Spannung) im Wesentlichen zu kompensieren, während eine Sättigung aufgrund einer derartigen Hall-Spannung vermieden wird.
Außerdem wird eine erfindungsgemäße Strommessvorrichtung bereitgestellt, wobei die Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine A/D-Wandlerschaltung, die eine A/D-Umwandlung bezüglich der korrigierten Hall-Spannung ausführt, und eine Rechenschaltung, die von der A/D-Wandlerschaltung ausgegebene Daten abruft, wobei die Rechenschaltung, wenn das Magnetfeld vom erfassten Objekt auf das Hall-Element nicht einwirkt, betreibbar ist, um die Daten als Korrekturspannungsdaten zu speichern, und, wenn das Magnetfeld vom erfassten Objekt auf das Hall-Element einwirkt, betreibbar ist, um den Strom basierend auf Daten zu berechnen, die durch Korrigieren der Daten unter Verwendung der Korrekturspannungsdaten erhalten werden.
Mit dieser Konfiguration ist es, weil es, auch wenn der Spannungswert der Korrekturspannung und der Spannungswert einer Hall-Spannung (d. h. der nur durch die überflüssigen Magnetfelder erzeugten Hall-Spannung) leicht verschieden sind, möglich ist, die Wirkungen einer derartigen Hall-Spannung vollständig zu kompensieren, möglich, den Korrekturwert des im erfassten Objekt fließenden Stroms mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen.
Außerdem wird eine erfindungsgemäße Strommessvorrichtung bereitgestellt, wobei die Korrekturspannungsausgabeschaltung aufweist: eine variable Stromversorgung, die derart konstruiert ist, dass ein Spannungswert einer Ausgangsspannung einstellbar ist, einen Schalter, der durch alternierendes Umschalten zwischen der Ausgangsspannung und null Volt in konstanten Zeitintervallen ein Ausgangssignal erzeugt, und einen Kondensator, der eine im Ausgangssignal des Schalters enthaltene Gleichstromkomponente entfernt und als die Korrekturspannung ausgibt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, unter Verwendung einfacher Schaltungen die Korrekturspannung, die sich in konstanten Zeitintervallen von der negativen Korrekturspannung auf die positive Korrekturspannung und von der positiven Korrekturspannung auf die negative Korrekturspannung ändert, einfach und zuverlässig zu erzeugen und auszugeben. Außerdem ist es durch Einstellen des Spannungswertes der variablen Stromversorgung möglich, die Spannungswerte der positiven Korrekturspannung und der negativen Korrekturspannung, die verschiedene Polaritäten haben, in einem Zustand gleichzeitig zu ändern, in dem die Absolutwerte der Spannungen übereinstimmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der vorliegenden Erfindung die Inhalte der am 28. Januar 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-14571 und der am 19. März 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-55636 betrifft, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Hall-Element-Treiberschaltung und einer Sensorschaltung;
2 ein zum Erläutern der Betriebsweise der Hall-Element-Treiberschaltung und der Sensorschaltung zweckdienliches Wellenformdiagramm;
3 ein Blockdiagramm der Hall-Element-Treiberschaltung und einer anderen Sensorschaltung;
4 ein Blockdiagramm der Hall-Element-Treiberschaltung und einer noch anderen Sensorschaltung;
5 ein Blockdiagramm der Hall-Element-Treiberschaltung und einer noch anderen Sensorschaltung;
6 ein zum Erläutern einer Betriebsweise der Hall-Element-Treiberschaltung und einer Sensorschaltung zweckdienliches Wellenformdiagramm;
7 ein Blockdiagramm einer Strommessvorrichtung;
8 ein zum Erläutern einer Betriebsweise der Strommessvorrichtung zweckdienliches Wellenformdiagramm;
9 ein Blockdiagramm einer anderen Strommessvorrichtung;
10 ein zum Erläutern einer Betriebsweise der anderen Strommessvorrichtung zweckdienliches Wellenformdiagramm;
11 ein Blockdiagramm einer noch anderen Strommessvorrichtung; und
12 ein Blockdiagramm einer noch anderen Strommessvorrichtung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen einer Hall-Element-Treiberschaltung, einer Sensorschaltung und einer Strommessvorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst werden die Konfigurationen der Hall-Element-Treiberschaltung und der Sensorschaltung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird die Konfiguration einer in 1 dargestellten Hall-Element-Treiberschaltung 1 beschrieben. Die Hall-Element-Treiberschaltung 1 weist eine Signalschalteinheit 2, eine Schalteinheit 3 und eine Schaltsteuerungseinheit 4 auf und ist dafür konfiguriert, einen Treiberstrom I1 von einer Stromversorgungseinheit 6 auf ein beliebiges unter einem ersten Anschlusspaar 5a und 5c und einem zweiten Anschlusspaar 5b und 5c eines Hall-Elements 5 zu schalten (d. h. die Fließrichtung des dem Hall-Element 5 zugeführten Treiberstroms I1 zu schalten).
Das durch die Hall-Element-Treiberschaltung 1 betriebene Hall-Element 5 ist in einer Form ausgebildet, z. B. als ein Quadrat oder Kreuz, das von oben betrachtet eine Aufwärts-Abwärts- und eine Links-Rechts-Symmetrie besitzt und dessen vorstehend erwähnte Anschlusspaare 5a, 5b, 5c und 5d in Folge im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise im Gegenurzeigersinn) an den vier Ecken angeordnet sind. In einem Zustand, in dem der Treiberstrom I1 einem beliebigen Anschlusspaar unter dem ersten Anschlusspaar 5a und Sc und dem zweiten Anschlusspaar 5b und 5d zugeführt wird, wird zwischen dem anderen Anschlusspaar, dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird, eine (nachstehend auch als ”Hall-Spannung Vh” bezeichnete) Spannung erzeugt, die der magnetischen Flussdichte des das Hall-Element 5 durchfließenden magnetischen Flusses proportional ist.
Das Hall-Element 5 hat jedoch eine Eigenschaft, gemäß der aufgrund von Schwankungen während der Herstellung, auch wenn die magnetische Flussdichte null beträgt, eine Offset-Spannung Vos mit einem im Wesentlichen konstanten Spannungswert zwischen dem anderen Anschlusspaar erzeugt wird. Aufgrund dieser Eigenschaft wird das Hall-Element 5 eine Erfassungsspannung Vd ausgeben, die zusätzlich zur Hall-Spannung Vh von dem Anschlusspaar, dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird, die Offset-Spannung Vos enthält. In der nachstehenden Beschreibung wird bezüglich der Erfassungsspannung Vd die vom ersten Anschlusspaar 5a und 5c ausgegebene Spannung als die zweite Erfassungsspannung Vd2 (–Vh + Vos) bezeichnet, und wird die vom zweiten Anschlusspaar 5b und 5d ausgegebene Spannung als die erste Erfassungsspannung Vd1 (Vh + Vos) bezeichnet.
In diesem Fall ist die Stromversorgungseinheit 6 aus einer Konstantspannung-Gleichstromversorgung oder einer Konstantstrom-Gleichstromversorgung konstruiert und gibt eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom an das Hall-Element 5 aus. Als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform ist die Stromversorgungseinheit 6 aus einer Konstantspannung-Gleichstromversorgung konstruiert und führt dem Hall-Element 5 den Treiberstrom I1 durch Ausgabe einer Konstantspannung V1 zum Hall-Element 5 zu, es ist aber auch möglich, die Stromversorgungseinheit 6 aus einer Konstantstrom-Gleichstromversorgung zu konstruieren und dem Hall-Element 5 den Treiberstrom I1 als einen Konstantstrom zuzuführen.
Die Hall-Element-Treiberschaltung 1 ist dafür konfiguriert, das Ausgangssignal zwischen der ersten Erfassungsspannung Vd1, die zwischen dem zweiten Anschlusspaar 5b und 5d in einem Zustand erzeugt wird, in dem der Treiberstrom I1 dem ersten Anschlusspaar 5a und 5c zugeführt wird, und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 umzuschalten, die zwischen dem ersten Anschlusspaar 5a und 5c in einem Zustand erzeugt wird, in dem der Treiberstrom I1 dem zweiten Anschlusspaar 5b und 5d zugeführt wird. Die Hall-Element-Treiberschaltung 1 weist das Hall-Element 5 und eine Signalverarbeitungseinheit 7 und eine Sensorschaltung 8 auf, die später beschrieben werden.
Als ein spezifisches Beispiel weist die Signalschalteinheit 2 vier Schalter (als ein Beispiel einpolige Doppelumschalter) 11, 12, 13 und 14 auf, wobei der Schalter 11 zwischen der Stromversorgungseinheit 6 und dem Hall-Element 5 angeordnet ist, wobei der c-Kontakt des Schalters 11 über die Schalteinheit 3 mit der Stromversorgungseinheit 6 verbunden ist, der a-Kontakt mit dem Anschluss 5a des ersten Anschlusspaars 5a und 5c verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem Anschluss 5d des zweiten Anschlusspaars 5b und 5d verbunden ist. Der Schalter 12 ist zwischen dem Bezugspotential (Masse G) und dem Hall-Element 5 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 12 mit dem Bezugspotential (Masse G) der Hall-Element-Treiberschaltung 1 verbunden ist, der a-Kontakt mit dem anderen Anschluss 5c des ersten Anschlusspaars 5a und 5c verbunden ist und der b-Kontakt mit dem anderen Anschluss 5b des zweiten Anschlusspaars 5b und 5d verbunden ist.
Der Schalter 13 ist zwischen der Signalverarbeitungseinheit 7 und dem Hall-Element 5 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 13 mit der (später beschriebenen) Signalverarbeitungseinheit 7 verbunden ist (insbesondere mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss eines Differenzverstärkers 21, der Teil der Signalverarbeitungseinheit 7 ist), der a-Kontakt mit dem Anschluss 5d des zweiten Anschlusspaars 5b und 5d verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem Anschluss 5a des ersten Anschlusspaars 5a und 5c verbunden ist. Der Schalter 14 ist ebenfalls zwischen der Signalverarbeitungseinheit 7 und dem Hall-Element 5 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 14 mit der Signalverarbeitungseinheit 7 verbunden ist (insbesondere mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 21, der Teil der Signalverarbeitungseinheit 7 ist), der a-Kontakt mit dem anderen Anschluss 5b des zweiten Anschlusspaars 5b und 5d verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem anderen Anschluss 5a des ersten Anschlusspaars 5a und 5c verbunden ist. Die Schalter 11 bis 14 werden derart gesteuert, dass während einer Periode mit hohem Pegel eines von der Schaltsteuerungseinheit 4 ausgegebenen Steuersignals CLK1 die a-Kontakte der Schalter 11 bis 14 mit den c-Kontakten verbunden sind, und während einer Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 die b-Kontakte mit den c-Kontakten verbunden sind.
Als ein Beispiel ist die Schalteinheit 3 aus einem einzelnen Schalter konstruiert (beispielsweise aus einem einpoligen Doppelumschalter) und zwischen der Stromversorgungseinheit 6 und der Signalschalteinheit 2 angeordnet, wobei ein c-Kontakt der Schalteinheit 3 mit dem c-Kontakt des Schalters 11 verbunden ist, ein a-Kontakt mit einem Ausgangsanschluss der Stromversorgungseinheit 6 verbunden ist und ein b-Kontakt mit dem Bezugspotential (Masse G) verbunden ist. Eine Schaltsteuerung wird derart ausgeführt, dass während einer Periode mit hohem Pegel des von der Schaltsteuerungseinheit 4 ausgegebenen Steuersignals CLK2 der a-Kontakt der Schalteinheit 3 mit dem c-Kontakt verbunden ist (Übergang auf einen ”eingeschalteten” Zustand, in dem die Ausgabe des Treiberstroms I1 von der Stromversorgungseinheit 6 zur Signalschalteinheit 2 zugelassen ist), und andererseits während einer Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK2 der b-Kontakt mit dem c-Kontakt verbunden ist (Übergang auf einen ”ausgeschalteten” Zustand, in dem die Ausgabe des Treiberstroms I1 von der Stromversorgungseinheit 6 zur Signalschalteinheit 2 verhindert (unterbrochen) ist). Es wird darauf hingewiesen, dass als die Schalteinheit 3 an Stelle eines einpoligen Doppelumschalters auch ein einpoliger Einschalter verwendet werden kann. In diesem Fall verbindet die Schalteinheit 3 den c-Kontakt des Schalters 11 während des eingeschalteten Zustands mit dem Ausgangsanschluss der Stromversorgungseinheit 6 und schaltet den c-Kontakt des Schalters 11 während des ausgeschalteten Zustands auf einen offenen Zustand.
Die Schaltsteuerungseinheit 4 erzeugt vier Steuer(Schalt)signale CLK1, CLK2, CLK3 und CLK4 mit der in 2 dargestellten Zeitsteuerung, gibt das Steuersignal CLK1 an die Schalter 11, 12, 13 und 14 aus, gibt das Steuersignal CLK2 an die Schalteinheit 3 aus, gibt das Steuersignal CLK3 an die Signalverarbeitungseinheit 7 aus (insbesondere an eine später beschriebene Abtasthalteschaltung 22, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 7 ist), und gibt das Steuersignal CLK4 an die Signalverarbeitungseinheit 7 aus (insbesondere an eine später beschriebene Abtasthalteschaltung 23, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 7 ist).
Als ein Beispiel gibt die Schaltsteuerungseinheit 4 in der vorliegenden Ausführungsform das Steuersignal CLK1 als ein Pulssignal mit einem Tastverhältnis von 0,5 mit einer konstanten Frequenz (beispielsweise von mehreren zehn kHz (z. B. 40 kHz)) aus. Die Schaltsteuerungseinheit 4 gibt das Steuersignal CLK2 als ein Pulssignal aus, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Steuersignals CLK1 gleicht, d. h. einen niedrigen Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer T1 und eine vorgegebene Zeitdauer T2 unmittelbar vor bzw. nach einem Zeitpunkt, zu dem ein Schaltvorgang von einer Periode mit niedrigem Pegel auf eine Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 stattfindet, und für eine vorgegebene Zeitdauer T3 und eine vorgegebene Zeitdauer T4 unmittelbar vor bzw. nach einem Zeitpunkt, zu dem ein Schaltvorgang von einer Periode mit hohem Pegel auf einen Periode mit niedrigem Pegel des Schaltsteuerungssignals CLK1 auftritt, und für den Rest der Zeit einen hohen Pegel.
Außerdem gibt die Schaltsteuerungseinheit 4 das Steuersignal CLK3 als ein Pulssignal mit der gleichen Frequenz wie diejenige des Steuersignals CLK1 aus und hat als ein Beispiel einen hohen Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer des Steuersignals im Wesentlichen in der Mitte einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 (d. h. für eine kürzere Zeitdauer als eine Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1) und hat für den Rest der Zeit einen niedrigen Pegel. Die Schaltsteuerungseinheit 4 gibt das Steuersignal CLK4 als ein Pulssignal mit der gleichen Frequenz aus wie diejenige des Steuersignals CLK1 und hat als ein Beispiel einen hohen Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer im Wesentlichen in der Mitte einer Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 (d. h. es hat eine kürzere Periode als eine Periode mit hohem Pegel des Steuersignals) und hat für den Rest der Zeit einen niedrigen Pegel.
Nachstehend wird die Konfiguration der in 1 dargestellten Sensorschaltung 8 beschrieben. Die Sensorschaltung 8 weist die vorstehend beschriebene Hall-Element-Treiberschaltung 1, das vorstehend beschriebene Hall-Element 5, die Stromversorgungseinheit 6 und die Signalverarbeitungseinheit 7 auf und gibt eine Ausgangsspannung Vout aus (eine Spannung, die die vorstehend beschriebene Offset-Spannung Vos nicht enthält und nur aus der vorstehend beschriebenen Hall-Spannung Vh besteht), die der magnetischen Flussdichte des das Hall-Element 5 durchfließenden magnetischen Flusses proportional ist. Es wird darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, die Stromversorgungseinheit 6 außerhalb der Sensorschaltung 8 anzuordnen.
Als ein Beispiel weist die Signalverarbeitungseinheit 7 den Differenzverstärker 21, die Abtasthalteschaltungen 22 und 23 und eine Subtrahierschaltung 24 auf und erfasst die Hall-Spannung Vh durch Ausführen einer Signalverarbeitung, durch die die Offset-Spannung Vos des Hall-Elements 5 basierend auf der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 kompensiert wird. Hierbei ist der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 21 mit dem c-Kontakt des Schalters 13 verbunden und ist der invertierende Eingangsanschluss mit dem c-Kontakt des Schalters 14 verbunden. Als ein Beispiel gibt der Differenzverstärker 21 durch Einstellen des Verstärkungsfaktors auf eins, wie später beschrieben wird, eine Spannung unter der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2, die über die Schalter 13 und 14 ausgegeben werden (d. h. die durch die Schalter 13 und 14 ausgewählte Spannung) als eine dritte Erfassungsspannung Vd3 aus.
Die Abtasthalteschaltung 22 erfasst und hält den Spannungswert der dritten Erfassungsspannung Vd2 während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK3 und gibt die Spannung als die Abtastspannung Vsh1 aus. Andererseits erfasst und hält die Abtasthalteschaltung 23 den Spannungswert der dritten Erfassungsspannung Vd3 während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK4 und gibt die Spannung als die Abtastspannung Vsh2 aus.
Die Subtrahierschaltung 24 gibt die Ausgangsspannung Vout durch Erfassen der Differenz zwischen den beiden Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2 aus. In der vorliegenden Ausführungsform weist in einem Beispiel die Subtrahierschaltung 24 auf: einen Differenzverstärker 24a, Eingangswiderstände 24b und 24c, die mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss bzw. mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 24 verbunden sind, einen Erdungswiderstand 24d, der zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und der Masse G geschaltet ist, und einen Rückkopplungswiderstand 24e, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist. Die Eingangswiderstände 24b und 24c werden derart gewählt, dass sie die gleichen Widerstandswerte haben. Der Erdungswiderstand 24d und der Rückkopplungswiderstand 24e werden ebenfalls derart gewählt, dass sie die gleichen Widerstandswerte haben, und werden gemäß einem Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform derart ausgewählt, dass ihr Widerstandswert dem halben Widerstandswert der Eingangswiderstände 24b und 24c gleicht. Unter Verwendung dieser Konfiguration erfasst die Subtrahierschaltung 24 die Differenz zwischen den Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2, verstärkt die Differenz mit einem Verstärkungsfaktor, der durch Teilen des Widerstandswertes des Rückkopplungswiderstands 24e durch den Widerstandswert des Eingangswiderstands 24b erzeugt wird (als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform: 0,5), und gibt das Ergebnis als die Ausgangsspannung Vout aus.
Nachstehend wird die Betriebsweise der Hall-Element-Treiberschaltung 1 und der Sensorschaltung 8 unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In einem Zustand, in dem die Schaltsteuerungsschaltung 4 die Steuersignale CLK1 bis CLK4, wie in 2 dargestellt ist, mit der vorstehend beschriebenen Zeitsteuerung ausgibt, wird, wenn das Steuersignal CLK1 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel schaltet, eine Zeitdauer A2 (eine Zeitdauer, in der ein Übergang auf einen zweiten Schaltzustand stattfindet, in dem der Treiberstrom I1 dem zweiten Anschlusspaar 5b und 5d zugeführt wird) endet und eine Zeitdauer A1 (eine Zeitdauer, in der ein Übergang auf einen ersten Schaltzustand stattfindet, in dem der Treiberstrom I1 dem ersten Anschlusspaar 5a und 5c zugeführt wird) beginnt, für die vorgegebenen Zeitdauern T1 und T2 vor und nach dem Zeitpunkt, zu dem das Steuersignal CLK1 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel schaltet, das Steuersignal CLK2 auf dem niedrigen Pegel gehalten. Weil die Schalteinheit 3 gemäß dem Steuersignal CLK2 derart gesteuert wird, dass der c-Kontakt mit dem b-Kontakt verbunden ist, wird die Zufuhr der von der Stromversorgungseinheit 6 ausgegebenen Konstantspannung V1 zum Schalter 11 unterbrochen (in der vorliegenden Ausführungsform wird der c-Kontakt des Schalters 11 über die Schalteinheit 3 mit der Masse G verbunden).
Dadurch werden die Schalter 11 und 12 gemäß dem Steuersignal CLK1 von einem Zustand, in dem die jeweiligen c-Kontakte mit den b-Kontakten verbunden sind, auf einen Zustand, in dem die c-Kontakte mit den a-Kontakten verbunden sind, in einem Zustand geschaltet, in dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird. Dadurch wird im Vergleich zu einer Konfiguration, in der der Verbindungszustand der Kontakte der Schalter 11 und 12 in einem Zustand geschaltet wird, in dem der Treiberstrom I1 zugeführt wird, das Schaltrauschen wesentlich vermindert, das erzeugt wird, wenn der Verbindungszustand der Kontakte geschaltet wird. Die Schalter 13 und 14 werden ebenfalls gemäß dem Steuersignal CLK1 von einem Zustand, in dem die jeweiligen c-Kontakte mit den b-Kontakten verbunden sind, auf einen Zustand geschaltet, in dem die c-Kontakte mit den a-Kontakten verbunden sind.
Wie in 2 dargestellt ist, schaltet, wenn die vorgegebene Zeitdauer T2 endet, die unmittelbar nach dem Beginn der Zeitdauer A1 beginnt, das Steuersignal CLK2 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. D. h., dass die Schalteinheit 3 gemäß dem Steuersignal CLK2 auf einen Zustand geschaltet wird, in dem der c-Kontakt mit dem a-Kontakt verbunden ist (einen Zustand, in dem die Konstantspannung V1 von der Stromversorgungseinheit 6 über die Schalteinheit 3 dem c-Kontakt des Schalters 11 zugeführt wird). Dadurch wird während einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 ein Strompfad von der Stromversorgungseinheit 6 über die Schalteinheit 3, den Schalter 11, das erste Anschlusspaar 5a und 5c des Hall-Elements 5 und den Schalter 12 zur Masse G eingerichtet, und der Treiberstrom I1 fließt auf diesem Pfad (d. h., der Treiberstrom I1 fließt zum ersten Anschlusspaar 5a und 5c des Hall-Elements 5). Aus diesem Grunde wird, wie in 2 dargestellt ist, während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 die erste Erfassungsspannung Vd1 (= Vh + Vos) zwischen dem zweiten Anschlusspaar 5b und 5d des Hall-Elements 5 erzeugt, und wird die erste Erfassungsspannung Vd1 über die Schalter 13 und 14 an die Signalverarbeitungseinheit 7 ausgegeben.
Wie in 2 dargestellt ist, wird in der Signalverarbeitungseinheit 7 zunächst dem Differenzverstärker 21 die erste Erfassungsspannung Vd1 zugeführt, und der Differenzverstärker verstärkt die erste Erfassungsspannung und gibt das verstärkte Signal als die dritte Erfassungsspannung Vd3 an die Abtasthalteschaltungen 22 und 23 aus. In der Zeitdauer A1 hat das Steuersignal CLK3 während einer Zeitdauer im Wesentlichen in der Mitte der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 einen hohen Pegel. Aus diesem Grunde erfasst und hält die Abtasthalteschaltung 22, wie in 2 dargestellt ist, die Spannung (Vh + Vos) der zugeführten dritten Erfassungsspannung Vd3 während einer Zeitdauer, in der das Steuersignal CLK3 den hohen Pegel hat, und gibt sie als die Abtastspannung Vsh1 aus.
Wie in 2 dargestellt ist, schaltet das Steuersignal CLK2 dann vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, wenn die vorgegebene Zeitdauer T3 (eine Zeitdauer, die beginnt, bevor die Zeitdauer A1 endet, und endet, wenn die Zeitdauer A1 beendet ist) beginnt. D. h., dass die Schalteinheit 3 gemäß dem Steuersignal CLK2 auf einen Zustand geschaltet wird, in dem der c-Kontakt mit dem b-Kontakt verbunden ist (einen Zustand, in dem der c-Kontakt des Schalters 11 über die Schalteinheit 3 mit der Masse G verbunden ist). Dadurch wird die Zufuhr des Treiberstroms I1 zum ersten Anschlusspaar 5a und 5c des Hall-Elements 5 unterbrochen.
Daraufhin schaltet, wie in 2 dargestellt ist, das Steuersignal CLK vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, endet eine Zeitdauer A1 und beginnt eine Zeitdauer A2. In einer vorgegebenen Zeitdauer T4 nach dem Zeitpunkt, zu dem das Steuersignal CLK1 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel schaltet, wird das Steuersignal CLK2 fortgesetzt von der vorgegebenen Zeitdauer T3 weiterhin auf dem niedrigen Pegel gehalten. Dadurch werden die Schalter 11 und 12 in einem Zustand, in dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird, gemäß dem Steuersignal CLK1 von einem Zustand, in dem die jeweiligen c-Kontakte mit den a-Kontakten verbunden sind, auf einen Zustand geschaltet, in dem die c-Kontakte mit den b-Kontakten verbunden sind. Dadurch wird im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der der Verbindungszustand der Kontakte der Schalter 11 und 12 in einem Zustand geschaltet wird, in dem der Treiberstrom I1 zugeführt wird, das Schaltrauschen, das beim Schalten des Verbindungszustands der Kontakte erzeugt wird, wesentlich vermindert. Die Schalter 13 und 14 werden außerdem gemäß dem Steuersignal CLK1 von einem Zustand, in dem die jeweiligen c-Kontakte mit den a-Kontakten verbunden sind, auf einen Zustand geschaltet, in dem die c-Kontakte mit den b-Kontakten verbunden sind.
Wie in 2 dargestellt ist, wird, wenn eine vorgegebene Zeitdauer T4 beendet ist, die unmittelbar nach Beginn der Zeitdauer A1 beginnt, das Steuersignal CLK2 von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet. D. h., dass die Schalteinheit 3 gemäß dem Steuersignal CLK2 auf einen Zustand geschaltet wird, in dem der c-Kontakt mit dem a-Kontakt verbunden ist (einen Zustand, in dem die Konstantspannung V1 von der Stromversorgungseinheit 6 über die Schalteinheit 3 dem c-Kontakt des Schalters 11 zugeführt wird). Dadurch wird während der Zeitdauer, während der das Steuersignal CLK2 auf den hohen Pegel eingestellt ist, ein Strompfad zur Masse G von der Stromversorgungseinheit 6 über die Schalteinheit 3, den Schalter 11, das zweite Anschlusspaar 5b und 5d des Hall-Elements 5 und den Schalter 12 gebildet, und fließt der Treiberstrom I1 über diesen Strompfad (d. h., der Treiberstrom I1 fließt zum zweiten Anschlusspaar 5b und 5d des Hall-Elements 5). D. h., dass, wie in 2 dargestellt ist, während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 eine zweite Erfassungsspannung Vd2 (= –Vh + Vos) zwischen dem ersten Anschlusspaar 5a und 5c des Hall-Elements 5 erzeugt wird, und die zweite Erfassungsspannung Vd2 wird über die Schalter 13 und 14 an die Signalverarbeitungseinheit 7 ausgegeben.
Wie in 2 dargestellt ist, wird in der Signalverarbeitungseinheit 7 dem Differenzverstärker 21 die zweite Erfassungsspannung Vd2 zugeführt und verstärkt der Differenzverstärker die zweite Erfassungsspannung und gibt das verstärkte Signal als die dritte Erfassungsspannung Vd3 an die Abtasthalteschaltungen 22 und 23 aus. Während der Zeitdauer A2 nimmt das Steuersignal CLK4 einen hohen Pegel im Wesentlichen in der Mitte der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 an. D. h., dass, wie in 2 dargestellt ist, die Abtasthalteschaltung 23 den Spannungswert (–Vh + Vos) der dritten Erfassungsspannung Vd3 erfasst und hält, die zu einem Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem das Steuersignal CLK4 den hohen Pegel aufweist, und die Spannung als die Abtastspannung Vsh2 ausgibt.
Wie in 2 dargestellt ist, schaltet das Steuersignal CLK2 dann vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, wenn die vorgegebene Zeitdauer T1 (eine Zeitdauer, die beginnt, bevor die Zeitdauer A2 endet, und endet, wenn die Zeitdauer A2 endet) beginnt. D. h., dass die Schalteinheit 3 gemäß dem Steuersignal CLK2 auf einen Zustand geschaltet wird, in dem der c-Kontakt mit dem b-Kontakt verbunden ist (einen Zustand, in dem der c-Kontakt des Schalters 11 über die Schalteinheit 3 mit der Masse G verbunden ist). Dadurch wird die Zufuhr des Treiberstroms I1 zum ersten Anschlusspaar 5a und 5c des Hall-Elements 5 unterbrochen.
In der Signalverarbeitungseinheit 7 erfasst, wie in 2 dargestellt ist, die Subtrahierschaltung 24 die Differenz (2 × Vh) zwischen den Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2, die wie vorstehend beschrieben von den Abtasthalteschaltungen 22 und 23 ausgegeben werden, und verstärkt die Differenz (mit dem Faktor 0,5) und gibt das verstärkte Signal als die Ausgangsspannung Vout (= Vh) aus.
Daraufhin aktualisiert, indem die Hall-Element-Treiberschaltung 1 und die Signalverarbeitungseinheit 7 die vorstehend beschriebene Verarbeitung wiederholen, die Sensorschaltung in den Intervallen des Steuersignals CLK2 die Ausgangsspannung Vout und gibt sie aus.
Auf diese Weise weisen die Hall-Element-Treiberschaltung 1 und die Sensorschaltung 8 die Schalteinheit 3 auf, die zwischen der Stromversorgungseinheit 6 und der Signalschalteinheit 2 angeordnet ist und den Schaltvorgang zwischen einem eingeschalteten Zustand, in dem die Ausgabe des Treiberstroms I1 von der Stromversorgungseinheit 6 zur Signalschalteinheit 2 zugelassen wird, und einem ausgeschalteten Zustand steuert, in dem die Ausgabe des Treiberstroms I1 zur Signalschalteinheit 2 verhindert wird, wobei die Schaltsteuerungseinheit 4 eine Schaltsteuerung (d. h. eine Schaltsteuerung vom ersten Schaltzustand auf den zweiten Schaltzustand und eine Schaltsteuerung vom zweiten Schaltzustand auf den ersten Schaltzustand) über die Signalschalteinheit 2 nur während einer Zeitdauer ausführt, in der die Schalteinheit 3 auf den ausgeschalteten Zustand eingestellt ist (einer Zeitdauer, die aus den vorgegebenen Zeitdauern T1 und T2 in Kombination besteht, und einer Zeitdauer, die aus den vorgegebenen Zeitdauern T3 und T4 in Kombination besteht).
Daher ist es gemäß der Hall-Element-Treiberschaltung 1 und der Sensorschaltung 8, weil es möglich ist, die Schalter 11 und 12 der Signalschalteinheit 2, die Teil der Hall-Element-Treiberschaltung 1 sind, in einem Zustand zu schalten, in dem der Treiberstrom nicht zugeführt wird (d. h., das Anschlusspaar, dem der Treiberstrom I1 vom ersten Anschlusspaar 5a und 5c oder vom zweiten Anschlusspaar 5b und 5d zugeführt wird, auf das andere Anschlusspaar zu schalten, oder mit anderen Worten, die Fließrichtung des im Hall-Element fließenden Treiberstroms I1 zu schalten), anders als dies bei einer Konfiguration der Fall ist, bei der ein derartiger Schaltvorgang in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Treiberstrom zugeführt wird, möglich, das während des Schaltvorgangs erzeugte Schaltrauschen zu vermindern. Außerdem ist es, weil die Zufuhr des Treiberstroms I1 zum Hall-Element während einer Zeitdauer, die eine Kombination aus den vorgegebenen Zeitdauern T1 und T2 ist, und während einer Zeitdauer unterbrochen ist, die eine Kombination aus den vorgegebenen Zeitdauern T3 und T4 ist, möglich, insgesamt eine entsprechende Verringerung des Leistungsverbrauchs des Hall-Elements 5 und des Leistungsverbrauchs der Sensorschaltung S zu erzielen.
Es wird darauf hingewiesen, dass es, obwohl im vorstehend beschriebenen Beispiel die Signalverarbeitungseinheit 7 verwendet wird, die einen Differenzverstärker 21 ohne Differenzausgang verwendet, wie beispielsweise eine in 3 dargestellte Sensorschaltung 8A, auch möglich ist, eine Konfiguration zu verwenden, bei der eine Signalverarbeitungseinheit 7A, die einen Differenzverstärker 21A mit Differenzausgang verwendet, mit der Hall-Element-Treiberschaltung 1 kombiniert ist. In einer Signalverarbeitungseinheit 7A mit dieser Konfiguration sind, wie in der Zeichnung dargestellt ist, zwei Abtasthalteschaltungen 22a, 22b, die einen Abtastvorgang gemäß dem Steuersignal CLK3 ausführen, und zwei Abtasthalteschaltungen 23a, 23b, die einen Abtastvorgang gemäß dem Steuersignal CLK4 ausführen, mit den Ausgangsanschlüssen des Differenzverstärkers 21A verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfigurationen, die denjenigen der Sensorschaltung 8 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
Außerdem ist es, obwohl, wie in den 1 und 3 dargestellt ist, in der vorstehend beschriebenen Hall-Element-Treiberschaltung 1 eine Konfiguration verwendet wird, in der die erste Erfassungsspannung Vd1 und die zweite Erfassungsspannung Vd2, die von den Anschlusspaaren des Hall-Elements 5 ausgegeben werden, durch die Schalter 13 und 14 geschaltet und an einen Differenzverstärker 21 (21A) der Signalverarbeitungseinheit 7 (7A) ausgegeben werden, wenn die Hall-Element-Treiberschaltung mit einer Signalverarbeitungseinheit (z. B. einer Signalverarbeitungseinheit 7B einer in 4 dargestellten Sensorschaltung 8B in 4) kombiniert wird, in der dedizierte Differenzverstärker 21, 21 den beiden Abtasthalteschaltungen 22 und 23 vorgeschaltet sind, auch möglich, eine Signalschalteinheit 2A mit einer Konfiguration zu verwenden, in der die Schalter 13 und 14 weggelassen sind, wie in der in 4 dargestellten Hall-Element-Treiberschaltung 1A. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfigurationen, die denjenigen der Sensorschaltung 8 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden
Außerdem ist es, obwohl dies nicht dargestellt ist, auch mit einer Konfiguration, die einen Differenzverstärker 21A mit Differenzausgang verwendet, wie bei der Signalverarbeitungseinheit 7A der in 3 dargestellten Sensorschaltung 9A, unter Verwendung von zwei Differenzverstärkern 21A möglich, eine Sensorschaltung zur Verwendung in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Hall-Element-Treiberschaltung 1A zu konstruieren.
Außerdem ist es, obwohl eine Signalverarbeitung, bei der die Offset-Spannung Vos des Hall-Elements 5 durch die Subtrahierschaltung 24 durch Subtrahieren der zwei Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2 kompensiert wird, die durch Abtasten der zwei Spannungen erhalten werden, d. h. der erste Erfassungsspannung Vd1 (= Vh + Vos) und der zweite Erfassungsspannung Vd2 (= –Vh + Vos), die vom Hall-Element 5 ausgegeben werden, durch die Signalverarbeitungseinheit 7, 7A und 7B der vorstehend beschriebenen Sensorschaltungen 8, 8A, und 8b ausgeführt wird, auch möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Ausgangsspannung (eine Spannung, die die vorstehend beschriebene Offset-Spannung Vos nicht enthält und nur aus der vorstehend beschriebenen Hall-Spannung Vh besteht) Vout durch Ausführen einer Signalverarbeitung in Form einer synchronen Erfassungs- und Filterverarbeitung der beiden Spannungen, d. h. der ersten Erfassungsspannung Vd1 (= Vh + Vos) und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 (= –Vh + Vos), auf die gleiche Weise wie bei einer Signalverarbeitungseinheit 7C einer in 5 dargestellten Sensorschaltung 8C ausgegeben wird.
Die Sensorschaltung 8C wird nachstehend unter Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfigurationen, die denjenigen der Sensorschaltung 8 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
In der Sensorschaltung 8C erzeugt die Schaltsteuerungseinheit 4 vier Steuer(Schalt)signale CLK1, CLK2, CLK5 und CLK6 mit der in 6 dargestellten Zeitsteuerung und gibt das Steuersignal CLK1 an die Schalter 11, 12, 13 und 14 aus, gibt das Steuersignal CLK2 an die Schalteinheit 3 aus, gibt das Steuersignal CLK5 an die Abtasthalteschaltung 22 der Signalverarbeitungseinheit 7C aus und gibt das Steuersignal CLK6 an eine später beschriebene Synchronerfassungsschaltung 25 der Signalverarbeitungseinheit 7C aus.
Als ein Beispiel weist die Signalverarbeitungseinheit 7C den Differenzverstärker 21, die Abtasthalteschaltung 22, die Synchronerfassungsschaltung 25 und ein Filter (Tiefpassfilter) 26 auf. In diesem Fall erfasst und hält, wie in 6 dargestellt ist, die Abtasthalteschaltung 22 die vom Differenzverstärker 21 ausgegebene dritte Erfassungsspannung Vd3 basierend auf dem Steuersignal CLK5, das sowohl in der Zeit, in der das vorstehend beschriebene Steuersignal CLK3 den hohen Pegel aufweist, als auch in der Zeit, in der das vorstehend beschriebene Steuersignal CLK4 den hohen Pegel aufweist, einen hohen Pegel aufweist, und gibt sie als die in 6 dargestellte Abtastspannung Vsh aus.
Als ein Beispiel weist die Synchronerfassungsschaltung 25 einen Verstärker 25a, dem die Abtastspannung Vsh zugeführt wird, der die Abtastspannung Vsh mit einem Verstärkungsfaktor von –1 verstärkt und der das verstärkte Signal als die Abtastspannung –Vsh (vergl. 5) ausgibt, und einen Schalter 25b auf, dem die beiden Abtastspannungen Vsh und –Vsh zugeführt wird, der zwischen den Spannungen Vsh und –Vsh synchron mit dem Steuersignals CLK6 mit der in 6 dargestellten Zeitsteuerung (gemäß einem Taktsignal, das die gleiche Phase hat wie die Abtastspannung Vsh und die gleiche Frequenz wie die Abtastspannungen Vsh, –Vsh) alternierend umschaltet und die entsprechende Spannung als ein Erfassungssignal Vdet (vergl. 6) ausgibt. In diesem Fall gibt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist, der Schalter 25b als ein Beispiel das Erfassungssignal Vdet durch Schalten auf die Abtastspannung Vsh während einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK6 und Schalten auf die Abtastspannung –Vsh während einer Periode mit niedrigem Pegel aus.
Das Erfassungssignal Vdet wird dem Filter 26 zugeführt, der das Signal mittelt und die Ausgangsspannung Vout ausgibt.
Hierbei ist, wie in 6 dargestellt ist, die von der Abtasthalteschaltung 22 ausgegebene Abtastspannung Vsh ein Signal, in dem Übergänge im Spannungswert vom Spannungswert (Vh + Vos) zum Spannungswert (–Vh + Vos) mit der bezüglich dem Spannungswert (Vh + Vos) entgegengesetzten Polarität sowie vom Spannungswert (–Vh + Vos) zum Spannungswert (Vh + Vos) mit dem Zyklus des Steuersignals CLK6 als Abtasttakt auftreten. Die Abtastspannung –Vsh ist ein Signal mit einer bezüglich der Abtastspannung Vsh entgegengesetzten Polarität. Wie in 6 dargestellt ist, schaltet der Schalter 25b als ein Beispiel zwischen einer Wellenform mit einer Periode, bei der die Abtastspannung Vsh die Spannung (Vh + Vos) ist, und einer Wellenform mit einer Periode um, in der die Abtastspannung –Vsh die Spannung (Vh – Vos) ist, und gibt das Erfassungssignal Vdet aus.
Als ein Ergebnis ist das Erfassungssignal Vdet ein Signal, dessen Spannungswert Übergänge vom Spannungswert (Vh + Vos) zum Spannungswert (Vh – Vos) und vom Spannungswert (Vh – Vos) zum Spannungswert (Vh + Vos) mit dem Zyklus des Steuersignals CLK6 aufweist. Daher wird das Erfassungssignal Vdet durch Mittelung des Erfassungssignals Vdet unter Verwendung des Filters 26 in die Ausgangsspannung Vout umgewandelt, dessen mittlerer Spannungswert die Spannung Vh ist, wie in 6 durch die dicke unterbrochene Linie dargestellt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass es, obwohl dies nicht dargestellt ist, möglich ist, dass die Sensorschaltung SC eine Konfiguration hat, die einen Differenzverstärker 21A mit Differenzausgang verwendet, wie bei der vorstehend beschriebenen Sensorschaltung 8A, oder eine Konfiguration, bei der die Schalter 13 und 14 weggelassen sind, wie bei der vorstehend beschriebenen Sensorschaltung 8B.
Außerdem ist es, obwohl im vorstehend beschriebenen Beispiel eine Konfiguration verwendet wird, bei der das Hall-Element 5 in der Sensorschaltung 8, 8A, 8B und 8C integral angeordnet ist, auch möglich, die vorstehend beschriebene Hall-Element-Treiberschaltung 1 in einer Sensorschaltung zu verwenden, in der das Hall-Element 5 separat angeordnet ist. Außerdem können als die Schalter 11 bis 14 und 25b und die Schalteinheit 3 mechanische Schalter, Relais und Halbleiterschalter (Transistoren, FETs, oder dergleichen) verwendet werden.
Nachstehend wird die Konfiguration einer Strommessvorrichtung 101 als die in 7 dargestellte Strommessvorrichtung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Als ein Beispiel weist die Strommessvorrichtung 101 ein Hall-Element 102, eine Stromversorgungseinheit 103, eine Signalschalteinheit 104, eine Schaltsteuerungseinheit 105 und eine Signalverarbeitungseinheit 106 auf und ist dafür konfiguriert, einen Stromwert Iob eines in einem nicht dargestellten, erfassten Objekt (beispielsweise in einem Draht) fließenden Stroms zu erfassen, das dem Hall-Element 102 ein Magnetfeld (nicht dargestellt) zuführt.
Das Hall-Element 102 der Strommessvorrichtung 101 ist in einer Form ausgebildet, wie beispielsweise als ein Quadrat oder ein Kreuz, das betrachtet von oben eine Aufwärts-Abwärts- und eine Links-Rechts-Symmetrie hat und die vier Anschlüsse 102a, 102b, 102c und 102d aufweist, die in Folge im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn an den vier Ecken angeordnet sind (im Beispiel der vorliegenden Ausführungsform im Gegenuhrzeigerrichtung). In einem Zustand, in dem der Treiberstrom I1 einem beliebigen Paar unter einem ersten Anschlusspaar 102a und 102c und einem zweiten Anaschlusspaar 102b und 102d des Hall-Elements 102 zugeführt wird, wird zwischen dem anderen Anschlusspaar, dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird, in einem Zustand, in dem die Polarität zwischen dem ersten Anschlusspaar 1021 und 102c und die Polarität zwischen dem zweiten Anschlusspaar 102b und 102d umgekehrt sind, eine Spannung (nachstehend als ”Hall-Spannung Vh” bezeichnet) erzeugt, die proportional zur magnetischen Flussdichte des das Hall-Element 102 durchfließenden magnetischen Flusses ist.
Das Hall-Element 102 hat jedoch eine Eigenschaft, gemäß der aufgrund von Schwankungen während der Herstellung, auch wenn die magnetische Flussdichte null beträgt, in einem Zustand, in dem der Treiberstrom I1 dem einen Anschlusspaar zugeführt wird, eine im Wesentlichen konstante Offset-Spannung Vos zwischen dem anderen Anschlusspaar erzeugt wird. Aufgrund dieser Eigenschaft gibt das Hall-Element 102 eine Erfassungsspannung Vd aus, die außer der Hall-Spannung Vh vom Anschlusspaar, dem der Treiberstrom I1 nicht zugeführt wird, auch die Offset-Spannung Vos enthält.
Wenn dem Hall-Element 102 überflüssige Magnetfelder (Magnetfelder, die von dem Magnetfeld verschieden sind, das von dem erfassten Objekt erzeugt wird, und deren Intensität konstant ist) zusammen mit dem Magnetfeld vom erfassten Objekt zugeführt werden, gibt das Hall-Element 102 eine kombinierte Spannung (Vh0 + Vh1) aus, die die aufgrund nur des Magnetfeldes vom erfassten Objekt erzeugte Hall-Spannung Vh0 (nachstehend wird der Spannungswert der Hall-Spannung Vh0 auch als ”Vh0” bezeichnet) und die Hall-Spannung Vh1 enthält, die aufgrund nur der überflüssigen Magnetfelder erzeugt wird (nachstehend wird der Spannungswert der Hall-Spannung Vh1 auch als ”Vh1” bezeichnet).
Aus diesem Grund wird unter den Erfassungsspannungen Vd, die vom ersten Anschlusspaar 102a und 102c ausgegebene Spannung als die zweite Erfassungsspannung Vd2 (= – (Vh0 + Vh1) + Vos) bezeichnet, und die vom zweiten Anschlusspaar 102b und 102d ausgegebene Spannung wird als die erste Erfassungsspannung Vd1 (= Vh0 + Vh1 + Vos) bezeichnet (vergl. 8).
Die Stromversorgungseinheit 103 ist aus einer Konstantspannung-Gleichstromversorgung oder einer Konstantstrom-Gleichstromversorgung konstruiert und gibt eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom an das Hall-Element 102 aus. Obwohl als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform der Treiberstrom I1 dem Hall-Element 102 durch Konstruieren der Stromversorgungseinheit 103 aus einer Konstantspannung-Gleichstromversorgung und Ausgeben der Konstantspannung V1 zum Hall-Element 102 zugeführt wird, ist es auch möglich, die Stromversorgung aus einer Konstantstrom-Gleichstromversorgung zu konstruieren und den Treiberstrom I1 dem Hall-Element 102 als ein Konstantstrom zuzuführen.
Die Signalschalteinheit 104 ist dafür konfiguriert, die Zufuhr des Treiberstroms I1 von der Stromversorgungseinheit 103 zu einem beliebigen Paar unter dem ersten Anschlusspaar 102a und 102c und dem zweiten Anschlusspaar 102b und 102d des Hall-Elements 102 zu schalten (d. h. die Fließrichtung des Treiberstroms I1 zum Hall-Element 102 zu schalten). Außerdem ist die Signalschalteinheit 104 dafür konfiguriert, zwischen der ersten Erfassungsspannung Vd1, die zwischen dem zweiten Anschlusspaar 102b und 102d erzeugt wird, wenn der Treiberstrom I1 dem ersten Anschlusspaar 102a und 102c zugeführt wird, und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 umzuschalten, die zwischen dem ersten Anschlusspaar 102a und 102c erzeugt wird, wenn der Treiberstrom I1 dem zweiten Anschlusspaar 102b und 102d zugeführt wird, und das entsprechende Signal an die Signalverarbeitungseinheit 106 auszugeben.
D. h., als ein Beispiel weist die Signalschalteinheit 104 vier Schalter (als ein Beispiel einpolige Doppelumschalter) 111, 112, 113 und 114 auf, wobei der Schalter 111 zwischen der Stromversorgungseinheit 103 103 und dem Hall-Element 102 angeordnet ist, wobei der c-Kontakt des Schalters 111 mit der Stromversorgungseinheit 103 verbunden ist, der a-Kontakt mit einem Anschluss 102a des ersten Anschlusspaars 102a und 102c verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem Anschluss 102d des zweiten Anschlusspaars 102b und 102d verbunden ist. Der Schalter 112 ist zwischen dem Bezugspotential (Masse G, deren Spannung null Volt beträgt) der Strommessvorrichtung 101 und dem Hall-Element 102 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 112 mit dem Bezugspotential (der Masse G) verbunden ist, der a-Kontakt mit dem anderen Anschluss 102c des ersten Anschlusspaars 102a und 102c verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem anderen Anschluss 102b des zweiten Anschlusspaars 102b und 102d verbunden ist.
Der Schalter 113 ist zwischen der Signalverarbeitungseinheit 106 und dem Hall-Element 102 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 113 mit der Signalverarbeitungseinheit 106 verbunden ist (genauer gesagt mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Paars Eingangsanschlüsse eines Differenzverstärkers 121, der eine Differenzverstärkungsschaltung bildet, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 106 ist), der a-Kontakt mit einem Anschluss 102d des zweiten Anschlusspaars 102b und 102d verbunden ist, und der b-Kontakt mit einem Anschluss 102a des ersten Anschlusspaars 102a und 102c verbunden ist. Der Schalter 114 ist außerdem zwischen der Signalverarbeitungseinheit 106 und dem Hall-Element 102 angeordnet, wobei der c-Kontakt des Schalters 114 mit der Signalverarbeitungseinheit 106 verbunden ist (genauer gesagt mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Paars Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers 121, der Teil der Signalverarbeitungseinheit 106 ist), der a-Kontakt mit dem anderen Anschluss 102b des zweiten Anschlusspaars 102b und 102d verbunden ist, und der b-Kontakt mit dem anderen Anschluss 102c des ersten Anschlusspaars 102a und 102c verbunden ist. Diese Schalter 111 bis 114 werden derart gesteuert, dass die a-Kontakte während der Periode mit hohem Pegel (der in 8 dargestellten Zeitdauern A1) des von der Steuereinheit 105 ausgegebenen Steuersignals CLK1 mit den c-Kontakten verbunden sind, (d. h. es gibt einen Übergang in den in der Zeichnung durch durchgezogene Linien dargestellten Verbindungszustand), und die b-Kontakte während der Periode mit niedrigem Pegel (der in 8 dargestellten Zeitdauern A2) des Steuersignals CLK1 mit den c-Kontakten verbunden sind (d. h. es gibt einen Übergang in den in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellten Verbindungszustand).
Die Schaltsteuerungseinheit 105 erzeugt drei Steuer(Schalt)signale CLK1, CLK2 und CLK3 mit der in 8 dargestellten Zeitsteuerung, gibt das Steuersignal CLK1 an die Schalter 111, 112, 113 und 114 und an die Signalverarbeitungseinheit 106 aus (genauer gesagt an eine später beschriebene Korrekturspannungsausgabeschaltung 122, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 106 ist), gibt das Steuersignal CLK2 an die Signalverarbeitungseinheit 106 aus (genauer gesagt an die beiden später beschriebenen Abtasthalteschaltungen 123 und 124, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 106 sind), und gibt das Steuersignal CLK3 an die Signalverarbeitungseinheit 106 aus (genauer gesagt an eine Synchronerfassungsschaltung 126, die Teil der Signalverarbeitungseinheit 106 ist).
Als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform gibt die Schaltsteuerungseinheit 105 das Steuersignal CLK1 als ein Pulssignal mit einer konstanten Frequenz (beispielsweise von mehreren zehn kHz (z. B. 40 kHz)) und mit einem Tastverhältnis von 0,5 aus. Außerdem gibt die Schaltsteuerungseinheit 105 das Steuersignal CLK2 als ein Pulssignal mit einer Frequenz aus, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Steuersignals CLK1, wobei das Pulssignal als ein Beispiel einen hohen Pegel nur für eine vorgegebene Zeitdauer (eine Zeitdauer, die ausreichend kürzer ist als die Periode mit hohem Pegel und die Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1) im Wesentlichen in der Mitte der Periode mit hohem Pegel und der Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 aufweist und für den Rest der Zeit einen niedrigen Pegel aufweist. Die Schaltsteuerungseinheit 105 gibt das Steuersignal CLK3 als ein Pulssignal aus, das die gleiche Frequenz hat wie das Steuersignal CLK1 und einen Zustand aufweist, der synchron mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel umschaltet.
Die Signalverarbeitungseinheit 106 weist den Differenzverstärker 121, die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122, die Abtasthalteschaltungen 123 und 124, eine Addierschaltung 125, die Synchronerfassungsschaltung 126, ein Filter 127, einen A/D-Wandler 128 und eine Rechenschaltung 129 auf und erfasst durch Ausführen einer Signalverarbeitung bezüglich der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 (d. h. durch Ausführen einer Signalverarbeitung, durch die die Offset-Spannung Vos des Hall-Elements basierend auf der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 kompensiert wird, und einer Signalverarbeitung, durch die die basierend nur auf überflüssigen Magnetfeldern erfasste Hall-Spannung Vh1 korrigiert (entfernt) wird), den Stromwert Iob in einem Zustand, in dem der Einfluss der Offset-Spannung Vos und der Hall-Spannung Vh1 eliminiert worden ist.
D. h., der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 121 ist mit dem c-Kontakt des Schalters 113 verbunden, und der invertierende Eingangsanschluss ist mit dem c-Kontakt des Schalters 114 verbunden. Als ein Beispiel, in dem der Verstärkungsfaktor auf 1 eingestellt ist, gibt der Differenzverstärker 121 eine Spannung unter der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2, die über die Schalter 113 und 114 ausgegeben werden (d. h. eine durch die Schalter 113 und 114 ausgewählte Spannung) als die dritte Erfassungsspannung Vd3 aus. Auf diese Weise gibt, wie in 8 dargestellt ist, der Differenzverstärker 121 während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 (der Zeitdauer A1 in 8) die dritte Erfassungsspannung Vd3, d. h. die erste Erfassungsspannung Vd1 (Spannungswert: Vh0 + Vh1 + Vos) als eine positive Spannung aus und gibt die zweite Erfassungsspannung Vd2 (Spannungswert: –(Vh0 + Vh1) + Vos) während der Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 (der Zeitdauer A2 in 8) als eine negative Spannung aus, d. h., die erste Erfassungsspannung Vd1 und die zweite Erfassungsspannung Vd2 werden in konstanten Intervallen (mit dem halben Zyklus des Steuersignals CLK1) alternierend ausgegeben.
Die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 gibt eine Korrekturspannung Vco zum Einstellen des Spannungswertes Vr aus. Als ein Beispiel weist die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 eine variable Stromversorgung 122a, einen Schalter 122b und einen Kondensator 122c auf und gibt, wie in 8 dargestellt ist, eine positive Korrekturspannung Vrp und eine negative Korrekturspannung Vrn, deren Absolutwerte auf den Spannungswert Vr eingestellt sind, synchron mit dem Steuersignal CLK1 als die Korrekturspannung Vco aus.
Insbesondere gibt die variable Stromversorgung 122a eine Gleichspannung Vdc aus, deren Spannungswert (2 × Vr) dem Doppelten des Spannungswertes Vr gleicht. Die variable Stromversorgung 122a weist außerdem eine Einstelleinrichtung, wie beispielsweise ein Potentiometer, zum Einstellen des Spannungswertes (2 × Vr) auf. Als ein Beispiel weist der Schalter 122b einen einpoligen Doppelumschalter als die Schalter 111, 112, 113 und 114 der Signalschalteinheit 104 auf, wobei der a-Kontakt mit dem positiven Ausgangsanschluss der variablen Stromversorgung 122a verbunden ist, der b-Kontakt mit dem negativen Ausgangsanschluss der variablen Stromversorgung 122a (dem Bezugspotential (Masse G) der Strommessvorrichtung 101) verbunden ist, und der c-Kontakt mit einem Anschluss des Kondensators 122c verbunden ist. Der Schalter 122b wird derart gesteuert, dass der b-Kontakt während Perioden mit hohem Pegel des von der Schaltsteuerungseinheit 105 ausgegebenen Steuersignals CLK1 mit dem c-Kontakt verbunden ist (d. h. es gibt einen in der Zeichnung durch die durchgezogene Linie dargestellten Übergang in den Verbindungszustand), und derart, dass der a-Kontakt während Perioden mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 mit dem c-Kontakt verbunden ist (d. h., es gibt einen in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie dargestellten Übergang in den Verbindungszustand).
Mit dieser Konfiguration wird, obwohl dies nicht dargestellt ist, an einem Anschluss des Kondensators 122c während Perioden mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 ein Spannungssignal (Pulssignal) mit einem Tastverhältnis von 0,5 und einem Spannungswert von null Volt und während Perioden mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 ein Spannungswert (2 × Vr) erzeugt. Der Kondensator 122c entfernt die in einem derartigen Spannungssignal enthaltene Gleichspannungskomponente und gibt über sie über den anderen Anschluss aus. Daher gibt, wie in 8 dargestellt ist, die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 die Korrekturspannung Vco, die ein Tastverhältnis von 0,5 hat und während Perioden mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 eine negative Korrekturspannung Vrn mit dem Spannungswert –Vr und während Perioden mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 eine positive Korrekturspannung Vrp mit dem Spannungswert Vr aufweist, vom anderen Anschluss des Kondensators 122c aus.
Die Abtasthalteschaltung 123 tastet den Spannungswert der dritten Erfassungsspannung Vd3 während einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 ab (erfasst und hält den Spannungswert der dritten Erfassungsspannung Vd3) und gibt ihn als die Abtastspannung Vsh1 aus. D. h., die Abtasthalteschaltung 123 gibt die dritte Erfassungsspannung Vd3, die mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 synchronisiert ist, als die Abtastspannung Vsh1 aus. Andererseits tastet die Abtasthalteschaltung 124 den Spannungswert der Korrekturspannung Vco während einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK2 ab (erfasst und hält den Spannungswert der Korrekturspannung Vco) und gibt ihn als die Abtastspannung Vsh2 aus. D. h., die Abtasthalteschaltung 124 gibt die Korrekturspannung Vco, die mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 synchronisiert ist, als die Abtastspannung Vsh2 aus.
Auf diese Weise kommt es, weil die Strommessvorrichtung 101 derart konfiguriert ist, dass die dritte Erfassungsspannung Vd3 synchron mit dem Steuersignal CLK2 abgetastet (erfasst und gehalten) wird, das mit einer Zeitsteuerung ausgegeben wird, die bezüglich der Zeitsteuerung der ansteigenden und abfallenden Flanken der dritten Erfassungsspannung Vd3 verschoben ist, d. h., bezüglich der Zeitsteuerung der ansteigenden und abfallenden Flanken des Steuersignals CLK1, zu einer wesentlichen Verminderung der Auswirkung auf die Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2 von Rauschen, das in der ersten Erfassungsspannung Vd1 und in der zweiten Erfassungsspannung Vd2 (und damit auch in der dritten Erfassungsspannung Vd3) erzeugt werden kann, wenn der dem Hall-Element 102 zugeführte Treiberstrom I1 mit der Zeitsteuerung der ansteigenden und abfallenden Flanken des Steuersignals CLK1 geschaltet wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass es, wenn der Einfluss von Rauschen, das beim Schalten des Treiberstroms I1 erzeugt wird, vernachlässigbar ist, auch möglich ist, eine Konfiguration zu verwenden, bei der keine Abtastung des dritten Erfassungssignals Vd3 gemäß dem Steuersignal CLK2 vorgesehen ist. Mit dieser Konfiguration sind die Abtasthalteschaltungen 123 und 124 aus den Komponenten der in 7 dargestellten Strommessvorrichtung 101 weggelassen, werden der Addierschaltung 125 an Stelle der Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2 die dritte Erfassungsspannung Vd3 und die Korrekturspannung Vco zugeführt, und wird durch die Synchronerfassungsschaltung 126 eine synchrone Erfassung gemäß dem Steuersignal CLK1 an Stelle des Steuersignals CLK3 ausgeführt.
Durch Addieren der Abtastspannung Vsh1 (der dritten Erfassungsspannung Vd3, die mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 synchronisiert ist) und der Abtastspannung Vsh2 (der Korrekturspannung Vco, die mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 synchronisiert ist) und Verstärken mit einem bekannten Verstärkungsfaktor α (normalerweise um einen mehrfachen Zehnerfaktor), wie in 8 dargestellt ist, gibt die Addierschaltung 125 alternierend eine korrigierte erste Erfassungsspannung (Spannungswert: α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr)), wobei die erste Erfassungsspannung Vd1 (Spannungswert: Vh0 + Vh1 + Vos) in der Abtastspannung Vsh1 unter Verwendung der negativen Korrekturspannung (Spannungswert: –Vr) korrigiert und mit α multipliziert ist, und eine korrigierte zweite Erfassungsspannung (Spannungswert: α × (–Vh0 – Vh1 + Vos + Vr)), wobei die zweite Erfassungsspannung Vd2 (Spannungswert: –Vh0 – Vh1 + Vos) unter Verwendung der positiven Korrekturspannung (Spannungswert: Vr) korrigiert und mit α multipliziert ist, als eine korrigierte Hall-Spannung Vhco (= α × (Vsh1 + Vsh2)) aus.
Als ein Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform ist die Addierschaltung 125 als eine analoge Verstärkungsschaltung konstruiert (eine Schaltung, in der der Verstärkungsfaktor der gesamten Schaltung auf α eingestellt ist), die einen invertierenden Verstärker 131, der die Abtastspannungen Vsh1 und Vsh2 addiert und die Summe ausgibt, und einen Verstärker 132 aufweist, dem das vom invertierenden Verstärker 131 ausgegebene Signal zugeführt wird und der das Signal mit einem im Voraus eingestellten Verstärkungsfaktor verstärkt (in der vorliegenden Ausführungsform eine invertierende Verstärkung) und die korrigierte Hall-Spannung Vhco ausgibt. In diesem Fall weist der invertierende Verstärker 131 einen Operationsverstärker 131a, dessen nicht-invertierender Eingangsanschluss mit der Masse G verbunden ist, einen Eingangswiderstand 131b, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärker 131a und einem Ausgangsanschluss (nicht dargestellt) der Abtasthalteschaltung 123 geschaltet ist, einen Eingangswiderstand 131c (ein Widerstand mit dem gleichen Widerstandswert wie derjenige des Eingangswiderstands 131b), der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 131a und einem Ausgangsanschluss (nicht dargestellt) der Abtasthalteschaltung 124 geschaltet ist, und einen Rückkopplungswiderstand 131d auf, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 131a geschaltet ist. In der Addierschaltung 125 ist der Gesamtverstärkungsfaktor α des invertierenden Verstärkers 131 und des Verstärkers 132 derart eingestellt, dass der Pegel der korrigierten Hall-Spannung Vhco auf einen Wert verstärkt werden kann, der dem Eingangsnennwert eines nachgeschalteten A/D-Wandlers 128 angepasst ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Addierschaltung 125 nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist, sondern dass es möglich ist, verschiedene andere bekannte Konfigurationen zu verwenden.
Als ein Beispiel weist, wie in 7 dargestellt ist, die Synchronerfassungsschaltung 126 einen Verstärker 126a, dem die korrigierte Hall-Spannung Vhco zugeführt wird, der eine Verstärkung mit einem Verstärkungsfaktor von –1 ausführt und der die invertierte Hall-Spannung –Vhco ausgibt, und einen Schalter 126b auf, dem die Hall-Sparmung Vhco und die invertierte Hallspannung –Vhco zugeführt wird, und der synchron mit dem Steuersignal CLK3 zwischen den Spannungen Vhco und –Vhco alternierend umschaltet (d. h., die Hall-Spannung Vhco wird synchron mit dem Steuersignal CLK3 erfasst) und die entsprechende Spannung als das Erfassungssignal Vdet ausgibt (als eine Beispiel ist der Schalter 126b in der vorliegenden Ausführungsform ein einpoliger Doppelumschalter wie der Schalter 111 und dergleichen). Wie in 8 dargestellt ist, gibt der Schalter 126b als ein Beispiel das Erfassungssignal Vdet durch Schalten auf die Hall-Spannung Vhco während einer Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK3 (Spannungswert: α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr)) und Schalten auf die invertierte Hall-Spannung –Vhco während einer Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK3 (Spannungswert: α × (–Vh0 – Vh1 + Vos + Vr)) aus.
Dem Filter 127 wird das Erfassungssignal Vdet zugeführt, und das Filter mittelt das Erfassungssignal und gibt die Ausgangsspannung Vout aus. Hierbei ist, wie in 8 dargestellt ist, das von der Synchronerfassungsschaltung 126 ausgegebene Erfassungssignal Vdet ein Signal, dessen Spannungswert, wie vorstehend beschrieben, Übergänge vom Spannungswert (α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr)) auf den Spannungswert (α × (Vh0 + Vh1 – Vos – Vr)) und vom Spannungswert (α × (Vh0 + Vh1 – Vos – Vr)) auf den Spannungswert (α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr)) in Halbzyklen des Steuersignals CLK3 aufweist. Daher wird durch Mitteln des Erfassungssignals Vdet unter Verwendung des Filters 127 das Erfassungssignal Vdet in die Ausgangsspannung Vout (Gleichspannung) umgewandelt, dessen Spannung (α × (Vh0 + Vh1 – Vr)) den durch die dicke gestrichelte Linie in 8 dargestellten mittleren Spannungswert hat. D. h., das Filter 127 gibt die Ausgangsspannung Vout aus, in der eine der Offset-Spannung Vos entsprechende Komponente kompensiert worden ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die Signalverarbeitungseinheit 106 eine Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG, die aus einer Analogschaltung konstruiert ist, die den Differenzverstärker 121, die Abtasthalteschaltung 123, die Addierschaltung 125, die Synchronerfassungsschaltung 126 und das Filter 127 aufweist, sowie die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 und die Abtasthalteschaltung 124 auf, die aus Analogschaltungen konstruiert sind.
Der A/D-Wandler 128 gibt durch Abtasten der Ausgangsspannung Vout mit einer vorgegebenen Abtastrate digitale Daten Dv aus, die den Spannungswert der Ausgangsspannung Vout anzeigen. Die Rechenschaltung 129 besteht beispielsweise aus einem Computer und führt einen Stromerfassungsprozess aus, in dem der Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms auf der Basis der vom A/D-Wandler 128 zugeführten digitalen Daten Dv erfasst (berechnet) wird. Außerdem führt die Rechenschaltung 129 einen Ausgabeprozess aus, in dem der berechnete Stromwert Iob ausgegeben wird. Die Ausgabe, auf die hierin Bezug genommen wird, kann in einer Vielzahl von Formen erfolgen, beispielsweise durch Anzeige auf einer Displayeinheit (nicht dargestellt), Speichern in einer Speichereinheit (beispielsweise auf einem Festplattenlaufwerk oder einem Wechseldatenträger) und Übertragung zu einem externen Gerät.
Als nächstes wird der Betrieb der Strommessvorrichtung 101 (ein Betrieb, in dem der Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms erfasst wird) unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In der Strommessvorrichtung 101 gibt die Stromversorgungseinheit 103 die Konstantspannung V1 aus und gibt die Schaltsteuerungseinheit 105 die in 8 dargestellten Steuersignale CLK1 bis CLK3 mit der vorstehend beschriebenen Zeitsteuerung aus.
In diesem Zustand führt eine Bedienungsperson der Strommessvorrichtung 101 einen Korrekturspannungseinstellprozess, in dem der Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco eingestellt wird, als eine Einstellungsaufgabe für die Strommessvorrichtung 101 aus, die vor der Aufgabe zum Erfassen des zu erfassenden Stroms ausgeführt wird. Im Korrekturspannungseinstellprozess wird zunächst die Strommessvorrichtung 101 auf einen Zustand eingestellt, in dem das Magnetfeld von dem erfassten Objekt dem Hall-Element 102 nicht zugeführt wird. D. h., die vorstehend beschriebene Hall-Spannung Vh0 wird auf einen Null-Zustand eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass auch in diesem Zustand dem Hall-Element 102 überflüssige Magnetfelder mit einer konstanten Stärke kontinuierlich zugeführt werden. Aus diesem Grund gibt das Hall-Element 102 die vorstehend beschriebene Hall-Spannung Vh1 mit einem konstanten Hall-Spannungswert Vh1 aus.
Als nächstes betätigt die Bedienungsperson im Korrekturspannungseinstellprozess eine Einstelleinrichtung, die auf der variablen Stromversorgung 122a der Signalverarbeitungseinheit 106 vorgesehen ist, während er die vom Filter 127 der Signalverarbeitungseinheit 106 der Strommessvorrichtung 101 ausgegebene Ausgangsspannung Vout unter Verwendung eines Voltmeters oder dergleichen überwacht, und stellt den Spannungswert (2 × Vr) der von der variablen Stromversorgung 122a ausgegebenen Gleichspannung Vdc ein, um die Ausgangsspannung Vout auf null Volt (oder einen Zustand sehr nahe bei null Volt) einzustellen. Wie in 8 dargestellt ist, wird die Ausgangsspannung Vout in einem Zustand ausgegeben, in dem eine der Offset-Spannung Vos entsprechende Komponente kompensiert ist (in einem Zustand, in dem der Spannungswert α × (Vh0 + Vh1 – Vr) beträgt). Außerdem beträgt während der Ausführung des Korrekturspannungseinstellprozesses die Hall-Spannung Vh0 null, wie vorstehend beschrieben wurde. D. h., dass es durch Einstellen des Spannungswertes (2 × Vr) der Gleichspannung Vdc zum Einstellen der Ausgangsspannung Vout auf null Volt möglich ist, den Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco an den Spannungswert der Hall-Spannung Vh1 anzugleichen (oder im Wesentlichen anzugleichen). D. h., es ist möglich, die Hall-Spannung Vh1 unter Verwendung der Korrekturspannung Vco zu kompensieren. Dadurch wird der Korrekturspannungseinstellprozess abgeschlossen.
Auf diese Weise ist es, weil die Strommessvorrichtung 101 dafür konfiguriert ist, in einer Stufe vor dem Verstärker 132 eine Verarbeitung auszuführen, in der die aufgrund von überflüssigen Magnetfeldern im Hall-Element 102 erzeugte Hall-Spannung Vh1 unter Verwendung der Korrekturspannung Vco auf null oder auf einen Wert sehr nahe bei null korrigiert (kompensiert) ist, möglich, einen Zustand zu vermeiden, in dem die Addierschaltung 125 und Analogschaltungen, die der Addierschaltung 125 nachgeschaltet sind, aufgrund des Vorhandenseins der Hall-Spannung Vh1 gesättigt sind.
Weil jedoch die Ausgabegenauigkeit der Gleichspannung Vdc der variablen Stromversorgung 122a und die Messgenauigkeit des Voltmeters, der die Ausgabespannung Vout überwacht, begrenzt sind, ist es schwierig, den Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco exakt an den Spannungswert Vh1 der Hall-Spannung Vh1 anzugleichen. Daher liegt der Spannungswert (Vh1 – Vr) in einem Zustand vor, der nicht vollständig Null beträgt, und beinhaltet eine Fehlerspannung mit einem bestimmten Wert. Die Strommessvorrichtung 101 weist auch eine Funktion auf, die diesen Fehlerspannungswert (Vh1 – Vr) unter Verwendung einer Datenverarbeitung in der Rechenschaltung 129 kompensiert.
Daher führt die Bedienungsperson der Strommessvorrichtung 101 als eine weitere Einstellungsaufgabe für die Strommessvorrichtung 101 nach der Ausführung des vorstehend beschriebenen Korrekturspannungseinstellprozesses einen Korrekturdatenspeicherprozess aus, in dem Korrekturspannungsdaten zum Kompensieren des Fehlerspannungswertes (Vh1 – Vr) abgerufen werden.
In diesem Korrekturdatenspeicherprozess betätigt die Bedienungsperson beispielsweise eine Nullpunkteinstellungsstarttaste, die auf einer nicht dargestellten Bedieneinheit angeordnet ist, um zu veranlassen, dass der Computer der Rechenschaltung 129 einen Abrufprozess ausführt, in dem Korrekturspannungsdaten Dvc abgerufen werden. In diesem Abrufprozess ruft der Computer der Rechenschaltung 129 digitale Daten Dv (digitale Daten, die den Spannungswert der Ausgangsspannung Vout anzeigen) ab, die vom A/D-Wandler 128 ausgegeben werden, und speichert sie in einem internen Speicher als die Korrekturspannungsdaten Dvc. Die Korrekturspannungsdaten Dvc zeigen einen Spannungswert an, der durch Multiplizieren des Fehlerspannungswertes (Vh1 – Vr), der nach der Ausführung des Korrekturspannungseinstellprozesses einen bestimmten Wert hat, mit α erzeugt wird. Dadurch wird der Abrufprozess abgeschlossen und wird auch der Korrekturdatenspeicherprozess abgeschlossen.
Nach Abschluss der vorstehend beschriebenes Vorverarbeitung stellt die Bedienungsperson die Strommessvorrichtung 101 auf einen Zustand ein, in dem dem Hall-Element 102 ein Magnetfeld vom erfassten Objekt zugeführt wird, um einen Erfassungsprozess für den Stromwert Iob des im erfassten Objekt fließenden Stroms auszuführen.
Hierbei werden dem Hall-Element 102 zusammen mit dem Magnetfeld vom erfassten Objekt auch überflüssige Magnetfelder zugeführt. Aus diesem Grund gibt das Hall-Element 102 die Hall-Spannung Vh aus, die eine kombinierte Spannung (Vh0 + Vh1) aus der Hall-Spannung Vho, die nur aufgrund des Magnetfeld vom erfassten Objekt erzeugt wird, und der Hall Spannung Vh1 ist, die nur aufgrund der überflüssigen Magnetfelder erzeugt wird. Daher werden die erste Erfassungsspannung Vd1 und die zweite Erfassungsspannung Vd2, deren Spannungswerte sich während der Zeitdauern A1 und A2 ändern, wie in 8 dargestellt ist, von der Signalschalteinheit 104 an die Signalverarbeitungseinheit 106 ausgegeben.
Durch diese Vorgehensweise gibt in der Signalverarbeitungseinheit 106 der Differenzverstärker 121 die dritte Erfassungsspannung Vd3, deren Spannungswert sich in jeder der Zeitdauern A1 und A2 ändert, wie in 8 dargestellt ist, basierend auf der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 aus, und durch Abtasten der dritten Erfassungsspannung Vd3 gemäß dem Steuersignal CLK2 gibt die Abtasthalteschaltung 123 die Abtastspannung Vsh1 aus, deren Spannungswert sich wie in 8 dargestellt synchron mit dem Steuersignal CLK2 von Vh0 + Vh1 + Vos auf –(Vh0 + Vh1) + Vos und von –(Vh0 + Vh1) + Vos auf Vh0 + Vh1 + Vos ändert.
Andererseits gibt in der Strommessvorrichtung 101, wie in 8 dargestellt ist, die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 die Korrekturspannung Vco aus, deren Spannungswert –Vr während der Periode mit hohem Pegel des Steuersignals CLK1 die negative Korrekturspannung Vrn ist, und deren Spannungswert Vr während der Periode mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 die positive Korrekturspannung Vrp ist. Die Abtasthalteschaltung 124 tastet die Korrekturspannung Vco gemäß dem Steuersignal CLK2 ab und gibt, wie in 8 dargestellt ist, die Abtastspannung Vsh2 aus, deren Spannungswert sich synchron mit dem Steuersignal CLK2 von +Vr auf –Vr und von –Vr auf +Vr ändert.
Hierbei wird in der Strommessvorrichtung 101 im vorstehend beschriebenen Korrekturspannungseinstellprozess der Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco an den Spannungswert der Hall-Spannung Vh1 angepasst (oder im Wesentlichen angepasst). Hier wird als ein Beispiel ein Zustand angenommen, in dem die Werte im Wesentlichen übereinstimmen (Vr ≈ Vh1).
Dadurch gibt in der Signalverarbeitungseinheit 106 in einem Zustand, in dem (Vh1 – Vr) ≈ 0 ist, d. h., in einem Zustand, in dem das Auftreten einer Sättigung aufgrund des Vorhandenseins der Hallspannung Vh1 unter Verwendung der Korrekturspannung Vco vermieden wird (oder stark reduziert ist), die Addierschaltung 125 die korrigierte Hall-Spannung Vhco aus, deren Spannungswert sich, wie in 8 dargestellt, synchron mit dem Steuersignal CLK2 von α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr) auf (–Vh0 – Vh1 + Vos + Vr) und von α × (–Vh0 – Vh1 + Vos + Vr) auf α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr) ändert.
Als nächstes gibt in der Signalverarbeitungseinheit 106, indem eine synchrone Erfassung der Hall-Spannung Vhco gemäß dem Steuersignal CLK3 ausgeführt wird, die Synchronerfassungsschaltung 126 das Erfassungssignal Vdet aus, dessen Spannungswert sich synchron mit dem Steuersignal CLK3 von α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr) auf α × (Vh0 + Vh1 – Vos – Vr) und von α × (Vh0 + Vh1 – Vos – Vr) auf α × (Vh0 + Vh1 + Vos – VR) ändert.
Das Filter 127, dem das Erfassungssignal Vdet zugeführt wird und das das Erfassungssignal mittelt, gibt die Ausgangsspannung Vout (= α × (Vh0 + Vh1 – Vr)) aus, in dem eine der Offset-Spannung Vos entsprechende Komponente kompensiert ist. Als nächstes wandelt der A/D-Wandler 128 durch Ausführen einer A/D-Umwandlung bezüglich der Ausgangsspannung Vout die Ausgangsspannung in digitale Daten Dv um, die den Spannungswert der Ausgangsspannung Vout anzeigen, und gibt die Daten an die Rechenschaltung 129 aus.
Schließlich führt in der Signalverarbeitungseinheit 106 die Rechenschaltung 129 einen Stromerfassungsprozess basierend auf den digitalen Daten Dv aus, um den Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms zu erfassen (zu berechnen). In der Ausgangsspannung Vout (= α × (Vh0 + Vh1 – Vr)), die durch die digitalen Daten Dv angezeigt wird, die der Rechenschaltung 129 vom A/D-Wandler 128 zugeführt werden, ist ein durch die dargestellte Hall-Spannung Vh1 verursachter Fehlerspannungswert α × (Vh1 – Vr) enthalten, auch wenn dieser nahe bei null liegt.
Aus diesem Grund subtrahiert zunächst die Rechenschaltung 129 im Stromerfassungsprozess die Korrekturspannungsdaten Dvc (Spannung α × (Vh1 – Vr), die im Voraus durch den vorstehend beschriebenen Korrekturdatenspeicherprozess in einem internen Speicher gespeichert wurden, von den digitalen Daten Dv. Dadurch werden Spannungsdaten berechnet, die die Spannung (α × Vh0) anzeigen, von der der Fehlerspannungswert α × (Vh1 – Vr) entfernt worden ist, d. h., Spannungsdaten, die nur aus der Hall-Spannung Vh0 bestehen, die aufgrund nur des Magnetfeld des erfassten Objekts erzeugt wird. Als nächstes erfasst (berechnet) die Rechenschaltung 129 den Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms basierend auf den Spannungsdaten, die die Spannung (α × Vh0) anzeigen. Schließlich gibt die Rechenschaltung 129 den erfassten Stromwert Iob durch Ausführen des Ausgabeprozesses aus.
Auf diese Weise weist in der Strommessvorrichtung 101 die Signalverarbeitungseinheit 106 die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG auf, die die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 aufweist, die die Korrekturspannung Vco ausgibt, der Spannungswert Vr eingestellt werden kann, und die Addierschaltung 125, die die Korrekturspannung Vco zur Spannung (in der vorliegenden Ausführungsform zur dritten Erfassungsspannung Vd3) addiert, die durch eine Signalverarbeitung bezüglich der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 erzeugt wird, und die die Hall-Spannung Vh korrigiert und dafür konfiguriert ist, den Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco derart einzustellen, dass die Hall-Spannung Vh (im vorstehend beschriebenen Beispiel die korrigierte Hallspannung Vhco), die durch die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG korrigiert worden ist, null beträgt, wenn dem Hall-Element 102 das Magnetfeld von dem erfassten Objekt nicht zugeführt wird. Außerdem berechnet die Rechenschaltung 129 mit der Strommessvorrichtung 101 den Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms basierend auf der korrigierten Hall-Spannung Vhco.
Daher ist es mit der Strommessvorrichtung 101 möglich, die Hall-Spannung Vh1, die nur aufgrund der überflüssigen Magnetfelder erzeugt wird, unter Verwendung der Korrekturspannung Vco zu kompensieren (oder wesentlich zu reduzieren), während die Offset-Spannung Vos durch ein herkömmliches Verfahren kompensiert wird (d. h. durch ein Verfahren, das die Offset-Spannung Vos durch eine Signalverarbeitung der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 kompensiert, die durch Schalten der Anschlusspaare des Hall-Elements 102 erfasst werden, denen der Treiberstrom I1 zugeführt wird). D. h., dass es mit der Strommessvorrichtung 101 möglich ist, den Stromwert Iob des in dem erfassten Objekt fließenden Stroms mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen, während eine Sättigung aufgrund der Hall-Spannung Vh1 in der Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG vermieden wird, die aus Analogschaltungen konstruiert ist, die eine Signalverarbeitung bezüglich der vom Hall-Element 102 ausgegebenen Hall-Spannung Vh (der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2) ausführen.
Außerdem weist in der Strommessvorrichtung 101 die Signalverarbeitungseinheit 106 den Differenzverstärker 121 als eine Differenzverstärkungsschaltung auf, deren Paar Eingangsanschlüsse zwischen dem zweiten Anschlusspaar 102b und 102d verbunden sind, wenn die Signalschalteinheit 104 sich im ersten Schaltzustand befindet, und deren Paar Eingangsanschlüsse zwischen dem ersten Anschlusspaar 102a und 102c verbunden sind, wenn die Signalschalteinheit 104 sich im zweiten Schaltzustand befindet, und gibt von einem Ausgangsanschluss davon die erste Erfassungsspannung Vd1 als eine positive Spannung und die zweite Erfassungsspannung Vd2 als eine negative Spannung alternierend für konstante Zeitintervalle als die dritte Erfassungsspannung Vd3 aus, wobei die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 die positive Korrekturspannung Vrp und die negative Korrekturspannung Vrn, deren jeweilige Absolutwerte gleich sind, synchron mit der dritten Erfassungsspannung Vd3 alternierend als die Korrekturspannung Vco ausgibt, und wobei die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG, indem die Addierschaltung 125 die dritte Erfassungsspannung Vd3 und die Korrekturspannung Vco addiert, die korrigierte Hall-Spannung Vhc0 ausgibt, in der die erste Erfassungsspannung Vd1 (= Vh0 + Vh1 + Vos) durch Addieren der negativen Korrekturspannung Vrn (= –Vr) korrigiert worden ist und die zweite Erfassungsspannung Vd2 (= –(Vh0 + Vh1) + Vos) durch Addieren der positiven Korrekturspannung Vrp (= Vr) korrigiert worden ist.
Die korrigierte Hallspannung Vhco ist eine Spannung, bei der eine korrigierte erste Erfassungsspannung (Spannungswert: α × (Vh0 + Vh1 + Vos – Vr)), in der die erste Erfassungsspannung Vd1 durch die negative Korrekturspannung Vrn korrigiert worden ist, und eine korrigierte zweite Erfassungsspannung (Spanmungswert: α × (–Vh0 – Vh1 + Vos + Vr)), in der die zweite Erfassungsspannung Vd2 durch die positive Korrekturspannung Vrp korrigiert worden ist, alternierend ausgegeben werden (in der vorliegenden Ausführungsform synchron mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2).
Daher ist es mit der Strommessvorrichtung 101 durch Einstellen des Spannungswertes Vr der Korrekturspannung Vco auf den Spannungswert der Hall-Spannung Vh1 möglich, die dritte Erfassungsspannung Vd3 unter Verwendung des Spannungswertes Vr in einem Zustand genau zu korrigieren, in dem der Spannungswert sich synchron mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 von Vho + Vh1 + Vos auf –Vh0 – Vh1 + Vos und von –Vh0 – Vh1 + Vos auf Vh0 + Vh1 + Vos ändert. D. h., es ist möglich, den Spannungswert der vorstehend beschrieben korrigierten ersten Erfassungsspannung, die synchron mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLK2 ausgegeben wird, auf im Wesentlichen α × (Vh0 + Vos) und den Spannungswert der korrigierten zweite Erfassungsspannung auf im Wesentlichen α × (–Vh0 + Vos) zu korrigieren. D. h., dass es in der Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung HVG, die aus Analogschaltungen konstruiert ist, die die Addierschaltung 125 aufweisen, möglich ist, die Hall-Spannung Vhco auszugeben, in der die Hall-Spannung Vh1 im Wesentlichen kompensiert ist, während eine Sättigung aufgrund der Hall-Spannung Vh1 vermieden wird.
Auch mit der Strommessvorrichtung 101 weist die Signalverarbeitungseinheit 106 den A/D-Wandler 128, der eine A/D-Umwandlung bezüglich der korrigierten Hall-Spannung Vhco ausführt, und die Rechenschaltung 129 auf, die die vom A/D-Wandler 128 ausgegebenen digitalen Daten Dv abruft, und die Rechenschaltung 129 speichert die digitalen Daten Dv, wenn dem Hall-Element 102 das Magnetfeld vom erfassten Objekt nicht zugeführt wird, als die Korrekturspannungsdaten Dvc und berechnet den Stromwert Iob basierend auf den Daten, die durch Korrigieren der digitalen Daten Dv unter Verwendung der Korrekturspannungsdaten Dvc erhalten werden, wenn dem Hall-Element 102 ein Magnetfeld vom erfassten Objekt zugeführt wird.
Daher ist es mit der Strommessvorrichtung 101, auch wenn der Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco und der Spannungswert Vh1 der Hall-Spannung Vh1 leicht voneinander abweichen, weil es möglich ist, den Einfluss der Hall-Spannung Vh1 vollständig zu kompensieren, möglich, den Stromwert Iob mit einer höheren Genauigkeit zu berechnen.
Außerdem weist in der Strommessvorrichtung 101 die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 die variable Stromversorgung 122a, die dafür konstruiert ist, den Spannungswert (2 × vr) der Gleichspannung Vdc einzustellen, die die Ausgangsspannung ist, den Schalter 122b, der in konstanten Zeitintervallen zwischen der Gleichspannung Vdc und null Volt (Massepotential G) umschaltet und die entsprechende Gleichspannung ausgibt, und den Kondensator 122c auf, der die im Ausgangssignal des Schalters 122b enthaltene Gleichstromkomponente entfernt und als die Korrekturspannung Vco ausgibt. Daher ist es mit der Strommessvorrichtung 101 möglich, die Korrekturspannung Vco, die sich synchron mit der Zeitsteuerung des Steuersignals CLk1 von der negativen Korrekturspannung Vrn auf die positive Korrekturspannung Vrp ändert (d. h. der Spannungswert ändert sich von –Vr auf +Vr) und von der positiven Korrekturspannung Vrp auf die negative Korrekturspannung Vrn ändert (d. h. der Spannungswert ändert sich von +Vr auf –Vr) unter Verwendung einfacher Schaltungen einfach und zuverlässig zu erzeugen und auszugeben. Außerdem ist es gemäß der Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 durch Einstellen des Spannungswertes (2 × vr) der variablen Stromversorgung 122a möglich, die Spannungswerte der positiven Korrekturspannung Vrp und der negativen Korrekturspannung Vrn, die unterschiedliche Polaritäten haben, in einem Zustand gleichzeitig zu ändern, in dem die Absolutwerte der Spannungen übereinstimmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die vorstehend beschriebene Strommessvorrichtung 101 eine Konfiguration hat, bei der in der Signalverarbeitungseinheit 106 die Synchronerfassungsschaltung 126 das Erfassungssignal Vdet wie in 8 dargestellt basierend auf der vom Differenzverstärker 121 ausgegebenen dritten Erfassungsspannung Vd3 ausgibt und das Erfassungssignal Vdet durch das Filter 127 gemittelt wird, um eine der Offset-Spannung Vos entsprechende Komponente zu kompensieren, die Konfiguration zum Kompensieren einer der Offset-Spannung Vos entsprechenden Komponente nicht darauf beschränkt ist.
Als ein Beispiel ist es möglich, eine Strommessvorrichtung 101A zu konfigurieren, die an Stelle der Schaltsteuerungseinheit 105 und der Signalverarbeitungseinheit 106 der Strommessvorrichtung 101 eine Schaltsteuerungseinheit 105A und eine Signalverarbeitungseinheit 106A aufweist, wie in 9 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass, weil das Hall-Element 102, die Stromversorgungseinheit 103 und die Signalschalteinheit 104 die gleichen sind wie bei der Strommessvorrichtung 101, diese Elemente nicht dargestellt sind. Außerdem sind Konfigurationen der Schaltsteuerungseinheit 105A und der Signalverarbeitungseinheit 106A, die denjenigen der Schaltsteuerungseinheit 105 und der Signalverarbeitungseinheit 106 gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben. Außerdem sind, weil die Addierschaltungen 125 der Signalverarbeitungseinheit 106 und der Signalverarbeitungseinheit 106A die gleichen Konfigurationen haben, diese Elemente in 9 weggelassen (das gleiche gilt auch für die später beschriebenen 11 und 12).
Die Schaltsteuerungseinheit 105A gibt das Steuersignal CLK1 und die Steuersignale CLK2a und CLK2b mit der in 10 dargestellten Zeitsteuerung aus. In diesem Fall gibt die Schaltsteuerungseinheit 105A, um die Wirkungen des vorstehend beschriebenen Rauschens zu reduzieren, das zu den Zeitpunkten des Anstiegs und des Abfalls des Steuersignals CLK1 auf die gleiche Weise wie beim Steuersignal CLK2 erzeugt werden kann, die Steuersignale CLK2a und CLK2b während einer Zeit im Wesentlichen in der Mitte der Perioden mit hohem Pegel und der Perioden mit niedrigem Pegel des Steuersignals CLK1 aus.
Als ein Beispiel weist die Signalverarbeitungseinheit 106A den Differenzverstärker 121, die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122, eine Offset-Kompensationsschaltung 141, die Addierschaltung 125, den A/D-Wandler 128 und die Rechenschaltung 129 auf und führt basierend auf der ersten Erfassungsspannung Vd1 und der zweiten Erfassungsspannung Vd2 eine Signalverarbeitung aus, die die Offset-Spannung Vos des Hall-Elements 102 und die Hall-Spannung Vh1 kompensiert und den Stromwert Iob erfasst.
Die Offset-Kompensationsschaltung 141 weist die Abtasthalteschaltungen 151 und 152 und eine Subtrahierschaltung 153 auf und gibt die Abtastspannung Vsh1 aus, die der magnetischen Flussdichte des das Hall-Element 102 durchfließenden magnetischen Flusses (d. h. des magnetischen Flusses, der aufgrund eines Magnetfeldes vom erfassten Objekt und/oder überflüssiger Magnetfelder erzeugt wird) proportional ist.
In diesem Fall gibt die Abtasthalteschaltung 151, der die dritte Erfassungsspannung Vd3 zugeführt wird und die die dritte Eingangsspannung synchron mit dem Steuersignal CLK2a abtastet, wie in 10 dargestellt, die Abtastspannung Vsh1a (Gleichspannung), deren Spannungswert während der Zeitdauer A1 (Vh0 + Vh1 + Vos) beträgt, als die dritte Erfassungsspannung Vd3 aus. Die Abtasthalteschaltung 152, der die dritte Erfassungsspannung Vd3 zugeführt wird, tastet die dritte Erfassungsspannung synchron mit dem Steuersignal CLK2b ab, wie in 10 dargestellt ist, und gibt die Abtastspannung Vsh1b (Gleichspannung), deren Spannungswert während der Zeitdauer A2 – (Vh0 + Vh1) + Vos beträgt, als die dritte Erfassungsspannung Vd3 aus.
Die Subtrahierschaltung 153 weist einen Operationsverstärker 153a, 153b, einen Erdungswiderstand 153b, der zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 153a und der Masse G geschaltet ist, einen Rückkopplungswiderstand 153c, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 153a und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist, einen Eingangswiderstand 153d, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 153a und dem Ausgangsanschluss der Abtasthalteschaltung 151 geschaltet ist, und einen Eingangswiderstand 153e auf, der zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 153a und dem Ausgangsanschluss der Abtasthalteschaltung 152 geschaltet ist. Die Subtrahierschaltung 153 ist derart eingestellt, dass der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 153a einen niedrigen Wert von etwa 1 hat, die Widerstandswerte der Widerstände 153b und 153c gleich sind, so dass die Abtastspannungen Vsh1a und Vsh1b im gleichen Verhältnis reduziert werden können, die Widerstandswerte der Widerstände 153d und 153e gleich sind, und die Widerstandswerte der Widerstände 153d und 153e doppelt so groß sind wie die Widerstandswerte der Widerstände 153b und 153c. Mit dieser Konfiguration gibt, wie in 10 dargestellt ist, die Subtrahierschaltung 153 die Differenz (Vh0 + Vh1) zwischen den Abtastspannungen Vsh1a und Vsh1b als die Abtastspannung Vsh1 aus. Auf diese Weise wird die Offset-Spannung Vos durch die Subtrahierschaltung 153 kompensiert.
Die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 weist nur die variable Stromversorgung 122a unter den Komponenten der Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 der Strommessvorrichtung 101 auf, und die variable Stromversorgung 122a ist dafür konfiguriert, die Gleichspannung Vdc mit dem Spannungswert –Vr auszugeben. Daher gibt in der Strommessvorrichtung 101A, wie in 10 dargestellt ist, die Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 eine Gleichspannung Vdc mit dem Spannungswert Vr als Korrekturspannung Vco aus.
In der Strommessvorrichtung 101A addiert die Addierschaltung 125 die von der Offset-Kompensationsschaltung 141 ausgegebene Abtastspannung Vsh1 (= Vh0 + Vh1) und die von der Korrekturspannungsausgabeschaltung 122 ausgegebene Korrekturspannung Vco (= –Vr) und gibt die korrigierte Hall-Spannung Vhco (= α × (Vh0 + Vh1 – Vr)) aus.
Daher ist mit der Strommessvorrichtung 101a die Bedienungsperson der Strommessvorrichtung 101a auch in der Lage, durch Ausführen des Korrekturspannungseinstellprozesses (eines Prozesses, in dem der Spannungswert Vr der Korrekturspannung Vco eingestellt wird) in einem Zustand, in dem dem Hall-Element 102 kein Magnetfeld von dem erfassten Objekt zugeführt wird (d. h., in einem Zustand, in dem die Hall-Spannung Vh0 null beträgt), und Einstellen des Spannungswertes –Vr der von der variablen Stromversorgung 122a ausgegebenen Gleichspannung Vdc derart, dass die vorstehend beschriebene Hall-Spannung Vhco null wird, einen Zustand zu erzeugen, in dem (Vh1 – Vr) ≈ 0 beträgt. D. h., es ist möglich, die Hall-Spannung Vhco auszugeben, bei der die Hall-Spannung Vh1 im Wesentlichen kompensiert worden ist, während eine Sättigung in der Addierschaltung 125 aufgrund des Vorhandenseins der Hall-Spannung Vh1 vermieden wird.
Außerdem ist es, obwohl die Signalverarbeitungseinheit 106 und 106A, die in den vorstehend beschriebenen Beispielen den Differenzverstärker 121 ohne Differenzausgang verwenden, wie die in 11 dargestellte Strommessvorrichtung 101B, auch möglich, eine Signalverarbeitungseinheit 106b zu verwenden, die einen Differenzverstärker 121 mit Differenzausgang verwendet. Außerdem wird, wie in 11 dargestellt ist, mit einer Signalverarbeitungseinheit 106B mit dieser Konfiguration die gleiche Konfiguration wie diejenige der Abtasthalteschaltungen 151 und 152 in der Offset-Kompensationsschaltung 141 der Signalverarbeitungseinheit 106A für die Paare von Ausgangsanschlüssen des Differenzverstärkers 121A verwendet, wobei ein Ausgangsanschluss des Paars Ausgangsanschlüsse mit den Abtasthalteschaltungen 151a und 152a verbunden ist und der andere Ausgangsanschluss mit den Abtasthalteschaltungen 151b und 152b verbunden ist. In der Subtrahierschaltung 153 wird die Differenz zwischen der kombinierten Spannung der von den Abtasthalteschaltungen 151a und 151b ausgegebenen Abtastspannungen Vsh1a und der kombinierten Spannung der von den Abtasthalteschaltungen 152a und 152b ausgegebenen Abtastspannungen Vsh1b erfasst und als die Abtastspannung Vsh1 ausgegeben. Daher wird die Offset-Spannung Vos durch die Subtrahierschaltung 153 kompensiert. Es wird darauf hingewiesen, dass Konfigurationen, die denjenigen der Strommessvorrichtung 101A gleichen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
Außerdem ist es, wie in den 7 und 9 dargestellt ist, obwohl die vorstehend beschriebenen Strommessvorrichtungen 101, 101A und 110B die Signalschalteinheit 104 mit einer Konfiguration aufweisen, bei der die erste Erfassungsspannung Vd1 und die zweite Erfassungsspannung Vd2 von den Anschlusspaaren des Hall-Elements 102 durch die Schalter 113 und 114 geschaltet und an den Differenzverstärker 121 (121a) einer der Signalverarbeitungseinheiten 106, 106A, und 106B ausgegeben werden, wie beispielsweise der Signalverarbeitungseinheit 106C der in 12 dargestellten Strommessvorrichtung 101C, wenn eine Signalverarbeitungseinheit verwendet wird, bei der dedizierte Differenzverstärker 121, 121 den beiden Abtasthalteschaltungen 151 und 152 vorgeschaltet sind, auch möglich, eine Signalschalteinheit 104A zu verwenden, in der die Schalter 113 und 114 weggelassen sind, wie in 12 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die gleichen Konfigurationen wie diejenigen der Strommessvorrichtungen 101 und 101A durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass es, obwohl dies nicht dargestellt ist, ähnlich wie für die Signalverarbeitungseinheit 106B der in 11 dargestellten Strommessvorrichtung 101B, für eine Konfiguration, die den Differenzverstärker 121A mit Differenzausgang verwendet, auch möglich ist, eine Konfiguration zu verwenden, die zwei Differenzverstärker 121A und die vorstehend beschriebene Signalschalteinheit 104A verwendet.
Es ist außerdem möglich, mechanische Schalter, Relais und Halbleiterschalter (Transistoren, FETs, und dergleichen) für die Schalter 111 bis 114 und die Schalter 122b und 126b zu verwenden. Außerdem ist es, obwohl dies nicht dargestellt ist, auch möglich, ein Kernmaterial zu verwenden, das ein Magnetfeld vom erfassten Objekt zum Hall-Element 102 führt.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Hall-Element-Treiberschaltung
2, 2A: Signalschalteinheit
3: Schalteinheit
4: Schaltsteuerungseinheit
5: Hall-Element
5a, 5c: Anschlusspaar
5b, 5d: Anschlusspaar
6: Stromversorgungseinheit
7, 7A, 7B, 7C: Signalverarbeitungseinheit
8, 8A, 8B, 8C: Sensorschaltung
101, 101A, 101B, 101C: Strommessvorrichtung
102: Hall-Element
102a, 102c: erstes Anschlusspaar
102b, 102d: zweites Anschlusspaar
103: Stromversorgungseinheit
104, 104A: Signalschalteinheit
106, 106A, 106B, 106C: Signalverarbeitungseinheit
121, 121A: Differenzverstärker
122: Korrekturspannungsausgabeschaltung
122a: variable Stromversorgung
122b: Schalter
122c: Kondensator
125: Addierschaltung
128: A/D-Wandler
129: Rechenschaltung
HVG: Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung
I1: Treiberstrom
Vco: Korrekturspannung
Vd1: erste Erfassungsspannung
Vd2: zweite Erfassungsspannung
Vd3: dritte Erfassungsspannung
Vh: Hall-Spannung
Vhco: korrigierte Hall-Spannung
Vos: Offset-Spannung
Vr: Spannungswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3022957 [0002]
JP 2015-14571 [0021]
JP 2015-55636 [0021]

Claims

Hall-Element-Treiberschaltung, mit: einer Signalschalteinheit, die zwischen einer Spannungsversorgungseinheit, die einen Treiberstrom ausgibt, der einem Hall-Element zugeführt wird, das ein erstes Anschlusspaar und ein zweites Anschlusspaar aufweist, und dem Hall-Element angeordnet ist und eine Schaltsteuerung zum Umschalten eines Schaltzustands zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem der Treiberstrom dem erste Anschlusspaar zugeführt wird, und einem zweiten Schaltzustand ausführt, in dem der Treiberstrom dem zweiten Anschlusspaar zugeführt wird; einer Schaltsteuerungseinheit, die Übergänge vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand der Signalschalteinheit und Übergange vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand steuert; und einer Schalteinheit, die zwischen der Stromversorgungseinheit und der Signalschalteinheit angeordnet ist und den Schaltvorgang in einen Zustand unter einem eingeschalteten Zustand, in dem die Ausgabe des Treiberstroms von der Stromversorgungseinheit zur Signalschalteinheit zugelassen wird, und einem ausgeschalteten Zustand steuert, in dem die Ausgabe des Treiberstroms von der Stromversorgungsschaltung zur Signalschalteinheit verhindert wird, wobei die Schaltsteuerungseinheit Übergänge der Schalteinheit von dem eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand und Übergänge der Schalteinheit vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand steuert und eine Schaltsteuerung über die Signalschalteinheit nur während einer Zeitdauer ausführt, während der die Schalteinheit einen Übergang in den ausgeschalteten Zustand ausgeführt hat.
Sensorschaltung mit: der Hall-Element-Treiberschaltung nach Anspruch 1; und einer Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung bezüglich einer ersten Erfassungsspannung, die zwischen dem zweiten Anschlusspaar während des ersten Schaltzustands erzeugt wird, und einer zweiten Erfassungsspannung ausführt, die zwischen dem ersten Anschlusspaar während des zweiten Schaltzustands erzeugt wird, um eine Hall-Spannung des Hall-Elements zu erfassen, in der eine Offset-Spannung des Hall-Elements kompensiert worden ist.
Strommessvorrichtung mit: einem Hall-Element mit einem ersten Anschlusspaar und einem zweiten Anschlusspaar; einer Stromversorgungseinheit zum Ausgeben eines dem Hall-Element zugeführten Treiberstroms; einer Signalschalteinheit, die zwischen der Stromversorgungseinheit und dem Hall-Element angeordnet ist und eine Steuerung ausführt, durch die alternierend mit konstanten Zeitintervallen in einen ersten Schaltzustand, in dem der Treiberstrom dem ersten Anschlusspaar zugeführt wird, und in einen zweiten Schaltzustand geschaltet wird, in dem der Treiberstrom dem zweiten Anschlusspaar zugeführt wird; und einer Signalverarbeitungseinheit, die eine Signalverarbeitung bezüglich einer ersten Erfassungsspannung, die während des ersten Schaltzustands zwischen dem zweiten Anschlusspaar erzeugt wird, und einer zweiten Erfassungsspannung ausführt, die während des zweiten Schaltzustands zwischen dem ersten Anschlusspaar erzeugt wird, um eine Hall-Spannung des Hall-Elements zu erfassen, von der eine Offset-Spannung des Hall-Elements kompensiert worden ist, und basierend auf der Hall-Spannung einen in einem erfassten Objekt fließenden Strom berechnet, durch den auf das Hall-Element ein Magnetfeld einwirkt, wobei die Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine Korrekturspannungsausgabeschaltung, die eine Korrekturspannung ausgibt, deren Spannungswert einstellbar ist; eine Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung, die die Hall-Spannung korrigiert und eine Addierschaltung aufweist, die die Korrekturspannung zu einer Spannung addiert, die durch die Signalverarbeitung bezüglich der ersten Erfassungsspannung und der zweiten Erfassungsschaltung erzeugt wird, und dafür konfiguriert ist, den Spannungswert der Korrekturspannung derart einzustellen, dass die durch die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung korrigierte Hall-Spannung null beträgt, wenn das Magnetfeld von dem erfassten Objekt nicht auf das Hall-Element einwirkt.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Signalverarbeitungseinheit einen Differenzverstärker mit einem Paar Eingangsanschlüssen aufweist, die während des ersten Schaltzustands mit dem zweiten Anschlusspaar verbunden sind und während des zweiten Schaltzustands mit dem ersten Anschlusspaar verbunden sind, und von einem Ausgangsanschluss eine dritte Erfassungsspannung ausgibt, die sich mit konstanten Zeitintervallen zwischen einer ersten Erfassungsspannung als eine positive Spannung und einer zweiten Erfassungsspannung als eine negative Spannung alternierend ändert, wobei die Korrekturspannungsausgabeschaltung als die Korrekturspannung synchron mit der dritten Erfassungsspannung alternierend eine positive Korrekturspannung und eine negative Korrekturspannung ausgibt, deren jeweilige Absolutwerte gleich sind, und wobei die Hall-Spannung-Erzeugungsschaltung, indem die Addierschaltung die dritte Erfassungsspannung und die Korrekturspannung addiert, eine korrigierte Hall-Spannung ausgibt, in der die erste Erfassungsspannung durch Addieren der negativen Korrekturspannung korrigiert worden ist und die zweite Erfassungsspannung durch Addieren der positiven Korrekturspannung korrigiert worden ist.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine A/D-Wandlerschaltung, die eine A/D-Umwandlung bezüglich der korrigierten Hall-Spannung ausführt; und eine Rechenschaltung, die von der A/D-Wandlerschaltung ausgegebene Daten abruft, wobei die Rechenschaltung, wenn das Magnetfeld vom erfassten Objekt nicht auf das Hall-Element einwirkt, betreibbar ist, um die Daten als Korrekturspannungsdaten zu speichern, und, wenn das Magnetfeld vom erfassten Objekt auf das Hall-Element einwirkt, betreibbar ist, um den Strom basierend auf Daten zu berechnen, die durch Korrigieren der Daten unter Verwendung der Korrekturspannungsdaten erhalten werden.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Korrekturspannungsausgabeschaltung aufweist: eine variable Stromversorgung, die dafür konstruiert ist, einen Spannungswert einer Ausgangsspannung einzustellen; einen Schalter, der durch alternierendes Umschalten zwischen der Ausgangsspannung und null Volt mit konstanten Zeitintervallen ein Ausgangssignal bereitstellt; und einen Kondensator, der eine im Ausgangssignal des Schalters enthaltene Gleichspannungskomponente entfernt und als die Korrekturspannung ausgibt.