(57)【要約】【課題】計測用抵抗の両端電位差を演算増幅器により検出する電流計測回路において演算増幅器の不感帯領域の影響なく電流計測を可能とする。【解決手段】計測用抵抗の両端電位差により負荷電流を計測する電流計測回路が計測用抵抗の第１端子の電位を入力されその逆相電位を増幅出力する第１演算増幅器と、第１演算増幅器の出力電位を第１入力電位とし、計測用抵抗の第２端子の電位を第２入力電位として同一の入力端子に加算入力され、負荷電流に対応する振幅と位相をもつ電位を増幅出力する第２演算増幅器とを有し、第２演算増幅器における第１と第２入力電位による各増幅出力成分の比率が、計測用抵抗の両端の各電位の比率と同じとなるように第１及び第２入力電位に対する増幅率がそれぞれ設定される。【選択図】図１
2007212192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対し計測用抵抗を直列接続して電源電圧を印加し前記計測用抵抗の両端電位差により前記負荷に流れる電流を計測する電流計測回路において、
前記計測用抵抗の第１端子の電位を入力され、かつその逆相の電位を増幅出力する第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器の出力電位を第１入力電位とし、前記計測用抵抗の第２端子の電位を第２入力電位として同一の入力端子に加算入力され、かつ前記負荷に流れる電流に対応する振幅と位相をもつ電位を増幅出力する第２演算増幅器とを有し、
前記第２演算増幅器における前記第１入力電位による増幅出力成分と、前記第２入力電位による増幅出力成分との比率が、前記計測用抵抗の前記第１端子と前記第２端子の各電位の比率と同じとなるように前記第１入力電位及び前記第２入力電位に対する増幅率がそれぞれ設定されることを特徴とする電流計測回路。
【請求項２】
前記第１演算増幅器の増幅率と、前記第２演算増幅器の増幅率を同時に変更する切り替え手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電流計測回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電流計測回路と、
Ｘ軸電位とＹ軸電位とをリサージュ図形として画面表示可能な表示器とを有し、
前記第１演算増幅器の出力電位を前記Ｘ軸電位として入力しかつ前記第２演算増幅器の出力電位を前記Ｙ軸電位として入力することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に流れる電流を計測する電流計測回路及びそれを用いた検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気回路（負荷）に流れる電流の計測方法として、シャント抵抗の両端の電位差を測定する方法が知られている。この電位差の値は被計測電流とシャント抵抗の積であるので、シャント抵抗の値から被計測電流の値を換算できる。この方式によるマルチテスタ等では、例えば、異なる値の抵抗Ｒをスイッチで切り替えることにより被計測電流の大小に対応している。
【０００３】
図２は、特許文献１等に記載された従来のシャント抵抗方式の電流計測回路の一例を概略的に示す回路図である。この電流計測回路では、正弦波発生器により発生した交流電圧により負荷に被計測電流ｉが流れる。この電流ｉは、負荷に対して直列に接続されたシャント抵抗Ｒsにも流れ、それによりシャント抵抗Ｒsの両端に電位差が生じる。この両端の各電位を、演算増幅器ＩＣの非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ入力抵抗Ｒ１１及びＲ１２を介して入力し、入力抵抗Ｒ１２とフィードバック抵抗Ｒ１３により設定される増幅率で差動増幅し、その出力電位を計測値として用いている。
【特許文献１】特開２０００−１６６２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図２の従来回路では、演算増幅器ＩＣの入力オフセット電圧の値によっては、被計測電流ｉが小さい場合、シャント抵抗両端の電位差が小さく計測できない不感帯領域があった。よって、入力オフセット電圧以上の電位差が発生しないと演算増幅器ＩＣは動作不能であった。
【０００５】
本発明の目的は、シャント抵抗の両端電位差を演算増幅器により検出する電流計測回路において演算増幅器の不感帯領域の影響なく、電位差の小さい場合でも電流計測を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）請求項１に記載の電流計測回路は、負荷に対し計測用抵抗を直列接続して電源電圧を印加し前記計測用抵抗の両端電位差により前記負荷に流れる電流を計測する電流計測回路において、
前記計測用抵抗の第１端子の電位を入力され、かつその逆相の電位を増幅出力する第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器の出力電位を第１入力電位とし、前記計測用抵抗の第２端子の電位を第２入力電位として同一の入力端子に加算入力され、かつ前記負荷に流れる電流に対応する振幅と位相をもつ電位を増幅出力する第２演算増幅器とを有し、
前記第２演算増幅器における前記第１入力電位による増幅出力成分と、前記第２入力電位による増幅出力成分との比率が、前記計測用抵抗の前記第１端子と前記第２端子の各電位の比率と同じとなるように前記第１入力電位及び前記第２入力電位に対する増幅率がそれぞれ設定されることを特徴とする。
【０００７】
（２）請求項２に記載の電流計測回路は、請求項１において、前記第１演算増幅器の増幅率と、前記第２演算増幅器の増幅率を同時に変更する切り替え手段をさらに有することを特徴とする。
【０００８】
（３）請求項３に記載の検査装置は、請求項１または２に記載の電流計測回路と、
Ｘ軸入力電位とＹ軸入力電位とをリサージュ図形として画面表示可能な表示手段とを有し、
前記第１演算増幅器の出力電位を前記Ｘ軸入力電位として入力しかつ前記第２演算増幅器の出力電位を前記Ｙ軸入力電位として入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の電流計測回路は、負荷電流の流れる計測用抵抗（いわゆるシャント抵抗）の両端の電位差に対応する出力電位を２段の演算増幅器を用いて得る。まず、計測用抵抗の第１端子の電位を、第１演算増幅器により反転増幅する。第１演算増幅器の出力電位は、第２演算増幅器の入力端子の１つに第１入力電位として入力される。一方、計測用抵抗の第２端子の電位もまた、第２演算増幅器の同じ入力端子に第２入力電位として入力される。これにより、第１演算増幅器の出力電位と、計測用抵抗の第２端子の電位は、第２演算増幅器の１つの入力端子において加算される。
【００１０】
第１演算増幅器の出力電位は、計測用抵抗の第１端子の電位と逆相である。従って、第２演算増幅器の同一入力端子に入力された第１入力電位と第２入力電位のそれぞれの増幅率を適切に設定することにより、第１入力電位による増幅出力成分と、第２入力電位による増幅出力成分の比率が、計測用抵抗の第１端子と第２端子の各電位の比率と同じとすることができる。加えて、第２演算増幅器の出力電位において２つの入力電位によるそれぞれの増幅出力成分が重畳されることにより、計測用抵抗の両端電位差に対応する振幅と位相をもつ出力電位が得られる。従って、第２演算増幅器の出力電位は、負荷電流に対応する振幅と位相をもつ。
【００１１】
この回路は、直流でも交流でも機能し、正弦波電圧を電源として印加した場合にも、波形の歪みなく出力電位を得ることができる。
【００１２】
本回路の場合、図２の従来回路のように計測用抵抗の両端の電位差が１つの演算増幅器の互いに逆相の２つの入力端子にそれぞれ入力されるのではなく、計測用抵抗の第１端子の電位が第１演算増幅器で反転増幅され、第２演算増幅器の同一入力端子において計測用抵抗の第２端子の電位と加算入力され、それぞれの増幅率で増幅されて出力において重畳されるため、１つの演算増幅器のオフセット電圧が出力電位に直接影響しない。双方の演算増幅器のオフセット電圧は相殺されることになる。この結果、本回路では、計測用抵抗の両端の電位差が不感帯領域より小さくても計測可能となる。また、第２演算増幅器の入力端子である加算点の電位が仮想接地であるため、加算される各入力電位同士の干渉を考慮する必要がない。
【００１３】
請求項２に記載の電流計測回路は、第１演算増幅器の増幅率と第２演算増幅器の増幅率を同時に変更する切り替え手段を有することにより、増幅率が大きすぎることによるノイズ成分の増大を回避できる。
【００１４】
請求項３の検査装置は、請求項１または２の電流計測回路により微少電流も精確に計測できる。一方、第１演算増幅器の出力電位は、計測用抵抗の第１端子の電位に対応しており負荷電圧に対応する値と位相（但し逆相）をもつ。よって、第１演算増幅器の出力電位と、第２演算増幅器の出力電位は、それぞれ負荷電圧と負荷電流に比例する値と位相をもつ。これらの出力電位を、それぞれ適宜増幅し、Ｘ軸電位びＹ軸電位としてオシロスコープ等の表示器を具備する検査装置に入力し、画面表示することによりリサージュ波形を得ることができる。リサージュ波形の観察により、負荷である電子機器等の良不良を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の電流計測回路の基本形態を示す概略構成回路図である。
本発明の電流計測回路は、典型例としては、種々の電子機器（抵抗、コンデンサ、ダイオード、ＩＣ、コイル等）の良不良を判断するための検査装置の内部回路として組み込まれる。このような検査装置は、電子機器等の交流特性を検査する場合、負荷である電子機器等に正弦波電圧を印加して、その負荷に流れる電流及び印加される電圧の波形（振幅、位相等）を検査する。
【００１６】
＜回路構成＞
図１の回路の構成は、正弦波電圧の発生器を具備し、発生した正弦波電圧は増幅率を設定可能な増幅器であるＡＭＰ１を通して負荷に印加される。正弦波発生器は、例えば、周波数可変のＤＤＳ（direct digital synthesizer）等である。ＡＭＰ１と負荷の間の経路上には、負荷と直列に計測用抵抗Ｒsが挿入接続されている。負荷へ流れる電流ｉは、この計測用抵抗Ｒsも流れ、計測用抵抗Ｒsの負荷側端子（第１端子）における電位が負荷に印加される電圧ｖとなる。
【００１７】
計測用抵抗Ｒsの負荷側端子の電位Ｖsoを取り出すために、計測用端子Ｒsの負荷側端子は抵抗Ｒ１を介して第１演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子へ接続される。第１演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子は接地される。第１演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子と出力端子との間にはフィードバック抵抗Ｒ２が接続されている。さらに、フィードバック抵抗の値を変更できるように、抵抗Ｒ２と並列に抵抗Ｒ３をスイッチＳＷ１により接続断絶可能としている。
【００１８】
第１演算増幅器ＩＣ１の出力端子は、調整抵抗Ｒbalを介して第２演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子へ接続される。また、第１演算増幅器ＩＣ１の出力端子は、負荷出力電圧ｖに対応する振幅と位相をもつ電位Ｖ1oを取り出すために、適宜の増幅器であるＡＭＰ２を介して出力される。
【００１９】
一方、計測用抵抗Ｒsの電源側端子（第２端子）の電位Ｖsiを取り出すために、計測用抵抗Ｒsの電源側端子は抵抗Ｒ４を介して第２演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子へ接続される。第２演算増幅器ＩＣ２の非反転入力端子は接地される。第２演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子と出力端子との間にはフィードバック抵抗Ｒ５が接続されている。さらに、フィードバック抵抗の値を変更できるように、抵抗Ｒ５と並列に抵抗Ｒ６をスイッチＳＷ２により接続断絶可能としている。スイッチＳＷ２は、前述のスイッチＳＷ１と連動しており、第１及び第２の演算増幅器ＩＣ１、ＩＣ２の増幅率は同時に調整される。
【００２０】
第２演算増幅器の出力端子は、負荷電流ｉに対応する振幅と位相をもつ電位Ｖ2oを取り出すために、適宜の増幅器であるＡＭＰ３を介して出力される。
【００２１】
＜回路動作＞
負荷電流ｉは、計測用抵抗Ｒsの両端の電位差Δｖを計測すれば、次の通り換算できる。ただし、Δｖは計測用抵抗Ｒsの第１端子の電位Ｖsoと第２端子の電位Ｖsiの差である（Δｖ＝Ｖsi−Ｖso）。
ｉ＝Δｖ／Ｒs        ・・・式(1)
【００２２】
第１演算増幅器ＩＣ１は、スイッチＳＷ１がオフのとき、増幅率Ｒ２／Ｒ１の反転増幅器であるから、反転入力端子に電位Ｖsoが入力されたときの出力電位Ｖ1oは次の通りとなる。
Ｖ1o＝−Ｖso・Ｒ２／Ｒ１    ・・・式(2)
【００２３】
第２演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子には、第１演算増幅器ＩＣ１の出力電位Ｖ1oと、計測用抵抗Ｒsの第２端子の電位Ｖsiの双方が入力される。すなわち、電位Ｖ1oと電位Ｖsiとは、第２演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子において加算される。出力電位Ｖ1oは、調整抵抗Ｒbalが入力抵抗であるので、スイッチＳＷ２がオフのとき、増幅率Ｒ５／Ｒbalで反転増幅される。一方、第２端子の電位Ｖsiは、入力抵抗が抵抗Ｒ４であるので、スイッチＳＷ２がオフのとき、増幅率Ｒ５／Ｒ４で反転増幅される。従って、第２反転増幅器ＩＣ２の出力電位Ｖ2oは次の通りとなる。
Ｖ2o＝−(Ｖ1o・Ｒ５／Ｒbal＋Ｖsi・Ｒ５／Ｒ４)
＝−(Ｖ1o／Ｒbal＋Ｖsi／Ｒ４)・Ｒ５      ・・・式(3)
【００２４】
式(3)に式(2)を代入すると、第２反転増幅器ＩＣ２の出力電位Ｖ2oは次の通りとなる。
Ｖ2o＝−(−Ｖso・Ｒ２／Ｒ１／Ｒbal＋Ｖsi／Ｒ４)・Ｒ５  ・・・式(4)
【００２５】
式(4)において、Ｒbal／Ｒ４＝Ｒ２／Ｒ１と設定すると、式(4)は次のように書き換えられる。
Ｖ2o＝−（Ｖsi−Ｖso）・Ｒ５／Ｒ４
＝−Δｖ・Ｒ５／Ｒ４    ・・・式(5)
【００２６】
式(1)と式(5)より、第２反転増幅器ＩＣ２の出力電位Ｖ2oは次の通りとなる。
Ｖ2o＝−ｉ・Ｒｓ・Ｒ５／Ｒ４    ・・・式(6)
よって、Ｖ2oは負荷電流ｉに比例（Ｖ2o∝ｉ）しており、第２反転増幅器ＩＣ２の出力電位Ｖ2oは、負荷電流ｉの振幅及び位相に対応したものとなる。このように負荷電流ｉの計測が可能となる。
【００２７】
上記のようにＲbal／Ｒ４＝Ｒ２／Ｒ１と設定することは、第２演算増幅器の同一入力端子にそれぞれ入力される電位Ｖ1oと電位Ｖsiの各々の第２演算増幅器による増幅率を、電流ｉの計測を可能とするように設定することを意味する。この結果、入力電位Ｖ1oによる増幅出力成分と、入力電位Ｖsiによる増幅出力成分との比率が、計測用抵抗Ｒsの両端電位ＶsoとＶsiの比率と同じになる。それぞれの増幅出力成分を重畳したものが第２演算増幅器の出力電位Ｖo2である。
【００２８】
ここで、Ｒbal、Ｒ４はそれぞれ入力電位Ｖ1o、Ｖsiの入力抵抗であり、Ｒ２／Ｒ１は第１演算増幅器ＩＣ１の増幅率である。例えば、第１演算増幅器ＩＣ１の増幅率を所定の値に設定した後、２つの入力抵抗Ｒbal、Ｒ４を、上記の関係を満たすように設定すればよい。これらの入力抵抗Ｒbal、Ｒ４をこのように設定することは、入力電位Ｖ1oに対する第２演算増幅器による増幅率、及び入力電位Ｖsiに対する第２演算増幅器による増幅率をそれぞれ適切に設定することと同じである。
【００２９】
つまり、計測用抵抗Ｒsの第１端子の電位Ｖsoは、第１及び第２の演算増幅器により２段増幅され、そして第１及び第２の演算増幅器がいずれも反転増幅器であるので、第２演算増幅器の出力における位相は、電位Ｖsoと同相である。
一方、計測用抵抗Ｒsの第２端子の電位Ｖsiは、第２演算増幅器のみにより増幅され、そして第２演算増幅器は反転増幅器であるので、第２演算増幅器の出力における位相は、電位Ｖsiと逆相である。
よって、本回路全体における電位Ｖsoの増幅率と電位Ｖsiの増幅率とを一致させれば、第２演算増幅器の出力電位は、計測用抵抗の両端電位差Ｖsi−Ｖsoを反映したものとなる。
【００３０】
なお、上記のように設定した場合、無負荷時（すなわちｉ＝０、Δｖ＝０）に第２演算増幅器の出力電位Ｖo2はゼロとなる。
【００３１】
一方、式(2)から明らかな通り、Ｖ1oは負荷電圧ｖに比例（Ｖ1o∝ｖ）しており、第１反転増幅器ＩＣ１の出力電位Ｖ1oは、負荷電圧ｖの振幅及び位相に対応したものとなる。
【００３２】
よって、負荷電圧ｖに対応する出力電位Ｖ1oと、負荷電流ｉに対応する出力電位Ｖ2oとを、それぞれオシロスコープ等の表示器のＸ軸及びＹ軸として入力すれば、画面上にリサージュ波形を描くことができる。リサージュ波形の観察により、負荷である電子機器等の良不良を判別できる。
【００３３】
増幅器であるＡＭＰ２及びＡＭＰ３は、各演算増幅器ＩＣ１、ＩＣ２の出力レベルを調整するために設けられ、それぞれ増幅率を設定可能である。この調整は、負荷電流のレベルに応じて行われる。
【００３４】
ＡＭＰ２は、負荷電圧ｖに対応するＸ軸レベルの補正用である。負荷開放時に電圧は最大となる。負荷電圧ｖのレベルが変化してもＸ軸レベルが常に一定のフルスケールとなるようにＡＭＰ２の増幅率を自動調整することが好適である。
【００３５】
ＡＭＰ３は、負荷電流ｉに対応するＹ軸レベルの補正用である。負荷短絡時に電流は最大となる。負荷電流ｉのレベルが変化してもＹ軸レベルが常に一定のフルスケールとなるようにＡＭＰ３の増幅率を自動調整することが好適である。
【００３６】
また、Ｘ軸とＹ軸の入力波形の振幅が常に一定となるようにＡＭＰ２とＡＭＰ３の増幅率を自動調整することが好適である。
【００３７】
ＡＭＰ２及びＡＭＰ３の増幅率を上記のように自動調整する場合、負荷電圧ｖ及び負荷電流ｉのレベルに応じてＡＭＰ２及びＡＭＰ３の増幅率が変動する。負荷電圧ｖ及び負荷電流ｉが大きい場合は、ＡＭＰ２及びＡＭＰ３の増幅率を下げ、逆の場合は増幅率を上げる。電圧成分については、第１演算増幅器の増幅率とＡＭＰ２の増幅率を合わせたものが全体の増幅率であり、電流成分については第２演算増幅器の増幅率とＡＭＰ３の増幅率を合わせたものが全体の増幅率となる。ＡＭＰ２及びＡＭＰ３の増幅率が高くなりすぎると、ノイズ成分も増え、リサージュ波形の表示に現れる。これを避けるために、負荷電圧ｖ及び負荷電流ｉのレベルが大きい場合は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオンとし、第１演算増幅器ＩＣ１及び第２演算増幅器ＩＣ２の増幅率を同時に下げる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の電流計測回路の基本形態を示す概略構成回路図である。
【図２】従来のシャント抵抗方式の電流計測回路の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
ＩＣ１、ＩＣ２  演算増幅器
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３  増幅器
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
【図１】
2007212192.tif 000003
【図２】
2007212192.tif 000004