JPH085672A - 電圧比例引き写し装置 - Google Patents
電圧比例引き写し装置Info
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- JPH085672A JPH085672A JP7097524A JP9752495A JPH085672A JP H085672 A JPH085672 A JP H085672A JP 7097524 A JP7097524 A JP 7097524A JP 9752495 A JP9752495 A JP 9752495A JP H085672 A JPH085672 A JP H085672A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
- G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 より広い帯域で動作でき、より簡単な構成で
装置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し装
置を提供する。 【構成】 本発明の電圧比例引き写し装置は、入力電圧
に応答しこの入力電圧に比例する磁界を発生する入力側
電磁石と、前記入力側電磁石の磁界中に配置された第１
の磁気抵抗効果感知素子とを包含する。本装置は更に、
調節可能な出力電圧源と、前記出力電圧に応答しその出
力電圧に比例する磁界を発生する出力側電磁石と、前記
出力側電磁石の磁界中に配置された第２の磁気抵抗効果
感知素子と、前記調節可能な出力電圧源を制御するため
の制御回路とを包含する。上記制御回路によって前記第
１磁気抵抗効果感知素子と第２磁気抵抗効果感知素子の
抵抗同士の間に一定の比率が維持され、その結果前記入
力電圧及び出力電圧間に一定の比率が維持される。
装置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し装
置を提供する。 【構成】 本発明の電圧比例引き写し装置は、入力電圧
に応答しこの入力電圧に比例する磁界を発生する入力側
電磁石と、前記入力側電磁石の磁界中に配置された第１
の磁気抵抗効果感知素子とを包含する。本装置は更に、
調節可能な出力電圧源と、前記出力電圧に応答しその出
力電圧に比例する磁界を発生する出力側電磁石と、前記
出力側電磁石の磁界中に配置された第２の磁気抵抗効果
感知素子と、前記調節可能な出力電圧源を制御するため
の制御回路とを包含する。上記制御回路によって前記第
１磁気抵抗効果感知素子と第２磁気抵抗効果感知素子の
抵抗同士の間に一定の比率が維持され、その結果前記入
力電圧及び出力電圧間に一定の比率が維持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁を維持しながら変
動電圧を比例的に引き写すことができる電圧比例引き写
し装置に関し、特に、磁気抵抗効果感知素子を使用する
電圧比例引き写し装置に関する。
動電圧を比例的に引き写すことができる電圧比例引き写
し装置に関し、特に、磁気抵抗効果感知素子を使用する
電圧比例引き写し装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力変換器の閉ループ調整においてフィ
ードバック制御を行なうために、ＤＣ情報及びＡＣ情報
を高電圧側と低電圧側とを分離する境界を越えて伝達
し、その入力電圧が変動してもその出力電圧が一定に維
持されるようにしなければならない。電圧引き写し装置
は出力電圧情報をコンバータのような制御素子へ伝達す
るために必要である。通常、この出力電圧情報は発光ダ
イオード（ＬＥＤ）からの赤外線を媒介してＤＣ電流波
形及びＡＣ電流波形の複写を行なうフォト・カプラによ
って供される。この赤外線は上記出力電圧のフィードバ
ック制御を行なうフォト・トランジスタへ送出される。
上記ＬＥＤ及びフォト・トランジスタは透明媒体によっ
て光学的に結合される。
ードバック制御を行なうために、ＤＣ情報及びＡＣ情報
を高電圧側と低電圧側とを分離する境界を越えて伝達
し、その入力電圧が変動してもその出力電圧が一定に維
持されるようにしなければならない。電圧引き写し装置
は出力電圧情報をコンバータのような制御素子へ伝達す
るために必要である。通常、この出力電圧情報は発光ダ
イオード（ＬＥＤ）からの赤外線を媒介してＤＣ電流波
形及びＡＣ電流波形の複写を行なうフォト・カプラによ
って供される。この赤外線は上記出力電圧のフィードバ
ック制御を行なうフォト・トランジスタへ送出される。
上記ＬＥＤ及びフォト・トランジスタは透明媒体によっ
て光学的に結合される。
【０００３】しかし、従来のフォト・カプラはその有用
性及び信頼性を制約する幾つかの欠点を有する。それら
従来のフォト・カプラは比較的低い帯域、代表的には約
４０ＫＨzよりも低い帯域でのみ有用である。高温度環
境で低い信頼性を持つそれら従来のフォト・カプラはよ
り大きなバイアス電流を要し、その結果上記透明媒体の
劣化が起きる。装置毎に好ましくない特性むら及び動作
むらが有ることもまた問題である。
性及び信頼性を制約する幾つかの欠点を有する。それら
従来のフォト・カプラは比較的低い帯域、代表的には約
４０ＫＨzよりも低い帯域でのみ有用である。高温度環
境で低い信頼性を持つそれら従来のフォト・カプラはよ
り大きなバイアス電流を要し、その結果上記透明媒体の
劣化が起きる。装置毎に好ましくない特性むら及び動作
むらが有ることもまた問題である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、よ
り広い帯域で動作することができ、且つより簡単な構成
で装置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し
装置を提供することを目的とする。
り広い帯域で動作することができ、且つより簡単な構成
で装置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電圧比
例引き写し装置は、入力電圧に応答しこの入力電圧に比
例する磁界を発生する入力側電磁石と、前記入力側電磁
石の磁界中に配置された第１の磁気抵抗効果感知素子と
を包含する。本装置は更に、調節可能な出力電圧源と、
前記出力電圧に応答しその出力電圧に比例する磁界を発
生する出力側電磁石と、前記出力側電磁石の磁界中に配
置された第２の磁気抵抗効果感知素子と、前記調節可能
な出力電圧源を制御するための制御回路とを包含する。
例引き写し装置は、入力電圧に応答しこの入力電圧に比
例する磁界を発生する入力側電磁石と、前記入力側電磁
石の磁界中に配置された第１の磁気抵抗効果感知素子と
を包含する。本装置は更に、調節可能な出力電圧源と、
前記出力電圧に応答しその出力電圧に比例する磁界を発
生する出力側電磁石と、前記出力側電磁石の磁界中に配
置された第２の磁気抵抗効果感知素子と、前記調節可能
な出力電圧源を制御するための制御回路とを包含する。
【０００６】
【作用】上記制御回路によって前記第１磁気抵抗効果感
知素子と第２磁気抵抗効果感知素子の抵抗同士の間に一
定の比率が維持され、その結果前記入力電圧及び出力電
圧間に一定の比率が維持される。
知素子と第２磁気抵抗効果感知素子の抵抗同士の間に一
定の比率が維持され、その結果前記入力電圧及び出力電
圧間に一定の比率が維持される。
【０００７】
【実施例】先ず、磁気抵抗効果及び磁気抵抗効果材料に
ついての簡単な説明が本発明を理解するのに有益であ
る。或る材料の「磁気抵抗効果（Magnetoresistance；
ＭＲ）」は、或る印加磁界Ｈ中のその材料の抵抗Ｒ
（Ｈ）から印加磁界が無いときの抵抗Ｒoを差し引いた
抵抗差である。即ち、磁気抵抗効果ＭＲは、ＭＲ ＝ Ｒ
（Ｈ） − Ｒoで表わされる。この抵抗差ＭＲは、代表
的にはＲ（Ｈ）で除算することによって正規化され、次
式、即ち ＭＲ比 ＝ （Ｒ（Ｈ） − Ｒo）／Ｒ（Ｈ） のように、ＭＲ百分率として表わされる。
ついての簡単な説明が本発明を理解するのに有益であ
る。或る材料の「磁気抵抗効果（Magnetoresistance；
ＭＲ）」は、或る印加磁界Ｈ中のその材料の抵抗Ｒ
（Ｈ）から印加磁界が無いときの抵抗Ｒoを差し引いた
抵抗差である。即ち、磁気抵抗効果ＭＲは、ＭＲ ＝ Ｒ
（Ｈ） − Ｒoで表わされる。この抵抗差ＭＲは、代表
的にはＲ（Ｈ）で除算することによって正規化され、次
式、即ち ＭＲ比 ＝ （Ｒ（Ｈ） − Ｒo）／Ｒ（Ｈ） のように、ＭＲ百分率として表わされる。
【０００８】従来の磁性材料（例えば、パーマロイ）
は、代表的には数％の正の値のＭＲ比を有する。最近、
比較的に大きな値のＭＲ比がメタル多層構造、例えばＦ
e／Ｃr或いはＣu／Ｃoで観測されている。これについて
は、例えば、P.M.Levy, Science, Vol.256, p.972 (199
2)、E.F.Fullerton, Applied Physics Letters, Vol.6
3, p.1699 (1993)及びT.L.Hylton,Science, Vol.265,
p.1021 (1993)を参照のこと。更に最近、より高いＭＲ
比が本願の発明者であるジン（Jin）及びその同僚らに
よってマンガン酸ランタンの酸化薄膜で観測された。こ
れについては、S.Jinらにより１９９３年１１月１８日
に出願された"Article Comprising Magnetoresistive M
aterial"なる標題の米国特許出願第08/154766号、１９
９３年１２月３０日に出願された"Magnetoresistive Cu
rrent Sensor Having High Sensitivity"なる標題の米
国特許出願第08/176366号、及び１９９４年１月２６日
に出願された"Article Comprising Improved Magnetore
sistive Material"なる標題の米国特許出願第08/187668
号を参照のこと。これら磁気抵抗効果薄膜は金属ＭＲ材
料より比較的に高い電気抵抗と相俟って極めて大きな磁
気抵抗効果を持ち、その結果、出力電圧信号ΔＶが大き
い有益な特性を示す。
は、代表的には数％の正の値のＭＲ比を有する。最近、
比較的に大きな値のＭＲ比がメタル多層構造、例えばＦ
e／Ｃr或いはＣu／Ｃoで観測されている。これについて
は、例えば、P.M.Levy, Science, Vol.256, p.972 (199
2)、E.F.Fullerton, Applied Physics Letters, Vol.6
3, p.1699 (1993)及びT.L.Hylton,Science, Vol.265,
p.1021 (1993)を参照のこと。更に最近、より高いＭＲ
比が本願の発明者であるジン（Jin）及びその同僚らに
よってマンガン酸ランタンの酸化薄膜で観測された。こ
れについては、S.Jinらにより１９９３年１１月１８日
に出願された"Article Comprising Magnetoresistive M
aterial"なる標題の米国特許出願第08/154766号、１９
９３年１２月３０日に出願された"Magnetoresistive Cu
rrent Sensor Having High Sensitivity"なる標題の米
国特許出願第08/176366号、及び１９９４年１月２６日
に出願された"Article Comprising Improved Magnetore
sistive Material"なる標題の米国特許出願第08/187668
号を参照のこと。これら磁気抵抗効果薄膜は金属ＭＲ材
料より比較的に高い電気抵抗と相俟って極めて大きな磁
気抵抗効果を持ち、その結果、出力電圧信号ΔＶが大き
い有益な特性を示す。
【０００９】ここで、電圧引き写し装置でのその様な材
料の使用について図１を参照して説明する。図１は、入
力電圧Ｖinに応答してその入力電圧Ｖinに比例する磁界
を発生する入力側電磁石１０、及び出力電圧Ｖoutに応
答する出力側電磁石１１を包含する電圧引き写し装置９
を模式的に示す図である。入力側磁気抵抗効果感知素子
１２が上記入力側電磁石１０によって発生された磁界を
感知するように入力側電磁石１０のギャップに隣接して
配置され、且つ、出力側磁気抵抗効果感知素子１３が出
力側電磁石１１のギャップに隣接して配置されている。
上記出力電圧Ｖoutは入力側磁気抵抗効果感知素子１２
及び出力側磁気抵抗効果感知素子１３の抵抗同士の間に
一定比率（この比率には等比が含まれる）を維持するよ
うに制御される。この制御は、入力側磁気抵抗効果感知
素子１２及び出力側磁気抵抗効果感知素子１３をブリッ
ジ回路１４の別々の辺に配置するように形成され、それ
ら入力側磁気抵抗効果感知素子１２及び出力側磁気抵抗
効果感知素子１３の各端子間電圧降下を、トランジスタ
１６及び出力抵抗器１７を介して電源電圧Ｖccを制御す
る差動増幅器１５の入力端子間に印加する制御回路によ
って達成するのが好適である。この構成により、入力電
圧Ｖinが増加することによって入力側電磁石１０中の磁
界の増加が引き起こされ、次にその磁界の増加により入
力側磁気抵抗効果感知素子１２の抵抗が増加し、その入
力側磁気抵抗効果感知素子１２の端子間電圧降下が増加
する。この電圧降下は差動増幅器１５を、この差動増幅
器１５によって出力側磁気抵抗効果感知素子１３の抵抗
が入力側磁気抵抗効果感知素子１２の抵抗と等しくなる
まで出力電流及び出力電圧が増加するように駆動する。
このようにして、出力電圧Ｖoutが入力電圧Ｖinに比例
するようになる。もし、上記電磁石１０及び１１同士、
感知素子１２及び１３同士、及びブリッジ抵抗器Ｚ1同
士が整合している場合には出力電圧Ｖoutが入力電圧Ｖi
nと等しくなる。入力側磁気抵抗効果感知素子１２及び
出力側磁気抵抗効果感知素子１３はそれぞれの電磁石１
０及び１１と熱的に結合される利点が有る。
料の使用について図１を参照して説明する。図１は、入
力電圧Ｖinに応答してその入力電圧Ｖinに比例する磁界
を発生する入力側電磁石１０、及び出力電圧Ｖoutに応
答する出力側電磁石１１を包含する電圧引き写し装置９
を模式的に示す図である。入力側磁気抵抗効果感知素子
１２が上記入力側電磁石１０によって発生された磁界を
感知するように入力側電磁石１０のギャップに隣接して
配置され、且つ、出力側磁気抵抗効果感知素子１３が出
力側電磁石１１のギャップに隣接して配置されている。
上記出力電圧Ｖoutは入力側磁気抵抗効果感知素子１２
及び出力側磁気抵抗効果感知素子１３の抵抗同士の間に
一定比率（この比率には等比が含まれる）を維持するよ
うに制御される。この制御は、入力側磁気抵抗効果感知
素子１２及び出力側磁気抵抗効果感知素子１３をブリッ
ジ回路１４の別々の辺に配置するように形成され、それ
ら入力側磁気抵抗効果感知素子１２及び出力側磁気抵抗
効果感知素子１３の各端子間電圧降下を、トランジスタ
１６及び出力抵抗器１７を介して電源電圧Ｖccを制御す
る差動増幅器１５の入力端子間に印加する制御回路によ
って達成するのが好適である。この構成により、入力電
圧Ｖinが増加することによって入力側電磁石１０中の磁
界の増加が引き起こされ、次にその磁界の増加により入
力側磁気抵抗効果感知素子１２の抵抗が増加し、その入
力側磁気抵抗効果感知素子１２の端子間電圧降下が増加
する。この電圧降下は差動増幅器１５を、この差動増幅
器１５によって出力側磁気抵抗効果感知素子１３の抵抗
が入力側磁気抵抗効果感知素子１２の抵抗と等しくなる
まで出力電流及び出力電圧が増加するように駆動する。
このようにして、出力電圧Ｖoutが入力電圧Ｖinに比例
するようになる。もし、上記電磁石１０及び１１同士、
感知素子１２及び１３同士、及びブリッジ抵抗器Ｚ1同
士が整合している場合には出力電圧Ｖoutが入力電圧Ｖi
nと等しくなる。入力側磁気抵抗効果感知素子１２及び
出力側磁気抵抗効果感知素子１３はそれぞれの電磁石１
０及び１１と熱的に結合される利点が有る。
【００１０】上記入力電圧Ｖinは、ＡＣ電圧、ＤＣ電
圧、或いはＤＣ電圧に重畳されたＡＣ電圧であることが
できる。本装置では、特に入力電圧が１０ＫＨｚよりも
高い周波数のＡＣ成分を包含する場合に有益であり、且
つ、本装置が従来のフォト・カプラを超える５０ＫＨｚ
よりも高い周波数で動作する利点がある。
圧、或いはＤＣ電圧に重畳されたＡＣ電圧であることが
できる。本装置では、特に入力電圧が１０ＫＨｚよりも
高い周波数のＡＣ成分を包含する場合に有益であり、且
つ、本装置が従来のフォト・カプラを超える５０ＫＨｚ
よりも高い周波数で動作する利点がある。
【００１１】図２は、電磁石（１０或いは１１）と関連
して磁気抵抗効果感知素子（１２或いは１３）を設置す
るための好適な構成を示す。２個の軟磁性体Ｍn-Ｚnフ
ェライトＥ形コア２１及び２２は磁気閉ループを形成
し、その一端に巻き線２３が巻回転されている。代表的
なダブル・コア組立体の全体寸法は、１．５インチ
（幅）×１インチ（高さ）×１／４インチ（厚さ）であ
る。
して磁気抵抗効果感知素子（１２或いは１３）を設置す
るための好適な構成を示す。２個の軟磁性体Ｍn-Ｚnフ
ェライトＥ形コア２１及び２２は磁気閉ループを形成
し、その一端に巻き線２３が巻回転されている。代表的
なダブル・コア組立体の全体寸法は、１．５インチ
（幅）×１インチ（高さ）×１／４インチ（厚さ）であ
る。
【００１２】小型の感知素子、例えば入力側磁気抵抗効
果感知素子１２は上記フェライト・コアの一端に巻回さ
れている巻き線２３の内側に装着されている。入力側磁
気抵抗効果感知素子１２は３ｍｍ×４ｍｍ×１０００Å
の寸法を持つＬa0.55Ｃa0.25Ｓr0.08ＭnＯn磁気抵抗効
果材料薄膜を１ｍｍの厚みを持つＬaＡlＯ3基盤上に包
含することができることが好ましい。この薄膜は、１０
０ｍＴｏｒｒ不完全酸素雰囲気中でパルス・レーザ成長
法により処理し、且つ３ｍＴｏｒｒ酸素雰囲気の環境中
で３時間に亘り９５０℃での熱処理を行なうことができ
る利点が有る。このような薄膜は、５００エルステッド
の磁界において１．２％の室温での磁気抵抗効果率を示
した。
果感知素子１２は上記フェライト・コアの一端に巻回さ
れている巻き線２３の内側に装着されている。入力側磁
気抵抗効果感知素子１２は３ｍｍ×４ｍｍ×１０００Å
の寸法を持つＬa0.55Ｃa0.25Ｓr0.08ＭnＯn磁気抵抗効
果材料薄膜を１ｍｍの厚みを持つＬaＡlＯ3基盤上に包
含することができることが好ましい。この薄膜は、１０
０ｍＴｏｒｒ不完全酸素雰囲気中でパルス・レーザ成長
法により処理し、且つ３ｍＴｏｒｒ酸素雰囲気の環境中
で３時間に亘り９５０℃での熱処理を行なうことができ
る利点が有る。このような薄膜は、５００エルステッド
の磁界において１．２％の室温での磁気抵抗効果率を示
した。
【００１３】上記入力側磁気抵抗効果感知素子１２は四
端子素子或いは二端子素子の何れかとして動作すること
ができる。四端子モードでは、２本のリード線（図示せ
ず）が定電流を供給するために使用され、別の２本のリ
ード線（図示せず）が入力側磁気抵抗効果感知素子１２
からの電圧信号を測定するために使用される。二端子モ
ードでは、単に２本のリード線が入力側磁気抵抗効果感
知素子１２からの電圧信号を測定するために使用され
る。入力側磁気抵抗効果感知素子１２は巻き線２３へ印
加された電圧によって誘起される磁界の変化に応答す
る。入力側磁気抵抗効果感知素子１２内で電磁的に誘起
された電圧が、磁気抵抗効果効果によって誘起された電
圧と重畳されて総合電圧信号が得られる。上記二端子素
子は半回巻き二次コイルとして見ることができる。二端
子素子により生成される信号は一般的には四端子素子よ
りも小さいが、二端子素子は構成が簡単でありその感知
素子への電源供給を必要としない利点が有る。
端子素子或いは二端子素子の何れかとして動作すること
ができる。四端子モードでは、２本のリード線（図示せ
ず）が定電流を供給するために使用され、別の２本のリ
ード線（図示せず）が入力側磁気抵抗効果感知素子１２
からの電圧信号を測定するために使用される。二端子モ
ードでは、単に２本のリード線が入力側磁気抵抗効果感
知素子１２からの電圧信号を測定するために使用され
る。入力側磁気抵抗効果感知素子１２は巻き線２３へ印
加された電圧によって誘起される磁界の変化に応答す
る。入力側磁気抵抗効果感知素子１２内で電磁的に誘起
された電圧が、磁気抵抗効果効果によって誘起された電
圧と重畳されて総合電圧信号が得られる。上記二端子素
子は半回巻き二次コイルとして見ることができる。二端
子素子により生成される信号は一般的には四端子素子よ
りも小さいが、二端子素子は構成が簡単でありその感知
素子への電源供給を必要としない利点が有る。
【００１４】作用に関しては、一次側の巻き線に入力電
圧を与えて、その感知素子中の電圧信号（二次側電圧）
の測定を行なった。図３は、８００ＫＨｚの周波数の一
次側（即ち、入力）電圧の関数として二端子感知素子の
ＡＣ電圧信号をプロットしたグラフである。この感知素
子の電圧信号はかなりな大きさがある。そのうえ、この
電圧信号は入力電圧の増加とともに直線的に増加し、セ
ンサーとして好ましい。
圧を与えて、その感知素子中の電圧信号（二次側電圧）
の測定を行なった。図３は、８００ＫＨｚの周波数の一
次側（即ち、入力）電圧の関数として二端子感知素子の
ＡＣ電圧信号をプロットしたグラフである。この感知素
子の電圧信号はかなりな大きさがある。そのうえ、この
電圧信号は入力電圧の増加とともに直線的に増加し、セ
ンサーとして好ましい。
【００１５】図４は、そのグラフ１にＶ（センサ）／Ｖ
（入力）の比率として表わされる二次側トランスフォー
マの利得の周波数応答を示す。１００ＫＨｚから１ＭＨ
ｚの周波数範囲ではこのトランスフォーマ利得は周波数
の上昇とともに実質的に直線的に増加する。図４にはま
た、比較のため、上記感知素子と同じ電気抵抗（６８０
Ω）を持つ抵抗体によって得られる利得をプロットした
グラフ２が示されている。この図４から分かるように、
感知素子から得られる信号は抵抗体のそれよりも相当に
高い利得を有している。
（入力）の比率として表わされる二次側トランスフォー
マの利得の周波数応答を示す。１００ＫＨｚから１ＭＨ
ｚの周波数範囲ではこのトランスフォーマ利得は周波数
の上昇とともに実質的に直線的に増加する。図４にはま
た、比較のため、上記感知素子と同じ電気抵抗（６８０
Ω）を持つ抵抗体によって得られる利得をプロットした
グラフ２が示されている。この図４から分かるように、
感知素子から得られる信号は抵抗体のそれよりも相当に
高い利得を有している。
【００１６】図５は、図２の如く一次巻き線中に配置さ
れた四端子感知素子から得られるＤＣ電圧信号を示す。
但し、ＭＲセンサへ漏洩磁束を印加するため、突き合わ
せた２個のＥ形コアの間に０．００５インチの幅の微小
ギャップを設けた。更にまた、磁界を更に増強するた
め、Ｍn-Ｚnフェライトの小片（２ｍｍ×３ｍｍ×３ｍ
ｍ）を３ｍｍの幅を持つ上記感知素子の両側に配置し
た。４ｍＡの僅かな大きさのＤＣ定電流を上記感知素子
へ供給した。その結果、図５から分かるように、そのＭ
Ｒセンサから得られるＤＣ電圧信号は一次巻き線中の入
力電圧に対して直線的な応答を示している。
れた四端子感知素子から得られるＤＣ電圧信号を示す。
但し、ＭＲセンサへ漏洩磁束を印加するため、突き合わ
せた２個のＥ形コアの間に０．００５インチの幅の微小
ギャップを設けた。更にまた、磁界を更に増強するた
め、Ｍn-Ｚnフェライトの小片（２ｍｍ×３ｍｍ×３ｍ
ｍ）を３ｍｍの幅を持つ上記感知素子の両側に配置し
た。４ｍＡの僅かな大きさのＤＣ定電流を上記感知素子
へ供給した。その結果、図５から分かるように、そのＭ
Ｒセンサから得られるＤＣ電圧信号は一次巻き線中の入
力電圧に対して直線的な応答を示している。
【００１７】上記磁気抵抗効果感知素子のＡＣ電圧感知
特性を二端子モード感知素子で１０ＫＨｚから１００Ｍ
Ｈｚまでの広い範囲の周波数で調査し、同等な測定条件
の下で他の２つの知名度の高い軟強磁性体薄膜、即ち、
パーマロイ（７９Ｎi-４Ｍo-１７Ｆe）及びＭn-Ｚnフェ
ライトとの比較を行なった。上記パーマロイは２０００
Åの厚み及び３ｍｍ×３．４ｍｍの面を持つ大きさに
し、溶融石英基盤上に成長させた。その電気抵抗は３．
６Ωであった。上記Ｍn-Ｚnフェライトは２５００Åの
厚み及び２．５ｍｍ×５ｍｍの面を持つ大きさにし、イ
ットリア・安定化ジリコニア基盤上に成長させた。その
電気抵抗は３９６ＫΩであった。それら感知素子には電
流を使用しなかった。そのテスト・チャネルの入力イン
ピーダンスは、上記感知素子の入力インピーダンス（Ｒ
＝７６０Ω）よりも極めて高い１ＭΩであった。それら
３個の材料に関するセンサの信号を図６乃至図８に示
す。センサの電圧信号の利得、Ｖ（二次側）／Ｖ（一次
側）は、デシベル（ｄＢ）換算値（電圧比の２０×ｌｏ
ｇ10）で表わされている。図６乃至図８にはそれらセン
サの位相シフトもまた示されている。
特性を二端子モード感知素子で１０ＫＨｚから１００Ｍ
Ｈｚまでの広い範囲の周波数で調査し、同等な測定条件
の下で他の２つの知名度の高い軟強磁性体薄膜、即ち、
パーマロイ（７９Ｎi-４Ｍo-１７Ｆe）及びＭn-Ｚnフェ
ライトとの比較を行なった。上記パーマロイは２０００
Åの厚み及び３ｍｍ×３．４ｍｍの面を持つ大きさに
し、溶融石英基盤上に成長させた。その電気抵抗は３．
６Ωであった。上記Ｍn-Ｚnフェライトは２５００Åの
厚み及び２．５ｍｍ×５ｍｍの面を持つ大きさにし、イ
ットリア・安定化ジリコニア基盤上に成長させた。その
電気抵抗は３９６ＫΩであった。それら感知素子には電
流を使用しなかった。そのテスト・チャネルの入力イン
ピーダンスは、上記感知素子の入力インピーダンス（Ｒ
＝７６０Ω）よりも極めて高い１ＭΩであった。それら
３個の材料に関するセンサの信号を図６乃至図８に示
す。センサの電圧信号の利得、Ｖ（二次側）／Ｖ（一次
側）は、デシベル（ｄＢ）換算値（電圧比の２０×ｌｏ
ｇ10）で表わされている。図６乃至図８にはそれらセン
サの位相シフトもまた示されている。
【００１８】図６から明かな如く、Ｌa-Ｃa-Ｓr-Ｍn-Ｏ
薄膜の磁気抵抗効果感知素子は１０3Ｈｚから１０8Ｈｚ
の広範囲に亘り有効な信号（利得）を生じている。これ
は、電力変換器に対してだけでなく広帯域ＡＣ磁界セン
サに対しても好ましい特徴である。この利得は周波数の
上昇とともに増大している。この利得はかなり大きく、
特に１ＭＨｚ近辺或いはそれ以上で顕著である。このよ
うな高周波数レベルのＡＣ信号は現在のフォト・カプラ
では電圧引き写し及び電圧調整目的では取り扱うことが
できない。
薄膜の磁気抵抗効果感知素子は１０3Ｈｚから１０8Ｈｚ
の広範囲に亘り有効な信号（利得）を生じている。これ
は、電力変換器に対してだけでなく広帯域ＡＣ磁界セン
サに対しても好ましい特徴である。この利得は周波数の
上昇とともに増大している。この利得はかなり大きく、
特に１ＭＨｚ近辺或いはそれ以上で顕著である。このよ
うな高周波数レベルのＡＣ信号は現在のフォト・カプラ
では電圧引き写し及び電圧調整目的では取り扱うことが
できない。
【００１９】一方、上記パーマロイ薄膜は、図７に示さ
れるように上記周波数領域中で利得及び位相がジャンプ
する特性を示す。上記Ｍn-Ｚnフェライト薄膜は利得及
び位相の双方とも低周波数領域で相当大きなノイズを示
す。これらのＡＣ特性は電圧引き写し装置で使用するに
は好ましい特徴ではない。
れるように上記周波数領域中で利得及び位相がジャンプ
する特性を示す。上記Ｍn-Ｚnフェライト薄膜は利得及
び位相の双方とも低周波数領域で相当大きなノイズを示
す。これらのＡＣ特性は電圧引き写し装置で使用するに
は好ましい特徴ではない。
【００２０】上記磁気抵抗効果材料は５００エルステッ
ドの磁界で少なくとも０．１％、好ましくは少なくとも
０．５％の高ＭＲ比を持つ利点が有る。上記磁気抵抗効
果薄膜の好適な実施例はＡwＢxＣyＯzの形ちの化合物で
あり、Ａは一以上の希土類元素（Ｌa，Ｙ，Ｃe，Ｎd，
Ｓm，Ｅn，Ｔb，Ｄy,Ｈo，Ｅr，Ｔm，Ｙb及びＬu）から
選ばれた元素であり、Ｂは周期律表の一以上のＩＩa族
元素（Ｍg，Ｃa，Ｓr及びＢa）或いはＰbまたはＣdのよ
うな他の元素から選ばれた元素であり、ＣはＣr，Ｍn，
Ｆe及びＣoから選ばれた元素である。それらの比率は、
０．５ ≦ ｗ ≦０．９，０．１ ≦ ｘ ≦ ０．６，
０．７ ≦ ｙ ≦１．５及び２．５ ≦ ｚ≦３.５が有益
である。なお、好ましい比率は、０．５ ≦ ｗ ≦ ０．
８，０．１５ ≦ ｘ ≦ ０．５，０．８ ≦ ｙ ≦１．
２及び２．７ ≦ ｚ ≦３.３である。好適な化合物で
は、ＡがＬa、ＢがＣa，Ｓr，Ｂa，Ｐbまたはそれらの
組み合わせ、ＣがＭnである。
ドの磁界で少なくとも０．１％、好ましくは少なくとも
０．５％の高ＭＲ比を持つ利点が有る。上記磁気抵抗効
果薄膜の好適な実施例はＡwＢxＣyＯzの形ちの化合物で
あり、Ａは一以上の希土類元素（Ｌa，Ｙ，Ｃe，Ｎd，
Ｓm，Ｅn，Ｔb，Ｄy,Ｈo，Ｅr，Ｔm，Ｙb及びＬu）から
選ばれた元素であり、Ｂは周期律表の一以上のＩＩa族
元素（Ｍg，Ｃa，Ｓr及びＢa）或いはＰbまたはＣdのよ
うな他の元素から選ばれた元素であり、ＣはＣr，Ｍn，
Ｆe及びＣoから選ばれた元素である。それらの比率は、
０．５ ≦ ｗ ≦０．９，０．１ ≦ ｘ ≦ ０．６，
０．７ ≦ ｙ ≦１．５及び２．５ ≦ ｚ≦３.５が有益
である。なお、好ましい比率は、０．５ ≦ ｗ ≦ ０．
８，０．１５ ≦ ｘ ≦ ０．５，０．８ ≦ ｙ ≦１．
２及び２．７ ≦ ｚ ≦３.３である。好適な化合物で
は、ＡがＬa、ＢがＣa，Ｓr，Ｂa，Ｐbまたはそれらの
組み合わせ、ＣがＭnである。
【００２１】上記磁気抵抗効果感知材料は、レーザ・ア
ブレーション（laser ablation）、スパッタリング、蒸
着、ＭＢＥ（Morecular Beam Epitaxy；分子線ビーム・
エピタキシー）のような物理的成長法、無電解成長法、
電着或いは化学気相成長法のような化学成長法、或いは
プラズマ吹き付けまたはスクリーン印刷のような他の技
術によって処理されるエピタキシャルまたは非エピタキ
シャル薄膜の形ちであってもよい。充分に高い利得の信
号を得ることができる場合には、薄膜に代えて厚膜或い
はバルク材もまた使用することができる。
ブレーション（laser ablation）、スパッタリング、蒸
着、ＭＢＥ（Morecular Beam Epitaxy；分子線ビーム・
エピタキシー）のような物理的成長法、無電解成長法、
電着或いは化学気相成長法のような化学成長法、或いは
プラズマ吹き付けまたはスクリーン印刷のような他の技
術によって処理されるエピタキシャルまたは非エピタキ
シャル薄膜の形ちであってもよい。充分に高い利得の信
号を得ることができる場合には、薄膜に代えて厚膜或い
はバルク材もまた使用することができる。
【００２２】好適な磁気抵抗効果材料の作製方法は、共
に本明細書で参照に供されている米国特許出願第08/154
766号及び米国特許出願第08/187668号に記載されてい
る。好適な組成の層は以下のようにして作成することが
できる。即ち、１０００Åの厚みを持つ公称組成Ｌa
0.55Ｃa0.25Ｓr0.08ＭnＯxの層が（１００）ＬaＡlＯ基
盤上に同一の組成の１２ｍｍ径×５ｍｍ厚みのターゲッ
トを使用するパルス・レーザ・アブレーションによって
成長される。パルス・レーザ・アブレーションは、１０
０ｍＴｏｒｒの不完全酸素雰囲気中で６５０乃至７００
℃の温度の上記基盤を用いて実行される。この薄膜は続
いて３ｍＴｏｒｒ酸素雰囲気の環境中で３時間に亘り９
５０℃での熱処理される。ＳrＴiＯ3及びＭgＯのような
他の絶縁基盤を使用することも可能である。上記薄膜中
のＭＲ比をより高くするために、何らかのエピタキシー
或いは少なくとも何らかのｃ軸組織を持つことが好まし
い。ＡlＯ3またはＳiのような他の非格子整合基盤を、
好ましくはエピタキシー或いは電気絶縁目的で付加され
た適当な緩衝層と共に使用することも可能である。
に本明細書で参照に供されている米国特許出願第08/154
766号及び米国特許出願第08/187668号に記載されてい
る。好適な組成の層は以下のようにして作成することが
できる。即ち、１０００Åの厚みを持つ公称組成Ｌa
0.55Ｃa0.25Ｓr0.08ＭnＯxの層が（１００）ＬaＡlＯ基
盤上に同一の組成の１２ｍｍ径×５ｍｍ厚みのターゲッ
トを使用するパルス・レーザ・アブレーションによって
成長される。パルス・レーザ・アブレーションは、１０
０ｍＴｏｒｒの不完全酸素雰囲気中で６５０乃至７００
℃の温度の上記基盤を用いて実行される。この薄膜は続
いて３ｍＴｏｒｒ酸素雰囲気の環境中で３時間に亘り９
５０℃での熱処理される。ＳrＴiＯ3及びＭgＯのような
他の絶縁基盤を使用することも可能である。上記薄膜中
のＭＲ比をより高くするために、何らかのエピタキシー
或いは少なくとも何らかのｃ軸組織を持つことが好まし
い。ＡlＯ3またはＳiのような他の非格子整合基盤を、
好ましくはエピタキシー或いは電気絶縁目的で付加され
た適当な緩衝層と共に使用することも可能である。
【００２３】図９は可制御電力処理装置９２の出力から
制御装置９３へのフィードバック・ループ９１中に電圧
引き写し装置９を使用している電力変換装置９０の概略
ブロック・ダイヤグラムである。本質的に電力変換装置
９０は電圧引き写し装置９以外は通例のものであり、電
源９４から調整されていない高電圧入力電力を受けてそ
れを低電圧の調整された電力に変換し可制御電力処理装
置９２の出力端に出力する。分離境界線９５は電力変換
装置９０の高電圧側と低電圧側との間で維持される必要
がある物理的分離を表わしている。図１に記載されてい
る装置である電圧引き写し装置９は制御装置９３へ上記
出力に関する情報を付与し、その結果、制御装置９３が
入力が変動する状況の下でその出力を一定に維持するこ
とができる。
制御装置９３へのフィードバック・ループ９１中に電圧
引き写し装置９を使用している電力変換装置９０の概略
ブロック・ダイヤグラムである。本質的に電力変換装置
９０は電圧引き写し装置９以外は通例のものであり、電
源９４から調整されていない高電圧入力電力を受けてそ
れを低電圧の調整された電力に変換し可制御電力処理装
置９２の出力端に出力する。分離境界線９５は電力変換
装置９０の高電圧側と低電圧側との間で維持される必要
がある物理的分離を表わしている。図１に記載されてい
る装置である電圧引き写し装置９は制御装置９３へ上記
出力に関する情報を付与し、その結果、制御装置９３が
入力が変動する状況の下でその出力を一定に維持するこ
とができる。
【００２４】図１の電圧比例引き写し装置の一つの用途
は分離された電力変換器のフィードバック・ループ制御
回路中での使用であるが、この装置は、モータ駆動（速
度またはトルク）を制御するための回路、広帯域増幅
器、蛍光灯を制御するためのの電子安定器、及び自動車
の点火回路のような電子機器回路のような他の閉ループ
制御分野に使用することも可能である。
は分離された電力変換器のフィードバック・ループ制御
回路中での使用であるが、この装置は、モータ駆動（速
度またはトルク）を制御するための回路、広帯域増幅
器、蛍光灯を制御するためのの電子安定器、及び自動車
の点火回路のような電子機器回路のような他の閉ループ
制御分野に使用することも可能である。
【００２５】本発明は好適な磁気抵抗効果材料に関して
述べられているが、更に一般的には上記センサ材料は、
好ましくは高い電気抵抗（ρ＞０．２ｍΩ・ｃｍ及び好
ましくはρ＞１ｍΩ・ｃｍ）を持つ何らかの磁気抵抗効
果材料であることができる。そのような高い電気抵抗は
低入力電力で高い感知電圧出力を得るために有益であ
る。
述べられているが、更に一般的には上記センサ材料は、
好ましくは高い電気抵抗（ρ＞０．２ｍΩ・ｃｍ及び好
ましくはρ＞１ｍΩ・ｃｍ）を持つ何らかの磁気抵抗効
果材料であることができる。そのような高い電気抵抗は
低入力電力で高い感知電圧出力を得るために有益であ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、より広
い帯域で動作することができ、且つより簡単な構成で装
置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し装置
が得られる。
い帯域で動作することができ、且つより簡単な構成で装
置毎のむらを極少にする構成を有する電圧引き写し装置
が得られる。
【００２７】なお、特許請求の範囲に記載した参照符号
は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求
の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求
の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
【図１】入力電圧をそれとは分離された出力電圧に引き
写すための装置を模式的に示す図である。
写すための装置を模式的に示す図である。
【図２】磁気抵抗効果感知素子を入力電圧をそれとは分
離された出力電圧に引き写すための装置を模式的に示す
図である。
離された出力電圧に引き写すための装置を模式的に示す
図である。
【図３】８００ＫＨｚの一定周波数における巻き線中の
入力ＡＣ電圧対二端子磁気抵抗効果センサ中のＡＣ電圧
信号特性を示すグラフである。
入力ＡＣ電圧対二端子磁気抵抗効果センサ中のＡＣ電圧
信号特性を示すグラフである。
【図４】入力電圧の周波数対磁気抵抗効果センサからの
ＡＣ電圧信号（入力電圧の一部として表わされている）
特性を示すグラフである。
ＡＣ電圧信号（入力電圧の一部として表わされている）
特性を示すグラフである。
【図５】巻き線中の入力電圧対磁気抵抗効果センサから
のＤＣ電圧信号特性を示すグラフである。
のＤＣ電圧信号特性を示すグラフである。
【図６】高周波ＡＣ励磁の下におけるＬaＣaＳrＭnＯ組
成を持つ磁気抵抗効果薄膜中の利得変化及び位相変化を
示す図である。
成を持つ磁気抵抗効果薄膜中の利得変化及び位相変化を
示す図である。
【図７】高周波ＡＣ励磁の下におけるパーマロイ薄膜中
の利得変化及び位相変化を示す図である。
の利得変化及び位相変化を示す図である。
【図８】高周波ＡＣ励磁の下におけるＭn-Ｚnフェライ
ト薄膜中の利得変化及び位相変化を示す図である。
ト薄膜中の利得変化及び位相変化を示す図である。
【図９】フィードバック制御回路中に図１の装置を使用
する電力変換器の模式図である。
する電力変換器の模式図である。
９ 電圧引き写し装置 １０ 入力側電磁石 １１ 出力側電磁石 １２ 入力側磁気抵抗効果感知素子 １３ 出力側磁気抵抗効果感知素子 １４ ブリッジ回路 １５ 差動増幅器 １６ トランジスタ １７ 出力抵抗器 ２１ Ｅ形コア ２２ Ｅ形コア ２３ 巻き線 ９０ 電力変換装置 ９１ フィードバック・ループ ９２ 可制御電力処理装置 ９３ 制御装置 ９４ 無調整入力電源 ９５ 分離境界線 Ｚ1 ブリッジ抵抗器
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 33/09 Ｇ０５Ｆ 1/10 ３０１ Ａ ３０２ Ｂ Ｈ０１Ｆ 10/18 (72)発明者 アシュラフ ワギー ロトフィ アメリカ合衆国、75149 テキサス、メス キト、エヌオー．200、 サミエル ブー ルバード 4717 (72)発明者 マーク トーマス マコーマック アメリカ合衆国、07901 ニュージャージ ー、サミット、ニュー イングランド ア ベニュー 96
Claims (11)
- 【請求項１】 入力電圧に応答しこの入力電圧に比例す
る磁界を発生する入力側電磁石（１０）と、 前記入力側電磁石の磁界中に配置された第１の磁気抵抗
効果感知素子（１２）と、 調節可能な出力電圧源と、 前記出力電圧に応答しその出力電圧に比例する磁界を発
生する出力側電磁石（１１）と、 前記出力側電磁石の磁界中に配置された第２の磁気抵抗
効果感知素子（１３）と、 前記第１磁気抵抗効果感知素子と第２磁気抵抗効果感知
素子の抵抗同士の間に一定の比率を維持するために前記
調節可能な出力電圧を制御し、それによって前記入力電
圧及び出力電圧間に一定の比率を維持する制御回路（１
５，１６）とを包含する電圧比例引き写し装置。 - 【請求項２】 前記制御回路が、電源からの電流を制御
するためのトランジスタ（１６）と、前記第１磁気抵抗
効果感知素子（１２）及び第２磁気抵抗効果感知素子
（１３）の各端子間電圧降下の差に応答して前記トラン
ジスタ（１６）を制御するための差動増幅器（１５）と
を包含することを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 更に、前記磁気抵抗効果感知素子（１
２，１３）のうちの少なくとも一つを介して電流を印加
する回路を包含することを特徴とする、請求項１に記載
の装置。 - 【請求項４】 前記磁気抵抗効果感知素子（１２，１
３）のうちの少なくとも一つがＡwＢxＣyＯzの形態の化
合物を包含する素子であって、Ａが１以上の希土類元素
であり、ＢがＭg、Ｃa、Ｓr、Ｂa、Ｐb及びＣdから成る
グループから選ばれた１以上の元素であり、ＣがＣr、
Ｍn、Ｆe及びＣoから成るグループから選ばれた１以上
の元素であることを特徴とする、請求項１に記載の装
置。 - 【請求項５】 前記ｗの範囲が０．４ ≦ ｗ ≦ ０．９
１であり、前記ｘの範囲が０．１ ≦ ｘ ≦ ０．６であ
り、前記ｙの範囲が０．７ ≦ ｙ ≦ １．５１であり、
前記ｚの範囲が２．５ ≦ ｚ ≦ ３．５であることを特
徴とする、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記ｗの範囲が０．５ ≦ ｗ ≦ ０．８
であり、前記ｘの範囲が０．１５ ≦ ｘ ≦ ０．５であ
り、前記ｙの範囲が０．８ ≦ ｙ ≦ １．２であり、前
記ｚの範囲が２．７ ≦ ｚ ≦ ３．３であることを特徴
とする、請求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 前記ＡがＬaであり、前記ＢがＣa、Ｓ
r、Ｂa及びＰbから成るグループから選ばれた１以上の
元素であり、前記ＣがＭnであることを特徴とする、請
求項４に記載の装置。 - 【請求項８】 前記磁気抵抗効果感知素子（１２，１
３）のうちの少なくとも一つが、ρ ＞ ０．２ｍΩ・ｃ
ｍで与えられる電気抵抗ρを有する磁気抵抗効果材料体
を包含することを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】 前記磁気抵抗効果感知素子（１２，１
３）のうちの少なくとも一つが、ρ ＞ ５ｍΩ・ｃｍで
与えられる電気抵抗ρを有する磁気抵抗効果材料体を包
含することを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記磁気抵抗効果感知素子（１２，１
３）のうちの少なくとも一つが、５００エルステッドの
磁界において少なくとも０．１％の磁気抵抗効果率を有
することを特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記磁気抵抗効果感知素子（１２，１
３）のうちの少なくとも一つが、５００エルステッドの
磁界において少なくとも０．５％の磁気抵抗効果率を有
することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
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