JP2001305166A - 電流検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的低い耐電圧特性の汎用の演算増幅器を用
い、この演算増幅器のオフセット量の補正手段を備える
電流検出回路を提供する。 【解決手段】電流検出抵抗Rcs に流れる電流Ｉに応じた
出力電圧V0を出力する電流検出回路において、電流検出
抵抗Rcs と、出力電圧V0の動作点Vdを設定できる直流基
準電圧回路25と、電流検出抵抗Rcs に流れる双方向の電
流Ｉに応じて発生する電位差信号(V1-V2) と直流基準電
圧回路25の基準電圧Vdとを入力し、この電位差信号(V1-
V2) を増幅し、この増幅された電位差信号G1(V1-V2) に
動作点Vrを設定する直流基準電圧回路25の基準電圧Vdを
加算した電圧信号V0を出力する第１変換回路21と、を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電流検出抵抗に流れ
る双方向の電流を検出する電流検出回路に関わり、特
に、二次電池に流れる充放電電流を検出する電流検出回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池などの二次電池の充
電制御回路は、常時、充放電電流を検出して、充電およ
び放電を制御している。この充放電電流を検出する電流
検出回路は、リチウムイオン電池の充放電回路中に電流
検出抵抗を直列に挿入し、この電流検出抵抗の両端の電
位差を計測することにより、リチウムイオン電池の充放
電電流を検出している。

【０００３】リチウムイオン電池などの二次電池を充電
する際、充電完了の検知は、充電電流の大きさが予め定
められた値以下になったときに、この充電を終了させる
ことが行われている。通常、この検出すべき電流の大き
さは、0.1C以下の値が採用されている。ここで、値C
は、電流の大きさを表し、例えば電池の容量がＸmA・Ｈ
の電池の1Cは、ＸmAである。従って、例えば1000mA・Ｈ
の電池では、 100mA以下の電流を検出しなければならな
い。この様な小さな電流を検出するためには、電流検出
抵抗はなるべく大きな抵抗値のものを選択したいが、充
電電流は最大で1C程度となり、この電流検出抵抗での電
力損失が大きくなる。この為、一般的には、電流検出抵
抗の抵抗値は小さく選択され、数10m Ω〜数100mΩ程度
に選択される。従って、電流検出抵抗の両端の電位差
は、数mV程度の微小な値から数100mV程度となる。この
ため、一般的にはこの電流検出抵抗の両端の電位差を増
幅して利用することになる。また、この様な電流検出回
路は、通常、機器の小型化・低コスト化の要求により、
IC（集積回路）化され、また、一般的には、このIC化さ
れた電流検出回路の供給電源は単一電源で構成される。

【０００４】従来技術による電流検出回路を図９に示
す。図９の(A) において、二次電池12の充電回路は、充
電時は直流電源11より電流検出抵抗Rcs を介して二次電
池12に充電電流Ｉが流れる。また、この二次電池12を利
用した例えば携帯用機器13などは、二次電池12の負荷と
して電池で駆動される機器13に放電電流Ｉが逆方向に流
れる。この電流検出抵抗Rcs に流れる充放電電流Ｉの検
出は、演算増幅器OP1 と抵抗R1〜R4とからなる差動増幅
器回路で抵抗比(R2/R1＝R4/R3 ＝G1) に選択するレベル
シフト回路を第４変換回路26として用いることにより、
低電圧Vss レベルを基準とする(1) 式で表される出力信
号V0を得ることができる。

【０００５】

【数１】 V0＝ (R2/R1)・(V1-V2) ＋(R1+R2)/R1・Eoff ＝G1・Ｉ・Rcs ＋(1+G1)・Eoff ・・・(1) 但し、演算増幅器OP1 はオフセット電圧Eoffを有し、そ
の他のパラメータが理想化演算増幅器として誤差成分が
無視できるものとする。

【０００６】この検出された信号V0は、例えば、A/D 変
換器31でディジタル値に変換してマイコン32にそのデー
タを取り込み、所定の処理をして利用される。図９の
(B),(C) は(1) 式で示される特性を図示し、横軸に充電
電流Ｉを、縦軸に検出出力電圧V0をとる。特性線Ａはオ
フセット電圧Eoffが零のときを図示し、特性線Ｂはオフ
セット電圧Eoffが正のときを図示し、また、特性線Ｃは
オフセット電圧Eoffが負のときを図示する。今、検出す
べき充電電流ＩがI1のとき、特性線Ａでは正しく検出す
ることができる。特性線Ｂでは誤差を有するが充電電流
Ｉの変化に応じて出力が変動するので、例えば、次に述
べる補正方法で検出することができる。例えば、充放電
電流（入力電流）Ｉが零のときの電流検出回路の出力値
を予めマイコンのメモリに記憶させ、実際の検出を行う
ときこの記憶した値で補正を行う方法である。

【０００７】しかし、この方法も、特性線Ｃでは充電電
流Ｉによって電流検出抵抗Rcs の両端に発生する電位差
信号がオフセット電圧Eoff相当以上になるまでは、即
ち、充電電流I2までは、単一電源駆動の第４変換回路26
としては負出力を出力できないので０出力状態となり、
補正なしでは出力Vout2 、補正処理ありでは出力Vout3
が検出され、正しい出力Vout1 を検出することができな
い。

【０００８】また、充放電電流Ｉを検出する他の方法に
は、例えば、特開平8-136590「電流検出回路及び電流監
視装置」、特開平11-69635「充放電電流検出機能付き充
放電制御回路及び充電式電源装置」が開示されている。
図10の(A) において、特開平8-136590「電流検出回路及
び電流監視装置」によれば、電流検出抵抗Rcs に流れる
充放電電流Ｉを検出する電流検出回路は、電流検出抵抗
Rcs に発生する電圧降下に基づく電位差を入力し、この
電位差(V1-V2)に応じた差となる電流I1,I2 に変換する
第５変換回路41と、この第５変換回路41の電流I1,I2 を
入力し、この電流差±(I1-I2) に応じた電位差を生成
し、入力された基準電圧VRと加算して出力する第６変換
回路42と、から構成される。

【０００９】第５変換回路41は、図10の(B) において、
具体的には、２個のマルチコレクタ・トランジスタQ1,Q
2 と、抵抗R21,R22 と、マルチコレクタ・トランジスタ
Q1,Q2 の動作点を与える定電流回路IRと、から構成さ
れ、一般的には電子回路の動作基準となる低電圧Vss レ
ベルに対して、二次電池12の電池電圧V1,V2 だけ浮遊し
たレベルにある電流検出抵抗Rcs に発生する電位差信号
(V1-V2) を、この電位差(V1-V2) に応じた電流差(I1-I
2) となる２つの電流信号I1,I2 を低電圧Vss レベルに
向けて変換することができる。

【００１０】また、第６変換回路42は、トランジスタQ3
〜Q8と、演算増幅器OP4 と、抵抗R23 〜R25 と、基準電
圧VRと、から構成され、抵抗R23 とトランジスタQ3〜Q8
との回路によって、第５変換回路41で低電圧Vss レベル
に向けて変換された２つの電流信号I1,I2 を電流検出抵
抗Rcs の電位差(V1-V2) に比例した電流差信号±(I1-I
2) に変換して、演算増幅器OP4 に入力することができ
る。そして、演算増幅器OP4 と抵抗R24,R25 と基準電圧
VRとの回路によって、演算増幅器OP4 に入力された信号
は、低電圧Vss レベルから基準電圧VRだけ浮遊したレベ
ルに充放電電流Ｉに比例した信号を出力することができ
る。

【００１１】また、特開平11-69635「充放電電流検出機
能付き充放電制御回路及び充電式電源装置」によれば、
充放電電流Ｉを電流検出抵抗Rcs に流して電位差信号を
検出するとき、充放電電流Ｉが小さいとき、検出される
電位差信号が充放電制御回路の増幅器のオフセット誤差
レベルに近づくことがある。このため、充放電電流Ｉが
予め定められた値より小さくなったとき、電流検出抵抗
Rcs の検出抵抗値を増加させ、電位差信号を増幅する増
幅器のゲインを減少させて制御を行うことが開示されて
いる。具体的には、電流検出抵抗Rcs を２個直列に接続
し、充放電電流Ｉが予め定められた値より大きいとき、
一方の電流検出抵抗Rcs を電子スイッチで短絡して構成
することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述する充放
電電流を検出する電流検出回路などでは、電流検出抵抗
の抵抗値は小さく、この電流検出抵抗の両端の電位差は
数mV程度の微小な値から数 100mV程度の値となる。この
電流検出抵抗の電位差が数mV程度の微小な値のとき、演
算増幅器の入力オフセット電圧（通常、数mV〜10mV程
度）の影響を大きく受ける。場合によっては、入力信号
がオフセット電圧に埋もれてしまい、検出不能となるこ
ともある。即ち、このオフセット電圧の補償方法とし
て、例えば、充放電電流（入力電流）が零のときの電流
検出回路の出力値を予めマイコンのメモリに記憶させ、
実際の検出を行うときこの記憶した値で補正を行うこと
ができる。この補正はオフセット電圧が正の出力方向に
作用したときは有効に作用するが、図９の(B),(C) の特
性Ｃに図示する様に、オフセット電圧が負の出力方向に
作用したときは正しく補正することができない。

【００１３】即ち、電流検出回路の増幅器は単一電源駆
動で構成しているので、入力電流が零のときの電流検出
回路の出力値は負出力を出力できずに零出力で飽和現象
を生じる。また同様に微小な入力電流(I1,I2) に対する
出力値も同様に負出力が出力できずに零出力となり、オ
フセット量（入力電流が零のときの出力値＝零）の補正
を行っても検出出力Vout2 は(0-0＝0)となり、正しい微
小入力電流Vout1 を検出することができない。また逆
に、矢印で図示する様に、正しいオフセット量が何らか
の方法で知り得て、このオフセット量で補正を行ったと
きは、その出力値はVout3 となり、いずれにしても正し
い出力値Vout1 とはならず、検出不能となる。

【００１４】また、特開平8-136590「電流検出回路及び
電流監視装置」では、電流検出回路として専用の集積回
路が構成され、特に第５変換回路は、電流検出抵抗に発
生する電位差信号を低電圧Vss レベルへの電流差信号に
変換するために、２個のマルチコレクタ・トランジスタ
と抵抗と定電流回路とから構成される。そして、このマ
ルチコレクタ・トランジスタおよび定電流回路は、二次
電池の電池電圧相当の浮遊レベルに耐え得る耐電圧特性
を必要とする。

【００１５】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、比較的
低い耐電圧特性の汎用の演算増幅器を用い、この演算増
幅器のオフセット量の補正手段を備える電流検出回路を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電流検出抵抗に流れる電流に応じた出力
電圧を出力する電流検出回路において、電流検出抵抗
と、出力電圧の動作点を可調整できる直流基準電圧回路
と、電流検出抵抗に流れる双方向の電流に応じて発生す
る電位差信号と直流基準電圧回路の基準電圧とを入力
し、この電位差信号を増幅し、この増幅された電位差信
号に動作点を設定する直流基準電圧回路の基準電圧を加
算した電圧信号を出力する第１変換回路と、を備えて構
成するものとする。

【００１７】かかる構成により、電流検出抵抗に流れる
双方向の電流に応じて発生する電位差信号は増幅され、
この増幅された信号に調整可能な基準電圧を加算して出
力することにより、予め定められた基準電圧を動作点と
し、電位差信号を増幅することができる。また、電流検
出回路は、電流検出抵抗に発生する電位差信号を直接第
１変換回路の入力信号とする代わりに、電流検出抵抗の
両端に発生する両電位を第１変換回路の低電圧Vss レベ
ルに対して予め定められた比率で分圧する分圧回路、を
備え、第１変換回路は、この分圧回路で分圧された電位
差信号を入力信号とすることができる。

【００１８】かかる構成により、電位差信号を増幅する
増幅器の耐電圧特性を高くすることなく構成することが
できる。また、電流検出回路は、第１変換回路の出力電
圧と直流基準電圧回路の基準電圧とを入力し、第１変換
回路の出力電圧は(1＋G2) 倍に増幅し、直流基準電圧回
路の基準電圧は−G2倍に増幅して、両増幅信号を加算し
た値を出力する第２変換回路、を備えることができる。

【００１９】かかる構成により、電流検出抵抗に流れる
双方向の電流に応じて発生する電位差信号は増幅され、
この増幅された信号に調整可能な基準電圧を加算して出
力することにより、予め定められた基準電圧を動作点と
し、電位差信号を増幅することができる。また、電流検
出回路は、直流基準電圧回路の基準電圧を入力し、この
基準電圧を(1＋(1/G2)) 倍に増幅する第３変換回路と、
第１変換回路の出力電圧と第３変換回路の出力電圧とを
入力し、第１変換回路の出力電圧は(1＋G2) 倍に増幅
し、第３変換回路の出力電圧は−G2倍に増幅して、両増
幅信号を加算した値を出力する第２変換回路と、を備え
ることができる。

【００２０】かかる構成により、電流検出抵抗に流れる
双方向の電流に応じて発生する電位差信号を増幅し、こ
の増幅された信号に調整可能な基準電圧を加算して出力
することにより電位差信号を増幅する増幅器のオフセッ
ト量を補正し、さらにこの出力のレベルシフトを行うこ
とにより、電位差信号を低電圧Vss レベルからの出力信
号として出力することができる。

【００２１】また、第１変換回路は、演算増幅器と、こ
の演算増幅器の (+)入力端子に共通点が接続される抵抗
R1,R2 の直列抵抗回路と、演算増幅器の (-)入力端子に
共通点が接続される抵抗R3,R4 の直列抵抗回路と、を備
え、抵抗R1,R3 の他方の端子は、電流検出抵抗の両端あ
るいは分圧回路の分圧出力に接続し、抵抗R2の他方の端
子は、低電圧Vss レベルに接続された直流基準電圧回路
の他方の端子に接続し、抵抗R4の他方の端子は、演算増
幅器の出力端子に接続して負帰還回路を構成することが
できる。

【００２２】また、第２変換回路は、第２演算増幅器
と、この演算増幅器の負帰還回路に接続される抵抗R6
と, この演算増幅器の (-)入力端子に接続される抵抗R5
と、からなる直列抵抗回路と、を備え、第２演算増幅器
の (+)入力端子を第１変換回路の出力端子に接続し、抵
抗R5の他方の端子を低電圧Vss レベルに接続された直流
基準電圧回路の他方の端子に接続して構成することがで
きる。

【００２３】また、第２変換回路は、第２演算増幅器
と、この演算増幅器の負帰還回路に接続される抵抗R6
と, この演算増幅器の (-)入力端子に接続される抵抗R5
と、からなる直列抵抗回路と、を備え、第３変換回路
は、第３演算増幅器と、この演算増幅器の負帰還回路に
接続される抵抗R8と, この演算増幅器の (-)入力端子に
接続される抵抗R7と、からなる直列抵抗回路と、を備
え、第２演算増幅器の (+)入力端子を第１変換回路の出
力端子に接続し、第３演算増幅器の (+)入力端子を低電
圧Vss レベルに接続された直流基準電圧回路の他方の端
子に接続し、第３演算増幅器の抵抗R7の他方の端子を低
電圧Vss に接続し、第３演算増幅器の出力端子を第２演
算増幅器の抵抗R5の他方の端子に接続して構成すること
ができる。

【００２４】また、直流基準電圧回路の出力電圧は、可
調整とすることができる。かかる構成により、第１変換
回路の演算増幅器が有するオフセット電圧を補正して予
め定められた基準電圧を動作点とする増幅特性とするこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の電流検出回
路の要部構成図、図２は第２の電流検出回路の要部構成
図、図３は第３の電流検出回路の要部構成図、図４は第
４の電流検出回路の要部構成図、図５は第１実施例の回
路図およびその特性図、図６は第２実施例の回路図およ
び等価回路図、図７は第３実施例の回路図、図８は第４
実施例の回路図であり、図９、図10に対応する同一部材
には同じ符号が付してある。

【００２６】図１において、本発明は、電流検出抵抗Rc
s に流れる電流Ｉに応じた出力電圧V0を出力する電流検
出回路において、電流検出抵抗Rcs と、出力電圧V0の動
作点Vdを設定できる直流基準電圧回路25と、電流検出抵
抗Rcs に流れる双方向の電流Ｉに応じて発生する電位差
信号(V1-V2) と直流基準電圧回路25の基準電圧Vdとを入
力し、電位差信号(V1-V2) をG1倍に増幅し、この増幅し
た電位差信号(V1-V2)G1 に動作点Vdを設定する直流基準
電圧回路25の基準電圧Vdを加算した電圧信号V0を出力す
る第１変換回路21と、を備えて構成するものとする。

【００２７】また、直流基準回路25の出力電圧Vdを可調
整とすることができる。かかる構成により、電流検出抵
抗Rcs に流れる双方向の電流Ｉに応じて発生する電位差
信号(V1-V2) は増幅され、この増幅された信号(V1-V2)G
1 に調整可能な基準電圧Vdを加算して出力することによ
り、予め定められた基準電圧Vdを動作点とし、電位差信
号(V1-V2) をG1倍に増幅することができる。特に、直流
基準回路25の出力電圧Vdを可調整とすることにより、第
１変換回路21の演算増幅器OP1 のオフセット電圧Eoffを
補正して予め定められた基準電圧Vrを動作点とするゲイ
ンG1の増幅特性とすることができる。

【００２８】

【実施例】実施例１〜実施例４を説明する。なお、実施
例２〜実施例４は重複を避けるため、実施例１と異なる
点を中心に以下の説明をする。 （実施例１）図１の第１の電流検出回路において、二次
電池12の充放電回路は、充電時は直流電源11より電流検
出抵抗Rcs を介して二次電池12に充電電流Ｉが流れる。
また、この二次電池12を用いた例えば携帯用機器などの
放電時は二次電池12の負荷として電池で駆動される機器
13が接続され、放電電流Ｉが逆方向に流れる。この電流
検出抵抗Rcs に流れる充放電電流Ｉの検出は、回路の動
作基準となる低電圧レベルVss を基準として電位V1,V2
のレベルに電位差(V1-V2) として検出され、第１変換回
路21によって、低電圧レベルVss に対して予め定められ
た基準電圧Vrを動作点としてG1倍増幅された電位差信号
(V1-V2)G1 の出力電圧V0が出力される。この出力電圧V0
は調整可能な基準電圧Vdを微調整することにより、第１
変換回路21の演算増幅器のオフセット電圧(Eoff1) を補
正して、電位差(V1-V2) が零、即ち充放電電流Ｉが零の
ときの出力電圧V0の動作点を基準電圧Vrに設定すること
ができる。そして、この出力電圧V0は、例えば、A/D 変
換器31でディジタル値に変換してマイコン32にそのデー
タを取り込み、所定の処理をして利用することができ
る。

【００２９】次に、第１変換回路21の一実施例を図５で
説明する。図５の(A) において、第１変換回路21は、演
算増幅器OP1 と、この演算増幅器OP1 の (+)入力端子に
共通点が接続される抵抗R1,R2 の直列抵抗回路と、演算
増幅器OP1 の (-)入力端子に共通点が接続される抵抗R
3,R4 の直列抵抗回路と、を備え、抵抗R1,R3 の他方の
端子21a,21b は電流検出抵抗Rcs の両端に接続し、抵抗
R2の他方の端子21d は低電圧Vss レベルに接続された直
流基準電圧回路25の他方の端子に接続し、抵抗R4の他方
の端子は演算増幅器OP1 の出力端子V0に接続して負帰還
回路を構成することができる。

【００３０】かかる構成により、演算増幅器OP1 の演算
誤差要因としてオフセット電圧Eoffを有し、他のパラメ
ータは理想化演算増幅器として誤差成分が無視できるも
のとし、抵抗比（ゲイン）を(R2/R1＝R4/R3 ＝G1) とす
る。この演算増幅器OP1 の入出力には (2)〜(4) 式の関
係がある。即ち、演算増幅器OP1 の (+)入力端子の電圧
をV+、 (-)入力端子の電圧をV-とすると、

【００３１】

【数２】 V+＝R2/(R1+R2)・V1＋R1/(R1+R2)・Vd ・・・・(2)

【００３２】

【数３】 V-＝R4/(R3+R4)・V2＋R3/(R3+R4)・V0 ・・・・(3)

【００３３】

【数４】 V+＝−Eoff＋V- ・・・・(4) この (2)〜(4) 式を整理することにより、第１変換回路
21の低電圧Vss レベルに対する出力V0は(5) 式で表すこ
とができる。

【００３４】

【数５】 V0＝ (R2/R1)・(V1-V2) ＋Vd＋(R1+R2)/R1・Eoff ＝G1・Ｉ・Rcs ＋Vd＋(1+G1)・Eoff ・・・・(5) 図５の(B),(C) は、(5) 式の特性を横軸に充放電電流Ｉ
をとり、縦軸に出力電圧V0とって図示したものである。
図５の(B) において、特性線Ａはオフセット電圧Eoffが
零のときを図示し、このときは調整可能な基準電圧Vd＝
基準電圧Vrに設定することにより、第１変換回路21の出
力電圧V0を基準電圧Vrを動作点とし、ゲインG1の増幅特
性を得ることができる。また、正または負のオフセット
電圧Eoffがあるときの増幅特性は、特性線Ｂまたは特性
線Ｃとなる。演算増幅器OP1 の駆動電源が単一電源であ
っても、この増幅特性が予め定められた動作点Vdあるい
はVrを中心に出力電圧が変動するので、演算増幅器OP1
が有するオフセット電圧Eoffは次に述べる２通りの補正
方法がある。即ち、 (1) 入力電流（充放電電流Ｉ）が零のときの出力電圧V0
を予め測定して、このデータをメモリに記憶し、出力電
圧V0を実測するとき、測定データから予め記憶されたデ
ータをソフト的に演算して検出することができる。

【００３５】(2) 直流基準電圧回路の出力電圧を可調整
とすることにより、調整可能な基準電圧Vdを微調整する
ことにより、出力電圧の動作点を予め定められた基準電
圧Vrにハード的に設定し、特性線Ａに図示される特性と
することができる。実施例１の適用例としては、例え
ば、リチウムイオン二次電池12が単一セルの4.2Vのと
き、第１変換回路21の駆動単一電源を二次電池12から電
流検出抵抗Rcsを出たところからとり、ゲインG1≫１を
適切に選択することにより、充放電電流Ｉに対する出力
電圧V0を得て、アナログ・ディジタル(A/D) 変換器31で
ディジタル値に変換し、マイコン32で、例えば、充電電
流および放電電流を積算処理することにより、二次電池
12の充電状態を管理することができる。 （実施例２）また、図２において、第２の電流検出回路
は、電流検出抵抗Rcs に発生する電位差信号(V1-V2) を
直接第１変換回路21の入力信号とする代わりに、電流検
出抵抗Rcs の両端に発生する両電位V1,V2 を第１変換回
路21の低電圧Vss レベルに対して予め定められた比率で
分圧する分圧回路24、を備え、第１変換回路21は、この
分圧回路24で分圧された電位差信号(V1'-V2') を入力信
号とすることができる。

【００３６】かかる構成により、電位差信号(V1'-V2')
を増幅する演算増幅器の耐電圧特性と、単一駆動電圧
と、を高くすることなく構成することができる。図６の
(A) において、分圧回路24は、抵抗R9,R10の分圧回路
と、抵抗R11,R12の分圧回路と、から構成され、この分
圧比G0を等しく選択することにより、電流検出抵抗Rcs
の両端に発生する両電位V1,V2 を低電圧Vss レベルに対
して低い耐電圧であるV1',V2' に変換することができ
る。

【００３７】また、図６の(B) において、分圧回路24の
等価回路は、V1',V2' に変換された電位差信号(V1'-V
2') が抵抗R9,R10の並列回路と、抵抗R11,R12 の並列回
路からなる入力インピーダンスR9',R11'を介して第１変
換回路21に入力される。従って、図１の第１変換回路21
のゲインG1に対して図２の電位差信号(V1'-V2') に対す
る第１変換回路21のゲインをG1' 倍とすると、(5) 式に
対応する図２の第１変換回路21の出力電圧V0は、(6) 式
で表される。

【００３８】

【数６】 V0＝ G0(R2/R1+R9')・(V1-V2) ＋Vd＋(R1+R9'+R2)/(R1+R9')・Eoff ＝ G0G1'・Ｉ・Rcs ＋Vd＋(1+G1') ・Eoff ・・・・(6) この様な実施例２の適用例としては、例えば、二次電池
12が複数の単一セルを有し、この二次電池12の出力電圧
が(4.2V)×n のとき、演算増幅器OP1 は二次電池12の出
力電圧(4.2V)×n に対応する耐電圧に耐えるICで構成す
る必要がある。このため、図１の回路方式では、演算増
幅器OP1 が高耐圧の集積回路ICを必要とし、電源回路も
高圧となり、演算増幅器OP1 の消費電力も増加する。こ
の事柄はIC化を構成する上で阻害要因となる。

【００３９】しかし、図２の回路方式では、分圧回路24
により、適切な電圧レベルに低減することができるの
で、汎用の演算増幅器OP1 を用いて回路を構成し、演算
増幅器OP1 への供給電圧は、ロジック回路への供給電圧
と同じレベルの(Vcc-Vss) からなる5V電源で構成するこ
とができる。 （実施例３）また、図３において、第３の電流検出回路
は、第１変換回路21と、第１変換回路21の出力電圧V01
と直流基準電圧回路25の基準電圧Vdとを入力し, 第１変
換回路21の出力電圧V01 は(1＋G2) 倍に増幅し, 直流基
準電圧回路25の基準電圧Vdは−G2倍に増幅して, 両増幅
信号を加算した値V0を出力する第２変換回路22と、を備
えて構成することができる。

【００４０】また、直流基準回路25の出力電圧Vdを可調
整とすることができる。かかる構成により、電流検出抵
抗Rcs に流れる双方向の電流Ｉに応じて発生する電位差
信号(V1-V2) は増幅され、この増幅された信号G1(1＋G
2)(V1-V2)に調整可能な基準電圧Vdを加算して出力する
ことにより、予め定められた基準電圧Vrを動作点とし、
電位差信号(V1-V2) を増幅する演算増幅器のオフセット
量Eoff1,Eoff2 を調整・補正することができる。

【００４１】図７において、第１変換回路21は実施例１
と同じであるので説明を省略し、第２変換回路22は、第
２演算増幅器OP2 と、この演算増幅器OP2 の負帰還回路
に接続される抵抗R6と, この演算増幅器OP2 の (-)入力
端子に接続される抵抗R5と、からなる直列抵抗回路と、
を備え、第２演算増幅器OP2 の (+)入力端子22a を第１
変換回路21の出力端子21c に接続し、抵抗R5の他方の端
子22b を低電圧Vss レベルに接続された直流基準電圧回
路25の他方の端子に接続して構成することができる。

【００４２】第１変換回路21と第２変換回路22とからな
る第３実施例の電流検出回路の出力電圧V0は、(7) 式で
表される。

【００４３】

【数７】 V0＝G1(1＋G2)(V1-V2)＋Vd＋(1＋G1) (1＋G2) ・Eoff1 ＋(1＋G2) ・Eoff2 ＝G1(1＋G2) Ｉ・Rcs ＋Vd＋(1＋G1) (1＋G2) ・Eoff1 ＋(1＋G2) ・Eoff2 ・・・(7) この様な実施例３の適用例としては、実施例２と同様に
例えば、二次電池12が複数の単一セルを有し、この二次
電池12の出力電圧が(4.2V)×n のとき、高耐圧の演算増
幅器OP1 を用いることなく、汎用の演算増幅器OP1 を用
いて、二次電池12の出力電圧(4.2V)×n に耐える回路を
構成することができる。具体的には、第１変換回路21の
入力側の抵抗R1,R3 を抵抗R2,R4 よりも大きい抵抗値に
選ぶ。この様な定数選択により、演算増幅器OP1 の (+)
入力端子および (-)入力端子の電圧V+,V- の値を電源電
圧Vcc 以下に選定することができ、ゲインは１以下に下
がるが、演算増幅器OP1 を動作領域内で使用することが
でき、第２変換回路22でゲインG2を稼ぐことによって、
全体として必要なゲインを得ることができる。 （実施例４）また、図４において、第４の電流検出回路
は、第１変換回路21と、直流基準電圧回路25の基準電圧
Vdを入力し、この基準電圧Vdを(1＋(1/G2)) 倍に増幅す
る第３変換回路23と、第１変換回路21の出力電圧V01 と
第３変換回路23の出力電圧V03 とを入力し、第１変換回
路21の出力電圧V01 は(1＋G2) 倍に増幅し、第３変換回
路23の出力電圧V03 は−G2倍に増幅して、両増幅信号(1
＋G2)V01, −G2V03 を加算した値(1＋G2)V01−G2V03 を
出力する第２変換回路22と、を備えて構成することがで
きる。

【００４４】また、直流基準回路25の出力電圧Vdを可調
整とすることができる。かかる構成により、電流検出抵
抗Rcs に流れる双方向の電流Ｉに応じて発生する電位差
信号(V1-V2) を増幅し、この増幅された信号G1(1＋G2)
(V1-V2)に調整可能な基準電圧Vdを加算して出力するこ
とにより電位差信号(V1-V2) を増幅する演算増幅器OP1
のオフセット量Eoff1 を補正し、さらにこの出力のレベ
ルシフトを行うことにより、増幅された電位差信号G1(1
＋G2)(V1-V2)を低電圧Vss レベルからの出力信号V0とし
て出力することができる。

【００４５】図８において、第４実施例と第３実施例と
の差異は、第４実施例の第１変換回路21は第３実施例の
第１変換回路21と同じであり、第４実施例の第２変換回
路22および第３変換回路23の内部回路接続も第３実施例
の第２変換回路22と同じであり、ただ、外部の接続と第
３変換回路23の内部定数の選択が異なる点である。即
ち、第２変換回路22は、第２演算増幅器OP2 と、演算増
幅器OP2 の負帰還回路に接続される抵抗R6と演算増幅器
OP2 の (-)入力端子に接続される抵抗R5と,からなる直
列抵抗回路と、を備え、また、第３変換回路23は、第３
演算増幅器OP3 と、この演算増幅器OP3 の負帰還回路に
接続される抵抗R8と演算増幅器OP3 の(-)入力端子に接
続される抵抗R7と、からなる直列抵抗回路と、を備え、
且つ、抵抗R5〜R8との間に (R6/R5)＝(R7/R8) が成立す
る定数に選択し、第２演算増幅器OP2 の (+)入力端子22
a を第１変換回路21の出力端子21c に接続し、第３演算
増幅器op3 の (+)入力端子23a を低電圧Vss レベルに接
続された直流基準電圧回路25の他方の端子に接続し、第
３演算増幅器23の出力端子23c を第２演算増幅器22の抵
抗R5の他方の端子22b に接続して構成することができ
る。

【００４６】第１変換回路21と第２変換回路22と第３変
換回路23からなる第４実施例の電流検出回路の出力電圧
V0は、(8) 式で表される。なお、演算増幅器OP1,OP2,OP
3 のオフセット電圧Eoff1,Eoff2,Eoff3 の項は式が煩雑
となるが、演算増幅器OP2,OP3 のオフセット電圧Eoff2,
Eoff3 が出力V0に及ぼす影響は相殺方向に作用するので
数式でのオフセット電圧Eoff1 のみ表示し、他のオフセ
ット電圧Eoff2,Eoff3の項は省略する。

【００４７】

【数８】 V0＝G1(1＋G2)(V1-V2)＋(1＋G1) (1＋G2) ・Eoff1 ＝G1(1＋G2) Ｉ・Rcs ＋(1＋G1) (1＋G2) ・Eoff1 ・・・(8) 従って、演算増幅器OP1 のオフセット電圧Eoff1 を可調
整な基準電圧Vdで調整することにより、(9) 式で表され
る出力V0を得ることができる。

【００４８】

【数９】V0＝G1(1＋G2) Ｉ・Rcs ・・・(9) この様な実施例４の適用例としては、実施例２、実施例
３と同様に例えば、二次電池12が複数の単一セルを有
し、この二次電池12の出力電圧が(4.2V)×n のとき、高
耐圧の演算増幅器OP1 を用いることなく、汎用の演算増
幅器OP1 を用いて、二次電池12の出力電圧(4.2V)×n に
耐える回路を構成することができる。

【００４９】また、実施例２〜実施例４において、リチ
ウムイオン電池の二次電池12が単一セルあるは他の二次
電池でこの電圧値が5V前後の場合は、第１変換回路21を
分圧回路として用いることなく、通常の増幅器として利
用することも当然できる。以上の４つの実施例に共通す
る効果を以下に述べる。可調整な基準電圧Vdを電流検出
回路の電位差(V1-V2) を増幅した出力電圧G1(V1-V2),G0
G1(V1-V2),G1(1＋G2)(V1-V2)にバイアス電圧を加算する
様に構成することにより、二次電池12の充電完了電流値
の様な微小な電流についても変換回路のオフセット電圧
に埋もれて検出不能とならずに、検出することができ
る。

【００５０】それぞれの実施例１〜実施例４の効果につ
いて表１に記載する。表１の実施例の第１の効果は、上
述したオフセット電圧に埋もれるレベルの電位差(V1-V
2) が検出できることである。

【表１】 また、第２の効果として、実施例１〜実施例３では、そ
の出力電圧の(5),(6),(7) 式より明らかな様に、＋Vdの
項があるので、充放電電流Ｉが零のとき、電流検出回路
の出力電圧がVrと設定できるため、充放電電流Ｉの様
に、両極性の電流の計測が可能である。

【００５１】また、第３の効果として、同様な理由によ
り、演算増幅器の駆動電源電圧範囲の一杯まで出力する
ことができるレール・ツー・レール型の演算増幅器を使
用しなくても微小な電流の計測が可能である。また、第
４の効果として、実施例２では、分圧回路24により、検
出信号電圧V1,V2 をV1',V2' に下げることができるの
で、第１変換回路21への入力電圧を下げることができ、
第１変換回路21が高い耐電圧を必要しない様に構成でき
る。このため、一般的に、MOS-FET(metal-oxide-semico
nductor FET)回路はバイポーラ・トランジスタ回路と比
較して、基本特性として耐電圧はあまり高くないが、演
算増幅器OP1 などにMOS-FET の回路が容易に適用できる
と言う利点がある。

【００５２】同様に第４の効果として、実施例３，４で
は、第１変換回路21の演算増幅器OP1 の増幅度を低く抑
えることにより、その結果として、第１変換回路21を構
成する演算増幅器OP1 への入力電圧V+,V- は、入力電圧
V1,V2 を分圧した事と等価にすることができるので、実
施例２と同様に、MOS-FET の回路が容易に適用できると
言う利点がある。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように本発明による電流検出
回路を用いることにより、比較的低い耐電圧特性の演算
増幅器を用い、この演算増幅器のオフセット量の補正手
段を備える電流検出回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の電流検出回路の要部構成図

【図２】第２の電流検出回路の要部構成図

【図３】第３の電流検出回路の要部構成図

【図４】第４の電流検出回路の要部構成図

【図５】第１の電流検出回路の回路図およびその特性図

【図６】第２の電流検出回路の回路図および等価回路図

【図７】第３の電流検出回路の回路図

【図８】第４の電流検出回路の回路図

【図９】従来技術による電流検出回路の回路図

【図10】従来技術による電流検出回路の他の回路図

【符号の説明】

11 直流電源 12 二次電池 13 機器負荷 21 第１変換回路 22 第２変換回路 23 第３変換回路 24 分圧回路 25 直流基準電圧回路 31 A/D 変換器 32 マイコン 41 第４変換回路 42 第５変換回路 Eoff,Eoff1〜Eoff3 オフセット電圧 G0,G1,G2,G3 ゲイン Ｉ 充放電電流 IR 定電流回路 R1〜R12, R21〜R25 抵抗 OP1 〜OP4 演算増幅器 Q1〜Q8 トランジスタ V1,V2,V1',V2' 電位 Vd 可調整な基準電圧 Vr 出力動作点の基準電圧 V0,V01,V03 出力電圧 Vss 低電圧レベル

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CB21 CB31 CC04 CC15 CC16 CC27 2G035 AA04 AB03 AC02 AD10 AD20 AD28 AD54 AD56 AD65 5G003 AA01 BA01 CA02 CC02 GC05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電流検出抵抗に流れる電流に応じた出力電
   圧を出力する電流検出回路において、 電流検出抵抗と、 出力電圧の動作点を設定できる直流基準電圧回路と、 電流検出抵抗に流れる双方向の電流に応じて発生する電
   位差信号と直流基準電圧回路の基準電圧とを入力し、こ
   の電位差信号を増幅し、この増幅された電位差信号に動
   作点を設定する直流基準電圧回路の基準電圧を加算した
   電圧信号を出力する第１変換回路と、を備える、 ことを特徴とする電流検出回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電流検出回路において、 電流検出抵抗に発生する電位差信号を直接第１変換回路
   の入力信号とする代わりに、電流検出抵抗の両端に発生
   する両電位を第１変換回路の低電圧Vss レベルに対して
   予め定められた比率で分圧する分圧回路、を備え、 第１変換回路は、この分圧回路で分圧された電位差信号
   を入力信号とする、ことを特徴とする電流検出回路。
3. 【請求項３】請求項１に記載の電流検出回路において、 第１変換回路の出力電圧と直流基準電圧回路の基準電圧
   とを入力し、第１変換回路の出力電圧は(1＋G2) 倍に増
   幅し、直流基準電圧回路の基準電圧は−G2倍に増幅し
   て、両増幅信号を加算した値を出力する第２変換回路、
   を備える、 ことを特徴とする電流検出回路。
4. 【請求項４】請求項１に記載の電流検出回路において、 直流基準電圧回路の基準電圧を入力し、この基準電圧を
   (1＋(1/G2)) 倍に増幅する第３変換回路と、 第１変換回路の出力電圧と第３変換回路の出力電圧とを
   入力し、第１変換回路の出力電圧は(1＋G2) 倍に増幅
   し、第３変換回路の出力電圧は−G2倍に増幅して、両増
   幅信号を加算した値を出力する第２変換回路と、を備え
   る、 ことを特徴とする電流検出回路。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかの項に
   記載の電流検出回路において、 第１変換回路は、演算増幅器と、この演算増幅器の (+)
   入力端子に共通点が接続される抵抗R1,R2 の直列抵抗回
   路と、演算増幅器の (-)入力端子に共通点が接続される
   抵抗R3,R4 の直列抵抗回路と、を備え、 抵抗R1,R3 の他方の端子は、電流検出抵抗の両端あるい
   は分圧回路の分圧出力に接続し、抵抗R2の他方の端子
   は、低電圧Vss レベルに接続された直流基準電圧回路の
   他方の端子に接続し、抵抗R4の他方の端子は、演算増幅
   器の出力端子に接続して負帰還回路を構成する、 ことを特徴とする電流検出回路。
6. 【請求項６】請求項３に記載の電流検出回路において、 第２変換回路は、第２演算増幅器と、この演算増幅器の
   負帰還回路に接続される抵抗R6と, この演算増幅器の
   (-)入力端子に接続される抵抗R5と、からなる直列抵抗
   回路と、を備え、 第２演算増幅器の (+)入力端子を第１変換回路の出力端
   子に接続し、抵抗R5の他方の端子を低電圧Vss レベルに
   接続された直流基準電圧回路の他方の端子に接続して構
   成する、 ことを特徴とする電流検出回路。
7. 【請求項７】請求項４に記載の電流検出回路において、 第２変換回路は、第２演算増幅器と、この演算増幅器の
   負帰還回路に接続される抵抗R6と, この演算増幅器の
   (-)入力端子に接続される抵抗R5と、からなる直列抵抗
   回路と、を備え、 第３変換回路は、第３演算増幅器と、この演算増幅器の
   負帰還回路に接続される抵抗R8と, この演算増幅器の
   (-)入力端子に接続される抵抗R7と、からなる直列抵抗
   回路と、を備え、 第２演算増幅器の (+)入力端子を第１変換回路の出力端
   子に接続し、第３演算増幅器の (+)入力端子を低電圧Vs
   s レベルに接続された直流基準電圧回路の他方の端子に
   接続し、第３演算増幅器の抵抗R7の他方の端子を低電圧
   Vss に接続し、第３演算増幅器の出力端子を第２演算増
   幅器の抵抗R5の他方の端子に接続して構成する、 ことを特徴とする電流検出回路。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかの項に
   記載の電流検出において、直流基準電圧回路の出力電圧
   は、可調整できる、 ことを特徴とする電流検出回路。