CN112313517B - 电流检测装置 - Google Patents

Abstract

电流检测装置具备：电压检测部(110)，具有输出端子(111)，该输出端子(111)输出表示对应于负载电流而在半导体开关(21)的端子间产生的电压的检测电压；候补电压生成部(131)，包括多个校正用电阻器(131a)，该多个校正用电阻器串联连接，以连接所述输出端子与地线的配置而设置，该候补电压生成部在各所述校正用电阻器之间生成将多个校正倍率分别乘以所述检测电压而得的多个候补电压；温度检测部(120)，检测所述半导体开关的温度作为测定温度；以及校正电压选择部(132)，将多个所述候补电压中的、基于与所述测定温度下的所述半导体开关的导通电阻对应的所述校正倍率的所述候补电压选择为校正电压，该校正电压表示根据所述测定温度对所述负载电流进行了校正后的校正电流值。

Description

电流检测装置

相关申请的相互参照

本申请基于2018年6月27日提出申请的日本专利申请第2018－122251号，在此引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及检测电流的电流检测装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种电流检测装置，其基于在设于向负载供电的供电路径的半导体开关的端子间产生的电压，检测流经负载的负载电流的大小。专利文献1的电流检测装置除了电压检测电路之外，还具备用于校正半导体开关的温度特性的温度传感器以及温度校正部。电压检测电路检测在半导体开关的端子间根据负载电流与半导体开关的导通电阻而产生的测定电压。温度传感器检测半导体开关的周边温度。

温度校正部具有AD转换单元、存储器以及运算单元。AD转换单元将由电压检测电路检测出的测定电压以及由温度传感器检测出的周边温度转换为数字值。在存储器中保存有对与周边温度对应的半导体开关的导通电阻的变化进行补偿的导通电阻补偿表。运算单元基于表示周边温度的数字值与导通电阻补偿表求出导通电阻补偿值。运算单元基于表示测定电压的数字值与导通电阻补偿值，计算对半导体开关的温度特性进行了校正后的负载电流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011－85470号公报

发明内容

在专利文献1的电流检测装置中，在伴随着负载电流的变动而测定电压发生了变动的情况下，基于AD转换单元的测定电压的数字值的变动可能产生延迟。因而，在专利文献1所述的电流检测装置中，基于温度校正后的校正电流值相对于负载电流的变动容易产生变动的延迟。

本公开的目的在于提供一种能够抑制相对于负载电流的变动的校正电流值的变动的延迟的电流检测装置。

本公开的一方式的电流检测装置使用设于向负载供电的供电路径的半导体开关，检测流经负载的负载电流，其中，该电流检测装置具备：电压检测部，具有输出端子，该输出端子输出表示对应于负载电流而在半导体开关的端子间产生的电压的检测电压；候补电压生成部，包括多个校正用电阻器，该多个校正用电阻器串联连接，以连接输出端子与地线(ground)的配置而设置，该候补电压生成部在各校正用电阻器之间生成将多个校正倍率分别乘以检测电压而得的多个候补电压；温度检测部，检测半导体开关的温度作为测定温度；以及校正电压选择部，将多个候补电压中的、基于与测定温度下的半导体开关的导通电阻对应的校正倍率的候补电压选择为校正电压，该校正电压表示根据测定温度对负载电流进行了校正后的校正电流值。

根据以上的构成，候补电压生成部包括串联连接并以连接输出端子与地线的配置而设置的多个电阻。候补电压生成部在各电阻之间生成将多个校正倍率分别乘以检测电压而得的候补电压。这样的各候补电压在由电压检测部输出的测定电压发生了变动的情况下，维持相对于测定电压的各校正倍率而变动。校正电压选择部将各候补电压中的、基于与测定温度下的导通电阻对应的校正倍率的候补电压选择为校正电压。通过这样的校正电压表示的校正电流值不将由电压检测部检测出的检测电压转换为数字值，而对半导体开关的导通电阻的温度特性进行校正。因而，电流检测装置能够抑制相对于负载电流的变动的校正电流值的变动的延迟。

附图说明

关于本公开的上述目的及其他目的、特征或优点，通过参照添附的附图和下述的详细记述而更加明确。该附图为，

图1是表示马达控制系统的概略构成的图，

图2是表示温度检测部的构成的图，

图3是表示温度校正部的构成的图，以及

图4是表示检测温度与校正倍率的关系的图。

具体实施方式

如图1所示，本公开的实施方式的电流检测装置100用于马达控制系统1。马达控制系统1是进行马达10的驱动控制的系统。马达控制系统1具备马达10、开关芯片20、控制部30、以及电流检测装置100。

马达10是通过从电源供给的电力输出旋转驱动力的驱动装置。马达10伴随着施加于端子间的电压的变动，控制输出的旋转驱动力。马达10在旋转被阻挡的锁定状态下，与非锁定状态相比，相对于相同的电压的施加流动的负载电流变大。

开关芯片20是由基于硅等的半导体基板形成的半导体芯片。在开关芯片20上设有半导体开关21以及温敏元件22。

半导体开关21是设于开关芯片20的、基于n型MOSFET等的开关元件。半导体开关21根据从控制部30对栅极端子施加的电压电平，切换漏极端子与源极端子之间的导通状态。半导体开关21设于从向马达10供电的供电路径即电源经由马达10而接地的路径中的马达10的接地侧、即低侧。半导体开关21通过成为断开状态而切断向马达10供电的供电路径。半导体开关21通过成为接通状态而将马达10接地。

在成为接通状态的半导体开关21中流动流过了马达10的负载电流。在成为接通状态的半导体开关21的端子间、即漏极端子与源极端子之间产生将负载电流的大小乘以半导体开关21的导通电阻而得的电压。半导体开关的导通电阻随着半导体开关21的温度上升而上升。因而，即使在负载电流的大小相同的情况下，所产生的电压也伴随着温度的上升而上升。

温敏元件22是设于开关芯片20的半导体二极管。温敏元件22与半导体开关21一同设于开关芯片20，由此成为与半导体开关21实质上相同的温度。温敏元件22在从阳极端子向阴极端子流过恒定电流的情况下，在阳极端子与阴极端子之间产生与温度相应的电压。在流过恒定电流的情况下产生的电压伴随着温度的上升而降低。

控制部30例如以在半导体基板上设有各种电路元件的集成电路为主体而构成。构成控制部30的集成电路包括模拟电路以及逻辑电路。控制部30控制马达10的驱动状态。控制部30通过切换施加于半导体开关21的栅极端子的电压电平，来切换半导体开关21的接通状态与断开状态。控制部30使施加于马达10的电压在0V至电源电压间可变。

电流检测装置100例如以在半导体基板上设有各种电路元件等的集成电路为主体而构成。构成电流检测装置100的集成电路包括模拟电路以及逻辑电路。在电流检测装置100中设有电压检测部110、温度检测部120、温度校正部130、判定阈值生成部140、以及锁定判定部150。

电压检测部110包括放大器等。电压检测部110与半导体开关21的漏极端子以及源极端子连接。对电压检测部110输入在半导体开关21的漏极/源极端子间对应于负载电流而产生的电压。电压检测部110以规定的倍率放大所输入的电压。电压检测部110具有将放大后的电压作为检测电压而输出的输出端子111。检测电压表示在漏极/源极端子间产生的电压的大小。检测电压是伴随着时间的经过而连续地变动的模拟信号。

温度检测部120检测半导体开关21的温度作为测定温度。在温度检测部120中，输出预先设定的多个温度区间中的包含测定温度的温度区间。本实施方式的温度区间从160度向低温按每10度划分设定。温度检测部120实现为模拟电路与逻辑电路的混合电路。如图2所示，温度检测部120包括温度电压输出部121、温度阈值生成部122、温度比较部125、以及温度保持部127。

温度电压输出部121包括恒定电流源、放大器等。温度电压输出部121通过恒定电流源使恒定电流流过温敏元件22。温敏元件22的阳极端子中的电压与规定的电源电压实质上一致。向温度电压输出部121输入温敏元件22的阴极端子中的电压。温度电压输出部121以规定的倍率放大所输入的电压，并作为表示半导体开关21的温度的温度电压而输出。阴极端子中的电压伴随着在阳极端子与阴极端子之间产生的电压的降低而上升。因而，温度电压伴随着半导体开关21的温度升高而升高。

温度阈值生成部122包括多个检温用电阻器122a。多个检温用电阻器122a串联连接，以连接电源与地线的配置而设置。在本实施方式中，温度阈值生成部122包括21个检温用电阻器122a。在各检温用电阻器122a之间分别产生不同大小的温度阈值电压。具体而言，在从电源侧起的第一个检温用电阻器122a与第二个之间产生的温度阈值电压与半导体开关21的温度为160度的情况下的温度电压实质上一致。在第二个与第三个之间产生的温度阈值电压与150度的情况下的温度电压实质上一致。在以后的检温用电阻器122a之间，也产生与朝向接地侧依次各降低10度的情况下的温度电压实质上一致的温度阈值电压。

温度阈值选择部123包括并联配置的多个比较开关元件123a。比较开关元件123a的数量与由温度阈值生成部122生成的温度阈值电压的数量一致。各比较开关元件123a的一端与各检温用电阻器122a之间的某一处连接。各比较开关元件123a的另一端与温度比较部125连接。温度阈值选择部123通过切换部124，将比较开关元件123a中的一个设为接通状态，将其他设为断开状态。温度阈值选择部123将与设为接通状态的比较开关元件123a对应的温度阈值电压作为所选择的温度阈值电压而输入至温度比较部125。

切换部124包括时序电路等。切换部124具有单独地切换各比较开关元件123a的接通状态与断开状态的输出端子。切换部124基于由时钟电路等生成的周期性的脉冲信号，周期性地变更设为接通状态的比较开关元件123a。例如，切换部124从与高温侧的温度阈值电压对应的比较开关元件123a起，在每次脉冲信号输入时朝向低温侧依次切换接通的比较开关元件123a。当接通的比较开关元件123a切换至最低温侧时，切换部124从最高温侧朝向低温侧再次开始接通的比较开关元件123a的切换。切换部124切换温度阈值选择部123所选择的温度阈值电压。

温度比较部125包括比较器等。温度比较部125将来自温度电压输出部121的温度电压与由温度阈值选择部123选择的温度阈值电压进行比较。温度比较部125基于比较的结果变更输出的电压电平。在温度阈值电压大于温度电压大的情况下，温度比较部125输出高电平的电压。在温度阈值电压小于温度电压的情况下，温度比较部125输出低电平的电压。通过温度阈值选择部123输入至温度比较部125的温度阈值由电压切换部124从高温侧起依次切换。当所输入的温度阈值电压从比温度电压高的电压侧切换到比温度电压低的电压侧时，温度比较部125所输出的电压电平从高电平切换为低电平。

传输部126包括时序电路等。在温度比较部125的输出电压已从高电平切换为低电平的情况下，将由切换部124设定的各比较开关元件123a的接通断开状态作为与温度区间对应的接通断开状态传输至温度保持部127。例如，在通过将与160度对应的比较开关元件123a设为接通状态而从高电平切换为低电平的情况下，对160度～151度的温度区间传输接通状态，对剩余的温度区间传输断开状态。

温度保持部127包括锁存电路等。温度保持部127针对各温度区间单独地保持接通断开状态。当通过传输部126传输各温度区间的接通断开状态时，温度保持部127保持每个温度区间的单独的接通断开状态直到再次进行传输为止。温度保持部127针对每个温度区间分别具有输出所保持的接通断开状态的端子。

温度校正部130基于由温度检测部120检测的测定温度来校正感测电压。具体而言，按照从温度保持部127输出的每个温度区间的接通断开状态来校正感测电压。如图3所示，温度校正部130包括候补电压生成部131以及校正电压选择部132。

候补电压生成部131包括多个校正用电阻器131a。多个校正用电阻器131a串联连接，以连接电压检测部110的输出端子111与地线的配置而设置。在本实施方式中，候补电压生成部131包括21个校正用电阻器131a。在位于各校正用电阻器131a之间的布线上产生将输出端子111所输出的检测电压分别乘以不同大小的校正倍率而得的候补电压。各候补电压是伴随着检测电压的连续变动而连续地变化的模拟信号。

各位置处的校正倍率成为用输出端子111与地线之间的所有校正用电阻器131a的电阻值的合计除以比该位置靠接地侧的各校正用电阻器131a的电阻值的合计而得的大小。从接地侧起的第一个校正用电阻器131a与第二个之间的位置P1处的校正倍率为160度～151度的温度区间的校正倍率。第二个与第三个之间的位置P2处的校正倍率为150度～141度的温度区间的校正倍率。各校正用电阻器131a之间的各位置处的校正倍率随着朝向输出端子111侧而依次成为低温度的温度区间的校正倍率。从接地侧起的第20个与第21个校正用电阻器131a之间的位置P20处的校正倍率为－30度～－39度的温度区间的校正倍率。

如图4所示，各校正倍率被设定为越是与高温侧的温度区间对应的校正倍率越小的值的映射。各温度区间的校正倍率按照该温度区间的导通电阻值的倒数而设定。例如，作为160度～151度的温度区间的校正倍率的增益G1按照温度区间所含的160度下的导通电阻的倒数而设定。作为150度～141度的温度区间的校正倍率的增益G2按照150度下的导通电阻的倒数而设定。同样，各温度区间的校正倍率按照每10度的导通电阻的倒数而设定。作为－30度～－39度的温度区间的校正倍率的增益G20按照－30度下的导通电阻的倒数而设定。通过按照这样的映射的校正倍率的设定，与按照近似直线的校正倍率的设定相比，能够抑制在校正中容易产生误差的温度区间的产生，对检测电压进行校正。

如图3所示，校正电压选择部132包括并联配置的多个校正开关元件132a。在本实施方式中，校正电压选择部132包括20个校正开关元件132a。各校正开关元件132a的一端与构成候补电压生成部131的各校正用电阻器131a之间连接。各校正开关元件132a的另一端与锁定判定部150以及短路判定部160连接。校正电压选择部132仅将各校正开关元件132a中的一个校正开关元件132a设为接通状态，将剩余的各校正开关元件132a设为断开状态。根据由温度保持部127保持接通状态的温度区间、以及所连接的候补电压生成部131的位置处的校正倍率，选择被设为接通状态的校正开关元件132a。

具体而言，在160～151度的温度区间保持接通状态的情况下，将与从接地侧起的第一个校正用电阻器131a与第二个之间的位置P1连接的校正开关元件132a设为接通状态。被设为接通状态的校正开关元件132a随着保持接通状态的温度区间向低温侧移动而向输出端子111侧移动。在－30度～－39度的温度区间保持接通状态的情况下，将连接于位置P20的校正开关元件132a设为接通状态。利用校正电压选择部132，将候补电压中的基于与包含测定温度的温度区间的导通电阻对应的校正倍率的候补电压选择为校正电压。这样选择的校正电压成为根据测定温度校正后的负载电流的大小、即表示校正电流值的大小。由于选自各候补电压，因此校正电压也是模拟信号。校正电压选择部132将所选择的校正电压输入到锁定判定部150以及短路判定部160。

判定阈值生成部140包括放大器电路等。对判定阈值生成部140输入在马达10的端子间产生的电压。判定阈值生成部140通过以预先设定的倍率放大所输入的电压来生成锁定阈值电压。锁定阈值电压的大小被设定为，与在马达10处于锁定状态的情况下流过的负载电流即锁定电流对应的校正电压。所输入的马达10的端子间的电压越大，锁定阈值电压越大。锁定阈值电压作为模拟信号而输出。

锁定判定部150包括比较器等。锁定判定部150通过比较器对由校正电压选择部132选择的模拟信号即校正电压与来自判定阈值生成部140的模拟信号即锁定阈值电压进行比较。在校正电压大于锁定阈值电压的情况下，锁定判定部150向控制部30输出表示马达10处于锁定状态的意思的锁定判定信号。例如，马达的锁定电流是指，相对于旋转正常转动时的稳定电流，在旋转被阻挡时所增加的电流。由于锁定电流由施加于马达的逆变器输出而决定，因此为了检测锁定电流，需要可变的判定阈值，而不是固定值。

短路判定部160包括比较器等。短路判定部160对校正电压与预先设定的短路阈值电压进行比较。短路阈值被设定为，与电压马达10发生了短路的情况下的负载电流对应的校正电压。在校正电压大于短路阈值电压的情况下，短路判定部160输出表示马达10处于短路状态的意思的短路信号。

以上，根据已说明的实施方式，候补电压生成部131包括串联连接并以连接输出端子111与地线的配置而设置的多个校正用电阻器131a。候补电压生成部131在各校正用电阻器131a之间生成将多个校正倍率分别乘以检测电压而得的候补电压。这样的各候补电压在由电压检测部110输出的检测电压发生了变动的情况下，维持相对于检测电压的各校正倍率而变动。校正电压选择部132将各候补电压中的基于与测定温度下的导通电阻对应的校正倍率的候补电压选择为校正电压。通过这样的校正电压表示的校正电流值不将由电压检测部110检测出的检测电压转换为数字值，而对半导体开关21的导通电阻的温度特性进行校正。因而，电流检测装置100能够抑制因向数字值转换的采样周期等而产生的、相对于负载电流的变动的校正电流值的变动的延迟。

此外，在本实施方式中，锁定判定部150基于表示这样的校正电流值的校正电压来判定马达10是否处于锁定状态。因而，电流检测装置100能够在因马达10成为锁定状态而负载电流增加了的情况下，抑制锁定判定部150中的锁定状态的判定延迟。

而且，在本实施方式中，锁定判定部150通过比较器对校正电压与锁定阈值电压进行比较。根据这样的构成，锁定判定部150能够在不将检测电压以及校正电压转换为数字值的情况下判定锁定状态。因而，电流检测装置100能够进一步抑制锁定状态的判定延迟。

另外，在本实施方式中，马达10相当于“负载”。

(其他实施方式)

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式，以下的变形例也包含在本公开的技术范围内，进而，除了下述以外，也能够在不脱离主旨的范围内实施各种变更。另外，在以下的说明中，除了特别提及的情况以外，具有与此前使用的附图标记相同的附图标记的要素与这之前的实施方式中的相同的附图标记的要素相同。另外，在仅对构成的一部分进行说明的情况下，对于构成的其他部分能够应用之前说明的实施方式。

在上述实施方式中，半导体开关21设于向马达10供电的供电路径中的马达10的低侧。但是，半导体开关21也可以设于向马达10供电的供电路径中的马达10的电源2侧、即高侧。

在上述实施方式中，作为半导体开关21，使用了n型MOSFET。但是，也可以使用p型MOSFET、IGBT等基于半导体的其他开关元件。

在上述实施方式中，采用了将构成电流检测装置100的元件集成于单一的半导体基板的构成。但是，电流检测装置100可以是分割成多个半导体基板而集成的构成，也可以是至少一部分由分立部件实现的构成。此外，电流检测装置100也可以是包含控制部30在内地集成于单一的半导体基板的构成。

在上述实施方式中，通过混合有模拟电路与逻辑电路的电路实现了温度检测部120。但是，温度检测部120例如AD也可以是通过包含转换部以及多个逻辑电路的数字电路来实现的构成。

在上述实施方式中，由校正电压选择部132选择的校正电压被用于基于马达10的锁定状态以及短路状态的过电流的判定。但是，校正电压的用途并不限定于此。例如，校正电压也可以仅用于锁定状态的判定。此外，校正电压也可以用于根据负载电流的大小而使施加于马达10的电压的大小等变动的反馈控制等。

在上述实施方式中，作为负载而设有马达10。但是，负载并不限定于马达。

上述实施方式中，温度校正部130在－39度至160度的温度范围内，针对被划分成每10度的均等的宽度的每个温度区间来设定和选择校正倍率。但是，温度范围以及温度区间的设定能够适当变更。例如，也可以是，在半导体开关21中，在频度高的温度带中将温度区间的宽度设定地较窄，在频度低的温度带中将宽度设定得较宽。另外，也可以是，在相对于温度的变动的校正倍率的变动大的温度带中将温度区间的宽度设定得较窄，在变动小的温度带中设定得较宽。根据这样的设定，能够在抑制温度检测部120、温度校正部130的构成的复杂化的同时，提高校正电压的精度。

在上述实施方式中，为了进行温度检测部120中的温度检测，作为温敏元件22使用了设于开关芯片20的一个半导体二极管。但是，温敏元件22的配置以及实现方法并不限定于此。例如，温敏元件22也可以设于接近开关芯片20外部的位置。此外，温敏元件22可以使用串联连接的多个半导体二极管，也可以使用具有温度特性的其他元件。

Claims (3)

1.一种电流检测装置，使用设于向负载(10)供电的供电路径的半导体开关(21)，检测流经所述负载的负载电流，其中，该电流检测装置具备：

电压检测部(110)，具有输出端子(111)，该输出端子(111)输出表示对应于所述负载电流而在所述半导体开关的端子间产生的电压的检测电压；

候补电压生成部(131)，包括多个校正用电阻器(131a)，该多个校正用电阻器(131a)串联连接，以连接所述输出端子与地线的配置而设置，所述候补电压生成部在各所述校正用电阻器之间生成将多个校正倍率分别乘以所述检测电压而得的多个候补电压；

温度检测部(120)，检测所述半导体开关的温度作为测定温度；以及

校正电压选择部(132)，将多个所述候补电压中的、基于与所述测定温度下的所述半导体开关的导通电阻对应的所述校正倍率的所述候补电压选择为校正电压，该校正电压表示根据所述测定温度对所述负载电流进行了校正后的校正电流值的大小。

2.如权利要求1所述的电流检测装置，其中，

所述负载为马达，

所述电流检测装置具备：

判定阈值生成部(140)，基于在所述马达的端子间产生的电压，生成表示在所述马达处于锁定状态的情况下流过的锁定电流的锁定阈值电压；以及

锁定判定部(150)，基于所述校正电压成为所述锁定阈值电压以上的情况，判定为所述马达处于锁定状态。

3.如权利要求2所述的电流检测装置，其中，

所述锁定判定部包括比较器，该比较器对所述校正电压与所述锁定阈值电压进行比较。