JP2007170868A - Current detecting circuit - Google Patents
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Description
本発明は、演算増幅器を用いて例えばモータの通電電流を検出する電流検出回路に関する。 The present invention relates to a current detection circuit that detects an energization current of a motor, for example, using an operational amplifier.
最近、自動車の電動パワーステアリング装置に用いる電動モータとして、ロータの回転位置検出センサを使用しないブラシレスモータが用いられている。ブラシレスモータはインバータにより矩形波パルス電圧をステータ巻線に印加して該矩形波パルス電圧と同期した速度で回転するようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。 Recently, a brushless motor that does not use a rotational position detection sensor of a rotor has been used as an electric motor used in an electric power steering device of an automobile. The brushless motor is configured such that a rectangular wave pulse voltage is applied to a stator winding by an inverter and rotates at a speed synchronized with the rectangular wave pulse voltage (see, for example, Patent Document 1).
前記ブラシレスモータの駆動装置は、一般に、ブラシレスモータのステータ巻線の通電電流を制御するための電流検出回路を備える。該電流検出回路として、アース電極とブラシレスモータのステータ巻線の一端との間に接続した検出抵抗の両端間に生じる通電電流に基づく降下電圧を検出するように差動増幅用の演算増幅器を用いて構成したものが知られている。前記電流検出回路は、図2に示すように、例えば、直流特性の良好な差動増幅用の演算増幅器1の反転入力端子に、入力抵抗4、5を介して、一方の端子を前記アース電極に固定した検出抵抗2の他方の端子3を接続してある。端子3はブラシレスモータに給電するインバータの負極側に接続される。前記演算増幅器1の出力端子と非反転入力端子との間に帰還抵抗8を接続し、前記演算増幅器1の非反転入力端子に、それぞれ、一端を前記アース電極部材に接続した入力抵抗9並びに入力電圧バランス調整抵抗10、11及びキャパシタ13の他端を接続し、前記演算増幅器1の反転入力端子と非反転入力端子との間にドリフト調整用のキャパシタ14を接続して構成される。なお6,7は入力電圧バランス調整用抵抗である。
The brushless motor driving apparatus generally includes a current detection circuit for controlling the energization current of the stator winding of the brushless motor. As the current detection circuit, an operational amplifier for differential amplification is used so as to detect a voltage drop based on an energizing current generated between both ends of a detection resistor connected between the ground electrode and one end of the stator winding of the brushless motor. What is configured is known. As shown in FIG. 2, for example, the current detection circuit is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 1 for differential amplification with good direct current characteristics through the input resistors 4 and 5 and one terminal connected to the ground electrode. The other terminal 3 of the detection resistor 2 fixed to is connected. The terminal 3 is connected to the negative side of the inverter that supplies power to the brushless motor. A
前記公知の電流検出回路の演算増幅器1では、一般的に、バイアス電流及びオフセット電圧を出来る限り小さくして直流特性を高めるために高度の位相補償を施す必要があり、前記演算増幅器1に外付けする回路素子が多く、回路構成が複雑であり、製作コストが高価であるという問題があった。また、前記電流検出回路の差動増幅用の演算増幅器1の電源電圧は一般的に十数ボルトと比較的高いため、該電流検出回路の出力端子16に接続する回路に対する保護回路15を設ける必要があり、電流検出回路全体の製作コストが高価につくという問題があった。
In the operational amplifier 1 of the known current detection circuit, in general, it is necessary to perform a high degree of phase compensation in order to improve the direct current characteristics by reducing the bias current and the offset voltage as much as possible. There are many circuit elements to be performed, the circuit configuration is complicated, and the manufacturing cost is high. Further, since the power supply voltage of the operational amplifier 1 for differential amplification of the current detection circuit is generally relatively high, such as several tens of volts, it is necessary to provide a
また、前記ブラシレスモータの駆動装置は、一般に、ブラシレスモータの各相のステータ巻線に印加するパルス電圧の周期を制御するために、コンパレータ用の演算増幅器を用いて構成した比較回路を相数分備える。各比較回路は、各相のステータ巻線の一端に接続した検出抵抗により検出される該ステータ巻線に加わる電圧と前記各ステータ巻線の中性点の基準電圧とを比較し、該比較回路の論理出力の切換り時点をもって前記検出電圧が基準電圧を上回るか又は下回る時点を判定するようにしたものである(例えば、特許文献2参照)。 Further, the brushless motor drive device generally includes a comparison circuit configured by using an operational amplifier for a comparator for the number of phases in order to control the cycle of the pulse voltage applied to the stator winding of each phase of the brushless motor. Prepare. Each comparison circuit compares a voltage applied to the stator winding detected by a detection resistor connected to one end of the stator winding of each phase with a reference voltage at a neutral point of each stator winding, and the comparison circuit The time when the detected voltage exceeds or falls below the reference voltage is determined at the time when the logic output is switched (see, for example, Patent Document 2).
前記駆動装置の制御回路を構成する電流検出回路及び比較回路は、出来る限り小さいプリント基板等に実装するようにして占有スペースの低減化が図られてはいるが、いまだに十分満足したものとは言えず、電子機器レベルでの占有スペースの更なる低減化の要求が非常に高い。特に、三相ブラシレスモータの駆動装置では三相のステータ巻線に対応して3つの比較回路を備えることから、3つの比較回路は、同一パッケージに4個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる1つの演算増幅器ユニットを用いて構成する一方、前記電流検出回路は、1個の差動増幅用の演算増幅器を用いて構成している。しかしながら、前記演算増幅器ユニットにおける4個の演算増幅器のうち1個が遊び状態となり、製作コストの低廉化及び装着スペースの低減化の実効性が減殺されるという問題があった。
本発明の第1の目的は、差動増幅用の演算増幅器に替えて、コンパレータ用の演算増幅器を用いることにより、安価な電流検出回路を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide an inexpensive current detection circuit by using an operational amplifier for a comparator instead of an operational amplifier for differential amplification.
本発明の第2の目的は、出力端子に接続する後段の回路の電圧レベルと整合するようにした電流検出回路を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a current detection circuit adapted to match the voltage level of the subsequent circuit connected to the output terminal.
本発明の第3の目的は、同一パッケージに複数個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる演算増幅器ユニット中の1つの演算増幅器を用いることにより、演算増幅器ユニットを無駄なく使用できるようにする電流検出回路を提供するにある。 A third object of the present invention is to use an operational amplifier unit without waste by using one operational amplifier in an operational amplifier unit in which a plurality of operational amplifiers for comparators are accommodated in the same package. A current detection circuit is provided.
本発明に係る電流検出回路は、一端を固定電位とする検出抵抗により通電電流を検出する電流検出回路において、コンパレータ用の演算増幅器と、該演算増幅器の一方の入力端子及び前記検出抵抗の他端の間に接続した入力抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び該演算増幅器の出力端子の間に接続した帰還抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び前記固定電位の間に接続する帰還率設定用抵抗とを備え、前記演算増幅器の出力端子から通電電流を検出するようにしたことを特徴とする。 The current detection circuit according to the present invention is a current detection circuit that detects a conduction current with a detection resistor having one end as a fixed potential, an operational amplifier for a comparator, one input terminal of the operational amplifier, and the other end of the detection resistor Connected between the other input terminal of the operational amplifier, the feedback resistor connected between the other input terminal of the operational amplifier and the output terminal of the operational amplifier, and the other input terminal of the operational amplifier and the fixed potential. And a feedback factor setting resistor, wherein an energization current is detected from an output terminal of the operational amplifier.
また本発明に係る電流検出回路は、前記演算増幅器の出力端子に一端を接続した逆電流防止用のダイオードと、前記演算増幅器の出力端子及び逆電流防止用のダイオードの間に、一端を他の固定電位とする抵抗の他端を接続したことを特徴とする。 In the current detection circuit according to the present invention, one end is connected between the reverse current prevention diode having one end connected to the output terminal of the operational amplifier and the output terminal of the operational amplifier and the reverse current prevention diode. The other end of the resistor having a fixed potential is connected.
本発明の電流検出回路は、前記演算増幅器は、同一パッケージに複数個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる演算増幅器ユニット中の1つであることを特徴とする。 In the current detection circuit of the present invention, the operational amplifier is one of operational amplifier units in which a plurality of operational amplifiers for comparators are accommodated in the same package.
本発明に係る請求項1に記載の電流検出回路によれば、それ自体が低廉であるコンパレータ用の演算増幅器を使用し、また外付回路素子を少なくすることにより電流検出回路を安価に構成することが出来る。
そして、入力抵抗、帰還抵抗及び帰還率設定用抵抗の3つの抵抗素子の各抵抗値を適宜に設定することにより、コンパレータ用の演算増幅器の直線領域を利用して差動増幅回路として動作させることで、所期の電流検出を可能とする。
According to the current detection circuit of the first aspect of the present invention, the operational amplifier for the comparator, which is inexpensive in itself, is used, and the current detection circuit is configured at a low cost by reducing the number of external circuit elements. I can do it.
Then, by appropriately setting the resistance values of the three resistance elements, that is, the input resistance, the feedback resistance, and the feedback rate setting resistance, the differential amplifier circuit can be operated using the linear region of the operational amplifier for the comparator. Therefore, the desired current detection is possible.
本発明の請求項2に記載の電流検出回路によれば、演算増幅器の出力端子をプルアップ(又はプルダウン)するとともに逆流防止用のダイオードを設けることで、電流検出回路の出力を、後段に接続する回路の許容最大電圧以下に設定して、後段の回路に保護回路を不要とすることが出来る。 According to the current detection circuit of claim 2 of the present invention, the output terminal of the operational amplifier is pulled up (or pulled down) and a diode for preventing a backflow is provided so that the output of the current detection circuit is connected to the subsequent stage. It is possible to eliminate the need for a protection circuit in the subsequent circuit by setting it to be lower than the allowable maximum voltage of the circuit to be operated.
本発明の請求項3に記載の電流検出回路によれば、該電流検出回路を構成する演算増幅器ユニット中の残りの演算増幅器を、例えば、ブラシレスモータの駆動装置が備える比較回路に使用する構成として、演算増幅器ユニットを無駄なく利用するとともに前記駆動装置等をコンパクトに製作することが可能となる。 According to the current detection circuit of the third aspect of the present invention, the remaining operational amplifier in the operational amplifier unit constituting the current detection circuit is used as, for example, a comparison circuit included in the brushless motor driving device. In addition, the operational amplifier unit can be used without waste and the drive device and the like can be manufactured in a compact manner.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の電流検出回路を備えるブラシレスモータ駆動装置のブロック図である。
図1において、21は三相ブラシレスモータであり、直流電源23をインバータ22に与えて得た三相のパルス電流で駆動するようにしてある。インバータ22は、三相ブラシレスモータ21のステータ巻線Lu、Lv、Lwに双方向に通電するために1相当たり2個の電子スイッチング素子で、総数6個の電子スイッチング素子25u+ 、25u- 、25v+ 、25v- 、25w+ 、25w- からなるブリッジ回路を有する。前記電子スイッチング素子25u+ 、25u- 、25v+ 、25v- 、25w+ 、25w- の切換えタイミング、即ち、インバータ22の転流タイミングを、比較回路50の論理出力に基づいて制御することにより、三相ブラシレスモータ21の各相のステータ巻線Lu、Lv、Lwにそれぞれ印加する矩形波パルス電圧の繰返し周期を一定に維持して該三相ブラシレスモータ21を一定速度で回転駆動する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a brushless motor driving apparatus including a current detection circuit of the present invention.
In FIG. 1,
インバータ22のスイッチング素子ブリッジ回路の負極と接地電位との間に検出抵抗32が接続されており、検出抵抗32に流れる電流が検出抵抗32両端間に現れる電圧で検出される。
The
電流検出回路30は、コンパレータ用の演算増幅器31と、演算増幅器31の非反転入力端子及び検出抵抗32の非接地側端子33の間に接続した入力抵抗34と、演算増幅器31の反転入力端子及び接地電位の間に接続した帰還率設定抵抗36と、演算増幅器31の出力端子及び反転入力端子の間に接続した帰還抵抗38と、前記演算増幅器31の出力端子に接続した逆電流防止用のダイオード39と、演算増幅器31の出力端子を電位Vcc(例えば6v)にプルアップする抵抗42を備える。反転増幅器31の非反転入力端子にはコンデンサ43が、ダイオード39のカソードにはコンデンサ44がそれぞれ接続されて高周波の雑音を低減している。入力抵抗34,帰還抵抗38及び帰還率設定抵抗36は、コンパレータ用の演算増幅器30の直線領域を傾けてこの領域を増幅器として使用できるように各抵抗値を設定する。即ち同演算増幅器の飽和領域を比較器のように使用するのではなく、飽和領域に達するまでの直線領域を利用して線形増幅を行わせるのである。
The
プルアップ用の抵抗42により、前記電流検出回路30の演算増幅器31の出力端子から出力される電流検出値を示す電圧を、前記電流検出回路30の出力側に接続されるTTL回路の許容最大電圧、例えば6V、以下に抑制して後段の回路の電圧レベルに整合させることができる。
The voltage indicating the current detection value output from the output terminal of the operational amplifier 31 of the
前記電流検出回路30の出力は、例えば、A/D変換器47を介してPWM制御部63に与えられる。PWM制御部63は、電流検出回路30による電流検出値が設定値となるように前記三相ブラシレスモータ21のステータ巻線に流通する電流量を制御して設定値に対応する出力トルクを得る。
The output of the
また、前記電流検出回路30の演算増幅器31の出力端子からの電流検出信号は、図示しないフェイルセーフ制御部に転送され、電流検出値が安全基準値をオーバーした時点でインバータ22から三相ブラシレスモータ21への給電を遮断し、当該駆動装置を搭載した自動車等の安全管理に利用することができる。
The current detection signal from the output terminal of the operational amplifier 31 of the
本発明の三相ブラシレスモータの駆動装置が備える比較回路50は三相のステータ巻線Lu、Lv、Lwに各対応する3つのコンパレータ用の演算増幅器51,52、53を用いて構成したものである。
The
U相(V相、W相)のステータ巻線Lu(Lv,Lw)に対応する演算増幅器51(52,53)の非反転入力端子に、前記ステータ巻線Luの端子(非中性点側端子)に接続した分圧回路54(55,56)の中点を接続し、反転入力端子に、前記ステータ巻線Lu、Lv、Lwの一端を共通接続した中性点28の電位に相当する基準電圧を出力する基準電圧電源59を接続してなる。基準電圧電源5*9の出力電圧はインバータ22の直流電源23の出力電圧の1/2にしてある。分圧回路54(55,56)は、比較的大きな抵抗値を有する巻線側抵抗と比較的小さい抵抗値を有する接地電位側抵抗とを直列接続したものである。
The non-inverting input terminal of the operational amplifier 51 (52, 53) corresponding to the U-phase (V-phase, W-phase) stator winding Lu (Lv, Lw) is connected to the terminal (non-neutral point side) of the stator winding Lu. This corresponds to the potential of the
三相ブラシレスモータ21のU相(V相、W相)のステータ巻線Lu(Lv,Lw)に各対応する3つの演算増幅器51(52,53)の論理出力Vu(Vv,Vw)は電圧切換パターン判定部61へ入力され、ここで各ステータ巻線Lu(Lv、Lw)に加わる電圧の切換りパターンを判定する。判定結果は回転位置推定部62へ入力されて、切換りパターンの判定データに基づいて三相ブラシレスモータ21のロータの推定回転位置を算出する。算出した推定回転位置はPWM制御部63へ与えられる。PWM制御部63は推定回転位置(前記論理出力の切り替わり時点に相当)と予め定められている基準の矩形波パルス電圧の切換り時点との偏差をゼロとするように前記インバータ22の転流時期を制御する転流制御信号を出力する。これにより三相ブラシレスモータ21は前記基準の矩形波パルス電圧の繰返し周期に応じた一定速度で回転駆動する。また前記転流制御信号のデューティによってステータ巻線Lu(Lv、Lw)に流れる電流を前述した設定値に制御する。
The logical outputs Vu (Vv, Vw) of the three operational amplifiers 51 (52, 53) corresponding to the U-phase (V-phase, W-phase) stator windings Lu (Lv, Lw) of the three-
前記電流検出回路30と前記三相ブラシレスモータ21の三相に対応する3つの比較回路50とは、共に同型のコンパレータ用の演算増幅器により構成されることから、前記電流検出回路30の演算増幅器31と比較回路50の演算増幅器51,52,53とは、同一パッケージにコンパレータ用の演算増幅器を4個収容してなる1つの演算増幅器ユニットを用いて、遊びのものを生じさせることなく一体化してコンパクトに製作することができる。
Since the
なお、駆動対象のブラシレスモータが単相交流モータである場合には、同一パッケージにコンパレータ用の演算増幅器を2個収容してなる1つの演算増幅器ユニットを用いてそれぞれを電流検出用及びパターン検出用に使用すればよい。また前述の実施の形態と異なり、接地側と電源側の電圧の高低を逆にしても本件発明は実施できる。
、
If the brushless motor to be driven is a single-phase AC motor, one operational amplifier unit that contains two operational amplifiers for comparators in the same package is used for current detection and pattern detection. Can be used. Unlike the above-described embodiments, the present invention can be implemented even if the voltage levels on the ground side and the power supply side are reversed.
,
21 三相ブラシレスモータ
22 インバータ
23 直流電源
30 電流検出回路
31、51,52,53 コンパレータ用の演算増幅器
32 検出抵抗
34 入力抵抗
36 帰還率設定用抵抗
38 帰還抵抗
39 ダイオード
42 電圧引き上げ用の抵抗
50 比較回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
コンパレータ用の演算増幅器と、該演算増幅器の一方の入力端子及び前記検出抵抗の他端の間に接続した入力抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び該演算増幅器の出力端子の間に接続した帰還抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び前記固定電位の間に接続する帰還率設定用抵抗とを備え、前記演算増幅器の出力端子から通電電流を検出するようにしたことを特徴とする電流検出回路。 In the current detection circuit that detects the energization current with a detection resistor having one end as a fixed potential,
An operational amplifier for a comparator, an input resistor connected between one input terminal of the operational amplifier and the other end of the detection resistor, and a connection between the other input terminal of the operational amplifier and an output terminal of the operational amplifier And a feedback rate setting resistor connected between the other input terminal of the operational amplifier and the fixed potential, and the conduction current is detected from the output terminal of the operational amplifier. Current detection circuit.
3. The current detection circuit according to claim 1, wherein the operational amplifier is one of operational amplifier units in which a plurality of operational amplifiers for comparators are accommodated in the same package.
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