电流检测电路的制作方法

本实用新型涉及一种对在电动机驱动装置内的电流路径中流动的电流进行检测的电流检测电路。

背景技术：

在对机床、产业机械、锻压机械、注射成型机或各种机器人内的电动机进行驱动的电动机驱动装置中，通过正变换器将从交流电源侧输入的交流电力暂且变换为直流电力之后再通过逆变换器将该直流电力变换为交流电力，将该交流电力用作电动机的驱动电力。

图4是表示一般的电动机驱动装置的电路图。例如，在对三相交流的电动机200进行驱动的电动机驱动装置100中，向逆变换器51的直流输入侧施加来自直流电源的直流电压，来输出用于对电动机200进行驱动的三相的交流电流。在逆变换器51的直流输入侧设置有平滑电容器53，在此虽未特别图示，但是一般在逆变换器51的直流输入侧设置有将从商用的交流电源输入的交流电流变换为直流电流后输出的正变换器(整流器)。

逆变换器51构成为全桥逆变器，在该全桥逆变器的上臂和下臂分别设置有反并联连接了回流二极管的开关元件Su1、Sv1、Sw1、Su2、Sv2以及Sw2。更加具体地说，针对u相构成由开关元件Su1和Su2形成的串联电路，针对v相构成由开关元件Sv1和Sv2形成的串联电路，针对w相构成由开关元件Sw1和Sw2形成的串联电路。对各开关元件Su1、Sv1、Sw1、Su2、Sv2以及Sw2的栅极施加来自电流控制部52的栅极驱动指令Gu1、Gv1、Gw1、Gu2、Gv2以及Gw2，通过该栅极驱动指令Gu1、Gv1、Gw1、Gu2、Gv2以及Gw2来进行各开关元件Su1、Sv1、Sw1、Su2、Sv2以及Sw2的导通截止控制。由此，逆变换器51将从直流输入侧输入的直流电力变换为用于驱动三相交流电动机的具有期望的频率和期望的电压的交流电流。

电流控制部52基于被输入的电流指令和对从逆变换器51向电动机200流入的交流电流进行反馈得到的值，来生成栅极驱动指令Gu1、Gv1、Gw1、Gu2、Gv2以及Gw2。从逆变换器51向电动机200流动的交流电流是由电流检测电路1001检测的，为了生成适当的栅极驱动指令Gu1、Gv1、Gw1、Gu2、Gv2以及Gw2来高精度地对电动机200进行控制，使用由电流检测电路1001高精度地检测出的电流检测值来进行上述电流反馈控制是很重要的。

作为电流检测电路中的电流检测方法，例如像日本特开2014-14252号公报所记载的那样，存在以下分流电阻方式：在作为电流检测的对象的电流路径中插入电阻(分流电阻)，对电流流过电阻时产生的电阻两端的电压进行检测，基于该电压来得出电流值。分流电阻用于将该分流电阻中的电流值变换为分流电阻两端的电压，该两端电压以模拟差动信号的形式被传输到运算电路。然而，模拟差动信号当在其传输路中受到外部噪声的影响时发生变动，其结果，电流检测精度下降。作为外部噪声，例如存在电磁感应。电磁感应是以下现象：在某个电流路径的电流发生变动时产生的磁通在该电流路径的周边产生电位差。成为噪声源的电流路径中流动的电流的变化量越大、或者与成为噪声源的电流路径之间的距离越近，则该电流路径中产生的基于电磁感应的噪声越大。特别是在电动机驱动装置中，多数情况下，存在引起基于电磁感应的噪声的电流变化大的电流路径，对流向电动机的电流进行检测的电流检测电路与这样的电流路径接近地配置。因而，将对流向电动机的电流进行检测的电流检测电路设计为不受在这些电流路径中产生的基于电磁感应的噪声的影响是很重要的。

在分流电阻方式的电流检测电路中，作为减小来自外部噪声的影响的方法，存在使差动信号线接近地配置的方法。图5是说明在以往的分流电阻方式的电流检测电路中减小来自外部噪声的影响的一般的方法的电路图。一般的分流电阻方式的电流检测电路1001具备：分流电阻61，其设置在作为电流检测的对象的电流路径上；差分运算部63，其将分流电阻61的电流输入侧和电流输出侧分别作为差动输入输出端子；以及传输路62-1和62-2，该传输路62-1和62-2将分流电阻61的电流输入侧及电流输出侧与差分运算部63的正极及负极的各输入端子分别连接。在将传输路62-1与传输路62-2接近地配置的情况下，从外部噪声源300产生的外部噪声对传输路62-1及62-2同样地造成影响(在图中以参照标记301来表示噪声成分的波形。)，但是分别经由传输路62-1和62-2传输的信号被分别输入到差分运算部63的正极输入端子(+)和负极输入端子(-)，各信号的噪声成分通过由差分运算部63进行的差分运算而被消除，从而消除了由普通模式噪声造成的影响。在图中，以参照标记401来表示差分运算部63的输出信号的波形。

图6是说明在以往的分流电阻方式的电流检测电路中、将分流电阻的电流输入侧及电流输出侧与差分运算部的正极及负极的各输入端子分别连接的传输路以不接近的方式配置的情况下的来自外部噪声的影响的电路图。在将分流电阻61的电流输入侧与差分运算部63的正极输入端子(+)连接的传输路62-1同将分流电阻61的电流输出侧与差分运算部63的负极输入端子(-)连接的传输路62-2以不接近的方式配置的情况下，在传输路62-1与传输路62-2之间，外部噪声的影响产生差异(在图中以参照标记302表示噪声成分的波形。)，分别经由传输路62-1和62-2传输的信号的噪声成分无法通过由差分运算部63进行的差分运算而被消除，从而在差分运算部63的输出信号中会残留外部噪声的影响。在图中，以参照标记402表示差分运算部63的输出信号的波形。

如上所述，在分流电阻方式的电流检测电路中，为了减小来自外部噪声的影响，期望的是，使将分流电阻的电流输入侧及电流输出侧与差分运算部的正极及负极的各输入端子分别连接的传输路彼此接近地配置。

然而，实际上，难以使这些传输路接近地进行布线，特别是，由于分流电阻和差分运算部的物理构造而无法使分流电阻附近的传输路、差分运算部附近的传输路接近地进行布线。因此，分别经由传输路传输的信号的噪声成分无法通过由差分运算部进行的差分运算而被消除，在差分运算部的输出信号中会残留外部噪声的影响。另外，在电动机驱动装置中，尤其存在很多流过大电流的电流路径，基于电磁感应的噪声的影响显著。在由电流检测电路检测出的电流检测值中含有基于外部噪声的影响的状态下，在反馈控制中使用该电流检测值的电动机驱动装置无法生成适当的栅极驱动指令，因而无法实现高精度的电动机控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，鉴于上述问题，提供一种能够不受外部噪声的影响地高精度地检测在电动机驱动装置内的电流路径中流动的电流的、分流电阻方式的电流检测电路。

为了实现上述目的，对在电动机驱动装置内的电流路径中流动的电流进行检测的电流检测电路具备：第一电阻和第二电阻，该第一电阻和该第二电阻位于同一电流路径上，具有相同的电阻值；第一信号传输部，其对表示第一电阻的第一端子侧的电位的信号进行传输；第二信号传输部，其对表示第一电阻的第二端子侧的电位的信号进行传输；第三信号传输部，其对表示第二电阻的第一端子侧的电位的信号进行传输；第四信号传输部，其对表示第二电阻的第二端子侧的电位的信号进行传输；第一差分运算部，其执行由第一信号传输部传输的信号与由第二信号传输部传输的信号之间的差分运算，由此得到第一差分信号；第二差分运算部，其执行由第三信号传输部传输的信号与由第四信号传输部传输的信号之间的差分运算，由此得到第二差分信号；以及加法运算部，其执行第一差分信号与第二差分信号的加法运算，由此得到相加信号，其中，第一信号传输部与第四信号传输部接近地配置，第二信号传输部与第三信号传输部接近地配置。

在此，也可以是，第一电阻与第二电阻、第一信号传输部与第四信号传输部、第二信号传输部与第三信号传输部、以及第一差分运算部与第二差分运算部以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上。

附图说明

通过参照下面的附图会更明确地理解本实用新型。

图1是示意性地表示基于实施例的电流检测电路的概要图。

图2是表示图1所示的电流检测电路的电路图。

图3是说明基于实施例的电流检测电路的动作原理的图。

图4是表示一般的电动机驱动装置的电路图。

图5是说明以往的分流电阻方式的电流检测电路中减小来自外部噪声的影响的一般的方法的电路图。

图6是说明在以往的分流电阻方式的电流检测电路中将分流电阻的电流输入侧及电流输出侧与差分运算部的正极及负极的各输入端子分别连接的传输路以不接近的方式配置的情况下的来自外部噪声的影响的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明不受噪声的影响的电流检测电路。然而，希望理解的是，本实用新型并不限定于附图或者下面所说明的实施方式。

图1是示意性地表示基于实施例的电流检测电路的概要图，图2是表示图1所示的电流检测电路的电路图。以下，在不同的附图中标注了相同的参照标记的结构要素意味着是具有相同的功能的结构要素。

在基于实施例的电流检测电路1中，对应的结构要素以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上，详细内容在后面叙述。在图1中，以实线表示配置于印刷电路板的表面的结构要素，以虚线表示配置于印刷电路板的背面的结构要素，关于该印刷电路板，为了使附图简明而省略了图示。此外，关于印刷电路板的“表面”和“背面”这样的表达不过是为了方便而使用的，也可以将配置图1中以实线示出的结构要素的面称为“背面”，将配置以虚线示出的结构要素的面称为“表面”。另一方面，图2是更加简化地在平面的电路图上表现图1所示的电流检测电路1的图。此外，在图示的例子中，作为一例，示出了电流沿从第一电阻11-1向第二电阻11-2的方向流动的情况，但是即使在电流沿从第二电阻11-2向第一电阻11-1的方向流动的情况下，也能够通过电流检测电路1根据同样的原理来进行电流检测。

基于实施例的电流检测电路1具备第一电阻11-1、第二电阻11-2、第一信号传输部12-1、第二信号传输部13-1、第三信号传输部12-2、第四信号传输部13-2、第一差分运算部14-1、第二差分运算部14-2以及加法运算部15。

第一电阻11-1和第二电阻11-2位于作为电流检测的对象的同一电流路径上，具有相同的电阻值。

第一信号传输部12-1是对表示第一电阻11-1的第一端子侧的电位的信号进行传输的信号线。

第二信号传输部13-1是对表示第一电阻11-1的第二端子侧的电位的信号进行传输的信号线。

第三信号传输部12-2是对表示第二电阻11-2的第一端子侧的电位的信号进行传输的信号线。

第四信号传输部13-2是对表示第二电阻11-2的第二端子侧的电位的信号进行传输的信号线。

第一差分运算部14-1执行由第一信号传输部12-1传输的信号与由第二信号传输部13-1传输的信号之间的差分运算，由此得到第一差分信号。

第二差分运算部14-2执行由第三信号传输部12-2传输的信号与由第四信号传输部13-2传输的信号之间的差分运算，由此得到第二差分信号。

加法运算部15执行由第一差分运算部14-1输出的第一差分信号与由第二差分运算部14-2输出的第二差分信号的加法运算，由此得到相加信号。电流检测电路1将该相加信号作为表示在该电流路径中流动的电流的信号，将其发送到未图示的后级的电路(例如电动机驱动装置中的电流控制部)。

在实施例中，第一信号传输部12-1与第四信号传输部13-2接近地配置，第二信号传输部13-1与第三信号传输部12-2接近地配置。更加详细地说，第一信号传输部12-1与第四信号传输部13-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上，与此相同地，第二信号传输部13-1与第三信号传输部12-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上。

并且，在实施例中，第一电阻11-1与第二电阻11-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上。由此，第一电阻11-1和第二电阻11-2也彼此接近地配置。同样地，第一差分运算部14-1与第二差分运算部14-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上。由此，第一差分运算部14-1和第二差分运算部14-2也彼此接近地配置。

如以上所说明的那样，在实施例中，第一电阻11-1与第二电阻11-2、第一信号传输部12-1与第四信号传输部13-2、第二信号传输部13-1与第三信号传输部12-2、以及第一差分运算部14-1与第二差分运算部14-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上。即，在印刷电路板的表面上构成有包括第一电阻11-1、第一信号传输部12-1、第二信号传输部13-1以及第一差分运算部14-1的第一差动信号传输电路10-1(在图1和后述的图3中以实线表示。)，在印刷电路板的背面构成有包括第二电阻11-2、第三信号传输部12-2、第四信号传输部13-2以及第二差分运算部14-2的第二差动信号传输电路10-2(在图1和后述的图3中以虚线表示。)。通过采取这种配置结构，第一差动信号传输电路10-1与第二差动信号传输电路10-2以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上，第一差动信号传输电路10-1与第二差动信号传输电路10-2成为信号的极性相反的关系。一般来说，印刷电路板的厚度为几毫米左右，因此可以说配置于印刷电路板的两面的第一差动信号传输电路10-1与第二差动信号传输电路10-2充分地接近。特别是在以往技术中，由于分流电阻、差分运算部的物理构造，无法使分流电阻附近的传输路、差分运算部附近的传输路接近地进行布线，但是根据本实用新型，第一电阻11-1与第二电阻11-2、以及第一差分运算部14-1与第二差分运算部14-2也以关于印刷电路板成面对称的方式分别配置在印刷电路板的各面上，由此能够实现接近配置，从而能够更进一步地实现高精度的电流检测。

图3是说明基于实施例的电流检测电路的动作原理的图。图3是在图1中追加了各部的电压值和电阻值的标记的图，与图1同样，以实线表示配置于印刷电路板的表面的结构要素，以虚线表示配置于印刷电路板的背面的结构要素，关于该印刷电路板，为了使附图简明而省略了图示。

第一电阻11-1与第二电阻11-2具有相同的电阻值，因此将第一电阻11-1与第二电阻11-2的电阻值均设为“R/2”。第一电阻11-1与第二电阻11-2位于同一电流路径上，因此流过第一电阻11-1的电流也流过第二电阻11-2。在此，假设由于在第一电阻11-1和第二电阻11-2中流过相同的电流而第一电阻11-1和第二电阻11-2均产生电压值“V_i/2”。即，由于流过相同的电流，第一电阻11-1和第二电阻11-2产生总计为“V_i”的电压，但在该时间点，不包含由外部噪声源300产生的噪声成分。

另外，在图3所示的例子中，假设外部噪声源300位于距第二信号传输部13-1和第三信号传输部12-2的组的距离大于距第一信号传输部12-1和第四信号传输部13-2的组的距离一侧，假设作为从外部噪声源300产生的外部噪声，对第一信号传输部12-1和第四信号传输部13-2施加“+V_n1”，对第二信号传输部13-1和第三信号传输部12-2施加“+V_n2”。

在上述那样的假设下，第一差分运算部14-1当执行由第一信号传输部12-1传输的信号与由第二信号传输部13-1传输的信号之间的差分运算时，输出表示“V_i/2+V_n1-V_n2”的电压的第一差分信号。另一方面，第二差分运算部14-2执行由第三信号传输部12-2传输的信号与由第四信号传输部13-2传输的信号之间的差分运算，由此输出表示“V_i/2-V_n1+V_n2”的电压的第二差分信号。加法运算部15执行由第一差分运算部14-1输出的表示“V_i/2+V_n1-V_n2”的电压的第一差分信号与由第二差分运算部14-2输出的表示“V_i/2-V_n1+V_n2”的电压的第二差分信号的加法运算，由此得到表示“V_i”的电压的相加信号。也就是说，根据实施例，在经过了第一差动信号传输电路10-1和第二差动信号传输电路10-2之后的信号中也能够得到第一电阻11-1和第二电阻11-2所产生的总计为“V_i”的电压。这样，根据实施例可知，能够不受外部噪声源300所产生的外部噪声的影响地进行高精度的电流检测。

如果在电动机驱动装置中将上述的电流检测电路1使用于电动机电流检测，则能够使用不受外部噪声的影响地高精度地检测出的电流来进行反馈控制，因此能够实现高精度的电动机控制。此外，电流检测电路1不仅可以使用于电动机电流检测，也可以使用于对交流电源进行整流来生成直流电源的正变换器(整流器)中的电流检测。另外，还可以将电流检测电路1使用于对直流电动机进行驱动的电动机驱动装置中的电流检测。

根据本实用新型，能够实现能够不受外部噪声的影响地高精度地检测在电动机驱动装置内的电流路径中流动的电流的、分流电阻方式的电流检测电路。

如果在电动机驱动装置中将基于本实用新型的电流检测电路使用于电动机电流检测，则能够使用不受外部噪声的影响地高精度地检测出的电流来进行反馈控制，因此能够实现高精度的电动机控制。另外，在电动机驱动装置中，不仅可以将基于本实用新型的电流检测电路使用于电动机电流检测，也可以使用于对交流电源进行整流来生成直流电源的正变换器(整流器)中的电流检测。另外，还可以将基于本实用新型的电流检测电路使用于对直流电动机进行驱动的电动机驱动装置中的电流检测，或者不限于电动机驱动装置，也可以使用于其它电气设备中的电流检测。无论在哪个情况下，根据基于本实用新型的电流检测电路，都能够不受外部噪声的影响地高精度地对电流进行检测，因此各设备的控制精度、检测精度提高。