JPH11168330A

JPH11168330A - 前置増幅器

Info

Publication number: JPH11168330A
Application number: JP9336083A
Authority: JP
Inventors: Mochikiyo Nobuhara; 以清延原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】構成を簡単にして、精度のよい増幅及びレベ
ルシフトを行う。【解決手段】正入力端子４０からの信号は、入力抵抗
４４を介し、オペアンプ４６の非反転入力端子に入力さ
れる。非反転入力端子には、基準電源電圧とグランド間
に接続された分圧抵抗４８、５０の中間点が接続されて
おり、非反転入力端子の直流成分は、分圧抵抗４８、５
０によって決定される電圧に維持される。一方、負入力
端子４２からの信号は、入力抵抗５２を介しオペアンプ
４６の反転入力端子に入力される。また、オペアンプ４
６の出力と反転入力端子とは、帰還抵抗５４により接続
されている。入力抵抗４４と分圧抵抗４８、５０のグラ
ンドに対する等価抵抗の比を５：１とすると共に、入力
抵抗５２と帰還抵抗５４の比を５：１に設定することに
より、このオペアンプ４６の増幅率１／５にできる。そ
して、分圧抵抗４８、５０で設定した電圧だけ出力の電
圧レベルをシフトすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】一対の入力端子から入力され
る入力信号をオペアンプで増幅して出力する前置増幅
器、特に信号の直流レベルのシフトを行うものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の駆動モータなど各種モータ
を駆動制御する場合には、モータの回転状態をホール素
子などで検出し、モータへの駆動電流をフィードバック
制御している。すなわち、バッテリからの直流電圧をイ
ンバータで交流に変換し、誘導モータや永久磁石モータ
を駆動する場合、トルク指令及び検出したモータの回転
位相に基づきインバータのスイッチングを制御する。

【０００３】そして、このようなインバータのスイッチ
ング制御には、マイクロコンピュータが利用される場合
が多い。そこで、ホール素子などで検出した励磁電流値
やモータ回転位相についてのアナログ信号をデジタル信
号に変換する必要がある。

【０００４】このようなアナログ信号からデジタル信号
への変換にはＡ／Ｄ変換器が利用されるが、ホール素子
等で得られる検出信号は、正負電圧に振動する交流であ
る。従って、この検出信号をＡ／Ｄ変換器で取り扱う正
の信号にシフトする必要がある。また、検出信号の振幅
をＡ／Ｄ変換器の入力レンジにあわせる必要もある。

【０００５】そこで、ホール素子などの検出信号の振幅
を所定のものにすると共に、正側にシフトさせるため
に、Ａ／Ｄ変換器の手前に前置増幅器が設けられる。

【０００６】図４は、従来の前置増幅器の構成例を示す
図であり、入力信号は、正入力端子１０および負入力端
子１２に入力される。正入力端子１０に交流信号が入力
され、負入力端子１２にグランドレベルの信号が入力さ
れる。正入力端子１０は、入力抵抗１４を介し、オペア
ンプ１６の反転入力端子に接続されている。また、オペ
アンプ１６の出力と反転入力端子とは、帰還抵抗１８に
より接続されている。一方、負入力端子１２は、入力抵
抗２０を介しオペアンプ１６の非反転入力端子に接続さ
れている。また、このオペアンプ１６の非反転入力端子
は、接地抵抗２２によりグランドと接続されている。そ
して、入力抵抗１４と帰還抵抗１８の比を５：１に設定
し、入力抵抗２０と接地抵抗２２の比を５：１に設定す
ることにより、このオペアンプ１６の出力には、増幅率
１／５で反転増幅された信号が得られる。なお、この構
成では、グランドレベルがふらついても出力に対する影
響を排除できる。

【０００７】また、オペアンプ１６の出力は、入力抵抗
２４を介し、オペアンプ２６の反転入力端子に接続され
る。オペアンプ２６の出力は、帰還抵抗２８を介し反転
入力端子に接続されている。また、基準電源電圧を分圧
抵抗３０、３２で分圧した基準電圧が、オペアンプ２６
の非反転入力端子に入力される。これによって、このオ
ペアンプ２６は、信号の増幅率１の反転増幅を行うが、
非反転入力端子に供給される基準電圧に対しては非反転
増幅器のように機能し、基準電圧に応じて直流分がシフ
トする。分圧抵抗３０、３２の抵抗値の比を３：１と
し、基準電源電圧を５Ｖとすることで、オペアンプ２６
の非反転入力端子に供給される基準電圧は１．２５Ｖに
なる。そこで、オペアンプ２６の出力は、その入力を
２．５Ｖ正側にシフトすることになる。

【０００８】すなわち、図５に示すように、（ａ）に示
す−１２．５〜１２．５Ｖ_P-Pの振幅の信号が入力され
たとき、オペアンプ１６の出力には、（ｂ）に示す−
２．５Ｖ〜２．５Ｖ_P-Pの反転信号が得られる。そし
て、オペアンプ２６の出力には、（ｃ）に示すオペアン
プ１６の出力信号を反転するすると共に、２．５Ｖ正側
にシフトした信号が得られ、これが出力端子３４から出
力される。

【０００９】このようにして、図４の回路により、ホー
ル素子などから得られる交流信号を所定の振幅にすると
共に、正側にシフトすることができる。このため、この
回路の出力信号をＡ／Ｄ変換器における入力信号のフル
スケールに対応したものにできる。そこで、この回路の
出力をＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換してマ
イコンに供給することで、マイコンはモータの励磁電流
値や回転位相を認識して、トルク指令に応じたトルクを
発生するようにモータ駆動用の信号を形成することがで
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の回路
（前置増幅器）では、２つのオペアンプを必要とする。
このため、回路が複雑になるという問題点があった。ま
た、１段目で差動増幅、２段目では電圧シフトするが、
そのためにゲイン設定用抵抗が２段分必要となり、特性
のばらつきが大きいという問題点もあった。さらに、２
段目の電圧シフト用のオペアンプでは、その反転入力端
子に入力される基準電圧が２倍に増幅されるため、この
基準電圧のばらつきが増幅されてしまい、精度が悪化す
るという問題点があった。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、簡単な構成で精度のよい
出力を得ることができる前置増幅回路を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の入力端
子から入力される入力信号をオペアンプで増幅して出力
する前置増幅器であって、一対の入力端子のうちの負入
力端子を負側入力抵抗を介しオペアンプの反転入力端子
に接続すると共に、オペアンプの反転入力と出力とを帰
還抵抗で接続し、正入力端子を正側入力抵抗を介し、オ
ペアンプの非反転入力端子に接続すると共に、正の基準
電圧を抵抗分圧した分圧点をオペアンプの非反転入力端
子に接続することを特徴とする。

【００１３】このような構成により、１つのオペアンプ
により、負側の入力抵抗と帰還抵抗の比及び正側の入力
抵抗と抵抗分圧して抵抗のグランドに対する等価抵抗値
の比に基づく増幅が行われる。また、非反転入力端子の
直流電圧値が基準電圧を抵抗分圧した電圧値に維持され
るため、出力がその分だけシフトする。従って、１つの
オペアンプにより、所定の増幅と、直流レベルのシフト
を達成することができ、全体構成の簡略化が図れる。ま
た、構成を簡略化して、オペアンプを１段としたため、
設定抵抗のばらつきなどによる出力の変動を小さくでき
る。

【００１４】また、基準電圧を抵抗分圧した電圧でオペ
アンプの非反転入力端子の電圧を保持して、出力におけ
るレベルシフトを行う構成であるため、基準電圧のオフ
セット分は増幅されず、精度が高くなる。さらに、入出
力電圧とも正側に設定することができ、オペアンプを正
の電源のみで駆動する単電源タイプのものにできる。

【００１５】また、本発明は、前記正側入力抵抗と負側
入力抵抗の値を同等に設定すると共に、分圧抵抗のグラ
ンドに対する等価抵抗と帰還抵抗の値を同等に設定する
ことを特徴とする。これにより、正確な増幅率の設定が
できる。

【００１６】また、本発明は、前置増幅器の出力は、ア
ナログデジタル変換器に入力されると共に、前記正の基
準電圧を、アナログデジタル変換器の基準電圧と同一電
源から供給することを特徴とする。これによって、アナ
ログデジタル変換器が基準電圧の変動の影響を受けずに
正確な変換を行うことができる。

【００１７】また、本発明は、前記正の基準電圧を抵抗
分圧する抵抗を、抵抗値が同一の一対の分圧抵抗で構成
することを特徴とする。これによって、抵抗分圧する抵
抗を同一のタイプのものにでき、分圧された電圧値の温
度依存性を減少できる。

【００１８】また、本発明は、前記オペアンプは、単電
源タイプであることを特徴とする。上述のように、非反
転入力側の電圧を基準電圧を抵抗分圧した電圧に引き上
げるため、オペアンプの入出力を正の電圧にできる。従
って、オペアンプを正の電源のみを用いる単電源タイプ
とすることができる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は、本実施形態の構成を示す回路図で
ある。ホール素子などから出力された正負電圧の入力信
号は、一対の入力端である正入力端子４０および負入力
端子４２に入力される。上述の場合と同様に、正入力端
子４０に交流信号が入力され、負入力端子４２にグラン
ドレベルの信号が入力される。

【００２０】正入力端子４０は、入力抵抗４４を介し、
オペアンプ４６の非反転入力端子に接続されている。そ
して、非反転入力端子には、基準電源電圧とグランド間
に接続された分圧抵抗４８、５０の中間点が接続されて
いる。すなわち、非反転入力端子の直流成分は、分圧抵
抗４８、５０によって決定される分圧電圧に維持され
る。なお、この実施形態では、基準電源電圧が５Ｖであ
り、分圧抵抗４８、５０は同一の値であるため、オペア
ンプ４６の非反転入力端子には、２．５Ｖのオフセット
電圧が与えられることになる。例えば、入力抵抗４４に
は１０ｋΩ、分圧抵抗４８、５０は、４ｋΩの抵抗が用
いられる。このような抵抗を用いると、分圧抵抗４８、
５０は、非反転入力端子から見てグランドに対し、２ｋ
Ωの等価抵抗になる。

【００２１】一方、負入力端子４２は、入力抵抗５２を
介しオペアンプ４６の反転入力端子に接続されている。
また、オペアンプ４６の出力と反転入力端子とは、帰還
抵抗５４により接続されている。そして、入力抵抗５２
と帰還抵抗５４の比を５：１に設定することにより、こ
のオペアンプ４６の増幅率１／５にできる。そして、入
力抵抗５２に１０ｋΩ、帰還抵抗に２ｋΩの抵抗を用い
ることで、非反転入力側と抵抗値をあわせることができ
る。また、オペアンプ４６としては、＋１５Ｖの電源か
ら電圧を受け動作する単電源タイプのアンプが採用され
ている。

【００２２】そして、オペアンプ４６の出力には、出力
端子５６が接続されており、ここから出力信号が出力さ
れる。出力端子５６には、他端がグランドに接続された
ダイオード５８及び他端が基準電源電圧に接続されたダ
イオード６０が接続されており、出力信号の電圧をグラ
ンド・基準電源電圧の間に規制している。これによっ
て、出力端子５６に接続されるＡ／Ｄコンバータの入力
保護を行っている。

【００２３】なお、正入力端子４０や負入力端子４２に
高周波除去用のコンデンサや、電源オフ時にグランドレ
ベルに電圧を落とすための抵抗が接続されている。ま
た、オペアンプ４６の非反転端子に、直流レベルを安定
させるために、１５０ｐＦ程度のコンデンサを接続し、
また帰還抵抗５４に並列して１５０ｐＦ程度の出力安定
用のコンデンサを挿入している。

【００２４】このような構成の前置増幅器において、正
入力端子４０、負入力端子４２間に図２の（ａ）に示す
振幅−１２．５〜１２．５Ｖ_P-Pの入力信号が入力され
ると、オペアンプ４６は、増幅率１／５で増幅する。す
なわち、入力抵抗４４とグランドに対する等価抵抗の比
及び入力抵抗５２と帰還抵抗５４が１／５に設定されて
いるため、１／５の増幅率で入力信号を増幅する。さら
に、オペアンプ４６の非反転入力端子は、直流レベルが
２．５Ｖに維持される。従って、非反転入力端子は、上
述の入力信号に対し、０〜５Ｖの範囲でふれることにな
る。そして、出力端子５６には、図２の（ｂ）に示す振
幅０〜５Ｖ_P-Pの出力信号が得られる。

【００２５】このように、本実施形態の回路によれば、
オペアンプ１段で、正負電圧の交流信号から正電圧への
レベルシフト及び振幅調整を行うことができる。従っ
て、回路の構成が簡単で、低コスト化が達成できる。

【００２６】また、ゲインを左右する抵抗が１段分でよ
い。従って、ゲインのばらつきは、上述の従来例の３０
％減にできる。また、オペアンプが１段であるため、オ
フセット電圧も従来例に比べ３０％〜５０％程度減少で
きる。

【００２７】また、本実施形態のオペアンプでは、オペ
アンプの非反転入力端子に供給する基準電圧は、そのま
まレベルシフトに利用される。そこで、従来例のよう
に、基準電圧の誤差が２倍に増幅されることがない。更
にアナログデジタル変換器の基準電圧と前置増幅回路の
基準電圧を同じ電圧源より得ることにより基準電圧ばら
つき、変動の影響が相殺される。これにより、実際の制
御に利用するアナログデジタル変換後の電圧データオフ
セットばらつきは従来例の約１／３に低減できる。

【００２８】また、基準設定用の分圧抵抗として、同一
抵抗値のものを使用できる。従って、分圧抵抗として同
一形式のものを使用することができ、温度特性を良好な
ものにできる。上述の従来例では、３：１の抵抗を利用
しているため、基準電圧の温度依存性が大きくなりやす
い。

【００２９】さらに、本実施形態では、オペアンプを単
電源タイプのもので構成できる。これは、オペアンプの
入力電圧が基準電圧によりシフトされ、常時正電圧とな
るからである。特に、入出力電圧とも正電圧で、かつ反
転入力端子がグランドレベル付近である通常動作におい
ては、オペアンプの出力は常時電源側から電流を出力す
るソース電流であり、単電源タイプのものが使用でき
る。

【００３０】これに対し、従来例では、１段目のオペア
ンプは、正負電圧を出力するため、単電源タイプのもの
は使用することができない。また、２段目は、入出力電
圧とも正電圧であれば、出力が１．２５Ｖ以下の状態で
は、十分なシンク電流をとることができず、誤差が大き
くなってしまう場合もある。すなわち、オペアンプの出
力段において、シンク側出力トランジスタをダーリント
ン接続で駆動するような場合、その出力トランジスタの
駆動には、１Ｖ_BE（ベースエミッタ間電圧）＋１Ｖ_SAT
（飽和電圧）程度の電圧が必要であるが、これが確保で
きなくなる。従って、従来例では、２段目のオペアンプ
にも単電源タイプのものが実用上使用できなかった。

【００３１】「システム構成」図３に、全体システム構
成を示す。上述の前置アンプの出力端子５６には、Ａ／
Ｄコンバータ７０の入力端子Ａ_inが接続される。このＡ
／Ｄコンバータ７０の基準電圧入力端REFには、上述の
分圧抵抗４８、５０が接続されているのと同じ５Ｖの基
準電源電圧が接続されている。このように、前置アンプ
の直流レベルを決定する基準電源電圧と、前置アンプの
出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ７０の基準
電源電圧とを同一のものにすることによって、基準電圧
ばらつき、変動が相殺され、Ａ／Ｄ変換の精度を向上す
ることができる。また、Ａ／Ｄコンバータ７０には、マ
イコン７２が接続されている。Ａ／Ｄコンバータ７０の
ＤＡＴＡ出力端には、マイコン７２の電圧データ入力端
が接続され、Ａ／Ｄコンバータ７０のクロック入力端Ｃ
ＬＯＣＫには、マイコンのクロックパルス出力端が接続
されている。従って、Ａ／Ｄコンバータ７０で得られた
電圧データが、マイコン７２からのクロックに従って、
マイコン７２に取り込まれる。

【００３２】マイコン７２は、取り込んだ電圧データに
応じて、モータの回転位相を検出し、別途モータに供給
する駆動電流の位相を決定し、インバータのスイッチン
グを制御する。また、別途供給されるトルク指令に応じ
てモータ駆動電流量を制御する。このモータ駆動電流量
は、通常ＰＷＭ（パルス幅変調）で行われる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で前置増幅器を構成できると共に、出力の精
度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の構成を示す回路図である。

【図２】実施形態の波形を示す図である。

【図３】システム構成を示す図である。

【図４】従来例の構成を示す回路図である。

【図５】従来例の波形を示す図である。

【符号の説明】

４０正入力端子、４２負入力端子、４４，５２入
力抵抗、４６オペアンプ、４８，５０分圧抵抗、５
４帰還抵抗、５６出力端子、７０Ａ／Ｄコンバー
タ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の入力端子から入力される入力信号
をオペアンプで増幅して出力する前置増幅器であって、一対の入力端子のうちの負入力端子を負側入力抵抗を介
し、オペアンプの反転入力端子に接続すると共に、オペ
アンプの反転入力端子と出力とを帰還抵抗で接続し、正入力端子を正側入力抵抗を介し、オペアンプの非反転
入力端子に接続すると共に、正の基準電圧を抵抗分圧し
た分圧点をオペアンプの非反転入力端子に接続すること
を特徴とする前置増幅器。
【請求項２】請求項１に記載の前置増幅器において、前記正側入力抵抗と負側入力抵抗の値を同等に設定する
と共に、分圧抵抗のグランドに対する等価抵抗と帰還抵
抗の値を同等に設定することを特徴とする前置増幅器。
【請求項３】請求項１または２に記載の前置増幅器に
おいて、前置増幅器の出力は、アナログデジタル変換器に入力さ
れると共に、前記正の基準電圧を、アナログデジタル変
換器の基準電圧と同一電源から供給することを特徴とす
る前置増幅器。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１つに記載の前
置増幅器において、前記正の基準電圧を抵抗分圧する抵抗を、抵抗値が同一
の一対の分圧抵抗で構成することを特徴とする前置増幅
器。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つに記載の前
置増幅器において、前記オペアンプは、単電源タイプであることを特徴とす
る前置増幅器。