JP2015184120A - current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流センサに関し、特に、磁気抵抗素子を利用する電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor, and more particularly, to a current sensor using a magnetoresistive element.
幾つかの電流センサでは、測定対象の電流(被測定電流)に応じた電圧が、アナログ信号として取得される。取得されたアナログ電圧を利用して、被測定電流の大きさなどが測定される。 In some current sensors, a voltage corresponding to a current to be measured (current to be measured) is acquired as an analog signal. Using the acquired analog voltage, the magnitude of the current to be measured is measured.
たとえば、特開2008−164449号公報は、取得されたアナログ信号と三角波とを比較して、アナログ信号を、PWM(Pulse Width Modulation)信号に変換する電流センサを提案する。この電流センサによれば、アナログ信号は、パルス幅情報に変換されてディジタル的に伝送されるため、たとえばノイズの影響が抑制され得る。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-164449 proposes a current sensor that compares an acquired analog signal with a triangular wave and converts the analog signal into a PWM (Pulse Width Modulation) signal. According to this current sensor, the analog signal is converted into pulse width information and transmitted digitally, so that, for example, the influence of noise can be suppressed.
特開2008−164449号公報が提案する技術によれば、三角波を発生させるための三角波発生器、および、アナログ信号と三角波とを比較するための比較器などが必要である。そのため、部品点数が多くなり、たとえばコストが掛かる。 According to the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-164449, a triangular wave generator for generating a triangular wave and a comparator for comparing an analog signal with a triangular wave are required. For this reason, the number of parts increases, and for example, costs increase.
また、三角波との比較によってアナログ信号をPWM信号に変換するため、その変換処理に、三角波の周期よりも長い時間が必要になる。その結果、電流センサの応答時間を短くすること、すなわち電流センサの応答性を向上させることが困難である。 Further, since an analog signal is converted into a PWM signal by comparison with a triangular wave, the conversion process requires a longer time than the period of the triangular wave. As a result, it is difficult to shorten the response time of the current sensor, that is, to improve the responsiveness of the current sensor.
また、電流センサにおいて演算処理を行ないたい場合、2進数データを扱う必要がある。そのため、アナログ信号またはPWM信号を、2進数データに変換するための回路などが別途必要になる。そのような変換処理に要する時間によっても、電流センサの応答性が損なわれる。 In addition, when it is desired to perform arithmetic processing in the current sensor, it is necessary to handle binary data. For this reason, a circuit for converting an analog signal or a PWM signal into binary data is required separately. The responsiveness of the current sensor is also impaired by the time required for such conversion processing.
本発明の目的は、被測定電流を2進数データとして取得しつつ、応答性能が向上された電流センサを提供することである。 An object of the present invention is to provide a current sensor with improved response performance while acquiring a current to be measured as binary data.
本発明は、ある局面において、複数の1ビットセンサと、検出部とを備える電流センサである。1ビットセンサは、2値のいずれか一方の値を出力する。検出部は、複数の1ビットセンサの出力に基づいて被測定電流を検出する。1ビットセンサは、磁気抵抗素子と、変換部とを含む。磁気抵抗素子は、被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる。変換部は、磁気抵抗素子の2通りの抵抗値を2値に変換する。検出部は、複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして受けて被測定電流を検出する。 In one aspect, the present invention is a current sensor including a plurality of 1-bit sensors and a detection unit. The 1-bit sensor outputs one of two values. The detection unit detects the current to be measured based on the outputs of the plurality of 1-bit sensors. The 1-bit sensor includes a magnetoresistive element and a conversion unit. The resistance value of the magnetoresistive element is switched according to the magnetic field generated by the current to be measured. The conversion unit converts the two resistance values of the magnetoresistive element into binary values. The detection unit receives the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data and detects the current to be measured.
上記構成の電流センサでは、1ビットセンサの磁気抵抗素子の抵抗値が、被測定電流によって切替えられる。複数の1ビットセンサが被測定電流に対して適切に配置されることによって、被測定電流のたとえば大きさに応じて、幾つかの1ビットセンサの磁気抵抗素子がたとえば比較的大きな抵抗値を有するように切替わり、その他の1ビットセンサの磁気抵抗素子がたとえば比較的小さな抵抗値を有するように切替わる。たとえば、比較的大きな抵抗値は、変換部によって2値の一方の値に変換され、比較的小さな抵抗値は、変換部によって2値の他方の値に変換される。その結果、被測定電流に応じて、幾つかの1ビットセンサは一方の値を出力し、その他の1ビットセンサは他方の値を出力する。それらの1ビットセンサの出力が検出部によって2進数データとして扱われることにより、被測定電流が2進数として取得される。すなわち、上記構成の電流センサでは、1ビットセンサによって、被測定電流が直接(ダイレクトに)2進数データに変換されて出力される。 In the current sensor configured as described above, the resistance value of the magnetoresistive element of the 1-bit sensor is switched by the current to be measured. By appropriately arranging a plurality of 1-bit sensors with respect to the current to be measured, the magnetoresistive elements of some 1-bit sensors have a relatively large resistance value, for example, depending on, for example, the magnitude of the current to be measured. The other magnetoresistive elements of the 1-bit sensor are switched so as to have a relatively small resistance value, for example. For example, a relatively large resistance value is converted into one of two values by the conversion unit, and a relatively small resistance value is converted into the other value of the two values by the conversion unit. As a result, depending on the current to be measured, some 1-bit sensors output one value and the other 1-bit sensors output the other value. The output of these 1-bit sensors is handled as binary data by the detection unit, whereby the current to be measured is acquired as a binary number. That is, in the current sensor configured as described above, the current to be measured is directly converted into binary data and output by the 1-bit sensor.
本発明は、他の局面において、検出部に代えて出力端子を備えていてもよい。出力端子は、複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして電流センサの外部に出力するために用いられる。出力端子から出力された2進数データは、たとえば被測定電流の大きさを示すデータとして利用できる。 In another aspect, the present invention may include an output terminal instead of the detection unit. The output terminal is used to output the outputs of a plurality of 1-bit sensors as binary data to the outside of the current sensor. The binary data output from the output terminal can be used as data indicating the magnitude of the current to be measured, for example.
本発明によれば、被測定電流を2進数データとして取得しつつ、応答性能が向上された電流センサが提供される。 According to the present invention, a current sensor having improved response performance while acquiring a current to be measured as binary data is provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[電流センサの概要]
図1は、電流センサの概要を説明するための第1の図である。電流センサ8Aは、導電線10を流れる電流I(以後、「被測定電流I」という場合もある)を測定するために使用される。
[Outline of current sensor]
FIG. 1 is a first diagram for explaining an outline of a current sensor. The current sensor 8A is used to measure a current I flowing through the conductive wire 10 (hereinafter also referred to as “measured current I”).
図1を参照して、電流センサ8Aは、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6と、演算処理部9とを含む。
Referring to FIG. 1,
電流センサ8Aは、たとえばクランプ60によって、導電線10に固定される。これにより、被測定電流Iと電流センサ8Aとの位置関係が固定される。位置関係の固定には、クランプ60以外の手段が用いられてもよい。また、電流センサ8Aは、たとえばケーブル70によって、電流センサ8Aの外部の機器、たとえばオシロスコープなどに接続される。
Current sensor 8A is fixed to
1ビットセンサ5a〜5hの各々は、2値(たとえば2通りの電圧値)のいずれか一方の値を出力する。1ビットセンサ5a〜5hの各々の出力は、出力端子4a〜4hにそれぞれ出力される。出力端子4a〜4hは、演算処理部9に接続される。1ビットセンサ5a〜5hの出力は、演算処理部9に入力される。
Each of the 1-
電流源6は、たとえば1ビットセンサ5a〜5hの出力の初期化(後述)などに用いられる。
The current source 6 is used for initialization (described later) of the outputs of the 1-
演算処理部9は、1ビットセンサ5a〜5hの出力に基づいて被測定電流を検出する。演算処理部9は、1ビットセンサ5a〜5hの出力を全体として2進数データとして受ける。演算処理部9は、2進数データに基づいて被測定電流Iを検出する。これにより、電流センサ8Aは、被測定電流Iを測定する。
The arithmetic processing unit 9 detects the current to be measured based on the outputs of the 1-
図2は、電流センサの概要を説明するための第2の図である。電流センサ8Bも、図1に示す電流センサ8Aと同様に、被測定電流Iを測定するために使用される。
FIG. 2 is a second diagram for explaining the outline of the current sensor. The
図2に示す電流センサ8Bは、図1に示す電流センサ8Aとは、特に、演算処理部9を含まず、出力コネクタ80を含む点で異なる。
The
図2において、出力端子4a〜4hからの各々の出力は、ビットデータSa〜Shとしてそれぞれ示される。ビットデータSa〜Shの各々は、図示しない配線などを介して、出力コネクタ80に送信される。出力コネクタ80は、1ビットセンサ5a〜5hの出力を全体として2進数データとして、電流センサ8Bの外部に出力するために用いられる。出力コネクタ80から出力される2進数データは、たとえば、外部の機器に送られて、被測定電流Iの大きさを示すデータとして利用される。外部の機器は、たとえば、図1に示す演算処理部9と同様の機能を含むように構成される。
In FIG. 2, the outputs from the
1ビットセンサ(図1の1ビットセンサ5a〜5hなど)は、次に図3〜図5を参照して説明するように、磁気抵抗素子と、変換部とを含んで構成される。
The 1-bit sensor (such as the 1-
[磁気抵抗素子の例]
一例として、磁気抵抗素子には、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magneto Resistance)素子が採用される。
[Example of magnetoresistive element]
As an example, a tunneling magnetoresistive (TMR) element is employed as the magnetoresistive element.
図3は、TMR素子の概略構成を説明するための図である。図3に示すように、TMR素子1は、固定層PL(Pinned Layer)と、自由層FL(Free Layer)と、絶縁膜DB(Dielectric Barrier)とを含む。
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of the TMR element. As shown in FIG. 3, the
自由層FLは、強磁性体によって構成されており、磁化されている。図3に示す矢印は、磁化の方向を概念的に示す。自由層FLの磁化は、外部磁界、たとえば図1に示す被測定電流Iによって生じる磁界によって変化する(反転する)。固定層PLは、強磁性体によって構成されており、磁化されている。固定層PLの磁化は、外部磁界によって変化しない(固定される)。絶縁膜DBは、固定層PLと自由層FLとを絶縁する。 The free layer FL is made of a ferromagnetic material and is magnetized. The arrows shown in FIG. 3 conceptually indicate the direction of magnetization. The magnetization of the free layer FL changes (inverts) by an external magnetic field, for example, a magnetic field generated by the current I to be measured shown in FIG. The fixed layer PL is made of a ferromagnetic material and is magnetized. The magnetization of the fixed layer PL is not changed (fixed) by the external magnetic field. The insulating film DB insulates the fixed layer PL and the free layer FL.
TMR素子1は、抵抗値を有する。自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ同方向とされると、抵抗値は最小になる。自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ逆方向とされると、抵抗値は最大になる。自由層FLの磁化方向は、TMR素子1が置かれる磁場に依存する。たとえば、図1に示す被測定電流Iによって生じる磁界に応じて、自由層FLの磁化方向が決定され、TMR素子1の抵抗値が切替わる。
The
以上は磁気抵抗素子にTMR素子を用いる場合について説明したが、TMR素子でなくとも、TMR素子と同様の特性を持つ素子であれば、磁気抵抗素子として用いることができる。 Although the case where a TMR element is used as the magnetoresistive element has been described above, an element having the same characteristics as the TMR element can be used as a magnetoresistive element, even if it is not a TMR element.
[1ビットセンサの構成例]
図4は、1ビットセンサの構成および動作を説明するための図である。1ビットセンサ5は、TMR素子1と、抵抗2と、コンパレータ3と、出力端子4とを含む。抵抗2およびコンパレータ3は、TMR素子1の抵抗値を2値のいずれか一方の値に変換する変換部を構成する。
[Configuration example of 1-bit sensor]
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration and operation of the 1-bit sensor. The 1-
TMR素子1の一方端(たとえば固定層PL側)は、グランド(GND)に接続される。TMR素子1の他方端(たとえば自由層FL側)は、ノード15に接続される。
One end (for example, the fixed layer PL side) of the
抵抗2の一方端は、ノード15に接続される。抵抗2の他方端は、電源端子Tに接続される。
One end of the
コンパレータ3の一方の入力端は、ノード15に接続される。コンパレータ3の他方の入力端には、基準電位Vrefが与えられる。コンパレータ3の出力端は、出力端子4に接続される。コンパレータ3の出力端と、出力端子4との間には、他の回路(フィルタなど)が設けられてもよい。
One input terminal of the
電源端子Tには電源電圧が与えられる。ノード15には、TMR素子1および抵抗2によって分圧された電圧(ノード電圧)が発生する。TMR素子1の抵抗値が小さいと、ノード電圧は小さくなる。TMR素子1の抵抗が大きいと、ノード電圧は大きくなる。ノード電圧は、コンパレータ3によって、基準電位Vrefと比較される。たとえば、ノード電圧が基準電位Vref以上の場合、コンパレータ3はロー電圧を出力し、ノード電圧が基準電位Vref未満の場合、コンパレータ3はハイ電圧を出力する。あるいは、ノード電圧が基準電位Vref以上の場合、コンパレータ3はハイ電圧を出力し、ノード電圧が基準電位Vref未満の場合、コンパレータ3はロー電圧を出力してもよい。ロー電圧は、たとえばグランド(GND)電位あるいはそれに近い電位に設定される。ハイ電圧は、ロー電圧よりも高い電圧とされる。ハイ電圧とロー電圧は、たとえば図1に示す演算処理部9によって区別される程度に異なっていればよい。ハイ電圧とロー電圧は、「0」および「1」のビットデータに対応する。たとえば、ハイ電圧はビットデータ「1」に対応し、ロー電圧はビットデータ「0」に対応する。
A power supply voltage is applied to the power supply terminal T. A voltage (node voltage) divided by the
図4に示す例では、自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ同方向とされている。そのため、TMR素子1の抵抗値は小さく、1ビットセンサは「1」を出力する。
In the example shown in FIG. 4, the magnetization direction of the free layer FL is parallel to and the same direction as the magnetization direction of the fixed layer PL. Therefore, the resistance value of the
これに対し、図5に示す例では、自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ反対方向とされている。そのため、TMR素子の抵抗値は大きく、1ビットセンサは「0」を出力する。 On the other hand, in the example shown in FIG. 5, the magnetization direction of the free layer FL is parallel to and opposite to the magnetization direction of the fixed layer PL. Therefore, the resistance value of the TMR element is large and the 1-bit sensor outputs “0”.
[実施の形態1]
図6は、実施の形態1に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。
[Embodiment 1]
FIG. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the first embodiment.
図6を参照して、電流センサ8は、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6と、電流線7とを含む。1ビットセンサ5a〜5hの各々は、TMR素子1a〜1hおよび出力端子4a〜4hをそれぞれ含む。
Referring to FIG. 6,
導電線10には、被測定電流Iが流れる。1ビットセンサ5a〜5hは、被測定電流I(すなわち、導電線10)から遠ざかる方向に沿って配置される。
A current I to be measured flows through the
電流源6は、初期状態電流を電流線7に供給する。初期状態電流は、TMR素子1a〜1hの抵抗値を初期状態とする(初期化する)。具体的には、初期状態電流によって発生する磁界によって、TMR素子1a〜1hに含まれる自由層の磁化が一定の方向に揃えられる。電流線7は、初期状態電流によって発生する磁界によって、TMR素子1a〜1hが適切に初期化されるように、適宜配置される。
The current source 6 supplies an initial state current to the
出力端子4a〜4hは、全体として2進数データ11を出力する。2進数データ11は、演算処理部9に入力される。演算処理部9は、2進数データ11に基づいて、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。演算処理部9は、ディジタル信号処理が可能な種々の論理回路を含んで構成される。たとえば、演算処理部9は、FPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて実現される論理回路を含んで構成されてもよいし、マイコンおよび特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)を含んで構成されてもよい。
The
なお、図6に示す例では、1ビットセンサの数は8個(5a〜5h)であるが、1ビットセンサの数はこれに限定されない。 In the example shown in FIG. 6, the number of 1-bit sensors is 8 (5a to 5h), but the number of 1-bit sensors is not limited to this.
図7は、図6におけるTMR素子1a〜1hの配置(すなわち各1ビットセンサの配置)を説明するための図である。なお、図7では、導電線10の断面が図面正面となるように図示される。図7に示すように、TMR素子1a〜1hは、この順に、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って配置される。
FIG. 7 is a diagram for explaining the arrangement of
電流センサ8は、被測定電流Iを測定するための準備として、「測定レディ状態」とされる。図8は、電流センサ8の測定レディ状態を説明するための図である。測定レディ状態では、被測定電流Iは流れていない(I=0)。
The
図8に示すように、電流源6から初期状態電流IINIが電流線7に供給される。初期状態電流IINIの方向は、図中、電流源6内に矢印で示される。初期状態電流IINIが電流線7を流れると、初期状態電流IINIの周囲に磁場が生じる。たとえば、初期状態電流IINIが図中上側の電流線7を流れることによって磁場H100が生じ、初期状態電流IINIが図中下側の電流線7を流れることによって、磁場H101が生じる。磁場H100と磁場H101とは、大きさが同じで方向が異なる。これらは、たとえば、アンペールの法則によって説明される。
As shown in FIG. 8, an initial state current I INI is supplied from the current source 6 to the
TMR素子1a〜1hの各々は、たとえば電流線7から等しい距離に配置される。また、TMR素子1a〜1hは、図中下側の電流線7よりも図中上側の電流線7の近くに配置される。これにより、各TMR素子1a〜1hは、同じ大きさの磁場H100に置かれる。磁場H100によって、TMR素子1a〜1hの自由層は、同じ方向に磁化される。
Each of
たとえば、TMR素子1a〜1hの自由層は、いずれも固定層の磁化方向と平行かつ同方向に磁化される。その場合、TMR素子1a〜1hは、いずれも同じ抵抗値(最小の抵抗値)を有するように切替わる。これにより、1ビットセンサ5a〜5hの出力は、いずれも「1」となる。その結果、2進数データ11は「11111111」となる。2進数データ「11111111」は、演算処理部9によって、被測定電流I=0(A)として検出される。
For example, the free layers of the
すなわち、「測定レディ状態」は、初期状態電流IINIによって、各TMR素子1a〜1hの抵抗値、および各1ビットセンサ5a〜5hの出力が初期化された状態とも言える。測定レディ状態とされた後、電流センサ8は、「測定状態」とされて、被測定電流Iを測定する。
That is, it can be said that the “measurement ready state” is a state in which the resistance values of the
図9は、電流センサ8の測定状態を説明するための図である。測定状態において、導電線10には被測定電流Iが流れている(I≠0)。電流線7には、初期状態電流IINIが流れている。
FIG. 9 is a diagram for explaining the measurement state of the
図9に示すように、導電線10に被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に、磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、たとえば磁場H110〜磁場H114として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど弱くなる。磁場H110〜H114の強さを比較すると、磁場H110が最も強く、磁場H114が最も弱い。
As shown in FIG. 9, when the current I to be measured flows through the
一方、初期状態電流IINIの周囲には磁場H100および磁場H101が生じる。たとえば、磁場H100は、各TMR素子1a〜1hにおいて、磁場Hを打消すように生じる。適切な大きさや方向の初期状態電流IINIが電流線7に供給されることで、あるいは、電流線7が適切に配置されることで、磁場H100は、磁場Hを打ち消すように生じ得る。
On the other hand, the magnetic field H100 and magnetic field H101 occurs around the initial current I INI. For example, the magnetic field H100 is generated so as to cancel the magnetic field H in each of the
磁場H(磁場H110〜磁場H114など)と、磁場H100との強弱関係によって、TMR素子1a〜1hの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H100よりも大きい場合、1ビットセンサ5a〜5hの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、自由層FLの磁化方向が磁場Hに沿った方向に変化(反転)し、出力が「1」から、「0」に変化する。図9に示す例では、1ビットセンサ5a〜5eの自由層FLの磁化方向が磁場Hに沿った方向に反転する。そのため、1ビットセンサ5a〜5eの出力が「0」とされ、出力端子4a〜4eから出力される。一方、1ビットセンサ5f〜5hの自由層FLの磁化方向は反転しない。そのため、1ビットセンサ5f〜5hの出力は「1」のままであり、出力端子4f〜4hから出力される。すなわち、2進数データ11は、「00000111」となる。
Depending on the strength relationship between the magnetic field H (the magnetic field H110 to the magnetic field H114, etc.) and the magnetic field H100, the resistance values of the
演算処理部9は、2進数データ11を受けて、所定の演算処理を実行する。所定の演算処理は、2進数データ11に基づいて被測定電流Iの大きさを算出するための処理などを含む。これにより、電流センサ8は、被測定電流Iを測定できる。
The arithmetic processing unit 9 receives the
被測定電流Iの大きさによって、2進数データ11は異なる値を示す。もし、被測定電流Iが小さくなると、たとえば、1ビットセンサ5a〜5dの出力が「0」とされ、1ビットセンサ5e〜5hの出力が「1」とされ得る。その結果、2進数データ11は「00001111」となる。逆に、被測定電流Iが大きくなると、たとえば、1ビットセンサ5a〜5fの出力が「0」とされ、1ビットセンサ5g〜5hの出力が「1」とされ得る。その結果、2進数データ11は「00000011」となる。
The
実施の形態1によれば、電流センサでは、アナログ/ディジタル変換処理を行なうことなく、被測定電流の大きさが直接(ダイレクトに)2進数データとして取得される。そのため、電流センサの応答時間が短くなり、電流センサの応答性能が向上する。 According to the first embodiment, in the current sensor, the magnitude of the current to be measured is acquired as binary data directly (directly) without performing analog / digital conversion processing. Therefore, the response time of the current sensor is shortened, and the response performance of the current sensor is improved.
[実施の形態2]
次に実施の形態2として、電流センサが、被測定電流Iの大きさに加えて、被測定電流Iの方向をさらに検出する構成について説明する。
[Embodiment 2]
Next, a configuration in which the current sensor further detects the direction of the measured current I in addition to the magnitude of the measured current I will be described as a second embodiment.
図10は、実施の形態2に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。
図10を参照して、電流センサ16は、1ビットセンサ5a〜5pと、電流源6と、電流線7と、論理回路120a〜120hと、出力端子121a〜121hとを含む。1ビットセンサ5a〜5pの各々は、出力端子4a〜4pをそれぞれ含む。
FIG. 10 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the second embodiment.
Referring to FIG. 10,
1ビットセンサ5a〜5pは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って2列に配置される。図10に示す例では、2列の一方の列には、1ビットセンサ5a〜5hが配置される。2列の他方の列には、1ビットセンサ5i〜5pが配置される。
The 1-
1ビットセンサ5a〜5pの出力は、出力端子4a〜4pを介して、論理回路120a〜120hに入力される。具体的には、1ビットセンサ5aおよび5iの出力は、論理回路120aに入力される。1ビットセンサ5bおよび5jの出力は、論理回路120bに入力される。1ビットセンサ5cおよび5kの出力は、論理回路120cに入力される。1ビットセンサ5dおよび5lの出力は、論理回路120dに入力される。1ビットセンサ5eおよび5mの出力は、論理回路120eに入力される。1ビットセンサ5fおよび5nの出力は、論理回路120fに入力される。1ビットセンサ5gおよび5oの出力は、論理回路120gに入力される。1ビットセンサ5hおよび5pの出力は、論理回路120hに入力される。
Outputs of the 1-
論理回路120a〜120hは、入力された二つの信号の排他的論理和(XOR:eXclusive OR)を出力する。論理回路120a〜120hの出力は、出力端子121a〜121hに出力される。
The
出力端子121a〜121hは、全体として2進数データ13を出力する。2進数データ13は、演算処理部9Aに入力される。演算処理部9Aは、2進数データ13に基づいて、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。先に図6を参照して説明した演算処理部9と同様に、演算処理部9Aは、ディジタル信号回路が可能な種々の論理回路を含んで構成される。
The
1ビットセンサ5iの出力は、出力端子4i´にも出力される。1ビットセンサ5iは、被測定電流Iに最も近く配置される1ビットセンサである。1ビットセンサ5iの出力は、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力される。
The output of the 1-bit sensor 5i is also output to the
なお、1ビットセンサ5iでなく、1ビットセンサ5aが、被測定電流Iに最も近く配置される場合は、1ビットセンサ5iの出力ではなく、1ビットセンサ5aの出力が、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力されるようにするとよい。1ビットセンサ5aおよび1ビットセンサ5iのいずれもが、被測定電流Iに最も近く配置される場合は、いずれか一方の1ビットセンサの出力が、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力されるようにするとよい。ビットデータ12は、後に説明するように、被測定電流Iの方向を検出するために利用される。
When the 1-
なお、図10に示す例では、1ビットセンサの数は16個(5a〜5p)であるが、1ビットセンサの数はこれに限定されない。 In the example shown in FIG. 10, the number of 1-bit sensors is 16 (5a to 5p), but the number of 1-bit sensors is not limited to this.
図11は、図10におけるTMR素子1a〜1pの配置(すなわち各1ビットセンサの配置)を説明するための図である。図11では、導電線10の断面が図面正面となるように図示される。
FIG. 11 is a diagram for explaining the arrangement of
図11に示すように、TMR素子1a〜1pは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って2列に配置される。また、2列の一方の列に、TMR素子1a〜1hがこの順に配置され、2列の他方の列には、TMR素子1i〜1pがこの順に配置される。また、TMR素子1aおよび1iは、対向して配置されている。TMR素子1bおよび1j、1cおよび1k、1dおよび1l、1eおよび1m、1fおよび1n、1gおよび1o、1hおよび1pについても同様である。
As shown in FIG. 11, the
TMR素子1aおよび/またはTMR素子1iは、被測定電流Iに最も近く配置される。
The
図12は、電流センサ16の測定レディ状態を説明するための図である。図12に示すように、初期状態電流IINIによって、磁場H100および磁場H101が生じる。磁場H100と磁場H101とはたとえば大きさが同じで方向が異なる。
FIG. 12 is a diagram for explaining a measurement ready state of the
電流線7が適切に配置されることで、たとえば、磁場H100によって、TMR素子1a〜1hは、いずれも第1の抵抗値(たとえば最小の抵抗値)を有するように切替わる。磁場H101によって、TMR素子1i〜1pは、いずれも第2の抵抗値(たとえば最大の抵抗値)を有するように切替わる。これにより、ビットセンサ5a〜5hの出力は「1」とされる。ビットセンサ5i〜5pの出力は「0」とされる。そのため、論理回路120a〜120hの各々には、「1」および「0」が入力される。その結果、論理回路120a〜120hは、いずれも「1」を出力する。
By appropriately arranging the
すなわち、測定レディ状態では、2進数データ13は「11111111」となる。2進数データ「11111111」は、演算処理部9Aによって、被測定電流I=0(A)として検出される。また、測定レディ状態では、ビットデータ12は、「0」である。演算処理部9Aは、ビット「0」を受ける。
That is, in the measurement ready state, the
図13は、電流センサ16の測定状態を説明するための図である。図中「D1」および「D2」は、被測定電流Iの方向を示す。図13に示す例では、被測定電流IはD2の方向に流れる。
FIG. 13 is a diagram for explaining the measurement state of the
図13に示すように、被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、H140〜H144として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど弱くなる。H140〜H144の強さを比較すると、H140が最も強く、H144が最も弱い。 As shown in FIG. 13, when the current I to be measured flows, a magnetic field H is generated around the current I to be measured. For convenience of explanation, the magnetic field H at each position is illustrated as H140 to H144. The magnetic field H becomes weaker away from the current I to be measured. Comparing the strengths of H140 to H144, H140 is the strongest and H144 is the weakest.
一方、初期状態電流IINIを流すことにより、電流線7の周囲には磁場H100および磁場H101が生じる。
On the other hand, by flowing the initial state current I INI, magnetic H100 and magnetic field H101 occurs around the
磁場H(磁場H140など)と、磁場100との強弱関係によって、たとえば、TMR素子1a〜1hの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H100よりも大きい場合、1ビットセンサ5a〜5hの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、出力が測定レディ状態の「1」から「0」に変化する。図13に示す例では、1ビットセンサ5a〜5dの出力が「0」とされる。一方、1ビットセンサ5e〜5hの出力は「1」とされる。1ビットセンサ5i〜5pの出力は「0」とされる。その結果、2進数データ13は、「00001111」となる。演算処理部9Aは、2進数データ13を受けて、被測定電流Iの大きさを検出する。これにより、電流センサ16は、被測定電流Iを測定する。
Depending on the strength relationship between the magnetic field H (such as the magnetic field H140) and the magnetic field 100, for example, the resistance values of the
また、1ビットセンサ5iの出力「0」は、出力端子4iに出力される。その結果、ビットデータ12は、「0」となる。
The output “0” of the 1-bit sensor 5i is output to the
ビットデータ12が「0」であるので、演算処理部9Aは、被測定電流Iの方向がD2であると判定する。これにより、被測定電流Iの方向が検出される。なお、もし、ビットデータ12が「1」であれば、演算処理部9Aは、被測定電流の方向がD1であると判定する。
Since the
図14は、電流センサ16の測定状態を説明するための第2の図である。図14に示す例では、被測定電流Iの方向はD1である。
FIG. 14 is a second diagram for explaining the measurement state of the
図14に示すように、被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に、磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、たとえば磁場H130〜磁場H134として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど小さくなる。磁場H130〜磁場H134の大きさを比較すると、磁場H130が最も大きく、磁場H134が最も小さい。 As shown in FIG. 14, when the current I to be measured flows, a magnetic field H is generated around the current I to be measured. For convenience of explanation, the magnetic field H at each position is illustrated as, for example, a magnetic field H130 to a magnetic field H134. The magnetic field H decreases as the distance from the measured current I increases. Comparing the magnitudes of the magnetic fields H130 to H134, the magnetic field H130 is the largest and the magnetic field H134 is the smallest.
磁場H(磁場H130など)と、磁場H101との大小関係によって、TMR素子1i〜1pの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5i〜5pの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H101よりも大きい場合、1ビットセンサ5i〜5pの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、出力が測定レディ状態の「0」から、「1」に変化する。図14に示す例では、1ビットセンサ5i〜5mの出力が「1」とされる。一方、1ビットセンサ5n〜5pの出力は「0」とされる。1ビットセンサ5a〜5hの出力は「1」とされる。その結果、2進数データ13は、「00000111」となる。演算処理部9Aは、2進数データ13を受けて、被測定電流Iの大きさを検出する。これにより、電流センサ16は、被測定電流Iを測定する。
Depending on the magnitude relationship between the magnetic field H (such as the magnetic field H130) and the magnetic field H101, the resistance values of the TMR elements 1i to 1p, that is, the outputs of the 1-bit sensors 5i to 5p may change. For example, when the magnetic field H is larger than the magnetic field H101, some (or all) of the 1-bit sensors 5i to 5p are strongly influenced by the magnetic field H, and the output is “1” from “0” in the measurement ready state. To change. In the example illustrated in FIG. 14, the outputs of the 1-bit sensors 5i to 5m are “1”. On the other hand, the outputs of the 1-
また、1ビットセンサ5iの出力「1」は、出力端子4iに出力される。その結果、ビットデータ12は、「1」となる。ビットデータ12が「1」であるので、演算処理部9Aは、被測定電流Iの方向がD1であると判定する。これにより、被測定電流Iの方向が検出される。
The output “1” of the 1-bit sensor 5i is output to the
このように、1ビットセンサを2列に配置する構成とすることで、電流センサは、被測定電流の大きさだけでなく、被測定電流の方向も測定することができる。 As described above, by arranging the 1-bit sensors in two rows, the current sensor can measure not only the magnitude of the current to be measured but also the direction of the current to be measured.
[実施の形態3]
以上説明した実施の形態1および実施の形態2においては、電流センサが測定可能な被測定電流の大きさの上限および下限(測定レンジ)は一定である。実施の形態3では、測定レンジを可変とすることのできる構成について説明する。
[Embodiment 3]
In
上述の図9で示されるように、電流センサ8の測定レンジは、以下のように制限される。すなわち、電流センサ8の場合、磁場Hと、磁場H100とが合成された磁場(「合成磁場」と称する)によって、TMR素子1a〜1hの磁化方向、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が決定される。磁場H100が磁場Hを打消すように生じる場合、合成磁場の大きさは、単純にはたとえば合成磁場=磁場H−磁場H100として表される。磁場Hの大きさは被測定電流Iの大きさに比例するので、合成磁場の大きさも、被測定電流Iの大きさに比例する。
As shown in FIG. 9 described above, the measurement range of the
測定レディ状態において1ビットセンサ5a〜5hの出力はいずれも「1」とされるが、測定状態においては、合成磁場の影響によって1ビットセンサ5a〜5hの一部の出力が「0」となる。これにより、被測定電流Iの大きさが測定される。
In the measurement ready state, the outputs of the 1-
被測定電流Iが大きくなり、合成磁場が大きくなると、1ビットセンサ5a〜5hの全ての出力が「0」となり飽和する。このときの被測定電流Iの大きさが、電流センサ8が測定可能な上限の電流値(上限値)となり、それより大きな電流については測定できない。
When the measured current I increases and the combined magnetic field increases, all the outputs of the 1-
ここで、上限値は、合成磁場の大きさに依存する。合成磁場の大きさは、磁場H100の大きさに依存する。そして、磁場H100の大きさは、初期状態電流IINIに依存する。したがって、初期状態電流IINIの大きさを変えることによって上限値を調節することができる。たとえば、初期状態電流IINIを大きくすると、磁場H100も大きくなる。そのため、合成磁場(磁場H−磁場H100)は小さくなる。したがって、電流センサ8は、より大きな被測定電流Iの電流値を測定できる。
Here, the upper limit value depends on the magnitude of the combined magnetic field. The magnitude of the synthesized magnetic field depends on the magnitude of the magnetic field H100. The magnitude of the magnetic field H100 depends on the initial state current IINI . Therefore, the upper limit value can be adjusted by changing the magnitude of the initial state current I INI . For example, when the initial state current I INI is increased, the magnetic field H100 is also increased. Therefore, the combined magnetic field (magnetic field H−magnetic field H100) becomes small. Therefore, the
被測定電流Iが小さくなり、合成磁場が小さくなると、1ビットセンサ5a〜5hの全ての出力は「1」となる。このときの被測定電の大きさが、電流センサ8が測定可能な下限の電流値(下限値)となり、それより小さな電流については測定できない。
When the measured current I decreases and the combined magnetic field decreases, all outputs of the 1-
ここで、下限値も、上限値と同様に、合成磁場の大きさに依存する。すなわち、初期状態電流IINIの大きさを変えることによって下限値も調節することができる。たとえば、初期状態電流IINIを小さくすると、磁場H100も小さくなる。そのため、合成磁場(磁場H−磁場H100)は大きくなる。したがって、電流センサ8は、より小さな被測定電流Iの電流値を測定できる。
Here, the lower limit value also depends on the magnitude of the synthetic magnetic field, as with the upper limit value. That is, the lower limit value can be adjusted by changing the magnitude of the initial state current IINI . For example, when the initial state current I INI is reduced, the magnetic field H100 is also reduced. Therefore, a synthetic magnetic field (magnetic field H-magnetic field H100) becomes large. Therefore, the
図15は、実施の形態3に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。図15を参照して、電流センサ17は、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6Aと、電流線7と、端子25,26と、セレクタ27,28とを含む。TMR素子1a〜1hおよび出力端子4a〜4hの各々は、1ビットセンサ5a〜5hにそれぞれ含まれる。
FIG. 15 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the third embodiment. Referring to FIG. 15,
図15では、導電線20の断面が図面正面となるように示される。導電線20には、被測定電流I(図示しない)が流れる。なお、被測定電流Iが流れる導電線の断面形状は限定されない。たとえば、この図15に示す例では、導電線20の断面は略四角形であり、上述の図7などに示す例では、導電線10の断面は略円形である。
In FIG. 15, the cross section of the
電流源6Aは、ローレンジ用電流源(L電流源)21と、ミドルレンジ用電流源(M電流源)22と、ハイレンジ用電流源(H電流源)23と、セレクタ27と、セレクタ28とを含む。
The current source 6A includes a low-range current source (L current source) 21, a middle-range current source (M current source) 22, a high-range current source (H current source) 23, a selector 27, and a
L電流源21は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流ILを供給する。M電流源22は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流IMを供給する。H電流源23は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流IHを供給する。
L
測定レンジ調節電流IL,IMおよびIHは、実施の形態1および実施の形態2における、初期状態電流INIと同様の役割を果たす。すなわち、測定レンジ調節電流IL,IMおよびIHによって、TMR素子1a〜1hの抵抗値が初期化される。また、測定レンジ調節電流IL,IMおよびIHによって、被測定電流によって生じる磁場を打ち消すように磁場が生じる。
The measurement range adjustment currents I L , I M and I H play the same role as the initial state current INI in the first and second embodiments. That is, the measurement range adjustment current I L, by I M and I H, the resistance value of the
測定レンジ調節電流IL,IMおよびIHの大きさを比較すると、ILが最も小さく、IHが最も大きい。 When the magnitudes of the measurement range adjustment currents I L , I M and I H are compared, I L is the smallest and I H is the largest.
図15に示す例では、セレクタ27は、L電流源21,M電流源22およびH電流源23の高電位側(+側)の端子と、電流線7との接続を切替える。セレクタ28は、L電流源21,M電流源22およびH電流源23の低電位側(−側)の端子と、電流線7との接続を切替える。具体的に、L電流源21の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、L電流源21の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。M電流源22の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、M電流源22の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。H電流源23の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、H電流源23の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。
In the example shown in FIG. 15, the selector 27 switches the connection between the
セレクタ27,28によって、電流線7には、L電流源21,M電流源22およびH電流源23から、測定レンジ調節電流IL,IM,IHが選択的に供給される。これにより、被測定電流Iが電流センサ17によって測定されるときに、電流源6Aが電流線7に供給する電流の大きさを調節可能なように電流源6Aが構成される。電流の大きさが調節されることで、電流センサ17の測定レンジが調節される。
The measurement ranges adjustment currents I L , I M and I H are selectively supplied from the L
たとえば、電流センサ17が測定状態のとき、電流線7に測定レンジ調節電流ILが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとする。そのとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。
For example, when the
一方、電流線7に測定レンジ調節電流ILが供給されているときに、1ビットセンサ5a〜5hの出力がすべて「0」となって飽和する場合は、被測定電流Iの大きさは適切に検出されない。この場合、M電流源22に切替えることにより、電流線7には、測定レンジ調節電流IMが供給される。
On the other hand, when the output of the 1-
電流線7に測定レンジ調節電流IMが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。
When the measurement range adjustment current I M is supplied to the
一方、電流線7に測定レンジ調節電流IMが供給されているときに、1ビットセンサ5a〜5hの出力がすべて「0」となって飽和する場合は、被測定電流Iの大きさは適切に検出されない。そこで、次に、H電流源23に切替えることにより、電流線7には、測定レンジ調節電流IHが供給される。
On the other hand, when the output of the 1-
電流線7に測定レンジ調節電流IHが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。
When the measurement range adjustment current I H is supplied to the
このように、電流センサ17では、電流線7に供給線される電流の大きさを調節することによって、測定レンジを調節することができる。測定レンジの調節は、ユーザ操作によって行われてもよいし、電流センサ17が自動で行ってもよい。
Thus, in the
電流センサ17は、外部電流源24とともに使用されてもよい。外部電流源24は、端子25,26と接続されて使用される。外部電流源24の高電位側(+側)の端子は、端子25およびセレクタ27を介して、電流線7に接続される。外部電流源24の低電位側(−側)の端子は、端子26およびセレクタ28を介して、電流線7に接続される。すなわち、外部電流源24から電流線7に電流が供給されて、電流センサ17の測定レンジが調節される。ユーザは、所望の大きさの電流を供給可能な電流源を、外部電流源24に用いることができる。
The
なお、セレクタ27およびセレクタ28に代えて、別のセレクタが採用されてもよい。たとえば、別のセレクタは、先に説明したセレクタ27およびセレクタ28の機能に加え、測定レンジ調節電流IL,IM,IHおよび外部電流源24から電流線7に供給される電流の方向が切替えられるように構成されてもよい。これにより、測定レンジの調節の自由度が増す。
Instead of the selector 27 and the
実施の形態3に係る電流センサは、実施の形態2に係る電流センサの構成と組み合わされて用いられてもよい。こうすることで、電流センサは、被測定電流の大きさおよび方向を測定するとともに、測定レンジを調節することができる。 The current sensor according to the third embodiment may be used in combination with the configuration of the current sensor according to the second embodiment. By doing so, the current sensor can measure the magnitude and direction of the current to be measured and adjust the measurement range.
[実施の形態4]
磁場Hの強さは被測定電流からの距離に依存するため、電流センサの分解能は、1ビットセンサ(TMR素子)が配置される間隔によって定まる(制限される)。分解能が制限されると、測定精度も制限される。測定精度を向上するためには、被測定電流Iから離れる方向に、1ビットセンサを密に配置することが必要となる。
[Embodiment 4]
Since the strength of the magnetic field H depends on the distance from the current to be measured, the resolution of the current sensor is determined (limited) by the interval at which the 1-bit sensor (TMR element) is arranged. When the resolution is limited, the measurement accuracy is also limited. In order to improve measurement accuracy, it is necessary to densely arrange 1-bit sensors in a direction away from the current I to be measured.
図9に示す構成の電流センサ8では、1列に配置される各1ビットセンサ5a〜5hの間隔によって、測定精度が制限される。具体的には、TMR素子1a〜1hの配置間隔によって、測定精度が制限される。そして、各1ビットセンサの大きさによって、1列に配置可能な数が制限される。
In the
そこで、実施の形態4においては、複数列に配置された1ビットセンサが互いにずれて配置されることによって、TMR素子の配置間隔による制限が解消され、電流センサの測定精度を向上する構成について説明する。 Therefore, in the fourth embodiment, a description will be given of a configuration in which the limitation due to the arrangement interval of the TMR elements is eliminated and the measurement accuracy of the current sensor is improved by arranging the 1-bit sensors arranged in a plurality of columns so as to be shifted from each other. To do.
図16は、実施の形態4に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。図16を参照して、電流センサ18は、1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hと、電流源6と、電流線7Aとを含む。TMR素子1a〜1h,11a〜11h,12a〜12hおよび出力端子4a〜4h,41a〜41h,42a〜42hの各々は、1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hにそれぞれ含まれる。
FIG. 16 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 16,
電流センサ18では、各1ビットセンサは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って複数列に配置される。図16に示す例では、複数の列は、1ビットセンサ5a〜5hが配置される第1の列と、1ビットセンサ51a〜51hが配置される第2の列と、1ビットセンサ52a〜52hが配置される第3の列とを含んで構成される。各列において、各1ビットセンサは、所定の配置間隔をあけて配置される。各1ビットセンサが磁場H100に置かれるように、電流線7Aが配置される。
In the
第2の列に配置される1ビットセンサ51a〜51hは、第1の列に配置される1ビットセンサ5a〜5hから、配置間隔の3分の1の間隔だけ被測定電流Iから遠ざかる方向にずれて配置される。
The 1-
第3の列に配置される1ビットセンサ52a〜52hは、第2の列に配置される1ビットセンサ51a〜51hから、配置間隔の3分の1の間隔だけ被測定電流Iから遠ざかる方向にずれて配置される。
The 1-
すなわち、電流センサ18では、1ビットセンサが配置される複数の列のうち、隣り合う列において、一方の列の1ビットセンサと、他方の列の1ビットセンサとは、被測定電流Iから遠ざかる方向において互いにずれて配置される。
That is, in the
このように1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hが配置されることで、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って、配置間隔の3分の1の間隔で、各1ビットセンサ(すなわち各TMR素子)が配置される。
By arranging the 1-
たとえば、測定状態において、1ビットセンサ5bの出力が「0」となり、1ビットセンサ5cの出力が「1」となった場合を考える。そのとき、一例として、各1ビットセンサの出力は、以下の表1のようになる。
For example, consider a case where the output of the 1-
各1ビットセンサの出力は、出力端子4a〜4h,41a〜41h,42a〜42hを介して、2進数データ14として演算処理部9Bに入力される。演算処理部9Bは、2進数データ14を受けて、、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。先に図6を参照して説明した演算処理部9と同様に、演算処理部9Bは、ディジタル信号回路が可能な種々の論理回路を含んで構成される。
The output of each 1-bit sensor is input to the
もし、1ビットセンサ51a〜51hおよび52a〜52hがなく、5a〜5hのみの場合、2進数データ14は「00111111」となる。つまり、電流センサ18の測定精度は、2進数で8桁となる。これに対し、1ビットセンサ51a〜51hおよび52a〜52hがあることで、2進数データ14は「000001111111111111111111」とされる。つまり、電流センサ18の測定精度は、2進数で24桁となる。すなわち、51a〜51hおよび52a〜52hがあることで、51a〜51hおよび52a〜52hがないときよりも、分解能が3倍に向上する。
If the 1-
このように、実施の形態4によれば、複数列に配置された1ビットセンサが互いにずれて配置されることによって、電流センサの測定精度(分解能)が向上する。なお、図16において、各1ビットセンサがN列(Nは2以上の自然数)に配置される場合、配置間隔のN分の1の間隔で、各1ビットセンサが配置されるようにするとよい。
As described above, according to
実施の形態4に係る電流センサは、実施の形態2および実施の形態3に係る電流センサの構成と組み合わされて用いられてもよい。こうすることで、電流センサは、被測定電流の大きさおよび方向を測定するとともに、測定レンジを調節することができ、さらに高い測定精度を実現することができる。 The current sensor according to the fourth embodiment may be used in combination with the configuration of the current sensor according to the second and third embodiments. By doing so, the current sensor can measure the magnitude and direction of the current to be measured, adjust the measurement range, and realize higher measurement accuracy.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1,1a〜1h,11a〜11h,12a〜12h TMR素子、5,5a〜5h,51a〜51h,52a〜52h ビットセンサ、2 抵抗、3 コンパレータ、4,4a〜4p,121a〜121h 出力端子、6,6A 電流源、21 L電流源、22 M電流源、23 L電流源、7,7A 電流線、8,8A,8B,16,17,18 電流センサ、9,9A 演算処理部、10,20 導電線、11,13,14 2進数データ、12 ビットデータ、15 ノード、24 外部電流源、25,26 端子、27,28 セレクタ、60 クランプ、70 ケーブル、80 出力コネクタ、H100,H101,H110〜H114,H130〜H134,H140〜H144 磁場、120a〜120h 論理回路、DB 絶縁膜、FL 自由層、I 被測定電流、PL 固定層、T 電源端子。 1, 1a to 1h, 11a to 11h, 12a to 12h TMR element, 5, 5a to 5h, 51a to 51h, 52a to 52h Bit sensor, 2 resistor, 3 comparator, 4, 4a to 4p, 121a to 121h output terminal, 6, 6A current source, 21 L current source, 22 M current source, 23 L current source, 7, 7A current line, 8, 8A, 8B, 16, 17, 18 current sensor, 9, 9A arithmetic processing unit, 10, 20 conductive lines, 11, 13, 14 binary data, 12 bit data, 15 nodes, 24 external current source, 25, 26 terminals, 27, 28 selector, 60 clamp, 70 cable, 80 output connector, H100, H101, H110 -H114, H130-H134, H140-H144 magnetic field, 120a-120h logic circuit, DB insulating film, FL free Layer, I Current to be measured, PL fixed layer, T Power supply terminal.
Claims (9)
2値のいずれか一方の値を出力する複数の1ビットセンサと、
前記複数の1ビットセンサの出力に基づいて前記被測定電流を検出する検出部とを備え、
前記1ビットセンサは、
前記被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる磁気抵抗素子と、
前記抵抗値を前記2値のいずれか一方の値に変換する変換部とを含み、
前記検出部は、前記複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして受けて前記被測定電流を検出する、電流センサ。 A current sensor for measuring a current to be measured,
A plurality of 1-bit sensors that output one of two values;
A detection unit that detects the measured current based on outputs of the plurality of 1-bit sensors,
The 1-bit sensor
A magnetoresistive element whose resistance value is switched according to a magnetic field generated by the current to be measured;
A conversion unit that converts the resistance value into one of the two values,
The detection unit is a current sensor that receives the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data and detects the current to be measured.
磁化方向が固定された固定層と、
磁化方向が磁場によって変化する自由層と、
前記固定層と前記自由層とを絶縁する絶縁膜とを含む、請求項1に記載の電流センサ。 The magnetoresistive element is
A fixed layer with a fixed magnetization direction;
A free layer whose magnetization direction changes with a magnetic field;
The current sensor according to claim 1, comprising an insulating film that insulates the fixed layer and the free layer.
前記2列の一方の列に配置される1ビットセンサの磁気抵抗素子は、前記電流源が供給する前記電流に応じて、第1の抵抗値を有するように切替わり、
前記2列の他方の列に配置される1ビットセンサの磁気抵抗素子は、前記電流源が供給する前記電流に応じて、第2の抵抗値を有するように切替わる、請求項4に記載の電流センサ。 The plurality of 1-bit sensors are arranged in two rows along a direction away from the current to be measured,
The magnetoresistive elements of the 1-bit sensor arranged in one of the two columns are switched to have a first resistance value according to the current supplied by the current source,
The magnetoresistive element of the 1-bit sensor arranged in the other of the two columns is switched to have a second resistance value according to the current supplied by the current source. Current sensor.
前記複数列のうち隣り合う列において、一方の列の1ビットセンサと、他方の列の1ビットセンサとは、前記被測定電流から遠ざかる前記方向において互いにずれて配置される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流センサ。 The plurality of 1-bit sensors are arranged in a plurality of rows along a direction away from the current to be measured.
5. In the adjacent columns of the plurality of columns, the 1-bit sensor in one column and the 1-bit sensor in the other column are arranged so as to be shifted from each other in the direction away from the current to be measured. The current sensor according to any one of the above.
2値のいずれか一方の値を出力する複数の1ビットセンサと、
前記複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして前記電流センサの外部に出力するための出力コネクタとを備え、
前記1ビットセンサは、
前記被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる磁気抵抗素子と、
前記抵抗値を前記2値のいずれか一方の値に変換する変換部とを含む、電流センサ。 A current sensor for measuring a current to be measured,
A plurality of 1-bit sensors that output one of two values;
An output connector for outputting the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data to the outside of the current sensor;
The 1-bit sensor
A magnetoresistive element whose resistance value is switched according to a magnetic field generated by the current to be measured;
A current sensor including a conversion unit that converts the resistance value into one of the two values.
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