JP2001124805A - 非絶縁型電圧センサ - Google Patents
非絶縁型電圧センサInfo
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- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ホール素子を用いないで電圧を精度良く計測
できて、かつハーネス長の制限が緩い車両用のバッテリ
の非絶縁型電圧センサを得る。 【解決手段】 60V以下のバッテリ15と、ワイヤー
ハーネス19に一端が接続され、他端が基準電源に接続
された抵抗Rgを有する回路との間に設けられる非絶縁
型電圧センサにおいて、複数の抵抗を直列接続してバッ
テリ15に並列接続し、複数の抵抗の所望の分圧点にバ
ッテリ15の端子電圧に比例し、かつ基準電源以下の電
圧を得る分圧回路Rd、Rfと、この分圧回路の分圧点
の電圧を入力するボルテージフォロワ18と、FETQ
1を有してボルテージフォロワ18と同相の低インピー
ダンスの出力で電圧信号に比例した電流を抵抗Rhを介
してグランドに流す電圧ー電流変換回路28を備える。
できて、かつハーネス長の制限が緩い車両用のバッテリ
の非絶縁型電圧センサを得る。 【解決手段】 60V以下のバッテリ15と、ワイヤー
ハーネス19に一端が接続され、他端が基準電源に接続
された抵抗Rgを有する回路との間に設けられる非絶縁
型電圧センサにおいて、複数の抵抗を直列接続してバッ
テリ15に並列接続し、複数の抵抗の所望の分圧点にバ
ッテリ15の端子電圧に比例し、かつ基準電源以下の電
圧を得る分圧回路Rd、Rfと、この分圧回路の分圧点
の電圧を入力するボルテージフォロワ18と、FETQ
1を有してボルテージフォロワ18と同相の低インピー
ダンスの出力で電圧信号に比例した電流を抵抗Rhを介
してグランドに流す電圧ー電流変換回路28を備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定電圧以下のバ
ッテリと、ケーブルに一端が接続され、他端が基準電源
に接続されたプルアップ抵抗を有する回路との間に設け
られる非絶縁型電圧センサに関し、特にケーブル長を考
慮しなくともバッテリの検出電圧を正確に送出させる非
絶縁型電圧センサに関する。
ッテリと、ケーブルに一端が接続され、他端が基準電源
に接続されたプルアップ抵抗を有する回路との間に設け
られる非絶縁型電圧センサに関し、特にケーブル長を考
慮しなくともバッテリの検出電圧を正確に送出させる非
絶縁型電圧センサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に高電圧車両(42V、12V)の
バッテリ電圧の計測においては、電圧の検出側とバッテ
リコントローラ側のグランドを共通にする方式と、互い
に異なるグランド(高電圧用と低電圧用)を用いる方式
がある。
バッテリ電圧の計測においては、電圧の検出側とバッテ
リコントローラ側のグランドを共通にする方式と、互い
に異なるグランド(高電圧用と低電圧用)を用いる方式
がある。
【0003】(高電圧用と低電圧用とで接地を分けない
場合)例えば、図4に示す電圧計測回路1は、バッテリ
2(200V又は400Vの高電圧)の電圧を検出し、
この検出電圧を1m程度のケーブルであるワイヤハーネ
ス3(W/H)によってバッテリコントローラ4に送出
する。
場合)例えば、図4に示す電圧計測回路1は、バッテリ
2(200V又は400Vの高電圧)の電圧を検出し、
この検出電圧を1m程度のケーブルであるワイヤハーネ
ス3(W/H)によってバッテリコントローラ4に送出
する。
【0004】この電圧計測回路1は、抵抗R1の一端を
バッテリ2に接続し、他端を抵抗R2に接続している。
バッテリ2に接続し、他端を抵抗R2に接続している。
【0005】そして、抵抗R1と抵抗R2の分圧点a
に、ボルテージフォロワ8を接続し、このボルテージフ
ォロワ8の出力をワイヤーハーネス3を介してバッテリ
コントローラ4に送出している。
に、ボルテージフォロワ8を接続し、このボルテージフ
ォロワ8の出力をワイヤーハーネス3を介してバッテリ
コントローラ4に送出している。
【0006】すなわち、高電圧側と低電圧側とで接地を
分けない場合、抵抗(R1、R2)で高電圧(例えば4
2V)を分圧し、この分圧された電圧をボルテージフォ
ロワ8でインピーダンス変換している。
分けない場合、抵抗(R1、R2)で高電圧(例えば4
2V)を分圧し、この分圧された電圧をボルテージフォ
ロワ8でインピーダンス変換している。
【0007】(高電圧用と低電圧用とで接地を分ける場
合)このような場合には、ホール素子を用いた非接触セ
ンサを用いた電圧センサ回路とする。
合)このような場合には、ホール素子を用いた非接触セ
ンサを用いた電圧センサ回路とする。
【0008】例えば、図5に示す電圧センサ10は、バ
ッテリ2から負荷12に電力を供給させるための電力供
給線13を、磁気コア14の間隙にホール素子15を備
えた非接触検出器16を有する。この非接触検出器16
は、電力供給線13をその貫通穴に通過させて、これを
一次側としている。
ッテリ2から負荷12に電力を供給させるための電力供
給線13を、磁気コア14の間隙にホール素子15を備
えた非接触検出器16を有する。この非接触検出器16
は、電力供給線13をその貫通穴に通過させて、これを
一次側としている。
【0009】また、ホール素子15の両端の出力を差動
増幅する差動増幅回路17と、この差動増幅回路17に
接続された電流バッファ18等を備えている。
増幅する差動増幅回路17と、この差動増幅回路17に
接続された電流バッファ18等を備えている。
【0010】また、電流バッファ18の出力線19は非
接触検出器16のコア14に所定回数巻かれて二次側と
されている。そして、ハーネス20によってバッテリコ
ントローラ22に送出される。
接触検出器16のコア14に所定回数巻かれて二次側と
されている。そして、ハーネス20によってバッテリコ
ントローラ22に送出される。
【0011】このバッテリコントローラ22の入力回路
23は、一端をボルテージフォロワ24の入力端及びハ
ーネス20に接続し、他端をアースに接続している。こ
のアースは、バッテリ2及び電圧センサ10のアースと
は異なる種類のアース(弱電用)である。
23は、一端をボルテージフォロワ24の入力端及びハ
ーネス20に接続し、他端をアースに接続している。こ
のアースは、バッテリ2及び電圧センサ10のアースと
は異なる種類のアース(弱電用)である。
【0012】すなわち、非接触検出器16を用いた場合
は、バッテリ2から負荷12に流れる電流に比例した磁
束をコア14に発生させ、ホール素子15がその磁束を
ホール電圧として検出し、差動増幅回路17、電流バッ
ファ18がホール電圧が零となる方向の電流を二次側に
流す。
は、バッテリ2から負荷12に流れる電流に比例した磁
束をコア14に発生させ、ホール素子15がその磁束を
ホール電圧として検出し、差動増幅回路17、電流バッ
ファ18がホール電圧が零となる方向の電流を二次側に
流す。
【0013】この二次側に流れる電流がハーネス20を
介してバッテリコントローラ22の入力回路23に送出
される。つまり、電圧センサ10からの出力が電流出力
となるからハーネス長は無視(長くてもよい)できるこ
とになる。
介してバッテリコントローラ22の入力回路23に送出
される。つまり、電圧センサ10からの出力が電流出力
となるからハーネス長は無視(長くてもよい)できるこ
とになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような高電圧用と低電圧用とで接地を分けない場合の電
圧計測回路は、バッテリ2の電圧を直接検出し、この電
圧信号を増幅してワイヤーハーネスを介してバッテリコ
ントローラに送出するので、ワイヤーハーネスが長くな
ると電圧降下の影響を受けることになり、電圧計測回路
とバッテリコントローラとの距離に制限があることにな
る。つまり、ワイヤーハーネスの長さは1m程度以下に
しなければならない。
ような高電圧用と低電圧用とで接地を分けない場合の電
圧計測回路は、バッテリ2の電圧を直接検出し、この電
圧信号を増幅してワイヤーハーネスを介してバッテリコ
ントローラに送出するので、ワイヤーハーネスが長くな
ると電圧降下の影響を受けることになり、電圧計測回路
とバッテリコントローラとの距離に制限があることにな
る。つまり、ワイヤーハーネスの長さは1m程度以下に
しなければならない。
【0015】このため、自動車内において、電圧計測回
路とバッテリコントローラとのレイアウトの自由度が低
くなるという課題があった。
路とバッテリコントローラとのレイアウトの自由度が低
くなるという課題があった。
【0016】一方、高電圧用と低電圧用とで接地を分け
る場合の非接触センサを用いた従来の電圧センサ回路に
おいては、ハーネス長さは無視できるが、バッテリの電
圧をを直接検出するものではないので、その検出精度に
問題があるという課題があった。
る場合の非接触センサを用いた従来の電圧センサ回路に
おいては、ハーネス長さは無視できるが、バッテリの電
圧をを直接検出するものではないので、その検出精度に
問題があるという課題があった。
【0017】一方、60V以下及び12V系のバッテリ
を有する近年の高電圧車両は、複数のワイヤーハーネス
をジャンクションボックス(J/B)にできるだけ纏
め、センサ類、計測回路等はこのジャンクションボック
スにできるだけ納める傾向にある。また、このジャンク
ションボックスの車両内における位置は、車種によって
様々である。
を有する近年の高電圧車両は、複数のワイヤーハーネス
をジャンクションボックス(J/B)にできるだけ纏
め、センサ類、計測回路等はこのジャンクションボック
スにできるだけ納める傾向にある。また、このジャンク
ションボックスの車両内における位置は、車種によって
様々である。
【0018】ところが、従来の自動車に用いられるバッ
テリの電圧計測回路は、ワイヤーハーネス長さに制限が
あるので、電圧計測回路及びバッテリコントローラの車
両内の位置を変更することができないという課題があっ
た。
テリの電圧計測回路は、ワイヤーハーネス長さに制限が
あるので、電圧計測回路及びバッテリコントローラの車
両内の位置を変更することができないという課題があっ
た。
【0019】また、例えセンサ、電圧計測回路をジャン
クションボックスに納めて1m程度のワイヤーハーネス
でバッテリコントローラと接続できたとしても、車種が
変わり、ジャンクションボックスの位置が変わると、ワ
イヤーハーネス長に制限があるので、そのジャンクショ
ンボックスにセンサ、電圧計測回路を納めることができ
なくなるという課題があった。
クションボックスに納めて1m程度のワイヤーハーネス
でバッテリコントローラと接続できたとしても、車種が
変わり、ジャンクションボックスの位置が変わると、ワ
イヤーハーネス長に制限があるので、そのジャンクショ
ンボックスにセンサ、電圧計測回路を納めることができ
なくなるという課題があった。
【0020】さらに、従来の電圧計測回路は、200V
又は400Vの高電圧のバッテリの電圧を検出するもの
であるから、コアに一次巻線及び二次巻線を形成して高
電圧側と弱電側とを分けて電圧を計測できるようにして
いる。
又は400Vの高電圧のバッテリの電圧を検出するもの
であるから、コアに一次巻線及び二次巻線を形成して高
電圧側と弱電側とを分けて電圧を計測できるようにして
いる。
【0021】しかし、近年は60V以下及び12V系の
バッテリを用いる高電圧車両もあり、高電圧側と弱電側
とに分離して検出する必要が無くなってきている。
バッテリを用いる高電圧車両もあり、高電圧側と弱電側
とに分離して検出する必要が無くなってきている。
【0022】すなわち、コアとホール素子を用いなくと
も、かつグランドを分けなくともバッテリの電圧を計測
することが可能である。
も、かつグランドを分けなくともバッテリの電圧を計測
することが可能である。
【0023】このような高電圧車両に従来の電圧計測回
路を用いると、コア、ホール素子、差動増幅回路等が必
要となり、部品点数が多くなってしまうという課題があ
った。
路を用いると、コア、ホール素子、差動増幅回路等が必
要となり、部品点数が多くなってしまうという課題があ
った。
【0024】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたもので、ホール素子を用いないで電圧を精度良く計
測できて、かつハーネス長の制限が緩い車両用のバッテ
リの非絶縁型電圧センサを得ることを目的とする。
れたもので、ホール素子を用いないで電圧を精度良く計
測できて、かつハーネス長の制限が緩い車両用のバッテ
リの非絶縁型電圧センサを得ることを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明の非絶縁型電圧セ
ンサは、所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が
接続され、他端が基準電源に接続されたプルアップ抵抗
を有する回路との間に設けられる非絶縁型電圧センサで
ある。
ンサは、所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が
接続され、他端が基準電源に接続されたプルアップ抵抗
を有する回路との間に設けられる非絶縁型電圧センサで
ある。
【0026】この非絶縁型電圧センサは、分圧回路と、
ボルテージフォロワと、電圧ー電流変換回路とを有す
る。
ボルテージフォロワと、電圧ー電流変換回路とを有す
る。
【0027】分圧回路は、複数の抵抗を直列接続してバ
ッテリに並列接続し、この複数の抵抗の所望の分圧点に
バッテリの端子電圧に比例し、かつ基準電源以下の電圧
を得る。
ッテリに並列接続し、この複数の抵抗の所望の分圧点に
バッテリの端子電圧に比例し、かつ基準電源以下の電圧
を得る。
【0028】ボルテージフォロワは、分圧回路の分圧点
の電圧を入力して、同相の低インピーダンスの出力を得
る。
の電圧を入力して、同相の低インピーダンスの出力を得
る。
【0029】次に、電圧ー電流変換回路はボルテージフ
ォロワの出力と同相の低インピーダンスの出力で分圧点
の電圧信号に比例した電流を、ケーブル及び出力抵抗を
介してグランドに流す。
ォロワの出力と同相の低インピーダンスの出力で分圧点
の電圧信号に比例した電流を、ケーブル及び出力抵抗を
介してグランドに流す。
【0030】この電圧ー電流変換回路は、ソースがケー
ブルに接続され、ドレインが出力抵抗に接続された電界
効果型トランジスタと、電界効果型トランジスタのドレ
インに一端が接続され、他端がグランドに接続され、プ
ルアップ抵抗の抵抗値以上の抵抗値にされた出力抵抗
と、ボルテージフォロワの出力を非反転入力に、反転入
力を出力抵抗の一端に接続し、出力を電界効果型トラン
ジスタのゲートに接続した増幅器とからなる。
ブルに接続され、ドレインが出力抵抗に接続された電界
効果型トランジスタと、電界効果型トランジスタのドレ
インに一端が接続され、他端がグランドに接続され、プ
ルアップ抵抗の抵抗値以上の抵抗値にされた出力抵抗
と、ボルテージフォロワの出力を非反転入力に、反転入
力を出力抵抗の一端に接続し、出力を電界効果型トラン
ジスタのゲートに接続した増幅器とからなる。
【0031】このため、分圧回路が分圧点にバッテリの
電圧に比例した電圧を得ると、その電圧と同相の低イン
ピーダンスで直ちに電界効果型トランジスタがオンにさ
れる。
電圧に比例した電圧を得ると、その電圧と同相の低イン
ピーダンスで直ちに電界効果型トランジスタがオンにさ
れる。
【0032】すなわち、電界効果トランジスタへのゲー
トに流す電流を非常に小さくしてオンさせているので、
分圧点の電圧を電流変換しても、そのケーブルを介して
グランドに流れる電流は分圧点の検出電圧に正確に比例
した電流となる。
トに流す電流を非常に小さくしてオンさせているので、
分圧点の電圧を電流変換しても、そのケーブルを介して
グランドに流れる電流は分圧点の検出電圧に正確に比例
した電流となる。
【0033】また、本発明の非絶縁型電圧センサは、所
定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が接続され、
他端がグランドに接続された第1のプルアップ抵抗を有
する回路との間に設けられる非絶縁型電圧センサであ
る。
定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が接続され、
他端がグランドに接続された第1のプルアップ抵抗を有
する回路との間に設けられる非絶縁型電圧センサであ
る。
【0034】この非絶縁型電圧センサは、電圧検出回路
と、電圧ー電流変換回路とを備えている。
と、電圧ー電流変換回路とを備えている。
【0035】電圧検出回路は、バッテリの電圧に比例し
た電圧を分圧点に得て、この分圧点の電圧と同相の低イ
ンピーダンス出力で電圧に比例した電流を第1の出力抵
抗を介してグランドに流す。
た電圧を分圧点に得て、この分圧点の電圧と同相の低イ
ンピーダンス出力で電圧に比例した電流を第1の出力抵
抗を介してグランドに流す。
【0036】電圧ー電流変換回路は、電圧検出回路の電
圧に比例した電流を、基準電源に接続された第2のプル
アップ抵抗を介して流し、この電流に対応する電圧信号
と同相の低インピーダンスの出力で電圧信号に比例した
電流を第2の出力抵抗を用いてケーブルに流す。
圧に比例した電流を、基準電源に接続された第2のプル
アップ抵抗を介して流し、この電流に対応する電圧信号
と同相の低インピーダンスの出力で電圧信号に比例した
電流を第2の出力抵抗を用いてケーブルに流す。
【0037】この非絶縁型電圧センサは、入力の一端を
バッテリのグランドと同種のグランドに接続し、他端を
ケーブル及び第1のプルアップ抵抗の一端に接続し、グ
ランドを基準として差動増幅する差動増幅回路を有する
回路と、バッテリとの間に設けられる。
バッテリのグランドと同種のグランドに接続し、他端を
ケーブル及び第1のプルアップ抵抗の一端に接続し、グ
ランドを基準として差動増幅する差動増幅回路を有する
回路と、バッテリとの間に設けられる。
【0038】そして、電圧検出回路は、分圧回路とボル
テージフォロワと第1の電圧ー電流変換回路とからな
り、この第1の電圧ー電流変換回路は、ソースがケーブ
ルに接続され、ドレインが出力抵抗に接続された第1の
電界効果型トランジスタと、第1の電界効果型トランジ
スタのドレインに一端が接続され、他端がグランドに接
続された第1の出力抵抗と、ボルテージフォロワの出力
を非反転入力に、反転入力を出力抵抗の一端に接続し、
出力を電界効果型トランジスタのゲートに接続した第1
の増幅器とを備えている。
テージフォロワと第1の電圧ー電流変換回路とからな
り、この第1の電圧ー電流変換回路は、ソースがケーブ
ルに接続され、ドレインが出力抵抗に接続された第1の
電界効果型トランジスタと、第1の電界効果型トランジ
スタのドレインに一端が接続され、他端がグランドに接
続された第1の出力抵抗と、ボルテージフォロワの出力
を非反転入力に、反転入力を出力抵抗の一端に接続し、
出力を電界効果型トランジスタのゲートに接続した第1
の増幅器とを備えている。
【0039】また、第2の電圧ー電流変換回路を備え、
この第2の電圧ー電流変換回路は、を備え、一端を基準
電源に接続し、他端を第1の電界効果型トランジスタの
ソースに接続した第2のプルアップ抵抗と、基準電源に
一端を接続した第2の出力抵抗と、ソースが第2の出力
抵抗の他端に接続され、ドレインがハーネスに接続され
た第2の電界効果型トランジスタと、第1の電界効果型
トランジスタのソースに非反転入力が接続され、反転入
力が第2の出力抵抗の他端及び第2の電界効果型トラン
ジスタのソースに接続され、出力が第2の電界効果型ト
ランジスタのゲートに接続され第2の増幅器とからな
る。
この第2の電圧ー電流変換回路は、を備え、一端を基準
電源に接続し、他端を第1の電界効果型トランジスタの
ソースに接続した第2のプルアップ抵抗と、基準電源に
一端を接続した第2の出力抵抗と、ソースが第2の出力
抵抗の他端に接続され、ドレインがハーネスに接続され
た第2の電界効果型トランジスタと、第1の電界効果型
トランジスタのソースに非反転入力が接続され、反転入
力が第2の出力抵抗の他端及び第2の電界効果型トラン
ジスタのソースに接続され、出力が第2の電界効果型ト
ランジスタのゲートに接続され第2の増幅器とからな
る。
【0040】
【発明の実施の形態】<実施の形態1>図1は実施の形
態1の自動車のバッテリの非絶縁型電圧センサの概略構
成図である。図1の非絶縁型電圧センサ16は、60V
以下(例えば42V系)のバッテリ15の電圧を検出
し、これを電流変換してワイヤーハーネス19を介して
バッテリコントローラ17に送出する。
態1の自動車のバッテリの非絶縁型電圧センサの概略構
成図である。図1の非絶縁型電圧センサ16は、60V
以下(例えば42V系)のバッテリ15の電圧を検出
し、これを電流変換してワイヤーハーネス19を介して
バッテリコントローラ17に送出する。
【0041】前述の非絶縁型電圧センサ16は、抵抗R
dの一端をバッテリ15に接続し、他端を抵抗Rfに接
続している。
dの一端をバッテリ15に接続し、他端を抵抗Rfに接
続している。
【0042】そして、抵抗Rdと抵抗Rfの分圧点a
に、ボルテージフォロワ18を接続してインピーダンス
変換する。このボルテージフォロワ18の出力を電圧ー
電流変換回路20に接続している。
に、ボルテージフォロワ18を接続してインピーダンス
変換する。このボルテージフォロワ18の出力を電圧ー
電流変換回路20に接続している。
【0043】この電圧ー電流変換回路20は、増幅器2
1とFETQ1と抵抗Rh(第1の出力抵抗ともいう)
とからなり、増幅器21の出力がFETQ1のゲートに
接続され、FETQ1のドレインが抵抗Rhの一端に接
続されている。また、増幅器21のプラス入力(非反転
入力)がボルテージフォロワ18の出力に接続され、マ
イナス入力(反転入力)が抵抗Rhの一端に接続されて
いる。
1とFETQ1と抵抗Rh(第1の出力抵抗ともいう)
とからなり、増幅器21の出力がFETQ1のゲートに
接続され、FETQ1のドレインが抵抗Rhの一端に接
続されている。また、増幅器21のプラス入力(非反転
入力)がボルテージフォロワ18の出力に接続され、マ
イナス入力(反転入力)が抵抗Rhの一端に接続されて
いる。
【0044】一方、バッテリコントローラ17の入力イ
ンタフェースは抵抗Rg、差動増幅器22からなり、抵
抗Rg(第1のプルアップ抵抗ともいう)はワイヤーハ
ーネス19に対して一端が接続され、他端が基準電源V
ccに接続されている。
ンタフェースは抵抗Rg、差動増幅器22からなり、抵
抗Rg(第1のプルアップ抵抗ともいう)はワイヤーハ
ーネス19に対して一端が接続され、他端が基準電源V
ccに接続されている。
【0045】そして、この抵抗Rgの一端が差動増幅器
22のマイナス入力が接続されて差動増幅される。この
電圧が演算部(図示せず)によって1msec毎にサン
プリングされ、所定個数の収集毎に平均化され、この平
均データから近似直線が求められて一定電流値と近似直
線との交点がバッテリの電圧として推定される。
22のマイナス入力が接続されて差動増幅される。この
電圧が演算部(図示せず)によって1msec毎にサン
プリングされ、所定個数の収集毎に平均化され、この平
均データから近似直線が求められて一定電流値と近似直
線との交点がバッテリの電圧として推定される。
【0046】前述のバッテリ15のグランド、非絶縁型
電圧センサ16のグランド及びバッテリコントローラ1
7のグランドはバッテリ15が42V系のときは強電用
のグランド、弱電用のグランドと分けて用いる必要がな
いので、同じグランドを用いている。
電圧センサ16のグランド及びバッテリコントローラ1
7のグランドはバッテリ15が42V系のときは強電用
のグランド、弱電用のグランドと分けて用いる必要がな
いので、同じグランドを用いている。
【0047】上記のように構成された実施の形態1の非
絶縁型電圧センサ16の動作を説明する。但し、バッテ
リコントローラ17の抵抗Rgに加わる基準電源Vcc
は6Vから8V程度にする。
絶縁型電圧センサ16の動作を説明する。但し、バッテ
リコントローラ17の抵抗Rgに加わる基準電源Vcc
は6Vから8V程度にする。
【0048】非絶縁型電圧センサ16の抵抗Rd、Rf
にバッテリ15の放電電流が流れると、分圧点aには抵
抗Rd、Rfに基づく分圧値(最大で5V)が発生す
る。この分圧値がバッテリ15の検出電圧となり、ボル
テージフォロワ18によって低インピーダンスの出力に
変換される。
にバッテリ15の放電電流が流れると、分圧点aには抵
抗Rd、Rfに基づく分圧値(最大で5V)が発生す
る。この分圧値がバッテリ15の検出電圧となり、ボル
テージフォロワ18によって低インピーダンスの出力に
変換される。
【0049】すなわち、ボルテージフォロワ18の出力
は、電圧ー電流変換回路20の増幅器21のプラスに入
力し、増幅器21はFETQ1のゲートに同相の低イン
ピーダンスの微弱信号を送出する。
は、電圧ー電流変換回路20の増幅器21のプラスに入
力し、増幅器21はFETQ1のゲートに同相の低イン
ピーダンスの微弱信号を送出する。
【0050】これによって、直ちにFETQ1がオン状
態となってバッテリコントローラ17の抵抗Rgからワ
イヤーハーネス19を介して電流I1がFETQ1(C
MOS型)、抵抗Rh、グランドのルートで流れる。
態となってバッテリコントローラ17の抵抗Rgからワ
イヤーハーネス19を介して電流I1がFETQ1(C
MOS型)、抵抗Rh、グランドのルートで流れる。
【0051】すなわち、増幅器21によってFETQ1
へのゲートに流す電流を非常に小さくしてオンさせてい
るので、分圧点の電圧を電流変換しても、そのケーブル
を介してグランドに流れる電流は分圧点の検出電圧に正
確に比例した電流となるので、FETQ1によって分圧
値(検出電圧)に応じた電流I1のみが直ちにワイヤー
ハーネス19を流れることになる。
へのゲートに流す電流を非常に小さくしてオンさせてい
るので、分圧点の電圧を電流変換しても、そのケーブル
を介してグランドに流れる電流は分圧点の検出電圧に正
確に比例した電流となるので、FETQ1によって分圧
値(検出電圧)に応じた電流I1のみが直ちにワイヤー
ハーネス19を流れることになる。
【0052】従って、非絶縁型電圧センサ16の出力は
電流信号となるのでワイヤーハーネス長による影響が非
常に少なくなり、結果として非絶縁型電圧センサ16及
びバッテリコントローラ17のレイアウトに制約が無く
なる。
電流信号となるのでワイヤーハーネス長による影響が非
常に少なくなり、結果として非絶縁型電圧センサ16及
びバッテリコントローラ17のレイアウトに制約が無く
なる。
【0053】このため、図2の(a)又は(b)に示す
ように、高電圧系バッテリ2又は12V、24Vのバッ
テリ25であってもジャンクションボックス24内に非
絶縁型電圧センサ16を容易に設けることが可能とな
り、これらの高電圧系バッテリ2又は12V、24Vの
バッテリの電圧を電流信号に変換してバッテリコントロ
ーラ17に送出することができる。
ように、高電圧系バッテリ2又は12V、24Vのバッ
テリ25であってもジャンクションボックス24内に非
絶縁型電圧センサ16を容易に設けることが可能とな
り、これらの高電圧系バッテリ2又は12V、24Vの
バッテリの電圧を電流信号に変換してバッテリコントロ
ーラ17に送出することができる。
【0054】<実施の形態2>前述の実施の形態1はバ
ッテリコントローラ17の抵抗Rgを介して電流I1を
電圧ー電流変換回路20のFETQ1に流し込み、バッ
テリコントローラ17の差動増幅器22がグランド電位
と、その流し込みによって発生する電圧との差を増幅す
るものであるから、精度的に不安定である。
ッテリコントローラ17の抵抗Rgを介して電流I1を
電圧ー電流変換回路20のFETQ1に流し込み、バッ
テリコントローラ17の差動増幅器22がグランド電位
と、その流し込みによって発生する電圧との差を増幅す
るものであるから、精度的に不安定である。
【0055】そこで、図3に示すようにもう一段、電圧
ー電流変換回路28を設けた非絶縁型電圧センサ27と
する。この非絶縁型電圧センサ27の電圧ー電流変換回
路28は、非絶縁型電圧センサ16(以下本実施の形態
2では電圧検出回路16と称する)の抵抗Rh(第1の
出力抵抗)と同じ抵抗値の抵抗Rj(第2のプルアップ
抵抗ともいう)の他端をFETQ1のソースに接続して
いる。また、抵抗Rjの一端は基準電源(6V〜8Vの
間の電圧)に接続されている。
ー電流変換回路28を設けた非絶縁型電圧センサ27と
する。この非絶縁型電圧センサ27の電圧ー電流変換回
路28は、非絶縁型電圧センサ16(以下本実施の形態
2では電圧検出回路16と称する)の抵抗Rh(第1の
出力抵抗)と同じ抵抗値の抵抗Rj(第2のプルアップ
抵抗ともいう)の他端をFETQ1のソースに接続して
いる。また、抵抗Rjの一端は基準電源(6V〜8Vの
間の電圧)に接続されている。
【0056】さらに、増幅器29、FETQ2、抵抗R
o(第2の出力抵抗ともいう)を備え、増幅器29のプ
ラス入力を抵抗Rjと抵抗Rhの分圧点bに接続し、マ
イナス入力をFETQ2のソースに接続し、かつ出力を
FETQ2のゲートに接続した高速のボルテージフォロ
ワを形成している。また、このFETQ2のソースには
一端を基準電源Vccに接続した抵抗Roが接続されて
いる。
o(第2の出力抵抗ともいう)を備え、増幅器29のプ
ラス入力を抵抗Rjと抵抗Rhの分圧点bに接続し、マ
イナス入力をFETQ2のソースに接続し、かつ出力を
FETQ2のゲートに接続した高速のボルテージフォロ
ワを形成している。また、このFETQ2のソースには
一端を基準電源Vccに接続した抵抗Roが接続されて
いる。
【0057】一方、バッテリコントローラ30の入力イ
ンタフェースは、抵抗Rkと差動増幅器31とが設けら
れている。この抵抗Rkはワイヤーハーネス19に対し
て一端が接続され、他端はアースに接続されている。
ンタフェースは、抵抗Rkと差動増幅器31とが設けら
れている。この抵抗Rkはワイヤーハーネス19に対し
て一端が接続され、他端はアースに接続されている。
【0058】そして、差動増幅器31がこの抵抗Rkを
流れる電流Ioによって発生する電圧viを増幅した後
に、演算部(図示せず)に入力する。演算部はこの入力
した電圧を1msec毎にサンプリングして、所定個数
の収集毎に平均化し、一定数の平均データが集まったと
き、これらの平均データから近似直線を求めて一定電流
値と近似直線との交点をバッテリの電圧として推定す
る。
流れる電流Ioによって発生する電圧viを増幅した後
に、演算部(図示せず)に入力する。演算部はこの入力
した電圧を1msec毎にサンプリングして、所定個数
の収集毎に平均化し、一定数の平均データが集まったと
き、これらの平均データから近似直線を求めて一定電流
値と近似直線との交点をバッテリの電圧として推定す
る。
【0059】上記のように構成された実施の形態2の非
絶縁型電圧センサの動作を以下に説明する。
絶縁型電圧センサの動作を以下に説明する。
【0060】電圧検出回路16の抵抗Rd、Rfにバッ
テリ15の放電電流が流れると、分圧点aには抵抗R
d、Rfに基づく分圧値(最大で5V)が発生する。こ
の分圧値がバッテリ15の検出電圧となり、ボルテージ
フォロワ18によって電流増幅される。
テリ15の放電電流が流れると、分圧点aには抵抗R
d、Rfに基づく分圧値(最大で5V)が発生する。こ
の分圧値がバッテリ15の検出電圧となり、ボルテージ
フォロワ18によって電流増幅される。
【0061】すなわち、ボルテージフォロワ18の出力
は、電圧ー電流変換回路20の増幅器21のプラスに入
力し、増幅器21はFETQ1のゲートに同相の低イン
ピーダンスの微弱信号を送出する。
は、電圧ー電流変換回路20の増幅器21のプラスに入
力し、増幅器21はFETQ1のゲートに同相の低イン
ピーダンスの微弱信号を送出する。
【0062】これによって、直ちにFETQ1がオン状
態となって、後段の電圧ー電流変換回路28の抵抗Rj
から電流I1のみがFETQ1(CMOS型)、抵抗R
h、グランドのルートで流れる。
態となって、後段の電圧ー電流変換回路28の抵抗Rj
から電流I1のみがFETQ1(CMOS型)、抵抗R
h、グランドのルートで流れる。
【0063】また、電圧ー電流変換回路28の分圧点b
に電圧viが発生し、増幅器29のプラス入力に入力す
る。増幅器29は、マイナス入力に対する差信号をFE
TQ2のゲートに送出する。FETQ2は直ちにオン状
態となって、抵抗Roを介して出力電流Io(電圧はv
i)を ワイヤーハーネス19を介してバッテリコント
ローラ30に送出する。
に電圧viが発生し、増幅器29のプラス入力に入力す
る。増幅器29は、マイナス入力に対する差信号をFE
TQ2のゲートに送出する。FETQ2は直ちにオン状
態となって、抵抗Roを介して出力電流Io(電圧はv
i)を ワイヤーハーネス19を介してバッテリコント
ローラ30に送出する。
【0064】従って、非絶縁型電圧センサ25の出力は
電流信号となってバッテリコントローラ30に送出され
るので、ワイヤーハーネス長による影響及び基準電源に
よる影響が非常に少なくなり、結果としてバッテリコン
トローラ30側でグランドGNDレベルを基準として精
度良くバッテリ電圧を差動増幅できる。
電流信号となってバッテリコントローラ30に送出され
るので、ワイヤーハーネス長による影響及び基準電源に
よる影響が非常に少なくなり、結果としてバッテリコン
トローラ30側でグランドGNDレベルを基準として精
度良くバッテリ電圧を差動増幅できる。
【0065】
【発明の効果】以上のように本発明の非絶縁型電圧セン
サによれば、所定電圧以下のバッテリの電圧を分圧回路
で検出し、これをインピーダンス変換した出力とした後
に、この出力と同相の低インピーダンスの出力で分圧点
の電圧信号に比例した電流を得るようにしたことによ
り、所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が接続
され、他端が基準電源に接続されたプルアップ抵抗を有
する回路との間に設けたときは、このケーブルと出力抵
抗、グランドのルートで検出電圧に比例した電流が直ち
に流れる。
サによれば、所定電圧以下のバッテリの電圧を分圧回路
で検出し、これをインピーダンス変換した出力とした後
に、この出力と同相の低インピーダンスの出力で分圧点
の電圧信号に比例した電流を得るようにしたことによ
り、所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに一端が接続
され、他端が基準電源に接続されたプルアップ抵抗を有
する回路との間に設けたときは、このケーブルと出力抵
抗、グランドのルートで検出電圧に比例した電流が直ち
に流れる。
【0066】すなわち、検出した電圧信号を電流信号と
してケーブルを流すので、ケーブルが長くとも、後段の
回路に電圧信号に比例した電流信号を得ることになるか
ら、非絶縁型電圧センサの車両内でのレイアウトの自由
度が増すという効果が得られている。
してケーブルを流すので、ケーブルが長くとも、後段の
回路に電圧信号に比例した電流信号を得ることになるか
ら、非絶縁型電圧センサの車両内でのレイアウトの自由
度が増すという効果が得られている。
【0067】また、電圧ー電流変換回路には、電界効果
型トランジスタを用いているので、ゲート駆動のための
電流がわずかで済むので、ケーブルが長くとも検出電圧
に比例した正確な電流を得ることができるという効果が
得られている。
型トランジスタを用いているので、ゲート駆動のための
電流がわずかで済むので、ケーブルが長くとも検出電圧
に比例した正確な電流を得ることができるという効果が
得られている。
【0068】さらに、所定電圧以下のバッテリと、ケー
ブルに一端が接続され、他端がグランドに接続された第
1のプルアップ抵抗を有する回路との間に設ける非絶縁
型電圧センサによれば、第1の電界効果型トランジスタ
を有する第1の電圧ー電流変換回路と、第2の電界効果
型トランジスタを有する第2の電圧ー電流変換回路とを
設け、第2の電圧ー電流変換回路における基準電源に接
続された第2のプルアップ抵抗によって第1の電界効果
型トランジスタを流れる電流に対応する電圧信号を生成
し、これを第2の電圧ー電流変換回路が電流変換して後
段の回路に送出するようにしている。
ブルに一端が接続され、他端がグランドに接続された第
1のプルアップ抵抗を有する回路との間に設ける非絶縁
型電圧センサによれば、第1の電界効果型トランジスタ
を有する第1の電圧ー電流変換回路と、第2の電界効果
型トランジスタを有する第2の電圧ー電流変換回路とを
設け、第2の電圧ー電流変換回路における基準電源に接
続された第2のプルアップ抵抗によって第1の電界効果
型トランジスタを流れる電流に対応する電圧信号を生成
し、これを第2の電圧ー電流変換回路が電流変換して後
段の回路に送出するようにしている。
【0069】このため、後段側には安定した電流信号が
送出されるから、バッテリと共通のグランドを基準とし
て、その電流信号の差を増幅できるので、結果として精
度の高い差信号を得ることができるという効果が得られ
ている。
送出されるから、バッテリと共通のグランドを基準とし
て、その電流信号の差を増幅できるので、結果として精
度の高い差信号を得ることができるという効果が得られ
ている。
【0070】また、ホール素子を必要としないので、回
路を小型化できるという効果が得られている。
路を小型化できるという効果が得られている。
【図1】実施の形態1の非絶縁型電圧センサの概略構成
図である。
図である。
【図2】本実施の形態の非絶縁型電圧センサの応用例を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図3】実施の形態2の非絶縁型電圧センサの概略構成
図である。
図である。
【図4】従来の電圧計測回路の構成図である。
【図5】従来の非接触器を用いた電圧センサの構成図で
ある。
ある。
15 バッテリ 16 非絶縁型電圧センサ 17 バッテリコントローラ 19 ワイヤーハーネス 20 電圧ー電流変換回路 21 増幅器 Q1 FET
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G035 AA00 AB03 AC02 AD03 AD10 AD11 AD20 AD54 5H410 CC02 CC05 DD02 EA11 EB37 FF03 FF05 FF22 FF25 HH00
Claims (5)
- 【請求項1】 所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに
一端が接続され、他端が基準電源に接続されたプルアッ
プ抵抗を有する回路との間に設けられる非絶縁型電圧セ
ンサにおいて、 複数の抵抗を直列接続して前記バッテリに並列接続し、
前記複数の抵抗の所望の分圧点に前記バッテリの端子電
圧に比例し、かつ前記基準電源以下の電圧を得る分圧回
路と、 前記分圧回路の分圧点の電圧を入力するボルテージフォ
ロワと、 入力が前記ボルテージフォロワの出力に接続され、出力
が前記ケーブルに接続され、前記ボルテージフォロワと
同相の低インピーダンスの出力で前記電圧信号に比例し
た電流を出力抵抗を介してグランドに流す電圧ー電流変
換回路とを有することを特徴とする非絶縁型電圧セン
サ。 - 【請求項2】 前記電圧ー電流変換回路は、 ソースが前記ケーブルに接続され、ドレインが前記出力
抵抗に接続された電界効果型トランジスタと、 前記電界効果型トランジスタのドレインに一端が接続さ
れ、他端が前記グランドに接続され、前記プルアップ抵
抗の抵抗値以上の抵抗値にされた出力抵抗と、 前記ボルテージフォロワの出力を非反転入力に、反転入
力を前記出力抵抗の一端に接続し、出力を前記電界効果
型トランジスタのゲートに接続した増幅器とを備えてい
ることを特徴とする請求項1記載の非絶縁型電圧セン
サ。 - 【請求項3】 所定電圧以下のバッテリと、ケーブルに
一端が接続され、他端がグランドに接続された第1のプ
ルアップ抵抗を有する回路との間に設けられる非絶縁型
電圧センサにおいて、 前記バッテリの電圧に比例した電圧を分圧点に得て、こ
の分圧点の電圧と同相の低インピーダンス出力で前記電
圧に比例した電流を第1の出力抵抗を介してグランドに
流す電圧検出回路と、 前記ケーブルに出力端が接続され、前記電圧検出回路の
電圧に比例した電流を、基準電源に接続された第2のプ
ルアップ抵抗を介して流し、この電流に対応する電圧信
号と同相の低インピーダンスの出力で前記電圧信号に比
例した電流を第2の出力抵抗を用いて前記ケーブルに流
す電圧ー電流変換回路とを得ることを特徴とする非絶縁
型電圧センサ。 - 【請求項4】 前記第1のプルアップ抵抗を有する回路
は、入力の一端を前記バッテリのグランドと同種のグラ
ンドに接続し、他端を前記ケーブル及び前記第1のプル
アップ抵抗の一端に接続し、前記グランドを基準として
差動増幅する差動増幅回路を有するものであり、 前記電圧検出回路は、 複数の抵抗を直列接続して前記バッテリに並列接続し、
前記複数の抵抗の所望の分圧点に前記バッテリの端子電
圧に比例し、かつ前記基準電源以下の電圧を得る分圧回
路と、 前記分圧回路の分圧点の電圧を入力するボルテージフォ
ロワと、 入力が前記ボルテージフォロワの出力に接続され、前記
ボルテージフォロワと同相の低インピーダンスの出力で
前記電圧信号に比例した電流を前記第1の出力抵抗を介
してグランドに流す第1の電圧ー電流変換回路とからな
り、 前記電圧ー電流変換回路は、 前記第1の出力抵抗と同じ抵抗値にされた前記第2のプ
ルアップ抵抗の他端を前記第1の電圧ー電流変換回路の
出力に接続し、この接続点の電圧信号と同相の低インピ
ーダンスの出力でその電圧信号に比例した電流を前記第
2の出力抵抗を介して前記ケーブルに流す第2の電圧ー
電流変換回路からなることを特徴とする請求項3記載の
非絶縁型電圧センサ。 - 【請求項5】 前記第1の電圧ー電流変換回路は、 ソースが前記ケーブルに接続され、ドレインが前記出力
抵抗に接続された第1の電界効果型トランジスタと、 前記第1の電界効果型トランジスタのドレインに一端が
接続され、他端が前記グランドに接続された第1の出力
抵抗と、 前記ボルテージフォロワの出力を非反転入力に、反転入
力を前記出力抵抗の一端に接続し、出力を前記電界効果
型トランジスタのゲートに接続した第1の増幅器とを備
え、 前記第2の電圧ー電流変換回路は、 一端を前記基準電源に接続し、他端を前記第1の電界効
果型トランジスタのソースに接続した第2のプルアップ
抵抗と、 前記基準電源に一端を接続した第2の出力抵抗と、 ソースが前記第2の出力抵抗の他端に接続され、ドレイ
ンが前記ハーネスに接続された第2の電界効果型トラン
ジスタと、 前記第1の電界効果型トランジスタのソースに非反転入
力が接続され、反転入力が前記第2の出力抵抗の他端及
び前記第2の電界効果型トランジスタのソースに接続さ
れ、出力が前記第2の電界効果型トランジスタのゲート
に接続され第2の増幅器とを備えてなる請求項4記載の
非絶縁型電圧センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30212999A JP2001124805A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 非絶縁型電圧センサ |
US09/686,368 US6489786B1 (en) | 1999-10-25 | 2000-10-12 | Non-isolated type voltage sensor |
EP00122267A EP1096455A1 (en) | 1999-10-25 | 2000-10-19 | Non-isolated type voltage sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30212999A JP2001124805A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 非絶縁型電圧センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001124805A true JP2001124805A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17905277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30212999A Abandoned JP2001124805A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 非絶縁型電圧センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6489786B1 (ja) |
EP (1) | EP1096455A1 (ja) |
JP (1) | JP2001124805A (ja) |
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EP2105753A1 (en) | 2008-03-27 | 2009-09-30 | Hitachi Ltd. | Assembled battery total voltage detection circuit |
CN103018527A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-04-03 | 上海市电力公司 | 变压器调压开关分接头的驱动电机电流信号采集装置 |
JP2016080532A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 株式会社ケーヒン | 電源電圧検出装置 |
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US7928721B2 (en) * | 2007-07-26 | 2011-04-19 | Fluke Corporation | Method and apparatus for amplifying a signal and test device using same |
CN102436995B (zh) * | 2011-10-25 | 2015-07-08 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 应用于行波管程控高压电源的霍尔高压检测控制方法 |
CN104749413A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 静电卡盘电源的电流检测装置和电流检测方法 |
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