JP3366905B2 - 磁気センサ装置および電流センサ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野 本発明は、比較的大きな磁界を測定するための磁気セン
サ装置およびこれを利用して大電流を非接触で測定する
ための電流センサ装置に関する。

【０００２】背景技術 近年、環境に対する配慮から、環境汚染の少ない電気自
動車や太陽光発電の開発が盛んに行われている。電気自
動車や太陽光発電では、数ｋＷ〜数十ｋＷの直流電力を
扱うため、数十〜数百Ａの直流電流を測定する非接触型
の電流センサ装置が必要とされる。このような電流セン
サ装置は、需要量が膨大なため、安価で高精度のものが
社会的に求められている。

【０００３】電流の作る磁界を磁気センサで計測し、電
流値を非接触で測定する電流センサ装置としては、磁気
センサとしてホール素子を用いたものが多く利用されて
いる。

【０００４】しかし、ホール素子はオフセット電圧の処
理が厄介で、これが電流センサ装置の低価格化の障害と
なっている。ここでオフセット電圧とは、被測定磁界が
ゼロのときの残留出力電圧である。

【０００５】一方、磁気センサとして、磁芯の飽和現象
を利用するフラックスゲート素子を用いた磁気センサ装
置または電流センサ装置は、原理的にはオフセット電圧
を発生しないことが期待されるため、注目を集め出して
いる。

【０００６】ここで、第１２図を用いて、最も簡単なフ
ラックスゲート素子の動作原理を説明する。第１２図
は、磁芯に巻かれたコイルのインダクタンスとコイル電
流との関係を示す特性図である。磁芯は磁気飽和特性を
有するため、コイル電流が増大すると、磁芯の実効透磁
率が低下し、コイルのインダクタンスは減少する。従っ
て、マグネット等で磁芯にバイアス磁界Ｂをかけておけ
ば、外部磁界Ｈ₀がバイアス磁界に重畳された場合、外
部磁界Ｈ₀の大きさは、コイルのインダクタンスの変化
として測定することができる。これが最も簡単なフラッ
クスゲート素子の動作原理である。なお、第１２図で
は、バイアス磁界Ｂおよび外部磁界Ｈ₀は、共に、コイ
ル電流に換算した大きさで表している。

【０００７】しかし、この方法ではマグネットの発生す
る磁界の強さや、マグネットと磁芯との位置関係等でバ
イアス点Ｂの位置が変わるため、外部磁界がゼロのとき
のインダクタンス値を一定値に調整しておく必要があ
る。ところが、この値の温度変化や他の外乱に対しての
不安定性の補償は極めて困難である。そのため、上記の
方法は、実用に適していない。

【０００８】ところで、棒状磁芯では開磁路となるため
ヒステリシスの影響は通常かなり小さい。そこで、磁芯
のヒステリシスを無視すれば、磁芯の飽和特性はコイル
電流の向きによらないので、コイル電流を正の向きにし
たときと、負の向きにしたときとのインダクタンスの変
化特性は同一である。例えば、第１２図におけるＰ₊ 点
とＰ_-点は、互いに絶対値の等しい正の向きのコイル電
流と負の向きのコイル電流を表すものとする。これらの
点の近傍において、コイル電流の絶対値の変化に対する
インダクタンスの変化特性は同一である。従って、コイ
ルにピーク時には磁芯が飽和領域に入るような交流電流
を印可し、電流の正負の各ピーク値でのインダクタンス
の減少分の差を測定すれば、外部磁界がゼロのときに
は、この差は常にゼロである。そしてこれは、温度変化
や外乱によって磁芯の特性が変化しても変わらない。つ
まり、この場合、オフセット電圧は発生しない。なお、
本出願において、磁芯の飽和領域とは、磁界の絶対値
が、磁芯の透磁率が最大透磁率となるときの磁界の絶対
値より大きい領域をいう。

【０００９】一方、磁芯に外部磁界が印可された場合、
例えば、第１２図に示したように、外部磁界Ｈ₀が電流
の正の向きに印可されたとすると、電流の正のピーク
（例えば第１２図におけるＱ₊点）ではインダクタンス
値は減少し、負のピーク（例えば第１２図におけるＱ_-
点）ではインダクタンス値は増加するから、その差がゼ
ロ以外の値を持つ。このインダクタンス値の差は外部磁
界に依存するので、このインダクタンス値の差を測定す
ることによって、外部磁界を測定することができる。

【００１０】フラックスゲート素子を用いた磁気センサ
装置または電流センサ装置において、上記のインダクタ
ンス値の差は、例えば、センサコイルに直列に接続され
た別のインダクタンス素子の両端に発生する電圧を微分
した信号、つまり、センサコイルを流れる電流の２次微
分係数に相当する信号から得ることができる。

【００１１】このように、センサコイルに、ピーク時に
は磁芯が飽和領域に入るような交流電流を印可し、電流
の正負の各ピーク値でのインダクタンスの減少分の差を
測定する方法を、本出願において大振幅励振法と言う。

【００１２】なお、日本特開平４−２４５７４号公報に
は、センサコイルに交流電流を印加する手段として、セ
ンサコイルを共振回路の一部として用いた発振回路が開
示されている。

【００１３】ところで、外部磁界ゼロのとき、電流の正
負の各ピーク値でのセンサコイルのインダクタンス値の
差がゼロになるためには、センサコイルにおける励振電
流の正側の波形と負側の波形は対称でなければならな
い。

【００１４】しかし、実際にセンサコイルを励振するた
めの駆動回路を構成して詳細に検討すると、励振電流の
正側の波形と負側の波形は厳密には対称ではない。特に
駆動回路として自励発振回路を用いた場合には、励振電
流の波形の正負の非対称性はかなり大きい。このため、
大振幅励振法を用いたセンサ装置でも、実際には、無視
できない値のオフセット電圧が発生してしまう。

【００１５】このオフセット電圧が発生することによる
問題点は、オフセット電圧がセンサ装置の出力に定常的
な誤差をもたらすという点と、オフセット電圧が温度や
電源電圧等の外部的な擾乱で変動する点にある。

【００１６】観測によれば、励振電流の波形の正負の非
対称性を誘起するのは、発振回路を構成する能動素子の
制御入力のエネルギ損失であることが判明している。ま
た、上記非対称性を変動させる外部擾乱の主体は、発振
回路を構成する能動素子の動作温度の変動であることが
判明している。

【００１７】以下、第１３図ないし第１５図を参照し
て、上述の励振電流の各波形の正負の非対称性について
詳しく説明する。

【００１８】第１３図は、フラックスゲート素子を用い
た磁気センサ装置の構成の一例を示すブロック図であ
る。この磁気センサ装置は、磁芯２０１と、この磁芯２
０１に巻回された少なくとも１つのコイルからなるセン
サコイル２０２と、一端がセンサコイル２０２の一端に
接続され他端が接地され、磁芯２０１が飽和領域に達す
るような交流の駆動電流をセンサコイル２０２に供給す
る交流電流供給部２０３と、センサコイル２０２に対し
て直列に接続された、センサコイル２０２のインダクタ
ンス値の変化を検出するためのインダクタンス素子２０
４とを備えている。インダクタンス素子２０４は、一端
がセンサコイル２０２の他端に接続され、他端が接地さ
れている。

【００１９】第１３図に示した磁気センサ装置は、更
に、センサコイル２０２とインダクタンス素子２０４と
の接続点に接続され、インダクタンス素子２０４の両端
に発生する電圧を微分する微分回路２０５と、この微分
回路２０５の出力信号の正のピーク値をホールドする正
ピークホールド回路２０６と、微分回路２０５の出力信
号の負のピーク値をホールドする負ピークホールド回路
２０７と、正ピークホールド回路２０６によってホール
ドされた値と負ピークホールド回路２０７によってホー
ルドされた値とを加算する加算回路２０８と、加算回路
２０８の出力信号を出力する出力端子２０９とを備えて
いる。

【００２０】第１３図に示した磁気センサ装置では、交
流電流供給部２０３から供給されたセンサコイル２０２
の励振電流は、インダクタンス素子２０４および微分回
路２０５で２回微分され、励振電流の正負の各ピーク値
を表す、互いに逆極性のスパイク状電圧信号となる。こ
の正負のスパイク状電圧信号の各ピーク値は、正ピーク
ホールド回路２０６および負ピークホールド回路２０７
によってホールドされ、加算回路２０８によって加算さ
れて出力信号として出力端子２０９より出力される。

【００２１】第１３図に示した磁気センサ装置におい
て、センサコイル２０２の励振電流における正負の各波
形が対称で、センサコイル２０２に印可される外部磁界
がゼロであれば、出力信号はゼロとなりオフセット電圧
は発生しない。

【００２２】しかし、前述のように、実際に駆動回路を
構成して詳細に検討すると、励振電流の正負の各波形は
厳密には対称ではなく、特に駆動回路として自励発振回
路を用いた場合には、励振電流における正負の各波形の
非対称性はかなり大きい。このため、無視できない値の
オフセット電圧が発生してしまう。

【００２３】ここで、第１４図を参照して、自励発振回
路を用いた場合の励振電流における正負の各波形の非対
称性の発生原因について、自励発振回路としてバイポー
ラトランジスタを能動素子とするクラップ発振回路を用
いた場合を例にとって説明する。第１４図は、センサコ
イル２０２を励振するためのクラップ発振回路の構成の
一例を示す回路図である。

【００２４】第１４図に示したクラップ発振回路は、Ｎ
ＰＮ型のバイポーラトランジスタ２１１と、共振用コイ
ルを兼ねたセンサコイル２０２と、このセンサコイル２
０２に対して直列に接続された共振用コンデンサ２１２
とを備えている。センサコイル２０２と共振用コンデン
サ２１２は直列共振回路を構成している。トランジスタ
２１１のベースは、共振用コンデンサ２１２を介してセ
ンサコイル２０２の一端に接続され、センサコイル２０
２の他端は接地されている。トランジスタ２１１のベー
スには、帰還用コンデンサ２１３の一端が接続されてい
る。帰還用コンデンサ２１３の他端には、帰還用コンデ
ンサ２１４の一端とトランジスタ２１１のエミッタが接
続されている。帰還用コンデンサ２１４の他端は接地さ
れている。トランジスタ２１１のエミッタは、エミッタ
負荷コイル２１５を介して接地されている。トランジス
タ２１１のコレクタは、電源入力端２１６に接続されて
いると共に、バイアス抵抗２１７を介してベースに接続
されている。

【００２５】第１４図に示した発振回路において、トラ
ンジスタ２１１のベースにおいて観測される発振波形に
ついて考察する。発振波形の正のピーク値付近でトラン
ジスタ２１１にベース電流が流れ、トランジスタ２１１
はオンとなり、エミッタ電流によってコンデンサ２１４
が充電される。この充電によるエネルギは発振の継続の
ために使用される。ここで分かることは、トランジスタ
２１１のベース電流が流れるのは発振波形の正のピーク
値付近だけで、負のピーク値付近ではベース電流は流れ
ないということである。そのため、発振波形の正のピー
ク値付近のみで、共振エネルギの一部がベース電流とし
て消費されてしまう。また、トランジスタ２１１が飽和
すると、そのベース、エミッタ間は、単なるダイオード
と等価である。そのため、トランジスタ２１１のベース
において観測される発振波形は、第１５図に示したよう
に、正のピーク値付近がクランプされた波形となる。こ
のようにして、発振波形の正負の非対称性、すなわち励
振電流の波形の正負の非対称性が発生する。なお、第１
５図において、符号Ｖ_CLは、クランプ電位を表してい
る。

【００２６】もし、共振回路のＱ値が十分大きければ、
発振波形の非対称性は共振回路で補正される。しかし、
フラックスゲート素子を用いた磁気センサでは、センサ
コイル１０２のＱ値はあまり大きくないため、上述の非
対称性が残存し、この非対称性がオフセット電圧の発生
の原因となる。

【００２７】しかも、第１４図に示した発振回路では、
トランジスタ２１１の動作温度が上昇するに従って、ト
ランジスタ２１１のベース、エミッタ間順方向阻止電圧
は減少するので、クランプ電位は低下する。すなわち、
トランジスタ２１１の動作温度が上昇するに従って、上
述の非対称性が大きくなり、オフセット電圧が増大す
る。

【００２８】また、第１４図に示した発振回路では、ト
ランジスタ２１１の動作温度が上昇するに従って、発振
振幅も大きくなるので、このことがオフセット電圧の増
大を助長する。このことは、以下のように説明すること
ができる。

【００２９】発振回路から供給される励振電流は、直流
成分を含まないので、励振電流波形の正の部分の面積と
負の部分の面積は等しい。ここで、励振電流波形が正負
非対称であると、波形全体の振幅を増大させた場合に、
正の部分における振幅の増大分と負の部分における振幅
の増大分は等しくなくなる。

【００３０】例えば、簡単のため、励振電流波形の正の
部分が台形で、負の部分が三角形で、台形と三角形の底
辺が等しい場合を考える。この場合、励振電流波形全体
の振幅を増大させると、正の部分の面積と負の部分の面
積は等しいので、振幅の増大量は正の部分より負の部分
の方が大きくなる。このようにして、第１４図に示した
発振回路では、トランジスタ２１１の動作温度が上昇す
るに従って、発振振幅が大きくなり、その結果、励振電
流の波形の正負の非対称性が大きくなり、オフセット電
圧も大きくなる。

【００３１】これらの不具合を解決するには、第１４図
に示した発振回路の例で言えば、発振波形の正のピーク
値付近でベース電流として消費されるエネルギを可能な
限り小さくすることや、ベース、エミッタ間でのクラン
プ現象を小さくすることや、温度によるクランプ電位の
変動および温度による発振振幅の変動を除去することが
必要になる。

【００３２】なお、例えば、能動素子としてダーリント
ントランジスタ、接合型電界効果トランジスタ（以下、
電界効果トランジスタをＦＥＴとも記す。）、あるいは
ＭＯＳ（金属酸化物半導体）型ＦＥＴを採用するだけで
は、上述の不具合は解消しない。このことを以下で説明
する。

【００３３】実際に実験してみると、ダーリントントラ
ンジスタを用いた場合には、ベース電流として消費され
るエネルギは小さくできる。しかし、等価電流増幅率が
極端に大きくなるため、コレクタもれ電流の温度依存性
による動作不安定性が大きく実用にならない。接合型Ｆ
ＥＴを採用した場合には、ＦＥＴが電圧制御であるた
め、発振波形がクランプされる現象はない。しかし、接
合型ＦＥＴには電流容量の大きな素子がなく、大きな励
振電流を必要とする励振回路に使用すると、接合型ＦＥ
Ｔの内部抵抗による電力損失が大き過ぎて、実用になら
ない。ＭＯＳ型ＦＥＴを用いた場合には、ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔがオン抵抗の高い素子であるならば接合型ＦＥＴと同
じ欠点を持ち、ＭＯＳ型ＦＥＴがオン抵抗の低い素子で
あるならば、ゲート、ソース間の静電容量による発振波
形の歪みが大きく、バイポーラトランジスタより不具合
が大きい。

【００３４】以上説明したように、フラックスゲート素
子を用いた磁気センサ装置または電流センサ装置におい
て、オフセット電圧による不具合を解消するには、以下
の３点が重要である。 （１）発振波形の正負の非対称性を可能な限り小さくす
ること。 （２）発振波形の正負の非対称性が発振回路の能動素子
の動作温度で変動しないようにすること。 （３）発振振幅が発振回路の能動素子の動作温度で変動
しないようにすること。

【００３５】上述の（１）はオフセット電圧の絶対値を
小さくし、（２）は温度によるオフセット電圧の変動を
除去し、（３）は温度によるオフセット電圧の増大を防
止する。

【００３６】発明の開示 本発明の第１の目的は、フラックスゲート素子を用いた
磁気センサ装置および電流センサ装置であって、オフセ
ット電圧の変動を小さくすることができるようにした磁
気センサ装置および電流センサ装置を提供することにあ
る。

【００３７】本発明の第２の目的は、上記第１の目的に
加え、オフセット電圧を小さくすることができるように
した磁気センサ装置および電流センサ装置を提供するこ
とにある。

【００３８】本発明の磁気センサ装置は、磁芯と、磁芯
に巻回された、印加される被測定磁界を検出するための
センサコイルと、磁芯が飽和領域に達するような交流電
流をセンサコイルに供給してセンサコイルを駆動する駆
動手段とを備え、駆動手段は、センサコイルを共振回路
の一部に含む自励発振回路を有し、自励発振回路は、そ
れぞれ単独では動作温度の変化に応じて発振波形の変動
を生じさせる２つの能動素子を含み、２つの能動素子に
よる発振波形の変動は発振波形の正負の非対称性の変動
を抑制する方向に働くものである。

【００３９】本発明の電流センサ装置は、被測定電流に
よって発生する被測定磁界を測定することによって被測
定電流を測定するものであって、磁芯と、磁芯に巻回さ
れた、印加される被測定磁界を検出するためのセンサコ
イルと、磁芯が飽和領域に達するような交流電流を前記
センサコイルに供給して前記センサコイルを駆動する駆
動手段とを備え、駆動手段は、センサコイルを共振回路
の一部に含む自励発振回路を有し、自励発振回路は、そ
れぞれ単独では動作温度の変化に応じて発振波形の変動
を生じさせる２つの能動素子を含み、２つの能動素子に
よる発振波形の変動は発振波形の正負の非対称性の変動
を抑制する方向に働くものである。

【００４０】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置では、自励発振回路の２つの能動素子は、それぞれ
単独では動作温度の変化に応じて発振波形の変動を生じ
させるが、２つの能動素子による発振波形の変動は発振
波形の正負の非対称性の変動を抑制する方向に働く。

【００４１】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、２つの能動素子は、発振の継続のために
用いられる増幅素子である、発振波形が正側のときに動
作するＮＰＮ型トランジスタと、発振波形が負側のとき
に動作するＰＮＰ型トランジスタであってもよい。この
場合には、自励発振回路において、発振波形のクランプ
現象は正側と負側で同様に発生する。従って、発振波形
の正負の非対称性が小さくなる。

【００４２】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、ＮＰＮ型トランジスタのエミッタとＰＮ
Ｐ型トランジスタのエミッタが接続されていてもよい。

【００４３】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、ＮＰＮ型トランジスタとＰＮＰ型
トランジスタは、同一の半導体基板上に形成されている
ことが好ましい。

【００４４】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置は、更に、センサコイルに流れる交流電流を
検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて駆
動手段を制御して、センサコイルに流れる電流の振幅を
制御する制御手段とを備えていてもよい。この場合、制
御手段は、駆動手段の動作電圧を制御するものでもよ
い。

【００４５】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、２つの能動素子は、動作温度が上昇する
に従って発振振幅を減少させる特性を有する第１の能動
素子と、動作温度が上昇するに従って発振振幅を増大さ
せる特性を有する第２の能動素子であってもよい。この
場合には、温度変動に伴うオフセット電圧の変動が抑え
られる。

【００４６】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、第１の能動素子は電界効果トランジスタ
であり、第２の能動素子はバイポーラトランジスタであ
ってもよい。

【００４７】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、電界効果トランジスタとバイポー
ラトランジスタは縦続接続されていてもよい。

【００４８】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、自励発振回路は、電界効果トラン
ジスタを含み、発振波形に対応した波形の電圧を電流に
変換して出力する電圧−電流変換素子と、バイポーラト
ランジスタを含み、電圧−電流変換素子より出力される
電流を増幅して、発振の継続のための電流を生成する電
流増幅素子とを有していてもよい。この場合には、クラ
ンプ現象が発生せず、発振波形の正負の非対称性が抑え
られ、オフセット電圧が小さくなる。

【００４９】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、自励発振回路は、コルピッツ発振
回路またはクラップ発振回路を含んでいてもよい。

【００５０】本発明のその他の目的、特徴および利益
は、以下の説明を以って十分明白になるであろう。

【００５１】発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細
に説明する。 ［第１の実施の形態］ 第１図は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁
気センサ装置は、磁気飽和特性を有する磁芯１と、この
磁芯１に巻回された少なくとも１つのコイルからなるセ
ンサコイル２と、磁芯１が飽和領域に達するような交流
電流をセンサコイル２に供給してセンサコイル２を駆動
する駆動部１０と、センサコイル２に対して直列に接続
されたインダクタンス素子４と、被測定磁界を測定する
ための検出部４０とを備えている。センサコイル２は、
印加される被測定磁界を検出するためのコイルである。
インダクタンス素子４は、センサコイル２のインダクタ
ンス値の変化を検出するための素子である。インダクタ
ンス素子４は、例えば、一端がセンサコイル２の他端に
接続され、他端が接地されたコイルよりなる。なお、駆
動部１０は、センサコイル２およびインダクタンス素子
４を含んでいる。検出部４０は、センサコイル２とイン
ダクタンス素子４との接続点に接続されている。

【００５２】駆動部１０は、以下のように構成された自
励発振回路となっている。すなわち、自励発振回路は、
発振の継続のために用いられる増幅素子として、発振波
形が正側のときに動作するＮＰＮ型トランジスタ２１
と、発振波形が負側のときに動作するＰＮＰ型トランジ
スタ３１とを有している。ＮＰＮ型トランジスタ２１と
ＰＮＰ型トランジスタ３１は、同一の半導体基板（ウェ
ハ）上に形成されているのが好ましい。

【００５３】ＮＰＮ型トランジスタ２１のベースは、共
振用コンデンサ２２の一端に接続されている。ＰＮＰ型
トランジスタ３１のベースは、共振用コンデンサ３２の
一端に接続されている。共振用コンデンサ２２，３２の
各他端はセンサコイル２の一端に接続されている。

【００５４】また、ＮＰＮ型トランジスタ２１のベース
は、帰還用コンデンサ２３の一端に接続されている。Ｐ
ＮＰ型トランジスタ３１のベースは、帰還用コンデンサ
３３の一端に接続されている。帰還用コンデンサ２３，
３３の各他端は帰還用コンデンサ３０の一端に接続され
ている。帰還用コンデンサ３０の他端は接地されてい
る。

【００５５】ＮＰＮ型トランジスタ２１のエミッタとＰ
ＮＰ型トランジスタ３１のエミッタは、互いに接続され
ていると共に、帰還用コンデンサ２３，３３の接続点に
接続されている。

【００５６】ＮＰＮ型トランジスタ２１のベースは、バ
イアス用抵抗２４を介して電源入力端２５に接続されて
いる。また、ＮＰＮ型トランジスタ２１のコレクタは電
源入力端２５に接続されている。

【００５７】ＰＮＰ型トランジスタ３１のベースは、バ
イアス用抵抗３４を介して接地されている。また、ＰＮ
Ｐ型トランジスタ３１のコレクタは接地されている。

【００５８】このような構成の駆動部１０において、セ
ンサコイル２、インダクタンス素子４およびコンデンサ
２２，２３，３０，３２，３３は、自励発振回路におけ
る直列共振回路を構成している。すなわち、直列共振回
路は、センサコイル２を一部に含んでいる。

【００５９】第１図におけるコンデンサ２２，２３，３
０，３２，３３のキャパシタンスをそれぞれＣ_S1，
Ｃ_B1，Ｃ_E，Ｃ_S2，Ｃ_B2とすると、Ｃ_S1，Ｃ_S2＜＜
Ｃ_B1，Ｃ_B2およびＣ_S1，Ｃ_S2＜＜Ｃ_Eとした場合には、
第１図に示した自励発振回路はクラップ発振回路を含ん
だものとなる。また、Ｃ_S1，Ｃ_S2＞＞Ｃ_B1，Ｃ_B2および
Ｃ_S1，Ｃ_S2＞＞Ｃ_Eとした場合には、第１図に示した自
励発振回路はコルピッツ発振回路を含んだものとなる。

【００６０】検出部４０は、センサコイル２とインダク
タンス素子４との接続点に接続され、インダクタンス素
子４の両端に発生する電圧を微分する微分回路４１と、
この微分回路４１の出力信号の正のピーク値をホールド
する正ピークホールド回路４２と、微分回路４１の出力
信号の負のピーク値をホールドする負ピークホールド回
路４３と、正ピークホールド回路４２によってホールド
された値と負ピークホールド回路４３によってホールド
された値とを加算する加算回路４４とを備えている。加
算回路４４の出力端は出力端子４５に接続されている。

【００６１】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の作用について説明する。本実施の形態に係る磁気セン
サ装置では、自励発振回路よりなる駆動部１０によっ
て、磁芯１が飽和領域に達するような交流の励振電流が
センサコイル２に供給されて、センサコイル２が駆動さ
れる。励振電流は、電源電圧で制限される電流値に対し
て、自励発振回路における直列共振回路のＱ値倍とな
る。

【００６２】励振電流のピーク値付近で磁芯１が飽和領
域に達すると、センサコイル２のインダクタンス値が急
減するため、励振電流は急増する。励振電流の波形を２
回微分すれば、急増した部分の電流波形に相似な逆位相
の出力を検出することができる。本実施の形態では、セ
ンサコイル２の励振電流は、インダクタンス素子４およ
び微分回路４１で２回微分され、励振電流の正負の各ピ
ーク値を表す、互いに逆極性のスパイク状電圧信号とな
る。この正負のスパイク状電圧信号の各ピーク値は、正
ピークホールド回路４２および負ピークホールド回路４
３によってホールドされ、加算回路４４によって加算さ
れて、被測定磁界に対応した出力信号として出力端子４
５より出力される。

【００６３】本実施の形態における自励発振回路では、
ＮＰＮ型トランジスタ２１は、ベースに印加される発振
電圧波形の正のピーク値付近でオンとなり、そのエミッ
タ電流によってコンデンサ３０が充電される。コンデン
サ３０に充電されたエネルギは発振の継続のために使用
される。ここで、発振電圧波形の正のピーク値付近で
は、共振エネルギの一部がＮＰＮ型トランジスタ２１の
ベース電流として消費されてしまうと共に、クランプ現
象が発生する。

【００６４】一方、ＰＮＰ型トランジスタ３１は、ベー
スに印加される発振電圧波形の負のピーク値付近でオン
となり、そのエミッタ電流によってコンデンサ３０が放
電、すなわち、発振電圧波形の正のときとは逆の向きに
充電される。コンデンサ３０に充電されたエネルギは発
振の継続のために使用される。ここで、発振電圧波形の
負のピーク値付近では、共振エネルギの一部がＰＮＰ型
トランジスタ３１のベース電流として消費されてしまう
と共に、クランプ現象が発生する。

【００６５】このように、本実施の形態では、発振波形
のクランプ現象は正側と負側で同様に発生する。従っ
て、本実施の形態では、発振波形は、第２図に示したよ
うに、正負対称になるか、非対称性があっても非常に小
さくなる。その結果、本実施の形態によれば、フラック
スゲート素子を用いた磁気センサ装置におけるオフセッ
ト電圧を小さくすることができる。

【００６６】また、本実施の形態では、トランジスタ２
１，３１の動作温度の変動に伴ってクランプ電位が変動
しても、クランプ電位は発振波形の正側と負側で同様に
変化するので、発振波形の正負の対称性は維持される。
従って、本実施の形態によれば、フラックスゲート素子
を用いた磁気センサ装置において、温度変化に伴うオフ
セット電圧の変動を小さくすることができる。

【００６７】また、本実施の形態によれば、ＮＰＮ型ト
ランジスタ２１のエミッタとＰＮＰ型トランジスタ３１
のエミッタが接続されているので、一方のトランジスタ
が他方のトランジスタのエミッタの負荷となり、各トラ
ンジスタ２１，３１毎の独立したエミッタの負荷が不要
になる。

【００６８】また、本実施の形態において、ＮＰＮ型ト
ランジスタ２１とＰＮＰ型トランジスタ３１が同一の半
導体基板上に形成されている場合には、トランジスタ２
１，３１が独立している場合に比べて、トランジスタ２
１，３１の温度変化に対する特性がより近似したものと
なるため、温度変化に対するオフセット電圧の変動をよ
り小さくすることができる。

【００６９】第３図は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置におけるオフセット電圧の温度変動率の一例を示す
特性図である。この図において、横軸は温度を表し、縦
軸はオフセット電圧の温度変動率を表している。オフセ
ット電圧の温度変動率は、２５℃における磁気センサ装
置の出力電圧を基準にして、異なる温度における出力電
圧の変動率を百分率で表したものである。第３図におい
て、破線は本実施の形態に係る磁気センサ装置の特性を
示し、実線は、比較例として例えば第１４図に示した発
振回路を用いた磁気センサ装置の特性を示している。

【００７０】なお、第３図に示したオフセット電圧の温
度変動率の値は、以下の通りである。 温度−40℃のとき、本実施の形態では−０．１７％、比
較例では２．０８％。 温度−20℃のとき、本実施の形態では−０．１３％、比
較例では１．３９％。 温度 ０℃のとき、本実施の形態では−０．０５％、比
較例では０．７５％。 温度５０℃のとき、本実施の形態では０．０６％、比較
例では−０．７５％。 温度８０℃のとき、本実施の形態では０．１２％、比較
例では−１．８７％。

【００７１】第３図からも、本実施の形態によれば、温
度変化に対するオフセット電圧の変動を小さくすること
ができることが分かる。

【００７２】［第２の実施の形態］ 次に、第４図を参照して、本発明の第２の実施の形態に
係る磁気センサ装置について説明する。第４図は、本実
施の形態に係る磁気センサ装置の構成を示す回路図であ
る。

【００７３】本実施の形態に係る磁気センサ装置は、第
１の実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、センサ
コイル２に流れる交流電流を検出する検出手段と、この
検出手段の検出結果に基づいて駆動部を制御して、セン
サコイル２に流れる電流の振幅を制御する制御手段とを
付加したものである。

【００７４】上記検出手段および制御手段は、以下のよ
うに構成されている。すなわち、センサコイル２とイン
ダクタンス素子４との接続点には、コンデンサ５１の一
端が接続され、このコンデンサ５１の他端には、コンデ
ンサ５２の一端と抵抗５３の一端とが接続されている。
コンデンサ５２の他端には、抵抗５４の一端とダイオー
ド５５のカソードとＮＰＮ型トランジスタ５６のベース
とが接続されている。抵抗５３，５４の各他端とダイオ
ード５５のアノードとトランジスタ５６のエミッタは接
地されている。トランジスタ５６のコレクタとエミッタ
はコンデンサ５８を介して接続されている。また、トラ
ンジスタ５６のコレクタには、ＮＰＮ型トランジスタ５
７のベースが接続されている。

【００７５】本実施の形態では、トランジスタ３１のコ
レクタと抵抗３４との接続点は接地されておらず、この
接続点は、トランジスタ５７のコレクタに接続されてい
ると共に、コンデンサ５９を介して接地されている。ト
ランジスタ５７のエミッタは接地されている。トランジ
スタ５６のコレクタとトランジスタ５７のベースは、抵
抗６０を介して電源入力端２５に接続されている。

【００７６】コンデンサ５１および抵抗５３は微分回路
を構成している。コンデンサ５２、抵抗５４、ダイオー
ド５５、トランジスタ５６およびコンデンサ５８は、増
幅回路を兼ねたピーク整流回路を構成している。これら
微分回路およびピーク整流回路は、本発明における検出
手段に対応する。トランジスタ５７は、駆動部の動作電
圧を制御するものであり、本発明における制御手段に対
応する。

【００７７】本実施の形態では、コンデンサ５１および
抵抗５３よりなる微分回路によって、インダクタンス素
子４の両端に発生する電圧が微分されて、励振電流の正
負の各ピーク値を表す、互いに逆極性のスパイク状電圧
信号が生成される。そして、ピーク整流回路によって、
上記スパイク状電圧信号の振幅に対応した、トランジス
タ５７のベースに印加される制御信号が生成される。こ
の制御信号は、以下で説明するように、励振電流の振幅
が増加すると小さくなり、励振電流の振幅が減少すると
大きくなる。

【００７８】温度変動等の外部擾乱により励振電流の振
幅が増加するとトランジスタ５６のベース電位が上昇
し、トランジスタ５６のコレクタ電位が低下する。トラ
ンジスタ５６のコレクタ電位は、制御信号としてトラン
ジスタ５７のベースに印加される。制御信号が小さくな
ると、トランジスタ５７のコレクタ、エミッタ間に流れ
る電流が減少し、トランジスタ５７のコレクタ電位が上
昇する。その結果、トランジスタ２１，３１のコレク
タ、エミッタ間電位、すなわち動作電圧が低下し、励振
電流の振幅は減少するように制御される。

【００７９】逆に、外部擾乱により励振電流の振幅が減
少すると、制御信号が大きくなり、トランジスタ２１，
３１の動作電圧が増加し、励振電流の振幅は増加するよ
うに制御される。

【００８０】このように、本実施の形態では、励振電流
の振幅が一定になるように、励振電流の振幅の検出結果
に基づいて励振電流の振幅が制御される。従って、本実
施の形態によれば、わずかに励振電流の波形の正負の非
対称性があったとしても、外部擾乱によって非対称性が
変化することが防止され、オフセット電圧の変動をより
小さくすることができる。

【００８１】なお、本実施の形態において、必要に応じ
て、制御信号に対して増幅や位相補正等の信号処理を施
してもよい。

【００８２】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００８３】［第３の実施の形態］ 次に、第５図を参照して、本発明の第３の実施の形態に
係る磁気センサ装置について説明する。第５図は、本実
施の形態に係る磁気センサ装置の構成を示す回路図であ
る。

【００８４】本実施の形態は、第２の実施の形態と同様
に、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、
センサコイル２に流れる交流電流を検出する検出手段
と、この検出手段の検出結果に基づいて駆動部を制御し
て、センサコイル２に流れる電流の振幅を制御する制御
手段とを付加したものである。

【００８５】本実施の形態において、微分回路およびピ
ーク整流回路の構成は、第２の実施の形態と同様であ
る。本実施の形態では、第２の実施の形態におけるトラ
ンジスタ５７の代りに、ＮＰＮ型トランジスタ６１が設
けられている。トランジスタ６１は、第１の実施の形態
におけるトランジスタ２１のコレクタと電源入力端２５
との間に設けられている。トランジスタ６１のベースは
トランジスタ５６のコレクタに接続されている。トラン
ジスタ６１のコレクタは電源入力端２５に接続されてい
る。トランジスタ６１のエミッタは、トランジスタ２１
のコレクタに接続されていると共に、コンデンサ６２を
介して接地されている。トランジスタ６１は、駆動部の
動作電圧を制御するものであり、本発明における制御手
段に対応する。また、本実施の形態では、トランジスタ
３１のコレクタと抵抗３４との接続点は接地されてい
る。

【００８６】本実施の形態では、温度変動等の外部擾乱
により励振電流の振幅が増加するとトランジスタ５６の
ベース電位が上昇し、トランジスタ５６のコレクタ電位
が低下する。トランジスタ５６のコレクタ電位は、制御
信号としてトランジスタ６１のベースに印加される。制
御信号が小さくなると、トランジスタ６１のエミッタ電
位が低下する。その結果、トランジスタ２１，３１のコ
レクタ、エミッタ間電位、すなわち動作電圧が低下し、
励振電流の振幅は減少するように制御される。

【００８７】逆に、外部擾乱により励振電流の振幅が減
少すると、制御信号が大きくなり、トランジスタ２１，
３１の動作電圧が増加し、励振電流の振幅は増加するよ
うに制御される。

【００８８】なお、本実施の形態において、必要に応じ
て、制御信号に対して増幅や位相補正等の信号処理を施
してもよい。

【００８９】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１または第２の実施の形態と同様であ
る。

【００９０】［第４の実施の形態］ 次に、第６図を参照して、本発明の第４の実施の形態に
係る電流センサ装置について説明する。第６図は、本実
施の形態に係る電流センサ装置の構成を示す回路図であ
る。本実施の形態に係る電流センサ装置は、第１の実施
の形態に係る磁気センサ装置を用いて構成されている。

【００９１】本実施の形態に係る電流センサ装置は、被
測定電流が通過する導電部７１を囲うように設けられ、
一部にギャップを有する磁気ヨーク７２を備えている。
そして、磁気ヨーク７２のギャップ内に、第１の実施の
形態に係る磁気センサ装置における磁芯１およびセンサ
コイル２が配置されている。

【００９２】本実施の形態の電流センサ装置では、導電
部７１を第６図における紙面に垂直な方向に流れる電流
（被測定電流）によって発生する磁束が、磁気ヨーク７
２によって収束され、磁気ヨーク７２を通過する。そし
て、磁気ヨーク７２のギャップ内に配置された磁芯１お
よびセンサコイル２を含む磁気センサ装置によって、上
記ギャップ内の磁界（被測定磁界）が測定され、これに
より、被測定電流が非接触で測定される。

【００９３】なお、本実施の形態において、磁気センサ
装置として第２または第３の実施の形態に係る磁気セン
サ装置を用いてもよい。本実施の形態におけるその他の
構成、作用および効果は、第１ないし第３の実施の形態
と同様である。

【００９４】［第５の実施の形態］ 第７図は、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係
る磁気センサ装置は、磁気飽和特性を有する磁芯１０１
と、この磁芯１０１に巻回された少なくとも１つのコイ
ルからなるセンサコイル１０２と、磁芯１０１が飽和領
域に達するような交流電流をセンサコイル１０２に供給
してセンサコイル１０２を駆動する駆動部１１０と、セ
ンサコイル１０２に対して直列に接続されたインダクタ
ンス素子１０４と、被測定磁界を測定するための検出部
１４０とを備えている。センサコイル１０２は、印加さ
れる被測定磁界を検出するためのコイルである。インダ
クタンス素子１０４は、センサコイル１０２のインダク
タンス値の変化を検出するための素子である。インダク
タンス素子１０４は、例えば、一端がセンサコイル１０
２の他端に接続され、他端が接地されたコイルよりな
る。なお、駆動部１１０は、センサコイル１０２および
インダクタンス素子１０４を含んでいる。検出部１４０
は、センサコイル１０２とインダクタンス素子１０４と
の接続点に接続されている。

【００９５】駆動部１１０は、以下のように構成された
自励発振回路となっている。すなわち、駆動部１１０
は、センサコイル１０２の一端に、順に直列に接続され
た共振用コンデンサ１２１、帰還用コンデンサ１２２お
よび帰還用コンデンサ１２３を有している。帰還用コン
デンサ１２３の帰還用コンデンサ１２２とは反対側の端
部は接地されている。センサコイル１０２、インダクタ
ンス素子１０４およびコンデンサ１２１，１２２，１２
３は、自励発振回路における直列共振回路を構成してい
る。すなわち、直列共振回路は、センサコイル１０２を
一部に含んでいる。

【００９６】駆動部１１０は、更に、共振用コンデンサ
１２１と帰還用コンデンサ１２２との接続点に、順に縦
続接続された電圧−電流変換素子１１１と電流増幅素子
１１２を有している。電流増幅素子１１２は帰還用コン
デンサ１２２，１２３の接続点に接続されていると共
に、例えばコイルよりなる負荷用インダクタンス素子１
２４の一端に接続されている。インダクタンス素子１２
４の他端は接地されている。また、電圧−電流変換素子
１１１および電流増幅素子１１２は電源入力端１２５に
接続されている。

【００９７】電圧−電流変換素子１１１は、発振波形に
対応した波形の電圧を電流に変換して出力する。電流増
幅素子１１２は、電圧−電流変換素子１１１より出力さ
れる電流を増幅して、発振の継続のための電流を生成す
る。

【００９８】検出部１４０は、センサコイル１０２とイ
ンダクタンス素子１０４との接続点に接続され、インダ
クタンス素子１０４の両端に発生する電圧を微分する微
分回路１４１と、この微分回路１４１の出力信号の正の
ピーク値をホールドする正ピークホールド回路１４２
と、微分回路１４１の出力信号の負のピーク値をホール
ドする負ピークホールド回路１４３と、正ピークホール
ド回路１４２によってホールドされた値と負ピークホー
ルド回路１４３によってホールドされた値とを加算する
加算回路１４４とを備えている。加算回路１４４の出力
端は出力端子１４５に接続されている。

【００９９】第８図は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置における自励発振回路の能動素子部分を示す回路図
である。なお、本実施の形態において、能動素子部分と
は、能動素子と、この能動素子の動作に必要な抵抗等の
受動素子とを含む部分を言う。第８図において、符号１
２０で示した部分が能動素子部分である。なお、第８図
では、インダクタンス素子１０４を省略している。

【０１００】能動素子部分１２０は、電圧−電流変換素
子１１１としての接合型電界効果トランジスタ（接合型
ＦＥＴ）１３１と、電流増幅素子１１２としてのＮＰＮ
型のバイポーラトランジスタ１３２とを有している。接
合型ＦＥＴ１３１とバイポーラトランジスタ１３２は、
以下で説明するように縦続接続されている。

【０１０１】接合型ＦＥＴ１３１のゲートＧは、共振用
コンデンサ１２１と帰還用コンデンサ１２２との接続点
に接続されている。接合型ＦＥＴ１３１のゲートＧは、
更に、バイアス用抵抗１３５を介して、帰還用コンデン
サ１２２，１２３の接続点と、バイポーラトランジスタ
１３２のエミッタＥと、インダクタンス素子１２４の一
端とに接続されている。接合型ＦＥＴ１３１のソースＳ
は、抵抗１３３を介して、帰還用コンデンサ１２２，１
２３の接続点と、バイポーラトランジスタ１３２のエミ
ッタＥと、インダクタンス素子１２４の一端とに接続さ
れている。接合型ＦＥＴ１３１のソースＳは、更に、抵
抗１３４を介して、バイポーラトランジスタ１３２のベ
ースＢに接続されている。接合型ＦＥＴ１３１のドレイ
ンＤとバイポーラトランジスタ１３２のコレクタＣは電
源入力端１２５に接続されている。

【０１０２】接合型ＦＥＴ１３１は、動作温度が上昇す
るに従って発振振幅を減少させる特性を有し、本発明に
おける第１の能動素子に対応し、バイポーラトランジス
タ１３２は、動作温度が上昇するに従って発振振幅を増
大させる特性を有し、本発明における第２の能動素子に
対応する。

【０１０３】第８図におけるコンデンサ１２１，１２
２，１２３のキャパシタンスをそれぞれＣs ，Ｃb ，Ｃ
e とすると、Ｃs ＜＜ＣbおよびＣs ＜＜Ｃeとした場合
には、第８図に示した自励発振回路はクラップ発振回路
を含んだものとなる。また、Ｃs＞＞ＣbおよびＣs ＞＞
Ｃe とした場合には、第８図に示した自励発振回路はコ
ルピッツ発振回路を含んだものとなる。

【０１０４】第９図は、第８図に示した能動素子部分１
２０を含む、本実施の形態に係る磁気センサ装置の構成
を示す回路図である。この図の説明は、第７図および第
８図の説明と重複するので省略する。

【０１０５】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の作用について説明する。本実施の形態に係る磁気セン
サ装置では、自励発振回路よりなる駆動部１１０によっ
て、磁芯１０１が飽和領域に達するような交流の励振電
流がセンサコイル１０２に供給されて、センサコイル１
０２が駆動される。励振電流は、電源電圧で制限される
電流値に対して、自励発振回路における直列共振回路の
Ｑ値倍となる。

【０１０６】励振電流のピーク値付近で磁芯１０１が飽
和領域に達すると、センサコイル１０２のインダクタン
ス値が急減するため、励振電流は急増する。励振電流の
波形を２回微分すれば、急増した部分の電流波形に相似
な逆位相の出力を検出することができる。本実施の形態
では、センサコイル１０２の励振電流は、インダクタン
ス素子１０４および微分回路１４１で２回微分され、励
振電流の正負の各ピーク値を表す、互いに逆極性のスパ
イク状電圧信号となる。この正負のスパイク状電圧信号
の各ピーク値は、正ピークホールド回路１４２および負
ピークホールド回路１４３によってホールドされ、加算
回路１４４によって加算されて、被測定磁界に対応した
出力信号として出力端子１４５より出力される。

【０１０７】本実施の形態では、自励発振回路の能動素
子部分１２０は、電圧−電流変換素子１１１としての接
合型ＦＥＴ１３１と、電流増幅素子１１２としてのバイ
ポーラトランジスタ１３２とを有している。

【０１０８】ＦＥＴ１３１のゲートＧの入力インピーダ
ンスは極めて大きく、入力信号のクランプ現象は発生し
ない。従って、電圧−電流変換素子１１１として、電圧
駆動素子である接合型ＦＥＴ１３１を用いると、電圧−
電流変換素子１１１の駆動に電流を必要とせず、エネル
ギを分流する部分がないため、電圧−電流変換素子１１
１の入力端子（接合型ＦＥＴ１３１のゲートＧ）に印加
される電圧波形（発振波形）においてクランプ現象は発
生しない。電圧−電流変換素子１１１によって出力され
る電流は、電流増幅素子１１２によって増幅され、コン
デンサ１２３に充電される。この充電によるエネルギは
発振の継続のために使用される。

【０１０９】本実施の形態では、発振波形のクランプ現
象がないため、発振波形の正負の非対称性は非常に少な
い。また、クランプ現象自体がないため、温度変動に伴
ってクランプ電位が変動することに起因する非対称性の
変動は発生しない。従って、本実施の形態によれば、フ
ラックスゲート素子を用いた磁気センサ装置におけるオ
フセット電圧を小さくすることができる。

【０１１０】また、能動素子部分１２０における電流出
力は、電流増幅素子１１２としてのバイポーラトランジ
スタ１３２のエミッタＥから得られる。本実施の形態で
は、電流増幅素子１１２として、コレクタ、エミッタ間
飽和電圧が十分小さいバイポーラトランジスタ１３２を
採用することができるため、電力損失を小さくすること
ができる。

【０１１１】ところで、電圧−電流変換素子１１１とし
ては、オペアンプによるヴォルテージフォロアや、バイ
ポーラトランジスタによるエミッタフォロアや、接合型
あるいはＭＯＳ型ＦＥＴによるソースフォロア等の回路
も考えられる。しかし、オペアンプの使用はコスト的に
無駄である。また、バイポーラトランジスタによるエミ
ッタフォロア回路は、ベース電圧が上昇し、トランジス
タが飽和すればクランプ現象を発生させ、また動作温度
が上昇するに従って発振振幅を増大させる特性を有す
る。従って、電流増幅素子１１２としてバイポーラトラ
ンジスタを使用する場合には、電圧−電流変換素子１１
１と電流増幅素子１１２が共に、動作温度が上昇するに
従って発振振幅を増大させるため好ましくない。

【０１１２】一方、電圧−電流変換素子１１１の出力電
流は電流増幅素子１１２を駆動するに足りればよいの
で、小信号用のＦＥＴが使用可能である。以上のことか
ら、本発明に用いる電圧−電流変換素子としてはＦＥＴ
が好ましい。

【０１１３】更に、ＦＥＴは、接合型およびＭＯＳ型共
に、ゲート電圧、ドレイン電流間の相互コンダクタンス
の温度係数は負である。このことは、電圧−電流変換素
子１１１としてＦＥＴを使用した場合、電圧−電流変換
の変換係数が動作温度の上昇に伴って減少することを意
味する。従って、本実施の形態における電圧−電流変換
素子１１１としてのＦＥＴ１３１は、動作温度が上昇す
るに従って発振振幅を減少させる特性を有する。

【０１１４】これに対し、バイポーラトランジスタは、
一般に、電流増幅率の温度係数が正である。従って、本
実施の形態における電流増幅素子１１２としてのバイポ
ーラトランジスタ１３２は、動作温度が上昇するに従っ
て発振振幅を増大させる特性を有する。

【０１１５】本実施の形態では、このように、自励発振
回路が、動作温度が上昇するに従って発振振幅を減少さ
せる特性を有するＦＥＴ１３１と、動作温度が上昇する
に従って発振振幅を増大させる特性を有するバイポーラ
トランジスタ１３２とを含むようにしたので、自励発振
回路において、温度上昇に伴う発振振幅の変動は、ＦＥ
Ｔ１３１とバイポーラトランジスタ１３２とで逆方向に
生じる。その結果、本実施の形態によれば、温度変化に
伴う駆動部１１０（自励発振回路）の発振振幅の変動を
効果的に抑制することができ、フラックスゲート素子を
用いた磁気センサ装置におけるオフセット電圧の変動を
小さくすることができる。

【０１１６】また、このことは、クランプ現象以外の未
確認の原因による発振波形の正負の非対称性が残存した
としても、発振振幅の変動によるオフセット電圧の変動
が抑制されることを意味し、実用上極めて好都合であ
る。

【０１１７】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、クランプ現象に起因する発振波形の正負の非対称性
はほとんどないため、クランプ現象に付随する非対称性
の温度変動もほとんどない。また、発振振幅の温度依存
性も抑圧されるので、残存するわずかな非対称性が温度
変化によって拡大されることもない。従って、本実施の
形態によれば、フラックスゲート素子を用いた磁気セン
サ装置において、オフセット電圧による不具合を解消す
るための以下の課題を全て解決することができる。 （１）発振波形の正負の非対称性を可能な限り小さくす
ること。 （２）発振波形の正負の非対称性が発振回路の能動素子
の動作温度で変動しないようにすること。 （３）発振振幅が発振回路の能動素子の動作温度で変動
しないようにすること。

【０１１８】また、本実施の形態における自励発振回路
は、例えば第１４図に示したような従来の自励発振回路
に、小信号用のＦＥＴ１３１とそのソース負荷用の２個
の抵抗１３３，１３４を追加するだけの非常に簡単な構
成で実現できる。従って、本実施の形態によれば、非常
に安価で特性の優れた磁気センサ装置を実現することが
できる。この磁気センサ装置は、電気自動車や太陽光発
電等で用いられる電流センサ装置等へ適用すれば、産業
上の貢献は極めて大きい。

【０１１９】［第６の実施の形態］ 次に、第１０図を参照して、本発明の第６の実施の形態
に係る磁気センサ装置について説明する。第１０図は、
本実施の形態に係る磁気センサ装置における自励発振回
路の能動素子部分を示す回路図である。本実施の形態
は、自励発振回路の電圧−電流変換素子１１１として、
第５の実施の形態における接合型ＦＥＴ１３１の代り
に、小信号用のＭＯＳ型ＦＥＴ１３６を用いたものであ
る。また、本実施の形態では、第５の実施の形態におけ
るバイアス抵抗１３５の代りに、ＦＥＴ１３６のゲート
と電源入力端１２５との間にバイアス抵抗１３７が設け
られている。

【０１２０】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第５の実施の形態と同様である。

【０１２１】［第７の実施の形態］ 次に、第１１図を参照して、本発明の第７の実施の形態
に係る電流センサ装置について説明する。第１１図は、
本実施の形態に係る電流センサ装置の構成を示す回路図
である。本実施の形態に係る電流センサ装置は、第５の
実施の形態に係る磁気センサ装置を用いて構成されてい
る。

【０１２２】本実施の形態に係る電流センサ装置は、被
測定電流が通過する導電部１５１を囲うように設けら
れ、一部にギャップを有する磁気ヨーク１５２を備えて
いる。そして、磁気ヨーク１５２のギャップ内に、第５
の実施の形態に係る磁気センサ装置における磁芯１０１
およびセンサコイル１０２が配置されている。

【０１２３】本実施の形態の電流センサ装置では、導電
部１５１を第１１図における紙面に垂直な方向に流れる
電流（被測定電流）によって発生する磁束が、磁気ヨー
ク１５２によって収束され、磁気ヨーク１５２を通過す
る。そして、磁気ヨーク１５２のギャップ内に配置され
た磁芯１０１およびセンサコイル１０２を含む磁気セン
サ装置によって、上記ギャップ内の磁界（被測定磁界）
が測定され、これにより、被測定電流が非接触で測定さ
れる。

【０１２４】なお、本実施の形態において、磁気センサ
装置として第６の実施の形態に係る磁気センサ装置を用
いてもよい。本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第５または第６の実施の形態と同様であ
る。

【０１２５】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず、種々変更が可能である。例えば、実施の形態で
挙げた回路構成は一例であり、通常の技術を用いて種々
変更が可能である。

【０１２６】以上説明したように、本発明の磁気センサ
装置または電流センサ装置によれば、自励発振回路の２
つの能動素子は、それぞれ単独では動作温度の変化に応
じて発振波形の変動を生じさせるが、２つの能動素子に
よる発振波形の変動は発振波形の正負の非対称性の変動
を抑制する方向に働くので、フラックスゲート素子を用
いた磁気センサ装置または電流センサ装置において、オ
フセット電圧を小さくすることができる。

【０１２７】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、２つの能動素子が、発振波形が正
側のときに動作するＮＰＮ型トランジスタと、発振波形
が負側のときに動作するＰＮＰ型トランジスタである場
合には、発振波形のクランプ現象が正側と負側で同様に
発生し、発振波形の正負の非対称性が小さくなるので、
フラックスゲート素子を用いた磁気センサ装置または電
流センサ装置において、オフセット電圧を小さくすると
共にオフセット電圧の変動を小さくすることができる。

【０１２８】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、ＮＰＮ型トランジスタのエミッタ
とＰＮＰ型トランジスタのエミッタが接続されている場
合には、一方のトランジスタが他方のトランジスタのエ
ミッタの負荷となり、各トランジスタ毎の独立したエミ
ッタの負荷が不要になる。

【０１２９】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、ＮＰＮ型トランジスタとＰＮＰ型
トランジスタが同一の半導体基板上に形成されている場
合には、温度変化に対するオフセット電圧の変動をより
小さくすることができる。

【０１３０】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、センサコイルに流れる電流の振幅
を制御するようにした場合には、オフセット電圧の変動
をより小さくすることができる。

【０１３１】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、２つの能動素子が、動作温度が上
昇するに従って発振振幅を減少させる特性を有する第１
の能動素子と、動作温度が上昇するに従って発振振幅を
増大させる特性を有する第２の能動素子である場合に
は、温度変動に伴うオフセット電圧の変動を抑えること
ができるので、フラックスゲート素子を用いた磁気セン
サ装置または電流センサ装置において、オフセット電圧
の変動を小さくすることができる。

【０１３２】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、自励発振回路は、電界効果トラン
ジスタを含み、発振波形に対応した波形の電圧を電流に
変換して出力する電圧−電流変換素子と、バイポーラト
ランジスタを含み、電圧−電流変換素子より出力される
電流を増幅して、発振の継続のための電流を生成する電
流増幅素子とを有するようにした場合には、クランプ現
象が発生しないので、発振波形の正負の非対称性を抑
え、オフセット電圧を小さくすることができる。

【０１３３】以上の説明に基づき、本発明の種々の態様
や変形例を実施可能であることは明らかである。従っ
て、以下の請求の範囲の均等の範囲において、上記の最
良の形態以外の形態でも本発明を実施することが可能で
ある。 ［図面の簡単な説明］ 第１図は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。 第２図は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ
装置における発振波形を示す波形図である。 第３図は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ
装置におけるオフセット電圧の温度変動率の一例を示す
特性図である。 第４図は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。 第５図は、本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。 第６図は、本発明の第４の実施の形態に係る電流センサ
装置の構成を示す回路図である。 第７図は、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示すブロック図である。 第８図は、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサ
装置における自励発振回路の能動素子部分を示す回路図
である。 第９図は、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。 第１０図は、本発明の第６の実施の形態に係る磁気セン
サ装置における自励発振回路の能動素子部分を示す回路
図である。 第１１図は、本発明の第７の実施の形態に係る電流セン
サ装置の構成を示す回路図である。 第１２図は、フラックスゲート素子の動作原理を説明す
るための説明図である。 第１３図は、フラックスゲート素子を用いた磁気センサ
装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１４図は、第１３図におけるセンサコイルを励振する
ためのクラップ発振回路の構成の一例を示す回路図であ
る。 第１５図は、第１４図におけるトランジスタのベースに
おいて観測される発振波形を示す波形図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/02 - 33/10 G01R 15/18 - 15/20

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁芯と、 前記磁芯に巻回された、印加される被測定磁界を検出す
   るためのセンサコイルと、 前記磁芯が飽和領域に達するような交流電流を前記セン
   サコイルに供給して前記センサコイルを駆動する駆動手
   段と を備え、 前記駆動手段は、前記センサコイルを共振回路の一部に
   含む自励発振回路を有し、 前記自励発振回路は、それぞれ単独では動作温度の変化
   に応じて発振波形の変動を生じさせる２つの能動素子を
   含み、前記２つの能動素子による発振波形の変動は発振
   波形の正負の非対称性の変動を抑制する方向に働く ことを特徴とする磁気センサ装置。
2. 【請求項２】 前記２つの能動素子は、発振の継続のた
   めに用いられる増幅素子である、発振波形が正側のとき
   に動作するＮＰＮ型トランジスタと、発振波形が負側の
   ときに動作するＰＮＰ型トランジスタであることを特徴
   とする請求項１記載の磁気センサ装置。
3. 【請求項３】 前記ＮＰＮ型トランジスタのエミッタと
   前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタが接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の磁気センサ装置。
4. 【請求項４】 前記ＮＰＮ型トランジスタと前記ＰＮＰ
   型トランジスタは、同一の半導体基板上に形成されてい
   ることを特徴とする請求項２記載の磁気センサ装置。
5. 【請求項５】 更に、前記センサコイルに流れる交流電
   流を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基
   づいて前記駆動手段を制御して、前記センサコイルに流
   れる電流の振幅を制御する制御手段とを備えたことを特
   徴とする請求項２記載の磁気センサ装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記駆動手段の動作電
   圧を制御することを特徴とする請求項５記載の磁気セン
   サ装置。
7. 【請求項７】 前記２つの能動素子は、動作温度が上昇
   するに従って発振振幅を減少させる特性を有する第１の
   能動素子と、動作温度が上昇するに従って発振振幅を増
   大させる特性を有する第２の能動素子であることを特徴
   とする請求項１記載の磁気センサ装置。
8. 【請求項８】 前記第１の能動素子は電界効果トランジ
   スタであり、前記第２の能動素子はバイポーラトランジ
   スタであることを特徴とする請求項７記載の磁気センサ
   装置。
9. 【請求項９】 前記電界効果トランジスタと前記バイポ
   ーラトランジスタは縦続接続されていることを特徴とす
   る請求項８記載の磁気センサ装置。
10. 【請求項１０】 前記自励発振回路は、前記電界効果ト
    ランジスタを含み、発振波形に対応した波形の電圧を電
    流に変換して出力する電圧−電流変換素子と、前記バイ
    ポーラトランジスタを含み、前記電圧−電流変換素子よ
    り出力される電流を増幅して、発振の継続のための電流
    を生成する電流増幅素子とを有することを特徴とする請
    求項９記載の磁気センサ装置。
11. 【請求項１１】 前記自励発振回路は、コルピッツ発振
    回路またはクラップ発振回路を含むことを特徴とする請
    求項１記載の磁気センサ装置。
12. 【請求項１２】 被測定電流によって発生する被測定磁
    界を測定することによって被測定電流を測定する電流セ
    ンサ装置であって、 磁芯と、 前記磁芯に巻回された、印加される被測定磁界を検出す
    るためのセンサコイルと、 前記磁芯が飽和領域に達するような交流電流を前記セン
    サコイルに供給して前記センサコイルを駆動する駆動手
    段と を備え、 前記駆動手段は、前記センサコイルを共振回路の一部に
    含む自励発振回路を有し、 前記自励発振回路は、それぞれ単独では動作温度の変化
    に応じて発振波形の変動を生じさせる２つの能動素子を
    含み、前記２つの能動素子による発振波形の変動は発振
    波形の正負の非対称性の変動を抑制する方向に働く ことを特徴とする電流センサ装置。
13. 【請求項１３】 前記２つの能動素子は、発振の継続の
    ために用いられる増幅素子である、発振波形が正側のと
    きに動作するＮＰＮ型トランジスタと、発振波形が負側
    のときに動作するＰＮＰ型トランジスタであることを特
    徴とする請求項１２記載の電流センサ装置。
14. 【請求項１４】 前記ＮＰＮ型トランジスタのエミッタ
    と前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタが接続されてい
    ることを特徴とする請求項１３記載の電流センサ装置。
15. 【請求項１５】 前記ＮＰＮ型トランジスタと前記ＰＮ
    Ｐ型トランジスタは、同一の半導体基板上に形成されて
    いることを特徴とする請求項１３記載の電流センサ装
    置。
16. 【請求項１６】 更に、前記センサコイルに流れる交流
    電流を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に
    基づいて前記駆動手段を制御して、前記センサコイルに
    流れる電流の振幅を制御する制御手段とを備えたことを
    特徴とする請求項１３記載の電流センサ装置。
17. 【請求項１７】 前記制御手段は、前記駆動手段の動作
    電圧を制御することを特徴とする請求項１６記載の電流
    センサ装置。
18. 【請求項１８】 前記２つの能動素子は、動作温度が上
    昇するに従って発振振幅を減少させる特性を有する第１
    の能動素子と、動作温度が上昇するに従って発振振幅を
    増大させる特性を有する第２の能動素子であることを特
    徴とする請求項１２記載の電流センサ装置。
19. 【請求項１９】 前記第１の能動素子は電界効果トラン
    ジスタであり、前記第２の能動素子はバイポーラトラン
    ジスタであることを特徴とする請求項１８記載の電流セ
    ンサ装置。
20. 【請求項２０】 前記電界効果トランジスタと前記バイ
    ポーラトランジスタは縦続接続されていることを特徴と
    する請求項１９記載の電流センサ装置。
21. 【請求項２１】 前記自励発振回路は、前記電界効果ト
    ランジスタを含み、発振波形に対応した波形の電圧を電
    流に変換して出力する電圧−電流変換素子と、前記バイ
    ポーラトランジスタを含み、前記電圧−電流変換素子よ
    り出力される電流を増幅して、発振の継続のための電流
    を生成する電流増幅素子とを有することを特徴とする請
    求項２０記載の電流センサ装置。
22. 【請求項２２】 前記自励発振回路は、コルピッツ発振
    回路またはクラップ発振回路を含むことを特徴とする請
    求項１２記載の電流センサ装置。