JP2012073723A - 電流設定回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】高電圧領域においても高精度に電流設定が可能な電流設定回路を提供する。
【解決手段】 基準電圧Visetに基づいて出力アンプ1から負荷回路100に出力した出力電流Ioutを差動アンプ2を用いて出力アンプ1に帰還させることにより出力電流Ioutを制御する電流設定回路において、
負荷回路100の電圧Vdutに応じて差動アンプ2のコモンモード誤差Ecを補正する補正部10を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】 基準電圧Visetに基づいて出力アンプ1から負荷回路100に出力した出力電流Ioutを差動アンプ2を用いて出力アンプ1に帰還させることにより出力電流Ioutを制御する電流設定回路において、
負荷回路100の電圧Vdutに応じて差動アンプ2のコモンモード誤差Ecを補正する補正部10を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、基準電圧に基づいて出力アンプから負荷回路に出力した出力電流を差動アンプを用いて出力アンプに帰還させることにより出力電流を制御する電流設定回路に関する。
図4は従来の電流設定回路の一例を示す図であり、負荷回路100(たとえば半導体試験装置)に直流電流を供給するものである。
本図の電流設定回路は、出力アンプ1と、出力アンプ1と負荷回路100の間に直列接続された抵抗R1と、抵抗R1の両端の電位差を入力とする差動アンプ2を備えている。出力アンプ1は外部から電流設定用の基準電圧Visetが入力され、この基準電圧Visetに応じて出力電流Ioutを出力する。抵抗R1の両端に発生する電位差は出力電流Ioutに応じたものとなるため、差動アンプ2の出力V1は出力電流Ioutに応じたものとなる。この出力V1を帰還電圧として出力アンプ1の反転入力端子に負帰還をかける。出力アンプ1において、出力電流Ioutに応じた帰還電圧V1と基準電圧Visetとの差電圧を増幅することにより、出力電流Ioutが制御される。なお、Vdutは負荷回路の電圧である。
電流設定に関する理論式は以下の通りとなる。
Viset≒V1 ・・・(1)
V1=R1×Iout ・・・(2)
式(1)、式(2)より、
Viset≒R1×Iout ・・・(3)
Viset≒V1 ・・・(1)
V1=R1×Iout ・・・(2)
式(1)、式(2)より、
Viset≒R1×Iout ・・・(3)
ただし、基準電圧Visetの出力誤差および抵抗R1の抵抗誤差によりゲインエラーが発生する。また、出力アンプ1において入力オフセット誤差が発生する。これらの誤差要因を差し引く意味で、上記ゲインエラーおよびオフセット誤差の補正値を考慮すると、式(3)は以下のようになる。
Viset=α×(R1×Iout)+β ・・・(4)
α:ゲインエラーの補正値、β:オフセット誤差の補正値
Viset=α×(R1×Iout)+β ・・・(4)
α:ゲインエラーの補正値、β:オフセット誤差の補正値
下記特許文献1には、負荷回路に出力された出力電流に応じた帰還電圧と基準電圧との差電圧を増幅することにより出力電流を定電流に制御する差動増幅回路を備える定電流源が記載されている。
しかしながら、差動アンプ2を設けることによって上記ゲインエラーおよびオフセット誤差は補正できるものの、電圧測定の入力が抵抗R1の両端の電位の差動入力であるために、差動アンプ2の出力にはコモンモード誤差Ecが生じてしまう。そして、出力電流Ioutには、差動アンプ2の出力のコモンモード誤差Ecに起因する電流設定誤差Ierrが生じてしまう。
電流設定誤差Ierrは負荷回路電圧Vdutに比例して生じるため、高電圧領域においては電流設定精度が大幅に低減してしまう。たとえば、近年需要が急激に増加している車載デバイスなどを負荷回路100とした場合においては、負荷回路電圧Vdutは数十[V]〜数百[V]といった高電圧領域となる。
図5は負荷回路電圧Vdutと電流設定誤差Ierrの関係を示す図である。電流設定誤差Ierrは負荷回路電圧Vdutに比例して所定の傾きζで大きくなる。たとえば、負荷回路電圧Vdut=3Vの場合には電流設定誤差Ierr=tanζ×3となり、負荷回路電圧Vdut=30Vの場合には電流設定誤差Ierr=tanζ×30となる。このように、電流設定精度は、負荷回路電圧Vdutが大きくなるにつれて大幅に低減してしまう。
これら電流設定誤差Ierrは、差動アンプ2内部のトランジスタの特性のバラツキに起因するものであるため、ゼロにすることは困難である。トランジスタの特性を手動調整することでこれらの誤差を低減することは可能ではあるが、多大な工数がかかりコストアップとなってしまう。
そこで、本発明は、高電圧領域においても高精度に電流設定が可能な電流設定回路を提供することを目的とする。
このような課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
基準電圧に基づいて出力アンプから負荷回路に出力した出力電流を差動アンプを用いて前記出力アンプに帰還させることにより前記出力電流を制御する電流設定回路において、
前記負荷回路の電圧に応じて前記差動アンプのコモンモード誤差を補正する補正部を備えたことを特徴とする。
基準電圧に基づいて出力アンプから負荷回路に出力した出力電流を差動アンプを用いて前記出力アンプに帰還させることにより前記出力電流を制御する電流設定回路において、
前記負荷回路の電圧に応じて前記差動アンプのコモンモード誤差を補正する補正部を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の電流設定回路において、
前記補正部は、
前記負荷回路にかかる負荷回路電圧を測定する電圧測定手段と、
前記負荷回路電圧と前記差動アンプのコモンモード誤差との関係を示す特性値を保持する特性値保持手段と、
前記電圧測定手段で測定された負荷回路電圧と前記特性値に基づいて、前記差動アンプのコモンモード誤差の補正値を求める補正値算出手段と、
この補正値に基づいて前記基準電圧を補正する基準電圧補正手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の電流設定回路において、
前記補正部は、
前記負荷回路にかかる負荷回路電圧を測定する電圧測定手段と、
前記負荷回路電圧と前記差動アンプのコモンモード誤差との関係を示す特性値を保持する特性値保持手段と、
前記電圧測定手段で測定された負荷回路電圧と前記特性値に基づいて、前記差動アンプのコモンモード誤差の補正値を求める補正値算出手段と、
この補正値に基づいて前記基準電圧を補正する基準電圧補正手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、
請求項2に記載の電流設定回路において、
前記電圧測定手段による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の電流設定回路において、
前記電圧測定手段による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部を備えることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との間の比例係数を保持することを特徴とする。
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との間の比例係数を保持することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示す数式を保持することを特徴とする。
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示す数式を保持することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示すテーブルを保持することを特徴とする。
請求項2または3に記載の電流設定回路において、
前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示すテーブルを保持することを特徴とする。
本発明によれば、負荷回路電圧に応じて差動アンプのコモンモード誤差を補正する補正部を備えることにより、高電圧領域においても高精度に電流設定が可能な電流設定回路を提供できる。
図1は本発明の実施例1の電流設定回路を示す構成図であり、図4に示す従来例に対し補正部10を追加したものである。従来例と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
補正部10は、負荷回路電圧Vdutが入力されるオペアンプ31と、このオペアンプ31の出力をデジタル値に変換するA/D変換器32と、負荷回路電圧Vdutと差動アンプ2のコモンモード誤差Ecとの比例係数ζを保持する特性値保持回路4と、A/D変換器32の出力に比例係数ζを乗算してコモンモード誤差Ecに対する補正値γを求める乗算器5と、補正値γに基づいて基準電圧Visetの補正を行う減算器6とを備えている。なお、オペアンプ31とA/D変換器32で負荷回路電圧を測定する電圧測定回路3を構成する。特性値保持回路4、乗算器5、減算器6はFPGA(Field Programmable Gate Array)による演算処理で構成する。
オペアンプ31は、負荷回路電圧VdutをボルテージフォロワによりA/D変換器32に伝達する。A/D変換器32は負荷回路電圧Vdutの電圧値に応じたデジタル信号を生成し出力する(Vmeas)。特性値保持回路4には、負荷回路電圧Vdutに対する差動アンプ2のコモンモード誤差Ecの比例係数ζを保持させておく。比例係数ζは、負荷回路電圧Vdutの予定される電圧範囲において、あらかじめ測定して値を求めておく。
乗算器5は、A/D変換器32の出力Vmeasに比例係数ζを乗算することによりコモンモード誤差Ecを求め、求めたコモンモード誤差Ecを補正値γとして減算器6に出力する。
γ=Vmeas×tanζ ・・・(5)
γ=Vmeas×tanζ ・・・(5)
減算器6は、出力アンプ1の入力段に設けられ、基準電圧Visetから補正値γを減算することにより基準電圧Visetの補正を行い、補正後の基準電圧Viset’を出力アンプ1に伝達する。
Viset’=Viset−γ ・・・(6)
なお、Viset=α×(R1×Iout)+β ・・・(4)
α:ゲインエラーの補正値、β:オフセット誤差の補正値
式(6)の補正を行うことにより、出力電流Ioutから負荷回路電圧Vdut依存のコモンモード誤差Ecによる影響が補正される。
Viset’=Viset−γ ・・・(6)
なお、Viset=α×(R1×Iout)+β ・・・(4)
α:ゲインエラーの補正値、β:オフセット誤差の補正値
式(6)の補正を行うことにより、出力電流Ioutから負荷回路電圧Vdut依存のコモンモード誤差Ecによる影響が補正される。
図2は本発明における負荷回路電圧Vdutと電流設定誤差Ierrの関係を示す図である。従来例は電流設定誤差Ierrが負荷回路電圧Vdutに対して所定の傾きζで大きくなるのに対し、本実施例では同じく傾きζで大きくなる補正値γにより基準電圧Visetを補正することにより、電流設定誤差Ierrが負荷回路電圧Vdutによらず常に大幅に低減される。
たとえば、負荷回路電圧Vdutが3Vの場合にはIerr=tanζ×3−γ≒0となる。負荷回路電圧Vdutがより高電圧の30Vの場合であってもIerr=tanζ×30−γ≒0となる。
たとえば、負荷回路電圧Vdutが3Vの場合にはIerr=tanζ×3−γ≒0となる。負荷回路電圧Vdutがより高電圧の30Vの場合であってもIerr=tanζ×30−γ≒0となる。
本実施例は以上のように構成され、
基準電圧Visetに基づいて出力アンプ1から負荷回路100に出力した出力電流Ioutを差動アンプ2を用いて出力アンプ1に帰還させることにより出力電流Ioutを制御する電流設定回路において、負荷回路100の負荷回路電圧Vdutに応じて差動アンプ2のコモンモード誤差Ecを補正する補正部10を備えたことにより、高電圧領域においても高精度に電流設定ができる。
基準電圧Visetに基づいて出力アンプ1から負荷回路100に出力した出力電流Ioutを差動アンプ2を用いて出力アンプ1に帰還させることにより出力電流Ioutを制御する電流設定回路において、負荷回路100の負荷回路電圧Vdutに応じて差動アンプ2のコモンモード誤差Ecを補正する補正部10を備えたことにより、高電圧領域においても高精度に電流設定ができる。
また、本実施例によれば、リアルタイムに負荷回路電圧Vdutの測定および基準電圧Visetの補正を行うため、負荷回路電圧Vdutの急な変動にも対応できる。
また、負荷回路電圧Vdutは高い電圧測定精度が必要ではないため、オペアンプ31とA/D変換器32で電圧測定回路3を構成しているので、安価な汎用品を採用でき、コストを低減できる。
また、負荷回路電圧Vdutは高い電圧測定精度が必要ではないため、オペアンプ31とA/D変換器32で電圧測定回路3を構成しているので、安価な汎用品を採用でき、コストを低減できる。
なお、本実施例では、特性値保持回路4に保持された特性値は負荷回路電圧Vdutとコモンモード誤差Ecとの関係を示す比例係数ζであったが、特性値保持回路4に保持する特性値はこれに限らず、負荷回路電圧Vdutとコモンモード誤差Ecとの関係を示す数式であってもよい。具体的には、特性値として負荷回路電圧Vdutを入力変数としコモンモード誤差Ecを算出する数式を保持させておき、補正時には、乗算器5にて乗算演算を行う代わりに、数式の入力変数にVmeasを代入してコモンモード誤差Ecを算出する数式演算を行う。
また、特性値保持回路4に保持する特性値は、負荷回路電圧Vdutとコモンモード誤差Ecとの関係を示すテーブルであってもよい。具体的には、特性値として負荷回路電圧Vdutとそれに対応する補正値γを保持させておき、補正時には、乗算器5にて乗算演算を行う代わりに、特性値保持回路4からVmeasに対応する補正値γを読み出し減算器6に出力する処理を行う。
また、本実施例では、特性値保持回路4,乗算器5,減算器6をFPGAによるロジック演算処理で実現したが、実施形態はこれに限らず、アナログ回路で構成してもよいし、ソフトウェアによる演算処理で構成してもよい。
なお、負荷回路100が半導体試験装置である場合には、通常、アナログコントローラとしてFPGAが採用されているため、既存の部品を利用することができ、新規部品追加によるコストアップのおそれがない。さらに、負荷回路100が半導体試験装置である場合には、一般的に比例係数ζを別機能にて使用しているため、事前に取得されている場合も多く、本発明の既存システムへの適用が容易である。
本実施例の電流設定回路は、半導体試験装置をはじめ、車載デバイスなど、負荷回路電圧が高電圧領域となる一般用途の直流電源にも適用可能である。
本実施例における比例係数ζは本発明における負荷回路電圧Vdutと差動アンプ2のコモンモード誤差Ecとの関係に相当し、電圧測定回路3は電圧測定手段に相当し、特性値保持回路4は特性値保持手段に相当し、乗算器6は補正値算出手段に相当し、減算器7は基準電圧補正手段に相当する。
図3は本発明の実施例2の電流設定回路を示す構成図である。本実施例は、前記実施例1における補正部10を、切替部7を備える補正部10’に置き換えたものである。実施例1と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
実施例1のように電圧測定回路3にA/D変換器を用いた場合には、出力電流Ioutの波形にシリアル転送のクロック起因のノイズが発生し、低ノイズが要求される測定条件においては使用できない。そこで、電圧測定回路3によるリアルタイムの電圧測定の有効化/無効化を設定可能とすることにより、低ノイズ性能が要求される条件においても使用可能な電流設定回路を実現する。
図3において、7は電圧測定回路3による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部である。切替部7は、測定動作の「有効」または「無効」を外部から設定できるように構成しておき、測定動作が「有効」に設定されている場合にはA/D変換器32の読み込みトリガをEnableに設定する。測定動作が「無効」に設定されている場合には、切替部7はA/D変換器32の読み込みトリガをDisableに設定し、イネーブル時に測定された負荷回路電圧Vdutの最終値をA/D変換器32の出力値として保持させる。電流設定誤差Ierrの補正は、この負荷回路電圧Vdutの最終値に基づいて行われる。
本実施例は以上のように構成され、
電圧測定回路3による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部7を備えているため、電圧測定回路3を無効化するように切り替えることで電圧測定回路3由来のノイズを出力電流Ioutから排除でき、低ノイズ性能の要求に対応した電流設定回路を実現できる。
電圧測定回路3による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部7を備えているため、電圧測定回路3を無効化するように切り替えることで電圧測定回路3由来のノイズを出力電流Ioutから排除でき、低ノイズ性能の要求に対応した電流設定回路を実現できる。
1 出力アンプ
2 差動アンプ
3 電圧測定回路(電圧測定手段)
4 特性値保持回路(特性値保持手段)
5 乗算器(補正値算出手段)
6 減算器(基準電圧補正手段)
10 補正部
100 負荷回路
Ec コモンモード誤差
Viset 基準電圧
Vdut 負荷回路電圧
2 差動アンプ
3 電圧測定回路(電圧測定手段)
4 特性値保持回路(特性値保持手段)
5 乗算器(補正値算出手段)
6 減算器(基準電圧補正手段)
10 補正部
100 負荷回路
Ec コモンモード誤差
Viset 基準電圧
Vdut 負荷回路電圧
Claims (6)
- 基準電圧に基づいて出力アンプから負荷回路に出力した出力電流を差動アンプを用いて前記出力アンプに帰還させることにより前記出力電流を制御する電流設定回路において、
前記負荷回路の電圧に応じて前記差動アンプのコモンモード誤差を補正する補正部を備えたことを特徴とする電流設定回路。 - 前記補正部は、
前記負荷回路にかかる負荷回路電圧を測定する電圧測定手段と、
前記負荷回路電圧と前記差動アンプのコモンモード誤差との関係を示す特性値を保持する特性値保持手段と、
前記電圧測定手段で測定された負荷回路電圧と前記特性値に基づいて、前記差動アンプのコモンモード誤差の補正値を求める補正値算出手段と、
この補正値に基づいて前記基準電圧を補正する基準電圧補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電流設定回路。 - 前記電圧測定手段による測定動作の有効化/無効化を切り替える切替部を備えることを特徴とする請求項2に記載の電流設定回路。
- 前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との間の比例係数を保持することを特徴とする請求項2または3に記載の電流設定回路。
- 前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示す数式を保持することを特徴とする請求項2または3に記載の電流設定回路。
- 前記特性値保持手段は、前記特性値として前記負荷回路電圧と前記コモンモード誤差との関係を示すテーブルを保持することを特徴とする請求項2または3に記載の電流設定回路。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105915091A (zh) * | 2015-02-20 | 2016-08-31 | 通用电气能源能量变换技术有限公司 | 优化并联式功率转换器的有源电流共享的***和方法 |
CN111857218A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种二级低噪声大电流高分辨率数控电流源 |
-
2010
- 2010-09-28 JP JP2010216702A patent/JP2012073723A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105915091B (zh) * | 2015-02-20 | 2020-04-07 | 通用电气能源能量变换技术有限公司 | 优化并联式功率转换器的有源电流共享的***和方法 |
CN111857218A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种二级低噪声大电流高分辨率数控电流源 |
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