JP3080526B2 - 電流検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インダクタンス成分
を含む負荷に流れる電流を検出し、その電流が予め設定
された上限電流を上回ったときに過電流の報知を示す出
力を行う電流検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子機器においては、ソレノイ
ドやモータ等のインダクタンス成分を含む負荷を駆動す
る電力を供給する駆動電源と、それらの負荷の制御を行
う制御回路へ電力を供給する制御電源とが設けられてい
る。上述した駆動電源と制御電源とは、完全に絶縁して
設けられている場合と、電流制御や電圧制御と呼ばれる
フィードバックを行う場合には、前記駆動電源のグラウ
ンドと制御電源のグラウンドとの間を (抵抗を介して)
接続する場合がある。

【０００３】一方、ソレノイドやモータ等の負荷に流れ
る電流量を監視して、異常な電流量が流れると過電流を
示す出力を行う電流検出回路を設け、この電流検出回路
からの出力により、アラーム等の警報を行うものが知ら
れている。

【０００４】図２に、従来の電流検出回路の一例を示
す。

【０００５】駆動電源Ｖｃには、ソレノイド１が接続さ
れ、このソレノイド１と駆動電源側グラウンドＰＧとの
間に、電流検出用抵抗２が介挿されている。前記ソレノ
イド１に流れた電流は前記電流検出用抵抗２に流れ、こ
のとき、この電流検出用抵抗２の両端に発生した電圧
は、前記駆動電源側グラウンドＰＧを基準レベルとした
検出電圧となる。

【０００６】前記ソレノイド１と前記電流検出用抵抗２
との接続点は、第１の抵抗３を介してコンパレータ４の
非反転入力端子に接続されている。このコンパレータ４
は、制御電源 (＋５Ｖ) から電力供給を受けている。こ
のコンパレータ４の非反転入力端子と前記第１の抵抗３
との接続点と前記制御電源側グラウンドＳＧとの間に
は、この制御電源の保護のためのダイオード５が逆方向
に接続されている。

【０００７】また、前記制御電源には、第２の抵抗６と
第３の抵抗７とからなる直列分圧回路が接続され、この
分圧出力点は、前記コンパレータ４の反転入力端子に接
続されている。

【０００８】従って、前記コンパレータ４は、反転入力
端子に入力されるその直列分圧回路の分圧出力点の電圧
を基準電圧として、非反転入力端子に入力される検出電
圧を比較し、非反転入力端子に入力された検出電圧が、
反転入力端子に入力された基準電圧を上回ったとき、出
力端子からハイレベルの信号を出力し、検出電圧が基準
電圧を下回ったとき、出力端子からローレベルの信号を
出力する。

【０００９】前記コンパレータ４の出力端子には、前記
制御電源に接続されたプルアップ抵抗８が接続され、さ
らにその出力端子は、図示しないアラーム (ＡＬＭ) の
駆動回路へ接続されている。

【００１０】従って、アラームの駆動回路は、図示しな
いが、前記コンパレータ４の出力端子からハイレベルの
信号が出力されると、アラームを駆動して過電流の発生
を警報するようになっている。

【００１１】なお、駆動電源側グラウンドＰＧと制御電
源側グラウンドＳＧとの間は、図示しないが、一般的に
抵抗又は内部抵抗を持つ電線等を介して接続されてお
り、ソレノイドやモータ等の負荷に大きな電流を流した
ときには、駆動電源のグラウンドが変動し、制御電源の
グラウンドとの間に無視できない電位差が生じる。

【００１２】一方、前記電流検出回路は、基本的に制御
電源のグラウンドを基準レベルとして負荷に流れた電流
が過電流か否かを判断しているので、駆動電源のグラウ
ンド(ＰＧ) が変動して制御電源のグラウンド (ＳＧ)
より、例えばＸＶだけ上昇したとすると、実際に電流検
出用抵抗２の両端に発生した電圧にそのＸＶを加算した
電圧が、コンパレータ４の非反転入力端子に入力される
ことになる。

【００１３】従って、実際には過電流でないレベルであ
るのに、過電流と判断される可能性があり誤動作とな
る。

【００１４】そこで、従来の電流検出回路は、十分安全
な基準電圧を設定した上で、駆動電源のグラウンドの最
大の変動量をその基準電圧に加算し、この加算した基準
電圧に基づいて過電流か否かを判断をしていた。

【００１５】すなわち、第２の抵抗６と第３の抵抗７と
からなる直列分圧回路の分圧出力が、十分安全な基準電
圧となるように、第２の抵抗６と第３の抵抗７の各抵抗
値を設定し、さらに、制御電源のグラウンドを基準レベ
ルとして駆動電源のグラウンドの最大の変動量 (電位
差) に相当する抵抗値を、第３の抵抗７の抵抗値に加算
して基準電圧を引上げ、駆動電源のグラウンドの最大の
変動量を相殺していた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ソレノイド
１に流れる電流量の変化から得られる電圧の変動量に比
べて、駆動電源のグラウンドの変動量が無視できないく
らいに大きい場合には、上述した電流検出回路は、単に
ソレノイド１ (負荷) に流れる電流量の変化だけでな
く、駆動電源のグラウンドの変動量を加えた変動量を検
出電圧として、基準電圧と比較することになる。

【００１７】従って、実際には、過電流が流れていない
のに、駆動電源のグラウンドの変動量のために、過電流
と判断される虞があり、電流検出回路として信頼性が低
いという問題があった。

【００１８】また、駆動電源のグラウンドの変動量の最
大値に相当する電圧を、基準電圧に加算しておくという
方法についても、駆動電源のグラウンドの変動量が最大
値となったときには、ソレノイド１に流れる電流量を検
出していることになるが、駆動電源のグラウンドの変動
量が最大値に到達しない場合や、異常の発生により最大
値を上回った場合には、ソレノイド１に流れる電流量を
正確に検出していないことになり、やはり電流検出回路
として信頼性が低いという問題があった。

【００１９】そこでこの発明は、駆動電源のグラウンド
の変動量に応じて、検出電圧を補正することができ、信
頼性をより高めることができる電流検出回路を提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明は、駆動電源か
らインダクタンス成分を含む負荷に流れた電流を駆動電
源のグラウンドを基準レベルとした電圧に変換する負荷
電流変換手段と、負荷電流変換手段により得た電圧を制
御電源のグラウンドを基準レベルとした電圧に変換する
電圧変換手段と、駆動電源のグラウンドレベルを制御電
源のグラウンドを基準レベルとした電圧に変換するグラ
ウンド変動変換手段と、電圧変換手段により得た電圧と
グラウンド変動変換手段から得た電圧とに基づいて、制
御電源のグラウンドに対する駆動電源のグラウンドの変
動を排除して、制御電源のグラウンドを基準レベルとし
た負荷に流れる電流に対応する電圧を出力する演算手段
と、この演算手段により得た電圧が予め設定された上限
電圧より大きいと判断したときに、過電流を示す出力を
行う判断手段とを設けたものである。

【００２１】

【作用】このような構成の本発明において、負荷電流変
換手段により、駆動電源から負荷に流れた電流が、駆動
電源のグラウンドを基準レベルとした電圧に変換され
る。この変換された電圧は、電圧変換手段により、制御
電源のグラウンドを基準レベルとした電圧に変換され
る。

【００２２】一方、グランド変動変換手段により、駆動
電源のグラウンドレベルが、制御電源のグラウンドを基
準レベルとした電圧に変換される。

【００２３】電圧変換手段により得た電圧とグラウンド
変動変換手段により得た電圧とに基づいて、演算手段に
より、制御電源のグラウンドに対する駆動電源のグラウ
ンドの変動を排除して、制御電源のグラウンドを基準レ
ベルとした負荷に流れる電流に対応する電圧が出力され
る。

【００２４】判断手段により、演算手段により出力され
た電圧を予め設定された上限電圧より大きいと判断され
たときに、過電流を示す出力が行われる。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。

【００２６】図１は、この発明を適用した電流検出回路
の回路図である。

【００２７】駆動電源Ｖｃには、ソレノイド１１が接続
され、このソレノイド１１と駆動電源側グラウンド (Ｐ
Ｇ) との間に、負荷電流変換手段としての電流検出用抵
抗１２が介挿されている。前記ソレノイド１１に流れた
電流は前記電流検出用抵抗１２に流れ、このとき、前記
電流検出用抵抗１２の両端に発生する電圧は、前記駆動
電源側グラウンドＰＧを基準レベルとした検出電圧とな
る。

【００２８】前記ソレノイド１１と前記電流検出用抵抗
１２との接続点と制御電源側グラウンドＳＧとの間に
は、第１の抵抗１３と第２の抵抗１４とからなる第１の
直列分圧回路が接続され、この第１の直列分圧回路の分
圧出力点は、第１のオペアンプ１５の非反転入力端子に
接続されている。この第１のオペアンプ１５は、制御電
源 (＋１５Ｖ〜−１５Ｖ) から電力供給を受けている。
なお、この制御電源は、上述した＋１５Ｖ〜−１５Ｖの
直流電圧を出力する他に、後述する論理回路用の＋５Ｖ
〜制御電源用グラウンドＳＧを出力するようになってい
る。もちろん＋１５Ｖ〜−１５Ｖの出力電流の０Ｖは、
前記制御電源用グラウンドＳＧの電圧である。

【００２９】前記第１のオペアンプ１５の反転入力端子
と前記制御電源用グラウンドＳＧとの間には、第３の抵
抗１６が接続され、前記第１のオペアンプ１５の反転入
力端子とその出力端子との間には、第１の負帰還用抵抗
１７が接続されている。

【００３０】前記第１の抵抗１３、前記第２の抵抗１
４、前記第１のオペアンプ１５、前記第３の抵抗１６、
前記第１の負帰還用抵抗１７により、電圧変換手段が構
成されている。

【００３１】一方、第２のオペアンプ１８の非反転入力
端子には、第４の抵抗１９を介して制御電源側グラウン
ドＳＧが接続され、その反転入力端子と駆動電源側グラ
ウンドＰＧとの間には、第５の抵抗２０が接続され、こ
の第２のオペアンプ１８の反転入力端子とその出力端子
との間には、第２の負帰還用抵抗２１が接続されてい
る。

【００３２】前記第２のオペアンプ１８、前記第４の抵
抗１９、前記第５の抵抗２０、前記第２の負帰還抵抗２
１により、グラウンド変動変換手段が構成されている。

【００３３】前記第１のオペアンプ１５及び前記第２の
オペアンプ１８の各出力端子間には、第６の抵抗２２と
第７の抵抗２３とからなる演算手段としての第２の直列
分圧回路が接続され、この第２の直列分圧回路の分圧出
力点は、判断手段としてのコンパレータ２４の非反転入
力端子に接続されている。

【００３４】前記制御電源 (＋５Ｖ) と制御電源側グラ
ウンドＳＧとの間には、第８の抵抗２５と第９の抵抗２
６からなる第３の直列分圧回路が接続され、この第３の
直列分圧回路の分圧出力点は、前記コンパレータ２４の
反転入力端子に接続されている。

【００３５】このコンパレータ２４の出力端子には、制
御電源 (＋５Ｖ) に接続されたプルアップ抵抗２７が接
続され、さらにその出力端子は、アラーム (ＡＬＭ) の
駆動回路へ接続されている。

【００３６】従って、アラームの駆動回路は、図示しな
いが、前記コンパレータ１４の出力端子からハイレベル
の信号が出力されると、図示しないアラームを駆動し
て、過電流の発生を警報するようになっている。

【００３７】なお、前記駆動電源側グラウンドＰＧと前
記制御電源側グラウンドＳＧとの間は、図示しないが、
抵抗又は内部抵抗を持つ電線等を介して接続されてい
る。

【００３８】また、前記第１の抵抗１３及び前記第２の
抵抗１４の各抵抗値の比は１：１となるように設計さ
れ、前記第３の抵抗１６及び前記第１の負帰還用抵抗１
７の各抵抗値の比は１：３、前記第５の抵抗２０及び前
記第２の負帰還用抵抗２１の各抵抗値の比は１：２、さ
らに、前記第６の抵抗２２及び前記第７の抵抗２３の各
抵抗値の比は１：１となるように設計されている。

【００３９】このような構成の本実施例において、ソレ
ノイド１１に大きな電流が流れたときには、駆動電源側
グラウンドＰＧの電位レベルが変動し、この駆動電源側
グラウンドＰＧと制御電源側グラウンドＳＧとの間に無
視できない電位差Ｖpsが生じる。

【００４０】この電位差Ｖpsは、第２のオペアンプ１８
を中心にして構成された反転増幅回路により増幅され
る。この反転増幅回路の電圧増幅率は、第５の抵抗２０
及び第２の負帰還用抵抗２１の各抵抗値の比により−２
倍となる。

【００４１】従って、第２のオペアンプ１８の出力電圧
は、制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルとして、上
記電位差Ｖpsの−２倍の電圧 (−２Ｖps )となる。

【００４２】一方、駆動電源Ｖｃからソレノイド１１に
供給された駆動電流は、電流検出用抵抗１２にも流れ、
この電流検出用抵抗１２の両端には、その駆動電流の電
流量に応じた電位差Ｖｉが発生する。このとき、ソレノ
イド１１と電流検出用抵抗１２との接続点に発生した電
圧は、駆動電源側グラウンドＰＧを基準レベルとして、
上記電位差Ｖｉとなる。

【００４３】その接続点に発生した電圧Ｖｉは、第１の
抵抗１３と第２の抵抗１４とからなる第１の直列分圧回
路により、制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルとし
た電圧 (Ｖps＋Ｖｉ) に変換され、その分圧出力点から
上記の１／２の電圧［( Ｖps＋Ｖｉ )／２］が、第１の
オペアンプ１５の非反転入力端子に入力される。

【００４４】この電圧［( Ｖps＋Ｖｉ )／２］は、第１
のオペアンプ１５を中心にして構成された非反転増幅回
路により増幅される。この非反転増幅回路の電圧増幅率
は、第３の抵抗１６及び第１の負帰還用抵抗１７の各抵
抗値の比により４倍となる。

【００４５】従って、第１のオペアンプ１５の出力端子
の電圧は、上記の４倍の電圧［２(Ｖps＋Ｖｉ )］とな
る。

【００４６】そこで、第６の抵抗２２と第７の抵抗２３
とからなる第２の直列分圧回路は、により、第６の抵抗
２２及び第７の抵抗２３の各抵抗値の比により、第１の
オペアンプ１５の出力電圧と第２のオペアンプ１８の出
力電圧との中間の電圧を、その分圧出力点、第６の抵抗
２２と第７の抵抗２３との接続点から出力することにな
る。

【００４７】従って、上記分圧出力は、 ｛［２( Ｖps＋Ｖｉ )＋ (−２Ｖps )］／２｝＝Ｖｉ となり、制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルとし
て、駆動電源側グラウンドＰＧのレベル変動を除去し
て、正確にソレノイド１１に流れた電流により検出用抵
抗１２に発生した電圧Ｖｉが出力されることになる。

【００４８】この電圧Ｖｉは、コンパレータ２４の反転
入力端子に入力され、一方、第８の抵抗２５と第９の抵
抗２６とからなる第３の直列分圧回路により予め設定さ
れた上限電圧がコンパレータ２４の非反転入力端子に入
力され、コンパレータ２４は、電圧Ｖｉが、上限電圧よ
り大きいときに、その出力端子からローレベルの信号を
出力して、図示しないが、アラームの駆動回路を介し
て、アラームにより過電流発生の警報を鳴らす。

【００４９】このように本実施例によれば、ソレノイド
１１に流れた電流量を電圧に変換する検出用抵抗１２
と、ソレノイド１１と検出用抵抗１２との接続点の電位
を制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルとした電位に
変換する第１のオペアンプ１５を中心にして構成された
非反転増幅回路と、駆動電源側グラウンドＰＧの電位レ
ベル変動を制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルとし
た電位に変換する第２のオペアンプ１８を中心にして構
成された反転増幅回路と、第１のオペアンプ１５の出力
端子と第２のオペアンプの出力端子間に接続された第６
の抵抗２２と第７の抵抗２３とからなる第２の直列分圧
回路と、この第２の直列分圧回路の分圧出力点の電圧を
第８の抵抗２５と第９の抵抗２６とからなる第３の直列
分圧回路により設定された上限電圧と比較し、その比較
結果を出力するコンパレータ２４とを設けたことによ
り、駆動電源Ｖｃからソレノイド１１を介して駆動電源
側グラウンドＰＧへ大きな電流が流れ、駆動電源側グラ
ウンドＰＧの電位レベルが変動しても、その変動量に応
じた電位を、制御電源側グラウンドＳＧを基準レベルと
して検出されたソレノイド１１と検出用抵抗１２との接
続点の電位から除去して、常にソレノイド１１に流れた
電流に対応する真の検出電圧をコンパレータ２４に供給
できる。従って、ソレノイド１１に流れる電流量を正確
に検出することができ、電流検出回路としての信頼性を
より高めることができる。

【００５０】なお、この実施例においては、第１のオペ
アンプ１５により非反転増幅回路及び第２のオペアンプ
１８により反転増幅回路を構成し、それに関連して、第
１の抵抗１３及び第２の抵抗１４の各抵抗値の比は１：
１となるように設計され、第３の抵抗１６及び第１の負
帰還用抵抗１７の各抵抗値の比は１：３、第５の抵抗２
０及び第２の負帰還用抵抗２１の各抵抗値の比は１：
２、さらに、第６の抵抗２２及び第７の抵抗２３の各抵
抗値の比は１：１となるように設計されていたが、この
発明はこれに限定されるものではなく、この発明の要旨
を逸脱しない範囲で変形することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
駆動電源のグラウンドの変動量に応じて、検出電圧を補
正することができ、信頼性をより高めることができる電
流検出回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の電流検出回路を示す回路
図。

【図２】従来例の電流検出回路を示す回路図。

【符号の説明】

１１…ソレノイド、１２…検出用抵抗、１５，１８…オ
ペアンプ、２４…コンパレータ、１３，１４，１６，１
７，１９〜２３，２５，２６，２７…抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 31/34 H01F 5/00 - 5/08 H02H 1/00 - 3/52 G05F 1/00 - 1/70 H02P 5/00 - 7/80 H03K 5/15 - 5/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電源からインダクタンス成分を含む
   負荷に流れた電流を前記駆動電源のグラウンドを基準レ
   ベルとした電圧に変換する負荷電流変換手段と、前記負
   荷電流変換手段により得た電圧を制御電源のグラウンド
   を基準レベルとした電圧に変換する電圧変換手段と、前
   記駆動電源のグラウンドレベルを前記制御電源のグラウ
   ンドを基準レベルとした電圧に変換するグラウンド変動
   変換手段と、前記電圧変換手段により得た電圧と前記グ
   ラウンド変動変換手段から得た電圧とに基づいて、前記
   制御電源のグラウンドに対する前記駆動電源のグラウン
   ドの変動を排除して、前記制御電源のグラウンドを基準
   レベルとした前記負荷に流れる電流に対応する電圧を出
   力する演算手段と、この演算手段により得た電圧が予め
   設定された上限電圧より大きいと判断したときに、過電
   流を示す出力を行う判断手段とを設けたことを特徴とす
   る電流検出回路。