JP6568825B2 - Control circuit and current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、制御回路および電流センサに関する。 The present invention relates to a control circuit and a current sensor.
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
Conventionally, in a compound semiconductor current sensor having a magnetic sensor, it is known to perform temperature compensation of the output of the magnetic sensor (see, for example,
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。 However, the conventional current sensor cannot sufficiently compensate the temperature characteristics of the magnetic sensor.
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。 In the first aspect of the present invention, in the control circuit for controlling the magnetic sensor having the Hall element, the first resistance element is used to convert the potential difference between both ends in the drive direction of the Hall element into the current I vh. / I conversion circuit, current I vh , reference current I ref , and current I h in the driving direction of the Hall element, the value of I h · I ref / I vh or I vh · I ref / I h A calculation circuit that outputs the calculation result used, and a temperature compensation circuit that compensates for the influence of the temperature on the output of the Hall element based on the calculation result, and the reference current I ref has a resistance corresponding to the second resistance element, Provided is a control circuit that is generated based on a predetermined reference voltage V ref .
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。 In the second aspect of the present invention, a conductor through which a current to be measured flows, a Hall element that is formed of a compound semiconductor and outputs a signal corresponding to the current to be measured, and a voltage value or a current value detected from the Hall element are used. And a control circuit that compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element, and the conductor provides a current sensor formed closer to the Hall element than the control circuit.
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。 The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
[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。
[Example 1]
FIG. 1 shows an outline of a configuration of a
磁気センサ10は、被測定電流Ioに応じて検出した出力信号Soを出力する。本例の磁気センサ10は、被測定電流Io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So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。
The
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Sdを検出する。一例において、検出信号Sd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Sd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Sd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Sc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Sc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。
The
導体30は、電流センサ100が測定する被測定電流Ioの流れる導体である。導体30に被測定電流Io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Io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Io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。
When the
[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。
[Example 1]
FIG. 2 shows an example of the configuration of the
調整回路40は、磁気センサ10の検出信号Sdに応じて制御信号Scを生成する。調整回路40は、生成した制御信号Sc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Sc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Sc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。
Adjusting
信号処理回路50は、磁気センサ10の出力信号So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So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。
The
[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。
[Comparative Example 1]
FIG. 3 shows an example of the configuration of the
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。
The
本例の電流センサ500は、被測定電流Io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。
The
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。
The
[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。
[Example 2]
FIG. 4 illustrates an example of the configuration of the
調整回路40は、入力された検出信号Sd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Sgを生成する。ゲイン調整信号Sg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Sg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Sgを信号処理回路50に出力する。
Adjusting
信号処理回路50は、ゲイン調整信号Sg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Sg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Sc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。
The
[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。
[Example 3]
FIG. 5 illustrates an example of a configuration of the
ホール抵抗測定回路41は、検出信号Sdに基づく演算により、ホール素子11の抵抗値Rh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Rhを、抵抗測定信号Sr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Sd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Rhを算出する。
The Hall
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。
Here, the potential difference at both ends in the driving direction of the
温度補償回路42は、抵抗測定信号Sr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Sr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Rh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。
The
また、温度補償回路42は、抵抗測定信号Srに基づいて、制御信号Sc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。
Further, the
[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。
[Example 4]
FIG. 6 illustrates an example of the configuration of the
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Srに基づいて、ゲイン調整信号Sgを生成する。温度補償回路42は、生成した抵抗測定信号Sr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。
[Example 5]
FIG. 7 illustrates an example of the configuration of the
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。
The
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Sr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。
[Example 6]
The
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。
The
[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。
[Example 7]
FIG. 8 illustrates an example of the configuration of the
ホール抵抗測定回路41は、電流Ihおよび電圧Vhに基づいて、ホール素子11の抵抗値Rhを測定する。電流Ih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Ihは、駆動電流Ihとなる。電圧Vh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Vh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。
The Hall
例えば、ホール抵抗測定回路41は、電流Ihおよび電圧Vhに基づいて、Rh=Vh/Ih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Rhを測定する。ホール抵抗測定回路41は、測定した抵抗値Rhを抵抗測定信号Srとして、温度補償回路42に出力する。
For example, the Hall
温度補償回路42は、抵抗測定信号Sr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Rh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。
The
電流源70は、ホール素子11に駆動電流Ihを供給する。温度補償回路42は、抵抗測定信号Srに基づいて、電流源70がホール素子11に与える駆動電流Ih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Ih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Rhと、駆動電流Ihとの関係に関する情報が記憶されてよい。
The
[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。
[Example 8]
FIG. 9 shows an example of the configuration of the
制御回路20は、ホール素子11を駆動電圧Vhで定電圧駆動させる。電流計Aは、駆動電圧Vhに応じてホール素子11に流れる電流Ih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Vh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Vhは、駆動電圧Vhとなる。
The
ホール抵抗測定回路41は、電流Ihおよび電圧Vh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Ihおよび駆動電圧Vhに応じて、抵抗測定信号Srを生成する。
Hall
温度補償回路42は、抵抗測定信号Srに応じてホール素子11の駆動電圧Vh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。
The
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。
Note that the method of driving the
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。
FIG. 10 shows an example of the configuration of the ammeter A of the
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Vh=VH−VLが与えられる。
The
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Ihに対応して、電流Ihが流れる。ホール抵抗測定回路41には、電流Ih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Ih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。
The transistor Tr3 is connected in parallel with the transistor Tr2 to form a current mirror. Thus, the transistor Tr3, in response to the current I h flowing through the transistor Tr2, a current flows I h. A current I h is input to the Hall
[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。
[Example 9]
FIG. 11 illustrates an example of the configuration of the
記憶部60は、ホール素子11の抵抗値Rh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Rh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Sr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Sr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Sgを生成する。温度補償回路42は、生成したゲイン調整信号Sg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。
The
[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。
[Example 10]
FIG. 12 illustrates an example of the configuration of the
A/D変換回路43は、電圧Vh、電流Ih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。
The A /
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Srを生成する。より具体的には、デジタル信号処理回路44は、Rh=Vh/Ihの数値演算を行い、ホール素子11の抵抗値Rhに相当するデジタル値を抵抗測定信号Srとして温度補償回路42に出力する。
Digital
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。
The
[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。
[Example 11]
FIG. 13 shows an example of the configuration of the
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。
The conversion table memory 61 stores a conversion table for converting input data. The conversion table memory 61 of this example includes a plurality of
変換テーブルメモリ61aは、抵抗測定信号Sr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Sr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。
The
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。
The
抵抗温度変換回路47は、抵抗測定信号Srに応じたホール素子11の抵抗値Rh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Sr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Srをホール素子11の温度へ変換する。
The resistance
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Ihを調整する。
The drive
本例の電流センサ100は、デジタル信号を用いて、駆動電流Ih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。
[Example 12]
FIG. 14 illustrates an example of the configuration of the
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Vhを電流Ivh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Vhを電流Ivh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Vhを電流Ivhに変換する。V/I変換回路45は、電圧Vhを変換係数R1で、電流Ivhに変換する。即ち、Ivh=Vh/R1となる。変換係数R1は、第1抵抗素子R1に応じた抵抗値である。
The V /
トランスリニア回路46は、電流Ivh、参照電流Iref、及び、ホール素子11の駆動方向における電流Ih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Ivh、参照電流Iref、及び、ホール素子11の駆動電流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。
The
ここで、参照電流Iref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Vrefとに基づいて生成される。即ち、Iref=Vref/R2が成り立つ。抵抗値R2は、第2抵抗素子R2に応じた抵抗値である。また、参照電圧Vref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Vrefは、電源電圧を分圧した電圧を用いることが好ましい。
Here, the reference current I ref is generated based on a resistance corresponding to the second resistance element R2 and a predetermined reference voltage V ref . That is, I ref = V ref / R 2 holds. Resistance R 2 is the resistance value corresponding to the second resistor element R2. In addition, the reference voltage V ref is generally generated using a band gap circuit having a constant value with respect to temperature. In one example, in the case of the
本例のトランスリニア回路46は、電流Ivh、駆動電流Ih、参照電流Irefを入力とし、Ivh・Iref/Ihの演算を行う。例えば、トランスリニア回路46の出力電流Itransは、次式で示される。
Itrans=Ivh・Iref/Ih=(Vh/Ih)・(Iref/R1)=Rh・(Iref/R1)
よって、出力電流Itransは、ホール素子11の抵抗値Rhの情報を含む電流量となる。
The
I trans = I vh · I ref / I h = (V h / I h ) · (I ref / R 1 ) = R h · (I ref / R 1 )
Therefore, the output current I trans is a current amount including information on the resistance value R h of the
温度補償回路42は、入力されたホール素子11の抵抗値Rh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Itrans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。
The
記憶部60は、ホール素子11の抵抗値Rh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Itrans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。
The
また、トランスリニア回路46は、電流Ivh、駆動電流Ih、参照電流Irefを入力とし、Ih・Iref/Ivhの演算を行ってもよい。
Further, the
トランスリニア回路46の出力電流Itransは、次式で示される。
Itrans=Ih・Iref/Ivh
=Ih・Iref/(Vh/R1)
=(Ih/Vh)・Iref・R1
=(1/Rh)・Iref・R1
よって、出力電流Itransは、ホール素子11の抵抗値Rhの情報を含む電流となる。
The output current I trans of the
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
Therefore, the output current I trans is a current including information on the resistance value R h of the
この場合、内部の参照電流Irefは、内部の参照電圧Vrefと抵抗値R2より、Iref=Vref/R2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、R1=R2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Itransは、次式で示される。
Itrans=Vref/Rh
In this case, the internal reference current I ref becomes I ref = V ref / R 2 from the internal reference voltage V ref and the resistance value R 2 . Further, the first resistance element R1 and the second resistance element R2 can be regarded as R 1 = R 2 by being composed of the same type of resistance elements. Therefore, the output current I trans of the
I trans = V ref / R h
つまり、出力電流Itransは、抵抗値R1およびR2を含まない。即ち、抵抗値R1およびR2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Itransは、ホール素子11の温度のみに依存する電流値となる。
That is, the output current I trans does not include the resistance values R 1 and R 2 . That is, the resistance value R 1 and R 2 are canceled each other. Since the resistance value changes with temperature, this method is preferable in that the influence can be eliminated. Therefore, the output current I trans has a current value that depends only on the temperature of the
[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。
[Example 13]
FIG. 15 illustrates an example of a configuration of the
V/I変換回路45は、入力されたVhを変換係数R1で、電流Ivhに変換する。ここで、Ivh=Vh/R1が成り立つ。
The V /
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Ivh、駆動電流Ih、参照電流Irefを入力とし、Ivh・Iref/Ihの演算を行う。トランスリニア回路46の出力電流Itransは、次式で示される。
Itrans=Ivh・Iref/Ih
=(Vh/Ih)・(Iref/R1)
=Rh・(Iref/R1)
よって、出力電流Itransは、ホール素子11の抵抗値Rhの情報を含む電流量となる。
The
I trans = I vh · I ref / I h
= (V h / I h ) · (I ref / R 1 )
= Rh · (I ref / R 1 )
Therefore, the output current I trans is a current amount including information on the resistance value R h of the
温度補償回路42は、入力されたホール素子11の抵抗値Rh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Itrans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Sgを生成する。温度補償回路42は、生成したゲイン調整信号Sgを信号処理回路50に出力する。
The
記憶部60は、ホール素子11の抵抗値Rh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Itrans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。
The
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。
The
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。
As described above, the
[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。
[Example 14]
FIG. 16 illustrates an example of the configuration of the
調整回路40は、検出信号Sd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Soff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。
Adjusting
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。
The
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。
Moreover, the
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。
FIG. 17 shows an example of a specific configuration of the
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。
The
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Io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。
The
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。
Since the
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。
The
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Itransから抵抗成分をキャンセルできる。
The first resistance element R1 and the second resistance element R2 may be made of the same material. Further, the first resistance element R1 and the second resistance element R2 may have the same resistance value by having the same length, or may have different resistance values by having different lengths. Good. When the first resistance element R1 and the second resistance element R2 have different resistance values, it is preferable that the
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Io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。
In this case, the
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。
Further, the
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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
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。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
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
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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Ivhに変換するV/I変換回路と、
前記電流Ivh、参照電流Iref、及び、前記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、
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Irefは、第2抵抗素子に応じた抵抗と、温度に依存しない参照電圧Vrefとに基づいて生成される
制御回路。 In a control circuit for controlling a magnetic sensor having a Hall element,
A V / I conversion circuit that converts a potential difference between both ends in the driving direction of the Hall element into a current I vh using a first resistance element;
Based on the current I vh , the reference current I ref , and the current I h in the driving direction of the Hall element, a calculation result using a value of I h · I ref / I vh or I vh · I ref / I h An arithmetic circuit that outputs
A temperature compensation circuit that compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element based on the calculation result, and
The reference current I ref is generated based on a resistance corresponding to the second resistance element and a reference voltage V ref that does not depend on temperature.
請求項1に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 1, wherein the first resistance element and the second resistance element are configured by the same type of resistance element.
請求項1又は2に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 1, wherein the first resistance element and the second resistance element are provided in the control circuit.
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。 A current source for supplying a driving current to the Hall element;
The temperature compensation circuit controls a drive current that the current source gives to the Hall element based on an output from the arithmetic circuit.
The control circuit according to any one of claims 1 to 3.
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。 A signal processing circuit for amplifying and outputting the output from the Hall element;
The temperature compensation circuit controls a gain and / or an offset that the signal processing circuit gives to an output from the Hall element based on an output from the arithmetic circuit. The control circuit described.
請求項1から5のいずれか一項に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 1, wherein the arithmetic circuit includes a translinear circuit.
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、
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および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し、
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
を有し、
前記参照電流I ref は、抵抗素子に応じた抵抗と、温度に依存しない参照電圧V ref とに基づいて生成され、
前記ホール素子抵抗は、I h ・I ref /I vh 又はI vh ・I ref /I h の値を用いて演算される電流センサ。 A conductor through which the current to be measured flows;
A hall element that is formed of a compound semiconductor and outputs a signal corresponding to the current to be measured;
A control circuit that compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element based on the voltage value or current value detected from the Hall element;
The conductor is formed closer to the Hall element than the control circuit,
The control circuit includes:
A resistance measuring circuit that outputs a Hall element resistance based on a potential difference between both ends in the driving direction of the Hall element and a current value in the driving direction;
The control circuit compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element based on the Hall element resistance ,
The resistance measurement circuit includes:
A V / I conversion circuit for converting the driving voltage V h of the Hall element into a current I vh when the Hall element is driven at a constant voltage ;
An arithmetic circuit that outputs the Hall element resistance based on the current I vh , the reference current I ref , and the current value I h in the driving direction of the Hall element;
Have
The reference current I ref is generated based on a resistance corresponding to the resistance element and a reference voltage V ref that does not depend on temperature .
The Hall element resistor, a current sensor is calculated using the values of I h · I ref / I vh or I vh · I ref / I h .
請求項7に記載の電流センサ。 The current sensor according to claim 7, further comprising a package that covers the conductor, the Hall element, and the control circuit.
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、
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および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し、
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Ivhに変換するV/I変換回路と、
前記電流Ivh、参照電流Iref、及び、前記ホール素子の駆動電流Ihに基づいて、前記ホール素子抵抗を出力する演算回路と、
を有し、
前記参照電流Irefは、抵抗素子に応じた抵抗と、温度に依存しない参照電圧Vrefとに基づいて生成され、
前記ホール素子抵抗は、Ih・Iref/Ivh又はIvh・Iref/Ihの値を用いて演算される電流センサ。 A conductor through which the current to be measured flows;
A hall element that is formed of a compound semiconductor and outputs a signal corresponding to the current to be measured;
A control circuit that compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element based on the voltage value or current value detected from the Hall element;
With
The conductor is formed closer to the Hall element than the control circuit,
The control circuit includes:
A resistance measuring circuit that outputs a Hall element resistance based on a potential difference between both ends in the driving direction of the Hall element and a current value in the driving direction;
The control circuit compensates for the influence of temperature on the output of the Hall element based on the Hall element resistance,
The resistance measurement circuit includes:
A V / I conversion circuit for converting a potential difference between both ends in the driving direction of the Hall element when the Hall element is driven at a constant current into a current I vh ;
An arithmetic circuit that outputs the Hall element resistance based on the current I vh , the reference current I ref , and the Hall element drive current I h ;
Have
The reference current I ref is generated based on a resistance corresponding to the resistance element and a reference voltage V ref that does not depend on temperature.
The Hall element resistance, I h · I ref / I vh or I vh · I ref / I h Ru current sensor is calculated using the value of.
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Ihを制御する温度補償回路を有する、
請求項9に記載の電流センサ。 Further comprising a current source for supplying the driving current I h to the Hall element,
The control circuit includes a temperature compensation circuit that controls the driving current Ih that the current source applies to the Hall element based on a potential difference between both ends in the driving direction of the Hall element.
The current sensor according to claim 9.
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