JP2001501308A - 負荷電流検出のための電気回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、負荷にフリーホイリング回路が対応付けされ、分路を有し、該分路の電圧降下が電流検出に用いられる、クロック制御された少なくとも１つの誘導成分を有する負荷の負荷電流を検出するための電気回路に関する。この場合前記分路（Ｓ_H）がフリーホイリング回路（４）内にフリーホイリング電流（Ｉ_F）の検出のために配設され、該フリーホイリング電流（Ｉ_F）が、負荷電流（モータ電流Ｉ_M）の検出に対する尺度として用いられる。さらに別の実施例では、前記分路（Ｓ_H）が負荷（２）に対して直列に設けられ、フリーホイリング回路（４）が負荷（２）と分路（Ｓ_H）からなる直列回路に対して並列に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】 負荷電流検出のための電気回路 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念に記載された、クロック制御された少なくとも１ つの誘導成分を有する負荷の負荷電流を検出するための電気回路に関する。 オーム抵抗成分の他に誘導抵抗成分も有している負荷を、クロック制御されて 動作する出力段を用いて給電することは公知である。この出力段は少なくとも１ つの出力段トランジスタを有しており、このトランジスタは直列抵抗と直列に設 けられている。それによりこの直列抵抗における電圧降下が、出力段を通って流 れる電流に対する尺度として用いられる。この負荷は誘導成分を有しているので 、それにはフリーホイリング回路が対応付けされる。すなわちクロック制御され た作動モードに基づいて供給電圧に対する接続が中断された場合には、負荷電流 はこのフリーホイリング回路を介して引き続き通流される。このフリーホイリン グ回路は負荷に対しては直接並列に接続され、これに対して直列抵抗には直列に 接続されるものなので、直列抵抗は負荷電流ではなくリード電流のみしか検出し ない。すなわちフリーホイリング回路を流れる電流は検出できず、このことは不 正確さにつながる。 発明の利点 分路を形成し、電流検出に用いられる抵抗をフリーホイリング回路内に配設す れば、この抵抗はフリーホイリング電流を検出し、それによってこのフリーホイ リング電流は、負荷電流の検出に対する尺度として用いることができる。フリー ホイリング回路内への分路の配設は、フリーホイリング素子、例えばフリーホイ リングダイオードや分路の直列回路が負荷に対して並列に設けられることを意味 し、さらに供給電圧源が負荷に対して並列に設けられることを意味する。この場 合は適切なスイッチ、例えばトランジスタを用いて、供給電圧がクロック制御さ れて負荷に印加される。これによりデューティー比Ｄのデータのもとで、求めら れたフリーホイリング電流Ｉ_Fからモータ電流Ｉ_Mを求めることが可能となる。さ らに分路を負荷に対して直列に設け、フリーホイリング回路を負荷と分路の直列 回路に対して並列に設けることも可能である。供給電圧源は、負荷と分路の直列 回路に対して並列に配置される。このような配置構成により、負荷電流、つまり モータ電流Ｉ_Mは分路を通って流れ、さらにフリーホイリングフェーズ期間中は フリーホイリング電流Ｉ_Fが分路を通って流れ、そのため正確な測定が可能とな る。 本発明の別の有利な実施例によれば、負荷として電気モータ、特に永久励磁形 の直流モータが用いられる 。 さらに有利委は、分路の抵抗が負荷のオーム抵抗成分よりもかなり小さく選定 される。 さらに本発明の別の有利な実施例によれば、デューティー比が負荷電圧（特に モータ電圧）と給電電圧の商によって定められる。 回路選定値は有利には次のように選択される。すなわちフリーホイリング期間 中、負荷電流、特にモータ電流が同じレベルかもしくはほとんど同じレベルでフ リーホイリング回路を通って引き続き流されるように選択される。 特に有利には、モータ電流が以下の式、 Ｉ_M＝Ｉ_F/(１−Ｄ) によって定められる。これは請求項１と請求項２による解決手段に対して有効で ある。 請求項１の構成に対しては、つまりフリーホイリング分岐内の分路の配置構成 に対しては以下の式、 Ｉ_M＝(Ｕ_RS/Ｒ_S)/(１−Ｄ) が当てはまる。 図面 次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。 図１は負荷電流を検出するための回路を示した図である。 図２は負荷電流を検出するさらに別の回路を示した図 である。 図３は図１と図２の回路による分路電圧のダイヤグラムである。 図４は図１及び図２の回路による分路中の損失出力のダイヤグラムである。 図５は二次の負荷特性曲線のもとでの図１及び図２の回路による分路中の損失出 力のダイヤグラムである。 実施例の説明 図１には、給電電圧源Ｕ_Bを有している回路１が示されている。この電圧はス イッチＳを介して負荷２に印加される。スイッチＳは、例えばパワートランジス タによって実現可能である。負荷２は、オーム成分と誘導成分を有している。オ ーム成分は、抵抗Ｒ_Aで示され、誘導成分はコイルＬ_Aで示される。この負荷は、 例えば電気モータ、特に永久励磁形の直流モータで構成されてもよい。リード３ には給電電流Ｉ_B(例えば給電電圧源Ｕ_Bの一方の極とスイッチＳとの間のリード ３の領域)流される。負荷２を介して、すなわち抵抗Ｒ_AとコイルＬ_Aからなる直 列回路を介して負荷電圧は印加される(この実施例ではモータ電圧Ｕ_M)。負荷２ に対して並列に、フリーホイリング回路４が設けられている。このフリーホイリ ング回路は、フリーホイリング電流を一方向のみで通すフリーホイリング素子Ｆ を有している。特にこのフリーホイリング素子Ｆは、フリーホイリングダイオー ドとして構成される。さらに フリーホイリング回路４内には分路Ｓ_Hが設けられており、これはオーム抵抗Ｒ_S で構成されている。フリーホイーリング素子Ｆと分路Ｓ_Hからなる直列回路は、 負荷２の抵抗Ｒ_AとコイルＬ_Aからなる直列回路に対して並列に設けられている。 フリーホイリング回路４にはフリーホイリング素子Ｆの導通状態でフリーホイリ ング電流Ｉ_Fが流れる。この電流は分路Ｓ_Hにおいて電圧降下を引き起こす（分路 電圧Ｕ_RS）。 基本的に、全ての電流及び電圧データは平均値を表していることを述べておく 。それによりモータ電圧Ｕ_Mは負荷２に印加される電圧の平均値を形成し、給電 電流Ｉ_Bは給電によって受け入れられる電流の平均値を形成し、モータ電流Ｉ_Mは 、モータ電流の平均値を形成し、フリーホイリング電流Ｉ_Fはフリーホイリング 電流の平均値を形成する。以下では次に述べる前提条件が有効である。：分路Ｓ_H の抵抗Ｒ_Sは次のように選定される。すなわち負荷２のオーム抵抗Ｒ_Aに対して 無視できる位に小さくなるように選定される。フリーホイリング素子Ｆ、つまり フリーホイリングダイオードを介した電圧降下も無視できる。さらに出力段は連 続した作動モードで動作する。すなわちデューティー比に対して負荷電流はゼロ よりも大きく、つまりモータ電流Ｉ_Mはあらゆる時点でゼロよりも大きい。デュ ーティー比としては０〜１の間の値が受け入れられる。この場合このデューティ ー比Ｄはモータ電圧Ｕ_Mと供給電圧 Ｕ_Bの商によって形成されるか又はモータ電流Ｉ_Mに対する供給電流Ｉ_Bの商によ って形成される。 フリーホイリングフェーズの間、つまりスイッチＳが開かれている場合には、 モータ電流Ｉ_Mは引き続き流れ、フリーホイリング電流に対しては以下の式が成 り立つ。 Ｉ_F＝Ｉ_M・（１−Ｄ） それによりデューディー比Ｄのデータのもとで、負荷電流(モータ電流Ｉ_M）は以 下の式に従ってフリーホイリング電流Ｉ_Fから求められる。 Ｉ_M＝Ｉ_F/(１−Ｄ) 図１の回路に対しては（これに対してはインデックス“１”が用いられる）分路 中の損失出力に対して以下の式が成り立つ。 Ｐ_RS1＝Ｉ² _F・Ｒ_S1 ＝（Ｉ_M・(１−Ｄ))² ＝{[(Ｕ_B・Ｄ)/Ｒ_A]・(１−Ｄ)}²・Ｒ_S1 ＝[(Ｕ² _B・Ｒ_S1)/Ｒ² _A]・(Ｄ−Ｄ²)² 図２には本発明のさらなる回路が示されている。ここでも給電電圧源Ｕ_B（こ れは給電電流Ｉ_Bを供給する）がスイッチＳ（これもパワートランジスタとして 構成されてもよい）を介して、負荷２のオーム抵抗成分（抵抗Ｒ_A）と誘導成分 （コイルＬ_A）と分路Ｓ_Hすなわち抵抗Ｒ_Sによって形成される直列回路５に接続 されている。負荷２においてはモータ電圧Ｕ_Mが低下し 分路Ｓ_Hにおいては電圧Ｕ_RSが低下する。直列回路５に対して並列にフリーホイ リング回路４が設けられている。これはフリーホイリング素子Ｆを有している。 このフリーホイリング素子Ｆは、抵抗Ｒ_A、コイルＬ_A、抵抗Ｒ_Sで形成される直 列回路５に並列に接続される。フリーホイリング回路には、フリーホイリング素 子Ｆが閉じてスイッチＳが開いた状態でフリーホイリング電流Ｉ_Fが流れる。 図２の回路の分路の損失出力は、以下の式によって得られる。 Ｐ_RS2＝Ｉ² _M・Ｒ_S2 ＝(Ｕ_M/Ｒ_A)²・Ｒ_S2 ＝[(Ｕ_B−Ｄ)/Ｒ_A]²・Ｒ_S2 ＝[(Ｕ² _B−Ｒ_S2)/Ｒ² _A]・Ｄ² 図３から図５には図１及び図２の回路の所定のパラメータがダイヤグラムで示さ れている。この場合図１の回路に対してはインデックス“１”が有効であり、図 ２の回路に対してはインデックス“２”が有効である。 図３の横軸にはデューディー比Ｄがプロットされている。そして縦軸には図１ ないし図２の回路による分路における電圧がプロットされおり、この場合は最大 値Ｕ_RS1で規格化されている。この場合、図１の回路における分路の抵抗Ｒ_S1の 最大損失出力に対しては、図２の回路における分路の抵抗Ｒ_S2よりも係数１６だ け 大きく選択可能である。これはより大きな信号振幅に結び付く。 図４には図１及び図２の回路による分路Ｓ_Hの抵抗Ｒ_S1,Ｒ_S2における損失出力 の経過が示されている。この場合横軸にはデューディー比Ｄがプロットされ、縦 軸には損失出力Ｐ_RS1ないしＰ_RS2がそれぞれ最大値Ｐ_RS1に規格化されて示され ている。ここでは図１の回路による最大損失出力の方が図２の回路によるものよ りも係数１６だけ少ないことが見て取れる。 図５でも、横軸にデューティー比Ｄがプロットされ縦軸に図４に相応する損失 出力がプロットされているダイヤグラムが示されている。この図５のダイヤグラ ムは累進的な特性曲線(Ｉ_M＝ｆ（Ｕ_M))を有する負荷に当てはまるものである。 例えば負荷特性曲線がＩ_M＝ｋ・Ｕ_M ²であるならば、明確な特性曲線経過が生じ る。当該図からは、図１によるフリーホイリング測定のもとでの分路Ｓ_Hにおけ る損失出力が、図２の回路のものよりも明らかに少なくなっていることが見てと れる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月２７日（１９９８．６．２７） 【補正内容】 請求の範囲 1. クロック制御された少なくとも１つの誘導成分を有する負荷（２）の負荷 電流（Ｉ_M）を検出するための電気回路であって、前記負荷にフリーホイリング 回路（４）が対応付けされており、さらにフリーホイリング電流（Ｉ_F）を検出 するための分路（Ｓ_H）を含んでいる形式のものにおいて、 前記負荷電流（Ｉ_M）が、以下の式、 Ｉ_M＝Ｉ_F/(１−Ｄ) によって算出され、この場合前記（Ｄ）は、クロック制御におけるデューティー 比であることを特徴とする電気回路。 2. クロック制御された少なくとも１つの誘導成分を有する負荷（２）の負荷 電流（Ｉ_M）を検出するための電気回路であって、前記負荷にフリーホイリング 回路（４）が対応付けされており、分路（Ｓ_H）が設けられており、該分路（Ｓ_H ）は負荷（２）に対して直列に設けられており、前記フリーホイリング回路（４ ）は、負荷（２）と分路（Ｓ_H）からなる直列回路に対して並列に配設されてい る形式のものにおいて、 前記負荷電流（Ｉ_M）が、以下の式、 Ｉ_M＝Ｉ_F/(１−Ｄ) によって算出され、この場合前記（Ｄ）は、クロック制御におけるデューティー 比であることを特徴とする 電気回路。 3. 前記負荷（２）は、電気モータ、特に永久励磁形直流モータである、請求 項１又は２記載の電気回路。 4. 前記分路（Ｓ_H）の抵抗（Ｒ_S）は、前記負荷（２）のオーム抵抗成分（抵 抗Ｒ_A）よりも著しく小さく選定されている、請求項１〜３いずれか１項記載の 電気回路。 5. 前記デューティー比（Ｄ）は、モータ電圧（Ｕ_M）などの負荷電圧と、供 給電圧（Ｕ_B）との商によって定められる、請求項１〜４いずれか１項記載の電 気回路。 6. フリーホイリング期間中の負荷電流(例えばモータ電流Ｉ_M)が同じレベル か又はほぼ同じレベルで引き続き通流されるように回路選定がなされる、請求項 １〜５いずれか１項記載の電気回路。 7. 前記モータ電流（Ｉ_M）は、以下の式、 Ｉ_M＝(Ｕ_RS1/Ｒ_S1)/(１−Ｄ) によって算出され、この場合前記Ｕ_RS1は分路（Ｓ_H）における電圧であり、前記 Ｒ_S1は、分路（Ｓ_H）の抵抗値であり、前記（Ｄ）はデューティー比である、請 求項１記載の電気回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. クロック制御された少なくとも１つの誘導成分を有する負荷の負荷電流を 検出するための電気回路であって、前記負荷にフリーホイリング回路が対応付け されており、さらに分路を有しており、該分路の電圧降下が電流検出に用いられ る形式のものにおいて、 前記分路（Ｓ_H）がフリーホイリング回路（４）内にフリーホイリング電流（ Ｉ_F）の検出のために配設されており、該フリーホイリング電流（Ｉ_F）は、負荷 電流(モータ電流Ｉ_M)の検出に対する尺度として用いられるように構成されてい ることを特徴とする電気回路。 2. クロック制御された少なくとも１つの誘導成分を有する負荷の負荷電流を 検出するための電気回路であって、前記負荷にフリーホイリング回路が対応付け されており、さらに分路を有しており、該分路の電圧降下が電流検出に用いられ る形式のものにおいて、 前記分路（Ｓ_H）が負荷（２）に対して直列に設けられており、さらにフリー ホイリング回路（４）が負荷（２）と分路（Ｓ_H）からなる直列回路に対して並 列に配設されていることを特徴とする電気回路。 3. 前記尺度として、クロック制御におけるデューディー比（Ｄ）が用いられ る、請求項１又は２記載の電気回路。 4. 前記負荷（２）は、電気モータ、特に永久励磁 形直流モータである、請求項１〜３いずれか１項記載の電気回路。 5. 前記分路（Ｓ_H）の抵抗（Ｒ_S）は、前記負荷（２）のオーム抵抗成分（抵 抗Ｒ_A）よりも著しく小さく選定されている、請求項１〜４いずれか１項記載の 電気回路。 6. 前記デューティー比（Ｄ）は、モータ電圧（Ｕ_M）などの負荷電圧と、供 給電圧（Ｕ_B）との商によって定められている、請求項１〜５いずれか１項記載 の電気回路。 7. フリーホイリング期間中の負荷電流(モータ電流Ｉ_M)が同じレベルか又は ほぼ同じレベルで引き続き通流されるように回路選定がなされる、請求項１〜６ いずれか１項記載の電気回路。 8. 前記モータ電流（Ｉ_M）は、以下の式、 Ｉ_M＝Ｉ_F/(１−Ｄ) によって算出される、請求項１又は２記載の電気回路。 9. 前記モータ電流（Ｉ_M）は、以下の式、 Ｉ_M＝(Ｕ_RS1/Ｒ_S1/(１−Ｄ) によって算出され、この場合前記Ｕ_RS1は分路における電圧であり、前記Ｒ_S1は 、分路の抵抗値であり、前記Ｄはデューティー比である、請求項１記載の電気回 路。