(57)【要約】【課題】安価であるとともに電流検出精度の高い電流検出回路を提供する。【解決手段】電流検出回路１は、インバータ１０６からの電流の経路に直列に接続されたシャント抵抗Ｒ１と、このシャント抵抗Ｒ１の両端の電圧を所定の増幅率で増幅するオペアンプ１２と、このオペアンプ１２からの出力電圧を平均化するローパスフィルタ１８と、このローパスフィルタ１８からの出力電圧に基づいて前記経路に流れる前記電流を演算する演算部５０と、を備えている。オペアンプ１２の電源電圧は演算部５０の電源電圧よりも高く設定されており、ローパスフィルタ１８においてオペアンプ１２からの出力電圧が演算部５０の電源電圧よりも低い値に平均化される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ（１０６）からの電流を検出するための電流検出回路であって、
前記インバータ（１０６）からの前記電流の経路に直列に接続されたシャント抵抗（Ｒ１）と、
前記シャント抵抗（Ｒ１）の両端の電圧を所定の増幅率で増幅するオペアンプ（１２）と、
前記オペアンプ（１２）からの出力電圧を平均化して平均電圧（Ｖ１）を生成する平均電圧生成部（１８）と、
前記平均電圧生成部（１８）から出力される前記平均電圧（Ｖ１）に基づいて前記経路に流れる前記電流を演算する演算部（５０）と、を備え、
前記オペアンプ（１２）の電源電圧が前記演算部（５０）の電源電圧よりも高く設定されており、前記平均電圧生成部（１８）において前記オペアンプ（１２）からの前記出力電圧が前記演算部（５０）の前記電源電圧よりも低い値に平均化されることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記オペアンプ（１２）と前記演算部（５０）との間において前記平均電圧生成部（１８）と並列に接続され、前記オペアンプ（１２）からの前記出力電圧を分圧して前記出力電圧のピーク値を前記演算部（５０）の前記電源電圧よりも小さくする分圧部（３３）をさらに備えた、請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電流検出回路（１）を含むインバータ回路（１００）と、
前記インバータ回路（１００）により駆動されるモータ（８０）と、
前記モータ（８０）により回転駆動されるファン（８１）と、を備えた空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流検出回路およびこれを備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータからの電流を検出する技術としてオペアンプを用いた電流検出回路が提案されている。この電流検出回路では、オペアンプからの出力電圧がマイコンに入力され、このマイコンが前記出力電圧から電流値を演算する。このような電流検出回路では、オペアンプからの出力電圧が入力されるマイコンの電源電圧、マイコンのＬＳＢ（Least Significant Bit；最下位ビット）誤差、抵抗誤差などのばらつきにより前記電流値に誤差が生じる。この誤差は、マイコンに入力されるオペアンプからの出力電圧が小さいほど大きくなる。
【０００３】
例えば特許文献１には、インバータを制御するための電流指令値（いわゆる参照電圧）の大きさに基づいて増幅率を可変とするオペアンプを採用した電流検出回路が開示されている。この電流検出回路では、電流指令値が大きい場合、増幅率を低く設定し大電流を検出できるようにし、電流指令値が小さい場合、増幅率を高く設定して電流検出分解能を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２８６１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、上記特許文献１の電流検出回路において検出されるインバータからの電流の波形はパルス波であるので、オペアンプからの出力電圧もパルス波となる。このパルス波の出力電圧をマイコンに入力して演算させる場合には演算性能の高い高価なマイコンが必要になる。また、特許文献１の電流検出回路では、電流指令値をコンパレータに入力し、このコンパレータの出力に基づいて増幅率を変更する回路構造であるので、コンパレータなどの回路部品が別途必要になり、コストアップにつながる。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流検出精度が高く安価な電流検出回路およびこれを備えた空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電流検出回路は、インバータ（１０６）からの電流を検出するための回路である。この電流検出回路は、前記インバータ（１０６）からの前記電流の経路に直列に接続されたシャント抵抗（Ｒ１）と、前記シャント抵抗（Ｒ１）の両端の電圧を所定の増幅率で増幅するオペアンプ（１２）と、前記オペアンプ（１２）からの出力電圧を平均化して平均電圧（Ｖ１）を生成する平均電圧生成部（１８）と、前記平均電圧生成部（１８）から出力される前記平均電圧（Ｖ１）に基づいて前記経路に流れる前記電流を演算する演算部（５０）と、を備えている。前記オペアンプ（１２）の電源電圧は前記演算部（５０）の電源電圧よりも高く設定されている。前記平均電圧生成部（１８）において、前記オペアンプ（１２）からの前記出力電圧は前記演算部（５０）の前記電源電圧よりも低い値に平均化される。
【０００８】
この構成では、平均電圧生成部（１８）において平均化された平均電圧（Ｖ１）が演算部（５０）に入力されるので、パルス波の出力電圧を演算部（５０）に入力して演算させる場合と比較して安価な演算部（５０）を用いることができる。しかも、この構成では、オペアンプ（１２）の電源電圧が演算部（５０）の電源電圧よりも高く設定され、かつ、平均電圧生成部（１８）においてオペアンプ（１２）からの出力電圧が演算部（５０）の電源電圧よりも低い値に平均化されることにより、演算部（５０）で演算可能な範囲内で平均電圧（Ｖ１）の値を大きくして平均電圧（Ｖ１）を演算部（５０）の電源電圧により近い値にすることができる。これにより、演算部（５０）において演算される電流値の誤差を小さくすることができ、電流検出精度を向上させることができる。その理由は次の通りである。
【０００９】
オペアンプ（１２）からの出力電圧を平均化して得られる平均電圧は、平均化される前の前記出力電圧のピーク値よりも小さくなる。このように小さな値となる平均電圧を演算部（５０）で演算して電流値を算出すると、上述したように、得られる電流値の誤差が大きくなり、電流検出精度が低下する。そこで、本構成では、オペアンプ（１２）の電源電圧と演算部（５０）の電源電圧とをあえて異なる値に設定することにより、上記した電流検出精度の低下を抑制している。すなわち、本構成では、オペアンプ（１２）の電源電圧を演算部（５０）の電源電圧よりも高く設定することにより、オペアンプ（１２）からの出力電圧を高くしている。これにより、平均電圧生成部（１８）において平均化された後の平均電圧（Ｖ１）は、オペアンプ（１２）の電源電圧と演算部（５０）の電源電圧とが同じ値に設定されている場合と比べて大きな値となる。そして、オペアンプ（１２）からの出力電圧は、平均電圧生成部（１８）において演算部（５０）の電源電圧よりも低い値に平均化されるので、この平均電圧（Ｖ１）を演算部（５０）で演算することも可能になる。
【００１０】
以上のことから、本構成では、電流検出精度が高く安価な電流検出回路を提供することができる。
【００１１】
前記オペアンプ（１２）と前記演算部（５０）との間において前記平均電圧生成部（１８）と並列に接続され、前記オペアンプ（１２）からの前記出力電圧を分圧して前記出力電圧のピーク値を前記演算部（５０）の前記電源電圧よりも小さくする分圧部（３３）をさらに備えていてもよい。
【００１２】
この構成では、オペアンプ（１２）からの出力電圧を分圧してそのピーク値を演算部（５０）の電源電圧よりも小さくする分圧部（３３）をさらに備えているので、分圧してピーク値を演算部（５０）の電源電圧よりも小さくしたパルス波の電圧データを演算部（５０）に入力することができる。このように演算部（５０）には、上記した平均電圧（Ｖ１）だけでなく、パルス波の電圧データも入力することができるので、パルス波の零ベクトルの領域を検出することができる。この零ベクトルの領域を検出することにより、例えばオフセットの誤差を検出できるなどのメリットがある。
【００１３】
本発明の空気調和装置は、上記の電流検出回路（１）を含むインバータ回路（１００）と、前記インバータ回路（１００）により駆動されるモータ（８０）と、前記モータ（８０）により回転駆動されるファン（８１）と、を備えている。
【００１４】
この構成では、電流検出精度の高い電流検出回路（１）を含むインバータ回路（１００）によりモータ（８０）が駆動されるので、モータ（８０）により回転駆動されるファン（８１）から送られる風量の制御を高精度に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、電流検出精度が高く安価な電流検出回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる空気調和装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電流検出回路が搭載されるインバータ回路を示す回路図である。
【図３】図２の電流検出回路を示す回路図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ点における電圧（オペアンプの出力電圧）を示すグラフであり、（ｂ）は図３のＢ点における電圧（平均化された平均電圧）を示すグラフである。
【図５】従来のオペアンプの出力電圧を示すグラフであり、（ｂ）はその出力電圧が平均化された平均電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
＜空気調和装置＞
図１に示すように本実施形態にかかる空気調和装置７１は、室内機２５と室外機７３とを備えている。この空気調和装置７１は、室内機２５に配設された熱交換器１９と、室外機７３に配設された圧縮機７６、熱交換器７７および膨張弁７９とが配管により接続されて冷媒が循環する冷媒回路を構成している。この空気調和装置７１は、冷媒回路の配管の一部に配設された四路切換弁８７により冷媒の流れ方向を切り換えることによって、冷房運転と暖房運転を切り換えることができる。
【００１９】
空気調和装置７１は制御部７５により制御される。この制御部７５は、室内機２５の運転を制御する室内制御部７５ａと、室外機７３の運転を制御する室外制御部７５ｂとを有している。制御部７５は、図略の中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリなどで構成されるマイクロコンピュータである。
【００２０】
室内機２５は、モータ１６とこのモータ１６の駆動により回転するファン１７とを備えている。このファン１７が回転することにより、室内機２５内の空気が室内に送り出される。室外機７３は、モータ８０とこのモータ８０の駆動により回転するファン８１とを備えている。このファン８１が回転することにより、室外機７３内の空気が屋外に排出される。
【００２１】
＜インバータ回路＞
図２は、本発明の一実施形態にかかる電流検出回路１を含むインバータ回路１００の構成を示す構成図である。
【００２２】
このインバータ回路１００は、例えば商用電源２００を用いて負荷である室外機７３のモータ８０の駆動を制御する。商用電源２００からの交流電流（Ｖａｃ）はダイオードブリッジが採用されたコンバータ部１０２に入力されて整流され、直流電流が得られる。得られた直流電流はその脈動（リプル）が平滑用コンデンサ１０４で低減され、平滑用コンデンサ１０４の両端電圧（Ｖｄｃ）がインバータ部１０６に印加される。インバータ部１０６は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体スイッチング素子によって所望の三相交流を生成し、モータ８０を駆動する。
【００２３】
このようなインバータ回路１００においては、過電流保護および過電圧保護等を目的として適宜の位置に電流検出回路１および電圧検出回路２が配設され、それぞれの検出値は上述した室外制御部７５ｂに入力される。具体的には、電流検出回路１のシャント抵抗（電流センサ）Ｒ１がコンバータ部１０２とインバータ部１０６の間の電流経路に電流センサとして直列に接続され、電圧検出回路２が有する電圧センサ３４が平滑用コンデンサ１０４と並列に接続されている。電流検出回路１および電圧検出回路２は、図略の直流電源から給電され、電流または電圧を検出する。
【００２４】
＜電流検出回路＞
図３は、本実施形態にかかる電流検出回路１を示す構成図である。この電流検出回路１では、シャント抵抗Ｒ１の両端の電位に基づいて演算部５０が電流値を計測する。この演算部５０は中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリなどで構成されるマイクロコンピュータである。なお、本実施形態では、この演算部５０が上記した制御部７５とは別に設けられている場合を例に挙げて説明するが、制御部７５が演算部５０の機能を兼ねた形態であってもよい。
【００２５】
シャント抵抗Ｒ１は電流Ｉｄｃ（Ａ）が流れる前記電流経路上の点Ｐ１，Ｐ２間に直列に接続されており、２点Ｐ１，Ｐ２間の電圧がオペアンプ１２に入力される。具体的には、オペアンプ１２の正側入力端子１３にはシャント抵抗Ｒ１の高電圧側の点Ｐ１での電圧が入力抵抗Ｒ２を介して入力される。また、オペアンプ１２の負側入力端子１４にはシャント抵抗Ｒ１の低電圧側の点Ｐ２での電圧が入力抵抗Ｒ４を介して入力される。オペアンプ１２の出力と負側入力端子１４との間には帰還抵抗Ｒ５が接続されている。オペアンプ１２には、抵抗Ｒ３を介してオフセット電圧（５Ｖ）が印加されている。
【００２６】
オペアンプ１２は、シャント抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉｄｃを増幅率Ｇで増幅する。オペアンプ１２で増幅されて出力される出力電圧は、抵抗Ｒ８およびコンデンサ１７を含むローパスフィルタ（平均電圧生成部）１８で高周波ノイズが除去され、平均化される。この平均化された平均電圧Ｖ１が演算部５０に入力される。演算部５０は入力された平均電圧Ｖ１に基づいて電流値を演算する。この電流値がシャント抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉｄｃとされる。
【００２７】
本実施形態では、オペアンプ１２の電源電圧は１５Ｖに設定されており、演算部５０の電源電圧は５Ｖに設定されている。すなわち、オペアンプ１２の電源電圧が演算部５０の電源電圧よりも高く設定されている。
【００２８】
また、図３に示すように電流検出回路１は、オペアンプ１２と演算部５０との間においてローパスフィルタ１８と並列に接続された分圧部３３をさらに備えている。この分圧部３３は、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ９およびコンデンサ３１を含む。抵抗Ｒ６および抵抗Ｒ７は、Ａ点とグランドとの間に配設されている。抵抗Ｒ９は、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７の間から演算部５０につながる経路上に配設されている。この経路上のＣ点とグランドとの間にコンデンサ３１が配設されている。この分圧部３３は、オペアンプ１２からの出力電圧を分圧して前記出力電圧のピーク値を演算部５０の電源電圧（５Ｖ）よりも小さくする。
【００２９】
＜動作＞
本実施形態の電流検出回路１は上記のような構成を備えていることにより演算部５０の制御下で次のような動作をする。
【００３０】
まず、比較のためにオペアンプ１２の電源電圧と演算部５０の電源電圧が同じ値に設定されている場合について図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。この場合、シャント抵抗Ｒ１を流れる電流の電流値が例えばＩｄｃ（Ａ）であったときに、この電流をオペアンプ１２で増幅して出力したＡ点での出力電圧のピーク値が図５（ａ）に示すように例えば４．５Ｖであったとする。この出力電圧はローパスフィルタ１８で平均化され、この平均化された平均電圧Ｖ２は、図５（ｂ）に示すように例えば１．１Ｖ程度となる。この平均電圧Ｖ２が演算部５０に入力されて電流値が算出される。
【００３１】
一方、本実施形態では、オペアンプ１２の電源電圧は１５Ｖに設定されており、演算部５０の電源電圧は５Ｖに設定されている。この場合、シャント抵抗Ｒ１を流れる電流の電流値が例えば上記と同じＩｄｃ（Ａ）であったときに、この電流をオペアンプ１２で増幅して出力したＡ点での出力電圧のピーク値は図４（ａ）に示すように例えば１３．５Ｖ程度となる。この出力電圧はローパスフィルタ１８で平均化され、この平均化された平均電圧Ｖ１は、図４（ｂ）に示すように例えば３．３Ｖ程度となる。
【００３２】
このように本実施形態では、オペアンプ１２の電源電圧を演算部５０の電源電圧よりも高く設定することにより、オペアンプ１２の電源電圧と演算部５０の電源電圧が同じ値に設定されている場合と比較して、平均化された平均電圧を高くすることができる（本実施形態では平均電圧を３倍程度高くできる）。
【００３３】
なお、演算部５０に入力される平均電圧Ｖ１は、演算部５０の電源電圧よりも低い値とされる必要があるが、このようにするには、例えばシャント抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉｄｃの最大値を考慮してオペアンプ１２の抵抗値を調整すればよい。
【００３４】
また、オペアンプ１２からの出力電圧は分圧部３３において分圧される。分圧された出力電圧のピーク値は演算部５０の電源電圧である５Ｖ以下となる。この出力電圧はパルス波であり、演算部５０に入力される。分圧部３３において分圧されて低下する電圧の割合は、抵抗Ｒ６および抵抗Ｒ７の抵抗値を調整することにより変更することができる。
【００３５】
以上説明したように、上記実施形態によれば、演算部５０には、ローパスフィルタ１８において平均化された平均電圧Ｖ１が入力されるので、パルス波の出力電圧を演算部５０に入力して演算させる場合と比較して安価な演算部５０を用いることができる。しかも、上記実施形態では、オペアンプ１２の電源電圧が演算部５０の電源電圧よりも高く設定され、かつ、ローパスフィルタ１８においてオペアンプ１２からの出力電圧が演算部５０の電源電圧よりも低い値に平均化されることにより、演算部５０で演算可能な範囲内で平均電圧Ｖ１の値を大きくして平均電圧Ｖ１を演算部５０の電源電圧により近い値にすることができる。これにより、演算部５０において演算される電流値の誤差を小さくすることができ、電流検出精度を向上させることができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、オペアンプ１２からの出力電圧を分圧してそのピーク値を演算部５０の電源電圧よりも小さくする分圧部３３をさらに備えているので、分圧してピーク値を演算部５０の電源電圧よりも小さくしたパルス波の電圧データを演算部５０に入力することができる。このように演算部５０には、上記した平均電圧Ｖ１だけでなく、パルス波の電圧データも入力することができるので、パルス波の零ベクトルの領域Ｚを検出することができる。この零ベクトルの領域Ｚを検出することにより、例えばオフセットの誤差を検出できるなどのメリットがある。
【００３７】
また、上記実施形態では、空気調和装置７１は、電流検出回路１を含むインバータ回路１００と、このインバータ回路１００により駆動されるモータ８０と、このモータ８０により回転駆動されるファン８１とを備えているので、モータ８０により回転駆動されるファン８１から送られる風量の制御を高精度に行うことができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、電流検出回路１が室外機７３のモータ８０の電流を検知する場合を例に挙げて説明したが、室内機２５のモータ１６の電流を検知するために電流検出回路１を用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、オペアンプ１２の電源電圧が１５Ｖに設定され、演算部５０の電源電圧が５Ｖに設定されている場合を例に挙げて説明したが、オペアンプ１２の電源電圧が演算部５０の電源電圧よりも高く設定されていればよく、上記した各電源電圧に限定されるものではない。
【００４０】
また、上記実施形態では、電流検出回路１が分圧部３３を備えている場合を例に挙げて説明したが、この分圧部３３は電流検出回路１に必ずしも設けられていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  電流検出回路
１２  オペアンプ
１８  平均電圧生成部
２５  室内機
３３  分圧部
５０  演算部
７１  空気調和装置
７３  室外機
８０  モータ
８１  ファン
１００  インバータ回路
１０６  インバータ部
Ｒ１  シャント抵抗
Ｒ２〜Ｒ９  抵抗
【図１】
2010249751.tif 000003
【図２】
2010249751.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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