JPH04294A - インバータ回路における電流検出回路 - Google Patents

インバータ回路における電流検出回路

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JPH04294A
JPH04294A JP2098890A JP9889090A JPH04294A JP H04294 A JPH04294 A JP H04294A JP 2098890 A JP2098890 A JP 2098890A JP 9889090 A JP9889090 A JP 9889090A JP H04294 A JPH04294 A JP H04294A
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JP
Japan
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power supply
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load
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JP2098890A
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Inventor
Kimiya Nakamura
公也 中村
Hiroshi Matsuoka
浩史 松岡
Mitsuhiko Nishimoto
光彦 西本
Takashi Kageyama
孝 影山
Hidetoshi Tabuse
田伏 秀年
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Toyota Industries Corp
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、例えばモータ駆動回路として使用されるイ
ンバータ回路における電流検出回路に関するものである
[従来の技術]・ 従来、この種の電流検出回路として、例えば第10図に
示すように、4つのスイッチング素子Ql 1.Q12
.Q13.Q14をHブリッジ構成に接続してなるイン
バータ回路に適用されたものが知られている。
このインバータ回路の各スイッチング素子Qll〜Q1
4はNPN型トランジスタにより構成されている。そし
て、二つのスイッチング素子Q11゜Q12がそれぞれ
エミッタ、コレクタにて直列に接続され、他の二つのス
イッチング素子Q13゜Q14が同じくエミッタ、コレ
クタにて直列に接続されている。このうち、一方の組の
スイッチング素子Qll、Q12の中間と、他方の組の
スイッチング素子Q13.Q14の中間との間には、サ
ーボモータ等の負荷L1が接続されている。又、各スイ
ッチング素子Qll−Q14には、フライホイールダイ
オードよりなる整流素子D11゜D12.D13.D1
4がそれぞれ並列に接続されている。
上記のように構成されたHブリッジのインバーの二つの
スイッチング素子Q 11. Q 13(7)ルクタ側
は電源Elのプラス側に接続され、負荷Llよりも下側
(下アーム)の両スイッチング素子Q12.Q14のエ
ミッタ側はそれぞれ負荷電流測定素子としての電流検出
抵抗(シャント抵抗)R1,R2を介して電源E1のマ
イナス側に接続されている。又、下アームの一方のスイ
ッチング素子Q12と一方のシャント抵抗R1との間に
は増幅率Aを持った増幅素子AIの入力側が、同様に下
アームの他方のスイッチング素子Q14と他方のシャン
ト抵抗R2との間には増幅率Aを持った増幅素子A2の
入力側がそれぞれ接続されている。このようにインバー
タ回路における電流検出回路が構成されている。
従って、例えば負荷L1に矢印Xの方向へ電流を流すべ
くスイッチング制御を行うには、スイッチング素子Q1
4を常時オン状態にしておき、スイッチング素子Qll
をオン・オフする。このとき、スイッチング素子Qll
がオンされると2点鎖線で示すような電流Illか流れ
、スイッチング素子Qllがオフされると破線で示すよ
うな電流112が流れる。そして、各電流Ill、It
2が流れる何れの場合にも、シャント抵抗R2には負荷
L1を流れる電流(負荷電流)と同じ電流が流れるので
、同シャント抵抗R2の両端には負荷電流に応じた電圧
降下が発生する。よって、このシャント抵抗R2の端子
間電圧を増幅素子A2にて適宜に信号処理することによ
り、電流を検出することができる。
一方、負荷L1に矢印Xと逆方向へ電流を流すべくスイ
ッチング制御を行うには、スイッチング素子Q12.Q
13を上記と同等にオン・オフ制御する。これによって
、シャント抵抗R1の端子間電圧によって、増幅素子A
lにて同様に電流検出を行うことができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記従来の電流検出回路では、負荷L1
における正逆両方向の電流を検出するために、負荷電流
測定素子として別々のシャント抵抗R1,R2を設けて
いた。そして、各シャント抵抗R1,R2における検出
精度の要求度は比較的低いものの、各シャント抵抗R1
,R2の間のバランス調整を高精度で行って各抵抗R1
,R2における特性のバラツキに対処しなければならな
い場合があった。よって、バランス調整のための要素が
必要となり、その要素の精度を上げることも必要となっ
ていた。
又、各シャント抵抗R1,R2のうちの一方が電流検出
に作用している間には、他方が電流検出に作用していな
いことになる。このため、電流検出に作用していない方
のシャント抵抗R1,R2は、スイッチングされた逆バ
イアスが印加されることになり、その逆バイアスを無効
にするための特別な回路が必要となるばかりでなく、逆
バイアス自体が有害なノイズとなり不利となっていた。
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、電流測定素子の特性バラツキを問題にす
る必要がなく、特性バランスの調整及びそのための要素
を省略することが可能で、加えてスイッチングされた逆
バイアスの影響を回避することが可能なインバータ回路
における電流検出回路を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、この発明においては、一
対のスイッチング素子を直列に接続してなる複数組の素
子対と、各素子対において各スイッチング素子に対して
並列に接続された整流素子と、各素子対における両スイ
ッチング素子の中間に設けられた出力端子と、各素子対
の両端に接続された電源とを備えたインバータ回路にお
いて、各素子対のスイッチング素子の電源側、又はそれ
ら各スイッチング素子に対応して接続された整流素子の
電源側のうち、いずれか一方側をそれぞれ電源に直に接
続し、他方側を一つの電流測定素子を介して電源に接続
している。
そして、各素子対のスイッチング素子の一方の電源側を
一つの電流測定素子を介して電源に接続し、各スイッチ
ング素子に対応して接続された整流素子の電源側を電源
に直に接続してもよい。
又、各素子対のスイッチング素子の一方の電源側又はそ
れら各スイッチング素子に対応して接続された整流素子
の一方の電源側のうちいずれか一方側と、各素子対のス
イッチング素子の他方の電源側又はそれら各スイッチン
グ素子に対応して接続された整流素子の他方の電源側の
うちいずれか一方側とのそれぞれを電流測定素子を介し
て電源に接続してもよい。
[作用コ 上記の構成によれば、各素子対の出力端子に負荷を接続
した状態で、その負荷に正逆両方向の負荷電流を流すに
は、各スイッチング素子をスイッチング制御する。そし
て、負荷に正逆何れの方向の負荷電流が流れる場合でも
、電流測定素子には負荷電流と同じ電流が流れて、その
両端に負荷電流に応じた電圧降下が発生する。従って、
その電圧を適宜に信号処理することにより、電流が検出
される。
又、負荷における正逆両方向の負荷電流を検出するため
に、各素子対のスイッチング素子の電源側、又はそれら
各スイッチング素子に対応して接続された整流素子の電
源側のうち、いずれか一方側をそれぞれ電源に直に接続
し、他方側を一つの電流測定素子を介して電源に接続し
ているので、その電流測定素子における特性バラツキを
問題にする必要がなく、複数の電流測定素子を介して電
源に接続した場合とは異なり、電流測定素子相互のバラ
ンス調整を行う必要がなくなる。このため、バランス調
整のための要素が不要となる。
更に、一つの電流測定素子が作用して正逆両方の負荷電
流を絶えず検出することになるので、スイッチングされ
た逆バイアスが印加されることがなくなる。このため、
逆バイアスの印加を無効にするための特別な回路が不要
となり、逆バイアスに起因した有害ノイズの対策も不要
となる。
[実施例] 以下、この発明を具体化した一実施例を第1図〜第4図
に基づいて詳細に説明する。
第1図はこの実施例における2相インバ一タ回路におけ
る電流検出回路を示す図である。
この回路において、各スイッチング素子Ql〜Q4はN
PN型トランジスタにより構成されている。そして、−
組の素子対をなす一対のスイッチング素子Ql、Q2が
それぞれエミッタ、コレクタにて直列に接続され、他の
一組の素子対をなす一対のスイッチング素子Q3.Q4
が同じくエミッタ、コレクタにて直列に接続されている
。このうち、一方の素子対をなすスイッチング素子Ql
Q2の中間、及び他方の素子対をなすスイッチング素子
Q3.Q4の中間には、出力端子TI、T2がそれぞれ
設けられている。そして、両出力端子TI、T2の間に
サーボモータ等の負荷りが接続されている。
各スイッチング素子Q1〜Q4に対応して、フライホイ
ールダイオードよりなる整流素子Dl。
D2.D3.D4がそれぞれ接続されている。このうち
、負荷りよりも上側(上アーム)の二つのスイッチング
素子Ql、Q3に対応する整流素子DI、D3は各スイ
ッチング素子Ql、Q3に対して並列に接続されている
。そして、これら各スイツチング素子Ql、Q3の電源
側(コレクタ側)。
各整流素子DI、D3の電源側(カソード側)かそれぞ
れ電源Eのプラス側に直に接続されている。
一方、負荷りよりも下側(下アーム)の二つのスイッチ
ング素子Q2.Q4に対応する整流素子D2.D4の非
電源側(カソード側)は、一方の素子対をなすスイッチ
ング素子Ql、Q2の中間、他方の素子対をなすスイッ
チング素子Q3.Q4の中間にそれぞれ接続されている
。又、各整流素子D2.D4の電源側(アノード側)は
、それぞれ電源Eのマイナス側に直に接続されている。
そして、各スイッチング素子Q2.Q4の電源側(エミ
ッタ側)は、電流測定素子としての一つの電流検出抵抗
(シャント抵抗)Rを介して電源Eのマイナス側に接続
されている。
又、下アームの一方のスイッチング素子Q4とシャント
抵抗Rとの間には増幅率Aを持った増幅素子AOの入力
側が接続されている。
このように2相インバ一タ回路における電流検出回路が
構成されている。
次に、上記のように構成した回路の作用について説明す
る。
先ず、負荷りに矢印Xの方向へ電流を流す場合のスイッ
チング制御について第2図に従って説明する。この場合
には、スイッチング素子Q4を常時オン状態にしておき
、スイッチング素子Q1をオン・オフする。このとき、
スイッチング素子Q1がオンされると破線で示すような
電流11が流れる。又、スイッチング素子Q1がオフさ
れると、負荷りにリアクタンス分がある場合には、負荷
りに今まで流れていた電流を保持しようとする働きがあ
るため、整流素子D2を経て、2点鎖線で示すような電
流I2が流れる。そして、各電流It、I2が流れる何
れの場合にも、シャント抵抗Rには負荷りを流れる電流
(負荷電流)と同じ電流が流れ、同抵抗Rの両端には負
荷電流に応じた電圧降下が発生する。よって、このシャ
ント抵抗Rの端子間電圧を増幅素子AOにて適宜に信号
処理することにより、電流を検出することができる。
一方、負荷りに矢印Xと逆方向へ電流を流す場合のスイ
ッチング制御について第3図に従って説明する。この場
合には、スイッチング素子Q2を常時オン状態にしてお
き、スイッチング素子Q3をオン・オフする。このとき
、スイッチング素子Q3がオンされると破線で示すよう
な電流■3が流れる。又、スイッチング素子Q3がオフ
されると、リアクタンス分によって負荷りに流れていた
電流が保持され、整流素子D4を経て2点鎖線で示すよ
うな電流I4が流れる。そして、各電流13、I4か流
れる何れの場合にも、シャント抵抗Rには負荷電流と同
じ電流が流れ、同抵抗Rの両端には負荷電流に応じた電
圧降下が発生する。
よって、このシャント抵抗Rの端子間電圧を増幅素子A
Oにて適宜に信号処理することにより、電流を検出する
ことができる。
上記のように、この実施例の電流検出回路では、負荷り
を流れる各電流11〜I4の全てが、シャント抵抗Rを
上から下へ向けて流れている。つまり、負荷りに矢印X
の方向又はその逆の方向の電流11〜I4を流しても、
或いは各スイッチング素子Ql、Q3がオンの時もオフ
の時も、シャント抵抗Rには上から下へ向かって電流l
l−I4が流れる。
この結果、一つのシャント抵抗Rにより、全ての場合の
負荷電流を測定することができる。そして、負荷りのり
アクタンス分に比較して、スイッチング素子Ql又はス
イッチング素子Q3のスイッチング周波数を充分に高く
(負荷電流の上昇・下降が無視できる程度に)した場合
に、シャント抵抗Rの両端に現れる電圧は直流的となり
、増幅素子AOを通じて行われる制御系での信号処理が
非常に容易なものとなる。
又、負荷りにおける正逆両方向の負荷電流を検出するた
めに、一つのシャント抵抗Rが設けられているだけなの
で、そのシャント抵抗Rの特性バラツキを問題にする必
要がなく、二つのシャント抵抗R1,R2を設けた従来
例とは異なり、複数のシャント抵抗相互のバランス調整
を行う必要がなくなる。このため、シャント抵抗Rのバ
ランス調整のための要素を電流検出回路に対して設ける
必要がなく、その要素の調整を行う必要も全くない。
更に、一つのシャント抵抗Rによって正逆両方向の負荷
電流を絶えず検出することができるので、各スイッチン
グ素子Ql、Q3のスイッチング時にシャント抵抗Rに
逆バイアスが印加されるこがなくなる。このため、逆バ
イアスの印加を無効にするための特別な回路を設ける必
要がなくなり、逆バイアスに起因した有害ノイズを解消
することもできる。
ここで、前記インバータ回路における電流検出回路の適
用例について第4図に従って簡単に説明する。
第4図は電動式ステアリング装置の概略構成を示す図で
ある。ステアリングlの強さ及び回転方向は、トルクセ
ンサ2により検出される。そして、モータ電流値計算器
3では、トルクセンサ2にて検出されたステアリングの
強さに基づいてモータ電流指示値が計算される。
又、電流制御器4では、モータ電流値計算器3にて計算
されたモータ電流指示値と、シャント抵抗R1増幅素子
AOにて検出されたモータ電流値とが比較される。その
結果、デユーティ指令器5において、スイッチング素子
Ql、Q3のデユーティ比が求められる。
そして、そのデユーティ比と、トルクセンサ2にて検出
されて方向検出器6にて検出されたステアリング1の回
転方向とに基づき、出力切替器7において、インバータ
回路駆動用の各ドライバ8゜9への駆動信号が出力され
る。その結果、各スイッチング素子Ql−04がスイッ
チング制御されて、インバータ回路の負荷としてのサー
ボモータよりなるステアリングモータlOが駆動制御さ
れる。
尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜
に変更して次のように実施することもできる。
(1)前記実施例では、負荷りよりも下側の二つのスイ
ッチング素子Q2.Q4に対応する各整流素子D2.D
4の電源側(アノード側)を、それぞれ電源Eのマイナ
ス側に直に接続し、各スイッチング素子Q2.Q4の電
源側(エミッタ側)を、電流測定素子としての一つのシ
ャント抵抗Rを介して電源Eのマイナス側に接続し、更
にシャント抵抗Rとスイッチング素子Q4との間に増幅
素子AOを接続したが、その逆に第5図に示すように、
負荷を接続するための一対の出力端子TI、 T2より
も上側の二つのスイッチング素子Ql、Q3に対応する
各整流素子Di、D3の電源側(カソード側)を、それ
ぞれ電源Eのプラス側に直に接続し、各スイッチング素
子Ql、Q3の電源側(コレクタ側)を、電流測定素子
としての一つのシャント抵抗Rを介して電源Eのプラス
側に接続し、更にシャント抵抗Rとスイッチング素子Q
3との間に増幅素子AOを接続してもよい。
この場合、負荷りよりも上側のスイッチング素子Ql、
Q3をそれぞれ常時オン状態とし、下側のスイッチング
素子Q2.Q4をスイッチング制御することにより、シ
ャント抵抗Rに流れる電流を直流的にすることができる
(2)前記実施例では、ステアリングモータlO等の負
荷りを駆動させる場合に具体化したが、第6図に示すよ
うに、モータ等の発電機能を備えた負荷を出力端子TI
、T2の間に接続してその負荷により電力回生を行う場
合に使用することもできる。即ち、この場合には、三つ
のスイッチング素子Ql−Q3をオフ状態とし、残りの
スイッチング素子Q4のみをスイッチング制御する。こ
れによって、スイッチング素子Q4がオンの時に、負荷
は2点鎖線で示す経路PIによって短絡した形となり、
その経路P1を流れる電流が増大する。
その後、スイッチング素子Q4がオフさせると、破線で
示す経路P2によって電流が回生される。
(3)前記実施例では、2組の素子対よりなる2相イン
バ一タ回路における電流検出回路に具体化したが、第7
図に示すように、3相インバ一タ回路における電流検出
回路に具体化してもよい。即ち、前記実施例における4
つのスイッチング素子Q1〜Q4.4つの整流素子Di
−D4の他に、別の素子対を構成する一対のスイッチン
グ素子Q5.Q6を設け、両スイッチング素子Q5.Q
6の中間に別の出力端子T3を設ける。又、各スイッチ
ング素子Q5.Q6に対応する整流素子D5゜D6を設
ける。そして、負荷を接続するための各出力端子Tl−
T3よりも下側の三つのスイッチング素子Q2.Q4.
Q6に対応する各整流素子D2.D4.D6の電源側(
アノード側)を、それぞれ電源Eのマイナス側に直に接
続し、各スイッチング素子Q2.Q4.Q6の電源側(
エミッタ側)を、電流測定素子としての一つのシャント
抵抗Rを介して電源Eのマイナス側に接続する。
又、シャント抵抗Rとスイッチング素子Q4との間に増
幅素子AOを接続する。
この場合、各出力端子Tl−73に負荷を接続して、各
スイッチング素子Ql−Q6をスイッチング制御するこ
とにより、負荷を駆動させることができると共に、モー
タの発生電力を回生させることができる。
(4)前記実施例では、負荷りよりも下側のみに電流測
定素子としてのシャント抵抗Rを設けたか、第8,9図
に示すように、負荷を接続するための一対の出力端子T
l、T2よりも上側及び下側の一方に電流測定素子とし
てのカ行用の一つのンヤント抵抗Raを設け、他方に電
流測定素子としての回生用の一つのシャント抵抗Rbを
設けてもよい。
即ち、第8図では、上側の二つのスイッチング素子Ql
、Q3に対応する各整流素子DI、D3の電源側(カソ
ード側)を、それぞれ電源Eのプラス側に直に接続し、
各スイッチング素子Ql。
Q3の電源側(コレクタ側)を、カ行用の一つのシャン
ト抵抗Raを介して電源Eのプラス側に接続し、シャン
ト抵抗Raとスイッチング素子Q3との間に増幅素子A
aを接続し、更に下側の二つのスイッチング素子Q2.
Q4に対応する各整流素子D2.D4の電源側(アノー
ド側)を、回生用の一つのシャント抵抗Rbを介して電
源Eのマイナス側に接続し、各スイッチング素子Q2.
Q4の電源側(エミッタ側)を、それぞれ電源Eのマイ
ナス側に直に接続し、シャント抵抗Rbとスイッチング
素子Q4との間に増幅素子Abを接続する。
又、第9図では、上記第8図とは逆に上側の二つのスイ
ッチング素子Ql、Q3に対応する各整流素子DI、D
3の電源側(カソード側)を、回生用の一つのシャント
抵抗Rbを介して電源Eのプラス側に接続し、各スイッ
チング素子Ql、Q3の電源側(コレクタ側)を、それ
ぞれ電源Eのプラス側に直に接続し、シャント抵抗Rb
とスイッチング素子Q3との間に増幅素子Abを接続し
、更に下側の二つのスイッチング素子Q2.Q4に対応
する各整流素子D2.D4の電源側(アノード側)を、
それぞれ電源Eのマイナス側に直に接続し、各スイッチ
ング素子Q2.Q4の電源側(エミッタ側)を、九哲用
の一つのシャント抵抗Raを介して電源Eのマイナス側
に接続し、シャント抵抗Raとスイッチング素子Q4と
の間に増幅素子Aaを接続する。
この場合では、カ行又は回生の各モードに応じてシャン
ト抵抗Ra、Rbを使い分けることができる。又、カ行
と回生とのフィーリングの違いに問題がなければ、各シ
ャント抵抗Ra、Rbの精度を問題にする必要がない。
(5)前記実施例では、NPN形トランジスタにより各
スイッチング素子Q1〜Q4を構成したが、PNPN上
形ンジスタやサイリスタ等によってスイッチング素子を
構成してもよい。
[発明の効果] 以上詳述したように、この発明によれば、電流測定素子
の特性バラツキを問題にする必要がなく、特性バランス
の調整及びそのための要素を省略することができ、加え
てスイッチングされた逆バイアスの発生を回避して、逆
バイアスを無効にするための特別な回路を省略すること
ができると共に、逆バイアスによる有害ノイズの発生を
回避することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図はこの発明を具体化したー実施例を示し
、第1図はインバータ回路における電流検出回路を示す
図、第2図及び第3図はその回路の作用を説明する図、
第4図はその回路を適用した電動式ステアリング装置の
概略構成を説明する図である。第5図〜第9図はこの発
明を具体化した別の実施例における回路を示す図、第1
0図は従来例における回路を示す図である。 図中、Q1〜Q6はスイッチング素子、Tl。 〜T3は出力端子、D1〜D6は整流素子、R2Ha 
+ Rbは電流測定素子としてのシャント抵抗、Eは電
源である。 特許出願人  株式会社 豊田自動織機製作所光性精工
 株式会社 代理人 弁理士  恩 1)博 宣(ほか1名)第2図 第8図 第1図 第1θ図 ゛111

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一対のスイッチング素子を直列に接続してなる複数
    組の素子対と、 前記各素子対において各スイッチング素子に対して並列
    に接続された整流素子と、 前記各素子対における両スイッチング素子の中間に設け
    られた出力端子と、 前記各素子対の両端に接続された電源と を備えたインバータ回路において、 前記各素子対のスイッチング素子の電源側、又はそれら
    各スイッチング素子に対応して接続された前記整流素子
    の電源側のうち、いずれか一方側をそれぞれ前記電源に
    直に接続し、他方側を一つの電流測定素子を介して前記
    電源に接続したインバータ回路における電流検出回路。 2 前記各素子対のスイッチング素子の一方の電源側を
    一つの前記電流測定素子を介して前記電源に接続し、前
    記各スイッチング素子に対応して接続された前記整流素
    子の電源側を前記電源に直に接続した特許請求の範囲第
    1項に記載のインバータ回路における電流検出回路。 3 前記各素子対のスイッチング素子の一方の電源側又
    はそれら各スイッチング素子に対応して接続された前記
    整流素子の一方の電源側のうちいずれか一方側と、前記
    各素子対のスイッチング素子の他方の電源側又はそれら
    各スイッチング素子に対応して接続された前記整流素子
    の他方の電源側のうちいずれか一方側とのそれぞれを前
    記電流測定素子を介して前記電源に接続した特許請求の
    範囲第1項に記載のインバータ回路における電流検出回
    路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007221857A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Honda Motor Co Ltd モータ制御装置
WO2012106967A1 (zh) * 2011-02-12 2012-08-16 中兴通讯股份有限公司 桥式电流检测电路

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