(57)【要約】【課題】負荷へ供給される電流を所望の分解能で検出し、動作環境温度の変動のある場合でも、測定誤差を低減した電流検出分解能を有する電流検出装置を提供する。【解決手段】負荷へ供給される供給電流値に比例した電圧を出力する電流検出器（電流センサ）２１と、この電流検出器から出力された電圧を入力して増幅するオペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を有する可変分解能回路２２と、可変分解能回路の出力を入力とする電圧値をデジタル量に変換する変換手段（Ａ／Ｄコンバータ）２３とを備えた可変分解能回路付電流検出装置２０であって、可変分解能回路は、電流検出器の出力電圧に基づいてオペアンプの増幅率を可変とする。【選択図】図１
2010197065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷へ供給される供給電流値に比例した電圧を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された電圧を入力して増幅するオペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を有する可変分解能回路と、
前記可変分解能回路の出力を入力とする電圧値をデジタル量に変換する変換手段と
を備えた可変分解能回路付電流検出装置であって、
前記可変分解能回路は、前記電圧に基づいて前記オペアンプの増幅率を可変とすることを特徴とする可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項２】
前記可変分解能回路は、前記オペアンプ、前記ダイオードとして第１乃至第６のダイオード、及び、前記抵抗として第１乃至第６の抵抗を有し、
前記第１の抵抗は、一端に前記電圧が印加され、
前記オペアンプは、その反転入力端子が前記第１の抵抗の他端に接続され、その入力端子は接地され、
前記第２の抵抗は、一端が前記反転入力端子に接続され、
前記第３のダイオードは、アノードが前記第２の抵抗の他端に接続され、カソードが前記オペアンプの出力端子に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の抵抗の他端に接続され、アノードが前記出力端子に接続され、
前記第１のダイオードは、アノードが前記反転入力端子に接続され、
前記第３の抵抗は、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記反転入力端子に接続され、
前記第４の抵抗は、一端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、
前記第５の抵抗は、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記第５のダイオードのカソードに接続され、
前記第５のダイオードのアノードには第１の電圧が印加され、
前記第６の抵抗は、一端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、他端が前記第６のダイオードのアノードに接続され、
前記第６のダイオードのカソードには第２の電圧が印加され、
前記可変分解能回路の出力は、前記第２の抵抗の他端の電圧であることを特徴とする請求項１に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項３】
前記可変分解能回路において、
前記第１乃至第６のダイオードは、規格上の順方向電圧が等しい電気的特性を有することを特徴とする請求項２に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項４】
前記可変分解能回路において、
前記第１乃至第６のダイオードは、同一基板上に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項５】
前記可変分解能回路において、
前記第２の抵抗乃至前記第６の抵抗の抵抗値が等しいことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項６】
前記可変分解能回路において、
前記第１の電圧及び前記第２の電圧の絶対値が等しいことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【請求項７】
前記電流検出器は、シャント抵抗を備えることを特徴とする請求項１に記載の可変分解能回路付電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御システムにおける電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ制御技術の分野では、電流指令値の大きさによって電流検出分解能を切り替える電流検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この電流検出装置は、電流指令値とコンパレータのレベルを切り替えて比較することにより、電流指令値が大きい場合はオペアンプの増幅率を低く設定して大電流を検出できるようにし、また、電流指令値が小さい場合は、オペアンプの増幅率を高く設定して電流分解能を高くすることにより、モータの振動を抑えていた。そして、オペアンプの増幅率の制御は、帰還抵抗を挿入するか否かによる短絡スイッチで行っていた。
【０００３】
また、電流検出装置の電流検出分解能の切り替えに、電子ボリュームと固定抵抗とを用いてオペアンプの増幅率を制御する入力ゲイン切り替え部と、電流指令値の大きさと電流検出装置のゲインとを比較するコンパレータである入力ゲイン比較／判定部と、を設けた装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２８６１号公報
【特許文献２】特開平１１−２７４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電流検出装置では、電流指令値の大きさによりゲインを可変とするために、電流指令値を出したときに測定された電流値が設定した閾値を跨いでしまうと、想定した分解能での電流値を得ることができないという問題があった。
【０００６】
また、動作環境温度に変動のある場合等においても、温度変化に起因する測定誤差の小さい、かつ、負荷動作に応じた所望の電流検出分解能を有する電流検出装置を得ることが望まれていた。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、負荷へ供給される電流を所望の分解能で検出し、動作環境温度の変動のある場合でも、測定誤差を低減した電流検出分解能を有する電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の第１態様に係る可変分解能回路付電流検出装置は、負荷へ供給される供給電流値に比例した電圧を出力する電流検出器（電流センサ）と、前記電流検出器から出力された電圧を入力して増幅するオペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を有する可変分解能回路と、前記可変分解能回路の出力を入力とする電圧値をデジタル量に変換する変換手段（Ａ／Ｄコンバータ）とを備えた可変分解能回路付電流検出装置であって、前記可変分解能回路は、前記電圧に基づいて前記オペアンプの増幅率を可変とすることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、電流指令値ではなく、負荷に供給される実際の供給電流値に基づいて可変分解能回路のゲインが決定されるために、意図しない分解能での検出は起こらない。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。
【００１０】
そして、本発明の第２態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路は、前記オペアンプ、前記ダイオードとして第１乃至第６のダイオード、及び、前記抵抗として第１乃至第６の抵抗を備えた構成であり、前記第１の抵抗（Ｒ１）は、一端に前記電圧（Ｖｉ）が印加され、前記オペアンプは、その反転入力端子が前記第１の抵抗の他端に接続され、その入力端子は接地され、前記第２の抵抗（Ｒ２）は、一端が前記反転入力端子に接続され、前記第３のダイオード（Ｄ３）は、アノードが前記第２の抵抗の他端に接続され、カソードが前記オペアンプの出力端子に接続され、前記第４のダイオード（Ｄ４）は、カソードが前記第２の抵抗の他端に接続され、アノードが前記出力端子に接続され、前記第１のダイオード（Ｄ１）は、アノードが前記反転入力端子に接続され、前記第３の抵抗（Ｒ３）は、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第２のダイオード（Ｄ２）は、カソードが前記反転入力端子に接続され、前記第４の抵抗（Ｒ４）は、一端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、他端が前記出力端子に接続され、前記第５の抵抗（Ｒ５）は、一端が前記第１のダイオード（Ｄ１）のカソードに接続され、他端が前記第５のダイオード（Ｄ５）のカソードに接続され、前記第５のダイオードのアノードには第１の電圧（ＶＨ）が印加され、前記第６の抵抗（Ｒ６）は、一端が前記第２のダイオードのアノードに接続され、他端が前記第６のダイオード（Ｄ６）のアノードに接続され、前記第６のダイオードのカソードには第２の電圧（ＶＬ）が印加され、前記可変分解能回路の出力は、前記第２の抵抗の他端の電圧（Ｖｏ１）であることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、可変分解能回路は、1個のオペアンプ、６個のダイオード、及び、６個の抵抗を備えたリミッタ回路構成となり、第１のダイオード（Ｄ１）に流れる電流（ＩＤ１）と第２のダイオード（Ｄ２）に流れる電流（ＩＤ２）との相関関係により、３つの領域に制限された入出力特性を示す。特に、構成されるダイオードと抵抗の電気的特性値を適当に設定することで、この可変分解能回路の入出力特性は、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、環境温度の変化に対して温度補償された入出力特性を得ることができる。
【００１２】
そして、本発明の第３態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第１乃至第６のダイオード（Ｄ１〜Ｄ６）は、規格上の順方向電圧（ＶＦ）が等しい（ＶＦ１＝ＶＦ２・・・＝ＶＦ６＝ＶＦ）電気的特性を有することを特徴とする。
【００１３】
このようにすることで、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路を具現することが可能となる。さらに、同一規格のダイオード使用するために、実装コストの低減化効果をも奏する。
【００１４】
そして、本発明の第４態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記可変分解能回路の構成要素である、前記第１乃至第６のダイオードが、同一基板上に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このようにすることで、同一基板への実装形態も考慮され、かつ、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路を具現することが可能となる。
【００１６】
そして、本発明の第５態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第２の抵抗（Ｒ２）乃至前記第６の抵抗（Ｒ６）の抵抗値（ｒ２〜ｒ６）が等しいことを特徴とする。
【００１７】
このように、同一の仕様規格特性の同一型番の抵抗を採用することにより、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路の実装コストのさらなる低減化効果を奏する。
【００１８】
そして、本発明の第６態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の可変分解能回路において、前記第１の電圧（ＶＨ）及び前記第２の電圧（ＶＬ）の絶対値が等しい（｜ＶＨ｜＝｜ＶＬ｜）ことを特徴とする。
【００１９】
このようにすることで、負荷（モータ）及び電流検出器（電流センサ）の特性を考慮した、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路における第１の抵抗（Ｒ１）及び第２の抵抗（Ｒ２）の抵抗値（ｒ１、ｒ２）を決定することができる。
【００２０】
さらに、本発明の第７態様に係る可変分解能回路付電流検出装置の前記電流検出器は、シャント抵抗（Ｒｓ）を備えることを特徴とする。
【００２１】
このようにすることで、負荷（モータ）及び可変分解能回路の入出力特性を考慮した温度補償された可変分解能回路を有する可変分解能回路付電流検出装置を具現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る可変分解能回路付電流検出装置は、負荷へ供給される電流を所望の分解能で検出し、動作環境温度の変動のある場合でも、測定誤差を低減した電流検出分解能を有する電流検出装置を提供することができるので、モータ制御システムへの適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の可変分解能回路付電流検出装置を含むモータ制御システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施形態の可変分解能回路の構成を説明するための回路図である。
【図３】本実施形態の可変分解能回路の動作を説明するための回路図（その１）である。
【図４】本実施形態の可変分解能回路の動作を説明するための回路図（その２）である。
【図５】本実施形態の可変分解能回路の動作を説明するための回路図（その３）である。
【図６】本実施形態の可変分解能回路付電流検出装置の電流センサの動作を説明するための図である。
【図７】本実施形態の可変分解能回路の切換点及び測定限界での入出力特性を説明するための図である。
【図８】比較例のソフトリミット回路の動作を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、モータ制御システム１は、モータ駆動系として、ＰＩＤ制御部１０、ＰＷＭ発生器１１、及び、インバータ１２を備えて構成される。そして、負荷であるモータ１３の駆動検出系として、電流センサ（電流検出器）２１、可変分解能回路２２、及び、Ａ／Ｄコンバータ（変換手段）２３から構成される可変分解能回路付電流検出装置２０と、電圧−電流変換１５を備えて構成される。
【００２５】
モータ駆動系の動作は、ＰＩＤ制御部１０により、入力信号のＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）制御が行われ、その出力信号が、ＰＷＭ発生器１１に入力され、パルス幅のデューティ比を変化させて変調されたパルスを出力として発生する。次に、インバータ１２がこのパルス信号をモータ駆動用に変換することにより、負荷であるモータ１３を駆動する供給電流ＩＭがモータ１３に供給される。
【００２６】
そして、検出系の動作は、本発明の可変分解能回路付電流検出装置２０において、電流検出器としての電流センサ２１により、負荷であるモータ１３への供給電流ＩＭの供給電流値に比例した電圧が出力として発生し、可変分解能回路２２の入力電圧がＶｉとして入力され、その出力電圧がＶｏ１として出力される。そして、可変分解能回路２２の出力電圧Ｖｏ１が、変換手段であるＡ／Ｄコンバータ２３により変換されて出力される。さらに、この可変分解能回路付電流検出装置２０からの出力電圧を電流に変換する電圧−電流変換１５を介してフィードバック電流ＩＦＢがフィードバックされる。そして、電流指令値とフィードバック電流ＩＦＢとの誤差信号Ｅが駆動系のＰＩＤ制御部１０にフィードバックされる。
【００２７】
本実施形態の特徴の一つは、検出系においてモータ１３への供給電流ＩＭの供給電流値を基に、可変分解能回路付電流検出装置２０が電流検出を行うことにある。
すなわち、モータ（負荷）１３へ供給される供給電流ＩＭを所望の分解能で検出することができる。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。
【００２８】
次に、本実施形態の可変分解能回路付電流検出装置２０の構成要素である可変分解能回路２２について、図２乃至図７を参照して説明する。ここでは、前記の第２乃至第７態様に関し、構成要素である６個のダイオードが同等の特性を有し、同一基板上に実装されることで、温度補償された入出力特性を有する可変分解能回路２２が具現されることを説明する。そして、６個の抵抗のうち、第２乃至第６の抵抗の抵抗値が同一であること、第１及び第２の電圧（ＶＨ及びＶＬ）の絶対値、及び、電流センサの構成要素としてのシャント抵抗についてさらに説明する。
【００２９】
図２（ａ）は、本実施形態の可変分解能回路２２の構成を示す回路図である。
可変分解能回路２２は、一つのオペアンプ、ダイオードＤ１乃至ダイオードＤ６の６個のダイオード、及び、抵抗Ｒ１乃至抵抗Ｒ６の６個の抵抗を備えた一種のリミッタ回路の構成となっている。前記電流センサ２１の出力電圧が、抵抗Ｒ１の一端から入力電圧Ｖｉとして入力され、抵抗Ｒ２の他端から出力電圧Ｖｏ１として出力され、前記Ａ／Ｄコンバータ２３への入力電圧となる。
【００３０】
抵抗Ｒ１は、一端に前記した図１の電流センサ２１からの電圧が入力電圧Ｖｉとして印加され、オペアンプは、その反転入力端子が抵抗Ｒ１の他端に接続され、その入力端子は接地されている。抵抗Ｒ２は、一端がオペアンプの反転入力端子に接続され、ダイオードＤ３は、そのアノードが抵抗Ｒ２の他端に接続され、そのカソードがオペアンプの出力端子に接続され、さらにダイオードＤ４は、そのカソードが抵抗Ｒ２の他端に接続され、そのアノードがオペアンプの出力端子に接続されている。
【００３１】
そして、ダイオードＤ１は、そのアノードがオペアンプの反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ３は、一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続され、ダイオードＤ２は、そのカソードがオペアンプの反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ４は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続されている。
【００３２】
さらに、抵抗Ｒ５は、一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、他端がダイオードＤ５のカソードに接続され、ダイオードＤ５のアノードには第１の電圧ＶＨが印加される。また、抵抗Ｒ６は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、他端がダイオードＤ６のアノードに接続され、ダイオードＤ６のカソードには第２の電圧ＶＬが印加される。
【００３３】
そして、この可変分解能回路２２の出力は、抵抗Ｒ２の他端の電圧値Ｖo１として出力され、前記図１のＡ／Ｄコンバータ２３への入力電圧となる。
【００３４】
このような構成からなる可変分解能回路２２の入出力特性図（Ｖｉ−Ｖｏ１特性）を図２（ｂ）に示す。詳細は後記するが、この可変分解能回路２２の入出力特性は、出力電圧Ｖｏ１が入力電圧Ｖｉに対して、図２（ｂ）の各直線で示された領域（１）、領域（２）、及び、領域（３）の３つの領域に制限された入出力特性を示す。
【００３５】
この実施形態の可変分解能回路２２は、オペアンプ、ダイオード、及び、抵抗を使用した一種のリミッタ回路構成となっており、この構成にすることで、後記するダイオードの順方向温度特性に依存しない、温度補償された可変分解能回路を具現する本発明の第２の特徴となる。
【００３６】
次に、図３乃至図５を参照して、本実施形態の可変分解能回路２２の動作を説明する。
図２（ａ）で示した回路を動作させる場合、２つのダイオードＤ１及びダイオードＤ２に流れる電流が順方向であるか否かの２つの場合（ＩＤ１＞０、及び、ＩＤ２＞０の場合）と、電流が流れない場合（ＩＤ１＝ＩＤ２＝０）との３つの場合について説明する。
【００３７】
先ず、ＩＤ１＞０の場合を第１の場合として、図３を参照して説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ダイオードＤ１に順方向電流ＩＤ１が流れる場合（ＩＤ１＞０のとき）について説明する。この場合は、ダイオードＤ２に対しては、逆方向バイアスとなり電流は流れない（ＩＤ２＝０）。
したがって、図３（ａ）においては、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２に流れる電流を方向も含めてＩ１及びＩ２とし、以下同様に電流方向を考慮して、順方向バイアスとなるダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５における、各ダイードの順方向電圧をＶＦ１、ＶＦ３、ＶＦ５とし、この場合に各抵抗Ｒ３、Ｒ５に流れる電流を方向も含めて、Ｉ３及びＩ５とする。ここで、各抵抗Ｒｎの抵抗値をｒｎで記載することにする。
【００３８】
いま、ダイオードＤ１のカソードの電圧をＶ３とすると、ダイオードＤ１が順方向動作するためには、ＩＤ１＞０のときであり、
Ｖ３＜−ＶＦ１                             （１）
すなわち、
Ｖ３＝Ｖｏ＋（（ＶＨ−ＶＦ５）−Ｖｏ）（ｒ３／（ｒ３＋ｒ５））
＝（ｒ３／（ｒ３＋ｒ５））（ｒ５Ｖｏ＋ｒ３（ＶＨ−ＶＦ５））＜−ＶＦ１    （２）
となり、
Ｖｏ＜−（ｒ３＋ｒ５）ＶＦ１／ｒ５−（ＶＨ−ＶＦ５）ｒ３／ｒ５    （３）
が成立する。一方、ダイオードＤ３が挿入されていることを考慮すると、
Ｖｏ１＝Ｖｏ＋ＶＦ３                          （４）
となり、ＩＤ１＞０となるための条件としては、
Ｖｏ１＜−（ｒ３＋ｒ５）ＶＦ１／ｒ５−（ＶＨ−ＶＦ５）ｒ３／ｒ５＋ＶＦ３ （５）
となる。この領域は、図３（ｂ）の直線（１）となる。
【００３９】
次に、第１の場合についての入出力関係を解析すると、電流においては、
ＩＤ１＝Ｉ１−Ｉ２                      （６）
が成立し、さらに、
ＩＤ１＋Ｉ５＝Ｉ３                      （７）
となるため、電圧で表記すれば、（６）及び（７）式から、入出力電圧の関係は、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５−（１／ｒ３＋１／ｒ５）ＶＦ１
＋ＶＦ３／ｒ３＋ＶＦ５／ｒ５）ｒ２ｒ３／（ｒ２＋ｒ３）      （８）
となる。この入出力電圧の関係式（８）で考慮すべきことは、出力電圧Ｖｏ１がダイオードＤ１、Ｄ３及びＤ５の順方向電圧ＶＦ１、ＶＦ３及びＶＦ５のファクタを含んでいるということである。
【００４０】
そこで、電流が非常に少ない場合においては、同様の特性を有するダイオードでは、順方向電圧は略同一であるとすると、関係式（８）において、
ＶＦ１＝ＶＦ３＝ＶＦ５                             （９）
のとき、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５）ｒ２ｒ３／（ｒ２＋ｒ３）        （１０）
となり、温度による変化を考慮しなければならないダイオードの順方向電圧を含む項が消え、出力電圧Ｖｏ１は、温度に依存しないことになる。
【００４１】
ダイオードの特性上、使用温度によって順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの関係は変化することもありうる。しかし、実装する基板上において同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの特性は、同一であると言えるので、関係式（１０）は成立する。
【００４２】
次に、ＩＤ２＞０の場合を第２の場合として、図４を参照して説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ダイオードＤ２に順方向電流ＩＤ２が流れる場合（ＩＤ２＞０のとき）について説明する。この場合は、ダイオードＤ１に対しては、逆方向バイアスとなり電流は流れない（ＩＤ１＝０）。
したがって、図４（ａ）においては、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２に流れる電流を方向も含めてＩ１及びＩ２とし、以下同様に電流方向を考慮して、順方向バイアスとなるダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６における、各ダイオードの順方向電圧をＶＦ２、ＶＦ４、ＶＦ６とし、この場合に各抵抗Ｒ４、Ｒ６に流れる電流を方向も含めて、Ｉ４及びＩ６とする。第１の場合と同様に、各抵抗Ｒｎの抵抗値をｒｎで記載することにする。
【００４３】
いま、ダイオードＤ２のカソードの電圧をＶ４とすると、ダイオードＤ２が順方向動作するためには、ＩＤ２＞０のときであり、
Ｖ４＞ＶＦ２                              （１１）
すなわち、
Ｖ４＝Ｖｏ−（Ｖｏ−（ＶＬ−ＶＦ６））（ｒ４／（ｒ４＋ｒ６））
＝（１／（ｒ４＋ｒ６））（ｒ６Ｖｏ＋ｒ４（ＶＬ＋ＶＦ６））＞ＶＦ２      （１２）
となり、
Ｖｏ＞−（ＶＬ＋ＶＦ６）ｒ４／ｒ６＋（ｒ４＋ｒ６）ＶＦ２／ｒ６（１３）
が成立する。一方、ダイオードＤ４が挿入されていることを考慮すると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１＋ＶＦ４                        （１４）
となり、ＩＤ２＞０となるための条件としては、
Ｖｏ１＞−（ＶＬ＋ＶＦ６）ｒ４／ｒ６＋（ｒ４＋ｒ６）ＶＦ２／ｒ６−ＶＦ４（１５）
となる。この領域は、図４（ｂ）の直線（２）となる。
【００４４】
次に、第１の場合と同様に、第２の場合についての入出力関係を解析すると、電流においては、
ＩＤ２＋Ｉ２＝Ｉ１                        （１６）
が成立し、さらに、
Ｉ４＋ＩＤ２＝Ｉ６                        （１７）
となるため、電圧で表記すれば、（６）及び（７）式から、入出力電圧の関係は、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１＋（１／ｒ４＋１／ｒ６）ＶＦ２−ＶＦ４／ｒ４
−（ＶＬ＋ＶＦ６）／ｒ６）ｒ２ｒ４／（ｒ２＋ｒ４）                （１８）
となる。この入出力電圧の関係式（１８）で考慮すべきことは、前記第１の場合の関係式（８）と同様に、出力電圧Ｖｏ１がダイオードＤ２、Ｄ４及びＤ６の順方向電圧ＶＦ２、ＶＦ４及びＶＦ６のファクタを含んでいるということである。
【００４５】
そこで、第１の場合と同様な考慮として、電流が非常に少ない場合においては、同様の特性を有するダイオードでは、順方向電圧は略同一であるとすると、関係式（１８）において、
ＶＦ２＝ＶＦ４＝ＶＦ６                          （１９）
のとき、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＬ／ｒ６）ｒ２ｒ４／（ｒ２＋ｒ４）       （２０）
となり、温度による変化を考慮しなければならないダイオードの順方向電圧を含む項が消え、出力電圧Ｖｏ１は、温度に依存しないことになる。
【００４６】
ダイオードの特性上、使用温度によって順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの関係は変化することもありうる。しかし、実装する基板上において同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの特性は、同一であると言えるので、関係式（２０）は成立する。
【００４７】
次に、ＩＤ１＝ＩＤ２＝０の場合を第３の場合として、図５を参照して説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２に電流が流れない場合（ＩＤ１＝ＩＤ２＝０のとき）について説明する。この場合は、前記関係式（５）及び関係式（１５）から、出力電圧Ｖｏ１の領域は
−（ｒ３＋ｒ５）ＶＦ１／ｒ５−（ＶＨ−ＶＦ５）ｒ３／ｒ５＋ＶＦ３≦Ｖｏ１
≦−（ＶＬ＋ＶＦ６）ｒ４／ｒ６＋（ｒ４＋ｒ６）ＶＦ２／ｒ６−ＶＦ４      （２１）
となる。この領域は、図５（ｂ）の直線（３）となる。
【００４８】
また、この第３の場合の入出力関係は、ＩＤ１＝ＩＤ２＝０であることから、
Ｉ１＝Ｉ２                           （２２）
が成立することから、
Ｖｏ１＝−ｒ２Ｖｉ／ｒ１                     （２３）
となり、この入出力電圧の関係式（２３）には、前記第１の場合及び第２の場合とは異なり、ダイオードＤ１乃至Ｄ６のファクタ及び抵抗３乃至Ｒ６のファクタをも含んでいない。したがって、この場合の出力電圧Ｖｏ１は、温度に依存しないことになる。
【００４９】
以上、説明したように、本実施形態の可変分解能回路２２において、実装する同一の基板上において、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの特性を有するダイオードを使用することにより、ダイオードの順方向温度特性に依存しない、すなわち、温度補償された可変分解能回路を具現することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態の可変分解能回路２２の第１乃至第６のダイオード（Ｄ１乃至Ｄ６）以外の構成要素である第１乃至第６の抵抗（Ｒ１乃至Ｒ６）、及び、第１及び第２の電圧（ＶＨ及びＶＬ）について考察する。この場合、第１乃至第６のダイオードは、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの特性を有するダイオードを使用することを前提とする。
【００５１】
前記したように、第１乃至第３の場合が考えられるが、第３の場合であるダイオードＤ１及びダイオードＤ２に電流が流れない場合（ＩＤ１＝ＩＤ２＝０のとき）については、説明を省略する。
【００５２】
まず、第１の場合のＩＤ１＞０、ＩＤ２＝０について入出力電圧の関係式（８）より
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５−（１／ｒ３＋１／ｒ５）ＶＦ１
＋ＶＦ３／ｒ３＋ＶＦ５／ｒ５）ｒ２ｒ３／（ｒ２＋ｒ３）                （８）
が成立する。ここで、図３（ａ）においては、
−Ｖｏ＝ｒ２Ｉ２＋ＶＦ３                                        （２４）
となり、また、ダイオードＤ１のループでは、
−Ｖｏ＝ｒ３Ｉ３＋ＶＦ１＝ｒ３（ＩＤ１＋Ｉ５）＋ＶＦ１                （２５）
となる。ここで、ＩＤ１＝Ｉ５となるようにＲ５を設定すると、関係式（２５）は以下のようになる。
−Ｖｏ＝ｒ３（ＩＤ１＋Ｉ５）＋ＶＦ１＝２ｒ３ＩＤ１＋ＶＦ１          （２６）    
したがって、関係式（２４）及び（２６）から、恒等的に
ｒ２Ｉ２＋ＶＦ３≡２ｒ３ＩＤ１＋ＶＦ１                                 （２７）
となる。
【００５３】
前記したように、本実施形態では、同一の仕様規格特性を有する同一型番のダイオードの順方向電流ＩＦ及び順方向電圧ＶＦの特性を有するダイオードを使用することから、ある使用温度において使用する複数のダイオードの、順方向電流電圧特性ＩＦ−ＶＦにおける線形領域においては、
ｒ２Ｉ２＋ＫＤＩ２≡２ｒ３ＩＤ１＋ＫＤＩＤ１                            （２８）
が導かれる。ここで、ＫＤを定数とし、ＶＦ＝ＫＤＩＦとした。実際には、ダイオードの順方向電流電圧特性ＩＦ−ＶＦ特性は、ＶＦ＝ＫＤｌｏｇＩＦであるが、ここでは線形領域での特性を考慮している。したがって、関係式（２８）を変形して、
（ｒ２＋ＫＤ）Ｉ２≡（２ｒ３＋ＫＤ）ＩＤ１                           （２９）
となる。さらにここで、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との抵抗値をｒ２＝２ｒ３に設定すれば、全ダイオードが同一基板上に存在する場合、すなわち同一の環境温度において、ダイオードの順方方向電圧の影響を受けることなく可変分解能回路２２の入出力特性を得ることができる。すなわち、関係式（１０）において、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５）ｒ２ｒ３／（ｒ２＋ｒ３）
＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５）ｒ２／３                     （３０）
となる。
【００５４】
また、第２の場合ついても同様に、ＩＤ１＝０、ＩＤ２＞０において、ＩＤ２≫ＩＤ６となるようにＲ６を設定し、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４との抵抗値をｒ２＝ｒ４に設定すれば、関係式（２０）は、
Ｖｏ１＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＬ／ｒ６）ｒ２ｒ４／（ｒ２＋ｒ４）
＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ６）ｒ２／３                     （３１）
となる。
【００５５】
したがって、本実施形態の可変分解能回路２２の構成要素において、第１乃至第６の抵抗（Ｒ１乃至Ｒ６）の抵抗のうち、第２乃至第６の抵抗（Ｒ２乃至Ｒ６）の抵抗値（ｒ２乃至ｒ６）を等しくする。すなわち、同一の仕様規格特性を有する同一型番の抵抗を用いることで、本発明の可変分解能回路２２の発明の要件をより確実にすることができる。
【００５６】
次に、負荷であるモータ１３の定格電流を考慮して、本実施形態の可変分解能回路２２の各抵抗を決定する方法について図６を参照して説明する。
【００５７】
一般的に、モータ制御システムでは、モータが使用される定格電流付近では高分解能となるように設定し、瞬間的な高負荷動作を実現するための大電流帯においては、ある程度の分解能で検出でき、フィードバック制御が実現できれば良いとする低分解能となるように、電流検出装置を設定する。
【００５８】
もし、どの電流値においても高分解能を得たい場合は、目標値と実測地との差分に対して本実施例の可変分解能回路を適用することができる。このとき、エラーが大きい場合には、制御性能ではなく、目標値に近づけることに主眼を置き、低分解能で制御する（擬似バンバン制御）。一方、エラーが小さい場合には、高分解能で制御できるため、制御性能を向上させることができる。したがって、どの電流帯においてもより高分解能な電流検出を実現できると考えられる。また、力センサのアンプとしても有効に利用することができると考えられる。
【００５９】
本実施例の可変分解能回路付電流検出装置２０の電流検出器である電流センサ２１について、図６を参照して説明する。電流センサ２１は、シャント抵抗Ｒｓ２１１、絶縁アンプ２１２及び−１倍のゲインを有する非反転増幅回路２１３を備えて構成される。
【００６０】
ここで、モータ１３の定格電流値をＩｒ（Ｉｒ≧０）、ピーク電流をＩｐ、シャント抵抗Ｒｓ２１１の抵抗値をＲｓ、絶縁アンプ２１２の出力ゲインをＣｉｓｏとする。そして、定格電流値Ｉｒのｎ倍を電流の切換点とすると、この切換点での電流値Ｉｓｗは以下のようになる。
｜Ｉｓｗ｜＝ｎＩｒ                                       （３２）
そのときの可変分解能回路２２への入力電圧Ｖｉは、
Ｖｉ＝−ＲｓＣｉｓｏ｜Ｉｓｗ｜  （Ｉ≧０）、  Ｖｉ＝  ＲｓＣｉｓｏ｜Ｉｓｗ｜  
（Ｉ＜０）                                                        （３３）      
となる。また、ピーク電流をＩｐがシャント抵抗Ｒｓ２１１に流れた場合の可変分解能回路２２への入力電圧Ｖｉは、以下のようになる。
Ｖｉ＝−ＲｓＣｉｓｏＩｐ  （Ｉ≧０）、  Ｖｉ＝  ＲｓＣｉｓｏＩｐ  （Ｉ＜０）                                                                          （３４）
ただし、この場合には、Ｉｐ≧０とする。
【００６１】
よって、前記関係式（２０）、（３０）及び（３１）から、切換点及び測定限界での可変分解能回路２２の入出力関係値を図７に示す。図７において、入出力特性の入力電圧Ｖｉの正負で出力電圧Ｖｏ１の特性が等しくなるように、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の抵抗値を等しく、かつ、第１の電圧ＶＨと第２の電圧ＶＬの絶対値を等しくなるように,
ｒ５＝ｒ６                                               （３５） 
｜ＶＨ｜＝｜ＶＬ｜                       （３６）
とすると、切換点での関係から、
ＲｓＣｉｓｏｎＩｒ＝ｒ１ＶＨ／ｒ５                                （３７）
が満たされる。また、測定限界での関係から、
ＲｓＣｉｓｏｎＩｐ＝（１−１／２ｒ５）２ｒ１ＶＨ／ｒ２                （３８）
の関係となる。
【００６２】
本実施形態では、各ダイオードに流れる電流をできるだけ小さくしたいことから、抵抗Ｒ２もしくは抵抗Ｒ５の抵抗値ｒ５を大きくする必要がある。そして、第１の電圧ＶＨに対して入力電圧Ｖｉは小さいことから、ダイオードＤ５に流れる電流を微小にするために、抵抗Ｒ５の抵抗値ｒ５を大きくする。
【００６３】
よって、抵抗Ｒ５の抵抗値ｒ５を決定すれば、関係式（３７）及び（３８）から、抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２を以下の関係式（３９）及び（４０）により決定することができる。
ｒ１＝ｒ５ＲｓＣｉｓｏｎＩｒ／ＶＨ                               （３９）
ｒ２＝（１−ｒ２／３ｒ５）３ｒ１ＶＨ／ＲｓＣｉｓｏｎＩｐ              （４０）
【００６４】
（比較例）
本発明の可変分解能回路２２の比較例として図８（ａ）乃至図８（ｂ）を参照して説明する。この回路は、ソフトリミット回路と呼ばれる回路であり、ＡＭ変調回路のフィードバックループ等に利用される代表的な回路である（例えば、ＥＤＮ  Ｊａｐａｎ、２００７年１２月号、ｐ．９３．リード・ビジネス・インフォメーション株式会社発行参照）。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、回路構成として、一つのオペアンプ、ダイオードＤ１及びＤ２の２個のダイオード、及び、抵抗Ｒ１乃至抵抗Ｒ６の６個の抵抗を備えた構成となっている。抵抗Ｒ１は、一端に入力電圧Ｖｉが印加され、オペアンプは、その反転入力端子が抵抗Ｒ１の他端に接続され、抵抗Ｒ２は、一端がオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、その他端がオペアンプの出力端子に接続されている。そして、ダイオードＤ１は、そのアノードがオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、抵抗Ｒ３は、一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続され、ダイオードＤ２は、そのカソードがオペアンプの反転入力端子に並列に接続され、抵抗Ｒ４は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、他端がオペアンプの出力端子に接続されている。
【００６６】
さらに、抵抗Ｒ５は、一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、他端から第１の電圧ＶＨが印加される。また、抵抗Ｒ６は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、他端から第２の電圧ＶＬが印加される。そして、このソフトリミット回路の出力は、抵抗Ｒ２の他端の電圧値Ｖoとして出力される。
【００６７】
この回路の入出力特性は、図８（ｂ）に示すように、入出力特性としては、本発明の可変分解能回路２２の特性と同様な特性が得られるが、図８（ａ）の回路図から各領域（１）、（２）、及び、（３）のうち領域（３）、すなわち、二つのダイオードＤ１及びＤ２に電流が流れない場合を除く、領域（１）及び（２）の入出力特性は、ＩＤ１＞０及びＩＤ２＞０の場合において以下のようになる。なお、各抵抗Ｒｎの抵抗値をｒｎで記載することにする。
Ｖｏ＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＨ／ｒ５−（１／ｒ３＋１／ｒ５）ＶＦ１）ｒ２ｒ３／（ｒ２＋ｒ３）
（４１）
及び
Ｖｏ＝（−Ｖｉ／ｒ１−ＶＬ／ｒ６−（１／ｒ４＋１／ｒ６）ＶＦ２）ｒ２ｒ４／（ｒ２＋ｒ４）
（４２）
となり、２つのダイオードＤ１及びＤ２の順方向電圧ＶＦ１及びＶＦ２のファクタが残ってしまうことになる。したがって、比較例では、ダイオードの順方向電圧の温度変化の発生により、温度補償ができないため、たとえ同一の仕様規格の特性を有する２つのダイオードＤ１及びＤ２を用いても、本発明のような環境温度が変化する技術分野への適用はできない。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態の可変分解能回路付電流検出装置２０は、モータ（負荷）１３へ供給される供給電流ＩＭを所望の分解能で検出することができる。また、電流指令値との比較を行うコンパレータ回路を必要としないことから、モータ制御システムの小型化を実現することが可能となる。さらに、動作環境温度に変動のある場合等においても、温度変化に起因する測定誤差の小さい温度補償された、かつ、負荷動作に応じた所望の電流検出分解能を有する電流検出装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・モータ制御システム
１０・・・ＰＩＤ制御器
１１・・・ＰＷＭ発生器
１２・・・インバータ
１３・・・モータ（負荷）
１５・・・電流−電圧変換
２０・・・可変分解能回路付電流検出装置
２１・・・電流センサ（電流検出器）
２２・・・可変分解能回路
２３・・・Ａ／Ｄコンバータ（変換手段）
２１１・・・シャント抵抗
２１２・・・絶縁アンプ
２１３・・・非反転増幅回路
Ｖｉ・・・入力電圧
Ｖｏ１，Ｖｏ・・・出力電圧
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６・・・ダイオード
ＩＤ１，ＩＤ２・・・ダイオードＤ１及びＤ２の順方向電流
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６・・・電流値
ＶＦ，ＶＦ１，ＶＦ２，ＶＦ３，ＶＦ４，ＶＦ５，ＶＦ６・・・ダイオードの順方向電圧
ＩＦ・・・ダイオードの順方向電流
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒｎ・・・抵抗
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒｎ・・・抵抗値
ＶＨ・・・第１の電圧
ＶＬ・・・第２の電圧
ＩＭ・・・供給電流
ＩＦＢ・・・フィードバック電流
Ｅ・・・誤差信号
Ｒｓ・・・シャント抵抗
Ｒｓ・・・シャント抵抗の抵抗値
Ｉｒ・・・モータの定格電流値
Ｉｐ・・・モータのピーク電流値
Ｃｉｓｏ・・・絶縁アンプの出力ゲイン
ＩＳＷ・・・切換点での電流値
【図１】
2010197065.tif 000003
【図２】
2010197065.tif 000004
【図３】
2010197065.tif 000005
【図４】
2010197065.tif 000006
【図５】
2010197065.tif 000007
【図６】
2010197065.tif 000008
【図７】
2010197065.tif 000009
【図８】
2010197065.tif 000010