JP4470890B2

JP4470890B2 - 電流検出装置

Info

Publication number: JP4470890B2
Application number: JP2006017779A
Authority: JP
Inventors: 重徳山内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007198904A

Description

本発明は、ホール素子を用いた電流検出装置に関するものである。

ホール素子を用いた電流検出装置として、環状のコアにおける間隙部（ギャップ部）にホール素子を配置し、コアによって囲まれた空間に配した電流線に被検出電流が流れるとコアの間隙部に被検出電流の大きさ応じた磁界が発生し、この磁界をホール素子のホール電圧として検出する構造が知られている（例えば特許文献１）。
特開昭６２−１６３９７４号公報

ところが、コアの間隙部にホール素子を配した電流検出装置においては、コアの磁気ヒステリシスが生じない領域で電流を測定すべく大電流用にコアの設計をすると微小電流測定時にノイズの影響を受けやすい。逆に、微小電流を正確に測定すべくコアの設計をすると大電流測定時に磁気ヒステリシスが生じてしまう。このように、大電流（５００アンペア以上）の電流値測定が可能で、なおかつ数アンペアの電流値を精度よく測定することができなかった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、広い範囲にわたり被検出電流を正確に測定することができる電流検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、ホール素子の信号出力側に設けられたノイズ除去フィルタと、ホール素子の出力側の信号をノイズ除去フィルタから迂回させる第１状態と、ホール素子の出力側の信号をノイズ除去フィルタに通過させる第２状態とに切替可能な信号経路切替手段と、電流線につながる負荷の駆動信号に基づいて前記信号経路切替手段を制御して高負荷側では第１状態に、また、低負荷側では第２状態に切り替える切替制御手段と、を備えた電流検出装置を要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ホール素子の信号出力側に設けられたノイズ除去フィルタについて、切替制御手段により、電流線につながる負荷の駆動信号に基づいて信号経路切替手段が制御されて高負荷側では第１状態に、また、低負荷側では第２状態に切り替えられる。上述した場合で説明するならば、大電流測定時においてもコアの磁気ヒステリシスが生じないようにコアを設計し、微小電流測定時にはノイズ除去フィルタを通過させて耐ノイズ性を向上し（Ｓ／Ｎ比を向上し）高精度化が図られる。よって、広い範囲にわたり被検出電流を正確に測定することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電流検出装置において、信号経路切替手段は、ノイズ除去フィルタを迂回するバイパス線路と、同バイパス線路の分岐部に設けた切替スイッチとを有する構成としてもよい。

請求項３に記載のように、請求項１に記載の電流検出装置において、前記ノイズ除去フィルタは２次のローパスフィルタであってもよい。
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流検出装置において、前記電流線は断面が長方形状をなすバスバーであり、このバスバーにおける長方形状をなす断面での長辺にて構成される面に垂直にホール素子を配置するとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流検出装置において、前記電流線は、バッテリと少なくともスタータモータをつなぐ配線であり、前記負荷の駆動信号は、スタータモータを駆動するためのエンジン始動信号であるとしてもよい。

（比較例）
以下、比較例を図面に従って説明する。
図１は、本比較例における電流検出装置を示す。この装置は自動車に搭載される。

電流検出装置は、コア（磁気コア）１とホールＩＣ２とローパスフィルタ３とコントローラ４を備えている。板状のコア１は、環状をなし、且つ、その一部に間隙部１ａを有している。また、コア１は、電流線１０を囲繞しており、電流線１０に流れる被検出電流Ｉｆの大きさに応じて間隙部１ａに磁界が発生する。電流線１０は、バッテリ１１と少なくともスタータモータ１２をつなぐ配線である。詳しくは、車載バッテリ１１と、スタータモータ１２を含めた各種の車載負荷とをつなぐ線であり、配線用のワイヤーよりなる。図１には、スタータモータ以外のその他の負荷を符号１３で示す。そして、この電流線１０には車載機器（スタータモータ１２等）の駆動状態により、大きな電流も小さな電流も流れる。例えば、エンジン始動時にはスタータモータ１２が駆動して大きな電流が流れ、エンジンの始動が完了するとスタータモータ１２の駆動が停止され、流れる電流は小さくなる。

ホールＩＣ２はホール素子と増幅用のＩＣを一体化したものであり、ホールＩＣ２は、コア１の間隙部１ａに配置されている。ホール素子はコア１の間隙部１ａに発生する磁界の大きさに応じたホール電圧を出力し、その信号は増幅されてホールＩＣ２から出力される。

ローパスフィルタ３は、ホールＩＣ（ホール素子）２の信号出力側に設けられ、時定数を変更可能なノイズ除去フィルタである。フィルタの具体的構成を図２に示す。図２において、フィルタ３はＲＣ型ローパスフィルタであって、可変抵抗器３ａとコンデンサ３ｂを備えている。この可変抵抗器３ａの抵抗値を変えることによってフィルタ３の時定数を変更することができるようになっている。可変抵抗器３ａの抵抗値は外部からの信号により変更できるようになっている。

図１において、時定数変更手段としてのコントローラ４は、フィルタ３と接続されており、可変抵抗器３ａの抵抗値を変える機能を有している。コントローラ４はエンジン始動信号を入力する。エンジン始動信号（負荷の駆動信号）は、スタータモータ１２を駆動するための信号である。

一方、ホールＩＣ２の出力（ホール電圧を増幅した後の信号）はローパスフィルタ３およびＡ／Ｄコンバータ（図示略）を介して監視用コンピュータ（図示略）にバッテリ電流値として取り込まれる。そして、監視用コンピュータにおいてバッテリ１１を監視しており、（間接的に）スタータモータ１２やその他の負荷１３をモニターしている。具体的には、バッテリ電流値と、別途求めたバッテリ電圧値との積（消費電力）が大きいとスタータモータ１２等において過大な負荷がかかるおそれがあるとして警報等にて過大な負荷がかかるのを回避する動作を実行するようになっている。

次に、本比較例における電流検出装置の作用を説明する。
時定数変更手段としてのコントローラ４は、エンジン始動信号を入力している時には大電流の測定時であるとしてフィルタ３の時定数を小さくしており、一方、エンジン始動信号を入力しない時には微小電流測定時であるとしてフィルタ３の時定数を大きくする。具体的には、例えば、エンジン始動信号の入力時には時定数を１０ミリ秒（ｍｓ）であったものをエンジン始動信号を入力しなくなると時定数を１秒に切り替える。他にも、負荷の大きさに応じて、例えば、時定数を１０ミリ秒と、１００ミリ秒と、１秒とに切り替えるようにしてもよい（高負荷時＝１０ミリ秒、中負荷時＝１００ミリ秒、低負荷時＝１秒）。

このように、コントローラ４は、スタータモータ（電流線１０につながる負荷）１２の駆動信号としてのエンジン始動信号に基づいて、ノイズ除去フィルタとしてのローパスフィルタ３の時定数を、スタータモータ１２の駆動時には小さく、また、スタータモータ１２の非駆動時には大きくする。より詳しくは、大電流測定時においてもコア１の磁気ヒステリシスが生じないようにコア１を設計し、時定数が大きく応答性が悪くてもバッテリ１１を監視する上で問題のない微小電流測定時にはローパスフィルタの時定数を大きくして耐ノイズ性を向上し（Ｓ／Ｎ比を向上し）高精度化を図る。

このようにして、自動車のバッテリ監視装置（電源マネージメントシステム）ではエンジン始動時には大電流を、また、通常時には微小電流を測定したい。そこで、エンジン始動信号に基づいてエンジンの始動による大電流測定を行うべくローパスフィルタ（ＬＰＦ）の時定数を小さくし、また、通常時にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）の時定数を大きくすることにより、大電流が測定できるとともに微小電流の測定も精度よく行うことができる。

上記比較例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ホールＩＣ（ホール素子）２の信号出力側に設けられ、時定数を変更可能なロー
パスフィルタ（ノイズ除去フィルタ）３と、電流線１０につながる負荷（１２）の駆動信号に基づいてフィルタ３の時定数を低負荷側では大きくする方向に変更するコントローラ（時定数変更手段）４と、を備えたので、広い範囲にわたり被検出電流を正確に測定することができる。

（２）フィルタ３は可変抵抗器３ａを有するＲＣ型ローパスフィルタであって、コントローラ４はＲＣ型ローパスフィルタの可変抵抗器３ａの抵抗値を変えることによって時定数を変更するようにしたので、実用性に優れている。

図２では、ノイズ除去フィルタとしてのローパスフィルタ３は可変抵抗器３ａを有するＲＣ型ローパスフィルタであり、コントローラ４はＲＣ型ローパスフィルタの可変抵抗器３ａの抵抗値を変えることによって時定数を変更したが、これに代わり、ノイズ除去フィルタとしてのローパスフィルタ３は可変容量コンデンサを有するＲＣ型ローパスフィルタであり、コントローラ４はＲＣ型ローパスフィルタの可変容量コンデンサの容量値を変えることによって時定数を変更するようにしてもよい。

また、図２ではフィルタ３は１次のＲＣ型ローパスフィルタであったが、これに限ることなく、図２のＣＲ回路を２段に直列に接続する等して２次のローパスフィルタを用いてもよい。要は、時定数を変更可能なノイズ除去フィルタであればよい。
（実施の形態）
次に、本発明を具体化した一実施の形態について、上記比較例との相違点を中心に説明する。

図３には本実施の形態における電流検出装置のフィルタ部分における電気的構成を示す。本実施形態のローパスフィルタ（ノイズ除去フィルタ）３は上記比較例とは異なり時定数を固定したものである。

本実施形態においては、図１に示したコア１と、ホールＩＣ（ホール素子）２と、ホール素子（２）の信号出力側に設けられたノイズ除去フィルタ（３）とに加えて、図３に示した信号経路切替手段２０とコントローラ３０とを有している。

図３の信号経路切替手段２０は、ノイズ除去フィルタとしてのローパスフィルタ３を迂回するバイパス線路２１と、同バイパス線路２１の分岐部に設けた切替スイッチ２２とを有している。そして、ホールＩＣ２の出力信号（ホール素子の出力側の信号）をローパスフィルタ３から迂回させる第１状態と、ホールＩＣ２の出力信号（ホール素子の出力側の信号）をローパスフィルタ３に通過させる第２状態とに切替可能である。詳しくは、フィルタ３の出力側配線２４には切替スイッチ２２が挿入されている。バイパス線路２１の一端はフィルタ３の入力側配線２３とつながっている。バイパス線路２１の他端は切替スイッチ２２を介してフィルタ３の出力側配線２４と接続可能となっている。切替スイッチ２２は、バイパス線路２１とスイッチ２２の下流側の配線２４をつなぐＡ側（第１状態）とフィルタ３の出力端子とスイッチ２２の下流側の配線２４をつなぐＢ側（第２状態）とに切替可能となっている。このスイッチ２２はコントローラ３０により制御される。

次に、本実施形態における電流検出装置の作用を説明する。
コントローラ３０は、エンジン始動信号を入力している時にはスイッチ２２をＡ側にしており、一方、エンジン始動信号を入力しない時にはスイッチ２２をＢ側に切り替える。つまり、コントローラ３０は、エンジン始動時と通常時ではホール素子出力信号の伝達通路を切り替えて、エンジン始動時はローパスフィルタ３を通さず、また、エンジン始動時以外はローパスフィルタ３を通すようにしている。

このように、切替制御手段としてのコントローラ３０は、電流線１０につながる負荷としてのスタータモータ１２の駆動信号に基づいて信号経路切替手段２０を制御して高負荷側では第１状態に、また、低負荷側では第２状態に切り替える。つまり、大電流測定時においてもコア１の磁気ヒステリシスが生じないようにコア１を設計し、時定数が大きく応答性が悪くてもバッテリ１１を監視する上で問題のない微小電流測定時にはローパスフィルタ３を通過させて耐ノイズ性を向上し（Ｓ／Ｎ比を向上し）高精度化を図る。これにより、広い範囲にわたり被検出電流を正確に測定することができる。

本実施形態においてフィルタ３は図２のように１次のＲＣ型ローパスフィルタであっても、図２のＣＲ回路を２段に直列に接続する等して２次のローパスフィルタを用いてもよい。

なお、上記比較例、実施形態はそれぞれ以下のように変更してもよい。
図４に示すように、電流線はワイヤーではなくバスバー４０であってもよい。詳しくは、バスバー４０は、断面が長方形状をなしている。そして、このバスバー４０における長方形状をなす断面での長辺にて構成される面に垂直にホールＩＣ（ホール素子）２を配置するとよい。

また、コア１の間隙部１ａにホールＩＣ２を配置したが、ホール素子を単体のかたちで配置してもよいことは言うまでもない。

比較例における電流検出装置の全体構成図。フィルタの具体的構成図。本発明の一実施の形態における電流検出装置のフィルタ部分の電気的構成図。別例のバスバーを用いた場合の電流検出装置の構成図。

符号の説明

１…コア、１ａ…間隙部、２…ホールＩＣ、３…ローパスフィルタ、３ａ…可変抵抗器、４…コントローラ、１０…電流線、１１…バッテリ、１２…スタータモータ、２０…信号経路切替手段、２１…バイパス線路、２２…切替スイッチ、３０…コントローラ、４０…バスバー。

Claims

環状をなし且つその一部に間隙部（１ａ）を有し、囲繞した電流線（１０）に流れる被検出電流（Ｉｆ）の大きさに応じて前記間隙部（１ａ）に磁界が発生するコア（１）と、
前記コア（１）の間隙部（１ａ）に配置され、この間隙部（１ａ）に発生する磁界の大きさに応じたホール電圧を出力するホール素子（２）と、
前記ホール素子（２）の信号出力側に設けられたノイズ除去フィルタ（３）と、
前記ホール素子（２）の出力側の信号をノイズ除去フィルタ（３）から迂回させる第１状態と、前記ホール素子（２）の出力側の信号をノイズ除去フィルタ（３）に通過させる第２状態とに切替可能な信号経路切替手段（２０）と、
前記電流線（１０）につながる負荷（１２）の駆動信号に基づいて前記信号経路切替手段（２０）を制御して高負荷側では第１状態に、また、低負荷側では第２状態に切り替える切替制御手段（３０）と、
を備えたことを特徴とする電流検出装置。
前記信号経路切替手段（２０）は、ノイズ除去フィルタ（３）を迂回するバイパス線路（２１）と、同バイパス線路（２１）の分岐部に設けた切替スイッチ（２２）とを有することを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記ノイズ除去フィルタ（３）は２次のローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記電流線は断面が長方形状をなすバスバー（４０）であり、このバスバー（４０）における長方形状をなす断面での長辺にて構成される面に垂直にホール素子（２）を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
前記電流線（１０）は、バッテリ（１１）と少なくともスタータモータ（１２）をつなぐ配線であり、前記負荷の駆動信号は、スタータモータ（１２）を駆動するためのエンジン始動信号である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流検出装置。