JP2014178290A - 電流検出装置、電流検出方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】検出可能な電流値の範囲を確保しつつ検出する電流値の精度を低下させることなく、増幅器の数を削減することができる電流検出装置、電流検出方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内にある場合に、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧に基づく抵抗に流れる電流の第１電流値から、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧に基づくシャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの第２電流値を減算した補正値を取得し、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合、第２電流値から補正値を減算した値を、シャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの電流値として算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電流検出装置、電流検出方法およびプログラムに関する。

電流が流れる電流経路の電流値を検出する方法として、電流経路にシャント抵抗を挿入し、シャント抵抗の両端の電圧をＡＤコンバータでアナログ／デジタル変換して得られた電圧データから電流値を検出する方法がある。シャント抵抗は、電力消費を抑制するために、数ｍΩ程度の抵抗値を有していることが一般的であり、その両端の電圧も数ｍＶ程度となる。そのため、シャント抵抗の両端の電圧を、基準電圧が３Ｖ程度のＡＤコンバータで電圧データに変換し、その変換結果に基づいて、シャント抵抗を流れる電流の電流値を高精度に算出するためには、シャント抵抗の両端の電圧を増幅器で増幅する必要がある。

ところで、ＭＦＰ（Multi Function Peripheral）における消費電力が変動する範囲は、凡そ１〜７０００Ｗと、その範囲が広い。そのため、ＭＦＰにおける消費電力を高精度に検出するためには、広い範囲の電流値を高精度に検出する必要がある。ＭＦＰ等の電子機器に流れる微小電流から大電流までの電流値を高精度に検出する電流検出装置として、シャント抵抗の両端の電圧を、ゲインが異なる複数の増幅器で増幅し、検出する電流値に応じて増幅器を使い分ける技術が開示されている（特許文献１参照）。

しかしながら、ゲインが異なる複数の増幅器を、検出する電流値に応じて使い分ける技術によれば、検出する電流値の範囲が広くなるほど若しくは高精度な電流値の検出を求めるに従い、電流値の検出に必要な増幅器の数が多くなってしまう、という課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出可能な電流値の範囲を確保しつつ検出する電流値の精度を低下させることなく、増幅器の数を削減することができる電流検出装置、電流検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電流が流される抵抗の両端の電圧を第１ゲインで増幅した第１出力電圧を出力するとともに、抵抗に流れる電流の絶対値が第１の値の範囲内にある場合における第１出力電圧の誤差が許容誤差以下である第１増幅器と、抵抗の両端の電圧を第１ゲインより小さい第２ゲインで増幅した第２出力電圧を出力するとともに、抵抗に流れる電流の絶対値が第１の値より大きい第２の値の範囲内にある場合における第２出力電圧の誤差が許容誤差以下である第２増幅器と、検出する電流の絶対値が第１の値の範囲内にある場合に、第２出力電圧に基づく抵抗に流れる電流の第１電流値から、第１出力電圧に基づく抵抗に流れる電流の第２電流値を減算した補正値を取得し、検出する電流の絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合、第２電流値から補正値を減算した値を、抵抗に流れる電流の電流値として算出する算出部と、を備える。

本発明によれば、検出可能な電流値の範囲を確保しつつ検出する電流値の精度を低下させることなく、増幅器の数を削減することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置が備える回路基板の詳細な構成を示す図である。 図３は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置において検出する２つの電流値の範囲と当該各範囲の電流値を検出する際に用いる増幅器のゲインとの対応付けを示す図である。 図４は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置が備える電流検出処理部による電流値の検出処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、３つの増幅器を有する電流検出装置において検出する３つの電流値の範囲と当該各範囲の電流値を検出する際に用いる増幅器のゲインとの対応付けを示す図である。 図６は、３つの増幅器を有する電流検出装置による電流値の検出処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、第２の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。 図８は、第３の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、電流検出装置、電流検出方法およびプログラムの実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる電流検出装置１は、シャント抵抗１０１、増幅器１０２およびマイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）１０３を備えた回路基板１０を有している。シャント抵抗１０１は、電流経路２に接続され、検出対象の電流Ｉが流れる抵抗である。シャント抵抗１０１の抵抗値は、電力の消費を抑制するために、数ｍΩであるのが一般的である。増幅器１０２は、シャント抵抗１０１の両端の電圧（以下、両端電圧と言う）を増幅した出力電圧信号（アナログ信号）を出力する。マイコン１０３は、増幅器１０２から出力された出力電圧信号を電圧データ（デジタルデータ）に変換するＡＤコンバータ１０４と、当該ＡＤコンバータ１０４により変換された電圧データ（出力電圧）に基づいてシャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの電流値を検出（算出）する電流検出処理部１０５と、を備えている。本実施の形態では、マイコン１０３が、増幅器１０２から出力された出力電圧信号に基づく電流Ｉの電流値を算出する算出部の一例として機能する。

例えば、抵抗値が１０ｍΩのシャント抵抗１０１を用いて、電流経路２に流れる１Ａの電流Ｉを検出する場合、シャント抵抗１０１の両端電圧は、１０ｍＶとなる。シャント抵抗１０１の両端電圧は、マイコン１０３が備えるＡＤコンバータ１０４によりデジタルデータに変換されるが、ＡＤコンバータ１０４において両端電圧をデジタルデータに変換可能な電圧の範囲は１〜５Ｖ程度が一般的である。そのため、本実施の形態にかかる電流検出装置１では、数ｍＶの電圧（本実施の形態では、シャント抵抗１０１の両端電圧）を検出するために、シャント抵抗１０１の両端電圧を増幅する増幅器１０２を備え、その増幅器１０２から出力された両端電圧（出力電圧信号）をＡＤコンバータ１０４において電圧データに変換し、その変換結果から電流Ｉの電流値を算出している。

本実施の形態では、ＡＤコンバータ１０４および電流検出処理部１０５が、マイコン１０３に備えられているが、ＡＤコンバータ１０４は、電流検出処理部１０５を備えたマイコン１０３とは別のＩＣに備えられていても良い。また、電流検出処理部１０５は、マイコン１０３に限定されず、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって実現しても良い。また、本実施の形態にかかる電流検出装置１により検出する電流Ｉは、直流であっても、交流であっても良い。さらに、本実施の形態では、回路基板１０がシャント抵抗１０１を備えているが、これに限定するものではなく、回路基板１０の外部の電流経路（図示しない）にシャント抵抗１０１が接続されていても良い。

次に、図２および図３を用いて、本実施の形態にかかる回路基板１０の詳細な構成について説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置が備える回路基板の詳細な構成を示す図である。図３は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置において検出する２つの電流値の範囲と当該各範囲の電流値を検出する際に用いる増幅器のゲインとの対応付けを示す図である。以下の説明では、増幅器１０２から出力される出力電圧信号を単に出力電圧と記す。

本実施の形態では、回路基板１０は、上述したシャント抵抗１０１、増幅器１０２およびマイコン１０３に加えて、後述するオペアンプ１０９，１１０のレベルシフト電圧（本実施の形態では、１．６５Ｖ）を調整するための基準電圧（本実施の形態では、３．３Ｖ）を分圧する分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６と、当該分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６により分圧された基準電圧とレベルシフト電圧との比較結果に基づいて増幅器１０２（オペアンプ１０９，１１０）に入力するレベルシフト電圧を調整するオペアンプ１０６と、を備えている。

本実施の形態では、増幅器１０２は、第１増幅器１０７および第２増幅器１０８を備えている。第１増幅器１０７は、シャント抵抗１０１の両端電圧を第１ゲイン（本実施の形態では、２００）で増幅した出力電圧（以下、第１出力電圧と言う）を出力する。また、第１増幅器１０７は、シャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲（本実施の形態では、０．１〜０．８Ａ）内にある場合における当該第１出力電圧の誤差が許容誤差（本実施の形態では、最大許容誤差：５％）以下である。ここで、許容誤差は、電流検出装置１に対して適宜設定できる。

本実施の形態では、第１増幅器１０７は、入力抵抗Ｒ１と、フィードバック抵抗Ｒ３と、オペアンプ１０９に入力するレベルシフト電圧を分圧する分圧抵抗Ｒ２，Ｒ４と、シャント抵抗１０１の両端電圧を増幅した第１出力電圧を出力するオペアンプ１０９と、を備えている。本実施の形態では、オペアンプ１０９は、電流Ｉが０Ａのときに、第１出力電圧としてレベルシフト電圧（本実施の形態では、１．６５Ｖ）が出力されるようにレベルシフトされている。

第２増幅器１０８は、シャント抵抗１０１の両端電圧を第１ゲインより小さい第２ゲイン（本実施の形態では、１６）で増幅した出力電圧（以下、第２出力電圧という）を出力する。また、第２増幅器１０８は、シャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの絶対値が第１の値より大きい第２の値の範囲（本実施の形態では、６．４〜１０．０Ａ）内である場合における当該第２出力電圧の誤差が許容誤差（本実施の形態では、最大許容誤差：５％）以下である。

本実施の形態では、第２増幅器１０８は、入力抵抗Ｒ７と、フィードバック抵抗Ｒ９と、オペアンプ１１０に入力するレベルシフト電圧を分圧する分圧抵抗Ｒ８，Ｒ１０と、シャント抵抗１０１の両端電圧を増幅した第２出力電圧を出力するオペアンプ１１０と、を備えている。本実施の形態では、オペアンプ１１０は、電流Ｉが０Ａのときに、第２出力電圧としてレベルシフト電圧（本実施の形態では、１．６５Ｖ）が出力されるようにレベルシフトされている。

例えば、シャント抵抗１０１の抵抗値が１０ｍΩである場合、第１増幅器１０７から出力される第１出力電圧は、
（１．６５−（Ｒ３／Ｒ１）×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
であり、第２増幅気１０８から出力される第２出力電圧は、
（１．６５−（Ｒ９／Ｒ７）×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
である。

ここで、第１増幅器１０７の第１ゲインＧ１はＲ３／Ｒ１であり、第２増幅器１０８の第２ゲインＧ２はＲ９／Ｒ７である。よって、第１増幅器１０７から出力される第１出力電圧は、
（１．６５−Ｇ１×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
であり、第２増幅器１０８から出力される第２出力電圧は、
（１．６５−Ｇ２×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
である。

ところで、第１増幅器１０７から出力される第１出力電圧および第２増幅器１０８から出力される第２出力電圧には、ゲイン誤差α１，α２およびオフセット誤差β１，β２等の誤差が含まれる。ここで、ゲイン誤差α１，α２とは、シャント抵抗１０１の公差や抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒ７，Ｒ９の公差が原因となる誤差である。オフセット誤差β１，β２とは、差動アンプ１０９，１１０のオフセット電圧、差動アンプ１０９，１１０のバイアス電流、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０の公差、電源電圧の公差、オペアンプ１０６のオフセット電圧、オペアンプ１０６のバイアス電流による基準電圧の誤差等が原因となる誤差である。

したがって、第１増幅器１０７から出力される第１出力電圧は、
（１．６５＋β１−（Ｇ１＋α１）×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
となり、第２増幅器１０８から出力される第２出力電圧は、
（１．６５＋β２−（Ｇ２＋α２）×１０ｍΩ×Ｉ）Ｖ
となる。

マイコン１０３が備えるＡＤコンバータ１０４は、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧を電圧データに変換して出力するとともに、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧を電圧データに変換して出力する。

マイコン１０３が備える電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内にある場合（本実施の形態では、検出する電流Ｉの電流値が、予め設定された電流値の範囲である第１電流範囲（０．１Ａ＜Ｉ＜０．８Ａ，−０．８Ａ＜Ｉ＜−０．１Ａ）内にある場合）、図３に示すように、第１増幅器１０７により第１ゲイン（２００）で増幅されて出力された第１出力電圧に基づいて、シャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの電流値である第１電流値を算出する。

一方、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きい場合（本実施の形態では、検出する電流Ｉの電流値が、予め設定された電流値の範囲である第２電流範囲（０．８Ａ＜Ｉ＜１０．０Ａ，−１０．０Ａ＜Ｉ＜−０．８Ａ）内にある場合）、図３に示すように、第２増幅器１０８により第２ゲイン（１６）で増幅されて出力された第２出力電圧に基づいて、シャント抵抗１０１に流れる電流の電流値である第２電流値を算出する。

次に、図４を用いて、電流検出処理部１０５による電流値の算出処理の詳細について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる電流検出装置が備える電流検出処理部による電流値の検出処理の流れを示すフローチャートである。

電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの電流値が、−０．２Ａより大きく０．２Ａ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４０１）。そして、検出する電流Ｉの電流値が、−０．２Ａより大きく０．２Ａ未満である場合（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、電流検出処理部１０５は、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧に基づくシャント抵抗１０１に流れる電流の第２電流値から、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧に基づくシャント抵抗１０１に流れる電流の第１電流値を減算した補正値を取得する（ステップＳ４０２）。

本実施の形態では、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの電流値が、−０．２Ａより大きく０．２Ａ未満である場合に補正値を取得しているが、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内（本実施の形態では、検出する電流Ｉの電流値が第１電流範囲内）にある場合に、補正値を取得するものであれば良い。これにより、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値未満である場合（すなわち、第２出力電圧の誤差が許容誤差以下とならない場合）における、第１電流値に対する第２電流値の誤差を取得することができる。

検出する電流Ｉの電流値が−０．２Ａ以下若しくは０．２Ａ以上である場合（ステップＳ４０１：Ｎｏ）または補正値が取得されると（ステップＳ４０２）、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの電流値が−０．８Ａより大きく０．８Ａ未満であるか否か（すなわち、検出する電流Ｉの電流値が第１の値の範囲内にあるか否か）を判断する（ステップＳ４０３）。

そして、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの電流値が−０．８Ａより大きく０．８Ａ未満であると判断した場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、すなわち、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内にあると判断した場合、第１出力電圧に基づいて第１電流値を算出する（ステップＳ４０４）。これにより、誤差が許容誤差以下の第１出力電圧を用いて第１電流値を算出することができる。

一方、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの電流値が−０．８Ａ以下若しくは０．８Ａ以上である場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、すなわち、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きいと判断した場合、第２出力電圧に基づく第２電流値を算出するとともに、算出した第２電流値から補正値を減算した値を、電流Ｉの電流値として算出する（ステップＳ４０５）。

本実施の形態では、電流検出処理部１０５は、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値の範囲内にある場合も、第２出力電圧に基づく第２電流値から補正値を減算した値を電流Ｉの電流値として算出しているが、少なくとも、検出した電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合に、第２電流値から補正値を減算した値を電流Ｉの電流値として算出すれば良い。これにより、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合（本実施の形態では、検出する電流Ｉの電流値が、０．８Ａ＜Ｉ＜６．４Ａまたは−６．４Ａ＜Ｉ＜−０．８Ａである場合）に、シャント抵抗１０１の両端電圧を増幅した出力電圧の誤差を許容誤差以下とすることができる増幅器を設ける必要がなくなるので、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合における、電流Ｉの電流値の検出精度の低下を防止しつつ、増幅器の数を削減することができる。また、増幅器が増えることによるコストアップおよび回路基板１０の基板面積の増大を防止できる。

ここで、従来の電流検出装置における課題を述べたのち、本実施の形態にかかる電流検出装置１による電流Ｉの電流値の算出処理の一例について説明する。

図５および図６を用いて、３つの増幅器を有する電流検出装置において電流の電流値を検出する処理について説明する。図５は、３つの増幅器を有する電流検出装置において検出する３つの電流値の範囲と当該各範囲の電流値を検出する際に用いる増幅器のゲインとの対応付けを示す図である。図６は、３つの増幅器を有する電流検出装置による電流値の検出処理の流れを示すフローチャートである。

ここでは、電流検出装置は、３つの増幅器を用いて、０．１Ａ＜電流値＜１０．０Ａおよび−１０．０Ａ＜電流値＜−０．０１Ａの電流値を検出するものとする。また、電流を検出するシャント抵抗の抵抗値が１０ｍΩであり、ゲイン誤差が１％であり、オフセット誤差が１０ｍＶであるものとする。ゲイン誤差およびオフセット誤差は、電流検出装置が備える全ての抵抗の公差を０．５％とした場合の凡その値である。

さらに、電流検出装置は、図５に示すように、シャント抵抗の両端電圧をゲイン（２００）で増幅した出力電圧を出力するとともに検出する電流の電流値が０．１Ａ＜電流値＜０．８Ａ，−０．８Ａ＜電流値＜−０．１Ａである場合に当該出力電圧の誤差が許容誤差（例えば、５％）以下となる増幅器と、シャント抵抗の両端電圧をゲイン（２５）で増幅した出力電圧を出力するとともに検出する電流の電流値が０．８Ａ＜電流値＜６．４Ａ，−０．１Ａ＜電流値＜−６．４Ａである場合に当該出力電圧の誤差が許容誤差（例えば、５％）以下となる増幅器と、シャント抵抗の両端電圧をゲイン（１６）で増幅した出力電圧を出力するとともに検出する電流の電流値が６．４Ａ＜電流値＜１０．０Ａ，−１０．０Ａ＜電流値＜−６．４Ａである場合に当該出力電圧の誤差が許容誤差（例えば、５％）以下となる増幅器と、を有する。

電流検出装置は、検出する電流の電流値が、−０．８Ａより大きく０．８Ａ未満であると判断した場合（ステップＳ６０１：Ｙｅｓ）、ゲイン（２００）の増幅器から出力された出力電圧に基づいて、シャント抵抗に流れる電流の電流値を算出する（ステップＳ６０２）。

一方、検出する電流の電流値が、０．８Ａより大きくかつ−０．８Ａ未満であると判断した場合（ステップＳ６０１：Ｎｏ）、電流検出装置は、検出する電流の電流値が０．８Ａより大きく６．４Ａ未満であるか若しくは検出する電流の電流値が−６．４Ａより大きく−０．８Ａ未満であるかを判断する（ステップＳ６０３）。

そして、検出する電流の電流値が０．８Ａより大きく６．４Ａ未満であると判断した場合若しくは検出する電流の電流値が−６．４Ａより大きく−０．８Ａ未満であると判断した場合（ステップＳ６０３：Ｙｅｓ）、電流検出装置は、ゲイン（２５）の増幅器から出力される出力電圧に基づいて、シャント抵抗に流れる電流の電流値を算出する（ステップＳ６０４）。一方、検出する電流の電流値が６．４Ａより大きいと判断した場合若しくは検出する電流の電流値が−６．４Ａ未満であると判断した場合（ステップＳ６０３：Ｎｏ）、電流検出装置は、ゲイン（１６）の増幅器から出力される出力電圧に基づいて、シャント抵抗に流れる電流の電流値を算出する（ステップＳ６０５）。

例えば、検出する電流の電流値が０．１Ａである場合（すなわち、シャント抵抗の両端電圧が１０ｍＶである場合）、電流検出装置は、増幅器から出力される出力電圧の誤差を許容誤差以下とするために、ゲイン（２００）の増幅器から出力された出力電圧に基づいて電流値を算出する必要がある。

しかしながら、ゲイン（２００）の増幅器から出力された出力電圧からは、０．８Ａまでの電流値しか算出することができない。電流検出装置が備える各増幅器が１．６５Ｖにレベルシフトされている場合、ゲイン（２００）の増幅器から出力される出力電圧は、（１．６５−２００×０．８Ａ×１０ｍΩ）Ｖ＝０．０５Ｖとなり、出力電圧に対するオフセット誤差（１０ｍＶ）が許容誤差（例えば、５％）以下とならないからである。

このように、シャント抵抗に流れる電流の電流値（０．１Ａ＜電流値＜１０．０Ａおよび−１０．０Ａ＜電流値＜−０．０１Ａ）を高精度に算出するためには、通常、３つの増幅器を必要となる。なお、検出する電流の電流値が、６．４Ａ＜電流値＜１０．０Ａまたは−１０．０Ａ＜電流値＜−６．４Ａである場合、電流検出装置は、ゲイン（３．１２５）の増幅器を用いて電流値を検出すれば、オフセット誤差を許容誤差以下とすることができるが、ゲインが大きい増幅器により増幅された出力電圧を電圧データに変換する際の分解能を良くなるため、ゲイン（１６）の増幅器を用いて電流値を算出している。

なお、従来、電流検出装置を備えた機器の出荷時に、シャント抵抗に流れる電流の電流値を検出する際の誤差を補正可能な補正値を、予め記憶させておき、当該補正値を用いて、検出された電流値を補正する技術も開示されているが、当該技術によれば、経時や環境変動により生じるオフセット誤差による電流値の誤差を補正することはできない。

次に、本実施の形態にかかる電流検出装置１において、２つの増幅器（第１増幅器１０７および第２増幅器１０８）を用いて、電流Ｉの電流値を検出する処理の一例について説明する。

例えば、検出する電流Ｉの電流値である０．８Ａを、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧に基づいて算出した場合、第２出力電圧に含まれるオフセット誤差（１０ｍＶ）の割合は、
１０ｍＶ／（０．８Ａ×１０ｍΩ×１６）×１００＝７．８％
となる。

これに対して、検出する電流Ｉの電流値である±０．１〜±０．８Ａを、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧に基づいて算出した場合、第１出力電圧に含まれるオフセット誤差の割合は許容誤差（本実施の形態では、最大許容誤差：５％）以下となる。この第１出力電圧に含まれるオフセット誤差により生じる電流Ｉの電流値の誤差は、０．０１Ａに相当する。

よって、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲にある場合（例えば、検出する電流Ｉの電流値が０．２Ａである場合）、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧に基づく第２電流値から、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧に基づく第１電流値を減算して求めた補正値は、第２増幅器１０８のオフセット誤差による第２電流値の誤差に、第１出力電圧に含まれるオフセット誤差により生じる電流Ｉの電流値の誤差（±０．０１Ａ）を含めた値となる。

これにより、検出する電流Ｉの電流値が第１の値より大きく第２の値未満である場合に、第１出力電圧に含まれるオフセット誤差により生じる電流Ｉの電流値の誤差（±０．０１Ａ）を含む補正値を用いて、第２出力電圧に基づく第２電流値を補正することにより、第２出力電圧に基づいて算出される、電流Ｉの電流値の誤差を０．０１Ａ以下とすることができる。ここで、第１出力電圧に含まれるオフセット誤差により生じる電流Ｉの電流値の誤差（±０．０１Ａ）の割合は、検出する電流Ｉの電流値（例えば、０．８Ａ）に対して１．２５％となり、第２出力電圧に含まれるオフセット誤差の割合を許容誤差（本実施の形態では、最大許容誤差：５％）以下とすることができる。

また、本実施の形態では、増幅器１０２から出力される出力電圧に含まれるオフセット誤差のみを考慮したため、検出する電流Ｉの電流値が−０．２Ａより大きく０．２Ａ未満である場合（図４のステップＳ４０１：Ｙｅｓ）に補正値を算出しているが、当該出力電圧に含まれるゲイン誤差も考慮して補正値を算出しても良い。ただし、補正値を算出するか否かを判断する際の電流Ｉの絶対値の閾値を大きくなるに従い、補正値に含まれる誤差が大きくなる。例えば、ゲイン誤差を１％とした場合、検出する電流Ｉの電流値が０．２Ａである場合に補正値に含まれるゲイン誤差は、０．２Ａ×１％＝０．００２Ａであるが、検出する電流Ｉの電流値が０．８Ａである場合に補正値に含まれるゲイン誤差は、０．８Ａ×１％＝０．００８Ａとなる。よって、補正値を算出するか否かを判断する際の電流Ｉの絶対値の閾値は、電流の検出精度およびゲイン誤差を考慮して決定することが好ましい。

このように本実施の形態にかかる電流検出装置１によれば、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合に、シャント抵抗１０１の両端電圧を増幅した出力電圧の誤差を許容誤差以下とすることができる増幅器を設ける必要がなくなるので、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満である場合における、電流Ｉの電流値の検出精度の低下を防止しつつ、増幅器の数を削減することができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、負荷に電流を流す電源の電源電圧を検出し、検出した電源電圧および算出した電流値に基づいて、負荷で消費される電力を検出する例である。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の箇所については説明を省略する。

図７は、第２の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施の形態にかかる電流検出装置７００は、シャント抵抗１０１、増幅器１０２、マイコン７０２および電圧検出器７０３を備えた回路基板７０１を有している。

電圧検出器７０３は、例えば、分圧抵抗や降圧トランス等で構成され、図示しない負荷（例えば、ＭＦＰが備えるプリンタエンジン等）に電流Ｉを流す電源（図示しない）の電源電圧を降圧した電圧（以下、電力検出用電圧と言う）を出力する。

本実施の形態では、マイコン７０２は、ＡＤコンバータ７０４、電圧検出処理部７０５および電力検出処理部７０６を備えている。ＡＤコンバータ７０４は、増幅器１０２から出力された出力電圧を電圧データに変換するとともに、電圧検出器７０３から出力された電力検出用電圧を電圧データに変換する。

電圧検出処理部７０５は、ＡＤコンバータ７０４により電圧データに変換された電力検出用電圧に基づいて、図示しない電源の電源電圧を検出する。すなわち、本実施の形態では、電圧検出器７０３および電圧検出処理部７０５が、図示しない電源の電源電圧を検出する第１検出部として機能する。

電力検出処理部７０６は、電圧検出処理部７０５により検出された電源電圧および電流検出処理部１０５により算出された電流値に基づいて、図示しない負荷により消費される電力を検出する第２検出部として機能する。

このように、第２の実施の形態にかかる電流検出装置７００によれば、高精度に検出された電流値を用いて図示しない負荷により消費される電力を検出することができるので、広範囲（すなわち、負荷）で消費される電力を高精度に検出することができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、第１増幅器および第２増幅器の周囲の温度（以下、周囲環境温度と言う）と、当該周囲環境温度における第１出力電圧および第２出力電圧の誤差と、を対応付けて記憶部に記憶させ、周囲環境温度を検出し、記憶部において、第２出力電圧が出力された際に検出した周囲環境温度と対応付けて記憶された誤差に基づいて、第１出力電圧および第２出力電圧を補正する例である。以下の説明では、第２の実施の形態と同様の箇所については説明を省略する。

図８は、第３の実施の形態にかかる電流検出装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施の形態にかかる電流検出装置８００は、シャント抵抗１０１、増幅器１０２、電圧検出器７０３、マイコン８０２および温度センサ８０３を備えた回路基板８０１を有している。

温度センサ８０３は、第１増幅器１０７および第２増幅器１０８の周囲環境温度を検出する温度検出部として機能する。本実施の形態では、温度センサ８０３は、第１増幅器１０７、第２増幅器１０８および後述するＡＤコンバータ８０４の近傍に配置され、周囲環境温度を検出する。

本実施の形態では、マイコン８０２は、ＡＤコンバータ８０４、温度検出処理部８０５、電流検出処理部８０６、電圧検出処理部７０５および電力検出処理部７０６を備えている。ＡＤコンバータ８０４は、増幅器１０２から出力された出力電圧および電圧検出器７０３から出力された電力検出用電圧を電圧データに変換するとともに、温度センサ８０３により検出された周囲環境温度を電圧データに変換する。

温度検出処理部８０５は、周囲環境温度と、当該周囲環境温度における第１出力電圧および第２出力電圧の誤差（例えば、周囲環境温度の変動により変化するオフセット誤差およびゲイン誤差、ＡＤコンバータ８０４のオフセット誤差やゲイン誤差など）と、を対応付けて記憶する記憶部として機能する。そして、温度検出処理部８０５は、温度センサ８０３により検出された周囲環境温度と一致する周囲環境温度と対応付けて記憶された誤差を補正値として電流検出処理部８０６に出力する。

電流検出処理部８０６は、温度検出処理部８０５から補正値として出力された誤差に基づいて、第１出力電圧および第２出力電圧を補正する。

このように、第３の実施の形態にかかる電流検出装置８００によれば、増幅器１０２等の周囲環境温度の変動によってオフセット誤差やゲイン誤差等が変動しても、増幅器１０２等の周囲環境温度の変動により変化する誤差に基づいて、第１出力電圧および第２出力電圧を補正することができるので、周囲環境温度の変動による電流値の誤差を小さくすることができる。

（変形例１）
本変形例は、シャント抵抗に電流が流れていない状態において、第２出力電圧およびシャント抵抗の抵抗値に基づく電流値（以下、第１初期電流値と言う）から、第１出力電圧およびシャント抵抗の抵抗値に基づく電流値（以下、第２初期電流値と言う）を減算した初期補正値を取得し、検出する電流の絶対値が第１の値より大きく第２の値未満でありかつ補正値が取得されていない場合、第２電流値から初期補正値を減算した値を、シャント抵抗に流れる電流の電流値として算出する例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の箇所については説明を省略する。

本変形例では、電流検出処理部１０５（８０６）は、電流検出装置１を備えたＭＦＰ等の電子機器の出荷時など、シャント抵抗１０１に電流が流れていない状態において、第２増幅器１０８から出力された第２出力電圧およびシャント抵抗１０１の抵抗値に基づく第１初期電流値から、第１増幅器１０７から出力された第１出力電圧およびシャント抵抗１０１の抵抗値に基づく第１初期電流値を減算した初期補正値を取得する。電流検出処理部１０５（８０６）は、取得した初期補正値を、第２電流値の補正値として図示しないメモリに保存しておく。

そして、電流検出処理部１０５（８０６）は、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きいと判断し（または、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きく第２の値未満であり）かつ補正値が取得されていない場合（すなわち、補正値が取得される前）、第２出力電圧に基づく第２電流値から、図示しないメモリに保存された初期補正値を減算した値を、電流Ｉの電流値として算出する。

このように、変形例１によれば、補正値が取得される前であっても、初期補正値を用いて電流Ｉの電流値を算出することができるので、補正値が取得される前であって、オフセット誤差による誤差を含まない電流値を高精度に算出することができる。

（変形例２）
本変形例は、増幅器に設定するゲインを調整することにより、少ない増幅器を用いてシャント抵抗に流れる電流の電流値を検出する例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の箇所については説明を省略する。

第１増幅器１０７の第１ゲインは、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲の上限（本変形例では、０．８Ａ）である場合における第１出力電圧の誤差が許容誤差となるように第１増幅器１０７に設定される。これにより、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲の上限である場合に、第１増幅器１０７から出力される第１出力電圧の誤差を許容誤差とすることができるので、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内にある場合に、電流Ｉの電流値の算出に用いる第１出力電圧の誤差を許容誤差以下とすることが可能な、第１出力電圧の範囲を広げることができる。

本変形例では、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲の上限である場合における第１出力電圧の誤差が許容誤差となるように第１増幅器１０７に設定しているが、少なくとも、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲の上限である場合における第１出力電圧の誤差が許容誤差以下となっていれば良い。

また、第２増幅器１０８の第２ゲインは、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値の範囲の下限（本変形例では、６．４Ａ）である場合における第２出力電圧の誤差が許容誤差となるように第２増幅器１０８に設定される。これにより、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値の範囲の下限である場合に、第２増幅器１０８から出力される第２出力電圧の誤差を許容誤差とすることができるので、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きい場合に、電流Ｉの電流値の算出に用いる第２出力電圧の誤差を許容誤差とすることが可能な第２出力電圧の範囲を広げることができる。

本変形例では、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値の範囲の下限である場合における第２出力電圧の誤差が許容誤差となるように第２増幅器１０８に設定しているが、少なくとも、検出する電流Ｉの絶対値が第２の値の範囲の下限である場合における第２出力電圧の誤差が許容誤差以下となっていれば良い。

最後に、従来の電流検出装置に対する本変形例の効果について説明する。従来の電流検出装置においては、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲の上限（０．８Ａ）から第２の値の範囲の上限（１０．０Ａ）まで変動する場合、増幅器１０２のゲイン誤差やＡＤコンバータ１０４の分解能を考慮して、３つ以上の増幅器を用いる必要がある。

これに対して、変形例２によれば、検出する電流Ｉの絶対値が第１の値の範囲内にある場合に、電流Ｉの電流値の算出に用いる第１出力電圧の誤差を許容誤差以下とすることが可能な、第１出力電圧の範囲を広げることができ、かつ検出する電流Ｉの絶対値が第１の値より大きい場合に、電流Ｉの電流値の算出に用いる第２出力電圧の誤差を許容誤差以下とすることが可能な第２出力電圧の範囲を広げることができるので、少ない増幅器を用いてシャント抵抗１０１に流れる電流Ｉの電流値を検出することができる。

本実施の形態の電流検出装置１，７００，８００で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。

また、本実施の形態の電流検出装置１，７００，８００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態の電流検出装置１，７００，８００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施の形態の電流検出装置１，７００，８００で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施の形態の電流検出装置１，７００，８００で実行されるプログラムは、上述した各部（電流検出処理部１０５，８０６、電圧検出処理部７０５、電力検出処理部７０６）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）が上記ＲＯＭから〜プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、電流検出処理部１０５，８０６、電圧検出処理部７０５、電力検出処理部７０６が主記憶装置上に生成されるようになっている。

１，７００，８００ 電流検出装置
１０，７０１，８０１ 回路基板
１０１ シャント抵抗
１０２ 増幅器
１０３，７０２，８０２ マイコン
１０４，７０４，８０４ ＡＤコンバータ
１０５，８０６ 電流検出処理部
１０７ 第１増幅器
１０８ 第２増幅器
７０３ 電圧検出器
７０５ 電圧検出処理部
７０６ 電力検出処理部
８０５ 温度検出処理部
Ｉ 電流

特開２０１１−１６４００８号公報

Claims (8)

1. 電流が流される抵抗の両端の電圧を第１ゲインで増幅した第１出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が第１の値の範囲内にある場合における前記第１出力電圧の誤差が許容誤差以下である第１増幅器と、
   前記抵抗の両端の電圧を前記第１ゲインより小さい第２ゲインで増幅した第２出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が前記第１の値より大きい第２の値の範囲内にある場合における前記第２出力電圧の誤差が前記許容誤差以下である第２増幅器と、
   検出する電流の絶対値が前記第１の値の範囲内にある場合に、前記第２出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第１電流値から、前記第１出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第２電流値を減算した補正値を取得し、検出する電流の絶対値が前記第１の値より大きく前記第２の値未満である場合、前記第２電流値から前記補正値を減算した値を、前記抵抗に流れる電流の電流値として算出する算出部と、
   を備えた電流検出装置。
2. 前記第１ゲインは、検出する電流の絶対値が前記第１の値の範囲の上限である場合における前記第１出力電圧の誤差が前記許容誤差以下となるように前記第１増幅器に設定され、
   前記第２ゲインは、検出する電流の絶対値が前記第２の値の範囲の下限である場合における前記第２出力電圧の誤差が前記許容誤差以下となるように前記第２増幅器に設定される請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１ゲインは、検出する電流の絶対値が前記第１の値の範囲の上限である場合における前記第１出力電圧の誤差が前記許容誤差となるように前記第１増幅器に設定され、
   前記第２ゲインは、検出する電流の絶対値が前記第２の値の範囲の下限である場合における前記第２出力電圧の誤差が前記許容誤差となるように前記第２増幅器に設定される請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記第１増幅器および前記第２増幅器の周囲環境温度と、当該周囲環境温度における前記第１出力電圧および前記第２出力電圧の誤差とを対応付けて記憶する記憶部と、
   前記第２出力電圧が出力された際に前記第１増幅器および前記第２増幅器の前記周囲環境温度を検出する温度検出部と、を備え、
   前記算出部は、前記記憶部において、検出された前記周囲環境温度と対応付けて記憶された誤差に基づいて、前記第１出力電圧および前記第２出力電圧を補正する請求項１から３のいずれか一に記載の電流検出装置。
5. 負荷に電流を流す電源の電源電圧を検出する第１検出部と、
   前記第１検出部により検出された前記電源電圧および前記算出部により算出された電流値に基づいて、前記負荷で消費される電力を検出する第２検出部と、
   を備えた請求項１から４のいずれか一に記載の電流検出装置。
6. 前記算出部は、前記抵抗に電流が流れていない状態において、前記第２出力電圧および前記抵抗の抵抗値に基づく第１初期電流値から、前記第１出力電圧および前記抵抗値に基づく第２初期電流値を減算した初期補正値を取得し、検出する電流の絶対値が前記第１の値より大きく前記第２の値未満でありかつ前記補正値が取得されていない場合、前記第２電流値から前記初期補正値を減算した値を、前記抵抗に流れる電流の電流値として算出する請求項１から５のいずれか一に記載の電流検出装置。
7. 電流が流される抵抗の両端の電圧を第１ゲインで増幅した第１出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が第１の値の範囲内にある場合における前記第１出力電圧の誤差が許容誤差以下である第１増幅器と、前記抵抗の両端の電圧を前記第１ゲインより小さい第２ゲインで増幅した第２出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が前記第１の値より大きい第２の値の範囲内にある場合における前記第２出力電圧の誤差が前記許容誤差以下である第２増幅器と、を備えた電流検出装置で実行される電流検出方法であって、
   検出する電流の絶対値が前記第１の値の範囲内にある場合に、前記第２出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第１電流値から、前記第１出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第２電流値を減算した補正値を取得し、検出する電流の絶対値が前記第１の値より大きく前記第２の値未満である場合、前記第２電流値から前記補正値を減算した値を、前記抵抗に流れる電流の電流値として算出する過程、
   を含む電流検出方法。
8. 電流が流される抵抗の両端の電圧を第１ゲインで増幅した第１出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が第１の値の範囲内にある場合における前記第１出力電圧の誤差が許容誤差以下である第１増幅器と、前記抵抗の両端の電圧を前記第１ゲインより小さい第２ゲインで増幅した第２出力電圧を出力するとともに、前記抵抗に流れる電流の絶対値が前記第１の値より大きい第２の値の範囲内にある場合における前記第２出力電圧の誤差が前記許容誤差以下である第２増幅器と、を備えた電流検出装置を制御するコンピュータを、
   検出する電流の絶対値が前記第１の値の範囲内にある場合に、前記第２出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第１電流値から、前記第１出力電圧に基づく前記抵抗に流れる電流の第２電流値を減算した補正値を取得し、検出する電流の絶対値が前記第１の値より大きく前記第２の値未満である場合、前記第２電流値から前記補正値を減算した値を、前記抵抗に流れる電流の電流値として算出する算出部と、
   として機能させるためのプログラム。

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