JP5720259B2 - Current detection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電流検出回路に係り、特に、電流経路上に設けられるシャント抵抗とそのシャント抵抗に並列に接続されるセンス抵抗とが複数組、流れる電流量が相関を有する複数の電流経路に対応して基板上に配設され、各電流経路に流れる電流それぞれをシャント抵抗とセンス抵抗との分流比を利用して検出するうえで好適な電流検出回路に関する。 The present invention relates to a current detection circuit, and in particular, corresponds to a plurality of current paths in which a plurality of sets of shunt resistors provided on a current path and sense resistors connected in parallel to the shunt resistance are correlated. In addition, the present invention relates to a current detection circuit suitable for detecting each current flowing through each current path using a shunt ratio between a shunt resistor and a sense resistor.
従来、電流経路上に設けられるシャント抵抗を備え、そのシャント抵抗を用いてその電流経路に流れる電流を検出する電流検出回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる電流検出回路において、電流経路にシャント抵抗を通じて電流が流れると、そのシャント抵抗の両端間にその電流量に応じた電圧が発生する。従って、シャント抵抗の両端間に生じる電圧の大きさを検出することで、その電圧とシャント抵抗の抵抗値とに基づいて電流経路に流れる電流を検出することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a current detection circuit that includes a shunt resistor provided on a current path and detects a current flowing through the current path using the shunt resistance is known (see, for example, Patent Document 1). In such a current detection circuit, when a current flows through the shunt resistor in the current path, a voltage corresponding to the amount of current is generated between both ends of the shunt resistor. Therefore, by detecting the magnitude of the voltage generated across the shunt resistor, the current flowing through the current path can be detected based on the voltage and the resistance value of the shunt resistor.
一般に、例えばモータの各通電相の如く流れる電流量が相関を有する複数の電流経路に流れる電流それぞれを検出する場合、モータ制御を適切に行ううえでは、各電流経路に流れる電流のすべてを精度よく検出できることが望ましい。ここで、抵抗特性は温度に応じて変動するので、各電流経路に流れる電流のすべてを精度よく検出するうえでは、各通電相に流れる電流の検出時にシャント抵抗側に作用する温度が各相間でほぼ等しいことが望ましい。各通電相に流れる電流の検出時にシャント抵抗側に作用する温度が各相間で異なるものであると、各電流経路に流れる電流を精度よく検出することが難しくなり、その結果として、モータ制御を適切に行うことが困難となる。 In general, for example, when detecting each of the currents flowing through a plurality of current paths in which the amount of current flowing like each energized phase of the motor correlates, all of the currents flowing through the current paths are accurately detected in order to properly control the motor. It is desirable that it can be detected. Here, since the resistance characteristics vary depending on the temperature, the temperature that acts on the shunt resistor side when detecting the current flowing in each energized phase is detected between the phases in order to accurately detect all of the current flowing in each current path. It is desirable that they are approximately equal. If the temperature acting on the shunt resistor side during the detection of the current flowing through each energized phase differs between the phases, it will be difficult to accurately detect the current flowing through each current path, and as a result, appropriate motor control will be performed. Difficult to do.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、各組間での電流検出精度の差を吸収することが可能な電流検出回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a current detection circuit capable of absorbing a difference in current detection accuracy between each set.
上記の目的は、電流経路上に設けられるシャント抵抗と該シャント抵抗に並列に接続されるセンス抵抗とが複数組、流れる電流量が相関を有する複数の電流経路に対応して基板上に配設され、各電流経路に流れる電流それぞれを前記シャント抵抗と前記センス抵抗との分流比を利用して検出する電流検出回路であって、前記センス抵抗の温度係数は、前記シャント抵抗の温度係数よりも大きく、各組それぞれの前記シャント抵抗と前記センス抵抗とは、該電流経路の電流検出時に該シャント抵抗と該センス抵抗との間に生じる温度差が各組間で等しくなるように前記基板上に配置されている電流検出回路により達成される。 The purpose is to provide a plurality of sets of shunt resistors provided on the current path and sense resistors connected in parallel to the shunt resistance, and arranged on the substrate corresponding to the plurality of current paths in which the amount of flowing current is correlated. A current detection circuit that detects each current flowing through each current path using a shunt ratio between the shunt resistor and the sense resistor, wherein the temperature coefficient of the sense resistor is higher than the temperature coefficient of the shunt resistor. large, each set each of the shunt resistor and the sensing resistor, on the substrate so that the temperature difference is equal between each pair occurring between the shunt resistor and the sense resistor when the current detection of the current path This is achieved by the arranged current detection circuit.
本発明によれば、各組間での電流検出精度の差を吸収することができる。 According to the present invention, it is possible to absorb a difference in current detection accuracy between each set.
以下、図面を用いて、本発明に係る電流検出回路の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of a current detection circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例である電流検出回路10の構成図を示す。本実施例の電流検出回路10は、例えば車両に搭載される可変吸気システムなどが備えるモータ12の制御回路に適用される。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a
モータ12は、U相,V相,W相を有する三相交流モータである。モータ12には、そのモータ12を駆動する駆動回路14が接続されている。駆動回路14は、モータ12の各通電相U,V,Wごとに一組ずつ対応して設けられた三組の半導体素子16,18を有している。半導体素子16,18は、例えばMOS型の電界効果トランジスタである。各通電相U,V,Wの半導体素子16,18はそれぞれ、所定のバッテリ電圧VBが印加される電源端子20と車体が接続される接地端子22との間で直列接続されている。以下、適宜、半導体素子16を正側半導体素子16と、半導体素子18を負側半導体素子18と、それぞれ称す。モータ12の制御回路は、各通電相U,V,Wごとに一組の半導体素子16,18を適当なタイミングで交互にスイッチング駆動すると共に、U相,V相,W相に対して所定の順序でスイッチング駆動を行う。
The
各組の半導体素子16,18のうち正側半導体素子16がオンされると、電源端子20から正側半導体素子16を介してモータ12の当該通電相へ電流が流通する。また、各組の半導体素子16,18のうち負側半導体素子18がオンされると、モータ12の当該通電相から負側半導体素子18を介して接地端子22へ電流が流通する。かかる電流流通が各通電相U,V,Wにおいて適当に行われると、モータ12が適切に作動する。
When the positive-
上記の電流が流通する電流経路24上には、シャント抵抗26が設けられている。シャント抵抗26は、電源端子20と正側半導体素子16との間に介在しており、モータ12の通電相U,V,Wごとに一つずつ設けられている。シャント抵抗26は、所定の温度係数(例えば、100ppm/℃)Xを有する抵抗であって、素子温度に応じて変化する抵抗値(例えば、3mΩ程度)Roを有している。
A
電流経路24には、センス抵抗28の一端が接続されている。具体的には、センス抵抗28の一端は、電源端子20にすなわちシャント抵抗26の電源端子20側端子に接続されている。センス抵抗28は、シャント抵抗26ごとに、対となる抵抗として設けられている。センス抵抗28は、所定の温度係数(例えば、150ppm/℃)Yを有する抵抗であって、素子温度に応じて変化する抵抗値(例えば、12Ω程度)Rsを有している。尚、センス抵抗28の抵抗値Rsは、シャント抵抗26の抵抗値Roのn倍(“1”を超える倍数であって、例えば、4000倍)に設定されている。また、センス抵抗28の温度係数Yは、シャント抵抗26の温度係数Xよりも大きい値に設定されている。
One end of a
シャント抵抗26の半導体素子16側端子、及び、センス抵抗28の他端には、電流検出回路10の有する制御ASIC30が接続されている。シャント抵抗26及びセンス抵抗28は、電流経路24上の同一点(具体的には、電源端子20)と制御ASIC30との間で互いに並列に接続されている。制御ASIC30は、各通電相の電流経路24に流れる電流Ioを、センス抵抗28に流れる電流(以下、センス電流と称す)Isに基づいて検出する機能を有している。
A
制御ASIC30は、センス抵抗28の他端に生じる電位(以下、センス出力電位Vsと称す)をシャント抵抗26の半導体素子16側端子に生じる電位(以下、シャント出力電位Voと称す)に等しい電位に調整するための電圧調整部32を有している。制御ASIC30は、シャント抵抗26の半導体素子16側端子が接続する第1入力端子34と、センス抵抗28の他端が接続する第2入力端子36と、を有している。
The control ASIC 30 makes the potential generated at the other end of the sense resistor 28 (hereinafter referred to as sense output potential Vs) equal to the potential generated at the
電圧調整部32は、非反転入力端子が第1入力端子34に接続されかつ反転入力端子が第2入力端子36に接続されるオペアンプ38を有している。オペアンプ38の出力は、pnpトランジスタQ1のベースに接続されている。pnpトランジスタQ1のエミッタはオペアンプ38の反転入力端子に接続されており、そのコレクタはnpnトランジスタQ2のベースに接続されている。npnトランジスタQ2のコレクタはオペアンプ38の反転入力端子に接続されており、そのエミッタは端子40を介して抵抗42の一端に接続されている。抵抗42の他端は接地されている。
The
上記した制御ASIC30において、電圧調整部32は、センス出力電位Vsとシャント出力電位Voとが同電位となるように帰還動作を行う。オペアンプ38の非反転入力端子にはシャント出力電位Voが入力されると共に、オペアンプ38の反転入力端子にはセンス出力電位Vsが入力される。
In the
Vs<Voが成立するときは、(Vo−Vs)が正であるため、オペアンプ38の出力端子からハイ信号が出力される。この場合、pnpトランジスタQ1のベース電位が高電位となってそのベースに電流が流れないので、pnpトランジスタQ1はオフに維持される。このため、かかる場合は、npnトランジスタQ2のベース電位が低電位となってそのベースに電流が流れないので、npnトランジスタQ2はオフに維持され、その結果として、npnトランジスタQ2のコレクタ電位すなわちセンス出力電位Vsが一気に上昇する。
When Vs <Vo is established, since (Vo−Vs) is positive, a high signal is output from the output terminal of the
一方、Vs>V0が成立するときは、(Vo−Vs)が負であるため、オペアンプ38の出力端子からロー信号が出力される。この場合、pnpトランジスタQ1のベース電位が低電位となってそのベースに電流が流れるので、pnpトランジスタQ1はオンする。pnpトランジスタQ1がオンすると、npnトランジスタQ2のベース電位が高電位となってそのベースに電流が流れるので、npnトランジスタQ2はオンする。このため、かかる場合は、センス電流IsがnpnトランジスタQ2を介して抵抗42に流れると共に、npnトランジスタQ2のコレクタ電位すなわちセンス出力電位Vsが一気に下降する。
On the other hand, when Vs> V0 is established, since (Vo−Vs) is negative, a low signal is output from the output terminal of the
このように電圧調整部32における動作が繰り返されると、センス出力電位Vsは、シャント出力電位Voと略同電位となるように調整される。シャント出力電位Voとセンス出力電位Vsとが略同電位に調整されると、シャント抵抗26の両端間電圧とセンス抵抗28の両端間電圧とが略等しくされる。上記の如く、センス抵抗28の抵抗値Rsは、シャント抵抗26の抵抗値Roのn倍に設定される。従って、シャント抵抗26に流れる電流すなわち電流経路24に流れる電流Ioは、センス電流Isのn倍となる。以下、nをセンス比(分流比)nとする。
When the operation of the
制御ASIC30は、抵抗42の両端間電圧(具体的には、抵抗42のnpnトランジスタQ2側端子に生じる電位(=端子40へ向けて出力される電位))と、予め規定された抵抗42の抵抗値と、に基づいて、次式(1)を参照して、センス電流Isを検出する。そして、その検出したセンス電流Isを予め規定されたセンス比n倍で乗算することにより、電流経路24に流れる電流Ioを検出する(Io=n×Is)。制御ASIC30は、各通電相ごとに上記の電流検出処理を行うことで、検出したセンス電流Isとセンス比nとに基づいて、各通電相の電流経路24に流れる電流Ioをそれぞれ検出する。
The
図2は、本実施例におけるシャント抵抗26及びセンス抵抗28の温度係数X,Yを表した図を示す。図3は、本実施例におけるシャント抵抗26とセンス抵抗28との基板上での配置位置を表した斜視図を示す。また、図4は、本実施例におけるシャント抵抗26の発熱による温度分布下でのシャント抵抗26とセンス抵抗28との配置位置を表した上面図を示す。
FIG. 2 is a diagram showing temperature coefficients X and Y of the
一般に、素子の特性は温度変化に伴って変化する。例えば、温度が高くなるほど、抵抗の抵抗値が大きくなる。抵抗の抵抗値が変動すると、流れる電流量が変化する。この際、温度変化に伴った抵抗値変化率がシャント抵抗26とセンス抵抗28とで異なるものとすると、シャント抵抗26に流れる電流とセンス抵抗28に流れる電流との実際の分流比が、予め規定したセンス比nに一致しなくなり、その結果として、電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出することができなくなる。従って、電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出するためには、温度変化に伴う抵抗値変化率がシャント抵抗26とセンス抵抗28とで等しくなることが必要である。
In general, the characteristics of an element change with a temperature change. For example, the resistance value of the resistor increases as the temperature increases. When the resistance value of the resistor fluctuates, the amount of current flowing changes. At this time, assuming that the rate of change in resistance value with temperature change is different between the
また、シャント抵抗26は、モータ12を駆動するための比較的大きな電流が流通するので、センス抵抗28に比べて大きな発熱量を有する。この点、シャント抵抗26の温度係数とセンス抵抗28の温度係数とが等しいものとすると、シャント抵抗26の抵抗値変化率が常にセンス抵抗28の抵抗値変化率に比べて大きくなり、その結果として、電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出することができなくなる。従って、電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出するためには、シャント抵抗26の抵抗値変化率とセンス抵抗28の抵抗値変化率とが等しくなるようにシャント抵抗26の温度変化とセンス抵抗28の温度変化とがそれぞれ生じること、すなわち、かかる特性が実現されるように各抵抗26,28の温度係数が互いに異なることが必要である。
Further, the
更に、本実施例の如く、各通電相U,V,Wに流れる電流量が相関を有する複数の電流経路24に流れる電流Ioをそれぞれ検出し、その検出電流Ioに基づくモータ12の制御を適切に行ううえでは、各通電相U,V,Wの電流経路24に流れる電流Ioのすべてを精度よく検出できることが望ましい。各通電相U,V,W間でシャント抵抗26とセンス抵抗28との相対的な温度環境(例えば、シャント抵抗26とセンス抵抗28との基板上での離間距離)が異なると、各通電相U,V,Wのシャント抵抗26が同じ発熱量で発熱しているときすなわち各通電相U,V,Wのシャント抵抗26の発熱による上昇温度が同じであるときにも、センス抵抗28に作用する温度が各通電相U,V,W間で異なるものとなり、各通電相U,V,W間での電流検出精度に差が発生して、モータ制御を適切に行うことができなくなってしまう。従って、各通電相U,V,W間での電流検出精度に差を生じさせないためには、シャント抵抗26とセンス抵抗28との温度環境が各通電相U,V,W間で同じであることが必要である。
Further, as in this embodiment, the currents Io flowing through the plurality of
そこで、本実施例においては、比較的広い温度領域に亘って電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出しつつ、各通電相U,V,W間での電流検出精度の差を吸収することとしている。
Therefore, in this embodiment, the current Io flowing through the
本実施例においては、上記の如く、センス抵抗28の温度係数Yが、シャント抵抗26の温度係数Xよりも大きい値に設定されている。このため、センス抵抗28は、シャント抵抗26に比べて同じ温度変化に対して大きな抵抗値変化率を示し、逆に、少ない温度変化でシャント抵抗26と同等の抵抗値変化率を示すので、シャント抵抗26の温度が発熱により大きく上昇する一方でセンス抵抗28の温度があまり上昇しなくても、センス抵抗28の抵抗値変化率をシャント抵抗26の抵抗値変化率と一致させることが可能である。尚、「抵抗値変化率」とは、例えば常温での基準抵抗値を基準とした抵抗値の増加率又は減少率のことである。
In the present embodiment, as described above, the temperature coefficient Y of the
本実施例において、電流検出回路10や駆動回路14を構成する各素子は、基板44上に配設されている。基板44は、例えばセラミック基板やガラエポ基板などの熱伝導効率の良い基板である。電流検出回路10を構成するセンス抵抗28とシャント抵抗26とは、基板44上で所定の離間距離Lだけ離れており、センス抵抗28は、基板44上で、モータ12への駆動電流で発熱するシャント抵抗26からの熱伝導を受ける位置に配置されている。このため、センス抵抗28は、シャント抵抗26の発熱により温度上昇し、そのセンス抵抗28の温度上昇は、シャント抵抗26の温度上昇に応じたもの(具体的には、シャント抵抗26の上昇温度よりも少ない上昇温度だけ上げたもの)となる。
In this embodiment, each element constituting the
また、上記した基板44上でのセンス抵抗28の配置位置は、電流経路24に流れる電流Ioの検出時におけるシャント抵抗26の温度上昇に対する抵抗値変化率と、そのシャント抵抗26の温度上昇に伴うセンス抵抗28の温度上昇に対する抵抗値変化率と、が等しくなるような位置である。また逆に、シャント抵抗26の温度係数Xとセンス抵抗28の温度係数Yとは、基板44上でのセンス抵抗28の配置位置で電流経路24に流れる電流Ioの検出時におけるシャント抵抗26の温度上昇に対する抵抗値変化率と、そのシャント抵抗26の温度上昇に伴うセンス抵抗28の温度上昇に対する抵抗値変化率と、が等しくなる関係が実現されるように設定されている。
Further, the position of the
かかる電流検出回路10の構成においては、電流経路24に流れる電流Ioの検出時にシャント抵抗26の発熱に伴う温度上昇に応じてセンス抵抗28が温度上昇して、シャント抵抗26の抵抗値変化率とセンス抵抗28の抵抗値変化率とが略等しくなる。このため、電流経路24に流れる電流Ioの検出時にシャント抵抗26に流れる電流とセンス抵抗28に流れる電流との分流比を一定に保つことすなわち予め規定したセンス比nに一致させることができ、その分流比の変化を小さく抑えることができる。
In the configuration of the
尚、上記した電流検出回路10の構成においては、電流経路24の電流検出時にシャント抵抗26に流れる電流量に応じてそのシャント抵抗26の発熱量が変動するが、かかる発熱量の変動が生じても、センス抵抗28の温度上昇がそのシャント抵抗26の温度上昇に応じたものとなり、シャント抵抗26の抵抗値及びセンス抵抗28の抵抗値は共に温度変化に対して一定の変化を示すので、両抵抗26,28の抵抗値変化率を略等しくすることが可能である。従って、本実施例の電流検出回路10によれば、比較的広い温度領域に亘って電流経路24に流れる電流Ioを精度よく検出することができる。
In the configuration of the
また、本実施例において、センス抵抗28は、上記の如く、基板44上で、モータ12への駆動電流で発熱するシャント抵抗26からの熱伝導を受ける位置に配置されているが、各通電相U,V,Wそれぞれのシャント抵抗26とセンス抵抗28とは、両抵抗26,28の基板44上での離間距離Lが各通電相U,V,W間でほぼ等しくなるように配置されている。各通電相U,V,Wそれぞれのシャント抵抗26は、各通電相U,V,W間で同じ温度係数Xを有していると共に、各通電相U,V,Wそれぞれのセンス抵抗28は、各通電相U,V,W間で同じ温度係数Yを有している。
In the present embodiment, as described above, the
このため、上記した電流検出回路10の構成においては、各通電相それぞれの電流経路24の電流検出時にシャント抵抗26に発生する熱のセンス抵抗28への伝導状態が各通電相U,V,W間でほぼ等しくなり、シャント抵抗26とセンス抵抗28との間の温度差が各通電相U,V,W間でほぼ等しくなる。シャント抵抗26とセンス抵抗28との間の温度差が各通電相U,V,W間で等しければ、シャント抵抗26の発熱による上昇温度が各通電相U,V,W間で同じであるときは、センス抵抗28の温度が各通電相U,V,W間で同じとなるので、各通電相U,V,Wのセンス抵抗28の実際の抵抗値は各通電相U,V,W間でほぼ一致する。従って、本実施例の電流検出回路10によれば、各通電相U,V,Wそれぞれのシャント抵抗26とセンス抵抗28との離間距離をほぼ等しくすることで、各通電相U,V,W間での電流検出精度の差を吸収することができ、その結果として、モータ12の制御を適切に行うことが可能である。
For this reason, in the configuration of the
このように、本実施例の電流検出回路10によれば、モータ12の各通電相U,V,Wの電流経路24に流れる電流Ioを比較的広い温度領域に亘って精度よく検出することができると共に、モータ12の各通電相U,V,W間での電流経路24に流れる電流Ioの検出精度の差を吸収することができるので、シャント抵抗26の発熱状態に関係なくモータ12の回転駆動を常にスムースに行うことが可能である。
Thus, according to the
尚、上記の実施例においては、電流経路24上に設けられるシャント抵抗26を、一対の半導体素子16,18のうち正側半導体素子16と電源端子20との間に介在させることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、一対の半導体素子16,18のうち負側半導体素子18と接地端子22との間に介在させることなどとしてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記の実施例においては、電流Ioを検出する対象を、モータ12の各通電相U,V,Wにおける電流量が相関を有する複数の電流経路24としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ12の通電相U,V,W以外において少なくとも電流量が相関を有する複数の電流経路に適用すればよい。
In the above embodiment, the current Io is detected by the plurality of
10 電流検出回路
12 モータ
14 駆動回路
16,18 半導体素子
24 電流経路
26 シャント抵抗
28 センス抵抗
30 制御ASIC
32 電圧調整部
44 半導体基板
Ro シャント抵抗の抵抗値
Rs センス抵抗の抵抗値
Io 電流経路に流れる電流
Is センス電流
X シャント抵抗の温度係数
Y センス抵抗の温度係数
DESCRIPTION OF
32
Claims (4)
前記センス抵抗の温度係数は、前記シャント抵抗の温度係数よりも大きく、
各組それぞれの前記シャント抵抗と前記センス抵抗とは、該電流経路の電流検出時に該シャント抵抗と該センス抵抗との間に生じる温度差が各組間で等しくなるように前記基板上に配置されていることを特徴とする電流検出回路。 A plurality of sets of shunt resistors provided on the current path and sense resistors connected in parallel to the shunt resistors are arranged on the substrate in correspondence with the plurality of current paths in which the amount of flowing current has a correlation. A current detection circuit for detecting each of the currents flowing through the shunt resistor by using a shunt ratio between the shunt resistor and the sense resistor,
The temperature coefficient of the sense resistor is larger than the temperature coefficient of the shunt resistor,
The said sense resistor and each set each of the shunt resistor is disposed on the substrate such that the temperature difference is equal between each pair occurring between the shunt resistor and the sense resistor when the current detection of the current path current detecting circuit, characterized in that is.
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