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Abstract
Description
この発明は、近接した被測定電流線に流れる微弱な電流を精度良く測定する小型の電流検知デバイスに関するものである。 The present invention relates to a small current detection device that accurately measures a weak current flowing in a current line to be measured.
従来の近接した被測定電流線に流れる微弱な電流を測定するものとしては、被測定電流が流れる薄膜コイルを磁気抵抗効果素子に対向し、かつ近接して設置した電流センサがある(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional method for measuring a weak current flowing in a close current line to be measured, there is a current sensor in which a thin film coil in which a current to be measured flows is opposed to a magnetoresistive element and placed in close proximity (for example, a patent) Reference 1).
微弱電流の測定には、上記特許文献1に開示されているように、被測定電流が流れる導体を各磁気抵抗効果素子に対向し、かつ近接して設置した測定が有効である。しかし被測定電流が流れる導体が同一面内に構成されたコイル型であるため、周回のための折り返し部分や被測定電流が逆方向に流れる磁気抵抗効果素子に対向しない部分はセンサを構成する上で不用な箇所であり、表面積が増大することで小型化には不利という問題点があった。
また、高精度化において、磁気抵抗効果素子に逆方向の磁界を付与するために2つの薄膜コイルを配置した例も示されるが、磁気抵抗効果素子に対向しない不用な箇所がさらに増えるだけでなく、被測定電流を付与するための取り出し電極も増えることになり、トータルでの表面積の増大が避けられず小型化には不利という問題点があった。For the measurement of the weak current, as disclosed in
In addition, in order to improve accuracy, an example in which two thin-film coils are arranged to apply a magnetic field in the opposite direction to the magnetoresistive effect element is also shown, but not only the unnecessary portions that do not face the magnetoresistive effect element further increase. As a result, the number of extraction electrodes for applying the current to be measured is increased, and the total surface area is inevitably increased, which is disadvantageous for miniaturization.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、一様な外部磁界を除去して高精度化を図るとともに、微弱な電流の測定が可能な、小型かつ高精度である電流検知デバイスを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a small and highly accurate current capable of improving accuracy by removing a uniform external magnetic field and capable of measuring a weak current. The purpose is to obtain a sensing device.
この発明に係る電流検知デバイスは、設置基板上に構成された第1の絶縁層上に配置した4つの磁気抵抗効果素子で、第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路からブリッジ回路が構成され、かつ各磁気抵抗効果素子に対向して設置した被測定導体とそれらを接続する貫通接続電流線から、被測定電流を印加する被測定電流線を構成するようにしたものである。 The current detection device according to the present invention includes four magnetoresistive elements arranged on a first insulating layer formed on an installation substrate, and a bridge circuit is formed from the first half bridge circuit and the second half bridge circuit. A current line to be measured for applying a current to be measured is constituted by a conductor to be measured which is configured and installed facing each magnetoresistive element and a through-connection current line connecting them.
以上のように、この発明によれば、設置基板上に構成された第1の絶縁層上に配置した4つの磁気抵抗効果素子で、第1のハーフブリッジ回路と第2のハーフブリッジ回路からブリッジ回路が構成され、それぞれのハーフブリッジ回路に被測定電流に起因して逆方向の磁界が付与される構造のため、一様な外部磁界が除去され高精度化が実現できるとともに、各磁気抵抗効果素子に対向して設置した被測定導体とそれらを接続する貫通接続電流線から成る被測定電流線が磁気抵抗効果素子を面外で巻回するような構造にしたため、電流検知デバイスが小型となる効果がある。 As described above, according to the present invention, the four magnetoresistive elements arranged on the first insulating layer formed on the installation substrate are bridged from the first half-bridge circuit and the second half-bridge circuit. Since the circuit is configured and a magnetic field in the reverse direction is applied to each half-bridge circuit due to the current to be measured, uniform external magnetic fields can be removed to achieve high accuracy, and each magnetoresistive effect The current sensing device is made compact because the current wire to be measured, which consists of the conductor to be measured placed opposite to the element and the through-connection current line connecting them, winds the magnetoresistive element out of the plane. effective.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による電流検知デバイス20の一部の斜視模式図を示すもので、図2は図1におけるAA断面(XZ面)を示す断面図、図3は図2の拡大断面図、図4は被測定電流検出部14の平面図(XY面)である。図において、磁気検知デバイス20は、4つの磁気抵抗効果素子1によるブリッジ回路18にて構成された被測定電流検出部14と被測定電流線6により構成される。
まず、被測定電流検出部14の構成について説明する。
図4は被測定電流検出部14の平面図を示すもので、中心線15によって2つの領域に分けられ、それぞれの領域に磁気抵抗効果素子1a、1b、磁気抵抗効果素子1c、1dが線対称に等しく配置される。4つの磁気抵抗効果素子1a〜1dは、設置基板7の中心線15に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子1a、1dは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子1b、1cは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、図には省略したが、磁気抵抗効果素子上にはバーバーポール電極構造が形成されている。なお、4つの磁気抵抗効果素子1はそれぞれ1本で構成したが、クランク形状に複数の磁気抵抗効果素子を接続し、線路長を長く構成してもよい。また、4つの磁気抵抗効果素子1は中心線15上の中心点に対して点対称に構成してもよい。接続電流線2は、4つの磁気抵抗効果素子1間を接続することにより、ブリッジ回路18を構成するものであり、接続エリア16は、外部とブリッジ回路18の入出力端子として用いる。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a part of the
First, the configuration of the measured
FIG. 4 is a plan view of the measured
図5はこの発明の実施の形態1による電流検知デバイス20の被測定電流検出部14を示す構成概略図であり、図5において、4つの磁気抵抗効果素子1間を接続電流線2で接続することにより、磁気抵抗効果素子1a、1bの直列接続からなるハーフブリッジ回路(第1のハーフブリッジ回路)17a、磁気抵抗効果素子1c、1dの直列接続からなるハーフブリッジ回路(第2のハーフブリッジ回路)17bの並列接続からなるブリッジ回路18を構成するものである。
接続エリア(第1の接続エリア)16aは、ブリッジ回路18の磁気抵抗効果素子1a、1c間の接続電流線2に接続され、接続エリア(第2の接続エリア)16bは、ブリッジ回路18の磁気抵抗効果素子1b、1d間の接続電流線2に接続され、接続エリア16a、16bからブリッジ回路18に電圧が供給されるものである。接続エリア(第3の接続エリア)16cは、ブリッジ回路18の磁気抵抗効果素子1a、1b間の接続電流線2に接続され、接続エリア(第4の接続エリア)16dは、ブリッジ回路18の磁気抵抗効果素子1c、1d間の接続電流線2に接続され、接続エリア16c、16dからブリッジ回路18の出力電圧が検出されるものである。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a measured
The connection area (first connection area) 16 a is connected to the connection
なお、図4には省略したが、設置基板7上の4つの磁気抵抗効果素子1a〜1dは、絶縁層および被測定導体を介して設置基板7上に設置される。また、4つの磁気抵抗効果素子1a〜1dは、被測定電流線より付与される磁界の方向により、中心線15によって2つの領域に分けて設置するものとしたが、これはできるだけ被測定電流線の引き回しを簡略化するためであり、4つの磁気抵抗効果素子1a〜1dの設置構成は、これに限るものではない。 Although omitted in FIG. 4, the four magnetoresistive elements 1 a to 1 d on the installation substrate 7 are installed on the installation substrate 7 through the insulating layer and the conductor to be measured. The four magnetoresistive effect elements 1a to 1d are divided into two regions by the
次に、電流検知デバイス20の構成について説明する。
被測定電流を印加する被測定電流線6は、図1に示されるように第1の被測定導体3(1点鎖線)、第2の被測定導体4(2点鎖線)、および貫通接続電流線5(実線)により1本に接続され、第1の被測定導体3、第2の被測定導体4はそれぞれ絶縁層8、および9を介して磁気抵抗効果素子1の上方および下方に設置される。さらに第1の被測定導体3、第2の被測定導体4は磁気抵抗効果素子1で構成される被測定電流検出部14を面外で巻回するように貫通接続電流線5にて接続されており、図2において第1の被測定導体3の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第2の被測定導体4の電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となっている。被測定電流値が特に微弱であれば、磁気抵抗効果素子1に効果的に被測定電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子1に接近して第1の被測定導体3、および第2の被測定導体4を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第1、第2の被測定導体3、4、貫通接続電流線5には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。それぞれ耐電圧等の異なる仕様を有するため、印加される被測定電流値や予期されるサージ電圧等の非定常な場合も踏まえて選択する必要がある。また、磁気抵抗効果素子1は、例えば半導体微細加工技術により作製されるものであり、強磁性体のニッケル、鉄等を主成分とする薄膜があるがこれに限定されるものではない。設置基板7は、後工程で作製される磁気抵抗効果素子1や絶縁層などを均一、かつ緻密に設置するためにフラットな面を有するものがよく、一般的にはシリコン基板(シリコンウエハ)やガラス基板が使用される。各絶縁層および保護層11はすべて同一の素材でなく、複数の素材を使い分けてもよい。また、絶縁性、耐圧の効果を上げるために積層化してもよい。保護層11は、電流検知デバイス20の内部構造の劣化を防ぐために、外部からの湿気や酸化剤、腐食剤等の侵入を遮断するものである。電流検知デバイス20の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、CVD等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス20が作製できる。Next, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the measured current line 6 to which the measured current is applied includes a first measured conductor 3 (one-dot chain line), a second measured conductor 4 (two-dot chain line), and a through connection current. The first measured
次に、電流検知デバイス20の動作について説明する。
被測定電流線6に電流を印加すると、第1の被測定導体3、第2の被測定導体4には、図3の破線に示す印加磁界方向13a、13bのように互いに逆方向の電流に対して左または右回転の磁界がその電流の大きさに応じて発生するので、第1の被測定導体3、第2の被測定導体4に、上下方向に挟まれて位置する磁気抵抗効果素子1には、同一方向に合成された印加磁界が付与され、その方向は、測定磁界方向12(破線矢印)となる。被測定電流検出部14には、例えば図4において磁気抵抗効果素子1a、1bには、中心線15より紙面左側の向きに磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子1c、1dには、中心線15より紙面右側の向きに磁界が加わるように被測定電流線6を巻回する。
磁気抵抗効果素子1a、1dでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子1b、1cでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、被測定電流線6に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子1a、1dの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子1b、1cの抵抗値が減少し、被測定電流線6に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子1a、1dの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子1b、1cの抵抗値が増加する。このように、被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路18の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス20のブリッジ回路18の出力となる。Next, the operation of the
When a current is applied to the current line 6 to be measured, currents in opposite directions are applied to the first measured
The
Therefore, the resistance values of the
次に、電流検知デバイス20を電流センサ22としての構成例(模式図)について、図6を用いて説明する。
センサ基板19上には、電流検知デバイス20とともにセンサ回路部21を配置する。センサ回路部21は、電流検知デバイス20の接続エリア16a、16bにブリッジ回路18の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路18の接続エリア16c、16dから得る出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、電流センサ外部への入出力には外部端子23を利用する。また、被測定電流の入出力には、電流検知デバイス20に設置された被測定電流線6に接続する電流端子24を利用する。
センサケース25は、センサ基板19、電流検知デバイス20、センサ回路部21を覆うものであり、内部構造の劣化を防ぐために、外部からの湿気や酸化剤、腐食剤等の侵入を遮断するものである。センサケース25は、特に材料を限定しないが非磁性で、経時劣化の少ないもの(例えばエンジニアリングプラスチック)が望ましい。
電流センサとしての動作としては、被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じて生じるブリッジ回路18の平衡の崩れに起因し、センサ回路部21から適度な増幅を施して出力される出力電圧の大きさにより、被測定電流線6に流れる電流の大きさ、または被測定電流線6に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線6以外において発生された磁界(外乱磁界)は、磁気抵抗効果素子1a、1bと磁気抵抗効果素子1c、1d(ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路)に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。Next, a configuration example (schematic diagram) in which the
On the
The
As an operation as a current sensor, an output voltage that is output from the
It should be noted that the magnetic field (disturbance magnetic field) generated outside the current line 6 to be measured has the same effect on the
以上のように、この実施の形態1によれば、設置基板7上に構成された第1の絶縁層8上に配置した4つの磁気抵抗効果素子1で、第1のハーフブリッジ回路17aと第2のハーフブリッジ回路17bからブリッジ回路18が構成され、それぞれのハーフブリッジ回路に被測定電流に起因する逆方向の磁界が付与される構造としているため、一様な外部磁界が除去される効果がある。 As described above, according to the first embodiment, the first half-bridge circuit 17a and the first half-bridge circuit 17a are arranged with the four
また、各磁気抵抗効果素子1に対向して設置した第1、および第2の被測定導体3、4とそれらを接続する貫通接続電流線5から成る被測定電流線6が磁気抵抗効果素子1を面外で巻回するような構造にしたため、電流検知デバイス20が小型となる効果がある。 In addition, the current-under-measurement line 6 including the first and
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2による電流検知デバイス20の1部の斜視模式図を示すもので、図8は図7におけるAA断面(XZ面)を示す断面図、図9は図8の拡大断面図である。図において、電流検知デバイス20は、4つの磁気抵抗効果素子1によるブリッジ回路18にて構成される被測定電流検出部14、被測定電流線6、補償電流線28により構成される。実施の形態2は、実施の形態1に補償電流線28を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。実施の形態2は、ブリッジ回路18の出力電圧に基づいて、被測定電流線6に流れる電流に起因して4つの磁気抵抗効果素子1の近傍に発生している磁界を打ち消すような電流(制御電流)を、センサ回路部21から付加した補償電流線28に供給するものである。
7 is a schematic perspective view of a part of the
この発明の実施の形態2による電流検知デバイス20の構成について説明する。
補償電流を印加する補償電流線28は、図7に示されるように第1の補償電流導体26(太実線)、および接続補償電流線27(細実線)により1本に接続され、第1の補償電流導体26は、第1の被測定導体3、絶縁層9および29を介して磁気抵抗効果素子1の上方に設置される。本実施の形態2では、第1の補償電流導体26を磁気抵抗効果素子1の上方に設置する例を示したが、下方であってもよい。さらに第1の補償電流導体26は、磁気抵抗効果素子1で構成される被測定電流検出部14の構成面(XY面)に略平行な面で、ミアンダライン状に折り返すように接続補償電流線27にて接続されており、図7において第1の被測定導体3の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第1の補償電流導体26の補償電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となる。磁気抵抗効果素子1に効果的に補償電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子1に接近して第1の補償電流導体26を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第1の補償電流導体26、接続補償電流線27には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。電流検知デバイス20の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、CVD等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス20が作製できる。A configuration of the
As shown in FIG. 7, the compensation
次に、電流検知デバイス20の動作について説明する。
被測定電流線6に電流を印加すると、第1の被測定導体3、第2の被測定導体4の近傍には、図9の破線に示す印加磁界方向13a、13bのように互いに逆方向の電流に対して左または右回転の磁界がその電流の大きさに応じて発生するので、第1の被測定導体3、第2の被測定導体4に、上下方向に挟まれて位置する磁気抵抗効果素子1には、合成された同一方向の印加磁界が付与され、その方向は、測定磁界方向12(破線矢印)となる。被測定電流検出部14には、例えば図4において磁気抵抗効果素子1a、1bには、中心線15より紙面左側の向きに磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子1c、1dには、中心線15より紙面右側の向きに磁界が加わるように被測定電流線6を巻回する。
磁気抵抗効果素子1a、1dでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子1b、1cでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、被測定電流線6に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子1a、1dの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子1b、1cの抵抗値が減少し、被測定電流線6に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子1a、1dの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子1b、1cの抵抗値が増加する。Next, the operation of the
When a current is applied to the current line 6 to be measured, the first measured
The
Therefore, the resistance values of the
補償電流線28を配置した電流検知デバイス20とセンサ回路部21の概略構成を図10に示す。被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路18の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部21に設置された増幅回路部(例えばオペアンプ31)では、被測定電流検出部14の接続エリア16c、16dから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子1a〜1d近傍に発生する磁界を打ち消すような電流(制御電流)を補償電流線28に供給する。具体的には接続エリア16c、16dの出力電圧が0になるように、制御電流の大きさを調整する。補償電流線28は、その制御電流の大きさに応じて4つの磁気抵抗効果素子1a〜1d近傍に発生する磁界、すなわち被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を印加磁界方向13cに発生し、磁気抵抗効果素子1においては補償磁界方向30(1点鎖線矢印)となる。
したがって、被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じたブリッジ回路18の平衡の崩れを、センサ回路部21から供給される制御電流により修復するこ
とができる。
ゆえに、センサ回路部21から供給した制御電流の大きさにより、被測定電流線6に流れる電流の大きさ、または被測定電流線6に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線6以外において発生された磁界(外乱磁界)は、磁気抵抗効果素子1a、1bと磁気抵抗効果素子1c、1d(ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路)に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。FIG. 10 shows a schematic configuration of the
Therefore, the loss of balance of the
Therefore, the magnitude of the control current supplied from the
It should be noted that the magnetic field (disturbance magnetic field) generated outside the current line 6 to be measured has the same effect on the
以上のように、この実施の形態2によれば、ブリッジ回路18の出力電圧に基づき、被測定電流線6に流れる電流に起因して4つの磁気抵抗効果素子1の近傍に発生した磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部21から付加した補償電流線28に供給する構成としたので、磁気抵抗効果素子1等の温度特性に起因した誤差が低減できるなどの効果が見込め、高精度化が可能となる。 As described above, according to the second embodiment, based on the output voltage of the
実施の形態3.
図11は、この発明の実施の形態3による電流検知デバイス20の一部の斜視模式図を示すもので、図12は図11におけるAA断面(XZ面)を示す断面図、図13は図12の拡大断面図である。図において、電流検知デバイス20は、4つの磁気抵抗効果素子1によるブリッジ回路18にて構成される被測定電流検出部14、被測定電流線6(図11では省略)、補償電流線28により構成される。実施の形態3は、実施の形態2に第2の補償電流導体32を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。実施の形態3は、ブリッジ回路18の出力電圧に基づいて、被測定電流線6に流れる電流に起因して4つの磁気抵抗効果素子1の近傍に発生している磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部21から補償電流線28に供給し、磁気抵抗効果素子1の上下方向から合成した補償磁界を印加するものである。
11 is a schematic perspective view of a part of the
この発明の実施の形態3による電流検知デバイス20の構成について説明する。
補償電流を印加する補償電流線28は、図11に示されるように第1の補償電流導体26(1点鎖線)、第2の補償電流導体32(2点鎖線)、および貫通接続補償電流線33(実線)により1本に接続され、第1の補償電流導体26は、第1の被測定導体3、絶縁層9および29を介して磁気抵抗効果素子1の上方に、第2の補償電流導体32は、第2の被測定導体4、絶縁層8および10を介して磁気抵抗効果素子1の下方に設置される。さらに第1の補償電流導体26、第2の補償電流導体32は磁気抵抗効果素子1で構成される被測定電流検出部14を面外で巻回するように貫通接続補償電流線33にて接続されており、図12において第1の被測定導体3の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第1の補償電流導体26の補償電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となり、第2の被測定導体4の電流印加方向が紙面に垂直な奥行き方向であれば、第2の補償電流導体32の補償電流印加方向は紙面に垂直な手前方向となる。磁気抵抗効果素子1に効果的に補償電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子1に接近して第1の補償電流導体26および第2の補償電流導体32を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第1、および第2の補償電流導体26、32、貫通接続補償電流線33には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。電流検知デバイス20の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、CVD等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス20が作製できる。A configuration of the
As shown in FIG. 11, the compensation
次に、電流検知デバイス20の動作について説明する。被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路18の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部21に設置された増幅回路部(例えばオペアンプ31)では、被測定電流検出部14の接続エリア16c、16dから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子1a〜1d近傍に発生する磁界を打ち消すような電流(制御電流)を補償電流線28に供給する。具体的には接続エリア16c、16dの出力電圧が0になるように、制御電流の大きさを調整する。補償電流線28は、その制御電流の大きさに応じて4つの磁気抵抗効果素子1a〜1dの近傍に発生する磁界、すなわち被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を印加磁界方向13cおよび印加磁界方向13dに発生し、磁気抵抗効果素子1においては合成された補償磁界方向30(1点鎖線矢印)となる。
したがって、被測定電流線6に流れる電流の大きさに応じたブリッジ回路18の平衡の崩れを、センサ回路部21から供給される制御電流により修復することができる。
ゆえに、センサ回路部21から供給した制御電流の大きさにより、被測定電流線6に流れる電流の大きさ、または被測定電流線6に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線6以外において発生された磁界(外乱磁界)は、磁気抵抗効果素子1a、1bと磁気抵抗効果素子1c、1d(ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路)に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。Next, the operation of the
Therefore, the loss of balance of the
Therefore, the magnitude of the control current supplied from the
It should be noted that the magnetic field (disturbance magnetic field) generated outside the current line 6 to be measured has the same effect on the
以上のように、この実施の形態3によれば、ブリッジ回路18の出力電圧に基づき、被測定電流線6に流れる電流に起因して4つの磁気抵抗効果素子1近傍に発生した磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部21から付加した補償電流線28に供給する構成としたので、磁気抵抗効果素子1等の温度特性に起因した誤差が低減できるなどの効果が見込め、高精度化が可能となる。 As described above, according to the third embodiment, based on the output voltage of the
さらに、図8の接続補償電流線27のような折り返し線が不用となるため、電流検知デバイス20がX方向に小型化できる効果がある。また、同一の補償電流でも実施の形態2に比べて2倍程度の補償磁界を磁気抵抗効果素子1に印加できるため、センサ回路部21の規模を小さく構成でき、センサの全体構成が小型化、低コスト化できる効果がある。 Further, since a folded line such as the connection compensation
実施の形態4.
図14は、この発明の実施の形態4による電流検知デバイス20の一部の断面図であり、図において、集磁部材35は第2の絶縁層9の内部で、各磁気抵抗効果素子1の両脇に設置したものである。実施の形態4は、実施の形態1に集磁部材35を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分の説明は省略する。また、他の実施の形態に付加しても同等の効果を得るものであり、重複する説明は省略する。
この集磁部材35は、高透磁率を有する磁性材料で、例えば鉄など強磁性体の金属があるが、これに限定されるものではなく、半導体微細加工技術により一貫して作製される材料を選択するのが望ましい。この実施の形態4では、第2の絶縁層9内部に、各磁気抵抗効果素子1の両脇方向から挟み込むように集磁部材35を設置する形態であるが、被測定電流に起因した測定磁界、および補償電流に起因した補償磁界を共に効率よく磁気抵抗効果素子1に導く構成であればこれに限るものではなく、他の絶縁層に複数の集磁部材35を設置するのも良い。このように集磁部材35を設けることにより、各磁気抵抗効果素子1に印加する磁界の効率を上げることが可能となり被測定電流の検出精度がより向上する。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a part of the
The magnetic collecting
以上のように、この実施の形態4によれば、集磁部材35を設けるように構成したので、被測定電流に起因した測定磁界、および補償電流に起因した補償磁界を共に効率よく磁気抵抗効果素子1に印加でき、測定精度を向上させることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, since the magnetic
1 磁気抵抗効果素子、2 接続電流線、3 第1の被測定導体、4 第2の被測定導体、5 貫通接続電流線、6 被測定電流線、7 設置基板、8 第1の絶縁層、9 第2の絶縁層、10 第3の絶縁層、11 保護層、12 測定磁界方向、13 印加磁界方向、14 被測定電流検出部、15 中心線、16 接続エリア、17 ハーフブリッジ回路、18 ブリッジ回路、19 センサ基板、20 電流センサデバイス、21 センサ回路部、22 電流センサ、23 外部端子、24 電流端子、25 センサケース、26 第1の補償電流導体、27 接続補償電流線、28 補償電流線、29 第4の絶縁層、30 補償磁界方向、31 オペアンプ、32 第2の補償電流導体、33 貫通接続補償電流線、34 第5の絶縁層、35 集磁部材 DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記設置基板上に構成された第1の絶縁層上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第2および第3の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に構成された第1の絶縁層上に配置され、上記第1から第4の磁気抵抗効果素子を接続することにより、上記第1および第2の磁気抵抗効果素子による第1のハーフブリッジ回路、および上記第3および第4の磁気抵抗効果素子による第2のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線と、
上記設置基板上に構成された第2の絶縁層上に配置され、上記第1から第4の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第1の被測定電流導体と、上記設置基板上に構成された第3の絶縁層上に配置され、上記第1から第4の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第2の被測定電流導体と、上記設置基板上に上記絶縁層を面外方向に貫通して構成され、上記第1と第2の被測定電流導体を接続することにより被測定電流線を構成する貫通接続電流線とを備えた電流検知デバイスであって、
上記被測定電流線に被測定電流が印加されることにより、上記第1から第4の各磁気抵抗効果素子は対向して設置した上記第1および第2の被測定電流導体からそれぞれ同一方向の測定磁界が付与されるとともに、
第1および第2の磁気抵抗効果素子に付与される第1の測定磁界の方向と、第3および第4の磁気抵抗効果素子に付与される第2の測定磁界の方向が互いに逆方向となるように被測定電流線が構成されたことを特徴とする電流検知デバイス。First and fourth magnetoresistive elements disposed on a first insulating layer formed on a mounting substrate and having magnetoresistive effect characteristics in which the resistance value increases in accordance with an increase in a magnetic field in the opposite direction to each other; ,
2nd and 3rd magnetoresistive effect which is arrange | positioned on the 1st insulating layer comprised on the said installation board | substrate, and has a magnetoresistive effect characteristic in which both resistance values reduce according to the increase of the said magnetic field of a mutually reverse direction Elements,
The first and second magnetoresistive effect elements are arranged on the first insulating layer formed on the installation substrate, and the first to fourth magnetoresistive effect elements are connected to each other. A connection current line constituting a bridge circuit composed of a half bridge circuit and a second half bridge circuit composed of the third and fourth magnetoresistive elements;
A first current-under-measurement conductor disposed on a second insulating layer configured on the installation substrate and disposed opposite to each of the first to fourth magnetoresistive elements; and the installation A second current-to-be-measured conductor disposed on a third insulating layer formed on the substrate and disposed opposite to each of the first to fourth magnetoresistive elements; and And a through-connection current line configured to pass through the insulating layer in an out-of-plane direction and connect the first and second measured current conductors to form a measured current line. There,
When a current to be measured is applied to the current line to be measured, the first to fourth magnetoresistive elements are arranged in the same direction from the first and second current conductors to be measured which are disposed to face each other. A measurement magnetic field is applied,
The direction of the first measurement magnetic field applied to the first and second magnetoresistance effect elements is opposite to the direction of the second measurement magnetic field applied to the third and fourth magnetoresistance effect elements. A current sensing device characterized in that a current wire to be measured is configured as described above.
上記補償電流線に補償電流が印加されることにより、上記第1から第4の各磁気抵抗効果素子は対向して設置した上記第1の補償電流導体からそれぞれ同一方向の補償磁界が付与されるとともに、
第1および第2の磁気抵抗効果素子に付与される第1の補償磁界の方向と、第3および第4の磁気抵抗効果素子に付与される第2の補償磁界の方向が互いに逆方向となるように補償電流線が構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電流検知デバイス。A first compensation current conductor disposed on a fourth insulating layer configured on the installation substrate and disposed opposite to each of the first to fourth magnetoresistive elements; and the installation substrate. A current sensing device comprising a connection compensation current line disposed on a fourth insulating layer configured above and constituting a compensation current line by connecting the first compensation current conductor;
When a compensation current is applied to the compensation current line, each of the first to fourth magnetoresistive effect elements is applied with a compensation magnetic field in the same direction from the first compensation current conductor disposed oppositely. With
The direction of the first compensation magnetic field applied to the first and second magnetoresistance effect elements is opposite to the direction of the second compensation magnetic field applied to the third and fourth magnetoresistance effect elements. The current sensing device according to claim 1, wherein the compensation current line is configured as described above.
上記補償電流線に補償電流が印加されることにより、上記第1から第4の各磁気抵抗効果素子は対向して設置した上記第1および第2の補償電流導体からそれぞれ同一方向の補償磁界が付与されるとともに、
第1および第2の磁気抵抗効果素子に付与される第1の補償磁界の方向と、第3および第4の磁気抵抗効果素子に付与される第2の補償磁界の方向が互いに逆方向となるように補償電流線が構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電流検知デバイス。A first compensation current conductor disposed on a fourth insulating layer configured on the installation substrate and disposed opposite to each of the first to fourth magnetoresistive elements; and the installation substrate. A second compensating current conductor disposed on the fifth insulating layer configured above and disposed opposite to each of the first to fourth magnetoresistive elements; and A current detection device comprising a through-connection compensation current line configured to penetrate through an insulating layer in an out-of-plane direction, and constituting a compensation current line by connecting the first and second compensation current conductors,
When a compensation current is applied to the compensation current line, each of the first to fourth magnetoresistive effect elements receives a compensation magnetic field in the same direction from the first and second compensation current conductors arranged to face each other. As well as
The direction of the first compensation magnetic field applied to the first and second magnetoresistance effect elements is opposite to the direction of the second compensation magnetic field applied to the third and fourth magnetoresistance effect elements. The current sensing device according to claim 1, wherein the compensation current line is configured as described above.
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