JP2002136178A - 電流検出回路 - Google Patents

電流検出回路

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JP2002136178A JP2000330257A JP2000330257A JP2002136178A JP 2002136178 A JP2002136178 A JP 2002136178A JP 2000330257 A JP2000330257 A JP 2000330257A JP 2000330257 A JP2000330257 A JP 2000330257A JP 2002136178 A JP2002136178 A JP 2002136178A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のモータ制御装置においては、電流を検
出する手段として主にホール素子あるいはアイソレーシ
ョンアンプが使用されている。しかし、ホール素子内蔵
の電流検出器やアイソレーションアンプが比較的高価で
あり、これらを用いて電流検出回路を構成すると制御回
路全体としてのコストが高くなるという問題がある。 【解決手段】 本発明に係る電流検出回路はホール素子
を使用した電流検出器やアイソレーションアンプを使用
せず、抵抗やオペアンプ等の安価な部品のみで構成され
るため、回路全体としてのコストを低くすることがで
き、実装面積や部品高さに対しても有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はモータの電流検出手
段を備えるモータ制御装置の中で、特に低い電圧でモー
タを駆動するものであり、ロボット、部品実装機、工作
機械、搬送機器、OA機器などに広く利用されているA
Cサーボモータの制御装置、ブラシレスモータの制御装
置や誘導電動機駆動用のインバータなどのうち、比較的
小容量の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のモータ制御装置においては、電流
を検出する手段として主にホール素子あるいはアイソレ
ーションアンプが使用されている。一般にインバータ回
路の出力はモータ駆動用電源をPWM変調したものであ
る。モータの制御回路はインバータ回路で使用する電源
とは絶縁されているか、またはインバータ回路の負側の
電位に配置されている。インバータ回路の出力電圧はイ
ンバータ回路に入力されるモータ駆動用電源の正、負の
電圧の間を高速でスイッチングするため、従来、モータ
の電流検出信号はインバータ回路の出力とは絶縁した形
で取り出す構成としている。
【0003】ホール素子を使用する場合、モータの電流
を磁束として検出するため、インバータ回路とモータの
間にモータを流れる電流によって発生する磁路を形成
し、その磁路の途中にホール素子を配置し、ホール素子
の出力を増幅してモータの電流検出信号として使用す
る。ホール素子を用いることでモータ電流が流れる回路
と電流検出信号を絶縁することができる。磁路を形成す
るコイル、ホール素子、増幅器を一体化した電流検出器
がすでに市販されている。
【0004】アイソレーションアンプを使用する場合は
インバータ回路とモータの間に抵抗を挿入し、その抵抗
の両端に発生する電圧をアイソレーションアンプで絶縁
・増幅し、電流検出信号とする。アイソレーションアン
プもすでに市販されているものが多数存在する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のホール素子やア
イソレーションアンプを使用した電流検出はホール素子
内蔵の電流検出器やアイソレーションアンプが比較的高
価であり、これらを用いて電流検出回路を構成すると制
御回路全体としてのコストが高くなるという問題があ
る。また基板上の実装面積や部品高さなどの設計上の制
約に対しても不利になることが少なくない。また、ホー
ル素子を利用した電流検出器、アイソレーションアンプ
共に従来市販されているものはアナログ回路での使用を
前提に設計されており、制御回路側の電源として、正負
両電源が必要なものが多い。
【0006】ホール素子を用いた場合は、前述したよう
にモータの電流を磁束として検出するため磁路を構成す
る必要があり、一般に磁束を強化するため銅線を巻き込
み、磁路を形成するため鉄心などを用いている。磁束は
電流と電線の巻数の積となるため、電流の小さいモータ
を駆動する機器ほど磁束を確保するために銅線を巻くこ
とが必要となる。また、市販されているホール素子を用
いた電流検出器はモータ電流を流す銅線と電流検出信号
を絶縁するため、規格等の関係でどうしても外形が大き
くなってしまっている。
【0007】アイソレーションアンプを用いた場合、イ
ンバータ回路とモータの間に抵抗を挿入し、この抵抗の
両端の電圧をアイソレーションアンプで絶縁・増幅を行
い制御回路へと伝えることになるが、一般的にアイソレ
ーションアンプの1次側すなわちインバータ回路側にも
電源が必要となる。市販されているアイソレーションア
ンプの中には小型のものもあるが、1次側と2次側すな
わち制御回路側の両方に電源が必要となる。2次側の電
源だけで動作するアイソレーションアンプも存在する
が、外形が大きく、また、高価である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電流検出回
路はインバータ回路とモータの間に挿入された電流検出
抵抗と、この電流検出用抵抗の両端の電位差を入力する
差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力信号を入力す
る反転増幅回路とを備え、前記差動増幅回路と前記イン
バータ回路はモータ駆動電源である第1の電圧により駆
動され、前記反転増幅回路は第2の電圧により駆動さ
れ、前記第1の電圧と前記第2の電圧は負側を共通と
し、前記差動増幅回路及び前記反転増幅回路は、前記第
2の電圧より小さい基準電圧を基準として増幅しモータ
の電流を検出する。このため、本発明はモータ駆動電源
で差動増幅器を動作させるため比較的低電圧のモータ制
御装置への適用となり、電流検出信号はインバータ回路
の負側の電位に位置するため、制御回路も同電位に置く
必要がある。本発明に係る電流検出回路はホール素子、
ホール素子を使用した電流検出器やアイソレーションア
ンプを使用せず、抵抗やオペアンプ等の安価な部品のみ
で構成されるため、回路全体としてのコストを低くする
ことができ、実装面積や部品高さに対しても有効であ
る。また本発明に係る電流検出回路は最近主流になりつ
つあるマイコンによるソフトウエアサーボにも容易に用
いることができるような、電圧レベルの変換手段を含む
構成となっている。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に係る電流検出回路は、イ
ンバータ回路とモータとの間に挿入された電流検出抵抗
に発生する電圧降下をオペアンプにより増幅し、出力す
るものである。
【0010】前記電流検出抵抗に発生する電圧降下を増
幅するオペアンプは2段構成になっており、1段目は差動
増幅回路、2段目は反転増幅回路となっている。前記電
流検出抵抗の両端電圧が前記差動増幅回路に入力され、
その出力は前記反転増幅回路に入力される。前記反転増
幅回路の出力が本発明に係る電流検出回路の出力とな
る。前記インバータ回路と前記差動増幅回路はモータ駆
動電源である第1の電圧により駆動する。第1の電圧は例
えば24V程度の比較的低い電圧である。本発明に係る電
流検出回路を備えるモータ制御装置は第1の電圧から前
記第1の電圧より低い、第3の電圧を生成する手段を有
している。前記第3の電圧は電流検出以外の制御回路、
例えばマイコンの駆動や外部との信号の送受信に使用さ
れる。本発明に係る電流検出回路を備えるモータ制御装
置は前記第3の電圧よりノイズフィルタを経由して、前
記第3の電圧より電圧変動の少ない第2の電圧を生成す
る手段を有しており、さらに前記第2の電圧を分圧して
オペアンプの基準電圧を生成する手段を有している。前
記第2の電圧は前記反転増幅回路の駆動電圧、及び前記
差動増幅回路と前記反転増幅回路の基準電圧に使用され
る。前記第2の電圧は前述のようにノイズを除去されて
いるため、電流検出回路におけるノイズの影響を低減
し、検出精度を高めることができる。
【0011】なお、前記第2の電圧と前記第3の電圧は
フィルタを通して電圧変動を抑えているだけであり、同
じ電圧の値であり、前記第3の電圧が充分に安定してお
り電圧変動が少ない場合は前記第2の電圧と前記第3の
電圧は1つの電圧で共用することもでき、簡素化でき
る。
【0012】また前記反転増幅回路の出力側には抵抗と
コンデンサのローパスフィルタを備え、ノイズ耐量を高
めている。また、本発明に係る電流検出回路は前記差動
増幅回路と前記反転増幅回路の間に第3の電圧にプルア
ップされた保護ダイオードが装備されており、過電流な
どで前記差動増幅回路の出力電圧が設計値より高くなっ
た場合でも、オペアンプやその他の制御回路を保護する
手段を備えている。
【0013】
【実施例】以下、実施例を用いて説明する。図1は本発
明に係る電流検出回路39を備えたモータ制御装置のブ
ロック図である。前記モータ制御装置は、モータ駆動用
電源36より供給される第1の電圧1から第3の電圧3
を生成する手段と、第3の電圧3からノイズフィルタ4
0を経由して第2の電圧2を生成する手段と、第2の電
圧2を分圧してオペアンプ25,31の基準電圧5を生
成する基準電圧発生手段41とを備えている。第1の電
圧1は例えば24V程度の比較的低い電圧であり、第3
の電圧3は例えば5V程度の一般的に制御回路を駆動す
るための電圧である。第3の電圧3は例えばDC/DCコン
バータ37などを介して第1の電圧1より生成される。
なお、第2の電圧2と第3の電圧3はノイズフィルタ4
0を通して電圧変動を抑えているだけであり、同じ電圧
の値であり、第3の電圧3が充分に安定しており電圧変
動が少ない場合は第2の電圧2と第3の電圧3は1つの
電圧で共用することもでき、簡素化できる。
【0014】ノイズフィルタ40は例えばコイルとコン
デンサからなる簡単な回路で構成できる。また第2の電
圧から基準電圧5を生成する手段41は、例えば図1の
ように第2の電圧2を抵抗で分圧し、ボルテージホロワ
によって出力する回路で構成できる。モータの電流は正
負双方向に流れるので、基準電圧5は第3の電圧3の1
/2とするのが最も良い。インバータ回路42はモータ
駆動用電源36より供給される第1の電圧1により動作
し、モータ4を駆動する。制御回路38は第3の電圧3
により動作し、電流検出以外の制御回路、例えばマイコ
ンや外部と信号を送受信するための回路が含まれる。
【0015】図2は本発明に係る電流検出回路39の説
明図である。図2において6,7,8,9,10,11
はそれぞれ逆並列にダイオード12,13,18,1
5,16,17が接続されたスイッチング素子であり、
モータ4を駆動するための3相インバータ回路42を構
成している。インバータ回路42によりモータ4が駆動
され、電流検出抵抗18に電流が流れると、その両端に
電圧降下が生じる。前記電圧降下は第1の電圧により動
作するオペアンプ25と抵抗19,20,21,23、
コンデンサ22,24より構成される差動増幅回路34
に入力され、抵抗値19,20,21,23によって設
定された増幅率で増幅され、出力される。この差動増幅
回路34の増幅の基準となる電圧は前記基準電圧5であ
る。前記増幅率は差動増幅回路34の出力電圧が、前記
第3の電圧3以下になるように設定されており、電圧レ
ベルの変換を行っている。差動増幅回路34の出力電圧
レベルを第3の電圧3以下に下げることによって、第3
の電圧3で駆動する制御回路38で制御を行うことがで
きる。
【0016】差動増幅回路34に使用する増幅率を決定
する抵抗値19、20、21、24は精度の良い抵抗値
とする必要があり、また、オペアンプ25は同相入力除
去比が良く、高速、単電源のものが必要である。電圧レ
ベルを変換された差動増幅回路34の出力は第2の電圧
2により動作するオペアンプ31と抵抗26,27,2
9、コンデンサ30より構成される反転増幅回路35の
負側に入力され、抵抗26,27,29によって設定さ
れた増幅率で制御回路38で処理するのに適当な大きさ
の電圧に調節され、抵抗32とコンデンサ33から構成
されるノイズフィルタへと出力される。この反転増幅回
路35の増幅の基準となる電圧も前記基準電圧5であ
る。この反転増幅回路35に使用するオペアンプ31は
出力電圧のダイナミックレンジの広いものが望ましい。
前記ノイズフィルタを経由した電圧は制御回路38に入
力される。本発明に係る電流検出回路39は差動増幅回
路34と反転増幅回路35の間に第3の電圧3にプルア
ップされた保護ダイオード28を備えており、過電流な
どで差動増幅回路34の出力が第3の電圧3以上になっ
た場合に前記保護ダイオード28がONしてオペアンプ3
1や制御回路38を保護する手段を有している。
【0017】
【発明の効果】本件請求項1記載の発明により、高価な
電流センサを使用せずに安価な部品のみで電流検出回路
を構成し、回路全体としてのコストを下げることができ
る。
【0018】請求項2記載の発明では、ノイズフィルタ
によりノイズを低減された電圧をオペアンプの基準電圧
とすることにより、電流検出精度を高めることができ、
また、電流検出の基準電圧を反転増幅回路の1/2とす
ることにより、電流検出のダイナミックレンジを広く取
ることができる。
【0019】請求項3記載の発明により、マイコンを用
いた制御回路にも容易に用いることができる。
【0020】請求項4記載の発明により、過電流等の異
常時にも回路を保護することができる。
【0021】請求項5記載の発明により、出力電圧の乱
れを低減し回路のノイズ耐量を高めることができる。
【0022】請求項6記載の発明ではノイズフィルタを
経由してオペアンプの駆動電圧を分けることにより、電
流検出回路におけるノイズの影響を低減し、検出精度を
高めることができる。
【0023】請求項7記載の発明では電源回路の構成も
小さくできるため、小型、低コストのモータ制御装置を
構成できる。
【0024】請求項8記載の発明では電流検出回路にま
つわる電源回路の構成も最小にできるため、小型、低コ
ストのモータ制御装置を構成できる。
【0025】請求項9記載の発明では電源回路の構成も
最小にできるため、小型、低コストのモータ制御装置を
構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電流検出回路を備えたモータ制御
装置のブロック図
【図2】本発明に係る電流検出回路を3相インバータ回
路に適用した回路図
【符号の説明】
1 第1の電圧 2 第2の電圧 3 第3の電圧 5 オペアンプの基準電圧 18 電流検出抵抗 34 差動増幅回路 35 反転増幅回路 39 電流検出回路 42 インバータ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H560 AA07 BB04 DC12 EB01 JJ02 SS04 TT05 TT08 TT15 UA05 5H570 AA06 AA23 AA30 BB20 CC01 DD08 HA08 HB07 JJ03 JJ11 JJ26 LL02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータ回路とモータの間に挿入され
    た電流検出抵抗と、この電流検出用抵抗の両端の電位差
    を入力する差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力信
    号を入力する反転増幅回路とを備え、前記差動増幅回路
    と前記インバータ回路は第1の電圧により駆動され、前
    記反転増幅回路は第2の電圧により駆動され、前記第1
    の電圧と前記第2の電圧の負側を共通とし、前記差動増
    幅回路及び前記反転増幅回路は、前記第2の電圧より小
    さい基準電圧を基準として増幅しモータの電流を検出す
    る電流検出回路。
  2. 【請求項2】 基準電圧とは、第2の電圧の1/2電圧
    である請求項1記載の電流検出回路。
  3. 【請求項3】 電流検出抵抗の両端電圧を差動増幅回路
    において、制御回路で扱える電圧レベルに変換して出力
    し、さらにその出力を反転増幅回路に入力して適切な電
    圧値に増幅し、電流検出電圧値として出力する請求項1
    記載の電流検出回路。
  4. 【請求項4】 差動増幅回路と反転増幅回路の間に、反
    転増幅回路保護手段を備える請求項1記載のモータの電
    流検出回路。
  5. 【請求項5】 反転増幅回路の出力側にノイズフィルタ
    を備える請求項1記載の電流検出回路。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の電流検出回路と、モータ
    駆動用電源から供給される第1の電圧により動作するイ
    ンバータ回路と、第1の電圧から前記第1の電圧より低
    い、第3の電圧を生成する手段と、前記第3の電圧から
    ノイズフィルタを経由して第2の電圧を生成する手段を
    備えるモータ制御装置。
  7. 【請求項7】 第3の電圧により制御回路を駆動する請
    求項6記載のモータ制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の電流検出回路と、モータ
    駆動用電源から供給される第1の電圧により動作するイ
    ンバータ回路と、第1の電圧から前記第1の電圧より低
    い、第2の電圧を生成する手段を備えるモータ制御装
    置。
  9. 【請求項9】 第2の電圧により制御回路を駆動する請
    求項6記載のモータ制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20040050777A (ko) * 2002-12-09 2004-06-17 대우종합기계 주식회사 디씨 모터의 전류 검출 회로
US11581863B2 (en) 2020-09-15 2023-02-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US12500542B2 (en) 2022-03-17 2025-12-16 Hl Mando Corporation Electronic control unit and driving method thereof

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