JP6546884B2

JP6546884B2 - 電流センサおよび電流センサの過熱検出方法

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Publication number: JP6546884B2
Application number: JP2016154975A
Authority: JP
Inventors: 祐丞相羽; 貴博惠崎
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: JP2018021883A

Description

本発明は、電流センサおよび電流センサの過熱検出方法に関する。

従来、被測定電流が流れる導体と、被測定電流によって発生した磁場の変化を検出するセンサ素子とを有する電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開平１０−２６７９６５号公報

電流センサにおいては、被測定電流の量が増大して導体が過熱されることを防止することが望ましい。しかし、被測定電流の測定値に基づいて過熱を検出する場合には、被測定電流の一時的な変動によって検出結果が影響を受ける。

本発明の第１の態様においては、被測定電流が流れる導体と、被測定電流の電流値を測定するセンサ素子と、センサ素子の温度が閾値温度以上となったことを検出する過熱検出部と、を備える電流センサを提供する。

本発明の第２の態様においては、ホール素子の温度が閾値温度以上になったことを検出する過熱検出段階と、過熱検出段階における検出の履歴を履歴記録部に記録する履歴記録段階と、を備える電流センサの過熱検出方法を提供する。

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。

実施例１に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。過熱状態の一例を示す。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６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７に係る電流センサ１００による過熱検出方法を示す。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の構成の一例を示す。電流センサ１００は、ホール素子１０、制御回路２０および導体３０を備える。ホール素子１０は、被測定電流Ｉｏの電流値を測定するセンサ素子の一例である。ホール素子１０は、被測定電流Ｉ_ｏがホール素子１０の近傍を流れることによる磁場の変化を検出する。ホール素子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。一例において、ホール素子１０は、化合物半導体で形成される。ホール素子１０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。

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１次導体である。導体３０に被測定電流Ｉ_ｏが流れることにより、ホール素子１０の配置位置における磁場が変化する。よって、導体３０は、ホール素子１０の配置位置における磁場が変化する程度に、ホール素子１０と近接して配置されている。本例の電流センサ１００は、ホール素子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ってよい。

制御回路２０は、ホール素子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、ホール素子１０から検出した電圧値または電流値である。検出信号Ｓ_ｄは、ホール素子１０を駆動するための駆動電圧また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、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出する。閾値温度は予め定められていてよく、動作中に設定又は変更されてもよい。

本例の制御回路２０は、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、および信号処理回路５０を備える。信号処理回路５０は、ホール素子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。

抵抗測定部４４は、ホール素子１０のホール素子抵抗を測定する。抵抗測定部４４は、検出信号Ｓ_ｄに基づく演算により、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈを算出する。例えば、抵抗測定部４４は、ホール素子１０の駆動方向における両端の電位差または駆動方向における電流値に基づいて、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈを算出する。

本明細書における「ホール素子抵抗」は、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈに限られず、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈに関連づけられるホール素子１０の信号値であってよい。ホール素子抵抗は、ホール素子１０の駆動方向における両端の電位差または駆動方向における電流値であってよい。ここで、ホール素子１０の駆動方向における両端の電位差または駆動方向における電流値とは、定電流駆動または定電圧駆動に限らず、ホール素子１０の駆動方向におけるホール素子１０の両端の電位差または電流値を指す。

例えば、定電流駆動の場合、ホール素子１０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１０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１０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１０において駆動電圧に応じた電流が流れる方向である。抵抗測定部４４は、測定したホール素子抵抗を、抵抗測定信号Ｓ_ｒとして過熱検出回路４０に出力する。本明細書において、「ホール素子１０（センサ素子）の温度が閾値温度以上となったことを検出すること」には、ホール素子１０の温度を算出することなく、ホール素子抵抗に基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出することが含まれる。

過熱検出回路４０は、過熱検出部の一例であり、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出する。過熱検出回路４０は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出する。一つの閾値温度が予め定められてよく、互いに異なる複数の閾値温度が予め定められてもよい。複数の閾値温度が定められている場合には、過熱検出回路４０は、ホール素子１０の温度が、それぞれの閾値温度以上になったことを検出する。これにより、一つの閾値温度が定められている場合に比べて、より詳細に過熱の程度を判定することができる。

本例の電流センサ１００は、ホール素子抵抗が温度によって変化することを利用して、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出してよい。即ち、本例の電流センサ１００は、ホール素子１０自体を温度計として用いる。一例において、過熱検出回路４０は、抵抗測定信号Ｓ_ｒからホール素子１０の温度を推定する。ホール素子抵抗に基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出する場合には、電流センサ１００は、ホール素子１０の温度自体を算出しなくてもよい。この場合、閾値としてホール素子抵抗の値が定められてよい。過熱検出回路４０は、測定されたホール素子抵抗を閾値と比較してよい。

電流センサ１００は、ホール素子１０の過熱を通知する過熱通知信号を出力する過熱通知部６０を有してよい。過熱通知部６０は、過熱通知信号を出力する端子であってよく、過熱通知信号を生成する生成部であってよく、その両方を含んでもよい。過熱通知信号は、電流センサ１００の外部へ出力されてよい。また、過熱通知信号は、電流センサ１００内の内部レジスタにフラグを立てるための信号であってよく、内部メモリにフラグを書き込むための信号であってよい。電流センサ１００は、フラグに応じて、検出履歴を更新してもよく、被測定電流Ｉｏを一時的に遮断するなどの安全措置を実行してもよい。

一般的に導体３０に所定の水準以上の被測定電流Ｉｏが継続して流れると導体３０の温度が上昇する。導体３０とホール素子１０とは、近接して配置されるので、導体３０の温度の上昇に伴って、ホール素子１０の温度が上昇する。したがって、ホール素子１０の温度によって導体３０の温度を推定することができる。

図２は、過熱状態の一例を示す。図２では、時刻間Ｔ１において、被測定電流Ｉ_ｏが一時的に増加する。しかしながら、被測定電流Ｉ_ｏの増加が一時的な場合には、１次導体である導体３０の温度は、過熱状態の水準とならない。被測定電流Ｉ_ｏを測定して過熱状態を検出しようとすると、被測定電流Ｉ_ｏが一時的に増加したにすぎない場合まで、過熱状態であると判断される場合がある。

一方、本例の電流センサ１００によれば、導体３０に近接して配置されたホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことにより、過熱状態を判断する。したがって、本例の電流センサ１００によれば、被測定電流Ｉｏの一時的な変動の影響を受けずに、精度よく電流センサ１００の過熱状態を検出することができる。また、本例の電流センサ１００によれば、ホール素子抵抗に基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出する。したがって、別途の温度計または温度センサが不要となり、省スペース化およびコスト低減を達成することができる。

また、電流センサ１００においては、磁場の変動を検出するホール素子１０が導体３０に近接して配置されるレイアウト上の制約がある。したがって、導体３０に近接して別途の温度計を配置することが困難な場合がある。温度計が導体３０から離れて配置される場合には、温度計と導体３０との間に温度差が生じてしまい、導体３０の温度が測定結果に反映されにくい。この点、本例の電流センサ１００は、過熱状態を判断するために用いる温度として、導体３０に近接して配置されるホール素子１０の温度を直接測定する。したがって、導体３０の過熱状態を精度よく検出することができる。

本明細書において、ホール素子１０の温度を直接測定するとは、ホール素子１０の温度に依存する情報に基づいて、ホール素子１０の温度を測定することを指す。即ち、ホール素子１０の温度を直接測定する方法は、ホール素子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２］
図３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、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、信号処理回路５０および記憶部７０を備える。記憶部７０は、ホール素子抵抗に対応するホール素子１０の温度情報を予め記憶する。記憶部７０は、ホール素子抵抗とホール素子１０の温度との関係を変換テーブルとして格納してよい。記憶部７０は、ホール素子１０の種類に応じて、ホール素子１０の固体によらず、同じ変換テーブルを格納してもよく、ホール素子１０の固体ごとに固有の変換テーブルを格納してもよい。

電流センサ１００の出荷テスト工程時に、ホール素子１０の固体ごとに固有の変換テーブルが格納されてよい。一例として、記憶部７０は、出荷テスト工程において複数の環境温度毎に対応するホール素子抵抗を格納してよい。また、ホール素子抵抗とホール素子１０の温度との関係を示す基準テーブルが用意され、特定の温度におけるホール素子抵抗の測定値に応じて基準テーブルを校正することで、ホール素子１０の固体に合った個別の変換テーブルを得るようにしてもよい。記憶部７０は、一つまたは複数の閾値温度とホール素子抵抗との関係を格納してもよい。

本例の過熱検出回路４０は、記憶部７０を参照して、ホール素子抵抗に対応するホール素子１０の温度が閾値温度以上になったことを検出する。過熱検出回路４０は、抵抗測定部４４からの抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じて、記憶部７０に格納された温度情報を記憶部７０から読み出してよい。過熱検出回路４０は、抵抗測定部４４が測定したホール素子抵抗に対応する温度情報を記憶部７０から読み出すことで、ホール素子抵抗に対応するホール素子１０の温度が閾値温度以上になったか否かを判定してよい。但し、本例の電流センサ１００において、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗からホール素子１０の温度を算出することなく、ホール素子抵抗の測定値を閾値の抵抗値と比較してもよい。この場合、過熱検出回路４０は、記憶部７０を参照して、ホール素子１０の抵抗が閾値以上になったことを検出する。一例において、記憶部７０が、一つまたは複数の閾値の抵抗値を格納する。閾値の抵抗値は、ホール素子１０の種類に応じて、ホール素子１０の固体によらずに固定値を用いてもよく、電流センサ１００の出荷テスト工程時に、ホール素子１０の固体ごとに調整されてもよい。

［実施例３］
図４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、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、信号処理回路５０および記憶部７０を備える。電流センサ１００は、電流源８０を備える。ホール素子１０は、定電流駆動される。

抵抗測定部４４は、電流Ｉ_ｈおよび電圧Ｖ_ｈに基づいて、ホール素子１０のホール素子抵抗を測定する。電流Ｉ_ｈは、ホール素子１０の駆動方向における電流値である。即ち、ホール素子１０が定電流駆動する場合、電流Ｉ_ｈは、駆動電流Ｉ_ｈとなる。電流源８０は、ホール素子１０に駆動電流Ｉ_ｈを供給する。電圧Ｖ_ｈは、ホール素子１０の駆動方向における両端の電圧値である。

例えば、抵抗測定部４４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、抵抗測定部４４は、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈを測定する。抵抗測定部４４は、測定したホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈを抵抗測定信号Ｓ_ｒとして、過熱検出回路４０に出力する。

過熱検出回路４０は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったかを判定する。一例において、過熱検出回路４０は、記憶部７０に予め記憶された情報に基づいて、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈに応じた温度を推定する。一方、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗からホール素子１０の温度を算出することなく、ホール素子抵抗の測定値と閾値とを比較してもよい。過熱検出回路４０が、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出した場合には、過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓａを出力する。

［実施例４］
図５は、実施例４に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。制御回路２０は、抵抗測定部４４、過熱検出回路４０、信号処理回路５０、記憶部７０、ホール素子駆動回路８２を備える。本例の電流センサ１００は、ホール素子１０を定電圧駆動させる。電流センサ１００は、電流計８４を備える。ホール素子駆動回路８２は、ホール素子１０を駆動電圧Ｖ_ｈで定電圧駆動させる。電流計８４は、駆動電圧Ｖ_ｈに応じてホール素子１０に流れる電流Ｉ_ｈを検出する。

抵抗測定部４４は、電流Ｉ_ｈおよび電圧Ｖ_ｈに基づいて、ホール素子１０の抵抗を測定する。本例の抵抗測定部４４は、ホール素子１０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。

過熱検出回路４０は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったかを判定する。一例において、過熱検出回路４０は、記憶部７０に予め記憶された情報に基づいて、ホール素子１０の抵抗値Ｒ_ｈに応じた温度を推定する。一方、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗から温度に変換することなく、ホール素子抵抗の測定値と閾値とを比較してもよい。過熱検出回路４０が、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出した場合には、過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓ_ａを出力する。

［実施例５］
図６は、実施例５に係る電流センサ１００の構成の一例を示す。制御回路２０は、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、信号処理回路５０および記憶部７０を備える。電流センサ１００は、電流源８０を備える。また、抵抗測定部４４は、Ａ／Ｄ変換回路４５および演算回路４６を備える。

Ａ／Ｄ変換回路４５は、電圧Ｖ_ｈおよび電流Ｉ_ｈの値をそれぞれＡＤ変換（アナログ‐デジタル変換）する。Ａ／Ｄ変換回路４５は、ＡＤ変換した結果を演算回路４６に出力する。演算回路４６は、デジタル信号処理回路であってよい。演算回路４６は、Ａ／Ｄ変換回路４５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、演算回路４６は、Ｒ_ｈ＝Ｖ_ｈ／Ｉ_ｈの数値演算を行い、ホール素子１０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として過熱検出回路４０に出力する。

過熱検出回路４０は、抵抗測定信号Ｓ_ｒに応じて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったかを判定する。過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗から温度に変換することなく、ホール素子抵抗の測定値と閾値とを比較してもよい。過熱検出回路４０が、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出した場合には、過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓ_ａを出力する。

［実施例６］
図７は、実施例６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、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、信号処理回路５０および記憶部７０を備える。抵抗測定部４４は、Ｖ／Ｉ変換回路４７およびトランスリニア回路４８を備える。トランスリニア回路４８は、演算回路の一例である。

Ｖ／Ｉ変換回路４７は、第１抵抗素子Ｒ１を用いて、ホール素子１０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４７は、ホール素子１０が定電流駆動される場合、ホール素子１０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４７は、ホール素子１０が定電圧駆動される場合、ホール素子１０の駆動電圧Ｖ_ｈを電流Ｉ_ｖｈに変換する。Ｖ／Ｉ変換回路４７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４８は、電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、および、ホール素子１０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４８は、ホール素子１０が定電流駆動される場合に、電流Ｉ_ｖｈ、参照電流Ｉ_ｒｅｆ、および、ホール素子１０の駆動電流Ｉ_ｈに基づいて、Ｉ_ｈ・Ｉ_ｒｅｆ／Ｉ_ｖｈまたは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４８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４８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１０の抵抗値Ｒ_ｈの情報を含む電流量となる。

過熱検出回路４０は、入力されたホール素子抵抗に基づいて、ホール素子１０の温度を推定する。一例において、過熱検出回路４０は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}に基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出してよい。過熱検出回路４０は、記憶部７０に記憶された情報を参照して、ホール素子１０の温度を推定してよい。例えば、記憶部７０は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}とホール素子１０の温度との変換テーブルを格納する。また、記憶部７０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。過熱検出回路４０が、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出した場合には、過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓ_ａを出力する。但し、本例の電流センサ１００において、過熱検出回路４０は、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}からホール素子１０の温度を算出することなく、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}の測定値を閾値の電流値と比較してもよい。一例において、記憶部７０が、一つまたは複数の閾値の電流値を格納する。閾値の電流値は、ホール素子１０の種類に応じて、ホール素子１０の固体によらずに固定値を用いてもよく、電流センサ１００の出荷テスト工程時に、ホール素子１０の固体ごとに調整されてもよい。

また、トランスリニア回路４８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４８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１０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４８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１０の温度のみに依存する電流値となる。過熱検出回路４０が、出力電流Ｉ_{ｔｒａｎｓ}に基づいて、ホール素子１０の温度が閾値温度以上となったことを検出することによって、精度よく過熱状態を検出することができる。

［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、過熱検出回路４０、抵抗測定部４４、信号処理回路５０、記憶部７０、履歴記録部９０、および条件判定部９２を備える。

履歴記録部９０は、過熱検出回路４０による検出の履歴を記録する。履歴記録部９０は、履歴を記録するためのメモリを有してよい。本例の電流センサ１００においても、過熱検出回路４０が、互いに異なる複数の閾値温度のそれぞれの温度以上になったことを検出してよい。この場合、履歴記録部９０は、複数の閾値温度ごとに検出の履歴を記録する。なお、本例においても、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗から温度に変換することなく、ホール素子抵抗の測定値を複数の閾値の抵抗値と比較してもよい。

履歴記録部９０は、検出の履歴として、検出の回数を記録してよく、検出期間を記録してよく、検出の回数および検出期間の双方を記録してよい。検出期間は、ホール素子１０の温度が閾値温度以上であると検出される状態が継続する時間であってよく、検出期間を積算した総和であってもよい。履歴記録部９０は、過熱検出回路４０による検出信号Ｓ_ａによって立てられるフラグに応じて検出履歴を記録してよい。

条件判定部９２は、履歴記録部９０に記録された検出の履歴が、予め定められた条件に合致したか否かを判定する。条件判定部９２は、検出の履歴が、予め定められた条件に合致したと判定された場合には、電流センサの過熱を通知する過熱通知信号Ｓ_ｉを生成する。過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓ_ｉを出力する。

予め定められた条件は、検出回数、検出期間の長さ、検出期間の総和、および検出期間の階級ごとの度数などであってよい。一例において、履歴記録部９０に記録された検出回数が予め定められた数以上の場合に、過熱通知部６０は過熱通知してよい。あるいは、履歴記録部９０に記録された検出期間が予め定められた時間以上の場合には、検出回数によらず、過熱通知してよい。履歴記録部９０に記録された検出期間を積算した総和が、予め定められた時間以上の場合に、過熱通知してもよい。

本例の電流センサ１００は、図１から図７に示した本明細書に係る他の実施例と組み合わせて実施されてよい。ホール素子１０の温度が閾値温度以上になったことを検出する毎に過熱通知信号Ｓ_ａを出力する一方、履歴記録部９０に記録された検出の履歴が条件に合致した場合には、別の過熱通知信号Ｓ_ｉを出力してもよい。

図９は、実施例７に係る電流センサ１００による過熱検出方法を示す。ホール素子抵抗測定段階Ｓ１０１において、ホール素子１０のホール素子抵抗が測定される。ホール素子１０のホール素子抵抗は、ホール素子１０の駆動方向における両端の電位差または駆動方向における電流値に基づいて測定されてよい。

過熱検出段階Ｓ１０２では、ホール素子１０の温度が予め定められた第１閾値温度以上か判断される。過熱検出段階Ｓ１０２は、ホール素子抵抗測定段階Ｓ１０１におけるホール素子抵抗の測定値に基づいて実行されてよい。この場合、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗から温度を算出することなく、測定されたホール素子抵抗と第１閾値の抵抗値と比較してよい。但し、本例は、ホール素子抵抗の測定値以外の情報に基づいて、ホール素子１０の温度が第１閾値温度以上であることが検出されてもよい。例えば、別途の温度計に基づいてホール素子１０の温度情報が取得されてよい。この場合には、ホール素子抵抗測定段階Ｓ１０１は省略される。

ホール素子１０の温度が第１閾値温度以上であれば（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、履歴記録段階Ｓ１０３において、過熱検出段階Ｓ１０２における検出の履歴を履歴記録部９０に記録する。履歴記録段階Ｓ１０３において、検出の回数の履歴を１回増加してもよく、検出期間を記録してもよい。

ホール素子１０の温度が第１閾値温度未満の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、過熱検出段階Ｓ１０４において、過熱検出回路４０は、ホール素子１０の温度が第２閾値温度以上か否かを判断する。本例では、第２閾値温度は、第１閾値温度より低く設定されている。ホール素子１０の温度が第２閾値温度以上であれば（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、履歴記録段階Ｓ１０５において、過熱検出段階Ｓ１０４における検出の履歴が履歴記録部９０に記録される。過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗から温度を算出することなく、測定されたホール素子抵抗と第２閾値の抵抗値と比較してよい。

なお、過熱検出段階Ｓ１０２、Ｓ１０４において、過熱検出回路４０は、ホール素子抵抗に対応するホール素子１０の温度を予め記憶する記憶部７０を参照して、ホール素子１０の温度が各閾値温度以上になったことを検出してよい。本例では、第１閾値温度および第２閾値温度という２つの閾値温度が設定されているが、閾値温度は２つの場合に限られない。互いに異なる３つ以上の閾値温度が予め定められており、ホール素子１０の温度が３つ以上の閾値温度の各温度以上になったことを個別に検出してもよい。この場合、３つ以上の閾値温度ごとに検出の履歴が記録される。

通知段階Ｓ１０６では、条件判定部９２は、履歴記録部９０に記録された検出履歴が、予め定められた条件に合致するか判断される。検出履歴が条件に合致する場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、過熱通知部６０は、過熱通知信号Ｓ_ｉを出力する。予め定められた条件は、限定されない。ホール素子１０の温度が、高い温度の場合には、低い温度の場合と比べて、より少ない検出回数であっても過熱状態と判定してよく、ホール素子１０の温度が、高い温度の場合には、低い温度の場合と比べて、より短い検出期間であっても過熱状態と判定してよい。例えば、条件判定部９２は、ホール素子１０の温度が第１閾値温度以上になったことを検出したら、検出回数によらずに検出回数が一回であっても過熱状態と判定するが、ホール素子１０の温度が第２閾値温度以上第１閾値温度未満の場合となったことを検知した場合には、所定期間内に履歴記録部９０に記録された検出回数が予め定められた複数回以上になることを条件に過熱状態と判定してもよい。

図２に示したように、過熱状態の場合は、導体３０の温度が予め定められた温度より高い状態が継続する。したがって、導体３０に近接して配置されるホール素子１０の温度が閾値温度以上になる検出期間が長くなったり、検出回数が多くなったりする。したがって、検出履歴が条件に合致するか判断して過熱通知信号を出力することによって、実態を反映して過熱状態を検出することが可能となる。例えば、ノイズ等の影響によって単発的に過熱状態のように見かけ上判断される状態が発生したにすぎない場合には、過熱通知信号を出力しないように構成できる。

図１０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、ホール素子１０、制御回路２０、導体３０、第１基板３１および封止部３５を備える。

封止部３５は、第１基板３１上に配置されたホール素子１０と、過熱検出回路４０等を含む制御回路２０と、導体３０とを覆うように封止する。これにより、電流センサ１００は、電流センサパッケージとして構成されてよい。

導体３０は、ホール素子１０と近接して形成される。導体３０は、制御回路２０との距離がホール素子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よりもホール素子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、ホール素子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ホール素子１０が検出できる程度に近接して配置される。また、ホール素子１０と導体３０とが近接するように形成されることによって、導体３０の温度をホール素子１０の温度に反映させることができる。

本例の導体３０は、第１基板３１上において、ホール素子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、ホール素子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。本例の電流センサ１００は、ホール素子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において、ホール素子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、ホール素子１０、制御回路２０の順に配置しても、導体３０、制御回路２０、ホール素子１０の順に配置しもよい。

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、この順序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・・・ホール素子、２０・・・制御回路、３０・・・導体、３１・・・第１基板、３５・・・封止部、４０・・・過熱検出回路、４４・・・抵抗測定部、４５・・・Ａ／Ｄ変換回路、４６・・・演算回路、４７・・・Ｖ／Ｉ変換回路、４８・・・トランスリニア回路、５０・・・信号処理回路、６０・・・過熱通知部、７０・・・記憶部、８０・・・電流源、８２・・・ホール素子駆動回路、８４・・・電流計、９０・・・履歴記録部、９２・・・条件判定部、１００・・・電流センサ

Claims

被測定電流が流れる導体と、
前記被測定電流の電流値を測定するホール素子と、
前記ホール素子のホール素子抵抗を測定する抵抗測定部と、
前記ホール素子抵抗に基づいて、前記ホール素子の温度が閾値温度以上となったことを検出する過熱検出部と、を備え、
前記抵抗測定部は、
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に変換するＶ／Ｉ変換回路と、
前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動方向における電流値に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する演算回路と、を有する、電流センサ。
前記Ｖ／Ｉ変換回路は、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に変換し、
前記演算回路は、前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動電流に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する、請求項１に記載の電流センサ。
前記Ｖ／Ｉ変換回路は、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を電流に変換し、
前記演算回路は、前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動方向における電流値に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する、請求項１に記載の電流センサ。
前記導体、前記ホール素子、および前記過熱検出部を封止する封止部を更に備える請求項１から３の何れか一項に記載の電流センサ。
前記過熱検出部の検出に応じて、前記ホール素子の過熱を通知する過熱通知信号を出力する過熱通知部を更に備える請求項１から４の何れか一項に記載の電流センサ。
前記ホール素子抵抗に対応する前記ホール素子の温度を予め記憶する記憶部を更に備え、
前記過熱検出部は、前記記憶部を参照して、前記ホール素子抵抗に対応する前記ホール素子の温度が前記閾値温度以上になったことを検出する、
請求項１から５の何れか一項に記載の電流センサ。
前記過熱検出部による検出の履歴を記録する履歴記録部を更に備える、
請求項１から６の何れか一項に記載の電流センサ。
ホール素子のホール素子抵抗を測定するホール素子抵抗測定段階と、
前記ホール素子抵抗に基づいて、前記ホール素子の温度が閾値温度以上になったことを検出する過熱検出段階と、を備え、
前記ホール素子抵抗測定段階において、Ｖ／Ｉ変換回路が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に変換し、演算回路が、前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動方向における電流値に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する、電流センサの過熱検出方法。
前記Ｖ／Ｉ変換回路は、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に変換し、
前記演算回路は、前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動電流に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する、請求項８に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記Ｖ／Ｉ変換回路は、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を電流に変換し、
前記演算回路は、前記変換された電流、参照電流、および前記ホール素子の駆動方向における電流値に基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する、請求項８に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記過熱検出段階は、前記ホール素子抵抗に対応する前記ホール素子の温度を予め記憶する記憶部を参照して、前記ホール素子抵抗に対応する前記ホール素子の温度が前記閾値温度以上になったことを検出する、
請求項８から１０の何れか一項に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記過熱検出段階における検出の履歴を履歴記録部に記録する履歴記録段階を更に備える、請求項８から１１の何れか一項に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記過熱検出段階において、互いに異なる複数の閾値温度が予め定められており、前記ホール素子の温度が複数の閾値温度のそれぞれの温度以上になったかを検出し、
前記履歴記録段階において、前記複数の閾値温度ごとに前記過熱検出段階における検出の履歴を記録する、
請求項１２に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記履歴記録段階において、前記過熱検出段階における検出の回数を記録する、
請求項１２または１３に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記履歴記録段階において、前記過熱検出段階における検出期間を記録する、
請求項１２から１４の何れか一項に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記過熱検出段階で、前記ホール素子の温度が前記閾値温度以上になったことを検出したことに応じて、前記電流センサの過熱を通知する過熱通知信号を出力する過熱通知段階、
を更に備える請求項１２から１５の何れか一項に記載の電流センサの過熱検出方法。
前記履歴記録部に記録された前記検出の履歴が予め定められた条件に合致したことに応じて、前記電流センサの過熱を通知する過熱通知信号を出力する通知段階を更に備える、
請求項１２から１６の何れか一項に記載の電流センサの過熱検出方法。