JP2009257811A - 電流検出回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】オペアンプを用いて高精度に電流を検出する。
【解決手段】シャント抵抗32の両端の電位差を、第1のオペアンプ12が増幅率で電圧V1に増幅し、第2のオペアンプ22が増幅率で電圧V2に増幅する。増幅された電圧V1が電圧閾値VT以下の場合には、高い増幅率で増幅された電圧V1に基づいて求められる電流値を電流Idcとして採用し、電圧V1が電圧閾値VTよりも高い場合には、低い増幅率で増幅された電圧V2に基づいて求められた電流値を電流Idcとして採用する。
【選択図】図2
【解決手段】シャント抵抗32の両端の電位差を、第1のオペアンプ12が増幅率で電圧V1に増幅し、第2のオペアンプ22が増幅率で電圧V2に増幅する。増幅された電圧V1が電圧閾値VT以下の場合には、高い増幅率で増幅された電圧V1に基づいて求められる電流値を電流Idcとして採用し、電圧V1が電圧閾値VTよりも高い場合には、低い増幅率で増幅された電圧V2に基づいて求められた電流値を電流Idcとして採用する。
【選択図】図2
Description
本発明は電流検出回路に関する。
インバータからの電流を検出する技術としてオペアンプを用いて安価で簡単に検出する技術が提案されているが、オペアンプを用いて電流を検出する場合には、オペアンプの出力電圧が入力されるマイコンの電源電圧、マイコンのLSB(Least Significant Bit;最下位ビット)誤差及び抵抗誤差等のバラツキによる誤差が生じる。また、マイコンに入力する電圧が小さいほどその誤差は大きくなる。
このような課題を解決すべく下掲の特許文献1には、インバータを制御するための電流指令値の大きさに基づいて増幅率を可変とするオペアンプを採用した技術が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に開示されている技術では、電流指令値なる、いわゆる参照電圧をコンパレータに入力し、当該コンパレータの出力に基づいて増幅率を変更しなければならない。増幅率の変更はオペアンプの帰還抵抗の一部を短絡するか否かで決定しているので、コンパレータの誤作動や、帰還抵抗を短絡するためのスイッチの動作不良等が懸念される。
また、検出される電流が、増幅率を変更するための電流閾値の近傍である場合には、チャタリングの発生を抑制するために更なる工夫、具体的には増幅率を変更するためのスイッチの切替えタイミングにヒステリシス特性をもたせることが必要となる。
本発明は上記課題に鑑み、オペアンプを用いて高精度に電流を検出する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、第1の発明は、電流経路と直列に接続された抵抗(32)と、前記抵抗の両端の電圧を第1の増幅率(G1)で増幅する第1のオペアンプ(12)と、前記第1のオペアンプからの第1の出力電圧(V1)に基づいて第1の電流値(I1)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第1の検出部(18)と、前記電圧を前記第1の増幅率よりも小さい第2の増幅率(G2)で増幅する第2のオペアンプ(22)と、前記第2のオペアンプからの第2の出力電圧(V2)に基づいて第2の電流値(I2)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第2の検出部(28)と、予め定められた電圧閾値(VT)を格納する記憶部(34)と、前記第1の出力電圧が前記電圧閾値以下の場合には前記第1の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断し、前記第1の出力電圧が前記電圧閾値よりも高い場合には前記第2の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断する判断部(36)とを備える、電流検出回路(1)である。
第2の発明は、電流経路と直列に接続された抵抗(32)と、前記抵抗の両端の電圧を第1の増幅率(G1)で増幅する第1のオペアンプ(12)と、前記第1のオペアンプからの第1の出力電圧(V1)に基づいて第1の電流値(I1)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第1の検出部(18)と、前記電圧を前記第1の増幅率よりも小さい第2の増幅率(G2)で増幅する第2のオペアンプ(22)と、前記第2のオペアンプからの第2の出力電圧(V2)に基づいて第2の電流値(I2)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第2の検出部(28)と、予め定められた電流閾値(CT)を格納する記憶部(34A)と、前記第1の電流値が前記電流閾値以下の場合には前記第1の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断し、前記第1の電流値が前記電流閾値よりも高い場合には前記第2の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断する判断部(36A)とを備える、電流検出回路(1A)である。
第1の発明によれば、オペアンプに入力される電圧が低い場合には高い増幅率で増幅した電圧に基づいて電流検出を行い、当該電圧が高い場合には低い増幅率で増幅した電圧に基づいて電流検出を行うので、単一のオペアンプでは生じ得る誤差を抑制しつつ簡単な回路構成で電流を高精度に検出できる。特に、電圧閾値を記憶しているので、参照電圧の入力が必要なコンパレータを必要としない。
第2の発明によれば、第1の検出部で検出する電流値が低い場合には高い増幅率で増幅した電圧に基づいて電流検出を行い、当該電流値が高い場合には低い増幅率で増幅した電圧に基づいて電流検出を行うので、単一のオペアンプでは生じ得る誤差を抑制しつつ簡単な回路構成で電流を高精度に検出できる。特に、電流閾値を記憶しているので、参照電圧の入力が必要なコンパレータを必要としない。
以下、本発明の好適な態様について、図面を参照しながら説明する。なお、図1を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。
〈インバータ回路100の構成〉
図1は本発明の電流検出回路1が搭載されるインバータ回路100の構成を例示する図である。インバータ回路100は例えば商用電源200を用いて負荷であるモータ300を制御する。
図1は本発明の電流検出回路1が搭載されるインバータ回路100の構成を例示する図である。インバータ回路100は例えば商用電源200を用いて負荷であるモータ300を制御する。
商用電源200からの交流電流はダイオードブリッジが採用されたコンバータ部102に入力されて整流され、直流電流が得られる。得られた直流電流はその脈動(リプル)は平滑用コンデンサ104で低減され、平滑用コンデンサ104の両端電圧がインバータ部106に印加される。インバータ部106は例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチング素子によって所望の三相交流を生成し、モータ300を駆動する。
このようなインバータ回路100においては、過電流保護及び過電圧保護等を目的として適宜の位置に電流検出回路1及び電圧検出回路2が配設され、それぞれの検出値は制御部(図示省略)に入力される。具体的には電流検出回路1が有する電流センサがコンバータ部102とインバータ部106との間での電流経路に配設され、電圧検出回路2が有する電圧センサが平滑用コンデンサ104と並列に配設される。
電流検出回路1及び電圧検出回路2には直流電源110から給電されて、それぞれ電流又は電圧を検出する。
〈電流検出回路1の構成〉
図2は電流検出回路1の回路構成を例示する図である。電流検出回路1では電流経路に直列に接続された電流センサたるシャント抵抗32の両端の電位に基づいてマイコン50が電流値を計測する。
図2は電流検出回路1の回路構成を例示する図である。電流検出回路1では電流経路に直列に接続された電流センサたるシャント抵抗32の両端の電位に基づいてマイコン50が電流値を計測する。
シャント抵抗32は電流Idcが流れる電流経路上の点P1,P2間に接続されており、2点P1,P2間の電圧がそれぞれ2つのオペアンプ12,22に入力される。具体的には、第1のオペアンプ12の正側入力端子13にはシャント抵抗32の高電圧側の点P1での電圧が入力される。また、第1のオペアンプ12の負側入力端子14にはシャント抵抗32の低電圧側の点P2での電圧が入力抵抗11を介して入力される。オペアンプ12の出力と負側入力端子14との間には帰還抵抗15が接続されている。
また、第2のオペアンプ22の正側入力端子23には点P1での電圧が入力され、負側入力端子24には点P2での電圧が入力抵抗21を介して入力される。オペアンプ22の出力と負側入力端子24との間には帰還抵抗25が接続されている。
換言すれば、第1のオペアンプ12及び第2のオペアンプ22のそれぞれは、入力抵抗11,21及び帰還抵抗15,25とともに反転増幅回路10,20を形成している。これら反転増幅回路10,20の増幅率G1,G2は互いに異なっており、したがって、シャント抵抗32を流れる電流Idcを異なる増幅率G1,G2で増幅する。第1の反転増幅回路10の増幅率G1が第2の反転増幅回路20の増幅率G2よりも大きい。
第1の反転増幅回路10で増幅された電圧から、抵抗16及びコンデンサ17を含むローパスフィルタ18で高周波ノイズの除去及び、平滑化されて生成された電圧V1はマイコン50に入力される。第2の反転増幅回路20で増幅された電圧から、抵抗26及びコンデンサ27を含むローパスフィルタ28で高周波ノイズの除去及び、平滑化されて生成された電圧V2もマイコン50に入力される。
図3はマイコン50の機能を説明する図である。マイコン50は第1の反転増幅回路10から入力された電圧V1と、記憶部34に格納された電圧閾値VTとを比較し、比較結果に基づいて電流Idcの電流値を決定する。
具体的には、電圧V1が電圧閾値VT以下であると判断部36によって判断された場合には、第1検出部18が電圧V1に基づいて電流値I1を取得し、電流値I1が電流Idcの電流値と判断する。
また、電圧V1が電圧閾値VTよりも高い場合と判断部36によって判断された場合には、第2検出部28が電圧V2に基づいて電流値I2を取得し、電流I2が電流Idcの電流値と判断する。
なお、電圧V1から電流値I1への変換、及び電圧V2から電流値I2への変換は、それぞれ第1検出部18及び第2検出部28が、入力される電圧V1,V2とそれらに対応する電流値I1,I2のデータテーブルを保持し、当該テーブルを参照して電流値I1,I2を得ても良いし、シャント抵抗32の抵抗値、増幅率G1,G2及び電圧V1,V2等をパラメータとして算出するようにしても良い。
以上のようなマイコン50の機能をまとめると図4のようになる。
図4はマイコン50への入力電圧V1,V2と電流値I1,I2の関係を示す図である。ここで、増幅率G1で増幅された入力電圧V1と電流値I1との関数を線L1とし、増幅率G2で増幅された入力電圧V2と電流値I2との関数を線L2としている。また、線L1は縦軸を入力電圧V1、横軸を電流値I1とし、線L2は縦軸を入力電圧V2、横軸を電流値I2としている。図4に示す如く、マイコン50に入力される電圧V1が電圧閾値VT以下の場合には、増幅率G1で増幅された電圧V1に対応する電流値I1を電流Idcの電流値として採用し、マイコン50に入力される電圧V1が電圧閾値VTよりも高い場合には、増幅率G2で増幅された電圧V2に対応する電流値I2を電流Idcの電流値として採用する。なお、図4では、電流Idcの電流値として採用される電流値I1又は電流値I2のグラフを太線で示した。
このように、第1のオペアンプ12及び第2のオペアンプ22に入力される電圧が低い場合には高い増幅率G1で増幅した電圧に基づいて電流検出を行い、当該電圧が高い場合には低い増幅率G2で増幅した電圧に基づいて電流検出を行うので、単一のオペアンプでは生じ得る誤差を抑制しつつ簡単な回路構成で電流Idcを高精度に検出できる。特に、電圧閾値VTを記憶しているので、参照電圧の入力が必要なコンパレータを必要としない。
〈動作〉
図5は電流検出回路1の動作を説明するフローチャートである。電流検出回路1は以上のような構成を備えることにより、以下のような動作を行う。なお、本フローチャートでは、電流検出回路1が電流Idcの電流値を検出するための動作のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略する。また、特に断りのない限り、電流検出回路1の処理動作は、マイコン50の制御下で自動的に行われる。
図5は電流検出回路1の動作を説明するフローチャートである。電流検出回路1は以上のような構成を備えることにより、以下のような動作を行う。なお、本フローチャートでは、電流検出回路1が電流Idcの電流値を検出するための動作のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略する。また、特に断りのない限り、電流検出回路1の処理動作は、マイコン50の制御下で自動的に行われる。
シャント抵抗32に電流Idcが流れると、点P1,P2間の電位差を第1のオペアンプ12及び第2のオペアンプ22がそれぞれ増幅率G1,G2で増幅する(ステップS11)。
第1のオペアンプ12で増幅された電圧は、抵抗16及びコンデンサ17で構成されるローパスフィルタ18を経て電圧V1を得、マイコン50に入力する。また、第2のオペアンプ22で増幅された電圧は、抵抗26及びコンデンサ27で構成されるローパスフィルタ28を経て電圧V2を得、マイコン50に入力する(ステップS12)。
マイコン50の判断部36は入力された電圧V1と電圧閾値VTとを比較し、電圧V1が電圧閾値VT以下か否かを判断する(ステップS13)。
電圧V1が電圧閾値VT以下であると判断された場合には、ステップS13においてYesを選択し、第1検出部18によって取得される電流値I1をもって電流Idcの電流値とする(ステップS14)。一方、電圧V1が電圧閾値VTよりも高い場合には、ステップS13においてNoを選択し、第2検出部28によって取得される電流値I2をもって電流Idcの電流値とする(ステップS15)。
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではマイコン50に入力される電圧V1と電圧閾値VTとの比較に基づいていずれかの電流値I1,I2を採用する態様について説明したが、電流検出回路1と略同様の構成を備える電流検出回路1A(図1参照)が電流閾値CTに基づいて電流値I1,I2のいずれかを採用しても良い。
以上、本発明の好適な態様について説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではマイコン50に入力される電圧V1と電圧閾値VTとの比較に基づいていずれかの電流値I1,I2を採用する態様について説明したが、電流検出回路1と略同様の構成を備える電流検出回路1A(図1参照)が電流閾値CTに基づいて電流値I1,I2のいずれかを採用しても良い。
〈マイコン50Aの機能〉
図6は変形例に係るマイコン50Aの機能を説明する図である。マイコン50Aに入力される電圧V1,V2はそれぞれ第1検出部18A及び第2検出部28Aに入力され、第1検出部18A及び第2検出部28Aが電流値I1,I2をそれぞれ取得する。そして、判断部36Aが、記憶部34Aに格納された電流閾値CTと電流値I1とを比較し、電流値I1が電流閾値CT以下の場合には電流値I1をもって電流Idcの電流値として決定し、電流値I2が電流閾値CTよりも高い場合には電流値I2をもって電流Idcの電流値として決定する。
図6は変形例に係るマイコン50Aの機能を説明する図である。マイコン50Aに入力される電圧V1,V2はそれぞれ第1検出部18A及び第2検出部28Aに入力され、第1検出部18A及び第2検出部28Aが電流値I1,I2をそれぞれ取得する。そして、判断部36Aが、記憶部34Aに格納された電流閾値CTと電流値I1とを比較し、電流値I1が電流閾値CT以下の場合には電流値I1をもって電流Idcの電流値として決定し、電流値I2が電流閾値CTよりも高い場合には電流値I2をもって電流Idcの電流値として決定する。
このようなマイコン50Aの機能をまとめると図7のようになる。
図7はマイコン50Aへの入力電圧V1と電流値I1,I2の関係を示す図である。ここで、増幅率G1で増幅された入力電圧V1と電流値I1との関数を線L3で示し、増幅率G2で増幅された入力電圧V2と電流値I2との関数を線L4で示している。また、線L31は縦軸を入力電圧V1、横軸を電流値I1とし、線L4は縦軸を入力電圧V2、横軸を電流値I2としている。図7に示す如く、マイコン50Aに入力される電圧V1が電流閾値CTに対応する電圧値以下の場合には、増幅率G1で増幅された電圧V1に対応する電流値I1を電流Idcの電流値として採用し、マイコン50Aに入力される電圧V1が電流閾値CTに対応する電圧値よりも高い場合には、増幅率G2で増幅された電圧V2に対応する電流値I2を電流Idcの電流値として採用する。なお、図7では、電流Idcの電流値として採用される電流値I1又は電流値I2のグラフを太線で示した。
このように、電流Idcの電流値として、第1検出部18Aで検出する電流値I1が低い場合には高い増幅率G1で増幅した電圧V1に基づいて取得した電流値I1を採用し、電流値I1が高い場合には低い増幅率G2で増幅した電圧V2に基づいて取得した電流値I2を採用するので、単一のオペアンプでは生じ得る誤差を抑制しつつ簡単な回路構成で電流Idcを高精度に検出できる。特に、電流閾値CTを記憶しているので、参照電圧の入力が必要なコンパレータを必要としない。
〈動作〉
図8は電流検出回路1Aの動作を説明するフローチャートである。電流検出回路1Aは以上のような機能を備えることにより、以下のような動作を行う。なお、本フローチャートでも、電流検出回路1Aが電流Idcを検出するための動作のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略する。また、特に断りのない限り、電流検出回路1Aの処理動作は、マイコン50Aの制御下で自動的に行われる。
図8は電流検出回路1Aの動作を説明するフローチャートである。電流検出回路1Aは以上のような機能を備えることにより、以下のような動作を行う。なお、本フローチャートでも、電流検出回路1Aが電流Idcを検出するための動作のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略する。また、特に断りのない限り、電流検出回路1Aの処理動作は、マイコン50Aの制御下で自動的に行われる。
シャント抵抗32に電流Idcが流れると、点P1,P2間の電位差を第1のオペアンプ12及び第2のオペアンプ22がそれぞれ増幅率G1,G2で増幅する(ステップS21)。
第1のオペアンプ12で増幅された電圧から抵抗16及びコンデンサ17を用いて電圧V1を得、マイコン50Aに入力する。また、第2のオペアンプ22で増幅された電圧から抵抗26及びコンデンサ27を用いて電圧V2を得、マイコン50Aに入力する(ステップS22)。
第1検出部18Aは入力された電圧V1から電流値I1を取得し、第2検出部28Aは入力された電圧V2から電流値I2を取得する(ステップS23)。
判断部36Aは電流値I1と電流閾値CTとを比較し、電流値I1が電流閾値CT以下か否かを判断する(ステップS24)。
電流値I1が電流閾値CT以下であると判断された場合には、ステップS24においてYesを選択し、第1検出部18Aによって取得された電流値I1をもって電流Idcの電流値とする(ステップS25)。一方、電流値I1が電流閾値CTよりも高い場合には、ステップS24においてNoを選択し、第2検出部28Aによって取得された電流値I2をもって電流Idcの電流値とする(ステップS26)。
1,1A 電流検出回路
12,22 オペアンプ
18,28 検出部
32 抵抗
34,34A 記憶部
36,36A 判断部
CT 電流閾値
G1,G2 増幅率
I1,I2 電流値
V1,V2 出力電圧
VT 電圧閾値
12,22 オペアンプ
18,28 検出部
32 抵抗
34,34A 記憶部
36,36A 判断部
CT 電流閾値
G1,G2 増幅率
I1,I2 電流値
V1,V2 出力電圧
VT 電圧閾値
Claims (2)
- 電流経路と直列に接続された抵抗(32)と、
前記抵抗の両端の電圧を第1の増幅率(G1)で増幅する第1のオペアンプ(12)と、
前記第1のオペアンプからの第1の出力電圧(V1)に基づいて第1の電流値(I1)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第1の検出部(18)と、
前記電圧を前記第1の増幅率よりも小さい第2の増幅率(G2)で増幅する第2のオペアンプ(22)と、
前記第2のオペアンプからの第2の出力電圧(V2)に基づいて第2の電流値(I2)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第2の検出部(28)と、
予め定められた電圧閾値(VT)を格納する記憶部(34)と、
前記第1の出力電圧が前記電圧閾値以下の場合には前記第1の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断し、前記第1の出力電圧が前記電圧閾値よりも高い場合には前記第2の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断する判断部(36)と
を備える、電流検出回路(1)。 - 電流経路と直列に接続された抵抗(32)と、
前記抵抗の両端の電圧を第1の増幅率(G1)で増幅する第1のオペアンプ(12)と、
前記第1のオペアンプからの第1の出力電圧(V1)に基づいて第1の電流値(I1)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第1の検出部(18)と、
前記電圧を前記第1の増幅率よりも小さい第2の増幅率(G2)で増幅する第2のオペアンプ(22)と、
前記第2のオペアンプからの第2の出力電圧(V2)に基づいて第2の電流値(I2)を得、前記電流経路に流れる電流を検出する第2の検出部(28)と、
予め定められた電流閾値(CT)を格納する記憶部(34A)と、
前記第1の電流値が前記電流閾値以下の場合には前記第1の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断し、前記第1の電流値が前記電流閾値よりも高い場合には前記第2の電流値をもって前記電流経路に流れる電流値と判断する判断部(36A)と
を備える、電流検出回路(1A)。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011252706A (ja) * | 2010-05-07 | 2011-12-15 | Panasonic Corp | モータ電流検出用ic、およびこれを用いた電流検出器またはモータ制御装置 |
CN103376347A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 海洋王(东莞)照明科技有限公司 | 一种负载电流大小指示仪 |
CN110320957A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-10-11 | 北京中科银河芯科技有限公司 | 一种电压选择电路 |
-
2008
- 2008-04-14 JP JP2008104320A patent/JP2009257811A/ja active Pending
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