JP4824007B2 - 電流測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動的に測定レンジを切替えて、広範囲にわたり所定の精度で電流を測定する電流測定装置に関する。

電流を測定する手段は、既に各種提案され且つ実用化されている。又測定電流値をディジタル信号に変換して、表示や制御を行う構成も知られている。又広範囲の電流値を所定の測定精度を維持して測定する為に測定レンジ切替えを行う構成が一般的である。例えば、図９に示すように、充放電装置等の電源部１０１と、コンデンサやバッテリー等の負荷部１０２との間に抵抗Ｒを接続し、流れる電流による抵抗Ｒの両端の電圧を、変換比Ａ，Ｂ，Ｃ（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）の電圧変換器１０３，１０４，１０５により変換し、それぞれをＡＤボード１０６に入力し、ディジタル信号に変換して、測定ディジタル電流値として出力する構成が知られている。

この電流測定装置は、負荷部１０２に流れる電流がＩＡ＜ＩＢ＜ＩＣの場合に、電流ＩＡの場合は、測定電流値が小さい範囲であり、抵抗Ｒの両端の電圧は、小さい値となるから、電圧変換器１０３によりＡ倍し、電流ＩＡより大きい電流ＩＢの場合は、電圧変換器１０４によりＢ倍し、電流ＩＢより大きい電流ＩＣの場合は、電圧変換器１０５によりＣ倍して、ＡＤボード１０６によりディジタル値に変換する。それにより、電流ＩＡ〜ＩＣの範囲にわたり、ほぼ同一の精度で電流測定が可能となる。

又図１０に示す従来の電流測定装置は、電源部１１１からコンデンサやバッテリー等の負荷部１１２に流れる電流を、直列接続の抵抗Ｒａ，Ｒｂのそれぞれの両端の電圧として検出し、ＡＤボード１１３に入力する構成を有し、抵抗Ｒａを小電流測定用、抵抗Ｒｂを大電流測定用とすると、抵抗値はＲａ＞Ｒｂの関係とするもので、小電流測定用の抵抗Ｒａに、ダイオードＤａ，Ｄｂを並列接続する。なお、負荷部１１２に流れる電流が常に一方向のみの場合は、その電流が流れる方向の順方向特性の１個のダイオードのみを接続すれば良いものであり、図示の矢印方向に電流が流れる場合は、ダイオードＤａのみを接続すれば良いことになる。小電流測定時は、抵抗Ｒａの両端の電圧はダイオードＤａ，Ｄｂの順方向電圧以下であるが、大電流測定時は、抵抗Ｒａの両端の電圧が高くなり、この抵抗Ｒａによる電力損失が大きくなるが、その時に、ダイオードの順方向の閾値電圧以上となると、電流はダイオードに分流して流れることにより、大電流測定時の電力損失を低減することができる。

又動作モードにより数Ａ程度の電流と、数ｍＡ〜数１０ｍＡの電流が流れる場合の電流検出手段として、抵抗値が大きい抵抗と抵抗値が小さい抵抗とを、動作モードに従って切替えるか、又は数Ａ程度の大電流の動作モードの場合に、直列接続した抵抗値の大きい抵抗と小さい抵抗との中の抵抗値が大きい抵抗をスイッチによりショートすることにより、大電流動作モードと小電流動作モードとに於ける電流検出精度を同等に維持して電流測定を行う手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１９４４５６号公報

従来例の図９に示す電流検出装置は、広範囲の電流を測定することが可能であるが、複数の電圧変換器を設けることによるコストアップの問題がある。又図１０に示す電流検出装置は、大電流測定用の抵抗に並列にダイオードを接続するものであるが、抵抗の両端の電圧をダイオードの順方向の閾値電圧の例えば０．６Ｖ以下には抑制することができないので、大電流測定時の損失が比較的大きい問題がある。又前述の特許文献１に於いては、電流測定範囲を、動作モードの切替制御信号に基づいて切替えるもので、自動的に測定レンジ切替えを行う構成は示されていない。

本発明は、前述の従来例の問題点を解決することを目的とし、流れる電流に従って測定レンジを自動的に切替え、且つ電力損失を低減するものである。

本発明の電流測定装置は、電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗と、これらの抵抗の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボードとを含む電流測定装置であって、大電流測定用の抵抗に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗に並列接続した電界効果トランジスタと、抵抗値の大きい抵抗の両端の電圧と基準電圧とを比較し、抵抗値の大きい抵抗の両端の電圧が、基準電圧を超えた時に、電界効果トランジスタをオン状態とするコンパレータとを備えている。

又電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗と、これらの抵抗の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボードとを含む電流測定装置であって、大電流測定用の抵抗に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗に並列に接続した電界効果トランジスタと、抵抗値の大きい抵抗の両端の電位差の絶対値を出力する絶対値回路と、この絶対値回路の出力と基準電圧とを比較し、絶対値回路の出力が基準電圧を超えた時に、電界効果トランジスタをオン状態とするコンパレータとを備えている。

又電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗と、これらの抵抗の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボードとを含む電流測定装置であって、大電流測定用の抵抗に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗に並列接続し、ソースをそれぞれ共通に基準電位に接続した２個の直列接続の電界効果トランジスタと、抵抗値の大きい抵抗の両端の電位差の絶対値を出力する絶対値回路と、この絶対値回路の出力と、基準電位に接続した基準電圧とを比較し、絶対値回路の出力が基準電圧を超えた時に、２個直列接続の電界効果トランジスタをオン状態とするコンパレータとを備えている。

又電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗の両端の電圧を整流平滑化して、ＡＤボードに入力する整流部を設けることができる。又電界効果トランジスタをオン状態とするコンパレータの出力を測定レンジ切替信号として、ＡＤボードに入力する構成とすることができる。

又電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗と、これらの抵抗の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボードとを含む電流測定装置であって、大電流測定用の抵抗に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗に並列接続した電界効果トランジスタと、抵抗値の小さい抵抗の両端の電圧を検出する演算増幅器と、この演算増幅器の出力信号と基準電圧とを比較し、出力信号が基準電圧を超えた時に電界効果トランジスタをオンとし、出力信号が基準電圧より低下した時に電界効果トランジスタをオフとするコンパレータとを備えている。

複数の抵抗値が異なる抵抗を、電源部と負荷部との間に直列に接続し、抵抗値が大きい小電流測定用の抵抗と並列に電界効果トランジスタを接続し、その小電流測定用の抵抗の両端の電圧が、大きな電流が流れたことにより基準電圧を超えた時に電界効果トランジスタをオン状態とし、その電界効果トランジスタによって、抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗をバイパスするものであり、ダイオードによって抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗をバイパスする従来例に比較して、大電流測定時の抵抗による電力損失を大幅に低減することができる利点があり、更に、ソースをそれぞれ共通に基準電位に接続した２個の直列接続の電界効果トランジスタを、小電流測定用の抵抗値の大きい抵抗に並列に接続した構成として、電流方向が何れの方向であっても測定可能となる利点がある。

本発明の電流測定装置は、図１を参照して説明すると、電源部１と負荷部２との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボード３とを含み、大電流測定用の抵抗Ｒ１に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗Ｒ２に並列接続した電界効果トランジスタ４と、抵抗値の大きい抵抗Ｒ２の両端の電圧と基準電圧Ｖｒ１とを比較して、抵抗値の大きい抵抗Ｒ２の両端の電圧が、基準電圧Ｖｒ１を超えた時に、電界効果トランジスタ４をオン状態とするコンパレータ５とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はインバータや充放電装置等の電源部、２はコンデンサ、バッテリー、モータ等の負荷部、３は複数のＡ／Ｄ変換部を含むＡＤボード、４は電界効果トランジスタ、５はコンパレータ、Ｖｒ１は基準電圧、Ｒ１は大電流測定用の抵抗、Ｒ２は小電流測定用の抵抗を示し、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値はＲ１＜Ｒ２の関係に選定する。又小電流測定用の抵抗Ｒ２と並列に電界効果トランジスタ４を接続する。又負荷部２をコンデンサ又はバッテリーとして、電源部１を充電装置とすると、図示の矢印方向の直流の電流が、直列接続の抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して流れる。これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電圧をＡＤボード３に入力してディジタル値に変換する。

小電流測定用の抵抗Ｒ２は、大電流測定用の抵抗Ｒ１に比較して抵抗値が大きいものであり、この抵抗Ｒ２と並列に電界効果トランジスタ４を接続し、抵抗Ｒ２の両端の電圧と基準電圧Ｖｒ１とをコンパレータ５により比較し、小電流測定範囲を超えた電流が流れた時に、抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１を超えるように設定する。それにより、小電流測定範囲を超える電流が流れると、コンパレータ５の出力信号により電界効果トランジスタ４をオンとする。このオン状態となった電界効果トランジスタ４により、抵抗Ｒ２の両端の電圧を基準電圧Ｖｒ１に従った値にクランプすることになる。又コンパレータ５の出力信号をＡＤボード３に測定レンジ切替信号として入力する。通常の抵抗による電流測定に於いては、抵抗の両端の電圧は最大５０ｍＶ〜２００ｍＶ程度に選定する場合が一般的である。前述の抵抗Ｒ１，Ｒ２についても、電流測定レンジの最大電流値と予め選定した最大電圧との関係で、大電流測定用の抵抗Ｒ１と小電流測定用の抵抗Ｒ２との抵抗値を選定する。

又電界効果トランジスタ４のオン抵抗による電圧降下は、数１０ｍＶ〜数１００ｍＶ程度或いはそれ以下の電界効果トランジスタの開発も進められている。又抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１を超えた場合に、コンパレータ５の出力信号により電界効果トランジスタ４をオン状態として、小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端の電圧を基準電圧Ｖｒ１によってクランプした状態とし、且つＡＤボード３にコンパレータ５の出力信号を入力して、抵抗Ｒ２の両端の電圧を測定ディジタル電流値とする小電流測定レンジから、抵抗Ｒ１の両端の電圧を測定ディジタル電流値とする大電流測定レンジに切替える。この大電流測定レンジに於ける小電流測定用の抵抗Ｒ２による電力損失は、電界効果トランジスタ４がオンとなって電流をバイパスし、オン抵抗が小さいことにより、ダイオードによってバイパスする従来例に比較して大幅に低減することが可能となる。

又ＡＤボード３は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電圧を入力して、それぞれディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換した測定ディジタル電流値を切替えて出力する切替出力手段とを含み、この切替出力手段をコンパレータ５の出力信号により制御し、電流測定レンジを自動的に切替える構成を有する場合を示すものであるが、例えば、複数のＡ／Ｄ変換器により変換した測定ディジタル電流値を、図示を省略した後段の回路で自動的に選択出力する手段を適用することも可能である。又Ａ／Ｄ変換器により変換した抵抗Ｒ１，Ｒ２による測定ディジタル電流値を比較し、電界効果トランジスタ４がオンとなることによる抵抗Ｒ１，Ｒ２による測定ディジタル電流値の差が所定値を超えた時に、抵抗Ｒ２による測定ディジタル電流値から抵抗Ｒ１による測定ディジタル電流値に切替えて出力する手段を適用することも可能である。又測定ディジタル電流値を、図示を省略した表示装置等に入力して、ディジタル表示を行うこともできる。

前述のように、負荷部２に流れる直流の電流が小電流測定レンジ内の場合、抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１以下であり、電界効果トランジスタ４はオフ状態で、ＡＤボード３から、抵抗Ｒ２の両端の電圧をディジタル値に変換した測定ディジタル電流値を出力し、この小電流測定レンジを超えて大電流測定レンジの電流が流れると、抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１を超えるので、コンパレータ５により電界効果トランジスタ４をオンとして、抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１にクランプされた状態とする。この基準電圧Ｖｒ１を例えば１００ｍＶとすると、小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端の電圧は、大電流測定レンジに於いても１００ｍＶにクランプされ、且つＡＤボード３は抵抗Ｒ１の両端の電圧をディジタル値に変換した測定ディジタル電流値を出力し、小電流測定レンジから大電流測定レンジに自動的に切替えることができる。又負荷部２に流れる電流が減少して大電流測定レンジ以下となると、抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１以下となり、電界効果トランジスタ５はオフとなり、最初の小電流測定レンジによる電流測定の状態となる。なお、大電流測定レンジに於いて、電界効果トランジスタ４を１０数ｍΩの完全なオン状態として、電力損失を低減し、大電流測定レンジから小電流測定レンジに移行した場合は、ＡＤボード３と出力測定電流値の範囲の判定により、電界効果トランジスタ４をオフ状態とする制御構成を付加することも可能である。

図２は本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、４−１、４−２は電界効果トランジスタ、５−１，５−２はコンパレータ、Ｒ２−１，Ｒ２−２は中電流測定用及び小電流測定用の抵抗、Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２は基準電圧を示す。大電流測定用の抵抗Ｒ１と、中電流測定用の抵抗Ｒ２−１と、小電流測定用の抵抗Ｒ２−２とを直列に接続し、中電流測定用の抵抗Ｒ２−１と並列に電界効果トランジスタ４−１を接続し、小電流測定用の抵抗Ｒ２−２と並列に電界効果トランジスタ４−２を接続し、コンパレータ５−１，５−２の出力信号により電界効果トランジスタ４−１，４−２を制御し、且つコンパレータ５−１，５−２の出力信号により、ＡＤボード３により変換した測定ディジタル電流値を切替選択して図示を省略した後段の回路構成に出力する。

又大電流測定用の抵抗Ｒ１と、中電流測定用の抵抗Ｒ２−１と、小電流測定用の抵抗Ｒ２−２とのそれぞれの抵抗値は、それぞれ符号で示すと、Ｒ１＜（Ｒ２−１）＜（Ｒ２−２）の関係とする。又コンパレータ５−１，５−２に対する基準電圧Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２は、抵抗Ｒ２−１，Ｒ２−２の抵抗値と測定レンジ切替えの電流値とを基に選定するものであり、条件によっては同一の電圧とすることも可能である。又ＡＤボード３は、大電流測定用と中電流測定用と小電流測定用とのそれぞれのＡ／Ｄ変換器と、それぞれの変換出力ディジタル電流値を切替出力する切替手段を含み、この切替手段をコンパレータ５−１，５−２の出力信号により制御して、大電流測定レンジと中電流測定レンジと小電流測定レンジとの切替えを行うことができる。

電源部１から負荷部２に矢印方向の電流が流れ、抵抗Ｒ１，Ｒ２−１，Ｒ２−２の両端の電圧がＡＤボード３に入力され、その時、電界効果トランジスタ５−１，５−２がオフ状態の小電流測定レンジの場合、小電流測定用の抵抗Ｒ２−２の両端の電圧をディジタル値に変換した小電流測定レンジの測定ディジタル電流値をＡＤボード３から選択出力する。この小電流測定レンジの電流を超える電流が流れると、抵抗Ｒ２−２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１−２を超えるので、コンパレータ５−２の出力信号により電界効果トランジスタ５−２をオンとする。それにより、抵抗Ｒ２−２の両端の電圧は、基準電圧Ｖｒ１−２によってクランプされた状態となり、又コンパレータ５−２の出力信号により、ＡＤボード３は、中電流測定レンジとして、抵抗Ｒ２−１の両端の電圧をＡ／Ｄ変換して、中電流測定レンジの測定ディジタル電流値として選択出力する。

更に負荷部２に流れる電流が増加し、抵抗Ｒ２−１の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１−１を超えると、コンパレータ５−１の出力信号により電界効果トランジスタ５−１をオンとする。それにより、抵抗Ｒ２−１の両端の電圧は基準電圧Ｖｒ１−１によってクランプされた状態となり、又コンパレータ５−１とコンパレータ５−２との出力信号により、ＡＤボード３は、大電流測定レンジとして、抵抗Ｒ１の両端の電圧をＡ／Ｄ変換し、大電流測定レンジの測定ディジタル電流値として選択出力する。この状態に於いては、小電流測定用の抵抗Ｒ２−２の両端の電圧は、基準電圧Ｖｒ１−２によりクランプされ、又中電流測定用の抵抗Ｒ２−１の両端の電圧は、基準電圧Ｖｒ１−１によりクランプされた状態となる。なお、測定レンジを小電流測定レンジと中電流測定レンジと大電流測定レンジとの３段階の測定レンジの自動的な切替えを行う場合を示すが、更に多くの段階で測定レンジの切替えを可能とする構成とすることができる。その場合、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗を直列に接続し、例えば、大電流測定レンジ対応の抵抗以外の複数の抵抗に、それぞれ電界効果トランジスタを並列に接続し、それぞれの抵抗の両端の電圧とそれぞれの基準電圧とを、コンパレータにより比較して、現在の電流測定レンジ以下の電流測定レンジ対応の電界効果トランジスタをオンとして、抵抗値の大きい方の抵抗をバイパス状態とする制御構成とすることも可能である。

図３は、本発明の実施例３の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、Ｖｒ１ａは基準電圧を示す。この実施例３は、図１に示す場合と電流の流れる方向が矢印で示すように反対であり、例えば、負荷部２をバッテリーとし、電源部１を充放電制御部として放電制御を行う場合に相当する。従って、コンパレータ５は、抵抗Ｒ２の両端の電圧と基準電圧Ｖｒ１ａとを比較するものであるが、電流方向が図１に示す場合に比較して反対であるから、基準電圧Ｖｒ１ａの極性も反転している。そして、図１に示す場合と同様に、小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端の電圧が基準電圧Ｖｒ１ａを超えると、コンパレータ５の出力信号により電界効果とトランジスタ４をオンとして、抵抗Ｒ２の両端の電圧を基準電圧Ｖｒ１ａによりクランプした状態とし、ＡＤボード３は、抵抗Ｒ１の両端の電圧と抵抗Ｒ２の両端の電圧とを測定ディジタル電流値にＡ／Ｄ変換するものであるが、電界効果トランジスタ４をオンとするコンパレータ５の出力信号によって、抵抗Ｒ１の両端の電圧を、大電流測定レンジの測定ディジタル電流値として出力する。即ち、小電流測定レンジから大電流測定レンジに自動的に切替えることができると共に、小電流測定用の抵抗Ｒ２による電力損失を低減することができる。なお、図２に示す実施例２についても電流方向が反対の場合、コンパレータに対する基準電圧の極性を反対とすることにより、大中小の電流測定レンジに対して対応することができる。

図４は、本発明の実施例４の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、Ｄは電界効果トランジスタ４の寄生ダイオード、６は差動増幅器、７は絶対値回路を示す。この実施例４は、図１と図３との電流方向が反対の場合の構成に対して、電流が何れの方向に流れる場合も、同一の構成で電流測定を可能とするものであり、例えば、電源部１を充放電制御回路、負荷部２をバッテリーやコンデンサ等の充放電による電流方向が反転する場合の電流測定に適用することができる。又差動増幅器６と絶対値回路７とは、小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端の電圧の極性が、電流方向に対応して反転するから、抵抗Ｒ２の両端の電位差を差動増幅器６により求め、この差動増幅器６の出力極性は、電流方向に従って反転するから、絶対値回路７により、電流方向に関係しない一方の極性の電圧値としてコンパレータ５に入力し、基準電圧Ｖｒ１と比較する。この場合の基準電圧Ｖｒ１は、電流方向に関係しないように、基準電位に基準電圧Ｖｒ１のマイナス側を接続し、基準電圧Ｖｒ１のプラス側をコンパレータ５に入力するもので、基準電位は、例えば、電源部１の出力端子間の電圧の１／２の電位とすることができる。

又電界効果トランジスタ４の寄生ダイオードＤは、個別部品のダイオードと同様に、順方向閾値電圧はほぼ０．６Ｖであり、小電流測定レンジに於ける電流による抵抗Ｒ２の両端の電圧は、前述のように、最大２００ｍＶ程度であるから、寄生ダイオードＤによるバイパス機能は生じないものであり、小電流測定範囲を超える電流が流れた場合に、電界効果トランジスタ４がオン状態となり、抵抗Ｒ２に流れる小電流測定範囲を超える電流をバイバスすることができる。従って、大電流測定範囲の電流による抵抗Ｒ２の電力損失を低減することができる。この実施例４の電流測定装置は、電源部１と負荷部２との間の電流が何れの方向であっても測定可能となる利点がある。

図５は、本発明の実施例５の説明図であり、図１及び図４と同一符号は同一名称部分を示し、４ａ，４ｂは電界効果トランジスタ、Ｄａ，Ｄｂは寄生ダイオードを示す。この実施例５は、前述の実施例４と同様に電流方向が何れの方向であっても電流測定を可能とした構成を示し、小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端に、２個の電界効果トランジスタ４ａ，４ｂを例えばソースを共通接続して、並列接続する。そのソースの共通接続点を、基準電圧Ｖｒ１のマイナス側を接続している基準電位に接続する。又差動増幅器６と絶対値回路７とは、図４に示した場合と同様に、抵抗Ｒ２の両端の電位差を差動増幅器６により求め、絶対値回路７により一方の極性に変換し、コンパレータ５により基準電圧Ｖｒ１と比較し、基準電圧Ｖｒ１を超える場合に、小電流測定範囲を超える電流が流れる場合であり、電界効果トランジスタ４ａ，４ｂをオンとして、抵抗Ｒ２の両端の電圧を基準電圧Ｖｒ１に対応した値にクランプする。この実施例５に於いても、抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端の電圧を、大電流測定範囲に於いて電界効果トランジスタ４ａ，４ｂをオンとして基準電圧Ｖｒ１にクランプした状態とし、抵抗Ｒ２による電力損失を低減することができる。

図６は、本発明の実施例６の説明図であり、１は交流の電源部、２は交流で動作する誘導電動機等の交流の負荷部、３は複数のＡ／Ｄ変換部を含むＡＤボード、４は電界効果トランジスタ、５はコンパレータ、Ｄは電界効果トランジスタの寄生ダイオード、Ｖｒ１は基準電圧、Ｒ１は大電流測定用の抵抗、Ｒ２は小電流測定用の抵抗、８，９は全波整流して平滑化する整流部を示す。又前述の各実施例と同様に抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値はＲ１＜Ｒ２の関係に選定する。又整流部９の−側を基準電位とし、＋側をコンパレータ５の＋端子に入力し、コンパレータ５の−端子に、基準電位に−側を接続した基準電圧Ｖｒ１の＋側を接続する。

電源部１から負荷部２に流れる電流は、前述の双方向の直流電流と同様に双方向に流れるものであるが、交流の周波数に従って電流方向が反転する。従って、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電圧も交流電圧となる。整流部８，９は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の交流電圧を整流平滑化して直流電圧とし、ＡＤボード３に入力して、Ａ／Ｄ変換し、測定ディジタル電流値とする。又小電流測定用の抵抗Ｒ２の両端に電界効果トランジスタ４のソース、ドレーンを接続し、ゲートにコンパレータ５の出力信号を入力する。コンパレータ５の＋端子に整流部９の＋側の出力電圧を入力し、その整流部９の−側を基準電位に接続する。又コンパレータ５の−端子と基準電位との間に基準電圧ｖｒ１を印加する接続構成とする。

電源部１から負荷部２に流れる交流電流が、直列接続の抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れ、抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の交流電圧を整流部８，９により直流に変換し、整流部９の整流出力電圧が、基準電圧Ｖｒ１を超えると、コンパレータ５の出力信号により電界効果トランジスタ４をオン状態として、抵抗Ｒ２の両端の電圧を、基準電圧Ｖｒ１にクランプする。それによって、大電流測定レンジに於いて、抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗Ｒ２による電力消費を低減することができる利点がある。

図７は、本発明の実施例７の説明図であり、図１及び図３と同一符号は同一名称部分を示し、１０は演算増幅器である。なお、抵抗値の異なる抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ＡＤボード３とによる測定電流値をディジタル値として出力する構成は、図１に示す実施例１と同様であるから、重複する説明は省略する。この実施例７に於いては、演算増幅器１０により抵抗値の小さい抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出して、コンパレータ５によって基準電圧Ｖｒ１と比較する。演算増幅器１０の出力信号が基準電圧Ｖｒ１を超える状態の電流が抵抗Ｒ１に流れる場合、抵抗値の大きい抵抗Ｒ１による電力損失が増加するが、その時に、コンパレータ５により電界効果トランジスタ４をオンとして、抵抗Ｒ２をバイパスし、大電流測定状態とする。それにより、大電流測定時の電力損失を低減することができる。又抵抗Ｒ１に流れる電流が減少して、演算増幅器１０の出力信号が基準電圧Ｖｒ１より低下すると、コンパレータ５から電界効果トランジスタ４のゲートに印加していた電圧が零となり、電界効果トランジスタ４はオフ状態に復帰する。即ち、小電流測定状態に復帰する。従って、大電流測定状態では、小電流測定用の抵抗値の大きい抵抗Ｒ２を電界効果トランジスタ４のオン状態によりバイパスして電力損失を低減し、小電流測定状態では、電界効果トランジスタ４をオフ状態として、抵抗値の大きい抵抗Ｒ２により測定精度を高くして測定することができる。又電流方向が図示の矢印方向と反対の場合、演算増幅器１０の入力端子の切替え又は演算増幅器１０の出力端子に絶対値回路を接続して、電流方向が何れの方向であっても、コンパレータ５に於いて基準電圧Ｖｒ１と比較可能の構成とすることができる。

図８は、本発明の実施例８の説明図であり、１は電源部、２は負荷部、３はＡＤボード、４−１、４−２は電界効果トランジスタ、５−１，５−２はコンパレータ、Ｒ１は大電流測定用の抵抗、Ｒ２−１，Ｒ２−２は中電流測定用及び小電流測定用の抵抗、Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２は基準電圧、１１は演算増幅器を示す。演算増幅器１１は、大電流測定用の抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出して、コンパレータ５−１，５−２に入力し、基準電圧Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２と比較し、例えば、小電流測定レンジの場合、電界効果トランジスタ５−１，５−２はオフ状態を維持する。この小電流測定レンジを超える電流が流れて、中電流測定レンジとする場合、演算増幅器１１の出力信号は、基準電圧Ｖｒ１−２を超えるので、コンパレータ５−２により電界効果トランジスタ４−２をオン状態と、抵抗値の大きい抵抗Ｒ２−２に流れる電流をバイパスする。又中電流測定レンジを超える電流が流れると、演算増幅器１１の出力信号は、基準電圧Ｖｒ１−１を超えるので、コンパレータ５−１により電界効果トランジスタ４−１もオン状態とし、最大抵抗値の抵抗Ｒ２−２と中抵抗値の抵抗Ｒ２−１とをそれぞれ電界効果トランジスタ４−２，４−１をオンとし、最小抵抗値の抵抗Ｒ１により電流測定を行う構成に自動的に移行することができる。この実施例に於いても、前述の実施例と同様に、電流方向が図示の矢印方向と反対の場合、演算増幅器１１の入力端子の切替え又は演算増幅器１１の出力端子に絶対値回路を接続して、電流方向が何れの方向であっても、コンパレータ５−１，５−２に於いて基準電圧Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２と比較可能の構成とすることができる。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例３の説明図である。 本発明の実施例４の説明図である。 本発明の実施例５の説明図である。 本発明の実施例６の説明図である。 本発明の実施例７の説明図である。 本発明の実施例８の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１ 電源部
２ 負荷部
３ ＡＤボード
４，４−１，４−２ 電界効果トランジスタ
５，５−１，５−２ コンパレータ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２−１，Ｒ２−２ 抵抗
Ｖｒ１，Ｖｒ１−１，Ｖｒ１−２ 基準電圧
１０，１１ 演算増幅器

Claims (3)

1. 電源部と負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる複数の抵抗と、該抵抗の両端の電圧をディジタル変換して測定ディジタル電流値として出力するＡＤボードとを含む電流測定装置に於いて、
   大電流測定用の抵抗に比較して抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗に並列接続し、ソースをそれぞれ共通に基準電位に接続した２個の直列接続の電界効果トランジスタと、
   前記抵抗値の大きい小電流測定用の抵抗の両端の電位差の絶対値を出力する絶対値回路と、
   該絶対値回路の出力と、前記基準電位に接続した基準電圧とを比較し、前記絶対値回路の出力が前記基準電圧を超えた時に前記２個直列接続の電界効果トランジスタをオン状態とするコンパレータと
   を備えたことを特徴とする電流測定装置。
2. 前記電源部と前記負荷部との間に直列接続した抵抗値の異なる抵抗のそれぞれ両端の電圧を整流平滑化して前記ＡＤボードに入力する整流部を設けたことを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
3. 前記電界効果トランジスタをオン状態とする前記コンパレータの出力信号を、測定レンジ切替信号として前記ＡＤボードに入力する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。

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