図面 (/)

技術 電流検出回路

出願人 サンケン電気株式会社
発明者 佐藤清勝下山直彦
出願日 2015年3月11日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-047970
公開日 2016年9月23日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-169955
状態 特許登録済
技術分野 電流・電圧の測定 電子的スイッチ1 インバータ装置
主要キーワード 移動平均演算処理 移動平均演算 鋸波形 AD変換値 イベントフラグ サンプリング毎 平均電流値 プログラム用メモリ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

演算量を少なくでき異常データの引き継ぎをなくす電流検出回路

解決手段

ソレノイドLに電流を流すためのスイッチング素子Q1を所定のPWM周期PWM制御する制御部16と、検出部R1で検出された電流値を所定のPWM周期のn倍の周期サンプリングアナログデジタル変換してPWM周期毎にn回のAD変換値を出力するA/D変換部13と、A/D変換部からのn回のAD変換値を記憶するFIFOバッファ141を有する移動平均演算部14とを備え、移動平均演算部は、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果からFIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して得られる(n−1)回のAD変換値に対し、AD変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均総和値を得、当該移動平均用総和値をnで除算することにより移動平均値を演算する。

概要

背景

従来の電流検出回路として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載された電流検出回路は、電動機を可変制御するPWMインバータに係わり、PWMインバータはキャリア信号鋸波)と周波数指令正弦波)とからPWM波形を生成し、このPWM波形をゲート信号としてインバータ主回路スイッチング素子オンオフ制御する。

この場合、PWM制御中の電流は、鋸波形となるため、ソレノイドを精度良く制御するために平均電流演算する必要がある。この手法として、PWM周期整数倍サンプリングし、サンプリングされた複数のサンプリング値をPWM周期毎に平均化する手法が用いられている。この手法では、平均電流値の演算結果がPWM周期毎でしか変換しないため、電流が変化する状況では、実電流と演算結果の平均電流には大きな差が現われるという課題を有していた。

一方、上記課題を解決する手法として、PWM周期の整数倍でサンプリングし、サンプリング毎直前のPWM周期分のサンプリング値で平均化処理を連続して行う方法がある。この方法は、PWM周期の整数倍を維持したまま移動平均を算出している。

概要

演算量を少なくでき異常データの引き継ぎをなくす電流検出回路。ソレノイドLに電流を流すためのスイッチング素子Q1を所定のPWM周期でPWM制御する制御部16と、検出部R1で検出された電流値を所定のPWM周期のn倍の周期でサンプリングしアナログデジタル変換してPWM周期毎にn回のAD変換値を出力するA/D変換部13と、A/D変換部からのn回のAD変換値を記憶するFIFOバッファ141を有する移動平均演算部14とを備え、移動平均演算部は、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果からFIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して得られる(n−1)回のAD変換値に対し、AD変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均用総和値を得、当該移動平均用総和値をnで除算することにより移動平均値を演算する。

目的

本発明の課題は、演算量を少なくできる電流検出回路を提供することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ソレノイドに流れる電流を検出する検出部と、前記ソレノイドに電流を流すためのスイッチング素子を所定のPWM周期PWM制御する制御部と、前記検出部で検出された電流値を前記所定のPWM周期のn倍の周期サンプリングアナログデジタル変換することによりPWM周期毎にn回のAD変換値を出力するA/D変換部と、前記A/D変換部からのn回のAD変換値を記憶するFIFOバッファを有する移動平均演算部と、を備え、前記移動平均演算部は、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果から前記FIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して得られる(n−1)回のAD変換値に対し、前記A/D変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均総和値を得、当該移動平均用総和値をnで除算することにより移動平均値演算することを特徴とする電流検出回路

請求項2

前記移動平均演算部は、前記A/D変換部からのn回のAD変換値を記憶するFIFOバッファと、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果を記憶するレジスタと、前記レジスタからのn回のAD変換値を加算した加算結果から、前記FIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して(n−1)回のAD変換値を得る第1の加算器と、前記第1の加算器からの(n−1)回のAD変換値に前記A/D変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均用総和値を得る第2の加算器と、前記第2の加算器からの移動平均用総和値をnで除算することにより前記移動平均値を演算する除算器と、を備えることを特徴とする請求項1記載の電流検出回路。

請求項3

前記所定のPWM周期毎に、前記A/D変換部からのn回のAD変換値を加算して得られた周期平均用総和値を出力する第3の加算器と、前記所定のPWM周期の最後に、前記第2の加算器からの移動平均用総和値を前記第3の加算器で得られた周期平均用総和値に置き換え補正部と、を備えることを特徴とする請求項2記載の電流検出回路。

技術分野

0001

本発明は、PWM制御で動作するソレノイド電流を検出する電流検出回路に関する。

背景技術

0002

従来の電流検出回路として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載された電流検出回路は、電動機を可変制御するPWMインバータに係わり、PWMインバータはキャリア信号鋸波)と周波数指令正弦波)とからPWM波形を生成し、このPWM波形をゲート信号としてインバータ主回路スイッチング素子オンオフ制御する。

0003

この場合、PWM制御中の電流は、鋸波形となるため、ソレノイドを精度良く制御するために平均電流演算する必要がある。この手法として、PWM周期整数倍サンプリングし、サンプリングされた複数のサンプリング値をPWM周期毎に平均化する手法が用いられている。この手法では、平均電流値の演算結果がPWM周期毎でしか変換しないため、電流が変化する状況では、実電流と演算結果の平均電流には大きな差が現われるという課題を有していた。

0004

一方、上記課題を解決する手法として、PWM周期の整数倍でサンプリングし、サンプリング毎直前のPWM周期分のサンプリング値で平均化処理を連続して行う方法がある。この方法は、PWM周期の整数倍を維持したまま移動平均を算出している。

先行技術

0005

特開2003−219690号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、従来の移動平均方式では、演算量が多量であり、処理時間が長くなっていた。

0007

本発明の課題は、演算量を少なくできる電流検出回路を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る電流検出回路は、ソレノイドに流れる電流を検出する検出部と、前記ソレノイドに電流を流すためのスイッチング素子を所定のPWM周期でPWM制御する制御部と、前記検出部で検出された電流値を前記所定のPWM周期のn倍の周期でサンプリングしアナログデジタル変換することによりPWM周期毎にn回のAD変換値を出力するA/D変換部と、前記A/D変換部からのn回のAD変換値を記憶するFIFOバッファを有する移動平均演算部とを備え、前記移動平均演算部は、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果から前記FIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して得られる(n−1)回のAD変換値に対し、前記AD変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均用総和値を得、当該移動平均用総和値をnで除算することにより前記移動平均値を演算することを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、移動平均演算部は、過去のn回のAD変換値を加算した加算結果から、FIFOバッファからの最も古い1回のAD変換値を減算して(n−1)回のAD変換値を得て、(n−1)回のAD変換値にAD変換部からの最新の1回のAD変換値を加算してn回のAD変換値の移動平均用総和値を得るので、演算量を少なくできる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施例1に係る電流検出回路の回路構成を示す図である。
本発明の実施例1に係る電流検出回路の移動平均演算部のハードウェア構成を示す図である。
本発明の実施例1に係る電流検出回路の移動平均演算部によるデータ補正処理を説明するための波形図である。
本発明の実施例2に係る電流検出回路の回路構成を示す図である。
本発明の実施例2に係る電流検出回路の移動平均演算処理を示すフローチャートである。
本発明の実施例の移動平均電流と従来のPWM周期毎度の平均電流を示す図である。
従来の電流検出回路の移動平均値のデータ異常が発生した様子を示す図である。

0011

以下、本発明の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。

0012

図1は、本発明の実施例1に係る電流検出回路の回路構成を示す図である。図1に示す電流検出回路は、PWM制御で動作するソレノイドLの電流を検出するもので、電源E、スイッチング素子Q1、ソレノイドL、電流検出抵抗R1、ダイオードD1、目標電流値入力部11、オペアンプ12、A/D変換器13、移動平均演算部14、比較器15、制御部16を備えている。

0013

スイッチング素子Q1は、MOSFETからなり、ドレインが電源Eの正極に接続され、ソースが電流検出抵抗R1を介してソレノイドLに接続されている。制御部16は、所定のPWM周期でスイッチング素子Q1をPWM制御することによりソレノイドLに電流を流す。ソレノイドLは、ソレノイドバブル或いは誘導電動機などの電動機を構成する。即ち、ソレノイドLを駆動することにより、ソレノイドバブル或いは電動機をPWM制御する。

0014

電流検出抵抗R1は、本発明の検出部に相当し、ソレノイドLに流れる電流を検出する。オペアンプ12は、電流検出抵抗R1で検出された電流を増幅してA/D変換器13に出力する。

0015

A/D変換器13は、オペアンプ12からの電流検出抵抗R1で検出された電流値を制御部16のPWM周期の整数倍nの短い周期で複数回サンプリングしてアナログデジタル変換することによりPWM周期のn倍の周期でAD変換値を移動平均演算部14に出力する。

0016

移動平均演算部14は、A/D変換器13からのPWM周期のn倍の周期のAD変換値に基づき移動平均値を演算する。移動平均演算部14の詳細については、後述する。

0017

目標電流値入力部11は、目標電流値を入力して比較器15に出力する。比較器15は、移動平均演算部14で演算された移動平均値と目標電流値入力部11からの目標電流値とを比較してPWM信号を生成し、生成されたPWM信号を制御部16に出力する。

0018

図2は実施例1の移動平均演算部のハードウェア構成を示す図である。移動平均演算部14は、FIFO(First In First Out)バッファ141、加算器142、加算器143、加算器144、セレクタ145、レジスタ146、除算器147を有している。

0019

ここでは、PWM周期毎に例えば64回(整数倍n=64)サンプリングした場合を説明する。FIFOバッファ141は、PWM周期毎にA/D変換器13からの例えば64回分のAD変換値を記憶する。1回分のAD変換値は、例えば12ビット幅である。レジスタ146は、過去の64回分のAD変換値を加算した加算結果を記憶する。

0020

加算器142は、本発明の第1の加算器に対応し、FIFOバッファ141から最も古い1回分のAD変換値を読み出し、レジスタ146からの64回分のAD変換値を加算した加算結果から、FIFOバッファ141からの1回分のAD変換値を減算し、63回分のAD変換値を加算器143に出力する。

0021

加算器143は、本発明の第2の加算器に対応し、加算器142からの63回分のAD変換値に最新の1回分のAD変換値を加算して64回分のAD変換値の移動平均用総和値を得て、セレクタ145に出力する。

0022

除算器147は、レジスタ146からの64回分のAD変換値を加算した加算結果を64で除算することにより電流の移動平均値を求める。

0023

加算器144は、本発明の第3の加算器に対応し、A/D変換器13からの64回分のAD変換値を加算し、PWM周期毎に、64回加算したAD変換値を周期平均用総和値としてセレクタ145に出力する。

0024

除算器147は、PWM周期毎に、64回加算したAD変換値を64で除算することにより、電流値の平均値を演算する。

0025

セレクタ145は、PWM周期ではないタイミングでは、加算器143の加算出力を選択してレジスタ146に出力し、PWM周期のタイミングでは、加算器144の加算出力を選択してレジスタ146に出力する。

0026

即ち、セレクタ145は、所定のPWM周期の最後に、加算器143からの移動平均用総和値を加算器144で得られた周期平均用総和値に置き換える本発明の補正部を構成する。

0027

このように実施例1の電流検出回路によれば、加算器142は、FIFOバッファ141から最も古いサンプリング1回分のAD変換値を読み出し、レジスタ146からの64回分のAD変換値を加算した加算結果から、FIFOバッファ141からの1回分のAD変換値を減算し、63回分のAD変換値を求める。加算器143は、加算器142からの63回分のAD変換値に最新の1回分のAD変換値を加算して移動平均用総和値を得る。除算器147は、加算器143からの移動平均用総和値を64で除算することで、移動平均値を求めることができるので、演算量を少なくできる。

0028

また、セレクタ145が、所定のPWM周期の最後に、加算器143で演算された移動平均用総和値に基づく移動平均値を、加算器144で演算された周期平均用総和値に基づく平均値に置き換える。図3に示すように、時刻t2において、予期しないエラーなどにより移動平均値にデータ異常が発生しても、駆動信号のPWM周期である時刻t3において、異常な移動平均値をPWM周期毎度の平均値に置き換えているので、移動平均値が正しい値となる。従って、異常データが発生しても、異常データが引き継ぎされることがなくなる。

0029

また、図6に、複数のPWM周期に亙って、実施例の移動平均電流と従来のPWM周期毎度の平均電流を示した。図6から実施例の移動平均電流は滑らかに変換していることがわかる。

0030

図4は、本発明の実施例2に係る電流検出回路の回路構成を示す図である。図4に示す実施例2に係る電流検出回路は、実施例1と同様の機能をソフトウェア構成で実現したものであり、移動平均演算部14AがCPU(中央処理装置)148、RAM(ランダムアクセスメモリ)149、プログラム用メモリ150を備えることを特徴とする。

0031

プログラム用メモリ150は、電流の移動平均演算処理を行うためのプログラムを格納している。CPU148は、プログラム用メモリ150に格納された電流の移動平均演算処理を行うためのプログラムの各命令順番に読み出して、各命令の処理を実行する(図5のフローチャートの各処理)。即ち、実施例2に係る電流検出回路は、ソフトウェアを用いて、実施例1の移動平均演算部14の処理と同じ処理を行うことを特徴とする。

0032

図4において、移動平均演算部14A以外のその他の構成は、図1に示す構成と同一であるので、ここでは、図5のフローチャートを参照しながら、移動平均演算部14Aの移動平均演算処理を説明する。

0033

まず、周期平均用総和値を0とし、移動平均用総和値を0とし、移動平均値を0とし、AD変換回数を0とし、FIFOバッファ141を0に初期化する(ステップS11)。

0034

ここで、周期平均用総和値は、PWM一周期の間のAD変換値の結果の総和値を表す。移動平均用総和値は、その時点のAD変換値を含めた過去n回のAD変換値の総和値を表す。移動平均値はその時点のAD変換値を含めた過去n回のAD変換値の平均値を表す。AD変換回数は、PWM一周期の間をn回に分割した時のPWM開始からのAD変換回数を表す。

0035

次に、周期開始のイベントフラグを確認する(ステップS12)。PWM周期が開始したかどうかを判定する(ステップS13)。PWM周期開始は、ソレノイドLを駆動するPWM制御波形の立ち上がりタイミングを表す。

0036

PWM周期が開始したと判定された場合には、PWM周期開始のイベントフラグをクリアする(ステップS14)。即ち、AD変換回数を0にし、PWM周期平均用総和値を0にして、ステップS12の処理に戻る。

0037

ステップS13において、PWM周期が開始していないと判定された場合には、AD変換完了イベントフラグを確認する(ステップS15)。次に、AD変換が完了したかどうかを判定する(ステップS16)。AD変換完了は、AD変換結果の出力タイミングを表す。AD変換が完了したと判定された場合には、AD変換完了イベントフラグをクリアし、AD変換値を入力し、AD変換回数を1だけインクリメントする(ステップS17)。

0038

次に、AD変換回数がn未満かどうかを判定し(ステップS18)、AD変換回数がn未満であると判定された場合には、FIFOバッファ141にAD変換値を入力し、移動平均用総和値にAD変換値を加算した結果からFIFO出力値を減算して移動平均用総和値を求める(ステップS19)。また、周期平均用総和値にAD変換値を加算して周期平均用総和値を得る。

0039

次に、移動平均用総和値をnで除算して移動平均値を求め、移動平均値を出力する(ステップS20)。従って、移動平均演算部14Aは、ステップS19で得られた移動平均用総和値を64で除算することで、移動平均値を求めることができるので、演算量を少なくできる。

0040

一方、ステップS18において、AD変換回数がn以上である場合には、AD変換回数がnであるかどうかを判定する(ステップS21)。AD変換回数がnより大きい場合には、ステップS12の処理に戻る。

0041

AD変換回数がnである場合には、即ち、PWM周期のときに、周期平均用総和値にその時のAD変換値を加算して周期平均用総和値とし、その周期平均用総和値を移動平均用総和値に置き換え(ステップS22)、ステップS20の処理に進む。

実施例

0042

即ち、予期しないエラーなどにより移動平均値にデータ異常が発生しても、駆動信号のPWM周期で異常な移動平均値をPWM周期毎の平均値に置き換えているので、移動平均値が正しい値となる。従って、異常データが発生しても、異常データが引き継ぎされることがなくなる。このように、本発明は、ハードウェア構成でもソフトウェア構成でも実現できる。

0043

Q1スイッチング素子
D1ダイオード
R1電流検出抵抗
E電源
Lソレノイド
11目標電流値入力部
12オペアンプ
13 A/D変換部
14,14A移動平均演算部
15比較器
16 制御部
141FIFOバッファ
142,143,144加算器
145セレクタ
146レジスタ
147除算器
148 CPU
149 RAM
150 プログラム用メモリ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ