JP2011085470A - 電流検出装置及び電流検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】温度補正部130は、演算手段131、メモリ132、第1AD変換手段133、及び第2AD変換手段134を備えている。周囲温度T0におけるパワーMOSFET30のオン抵抗Rds_ONB(T0)を事前に測定し、パワーMOSFET30の機種に特有の相関を用いてオン抵抗Rds_ONB(T0)から周囲温度T0における温度係数TCds_ONB(T0)を算出する。このオン抵抗Rds_ONB(T0)及び温度係数TCds_ONB(T0)から、周囲温度Tを変化させたときのオン抵抗Rds_ONB(T)を求めてオン抵抗−温度テーブルを事前に作成し、これをメモリ132に保存して用いる。
【選択図】図1
Description
電流値=(ドレイン−ソース間電圧VdsのA/D変換値)×(温度補償係数y)
×(電流換算するための変換係数)
本発明の第1の実施の形態に係る電流検出装置及び電流検出方法の構成を、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態の電流検出装置100の構成を示すブロック図である。同図では、負荷40がハーネス20及びその途中に設けられた半導体スイッチのパワーMOSFET30を介して電源10に接続された系統において、負荷40に供給される負荷電流Iloadを高精度に測定する本実施形態の電流検出装置100の構成を示している。
V0−Vds=V0−Rs・Is (1)
が成立する。
Is=Vds/Rs (2)
式(2)より、第1抵抗113を流れる電流Isは、ドレイン・ソース間電圧Vdsに比例することがわかる。この電流Isは、トランジスタ112のエミッタ側からコレクタ側に流れ、第2抵抗114で消費される。
Vds=Iload・Rds_ON (3)
式(2)、(3)より、負荷電流Iloadと電流Isとの間には、
Is=Iload・Rds_ON/Rs
あるいは
Iload=Is・(Rs/Rds_ON) (4)
が成り立つ。すなわち、第1抵抗113には負荷電流Iloadに比例した電流Isが流れることがわかる。
Is=Vt/Rt (5)
で与えられる。
Iload=(Vt/Rt)・(Rs/Rds_ON)
=Vt・{Rs/(Rds_ON・Rt)} (6)
が得られる。これより、抵抗Rds_ON、Rs、Rtが決まると、測定電圧Vtを検出することで負荷電流Iloadを求めることが可能となる。
TCds_ONA(T0)=KA・Rds_ONA(T0) (7)
また、図2(b)に示す機種BのパワーMOSFETでは、オン抵抗Rds_ONB(T0)と温度係数TCds_ONB(T0)との間に、反比例の関係を表す次式の相関を設定することができる。
Rds_ONB(T0)・TCds_ONB(T0)=KB (8)
ΔTC1=(TCds_ON(T0)i−TCds_ON(T0)ave)
/TCds_ON(T0)ave×100[%]
ここで、TCds_ON(T0)aveは、個々のサンプルの温度係数TCds_ON(T0)iを機種A、Bそれぞれで平均した平均値である。
ΔTC2=(TCds_ON(T0)i−KA・Rds_ONA(T0))
/KA・Rds_ONA(T0)×100[%]
ΔTC3=(TCds_ON(T0)i−KB/Rds_ONB(T0))
/KB/Rds_ONB(T0)×100[%]
TCds_ON=TCpackage*(6/15)
+TCtip*(9/15)
Rds_ON(T)=Rds_ONB(T0)
・[1+TCds_ONB(T0)・(T−T0)] (9)
ここで、温度係数TCds_ONB(T0)は、周囲温度Tによらず一定であるとしている。
TCds_ON(T)=TCds_ONB(T0){1+α(T−T0)} (10)
とすることができる。ここで、係数αは、機種BのパワーMOSFETの温度係数の変化率として、たとえば複数のサンプルの温度係数の変化率を平均して設定することができる。
本発明の第2の実施形態に係る電流検出装置及び電流検出方法を、図5を用いて以下に説明する。図5は、第2の実施形態の電流検出装置200の構成を示すブロック図である。本実施形態の電流検出装置200は、第1の実施形態の電流検出装置100に、さらに異常判定部210を追加している。異常判定部210は、演算手段131で算出した負荷電流Iloadが、パワーMOSFET30及びハーネス20を保護するために設定されている負荷電流制限値を超えるか否かを判定するものである。
本発明の第3の実施形態の電流検出装置及び電流検出方法について、以下に説明する。本実施形態の電流検出方法では、パワーMOSFET30及びハーネス20の保護特性に基づき、許容される電流量が大きくなる周囲温度の低温側では、オン抵抗補償テーブルのデータ量をさらに低減するようにしている。なお、本実施形態では、オン抵抗補償テーブルを、周囲温度T毎のパワーMOSFET30のオン抵抗Rds_ON(T)からなるテーブルに代えて、周囲温度T毎のオン抵抗の逆関数1/Rds_ON(T)からなるテーブルを用いた場合を例に説明する。
20 ハーネス
30 パワーMOSFET
31 パッケージ部
32 半導体チップ
40 負荷
50 ドライバ回路
100、200 電流検出装置
110 電圧検出回路
111 差動増幅器
112 トランジスタ
113 第1抵抗
114 第2抵抗
120 温度センサー
130 温度補正部
131 演算手段
132 メモリ
133 第1AD変換手段
134 第2AD変換手段
210 異常判定部
Claims (12)
- 電源からハーネスを介して負荷に供給される負荷電流をオン/オフする半導体スイッチに並列に接続されて前記負荷電流を検出する電流検出装置であって、
前記負荷電流に従って変化する所定の測定電圧を検出する電圧検出回路と、
前記半導体スイッチの周囲温度を検出する温度センサーと、
前記電圧検出回路及び前記温度センサーからそれぞれ前記測定電圧及び前記周囲温度を入力して前記負荷電流を算出する温度補正部と、を備え、
前記温度補正部は、
前記電圧検出回路から入力した前記測定電圧をAD変換する第1AD変換手段と、
前記温度センサーから入力した前記周囲温度をAD変換する第2AD変換手段と、
前記周囲温度が所定の温度T0のときの前記半導体スイッチのオン抵抗Rds_ON(T0)を事前に測定し、前記半導体スイッチの機種に特有のオン抵抗と温度係数との相関をもとに前記オン抵抗Rds_ON(T0)から前記周囲温度がT0のときの温度係数TCds_ON(T0)を求め、前記オン抵抗Rds_ON(T0)と前記温度係数TCds_ON(T0)を用いて事前に作成された前記周囲温度によるオン抵抗の変化を補償するオン抵抗補償テーブルを保存するメモリと、
前記第2AD変換手段から入力したデジタル値の前記周囲温度と前記メモリから入力した前記オン抵抗補償テーブルとからオン抵抗補償値を求め、前記第1AD変換手段から入力したデジタル値の前記測定電圧と前記オン抵抗補償値から前記負荷電流を算出する演算手段と、を備える
ことを特徴とする電流検出装置。 - 前記電圧検出回路は、
前記半導体スイッチの前記電源側にこれと並列に接続された第1抵抗と、
非反転入力端子が前記半導体スイッチの前記負荷側に接続され、反転入力端子が前記第1抵抗の下流側に接続された差動増幅器と、
エミッタ端子が前記第1抵抗と前記差動増幅器の反転入力端子との間に接続され、コレクタ端子が第2抵抗を介して接地され、ゲート端子が前記差動増幅器の出力端子に接続されたトランジスタと、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出装置。 - 前記測定電圧は、前記第2抵抗の端子間電圧を測定した電圧である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電流検出装置。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、前記周囲温度と前記オン抵抗との相関を表すテーブルであり、前記オン抵抗補償値は、前記検出された周囲温度における前記オン抵抗である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電流検出装置。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、前記周囲温度と前記オン抵抗の逆関数との相関を表すテーブルであり、前記オン抵抗補償値は、前記検出された周囲温度における前記オン抵抗の逆数である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電流検出装置。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、所定の最低温度以上に対する前記オン抵抗補償値を与えるテーブルであり、前記温度センサーで検出された前記周囲温度が前記最低温度より低いときは、前記オン抵抗補償テーブルから前記最低温度に対応する前記オン抵抗補償値を求めて前記負荷電流を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電流検出装置。 - 前記演算手段から前記負荷電流を入力し、前記負荷電流が所定の負荷電流制限値を超えるか否かを判定し、前記負荷電流制限値を超えると判定したときは前記半導体スイッチをオフにするための制御信号を出力する異常判定部をさらに備える
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電流検出装置。 - 前記負荷電流制限値は、前記半導体スイッチを保護するために設定された半導体限界過電流特性の電流値と、前記ハーネスを保護するために設定された電線限界過電流特性の電流値のいずれか低い値である
ことを特徴とする請求項7に記載の電流検出装置。 - 半導体スイッチを通電する負荷電流に伴って変化する所定の電圧を測定し、前記測定電圧から前記負荷電流を算出する電流検出方法であって、
前記半導体スイッチの機種に特有のオン抵抗と温度係数との相関式を事前に作成し、
前記周囲温度が所定の温度T0のときの前記半導体スイッチのオン抵抗Rds_ON(T0)を事前に測定し、
前記相関式をもとに前記オン抵抗Rds_ON(T0)から前記周囲温度がT0のときの温度係数TCds_ON(T0)を事前に求め、
前記オン抵抗Rds_ON(T0)と前記温度係数TCds_ON(T0)を用いて前記周囲温度によるオン抵抗の変化を補償するオン抵抗補償テーブルを事前に作成し、
前記負荷電流を算出するときは、
前記測定電圧および前記周囲温度を検出し、
前記検出された周囲温度と前記オン抵抗補償テーブルとからオン抵抗補償値を求め、
前記検出された測定電圧と前記オン抵抗補償値から前記負荷電流を算出する
ことを特徴とする電流検出方法。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、前記周囲温度と前記オン抵抗との相関を表すテーブルであり、前記オン抵抗補償値は、前記検出された周囲温度における前記オン抵抗である
ことを特徴とする請求項9に記載の電流検出方法。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、前記周囲温度と前記オン抵抗の逆関数との相関を表すテーブルであり、前記オン抵抗補償値は、前記検出された周囲温度における前記オン抵抗の逆数である
ことを特徴とする9に記載の電流検出方法。 - 前記オン抵抗補償テーブルは、所定の最低温度以上に対する前記オン抵抗補償値を与えるテーブルであり、前記温度センサーで検出された前記周囲温度が前記最低温度より低いときは、前記オン抵抗補償テーブルから前記最低温度に対応する前記オン抵抗補償値を求めて前記負荷電流を算出する
ことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の電流検出方法。
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