JPH11191957A - 誘導負荷の電流をスイッチング制御するための回路装置 - Google Patents

誘導負荷の電流をスイッチング制御するための回路装置

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JPH11191957A JP10273679A JP27367998A JPH11191957A JP H11191957 A JPH11191957 A JP H11191957A JP 10273679 A JP10273679 A JP 10273679A JP 27367998 A JP27367998 A JP 27367998A JP H11191957 A JPH11191957 A JP H11191957A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導負荷の電流をスイッチング制御するため
の回路装置を提供して、誘導負荷を流れる電流が電力損
失なしに、または少なくとも電力損失を低減して検出可
能となるように構成することである。 【解決手段】 誘導負荷に並列にフリーホイーリング装
置と、スイッチ装置のオフ状態中に電流測定を行う測定
装置とが接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２つの給電電圧端
子の間に接続されている、スイッチ装置および誘導負荷
の直列接続と、誘導負荷を流れる電流に対応する信号を
検出するための測定装置とを有する、誘導負荷の電流を
スイッチング制御するための回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】誘導負荷の電流のスイッチング制御、例
えば整流子モータ、回転数制御装置またはスイッチング
電源においては、通常しばしば、誘導負荷を流れる電流
の振幅を測定し、この測定結果に依存して電流制御のス
イッチング経過を調整することが必要となる。このよう
な電流のスイッチング制御の例は、本出願人によるドイ
ツ連邦共和国実用新案出願第９１０５６９７．７号明細
書に記載されている。この刊行物に記載されているスイ
ッチング電源は、トランスの１次コイルに直列に設けら
れているパワーＭＯＳＦＥＴを有しており、このパワー
ＭＯＳＦＥＴにいわゆるシャント抵抗がアースに直列に
接続されている。この抵抗において下降する電圧はパワ
ーＭＯＳＦＥＴを流れる負荷電流に比例する信号として
検出され、かつパワーＭＯＳＦＥＴを制御する制御装置
の制御信号として供給される。
【０００３】こうした電流検出の際に問題なのは、パワ
ースイッチに直列に設けられているシャント抵抗であ
る。なぜならこのシャント抵抗は電力損失を生じさせる
からである。しかし誘導負荷のためのこの種のシャント
抵抗または直列抵抗は従来、誘導負荷の電流を検出する
ための唯一の手段であった。回路装置の電力損失が増大
することの他に、この種のシャント抵抗はこれまでは一
様に個別の構成素子として集積されずに設けなければな
らなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、誘導
負荷の電流をスイッチング制御するための回路装置を提
供して、誘導負荷を流れる電流が電力損失なしに、また
は少なくとも電力損失を低減して検出可能となるように
構成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、誘導負荷に並列にフリーホイーリング装置と、スイ
ッチ装置のオフ状態中に電流測定を行う測定装置とが接
続されている構成によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明による回路装置の重要な点
は、誘導負荷に並列に、測定装置を有するフリーホイー
リング装置を接続して、スイッチ装置のオフ状態中に電
流測定を行う点にある。スイッチ装置がスイッチオンさ
れると、周知のように、誘導負荷の電流は上昇する。ス
イッチ装置が開放されてオフ状態となると、これとは反
対に電流はフリーホイーリング回路をさらに流れる。ス
イッチ装置がオフにされた場合にフリーホイーリング回
路を流れる電流は本発明により検出される。このフリー
ホイーリング回路を流れる電流は、スイッチオン状態に
おいて誘導負荷を流れる電流に対する尺度となり、これ
を所要の制御の目的のために評価することができる。
【０００７】このような電流測定の通常のシャント抵抗
に比べての重要な利点は、ほとんど電力を損失すること
なく電流を検出できることである。
【０００８】本発明の有利な別の実施形態では、フリー
ホイーリング装置が、誘導負荷に並列に接続された第１
のダイオードによって実現されている。誘導負荷を流れ
る電流を検出するために、このダイオードに並列に第２
のダイオードが接続されている。２つのダイオードのカ
ソード端子は相互接続されており、かつ誘導負荷の１つ
の端子に接続されている。２つのダイオードのアノード
端子はそれぞれ演算増幅器の第１の入力側、および第２
の入力側に接続されており、この演算増幅器の出力側で
測定すべき電流に対応する信号が測定装置により検出さ
れる。上述の第２のダイオードに接続されている演算増
幅器の入力側は、抵抗を介して演算増幅器の出力側に接
続されている。
【０００９】上述の２つのダイオードを、例えば接続さ
れたダイオードとしてＭＯＳＦＥＴにより実現すること
ができる。有利にはこの場合にスイッチ装置もＭＯＳＦ
ＥＴとして実現される。スイッチ装置および接続された
ダイオード、すなわち全部で３つのＭＯＳＦＥＴの駆動
は、適切な駆動制御装置を介して行われる。
【００１０】上述の２つのダイオードないし接続された
ダイオードは有利には半導体としてモノリシックに集積
化されている。これにより測定の温度に対する非依存性
が保証される。
【００１１】
【実施例】本発明の回路装置を以下に図に則して実施例
により詳細に説明する。
【００１２】以下の図では特別の指示がないかぎり、同
一の構成素子は同一の参照眼号によって示されているも
のとする。
【００１３】図１には、フリーホイーリング回路を有す
るハーフブリッジ回路の基本回路図が示されている。回
路装置は２つの給電電圧端子１、２を有している。第１
の給電電圧端子１は正の電位＋Ｖに接続されており、第
２の給電電圧端子２は基準電位に接続されている。２つ
の給電電圧端子１、２の間にはスイッチ装置装置Ｓ１と
誘導負荷Ｌとの直列接続が設けられている。ここでこの
誘導負荷Ｌは給電電圧端子２に接続されている。したが
って一方の端子は基準電位に接続されている。誘導負荷
Ｌに並列にダイオードＤ１がフリーホイーリングダイオ
ードとして接続されている。このためにダイオードＤ１
のカソード端子は誘導負荷Ｌとスイッチ装置Ｓ１との接
続点に接続されている。ダイオードＤ１のアノード端子
は基準電位に接続されている。
【００１４】図２の信号経過から明らかなように、スイ
ッチ装置Ｓ１のスイッチオンおよびスイッチオフの際に
誘導負荷Ｌを流れる電流が生じる。この電流は所定の値
からスイッチ装置Ｓ１のスイッチオンフェーズ中に徐々
に上昇し、スイッチオフフェーズ中、すなわちスイッチ
装置Ｓ１のオフ状態中に徐々に降下する。スイッチ装置
Ｓ１が再び閉じられると、この経過が繰り返され、電流
Ｊは再びスイッチ装置Ｓ１がオフにされるまで徐々に上
昇する。
【００１５】スイッチ装置Ｓ１のスイッチオフフェーズ
中の電流は、ダイオードＤ１により形成されるフリーホ
イーリング作用によって生ずる。スイッチ装置Ｓ１がオ
フにされた場合には、誘導負荷Ｌから給電された電流が
ダイオードＤ１を介して基準電位へ流れる。スイッチ装
置Ｓ１のスイッチオンフェーズ中にはほぼ給電電圧の電
位＋Ｖに相当する電圧Ｕ１がダイオードＤ１において降
下する。これに対してスイッチ装置Ｓ１がオフにされた
場合には、ダイオードＤ１において電圧は約−０．７Ｖ
に降下する。
【００１６】電流の検出はスイッチ装置Ｓ１のオフ状態
中に例えば次の形式で行われる。
【００１７】図３にはダイオードＤ１に並列に第２のダ
イオードＤ２が接続されている。この第２のダイオード
Ｄ２のカソード端子は第１のダイオードＤ１のカソード
端子に接続されており、かつスイッチ装置Ｓ１と誘導負
荷Ｌの接続点に接続されている。ダイオードＤ１のアノ
ード端子は演算増幅器ＯＰの非反転入力側に接続されて
おり、ダイオードＤ２のアノード端子は演算増幅器ＯＰ
の反転入力側に接続されている。演算増幅器ＯＰの反転
入力側はさらに抵抗Ｒを介して演算増幅器ＯＰの出力側
に接触接続されている。演算増幅器ＯＰの出力側に測定
装置Ｍが接続されており、この測定装置は基準電位に対
する演算増幅器ＯＰの出力側の電圧を検出する。演算増
幅器ＯＰの出力側に生じる電圧信号は、誘導負荷Ｌを流
れる電流に対する尺度であり、これをスイッチ装置Ｓ１
のスイッチング制御の際に制御に利用することができ
る。
【００１８】ダイオードＤ２はダイオードＤ１よりも小
さい諸元、すなわちダイオードＤ２のダイオード有効面
積はダイオードＤ１のダイオード有効面積よりも小さく
構成されている。第２のダイオードＤ２を介して、ダイ
オードＤ２のアノード電圧が０Ｖの値となる程度の大き
な電流を強制的に流す場合、式 Ｊ１／Ｊ２＝ＡD1／ＡD2 が成り立つ。ここでＪ１はダイオードＤ１を流れる電流
であり、Ｊ２はダイオードＤ２を流れる電流である。Ａ
D1はダイオードＤ１のダイオード有効面積に相当し、Ａ
D2はダイオードＤ２のダイオード有効面積に相当する。
【００１９】さらに次の式、 Ｕ0＝Ｒ＊Ｊ２＝Ｒ＊Ｊ１＊ＡD2／ＡD1 が成り立つ。
【００２０】ダイオードＤ１、Ｄ２は有利には共通の半
導体としてモノリシックに集積されており、これにより
上述の電流の比Ｊ１／Ｊ２が温度に依存しないことが保
証される。
【００２１】図４には本発明の回路装置の第２の実施例
が示されている。図３の回路装置とは異なり、誘導負荷
Ｌは一方の端子で直接に給電電圧端子１（正の電位＋
Ｖ）に接続されており、他方の端子でスイッチ装置Ｓ１
を介して給電電圧端子２（基準電位）に接続されてい
る。ダイオードＤ１のアノード端子は、スイッチ装置Ｓ
１と誘導負荷Ｌとの接続点に接続されている。２つのダ
イオードＤ１、Ｄ２のカソード端子は一方では給電電圧
端子１に接続されており、他方では演算増幅器ＯＰの非
反転入力側に接続されている。ダイオードＤ２のアノー
ド端子は、図３と同様に演算増幅器ＯＰの反転入力側に
接続されており、かつ抵抗Ｒの一方の端子に接触接続さ
れている。抵抗Ｒの他方の端子は演算増幅器ＯＰの出力
側に接続されている。測定装置Ｍは給電電圧端子１と演
算増幅器ＯＰの出力側との間に生じる電圧の差を測定す
るために設けられている。
【００２２】図５には第３の実施例が示されている。図
２、図４に関連して説明されたダイオードＤ１、Ｄ２は
２つのＭＯＳＦＥＴのＴ１、Ｔ２を設けることにより、
接続されたダイオードとして置き換えられている。ＭＯ
ＳＦＥＴ Ｔ１、Ｔ２の２つのドレイン端子Ｄはスイッ
チ装置Ｓ１に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のソ
ース端子Ｓは演算増幅器ＯＰの非反転入力側に接続され
ており、ＭＯＳＦＥＴＴ２のソース端子は演算増幅器Ｏ
Ｐの反転入力側に接続されている。２つのＭＯＳＦＥＴ
Ｔ１、Ｔ２のドレインソース区間はそれぞれ保護ダイ
オードＤＳにより橋絡されている。２つのＭＯＳＦＥＴ
Ｔ１、Ｔ２のゲート端子Ｇは相互接続されており、か
つ（ここでは簡単化のために図示しない）制御装置に接
続されている。この制御装置はスイッチ装置Ｓ１のオフ
状態においてＭＯＳＦＥＴ Ｔ１、Ｔ２をスイッチオン
するので、予め誘導負荷Ｌを流れる電流のフリーホイー
リング作用が保証される。
【００２３】図５に示されているように、スイッチ装置
Ｓ１は同様にＭＯＳＦＥＴにより実現可能である。
【００２４】図５には破線で示されているが、スイッチ
装置Ｓ１を形成するＭＯＳＦＥＴと２つのＭＯＳＦＥＴ
Ｔ１、Ｔ２とを共通の半導体上に集積回路５０に集積
することができる。このような集積回路５０は外部から
アクセス可能な端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを有してお
り、一方ではスイッチ装置Ｓ１およびＭＯＳＦＥＴＴ
１、Ｔ２を端子Ｅ、Ｆ介して制御することを保証し、他
方では誘導負荷Ｌと演算増幅器ＯＰの接続を保証する。
【００２５】ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１、Ｔ２を流れる電流の
比は、セル数の比ＮT1／ＮT2に相当する。すなわち Ｊ１／Ｊ２＝ＮT1／ＮT2 が成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリーホイーリング分岐が並列に接続されてい
る誘導負荷をスイッチング制御するための回路装置の基
本回路図である。
【図２】図１の回路装置の電流経過および電圧経過を示
す図である。
【図３】本発明による電流測定回路を有する回路装置の
第１の実施例である。
【図４】本発明による電流測定回路を有する回路装置の
第２の実施例である。
【図５】本発明による電流測定回路を有する回路装置の
第３の実施例である。
【符号の説明】
１、２ 給電電圧端子 ５０ 集積回路 Ａ．．．Ｆ 端子 Ｄ ドレイン端子 Ｄ１、Ｄ２ ダイオード Ｇ ゲート端子 Ｊ１、Ｊ２ 電流 ＪＬ 負荷電流 ＪＬＬ フリーホイーリング装置を流れる電流 Ｌ 誘導負荷 Ｍ 測定装置 ＯＰ 演算増幅器 Ｒ 抵抗 Ｓ ソース端子 Ｓ１ スイッチ装置 ｔ 時間 Ｔ１、Ｔ２ トランジスタ Ｖ０、Ｖ１ 電圧

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの給電電圧端子（１、２）の間に接
    続されている、スイッチ装置（Ｓ１）および誘導負荷
    （Ｌ）の直列接続と、 誘導負荷（Ｌ）を流れる電流に対応する信号を検出する
    ための測定装置（Ｍ）とを有する、誘導負荷の電流をス
    イッチング制御するための回路装置において、 誘導負荷（Ｌ）に並列にフリーホイーリング装置（Ｄ
    １）と、スイッチ装置（Ｓ１）のオフ状態中に電流測定
    を行う測定装置（Ｍ）とが接続されている、ことを特徴
    とする誘導負荷の電流をスイッチング制御するための回
    路装置。
  2. 【請求項２】 フリーホイーリング装置（Ｄ１）は誘導
    負荷（Ｌ）に並列に接続された第１のダイオード（Ｄ
    １）である、請求項１記載の回路装置。
  3. 【請求項３】 第１のダイオード（Ｄ１）に並列に第２
    のダイオード（Ｄ２）が接続されており、 ２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）のカソード端子（Ｋ）
    は相互接続されており、かつ共通に誘導負荷（Ｌ）の端
    子に接続されており、 該２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）のアノード端子はそ
    れぞれ演算増幅器（ＯＰ）の一方の入力端子と他方の入
    力端子とに接続されており、 前記演算増幅器（ＯＰ）の出力側において、誘導負荷
    （Ｌ）を流れる電流に対応する信号が測定装置（Ｍ）に
    よって検出される、請求項２記載の回路装置。
  4. 【請求項４】 演算増幅器（ＯＰ）の出力側と、演算増
    幅器（ＯＰ）の、第２のダイオード（Ｄ２）が接続され
    ている入力側との間に抵抗（Ｒ）が接続されている、請
    求項３記載の回路装置。
  5. 【請求項５】 第２のダイオード（Ｄ２）のダイオード
    有効面積は第１のダイオード（Ｄ１）のダイオード有効
    面積よりも小さく構成されている、請求項３または４記
    載の回路装置。
  6. 【請求項６】 ２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）はトラ
    ンジスタ（Ｔ１、Ｔ２）により接続されたダイオードと
    して構成されている、請求項３から５までのいずれか１
    項記載の回路装置。
  7. 【請求項７】 誘導負荷（Ｌ）の第１の端子は基準電位
    に接続された供給電圧端子（２）に接続されており、 誘導負荷（Ｌ）の第２の端子はスイッチ装置（Ｓ１）を
    経て、正の給電電位に接続された給電電圧端子（１）に
    接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記
    載の回路装置。
  8. 【請求項８】 誘導負荷（Ｌ）の第１の端子は正の給電
    電位に接続された給電電圧端子（１）に接続されてお
    り、 誘導負荷（Ｌ）の第２の端子は、スイッチ装置（Ｓ１）
    を経て、基準電位に接続された給電電圧端子（２）に接
    続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載
    の回路装置。
  9. 【請求項９】 スイッチ装置（Ｓ１）はパワー半導体ス
    イッチとして、例えばパワーＭＯＳＦＥＴとして構成さ
    れている、請求項１から８までのいずれか１項記載の回
    路装置。
  10. 【請求項１０】 スイッチ装置（Ｓ１）およびダイオー
    ド（Ｄ１、Ｄ２）は集積回路（５０）として共通の半導
    体に集積されて設けられている、請求項１から９までの
    いずれか１項記載の回路装置。
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