JP6177543B2 - 電流検出回路および充放電回路 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出回路および充放電回路に関し、特に、バッテリ等の充放電の制御を行うための回路に流れる電流の検出を、温度に影響されることなく行うことが可能な電流検出回路および充放電回路に関する。

バッテリ等の充電、放電の制御を行う充放電回路は、バッテリ、負荷に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて充放電の制御を行っている。従来、負荷等に流れる電流の測定は、シャント抵抗を回路に挿入して、シャント抵抗に流れる電流により発生する電圧値から行っている。しかしながら、この場合シャント抵抗で電力が消費されるため、電力効率のロスやシャント抵抗が発熱するという問題がある。シャント抵抗を使用せず、出力電流を制御するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｎｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）の電圧値から回路に流れる電流を検出する充放電回路が、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。

特許文献１の図１によれば、並列接続されたセンスＦＥＴ２９とパワーＦＥＴ３０からなる充電を制御する充電用スイッチ回路３９および並列接続されたセンスＦＥＴ２７とパワーＦＥＴ２８からなる放電を制御する放電用スイッチ回路３８から構成され、センスＦＥＴ２７および２９のそれぞれドレイン側に直列に電流値検出用のセンス抵抗１９，２０が接続されている。該抵抗の両端及びセンスＦＥＴ２７，２９の両端の電圧を測定し、測定した電圧を演算処理して、充放電電流を検出するようにしている。

また、特許文献２の図１によれば、過電流保護回路は、充電ＦＥＴＱ１、放電ＦＥＴＱ２と、それぞれ同じ温度特性、およびソース・ゲート電圧特性を有する第１、第２の基準ＦＥＴＱ３、Ｑ４と、過電圧検出用コンパレータとからなる。第１、第２の基準ＦＥＴＱ３、Ｑ４は、基準電流回路から電流が供給される。また、充電ＦＥＴＱ１、放電ＦＥＴＱ２のオン抵抗Ｒｏｎ１、Ｒｏｎ２、第１、第２の基準ＦＥＴＱ３、Ｑ４のオン抵抗Ｒｏｎ３、Ｒｏｎ４は、（Ｒｏｎ３＋Ｒｏｎ４）÷（Ｒｏｎ１＋Ｒｏｎ２）＝Ｋ（定数）の関係を有する。

過電圧検出用コンパレータの一方の入力端子には、充電ＦＥＴＱ１と放電ＦＥＴＱ２のソース間の電圧が入力され、他方の入力端子には、第１の基準ＦＥＴＱ３と第２の基準ＦＥＴＱ４のソース間の電圧が入力される。過電圧検出用コンパレータは、充電ＦＥＴＱ１と放電ＦＥＴＱ２のソース間の電圧が、第１の基準ＦＥＴＱ３と第２の基準ＦＥＴＱ４のソース間の電圧より大きくなった場合に、過電流状態として放電制御部にその旨を通知して、放電ＦＥＴＱ２をオフして、二次電池を過電流から保護するようにしている。また、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が同じ温度特性を有することにより、温度変化に影響されずに過電流状態を検出することができる。

特開２００７−１９５３５１号公報 特開２００９−１３１０２０号公報

充放電制御における負荷に流れる電流の検出は、例えば、特許文献２に開示されているように、出力電流を制御するＦＥＴに発生する電圧値を検出することにより行われている。

この場合、オペアンプ（演算増幅器）等のデバイスにＦＥＴのドレインの電圧が入力される。例えば、ＦＥＴがＯＦＦ状態のとき、ＦＥＴのドレインの電圧が高電圧となることがある。このため、ＦＥＴからの高電圧が入力されることを避けるため、オペアンプ等のデバイスの入力にダイオードによる保護回路を設ける必要がある。図６は、ダイオードによる保護回路を備えた電流検出回路を有する従来の放電回路の構成を示す図である。なお、図６は、バッテリから負荷に電力を供給し、バッテリの負荷への放電を制御する放電回路を示す。図６に示すように、従来の放電回路３０は、バッテリ２０から負荷２１に流す電流を検出する電流検出部３１と、負荷２１に流れる電流を制御する放電制御部１２と、バッテリ２０の一方の端子と負荷２１の一方の端子間に挿入されて電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うＦＥＴ１５を有している。バッテリ２０は、端子Ｔ１、Ｔ２を介して放電回路３０に接続されて電源を供給し、放電回路３０は、端子Ｔ３、Ｔ４を介して負荷に電力を供給する。

電流検出部３１としての電流検出回路３１は、オペアンプ８、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ダイオードＤ１から構成されている。電流検出回路３１の抵抗Ｒ１の一端は基準電圧源に接続され、他端はオペアンプ８の非反転入力（＋）端子とダイオードＤ１のアノード側に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソード側とＦＥＴ１５のドレインが接続されている。オペアンプ８の出力端子には、直列接続された抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３が接続されている。更に、オペアンプ８の反転入力（−）端子と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点が接続されている。このように、電流検出回路３１のオペアンプ８は、非反転増幅回路を形成している。なお、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２とし、抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ３とする。

これらの構成から成る電流検出回路３１は、オペアンプ８のゲイン（利得）をＧとすると、Ｇ＝１＋（Ｒ３／Ｒ２）となる。また、ＦＥＴ１５がＯＮ状態での、ＦＥＴ１５の両端電圧（ドレイン−ソース間の電圧）をＶｄｆとし、ダイオードＤ１の両端電圧をＶｄ１とする。

オペアンプ８の出力電圧をＶｏとすると、Ｖｏ＝Ｇ×（Ｖｄｆ＋Ｖｄ１）となる。即ち、オペアンプ８の入力電圧（Ｖｄｆ＋Ｖｄ１）がＧ倍されて出力される。この状態で、温度が変化すると、ダイオードは温度により電圧変化特性を有するため、順方向におけるアノードとカソード間の電圧が変化する。温度変化によりダイオードＤ１の両端電圧がΔＶｄ１変化すると、このときのオペアンプ８の出力電圧をＶｏ’とすると、Ｖｏ’＝Ｇ×（Ｖｄｆ＋（Ｖｄ１＋ΔＶｄ１））となる。このため、温度変化によりオペアンプ８の出力電圧の変動（Ｖｏ’−Ｖｏ）は、Ｖｏ’−Ｖｏ＝Ｇ×ΔＶｄ１となり、ダイオードＤ１による電圧変化分ΔＶｄ１がＧ倍されたものとなる。

このため、温度が変化した場合、回路に流れる電流を検出するＦＥＴ１５の電圧値が同じであっても、温度によりダイオードＤ１の両端電圧が変化するため、電流検出を行うデバイスに入力する電圧値が変動してしまう。特に、デバイスがオペアンプによる増幅回路を使用した場合には、入力電圧値の変動分がオペアンプによってゲイン倍され、ゲイン倍された電圧変動値が出力されてしまう。このため、温度によるダイオードＤ１の電圧変動によって、回路に流れる電流の検出の精度が低下してしまう。

図７は、ダイオードＤ１の各温度状態における、図６に示すＦＥＴに流れる電流に対するオペアンプから出力される電圧の変化を示すグラフである。なお、ダイオードＤ１の温度状態は、高温、常温及び低温である。また、ＦＥＴ電流は、ＦＥＴ１５がＯＮ状態でのドレイン−ソース間の抵抗値を一定として、測定した電圧から算出したものである。

図７に示すように、ダイオードＤ１が高温状態におけるＦＥＴ電流に対する電圧の変化は、ＦＥＴ電流が増加しても、電圧の変化の割合が少ない。一方、ダイオードＤ１が低温状態におけるＦＥＴ電流に対する電圧の変化は、ＦＥＴ電流の増加に伴い電圧の変化の割合が大きい。また、ダイオードＤ１が常温状態におけるＦＥＴ電流に対する電圧は、高温時と低温時のほぼ中間値となる。このため、ダイオードＤ１の各温度状態でＦＥＴ１５に流れる電流が同じ値であっても、オペアンプ８から出力される電圧が変動する。

このため、ダイオードＤ１の各温度状態でのオペアンプから出力される電圧の変動をなくすべく、オペアンプの出力電圧を補正することが必要となる。

温度によるオペアンプ８から出力される電圧変動を、例えば、マイクロコンピュータで補正する場合には、ダイオードＤ１の温度を検出する回路が必要になる。図８は、図６に示す放電回路にダイオードＤ１の温度を検出する温度検出部を設けた放電回路の構成を示す図である。なお、図６に示す電流検出回路を含む放電回路の構成部分と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。

図８に示すように、放電回路３５の温度検出部３７は、温度測定用のセンサを内蔵し、信号を放電制御部３６に出力する。放電制御部３６は、温度測定用のセンサからの信号により温度を検出することができるようになっている。また、放電制御部３６にはマイクロコンピュータが内蔵されている。

マイクロコンピュータのメモリには、検出した温度に対するダイオードの電圧変化分を補正するためのデータテーブル等を前もって準備しておく。データテーブルは、検出した温度に対して、常温におけるダイオードの電圧変化分に相当するように補正するに構成されている。放電制御部３６のマイクロコンピュータは、測定した温度とオペアンプ８の出力電圧から、データテーブルを参照して常温時における出力電圧に変換して補正するようにする。

これにより、ＦＥＴ１５に流れる電流の大きさは、常温時における電圧に変換されるため、ダイオードの温度による電圧変動の影響を受けない。しかしながら、出力電圧を常温時の電圧に補正するため、図７に示すように、ＦＥＴ電流の最大電流（Ｉｍａｘ）での出力電圧が測定可能最大電圧（Ｖｍａｘ）まで達しないため、ＦＥＴ電流の測定電圧は、図７に示す温度補正による測定電圧範囲となる。このため、測定電流値の分解能が下がってしまい、測定精度が低下してしまう。

また、温度検出部３７を設けた充放電回路３５は、部品点数が増えるとともに、放電制御部３６には、演算処理を行うマイクロコンピュータ等が必要となり回路構成が複雑化する。また、検出した温度に対する電圧変化をマイクロコンピュータによって補正するためのデータテーブルが必要となり、特に、ダイオードは非線形特性を有するため、データテーブル作成のための作業等に時間を要する。また、電流検出回路３１の保護回路にダイオード以外の整流素子を使用した場合には、使用した整流素子の特性に合わせたデータテーブルの作成が必要となる。

そこで、本発明は、温度変化による整流素子の電圧変動を補正することができ、これにより充放電制御を行うための電流検出を安定して行うことが可能な電流検出回路および充放電回路を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明の電流検出回路は、回路に流れる電流を電圧に変換して検出する電流検出回路であって、前記回路に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、前記電流検出回路を構成しない電流制御手段がＯＮ動作時の前記電流制御手段に発生する電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧を増幅する電圧増幅手段と、該電圧増幅手段で増幅した電圧を前記電流制御手段を制御し、電流検出回路を構成しない制御部に出力する出力手段とを有し、前記電圧検出手段は、整流素子と電流調整素子を有し、前記出力手段は、抵抗と前記電圧検出手段と同一の特性を有する前記整流素子を有し、前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、電流及び温度により同一の電圧変化特性を有し、温度の変化による前記出力手段の前記整流素子の電圧変動と前記電圧検出手段の前記整流素子の電圧変動との比が、前記電圧増幅手段のゲイン（利得）によって決まる一定倍となるように、前記電圧検出手段の前記整流素子に流れる電流及び前記出力手段の前記整流素子に流れる電流を前記電圧検出手段の前記電流調整素子及び前記出力手段の前記抵抗により設定するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の電流検出回路における前記電圧検出手段の前記整流素子は、前記電流制御手段からの過大電圧が入力されないように前記電圧増幅手段を保護するものであることを特徴とする。

また、本発明の電流検出回路における前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ又は太陽電池のいずれかであることを特徴とする。

また、本発明の電流検出回路における前記電圧増幅手段はオペアンプからなり、前記電流制御手段はＦＥＴからなり、前記電圧検出手段は、前記電流調整素子としての抵抗Ｒ１と前記整流素子としてのダイオードＤ１から成り、前記抵抗Ｒ１の一端が基準電圧源に接続され、他端は前記オペアンプの非反転入力（＋）端子と前記ダイオードＤ１のアノード側に接続され、前記ダイオードＤ１のカソード側と前記ＦＥＴのドレインとが接続され、前記出力手段は、抵抗値Ｒ２の抵抗Ｒ２と抵抗値Ｒ３の抵抗Ｒ３と前記整流素子としてのダイオードＤ２から成り、前記オペアンプの出力端子には、前記出力手段の直列接続された前記抵抗Ｒ２と前記抵抗Ｒ３と前記ダイオードＤ２とが順に接続され、前記オペアンプの反転入力（−）端子には前記抵抗Ｒ２と前記抵抗Ｒ３の接続点が接続され、前記ダイオードＤ２の温度による電圧の変動値ΔＶｄ２が、前記ダイオードＤ１の温度による電圧の変動値ΔＶｄ１の１＋（抵抗値Ｒ２／抵抗値Ｒ３）倍となるように、前記電圧検出手段の前記ダイオードＤ１に流れる電流の大きさを前記電圧検出手段の前記抵抗Ｒ１により設定し、前記出力手段の前記ダイオードＤ２に流れる電流の大きさを前記出力手段の前記抵抗Ｒ２、Ｒ３により設定するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の充放電回路は、充電及び／又は放電を行う充放電回路であって、充電及び／又は放電の制御を行うための電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路からの信号により充電及び／又は放電の制御を行う充放電制御部と、前記充放電回路に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行う電流制御手段とを有し、前記電流検出回路は、前記電流制御手段がＯＮ動作時の前記電流制御手段に発生する電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段からの電圧を増幅する電圧増幅手段と、該電圧増幅手段で増幅した電圧を前記電流制御手段を制御する前記充放電制御部に出力する出力手段とを有し、前記電圧検出手段は、整流素子と電流調整素子を有し、前記出力手段は、抵抗と整流素子を有し、前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、電流及び温度により同一の電圧変化特性を有し、温度の変化による前記出力手段の前記整流素子の電圧変動と前記電圧検出手段の前記整流素子の電圧変動との比が、前記電圧増幅手段のゲイン（利得）によって決まる一定倍となるように、前記電圧検出手段の前記整流素子に流れる電流及び前記出力手段の前記整流素子に流れる電流を前記電圧検出手段の前記電流調整素子及び前記出力手段の前記抵抗により設定するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、電流の大きさ及び温度の変化により電圧が変化する電圧変化特性を有するダイオード等の整流素子を用いたことにより、温度変化による整流素子の電圧変動を補正することができ、これにより充放電制御を行うための電流検出を安定して行うことができる。

また、電流検出を電圧として測定する範囲を狭めることなく、簡易的に温度変化に対して精度よく出力電流値を取得することができる。

また、電流制御手段としてのＦＥＴに発生する電圧を検出する電圧検出手段を成す整流素子と電圧増幅手段の電圧を制御部に出力する出力手段を成す整流素子とは、同一の特性を有する整流素子を使用することができる。このため、回路構成を簡素化することができる。例えば、ダイオードは、非線形特性を有するため、電圧検出手段のダイオードＤ１に対して出力手段に同一特性を有するダイオードＤ２を使用することができる。

また、負荷等に流れる電流の検出を電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＦＥＴで行うため、シャント抵抗等の電流検出用の回路が不要となる。

本発明に係る電流検出回路を含む充放電回路の構成を示す図である。 図１に示す充放電回路の放電回路と電流検出回路の構成を示す図である。 電流検出回路のオペアンプを反転増幅回路で構成した図である。 温度変化に対するダイオードＤ１、Ｄ２の電圧変化量及びダイオードＤ１とダイオードＤ２の電圧変化量の関係を示すグラフである。 温度変化によるダイオードの電圧変動の補正における、ＦＥＴ電流に対するオペアンプの出力電圧を示すグラフである。 ダイオードによる保護回路を備えた電流検出回路を有する従来の放電回路の構成を示す図である。 ダイオードの各温度状態におけるＦＥＴに流れる電流に対するオペアンプから出力される電圧の変化を示すグラフである。 図６に示す充放電回路にダイオードの温度を検出する温度検出部を設けた放電回路の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による電流検出回路および充放電回路を実施するための形態について説明する。なお、本発明による電流検出回路および充放電回路は、負荷に流れる電流の検出に、電流の大きさ及び温度の変化により電圧が変化する電圧変化特性を有するダイオード等の整流素子を用いて、温度変化による整流素子の電圧変動を補正するようにして、充放電制御を行うための電流検出を温度に影響されることなく安定して行うようにしたものである。

図１は、本発明に係る電流検出回路を含む充放電回路の構成を示す図である。なお、図６に示す電流検出回路を有する放電回路の構成部分と同一のものに関しては、同一の符号を用いて説明する。

図１に示すように、充放電回路１は、バッテリ２０から負荷２１に電力を供給する放電回路２と、外部電源２２からバッテリ２０に電力を供給する充電回路３で構成されている。

放電回路２は、バッテリ２０から負荷２１に流れる電流を検出する電流検出部６と、負荷２１に流れる電流を制御する放電制御部１２と、負荷２１の一方の端子とバッテリ２０の負極の端子間に挿入されて電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うＦＥＴ１５とを有している。バッテリ２０は、端子Ｔ１、Ｔ２を介して放電回路２に接続されて電源を供給し、放電回路２は、端子Ｔ３、Ｔ４を介して負荷２１に電力を供給する。

また、充電回路３は、直流を出力する外部電源２２からバッテリ２０に流れる電流を検出する電流検出部６と、バッテリ２０に流れる電流を制御する充電制御部１３と、外部電源２２の負極の端子とバッテリ２０の負極の端子間に挿入されて電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うＦＥＴ１６とを有している。外部電源２２は、端子Ｔ５、Ｔ６を介して充電回路３に接続されて電源を供給し、充電回路３は、端子Ｔ７、Ｔ８を介してバッテリ２０に電力を供給して充電を行う。

図１に示すように、放電回路２と充電回路３の電流検出部６は同一回路で有り、以下に、図２を用いて図１の充放電回路１の放電回路２と電流検出部６について述べる。 図２は、図１に示す充放電回路１の放電回路２と電流検出部６の構成を示す図である。

図２に示すように、点線の枠で示す電流検出部６としての電流検出回路６は、電圧増幅手段としてのオペアンプ８からなり、非反転増幅回路を形成している。オペアンプ８の非反転入力（＋）端子側の電流調整素子としての抵抗Ｒ１は、その一方の端子が基準電圧源に接続されており、他方の端子は、ダイオードＤ１の一方の端子（アノード）に接続されている。なお、電流調整素子としての抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１に流す電流の大きさを調整するものであり、抵抗に限らず、例えば、トランジスタなど電流源として機能するものであってもよい。また、ダイオードＤ１の他方の端子（カソード）は、電流制御手段としてのＦＥＴ１５のドレイン側に接続されている。ダイオードＤ１には、抵抗Ｒ１を介して電流が流れる。なお、ダイオードＤ１は、ＦＥＴ１５がＯＦＦ時のドレインからの高電圧がオペアンプ８の非反転入力（＋）端子に入力されることを避けるためのものであり、保護回路を成すものである。オペアンプ８の非反転入力（＋）端子は、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の接続点と接続されている。このように、オペアンプ８の非反転入力（＋）端子には、ＦＥＴ１５のドレイン端子の電圧及びダイオードＤ１で発生する電圧が入力される。なお、抵抗Ｒ１及び整流素子としてのダイオードＤ１は、電圧検出手段を成すものである。

また、オペアンプ８の出力端子には、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とダイオードＤ２とが直列に接続されている。なお、ダイオードＤ２のカソード側はＧＮＤと接続されている。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と整流素子としてのダイオードＤ２は、出力手段を成すものである。オペアンプ８の反転入力（−）端子は、オペアンプ８の出力端子に接続されている抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点に接続されている。オペアンプ８の反転入力（−）端子は、オペアンプ８の出力端子の電圧による抵抗Ｒ２に発生する電圧とダイオードＤ２で発生する電圧とを加算した電圧が入力される。オペアンプ８の出力端子の電圧は、放電制御部１２に入力される。

ＦＥＴ１５のＯＮ状態での両端電圧は、ＦＥＴ１５に流れる電流、即ち、負荷２１に流れる電流の大きさに比例した電圧である。これは、ＯＮ状態でのＦＥＴ１５は、ドレイン−ソース間の抵抗値が一定であり、ＦＥＴ１５の両端電圧は、負荷２１に流れる電流の大きさに比例した電圧となるためである。

このように、電流検出回路６は、ＦＥＴ１５の両端電圧がオペアンプ８に入力されて増幅され、オペアンプ８は、負荷２１に流れる電流に比例した大きさの電圧を出力する。このため、オペアンプ８の出力電圧値から負荷２１に流れる電流を検出することができる。

また、図２に示す電流検出回路は、オペアンプが非反転増幅回路を構成するものであるが、電流検出回路のオペアンプを反転増幅回路で構成することも可能である。図３は、電流検出回路のオペアンプを反転増幅回路で構成した図である。図３に示すように、電流検出回路２５のオペアンプ８は、反転増幅回路を形成している。オペアンプ８の非反転入力（＋）端子側の電流調整素子としての抵抗Ｒ１は、その一方の端子が基準電圧源に接続されており、他方の端子は、ダイオードＤ１の一方の端子（アノード）に接続されている。なお、電流調整素子としての抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１に流す電流の大きさを調整するものであり、抵抗に限らず、例えば、トランジスタなど電流源として機能するものであってもよい。また、ダイオードＤ１の他方の端子（カソード）は、ＧＮＤに接続されている。ダイオードＤ１には、抵抗Ｒ１を介して電流が流れる。オペアンプ８の非反転入力（＋）端子は、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の接続点と接続されている。

一方、オペアンプ８の出力端子には、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とダイオードＤ２とが直列に接続されている。また、ダイオードＤ２のカソード側は、電流制御手段としてのＦＥＴ１５のドレイン側に接続されている。オペアンプ８の反転入力（−）端子は、オペアンプ８の出力端子に接続されている抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点に接続されている。オペアンプ８の反転入力（−）端子は、オペアンプ８の出力端子の電圧による抵抗Ｒ３に発生する電圧とダイオードＤ２で発生する電圧とＦＥＴ１５のドレイン端子の電圧を加算した電圧が入力される。オペアンプ８の出力端子の電圧は、放電制御部１２に入力される。

図１、図２及び図３に示す放電制御部１２は、バッテリ２０から負荷２１に流す放電電流を制御する回路であり、放電用の電流検出部６からの信号に基づき、ＦＥＴ１５を制御する。すなわち、放電制御部１２は、オペアンプ８の出力電圧からＦＥＴ１５のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。例えば、負荷２１に流れる電流を一定に維持するように制御する。また、放電制御部１２は、負荷２１の電流値が大き過ぎる場合に電流を減少させたり、ショートにより、電流値が過大となったときに、ＦＥＴ１５をＯＦＦ状態に制御する。

一方、図１に示す充電回路３の充電制御部１３は、外部電源２２からバッテリ２０に流す充電電流を制御する回路であり、充電用の電流検出部６からの信号に基づき、ＦＥＴ１６を制御する。すなわち、充電制御部１３は、オペアンプ８の出力電圧からＦＥＴ１６のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。例えば、バッテリ２０に流す電流を一定に維持するように制御する。また、充電制御部１３は、バッテリ２０への電流値が大き過ぎる場合に電流を減少させたり、ショートにより、電流値が過大となったときに、ＦＥＴ１６をＯＦＦ状態に制御する。また、バッテリ２０を充電する電流が所定の値未満になったときには、ＦＥＴ１６をＯＦＦ状態にして、バッテリ２０の充電を停止する。

以下に、本発明による電流検出回路による温度変化による整流素子の電圧変動を補正するための、回路設定について図２を用いて述べる。

なお、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２、抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ３とする。また、ダイオードＤ１の両端電圧をＶｄ１（図２に矢印で示す）、ダイオードＤ２の両端電圧をＶｄ２（図２に矢印で示す）、ＦＥＴ１５の両端電圧（ドレイン−ソース間電圧）をＶｄｆ（図２に矢印で示す）とする。

図２に示すオペアンプ８のゲインをＧ＝１＋（Ｒ３／Ｒ２）とし、ダイオードＤ１、Ｄ２が温度により電圧が変動しないものとすると、オペアンプ８の出力電圧Ｖｏは、式（１）で示される。
Ｖｏ＝Ｇ×（Ｖｄｆ＋Ｖｄ１−Ｖｄ２）＋Ｖｄ２ ・・・（１）
次に、温度によりダイオードＤ１の電圧がΔＶｄ１、ダイオードＤ１の電圧がΔＶｄ２変化したとすると、オペアンプ８の出力電圧Ｖｏ’は、式（２）で示される。
Ｖｏ’＝Ｇ×｛Ｖｄｆ＋（Ｖｄ１＋ΔＶｄ１）−（Ｖｄ２＋ΔＶｄ２）｝＋（Ｖｄ２＋ΔＶｄ２） ・・・（２）
温度変化によるオペアンプ８の出力電圧の変動量（Ｖｏ’−Ｖｏ）は、式（３）で示される。
Ｖｏ’−Ｖｏ＝Ｇ×（ΔＶｄ１−ΔＶｄ２）＋ΔＶｄ２ ・・・（３）
式（３）で、ΔＶｄ１＝ΔＶｄ２の場合には、出力電圧の変動量は、ΔＶｄ２となる。

このため、出力電圧の変動量をＶｏ’−Ｖｏ＝０とするには式（３）から以下の式が成り立つ必要がある。Ｖｏ’−Ｖｏ＝０のときのΔＶｄ１とΔＶｄ２との関係式は、式（４）で示される。
ΔＶｄ２＝｛Ｇ／（Ｇ−１）｝×ΔＶｄ１ ・・・（４）
ただし、Ｇ／（Ｇ−１）＝１＋（Ｒ２／Ｒ３）
よって、式（４）からダイオードＤ２の温度による電圧の変動値ΔＶｄ２が、ダイオードＤ１の温度による電圧の変動値ΔＶｄ１の１＋（Ｒ２／Ｒ３）倍の時、Ｖｏ’−Ｖｏ＝０、つまり温度による出力電圧の変動がなくなり、温度変化の影響を受けない。

また、ダイオードの温度−電圧特性は、ダイオードに流れる電流値により変化する。即ち、ダイオードに流す電流が小さいときには、温度に対する電圧変化が大きくなり、ダイオードに流す電流が大きいときには、温度に対する電圧変化が小さくなる。このダイオードの特性を利用して、ダイオードＤ２には、ダイオードＤ１と比較し温度−電圧特性が１＋（Ｒ２／Ｒ３）倍となるように流れる電流を設定する。

以上説明したように、図２に示すオペアンプが非反転増幅器の場合に、ダイオードＤ２の温度による電圧の変動値ΔＶｄ２が、ダイオードＤ１の温度による電圧の変動値ΔＶｄ１の１＋（Ｒ２／Ｒ３）倍の時、Ｖｏ’−Ｖｏ＝０、つまり温度による出力電圧の変動がなくなり、温度変化の影響を受けない。また、図３に示すオペアンプが反転増幅器の場合においても、オペアンプが非反転増幅器の場合と同様に、ダイオードＤ２の温度による電圧の変動値ΔＶｄ２が、ダイオードＤ１の温度による電圧の変動値ΔＶｄ１の１＋（Ｒ２／Ｒ３）倍の時、Ｖｏ’−Ｖｏ＝０、つまり温度による出力電圧の変動がなくなり、温度変化の影響を受けない。

以下にダイオードに流れる電流設定について、図４を用いて説明する。図４は、温度変化に対するダイオードＤ１、Ｄ２の電圧変化量及びダイオードＤ１とダイオードＤ２の電圧変化量の関係を示すグラフである。図４に示すように、ダイオードの温度Ｔｐ１におけるダイオードＤ１の電圧変化量をΔＶｄ１とすると、ダイオードＤ２の電圧変化をΔＶｄ２は、ΔＶｄ１×（１＋（Ｒ２／Ｒ３））となるように設定する。ダイオードＤ１に流す電流を多く流して、温度に対する電圧変化が小さくなるようにし、また、ダイオードＤ２に流す電流を少なく流して、温度に対する電圧変化が大きくなるようにする。

より具体的には、以下のようにして、抵抗値を決定する。ダイオードの温度−電圧特性は、ダイオードに流れる電流値により変化するため、図２に示す回路で、ダイオードＤ１に流れる電流は、抵抗Ｒ１の値により決定される。また、抵抗Ｒ２、Ｒ３の値により、ダイオードＤ２に流れる電流が決定される。抵抗値の決定のために、最初に、オペアンプ８の必要な増幅率を決める。オペアンプ８の増幅率は、ＦＥＴ１５の検出電圧の最大値、放電制御部１２の入力可能電圧等から決定する。増幅率からＲ２とＲ３との比率が決まる。

また、ダイオードＤ２とダイオードＤ１に流す電流値は、図４に示すダイオード温度電圧変化を満たすように選定する。ダイオードＤ１に流す電流値からＲ１の値を決定し、ダイオードＤ２に流す電流値からＲ２、Ｒ３の値を決定するようにする。

以上述べた本発明による電流検出回路での、温度変化によるダイオードの電圧変動の補正における、ＦＥＴ電流に対するオペアンプの出力電圧を図５に示す。図５に示す実線は、図２に示す電流検出回路によるＦＥＴ電流によるオペアンプの出力電圧を示し、図５に示す点線は、図７に示す各温度でのＦＥＴ電流によるオペアンプの出力電圧を示す。図５に示すように、ＦＥＴ電流が最大値（図５に示すＩｍａｘ）のときに、出力電圧が測定可能な最大電圧（図５に示すＶｍａｘ）に達するため、測定できる電圧範囲が広がり、測定の分解能も向上する。

このように、本発明の電流検出回路は、電流及び温度により電圧変化特性を有する整流素子としてのダイオードを用いて、オペアンプの入力と出力に接続されたダイオードの温度の変化による電圧変動の比が、オペアンプのゲイン（利得）によって決まる一定倍となるように、入力回路及び出力回路のダイオードに流れる電流を抵抗により設定することにより、温度に影響されることなく、回路に流れる電流検出を安定して行うことができる。

以上、整流素子としてダイオードを用いた実施の形態について述べたが、ダイオードは、取り扱いが容易で、電流及び温度により電圧変化特性を有するため、電流検出回路の整流素子として好適である。なお、整流素子は、ダイオード以外にも、トランジスタ、サイリスタ又は太陽電池のいずれかであつてもよい。ダイオードは、非線形特性を有するため、ダイオードＤ１に対して同一特性を有するダイオードＤ２を使用することにより、回路構成が簡素化することができる。例えば、オペアンプの入力回路にダイオードＤ１を使用し、オペアンプの出力回路にダイオードＤ２に代えて、トランジスタを使用した場合には、ダイオードとトランジスタの特性が異なるため、トランジスタの特性をダイオードの特性に一致させる回路が必要となり、回路構成が複雑化する。このため、整流素子は同一のものが望ましい。

以上述べたように、本発明によれば、電流の大きさ及び温度の変化により電圧が変化する特性を有するダイオード等の整流素子を用いたことにより、温度変化による整流素子の電圧変動を補正することができ、これにより充放電制御を行うための電流検出を安定して行うことができる。

また、電流検出を電圧として測定する範囲を狭めることなく、簡易的に温度変化に対して精度よく出力電流値を取得することができる。

また、電流制御手段としてのＦＥＴに発生する電圧を検出する電圧検出手段を成す整流素子と電圧増幅手段の電圧を制御部に出力する出力手段を成す整流素子とは、同一の特性を有する整流素子を使用することができる。このため、回路構成を簡素化することができる。例えば、ダイオードは、非線形特性を有するため、電圧検出手段のダイオードＤ１に対して出力手段に同一特性を有するダイオードＤ２を使用することができる。

また、負荷に流れる電流の検出（用センサ）及び電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を同一のＦＥＴで行うため、シャント抵抗等の電流検出用の回路が不要となる。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

１ 充放電回路
２、３０、３５ 放電回路
３ 充電回路
６、２５、３１ 電流検出部（電流検出回路）
８ オペアンプ
１２、３６ 放電制御部
１３ 充電制御部
１５、１６ ＦＥＴ
２０ バッテリ
２１ 負荷
２２ 外部電源
３７ 温度検出部
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗

Claims (5)

1. 回路に流れる電流を電圧に変換して検出する電流検出回路であって、
   前記回路に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、前記電流検出回路を構成しない電流制御手段がＯＮ動作時の前記電流制御手段に発生する電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧を増幅する電圧増幅手段と、該電圧増幅手段で増幅した電圧を前記電流制御手段を制御し、電流検出回路を構成しない制御部に出力する出力手段とを有し、
   前記電圧検出手段は、整流素子と電流調整素子を有し、
   前記出力手段は、抵抗と前記電圧検出手段と同一の特性を有する前記整流素子を有し、
   前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、電流及び温度により同一の電圧変化特性を有し、
   温度の変化による前記出力手段の前記整流素子の電圧変動と前記電圧検出手段の前記整流素子の電圧変動との比が、前記電圧増幅手段のゲイン（利得）によって決まる一定倍となるように、前記電圧検出手段の前記整流素子に流れる電流及び前記出力手段の前記整流素子に流れる電流を前記電圧検出手段の前記電流調整素子及び前記出力手段の前記抵抗により設定するようにしたことを特徴とする電流検出回路。
2. 前記電圧検出手段の前記整流素子は、前記電流制御手段からの過大電圧が入力されないように前記電圧増幅手段を保護するものであることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
3. 前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ又は太陽電池のいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流検出回路。
4. 前記電圧増幅手段はオペアンプからなり、前記電流制御手段はＦＥＴからなり、
   前記電圧検出手段は、前記電流調整素子としての抵抗Ｒ１と前記整流素子としてのダイオードＤ１から成り、前記抵抗Ｒ１の一端が基準電圧源に接続され、他端は前記オペアンプの非反転入力（＋）端子と前記ダイオードＤ１のアノード側に接続され、前記ダイオードＤ１のカソード側と前記ＦＥＴのドレインとが接続され、
   前記出力手段は、抵抗値Ｒ２の抵抗Ｒ２と抵抗値Ｒ３の抵抗Ｒ３と前記整流素子としてのダイオードＤ２から成り、前記オペアンプの出力端子には、前記出力手段の直列接続された前記抵抗Ｒ２と前記抵抗Ｒ３と前記ダイオードＤ２とが順に接続され、前記オペアンプの反転入力（−）端子には前記抵抗Ｒ２と前記抵抗Ｒ３の接続点が接続され、
   前記ダイオードＤ２の温度による電圧の変動値ΔＶｄ２が、前記ダイオードＤ１の温度による電圧の変動値ΔＶｄ１の１＋（抵抗値Ｒ２／抵抗値Ｒ３）倍となるように、前記電圧検出手段の前記ダイオードＤ１に流れる電流の大きさを前記電圧検出手段の前記抵抗Ｒ１により設定し、前記出力手段の前記ダイオードＤ２に流れる電流の大きさを前記出力手段の前記抵抗Ｒ２、Ｒ３により設定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
5. 充電及び／又は放電を行う充放電回路であって、
   充電及び／又は放電の制御を行うための電流を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路からの信号により充電及び／又は放電の制御を行う充放電制御部と、
   前記充放電回路に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ動作を行う電流制御手段とを有し、
   前記電流検出回路は、前記電流制御手段がＯＮ動作時の前記電流制御手段に発生する電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段からの電圧を増幅する電圧増幅手段と、該電圧増幅手段で増幅した電圧を前記電流制御手段を制御する前記充放電制御部に出力する出力手段とを有し、
   前記電圧検出手段は、整流素子と電流調整素子を有し、
   前記出力手段は、抵抗と整流素子を有し、
   前記電圧検出手段の前記整流素子及び前記出力手段の前記整流素子は、電流及び温度により同一の電圧変化特性を有し、
   温度の変化による前記出力手段の前記整流素子の電圧変動と前記電圧検出手段の前記整流素子の電圧変動との比が、前記電圧増幅手段のゲイン（利得）によって決まる一定倍となるように、前記電圧検出手段の前記整流素子に流れる電流及び前記出力手段の前記整流素子に流れる電流を前記電圧検出手段の前記電流調整素子及び前記出力手段の前記抵抗により設定するようにしたことを特徴とする充放電回路。

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