(57)【要約】【課題】シャント抵抗器のジュール熱によってオペアンプに発生する温度ドリフトによる誤差を抑え、高精度で電流を検出することができる電流検出回路を提供する。【解決手段】電流検出回路１は、バスバー７に介装されたシャント抵抗器Ｒ０、及びシャント抵抗器Ｒ０の両端の電圧を増幅する増幅器１０を備える。バスバー７及びシャント抵抗器Ｒ０とオペアンプ１１を有する増幅器１０とを夫々別の第１回路基板Ａ及び第２回路基板Ｂ上に設けるため、シャント抵抗器Ｒ０に通電した場合に発生するジュール熱がオペアンプに伝導及び輻射されることにより引き起こされるオペアンプ１１の温度ドリフトを抑え、バスバー７に流れる電流を高精度で検出することができる。【選択図】図２
2016003916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電路に介装された抵抗器と、該抵抗器の両端夫々に夫々の一端が接続された２本の電線と、該２本の電線の他端が夫々接続され前記２本の電線の間の電圧を増幅する増幅器とを備える電流検出回路において、
前記導電路及び前記抵抗器と前記増幅器とを、異なる回路基板上に設けてあることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記導電路及び前記抵抗器が設けられた回路基板上には、前記導電路に流れる電流を供給するためのスイッチング素子を更に設けてある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２本の電線は、平行的に設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出回路。
【請求項４】
前記２本の電線は、ツイストペアケーブルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つ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、導電路に介装された抵抗器の両端の電圧を検出することにより、導電路に流れる電流を検出する電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車輌には多数の電装品と、該電装品に電力を供給するバッテリ及び発電機とが搭載されている。バッテリ及び発電機から電装品へ電流を供給する場合、電装品に流れる電流を制御し、また過電流を防止するために、バッテリ及び発電機から出力される電流を検出する必要がある。
【０００３】
導電路に流れる電流を検出する方法の一つとして、導電路にシャント抵抗を介装し、該シャント抵抗の両端間の電圧を電流に換算する方法が知られている。斯かる場合、シャント抵抗の抵抗値は必要最小限の値に設計されており、シャント抵抗の両端間の電圧は微小な電圧になるため、この両端間の電圧を増幅する増幅器が必要となる。
【０００４】
例えば特許文献１には、電線（導電路）に流れる電流を電流検出部で検出し、検出した電流信号を電圧変換部で電圧変換して増幅部で増幅する電流検出センサ基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示された技術によれば、導電路と電流検出部と増幅器とが同一基板上に設けられている。このような装置においては、例えば電流検出部がシャント抵抗器である場合、増幅器を構成するオペアンプがシャント抵抗器に発生するジュール熱の影響を受けるため、オペアンプのオフセット電圧が変動する所謂温度ドリフトによる誤差が生じる虞がある。また、例えば導電路に流れる電流を供給するためのスイッチング素子からのノイズの影響をオペアンプが受けることもある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流検出部からの熱による増幅器への影響を抑え、高精度で電流を検出することができる電流検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電流検出回路は、導電路に介装された抵抗器と、該抵抗器の両端夫々に夫々の一端が接続された２本の電線と、該２本の電線の他端が夫々接続され前記２本の電線の間の電圧を増幅する増幅器とを備える電流検出回路において、前記導電路及び前記抵抗器と前記増幅器とを、異なる回路基板上に設けてあることを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、抵抗器が導電路に介装され、抵抗器の両端夫々に２本の電線夫々の一端が接続される。増幅器は、２本の電線夫々の他端に接続され、２本の電線の間の電圧を増幅して出力する。導電路及び抵抗器と増幅器とは、異なる回路基板上に設けてある。
【００１０】
例えばバッテリ及び発電機から負荷へ導電路を介して通電する場合、抵抗器に流れる電流に比例する電圧が抵抗器の両端に発生するため、この電圧を検出することにより、導電路に流れる電流を検出することができる。検出された電流の値を用いることにより、負荷へ通電する電流を制御することができる。ここで例えば抵抗器の抵抗が微小であった場合、抵抗器の両端間の電圧は微小な値となり、電流の制御に用いるには不適当である。増幅器は、斯かる微小な電圧を、電流の制御に用いるために適当な大きさとなるよう増幅して出力する。
【００１１】
導電路及び抵抗器と増幅器とを、異なる回路基板上に設けてあるため、抵抗器に発生したジュール熱が回路基板を介して増幅器に影響を及ぼすことがない。したがって、例えば増幅器に温度ドリフトが発生することによって生じる誤差が抑えられるため、導電路に流れる電流が高精度で検出される。
【００１２】
本発明に係る電流検出回路は、前記導電路及び前記抵抗器が設けられた回路基板上には、前記導電路に流れる電流を供給するためのスイッチング素子を更に設けてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、導電路及び抵抗器が設けられた回路基板上に、更にスイッチング素子を設けてある。すなわち、スイッチング素子と増幅器とは異なる回路基板上に設けてある。したがって、スイッチング素子が発するノイズによる増幅器への影響が抑えられるため、導電路に流れる電流がより高精度で検出される。
【００１４】
本発明に係る電流検出回路は、前記２本の電線は、平行的に設けてあることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、抵抗器の両端に接続され両端の電圧を伝送する２本の電線は、平行的に設けてあり、２本の電線の間の電圧を差動増幅器で増幅する。したがって、２本の電線を近接して配した場合、２本の電線に誘起したコモンモードノイズが相殺されて増幅されるため、差動増幅器が出力する電圧へのノイズによる影響が低減される。
【００１６】
本発明に係る電流検出回路は、前記２本の電線は、ツイストペアケーブルであることを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、抵抗器の両端に接続され両端の電圧を伝送する２本の電線はツイストペアケーブルを構成する。したがって、２本の電線に誘起したノイズが互いに打ち消されるため、差動増幅器に入力される電圧へのノイズによる影響が低減される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高精度で電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電流検出回路を含む給電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電流検出回路を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電流検出回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電流検出回路１を含む給電システム１００の構成を示すブロック図である。図１において、２，３，５は夫々、発電機、バッテリ、及び負荷である。発電機２及びバッテリ３が負荷５に電力を供給する。また、４はＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、発電機２及びバッテリ３から負荷５へ供給される電圧及び電流を制御する。
【００２２】
発電機２は、例えば車載用発電機である。発電機２の一端はＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力端子に接続され、他端は接地されている。バッテリ３は、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池等の車載用２次電池である。バッテリ３の正極はＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力端子に接続され、負極は接地されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子は、電流検出回路１及びワイヤハーネス６を介して負荷５の一端に接続されている。負荷５は、例えばエアーコンディショナ又はハイブリッド自動車（ＨＶ）用のモータ等である。負荷５の他端は接地されている。
【００２３】
電流検出回路１は、シャント抵抗器Ｒ０及び増幅器１０を有する。電流検出回路１は、ワイヤハーネス６に流れる電流をシャント抵抗器Ｒ０により電圧に変換し、変換された電圧を増幅器１０により増幅して、電流値信号として信号出力線１２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４へ出力する。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）といったスイッチング素子４０を有し、発電機２及びバッテリ３から入力された電圧を、昇圧又は降圧して出力端子から出力する。図１には一例として、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、更に例えば、コイル４１、ダイオード４２、コンデンサ４３等を有していてもよい。ここで例えば、コイル４１の一端はスイッチング素子４０の一端に接続されており、他端はＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子に接続されている。ダイオード４２のカソードはスイッチング素子４０の一端及びコイル４１の一端に接続されており、アノードは接地されている。コンデンサ４３の一端はコイル４１の他端及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子に接続されており、他端は接地されている。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４には、例えば図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）から制御信号が入力されている。ＤＣコンバータ４は、入力された制御信号に従ってスイッチング素子４０のオン／オフを切り替え、出力する電圧を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、電流検出回路１から信号出力線１２を介して入力される電流値信号に基づいて出力する電流を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは図１に示す降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに限られず、その他の構成の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータでもよく、又は昇圧型のもの、若しくは昇降圧型のものであってもよい。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電流検出回路１を示す回路図である。電流検出回路１は、前述のシャント抵抗器Ｒ０及び増幅器１０の他に、バスバー７、ジャンパチップ８ａ，８ｂ、及び信号線９ａ，９ｂを含んでなる。バスバー７、ジャンパチップ８ａ，８ｂ、及びシャント抵抗器Ｒ０は第１回路基板Ａ上に設けられ、増幅器１０は第２回路基板Ｂ上に設けられる。信号線９ａ，９ｂは、ジャンパチップ８ａ，８ｂと増幅器１０とを接続する。
【００２７】
尚、ＤＣ／ＤＣコンバータ４も第１回路基板Ａ上に設けられている。
【００２８】
バスバー７は、第１回路基板Ａ上に、例えば接着される。バスバー７は、長手方向に２つに分断されており、分断されたバスバー７の間にシャント抵抗Ｒ０が介装されている。ジャンパチップ８ａ及び８ｂ夫々の一端は、シャント抵抗器Ｒ０が接続されたバスバー７の各一端部に夫々電気的に接続されている。したがって、ジャンパチップ８ａと８ｂとの間の電圧はシャント抵抗器Ｒ０の両端間の電圧に等しい。バスバー７の他端部夫々は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子及びワイヤハーネス６の一端に夫々接続されている。バスバー７は、特許請求の範囲に記載の導電路に相当する。また、シャント抵抗器Ｒ０は、特許請求の範囲に記載の抵抗器に相当する。
【００２９】
増幅器１０は、第２回路基板Ｂ上に搭載された差動増幅回路である。増幅器１０は、オペアンプ１１及び抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する。ここで、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は夫々ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４であり、ｒ１＝ｒ２、ｒ３＝ｒ４である。
【００３０】
信号線９ａ，９ｂ夫々の一端は、ジャンパチップ８ａ，８ｂの他端に夫々接続されている。すなわち、信号線９ａ，９ｂ夫々の一端はジャンパチップ８ａ，８ｂを介してシャント抵抗器Ｒ０の両端に夫々接続されている。信号線９ａ，９ｂ夫々の他端は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の一端に夫々接続されている。信号線９ａと９ｂは、平行的に設置されている。したがって、信号線９ａ，９ｂは特許請求の範囲に記載の２本の電線に相当する。
【００３１】
増幅器１０のオペアンプ１１は、反転入力端子１１ａ、非反転入力端子１１ｂ、出力端子１１ｃ、電源入力端子１１ｄ、及び接地端子１１ｅの５つの端子を有する。反転入力端子１１ａは抵抗器Ｒ１の他端に、非反転入力端子１１ｂは抵抗器Ｒ２の他端に、夫々接続されている。出力端子１１ｃは信号出力線１２の一端に接続されている。抵抗器Ｒ３の一端は、抵抗器Ｒ１の他端及び反転入力端子１１ａに接続され、他端は出力端子１１ｃに接続されている。抵抗器Ｒ４の一端は、抵抗器Ｒ２の他端及び非反転入力端子１１ｂに接続され、他端は接地されている。信号出力線１２の他端は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電流値信号入力端子に接続されている。電源入力端子１１ｄには、オペアンプ１１を動作させるための電源電圧Ｖｃｃが入力される。接地端子１１ｅは接地されている。
【００３２】
オペアンプ１１は、２本の信号線から入力される反転入力端子１１ａと非反転入力端子１１ｂとの間の電圧を増幅し、増幅した電圧を出力端子１１ｃから信号出力線１２へ出力する。本実施例においては、オペアンプ１１を含む増幅器１０は差動増幅回路を構成し、その入力電圧と出力電圧との比率である増幅率は、抵抗器Ｒ１の抵抗値ｒ１及び抵抗器Ｒ３の抵抗値ｒ３を用いて、ｒ３／ｒ１で表される。
【００３３】
すなわち、増幅器１０は、信号線９ａ及び９ｂを介して入力されるシャント抵抗器Ｒ０の両端間の電圧をｒ３／ｒ１倍に増幅して信号出力線１２に出力する。ここで、シャント抵抗器Ｒ０の抵抗値は一定であるため、シャント抵抗器Ｒ０の両端間の電圧はシャント抵抗器Ｒ０に流れる電流に比例する。更に、抵抗器Ｒ１の抵抗値ｒ１及び抵抗器Ｒ３の抵抗値ｒ３も一定であるため、増幅器１０の増幅率も一定である。したがって、増幅器１０は、シャント抵抗器Ｒ０の両端間を流れる電流、すなわちバスバー７を流れる電流に比例した電圧を電流値信号として信号出力線１２へ出力する。
【００３４】
発電機２及びバッテリ３からＤＣ／ＤＣコンバータ４に供給される電流は変動する。また、ワイヤハーネス６及びバスバー７上になんらかの原因により過電流が発生することがある。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、信号出力線１２を介して電流検出回路１から入力される電流値信号を監視し、例えばバスバー７に流れる電流を所望の値に制限する。
【００３５】
ここで、バスバー７に電流が流れる場合、シャント抵抗器Ｒ０にジュール熱が発生する。シャント抵抗器Ｒ０に発生したジュール熱がオペアンプ１１に伝導及び輻射された場合、熱によりオペアンプ１１のオフセット電圧が変動する所謂温度ドリフトが発生する。斯かる場合、オペアンプ１１が出力する電流値信号に誤差が発生する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４がバスバー７に流れる電流を正しく制御することができなくなる。
【００３６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が有するスイッチング素子４０がスイッチングを行うことにより発生するスイッチングノイズといった様々なノイズによってもオペアンプ１１が影響され、オペアンプ１１の出力電圧に誤差が生じることがある。
【００３７】
本実施の形態に係る電流検出回路１においては、バスバー７及びシャント抵抗器Ｒ０とオペアンプ１１を有する増幅器１０とを夫々別の第１回路基板Ａ及び第２回路基板Ｂ上に設けることにより、抵抗器Ｒ０に発生したジュール熱がオペアンプ１１に伝導及び輻射されることを防ぐことができる。また、スイッチング素子４０と増幅器１０についても夫々別の回路基板上に設けられているため、スイッチング素子４０が発するノイズがオペアンプ１１に誘起することも防ぐことができる。したがって、熱及びノイズがオペアンプ１１に与える影響を低減することができるため、オペアンプ１１の出力電圧の誤差及び変動を低減することができる。
【００３８】
加えて、バスバー７及びシャント抵抗器Ｒ０と増幅器１０とを夫々別の第１回路基板Ａ及び第２回路基板Ｂ上に設けることにより、第１回路基板Ａの接地電位が変動しても、オペアンプ１１の接地端子１１ｅが接続された第２回路基板Ｂの接地電位には影響を及ぼさない。したがって、オペアンプ１１の接地端子１１ｅの電位の変動による出力電圧の誤差を低減することができる。
【００３９】
更に、信号線９ａ及び９ｂを平行的に設置するため、これらを近接して配した場合は信号線９ａ及び９ｂに誘起するコモンモードノイズの大きさが略等しくなる。この場合、信号線９ａと９ｂとの間の電圧はコモンモードノイズに影響され難いため、オペアンプ１１の出力電圧のノイズによる変動を低減することができる。
【００４０】
以上の構成により、本実施の形態１に係る電流検出回路１は、シャント抵抗器Ｒ０からの熱及びスイッチング素子４０からのノイズによる増幅器１０への影響を抑え、高精度で電流を検出することができる。
【００４１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２においては、２本の信号線はツイストペアケーブルである。以下、本実施の形態２における、実施の形態１と異なる特徴について具体的に説明する。実施の形態１と共通の点については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３は、本発明の実施の形態２に係る電流検出回路１を示す回路図である。実施の形態２においては、信号線９ａと９ｂとは、第１回路基板Ａと第２回路基板Ｂとの間で撚り合わされ、ＳＴＰ（Shielded Twisted Pair）ケーブル又はＵＴＰ（Unshielded Twisted Pair）ケーブル等のツイストペアケーブルとなっている。これにより、信号線９ａと９ｂとに誘起したノーマルモードノイズが打ち消されるため、信号線９ａと９ｂとの電圧はノーマルモードノイズによる影響を受け難い。したがって、オペアンプ１１の入力電圧のノーマルモードノイズによる変動を低減することができる。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００４３】
以上の構成により、本実施の形態２に係る電流検出回路１は、シャント抵抗器Ｒ０からの熱及びスイッチング素子４０からのノイズによる増幅器１０への影響を抑え、高精度で電流を検出することができる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１  電流検出回路
２  発電機
３  バッテリ
４  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５  負荷
６  ワイヤハーネス
７  バスバー
８ａ，８ｂ  ジャンパチップ
９ａ，９ｂ  信号線
１０  増幅器
１１  オペアンプ
１１ａ  反転入力端子
１１ｂ  非反転入力端子
１１ｃ  出力端子
１１ｄ  電源入力端子
１１ｅ  接地端子
１２  信号出力線
４０  スイッチング素子
Ａ  第１回路基板
Ｂ  第２回路基板
Ｒ０  シャント抵抗器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  抵抗器
１００  給電システム
【図１】
2016003916.tif 000003
【図２】
2016003916.tif 000004
【図３】
2016003916.tif 000005