專利名稱：電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在寬的測量范圍中能夠以高精度進(jìn)行電流檢測的電流傳感器。
背景技術(shù)：
在電動(dòng)汽車中，利用由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電力來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的電流的大小例如由電流傳感器進(jìn)行檢測。作為該電流傳感器，有磁比例式電流傳感器和磁平衡式電流傳感器。在磁比例式電流傳感器中，由磁性體鐵芯之中產(chǎn)生的磁力線而在磁芯間隙通過與被測量電流成比例的磁場，磁檢測元件將該磁場變換為電壓信號(hào)，產(chǎn)生與被測量電流成比例的輸出電壓。另一方面，在磁平衡式電流傳感器中，當(dāng)流過被測量電流時(shí)，由與電流相應(yīng)的磁場在磁檢測兀件中產(chǎn)生輸出電壓，從該磁檢測兀件輸出的電壓信號(hào)被變換為電流之后反饋至反饋線圈，按照由該反饋線圈產(chǎn)生的磁場(消去磁場)和由被測量電流所產(chǎn)生的磁場相抵消從而磁場始終為0的方式進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)此時(shí)反饋線圈中流動(dòng)的反饋電流進(jìn)行電壓變換并作為輸出而取出。 使用了 GMR(Giant Magneto Resistance)元件的磁平衡式電流傳感器的結(jié)構(gòu)比磁比例式電流傳感器要復(fù)雜，但磁平衡式電流傳感器能夠在寬的測量范圍中對(duì)被測量電流進(jìn)行測量。但是，由于其精度在測量范圍中是均勻的，此外一般情況下反饋線圈的匝數(shù)被固定并需要根據(jù)用途考慮到測量范圍和消耗電流來選擇使用最合適的匝數(shù)，因此在測量額定狀態(tài)的大電流的同時(shí)難以高精度地測量系統(tǒng)的待機(jī)電流等微小電流。另一方面，在磁比例式電流傳感器中，盡管通過將測量范圍設(shè)定得較窄由此能夠高精度地測量微小電流，但是假定在被測量電流較大的情況下也要進(jìn)行測量時(shí)需要按照GMR元件不飽和的方式使得測量范圍變寬。但是，在測量范圍變寬的情況下，被測量電流較小時(shí)的分辨率下降，以高精度進(jìn)行微小電流的測量較困難。針對(duì)這種問題，為了在寬的檢測范圍中進(jìn)行高精度的電流檢測，提出了如下方法配置使用了霍爾元件的磁比例式電流傳感器和使用了霍爾元件的磁平衡式電流傳感器，根據(jù)被測量電流的大小對(duì)其切換進(jìn)行使用(例如參照專利文獻(xiàn)I)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開2007-78416號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明要解決的課題-但是，在專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)中，必需分別準(zhǔn)備2種電流傳感器。因此，無法實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間、低成本，此外制造工藝也變得復(fù)雜。再有，在專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)中，在被測量電流大的情況下，不使用的磁平衡式電流傳感器內(nèi)的磁平衡被破壞，因此作為磁檢測元件而使用GMR元件時(shí)會(huì)引起磁飽和。由此，在專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)中，難以由磁檢測元件在寬的測量范圍高精度地進(jìn)行測量。
本發(fā)明是鑒于這一點(diǎn)而提出的，其目的在于提供一種能夠在寬的測量范圍中高精度地進(jìn)行測量、并且可實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間化的電流傳感器。-用于解決課題的技術(shù)方案-本發(fā)明的電流傳感器具有磁檢測元件，其特性因來自被測量電流的感應(yīng)磁場而變化；多個(gè)線圈，其配置成在磁檢測元件的附近彼此串聯(lián)連接，通過流過反饋電流而產(chǎn)生抵消感應(yīng)磁場的消去磁場；和開關(guān)電路，其從多個(gè)線圈之中選擇與反饋電流的輸入端子及/或輸出端子電連接的線圈，并控制流過反饋電流的線圈。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過在單一的電流傳感器中對(duì)流過反饋電流的線圈的個(gè)數(shù)(匝數(shù))進(jìn)行切換，能夠控制線圈電流(反饋電流)與產(chǎn)生磁場(消去磁場)的關(guān)系比例。因此，根據(jù)被測量電流值來控制測量模式，由此能夠在寬的測量范圍中實(shí)現(xiàn)高精度的測量和低消耗電力，并且能夠節(jié)省空間。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選還具有開關(guān)電路控制部，該開關(guān)電路控制部基于被測量電流的值對(duì)開關(guān)電路所選擇的線圈進(jìn)行控制。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選在各線圈的輸出部與輸出端子之間分別設(shè)置輸出側(cè)開關(guān)，開關(guān)電路對(duì)輸出側(cè)開關(guān)進(jìn)行切換。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選在各線圈的輸入部與輸入端子之間分別設(shè)置輸入側(cè)開關(guān)，開關(guān)電路對(duì)輸入側(cè)開關(guān)進(jìn)行切換。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選開關(guān)電路在切換開關(guān)之際在使切換前的開關(guān)以及切換后的開關(guān)的雙方處于接通狀態(tài)之后，使切換前的開關(guān)處于斷開狀態(tài)。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選在磁檢測元件的一個(gè)面上配置的線圈中通過從線圈的中間部分取出端子由此來形成多個(gè)線圈。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選將在磁檢測元件的上下分別設(shè)置的線圈串聯(lián)連接而形成多個(gè)線圈。在本發(fā)明的電流傳感器中，優(yōu)選磁檢測元件是磁阻效應(yīng)元件。-發(fā)明的效果-根據(jù)本發(fā)明的電流傳感器，將磁平衡線圈(反饋線圈)分割為2個(gè)以上的多個(gè)來設(shè)置，通過根據(jù)被測量電流的值來組合使用，由此可控制線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例，能夠在寬的測量范圍中實(shí)現(xiàn)高精度的測量和低消耗電力，并且實(shí)現(xiàn)了節(jié)省空間。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的電流傳感器的一例的圖。圖2是說明磁檢測元件和多個(gè)線圈的位置關(guān)系的圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的電流傳感器的一例的圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的電流傳感器的一例的圖。圖5是說明本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的電流傳感器中的線圈電流和產(chǎn)生磁場的關(guān)系的圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的電流傳感器的一例的圖。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的電流傳感器中的測量電流和差動(dòng)放大器輸出的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式如上述，使用了 GMR元件的磁平衡式電流傳感器的結(jié)構(gòu)比磁比例式電流傳感器要復(fù)雜，但是磁平衡式電流傳感器能夠在寬的測量范圍中對(duì)被測量電流進(jìn)行測量。但是，由于其精度在測量范圍中均勻，并且一般情況下反饋線圈的匝數(shù)被固定并需要根據(jù)用途考慮測量范圍或消耗電流來選擇使用最合適的匝數(shù)，因此難以在測量額定狀態(tài)的大電流的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的待機(jī)電流等微小電流進(jìn)行高精度測量。作為以高精度測量微小電流的方法，考慮減少線圈的匝數(shù)從而減小線圈電流(反饋電流)和產(chǎn)生磁場(消去磁場)的關(guān)系比例，但是存在用途受限的問題、在被測量電流在某種程度上較大時(shí)線圈中流動(dòng)的電流變大從而消耗電力增大的問題等。本發(fā)明者關(guān)注于上述問題，通過以下方式實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，即在磁平衡式電流傳感器中，將磁平衡線圈(反饋線圈)分割為2個(gè)以上的多個(gè)進(jìn)行設(shè)置，并根據(jù)被測量電流的值來組合使用，由此能夠控制線圈電流和產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例。特別地，通過設(shè)置成在被測量電流是微小電流的情況下降低線圈電流和產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例來高精度地進(jìn)行測量、在被測量電流為規(guī)定值以上的情況下提高線圈電流和產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例使得電流值變小，由此能夠利用單一的電流傳感器根據(jù)被測量電流切換高精度的測量和低消耗電力的測量。此外，使用了 GMR元件的磁比例式電流傳感器能夠以較少的消耗電力高精度地測量比較小的被測量電流，但是存在如下問題在被測量電流大的情況下，GMR元件因該磁場而磁飽和從而之后的輸出值偏離，因此變得無法利用，被測量電流的測量范圍變窄。另一方面，當(dāng)使得測量范圍變寬時(shí)，在被測量電流小時(shí)分辨率下降，難以高精度地測量微小電流。本發(fā)明者關(guān)注于上述問題，通過在磁比例式電流傳感器中，將產(chǎn)生使來自被測量電流的感應(yīng)磁場減少的磁場的線圈分割為2個(gè)以上的多個(gè)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)被測量電流的值來組合使用多個(gè)線圈，由此即便在被測量電流的大小變化的情況下，也能夠抑制GMR元件出現(xiàn)磁飽和，并能夠在規(guī)定的測量范圍中高精度地進(jìn)行被測量電流的測量。以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。再者，在以下的說明中，實(shí)施方式I中說明磁平衡式電流傳感器，實(shí)施方式2中說明磁比例式電流傳感器。(實(shí)施方式I)圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的磁平衡式電流傳感器的圖。在本實(shí)施方式中，圖1所示的電流傳感器10配置在被測量電流流過的電流線的附近。電流傳感器10主要由傳感器部11和控制部12構(gòu)成。傳感器部11由多個(gè)線圈IllaUllb和橋電路112構(gòu)成，該多個(gè)線圈11 la、11 Ib被配置成能夠產(chǎn)生消除由被測量電流產(chǎn)生的磁場的方向的磁場，該橋電路112由作為磁檢測元件的2個(gè)磁阻效應(yīng)元件及2個(gè)固定電阻元件構(gòu)成。多個(gè)線圈IllaUllb被配置成彼此串聯(lián)連接。再者，圖1中示出了設(shè)置2個(gè)串聯(lián)連接的線圈的情況，但是也可以設(shè)置成串聯(lián)連接3個(gè)以上的線圈?？刂撇?2包括對(duì)橋電路112的差動(dòng)輸出進(jìn)行放大的差動(dòng)放大器121、對(duì)線圈中流動(dòng)的反饋電流進(jìn)行控制的電流放大器124、在多個(gè)線圈之中控制流過反饋電流的線圈的開關(guān)電路125、將反饋電流變換為電壓的I/V放大器122、和控制開關(guān)電路125的開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)電路控制部123。
線圈IllaUllb被配置成在橋電路112的磁阻效應(yīng)元件的附近彼此串聯(lián)連接，產(chǎn)生用于抵消由被測量電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的消去磁場。作為串聯(lián)連接的多個(gè)線圈的配置，既可以在磁檢測元件的一面?zhèn)扰渲枚鄠€(gè)線圈(參照?qǐng)D2A、圖2B)，也可以在磁檢測元件的上下分別配置線圈并使其串聯(lián)連接而設(shè)置(參照?qǐng)D2C)。例如，作為在磁檢測元件的一個(gè)面?zhèn)仍O(shè)置多個(gè)線圈的構(gòu)成，在磁檢測元件的一個(gè)面上配置的線圈中，通過從線圈的中間部分(例如線圈的卷繞線的中點(diǎn))取出端子，由此能夠作為串聯(lián)連接的多個(gè)線圈。具體而言，在匝數(shù)為20的線圈中，能夠從中點(diǎn)(匝數(shù)為10的中間部分)取出端子。橋電路112 能夠由 GMR(Giant Magneto Resistance)兀件或 TMR(TunneIMagnetoResistance)元件等的磁阻效應(yīng)元件形成。磁阻效應(yīng)元件因施加來自被測量電流的感應(yīng)磁場而電阻值發(fā)生變化。由2個(gè)磁阻效應(yīng)元件和2個(gè)固定電阻元件構(gòu)成橋電路112，由此能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度的電流傳感器。通過使用磁阻效應(yīng)元件，易于在與配置電流傳感器的基板面平行的方向上配置靈敏度軸，可使用平面線圈。此外，橋電路112具備2個(gè)輸出，這2個(gè)輸出產(chǎn)生與被測量電流所生成的感應(yīng)磁場相應(yīng)的電壓差。橋電路112的2個(gè)輸出被差動(dòng)放大器121進(jìn)行放大。被放大之后的輸出通過電流放大器124以電流(反饋電流)的方式提供給線圈Illa及/或線圈111b。該反饋電流對(duì)應(yīng)于與感應(yīng)磁場相應(yīng)的電壓差。此時(shí)，線圈Illa及/或線圈Illb中產(chǎn)生抵消感應(yīng)磁場的消去磁場。并且，處于感應(yīng)磁場和消去磁場相抵消的平衡狀態(tài)時(shí)的線圈Illa及/或線圈Illb中流動(dòng)的電流由I/V放大器122變換為電壓，根據(jù)該電壓和開關(guān)電路125的開關(guān)狀態(tài)來決定傳感器輸出。再者，在此將橋電路112的二個(gè)輸出的差動(dòng)放大之后用于反饋電流，但是也可以從橋電路112中僅將中點(diǎn)電位作為輸出，基于與規(guī)定的基準(zhǔn)電位之間的電位差來形成反饋電流。開關(guān)電路125從多個(gè)線圈(在此為線圈IllaUllb)之中選擇流過反饋電流的線圈。具體而言，在線圈IllaUllb的輸出部與流過反饋電流的輸出端子(圖1中為I/V放大器122)之間分別設(shè)置輸出側(cè)開關(guān)(在此為開關(guān)113a、113b)，并控制開關(guān)的接通/斷開。例如，在圖1中，在線圈Illa的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113a接通、線圈Illb的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113b斷開的情況下，僅線圈Illa中流過反饋電流。另一方面，在線圈Illa的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113a斷開、線圈Illb的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113b接通的情況下，在線圈Illa與線圈Illb的雙方中流過反饋電流。這樣，通過在被串聯(lián)連接的各線圈的輸出部與反饋電流的輸出端子之間設(shè)置開關(guān)并控制開關(guān)狀態(tài)，能夠切換流過反饋電流的線圈的個(gè)數(shù)(線圈的匝數(shù))，從而可控制線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例。作為開關(guān)，只要是能夠控制接通/斷開的開關(guān)即可，例如可由FET等的開關(guān)元件來形成開關(guān)。此外，在由FET等設(shè)置成開關(guān)的情況下，有時(shí)電路中被附加與接通電阻相應(yīng)的電阻從而電壓發(fā)生變化，但是本實(shí)施方式所示的電流傳感器將線圈中流動(dòng)的電流作為傳感器的輸出來進(jìn)行檢測，因此即便設(shè)置開關(guān)也能夠在不對(duì)傳感器輸出帶來影響的情況下進(jìn)行測量。再者，開關(guān)電路125中的開關(guān)的切換可根據(jù)各種方式進(jìn)行控制，例如基于被測量電流的值來進(jìn)行。開關(guān)電路控制部123基于被測量電流值等對(duì)開關(guān)電路125的開關(guān)進(jìn)行控制，并對(duì)流過反饋電流的線圈的切換進(jìn)行控制。例如，在圖1中，在被測量電流值低于規(guī)定的值(閾值)的情況下，按照在多個(gè)線圈之中僅線圈Illa中流過反饋電流的方式控制開關(guān)的切換(開關(guān)113a接通、開關(guān)113b斷開)，使得線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例變小(降低與相同的線圈電流對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生磁場)從而切換至以高精度進(jìn)行電流測量的模式(高精度測量模式)。另一方面，在被測量電流值為閾值以上的情況下，按照在線圈Illa和線圈Illb的雙方中流過反饋電流的方式控制開關(guān)的切換(開關(guān)113a斷開、開關(guān)113b接通)，使得線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例變大(增加與相同的線圈電流對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生磁場)從而切換至以低消耗電力進(jìn)行電流測量的模式(低消耗電力測量模式)。由此，能夠根據(jù)被測量電流值來控制測量模式，因此能夠在寬的測量范圍中實(shí)現(xiàn)高精度的測量和低消耗電力。再者，圖1中作為開關(guān)電路125而示出了在線圈IllaUllb的輸出部與反饋電流的輸出端子(圖1中為I/V放大器122)之間分別設(shè)置開關(guān)的結(jié)構(gòu)，但是設(shè)置開關(guān)的位置并不限于此。如圖3所示，作為開關(guān)電路125，也可以構(gòu)成為在線圈IllaUllb的輸入部與輸入反饋電流的輸入端子(圖1中為電流放大器124)之間分別設(shè)置輸入側(cè)開關(guān)(在此為開關(guān) 114a、114b)。此外，如圖4所示，也可以在線圈Illa Illc的輸出部與反饋電流的輸出端子(圖1中為I/V放大器122)之間、以及線圈Illa Illc的輸入部與反饋電流的輸入端子(圖1中為電流放大器124)之間分別設(shè)置開關(guān)113a 113c、114a 114c。如圖4所示，通過在反饋電流的輸入端子和輸出端子的雙方設(shè)置開關(guān)電路125a、125b，能夠自由地設(shè)定流過反饋電流的線圈的組合。在圖1(或圖3)所示的電流傳感器中，構(gòu)成為在與反饋電流的輸入端子(或輸出端子)連接的線圈A(或線圈B)中一定流過反饋電流，但是在圖4所示的電流傳感器中，能夠詳細(xì)地控制流過反饋電流的線圈。特別地，在所設(shè)置的線圈的個(gè)數(shù)較多的情況下通過采用圖4所示的結(jié)構(gòu)，能夠詳細(xì)地設(shè)定線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例。此外，優(yōu)選在上述圖1、圖3、圖4所示的開關(guān)電路中構(gòu)成為在切換開關(guān)時(shí)避免出現(xiàn)所有的開關(guān)處于斷開的狀態(tài)(同時(shí)切斷)。這是因?yàn)樵谒械拈_關(guān)處于斷開狀態(tài)的情況下，無法從線圈產(chǎn)生反饋磁場，會(huì)對(duì)磁檢測元件施加較大的感應(yīng)磁場。例如，在圖1所示的開關(guān)電路125中，在從線圈Illa的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113a接通、且線圈Illb的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113b斷開的狀態(tài)變化至開關(guān)113a斷開且開關(guān)113b接通時(shí)，要使開關(guān)113b接通(開關(guān)113a、113b的雙方處于接通狀態(tài))之后再使開關(guān)113a斷開。由此，避免在開關(guān)電路125中所有的開關(guān)處于斷開的狀態(tài)(同時(shí)切斷)，能夠抑制對(duì)GMR元件施加大的磁場。此外，開關(guān)電路控制部123也可以構(gòu)成為通過外部信號(hào)來控制開關(guān)電路125的開關(guān)切換。由此，在待機(jī)模式等、用戶想要節(jié)省電力的時(shí)刻，可按照使反饋電流在多個(gè)線圈中流動(dòng)的方式切換開關(guān)由此能夠抑制電流傳感器的消耗電力。在該情況下，模式信號(hào)從外部輸入至開關(guān)電路控制部123 (模式輸入)。此時(shí)，在GMR元件處于磁飽和這種的被測量電流的情況下，希望預(yù)先準(zhǔn)備實(shí)際上不會(huì)切換模式的保護(hù)功能。此外，也可以構(gòu)成為開關(guān)電路控制部123自動(dòng)地進(jìn)行模式切換的情況下將在哪種模式下測量了被測量電流的信息(表示高精度測量模式或省電力測量模式的信號(hào))輸出至外部。由此，能夠確認(rèn)電流傳感器當(dāng)前是哪個(gè)模式。在該情況下，開關(guān)電路控制部123可構(gòu)成為與外部監(jiān)視器連接。再者，在開關(guān)電路控制部123中自動(dòng)地進(jìn)行模式切換時(shí)，即可以如上述那樣針對(duì)被測量電流進(jìn)行閾值判定，并基于其判定結(jié)果來進(jìn)行模式切換，也可以基于來自裝配電流傳感器的設(shè)備的信息進(jìn)行模式切換。在此，說明了利用實(shí)施方式I涉及的電流傳感器來切換流過反饋電流的線圈的個(gè)數(shù)的例子。圖5中表示使用了 GMR元件時(shí)的線圈電流(反饋電流)和產(chǎn)生磁場(消去磁場)的關(guān)系。圖5表示線圈的匝數(shù)為10匝的線圈A中流過反饋電流的情況、和將線圈A及線圈的匝數(shù)為10匝的線圈B串聯(lián)連接之后在其雙方流過反饋電流的情況下的線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系。如圖5所示，在減少流過反饋電流的線圈的數(shù)量(減少線圈的匝數(shù))的情況下，線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例變小，與相同的線圈電流對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生磁場變小。也就是說，僅在線圈A中流過反饋電流時(shí)線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例變小，測量范圍變小的同時(shí)能夠以更高精度測量初級(jí)電流。另一方面，在線圈A與線圈B的雙方流過反饋電流的情況下，由于能夠使得線圈電流與產(chǎn)生磁場的關(guān)系比例變大(增加與相同的線圈電流對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生磁場)，因此可降低電流傳感器中的消耗電力。接下來，說明如圖5所示那樣在將線圈匝數(shù)相同的線圈設(shè)置2個(gè)時(shí)切換流過反饋電流的線圈的定時(shí)的一例。在將線圈中流過的電流的最大值假定為20mA,并設(shè)計(jì)成在使該20mA流過線圈A和線圈B的雙方(匝數(shù)20)時(shí)能夠測量初級(jí)電流1000A(磁場為0)的情況下，靈敏度為1000A/20mA = 50mA/ u A。另一方面,在切換開關(guān),從而僅在線圈A中流過反饋電流的情況下，靈敏度為500A/20mA = 25mA/u A0在此，如果假定線圈中的反饋電流的控制精度為I UA、對(duì)電流傳感器的要求精度為1%，當(dāng)以1000A標(biāo)度進(jìn)行動(dòng)作時(shí)測量電流小于5A，則在使用線圈A和線圈B的雙方(匝數(shù)20)的情況下無法確保要求精度。因此，通過構(gòu)成為在被測量電流為5A以下的范圍中，利用開關(guān)電路來切換開關(guān)從而僅在線圈A中流過反饋電流，由此在測量電流直至2. 5A為止的范圍中可確保要求精度。此時(shí)，優(yōu)選對(duì)流過反饋電流的線圈的數(shù)量(線圈的匝數(shù))進(jìn)行切換的閾值按照具有磁滯(hysteresis)的方式在測量電流的5A至500A之間進(jìn)行設(shè)定。例如,在峰值時(shí)流過接近1000A的電流，而在穩(wěn)定時(shí)電流值為100A左右的情況下，在充分大于100A且充分小于500A的范圍中(例如，電流增加從而超過了 300A的情況下)，構(gòu)成為在線圈A和線圈B (總匝數(shù)20)的雙方中流過反饋電流，在電流值減少從而低于200A的情況下，構(gòu)成為僅在線圈A中(總匝數(shù)10)流過反饋電流。通過這樣設(shè)定閾值，能夠不必頻繁進(jìn)行切換來使其動(dòng)作。再者，在上述例子中說明了設(shè)置了 2個(gè)具有相同匝數(shù)的線圈的情況，但并不限定于此。優(yōu)選根據(jù)用途設(shè)定組合多個(gè)線圈時(shí)的總匝數(shù)，按照在測量期望的小電流時(shí)能夠確保精度的方式設(shè)定各線圈的匝數(shù)，適當(dāng)對(duì)其組合來進(jìn)行動(dòng)作。這樣，根據(jù)實(shí)施方式I所示的電流傳感器，由于在單一的電流傳感器中切換流過反饋電流的線圈的個(gè)數(shù)(匝數(shù))，因此能夠根據(jù)被測量電流值來控制測量模式。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測量和低消耗電力。(實(shí)施方式2)在實(shí)施方式2中說明磁比例式電流傳感器。再者，對(duì)于與上述實(shí)施方式I相同的結(jié)構(gòu)，省略其詳細(xì)說明。圖6是表示實(shí)施方式2涉及的磁比例式電流傳感器的圖。圖6所示的電流傳感器20配置在流過被測量電流的電流線的附近。電流傳感器20主要由傳感器部21和控制部22構(gòu)成。傳感器部21由多個(gè)線圈111a、Illb和橋電路112構(gòu)成，該多個(gè)線圈111a、Illb被配置成可產(chǎn)生使被測量電流所產(chǎn)生的磁場減少的磁場，該橋電路112由作為磁檢測元件的2個(gè)磁阻效應(yīng)元件及2個(gè)固定電阻元件構(gòu)成。多個(gè)線圈IllaUllb配置成彼此串聯(lián)連接。再者，圖6中示出了設(shè)置2個(gè)線圈的情況，但是也可以設(shè)置成串聯(lián)連接3個(gè)以上的線圈。控制部22包括對(duì)橋電路112的差動(dòng)輸出進(jìn)行放大的差動(dòng)放大器121、對(duì)線圈供給規(guī)定電流的恒流源131、在多個(gè)線圈之中對(duì)流過由恒流源131供給的電流的線圈進(jìn)行控制的開關(guān)電路125、和控制開關(guān)電路125的開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)電路控制部123。線圈IllaUllb被配置成在橋電路112的磁阻效應(yīng)元件的附近彼此串聯(lián)連接，產(chǎn)生使被測量電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場減少的磁場。本實(shí)施方式的電流傳感器中，并不是針對(duì)線圈IllaUllb流過用于抵消由被測量電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場使其成為零的這種電流并且基于線圈電流來測量被測量電流，而是基于來自磁檢測元件的輸出電壓進(jìn)行被測量電流的測量。此外，按照磁檢測元件的輸出電壓被保持在規(guī)定的范圍的方式，從多個(gè)線圈之中選擇流過恒流源131所供給的電流(恒電流)的線圈，從而減少由被測量電流產(chǎn)生的磁場。橋電路112具備2個(gè)輸出，這2個(gè)輸出產(chǎn)生與由被測量電流生成的感應(yīng)磁場和由線圈Illa及/或線圈Illb所產(chǎn)生的磁場相應(yīng)的電壓差。橋電路112的2個(gè)輸出被差動(dòng)放大器121進(jìn)行放大。被放大之后的輸出提供給開關(guān)電路控制部123，基于來自差動(dòng)放大器121的輸出和開關(guān)電路125的開關(guān)狀態(tài)來決定傳感器輸出。開關(guān)電路125在多個(gè)線圈(在此為線圈IllaUllb)之中控制流過由恒流源131供給的電流的線圈。具體而言，在線圈IllaUllb的輸出部與反饋電流的輸出端子(圖6中為地線(GND))之間分別設(shè)置開關(guān)113a、113b，控制開關(guān)的接通/斷開。例如，在線圈Illa的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113a接通，而線圈Illb的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113b斷開的情況下，僅在線圈Illa中流過恒電流。另一方面，在線圈Illa的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113a斷開，而線圈Illb的輸出部與反饋電流的輸出端子之間的開關(guān)113b接通的情況下，在線圈Illa和線圈Illb的雙方流過恒電流。此外，在開關(guān)113a和開關(guān)113b的雙方斷開的情況下，線圈IllaUllb中沒有恒電流流過，傳感器部21對(duì)由被測量電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行測量。這樣，通過在串聯(lián)連接的多個(gè)線圈的輸出部和恒電流的輸出端子之間設(shè)置開關(guān)并進(jìn)行控制，由此能夠切換流過恒電流的線圈的個(gè)數(shù)(線圈的匝數(shù))，抑制GMR元件的飽和，并且能夠?qū)⒂呻娏鱾鞲衅魉鶛z測的電流設(shè)定在規(guī)定的范圍。開關(guān)電路控制部123基于被測量電流值來控制開關(guān)電路125的開關(guān)，切換流過來自恒流源131的電流的線圈個(gè)數(shù)。例如，在圖6中，在被測量電流值為規(guī)定的值(第I閾值)以上的情況下，按照構(gòu)成為僅在線圈Illa中流過恒電流的方式來控制開關(guān)的切換(開關(guān)113a接通、開關(guān)113b斷開)，進(jìn)而在電流值為較高的值(第2閾值)以上的情況下，構(gòu)成為在線圈Illa和線圈Illb的雙方流過恒電流(開關(guān)113a斷開、開關(guān)113b接通)。由此，即便在被測量電流較大的情況下也能夠通過該磁場來抑制GMR元件處于磁飽和，可在規(guī)定的范圍中以高精度進(jìn)行測量。再者，圖6中示出了作為開關(guān)電路125而在線圈IllaUllb的輸出部與恒電流的輸出端子(圖6中為GND)之間分別設(shè)置開關(guān)的情況，但并不限于此。既可以如上述實(shí)施方式I的圖3所示，構(gòu)成為在線圈IllaUllb的輸入部與恒電流的輸入端子(圖6中為恒流源131)之間分別設(shè)置開關(guān)，也可以如上述圖4所示那樣在恒電流的輸入端子和輸出端子的雙方設(shè)置開關(guān)電路125a、125b。此外，優(yōu)選在上述圖6所示的開關(guān)電路125中進(jìn)行開關(guān)切換之際避免所有的開關(guān)處于斷開的狀態(tài)(同時(shí)切斷)。這是因?yàn)樵谒械拈_關(guān)處于斷開狀態(tài)的情況下，無法由線圈產(chǎn)生使被測量電流所產(chǎn)生的磁場減少的磁場，會(huì)對(duì)磁檢測元件施加大的感應(yīng)磁場，GMR元件處于磁飽和。例如，在圖6所示的開關(guān)電路125中，在從線圈Illa的輸出部與恒電流的輸出端子之間的開關(guān)113a接通、且線圈Illb的輸出部與恒電流的輸出端子之間的開關(guān)113b斷開的狀態(tài)，變化至線圈Illa的輸出部與恒電流的輸出端子之間的開關(guān)113a斷開、且線圈Illb的輸出部與恒電流的輸出端子之間的開關(guān)113b接通時(shí)，要在使開關(guān)113b接通(開關(guān)113a、113b的雙方處于接通狀態(tài))之后再斷開開關(guān)113a。由此，能夠抑制對(duì)GMR元件施加大的磁場由此GMR元件出現(xiàn)飽和，可高精度進(jìn)行測量。在此，說明使用實(shí)施方式2所示的磁比例式電流傳感器來切換流過恒電流的線圈的個(gè)數(shù)的例子。圖7中表示使用GMR元件時(shí)的測量電流和差動(dòng)放大器輸出的關(guān)系、此時(shí)的傳感器輸出的一例。如圖7所示，通過增加流過恒電流的線圈的個(gè)數(shù)(匝數(shù))，能夠使差動(dòng)放大器輸出向負(fù)方向偏移。也就是說，根據(jù)被測量電流來控制流過恒電流的線圈的個(gè)數(shù)(匝數(shù))，由此能夠抑制GMR的飽和。此外，在開關(guān)電路控制部123中，通過根據(jù)開關(guān)電路125的開關(guān)狀態(tài)來測量傳感器輸出，可在寬的范圍中高精度地對(duì)被測量電流進(jìn)行測量。這樣，根據(jù)實(shí)施方式2所示的磁比例式電流傳感器，由于在單一的電流傳感器中根據(jù)被測量電流來切換流過恒電流的線圈個(gè)數(shù)(匝數(shù))，因此可抑制GMR的飽和，可在寬的范圍中高精度進(jìn)行測量。本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式1、2，能夠進(jìn)行各種變更來實(shí)施。例如，上述實(shí)施方式1、2中的各元件的連接關(guān)系、大小等可適當(dāng)變更來實(shí)施。此外，在上述實(shí)施方式中，說明了作為磁檢測元件而使用磁阻效應(yīng)元件的情況，但也可以構(gòu)成為使用霍爾元件或其他的磁檢測元件。此外，本發(fā)明可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下適當(dāng)進(jìn)行變更來實(shí)施。-工業(yè)可用性-本發(fā)明能夠適用于對(duì)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的電流的大小進(jìn)行檢測的電流傳感器。本申請(qǐng)基于2010年7月20日申請(qǐng)的特愿2010-163156，將其全部內(nèi)容援引與此。
權(quán)利要求
1.一種電流傳感器，其特征在于，具有磁檢測元件，其特性因來自被測量電流的感應(yīng)磁場而變化；多個(gè)線圈，其配置成在所述磁檢測元件的附近彼此串聯(lián)連接，通過流過反饋電流而產(chǎn)生抵消所述感應(yīng)磁場的消去磁場；和開關(guān)電路，其從所述多個(gè)線圈之中選擇與所述反饋電流的輸入端子及/或輸出端子電連接的線圈，并控制流過所述反饋電流的線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，還具有開關(guān)電路控制部，該開關(guān)電路控制部基于所述被測量電流的值對(duì)所述開關(guān)電路所選擇的線圈進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，在各線圈的輸出部與所述輸出端子之間分別設(shè)置輸出側(cè)開關(guān)，所述開關(guān)電路對(duì)所述輸出側(cè)開關(guān)進(jìn)行切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，在各線圈的輸入部與所述輸入端子之間分別設(shè)置輸入側(cè)開關(guān)，所述開關(guān)電路對(duì)所述輸入側(cè)開關(guān)進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電流傳感器，其特征在于，所述開關(guān)電路在切換開關(guān)之際在使切換前的開關(guān)以及切換后的開關(guān)的雙方處于接通狀態(tài)之后，使所述切換前的開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，在所述磁檢測元件的一個(gè)面上配置的線圈中通過從所述線圈的中間部分取出端子由此來形成所述多個(gè)線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，將在所述磁檢測元件的上下分別設(shè)置的線圈串聯(lián)連接而形成所述多個(gè)線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于，所述磁檢測元件是磁阻效應(yīng)元件。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種電流傳感器，其設(shè)置有磁檢測元件，其特征因來自被測量電流的感應(yīng)磁場而變化；多個(gè)線圈(111a、111b)，其配置成在所述磁檢測元件的附近彼此串聯(lián)連接，通過流過反饋電流來產(chǎn)生抵消所述感應(yīng)磁場的消去磁場；和開關(guān)電路(125)，其從所述多個(gè)線圈(111a、111b)之中選擇與所述反饋電流的輸入端子及/或輸出端子的電連接的線圈，并控制流過所述反饋電流的線圈。由此，能夠在寬的測量范圍中高精度進(jìn)行測量，并且能夠節(jié)省空間。
文檔編號(hào)G01R15/20GK103026243SQ20118003540
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者野村雅俊, 田村學(xué) 申請(qǐng)人:阿爾卑斯綠色器件株式會(huì)社