(57)【要約】【課題】  電圧源及び電流源を備え、それらを切り替えることにより、電圧源で出力すると不安定になる場合には電流源で出力し、電流源で出力すると不安定になる場合には電圧源で出力することのできる、電圧電流特性発生器。【解決手段】  電圧源と、電流源と、電圧源と電流源との出力いずれかを選択して出力するセレクタと、セレクタの出力に接続されてセレクタの出力を出力するとともに、出力の電圧及び電流を感知してフィードバックするセンス部と、センス部で感知された電圧及び電流を受け取り、電圧源及び電流源に、次の出力を設定するコントローラであって、コントローラは次の出力の設定に加えてセレクタからの次の出力が電圧源と電流源とのいずれからとすべきかの動作モードを判定する、コントローラとを備える電圧電流特性発生器。【選択図】        図１
2014092370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源と、
電流源と、
該電圧源と該電流源との出力いずれかを選択して出力するセレクタと、
該セレクタの出力に接続されて該セレクタの出力を出力するとともに、該出力の電圧及び電流を感知してフィードバックするセンス部と、
該センス部で感知された電圧及び電流を受け取り、前記電圧源及び前記電流源に、次の出力を設定するコントローラであって、該コントローラは該次の出力の設定に加えて前記セレクタからの次の出力が前記電圧源と前記電流源とのいずれからとすべきかの動作モードを判定する、コントローラと
を備える電圧電流特性発生器。
【請求項２】
第１の誤差増幅器と、
第２の誤差増幅器と、
該第１の誤差増幅器と該第２の誤差増幅器との出力いずれかを選択して出力するセレクタと、
該セレクタの出力に接続されて信号増幅をするパワーアンプと、
該パワーアンプの出力を出力するとともに、該出力の電流を感知して前記第２の誤差増幅器にフィードバックする電流センス部と、
該電流センス部の出力を出力するとともに、該出力の電圧を感知して前記第１の誤差増幅器にフィードバックする電圧センス点と、
前記電流センス部からのフィードバックと前記電圧センス点からのフィードバックを受け取り、前記第１の誤差増幅器と前記第２の誤差増幅器に、次の出力の設定を出力するコントローラであって、該コントローラは該次の出力の設定に加えて前記セレクタからの次の出力が前記第１の誤差増幅器と前記第２の誤差増幅器とのいずれからとすべきかの動作モードを判定する、コントローラと
を備える電圧電流特性発生器。
【請求項３】
前記コントローラは、外部パラメータ入力と、外部出力とをさらに備える、請求項１または２に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項４】
前記セレクタは、前記電圧源と前記電流源のうちのいずれを選択すべきかの制御信号を前記コントローラから受け取る請求項１ないし３のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項５】
前記セレクタは比較器である、請求項１ないし４のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項６】
前記セレクタは加算器である、請求項１ないし４のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項７】
前記コントローラは、前記セレクタからの前記次の出力が前記電圧源と前記電流源とのいずれからとすべきかの前記判定の結果により、前記電圧源又は前記電流源の設定を制御する、請求項５または６に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項８】
前記コントローラは、いずれかの動作モードにおいて掃引させた出力を出力することができる、請求項１〜７に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項９】
前記コントローラは前記次の出力の設定での前記動作モードを判定するために、複数の出力の設定についての動作モードを規定したデータ又はプログラムを備える、請求項１ないし８のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１０】
前記データ又はプログラムは、複数の出力の設定に加えて外部パラメータ入力に基づく動作モードを規定したデータ又はプログラムを備える、請求項９に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１１】
前記データにおける複数の出力の前記設定は、前記電圧電流特性発生器による測定結果に基づくデータを含む、請求項９または１０に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１２】
前記コントローラは、現在の電圧及び電流を測定し、次の電圧及び電流を計算し、該次の電圧及び電流により選択されるべき動作モードを判定し、該動作モードに制御されるように構成される、請求項１ないし１１のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記次の電圧及び電流を計算する際に、さらに前記外部入力パラメータ入力からの入力を受け取って計算する、請求項１２に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１４】
前記コントローラは、現在の電圧及び電流を測定し、現在の電圧及び電流の測定値の変動から前記電圧電流特性発生器に接続されたＤＵＴの抵抗値を計算し、前記コントローラが備える前記複数の出力の設定から計算した現在の電圧及び電流における出力抵抗値と該ＤＵＴの抵抗値とを比較して、該次の電圧及び電流により選択されるべき動作モードを判定し、該動作モードに制御されるように構成される、請求項１ないし１３のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１５】
前記コントローラによる動作モードの判定は、前記出力抵抗値が前記ＤＵＴの抵抗値より大きければ電圧源モードを選択し、そうでなければ電流源モードを選択する、請求項１４に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記次の出力の設定において、ＡＣ成分を含んだ信号を重畳させる複数の設定を含む、請求項１４または１５に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１７】
前記コントローラは、ヒステリシス特性、バックラッシュ特性、ガンダイオード特性、飽和特性、不感帯特性、クーロン摩擦と粘性摩擦のモデルの特性のいずれかを発生することができる、請求項１ないし１６のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記特性のいずれかを発生するために、基本特性に基づいてメモリ効果特性を計算するメモリ効果計算ユニットを備える、請求項１７に記載の電圧電流特性発生器。
【請求項１９】
前記コントローラは、過渡応答、ＡＣ特性のいずれかを発生することができる、請求項１ないし１６のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項２０】
前記コントローラは、プロセッサとメモリとを備える、請求項１ないし１９のいずれかに記載の電圧電流特性発生器。
【請求項２１】
請求項１ないし２０のいずれかに記載の第１と第２の電圧電流特性発生器を備える、３端子以上の端子を備えるデバイスの特性を発生する装置。
【請求項２２】
前記第１の電圧電流特性発生器の外部出力が、前記第２の電圧電流特性発生器の外部パラメータ入力に接続されてデバイスの特性の発生を行う、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧電流特性発生器に関し、例えば、電子機器や電力源のような被測定デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）に接続される、電池や半導体のような電気・電子デバイスの電圧電流特性をエミュレーションすることができる電圧電流特性発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子デバイスの電圧電流特性のエミュレーションを行う装置の要求が存在する。例えば、発光ダイオード照明に使用する発光ダイオード素子に対して、電力を供給するＬＥＤドライバの動作確認のため、所望の発光ダイオード素子の特性を模擬する装置があれば効率的にＬＥＤドライバの設計製造が可能となる。また、例えば、二次電池で駆動される携帯型電子機器の設計製造において、動作時間や環境によって変化する二次電池の電圧電流特性を模擬する装置があれば、効率的に携帯型電子機器の設計製造が可能となる。こうした電圧電流特性を模擬する装置の、一部の機能である、電子負荷装置または負荷エミュレーション装置の提供を試みたものとして、特許文献１に電圧電流特性模擬装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１には、その図２に記載のダイオード特性を電圧源または電流源により実施することが記載されている。しかしながら、本発明者が実験により見出したところによれば、図１６（Ａ）に記載のような回路１６００で、電圧源による電子負荷１６０２を使用し、出力インピーダンスの低いＤＵＴ１６０４と接続した場合、図１６（Ｂ）の領域Ｒ１のような、電圧−電流カーブの傾きの絶対値が小さい領域において電子負荷１６０２の動作が不安定となって、電圧・電流値が定まらないために所望の特性をＤＵＴ（ＬＥＤドライバ）１６０４に与えることができない。なお、図１６（Ａ）において、電子負荷１６０２は、制御部１６１０により、電圧計１６０８から取得したＤＵＴに印加される電圧値及び電流計１６０６から取得したＤＵＴに流れる電流値に基づいて、所望の電圧と電流がＤＵＴに与えられるようにフィードバック制御される。
【０００４】
また、図１７（Ａ）に記載のような回路１７００で、電流源による電子負荷１７０２を使用し、出力インピーダンスの高いＤＵＴ１７０４と接続した場合、図１７（Ｂ）の領域Ｒ２及びＲ３のような、電圧−電流カーブの傾きの絶対値が大きい領域において電子負荷１７０２の動作が不安定となり、電圧・電流値が定まらないために所望の特性をＤＵＴ（ＬＥＤドライバ）１７０４に与えることができない。なお、図１７（Ａ）において、電子負荷１７０２は、制御部１７１０により、電圧計１７０８から取得したＤＵＴに印加される電圧値及び電流計１７０６から取得したＤＵＴに流れる電流値に基づいて、所望の電圧と電流がＤＵＴに与えられるようにフィードバック制御される。
【０００５】
なお、図１６（Ｂ）及び図１７（Ｂ）のダイオード特性は、電子負荷１６０２及び１７０２から見たダイオード特性を示しており、外部から流れ込む電流をマイナス値で表しているため、特許文献１の図２のグラフとは上下が逆の形になっていることに注意されたい。本明細書中の他の特性グラフについても同様な表示となっている。
【０００６】
特許文献２には、高精度な電圧源または電流源として使用することができる電圧電流特性測定装置が記載されている。こうした回路は、あらかじめ安定動作が可能な領域の負荷に対して電圧源または電流源として使用されることが前提となっている。
【０００７】
このように、従来技術においては、あらかじめ限定された領域において、あらかじめ限定された傾きの電圧電流特性のエミュレーションが実現されているに過ぎなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５１５９２号公報
【特許文献２】特開平０８−２６２０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の問題点に鑑み、本発明は、電圧源及び電流源を備え、該電圧源及び該電流源を切り替えることにより、電圧源で出力すると不安定になる場合には電流源で出力し、電流源で出力すると不安定になる場合には電圧源で出力することのできる、電圧電流特性発生器を提供することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、電圧源及び電流源を備え、該電圧源及び該電流源を切り替えることにより、所定の負の抵抗値（例えば−１ｋΩ）から無限大に近い正の抵抗値までの抵抗特性を実現できる電圧電流特性発生器を提供することができる。
【００１１】
これらにより、本発明によれば、電圧電流の直交軸上で表現される４象限すべての領域において、自由な傾きを持つ特性をエミュレーションすることができる電圧電流特性発生器を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による電圧電流特性発生器は、電圧源と、電流源と、該電圧源と該電流源との出力いずれかを選択して出力するセレクタと、該セレクタの出力に接続されて該出力を出力端子に出力するとともに、該出力の電圧及び電流を感知してフィードバックするセンス部と、該センス部で感知された電圧及び電流を受け取り、前記電圧源及び前記電流源に次の出力を設定するコントローラであって、該コントローラは該次の出力の設定に加えて前記セレクタからの次の出力が前記電圧源と前記電流源とのいずれからにすべきかの動作モードを判定する、コントローラとを備える。
【００１３】
さらに、本発明による電圧電流特性発生器は、第１の誤差増幅器と、第２の誤差増幅器と、該第１の誤差増幅器と該第２の誤差増幅器との出力いずれかを選択して出力するセレクタと、該セレクタの出力に接続されて信号増幅をするパワーアンプと、該パワーアンプの出力を出力するとともに、該出力の電流を感知して前記第２の誤差増幅器にフィードバックする電流センス部と、該電流センス部の出力を出力端子に出力するとともに、該出力の電圧を感知して前記第１の誤差増幅器にフィードバックする電圧センス点と、前記電流センス部からのフィードバックと前記電圧センス点からのフィードバックを受け取り、前記第１の誤差増幅器と前記第２の誤差増幅器に次の出力の設定を出力するコントローラであって、該コントローラは該次の出力の設定に加えて前記セレクタからの次の出力が前記第１の誤差増幅器と前記第２の誤差増幅器とのいずれからにすべきかの動作モードを判定する、コントローラとを備える。
【００１４】
ここで、前記コントローラは、外部パラメータ入力と、外部出力とをさらに備える態様を含み、前記セレクタは、前記電圧源と前記電流源のうちのいずれを選択すべきかの制御信号を前記コントローラから受け取る態様を含み、前記セレクタは比較器である態様を含み、前記セレクタは加算器である態様を含み、前記コントローラは、前記セレクタからの前記次の出力が前記電圧源と前記電流源とのいずれからにすべきかの前記判定の結果により、前記電圧源又は前記電流源の設定を制御する態様を含み、前記コントローラは、いずれかの動作モードにおいて掃引させた出力を出力することができる態様を含む。
【００１５】
さらに、前記コントローラは前記次の出力の設定での前記動作モードを判定するために、複数の出力の設定についての動作モードを規定したデータ又はプログラムを備える態様を含み、前記データ又はプログラムは、複数の出力の設定に加えて外部パラメータ入力に基づく動作モードを規定したデータ又はプログラムを備える態様を含み、前記データにおける複数の出力の前記設定は、前記電圧電流特性発生器による測定結果に基づくデータを含む態様を含み、前記コントローラは、現在の電圧及び電流を測定し、次の電圧及び電流を計算し、該次の電圧及び電流により選択されるべき動作モードを判定し、該動作モードに制御されるように構成される態様を含み、前記コントローラは、前記次の電圧及び電流を計算する際に、さらに前記外部入力パラメータ入力からの入力を受け取って計算する態様を含み、前記コントローラは、現在の電圧及び電流を測定し、現在の電圧及び電流の測定値の変動から前記電圧電流特性発生器に接続されたＤＵＴの抵抗値を計算し、前記コントローラが備える前記複数の出力の設定から計算した現在の電圧及び電流における出力抵抗値と該ＤＵＴの抵抗値とを比較して、該次の電圧及び電流により選択されるべき動作モードを判定し、該動作モードに制御されるように構成される態様を含み、前記コントローラによる動作モードの判定は、前記出力抵抗値が前記ＤＵＴの抵抗値より大きければ電圧源モードを選択し、そうでなければ電流源モードを選択する態様を含み、前記コントローラは、前記次の出力の設定において、ＡＣ成分を含んだ信号を重畳させる複数の設定を含む態様を含む。
【００１６】
さらに、前記コントローラは、ヒステリシス特性、バックラッシュ特性、ガンダイオード特性、飽和特性、不感帯特性、クーロン摩擦と粘性摩擦のモデルの特性のいずれかを発生することができる態様を含み、前記コントローラは、前記特性のいずれかを発生するために、基本特性に基づいてメモリ効果特性を計算するメモリ効果計算ユニットを備える態様を含み、前記コントローラは、過渡応答、ＡＣ特性のいずれかを発生することができる態様を含み、前記コントローラは、プロセッサとメモリとを備える態様を含む。
【００１７】
さらに、本発明による、３端子以上の端子を備えるデバイスの特性を発生する装置は、上記のいずれかの態様の第１と第２の電圧電流特性発生器を備える。
【００１８】
さらに、前記特性を発生する装置は、前記第１の電圧電流特性発生器の外部出力が、前記第２の電圧電流特性発生器の外部パラメータ入力に接続されてデバイスの特性の発生を行う態様を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図６】本発明の第６の実施形態による電圧電流特性発生器のブロック図である。
【図７】図７（Ａ）は、電圧源による電子負荷を用い、ＬＥＤの特性をエミュレーションする回路における出力インピーダンスとＤＵＴの内部抵抗の関係を説明するブロック図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の回路において電圧及び電流の制御について説明するブロック図である。
【図８】図１のコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図９】図８のフローチャートの動作を電池の特性を例に説明するための電圧−電流特性グラフである。
【図１０】太陽電池の電圧−電流特性を例に動作モードの割り当てを説明するための電圧−電流特性グラフである。
【図１１】ＬＥＤの電圧−電流特性を例に動作モードの割り当てを説明するための電圧−電流特性グラフである。
【図１２】トンネルダイオードの電圧−電流特性を例に動作モードの割り当てを説明するための電圧−電流特性グラフである。
【図１３】図１３（Ａ）は、ヒステリシス特性の典型的な例を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は、ヒステリシス特性の基本モードでの特性を示すグラフであり、図１３（Ｃ）は、実線で示す電圧を時系列に与えた時の、図１３（Ｂ）に基づくメモリ効果の影響を受けた電圧値の出力を点線で示すグラフである。
【図１４】図１のブロック図に基づいて図１３（Ａ）のヒステリシス特性を実現するためのコンロトーラの構造を示すブロック図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、トランジスタの特性出力を実施する場合の、複数の電圧電流特性発生器を用いた装置の回路のブロック図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の装置により発生される特性を示すグラフである。
【図１６】図１６（Ａ）は、従来技術による電圧源による電子負荷を用い、ＬＥＤの特性をエミュレーションする回路であり、図１６（Ｂ）はその測定結果を示すグラフである。
【図１７】図１７（Ａ）は、従来技術による電流源による電子負荷を用い、ＬＥＤの特性をエミュレーションする回路であり、図１７（Ｂ）はその測定結果を示すグラフである。
【図１８】図１８（Ａ）は、電流源による電子負荷を用い、ＬＥＤの特性をエミュレーションする回路における出力インピーダンスと負荷抵抗の関係を説明するブロック図であり、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）の回路において電圧及び電流の制御について説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者によれば、上記の問題点を次のように分析される。まず、図１６（Ａ）に示される回路における、電圧源、電圧源の出力インピーダンス、ＬＥＤドライバであるＤＵＴ中の内部電圧源および内部抵抗の関係は、図７（Ａ）に示されるような等価回路７００として表すことができる。
【００２１】
すなわち、電圧源７０２は電圧ＶＦを出力するとともに出力抵抗Ｒseries７０４を備え、ＤＵＴであるＬＥＤドライバ７１０は内部電圧源７１４と内部抵抗ＲＬ７１２を備え、ＬＥＤドライバ７１０にかかる電圧ＶＬは電圧計７０６によって測定されて、電圧源７０２にフィードバックされて電圧ＶＦが修正される。また、電流計７０５によりＬＥＤドライバ７１０を流れる電流が測定される。ここで、点線で示すように、ＬＥＤドライバ７１０から電圧源７０２側を見た時のインピーダンスＺoutが出力インピーダンスである。
【００２２】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の回路を電圧及び電流の制御について説明した図である。ここで、図７（Ｂ）では、出力インピーダンスＺoutは、電圧源７０２とＬＥＤドライバ７１０の間に直列に挿入された出力抵抗Ｒseries７５２として表わされる。さらに出力インピーダンスＺoutは、電圧源７０２の電流制御動作を表すために、電流計７５６からの電流フィードバック７５８によって出力インピーダンスＺoutの電圧降下が所望の値ＩＭ・Ｚoutとなるように電圧Ｖdropを制御して出力する電圧源７５４を備えるように構成される。したがって、図７（Ａ）の回路７００は図７（Ｂ）の回路７５０として表される。
【００２３】
ここで、回路７５０に流れる電流をＩＭとし、内部電圧源７１４の電圧をＶDUT_INTERNALとすると、ＤＵＴ７１０の両端子間の電圧即ち電圧ＶＬは、次式で表される。
ＶＬ＝ＩＭ・ＲＬ＋ＶDUT_INTERNAL        （１）
さらに、出力抵抗Ｚout７５２の両端子間の電圧Ｖdropは、次式で表される。
Ｖdrop＝ＩＭ・Ｚout        （２）
ところで、図１６（Ｂ)のグラフにおけるＲ１のような傾きの絶対値が小さい領域では、傾きがｄＩ／ｄＶ＝１／Ｚoutであることから、出力抵抗Ｚoutが大きいことを示している。この時、電流ＩＭがｄＩＭだけ変化したとすると、出力抵抗Ｚoutによる電圧ＶＦの変動、すなわちＶdropの変動による電圧ＶＦの変動ｄＶＦ_dropは（２）式より
ｄＶＦ_drop＝ｄＩＭ・Ｚout
である。また、内部抵抗ＲＬによる電圧ＶＦの変動、すなわちＶＬの変動による電圧ＶＦの変動ｄＶＦ＿ＲＬは（１）式より、
ｄＶＦ＿ＲＬ＝ｄＩＭ・ＲＬ
であるから、電圧ＶＦ_dropとＶＦ＿ＲＬの変動の比は、次のようにあらわされる。
ｄＶF_drop／ｄＶＦ＿ＲＬ＝Ｚout／ＲＬ        （３）
【００２４】
ここで、上述のように領域Ｒ１ではＺoutは大きい値となる。さらに、ＤＵＴの内部抵抗ＲＬがＺoutよりも小さな値を取る場合には、ｄＶＦ_drop／ｄＶＦ＿ＲＬ＞１であり、したがって、図７（Ｂ）において、ＶＦを変化させてＶＬを制御しようとしても、ＶＬの変動に比べてＶdropの変動の方が大きくなってしまい、回路７５０の動作は不安定となる。
以上より、回路７５０はＺout＞ＲＬのときに不安定となる。
【００２５】
次に、図１７（Ａ）に示される回路の場合、電流源、電流源の出力抵抗、ＬＥＤドライバであるＤＵＴ１７０４中の内部電流源および内部抵抗の関係は、図１８（Ａ）に示されるような等価回路１８００として表すことができる。すなわち、電流源１８０２は電流ＩＦを出力するとともに出力抵抗Ｚout（Ｒshunt）１８０４を備え、ＤＵＴであるＬＥＤドライバ１８１０は内部電流源１８１４と内部抵抗ＲＬ１８１２を備え、ＬＥＤドライバ１８１０に流れる電流ＩＭは電流計１８０６によって測定されて、電流源１８０２にフィードバックされて出力電流ＩＦが修正される。ここで、点線で示すように、ＬＥＤドライバ１８１０から電流源１８０２側を見た時のインピーダンスＺoutが出力インピーダンスである。
【００２６】
図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）の回路を電圧及び電流の制御について説明した図である。ここで、図１８（Ｂ）では、出力インピーダンスＺoutについては、電流源１８０２とＤＵＴ１８１０の間に並列に挿入された出力抵抗Ｚout（Ｒshunt）１８５２として表わす。さらに、出力抵抗Ｚout（Ｒshunt）１８５２は、電流源１８０２の電圧制御動作を表すために、電圧計１８５６からの電圧フィードバック１８５８により電流Ｉleakが所望の値となるように制御されて出力する電流源１８５４を備えるように構成される。したがって、図１８（Ａ）の回路１８００は図１８（Ｂ）の回路１８５０として表される。
【００２７】
ここで、回路１８５０に流れる電流をＩＭとすると、ＤＵＴ１８１０の両端子間の電圧ＶＬは、上記の（１）式で表され、さらに、出力抵抗Ｚout１８５２に流れる電流Ｉleakは、次式で表される。
Ｉleak＝ＶＬ／Ｚout        （４）
ところで、図１７（Ｂ)のグラフにおけるＲ２及びＲ３のような傾きの絶対値が大きい領域では、傾きが１／Ｚoutを示すことから、出力抵抗Ｚoutが小さいことを示している。この時、電圧ＶＬがｄＶＬだけ変化した場合、出力抵抗Ｚoutによる電流ＩＦの変動、すなわちＩleakの変動による電流ＩＦの変動dＩＦ_leakは（４）式より
ｄＩＦ_leak＝ｄＶＬ／Ｚout
であり、また、ＤＵＴの内部抵抗ＲＬにおける電流ＩＦの変動、すなわちＩＬの変動による電流ＩＦの変動dＩＦ_ＲＬは、
ｄＩＦ_RL＝ｄＶＬ／ＲＬ
であるから、電流ＩＦ_leakと電流ＩＦ＿ＲＬの変動の比は、次のようにあらわされる。
ｄＩＦ_leak／ｄＩＦ＿ＲＬ＝ＲＬ／Ｚout        （５）
【００２８】
ここで、上述のように領域Ｒ２及びＲ３ではＺoutは小さい値となる。ＤＵＴの内部抵抗ＲＬがＺoutよりも大きな値を取る場合には、ｄＩＦ_leak／ｄＩＦ＿ＲＬ＞１であり、したがって、図１８（Ｂ）において、ＩＦを変化させてＩＬを制御させようとしても、ＩＬの変動に比べてＩleakの変動の方が大きくなってしまい、回路１８５０の動作は不安定となる。
以上より、回路１８５０はＺout＜ＲＬのときに不安定となる。
【００２９】
以上の議論は、実際には電流センス抵抗、電流センス部の並列容量、配線抵抗、配線容量、負荷容量も安定性には影響を与えるが、ほとんどの場合においては、上記のような出力抵抗とＤＵＴの内部抵抗の関係が支配的となることを、本発明者は見出した。
【００３０】
なお、上記の回路ではフィードバック回路の帯域を制限することにより、不安定状態に入ったり、発振するのを遅らせることもできるが、その場合、回路が複雑になる上に、応答速度が犠牲になる。たとえそのような制限を加えることにより、図１６（Ｂ）または図１７（Ｂ）のような特性を実現しようとしても、どのようなＤＵＴの特性にも適用できるわけではなく、何がしかの制限がつきまとう。
【００３１】
そこで、出力抵抗とＤＵＴの内部抵抗の大小に適した電圧源と電流源を選択して出力することができる電圧電流特性発生器、言い換えると、電圧源の出力が不安定となる領域では電流源によって補完し、電流源の出力が不安定となる領域では電圧源によって補完することができる電圧電流特性発生器を着想するに至った。
【００３２】
本発明における第１の実施形態である電圧電流特性発生器１００を図１に示す。なお、本明細書において「電圧源モード」と呼ぶ時は、電圧源として動作している電源の動作モードを指し、「電流源モード」と呼ぶ時は、電流源として動作している電源の動作モードを指すことに注意されたい。
【００３３】
電圧電流特性発生器１００は、電圧源１０２及び電流源１０４を備え、電圧源１０２及び電流源１０４の出力のいずれかをセレクタ１０６により選択してセンス部１０８に出力する。ここで、電圧源１０２は、設定された出力電圧を高精度に出力するために電圧源として動作する電源であり、設定によりさまざまな値の電圧を出力することができる。電流源１０４は、設定された出力電流を高精度に出力するために電流源として動作する電源であり、設定によりさまざまな値の電流を出力することができる。
【００３４】
さらに、センス部１０８は、セレクタからの出力を電圧電流特性発生器１００の出力として出力端子１３０に出力する一方、出力信号における電圧及び電流をセンスあるいは感知・検出してコントローラ１１０に経路１２０を介して伝える。コントローラ１１０は、センス部１０８からの入力に基づいて、経路１２２を介して電圧源１０２に制御信号を送り、経路１２４を介して電流源１０４に制御信号を送る。なお、出力端子１３０には、ＤＵＴが接続される。
【００３５】
コントローラ１１０は内部に、プロセッサ１１２及びプロセッサに接続されたメモリ１１４を備え、演算能力を備える。コントローラ１１０は外部パラメータの入力信号１１６が接続される端子を備え、外部からのパラメータを受け取って演算に用いることができる。また、コントローラ１１０は外部出力信号１１８に接続される端子を備え、コントローラ１１０内部の信号又はデータをコントローラ外に出力することができる。
【００３６】
セレクタ１０６は、コントローラ１１０からの経路１２４からの制御信号により電圧源１０２からの信号または電流源１０４からの信号のいずれかを選択して出力するよう動作する。
【００３７】
プロセッサ１１２には、市販のプロセッサ、組み込み型プロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、または、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)を用いることができるが、上記に限定されない。
【００３８】
メモリ１１４には、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、その他の不揮発性メモリまたは揮発性メモリを含むことができるが、上記に限定されない。メモリ１１４には、プロセッサ１１２で実行されるプログラム及びそのプログラムで利用されるデータを格納することができる。
【００３９】
コントローラ１１０が経路１２０から受け取って経路１２２または１２４に出力する信号は、経路１２０からの信号をアナログ的に送ること、または、デジタル的に送ること、または、電気的にコントローラ１１０をスルーする信号として送ることを含むことができる。さらに、コントローラ１１０はセレクタ１０６の動作のための制御信号を経路１２６を介してセレクタ１２６に出力することができる。また、コントローラ１１０はメモリ１１４への書き込み／読み出し信号線を備えることができ、コンピュータ等により、外部からメモリ１１４へアクセスすることができる。
【００４０】
一例として、コントローラ１１０は、経路１２０からの電圧センス信号または電圧センス値により設定された電圧を維持するように経路１２２を介して電圧源１０２を制御し、電流センス信号または電流センス値により、電圧源１０２内の出力抵抗Ｚoutによる電圧降下分を考慮した次の電圧設定値を経路１２２を介して電圧源１０２に送り、設定することができる。
【００４１】
同様に、コントローラ１１０は、経路１２０からの電流センス信号又は電流センス値により設定された電流を維持するように経路１２４を介して電流源１０４を制御し、電圧センス信号または電圧センス値により電流源１０４内の出力抵抗Ｚoutによる漏れ電流分を考慮した次の電流設定値を経路１２４を介して電流源１０４に送り、設定することができる。
【００４２】
コントローラ１１０の動作を図８のフローチャート８００を参照して説明する。まず、電圧電流特性発生器１００における出力電圧Ｖと出力電流Ｉの関係（すなわち、センス部でセンスされた電圧とセンスされた電流の関係）は、関数Ｆ（ｘ）とその逆関数Ｆ-1（ｘ）を用いて、
Ｉ＝Ｆ（Ｖ）
Ｖ＝Ｆ-1（Ｉ）
で表されるとする。
【００４３】
コントローラ１１０は、まずステップ８０２で、現在の動作点での電圧ＶＮと電流ＩＮを測定する。これはセンス部からの経路１２０からの信号を測定することで行うことができる。次に、ステップ８０４で、
ＶＮ＋１＝Ｆ-1（ＩＮ）
ＩＮ＋１＝Ｆ（ＶＮ）
を計算することにより、次の動作点での電圧ＶＮ＋１及び電流ＩＮ＋１を計算する。
【００４４】
次に、ステップ８０６で、次の動作点の電圧ＶＮ＋１及び電流ＩＮ＋１が、電流源モードの領域に入っているかを判定する。ステップ８０６の判定結果がＹＥＳならば、ステップ８０８に進んで、電圧電流特性発生器１００の動作モードとして電流源モードを選択し、電流ＩＮ＋１を設定電流値とし、経路１２４を介して電流源１０４に出力し、ステップ８０２に戻る。他方、ステップ８０６の判定結果がＮＯならば、ステップ８１０に進んで、電圧電流特性発生器１００の動作モードとして電圧源モードを選択し、電圧ＶＮ＋１を設定電圧値として経路１２２を介して電圧源１０２に出力し、ステップ８０２に戻る。
【００４５】
ステップ８０６において、どの動作点がどの動作モードに入っているかの領域判定は、予めテーブル等のデータ又はプログラム等により、メモリ１１４中に領域を判定するためのデータ又はプログラムをロードしておくことにより、行うことができる。
【００４６】
テーブルで領域設定を行う場合には、後述する表１のように、このＤＵＴに対する電圧電流特性発生器１００の動作点の電圧／電流値は、動作点のカーブ、すなわち動作カーブを示す離散的なデータの組であり、それぞれの電圧／電流値の組ごとに、その時の選択すべき電圧・電流モードを示す値を最低限含むテーブルを用いることができる。
【００４７】
なお、動作点は離散的な値としてテーブル中では指定されるが、コントローラ動作時には、これらの離散的な値をＰＷＬ（区間線形補間：piecewise linear interpolation）、スプライン補間等の各種補間法によって補間することにより、離散値間の領域判定をすることができる。
【００４８】
プログラムで領域判定を行う場合には、判定されるＤＵＴに適した領域判定プログラムをメモリ１１４にロードする、または、領域判定のタイプ別にライブラリをメモリ１１４に用意し、必要な領域データを別途メモリ１１４にロードする等の方法を取ることができる。
【００４９】
図８によるコントローラ１１０の動作を図９を参照して更に説明する。図９の場合、一例として電池の電圧電流特性を発生又はエミュレーションする電圧電流特性発生器１００が出力する動作カーブが、図９の電圧−電流グラフ中にカーブ９０２で示される。動作カーブ上の点９０４は、Ｚout＝ＲＬとなる点で、電圧電流特性発生器１００の出力を電流源モードから電圧源モードに、あるいは、電圧源モードから電流源モードに切り替えるべき遷移点である。
【００５０】
電圧源モード／電流源モードの領域の判定は、まず電流−電圧特性を、遷移点９０４を中心とする４象限の領域９０６〜９１２に分割する。上述のステップ８０２の現在の動作点と、ステップ８０４での次の動作点は、通常はカーブ９０２上に位置し、次の動作点が遷移点９０４のどちら側にあるかにより決定される動作モードが指定されるように、テーブル又はプログラムで規定される。
【００５１】
ここで、図７についての考察から、図９の動作カーブは遷移点よりも電圧が低い場合には、グラフの傾きの絶対値が小さいので、安定動作のために電流源モードが指定され、遷移点よりも電圧が高い場合には、グラフの傾きの絶対値が大きいので電圧源モードが指定されるように、テーブル又はプログラムが構成される。
【００５２】
また、ノイズや過渡状態などが原因となって、測定点（現在の動作点）や次の動作点が動作カーブ上にない場合には、次のように、次の動作点の動作モードを求める。
【００５３】
測定点が、図９に示されるMeas1、Meas2、Meas3、Meas4、Meas5の場合には、動作カーブ９０２の傾向から、測定点が遷移点より電圧が小さく、かつ、電流が大きい場合（領域９０６）は電流源モードで動作させ、逆に電圧が大きく、かつ電流が小さい場合（領域９１２）は電圧源モードで動作させる。
【００５４】
測定点が領域９１０または９０８にある場合（Meas5、Meas3）には電圧源モードか電流源モードのどちらかを使って動作点を領域９０６または９１２の領域内に移動させる。これは遷移点から、より離れている（距離の大きな）側の制御（電圧源モードまたは電流源モード）を使うと早く収束させることができるので好ましい。この場合の距離とは、例えば収束に必要な時間で正規化した値で、時間がかかるほど遠いものとする。
【００５５】
なお、現在の動作点が領域９０８または領域９１０にある場合には、遷移点９０４を次の動作点とするという動作方法とすることができる。
【００５６】
次に、図１０に示されるような太陽電池の特性の動作カーブの場合の動作モードをテーブルで表す例を示す。図１０を参照すれば、ここで、動作カーブ１００２の各動作点における接線の傾きがその動作点におけるＺoutを表し、動作カーブ１００２とＤＵＴの内部抵抗特性を示す負荷抵抗線１００４の交点、すなわち、Ｚout＝ＲＬとなる点が、動作モードにおいて電流源モードと電圧源モードを切り替えるべき遷移点１００６となり、その遷移点１００６を境界として図１０に示されるように電圧源モードと電流源モードが割り当てられることが、図７についての考察から理解される。この場合の動作モードをテーブルを用いて規定すると、表１のように表される。
【表１】
2014092370.tif 000003
【００５７】
ここで「Ｖ／Ｉモード」カラムは、電圧源モード／電流源モードの動作モードを規定するカラムであり（本明細書における他の動作モードの表においても同様）、各行で指定される電圧及び電流の動作点から、その次の行の電圧及び電流で指定される動作点までの区間の動作モードを示す。すなわち、例えば、１行目のＶ／Ｉモードの値「Ｉ」は、電圧、電流が（０、１３０）の動作点から（０．２、１２８）の動作点までの区間の動作モードを示す。したがって、最後の行の動作モードは空白となっている。表１と図１０を参照すると理解できるように、動作カーブ１００２において、遷移点１００６を境として、電圧が０．８Ｖ以上の３区間が電圧源モードに割り当てられ、電圧が０．８Ｖより低い区間では電流源モードが割り当てられている。
【００５８】
なお、実際の装置のインプリメントにおいては、動作モードの遷移点は、その遷移点を過ぎると直ちに極度な不安定状態になるものではないような場合には、多少のオーバーラップ幅を持って遷移するようにインプリメントすることができる。
【００５９】
ここで、表１に示されるテーブルの各行の動作点を示す電圧値及び電流値は、特性を発生又はエミュレーションする対象となるデバイス（この場合、太陽電池）の仕様上の特性等から決定することができる。
【００６０】
また、表１に示されるテーブルの各行の電圧値及び電流値は、次のように、対象となるデバイスから実際に測定したデータを含むことや、実際に測定したデータに基づくデータを含むことができる。
【００６１】
すなわち、まず、対象となるデバイス（この場合、太陽電池）を、電圧電流特性発生器１００の出力端子１３０に接続し、所定の範囲にわたって電圧源モードで電圧を掃引させ、あるいは、所定の範囲にわたって電流源モードで電流を掃引させ、その時センスされた電圧値及び電流値をメモリ１１４に測定値として格納する。この時、動作モードによって不安定となって測定がうまくいかない場合には、動作モードを切り替えて掃引を行う。
【００６２】
次に、コンピュータ等によりメモリ１１４に格納された測定値を使用あるいは編集して、動作カーブを規定するテーブルをメモリ１１４中に構成し、保存する。
【００６３】
最後に、電圧電流特性発生器１００の出力端子１３０に、ＤＵＴとなるデバイス（この場合、例えば、充放電コントローラ等）を接続し、電圧電流特性発生器１００から、所望の動作カーブ出力を与える。
【００６４】
以上のように、電圧電流特性発生器１００のメモリ１１４中に構成されるテーブルを、電圧電流特性発生器１００によるデバイスの測定結果に基づいて構成する場合には、テーブルの作成を短時間で行うことができる。
【００６５】
次に、図１１に示されるようなＬＥＤなどのダイオードの動作カーブの場合の動作モードのテーブルの例を表２に示す。
【表２】
2014092370.tif 000004
【００６６】
表２と図１１に示されるように、ダイオードのような特性の場合には、動作モードの遷移点は、点１１０４と点１１０６の２か所設けられ、その間の区間は電流源モードに、それ以外の区間は電圧源モードに割り当てられる。
【００６７】
本発明の電圧電流特性発生器によれば、図１１のような複雑な特性においても、２つの遷移点を設けることで、電圧源と電流源を切り替えて安定してＤＵＴ特性を出力することができる。
【００６８】
次に、トンネルダイオードの特性を例として、更に複雑な動作モードの設定をする場合を図１２に示す。動作カーブの傾きに応じて、傾きの絶対値が小さい区間は電流源モードとし、傾きの絶対値が大きい区間では電圧源モードとなるように、図１２の特性グラフすなわち動作カーブに複数の遷移点を設けて、電圧源モードと電流源モードが複数回交互に割り当てられるようにテーブルを生成することができる。
【００６９】
以上の例ではテーブルを用いて、動作モードを割り当てる例を示したが、図１のコントローラ１１０においては、プログラムにより、同様な割り当てをすることも可能である。また、プロセッサをＦＰＧＡで構成し、数式をコンパイルしてハードウエア化する手法を取ることもできる。また、メモリをＦＰＧＡ内に搭載させることもできる。さらに、次の動作点すなわち設定値を求めるために、現在の電圧値及び電流値に基づくだけでなく、それらに加えてコントローラ内の内部データに基づいて次の設定値を求めるように、コントローラ１１０を構成することができる。その場合、テーブルは、内部データについてのカラムを含んで、予想される内部データの値に対応する電圧及び電流及び動作モードを示すようなテーブルとすることができる。また、プログラムにおいては、例えば、現在の電圧値及び電流値に加えて、内部データをパラメータとして使用して次の設定値を求めるように構成することができる。そのような例としては、電池の電圧放電特性を発生又はエミュレートする際に、基本の動作カーブに加えて、その時点までに消費した電力量も加味して、次の設定値を求める場合が挙げられる。その場合、消費した電力量は、例えば、その時点までの電圧値と電流値を積分することにより、コントローラ１１０の内部データとして求めることができる。
【００７０】
さらに複雑な特性を発生又はエミュレーションできる例として、本発明の電圧電流特性発生器によれば、磁性体や強誘電体などのヒステリシス特性を電圧−電流の関係として発生又はエミュレーションして出力することもできる。ヒステリシス特性は図１３（Ａ）に示されるように点ｄ１から開始して電圧の増加と共に点ｄ２に達し、電圧の減少に応じて点ｄ３を通過して点ｄ４に達し、更に電圧の増加に応じて点ｄ５を通過して点ｄ２に達する特性として示される。このような特性を発生又はエミュレーションするために、例えば、テーブル及び式を用いて次のように動作するようにコントローラを構成することができる。
【００７１】
まず、
Ｉ＝ｆ（Ｖ）
Ｖ＝ｆ−１（Ｉ）
の関係があるとする。
【００７２】
次に、図１３（Ｂ）で示される、ヒステリシスがない場合の基本曲線及びその動作モードを、テーブルを用いて次の表３のように設定する。
【表３】
2014092370.tif 000005
【００７３】
ここで、4番目のカラムは、各行の動作点を始点とし次の行の動作点までの傾き、即ち近似的な抵抗値Ｒを、説明のための参考として表示したものであり、メモリ内のテーブルには必ずしも必要ではないことに注意されたい。表３では、抵抗値が３Ω以上では電流源モード、抵抗値が３Ω以下では電圧源モードを割り当てている。
【００７４】
次に、入力電圧Ｖに対して、ヒステリシスの影響（memory effect）を加味した電圧Ｖ’を、
電圧増加時：直前の最小値の影響を受けた値（最小値には下限を設ける）
電圧減少時：直前の最大値の影響を受けた値（最大値には上限を設ける）
として生成する。図１３（Ｂ）の特性を元に、図１３（Ｃ）に、そのようなＶ（実線１３０２）に対するＶ’（点線１３０４）を求めたものを示す。
【００７５】
上記で得られた一連のＶ’から、Ｉ＝ｆ（Ｖ’)を計算すると、図１３（Ａ）のようなヒステリシス曲線が得られる。
【００７６】
この特性は元の特性を電圧方向にずらしただけなので、ある動作点における電流に対する出力抵抗は変わるものではない。したがって、ＤＵＴの内部抵抗が一定な場合には、最初に定めた安定性条件も変わることはない。しかし、ＤＵＴの内部抵抗が動作点によって変化する場合には、両方の関係がずれてしまうので、動作が不安定になることが予想される。このような場合には、あらかじめＤＵＴの内部抵抗の電流依存性を調べておき、これと動作点における出力抵抗を比べ、電圧源モード、電流源モードの動作モードの切り替えを行うことにより、安定的に動作させることができる。
【００７７】
これを実現するために、図１４に示すコントローラ１４１０のように、コントローラを構成することができる。
【００７８】
すなわち、まず電圧源側については、センス部１０８からの電圧及び電流のフィードバック１４５０をメモリ効果計算ユニット１４１４に入力し、その出力ポイントＰ１でＶ１’が出力され、次にＩ＝ｆ（Ｖ）計算ユニット１４１６により、その出力ポイントＰ２に電流値Ｉ１が出力される。その電流値に基づいて、電圧源１０２で次の動作点の電圧設定が行われる。ところで、ユニット１４１６から出力された電流値は、ユニット１４１８とユニット１４２０で出力インピーダンスＺoutとＤＵＴの内部インピーダンスＲＬが計算され、比較器１４２２で比較される。この時、Ｚout＜ＲＬが安定条件である。その結果が判定器１４４４に送られる。
【００７９】
また、電流源側については、センス部１０８からの電圧及び電流のフィードバック１４５２をメモリ効果計算ユニット１４３４に入力してヒステリシスの影響を加味した電流Ｉ２’が出力され、次にＶ＝ｆ−１（Ｉ）計算ユニット１４３６により、電圧値Ｖ２が出力される。その電圧値に基づいて、電流源１０４で次の動作点の電流設定が行われる。ところで、ユニット１４３６から出力された電圧値は、ユニット１４３８とユニット１４４０で出力インピーダンスＺoutとＤＵＴの内部インピーダンスＲＬが計算され、比較器１４４２で比較される。この時、Ｚout＞ＲＬが安定条件である。その結果が判定器１４４４に送られる。
【００８０】
判定器１４４４は、入力された比較結果にしたがって、電圧源または電流源を選択するようにセレクタ１０６を経路すなわち制御線１２６によって制御する。その結果、電圧源及び電流源のうち、安定動作するにふさわしい方が選択されて、信号が出力される。なお、ノイズや過渡状態などが原因となって、判定器１４４４に入力された比較結果が、共に安定状態又は共に非安定状態という、相反する場合には、例えば、出力インピーダンスＺoutとＤＵＴの内部インピーダンスＲＬの差分が小さい方を、確からしい比較結果として選択するように制御することができる。
【００８１】
以上のようなコントローラ１４１０を備えた電圧電流特性発生器１４００を構成することにより、ヒステリシス特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【００８２】
以上のような方法により、入力の初期変化のうちの一部が出力に影響を与えないバックラッシュ（backlash）特性や、出力に上限または下限がある飽和（saturation）特性や、閾値より小さい入力では出力がゼロとなる不感帯（deadzone）特性や、静的モデルと動的モデルを兼ね備えたクーロン摩擦と粘性摩擦のモデル（Coulomb and Viscous Friction）についても、同様に発生又はエミュレーションすることができる。
【００８３】
さらに、コントローラ１１０へ外部パラメータ入力１１６を利用することにより、静的なパラメータ入力、又は、動的なパラメータ入力による発生又はエミュレーションを実現することができる。例えば、電池の特性を発生又はエミュレーションするためには、放電容量、電池の温度、充電回数などを静的あるいは動的なパラメータとして発生又はエミュレーションすることができる。
【００８４】
さらに、ダイオード特性の発生又はエミュレーションにおいて、デバイス温度や、センサーからの温度や気圧等が、外部パラメータ入力としての入力に適する。
【００８５】
さらに他の特性の発生又はエミュレーションの実現例として、コントローラ１１０へ外部パラメータ入力１１６から時刻ｔを入力することにより、メモリ１１４上にロードした式をプロセッサ１１２で演算することにより、信号の過渡応答を発生又はエミュレーションすることができる。
【００８６】
すなわち、過渡現象は時間依存性のある特性であるので、例えばI=func(Ｖ,ｔ)のように、ｔのような時間項を含む関数として表される。ここで、ｔを与えればｔの無い式と同じようにＶから電流値が得られる。出力抵抗も電圧と時間の関数で表され、例えばＺ＝func2(Ｖ,ｔ)のように表される場合には、あらかじめＤＵＴの内部抵抗との関係から電圧源と電流源のどちらを選択すべきかの情報も時間の関数で表すことができることになり、適切な方の電源を選択することができようにコントローラを構成することができる。必要に応じて時間項のリセットを測定値や外部から得るようにすることができる。測定値から得る場合は、例えばある閾値を超えた時にｔ＝０にするようにすることができる。
【００８７】
さらに他の特性の発生又はエミュレーションの実施例として、デバイスのＡＣ特性又は周波数特性を発生又はエミュレーションすることができる。すなわち、出力抵抗にＬＣ分を加え、図７（Ａ）中の出力インピーダンス７０４をＲＬＣ直列回路とし、図１８（Ａ）の出力インピーダンス１８０４をＲＬＣの並列回路とする。ここで、図７（Ａ）における電圧降下分は次の（６）式で求めることができる。
【数１】
2014092370.tif 000006
さらに、図１８（Ａ）における漏れ電流分は次の（７）式で求めることができる。
【数２】
2014092370.tif 000007
したがって、図１４のユニット１４１２、１４３２の代わりに、電圧ｖ及び時刻ｔの入力による関数として動作するユニットと、電流ｉ及び時刻ｔの入力による関数として動作するユニットを設けて、Ｒ、Ｌ、Ｃの非線形性に対応させることにより、外部パラメータ入力から、時間ｔを受け取って、ＡＣ特性を発生又はエミュレーションするコントローラを構成することができる。
【００８８】
あるいは、周波数ωを用いることにより、図７（Ａ）における電圧降下分及び図１８（Ａ）における漏れ電流分は、それぞれ、次の（８）式及び（９）式として求めることができる。
【数３】
2014092370.tif 000008
したがって、図１４のユニット１４１２、１４３２の代わりに、電圧ｖ及び周波数ωの入力による関数として動作するユニットと、電流ｉ及び周波数ωの入力による関数として動作するユニットを設けて、Ｒ、Ｌ、Ｃの非線形性に対応させることにより、外部パラメータ入力から、周波数ωを受け取って、ＡＣ特性を発生又はエミュレーションするコントローラを構成することができる。
【００８９】
さらに他の特性の発生又はエミュレーションの実施例として、３端子以上のデバイスの特性の発生又はエミュレーションを、本発明による電圧電流特性発生器を複数チャンネル使用することで実施することができる。
【００９０】
図１５（Ａ）に示す回路１５００では、２チャンネルの電圧電流特性発生器１５０２、１５０４に、外部パラメータ入力の一部として温度情報１５０６を与え、電圧電流特性発生器１５０２の外部出力から出力されたベース−エミッタ電圧ＶＢＥ情報１５０８を電圧電流特性発生器１５０４の外部パラメータ入力の一部として入力することにより、図１５（Ｂ）に縦軸が電流の対数表示ｌｎ（Ｉ）として示されているような特性のベース−エミッタ電流ＩＢ及びコレクタ−エミッタ電流ＩＣを出力することができる。
【００９１】
ここで、電圧電流特性発生器１５０４は、例えば、テーブルによりコレクタ−エミッタの電圧−電流特性を発生又はエミュレーションするが、その際、テーブル中に外部パラメータ入力から入力されるベース−エミッタ電圧情報及び温度情報に対応するカラムも含むように構成しておき、そこから線形補間等の近似によりベース−エミッタ電圧及び温度を加味した電流値を決定するように構成することができる。あるいは、プログラムを用いる場合には、コレクタ−エミッタの電圧−電流特性を外部パラメータ入力から入力されたベース−エミッタ電圧情報及び温度情報も考慮して決定するように、プログラムを構成することができる。
【００９２】
さらに、図１に示される電圧電流特性発生器１００は、コントローラ１１０において、動作点におけるＤＵＴの抵抗ＲＬを測定し、動作点において動作カーブの接線として計算される出力抵抗Ｚoutの値と、測定されたＤＵＴの抵抗ＲＬの値とで大小比較を行い、次の動作点における動作モードを自動判定するように構成することもできる。その場合、コントローラ１１０は、現在の動作点における、電圧または電流出力に対するセンス部１０８からの電圧及び電流値のゆらぎを観測し、その変動からＤＵＴの内部抵抗値、すなわちＤＵＴの抵抗値を測定し、そこから、次の動作点でのＤＵＴの内部抵抗値を推定する。あるいは、コントローラ１１０は、現在の動作点において、電圧源１０２または電流源１０４から微小なＡＣ成分を含んだ信号（例えば、ＡＣの繰り返し信号又は単発のパルス波形信号又は単発のランプ波形信号）を出力に重畳させて出力し、そのＡＣ成分に対するセンス部の変動を測定することによっても、ＤＵＴの抵抗値を測定することができる。
【００９３】
この場合、メモリ１１４中のテーブルには、動作モードを指定するカラムを設ける必要はなく、コントローラ１１０の動作アルゴリズムも、図８のステップ８０２においては、電圧と電流を測定するのに加えて、現在の動作点での出力抵抗を計算するとともに、測定された電圧及び電流値の振れ幅からＤＵＴの内部抵抗を算出することを含み、ステップ８０６においては、領域を判定するのではなく、出力抵抗＞ＤＵＴの内部抵抗の関係にあるかを判定し、その判定結果のＹＥＳ／ＮＯによりステップ８０８／ステップ８１０に進むように、読み替えて実施することができる。
【００９４】
以上のように、図１に示される第１の実施形態によれば、電圧源１０２と電流源１０４のいずれかをセレクタ１０６で選択する構成により、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【００９５】
以上、図１に示される第１の実施形態について、各種応用を説明して来たが、以上の応用は、図２に示される第２の実施形態についても、同様に実施することができる。ここで、図２の電圧電流特性発生器２００は、図１と共通する部分には同一の符号を付けている（以下同様）。図２の電圧電流特性発生器２００は、図１と比べて、電圧源１０２と電流源１０４の出力が比較器２０６に接続され、比較器２０６にはコントローラ２１０から制御線が接続されていないこと、コントローラ２１０内のプロセッサ２１２及びメモリ２１４は比較器２０６に制御を送る必要がない点が図１とは異なる以外は、図１と同様な構成となっている。
【００９６】
比較器２０６は、電圧源１０２または電流源１０４からの信号を比較し、一例としては電圧値が大きい方を出力する。すなわち、この例では、電圧値が増加する方向のデバイスの特性の発生又はエミュレーションを想定している。
【００９７】
また、コントローラ２１０は、次の動作点での動作モードを決定したら、そのモードの値に従って、動作モードで指定されない方の電圧源１０２または電流源１０４への設定値を０（ゼロ）又は不活性値とする制御を行うこともできる。
【００９８】
なお、発生又はエミュレーションされる特性の目的によっては、比較の判断を小さい方を出力するようにすることや、比較の対象を信号の電流とする実施形態とすることができる。
【００９９】
以上のように、図２に示される第２の実施形態によれば、電圧源１０２と電流源１０４とからの信号を比較器２０６で比較して選択する構成により、コントローラ２１０から比較器２０６を制御することなく、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【０１００】
さらに別の実施形態として、図３に示される第３の実施形態についても、上記の各種の応用を同様に実施することができる。ここで、図３の電圧電流特性発生器３００は、図２と比べて、電圧源３０２と電流源３０４の出力が加算器３０６に接続され、加算器３０６にはコントローラ３１０から制御線が接続されていないこと、コントローラ３１０内のプロセッサ３１２及びメモリ３１４は加算器３０６により電圧源３０２と電流源３０４からの出力が加算される点を加味した制御をする点が図２とは異なる以外は、図２と同様な構成となっている。
【０１０１】
加算器３０６は、電圧源３０２または電流源３０４からの信号を加算して出力する。そのため、電圧源３０２及び電流源３０４は、加算に適するように電圧−電流変換された出力とすることができる。
【０１０２】
また、加算器３０６は、加算効果を得ることができる単なる接続ノードとすることもできる。
【０１０３】
コントローラ３１０は、次の動作点での動作モードを決定したら、そのモードの値に従って、動作モードで指定されない方の電圧源１０２または電流源１０４への設定値を０（ゼロ）に重み付けする制御、またはその他の重み付け制御をすることにより、加算器３０６からの出力を換算し直さなくても良いように構成することができる。
【０１０４】
以上のように、図３に示される第３の実施形態によれば、電圧源３０２と電流源３０４とからの信号を加算器３０６で加算して出力する構成により、コントローラ３１０から加算器３０６を制御することなく、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【０１０５】
さらに別の実施形態として、図４に示される第４の実施形態についても、上記の各種の応用を同様に実施することができる。ここで、図４の電圧電流特性発生器４００は、図１と比べて、電圧源１０２が誤差増幅器４０２で構成され、電流源１０４が誤差増幅器４０４で構成され、セレクタ４０６は誤差増幅器４０２、４０４の出力のいずれかをコントローラ４１４からの制御線４５０にしたがって選択して出力する。セレクタ４０６からの出力はパワーアンプ４０８で増幅され、電流センス部４１０及び電圧センス点４１２を介して出力される。ここで、電流センス部４１０は電流値Ｉmeasを検出し、経路４４０を介して誤差増幅器４０４に接続されて、センスした電流値をフィードバックしている。電流センス部４１０は、例えば、電流検出抵抗で構成されて、その電流検出抵抗の両端の電圧差を誤差増幅器によりＩmeas信号として出力するように構成することができる。電圧センス点４１２は、経路４３０を介して誤差増幅器４０２に接続されて、電圧Ｖmeasをフィードバックする。
【０１０６】
コントローラ４１４は、経路４３０から分岐した経路４３２を介してＶmeasを受け取り、また、経路４４０から分岐した経路４４２を介してＩmeasを受け取り、図８のアルゴリズム８００と同様な動作を行い、電圧源用誤差増幅器４０２への設定電圧ＶＳＥＴを出力し、あるいは、電流源用誤差増幅器４０４への設定電圧ＩＳＥＴを出力する。
【０１０７】
ここで、コントローラ４１４は、経路４４２からの電流フィードバックを出力抵抗による電圧降下を制御するために用いて設定電圧値ＶＳＥＴを出力し、経路４４２からの電圧フィードバックを出力抵抗による漏れ電流を制御するために用いて電流設定値ＩＳＥＴを出力する。
【０１０８】
また、コントローラ４１４は、図１と同様に外部パラメータ入力４２０及び外部出力４２２を備え、それらについての動作も図１の第１の実施形態についての説明と同様である。
【０１０９】
コントローラ４１４は、プロセッサ４１６とそのプロセッサに接続されたメモリ４１８を備え、図１のプロセッサ１１２及びメモリ１１４と同様な動作を行う。
【０１１０】
電圧電流特性発生器４００の構成によれば、図１について説明した各種の応用を実施することができることは、理解されよう。
【０１１１】
以上のように、図４に示される第４の実施形態によれば、電圧源用誤差増幅器４０２と電流源用誤差増幅器４０４とのいずれかをセレクタ４０６で選択する構成により、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【０１１２】
さらに別の実施形態として、図５に示される第５の実施形態についても、上記の各種の応用を同様に実施することができる。ここで、図５の電圧電流特性発生器５００は、図４と比べると、セレクタ４０６の代わりに、比較器５０６が誤差増幅器４０２及び４０４からの信号のうち、大きい方を選択してパワーアンプ４０８に出力し、コントローラ５１４は比較器を制御する出力を備えていない。そのため、コントローラ５１４内のプロセッサ５１６及びメモリ５１８も、比較器への出力を備えない点が図４と異なっている。
【０１１３】
また、コントローラ５１４は、図２と同様に、次の動作点での動作モードを決定したら、そのモードの値に従って、動作モードで指定されない方の電圧源用誤差増幅器４０２または電流源用誤差増幅器４０４の出力を０（ゼロ）または不活性値とするような値を出力するような制御を行うこともできる。
【０１１４】
以上のように、図５に示される第５の実施形態によれば、電圧源用誤差増幅器４０２と電流源用誤差増幅器４０４とからの信号を比較器５０６で比較し、選択する構成により、コントローラ５１４から比較器５０６を制御することなく、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【０１１５】
さらに別の実施形態として、図６に示される第６の実施形態についても、上記の各種の応用を同様に実施することができる。ここで、図６の電圧電流特性発生器５００は、図５と比べると、加算器６０６が誤差増幅器６０２及び６０４からの信号を加算してパワーアンプ４０８に出力し、コントローラ６１４は加算器を制御する出力を備えていない。
【０１１６】
加算器６０６は、電圧源用誤差増幅器６０２または電流源用誤差増幅器６０４からの信号を加算して出力する。そのため、誤差増幅器６０２及び６０４は、加算に適するように電圧−電流変換された出力とすることができる。
【０１１７】
また、加算器６０６は、加算効果を得ることができる、単なる接続ノードとすることもできる。
【０１１８】
コントローラ６１４は、次の動作点での動作モードを決定したら、そのモードの値に従って、動作モードで指定されない方の電圧源用誤差増幅器６０２または電流源用誤差増幅器６０４への設定値を０（ゼロ）に重み付けする制御またはその他の重み付け制御をすることにより、加算器６０６からの出力を換算し直さなくても良いように構成することができる。
【０１１９】
以上のように、図６に示される第６の実施形態によれば、電圧源用誤差増幅器６０２と電流源用誤差増幅器６０４とからの信号を加算器６０６で加算して出力する構成により、コントローラ６１４から加算器６０６を制御することなく、さまざまなＤＵＴの特性を発生又はエミュレーションすることができる。
【０１２０】
以上のように、本発明の実施形態に沿って説明したが、当業者には、上述の説明は例示を目的としたものであり、その思想を逸脱することなく、さまざまな変更あるいは置き変えをすることができ、そのような範囲も本発明に含まれることを理解されよう。例えば、電圧源は、出力特性あるいは能力により２個以上の電圧源により構成することができる。また、電流源は、出力特性あるいは能力により２個以上の電流源により構成することができる。同様に、電圧源用誤差増幅器も、出力特性あるいは能力により２個以上の電圧源用誤差増幅器により構成することができる。また、電流源用誤差増幅器も、出力特性あるいは能力により２個以上の電流源用誤差増幅器により構成することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１００  電圧電流特性発生器
１０２  電圧源
１０４  電流源
１０６  セレクタ
１０８  センス部
１１０  コントローラ
１１２  プロセッサ
１１４  メモリ
１１６  外部パラメータ入力
１１８  外部出力
１２０、１２２、１２４、１２６  経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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