| 【発明の名称】 |
電流検出回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】高木 幸一
【氏名】星野 孝志
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| 【要約】 |
【課題】ＰＴＣサーミスタを用いながら電流を精度良く検出する。
【解決手段】ＰＴＣサーミスタ２は第１、第２の抵抗部２１，２２を備え、両抵抗部２１，２２の一端が共通で、第２の抵抗部２２は第１の抵抗部２１から分岐して構成され、各抵抗部２１，２２の抵抗値の比率が所定比率にされる。電位制御回路３は第１の抵抗部２１の他端の電位Ｖ１と第２の抵抗部２２の他端の電位Ｖ２とを同電位にする。抵抗素子７は、抵抗値Ｒ０が既知である。過電流検出回路６は、トランジスタ３１と抵抗素子７との接続点の電位Ｖ０を検出し、この電位Ｖ０からランプ９への供給電流Ｉ１を求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電源部から負荷に供給される供給電流を検出する電流検出回路において、上記電源部と上記負荷との間に介設された第１の抵抗部、及び上記電源部とアースとの間に介設され、上記第１の抵抗部から分岐して構成された第２の抵抗部を有し、上記第２の抵抗部の抵抗値が上記第１の抵抗部の抵抗値に対して所定比率だけ大きい値に設定されている正特性サーミスタと、上記第２の抵抗部に流れる電流を検出するとともに、この検出された電流と上記所定比率とから上記第１の抵抗部に流れる上記供給電流を求める電流検出手段とを備えたことを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】 請求項１記載の電流検出回路において、上記第１の抵抗部の上記負荷側の電位と上記第２の抵抗部の上記アース側の電位とを同電位にさせる電位制御手段を備えたことを特徴とする電流検出回路。
【請求項３】 請求項２記載の電流検出回路において、上記正特性サーミスタは、サーミスタ部と、このサーミスタ部を挾むように配設された一対の電極板とを備えたもので、上記一対の電極板の一方は第１の電極板と第２の電極板とに分割されており、上記第１の電極板及び上記一対の電極板の他方によって挾まれる上記サーミスタ部により上記第１の抵抗部が構成され、上記第２の電極板及び上記一対の電極板の他方によって挾まれる上記サーミスタ部により上記第２の抵抗部が構成され、上記第１の電極板の面積と上記第２の電極板の面積との比率が上記所定比率になるように構成されていることを特徴とする電流検出回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、正特性サーミスタを用いて電源部から負荷に供給される負荷電流を検出する電流検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回路に流れる電流を検出するときは、その電流の経路に抵抗値が既知の抵抗体を挿入し、その抵抗体の両端に発生する電圧値と上記既知の抵抗値とから電流を求める方法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、抵抗体により回路電流を検出する場合には、抵抗体で消費される電力量は回路電流に比例するので、回路電流が増大する場合には、予め定格電力の大きい抵抗体を採用しておく必要があることから、抵抗体の大型化やコストの上昇を招く。また、回路電流が増大すると抵抗体で消費される電力量が増大するので、回路の電力効率が低下してしまうこととなる。
【０００４】一方、従来、温度上昇に従って抵抗値が増大する正特性（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ（以下「ＰＴＣサーミスタ」という。）を回路に挿入することにより、過電流や過熱等の異常から回路を保護するようにしたものが知られており、このＰＴＣサーミスタを上記抵抗体として利用することが考えられるが、ＰＴＣサーミスタは温度変化により抵抗値が変化するため、そのままでは利用することができない。
【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、ＰＴＣサーミスタを用いながら電流を精度良く検出することが可能な電流検出回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、電源部から負荷に供給される供給電流を検出する電流検出回路において、上記電源部と上記負荷との間に介設された第１の抵抗部、及び上記電源部とアースとの間に介設され、上記第１の抵抗部から分岐して構成された第２の抵抗部を有し、上記第２の抵抗部の抵抗値が上記第１の抵抗部の抵抗値に対して所定比率だけ大きい値に設定されている正特性サーミスタと、上記第２の抵抗部に流れる電流を検出するとともに、この検出された電流と上記所定比率とから上記第１の抵抗部に流れる上記供給電流を求める電流検出手段とを備えたものである。
【０００７】この構成によれば、電源部から第１の抵抗部を介して負荷に電流が供給されるとともに、第１の抵抗部から分岐して構成された第２の抵抗部に電源部から電流が流れ、第２の抵抗部に流れる電流が検出される。第２の抵抗部の抵抗値は、第１の抵抗部の抵抗値に対して所定比率だけ大きい値に設定されているので、検出された電流と所定比率とから第１の抵抗部に流れる電流が求められることによって、負荷への供給電流が簡易な構成で求められることとなる。また、温度が上昇すると正特性サーミスタの抵抗値が増大するので、供給電流のレベルが低下することとなり、回路部品の保護が可能になる。
【０００８】また、上記第１の抵抗部の上記負荷側の電位と上記第２の抵抗部の上記アース側の電位とを同電位にさせる電位制御手段を備えるようにしてもよい。この構成によれば、第２の抵抗部の抵抗値が第１の抵抗部の抵抗値に対して所定比率だけ大きい値に設定されていることから、第１の抵抗部の負荷側の電位と第２の抵抗部のアース側の電位とが同電位にされることにより、第１の抵抗部に流れる電流と第２の抵抗部に流れる電流との比率が上記所定比率になる。従って、第２の抵抗部に流れる電流と上記所定比率とから、負荷への供給電流が容易に求められることとなる。
【０００９】また、上記正特性サーミスタは、サーミスタ部と、このサーミスタ部を挾むように配設された一対の電極板とを備えたもので、上記一対の電極板の一方は第１の電極板と第２の電極板とに分割されており、上記第１の電極板及び上記一対の電極板の他方によって挾まれる上記サーミスタ部により上記第１の抵抗部が構成され、上記第２の電極板及び上記一対の電極板の他方によって挾まれる上記サーミスタ部により上記第２の抵抗部が構成され、上記第１の電極板の面積と上記第２の電極板の面積との比率が上記所定比率になるように構成されているとしてもよい。
【００１０】この構成によれば、サーミスタ部を挾むように配設された一対の電極板の一方は第１の電極板と第２の電極板とに分割されており、第１の電極板及び一対の電極板の他方によって挾まれるサーミスタ部により第１の抵抗部が構成され、第２の電極板及び一対の電極板の他方によって挾まれるサーミスタ部により第２の抵抗部が構成され、第１の電極板の面積と第２の電極板の面積との比率が上記所定比率になるように構成されていることにより、第１の抵抗部の特性と第２の抵抗部の特性がほぼ一致することとなり、これによって負荷への供給電流が精度良く求められることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る電流検出回路の一実施形態の回路図である。この回路は、電源部１、ＰＴＣサーミスタ２、電位制御回路３、ＦＥＴ４、駆動回路５、過電流検出回路６、抵抗素子７及び制御回路８を備え、電源部１からランプ（負荷）９への電流供給を制御するものである。ＰＴＣサーミスタ２は第１の抵抗部２１と第２の抵抗部２２とを備え、電位制御回路３はＰＮＰトランジスタ３１とコンパレータ３２とを備えている。
【００１２】第１の抵抗部２１の一端は電源部１に接続され、他端はＦＥＴ４のドレインに接続され、ＦＥＴ４のソースはランプ９を介して接地されており、ゲートは駆動回路５に接続されている。第１の抵抗部２１の他端は、更にコンパレータ３２の非反転入力端子に接続されている。
【００１３】第２の抵抗部２２の一端は電源部１に接続され、他端はトランジスタ３１のエミッタ及びコンパレータ３２の反転入力端子に接続されており、トランジスタ３１のベースはコンパレータ３２の出力端子に接続され、コレクタは抵抗素子７を介して接地されている。
【００１４】このように、第１の抵抗部２１の一端と第２の抵抗部２２の一端が共通で、第２の抵抗部２２は第１の抵抗部２１から分岐して構成されており、各抵抗部２１，２２の抵抗値の比率は、後述するように、所定比率になされている。
【００１５】電位制御回路３は、第１の抵抗部２１の他端（すなわちＦＥＴ４のドレイン）の電位Ｖ１と第２の抵抗部２２の他端（すなわちトランジスタ３１のエミッタ）の電位Ｖ２とを同電位にするもので、その動作については後述する。駆動回路５は、図略のチャージポンプ回路などを備え、ＦＥＴ４のゲートに駆動電圧を印加してＦＥＴ４をオンオフさせるものである。制御回路８は、駆動回路５を介してＦＥＴ４のオンオフを制御することにより、ランプ９を点灯消灯させるものである。なお、抵抗素子７は、抵抗値Ｒ０が既知のものが採用されている。
【００１６】過電流検出回路６は、以下の機能を有する。
(1) トランジスタ３１と抵抗素子７との接続点（すなわちトランジスタ３１のコレクタ）の電位Ｖ０を検出し、この電位Ｖ０からランプ９への供給電流Ｉ１を求める機能。
【００１７】(2) 求められた供給電流Ｉ１が所定レベルを超えると過電流であると判定し、駆動回路５を制御してＦＥＴ４をオフにさせる機能。
【００１８】図２はＰＴＣサーミスタ２を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。ＰＴＣサーミスタ２には、チタン酸バリウム等のセラミックを主成分とする無機タイプと、ポリエチレン等の絶縁性高分子に導電性カーボンを配合して混練、成型、架橋処理した樹脂タイプの双方が適用可能である。
【００１９】ここで、上記架橋処理を行う手段としては、電離放射線を高分子材料に照射して生成したラジカル同士の結合を生じさせる方法や、過酸化物を高分子材料に配合し、高温高圧雰囲気中でラジカルを発生させて化学結合を生じさせる方法等も有効である。このような架橋処理をすれば、過電流異常や過熱異常の状態から正常状態に戻った際、ＰＴＣサーミスタの通電性は上記異常状態が発生する前と同レベルまで復帰することが可能になる。
【００２０】上記チタン酸バリウムを用いた場合、バリウム原子の一部をストロンチウム原子や鉛原子に置換することにより、抵抗が増大し始める温度を少なくとも50〜 200℃の範囲で制御することができる。一方、樹脂タイプのものでは、抵抗が増大し始める温度はベース樹脂の融点に支配される。このベース樹脂の融点は当該樹脂の結晶性を制御することによって若干調節できるが、その範囲は無機タイプと比べてかなり小さい。ポリエチレンの場合、融点の範囲はその結晶性によって100〜135℃程度に変わる。これを用いてＰＴＣサーミスタを製造する場合、導電性カーボンを混練するために抵抗増大開始温度は上述の融点より若干低くなるが、電流値は混練するカーボン量や面積、厚みにより制御でき、この面積や厚み、形状制御は無機タイプのものより容易である。ポリエチレン以外では、ポリフッ化ビニリデン等の使用も考えられる。この場合、ポリフッ化ビニリデンの結晶性により融点が140〜150℃に変化する。よって、これにカーボンを混練することにより、抵抗増大開始温度が130〜140℃のＰＴＣサーミスタを製造することが可能である。
【００２１】ＰＴＣサーミスタ２は、図２（ａ）に示すように、サーミスタ部２３と、このサーミスタ部２３を挾むように配設された一対の電極板２４，２５とから構成されている。
【００２２】一対の電極板２４，２５は、例えばニッケル箔などがサーミスタ部２３の表面に張り合わせて形成されており、この一対の電極板２４，２５によってサーミスタ部２３に配線の接続が可能になっている。
【００２３】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、一対の電極板２４，２５の一方の電極板２４は、例えばフォトエッチング法で切欠くことによって、第１の電極板２４１と第２の電極板２４２とに分割されている。このとき、第１の電極板２４１の面積と第２の電極板２４２の面積との比率が、Ｎ：１になるように分割されている。
【００２４】そして、図１において、一対の電極板２４，２５の他方の電極板２５が電源部１に接続され、第１の電極板２４１がＦＥＴ４のドレインに接続され、第２の電極板２４２がトランジスタ３１のエミッタに接続されている。すなわち、電極板２５及び第１の電極板２４１によって挾まれたサーミスタ部２３により第１の抵抗部２１が構成され、電極板２５及び第２の電極板２４２によって挾まれたサーミスタ部２３により第２の抵抗部２２が構成されている。
【００２５】従って、第１の電極板２４１の面積と第２の電極板２４２の面積の比率をＮ：１にしているので、第１の抵抗部２１の抵抗値をＲ１、第２の抵抗部２２の抵抗値をＲ２とすると、Ｒ１：Ｒ２＝１：Ｎになる。
【００２６】次に、図１の回路の動作について説明する。制御回路８によって駆動回路５から駆動電圧がＦＥＴ４に印加されるとＦＥＴ４がオンになり、ランプ９に電流が供給されて、ランプ９が点灯する。
【００２７】そして、コンパレータ３２により第１の抵抗部２１の他端の電位Ｖ１と第２の抵抗部２２の他端の電位Ｖ２とが比較され、Ｖ１≧Ｖ２のときはコンパレータ３２からローレベル信号が出力され、トランジスタ３１がオンにされて、第２の抵抗部２２に電流が流れて電位Ｖ２が上昇する。一方、Ｖ１＜Ｖ２のときはコンパレータ３２からハイレベル信号が出力され、トランジスタ３１がオフにされて、第２の抵抗部２２に電流が流れずに電位Ｖ２が低下する。このように、トランジスタ３１のオンオフによってＶ１＝Ｖ２に維持される。
【００２８】従って、第１の抵抗部２１に流れる電流、すなわちランプ９への供給電流をＩ１、第２の抵抗部２２に流れる電流をＩ２とすると、Ｖ１＝Ｖ２、かつＲ１：Ｒ２＝１：Ｎであることから、Ｉ１：Ｉ２＝Ｎ：１になる。
【００２９】そこで、過電流検出回路６が検出する電位をＶ０とすると、抵抗素子７の抵抗値がＲ０であるので、Ｉ２＝Ｖ０／Ｒ０になる。従って、Ｉ１＝Ｎ・Ｉ２＝Ｎ・Ｖ０／Ｒ０になり、過電流検出回路６によってランプ９への供給電流Ｉ１が求められる。
【００３０】このように、第１の抵抗部２１と、この第１の抵抗部２１から分岐した第２の抵抗部２２とを備えるようにＰＴＣサーミスタ２を構成し、第２の抵抗部２２に流れる電流によってランプ９への供給電流を検出するようにしたので、簡易な構成で電流検出を行うことができる。
【００３１】また、第１の抵抗部２１の抵抗値と第２の抵抗部２２の抵抗値との比率が所定比率になるようにＰＴＣサーミスタ２を構成し、両抵抗部２１，２２の他端の電位を同電位に維持するようにしたので、第１の抵抗部２１に流れる電流、すなわちランプ９への供給電流に対して、第２の抵抗部２２に流れる電流を比例させることができ、これによって、第２の抵抗部２２に流れる電流を検出することによりランプ９への供給電流を求めることができる。
【００３２】また、図２に示すように、１個のＰＴＣサーミスタ２を用いて第１、第２の抵抗部２１，２２を構成しているので、第１の抵抗部２１の特性と第２の抵抗部２２の特性とがほぼ一致することとなり、温度依存性などの製造ばらつきによる特性の相違がなくなる。これによって、温度が上昇した場合でも、第１、第２の抵抗部２１，２２の抵抗値が同様に比例して増大することになる。従って、第２の抵抗部２２に流れる電流から、第１の抵抗部２１に流れる電流、すなわちランプ９への供給電流を精度良く求めることができる。
【００３３】また、ＰＴＣサーミスタ２により第１の抵抗部２１を構成しているので、例えば雰囲気温度の上昇や流れる電流レベルの増大によってＰＴＣサーミスタ２の温度が上昇すると、第１の抵抗部２１の抵抗値が増大することから、ランプ９への供給電流を低減することができ、これによって過電流や過熱に対してＦＥＴ４を保護することができる。また、供給電流が低減することから、ＰＴＣサーミスタ２やＦＥＴ４などの回路部品の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００３４】なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【００３５】（１）一方の電極板２４を、第１の電極板２４１と第２の電極板２４２とに分割する方法は、フォトエッチングに限られない。例えば蒸着法を用いることも可能である。
【００３６】（２）図３に示すように、電極板２４だけでなく、サーミスタ部２３も分割するようにしてもよい。この場合の分割は、例えばレーザトリミング法を用いることができる。
【００３７】（３）上記実施形態では、ランプ９への電流供給を制御する回路に適用しているが、これに限られず、他の回路において電流を検出する場合に適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、電源部と負荷との間に介設された第１の抵抗部、及び電源部とアースとの間に介設され、第１の抵抗部から分岐して構成された第２の抵抗部を有し、第２の抵抗部の抵抗値が第１の抵抗部の抵抗値に対して所定比率だけ大きい値に設定されている正特性サーミスタと、第２の抵抗部に流れる電流を検出するとともに、この検出された電流と所定比率とから第１の抵抗部に流れる供給電流を求める電流検出手段とを備えるようにしたので、負荷への供給電流を簡易な構成で求めることができるとともに、温度上昇に対して回路部品を保護することができる。
【００３９】また、第１の抵抗部の負荷側の電位と第２の抵抗部のアース側の電位とを同電位にさせることにより、第１の抵抗部に流れる電流と第２の抵抗部に流れる電流との比率が上記所定比率になるので、第２の抵抗部に流れる電流と上記所定比率とから、負荷への供給電流を容易に求めることができる。
【００４０】また、サーミスタ部を挾むように配設された一対の電極板の一方は第１の電極板と第２の電極板とに分割され、第１の電極板及び一対の電極板の他方によって挾まれるサーミスタ部により第１の抵抗部を構成し、第２の電極板及び一対の電極板の他方によって挾まれるサーミスタ部により第２の抵抗部を構成し、第１の電極板の面積と第２の電極板の面積との比率が上記所定比率になるように構成していることにより、第１の抵抗部の特性と第２の抵抗部の特性がほぼ一致することとなり、これによって負荷への供給電流を精度良く求めることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９５０１１６６５
【氏名又は名称】株式会社ハーネス総合技術研究所
【識別番号】０００１８３４０６
【氏名又は名称】住友電装株式会社
【識別番号】０００００２１３０
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年６月１８日（１９９８．６．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８２８
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−９７６４（Ｐ２０００−９７６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月１４日（２０００．１．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１７１７３０ |
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