KR960013754B1 - 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로 - Google Patents

직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로 Download PDF

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내용 없음.

Description

직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로
제1도는 종래의 콘덴서의 정전 용량을 측정하기 위한 회로도.
제2도는 적분법에 의해 콘텐서의 정전 용량을 측정하기 위한 회로도.(이상적인 경우)
제3도는 적분법에 의해 콘덴서의 정전 용량을 측정하기 위한 회로도.(실질적인 경우)
제4도는 직렬 저항 보상을 하면서 콘덴서의 정전 용량을 측정하는 본 발명의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 직류 정전류원 14 : 피측정용 콘덴서
18 : 샘플링부 20 : 홀딩부
22 : 감산부 S1, S2: 스위칭 소자
A1, A2, A4: 버퍼 A3:차동 증폭기
Cl: 콘덴서 Rl-R4: 저항
Rs : 직렬 저항
본 발명은 콘덴서 정전 용량 측정 회로에 관한 것으로서, 콘덴서 내부에 갖는 직렬저항 성분을 보상해주어 실질적인 콘덴서의 정전 용량을 측정할 수 있도륵 한 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로에 관한 것이다.
일반적으로 콘덴서(Condenser)라 함은 충방전 동작을 수행하는 전자 부품으로 사용 용도에 따라 정전용량을 각기 다른 값을 가지게 된다.
이와같은 콘덴서는 최초 생산시에 정전용량이 규격화되어 출고되는데 하나의 콘덴서의 정전용량을 일정규격으로 완료화하여 생산하기 위해서는 생산되는 콘덴서를 샘플링(Sampling)하여 정전용량을 직접 측정하여 정전용량의 규격을 정한다.
상술한 바와같이 콘덴서의 규정된 정전용량을 측정하기 위해서는 먼저 콘덴서에 일정 주파수의 전류를 충전한 후 콘덴서 양단전압을 측정하여 정전용량값을 연산한다.
즉 종래에는 예시도면 제1도에서와 같이 구성하여 콘덴서의 정전용량을 측정하였다.
여기서 100은 피측정용 콘덴서이고, 101은 사인파 교류 전원 발생부이다.
상술한 바와같은 구성에서 피측정용 콘덴서(100)에 사인파 교류 전원 발생부(101)로부터 발생한 교류 전원을 인가한 후 피측정용 콘덴서(100)에 충전이 완료되면 피측정용 콘덴서 양단 전압을 측정한다.
이와같이 사이파 교류 전원 발생부(101)로부터 발생된 전원의 주파수(f)와 전류(I) 및 피측정용 콘덴서(100)의 양단 전압(V)에 의하여 피측정용 콘덴서(100)의 정전 용략(C)을 구한다.
여기서 f는 사인파 교류 전원 발생부(101)로부터 발생된 전류의 주파수(Frequency)이고, V는 피측정용 콘덴서(100)의 양단 전압, I는 사인파 교류 전원 발생부(101)에서 발생된 전류값, C는 피측정용 콘텐서(100)의 정전용량이다.
그러나 이같이 일정 주파수값을 가지는 전류를 피측정용 콘덴서 양단에 충전하여 피측정용 콘덴서의 양단 전압을 측정하고 이를 연산하여 정전 용량을 구하는 경우에는 피측정용 콘덴서의 정전 용량이 큰 경우에 상대적으로 주파수값이 낮아져야 하는데, 여기서 주파수가 낮아지면 사인파 교류 전원 발생부로부터 발생된 전류값이 커지거나 피측정용 콘덴서의 양단 전압이 커져야 하므로 정전 용량 측정 시간이 길어지는 문제점을 가지고 있었다.
이에 따라 종래에는 대용량의 콘덴서의 정전 용량은 상술한 바와같은 방법에 의해 측정하지 않고 예시도면 제2도 내지 제3도에서와 같이 적분법에 의해 콘덴서의 정전용량을 측정하였다.
예시도면 제2도에 의해 이상적인 적분법으로 피측정용 콘덴서의 정전 용량을 측정하면 다음과 같다.
먼저 직류 정전류원(102)으로부터 출력된 전류를 스위칭 소자(104)를 온 시켜 피측정용 콘덴서(103)에 충전하여 일정시간(t)동안 피측정용 콘덴서(103)의 양단 전압(V(t))을 측정한다.
즉 시간(t)이 0인 상태에서 스위칭 소자(104)를 닫으면 피측정용 콘덴서(103) 양단에 걸리는 전압 (V(t))은
여기서, 피측정용 콘덴서(103)에 충전되는 전류가 직류 정전류원(102)으로부터 정전류로 인가되기 때문에 I(t)가 상수인 I이다.
따라서 V(t) =이다
즉 T 초후의 피측정용 콘데서(103) 양단 전압(V)은이다.
이에 따라 정전 용량은 (C)은가 된다.
그러나 실제로 적분법에 의한 정전 용량 측정은 예시도면 제3도에서와 같이 스위칭 소자(104)를 온시켜 직류 정전류원(102)으로부터 출력된 전류를 스위칭 소자(104)를 통해 일정 시간(t)동안 피측정용 콘덴서(103)에 충전되는 정전 용량(C)을 구한다.
즉 피측정용 콘덴서(103) 양단에 일정 시간(t)동안 걸리는 전압(V(t)은V(t) =I(t)dt+RsI(t)가 된다.
여기서 Rs는 피측정용 콘렌서(103)의 등가 직렬 저항이다.
직류 정전류원(102)으로부터 출력되는 전류가 정전류이기 때문에 I(t)는 일정 시간이 지난후에도 변화가 없는 상수이다.
I(t)+RsI 이고 T 초후에 피측정용 콘덴서(103)의 양단전압(V)은이다.
이에따라 정전용량은 (C)은가 된다.
즉 정전용량(C)을 구할때 피측정용 콘덴서(103)의 등가 직렬 저항(Rs)에 의해 피측정용 콘덴서(103)의 양단 전압(v)이 측정 오차가 발생하기 때문에 피측정용 콘덴서의 정전 용량 측정에 오차 발생 원인이 되는 것이다.
따라서 본 발명은 상기한 바와같이 적분법에 의해 발생하는 등가 직렬 저항에 의한 오차를 제거하기 위하여 안출된 것으로, 피측정용 콘덴서 양단에 일정 시간 동안 정전류를 충전하여 콘덴서의 정전 용량을 측정하되, 피측정용 콘덴서의 등가 직렬 저항에 의한 전압값을 보상해 주고 일정 시간 동안의 피측정용 콘덴서 양단 전압을 측정하여 정전 용량을 연산함으로 정확한 정전 용량을 얻을 수 있도륵 한 직렬 저항 보상기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 직렬 저항 보상 기능을 갖는 콘덴서 측정 회로는 피측정용 콘덴서 양단에 일정시간 동안 스위칭 소자를 조작하여 직류 정전류원으로부터 정전류를 인가시켜 피측정용 콘덴서의 정전 용량을 측정하는 정전 용량이 측정 회로에 있어서, 상기 직류 정전류원으로부터의 출력을 샘플링/홀딩하는 샘플링/홀딩부를 구성하고, 상기 스위칭 소자가 열린 후의 피측정용 콘덴서와 직렬저항의 양단전압으로부터 샘플링/홀딩부의 출력을 감산하는 감산부로 구성되어짐을 특징으로 갖는 것이다
이하 본 발명의 구성을 첨부된 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 예시도면 제4도에서와 같이 내부에 등가 직렬 저항(Rs)이 내입된 피측정용 콘덴서(14)에 정전류를 공급하는 직류 정전류원(12)과, 상기 직류 정전류원(12)으로부터 전류가 일정 시간동안 피측정용 콘덴서(14)에 인가되도록 스위칭 동작하는 스위칭 소자(16)를 포함하는 콘텐서 정전용량 측정회로에 있어서, 상기 직류 정전류원(12)으로부터 출력되는 전류틀 완충증폭시켜 임의의 시간 간격으로 샘플링하는 샘플링부(18)와, 상기 샘플링부(18)의 출력을 일정 시간동안 홀딩시킨후 완충증폭시켜 출력하는 홀딩부(20)와, 버퍼(A4)에 완충증폭된 피측정용 콘덴서(14)의 양단 전압에서 상기 홀딩부(20)의 출력을 감산하는 감산부(22)로 이루어진다.
여기서 샘플링부(18)는 직류 정전류원(12)의 출력을 완충증폭하는 버퍼(A1), 스위칭 소자(16)의 온 동작에 연동하여 온 되고 정전 용량 측정시간 이전에 오프; 동작하는 스위칭 소자(S2)로 구성하고, 홀딩부(20)는 피측정용 콘덴서(14)와 동일한 직렬저항이 내입된 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)의 출력을 완충 증폭하는 버퍼(A4)로 구성되며, 감산부(22)는 각기 같은 저항값을 가지는 저항(R1-R4)과 입력단자(+)(-)의 차이값을 출력하는 차동증폭기(A3)로 구성된다.
그리고 버퍼(A4)의 증폭률이 두 버퍼(A3)(A2)의 증폭률과 같도륵 구성하고, 버퍼(A2)의 입력임피턴스를 Mos FET로 구성하여 무한대가 되도륵 한다.
이같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
시간(t)이 0 인 순간에 스위칭 소자(S1)(S2)를 동시에 닫은 후에 스위칭 소자(S1)는 닫는 상태를 유지시키고 스위칭 소자(S2)는 연다.
그러면 시간(t)이 0 인 순간에 직류 정전류원(12)로부터 출력된 전류가 버퍼(A1)와 스위칭 소자(S2)를 거쳐 콘덴서(C1)에 충전된 채 그 값을 유지한다.
이에 따라 스위칭 소자(S2)가 열린 후의 버퍼(A2)의 출력 전압 V(b)은 Vb=RsI이 된다.
여기서 Vb는 버퍼(A2)로부터 차등증폭기(A3)의 입력 단자에 인가되는 전압이고, Rs는 콘덴서(C1)의 직렬 저항이며, I는 직류 정전류원(12)로부터 출력된 전류값이다.
일정시간(T)가 경과한 후에 버퍼(A4)를 거쳐 차동증폭기(A3)의 입력단자(+)에 인가되는 피측정용 콘덴서(14)의 양단전압(Va)은가 된다.
이에 따라 차동 증폭기(A3)는 버퍼(A4)를 거친 6피측정용 콘덴서(14)의 양단 전압(Va)에서 직렬 저항 보상을 위한 홀딩부(20)의 출력(Vb)을 감산하고 출력전압(Va)을 출력한다.
즉 피측정용 콘덴서(14)의 직렬 저항(Rs)값을 보상한 출력전압(Va)은 Vo = Va - Vb
따라서 피측정용 콘덴서(14)의 직렬 저항(Rs)에 의한 전압값(IRs)가 제거되고 이상적인 적분법에 의한 콘덴서의 정전용량 측정에서와 같이 피측정용 콘덴서의 정확한 정전용량을 구할 수 있는 것이다.
상술한 바와같이 본 발명은 콘덴서의 정전 용량을 적분법에 의해 일정 시간동안 적분하여 구하되, 콘덴서의 직렬 저항 성분에 의한 측정 오차를 측정값에 감산시켜 정확한 정전용량을 구할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 내부에 등가 직렬 저항(Rs)이 내입된 피측정용 콘텐서(14)에 정전류를 공급하는 직류 정전류원(12)과, 상기 직류 정전류원(12)으로부터의 전류가 일정 시간동안 피측정용 콘덴서(14)에 인가6되도륵 스위칭 동작하는 스위칭 소자(16)를 포함하는 콘덴서 정전 용량 측정 회로에 있어서, 상기 직류 정전류원(12)으로부터 출력되는 전류를 완충 증폭시켜 임의의 시간 간격으로 샘플링하는 샘플링부(18)와, 상기 샘플링부(18)의 출력을 일정 시간동안 홀딩시킨 후 완충증폭시켜 출력하는 홀딩부(20)와, 버퍼(A4)에 완충증폭된 피측정용 콘덴서(14)의 양단 전압에서 상기 홀딩부(20)의 출력을 감산하는 감산부(22)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로.
  2. 제1항에 있어서, 샘플링부(18)는 직류 정전류원(12)의 출력을 완충증폭하는 버퍼(A1와, 스위칭 소자(16)의 온 동작에 연동하여 온 되고 정전용량 측정시간 이전에 오프 동작하는 스위칭 소자(S2)로 구성되어짐을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 콘덴서 측정 회로.
  3. 제1항에 있어서, 홀딩부(20)는 피측정용 콘덴서(14)와 동일한 직렬 저항이 내입된 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)의 출력을 완충증폭하는 버퍼(A2)로 구성되어짐을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로.
  4. 제1항에 있어서, 감산부(22)는 각기 같은 저항값을 가지는 저항(R1-R4) 과 입력단자(+)(-)의 차이값을 출력하는 차등 증폭기(A3)로 구성되어짐을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로.
  5. 제1항에 있어서, 버퍼(A4)의 중폭률이 두 버퍼(A3)(A2)의 중폭률과 같도륵 구성함을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로.
  6. 제3항에 있어서, 버퍼(A2)의 입력임피이던스를 Mos FET로 구성하여 무한대가 되도륵 함을 특징으로 하는 직렬 저항 보상 기능을 갖는 적분형 콘덴서 측정 회로.
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