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JP2009052992A - Current detection device - Google Patents

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JP2009052992A
JP2009052992A JP2007219062A JP2007219062A JP2009052992A JP 2009052992 A JP2009052992 A JP 2009052992A JP 2007219062 A JP2007219062 A JP 2007219062A JP 2007219062 A JP2007219062 A JP 2007219062A JP 2009052992 A JP2009052992 A JP 2009052992A
Authority
JP
Japan
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current
amplifier
voltage
detection
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007219062A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Osawa
岳史 大澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect highly accurately a current in a plus range and in a minus range by using a simple power source. <P>SOLUTION: This current detection device is equipped with a current sensor 1 for detecting a positive/negative current, and outputting a detection signal from 0V to a plus side voltage; a first amplifier 2A for performing level shift of the detection signal from the current sensor 1, and outputting an amplified signal of a positive voltage by amplifying the detection signal equivalent to a positive current; a second amplifier 2B for performing level shift of the detection signal from the current sensor 1, and outputting an amplified signal of a positive voltage by inverting and amplifying the detection signal equivalent to a negative current; and an A/D converter 3 for converting each amplified signal from the first amplifier 2A and the second amplifier 2B into each digital signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、−範囲から＋範囲までの電流を検出する電流検出装置に関し、とくに、−範囲から＋範囲までの電流を検出して０Ｖから＋範囲の検出信号を出力する電流センサーを備える電流検出装置に関する。   The present invention relates to a current detection device that detects a current from a −range to a + range, and in particular, a current detection that includes a current sensor that detects a current from a −range to a + range and outputs a detection signal from 0 V to a + range. Relates to the device.

−範囲から＋範囲の電流を検出する電流検出装置は、主としてハイブリッドカー等の車両用の電源装置に使用される。この電流検出装置は、電池に流れる電流を検出して電池の残容量の演算に利用される。−範囲から＋範囲までの電流を検出する電流検出装置は開発されている。（特許文献１参照）   A current detection device that detects a current in a + range to a + range is mainly used for a power supply device for a vehicle such as a hybrid car. This current detection device detects the current flowing through the battery and is used for calculating the remaining capacity of the battery. Current detection devices that detect current from the -range to the + range have been developed. (See Patent Document 1)

特許文献１の電流検出装置は、０Ａ〜＋範囲の電流を検出して０Ｖ〜＋電圧の検出信号を出力し、０Ａ〜−範囲の電流を検出して０Ｖ〜−電圧の検出信号を出力する電流センサを備える。この電流センサは、０Ａ〜＋範囲の検出信号と、０Ａ〜−範囲の検出信号を出力するので、出力信号を処理するために＋電源と−電源の両方を必要とする。このため、電源の回路構成が複雑になる。電流センサの検出信号は、レベルシフトして−範囲から＋範囲の電流を０Ｖから＋範囲の検出信号に変換できる。（特許文献２参照）
特開２００２−６２３４１号公報 特開平９−１８２３００号公報 The current detection device of Patent Document 1 detects a current in the range of 0A to +, outputs a detection signal of 0V to + voltage, detects a current in the range of 0A to-, and outputs a detection signal of 0V to-voltage. A current sensor is provided. Since this current sensor outputs a detection signal in the range of 0A to + and a detection signal in the range of 0A to-, both the + power source and the-power source are required to process the output signal. This complicates the circuit configuration of the power supply. The detection signal of the current sensor can be level-shifted to convert a current in the −range to + range to a detection signal in the 0V to + range. (See Patent Document 2)
JP 2002-62341 A JP-A-9-182300

特許文献２の電流検出装置は、電流センサの出力をレベルシフトして０Ｖから＋電圧に変換するので、電流センサの出力を＋電源のみで処理できる。ただ、この回路構成は電流の検出精度が低くなる欠点がある。それは、０Ｖ〜＋電圧に変換された検出信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換するからである。たとえば、−１００Ａ〜＋１００Ａの電流を検出して、８ビットのＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換すると、１ビットの分解能は約０．２Ａとなり、２００ｍＡ以下の分解能で電流を検出できない。   Since the current detection device of Patent Document 2 shifts the output of the current sensor from 0V to + voltage, it can process the output of the current sensor only with the + power supply. However, this circuit configuration has a drawback that the current detection accuracy is lowered. This is because the A / D converter converts the detection signal converted from 0V to + voltage into a digital signal. For example, when a current of −100 A to +100 A is detected and converted to a digital signal by an 8-bit A / D converter, the 1-bit resolution is about 0.2 A, and the current cannot be detected with a resolution of 200 mA or less.

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な電源を使用して−範囲〜＋範囲の電流を高精度に検出できる電流検出装置を提供することにある。   The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a current detection device that can detect a current in a −range to + range with high accuracy using a simple power supply.

本発明の電流検出装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電流検出装置は、正負の電流を検出して、０Ｖから＋側電圧の検出信号を出力する電流センサ１と、この電流センサ１の検出信号をレベルシフトして、正電流に相当する検出信号を増幅して正電圧の増幅信号を出力する第１のアンプ２Ａと、電流センサ１の検出信号をレベルシフトして、負電流に相当する検出信号を反転して増幅して、正電圧の増幅信号を出力する第２のアンプ２Ｂと、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの増幅信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３とを備える。 In order to achieve the above object, the current detection device of the present invention has the following configuration.
The current detection device detects a positive / negative current and outputs a detection signal from 0 V to a positive side voltage, and level-shifts the detection signal of the current sensor 1 to generate a detection signal corresponding to a positive current. The first amplifier 2A that amplifies and outputs a positive voltage amplified signal, and the level detection signal of the current sensor 1 is level-shifted to invert and amplify the detection signal corresponding to the negative current to obtain a positive voltage amplified signal. And an A / D converter 3 that converts the amplified signal of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B into a digital signal.

本発明の請求項２の電流検出装置は、検出する電流を０Ａとする状態で、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの出力を０Ｖにレベルシフトするレベルシフト電圧を出力するＤ／Ａコンバータ４を備えている。   The current detection apparatus according to claim 2 of the present invention outputs a level shift voltage for level-shifting the outputs of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B to 0V in a state where the detected current is 0A. A converter 4 is provided.

本発明の請求項３の電流検出装置は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの増幅率を異なるように設定している。   In the current detection device according to claim 3 of the present invention, the amplification factors of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B are set to be different.

本発明の請求項４の電流検出装置は、Ａ／Ｄコンバータ３の出力側に、検出電流を補正する補正回路８を設けている。   According to a fourth aspect of the present invention, a correction circuit 8 for correcting the detected current is provided on the output side of the A / D converter 3.

本発明の請求項５の電流検出装置は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの検出信号を設定値に比較して故障を判定する故障検出回路９を備えている。   The current detection device according to claim 5 of the present invention includes a failure detection circuit 9 that determines a failure by comparing detection signals of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B with a set value.

本発明は、簡単な電源を使用して−範囲〜＋範囲の電流を高精度に検出できる特徴がある。それは、本発明の電流検出装置が、正負の電流、すなわち−範囲〜＋範囲の電流を検出して、０Ｖから＋側電圧の検出信号を出力する電流センサと、この電流センサの検出信号をレベルシフトして、正電流に相当する検出信号を増幅して正電圧の増幅信号を出力する第１のアンプと、電流センサの検出信号をレベルシフトして、負電流に相当する検出信号を反転して増幅して、正電圧の増幅信号を出力する第２のアンプと、第１のアンプと第２のアンプの増幅信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを備えるからである。   The present invention is characterized in that a current in the −range to + range can be detected with high accuracy using a simple power supply. The current detection device of the present invention detects a positive / negative current, that is, a current in the −range to + range, and outputs a detection signal from 0V to the + side voltage, and the detection signal of this current sensor is leveled. The first amplifier that shifts and amplifies the detection signal corresponding to the positive current and outputs the amplified signal of the positive voltage, and level-shifts the detection signal of the current sensor and inverts the detection signal corresponding to the negative current This is because it includes a second amplifier that amplifies and outputs an amplified signal of a positive voltage, and an A / D converter that converts the amplified signal of the first amplifier and the second amplifier into a digital signal.

たとえば、本発明は、電流センサでもって、−１００Ａ〜＋１００Ａの電流を検出して０Ｖ〜５Ｖの検出信号を出力する。出力される０Ｖ〜５Ｖの検出信号は、第１のアンプでもって、２．５Ｖ〜５Ｖの範囲の検出信号が増幅され、第２のアンプでもって０Ｖ〜２．５Ｖの範囲の検出信号が増幅される。第１のアンプは、０Ａ〜＋１００Ａの電流に相当する２．５Ｖ〜５Ｖの検出信号をレベルシフトして０Ｖ〜５Ｖの増幅信号として出力する。第２のアンプは−１００Ａ〜０Ａの電流に相当する０Ｖ〜２．５Ｖの検出信号をレベルシフトすると共に、反転して０Ｖ〜５Ｖの増幅信号として出力する。第１のアンプから出力される０Ｖ〜５Ｖの増幅信号と、第２のアンプから出力される０Ｖ〜５Ｖの増幅信号がＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換されて、電流が検出される。   For example, the present invention detects a current of −100 A to +100 A with a current sensor and outputs a detection signal of 0 V to 5 V. The detection signal in the range of 0V to 5V is amplified by the first amplifier, and the detection signal in the range of 2.5V to 5V is amplified by the first amplifier, and the detection signal in the range of 0V to 2.5V is amplified by the second amplifier. Is done. The first amplifier shifts the level of a detection signal of 2.5 V to 5 V corresponding to a current of 0 A to +100 A and outputs it as an amplified signal of 0 V to 5 V. The second amplifier level-shifts a detection signal of 0V to 2.5V corresponding to a current of -100A to 0A, and inverts and outputs it as an amplified signal of 0V to 5V. The amplified signal of 0V to 5V output from the first amplifier and the amplified signal of 0V to 5V output from the second amplifier are converted into digital signals by the A / D converter, and current is detected.

以上の電流検出装置は、たとえば電流センサの検出信号を直接にＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換する従来の装置に比較すると、同じＡ／Ｄコンバータを使用しながら２倍の精度で電流を検出できる。それは、Ａ／Ｄコンバータの１ビットに相当する分解能が１／２となるからである。たとえば、−１００Ａ〜＋１００Ａの電流を検出して、８ビットのＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換する従来の装置は、１ビットの分解能が約０．２Ａとなるが、本発明の電流検出装置は、１ビットの分解能を０．１Ａとして２倍の精度で電流を検出できる。   The current detection device described above detects current with twice the accuracy while using the same A / D converter, compared to the conventional device that directly converts the detection signal of the current sensor into a digital signal by an A / D converter, for example. it can. This is because the resolution corresponding to 1 bit of the A / D converter is halved. For example, a conventional apparatus that detects a current of −100 A to +100 A and converts it into a digital signal by an 8-bit A / D converter has a 1-bit resolution of about 0.2 A. Can detect the current with double accuracy with a 1-bit resolution of 0.1A.

さらに、本発明の請求項２の電流検出装置は、検出する電流を０Ａとする状態で、第１のアンプと第２のアンプの出力を０Ｖにレベルシフトするレベルシフト電圧を出力するＤ／Ａコンバータを備える。この装置は、正確なレベルシフト電圧を第１のアンプと第２のアンプに出力して、０Ａ近傍の電流を正確に検出できる。   Furthermore, the current detection device according to claim 2 of the present invention outputs a level shift voltage for level-shifting the outputs of the first amplifier and the second amplifier to 0 V in a state where the detected current is 0 A. Provide a converter. This device can accurately detect a current in the vicinity of 0 A by outputting an accurate level shift voltage to the first amplifier and the second amplifier.

また、本発明の請求項３の電流検出装置は、第１のアンプと第２のアンプの増幅率を異なるように設定するので、たとえば、第１のアンプの増幅率を大きくして、＋の小電流を正確に検出し、また第２のアンプの増幅率を大きくして、−の小電流を正確に検出できる。   In the current detection device according to claim 3 of the present invention, since the amplification factors of the first amplifier and the second amplifier are set to be different, for example, the amplification factor of the first amplifier is increased and + A small current can be accurately detected, and the amplification factor of the second amplifier can be increased to accurately detect a small current.

さらにまた、本発明の請求項４の電流検出装置は、Ａ／Ｄコンバータの出力側に、検出電流を補正する補正回路を設けているので、電流センサやアンプの直線性を補正して電流を正確に検出できる。   Furthermore, since the current detection device according to claim 4 of the present invention is provided with a correction circuit for correcting the detection current on the output side of the A / D converter, the current is detected by correcting the linearity of the current sensor or the amplifier. It can be detected accurately.

また、本発明の請求項５の電流検出装置は、第１のアンプと第２のアンプの検出信号を設定値に比較して故障を判定する故障検出回路を備えるので、検出信号の大きさから電流センサやアンプの故障を判定できる。   In addition, the current detection device according to claim 5 of the present invention includes a failure detection circuit that determines a failure by comparing the detection signals of the first amplifier and the second amplifier with a set value. A failure of the current sensor or amplifier can be determined.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電流検出装置を例示するものであって、本発明は電流検出装置を以下のものに特定しない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following embodiments exemplify a current detection device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the current detection device as follows.

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。   Further, in this specification, for easy understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the embodiments are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.

図１の電流検出装置は、主として車両用の電源装置に装備されて、電池に流れる放電電流と充電電流を検出する。放電電流と充電電流は流れる向きが逆になるので、一方の電流を＋電流とするとき、他方の電流は−電流となる。電流検出装置は、たとえば、放電電流を＋電流、充電電流を−電流として検出し、あるいは充電電流を＋電流、充電電流を−電流として検出する。   The current detection device shown in FIG. 1 is mainly installed in a power supply device for a vehicle, and detects a discharge current and a charge current flowing in a battery. Since the discharge current and the charging current flow in opposite directions, when one current is a positive current, the other current is a negative current. The current detection device detects, for example, a discharge current as a positive current and a charging current as a negative current, or a charging current as positive current and a charging current as negative current.

図の電流検出装置は、充電電流と放電電流を検出する電流センサ１と、この電流センサ１の出力を増幅する第１のアンプ２Ａ及び第２のアンプ２Ｂと、アンプ２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３と、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂにレベルシフト電圧を出力するＤ／Ａコンバータ４とを備える。   The current detection device shown in FIG. 1 includes a current sensor 1 that detects a charging current and a discharging current, a first amplifier 2A and a second amplifier 2B that amplify the output of the current sensor 1, and an analog signal output from the amplifier 2. Is converted to a digital signal, and a D / A converter 4 that outputs a level shift voltage to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B is provided.

電流センサ１は、正負の電流を検出して、０Ｖから＋側電圧の検出信号を出力する。この電流センサ１は、正負の電流を検出して、＋側の検出信号のみを出力するので、図２に示すように、検出する−電流が大きくなると出力電圧が小さくなって、＋電流が大きくなると出力電圧を大きくする。図２に示すように、検出される正負の最大電流の絶対値が同じであると、検出信号は出力電圧の１／２が０Ａを検出する電圧値となる。図２に示す検出電流−出力電圧特性の電流センサ１は、検出する正負の最大電流の絶対値を１００Ａとし、検出信号の最大電圧を５Ｖとする。したがって、この電流センサ１は０Ａを検出する検出信号の電圧は２．５Ｖとなる。   The current sensor 1 detects positive and negative currents and outputs a detection signal from 0 V to a positive side voltage. Since this current sensor 1 detects positive and negative currents and outputs only a positive detection signal, as shown in FIG. 2, when the detected −current increases, the output voltage decreases and the + current increases. Then increase the output voltage. As shown in FIG. 2, if the absolute values of the detected positive and negative maximum currents are the same, the detection signal has a voltage value at which 1/2 of the output voltage detects 0A. The current sensor 1 having the detection current-output voltage characteristic shown in FIG. 2 sets the absolute value of the positive and negative maximum currents to be detected to 100 A, and the maximum voltage of the detection signal to 5 V. Therefore, this current sensor 1 has a detection signal voltage of 2.5V for detecting 0A.

電流センサは、必ずしも正負の最大電流の絶対値を同じ値とはしない。＋側の最大電流を−側の最大電流よりも大きく、あるいは−側の最大電流を＋側の最大電流よりも大きくすることもできる。この電流センサは、０Ａを検出するときの出力電圧が最大出力電圧の１／２にはならない。たとえば、図３に示すように、−側の最大電流を１００Ａとし、＋側の最大電流を１５０Ａとして、検出信号の最大電圧を５Ｖとする電流センサは、０Ａを検出するときの出力電圧を２Ｖとする。   The current sensor does not necessarily make the absolute value of the positive and negative maximum currents the same value. The maximum current on the + side can be made larger than the maximum current on the − side, or the maximum current on the − side can be made larger than the maximum current on the + side. In this current sensor, the output voltage when detecting 0 A does not become 1/2 of the maximum output voltage. For example, as shown in FIG. 3, a current sensor in which the maximum current on the negative side is set to 100A, the maximum current on the positive side is set to 150A, and the maximum voltage of the detection signal is 5V, the output voltage when detecting 0A is 2V. And

さらに、図１の電流検出装置は、電流センサ１の出力側にバッファーアンプ５を接続している。バッファーアンプ５は、増幅率を１とし、出力インピーダンスを低く、入力インピーダンスを高くするアンプで、電流センサ１から出力される検出信号を安定して第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂに入力する。したがって、バッファーアンプ５を介して電流センサ１の出力を第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂに入力する装置は、電流センサ１の検出信号を正確にアンプに入力できる。ただ、バッファーアンプは、必ずしも設ける必要はなく、電流センサの出力を直接にアンプに入力することもできる。   Furthermore, the current detection device of FIG. 1 has a buffer amplifier 5 connected to the output side of the current sensor 1. The buffer amplifier 5 is an amplifier having an amplification factor of 1, a low output impedance, and a high input impedance. The detection signal output from the current sensor 1 is stably input to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B. To do. Therefore, a device that inputs the output of the current sensor 1 to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B via the buffer amplifier 5 can accurately input the detection signal of the current sensor 1 to the amplifier. However, the buffer amplifier is not necessarily provided, and the output of the current sensor can be directly input to the amplifier.

第１のアンプ２Ａは、この電流センサ１の検出信号をレベルシフトして、正電流に相当する検出信号を増幅して正電圧の増幅信号を出力する。図２と図３において、０Ａ〜＋側最大電流の範囲を検出する出力電圧をレベルシフトして増幅する。図２の出力特性の電流センサ１は、０Ａ〜＋側最大電流を検出して、２．５Ｖ〜５Ｖの検出信号を出力する。図１に示す第１のアンプ２Ａは差動アンプで、＋側の入力端子に電流センサ１の出力を入力して、−側の入力端子にレベルシフト電圧を入力している。レベルシフト電圧は、０Ａを検出する電流センサ１の出力電圧、図２においては２．５Ｖ、図３においては２Ｖに設定される。   The first amplifier 2A shifts the level of the detection signal of the current sensor 1, amplifies the detection signal corresponding to the positive current, and outputs a positive voltage amplification signal. 2 and 3, the output voltage for detecting the range of 0 A to + side maximum current is level-shifted and amplified. The current sensor 1 having the output characteristics shown in FIG. 2 detects the 0A to + side maximum current and outputs a detection signal of 2.5V to 5V. The first amplifier 2A shown in FIG. 1 is a differential amplifier, and the output of the current sensor 1 is input to the + side input terminal, and the level shift voltage is input to the − side input terminal. The level shift voltage is set to the output voltage of the current sensor 1 that detects 0 A, 2.5 V in FIG. 2, and 2 V in FIG.

第１のアンプ２Ａである差動アンプは、−側の入力端子に入力されるレベルシフト電圧によって、図１の実線Ａで示す位置から、鎖線Ｂで示す位置にレベルシフトされる。差動アンプが−側の入力端子と＋側の入力端子の差電圧を増幅することから、−側の入力端子に入力されるレベルシフト電圧によってレベルシフトされるからである。したがって、第１のアンプ２Ａである差動アンプは、−側の入力端子と＋側の入力端子との間には、図に示すように０Ａ〜１００Ａの電流を検出する２．５Ｖ〜５Ｖの電圧が、０Ｖ〜２．５Ｖの電圧にレベルシフトして入力される。   The differential amplifier that is the first amplifier 2A is level-shifted from the position indicated by the solid line A in FIG. 1 to the position indicated by the chain line B by the level shift voltage input to the negative input terminal. This is because the differential amplifier amplifies the difference voltage between the negative input terminal and the positive input terminal, and is level-shifted by the level shift voltage input to the negative input terminal. Therefore, the differential amplifier that is the first amplifier 2A has a voltage of 2.5V to 5V that detects a current of 0A to 100A as shown in the figure between the negative input terminal and the positive input terminal. The voltage is level-shifted to a voltage of 0V to 2.5V and input.

第１のアンプ２Ａは、レベルシフトして入力される０Ｖ〜２．５Ｖの電圧を２倍に増幅して、図の実線Ｃで示すように、０Ｖ〜５Ｖの増幅信号として出力する。この第１のアンプ２Ａの増幅率は２倍となる。ただ、第１のアンプの増幅率は、最大出力電圧と最大入力電圧の比率から特定され、増幅率＝最大出力電圧／最大入力電圧に特定される。図３の出力特性の電流センサから出力される検出信号を増幅する第１のアンプは、最大入力電圧を０Ｖ〜３Ｖとするので、最大出力電圧を５Ｖとする差動アンプにあっては、増幅率を５／３とする。   The first amplifier 2A amplifies the voltage of 0V to 2.5V inputted by level shifting twice, and outputs it as an amplified signal of 0V to 5V as indicated by a solid line C in the figure. The amplification factor of the first amplifier 2A is doubled. However, the amplification factor of the first amplifier is specified from the ratio between the maximum output voltage and the maximum input voltage, and is specified as amplification factor = maximum output voltage / maximum input voltage. The first amplifier that amplifies the detection signal output from the current sensor having the output characteristics shown in FIG. 3 has a maximum input voltage of 0V to 3V. The rate is 5/3.

第２のアンプ２Ｂも、電流センサ１の検出信号をレベルシフトして、負電流に相当する検出信号を増幅して正電圧の増幅信号を出力する。図２と図３において、０Ａ〜−側最大電流の範囲を検出する出力電圧をレベルシフトして増幅する。図２の出力特性の電流センサ１は、−側最大電流〜０Ａの電流を検出して、０Ｖ〜２．５Ｖの検出信号を出力する。図１に示す第２のアンプ２Ｂも差動アンプで、−側の入力端子に電流センサ１の出力を入力している。−側の入力端子に電流センサ１の検出信号を入力する第２のアンプ２Ｂは、入力信号を反転して出力する。電流センサ１の検出信号が、−側の最大電流を検出する出力電圧を、０Ａを検出する電圧よりも低くしているので、第２のアンプ２Ｂから出力される信号を、０Ａで小さくし、最大電流で大きくするためである。第２のアンプ２Ｂは、電流センサ１から入力される検出信号をレベルシフトするために、＋側の入力端子にレベルシフト電圧を入力している。レベルシフト電圧は、０Ａを検出する電流センサ１の出力電圧、図２においては２．５Ｖ、図３においては２Ｖに設定される。   The second amplifier 2B also shifts the level of the detection signal of the current sensor 1, amplifies the detection signal corresponding to the negative current, and outputs a positive voltage amplification signal. 2 and 3, the output voltage for detecting the range of 0 A to-side maximum current is level-shifted and amplified. The current sensor 1 having the output characteristics shown in FIG. 2 detects a current of −side maximum current to 0 A and outputs a detection signal of 0 V to 2.5 V. The second amplifier 2B shown in FIG. 1 is also a differential amplifier, and the output of the current sensor 1 is input to the negative input terminal. The second amplifier 2B that inputs the detection signal of the current sensor 1 to the negative input terminal inverts and outputs the input signal. Since the detection signal of the current sensor 1 makes the output voltage for detecting the negative side maximum current lower than the voltage for detecting 0A, the signal output from the second amplifier 2B is made small at 0A, This is to increase the maximum current. The second amplifier 2B inputs a level shift voltage to the + side input terminal in order to level shift the detection signal input from the current sensor 1. The level shift voltage is set to the output voltage of the current sensor 1 that detects 0 A, 2.5 V in FIG. 2, and 2 V in FIG.

第２のアンプ２Ｂである差動アンプは、＋側の入力端子に入力されるレベルシフト電圧によって、図１の実線Ｄで示す位置から、鎖線Ｅで示す位置にレベルシフトされる。差動アンプが−側の入力端子と＋側の入力端子の差電圧を増幅することから、＋側の入力端子に入力されるレベルシフト電圧によってレベルシフトされるからである。したがって、第２のアンプ２Ｂである差動アンプは、−側の入力端子と＋側の入力端子との間には、＋側の入力端子を基準にすると、図の実線Ｆで示すように−１００Ａ〜０Ａの電流を検出する０Ｖ〜２．５Ｖの電圧が、−２．５Ｖ〜０Ｖの電圧にレベルシフトして入力される。第２のアンプ２Ｂは、入力信号を反転して増幅するので、出力電圧は図の実線Ｇで示す特性、すなわち、０Ａ〜−１００Ａの電流を検出して、０Ｖ〜５Ｖの出力電圧を出力する。   The differential amplifier which is the second amplifier 2B is level-shifted from the position indicated by the solid line D in FIG. 1 to the position indicated by the chain line E by the level shift voltage input to the + side input terminal. This is because the differential amplifier amplifies the difference voltage between the negative input terminal and the positive input terminal, and is level-shifted by the level shift voltage input to the positive input terminal. Therefore, the differential amplifier which is the second amplifier 2B has a negative input terminal between the negative input terminal and the positive input terminal as shown by a solid line F in FIG. A voltage of 0 V to 2.5 V for detecting a current of 100 A to 0 A is level-shifted to a voltage of −2.5 V to 0 V and input. Since the second amplifier 2B inverts and amplifies the input signal, the output voltage has a characteristic indicated by a solid line G in the figure, that is, detects a current of 0A to -100A and outputs an output voltage of 0V to 5V. .

第２のアンプ２Ｂは、入力される−２．５Ｖ〜０Ｖの信号を反転して２倍に増幅して、５Ｖ〜０Ｖの増幅信号として出力する。この第２のアンプ２Ｂは、０Ａを検出するときの出力電圧を０Ｖとし、−１００Ａの電流を検出する出力で５Ｖを出力する。すなわち、０Ａ〜−１００Ａの電流を検出して０Ｖ〜５Ｖの検出信号を出力する。すなわち、−側の電流が大きくなるにしたがって電圧を高くする検出信号を出力する。この第２のアンプ２Ｂの増幅率は２倍となる。ただ、第２のアンプ２Ｂの増幅率は、最大出力電圧と最大入力電圧の比率から特定されるので、増幅率＝最大出力電圧／最大入力電圧に特定される。図３の出力特性の電流センサから出力される検出信号を増幅する第２のアンプは、最大入力電圧を０Ｖ〜２Ｖとするので、最大出力電圧を５Ｖとする差動アンプにあっては、増幅率を５／２とする。   The second amplifier 2B inverts the input -2.5V to 0V signal and amplifies it by a factor of 2, and outputs the amplified signal as a 5V to 0V amplified signal. The second amplifier 2B sets the output voltage when detecting 0A to 0V, and outputs 5V with an output detecting a current of -100A. That is, a current of 0A to -100A is detected and a detection signal of 0V to 5V is output. That is, a detection signal that increases the voltage as the negative current increases is output. The amplification factor of the second amplifier 2B is doubled. However, since the amplification factor of the second amplifier 2B is specified from the ratio of the maximum output voltage and the maximum input voltage, it is specified as amplification factor = maximum output voltage / maximum input voltage. The second amplifier that amplifies the detection signal output from the current sensor having the output characteristics shown in FIG. 3 has a maximum input voltage of 0V to 2V. The rate is 5/2.

第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの増幅信号は、Ａ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換して出力される。Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるデジタル信号は、電流センサ１が検出する電流値をデジタル信号として出力する。Ａ／Ｄコンバータ３は、第１のアンプ２Ａの増幅信号をデジタル信号に変換して、０Ａ〜＋側最大電流の電流値をデジタル信号として出力する。また、Ａ／Ｄコンバータ３は、第２のアンプ２Ｂの増幅信号をデジタル信号に変換して、０Ａ〜−側最大電流の電流値をデジタル信号として出力する。   The amplified signals of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B are converted into digital signals by the A / D converter 3 and output. The digital signal output from the A / D converter 3 outputs the current value detected by the current sensor 1 as a digital signal. The A / D converter 3 converts the amplified signal of the first amplifier 2A into a digital signal, and outputs the current value of the 0A to + side maximum current as a digital signal. In addition, the A / D converter 3 converts the amplified signal of the second amplifier 2B into a digital signal, and outputs the current value of the 0A to-side maximum current as a digital signal.

さらに、図１の電流検出装置は、検出する電流を０Ａとする状態で、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの出力を０Ｖにレベルシフトするレベルシフト電圧を出力するＤ／Ａコンバータ４を備えている。このＤ／Ａコンバータ４は、制御回路６から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換してレベルシフト電圧を出力する。制御回路６は、検出電流を０Ａとする状態、あるいは、電流センサ１の出力を０Ａとする状態で、Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるデジタル信号を検出し、この信号を０Ａとするように、Ｄ／Ａコンバータ４を介してレベルシフト電圧を第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂに入力する。すなわち、制御回路６は、Ａ／Ｄコンバータ３の出力を、Ｄ／Ａコンバータ４を介して第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂにフィードバックして、Ａ／Ｄコンバータ３の出力を０Ａに制御する。   Further, the current detection device of FIG. 1 outputs a level shift voltage that shifts the outputs of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B to 0V in a state where the detected current is 0A. It has. The D / A converter 4 converts the digital signal input from the control circuit 6 into an analog signal and outputs a level shift voltage. The control circuit 6 detects the digital signal output from the A / D converter 3 in a state where the detected current is 0A or a state where the output of the current sensor 1 is 0A, and this signal is set to 0A. The level shift voltage is input to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B via the D / A converter 4. That is, the control circuit 6 feeds back the output of the A / D converter 3 to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B via the D / A converter 4, and sets the output of the A / D converter 3 to 0A. Control.

Ｄ／Ａコンバータ４から出力されるアナログ信号のレベルシフト電圧は、バッファーアンプ７を介して第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂに入力される。このバッファーアンプ７も、増幅率を１とし、出力インピーダンスを低く、入力インピーダンスを高くするアンプである。バッファーアンプ７は、Ｄ／Ａコンバータ４から出力されるレベルシフト電圧を安定に変動することなく、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂに入力する。ただ、バッファーアンプを省略して、Ｄ／Ａコンバータの出力を直接に第１のアンプと第２のアンプに入力することもできる。   The level shift voltage of the analog signal output from the D / A converter 4 is input to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B via the buffer amplifier 7. This buffer amplifier 7 is also an amplifier having an amplification factor of 1, a low output impedance, and a high input impedance. The buffer amplifier 7 inputs the level shift voltage output from the D / A converter 4 to the first amplifier 2A and the second amplifier 2B without stably changing. However, the buffer amplifier can be omitted, and the output of the D / A converter can be directly input to the first amplifier and the second amplifier.

図１の電流検出装置は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの増幅率を２として、入力される０Ｖ〜２．５Ｖの電圧を０Ｖ〜５Ｖに増幅して出力し、０Ｖ〜５Ｖの増幅信号をＡ／Ｄコンバータ３に入力する。本発明の電流検出装置は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの増幅率を異なるようにして、小電流領域の精度を高くすることができる。たとえば、アンプの増幅率を２から４の２倍にして、０Ｖ〜１．２５Ｖの入力電圧を０Ｖ〜５Ｖに増幅して出力し、これをＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換して、０Ａ〜５０Ａの電流を高精度に検出できる。第１のアンプの増幅率を高くして＋側の小電流を高精度に検出でき、また第２のアンプの増幅率を高くして−側の小電流を高精度に検出できる。アンプの増幅率を高くすると、小電流を高精度に検出できるが、検出できる電流範囲は小さくなる。したがって、小電流を検出するときにアンプの増幅率を大きくして検出精度を高くし、大電流を検出するときにはアンプの増幅率を小さくして検出する電流範囲を広くする。この電流検出装置は、増幅率が異なるアンプを切り換えて使用し、あるいはアンプの増幅率を変更して、小電流を高精度に大電流を広い検出範囲で検出できる。   The current detection device of FIG. 1 sets the amplification factors of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B to 2, amplifies the input voltage of 0V to 2.5V to 0V to 5V, and outputs the amplified voltage. 0V to 5V The amplified signal is input to the A / D converter 3. The current detection device of the present invention can increase the accuracy of the small current region by making the amplification factors of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B different. For example, the amplification factor of the amplifier is doubled from 2 to 4, an input voltage of 0V to 1.25V is amplified to 0V to 5V and output, and this is converted into a digital signal by an A / D converter. A current of ˜50 A can be detected with high accuracy. By increasing the amplification factor of the first amplifier, a small positive current can be detected with high accuracy, and by increasing the amplification factor of the second amplifier, a small negative current can be detected with high accuracy. When the amplification factor of the amplifier is increased, a small current can be detected with high accuracy, but the detectable current range is reduced. Therefore, the detection accuracy is increased by increasing the amplification factor of the amplifier when detecting a small current, and the current range to be detected is increased by decreasing the amplification factor of the amplifier when detecting a large current. This current detection device can detect a small current with high accuracy in a wide detection range by switching between amplifiers having different amplification factors or changing the amplification factor of the amplifiers.

図１の電流検出装置は、Ａ／Ｄコンバータ３の出力側に補正回路８を設けている。補正回路８は、電流センサ１とアンプ２とＡ／Ｄコンバータ３の直線性を補正する関数やテーブルを記憶している。この補正回路８は、入力されるデジタル信号を補正して出力する。したがって、この電流検出装置は、電流センサ１とアンプ２とＡ／Ｄコンバータ３に理想的な直線性でないものを使用しながら、電流を正確に検出できる。   The current detection device of FIG. 1 includes a correction circuit 8 on the output side of the A / D converter 3. The correction circuit 8 stores a function and a table for correcting the linearity of the current sensor 1, the amplifier 2, and the A / D converter 3. The correction circuit 8 corrects an input digital signal and outputs it. Therefore, the current detection device can accurately detect the current while using the current sensor 1, the amplifier 2, and the A / D converter 3 that are not ideal linearity.

さらに、図１の電流検出装置は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂの検出信号を設定値に比較して故障を判定する故障検出回路９を備える。この故障検出回路９は、第１のアンプ２Ａと第２のアンプ２Ｂから出力される検出信号を設定値に比較する。正常に動作するアンプ２から出力される検出信号の電圧範囲が０Ｖ〜５Ｖとするとき、５Ｖ以上の検出信号が出力されると故障と判定する。アンプ２が正常に動作する状態で、検出信号が５Ｖを超えることがないからである。また、アンプ２は、帰還抵抗の電気抵抗が変動すると増幅率が変化する。たとえば、増幅率を２に設定しているアンプ２の増幅率が２から３に変化すると、０Ｖ〜２．５Ｖの検出信号が入力されて、出力電圧は０Ｖ〜７．５Ｖと大きくなる。故障検出回路９は、アンプ２の出力電圧からアンプ２の故障を検出し、さらに、この出力電圧からアンプ２の増幅率を補正して、電流を正確に検出することもできる。すなわち、故障検出回路９は、アンプ２から出力される０Ｖ〜７．５Ｖの増幅信号を、０Ａ〜１００Ａの電流となるように補正して、アンプ２が故障する状態にあっても電流を正確に検出できる。   Furthermore, the current detection device of FIG. 1 includes a failure detection circuit 9 that determines a failure by comparing detection signals of the first amplifier 2A and the second amplifier 2B with a set value. The failure detection circuit 9 compares the detection signals output from the first amplifier 2A and the second amplifier 2B with set values. When the voltage range of the detection signal output from the normally operating amplifier 2 is 0 V to 5 V, it is determined that a failure occurs when a detection signal of 5 V or more is output. This is because the detection signal does not exceed 5V in a state where the amplifier 2 operates normally. The amplification factor of the amplifier 2 changes when the electrical resistance of the feedback resistor fluctuates. For example, when the amplification factor of the amplifier 2 whose amplification factor is set to 2 changes from 2 to 3, a detection signal of 0V to 2.5V is input, and the output voltage increases to 0V to 7.5V. The failure detection circuit 9 can detect a failure of the amplifier 2 from the output voltage of the amplifier 2 and further correct the amplification factor of the amplifier 2 from this output voltage to accurately detect the current. That is, the failure detection circuit 9 corrects the amplified signal of 0V to 7.5V output from the amplifier 2 so that it becomes a current of 0A to 100A, so that the current can be accurately corrected even if the amplifier 2 is in a state of failure. Can be detected.

本発明の一実施例にかかる電流検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the electric current detection apparatus concerning one Example of this invention. 電流センサの検出電流−出力電圧特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the detection current-output voltage characteristic of a current sensor. 電流センサの検出電流−出力電圧特性の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the detection current-output voltage characteristic of a current sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１…電流センサ
２…アンプ ２Ａ…第１のアンプ
２Ｂ…第２のアンプ
３…Ａ／Ｄコンバータ
４…Ｄ／Ａコンバータ
５…バッファーアンプ
６…制御回路
７…バッファーアンプ
８…補正回路
９…故障検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current sensor 2 ... Amplifier 2A ... 1st amplifier
2B ... 2nd amplifier 3 ... A / D converter 4 ... D / A converter 5 ... Buffer amplifier 6 ... Control circuit 7 ... Buffer amplifier 8 ... Correction circuit 9 ... Fault detection circuit

Claims (5)

正負の電流を検出して、０Ｖから＋側電圧の検出信号を出力する電流センサ(1)と、この電流センサ(1)の検出信号をレベルシフトして、正電流に相当する検出信号を増幅して正電圧の増幅信号を出力する第１のアンプ(2A)と、電流センサ(1)の検出信号をレベルシフトして、負電流に相当する検出信号を反転して増幅して、正電圧の増幅信号を出力する第２のアンプ(2B)と、第１のアンプ(2A)と第２のアンプ(2B)の増幅信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ(3)とを備える電流検出装置。   A current sensor (1) that detects positive and negative currents and outputs a detection signal from 0 V to the positive side voltage, and a level shift of the detection signal of this current sensor (1) to amplify the detection signal corresponding to the positive current Then, the first amplifier (2A) that outputs the positive voltage amplification signal and the detection signal of the current sensor (1) are level-shifted, and the detection signal corresponding to the negative current is inverted and amplified to obtain the positive voltage. A current provided with a second amplifier (2B) that outputs the amplified signal, and an A / D converter (3) that converts the amplified signal of the first amplifier (2A) and the second amplifier (2B) into a digital signal. Detection device. 検出する電流を０Ａとする状態で、前記第１のアンプ(2A)と第２のアンプ(2B)の出力を０Ｖにレベルシフトするレベルシフト電圧を出力するＤ／Ａコンバータ(4)を備える請求項１に記載される電流検出装置。   A D / A converter (4) for outputting a level shift voltage for level-shifting the outputs of the first amplifier (2A) and the second amplifier (2B) to 0V in a state where the detected current is 0A. Item 4. The current detection device according to Item 1. 前記第１のアンプ(2A)と第２のアンプ(2B)の増幅率が異なる請求項１に記載される電流検出装置。   The current detection device according to claim 1, wherein amplification factors of the first amplifier (2A) and the second amplifier (2B) are different. 前記Ａ／Ｄコンバータ(3)の出力側に、検出電流を補正する補正回路(8)を有する請求項１に記載される電流検出装置。   The current detection device according to claim 1, further comprising a correction circuit (8) for correcting a detection current on an output side of the A / D converter (3). 前記第１のアンプ(2A)と第２のアンプ(2B)の検出信号を設定値に比較して故障を判定する故障検出回路(9)を備える請求項１に記載される電流検出装置。   The current detection device according to claim 1, further comprising a failure detection circuit (9) that determines a failure by comparing detection signals of the first amplifier (2A) and the second amplifier (2B) with a set value.
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