JP2010197065A - Current detection device with variable resolution circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御システムにおける電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device in a motor control system.
従来、モータ制御技術の分野では、電流指令値の大きさによって電流検出分解能を切り替える電流検出装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この電流検出装置は、電流指令値とコンパレータのレベルを切り替えて比較することにより、電流指令値が大きい場合はオペアンプの増幅率を低く設定して大電流を検出できるようにし、また、電流指令値が小さい場合は、オペアンプの増幅率を高く設定して電流分解能を高くすることにより、モータの振動を抑えていた。そして、オペアンプの増幅率の制御は、帰還抵抗を挿入するか否かによる短絡スイッチで行っていた。 Conventionally, in the field of motor control technology, a current detection device that switches current detection resolution in accordance with the magnitude of a current command value has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). This current detection device switches and compares the current command value and the level of the comparator so that when the current command value is large, the operational amplifier gain is set low so that a large current can be detected. Is small, the vibration of the motor is suppressed by setting the gain of the operational amplifier high to increase the current resolution. The gain of the operational amplifier is controlled by a short-circuit switch depending on whether or not a feedback resistor is inserted.
また、電流検出装置の電流検出分解能の切り替えに、電子ボリュームと固定抵抗とを用いてオペアンプの増幅率を制御する入力ゲイン切り替え部と、電流指令値の大きさと電流検出装置のゲインとを比較するコンパレータである入力ゲイン比較/判定部と、を設けた装置も開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Also, for switching the current detection resolution of the current detection device, an input gain switching unit that controls the amplification factor of the operational amplifier using an electronic volume and a fixed resistor is compared with the magnitude of the current command value and the gain of the current detection device. An apparatus provided with an input gain comparison / determination unit that is a comparator is also disclosed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、従来の電流検出装置では、電流指令値の大きさによりゲインを可変とするために、電流指令値を出したときに測定された電流値が設定した閾値を跨いでしまうと、想定した分解能での電流値を得ることができないという問題があった。 However, in the conventional current detection device, in order to make the gain variable according to the magnitude of the current command value, the assumed resolution is that the current value measured when the current command value is output crosses the set threshold value. There was a problem that the current value at could not be obtained.
また、動作環境温度に変動のある場合等においても、温度変化に起因する測定誤差の小さい、かつ、負荷動作に応じた所望の電流検出分解能を有する電流検出装置を得ることが望まれていた。 In addition, even when the operating environment temperature varies, it has been desired to obtain a current detection device that has a small measurement error due to a temperature change and has a desired current detection resolution corresponding to the load operation.
本発明は、前記課題を解決するために、負荷へ供給される電流を所望の分解能で検出し、動作環境温度の変動のある場合でも、測定誤差を低減した電流検出分解能を有する電流検出装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention detects a current supplied to a load with a desired resolution, and provides a current detection device having a current detection resolution with reduced measurement error even when the operating environment temperature varies. The purpose is to provide.
前記目的を達成するために、本発明の第1態様に係る可変分解能回路付電流検出装置は、負荷へ供給される供給電流値に比例した電圧を出力する電流検出器(電流センサ)と、前記電流検出器から出力された電圧を入力して増幅するオペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を有する可変分解能回路と、前記可変分解能回路の出力を入力とする電圧値をデジタル量に変換する変換手段(A/Dコンバータ)とを備えた可変分解能回路付電流検出装置であって、前記可変分解能回路は、前記電圧に基づいて前記オペアンプの増幅率を可変とすることを特徴とする。 In order to achieve the object, a current detector with a variable resolution circuit according to a first aspect of the present invention includes a current detector (current sensor) that outputs a voltage proportional to a supply current value supplied to a load, A variable resolution circuit having an operational amplifier, a diode, and a resistor for inputting and amplifying the voltage output from the current detector, and a conversion means (A) for converting a voltage value input to the output of the variable resolution circuit into a digital quantity. / D converter), wherein the variable resolution circuit makes the gain of the operational amplifier variable based on the voltage.
このように構成することで、電流指令値ではなく、負荷に供給される実際の供給電流値に基づいて可変分解能回路のゲインが決定されるために、意図しない分解能での検出は起こらない。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。 With this configuration, the gain of the variable resolution circuit is determined based on the actual supply current value supplied to the load instead of the current command value, so that detection with unintended resolution does not occur. Further, since a comparator circuit for comparing with the current command value is not required, it is possible to reduce the size of the motor control system.
そして、本発明の第2態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路は、前記オペアンプ、前記ダイオードとして第1乃至第6のダイオード、及び、前記抵抗として第1乃至第6の抵抗を備えた構成であり、前記第1の抵抗(R1)は、一端に前記電圧(Vi)が印加され、前記オペアンプは、その反転入力端子が前記第1の抵抗の他端に接続され、その入力端子は接地され、前記第2の抵抗(R2)は、一端が前記反転入力端子に接続され、前記第3のダイオード(D3)は、アノードが前記第2の抵抗の他端に接続され、カソードが前記オペアンプの出力端子に接続され、前記第4のダイオード(D4)は、カソードが前記第2の抵抗の他端に接続され、アノードが前記出力端子に接続され、前記第1のダイオード(D1)は、アノードが前記反転入力端子に接続され、前記第3の抵抗(R3)は、一端が前記第1のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第2のダイオード(D2)は、カソードが前記反転入力端子に接続され、前記第4の抵抗(R4)は、一端が前記第2のダイオードのアノードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第5の抵抗(R5)は、一端が前記第1のダイオード(D1)のカソードに接続され、他端が前記第5のダイオード(D5)のカソードに接続され、前記第5のダイオードのアノードには第1の電圧(VH)が印加され、前記第6の抵抗(R6)は、一端が前記第2のダイオードのアノードに接続され、他端が前記第6のダイオード(D6)のアノードに接続され、前記第6のダイオードのカソードには第2の電圧(VL)が印加され、前記可変分解能回路の出力は、前記第2の抵抗の他端の電圧(Vo1)であることを特徴とする。 The variable resolution circuit of the current detector with a variable resolution circuit according to the second aspect of the present invention includes the operational amplifier, the first to sixth diodes as the diode, and the first to sixth resistors as the resistor. The voltage (Vi) is applied to one end of the first resistor (R1), the inverting input terminal of the operational amplifier is connected to the other end of the first resistor, and the input The terminal is grounded, one end of the second resistor (R2) is connected to the inverting input terminal, the anode of the third diode (D3) is connected to the other end of the second resistor, and the cathode Is connected to the output terminal of the operational amplifier, the fourth diode (D4) has a cathode connected to the other end of the second resistor, an anode connected to the output terminal, and the first diode (D1). ) , The anode is connected to the inverting input terminal, the third resistor (R3) has one end connected to the cathode of the first diode, the other end connected to the output terminal, and the second diode ( D2) has a cathode connected to the inverting input terminal, the fourth resistor (R4) has one end connected to the anode of the second diode, the other end connected to the output terminal, and the fifth resistor The resistor (R5) has one end connected to the cathode of the first diode (D1), the other end connected to the cathode of the fifth diode (D5), and the anode of the fifth diode connected to the anode of the fifth diode (D5). 1 voltage (V H ) is applied, and the sixth resistor (R6) has one end connected to the anode of the second diode and the other end connected to the anode of the sixth diode (D6). The sixth die A second voltage (V L ) is applied to the cathode of the Aode, and the output of the variable resolution circuit is a voltage (Vo1) at the other end of the second resistor.
このように構成することで、可変分解能回路は、1個のオペアンプ、6個のダイオード、及び、6個の抵抗を備えたリミッタ回路構成となり、第1のダイオード(D1)に流れる電流(ID1)と第2のダイオード(D2)に流れる電流(ID2)との相関関係により、3つの領域に制限された入出力特性を示す。特に、構成されるダイオードと抵抗の電気的特性値を適当に設定することで、この可変分解能回路の入出力特性は、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、環境温度の変化に対して温度補償された入出力特性を得ることができる。 With this configuration, the variable resolution circuit has a limiter circuit configuration including one operational amplifier, six diodes, and six resistors, and a current (I D1 ) flowing through the first diode (D1). ) And the current (I D2 ) flowing through the second diode (D2), the input / output characteristics are limited to three regions. In particular, by appropriately setting the electrical characteristics of the diodes and resistors that are configured, the input / output characteristics of this variable resolution circuit are not dependent on the forward temperature characteristics of the diodes. The obtained input / output characteristics can be obtained.
そして、本発明の第3態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第1乃至第6のダイオード(D1〜D6)は、規格上の順方向電圧(VF)が等しい(VF1=VF2・・・=VF6=VF)電気的特性を有することを特徴とする。 In the variable resolution circuit of the current detector with a variable resolution circuit according to the third aspect of the present invention, the first to sixth diodes (D1 to D6) have the same standard forward voltage (V F ). (V F1 = V F2 ... = V F6 = V F ) It is characterized by having electrical characteristics.
このようにすることで、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路を具現することが可能となる。さらに、同一規格のダイオード使用するために、実装コストの低減化効果をも奏する。 By doing so, it is possible to implement a variable resolution circuit having temperature compensated input / output characteristics that does not depend on the forward temperature characteristics of the diode. Further, since the diodes of the same standard are used, the effect of reducing the mounting cost is also achieved.
そして、本発明の第4態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記可変分解能回路の構成要素である、前記第1乃至第6のダイオードが、同一基板上に設けられていることを特徴とする。 In the variable resolution circuit of the current detector with variable resolution circuit according to the fourth aspect of the present invention, the first to sixth diodes, which are constituent elements of the variable resolution circuit, are provided on the same substrate. It is characterized by being.
このようにすることで、同一基板への実装形態も考慮され、かつ、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路を具現することが可能となる。 In this way, it is possible to implement a variable resolution circuit having input / output characteristics that are temperature-compensated, taking into account the mounting form on the same substrate.
そして、本発明の第5態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第2の抵抗(R2)乃至前記第6の抵抗(R6)の抵抗値(r2〜r6)が等しいことを特徴とする。 Then, in the variable resolution circuit of a variable resolution with circuit current detection device according to a fifth aspect of the present invention, the second resistor (R2) to the sixth resistance value of the resistor (R6) of the (r 2 ~r 6) Are equal to each other.
このように、同一の仕様規格特性の同一型番の抵抗を採用することにより、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路の実装コストのさらなる低減化効果を奏する。 In this way, by adopting resistors of the same model number with the same specification standard characteristics, there is an effect of further reducing the mounting cost of the variable resolution circuit having the temperature compensated input / output characteristics.
そして、本発明の第6態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第1の電圧(VH)及び前記第2の電圧(VL)の絶対値が等しい(|VH|=|VL|)ことを特徴とする。 In the variable resolution circuit of the current detector with a variable resolution circuit according to the sixth aspect of the present invention, the absolute values of the first voltage (V H ) and the second voltage (V L ) are equal (| V H | = | V L |).
このようにすることで、負荷(モータ)及び電流検出器(電流センサ)の特性を考慮した、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路における第1の抵抗(R1)及び第2の抵抗(R2)の抵抗値(r1、r2)を決定することができる。 Thus, the first resistor (R1) and the second resistor in the variable resolution circuit having the temperature compensated input / output characteristics in consideration of the characteristics of the load (motor) and the current detector (current sensor). The resistance value (r 1 , r 2 ) of (R2) can be determined.
さらに、本発明の第7態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の前記電流検出器は、シャント抵抗(Rs)を備えることを特徴とする。 Furthermore, the current detector of the current detector with a variable resolution circuit according to the seventh aspect of the present invention includes a shunt resistor (Rs).
このようにすることで、負荷(モータ)及び可変分解能回路の入出力特性を考慮した温度補償された可変分解能回路を有する可変分解能回路付電流検出装置を具現することができる。 By doing so, it is possible to implement a current detection device with a variable resolution circuit having a temperature-compensated variable resolution circuit in consideration of the input / output characteristics of the load (motor) and the variable resolution circuit.
本発明に係る可変分解能回路付電流検出装置は、負荷へ供給される電流を所望の分解能で検出し、動作環境温度の変動のある場合でも、測定誤差を低減した電流検出分解能を有する電流検出装置を提供することができるので、モータ制御システムへの適用に好適である。 A current detection device with a variable resolution circuit according to the present invention detects a current supplied to a load with a desired resolution, and has a current detection resolution with reduced measurement error even when the operating environment temperature varies. Is suitable for application to a motor control system.
以下、図1乃至図7を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1に示すように、モータ制御システム1は、モータ駆動系として、PID制御部10、PWM発生器11、及び、インバータ12を備えて構成される。そして、負荷であるモータ13の駆動検出系として、電流センサ(電流検出器)21、可変分解能回路22、及び、A/Dコンバータ(変換手段)23から構成される可変分解能回路付電流検出装置20と、電圧−電流変換15を備えて構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
As shown in FIG. 1, the
モータ駆動系の動作は、PID制御部10により、入力信号のP(比例)、I(積分)、D(微分)制御が行われ、その出力信号が、PWM発生器11に入力され、パルス幅のデューティ比を変化させて変調されたパルスを出力として発生する。次に、インバータ12がこのパルス信号をモータ駆動用に変換することにより、負荷であるモータ13を駆動する供給電流IMがモータ13に供給される。
As for the operation of the motor drive system, P (proportional), I (integral), and D (differential) control of the input signal is performed by the
そして、検出系の動作は、本発明の可変分解能回路付電流検出装置20において、電流検出器としての電流センサ21により、負荷であるモータ13への供給電流IMの供給電流値に比例した電圧が出力として発生し、可変分解能回路22の入力電圧がViとして入力され、その出力電圧がVo1として出力される。そして、可変分解能回路22の出力電圧Vo1が、変換手段であるA/Dコンバータ23により変換されて出力される。さらに、この可変分解能回路付電流検出装置20からの出力電圧を電流に変換する電圧−電流変換15を介してフィードバック電流IFBがフィードバックされる。そして、電流指令値とフィードバック電流IFBとの誤差信号Eが駆動系のPID制御部10にフィードバックされる。
Then, the operation of the detection system, the variable resolution with circuit current detection device 20 of the present invention, by a
本実施形態の特徴の一つは、検出系においてモータ13への供給電流IMの供給電流値を基に、可変分解能回路付電流検出装置20が電流検出を行うことにある。
すなわち、モータ(負荷)13へ供給される供給電流IMを所望の分解能で検出することができる。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。
One feature of this embodiment is based on the supply current value of the supply current I M to the
That is, the supply current I M supplied to the motor (load) 13 can be detected with a desired resolution. Further, since a comparator circuit for comparing with the current command value is not required, it is possible to reduce the size of the motor control system.
次に、本実施形態の可変分解能回路付電流検出装置20の構成要素である可変分解能回路22について、図2乃至図7を参照して説明する。ここでは、前記の第2乃至第7態様に関し、構成要素である6個のダイオードが同等の特性を有し、同一基板上に実装されることで、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路22が具現されることを説明する。そして、6個の抵抗のうち、第2乃至第6の抵抗の抵抗値が同一であること、第1及び第2の電圧(VH及びVL)の絶対値、及び、電流センサの構成要素としてのシャント抵抗についてさらに説明する。 Next, the variable resolution circuit 22 that is a component of the current detection device 20 with a variable resolution circuit of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, regarding the second to seventh embodiments, the six diodes as the constituent elements have the same characteristics and are mounted on the same substrate, so that the variable resolution has the temperature compensated input / output characteristics. The implementation of the circuit 22 will be described. Of the six resistors, the resistance values of the second to sixth resistors are the same, the absolute values of the first and second voltages (V H and V L ), and the components of the current sensor The shunt resistance will be further described.
図2(a)は、本実施形態の可変分解能回路22の構成を示す回路図である。
可変分解能回路22は、一つのオペアンプ、ダイオードD1乃至ダイオードD6の6個のダイオード、及び、抵抗R1乃至抵抗R6の6個の抵抗を備えた一種のリミッタ回路の構成となっている。前記電流センサ21の出力電圧が、抵抗R1の一端から入力電圧Viとして入力され、抵抗R2の他端から出力電圧Vo1として出力され、前記A/Dコンバータ23への入力電圧となる。
FIG. 2A is a circuit diagram showing a configuration of the variable resolution circuit 22 of the present embodiment.
The variable resolution circuit 22 has a configuration of a kind of limiter circuit including one operational amplifier, six diodes D1 to D6, and six resistors R1 to R6. The output voltage of the
抵抗R1は、一端に前記した図1の電流センサ21からの電圧が入力電圧Viとして印加され、オペアンプは、その反転入力端子が抵抗R1の他端に接続され、その入力端子は接地されている。抵抗R2は、一端がオペアンプの反転入力端子に接続され、ダイオードD3は、そのアノードが抵抗R2の他端に接続され、そのカソードがオペアンプの出力端子に接続され、さらにダイオードD4は、そのカソードが抵抗R2の他端に接続され、そのアノードがオペアンプの出力端子に接続されている。
The resistor R1 has one end applied with the voltage from the
そして、ダイオードD1は、そのアノードがオペアンプの反転入力端子に接続され、抵抗R3は、一端がダイオードD1のカソードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続され、ダイオードD2は、そのカソードがオペアンプの反転入力端子に接続され、抵抗R4は、一端がダイオードD2のアノードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続されている。 The anode of the diode D1 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, the resistor R3 has one end connected to the cathode of the diode D1, the other end connected to the output terminal of the operational amplifier, and the diode D2 has its cathode connected to the cathode. Connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, the resistor R4 has one end connected to the anode of the diode D2 and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier.
さらに、抵抗R5は、一端がダイオードD1のカソードに接続され、他端がダイオードD5のカソードに接続され、ダイオードD5のアノードには第1の電圧VHが印加される。また、抵抗R6は、一端がダイオードD2のアノードに接続され、他端がダイオードD6のアノードに接続され、ダイオードD6のカソードには第2の電圧VLが印加される。 Furthermore, one end of the resistor R5 is connected to the cathode of the diode D1, the other end is connected to the cathode of the diode D5, and the first voltage VH is applied to the anode of the diode D5. The resistor R6 has one end connected to the anode of the diode D2, the other end connected to the anode of the diode D6, and the second voltage VL is applied to the cathode of the diode D6.
そして、この可変分解能回路22の出力は、抵抗R2の他端の電圧値Vo1として出力され、前記図1のA/Dコンバータ23への入力電圧となる。
The output of the variable resolution circuit 22 is output as a voltage value Vo1 at the other end of the resistor R2, and becomes an input voltage to the A /
このような構成からなる可変分解能回路22の入出力特性図(Vi−Vo1特性)を図2(b)に示す。詳細は後記するが、この可変分解能回路22の入出力特性は、出力電圧Vo1が入力電圧Viに対して、図2(b)の各直線で示された領域(1)、領域(2)、及び、領域(3)の3つの領域に制限された入出力特性を示す。 An input / output characteristic diagram (Vi-Vo1 characteristic) of the variable resolution circuit 22 having such a configuration is shown in FIG. Although the details will be described later, the input / output characteristics of the variable resolution circuit 22 are as follows. The output voltage Vo1 with respect to the input voltage Vi is an area (1), area (2), In addition, the input / output characteristics limited to the three regions (3) are shown.
この実施形態の可変分解能回路22は、オペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を使用した一種のリミッタ回路構成となっており、この構成にすることで、後記するダイオードの順方向温度特性に依存しない、温度補償された可変分解能回路を具現する本発明の第2の特徴となる。 The variable resolution circuit 22 of this embodiment has a kind of limiter circuit configuration using an operational amplifier, a diode, and a resistor. With this configuration, the temperature does not depend on the forward temperature characteristics of the diode described later. This is a second feature of the present invention that implements a compensated variable resolution circuit.
次に、図3乃至図5を参照して、本実施形態の可変分解能回路22の動作を説明する。
図2(a)で示した回路を動作させる場合、2つのダイオードD1及びダイオードD2に流れる電流が順方向であるか否かの2つの場合(ID1>0、及び、ID2>0の場合)と、電流が流れない場合(ID1=ID2=0)との3つの場合について説明する。
Next, the operation of the variable resolution circuit 22 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
When the circuit shown in FIG. 2A is operated, there are two cases in which the currents flowing through the two diodes D1 and D2 are in the forward direction (in the case of I D1 > 0 and I D2 > 0). ) And the case where no current flows (I D1 = I D2 = 0).
先ず、ID1>0の場合を第1の場合として、図3を参照して説明する。図3(a)及び図3(b)は、ダイオードD1に順方向電流ID1が流れる場合(ID1>0のとき)について説明する。この場合は、ダイオードD2に対しては、逆方向バイアスとなり電流は流れない(ID2=0)。
したがって、図3(a)においては、抵抗R1及び抵抗R2に流れる電流を方向も含めてI1及びI2とし、以下同様に電流方向を考慮して、順方向バイアスとなるダイオードD1、D3、D5における、各ダイードの順方向電圧をVF1、VF3、VF5とし、この場合に各抵抗R3、R5に流れる電流を方向も含めて、I3及びI5とする。ここで、各抵抗Rnの抵抗値をrnで記載することにする。
First, the case where I D1 > 0 will be described as a first case with reference to FIG. 3A and 3B illustrate a case where the forward current I D1 flows through the diode D1 (when I D1 > 0). In this case, the diode D2 is reverse-biased and no current flows (I D2 = 0).
Therefore, in FIG. 3 (a), the current flowing through the resistor R1 and the resistor R2 direction as I 1 and I 2, including taking into account the same manner current direction below, the diode D1, D3 to be forward biased, In D5, the forward voltages of the respective diodes are V F1 , V F3 , and V F5, and in this case, the currents flowing through the resistors R3 and R5 including the direction are I 3 and I 5 . Here, will be the resistance value of the resistors Rn described in r n.
いま、ダイオードD1のカソードの電圧をV3とすると、ダイオードD1が順方向動作するためには、ID1>0のときであり、
V3<−VF1 (1)
すなわち、
V3=Vo+((VH−VF5)−Vo)(r3/(r3+r5))
=(r3/(r3+r5))(r5Vo+r3(VH−VF5))<−VF1 (2)
となり、
Vo<−(r3+r5)VF1/r5−(VH−VF5)r3/r5 (3)
が成立する。一方、ダイオードD3が挿入されていることを考慮すると、
Vo1=Vo+VF3 (4)
となり、ID1>0となるための条件としては、
Vo1<−(r3+r5)VF1/r5−(VH−VF5)r3/r5+VF3 (5)
となる。この領域は、図3(b)の直線(1)となる。
Now, when the cathode voltage of the diode D1 and V 3, for the diode D1 to operate forward is when the I D1> 0,
V 3 <−V F1 (1)
That is,
V 3 = Vo + ((V H -V F5) -Vo) (
= (R 3 / (r 3 + r 5 )) (r 5 Vo + r 3 (V H −V F5 )) <− V F1 (2)
And
Vo <− (r 3 + r 5 ) V F1 / r 5 − (V H −V F5 ) r 3 / r 5 (3)
Is established. On the other hand, considering that the diode D3 is inserted,
Vo1 = Vo + V F3 (4)
As a condition for I D1 > 0,
Vo1 <− (r 3 + r 5 ) V F1 / r 5 − (V H −V F5 ) r 3 / r 5 + V F3 (5)
It becomes. This region is a straight line (1) in FIG.
次に、第1の場合についての入出力関係を解析すると、電流においては、
ID1=I1−I2 (6)
が成立し、さらに、
ID1+I5=I3 (7)
となるため、電圧で表記すれば、(6)及び(7)式から、入出力電圧の関係は、
Vo1=(−Vi/r1−VH/r5−(1/r3+1/r5)VF1
+VF3/r3+VF5/r5)r2r3/(r2+r3) (8)
となる。この入出力電圧の関係式(8)で考慮すべきことは、出力電圧Vo1がダイオードD1、D3及びD5の順方向電圧VF1、VF3及びVF5のファクタを含んでいるということである。
Next, when the input / output relationship in the first case is analyzed, in the current,
I D1 = I 1 −I 2 (6)
Is established, and
I D1 + I 5 = I 3 (7)
Therefore, if expressed in terms of voltage, the relationship between the input and output voltages from (6) and (7) is
Vo1 = (− Vi / r 1 −V H / r 5 − (1 / r 3 + 1 / r 5 ) V F1
+ V F3 / r 3 + V F5 / r 5 ) r 2 r 3 / (r 2 + r 3 ) (8)
It becomes. What should be considered in the relational expression (8) of the input / output voltage is that the output voltage Vo1 includes factors of the forward voltages V F1 , V F3, and V F5 of the diodes D1, D3, and D5.
そこで、電流が非常に少ない場合においては、同様の特性を有するダイオードでは、順方向電圧は略同一であるとすると、関係式(8)において、
VF1=VF3=VF5 (9)
のとき、
Vo1=(−Vi/r1−VH/r5)r2r3/(r2+r3) (10)
となり、温度による変化を考慮しなければならないダイオードの順方向電圧を含む項が消え、出力電圧Vo1は、温度に依存しないことになる。
Therefore, when the current is very small, assuming that the forward voltage is substantially the same in a diode having similar characteristics,
V F1 = V F3 = V F5 (9)
When,
Vo1 = (− Vi / r 1 −V H / r 5 ) r 2 r 3 / (r 2 + r 3 ) (10)
Thus, the term including the forward voltage of the diode that must take into account the change due to temperature disappears, and the output voltage Vo1 becomes independent of temperature.
ダイオードの特性上、使用温度によって順方向電流IF及び順方向電圧VFの関係は変化することもありうる。しかし、実装する基板上において同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流IF及び順方向電圧VFの特性は、同一であると言えるので、関係式(10)は成立する。 Due to the characteristics of the diode, the relationship between the forward current IF and the forward voltage V F may change depending on the operating temperature. However, the characteristics of the forward current I F and the forward voltage V F of the substrate to implement the same model number with the same specification standard characteristics diode, since it can be said to be the same, equation (10) is satisfied.
次に、ID2>0の場合を第2の場合として、図4を参照して説明する。図4(a)及び図4(b)は、ダイオードD2に順方向電流ID2が流れる場合(ID2>0のとき)について説明する。この場合は、ダイオードD1に対しては、逆方向バイアスとなり電流は流れない(ID1=0)。
したがって、図4(a)においては、抵抗R1及び抵抗R2に流れる電流を方向も含めてI1及びI2とし、以下同様に電流方向を考慮して、順方向バイアスとなるダイオードD2、D4、D6における、各ダイオードの順方向電圧をVF2、VF4、VF6とし、この場合に各抵抗R4、R6に流れる電流を方向も含めて、I4及びI6とする。第1の場合と同様に、各抵抗Rnの抵抗値をrnで記載することにする。
Next, the case of I D2 > 0 will be described as a second case with reference to FIG. 4A and 4B illustrate a case where forward current ID2 flows through diode D2 (when ID2 > 0). In this case, a reverse bias is applied to the diode D1, and no current flows (I D1 = 0).
Thus, in FIG. 4 (a), the current flowing through the resistor R1 and the resistor R2 direction as I 1 and I 2, including taking into account the same manner current direction below, the diode D2, D4 to be forward biased, The forward voltages of the diodes in D6 are V F2 , V F4 , and V F6, and in this case, the currents that flow in the resistors R4 and R6 are I 4 and I 6 including the direction. As with the first, will be the resistance value of the resistors Rn described in r n.
いま、ダイオードD2のカソードの電圧をV4とすると、ダイオードD2が順方向動作するためには、ID2>0のときであり、
V4>VF2 (11)
すなわち、
V4=Vo−(Vo−(VL−VF6))(r4/(r4+r6))
=(1/(r4+r6))(r6Vo+r4(VL+VF6))>VF2 (12)
となり、
Vo>−(VL+VF6)r4/r6+(r4+r6)VF2/r6(13)
が成立する。一方、ダイオードD4が挿入されていることを考慮すると、
Vo=Vo1+VF4 (14)
となり、ID2>0となるための条件としては、
Vo1>−(VL+VF6)r4/r6+(r4+r6)VF2/r6−VF4(15)
となる。この領域は、図4(b)の直線(2)となる。
Now, when the cathode voltage of the diode D2 and V 4, because the diode D2 is operated forward is when the I D2> 0,
V 4 > V F2 (11)
That is,
V 4 = Vo- (Vo- (V L -V F6)) (r 4 / (r 4 + r 6))
= (1 / (r 4 + r 6 )) (r 6 Vo + r 4 (V L + V F6 ))> V F2 (12)
And
Vo> − (V L + V F6 ) r 4 / r 6 + (r 4 + r 6 ) V F2 / r 6 (13)
Is established. On the other hand, considering that the diode D4 is inserted,
Vo = Vo1 + V F4 (14)
As a condition for I D2 > 0,
Vo1> − (V L + V F6 ) r 4 / r 6 + (r 4 + r 6 ) V F2 / r 6 −V F4 (15)
It becomes. This region is a straight line (2) in FIG.
次に、第1の場合と同様に、第2の場合についての入出力関係を解析すると、電流においては、
ID2+I2=I1 (16)
が成立し、さらに、
I4+ID2=I6 (17)
となるため、電圧で表記すれば、(6)及び(7)式から、入出力電圧の関係は、
Vo1=(−Vi/r1+(1/r4+1/r6)VF2−VF4/r4
−(VL+VF6)/r6)r2r4/(r2+r4) (18)
となる。この入出力電圧の関係式(18)で考慮すべきことは、前記第1の場合の関係式(8)と同様に、出力電圧Vo1がダイオードD2、D4及びD6の順方向電圧VF2、VF4及びVF6のファクタを含んでいるということである。
Next, as in the first case, when the input / output relationship for the second case is analyzed, in the current,
I D2 + I 2 = I 1 (16)
Is established, and
I 4 + I D2 = I 6 (17)
Therefore, if expressed in terms of voltage, the relationship between the input and output voltages from (6) and (7) is
Vo1 = (− Vi / r 1 + (1 / r 4 + 1 / r 6 ) V F2 −V F4 / r 4
− (V L + V F6 ) / r 6 ) r 2 r 4 / (r 2 + r 4 ) (18)
It becomes. What should be considered in the relational expression (18) of the input / output voltage is that the output voltage Vo1 is equal to the forward voltages V F2 , V6 of the diodes D2, D4 and D6, as in the relational expression (8) in the first case. It includes F4 and V F6 factors.
そこで、第1の場合と同様な考慮として、電流が非常に少ない場合においては、同様の特性を有するダイオードでは、順方向電圧は略同一であるとすると、関係式(18)において、
VF2=VF4=VF6 (19)
のとき、
Vo1=(−Vi/r1−VL/r6)r2r4/(r2+r4) (20)
となり、温度による変化を考慮しなければならないダイオードの順方向電圧を含む項が消え、出力電圧Vo1は、温度に依存しないことになる。
Therefore, as the same consideration as in the first case, in the case where the current is very small, assuming that the forward voltage is substantially the same in the diode having the same characteristic, in the relational expression (18),
V F2 = V F4 = V F6 (19)
When,
Vo1 = (− Vi / r 1 −V L / r 6 ) r 2 r 4 / (r 2 + r 4 ) (20)
Thus, the term including the forward voltage of the diode that must take into account the change due to temperature disappears, and the output voltage Vo1 becomes independent of temperature.
ダイオードの特性上、使用温度によって順方向電流IF及び順方向電圧VFの関係は変化することもありうる。しかし、実装する基板上において同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流IF及び順方向電圧VFの特性は、同一であると言えるので、関係式(20)は成立する。 Due to the characteristics of the diode, the relationship between the forward current IF and the forward voltage V F may change depending on the operating temperature. However, the characteristics of the forward current I F and the forward voltage V F of the substrate to implement the same model number with the same specification standard characteristics diode, since it can be said to be the same, equation (20) is satisfied.
次に、ID1=ID2=0の場合を第3の場合として、図5を参照して説明する。図5(a)及び図5(b)は、ダイオードD1及びダイオードD2に電流が流れない場合(ID1=ID2=0のとき)について説明する。この場合は、前記関係式(5)及び関係式(15)から、出力電圧Vo1の領域は
−(r3+r5)VF1/r5−(VH−VF5)r3/r5+VF3≦Vo1
≦−(VL+VF6)r4/r6+(r4+r6)VF2/r6−VF4 (21)
となる。この領域は、図5(b)の直線(3)となる。
Next, the case where I D1 = I D2 = 0 will be described as a third case with reference to FIG. 5A and 5B illustrate a case where no current flows through the diode D1 and the diode D2 (when I D1 = I D2 = 0). In this case, from the relational expression (5) and the relational expression (15), the region of the output voltage Vo1 is − (r 3 + r 5 ) V F1 / r 5 − (V H −V F5 ) r 3 / r 5 + V. F3 ≦ Vo1
≦ − (V L + V F6 ) r 4 / r 6 + (r 4 + r 6 ) V F2 / r 6 −V F4 (21)
It becomes. This region is a straight line (3) in FIG.
また、この第3の場合の入出力関係は、ID1=ID2=0であることから、
I1=I2 (22)
が成立することから、
Vo1=−r2Vi/r1 (23)
となり、この入出力電圧の関係式(23)には、前記第1の場合及び第2の場合とは異なり、ダイオードD1乃至D6のファクタ及び抵抗3乃至R6のファクタをも含んでいない。したがって、この場合の出力電圧Vo1は、温度に依存しないことになる。
In addition, since the input / output relationship in the third case is I D1 = I D2 = 0,
I 1 = I 2 (22)
From the fact that
Vo1 = −r 2 Vi / r 1 (23)
Thus, the relational expression (23) of the input / output voltage does not include the factors of the diodes D1 to D6 and the factors of the
以上、説明したように、本実施形態の可変分解能回路22において、実装する同一の基板上において、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流IF及び順方向電圧VFの特性を有するダイオードを使用することにより、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、すなわち、温度補償された可変分解能回路を具現することができる。 As described above, in the variable resolution circuit 22 of the present embodiment, in the same substrate for mounting, the forward current I F and the forward voltage V F of the same model number of the diode having the same in specification Characteristics Characteristic By using a diode having the above, it is possible to implement a variable resolution circuit that does not depend on the forward temperature characteristics of the diode, that is, temperature compensated.
さらに、本実施形態の可変分解能回路22の第1乃至第6のダイオード(D1乃至D6)以外の構成要素である第1乃至第6の抵抗(R1乃至R6)、及び、第1及び第2の電圧(VH及びVL)について考察する。この場合、第1乃至第6のダイオードは、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流IF及び順方向電圧VFの特性を有するダイオードを使用することを前提とする。 Furthermore, the first to sixth resistors (R1 to R6), which are components other than the first to sixth diodes (D1 to D6) of the variable resolution circuit 22 of the present embodiment, and the first and second resistors Consider the voltages (V H and V L ). In this case, first to sixth diodes presupposes the use of a diode having a characteristic of the forward current I F and the forward voltage V F of the same model number of the diode having the same specification standard characteristics.
前記したように、第1乃至第3の場合が考えられるが、第3の場合であるダイオードD1及びダイオードD2に電流が流れない場合(ID1=ID2=0のとき)については、説明を省略する。 As described above, the first to third cases are conceivable, but the case where current does not flow through the diode D1 and the diode D2 (when I D1 = I D2 = 0), which is the third case, is described. Omitted.
まず、第1の場合のID1>0、ID2=0について入出力電圧の関係式(8)より
Vo1=(−Vi/r1−VH/r5−(1/r3+1/r5)VF1
+VF3/r3+VF5/r5)r2r3/(r2+r3) (8)
が成立する。ここで、図3(a)においては、
−Vo=r2I2+VF3 (24)
となり、また、ダイオードD1のループでは、
−Vo=r3I3+VF1=r3(ID1+I5)+VF1 (25)
となる。ここで、ID1=I5となるようにR5を設定すると、関係式(25)は以下のようになる。
−Vo=r3(ID1+I5)+VF1=2r3ID1+VF1 (26)
したがって、関係式(24)及び(26)から、恒等的に
r2I2+VF3≡2r3ID1+VF1 (27)
となる。
First, Vo1 = (− Vi / r 1 −V H / r 5 − (1 / r 3 + 1 / r) from the relational expression (8) of the input / output voltages for I D1 > 0 and I D2 = 0 in the first case. 5 ) V F1
+ V F3 / r 3 + V F5 / r 5 ) r 2 r 3 / (r 2 + r 3 ) (8)
Is established. Here, in FIG. 3A,
−Vo = r 2 I 2 + V F3 (24)
In the loop of the diode D1,
−Vo = r 3 I 3 + V F1 = r 3 (I D1 + I 5 ) + V F1 (25)
It becomes. Here, when R5 is set so that I D1 = I 5 , the relational expression (25) becomes as follows.
−Vo = r 3 (I D1 + I 5 ) + V F1 = 2r 3 I D1 + V F1 (26)
Therefore, from relational expressions (24) and (26), r 2 I 2 + V F3 ≡2r 3 I D1 + V F1 (27)
It becomes.
前記したように、本実施形態では、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流IF及び順方向電圧VFの特性を有するダイオードを使用することから、ある使用温度において使用する複数のダイオードの、順方向電流電圧特性IF−VFにおける線形領域においては、
r2I2+KDI2≡2r3ID1+KDID1 (28)
が導かれる。ここで、KDを定数とし、VF=KDIFとした。実際には、ダイオードの順方向電流電圧特性IF−VF特性は、VF=KDlogIFであるが、ここでは線形領域での特性を考慮している。したがって、関係式(28)を変形して、
(r2+KD)I2≡(2r3+KD)ID1 (29)
となる。さらにここで、抵抗R2と抵抗R3との抵抗値をr2=2r3に設定すれば、全ダイオードが同一基板上に存在する場合、すなわち同一の環境温度において、ダイオードの順方方向電圧の影響を受けることなく可変分解能回路22の入出力特性を得ることができる。すなわち、関係式(10)において、
Vo1=(−Vi/r1−VH/r5)r2r3/(r2+r3)
=(−Vi/r1−VH/r5)r2/3 (30)
となる。
As described above, in the present embodiment, since the use of diode having a characteristic of the forward current I F and the forward voltage V F of the same model number of the diode having the same specification standard characteristics, for use in certain operating temperature a plurality of diodes, in the linear region in the forward current-voltage characteristics I F -V F is
r 2 I 2 + K D I 2 ≡2r 3 I D1 + K D I D1 (28)
Is guided. Here, the K D and constant, and the V F = K D I F. Actually, the forward current-voltage characteristic I F -V F characteristic of the diode is V F = K D log I F , but the characteristic in the linear region is considered here. Therefore, the relational expression (28) is transformed and
(R 2 + K D ) I 2 ≡ (2r 3 + K D ) I D1 (29)
It becomes. Further, here, if the resistance values of the resistors R2 and R3 are set to r 2 = 2r 3 , the influence of the forward voltage of the diodes when all the diodes exist on the same substrate, that is, at the same environmental temperature. The input / output characteristics of the variable resolution circuit 22 can be obtained without being subjected to the above. That is, in relational expression (10),
Vo1 = (− Vi / r 1 −V H / r 5 ) r 2 r 3 / (r 2 + r 3 )
= (- Vi / r 1 -V H / r 5)
It becomes.
また、第2の場合ついても同様に、ID1=0、ID2>0において、ID2≫ID6となるようにR6を設定し、抵抗R2と抵抗R4との抵抗値をr2=r4に設定すれば、関係式(20)は、
Vo1=(−Vi/r1−VL/r6)r2r4/(r2+r4)
=(−Vi/r1−VH/r6)r2/3 (31)
となる。
Similarly, in the second case, when I D1 = 0 and I D2 > 0, R6 is set so that I D2 >> I D6 , and the resistance values of the resistors R2 and R4 are set to r 2 = r If set to 4 , the relational expression (20) becomes
Vo1 = (− Vi / r 1 −V L / r 6 ) r 2 r 4 / (r 2 + r 4 )
= (- Vi / r 1 -V H / r 6)
It becomes.
したがって、本実施形態の可変分解能回路22の構成要素において、第1乃至第6の抵抗(R1乃至R6)の抵抗のうち、第2乃至第6の抵抗(R2乃至R6)の抵抗値(r2乃至r6)を等しくする。すなわち、同一の仕様規格特性を有する同一型番の抵抗を用いることで、本発明の可変分解能回路22の発明の要件をより確実にすることができる。 Therefore, in the components of the variable resolution circuit 22 of the present embodiment, the resistance value (r 2 ) of the second to sixth resistors (R2 to R6) among the resistors of the first to sixth resistors (R1 to R6). To r 6 ) are made equal. That is, the requirement of the invention of the variable resolution circuit 22 of the present invention can be made more reliable by using resistors of the same model number having the same specification standard characteristics.
次に、負荷であるモータ13の定格電流を考慮して、本実施形態の可変分解能回路22の各抵抗を決定する方法について図6を参照して説明する。
Next, a method for determining each resistance of the variable resolution circuit 22 of the present embodiment in consideration of the rated current of the
一般的に、モータ制御システムでは、モータが使用される定格電流付近では高分解能となるように設定し、瞬間的な高負荷動作を実現するための大電流帯においては、ある程度の分解能で検出でき、フィードバック制御が実現できれば良いとする低分解能となるように、電流検出装置を設定する。 In general, in motor control systems, high resolution is set near the rated current at which the motor is used, and detection is possible with a certain degree of resolution in the large current band to achieve instantaneous high load operation. Then, the current detection device is set so as to achieve a low resolution that the feedback control can be realized.
もし、どの電流値においても高分解能を得たい場合は、目標値と実測地との差分に対して本実施例の可変分解能回路を適用することができる。このとき、エラーが大きい場合には、制御性能ではなく、目標値に近づけることに主眼を置き、低分解能で制御する(擬似バンバン制御)。一方、エラーが小さい場合には、高分解能で制御できるため、制御性能を向上させることができる。したがって、どの電流帯においてもより高分解能な電流検出を実現できると考えられる。また、力センサのアンプとしても有効に利用することができると考えられる。 If it is desired to obtain a high resolution at any current value, the variable resolution circuit of this embodiment can be applied to the difference between the target value and the measured location. At this time, if the error is large, the control is performed with low resolution, not the control performance, but close to the target value (pseudo bang-bang control). On the other hand, when the error is small, the control performance can be improved because the control can be performed with high resolution. Therefore, it is considered that higher resolution current detection can be realized in any current band. It can also be used effectively as an amplifier for a force sensor.
本実施例の可変分解能回路付電流検出装置20の電流検出器である電流センサ21について、図6を参照して説明する。電流センサ21は、シャント抵抗Rs211、絶縁アンプ212及び−1倍のゲインを有する非反転増幅回路213を備えて構成される。
A
ここで、モータ13の定格電流値をIr(Ir≧0)、ピーク電流をIp、シャント抵抗Rs211の抵抗値をRs、絶縁アンプ212の出力ゲインをCisoとする。そして、定格電流値Irのn倍を電流の切換点とすると、この切換点での電流値Iswは以下のようになる。
|Isw|=nIr (32)
そのときの可変分解能回路22への入力電圧Viは、
Vi=−RsCiso|Isw| (I≧0)、 Vi= RsCiso|Isw|
(I<0) (33)
となる。また、ピーク電流をIpがシャント抵抗Rs211に流れた場合の可変分解能回路22への入力電圧Viは、以下のようになる。
Vi=−RsCisoIp (I≧0)、 Vi= RsCisoIp (I<0) (34)
ただし、この場合には、Ip≧0とする。
Here, it is assumed that the rated current value of the
| I sw | = nI r (32)
The input voltage Vi to the variable resolution circuit 22 at that time is
Vi = −R s C iso | I sw | (I ≧ 0), Vi = R s C iso | I sw |
(I <0) (33)
It becomes. The input voltage Vi to the variable resolution circuit 22 when I p flows through the shunt resistor Rs211 as the peak current is as follows.
Vi = −R s C iso I p (I ≧ 0), Vi = R s C iso I p (I <0) (34)
However, in this case, I p ≧ 0.
よって、前記関係式(20)、(30)及び(31)から、切換点及び測定限界での可変分解能回路22の入出力関係値を図7に示す。図7において、入出力特性の入力電圧Viの正負で出力電圧Vo1の特性が等しくなるように、抵抗R5と抵抗R6の抵抗値を等しく、かつ、第1の電圧VHと第2の電圧VLの絶対値を等しくなるように,
r5=r6 (35)
|VH|=|VL| (36)
とすると、切換点での関係から、
RsCisonIr=r1VH/r5 (37)
が満たされる。また、測定限界での関係から、
RsCisonIp=(1−1/2r5)2r1VH/r2 (38)
の関係となる。
Therefore, FIG. 7 shows input / output relation values of the variable resolution circuit 22 at the switching point and the measurement limit from the relational expressions (20), (30), and (31). In FIG. 7, the resistance values of the resistor R5 and the resistor R6 are made equal, and the first voltage V H and the second voltage V so that the characteristics of the output voltage Vo1 are equal depending on whether the input voltage Vi of the input / output characteristics is positive or negative. So that the absolute values of L are equal,
r 5 = r 6 (35)
| V H | = | V L | (36)
Then, from the relationship at the switching point,
R s C iso nI r = r 1 V H / r 5 (37)
Is satisfied. Also, from the relationship at the measurement limit,
R s C iso nI p = (1-1 / 2r 5 ) 2r 1 V H / r 2 (38)
It becomes the relationship.
本実施形態では、各ダイオードに流れる電流をできるだけ小さくしたいことから、抵抗R2もしくは抵抗R5の抵抗値r5を大きくする必要がある。そして、第1の電圧VHに対して入力電圧Viは小さいことから、ダイオードD5に流れる電流を微小にするために、抵抗R5の抵抗値r5を大きくする。 In the present embodiment, since the desired minimize the current flowing through the respective diodes, it is necessary to increase the resistance value r 5 of the resistor R2 or the resistor R5. Then, since the input voltage Vi with respect to the first voltage V H small, to the current flowing through the diode D5 to the minute, increasing the resistance value r 5 of the resistor R5.
よって、抵抗R5の抵抗値r5を決定すれば、関係式(37)及び(38)から、抵抗R1の抵抗値r1及び抵抗R2の抵抗値r2を以下の関係式(39)及び(40)により決定することができる。
r1=r5RsCisonIr/VH (39)
r2=(1−r2/3r5)3r1VH/RsCisonIp (40)
Therefore, if determined resistance value r 5 of the resistor R5, the relational expression (37) and 38, the resistance value r 2 the following relational expression of the resistance value r 1 and a resistance R2 of the resistor R1 (39) and ( 40).
r 1 = r 5 R s C iso nI r / V H (39)
r 2 = (1-r 2 / 3r 5)
(比較例)
本発明の可変分解能回路22の比較例として図8(a)乃至図8(b)を参照して説明する。この回路は、ソフトリミット回路と呼ばれる回路であり、AM変調回路のフィードバックループ等に利用される代表的な回路である(例えば、EDN Japan、2007年12月号、p.93.リード・ビジネス・インフォメーション株式会社発行参照)。
(Comparative example)
A comparative example of the variable resolution circuit 22 of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (b). This circuit is a circuit called a soft limit circuit, and is a typical circuit used for a feedback loop of an AM modulation circuit (for example, EDN Japan, December 2007, p. 93, Read Business). (See Information Inc.)
図8(a)に示すように、回路構成として、一つのオペアンプ、ダイオードD1及びD2の2個のダイオード、及び、抵抗R1乃至抵抗R6の6個の抵抗を備えた構成となっている。抵抗R1は、一端に入力電圧Viが印加され、オペアンプは、その反転入力端子が抵抗R1の他端に接続され、抵抗R2は、一端がオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、その他端がオペアンプの出力端子に接続されている。そして、ダイオードD1は、そのアノードがオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、抵抗R3は、一端がダイオードD1のカソードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続され、ダイオードD2は、そのカソードがオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、抵抗R4は、一端がダイオードD2のアノードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続されている。 As shown in FIG. 8A, the circuit configuration includes one operational amplifier, two diodes D1 and D2, and six resistors R1 to R6. An input voltage Vi is applied to one end of the resistor R1, an inverting input terminal of the operational amplifier is connected to the other end of the resistor R1, and one end of the resistor R2 is connected in parallel to the inverting input terminal of the operational amplifier. It is connected to the output terminal of the operational amplifier. The anode of the diode D1 is connected in parallel to the inverting input terminal of the operational amplifier, the resistor R3 has one end connected to the cathode of the diode D1, the other end connected to the output terminal of the operational amplifier, and the diode D2 The cathode is connected in parallel to the inverting input terminal of the operational amplifier, and the resistor R4 has one end connected to the anode of the diode D2 and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier.
さらに、抵抗R5は、一端がダイオードD1のカソードに接続され、他端から第1の電圧VHが印加される。また、抵抗R6は、一端がダイオードD2のアノードに接続され、他端から第2の電圧VLが印加される。そして、このソフトリミット回路の出力は、抵抗R2の他端の電圧値Voとして出力される。 Furthermore, one end of the resistor R5 is connected to the cathode of the diode D1, and the first voltage VH is applied from the other end. In addition, one end of the resistor R6 is connected to the anode of the diode D2, and the second voltage VL is applied from the other end. The output of the soft limit circuit is output as the voltage value Vo at the other end of the resistor R2.
この回路の入出力特性は、図8(b)に示すように、入出力特性としては、本発明の可変分解能回路22の特性と同様な特性が得られるが、図8(a)の回路図から各領域(1)、(2)、及び、(3)のうち領域(3)、すなわち、二つのダイオードD1及びD2に電流が流れない場合を除く、領域(1)及び(2)の入出力特性は、ID1>0及びID2>0の場合において以下のようになる。なお、各抵抗Rnの抵抗値をrnで記載することにする。
Vo=(−Vi/r1−VH/r5−(1/r3+1/r5)VF1)r2r3/(r2+r3)
(41)
及び
Vo=(−Vi/r1−VL/r6−(1/r4+1/r6)VF2)r2r4/(r2+r4)
(42)
となり、2つのダイオードD1及びD2の順方向電圧VF1及びVF2のファクタが残ってしまうことになる。したがって、比較例では、ダイオードの順方向電圧の温度変化の発生により、温度補償ができないため、たとえ同一の仕様規格の特性を有する2つのダイオードD1及びD2を用いても、本発明のような環境温度が変化する技術分野への適用はできない。
As shown in FIG. 8B, the input / output characteristics of this circuit are the same as the characteristics of the variable resolution circuit 22 of the present invention. However, the circuit diagram of FIG. From the regions (1), (2), and (3) to the region (3), that is, the regions (1) and (2) are input except when no current flows through the two diodes D1 and D2. The output characteristics are as follows when ID1> 0 and ID2> 0. Note that will be the resistance value of the resistors Rn described in r n.
Vo = (− Vi / r 1 −V H / r 5 − (1 / r 3 + 1 / r 5 ) V F1 ) r 2 r 3 / (r 2 + r 3 )
(41)
And Vo = (− Vi / r 1 −V L / r 6 − (1 / r 4 + 1 / r 6 ) V F2 ) r 2 r 4 / (r 2 + r 4 )
(42)
Thus, the factors of the forward voltages V F1 and V F2 of the two diodes D1 and D2 remain. Therefore, in the comparative example, since temperature compensation cannot be performed due to the occurrence of a temperature change of the forward voltage of the diode, even if two diodes D1 and D2 having the same specification standard characteristic are used, the environment as in the present invention. It cannot be applied to technical fields where temperature changes.
以上説明したように、本実施形態の可変分解能回路付電流検出装置20は、モータ(負荷)13へ供給される供給電流IMを所望の分解能で検出することができる。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。さらに、動作環境温度に変動のある場合等においても、温度変化に起因する測定誤差の小さい温度補償された、かつ、負荷動作に応じた所望の電流検出分解能を有する電流検出装置を得ることができる。 As described above, the variable resolution with circuit current detection device 20 of the present embodiment can detect a supply current I M to be supplied to the motor (load) 13 at the desired resolution. Further, since a comparator circuit for comparing with the current command value is not required, it is possible to reduce the size of the motor control system. Furthermore, even when there is a change in the operating environment temperature, etc., it is possible to obtain a current detection device having a temperature compensation with a small measurement error caused by the temperature change and having a desired current detection resolution corresponding to the load operation. .
1・・・モータ制御システム
10・・・PID制御器
11・・・PWM発生器
12・・・インバータ
13・・・モータ(負荷)
15・・・電流−電圧変換
20・・・可変分解能回路付電流検出装置
21・・・電流センサ(電流検出器)
22・・・可変分解能回路
23・・・A/Dコンバータ(変換手段)
211・・・シャント抵抗
212・・・絶縁アンプ
213・・・非反転増幅回路
Vi・・・入力電圧
Vo1,Vo・・・出力電圧
D1,D2,D3,D4,D5,D6・・・ダイオード
ID1,ID2・・・ダイオードD1及びD2の順方向電流
I1,I2,I3,I4,I5,I6・・・電流値
VF,VF1,VF2,VF3,VF4,VF5,VF6・・・ダイオードの順方向電圧
IF・・・ダイオードの順方向電流
R1,R2,R3,R4,R5,R6,Rn・・・抵抗
r1,r2,r3,r4,r5,r6,rn・・・抵抗値
VH・・・第1の電圧
VL・・・第2の電圧
IM・・・供給電流
IFB・・・フィードバック電流
E・・・誤差信号
Rs・・・シャント抵抗
Rs・・・シャント抵抗の抵抗値
Ir・・・モータの定格電流値
Ip・・・モータのピーク電流値
Ciso・・・絶縁アンプの出力ゲイン
ISW・・・切換点での電流値
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
22...
211 ...
Claims (7)
前記電流検出器から出力された電圧を入力して増幅するオペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を有する可変分解能回路と、
前記可変分解能回路の出力を入力とする電圧値をデジタル量に変換する変換手段と
を備えた可変分解能回路付電流検出装置であって、
前記可変分解能回路は、前記電圧に基づいて前記オペアンプの増幅率を可変とすることを特徴とする可変分解能回路付電流検出装置。 A current detector that outputs a voltage proportional to the supply current value supplied to the load;
An operational amplifier that inputs and amplifies the voltage output from the current detector, a diode, and a variable resolution circuit having a resistor;
A current detection device with a variable resolution circuit, comprising: a conversion means for converting a voltage value input to the output of the variable resolution circuit into a digital quantity;
The variable resolution circuit-equipped current detection device with a variable resolution circuit, wherein the gain of the operational amplifier is variable based on the voltage.
前記第1の抵抗は、一端に前記電圧が印加され、
前記オペアンプは、その反転入力端子が前記第1の抵抗の他端に接続され、その入力端子は接地され、
前記第2の抵抗は、一端が前記反転入力端子に接続され、
前記第3のダイオードは、アノードが前記第2の抵抗の他端に接続され、カソードが前記オペアンプの出力端子に接続され、
前記第4のダイオードは、カソードが前記第2の抵抗の他端に接続され、アノードが前記出力端子に接続され、
前記第1のダイオードは、アノードが前記反転入力端子に接続され、
前記第3の抵抗は、一端が前記第1のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、
前記第2のダイオードは、カソードが前記反転入力端子に接続され、
前記第4の抵抗は、一端が前記第2のダイオードのアノードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、
前記第5の抵抗は、一端が前記第1のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第5のダイオードのカソードに接続され、
前記第5のダイオードのアノードには第1の電圧が印加され、
前記第6の抵抗は、一端が前記第2のダイオードのアノードに接続され、他端が前記第6のダイオードのアノードに接続され、
前記第6のダイオードのカソードには第2の電圧が印加され、
前記可変分解能回路の出力は、前記第2の抵抗の他端の電圧であることを特徴とする請求項1に記載の可変分解能回路付電流検出装置。 The variable resolution circuit includes the operational amplifier, first to sixth diodes as the diodes, and first to sixth resistors as the resistors,
The voltage is applied to one end of the first resistor,
The operational amplifier has its inverting input terminal connected to the other end of the first resistor, its input terminal grounded,
One end of the second resistor is connected to the inverting input terminal,
The third diode has an anode connected to the other end of the second resistor, a cathode connected to the output terminal of the operational amplifier,
The fourth diode has a cathode connected to the other end of the second resistor, an anode connected to the output terminal,
The first diode has an anode connected to the inverting input terminal;
The third resistor has one end connected to the cathode of the first diode and the other end connected to the output terminal.
The second diode has a cathode connected to the inverting input terminal;
The fourth resistor has one end connected to the anode of the second diode and the other end connected to the output terminal.
The fifth resistor has one end connected to the cathode of the first diode and the other end connected to the cathode of the fifth diode.
A first voltage is applied to an anode of the fifth diode;
The sixth resistor has one end connected to the anode of the second diode and the other end connected to the anode of the sixth diode.
A second voltage is applied to the cathode of the sixth diode;
The current detection device with a variable resolution circuit according to claim 1, wherein the output of the variable resolution circuit is a voltage at the other end of the second resistor.
前記第1乃至第6のダイオードは、規格上の順方向電圧が等しい電気的特性を有することを特徴とする請求項2に記載の可変分解能回路付電流検出装置。 In the variable resolution circuit,
The current detection device with a variable resolution circuit according to claim 2, wherein the first to sixth diodes have electrical characteristics having equal forward voltages in accordance with a standard.
前記第1乃至第6のダイオードは、同一基板上に設けられていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の可変分解能回路付電流検出装置。 In the variable resolution circuit,
4. The current detection device with a variable resolution circuit according to claim 2, wherein the first to sixth diodes are provided on the same substrate.
前記第2の抵抗乃至前記第6の抵抗の抵抗値が等しいことを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか1項に記載の可変分解能回路付電流検出装置。 In the variable resolution circuit,
5. The current detection device with a variable resolution circuit according to claim 2, wherein resistance values of the second resistor to the sixth resistor are equal. 6.
前記第1の電圧及び前記第2の電圧の絶対値が等しいことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか1項に記載の可変分解能回路付電流検出装置。 In the variable resolution circuit,
6. The current detection device with a variable resolution circuit according to claim 2, wherein absolute values of the first voltage and the second voltage are equal.
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