(57)【要約】【課題】大電流検出が可能であって小型かつ低コスト化し得る電流検出回路を実現する。【解決手段】ドライバ１とモータ２とを接続する通電ライン３ｕを主通電ライン３ｕｍとバイパスライン３ｕｂとに分岐し、主通電ラインに分流用抵抗Ｒａを設け、バイパスライン３ｕｂには分圧用抵抗Ｒｂと非接触電流センサ５とを設ける。各ラインに流れる電流の比を各抵抗の値を変えて設定することにより、非接触電流センサに流れる電流を任意の値に設定することができ、回路全体に流れる電流の大きさに関係なく、常に非接触電流センサの検出範囲をその限度一杯まで広く設定することができるため、ＳＮ比の優れた電流検出が可能になると共に、負荷容量に関係なく小型の非接触電流センサを用いることができ、回路全体の小型化が可能であり、かつ低コスト化し得る。【選択図】      図１
2004294306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に流れる電流を検出するための電流検出回路であって、前記電流検出回路が、前記負荷への通電ラインに直列に接続された分流用抵抗と、前記通電ラインから分岐して前記分流用抵抗をバイパスするバイパスラインに設けられた分圧用抵抗と、前記分圧用抵抗を介して前記負荷に流れる電流を磁束の変化により非接触で検出するべく前記分圧用抵抗に直列に接続された電流センサとからなることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記負荷の電流容量の違いに対して、前記電流センサに流れる電流を概ね一定にするように、前記分流用抵抗と前記分圧用抵抗との各値を変えることを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの電流検出に使用される電流センサにおいて、非接触型（１次２次分離絶縁型）電流センサとして磁気式（ホールセンサ式）電流検出器を用いる場合がある（例えば、特許文献１参照。）。このホールセンサ式電流検出器にあっては、ホールセンサの他に、検出電流が作る磁束をセンサに導くためのコイルとコアや微少なセンサ出力を増幅するアンプ回路とが必要となるため、検出器の小型化が困難であるという問題があった。また、電流検出範囲の調整には、センサを通過する磁束量を可変にするために、コイルのターン数を変更するのが一般的である。このため、調整範囲は整数倍となり、使用範囲をセンサの検出範囲に合わせて微調整することは困難であった。
【０００３】
なお、小型で低コストな電流検出センサとしては、シャント抵抗と計測増幅器（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とによるシャント抵抗方式がある。しかしながら、そのドライバのパワー段においてそのハイ側・ロー側の各アームにスイッチング素子を設けたもので、各アームがチョッピングされるような使用方法の場合には、同相ノイズの影響が大きいため、高価でパッケージの大きい絶縁アンプなどを使用する必要があるという問題がある。
【特許文献１】
特表２００１−８３１８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ホールセンサ式電流センサをシリコンチップ上に形成したモノリシックＩＣを用いるようにしたものがあり、これによりパッケージの小型化が可能になった。しかしながら、そのようなモノリシックＩＣ型電流センサにあっても、使用可能な電流容量の大きなものでは大型化し、電流容量の小さなものでしか小型化が達成されないという問題がある。また、上記したような各種方式を使用しても大電流を検出する回路を小型（回路規模小）かつ低コスト化することは困難であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、大電流検出が可能であって小型かつ低コスト化し得る電流検出回路を実現するために、本発明に於いては、負荷に流れる電流を検出するための電流検出回路であって、前記電流検出回路が、前記負荷への通電ラインに直列に接続された分流用抵抗と、前記通電ラインから分岐して前記分流用抵抗をバイパスするバイパスラインに設けられた分圧用抵抗と、前記分圧用抵抗を介して前記負荷に流れる電流を磁束の変化により非接触で検出するべく前記分圧用抵抗に直列に接続された電流センサとからなるものとした。
【０００６】
これによれば、通電ラインとバイパスラインとを介して電流が負荷に流れるようになるため、各ラインに流れる電流の比を、電流センサの許容電流値や入力内部抵抗のばらつきに関係なく、分流用抵抗及び分圧用抵抗の各値を変えて設定することができる。したがって、電流センサの許容電流値すなわち定格検出電流値の最大値以上の電流を負荷に流しても、電流センサにはその許容電流値以上の電流が流れないようにすることができ、負荷容量に関係なく小型の電流センサを用いることができるため、電流検出回路全体を小型化し得る。また、大容量の電流センサを用いる必要がないため低コスト化し得る。
【０００７】
また、前記負荷の電流容量の違いに対して、前記電流センサに流れる電流を概ね一定にするように、前記分流用抵抗と前記分圧用抵抗との各値を変えることによれば、バイパスラインすなわち電流センサに流れる電流値をセンサの許容電流値以内でダイナミックレンジを広くとれる設定となるように、分流用抵抗及び分圧用抵抗の各値を変えて回路全体の電流値を変えることができるため、負荷電流の違いに関係なく同一の電流センサを用いることができ、かつＳＮ比の優れた電流検出を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用されたブラシレスモータの電流検出回路の要部を示す図である。図において、ドライバ１の出力段として電源のハイ側に互いに並列な３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、電源のロー側に互いに並列な３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６とがそれぞれ設けられていると共に、それらのハイ側及びロー側を対とした各ノードから負荷としてのモータ２への通電ラインがそれぞれ延出されている。なお、図示例のモータ２は３相交流モータであり、Ｕ・Ｖ・Ｗの各相に対応して各通電ライン３ｕ・３ｖ・３ｗが設けられている。そして、図示されない制御回路からの転流信号により各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が適宜オン／オフして、モータ２の各相に電圧が印加される。
【００１０】
図に示されるように、例えばＵ相及びＶ相の各通電ライン３ｕ・３ｖに本発明に基づく電流検出回路４ａ・４ｂがそれぞれ介装されている。なお、両電流検出回路４ａ・４ｂは同一のものであって良いため、以下、その一方であるＵ相の通電ライン３ｕに設けた電流検出回路４ａについて示し、他方についての説明は省略する。
【００１１】
本電流検出回路４ａにあっては、図に示されるように、通電ライン３ｕが主通電ライン３ｕｍとバイパスライン３ｕｂとに分岐していると共に、その一方の主通電ライン３ｕｍにモータ２との間で直列に接続された分流用抵抗Ｒａと、バイパスラインに互いに直列に接続された分圧用抵抗Ｒｂ及び電流センサとしての非接触電流センサ５とにより構成されている。その非接触電流センサ５により検出された検出電流値Ｉｓを例えばモータ駆動制御系のフィードバック値として用いることができる。なお、各抵抗Ｒａ・Ｒｂには精密シャント抵抗を用いると良い。
【００１２】
上記非接触電流センサ５は、例えば汎用品として用いられているホールセンサ式電流センサであって良く、装置のより一層の小型化のためには従来例で示したモノリシックＩＣ型電流センサであると良い。そのようなホールセンサ式電流センサでは、検出対象となる電流に比例して発生する磁束を磁気鉄心（図示せず）と磁気センサとしてのホール素子（図示せず）との組み合わせにより非接触で検出することができる。なお、ホール素子の出力は例えば数ｍＶの微少電圧であり、それを増幅して出力している。その出力値が上記検出電流値Ｉｓとなる。
【００１３】
回路全体（モータ）に流れる全電流値Ｉを、分流用抵抗Ｒａと、分圧用抵抗Ｒｂと、非接触電流センサ５の入力内部抵抗Ｒｃとの各抵抗値との比から容易に換算して求めることができる。各抵抗の抵抗値を符号に合わせてＲａ・Ｒｂ・Ｒｃとすると、電流検出回路の両端間電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｉ・｛Ｒａ・（Ｒｂ＋Ｒｃ）／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）｝  …（１）
となる。また、分流用抵抗Ｒａに流れる電流Ｉａは、
Ｉａ＝Ｖ／Ｒａ＝Ｉ・（Ｒｂ＋Ｒｃ）／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）  …（２）
である。なお、非接触電流センサ５に流れる電流Ｉｂは、
Ｉｂ＝Ｖ／（Ｒｂ＋Ｒｃ）  …（３）
となる。
【００１４】
定格電流容量が小さなモノリシックＩＣ型電流センサを非接触電流センサ５に用いた場合には、その入力内部抵抗値Ｒｃが決まり、かつ上記電流Ｉｂの定格電流容量が制限される。したがって、（３）式から抵抗値Ｒｂを求め、また電流Ｉａを主通電ライン３ｕｍに流すようにするための抵抗値Ｒａを（１）式または（２）式から求めることができる。
【００１５】
回路全体に流れる電流を両ライン３ｕｍ・３ｕｂに分岐して流すことから、バイパスライン３ｕｂに流れ得る電流を小さく設定することにより、非接触電流センサ５に比較的容量の小さなモノリシックＩＣ型電流センサを用いても、大きな電流Ｉを回路全体に流すことができる。特に、非接触電流センサ５の入力内部抵抗Ｒｃのばらつき（個体差、温度特性）に対して充分に大きな抵抗値（例えば約５倍以上）を有する精密シャント抵抗を非接触電流センサ５と直列に接続する抵抗Ｒｂに用いることにより、高精度な分流が可能であり、非接触電流センサ５の他に抵抗を設けて電流検出回路を構成しても、非接触電流センサ５の検出精度が低下することはない。
【００１６】
例えば入力内部抵抗Ｒｃが１０ｍΩの非接触電流センサ５を用い、直接に接続する分圧用抵抗Ｒｂを３６ｍΩとし、分流用抵抗Ｒａを４ｍΩとすると良い。この場合、非接触電流センサ５の製品としてのばらつきにより入力内部抵抗の値が一定ではないとしても、そのばらつき（例えば±１０％）に対して分圧用抵抗Ｒｂが十分大きいため、非接触電流センサ５による検出精度に及ぼす影響は上記例の場合には±２／４６になり、ばらつきの影響を大きく受けることがない。
【００１７】
また、上記具体例において分流用抵抗Ｒａの値を４ｍΩとすることにより、約９：１の割合でモータ２に流す電流の大部分を主通電ライン３ｕｍに流すことができる。なお、この割合は、非接触電流センサ５の電流容量に対するモータ電流容量（回路全体に流れる電流）の大きさに合わせて、分流用抵抗Ｒａと分圧用抵抗Ｒｂとの各値を変えることにより任意に変えることができるものである。
【００１８】
このように、モータ２の仕様に関係なく、電流容量の小さなモノリシックＩＣ型電流センサなどの小型の非接触電流センサ５を用いることができるため、種々の容量違いのモータに対して、小型のパッケージからなりかつ高精度な電流検出が可能な電流検出回路を提供することができる。さらに、非接触電流センサ５の共通化が可能であり、電流検出回路を低コスト化し得る。
【００１９】
また、従来の非接触電流センサ５のみを用いた構成では、そのセンサの入力内部抵抗が負荷抵抗（例えばモータ巻線抵抗）より大きいと電圧降下によりモータ特性が低下するという弊害が生じる。それに対して、本発明の構成によれば、負荷抵抗に対しては上記（１）式の合成抵抗となるため、分流用抵抗Ｒａ及び分圧用抵抗Ｒｂの各値を適切化することにより、上記弊害を防ぐことができる。
【００２０】
また、分流用抵抗Ｒａ及び分圧用抵抗Ｒｂの各抵抗値の設定を変えることにより主通電ライン３ｕｍとバイパスライン３ｕｂとに流れる各電流値Ｉａ・Ｉｂを任意に変えることができる。これにより、主通電ライン３ｕｍに流す許容電流値を変えても、バイパスライン３ｕｂに流れる電流値を一定にすることができ、常に非接触電流センサ５に流れる許容電流値をセンサの使用領域の限度に設定することができる。したがって、回路全体に流れる電流の大きさに関係なく、常に非接触電流センサ５の検出範囲をその限度一杯まで広く設定することができるため、ＳＮ比の優れた電流検出が可能になる。
【００２１】
なお、上記図示例では、モノリシックＩＣ型電流センサとシャント抵抗との組み合わせについて示したが、本発明によればこれに限定されるものではなく、例えばシャント抵抗とアンプと絶縁アンプとを組み合わせて構成したものであっても良い。その一例として図２に示す。なお、図において上記図１と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第２の例にあっては、上記入力内部抵抗値Ｒｃと同様の抵抗Ｒｃを設け、その抵抗Ｒｃの両端の電圧を差動アンプ６に入力し、差動アンプ６の出力を絶縁アンプ７に入力し、その絶縁アンプ７の出力を上記と同様に検出電流値Ｉｓとするものである。このようにしても、上記図示例と同様の作用効果を奏し得る。
【００２２】
また、シャント抵抗とアンプとアナログフォトカプラとアンプとを組み合わせて構成したものであっても良い。また、負荷としては図示例のモータに限られず、種々の電力供給回路に本電流検出回路を適用し得る。
【００２３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、通電ラインとバイパスラインとを介して電流を負荷に流し、各ラインに流れる電流の比を分流用抵抗と分圧用抵抗との各値を変えて設定することができるため、電流センサに流れる電流の比を分流用抵抗と分圧用抵抗との任意の値に設定することができる。したがって、回路全体に流れる電流の大きさに関係なく、常に非接触電流センサの検出範囲をその限度一杯まで広く設定することができるため、ＳＮ比の優れた電流検出が可能になる。また、非接触電流センサにはその許容電流値以上の電流が流れないようにすることができるため、負荷容量に関係なく小型の非接触電流センサを用いることができる。これにより、電流検出回路全体を小型化し得ると共に、大容量の電流センサを用いる必要がないため低コスト化し得る。
【００２４】
また、バイパスラインすなわち非接触電流センサに流れる許容電流値を変化させないように、分流用抵抗と分圧用抵抗との各値を変えて回路全体の電流値を変えることができるため、負荷容量の違いに関係なく同一の非接触電流センサを用いることができる。これにより、非接触電流センサの共通化が可能であり、電流検出回路を低コスト化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたブラシレスモータの電流検出回路の要部を示す図。
【図２】第２の例を示す図１に対応する図。
【符号の説明】
１  ドライバ
２  モータ
３ｕ・３ｖ・３ｗ  通電ライン
３ｕｍ  主通電ライン
３ｕｂ  バイパスライン
４  電流検出回路
５  非接触電流センサ
Ｒａ  分流用抵抗
Ｒｂ  分圧用抵抗
【図１】
2004294306.tif 000003
【図２】
2004294306.tif 000004