JP2018112547A

JP2018112547A - 磁気センサ装置および電流センサ装置

Info

Publication number: JP2018112547A
Application number: JP2018001518A
Authority: JP
Inventors: 威信中村; Takenobu Nakamura; 茂樹岡武; Shigeki Okatake
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP6757752B2

Abstract

【課題】センサ出力が過大となっても、正常範囲の信号レベルの検出信号の精度を低下させずに、過大なセンサ出力に応じて種々の適切な処理を実行する磁気センサ装置および電流センサ装置。【解決手段】磁気センサ素子による検出結果に応じたアナログ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換部と、前記アナログ信号から過電流が検出されたことを示す第２デジタル信号を出力する、第１ＡＤ変換部よりも測定レンジが広い第２ＡＤ変換部と、を備える磁気センサ装置を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気センサ装置および電流センサ装置に関する。

従来、磁気センサおよび電流センサといったセンサ装置の検出信号に基づき、種々の処理を実行する処理システムは、センサ装置から検出信号と共に異常検出信号を受け取り、検出信号の異常に基づく処理を更に実行することが知られていた（例えば、特許文献１〜３参照）。また、ホール素子を用いた磁気センサが知られていた（例えば、非特許文献１参照）。
特許文献１米国特許出願公開第２０１１／０１９９１３２号明細書
特許文献２米国特許出願公開第２０１３／０００９６７８号明細書
特許文献３米国特許出願公開第２０１５／０１８５２７９号明細書
非特許文献１ R.S. Popovic著、「Hall Effect Devices」、Inst of Physics Pub Inc、１９９１年５月

例えば、モーター、アクチュエータ、およびマニュピュレータ等を制御する処理システムは、センサ装置から出力される種々の信号レベルに応じて、詳細な処理を実行できることが望ましい。また、このような処理システムは、異常の検知に基づく異常検出信号に対しても、種々の動作を制御できることが望ましい。しかしながら、例えば、磁気センサおよび電流センサといったセンサ装置は、異常および正常のいずれかを処理システムに供給するので、処理システムは詳細な制御を実行することができなかった。また、センサ装置は、異常となった信号レベルまで検出範囲を拡大すると、正常範囲の信号レベルの検出信号の精度が悪化してしまうことがあった。

本発明の第１の態様においては、磁気センサ素子による検出結果に応じたアナログ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換部と、前記アナログ信号から過電流が検出されたことを示す第２デジタル信号を出力する、第１ＡＤ変換部よりも測定レンジが広い第２ＡＤ変換部と、を備える磁気センサ装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、計測対象の電流を流す電流路と、電流路に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する第１の態様の磁気センサ装置と、磁気センサ装置を収容するパッケージ部を備え、パッケージ部は、第１ＡＤ変換部が出力する第１デジタル信号を外部に出力する第１出力端子と、第２ＡＤ変換部が出力する第２デジタル信号を外部に出力する第２出力端子と、を備える電流センサ装置を提供する。

本発明の第３の態様においては、計測対象の電流を流す電流路と、電流路に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する磁気センサ装置と、磁気センサ装置を収容するパッケージ部を備え、磁気センサ装置は、入力する制御信号に応じて、第１デジタル信号および第２デジタル信号のうちいずれか一方を選択して出力する選択部を更に備える、第１の態様の磁気センサ装置であり、パッケージ部は、選択部が出力するデジタル信号を外部に出力する第１出力端子と、比較部が出力する比較結果を外部に出力する第３出力端子と、を備える電流センサ装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な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。

本実施形態に係る制御装置１０およびセンサ装置１００の構成例を示す。本実施形態に係る磁気センサ装置２００の第１構成例を示す。本実施形態に係る磁気センサ装置２００の第２構成例を示す。第１構成例の磁気センサ装置２００を実装したパッケージ５０を備える電流センサ装置３００の第１構成例を示す。第２構成例の磁気センサ装置２００を実装したパッケージ５０を備える電流センサ装置３００の第２構成例を示す。

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。

図１は、本実施形態に係る制御装置１０およびセンサ装置１００の構成例を示す。制御装置１０は、センサ装置１００の検出信号に応じた処理を実行する。センサ装置１００は、入力する磁場を検出する磁気センサであってよく、これに代えて、入力する電流を検出する電流センサであってもよい。センサ装置１００は、外部から入力する磁場または電流の大きさに応じた検出信号を出力する。

制御装置１０は、センサ装置１００が出力する検出信号に応じて、当該制御装置１０に接続される装置等を制御する。制御装置１０の制御対象は、センサ装置１００が出力する検出信号に応じて制御する装置であれば、モーター、アクチェータ、移動ステージ、マニピュレータ、およびエンジン等でよい。本実施形態において、制御装置１０は、モーターに接続され、モーターの駆動を制御する例を説明する。

この場合、センサ装置１００は、当該モーターの駆動電流を検出して出力する。制御装置１０は、検出された駆動電流に応じたフィードバック制御を実行する。また、センサ装置１００は、当該モーターの駆動電流が過電流となったことに応じて、異常を通知するための過電流検出信号を出力する。制御装置１０は、検出された過電流に応じた制御を実行する。即ち、制御装置１０、モーター、およびセンサ装置１００は、モーターを安全かつ安定に駆動する処理システムを構成する。制御装置１０は、ＣＰＵ２０と、過電流処理回路３０と、を備える。

ＣＰＵ２０は、センサ装置１００が出力する検出信号に応じて、モーターの駆動を制御する。ＣＰＵ２０は、一例として、インバータ回路等を介してモーターに接続され、インバータ回路を制御する制御信号を供給することで、モーターを駆動する。ＣＰＵ２０は、予め定められたアルゴリズム等に基づき、モーターの駆動を制御してよい。ＣＰＵ２０は、ベクトル制御、またはＰＩＤ制御等を実行してモーターを駆動してよい。

ＣＰＵ２０は、過電流処理回路３０が過電流検出信号を受け取ったことに応じて、制御をモーター、インバータ回路の保護制御への変更、または、制御を中止または中断する。例えば、過電流処理回路３０は、これらを実行させる割り込み信号をＣＰＵ２０へ送ってよい。以上の処理システムにおいて、装置の破壊等を招く重大な異常が検出された場合、過電流処理回路３０は、ＣＰＵ２０へ制御の割り込みを実行し、ＣＰＵ２０がモーター、インバータ回路の制御を調整し、電流が過剰に流れないような保護制御への変更を行うか、制御の中止または中断させることが望ましい。

ここで、モーターを駆動する電流が基準値を超えた過電流となった場合、当該モーターが加熱されることがあり、動作不良、故障、および破壊等に至る場合がある。また、制御システムが、電流制御に加えて、速度制御および位置制御等といった複数のフィードバックループを構成する場合もある。このように、複雑な制御を実行する場合、モーターの駆動電流が過電流となったことに応じて、直ちに駆動電流を遮断すると、制御回路の動作が不安定となり、故障に至ってしまうこともある。

その一方で、モーターを駆動する電流が基準値を超えても、ＣＰＵ２０の制御により、正常動作の範囲に戻すことができる場合もある。また、モーターを駆動する電流が一時的に基準値を超えて過電流となっても、再び元に戻って正常動作を継続することもある。また。ノイズ等により、一時的に過電流検出信号が出力されてしまう場合もある。

したがって、過電流処理回路３０は、過電流の度合い、および過電流となった状態の継続時間等に応じて、ＣＰＵ２０に種々の動作を実行できることが望ましい。即ち、センサ装置１００は、過電流か否かを通知するだけでなく、過電流の度合いおよび過電流の継時的な変化等を含めた過電流検出信号を制御装置１０に供給できることが望ましい。

例えば、過電流処理回路３０は、検出信号が第１基準値以上になったことに応じて、モーターの駆動電流が過電流であると判断して、過電流に対応する制御を実行させる。また、過電流処理回路３０は、検出信号が第１基準値よりも大きい第２基準値以上となったことに応じて、深刻な過電流と判断して、モーターの動作を停止させる制御を開始させてよい。また、過電流処理回路３０は、第１基準値以上になった検出信号の継時的な変化に応じて、モーターの制御を変更してもよい。

ここで、第１基準値および第２基準値は、予め定められた値でよく、これに変えて、外部から指定される値でもよい。また、過電流処理回路３０は、更に複数の基準値に応じて、種々の制御を実行させてよい。このように、処理システムが詳細な制御を実行すべく、センサ装置１００は、過電流の大きさに応じた検出信号を出力できることが望ましい。

このようなセンサ装置１００を実現すべく、センサ装置１００の検出信号の検出電圧レベルを拡大して、検出信号を過電流処理回路３０に供給することが考えられる。しかしながら、検出信号の検出電圧レベルを拡大すると、モーターの正常動作を検出する検出信号の分解能が低減してしまう。また、検出電圧レベルの拡大に対応して回路の分解能を高く設計することも考えられるが、高分解能の回路素子を用いることからコストが増大してしまう。したがって、分解能の低減およびコストの増大を防止しつつ、過電流処理回路３０に適切な過電流検出信号を供給するセンサ装置１００が望まれていた。このようなセンサ装置１００の一例である、磁気センサ装置２００について、次に説明する。

図２は、本実施形態に係る磁気センサ装置２００の第１構成例を示す。磁気センサ装置２００は、入力する磁場の大きさに応じた磁場検出信号を第１デジタル信号として出力する。また、磁気センサ装置２００は、入力する磁場が基準範囲外となった場合に、基準範囲外の検出信号を第２デジタル信号として出力する。磁気センサ装置２００は、磁気センサ素子２１０と、オフセット低減部２２０と、クロック生成部２６０と、増幅部２７０と、第１ＡＤ変換部２８０と、第２ＡＤ変換部２９０と、を備える。

磁気センサ素子２１０は、当該磁気センサ装置２００に入力する磁場の大きさに応じた検出信号を出力する。磁気センサ素子２１０は、例えば、基板等の表面に形成され、当該平面に略垂直な方向の磁場を検出する。本実施形態に係る磁気センサ素子２１０は、ホール素子を有する例を説明する。ここで、基板表面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸とすると、ホール素子は、Ｘ軸方向に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じたＹ軸方向の起電力を発生させる（ホール効果）素子である。磁気センサ素子２１０は、ＸＹ平面において、十字形状に形成されてよい。磁気センサ素子２１０は、半導体等で形成されてよい。

磁気センサ素子２１０は、端子２１２および端子２１４を含む第１端子対と、端子２１６および端子２１８を含む第２端子対と、を有する。磁気センサ素子２１０は、一例として、第１端子対および第２端子対が基板表面に形成され、基板に略垂直に入力する磁場を検出する。即ち、磁気センサ素子２１０は、第１端子対に電流を流すと、入力する磁場に応じて第２端子対から磁場に応じた起電力を発生させる。また、磁気センサ素子２１０は、第２端子対に電流を流すと、入力する磁場に応じて第１端子対から磁場に応じた起電力を発生させる。

このような磁気センサ素子２１０は、出力信号に素子固有のオフセット信号を含めて出力することがある。このようなオフセット信号を低減すべく、非特許文献１に記載されているスピニングカレント法等を利用してよい。当該スピニングカレント法は、第１位相と第２位相を繰り返すスピニングカレントクロックに基づき、ホール素子に流す電流の方向を切り換え、磁場入力に応じた信号成分とオフセットによる信号成分の極性を反転させる。

例えば、第１位相において、＋Ｚ方向の磁場入力Ｂに対して、端子２１２から端子２１４（＋Ｘ方向とする）へと通電した磁気センサ素子２１０は、端子２１８（＋Ｙ方向側とする）からホール起電力信号＋Ｖ_Ｓを発生する（−Ｙ方向側の端子２１６からホール起電力信号−Ｖ_Ｓを発生する）と共に、＋Ｙ方向のオフセット電圧＋Ｖ_Ｏを出力する。この場合、磁気センサ素子２１０は、同じ＋Ｚ方向の磁場入力に対して、第２位相において端子２１８から端子２１６（−Ｙ方向）へと通電すると、＋Ｘ方向側の端子２１４からホール起電力信号＋Ｖ_Ｓを発生する（−Ｘ方向側の端子２１２からホール起電力信号−Ｖ_Ｓを発生する）と共に、＋Ｘ方向のオフセット電圧＋Ｖ_Ｏを出力する。

したがって、第１位相において磁気センサ素子２１０のＹ軸方向の第２端子対から出力電圧Ｖ_ｈ1を取得し、第２位相において磁気センサ素子２１０のＸ軸方向の第１端子対から出力電圧Ｖ_ｈ２を取得することで、磁気センサ素子２１０の磁場Ｂの検出信号は次式のように示される。なお、次式は、端子２１８および端子２１２を正側として符号を付与した例を示す。
（数１）
Ｖ_ｈ１＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ
Ｖ_ｈ２＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ

このように、通電方向を切り換えることにより、（数１）式のように、ホール素子の検出信号のうち、ホール起電力信号Ｖ_Ｓの信号成分の符号を、第１位相と第２位相において反転させることができる。即ち、スピニングカレント法は、スピニングカレントクロックによってホール起電力信号Ｖ_Ｓを変調して変調信号にすると共に、オフセット電圧Ｖ_ＯをＤＣ信号出力とするので、周波数領域で２つの信号を分離することができ、理想的には、フィルタ等を用いて当該オフセット信号を除去することができる。

オフセット低減部２２０は、このように、磁気センサ素子２１０の駆動電流を切り換えて供給しつつ、磁気センサ素子２１０の変調された検出信号を受け取り、当該検出信号を復調して出力する。オフセット低減部２２０は、切換部２３０と、増幅回路２４０と、復調部２５０と、を有する。

切換部２３０は、磁気センサ素子２１０の第１端子対および第２端子対の間で駆動電流を流す端子対および磁気センサ素子２１０の出力をセンスする端子対を、外部から供給される第１クロックに応じて切り換える。切換部２３０は、例えば、第１クロックの第１位相において、電源の電位Ｖ_ＤＤを端子２１２に、基準電位Ｖ_ＳＳを端子２１４にそれぞれ接続して、第１端子対に駆動電流を供給する。この場合、切換部２３０は、第１クロックの第２位相において、電源を端子２１８に、基準電位Ｖ_ＳＳを端子２１６にそれぞれ接続して、第２端子対に駆動電流を供給する。なお、基準電位Ｖ_ＳＳは、一例として、０Ｖである。

また、切換部２３０は、例えば、第１クロックの第１位相において、端子２１６および端子２１８を検出用の端子とし、当該検出用の端子を後段の増幅回路２４０に接続する。この場合、切換部２３０は、第１クロックの第２位相において、端子２１２および端子２１４を検出用の端子とし、当該検出用の端子を後段の増幅回路２４０に接続する。なお、切換部２３０は、端子２１８および端子２１２を正側の検出用端子としてよい。

増幅回路２４０は、切換部２３０から供給される磁気センサ素子２１０の出力信号を増幅する。増幅回路２４０は、差動増幅回路でよい。また、増幅回路２４０は、電圧を電流に変換するトランジスタ差動対でもよい。増幅回路２４０は、例えば、第１クロックの第１位相において、（数１）式に示す第２端子対からの出力電圧Ｖ_ｈ1を増幅し、第１クロックの第２位相において、第１端子対からの出力電圧Ｖ_ｈ２を増幅する。増幅回路２４０は、増幅した信号を復調部２５０に供給する。

復調部２５０は、入力する信号の正負を予め定められたタイミングで反転する。復調部２５０は、切換部２３０の切り換えタイミングと同期したタイミングで、信号の正負を反転してよい。即ち、復調部２５０は、外部から供給される第１クロックに応じて、信号の正負を反転してよい。

復調部２５０は、例えば、入力信号を２つの信号線を用いた差動信号として増幅回路２４０から受けとり、２つの信号線を用いた差動信号として出力する。この場合、復調部２５０は、入力信号線の一方を出力信号線の一方に接続し、かつ、入力信号線の他方を出力信号線の他方に接続するか、入力信号線の一方を出力信号線の他方に接続し、かつ、入力信号線の他方を出力信号線の一方に接続するか、を切り換えてよい。

これにより、復調部２５０の第１位相の出力信号Ｖ_ｏ１および第２位相の出力信号Ｖ_ｏ２は、次式で示される。なお、次式において、Ａは、増幅回路２４０の増幅率を示す。
（数２）
Ｖ_ｏ１＝＋Ａ（２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ）
Ｖ_ｏ２＝＋Ａ（２Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｏ）

復調部２５０は、入力信号を第１クロックに同期して反転させることで、ホール起電力信号Ｖ_Ｓを直流成分にし、オフセット電圧Ｖ_Ｏを変調信号成分とする。復調部２５０は、（数２）式に示すような出力信号を増幅部２７０に供給する。なお、以上のオフセット低減部２２０は、更に、帯域通過フィルタ等を有して、オフセット電圧Ｖ_Ｏを低減させてよい。

クロック生成部２６０は、第１クロックを生成する。クロック生成部２６０は、生成した第１クロックを切換部２３０および復調部２５０に供給する。また、クロック生成部２６０は、磁気センサ装置２００内のデジタル回路に、クロック信号を供給してよい。この場合、クロック生成部２６０は、第１クロックと同一のクロック信号を供給してよい。また、クロック生成部２６０は、第１クロックの周波数のｎ倍の周波数の第２クロック信号を発生して、供給してもよい。なお、クロック信号は、磁気センサ装置２００の外部から供給されてもよく、この場合、クロック生成部２６０は、なくてもよい。

増幅部２７０は、復調部２５０から供給される出力信号を増幅する。増幅部２７０は、差動増幅回路でよい。また、増幅部２７０は、電流電圧変換回路でもよい。増幅部２７０は、例えば、（数２）式に示すような入力信号の和（Ｖ_ｏ１＋Ｖ_ｏ２＝＋４ＡＶ_Ｓ）を、シングルエンド出力として出力する。増幅部２７０は、増幅したアナログ信号を第１ＡＤ変換部２８０に供給する。また、増幅部２７０は、増幅したアナログ信号を第２ＡＤ変換部２９０に供給する。

第１ＡＤ変換部２８０は、増幅部２７０から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換する。即ち、第１ＡＤ変換部２８０は、磁気センサ素子２１０による検出結果に応じたアナログ信号を第１デジタル信号に変換する。第１ＡＤ変換部２８０は、アナログ信号を多値のデジタル信号に変換する。第１ＡＤ変換部２８０は、一例として、ΔΣＡＤ変換器を有する。

第１ＡＤ変換部２８０は、磁気センサ素子２１０の検出結果における予め定められた第１電圧範囲のアナログ信号を、第１デジタル信号に変換する。第１ＡＤ変換部２８０は、例えば、磁気センサ素子２１０の計測対象が正常動作をしている場合に、当該磁気センサ素子２１０が出力する検出信号の電圧範囲に対応するアナログ信号の電圧範囲を、第１電圧範囲とする。第１ＡＤ変換部２８０は、一例として、モーターの駆動電流が正常動作の範囲内である場合に、磁気センサ素子２１０が出力する信号電圧の電圧範囲に対応するアナログ信号の電圧範囲を、第１電圧範囲とする。

第２ＡＤ変換部２９０は、増幅部２７０から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換する。第２ＡＤ変換部２９０は、磁気センサ素子２１０による検出結果に応じたアナログ信号を第２デジタル信号に変換する。

第２ＡＤ変換部２９０は、磁気センサ素子２１０の検出結果における第１電圧範囲よりも広い予め定められた第２電圧範囲のアナログ信号を、第２デジタル信号に変換する。即ち、磁気センサ素子２１０の計測対象が正常動作の範囲から外れた動作をしている場合に、当該磁気センサ素子２１０が出力する検出信号の電圧範囲に対応するアナログ信号の電圧範囲を、第２電圧範囲とする。一例として、第２ＡＤ変換部２９０が出力する第２デジタル信号は、磁気センサ素子２１０の検出結果が過電流を示すアナログ信号を検出するための信号である。言い換えると、第２ＡＤ変換部２９０は、アナログ信号から過電流が検出されたことを示す第２デジタル信号を出力する。

第２ＡＤ変換部２９０は、アナログ信号を多値のデジタル信号に変換する。第２ＡＤ変換部２９０は、第１ＡＤ変換部２８０とは異なる種類のＡＤ変換器を有する。第２ＡＤ変換部２９０は、第１ＡＤ変換部２８０よりも測定レンジが広いことが望ましい。また、第２ＡＤ変換部２９０は、第１ＡＤ変換部２８０よりも変換速度が速いことが望ましい。また、第２ＡＤ変換部２９０は、第１ＡＤ変換部２８０と比較して、分解能が低くてもよい。第２ＡＤ変換部２９０は、一例として、逐次比較型ＡＤ変換器およびフラッシュ型ＡＤ変換器等の、ＡＤ変換器を有する。

これにより、磁気センサ装置２００は、正常動作する計測対象から検出される磁場に基づく検出信号を、第１デジタル信号として第１ＡＤ変換部２８０から出力できる。また、磁気センサ装置１００は、異常な動作の計測対象から検出される磁場に基づく検出信号を、第２デジタル信号として第２ＡＤ変換部２９０から出力できる。このように、磁気センサ装置２００は、計測対象の動作に応じて異なるＡＤ変換部が設けられるので、検出すべき動作に対応してＡＤ変換器をそれぞれ設定できる。

例えば、第１ＡＤ変換部２８０は、正常動作する計測対象から検出される磁場の範囲に対応させて、測定範囲を第１電圧範囲とすることで、より高い分解能で高精度にアナログ信号をデジタル変換できる。また、第２ＡＤ変換部２９０は、異常動作する計測対象から検出される正常動作の範囲を超える磁場の範囲に対応させて、測定範囲を第１電圧範囲よりも広い第２電圧範囲とすることで、より高速にアナログ信号をデジタル変換して出力できる。

したがって、例えば、本実施形態に係る磁気センサ装置２００に接続される制御装置１０は、第２ＡＤ変換部２９０の高速な第２デジタル信号に応じて、モーターに過電流が発生したか否かを検知することができる。この場合、制御装置１０は、過電流が発生していない場合に、第１ＡＤ変換部２８０の高分解能および高精度な第１デジタル信号を用いて、モーター等を制御することができる。

また、制御装置１０は、過電流が発生している場合は、第２デジタル信号を用いることで速やかに過電流に応じた制御に移行することができる。なお、第２デジタル信号は、多値のデジタル信号なので、制御装置１０は過電流の度合いも含めて検知でき、過電流が深刻であるか否かも判断することができる。即ち、制御装置１０は、過電流の検出レベルに応じて、モーター等を細やかに制御することができる。また、第２ＡＤ変換部２９０は、異常動作の動向を判別するものであるから、第１ＡＤ変換部２８０よりも精度および分解能は低くてよい。したがって、コストが増大することを防止しつつ、制御装置１０に適切な過電流検出信号を供給することができる。

図３は、本実施形態に係る磁気センサ装置２００の第２構成例を示す。第２構成例の磁気センサ装置２００は、入力する磁場の大きさに応じた磁場検出信号を、第１デジタル信号および第２デジタル信号のいずれかとして、一の出力端子から出力する。第２構成例の磁気センサ装置２００において、図２に示された第１構成例の磁気センサ装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の磁気センサ装置２００は、比較部３１０と、選択部３２０と、を更に備える。

比較部３１０は、増幅部２７０が出力するアナログ信号と閾値電圧とを比較して、比較結果を出力する。ここで、閾値電圧は、第１ＡＤ変換部２８０の測定レンジの範囲内の予め定められた電圧でよい。一例として、閾値電圧は、第１ＡＤ変換部２８０の第１電圧範囲の上限値である。即ち、比較部３１０は、入力するアナログ信号が、第１ＡＤ変換部２８０の測定範囲の電圧値であるか否かを、閾値電圧と比較することで判別してよい。

比較部３１０は、ヒステリシスコンパレータを有することが望ましい。これにより、比較部３１０は、雑音等が混入した場合の影響を低減させることができる。比較部３１０は、比較結果を選択部３２０に供給する。また、比較部３１０は、比較結果を磁気センサ装置２００の外部に供給してよい。

選択部３２０は、第１ＡＤ変換部２８０および第２ＡＤ変換部２９０に接続され、入力する制御信号に応じて、第１デジタル信号および第２デジタル信号のうちいずれか一方を選択して出力する。選択部３２０は、比較部３１０の比較結果を制御信号として入力する。選択部３２０は、一例として、マルチプレクサである。選択部３２０は、例えば、アナログ信号が閾値電圧以下であることを示す比較結果に応じて、第１デジタル信号を出力する。即ち、選択部３２０は、アナログ信号が第１ＡＤ変換部２８０の測定範囲の電圧値である場合に、第１ＡＤ変換部２８０の変換結果を選択して出力する。

また、選択部３２０は、例えば、制御信号が閾値電圧よりもアナログ信号の方が大きいことを示すことに応じて、第２デジタル信号を出力する。即ち、選択部３２０は、アナログ信号が第１ＡＤ変換部２８０の測定範囲外の電圧値である場合に、第２ＡＤ変換部２９０の変換結果を選択して出力する。このように、第２構成例の磁気センサ装置２００は、入力する磁場の大きさに応じた磁場検出信号の電圧レベルに応じて、対応する測定範囲のＡＤ変換部を選択して当該磁場検出信号をデジタル変換したデジタル信号を出力する。

なお、計測対象は、正常動作および異常動作の間を行き来する状態となることもある。この場合、第２構成例の磁気センサ装置２００は、計測対象の状態に応じて、第１デジタル信号および第２デジタル信号を切り換えて出力してよい。これに代えて、第２構成例の磁気センサ装置２００は、このような動作を第２ＡＤ変換部２９０を用いて観測してもよい。この場合、選択部３２０は、制御信号が閾値電圧よりもアナログ信号の方が大きいことを示すことに応じて、第２デジタル信号を予め定められた期間出力してよい。これにより、磁気センサ装置２００は、計測対象の不安定な動作を、測定レンジの広い第２ＡＤ変換部２９０で測定することができる。

以上の第２構成例の磁気センサ装置２００は、第１デジタル信号および第２デジタル信号を切り換えて出力することを説明した。この場合、磁気センサ装置２００は、予め定められたワード数のデジタル信号として、第１デジタル信号および第２デジタル信号のいずれかを出力してよい。本実施形態において、第１デジタル信号は、第２デジタル信号よりも分解能が高いことを説明したので、磁気センサ装置２００は、第２デジタル信号にダミーデータを追加して出力してよい。例えば、選択部３２０は、第２デジタル信号を出力する場合、当該第２デジタル信号にダミービットデータを追加して、当該第２デジタル信号を第１デジタル信号のビット数と同じビット数にして出力する。

また、磁気センサ装置２００は、第１デジタル信号および第２デジタル信号のいずれかを出力する場合、情報を追加して出力してもよい。例えば、磁気センサ装置２００は、比較部３１０の比較結果の情報を、予め定められたビット位置に追加して出力する。この場合、選択部３２０は、第１デジタル信号および第２デジタル信号のうち出力すべきデジタル信号に、比較部３１０の比較結果を含めて出力してよい。選択部３２０は、一例として、先頭ビットに比較結果に対応するビットデータを追加して出力する。

これにより、制御装置１０は、適切な測定範囲のＡＤ変換部で変換されたデジタル信号を一の出力端子から受け取ることができる。また、制御装置１０は、受け取ったデジタル信号に基づき、比較部３１０の比較結果を取得することができる。これに代えて、または、これに加えて、制御装置１０は、比較部３１０の比較結果を当該比較部３１０から受け取ってもよい。

以上の第２構成例の磁気センサ装置２００は、選択部３２０が比較部３１０の比較結果に応じて、出力すべきデジタル信号を選択することを説明した。これに代えて、磁気センサ装置２００は、外部からの制御信号に応じて、デジタル信号を選択して出力してもよい。この場合、選択部３２０は、外部から入力する制御信号に応じて、第１デジタル信号および第２デジタル信号のうちいずれか一方を選択して出力する。

なお、選択部３２０は、外部入力の制御信号と、比較部３１０の比較結果とが、異なるデジタル信号の選択を指示する制御信号の場合、予め定められた優先順位にしたがって、デジタル信号を選択してよい。また、磁気センサ装置２００は、外部から制御信号を受け取る場合、比較部３１０が設けられなくてもよい。即ち、磁気センサ装置２００の外部に、比較部３１０が設けられてよい。また、制御装置１０は、受け取ったデジタル信号と、制御すべき動作に基づき、磁気センサ装置２００が出力すべきデジタル信号を指示する制御信号を当該磁気センサ装置２００に供給してもよい。

以上の第２構成例の磁気センサ装置２００は、比較部３１０が増幅部２７０のアナログ信号出力と閾値電圧とを比較する例を説明したが、これに限定されることはない。比較部３１０は、例えば、計測対象が過電流の状態であるか否かを検出できればよく、磁気センサ素子２１０またはオフセット低減部２２０の出力と対応する閾値等を比較してよい。また、比較部３１０は、オフセット低減部２２０の内部の信号と対応する閾値等を比較してもよい。

以上の本実施形態に係る磁気センサ装置２００は、計測対象の磁場を検出することを説明した。また、このような磁気センサ装置２００は、電流路と組み合わされて、電流センサ装置として機能できる。即ち、電流センサ装置は、計測対象の電流を流す電流路と、第１構成例の磁気センサ装置２００または第２構成例の磁気センサ装置２００とを備える。ここで、電流路は、導電体および半導体等の導電性材料で形成された配線等でよい。また、磁気センサ装置２００は、当該電流路に対応して配置され、電流路に流れる電流に応じて生じる磁場を検知する。即ち、磁気センサ装置２００は、当該電流路を流れる電流の変化に応じた磁場を検出して、電流センサとして機能できる。磁気センサ装置２００が電流センサとして用いられる場合の構成例について、次に説明する。

図４は、第１構成例の磁気センサ装置２００を実装したパッケージ５０を備える電流センサ装置３００の第１構成例を示す。第１構成例の電流センサ装置３００に接続された制御装置１０は、図１に示された本実施形態に係る磁気センサ装置２００に接続された制御装置１０の動作と略同一なので同一の符号を付け、説明を省略する。電流センサ装置３００は、電流路４０および電流路４２と、パッケージ５０と、第１構成例の磁気センサ装置２００と、を備える。

電流路４０および電流路４２は、計測対象の電流を流す。電流路４０および電流路４２は、例えば、モーターを駆動する電流を流す。パッケージ５０は、第１構成例の磁気センサ装置２００を内部に収容する。パッケージ５０は、規格化された形状および電極等を有するパッケージでよい。

パッケージ５０は、第１ＡＤ変換部２８０が出力する第１デジタル信号を外部に出力する第１出力端子５２と、第２ＡＤ変換部２９０が出力する第２デジタル信号を外部に出力する第２出力端子５４と、を有する。また、パッケージ５０は、外部から制御信号等を授受する入出力端子５６を有してよい。また、パッケージ５０は、電源電圧Ｖ_ＤＤに接続される電源端子と、基準電位Ｖ_ＳＳに接続される基準電位端子とを更に有してよい。なお、電源電圧Ｖ_ＤＤは予め定められた電源電圧でよく、基準電位Ｖ_ＳＳは０Ｖでよい。

このようなパッケージ５０は、一例として、計測対象の電流を流す電流路に接続される。図４は、電流路４０および電流路４２の間にパッケージ５０が接続される例を示す。即ち、磁気センサ装置２００は、電流路４０および電流路４２に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する。これによって、電流路４０、電流路４２、および磁気センサ装置２００は、電流センサ装置３００を構成することができる。

以上の電流センサ装置３００に接続された制御装置１０は、磁気センサ装置２００が出力する第１デジタル信号および第２デジタル信号を受け取って、外部の装置等を制御することができる。また、磁気センサ装置２００は、パッケージ５０に実装されることにより、小型および軽量化した磁気センサとして、外部の装置等に容易に搭載することができる。

したがって、制御装置１０がモーター等を駆動する場合、図４に示すように、第１構成例の電流センサ装置３００は、駆動電流をモーターに供給する電流路に設けられることにより、当該駆動電流の変動を検出することができる。また、電流センサ装置３００は、駆動電流が過大になっても、駆動電流の変動および動向等を、第２デジタル信号として、第２出力端子５４から制御装置１０に供給することができる。

図５は、第２構成例の磁気センサ装置２００を実装したパッケージ５０を備える電流センサ装置３００の第２構成例を示す。第２構成例の電流センサ装置３００に接続された制御装置１０も、図１に示された本実施形態に係る磁気センサ装置２００に接続された制御装置１０の動作と略同一なので同一の符号を付け、説明を省略する。電流センサ装置３００は、電流路４０および電流路４２と、パッケージ５０と、第２構成例の磁気センサ装置２００と、を備える。

電流路４０および電流路４２は、図４で説明したので、ここでは説明を省略する。パッケージ５０は、第２構成例の磁気センサ装置２００を内部に収容する。パッケージ５０は、規格化された形状および電極等を有するパッケージでよい。

パッケージ５０は、選択部３２０が出力するデジタル信号を外部に出力する第１出力端子第５２と、比較部が出力する比較結果を外部に出力する第３出力端子５８と、を有する。また、パッケージ５０は、外部から制御信号等を授受する入出力端子５６を有してよい。また、パッケージ５０は、電源電圧Ｖ_ＤＤに接続される電源端子と、基準電位Ｖ_ＳＳに接続される基準電位端子とを更に有してよい。なお、電源電圧Ｖ_ＤＤは予め定められた電源電圧でよく、基準電位Ｖ_ＳＳは０Ｖでよい。

このようなパッケージ５０は、一例として、計測対象の電流を流す電流路に接続される。図５は、電流路４０および電流路４２の間にパッケージ５０が接続される例を示す。即ち、磁気センサ装置２００は、電流路４０および電流路４２に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する。これによって、電流路４０、電流路４２、および磁気センサ装置２００は、電流センサ装置３００を構成することができる。

以上の電流センサ装置３００に接続された制御装置１０は、磁気センサ装置２００が第１出力端子５２から出力する第１デジタル信号または第２デジタル信号を受け取って、外部の装置等を制御することができる。また、磁気センサ装置２００は、磁気センサ装置２００が第３出力端子５８から出力する比較結果を受け取って、第１出力端子５２から受け取ったデジタル信号が第１デジタル信号および第２デジタル信号のいずれであるかを識別してよい。

第２構成例の電流センサ装置３００は、第１構成例の電流センサ装置３００と同様に、駆動電流をモーターに供給する電流路に設けられることにより、当該駆動電流の変動を検出することができる。第２構成例の電流センサ装置３００は、駆動電流が過大になっても、駆動電流の変動および動向等を、第１出力端子５２から制御装置１０に供給することができる。

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制御装置、２０ＣＰＵ、３０過電流処理回路、４０電流路、４２電流路、５０パッケージ、５２第１出力端子、５４第２出力端子、５６入出力端子、５８第３出力端子、１００センサ装置、２００磁気センサ装置、２１０磁気センサ素子、２１２端子、２１４端子、２１６端子、２１８端子、２２０オフセット低減部、２３０切換部、２４０増幅回路、２５０復調部、２６０クロック生成部、２７０増幅部、２８０第１ＡＤ変換部、２９０第２ＡＤ変換部、３００電流センサ装置、３１０比較部、３２０選択部

Claims

磁気センサ素子による検出結果に応じたアナログ信号を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤ変換部と、
前記アナログ信号から過電流が検出されたことを示す第２デジタル信号を出力する、前記第１ＡＤ変換部よりも測定レンジが広い第２ＡＤ変換部と、
を備える磁気センサ装置。
前記第２ＡＤ変換部は、前記第１ＡＤ変換部の変換速度よりも前記アナログ信号から前記第２デジタル信号に変換して出力する速度が速い、請求項１に記載の磁気センサ装置。
前記第１ＡＤ変換部は、前記磁気センサ素子の検出結果における予め定められた第１電圧範囲の前記アナログ信号を、前記第１デジタル信号に変換し、
前記第２ＡＤ変換部は、前記磁気センサ素子の検出結果における前記第１電圧範囲よりも広い予め定められた第２電圧範囲の前記アナログ信号を、前記第２デジタル信号に変換する、請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
前記アナログ信号と閾値電圧とを比較して、比較結果を出力する比較部を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
前記比較部は、ヒステリシスコンパレータを有する、請求項４に記載の磁気センサ装置。
前記閾値電圧は、前記第１ＡＤ変換部の測定レンジの範囲内の予め定められた電圧である、請求項４または５に記載の磁気センサ装置。
入力する制御信号に応じて、前記第１デジタル信号および前記第２デジタル信号のうちいずれか一方を選択して出力する選択部を更に備える、請求項４から６のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、前記比較部の比較結果を制御信号として入力する、請求項７に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、外部から入力する制御信号に応じて、前記第１デジタル信号および前記第２デジタル信号のうちいずれか一方を選択して出力する、請求項７に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、前記制御信号が前記閾値電圧よりも前記アナログ信号の方が大きいことを示すことに応じて、前記第２デジタル信号を出力する、請求項７から９のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、前記制御信号が前記閾値電圧よりも前記アナログ信号の方が大きいことを示すことに応じて、前記第２デジタル信号を予め定められた期間出力する、請求項１０に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、前記第２デジタル信号を出力する場合、当該第２デジタル信号を前記第１デジタル信号のビット数と同じビット数にして出力する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
前記選択部は、前記第１デジタル信号および前記第２デジタル信号のうち出力すべきデジタル信号に、前記比較部の比較結果を含めて出力する、請求項７から１２のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
計測対象の電流を流す電流路と、
前記電流路に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する請求項１から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置と、
を備える電流センサ装置。
計測対象の電流を流す電流路と、
前記電流路に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気センサ装置と、
前記磁気センサ装置を収容するパッケージ部と、
を備え、
前記パッケージ部は、
前記第１ＡＤ変換部が出力する前記第１デジタル信号を外部に出力する第１出力端子と、
前記第２ＡＤ変換部が出力する前記第２デジタル信号を外部に出力する第２出力端子と、
を有する電流センサ装置。
計測対象の電流を流す電流路と、
前記電流路に対応して配置され、計測対象の電流に応じて生じる磁場を検知する請求項７から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置と、
前記磁気センサ装置を収容するパッケージ部と、
を備え、
前記パッケージ部は、
前記選択部が出力するデジタル信号を外部に出力する第１出力端子と、
前記比較部が出力する比較結果を外部に出力する第３出力端子と、
を有する電流センサ装置。