JP4882934B2 - 電流測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流を検出する技術に関し、特に二つの電流／電圧変換手段を用いて電流を検出する技術に関する。

従来から、アクティブコンバータとインバータとを用いた電力変換技術が提案されている。インバータ制御に用いる電流検出回路（シャント抵抗）と、コンバータ制御に用いる電流検出回路（シャント抵抗）とを、直流バスに設ける場合、直流バスの電流変化に伴う両シャント抵抗間の電位差が制御回路に影響を及ぼし、電流を精度良く検出することができない。この問題を解決する構成として、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００６−００６００７号公報

図５は、本発明が解決する課題を説明する回路図である。図５に示すように、上記特許文献１に開示されている構成では、第１のマイクロコンピュータ２０３と第２のマイクロコンピュータ２０４との間で信号を授受する場合において、各増幅器２０１，２０２が個別に接地（回路全体では二点接地）している。

しかしながら、二点接地の場合、ディジタル信号が両シャント抵抗間の電位差ΔＶを吸収することになり、増幅器２０１，２０２の動作が不安定になる可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑み、電流検出抵抗の電圧を精度良く検出する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、第１の電流／電圧変換手段（１０７）、第２の電流／電圧変換手段（１０８）、配線（１０９）、差動増幅手段（２１２）、増幅手段（２０１）、コンデンサ（１０４）、第１のマイクロコンピュータ（２０３）、第２のマイクロコンピュータ（２０４）、第１の電源（５０１）、第２の電源（５０２）を備え、前記第１の電流／電圧変換手段は第１端（１０７ａ）及び第２端（１０７ｂ）を有し、前記第２の電流／電圧変換手段は第１端（１０８ａ）及び第２端（１０８ｂ）を有し、前記第１の電源が供給する一対の電位（Ｖｃｃ１，ＧＮＤ１）間の電位差は前記増幅手段及び前記第１のマイクロコンピュータにこれらの動作電圧として与えられ、その低電位側の電位（ＧＮＤ１）が前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端に与えられ、前記第２の電源が供給する一対の電位（Ｖｃｃ２，ＧＮＤ２）間の電位差は前記差動増幅手段及び前記第２のマイクロコンピュータにこれらの動作電圧として与えられ、その低電位側の電位（ＧＮＤ２）が前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端に与えられ、前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端と前記第２の電流／電圧変換手段の前記第１端と前記コンデンサの一端とは前記配線を介して接続され、前記増幅手段は、前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端の電位と前記第２端との電位差を増幅して出力し、前記差動増幅手段は、前記第２の電流／電圧変換手段の前記第１端の電位を基準とした前記第２端の電位を増幅して出力し、前記第１のマイクロコンピュータは前記増幅手段の出力を測定し、前記第２のマイクロコンピュータは前記差動増幅手段の出力を測定する、電流測定装置である。

第２の発明は、第１の発明であって、前記第２の電源（５０２）は、前記第１の電源（５０１）で兼用される。

第３の発明は、第２の発明であって、前記第２のマイクロコンピュータ（２０４）は、前記第１のマイクロコンピュータ（２０３）で兼用される。

第４の発明は、第１の発明であって、前記配線（１０９）以外では前記第１の電源（５０１）と前記第２の電源（５０２）とが相互に絶縁されている。

第１の発明によれば、電流測定装置を構成する回路は全て第１の電流／電圧変換手段の第１端を基準として動作するので、電流測定装置の動作が安定する。しかも第２の電流／電圧変換手段における電圧は差動増幅手段によって出力されるので、その動作電圧として与えられる第２の電源の低電位側の電位が、第１の電流／電圧変換手段の第１端に与えられていても、当該電圧は配線における電圧降下の影響を受けない。

第２の発明によれば、上記第１の発明と比較して第２の電源を省略したので、安価に構成できる。

第３の発明によれば、上記第２の発明と比較して第２のマイクロコンピュータを省略したので、安価に構成できる。

第４の発明によれば、第１の電源と第２の電源とを介しての高周波ノイズの伝搬を抑制できる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈第１実施形態〉
図１は、本発明の第１実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。図１に示すように本実施形態の電流測定技術は、電力変換系１と電流測定系２とに大別できる。電力変換系１は、三相交流電源１０１、電源リアクトル１０２、アクティブコンバータ１０３、平滑コンデンサ１０４、インバータ１０５、モータ１０６、電流検出抵抗１０７，１０８を備えている。また、電流測定系２は、増幅器２０１、差動増幅器２１２、第１のマイクロコンピュータ２０３、第２のマイクロコンピュータ２０４、第１の電源５０１、第２の電源５０２を備えている。ただし、電流検出抵抗１０７，１０８は、電流測定において必要な手段であるので、電流測定系２とともに電流測定装置を構成すると把握される。

電流検出抵抗１０７は、第１端１０７ａ及び第２端１０７ｂを有し、電流検出抵抗１０８は、第１端１０８ａ及び第２端１０８ｂを有している。第１端１０７ａと第１端１０８ａとは、配線１０９を介して接続される。平滑コンデンサ１０４は、その低電位側端が配線１０９に接続され、その高電位側端がアクティブコンバータ１０３及びインバータ１０５の間を接続する高電位側配線１１０に接続される。

第１の電源５０１及び第２の電源５０２は、配線１０９による接続を除いて相互に絶縁されている。具体例を挙げれば、電源トランス５００を適用して、１つの１次コイル５０３に対して２つの２次コイル５０４，５０５を配設する。このような構成とすることにより、例えば、１次コイル５０３及び２次コイル５０４を第１の電源５０１として採用し、１次コイル５０３及び２次コイル５０５を第２の電源５０２として採用する。

第１の電源５０１は、基準電位ＧＮＤ１及びこれよりも高い電源電位Ｖｃｃ１を出力する。また、第２の電源５０２は、基準電位ＧＮＤ２及びこれよりも高い電源電位Ｖｃｃ２を出力する。なお、基準電位ＧＮＤ１，ＧＮＤ２は、例えば、両方とも接地電位である。

第１の電源５０１が供給する一対の電位Ｖｃｃ１，ＧＮＤ１間の電位差は、増幅器２０１及び第１のマイクロコンピュータ２０３の動作電圧として、これらに与えられる。また、第２の電源５０２が供給する一対の電位Ｖｃｃ２，ＧＮＤ２間の電位差は、差動増幅器２１２及び第２のマイクロコンピュータ２０４の動作電圧として、これらに与えられる。

第１の電源５０１から供給される基準電位ＧＮＤ１は、電流検出抵抗１０７の第１端１０７ａに与えられ、第２の電源５０２から供給される基準電位ＧＮＤ２もまた、電流検出抵抗１０７の第１端１０７ａに与えられる。

増幅器２０１は、電流検出抵抗１０７の第１端１０７ａの電位を基準とした第２端１０７ｂの電位を増幅して出力する。また、差動増幅器２１２は、電流検出抵抗１０８の第１端１０８ａの電位を基準とした第２端１０８ｂの電位を増幅して出力する。

第１のマイクロコンピュータ２０３は、増幅器２０１の出力を測定する。また、第２のマイクロコンピュータ２０４は、差動増幅器２１２の出力を測定する。

以上のようにして、電流検出抵抗１０７，１０８において生じる電圧降下が測定される。一般に、電流検出抵抗１０７，１０８の抵抗値は既知であるので、それぞれの結果からアクティブコンバータ１０３、インバータ１０５に流れる電流が測定される。

〈第１実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の発明によれば、電流測定装置を構成する回路は全て電流検出抵抗１０７の第１端１０７ａを基準として動作するので、電流測定装置の動作が安定する。しかも電流検出抵抗１０８における電圧は差動増幅器２１２によって出力されるので、その動作電圧として与えられる第２の電源５０２の低電位側の電位（基準電位ＧＮＤ２）が、電流検出抵抗１０７の第１端に与えられていても、当該電圧は配線１０９における電圧降下の影響を受けない。

また、配線１０９以外では第１の電源５０１と第２の電源５０２とが相互に絶縁されているので、第１の電源５０１と第２の電源５０２とを介しての高周波ノイズの伝搬を抑制できる。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、電流測定装置の２つの電源（第１の電源５０１、第２の電源５０２）が、相互に絶縁されている態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第２実施形態として、２つの電源を共通の電源で兼用する態様について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態で示す要素において、上記第１実施形態と同様の機能を有する要素については、上記第１実施形態で用いた符号と同一符号を付してその説明を省略する。

図２は、本発明の第２実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。図２に示すように、本実施形態の電流測定技術は、上記第１実施形態に対して変形して得られる。すなわち、第２の電源５０２を第１の電源５０１で兼用している。ここで、本実施形態では、第２の電源５０２を兼用する第１の電源５０１を、共通電源５２０として説明する。

共通電源５２０は、第１の電源５０１と同様に電源電位Ｖｃｃ１と基準電位ＧＮＤ１とを出力する。これらの間の電位差は、増幅器２０１及び第１のマイクロコンピュータ２０３の動作電圧としてこれらに与えられるとともに、差動増幅器２１２及び第２のマイクロコンピュータ２０４の動作電圧としてこれらに与えられる。

〈第２実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の発明によれば、上記第１実施形態と比較して第２の電源５０２を省略したので、安価に構成できる。

〈第３実施形態〉
上記第２実施形態では、第１実施形態で示した２つの電源（第１の電源５０１、第２の電源５０２）に替えて、共通電源５２０を適用する態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第３実施形態として、２つのマイクロコンピュータ（第１のマイクロコンピュータ２０３、第２のマイクロコンピュータ２０４）を共通のマイクロコンピュータで兼用する態様について、図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の第３実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。図３に示すように、本実施形態の電流測定技術は、上記第２実施形態に対して変形して得られる。すなわち、第２のマイクロコンピュータ２０４を第１のマイクロコンピュータ２０３で兼用している。ここで、本実施形態では、第２のマイクロコンピュータ２０４を兼用する第１のマイクロコンピュータ２０３を、共通マイクロコンピュータ２２０として説明する。

共通マイクロコンピュータ２２０は、第１のマイクロコンピュータ２０３と同様に増幅器２０１の出力を測定するとともに、差動増幅器２１２の出力を測定する。

〈第３実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の発明によれば、上記第２実施形態と比較して第２のマイクロコンピュータ２０４を省略したので、安価に構成できる。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではない。ここでは、本発明の変形例の１つについて、図面を参照しながら説明する。

図４は、本発明の変形例に係る電流測定技術を示す回路図である。図４に示すように、ここで示す電流測定技術は、上記第１実施形態に対して変形して得られる態様である。すなわち、電力変換系１において、三相交流電源１０１、電源リアクトル１０２及びアクティブコンバータ１０３と、インバータ１０５及びモータ１０６とを入れ替えて構成する。

これは図３に基づいて見れば、下記の変形としても把握できる。即ち、インバータ１０５側に設けられた増幅器２０１と、アクティブコンバータ１０３側に設けられた差動増幅器２１２とを入れ替え、さらに、第１の電源５０１から供給される基準電位ＧＮＤ１を、電流検出抵抗１０８の第１端１０８ａに与え、第２の電源５０２から供給される基準電位ＧＮＤ２もまた、電流検出抵抗１０８の第１端１０８ａに与えられる。

このような構成としても、上述した第１〜第３実施形態と同等の効果を得ることができる。したがって、ここで示した変形例に対して、上記第２、第３実施形態で示した変形と同様の変形を加えても同等の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。 本発明の第２実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。 本発明の第３実施形態に係る電流測定技術を示す回路図である。 本発明の変形例に係る電流測定技術を示す回路図である。 本発明が解決する課題を説明する回路図である。

符号の説明

１０４ コンデンサ
１０７ 第１の電流／電圧変換手段
１０８ 第２の電流／電圧変換手段
１０７ａ，１０８ａ 第１端
１０７ｂ，１０８ｂ 第２端
１０９ 配線
２０１ 増幅手段
２０３ 第１のマイクロコンピュータ
２０４ 第２のマイクロコンピュータ
２１２ 差動増幅手段
５０１ 第１の電源
５０２ 第２の電源

Claims (4)

1. 第１の電流／電圧変換手段（１０７）、第２の電流／電圧変換手段（１０８）、配線（１０９）、差動増幅手段（２１２）、増幅手段（２０１）、コンデンサ（１０４）、第１のマイクロコンピュータ（２０３）、第２のマイクロコンピュータ（２０４）、第１の電源（５０１）、第２の電源（５０２）を備え、
   前記第１の電流／電圧変換手段は第１端（１０７ａ）及び第２端（１０７ｂ）を有し、
   前記第２の電流／電圧変換手段は第１端（１０８ａ）及び第２端（１０８ｂ）を有し、
   前記第１の電源が供給する一対の電位（Ｖｃｃ１，ＧＮＤ１）間の電位差は前記増幅手段及び前記第１のマイクロコンピュータにこれらの動作電圧として与えられ、その低電位側の電位（ＧＮＤ１）が前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端に与えられ、
   前記第２の電源が供給する一対の電位（Ｖｃｃ２，ＧＮＤ２）間の電位差は前記差動増幅手段及び前記第２のマイクロコンピュータにこれらの動作電圧として与えられ、その低電位側の電位（ＧＮＤ２）が前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端に与えられ、
   前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端と前記第２の電流／電圧変換手段の前記第１端と前記コンデンサの一端とは前記配線を介して接続され、
   前記増幅手段は、前記第１の電流／電圧変換手段の前記第１端の電位と前記第２端との電位差を増幅して出力し、
   前記差動増幅手段は、前記第２の電流／電圧変換手段の前記第１端の電位を基準とした前記第２端の電位を増幅して出力し、
   前記第１のマイクロコンピュータは前記増幅手段の出力を測定し、
   前記第２のマイクロコンピュータは前記差動増幅手段の出力を測定する、電流測定装置。
2. 請求項１記載の電流測定装置であって、
   前記第２の電源（５０２）は、前記第１の電源（５０１）で兼用される、電流測定装置。
3. 請求項２記載の電流測定装置であって、
   前記第２のマイクロコンピュータ（２０４）は、前記第１のマイクロコンピュータ（２０３）で兼用される、電流測定装置。
4. 請求項１記載の電流測定装置であって、
   前記配線（１０９）以外では前記第１の電源（５０１）と前記第２の電源（５０２）とが相互に絶縁されている、電流測定装置。

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