JP2016164490A - Current detector, driving device, and industrial machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流検出装置、駆動装置および産業機械に関する。 The present invention relates to a current detection device, a drive device, and an industrial machine.
一般的に、負荷(モーターなど)に流れる電流は、負荷と直列に接続された電流検出抵抗での電圧降下として検出される。この電圧降下は、電流検出抵抗の両端の電圧を差動増幅器などの検出回路に入力して得られた出力(=差電圧)として求められる。しかし、負荷への印加電圧を上昇させた場合、電流検出抵抗の両端に高い同相電圧が印加されるので、差電圧には検出回路に依存する誤差が含まれてしまう。これに対して、特許文献1は、負荷の両端に電流検出抵抗を挿入し、差動増幅器により各抵抗での差電圧を検出し、これら2つの差電圧を加算することで電流検出精度の悪化を抑制する電流検出装置を開示している。
Generally, a current flowing through a load (such as a motor) is detected as a voltage drop at a current detection resistor connected in series with the load. This voltage drop is obtained as an output (= differential voltage) obtained by inputting the voltage across the current detection resistor to a detection circuit such as a differential amplifier. However, when the voltage applied to the load is increased, a high common-mode voltage is applied to both ends of the current detection resistor, so that the difference voltage includes an error depending on the detection circuit. On the other hand, in
しかしながら、特許文献1の装置においても、電流検出抵抗の両端に高い同相電圧が印加されることに変わりはない。したがって、差動増幅器から出力される差電圧には、その性能に依存する誤差が含まれ、電流検出精度の点で不利となりうる。本発明は、例えば、検出精度の点で有利な電流検出装置を提供することを目的とする。
However, even in the apparatus of
上記課題を解決するために、本発明は、両極性の直流電源と第1および第2スイッチング素子対とにより駆動される負荷に流れる電流を検出する電流検出装置であって、第1および第2電流検出抵抗と、第1接続点を介して複数の分圧抵抗を直列に接続して構成され、第1電流検出抵抗と負荷とを含む電流経路とは並列に接続された第1分圧経路と、第2接続点を介して複数の分圧抵抗を直列に接続して構成され、第2電流検出抵抗と負荷とを含む電流経路とは並列に接続された第2分圧経路と、を有し、第1接続点からの電圧および第2接続点からの電圧を入力として電流に対応した電圧を出力する出力部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a current detection device for detecting a current flowing in a load driven by a bipolar DC power supply and a first and second switching element pair, wherein the first and second A first voltage dividing path configured by connecting a current detecting resistor and a plurality of voltage dividing resistors in series via a first connection point, and the current path including the first current detecting resistor and the load is connected in parallel. And a second voltage dividing path configured by connecting a plurality of voltage dividing resistors in series via the second connection point, and connected in parallel with the current path including the second current detection resistor and the load. And an output unit that outputs the voltage corresponding to the current with the voltage from the first connection point and the voltage from the second connection point as inputs.
本発明によれば、例えば、検出精度の点で有利な電流検出装置を提供することができる。 According to the present invention, for example, a current detection device that is advantageous in terms of detection accuracy can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る電流検出装置の構成を示す回路図である。電流検出装置1は、直流電源2および3と、第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9と、直流モータである負荷10とを備える。さらに、負荷10の両端に第1電流検出抵抗11および第2電流検出抵抗12を備え、分圧抵抗13、14、15および16と、出力部(検出回路)19と、を備える。直流電源2および3は、直列に接続されるとともに、その接続点が接地されることで直流電源2が正極、直流電源3が負極の電圧が概略等しい両極性の直流電源として構成される。第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9は、直流電源2と3との間に並列に配置される。第1スイッチング素子対8は、FET(電界効果トランジスタ)であるスイッチング素子4と5とを第3接続点を介して直列に接続した構成をしており、一端が直流電源2と接続され他端が直流電源3に接続される。第2スイッチング素子対9の構成および直流電源との接続も同様であり、スイッチング素子6と7とを第4接続点を介して直列に接続した構成をしており、一端が直流電源2と接続され他端が直流電源3に接続される。第1電流検出抵抗11は、負荷10の一端と第3接続点との間に接続される。第2電流検出抵抗12は、負荷10の他端と第4接続点との間に接続される。以上のように各素子を配置することで、この回路は、直流電源2および3と第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9を備えた負荷駆動手段により負荷10を駆動するフルブリッジ回路を構成する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the current detection device according to the first embodiment of the present invention. The
分圧抵抗13および14は、抵抗値が概略等しく、第1接続点17を介して直列に接続された第1分圧経路として構成される。第1分圧経路の一端は第4接続点に接続され、他端が負荷10と第1電流検出抵抗11との接続点に接続される。つまり、第1電流検出抵抗11と負荷10とを含む電流経路とは並列に接続される。この分圧経路と、第1電流検出抵抗11とにより電源電圧が分圧される。同様に、分圧抵抗15および16は、抵抗値が概略等しく、第2接続点18を介して直列に接続されて第2分圧経路として構成される。第2分圧経路の一端は第3接続点に接続され、他端が負荷10と第2電流検出抵抗12との接続点に接続される。つまり、第2電流検出抵抗12と負荷10とを含む電流経路とは並列に接続される。この分圧経路と、第2電流検出抵抗12とにより電源電圧が分圧される。出力部19は、入力電圧を演算して出力する回路であり、本実施形態では差動増幅回路を用いる。分圧抵抗13と14との第1接続点17および分圧抵抗15と16との第2接続点18は、出力部19の入力に接続される。出力部19は、第1接続点17および第2接続点18からの電圧を入力として、負荷10に流れる電流Is1に対応した電圧を出力する。
The voltage dividing
負荷10の駆動状態について説明する。負荷10は前述したフルブリッジ回路により駆動される。ここで、スイッチング素子4、5、6および7は、図示しない制御装置によりオンもしくはオフどちらかの状態に制御される。第1の負荷駆動状態では、スイッチング素子4および7がオン状態に制御され、スイッチング素子5および6がオフ状態に制御される。この第1の負荷駆動状態では、負荷に流れる電流が第1スイッチング素子対8から第2スイッチング素子対9へ向かう方向となる。このとき、スイッチング素子4と5との接続点には最大で直流電源2の電圧+Vpが印加され、スイッチング素子6と7との接続点には最小で直流電源3の電圧−Vpが印加される。第2の負荷駆動状態では、スイッチング素子5および6がオン状態に制御され、スイッチング素子4および7がオフ状態に制御される。この第2の負荷駆動状態では、負荷に流れる電流が第2スイッチング素子対9から第1スイッチング素子対8へ向かう方向となる。このとき、スイッチング素子6と7との接続点には最大で直流電源2の電圧+Vpが印加され、スイッチング素子4と5との接続点には最小で直流電源3の電圧−Vpが印加される。
A driving state of the
次に、電流検出装置1における電流検出の原理について、第1の負荷駆動状態の場合で説明する。スイッチング素子4と5との接続点電圧を+Vp、スイッチング素子6と7との接続点電圧を−Vpとすると、分圧抵抗の第1接続点17および第2接続点18の電圧V11およびV12はそれぞれ式(1)および(2)で表される。
V11=−1/2(Is1×Rs11+Ib×R) (1)
V12=1/2(Is1×Rs12−Ib×R) (2)
ここで、Is1は負荷10に流れる電流、Rs11およびRs12はそれぞれ第1電流検出抵抗11および第2電流検出抵抗12の抵抗値、Ibは出力部19の入力バイアス電流であり、入力バイアス電流の流れる向きは図1に矢印で示す方向とする。また、Rは分圧抵抗13、14、15および16の抵抗値である。
Next, the principle of current detection in the
V11 = −1 / 2 (Is1 × Rs11 + Ib × R) (1)
V12 = 1/2 (Is1 * Rs12-Ib * R) (2)
Here, Is1 is a current flowing through the
出力部19からはV11とV12の差電圧と、共通に印加される同相電圧による誤差電圧が出力される。式(1)および(2)から、同相電圧は−1/2(Ib×R)であるので、出力部19の出力電圧Vs1は式(3)で表される。
Vs1=1/2{Is1×(Rs11+Rs12)}−A{1/2(Ib×R)} (3)
第一の項が差電圧であり、第二の項が同相電圧による誤差電圧である。第2の負荷駆動状態においては、差電圧の項の符号が反転する。なお、Aは出力部19の同相電圧除去比であり、例えばA=−80dBの検出回路であれば、同相電圧による誤差電圧は、同相電圧の0.01%に低減される。
The
Vs1 = 1/2 {Is1 * (Rs11 + Rs12)}-A {1/2 (Ib * R)} (3)
The first term is the differential voltage, and the second term is the error voltage due to the common-mode voltage. In the second load driving state, the sign of the differential voltage term is inverted. A is the common-mode voltage rejection ratio of the
例えば、分圧抵抗13、14、15および16の抵抗値Rを20kΩ、出力部19の入力バイアス電流Ibを10nAとすると、式(3)から同相電圧による誤差電圧は10nVとなる。第1電流検出抵抗11および第2電流検出抵抗12の抵抗値Rs11およびRs12を10mΩ、負荷10に流れる電流Is1を1Aとした場合、差電圧は10mVとなる。この条件では、同相電圧による電流検出誤差が0.0001%であり、通常、検出誤差として無視できる値となる。
For example, if the resistance value R of the
そして、式(3)から明らかなように、出力電圧Vs1には直流電源2および3の電圧値Vpを含む項がないため、負荷10への印加電圧は、出力部19の出力電圧Vs1と無関係になる。
As apparent from the equation (3), since the output voltage Vs1 has no term including the voltage value Vp of the
以上のように、本実施形態によれば、負荷への印加電圧を上昇させても電流検出精度の点で有利な電流検出装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a current detection device that is advantageous in terms of current detection accuracy even when the voltage applied to the load is increased.
(第2実施形態)
図2は本発明の第2実施形態に係る電流検出装置の構成を示す回路図である。図1の電流検出装置1と同じ構成については説明を省略する。電流検出装置1と電流検出装置20との相違点は、電流検出抵抗の個数と接続位置、分圧抵抗の個数と接続位置、および検出回路の個数と構成である。すなわち、電流検出装置20は、第1電流検出抵抗21、第2電流検出抵抗24、第3電流検出抵抗22、第4電流検出抵抗23と、分圧抵抗25〜32と、出力部(検出回路)19、37および38と、を備える。電流検出抵抗21〜24は、それぞれ、直流電源の正極または負極の一方とスイッチング素子対との間に接続される。たとえば、第1電流検出抵抗21は、正極である直流電源2と第1スイッチング素子対8との間に接続される。この場合、電源電圧は、抵抗値が概略等しい分圧抵抗25および26を直列に接続されて構成された第1分圧経路と、第1電流検出抵抗21とにより分圧される。この分圧経路の一端は、直流電源の他方の極である直流電源3に接続され、他端は第1スイッチング素子対8と第1電流検出抵抗21との接続点に接続される。第2電流検出抵抗24は、正極である直流電源2と第2スイッチング素子対9との間に接続される。この場合、電源電圧は、抵抗値が概略等しい分圧抵抗31および32を直列に接続されて構成された第2分圧経路と、第2電流検出抵抗24とにより分圧される。この分圧経路の一端は、直流電源の他方の極である直流電源3に接続され、他端は第2スイッチング素子対9と第2電流検出抵抗24との接続点に接続される。分圧抵抗27および28、29および30も同様にして分圧経路を構成し、その接続位置も同様である。また、スイッチング素子4と5との接続点とスイッチング素子6と7との接続点との間には、負荷10のみが接続される。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a current detection device according to the second exemplary embodiment of the present invention. The description of the same configuration as that of the
分圧抵抗の接続点33、34および35、36は、それぞれ、加算回路である検出回路37および38に接続される。検出回路37、38の出力電圧は、出力部19に入力され、負荷10に流れる電流Is2に対応した電圧が出力される。
The connection points 33, 34 and 35, 36 of the voltage dividing resistor are connected to
負荷10は、第1実施形態と同様にして駆動される。電流検出装置20における電流検出の原理について、第1の負荷駆動状態の場合で説明する。分圧抵抗の接続点33〜36の電圧をそれぞれV21〜V24とすると、これら電圧は次式で示すことができる。
V21=−{1/2(Is2×Rs21+Ib×R)}
V22=−1/2(Ib×R)
V23=1/2(Is2×Rs23−Ib×R)
V24=−1/2(Ib×R)
ここで、Rs21およびRs23はそれぞれ、第1電流検出抵抗21および第4電流検出抵抗23の抵抗値、Ibは検出回路37および38の入力バイアス電流であり、入力バイアス電流の流れる向きは図2に矢印で示す方向とする。また、Rは分圧抵抗25〜32の抵抗値である。検出回路37および38には、それぞれV21、V22およびV23、V24が入力され、検出回路37および38の出力電圧が出力部19に入力される。出力部19からは、第1実施形態で述べたように、差電圧と、共通に印加される同相電圧による誤差電圧が出力される。よって、出力部19の出力電圧Vs2は次式となる。
Vs2=(V23+V24)−(V21+V22)
=1/2{Is2×(Rs21+Rs23)}−A(Ib×R) (4)
The
V21 =-{1/2 (Is2 * Rs21 + Ib * R)}
V22 = −1 / 2 (Ib × R)
V23 = 1/2 (Is2 * Rs23-Ib * R)
V24 = −1 / 2 (Ib × R)
Here, Rs21 and Rs23 are the resistance values of the first
Vs2 = (V23 + V24)-(V21 + V22)
= 1/2 {Is2 * (Rs21 + Rs23)}-A (Ib * R) (4)
第2の負荷駆動状態の場合は、V21〜V24の電圧は次式のように表される。
V21=−1/2(Ib×R)
V22=1/2(Is2×Rs22−Ib×R)
V23=−1/2(Ib×R)
V24=−{1/2(Is2×Rs24+Ib×R)}
ここで、Rs22およびRs24はそれぞれ、第3電流検出抵抗22および第2電流検出抵抗24の抵抗値である。上記より、出力部19の出力電圧Vs2は、次式となる。
Vs2=(V23+V24)−(V21+V22)
=−1/2{Is2×(Rs22+Rs24)}−A(Ib×R) (5)
式(5)のRs22およびRs24をRs21およびRs23に置換え、差電圧の項について符号を反転したものが式(4)に相当する。
In the case of the second load driving state, the voltages V21 to V24 are expressed by the following equations.
V21 = −1 / 2 (Ib × R)
V22 = 1/2 (Is2 * Rs22-Ib * R)
V23 = −1 / 2 (Ib × R)
V24 =-{1/2 (Is2 * Rs24 + Ib * R)}
Here, Rs22 and Rs24 are the resistance values of the third
Vs2 = (V23 + V24)-(V21 + V22)
= −1 / 2 {Is2 × (Rs22 + Rs24)} − A (Ib × R) (5)
The expression (4) is obtained by replacing Rs22 and Rs24 in the expression (5) with Rs21 and Rs23 and inverting the sign of the difference voltage term.
第1実施形態と同様に、分圧抵抗25〜32の抵抗値Rを20kΩ、検出回路37および38の入力バイアス電流を10nA、同相電圧除去比Aを−80dBとして、出力部19から出力される誤差電圧を考える。この条件で式(4)に従って誤差電圧を計算すると、その値は20nVとなる。電流検出抵抗21〜24に、10mΩの抵抗値を用いて、負荷に流れる電流を1Aとした場合、差電圧は10mVとなる。この条件では、同相電圧による電流検出誤差が0.0002%であり、通常、検出誤差として無視できる値となる。
As in the first embodiment, the resistance value R of the
式(4)または式(5)から明らかなように、出力部19の出力電圧Vs2には直流電源2および3の電圧値Vpの項が含まれないため、電源電圧は出力の誤差電圧に無関係となる。したがって、以上のような電流検出装置によっても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
As is clear from the equation (4) or the equation (5), the output voltage Vs2 of the
更に、本実施形態は、負荷10から見て分圧経路を第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9よりも直流電源2および3側に接続した構成になっている。これにより、スイッチング素子4〜7のオン/オフ切り替え時に第1スイッチング素子対8と第2スイッチング素子対9との間に発生する過渡的な電圧変動が分圧抵抗の接続点33〜36に印加されることを防ぐことができる。したがって、本実施形態の電流検出装置は、高周波領域での電流検出精度の悪化を抑制する効果も奏する。
Further, in the present embodiment, the voltage dividing path as viewed from the
(第3実施形態)
つぎに、図3に基づいて本発明の第3実施形態の電流検出装置について説明する。図3は本発明の第3実施形態の電流検出装置の構成を示す回路図である。図1の電流検出装置と同じ構成については説明を省略する。電流検出装置1と電流検出装置40との相違点は、電流検出抵抗の接続位置と分圧抵抗の接続位置である。すなわち、第1電流検出抵抗41および第2電流検出抵抗42は、それぞれ、直流電源2と第1スイッチング素子対8との間、直流電源2と第2スイッチング素子対9との間に接続される。また、スイッチング素子4と5との接続点とスイッチング素子6と7との接続点との間には、負荷10のみが接続される。
(Third embodiment)
Next, a current detection device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the current detection device according to the third embodiment of the present invention. The description of the same configuration as that of the current detection device of FIG. 1 is omitted. The difference between the
分圧抵抗43および44は、抵抗値が概略等しく、直列に接続されて第1分圧経路として構成され、一端は第1スイッチング素子対8と第1電流検出抵抗41との接続点に接続され、他端は直流電源3に接続される。同様に、分圧抵抗45および46は、抵抗値が概略等しく、直列に接続されて第2分圧経路として構成され、一端は第2スイッチング素子対9と第2電流検出抵抗42との接続点に接続され、他端は直流電源3に接続される。分圧抵抗の接続点47および48からの電圧V31およびV32は、出力部19に入力され、負荷10に流れる電流Is3に対応した電圧が出力される。
The
負荷10は、第1実施形態と同様にして駆動される。電流検出装置40における電流検出の原理について、第1の負荷駆動状態の場合で説明する。電圧V31およびV32は次式のように表される。
V31=−{1/2(Is3×Rs41+Ib×R)}
V32=−1/2(Ib×R)
ここで、Rs41は第1電流検出抵抗41の抵抗値、Rは分圧抵抗43〜46の抵抗値である。出力部19からはV31とV32の差電圧と、共通に印加される同相電圧による誤差電圧が出力される。よって、出力部19の出力電圧Vs3は次式となる。
Vs3=1/2(Is3×Rs41)−A{1/2(Ib×R)} (6)
The
V31 = − {1/2 (Is3 × Rs41 + Ib × R)}
V32 = −1 / 2 (Ib × R)
Here, Rs41 is a resistance value of the first
Vs3 = 1/2 (Is3 * Rs41) -A {1/2 (Ib * R)} (6)
第2の負荷駆動状態の場合は、V31およびV32の電圧は次式のように表される。
V31=−1/2(Ib×R)
V32=−{1/2(Is3×Rs42+Ib×R)}
ここで、Rs42は第2電流検出抵抗42の抵抗値である。上記より、出力部19の出力電圧Vs3は、次式となる。
Vs3=−{1/2(Is3×Rs42)}−A{1/2(Ib×R)} (7)
式(7)のRs42をRs41に置換え、差電圧の項について符号を反転したものが式(6)に相当する。
In the case of the second load driving state, the voltages of V31 and V32 are expressed by the following equations.
V31 = −1 / 2 (Ib × R)
V32 = − {1/2 (Is3 × Rs42 + Ib × R)}
Here, Rs42 is the resistance value of the second
Vs3 =-{1/2 (Is3 * Rs42)}-A {1/2 (Ib * R)} (7)
The expression (6) is obtained by replacing Rs42 in the expression (7) with Rs41 and inverting the sign of the difference voltage term.
第1実施形態と同様に、分圧抵抗43〜46の抵抗値Rを20kΩ、出力部19の入力バイアス電流を10nA、同相電圧除去比Aを−80dBとして、出力部19から出力される誤差電圧を考える。この条件で式(6)に従って誤差電圧を計算すると、その値は10nVとなる。電流検出抵抗41および42の抵抗値を10mΩ、負荷10に流れる電流を1Aとした場合、差電圧は5mVとなる。この条件では、同相電圧による電流検出誤差が0.0002%であり、通常、検出誤差として無視できる値となる。
Similarly to the first embodiment, the resistance value R of the
式(6)または式(7)から明らかなように、出力部19の出力電圧Vs3には直流電源2および3の電圧値Vpの項が含まれないため、電源電圧は出力の誤差電圧に無関係となる。したがって、以上のような電流検出装置によっても、第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を奏する。
As is clear from the equation (6) or the equation (7), the output voltage Vs3 of the
更に、本実施形態は第2実施形態と同様に分圧経路の接続点を第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9よりも直流電源2および3側とした構成となっており、高周波領域での電流検出精度の悪化を抑制する効果も奏する。
Further, in the present embodiment, as in the second embodiment, the connection point of the voltage dividing path is configured to be closer to the
(第4実施形態)
つぎに、図4に基づいて本発明の第4実施形態の電流検出装置について説明する。図4は本発明の第4実施形態の電流検出装置の構成を示す回路図である。図1の電流検出装置と同じ構成については説明を省略する。電流検出装置1と電流検出装置60との相違点は、電流検出抵抗の接続位置と分圧抵抗の接続位置である。すなわち、第1電流検出抵抗61および第2電流検出抵抗62は、それぞれ、直流電源3と第1スイッチング素子対8との間、直流電源3と第2スイッチング素子対9との間に接続される。また、スイッチング素子4と5との接続点とスイッチング素子6と7との接続点との間には、負荷10のみが接続される。
(Fourth embodiment)
Next, a current detection device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a current detection device according to the fourth exemplary embodiment of the present invention. The description of the same configuration as that of the current detection device of FIG. 1 is omitted. The difference between the
分圧抵抗63および64は、抵抗値が概略等しく、直列に接続されて第1分圧経路として構成され、一端は第1スイッチング素子対8と第1電流検出抵抗61の接続点に接続され、他端は直流電源2に接続される。同様に、分圧抵抗65および66は、抵抗値が概略等しく、直列に接続されて第2分圧経路として構成され、一端は第2スイッチング素子対9と第2電流検出抵抗62の接続点に接続され、他端は直流電源2に接続される。分圧抵抗の接続点67および68における電圧V41およびV42は、出力部19に入力され、負荷10に流れる電流Is4に対応した電圧が出力される。
The
負荷10は、第1実施形態と同様にして駆動される。電流検出装置60における電流検出の原理について、第1の負荷駆動状態の場合で説明する。電圧V41およびV42は次式のように表される。
V41=−1/2(Ib×R)
V42=1/2(Is4×Rs62−Ib×R)
ここで、Rs62は第2電流検出抵抗62の抵抗値、Rは分圧抵抗63〜66の抵抗値である。出力部19からはV41とV42の差電圧と、共通に印加される同相電圧による誤差電圧が出力される。よって、出力部19の出力電圧Vs4は次式となる。
Vs4=1/2(Is4×Rs62)−A{1/2(Ib×R)} (8)
The
V41 = −1 / 2 (Ib × R)
V42 = 1/2 (Is4 * Rs62-Ib * R)
Here, Rs62 is the resistance value of the second
Vs4 = 1/2 (Is4 * Rs62) -A {1/2 (Ib * R)} (8)
第2の負荷駆動状態の場合は、V41およびV42の電圧は次式のように表される。
V41=1/2(Is4×Rs61−Ib×R)
V42=−1/2(Ib×R)
ここで、Rs61は第1電流検出抵抗61の抵抗値である。上記より、出力部19の出力電圧Vs4は、次式となる。
Vs4=−{1/2(Is4×Rs61)}−A{1/2(Ib×R)} (9)
式(9)のRs61をRs62に置換え、差電圧の項の符号を反転したものが式(8)に相当する。
In the case of the second load driving state, the voltages of V41 and V42 are expressed by the following equations.
V41 = 1/2 (Is4 × Rs61−Ib × R)
V42 = −1 / 2 (Ib × R)
Here, Rs61 is a resistance value of the first
Vs4 =-{1/2 (Is4 * Rs61)}-A {1/2 (Ib * R)} (9)
The expression (8) is obtained by replacing Rs61 in the expression (9) with Rs62 and inverting the sign of the term of the difference voltage.
第1実施形態と同様に、分圧抵抗63〜66の抵抗値Rを20kΩ、出力部19の入力バイアス電流を10nA、同相電圧除去比Aを−80dBとして、出力部19から出力される誤差電圧を考える。この条件で式(8)に従って誤差電圧を計算すると、その値は10nVとなる。電流検出抵抗61および62の抵抗値を10mΩ、負荷10に流れる電流を1Aとした場合、差電圧は5mVとなる。この条件では、同相電圧による電流検出誤差が0.0002%であり、通常、検出誤差として無視できる値となる。
Similarly to the first embodiment, the error voltage output from the
また、式(8)または式(9)から明らかなように、出力部19の出力電圧Vs4には直流電源2および3の電圧値Vpの項が含まれないため、電源電圧は出力の誤差電圧に無関係となる。したがって、以上のような電流検出装置によっても、第1実施形態、第2実施形態および第3実施形態と同様の効果を奏する。
Further, as is clear from the equation (8) or the equation (9), the output voltage Vs4 of the
更に、本実施形態は第2実施形態および第3実施形態と同様に分圧経路の接続点を第1スイッチング素子対8および第2スイッチング素子対9よりも直流電源2および3側とした構成となっており、高周波領域での電流検出精度の悪化を抑制する効果も奏する。
Further, in the present embodiment, as in the second embodiment and the third embodiment, the connection point of the voltage dividing path is set to the
なお、上記の各実施形態において、スイッチング素子又はスイッチング素子対として、BJT(バイポーラ・ジャンクション・トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、パワーオペアンプなどを用いても良い。また、電流検出抵抗は偶数個であれば何個用いてもよい。この場合、分圧経路は、電流検出抵抗と同数用いる。また、スイッチング素子対はフルブリッジ回路を構成できれば、2つ以上の複数のスイッチング素子対で構成しても良い。さらに、負荷10は直流モータとして構成したが、フルブリッジ回路で駆動できる負荷であれば直流モータ以外の負荷であっても良い。
In each of the above embodiments, BJT (bipolar junction transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor), power operational amplifier, or the like may be used as the switching element or the switching element pair. Any number of current detection resistors may be used as long as they are even numbers. In this case, the same number of voltage dividing paths as the current detection resistors are used. Further, the switching element pairs may be composed of two or more switching element pairs as long as a full bridge circuit can be formed. Furthermore, although the
本発明の実施形態に係る電流検出装置は、例えば、光走査装置(ガルバノ装置)の制御システム(駆動装置)に使用することができる。図5は、ガルバノ装置の制御システム70を示す概略図である。制御システム70は、レーザ穴あけ装置、レーザトリマ装置、レーザリペア装置などのレーザ加工装置に適用され、レーザ光を反射して被照射体(加工対象の物品)の目標位置に照射するためのシステムであって、ガルバノ装置72と、制御装置71とを有する。
The current detection device according to the embodiment of the present invention can be used, for example, in a control system (drive device) of an optical scanning device (galvano device). FIG. 5 is a schematic diagram showing a
ガルバノ装置72は、ミラー721と、モータ722とを含む。ミラー721は、モータ722の回転軸に取り付けられ、レーザ光を被照射体や他のミラーに向けて反射する。モータ722は、対象物としてのミラーを回転させる、即ち、第1の位置(初期状態)から移動させて第2の位置(終端状態)に停止させるDCサーボモータである。ここで、モータ722の位置は、モータ722(の回転軸)の角度も含みうる。
The
制御装置71は、ガルバノ装置72(のモータ722)に対して終端状態制御(FSC:Final−State Control)を行う機能を有し、検出部711と、処理部712と、D/A変換部713と、供給部714とを含む。
The
検出部711は、例えば、モータ722の回転軸に取り付けられたロータリエンコーダで構成され、ミラー721の回転角度(即ち、モータ722の回転軸の回転角度)を検出する。
The
処理部712は、CPUやメモリなどを含み、検出部711で検出されるミラー721の回転角度が目標角度となるように、モータ722に供給する電流を時系列的に表す電流プロファイルを生成する処理を行う。なお、電流プロファイルは、換言すれば、モータ722を含む制御系を第1状態から第2状態へ遷移させるためにモータ722に供給する電流の時系列データである。処理部712は、メモリに格納されたプログラムを実行して、後述する電流プロファイルを生成するための各処理を行う。但し、外部の情報処理装置(コンピュータなど)で電流プロファイルを生成するための各処理を行って生成された電流プロファイルを処理部712のメモリに格納してもよい。
The
D/A変換部713は、処理部712から入力されるデジタル形式の電流プロファイル(デジタル信号)をアナログ形式の電流プロファイル(アナログ信号)に変換して供給部714に入力する。
The D /
供給部714は、例えば、ブリッジ駆動のリニアアンプ(電流アンプ)を含み、処理部712で生成した電流プロファイル(電流指令値iref)に対応する電流iをモータ722に供給する。なお、供給部714は、電流指令値irefとモータ722に供給する電流iとが同じになるように、電流フィードバック制御を行うことが可能である。この電流iの検出に、本発明の実施形態に係る電流検出装置が用いられる。
The
更に本発明の実施形態に係る電流検出装置は、上記以外の駆動装置にも使用することができる。当該電流検出装置を含む駆動装置は、種々の装置、例えば、ロボットや運輸、工作、加工、計測、製造に係る機械または装置(産業機械または装置)等において有用である。ここでは、一例として、産業機械としてのリソグラフィ装置(露光装置等)に備えられるステージ(XYステージ)装置への適用例を説明する。なお、リソグラフィ装置は、パターンを基板に形成する装置であって、例えば、露光装置、描画装置、インプリント装置として具現化されうる。露光装置は、例えば、(極端)紫外光を用いて基板(上のレジスト)に(潜像)パターンを形成する。また、描画装置は、例えば、荷電粒子線(電子線等)を用いて基板(上のレジスト)に(潜像)パターンを形成する。また、インプリント装置は、基板上のインプリント材を成型して基板上にパターンを形成する。 Furthermore, the current detection device according to the embodiment of the present invention can be used for driving devices other than those described above. The drive device including the current detection device is useful in various devices such as robots, transportation, machining, processing, measurement, manufacturing machines or devices (industrial machines or devices), and the like. Here, as an example, an application example to a stage (XY stage) apparatus provided in a lithography apparatus (exposure apparatus or the like) as an industrial machine will be described. The lithography apparatus is an apparatus for forming a pattern on a substrate, and can be embodied as, for example, an exposure apparatus, a drawing apparatus, or an imprint apparatus. For example, the exposure apparatus forms a (latent image) pattern on a substrate (upper resist) using (extreme) ultraviolet light. The drawing apparatus forms a (latent image) pattern on the substrate (the upper resist) using, for example, a charged particle beam (electron beam or the like). The imprint apparatus forms a pattern on the substrate by molding an imprint material on the substrate.
図6は、本応用例におけるステージ装置80の構成例を示す図である。ステージ装置80は、Y軸方向へのステージ801(可動部)の移動に用いられるY軸モータ802(駆動部)と、X軸方向へのステージ801(可動部)の移動に用いられるX軸モータ803(駆動部)とを有する。ここで、両駆動部は、前述の本発明の実施形態に係る電流検出装置を使用したガルバノ装置72に係る駆動装置(制御システム70)と同様の駆動装置(但し、駆動対象721は除く)を含んで構成されうる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
1 電流検出装置
2、3 直流電源
8 第1スイッチング素子対
9 第2スイッチング素子対
10 負荷
11 第1電流検出抵抗
12 第2電流検出抵抗
13、14、15、16 分圧抵抗
19 出力部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第1および第2電流検出抵抗と、
第1接続点を介して複数の分圧抵抗を直列に接続して構成され、前記第1電流検出抵抗と前記負荷とを含む電流経路とは並列に接続された第1分圧経路と、
第2接続点を介して複数の分圧抵抗を直列に接続して構成され、前記第2電流検出抵抗と前記負荷とを含む電流経路とは並列に接続された第2分圧経路と、を有し、
前記第1接続点からの電圧および前記第2接続点からの電圧を入力として前記電流に対応した電圧を出力する出力部と、
を有することを特徴とする電流検出装置。 A current detection device for detecting a current flowing in a load driven by a bipolar DC power supply and a first and second switching element pair,
First and second current sensing resistors;
A first voltage dividing path configured by connecting a plurality of voltage dividing resistors in series via a first connection point, the current path including the first current detection resistor and the load being connected in parallel;
A second voltage dividing path configured by connecting a plurality of voltage dividing resistors in series via a second connection point, the current path including the second current detection resistor and the load being connected in parallel; Have
An output unit that outputs the voltage corresponding to the current by using the voltage from the first connection point and the voltage from the second connection point as inputs; and
A current detection device comprising:
前記第2電流検出抵抗は、前記負荷の他端と、前記第2スイッチング素子対を構成する二つのスイッチング素子の接続される第4接続点との間に接続され、
前記第1分圧経路の一端は、前記一端に接続され、前記第1分圧経路の他端は、前記第4接続点に接続され、
前記第2分圧経路の一端は、前記他端に接続され、前記第2分圧経路の他端は、前記第3接続点に接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出装置。 The first current detection resistor is connected between one end of the load and a third connection point to which two switching elements constituting the first switching element pair are connected,
The second current detection resistor is connected between the other end of the load and a fourth connection point to which two switching elements constituting the second switching element pair are connected,
One end of the first voltage dividing path is connected to the one end, and the other end of the first voltage dividing path is connected to the fourth connection point.
One end of the second voltage dividing path is connected to the other end, and the other end of the second voltage dividing path is connected to the third connection point.
The current detection device according to claim 1.
前記第2電流検出抵抗は、前記一方と前記第2スイッチング素子対との間に接続され、
前記第1分圧経路の一端は、前記正極および負極のうちの他方に接続され、前記第1分圧経路の他端は、前記第1電流検出抵抗と前記第1スイッチング素子対との接続点に接続され、
前記第2分圧経路の一端は、前記他方に接続され、前記第2分圧経路の他端は、前記第2電流検出抵抗と前記第2スイッチング素子対との接続点に接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の電流検出装置。 The first current detection resistor is connected between one of a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply and the first switching element pair,
The second current detection resistor is connected between the one and the second switching element pair,
One end of the first voltage dividing path is connected to the other of the positive electrode and the negative electrode, and the other end of the first voltage dividing path is a connection point between the first current detection resistor and the first switching element pair. Connected to
One end of the second voltage dividing path is connected to the other, and the other end of the second voltage dividing path is connected to a connection point between the second current detection resistor and the second switching element pair.
The current detection device according to claim 1.
An industrial machine comprising the drive device according to claim 4.
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