JP7491881B2 - 電流センサ - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1~図5を参照して説明する。
図1に示す本実施形態の電流センサ1は、例えば自動車などの車両に搭載されるものであり、測定対象2に流れる電流である被検出電流を検出する。測定対象2としては、車両を走行させるための駆動部に電力を供給する主機バッテリや車両の補機に電力を供給する補機バッテリなどの電池、DC/DCコンバータなどが想定される。DC/DCコンバータは、車両を走行させるための駆動力を発生するモータに対して電力を供給するものであり、そのモータとともに上記した駆動部を構成する。
信号印加部15の具体的な構成としては、例えば図2に示す第1構成例、図3に示す第2構成例などが挙げられる。
[1]第1構成例
図2に示すように、第1構成例の信号印加部15aにおける第1信号印加部7aは、トランジスタ31、抵抗32、信号生成部33、OPアンプ34などを備えている。トランジスタ31は、例えばNチャネル型のMOSFETであり、そのドレインは抵抗32を介して電源線13に接続され、そのソースは補正抵抗5およびシャント抵抗4を介してグランドに接続されている。
図3に示すように、第2構成例の信号印加部15bにおける第1信号印加部7bは、図2に示した第1構成例の第1信号印加部7aに対し、OPアンプ34に代えてバッファ41を備えている点などが異なっている。この場合、信号生成部33の出力信号は、バッファ41の入力端子に与えられている。バッファ41の出力端子は、トランジスタ31のゲートに接続されている。上記構成によれば、トランジスタ31がバッファ41により駆動されることでシャント抵抗4および補正抵抗5の直列回路に交流電流である交流信号が印加される。
アンプ駆動の構成である第1構成例によれば、OPアンプ34、38の動作によりトランジスタ31、35のドレイン電圧が一定に制御されるため、バッファ駆動の構成である第2構成例に対し、シャント抵抗4および補正抵抗5、6の直列回路に印加する交流電流の精度を高めることができるというメリットがある。一方、第2構成例によれば、第1構成例に対し、OPアンプ34、38に代えてバッファ41、42を用いる分だけ、回路規模を小さく抑えることができるというメリットがある。
第1同期検波回路17および第2同期検波回路19の具体的な構成としては、例えば図4に示すような構成が挙げられる。また、第2同期検波回路19および第3同期検波回路21の具体的な構成としては、例えば図5に示すような構成が挙げられる。上記構成では、第1期間には第1同期検波回路17および第2同期検波回路19が動作するとともに、第2期間には第2同期検波回路19および第3同期検波回路21が動作する。そこで、以下では、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて動作する各同期検波回路の構成および動作について説明する。
補正時の第1期間における第1同期検波回路17および第2同期検波回路19の具体的な構成および動作は、図4に示すようなものとなる。この場合、第1信号印加部7によりシャント抵抗4および補正抵抗5の直列回路に印加される交流の電流である交流信号が「Ia・cos(ωt)」であり、シャント抵抗4の抵抗値がRであり、補正抵抗5の抵抗値がR1であるものとする。ただし、ωは角周波数であり、tは時間である。
補正時の第2期間における第2同期検波回路19および第3同期検波回路21の具体的な構成および動作は、図5に示すようなものとなる。この場合、第2信号印加部8によりシャント抵抗4および補正抵抗5、6の直列回路に印加される交流の電流である交流信号が「Ib・cos(ωt)」であり、補正抵抗6の抵抗値がR2であるものとする。
補正部24は、上記したように第1期間および第2期間に第1同期検波回路17、第2同期検波回路19および第3同期検波回路21から与えられる各信号に基づいて、具体的には次のようにして算出抵抗値を算出する。すなわち、補正部24は、第1期間における第1同期検波回路17の出力信号「R・Ia」を第1期間における第2同期検波回路19の出力信号「R1・Ia」で除算することにより、シャント抵抗4および補正抵抗5の各抵抗値の比を表す値「R/R1」を求める。また、補正部24は、第2期間における第2同期検波回路19の出力信号「R1・Ib」を第2期間における第3同期検波回路21の出力信号「R2・Ib」で除算することにより、補正抵抗5および補正抵抗6の各抵抗値の比を表す値「R1/R2」を求める。
本実施形態の電流センサ1は、被検出電流が流れる経路に直列に設けられたシャント抵抗4の端子電圧とシャント抵抗4の抵抗値に対応する検出用抵抗値とを用いて被検出電流を検出するものであり、検出用抵抗値を補正する抵抗値補正回路25を備えている。抵抗値補正回路25は、複数の補正抵抗5、6、信号印加部15、電圧検出部22および補正部24を備えている。複数の補正抵抗5、6は、被検出電流が流れる経路とは異なる経路においてシャント抵抗4とともに全てが直列接続されたものであり且つシャント抵抗4に比べて抵抗精度が高い。
以下、第2実施形態について図6~図8を参照して説明する。
<全体構成>
図6に示すように、本実施形態の電流センサ71は、図1に示した第1実施形態の電流センサ1に対し、第1信号印加部7および第2信号印加部8に代えて第1信号印加部72および第2信号印加部73を備えている点などが異なっている。
信号印加部74の具体的な構成としては、例えば図7に示す第1構成例、図8に示す第2構成例などが挙げられる。
[1]第1構成例
図7に示すように、第1構成例の信号印加部74aにおける第1信号印加部72aは、トランジスタ81、信号生成部82、OPアンプ83などを備えている。トランジスタ81は、例えばNチャネル型のMOSFETであり、そのドレインは電源電圧VDD1が供給される電源線84に接続され、そのソースは補正抵抗5およびシャント抵抗4を介してグランドに接続されている。
図8に示すように、第2構成例の信号印加部74bにおける第1信号印加部72bは、図7に示した第1構成例の第1信号印加部72aに対し、OPアンプ83に代えてバッファ89を備えている点などが異なっている。この場合、信号生成部82の出力信号は、バッファ89の入力端子に与えられている。バッファ89の出力端子は、トランジスタ81のゲートに接続されている。上記構成によれば、トランジスタ81がバッファ89により駆動されることでシャント抵抗4および補正抵抗5の直列回路に交流電圧である交流信号が印加される。
アンプ駆動の構成である第1構成例によれば、OPアンプ83、87の動作によりトランジスタ81、85のソース電圧が一定に制御されるため、バッファ駆動の構成である第2構成例に対し、シャント抵抗4および補正抵抗5、6の直列回路に印加する交流電圧の精度を高めることができるというメリットがある。一方、第2構成例によれば、第1構成例に対し、OPアンプ83、87に代えてバッファ89、90を用いる分だけ、回路規模を小さく抑えることができるというメリットがある。
以下、第3実施形態について図9を参照して説明する。
図9に示すように、本実施形態の電流センサ91は、図1に示した第1実施形態の電流センサ1に対し、切替部92が追加されている点、制御部12に代えて制御部93を備えている点などが異なっている。切替部92は、例えばマルチプレクサなどにより構成されており、シャント抵抗4、補正抵抗5、6の各端子と電圧検出部22の各入力端子との間の接続状態を切り替える。切替部92の動作は、制御部93により制御される。
以下、第4実施形態について図10~図12を参照して説明する。
図10に示すように、本実施形態の電流センサ101は、図1に示した第1実施形態の電流センサ1に対し、電圧検出部22に代えて電圧検出部102を備えている点、切替部103が追加されている点、制御部12に代えて制御部104を備えている点などが異なっている。
以下、第5実施形態について図13を参照して説明する。
図13に示すように、本実施形態の電流センサ111は、図1に示した第1実施形態の電流センサ1に対し、温度センサ112が追加されている点、制御部12に代えて制御部113を備えている点などが異なっている。温度センサ112は、シャント抵抗4の近傍に設けられており、シャント抵抗4の温度に応じた温度検出信号を出力する。
以下、第6実施形態について図14を参照して説明する。
図14に示すように、本実施形態の電流センサ121は、図13に示した第5実施形態の電流センサ111に対し、温度センサ122が追加されている点、制御部113に代えて制御部123を備えている点などが異なっている。温度センサ122は、補正抵抗5の近傍に設けられており、補正抵抗5の温度に応じた温度検出信号を出力する。
以下、第7実施形態について図15を参照して説明する。
図15に示すように、本実施形態の電流センサ131は、図14に示した第6実施形態の電流センサ121に対し、温度センサ132が追加されている点、制御部123に代えて制御部133を備えている点などが異なっている。温度センサ132は、補正抵抗6の近傍に設けられており、補正抵抗6の温度に応じた温度検出信号を出力する。
以下、第8実施形態について図16および図17を参照して説明する。
上記各実施形態において説明した信号印加部15、74の具体的な構成例では、第1信号印加部7、72および第2信号印加部8、73は、それぞれが専用のアンプまたはバッファを備えた構成となっていたが、同一のアンプまたはバッファを共有する構成であってもよい。
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
信号印加部15、74の具体的な構成としては、上記各実施形態において説明した構成に限らずともよく、シャント抵抗4および複数の補正抵抗5、6の直列回路の全部および一部に対して交流信号を印加することができる構成であればよい。
Claims (7)
- 被検出電流が流れる経路に直列に設けられたシャント抵抗(4)の端子電圧と前記シャント抵抗の抵抗値に対応する検出用抵抗値とを用いて前記被検出電流を検出するものであり、前記検出用抵抗値を補正する抵抗値補正回路(25、75、95、106、116、126、136)を備えた電流センサであって、
前記抵抗値補正回路は、
前記被検出電流が流れる経路とは異なる経路において前記シャント抵抗とともに全てが直列接続されたものであり且つ前記シャント抵抗に比べて抵抗精度が高い複数の補正抵抗(5、6)と、
前記シャント抵抗および複数の前記補正抵抗の直列回路の全部および一部に対して交流信号を印加する信号印加部(15、15a、15b、15c、15d、74、74a、74b)と、
前記シャント抵抗を含む前記直列回路の一部に前記交流信号が印加される第1期間における前記シャント抵抗の端子電圧および一部の前記補正抵抗の端子電圧を検出するとともに、前記直列回路の全部に前記交流信号が印加される第2期間における全部の前記補正抵抗の端子電圧を検出する電圧検出部(22、102)と、
前記第1期間における前記電圧検出部による端子電圧の検出値および前記第2期間における前記電圧検出部による端子電圧の検出値に基づいて前記シャント抵抗の抵抗値を算出するとともに、その算出した前記シャント抵抗の抵抗値である算出抵抗値に基づいて前記検出用抵抗値を補正する補正部(24)と、
を備え、
複数の前記補正抵抗の抵抗値および抵抗精度は、前記直列回路において前記シャント抵抗から遠いものほど高くなっている電流センサ。 - 前記電圧検出部は、前記シャント抵抗の端子電圧および前記補正抵抗の端子電圧を検出するためのA/D変換動作を行うことができる複数のA/D変換器(16、18、20)を備え、
前記抵抗値補正回路は、さらに、
前記複数のA/D変換器のそれぞれが前記シャント抵抗および前記複数の補正抵抗のそれぞれに接続することができるように接続状態を切り替えることができる切替部(92、103)と、
前記切替部の接続状態を切り替えることにより複数の前記A/D変換器のゲイン誤差を低減するゲイン誤差低減部(94、105)と、
を備える請求項1に記載の電流センサ。 - 前記抵抗値補正回路(116、126、136)は、さらに、
前記シャント抵抗の温度を検出する第1温度検出部(114)と、
前記第1温度検出部による温度の検出値に基づいて前記被検出電流の検出値を補正する電流値補正部(115、125、135)と、
を備える請求項1または2に記載の電流センサ。 - 前記抵抗値補正回路(126、136)は、さらに、前記補正抵抗の温度を検出する第2温度検出部(124、134)を備え、
前記電流値補正部(125、135)は、前記第1温度検出部による温度の検出値および前記第2温度検出部による温度の検出値に基づいて前記被検出電流の検出値を補正する請求項3に記載の電流センサ。 - 前記信号印加部(15c、15d)は、
前記シャント抵抗を含む前記直列回路の一部に前記交流信号を印加する第1信号印加部(7c、7d)と、
前記直列回路の全部に前記交流信号を印加する第2信号印加部(8c、8d)と、
を備え、
前記第1信号印加部および前記第2信号印加部は、同一のアンプ(34)またはバッファ(41)を共有する構成となっている請求項1から4のいずれか一項に記載の電流センサ。 - 前記信号印加部は、パルス波または正弦波の前記交流信号を前記直列回路に対して印加するようになっている請求項1から5のいずれか一項に記載の電流センサ。
- 前記電圧検出部は、
前記シャント抵抗の端子の信号を入力するとともに前記交流信号の周波数と同じ周波数で同期検波して信号を抽出し、その抽出した信号に基づいて前記シャント抵抗の端子電圧を検出する構成であり、
前記補正抵抗の端子の信号を入力するとともに前記交流信号の周波数と同じ周波数で同期検波して信号を抽出して出力し、その抽出した信号に基づいて前記補正抵抗の端子電圧を検出する構成である請求項1から6のいずれか一項に記載の電流センサ。
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