JP2004198143A

JP2004198143A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2004198143A
Application number: JP2002364335A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tsuruta; 栄二鶴田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】小電流のときも分解能の高い検出が可能な電流検出装置を提供する。
【解決手段】増幅器１１とＰＮＰトランジスタ１３の制御によって、負荷１５に流れる負荷電流ｉと電流値が同じ電流ｉａを抵抗７に発生させる。電流値が小さいときにはスイッチ１４がオフで、電流検出部２０は、抵抗７の電圧Ｖａと抵抗７の抵抗値で負荷電流ｉを算出する。負荷電流ｉが上昇し電圧Ｖａが基準電源１７の電圧Ｖ１より大きくなると、電圧比較器１２の出力がＨとなり、スイッチ１４がオンとなる。このとき、抵抗７に抵抗８が並列に接続される。電流検出部２０は、電圧比較器１２の出力がＨであることによって、抵抗７に抵抗８が並立に接続されたと判断し、その等価抵抗値で負荷電流ｉを算出する。これによって、抵抗７の抵抗値を大きく設定することができ、小電流を高分解能で検出可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−１６６２７９号公報
従来の電流検出装置として、例えば図４に示すようなものが知られている。
この電流検出装置は、負荷１５が抵抗１を介して電源に接続され、抵抗１は電流検出センサ用抵抗として負荷１５に流れる負荷電流ｉを電圧に変換する。変換された電圧は抵抗３、抵抗２および抵抗４を介してそれぞれ増幅器１１のプラス、マイナス入力端に出力される。増幅器１１の出力端は、抵抗５を介してＰＮＰトランジスタ１３のベースに接続される。ＰＮＰトランジスタ１３のベースと電源の間には抵抗６が接続されている。
【０００３】
増幅器１１は、ＰＮＰトランジスタ１３を制御することで、抵抗７に負荷電流ｉと電流値が同じ電流ｉａを発生させている。
すなわち、負荷電流ｉが増加するときは、増幅器１１のプラス入力端の電圧が下降し増幅器１１の出力電圧が下降することによって、ＰＮＰトランジスタ１３のベース電圧が下降する。この結果、抵抗７に流れる電流ｉが増加し、増幅器１１のマイナス入力端の電圧が下降するから、増幅器１１の出力電圧が電流ｉａの電流値と負荷電流ｉａの電流値が同じになるところで安定する。
抵抗７に流れる電流ｉａの電流値と負荷電流ｉａの電流値が同じであるから、抵抗７から出力される電圧Ｖと抵抗７の抵抗値とで、負荷電流ｉを演算して検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の装置では、負荷電流ｉと同様の電流を抵抗７に発生させ、抵抗７の両端の電圧に基づいて負荷電流ｉを検出するため、検出する電流値が小さいときには、抵抗７の両端の電圧が低くなり、検出分解能が低下するという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、小電流のときも検出分解能が低下しない電流検出装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、負荷に流れる負荷電流の電流値と関連づけた電流を発生させ、抵抗回路でそれを電圧に変換し、変換された電圧に基づいて負荷電流を検出する電流検出装置において、抵抗回路の抵抗値を変更可能とするとともに、抵抗回路の電圧と所定の基準電圧とを比較し、その比較の結果に基づいて抵抗回路の抵抗値を変更するようにした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、抵抗回路の抵抗値が変更可能であり、抵抗回路の電圧と所定の基準電圧との比較の結果に基づいて抵抗回路の抵抗値を変更するから、抵抗回路の抵抗値を大きく設定し小電流時の分解能を上げることが可能になるとともに、大電流時には抵抗値を小さくなるように変更することによって大電流の検出も可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、第１の実施例を示す図である。
本実施例は、図４に示す従来例をベースに構成したもので、同じ部品については同じ番号を付してある。
負荷１５が抵抗１を介して電源に接続される。抵抗１の電源側の端が抵抗２、抵抗４を介して増幅器１１のマイナス入力端に接続される。抵抗１の他端すなわち負荷１５の入力電圧の端が抵抗３を介して増幅器１１のプラス入力端に接続されている。
【０００８】
抵抗２と抵抗４の接続点には、ＰＮＰトランジスタ１３のエミッタが接続されるとともに、ＰＮＰトランジスタ１３のコレクタが抵抗７を介してグランドに接続される。ＰＮＰトランジスタ１３のベースは、抵抗５を介して増幅器１１の出力端に接続される。ＰＮＰトランジスタ１３のベースと電源の間には抵抗６が接続されている。ここまでの構成は、従来例と同様である。
【０００９】
抵抗７の両端に、スイッチ１４を介して抵抗８が並列に接続される。抵抗７と抵抗８およびＰＮＰトランジスタのコレクタが接続されるａ点は、電圧比較器１２のプラス入力端と電流検出部２０に接続される。
電圧比較器１２のマイナス入力端には、抵抗９を介して電圧Ｖ１の基準電源１７が接続されている。抵抗９と基準電源１７の直列接続の両端に、スイッチ１６を介して抵抗１０が並列に接続されている。
電圧比較器１２の出力端ｃは、スイッチ１４、スイッチ１６および電流検出部２０と接続されている。
【００１０】
次に、上記回路の作用について説明する。
抵抗１は電流検出センサ用抵抗として負荷１５に流れる負荷電流ｉを電圧に変換し、変換された電圧は抵抗３、抵抗２および抵抗４を介してそれぞれ増幅器１１のプラス、マイナス入力端に出力される。増幅器１１は抵抗１の両端の電圧を増幅してＰＮＰトランジスタ１３を制御する。負荷電流ｉが増加すると、抵抗１の両端の電圧が増加し、増幅器１１の出力電圧が下降するから、ＰＮＰトランジスタ１３のコレクタすなわちａ端の電圧Ｖａが上昇し、抵抗７に負荷電流ｉと同じ電流値の電流ｉａが発生する。負荷電流ｉは、抵抗７の電圧によって以下の式（１）に基づいて算出される。
ｉ＝Ｖａ／Ｒ_７（１）
但し、Ｒ_７は抵抗７の抵抗値である。
【００１１】
本実施例では、抵抗７の両端にスイッチ１４を介して抵抗８が並列に接続され、電圧比較器１２で電圧Ｖａと電圧Ｖｆとの比較結果でスイッチ１４をオンオフする。スイッチ１４とスイッチ１６がオフとなっている初期の場合は、電圧Ｖｆは基準電源の電圧Ｖ１であり、電圧Ｖａが電圧Ｖ１より小さい時は、電圧比較器１２の出力はＬとなり、スイッチ１４とスイッチ１６はオフ状態が維持される。電流検出部２０は、電圧比較器１２の出力がＬであると検出すると、スイッチ１４の状態がオフであると判断し、上記式（１）を用いて、抵抗７の電圧Ｖａから負荷電流ｉを算出する。
【００１２】
負荷電流ｉが増加し、電圧Ｖａが電圧Ｖｆを超えると電圧比較器１２の出力がＨとなるから、スイッチ１４とスイッチ１６はそれぞれオンとなる。このとき、増幅器１１とＰＮＰトランジスタ１３の帰還制御で、抵抗７と抵抗８に流れる電流ｉａは、負荷電流ｉと同じであるから、電圧Ｖａは、並列に接続した抵抗７と抵抗８で以下の式（２）で決定される。
Ｖａ＝ｉ×Ｒｔ（２）
但し、Ｒｔは、抵抗７と抵抗８の等価抵抗値で、Ｒ_７×Ｒ_８／（Ｒ_７＋Ｒ_８）で演算される。なお、Ｒ_７、Ｒ_８は抵抗７、抵抗８の抵抗値である。
等価抵抗値Ｒｔは、抵抗７の抵抗値Ｒ_７よりも小さいから、電圧Ｖａが下がる。
【００１３】
一方、基準電圧Ｖｆは、抵抗１０が基準電源１７と抵抗９に並列に接続されることによって、以下の式（３）で決定される。
Ｖｆ＝Ｖ１×Ｒ_１０／（Ｒ_９＋Ｒ_１０）（３）
但し、Ｒ_９、Ｒ_１０は、抵抗９、抵抗１０の抵抗値である。
抵抗９と抵抗１０の抵抗値は、スイッチ１４とスイッチ１６がオンするときに、Ｖａ＞Ｖｆの関係を保つように設定されており、電圧比較器１２の出力はＨを維持する。
【００１４】
電流検出部２０では、比較器１２の出力がＨであることを検出すると、以下の式（４）を用いて、負荷電流ｉを算出する。
ｉ＝Ｖａ／Ｒｔ（４）
【００１５】
本実施例は、以上のように構成され、電圧Ｖａが基準電圧Ｖ１より小さいときは、抵抗７のみで電流ｉａを電圧に変換し、電圧Ｖａが基準電圧Ｖ１以上のときには、並列に接続した抵抗７と抵抗８で電流ｉａを電圧に変換するから、例えば基準電源１７の電圧Ｖ１を電流検出部２０で受け付けられる最大電圧に合わせて設定すれば、大電流の検出ができるとともに、負荷電流が小さいときにも、電圧Ｖａの値を大きくすることで、高分解能で負荷電流ｉを検出することが可能である。
本実施例では、抵抗７と抵抗８が抵抗回路を構成している。
スイッチ１４が抵抗値変更手段を構成している。
電圧比較器１２が電圧比較手段を構成している。
電流検出部２０が電流検出手段を構成している。
抵抗９と抵抗１０およびスイッチ１６が基準電圧変更手段を構成している。
【００１６】
図２は、第２の実施例を示す図である。
第２の実施例では、図１に示す第１の実施例における抵抗７の代わりに直列に接続した抵抗２１から抵抗２５の抵抗群を用い、負荷電流ｉを演算するための電圧を選択できるようにし、比較器１２や基準電源１７およびその周辺回路は廃した。
【００１７】
抵抗２１とＰＮＰトランジスタ１３の接続端ａを含め各抵抗間の接続端ｂ、ｃ、ｄおよびｅをそれぞれマルチプレクサー回路３０に接続する。マルチプレクサー回路３０は、マルチプレクサー制御回路４０からの制御信号にしたがって接続端を選択して選択した接続端の電圧を出力電圧Ｖｋとして電流検出部２０Ａに出力する。マルチプレクサー制御回路４０は、電流検出部２０Ａに出力される電圧Ｖｋを監視して制御信号を出力するようになっている。この制御信号は、また電流検出部２０Ａにも出力される。
【００１８】
次に、上記回路の作用について説明する。
マルチプレクサー回路３０は、まず、抵抗群での最大電圧であるａ端の電圧Ｖａを選択して、出力電圧Ｖｋとして出力する。
マルチプレクサー制御回路４０は、出力された電圧Ｖｋを内蔵の基準電圧Ｖｏとを比較して比較の結果に応じて、制御信号をマルチプレクサー３０に出力する。
図３は、マルチプレクサー制御回路における制御の流れを示すフローチャートである。
【００１９】
まず、ステップ１００において、出力電圧Ｖｋが基準電圧Ｖｏより高いか否かを判断する。基準電圧より高い場合は、ステップ１１０において、マルチプレクサー３０で次の端の電圧を選択するための制御信号を出力する。
ステップ１２０において、出力した制御信号の種類を記憶してステップ１００に戻る。
これを繰り返して、ステップ１００において出力電圧Ｖｋが基準電圧Ｖｏ以下になると、ステップ１３０に進んで、制御信号の種類を示す信号を電流検出部２０Ａに出力する。
【００２０】
電流検出部２０Ａは、制御信号の種類を示す信号を受信すると、負荷電流ｉの検出を開始するとともに、制御信号の種類によって接続端ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのどれかが選択されたかを判断し、ａ端の電圧Ｖａを演算する。演算されたＶａから、以下の式（５）に基づいて負荷電流ｉを算出する。
ｉ＝Ｖａ／（Ｒ_２１＋Ｒ_２２＋Ｒ_２３＋Ｒ_２４＋Ｒ_２５）（５）
但し、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５は、それぞれ抵抗２１、抵抗２２、抵抗２３、抵抗２４、抵抗２５の抵抗値である。
【００２１】
例えば、抵抗２１から抵抗２５の抵抗値が全て１Ωで、負荷電流ｉを１Ａとし、基準電圧Ｖｏを３．５Ｖとすると、マルチプレクサー回路３０は、まず、ａ端子から入力される電圧Ｖａを選択するが、ａ端の電圧が５Ｖで、基準電圧３．５Ｖ以上であるので、マルチプレクサー制御回路４０は、マルチプレクサー回路３０に制御信号を送信する。
【００２２】
マルチプレクサー回路３０は、制御信号にしたがってｂ端子から入力される電圧Ｖｂを選択するが、ｂ端の電圧は４Ｖであるため、マルチプレクサー制御回路４０は再び制御信号を送信する。マルチプレクサー回路３０は制御信号に基づいてｃ端から入力される電圧Ｖｃを選択する。ここで、ｃ端子の電圧は３Ｖのために、マルチプレクサー制御回路４０が制御信号の出力が終了する。
電流検出部２０Ａは、マルチプレクサー制御回路４０からの制御信号の種類によって、選択された接続端の電圧と、制御信号の種類に基づいてａ端の電圧Ｖａを演算して負荷電流ｉを算出する。
【００２３】
本実施例は、以上のように構成され、電流検出部２０Ａに出力される電圧Ｖｋとして抵抗間の接続端を選択するようにしたから、抵抗２１から抵抗２５の各抵抗の抵抗値の設定は、電流検出部２０Ａで受け付けられる最大電圧から解放される。したがって、抵抗２１から抵抗２５の各抵抗の抵抗値を大きく設定することによって、電流が小さいときでも、高分解能で検出することが可能になる。
本実施例では、マルチプレクサー回路３０とマルチプレクサー制御回路４０が電圧選択手段を構成している。
抵抗２１から抵抗２５の抵抗が抵抗回路を構成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を示す図である。
【図２】第１の実施例を示す回路図である。
【図３】第２の実施例を示す回路図である。
【図４】マルチプレクサー制御回路における制御の流れを示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６抵抗
７抵抗（第1の抵抗）
８抵抗（第２の抵抗）
９、１０、２１、２２、２３、２４、２５抵抗
１１増幅器
１２電圧比較器
１３ＰＮＰトランジスタ
１４スイッチ
１６スイッチ
１７基準電源
２０、２０Ａ電流検出部
３０マルチプレクサー回路
４０マルチプレクサー制御回路

Claims

負荷に流れる負荷電流の電流値と関連づけた電流を発生する電流発生手段と、
該電流発生手段で発生した電流を電圧に変換する抵抗回路と、
前記抵抗回路の電圧に基づいて前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを有する電流検出装置において、
前記抵抗回路の抵抗値を変更する抵抗値変更手段と、
前記抵抗回路の電圧と所定の基準電圧とを比較する電圧比較手段とを備え、
前記抵抗値変更手段は、前記電圧比較手段の比較結果に基づいて前記抵抗回路の抵抗値を変更することを特徴とする電流検出装置。
前記抵抗値変更手段は、前記電圧比較手段の比較結果が前記抵抗回路の電圧が前記基準電圧以上である場合に、前記抵抗回路の抵抗値を減少するように前記抵抗値の変更を行うことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
前記基準電圧を変更する基準電圧変更手段を備え、該基準電圧変更手段は前記抵抗回路の抵抗値が減少した場合には、前記基準電圧を低下させることを特徴とする請求項１または２記載の電流検出装置。
前記抵抗回路は、第１の抵抗と当該第１の抵抗に電気的に並列に接続可能な第２の抵抗とを備え、
前記抵抗値変更手段は、前記第１の抵抗に前記第２の抵抗を電気的に並列に接続することによって前記抵抗回路の抵抗値を減少させることを特徴とする請求項３記載の電流検出装置。
負荷に流れる負荷電流の電流値と関連づけた電流を発生する電流発生手段と、
該電流発生手段で発生した電流を電圧に変換する抵抗回路と、
前記抵抗回路の電圧に基づいて前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段とを有する電流検出装置において、
前記抵抗回路は複数の抵抗素子を直列に接続した抵抗群であるとともに、前記抵抗素子間の電圧を選択可能な電圧選択手段を備えたことを特徴とする電流検出装置。
前記電流発生手段は、エミッタ端子が前記負荷に電流供給を行う電源に接続されると共にコレクタ端子が前記抵抗回路に接続されたＰＮＰトランジスタと、
前記負荷の入力電圧と前記ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子の入力電圧との電圧差を増幅する増幅器とを備え、
前記増幅器の出力が前記ＰＮＰトランジスタのベース端子に接続されて構成されることを特徴とする請求項１から５記載のいずれかの電流検出装置。