JP2008157688A - Current sensor and method of eliminating offset of current sensor - Google Patents

Current sensor and method of eliminating offset of current sensor Download PDF

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Noriyuki Shinozuka
典之 篠塚
Osamu Sasaki
修 佐々木
Masaya Takahashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor having superior responsiveness, capable of eliminating dynamic offsets. <P>SOLUTION: The method of eliminating offset includes the steps, wherein a first Hall element is driven by changing the polarity; the output is subjected to the sample hold process, corresponding to the changed polarity; a first signal is obtained, by subtracting the sample-hold value corresponding to negative polarity from the sample-hold value corresponding to the positive polarity; a second signal is obtained, by driving the second Hall element with a constant-current power source; the offset is extracted by subtracting the first signal from the second signal; and the output signal is obtained, by subtracting the offset from the second signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ホール素子を用いた電流センサおよび電流センサのオフセット除去方法に関する。   The present invention relates to a current sensor using a Hall element and an offset removal method for the current sensor.

磁気−電気変換機能を持つホール素子は、電気的絶縁を必要とする電流センサとして利用され、測定回路に比べて高電圧になる線路や各種電気機器のライン電流を検出するために、ギャップを有するコアを介してライン電流で発生する磁界の強さを電圧に変換して電流検出信号として取り出すものである。しかし、このホール素子には、部品較差、固体差等に伴う固有のオフセットが存在し、このオフセットは、さらに感度のバラツキや温度変化等の環境的な要因によって変化する特性を有している。   Hall elements having a magnetic-electrical conversion function are used as current sensors that require electrical insulation, and have gaps to detect line currents of lines and various electric devices that have higher voltages than measurement circuits. The intensity of the magnetic field generated by the line current through the core is converted into a voltage and extracted as a current detection signal. However, this Hall element has an inherent offset due to component differences, individual differences, and the like, and this offset further has a characteristic that changes due to environmental factors such as sensitivity variations and temperature changes.

そのため、こうしたオフセットを除去する方法として、ホール素子の出力を予め測定し、オフセットレベルが規定値に合うように予めトリミングを行い調整する方法がある。しかしながら、この方法は、応答速度が速いという利点を有するものの、径時変化にともなう特性の劣化や環境温度の変化等の要因によって、一度調整したオフセット値がずれてしまうという問題がある。   Therefore, as a method for removing such an offset, there is a method in which the output of the Hall element is measured in advance and trimmed in advance so that the offset level matches a specified value. However, although this method has an advantage that the response speed is fast, there is a problem that the offset value that has been adjusted once is shifted due to factors such as deterioration of characteristics due to changes with time and changes in environmental temperature.

そのため、上記の問題に対応するために、動的にホール素子のオフセットを除去する方法として、ホール素子に印加する駆動電圧の極性を切り替えて、出力された信号の差分値を得ることにより、ホール素子のオフセットを除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３００３０３号公報 Therefore, in order to cope with the above problem, as a method of dynamically removing the offset of the Hall element, the polarity of the drive voltage applied to the Hall element is switched, and the difference value of the output signal is obtained to obtain the Hall signal. A method for removing the offset of the element is known (for example, see Patent Document 1).
JP 2005-300303 A

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、電源の極性を切り替えるための時間や出力信号が安定するまでの時間、演算に必要な時間等が制約となり、電源の極性を切り替える周波数を上げることに限界があったために、応答性が悪いという問題があった。   However, in the method described in Patent Document 1, the time for switching the polarity of the power supply, the time until the output signal is stabilized, the time necessary for the calculation, and the like are restricted, and the frequency for switching the polarity of the power supply is increased. There was a problem of poor responsiveness due to limitations.

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、応答性に優れた動的なオフセット除去を可能とする電流センサおよび電流センサのオフセット除去方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a current sensor and a current sensor offset removal method that enable dynamic offset removal with excellent responsiveness.

本発明は、上記の課題を解決するために以下の事項を提案している。
（１）本発明は、ホール素子を用いた電流センサであって、第１のホール素子に極性を切り替えて電源を供給し、オフセットを含まない第１の信号を抽出する第１の信号抽出手段と、第２のホール素子を定電流源で駆動し、第２の信号を抽出する第２の信号抽出手段と、前記第２の信号から前記第１の信号を減じて、オフセットを抽出するオフセット抽出手段と、前記第２の信号から前記オフセットを減じて出力信号を生成する出力信号生成手段と、を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。 The present invention proposes the following items in order to solve the above problems.
(1) The present invention is a current sensor using a Hall element, wherein the first signal extraction means extracts the first signal that does not include an offset by supplying power by switching the polarity to the first Hall element. And a second signal extraction means for driving the second Hall element with a constant current source to extract the second signal, and an offset for extracting the offset by subtracting the first signal from the second signal. The present invention proposes a current sensor comprising extraction means and output signal generation means for generating an output signal by subtracting the offset from the second signal.

この発明によれば、第２の信号からオフセットを含まない第１の信号を減算することによりオフセットを抽出する。そして、第２の信号から抽出したオフセットを減算することにより出力信号を得る。したがって、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを、電源の極性を切り替えて駆動するホール素子の出力信号により自動的に補正することから、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを除去する方法と等価な構成となる。そのため、応答性に優れた動的なオフセット除去が可能であるとともに、オフセットを除去した高速なセンサ信号を得ることができる。   According to the present invention, the offset is extracted by subtracting the first signal not including the offset from the second signal. Then, an output signal is obtained by subtracting the offset extracted from the second signal. Therefore, the offset of the Hall element driven by the constant current source is automatically corrected by the output signal of the Hall element driven by switching the polarity of the power source to eliminate the offset of the Hall element driven by the constant current source. It becomes a structure equivalent to the method to do. Therefore, dynamic offset removal with excellent responsiveness is possible, and a high-speed sensor signal from which the offset is removed can be obtained.

（２）本発明は、（１）の電流センサについて、前記第１の信号抽出手段が、切り替えられる電源の極性に対応して、前記第１のホール素子からの出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路（例えば、図１のサンプルホールド回路５、６に相当）を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。   (2) In the current sensor of (1), the first signal extraction unit samples and holds the output signal from the first Hall element corresponding to the polarity of the power source to be switched. A current sensor having a circuit (for example, corresponding to the sample and hold circuits 5 and 6 in FIG. 1) is proposed.

この発明によれば、切り替えられる電源の極性に対応して、第１のホール素子からの出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を設けたことから、正の極性に対応したサンプルホールド回路のサンプルホールド値から負の極性に対応したサンプルホールド回路のサンプルホールド値を減算することにより、オフセットを含まない第１のホール素子のセンサ信号を得ることができる。   According to the present invention, since the sample hold circuit that samples and holds the output signal from the first Hall element is provided corresponding to the polarity of the power source to be switched, the sample hold of the sample hold circuit corresponding to the positive polarity is provided. By subtracting the sample hold value of the sample hold circuit corresponding to the negative polarity from the value, the sensor signal of the first Hall element that does not include the offset can be obtained.

（３）本発明は、（２）の電流センサについて、前記第１の信号抽出手段が、前記サンプルホールド回路の出力信号から高周波のノイズを除去する第１の低域通過フィルタ（例えば、図２のＬＰＦ８に相当）を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。   (3) In the current sensor of (2), the present invention provides a first low-pass filter (for example, FIG. 2) in which the first signal extraction means removes high-frequency noise from the output signal of the sample and hold circuit. A current sensor characterized by having an LPF8) is proposed.

この発明によれば、サンプルホールド回路の出力信号から高周波のノイズを除去する第１の低域通過フィルタを設けたことから、例えば、サンプルホールド回路のサンプリング周期に伴う高周波のノイズ（チョッパノイズ）を除去することにより滑らかなセンサ信号を得ることができる。   According to the present invention, since the first low-pass filter for removing high-frequency noise from the output signal of the sample-and-hold circuit is provided, for example, high-frequency noise (chopper noise) associated with the sampling period of the sample-and-hold circuit is reduced. By removing it, a smooth sensor signal can be obtained.

（４）本発明は、（３）の電流センサについて、前記第２の信号抽出手段と前記オフセット抽出手段との間に、前記第１の低域通過フィルタと同様の周波数特性を有する第２の低域通過フィルタ（例えば、図２のＬＰＦ９に相当）を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。   (4) The present invention provides a second current sensor having a frequency characteristic similar to that of the first low-pass filter between the second signal extraction unit and the offset extraction unit in the current sensor of (3). A current sensor having a low-pass filter (for example, equivalent to the LPF 9 in FIG. 2) is proposed.

この発明によれば、第２の信号抽出手段とオフセット抽出手段との間に、第１の低域通過フィルタと同様の周波数特性を有する第２の低域通過フィルタを備えたことから、第１の低域通過フィルタによるセトリングタイムの影響を除去して、第２の信号の信号に対する第１の信号の位相遅れを緩和することができる。   According to this invention, since the second low-pass filter having the same frequency characteristic as the first low-pass filter is provided between the second signal extraction unit and the offset extraction unit, the first By removing the influence of the settling time due to the low-pass filter, the phase delay of the first signal relative to the signal of the second signal can be mitigated.

（５）本発明は、（４）の電流センサについて、前記第２の信号抽出手段と前記低域通過フィルタとの間に、前記サンプルホールド回路と同一の構成を有するサンプルホールド回路（例えば、図３のサンプルホールド回路１０、１１に相当）を備えたことを特徴とする電流センサを提案している。   (5) In the current sensor of (4), the present invention provides a sample and hold circuit having the same configuration as the sample and hold circuit between the second signal extraction means and the low-pass filter (for example, FIG. 3 corresponds to a sample and hold circuit 10 and 11).

この発明によれば、第２の信号抽出手段と低域通過フィルタとの間に、さらに、サンプルホールド回路と同一の構成を有するサンプルホールド回路を備えたことから、サンプルホールド回路およびノイズ除去手段による第２の信号の信号に対する第１の信号の位相遅れを解消することができる。   According to this invention, since the sample hold circuit having the same configuration as the sample hold circuit is further provided between the second signal extraction means and the low-pass filter, the sample hold circuit and the noise removal means The phase delay of the first signal with respect to the signal of the second signal can be eliminated.

（６）本発明は、ホール素子を用いた電流センサのオフセット除去方法であって、第１のホール素子を電源の極性を切り替えて駆動し、その出力を切り替えられる極性に対応してサンプルホールドし、正の極性に対応したサンプルホールド値から負の極性に対応したサンプルホールド値を減じて第１の信号を得る第１のステップ（例えば、図５のステップＳ１０１、Ｓ１０２に相当）と、第２のホール素子を定電流源で駆動して第２の信号を得る第２のステップ（例えば、図５のステップＳ１０３に相当）と、前記第２の信号から前記第１の信号を減じて、オフセットを抽出する第３のステップ（例えば、図５のステップＳ１０４に相当）と、前記第２の信号から前記オフセットを減じて、出力信号を得る第４のステップ（例えば、図５のステップＳ１０５に相当）と、を有することを特徴とする電流センサのオフセット除去方法を提案している。   (6) The present invention is a current sensor offset removal method using a Hall element, wherein the first Hall element is driven by switching the polarity of the power source, and its output is sampled and held in accordance with the polarity that can be switched. A first step of obtaining a first signal by subtracting a sample hold value corresponding to a negative polarity from a sample hold value corresponding to a positive polarity (for example, corresponding to steps S101 and S102 in FIG. 5), a second A second step of driving the Hall element with a constant current source to obtain a second signal (for example, equivalent to step S103 in FIG. 5), and subtracting the first signal from the second signal to offset The third step (for example, corresponding to step S104 in FIG. 5) and the fourth step (for example, the step in FIG. 5) for obtaining the output signal by subtracting the offset from the second signal. Proposes a method of removing offsets current sensor, characterized in that it comprises a Tsu corresponding to up S105), the.

この発明によれば、第１のホール素子を電源の極性を切り替えて駆動し、その出力を切り替えられる極性に対応してサンプルホールドし、正の極性に対応したサンプルホールド値から負の極性に対応したサンプルホールド値を減じて第１の信号を得、第２のホール素子を定電流源で駆動して第２の信号を得る。そして、第２の信号から第１の信号を減じて、オフセットを抽出するとともに、第２の信号からオフセットを減じて、出力信号を得る。したがって、（１）と同様の作用が期待できる。   According to the present invention, the first Hall element is driven by switching the polarity of the power source, the output is sampled and held corresponding to the switchable polarity, and the negative polarity is handled from the sample hold value corresponding to the positive polarity. The first signal is obtained by subtracting the sample hold value, and the second signal is obtained by driving the second Hall element with a constant current source. Then, the first signal is subtracted from the second signal to extract an offset, and the offset is subtracted from the second signal to obtain an output signal. Therefore, the same action as (1) can be expected.

本発明によれば、ホール素子のオフセット除去に関して、応答性に優れた動的なオフセット除去を実現できるという効果がある。   According to the present invention, there is an effect that dynamic offset removal with excellent responsiveness can be realized with respect to offset removal of the Hall element.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
図１に示すように、スイッチ回路網２は、４つのスイッチＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄからなっている。スイッチＳａは、一端が定電流源１に、他端がホール素子３の電流端子３ａに接続され、スイッチＳｂは、一端がグランドに、他端がホール素子３の電流端子３ａに接続され、スイッチＳｃは、一端が定電流源１に、他端がホール素子３の電流端子３ｂに接続され、スイッチＳｄは、一端がグランドに、他端がホール素子３の電流端子３ｂに接続されている。 <First Embodiment>
FIG. 1 shows a circuit configuration of a current sensor according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the switch network 2 includes four switches Sa, Sb, Sc, and Sd. The switch Sa has one end connected to the constant current source 1 and the other end connected to the current terminal 3a of the Hall element 3. The switch Sb has one end connected to the ground and the other end connected to the current terminal 3a of the Hall element 3. One end of the Sc is connected to the constant current source 1 and the other end is connected to the current terminal 3b of the Hall element 3. The switch Sd has one end connected to the ground and the other end connected to the current terminal 3b of the Hall element 3.

ホール素子３は、例えば、十字形をなし、相対向する電流端子３ａ、３ｂと相対向するホール端子３ｃ、３ｄの４つの端子が設けられ、ホール端子３ｃは、差動増幅器４ａの正端子に、ホール端子３ｄは、差動増幅器４ａの負端子に接続されている。また、差動増幅器４ａの出力端子は、サンプルホールド回路５、６に接続されている。   The Hall element 3 has, for example, a cross shape and is provided with four terminals, ie, current terminals 3a and 3b opposite to each other, and hall terminals 3c and 3d opposite to each other. The hall terminal 3c is connected to the positive terminal of the differential amplifier 4a. The Hall terminal 3d is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4a. The output terminal of the differential amplifier 4a is connected to the sample and hold circuits 5 and 6.

サンプルホールド回路５の出力端子は、差動増幅器４ｂの正端子に、サンプルホールド回路６の出力端子は、差動増幅器４ｂの負端子に接続され、差動増幅器４ｂの出力端子は、差動増幅器４ｄの負端子に接続されている。   The output terminal of the sample hold circuit 5 is connected to the positive terminal of the differential amplifier 4b, the output terminal of the sample hold circuit 6 is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4b, and the output terminal of the differential amplifier 4b is the differential amplifier. It is connected to the negative terminal of 4d.

一方、ホール素子７は、電流端子７ａが定電流源２０に、電流端子７ｂがグランドに、ホール端子７ｃが差動増幅器４ｃの正端子に、ホール端子７ｄが差動増幅器４ｃの負端子に接続されており、差動増幅器４ｃの出力端子が差動増幅器４ｄの正端子および差動増幅器４ｅの正端子に接続されている。また、差動増幅器４ｄの出力端子が差動増幅器４ｅの負端子に接続されており、差動増幅器４ｅの出力端子が電流センサのセンサ信号出力端子となっている。   On the other hand, in the Hall element 7, the current terminal 7a is connected to the constant current source 20, the current terminal 7b is connected to the ground, the Hall terminal 7c is connected to the positive terminal of the differential amplifier 4c, and the Hall terminal 7d is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4c. The output terminal of the differential amplifier 4c is connected to the positive terminal of the differential amplifier 4d and the positive terminal of the differential amplifier 4e. The output terminal of the differential amplifier 4d is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4e, and the output terminal of the differential amplifier 4e is a sensor signal output terminal of the current sensor.

ここで、定電流源１、２０は、一定の電流を供給する電源であり、スイッチ回路網２は、図示しない制御部により、定電流源１から供給される電流の極性を切り替えてホール素子３に供給する。ホール素子３、７は、磁気を電気信号に変換する素子であり、差動増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、入力される信号の差分を増幅して出力する増幅器である。また、サンプルホールド回路５、６は、入力信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングした値を一時的に保持する回路である。なお、差動増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅのゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。   Here, the constant current sources 1 and 20 are power supplies that supply a constant current, and the switch circuit network 2 switches the polarity of the current supplied from the constant current source 1 by a control unit (not shown) to change the Hall element 3. To supply. The Hall elements 3 and 7 are elements that convert magnetism into an electric signal, and the differential amplifiers 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are amplifiers that amplify and output a difference between input signals. The sample hold circuits 5 and 6 are circuits that sample the input signal at a predetermined sampling frequency and temporarily hold the sampled values. It is assumed that the gains of the differential amplifiers 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are set to appropriate gains.

次に、図１、図４および図５を用いて、本実施形態に係る電流センサの動作について説明する。
まず、ホール素子３、７にリファレンス信号として、図４（１）に示す信号を入力する。スイッチ回路網２は、図示しない制御部のコントロールにより、所定の周期で、定電流源１からの電流の極性を切り替えてホール素子３の電流端子３ａ、３ｂに供給する。ホール素子３は、供給される電流の極性に応じた出力信号（ＨＥ１＋、ＨＥ１−）をホール端子３ｃ、３ｄから差動増幅器４ａに出力する。 Next, the operation of the current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 4, and FIG.
First, the signals shown in FIG. 4A are input to the Hall elements 3 and 7 as reference signals. The switch network 2 switches the polarity of the current from the constant current source 1 and supplies it to the current terminals 3 a and 3 b of the Hall element 3 in a predetermined cycle under the control of a control unit (not shown). The Hall element 3 outputs an output signal (HE1 +, HE1-) corresponding to the polarity of the supplied current from the Hall terminals 3c, 3d to the differential amplifier 4a.

差動増幅器４ａは、ホール素子３からの出力信号（ＨＥ１＋、ＨＥ１−）に応じて、図４（２）に示すような信号（ＨＥ１ＤＳｉｇ）を出力する。ここで、図４（２）において、実線で示された信号波形は、供給された電流が正極性のときのものであり、一点鎖線で示された信号波形は、供給された電流が負極性のときのものである。   The differential amplifier 4a outputs a signal (HE1DSig) as shown in FIG. 4 (2) in response to the output signals (HE1 +, HE1-) from the Hall element 3. Here, in FIG. 4 (2), the signal waveform indicated by the solid line is when the supplied current is positive, and the signal waveform indicated by the alternate long and short dash line is that the supplied current is negative. It is the time.

次に、差動増幅器４ａから出力された信号は、ホール素子３に供給される電流の極性に応じて、サンプルホールド回路５または６に入力される。すなわち、図４（２）に示す実線部分の信号は、サンプルホールド回路５に、図４（２）に示す一点鎖線の部分の信号は、サンプルホールド回路６に入力される（図５のステップＳ１０１）。   Next, the signal output from the differential amplifier 4 a is input to the sample hold circuit 5 or 6 depending on the polarity of the current supplied to the Hall element 3. That is, the signal of the solid line part shown in FIG. 4 (2) is inputted to the sample hold circuit 5, and the signal of the one-dot chain line part shown in FIG. 4 (2) is inputted to the sample hold circuit 6 (step S101 in FIG. 5). ).

サンプルホールド回路５および６では、入力した信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、その値をホールドする。そして、サンプルホールド回路５および６から出力された信号（ＨＥ１Ｓｉｇ＋、ＨＥ１Ｓｉｇ−）は、差動増幅器４ｂに入力され、図４（３）に示すような出力信号（ＨＥ１Ｓｉｇ）を得る（図５のステップＳ１０２）。つまり、正の極性に対応したサンプルホールド回路のサンプルホールド値から負の極性に対応したサンプルホールド回路のサンプルホールド値を減算することにより、オフセットを含まないホール素子３のセンサ信号を得ることができる。   The sample and hold circuits 5 and 6 sample the input signal at a predetermined sampling period and hold the value. The signals (HE1Sig +, HE1Sig−) output from the sample hold circuits 5 and 6 are input to the differential amplifier 4b to obtain an output signal (HE1Sig) as shown in FIG. 4 (3) (step of FIG. 5). S102). That is, by subtracting the sample hold value of the sample hold circuit corresponding to the negative polarity from the sample hold value of the sample hold circuit corresponding to the positive polarity, the sensor signal of the Hall element 3 including no offset can be obtained. .

一方、電流端子７ａに定電流源２０、電流端子７ｂにグランドが接続されたホール素子７のホール端子７ｃ、７ｄからの出力信号（ＨＥ２＋、ＨＥ２−）は、差動増幅器４ｃに入力され、差動増幅器４ｃからは、図４（４）に示されるような信号（ＨＥ２Ｓｉｇ）が出力される（図５のステップＳ１０３）。また、差動増幅器４ｂからの信号出力（ＨＥ１Ｓｉｇ）は、差動増幅器４ｄの負端子に入力され、差動増幅器４ｃからの信号出力（ＨＥ２Ｓｉｇ）は、差動増幅器４ｄの正端子に入力されて、差動増幅器４ｄの出力端子から図４（５）に示すようなオフセット（ＨＥ２ｏｆ）が抽出される（図５のステップＳ１０４）。   On the other hand, output signals (HE2 +, HE2-) from the Hall terminals 7c and 7d of the Hall element 7 in which the constant current source 20 is connected to the current terminal 7a and the ground is connected to the current terminal 7b are input to the differential amplifier 4c. A signal (HE2Sig) as shown in FIG. 4 (4) is output from the dynamic amplifier 4c (step S103 in FIG. 5). The signal output (HE1Sig) from the differential amplifier 4b is input to the negative terminal of the differential amplifier 4d, and the signal output (HE2Sig) from the differential amplifier 4c is input to the positive terminal of the differential amplifier 4d. Then, an offset (HE2of) as shown in FIG. 4 (5) is extracted from the output terminal of the differential amplifier 4d (step S104 in FIG. 5).

抽出されたオフセット（ＨＥ２ｏｆ）は、差動増幅器４ｅの負端子に入力され、差動増幅器４ｅの正端子には、差動増幅器４ｃの出力信号（ＨＥ２Ｓｉｇ）が入力されて、差動増幅器４ｅの出力端子からは、図４（６）に示すようなオフセットが除去されたホール素子７のセンサ出力（ＨＥ２ＳｉｇＯｕｔ）が得られる（図５のステップＳ１０５）。   The extracted offset (HE2of) is input to the negative terminal of the differential amplifier 4e, and the output signal (HE2Sig) of the differential amplifier 4c is input to the positive terminal of the differential amplifier 4e. From the output terminal, the sensor output (HE2SigOut) of the Hall element 7 from which the offset is removed as shown in FIG. 4 (6) is obtained (step S105 in FIG. 5).

したがって、本実施形態によれば、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを、電源の極性を切り替えて駆動するホール素子の出力信号により自動的に補正することから、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを除去する方法と等価な構成となる。そのため、応答性に優れた動的なオフセット除去が可能であるとともに、オフセットを除去した高速なセンサ信号を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the offset of the Hall element driven by the constant current source is automatically corrected by the output signal of the Hall element driven by switching the polarity of the power source. This is equivalent to a method of removing the offset of the Hall element. Therefore, dynamic offset removal with excellent responsiveness is possible, and a high-speed sensor signal from which the offset is removed can be obtained.

＜第２の実施形態＞
図２は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
なお、第１の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略する。また、差動増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅのゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。 <Second Embodiment>
FIG. 2 shows a circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment.
In addition, about the component which attaches | subjects the same code | symbol as 1st Embodiment, since it has the same function, detailed description is abbreviate | omitted. Further, it is assumed that the gains of the differential amplifiers 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are set to appropriate gains.

図２に示すように、本実施形態に係る電流センサの回路構成は、第１の実施形態に係る電流センサの回路構成に対して、差動増幅器４ｂの出力端子と差動増幅器４ｄの負端子との間にＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）８を設け、さらに、差動増幅器４ｃの出力端子と差動増幅器４ｄの正端子との間にＬＰＦ９を設けた構成となっている。   As shown in FIG. 2, the circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment is different from the circuit configuration of the current sensor according to the first embodiment in that the output terminal of the differential amplifier 4b and the negative terminal of the differential amplifier 4d. Is provided with an LPF (Low Pass Filter) 8, and an LPF 9 is provided between the output terminal of the differential amplifier 4 c and the positive terminal of the differential amplifier 4 d.

ここで、ＬＰＦ８は、例えば、サンプルホールド回路５、６のサンプリング周期に伴う高周波のノイズ（チョッパノイズ）を除去するものであり、これにより滑らかなセンサ信号を得ることができるという作用を有する。また、ＬＰＦ９は、ＬＰＦ８を追加したことに伴うセトリングタイムの影響を除去するものであり、ＬＰＦ９は、ＬＰＦ８と同様の周波数特性を有している。ＬＰＦ８を追加することにより、差動増幅器４ｂの出力は、図４（３）に示す信号から図４（７）に示す信号となり、差動増幅器４ｄの出力は、図４（５）に示す信号から図４（８）に示すような信号になり、さらに、差動増幅器４ｅの出力は、図４（６）に示す信号から図４（９）に示すような信号になる。   Here, the LPF 8 removes high-frequency noise (chopper noise) associated with the sampling period of the sample hold circuits 5 and 6, for example, and has an effect that a smooth sensor signal can be obtained. The LPF 9 removes the influence of settling time due to the addition of the LPF 8, and the LPF 9 has the same frequency characteristics as the LPF 8. By adding the LPF 8, the output of the differential amplifier 4b becomes the signal shown in FIG. 4 (7) from the signal shown in FIG. 4 (3), and the output of the differential amplifier 4d becomes the signal shown in FIG. 4 (5). 4 (8), and the output of the differential amplifier 4e changes from the signal shown in FIG. 4 (6) to the signal shown in FIG. 4 (9).

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを電源の極性を切り替えて駆動するホール素子の出力信号により自動的に補正することから、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを除去する方法と等価な構成となり、そのため、応答性に優れた動的なオフセット除去が可能であるとともに、オフセットを除去した高速なセンサ信号を得ることができる。さらに、ＬＰＦ８を備えることにより、滑らかなセンサ信号を得ることができ、また、さらにＬＰＦ９を備えることにより、ＬＰＦ８を追加したことに伴うセトリングタイムの影響を除去することができる。   Therefore, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the offset of the Hall element driven by the constant current source is automatically corrected by the output signal of the Hall element driven by switching the polarity of the power source. Therefore, the configuration is equivalent to the method of removing the offset of the Hall element driven by a constant current source, so that dynamic offset removal with excellent responsiveness is possible and a high-speed sensor signal with the offset removed is provided. Obtainable. Further, by providing the LPF 8, it is possible to obtain a smooth sensor signal, and further by providing the LPF 9, it is possible to remove the influence of settling time due to the addition of the LPF 8.

＜第３の実施形態＞
図３は、本実施形態に係る電流センサの回路構成を示している。
なお、第１の実施形態および第２の実施形態と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略する。また、差動増幅器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅのゲインについては、適切なゲインに設定されているものとする。 <Third Embodiment>
FIG. 3 shows a circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment.
In addition, about the component which attaches | subjects the same code | symbol as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, since it has the same function, detailed description is abbreviate | omitted. Further, it is assumed that the gains of the differential amplifiers 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are set to appropriate gains.

図３に示すように、本実施形態に係る電流センサの回路構成は、第２の実施形態に係る電流センサの回路構成に対して、差動増幅器４ｃの出力端子とＬＰＦ９との間に、サンプルホールド回路１０、１１と加算器１２とを設けた構成となっている。   As shown in FIG. 3, the circuit configuration of the current sensor according to the present embodiment is a sample between the output terminal of the differential amplifier 4c and the LPF 9 compared to the circuit configuration of the current sensor according to the second embodiment. The hold circuits 10 and 11 and the adder 12 are provided.

ここで、サンプルホールド回路１０、１１は、サンプルホールド回路５、６と同等のものであり、その入力端子が差動増幅器４ｃの出力端子に接続されている。また、サンプルホールド回路１０の出力端子およびサンプルホールド回路１１の出力端子は、ともに加算器１２に接続されている。   Here, the sample hold circuits 10 and 11 are equivalent to the sample hold circuits 5 and 6, and their input terminals are connected to the output terminal of the differential amplifier 4 c. The output terminal of the sample hold circuit 10 and the output terminal of the sample hold circuit 11 are both connected to the adder 12.

すなわち、サンプルホールド回路５、６と、差動増幅器４ｂと、ＬＰＦ８により構成される回路ブロックと同様の回路ブロックをサンプルホールド回路１０、１１と、加算器１２と、ＬＰＦ９とにより構成することで、サンプルホールド回路に起因する高周波ノイズ（チョッパノイズ）の影響を相殺するとともに、ＬＰＦ８から出力される信号の位相遅れを解消することができる。   That is, by configuring a circuit block similar to the circuit block configured by the sample and hold circuits 5 and 6, the differential amplifier 4 b and the LPF 8 with the sample and hold circuits 10 and 11, the adder 12 and the LPF 9, It is possible to cancel the influence of high frequency noise (chopper noise) caused by the sample and hold circuit and to eliminate the phase delay of the signal output from the LPF 8.

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを電源の極性を切り替えて駆動するホール素子の出力信号により自動的に補正することから、定電流源で駆動されるホール素子のオフセットを除去する方法と等価な構成となる。そのため、応答性に優れた動的なオフセット除去が可能であるとともに、オフセットを除去した高速なセンサ信号を得ることができる。さらに、サンプルホールド回路に起因する高周波ノイズ（チョッパノイズ）の影響を相殺するとともに、出力される信号の位相遅れを解消することができる。   Therefore, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the offset of the Hall element driven by the constant current source is automatically corrected by the output signal of the Hall element driven by switching the polarity of the power source. Thus, the configuration is equivalent to the method of removing the offset of the Hall element driven by the constant current source. Therefore, dynamic offset removal with excellent responsiveness is possible, and a high-speed sensor signal from which the offset is removed can be obtained. Furthermore, it is possible to cancel the influence of high frequency noise (chopper noise) caused by the sample and hold circuit and to eliminate the phase delay of the output signal.

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述の実施形態においては、ホール素子に供給する電源の極性を切り換えることにより、オフセットの除去（チョッパタビライゼーション）とオフセットの検出を行う手法について説明したが、シリコンのホール素子の場合には、素子の製造工程において生じる歪みやパッケージに対する応力等の影響によりピエゾ抵抗効果が生じ、これにより生じるオフセットの方が大きいという特徴がある。そのため、シリコンのホール素子の場合には、ホール素子に印加する電源と信号出力端子の関係を９０度回転させて、得られた出力信号によりオフセットの除去（チョッパタビライゼーション）やオフセットの検出を行うことが望ましい。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the method of removing the offset (chopper stabilization) and detecting the offset by switching the polarity of the power supplied to the Hall element has been described. However, in the case of a silicon Hall element, The piezoresistive effect is caused by the influence of distortion, stress on the package, etc. generated in the device manufacturing process, and the resulting offset is larger. Therefore, in the case of a silicon Hall element, the relationship between the power supply applied to the Hall element and the signal output terminal is rotated by 90 degrees, and offset removal (chopper stabilization) and offset detection are performed using the obtained output signal. It is desirable.

本発明の第１の実施形態に係る電流センサの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the current sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る電流センサの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the current sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る電流センサの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the current sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 回路各部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each part of a circuit. 本発明の第１の実施形態に係る電流センサの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the current sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、２０・・・定電流源、２・・・スイッチ回路網、３、７・・・ホール素子、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ・・・差動増幅器、５、６、１０、１１・・・サンプルホールド回路、８、９・・・ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１２・・・加算器、   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 ... Constant current source, 2 ... Switch network, 3, 7 ... Hall element, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e ... Differential amplifier 5, 6, 10, 11 ... Sample hold circuit, 8, 9 ... LPF (low pass filter), 12 ... Adder,

Claims (6)

ホール素子を用いた電流センサであって、
第１のホール素子に極性を切り替えて電源を供給し、オフセットを含まない第１の信号を抽出する第１の信号抽出手段と、
第２のホール素子を定電流源で駆動し、第２の信号を抽出する第２の信号抽出手段と、
前記第２の信号から前記第１の信号を減じて、オフセットを抽出するオフセット抽出手段と、
前記第２の信号から前記オフセットを減じて出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサ。 A current sensor using a Hall element,
First signal extraction means for switching the polarity to the first Hall element to supply power and extracting a first signal not including an offset;
Second signal extraction means for driving the second Hall element with a constant current source and extracting the second signal;
Offset extraction means for subtracting the first signal from the second signal to extract an offset;
Output signal generating means for generating an output signal by subtracting the offset from the second signal;
A current sensor comprising: 前記第１の信号抽出手段が、切り替えられる電源の極性に対応して、前記第１のホール素子からの出力信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。   The said 1st signal extraction means was provided with the sample hold circuit which sample-holds the output signal from a said 1st Hall element according to the polarity of the power supply switched. Current sensor. 前記第１の信号抽出手段が、前記サンプルホールド回路の出力信号から高周波のノイズを除去する第１の低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。   3. The current sensor according to claim 2, wherein the first signal extraction means includes a first low-pass filter that removes high-frequency noise from the output signal of the sample and hold circuit. 前記第２の信号抽出手段と前記オフセット抽出手段との間に、前記第１の低域通過フィルタと同様の周波数特性を有する第２の低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。   4. A second low-pass filter having a frequency characteristic similar to that of the first low-pass filter is provided between the second signal extraction unit and the offset extraction unit. The current sensor described in 1. 前記第２の信号抽出手段と前記低域通過フィルタとの間に、前記サンプルホールド回路と同一の構成を有するサンプルホールド回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。   5. The current sensor according to claim 4, further comprising a sample and hold circuit having the same configuration as that of the sample and hold circuit between the second signal extraction unit and the low-pass filter. ホール素子を用いた電流センサのオフセット除去方法であって、
第１のホール素子を電源の極性を切り替えて駆動し、その出力を切り替えられる極性に対応してサンプルホールドし、正の極性に対応したサンプルホールド値から負の極性に対応したサンプルホールド値を減じて第１の信号を得る第１のステップと、
第２のホール素子を定電流源で駆動して第２の信号を得る第２のステップと、
前記第２の信号から前記第１の信号を減じて、オフセットを抽出する第３のステップと、
前記第２の信号から前記オフセットを減じて、出力信号を得る第４のステップと、
を有することを特徴とする電流センサのオフセット除去方法。 An offset removal method for a current sensor using a Hall element,
The first Hall element is driven by switching the polarity of the power supply, and the output is sampled and held corresponding to the switchable polarity, and the sample and hold value corresponding to the negative polarity is subtracted from the sample and hold value corresponding to the positive polarity. A first step of obtaining a first signal by:
A second step of obtaining a second signal by driving the second Hall element with a constant current source;
A third step of subtracting the first signal from the second signal to extract an offset;
A fourth step of subtracting the offset from the second signal to obtain an output signal;
A method for removing an offset of a current sensor, comprising:
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