JP2017009423A - 電流検出システム及び電流検出ｉｃの出力信号調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロコンピュータ側の処理負担を軽減できる電流検出システムを提供する。【解決手段】電流検出ＩＣ５に、シャント抵抗３に対し一定電流を通電するようにスイッチ１２を制御して切替える制御ロジック１０，シャント抵抗３の端子電圧を増幅して検出する増幅回路７の出力信号を調整する増幅率調整部１１及び送信回路１７を備える。マイコン６は、シャント抵抗３に一定電流を通電するようＩＣ５に切替え指令を送信すると、ＣＰＵ１４がＩＣ５より入力される検出信号のＡ／Ｄ変換値Ｖ１と当該Ａ／Ｄ変換値の理想値Ｖ０との差分Ｖdiffを求める。差分Ｖdiffが最小となるよう増幅率調整部１１を介して出力信号を調整する指令を送信し、最小になると対応する切替えパターンを不揮発性メモリ１６に記憶させる。ＣＰＵ１４は、不揮発性メモリ１６に記憶させた切替えパターンのデータをＩＣ５に送信してから電流検出を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に通電される電流をシャント抵抗を介して検出する電流検出ＩＣと、このＩＣより入力される検出信号をＡ／Ｄ変換して処理するマイクロコンピュータとで構成される電流検出システム，及びこのシステムに適用される電流検出ＩＣの出力信号調整方法に関する。

負荷に通電される電流をシャント抵抗を介して検出するため、電流検出ＩＣと、このＩＣより入力される検出信号をＡ／Ｄ変換して処理するマイクロコンピュータ（マイコン）とで、所謂マルチチップのシステムを構成する場合がある。このようなシステムでは、電流の検出精度を向上させるため、電流検出ＩＣより出力される検出信号のずれを補正する必要があり、従来はマイコン側で検出信号が入力される毎に補正処理を行っていた。

特開２０１１−６４５３２号公報

しかしながら、上記のシステムを、マイコンが検出した電流に基づいて高速の処理を行うアプリケーションに適用することを想定すると補正処理が負担となり、マイコンが主として行う処理の速度を十分に高速化できないおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロコンピュータ側の処理負担を軽減できる電流検出システム及び電流検出ＩＣの出力信号調整方法を提供することにある。

請求項１記載の電流検出システムによれば、電流検出ＩＣに、シャント抵抗に対し、負荷に通電される電流に替えて一定電流を通電するように切替える通電切り替え部と、シャント抵抗の端子電圧を増幅して検出する増幅回路の出力信号を調整する調整部とを備える。マイクロコンピュータは、通電切り替え部によりシャント抵抗に一定電流を通電するよう電流検出ＩＣに切替え指令を送信すると、差分演算部によって、電流検出ＩＣより入力される検出信号のＡ／Ｄ変換値と当該Ａ／Ｄ変換値の理想値との差分を求める。そして、前記差分が最小となるように調整部を介して出力信号を調整する指令を送信し、前記差分が最小になったと判断すると、調整司令記憶部が出力信号の調整指令を記憶する。検出開始制御部は、調整司令記憶部が記憶した調整指令を電流検出ＩＣに送信してから電流検出を開始する。

このように構成すれば、マイコン側は、電流検出を開始する前に１回だけ電流検出ＩＣの初期調整処理を行えば良く、電流検出の開始後は調整処理を行う必要がなくなる。したがって、マイコン側の処理負担を軽減することができ、検出した電流に基づいて行う処理を高速に実行できる。

請求項２記載の電流検出システムによれば、調整部は、増幅回路の入力端子に供給される基準電圧と前記入力端子との間の抵抗比を調整することで、増幅回路の増幅率を調整する。また、請求項３記載の電流検出システムによれば、調整部は、増幅回路の入力端子に供給される電圧を調整することで、増幅回路のオフセット調整を行う。これらにより、増幅回路における増幅率のずれやオフセットを調整して、検出信号のＡ／Ｄ変換値と理想値との差分を最小にできる。

第１実施形態であり、電流検出システムの構成を概略的に示す機能ブロック図 増幅率切替部の詳細構成を示す図 ＥＣＵが起動時に行う調整処理を示すフローチャート ユーザが使用する場合に、ＥＣＵが起動時に行う処理を示すフローチャート ＥＣＵを使用して検出した電流に基づき、ロータ位置検出を行う処理を示すフローチャート 第２実施形態であり、電流検出システムの構成を概略的に示す機能ブロック図 オフセット調整部の詳細構成を示す図 第３実施形態であり、電流検出システムの構成を概略的に示す機能ブロック図

（第１実施形態）
図１に示すように、負荷としてのモータ１の図示しない固定子巻線には、駆動回路２を介して通電が行われる。駆動回路２は、例えばＨブリッジ回路やインバータ回路等であり、シャント抵抗３は、駆動回路２を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に接続されている。すなわち、シャント抵抗３には、モータ１の固定子巻線に流れる電流が、駆動回路２を介して通電される。

シャント抵抗３の端子電圧は、電流検出装置であるＥＣＵ４によって行われる。電流検出装置４には、電流検出ＩＣ５とマイクロコンピュータ（以下、マイコン）６とが搭載されており、ＥＣＵ４は所謂マルチチップパッケージ（ＭＣＰ）で構成されている。電流検出ＩＣ５は、増幅回路（ＡＭＰ）７，基準電源８，受信回路９，制御ロジック１０及び増幅率切替部１１を備えている。

増幅回路７は、シャント抵抗３の端子電圧を差動増幅した信号をマイコン６に入力する。基準電源８は、増幅回路７にオフセット電圧を付与する。受信回路９は、マイコン６が送信したシリアル通信信号を受信し、受信した信号を制御ロジック１０に入力する。増幅率切替部１１は制御ロジック１０により制御され、増幅回路７の増幅率を切替えて調整する。増幅率切替部１１は、調整部に相当する。また、ＥＣＵ４の外部において、シャント抵抗３の上端には、常開型のスイッチ１２を介して定電流源１３が接続されており、スイッチ１２の開閉制御も制御ロジック１０によって行われる。制御ロジック１０は、通電切替部及び調整部に相当する。

マイコン６は、ＣＰＵ１４，Ａ／Ｄコンバータ１５，不揮発性メモリ１６及び送信回路１７を備えており、これらはバスを介して相互に接続されている。電流検出ＩＣ５より入力される増幅回路７の増幅信号はＡ／Ｄコンバータ１５によりＡ／Ｄ変換され、変換されたデータはＣＰＵ１４により読み込まれて処理される。ＣＰＵ１４は、不揮発性メモリ１６に対しデータの書込み及び読出しを行うと共に、送信回路１７を介して電流検出ＩＣ５にシリアル通信信号を送信する。ＣＰＵ１４は、差分演算部，調整指令記憶部及び検出開始制御部に相当し、不揮発性メモリ１６は調整指令記憶部に相当し、送信回路１７は送信部に相当する。尚、図１では、実際の構成を概略的に示している。

図２に示すように、増幅回路７はオペアンプ２１を中心に構成されている。オペアンプ２１の非反転入力端子は抵抗素子２２を介して、シャント抵抗３と、スイッチ１２の図示を省略した定電流源１３との共通接続点に接続されており、反転入力端子は抵抗素子２３を介してグランドに接続されている。また、オペアンプ２１の非反転入力端子側には、増幅率切替部１１（＋）が配置されており、反転入力端子側には増幅率切替部１１（−）が配置されている。

増幅率切替部１１（＋）は、バンドギャップリファレンス（ＢＧ）により基準電圧を生成する基準電源８と反転入力端子との間に接続される抵抗素子２４，並びに調整用抵抗２５（ａ〜ｃ）及びスイッチ２６（ａ〜ｃ）の直列回路で構成されている。一方、増幅率切替部１１（−）は、オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子との間に接続される抵抗素子２７，並びに調整用抵抗２８（ａ〜ｃ）及びスイッチ２９（ａ〜ｃ）の直列回路で構成されている。スイッチ２６及び２９の開閉制御は、制御ロジック（エンコーダ）１０によって行われる。

次に、本実施形態の作用について説明する。図３に示すように、ＣＰＵ１４は、先ず補正用データが既に不揮発性メモリ１６（ＲＯＭ）に格納されているか否かを判断し（Ｓ１）、格納されていなければ（ＮＯ）駆動回路２を介して行うモータ１の駆動を停止（ＯＦＦ）し、スイッチ１２をオンにするための切替え指令を電流検出ＩＣ５に送信して（Ｓ２）シャント抵抗３に一定電流を流す（Ｓ３）。尚、ステップＳ１で「ＮＯ」と判断する場合は、ＥＣＵ４が製造ラインにおいて出荷される際の処理となる。そして、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断すると、後述する図４に示すステップＳ１１に移行する。

次に、例えば二分探索法等を用いて決定した切替えパターンに応じて、増幅率切替部１１（＋）のスイッチ２６（ａ〜ｃ），増幅率切替部１１（−）のスイッチ２９（ａ〜ｃ）をオンオフする（Ｓ４）。これにより、増幅回路７の増幅率が変化する。そして、この時のシャント抵抗３の端子電圧Ｖ１を、マイコン６の図示しないＲＡＭのワークエリア又はレジスタ等に記憶する（Ｓ５）。

マイコン６は、シャント抵抗３に一定電流を流した状態で得られるべき理想値としての電圧Ｖ０を保持しており、ＣＰＵ１４は、電圧Ｖ１，Ｖ０の差であるＶdiffを計算する（Ｓ６）。そして、ステップＳ４におけるスイッチ２６及び２９の全ての切替えパターンを試行するまでＳ４〜Ｓ７のループを繰り返し実行する。

ステップＳ７において全ての切替えパターンを試行した結果、｜Ｖdiff｜の最小値が求まると（ＹＥＳ）、最小値に対応する切替えパターンを不揮発性メモリ１６に記憶する（Ｓ８）。前記切替えパターンは調整指令に相当する。そして、記憶した切替えパターンの情報を電流検出ＩＣ５に送信し（Ｓ９）、スイッチ１２をオフにして（Ｓ１０）処理を終了する。

上述したように、不揮発性メモリ１６に記憶する最小値に対応する切替えパターンのデータが既に記憶されていれば、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断して図４に示すステップＳ１１に移行する。すなわち、図４は、フィールドにおいてユーザがＥＣＵ４を使用する場合の起動時の処理となる。ＣＰＵ１４は、不揮発性メモリ１６より読み出したデータを電流検出ＩＣ５に送信する。すると、電流検出ＩＣ５では、受信したデータに従い、制御ロジック１０により増幅率切替部１１スイッチ２６及び２９がオンオフされる（Ｓ１２）。このように初期設定が行われることで、増幅回路７により出力される増幅信号Ｖ１と理想値Ｖ０との差が最小となる。

そして、図５に示すように、ユーザがＥＣＵ４を使用して検出した電流に基づきロータ位置検出処理を行う際には、駆動回路２における駆動状態に応じてシャント抵抗３に流れる電流を（Ｓ２１）電流検出ＩＣ５が増幅回路７で増幅する（Ｓ２２）。マイコン６は、入力される増幅信号をＡ／Ｄ変換し、変換したデータをＲＡＭなどに格納する（Ｓ２３）。そして、ＣＰＵ１４は、電流のＡ／Ｄ変換データに基づいて位置検出演算を行う（Ｓ２６）。

ここで、図５に破線で示すステップＳ２４及びＳ２５は、従来技術の場合にマイコン側で必要となった処理である。すなわち、電流検出ＩＣより入力される増幅信号の誤差を補正するため、予め調整処理により取得した誤差値をメモリから読み出し（Ｓ２４）、ステップＳ２３で得られたＡ／Ｄ変換データより誤差値を減算して真値を得る（Ｓ２５）。そして、ステップＳ２６では、上記真値を用いて位置検出演算を行う。本実施形態によればステップＳ２４及びＳ２５が不要となるため、マイコン６は位置検出演算を高速に実行することが可能となっている。

以上のように本実施形態によれば、電流検出ＩＣ５に、シャント抵抗３に対し、モータ１に通電される電流に替えて一定電流を通電するようにスイッチ１２を制御して切替える制御ロジック１０と、シャント抵抗３の端子電圧を増幅して検出する増幅回路７の出力信号を調整する増幅率調整部１１とを備える。マイコン６は、シャント抵抗３に一定電流を通電するよう電流検出ＩＣ５に切替え指令を送信すると、ＣＰＵ１４により、電流検出ＩＣ５より入力される検出信号のＡ／Ｄ変換値Ｖ１と当該Ａ／Ｄ変換値の理想値Ｖ０との差分Ｖdiffを求める。

そして、差分Ｖdiffが最小となるように増幅率調整部１１を介して出力信号を調整する指令を送信し、差分Ｖdiffが最小になったと判断すると、対応する切替えパターンを不揮発性メモリ１６に記憶させる。そして、ＣＰＵ１４は、不揮発性メモリ１６に記憶させた切替えパターンのデータを電流検出ＩＣ５に送信してから電流検出を開始する。このように構成すれば、マイコン６側は、電流検出を開始する前に１回だけ電流検出ＩＣ５の初期調整処理を行えば良く、電流検出の開始後は調整処理を行う必要がなくなる。したがって、マイコン６側の処理負担を軽減することができ、検出した電流に基づいて行う処理を高速に実行できる。

そして、電流検出ＩＣ５において、制御ロジック１０は、増幅率調整部１１増幅回路８の入力端子に供給される基準電圧と前記入力端子との間の抵抗比を調整することで、増幅回路７の増幅率を調整する。このように増幅率を調整することで、差分Ｖdiffが最小となるように調整できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図６に示すように、第２実施形態のＥＣＵ３１は、電流検出ＩＣ３２の構成が第１実施形態と相違しており、制御ロジック１０に替えて制御ロジック３３を備えると共に、増幅率調整部１１に替えてオフセット調整部３４を備えている。第２実施形態では、増幅回路７の増幅率は固定されている。

図７に示すように、基準電源８の供給端子とグランドとの間には、抵抗素子３５ａ，３５ｂ及び３５ｃの直列回路が接続されている。そして、抵抗素子３５ａ及び３５ｂの共通接続点と抵抗素子２４との間にはスイッチ３６ａが接続されており、抵抗素子３５ｂ及び３５ｃの共通接続点と抵抗素子２４との間にはスイッチ３６ｂが接続されている。そして、制御ロジック３３は、スイッチ３６ａ及び３６ｂのオンオフを制御する。これにより、基準電圧の分圧比が変化して、増幅回路７においてオペアンプ２１の非反転入力端子に付与されるオフセット電圧が変化する。

尚、図７では図示の都合上、抵抗素子３５の直列接続数を「３」としたが、これに限らず「４」以上にしても良いことは言うまでもない。そして、隣り合う抵抗素子３５の共通接続点に接続されるスイッチ３６も、直列接続数に応じて設ければ良い。

次に、第２実施形態の作用について説明する。第２実施形態の初期調整処理は、第１実施形態と同様に、図３に示すフローチャートに従って行われる。但し、ステップＳ４〜Ｓ７のループでは、スイッチ３６ａ及び３６ｂのオンオフパターンを切替えることで、差電圧Ｖdiffが最小となるように増幅回路７のオフセット電圧が調整される。また、図４に示すステップＳ１２では、「増幅率調整部」に替えて「オフセット調整部」のスイッチ３６をオンオフすることになる。

以上のように第２実施形態によれば、オフセット調整部３４は、増幅回路７の非反転入力端子に供給される電圧を調整してフセット電圧を調整する。このようにオフセット電圧を調整することで、差分Ｖdiffが最小となるように調整できる。

（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態では、ＥＣＵ４の外部において、スイッチ１２を介してシャント抵抗３に接続されるものが、定電流源１３に替わる定電圧源４１となっている。このように、スイッチ１２をオンすることで定電圧源４１を接続した場合も、シャント抵抗３に一定電流を通電できる。

（その他の実施形態）
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
図３に示すステップＳ９は、製造ラインにおいて引き続き電流検出ＩＣ５のテストを行う場合に実行すれば良い。
第１実施形態における増幅率の調整と、第２実施形態におけるオフセット調整とを双方ともに行っても良い。
第３実施形態を、第２実施形態に適用しても良い。
負荷は、モータに限ることはない。

１ モータ、３ シャント抵抗、４ ＥＣＵ、５ 電流検出ＩＣ、６ マイクロコンピュータ、７ 増幅回路、１０ 制御ロジック、１１ 増幅率切替部、１４ ＣＰＵ、１５ Ａ／Ｄコンバータ、１６ 不揮発性メモリ、１７ 送信回路。

Claims (4)

1. 負荷（１）に通電される電流を検出するシャント抵抗（３）の端子電圧を検出し、検出信号を外部に出力する電流検出ＩＣ（５，３２）と、
   前記検出信号が入力されると、当該信号をＡ／Ｄ変換して処理するマイクロコンピュータ（６）とで構成される電流検出システムにおいて、
   前記電流検出ＩＣは、前記シャント抵抗に、前記負荷に通電される電流に替えて一定電流を通電するように切替える通電切り替え部（１０）と、
   前記シャント抵抗の端子電圧を増幅して検出する増幅回路（７）と、
   この増幅回路の出力信号を調整する調整部（１１，３４）とを備え、
   前記マイクロコンピュータは、前記電流検出ＩＣに制御指令を送信する送信部（１７）と、
   前記通電切り替え部により前記シャント抵抗に一定電流を通電するように切替え指令を送信すると、前記電流検出ＩＣより入力される検出信号のＡ／Ｄ変換値と、当該Ａ／Ｄ変換値の理想値との差分を求める差分演算部（１４）と、
   前記差分が最小となるように、前記調整部を介して前記出力信号を調整する指令を送信し、前記差分が最小になったと判断すると、前記出力信号の調整指令を記憶する調整司令記憶部（１４，１６）と、
   前記調整司令記憶部が記憶した調整指令を前記電流検出ＩＣに送信してから、電流検出を開始する検出開始制御部（１４）とを備えることを特徴とする電流検出システム。
2. 前記調整部（１１）は、前記増幅回路の入力端子に供給される基準電圧と、前記入力端子との間の抵抗比を調整することで、前記増幅回路の増幅率を調整することを特徴とする請求項１記載の電流検出システム。
3. 前記調整部（３４）は、前記増幅回路の入力端子に供給される電圧を調整することで、前記増幅回路のオフセット調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の電流検出システム。
4. 負荷に通電される電流を検出するシャント抵抗の端子電圧を増幅して検出する増幅回路を備え、検出信号を外部に出力する電流検出ＩＣと、
   前記検出信号が入力されると、当該信号をＡ／Ｄ変換して処理するマイクロコンピュータとで構成される電流検出システムに適用され、
   前記電流検出ＩＣは、前記シャント抵抗に、前記負荷に通電される電流に替えて一定電流を通電するように切替え、
   前記マイクロコンピュータは、前記シャント抵抗に一定電流を通電するように切替え指令を送信すると、前記電流検出ＩＣより入力される検出信号のＡ／Ｄ変換値と、当該Ａ／Ｄ変換値の理想値との差分を求め、
   前記差分が最小となるように、前記増幅回路の前記出力信号を調整する指令を送信し、
   前記差分が最小になったと判断すると、前記出力信号の調整指令をメモリに記憶し、
   以降は、前記メモリに記憶した調整指令を前記電流検出ＩＣに送信してから、電流検出を開始することを特徴とする電流検出ＩＣの出力信号調整方法。

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