JP2008164298A

JP2008164298A - Current sensor, and offset removal method for current sensor

Info

Publication number: JP2008164298A
Application number: JP2006350549A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shinozuka; 典之篠塚; Osamu Sasaki; 修佐々木; Masaya Takahashi; 雅也高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP4590395B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor allowing dynamic offset removal excellent in responsiveness. <P>SOLUTION: This current sensor has a sensor signal extracting means for supplying an electric power source to a Hall element while switching a polarity, and for extracting a sensor signal output from the Hall element, a sample holding means for holding a sample corresponding to the polarity of the electric power source switched with the sensor signal, an offset extracting means for adding a sample holding signal corresponding to a positive polarity obtained by the sample holding means to a sample holding signal corresponding to a negative polarity, and for extracting an offset, and an output signal generating means for composing the sensor signal extracted by the sensor signal extracting means with a signal provided by subtracting the offset extracted in the offset extracting means from a signal provided by inverting the sensor signal, and for generating an output signal of continuous waveform. <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、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、前記センサ信号を前記切り換えられる電源の極性に対応して、サンプルホールドするサンプルホールド手段と、該サンプルホールド手段により得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出するオフセット抽出手段と、前記センサ信号抽出手段から抽出した前記センサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセット抽出手段において抽出されたオフセットを減じた双方の信号を合成して連続的な波形をなす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 a sensor signal extracting means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element, and the sensor The sample hold means for sample-holding the signal corresponding to the polarity of the switchable power source, the sample hold signal corresponding to the positive polarity obtained by the sample hold means, and the sample hold signal corresponding to the negative polarity are added. An offset extracting means for extracting an offset, and a signal obtained by subtracting the offset extracted by the offset extracting means from the sensor signal extracted from the sensor signal extracting means and a signal obtained by inverting the sensor signal. Output signal generating means for generating an output signal having a continuous waveform. It has proposed a current sensor to be.

この発明によれば、サンプルホールド手段により得られる正の極性に対応したサンプルホールド信号と負の極性に対応したサンプルホールド信号とを加算してオフセットを抽出するとともに、センサ信号と、このセンサ信号を反転させた信号からオフセットを減じた双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号およびこのセンサ信号を反転させた信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 According to the present invention, the sample hold signal corresponding to the positive polarity obtained by the sample hold means and the sample hold signal corresponding to the negative polarity are added to extract the offset, and the sensor signal and the sensor signal are An output signal having a continuous waveform is generated by synthesizing both signals obtained by subtracting the offset from the inverted signal. Therefore, when the sample hold circuit is used by removing the offset of the sensor signal and the signal obtained by inverting the sensor signal by the offset extracted from the sensor signal and reassembling and synthesizing the signal from which the offset is removed Response delay can be mitigated.

（２）本発明は、（１）の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、２つのスイッチを有するスイッチ回路網（例えば、図１のスイッチ回路網１１に相当）を備え、該スイッチ回路網の２つのスイッチを前記電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、前記双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。 (2) The present invention relates to the current sensor of (1), wherein the output signal generating means includes a switch circuit network having two switches (for example, equivalent to the switch circuit network 11 of FIG. 1). A current sensor characterized in that the two switches are alternately closed in accordance with the switching cycle of the power supply to generate an output signal having a continuous waveform by combining the two signals. is suggesting.

この発明によれば、スイッチ回路網の２つのスイッチを電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、双方の信号を合成する。すなわち、電源の切換周期に応じて、双方の信号を部分的につなぎ合わせることにより、出力信号を生成する。したがって、スイッチを用いた簡易な構成でオフセットを除去しつつ、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和した出力信号を得ることができる。 According to the present invention, the two signals are synthesized by alternately closing the two switches of the switch network according to the switching cycle of the power source. That is, according to the switching cycle of the power source, an output signal is generated by partially connecting both signals. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the influence of response delay when the sample hold circuit is used is reduced while offset is removed with a simple configuration using a switch.

（３）本発明は、（１）の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、前記双方の信号をそれぞれ半波整流するダイオード（例えば、図２のダイオードアレー２０に相当）を備え、該ダイオードにより半波整流された信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。 (3) The present invention relates to the current sensor of (1), wherein the output signal generating means includes a diode (for example, equivalent to the diode array 20 of FIG. 2) that rectifies both signals halfway. Has proposed a current sensor that generates a continuous waveform by synthesizing half-wave rectified signals.

この発明によれば、双方の信号をダイオードにより半波整流し、この半波整流した信号を加算して出力信号を生成する。したがって、複雑な制御を行うことなく、ダイオードを用いた簡易な構成でオフセットを除去しつつ、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和した出力信号を得ることができる。 According to the present invention, both signals are half-wave rectified by the diode, and the half-wave rectified signals are added to generate an output signal. Therefore, it is possible to obtain an output signal in which the influence of the response delay when the sample hold circuit is used is mitigated while removing the offset with a simple configuration using a diode without performing complicated control.

（４）本発明は、ホール素子を用いた電流センサであって、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出するセンサ信号抽出手段と、切り換えられる電源の極性に対応して、前記センサ信号をサンプルホールドし、正の極性に対応した第１のサンプルホールド信号と負の極性に対応した第２のサンプルホールド信号とを生成するサンプルホールド回路と、前記第１のサンプルホールド信号と第２のサンプルホールド信号とを加算し、オフセットを抽出するオフセット抽出手段と、前記第１のサンプルホールド信号から前記オフセットを減じた第１の信号と前記第２のサンプルホールド信号を反転した信号から前記オフセットを減じた第２の信号とを合成して連続的な波形をなす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。 (4) The present invention is a current sensor using a Hall element, which is switched with sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element. A sample-and-hold circuit that samples and holds the sensor signal in response to the polarity of the power source, and generates a first sample-and-hold signal corresponding to the positive polarity and a second sample-and-hold signal corresponding to the negative polarity; An offset extraction means for extracting the offset by adding the first sample hold signal and the second sample hold signal, a first signal obtained by subtracting the offset from the first sample hold signal, and the second An output signal having a continuous waveform is generated by synthesizing the second signal obtained by subtracting the offset from the signal obtained by inverting the sample hold signal. It proposes a current sensor, characterized in that it and an output signal generating means for.

この発明によれば、正の極性に対応した第１のサンプルホールド信号と負の極性に対応した第２のサンプルホールド信号とを加算し、オフセットを抽出するとともに、第１のサンプルホールド信号からオフセットを減じた第１の信号と第２のサンプルホールド信号を反転した信号からオフセットを減じた第２の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、第１の信号と第２の信号からオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 According to the present invention, the first sample hold signal corresponding to the positive polarity and the second sample hold signal corresponding to the negative polarity are added to extract the offset, and the offset from the first sample hold signal. And a second signal obtained by subtracting an offset from a signal obtained by inverting the second sample-and-hold signal to generate an output signal having a continuous waveform. Accordingly, by removing the offset from the first signal and the second signal and reassembling and synthesizing the signals from which the offset has been removed, the response delay when using the sample hold circuit can be reduced.

（５）本発明は、（４）の電流センサについて、前記出力信号生成手段が、２つのスイッチを有するスイッチ回路網（例えば、図４のスイッチ回路網１１に相当）を備え、該スイッチ回路網の２つのスイッチを前記電源の切換周期に応じて、交互に閉状態とすることにより、前記第１の信号と第２の信号とを合成して連続的な波形をなす出力信号を生成することを特徴とする電流センサを提案している。 (5) The present invention provides the current sensor of (4), wherein the output signal generating means includes a switch circuit network having two switches (for example, equivalent to the switch circuit network 11 of FIG. 4). By alternately closing the two switches according to the switching cycle of the power source, the first signal and the second signal are combined to generate an output signal having a continuous waveform. Has been proposed.

（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、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、前記ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出する第１のステップ（例えば、図６のステップＳ１０１に相当）と、該抽出したセンサ信号からオフセットを抽出する第２のステップ（例えば、図６のステップＳ１０２に相当）と、前記抽出したセンサ信号と該センサ信号を反転させた信号から前記オフセットを減じた双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する第３のステップ（例えば、図６のステップＳ１０３、Ｓ１０４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 polarity is switched to the Hall element, power is supplied, and a sensor signal output from the Hall element is extracted. (For example, equivalent to step S101 in FIG. 6), a second step for extracting an offset from the extracted sensor signal (for example, equivalent to step S102 in FIG. 6), the extracted sensor signal and the sensor signal And a third step (for example, corresponding to steps S103 and S104 in FIG. 6) for generating an output signal having a continuous waveform by synthesizing both signals obtained by subtracting the offset from the inverted signal. A method for removing the offset of the current sensor is proposed.

この発明によれば、ホール素子に極性を切り換えて電源を供給し、ホール素子から出力されるセンサ信号を抽出し、抽出したセンサ信号からオフセットを抽出する。そして、抽出したセンサ信号とこのセンサ信号を反転させた信号からオフセットを減じた双方の信号を合成して連続的な波形をなす出力信号を生成する。したがって、（１）と同様の作用が期待できる。 According to the present invention, the polarity is switched to the Hall element to supply power, the sensor signal output from the Hall element is extracted, and the offset is extracted from the extracted sensor signal. The extracted sensor signal and a signal obtained by inverting the sensor signal are combined to generate an output signal having a continuous waveform. 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、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れの影響を緩和しつつ、動的なオフセット除去を簡易な構成で実現できるという効果がある。また、従来の方式のように、順方向のセンサ出力と逆方向のセンサ出力とが揃わなくても、順方向のセンサ出力とオフセットあるいは逆方向のセンサ出力とオフセットにより出力信号を得ることができるため、従来の半分の周期で出力信号を得ることができ、これにより、応答特性を改善することができるという効果がある。 According to the present invention, regarding the offset removal of the Hall element, there is an effect that the dynamic offset removal can be realized with a simple configuration while reducing the influence of the response delay when the sample hold circuit is used. Moreover, even if the forward sensor output and the reverse sensor output are not aligned as in the conventional method, an output signal can be obtained by the forward sensor output and offset or the reverse sensor output and offset. Therefore, an output signal can be obtained with a half period of the prior art, thereby improving the response characteristics.

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４の正端子に、ホール端子３ｄは、差動増幅器４の負端子に接続されている。また、差動増幅器４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 3 a and 3 b that face each other, and hall terminals 3 c and 3 d that face each other. The hall terminal 3 c is a positive terminal of the differential amplifier 4. The Hall terminal 3d is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4. The output terminal of the differential amplifier 4 is connected to the sample hold circuits 5 and 6.

サンプルホールド回路５の出力端子およびサンプルホールド回路６の出力端子は、加算器７に接続され、加算器７の出力は、除算器を介して、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）８に接続されている。また、ＬＰＦ８の出力端子は、減算器９のマイナス端子および減算器１０のプラス端子に接続されている。 The output terminal of the sample hold circuit 5 and the output terminal of the sample hold circuit 6 are connected to an adder 7, and the output of the adder 7 is connected to an LPF (Low Pass Filter) 8 via a divider. The output terminal of the LPF 8 is connected to the minus terminal of the subtracter 9 and the plus terminal of the subtractor 10.

また、減算器９のプラス端子および減算器１０のマイナス端子には、差動増幅器４の出力端子が接続され、減算器９の出力端子は、スイッチ回路網１１内のスイッチＳｅに、減算器１０の出力端子は、スイッチ回路網１１内のスイッチＳｆに接続されている。スイッチＳｅおよびスイッチＳｆの他端ともに、ＬＰＦ１２に接続され、ＬＰＦ１２の出力は、電流センサのセンサ信号出力端子に接続されている。 The output terminal of the differential amplifier 4 is connected to the plus terminal of the subtractor 9 and the minus terminal of the subtractor 10, and the output terminal of the subtracter 9 is connected to the switch Se in the switch network 11. Is connected to the switch Sf in the switch network 11. Both the other ends of the switch Se and the switch Sf are connected to the LPF 12, and the output of the LPF 12 is connected to the sensor signal output terminal of the current sensor.

ここで、定電流源１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は、磁気を電気信号に変換する素子であり、差動増幅器４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り、スイッチ回路網１１は、入力される２つ信号を電源の極性切り換え周期に応じて、通過および遮断することにより、入力される２つ信号を合成して出力信号を生成する。また、ＬＰＦ８は、サンプルホールド回路５、６から抽出したオフセットを平滑化して安定させる機能を有し、ＬＰＦ１２は、スイッチ回路網１１で合成された信号から、電源の極性切り換えに伴う高周波ノイズを除去して滑らかな出力信号を生成する。なお、差動増幅器４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 source 1 is a power source that supplies a constant current, and the switch network 2 switches the polarity of the current supplied from the constant current source 1 and supplies it to the Hall element 3 by a control unit (not shown). To do. The Hall element 3 is an element that converts magnetism into an electric signal, and the differential amplifier 4 is an amplifier that amplifies and outputs a difference between input signals. The sample and hold circuits 5 and 6 are circuits that sample the input signal at a predetermined sampling frequency and temporarily hold the sampled value. The switch circuit network 11 converts the two input signals to the polarity of the power source. By passing and blocking according to the switching period, the two input signals are combined to generate an output signal. The LPF 8 has a function of smoothing and stabilizing the offset extracted from the sample and hold circuits 5 and 6, and the LPF 12 removes high frequency noise associated with switching of the polarity of the power source from the signal synthesized by the switch network 11. To generate a smooth output signal. Note that the gain of the differential amplifier 4 is set to an appropriate gain.

次に、図１、図５および図６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にリファレンス信号として、図５（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に電流を供給する。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（ＨＥ＋、ＨＥ−）をホール端子３ｃ、３ｄから差動増幅器４に出力する。 Next, the operation of the current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 5, and 6.
First, a signal shown in FIG. 5A is input to the Hall element 3 as a reference signal. The switch network 2 switches the polarity of the current from the constant current source 1 and supplies the current to the current terminals 3a and 3b of the Hall element 3 at a predetermined cycle under the control of a control unit (not shown). The hall element 3 outputs an output signal (HE +, HE−) corresponding to the polarity of the supplied current from the hall terminals 3 c, 3 d to the differential amplifier 4.

差動増幅器４は、ホール素子３からの出力信号（ＨＥ＋、ＨＥ−）に応じて、図５（２）に示すような信号（ＨＥＳｉｇ）を出力する（図６のステップＳ１０１）。ここで、図５（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 4 outputs a signal (HESig) as shown in FIG. 5B in response to the output signal (HE +, HE−) from the Hall element 3 (step S101 in FIG. 6). Here, in FIG. 5 (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４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５（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５（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。 Next, the signal output from the differential amplifier 4 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 solid line signal shown in FIG. 5 (2) is input to the sample hold circuit 5, and the alternate long and short dash line signal shown in FIG. 5 (2) is input to the sample hold circuit 6.

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（ＨＥＳｉｇ＋、ｎＨＥＳｉｇ）は、加算器７に入力され、２倍の値を有するオフセット（２ＨＥｏｆ）が抽出される。この２倍の値を有するオフセット（２ＨＥｏｆ）は、除算器により１／２の値のオフセット（ＨＥｏｆ）とされ、ＬＰＦ８に入力される。そして、ＬＰＦ８の出力からは、図５（３）に示すようなオフセットが抽出され（図６のステップＳ１０２）、このオフセットは、減算器９のマイナス端子および減算器１０のプラス端子に供給される。 The sample and hold circuits 5 and 6 sample the input signal at a predetermined sampling period and hold the value. The signals (HESig +, nHESig) output from the sample hold circuits 5 and 6 are input to the adder 7 and an offset (2HEof) having a double value is extracted. The offset (2HEof) having this doubled value is set to a half value offset (HEof) by the divider and input to the LPF 8. Then, an offset as shown in FIG. 5 (3) is extracted from the output of the LPF 8 (step S102 in FIG. 6), and this offset is supplied to the minus terminal of the subtracter 9 and the plus terminal of the subtractor 10. .

一方、差動増幅器４から出力された信号（ＨＥＳｉｇ）は、減算器９のプラス端子および減算器１０のマイナス端子に供給される。そして、減算器９の出力端子からは、図５（４）に示すように、差動増幅器４から出力された信号に対して、ＬＰＦ８から出力されるオフセットを減じた信号が出力され、減算器１０の出力端子からは、図５（５）に示すように、差動増幅器４から出力された信号（ＨＥＳｉｇ）を反転した信号に対して、ＬＰＦ８から出力されるオフセットを減じた信号が出力される。 On the other hand, the signal (HESig) output from the differential amplifier 4 is supplied to the plus terminal of the subtractor 9 and the minus terminal of the subtractor 10. Then, as shown in FIG. 5 (4), a signal obtained by subtracting the offset output from the LPF 8 is output from the output terminal of the subtractor 9, as shown in FIG. As shown in FIG. 5 (5), the output terminal 10 outputs a signal obtained by subtracting the offset output from the LPF 8 with respect to the signal obtained by inverting the signal (HESig) output from the differential amplifier 4. The

減算器９の出力信号は、スイッチ回路網１１のスイッチＳｅに供給され、減算器１０の出力信号は、スイッチ回路網１１のスイッチＳｆに供給される。ここで、スイッチＳｅは、定電流源１を正の極性あるいは負の極性に切り換えるスイッチ回路網２の切り換え周期のうち、例えば、正の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となり、スイッチＳｆは、負の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となる。これにより、電源の切換周期に応じて、図５（４）および図５（５）に示す信号を部分的につなぎ合わせた合成信号が得られる。得られた合成信号は、ＬＰＦ１２を介して、図５（６）に示す信号として出力される。 The output signal of the subtractor 9 is supplied to the switch Se of the switch network 11, and the output signal of the subtractor 10 is supplied to the switch Sf of the switch network 11. Here, the switch Se is closed at, for example, the timing of switching to the positive polarity in the switching cycle of the switch network 2 for switching the constant current source 1 to the positive polarity or the negative polarity. The closed state is reached at the timing of switching to the negative polarity. As a result, a composite signal obtained by partially joining the signals shown in FIGS. 5 (4) and 5 (5) is obtained in accordance with the switching cycle of the power source. The obtained synthesized signal is output as a signal shown in FIG.

したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号およびこのセンサ信号を反転させた信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to the present embodiment, by removing the offset of the sensor signal and the signal obtained by inverting the sensor signal by the offset extracted from the sensor signal, by reassembling and synthesizing the signal from which the offset is removed, Response delay when using the sample and hold circuit can be reduced.

＜第１の実施形態の変形例＞
図２は、第１の実施形態の変形例に係る電流センサの回路構成を示している。
第１の実施形態との相違点は、第１の実施形態に係るスイッチ回路網１１をダイオードＤ１、ダイオードＤ２からなるダイオードアレーに置き換えた点にある。なお、差動増幅器４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。 <Modification of First Embodiment>
FIG. 2 shows a circuit configuration of a current sensor according to a modification of the first embodiment.
The difference from the first embodiment is that the switch network 11 according to the first embodiment is replaced with a diode array including a diode D1 and a diode D2. Note that the gain of the differential amplifier 4 is set to an appropriate gain.

本変形例によれば、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２を設けることにより、ダイオードＤ１のカソード側からは、減算器９の出力の半波波形が得られ、ダイオードＤ２のカソード側からは、減算器１０の出力の半波波形が得られる。そして、ダイオードＤ１とダイオードＤ２のカソード側をともに接続することにより、減算器９の出力の半波波形と減算器１０の出力の半波波形とを合成した信号を得ることができる。したがって、複雑な制御を行うことなく、簡易な構成でオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することができる。なお、上記ダイオードは、単一の素子としては、閾値Ｖｆを有するため、例えば、オペアンプによって構成する理想ダイオードを用いた方がよい。 According to this modification, by providing the diode D1 and the diode D2, a half-wave waveform of the output of the subtracter 9 is obtained from the cathode side of the diode D1, and from the cathode side of the diode D2, the subtractor 10 An output half-wave waveform is obtained. Then, by connecting the diode D1 and the cathode side of the diode D2 together, a signal obtained by synthesizing the half-wave waveform of the output of the subtracter 9 and the half-wave waveform of the output of the subtractor 10 can be obtained. Therefore, it is possible to reassemble and synthesize a signal from which an offset is removed with a simple configuration without performing complicated control. In addition, since the said diode has the threshold value Vf as a single element, it is better to use the ideal diode comprised by an operational amplifier, for example.

＜第２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４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. 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, since it has the same function, detailed description is abbreviate | omitted. Further, it is assumed that the gain of the differential amplifier 4 is set to an appropriate gain.

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１の実施形態に係る電流センサの回路構成における減算器９および減算器１０に代わって、マイナス端子にＬＰＦ８からのオフセットを入力し、プラス端子に差動増幅器４からの出力信号を入力する減算器１３と、入力した信号波形を反転させる反転器１４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 an offset from the LPF 8 to the minus terminal instead of the subtracter 9 and the subtracter 10 in the circuit configuration of the current sensor according to the first embodiment. And a subtractor 13 for inputting the output signal from the differential amplifier 4 to the plus terminal and an inverter 14 for inverting the input signal waveform.

本実施形態の電流センサでは、減算器１３により、差動増幅器４からの出力信号に含まれるオフセットを除去し、スイッチ回路網１１にこのオフセットを除去した信号と、反転器１４によりオフセットを除去した信号を反転した信号を入力し、第１の実施形態と同様の手法により合成された出力信号を生成する。 In the current sensor of this embodiment, the subtracter 13 removes the offset included in the output signal from the differential amplifier 4, and the switch network 11 removes the offset and the inverter 14 removes the offset. A signal obtained by inverting the signal is input, and an output signal synthesized by the same method as in the first embodiment is generated.

したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりセンサ信号のオフセットを除去するとともに、オフセットが除去されたセンサ信号とオフセットが除去されたセンサ信号を反転した信号から信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to this embodiment, the offset of the sensor signal is removed by the offset extracted from the sensor signal, and the signal is reassembled from the sensor signal from which the offset is removed and the signal obtained by inverting the sensor signal from which the offset is removed. By synthesizing them, the response delay when using the sample and hold circuit can be reduced.

＜第３の実施形態＞
図４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４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. 4 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 gain of the differential amplifier 4 is set to an appropriate gain.

図４に示すように、スイッチ回路網２のスイッチ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。 As shown in FIG. 4, the switch Sa of the switch network 2 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, and the switch Sb has one end connected to the ground and the other end connected to the ground. One end of the switch 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, and one end of the switch Sd is connected to the ground and the other end is connected to the Hall. The current terminal 3b of the element 3 is connected.

ホール素子３のホール端子３ｃは、差動増幅器４の正端子に、ホール端子３ｄは、差動増幅器４の負端子に接続されている。また、差動増幅器４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 terminal 3 c of the hall element 3 is connected to the positive terminal of the differential amplifier 4, and the hall terminal 3 d is connected to the negative terminal of the differential amplifier 4. The output terminal of the differential amplifier 4 is connected to the sample hold circuits 5 and 6.

また、サンプルホールド回路５の出力端子は、減算器９のプラス端子に接続され、サンプルホールド回路６の出力端子は、減算器１０のマイナス端子に接続されている。減算器９の出力端子は、スイッチ回路網１１内のスイッチＳｅに、減算器１０の出力端子は、スイッチ回路網１１内のスイッチＳｆに接続されている。スイッチＳｅおよびスイッチＳｆの他端ともに、ＬＰＦ１２に接続され、ＬＰＦ１２の出力は、電流センサの出力端子に接続されている。 The output terminal of the sample and hold circuit 5 is connected to the plus terminal of the subtractor 9, and the output terminal of the sample and hold circuit 6 is connected to the minus terminal of the subtractor 10. The output terminal of the subtracter 9 is connected to the switch Se in the switch circuit network 11, and the output terminal of the subtracter 10 is connected to the switch Sf in the switch circuit network 11. Both the other ends of the switch Se and the switch Sf are connected to the LPF 12, and the output of the LPF 12 is connected to the output terminal of the current sensor.

サンプルホールド回路５の出力信号（ＨＥＳｉｇ＋）は、図５（７）に示す信号であり、サンプルホールド回路６の出力信号（ｎＨＥＳｉｇ）は、図５（８）に示す信号である。これらの信号を加算器７で加算することによってオフセット（２ＨＥｏｆ）が抽出される。この抽出したオフセットは、除算器、ＬＰＦ８を介して、減算器９のマイナス端子および減算器１０のプラス端子に供給される。 The output signal (HESig +) of the sample and hold circuit 5 is the signal shown in FIG. 5 (7), and the output signal (nHESig) of the sample and hold circuit 6 is the signal shown in FIG. 5 (8). By adding these signals by the adder 7, an offset (2HEof) is extracted. The extracted offset is supplied to the minus terminal of the subtracter 9 and the plus terminal of the subtractor 10 through the divider and the LPF 8.

サンプルホールド回路５からの出力信号（ＨＥＳｉｇ＋）およびＬＰＦ８からのオフセットが入力された減算器９からは、図５（９）に示すような信号が出力され、サンプルホールド回路６からの出力信号（ｎＨＥＳｉｇ）およびＬＰＦ８からのオフセットが入力された減算器１０からは、図５（１０）に示すような信号が出力され、これらの信号がそれぞれ、スイッチ回路網１１のスイッチＳｅ、スイッチＳｆに入力される。 The subtracter 9 to which the output signal (HESig +) from the sample hold circuit 5 and the offset from the LPF 8 are input outputs a signal as shown in FIG. 5 (9), and the output signal (nHESig from the sample hold circuit 6). ) And the subtracter 10 to which the offset from the LPF 8 is inputted, signals as shown in FIG. 5 (10) are outputted, and these signals are inputted to the switches Se and Sf of the switch network 11, respectively. .

ここで、スイッチＳｅは、定電流源１を正の極性あるいは負の極性に切り換えるスイッチ回路網２の切り換え周期のうち、例えば、正の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となり、スイッチＳｆは、例えば、負の極性に切り換えられているタイミングで閉状態となる。これにより、電源の切換周期に応じて、図５（９）および図５（１０）に示す信号を部分的につなぎ合わせた合成信号が得られる。得られた合成信号は、ＬＰＦ１２を介して、図５（６）に示す信号として出力される。 Here, the switch Se is closed at, for example, the timing of switching to the positive polarity in the switching cycle of the switch network 2 for switching the constant current source 1 to the positive polarity or the negative polarity. For example, the closed state is reached at the timing when the polarity is switched to the negative polarity. As a result, a combined signal obtained by partially joining the signals shown in FIGS. 5 (9) and 5 (10) is obtained in accordance with the switching cycle of the power source. The obtained synthesized signal is output as a signal shown in FIG.

したがって、本実施形態によれば、センサ信号から抽出されたオフセットによりサンプルホールド回路の２つの出力信号のオフセットを除去するとともに、これらオフセットを除去した信号を組み立てなおして合成することにより、サンプルホールド回路を利用した場合の応答遅れを緩和することができる。 Therefore, according to the present embodiment, the offset of the two output signals of the sample and hold circuit is removed by the offset extracted from the sensor signal, and the signal from which these offsets are removed is reassembled and synthesized to obtain the sample and hold circuit. Response delay when using can be mitigated.

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（チョッパス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（チョッパス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 performing offset removal (chopper stabilization) and detecting the offset by switching the polarity of the power source supplied to the Hall element has been described. In the case of a silicon Hall element, There is a feature that a piezoresistive effect is generated due to the influence of the distortion generated in the device manufacturing process, the stress on the package, etc., 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 90 degrees, and offset removal (chopper stabilization) and offset detection are performed using the obtained output signal. 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１の実施形態の変形例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 modification of 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.

Explanation of symbols

１・・・定電流源、２、１１・・・スイッチ回路網、３・・・ホール素子、４・・・差動増幅器、５、６・・・サンプルホールド回路、７・・・加算器、８、１２・・・ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、９、１０、１３、１５、１６・・・減算器、１４・・・反転器、２０・・・ダイオードアレー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Constant current source, 2, 11 ... Switch network, 3 ... Hall element, 4 ... Differential amplifier, 5, 6 ... Sample hold circuit, 7 ... Adder, 8, 12 ... LPF (low pass filter), 9, 10, 13, 15, 16 ... subtractor, 14 ... inverter, 20 ... diode array

Claims

A current sensor using a Hall element,
Sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting the sensor signal output from the Hall element;
Sample-and-hold means for sample-holding the sensor signal in accordance with the polarity of the switched power supply;
An offset extracting means for extracting an offset by adding a sample hold signal corresponding to a positive polarity obtained by the sample hold means and a sample hold signal corresponding to a negative polarity;
An output signal having a continuous waveform is generated by synthesizing both the sensor signal extracted from the sensor signal extraction unit and a signal obtained by inverting the sensor signal, and subtracting the offset extracted by the offset extraction unit. Output signal generating means for
A current sensor comprising:

The output signal generating means includes a switch network having two switches, and the two signals of the both are obtained by alternately closing the two switches of the switch network according to the switching cycle of the power source. The current sensor according to claim 1, wherein the output signal is combined to generate an output signal having a continuous waveform.

The output signal generating means includes diodes that half-rectify the both signals, and generates an output signal having a continuous waveform by combining the signals half-wave rectified by the diodes. The current sensor according to claim 1.

A current sensor using a Hall element,
Sensor signal extraction means for switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting the sensor signal output from the Hall element;
A sample and hold circuit that samples and holds the sensor signal corresponding to the polarity of the power source to be switched, and generates a first sample and hold signal corresponding to the positive polarity and a second sample and hold signal corresponding to the negative polarity When,
An offset extraction means for adding the first sample hold signal and the second sample hold signal to extract an offset;
A first signal obtained by subtracting the offset from the first sample-and-hold signal and a second signal obtained by subtracting the offset from a signal obtained by inverting the second sample-and-hold signal are combined to form a continuous waveform. Output signal generating means for generating an output signal;
A current sensor comprising:

The output signal generating means includes a switch circuit network having two switches, and the first signal is generated by alternately closing two switches of the switch circuit network according to a switching cycle of the power source. 6. The current sensor according to claim 5, wherein an output signal having a continuous waveform is generated by combining the second signal and the second signal.

An offset removal method for a current sensor using a Hall element,
A first step of switching the polarity of the Hall element to supply power and extracting a sensor signal output from the Hall element;
A second step of extracting an offset from the extracted sensor signal;
A third step of generating an output signal having a continuous waveform by combining both the extracted sensor signal and a signal obtained by inverting the sensor signal by subtracting the offset;
A method for removing an offset of a current sensor, comprising: