(57)【要約】【課題】作動増幅用の演算増幅器に替えてコンパレータ用の演算増幅器を用いることにより、検出抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路を提供する。演算増幅器が安価になる上、外付け回路素子が少なくなり低廉化が図れる。【解決手段】コンパレータ用の演算増幅器に基本的に３個の抵抗素子を外付けし、該３つの抵抗素子の抵抗値を適宜に設定することにより、検出抵抗の通電電流を表す端子電圧を差動増幅し、通電電流値が得られるようにする。【選択図】図１
2007170868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を固定電位とする検出抵抗により通電電流を検出する電流検出回路において、
コンパレータ用の演算増幅器と、該演算増幅器の一方の入力端子及び前記検出抵抗の他端の間に接続した入力抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び該演算増幅器の出力端子の間に接続した帰還抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び前記固定電位の間に接続する帰還率設定用抵抗とを備え、前記演算増幅器の出力端子から通電電流を検出するようにしたことを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記演算増幅器の出力端子に一端を接続した逆電流防止用のダイオードと、前記演算増幅器の出力端子及び逆電流防止用のダイオードの間に、一端を他の固定電位とする抵抗の他端を接続した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３】
前記演算増幅器は、同一パッケージに複数個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる演算増幅器ユニット中の１つであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、演算増幅器を用いて例えばモータの通電電流を検出する電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車の電動パワーステアリング装置に用いる電動モータとして、ロータの回転位置検出センサを使用しないブラシレスモータが用いられている。ブラシレスモータはインバータにより矩形波パルス電圧をステータ巻線に印加して該矩形波パルス電圧と同期した速度で回転するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記ブラシレスモータの駆動装置は、一般に、ブラシレスモータのステータ巻線の通電電流を制御するための電流検出回路を備える。該電流検出回路として、アース電極とブラシレスモータのステータ巻線の一端との間に接続した検出抵抗の両端間に生じる通電電流に基づく降下電圧を検出するように差動増幅用の演算増幅器を用いて構成したものが知られている。前記電流検出回路は、図２に示すように、例えば、直流特性の良好な差動増幅用の演算増幅器１の反転入力端子に、入力抵抗４、５を介して、一方の端子を前記アース電極に固定した検出抵抗２の他方の端子３を接続してある。端子３はブラシレスモータに給電するインバータの負極側に接続される。前記演算増幅器１の出力端子と非反転入力端子との間に帰還抵抗８を接続し、前記演算増幅器１の非反転入力端子に、それぞれ、一端を前記アース電極部材に接続した入力抵抗９並びに入力電圧バランス調整抵抗１０、１１及びキャパシタ１３の他端を接続し、前記演算増幅器１の反転入力端子と非反転入力端子との間にドリフト調整用のキャパシタ１４を接続して構成される。なお６，７は入力電圧バランス調整用抵抗である。
【０００４】
前記公知の電流検出回路の演算増幅器１では、一般的に、バイアス電流及びオフセット電圧を出来る限り小さくして直流特性を高めるために高度の位相補償を施す必要があり、前記演算増幅器１に外付けする回路素子が多く、回路構成が複雑であり、製作コストが高価であるという問題があった。また、前記電流検出回路の差動増幅用の演算増幅器１の電源電圧は一般的に十数ボルトと比較的高いため、該電流検出回路の出力端子１６に接続する回路に対する保護回路１５を設ける必要があり、電流検出回路全体の製作コストが高価につくという問題があった。
【０００５】
また、前記ブラシレスモータの駆動装置は、一般に、ブラシレスモータの各相のステータ巻線に印加するパルス電圧の周期を制御するために、コンパレータ用の演算増幅器を用いて構成した比較回路を相数分備える。各比較回路は、各相のステータ巻線の一端に接続した検出抵抗により検出される該ステータ巻線に加わる電圧と前記各ステータ巻線の中性点の基準電圧とを比較し、該比較回路の論理出力の切換り時点をもって前記検出電圧が基準電圧を上回るか又は下回る時点を判定するようにしたものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
前記駆動装置の制御回路を構成する電流検出回路及び比較回路は、出来る限り小さいプリント基板等に実装するようにして占有スペースの低減化が図られてはいるが、いまだに十分満足したものとは言えず、電子機器レベルでの占有スペースの更なる低減化の要求が非常に高い。特に、三相ブラシレスモータの駆動装置では三相のステータ巻線に対応して３つの比較回路を備えることから、３つの比較回路は、同一パッケージに４個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる１つの演算増幅器ユニットを用いて構成する一方、前記電流検出回路は、１個の差動増幅用の演算増幅器を用いて構成している。しかしながら、前記演算増幅器ユニットにおける４個の演算増幅器のうち１個が遊び状態となり、製作コストの低廉化及び装着スペースの低減化の実効性が減殺されるという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−５１５８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３２５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１の目的は、差動増幅用の演算増幅器に替えて、コンパレータ用の演算増幅器を用いることにより、安価な電流検出回路を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、出力端子に接続する後段の回路の電圧レベルと整合するようにした電流検出回路を提供することにある。
【０００９】
本発明の第３の目的は、同一パッケージに複数個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる演算増幅器ユニット中の１つの演算増幅器を用いることにより、演算増幅器ユニットを無駄なく使用できるようにする電流検出回路を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電流検出回路は、一端を固定電位とする検出抵抗により通電電流を検出する電流検出回路において、コンパレータ用の演算増幅器と、該演算増幅器の一方の入力端子及び前記検出抵抗の他端の間に接続した入力抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び該演算増幅器の出力端子の間に接続した帰還抵抗と、前記演算増幅器の他方の入力端子及び前記固定電位の間に接続する帰還率設定用抵抗とを備え、前記演算増幅器の出力端子から通電電流を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る電流検出回路は、前記演算増幅器の出力端子に一端を接続した逆電流防止用のダイオードと、前記演算増幅器の出力端子及び逆電流防止用のダイオードの間に、一端を他の固定電位とする抵抗の他端を接続したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の電流検出回路は、前記演算増幅器は、同一パッケージに複数個のコンパレータ用の演算増幅器を収容してなる演算増幅器ユニット中の１つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る請求項１に記載の電流検出回路によれば、それ自体が低廉であるコンパレータ用の演算増幅器を使用し、また外付回路素子を少なくすることにより電流検出回路を安価に構成することが出来る。
そして、入力抵抗、帰還抵抗及び帰還率設定用抵抗の３つの抵抗素子の各抵抗値を適宜に設定することにより、コンパレータ用の演算増幅器の直線領域を利用して差動増幅回路として動作させることで、所期の電流検出を可能とする。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の電流検出回路によれば、演算増幅器の出力端子をプルアップ（又はプルダウン）するとともに逆流防止用のダイオードを設けることで、電流検出回路の出力を、後段に接続する回路の許容最大電圧以下に設定して、後段の回路に保護回路を不要とすることが出来る。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の電流検出回路によれば、該電流検出回路を構成する演算増幅器ユニット中の残りの演算増幅器を、例えば、ブラシレスモータの駆動装置が備える比較回路に使用する構成として、演算増幅器ユニットを無駄なく利用するとともに前記駆動装置等をコンパクトに製作することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の電流検出回路を備えるブラシレスモータ駆動装置のブロック図である。
図１において、２１は三相ブラシレスモータであり、直流電源２３をインバータ２２に与えて得た三相のパルス電流で駆動するようにしてある。インバータ２２は、三相ブラシレスモータ２１のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに双方向に通電するために１相当たり２個の電子スイッチング素子で、総数６個の電子スイッチング素子２５ｕ+ 、２５ｕ- 、２５ｖ+ 、２５ｖ- 、２５ｗ+ 、２５ｗ- からなるブリッジ回路を有する。前記電子スイッチング素子２５ｕ+ 、２５ｕ- 、２５ｖ+ 、２５ｖ- 、２５ｗ+ 、２５ｗ- の切換えタイミング、即ち、インバータ２２の転流タイミングを、比較回路５０の論理出力に基づいて制御することにより、三相ブラシレスモータ２１の各相のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗにそれぞれ印加する矩形波パルス電圧の繰返し周期を一定に維持して該三相ブラシレスモータ２１を一定速度で回転駆動する。
【００１７】
インバータ２２のスイッチング素子ブリッジ回路の負極と接地電位との間に検出抵抗３２が接続されており、検出抵抗３２に流れる電流が検出抵抗３２両端間に現れる電圧で検出される。
【００１８】
電流検出回路３０は、コンパレータ用の演算増幅器３１と、演算増幅器３１の非反転入力端子及び検出抵抗３２の非接地側端子３３の間に接続した入力抵抗３４と、演算増幅器３１の反転入力端子及び接地電位の間に接続した帰還率設定抵抗３６と、演算増幅器３１の出力端子及び反転入力端子の間に接続した帰還抵抗３８と、前記演算増幅器３１の出力端子に接続した逆電流防止用のダイオード３９と、演算増幅器３１の出力端子を電位Ｖｃｃ（例えば６ｖ）にプルアップする抵抗４２を備える。反転増幅器３１の非反転入力端子にはコンデンサ４３が、ダイオード３９のカソードにはコンデンサ４４がそれぞれ接続されて高周波の雑音を低減している。入力抵抗３４，帰還抵抗３８及び帰還率設定抵抗３６は、コンパレータ用の演算増幅器３０の直線領域を傾けてこの領域を増幅器として使用できるように各抵抗値を設定する。即ち同演算増幅器の飽和領域を比較器のように使用するのではなく、飽和領域に達するまでの直線領域を利用して線形増幅を行わせるのである。
【００１９】
プルアップ用の抵抗４２により、前記電流検出回路３０の演算増幅器３１の出力端子から出力される電流検出値を示す電圧を、前記電流検出回路３０の出力側に接続されるＴＴＬ回路の許容最大電圧、例えば６Ｖ、以下に抑制して後段の回路の電圧レベルに整合させることができる。
【００２０】
前記電流検出回路３０の出力は、例えば、Ａ／Ｄ変換器４７を介してＰＷＭ制御部６３に与えられる。ＰＷＭ制御部６３は、電流検出回路３０による電流検出値が設定値となるように前記三相ブラシレスモータ２１のステータ巻線に流通する電流量を制御して設定値に対応する出力トルクを得る。
【００２１】
また、前記電流検出回路３０の演算増幅器３１の出力端子からの電流検出信号は、図示しないフェイルセーフ制御部に転送され、電流検出値が安全基準値をオーバーした時点でインバータ２２から三相ブラシレスモータ２１への給電を遮断し、当該駆動装置を搭載した自動車等の安全管理に利用することができる。
【００２２】
本発明の三相ブラシレスモータの駆動装置が備える比較回路５０は三相のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに各対応する３つのコンパレータ用の演算増幅器５１，５２、５３を用いて構成したものである。
【００２３】
Ｕ相（Ｖ相、Ｗ相）のステータ巻線Ｌｕ（Ｌｖ，Ｌｗ）に対応する演算増幅器５１（５２，５３）の非反転入力端子に、前記ステータ巻線Ｌｕの端子（非中性点側端子）に接続した分圧回路５４（５５，５６）の中点を接続し、反転入力端子に、前記ステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの一端を共通接続した中性点２８の電位に相当する基準電圧を出力する基準電圧電源５９を接続してなる。基準電圧電源５＊９の出力電圧はインバータ２２の直流電源２３の出力電圧の１／２にしてある。分圧回路５４（５５，５６）は、比較的大きな抵抗値を有する巻線側抵抗と比較的小さい抵抗値を有する接地電位側抵抗とを直列接続したものである。
【００２４】
三相ブラシレスモータ２１のＵ相（Ｖ相、Ｗ相）のステータ巻線Ｌｕ（Ｌｖ，Ｌｗ）に各対応する３つの演算増幅器５１（５２，５３）の論理出力Ｖｕ（Ｖｖ，Ｖｗ）は電圧切換パターン判定部６１へ入力され、ここで各ステータ巻線Ｌｕ（Ｌｖ、Ｌｗ）に加わる電圧の切換りパターンを判定する。判定結果は回転位置推定部６２へ入力されて、切換りパターンの判定データに基づいて三相ブラシレスモータ２１のロータの推定回転位置を算出する。算出した推定回転位置はＰＷＭ制御部６３へ与えられる。ＰＷＭ制御部６３は推定回転位置（前記論理出力の切り替わり時点に相当）と予め定められている基準の矩形波パルス電圧の切換り時点との偏差をゼロとするように前記インバータ２２の転流時期を制御する転流制御信号を出力する。これにより三相ブラシレスモータ２１は前記基準の矩形波パルス電圧の繰返し周期に応じた一定速度で回転駆動する。また前記転流制御信号のデューティによってステータ巻線Ｌｕ（Ｌｖ、Ｌｗ）に流れる電流を前述した設定値に制御する。
【００２５】
前記電流検出回路３０と前記三相ブラシレスモータ２１の三相に対応する３つの比較回路５０とは、共に同型のコンパレータ用の演算増幅器により構成されることから、前記電流検出回路３０の演算増幅器３１と比較回路５０の演算増幅器５１，５２，５３とは、同一パッケージにコンパレータ用の演算増幅器を４個収容してなる１つの演算増幅器ユニットを用いて、遊びのものを生じさせることなく一体化してコンパクトに製作することができる。
【００２６】
なお、駆動対象のブラシレスモータが単相交流モータである場合には、同一パッケージにコンパレータ用の演算増幅器を２個収容してなる１つの演算増幅器ユニットを用いてそれぞれを電流検出用及びパターン検出用に使用すればよい。また前述の実施の形態と異なり、接地側と電源側の電圧の高低を逆にしても本件発明は実施できる。
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の電流検出回路を備えたブラシレスモータの駆動装置のブロック図である。
【図２】従来の差動増幅用の演算増幅器を用いて構成された電流検出回路の回路図である。
【符号の説明】
【００２８】
２１  三相ブラシレスモータ
２２  インバータ
２３  直流電源
３０  電流検出回路
３１、５１，５２，５３  コンパレータ用の演算増幅器
３２  検出抵抗
３４  入力抵抗
３６  帰還率設定用抵抗
３８  帰還抵抗
３９  ダイオード
４２  電圧引き上げ用の抵抗
５０  比較回路
【図１】
2007170868.tif 000003
【図２】
2007170868.tif 000004