特開 2025-108385 電流センサの発熱及び電力消費を低減するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025108385

(43)【公開日】2025-07-23

(54)【発明の名称】電流センサの発熱及び電力消費を低減するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20250715BHJP

   G01R 19/32 20060101ALI20250715BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20250715BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20

G01R19/32

G01R19/00 B

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024228406

(22)【出願日】2024-12-25

(31)【優先権主張番号】202410041282.3

(32)【優先日】2024-01-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100162846

【弁理士】

【氏名又は名称】大牧 綾子

(72)【発明者】

【氏名】ハン、リャンシェン

(72)【発明者】

【氏名】ファン、チャンチャン

(72)【発明者】

【氏名】アイ、レイ

(72)【発明者】

【氏名】ワン、ジェンハオ

(72)【発明者】

【氏名】リュー、ジー

(72)【発明者】

【氏名】リー、ヤンヤン

【テーマコード（参考）】

2G025

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G025AA08

2G025AB02

2G025AB14

2G025AC01

2G035AA03

2G035AD01

2G035AD10

2G035AD20

2G035AD28

2G035AD44

2G035AD65

2G035AD66

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電流センサの発熱及び消費電力を低減する方法及び装置。
【解決手段】磁心と、磁心のエアギャップ内に構成されたホール効果センサと、ホール効果センサに結合された増幅器と、増幅器に結合されたドライバと、（ｉ）コア本体の周りに延在するワイヤコイルと、（ｉｉ）ドライバに結合された第１の端部と、（ｉｉｉ）サンプリング抵抗器に結合された第２の端部とを含む二次巻線と、ドライバから二次巻線へのフィードバック電流を可能にするように構成されたスイッチと、スイッチに結合されたコントローラユニットであって、（ｉ）サンプリング抵抗器に関連付けられたサンプリング電圧に基づいてデジタル信号を受信し、（ｉｉ）１つ以上の閾値を超えるデジタル信号を少なくとも含む動作条件データに基づいて１つ以上の制御信号を生成し、（ｉｉｉ）１つ以上の制御信号をスイッチに送信するように構成されたコントローラユニットと、を備える、方法及び装置。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流センサであって、
（ｉ）コア本体と、（ｉｉ）前記コア本体に沿ったエアギャップとを含む磁心と、
前記エアギャップ内に構成された磁気トランスデューサと、
前記磁気トランスデューサに結合された増幅器と、
前記コア本体の周りに延在するワイヤコイルを含む二次巻線と、
前記増幅器と前記二次巻線との間に結合されたスイッチであって、制御信号に基づいて連続モード又はパルスモードで動作することによって前記増幅器と前記二次巻線との間の回路経路を開閉するように構成されたスイッチと、を備える、電流センサ。

【請求項2】

装置であって、
（ｉ）コア本体と、（ｉｉ）前記コア本体に沿ったエアギャップとを含む磁心と、
前記エアギャップ内に構成されたホール効果センサと、
前記ホール効果センサに結合された増幅器と、
前記増幅器に結合されたドライバと、
（ｉ）前記コア本体の周りに延在するワイヤコイルと、（ｉｉ）前記ドライバに結合された第１の端部と、（ｉｉｉ）サンプリング抵抗器に結合された第２の端部とを含む二次巻線と、
前記ドライバから前記二次巻線へのフィードバック電流を可能にするように構成されたスイッチと、
前記スイッチに結合されたコントローラユニットであって、（ｉ）前記サンプリング抵抗器に関連付けられたサンプリング電圧に基づいてデジタル信号を受信し、（ｉｉ）１つ以上の閾値を超える前記デジタル信号を少なくとも含む動作条件データに基づいて１つ以上の制御信号を生成し、（ｉｉｉ）前記１つ以上の制御信号を前記スイッチに送信するように構成されたコントローラユニットと、を備える、装置。

【請求項3】

電流センサを制御するための方法であって、
１つ以上のプロセッサによって、前記電流センサに関連付けられた動作条件データを受信することと、
前記１つ以上のプロセッサによって、前記動作条件データに基づいて、１つ以上の閾値を超えたことを決定することと、
前記１つ以上のプロセッサによって、前記１つ以上の閾値に基づいて動作モードを決定することと、
前記１つ以上のプロセッサによって、前記動作モードに基づいて制御信号タイプを決定することと、
前記制御信号タイプに基づいて制御信号を生成することと、を含み、（ｉ）前記制御信号は、連続モード制御信号又はパルスモード制御信号のうちの１つを含み、（ｉｉ）前記電流センサに関連付けられたスイッチによって受信され、前記動作モードで動作するように前記電流センサを構成するために用いられる、電流センサを制御するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の様々な実施形態は、電流センサに関し、より詳細には、発熱及び電力消費を制御するために電流センサの動作を変化させることに関する。

【背景技術】

【0002】

電流センサは、様々な産業用途及び自動車用途で使用される。例えば、電流の監視は、電気自動車の安全性、性能、及び効率の観点から不可欠である。しかしながら、電流センサは、電気自動車などの高電流又は高電圧用途で使用される場合、過熱や高電力消費の傾向がある。出願人は、従来の電流センサに関連付けられた多くの技術的課題及び困難を認識している。

【発明の概要】

【0003】

本明細書に記載される様々な実施形態は、電流センサを制御するための構成要素、装置、及びシステムに関する。

【0004】

本開示の様々な実施形態によれば、電流センサが提供される。いくつかの実施形態では、電流センサは、（ｉ）コア本体と、（ｉｉ）コア本体に沿ったエアギャップとを含む磁心と、エアギャップ内に構成された磁気トランスデューサと、磁気トランスデューサに結合された増幅器と、コア本体の周りに延在するワイヤコイルを含む二次巻線と、増幅器と二次巻線との間に結合されたスイッチであって、制御信号に基づいて連続モード又はパルスモードで動作することによって増幅器と二次巻線との間の回路経路を開閉するように構成されたスイッチと、を備える。

【0005】

いくつかの実施形態では、増幅器は、磁気トランスデューサから出力電圧を受け取り、フィードバック電流を含む増幅電圧を発生するように構成される。いくつかの実施形態では、スイッチは、回路経路を介して増幅器から二次巻線へのフィードバック電流を可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、連続モードは、より高い測定精度に関連付けられる。いくつかの実施形態では、パルスモードは、より低い電力消費又はより低い動作温度に関連付けられる。いくつかの実施形態では、制御信号は、閉値又は開値のうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、連続モードは、定常の閉値を含む連続モード制御信号を含む制御信号に基づいてスイッチを動作させることを含む。いくつかの実施形態では、パルスモードは、複数の交互の開値及び閉値を含むパルスモード制御信号を含む制御信号に基づいてスイッチを動作させることを含む。

【0006】

別の実施形態によれば、装置が提供される。いくつかの実施形態では、装置は、（ｉ）コア本体と、（ｉｉ）コア本体に沿ったエアギャップとを含む磁心と、エアギャップ内に構成されたホール効果センサと、ホール効果センサに結合された増幅器と、増幅器に結合されたドライバと、（ｉ）コア本体の周りに延在するワイヤコイルと、（ｉｉ）ドライバに結合された第１の端部と、（ｉｉｉ）サンプリング抵抗器に結合された第２の端部とを含む二次巻線と、ドライバから二次巻線へのフィードバック電流を可能にするように構成されたスイッチと、スイッチに結合されたコントローラユニットであって、（ｉ）サンプリング抵抗器に関連付けられたサンプリング電圧に基づいてデジタル信号を受信し、（ｉｉ）１つ以上の閾値を超えるデジタル信号を少なくとも含む動作条件データに基づいて１つ以上の制御信号を生成し、（ｉｉｉ）１つ以上の制御信号をスイッチに送信するように構成されたコントローラユニットと、を備える。

【0007】

いくつかの実施形態では、装置は、コントローラユニットに結合された温度センサを更に備え、温度センサは、サンプリング抵抗器の温度を表すデータ信号を生成し、データ信号をコントローラユニットに送信するように構成される。いくつかの実施形態では、動作条件データは、データ信号を含む。いくつかの実施形態では、スイッチは、コントローラユニットと増幅器との間に構成される。いくつかの実施形態では、スイッチは、コントローラユニットとドライバとの間に構成される。いくつかの実施形態では、スイッチは、ドライバと二次巻線との間に構成される。

【0008】

別の実施形態によれば、電流センサを制御するための方法が提供される。いくつかの実施形態では、方法は、１つ以上のプロセッサによって、電流センサに関連付けられた動作条件データを受信することと、１つ以上のプロセッサによって、動作条件データに基づいて、１つ以上の閾値を超えたことを決定することと、１つ以上のプロセッサによって、１つ以上の閾値に基づいて動作モードを決定することと、１つ以上のプロセッサによって、動作モードに基づいて制御信号タイプを決定することと、制御信号タイプに基づいて制御信号を生成することと、を含み、（ｉ）制御信号は、連続モード制御信号又はパルスモード制御信号のうちの１つを含み、（ｉｉ）電流センサに関連付けられたスイッチによって受信され、動作モードで動作するように電流センサを構成するために用いられる。

【0009】

いくつかの実施形態では、動作条件データは、温度データ、電流測定値、又は電流周波数値を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の閾値は、一次電流閾値、温度閾値、又は一次電流周波数閾値を含む。いくつかの実施形態では、方法は、一次電流閾値よりも高い一次電流又は温度閾値よりも高い温度の検出に基づいて、動作モードとしてパルスモードを決定することを更に含む。いくつかの実施形態では、方法は、一次電流閾値又は温度閾値のうちの１つ以上に対する一次電流周波数閾値の優先順位付けに基づいて、動作モードとして連続モードを決定することを更に含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の閾値は、一次電流閾値、温度閾値、又は一次電流周波数閾値よりも優先する安全閾値を含む。いくつかの実施形態では、パルスモード制御信号は、調整可能な位相又はデューティサイクルのうちの１つ以上を含む。

【0010】

前述の実例となる概要、並びに本開示の他の例示的な目的及び／又は利点、並びにそれが達成される方法は、以下の発明を実施するための形態及びその添付図面において更に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

図示の実施形態の説明は、添付の図面と併せて読むことができる。特に記載がない限り、図の簡略化及び明確化のために、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりに描かれていないことが理解されよう。例えば、特に記載のない限り、要素のうちのいくつかの寸法は、他の要素に対して誇張されている場合がある。本開示の教示を組み込む実施形態は、本明細書に提示される図に関連して示され、説明される。

【図1】例示的な電流センサを示す。

【図2】本開示の様々な実施形態による例示的な電流センサを示す。

【図3A】本開示の様々な実施形態による例示的な連続モード制御信号を示す。

【図3B】本開示の様々な実施形態による例示的なパルスモード制御信号を示す。

【図4A】本開示の様々な実施形態による例示的な電流センサ装置のブロック図である。

【図4B】本開示の様々な実施形態による代替的で例示的な電流センサ装置のブロック図である。

【図4C】本開示の様々な実施形態による別の代替的な電流センサ装置のブロック図である。

【図5】本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電流センサを制御するための例示的な方法の例示的なフロー図である。

【図6】本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電力消費を最適化するための例示的なタイミング図を示す。

【図7】本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電流センサ温度を最適化するための例示的なタイミング図を示す。

【図8】本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電力消費及び電流センサ温度の両方を最適化するための例示的なタイミング図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本開示のいくつかの実施形態について添付図面を参照しながら以下により詳細に説明するが、本開示の全てではなくいくつかの実施形態を示すものである。実際に、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が、適用される法的要件を満たすように提供される。同様の数字は、全体を通して同様の要素を指す。

【0013】

本明細書で使用される場合、「前部」、「後部」、「頂部」などの用語は、下で提供される実施例において、ある特定の構成要素又は構成要素の一部分の相対的位置を記述するために、説明目的で使用される。更に、本開示の観点から当業者に明らかになるように、「実質的に」及び「およそ」という用語は、参照される要素又は関連する説明が、適用可能な工学公差内の精度であることを示す。

【0014】

本明細書で使用するとき、用語「備える（comprising）」は、限定するものではないが、含むことを意味しており、特許文脈で典型的に使用される手法で解釈されるべきである。「備える（comprises）」、「含む（includes）」、及び「有する（having）」などのより広範な用語の使用は、「からなる（consisting of）」、「から本質的になる（consisting essentially of）」、及び「から実質的に構成される（comprised substantially of）」などのより狭い用語へのサポートを行うことを理解されたい。

【0015】

語句「一実施形態では」、「一実施形態によると」及び同様の語句は、その語句に続く特定の特徴、構造又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ること、及び本開示の２つ以上の実施形態に含まれ得る（重要なことに、そのような語句は必ずしも同じ実施形態に言及しない）ことを一般に意味する。

【0016】

本明細書で使用するとき、語「例」又は「例示的な」は、「一例、事例、又は実例としての役割を果たすこと」を意味する。「例示的な」として本明細書に説明される任意の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好ましい又は有利であると解釈されなくてよい。

【0017】

本明細書が、構成要素又は特徴を「含んでもよい／有してもよい」、「含む／有することができる」、「含み／有し得る」、「含む／有するべきである」、「含む／有するであろう」、「好ましくは含む／有する」、「場合により含む／有する」、「典型的には含む／有する」、「任意選択的に含む／有する」、「例えば含む／有する」、「多くの場合、含む／有する」又は「含む／有するかもしれない」（又は他のそのような言葉）と述べる場合、特定の構成要素又は特徴は、含まれる又は特徴を有する必要はない。そのような構成要素又は特徴は、いくつかの実施形態に任意選択的に含まれてもよく、又は除外されてもよい。

【0018】

閉ループ電流センサは、一次回路（例えば、被測定回路）と一次回路の一次電流を測定するためのセンサ出力との間にガルバニック絶縁及び電気的絶縁（例えば、電気的接触なし）を提供する電流測定技術を備え得る。

【0019】

図１は、例示的な電流センサ１００を示す。図１に示すように、電流センサ１００は、閉ループ電流センサを含む。電流センサ１００は、二次巻線１０８で包まれた磁心１０４を備える。電流センサ１００は、磁心１０４のエアギャップ内に構成された磁気トランスデューサ１０６を更に備える。磁気トランスデューサ１０６は、増幅器１１０に結合される。磁気トランスデューサ１０６は、エアギャップ内の磁気トランスデューサ１０６を囲む磁場の存在下で電圧出力（例えば、ホール電圧）を生成するように構成される。磁場は、一次電流１１２を搬送する導体１０２を磁心１０４の内部に挿入することによって引き起こされ得る。電圧出力は、一次電流１１２に比例する磁気トランスデューサ１０６を取り囲む磁場の磁束密度に基づき得る。

【0020】

磁気トランスデューサ１０６によって生成された電圧出力は、増幅器１１０によって増幅され、フィードバック電流１１６に変換され得る。二次巻線１０８は、二次巻線１０８の第１の端部で増幅器１１０に結合され、二次巻線１０８が一次電流１１２に関連付けられた磁場に対抗する磁場を生成し得るようにフィードバック電流１１６を受け取り、それにより、以下の条件が生成されるように二次巻線１０８の第２の端部で二次電流１１４を生成する。
Ｉ_ＰＮ_Ｐ＝Ｉ_ＳＮ_ｓ
方程式１
ここで、Ｉ_Ｐは一次電流１１２を表し得、Ｉ_Ｓは二次電流１１４を表し得、Ｎ_Ｐは導体１０２に関連付けられた一次巻線の数を表し得、Ｎ_Ｓは二次巻線１０８の数を表し得る。したがって、一次電流１１２は、二次電流１１４の導出に基づいて決定され得る。既知の抵抗値を含むサンプリング抵抗器１１８は、二次巻線１０８の第２の端部に結合される。二次電流１１４は、サンプリング抵抗器１１８の両端のサンプリング電圧１２０を受け取り、オームの法則（例えば、Ｖ＝ＩＲ）を使用することによって決定され得る。一次電流１１２は、方程式１を使用して二次電流１１４に基づいて決定され得る。

【0021】

熱は、二次電流１１４を受け取ることの副産物としてサンプリング抵抗器１１８において生成され得る。サンプリング抵抗器１１８で生成される熱の量は、ジュールの法則にしたがって、電流のアンペア数の二乗及び抵抗値に比例し得る。したがって、一次電流１１２が大きいほど、二次電流１１４及びサンプリング抵抗器１１８における関連する熱出力は大きくなり得る。そのため、より大きな二次電流１１４は、フィードバック電流１１６を生成するために増幅器１１０によるより大きな電力消費を必要とし得る。過熱及び高い電力消費は、一般に、電気自動車などの用途において、監視されて、最小限にすることが望ましいパラメータである。

【0022】

本開示の様々な例示的な実施形態は、電流センサにおけるそのような技術的な課題及び困難を克服し、様々な技術的な進歩及び改善を提供する。本開示の様々な例によれば、電流センサ性能を向上させるための例示的な電流センサの構成要素が開示される。いくつかの実施形態では、閉ループ電流センサは、熱及び電力消費の条件及び要件に基づいて閉ループ電流センサの回路を開く又は閉じるのいずれかを行なうように構成されたスイッチを備える。いくつかの実施形態では、スイッチは、１つ以上の閾値及び／又は１つ以上の最適化目標に基づいて、例えばコントローラユニットによって、連続モード又はパルスモードのいずれかで動作するように構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上の閾値は、一次電流閾値、温度閾値、及び一次電流周波数閾値を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の最適化目標は、最適な電力消費調整、最適な発熱調整、又は全体的な調整を含む。

【0023】

図２は、本開示の様々な実施形態による例示的な電流センサ２００を示す。電流センサ２００は、磁心２０４のコア本体に沿ったエアギャップ内に磁気トランスデューサ２０６（例えば、ホール効果センサ）を含む閉ループセンサを備える。磁心２０４は、ナノ結晶材料及びフェロニッケル材料（例えば、トロイドコア）などの強磁性材料を含み得る。いくつかの実施形態では、磁心２０４は、円環体、又は口語的にドーナツ（donut）又はドーナツ（doughnut）として知られる、リング部分と内部空隙とを含む形状を備える。磁心２０４の内部空隙は、磁気トランスデューサ２０６によって検出可能な磁束を生成し得る導体２０２によって搬送される一次電流２１２の検出用に構成され得る。

【0024】

磁気トランスデューサ２０６は、増幅器２１０（例えば、演算増幅器）に結合される。電圧出力（例えば、ホール電圧）は、磁気トランスデューサによって検出された磁束に基づいて、磁気トランスデューサ２０６によって生成され得る。増幅器２１０は、磁気トランスデューサ２１６から電圧出力を受け取り、フィードバック電流２１６を含む増幅電圧信号を生成し得る。フィードバック電流２１６は、二次巻線の第１の端部において受け取られ、二次巻線２０８を通じて駆動され得る。二次巻線２０８は、磁心２０４のコア本体の周りに延在するワイヤコイルを備え得る。いくつかの実施形態では、二次巻線２０８は、磁心２０４の外部の周りに巻かれたワイヤの螺旋コイルを備える。例えば、二次巻線２０８は、磁心２０４の周りにＮ_ｓ個の巻数を備え得る。二次巻線２０８は、銅線又は電流を伝導するのに適した任意の導体を備え得る。

【0025】

二次巻線２０８によって受け取られたフィードバック電流２１６は、一次電流２１２によって生成された磁束を打ち消す対抗する磁場を生成し得、それによって、二次巻線２０８の第２の端部において、一次電流２１２に比例する二次電流２１４をもたらす。サンプリング抵抗器２１８（例えば、シャント抵抗器）は、二次巻線２０８の第２の端部に結合される。二次電流２１４は、サンプリング抵抗器２１８の両端のサンプリング電圧２２０を受信して、サンプリング電圧２２０を、サンプリング抵抗器２１８の既知の抵抗値に基づいて二次電流２１４の値を決定するために使用可能なデジタル信号に変換することによって決定し得る。二次電流２１４は、一次電流２１２を導出及び決定するために使用され得る。

【0026】

電流センサ２００は、増幅器２１０と二次巻線２０８との間に構成されるスイッチ２２２を更に備える。スイッチ２２２は、フィードバック電流２１６が増幅器２１０から二次巻線２０８に伝送されることを可能にする回路経路（例えば、増幅器２１０と二次巻線２０８との間）を開閉し、それによって、電流センサ２００の動作（例えば、オン又オフ）を切り替えるように構成され得る。本開示の種々の実施形態によると、スイッチ２２２は、例えばコントローラユニットから受信される制御信号に基づいて、連続モード又はパルスモードのいずれかで動作するように構成される。いくつかの実施形態では、電流センサ２００は、より高い測定精度（例えば、サンプリング電圧２２０に関連付けられた交流電流（ＡＣ））が望まれる場合に連続モードで動作するように構成される。いくつかの他の実施形態では、電流センサ２００は、より低い電力消費又はより低い動作温度が望まれる場合にパルスモードで動作するように構成される。スイッチ２２２によって送受信され得る連続モード制御信号及びパルスモード制御信号の例が、図３Ａ及び図３Ｂに示される。

【0027】

図３Ａは、本開示の様々な実施形態による例示的な連続モード制御信号を示す。図３Ａに示すように、電流センサ（例えば、スイッチ２２２）の動作を切り替えるように構成されたスイッチは、それぞれ、閉スイッチ状態又は開スイッチ状態に関連付けられた「閉」値又は「開」値を含む制御信号を介して制御可能である。本開示の様々な実施形態によれば、閉スイッチ状態は、閉位置にあるスイッチを備え、それによって、電流センサ（例えば、電流センサ２００）を「オン」又は有効（例えば、閉回路）にする。逆に、開スイッチ状態は、開位置にあるスイッチを備え、それによって、電流センサを「オフ」又は無効（例えば、開回路）にする。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、「閉」値は非ゼロ値を含み、「開」値はゼロ値を含む。しかしながら、他の実施形態では、「閉」値はゼロ値を含み得るし、「開」値は非ゼロ値を含み得る。「閉」値及び「開」値は、任意に指定され得、本明細書で開示される値に限定されない。

【0028】

図３Ａに更に示すように、連続モード制御信号は、所与の期間にわたって定常の「閉」値を含む。図３Ａに示すように、定常の「閉」値は、スイッチによって受信され得、その間、スイッチに関連付けられた電流センサは、連続モード中で動作するように指示される。連続モードの間、定常の「閉」値は、増幅器２１０からの出力（例えば、フィードバック電流２１６）が連続的に二次巻線２０８に伝送されることを可能し得、二次電流２１４を決定するための電流センサ２００の連続動作及び連続的な読み取りを可能にし得る。

【0029】

図３Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的なパルスモード制御信号を示す。図３Ｂに示すように、パルスモード制御信号は、所与の期間にわたって交互の「閉」値及び「開」値を含む。図３Ｂに示すように、交互の「閉」値及び「開」値は、スイッチによって受信され得、その間、スイッチに関連付けられた電流センサは、パルスモードで動作するように指示される。パルスモードの間、電流センサに関連付けられたスイッチは、開位置と閉位置との間を遷移し、増幅器２１０からの出力（例えば、フィードバック電流２１６）が二次巻線２０８に周期的に伝送されることを可能にし得、それによって、二次電流２１４を決定するための電流センサ２００の周期的動作及び周期的な読み取りを可能にし得る。

【0030】

図４Ａは、本開示の様々な実施形態による例示的な電流センサ装置４００Ａのブロック図である。電流センサ装置４００Ａは、磁心４０２と、磁心４０２のコア本体に沿ったエアギャップ内に構成されたホール効果センサ４０４とを備える。一次電流４１０を搬送する導体材料を磁心４０２によって画定される内部空隙に挿入することにより、ホール効果センサ４０４によって検出可能な磁束を引き起こし得る。ホール効果センサ４０４は、一次電流４１０の量に比例する磁束の強度に比例する電圧出力（例えば、ホール電圧）を生成し得る。ホール効果センサ４０４から出力された電圧は、二次巻線４１２の第１の端部から二次巻線４１２の第２の端部まで二次巻線４１２を通るフィードバック電流を駆動するためにドライバ４０８によって使用される増幅電圧を生成するために増幅器４０６によって増幅され得る。二次巻線４１２は、フィードバック電流が二次巻線４１２を通して駆動されるとゼロ磁束が実現され得るように、磁心の一部の周りに巻かれる。

【0031】

サンプリング抵抗器４２２は、二次巻線４１２の第２の端部に直列に構成される。電圧信号は、サンプリング抵抗器４２２の両端から（例えば、並列に）取得されて増幅器４１４によって増幅され得る。増幅器４１４からの増幅電圧は、アナログ－デジタル変換器４１６によって、コントローラユニット４１８への入力に適したデジタル電圧信号に変換され得る。コントローラユニット４１８は、１つ以上の結合プログラム可能論理回路（complex programmable logic device：ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コプロセッシングエンティティ、特定用途向け命令セットプロセッサ（application-specific instruction-set processor：ＡＳＩＰ）、マイクロコントローラ、及び／又はコントローラを備え得る。

【0032】

更に、コントローラユニット４１８は、１つ以上の他の処理装置又は回路として具体化され得る。回路という用語は、ハードウェア全体の実施形態、又はハードウェア及びコンピュータプログラム製品の組み合わせを指し得る。したがって、コントローラユニット４１８は、集積回路、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array：ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（programmable logic array：ＰＬＡ）、ハードウェアアクセラレータ、他の回路などとして具現化され得る。

【0033】

したがって、理解されるように、コントローラユニット４１８は、特定の使用のために構成され得るか、又は揮発性若しくは不揮発性媒体に記憶されるか、若しくは他の方法でコントローラユニット４１８にアクセス可能な命令を実行するように構成され得る。こうして、ハードウェア若しくはコンピュータプログラム製品によってか、又はそれらの組み合わせによって構成されるかに関わらず、コントローラユニット４１８は、それに応じて構成されるとき、本開示の実施形態によるステップ又は動作を行うことが可能であり得る。

【0034】

本開示の様々な実施形態によれば、デジタル電圧信号は、サンプリング抵抗器４２２の両端で取得された（サンプリング）電圧を含む。サンプリング抵抗器４２２の既知の値が与えられると、コントローラユニット４１８は、アナログ－デジタル変換器４１６からデジタル電圧信号を受信し、一次電流４１０の値を決定するために二次電流を決定し得る。したがって、コントローラユニット４１８は、サンプリング抵抗器４２２の両端で取得された電圧に基づいて一次電流４１０を決定するように構成され得る。

【0035】

電源電圧スイッチ４２０Ａは、増幅器４０６とコントローラユニット４１８との間に結合される。いくつかの実施形態では、コントローラユニット４１８は、電源電圧スイッチ４２０Ａに制御信号を送信することによって、電流センサ装置４００Ａの動作モードを構成し得る。電源電圧スイッチ４２０Ａは、増幅器４０６の電源電圧に結合され、増幅器４０６のオン／オフを切り替えるように（例えば、連続モード制御信号及びパルスモード制御信号を介して）コントローラユニット４１８によって制御され得る。

【0036】

図４Ｂは、本開示の様々な実施形態による代替的で例示的な電流センサ装置４００Ｂのブロック図である。図４Ｂに示すように、電源電圧スイッチ４２０Ｂは、電流センサ装置４００Ｂの動作モードを構成するために、ドライバ４０８とコントローラユニット４１８との間に結合される。いくつかの実施形態では、コントローラユニット４１８は、電源電圧スイッチ４２０Ｂに制御信号を送信することによって、電流センサ装置４００Ｂの動作モードを構成し得る。電源電圧スイッチ４２０Ｂは、ドライバ４０８の電源電圧に結合され、ドライバ４０８のオン／オフを切り替えるように（例えば、連続モード制御信号及びパルスモード制御信号を介して）コントローラユニット４１８によって制御され得る。

【0037】

図４Ｃは、本開示の様々な実施形態による別の代替的な電流センサ装置４００Ｃのブロック図である。図４Ｃに示すように、アナログスイッチ４２０Ｃは、電流センサ装置４００Ｃの動作モードを構成するために、ドライバ４０８と二次巻線４１２との間に構成される。いくつかの実施形態では、コントローラユニット４１８は、アナログスイッチ４２０Ｃに制御信号を送信することによって、電流センサ装置４００Ｃの動作モードを構成し得る。アナログスイッチ４２０Ｃは、二次巻線４１２へのフィードバック電流駆動を駆動するために使用されるドライバ４０８と二次巻線４１２との間の経路を開閉するように（例えば、連続モード制御信号及びパルスモード制御信号を介して）コントローラユニット４１８によって制御され得る。

【0038】

いくつかの実施形態では、コントローラユニット４１８は、サンプリング抵抗器４２２などの構成要素の温度に基づいて、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、及び４００Ｃのうちのいずれかを構成する動作モードを決定し得る。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに更に示すように、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、及び４００Ｃは、温度センサ４２４を更に備える。温度センサ４２４は、サンプリング抵抗器４２２の温度を監視するように構成され得る。温度センサ４２４は、サンプリング抵抗器４２２の温度を表すデータ信号を生成し得る。温度センサ４２４によって生成された信号は、サンプリング抵抗器４２２の温度が温度閾値を超えるか否かを決定するために、コントローラユニット４１８に送受信され得る。いくつかの例示的な実施形態では、コントローラユニット４１８は、サンプリング抵抗器４２２が温度閾値を超える温度で動作しているという決定に基づいて、パルスモードで動作するように電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、及び４００Ｃを構成し得る。

【0039】

本開示の種々の実施形態によると、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、又は４００Ｃのうちの１つ以上は、１つ以上の動作閾値に基づいて連続モード又はパルスモードのいずれかで動作する。いくつかの実施形態では、（二次電流の決定及び導出に基づいて）電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、又は４００Ｃのうちの１つ以上によって決定された一次電流が、定義された閾値よりも高い場合、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ又、は４００Ｃのうちの１つ以上は、電力消費を低減するためにパルスモードで動作するように、コントローラユニット４１８などの処理装置によって構成され得る。いくつかの他の実施形態では、動作温度（例えば、温度センサ４２４を使用して決定される）が温度閾値よりも高い場合、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、又は４００Ｃのうちの１つ以上は、発熱を低下させるためにパルスモードで動作するように処理装置によって構成される。いくつかの追加の実施形態では、ＡＣ電流を含む一次電流の周波数が、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、又は４００Ｃのうちの１つ以上によって閾値よりも高いと決定された場合、電流センサ装置４００Ａ、４００Ｂ、又は４００Ｃのうちの１つ以上は、連続モードで動作するように処理装置によって構成され、それによって、一次電流の正確な決定を保証するために十分なサンプリングレートを提供する。

【0040】

ここで図５を参照すると、これは、本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電流センサを制御するための例示的な方法を例示する例示的なフロー図である。フローチャートの各ブロック、及びフローチャートの中のブロックの組み合わせは、ハードウェア、ファームウェア、回路、及び／又は１つ以上のコンピュータプログラム命令を含むソフトウェアの実行に関連付けられた他のデバイスなどの様々な手段によって実装され得ることに留意されたい。例えば、図５に記載のステップ／動作のうちの１つ以上は、コンピュータプログラム命令によって具現化され得、コンピュータプログラム命令は、本開示の一実施形態を採用する装置の非一時的メモリによって記憶され、装置（限定はされないが、コントローラユニット４１８など）内のプロセッサ構成要素によって実行され得る。例えば、これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読記憶メモリに記憶された命令が製品を作り出し、その実行がフローチャートブロックに指定された機能を実装するように、特定の方法で機能するようにプロセッサ構成要素に指示し得る。

【0041】

図５では、例示的な方法５００は、（例えば、本明細書に図示され説明されるように）電流センサに関連付けられたコンピューティング装置によって実行され得る。ステップ５０２において、電流センサに関連付けられた動作条件データが受信される。いくつかの実施形態においては、動作条件データは、温度データ、電流測定値、又は電流周波数値を含む。温度データは、（例えば、二次電流を決定して、二次電流に基づいて一次電流を導出／決定するために）電圧読み取り値が取得されるサンプリング抵抗器など、電流センサ内の１つ以上の構成要素の温度に関連付けられ得る。電流測定値は、決定された二次電流又は導出／決定された一次電流に関連付けられ得る。電流周波数値は、導出／決定されるＡＣ電流を含む一次電流の周波数（例えば、電流が１秒当たりに方向を変えるレート）に関連付けられ得る。

【0042】

いくつかの実施形態では、ステップ５０２に続いて、例示的な方法は、ステップ５０４に進み、ここで、動作条件データは、１つ以上の閾値を超えたか否かを決定又は検出するために分析される。いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上の閾値は、一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰ、温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐ、又は一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを含み得る。

【0043】

いくつかの実施形態では、ステップ５０４に続いて、閾値を超えていない場合、動作条件データは、ステップ５０２及びステップ５０４を介して、１つ以上の閾値を超えることに関して、受信及び監視され続け得る。

【0044】

いくつかの実施形態では、ステップ５０４に続いて、１つ以上の閾値を超えている場合、例示的な方法は、ステップ５０６に進み、ここで、１つ以上の超過閾値に基づいて、動作モードが決定される。例えば、電流センサによって決定された一次電流が一次電流閾値（例えば、６００Ａ）よりも高い場合、電流センサは、電力消費を低下させるためにパルスモードに入るように構成され得る。別の例では、電流センサ（又はその構成要素）の温度が温度閾値（例えば、１５８Ｆ又は７０℃）よりも高い場合、電流センサは、発熱を低下させるためにパルスモードに入るように構成され得る。更に別の例では、一次電流周波数（例えば、ＡＣ電流を含む一次電流の周波数）が周波数閾値（例えば、４００Ｈｚ）よりも高い場合、電流センサは、検知精度を提供するために一次電流周波数で動作する一次電流を捕捉することができる連続モードに入るように構成され得る。

【0045】

いくつかの実施形態では、動作モードを決定することは、最適化目標を決定することを更に含む。複数の閾値を超えた場合に、最適化目標が決定され得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の超過閾値は、電流センサがどの動作モードで動作するべきかを決定する際に優先され得る。例えば、電流センサは、電力消費及び電流センサ温度を低減するためにパルスモードで構成され得るが、測定精度は、電力消費及び／又は電流センサ温度よりも優先され得る。すなわち、電流センサは、電力消費及び／又は電流センサの温度閾値を超えているにも関わらず、周波数閾値を超えている一次電流周波数に基づいて、連続モードで構成され得る。

【0046】

いくつかの他の実施形態では、１つ以上の閾値は、１つ以上の安全閾値を更に備える。安全閾値は、非安全閾値よりも優先される閾値を含み得る。例えば、一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰ、温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐ、又は一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑは、非安全閾値を含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、安全閾値は、一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑよりも優先する安全温度閾値又は過電流閾値を含む。したがって、安全温度閾値又は過電流閾値を超える場合には、電流センサは、パルスモード、又は電流センサのスイッチ状態が開位置に構成されるモードで構成され得る。

【0047】

図６は、本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電力消費を最適化するための例示的なタイミング図を表す。電力消費を最適化することは、決定された一次電流及び一次電流周波数を監視することを含み得る。電力消費を最適化することは、決定された一次電流及び／又は一次電流周波数が、それぞれ、一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰ及び／又は一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えるか超えないかに基づいて、パルスモード又は連続モードのいずれかで動作するように電流センサを構成することを更に含み得る。

【0048】

図６に示すように、電流センサは、（ｉ）決定された一次電流が一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えないこと、及び（ｉｉ）一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えないことに基づいて（例えば、Ｔ_０の前、Ｔ_１～Ｔ_２、及びＴ_５の後）、連続モードに構成される。決定された一次電流のみが一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えた場合、電流センサは、電力消費を低減するためにパルスモード（例えば、Ｔ_０～Ｔ_１、Ｔ_２～Ｔ_３、及びＴ_４～Ｔ_５）で動作するように構成され得る。一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えると、電流センサは、電流センサが一次電流周波数（例えば、Ｔ_３～Ｔ_４）において動作する一次電流を捕捉することができるように、（例えば、決定された一次電流が一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えるか超えないかに関わらず）連続モードで動作するように構成され得る。

【0049】

図７は、本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電流センサ温度を最適化するための例示的なタイミング図を示す。電流センサ温度を最適化することは、電流センサ温度及び一次電流周波数を監視することを含み得る。電流センサ温度を最適化することは、電流センサ温度及び／又は一次電流周波数が、それぞれ、温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐ及び／又は一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えるか超えないかに基づいて、パルスモード又は連続モードのいずれかで動作するように電流センサを構成することを更に含み得る。

【0050】

図７に示すように、電流センサは、（ｉ）電流センサ温度が温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐを超えないこと、及び（ｉｉ）一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えないことに基づいて（例えば、Ｔ_０の前、Ｔ_１～_２，、及びＴ_５の後）、連続モードに構成され得る。電流センサ温度のみが温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐよりも高い場合、電流センサは、発熱を低下させるためにパルスモード（例えば、Ｔ_０～Ｔ_１、Ｔ_２～Ｔ_３、及びＴ_４～Ｔ_５）で動作するように構成され得る。一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えると、電流センサは、電流センサが一次電流周波数（例えば、Ｔ_３～Ｔ_４）において動作する一次電流を捕捉することができるように、（例えば、電流センサ温度が温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐを超えるか超えないかに関わらず）連続モードで動作するように構成され得る。

【0051】

図８は、本開示のいくつかの例示的な実施形態による、電力消費及び電流センサ温度の両方を最適化するための例示的なタイミング図を示す。電力消費及び電流センサ温度を同時に最適化することは、決定された一次電流、電流センサ温度、及び一次電流周波数を監視することを含み得る。電力消費及び電流センサ温度の両方を最適化することは、決定された一次電流、電流センサ温度、及び／又は一次電流周波数のうちの１つ以上が、それぞれ、一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰ、温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐ、及び／又は一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えるか超えないかに基づいて、パルスモード又は連続モードのいずれかで動作するように電流センサを構成することを更に含み得る。

【0052】

図８に示すように、電流センサは、（ｉ）決定された一次電流が一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えないこと、（ｉｉ）電流センサ温度が温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐを超えないこと、及び（ｉｉｉ）一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えないことに基づいて（例えば、Ｔ０の前、Ｔ１～Ｔ２、Ｔ３～Ｔ４、及びＴ７の後）、連続モードに構成される。電流センサは、（ｉ）決定された一次電流が一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えるか、又は（ｉｉ）電流センサ温度が温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐを超えるかのうちの１つ以上に基づいて、パルスモードに構成される。一次電流周波数が一次電流周波数閾値ＴＨ＿ｆｒｅｑを超えると、電流センサは、電流センサが一次電流周波数（例えば、Ｔ_５～Ｔ_６）において動作する一次電流を捕捉することができるように、（例えば、決定された一次電流が一次電流閾値ＴＨ＿ＩＰを超えるか超えないか、又は電流センサ温度が温度閾値ＴＨ＿ｔｅｍｐを超えるか超えないかに関わらず）連続モードで動作するように構成され得る。

【0053】

図５に戻ると、いくつかの実施形態では、ステップ５０６に続いて、例示的な方法は、ステップ５０８に進み、ここで、決定された動作モードに基づいて制御信号タイプが決定される。本開示の様々な実施形態によれば、制御信号タイプは、連続モード制御信号又はパルスモード制御信号のいずれかであると決定され得る。例えば、連続モード制御信号は、連続モードに対して決定され得るし、パルスモード制御信号は、パルスモードに対して決定され得る。

【0054】

いくつかの実施形態では、ステップ５０８に続いて、決定された制御信号タイプが連続モード制御信号である場合、例示的な方法は、ステップ５１０に進み、ここで、連続モード制御信号が生成される。いくつかの実施形態では、連続モード制御信号は、所与の期間にわたって定常の「閉」値を含む。生成された連続モード制御信号は、スイッチによって受信され、連続的に動作して一次電流を決定するための読み取り値を持続的に取得する電流センサの動作を制御するのに用いられ得る。いくつかの実施形態では、ステップ５１０に続いて、例示的な方法はステップ５０２に進む。

【0055】

いくつかの実施形態では、ステップ５０８に続いて、決定された制御信号タイプがパルスモード制御信号である場合、例示的な方法は、ステップ５１２に進み、ここで、パルスモード制御信号が生成される。いくつかの実施形態では、パルスモード制御信号は、所与の期間にわたって、交互の「閉」値及び「開」値を含む。生成されたパルスモード制御信号は、スイッチによって受信され、周期的時間間隔で動作して周期的時間間隔の間に一次電流を決定するための読み取り値を取得する電流センサの動作を制御するのに用いられ得る。いくつかの実施形態では、パルスモード制御信号に関連付けられた位相及び／又はデューティサイクルは、所要の最適化目標（例えば、電力消費の低下、発熱の低下、又はその両方）及び所要の検知精度も実現するように調整され得る。いくつかの実施形態では、ステップ５１２に続いて、例示的な方法はステップ５０２に進む。

【0056】

本開示は、開示される特定の実施形態に限定されるものではないこと、並びに修正及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。特定の用語が本明細書で用いられているが、特に記載のない限り、これらは一般的かつ記述的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】