(57)【要約】負荷１６を流れる電流の検出回路装置であって、該負荷は２つの増幅器１４，１５の出力側１４ｃ，１５ｃの間に配置されており、該増幅器はユニポーラ作動電圧Ｖｃｃを給電されるためにそれぞれ１つの給電電圧接続端子１４ａ，１５ａおよびアース接続端子１４ｂ，１５ｂを有している形式のものにおいて、作動電圧源の接続端子１８ａと給電電圧接続端子１４ａ，１５ａとの間および／またはアース接続端子１４ｂ，１５ｂとアース接続端子１８ｂとの間に皮相抵抗１７が介挿されており、該抵抗で検出すべき電流に比例する電圧ＵＡが降下することを特徴とする回路装置。
2004506903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（１６；２６；３６）を流れる電流の検出回路装置であって、該負荷は２つの増幅器（１４，１５；２４，２５；３４，３５）の出力側（１４ｃ，１５ｃ；２４ｃ，２５ｃ；３４ｃ，３５ｃ）の間に配置されており、該増幅器はユニポーラ作動電圧（Ｖｃｃ）を供給されるためにそれぞれ１つの給電電圧接続端子（１４ａ，１５ａ；２４ａ，２５ａ；３４ａ，３５ａ）およびアース接続端子（１４ｂ，１５ｂ；２４ｂ，２５ｂ；３４ｂ，３５ｂ）を有している形式のものにおいて、
作動電圧源の接続端子（１８ａ；２８ａ；３８ａ）と給電電圧接続端子（１４ａ，１５ａ；２４ａ，２５ａ；３４ａ，３５ａ）との間および／またはアース接続端子（１４ｂ，１５ｂ；２４ｂ，２５ｂ；３４ｂ，３５ｂ）とアース（１８ｂ；２８ｂ；３８ｂ）との間に皮相抵抗（１７；２７，２７′；３７，３７′）が介挿されており、該抵抗で検出すべき電流に比例する電圧が降下する
ことを特徴とする回路装置。
【請求項２】
アース接続端子（１４ｂ，１５ｂ）は相互に接続されておりかつ皮相抵抗（１７）は接続されているアース接続端子（１４ｂ，１５ｂ）とアース（１８ｂ）との間に配置されている
請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
負荷（１６）で降下した電圧は増幅器（１９）に送出されかつ該増幅器（１９）の出力電圧は電流方向を特定するために使用される
請求項２記載の回路装置。
【請求項４】
増幅器（１９）はコンパレータである
請求項３記載の回路装置。
【請求項５】
それぞれのアース接続端子（２４ｂ，２５ｂ；３４ｂ，３５ｂ）とアース（２８ｂ）との間に、別個の皮相抵抗（２７，２７′；３７，３７′）が配置されている
請求項１記載の回路装置。
【請求項６】
増幅器（３４，３５）の出力段は、Ｂ級プッシュプルモードで動作するＭＯＳ−Ｆｅｔから形成されている
請求項１から５までのいずれか１項記載の回路装置。
【請求項７】
増幅器（３４，３５）の出力段はそれぞれ、該出力段の出力側が帰還結合されている演算増幅器（４０，４１）を用いて制御される
請求項６記載の回路装置。
【請求項８】
演算増幅器（４０，４１）の給電電圧（ＵＨ）は作動電圧（Ｖｃｃ）より高い
請求項７記載の回路装置。
【請求項９】
演算増幅器の給電電圧（ＵＨ）はチャージポンプ（４２）を用いて生成される
請求項８記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、負荷を流れる電流の検出回路装置であって、該負荷は２つの増幅器の出力側の間に配置されており、該増幅器はユニポーラ作動電圧が給電されるためにそれぞれ１つの給電電圧接続端子およびアース接続端子を有している形式のものに関する。
【０００２】
電流の測定のためにしばしば、補償原理に従って動作する回路装置が使用される。この場合測定すべき電流に比例する量が検出されかつ反対の極性を有する同じ量の発生によって、検出された量が零に調整される。当該量を零に調整するために必要な電流が、測定すべき電流に対する尺度を表している。この方法の利点は、電流が測定されるべき電流回路が測定装置によって妨害されないという点にある。
【０００３】
つまり、例えば自動車に配置されている蓄電池から取り出されるまたは蓄電池に供給される電流を測定するために、この電流を補償電流センサを用いて検出することが公知である。相応の回路装置は図１に略示されている。
【０００４】
図１から分かるように、例えば蓄電池のリード（供給線）１の周りに、ギャップを有するリングコア２が配置されている。リングコア２のギャップに、リングコア２内のリード１を流れる電流によって発生される磁界強度を測定するための要素３が配置されている。リングコア２は更にコイル６を備えている。コイルを用いて、リングコア２内に磁束を発生することができる。電流がコイル６を通って送られかつ該電流の量が、ギャップでの磁界強度が零であるように選択されると、コイル６を流れる電流はリード１を流れる電流に相応する。この場合にはコイル６の巻き数が考慮されるべきである。
【０００５】
コイル６を流れる電流を測定するために、コイル６に皮相抵抗（Ｂｕｅｒｄｅｎｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）７が直列に接続されている。皮相抵抗７にて降下する電圧はコイル６を流れる電流に対する尺度、従ってリード１を流れる電流に対する尺度である。
【０００６】
交番する極性の電流を測定できるようにするために、コイル６を流れる電流の方向は変化可能でなければならない。コイル６を流れる電流の方向を変化できるようにするために、コイル６は２つの増幅器４，５の出力側の間に介挿されている。増幅器４，５の入力側はリングコア２のギャップにおける磁界強度を検出するための要素３に接続されているので、ギャップにおける磁界強度は零に調整することができる。
【０００７】
図示の回路装置によって交番する極性の電流も測定可能であるが、回路装置は、皮相抵抗７にて降下する電圧がアースに関連付けられていないという欠点を有している。このことは殊に、電圧は通例マイクロコントローラにおいて処理され、その集積されたＡ／Ｄ変換器は零ボルトとＵｒｅｆとの間の電圧を測定するためにしか適していないという理由で不都合である。このために相応の電圧整合が行われることになるが、それには手間がかかるしかつ不正確さも生じる。
【０００８】
確かにこの問題は、正および負の出力電圧を送出することができる増幅器の使用によって取り除くことができるが、この形式の増幅器を作動させるためには正および負の給電電圧が必要である。しかし必要な量の正および負の給電電圧は自動車には存在していないので、この形式の回路装置は自動車に使用するためには問題外である。
【０００９】
導体に流れる電流を測定するための装置、すなわち導体を流れる電流によって生成される磁界を電流を突き止めるために評価するという形式の装置は、ＤＥ１９５４９１８１Ａ１から公知である。この公知の装置では導体は、相互に並列に配置されておりかつ電流を異なった方向に導く２つの部分を含んでいるように実現されている。導体の２つの部分の間にセンサが配置されており、該センサが生成された磁界に依存している出力信号を送出し、この出力信号は流れる電流の強さを表しているものである。しかしこの公知の装置は補償電流装置に使用するようには構想されておらず、従ってそれに結び付いている問題もここからは読みとれない。
【００１０】
本発明の課題は冒頭に述べた形式の回路装置を、それが低い給電電圧を用いた作動の際にアースに関連付けられている出力信号を送出するように構成することである。
【００１１】
この課題の解決は、請求項１の特徴部分に記載の構成によって行われる。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１２】
発明の利点
本発明によれば、負荷を流れる電流の検出回路装置であって、該負荷は２つの増幅器の出力側の間に配置されており、該増幅器はユニポーラ作動電圧を給電されるためにそれぞれ１つの給電電圧接続端子およびアース接続端子を有している形式のものは次のような特徴を有している：作動電圧源の接続端子と給電電圧接続端子との間および／またはアース接続端子とアースとの間に皮相抵抗が介挿されており、該抵抗で検出すべき電流に比例する電圧が降下する。
【００１３】
作動電圧源の接続端子と給電電圧接続端子との間および／またはアース接続端子とアースとの間に皮相抵抗が介挿されており、該抵抗で検出すべき電流に比例する電圧が降下するようにしたことによって、アース電位に関連付けられていて、補償電流に比例している電圧が生成される。
【００１４】
本発明は次のような認識を利用している：増幅器から送出される出力電流は実質的に増幅器の給電のために作動電圧源から取り出される電流に対応している。この場合増幅器の横電流が非常に僅かであることが勿論重要である。この形式の増幅器において作動電圧源から取り出される電流はほぼ完全に負荷を流れるので、負荷を流れる電流は、負荷が配置されている電流路で直接的に測定する必要はなく、増幅器の給電電圧供給線または取り出し線において測定することができる。
【００１５】
増幅器のアース接続端子が相互に接続されておりかつ皮相抵抗が、接続されているアース接続端子とアースとの間に配置されているという本発明の実施形態は特別有利である。この形式の回路装置において、負荷をどの方向に電流が流れるかに関係なく、１つの皮相抵抗しか使用されないので、電流は非常に正確に検出される。それは殊に次の理由による：電流を検出するために複数の皮相抵抗が使用される場合に生じる可能性があるように、素子の許容偏差に関する不正確さが起こり得ないからである。唯一の皮相抵抗の使用によって、特性曲線は特に有利なことに零点に屈曲点を有していない。
【００１６】
本発明の別の特別な実施形態において設定されているように、負荷を流れる電流方向を特定するために、上述した実施の形態において、負荷における電圧降下を増幅器を用いて測定することができ、その際増幅器の出力電圧が電流方向を特定するために使用される。この構成は本発明の別の特別な実施形態に記載されているとおりである。増幅器がコンパレータとして実現されていれば特別有利である。その際増幅器ないしコンパレータの出力側で、負荷を流れる電流方向に相応する電圧極性が取り出される。
【００１７】
負荷を流れる電流方向を特定するための増幅器を使用しないようにしたい場合には、このことは本発明の別の特別な実施形態において設定されているように、それぞれの増幅器のアース接続端子とアースとの間に、別個の皮相抵抗を配置することができる。皮相抵抗にて降下する電圧の大きさは負荷を流れる電流の大きさに相応している。どの皮相抵抗において電圧降下が生じるかに応じて、負荷を流れる電流の方向が決まってくる。しかしこの形式の実施形態において、皮相抵抗の電気的な特性は殆ど区別されないということに注意しなければならない。
【００１８】
増幅器の出力段がＢ級プッシュプルモードで動作するＭＯＳ−Ｆｅｔから形成されている本発明の実施形態も非常に有利であることが分かっている。この場合、増幅器の出力段はそれぞれ、該出力段の出力側が帰還結合されている演算増幅器を用いて制御されるようにすれば非常に有利である。この形式の実施例では、演算増幅器の給電電圧が回路装置の作動電圧より高いければ非常に効果的であり、これにより出力段トランジスタは完全に導通制御することができる。有利には、演算増幅器の給電電圧は、このことが本発明の別の特別な実施例において設定されているように、チャージポンプを用いて生成することができる。
【００１９】
ＭＯＳ−Ｆｅｔ出力段の使用によって、有利にも、横電流が流れないようにできる。トランジスタのゲートはアイソレーションされているので、負荷を流れる電流は必然的に当該の皮相抵抗を介しても流れる。演算増幅器の比較的高い給電電圧によって有利にも、出力段トランジスタを完全に導通制御することができるようになる。チャージポンプの使用によって演算増幅器の比較的高い給電電圧を簡単な方法で生成することができる。
【００２０】
集積回路（ＡＳＩＣ）において、出力段をチャージポンプを使用せずに実現するための相応の可能性がある。その際出力トランジスタとしてバイポーラタイプのものが使用される。択一的に、従来の集積されたヘッドホーンを利用することが考えられる。というのは、ヘッドホーンのコイルはリングコアの電界を補償するためのコイルと類似した値を有しているからである。
【００２１】
極性を識別するために、ブリッジドライバの２つのアーム間の電圧を評価することができる。このためにＡＳＩＣにおいてＮＰＮまたはＰＮＰ対の両ベースにおける電圧がコンパレータを介して比較される。
【００２２】
本発明の重要な利点は、回路定数が相応に定められていれば、測定精度に関わってくるのは皮相抵抗の許容偏差だけであるということである。出力電圧をアースに関連付けることで、評価のために使用されるコントローラに通例配置されているＡ／Ｄ変換器に直接出力電圧を送出することができる。このことはコストに非常に有利に影響する。精密増幅器も必要でなく、これによってもコストを低減することができる。
【００２３】
図面
本発明のその他の詳細、特徴および利点は、図面を参照した特別な実施例の以下の説明から明らかである。
【００２４】
図面において
図１には補償電流装置の従来の回路装置が示されており、
図２には本発明の回路装置の第１の実施例が略示されており、
図３には本発明の回路装置の第２の実施例が略示されており、
図４には本発明の回路装置の第３の実施例が略示されている。
【００２５】
実施例の説明
図２から読み取ることができるように、補償コイルとして実現されている負荷１６は２つの増幅器１４，１５の出力側１４ｃ，１５ｃの間に介挿されている。増幅器１４，１５はユニポーラな作動電圧Ｖｃｃによって給電するために給電電圧接続端子１４ａ，１５ａ並びにアース接続端子１４ｂ，１５ｂを有している。給電電圧接続端子１４ａ，１５ａは作動電圧源Ｖｃｃに直接接続されている。アース接続端子１４ｂ，１５ｂは相互に直接接続されている。接続されているアース接続端子１４ｂ，１５ｂとアース１８ｂとの間に皮相抵抗１７が介挿されている。皮相抵抗１７にて降下する電圧ＵＡは負荷１６を流れる電流に対する尺度である。
【００２６】
負荷１６で降下した電圧はコンパレータ１９の入力側に送出される。コンパレータ１９の出力電圧は負荷１６を流れる電流の方向を評価するために使用される。
【００２７】
増幅器１４，１５の増幅度は、第１の増幅器１４が−１の増幅度を有しかつ第２の増幅器１５が１の増幅度を有しているように調整設定されている。
【００２８】
図３に示されている回路装置は実質的に図２の回路装置に相応している。しかし素子を区別するために参照符号には１ではなくて２が付されている。
【００２９】
図２の回路装置とは異なって、図３の回路装置ではアース接続端子２４ｂ，２５ｂは直接相互に接続されていない。アース接続端子２４ｂ，２５ｂはそれぞれ別個の皮相抵抗２７，２７′を介してアース２８ｂに接続されている。
【００３０】
第１の皮相抵抗２７における電圧降下ＵＡ１は、電流が第２の増幅器２５の出力側２５ｃから第１の増幅器２４の出力側２４ｃに流れる場合に負荷２６を流れる電流の大きさに相応している。第２の皮相抵抗２７′における電圧降下は、電流が第１の増幅器２４の出力側２４ｃから第２の増幅器２５の出力側２５ｃに流れる場合に負荷２６を流れる電流の大きさに相応している。従って皮相抵抗２７，２７′における電圧降下は同時に、負荷２６を流れる電流方向の検出のために用いられる。
【００３１】
図４に図示の回路装置は実質的に図３の回路装置に相応している。しかし素子を区別するために、参照番号は２ではなく３が付されている。図４に図示の回路装置では増幅器３４，３５は、Ｂ級プッシュ・プルモードで動作しかつ演算増幅器４０，４１によって制御されるＭＯＳ−Ｆｅｔから成っている出力段から形成されている。それぞれの出力段において皮相抵抗３７，３７′はアース接続端子３４ｂ，３５ｂとアース３８ｂとの間に介挿されている。アース接続端子３４ｂ，３５はＰチャネルトランジスタのドレインに相応している。この回路装置の利点は、システムに規定されて横電流が流れない点にある。トランジスタのゲートはアイソレーションされているので、負荷３６を流れる電流は強制的に相応の皮相抵抗３７，３７′を介しても流れる。
【００３２】
出力段が演算増幅器４０，４１によって完全に導通状態になることができるように、演算増幅器４０，４１は比較的高い給電電圧を有している。演算増幅器はこの比較的高い給電電圧をチャージポンプ４２から受け取る。チャージポンプ４２は従来のように動作するので、チャージポンプ４２の動作法の説明は省略することができる。
【００３３】
演算増幅器４０，４１は、第１の増幅器３４が−１の増幅度を有しかつ第２の増幅器３５が１の増幅度を有しているように接続形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】補償電流センサの従来の回路装置の略図である。
【図２】本発明の回路装置の第１実施例の略図である。
【図３】本発明の回路装置の第２実施例の略図である。
【図４】本発明の回路装置の第３実施例の略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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