(57)【要約】【課題】シャント抵抗器を用いた電流検出回路における、熱による検出誤差を低減する。【解決手段】差動増幅器（12）を設け、その出力端子（T3）の出力を反転入力端子（T1）に帰還させる帰還抵抗器（Rf）を設ける。反転入力端子（T1）に一端が接続された入力抵抗器（Ri）と、一端が非反転入力端子（T2）と接続され、他端が入力抵抗器（Ri）を介して反転入力端子（T1）に接続されたシャント抵抗器（Rsh）とを設ける。入力抵抗器（Ri）は、シャント抵抗器（Rsh）の温度が上昇すると温度が上昇し、シャント抵抗器（Rsh）の温度が降下すると温度が降下するように配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非反転入力端子（T2）と反転入力端子（T1）と出力端子（T3）とを有し、該非反転入力端子（T2）と該反転入力端子（T1）との電圧差を増幅して該出力端子（T3）に出力する差動増幅器（12）と、
前記出力端子（T3）の出力を前記反転入力端子（T1）に帰還させる経路に設けられた帰還抵抗器（Rf）と、
前記反転入力端子（T1）に一端が接続された入力抵抗器（Ri）と、
電流を検出する経路に挿入されるとともに、一端が前記非反転入力端子（T2）と接続され、他端が前記入力抵抗器（Ri）を介して前記反転入力端子（T1）に接続されたシャント抵抗器（Rsh）と、
を備え、
前記入力抵抗器（Ri）は、前記シャント抵抗器（Rsh）の温度が上昇すると温度が上昇し、該シャント抵抗器（Rsh）の温度が降下すると温度が降下するように配置されていることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記シャント抵抗器（Rsh）と前記入力抵抗器（Ri）とは、同一の回路基板上に配置されていることを特徴とする電流検出回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記入力抵抗器（Ri）と前記帰還抵抗器（Rf）は、前記シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する該帰還抵抗器（Rf）の温度変化の割合が、該シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する該入力抵抗器（Ri）の温度変化の割合よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする電流検出回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかにおいて、
前記シャント抵抗器（Rsh）と前記帰還抵抗器（Rf）との距離は、前記シャント抵抗器（Rsh）と前記入力抵抗器（Ri）との距離よりも大きい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ものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機では圧縮機を駆動するモータに交流電力を供給するために、電力変換装置が用いられることが多い。この電力変換装置には、電流を制御するためなどの目的で、相電流の値を検出する電流検出回路が設けられるのが一般的である。電流検出回路には、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。同文献の電流検出回路は、シャント抵抗器と、シャント抵抗器の両端の電圧を入力とした差動増幅器を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７５２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シャント抵抗器は周囲の温度や自己発熱によって特性が変化し、その特性変化が電流値の検出結果に誤差を生じさせる場合がある。それに対しては、シャント抵抗器の温度を検出し、検出値に応じた補正を行うことが考えられるが、温度検出には温度センサなどを設けるコストがかかる上に温度検出精度の確保も容易ではない。
【０００５】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、シャント抵抗器を用いた電流検出回路における、熱による検出誤差を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、第１の態様は、非反転入力端子（T2）と反転入力端子（T1）と出力端子（T3）とを有し、該非反転入力端子（T2）と該反転入力端子（T1）との電圧差を増幅して該出力端子（T3）に出力する差動増幅器（12）と、
前記出力端子（T3）の出力を前記反転入力端子（T1）に帰還させる経路に設けられた帰還抵抗器（Rf）と、
前記反転入力端子（T1）に一端が接続された入力抵抗器（Ri）と、
電流を検出する経路に挿入されるとともに、一端が前記非反転入力端子（T2）と接続され、他端が前記入力抵抗器（Ri）を介して前記反転入力端子（T1）に接続されたシャント抵抗器（Rsh）と、
を備え、
前記入力抵抗器（Ri）は、前記シャント抵抗器（Rsh）の温度が上昇すると温度が上昇し、該シャント抵抗器（Rsh）の温度が降下すると温度が降下するように配置されていることを特徴とする電流検出回路である。
【０００７】
この構成では、シャント抵抗器（Rsh）の温度が上昇すると入力抵抗器（Ri）の温度が上昇し、シャント抵抗器（Rsh）の温度が降下すると入力抵抗器（Ri）の温度が降下するので、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に応じて差動増幅器（12）のゲインが変化する。
【０００８】
また、第２の態様は、第１の態様において、
前記シャント抵抗器（Rsh）と前記入力抵抗器（Ri）とは、同一の回路基板上に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成では、シャント抵抗器（Rsh）の温度と入力抵抗器（Ri）の温度の差が縮小し、その結果、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に応じて差動増幅器（12）のゲインが変化する。
【００１０】
また、第３の態様は、第１又は第２の態様において、
前記入力抵抗器（Ri）と前記帰還抵抗器（Rf）は、前記シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する該帰還抵抗器（Rf）の温度変化の割合が、該シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する該入力抵抗器（Ri）の温度変化の割合よりも小さくなるように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成では、温度に起因する、帰還抵抗器（Rf）の抵抗値の変化幅が、温度に起因する、入力抵抗器（Ri）の抵抗値の変化幅よりも小さくなる。
【００１２】
また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記シャント抵抗器（Rsh）と前記帰還抵抗器（Rf）との距離は、前記シャント抵抗器（Rsh）と前記入力抵抗器（Ri）との距離よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
この構成では、温度に起因する、帰還抵抗器（Rf）の抵抗値の変化幅が、温度に起因する、入力抵抗器（Ri）の抵抗値の変化幅よりも小さくなる。
【発明の効果】
【００１４】
第１の態様や第２の態様のそれぞれによれば、シャント抵抗器を用いた電流検出回路における、熱による検出誤差を低減することが可能になる。
【００１５】
また、第３の態様や第４の態様のそれぞれによれば、帰還抵抗器の抵抗値の温度依存性が、電流値の検出結果に与える影響をより小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態の電流検出回路を適用した電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態の電流検出回路の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１８】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態の電流検出回路（10）を適用した電力変換装置（1）の構成例を示すブロック図である。電力変換装置（1）は、コンバータ回路（2）、インバータ回路（3）、及び電流検出回路（10）を備えている。この電力変換装置（1）には交流電源（6）（例えば単相の商用交流電源）が接続されており、交流電源（6）が出力した交流を三相交流に変換し、負荷であるモータ（5）に供給する。このモータ（5）は、例えば空気調和機の冷媒回路に設けられた圧縮機を駆動するものである。
【００１９】
コンバータ回路（2）は、ブリッジ接続された４つのダイオード（D11〜D14）、リアクトル（2a）、及び平滑コンデンサ（2b）を備え、交流電源（6）から入力された交流を全波整流する。
【００２０】
インバータ回路（3）は、複数のスイッチング素子のスイッチング状態をそれぞれ変化させて、コンバータ回路（2）が出力した直流を交流に変換してモータ（5）に供給する。具体的には、インバータ回路（3）は、図１に示すように、ブリッジ接続された６つのスイッチング素子（S1〜S6）を有し、スイッチング素子（S1〜S6）のそれぞれには、還流ダイオード（D21〜D26）が接続されている。なお、電力変換装置（1）には、インバータ回路（3）のスイッチングを制御する制御装置が必要であるが、図１では記載を省略してある。
【００２１】
〈電流検出回路（10）の構成〉
図２は、本発明の実施形態の電流検出回路（10）の構成例を示すブロック図である。この電流検出回路（10）は、インバータ回路（3）の各相の相電流（Iu,Iv,Iw）を検出し、それぞれの検出結果（相電流値）を示す電流値信号を出力する。この電流値信号は、インバータ回路（3）の制御や、インバータ回路（3）を過電流から保護するためなどの目的に使用することができる。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態の電流検出回路（10）は、シャント抵抗器（Rsh）、増幅部（11）、及び演算部（13）を備えている。シャント抵抗器（Rsh）は、電流を検出する経路に挿入されている。この例では、シャント抵抗器（Rsh）は、負荷（モータ（5））からの電流が流れ込む位置に配置されている。より具体的には、シャント抵抗器（Rsh）は、インバータ回路（3）の負側の直流母線（N）上であって、平滑コンデンサ（2b）とインバータ回路（3）の間に設けられている。また、この例では、シャント抵抗器（Rsh）の平滑コンデンサ（2b）側の端子は、接地させられている。この構成では、シャント抵抗器（Rsh）にモータ（5）からの電流が流れると、シャント抵抗器（Rsh）の両端子には電圧差が生じ、この両端子間の電圧を検出することで、後述するように、相電流（Iu,Iv,Iw）を算出することができる。
【００２３】
増幅部（11）は、シャント抵抗器（Rsh）の両端に生じた電圧の差を増幅し、演算部（13）に出力する。この例では、図２に示すように、増幅部（11）は、差動増幅器（12）、入力抵抗器（Ri）、及び帰還抵抗器（Rf）を備えた反転増幅回路である。
【００２４】
差動増幅器（12）は、非反転入力端子（T2）と反転入力端子（T1）と出力端子（T3）とを有し、非反転入力端子（T2）と反転入力端子（T1）との電圧差を増幅して出力端子（T3）に出力する。増幅部（11）では、差動増幅器（12）の出力端子（T3）の出力を反転入力端子（T1）に帰還させる帰還経路が設けられ、この帰還経路の途中には、帰還抵抗器（Rf）が設けられている。また、差動増幅器（12）の反転入力端子（T1）には、入力抵抗器（Ri）の一端が接続されている。
【００２５】
また、差動増幅器（12）の非反転入力端子（T2）は接地させられている。そのため、非反転入力端子（T2）は、シャント抵抗器（Rsh）の一端（具体的には接地側の端子）と接続されることになる。また、入力抵抗器（Ri）の他端（反転入力端子（T1）と接続された端子とは別の端子）には、シャント抵抗器（Rsh）の他端側の端子（インバータ回路（3）に接続された側の端子）が接続されている。すなわち、シャント抵抗器（Rsh）は、一端が非反転入力端子（T2）と接続され、他端が入力抵抗器（Ri）を介して反転入力端子（T1）に接続されている。
【００２６】
演算部（13）は、Ａ／Ｄ変換器（13a）、マイクロコンピュータ（13b）、及び該マイクロコンピュータ（13b）を動作させるためのプログラムが格納されたメモリディバイス（図示を省略）を用いて構成されている。Ａ／Ｄ変換器（13a）は、差動増幅器（12）の出力端子（T3）から出力された信号（出力電圧（Vo）と命名する）を受けて、出力電圧（Vo）をＡ／Ｄ変換する。また、マイクロコンピュータ（13b）は、Ａ／Ｄ変換器（13a）の出力を基に相電流（Iu,Iv,Iw）の値を演算する。
【００２７】
〈抵抗器の配置〉
本実施形態では、シャント抵抗器（Rsh）、入力抵抗器（Ri）、及び帰還抵抗器（Rf）の配置に特徴があるが、シャント抵抗器（Rsh）等の配置を説明するに前に、まず、シャント抵抗器（Rsh）、入力抵抗器（Ri）、及び帰還抵抗器（Rf）の各抵抗値と、差動増幅器（12）の出力電圧（Vo）との関係を説明する。
【００２８】
ここで、入力抵抗器（Ri）とシャント抵抗器（Rsh）との接続点における電圧をＶｉ、シャント抵抗器（Rsh）に流れる電流値をＩとする。また、シャント抵抗器（Rsh）、入力抵抗器（Ri）、及び帰還抵抗器（Rf）の抵抗値は、所定の基準温度において、それぞれ、Ｒｓｈ、Ｒｉ、Ｒｆであるものとする。そうすると、前記基準温度における出力電圧（Vo）は、次の式１で表すことができる。
【００２９】
Ｖｏ＝−（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｖｉ＝−（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｒｓｈ・Ｉ  ・・・（式１）
ここで、各抵抗器における抵抗値の温度依存性を考慮したＶｏの値を検討するために、シャント抵抗器（Rsh）の温度係数をＫｓｈとすると、シャント抵抗器（Rsh）の温度がＴｓｈの時の抵抗値は以下の式で表せる。
【００３０】
Ｒｓｈ・（１＋Ｋｓｈ・Ｔｓｈ）  ・・・（式２）
同様に、入力抵抗器（Ri）の温度係数をＫｉとすると、入力抵抗器（Ri）の温度がＴｉの時の抵抗値は以下の式で表せる。
【００３１】
Ｒｉ・（１＋Ｋｉ・Ｔｉ）  ・・・（式３）
これらの式２、式３を用いると、式１を以下のように、抵抗値の温度依存性を考慮した出力電圧（Vo）を求めるための式４に書き換えることができる。
【００３２】
Ｖｏ＝Ｉ・Ｒｓｈ・（１＋Ｋｓｈ・Ｔｓｈ）・Ｒｆ／（Ｒｉ・（１＋Ｋｉ・Ｔｉ））  ・・・（式４）
正確に出力電圧（Vo）を求めるには、式４に示すように、抵抗器の温度を考慮する必要がある。しかしながら、抵抗器の温度の検出には温度センサの設置などのコストアップを伴うとともに、温度センサの温度検出精度の確保も容易ではない。
【００３３】
そこで、式４を見ると、（１＋Ｋｓｈ・Ｔｓｈ）／（１＋Ｋｉ・Ｔｉ）＝１とできれば、前記基準温度における抵抗値をそのまま用いて出力電圧（Vo）を算出できること、換言すると、抵抗器の温度に関係なく出力電圧（Vo）を算出できることがわかる。すなわち、
Ｋｓｈ・Ｔｓｈ＝Ｋｉ・Ｔｉ  ・・・（式５）
とすればよいのである。
【００３４】
また、式５を満足できなくても、Ｋｓｈ・Ｔｓｈの値とＫｉ・Ｔｉの値とをなるべく近づけることで、抵抗器の温度変化に起因するＶｏの誤差は低減する。すなわち、
Ｋｓｈ・Ｔｓｈ≒Ｋｉ・Ｔｉ  ・・・（式６）
としても出力電圧（Vo）の誤差は低減する。
【００３５】
式５、又は式６を実現するには種々の手段があるが、本実施形態では、まず、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）とは、温度係数が等しい抵抗器を用いて構成されている。すなわち、Ｋｓｈ＝Ｋｉとなっている。
【００３６】
また、本実施形態では、入力抵抗器（Ri）は、シャント抵抗器（Rsh）の温度が上昇すると温度が上昇し、シャント抵抗器（Rsh）の温度が降下すると温度が降下するように配置されている。具体的に本実施形態では、シャント抵抗器（Rsh）の温度Ｔｓｈと入力抵抗器（Ri）の温度Ｔｉとが近づくように（理想的には両者の温度が等しくなるように）、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）とは、同一の回路基板上に互いに近接して配置されている。こうすることで、Ｔｓｈ＝Ｔｉ、又はＴｓｈ≒Ｔｉとすることが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、入力抵抗器（Ri）と帰還抵抗器（Rf）は、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する帰還抵抗器（Rf）の温度変化の割合が、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に対する入力抵抗器（Ri）の温度変化の割合よりも小さくなるように配置されている。具体的にこの例では、シャント抵抗器（Rsh）と帰還抵抗器（Rf）との距離は、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）との距離よりも大きくなるように配置されている。こうすることで、帰還抵抗器（Rf）の抵抗値の温度依存性が、出力電圧（Vo）の検出結果（すなわち電流値の検出結果）に与える影響をより小さくすることが可能になる。
【００３８】
〈電流検出〉
電力変換装置（1）が作動すると、スイッチング素子（S1〜S6）のスイッチング動作に応じて、シャント抵抗器（Rsh）の両端にはパルス状の電圧が印加される。そうすると、電流検出回路（10）の増幅部（11）では、差動増幅器（12）によってシャント抵抗器（Rsh）の端子間の電圧差が増幅されて、差動増幅器（12）の出力（すなわち出力電圧（Vo））は、演算部（13）に出力される。演算部（13）では、Ａ／Ｄ変換器（13a）によって出力電圧（Vo）がデジタル信号に変換される。また、演算部（13）では、マイクロコンピュータ（13b）によって、インバータ回路（3）のスイッチングパターンに基づいて、インバータ回路（3）において出力されている相が特定されるとともに、特定結果と、デジタル信号に変換された出力電圧（Vo）の値とに基づいて相電流（Iu,Iv,Iw）の値が算出される。本実施形態では、相電流（Iu,Iv,Iw）の値を求める際に、シャント抵抗器（Rsh）等の抵抗器の温度を考慮する必要がないので、マイクロコンピュータ（13b）では、式（１）に基づいて演算を行うことになる。このようにして演算部（13）で求められた相電流（Iu,Iv,Iw）は、前記電流値信号として、例えば、インバータ回路（3）のスイッチングを制御する制御装置等に出力される。
【００３９】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、式５を満足するように抵抗器の構成及び配置を行うと、シャント抵抗器（Rsh）の抵抗値変化の影響を打ち消すように、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に応じて差動増幅器（12）のゲインが変化する。また、式５を完全に満足できなくても、Ｋｓｈ・Ｔｓｈの値とＫｉ・Ｔｉの値とをなるべく近づけることによって（式６参照）、シャント抵抗器（Rsh）の抵抗値変化の影響を低減するように、シャント抵抗器（Rsh）の温度変化に応じて差動増幅器（12）のゲインが変化する。したがって、本実施形態によれば、シャント抵抗器を用いた電流検出回路における、熱による検出誤差を低減することが可能になる。
【００４０】
《その他の実施形態》
なお、式５の関係、又は式６の関係を実現するための、ＫｓｈとＫｉの設定や、ＴｓｈとＴｉの関係は例示である。例えば、Ｋｉ＝ｎ・Ｋｓｈ（ただしｎは正の実数）となるように抵抗器を構成するとともに、Ｔｉ＝Ｔｓｈ／ｎとなるように、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）の配置（例えば両者の相対的な位置）を設定することが考えられる。一例としてｎ＝２とすると、Ｋｉ＝２Ｋｓｈとなるように抵抗器を構成するとともに、Ｔｉ＝Ｔｓｈ／２となるように、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）の配置を設定することになる。
【００４１】
また、シャント抵抗器（Rsh）の温度（Tsh）と入力抵抗器（Ri）の温度（Ti）とを近づけるには、例えば、シャント抵抗器（Rsh）と入力抵抗器（Ri）とを伝熱部材で繋ぐことが考えられる。また、シャント抵抗器（Rsh）及び入力抵抗器（Ri）の何れか一方に、ヒートシンクを設けて温度調整することも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、電流検出回路として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１１      差動増幅器
Ｒｆ      帰還抵抗器
Ｒｉ      入力抵抗器
Ｒｓｈ    シャント抵抗器
Ｔ１      反転入力端子
Ｔ２      非反転入力端子
Ｔ３      出力端子
【図１】
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【図２】
2018072286.tif 000004