JP2017187330A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出用の抵抗器を有した電子回路装置において、抵抗器による電圧検出精度の向上を図る。【解決手段】絶縁基板（20）上の導電パターン（30,40）に取り付けられる所定幅の２つの電極（51,52）と、２つの電極（51,52）の間に設けられた抵抗体（53）とを有した抵抗器（50）を設ける。２つの電極（51,52）のそれぞれに対応し該２つの電極（51,52）間の電圧を取り出すための引出配線（60,70）を設ける。それぞれの引出配線（60,70）の一端を２つ以上に分岐させ、分岐側から電極（51,52）の複数箇所の電圧を取り出す。【選択図】図５

Description

本発明は、電圧検出用の抵抗器を有した電子回路装置に関するものである。

従来、シャント抵抗（抵抗器）を備えた電子回路装置が知られている。例えば、特許文献１の電子回路装置では、電流発生ポイントが設けられた第１パターンと電流流入ポイントが設けられた第２パターンがシャント抵抗により接続され、電流発生ポイントから流出した電流がシャント抵抗を通過して電流流入ポイントに流入している。また、この電子回路装置には、シャント抵抗の両電極（第１および第２パターンに接続された両縁部）の間における電圧値を検出するための検出パターン（引出配線）が設けられている。このような構成により、シャント抵抗の抵抗値と検出パターンを用いて検出されたシャント抵抗の両電極間の電圧値とに基づいてシャント抵抗を流れる電流の電流値を検出することができる。

特開２０１４−０５６９５１号公報

本願発明者らは、鋭意研究の結果、上記のような電子回路装置において以下のような現象が発生していることを見出した。すなわち、電子回路装置では、電流発生ポイントから流出した電流が第１パターンを広がりながら電流発生ポイントから抵抗器（シャント抵抗）へ向けて流れて抵抗器を通過し、その後、第２パターンを広がりながら抵抗器から電流流入ポイントへ向けて流れて電流流入ポイントに流入する。そのため、抵抗器では、第１および第２パターンの対向方向に沿う方向だけでなく対向方向と交差する方向にも電流が流れることになるので、抵抗器の両電極間の電圧値が抵抗器の幅方向（第１および第２パターンの対向方向と直交する方向）において変化することになる。なお、抵抗器の両電極間の電圧値の幅方向における変化は、所定の電圧特性曲線（具体的には、抵抗器の幅方向の所定点における電圧値が最小となり所定点から幅方向外方へ向かうに連れて電圧値が次第に高くなる電圧特性曲線）を示す傾向にある。また、抵抗器の両電極間の電圧値の幅方向における変化は、第１および第２パターンの幅方向長さが抵抗器の幅方向長さよりも長い場合に顕著に現れる。

本願発明者が確認した抵抗器では、電極の幅方向における中央部が検出電圧の最小値となっていた。そして、一般的にシャント抵抗では、電極の中央部に引出配線を付けることが多く、このような抵抗器では、検出誤差が最悪となる位置に引出配線が設けられる可能性がある。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、電圧検出用の抵抗器（シャント抵抗）を有した電子回路装置において、抵抗器による電圧検出精度の向上を図ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
絶縁基板（20）上の導電パターン（30,40）に取り付けられる所定幅の２つの電極（51,52）と、該２つの電極（51,52）の間に設けられた抵抗体（53）とを有した抵抗器（50）と、
上記２つの電極（51,52）のそれぞれに対応して設けられ、該２つの電極（51,52）間の電圧を取り出すための引出配線（60,70）と、
を備え、
それぞれの引出配線（60,70）は、一端が２つ以上に分岐し、分岐側から上記電極（51,52）の複数箇所の電圧を取り出すことを特徴とする。

この構成では、引出配線（60,70）の分岐側から取り出された電極（51,52）の複数箇所の電圧が平均化されて出力される。

また、第２の発明は、第１の発明において、
それぞれの引出配線（60,70）は、取り出した電圧値と上記抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値との差が、上記電極（51,52）の中央位置における電圧値と該電圧仕様値との差よりも小さくなる箇所の電圧を取り出すことを特徴とする。

この構成では、電極（51,52）の中央位置で電圧を検出する場合と比べ、電圧誤差が小さくなる。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
それぞれの引出配線（60,70）は、取り出した電圧値が上記抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値よりも大きくなる箇所と、取り出した電圧値が該電圧仕様値よりも小さくなる箇所とを含む複数箇所における電圧を取り出すことを特徴とする。

この構成では、電圧仕様値（VS）に対して正の偏差を持った電圧値と、電圧仕様値（VS）に対して負の偏差を持った電圧値が平均化される。

第１の発明によれば、引出配線（60,70）によって電極（51,52）の複数箇所の電圧が平均化されるので、検出された電圧の誤差は最悪値とはならない。

また、第２の発明によれば、例えば、電極（51,52）の中央位置で誤差が極値となるような電圧特性の抵抗器において、効果的に電圧検出の誤差を低減できる。

また、第３の発明によれば、より効果的に電圧検出の誤差を低減できる。

実施形態１に係る電子回路装置を備えた電力変換器の構成例を示す。 電子回路装置の構成例を示す平面図である。 電子回路装置の構成例を示す断面図である。 抵抗器の電圧特性曲線の一例を示す。 電子回路装置の抵抗器付近を拡大した平面図である。 実施形態２に係る電子回路装置の抵抗器付近を拡大した平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態１》
図１は、実施形態１に係る電子回路装置（10）を備えた電力変換器（1）の構成例を示す。電力変換器（1）は、電子回路装置（10）の他に、コンバータ（2）と、電解コンデンサ（3）と、インバータ（4）と、電流検出回路（5）と、コントローラ（6）とを備えている。そして、電力変換器（1）は、モータ（M）に接続される。例えば、モータ（M）は、埋込磁石同期モータ（ＩＰＭ）により構成され、空気調和機の圧縮機（図示を省略）を駆動するために用いられる。

コンバータ（2）は、交流電源（図示を省略）からの入力交流電圧を整流化する。電解コンデンサ（3）は、コンバータ（2）とインバータ（4）とを接続する第１および第２配線（W1,W2）の間に接続され、コンバータ（2）の出力を平滑化して直流電圧を生成する。インバータ（4）は、電解コンデンサ（3）によって生成された直流電圧を出力交流電圧（この例では、三相交流電圧）に変換してモータ（M）に供給する。この例では、インバータ（4）は、６つのスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）と、６つの還流ダイオード（Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz）とを有している。スイッチング素子（Su,Sv,Sw）とスイッチング素子（Sx,Sy,Sz）との接続点は、モータ（M）の各相のコイル（ｕ相，ｖ相，ｗ相のコイル）にそれぞれ接続されている。還流ダイオード（Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz）は、それぞれ、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）に逆並列に接続されている。

電子回路装置（10）は、シャント抵抗となる抵抗器（50）を備えている。そして、電子回路装置（10）は、電力変換器（1）内の配線（この例では、第１配線（W1））に設けられる。そして、電流検出回路（5）は、抵抗器（50）の両電極間の電圧値と抵抗器（50）の抵抗値に基づいて抵抗器（50）を流れる電流の電流値を検出する。なお、抵抗器（50）を流れる電流の電流値は、モータ（M）に流れる電流の電流値に対応している。コントローラ（6）は、電流検出回路（5）によって検出された電流値（すなわち、モータ（M）に流れる電流の電流値）に基づいて、インバータ（4）のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）にゲート信号（G）を供給してスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のスイッチング動作を制御する。

〈電子回路装置〉
図２および図３は、実施形態による電子回路装置（10）の構成例を示している。電子回路装置（10）は、絶縁基板（20）と、第１および第２導電パターン（30,40）と、抵抗器（50）と、第１および第２引出配線（60,70）とを備えている。なお、図２は、電子回路装置（10）の平面図である。図３は、電子回路装置（10）の断面図であり、図２のIII−III線における断面図に相当する。

〈絶縁基板と導電パターンと抵抗器〉
絶縁基板（20）は、絶縁材料（例えば、ガラスエポキシ樹脂）で構成され、平板状に形成されている。第１および第２の導電パターン（30,40）は、導電材料（例えば、銅，銅合金，アルミニウム，アルミニウム合金など）で構成され、薄膜状に形成されて所定の間隔をおいて絶縁基板（20）の一方面に設けられる。例えば、第１導電パターン（30）は、図１に示した第１配線（W1）のうち抵抗器（50）とインバータ（4）との間の配線部に対応し、第２導電パターン（40）は、図１に示した第１配線（W1）のうちコンバータ（2）と抵抗器（50）との間の配線部に対応している。

抵抗器（50）は、第１および第２電極（51,52）と抵抗体（53）とを有する。第１および第２電極（51,52）は、第１および第２導電パターン（30,40）にそれぞれ設けられて互いに対向している。抵抗体（53）は、第１および第２電極（51,52）に跨がっている。

この例では、抵抗体（53）は、長方形型の平板状に形成され、その短手方向が第１および第２導電パターン（30,40）の対向方向を向くように配置されている。第１および第２電極（51,52）は、抵抗体（53）の長手方向に伸びるそれぞれの辺の縁部にそれぞれ沿うように形成されている。第１導電パターン（30）のうち第１電極（51）と絶縁基板（20）との間に挟まれた第１導電領域（31）は、第２導電パターン（40）のうち第２電極（52）と絶縁基板（20）との間に挟まれた第２導電領域（41）との対向間隔が幅方向において一定となるように、第２導電領域（41）と対向している。また、第１および第２導電パターン（30,40）の幅方向長さは、抵抗体（53）の幅方向長さよりも長くなっている。

また、第１導電パターン（30）には、第１電流ポイント（P30）が設けられ、第２導電パターン（40）には、第２電流ポイント（P40）が設けられている。この例では、図１の破線の矢印で示されたように、第１電流ポイント（P30）から流出した電流が第１導電パターン（30）と抵抗器（50）と第２導電パターン（40）とを順に流れて第２電流ポイント（P40）に流入する。

〈引出配線（60,70）〉
第１および第２引出配線（60,70）は、抵抗器（50）の第１および第２電極（51,52）の間の電圧を検出するために設けられる。この例では、第１引出配線（60）は、第１導電領域（31）から引き出され、第２引出配線（70）は、第２導電領域（41）から引き出されている。第１および第２引出配線（60,70）の引出位置については後に詳述する。

〈抵抗器の電圧特性〉
本願発明者らは、鋭意研究の結果、電子回路装置（10）において以下のような現象が発生していることを見出した。すなわち、図２の破線の矢印で示すように、電子回路装置（10）では、第１電流ポイント（P30）から流出した電流が第１導電パターン（30）を広がりながら第１電流ポイント（P30）から抵抗器（50）へ向けて流れて抵抗器（50）を通過し、その後、第２導電パターン（40）を広がりながら抵抗器（50）から第２電流ポイント（P40）へ向けて流れて第２電流ポイント（P40）に流入する。そのため、抵抗器（50）では、第１および第２導電パターン（30,40）の対向方向に沿う方向だけでなく対向方向と交差する方向にも電流が流れることになるので、抵抗器（50）の第１および第２電極（51,52）間の電圧値が抵抗器（50）の幅方向（第１および第２導電パターン（30,40）の対向方向と直交する方向）において変化することになる。

図４は、抵抗器（50）の電圧特性曲線（VL）の一例を示す。図４では、横軸は電極（51,52）上の電圧の検出位置を示し、縦軸は所定の電流を抵抗器（50）に流したときに検出された電圧値である。図４におけるＶＳは、所定の電流を抵抗器（50）に流したときに、抵抗器（50）の仕様上定まる電圧値（以下、電圧仕様値（VS）と呼ぶ）を示している。図４に示すように、抵抗器（50）の第１および第２電極（51,52）間の電圧値は、電圧の取り出し位置に依存している。具体的には、電圧特性曲線（VL）は、抵抗器（50）の幅方向の所定点において電圧値が最小となり、電圧値が最小となった点から幅方向外方へ向かうに連れて電圧値が次第に高くなる傾向にある。また、第１および第２電極（51,52）間の電圧値の幅方向位置による変化は、第１および第２導電パターン（30,40）の幅方向長さが抵抗器（50）の幅方向長さよりも長い場合に顕著に現れる。

図４では、抵抗器（50）の幅方向における中央位置（P0）で電圧値が最小の電圧（V0）となっており、電圧（V0）は、電圧仕様値（VS）よりも小さな値である。また、抵抗器（50）では、中央位置（P0）から幅方向外方へ向かうに連れて電圧値が次第に高くなっており、例えば、電極（51,52）の端寄りの位置（P1）では、電圧仕様値（VS）よりも大きな電圧（V1）となっている。なお、この例では、電圧（V0）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値と、電圧（V1）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値は概ね等しいものとする。

〈引出配線の引出位置〉
本実施形態では、第１および第２引出配線（60,70）の引出位置に特徴がある。図５は、電子回路装置（10）の抵抗器（50）付近を拡大した平面図である。この例では、第１引出配線（60）は、その一端が分岐しており、分岐側が第１導電領域（31）を介して第１電極（51）に接続されている。より詳しくは、第１引出配線（60）の一方の分岐部（60a）は、第１導電領域（31）において第１電極（51）の中央位置（P0）に対応した位置に接続され、第１引出配線（60）のもう一方の分岐部（60b）は、分岐部（60a）の接続位置から幅方向（より詳しくは第１電極（51）の端寄り）に離れた第１導電領域（31）上であり、第１電極（51）の位置（P1）に対応した位置に接続されている。すなわち、第１引出配線（60）では、分岐部（60a）が第１電極（51）の中央位置（P0）の電圧を取り出し、分岐部（60b）が第１電極（51）の位置（P1）の電圧を取り出すのである。つまり、第１引出配線（60）では、取り出した電圧値が電圧仕様値（VS）よりも大きくなる箇所と、取り出した電圧値が電圧仕様値（VS）よりも小さくなる箇所とを含む複数箇所における電圧を取り出しているのである。

同様に、第２引出配線（70）もその一端が分岐しており、分岐側が第２導電領域（41）を介して第２電極（52）に接続されている。そして、第２引出配線（70）では、一方の分岐部（70a）は、第２導電領域（41）上であって、第２電極（52）の中央位置（P0）に対応した位置に接続され、第２引出配線（70）のもう一方の分岐部（70b）は、分岐部（70a）の接続位置から幅方向に離れた第２導電領域（41）上であり、第２電極（52）の位置（P1）に対応した位置に接続されている。したがって、第２引出配線（70）では、分岐部（70a）が第２電極（52）の中央位置（P0）の電圧を取り出し、分岐部（70b）が第２電極（52）の位置（P1）の電圧を取り出すのである。つまり、第２引出配線（70）の分岐側では、取り出した電圧値が抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値（VS）よりも大きくなる箇所と、取り出した電圧値が電圧仕様値（VS）よりも小さくなる箇所とを含む複数箇所における電圧を取り出しているのである。

そして、第１引出配線（60）の他端側（分岐していない側）は、電流検出回路（5）に接続されている。同様に、第２引出配線（70）の他端側（分岐していない側）も、電流検出回路（5）に接続されている。

〈電子回路装置（10）における電圧の検出〉
上記の構成により、第１引出配線（60）の他端側から取り出される電圧は、分岐部（60a）が取り出した電圧（すなわち中央位置（P0）における電圧（V0））と、分岐部（60b）が取り出した電圧（すなわち位置（P1）における電圧（V1））との平均値となる。同様に、第２引出配線（70）の他端側から取り出される電圧も、分岐部（70a）が取り出した、中央位置（P0）における電圧（V0）と、分岐部（70b）が取り出した、位置（P1）における電圧（V1）との平均値となる。

〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、電子回路装置（10）において第１および第２電極（51,52）の複数箇所から検出して電圧が平均される。そのため、本実施形態では、電流検出回路（5）に入力される電圧の誤差は最悪値とはならない。したがって、本実施形態では、電圧検出用の抵抗器（シャント抵抗）を有した電子回路装置において、抵抗器による電圧検出精度の向上を図ることが可能になる。

とりわけ、本実施形態の第１および第２引出配線（60,70）では、電圧仕様値（VS）に対して正の偏差を持った電圧値と、電圧仕様値（VS）に対して負の偏差を持った電圧値が平均化されるので、より高精度の電圧検出が可能になる図４参照）。具体的に、本実施形態では、中央位置（P0）における電圧（V0）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値と、位置（P1）における電圧（V1）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値が概ね等しいので、上記のように平均化が行われることで、電圧誤差が概ね相殺されることになる。

《発明の実施形態２》
図６は、本発明の実施形態２に係る電子回路装置（10）の抵抗器（50）付近を拡大した平面図である。この例では、第１および第２引出配線（60,70）における各分岐部（60a,60b,70a,70b）の接続位置が実施形態１とは異なっている。

この例でも第１引出配線（60）は、その一端が分岐しており、分岐側が第１導電領域（31）を介して第１電極（51）に接続されている。詳しくは、第１引出配線（60）の一方の分岐部（60b）は、第１導電領域（31）上であって、第１電極（51）の中央位置（P0）から幅方向（第１電極（51）の端寄り）に離れた位置（P2）に対応した位置に接続されている。この例では、位置（P2）は、中央位置（P0）と位置（P1）の概ね中間の位置である。なお、この例では、電圧（V0）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値と、電圧（V1）と電圧仕様値（VS）との差の絶対値は概ね等しいので、第１電極（51）の位置（P2）の電圧値と電圧仕様値（VS）との差は、第１電極（51）の中央位置（P0）における電圧値と電圧仕様値（VS）との差よりも小さくなる（図４参照）。

また、第１引出配線（60）のもう一方の分岐部（60a）は、第１導電領域（31）上であって、中央位置（P0）を境として位置（P2）と対称の位置（P3）に接続されている。つまり、第１引出配線（60）は、分岐部（60b）が第１電極（51）の位置（P2）の電圧を取り出し、分岐部（60a）が第１電極（51）の位置（P3）の電圧を取り出すのである。なお、この例では、位置（P3）における電圧値は、位置（P2）における電圧値と概ね同じであり、第１電極（51）の位置（P3）の電圧値と電圧仕様値（VS）との差は、第１電極（51）の中央位置（P0）における電圧値と電圧仕様値（VS）との差よりも小さくなる（図４参照）。

同様に、第２引出配線（70）もその一端が分岐しており、分岐側が第２導電領域（41）を介して第２電極（52）に接続されている。具体的に、第２引出配線（70）でも、一方の分岐部（70b）は、第２導電領域（41）において第２電極（52）の位置（P2）に対応した位置に接続され、第２引出配線（70）のもう一方の分岐部（70a）は、第２導電領域（41）において第２電極（52）の位置（P3）に対応した位置に接続されている。すなわち、第２引出配線（70）は、分岐部（70b）が第２電極（52）の位置（P2）の電圧を取り出し、分岐部（70a）が第２電極（52）の位置（P3）の電圧を取り出すのである。なお、第２電極（52）においても、位置（P2）の電圧値と電圧仕様値（VS）との差は、中央位置（P0）における電圧値と電圧仕様値（VS）との差よりも小さくなる（図４参照）。また、第２電極（52）の位置（P3）の電圧値と電圧仕様値（VS）との差は、第２電極（52）の中央位置（P0）における電圧値と電圧仕様値（VS）との差よりも小さくなる（図４参照）。

以上の通り、それぞれの引出配線（60,70）は、取り出した電圧値と抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値（VS）との差が、電極（51,52）の中央位置（P0）における電圧値と電圧仕様値（VS）との差よりも小さくなる箇所の電圧を分岐側から取り出すことになる。

そして、本実施形態でも第１引出配線（60）の他端側（分岐していない側）は、電流検出回路（5）に接続されている。同様に、第２引出配線（70）の他端側（分岐していない側）も、電流検出回路（5）に接続されている。

上記の構成により、第１引出配線（60）の他端側から取り出される電圧は、分岐部（60b）が取り出した位置（P2）における電圧と、分岐部（60a）が取り出した位置（P3）における電圧との平均値となる。同様に、第２引出配線（70）の他端側から取り出される電圧は、分岐部（70b）が取り出した位置（P2）における電圧と、分岐部（70a）が取り出した位置（P3）における電圧との平均値となる。

したがって、本実施形態においても、電流検出回路（5）に入力される電圧の誤差は最悪値とはならない。すなわち、電圧検出用の抵抗器（シャント抵抗）を有した電子回路装置において、抵抗器による電圧検出精度の向上を図ることが可能になる。

《その他の実施形態》
なお、それぞれの引出配線（60,70）は、３つ以上の分岐部（60a）を設けてもよい。

また、第１および第２引出配線（60,70）は、第１導電領域（31）や第２導電領域（41）を介さずに、直接的に第１電極（51）や第２電極（52）に接続することも可能である。

また、電子回路装置（10）の用途は、電力変換器（1）には限定されない。

本発明は、電圧検出用の抵抗器を有した電子回路装置として有用である。

１０ 電子回路装置
２０ 絶縁基板
３０ 第１導電パターン
４０ 第２導電パターン
５０ 抵抗器
５１ 第１電極
５２ 第２電極
５３ 抵抗体
６０ 第１引出配線
７０ 第２引出配線

Claims (3)

1. 絶縁基板（20）上の導電パターン（30,40）に取り付けられる所定幅の２つの電極（51,52）と、該２つの電極（51,52）の間に設けられた抵抗体（53）とを有した抵抗器（50）と、
   上記２つの電極（51,52）のそれぞれに対応して設けられ、該２つの電極（51,52）間の電圧を取り出すための引出配線（60,70）と、
   を備え、
   それぞれの引出配線（60,70）は、一端が２つ以上に分岐し、分岐側から上記電極（51,52）の複数箇所の電圧を取り出すことを特徴とする電子回路装置。
2. 請求項１において、
   それぞれの引出配線（60,70）は、取り出した電圧値と上記抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値との差が、上記電極（51,52）の中央位置における電圧値と該電圧仕様値との差よりも小さくなる箇所の電圧を取り出すことを特徴とする電子回路装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   それぞれの引出配線（60,70）は、取り出した電圧値が上記抵抗器（50）の仕様上定まる電圧仕様値よりも大きくなる箇所と、取り出した電圧値が該電圧仕様値よりも小さくなる箇所とを含む複数箇所における電圧を取り出すことを特徴とする電子回路装置。

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