JP2017227450A - 制御回路および電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ホール素子の出力の温度補償を行う制御回路を提供する。【解決手段】ホール素子を有する磁気センサを制御するための制御回路において、第１抵抗素子を用いて、ホール素子の駆動方向における両端の電位差を電流Ｉｖｈに変換するＶ／Ｉ変換回路と、電流Ｉｖｈ、参照電流Ｉｒｅｆ、及び、ホール素子の駆動方向における電流Ｉｈに基づいて、Ｉｈ・Ｉｒｅｆ／Ｉｖｈ又はＩｖｈ・Ｉｒｅｆ／Ｉｈの値を用いた演算結果を出力する演算回路と、演算結果に基づいて、ホール素子の出力に対する温度による影響を補償する温度補償回路とを備え、参照電流Ｉｒｅｆは、第２抵抗素子に応じた抵抗と予め定められた参照電圧Ｖｒｅｆとに基づいて生成される制御回路を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、制御回路および電流センサに関する。

従来、磁気センサを有する化合物半導体電流センサにおいて、磁気センサの出力の温度補償を行うことが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２００４−５３５０５号公報
特許文献２ 特開平３−２６１８６９号公報

しかしながら、従来の電流センサでは、磁気センサの温特補償を十分にできない。

本発明の第１の態様においては、ホール素子を有する磁気センサを制御するための制御回路において、第１抵抗素子を用いて、ホール素子の駆動方向における両端の電位差を電流Ｉ_ｖｈに変換するＶ／Ｉ変換回路と、電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、ホール素子の駆動方向における電流Ｉ_ｈに基づいて、Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈ又はＩ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈの値を用いた演算結果を出力する演算回路と、演算結果に基づいて、ホール素子の出力に対する温度による影響を補償する温度補償回路とを備え、参照電流Ｉ_ｒｅｆは、第２抵抗素子に応じた抵抗と予め定められた参照電圧Ｖ_ｒｅｆとに基づいて生成される制御回路を提供する。

本発明の第２の態様においては、被測定電流が流れる導体と、化合物半導体で形成され、被測定電流に応じた信号を出力するホール素子と、ホール素子から検出した電圧値又は電流値に基づいて、ホール素子の出力に対する温度の影響を補償する制御回路とを備え、導体は、制御回路よりもホール素子に近接して形成される電流センサを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施例１に係る電流センサ１００の構成の概要を示す。 実施例１に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 比較例１に係る電流センサ５００の構成の一例を示す。 実施例２に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例３に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例４に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例５に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例７に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例８に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例８に係る電流センサ１００の電流計の構成の一例を示す。 実施例９に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例１０に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例１１に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例１２に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例１３に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 実施例１４に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。 電流センサ１００の具体的な構成の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［実施例１］
図１は、実施例１に係る電流センサ１００の構成の概要を示す。電流センサ１００は、磁気センサ１０、制御回路２０および導体３０を備える。

磁気センサ１０は、被測定電流Ｉ_ｏに応じて検出した出力信号Ｓ_ｏを出力する。本例の磁気センサ１０は、被測定電流Ｉ_ｏが磁気センサ１０の近傍を流れることによる磁場の変化を検出する。一例において、磁気センサ１０は、化合物半導体で形成されたホール素子を備える。この場合、磁気センサ１０は、磁場の変化に応じた電圧を出力信号Ｓ_ｏとして出力する。磁気センサ１０がホール素子を有する場合の駆動方法は、定電流駆動であっても、定電圧駆動であってもよい。

制御回路２０は、磁気センサ１０の駆動状態に応じた検出信号Ｓ_ｄを検出する。一例において、検出信号Ｓ_ｄは、磁気センサ１０から検出した電圧値又は電流値である。検出信号Ｓ_ｄは、磁気センサ１０を駆動するための駆動電圧又は駆動電流を含んでよい。制御回路２０は、検出信号Ｓ_ｄに基づいて、磁気センサ１０の温度特性を補償するための制御信号Ｓ_ｃを磁気センサ１０に出力する。また、制御回路２０は、磁気センサ１０から検出した電圧値および電流値に基づいて、磁気センサ１０の温度を推定してもよい。制御回路２０は、制御信号Ｓ_ｃにより、磁気センサ１０の温特をキャンセルすべく、電流センサ１００の感度又はオフセットを調整する。

導体３０は、電流センサ１００が測定する被測定電流Ｉ_ｏの流れる導体である。導体３０に被測定電流Ｉ_ｏが流れることにより、磁気センサ１０の磁場が変化する。よって、導体３０は、磁気センサ１０の磁場が変化する程度に、磁気センサ１０と近接して配置されている。つまり、本例の電流センサ１００は、磁気センサ１０の近傍にコアを有さず、導体３０に流れる被測定電流Ｉ_ｏを直接検出するコアレス型の電流センサである。

電流センサ１００がコアレス型の場合、被測定電流Ｉ_ｏが流れる導体３０の近傍の磁気センサ１０と、導体３０から離れた制御回路２０との間に温度差が生じる場合がある。本例の電流センサ１００は、温度特性をキャンセルするために用いる温度として、磁気センサ１０の温度を直接測定する。これにより、電流センサ１００は、磁気センサ１０の温特を精度よくキャンセルできる。なお、本明細書において、磁気センサ１０の温度を直接測定するとは、磁気センサ１０の温度に依存する情報に基づいて、磁気センサ１０の温度を測定することを指す。即ち、磁気センサ１０の温度を直接測定する方法は、磁気センサ１０の温度を測定できる方法であれば特に限定されない。

［実施例１］
図２は、実施例１に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、調整回路４０および信号処理回路５０を備える。

調整回路４０は、磁気センサ１０の検出信号Ｓ_ｄに応じて制御信号Ｓ_ｃを生成する。調整回路４０は、生成した制御信号Ｓ_ｃを磁気センサ１０に出力することにより、磁気センサ１０の動作を調整する。一例において、制御信号Ｓ_ｃは、定電流駆動時に、磁気センサ１０の駆動電流を調整する。また、制御信号Ｓ_ｃは、定電圧駆動時に、磁気センサ１０の駆動電圧を調整してもよい。これにより、調整回路４０は、温度によらず電流センサ１００の感度が一定となるように調整する。

信号処理回路５０は、磁気センサ１０の出力信号Ｓ_ｏを出力端子ＯＵＴに出力する。一例において、信号処理回路５０は、出力信号Ｓ_ｏを予め定められたゲインで増幅して出力端子ＯＵＴに出力する。信号処理回路５０は、調整回路４０が推定した磁気センサ１０の温度に応じてゲインを調整してもよい。

［比較例１］
図３は、比較例１に係る電流センサ５００の構成の一例を示す。本例の電流センサ５００は、ホール素子５１０、温度センサ５２０、調整回路５４０および信号処理回路５５０を備える。

温度センサ５２０は、ホール素子５１０の外部に設けられ、電流センサ５００の内部の温度を測定する。調整回路５４０は、温度センサ５２０が測定した温度に基づいて、ホール素子５１０の駆動電流を調整する。

本例の電流センサ５００は、被測定電流Ｉ_ｏの流れる導体５３０を内蔵したコアレス型の電流センサである。導体５３０の発熱により、導体５３０に近接するホール素子５１０の温度が上昇する。電流センサ５００は、ホール素子５１０の外部の温度センサ５２０を用いて電流センサ５００の内部の温度を測定するので、温度センサ５２０が測定した温度と、実際のホール素子５１０の温度の間に乖離が生じる。そのため、本例の電流センサ５００は、温度特性を正確に調整することが困難である。

なお、電流センサ５００は、２つのホール素子５１０を有することにより、一方を温度測定用のレプリカにすることもできる。しかしながら、ホール素子５１０のレプリカを用いる方法では、２つのホール素子５１０間の温度差の問題や、２つのホール素子５１０間のミスマッチの問題が生じる。また、２つのホール素子５１０を有する場合、電流センサ５００のコストが上昇する。

［実施例２］
図４は、実施例２に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、調整回路４０および信号処理回路５０を備える。

調整回路４０は、入力された検出信号Ｓ_ｄに基づいて、信号処理回路５０のゲインを調整するためのゲイン調整信号Ｓ_ｇを生成する。ゲイン調整信号Ｓ_ｇは、調整回路４０が推定した磁気センサ１０の温度に応じた信号である。例えば、ゲイン調整信号Ｓ_ｇは、予め定められた計算式に、磁気センサ１０の温度を代入することにより算出される。調整回路４０は、ゲイン調整信号Ｓ_ｇを信号処理回路５０に出力する。

信号処理回路５０は、ゲイン調整信号Ｓ_ｇに応じたゲインで磁気センサ１０の出力を増幅する。これにより、信号処理回路５０は、電流センサ１００の温度特性をキャンセルする。なお、本例の電流センサ１００は、ゲイン調整信号Ｓ_ｇにより信号処理回路５０のゲインを調整したが、実施例１に係る電流センサ１００と同様に、制御信号Ｓ_ｃによる磁気センサ１０の制御と組み合わせて動作してもよい。

［実施例３］
図５は、実施例３に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２および信号処理回路５０を備える。本例の磁気センサ１０は、ホール素子１１を備える。

ホール抵抗測定回路４１は、検出信号Ｓ_ｄに基づく演算により、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを算出する。また、ホール抵抗測定回路４１は、測定したホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを、抵抗測定信号Ｓ_ｒとして温度補償回路４２に出力する。本例のホール抵抗測定回路４１は、検出信号Ｓ_ｄに応じて演算結果を出力する演算回路の一例である。例えば、ホール抵抗測定回路４１は、ホール素子１１の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値に基づいて、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを算出する。

ここで、ホール素子１１の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値とは、定電流駆動又は定電圧駆動に限らず、ホール素子１１の駆動方向におけるホール素子１１の両端の電位差又は電流値を指す。例えば、定電流駆動の場合、ホール素子１１の駆動方向における両端の電流値が駆動電流に対応する。一方、定電圧駆動の場合、ホール素子１１の駆動方向における両端の電位差は、駆動電圧に対応する。なお、本明細書において、駆動方向とは、定電流駆動の場合にホール素子１１において駆動電流が流れる方向であり、定電圧駆動の場合にホール素子１１において駆動電圧に応じた電流が流れる方向である。

温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、ホール素子１１の出力に対する温度による影響を補償する。一例において、温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒからホール素子１１の温度を推定する。例えば、温度補償回路４２は、温度毎のホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを予め測定しておくことにより、ホール素子１１の温度を推定する。これにより、温度補償回路４２は、ホール素子１１の出力に対する温度の影響を補償する。

また、温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、制御信号Ｓ_ｃをホール素子１１に出力する。これにより、温度補償回路４２は、ホール素子１１の温度に応じて電流センサ１００の感度を調整する。例えば、温度補償回路４２は、磁気センサ１０の駆動電流又は駆動電圧を調整することにより、電流センサ１００の温度特性をキャンセルする。

［実施例４］
図６は、実施例４に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２および信号処理回路５０を備える。本例の温度補償回路４２は、磁気センサ１０の温度に基づいて、信号処理回路５０のゲインを調整する点で実施例３に係る電流センサ１００と異なる。本例のホール抵抗測定回路４１は、他の実施例に係るホール抵抗測定回路４１と同様に動作してよい。

温度補償回路４２は、ホール抵抗測定回路４１が生成した抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、ゲイン調整信号Ｓ_ｇを生成する。温度補償回路４２は、生成した抵抗測定信号Ｓ_ｒを信号処理回路５０に出力して、信号処理回路５０のゲインを調整する。これにより、温度補償回路４２は、電流センサ１００の温度特性をキャンセルする。

［実施例５］
図７は、実施例５に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。

記憶部６０は、ホール素子１１の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値に対応するゲイン若しくはオフセットを予め記憶する。一例において、記憶部６０は、磁気センサ１０の温度に応じた最適な駆動電流を予め記憶する。本明細書において、最適な駆動電流とは、電流センサ１００の感度が温度によらず一定となるような、駆動電流を指す。なお、記憶部６０は、情報を記憶するためのメモリを備えてよい。

温度補償回路４２は、ホール抵抗測定回路４１からの抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じて、磁気センサ１０に適用する駆動電流を記憶部６０から読み出す。即ち、温度補償回路４２は、ホール抵抗測定回路４１が測定した磁気センサ１０の抵抗値に対応する駆動電流を記憶部６０から読み出す。本例の温度補償回路４２および記憶部６０は、信号処理回路５０のゲインを調整する実施例２および実施例４に対しても同様に適用できる。

［実施例６］
実施例６に係る電流センサ１００は、実施例５に係る電流センサ１００と同様の構成を備える。但し、電流センサ１００は、出荷テスト工程時に、記憶部６０に情報を記憶するための調整工程を有する。本例の記憶部６０は、電流センサ１００の出荷テスト工程時に算出された情報を予め記憶する。例えば、記憶部６０は、テスト工程中の複数の環境温度毎に対応する最適な駆動電流をそれぞれの温度毎に記憶する。

本例の電流センサ１００は、実動作時において、ホール抵抗測定回路４１の温度測定値に応じて、適用する駆動電流を記憶部６０から読み出す。電流センサ１００は、記憶部６０から読み出した駆動電流により磁気センサ１０を動作させる。これにより、本例の電流センサ１００は、磁気センサ１０の感度温特を個体ごとに調整できる。

［実施例７］
図８は、実施例７に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。磁気センサ１０は、定電流駆動するホール素子１１を有する。

ホール抵抗測定回路４１は、電流Ｉ_ｈおよび電圧Ｖ_ｈに基づいて、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを測定する。電流Ｉ_ｈは、ホール素子１１の駆動方向における電流値である。即ち、ホール素子１１が定電流駆動する場合、電流Ｉ_ｈは、駆動電流Ｉ_ｈとなる。電圧Ｖ_ｈは、ホール素子１１の駆動方向における両端の電圧値である。なお、電圧Ｖ_ｈは、ホール素子１１が定電圧駆動されている場合、ホール素子１１の駆動電圧である。

例えば、ホール抵抗測定回路４１は、電流Ｉ_ｈおよび電圧Ｖ_ｈに基づいて、Ｒ_ｈ＝Ｖ_ｈ／Ｉ_ｈの演算を行う。これにより、ホール抵抗測定回路４１は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを測定する。ホール抵抗測定回路４１は、測定した抵抗値Ｒ_ｈを抵抗測定信号Ｓ_ｒとして、温度補償回路４２に出力する。

温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、ホール素子１１における温度を推定する。一例において、温度補償回路４２は、記憶部６０に予め記憶された情報に基づいて、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈに応じた温度を推定する。また、温度補償回路４２は、出荷テスト工程中に、個体毎に関係式を導き出し、記憶部６０に保存したものを用いてもよい。

電流源７０は、ホール素子１１に駆動電流Ｉ_ｈを供給する。温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、電流源７０がホール素子１１に与える駆動電流Ｉ_ｈを制御する。また、電流源７０は、記憶部６０に記憶された情報に基づいて、駆動電流Ｉ_ｈの大きさが制御されてよい。この場合、記憶部６０には、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈと、駆動電流Ｉ_ｈとの関係に関する情報が記憶されてよい。

［実施例８］
図９は、実施例８に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２および信号処理回路５０を備える。本例の電流センサ１００は、ホール素子１１を定電圧駆動させる。電流センサ１００は、電流計Ａを備える。

制御回路２０は、ホール素子１１を駆動電圧Ｖ_ｈで定電圧駆動させる。電流計Ａは、駆動電圧Ｖ_ｈに応じてホール素子１１に流れる電流Ｉ_ｈを検出する。制御回路２０は、ホール素子１１の駆動方向における両端の電位差Ｖ_ｈに基づいて、制御回路２０がホール素子１１に与える駆動電圧を制御する。即ち、ホール素子１１が定電圧駆動する場合、電位差Ｖ_ｈは、駆動電圧Ｖ_ｈとなる。

ホール抵抗測定回路４１は、電流Ｉ_ｈおよび電圧Ｖ_ｈに基づいて、ホール素子１１の抵抗を測定する。本例のホール抵抗測定回路４１は、ホール素子１１の駆動方向の電流Ｉ_ｈおよび駆動電圧Ｖ_ｈに応じて、抵抗測定信号Ｓ_ｒを生成する。

温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じてホール素子１１の駆動電圧Ｖ_ｈを調整する。これにより、温度補償回路４２は、電流センサ１００の温度特性をキャンセルする。

なお、ホール素子１１を定電圧駆動させる方法は、信号処理回路５０のゲインを調整する実施例２および実施例４に対しても同様に適用できる。

図１０は、実施例８に係る電流センサ１００の電流計Ａの構成の一例を示す。同図は、ホール素子１１、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２および電流計Ａの詳細を示す。

温度補償回路４２は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２およびトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備える。ホール素子１１は、オペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２により、両端がそれぞれ電位ＶＨおよびＶＬに設定される。よって、ホール素子１１の駆動方向の両端には、電圧Ｖ_ｈ＝ＶＨ−ＶＬが与えられる。

トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ２と並列に接続されてカレントミラーを構成する。これにより、トランジスタＴｒ３には、トランジスタＴｒ２に流れる電流Ｉ_ｈに対応して、電流Ｉ_ｈが流れる。ホール抵抗測定回路４１には、電流Ｉ_ｈが入力される。即ち、本例の回路構成は、ホール抵抗測定回路４１に電流Ｉ_ｈを入力する電流計Ａとして機能する。なお、本例の回路構成は、電流計Ａを含む回路構成の一例であり、他の構成により電流計Ａが実現されてよい。

［実施例９］
図１１は、実施例９に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。電流センサ１００は、ホール素子１１を定電流駆動させる。本例のホール抵抗測定回路４１は、他の実施例に係るホール抵抗測定回路４１と同様に動作してよい。

記憶部６０は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈに対応する信号処理回路５０のゲインに関する情報を予め記憶する。また、記憶部６０は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈと信号処理回路５０のゲインとの関係式を、個体毎に出荷テスト工程中に算出したものを記憶してもよい。

温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、信号処理回路５０がホール素子１１からの出力に対して与えるゲインを調整する。本例の温度補償回路４２は、抵抗測定信号Ｓ_ｒおよび記憶部６０に記憶した情報に基づいて、ゲイン調整信号Ｓ_ｇを生成する。温度補償回路４２は、生成したゲイン調整信号Ｓ_ｇを信号処理回路５０に出力する。これにより、温度補償回路４２は、信号処理回路５０のゲインを調整する。電流センサ１００は、信号処理回路５０のゲインを調整することにより、ホール素子１１の温度特性をキャンセルする。

［実施例１０］
図１２は、実施例１０に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。また、ホール抵抗測定回路４１は、Ａ／Ｄ変換回路４３およびデジタル信号処理回路４４を備える。

Ａ／Ｄ変換回路４３は、電圧Ｖ_ｈ、電流Ｉ_ｈの値をそれぞれＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、ＡＤ変換した結果をデジタル信号処理回路４４に出力する。

デジタル信号処理回路４４は、Ａ／Ｄ変換回路４３の出力するデジタル信号に応じた演算により、抵抗測定信号Ｓ_ｒを生成する。より具体的には、デジタル信号処理回路４４は、Ｒ_ｈ＝Ｖ_ｈ／Ｉ_ｈの数値演算を行い、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈに相当するデジタル値を抵抗測定信号Ｓ_ｒとして温度補償回路４２に出力する。

本例の電流センサ１００は、本明細書に係る他の実施例と組み合わせて実施してよい。例えば、本例の電流センサ１００は、信号処理回路５０のゲインを調整する実施例２および実施例４に対しても同様に適用できる。

［実施例１１］
図１３は、実施例１１に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の温度補償回路４２は、抵抗温度変換回路４７および駆動電流生成回路４８を備える。記憶部６０は、変換テーブルメモリ６１を備える。

変換テーブルメモリ６１は、入力されたデータを変換するための変換テーブルを記憶する。本例の変換テーブルメモリ６１は、抵抗温度変換回路４７および駆動電流生成回路４８に対応して複数の変換テーブルメモリ６１ａ，６１ｂを有する。

変換テーブルメモリ６１ａは、抵抗測定信号Ｓ_ｒとホール素子１１の温度との対応を示す情報を記憶する。本例の変換テーブルメモリ６１ａは、抵抗測定信号Ｓ_ｒとホール素子１１の温度との予め定められた対応関係を示す変換テーブルを記憶する。但し、変換テーブルメモリ６１ａは、出荷テスト工程において、電流センサ１００の個体ごとに最適な変換テーブルを記憶してもよい。これにより、電流センサ１００の個体差が解消される。

変換テーブルメモリ６１ｂは、抵抗温度変換回路４７で推定した温度と、ホール素子１１の感度との対応を示す変換テーブルを記憶する。本例の変換テーブルメモリ６１ｂは、推定温度と素子感度との予め定められた対応関係を示す変換テーブルを記憶する。但し、変換テーブルメモリ６１ｂは、出荷テスト工程において、電流センサ１００の個体ごとに最適な変換テーブルを記憶してもよい。これにより、電流センサ１００の個体差が解消される。

抵抗温度変換回路４７は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じたホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈを、対応するホール素子１１の温度に変換する。本例の抵抗温度変換回路４７には、抵抗測定信号Ｓ_ｒがデジタル信号で入力される。抵抗温度変換回路４７は、変換テーブルメモリ６１ａに記憶された情報を読み出して、抵抗測定信号Ｓ_ｒをホール素子１１の温度へ変換する。

駆動電流生成回路４８は、入力されたホール素子１１の温度情報を元に、現温度でのホール素子１１の感度を予測する。そして、駆動電流生成回路４８は、予測した感度に基づいて、電流センサ１００の出力が温度毎に一定となるように駆動電流Ｉ_ｈを調整する。

本例の電流センサ１００は、デジタル信号を用いて、駆動電流Ｉ_ｈを調整する。本例の電流センサ１００は、信号処理回路５０のゲインを調整する実施例２および実施例４に対しても同様に適用できる。

［実施例１２］
図１４は、実施例１２に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。ホール抵抗測定回路４１は、Ｖ／Ｉ変換回路４５およびトランスリニア回路４６を備える。トランスリニア回路４６は、演算回路の一例である。

Ｖ／Ｉ変換回路４５は、第１抵抗素子Ｒ１を用いて、ホール素子１１の駆動方向における両端の電圧Ｖ_ｈを電流Ｉ_ｖｈに変換する。本例のＶ／Ｉ変換回路４５は、ホール素子１１を定電流駆動する場合、ホール素子１１の駆動方向における両端の電圧Ｖ_ｈを電流Ｉ_ｖｈに変換する。また、Ｖ／Ｉ変換回路４５は、ホール素子１１を定電圧駆動させる場合、ホール素子１１の駆動電圧Ｖ_ｈを電流Ｉ_ｖｈに変換する。Ｖ／Ｉ変換回路４５は、電圧Ｖ_ｈを変換係数Ｒ_１で、電流Ｉ_ｖｈに変換する。即ち、Ｉ_ｖｈ＝Ｖ_ｈ／Ｒ_１となる。変換係数Ｒ_１は、第１抵抗素子Ｒ１に応じた抵抗値である。

トランスリニア回路４６は、電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、ホール素子１１の駆動方向における電流Ｉ_ｈに基づく演算結果を出力する。トランスリニア回路４６は、ホール素子１１が定電流駆動する場合に、電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、ホール素子１１の駆動電流Ｉ_ｈに基づいて、Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈ又はＩ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈの値を用いた演算結果を出力する。

ここで、参照電流Ｉ_ｒｅｆは、第２抵抗素子Ｒ２に応じた抵抗と予め定められた参照電圧Ｖ_ｒｅｆとに基づいて生成される。即ち、Ｉ_ｒｅｆ＝Ｖ_ｒｅｆ／Ｒ_２が成り立つ。抵抗値Ｒ_２は、第２抵抗素子Ｒ２に応じた抵抗値である。また、参照電圧Ｖ_ｒｅｆは、一般的に温度に対して一定値となるバンドギャップ回路を用いて生成される。一例において、電源電圧に比例した出力が必要な電流センサ１００の場合、参照電圧Ｖ_ｒｅｆは、電源電圧を分圧した電圧を用いることが好ましい。

本例のトランスリニア回路４６は、電流Ｉ_ｖｈ、駆動電流Ｉ_ｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆを入力とし、Ｉ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈの演算を行う。例えば、トランスリニア回路４６の出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、次式で示される。
Ｉ_{ｔｒａｎｓ}＝Ｉ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈ＝（Ｖ_ｈ／Ｉ_ｈ）・（Ｉ_ｒｅｆ／Ｒ_１）＝Ｒ_ｈ・（Ｉ_ｒｅｆ／Ｒ_１）
よって、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報を含む電流量となる。

温度補償回路４２は、入力されたホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定する。即ち、温度補償回路４２は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}からホール素子１１の温度を推定する。一例において、温度補償回路４２は、記憶部６０に記憶された情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定する。

記憶部６０は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定するための情報を記憶する。例えば、記憶部６０は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}とホール素子１１の温度との変換テーブルを格納する。また、記憶部６０は、出荷テスト工程において、電流センサ１００の個体ごとに最適な情報を記憶してもよい。この場合、電流センサ１００の個体差が解消される。

また、トランスリニア回路４６は、電流Ｉ_ｖｈ、駆動電流Ｉ_ｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆを入力とし、Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈの演算を行ってもよい。

トランスリニア回路４６の出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、次式で示される。
Ｉ_{ｔｒａｎｓ}＝Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈ
＝Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／（Ｖ_ｈ／Ｒ_１）
＝（Ｉ_ｈ／Ｖ_ｈ）・Ｉ_ｒｅｆ・Ｒ_１
＝（１／Ｒ_ｈ）・Ｉ_ｒｅｆ・Ｒ_１
よって、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報を含む電流となる。

この場合、内部の参照電流Ｉ_ｒｅｆは、内部の参照電圧Ｖ_ｒｅｆと抵抗値Ｒ_２より、Ｉ_ｒｅｆ＝Ｖ_ｒｅｆ／Ｒ_２となる。また、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２は、同種の抵抗素子で構成されることにより、Ｒ_１＝Ｒ_２とみなすことができる。よって、トランスリニア回路４６の出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、次式で示される。
Ｉ_{ｔｒａｎｓ}＝Ｖ_ｒｅｆ／Ｒ_ｈ

つまり、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、抵抗値Ｒ_１およびＲ_２を含まない。即ち、抵抗値Ｒ_１およびＲ_２が互いにキャンセルされている。抵抗値は、温度に対して変化するので、この方法は、その影響を排除できている点で好適である。したがって、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、ホール素子１１の温度のみに依存する電流値となる。

［実施例１３］
図１５は、実施例１３に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、ホール抵抗測定回路４１、温度補償回路４２、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。ホール抵抗測定回路４１は、Ｖ／Ｉ変換回路４５およびトランスリニア回路４６を備える。

Ｖ／Ｉ変換回路４５は、入力されたＶ_ｈを変換係数Ｒ_１で、電流Ｉ_ｖｈに変換する。ここで、Ｉ_ｖｈ＝Ｖ_ｈ／Ｒ_１が成り立つ。

トランスリニア回路４６は、演算回路の一例である。トランスリニア回路４６は、電流Ｉ_ｖｈ、駆動電流Ｉ_ｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆを入力とし、Ｉ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈの演算を行う。トランスリニア回路４６の出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、次式で示される。
Ｉ_{ｔｒａｎｓ}＝Ｉ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈ
＝（Ｖ_ｈ／Ｉ_ｈ）・（Ｉ_ｒｅｆ／Ｒ_１）
＝Ｒ_ｈ・（Ｉ_ｒｅｆ／Ｒ_１）
よって、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報を含む電流量となる。

温度補償回路４２は、入力されたホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定する。即ち、温度補償回路４２は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}からホール素子１１の温度を推定する。一例において、温度補償回路４２は、記憶部６０に記憶された情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定する。これにより、温度補償回路４２は、ゲイン調整信号Ｓ_ｇを生成する。温度補償回路４２は、生成したゲイン調整信号Ｓ_ｇを信号処理回路５０に出力する。

記憶部６０は、ホール素子１１の抵抗値Ｒ_ｈの情報に基づいて、ホール素子１１の温度を推定するための情報を記憶する。例えば、記憶部６０は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}とホール素子１１の温度との変換テーブルを格納する。また、記憶部６０は、出荷テスト工程において、電流センサ１００の個体ごとに最適な情報を記憶してもよい。この場合、電流センサ１００の個体差が解消される。

本例の電流センサ１００は、アナログ信号を用いて、信号処理回路５０のゲインを調整する。本例の電流センサ１００は、信号処理回路５０のゲインを調整する実施例２および実施例４に対しても同様に適用できる。

以上の通り、実施例１〜１３に係る電流センサ１００は、磁気センサ１０の温度を直接測定することにより、電流センサ１００の温度特性をキャンセルする。実施例１〜１３に係る電流センサ１００は、必要に応じて組み合わせて実施されてよい。

［実施例１４］
図１６は、実施例１４に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。本例の制御回路２０は、調整回路４０、信号処理回路５０および記憶部６０を備える。

調整回路４０は、検出信号Ｓ_ｄに基づいて、信号処理回路５０のオフセットを調整するためのオフセット調整信号Ｓ_ｏｆｆを生成する。これにより、調整回路４０は、信号処理回路５０がホール素子１１からの出力に対して与えるオフセットを制御する。また、調整回路４０は、他の実施例に開示された演算回路からの出力に基づいて、信号処理回路５０がホール素子１１からの出力に対して与えるオフセットを制御してもよい。調整回路４０は、磁気センサ１０の出力を増幅する信号処理回路５０のオフセットを調整する。これにより、調整回路４０は、温度によらず電流センサ１００のオフセットをゼロにする。

本例の電流センサ１００は、磁気センサ１０の温度を直接測定した温度に基づいて、信号処理回路５０のオフセットを調整する。これにより、電流センサ１００は、温度によらず信号処理回路５０がホール素子１１からの出力に対して与えるオフセットをゼロにできる。

また、本例の電流センサ１００は、本明細書に係る電流センサ１００の他の実施例に適用されてよい。即ち、本明細書に係る電流センサ１００は、磁気センサ１０の温度を測定することにより、磁気センサ１０のオフセットの温度特性を補正してよい。また、本明細書に係る電流センサ１００は、磁気センサ１０の感度の温度特性を調整することに加えて、オフセットの温度特性を調整してよい。さらに本明細書に係る電流センサ１００は、信号処理回路５０のゲインの温度特性を調整することに加えて、オフセットの温度特性を調整してよい。

図１７は、電流センサ１００の具体的な構成の一例を示す。本例の電流センサ１００は、磁気センサ１０、制御回路２０、導体３０、第１基板３１およびパッケージ３５を備える。

パッケージ３５は、第１基板３１上に配置された磁気センサ１０、制御回路２０および導体３０を覆うように形成される。パッケージ３５は、樹脂やセラミック等の絶縁材料で形成される。

導体３０は、磁気センサ１０と近接して形成される。導体３０は、制御回路２０との距離が磁気センサ１０との距離と異なるように設けられる。本例の導体３０は、制御回路２０よりも磁気センサ１０に近接するように形成されている。例えば、制御回路２０と導体３０との間には、絶縁性が十分に保たれるような間隔が設けられる。一方、磁気センサ１０および導体３０は、導体３０に流れる被測定電流Ｉ_ｏに応じた磁場の変化を磁気センサ１０が検出できる程度に近接して配置される。本例の導体３０は、第１基板３１上において、磁気センサ１０と制御回路２０との間に形成される。本例の導体３０は、平面視で、磁気センサ１０と制御回路２０との間を横切るように形成されている。本明細書において、平面視とは、回路基板の上面と垂直な方向の視点を指す。

磁気センサ１０は、導体３０と近接して形成されることにより、パッケージ３５の内部において温度上昇する場合がある。そのため、磁気センサ１０と制御回路２０との間に温度差が生じる。なお、本例の電流センサ１００は、磁気センサ１０と制御回路２０との間に配線された導体３０を備える。即ち、電流センサ１００は、磁気センサ１０、導体３０、制御回路２０の順に配置している。但し、電流センサ１００は、導体３０、磁気センサ１０、制御回路２０の順に配置しても、導体３０、制御回路２０、磁気センサ１０の順に配置しもよい。つまり、導体３０の温度上昇により、磁気センサ１０と制御回路２０との間に温度差が生じるような関係であれば本例に限られない。

制御回路２０は、第１基板３１上に形成される。制御回路２０は、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２を備える。第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２は、第１基板３１に形成されている。第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２が同一の第１基板３１に形成されている場合、異なる基板に形成される場合よりも、第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２との間の温度差が生じにくくなる。これにより、第１抵抗素子Ｒ１の抵抗値と第２抵抗素子Ｒ２の抵抗値との間に差が生じにくくなる。ここで、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２は、磁気センサ１０の温度変化に応じて同様に抵抗値が変化することが好ましい。第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２の温度特性が同様に変化することにより、抵抗の影響を受けることなく電流センサ１００の温度特性をキャンセルできる。

第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２は、同一の材料で構成されてよい。また、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２は、同一の長さを有することにより同一の抵抗値を有してもよいし、異なる長さを有することにより異なる抵抗値を有してもよい。第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２が異なる抵抗値を有する場合、温度補償回路４２が第１抵抗素子Ｒ１と第２抵抗素子Ｒ２の抵抗比に関する情報を有することが好ましい。これにより、温度補償回路４２は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}から抵抗成分をキャンセルできる。

この場合、電流センサ１００は、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２の温度特性が変化する影響を受けることなく、磁気センサ１０の温度特性をキャンセルする。よって、本例の電流センサ１００は、精度よく磁気センサ１０の温度特性を低減できる。特に、電流センサ１００が被測定電流Ｉ_ｏの流れる導体３０を内蔵する場合、制御回路２０が導体３０の加熱による影響を受けやすい。そのため、第１抵抗素子Ｒ１および第２抵抗素子Ｒ２が実質的に同じであることにより、磁気センサ１０の温度特性をキャンセルする効果が高い。

また、電流センサ１００は、感度が電源電圧に応じて変化する電源レシオ性を有してよく、又は、感度が電源電圧に依存しない電源非レシオ性を有してもよい。電流センサ１００は、電源レシオ性及び非レシオ性を切替可能であってよく、一例として、電流センサ１００は、電源レシオ性及び非レシオ性の設定を外部から書き込み／読み出し可能なレジスタ、又は、当該設定を切り替え可能な選択ピン等を有してよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・磁気センサ、１１・・・ホール素子、２０・・・制御回路、３０・・・導体、３１・・・第１基板、３５・・・パッケージ、４０・・・調整回路、４１・・・ホール抵抗測定回路、４２・・・温度補償回路、４３・・・Ａ／Ｄ変換回路、４４・・・デジタル信号処理回路、４５・・・Ｖ／Ｉ変換回路、４６・・・トランスリニア回路、４７・・・抵抗温度変換回路、４８・・・駆動電流生成回路、５０・・・信号処理回路、６０・・・記憶部、６１・・・変換テーブルメモリ、７０・・・電流源、１００・・・電流センサ、５００・・・電流センサ、５１０・・・ホール素子、５２０・・・温度センサ、５３０・・・導体、５４０・・・調整回路、５５０・・・信号処理回路

Claims (15)

1. ホール素子を有する磁気センサを制御するための制御回路において、
   第１抵抗素子を用いて、前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差を電流Ｉ_ｖｈに変換するＶ／Ｉ変換回路と、
   前記電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、前記ホール素子の駆動方向における電流Ｉ_ｈに基づいて、Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈ又はＩ_ｖｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｈの値を用いた演算結果を出力する演算回路と、
   前記演算結果に基づいて、前記ホール素子の出力に対する温度による影響を補償する温度補償回路と
   を備え、
   前記参照電流Ｉ_ｒｅｆは、第２抵抗素子に応じた抵抗と予め定められた参照電圧Ｖ_ｒｅｆとに基づいて生成される
   制御回路。
2. 前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子は、同種の抵抗素子で構成されている
   請求項１に記載の制御回路。
3. 前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子は、前記制御回路内に設けられている
   請求項１又は２に記載の制御回路。
4. 前記ホール素子に駆動電流を供給する電流源を更に備え、
   前記温度補償回路は、前記演算回路からの出力に基づいて、前記電流源が前記ホール素子に与える駆動電流を制御する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の制御回路。
5. 前記ホール素子からの出力を増幅して出力する信号処理回路を更に備え、
   前記温度補償回路は、前記演算回路からの出力に基づいて、前記信号処理回路が前記ホール素子からの出力に対して与えるゲイン及び／又はオフセットを制御する
   請求項１から４のいずれか一項に記載の制御回路。
6. 前記演算回路は、トランスリニア回路を備える
   請求項１から５のいずれか一項に記載の制御回路。
7. 被測定電流が流れる導体と、
   化合物半導体で形成され、前記被測定電流に応じた信号を出力するホール素子と、
   前記ホール素子から検出した電圧値又は電流値に基づいて、前記ホール素子の出力に対する温度の影響を補償する制御回路と
   を備え、
   前記導体は、前記制御回路よりも前記ホール素子に近接して形成される電流センサ。
8. 前記導体、前記ホール素子および前記制御回路を覆うパッケージを更に備える
   請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記制御回路は、
   前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値に基づいて、ホール素子抵抗を出力する抵抗測定回路を有し、
   前記制御回路は、前記ホール素子抵抗に基づいて、前記ホール素子の出力に対する温度の影響を補償する、
   請求項７又は８に記載の電流センサ。
10. 前記抵抗測定回路は、
    前記ホール素子を定電流駆動する場合の前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差を電流Ｉ_ｖｈに変換するＶ／Ｉ変換回路と、
    前記電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、前記ホール素子の駆動電流Ｉ_ｈに基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する演算回路と、
    を有する請求項９に記載の電流センサ。
11. 前記ホール素子に前記駆動電流Ｉ_ｈを供給する電流源を更に備え、
    前記制御回路は、前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差に基づいて、前記電流源が前記ホール素子に与える前記駆動電流Ｉ_ｈを制御する温度補償回路を有する、
    請求項１０に記載の電流センサ。
12. 前記抵抗測定回路は、
    前記ホール素子を定電圧駆動する場合の前記ホール素子の駆動電圧Ｖ_ｈを電流Ｉ_ｖｈに変換するＶ／Ｉ変換回路と、
    前記電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、及び、前記ホール素子の駆動方向における電流値Ｉ_ｈに基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する演算回路と
    を有する請求項９に記載の電流センサ。
13. 前記制御回路は、
    前記ホール素子からの出力を増幅して出力する信号処理回路と、
    前記信号処理回路が前記ホール素子からの出力に対して与えるゲイン及び／又はオフセットを制御する温度補償回路と
    を有する請求項７から９のいずれか一項に記載の電流センサ。
14. 前記制御回路は、前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値に対応する前記ゲイン及び／又は前記オフセットをあらかじめ記憶したメモリを有し、
    前記温度補償回路は、前記メモリを参照して、前記ホール素子の駆動方向における両端の電位差又は駆動方向における電流値に対応する前記ゲイン及び／又は前記オフセットを前記信号処理回路に与える、
    請求項１３に記載の電流センサ。
15. 前記制御回路は、前記ホール素子の駆動方向における電流値に基づいて、前記ホール素子に与える駆動電圧を制御する調整回路を有する
    請求項７から９のいずれか一項に記載の電流センサ。

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