JP6691416B2 - 電子回路装置 - Google Patents

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Description

この発明は、シャント抵抗を備えた電子回路装置に関する。
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の図12に示された電子回路装置では、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)間の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(抵抗器の両電極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位置における電圧値が最小となり所定位置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。
なお、上記のような電子回路装置では、抵抗器の両電極間の電圧値を検出するための引出配線(検出パターン)を抵抗器の幅方向における中央位置から引き出すことが一般的である。また、抵抗器を流れる電流の電流値を正確に検出するためには、引出配線を用いて検出される電圧値(引出位置における抵抗器の両電極間の電圧値)と抵抗器の仕様上定まる電圧仕様値との差(検出誤差)が小さくなっていることが好ましい。なお、電圧仕様値は、抵抗器の抵抗値と抵抗器を流れる電流の電流値とに基づいて定められる抵抗器の両電極間の電圧値の理想値に相当する。
しかしながら、上記のように抵抗器の両電極間の電圧値が抵抗器の幅方向において変化しているので、中央位置における抵抗器の両電極間の電圧値が抵抗器の電圧仕様値から大幅にずれてしまう可能性がある。そのため、引出配線を用いて検出される電圧値と電圧仕様値との差(検出誤差)を低減することが困難であり、抵抗器を流れる電流に対応する抵抗器の両電極間の電圧値を正確に検出することが困難である。
そこで、この発明は、抵抗器を流れる電流に対応する抵抗器の両電極間の電圧値を正確に検出することが可能な電子回路装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、絶縁基板(20)と、所定の間隔をおいて上記絶縁基板(20)の一方面に設けられる第1および第2導電パターン(30,40)と、上記第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する第1および第2電極(51,52)と、該第1および第2電極(51,52)に跨がる抵抗体(53)とを有する抵抗器(50)と、上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値を検出するための第1および第2引出配線(60,70)とを備え、上記第1および第2引出配線(60,70)の引出位置(P1)は、上記第1および第2電極(51,52)の対向方向と直交する幅方向における上記抵抗器(50)の中央位置(P0)とは異なる位置であり、上記引出位置(P1)は、上記引出位置(P1)における上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と該抵抗器(50)の仕様上定まる電圧仕様値(VS)との差、上記中央位置(P0)における該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と該電圧仕様値(VS)との差よりも小さくなるように、該中央位置(P0)とは異なる位置に定められていることを特徴とする電子回路装置である。
上記第1の発明では、引出位置(P1)が中央位置(P0)である場合よりも、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)を低減することができる。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記抵抗器(50)では、該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が上記幅方向において変化し、該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値の幅方向における変化が、該幅方向の所定位置における電圧値が最小となり該所定位置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(VL)を示し、上記引出位置(P1)は、上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が中央位置(P0)における電圧値となる位置から該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が次第に増加して該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が電圧仕様値(VS)となる位置までの位置範囲内に含まれていることを特徴とする電子回路装置である。
上記第2の発明では、引出位置(P1)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差を、中央位置(P0)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差よりも小さくすることができる。
第3の発明は、上記第1の発明において、上記引出位置(P1)は、上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が上記電圧仕様値(VS)となる位置であることを特徴とする電子回路装置である。
上記第3の発明では、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)をゼロにすることができる。
第1および第2の発明によれば、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)を低減することができるので、抵抗器(50)を流れる電流に対応する抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値を正確に検出することができる。
第3の発明によれば、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)をゼロにすることができるので、抵抗器(50)を流れる電流に対応する抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値を正確に検出することができる。
図1は、電子回路装置を備えた電力変換器の構成例を示す回路図である。 図2は、電子回路装置の構成例を示す平面図である。 図3は、電子回路装置の構成例を示す断面図である。 図4は、抵抗体の電圧特性の一例を示すグラフである。 図5は、電子回路装置の変形例1の要部を示す平面図である。 図6は、電子回路装置の変形例2の要部を示す平面図である。
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
〔電力変換器〕
図1は、実施形態による電子回路装置(10)を備えた電力変換器(1)の構成例を示している。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)の短手方向における両縁部(長手方向に延びる両辺部)にそれぞれ沿うように形成されている。また、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)の縁部(所定の間隔をおいて互いに対向する縁部)にそれぞれ沿うように形成されている。なお、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(第1および第2電極(51,52)の対向方向と直交する方向)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2の破線の矢印で示すように、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。
また、この例では、第1および第2導電パターン(30,40)は、抵抗器(50)の幅方向における中央位置(P0)を通過して第1および第2電極(51,52)の対向方向に延びる基準線(仮想線)を対称軸として線対称となる矩形状に形成され、第1および第2電流ポイント(P30,P40)は、その基準線(仮想線)上に配置されている。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。
〈引出配線〉
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)間の電圧値を検出するために設けられる。具体的には、第1引出配線(60)は、第1電極(51)と第1導電パターン(30)の第1導電領域(31)とを含む第1引出領域(80)から引き出される。第2引出配線(70)は、第2電極(52)と第2導電パターン(40)の第2導電領域(41)とを含む第2引出領域(90)から引き出される。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。
〈電圧特性〉
次に、図4を参照して、電子回路装置(10)における抵抗器(50)の電圧特性について説明する。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。
なお、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、抵抗器(50)の幅方向における位置(電圧検出位置)に依存している。詳しくは、抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)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(50)の幅方向の所定位置における電圧値が最小となり所定位置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(VL))を示す傾向にある。また、抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値の幅方向における変化は、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、電圧特性曲線(VL)は、抵抗器(50)の幅方向の中央位置(P0)における電圧値が最小となり中央位置(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る電圧特性曲線となっている。
〈引出位置〉
第1および第2引出配線(60,70)の引出位置(P1)は、抵抗器(50)の幅方向(第1および第2電極(51,52)の対向方向と直交する方向)における中央位置(P0)とは異なる位置である。具体的には、引出位置(P1)は、中央位置(P0)から幅方向に離れた位置であり、引出位置(P1)と中央位置(P0)との離間距離(幅方向距離)は、抵抗器(50)を第1および第2導電パターン(30,40)に実装する際に発生する製造誤差(例えば±0.1mm)よりも長くなっている。
また、引出位置(P1)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差は、中央位置(P0)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差よりも小さくなっている。
なお、電圧仕様値(VS)は、抵抗器(50)の仕様上定まる電圧値である。詳しくは、電圧仕様値(VS)は、抵抗体(53)の抵抗値と抵抗体(53)を流れる電流の電流値とに基づいて定められる抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値の理想値に相当する。具体的には、電圧仕様値(VS)は、抵抗器(50)を流れる電流の電流値と抵抗器(50)の抵抗値との積に応じた値を示す。ここで、抵抗器(50)の抵抗値は固定値であるので、抵抗器(50)を流れる電流の電流値から電圧仕様値(VS)を一義的に決定することが可能である。したがって、電圧仕様値(VS)は、所定の電流値を有する電流を抵抗器(50)に流した場合に抵抗器(50)の仕様上定まる電圧値であるといえる。
また、引出位置(P1)における電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)は、第1および第2引出配線(60,70)の間における電圧値に基づいて検出することが可能である。中央位置(P0)における電圧値(抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値)は、中央位置(P0)において第1および第2引出領域(80,90)にそれぞれ接触させた第1および第2探針(図示を省略)間の電圧値に基づいて検出することが可能である。
なお、この例では、引出位置(P1)は、抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が中央位置(P0)における電圧値となる位置(図4の例では中央位置(P0))から抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が次第に増加して抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が電圧仕様値(VS)となる位置までの位置範囲内に含まれている。なお、この位置範囲には、抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が中央位置(P0)における電圧値となる位置と抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が電圧仕様値(VS)となる位置は含まれていない。
〈実施形態による効果〉
以上のように、引出位置(P1)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差が中央位置(P0)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差よりも小さくなるように、第1および第2引出配線(60,70)の引出位置(P1)を中央位置(P0)とは異なる位置にすることにより、引出位置(P1)が中央位置(P0)である場合よりも、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)を低減することができる。これにより、抵抗器(50)を流れる電流に対応する抵抗器(50)の両電極(第1および第2電極(51,52))間の電圧値を正確に検出することができ、抵抗器(50)を流れる電流(電流値)の検出精度を向上させることができる。
〔引出位置の変形例〕
なお、引出位置(P1)は、抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が電圧仕様値(VS)となる位置であってもよい。具体的には、引出位置(P1)は、図4に示した電圧特性曲線(VL)と電圧仕様値(VS)との交点に対応する位置であってもよい。このように構成することにより、引出位置(P1)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差をゼロにすることができる。これにより、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)をゼロにすることができるので、抵抗器(50)を流れる電流に対応する抵抗器(50)の両電極(第1および第2電極(51,52))間の電圧値を正確に検出することができる。
〔電子回路装置の変形例〕
電子回路装置(10)は、図5に示すように2つの抵抗器(第1および第2抵抗器(50))を備えていてもよいし、図6に示すよう3つの抵抗器(第1,第2,第3抵抗器(50))を備えていてもよいし、4つ以上の抵抗器(50)を備えていてもよい。すなわち、電子回路装置(10)は、n個(nは2以上の整数)の抵抗器(50)を備えていてもよい。
n個の抵抗器(50)を備えた電子回路装置(10)では、第1引出配線(60)の一端は、n個の抵抗器(50)にそれぞれ対応するn個の端部に分岐し、第2引出配線(70)の端部もn個の抵抗器(50)にそれぞれ対応するn個の端部に分岐している。そして、第1引出配線(60)の第k番目(kは整数であり1≦k≦n)の端部および第2引出配線(70)の第k番目の端部の引出位置(P1)は、第k番目の抵抗器(50)の幅方向における中央位置(P0)とは異なる位置である。また、n個の抵抗器(50)の各々において、引出位置(P1)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差は、中央位置(P0)における抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と電圧仕様値(VS)との差よりも小さくなっている。
以上のように構成した場合も、n個の抵抗器(50)の各々において引出位置(P1)が中央位置(P0)である場合よりも、第1および第2引出配線(60,70)を用いて検出される電圧値と電圧仕様値(VS)との差(検出誤差)を低減することができ、抵抗器(50)を流れる電流に対応する抵抗器(50)の両電極(第1および第2電極(51,52))間の電圧値を正確に検出することができる。
〔その他の実施形態〕
なお、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、この発明、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。
以上説明したように、上述の電子回路装置は、電力変換器などにおいて電流値を検出するために用いられる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
31 第1導電領域
40 第2導電パターン
41 第2導電領域
50 抵抗器
51 第1電極
52 第2電極
60 第1引出配線
70 第2引出配線
80 第1引出領域
90 第2引出領域
P0 中央位置
P1 引出位置
VL 電圧特性曲線
VS 電圧仕様値

Claims (3)

  1. 絶縁基板(20)と、
    所定の間隔をおいて上記絶縁基板(20)の一方面に設けられる第1および第2導電パターン(30,40)と、
    上記第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する第1および第2電極(51,52)と、該第1および第2電極(51,52)に跨がる抵抗体(53)とを有する抵抗器(50)と、
    上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値を検出するための第1および第2引出配線(60,70)とを備え、
    上記第1および第2引出配線(60,70)の引出位置(P1)は、上記第1および第2電極(51,52)の対向方向と直交する幅方向における上記抵抗器(50)の中央位置(P0)とは異なる位置であり、
    上記引出位置(P1)は、上記引出位置(P1)における上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と該抵抗器(50)の仕様上定まる電圧仕様値(VS)との差、上記中央位置(P0)における該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値と該電圧仕様値(VS)との差よりも小さくなるように、該中央位置(P0)とは異なる位置に定められている
    ことを特徴とする電子回路装置。
  2. 請求項1において、
    上記抵抗器(50)では、該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が上記幅方向において変化し、該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値の幅方向における変化が、該幅方向の所定位置における電圧値が最小となり該所定位置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(VL)を示し、
    上記引出位置(P1)は、上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が中央位置(P0)における電圧値となる位置から該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が次第に増加して該抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が電圧仕様値(VS)となる位置までの位置範囲内に含まれている
    ことを特徴とする電子回路装置。
  3. 請求項1において、
    上記引出位置(P1)は、上記抵抗器(50)の第1および第2電極(51,52)間の電圧値が上記電圧仕様値(VS)となる位置である
    ことを特徴とする電子回路装置。
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