JP6255312B2 - Voltage measurement circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電圧測定回路に関する。 The present invention relates to a voltage measurement circuit.
商用電源やバッテリを入力とするスイッチング電源装置では、安全上の理由から、トランスの1次側と2次側とが絶縁されている。2次側の出力電圧や出力電流を制御部が制御する場合、制御部は、2次側の出力電圧や出力電流を検出して、1次側にフィードバックさせて1次側のスイッチング回路を制御する。このフィードバック回路においても1次側と2次側間が絶縁される(例えば、特許文献1参照)。
近年、基準電圧の異なる2つの回路が絶縁された上述のスイッチング電源装置において、2次側の出力電圧や出力電流を高速かつ精度良く測定することが求められている。
In a switching power supply device using a commercial power supply or a battery as an input, the primary side and the secondary side of the transformer are insulated for safety reasons. When the control unit controls the output voltage or output current on the secondary side, the control unit detects the output voltage or output current on the secondary side and feeds it back to the primary side to control the switching circuit on the primary side. To do. Also in this feedback circuit, the primary side and the secondary side are insulated (for example, refer to Patent Document 1).
In recent years, in the above-described switching power supply device in which two circuits having different reference voltages are insulated, it is required to measure the output voltage and output current on the secondary side with high speed and high accuracy.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、制御部が、絶縁回路であるアイソレーション回路及び出力検出回路等を介して出力側の電圧値を測定するため、測定結果が絶縁回路や出力検出回路等が有する公差の影響を受け、精度の良い測定ができないという課題があった。
However, in the technique described in
本発明は、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる電圧測定回路を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the voltage measurement circuit which can measure the voltage value of the measurement object electrically insulated rapidly and accurately.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電圧測定回路は、測定対象の電圧を分圧した電圧を出力する1つの分圧回路と、前記1つの分圧回路によって分圧された前記電圧を検出し、前記1つの分圧回路により分圧された前記電圧を第1電圧検出結果および第2電圧検出結果として出力する電圧検出部と、前記第1電圧検出結果に対応する第1電圧値を第1間隔で取得し、前記第2電圧検出結果に対応する第2電圧値を前記第1間隔より短い第2間隔で取得し、前記第1電圧値と前記第2電圧値とに基づいて前記測定対象の電圧値を測定する制御部と、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第1電圧検出結果を前記第1電圧値として出力する第1アイソレーション回路と、前記第1アイソレーション回路とは異なる系統であり、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第2電圧検出結果を前記第2電圧値として出力する第2アイソレーション回路と、前記電圧検出部と、前記第1アイソレーション回路との間に設けられ、前記第1電圧検出結果をデジタル化して、前記第1アイソレーション回路に直接出力するアナログ−デジタル変換部と、を備える。 In order to achieve the above object, a voltage measurement circuit according to an aspect of the present invention includes a voltage dividing circuit that outputs a voltage obtained by dividing a voltage to be measured, and the voltage divided by the one voltage dividing circuit. A voltage detection unit that detects a voltage and outputs the voltage divided by the one voltage dividing circuit as a first voltage detection result and a second voltage detection result; and a first voltage corresponding to the first voltage detection result A value is acquired at a first interval, a second voltage value corresponding to the second voltage detection result is acquired at a second interval shorter than the first interval, and based on the first voltage value and the second voltage value A control unit that measures the voltage value of the measurement object, and is provided between the voltage detection unit and the control unit, and electrically insulates between the voltage detection unit and the control unit, First isolation for outputting a voltage detection result as the first voltage value A path and a system different from the first isolation circuit, provided between the voltage detection unit and the control unit, electrically insulating between the voltage detection unit and the control unit, Provided between a second isolation circuit that outputs a second voltage detection result as the second voltage value, the voltage detection unit, and the first isolation circuit, and digitizes the first voltage detection result. And an analog-to-digital converter that directly outputs to the first isolation circuit .
本発明によれば、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。 According to the present invention, the voltage value of a measurement object that is electrically insulated can be measured at high speed and with high accuracy.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る電圧測定回路1の構成例を示す図である。図1に示すように、電圧測定回路1は、電圧検出部10、ADC(アナログ信号−デジタル信号変換器)11、第1アイソレーション回路12、第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14、及び制御部15を備える。また、電圧検出部10は、第1分圧回路101及び第2分圧回路102を備える。制御部15は、記憶部151を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
制御部15は、2系統の回路を介して、測定対象の電圧(高電圧)を発生させるスイッチング電源装置の出力部と接続されている。第1系統21は、第1分圧回路101、ADC11、第1アイソレーション回路12を含む。第2系統22は、第2分圧回路102、第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14を含む。電圧測定回路1の構成要素のうち、第1系統21において、測定対象側(第1アイソレーション回路12よりも上流側)に配置される高電圧側回路の要素(第1分圧回路101、ADC11)は、第1アイソレーション回路12により第1アイソレーション回路12よりも下流側である低電圧側回路の要素(制御部15)と電気的に絶縁されている。また、第2系統22において、測定対象側(第2アイソレーション回路13よりも上流側)に配置される高電圧側回路の要素(第2分圧回路102)は、第2アイソレーション回路13により第2アイソレーション回路13よりも下流側である低電圧側の回路要素(バッファ増幅回路14、制御部15)と電気的に絶縁されている。
The
第1分圧回路101は、スイッチング電源装置の出力部から出力された電圧を分圧し、分圧して得られる第1電圧を第1電圧検出結果(アナログ値)としてADC11に出力する。第1分圧回路101は、例えば抵抗によって構成された分圧回路である。
The first voltage dividing
ADC11は、第1分圧回路101から入力された第1電圧検出結果をアナログ値からデジタル値に変換し、変換したデジタル値を第1電圧値として第1アイソレーション回路12に出力する。また、ADC11は、デジタル値に変換するときに用いる基準電圧として、誤差の少ない基準電圧を用いた場合には、精度の良い測定値を得ることができる。
The
第1アイソレーション回路12は、ADC11から入力された第1電圧値を高電圧側回路と低電圧側回路とが絶縁された状態で、制御部15に出力する。第1アイソレーション回路12は、例えばフォトカプラを含んで構成される。例えば、第1アイソレーション回路12は、フォトカプラによる絶縁機能を有するデジタルアイソレータである。
The
第2分圧回路102は、スイッチング電源装置の出力部から出力された電圧を分圧し、分圧して得られる第2電圧を第2電圧検出結果として第2アイソレーション回路13に出力する。第2分圧回路102は、例えば抵抗によって構成された分圧回路である。第2分圧回路102の分圧比は、第1分圧回路101の分圧比と同じであってもよく、異なっていてもよい。
The second
第2アイソレーション回路13は、第2分圧回路102から入力された第2電圧検出結果を高電圧側回路と低電圧側回路とが絶縁された状態で、バッファ増幅回路14に出力する。第2アイソレーション回路13は、例えばフォトカプラを含んで構成される。例えば、第2アイソレーション回路13は、フォトカプラによる絶縁機能を有するアイソレーションアンプである。ただし、この例に限定されず、第2アイソレーション回路13として例えばトランス結合方向のアイソレーションアンプを用いることもでき、絶縁機能と増幅機能を備えたことを限度として、第2アイソレーション回路13の構成は任意である。
The
バッファ増幅回路14は、第2アイソレーション回路13から入力された第2電圧検出結果を予め定められている電圧増幅率で増幅するバッファ回路である。なお、電圧増幅率は1であってもよい。また、バッファ増幅回路14は、第2アイソレーション回路13の出力特性が制御部15の入力特性と整合しない場合、第2アイソレーション回路13の出力電圧を制御部15の入力特性に適合する電圧に変換するためのものである。バッファ増幅回路14は、入力された第2電圧検出結果、または基準レベルを変換した第2電圧検出結果を制御部15に出力する。
The
制御部15は、第1アイソレーション回路12から入力された第1電圧値を第1時間間隔(以下、第1間隔と称す。)のタイミングで取得する。制御部15は、バッファ増幅回路14から入力された第2電圧検出結果を第1間隔より短い第2時間間隔(以下、第2間隔と称す。)のタイミングで取得する。第1実施形態では、第1間隔のタイミングとは、第1間隔を一周期として発生するタイミングを意味し、第2間隔のタイミングとは、第2間隔を一周期として発生するタイミングを意味する。このようなタイミングは、制御部15をマイコン等で構成した場合、マイコンの内部クロック等を用いて発生されるタイミングである。
The
このように、第1実施形態の電圧測定回路1が備える測定系は、二重化されている。制御部15は、不図示のADCを有し、取得したアナログ値の第2電圧検出結果をデジタル値の第2電圧値に変換する。すなわち、制御部15は、第1間隔で第1系統21によって測定された第1電圧値を取得し、第2間隔で第2系統22によって測定された第2電圧値を取得する。また、制御部15は、第2電圧値と第1電圧値に基づいて補正値を算出し、算出した補正値を用いて第2電圧値を補正する。また、制御部15は、第1電圧値または補正された第2電圧値を測定値として取得する。なお、補正値の算出処理と測定値の取得処理については後述する。
Thus, the measurement system provided in the
ここで、第1系統21によって測定された第1電圧値と、第2系統22によって測定された第2電圧値について、さらに説明する。
上述したように、第1系統21によって測定された第1電圧値は、高電圧側回路に配置されるADC11を介して測定された値である。第1分圧回路101の出力である第1電圧検出結果を高電圧側回路に配置されているADC11でデジタル値に変換しているため、第2系統22が制御部15で取り込むまでに経由する回路より、デジタル値に変換されるまでの回路数が少ない。このように、第1系統21では、測定に用いる回路が少ないため回路の公差も少ないので、少ない誤差で高精度に測定できる。しかしながら、ADC11による計測間隔は、内部の回路構成等の差や信号の伝送形態の違いによって第2アイソレーション回路13による計測間隔より長い。
Here, the first voltage value measured by the
As described above, the first voltage value measured by the
一方、第2電圧検出結果が制御部15に入力される間隔は、第2アイソレーション回路13が高速応答のアイソレーション回路であるため、ADC11より短い間隔である。しかしながら、第2系統22では、第2分圧回路102で分圧された第2電圧検出結果が、アナログ信号のまま第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14を経て制御部15に入力される。そして、第2系統22では、測定に用いる回路が第1系統21より多く各回路の公差が加算されるため、誤差が第1系統21より多くなる。
On the other hand, the interval at which the second voltage detection result is input to the
図2は、第1実施形態に係る制御部15によって取得される第1電圧値及び第2電圧値の変化の一例を説明する図である。図2において、横軸はサンプリング時刻を表し、時刻t1〜t9はADC11におけるサンプリングタイミングを表す。縦軸は取得される電圧値を表す。また、波形g201は、第1間隔で取得された第1電圧値の変化を示す波形であり、波形g202は、第2間隔で取得された第2電圧値の変化を示す波形である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of changes in the first voltage value and the second voltage value acquired by the
制御部15は、第1系統からの第1電圧値を時刻t1〜t9のタイミング(第1間隔)で取得し、第2系統からの第2電圧値をADC11におけるサンプリングタイミングより短いタイミング(第2間隔)で取得する。制御部15は、第1間隔で取得した第1電圧値と、第2間隔で取得した第2電圧値とのうち少なくとも一方の値を用いて測定対象電圧の電圧値を測定する。例えば、制御部15は、第1電圧値が得られた場合に第1電圧値を測定結果として用い、第1電圧値が得られない期間及び第1間隔よりも早い計測間隔が必要な場合においては第2電圧値を測定結果として用いる。
The
これにより、第1実施形態では、第1系統21の測定結果である第1電圧値が得られない期間においては、第2系統22から得られた測定結果である第2電圧値を用いることで高速に測定ができる。また、第1実施形態では、第1系統で得られた測定結果を用いることで第2系統単独よりも精度の良い測定結果が得られる。この結果、第1実施形態では、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。
Thereby, in 1st Embodiment, in the period when the 1st voltage value which is a measurement result of the
次に、電圧測定回路1の動作として、電圧測定回路1に備えられた制御部15の処理手順を説明する。ここでは、第1の動作例として、第1電圧値が得られた場合に第1電圧値を測定結果として用い、第1電圧値が得られない期間においては補正された第2電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明し、第2の動作例として、第1電圧値を補正値の算出にのみ使用し、補正値を用いて補正された第2電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明する。
Next, as an operation of the
(第1の動作例)
図3は、第1実施形態に係る電圧測定回路1に備えられた制御部15の処理手順の一例(第1の動作例)を示すフローチャートである。ここで、図3(A)は、測定値を取得するための測定値取得処理の一例を示し、図3(B)は、第2電圧値を補正するための補正値ΔVを算出するための補正値算出処理の一例を示すフローチャートである。
(First operation example)
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure (first operation example) of the
初期状態では(例えば、出荷時)、第2電圧値を補正するための補正値ΔVは初期値に設定されている。補正値ΔVの初期値は、例えば、上述の第1系統21と第2系統22の各構成要素の公差を考慮して算出された設計上の第1電圧値と第2電圧値との差分から決定され、記憶部151に格納されている。ただし、この例に限定されず、補正値ΔVの初期値は、この初期値による補正後の第2電圧値が第1電圧と著しく相違しないことを限度として任意に設定し得る。
In the initial state (for example, at the time of shipment), the correction value ΔV for correcting the second voltage value is set to an initial value. The initial value of the correction value ΔV is, for example, from the difference between the design first voltage value and the second voltage value calculated in consideration of the tolerances of the components of the
次に説明するように、第1の動作例では、制御部15は、図3(A)に示す測定値取得処理を定常的に実施することにより第1電圧値および第2電圧値を取得し、これらの電圧値から測定値を得る。制御部15は、上記の測定値取得処理を実施する過程で、図3(B)に示す補正値算出処理を割り込み処理として一定周期で実施する。
As will be described next, in the first operation example, the
ただし、この例に限定されず、測定値取得処理で取得される第2電圧値を補正することができることを限度として、補正値算出処理は任意のタイミングで実施し得る。例えば、制御部15は、測定対象となる電圧を発生させる装置(例えば電源装置)の起動時に補正値算出処理を実施してもよい。また、後述する第3実施形態で説明するように、制御部15は、電圧測定精度に影響を与える温度変化量が一定値を超えたときに補正値算出処理を実施してもよい。
However, the present invention is not limited to this example, and the correction value calculation process can be performed at an arbitrary timing as long as the second voltage value acquired in the measurement value acquisition process can be corrected. For example, the
まず、図3(A)を参照して測定値取得処理を説明する。
(ステップS111)制御部15は、最初に到来する第1間隔のタイミングで第1電圧値を取得する。
(ステップS112)制御部15は、取得した第1電圧値を測定値とする。即ち、この時点で、測定値は第1電圧値とされる。
(ステップS113)制御部15は、第1間隔のタイミングに続いて到来する第2間隔のタイミングで第2電圧値を取得する。
First, the measurement value acquisition process will be described with reference to FIG.
(Step S111) The
(Step S112) The
(Step S113) The
(ステップS114)制御部15は、取得した第2電圧値を補正値ΔVで補正する。この場合、後述の補正値算出処理が実施されていないので、制御部15は、補正値ΔVの初期値で第2電圧値を補正する。そして、制御部15は、補正値ΔVで補正された第2電圧値を測定値とする。即ち、この時点で、測定値は、補正値ΔVで補正された第2電圧とされる。
(Step S114) The
ここで、補正値ΔVによる第2電圧値の補正は、例えば、制御部15が第2系統22の測定結果から第2間隔で第2電圧値を取得するときに用いるマップ(ルックアップテーブル)を書き替えることにより実施することができる。例えば、第2系統の測定結果に対応する第2電圧値として0〜4095のデジタル値を設定した場合、第2系統の測定結果と0〜4095のデジタル値との対応関係がマップに規定されている。この場合、補正値ΔVに相当する値だけ第2電圧値を示すデジタル値が増加または減少するようにマップを書き替えることにより、第2電圧値を補正値ΔVで補正することができる。
Here, the correction of the second voltage value by the correction value ΔV is, for example, a map (lookup table) used when the
(ステップS115)制御部15は、次の第1間隔のタイミングが到来したか否かを判定する。制御部15は、次の第1間隔のタイミングが到来していないと判定した場合(ステップS115;NO)、ステップS113に処理を戻し、次の第2間隔のタイミングで、前回と同様に、第2電圧値を取得し(ステップS113)、この第2電圧値を補正値ΔVで補正して測定値とする(ステップS114)。
(Step S115) The
制御部15は、次の第1間隔のタイミングが到来するまで、第2間隔のタイミングで第2電圧値を繰り返し取得し、この第2電圧値を補正して得られる電圧値を測定値とする。制御部15は、次の第1間隔のタイミングが到来したと判定した場合(ステップS115;YES)、ステップS111に処理を戻し、上述したステップS111〜S115;YESを繰り返す。
The
上述の測定値取得処理により、第1間隔のタイミングまたは第2間隔のタイミングが到来するたびに、測定値として、第1電圧値または補正された第2電圧値が得られる。ここで、第1間隔のタイミングで取得される第1電圧値は、測定精度に優れた第1系統の測定結果から取得された値であり、第2電圧値は、後述する補正値算出処理により算出された補正値ΔVを用いて補正された値であるから、測定値の精度を改善することが可能になる。 With the measurement value acquisition process described above, the first voltage value or the corrected second voltage value is obtained as the measurement value each time the first interval timing or the second interval timing arrives. Here, the 1st voltage value acquired at the timing of the 1st interval is a value acquired from the measurement result of the 1st system excellent in measurement accuracy, and the 2nd voltage value is obtained by correction value calculation processing mentioned below. Since the value is corrected using the calculated correction value ΔV, the accuracy of the measured value can be improved.
次に、図3(B)を参照して補正値算出処理を説明する。
(ステップS121)制御部15は、第1間隔のタイミングで、第1電圧値と第2電圧値の両方を取得する。取得した第1電圧値及び第2電圧値を記憶部151に取得した時刻と関連づけて記憶させる。
Next, correction value calculation processing will be described with reference to FIG.
(Step S121) The
(ステップS122)制御部15は、記憶部151に記憶された第1電圧値および第2電圧値を時系列順に読み出し、所定の電圧値範囲内である第1電圧値及び第2電圧値がN(Nは2以上の自然数)回以上連続したか否かを判定する。制御部15は、所定の電圧値範囲内である第1電圧値及び第2電圧値がN回以上連続していないと判定した場合(ステップS112;NO)、ステップS121に処理を戻し、所定の電圧値範囲内である第1電圧値及び第2電圧値がN回以上連続するまで、ステップS121を繰り返す。
(Step S122) The
なお、Nは、安定したデータが取得できていることが判定できるような回数を示す任意の値に設定される。即ち、Nは、第1系統21と第2系統22の信号伝達時間の違いが顕在化せず、第1電圧値によって示される測定対象電圧と第2電圧値によって示される測定対象電圧とが同じであることが判定できるような回数を示す値に設定される。
N is set to an arbitrary value indicating the number of times that it can be determined that stable data can be acquired. That is, in N, the difference in signal transmission time between the
一方、制御部15は、所定の電圧値範囲内である第1電圧値及び第2電圧値がN回以上連続したと判定した場合(ステップS122;YES)、ステップS123に処理を進め、補正値ΔVを算出する。具体的には、制御部15は、ステップS121において取得されたN回分の第1電圧値のうち、少なくとも2つの第1電圧値を用いて平均値V1を算出する。また、制御部15は、ステップS121において取得されたN回分の第2電圧値のうち、少なくとも2つの第2電圧値を用いて平均値V2を算出する。そして、制御部15は、算出した平均値V1と平均値V2の差を算出し、算出した差を補正値ΔVとして記憶部151に記憶させる。
以上により、補正値算出処理が実施され、補正値ΔVが算出される。
On the other hand, when it is determined that the first voltage value and the second voltage value within the predetermined voltage value range have continued N times or more (step S122; YES), the
As described above, the correction value calculation process is performed, and the correction value ΔV is calculated.
(第2の動作例)
次に、電圧測定回路1の第2の動作として、第1電圧値を補正値の算出にのみ使用し、補正値ΔVを用いて補正された第2電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明する。第2の動作例では、上述の図3(A)の測定値取得処理において、ステップS113,S114のみが実施され、他のステップS111,S112,S115は省略される。即ち、第2の動作例では、制御部15は、第2間隔のタイミングで指定される一定周期で第2電圧値を取得し、第2電圧値を補正値ΔVで補正して測定値とする。従って、第2間隔のタイミングが到来するたびに、制御部15は、補正値ΔVで補正された第2電圧値を測定値として得る。その他は第1の動作例と同様であり、補正値算出処理も同様である。
(Second operation example)
Next, as a second operation of the
次に、制御部15が行う具体的な補正値算出処理の一例について、図2を参照して説明する。第2間隔が、例えば第1間隔に相当する時刻t1から時刻t2までの時間Tを10等分した間隔T/10であるとして、以下の具体例を説明する。
制御部15は、時刻t1、t2、・・の第1間隔のタイミングで第1電圧値及び第2電圧値を取得する。また、制御部15は、時刻t1+T/10、t1+2T/10、・・・、t2+T/10、・・・、t2+9T/10の第2間隔のタイミングで第2電圧値を取得する。
Next, an example of a specific correction value calculation process performed by the
The
そして、制御部15は、第1間隔の時刻t1、t2、及びt3のタイミングで第1電圧値及び第2電圧値を取得したのち、取得した第1電圧値及び第2電圧値それぞれが所定の範囲内であるか否かを判定する。時刻t1、t2、及びt3のタイミングで取得した第1電圧値及び第2電圧値それぞれが所定の範囲内であれば、制御部15は、第1電圧値の平均値V1に対する第2電圧値の平均値V2の差を補正値ΔVとして記憶部151に記憶させる。
時刻t3以後、制御部15は、第1間隔のタイミングで第1電圧値を測定値とし、第1間隔のタイミングと一致する第2間隔のタイミングを除き、第2間隔のタイミングで、第2電圧を補正値ΔVで補正した値を測定値とする。
Then, the
After time t3, the
なお、制御部15は、第1間隔のタイミングで取得した電圧値が変化していない回数がN回連続したことを検出するたびに補正値算出処理を実施し、補正値を更新するようにしてもよい。これにより、補正値を更新できるので、第2間隔のときに行う測定値の精度を高精度に保つことができる。
また、制御部15は、上述した第2の動作例のように、補正値を取得した後、第1間隔のとき第1電圧値を取得せず第2電圧値を取得し、取得した第2電圧値を記憶部151に記憶させた補正値で補正した値を測定値とするようにしてもよい。この場合、補正値を算出した後にADC11への電圧の供給を停止することで、電圧測定回路1の消費電力を削減できる効果が得られる。
The
Further, as in the second operation example described above, the
なお、図2に示した例では、時刻t3になるまで補正値が算出されない。このような場合、制御部15は、電圧測定回路1の起動時、測定結果がまだ得られていないため補正値が算出されていない。このため、制御部15は、過去に電圧値を測定した際に記憶部151に記憶させた補正値を用いて第2電圧値を補正するようにしてもよい。これにより、起動時においても、測定精度を向上させることができる。なお、補正値が記憶部151に記憶されていない場合、制御部15は、出荷時に記憶部151に記憶された初期値を補正値として用い、補正値が算出できたのち、算出した補正値を用いて補正するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 2, the correction value is not calculated until time t3. In such a case, when the
次に、制御部15が行う故障検出について説明する。
ここでは、制御部15は、上述した測定値取得処理と補正値算出処理のほか、第1系統21および第2系統22の故障を検出するための処理を実施する。
図1で説明したように、第1実施形態の電圧測定回路1では、第1系統21と第2系統22を有しているため測定系統が二重化されている。これにより、制御部15は、第1間隔のタイミングのとき第1電圧値及び第2電圧値を取得でき、第2間隔のタイミングのとき第2電圧値を取得できる。
Next, failure detection performed by the
Here, in addition to the above-described measurement value acquisition process and correction value calculation process, the
As described with reference to FIG. 1, the
仮に、第1系統21が故障している場合、制御部15は、第1間隔のタイミングのとき第2電圧値のみを取得でき、第1電圧を取得できない。または、例えば回路がショートしている故障の場合、第1電圧値がショートしたときの電圧値となるので、制御部15は、第2電圧値と異なる電圧値を取得することになる。このため、制御部15は、第1間隔で第1電圧値及び第2電圧値が両方とも取得できているか確認し、取得した値同士を比較する。比較した結果、第1電圧値と第2電圧値との電圧差または電圧比が、所定の値以上の場合、制御部15は、電圧検出部10に故障が発生していると判定する。さらに、制御部15は、予め定められた期間、第1電圧値と第2電圧値の変化を監視し、一方の電圧値が変化し、他方が変化していない場合、変化していない系統に故障が発生していると判定する。
If the
なお、制御部15は、図2で説明した例のように、第1系統21と第2系統22との間の測定値を取得できるまでの時間に遅延が発生する場合、この遅延も考慮して監視を行う。例えば、遅延が図2に示した例のように時刻(t5−t3)の場合、図3(B)で説明したように、N回分の第1電圧値と第2電圧値を監視することで、第1電圧値が変化しておらず、かつ第2電圧値も変化してない電圧が安定している期間であると見なせる。これにより、第1系統21と第2系統22との間に、信号伝達時間(遅延量)の違いがあっても、この信号伝達時間の違いを考慮して補正を行うことができるので、高精度な測定を行うことができる。
Note that, as in the example described with reference to FIG. 2, the
また、制御部15は、予め定められている期間、第1電圧値または第2電圧値のいずれかが取得できない場合、取得できない系統に故障が発生していると判定する。なお、予め定められている期間とは、例えば1秒間である。
制御部15は、故障が発生していると判定した場合、制御部15に接続される不図示の報知部に報知することで、電圧測定回路1の利用者に報知するようにしてもよい。また、制御部15は、一方に故障が生じたことを検知した場合、故障が発生していない系統の電圧値のみを測定して測定値として用いるようにしてもよい。
Moreover, the
When it is determined that a failure has occurred, the
以上のように、第1実施形態の電圧測定回路1は、測定対象の電圧を検出し、電圧を第1電圧検出結果および第2電圧検出結果として出力する電圧検出部10と、第1電圧検出結果に対応する第1電圧値を第1間隔で取得し、第2電圧検出結果に対応する第2電圧値を第1間隔より短い第2間隔で取得し、第1電圧値と第2電圧値とに基づいて測定対象の電圧値を測定する制御部15と、電圧検出部と制御部との間に設けられ、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第1電圧検出結果を第1電圧値として出力する第1アイソレーション回路12と、第1アイソレーション回路とは異なる系統であり、電圧検出部と制御部との間に設けられ、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第2電圧検出結果を第2電圧値として出力する第2アイソレーション回路13と、を備える。
As described above, the
この構成によって、第1実施形態の電圧測定回路1によれば、第1間隔のとき、電気的に絶縁された第1電圧値を測定値とし、第2間隔のとき、電気的に絶縁された第2電圧値を測定値とすることで、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定、すなわち、第2電圧値を得ることで高速に測定することができ、第1電圧値を得ることで精度良く測定することができる。
With this configuration, according to the
また、この構成によって、第1実施形態では、第1電圧値の取得できるタイミングが、ADC11の性能等によって第2の間隔より長い場合であっても、第1系統21で測定できない期間、第2系統22を用いて第2電圧値を取得できる。この結果、第1実施形態では、第1の間隔においては第1電圧値を取得でき、第1電圧値を取得できない期間において、第2間隔のときに取得した第2電圧値を取得できるので、精度良く測定することができる。
Further, according to this configuration, in the first embodiment, even when the timing at which the first voltage value can be acquired is longer than the second interval due to the performance of the
さらに第1実施形態では、第2間隔で取得された第2電圧値を、第1間隔で取得された第1電圧値に基づいて補正することで、測定対象の電圧値を測定する。上述したように、第1電圧値の精度は、第2電圧値より高い。このため、第1系統21に用いる回路(第1分圧回路101、ADC11、及び第1アイソレーション回路12)に温度特性の良い回路及び部品を使用し、第2系統22に用いる回路(第2分圧回路102、第2アイソレーション回路13、及びバッファ増幅回路14)には、第1系統21に用いる回路より温度特性の低いものを用いてもよい。これにより、第2系統22に用いる回路のコストを低減することができ、電圧測定回路1のコストの上昇を抑制することができる。
Furthermore, in 1st Embodiment, the voltage value of a measuring object is measured by correct | amending the 2nd voltage value acquired by the 2nd space | interval based on the 1st voltage value acquired by the 1st space | interval. As described above, the accuracy of the first voltage value is higher than that of the second voltage value. For this reason, circuits and components having good temperature characteristics are used for the circuits used in the first system 21 (the first
また、この構成によって、第1実施形態によれば、第2系統22の回路の公差による誤差が発生する場合であっても、第2電圧値を、精度の良い第1電圧値を用いて算出した補正値によって補正することによって、精度良く測定することができる。
Further, according to this configuration, according to the first embodiment, even if an error due to the tolerance of the circuit of the
また、第1実施形態によれば、第2電圧値を、補正値を用いて補正することができるので、温度特性による変化が生じても、電圧測定回路1によって測定値を補正することができる。このように、第1実施形態によれば、例えば電圧測定回路1の製造時に電圧測定回路1の第2系統22に用いる回路の温度特性による誤差等を測定することが不要になる。この結果、第1実施形態によれば、電圧測定回路1の製造時の検査工数等も削減できる効果が得られる。
Further, according to the first embodiment, since the second voltage value can be corrected using the correction value, the
さらに、第1実施形態によれば、電圧検出部10が第1分圧回路101と第2分圧回路102を備えているので、制御部15は、第1系統21または第2系統22のいずれか一方に故障が生じたことを検知することができる。
Furthermore, according to the first embodiment, since the
<第2実施形態>
図4は、第2実施形態に係る電圧測定回路1Aの構成例を示す図である。図4に示すように、電圧測定回路1Aは、電圧検出部10A、ADC11、第1アイソレーション回路12、第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14、及び制御部15を備える。また、電圧検出部10Aは、第1分圧回路101Aを備える。制御部15は、記憶部151を備える。なお、第1実施形態で説明した電圧測定回路1と同様の機能を有する構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the voltage measurement circuit 1A according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 4, the voltage measurement circuit 1A includes a
制御部15は、2系統の回路を介して、測定対象の電圧(高電圧)を発生させるスイッチング電源装置の出力部と接続されている。第1系統21は、第1分圧回路101A、ADC11、第1アイソレーション回路12を含む。第2系統22Aは、第1分圧回路101A、第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14を含む。電圧測定回路1Aの構成要素のうち、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素(第1分圧回路101A、ADC11)は、第1アイソレーション回路12により低電圧側回路の要素(制御部15)と電気的に絶縁されている。また、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素(第1分圧回路101A)は、第2アイソレーション回路13により低電圧側の回路要素(バッファ増幅回路14、制御部15)と電気的に絶縁されている。
The
第1分圧回路101Aは、スイッチング電源装置の出力部から入力された電圧を分圧し、分圧した電圧を第1電圧検出結果としてADC11に出力し、分圧した電圧を第2電圧検出結果として第2アイソレーション回路13に出力する。
第2アイソレーション回路13は、第1分圧回路101Aから入力された第2電圧検出結果を高電圧側回路と低電圧側回路とを絶縁して、バッファ増幅回路14に出力する。
The first
The
制御部15が行う処理は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第1実施形態で説明した電圧測定回路1と電圧測定回路1Aとの差異は、第1系統21と第2系統22のそれぞれが分圧回路を設けるか、1つの分圧回路を共有するかの点である。ここで、第2実施形態においても、制御部15は、第1系統21、第2系統22Aの第1分圧回路101A以外の回路に故障が生じた場合には、これらの故障が発生したことを検知できる。そして、制御部15は、故障が発生していない系統の電圧値のみを測定して測定値として用いることで、測定を継続することができる。
Since the process performed by the
The difference between the
この構成によって、第2実施形態の電圧測定回路1Aによれば、第1間隔のとき、電気的に絶縁された第1電圧値を測定値とし、第2間隔のとき、電気的に絶縁された第2電圧値を測定値とすることで、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。
また、第2実施形態においても、第1間隔で取得された高精度の測定値を用いて、第2間隔で高速に測定された測定値を補正できる。これにより、第2実施形態によれば、測定対象の電圧値を高精度かつ高速に測定することができる。
With this configuration, according to the voltage measurement circuit 1A of the second embodiment, the first voltage value that is electrically insulated at the first interval is the measured value, and the voltage measurement circuit 1A is electrically insulated at the second interval. By using the second voltage value as the measurement value, the voltage value of the measurement object to be electrically insulated can be measured at high speed and with high accuracy.
Also in the second embodiment, it is possible to correct measurement values measured at high speeds at the second interval using high-precision measurement values acquired at the first interval. Thereby, according to 2nd Embodiment, the voltage value of a measuring object can be measured with high precision and high speed.
<第3実施形態>
図5は、第3実施形態に係る電圧測定回路1Bの構成例を示す図である。図5に示すように、電圧測定回路1Bは、電圧検出部10、ADC11、第1アイソレーション回路12、第2アイソレーション回路13、バッファ増幅回路14、制御部15B、及び温度センサ16を備える。また、電圧検出部10は、第1分圧回路101及び第2分圧回路102を備える。制御部15は、記憶部151を備える。なお、第1実施形態で説明した電圧測定回路1と同様の機能を有する構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the voltage measurement circuit 1B according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the
第1実施形態及び第2実施形態では、所定の範囲内の電圧値が取得できたときに補正値を算出する例を説明した。このような補正値の算出は、所定の範囲内の電圧値が取得できたとき毎に行うことで、より精度の良い測定ができるが、測定に要する消費電力も要する。また、補正値は、温度が変化しない場合、大きく変化しない場合もある。このため、第3実施形態では、温度センサ16によって得られた検出結果に応じて、制御部15Bが補正値を算出する例を説明する。
In the first embodiment and the second embodiment, the example in which the correction value is calculated when the voltage value within the predetermined range can be acquired has been described. Such calculation of the correction value is performed every time a voltage value within a predetermined range can be acquired, so that more accurate measurement can be performed, but power consumption required for the measurement is also required. Further, the correction value may not change greatly when the temperature does not change. For this reason, in the third embodiment, an example will be described in which the
温度センサ16は、電圧測定回路1B内に取り付けられている。温度センサ16は、電圧測定回路1B内の温度を測定し、測定した温度を表す情報を温度情報として制御部15Bに出力する。なお、温度センサ16は、温度によって測定値に誤差が生じやすい回路部の近くに取り付けられていてもよい。
The
制御部15Bは、温度センサ16から入力された温度情報を取得する。なお、温度情報を取得するタイミングは、第1間隔または第2間隔と同じタイミングであってもよく、異なっていてもよい。また、温度情報を取得するタイミングは、例えば1秒毎、1分毎等の所定の時間間隔であってもよい。また、制御部15Bは、第1電圧値を第1間隔で取得する。制御部15Bは、第1間隔より短い第2間隔で第2電圧検出結果を取得し、取得した第2電圧検出結果(アナログ値)を第2電圧値(デジタル値)に変換する。制御部15Bは、所定の期間において取得した前記温度情報によって表される温度が基準範囲外である場合に、温度が変化したと判定して補正値を算出する。
The
より具体的に、制御部15Bは、予め定められている期間、温度情報を取得し、取得した温度情報の中から最大値と最小値とを抽出する。制御部15Bは、抽出した最大値を最小値との差が所定の値以上である場合に温度が変化したと判定し差が所定の値未満である場合に温度が変化していないと判定する。そして、制御部15Bは、温度が変化していると判定した場合、補正値を算出し直して、算出した補正値を記憶部151に記憶させる。予め定められている期間とは、例えば1分であり、所定の値のとは、例えば10度である。例えば、制御部15Bは、1分間に得られた温度の最大値と最小値との差が10度以上の場合、温度が変化したと判定して補正値を再算出し、1分間に得られた温度の最大値と最小値との差が10度未満の場合、温度が変化していないと判定して補正値を算出しない。
More specifically, the
次に、制御部15Bが行う処理の一例について説明する。図6は、第3実施形態に係る制御部15Bの処理手順のフローチャートであり、補正値を算出するための処理フローを示す。図6において、ステップS204による補正値算出処理は、前述の第1実施形態の図3(B)に示すステップS121〜S123による補正値算出処理と同一である。従って、第3実施形態による補正値を算出するための処理は、第1実施形態の補正値算出処理に、図6に示すステップS201、S202、S203を付け加えた処理に相当する。
Next, an example of processing performed by the
図6に示すフローを説明する。
(ステップS201)制御部15Bは、温度センサ16から入力された温度情報を取得する。
(ステップS202)制御部15Bは、予め定められている期間が経過したか否かを判定する。制御部15Bは、予め定められている期間が経過したと判定した場合(ステップS202;YES)、ステップS203に処理を進め、予め定められている期間が経過していないと判定した場合(ステップS202;NO)、ステップS201に処理を戻す。
The flow shown in FIG. 6 will be described.
(Step S <b> 201) The
(Step S202) The
(ステップS203)制御部15Bは、予め定められている期間に取得した温度情報から最大値と最小値を抽出し、抽出した最大値を最小値との差が所定の範囲以上であるか否かを判定する。制御部15Bは、差が所定の範囲以上である場合、温度が変化したと判定し(ステップS203;YES)、ステップS204に処理を進め、差が所定の範囲未満である場合、温度が変化していないと判定し(ステップS203;NO)、ステップS201に処理を戻す。
(ステップS204)制御部15Bは、前述した第1実施形態と同様に、図3(B)に示すステップS121〜S123を実施し、補正値ΔVを算出する。
(Step S203) The
(Step S204) As in the first embodiment described above, the
以上のように、第3実施形態では、測定結果に影響を及ぼす温度変化が発生した場合、第1電圧値及び第2電圧値を取得し、補正値を算出する。一方、第3実施形態では、温度が変化していない場合、記憶部151に記憶されている補正値を用いて、第2電圧値を補正することで測定を行う。これにより、温度が変化した場合に再度補正値を算出し直すので、温度変化が生じた場合でも精度良く測定を行うことができる。また、補正値の算出を、例えば第1間隔の周期で行う場合と比較して、補正値算出処理を行う頻度を低減することができるので、消費電力を低減することができ、また、制御部15の処理の負担を軽減することができる。
なお、第3実施形態では、第1実施形態で説明した電圧測定回路1が温度センサ16を備える例を説明したが、第2実施形態で説明した電圧測定回路1Aが温度センサ16を備えていてもよい。
As described above, in the third embodiment, when a temperature change that affects the measurement result occurs, the first voltage value and the second voltage value are acquired, and the correction value is calculated. On the other hand, in the third embodiment, when the temperature does not change, the measurement is performed by correcting the second voltage value using the correction value stored in the
In the third embodiment, the
また、第3実施形態では、温度が変化したと検出されたときに補正値を算出して記憶部151に記憶させる例を説明したが、これに限られない。例えば、制御部15Bは、補正値を第1実施形態と同様のタイミングで算出し、算出した補正値を温度が変化したと検出できた場合に記憶部151に記憶させるようにしてもよい。
In the third embodiment, the correction value is calculated and stored in the
なお、第1〜第3実施形態では、電圧測定回路1、1A、1Bの測定対象が、測定対象の電圧(高電圧)を発生させるスイッチング電源装置の出力側である出力部である例を説明したが、これに限られない。例えば、スイッチング電源装置において供給する電力を生成するために電力が入力される側である入力部であってもよく、電源装置の方式もスイッチング方式以外であってもよい。測定対象は、絶縁する必要があるシステムにおける精度良く測定したい電圧値であればよい。例えば、測定対象となる電源装置側にノイズが多い場合、本発明の電圧測定回路1、1A、1Bを用いて測定を行うことで、ノイズの多い測定対象側と、測定を行う側を絶縁できる効果も得られる。
In the first to third embodiments, an example is described in which the measurement target of the
また、第1〜第3実施形態では、第1アイソレーション回路12及び第2アイソレーション回路13の構成例としてフォトカプラを含んで構成される例を説明したが、これに限られない。第1アイソレーション回路12及び第2アイソレーション回路13は、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素と、低電圧側回路の要素と電気的に絶縁するものであればよい。
In the first to third embodiments, an example in which a photocoupler is included as a configuration example of the
なお、第1〜第3実施形態で説明した電圧測定回路1(または1A、1B)において制御部15(または15B)の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 In the voltage measurement circuit 1 (or 1A, 1B) described in the first to third embodiments, a program for realizing the function of the control unit 15 (or 15B) is recorded on a computer-readable recording medium, Processing of each unit may be performed by causing a computer system to read and execute a program recorded on the recording medium. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
1,1A,1B…電圧測定回路、10,10A…電圧検出部、11…ADC、12…第1アイソレーション回路、13…第2アイソレーション回路、14…バッファ増幅回路、15,15B…制御部、101,101A…第1分圧回路、102…第2分圧回路、151…記憶部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記1つの分圧回路によって分圧された前記電圧を検出し、前記1つの分圧回路により分圧された前記電圧を第1電圧検出結果および第2電圧検出結果として出力する電圧検出部と、
前記第1電圧検出結果に対応する第1電圧値を第1間隔で取得し、前記第2電圧検出結果に対応する第2電圧値を前記第1間隔より短い第2間隔で取得し、前記第1電圧値と前記第2電圧値とに基づいて前記測定対象の電圧値を測定する制御部と、
前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第1電圧検出結果を前記第1電圧値として出力する第1アイソレーション回路と、
前記第1アイソレーション回路とは異なる系統であり、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第2電圧検出結果を前記第2電圧値として出力する第2アイソレーション回路と、
前記電圧検出部と、前記第1アイソレーション回路との間に設けられ、前記第1電圧検出結果をデジタル化して、前記第1アイソレーション回路に直接出力するアナログ−デジタル変換部と
を備える電圧測定回路。 One voltage dividing circuit that outputs a voltage obtained by dividing the voltage to be measured;
A voltage detection unit that detects the voltage divided by the one voltage dividing circuit and outputs the voltage divided by the one voltage dividing circuit as a first voltage detection result and a second voltage detection result;
Obtaining a first voltage value corresponding to the first voltage detection result at a first interval; obtaining a second voltage value corresponding to the second voltage detection result at a second interval shorter than the first interval; A control unit that measures the voltage value of the measurement object based on one voltage value and the second voltage value;
The first voltage detection unit is provided between the voltage detection unit and the control unit, electrically insulates between the voltage detection unit and the control unit, and outputs the first voltage detection result as the first voltage value. An isolation circuit;
The system is different from the first isolation circuit, is provided between the voltage detection unit and the control unit, electrically insulates between the voltage detection unit and the control unit, and the second voltage A second isolation circuit that outputs a detection result as the second voltage value;
Voltage measurement provided between the voltage detection unit and the first isolation circuit, and comprising an analog-digital conversion unit that digitizes the first voltage detection result and directly outputs the result to the first isolation circuit circuit.
前記第1間隔のときに取得した前記第1電圧値に基づいて前記測定対象の電圧値を測定し、前記第1電圧値を取得できない期間において、前記第2間隔のときに取得した前記第2電圧値に基づいて前記測定対象の電圧値を測定する請求項1に記載の電圧測定回路。 The controller is
The voltage value of the measurement target is measured based on the first voltage value acquired at the first interval, and the second acquired at the second interval in a period in which the first voltage value cannot be acquired. The voltage measurement circuit according to claim 1, wherein the voltage value of the measurement target is measured based on a voltage value.
前記制御部は、所定の期間において取得した前記温度情報によって表される温度が基準範囲外である場合に、前記第1電圧値と前記第2電圧値との差を算出し、得られた差を用いて前記第2電圧値を補正することで測定結果を得る請求項4に記載の電圧測定回路。 A temperature sensor that measures the temperature of the voltage measurement circuit and outputs information representing the measured temperature to the control unit as temperature information;
The control unit calculates a difference between the first voltage value and the second voltage value when the temperature represented by the temperature information acquired in a predetermined period is out of a reference range, and the obtained difference The voltage measurement circuit according to claim 4, wherein a measurement result is obtained by correcting the second voltage value by using.
第2系統は、前記1つの分圧回路から前記第2アイソレーション回路を介して、前記第2電圧検出結果を前記制御部に出力する系統であり、 The second system is a system for outputting the second voltage detection result from the one voltage dividing circuit to the control unit via the second isolation circuit,
前記第2系統に用いる回路における温度変化に対する特性変化が、前記第1系統に用いる回路よりも大きくなるように定められている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電圧測定回路。7. The voltage measurement circuit according to claim 1, wherein a characteristic change with respect to a temperature change in a circuit used for the second system is determined to be larger than that of a circuit used for the first system. 8. .
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