JP2018141676A - 電流検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】検出した入力電流を表す出力電圧の温度依存性を抑制する電流検出回路を提供することを目的とする。【解決手段】入力電流Ｉ１の電流値を検出する電流検出回路１の温度変動依存性を抑制するために、電流を入力電圧に変換するシャント抵抗と入力電圧が供給される非反転増幅回路及び反転増幅回路を備える電流検出増幅回路２と、電流検出増幅回路２と同じ構成で、シャント抵抗に電流を流さない基準増幅回路３と、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路の出力電圧Ｖｏ＿ｎ、電流検出増幅回路２の反転増幅回路の出力電圧Ｖｏ＿ｐ、基準増幅回路３の非反転増幅回路の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０、及び基準増幅回路３の反転増幅回路の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０が入力され、上記４つの電圧を用いて入力電流Ｉ１を表す電圧値を演算する演算部４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出回路に関し、特に温度補償機能を備えた電流検出回路に関するものである。

電子回路に流れる電流の値を検出するため、電子回路基板には電流検出回路が組み込まれている。電流検出回路がオペアンプ及び抵抗を用いて構成される場合、オペアンプの入力オフセット電圧、抵抗の抵抗値、及びリファレンス電圧生成回路で生成されたリファレンス電圧は、ばらつき等により変動し、これにより電流検出回路の出力電圧が変動するため、正確な電流値の検出ができない。そこで、以下の特許文献１には、動作中の電動モータに流れる電流を検出することを目的として、動作前（電動モータ停止時や工場出荷時等）にあらかじめ記憶した電圧を用いて、検出した電流の値を表す電圧を補正することにより、オペアンプの入力オフセット電圧及びリファレンス電圧のばらつきによる出力電圧変動を抑制することが開示されている。

特開２０１６−１７６８２３号公報

オペアンプの入力オフセット電圧、抵抗の抵抗値及びリファレンス電圧は動作時の温度によっても変動する。このため、電流検出回路の出力電圧は温度変動に対しても依存する。しかしながら、特許文献１では、検出した電流を表す電圧に対して事前に取得した基準となる電圧を用いて補正を行うため、電流を検出したときの動作温度と基準となる電圧を取得したときの動作温度が異なる場合には正確な補正を行うことができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出した入力電流を表す出力電圧の温度依存性を抑制することができる電流検出回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電流検出回路は以下の手段を採用する。

本発明は、電子回路に流れる入力電流の電流値を検出する電流検出回路であって、前記入力電流を入力電圧に変換するシャント抵抗と、前記入力電圧がオペアンプの非反転入力端子へ供給される非反転増幅回路と、前記入力電圧が抵抗を介してオペアンプの反転入力端子へ供給される反転増幅回路と、を備える電流検出増幅回路と、前記電流検出増幅回路と同じ構成とされ、シャント抵抗に基準入力電流が入力される基準増幅回路と、前記電流検出増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧、前記電流検出増幅回路の反転増幅回路の出力電圧、前記基準増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧、及び前記基準増幅回路の反転増幅回路の出力電圧を用いて前記入力電流を表す電圧値を演算する演算部と、を備え、前記演算部は、前記電流検出増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧と前記基準増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧との差分を表す第一電圧を算出する第一電圧算出部と、前記電流検出増幅回路の反転増幅回路の出力電圧と前記基準増幅回路の反転増幅回路の出力電圧との差分を表す第二電圧を算出する第二電圧算出部と、前記第一電圧及び前記第二電圧を加算した電圧を算出する加算部とを備える電流検出回路を提供する。

上記基準入力電流は、０（ゼロ）アンペアとしてもよい。

上記のような構成によれば、例えば基準入力電流を０（ゼロ）とした場合を想定すると、入力電流が流れる電流検出増幅回路の非反転増幅回路は入力電流に依存する項と入力電流に依存しない項で表される電圧を出力し、入力電流が流れない基準増幅回路の非反転増幅回路は入力電流に依存しない項のみで表される電圧を出力する。電流検出増幅回路及び基準増幅回路は同一構成のため、各回路から出力される電流に依存しない項は互いに等しい値となる。このため、演算部の第一電圧算出部によって、電流検出増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧から基準増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧が減算されることにより、電流に依存しない項が消去され、電流に依存する項のみを含む第一電圧を算出することができる。電流検出増幅回路及び基準増幅回路の反転増幅回路についても同様に、第二電圧算出部によって算出される第二電圧は、電流に依存する項のみを含む電圧となる。そして、第一電圧算出部によって算出された第一電圧及び第二電圧算出部によって算出された第二電圧が加算部によって互いに加算されることにより、電流検出増幅回路に入力される入力電圧が算出される。加算部によって算出された入力電圧は、入力電流をシャント抵抗によって変換した電圧となるため、増幅回路を構成する各回路素子の温度変動に対して依存しない検出結果を得ることが可能となる。

上記のように、上記構成を備える電流検出回路によれば、第一電圧算出部及び第二電圧算出部による演算の過程で、オペアンプの入力オフセット電圧、使用する抵抗の抵抗値、及びリファレンス電圧が互いにキャンセルされるので、加算部によって算出される出力電圧をシャント抵抗及び入力電流の積で表される電圧とすることができる。

本発明によれば、電流検出回路の出力電圧に対して、オペアンプの入力オフセット電圧、使用する抵抗の抵抗値、及びリファレンス電圧の各温度変動による影響を同時に抑制することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る電流検出回路の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電流検出増幅回路及び基準増幅回路の回路図である。 本発明の第１実施形態による電流検出回路における入力電流に対する各出力電圧を示す図である。 本発明の第２実施形態による電流検出増幅回路及び基準増幅回路の回路図である。 本発明の第２実施形態による電流検出回路における入力電流に対する各出力電圧を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る電流検出回路１について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る電流検出回路１のブロック図である。本実施形態に係る電流検出回路１は温度補償機能を有し、図１に示すように、電流検出回路１は、入力電流Ｉ１が流れる電流検出増幅回路２、入力電流Ｉ１が流れない基準増幅回路３、及び電流検出増幅回路２と基準増幅回路３から得られる各出力電圧に基づいて出力電圧Ｖ１を算出する演算部４を備える。

図２は、本実施形態に係る電流検出増幅回路２及び基準増幅回路３の回路図である。

電流検出増幅回路２は、非反転増幅回路２１、反転増幅回路２２、及び入力電流Ｉ１を入力電圧へ変換するシャント抵抗４２ａを備える。非反転増幅回路２１の入力端子、反転増幅回路２２の入力端子、及びシャント抵抗４２ａの一方の端子は電流検出増幅回路２の入力端子に接続されている。シャント抵抗４２ａの他方の端子は接地されている。

基準増幅回路３は、電流検出増幅回路２と同一の回路構成であり、非反転増幅回路２３、反転増幅回路２４、及びシャント抵抗４２ｃを備える。非反転増幅回路２３の入力端子、反転増幅回路２４の入力端子、及びシャント抵抗４２ｃの一方の端子は互いに接続されている。シャント抵抗４２ｃの他方の端子は接地されている。基準増幅回路３において、入力端子は設置されておらず、シャント抵抗４２ｃに電流は流れない。換言すると、基準増幅回路３では、基準増幅回路３の入力がグラウンドに接続されており、このため、入力電流はゼロとなる。

電流検出増幅回路２及び基準増幅回路３に用いられる非反転増幅回路２１、２３は、同一の回路構成であり、オペアンプ２０ａ、２０ｃ、各々の端子がオペアンプ２０ａ又は２０ｃの反転入力端子とグラウンドに接続された抵抗４１ａ、４１ｃ、及び各々の端子がオペアンプ２０ａ又は２０ｃの反転入力端子と出力端子に接続されたフィードバック抵抗４０ａ、４０ｃを備える。

電流検出増幅回路２及び基準増幅回路３に用いられる反転増幅回路２２、２４は、同一の回路構成であり、オペアンプ２０ｂ、２０ｄ、各々の端子がオペアンプ２０ｂ又は２０ｄの反転入力端子と、非反転増幅回路２１のオペアンプ２０ａ又は非反転増幅回路２３のオペアンプ２０ｃの非反転入力端子に接続された抵抗４１ｂ、４１ｄと、各々の端子がオペアンプ２０ｂ又は２０ｄの反転入力端子と出力端子に接続されたフィードバック抵抗４０ｂ、４０ｄを備える。
電流検出増幅回路２及び基準増幅回路３に用いられる各素子は、各素子間のバラツキを抑えるために、製造ロットが同一の素子を、オペアンプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄについては同一パッケージのものを用いることが好ましい。

演算部４は、例えばアナログ／デジタル変換器やＣＰＵ等を含む情報処理装置により構成される。演算部４は、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎ、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐ、基準増幅回路３の非反転増幅回路２３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０、及び基準増幅回路３の反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０の４つの電圧が入力され、入力される４つの電圧に対して演算処理を行い、演算結果を出力する。
具体的には、演算部４は、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎから基準増幅回路３の非反転増幅回路２３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０を減算した第一電圧を算出する第一電圧算出部１０と、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐから基準増幅回路３の反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０を減算した第二電圧を算出する第二電圧算出部１１と、第一電圧及び第二電圧を加算した電圧を算出する加算部１２とを備えている。

次に、本実施形態に係る電流検出回路１の動作について説明する。
なお、以下の説明において、シャント抵抗４２ａ、４２ｃの抵抗値をＲｓｈ、フィードバック抵抗４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの抵抗値をＲｆ、抵抗４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの抵抗値をＲｓ、オペアンプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの入力オフセット電圧をＶｏｓとする。

まず、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１において、シャント抵抗４２ａに入力電流Ｉ１が流れることにより発生した入力電圧がオペアンプ２０ａの非反転入力端子に供給される。オペアンプ２０ａの非反転入力端子に入力される入力電圧とオペアンプ２０ａの反転入力端子に入力される電圧との差分に、オペアンプ２０ａを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎは下記式（１）で表される。式（１）は、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１からの出力電圧Ｖｏ＿ｎが、オペアンプ２０ａの入力オフセット電圧、増幅回路を構成する抵抗４１ａ、及びフィードバック抵抗４０ａの温度変動に依存することを示している。

図３の（ａ）は、周期的に一定時間のみ電流が流れるパルス状の入力電流Ｉ１を示す。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎを示している。入力電流Ｉ１が流れている間に電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１から電圧が出力されるが、動作時の温度によって出力電圧が変動する。但し、図に示す例では温度の低下に従い出力電圧Ｖｏ＿ｎが低下しているが、オペアンプ２０ａの入力オフセット電圧の向き等に依存するため、本実施形態は、図３の結果を示すものに限らない。

電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２において、シャント抵抗４２ａに入力電流Ｉ１が流れることにより発生した入力電圧が抵抗４１ｂを介してオペアンプ２０ｂの反転入力端子に供給される。オペアンプ２０ｂの反転入力端子に入力される電圧と非反転入力端子に入力される電圧の差分に、オペアンプ２０ｂを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐは下記式（２）で表される。式（２）は、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２からの出力電圧Ｖｏ＿ｐが、オペアンプ２０ｂの入力オフセット電圧、増幅回路を構成する抵抗４１ｂ、及びフィードバック抵抗４０ｂの温度変動に依存することを示している。

図３の（ｃ）は、図３の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐを示している。入力電流Ｉ１が流れている間に電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２から電圧が出力されるが、動作時の温度によって出力電圧Ｖｏ＿ｐが変動する。但し、図３の（ｃ）に示す例では温度の低下に従い出力電圧が低下しているが、オペアンプ２０ｂの入力オフセット電圧の向き等の要因により変化するため、本実施形態は、図３の結果を示すものに限らない。

基準増幅回路３の非反転増幅回路２３において、シャント抵抗４２ｃには入力電流が流れないためシャント抵抗４２ｃに電圧は発生しない。オペアンプ２０ｃの非反転入力端子に入力される電圧とオペアンプ２０ｃの反転入力端子に入力される電圧の差分に、オペアンプ２０ｃを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、基準増幅回路３の非反転増幅回路２３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０は下記式（３）で表される。式（３）は、基準増幅回路３の非反転増幅回路２３からの出力電圧Ｖｏ＿ｎ０が、オペアンプ２０ｃの入力オフセット電圧、増幅回路を構成する抵抗４１ｃ、及びフィードバック抵抗４０ｃの温度変動に依存することを示している。

基準増幅回路３の反転増幅回路２４において、シャント抵抗４２ｃには入力電流が流れないためシャント抵抗４２ｃに電圧は発生しない。オペアンプ２０ｄの反転入力端子に入力される電圧と非反転入力端子に入力される電圧の差分に、オペアンプ２０ｄを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、基準増幅回路３の反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０は下記式（４）で表される。式（４）は、基準増幅回路３の反転増幅回路２４からの出力電圧Ｖｏ＿ｐ０が、オペアンプ２０ｄの入力オフセット電圧、増幅回路を構成する抵抗４１ｄ、及びフィードバック抵抗４０ｄの温度変動に依存することを示している。

演算部４には、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎ、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐ、基準増幅回路３の非反転増幅回路２３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０、及び基準増幅回路３の反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０が入力され、演算処理を行う。

第一電圧算出部１０は、電流検出増幅回路２の非反転増幅回路２１の出力電圧Ｖｏ＿ｎから、基準増幅回路３の非反転増幅回路２３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０を減算する。第一演算の演算結果は以下式（５）で表される。

第二電圧算出部１１は、電流検出増幅回路２の反転増幅回路２２の出力電圧Ｖｏ＿ｐから、基準増幅回路３の反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０を減算する。第二演算の演算結果は以下式（６）で表される。

加算部１２は、第一電圧算出部１０から出力される式（５）に表される第一電圧と、第二電圧算出部１１から出力される式（６）に表される第二電圧とを加算することにより、式（７）に示す出力電圧Ｖ１を得る（第三演算）。

出力電圧Ｖ１において、シャント抵抗４２ａの抵抗値は既知であるので、出力電圧Ｖ１から入力電流Ｉ１を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電流検出回路１によれば、第一電圧算出部１０及び第二電圧算出部１１による演算によって、オペアンプの入力オフセット電圧Ｖｏｓに係る項が無くなるため、オペアンプの入力オフセット電圧Ｖｏｓの温度変動による影響を排除できる。さらに、加算部１２による加算演算によって、抵抗４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、及びフィードバック抵抗４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに係る項が無くなるため、抵抗及びフィードバック抵抗の抵抗値Ｒｆ、Ｒｓの温度変動による影響を排除することができる。図３の（ｄ）は、図３の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出回路１の出力電圧Ｖ１を示している。

式（７）は、第一演算から第三演算を実行後に出力される出力電圧Ｖ１の値がシャント抵抗４２ａ及び入力電流Ｉ１に依存することを示している。したがって、シャント抵抗４２ａとして抵抗温度係数の非常に低い抵抗を選定することで、本実施形態に係る電流検出回路１では、動作時の温度変動による影響を効果的に抑制することができる。シャント抵抗４２ｃについてもシャント抵抗４２ａと同様の抵抗を選定することが好ましい。

例えば、ばらつき等の補償に用いる情報をあらかじめ取得して記憶しておき、電流検出回路１の動作時に、取得しておいた情報を用いる補償方法では、あらかじめ情報を取得するときに想定していた動作温度と、実際の回路の動作温度が異なる可能性があり、補償の不確実さが残る。これに対し、本実施形態に係る電流検出回路１は、電流検出増幅回路２と基準増幅回路３が同時に動作しリアルタイムで補償を行っているため、より効果的に温度補償を行うことができる。

なお、温度補償を正確に実現するために、抵抗４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、フィードバック抵抗４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、及びシャント抵抗４２ａ、４２ｃは同一条件のもとで製造された同一ロットのものを用い、オペアンプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは同一ロットかつ同一パッケージのものを用いることが効果的である。この場合、同種類の回路素子は互いに等しい回路特性を持つため、同一種の素子間において等しく変動するような変動特性であれば、温度変動以外であっても、正確に補正を行うことができる。

本実施形態の変形例として、基準増幅回路３に代わり、動作温度変動に対して基準増幅回路３の非反転増幅回路２３及び反転増幅回路２４の出力電圧Ｖｏ＿ｎｏ及びＶｏ＿ｐ０をあらかじめデータベース化して記憶しておき、補正時には、動作温度から対応付けられた電圧値を読み出し、補正に用いることとしてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る温度補償回路を備えた電流検出回路１について、図面を参照して説明する。
第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図４は、本実施形態に係る電流検出増幅回路２´及び基準増幅回路３´の回路図である。本実施形態では、図１の電流検出増幅回路２及び基準増幅回路３に代えて、図４に示す電流検出増幅回路２´及び基準増幅回路３´を用いる。

電流検出増幅回路２´は、反転増幅回路３１、非反転増幅回路３２、及び入力電流Ｉ１を入力電圧へ変換するシャント抵抗４２ｅを備える。非反転増幅回路３２の入力端子、反転増幅回路３１の入力端子、及びシャント抵抗４２ｅの一方の端子は電流検出増幅回路２´の入力端子に接続されている。シャント抵抗４２ｅの他方の端子は接地されている。

基準増幅回路３´は、電流検出増幅回路２´と同一の回路構成であり、反転増幅回路３３、非反転増幅回路３４、及びシャント抵抗４２ｇを備える。非反転増幅回路３４の入力端子、反転増幅回路３３の入力端子、及びシャント抵抗４２ｇの一方の端子は互いに接続されている。シャント抵抗４２ｇの他方の端子は接地されている。基準増幅回路３´において、入力端子は設置されておらず、シャント抵抗４２ｇに電流は流れない。換言すると、基準増幅回路３´では、基準増幅回路３´の入力端子がグラウンドに接続されており、このため、入力電流はゼロとなる。

電流検出増幅回路２´及び基準増幅回路３´に用いられる反転増幅回路３１、３３は、同一の回路構成であり、オペアンプ２０ｅ、２０ｇ、各々の端子がオペアンプ２０ｅ又は２０ｇの反転入力端子と非反転増幅回路３２のオペアンプ２０ｆ又は非反転増幅回路３４のオペアンプ２０ｈの非反転入力端子に接続された抵抗４３ｅ、４３ｇ、各々の端子がオペアンプ２０ｅ又は２０ｇの反転入力端子と出力端子に接続されたフィードバック抵抗４０ｅ、４０ｇ、各々の端子がオペアンプ２０ｅ又は２０ｇの非反転入力端子とグラウンドに接続された抵抗４４ｅ、４４ｇ、各々の端子がオペアンプ２０ｅ又は２０ｇの非反転入力端子とリファレンス電圧Ｖｒｅｆ入力端子に接続された抵抗４５ｅ、４５ｇ、及び各々の端子がオペアンプ２０ｅ又は２０ｇの出力端子とグラウンドに接続された抵抗とを備える。

電流検出増幅回路２´及び基準増幅回路３´に用いられる非反転増幅回路３２、３４は、同一の回路構成であり、オペアンプ２０ｆ、２０ｈ、各々の端子がオペアンプ２０ｆ又は２０ｈの反転入力端子とグラウンドに接続された抵抗４３ｆ、４３ｈ、各々の端子がオペアンプ２０ｆ又は２０ｈの反転入力端子と出力端子に接続されたフィードバック抵抗４０ｆ、４０ｈ、及び各々の端子がオペアンプ２０ｆ又は２０ｈの出力端子とグラウンドに接続された抵抗とを備える。
電流検出増幅回路２´及び基準増幅回路３´に用いられる各素子は、各素子間のバラツキを抑えるために、製造ロットが同一の素子を、オペアンプ２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈについては同一パッケージのものを用いることが好ましい。

次に、本実施形態に係る電流検出回路１の動作について説明する。
なお、以下の説明において、シャント抵抗４２ｅ、４２ｇの抵抗値をＲｓｈ、非反転増幅回路３２、３４及び反転増幅回路３１、３３に用いられるフィードバック抵抗４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈの抵抗値をそれぞれＲｆ、抵抗４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ、４３ｈの抵抗値をＲｇ、抵抗４４ｅ、４４ｇ、及び抵抗４５ｅ、４５ｇの抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２の出力電圧Ｖｏ＿ｎ´、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１の出力電圧Ｖｏ＿ｐ´、基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´、及び基準増幅回路３´の反転増幅回路３３の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０´、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの電圧値をＶｒｅｆ、オペアンプの入力オフセット電圧の電圧値をＶｏｓとする。

まず、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１において、シャント抵抗４２ｅに入力電流Ｉ１が流れることにより入力電圧が発生する。オペアンプ２０ｅの非反転入力端子に入力される電圧とオペアンプ２０ｅの反転入力端子に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆが分圧された電圧との差分に、オペアンプ２０ｅを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１の出力電圧Ｖｏ＿ｐ´は下記式（８）で表される。式（８）は、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１からの出力電圧Ｖｏ＿ｐ´が、オペアンプ２０ｅの入力オフセット電圧、増幅回路を構成するフィードバック抵抗４０ｅ、抵抗４３ｅ、抵抗４４ｅ及び抵抗４５ｅ、及びリファレンス電圧Ｖｒｅｆの温度変動に依存することを示している。

図５の（ａ）は、周期的に一定時間のみ電流が流れるパルス状の入力電流Ｉ１を示す。
図５の（ｃ）は、図５の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１の出力電圧Ｖｏ＿ｐ´を示している。入力電流Ｉ１が流れている間に電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１から電圧が出力されるが、動作時の温度によって出力電圧Ｖｏ＿ｐ´が変動する。但し、図５の（ｃ）に示す例では温度の低下に従い出力電圧が低下しているが、オペアンプ２０ｅの入力オフセット電圧の向き等の要因により変化するため、本実施形態は、図５の結果を示すものに限らない。

電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２において、シャント抵抗４２ｅに入力電流Ｉ１が流れることにより発生した入力電圧がオペアンプ２０ｆの非反転入力端子に供給される。オペアンプ２０ｆの反転入力端子に入力される電圧と非反転入力端子に入力される入力電圧の差分に、オペアンプ２０ｆを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２の出力電圧Ｖｏ＿ｎ´は下記式（９）で表される。式（９）は、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２からの出力電圧Ｖｏ＿ｎ´がオペアンプ２０ｆの入力オフセット電圧及び増幅回路を構成するフィードバック抵抗４０ｆ、抵抗４３ｆの抵抗値の温度変動に依存することを示している。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２の出力電圧Ｖｏ＿ｎ´を示している。入力電流Ｉ１が流れている間に電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２から電圧が出力されるが、動作時の温度によって出力電圧Ｖｏ＿ｎ´が変動する。但し、図５の（ｂ）に示す例では温度の低下に従い出力電圧が低下しているが、オペアンプ２０ｆの入力オフセット電圧の向き等に依存するため、本実施形態は、図５の結果を示すものに限らない。

基準増幅回路３´の反転増幅回路３３において、シャント抵抗４２ｇには入力電流Ｉ１が流れないためシャント抵抗４２ｇに電圧は発生しない。オペアンプ２０ｇの反転入力端子に入力される電圧とオペアンプ２０ｇの非反転入力端子に入力されるリファレンス電圧Ｖｒｅｆが分圧された電圧の差分に、オペアンプ２０ｇを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、基準増幅回路３´の反転増幅回路３３の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０´は下記式（１０）で表される。式（１０）は、基準増幅回路３´の反転増幅回路３３からの出力電圧Ｖｏ＿ｐ０´がオペアンプ２０ｇの入力オフセット電圧、増幅回路を構成するフィードバック抵抗４０ｇ、抵抗４３ｇ、抵抗４４ｇ、抵抗４５ｇ、及びリファレンス電圧Ｖｒｅｆの温度変動に依存することを示している。

基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４において、シャント抵抗４２ｇには入力電流Ｉ１が流れないためシャント抵抗４２ｇに電圧は発生しない。オペアンプ２０ｈの反転入力端子に入力される電圧と非反転入力端子に入力される入力電圧の差分に、オペアンプ２０ｈを構成する各回路素子の特性ばらつき等で生じる入力オフセット電圧を加味すると、基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´は下記式（１１）で表される。式（１１）は、基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４からの出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´がオペアンプ２０ｈの入力オフセット電圧及び増幅回路を構成するフィードバック抵抗４０ｈ、抵抗４３ｈの抵抗値の温度変動に依存することを示している。

演算部４には、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２の出力電圧Ｖｏ＿ｎ´、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１の出力電圧Ｖｏ＿ｐ´、基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´、及び基準増幅回路３´の反転増幅回路３３の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０´が入力され、演算処理を行う。

第一電圧算出部１０は、電流検出増幅回路２´の非反転増幅回路３２の出力電圧Ｖｏ＿ｎ´から、基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´を減算する。第一演算の演算結果は以下式（１２）で表される。

第二電圧算出部１１は、電流検出増幅回路２´の反転増幅回路３１の出力電圧Ｖｏ＿ｐ´から、基準増幅回路３´の反転増幅回路３３の出力電圧Ｖｏ＿ｐ０´を減算する。第二演算の演算結果は以下式（１３）で表される。

加算部１２は、式（１２）に表される電圧と式（１３）に表される電圧を加算することにより、式（１４）に示す出力電圧Ｖ１を得る。

したがって、第一電圧算出部１０及び第二電圧算出部１１による演算によって、オペアンプの入力オフセット電圧Ｖｏｓ及びリファレンス電圧Ｖｒｅｆに係る項が無くなるため、オペアンプの入力オフセット電圧及びリファレンス電圧Ｖｒｅｆの温度変動による影響を排除できる。さらに、第三演算を行うことによって、抵抗４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ、４３ｈ、抵抗４４ｅ、４４ｇ、抵抗４５ｅ、４５ｇ、及びフィードバック抵抗４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈに係る項が無くなるため、各抵抗の抵抗値Ｒｓ、Ｒ１、Ｒ２及びフィードバック抵抗の抵抗値Ｒｆの温度変動による影響を排除することができる。図５の（ｄ）は、図５の（ａ）に示す電流を入力電流Ｉ１とした場合の、電流検出回路１の出力電圧Ｖ１を示している。

式（１４）は、第一演算から第三演算を実行後に出力される出力電圧Ｖ１の値がシャント抵抗４２ｅ及び入力電流Ｉ１に依存することを示している。したがって、シャント抵抗４２ｅとして抵抗温度係数の非常に低い抵抗を選定することで、本実施形態に係る電流検出回路１では、動作時の温度変動による影響を効果的に抑制することができる。シャント抵抗４２ｇについてもシャント抵抗４２ｅと同様の抵抗を選定することが好ましい。

例えば、ばらつき等の補償に用いる情報をあらかじめ取得して記憶しておき、電流検出回路１の動作時に、取得しておいた情報を用いる補償方法では、あらかじめ情報を取得するときに想定していた動作温度と、実際の回路の動作温度が異なる可能性があり、補償の不確実さが残る。これに対し、本実施形態に係る電流検出回路１は、電流検出増幅回路２´と基準増幅回路３´が同時に動作しリアルタイムで補償を行っているため、より効果的に温度補償を行うことができる。

なお、温度補償を正確に実現するために、抵抗４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ、４３ｈ、抵抗４４ｅ、４４ｇ、抵抗４５ｅ、４５ｇ、フィードバック抵抗４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ、及びシャント抵抗４２ｅ、４２ｇは同一条件のもとで製造された同一ロットのものを用い、オペアンプ２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈは同一ロットかつ同一パッケージのものを用いることが効果的である。この場合、同種類の回路素子は互いに等しい回路特性を持つため、同一種の素子間において等しく変動するような変動特性であれば、温度変動以外であっても、正確に補正を行うことができる。

本実施形態の変形例として、基準増幅回路３´に代わり、動作温度変動に対して基準増幅回路３´の非反転増幅回路３４及び反転増幅回路３３の出力電圧Ｖｏ＿ｎ０´及びＶｏ＿ｐ０´をあらかじめデータベース化して記憶しておき、補正時には、動作温度から対応付けられた電圧値を読み出し、補正に用いることとしてもよい。

上記各実施形態では、基準電流をゼロとする場合を例示して説明したが、所定の電流を基準電流として基準増幅回路３又は３´に入力することとしてもよい。この場合、入力電流と基準電流の差を差電流とすると、電流検出回路の出力電圧は、シャント抵抗と差電流の積で表される。但し、この場合の入力電流を求めるためには、別途計算として基準電流を加算しなければならないが、基準電流を生成するための電流生成回路を構成する回路素子の温度変動で基準電流が変動するため、別途計算時に用いる基準電流に対して温度変動を加味しないと誤差が生じる可能性がある。しかしこの場合においても、演算部において、オペアンプの入力オフセット電圧、使用する抵抗及びリファレンス電圧の温度変動による影響は排除され、加えて、基準電流の温度変動による影響についても排除される。

１ ：電流検出回路
２、２´ ：電流検出増幅回路
３、３´ ：基準増幅回路
４ ：演算部
１０ ：第一電圧算出部
１１ ：第二電圧算出部
１２ ：加算部
２０ａ〜２０ｈ：オペアンプ
２１、２３、３２、３４：非反転増幅回路
２２、２４、３１、３３：反転増幅回路
４０ａ〜４０ｈ：フィードバック抵抗
４１ａ〜４１ｄ、４３ｅ〜４５ｇ：抵抗
４２ａ〜４２ｇ：シャント抵抗
Ｉ１ ：入力電流
Ｖ１ ：出力電圧
Ｖｏｓ ：入力オフセット電圧
Ｖｒｅｆ ：リファレンス電圧

Claims (4)

1. 電子回路に流れる入力電流の電流値を検出する電流検出回路であって、
   前記入力電流を入力電圧に変換するシャント抵抗と、
   前記入力電圧がオペアンプの非反転入力端子へ供給される非反転増幅回路と、
   前記入力電圧が抵抗を介してオペアンプの反転入力端子へ供給される反転増幅回路と、
   を備える電流検出増幅回路と、
   前記電流検出増幅回路と同じ構成とされ、シャント抵抗に基準入力電流が入力される基準増幅回路と、
   前記電流検出増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧、前記電流検出増幅回路の反転増幅回路の出力電圧、前記基準増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧、及び前記基準増幅回路の反転増幅回路の出力電圧を用いて前記入力電流を表す電圧値を演算する演算部と、
   を備え、
   前記演算部は、
   前記電流検出増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧と前記基準増幅回路の非反転増幅回路の出力電圧との差分を表す第一電圧を算出する第一電圧算出部と、
   前記電流検出増幅回路の反転増幅回路の出力電圧と前記基準増幅回路の反転増幅回路の出力電圧との差分を表す第二電圧を算出する第二電圧算出部と、
   前記第一電圧及び前記第二電圧を加算した電圧を算出する加算部と
   を備える電流検出回路。
2. 前記基準入力電流は、０アンペアである請求項１に記載の電流検出回路。
3. 前記電流検出増幅回路の反転増幅回路のオペアンプの非反転入力端子及び前記基準増幅回路の反転増幅回路のオペアンプの非反転入力端子がグラウンドに接続された請求項１又は請求項２に記載の電流検出回路。
4. 前記電流検出増幅回路の反転増幅回路のオペアンプの非反転入力端子及び前記基準増幅回路の反転増幅回路のオペアンプの非反転入力端子に、共通の電圧が供給される請求項１又は請求項２に記載の電流検出回路。
   

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