(57)【要約】  容量性素子の漏れ電流の測定装置および方法。試験すべき素子の一方の端子を接地するスイッチが、この素子を所望の試験電圧まで充電する間は閉じられる。この充電が完了すると、スイッチが開放されるので、ダイオード側端子が入力増幅器の仮想接地点の電位と同じになる。これにより、素子の漏れ電流の正確で迅速な測定が行える。
2010528288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性素子用試験装置であって、前記容量性素子の一方の端子に接続され、前記容量性素子が所望の試験電圧に達するまで電流を供給する電流源と、前記容量性素子の第２の端子に接続されて前記容量性素子にわたる漏れ電流を測定する測定手段とを含み、
前記容量性素子の前記第２の端子と接地点との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチの制御手段とにより特徴付けられ、前記制御手段は、
前記電流源が前記容量性素子に電流供給している間は前記スイッチを閉状態に保ち、
前記容量性素子が前記一方の端子において所望の試験電圧に達すると、前記測定手段による漏れ電流測定に先だって前記スイッチを開放するように作動する装置。
【請求項２】
前記第２の端子と接地点との間に接続されたダイオードクランプを更に備え、前記スイッチを前記ダイオードクランプに並列とした、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電流源に接続され、前記所望の充電電圧を前記電流源に供給する電圧源を更に備え、前記電流源は、所望の充電電流に基づく電流を出力する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記電流は、前記所望の充電電圧に比例する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記容量性素子は少なくとも１０ｎＦの静電容量を有する、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記制御手段は、タイマー、デジタル信号処理装置、およびプログラマブル処理装置のうちの１つである、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記プログラマブル処理装置はマイクロコントローラであり、このマイクロコントローラはプログラムを記憶しており、そのプログラムによってこのマイクロトローラが、
前記電流源が前記容量性素子に前記電流を供給している間は前記スイッチを閉状態に保ち、
前記容量性素子が前記一方の端子において前記所望の充電電圧に達すると、前記測定手段による前記漏れ電流測定に先だって前記スイッチを開放するようにプログラムされている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
容量性素子の試験方法であって、前記容量性素子の一方の端子に接続された電流源と、前記容量性素子の第２の端子に接続された測定手段とを用いた方法であって、前記方法は、
A）  前記容量性素子の前記第２の端子と接地点との間に接続されたスイッチが閉じている間に前記電流源からの電流を使用して前記容量性素子の前記一方の端子を所望の試験電圧まで充電するステップと、
B)  前記容量性素子の前記一方の端子が所望の試験電圧に達すると前記スイッチを開放するステップと、
C)   前記スイッチの開放後に、前記測定手段を使用して前記容量性素子の漏れ電流を測定するステップとを特徴とする方法。
【請求項９】
前記容量性素子の漏れ電流の測定後に前記スイッチを閉じるステップと、
前記スイッチを閉じた後に前記ステップA)からC)を別の容量性素子に対して繰り返すステップとを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップB)を制御手段を使用して行うステップを更に含み、前記制御手段は、タイマー、デジタル信号処理装置、プログラマブル処理装置のうちの１つを含む、請求項８または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して容量性素子の試験に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサなどの容量性素子を試験する公知の装置および方法においては、先ずその素子が所定の電圧まで充電され、それから漏れ電流が測定される。漏れ電流が所定範囲を超える値であれば、その素子は不良品とみなされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、容量性素子の試験速度を上げる手段を実現するものであり、これは、殊に自動大量製造工程において望まれていることである。詳しくは、本発明は、素子がフル充電状態に達した直後から高精度で試験を行うことを可能とする装置および方法を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に教示される容量性素子用試験装置の１つは、容量性素子の一方の端子に接続され、前記容量性素子が所望の試験電圧に達するまで電流を供給する電流源を備えている。また測定手段が前記容量性素子の第２の端子に接続され、前記容量性素子全体にわたる漏れ電流を測定する。この装置の改良点は、前記容量性素子の前記第２の端子と接地点との間にスイッチが接続され、前記スイッチの制御手段を備えていることにある。前記制御手段は、前記電流源が前記容量性素子に電流供給している間は前記スイッチを閉状態に保ち、前記容量性素子が前記一方の端子において所望の試験電圧に達すると、前記測定手段による漏れ電流測定に先だって前記スイッチを開放する。
【０００５】
本明細書に教示される容量性素子の試験方法の１つは、容量性素子の一方の端子に接続される電流源と、前記容量性素子の第２の端子に接続される測定手段とを用いる。この方法は、前記容量性素子の前記第２の端子と接地点との間に接続されたスイッチが閉じている間に前記電流源からの電流で前記容量性素子の前記一方の端子を所望の試験電圧まで充電し、前記容量性素子の前記一方の端子が所望の試験電圧に達すると前記スイッチを開放し、前記スイッチの開放後に、前記測定手段によって前記容量性素子の漏れ電流を測定することを含む。
これらおよびその他の実施形態の発明的特徴を以下に更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本明細書の説明は添付図面を参照して行うが、各図にわたって、同様の参照番号は同様の部材を指している。
【図１】本発明の一実施例による高速回復電流リターン回路の概略図である。
【図２】図１の回路の動作中の、試験対象素子の、図１に接地記号で示す端子の測定電圧の時間に対するグラフである。
【図３】従来の試験方法による、試験対象素子の、図１に接地記号で示す端子の測定電圧の時間に対するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の静電容量測定装置および方法について、図１および図２を参照して説明する。また図３を参照して、従来の試験方法により得られる出力との比較を説明する。
図１は、電流源２０に接続された電圧源１０を示す。電流源２０は、試験対象である容量性素子３０（以下試験対象素子３０と称する）に接続されている。試験対象素子３０は、その漏れ電流の測定のために、ダイオードクランプ４０と、測定器５０の入力端子とに接続されている。
【０００８】
電圧源１０は、０ボルトから試験対象素子３０にとって望ましい試験電圧までの間の値に設定される。例えば、試験電圧は２ボルトから１０００ボルトの間で可変である。１００μＦのコンデンサにとって適切な試験電圧の１つは５ボルトである。電流源２０は、電圧源１０を用いてプログラムされた電流を出力するように設計されている。オン／オフ制御部２２は、電流源２０からのプログラムされた電流で試験対象素子３０を充電する。より詳しくは、試験対象素子３０の符号Ｖcap-hiで示す端子における電流源２０の出力が、電流源２０のプログラムされた電流であり、オンオフ制御部２２がオンのときに、このプログラムされた電流が供給される。例えば、５ボルトの所望の電圧に対して、試験対象素子３０の充電電流（すなわちプログラムされた電流）を５ｍＡとすることができる。
【０００９】
電圧源１０と電流源２０は個々にプログラム可能な素子とすることができる。電圧源１０がプログラムされた電圧を電流源２０に供給し、電流源２０は試験対象素子３０に調節された出力電圧を供給する。この調節された出力電圧は試験対象素子３０を直線的に充電する。
【００１０】
電流源２０は機能として図示されている。なぜならば、電流源２０の回路は、電圧源１０の入力特性や所望の出力に応じて当業者の知識の範囲内でどのようにも設計可能であるからである。電圧源１０は、別の実施例として、ゼロボルトと試験対象素子３０に適した所望の試験電圧との間で切替わるように設計された切替え可能電圧回路であってもよい。これにより、電流源２０は、電圧源の切替えに応じて調節された電流出力を供給することができるようになる。例えば、電流源２０は、電圧源１０からの所望の試験電圧に比例した電流出力を供給することができるようになる。したがって、電流源２０のためにオンオフ制御部２２を別に設けなくてもよくなる。
【００１１】
測定器５０は、図１において、この測定器のフロントエンド電子増幅回路を簡略化した形で示されている。測定器５０は、試験対象素子３０の漏れ電流を測定するものであり、アジレント（Agilent）社製４３４９Ｂ型高抵抗測定器などの市販の測定器でよい。フロントエンド電子増幅回路は、入力増幅器５２を含み、この増幅器５２は、その非反転入力に接地抵抗５４が接続され、反転入力に入力インピーダンス５６が接続されることで電流電圧変換器を構成している。入力増幅器５２の出力端子Ｖoutから反転入力端子へと容量性フィードバックパス５８が設けられている。
【００１２】
ダイオードクランプ４０は、２つのダイオード４２，４４から成り、第１ダイオード４２のアノードと第２ダイオード４４のカソードとが接地されており、第１ダイオード４２のカソードと第２ダイオード４４のアノードとは、入力増幅器５２の仮想接地点６０に電気的に接続されている。試験対象素子３０も、符号Ｖcap-lowで示す端子が仮想接地点６０に接続されており、このＶcap-low端子は、試験対象素子３０のＶcap-hi端子の反対側の端子である。クランプダイオード４２，４４は、試験対象素子３０の充電電流のための電流リターンパスを提供している。さらに、クランプダイオード４２，４４は、試験対象素子３０が短絡したときに電流源２０の電圧をクランプすることで、測定器５０に対する入力保護回路を成している。
【００１３】
公知の試験手順によれば、電流源２０がオフになると（オンオフ制御部２２がオフまたは電圧源１０から信号を受信していない場合）、容量性フィードバックパス５８に並列接続されたスイッチ６２が閉じられることによりフロントエンド（入力）積分増幅器５２が不作動状態にされる。それから、電流源２０がオンにされ、試験対象素子３０をその最終試験電圧に達するまで充電する。試験対象素子３０がその最終試験電圧まで充電されると、スイッチ６２を開いて、測定器５０で漏れ電流の測定を行う。
【００１４】
この公知の試験方法による試験対象素子３０の各端子Ｖcap-hiおよびＶcap-lowの出力電圧を図３に示す。この実施例において、電圧源１０は０ボルトから５ボルトに変化しており、５ボルトが最大充電電圧である。立ち上がり時間は１００μｓであり、降下時間は１００μｓであり、ゼロ秒から立ち上がり時間の開始までの遅延時間は１ｍｓである。したがって、パルス幅は７５ｍｓであり、パルス周期は１００ｍｓである。試験対象素子３０の静電容量は１００μＦである。
【００１５】
試験期間中、両端子電圧は最初、ダイオード４４のＶ−Ｉ特性に基づく電圧値まで上昇する。この電圧値は、積分増幅器５２の仮想接地点６０の入力電圧を上回る。そしてＶcap-hi端子の電圧は、電流源２０からの電流が加わるにつれて直線的に増加し、所望の電圧、すなわちこの例では５ボルト、に達する。Ｖcap-low端子の電圧は初期の立ち上がり点に留まり、それから、ゼロボルトないしゼロに近い低電圧まで徐々に降下する。
【００１６】
本発明者らは、大規模な商業試験運転において、この公知の方法を用いた場合に生ずる問題点を突き止めた。先ず、試験対象素子３０にかかる電圧が、充電サイクルの終了時点で所望の充電電圧よりもダイオード１つ分（０．７ボルト）低く、ダイオードが２つ使用される場合はさらに低くなるという点である。図３に示す例では、所望の充電電圧は５ボルトである。そのような低い試験電圧の場合、所望の充電電圧からのこのような差は、測定される漏れ電流値に大きな誤差となって現れる。
【００１７】
いうまでもなく、また図３にも示すように、Ｖcap-low端子の電圧は指数関数的にゼロボルトまで減衰する。しかしながら、この指数関数的電圧減衰期間中に行われる漏れ電流の測定も、Ｖcap-low端子の電圧の変化のために精度が低くなる。
１つの解決法は、Ｖcap-low端子の電圧が指数関数的減衰期間の終わりにゼロボルトになる迄待つことである。この解決法は、静電容量が小さいものに適用するなら有効である。しかしながら、本発明者らの検証したところによれば、入力インピーダンス５６と試験対象素子３０の静電容量値のＲＣ時定数が大きい場合、例えば１０ｎＦより大きい場合、この減衰期間の終了まで待つ間の遅延時間は余りにも過大である。
【００１８】
すなわち、測定器５０のような測定装置は、一般的に比較的高い入力インピーダンスを有する。例えば図３のグラフにおいて、測定器５０の入力インピーダンス５６は１ｋΩである。Ｖcap-low端子の電圧が初期電圧の１％未満まで指数関数的に減衰するのに要する時間（時定数の５倍）は、５τまたは５×（試験対象素子３０の静電容量）×（入力インピーダンス５６の抵抗値）である。このように、時定数は試験対象素子３０の静電容量値に比例して増加するので、静電容量が大きいと、漏れ電流測定を開始できるようになるまでの時間がかかり過ぎることがある。かといって減衰し終わる前に測定を行えば測定精度が落ちてしまう。減衰の完了まで待つことは、測定処理能力の低下につながるので、処理量が大きい用途には望ましくない。
【００１９】
図１に示す実施例では、ダイオードクランプ４０をわたるスイッチ７０が付加的に接続されている。すなわち、スイッチ７０は、増幅器５２入力側の仮想接地点６０と接地点との間に、ダイオードクランプ４０のダイオード４２，４４に対して並列に接続されている。上記の方法に対する１つの変更として、試験対象素子３０が電流源２０によって充電されている間はこのスイッチ７０が閉じられる。そして、測定器５０が試験対象素子３０の漏れ電流の測定を開始するよう指示される直前にスイッチ７０が開かれる。
【００２０】
本実施例の装置および方法による試験対象素子３０の各端子Ｖcap-hiおよびＶcap-lowの出力電圧を図２に示す。図３の比較例同様、電圧源１０は０ボルトから５ボルトに変化しており、５ボルトがフル充電電圧である。立ち上がり時間は１００μｓであり、降下時間は１００μｓであり、ゼロ秒から立ち上がり時間の開始までの遅延時間は１ｍｓである。したがって、パルス幅は７５ｍｓであり、パルス周期は１００ｍｓである。試験対象素子３０の静電容量値は１００μＦである。
【００２１】
図３から分かるように、試験対象素子３０のダイオード端子（すなわちＶcap-low端子）は、直ちに入力増幅器５２の仮想接地点６０と同じ電位になる。これにより、従来充電直後に測定を開始することの妨げになっていた測定器入力インピーダンス５６に起因する指数関数的減衰時間が無くなる。この実施例では、図３に示すような５０ｍｓを超える遅延がなく、試験対象素子３０の漏れ電流の測定をより迅速に、すなわち図２に示すように約１２ｍｓ後に行える。これは明らかに大きな進歩である。
【００２２】
スイッチ７０は、そのタイミングが電圧源１０と電流源２０の動作ならびにスイッチ６２を介しての測定器５０の動作と同期するように同期作動される。同期スイッチ７０は、例えば、オン抵抗の低いリレーなどのソリッドステートスイッチでよい。あるいは、機械的リレーでもよい。しかし大量に測定を行う用途では、スイッチ切替数が１時間当たり５０万回にも上ることがあり、機械的リレーは継続的な維持管理が必要なので、ソリッドステートスイッチの方が望ましい。
【００２３】
スイッチ７０は、プログラマブル処理装置、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、タイマー等の制御装置８０によって操作される。例えば、スイッチ７０はプログラマブル制御装置によって制御されるソリッドステートリレーでよい。この制御装置は、一般的に中央処理装置（ＣＰＵ）、データ受信用入出力ポート（Ｉ／Ｏ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、キープアライブメモリ（ＫＡＭ）、共通データバス、および実行可能プログラムの電子記憶媒体としての読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を備えたマイクロコンピュータから成る。この実施例におけるスイッチ７０の動作は、コントローラの実行可能プログラムとしてのソフトウエアで実行される。一部の実施形態においては、制御装置８０を電圧源１０とスイッチ６２の制御に用いることも可能である。あるいは、電圧源１０と、スイッチ６２と、スイッチ７０とを、各々個別の制御装置で、これらの制御装置の１つもしくはさらに他の装置を使用して操作してもよい。
【００２４】
生産現場での容量性素子の漏れ電流の測定には精度と速度が要求される。本発明の回路では、容量性素子である試験対象素子３０のダイオード側端子が、そのコンデンサが所望の充電電圧に達した直後に入力増幅器の仮想接地入力電位になる。したがって電流漏れ検査を充電サイクルの完了直後に開始することができる。
【００２５】
本発明の教示によれば、指数関数的減衰を待つことなく充電サイクルの直後にコンデンサの電流漏れ測定を行えるので、静電容量が大きな値のものに対しても試験システムの処理性能を向上させることができる。また、測定開始までの時間が不十分なために漏れ電流と指数関数的減衰の組み合わせを測定するようなことがなく、測定装置によって正確に漏れ電流を測定できる。
【００２６】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。むしろ本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨と範囲内で多様な変形や同等の配置構成を含むことを意図するものである。そして特許請求の範囲は、そのような変形や同等の配置構成を全て網羅すべく、法の許す範囲で最も広い解釈を許容するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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