JP2021508817A - シャント抵抗の電流値補正システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、シャント抵抗の可変温度値を用いて抵抗値変化量を算出し、算出された抵抗値変化量とシャント抵抗の両端電圧値に基づいて上記シャント抵抗に導通するリアルタイム電流値を算出することによって、シャント抵抗の温度値が変動し続けても変動内訳を全て反映して正確な電流値を得ることができるようにするシャント抵抗の電流値補正システムおよび方法に関する。
Description
本出願は２０１８年０８月３１日付の韓国特許出願第１０−２０１８−０１０３６７１号に基づいた優先権の利益を主張し、上記韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、シャント抵抗の電流値補正システムおよび方法に関し、シャント抵抗の可変温度値を用いて抵抗値に対する変化量を算出し、算出された抵抗値変化量とシャント抵抗の両端電圧値に基づいて上記シャント抵抗に導通するリアルタイム電流値を算出することによって、シャント抵抗の温度値が変動し続けても変動内訳を全て反映して正確な電流値を得ることができるようにするシャント抵抗の電流値補正システムおよび方法に関する。
一般に、電流系においてシャント抵抗を用いる方法として電流値を測定する方法を利用する。このようなシャント抵抗を通じた電流測定方式は、電流導通時、シャント抵抗の発熱によってシャント抵抗温度が可変し、このような可変したシャント抵抗温度に起因した抵抗値の変化量を考慮しない場合、測定された電流値に誤差が発生する。
また、金属材質のシャント抵抗は、材質の特性上、発熱量に応じた温度変化が急激に発生するため、センシング反応速度が遅い一般的な温度センサでは、このようなシャント抵抗の急激な温度変化をリアルタイムで測定できないという問題がある。
本発明は、上述した問題を解決するために導き出されたものであり、シャント抵抗の可変温度値を用いて抵抗値変化量を算出し、算出された抵抗値変化量とシャント抵抗の両端電圧値に基づいて上記シャント抵抗に導通するリアルタイム電流値を算出することによって、シャント抵抗の温度値が変動し続けても変動内訳を全て反映して正確な電流値を得ることができるようにするシャント抵抗の電流値補正システムおよび方法を提供しようとする。
本発明の一実施形態によるシャント抵抗の電流値補正システムは、回路上に備えられるシャント抵抗に対する電流値およびシャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、シャント抵抗の消耗電力および発熱量を算出する電力算出部、シャント抵抗の周囲温度値を測定する温度測定部、算出された発熱量とシャント抵抗の熱抵抗係数に基づいて算出されるシャント抵抗の発熱温度値と周囲温度値に基づいて、シャント抵抗に対する第２最終温度値および電流導通前の第１最終温度値に対比した第２最終温度値の変化量を算出する最終温度値算出部、および算出されたシャント抵抗の最終温度値変化量と、温度変化に応じて可変するシャント抵抗の温度係数値に基づいてシャント抵抗の第２抵抗値を算出する抵抗算出部を含む。
一つの実施形態において、回路上に備えられるシャント抵抗の電圧降下が発生する時、シャント抵抗の電圧値を検出する電圧測定部、および検出された電圧値とシャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、シャント抵抗に対する電流値を算出する電流算出部をさらに含み、電流算出部は、第１抵抗値を抵抗算出部から提供される第２抵抗値に変更してもよい。
一つの実施形態において、電流算出部は、下記数学式１により演算される値を電流値に決定してもよい。
［数学式１］
（ここで、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｖはシャント抵抗に対する電圧値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値である。）
一つの実施形態において、電力算出部は、下記数学式２により演算される値をシャント抵抗の発熱量に決定してもよい。
［数学式２］
（ここで、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値であり、ｔはシャント抵抗に導通する電流の導通時間値である。）
一つの実施形態において、下記数学式３により演算される値をシャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量に決定するステップ、およびシャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量を算出した後に第１最終温度値が第２最終温度値に変更されるようにするステップを含んでもよい。
［数学式３］
（ここで、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、ａはシャント抵抗の熱抵抗係数であり、Ｔａはシャント抵抗の周囲温度であり、Ｔｉはシャント抵抗の第１最終温度値である。）
一つの実施形態において、シャント抵抗の第２抵抗値を算出し、第２抵抗値を電流算出部に提供することによって第１抵抗値が第２抵抗値に変更されるようにするステップは、下記数学式４により演算される値をシャント抵抗の第２抵抗値に決定するステップを含んでもよい。
［数学式４］
（ここで、Ｒはシャント抵抗の第２抵抗値であり、Ｒｉはシャント抵抗の第１抵抗値であり、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、ｂはシャント抵抗の温度係数である。）
本発明の他の実施形態によるシャント抵抗の電流値補正方法は、電力算出部を介して、回路上に備えられるシャント抵抗に対する電流値およびシャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、シャント抵抗の消耗電力および発熱量を算出するステップ、温度測定部を介して、シャント抵抗のリアルタイム周囲温度を測定するステップ、最終温度値算出部を介して、算出された発熱量とシャント抵抗の熱抵抗係数に基づいて算出されるシャント抵抗の発熱温度値と周囲温度値に基づいて、シャント抵抗に対する第２最終温度値および電流導通前の第１最終温度値に対比した第２最終温度値の変化量を算出するステップ、および抵抗算出部を介して、シャント抵抗の最終温度値変化量と温度変化に応じて可変するシャント抵抗の温度係数値に基づいてシャント抵抗の第２抵抗値を算出するステップを含む。
一つの実施形態において、シャント抵抗に対する電流値を算出するステップは、電流算出部を介して、下記数学式１により演算される値を電流値に決定するステップ、および第１抵抗値を抵抗算出部から提供される第２抵抗値に変更するステップを含んでもよい。
［数学式１］
（ここで、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｖはシャント抵抗に対する電圧値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値である。）
一つの実施形態において、シャント抵抗の消耗電力および発熱量を算出するステップは、下記数学式２により演算される値をシャント抵抗の発熱量に決定するステップを含んでもよい。
［数学式２］
（ここで、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値であり、ｔはシャント抵抗に導通する電流の導通時間値である。）
一つの実施形態において、温度測定部は、シャント抵抗と隣接して位置してもよい。
一つの実施形態において、下記数学式３により演算される値をシャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量に決定することと、シャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量を算出した後に第１最終温度値が第２最終温度値に変更されるようにする。
［数学式３］
（ここで、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、ａはシャント抵抗の熱抵抗係数であり、Ｔａはシャント抵抗の周囲温度であり、Ｔｉはシャント抵抗の第１最終温度値である。）
一つの実施形態において、抵抗算出部は、下記数学式４により演算される値をシャント抵抗の第２抵抗値に決定してもよい。
［数学式４］
（ここで、Ｒはシャント抵抗の第２抵抗値であり、Ｒｉはシャント抵抗の第１抵抗値であり、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、ｂはシャント抵抗の温度係数である。）
本発明の一実施形態によるシャント抵抗の電流値補正システムおよび方法は、シャント抵抗の可変温度値を用いて抵抗値に対する変化量を算出し、算出された抵抗値変化量とシャント抵抗の両端電圧値に基づいて上記シャント抵抗に導通するリアルタイム電流値を算出することによって、シャント抵抗の温度値が変動し続けても変動内訳を全て反映して正確な電流値を得ることができるという利点を有する。
以下では本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を提示する。但し、下記の実施形態は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、本実施形態によって本発明の内容が限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態によるシャント抵抗の電流値補正システム１００の構成を示す図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるシャント抵抗の電流値補正システム１００は、シャント抵抗１０と電気的に連結される電圧測定部１０１、電流算出部１０２、電力算出部１０３、温度測定部１０４、最終温度値算出部１０５および抵抗算出部１０６を含んで構成されることができる。
先ず、電圧測定部１０１は、回路上に備えられるシャント抵抗１０の両端と連結され、シャント抵抗１０の電流導通に応じた電圧降下が発生する時、シャント抵抗１０の電圧値を検出することができる。
次に、電流算出部１０２は、検出された電圧値とシャント抵抗１０の第１抵抗値に基づいて、シャント抵抗１０に導通する電流値を算出し、第１抵抗値を後述する抵抗算出部１０６から提供される第２抵抗値に変更することができる。
ここで、第１抵抗値とは、シャント抵抗１０自体の抵抗値を意味する。
また、第２抵抗値とは、シャント抵抗１０の可変抵抗値であって、後述する抵抗算出部１０６から算出されるシャント抵抗１０の値を意味する。
また、電流算出部１０２は、下記数学式１により演算される値をシャント抵抗１０に導通する電流値に決定することができる。
［数学式１］
（ここで、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｖはシャント抵抗に対する電圧値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値である。）
ここで、第１抵抗値が後述する抵抗算出部１０６により算出された第２抵抗値に変更されることによってＩとＶの値が変更される。
次に、電力算出部１０３は、算出された電流値と抵抗値に基づいて、シャント抵抗１０に対する消耗電力および発熱量を算出することができる。
ここで、電力算出部１０３は、下記数学式２により演算される値を上述したシャント抵抗の発熱量に決定することができる。
［数学式２］
（ここで、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、Ｉはシャント抵抗に対する電流値であり、Ｒはシャント抵抗の第１抵抗値であり、ｔはシャント抵抗に導通する電流の導通時間値である。）
ここで、上述したＩ２＊Ｒはシャント抵抗１０の消耗電力であり、これをシャント抵抗１０に導通する電流の導通時間だけ積分することによってシャント抵抗１０の発熱量を算出することができる。
次に、温度測定部１０４は、シャント抵抗１０の周囲温度値を測定し、この値を後述する最終温度値算出部１０５に伝送することができる。
ここで、周囲温度（ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とは、素子に隣接している媒質の温度であって、通常の場合、大気の温度を意味する。
次に、最終温度値算出部１０５は、算出された発熱量とシャント抵抗１０の熱抵抗係数に基づいて算出されるシャント抵抗１０の発熱温度値とシャント抵抗１０の周囲温度値（温度測定部１０４から伝送される）に基づいて、シャント抵抗１０の第２最終温度値および電流導通前の第１最終温度値に対比した第２最終温度値の変化量を算出し、シャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量を算出した後に第１最終温度値が第２最終温度値に変更されるようにすることができる。
ここで、第１最終温度値とは、シャント抵抗１０の発熱温度値と周囲温度値を加えた温度値であって、シャント抵抗１０に電流が導通する前のシャント抵抗１０の最終温度値を意味する。
また、第２最終温度値とは、シャント抵抗１０の発熱温度値と周囲温度値を加えた温度値であって、上述した最終温度値算出部１０５から算出されるシャント抵抗１０の温度値を意味する。
また、最終温度値算出部１０５は、下記数学式３により演算される値を上述したシャント抵抗の第２最終温度値および最終温度値変化量に決定することができる。
［数学式３］
（ここで、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、Ｅはシャント抵抗の発熱量であり、ａはシャント抵抗の熱抵抗係数であり、Ｔａはシャント抵抗の周囲温度であり、Ｔｉはシャント抵抗の第１最終温度値である。）
ここで、Ｅ＊ａはシャント抵抗１０の発熱温度値であり、この値をシャント抵抗１０の周囲温度と加えることによってシャント抵抗１０の第２最終温度値が算出され、この値と第１最終温度値との差が最終温度値変化量を意味する。
また、シャント抵抗１０の熱抵抗係数とは、シャント抵抗１０を構成する物質に対する熱伝達を妨害しようとする固有な性質の程度を意味する。
次に、抵抗算出部１０６は、シャント抵抗１０の電流導通前の第１最終温度値に対比した上述の第２最終温度値の変化量と、温度変化に応じて可変するシャント抵抗１０の温度係数値に基づいて、シャント抵抗１０の第２抵抗値を算出することができる。
また、抵抗算出部１０６は、下記数学式４により演算される値を上述したシャント抵抗１０の第２抵抗値に決定することができる。
［数学式４］
（ここで、Ｒはシャント抵抗の第２抵抗値であり、Ｒｉはシャント抵抗の第１抵抗値であり、Ｔはシャント抵抗の最終温度値変化量であり、ｂはシャント抵抗の温度係数である。）
ここで、Ｔ＊ｂはシャント抵抗１０が可変しただけの抵抗値であり、この値をシャント抵抗１０の第１抵抗値と加えることによってシャント抵抗１０の第２抵抗値を算出することができる。
ここで、シャント抵抗の１０温度係数とは、温度変化に応じてシャント抵抗１０が可変する程度を意味する。
次に、図２を参照して、このようなシャント抵抗の電流値補正システムを介して電流を補正する過程を説明する。
図２は、図１に示されたシャント抵抗の電流値補正システムを介した電流補正過程を説明するためのフローチャートである。
図２を参照すれば、先ず、電圧測定部が、シャント抵抗の電圧値を測定し（Ｓ２０１）、電流算出部が、測定された電圧値とシャント抵抗値に基づいてシャント抵抗に導通する電流値を算出し（Ｓ２０２）、電力算出部が、算出された電流値とシャント抵抗値に基づいてシャント抵抗の消耗電力および発熱量を算出するが（Ｓ２０３）、この時、発熱量はシャント抵抗の消耗電力をシャント抵抗に電流が導通した時間だけ積分する方式により算出される。
次に、最終温度算出部が、算出された発熱量とシャント抵抗の熱抵抗係数に基づいて算出されるシャント抵抗の発熱温度値とシャント抵抗の周囲温度値に基づいてシャント抵抗に対する第２最終温度値および最終温度値変化量を算出し（Ｓ２０４）、最終温度値変化量を算出すれば、最終温度値変化量を抵抗算出部に提供した後に第１最終温度値が第２最終温度値に変更されるようにする。
次に、抵抗算出部が、算出された最終温度値変化量とシャント抵抗の温度係数に基づいてシャント抵抗の第２抵抗値を算出し（Ｓ２０５）、算出された第２抵抗値を電流算出部に提供することによって第１抵抗値が第２抵抗値に変更されるようにする（Ｓ２０６）。
以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、上記技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることを理解することができるであろう。
Claims (12)
- 回路上に備えられるシャント抵抗に対する電流値および前記シャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、前記シャント抵抗の消費電力および発熱量を算出する電力算出部と、
前記シャント抵抗の周囲温度を測定する温度測定部と、
算出された前記発熱量と前記シャント抵抗の熱抵抗係数に基づいて算出される前記シャント抵抗の発熱温度と前記周囲温度に基づいて、前記シャント抵抗に対する第２最終温度および電流導通前の第１最終温度に対比した前記第２最終温度の変化量を算出する最終温度算出部と、
算出された前記シャント抵抗の最終温度変化量と、温度変化に応じて可変する前記シャント抵抗の温度係数に基づいて前記シャント抵抗の第２抵抗値を算出する抵抗算出部と、
を備える、電流値補正システム。 - 前記回路上に備えられる前記シャント抵抗の電圧降下が発生する時、前記シャント抵抗の電圧値を検出する電圧測定部と、
検出された前記電圧値と前記シャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、前記シャント抵抗に対する電流値を算出する電流算出部と、
をさらに備え、
前記電流算出部は、前記第１抵抗値を前記抵抗算出部から提供される前記第２抵抗値に変更する、請求項１に記載の電流値補正システム。 - 前記電流算出部は、
下記数学式１により演算される値を前記電流値に決定する、請求項２に記載の電流値補正システムであって、
［数学式１］
- 前記電力算出部は、
下記数学式２により演算される値を前記シャント抵抗の前記発熱量に決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電流値補正システムであって、
［数学式２］
- 前記温度測定部は、
前記シャント抵抗と隣接して位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電流値補正システム。 - 前記最終温度算出部は、
下記数学式３により演算される値を前記シャント抵抗の前記第２最終温度および前記最終温度変化量に決定することと、前記シャント抵抗の前記第２最終温度および前記最終温度変化量を算出した後に前記第１最終温度が前記第２最終温度に変更されるようにする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電流値補正システムであって、
［数学式３］
- 前記抵抗算出部は、
下記数学式４により演算される値を前記シャント抵抗の前記第２抵抗値に決定する、 請求項１から６のいずれか一項に記載の電流値補正システムであって、
［数学式４］
- 電力算出部を介して、回路上に備えられるシャント抵抗に対する電流値および前記シャント抵抗の第１抵抗値に基づいて、前記シャント抵抗の消費電力および発熱量を算出するステップと、
温度測定部を介して、前記シャント抵抗のリアルタイム周囲温度を測定するステップと、
最終温度算出部を介して、算出された前記発熱量と前記シャント抵抗の熱抵抗係数に基づいて算出される前記シャント抵抗の発熱温度と周囲温度に基づいて、前記シャント抵抗に対する第２最終温度および電流導通前の第１最終温度に対比した前記第２最終温度の変化量を算出するステップと、
抵抗算出部を介して、前記シャント抵抗の最終温度変化量と、温度変化に応じて可変する前記シャント抵抗の温度係数に基づいて、前記シャント抵抗の第２抵抗値を算出するステップと、
を備える、電流値補正方法。 - 前記シャント抵抗に対する前記電流値を算出するステップは、
電流算出部を介して、下記数学式１により演算される値を前記電流値に決定するステップと、
前記第１抵抗値を前記抵抗算出部から提供される前記第２抵抗値に変更するステップと、
を含む、請求項８に記載の電流値補正方法であって、
［数学式１］
- 前記シャント抵抗の前記消費電力および前記発熱量を算出するステップは、
下記数学式２により演算される値を前記シャント抵抗の前記発熱量に決定するステップを含む、請求項８または９に記載の電流値補正方法であって、
［数学式２］
- 前記シャント抵抗に対する前記第２最終温度および電流導通前の第１最終温度に対比した前記第２最終温度の変化量を算出するステップは、
下記数学式３により演算される値を前記シャント抵抗の前記第２最終温度および前記最終温度変化量に決定するステップと、
前記シャント抵抗の前記第２最終温度および最終温度変化量を算出した後に前記第１最終温度が前記第２最終温度に変更されるようにするステップと、
を含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の電流値補正方法であって、
［数学式３］
- 前記シャント抵抗の前記第２抵抗値を算出するステップは、
下記数学式４により演算される値を前記シャント抵抗の前記第２抵抗値に決定するステップを含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の電流値補正方法であって、
［数学式４］
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