電圧検出装置
【課題】負電源を必要とせず、コストを抑えることができる電圧検出装置を提供する。
【解決手段】電圧検出回路１２は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａと、バッテリ１２２と、電圧回路１２３とを備えている。オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子は、電圧回路１２３によって、グランドＧＮＤを基準として正側にオフセットされている。そのため、入力端子に入力される電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になることはない。従って、グランドＧＮＤを基準として正電圧を供給するバッテリ１２２のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることできる。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【解決手段】電圧検出回路１２は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａと、バッテリ１２２と、電圧回路１２３とを備えている。オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子は、電圧回路１２３によって、グランドＧＮＤを基準として正側にオフセットされている。そのため、入力端子に入力される電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になることはない。従って、グランドＧＮＤを基準として正電圧を供給するバッテリ１２２のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることできる。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を検出する電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧を検出する電圧検出装置として、例えば特許文献１に開示されている電圧検出装置がある。この電圧検出装置は、３つの差動電圧検出器を備えている。第１差動電圧検出器の一方の入力端子は抵抗を介して第１母線に、他方の入力端子は接地ノードにそれぞれ接続されている。第２差動電圧検出器の一方の入力端子は接地ノードに、他方の入力端子は抵抗を介して負母線にそれぞれ接続されている。第３差動電圧検出器の一方の入力端子は抵抗を介して第２母線に、他方の入力端子は接地ノードにそれぞれ接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、差動電圧検出器は、オペアンプを用いた差動増幅回路として構成することができる。第３差動電圧検出器においては、オペアンプの一方の入力端子が接地ノードに、他方の入力端子が負母線に接続される。接地ノードを基準とした場合、オペアンプの他方の入力端子に負電圧が加わることとなる。そのため、オペアンプの正電源端子に接地ノードを基準として正電圧を、負電源端子に接地ノードを基準として負電圧を供給しなければ、入力端子間の電位差を正常に増幅することはできない。つまり、正電圧を供給する正電源だけでなく、負電圧を供給する負電源も必要となる。しかし、負電源は、正電源に比べ、その構成が複雑であり、装置のコストが上昇してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オペアンプを作動させるための負電源を必要とせず、コストを抑えることができる電圧検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、オペアンプの２つの入力端子に、第１グランドを基準とした正電圧を印加することで、オペアンプの作動のための負電源を必要とせず、コストを抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の電圧検出装置は、正電源端子と負電源端子に、第１グランドを基準とした電圧が供給されることで作動し、第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として作動する電子回路に接続された２つの入力端子間の電位差を増幅して出力するオペアンプを備えた電圧検出装置において、２つの入力端子に、第１グランドを基準とした正電圧を印加する電圧回路を有し、オペアンプは、負電源端子が第１グランドに接続され、正電源端子に、第１グランドを基準とした正電圧が供給されることを特徴とする。ここで、第１及び第２グランドは、グランドを区別するために便宜的に導入したものである。
【０００８】
この構成によれば、オペアンプの２つの入力端子が、第１グランドを基準として正側にオフセットされることとなる。そのため、入力端子に入力される電圧が、第１グランドを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、第１グランドを基準として負電圧になることはない。従って、オペアンプの負電源端子を第１グランドに接続し、正電源端子に第１グランドを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。つまり、第１グランドを基準として正電圧を供給する正電源のみでオペアンプを作動させることができる。これにより、オペアンプを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の電圧検出装置は、電圧回路の電圧は、入力端子に入力される電圧が変動しても、入力端子の電圧が第１グランドを基準として負電圧にならないように設定されていることを特徴とする。この構成によれば、入力端子の電圧を、確実に、負電圧にならないようにすることができる。そのため、正電源のみでオペアンプを確実に作動させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の電圧検出装置は、電圧回路は、第１グランドを基準として作動する、電子回路を制御する制御回路に、作動のための第１グランドを基準とした正電圧を供給する電源であることを特徴とする。この構成によれば、制御回路を作動させるための電源を電圧回路として用いることができる。そのため、構成を簡素化することができる。従って、コストをさらに抑えることができる。
【００１１】
請求項４に記載の電圧検出装置は、オペアンプは、２つの入力端子間の電位差を所定数倍に増幅して出力し、オペアンプの正電源端子に供給される第１グランドを基準とした正電圧は、２つの入力端子間の電位差を所定数倍した電圧と、２つの入力端子に印加される第１グランドを基準とした正電圧とを足合わせた電圧よりも高いことを特徴とする。この構成によれば、オペアンプの２つの入力端子間の電位差を、飽和することなく、確実に所定数倍に増幅して出力することができる。
【００１２】
請求項５に記載の電圧検出装置は、車両に搭載された電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載された電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力する電圧検出装置において、オペアンプを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態におけるモータジェネレータ制御装置の回路図である。
【図２】図１における電圧検出回路の回路図である。
【図３】電圧検出回路及びオペアンプの入力電圧の電圧波形図である。
【図４】第２実施形態における電圧検出回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電圧検出装置を、車両に搭載されたモータジェネレータ制御装置に適用した例を示す。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１を参照してモータジェネレータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータジェネレータ制御装置の回路図である。図２は、図１における電圧検出回路の回路図である。
【００１６】
図１に示すモータジェネレータＭＧ１は、３相交流電圧が供給されることでモータとして動作し、外部から駆動力が供給されることで３相交流電圧を発生するジェネレータとして動作する機器である。
【００１７】
モータジェネレータ制御装置１は、コンバータ回路１０（電子回路）と、インバータ回路１１と、電圧検出回路１２（電圧検出装置）と、駆動回路１３と、制御回路１４とから構成されている。
【００１８】
コンバータ回路１０は、グランドＮ（第２グランド）を基準として作動し、バッテリＢ１の出力する直流電圧を昇圧してインバータ回路１１に供給する回路である。また、逆に、インバータ回路１１の出力する直流電圧を降圧してバッテリＢ１を充電する回路でもある。コンバータ回路１０は、低圧側コンデンサ１００と、コイル１０１と、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂと、フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂと、高圧側コンデンサ１０４とから構成されている。
【００１９】
低圧側コンデンサ１００は、低圧側の直流電圧を平滑するための素子である。低圧側コンデンサ１００は、昇圧動作のときには、バッテリＢ１の出力する直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、バッテリＢ１を充電する降圧された直流電圧を平滑する。低圧側コンデンサ１００の正極端子及び負極端子は、バッテリＢ１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。ここで、バッテリＢ１の負極端子は、電圧の基準となるグランドＮに接続されている。
【００２０】
コイル１０１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。コイル１０１の一端は低圧側コンデンサ１００の正極端子に、他端はＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続されている。
【００２１】
ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂは、オン、オフすることでコイル１０１にエネルギーを蓄積、放出させるためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂは直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１０２ａのエミッタがＩＧＢＴ１０２ｂのコレクタに接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂの直列接続点は、コイル１０１の他端に接続されている。また、ＩＧＢＴ１０２ａのコレクタは高圧側コンデンサ１０４の正極端子に、ＩＧＢＴ１０２ｂのエミッタは低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのゲートは駆動回路１３にそれぞれ接続されている。
【００２２】
フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂは、ＩＧＢＴ１０２ａ又はＩＧＢＴ１０２ｂがオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂのアノードはＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのコレクタにそれぞれ接続されている。
【００２３】
高圧側コンデンサ１０４は、高圧側の直流電圧を平滑するための素子である。高圧側コンデンサ１０４は、昇圧動作のときには、インバータ回路１１に供給する昇圧された直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、インバータ回路１１の出力する直流電圧を平滑する。高圧側コンデンサ１０４の正極端子はＩＧＢＴ１０２ａのコレクタに、負極端子はＩＧＢＴ１０２ｂのエミッタにそれぞれ接続されている。また、高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子はインバータ回路１１にそれぞれ接続されている。
【００２４】
インバータ回路１１は、グランドＮ（第２グランド）を基準として作動し、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、コンバータ回路１０の出力する直流高電圧を３相交流電圧に変換して、モータジェネレータＭＧ１に供給する回路である。また、逆に、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換して、コンバータ回路１０に供給する装置でもある。インバータ回路１１は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆと、フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆとから構成されている。
【００２５】
ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆはそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆは並列接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのコレクタは高圧側コンデンサ１０４の正極端子に、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのエミッタは高圧側コンデンサ１０４の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートは駆動回路１３にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆの直列接続点は、モータジェネレータＭＧ１にそれぞれ接続されている。
【００２６】
フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆは、ＩＧＢＴがオフし、モータジェネレータＭＧ１のコイルに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。また、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換するための素子でもある。フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆのアノードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。
【００２７】
図２に示すように、電圧検出回路１２は、コンバータ回路１０の所定箇所の電圧を検出する回路である。具体的には、グランドＮと絶縁されたグランドＧＮＤ（第１グランド）を基準として作動し、コンバータ回路１０の低圧側及び高圧側の電圧を検出する回路である。より具体的には、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子間の電圧を増幅して出力する回路である。電圧検出回路１２は、低圧側電圧検出回路１２０と、高圧側電圧検出回路１２１と、バッテリ１２２と、電圧回路１２３とを備えている。
【００２８】
低圧側電圧検出回路１２０は、コンバータ回路１０の低圧側の電圧を検出する回路である。具体的には、低圧側コンデンサ１００の端子間電圧を検出する回路である。低圧側電圧検出回路１２０は、オペアンプ１２０ａと、抵抗１２０ｂ〜１２０ｇとを備えている。
【００２９】
オペアンプ１２０ａは、正電源端子Ｖ＋と負電源端子Ｖ−の間にグランドＧＮＤを基準とした電圧が供給されることで作動し、２つの入力端子である反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅して出力する素子である。具体的には、抵抗１２０ｂ、１２０ｃ及び抵抗１２１ｂ、１２１ｃを介してコンバータ回路１０に接続された反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅して出力する素子である。
【００３０】
抵抗１２０ｂ、１２０ｃは、低圧側コンデンサ１００の正極端子の電圧を分圧するための素子である。抵抗１２０ｂ、１２０ｃは、直列接続されている。抵抗１２０ｂの一端は、低圧側コンデンサ１００の正極端子に接続されている。抵抗１２０ｃの一端は、電圧回路１２３に接続されている。抵抗１２０ｂ、１２０ｃの直列接続点は、オペアンプ１２０ｇの反転入力端子に接続されている。
【００３１】
抵抗１２０ｄ、１２０ｅは、低圧側コンデンサ１００の負極端子の電圧を分圧するための素子である。抵抗１２０ｄ、１２０ｅは、直列接続されている。抵抗１２０ｄの一端は、低圧側コンデンサ１００の負極端子に接続されている。抵抗１２０ｅの一端は、電圧回路１２３に接続されている。抵抗１２０ｄ、１２０ｅの直列接続点は、オペアンプ１２０ｇの非反転入力端子に接続されている。
【００３２】
抵抗１２０ｆ、１２０ｇは、オペアンプ１２０ａの増幅ゲインを決定するための素子である。抵抗１２０ｆの一端は電圧回路１２３に、他端はオペアンプ１２０ａの非反転入力端子にそれぞれ接続されている。抵抗１２０ｇの一端はオペアンプ１２０ａの反転入力端子に、他端はオペアンプ１２０ａの出力端子にそれぞれ接続されている。
【００３３】
オペアンプ１２０ａの出力端子は、制御回路１４に接続されている。また、負電源端子Ｖ−は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正電源端子Ｖ＋は、バッテリ１２２に接続されている。
【００３４】
高圧側電圧検出回路１２１は、コンバータ回路１０の高圧側の電圧を検出する回路である。具体的には、高圧側コンデンサ１０４の端子間電圧を増幅して出力する回路である。高圧側電圧検出回路１２１は、オペアンプ１２１ａと、抵抗１２１ｂ〜１２１ｇとを備えている。高圧側電圧検出回路１２１は、低圧側電圧検出回路１２０と同一構成である。
【００３５】
バッテリ１２２は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する電源である。バッテリ１２２は、１２Ｖの直流電圧を出力する。バッテリ１２２の負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。つまり、負極端子は、グランドＧＮＤを介してオペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−に接続されている。また、バッテリ１２２の正極端子は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの正電源端子Ｖ＋に接続されている。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの正極端子に、グランドＧＮＤを基準とした１２Ｖの正電圧が供給されることとなる。
【００３６】
電圧回路１２３は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路である。電圧回路１２３は、バッテリ１２２の電圧を、より低い２．５Ｖの直流電圧に変換して出力する。電圧回路１２３の２つの入力端子は、バッテリ１２２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正極端子は、抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２１ｃ、１２１ｅ、１２１ｆの一端にそれぞれ接続されている。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２１ｃ、１２１ｅ、１２１ｆを介して、グランドＧＮＤを基準とした２．５Ｖの正電圧が印加されることとなる。
【００３７】
ここで、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子電圧を分圧する抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。
【００３８】
また、バッテリ１２２の電圧が、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅ゲイン倍（所定数倍）した電圧と、電圧回路１２３の電圧とを足合わせた電圧より高くなるように、バッテリ１２２の電圧、抵抗１２０ｆ、１２０ｇ、１２１ｆ、１２１ｇの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。
【００３９】
駆動回路１３は、グランドＮを基準として作動し、制御回路１４からの駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂ、１１０ａ〜１１０ｆを駆動する回路である。駆動回路１３は、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂ、１１０ａ〜１１０ｆのゲートにそれぞれ接続されている。また、制御回路１４に接続されている。
【００４０】
制御回路１４は、グランドＧＮＤを基準として作動し、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、コンバータ回路１０が昇圧動作をするようにＩＧＢＴ１０２ｂをオン、オフするとともに、インバータ回路１１が直流電圧を３相交流電圧に変換するようにＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆをオン、オフする回路である。また、逆に、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、コンバータ回路１０が降圧動作をするようにＩＧＢＴ１０２ａをオン、オフする回路でもある。制御回路１４は、電圧検出回路１２に接続されている。また、内部に有するフォトカプラ（図略）を介して、駆動回路１３に接続されている。
【００４１】
次に、図１を参照してモータジェネレータ制御装置の動作について説明する。
【００４２】
図１において、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１０２ｂをオンし、バッテリＢ１からコイル１０１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１０２ｂをオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１０１は、低圧側コンデンサ１００に接続される一端に対して、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続される他端が高電位となる。つまり、コイル１０１の他端がバッテリＢ１の電圧より高くなる。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがともにオフ状態であるため、コイル１０１のエネルギーの放出に伴う電流は、フライホイールダイオード１０３ａを介して高圧側コンデンサ１０４に流れ、高圧側コンデンサ１０４が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、高圧側コンデンサ１０４の電圧が所定電圧に保持される。
【００４３】
さらに、制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを所定のタイミングでオン、オフし、高圧側コンデンサ１０４に充電された直流電圧を３相交流電圧に変換し、モータジェネレータＭＧ１に供給する。インバータ回路１１から３相交流電圧が供給されると、モータジェネレータＭＧ１は、モータとして動作しトルクを発生する。
【００４４】
一方、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、インバータ回路１１は、フライホイールダイオード１１０ａ〜１１０ｆによって構成される整流回路で、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換する。そして、変換された直流電圧によって高圧側コンデンサ１０４が充電される。
【００４５】
制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１０２ａをオンし、高圧側コンデンサ１０４からコイル１０１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１０２ａをオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１０１は、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続される他端に対して、低圧側コンデンサ１００に接続される一端が高電位となる。つまり、コイル１０１の一端が、高圧側コンデンサ１０４の電圧より低くなる。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがともにオフ状態であるため、コイル１０１のエネルギーの放出に伴う電流は、フライホイールダイオード１０３ｂを介してバッテリＢ１に流れ、バッテリＢ１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、バッテリＢ１の電圧が所定電圧に保持される。
【００４６】
次に、図１〜図３を参照して電圧検出回路の動作について説明する。ここで、図３は、電圧検出回路及びオペアンプの入力電圧の電圧波形図である。
【００４７】
図１に示すＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがスイッチングすると、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子のグランドＧＮＤを基準とした電圧が周期的に変化する。図３に示すように、高圧側コンデンサ１０４の正極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として正電圧となる。低圧側コンデンサ１００の正極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として周期的に正負に変化する。低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の負極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として負電圧となる。
【００４８】
図２に示すように、これらの電圧は、抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅによって分圧され、オペアンプ１２０ａ、１２１ａに入力される。抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２１ｃ、１２１ｅの一端には、電圧回路１２３が接続され、グランドＧＮＤを基準として正電圧が印加されている。ここで、抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧、つまり、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子の電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないようにが設定されている。
【００４９】
そのため、図３に示すように、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として正電圧となる。従って、図２に示すように、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−をグランドＧＮＤに接続し、正電源端子Ｖ＋にグランドＧＮＤを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。
【００５０】
次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子が、グランドＧＮＤを基準として正側にオフセットされている。そのため、入力端子に入力される電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になることはない。従って、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−をグランドＧＮＤに接続し、正電源端子Ｖ＋にグランドＧＮＤを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。つまり、グランドＧＮＤを基準として正電圧を供給するバッテリ１２２のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることできる。正電源のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることができる。これにより、車両に搭載されたコンバータ回路１０の低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子間電圧を増幅して出力する電圧検出装置において、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【００５１】
また、第１実施形態によれば、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子電圧を分圧する抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。そのため、正電源のみでオペアンプ１２０ａ１２１ａを確実に作動させることができる。
【００５２】
さらに、第１実施形態によれば、バッテリ１２２の電圧が、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅ゲイン倍した電圧と、電圧回路１２３の電圧とを足合わせた電圧より高くなるように、バッテリ１２２の電圧、抵抗１２０ｆ、１２０ｇ、１２１ｆ、１２１ｇの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。そのため、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を、飽和することなく、確実に増幅ゲイン倍に増幅して出力することができる。
【００５３】
なお、第１実施形態では、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路として、別途、電圧回路１２３を設けている例を上げているが、これに限られるものではない。モータジェネレータ制御装置１内において、適切な電圧を出力する回路があれば、それを流用して、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加するようにしてもよい。これにより、構成を簡素化することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータジェネレータ制御装置について説明する。第２実施形態のモータジェネレータ制御装置は、第１実施形態のモータジェネレータ制御装置に対して、電圧検出回路を構成するオペアンプを作動させるために供給する電圧、及び、オペアンプの反転入力端子及び非反転入力端子に印加する電圧の値を変更したものである。
【００５５】
図４を参照して電圧検出回路の構成について説明する。ここで、図４は、第２実施形態における電圧検出回路の回路図である。ここでは、第１実施形態のモータジェネレータ制御装置との相違部分である電圧検出回路について説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。
【００５６】
図４に示すように、電圧検出回路２２は、低圧側電圧検出回路２２０と、高圧側電圧検出回路２２１と、電源回路２２２、電源回路２２３（電圧回路、電源）とを備えている。
【００５７】
低圧側電圧検出回路２２０は、オペアンプ２２０ａと、抵抗２２０ｂ〜２２０ｇとを備えている。高圧側電圧検出回路２２１は、オペアンプ２２１ａと、抵抗２２１ｂ〜２２１ｇとを備えている。低圧側電圧検出回路２２０及び高圧側電圧検出回路２２１は、第１実施形態の低圧側電圧検出回路１２０及び高圧側電圧検出回路１２１と同一構成である。
【００５８】
電源回路２２２は、モータジェネレータに設けられた、回転角を検出するレゾルバを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路である。また、オペアンプ２２０ａ、２２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路でもある。電源回路２２２は、２６Ｖの直流電圧を出力する。電源回路２２２は、バッテリ２２２ａと、昇圧回路２２２ｂとを備えている。
【００５９】
バッテリ２２２ａは、１２Ｖの直流電圧を出力する電源である。バッテリ２２２ａの正極端子及び負極端子は、昇圧回路２２２ｂに接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。
【００６０】
昇圧回路２２２ｂは、バッテリ２２２ａの出力電圧を、２６Ｖの直流電圧に昇圧して出力する回路である。昇圧回路２２２ｂの２つの入力端子は、バッテリ２２２ａの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。つまり、負極端子は、グランドＧＮＤを介してオペアンプ２２０ａ、２２１ａの負電源端子Ｖ−に接続されている。さらに、正極端子は、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの正電源端子Ｖ＋に接続されている。これにより、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの正極端子に、グランドＧＮＤを基準とした２６Ｖの正電圧が供給されることとなる。
【００６１】
電源回路２２３は、制御回路を作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路である。また、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路でもある。電源回路２２３は、電源回路２２２の電圧を、より低い５Ｖの直流電圧に変換して出力する。電源回路２２３の２つの入力端子は、電源回路２２２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正極端子は、抵抗２２０ｃ、２２０ｅ、２２０ｆ、２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｆの一端にそれぞれ接続されている。これにより、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、抵抗２２０ｃ、２２０ｅ、２２０ｆ、２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｆを介して、グランドＧＮＤを基準とした５Ｖの正電圧が印加されることとなる。
【００６２】
ここで、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ及び高圧側コンデンサの端子電圧を分圧する抵抗２２０ｂ〜２２０ｅ、２２１ｂ〜２２１ｅの抵抗値、及び、電源回路２２３の電圧が設定されている。
【００６３】
動作については、第１実施形態の電圧検出回路１２と同一であるため説明を省略する。
【００６４】
次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、制御回路を作動させるための電圧を供給する電源回路２２３を、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路として用いている。また、レゾルバを作動させるための電圧を供給する電源回路２２２を、オペアンプ２２０ａ、２２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路として用いている。そのため、構成を簡素化することができる。従って、コストをさらに抑えることができる。
【００６５】
なお、第１及び第２実施形態では、電圧検出回路が、２つのオペアンプを有する例を挙げているが、これに限られるものではない。オペアンプは、１つであってもよいし、３つ以上あってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・モータジェネレータ制御装置、１０・・・コンバータ回路（電子回路）、１００・・・低圧側コンデンサ、１０１・・・コイル、１０２ａ、１０２ｂ・・・ＩＧＢＴ、１０３ａ、１０３ｂ・・・フライホイールダイオード、１０４・・・高圧側コンデンサ、１１・・・インバータ回路、１１０ａ〜１１０ｆ・・・ＩＧＢＴ、１１１ａ〜１１１ｆ・・・フライホイールダイオード、１２、２２・・・電圧検出回路（電圧検出装置）、１２０、２２０・・・低圧側電圧検出回路、１２０ａ、２２０ａ・・・オペアンプ、１２０ｂ〜１２０ｇ、２２０ｂ〜２２０ｇ・・・抵抗、１２１、２２１・・・高圧側電圧検出回路、１２１ａ、２２１ａ・・・オペアンプ、１２１ｂ〜１２１ｇ、２２１ｂ〜２２１ｇ・・・抵抗、１２２・・・バッテリ、１２３・・・電圧回路、２２２・・・電源回路、２２２ａ・・・バッテリ、２２２ｂ・・・昇圧回路、２２３・・・電源回路（電圧回路、電源）、１３・・・駆動回路、１４・・・制御回路、Ｂ１・・・バッテリ、ＭＧ１・・・モータジェネレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を検出する電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧を検出する電圧検出装置として、例えば特許文献１に開示されている電圧検出装置がある。この電圧検出装置は、３つの差動電圧検出器を備えている。第１差動電圧検出器の一方の入力端子は抵抗を介して第１母線に、他方の入力端子は接地ノードにそれぞれ接続されている。第２差動電圧検出器の一方の入力端子は接地ノードに、他方の入力端子は抵抗を介して負母線にそれぞれ接続されている。第３差動電圧検出器の一方の入力端子は抵抗を介して第２母線に、他方の入力端子は接地ノードにそれぞれ接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、差動電圧検出器は、オペアンプを用いた差動増幅回路として構成することができる。第３差動電圧検出器においては、オペアンプの一方の入力端子が接地ノードに、他方の入力端子が負母線に接続される。接地ノードを基準とした場合、オペアンプの他方の入力端子に負電圧が加わることとなる。そのため、オペアンプの正電源端子に接地ノードを基準として正電圧を、負電源端子に接地ノードを基準として負電圧を供給しなければ、入力端子間の電位差を正常に増幅することはできない。つまり、正電圧を供給する正電源だけでなく、負電圧を供給する負電源も必要となる。しかし、負電源は、正電源に比べ、その構成が複雑であり、装置のコストが上昇してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オペアンプを作動させるための負電源を必要とせず、コストを抑えることができる電圧検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、オペアンプの２つの入力端子に、第１グランドを基準とした正電圧を印加することで、オペアンプの作動のための負電源を必要とせず、コストを抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の電圧検出装置は、正電源端子と負電源端子に、第１グランドを基準とした電圧が供給されることで作動し、第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として作動する電子回路に接続された２つの入力端子間の電位差を増幅して出力するオペアンプを備えた電圧検出装置において、２つの入力端子に、第１グランドを基準とした正電圧を印加する電圧回路を有し、オペアンプは、負電源端子が第１グランドに接続され、正電源端子に、第１グランドを基準とした正電圧が供給されることを特徴とする。ここで、第１及び第２グランドは、グランドを区別するために便宜的に導入したものである。
【０００８】
この構成によれば、オペアンプの２つの入力端子が、第１グランドを基準として正側にオフセットされることとなる。そのため、入力端子に入力される電圧が、第１グランドを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、第１グランドを基準として負電圧になることはない。従って、オペアンプの負電源端子を第１グランドに接続し、正電源端子に第１グランドを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。つまり、第１グランドを基準として正電圧を供給する正電源のみでオペアンプを作動させることができる。これにより、オペアンプを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の電圧検出装置は、電圧回路の電圧は、入力端子に入力される電圧が変動しても、入力端子の電圧が第１グランドを基準として負電圧にならないように設定されていることを特徴とする。この構成によれば、入力端子の電圧を、確実に、負電圧にならないようにすることができる。そのため、正電源のみでオペアンプを確実に作動させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の電圧検出装置は、電圧回路は、第１グランドを基準として作動する、電子回路を制御する制御回路に、作動のための第１グランドを基準とした正電圧を供給する電源であることを特徴とする。この構成によれば、制御回路を作動させるための電源を電圧回路として用いることができる。そのため、構成を簡素化することができる。従って、コストをさらに抑えることができる。
【００１１】
請求項４に記載の電圧検出装置は、オペアンプは、２つの入力端子間の電位差を所定数倍に増幅して出力し、オペアンプの正電源端子に供給される第１グランドを基準とした正電圧は、２つの入力端子間の電位差を所定数倍した電圧と、２つの入力端子に印加される第１グランドを基準とした正電圧とを足合わせた電圧よりも高いことを特徴とする。この構成によれば、オペアンプの２つの入力端子間の電位差を、飽和することなく、確実に所定数倍に増幅して出力することができる。
【００１２】
請求項５に記載の電圧検出装置は、車両に搭載された電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載された電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力する電圧検出装置において、オペアンプを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態におけるモータジェネレータ制御装置の回路図である。
【図２】図１における電圧検出回路の回路図である。
【図３】電圧検出回路及びオペアンプの入力電圧の電圧波形図である。
【図４】第２実施形態における電圧検出回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電圧検出装置を、車両に搭載されたモータジェネレータ制御装置に適用した例を示す。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１を参照してモータジェネレータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータジェネレータ制御装置の回路図である。図２は、図１における電圧検出回路の回路図である。
【００１６】
図１に示すモータジェネレータＭＧ１は、３相交流電圧が供給されることでモータとして動作し、外部から駆動力が供給されることで３相交流電圧を発生するジェネレータとして動作する機器である。
【００１７】
モータジェネレータ制御装置１は、コンバータ回路１０（電子回路）と、インバータ回路１１と、電圧検出回路１２（電圧検出装置）と、駆動回路１３と、制御回路１４とから構成されている。
【００１８】
コンバータ回路１０は、グランドＮ（第２グランド）を基準として作動し、バッテリＢ１の出力する直流電圧を昇圧してインバータ回路１１に供給する回路である。また、逆に、インバータ回路１１の出力する直流電圧を降圧してバッテリＢ１を充電する回路でもある。コンバータ回路１０は、低圧側コンデンサ１００と、コイル１０１と、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂと、フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂと、高圧側コンデンサ１０４とから構成されている。
【００１９】
低圧側コンデンサ１００は、低圧側の直流電圧を平滑するための素子である。低圧側コンデンサ１００は、昇圧動作のときには、バッテリＢ１の出力する直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、バッテリＢ１を充電する降圧された直流電圧を平滑する。低圧側コンデンサ１００の正極端子及び負極端子は、バッテリＢ１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。ここで、バッテリＢ１の負極端子は、電圧の基準となるグランドＮに接続されている。
【００２０】
コイル１０１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。コイル１０１の一端は低圧側コンデンサ１００の正極端子に、他端はＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続されている。
【００２１】
ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂは、オン、オフすることでコイル１０１にエネルギーを蓄積、放出させるためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂは直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１０２ａのエミッタがＩＧＢＴ１０２ｂのコレクタに接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂの直列接続点は、コイル１０１の他端に接続されている。また、ＩＧＢＴ１０２ａのコレクタは高圧側コンデンサ１０４の正極端子に、ＩＧＢＴ１０２ｂのエミッタは低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのゲートは駆動回路１３にそれぞれ接続されている。
【００２２】
フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂは、ＩＧＢＴ１０２ａ又はＩＧＢＴ１０２ｂがオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。フライホイールダイオード１０３ａ、１０３ｂのアノードはＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂのコレクタにそれぞれ接続されている。
【００２３】
高圧側コンデンサ１０４は、高圧側の直流電圧を平滑するための素子である。高圧側コンデンサ１０４は、昇圧動作のときには、インバータ回路１１に供給する昇圧された直流電圧を平滑し、降圧動作のときには、インバータ回路１１の出力する直流電圧を平滑する。高圧側コンデンサ１０４の正極端子はＩＧＢＴ１０２ａのコレクタに、負極端子はＩＧＢＴ１０２ｂのエミッタにそれぞれ接続されている。また、高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子はインバータ回路１１にそれぞれ接続されている。
【００２４】
インバータ回路１１は、グランドＮ（第２グランド）を基準として作動し、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、コンバータ回路１０の出力する直流高電圧を３相交流電圧に変換して、モータジェネレータＭＧ１に供給する回路である。また、逆に、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換して、コンバータ回路１０に供給する装置でもある。インバータ回路１１は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆと、フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆとから構成されている。
【００２５】
ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆはそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆは並列接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのコレクタは高圧側コンデンサ１０４の正極端子に、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのエミッタは高圧側コンデンサ１０４の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートは駆動回路１３にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆの直列接続点は、モータジェネレータＭＧ１にそれぞれ接続されている。
【００２６】
フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆは、ＩＧＢＴがオフし、モータジェネレータＭＧ１のコイルに蓄積されたエネルギーが放出されるときに発生するフライホイール電流を流すための素子である。また、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換するための素子でもある。フライホイールダイオード１１１ａ〜１１１ｆのアノードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのエミッタに、カソードはＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。
【００２７】
図２に示すように、電圧検出回路１２は、コンバータ回路１０の所定箇所の電圧を検出する回路である。具体的には、グランドＮと絶縁されたグランドＧＮＤ（第１グランド）を基準として作動し、コンバータ回路１０の低圧側及び高圧側の電圧を検出する回路である。より具体的には、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子間の電圧を増幅して出力する回路である。電圧検出回路１２は、低圧側電圧検出回路１２０と、高圧側電圧検出回路１２１と、バッテリ１２２と、電圧回路１２３とを備えている。
【００２８】
低圧側電圧検出回路１２０は、コンバータ回路１０の低圧側の電圧を検出する回路である。具体的には、低圧側コンデンサ１００の端子間電圧を検出する回路である。低圧側電圧検出回路１２０は、オペアンプ１２０ａと、抵抗１２０ｂ〜１２０ｇとを備えている。
【００２９】
オペアンプ１２０ａは、正電源端子Ｖ＋と負電源端子Ｖ−の間にグランドＧＮＤを基準とした電圧が供給されることで作動し、２つの入力端子である反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅して出力する素子である。具体的には、抵抗１２０ｂ、１２０ｃ及び抵抗１２１ｂ、１２１ｃを介してコンバータ回路１０に接続された反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅して出力する素子である。
【００３０】
抵抗１２０ｂ、１２０ｃは、低圧側コンデンサ１００の正極端子の電圧を分圧するための素子である。抵抗１２０ｂ、１２０ｃは、直列接続されている。抵抗１２０ｂの一端は、低圧側コンデンサ１００の正極端子に接続されている。抵抗１２０ｃの一端は、電圧回路１２３に接続されている。抵抗１２０ｂ、１２０ｃの直列接続点は、オペアンプ１２０ｇの反転入力端子に接続されている。
【００３１】
抵抗１２０ｄ、１２０ｅは、低圧側コンデンサ１００の負極端子の電圧を分圧するための素子である。抵抗１２０ｄ、１２０ｅは、直列接続されている。抵抗１２０ｄの一端は、低圧側コンデンサ１００の負極端子に接続されている。抵抗１２０ｅの一端は、電圧回路１２３に接続されている。抵抗１２０ｄ、１２０ｅの直列接続点は、オペアンプ１２０ｇの非反転入力端子に接続されている。
【００３２】
抵抗１２０ｆ、１２０ｇは、オペアンプ１２０ａの増幅ゲインを決定するための素子である。抵抗１２０ｆの一端は電圧回路１２３に、他端はオペアンプ１２０ａの非反転入力端子にそれぞれ接続されている。抵抗１２０ｇの一端はオペアンプ１２０ａの反転入力端子に、他端はオペアンプ１２０ａの出力端子にそれぞれ接続されている。
【００３３】
オペアンプ１２０ａの出力端子は、制御回路１４に接続されている。また、負電源端子Ｖ−は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正電源端子Ｖ＋は、バッテリ１２２に接続されている。
【００３４】
高圧側電圧検出回路１２１は、コンバータ回路１０の高圧側の電圧を検出する回路である。具体的には、高圧側コンデンサ１０４の端子間電圧を増幅して出力する回路である。高圧側電圧検出回路１２１は、オペアンプ１２１ａと、抵抗１２１ｂ〜１２１ｇとを備えている。高圧側電圧検出回路１２１は、低圧側電圧検出回路１２０と同一構成である。
【００３５】
バッテリ１２２は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する電源である。バッテリ１２２は、１２Ｖの直流電圧を出力する。バッテリ１２２の負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。つまり、負極端子は、グランドＧＮＤを介してオペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−に接続されている。また、バッテリ１２２の正極端子は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの正電源端子Ｖ＋に接続されている。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの正極端子に、グランドＧＮＤを基準とした１２Ｖの正電圧が供給されることとなる。
【００３６】
電圧回路１２３は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路である。電圧回路１２３は、バッテリ１２２の電圧を、より低い２．５Ｖの直流電圧に変換して出力する。電圧回路１２３の２つの入力端子は、バッテリ１２２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正極端子は、抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２１ｃ、１２１ｅ、１２１ｆの一端にそれぞれ接続されている。これにより、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２１ｃ、１２１ｅ、１２１ｆを介して、グランドＧＮＤを基準とした２．５Ｖの正電圧が印加されることとなる。
【００３７】
ここで、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子電圧を分圧する抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。
【００３８】
また、バッテリ１２２の電圧が、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅ゲイン倍（所定数倍）した電圧と、電圧回路１２３の電圧とを足合わせた電圧より高くなるように、バッテリ１２２の電圧、抵抗１２０ｆ、１２０ｇ、１２１ｆ、１２１ｇの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。
【００３９】
駆動回路１３は、グランドＮを基準として作動し、制御回路１４からの駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂ、１１０ａ〜１１０ｆを駆動する回路である。駆動回路１３は、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂ、１１０ａ〜１１０ｆのゲートにそれぞれ接続されている。また、制御回路１４に接続されている。
【００４０】
制御回路１４は、グランドＧＮＤを基準として作動し、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、コンバータ回路１０が昇圧動作をするようにＩＧＢＴ１０２ｂをオン、オフするとともに、インバータ回路１１が直流電圧を３相交流電圧に変換するようにＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆをオン、オフする回路である。また、逆に、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、電圧検出回路１２の検出結果に基づいて、コンバータ回路１０が降圧動作をするようにＩＧＢＴ１０２ａをオン、オフする回路でもある。制御回路１４は、電圧検出回路１２に接続されている。また、内部に有するフォトカプラ（図略）を介して、駆動回路１３に接続されている。
【００４１】
次に、図１を参照してモータジェネレータ制御装置の動作について説明する。
【００４２】
図１において、モータジェネレータＭＧ１がモータとして動作するとき、制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１０２ｂをオンし、バッテリＢ１からコイル１０１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１０２ｂをオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１０１は、低圧側コンデンサ１００に接続される一端に対して、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続される他端が高電位となる。つまり、コイル１０１の他端がバッテリＢ１の電圧より高くなる。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがともにオフ状態であるため、コイル１０１のエネルギーの放出に伴う電流は、フライホイールダイオード１０３ａを介して高圧側コンデンサ１０４に流れ、高圧側コンデンサ１０４が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、高圧側コンデンサ１０４の電圧が所定電圧に保持される。
【００４３】
さらに、制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを所定のタイミングでオン、オフし、高圧側コンデンサ１０４に充電された直流電圧を３相交流電圧に変換し、モータジェネレータＭＧ１に供給する。インバータ回路１１から３相交流電圧が供給されると、モータジェネレータＭＧ１は、モータとして動作しトルクを発生する。
【００４４】
一方、モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして動作するとき、インバータ回路１１は、フライホイールダイオード１１０ａ〜１１０ｆによって構成される整流回路で、モータジェネレータＭＧ１の発生する３相交流電圧を直流電圧に変換する。そして、変換された直流電圧によって高圧側コンデンサ１０４が充電される。
【００４５】
制御回路１４は、電圧検出回路１２の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１０２ａをオンし、高圧側コンデンサ１０４からコイル１０１にエネルギーを蓄積させる。その後、ＩＧＢＴ１０２ａをオフし、コイル１０１に蓄積されたエネルギーを放出させる。このとき、コイル１０１は、ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂに接続される他端に対して、低圧側コンデンサ１００に接続される一端が高電位となる。つまり、コイル１０１の一端が、高圧側コンデンサ１０４の電圧より低くなる。ＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがともにオフ状態であるため、コイル１０１のエネルギーの放出に伴う電流は、フライホイールダイオード１０３ｂを介してバッテリＢ１に流れ、バッテリＢ１が充電される。以降、同様の動作が繰り返され、バッテリＢ１の電圧が所定電圧に保持される。
【００４６】
次に、図１〜図３を参照して電圧検出回路の動作について説明する。ここで、図３は、電圧検出回路及びオペアンプの入力電圧の電圧波形図である。
【００４７】
図１に示すＩＧＢＴ１０２ａ、１０２ｂがスイッチングすると、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子のグランドＧＮＤを基準とした電圧が周期的に変化する。図３に示すように、高圧側コンデンサ１０４の正極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として正電圧となる。低圧側コンデンサ１００の正極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として周期的に正負に変化する。低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の負極端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として負電圧となる。
【００４８】
図２に示すように、これらの電圧は、抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅによって分圧され、オペアンプ１２０ａ、１２１ａに入力される。抵抗１２０ｃ、１２０ｅ、１２１ｃ、１２１ｅの一端には、電圧回路１２３が接続され、グランドＧＮＤを基準として正電圧が印加されている。ここで、抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧は、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧、つまり、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の正極端子及び負極端子の電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないようにが設定されている。
【００４９】
そのため、図３に示すように、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子の電圧は、グランドＧＮＤを基準として正電圧となる。従って、図２に示すように、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−をグランドＧＮＤに接続し、正電源端子Ｖ＋にグランドＧＮＤを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。
【００５０】
次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子が、グランドＧＮＤを基準として正側にオフセットされている。そのため、入力端子に入力される電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になっても、入力端子の電圧が、グランドＧＮＤを基準として負電圧になることはない。従って、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの負電源端子Ｖ−をグランドＧＮＤに接続し、正電源端子Ｖ＋にグランドＧＮＤを基準として正電圧を供給することで、入力端子間の電位差を正常に増幅することができる。つまり、グランドＧＮＤを基準として正電圧を供給するバッテリ１２２のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることできる。正電源のみでオペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させることができる。これにより、車両に搭載されたコンバータ回路１０の低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子間電圧を増幅して出力する電圧検出装置において、オペアンプ１２０ａ、１２１ａを作動させるための負電源が不要となり、コストを抑えることができる。
【００５１】
また、第１実施形態によれば、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ１００及び高圧側コンデンサ１０４の端子電圧を分圧する抵抗１２０ｂ〜１２０ｅ、１２１ｂ〜１２１ｅの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。そのため、正電源のみでオペアンプ１２０ａ１２１ａを確実に作動させることができる。
【００５２】
さらに、第１実施形態によれば、バッテリ１２２の電圧が、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を増幅ゲイン倍した電圧と、電圧回路１２３の電圧とを足合わせた電圧より高くなるように、バッテリ１２２の電圧、抵抗１２０ｆ、１２０ｇ、１２１ｆ、１２１ｇの抵抗値、及び、電圧回路１２３の電圧が設定されている。そのため、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子と非反転入力端子の間の電位差を、飽和することなく、確実に増幅ゲイン倍に増幅して出力することができる。
【００５３】
なお、第１実施形態では、オペアンプ１２０ａ、１２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路として、別途、電圧回路１２３を設けている例を上げているが、これに限られるものではない。モータジェネレータ制御装置１内において、適切な電圧を出力する回路があれば、それを流用して、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加するようにしてもよい。これにより、構成を簡素化することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータジェネレータ制御装置について説明する。第２実施形態のモータジェネレータ制御装置は、第１実施形態のモータジェネレータ制御装置に対して、電圧検出回路を構成するオペアンプを作動させるために供給する電圧、及び、オペアンプの反転入力端子及び非反転入力端子に印加する電圧の値を変更したものである。
【００５５】
図４を参照して電圧検出回路の構成について説明する。ここで、図４は、第２実施形態における電圧検出回路の回路図である。ここでは、第１実施形態のモータジェネレータ制御装置との相違部分である電圧検出回路について説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。
【００５６】
図４に示すように、電圧検出回路２２は、低圧側電圧検出回路２２０と、高圧側電圧検出回路２２１と、電源回路２２２、電源回路２２３（電圧回路、電源）とを備えている。
【００５７】
低圧側電圧検出回路２２０は、オペアンプ２２０ａと、抵抗２２０ｂ〜２２０ｇとを備えている。高圧側電圧検出回路２２１は、オペアンプ２２１ａと、抵抗２２１ｂ〜２２１ｇとを備えている。低圧側電圧検出回路２２０及び高圧側電圧検出回路２２１は、第１実施形態の低圧側電圧検出回路１２０及び高圧側電圧検出回路１２１と同一構成である。
【００５８】
電源回路２２２は、モータジェネレータに設けられた、回転角を検出するレゾルバを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路である。また、オペアンプ２２０ａ、２２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路でもある。電源回路２２２は、２６Ｖの直流電圧を出力する。電源回路２２２は、バッテリ２２２ａと、昇圧回路２２２ｂとを備えている。
【００５９】
バッテリ２２２ａは、１２Ｖの直流電圧を出力する電源である。バッテリ２２２ａの正極端子及び負極端子は、昇圧回路２２２ｂに接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。
【００６０】
昇圧回路２２２ｂは、バッテリ２２２ａの出力電圧を、２６Ｖの直流電圧に昇圧して出力する回路である。昇圧回路２２２ｂの２つの入力端子は、バッテリ２２２ａの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。つまり、負極端子は、グランドＧＮＤを介してオペアンプ２２０ａ、２２１ａの負電源端子Ｖ−に接続されている。さらに、正極端子は、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの正電源端子Ｖ＋に接続されている。これにより、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの正極端子に、グランドＧＮＤを基準とした２６Ｖの正電圧が供給されることとなる。
【００６１】
電源回路２２３は、制御回路を作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路である。また、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路でもある。電源回路２２３は、電源回路２２２の電圧を、より低い５Ｖの直流電圧に変換して出力する。電源回路２２３の２つの入力端子は、電源回路２２２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、負極端子は、グランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、正極端子は、抵抗２２０ｃ、２２０ｅ、２２０ｆ、２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｆの一端にそれぞれ接続されている。これにより、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、抵抗２２０ｃ、２２０ｅ、２２０ｆ、２２１ｃ、２２１ｅ、２２１ｆを介して、グランドＧＮＤを基準とした５Ｖの正電圧が印加されることとなる。
【００６２】
ここで、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に入力される電圧が変動しても、反転入力端子及び非反転入力端子の電圧がグランドＧＮＤを基準として負電圧にならないように、低圧側コンデンサ及び高圧側コンデンサの端子電圧を分圧する抵抗２２０ｂ〜２２０ｅ、２２１ｂ〜２２１ｅの抵抗値、及び、電源回路２２３の電圧が設定されている。
【００６３】
動作については、第１実施形態の電圧検出回路１２と同一であるため説明を省略する。
【００６４】
次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、制御回路を作動させるための電圧を供給する電源回路２２３を、オペアンプ２２０ａ、２２１ａの反転入力端子及び非反転入力端子に、グランドＧＮＤを基準とした正電圧を印加する回路として用いている。また、レゾルバを作動させるための電圧を供給する電源回路２２２を、オペアンプ２２０ａ、２２１ａを作動させるためのグランドＧＮＤを基準とした正電圧を供給する回路として用いている。そのため、構成を簡素化することができる。従って、コストをさらに抑えることができる。
【００６５】
なお、第１及び第２実施形態では、電圧検出回路が、２つのオペアンプを有する例を挙げているが、これに限られるものではない。オペアンプは、１つであってもよいし、３つ以上あってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・モータジェネレータ制御装置、１０・・・コンバータ回路（電子回路）、１００・・・低圧側コンデンサ、１０１・・・コイル、１０２ａ、１０２ｂ・・・ＩＧＢＴ、１０３ａ、１０３ｂ・・・フライホイールダイオード、１０４・・・高圧側コンデンサ、１１・・・インバータ回路、１１０ａ〜１１０ｆ・・・ＩＧＢＴ、１１１ａ〜１１１ｆ・・・フライホイールダイオード、１２、２２・・・電圧検出回路（電圧検出装置）、１２０、２２０・・・低圧側電圧検出回路、１２０ａ、２２０ａ・・・オペアンプ、１２０ｂ〜１２０ｇ、２２０ｂ〜２２０ｇ・・・抵抗、１２１、２２１・・・高圧側電圧検出回路、１２１ａ、２２１ａ・・・オペアンプ、１２１ｂ〜１２１ｇ、２２１ｂ〜２２１ｇ・・・抵抗、１２２・・・バッテリ、１２３・・・電圧回路、２２２・・・電源回路、２２２ａ・・・バッテリ、２２２ｂ・・・昇圧回路、２２３・・・電源回路（電圧回路、電源）、１３・・・駆動回路、１４・・・制御回路、Ｂ１・・・バッテリ、ＭＧ１・・・モータジェネレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正電源端子と負電源端子に、第１グランドを基準とした電圧が供給されることで作動し、前記第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として作動する電子回路に接続された２つの入力端子間の電位差を増幅して出力するオペアンプを備えた電圧検出装置において、
２つの前記入力端子に、前記第１グランドを基準とした正電圧を印加する電圧回路を有し、
前記オペアンプは、前記負電源端子が前記第１グランドに接続され、前記正電源端子に、前記第１グランドを基準とした正電圧が供給されることを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記電圧回路の電圧は、前記入力端子に入力される電圧が変動しても、前記入力端子の電圧が前記第１グランドを基準として負電圧にならないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記電圧回路は、前記第１グランドを基準として作動する、前記電子回路を制御する制御回路に、作動のための前記第１グランドを基準とした正電圧を供給する電源であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記オペアンプは、２つの前記入力端子間の電位差を所定数倍に増幅して出力し、
前記オペアンプの前記正電源端子に供給される前記第１グランドを基準とした正電圧は、２つの前記入力端子間の電位差を前記所定数倍した電圧と、２つの前記入力端子に印加される前記第１グランドを基準とした正電圧とを足合わせた電圧よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
【請求項５】
車両に搭載された前記電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
【請求項１】
正電源端子と負電源端子に、第１グランドを基準とした電圧が供給されることで作動し、前記第１グランドと絶縁された第２グランドを基準として作動する電子回路に接続された２つの入力端子間の電位差を増幅して出力するオペアンプを備えた電圧検出装置において、
２つの前記入力端子に、前記第１グランドを基準とした正電圧を印加する電圧回路を有し、
前記オペアンプは、前記負電源端子が前記第１グランドに接続され、前記正電源端子に、前記第１グランドを基準とした正電圧が供給されることを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記電圧回路の電圧は、前記入力端子に入力される電圧が変動しても、前記入力端子の電圧が前記第１グランドを基準として負電圧にならないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記電圧回路は、前記第１グランドを基準として作動する、前記電子回路を制御する制御回路に、作動のための前記第１グランドを基準とした正電圧を供給する電源であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記オペアンプは、２つの前記入力端子間の電位差を所定数倍に増幅して出力し、
前記オペアンプの前記正電源端子に供給される前記第１グランドを基準とした正電圧は、２つの前記入力端子間の電位差を前記所定数倍した電圧と、２つの前記入力端子に印加される前記第１グランドを基準とした正電圧とを足合わせた電圧よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
【請求項５】
車両に搭載された前記電子回路の所定箇所の間の電位差を増幅して出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３３３４５（Ｐ２０１１−１３３３４５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２９４７（Ｐ２００９−２９２９４７）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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