(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョークコイルと並列に接続した抵抗とコンデンサとの直列回路と、
前記コンデンサの両端の電圧を入力する差動増幅器と、
該差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と感温抵抗素子との直列回路と、
該直列回路の前記抵抗と前記感温抵抗素子との接続点の電圧を前記チョークコイルに流れる電流に対応した電圧として電流検出する構成を備えた
ことを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と前記感温抵抗素子との直列回路の前記感温抵抗素子を、抵抗温度特性が負特性の構成としたことを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と前記感温抵抗素子との直列回路の前記感温抵抗素子を、抵抗温度特性が正特性の構成としたことを特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項４】
チョークコイルと並列に接続した抵抗とコンデンサとの直列回路と、
前記コンデンサの両端の電圧を入力する差動増幅器と、
該差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と、抵抗温度特性が正特性の感温抵抗素子との直列回路と、
該直列回路の前記抵抗と並列に接続して、該抵抗の両端の電圧を所定の比率で低減する為の演算増幅器と、
前記直列回路の前記抵抗と前記感温抵抗素子との接続点の電圧を前記チョークコイルに流れる電流に対応した電圧として電流検出する構成を備えた
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、電源から負荷にチョークコイルを介して供給する電流を、温度補正を行って検出する電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源から負荷に供給する電流を制御して、負荷を動作させる各種の電源装置が知られており、例えば、負荷に供給する電流を抵抗によって検出して、負荷に対して所定の電流を供給するように制御すると共に過電流検出も可能とする構成が一般的である。又負荷に供給する電流の検出用の抵抗と並列にサーミスタを接続して、電流検出用の抵抗の温度による抵抗値の増加をサーミスタの抵抗値の減少により補正し、温度変動によっても安定な電流検出を可能とした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。又電界効果トランジスタ等のスイッチング素子により直流の電源からの電流をオン、オフ制御し、チョークコイルとコンデンサとを含む平滑回路を介して負荷に安定化した直流電圧を印加すると共に、負荷に供給する電流を検出して、所定の電流が流れるように制御するスイッチング電源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
このスイッチング電源装置に於ける電流検出手段は、平滑回路のチョークコイルの抵抗成分を利用するもので、例えば、図７に示すように、スイッチング素子Ｑ１により入力電圧Ｖｉｎをスイッチングし、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とダイオードＤ１とを含む平滑回路を介して抵抗Ｒ０又は負荷に出力電圧Ｖｏｕｔを印加し、チョークコイルＬ１に並列に接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路のコンデンサＣ２の両端の電圧を差動増幅器ＯＰ１により検出して、制御部ＣＮＴに入力し、スイッチング素子Ｑ１を制御部ＣＮＴによりスイッチング制御する。なお、出力電圧Ｖｏｕｔを検出して制御部ＣＮＴにフィードバックして、この出力電圧Ｖｏｕｔを安定化させる構成を含むものであるが、図示を省略している。
【０００４】
平滑回路のチョークコイルＬ１の抵抗成分をＲｅ、インダクタンスをＬｅとし、チョークコイルＬ１に流れる電流Ｉと、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｃとの位相を等しくする為の条件は、Ｌｅ／Ｒｅ＝Ｃ２／Ｒ２となる。このコンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｃは、チョークコイルＬ１に流れる電流Ｉの抵抗成分Ｒｅ倍となることから、チョークコイルＬ１の低抵抗値の抵抗成分Ｒｅを利用して電流検出が可能となる。
【０００５】
この平滑回路のチョークコイルＬ１に流れる電流Ｉは、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフ動作に対応して変動し、且つノイズ成分が含まれたものとなる。このノイズ成分による影響を除く為に、図８に示す構成が提案されている。同図に於いて、図７と同一符号は同一名称部分を示し、Ｒ３はコンデンサＣ２と直列に接続した抵抗であり、抵抗Ｒ２の抵抗値との関係は、Ｒ２＞＞Ｒ３とする。又制御部ＣＮＴは、誤差増幅器ＯＰ２と比較器ＯＰ３とクロック発生部ＣＬＧとラッチ回路ＬＡＴと基準電圧Ｖｒとを含む構成の場合を示す。
【０００６】
チョークコイルＬ１と並列に、抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ２との直列回路を接続し、抵抗Ｒ３の両端の電圧ＶｔとコンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｃとの和の電圧Ｖｃｓを差動増幅器ＯＰ１に入力する。この電圧Ｖｃｓは、チョークコイルＬ１に流れる電流Ｉに比例し、且つ同一位相の電圧となる。比較器ＯＰ３は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２との直列回路の両端の電圧Ｖｃｓを検出することになり、制御部ＣＮＴに入力する。制御部ＣＮＴは、抵抗Ｒ０に印加する出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒとの差分を誤差増幅器ＯＰ２により求めて比較器ＯＰ３に入力し、差動増幅器ＯＰ１の出力信号を比較器ＯＰ３に入力して比較し、差分をラッチ回路ＬＡＴに入力して、クロック発生部ＣＬＧからのクロック信号のタイミングでラッチし、そのラッチ出力によりスイッチング素子Ｑ１のオン、オフ制御を行う。そして、低抵抗値の抵抗Ｒ３をコンデンサＣ２に直列に接続することにより、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフ動作に伴う電流検出値に含まれるノイズ成分の影響を除くことができる。
【特許文献１】特開平８−２２３９３４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献２に示すように、平滑回路のチョークコイルＬ１に流れる電流Ｉを、そのチョークコイルＬ１と並列に、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路を接続し、コンデンサＣ２の両端の電圧として検出する手段又はそのコンデンサＣ２に更に抵抗Ｒ３を直列に接続して、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３との直列回路の両端の電圧として検出する手段に於いては、周囲温度やチョークコイルＬ１の温度が変動することにより、抵抗成分も変動し、検出電流値の誤差分が大きくなる問題がある。このような温度変動による誤差を補正する為に、例えば、前述の特許文献１に示すように、サーミスタを電流検出用抵抗に並列接続することが考えられる。しかし、前述の特許文献２に示すようなチョークコイルＬ１の低抵抗値の抵抗成分による電圧成分として電流検出を行う手段に適用する場合、コンデンサＣ２と直列接続の抵抗Ｒ２に並列接続することが考えられるが、その場合は、抵抗Ｒ２の温度による抵抗値の変動を補正しても、チョークコイルＬ１の内部抵抗成分の温度変動の補正はできない問題がある。
【０００８】
例えば、チョークコイルＬ１の温度による抵抗成分Ｒｅの変化は、図９に示すものとなる。同図に於いて、横軸は温度（℃）、縦軸は、温度２０℃に於けるチョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅを１００（％）とした抵抗成分Ｒｅの変化を示す。即ち、温度０℃から温度１２０℃の範囲に於ける抵抗成分Ｒｅは、約９０％から約１４３％の範囲の変化となる。又チョークコイルＬ１は、通常は、銅線をコアに複数回巻回した構成を有するものであり、銅（Ｃｕ）の抵抗成分の温度係数αは、０．００４３であるから、温度ｔにより変化する抵抗ρｔは、ρｔ＝ρ｛１＋α（ｔ−２０）｝として求めることができる。このようなチョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅの温度特性を補正する為に、従来例の例えば、図７又は図８に於けるチョークコイルＬ１に、抵抗温度特性が負特性を示す感温抵抗素子としてのサーミスタを接続することが考えられる。このサーミスタの抵抗温度特性は、例えば、図１０に示すもので、横軸を温度（℃）、縦軸を２０℃に於ける抵抗値を１として正規化した抵抗値を示す。即ち、温度０〜１２０℃に於ける抵抗値Ｒｔは、２．４〜０．１となる二次曲線の特性を示すものである。このように、チョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅの抵抗温度特性は、図９に示すように、略直線の特性であるが、サーミスタの抵抗温度特性は、図１０に示すように、二次曲線特性となるから、チョークコイルＬ１にサーミスタを接続しても、チョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅの抵抗温度特性を補正することができないものである。
【０００９】
本発明は、従来の問題点を解決することを目的とし、平滑回路のチョークコイルの抵抗成分を利用して電流検出を行うと共に、温度補正を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電流検出回路は、チョークコイルと並列に接続した抵抗とコンデンサとの直列回路と、前記コンデンサの両端の電圧を入力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と感温抵抗素子との直列回路と、この直列回路の前記抵抗と前記感温抵抗素子との接続点の電圧を、チョークコイルに流れる電流に対応した電圧として電流検出する構成を備えている。
【００１１】
又差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と感温抵抗素子との直列回路の前記感温抵抗素子を、抵抗温度特性が負特性の構成、例えば、サーミスタとすることができる。又抵抗温度特性が正特性の構成、例えば、ポジスタ（登録商標）とすることができる。
【００１２】
又チョークコイルと並列に接続した抵抗とコンデンサとの直列回路と、前記コンデンサの両端の電圧を入力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号を印加する抵抗と、抵抗温度特性が正特性の感温抵抗素子との直列回路と、この直列回路の前記抵抗と並列に接続して、この抵抗の両端の電圧を所定の比率で低減する為の演算増幅器と、前記直列回路の抵抗と感温抵抗素子との接続点の電圧を、チョークコイルに流れる電流に対応した電圧として電流検出する構成を備えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
チョークコイルに流れる電流を、チョークコイルの抵抗成分による電圧として差動増幅器で検出すると共に、差動増幅器の出力信号を、抵抗温度特性が負特性或は正特性の感温抵抗素子により補正して、チョークコイルの抵抗成分の温度特性を補正し、正確な電流検出を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の電流検出回路は、図１を参照して説明すると、チョークコイルＬ１と並列に接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路と、前記コンデンサＣ２の両端の電圧を入力する差動増幅器ＯＰ１と、この差動増幅器ＯＰ１の出力信号を印加する抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と感温抵抗素子Ｒｔとを含み、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と感温抵抗素子Ｒｔとにより分圧された電圧を、電流検出信号とする構成を備えている。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の説明図であり、Ｑ１は電界効果トランジスタ等のスイッチング素子、Ｄ１はダイオード、Ｌ１はチョークコイル、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ０は負荷、Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７は抵抗、ＣＮＴは制御部、ＯＰ１は差動増幅器、Ｒｔは温度抵抗特性が負特性の感温抵抗素子（サーミスタ）を示す。即ち、チョークコイルＬ１と並列に接続した抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路と、コンデンサＣ２の両端の電圧を入力する差動増幅器ＯＰ１と、この差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を印加する抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と感温抵抗素子との直列回路と、この直列回路の抵抗と感温抵抗素子との接続点の電圧を、チョークコイルＬ１に流れる電流に対応した電圧として電流検出する構成を備えている。なお、この実施例１に於いては、感温抵抗素子をサーミスタとした場合について説明する。又出力電圧Ｖｏｕｔを検出して、スイッチング素子Ｑ１をオン、オフ制御し、入力電圧ＶｉｎをチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とダイオードＤ１とを含む平滑回路により平滑化し、出力電圧Ｖｏｕｔを設定した電圧に制御するものであるが、出力電圧Ｖｏｕｔの設定値制御の構成は図示を省略している。なお、出力電圧Ｖｏｕｔの制御手段は、既に知られている各種の構成を適用することができる。
【００１６】
制御部ＣＮＴによりスイッチング素子Ｑ１を制御して、入力電圧Ｖｉｎをオン、オフして平滑回路を介して負荷Ｒ０に出力電圧Ｖｏｕｔを印加する。又平滑回路のチョークコイルＬ１と並列に、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路を接続し、コンデンサＣ２の両端の電圧を差動増幅器ＯＰ１に入力する。この差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を、抵抗Ｒ５〜Ｒ７と感温抵抗素子のサーミスタＲｔとを含む回路に印加し、出力信号Ｖ１を分圧して電流検出信号とし、制御部ＣＮＴに入力する。この制御部ＣＮＴに入力する電流検出信号は、サーミスタＲｔにより温度補正されたものとなる。
【００１７】
チョークコイルＬ１と並列に、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路を接続して、そのコンデンサＣ２の両端の電圧を入力する差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１は、チョークコイルＬ１の抵抗成分と電流Ｉとの積に相当する電流検出信号であり、チョークコイルＬ１の抵抗成分は、例えば、温度上昇に従って増加し、差動増幅器ＯＰ１による電流検出信号には、温度による抵抗成分の変化による誤差分が含まれることになる。しかし、差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を印加する抵抗Ｒ５〜Ｒ７とサーミスタＲｔに印加して、分圧した信号を電流検出信号として制御部ＣＮＴに入力するもので、チョークコイルＬ１の抵抗成分に比例した電流検出信号であると共に、温度補正した電流検出信号とすることができる。この場合、理論的には、抵抗Ｒ６，Ｒ７を省略して、差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を、抵抗Ｒ５とサーミスタＲｔとの直列回路に印加し、抵抗Ｒ５とサーミスタＲｔとによる分圧信号を制御部ＣＮＴに電流検出信号として入力する構成とすることも可能である。又サーミスタＲｔは、チョークコイルＬ１の温度による抵抗成分の変化を補正する為に、チョークコイルＲｔに接触又は近接して設けることができる。
【００１８】
図２は、図１に示す構成に於ける温度と電流検出値とのシミュレーション結果を示し、横軸は０〜１２０℃の範囲の温度、縦軸は２０℃に於ける電流検出値を１００（％）に正規化した電流検出値を示し、温度の補正無しの場合と補正ありの場合とを示す。即ち、温度補正を行わない場合、０℃〜１２０℃の温度範囲に於いて、電流検出値は、９１（％）〜１４３（％）の変化があったが、温度補正を行ったことによって、電流検出値は、９６（％）〜１００．９（％）の範囲内となり、サーミスタＲｔによる温度補正が有効であることを示している。
【００１９】
図３は、図２のシミュレーション結果のデータを示し、０℃〜１２０℃の温度ｔと、チョークコイルＬ１の抵抗成分ＤＣＲと、補正前と、サーミスタＲｔの抵抗値と、サーミスタＲｔと抵抗Ｒ６との直列回路に抵抗Ｒ７を並列に接続した合成抵抗と、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７とサーミスタＲｔとを含む合成抵抗と、補正後とについてそれぞれ示す。即ち、温度０℃〜１２０℃の範囲に於いて、チョークコイルＬ１の抵抗成分ＤＣＲは、２．３３×１０−３〜３．６５×１０−３（Ω）の変化を示し、又補正前の電流検出値は、２０℃に於いて１００（％）として、９１．４（％）〜１４３．０（％）の変化があったが、サーミスタＲｔによる補正により、電流検出値は、９６．０（％）〜１００．９（％）の範囲となった。即ち、チョークコイルＬ１の抵抗成分ＤＣＲを利用した電流検出に於いて、温度変化を補正することができた。
【実施例２】
【００２０】
図４は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、Ｒ３は抵抗である。この実施例２は、実施例１に於ける抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列回路に対して、抵抗Ｒ２に比較して抵抗値が小さい抵抗Ｒ３を追加接続し、図８に示す構成と同様に、制御部ＣＮＴによりスイッチング素子Ｑ１のオン、オフを制御し、そのスイッチングによるノイズ成分を除いて、平滑回路のチョークコイルＬ１に流れる電流を検出するものであり、更に、チョークコイルＬ１の抵抗成分による電流検出値に対して、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７とサーミスタＲｔとにより、チョークコイルＬ１の抵抗成分の温度による変化に従った検出電流値を補正するものである。
【実施例３】
【００２１】
図５は、本発明の実施例３の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示す。この実施例３は、感温抵抗素子として、抵抗温度特性が正特性のポジスタ（商標名）を用いて、温度補正を行う構成を示し、この感温抵抗素子をＲｐで示す。この感温抵抗素子Ｒｐは、抵抗温度特性が負特性のサーミスタと反対に、温度上昇に従って二次曲線状に抵抗値が増加する正特性を有するものである。従って、差動増幅器ＯＰ１の出力端子に、抵抗Ｒ５と、感温抵抗素子Ｒｐと、並列接続の抵抗Ｒ６，Ｒ７とを直列接続し、感温抵抗素子Ｒｐと抵抗Ｒ６，Ｒ７との接続点の信号を制御部ＣＮＴに入力する。なお、抵抗Ｒ５，Ｒ７は、それらの何れか一方の抵抗のみを用いた構成とすることができるもので、図１に示す構成と対応させる為に図示している。この場合、温度上昇によりチョークコイルＬ１の抵抗成分が増加すると、同一電流が流れている場合でも、差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１は増加する。又感温抵抗素子Ｒｐの抵抗値も増加する。従って、制御部ＣＮＴに入力される電流検出信号は、感温抵抗素子Ｒｐの抵抗値の増加により補正することができる。
【実施例４】
【００２２】
図６は、本発明の実施例４の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、Ｒ８〜Ｒ１０は抵抗、ＯＰＡは演算増幅器、Ｄ２，Ｄ３はダイオードを示す。感温抵抗素子のサーミスタＲｔを周囲温度検出可能のように配置し、差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と、抵抗温度特性が負特性の感温抵抗素子のサーミスタＲｔとに印加し、抵抗Ｒ５の両端に、抵抗Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ８の直列回路を接続し、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０との接続点を演算増幅器ＯＰＡの−端子に接続し、＋端子をアース等の基準電位に接続し、出力端子を、ダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ８，Ｒ１０の接続点に接続する。
【００２３】
差動増幅器ＯＰ１の出力信号Ｖ１を入力する抵抗Ｒ５の両端の電圧は、チョークコイルＬ１に流れる電流に比例する。又チョークコイルＬ１は、負荷Ｒ０に流れる電流が増加すると、コイルの銅損等により温度が上昇する傾向を有する。この場合の温度上昇によるチョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅの増加は、周囲温度を検出するように配置したサーミスタＲｔによって確実に検出することは困難である。そこで、チョークコイルＬ１に流れる電流に比例した抵抗Ｒ５の両端の電圧を、演算増幅器ＯＰＡにより所定の割合で減少させて、チョークコイルＬ１に流れる電流による温度変化を補正する。
【００２４】
例えば、図９に示すように、周囲温度が２０℃の場合のチョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅを１００（％）とし、周囲温度が４０℃に上昇した場合のチョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅが、１１０（％）に上昇する特性を有する場合、負荷率が１００％で温度が２０℃から６０℃に上昇すると、チョークコイルＬ１の抵抗成分Ｒｅは１１７（％）に増加する。この４０℃の上昇による抵抗成分Ｒｅの変化を、サーミスタＲｔにより１０％、演算増幅器ＯＰＡにより７％分担して補正することができる。この分担比率は、抵抗Ｒ５，Ｒ８〜Ｒ１０の選定により所望の比率に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１の処理説明図である。
【図２】本発明の実施例１の温度補正のシミュレーション結果の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の温度補正のシミュレーション用のデータ説明図である。
【図４】本発明の実施例２の説明図である。
【図５】本発明の実施例３の説明図である。
【図６】本発明の実施例４の説明図である。
【図７】従来例の説明図である。
【図８】従来例の説明図である。
【図９】チョークコイルの抵抗成分の温度特性説明図である。
【図１０】サーミスタの抵抗成分の温度特性説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｑ１  スイッチング素子
Ｄ１  ダイオード
Ｌ１  チョークコイル
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｒ０  抵抗又は負荷
Ｒ２，Ｒ５〜Ｒ７  抵抗
Ｒｔ  感温抵抗素子（サーミスタ）
ＯＰ１  差動増幅器
ＣＮＴ  制御部
【図１】
0004768704.tif 000002
【図２】
0004768704.tif 000003
【図３】
0004768704.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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