JP2016176715A

JP2016176715A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2016176715A
Application number: JP2015055166A
Authority: JP
Inventors: 侑輝藤澤; Yuki Fujisawa
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-10-06

Abstract

【課題】本発明の目的は、シャント抵抗により電圧値を検出するに際し、ランド間ピッチが狭い場合であっても、ランドからの配線パターンを適正な位置から引出し、シャント抵抗にかかる電圧を正確に読み取ることが可能となった電流検出装置を提供することにある。
【解決手段】制御回路基板１の表面に設置されるシャント抵抗２にかかる電圧を検知して、回路に流れる電流値を推定する電流検出装置Ｓに関する。制御回路基板１の表面には、シャント抵抗２と制御回路基板１との接続部であるランド１１，１１が、所定の間隙であるピッチＫを介して二か所形成されており、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐは、各々のランド１１，１１において、ピッチＫに面する部分から互いに異なる方向へと各々引き出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出用の装置に係り、特に、シャント抵抗を搭載した回路基板を備えた電流検出装置に関するものである。

回路に流れる電流を、ハンドリングしやすい電圧として検出する方法として、ホール素子を使用したり、電流トランスを使用する方法等が知られている。
しかし、もっと簡易な方法として、回路に直列に抵抗器を挿入し、当該抵抗器の電圧降下を検出する方法が知られており、このような抵抗器として、所謂シャント抵抗が使用されることも多い。
このように、電流を検出するために、電気回路にシャント抵抗を組み込み、当該シャント抵抗両端の電位差を検出する従来技術が種々存在する（例えば、特許文献１及び特許文献２等参照）。

特許文献１に記載の電流検出装置では、シャント抵抗の両端と接続された各々のランドから配線パターンが引き出されており、これらの配設パターン間の電位差を測定して電流を検出するよう構成されている。特許文献２に記載の電流検出装置も同様に、シャント抵抗の両端と接続された各々のランドから電位差取り出し用配線パターンが引き出されており、これらの電位差取り出し用配設パターン間の電位差を測定して電流を検出するよう構成されている。
これらは、双方のランド間から同方向に向けて引き出される。

特開２００８−２７５４１８号公報特開２００３−２３２８１４号公報

このように、特許文献１及び特許文献２のように、シャント抵抗を利用して電圧値を検出する場合、シャント抵抗の素子形状によってランド間ピッチが異なることとなる。
特に、ピッチが狭いものであると、ランドの内側中央部分から電位差取り出し用配線パターンを引き出すことができなくなる。
このため、異なる位置から電位差取り出し用配線パターンを引き出すこととなるが、この位置によっては、ランドや配線パターンの抵抗にかかる電圧を同時に検出してしまい、シャント抵抗にかかる電位差を正確に読み取ることができず、検出誤差が生じてしまうという問題があった。
つまり、シャント抵抗素子の形状の関係上、ランド間ピッチが十分にとれる場合には、図３（ａ）に示すように、ランド間の中央部分から配線パターンを引き出すことができるが、図３（ｂ）に示すように、ランド間ピッチが狭くなる場合には、ランド間の中央部分から配設パターンを引き出すことができず、ランドの他の位置（図においては下方位置）から引き出すこととなる。
一方、図３（ｃ）には、ランド及び配線パターンを含む電圧分布を模式的に示した。
このように、ランド抵抗や配線パターン抵抗の影響を受けて、電圧値は場所によって変化し、ランド間中央部分よりもその他の部分は高い電圧値分布を示す。
このように、配線パターンの引き出す位置によっては、シャント抵抗にかかる電圧を正確に読み取ることが困難となり、電流値を正確に推定することができない。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、シャント抵抗により電圧値を検出するに際し、ランド間ピッチが狭い場合であっても、ランドからの配線パターンを適正な位置から引出し、シャント抵抗にかかる電圧を正確に読み取ることが可能となった電流検出装置を提供することにある。

上記課題は、本発明に係る電流検出装置によれば、制御回路基板の表面に設置されるシャント抵抗にかかる電圧を検知して、回路に流れる電流値を推定する電流検出装置であって、前記制御回路基板の表面には、前記シャント抵抗と前記制御回路基板との接続部であるランドが、所定の間隙であるピッチを介して二か所形成されており、電圧モニタ用配線パターンは、各々の前記ランドにおいて、前記ピッチに面する部分から互いに異なる方向へと各々引き出されることにより解決される。

このように、本発明によれば、ランド間より引き出される電圧モニタ用配線パターンを、各ランドにおいて、ピッチに面する部分から、互いに異なる方向へ向けて引き出すようにした。
このように構成されているため、ピッチ間が狭小な場合であっても、配線パターン抵抗やランド抵抗等による影響を受ける他の部分から電圧モニタ用配線パターンを引き出す必要はなく、電圧モニタ用配線パターンを、ピッチに面する部分から引き出すことができる。
よって、配線パターン抵抗やランド抵抗等による電圧が加算されることを有効に防ぐことができ、シャント抵抗にかかる電圧を正確に読み取ることが可能となる。
このため、配線パターン抵抗やランド抵抗等による影響を避けて、正確な電流値を推定することができる。

また、このとき、具体的な構成としては、請求項２に記載のように、前記シャント抵抗は、前記ピッチを跨いで、二か所の前記ランド間を接続しており、前記電圧モニタ用配線パターンは、前記シャント抵抗が双方の前記ランドを接続する方向と直交する方向に引き出されると好適である。
つまり、シャント抵抗が配置される方向と直交する方向に対し、各々の電圧モニタ用配線パターンを異なる方向に引き出すのであるから、互いの電圧モニタ用配線パターンは、１８０°逆の向きへと引き出されることとなる。
このように構成されていると、ピッチ間がより狭小であった場合であっても、コンパクトに効率良く電圧モニタ用配線パターンを引き出すことができる。

更に、より具体的な構成としては、請求項３に記載のように、前記ピッチは、前記シャント抵抗が双方の前記ランドを接続する方向と直交する方向に延びており、前記電圧モニタ用配線パターンは、前記ピッチが延びる方向における中央部から引き出されているとよい。
図３における従来例でも示した通り、ランドにおいて、ピッチが延びる方向における中央部が最も配線パターン抵抗やランド抵抗等による影響を受けない場所である。
よって、この場所から電圧モニタ用配線パターンを引出すとともに、この引出し方向を互いに異なる向きとすること（特に、シャント抵抗配置方向を直交する方向とすること）により、正確にシャント抵抗の電圧をモニタして、電流値を推定することができる。

本発明に係る電流検出装置によれば、ランド間より引き出される電圧モニタ用配線パターンを、各ランドにおいて、ピッチに面する部分から、互いに異なる方向へ向けて引き出すようにした。特に、最適な構成として、シャント抵抗の配置方向と直交する方向において、異なる方向へと引き出した。
このように構成されているため、ピッチ間が狭小な場合であっても、電圧モニタ用配線パターンを、ピッチに面する部分（特に、その中央部であればより好適である）から引き出すことができる。
よって、ピッチ間隔に依存せず、電圧モニタ用配線パターンを適切な位置から引き出すことができ、よって、シャント抵抗にかかる電圧を正確に読み取ることが可能となる。
このため、正確な電流値を推定することができる。

本発明の一実施形態に係る電流検出装置の主要部分の概略構成を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るシャント抵抗付近の電気構成を示す回路図である。従来例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、シャント抵抗により電圧をモニタすることにより、電流値の推定を行う装置に関するものである。
そして、このような電流検出装置において、制御回路基板上のランドピッチ間サイズに係らず、電圧モニタ用配線パターンを適切に引き出すことを実現させたものである。

図１及び図２は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１は電流検出措置の主要部分の概略構成を示す説明図、図２はシャント抵抗付近の電気構成を示す回路図である。
なお、図３は従来例を示す。

図１及び図２により、本実施形態の主要構成部分を説明する。
なお、その他の構成においては、公知の技術が使用されていればよいため、主要部分の説明に留める。
本実施形態に係る電流検出装置Ｓは、制御回路基板１、シャント抵抗２、増幅器３、ＣＰＵ４を有して構成されている。
なお、図示は省略するが、制御回路基板１は、有底筐体状のケース部材に内装されており、このケース部材は、制御回路基板１及びその搭載機器等の保護ケースとしての役割を果たす。

本実施形態に係る制御回路基板１は、図１に示すように、略矩形板状の基板であって、増幅器３及びＣＰＵ４を含む多数の電子部品を表面に固定し、その部品間を回路パターン配線１２で接続することで電子回路を構成する部材である。
この回路パターン配線１２は、プリント回路であっても導電線であってもよい。
また、この制御回路基板１の表面には、シャント抵抗２を実装するためのはんだ付け用銅箔である２個のランド１１が所定の間隔Ｋ（ピッチ）を介して形成されている。

シャント抵抗２は、平板部の両端に脚部２１，２１が形成された公知の断面略凹字形状の素子（図３参照）であり、両脚部２１，２１の間には、溝部２２が形成されている。
このシャント抵抗２は、ランド１１，１１間を跨いで配置される。つまり、脚部２１，２１がランド１１，１１に各々はんだ付けされており、このとき、溝部２２が間隙Ｋ上部に配設されることとなる。
また、両ランド１１，１１の形成位置からは、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐが引き出されている。
この引出し形状については、本発明の主要構成であるため、後に詳述する。

図２に示すように、モータ２０から制御回路基板１へと入力された電流は、シャント抵抗２を通過するが、このとき、シャント抵抗２と並列に電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐが引き出されている。そして、この電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐにおける電圧モニタ用パターン抵抗Ｒ１，Ｒ１を介して、オペアンプである増幅器３で増幅された電圧がＣＰＵ４にて検出されることとなり、ここで、その電圧値より電流値が推定される。

なお、制御回路基板１においては、モニタする電圧値に影響を与える抵抗成分として、配線パターン抵抗Ｒ２、ランド抵抗Ｒ３、はんだ抵抗Ｒ４等が存在し、より正確に電圧値をモニタするためには、これらの抵抗値を低減させて、これらの抵抗による電圧を低減させる必要がある。
つまり、これらの抵抗による電圧を極小化することによって、シャント抵抗２における電圧値をより正確にモニタすることが可能となる。

次いで、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐの引出し方について説明する。
従来技術である図３（ｃ）に示す通り、ランド１１，１１及び配線パターンを含む電圧分布は、模式的に間隙Ｋから離れるにつれて大きくなる。
これは、ランド抵抗Ｒ３や配線パターン抵抗Ｒ２による電圧を拾ってしまうことが原因であり、このため、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐは、間隙Ｋ側から引き出すのが好ましい。
また、間隙Ｋに面する部分を見ると、中央部分の電圧値が低く、よって、ランド１１において、間隙Ｋに面する側の中央部Ｍから電圧モニタ用配線パターンＰを引き出すことがより好ましいということとなる。

しかし、シャント抵抗２の素子形状は、使用する抵抗値によって異なるものであるため、ランド間の間隙Ｋ（ピッチ）が異なることとなる。
つまり、ランド間の間隙Ｋが大きい場合には、従来例の図３（ａ）に示すように、中央部Ｍ，Ｍから、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐを各々引き出すことができるが、図３（ｂ）にように、ランド間の間隙Ｋが小さい場合には、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐは、中央部Ｍ，Ｍから引き出すことができず、例えば、端部Ｐ３，Ｐ３から引き出さざるを得ない。
これは、図３（ｃ）を見ると、ランド抵抗Ｒ３や配線パターン抵抗Ｒ２での電圧を拾ってしまい、電圧値が高くなっている場所であり、このような部分から電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐを引き出すと、図３（ａ）に比して、シャント抵抗２にかかる電圧を正確に読み取ることが困難となる。

よって、本実施形態においては、図１に示すように、電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐの引出し方向を違えるようにした。
つまり、双方の電圧モニタ用配線パターンＰ，Ｐの引出し口は、中央部Ｍ，Ｍとし、一方の電圧モニタ用配線パターンＰ１を間隙Ｋに沿って、一方側開口部から引出し、他方の電圧モニタ用配線パターンＰ２を間隙Ｋに沿って、他方の開口部から引き出すようにした。
このように構成したことにより、間隙Ｋが狭小である場合であっても、中央部Ｍ，Ｍから双方の電圧モニタ用配線パターンを引き出すことが可能となる。
このように構成されているため、配線パターン抵抗Ｒ２やランド抵抗Ｒ３による影響を低減し、シャント抵抗２にかかる電圧を正確に読み取ることが可能となる。よって、回路に流れる電流値をより正確に推定することが可能となる。

Ｓ・・電流検出装置、
１・・制御回路基板、１１・・ランド、１２・・回路パターン配線、
２・・シャント抵抗、２１・・脚部、２２・・溝部、
３・・増幅器、４・・ＣＰＵ、２０・・モータ、
Ｋ・・間隙（ピッチ）、
Ｒ１・・電圧モニタ用パターン抵抗、Ｒ２・・配線パターン抵抗、Ｒ３・・ランド抵抗、Ｒ４・・はんだ抵抗、
Ｍ・・中央部、
Ｐ・・電圧モニタ用配線パターン、
Ｐ１・・一方の電圧モニタ用配線パターン、Ｐ２・・他方の電圧モニタ用配線パターン、
Ｐ３・・端部

Claims

制御回路基板の表面に設置されるシャント抵抗にかかる電圧を検知して、回路に流れる電流値を推定する電流検出装置であって、
前記制御回路基板の表面には、前記シャント抵抗と前記制御回路基板との接続部であるランドが、所定の間隙であるピッチを介して二か所形成されており、
電圧モニタ用配線パターンは、各々の前記ランドにおいて、前記ピッチに面する部分から互いに異なる方向へと各々引き出されることを特徴とする電流検出装置。
前記シャント抵抗は、前記ピッチを跨いで、二か所の前記ランド間を接続しており、
前記電圧モニタ用配線パターンは、前記シャント抵抗が双方の前記ランドを接続する方向と直交する方向に引き出されることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記ピッチは、前記シャント抵抗が双方の前記ランドを接続する方向と直交する方向に延びており、
前記電圧モニタ用配線パターンは、前記ピッチが延びる方向における中央部から引き出されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流検出装置。