JPH11274930A - 電流検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電流検出回路では、電流センサの出力
電圧と、電流検出を行うＡ／Ｄコンバータへの入力電圧
が一定のゲインであったために、電流フィードバック
は、ある一定の分解能しか持つことができなかった。 【解決手段】 モータ２の相電流は、電流センサ８によ
りアナログ電圧に変換され、入力ゲイン切換部３を経て
電流検出部４へと入力れる。電流検出部４の変換データ
は、電流制御部５の電流ループのフィードバックとな
る。電流検出部４の変換データは、入力ゲイン比較／判
定部７へも入力され、電流検出部４に入力されている入
力電圧を間接的に監視している。もし電流検出部４の入
力電圧がフルレンジに達するような場合には、入力ゲイ
ン比較／判定部７はゲインを下げると判断し、入力ゲイ
ン切換部３に対してゲイン切換信号７３を発生する。ゲ
イン切換信号７３を受けた入力ゲイン切換部３は、電流
センサ８のアナログ電圧を予め設定された倍率でゲイン
を下げて電流検出部４への入力とする。逆に、電流検出
部４の入力電圧が一定値以下になった場合にはゲインを
上げていけばよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流検出回路に関
し、更に詳しくは、モータに流れる相電流を検出する相
電流検出回路において、Ａ／Ｄコンバータ等の電流検出
部への入力ゲインを自動的に切り換え、常に最大の分解
能を得ることで、きめ細かく正確な電流制御を可能にす
る電流検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電流検出回路の一例とし
て、例えば特開昭６０−４６７１６号公報に記載された
技術をあげることができる。

【０００３】上記公報に開示された技術は、電路に流れ
る電流を検出する電流検出手段、この電流検出手段の出
力信号をその実効値または平均値に変換する波形変換手
段、この波形変換手段の出力信号レベルに所定の段数の
レベルシフトを与えるレベルシフト手段、前記波形変換
手段及びレベルシフト手段の各アナログ出力信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段、このＡ／Ｄ変換
手段の出力信号を受けてその信号レベルを判別するレベ
ル判別手段、このレベル判別手段の出力信号に基づいて
所定の時限を発生する時限発生手段、及びこの時限発生
手段の出力信号に基づいて過電流検出信号を発する出力
手段を具備した過電流検出装置であって、少なくとも前
記レベル判別手段及び前記時限発生手段はマイクロコン
ピュータにより構成され、且つ前記レベルシフト手段は
前記Ａ／Ｄ変換手段におけるＡ／Ｄ変換基準電圧に相当
するレベルシフトを行うためのレベルシフト用素子が直
列接続されて構成された過電流検出装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６０−４６７１６号公報に開示された発明は、回路
に流れる異常な高電流を検出した場合に波形変換回路の
出力に接続された分圧抵抗を切り換えてレベルを検知し
て時限を切り換えるものであって、ゲインを調整して増
幅する手段を示唆するものではない。

【０００５】また従来におけるこの種の電流検出回路で
は、電流センサの出力電圧と、電流検出を行うＡ／Ｄコ
ンバータへの入力電圧が一定のゲインであったために、
電流フィードバックは、ある一定の分解能しか持つこと
ができなかった。

【０００６】この場合の分解能は、駆動するモータの相
電流の最大値により決定されるものであった。

【０００７】このことは、例えば、中・大型モータを微
少電流で正確に駆動したい場合などには、電流制御部に
フィードバックされる相電流の分解能が不十分になると
いう問題を生じさせる。

【０００８】本発明は従来の上記実情に鑑みてなされた
ものであり、従って本発明の目的は、電流センサの出力
電圧と、電流検出を行なうＡ／Ｄコンバータへの入力電
圧とのゲイン調整機能を電流検出回路に持たせることに
より、従来の技術に内在する上記欠点を解消することを
可能とした新規な電流検出回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明に係る電流検出回路は、モータの相電流を検
出してアナログ電圧に変換する電流センサと、該電流セ
ンサから出力される検出電圧を入力し後記入力ゲイン比
較／判定手段の制御によってゲインを切り換える入力ゲ
イン切換手段と、該ゲイン切換手段から出力されるアナ
ログ電圧をディジタル電圧に変換する電流検出手段と、
該電流検出手段の出力電圧を監視し該電流検出手段の入
力電圧がフルレンジに達するような場合にはゲインを下
げるように及び該入力電圧が一定値以下になった場合に
はゲインを上げるように判定して前記入力ゲイン切換手
段にゲイン切換制御信号を供給する入力ゲイン比較／判
定手段とを備えて構成される。

【００１０】前記入力ゲイン切換手段は、前記電流セン
サから出力されるアナログ電圧を入力とする演算増幅器
と、該演算増幅器の入力と出力との間に接続され前記入
力ゲイン比較／判定手段から出力されるゲイン切換制御
信号により制御される電子ボリュームとを有している。

【００１１】前記入力ゲイン比較／判定手段は、前記電
流検出手段の出力データと予め設定された設定値とを比
較して前記ゲイン切換手段の出力ゲインを切り換えるか
否かを判定する比較器と、該比較器の判定結果ゲインを
切り換える必要があると判定された場合にゲイン切換信
号及びゲイン切換通知信号をラッチするラッチ手段とを
有している。

【００１２】前記入力ゲイン切換信号及び前記入力ゲイ
ン切換通知信号は、前記電流検出手段のＡ／Ｄコンバー
タから出力されるビジィ信号によって内部ラッチ／出力
され、これにより入力ゲイン切り換えのタイミングを計
っている。

【００１３】前記設定値は、該電流検出回路の外部から
電流制御パラメータとして前記比較器に入力されるよう
にすることによって、設定値を可変することができ、従
って、システムに応じた最適な電流制御を可能にする。

【００１４】前記入力ゲイン切換手段、前記電流検出手
段及び前記入力ゲイン比較／判定手段は、前記電流検出
手段に入力される電圧が理想的な電流−弾圧特性に収斂
するように動作する。

【００１５】要約すれば、本発明においては、図１にお
いて、モータ２に流れる相電流を検出する際に、電流検
出部４への入力がフルレンジに達した場合、また逆に入
力が一定値以下になった場合に、入力ゲイン切換部３が
「相電流：電流検出部４への入力」の比率を切り換える
ことにより、電流検出部４への入力は常に適正な範囲に
維持され、最大の分解能を得ることができる。これによ
り、モータのより正確な電流制御を可能にすることがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明をその好ましい一実
施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１７】［実施の形態の構成］図１は、本発明によ
る一実施の形態を示すブロック構成図である。

【００１８】図１を参照するに、本発明に係る相電流検
出回路１は、入力ゲイン切換部３、電流検出部４、入力
ゲイン比較／判定部７を有している。

【００１９】モータ２の相電流は、たとえばホール素子
のような電流センサ８によりアナログ電圧に変換され、
入力ゲイン切換部３を経て電流検出部４へと入力され
る。電流検出部４は、Ａ／Ｄコンバータ等を使用し、そ
の変換データは、電流制御部５の電流ループのフィード
バックとなる。

【００２０】一方、電流検出部４の変換データは、入力
ゲイン比較／判定部７へも入力され、電流検出部４に入
力されている入力電圧を間接的に監視している。

【００２１】その結果、もし電流検出部４の入力電圧が
フルレンジに達するような場合には、入力ゲイン比較／
判定部７は、ゲインを下げると判断し、入力ゲイン切換
部３に対してゲイン切換信号７３を発生する。

【００２２】ゲイン切換信号７３を受けた入力ゲイン切
換部３は、電流センサ８のアナログ電圧を予め設定され
た倍率でゲインを下げて電流検出部４への入力とする。

【００２３】また逆に、電流検出部４の入力電圧が一定
値以下になった場合には、ゲインを上げていけばよい。

【００２４】入力ゲイン比較／判定部７はゲイン切換信
号７３と同時に、ゲイン切換通知信号７５を電流制御部
５に対して発生する。これにより電流制御部５は、電流
検出部４の出力データのビットの重みが変化したことを
知ることができる。

【００２５】図２に、入力ゲイン切換部３の詳細な構成
例を示す。図２において、入力ゲイン切換部３は、演算
増幅器（オペアンプ）３１及び電子ボリューム３２等で
構成することができる。

【００２６】図３に、入力ゲイン比較／判定部７の詳細
な構成例を示す。

【００２７】図３を参照するに、入力ゲイン比較／判定
部７は、電流検出部４の出力データを設定値と比較する
比較器７１と、入力ゲイン切換信号７３と入力ゲイン切
換通知信号７５の内部ラッチ部７２を有しており、ＴＴ
ＬまたはＰＬＤ等で構成することができる。

【００２８】［実施の形態の動作］次に、図１に示され
た回路の動作について図４を参照して説明する。

【００２９】図４は本発明の動作フロー例を示すフロー
チャートである。

【００３０】図４を参照するに、工作機械等の装置に電
源が投入された初期段階では、入力ゲイン切換部３の出
力ゲインは、デフォルトとして最小の倍率となっている
（ＳＴＥＰ１）。

【００３１】入力ゲイン比較／判定部７は、電流検出部
４の出力データを設定値と比較し、入力ゲイン切換部３
の出力ゲインを切り換えるかどうかを判定する（ＳＴＥ
Ｐ２、ＳＴＥＰ３）。

【００３２】入力ゲイン切換部３の出力ゲインを切り換
える必要がある場合（ＳＴＥＰ３）には、入力ゲイン比
較／判定部７は、入力ゲイン切換部３に対して入力ゲイ
ン切換信号７３を出力し、電流制御部５に対しては入力
ゲイン切換通知信号７５を出力する（ＳＴＥＰ５）。

【００３３】このとき、図３に示すように、入力ゲイン
切換信号７３及び入力ゲイン切換通知信号７５はＡ／Ｄ
コンバータのｂｕｓｙ（ビジィ）信号によって内部ラッ
チ／出力されるので、入力ゲイン切換えのタイミングを
計ることができる（ＳＴＥＰ４）。

【００３４】次に本発明に係る相電流検出回路１の主構
成要素である入力ゲイン切換部３、電流検出部（Ａ／Ｄ
等）４及び入力ゲイン比較／判定部７の動作について詳
細に説明する。

【００３５】図５はゲイン切換動作を反映した電流検出
部４の時間に対する入力電圧の関係を示す特性図、図６
は入力ゲイン切換時における動作タイミングを示すタイ
ミングチャート、図７は理想的な電流検出部４の入力電
圧をＶ０とした場合におけるＶ０に収斂させる状態を模
式的に示した模式図である。

【００３６】図５を参照するに、縦軸がＡ／Ｄ入力電
圧、横軸が時刻を示している。

【００３７】参照符号１１にて示す斜線範囲は、予め設
定されたＡ／Ｄ微少入力範囲、１２は上限閾値の限界入
力範囲、１３は下限閾値の限界入力範囲をそれぞれ示し
ている。

【００３８】時刻ｔ１〜ｔ２のサンプリングにおいてＡ
／Ｄ入力電圧が微少域範囲１１内であれば入力電圧Ｖ０
を増幅し、Ｖ１として電流監視を行う。

【００３９】時刻ｔ３においてＡ／Ｄ入力電圧が上限閾
値１２の限界域に達すれば、増幅率を変えてＶ０（また
はその中間レベルでもよい）で電流監視を行う。この電
流監視の結果はサーボの電流ループに反映される。

【００４０】増幅率（ゲイン）の変更は、図２の電子ボ
リューム３１を可変して行われるが、電子ボリューム３
１の制御ピンが例えば４ビッであれば、１６通りの増幅
率を設定することができる。電子ボリューム３１を直列
／並列に組合わせれば、さらに設定数を増やすことが可
能となる。

【００４１】増幅率は何倍が適当かというと、それは電
流ループの（Ａ／Ｄサンプリングの）周期、得たい分解
能により違ってくるが、予めルックアップテーブルのよ
うなものを準備しておくか、あるいはファームウェアに
よって演算させる方法も考えられる。

【００４２】図６は、増幅率（ゲイン）切換のタイミン
グを簡単に図示したものである。Ａ／Ｄサンプリング周
期内でサンプリングされた信号１４は電流検出部（Ａ／
Ｄ）４に入力されてＡ／Ｄ変換１５され、データ１６と
して出力される。データ１６は入力ゲイン比較／判定部
７の比較器７１により設定値と比較される。

【００４３】比較器７１によりゲインの切り換えが必要
であると判定された場合には、入力ゲイン比較／判定部
７のラッチ７２から、次回のサンプリングまでにゲイン
切換信号７３及びゲイン切換通知信号７５が出力され
る。

【００４４】図７は、理想的なＡ／Ｄ入力電圧をＶ０と
した場合に、Ｖ１あるいはＶ２をゲイン調整し、入力電
圧Ｖ０に近付ける方法を模式的に示したものである。

【００４５】即ち、本発明においては、相電流検出回路
１の入力ゲイン切換部３、電流検出部（Ａ／Ｄ等）４及
び入力ゲイン比較／判定部７は理想的なＡ／Ｄ入力電圧
Ｖ０（電流−電圧特性）に近かづく（収斂する）ように
動作する。

【００４６】［発明の他の実施の形態］次に本発明の他
の実施の形態について説明する。

【００４７】図３を参照するに、入力ゲイン比較／判定
部７では、電流検出部４の出力と設定値との比較を行い
入力ゲインの切り換えを行うか否かを判定している。

【００４８】この設定値は電流制御パラメータとして、
入力ゲイン比較／判定部７に電流検出回路１の外部から
入力することにより可変することができる。

【００４９】この、他の実施の形態により、システムに
応じた最適な電流制御を可能にする。

【００５０】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成され、作用する
ものであり、本発明によれば、以下に示す効果が得られ
る。

【００５１】第１の効果は、モータの相電流検出／電流
制御が正確に行えることである。

【００５２】その理由は、電流検出を相電流の大きさに
よって最適な分解能で行えるようにしているためであ
る。特に、大型モータの微少電流域での制御性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施の形態を示すブロック構成
図である。

【図２】本発明の主構成要素の１つである入力ゲイン切
換部の一具体例を示すブロック構成図である。

【図３】本発明の主構成要素の１つである入力ゲイン比
較／判定部の一具体例を示すブロック構成図である。

【図４】本発明の動作フロー例を示すフローチャートで
ある。

【図５】ゲイン切換動作を反映した電流検出部の時間に
対する入力電圧の関係を示す特性図である。

【図６】入力ゲイン切換時における動作タイミングを示
すタイミングチャートである。

【図７】電流検出部の理想的な入力電圧をＶ０とした場
合における電圧Ｖ０に収斂させる状態を模式的に示した
模式図である。

【符号の説明】

１…相電流検出回路 ２…モータ ３…入力ゲイン切換部 ３１…電子ボリューム ３２…演算増幅器（オペアンプ） ４…電流検出部 ５…電流制御部 ６…増幅器（アンプ） ７…入力ゲイン比較／判定部 ７１…比較器 ７２…ラッチ ７３…ゲイン切換信号 ７５…ゲイン切換通知信号 ８…電流センサ １１…予め設定されたＡ／Ｄ微少入力範囲 １２…限界入力範囲の上限閾値 １３…限界入力範囲の下限閾値 １４…電流検出部４に入力されるサンプリング信号 １５…Ａ／Ｄ変換 １６…データ １７…判定出力

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの相電流を検出してアナログ電圧
   に変換する電流センサと、該電流センサから出力される
   検出電圧を入力し後記入力ゲイン比較／判定手段の制御
   によってゲインを切り換える入力ゲイン切換手段と、該
   ゲイン切換手段から出力されるアナログ電圧をディジタ
   ル電圧に変換する電流検出手段と、該電流検出手段の出
   力電圧を監視し該電流検出手段の入力電圧がフルレンジ
   に達するような場合にはゲインを下げるように及び該入
   力電圧が一定値以下になった場合にはゲインを上げるよ
   うに判定して前記入力ゲイン切換手段にゲイン切換制御
   信号を供給する入力ゲイン比較／判定手段とを有するこ
   とを特徴とした電流検出回路。
2. 【請求項２】 前記入力ゲイン切換手段は、前記電流セ
   ンサから出力されるアナログ電圧を入力とする演算増幅
   器と、該演算増幅器の入力と出力との間に接続され前記
   入力ゲイン比較／判定手段から出力されるゲイン切換制
   御信号により制御される電子ボリュームを有することを
   更に特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
3. 【請求項３】 前記入力ゲイン比較／判定手段は、前記
   電流検出手段の出力データと予め設定された設定値とを
   比較して前記ゲイン切換手段の出力ゲインを切り換える
   か否かを判定する比較器と、該比較器の判定結果ゲイン
   を切り換える必要があると判定された場合にゲイン切換
   信号及びゲイン切換通知信号をラッチするラッチ手段と
   を有することを更に特徴とする請求項１または２のいず
   れか一項に記載の電流検出回路。
4. 【請求項４】 前記入力ゲイン切換信号及び前記入力ゲ
   イン切換通知信号は、前記電流検出手段のＡ／Ｄコンバ
   ータから出力されるビジィ信号によって内部ラッチ／出
   力され、これにより入力ゲイン切り換えのタイミングを
   計ることを更に特徴とする請求項３に記載の電流検出回
   路。
5. 【請求項５】 前記設定値は、該電流検出回路の外部か
   ら電流制御パラメータとして前記比較器に入力されるこ
   とを更に特徴とする請求項３または４のいずれか一項に
   記載の電流検出回路。
6. 【請求項６】 前記入力ゲイン切換手段、前記電流検出
   手段及び前記入力ゲイン比較／判定手段は、前記電流検
   出手段に入力される電圧が理想的な電流−弾圧特性に収
   斂するように動作することを更に特徴とする請求項１〜
   ５のいずれか一項に記載の電流検出回路。