(57)【要約】【課題】電流の誤検出を抑制する。【解決手段】電流検出回路２は、三相インバータ１００に使用される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれの電流経路上に設けられる。誤検出判定部１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗの合計値Ｓ４を計算し、合計値Ｓ４の絶対値が所定の第１しきい値より大きいとき、電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗによるセンシング結果を無効とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相インバータに使用される電流検出回路であって、
Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれの電流経路上に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサと、
前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサの検出値の合計値を計算し、前記合計値の絶対値が所定の第１しきい値より大きいとき、前記電流センサによるセンシング結果を無効とする誤検出判定部と、
を備えることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
三相インバータに使用される電流検出回路であって、
Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれの電流経路上に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサと、
前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサの検出値の合計値を計算し、前記合計値の絶対値が所定の第１しきい値より大きいとき、前記電流センサによるセンシング結果が無効であることを示すマスク信号を生成する誤検出判定部と、
を備えることを特徴とする電流検出回路。
【請求項３】
前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサそれぞれの検出値を、所定の第２しきい値と比較し、各相の検出値が前記第２しきい値を超えると過電流状態と判定する過電流検出部をさらに備え、
前記誤検出判定部は、前記合計値の絶対値が前記第１しきい値より大きいとき、前記過電流検出部の検出結果を無効とすることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項４】
Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の入出力経路を有する回路ネットワークに接続される電流検出回路であって、
それぞれが前記入出力経路ごとに設けられたＮ個の電流センサと、
前記Ｎ個の電流センサの検出値の合計値を計算する加算器と、
を備え、
前記加算器により計算された合計値が所定のしきい値より大きいとき、前記Ｎ個の電流センサによるセンシング結果が無効であることを示すマスク信号を生成可能に構成されることを特徴とする電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相のインバータにおいて、過電流を検出するために、三相の電流経路それぞれに、電流センサが配置される場合がある。この場合、各相において、電流検出値がしきい値を超えると過電流状態と判定され、所定の過電流保護処理が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３０１２１号公報
【特許文献２】特開平６−２５８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インバータでは、スイッチング用のトランジスタのスイッチングに起因するスイッチングノイズや、インバータの外部からのノイズが、電流検出値に重畳する恐れがある。電流検出値にノイズが重畳すると、電流経路に流れる電流が正常であるにもかかわらず、電流検出値がしきい値を超え、過電流状態が誤検出される。
【０００５】
ノイズによる過電流の誤検出を防止するために、フィルタを用いたり、しきい値のマージンを大きく設定する手法がとられる。しかしながら、フィルタを用いると、位相ずれが生じ、制御性能が低下するという問題がある。またしきい値のマージンを大きく取ると、実際に過電流が発生したときに、検出遅れが生じたり、過電流の見落としが発生する。
【０００６】
かかる問題は、過電流検出のみならず、フィードバックループに使用される電流検出においても生じうる。
【０００７】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電流の誤検出を抑制可能な電流検出回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、三相インバータに使用される電流検出回路に関する。電流検出回路は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれの電流経路上に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサの検出値の合計値を計算し、合計値の絶対値が所定の第１しきい値より大きいとき、電流センサによるセンシング結果を無効とする誤検出判定部と、を備える。
【０００９】
ノイズが存在しない状態では、三相の電流センサの合計値はゼロとなる。したがって、合計値が非ゼロの値をとるときには、ノイズの影響があるものとして、センシング結果をマスクすることにより、電流の誤検出を抑制できる。
【００１０】
ある態様の電流検出回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサそれぞれの検出値を、所定の第２しきい値と比較し、各相の検出値が第２しきい値を超えると過電流状態と判定する過電流検出部をさらに備えてもよい。誤検出判定部は、合計値の絶対値が第１しきい値より大きいとき、過電流検出部の検出結果を無効としてもよい。
【００１１】
本発明の別の態様もまた、電流検出回路である。この電流検出回路は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の入出力経路を有する回路ネットワークに接続される。電流検出回路は、それぞれが入出力経路ごとに設けられたＮ個の電流センサと、Ｎ個の電流センサの検出値の合計値を計算する加算器と、を備える。電流検出回路は、加算器により計算された合計値が所定のしきい値より大きいとき、Ｎ個の電流センサによるセンシング結果が無効であることを示すマスク信号を生成可能に構成される。
【００１２】
キルヒホッフの電流則により、任意の回路ネットワークに流入する電流の合計、もしくは回路ネットワークから流出する電流の合計はゼロとなる。そこで、回路ネットワークのすべての入出力経路それぞれに電流センサを設け、各電流センサの検出値の合計を監視することにより、ノイズの影響を排除した電流検出が可能となる。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電流の誤検出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る電流検出回路を備える三相インバータの構成を示す回路図である。
【図２】ノイズが存在せず、過電流状態が発生したときの、図１の電流検出回路の動作波形図である。
【図３】電流が正常であり、ノイズが発生したときの、図１の電流検出回路の動作波形図である。
【図４】充放電検査装置を示すブロック図である。
【図５】変形例に係る電流検出回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る電流検出回路２を備える三相インバータ１００の構成を示す回路図である。三相インバータ１００は、電流検出回路２、スイッチングトランジスタＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷ、平滑コンデンサ１０４、一対のＤＣ（直流）ライン１０６、１０８を備える。
【００１８】
三相インバータ１００は、負荷／電源回路２００と接続される。負荷／電源回路２００は、（i）商用交流電源などの三相交流電源、（ii）電動機などの三相負荷、あるいは、(iii)三相トランス（リアクトル）などのその他の回路が例示される。
【００１９】
三相インバータ１００は、（i）負荷・電源回路２００からの三相交流電圧（電流）を、平滑化し、一対のＤＣライン１０６、１０８の間に直流電圧を発生させるＡＣ／ＤＣコンバータや、（ii）ＤＣライン１０６、１０８の間に直流電圧を受け、それを交流電圧（電流）に変換して負荷・電源回路２００に供給するＤＣ／ＡＣコンバータ、あるいは（iii）ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータが切りかえ可能な双方向コンバータであり得る。
【００２０】
平滑コンデンサ１０４は、ＤＣライン１０６と１０８の間に設けられる。Ｕ相のスイッチングトランジスタＭＨＵ、ＭＬＵは、ＤＣライン１０６と１０８の間に順に直列に設けられる。スイッチングトランジスタＭＨＵ、ＭＬＵの接続点は、負荷・電源回路２００のＵ相の入出力端子と接続される。
【００２１】
同様に、Ｖ相のスイッチングトランジスタＭＨＶ、ＭＬＶは、ＤＣライン１０６と１０８の間に順に直列に設けられ、それらの接続点は、負荷・電源回路２００のＶ相の入出力端子と接続される。同様にＷ相のスイッチングトランジスタＭＨＷ、ＭＬＷは、ＤＣライン１０６と１０８の間に順に直列に設けられ、それらの接続点は、負荷・電源回路２００のＷ相の入出力端子と接続される。
【００２２】
コントローラ１０２は、スイッチングトランジスタＭＨＵ〜ＭＨＷ、ＭＬＵ〜ＭＬＷをスイッチングする。コントローラ１０２については公知の技術を用いればよく、その構成や制御方式は特に限定されない。たとえばコントローラ１０２は、一対のＤＣライン１０６、１０８の間の直流電圧が、所定の目標値に近づくように、スイッチングトランジスタを制御してもよい。あるいは、コントローラ１０２は、負荷・電源回路２００と三相インバータ１００の間に流れる各相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが、所定の目標値と一致するように、スイッチングトランジスタを制御してもよい。
【００２３】
電流検出回路２は、三相インバータ１００に使用される。本実施の形態において、電流検出回路２は、各相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの過電流状態を検出するために設けられる。電流検出回路２は、過電流状態を検出すると、過電流検出信号Ｓ２をアサート（たとえばハイレベル）する。
【００２４】
過電流検出信号Ｓ２がアサートされると、コントローラ１０２は、スイッチングトランジスタのスイッチングを停止し、回路保護をかける。
【００２５】
電流検出回路２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、誤検出判定部１２と、過電流検出部１８を備える。
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗはそれぞれ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの経路上に設けられ、検出した電流量を示す検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを生成する。
【００２６】
過電流検出部１８は、コンパレータ２０Ｕ〜２０Ｗを含む。コンパレータ２０Ｕ〜２０Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗそれぞれの検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを所定の第２しきい値ＴＨ２と比較し、各相の検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗが第２しきい値ＴＨ２を超えると、比較信号Ｓ３Ｕ〜Ｓ３Ｗをアサート（ハイレベル）する。過電流検出部１８は、比較信号Ｓ３Ｕ〜Ｓ３Ｗの論理和を生成にもとづいて、過電流検出信号Ｓ２を生成してもよいし、各相ごとの過電流検出信号Ｓ２Ｕ〜Ｓ２Ｗを生成してもよい。
【００２７】
誤検出判定部１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗの合計値Ｓ４を計算し、合計値Ｓ４の絶対値が所定の第１しきい値ＴＨ１より大きいとき、電流センサ１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗによるセンシング結果を無効とする。この電流検出回路２において、センシング結果を無効とすることは、過電流状態の検出を無効化することに対応する。
【００２８】
たとえば誤検出判定部１２は、加算器１４およびコンパレータ１６を含む。加算器１４は、検出値Ｓ１Ｕ、Ｓ１Ｖ、Ｓ１Ｗを加算し、合計値Ｓ４を生成する。コンパレータ１６は、合計値Ｓ４の絶対値をしきい値ＴＨ１と比較し、絶対値がしきい値ＴＨ１を超えるとアサート（たとえばハイレベル）されるマスク信号Ｓ５を生成する。
【００２９】
過電流検出部１８は、マスク部２２を含む。マスク部２２は、マスク信号Ｓ５がアサートされた状態で、比較信号Ｓ３Ｕ〜Ｓ３Ｗ（もしくはそれらの論理和のＳ３）がアサートされても、過電流検出信号Ｓ２Ｕ〜Ｓ２Ｗ（Ｓ２）をアサートせずに、ネゲート状態を維持する。
【００３０】
以上が三相インバータ１００の構成である。続いてその動作を、ノイズが存在しない場合、ノイズが存在する場合に分けて説明する。
【００３１】
図２は、ノイズが存在せず、過電流状態が発生したときの、図１の電流検出回路２の動作波形図である。過電流状態では、いずれかの相、たとえばＶ相電流ＩＶが正方向にスパイク状に跳ね上がる。これにより、電流検出値Ｓ１Ｖが第２しきい値ＴＨ２を超え、比較信号Ｓ３Ｖがアサートされる。
【００３２】
このとき、三相交流電流の和がゼロに保たれるように、別の相、たとえばＵ相電流ＩＵは、負方向に跳ね上がる。したがって、合計値Ｓ４は実質的にゼロ付近を維持し、その絶対値は第１しきい値ＴＨ１より小さくなり、マスク信号Ｓ５はネゲートされる。
【００３３】
マスク信号Ｓ５がネゲート状態であるため、比較信号Ｓ３Ｖは、マスク部２２をそのまま通過し、過電流検出信号Ｓ２Ｖとしてコントローラ１０２に入力される。
【００３４】
このように、ノイズが発生していないときには、電流検出回路２は、過電流状態を検出できる。
【００３５】
図３は、電流が正常であり、ノイズが発生したときの、図１の電流検出回路２の動作波形図である。Ｖ相の検出値Ｓ１Ｖにノイズが重畳すると、その値が第２しきい値ＴＨ２を超え、比較信号Ｓ３Ｖがアサートされる。このとき、各相の検出値Ｓ１Ｕ〜Ｓ１Ｗの合計値Ｓ４も、ノイズに応じて変動し、その絶対値は第１しきい値ＴＨ１を超え、マスク信号Ｓ５がアサートされる。
【００３６】
マスク信号Ｓ５がアサートされると、比較信号Ｓ３Ｖがマスクされ、その結果、過電流検出信号Ｓ２Ｖはローレベルを維持する。すなわち、ノイズに起因する過電流の誤検出を防止することができる。
【００３７】
以上が電流検出回路２の動作である。このように、電流検出回路２によれば、フィルタを設けず、またしきい値ＴＨ２にマージンを与えることなく、誤検出を防止することができる。フィルタを用いないため、位相ずれが発生せず、したがってフィルタが制御特性に及ぼす悪影響も低減できる。またマージンを小さくでき、あるいはゼロとできるため、過電流の見逃しも防止できる。
【００３８】
続いて電流検出回路２の用途を説明する。たとえば電流検出回路２は、２次電池の充放電検査装置に使用できる。図４は、充放電検査装置を示すブロック図である。
【００３９】
充放電検査装置３００は、商用交流電源４０２からの電力を受け、検査対象の２次電池４００を充電し、２次電池４００を放電し、電力を商用交流電源４０２に戻すサイクルを繰り返し、２次電池４００の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。２次電池４００は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが例示されるが、特に限定されない。
【００４０】
充放電検査装置３００は、三相トランス３０２、回生コンバータ３０４、双方向コンバータ３０６、昇降圧コンバータ３０８を備える。
【００４１】
三相トランス３０２の１次側には、商用交流電源４０２が接続され、その２次側には、回生コンバータ３０４の１次側が接続される。回生コンバータ３０４は、上述した図１の三相インバータ１００に対応し、三相トランス３０２は図１の負荷・電源回路２００に対応する。
【００４２】
回生コンバータ３０４の１次側（Ｐ）は三相トランス３０２を介して商用交流電源４０２と電気的に連結され、商用交流電圧を整流平滑化することにより、その２次側（Ｓ）に直流電圧Ｖ１を発生させる（力行動作）。また回生コンバータ３０４は、双方向コンバータ３０６からの直流電圧Ｖ１を受け、三相交流電圧に変換することにより、２次電池４００に蓄えられたエネルギーを商用交流電源に回収する（回生動作）。すなわち回生コンバータ３０４は、１次側（Ｐ）と２次側（Ｓ）との間で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。
【００４３】
双方向コンバータ３０６もまた、１次側（Ｐ）と２次側（Ｓ）との間で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。双方向コンバータ３０６は、充電時には１次側の電圧Ｖ１を降圧して第２電圧Ｖ２を生成し、昇降圧コンバータ３０８に供給する。放電時には、２次側の電圧Ｖ２を昇圧して１次側に第１電圧Ｖ１を生成し、昇降圧コンバータ３０８からのエネルギーを回生コンバータ３０４に戻す。
【００４４】
昇降圧コンバータ３０８には、負荷として試験対象の２次電池４００が接続される。昇降圧コンバータ３０８は充電動作時には、双方向コンバータ３０６からの電圧Ｖ２を受け、それを降圧して２次電池４００を充電する。放電動作時には、昇降圧コンバータ３０８は２次電池４００の電池電圧Ｖｂａｔを受け、それを電圧Ｖ２に昇圧して双方向コンバータ３０６に戻す。
【００４５】
コントローラ３１０は、回生コンバータ３０４、双方向コンバータ３０６、昇降圧コンバータ３０８それぞれの動作を制御する。具体的には、コントローラ３１０は、回生コンバータ３０４および双方向コンバータ３０６それぞれの電力伝送の方向を制御する。また、コントローラ３１０は、昇降圧コンバータ３０８を制御することにより、２次電池４００を定電流充電、または定電圧充電し、あるいは定電流放電する。コントローラ３１０は、図１のコントローラ１０２に対応する。
【００４６】
昇降圧コンバータ３０８は、コントローラ３１０からの制御指令値に応じたデューティ比でスイッチングすることにより、２次電池４００を充電し、または放電可能に構成される。
【００４７】
なお、充放電検査装置３００の構成は図３のそれには限定されず、別の構成であってもよい。たとえば三相トランス３０２は省略してもよい。この場合、商用交流電源４０２が、負荷・電源回路２００に対応することとなる。
【００４８】
以上が充放電検査装置３００の構成である。この充放電検査装置３００によれば、力行動作時あるいは回生動作時に、回生コンバータ３０４の電流検出回路（図４には不図示）によって過電流状態が検出されると、過電流検出信号Ｓ２がコントローラ３１０に送信され、システム全体を停止することにより、回路を保護することができる。
【００４９】
システム全体の停止は、大量生産時において、生産効率を低下させるため極力発生しないことが望ましい。上述のように、回生コンバータ３０４の電流検出回路は、ノイズによる過電流の誤検出を低減できることから、ノイズによって不必要にシステム全体が停止するのを防止でき、生産効率を高めることができる。
【００５０】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００５１】
（変形例１）
実施の形態では、図１の電流検出回路２の電流センサ１０Ｕ〜１０Ｗを、過電流検出のために利用する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。電流センサ１０Ｕ〜１０Ｗからの検出値Ｓ１Ｕ〜Ｓ１Ｗは、各相の電流値のフィードバック制御のために利用してもよい。この場合、誤検出判定部１２により生成されるマスク信号Ｓ５がアサートされると、その間の検出値Ｓ１Ｕ〜Ｓ１Ｗを無効化し、フィードバック制御を一時的に停止してもよい。あるいはマスク信号Ｓ５がアサートされる間、その直前の検出値Ｓ１Ｕ〜Ｓ１Ｗの値をサンプルホールドし、それを用いてもよい。
【００５２】
（変形例２）
実施の形態では、２次電池４００を充放電する充放電検査装置３００を例に説明したが、本発明の適用範囲はそれに限定されない。近年、一般家庭用の蓄電池が普及を見せており、あるいは車載用の蓄電池からの電力を、家電製品に供給する試みがなされている。実施の形態に係る電流検出回路２は、そのような用途の充電装置にも適用できる。
【００５３】
（変形例３）
実施の形態では、電流検出回路２を三相インバータ１００に使用する場合を説明したが、その用途は限定されない。電流検出回路２をより一般化すれば、以下のように把握できる。図５は、変形例に係る電流検出回路２ａの構成を示す回路図である。
【００５４】
電流検出回路２ａは、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の入出力経路Ｐ１〜ＰＮを有する回路ネットワーク２００ａに接続される。
【００５５】
電流検出回路２ａは、Ｎ個の電流センサ１０＿１〜１０＿Ｎおよび誤検出判定部１２を備える。Ｎ個の電流センサ１０＿１〜１０＿Ｎは、それぞれが入出力経路Ｐ１〜ＰＮごとに設けられる。誤検出判定部１２は、Ｎ個の電流センサ１０＿１〜１０＿Ｎの検出値Ｓ１１〜Ｓ１Ｎの合計値を計算する。誤検出判定部１２は、計算された合計値の絶対値が所定のしきい値より大きいとき、Ｎ個の電流センサ１０＿１〜１０＿Ｎによるセンシング結果を無効であることを示すマスク信号Ｓ３を生成する。
【００５６】
たとえば誤検出判定部１２は、図１と同様に、加算器１４とコンパレータ１６を含んでもよい。
【００５７】
この変形例に示すように、ある任意の回路ネットワークに対して、その回路ネットワークのすべての入出力経路の電流の和はゼロとなる。したがってすべての入出力経路それぞれに電流センサを配置し、その合計値を計算することで、電流センサの検出値が正常か、異常かを判定することができる。
【００５８】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００５９】
３００…充放電検査装置、３０２…三相トランス、３０４…回生コンバータ、３０６…双方向コンバータ、３０８…昇降圧コンバータ、３１０…コントローラ、４００…２次電池、４０２…商用交流電源、１００…三相インバータ、１０２…コントローラ、１０４…平滑コンデンサ、１０６，１０８…ＤＣライン、２００…負荷・電源回路、２…電流検出回路、１０…電流センサ、１２…誤検出判定部、１４…加算器、１６…コンパレータ、１８…過電流検出部、Ｓ１…検出値、Ｓ２…過電流検出信号、Ｓ３…比較信号、Ｓ４…合計値、Ｓ５…マスク信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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