CN107850630A - 电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流检测电路，能够在较宽的动态范围内高精度地以良好的阶跃响应来检测电流。将在连接于高电压电源(1)和负载(2)之间的电阻器(R12)的两端间产生的电压通过放大器(31、32)进行放大，并通过比较器(51、52)与锯齿波信号的电压进行比较，检测表示锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加或逐渐减小的倾斜期间内的比较器(51、52)的比较结果的信号的长度T2、T3以及上述倾斜期间的长度T1，并基于检测到的长度的比例来对流过电阻器(R12)的电流进行检测。

Description

电流检测电路

技术领域

本发明涉及一种对在电源和负载之间经由电阻器流动的电流进行检测的电流检测电路。

背景技术

以往，提出了很多对流过蓄电池、电动机等负载的电流进行检测的方法。通常，作为用于检测直流电流的电流传感器，使用霍尔元件或分流电阻器。由电流传感器进行的模拟的检测结果根据需要而被转换成数字值。

例如，在专利文献1中记载了通过具备霍尔元件的电流传感器来对车辆的蓄电池充放电的电流的值进行检测的控制装置。该电流传感器具有铁芯，由于剩磁以及磁滞的影响，检测结果包含偏置误差，因此，在专利文献1中通过偏置校正装置来校正电流传感器的检测结果。

另一方面，在对电流传感器的检测结果进行A/D转换而转换成数字值的情况下，例如在微型机内置的A/D转换器中有时位数不足，期望在不使用外置的昂贵的A/D转换器的情况下高精度地检测电流并转换成数字值。

与此相对地，在专利文献2中记载了如下的电动机控制装置：通过电流传感器来检测流过PM电动机(永磁铁电动机)的电流，通过ΔΣ(delta-sigma)调制器将检测结果转换成1位信号(位流)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-92140号公报

专利文献2：专利第四899843号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1所记载的具备霍尔元件的电流传感器存在如下这样的问题：难以在较宽的动态范围内高精度地检测电流，结构复杂且比较昂贵。另外，与逐步比较方式的A/D转换器相比，专利文献2所记载的ΔΣ调制器由于进行过采样而功耗较大，并且阶跃响应较差，因此存在转换的稳定时间较长这样的问题。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种能够在较宽的动态范围内高精度地以良好的阶跃响应来检测电流的电流检测电路。

用于解决课题的技术方案

本发明的一个方式涉及一种电流检测电路，检测在电源和负载之间经由电阻器流动的电流，所述电流检测电路的特征在于，包括：发生部，产生三角波信号或锯齿波信号；第一生成部，生成表示由该发生部产生的信号的电压呈线性地逐渐增加或逐渐减小的期间的信号；放大部，对所述电阻器的两端之间的电压进行放大；比较部，对由该放大部放大后的信号的电压和由所述发生部产生的电压进行比较；第二生成部，生成表示所述期间内的所述比较部的比较结果的信号；以及检测部，基于来自所述第二生成部的信号的信号宽度相对于来自所述第一生成部的信号的信号宽度之比，对流过所述电阻器的电流进行检测。

本发明的一个方式的电流检测电路的特征在于，所述检测部通过在应该检测信号宽度的信号的前沿以及后沿保持对周期信号进行计数的计数器的计数值并取差值，而对分别来自所述第一生成部以及所述第二生成部的信号的信号宽度进行检测。

本发明的一个方式的电流检测电路的特征在于，具备绝缘部，该绝缘部使所述第一生成部以及所述第二生成部与所述检测部电绝缘，并从所述第一生成部以及所述第二生成部向所述检测部传递信号。

本发明的一个方式的电流检测电路的特征在于，将所述电阻器的端子中的某一方的电位设为所述第一生成部以及所述第二生成部的基准电位。

本发明的一个方式的电流检测电路的特征在于，具备选择部，该选择部选择性地切换来自所述第一生成部以及所述第二生成部的信号并传递到所述检测部，所述检测部根据经由所述选择部传递的来自所述第一生成部的信号的周期而切换所述选择部。

在本方式中，将在连接于电源和负载之间的电阻器的两端间产生的电压通过放大部进行放大，并与锯齿波信号或三角波信号的电压进行比较，检测表示锯齿波信号或三角波信号的电压呈线性地逐渐增加或逐渐减小的倾斜期间内的比较结果的信号的长度以及表示上述倾斜期间的信号的长度，并基于检测到的长度的比例来对流过上述电阻器的电流进行检测。

由此，计算放大部的输出电压相对于锯齿波信号或三角波信号的波峰电压的比例，并基于该比例以及上述波峰电压的值、放大部的放大率和电阻器的电阻值来检测电流值。

在本方式中，将表示上述倾斜期间的信号以及表示上述比较结果的信号输入到例如具有所谓输入捕获功能的计时器，根据在各个信号的前沿以及后沿保持的计数器的计数值的差值来检测这些信号的长度。

由此，例如与读取在信号的前沿以及后沿处的中断处理中逐步变化的计数器的计数值而检测时间差的情况相比，能够高精度地检测表示上述倾斜期间的信号的长度以及表示上述比较结果的信号的长度。

在本方式中，使生成表示上述倾斜期间的信号以及表示上述比较结果的信号的生成电路部分与基于这些信号来检测电流的检测电路部分电绝缘并分离，并且从上述生成电路部分向上述检测电路部分传递信号。

由此，无论除去上述检测电路部分之外的其他电路部分的基准电位如何，都能够对流过上述电阻器的电流进行检测。

在本方式中，将电阻器的两端中的某一方的电位设为基准电位，生成表示上述倾斜期间的信号以及表示上述比较结果的信号。

由此，能够低噪声且稳定地对上述电阻器的两端之间的微小的电压进行放大，因此，能够高精度地检测流过上述电阻器的电流。

在本方式中，选择性地切换表示上述倾斜期间的信号以及表示上述比较结果的信号，并从上述生成电路部分传递到检测电路部分。该切换是根据传送表示上述倾斜期间的信号时的信号周期而进行的。

由此，按时间序列检测表示上述倾斜期间的信号的信号宽度以及表示上述比较结果的信号的信号宽度。另外，当在传递表示上述比较结果的信号的期间内未检测到信号宽度的情况下，能够与值为0的信号宽度对应地检测值为0的电流。

发明效果

根据上述内容，计算放大部的输出电压相对于锯齿波信号或三角波信号的波峰电压的比例，基于该比例以及上述波峰电压的值、放大部的放大率和电阻值，能够在没有伴随着时间延迟的反馈的情况下检测电流值。

因此，能够在较宽的动态范围内高精度地以良好的阶跃响应来检测电流。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的电流检测电路的结构例的框图。

图2是示出绝缘电路的结构例的电路图。

图3是示出锯齿波发生器的结构例的电路图。

图4是用于说明本发明的实施方式1的电流检测电路的动作的时序图。

图5是示出周期信号中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图6是示出第一计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图7是示出第二计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图8是示出第三计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图9是示出本发明的实施方式1的变形例的电流检测电路的结构例的框图。

图10是示出本发明的实施方式2的电流检测电路的结构例的框图。

图11是用于说明本发明的实施方式2的电流检测电路的动作的时序图。

图12是示出第二计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图13是示出周期计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图14是示出第一计时器中断处理中的CPU的处理次序的流程图。

图15是示出与前沿值/后沿值读取的子例程相关的CPU的处理次序的流程图。

具体实施方式

以下，针对本发明，根据示出其实施方式的附图来详细叙述。

(实施方式1)

图1是示出本发明的实施方式1的电流检测电路的结构例的框图。电流检测电路具备：放大器(相当于放大部)31、32，对连接在包括高压的蓄电池的高电压电源(相当于电源)1和负载2之间的电阻器R12的两端间的电压进行放大；锯齿波发生器(相当于发生部)4，产生锯齿波信号；以及比较器(相当于比较部)51、52，对锯齿波发生器4产生的锯齿波信号的电压和放大器31、32放大后的电压分别进行比较。锯齿波发生器4也可以是产生三角波信号的三角波发生器。

电流检测电路还具备：“与”电路(相当于第二生成部)61、62，针对来自锯齿波发生器4的第二信号(详细内容在后文中叙述)和比较器51、52的输出信号分别取负逻辑的“与”；绝缘电路(相当于绝缘部)7，使锯齿波发生器4和“与”电路61、62与后级的电路电绝缘并分离，并且将所输入的信号传递到后级；以及微型计算机(相当于检测部，以下称为微型机)8，根据经由绝缘电路7输入的信号来检测流过电阻器R12的电流。

放大器31、32、锯齿波发生器4、比较器51、52以及“与”电路61、62将电阻器R12的一端即高电压电源1的一端和电阻器R12的连接点设为基准电位，被从产生相对于该基准电位的电源电压的小信号电源9供给电源。小信号电源9供给的电源的电压例如是5V。在此，也可以将电阻器R12的另一端设为基准电位，但在流过电阻器R12的电流以增大/减小的方式变化时，基准电位相对于高电压电源1的一端以降低/升高的方式变动，在对于该情形存在不妥的情况下，优选将电阻器R12的一端设为基准电位。微型机8以及绝缘电路7将接地电位设为基准电位，被供给+5V的Vcc。

放大器31包括模拟的运算放大器，将电阻器R31连接到输出端子和反相输入端子之间，将电阻器R32连接到非反相输入端子和电阻器R12的一端之间，将电阻器R33连接到反相输入端子和电阻器R12的另一端之间。放大器32包括运算放大器，将电阻器R34连接到输出端子和反相输入端子之间，将电阻器R35连接到非反相输入端子和电阻器R12的另一端之间，将电阻器R36连接到反相输入端子和电阻器R12的一端之间。

由此，放大器31作为对电阻器R12的另一端相对于一端的负的电压信号进行反相放大并输出正的电压信号的反相放大器而动作。另外，放大器32作为对电阻器R12的另一端相对于一端的正的电压信号不反相地进行放大并输出正的电压信号的非反相放大器而动作。此外，如本实施方式1所述，在通过相对于基准电位的单一电源来驱动放大器31以及32的情况下，在电阻器R12的另一端相对于一端的电压为正时，放大器31的输出信号的电压(以下称为输出电压)为0，在电阻器R12的另一端相对于一端的电压为负时，放大器32的输出电压为0。

在此，为了消除放大器31以及32各自的输入偏置电流，优选的是，使电阻器R32的电阻值与电阻器R31和R33的并联电阻值一致，并使电阻器R35的电阻值与电阻器R34和R36的并联电阻值一致。另外，为了消除放大器31以及32各自的输入偏置电压，其自身也可以设置公知的偏置补偿电路。进而，也可以增加对电阻器R21的两端间的电压进行采样和保持的电路。

比较器51以及52分别在反相输入端子连接有放大器31以及32的输出端子，在非反相输入端子被输入来自锯齿波发生器4的锯齿波信号。由此，在锯齿波信号的电压低于放大器31以及32各自的输出电压的情况下(或超过放大器31以及32各自的输出电压的情况下)，比较器51以及52的输出信号为L(低)电平(或H(高)电平)。

“与”电路61以及62分别在一个输入端子被输入比较器51以及52的输出信号，在另一输入端子被输入来自锯齿波发生器4的第二信号。“与”电路61以及62分别输出表示第二信号是L电平的期间(相当于由发生部产生的信号的电压呈线性地逐渐增加或逐渐减小的期间)中的比较器51以及52的比较结果的信号。

在能够忽略锯齿波信号的下降时间的情况下，也可以不使用“与”电路61以及62。在该情况下，比较器51、52相当于比较部以及第二生成部。上述第二信号以及“与”电路61、62的输出信号经由绝缘电路7分别输入到具有所谓输入捕获功能的微型机8的计时器用的输入端子。输入到微型机8的计时器用的输入端子的信号中的第二信号还输入到微型机8的中断用的输入端子，产生中断请求。

在此，对绝缘电路7进行说明。

图2是示出绝缘电路7的结构例的电路图。绝缘电路7具有包括LED(LightEmitting Diode，发光二极管)以及在该LED发光时接通的光电晶体管在内的光耦合器71、72、73。关于各光耦合器71、72、73，将LED的阳极连接到小信号电源9，将光电晶体管的发射极连接到接地电位。各光耦合器71、72、73也可以置换成数字隔离器、脉冲变压器等其他隔离器。

光耦合器71所包括的LED的阴极经由电阻器R71连接到锯齿波发生器4(更详细地说，后述的反相器IV42的输出端子：参照图3)。光耦合器72以及73各自包括的LED的阴极经由电阻器R72和R73连接到“与”电路61以及62的输出端子。光耦合器71所包括的光电晶体管的集电极通过电阻器R74被上拉到Vcc，并且连接到微型机8的计时器用的输入端子以及中断用的输入端子。光耦合器72以及73各自包括的光电晶体管的集电极通过电阻器R75以及76被上拉到Vcc，并且连接到微型机8的计时器用的输入端子。

在具有上述结构的绝缘电路7中，在经由输入侧的电阻器R71、72、73被输入H电平(或L电平)的信号的情况下，各LED不发光(或发光)，各光电晶体管断开(或接通)，因此，将H电平(或L电平)的信号输入到微型机8。

返回到图1，微型机8具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)81、计时器82以及中断控制器83，这些构件与未图示的ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)一起相互进行总线连接。计时器82包括第一计时器、第二计时器以及第三计时器。

计时器82所包括的第一、第二以及第三计时器在输入到各个计时器用的输入端子的信号的下降沿以及上升沿(相当于应该检测信号宽度的信号的前沿以及后沿)将对时钟(相当于周期信号)进行计数的计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。CPU81通过中断处理对保持于捕获寄存器的计数值的差值进行计算，能够准确地检测L电平的信号的信号宽度。

中断控制器83受理来自中断用的输入端子的中断请求以及来自计时器82的中断请求，使CPU81发生中断。在本实施方式1中，将输入到中断用的输入端子的第二信号的上升沿作为中断请求来受理，但不限定于此。

接下来，对锯齿波发生器4进行说明。

图3是示出锯齿波发生器4的结构例的电路图。锯齿波发生器4具有：分压器41，由对来自小信号电源9的电源电压进行分压的电阻器R40和R41构成；电流反射镜电路42；电容器C41，从小信号电源9经由电流反射镜电路42以恒定的电流被充电；比较器43，对由分压器41分压后的电压和电容器C41的电压进行比较；以及延迟器44，使比较器43的输出信号的上升沿延迟。电容器41的电压输入到上述比较器51以及52的非反相输入端子。

电流反射镜电路42包括发射极分别经由电阻器R42和R43连接到小信号电源9的PNP型的晶体管Q41以及Q42。晶体管Q41的集电极和基极与晶体管Q42的基极经由电阻器R44连接到基准电位。晶体管Q42的集电极连接到电容器C41的另一端，该电容器C41的一端连接于基准电位。通过该结构，在电容器C41的另一端产生具有电压呈线性地逐渐增加的倾斜期间的信号。

比较器43被从小信号电源9供给电源，输出端子通过电阻器R45被上拉到小信号电源9。比较器43的反相输入端子连接到分压器41的分压点，非反相输入端子经由电阻器R46连接到电容器C41的另一端。通过该结构，在电容器C41的另一端的电压超过分压器41的分压电压的情况下，比较器43的输出信号为H电平。

延迟器44包括输入端子被连接到比较器43的输出端子的反相器IV41、对反相器IV41的输出电压进行积分的电阻器R47和电容器C42的串联电路以及输入端子被连接到电阻器R47和电容器C42之间的连接点的施密特触发器型的反相器(相当于第一生成部)IV42。在反相器IV41的输出端子和反相器IV42的输入端子之间连接有使阴极朝向反相器IV41的输出端子侧的肖特基势垒型的二极管D41和电阻器R48的串联电路。电阻器R47和R48各自的电阻值例如是4.7kΩ以及100Ω，电容器C42的电容值例如是470pF。通过该结构，通过延迟器44的积分电路使比较器43的输出电压的下降沿延迟。

反相器IV42的输出信号是上述第二信号，被输入到“与”电路61以及62的一个输入端子以及绝缘电路7的输入侧，并且经由电阻器R49施加到作为N沟道型FET(Field EffectTransistor，场效应晶体管)的晶体管Q43的栅极。通过该结构，在比较器43的输出信号为H电平的情况下，晶体管Q43接通，蓄积于电容器C41的电荷放电。

接下来，以正的电流从高电压电源1的一端经由电阻器R12流到负载2的情况为例，以锯齿波发生器4为中心更详细地说明电流检测电路的动作。在负的电流从高电压电源1的一端经由电阻器R12流到负载2的情况下，将以下说明中的放大器31、比较器51以及“与”电路61分别改记为放大器32、比较器52以及“与”电路62即可。

图4是用于说明本发明的实施方式1的电流检测电路的动作的时序图。图4所示的7个时序图均将同一时间轴设为横轴，在纵轴上从图的上部起示出锯齿波信号的电压(即电容器C41的电压)、比较器43的输出信号的电平、电容器C42的电压、第二信号(即反相器IV42的输出信号)的电平、晶体管Q43的接通/断开状态、比较器51的输出信号的电平以及“与”电路61的输出信号的电平。图中的Vth是分压器41的分压电压，将锯齿波信号的波峰电压设为Vp。

在图4的最上部所示的锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加而在时刻t1(或t11)下超过Vth的情况下，比较器43的输出信号上升到H电平，该输出信号通过反相器IV41而反相成L电平，因此，电容器C42的电荷经由二极管D41以及电阻器R48迅速放电。其结果是，当在时刻t2(或t12)下电容器C42的电压低于反相器IV42的下侧的阈值电压的情况下，反相器IV42的输出信号(即第二信号)上升到H电平，通过该信号，晶体管Q43接通。因此，电容器C41的电荷迅速放电，锯齿波信号的电压急剧降低。晶体管Q43即将接通之前的锯齿波信号的电压是Vp。时刻t1至t2(或t11至t12)的期间内的电容器C41的电压的上升量是与Vp相比能够忽略的程度。

当在时刻t2(或t12)下电容器C41的电压开始降低时，比较器43的输出信号立即下降到L电平，该输出信号通过反相器IV41而反相成H电平，因此，电容器C42经由电阻器R47缓缓地进行充电。其结果是，当在时刻t3(或t13)下电容器C42的电压超过反相器IV42的上侧的阈值电压的情况下，反相器IV42的输出信号(即第二信号)下降到L电平，通过该信号，晶体管Q43断开。因此，再次开始向电容器C41的充电，锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加。此外，电容器C41的电荷被调整成在时刻t2至t3(或t12至t13)的期间内完全放电。

另一方面，在来自锯齿波发生器4的锯齿波信号输入到非反相输入端子的比较器51中，将对电阻器R12的两端间的电压进行放大的放大器31的输出信号输入到反相输入端子，因此，在锯齿波信号的电压从Vp降低到0的时刻t2至t3(或t12至t13)的期间内的某个时刻下，输出信号从H电平变化成L电平。与此相反地，在锯齿波信号的电压从0呈线性地逐渐增加到Vp的时刻t3至t12的期间内的例如时刻t4下，比较器51的输出信号从L电平变化成H电平。

针对第二信号以及比较器51的输出信号取负逻辑的“与”的“与”电路61的输出信号在时刻t3(或t13)下为L电平，在时刻t4下为H电平。时刻t3(或t13)是锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加的期间的起点。即，“与”电路61仅在第二信号是L电平的期间内使来自比较器51的L电平的信号通过，从而将来自比较器51的信号的下降沿(前沿)推迟至低电平有效的第二信号的前沿而输出。

此外，在将第二信号是L电平的期间即锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加的时刻t3至t12的期间的长度设为T1、将“与”电路61的输出信号是L电平的时刻t3至t4的期间的长度设为T2的情况下，时刻t4下的锯齿波信号的电压是Vp×(T2/T1)。该电压等于在时刻t4下输入到比较器51的反相输入端子的电压即放大器31的输出电压，因此，从高电压电源1经由电阻器R12流到负载2的电流i通过以下的式(1)来计算。此外，在检测从负载2经由电阻器R12流到高电压电源1的电流i的情况下，检测“与”电路62的输出信号是L电平的期间的长度T3，将式(1)中的T2置换成T3，将β置换成放大器32的放大率的绝对值即可。

i＝Vp×(T2/T1)/(r×β)·················(1)

其中，

r：电阻器R12的电阻值

β：放大器31的放大率的绝对值

接下来，说明电流i的检测精度。如上所述，第二信号以及“与”电路61的输出信号经由绝缘电路7分别输入到微型机8的计时器用的输入端子，根据保持于捕获寄存器的计数器的计数值的差值，分别检测T1以及T2。T1以及T2是在式(1)中使用的数值，因此，不一定需要换算成时间来检测。

在将计时器82的计数器进行计数的时钟的频率设为f的情况下，T1以及T2以相当于时钟的周期的1/f的精度来检测。在该情况下，将T1设为n位(n是自然数)以上的数值而通过所谓n位以上的分辨率来检测，为此，将第二信号是L电平的期间即锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加的期间的长度t设为如以下的式(2)表示的那样即可。

t≥2＾n/f·························(2)

其中，“＾”表示冪。

另一方面，在CPU81能够并行处理的位数是m(m是n以上的自然数)的情况下，考虑式(2)而将t设为以下的式(3)所示的范围内的长度即可。

2＾n/f≤t≤2＾m/f·····················(3)

例如在上述时钟的频率是32MHz的情况下，为了通过15位的分辨率来检测T1，作为式(2)中的边界值，设为t＝1024μs即可。另外，例如在将锯齿波信号的波峰电压Vp调整成2.0V、将电容器C41的电容值设为C＝0.1μF的情况下，电流反射镜电路42应该流入到电容器C41的恒定的电流I根据I×t＝C×Vp的关系式而成为I＝195μA。

作为使电流i的检测精度降低的原因，可列举小信号电源9的电压变动、决定分压器41的分压比的电阻器R40和R41的电阻值的变动、连接于高电压电源1和负载2之间的电阻器R12的电阻值的变动、放大器31以及32的放大率的变动等。此外，关于其电压为锯齿波信号的电压的电容器C41，电容值的变动作为式(1)中的T1的变动而出现，但T2也以同样比例变动，因此，对式(1)的计算结果不造成影响。

另一方面，关于电阻器R40和R41，优选以使得电阻值的变动对分压比不造成影响的方式选择温度特性等。另外，放大器31的放大率的绝对值是电阻器R31的电阻值与电阻器R33的电阻值之比的值，放大器32的放大率的绝对值是对电阻器R34的电阻值与电阻器R36的电阻值之比的值加1而得到的值，关于这些放大率，也优选使得电阻值的变动的影响抵消。

以下，针对上述微型机8的动作，使用表示其动作的流程图来进行详细叙述。以下所示的处理依照预先储存于未图示的ROM的控制程序，通过CPU81来执行。

图5是示出周期信号中断处理中的CPU81的处理次序的流程图，图6、图7以及图8分别是示出第一计时器中断处理、第二计时器中断处理以及第三计时器中断处理中的CPU81的处理次序的流程图。图5的中断处理在第二信号的上升沿处执行。图6、图7以及图8各自的中断处理在通过第二信号、“与”电路61的输出信号以及“与”电路62的输出信号而将计数值保持于第一计时器、第二计时器以及第三计时器的捕获寄存器时执行。

如上所述，图5的处理中使用的r以及β分别是电阻器R12的电阻值以及放大器31、32的放大率的绝对值。另外，T3是“与”电路62的输出信号是L电平的期间的长度。图6、图7以及图8各自的处理中使用的前沿标记1、前沿标记2以及前沿标记3是表示是应该检测信号宽度的信号的前沿处的中断处理的标记，存储在未图示的RAM中。关于T2以及T3，将初始值设为0而存储到RAM中。关于T1，将刚刚检测到的值存储到RAM中。关于通过图5的处理计算出的电流i，将从高电压电源1经由电阻器R12流到负载2的电流设为正的电流。

在执行了图5的周期信号中断处理的情况下，CPU81判定RAM中存储的T3是否为0(S11)。在T3是0的情况下(S11：“是”)，即当在基于第二信号的上次的周期信号中断处理之后未检测到T3的情况下，CPU81将T2除以T1而设为DUTY(S12)，为了下次的周期信号中断处理，将T2设为0(S13)。其后，CPU81对将Vp除以r×β而得到的结果乘以DUTY，计算电流i(S14)，返回到被中断的例程。此外，当在基于第二信号的上次的周期信号中断处理之后均未检测到T2以及T3的情况下，计算为i＝0。

另一方面，当在步骤S11中T3不为0的情况下(S11：“否”)，CPU81将T3除以T1而设为DUTY(S15)，为了下次的周期信号中断处理，将T3设为0(S16)。其后，CPU81对将Vp除以r×β而得到的结果乘以DUTY，计算负的电流i(S17)，返回到被中断的例程。

接下来，在执行了图6所示的第一计时器中断处理的情况下，CPU81判定前沿标记1是否为1(S21)，在是1的情况下(S21：“是”)，CPU81将捕获寄存器的内容作为前沿值1而读取(S22)，并存储到RAM中(S23)。其后，CPU81将前沿标记1清零(S24)，返回到被中断的例程。

另一方面，当在步骤S21中前沿标记1不为1的情况下(S21：“否”)，CPU81将捕获寄存器的内容作为后沿值1而读取(S25)，从后沿值1减去在RAM中存储的前沿值1而计算T1(S26)。将计算出的T1存储到RAM中(省略图示，下同)。其后，CPU81判定T1是否大于预定值(S27)，在不大于预定值的情况下(S27：“否”)，跳过步骤S28之后的步骤，返回到被中断的例程。

在步骤S27中对T1与预定值进行比较是为了在计算出的T1是图4所示的时刻t2至t3的期间(即第二信号是H电平的期间)的长度的情况下丢弃T1。预定值设为小于时刻t3至t12的期间的长度且大于时刻t2至t3的期间的长度的值。在从步骤S27立即返回的情况下，通过下次的第一计时器中断处理计算的T1是时刻t2至t12的期间的长度，大于实际的T1。但是，通过其后的第一计时器中断处理，能够将时刻t3至t12的期间的长度正确地计算为T1。

当在步骤S27中T1大于预定值的情况下(S27：“是”)，CPU81为了下次的第一计时器中断处理，将前沿标记1设置为1(S28)，进而，为了第二计时器中断处理，将前沿标记2设置为1(S29)，并且，为了第三计时器中断处理，将前沿标记3设置为1(S30)，返回到被中断的例程。

接下来的图7所示的第二计时器中断处理中的步骤S31至S35的处理是将图6所示的第一中断处理中的步骤S21至S25的处理中的前沿标记1、前沿值1以及后沿值1分别置换成前沿标记2、前沿值2以及后沿值2的处理，因此，省略其说明。

在步骤S35中，将捕获寄存器的内容作为后沿值2而读取的CPU81从后沿值2减去在RAM中存储的前沿值2而计算T2(S36)。其后，CPU81为了下次的第二计时器中断处理，将前沿标记2设置为1(S37)，返回到被中断的例程。

接下来的图8所示的第三计时器中断处理中的步骤S41至S45的处理是将图7所示的第二中断处理中的步骤S31至S35的处理中的前沿标记2、前沿值2以及后沿值2分别置换成前沿标记3、前沿值3以及后沿值3的处理，因此，省略其说明。

在步骤S45中将捕获寄存器的内容作为后沿值3而读取的CPU81从后沿值3减去在RAM中存储的前沿值3而计算T3(S46)。其后，CPU81为了下次的第三计时器中断处理，将前沿标记3设置为1(S47)，返回到被中断的例程。

如上所述，根据本实施方式1，将在连接于高电压电源1的一端和负载2之间的电阻器R12的两端间产生的电压在放大器31、32中进行放大，并通过比较器51、52与锯齿波信号的电压进行比较，对表示锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加的倾斜期间内的比较器51、52的比较结果的信号的长度T2、T3以及表示上述倾斜期间的信号的长度T1进行检测，根据检测到的长度的比例来检测流过电阻器R12的电流。

由此，计算相对于锯齿波信号的波峰电压Vp的放大器31、32的输出电压的比例，根据该比例以及波峰电压Vp、放大器31、32的放大率的绝对值β和电阻器R12的电阻值r，检测电流值i。

因此，能够在较宽的动态范围内高精度地以良好的阶跃响应来检测电流。

另外，根据实施方式1，将表示上述倾斜期间的第二信号以及表示上述比较结果的“与”电路61、62的输出信号输入到具有所谓输入捕获功能的计时器82，根据在各个信号的前沿以及后沿保持的计数器的计数值的差值，检测这些信号的长度。

因此，与例如读取在信号的前沿以及后沿处的中断处理中逐步变化的计数器的计数值来检测时间差的情况相比，能够高精度地检测表示上述倾斜期间的信号的长度以及表示上述比较结果的信号的长度。

进而，根据实施方式1，通过绝缘电路7使分别生成表示上述倾斜期间的信号和表示上述比较结果的信号的锯齿波发生器4以及“与”电路61、62与根据这些信号来检测电流的微型机8电绝缘并分离，并且从锯齿波发生器4以及“与”电路61、62将信号传递到微型机8。

因此，无论除去微型机8以外的其他电路部分的基准电位如何，都能够检测流过电阻器R12的电流。

进而，根据实施方式1，能够低噪声且稳定地对电阻器R12的两端间的微小的电压进行放大，因此，能够高精度地检测流过电阻器R12的电流。

此外，在实施方式1中，将锯齿波信号中的电压呈线性地逐渐增加的期间设为倾斜期间，但不限定于此。例如，也可以是，当在与图4所示的时刻t3至t12的期间对应的期间内锯齿波信号的电压向右下方倾斜地逐渐减小的情况下，将该期间设为倾斜期间。在该情况下，“与”电路61仅在第二信号是L电平的期间内使来自比较器51的L电平的信号通过，从而将来自比较器51的信号的上升沿(后沿)提早至低电平有效的第二信号的后沿并输出。

另外，例如可以当在图4所示的时刻t2至t3的期间内锯齿波信号的电压呈线性地逐渐减小的情况下，将该期间设为倾斜期间，也可以将锯齿波信号的电压呈线性地逐渐增加以及逐渐减小的两个期间连结而设为倾斜期间。

在上述两个情况中的前一种情况下，由第二信号是H电平的期间表示上述倾斜期间，因此，将使第二信号反相而得到的信号输入到“与”电路61、62的另一输入端子以及绝缘电路即可。在后一种情况下，由于倾斜期间的长度与锯齿波信号的周期实质上一致，因此，将图4所示的第二信号设为在时刻t2下上升后立即下降的较细的脉冲即可。在该情况下，进一步地减少不需要的“与”电路61、62，将比较器51、52的输出信号输入到绝缘电路7即可。在减少了“与”电路61、62的情况下，比较器51、52相当于比较部以及第二生成部。

进而，例如也可以代替锯齿波信号而使用三角波信号。在该情况下，也可以将三角波信号的电压逐渐增加的期间、逐渐减小的期间以及将两个期间连结而成的期间中的任一个期间设为倾斜期间。无论在将哪个期间设为倾斜期间的情况下，电流检测电路的动作都在上述内容中说明完毕。

(变形例)

实施方式1是将比较器51、52的输出信号经由“与”电路61、62以及绝缘电路7传递到微型机8的方式，与此相对地，实施方式1的变形例是将比较器51、52的输出信号的取“或”而得到的信号经由“与”电路61以及绝缘电路7传递到微型机8的方式。

图9是示出本发明的实施方式1的变形例的电流检测电路的结构例的框图。与实施方式1的图1所示的电流检测电路相比，图9所示的电流检测电路在如下方面不同：减少了“与”电路62，并且增加了针对比较器51以及52的输出信号取负逻辑的“或”的“或”电路63，“或”电路63的输出端子被连接到“与”电路61的一个输入端子。因此，绝缘电路7只要有包括两个光耦合器71、72的两个电路则足够，在微型机8的计时器82中也可以不包括第三计时器。

在本变形例中，在不进行区分的情况下检测实施方式1中的T2以及T3，因此，能够使用与图4所示的时序图相同的时序图来说明电流检测电路的动作。另外，在图5所示的周期信号中断处理中，不需要步骤S11的判定处理以及步骤S15至S17的处理。进而，不需要图8所示的整个第三计时器中断处理。关于其他方面，与实施方式1的情况相同。

如上所述，根据本实施方式1的变形例，除了不区分所检测的电流的正负这一点外，即使在使用内置的计时器数量较少的微型机的情况下，也起到与实施方式1相同的效果。

(实施方式2)

实施方式1是通过微型机8的计时器82并行地检测三个信号(第二信号以及“与”电路61、62的输出信号)的信号宽度的方式，与此相对地，实施方式2是通过计时器82按时间序列检测上述三个信号的信号宽度的方式。

图10是示出本发明的实施方式2的电流检测电路的结构例的框图。与实施方式1的图1所示的电流检测电路相比，图10所示的电流检测电路在如下方面不同：在绝缘电路7和微型机8之间连接有多路调制器(相当于选择部，以下称为MUX)85，在微型机8增加输出端口84。来自MUX85的输出信号输入到微型机8的第一以及第二计时器用的输入端子。对微型机8的中断用输入端子未输入信号。

计时器82通过第一计时器检测被输入到第一计时器用的输入端子的信号的信号宽度，并且通过第二计时器检测被输入到第二计时器用的输入端子的第二信号的周期，或者对切换MUX85的选择的周期进行计时。微型机8的计时器82也可以不包括第三计时器。第一计时器与实施方式1同样地，在输入到第一计时器用的输入端子的信号的下降沿以及上升沿处，将计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。第二计时器在检测输入到第二计时器用的输入端子的第二信号的周期的情况下，在第二信号的上升沿处将计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。在第二计时器对周期进行计时的情况下，解除输入捕获功能。

MUX85被从Vcc供给电源，通过来自微型机8的2位的选择信号的组合，选择性地切换被输入到四个被选择输入端子的信号，并为了传递到微型机8的第一以及第二计时器用的输入端子而进行输出。

将上述第二信号以及“与”电路61、62的输出信号经由绝缘电路7分别输入到MUX85的第一至第三被选择输入端子。MUX85的第四被选择输入端子连接到接地电位。从微型机8所具有的输出端口84将2位的选择信号输入到MUX85的两个选择输入端子。通过该结构，在CPU81不选择第二信号以及“与”电路61、62的输出信号中的任何信号的情况下(以下，将该状态称为非选择)，从MUX85强制性地输出L电平的信号。

接下来，以正的电流从高电压电源1流到负载2的情况为例，更详细地说明锯齿波发生器4的动作。

图11是用于说明本发明的实施方式2的电流检测电路的动作的时序图。图11所示的6个时序图均将同一时间轴设为横轴，在纵轴上，从图的上部起示出第二信号的电平、“与”电路61的输出信号的电平、“与”电路62的输出信号的电平、由计时器82中包括的第一计时器实施的检测阶段的区分、MUX85的输出信号的电平以及基于计时器82中包括的第二计时器的周期计时器的动作期间。

在图11中，由第一计时器进行的检测阶段所示的T1检测阶段、T2检测阶段以及T3检测阶段分别表示CPU81为了选择第二信号、“与”电路61的输出信号以及“与”电路62的输出信号而输出选择信号的阶段。检测阶段的区分存储于未图示的RAM中，初始状态是T1检测阶段。

在T1检测阶段持续的状态下，选择输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的第二信号，因此，在时刻t2以及t12下的第二信号的上升沿处，将第二计时器的计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。CPU81通过针对该中断请求的中断处理，检测第二信号的周期T0。

其后，CPU81将检测阶段更新为T2检测阶段，并且，为了选择输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路61的输出信号，从输出端口84输出选择信号。CPU81进一步地使用第二计时器来起动周期T0的周期计时器。

在T1检测阶段中，进而，在时刻t3以及t12下的第二信号的下降沿以及上升沿处，将第一计时器的计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。CPU81通过针对该中断请求的中断处理，检测第二信号是L电平的期间的长度T1。

接下来，在T2检测阶段中，选择被输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路61的输出信号，因此，在时刻t13以及t14下的“与”电路61的输出信号的下降沿以及上升沿处，将第一计时器的计数器的计数值保持于捕获寄存器，产生中断请求。CPU81通过针对该中断请求的中断处理，检测“与”电路61的输出信号是L电平的期间的长度T2。

当在时刻t22下基于第二计时器的周期计时器计时结束而产生了中断请求的情况下，CPU81通过针对该中断请求的中断处理，将检测阶段更新为T3检测阶段，并且，为了选择被输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路62的输出信号，从输出端口84输出选择信号。CPU81进一步地使用第二计时器来再起动周期T0的周期计时器。

接下来，在T3检测阶段中，选择输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路62的输出信号，但在本实施方式2中，将该输出信号维持于H电平，因此，不检测“与”电路62的输出信号是L电平的期间的长度T3。尽管如此，基于第二计时器的周期计时器在时刻t32下计时结束，从而CPU81能够使T3检测阶段在时刻t32下结束。

当在时刻t32下基于第二计时器的周期计时器计时结束而产生了中断请求的情况下，CPU81通过针对该中断请求的中断处理，将检测阶段更新为T1检测阶段之后，将第二计时器变更为输入捕获的设定。CPU81进一步地在极短时间内选择输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的接地电位的信号之后，为了选择第二信号，从输出端口84输出选择信号。由此，MUX85的输出信号在时刻t32下必定上升。即，在时刻t32之后的T1检测阶段中，重复进行与时刻t2之后的T1检测阶段完全相同的动作。

以下，针对上述微型机8的动作，使用表示其动作的流程图来进行详细叙述。以下所示的处理依照预先储存于未图示的ROM的控制程序通过CPU81来执行。

图12是示出第二计时器中断处理中的CPU81的处理次序的流程图，图13是示出周期计时器中断处理中的CPU81的处理次序的流程图，图14是示出第一计时器中断处理中的CPU81的处理次序的流程图，图15是示出与前沿值/后沿值读取的子例程相关的CPU81的处理次序的流程图。图12以及14的中断处理分别在将计数值保持到第二计时器以及第一计时器的捕获寄存器时执行。图13的中断处理在基于第二计时器的周期计时器计时结束时执行。

图12的处理中使用的开始标记是表示为应该检测周期的信号的开始时刻下的中断处理的标记，被存储于未图示的RAM中。图14的处理中使用的前沿标记是表示为应该检测信号宽度的信号的前沿处的中断处理的标记，被存储于RAM中。检测阶段的区分也存储到RAM中。关于T2以及T3，将初始值设为0，存储到RAM中。关于T1，将刚刚检测到的值存储到RAM中。第二计时器为输入捕获的设定。

在执行了图12的第二计时器中断处理的情况下，CPU81判定当前是否为T1检测阶段(S51)，在不是T1检测阶段的情况下(S51：“否”)，不进行任何处理，返回到被中断的例程。另一方面，在当前是T1检测阶段的情况下(S51：“是”)，CPU81判定开始标记是否为1(S52)，在是1的情况下(S52：“是”)，将捕获寄存器的内容读取为开始值(S53)，并存储到RAM中(S54)。

其后，CPU81将前沿标记清零(S55)，调出与电流检测相关的子例程并执行之后(S56)，返回到被中断的例程。

此外，与电流检测相关的子例程的处理内容是根据在时刻t2之前检测到的T1、T2以及T3来检测电流i，由于与实施方式1的图5所示的周期信号中断处理中的步骤S11至S17的内容完全相同，因此，省略流程图的图示及其说明。

当在步骤S52中开始标记不是1的情况下(S52：“否”)，CPU81将捕获寄存器的内容读取为结束值(S57)，从结束值减去在RAM中存储的开始值而计算T0(S58)。将计算出的T0存储到RAM中(省略图示，下同)。其后，CPU81为了下次的第二计时器中断处理，将开始标记设置为1(S59)，将检测阶段更新为T2检测阶段之后(S60)，为了选择被输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路61的输出信号，从输出端口84输出选择信号(S61)。

接下来，CPU81为了解除输入捕获的设定而对第二计时器进行设定变更(S62)，使基于第二计时器的周期计时器启动(S63)，返回到被中断的例程。在该情况下，对周期计时器设定的周期是在步骤S58中计算出的T0。

接下来，在执行了图13所示的周期计时器中断处理的情况下，CPU81判定当前是否为T2检测阶段(S71)，在是T2检测阶段的情况下(S71：“是”)，将检测阶段更新为T3检测阶段(S72)。其后，CPU81为了选择被输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的“与”电路62的输出信号，从输出端口84输出选择信号(S73)，使基于第二计时器的周期计时器再启动(S74)，返回到被中断的例程。

在步骤S71中，在当前不是T2检测阶段的情况下(S71：“否”)，即在是T3检测阶段的情况下，CPU81将检测阶段更新为T1检测阶段之后(S75)，将第二计时器再次设定变更为输入捕获(S76)。进而，CPU81在暂时将MUX85设为非选择之后(S77)，为了选择被输入到MUX85的被选择输入端子的信号中的第二信号，从输出端口84输出选择信号(S78)，返回到被中断的例程。

接下来，在执行了图14所示的第一计时器中断处理的情况下，CPU81判定当前是否为T1检测阶段(S81)，在是T1检测阶段的情况下(S81：“是”)，调出并执行与前沿值/后沿值读取相关的子例程(S82)，将通过子例程计算出的Tx代入到T1(S83)，返回到被中断的例程。

在步骤S81中，在当前不是T1检测阶段的情况下(S81：“否”)，CPU81判定当前是否为T2检测阶段(S84)，在是T2检测阶段的情况下(S84：“是”)，调出并执行与前沿值/后沿值读取相关的子例程(S85)，将通过子例程计算出的Tx代入到T2(S86)，返回到被中断的例程。

在步骤S84中，在当前不是T2检测阶段的情况下(S84：“否”)，即在T3检测阶段的情况下，CPU81调出并执行与前沿值/后沿值读取相关的子例程(S87)，将通过子例程计算出的Tx代入到T3(S88)，返回到被中断的例程。

接下来，在调出了图15所示的与前沿值/后沿值读取相关的子例程的情况下，CPU81判定前沿标记是否为1(S91)。在前沿标记是1的情况下(S91：“是”)，CPU81将捕获寄存器的内容读取为前沿值(S92)，并存储到RAM中(S93)，将前沿标记清零(S94)，返回到所调出的例程。

另一方面，当在步骤S91中前沿标记不是1的情况下(S91：“否”)，CPU81将捕获寄存器的内容读取为后沿值(S95)，从后沿值减去在RAM中存储的前沿值而计算Tx(S96)。将计算出的Tx存储到RAM中(省略图示)。其后，CPU81将前沿标记设置为1(S97)，返回到所调出的例程。

如上所述，根据本实施方式2，通过MUX85选择性地切换表示上述倾斜期间的信号以及表示比较结果的信号，并从锯齿波发生器4以及“与”电路61、62传递到微型机8。该切换是根据传送表示上述倾斜期间的信号时的信号周期T0而进行的。

因此，能够按时间序列检测表示上述倾斜期间的信号的信号宽度以及表示上述比较结果的信号的信号宽度，将在微型机8中使用的计时器数量减少1个。此外，当在传送表示上述比较结果的信号的期间内未检测到信号宽度的情况下，能够与值为0的信号宽度对应地检测值为0的电流。

应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是示例性的而非限制性的。本发明的范围不通过上述含义而是通过权利要求书来表示，旨在包括与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。另外，在各实施方式中记载的技术特征能够相互组合。

标号说明

1 高电压电源

2 负载

31、32 放大器

4 锯齿波发生器

41 分压器

42 电流反射镜电路

44 延迟器

51、52 比较器

61、62 “与”电路

63 “或”电路

7 绝缘电路

71、72、73 光耦合器

8 微型机

81 CPU

82 计时器

83 中断控制器

84 输出端口

85 MUX

9 小信号电源

C41、C42 电容器

IV41、IV42 反相器

Q43 晶体管。

Claims (5)

1.一种电流检测电路，检测在电源和负载之间经由电阻器流动的电流，所述电流检测电路的特征在于，包括：

发生部，产生三角波信号或锯齿波信号；

第一生成部，生成表示由该发生部产生的信号的电压呈线性地逐渐增加或逐渐减小的期间的信号；

放大部，对所述电阻器的两端之间的电压进行放大；

比较部，对由该放大部放大后的信号的电压和由所述发生部产生的电压进行比较；

第二生成部，生成表示所述期间内的所述比较部的比较结果的信号；以及

检测部，基于来自所述第二生成部的信号的信号宽度相对于来自所述第一生成部的信号的信号宽度之比，对流过所述电阻器的电流进行检测。

2.根据权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，

所述检测部通过在应该检测信号宽度的信号的前沿以及后沿保持对周期信号进行计数的计数器的计数值并取差值，而对分别来自所述第一生成部以及所述第二生成部的信号的信号宽度进行检测。

3.根据权利要求1或2所述的电流检测电路，其特征在于，

所述电流检测电路具备绝缘部，该绝缘部使所述第一生成部以及所述第二生成部与所述检测部电绝缘，并从所述第一生成部以及所述第二生成部向所述检测部传递信号。

4.根据权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，

将所述电阻器的端子中的某一方的电位设为所述第一生成部以及所述第二生成部的基准电位。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流检测电路，其特征在于，

所述电流检测电路具备选择部，该选择部选择性地切换来自所述第一生成部以及所述第二生成部的信号并传递到所述检测部，

所述检测部根据经由所述选择部传递的来自所述第一生成部的信号的周期而切换所述选择部。