專利名稱：電流檢測裝置和使用該裝置的電機驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在只具有正直流電源的控制系統(tǒng)(即，單電源系統(tǒng))中，通過簡單的構(gòu)成就可檢測在正負兩方向流過的電流的電流檢測裝置和裝載有該電流檢測裝置的合理的電機驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
以往，當檢測在某一線路上流過的電流時，通常使用在該線路上插入電流檢測電阻，檢測因在該電阻上流過被檢測電流而產(chǎn)生的電壓降的方法。該方法中，在被檢測電流為雙向流過的情況下，由于電流檢測電阻的電壓降也為正負兩極性的電壓，所以用于電流檢測的信號處理電路也需要是可處理正負兩極性信號的電路。使用圖7說明這一例子。
圖7是測定在電流檢測電阻14和接地之間在正負兩方向流過的電流I的電路。該電路由正直流電源1、負直流電源17、將正直流電源1作為電源的具有AD轉(zhuǎn)換功能的微型計算機7、電流檢測電阻14、將正直流電源1和負直流電源17作為電源的加法運算器15、用于調(diào)整加法運算器15的輸出電壓電平的基準電壓16構(gòu)成。將基準電壓16的值設(shè)為Vref3。下面，說明該動作。
經(jīng)電流檢測電阻14而與接地之間在正負兩個方向流過被檢測電流I。當被檢測電流I沿圖中的箭頭方向流過時，輸入到加法運算器15的電壓為正，當被檢測電流I沿與箭頭方向相反方向流過時，輸入到加法運算器15的電壓為負。因此，加法運算器15需要正負兩極性的電源，故分別設(shè)置了正直流電源1和負直流電源17。
由微型計算機7來判斷加法運算器15的輸出Vo。但是，由于微型計算機7由正直流電源1(電壓是Vcc)驅(qū)動，所以作為其輸入的加法運算器15的輸出Vo也需要從0到Vcc之間的正值。因此，加法運算器15在電流檢測電阻14的電壓降上加上基準電壓16的電壓Vref3，調(diào)整輸出Vo的值。
圖8是表示圖7所示的電路中被檢測電流I和輸出Vo的關(guān)系用的圖。在圖8中，分別將橫軸表示被檢測電流I，將縱軸表示輸出Vo。當將加法運算器15的增益設(shè)為A時，則該輸出值Vo和被檢測電流I的關(guān)系為所記載的斜線。例如，如果被檢測電流I為零，則由于等于在加法運算器15上只施加了基準電壓16，所以這時加法運算器15的輸出是Vo(A·Vref3)。即，對于正負兩方向的被檢測電流I可得到正的輸出Vo。這種方法，例如，記載在“OP放大器電路的設(shè)計”(作者是岡村廸夫，1973年由CQ出版株式會社出版)。

發(fā)明內(nèi)容
一種電流檢測裝置，包括正直流電源；串聯(lián)連接的第一電阻、第二電阻和第三電阻；差動放大單元，從正直流電源供給電源，計算第一電阻和第二電阻的連接點電壓和規(guī)定電壓的差值，其特征為，第三電阻為被檢測電流流過的電流路徑的至少一部分，在第一電阻的端子中，將不與第二電阻連接的一側(cè)端子連接到正直流電源，在第三電阻的端子中，將不與第二電阻連接的一側(cè)端子接地，按照差動放大單元的運算式的常數(shù)項為正的方式，設(shè)定第一電阻的電阻值、第二電阻的電阻值、第三電阻的電阻值和規(guī)定電壓。
一種電機驅(qū)動裝置，包括上述的電流檢測裝置，與正直流電源具有公共負極(接地)的第二直流電源；從第二直流電源供給電源，將反向并聯(lián)連接半導體開關(guān)和二極管的多個單元做成橋結(jié)構(gòu)的半導體開關(guān)組；驅(qū)動半導體開關(guān)組的驅(qū)動單元；連接到半導體開關(guān)組輸出端的電機；和將在第三電阻上產(chǎn)生的電壓和第二規(guī)定電壓相比較，并將該輸出送到驅(qū)動單元的比較單元，其特征在于
被檢測電流是在半導體開關(guān)組的負直流線路和第二直流電源的負極(接地)之間流過的電流，第三電阻為被檢測電流流過的電流路徑的至少一部分。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明的實施方式1的特性圖。
圖3是本發(fā)明的實施方式1的具體構(gòu)成圖。
圖4是本發(fā)明的實施方式2的構(gòu)成圖。
圖5是本發(fā)明的實施方式2的具體構(gòu)成圖。
圖6是本發(fā)明的實施方式3的構(gòu)成圖。
圖7是現(xiàn)有例的構(gòu)成圖。
圖8是現(xiàn)有例的特性圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖1是本發(fā)明的實施方式1的電流檢測裝置的構(gòu)成圖。第一電阻2、第二電阻3和第三電阻4以該順序彼此串聯(lián)地連接。在第一電阻2的兩個端子中，不與第二電阻3連接的一側(cè)端子被連接到正直流電源1。將直流電源1的電壓設(shè)為Vcc。在第三電阻4的兩個端子中，將不與第二電阻3連接的一側(cè)端子接地。
將被檢測電流I提供給第二電阻3和第三電阻4的連接點。即，第三電阻4形成被檢測電流I流過的路徑，第三電阻4起到電流檢測電阻的作用。差動放大單元5從正直流電源1供給電源。將第一電阻2和第二電阻3的連接點電壓輸入到差動放大單元5的正輸入端子。另一方面，將作為基準的規(guī)定電壓6輸入到差動放大單元5的負輸入端子。該規(guī)定電壓6的電位是Vref。差動放大單元5的輸出是電流檢測裝置的輸出。
另外，作為差動放大單元5，使用差動放大器、運算放大器、對向一個輸入端子輸入的輸入信號具有正的增益而對向另一輸入端子輸入的輸入信號具有負的增益的放大電路等。
圖2是圖1的電流檢測裝置的特性圖，表示被檢測電流I和電流檢測裝置的輸出Vo的關(guān)系。在圖2中，分別用橫軸表示被檢測電流I、用縱軸表示來自差動放大單元5的輸出Vo。斜線是表示I和Vo關(guān)系的直線。另外，下面描述了圖2的詳細說明。
圖3是更具體地表示圖1構(gòu)成的具體構(gòu)成圖。省略說明與圖1相同的部分。差動放大單元5由運算放大器5a、運算放大器5b、電阻5c、電阻5d、電阻5e和電阻5f構(gòu)成。運算放大器5a和運算放大器5b從直流電源1供給電源。電阻6a和電阻6b串聯(lián)連接。在電阻6a的兩個端子中，將不連接到電阻6b的一側(cè)端子連接到正直流電源1。另一方面，在電阻6b的兩個端子中，將不連接到電阻6a的一側(cè)端子接地。將電阻6a和電阻6b的連接點電壓設(shè)為規(guī)定電壓6。即，電阻6a和電阻6b的連接點電壓是Vref。
下面，首先說明圖1的構(gòu)成中的動作。若將施加到圖1中差動放大單元5的正輸入端子的電壓設(shè)為Vi，將差動放大單元5的增益設(shè)為A，則通過(式1)得到差動放大單元5的輸出電壓Vo。
Vo＝A·(Vi-Vref) (式1)另外，若分別將第一電阻2、第二電阻3、第三電阻4的值分別設(shè)為R1、R2、R3，則上述的Vi變?yōu)?式2)。
Vi＝(R2+R3)·Vcc/(R1+R2+R3)+R1·R3·I/(R1+R2+R3) (式2)根據(jù)(式1)和(式2)，輸出電壓Vo變?yōu)?式3)。
Vo＝A[(R2+R3)·Vcc/(R1+R2+R3)-Vref]+A·R1·R3·I/(R1+R2+R3) (式3)(式3)的第一項是常數(shù)項，可選擇R1、R2、R3、Vcc和Vref，而使該值為正值。
現(xiàn)在，當選擇規(guī)定數(shù)，而使(式3)的第一項的值為Vcc/2時，被檢測電流I和輸出電壓Vo的關(guān)系變?yōu)閳D2所記載的斜線，對于正負兩方向的電流I可得到正的輸出電壓Vo。這時，例如，如果被檢測電流I為零，則Vo為Vcc/2。另外，由于按照使(式3)的第一項為Vcc/2而選擇常數(shù)，所以變?yōu)榭蓹z測出正負相同范圍的電流。實際上，按照對于被檢測電流I的正負可變范圍而使得輸出電壓Vo包含在允許可變范圍(0～Vcc)內(nèi)的方式，選擇各個常數(shù)即可。
下面，隨圖3更具體地說明動作。分別將圖3中電阻5c、5d、5e、5f、6a、6b的值設(shè)為R4、R5、R6、R7、R8、R9。這里若R4和R7、R5和R6為相同值，則由(式4)表示圖3所示的差動放大單元5的特性。
Vo＝A·(Vi-Vref)＝(1+R4/R5)·(Vi-Vref) (式4)另外，由(式5)表示作為基準電壓的規(guī)定電壓6(Vref)。
Vref＝Vcc·R9/(R8+R9)(式5)可通過上述構(gòu)成、動作而實現(xiàn)具有與圖2相同特性的電流檢測裝置。
(實施方式2)圖4是本發(fā)明的實施方式2的電流檢測裝置的構(gòu)成圖。省略說明與圖1相同的部分。校正單元7校正在差動放大單元5的輸出Vo中所包含的誤差。校正單元7具有AD轉(zhuǎn)換功能和校正運算功能。在圖4中，將校正單元7包括AD轉(zhuǎn)換器7a和校正運算單元7b的情況作為例子。另外，該校正單元7將上述的正直流電源1作為電源，其輸入允許范圍也為正值(0～Vcc)。
圖5更具體地表示上述構(gòu)成。圖5是在圖3上添加微型計算機來作為校正單元7，由于其它構(gòu)成與圖3相同，故省略說明。下面，用圖5說明其動作。
在圖5的構(gòu)成中，在上述中已說明了由(式4)表示差動放大單元5的輸出電壓Vo、由(式2)表示在該式中包含的Vi、由(式5)表示Vref的情況。
這里，上述Vo由(式4)表示的條件與上述同樣為將R4和R7、R5和R6設(shè)為同一值，但是實際上各個電阻存在誤差，所以輸出電壓Vo不與(式4)一樣，而包含有誤差。
同樣，上述的正直流電源1的值Vcc、規(guī)定電壓6的值Vref也具有誤差。結(jié)果，在實施方式1中雖然選擇了各常數(shù)，而使得(式3)的第一項為Vcc/2，但實際上也通過這些誤差而產(chǎn)生了偏差。這里，作為校正單元7的微型計算機存儲差值Voff，差值Voff為被檢測電流I為零時的差動放大單元5的輸出電壓Vo與上述各常數(shù)的誤差為零時的理想值Vcc/2的差值。這樣，作為校正單元7的微型計算機進行從被檢測電流I流過時的差動放大單元5的輸出電壓中減去Voff的運算。由此，可校正(式3)的第一項的誤差。
另外，在上述說明中雖然舉例了作為校正單元7的微型計算機，但是并不限于此。作為校正單元7，也可是具有存儲差值Voff、并進行從被檢測電流I流過時的差動放大單元5的輸出電壓中減去Voff運算功能的電路或處理器。
(實施方式3)圖6是本發(fā)明的實施方式3的電機驅(qū)動裝置的構(gòu)成圖。第二直流電源8是驅(qū)動電機11的電源。其負極與正直流電源1的負極有公共電位(接地電位)。半導體開關(guān)組9由6個單元構(gòu)成。各個單元由作為半導體開關(guān)的功率晶體管9a和反向并聯(lián)連接的二極管9b單元構(gòu)成。所謂反向并聯(lián)連接，是指功率晶體管9a的導通電流方向與二極管9b的導通電流方向是彼此反向的并聯(lián)連接。半導體開關(guān)組9由這6個單元構(gòu)成3相電橋。將該3相電橋的直流電源輸入端連接到第二直流電源8，將交流輸出端連接到電機11上。
另外，在半導體開關(guān)組9的負直流線路和第二直流電源8的負極(接地)之間連接電阻4，而構(gòu)成上述電流檢測裝置的一部分。對于與實施方式1和2的電流檢測裝置相同的部分省略說明。
這里，將上述的規(guī)定電壓6的值記為Vref1。這里，說明采用比較器12來作為比較單元的情況。作為比較單元的比較器12將正直流電源1作為電源。將第二電阻3和第三電阻4的連接點的電壓輸入到比較器12的負端子，將作為與半導體開關(guān)組9的允許電流值相當?shù)碾妷旱牡诙?guī)定電壓13輸入到比較器12的正端子。該第二規(guī)定電壓13為Vref2。比較器12的輸出被輸入到驅(qū)動單元10。驅(qū)動單元10驅(qū)動半導體開關(guān)組9的6個功率晶體管9a。
說明在上述構(gòu)成中的該動作。驅(qū)動單元10生成驅(qū)動信號來驅(qū)動半導體開關(guān)組9。在通過半導體開關(guān)組9的動作而運轉(zhuǎn)電機11的情況下，在第三電阻4上流過與在電機11上流過的電流相關(guān)的電流。根據(jù)電機11的運轉(zhuǎn)狀態(tài)該電流是正負兩方向的電流。通過由在實施方式1和2中所描述的電流檢測裝置檢測該電流，可經(jīng)常監(jiān)視電機11的負載大小。根據(jù)此來生成適于驅(qū)動單元10的驅(qū)動信號，而穩(wěn)定運轉(zhuǎn)電機11。
另外，通過比較器12比較由被測定電流I產(chǎn)生的第三電阻4的電壓降和第二規(guī)定電壓13(Vref2)。當該電壓降超過上述規(guī)定電壓13(Vref2)時，比較器12使輸出反向，而使驅(qū)動單元10的驅(qū)動信號停止。由于將規(guī)定電壓13(Vref2)設(shè)定為與半導體開關(guān)組9的允許電流值相當?shù)碾妷?，所以通過本電路可高速檢測出半導體開關(guān)組9的過電流，防止過電流。
另外，在上述說明中，雖然舉例了比較器12來作為比較單元，但不限于此。作為比較單元，可以是將第二電阻3和第三電阻4的連接點電壓與第二規(guī)定電壓13相比較，根據(jù)該結(jié)果將控制信號提供給驅(qū)動單元10。即，比較單元可由實施這些工作的運算電路、邏輯電路、差動放大器、運算放大器和處理器等構(gòu)成。
如上所述，本發(fā)明可只由正直流電源1構(gòu)成電機驅(qū)動裝置，該電機驅(qū)動裝置檢測在兩個方向流過電機11的電流、監(jiān)視電機11的負載狀況并適當驅(qū)動電機11，同時，還具有高速截斷半導體開關(guān)組9的過電流的保護裝置。此外，本發(fā)明還通過并用電流檢測電阻，可使裝置高效化、小型化、低成本化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電流檢測裝置和電機驅(qū)動裝置，可構(gòu)成不使用負直流電源而只由正直流電源就能檢測在正負兩方向流過的電流的系統(tǒng)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電流檢測裝置和電機驅(qū)動裝置，可大幅校正構(gòu)成電流檢測裝置的各元件的誤差，只通過正直流電源就可實現(xiàn)高精度的雙方向電流檢測，而不用附加特殊的校正電路。另外，由此，可實現(xiàn)電流檢測裝置和電機驅(qū)動裝置的高精度化、小型化、低成本化。
還有，根據(jù)本發(fā)明的電流檢測裝置和電機驅(qū)動裝置，可通過一個電流檢測電阻同時用為控制電機所需的電機電流的檢測和保護控制半導體開關(guān)組所需的半導體開關(guān)組的電流檢測，同時，可只由正直流電源構(gòu)成這些系統(tǒng)。由此，可實現(xiàn)電流檢測裝置和電機驅(qū)動裝置的高精度化、小型化、低成本化。
權(quán)利要求
1.一種電流檢測裝置，包括正直流電源；串聯(lián)連接的第一電阻、第二電阻和第三電阻；差動放大單元，從正直流電源供給電源，計算所述第一電阻和所述第二電阻的連接點電壓和規(guī)定電壓的差值，其特征在于所述第三電阻為被檢測電流流過的電流路徑的至少一部分；在所述第一電阻的端子中，將不與所述第二電阻連接的一側(cè)端子連接到所述正直流電源，在所述第三電阻的端子中，將不與所述第二電阻連接的一側(cè)端子接地，設(shè)定所述第一電阻的電阻值、所述第二電阻的電阻值、所述第三電阻的電阻值和所述規(guī)定電壓，使得所述差動放大單元的運算式的常數(shù)項為正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流檢測裝置，其特征在于，還包括校正單元，從所述被檢測電流流過時的所述差動放大單元的輸出值中減去Voff，Voff為所述被檢測電流為零時的所述差動放大單元的實際輸出值與構(gòu)成元件的誤差為零時的理想輸出值之間的差值，并且，該校正單元從所述正直流電源提供電源。
3.一種電機驅(qū)動裝置，包括權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述的電流檢測裝置；與所述正直流電源具有公共負極(接地)的第二直流電源；半導體開關(guān)組，從所述第二直流電源供給電源，將半導體開關(guān)和二極管反向被并聯(lián)連接后的多個單元做成橋結(jié)構(gòu)；驅(qū)動單元，驅(qū)動所述半導體開關(guān)組；電機，被連接到所述半導體開關(guān)組輸出端子；和比較單元，將所述第三電阻上產(chǎn)生的電壓和第二規(guī)定電壓相比較，并將該輸出送到所述驅(qū)動單元；其特征在于所述被檢測電流是在所述半導體開關(guān)組的負直流線路和所述第二直流電源的負極(接地)之間流過的電流，所述第三電阻為所述被檢測電流流過的電流路徑的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電流檢測裝置和使用該電流檢測裝置的電機驅(qū)動裝置，只通過正直流電源(通過單電源)，而不使用負直流電源，就可檢測在正負兩個方向流過的電流。該電流檢測裝置包括正直流電源，串聯(lián)連接的第一電阻、第二電阻和第三電阻，差動放大單元，其特征為，第一電阻的一端被連接到正直流電源，第三電阻的一端被接地，將被檢測電流提供給第二電阻和第三電阻的連接點，差動放大單元計算第二電阻和第三電阻的連接點電壓與規(guī)定電壓的差值，設(shè)定第一電阻的電阻值、第二電阻的電阻值、第三電阻的電阻值和規(guī)定電壓，使得差動放大單元中的運算式的常數(shù)項為正。
文檔編號H02P29/00GK1489280SQ03156018
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者前田志朗, 原田員宏, 野間博文, 荒川政志, 宏, 志, 文 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社