(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源スイッチ動作時の過渡電流を測定するための過渡電流測定回路であって、
評価対象機器側に設けられた電源線のインピーダンスを安定化させる回路構成と、
電源側に設けられた電源線のインピーダンスの影響を取り除く回路構成と、
前記両回路構成の間に設けられたスイッチ回路構成であって、該スイッチをオンまたはオフするタイミングを制御し、測定用のトリガ信号を発生する機能を含むスイッチ回路構成を備える電流測定用補助装置と、
前記トリガ信号に同期して電源線に接続された電流プローブにより評価対象機器の過渡電流を測定する計測器を有する
ことを特徴とする過渡電流測定回路。
【請求項２】
請求項１記載の過渡電流測定回路において、電流測定用補助装置の電源線のインピーダンスを安定化させる回路構成は、
電源線の一方の線に２つの抵抗器が直列接続され、前記２つの抵抗器の中間点から前記電源線の抵抗器がついていない他方の線にインダクタが接続されることを特徴とする過渡電流測定回路。
【請求項３】
請求項１記載の過渡電流測定回路において、電流測定用補助装置の電源線のインピーダンスを安定化させる回路構成は、
電源線の一方の線に２つの抵抗器が直列接続され、前記２つの抵抗器の片方の抵抗器と並列にインダクタが接続されることを特徴とする過渡電流測定回路。
【請求項４】
請求項１記載の過渡電流測定回路において、電流測定用補助装置の電源線のインピーダンスを安定化させる回路構成は、
電源線の一方の線に１つの抵抗器が直列接続され、前記１つの抵抗器と並列にインダクタが接続されることを特徴とする過渡電流測定回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の過渡電流測定回路において、電流測定用補助装置の電源線のインピーダンスの影響を取り除く回路構成は、
電源線間に挿入接続されたコンデンサである事を特徴とする過渡電流測定回路。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の過渡電流測定回路において、
前記スイッチをオンまたはオフするタイミングは、電源電圧のゼロクロス点から位相が９０度または２７０度となるタイミングである
ことを特徴とする過渡電流測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器の電源スイッチのオンまたはオフの動作時に発生する過渡的な電流（過渡電流）の測定において、再現性の高い測定を行うための過渡電流測定回路及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子機器から発生する電磁的妨害波には、機器内部回路の半導体素子等の動作に起因する定常的な妨害波と、機器の電源スイッチのオンまたはオフの動作に起因する過渡的な妨害波がある。
【０００３】
従来から、電気・電子機器から発生する定常的な妨害波に対しては、放送などの無線通信への障害を防ぐことを目的として、製品ごとに国際規格にその妨害波測定方法や許容値が示されている。例えば、照明器具については、国際規格CISPR15（非特許文献１）に示されている。
【０００４】
一方、過渡的な妨害波については、特に、電源スイッチのオンの瞬間には、商用電源と電気・電子機器間の電源線において高周波成分を含む過渡電流が発生し、この過渡電流は、一般的には当該機器の定格電流よりも大きいことが多く、他の機器の動作に影響を与えることが懸念される。しかしながら、過渡電流に対しては、CISPR等の国際規格において、妨害波測定方法や許容値が示されておらず、その評価方法の確立が望まれている。（非特許文献２）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】CISPR 15 ed. 7.2 (2009), “Limits and method of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment”
【非特許文献２】ＴＲ１７４００１号第１版、日本電信電話株式会社、平成２３年３月１０日発行、「通信機械室内に設置される照明器具から発生する妨害波に関するテクニカルリクワイヤメント」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、このような過渡電流の評価にあたっては、過渡電流を測定するサイトによって電源系の配線等のインピーダンスが異なり、過渡電流のピーク値や周波数成分が変わってしまうため、再現性の高い測定方法の確立が困難であった。
例えば、図５にあるように異なる測定サイトで同じ製品を測定しても結果が異なり、製品を正しく評価できない問題があった。さらに、異なる測定サイトでそれぞれ異なる製品を測定した場合には、各製品の過渡的な電流に対する優劣の比較ができない問題があった。
また、過渡電流の測定において、評価対象である製品の通常の使用状況と大きく乖離するような測定系であると、実際には発生し得ない過渡電流を測定してしまい、場合によっては製品を破損してしまう恐れもあった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記のような課題を解決し、電気・電子機器の電源スイッチのオンまたはオフの動作時に発生する過渡電流の測定において、機器の破壊を防ぎつつ再現性の高い測定を行うための過渡電流測定回路及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の過渡電流測定回路は上記のような目的を達成するために、課題を解決するための手段として、例えば少なくとも以下のような構成を備えるものである。
【０００９】
すなわち、まず、測定系の電源側の電源線間にコンデンサを挿入し、測定サイトの電源系の配線等のインピーダンスの影響を取り除く回路として過渡電流を過小評価することを防ぐ。
【００１０】
また、実際の商用電源の配線等を模擬した回路を、測定系の評価対象機器側に挿入し、電源線に一定のインピーダンスを規定することで、評価対象機器に現実には有り得ない過電流が流れることを回避して過渡電流のピーク値が大きくなりすぎることを防ぐ。
【００１１】
そして、前記両回路構成の間に設けられたスイッチ機能であって、該スイッチをオンまたはオフするタイミングを制御し、測定用のトリガ信号を発生する機能を含むスイッチ機能を設けることにより、電流測定用補助装置を構成し、前記トリガ信号に同期して電源線に接続された電流プローブにより評価対象機器の過渡電流を測定する計測器を設けることによって、電気・電子機器の電源スイッチのオンまたはオフの動作時に発生する過渡電流の測定において、機器の破壊を防ぎつつ再現性の高い測定を行うことを可能とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のような構成により本発明では、過渡電流の評価において、過渡電流が必要以上に過大とならず、かつ、実際の商用電源のインピーダンスの周波数特性と大きく逸脱することはないため、評価対象の電気・電子機器の正常な動作において再現性良く測定ができ、評価対象の電気・電子機器を過電流から保護できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】過渡電流を評価するための測定系
【図２】過渡電流を測定するための電源線インピーダンス安定化回路（例１）
【図３】図１に示す回路におけるシミュレーション結果
【図４】過渡電流を測定するための電源線インピーダンス安定化回路（例２）
【図５】同じ電気・電子機器に対して、スイッチＯＮの時の過渡電流を異なるサイトで測定した結果
【図６】過渡電流を測定するための電源線インピーダンス安定化回路（例３）
【図７】過渡電流波形の比較例
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（本発明の実施形態１）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態１について詳細に説明する。以下の説明における具体的な数値は、例示であり、本願発明は例示の数値に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、過渡電流を測定するための測定系を示す図である。評価対象機器１４０と商用電源の間に過渡電流測定用補助装置１００を挿入し、過渡電流測定用補助装置１００と評価対象機器１４０の間の電源線に電流プローブをクランプし、電流プローブとオシロスコープなどの計測器を同軸ケーブルで接続して、過渡電流の時間波形を取得する。
【００１６】
過渡電流測定用補助装置１００は、３つの機能が具備されている。
【００１７】
１つ目の機能は、商用電源の配線等のインピーダンスの影響を取り除く機能１１０である。具体的には電源線間にコンデンサ（評価対象機器１４０の消費電力にもよるが、例えば１０μＦ程度）を挿入し、電源スイッチをオンしたときに充電された当該コンデンサを電圧源として評価対象機器に過渡電流が流れるように設計されている。
【００１８】
２つ目の機能は、商用電源の電圧のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点から位相が90°または270°となるタイミングで電源スイッチをオンまたはオフするスイッチ機能１２０である。さらに、電源スイッチのオンまたはオフのタイミングをトリガ信号として計測器に伝送するための出力機能も有しており、電源スイッチのオンまたはオフのタイミングでトリガ信号の出力電圧が変動する。すなわち、スイッチ機能１２０には電源電圧を測定し、電圧波形のゼロクロス点以外の特定の位相位置（例えばピーク位置（１００Ｖ電源では１４１Ｖ）だと測定される電流信号はMax値となる）で、スイッチ動作信号と計測器測定用トリガ信号をスイッチと測定器に出力して過渡電流の測定を開始する機能が組み込まれている。
【００１９】
３つ目の機能は、電源線のインピーダンスを安定化する機能１３０である。具体的には、図２に示すような電源線インピーダンス安定化回路２００で構成される。
図２において、２０１および２０２は抵抗器、２０３はインダクタを表している。
図２の評価対象機器側から商用電源側を見たときの電源線インピーダンス安定化回路２００の線間のインピーダンスの大きさについて周波数特性を示すと、低周波領域ではインダクタ２０３がほぼ短絡とみなせるため、抵抗器２０２が支配的となり、高周波領域では逆にインダクタ２０３がほぼ開放とみなせる一方、商用電源側は機能１１０のコンデンサによりほぼ短絡となるため、抵抗器２０２と抵抗器２０１が支配的となる。
この周波数特性は実際の商用電源のコンセントから分電盤側を見たときの電源線間のインピーダンスの実測値の傾向と一致している。そのため、この測定系を用いた過渡電流の評価において発生する過渡電流は実際の使用状況における過渡電流と同等ないし類似した値となり、再現性のある測定結果を得ることができ、また測定時に過電流によって評価対象機器が破壊されることを防ぐことができる。測定系は試験サイトに構築される前提であるが、測っているものは現実には起こり得ない電磁妨害波ではなく、試験サイトでありながら現実に近い電磁妨害波が測れるものである。
【００２０】
図２の回路で、例えば、抵抗器２０１を80 Ω、抵抗器２０２を5 Ω、インダクタ２０３を10 μHとすると、図３に示すインピーダンスの周波数特性が得られる。（図３は回路シミュレータSPICEにより計算）
【００２１】
また、電源線のインピーダンスを規定する機能１３０は、図４に示すような電源線インピーダンス安定化回路３００でも実現可能である。図４において、３０１および３０２は抵抗器、３０３はインダクタを表している。この回路３００の線間のインピーダンス特性も、図３に示す特性と類似しており、実際の商用電源のコンセントから分電盤側を見たときの線間のインピーダンスの実測値の傾向と一致している。
【００２２】
（本発明の実施形態２）
実施形態１では、電源線のインピーダンスを安定化する機能を実現する方法として、商用電源のコンセントの線間のインピーダンスの大きさの周波数特性と一致するように等価回路モデルを構築する方法を記載している。
【００２３】
電源線インピーダンス安定化回路を設計する際には、インピーダンスの大きさだけでなく、位相角の周波数特性についても考慮して等価回路を設計することがより望ましい。
【００２４】
本実施形態２では、インピーダンスの位相角も考慮した等価回路モデルを構築して、電気・電子機器の電源スイッチの操作時の電源電圧と過渡電流の位相の関係も一定に保たれるようにした。これにより、更に再現性の高い過渡電流の測定が可能となる。
【００２５】
実施形態２の具体的回路としては、電源線のインピーダンスを安定化する機能１３０について、図６に示すような電源線インピーダンス安定化回路４００で実現可能である。
【００２６】
図６において、４０１は抵抗器、４０２はインダクタを表している。
【００２７】
図６の評価対象機器側から商用電源側を見たときの電源線インピーダンス安定化回路４００の線間のインピーダンスの大きさおよび位相角について周波特性を考察すると、低周波領域ではインダクタ４０２の特性が支配的であり、インピーダンスの大きさは周波数の増加に伴って大きくなり、インピーダンスの位相角は周波数によらず９０°となる。
【００２８】
一方、高周波領域では抵抗器４０１の特性が支配的であり、インピーダンスの大きさは周波数によらず一定値となり、インピーダンスの位相角は０°となる。
【００２９】
これらの特性は、インピーダンスの大きさ・位相角ともに実際の商用電源のコンセントから分電盤側を見たときの電源線間のインピーダンスの実測値の傾向と類似している。インピーダンスの大きさだけでなく、位相角も考慮することで再現性の高い測定が可能になる。
【００３０】
（過渡電流波形の比較例）
図７に、上記実施形態２の図６の電源線インピーダンス安定化回路４００で、例えば、抵抗器４０１を80 Ω、インダクタ４０２を80 μHとして、回路シミュレーションによって過渡電流波形を推定した結果（一点鎖線の400）を示す。
【００３１】
また、図７には、実施形態１の図４に示す電源線インピーダンス安定化回路３００を用いた場合のシミュレーション結果（図７点線の300）も示している。電源線インピーダンス安定化回路３００については、抵抗器３０１を3 Ω、抵抗器３０２を80 Ω、インダクタ３０３を6 μHとしたときの結果である。
【００３２】
更に、図７には、シミュレーション結果に加えて、電源線のインピーダンスの実測値が最も平均値に近い商用電源のコンセントを使用して、図１に示す測定系において商用電源の配線等のインピーダンスの影響を取り除く機能１１０および電源線のインピーダンスを安定化する機能１３０を使用せず、スイッチ機能１２０だけ挿入した測定系を構築し、照明器具の過渡電流を実測した結果（実線の「実測」）も併せて比較のために示している。
【００３３】
図７より、実施形態２の電源線インピーダンス安定化回路４００（図６）を使用すると、実施形態１の電源線インピーダンス回路３００（図４）を使用するよりも、過渡電流波形のピーク値や周期が実測値と一致する傾向にある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上述のような過渡電流測定回路及び測定方法により、電気・電子機器の電源スイッチ動作時に発生する過渡電流を、機器を破壊する危険を犯すことなく再現性良く測定することが可能となるので、異なる測定サイトにおいても製品としての機器の過渡電流特性を正しく評価し、設計することが可能になる。
【００３５】
また、異なる測定サイトにおいて異なる製品を測定した場合であっても、製品としての機器の過渡電流特性の優劣を比較することも可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１００：過渡電流測定用補助装置
１１０：商用電源の配線等のインピーダンスの影響を取り除く機能
１２０：スイッチ機能
１３０：電源線のインピーダンスを安定化する機能
１４０：評価対象機器
２００，３００，４００：電源線インピーダンス安定化回路
２０１，２０２，３０１，３０２，４０１：抵抗器
２０３，３０３，４０２：インダクタ
【図１】
0006053066.tif 000002
【図２】
0006053066.tif 000003
【図３】
0006053066.tif 000004
【図４】
0006053066.tif 000005
【図５】
0006053066.tif 000006
【図６】
0006053066.tif 000007
【図７】
0006053066.tif 000008