KR20120062917A - 유도성 부하의 전류 검출 장치 - Google Patents

유도성 부하의 전류 검출 장치 Download PDF

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Abstract

유도성 부하(100)와, 그 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자(101)와, 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드(102)와, 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단(103)과, 그 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단(104)을 구비하고, 그 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경한다.

Description

유도성 부하의 전류 검출 장치{CURRENT DETECTION DEVICE FOR INDUCTIVE LOAD}
본 발명은, 차량용 발전기의 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 차량용 발전기의 계자 코일(유도성 부하)에 흐르는 전류를 검출하는 「유도성 부하의 전류 검출 장치」에 관한 것이다.
도 11은, 예를 들면 특허 문헌 1(일본 특허 제4017637호 공보)에 나타난 차량용 발전기의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11에 도시된 차량용 발전기의 제어 장치는, 3상의 전기자 권선(1)과, 이 전기자 권선(1)의 교류 출력 전압을 직류로 정류하는 렉티파이어(2)와, 이 렉티파이어(2)로부터의 직류 출력 전압이 공급되어 계자 회로를 구성하는 계자 코일(유도성의 부하)(3)과, 전압 레귤레이터(4)로 구성된다.
그리고, 이 전압 레귤레이터(4)에서 일정한 값으로 조정된 직류 출력 전압이, 각종의 전기 부하(5)에 공급됨과 함께, 배터리(6)를 충전한다.
전압 레귤레이터(4)의 트랜지스터(7)는, 계자 코일(3)과 직렬로 접속되어 있고, 그 온/오프 동작으로 계자 코일(3)에 흐르는 계자 전류를 제어하는 스위칭 소자로서 기능한다.
이 트랜지스터(7)의 오프 동작시에 계자 코일(3)의 전류를 환류시키기 위해, 계자 코일(3)과 병렬로 다이오드(8)가 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(7)와 직렬로 검출 저항(9)이 접속되고, 검출 저항(9)은 계자 회로의 전류를 검출하는 계자 전류 검출 수단으로서 기능한다.
이와 같이, 종래의 차량용 발전기의 제어 장치에서는, 유도성 부하(계자 코일(3))과, 그 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 유도성 부하의 전류를 온/오프 제어하는 스위칭 소자(트랜지스터(7))와, 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드(다이오드(8))와, 스위칭 소자와 직렬로 접속되고, 유도성 부하의 전류를 검출하는 계자 전류 검출 수단으로서 기능하는 검출 저항(7)을 구비한 유도성 부하의 전류 검출 장치가 채용되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 제 4017637호 공보
차량용 발전기의 제어 장치는, 계자 전류 검출 수단에서 검출한 전류치를 보정하고, 보정한 계자 전류를 이용하여, 차량용 발전기의 각종 제어를 행한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 차량용 발전기의 제어 장치에서는, 스위칭 소자(트랜지스터)의 DUTY(즉, 스위칭 주기에 대한 온 시간의 비율)가 작은 경우는, 예를 들면, 유도성 부하(계자 코일)를 흐르는 전류의 전류치를 판독하는 샘플링 타이밍의 사이에 스위칭 소자의 온 시간이 끝나는 「극단 펄스」에서는, 계자 전류 검출 수단에서 검출한 전류치를 판독하여도, 판독한 전류치는 제로로 되어 버린다.
따라서 스위칭 소자를 온 하는 펄스의 기간이 작은 경우에는, 유도성 부하를 흐르는 전류의 정확한 전류치를 취득(검출)할 수가 없어서, 검출한 전류치에 대한 적절한 보정을 행할 수가 없다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 유도성 부하(계자 코일)를 흐르는 전류를 제어하기 위한 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY가, 스위칭 소자의 온 시간이 매우 적은 극단 펄스와 같은 DUTY라 하여도, 정확하게 유도성 부하 전류치를 검출하는 것이 가능한 「유도성 부하의 전류 검출 장치」를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 유도성 부하의 전류 검출 장치는, 유도성 부하와, 상기 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자와, 상기 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드와, 상기 스위칭 소자에 흐르는 전류를, 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단을 구비하고,
상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경하는 것이다.
또한, 본 발명에 관한 유도성 부하의 전류 검출 장치는, 유도성 부하와, 상기 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자와, 상기 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자의 오프시에 상기 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드와, 상기 환류 다이오드에 흐르는 환류 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단을 구비하고,
상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경하는 것이다.
본 발명에 의하면, 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY(즉, 스위칭 주기에 대한 온 시간의 비율)에 응하여, 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하기 때문에, 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY가 온 시간이 적은 극단 펄스와 같은 DUTY라 하여도, 정확하게 유도성 부하 전류치를 검출하는 것이 가능하다.
도 1은 실시의 형태 1에 관한 유도성 부하의 전류 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 HIGH 사이드 타입의 주요부의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 실시의 형태 1에 관한 것으로, 전류 검출 수단의 샘플링 주기가 스위칭 지령의 온 시간에 대해 충분히 짧은 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 4는 실시의 형태 1에 관한 것으로, 유도성 부하를 흐르는 전류치를 전류 보정 수단에 의해 보정하지 않은 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 5는 실시의 형태 1에 관한 것으로, 전류 보정 수단에 의해, 유도성 부하 전류 검출치를 보정한 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 6은 실시의 형태 2에 관한 유도성 부하의 전류 검출 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 LOW 사이드 타입의 주요부의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 실시의 형태 2에 관한 것으로, 전류 검출 수단의 샘플링 주기가 스위칭 지령의 온 시간에 대해 충분히 짧은 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 9는 실시의 형태 2에 관한 것으로, 유도성 부하를 흐르는 전류치를 전류 보정 수단에 의해 보정하지 않은 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 10은 실시의 형태 2에 관한 것으로, 전류 보정 수단에 의해, 유도성 부하 전류 검출치를 보정한 경우의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 11은 종래의 차량용 발전기의 제어 장치의 구성을 도시하는 도면.
이하, 도면에 의거하여, 본 발명의 한 실시의 형태예에 관해 설명한다.
그리고, 각 도면에서, 동일 부호는, 동일 또는 상당하는 것을 나타낸다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 「유도성 부하의 전류 검출 장치」의 개략의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1에서, 부호 100은, 예를 들면 차량용 발전기의 직류 출력 전압이 공급되는 계자 코일 등의 유도성 부하, 부호 101은, 유도성 부하(100)에 직렬로 배치되고, 온/오프 동작에 의해 유도성 부하(100)에 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자, 부호 101a는, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스, 부호 102는, 유도성 부하(100)에 병렬로 배치된 환류 다이오드(프리 호일 다이오드라고도 칭한다)이다.
또한, 부호 103은, 스위칭 소자(101)에 흐르는 전류(즉, 유도성 부하(100)를 흐르는 유도성 부하 전류)를 검출하는 전류 검출 수단, 부호 104는, 그 전류 검출 수단(103)이 검출한 「스위칭 소자(101)에 흐르는 전류의 값 "Itemp"」을 보정하는 전류 보정 수단이다.
또한, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류를 검출하는 센싱부(예를 들면, 션트 저항이나 홀 소자 등)(103a)와, 센싱부(103a)의 출력을 전류 보정 수단(104)에 입력하기 위해 적절하게 변환하는 인터페이스부(103b)로 구성되어 있다.
전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류(즉, 스위칭 소자(101)가 온일 때에 유도성 부하(100)에 흐르는 유도성 부하(100)에 흐르는 전류)를, 스위칭 소자(101)의 스위칭 주기보다 작은 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여, 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류를 취득(검출)한다.
또한, 도 1은, 전원측에 유도성 부하(100)를, GND측(즉, 접지측)에 스위칭 소자(101)를 배치한 이른바 「LOW 사이드 타입」을 나타내고 있지만, 이 부분은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 전원측에 스위칭 소자(101)를, GND측에 유도성 부하를 배치한 이른바 「HIGH 사이드 타입」이라도 좋다.
또한, 스위칭 소자(101)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)만을 흐르는 전류를 검지할 수 있는 장소라면 어디라도 좋기 때문에, 전류 검출 수단(103)을 스위칭 소자(101)의 상류측(즉, 전원측)에 배치하여도 좋다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전류 보정 수단(104)에는, 전류 검출 수단(103)의 출력인 검출 전류(즉, 유도성 부하 전류의 검출치)"Itemp", 스위칭 소자(101)의 온 시간 지령(즉, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)의 온 펄스)인 "duty", 전류 보정 수단(104)에 의한 전회 보정 후의 전류치"Ifb"가 입력된다.
그리고, 「DUTY」란, 전술한 바와 같이, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)의 「스위칭 주기에 대한 온 시간의 비율」인 것이지만, 이하의 설명에 있어서 "duty"로 표기한 경우는, 스위칭 소자(101)의 온 시간 지령(즉, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)의 온 펄스)를 의미하고 있는 것으로 한다.
도 3은, 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기가 스위칭 지령의 온 시간에 대해 충분히 짧은 「일반적인 경우」의 동작을 설명하기 위한 각 부분의 파형을 도시하는 도면이다.
도 3(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty", 도 3(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르는 유도성 부하 전류(실제치), 도 3(c)는, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 나타내고 있다.
또한, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에 통전하고 있는 전류밖에 검출할 수가 없기 때문에, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는, 도 3(c)에 도시한 바와 같은 파형으로 되어 있다.
또한, 도 3(d)는, 도 3(c)에 도시한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 스위칭 주기의 사이 피크 홀드한 피크 홀드값을 나타내고 있다.
도 3(c)에 도시하는 유도성 부하 전류의 검출치의 파형은, 스위칭 주기 내에서, 스위칭 소자(101)에 흐르는 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링 함에 의해 얻어진다.
또한, 전류 검출 수단(103)에 의해 검출된 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"의 피크값은, 전류 보정 수단(104) 내의 도시하지 않은 피크 홀드 수단에 의해 홀드된다.
그런데, 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기가, 스위칭 지령의 온 시간에 대해 충분히 짧은 경우에는, 도 3과 같은 파형이 되지만, 반대의 관계가 성립된 때는, 도 3과 같이는 되지 않는다.
극단적인 예로서, 스위칭 주기 사이에서, 스위칭 지령의 온 시간을, 샘플링 주기 이상으로부터 0으로 변화시킨 경우(즉, 스위칭 지령의 온 시간을 0으로 변화시킨 경우)의 각 부분의 파형을 도 4에 도시한다.
도 4는, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 「유도성 부하를 흐르는 전류치」를 전류 보정 수단(104)에 의해 보정하지 않은 경우의 동작을 설명하기 위한 각 부분의 파형을 도시하는 도면이다.
도 4(a)는, 스위칭 지령의 온 시간을 0으로 한 경우를 나타내고 있다. 즉, 스위칭 지령의 온 펄스가 도중에서 없어져서, 스위칭 소자(101)가 완전 오프 하고 있는 경우를 나타내고 있다.
또한, 스위칭 지령의 온 시간은, 발전기의 출력 요구에 응하여 변화시킨다.
도 4(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty", 도 4(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류(실제치), 도 4(c)는, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 유도성 부하 전류(검출치)"Itemp"를 나타내고 있다.
또한, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에 통전하고 있는 전류밖에 검출할 수가 없기 때문에, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는, 도 4(c)에 도시한 바와 같은 파형으로 되어 있다.
즉, 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 스위칭 지령의 온 펄스가 없어지면, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는 제로로 되어 있다.
또한, 도 4(d)는, 도 4(c)에 도시한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 스위칭 주기의 사이 피크 홀드한 피크 홀드값을 나타내고 있다.
도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는, 도중에서 없어져 있기(즉, 제로로 되어 있다) 때문에, 이에 대응하여 피크 홀드값도 도중에서 제로로 되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 스위칭 지령이 0일 때는, 스위칭 소자(101)에는 전류가 흐르지 않기 때문에, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"가 0으로 되어 있다. 그 때문에, 스위칭 지령이 없어진 이후에서는, 피크 홀드값도 0으로 된다.
그러나, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 유도성 부하(100)에 흐르는 실제의 유도성 부하 전류는, 시정수에 의해 저하되어 오기 때문에, 시정수에 의해 정해지는 일정 구간에서, 유도 부하 전류의 부정(不正)한 값(부정한 피크 홀드값)을 취득하여 버리게 된다.
즉, 도 4(d)에 도시한 피크 홀드값의 파형은, 도 4(b)에 도시한 유도성 부하 전류의 실제치의 변화 파형과는 다른 부정한 파형이 된다.
이 부정한 피크 홀드값의 파형은, 자체제어 장치만이 아니라, 시리얼 통신 등을 사용하여 다른 제어 장치에 대해 이 전류치를 고지(告知)하고 있는 구성에서는, 취득한 부정한 값을 다른 제어 장치도 인식하기 때문에, 시스템(예를 들면, 엔진 제어 시스템) 전체의 신뢰성 저하를 초래하게 된다.
본 실시의 형태에서는, 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 전류 검출 수단(103)에 의해 검출된 유도성 부하 전류"Itemp"를 전류 보정 수단(104)에서 보정하여, 유도성 부하 전류의 정확한 전류치"Iact"의 취득을 목표로 한다.
즉, 보정 후의 전류치"Iact"는, 전회의 스위칭 주기에서 취득한 전류치"Ifb", 스위칭 주기"Tsw"[s]와 시정수"λ"[A/s]로부터, 하기한 식(1)과 같이 산출한다.
또한, 시정수"λ"의 단위는 [A/s](단위 시간당에 흐르는 전류)로 하고 있고, 일반적인 시정수의 단위[s]와는 다르기 때문에 주의가 필요하다.
Iact = Ifb - (λ×Tsw) [A] … 식(1)
여기서, 시정수"λ"[A/s]는 미리 설정한 값이라도 좋고, 스위칭 오프 기간의 사이에 순서대로 연산하여도 좋다.
이와 같이 연산하면, 각 부분의 파형은, 도 5에 도시하는 바와 같이 된다.
도 5는, 본 실시의 형태에 의한 전류 보정 수단(104)에 의해, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 유도성 부하 전류"Itemp"를 보정한 경우를 도시하고 있다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는, 앞에서 든 도 4(a) 내지 도 4(c)와 같은 파형을 나타내고 있다.
즉, 도 5(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty"을 나타내고 있고, 스위칭 지령의 온 펄스가 도중에서 없어져서, 스위칭 소자(101)가 완전 오프 하고 있는 경우를 나타내고 있다. 또한, 스위칭 지령의 온 시간은, 발전기의 출력 요구에 따르고 변화시킨다.
도 5(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류(실제치), 도 5(c)는, 전류 검출 수단(103)에서 검출하는 유도성 부하 전류(검출치)"Itemp"를 나타내고 있다.
전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에 통전하고 있는 전류밖에 검출할 수가 없기 때문에, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는, 도 5(c)에 도시한 바와 같은 파형으로 되어 있다. 즉, 도 4(c)와 마찬가지로, 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 스위칭 지령의 온 펄스가 없어지면, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"는 제로로 되어 있다.
또한, 도 5(d)는, 도 5(c)에 도시한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 스위칭 주기의 사이 피크 홀드한 피크 홀드값의 파형을 나타내고 있고, 이 도 5(d)의 피크 홀드값의 변화 파형(계단형상의 변화 파형)은, duty가 소정치 이하일 때에, 앞에서 든 식(1)의 연산이 실행된 결과"Iact"이고, 도 5(b)에 도시한 「실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류의 실제치」의 변화 파형에 대응하고 있다.
또한, 도 5(d)의 파선은, 비교를 위해, 도 5(b)에 도시한 「실제로 유도성 부하에 흐르고 있는 유도성 부하 전류(실제치)」의 변화 파형을 전사(轉寫)시킨 것이다.
본 실시의 형태에서의 전류 보정 수단(104)은, 도 5(d)에 도시한 피크 홀드값의 파형을 이용하여, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 유도성 부하 전류"Itemp"를 보정한다. 즉, 전류 보정 수단(104)은, 피크 홀드값의 변화 파형을 이용하여, 스위칭 소자(101)를 온/오프 시키는 펄스의 DUTY에 응하여 전류 검출 수단(103)이 검출하는 유도성 부하 전류"Itemp"의 보정 정도를 변경한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에 의한 유도성 부하의 전류 검출 장치는, 유도성 부하(100)와, 유도성 부하(100)와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자(101)와, 유도성 부하(100)와 병렬로 접속되고, 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드(102)와, 스위칭 소자(101)에 흐르는 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단(103)과, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단(104)을 구비하고, 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경한다.
따라서 본 실시의 형태에 의하면, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)(즉, 스위칭 지령)의 DUTY가, 온 시간이 적은 극단 펄스와 같은 DUTY라 하여도, 정확한 유도성 부하 전류치를 검출하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에 통전하고 있는 전류만을 검출 가능한 구성을 하고 있고, 전류 보정 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에의 온 DUTY(온 시간)가 소정의 「제 1의 설정치」 이하일 때에 보정을 행한다.
전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에 통전하고 있는 전류만을 검출하고 있기 때문에, 환류 다이오드(102)측의 전류를 측정할 필요가 없고, 염가로 간이한 구성이 가능하다.
또한, 스위칭 소자(101)로서, 센스 FET 등의 센싱 기능 부착 소자의 채용이 가능하다.
또한, 도 1의 구성에서는, GND(접지) 기준의 데이터 취득이 가능하고, 차동 입력이 불필요하다.
그런데, 전회의 스위칭 주기에 임의의 전류가 흐르고 있는 상태에서, 갑자기 스위칭 소자(101)에의 DUTY를 풀 오프로 한 경우(즉, 유도성 부하(100)에 흐르는 전류를 제로에 하려고 한 경우), 금회의 스위칭 주기에서는 전류를 검출할 수가 없기 때문에 전류 검출 수단에서의 전류치는 제로가 된다.
그러나, 실제는 유도성 부하 때문에, 어느 시정수를 갖고서 전류가 저하되고 있기 때문에 제로가 아니다.
이 괴리를 해소하기 위해, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에의 온 DUTY(온 시간)가 소정의 「제 1의 설정치」 이하일 때에 보정을 행한다.
여기서, 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자(101)의 오프 시간이 소정의 「제 3의 설정치(=스위칭 주기 - 제 1의 설정치)」 이상일 때에 보정을 행하여도 좋다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스의 온 DUTY(즉, 스위칭 소자(101)의 온 시간)가 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기 이하인 제 1의 설정치 이하일 때에 보정을 행한다.
스위칭 소자(101)의 온 시간이 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기 이하인 경우는, 확실하게 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류의 전류치를 취득할 수가 없을 가능성이 있다.
그러나, 제 1의 설정치를 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기 이하로 하여, 전류 검출 수단(103)이 검출한 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류를 보정함에 의해, 유도성 부하(100)를 흐르는 전류를 검지하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 보정 수단(104)에 의한 보정은, 스위칭 소자(101)의 스위칭 주기마다 행하여지고, 금회 보정된 보정치는, 전회의 스위칭 주기에서 산출한 전류치"Ifb"로부터 스위칭 주기에 상당하는 유도성 부하의 시정수분"λ"를 감산하여 산출한다.
즉, 전류 보정 수단(104)에 의해 금회 보정된 유도성 부하 전류의 보정치"Iact"는, 앞서 나타낸 식(1)에 의거하여 산출한다.
또한, 유도성 부하의 시정수는, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)의 온 DUTY가 제 1의 설정치 이상일 때, 스위칭 소자(101)를 온 하고 있는 기간에서 산출하여도 좋다.
이 경우, 시정수를 리얼타임으로 연산이 가능하기 때문에, 온도 등의 영향을 받기 어렵다.
따라서 연산한 시정수를 기억하기 위한 기억 장치가 불필요하다. 또한, 발전기(제품)마다 설정치를 가질 필요가 없고, 범용성에 우수하다.
실시의 형태 2.
도 6은, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 「유도성 부하의 전류 검출 장치」의 개략의 구성을 도시하는 도면이다.
전술한 실시의 형태 1에 의한 「유도성 부하의 전류 검출 장치」의 구성과 비교하면, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)를 흐르는 전류를 검출하는 것이 아니라, 환류 다이오드(프리 호일 다이오드)(102)를 흐르는 전류를 검출하도록, 환류 다이오드(102)의 GND측(접지측)에 배치하고 있다.
또한, 도 6에서는, 전원측에 스위칭 소자(101)를, 유도성 부하(100)를 GND측(접지측)에 배치한 「High 사이드 타입」으로 하고 있다.
그 밖의 구성은, 도 1에 도시한 실시의 형태 1과 마찬가지이기 때문에 설명은 생략한다.
또한, 당연하지만, 도 7에 도시하는 바와 같이, 전원측에 유도성 부하(100)를, GND 측에 스위칭 소자(101)를 배치한 「LOW 사이드 타입」을 이용하여도 좋다.
또한, 도 6에서는, 전류 검출 수단(103)은, 환류 다이오드(102)의 하류측에 삽입하고 있지만, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류를 검출할 수 있으면 좋기 때문에, 전류 검출 수단(103)을 환류 다이오드(102)의 상류측에 배치하여도 좋다.
그런데, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류는, 스위칭 소자(101)가 오프인 기간에 유도성 부하(100)에 흐르는 전류가 환류한 것이다.
따라서 본 실시의 형태에서의 전류 검출 수단(103)은, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류(즉, 스위칭 소자(101)가 오프일 때에 유도성 부하(100)에 흐르는 전류)를 검출하게 된다.
전류 검출 수단(103)은, 도 6 또는 도 7에 도시하는 바와 같이, 션트 저항이나 홀 소자 등의 센싱부(103a)와, 그 출력을 적절하게 변환하는 인터페이스부(103b)로 구성되어 있다.
도 6에 도시한 구성에서는, 전류 검출 수단(103)은, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류를 검출하도록 배치되어 있는데, 전술한 바와 같이, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류는, 스위칭 소자(101)가 오프일 때에 유도성 부하(100)에 흐르는 전류와 등가인 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전류 보정 수단(104)에는, 전류 검출 수단(103)의 출력인 검출 전류(즉, 「환류 다이오드(102)에 흐르는 전류」의 검출치) "Itemp", 스위칭 소자(101)의 온 시간 지령(즉, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)의 온 펄스)인 "duty", 전류 보정 수단(104)에 의한 전회 보정 후의 전류치"Ifb"가 입력된다.
도 8은, 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기가 스위칭 지령의 오프 시간에 대해 충분히 짧은 「일반적인 경우」의 동작을 설명하기 위한 각 부분의 파형을 도시하는 도면이다.
도 8(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty", 도 8(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류의 실제치, 도 8(c)는, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 나타내고 있다.
여기서, 전류 검출 수단(103)은, 환류 다이오드(102)에 흐르고 있는 전류밖에 검출할 수가 없기 때문에, 환류 다이오드(102)에 흐르고 있는 전류와 등가의 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"의 파형은, 도 8(c)에 도시하는 바와 같은 파형으로 되어 있다.
또한, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)가 오프인 기간에 환류 다이오드(102)에 환류하는 전류를 검출한다.
따라서 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)가 오프인 기간 중에만 유도성 부하(100)에 흐르는 전류를 검출하게 된다.
다음에, 도 8(d)는, 도 8(c)에 도시한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 스위칭 주기의 사이 피크 홀드한 피크 홀드값을 나타내고 있다.
유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"의 피크값은, 전류 보정 수단(104) 내의 도시하지 않은 피크 홀드 수단에 의해 홀드된다.
전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기가, 스위칭 지령의 오프 시간에 대해 충분 짧은 경우에는, 도 8과 같은 파형이 되지만, 반대의 관계가 성립된 때는 도 8과 같이는 되지 않는다.
극단적인 예로서, 스위칭 주기에서, 스위칭 지령의 오프 시간이 샘플링 주기 이상부터 0으로 변화한 경우(즉, 스위칭 지령이 풀 온이 된 경우)의 파형을 도 9에 도시한다.
도 9는, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 환류 다이오드(102)를 흐르는 전류치(실질적으로는 유도성 부하(100)를 흐르는 전류치)를 전류 보정 수단(104)에 의해 보정하지 않은 경우의 동작을 설명하기 위한 각 부분의 파형을 도시하는 도면이다.
도 9(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty"를 나타내고 있고, 스위칭 지령의 오프 시간을 0으로 한 경우를 나타내고 있다.
즉, 도 9(a)는, 스위칭 지령의 오프 펄스가 도중에서 없어져서, 스위칭 주기의 전부에서 풀 온(완전 온)이 되는 경우를 나타내고 있다.
또한, 스위칭 지령의 온 시간 또는 오프 시간은, 발전기의 출력 요구에 응하여 변화시킨다.
또한, 도 9(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류의 실제치, 도 9(c)는, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 환류 다이오드(102)를 흐르는 전류의 검출치를 나타내고 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 스위칭 지령의 "duty"가 100(즉, 오프 시간이 0)일 때는, 환류 다이오드(102)에 전류가 흐르지 않고, 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"가 0으로 되어 있다. 그 때문에, 스위칭 주기의 사이의 피크 홀드값도 0이 된다.
그러나, 유도성 부하(100)에 흐르는 실제의 유도성 부하 전류는, 시정수에 의해 상승하여 오기 때문에, 시정수에 의해 정해지는 일정한 구간에서, 유도 부하 전류의 부정한 값(부정한 피크 홀드값)을 취득하여 버리게 된다.
즉, 도 9(d)에 도시한 피크 홀드값의 파형은, 도 9(b)에 도시한 유도성 부하 전류의 실제치와는 다른 부정한 파형이 된다.
이 부정한 피크 홀드값의 파형은, 자체제어 장치만이 아니라, 시리얼 통신 등을 사용하여 다른 제어 장치에 대해 이 전류치를 고지하고 있는 구성에서는, 취득한 부정한 값을 다른 제어 장치도 인식하기 때문에, 시스템(예를 들면, 엔진 제어 시스템) 전체의 신뢰성 저하를 초래하게 된다.
본 실시의 형태에서는, 이와 같은 문제점을 극복하기 위해, 전류 검출 수단(103)에 의해 검출된 환류 다이오드(102)를 흐르는 전류의 검출치(실질적으로는 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp")를, 전류 보정 수단(104)에서 보정하여, 정확한 유도성 부하 전류의 전류치"Iact"의 취득을 목표로 한다.
즉, 보정 후의 전류치"Iact"는, 전회의 스위칭 주기에서 취득한 전류치"Ifb", 스위칭 주기"Tsw"[s] 및 시정수"λ"[A/s]로부터, 하기한 식(2)에 의거하여 산출한다.
여기서 시정수"λ"의 단위는 [A/s]로 하고 있고, 일반적인 시정수[s]와는 다르기 때문에 주의가 필요하다.
Iact = Ifb + (λ×Tsw) [A] … 식(2)
여기서, 시정수"λ"[A/s]는, 미리 설정한 값이라도 좋고, 오프 기간의 사이에 순서대로 연산하여도 좋다.
이와 같이, 식(2)에 의거하여 보정 후의 전류치"Iact"를 연산하면, 각 부분의 파형은 도 10과 같이 된다.
도 10은, 본 실시의 형태에 의한 전류 보정 수단(104)에 의해, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 유도성 부하 전류"Itemp"를 보정한 경우를 나타내고 있다.
도 10(a) 내지 도 10(c)는, 앞에서 든 도 9(a) 내지 도 9(c)와 같은 파형을 나타내고 있다.
즉, 도 10(a)는, 스위칭 소자(101)에의 온/오프 지령인 스위칭 지령"duty", 도 10(b)는, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류의 실제치, 도 10(c)는, 전류 검출 수단(103)에 의해 검출한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 나타내고 있다.
또한, 도 10(d)는, 도 10(c)에 도시한 유도성 부하 전류의 검출치"Itemp"를 스위칭 주기의 사이 피크 홀드한 피크 홀드값의 파형을 나타내고 있고, 이 도 10(d)의 피크 홀드값의 변화 파형(계단형상의 변화 파형)은, 앞에서 든 식(2)의 연산이 실행된 결과 "Iact"이고, 도 10(b)에 도시한 「실제로 유도성 부하(100)에 흐르고 있는 유도성 부하 전류의 실제치」의 변화 파형에 대응하고 있다.
또한, 도 10(d)의 파선은, 비교를 위해, 도 10(b)에 도시한 「실제로 유도성 부하에 흐르고 있는 유도성 부하 전류(실제치)」의 변화 파형을 전사시킨 것이다.
본 실시의 형태에서의 전류 보정 수단(104)은, 도 10(d)에 도시한 피크 홀드값의 파형을 이용하여, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 유도성 부하 전류"Itemp"를 보정한다. 즉, 전류 보정 수단(104)은, 피크 홀드값의 변화 파형을 이용하여, 스위칭 소자(101)를 온/오프 시키는 펄스의 DUTY에 응하여 전류 검출 수단(103)이 검출한 유도성 부하 전류"Itemp"의 보정 정도를 변경한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에 의한 유도성 부하의 전류 검출 장치는, 유도성 부하(100)와, 유도성 부하(100)와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자(101)와, 유도성 부하(100)와 병렬로 접속되고, 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하(100)의 전류를 환류시키는 환류 다이오드(102)와, 환류 다이오드(102)에 흐르는 환류 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단(103)과, 전류 검출 수단(103)에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단(104)을 구비하고, 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경한다.
전술한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 전류 검출 수단(103)은 스위칭 소자(101)가 오프인 기간에 환류 다이오드(102)에 환류하는 전류를 검출하다. 따라서, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)가 오프인 기간 중에만 유도성 부하(100)에 흐르는 전류를 검출하게 된다.
즉, 본 실시의 형태에서의 전류 검출 수단(103)은, 실시의 형태 1의 경우와는 달리, 스위칭 소자(101)가 오프인 기간 중에 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류를 검출하도록 배치되어 있는데, 환류 다이오드(102)에 흐르는 전류는, 스위칭 소자(101)가 온일 때에 유도성 부하(100)에 흐르는 전류와 등가이고, 유도성 부하(100)에 흐르는 전류를 검출할 수가 있다. 또한, 전류 보정 수단(104)은, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경한다.
따라서 실시의 형태 1의 경우와 마찬가지로, 스위칭 소자(101)를 온/오프 동작시키는 펄스(101a)(스위칭 지령)의 DUTY가, 온 시간이 적은 극단 펄스(예를 들면, 샘플링 타이밍의 사이에 온 시간이 끝날 것 같은 극단 펄스)와 같은 DUTY라 하여도, 정확한 유도성 부하 전류치를 검출하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 검출 수단(103)은 환류 다이오드(102)에 통전하고 있는 전류만을 검출하고 있기 때문에, 스위칭 소자(101)측의 전류를 측정할 필요가 없고, 염가로 간이한 구성이 가능하다.
또한, 스위칭 소자(101)로서, 센스 FET 등의 센싱 기능 부착의 소자를 채용 가능하다.
또한, 도 6의 구성에서도, GND(접지) 기준의 데이터 취득이 가능하고, 차동 입력이 불필요하다.
그런데, 전류 검출 수단(103)은, 전회의 스위칭 주기에 임의의 전류가 흐르고 있는 상태에서, 갑자기 스위칭 소자(101)에의 스위칭 지령의 DUTY를 풀 온으로 한 경우, 스위칭 소자(101)는 온/오프 동작하지 않기 때문에, 환류 다이오드(102)에는 전류는 환류하지 않는다.
따라서 금회의 스위칭 주기에서는, 전류 검출할 수가 없고, 전류 검출 수단(103)이 검출하는 전류치는 제로가 된다.
그러나, 유도성 부하(100)에 흐르는 전류는, 시정수를 갖고서 증가하고 있기 때문에, 실제로 유도성 부하(100)에 흐르는 전류는 제로가 아니다.
이 괴리를 해소하기 위해, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에의 온 DUTY(온 시간)가 소정의 「?제 2의 설정치」 이상일 때에 보정을 행하여, 보다 정확한 전류치의 취득(검출)을 행한다.
또한, 전류 검출 수단(103)은, 스위칭 소자(101)에의 오프 DUTY(오프 시간)가 소정의 「제 4의 설정치」 이하일 때에 보정을 행하여도 좋다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 「제 2의 설정치」는, 스위칭 소자(101)의 스위칭 주기로부터 온 시간을 감산한 값(즉, 스위칭 소자(101)의 오프 시간에 상당하는 값)이고, 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기 이하로 한다.
스위칭 소자(101)의 오프 시간이, 전류 검출 수단(103)의 샘플링 주기 이하인 경우, 전류 보정 수단(104)은, 확실하게 전류치를 취득할 수가 없을 가능성이 있지만, 제 2의 설정치를 상기한 바와 같이 설정함에 의해, 확실하게 보정이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 보정 수단(104)에 의한 보정은, 스위칭 소자(101)의 스위칭 주기마다 행하여지고, 전류 보정 수단(104)에 의해 보정된 보정 후의 전류치는, 전회의 스위칭 주기에서 산출한 전류치에 스위칭 주기에 상당하는 유도성 부하(100)의 시정수분을 가산하여 산출한다.
즉, 전류 보정 수단(104)에 의해 보정된 보정 후의 전류치는, 앞서 나타낸 식(2)에 의거하여 산출한다.
따라서 보정 후의 전류치를 리얼타임으로 연산이 가능하기 때문에, 온도 등의 영향을 받기 어렵다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 스위칭 소자(101)의 온 DUTY가 상기 제 2의 설정치 이하인 때, 유도성 부하(100)의 상기 시정수는, 스위칭 소자(101)를 오프 하고 있는 기간에서 산출한다.
따라서 시정수를 리얼타임으로 연산이 가능하기 때문에, 온도 등의 영향을 받기 어렵다.
또한, 연산한 시정수를 기억하기 위한 기억 장치가 불필요하다.
또한, 유도성 부하(100)의 시정수는, 미리 설정하고 있는 정수를 사용하여도 좋다.
이 경우는, 시정수를 연산할 필요가 없기 때문에, 소프트웨어 부하가 적고, 회로 규모를 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 전류 검출 수단(104)의 샘플링 주기와, 스위칭 소자(101)의 스위칭 주기와, 유도성 부하(100)의 시정수의 관계는,
샘플링 주기 ≤ 스위칭 주기 ≤ 시정수
이다. 이 관계는, 실시의 형태 1에 관해서도 마찬가지이다.
100 : 유도성 부하 101 : 스위칭 소자
101a : 스위칭 소자를 온/오프 시키는 펄스
102 : 환류 다이오드 103 : 전류 검출 수단
103a : 센싱부 103b : 인터페이스부
104 : 전류 보정 수단

Claims (11)

  1. 유도성 부하와,
    상기 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자와,
    상기 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자의 오프시에 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드와,
    상기 스위칭 소자에 흐르는 전류를, 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단과,
    상기 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단을 구비하고,
    상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 온 DUTY가 소정의 제 1의 설정치 이하일 때에 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1의 설정치는, 상기 전류 검출 수단의 샘플링 주기 이하인 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 보정 수단에 의한 보정은, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기마다 행하여지고, 금회 보정된 보정치는, 전회의 스위칭 주기에서 산출한 전류치로부터 스위칭 주기에 상당하는 유도성 부하의 시정수분을 감산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유도성 부하의 시정수는, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 온 DUTY가 상기 제 1의 설정치 이상일 때, 상기 스위칭 소자를 온 하고 있는 기간에서 산출하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  6. 유도성 부하와,
    상기 유도성 부하와 직렬로 접속되고, 온/오프 동작에 의해 상기 유도성 부하를 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자와,
    상기 유도성 부하와 병렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자의 오프시에 상기 유도성 부하의 전류를 환류시키는 환류 다이오드와,
    상기 환류 다이오드에 흐르는 환류 전류를 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 검출하는 전류 검출 수단과,
    상기 전류 검출 수단에서 검출한 전류치에 대해 보정을 행하는 전류 보정 수단을 구비하고,
    상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자를 온/오프 동작시키는 펄스의 DUTY에 응하여 보정 정도를 변경하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전류 보정 수단은, 상기 스위칭 소자에의 온 DUTY가, 소정의 제 2의 설정치 이상일 때에 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2의 설정치는, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기로부터 온 시간을 감산한 값이고, 전기 전류 검출 수단의 샘플링 주기 이하인 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전류 보정 수단에 의한 보정은, 상기 스위칭 소자의 스위칭 주기마다 행하여지고, 상기 전류 보정 수단에 의해 보정된 보정 후의 전류치는, 전회의 스위칭 주기에서 산출한 전류치에 스위칭 주기에 상당하는 상기 유도성 부하의 시정수분을 가산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 스위칭 소자의 온 DUTY가 상기 제 2의 설정치 이하인 때, 상기 유도성 부하의 상기 시정수는, 상기 스위칭 소자를 오프 하고 있는 기간에서 산출하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
  11. 제 4항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 부하의 시정수는, 미리 설정하고 있는 정수를 사용하는 것을 특징으로 하는 유도성 부하의 전류 검출 장치.
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