(57)【要約】【課題】電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる電圧測定回路を提供することを目的とする。【解決手段】電圧測定回路は、測定対象の電圧を第１電圧検出結果および第２電圧検出結果として出力する電圧検出部と、第１電圧検出結果に対応する第１電圧値を第１間隔で取得し、第２電圧検出結果に対応する第２電圧値を第１間隔より短い第２間隔で取得し、第１電圧値と第２電圧値とに基づいて測定対象の電圧値を測定する制御部と、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第１電圧検出結果を第１電圧値として出力する第１アイソレーション回路と、第１アイソレーション回路とは異なる系統であり、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第２電圧検出結果を第２電圧値として出力する第２アイソレーション回路と、を備える。【選択図】図１
2016011922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の電圧を検出し、前記電圧を第１電圧検出結果および第２電圧検出結果として出力する電圧検出部と、
前記第１電圧検出結果に対応する第１電圧値を第１間隔で取得し、前記第２電圧検出結果に対応する第２電圧値を前記第１間隔より短い第２間隔で取得し、前記第１電圧値と前記第２電圧値とに基づいて前記測定対象の電圧値を測定する制御部と、
前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第１電圧検出結果を前記第１電圧値として出力する第１アイソレーション回路と、
前記第１アイソレーション回路とは異なる系統であり、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第２電圧検出結果を前記第２電圧値として出力する第２アイソレーション回路と、
を備える電圧測定回路。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１間隔のときに取得した前記第１電圧値に基づいて前記測定対象の電圧値を測定し、前記第１電圧値を取得できない期間において、前記第２間隔のときに取得した前記第２電圧値に基づいて前記測定対象の電圧値を測定する請求項１に記載の電圧測定回路。
【請求項３】
前記第２アイソレーション回路は、前記電圧検出部によって検出された第１電圧検出結果を入力する請求項１または請求項２に記載の電圧測定回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１電圧値と前記第２電圧値との差を算出し、得られた差を用いて前記第２電圧値を補正することで測定結果を得る請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【請求項５】
前記電圧測定回路の温度を計測し、計測した温度を表す情報を温度情報として前記制御部に出力する温度センサ、を備え、
前記制御部は、所定の期間において取得した前記温度情報によって表される温度が基準範囲外である場合に、前記第１電圧値と前記第２電圧値との差を算出し、得られた差を用いて前記第２電圧値を補正することで測定結果を得る請求項４に記載の電圧測定回路。
【請求項６】
前記電圧検出部によって検出された検出電圧を分圧して前記第１アイソレーション回路に前記第１電圧検出結果として出力する第１分圧回路を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【請求項７】
前記測定対象の電圧を分圧して前記第２アイソレーション回路に前記第２電圧検出結果として出力する第２分圧回路を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１電圧値が前記第１間隔もしくは前記制御部にて任意に設定した計測間隔、または、前記第２電圧値が前記第２間隔もしくは前記制御部にて任意に設定した計測間隔を超えて測定されない場合に、いずれかの系統に故障が生じたことを検出する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【請求項９】
前記電圧検出部と、第１アイソレーション回路との間に、前記第１電圧検出結果をデジタル化するアナログ−デジタル変換部を備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【請求項１０】
前記第２アイソレーション回路と、前記制御部との間に、前記第２アイソレーション回路から出力される出力結果を増幅して前記制御部に前記第２電圧値として出力する増幅部を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電圧測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源やバッテリを入力とするスイッチング電源装置では、安全上の理由から、トランスの１次側と２次側とが絶縁されている。２次側の出力電圧や出力電流を制御部が制御する場合、制御部は、２次側の出力電圧や出力電流を検出して、１次側にフィードバックさせて１次側のスイッチング回路を制御する。このフィードバック回路においても１次側と２次側間が絶縁される（例えば、特許文献１参照）。
近年、基準電圧の異なる２つの回路が絶縁された上述のスイッチング電源装置において、２次側の出力電圧や出力電流を高速かつ精度良く測定することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、制御部が、絶縁回路であるアイソレーション回路及び出力検出回路等を介して出力側の電圧値を測定するため、測定結果が絶縁回路や出力検出回路等が有する公差の影響を受け、精度の良い測定ができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる電圧測定回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電圧測定回路は、測定対象の電圧を検出し、前記電圧を第１電圧検出結果および第２電圧検出結果として出力する電圧検出部と、前記第１電圧検出結果に対応する第１電圧値を第１間隔で取得し、前記第２電圧検出結果に対応する第２電圧値を前記第１間隔より短い第２間隔で取得し、前記第１電圧値と前記第２電圧値とに基づいて前記測定対象の電圧値を測定する制御部と、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第１電圧検出結果を前記第１電圧値として出力する第１アイソレーション回路と、前記第１アイソレーション回路とは異なる系統であり、前記電圧検出部と前記制御部との間に設けられ、前記電圧検出部と前記制御部との間を電気的に絶縁し、前記第２電圧検出結果を前記第２電圧値として出力する第２アイソレーション回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電圧測定回路の構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る制御部によって取得される第１電圧値及び第２電圧値の変化の一例を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る電圧測定回路に備えられた制御部の処理手順の一例を示すフローチャートであり、（Ａ）は、測定値を取得するための測定値取得処理の一例を示し、（Ｂ）は、第２電圧値を補正するための補正値算出処理の一例を示すフローチャートである。第１実施形態に係る制御部の処理手順のフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係る電圧測定回路の構成例を示す図である。
【図５】第３実施形態に係る電圧測定回路の構成例を示す図である。
【図６】第３実施形態に係る制御部の処理手順のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電圧測定回路１の構成例を示す図である。図１に示すように、電圧測定回路１は、電圧検出部１０、ＡＤＣ（アナログ信号−デジタル信号変換器）１１、第１アイソレーション回路１２、第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４、及び制御部１５を備える。また、電圧検出部１０は、第１分圧回路１０１及び第２分圧回路１０２を備える。制御部１５は、記憶部１５１を備える。
【００１１】
制御部１５は、２系統の回路を介して、測定対象の電圧（高電圧）を発生させるスイッチング電源装置の出力部と接続されている。第１系統２１は、第１分圧回路１０１、ＡＤＣ１１、第１アイソレーション回路１２を含む。第２系統２２は、第２分圧回路１０２、第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４を含む。電圧測定回路１の構成要素のうち、第１系統２１において、測定対象側（第１アイソレーション回路１２よりも上流側）に配置される高電圧側回路の要素（第１分圧回路１０１、ＡＤＣ１１）は、第１アイソレーション回路１２により第１アイソレーション回路１２よりも下流側である低電圧側回路の要素（制御部１５）と電気的に絶縁されている。また、第２系統２２において、測定対象側（第２アイソレーション回路１３よりも上流側）に配置される高電圧側回路の要素（第２分圧回路１０２）は、第２アイソレーション回路１３により第２アイソレーション回路１３よりも下流側である低電圧側の回路要素（バッファ増幅回路１４、制御部１５）と電気的に絶縁されている。
【００１２】
第１分圧回路１０１は、スイッチング電源装置の出力部から出力された電圧を分圧し、分圧して得られる第１電圧を第１電圧検出結果（アナログ値）としてＡＤＣ１１に出力する。第１分圧回路１０１は、例えば抵抗によって構成された分圧回路である。
【００１３】
ＡＤＣ１１は、第１分圧回路１０１から入力された第１電圧検出結果をアナログ値からデジタル値に変換し、変換したデジタル値を第１電圧値として第１アイソレーション回路１２に出力する。また、ＡＤＣ１１は、デジタル値に変換するときに用いる基準電圧として、誤差の少ない基準電圧を用いた場合には、精度の良い測定値を得ることができる。
【００１４】
第１アイソレーション回路１２は、ＡＤＣ１１から入力された第１電圧値を高電圧側回路と低電圧側回路とが絶縁された状態で、制御部１５に出力する。第１アイソレーション回路１２は、例えばフォトカプラを含んで構成される。例えば、第１アイソレーション回路１２は、フォトカプラによる絶縁機能を有するデジタルアイソレータである。
【００１５】
第２分圧回路１０２は、スイッチング電源装置の出力部から出力された電圧を分圧し、分圧して得られる第２電圧を第２電圧検出結果として第２アイソレーション回路１３に出力する。第２分圧回路１０２は、例えば抵抗によって構成された分圧回路である。第２分圧回路１０２の分圧比は、第１分圧回路１０１の分圧比と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１６】
第２アイソレーション回路１３は、第２分圧回路１０２から入力された第２電圧検出結果を高電圧側回路と低電圧側回路とが絶縁された状態で、バッファ増幅回路１４に出力する。第２アイソレーション回路１３は、例えばフォトカプラを含んで構成される。例えば、第２アイソレーション回路１３は、フォトカプラによる絶縁機能を有するアイソレーションアンプである。ただし、この例に限定されず、第２アイソレーション回路１３として例えばトランス結合方向のアイソレーションアンプを用いることもでき、絶縁機能と増幅機能を備えたことを限度として、第２アイソレーション回路１３の構成は任意である。
【００１７】
バッファ増幅回路１４は、第２アイソレーション回路１３から入力された第２電圧検出結果を予め定められている電圧増幅率で増幅するバッファ回路である。なお、電圧増幅率は１であってもよい。また、バッファ増幅回路１４は、第２アイソレーション回路１３の出力特性が制御部１５の入力特性と整合しない場合、第２アイソレーション回路１３の出力電圧を制御部１５の入力特性に適合する電圧に変換するためのものである。バッファ増幅回路１４は、入力された第２電圧検出結果、または基準レベルを変換した第２電圧検出結果を制御部１５に出力する。
【００１８】
制御部１５は、第１アイソレーション回路１２から入力された第１電圧値を第１時間間隔（以下、第１間隔と称す。）のタイミングで取得する。制御部１５は、バッファ増幅回路１４から入力された第２電圧検出結果を第１間隔より短い第２時間間隔（以下、第２間隔と称す。）のタイミングで取得する。第１実施形態では、第１間隔のタイミングとは、第１間隔を一周期として発生するタイミングを意味し、第２間隔のタイミングとは、第２間隔を一周期として発生するタイミングを意味する。このようなタイミングは、制御部１５をマイコン等で構成した場合、マイコンの内部クロック等を用いて発生されるタイミングである。
【００１９】
このように、第１実施形態の電圧測定回路１が備える測定系は、二重化されている。制御部１５は、不図示のＡＤＣを有し、取得したアナログ値の第２電圧検出結果をデジタル値の第２電圧値に変換する。すなわち、制御部１５は、第１間隔で第１系統２１によって測定された第１電圧値を取得し、第２間隔で第２系統２２によって測定された第２電圧値を取得する。また、制御部１５は、第２電圧値と第１電圧値に基づいて補正値を算出し、算出した補正値を用いて第２電圧値を補正する。また、制御部１５は、第１電圧値または補正された第２電圧値を測定値として取得する。なお、補正値の算出処理と測定値の取得処理については後述する。
【００２０】
ここで、第１系統２１によって測定された第１電圧値と、第２系統２２によって測定された第２電圧値について、さらに説明する。
上述したように、第１系統２１によって測定された第１電圧値は、高電圧側回路に配置されるＡＤＣ１１を介して測定された値である。第１分圧回路１０１の出力である第１電圧検出結果を高電圧側回路に配置されているＡＤＣ１１でデジタル値に変換しているため、第２系統２２が制御部１５で取り込むまでに経由する回路より、デジタル値に変換されるまでの回路数が少ない。このように、第１系統２１では、測定に用いる回路が少ないため回路の公差も少ないので、少ない誤差で高精度に測定できる。しかしながら、ＡＤＣ１１による計測間隔は、内部の回路構成等の差や信号の伝送形態の違いによって第２アイソレーション回路１３による計測間隔より長い。
【００２１】
一方、第２電圧検出結果が制御部１５に入力される間隔は、第２アイソレーション回路１３が高速応答のアイソレーション回路であるため、ＡＤＣ１１より短い間隔である。しかしながら、第２系統２２では、第２分圧回路１０２で分圧された第２電圧検出結果が、アナログ信号のまま第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４を経て制御部１５に入力される。そして、第２系統２２では、測定に用いる回路が第１系統２１より多く各回路の公差が加算されるため、誤差が第１系統２１より多くなる。
【００２２】
図２は、第１実施形態に係る制御部１５によって取得される第１電圧値及び第２電圧値の変化の一例を説明する図である。図２において、横軸はサンプリング時刻を表し、時刻ｔ１〜ｔ９はＡＤＣ１１におけるサンプリングタイミングを表す。縦軸は取得される電圧値を表す。また、波形ｇ２０１は、第１間隔で取得された第１電圧値の変化を示す波形であり、波形ｇ２０２は、第２間隔で取得された第２電圧値の変化を示す波形である。
【００２３】
制御部１５は、第１系統からの第１電圧値を時刻ｔ１〜ｔ９のタイミング（第１間隔）で取得し、第２系統からの第２電圧値をＡＤＣ１１におけるサンプリングタイミングより短いタイミング（第２間隔）で取得する。制御部１５は、第１間隔で取得した第１電圧値と、第２間隔で取得した第２電圧値とのうち少なくとも一方の値を用いて測定対象電圧の電圧値を測定する。例えば、制御部１５は、第１電圧値が得られた場合に第１電圧値を測定結果として用い、第１電圧値が得られない期間及び第１間隔よりも早い計測間隔が必要な場合においては第２電圧値を測定結果として用いる。
【００２４】
これにより、第１実施形態では、第１系統２１の測定結果である第１電圧値が得られない期間においては、第２系統２２から得られた測定結果である第２電圧値を用いることで高速に測定ができる。また、第１実施形態では、第１系統で得られた測定結果を用いることで第２系統単独よりも精度の良い測定結果が得られる。この結果、第１実施形態では、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。
【００２５】
次に、電圧測定回路１の動作として、電圧測定回路１に備えられた制御部１５の処理手順を説明する。ここでは、第１の動作例として、第１電圧値が得られた場合に第１電圧値を測定結果として用い、第１電圧値が得られない期間においては補正された第２電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明し、第２の動作例として、第１電圧値を補正値の算出にのみ使用し、補正値を用いて補正された第２電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明する。
【００２６】
（第１の動作例）
図３は、第１実施形態に係る電圧測定回路１に備えられた制御部１５の処理手順の一例（第１の動作例）を示すフローチャートである。ここで、図３（Ａ）は、測定値を取得するための測定値取得処理の一例を示し、図３（Ｂ）は、第２電圧値を補正するための補正値ΔＶを算出するための補正値算出処理の一例を示すフローチャートである。
【００２７】
初期状態では（例えば、出荷時）、第２電圧値を補正するための補正値ΔＶは初期値に設定されている。補正値ΔＶの初期値は、例えば、上述の第１系統２１と第２系統２２の各構成要素の公差を考慮して算出された設計上の第１電圧値と第２電圧値との差分から決定され、記憶部１５１に格納されている。ただし、この例に限定されず、補正値ΔＶの初期値は、この初期値による補正後の第２電圧値が第１電圧と著しく相違しないことを限度として任意に設定し得る。
【００２８】
次に説明するように、第１の動作例では、制御部１５は、図３（Ａ）に示す測定値取得処理を定常的に実施することにより第１電圧値および第２電圧値を取得し、これらの電圧値から測定値を得る。制御部１５は、上記の測定値取得処理を実施する過程で、図３（Ｂ）に示す補正値算出処理を割り込み処理として一定周期で実施する。
【００２９】
ただし、この例に限定されず、測定値取得処理で取得される第２電圧値を補正することができることを限度として、補正値算出処理は任意のタイミングで実施し得る。例えば、制御部１５は、測定対象となる電圧を発生させる装置（例えば電源装置）の起動時に補正値算出処理を実施してもよい。また、後述する第３実施形態で説明するように、制御部１５は、電圧測定精度に影響を与える温度変化量が一定値を超えたときに補正値算出処理を実施してもよい。
【００３０】
まず、図３（Ａ）を参照して測定値取得処理を説明する。
（ステップＳ１１１）制御部１５は、最初に到来する第１間隔のタイミングで第１電圧値を取得する。
（ステップＳ１１２）制御部１５は、取得した第１電圧値を測定値とする。即ち、この時点で、測定値は第１電圧値とされる。
（ステップＳ１１３）制御部１５は、第１間隔のタイミングに続いて到来する第２間隔のタイミングで第２電圧値を取得する。
【００３１】
（ステップＳ１１４）制御部１５は、取得した第２電圧値を補正値ΔＶで補正する。この場合、後述の補正値算出処理が実施されていないので、制御部１５は、補正値ΔＶの初期値で第２電圧値を補正する。そして、制御部１５は、補正値ΔＶで補正された第２電圧値を測定値とする。即ち、この時点で、測定値は、補正値ΔＶで補正された第２電圧とされる。
【００３２】
ここで、補正値ΔＶによる第２電圧値の補正は、例えば、制御部１５が第２系統２２の測定結果から第２間隔で第２電圧値を取得するときに用いるマップ（ルックアップテーブル）を書き替えることにより実施することができる。例えば、第２系統の測定結果に対応する第２電圧値として０〜４０９５のデジタル値を設定した場合、第２系統の測定結果と０〜４０９５のデジタル値との対応関係がマップに規定されている。この場合、補正値ΔＶに相当する値だけ第２電圧値を示すデジタル値が増加または減少するようにマップを書き替えることにより、第２電圧値を補正値ΔＶで補正することができる。
【００３３】
（ステップＳ１１５）制御部１５は、次の第１間隔のタイミングが到来したか否かを判定する。制御部１５は、次の第１間隔のタイミングが到来していないと判定した場合（ステップＳ１１５；ＮＯ）、ステップＳ１１３に処理を戻し、次の第２間隔のタイミングで、前回と同様に、第２電圧値を取得し（ステップＳ１１３）、この第２電圧値を補正値ΔＶで補正して測定値とする（ステップＳ１１４）。
【００３４】
制御部１５は、次の第１間隔のタイミングが到来するまで、第２間隔のタイミングで第２電圧値を繰り返し取得し、この第２電圧値を補正して得られる電圧値を測定値とする。制御部１５は、次の第１間隔のタイミングが到来したと判定した場合（ステップＳ１１５；ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に処理を戻し、上述したステップＳ１１１〜Ｓ１１５；ＹＥＳを繰り返す。
【００３５】
上述の測定値取得処理により、第１間隔のタイミングまたは第２間隔のタイミングが到来するたびに、測定値として、第１電圧値または補正された第２電圧値が得られる。ここで、第１間隔のタイミングで取得される第１電圧値は、測定精度に優れた第１系統の測定結果から取得された値であり、第２電圧値は、後述する補正値算出処理により算出された補正値ΔＶを用いて補正された値であるから、測定値の精度を改善することが可能になる。
【００３６】
次に、図３（Ｂ）を参照して補正値算出処理を説明する。
（ステップＳ１２１）制御部１５は、第１間隔のタイミングで、第１電圧値と第２電圧値の両方を取得する。取得した第１電圧値及び第２電圧値を記憶部１５１に取得した時刻と関連づけて記憶させる。
【００３７】
（ステップＳ１２２）制御部１５は、記憶部１５１に記憶された第１電圧値および第２電圧値を時系列順に読み出し、所定の電圧値範囲内である第１電圧値及び第２電圧値がＮ（Ｎは２以上の自然数）回以上連続したか否かを判定する。制御部１５は、所定の電圧値範囲内である第１電圧値及び第２電圧値がＮ回以上連続していないと判定した場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）、ステップＳ１２１に処理を戻し、所定の電圧値範囲内である第１電圧値及び第２電圧値がＮ回以上連続するまで、ステップＳ１２１を繰り返す。
【００３８】
なお、Ｎは、安定したデータが取得できていることが判定できるような回数を示す任意の値に設定される。即ち、Ｎは、第１系統２１と第２系統２２の信号伝達時間の違いが顕在化せず、第１電圧値によって示される測定対象電圧と第２電圧値によって示される測定対象電圧とが同じであることが判定できるような回数を示す値に設定される。
【００３９】
一方、制御部１５は、所定の電圧値範囲内である第１電圧値及び第２電圧値がＮ回以上連続したと判定した場合（ステップＳ１２２；ＹＥＳ）、ステップＳ１２３に処理を進め、補正値ΔＶを算出する。具体的には、制御部１５は、ステップＳ１２１において取得されたＮ回分の第１電圧値のうち、少なくとも２つの第１電圧値を用いて平均値Ｖ１を算出する。また、制御部１５は、ステップＳ１２１において取得されたＮ回分の第２電圧値のうち、少なくとも２つの第２電圧値を用いて平均値Ｖ２を算出する。そして、制御部１５は、算出した平均値Ｖ１と平均値Ｖ２の差を算出し、算出した差を補正値ΔＶとして記憶部１５１に記憶させる。
以上により、補正値算出処理が実施され、補正値ΔＶが算出される。
【００４０】
（第２の動作例）
次に、電圧測定回路１の第２の動作として、第１電圧値を補正値の算出にのみ使用し、補正値ΔＶを用いて補正された第２電圧値を測定結果として用いる場合の処理手順を説明する。第２の動作例では、上述の図３（Ａ）の測定値取得処理において、ステップＳ１１３，Ｓ１１４のみが実施され、他のステップＳ１１１，Ｓ１１２，Ｓ１１５は省略される。即ち、第２の動作例では、制御部１５は、第２間隔のタイミングで指定される一定周期で第２電圧値を取得し、第２電圧値を補正値ΔＶで補正して測定値とする。従って、第２間隔のタイミングが到来するたびに、制御部１５は、補正値ΔＶで補正された第２電圧値を測定値として得る。その他は第１の動作例と同様であり、補正値算出処理も同様である。
【００４１】
次に、制御部１５が行う具体的な補正値算出処理の一例について、図２を参照して説明する。第２間隔が、例えば第１間隔に相当する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔを１０等分した間隔Ｔ／１０であるとして、以下の具体例を説明する。
制御部１５は、時刻ｔ１、ｔ２、・・の第１間隔のタイミングで第１電圧値及び第２電圧値を取得する。また、制御部１５は、時刻ｔ１＋Ｔ／１０、ｔ１＋２Ｔ／１０、・・・、ｔ２＋Ｔ／１０、・・・、ｔ２＋９Ｔ／１０の第２間隔のタイミングで第２電圧値を取得する。
【００４２】
そして、制御部１５は、第１間隔の時刻ｔ１、ｔ２、及びｔ３のタイミングで第１電圧値及び第２電圧値を取得したのち、取得した第１電圧値及び第２電圧値それぞれが所定の範囲内であるか否かを判定する。時刻ｔ１、ｔ２、及びｔ３のタイミングで取得した第１電圧値及び第２電圧値それぞれが所定の範囲内であれば、制御部１５は、第１電圧値の平均値Ｖ１に対する第２電圧値の平均値Ｖ２の差を補正値ΔＶとして記憶部１５１に記憶させる。
時刻ｔ３以後、制御部１５は、第１間隔のタイミングで第１電圧値を測定値とし、第１間隔のタイミングと一致する第２間隔のタイミングを除き、第２間隔のタイミングで、第２電圧を補正値ΔＶで補正した値を測定値とする。
【００４３】
なお、制御部１５は、第１間隔のタイミングで取得した電圧値が変化していない回数がＮ回連続したことを検出するたびに補正値算出処理を実施し、補正値を更新するようにしてもよい。これにより、補正値を更新できるので、第２間隔のときに行う測定値の精度を高精度に保つことができる。
また、制御部１５は、上述した第２の動作例のように、補正値を取得した後、第１間隔のとき第１電圧値を取得せず第２電圧値を取得し、取得した第２電圧値を記憶部１５１に記憶させた補正値で補正した値を測定値とするようにしてもよい。この場合、補正値を算出した後にＡＤＣ１１への電圧の供給を停止することで、電圧測定回路１の消費電力を削減できる効果が得られる。
【００４４】
なお、図２に示した例では、時刻ｔ３になるまで補正値が算出されない。このような場合、制御部１５は、電圧測定回路１の起動時、測定結果がまだ得られていないため補正値が算出されていない。このため、制御部１５は、過去に電圧値を測定した際に記憶部１５１に記憶させた補正値を用いて第２電圧値を補正するようにしてもよい。これにより、起動時においても、測定精度を向上させることができる。なお、補正値が記憶部１５１に記憶されていない場合、制御部１５は、出荷時に記憶部１５１に記憶された初期値を補正値として用い、補正値が算出できたのち、算出した補正値を用いて補正するようにしてもよい。
【００４５】
次に、制御部１５が行う故障検出について説明する。
ここでは、制御部１５は、上述した測定値取得処理と補正値算出処理のほか、第１系統２１および第２系統２２の故障を検出するための処理を実施する。
図１で説明したように、第１実施形態の電圧測定回路１では、第１系統２１と第２系統２２を有しているため測定系統が二重化されている。これにより、制御部１５は、第１間隔のタイミングのとき第１電圧値及び第２電圧値を取得でき、第２間隔のタイミングのとき第２電圧値を取得できる。
【００４６】
仮に、第１系統２１が故障している場合、制御部１５は、第１間隔のタイミングのとき第２電圧値のみを取得でき、第１電圧を取得できない。または、例えば回路がショートしている故障の場合、第１電圧値がショートしたときの電圧値となるので、制御部１５は、第２電圧値と異なる電圧値を取得することになる。このため、制御部１５は、第１間隔で第１電圧値及び第２電圧値が両方とも取得できているか確認し、取得した値同士を比較する。比較した結果、第１電圧値と第２電圧値との電圧差または電圧比が、所定の値以上の場合、制御部１５は、電圧検出部１０に故障が発生していると判定する。さらに、制御部１５は、予め定められた期間、第１電圧値と第２電圧値の変化を監視し、一方の電圧値が変化し、他方が変化していない場合、変化していない系統に故障が発生していると判定する。
【００４７】
なお、制御部１５は、図２で説明した例のように、第１系統２１と第２系統２２との間の測定値を取得できるまでの時間に遅延が発生する場合、この遅延も考慮して監視を行う。例えば、遅延が図２に示した例のように時刻（ｔ５−ｔ３）の場合、図３（Ｂ）で説明したように、Ｎ回分の第１電圧値と第２電圧値を監視することで、第１電圧値が変化しておらず、かつ第２電圧値も変化してない電圧が安定している期間であると見なせる。これにより、第１系統２１と第２系統２２との間に、信号伝達時間（遅延量）の違いがあっても、この信号伝達時間の違いを考慮して補正を行うことができるので、高精度な測定を行うことができる。
【００４８】
また、制御部１５は、予め定められている期間、第１電圧値または第２電圧値のいずれかが取得できない場合、取得できない系統に故障が発生していると判定する。なお、予め定められている期間とは、例えば１秒間である。
制御部１５は、故障が発生していると判定した場合、制御部１５に接続される不図示の報知部に報知することで、電圧測定回路１の利用者に報知するようにしてもよい。また、制御部１５は、一方に故障が生じたことを検知した場合、故障が発生していない系統の電圧値のみを測定して測定値として用いるようにしてもよい。
【００４９】
以上のように、第１実施形態の電圧測定回路１は、測定対象の電圧を検出し、電圧を第１電圧検出結果および第２電圧検出結果として出力する電圧検出部１０と、第１電圧検出結果に対応する第１電圧値を第１間隔で取得し、第２電圧検出結果に対応する第２電圧値を第１間隔より短い第２間隔で取得し、第１電圧値と第２電圧値とに基づいて測定対象の電圧値を測定する制御部１５と、電圧検出部と制御部との間に設けられ、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第１電圧検出結果を第１電圧値として出力する第１アイソレーション回路１２と、第１アイソレーション回路とは異なる系統であり、電圧検出部と制御部との間に設けられ、電圧検出部と制御部との間を電気的に絶縁し、第２電圧検出結果を第２電圧値として出力する第２アイソレーション回路１３と、を備える。
【００５０】
この構成によって、第１実施形態の電圧測定回路１によれば、第１間隔のとき、電気的に絶縁された第１電圧値を測定値とし、第２間隔のとき、電気的に絶縁された第２電圧値を測定値とすることで、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定、すなわち、第２電圧値を得ることで高速に測定することができ、第１電圧値を得ることで精度良く測定することができる。
【００５１】
また、この構成によって、第１実施形態では、第１電圧値の取得できるタイミングが、ＡＤＣ１１の性能等によって第２の間隔より長い場合であっても、第１系統２１で測定できない期間、第２系統２２を用いて第２電圧値を取得できる。この結果、第１実施形態では、第１の間隔においては第１電圧値を取得でき、第１電圧値を取得できない期間において、第２間隔のときに取得した第２電圧値を取得できるので、精度良く測定することができる。
【００５２】
さらに第１実施形態では、第２間隔で取得された第２電圧値を、第１間隔で取得された第１電圧値に基づいて補正することで、測定対象の電圧値を測定する。上述したように、第１電圧値の精度は、第２電圧値より高い。このため、第１系統２１に用いる回路（第１分圧回路１０１、ＡＤＣ１１、及び第１アイソレーション回路１２）に温度特性の良い回路及び部品を使用し、第２系統２２に用いる回路（第２分圧回路１０２、第２アイソレーション回路１３、及びバッファ増幅回路１４）には、第１系統２１に用いる回路より温度特性の低いものを用いてもよい。これにより、第２系統２２に用いる回路のコストを低減することができ、電圧測定回路１のコストの上昇を抑制することができる。
【００５３】
また、この構成によって、第１実施形態によれば、第２系統２２の回路の公差による誤差が発生する場合であっても、第２電圧値を、精度の良い第１電圧値を用いて算出した補正値によって補正することによって、精度良く測定することができる。
【００５４】
また、第１実施形態によれば、第２電圧値を、補正値を用いて補正することができるので、温度特性による変化が生じても、電圧測定回路１によって測定値を補正することができる。このように、第１実施形態によれば、例えば電圧測定回路１の製造時に電圧測定回路１の第２系統２２に用いる回路の温度特性による誤差等を測定することが不要になる。この結果、第１実施形態によれば、電圧測定回路１の製造時の検査工数等も削減できる効果が得られる。
【００５５】
さらに、第１実施形態によれば、電圧検出部１０が第１分圧回路１０１と第２分圧回路１０２を備えているので、制御部１５は、第１系統２１または第２系統２２のいずれか一方に故障が生じたことを検知することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る電圧測定回路１Ａの構成例を示す図である。図４に示すように、電圧測定回路１Ａは、電圧検出部１０Ａ、ＡＤＣ１１、第１アイソレーション回路１２、第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４、及び制御部１５を備える。また、電圧検出部１０Ａは、第１分圧回路１０１Ａを備える。制御部１５は、記憶部１５１を備える。なお、第１実施形態で説明した電圧測定回路１と同様の機能を有する構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
【００５７】
制御部１５は、２系統の回路を介して、測定対象の電圧（高電圧）を発生させるスイッチング電源装置の出力部と接続されている。第１系統２１は、第１分圧回路１０１Ａ、ＡＤＣ１１、第１アイソレーション回路１２を含む。第２系統２２Ａは、第１分圧回路１０１Ａ、第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４を含む。電圧測定回路１Ａの構成要素のうち、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素（第１分圧回路１０１Ａ、ＡＤＣ１１）は、第１アイソレーション回路１２により低電圧側回路の要素（制御部１５）と電気的に絶縁されている。また、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素（第１分圧回路１０１Ａ）は、第２アイソレーション回路１３により低電圧側の回路要素（バッファ増幅回路１４、制御部１５）と電気的に絶縁されている。
【００５８】
第１分圧回路１０１Ａは、スイッチング電源装置の出力部から入力された電圧を分圧し、分圧した電圧を第１電圧検出結果としてＡＤＣ１１に出力し、分圧した電圧を第２電圧検出結果として第２アイソレーション回路１３に出力する。
第２アイソレーション回路１３は、第１分圧回路１０１Ａから入力された第２電圧検出結果を高電圧側回路と低電圧側回路とを絶縁して、バッファ増幅回路１４に出力する。
【００５９】
制御部１５が行う処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第１実施形態で説明した電圧測定回路１と電圧測定回路１Ａとの差異は、第１系統２１と第２系統２２のそれぞれが分圧回路を設けるか、１つの分圧回路を共有するかの点である。ここで、第２実施形態においても、制御部１５は、第１系統２１、第２系統２２Ａの第１分圧回路１０１Ａ以外の回路に故障が生じた場合には、これらの故障が発生したことを検知できる。そして、制御部１５は、故障が発生していない系統の電圧値のみを測定して測定値として用いることで、測定を継続することができる。
【００６０】
この構成によって、第２実施形態の電圧測定回路１Ａによれば、第１間隔のとき、電気的に絶縁された第１電圧値を測定値とし、第２間隔のとき、電気的に絶縁された第２電圧値を測定値とすることで、電気的に絶縁される測定対象物の電圧値を、高速かつ精度良く測定することができる。
また、第２実施形態においても、第１間隔で取得された高精度の測定値を用いて、第２間隔で高速に測定された測定値を補正できる。これにより、第２実施形態によれば、測定対象の電圧値を高精度かつ高速に測定することができる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係る電圧測定回路１Ｂの構成例を示す図である。図５に示すように、電圧測定回路１Ｂは、電圧検出部１０、ＡＤＣ１１、第１アイソレーション回路１２、第２アイソレーション回路１３、バッファ増幅回路１４、制御部１５Ｂ、及び温度センサ１６を備える。また、電圧検出部１０は、第１分圧回路１０１及び第２分圧回路１０２を備える。制御部１５は、記憶部１５１を備える。なお、第１実施形態で説明した電圧測定回路１と同様の機能を有する構成には同じ符号を用いて説明を省略する。
【００６２】
第１実施形態及び第２実施形態では、所定の範囲内の電圧値が取得できたときに補正値を算出する例を説明した。このような補正値の算出は、所定の範囲内の電圧値が取得できたとき毎に行うことで、より精度の良い測定ができるが、測定に要する消費電力も要する。また、補正値は、温度が変化しない場合、大きく変化しない場合もある。このため、第３実施形態では、温度センサ１６によって得られた検出結果に応じて、制御部１５Ｂが補正値を算出する例を説明する。
【００６３】
温度センサ１６は、電圧測定回路１Ｂ内に取り付けられている。温度センサ１６は、電圧測定回路１Ｂ内の温度を測定し、測定した温度を表す情報を温度情報として制御部１５Ｂに出力する。なお、温度センサ１６は、温度によって測定値に誤差が生じやすい回路部の近くに取り付けられていてもよい。
【００６４】
制御部１５Ｂは、温度センサ１６から入力された温度情報を取得する。なお、温度情報を取得するタイミングは、第１間隔または第２間隔と同じタイミングであってもよく、異なっていてもよい。また、温度情報を取得するタイミングは、例えば１秒毎、１分毎等の所定の時間間隔であってもよい。また、制御部１５Ｂは、第１電圧値を第１間隔で取得する。制御部１５Ｂは、第１間隔より短い第２間隔で第２電圧検出結果を取得し、取得した第２電圧検出結果（アナログ値）を第２電圧値（デジタル値）に変換する。制御部１５Ｂは、所定の期間において取得した前記温度情報によって表される温度が基準範囲外である場合に、温度が変化したと判定して補正値を算出する。
【００６５】
より具体的に、制御部１５Ｂは、予め定められている期間、温度情報を取得し、取得した温度情報の中から最大値と最小値とを抽出する。制御部１５Ｂは、抽出した最大値を最小値との差が所定の値以上である場合に温度が変化したと判定し差が所定の値未満である場合に温度が変化していないと判定する。そして、制御部１５Ｂは、温度が変化していると判定した場合、補正値を算出し直して、算出した補正値を記憶部１５１に記憶させる。予め定められている期間とは、例えば１分であり、所定の値のとは、例えば１０度である。例えば、制御部１５Ｂは、１分間に得られた温度の最大値と最小値との差が１０度以上の場合、温度が変化したと判定して補正値を再算出し、１分間に得られた温度の最大値と最小値との差が１０度未満の場合、温度が変化していないと判定して補正値を算出しない。
【００６６】
次に、制御部１５Ｂが行う処理の一例について説明する。図６は、第３実施形態に係る制御部１５Ｂの処理手順のフローチャートであり、補正値を算出するための処理フローを示す。図６において、ステップＳ２０４による補正値算出処理は、前述の第１実施形態の図３（Ｂ）に示すステップＳ１２１〜Ｓ１２３による補正値算出処理と同一である。従って、第３実施形態による補正値を算出するための処理は、第１実施形態の補正値算出処理に、図６に示すステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３を付け加えた処理に相当する。
【００６７】
図６に示すフローを説明する。
（ステップＳ２０１）制御部１５Ｂは、温度センサ１６から入力された温度情報を取得する。
（ステップＳ２０２）制御部１５Ｂは、予め定められている期間が経過したか否かを判定する。制御部１５Ｂは、予め定められている期間が経過したと判定した場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、ステップＳ２０３に処理を進め、予め定められている期間が経過していないと判定した場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、ステップＳ２０１に処理を戻す。
【００６８】
（ステップＳ２０３）制御部１５Ｂは、予め定められている期間に取得した温度情報から最大値と最小値を抽出し、抽出した最大値を最小値との差が所定の範囲以上であるか否かを判定する。制御部１５Ｂは、差が所定の範囲以上である場合、温度が変化したと判定し（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、ステップＳ２０４に処理を進め、差が所定の範囲未満である場合、温度が変化していないと判定し（ステップＳ２０３；ＮＯ）、ステップＳ２０１に処理を戻す。
（ステップＳ２０４）制御部１５Ｂは、前述した第１実施形態と同様に、図３（Ｂ）に示すステップＳ１２１〜Ｓ１２３を実施し、補正値ΔＶを算出する。
【００６９】
以上のように、第３実施形態では、測定結果に影響を及ぼす温度変化が発生した場合、第１電圧値及び第２電圧値を取得し、補正値を算出する。一方、第３実施形態では、温度が変化していない場合、記憶部１５１に記憶されている補正値を用いて、第２電圧値を補正することで測定を行う。これにより、温度が変化した場合に再度補正値を算出し直すので、温度変化が生じた場合でも精度良く測定を行うことができる。また、補正値の算出を、例えば第１間隔の周期で行う場合と比較して、補正値算出処理を行う頻度を低減することができるので、消費電力を低減することができ、また、制御部１５の処理の負担を軽減することができる。
なお、第３実施形態では、第１実施形態で説明した電圧測定回路１が温度センサ１６を備える例を説明したが、第２実施形態で説明した電圧測定回路１Ａが温度センサ１６を備えていてもよい。
【００７０】
また、第３実施形態では、温度が変化したと検出されたときに補正値を算出して記憶部１５１に記憶させる例を説明したが、これに限られない。例えば、制御部１５Ｂは、補正値を第１実施形態と同様のタイミングで算出し、算出した補正値を温度が変化したと検出できた場合に記憶部１５１に記憶させるようにしてもよい。
【００７１】
なお、第１〜第３実施形態では、電圧測定回路１、１Ａ、１Ｂの測定対象が、測定対象の電圧（高電圧）を発生させるスイッチング電源装置の出力側である出力部である例を説明したが、これに限られない。例えば、スイッチング電源装置において供給する電力を生成するために電力が入力される側である入力部であってもよく、電源装置の方式もスイッチング方式以外であってもよい。測定対象は、絶縁する必要があるシステムにおける精度良く測定したい電圧値であればよい。例えば、測定対象となる電源装置側にノイズが多い場合、本発明の電圧測定回路１、１Ａ、１Ｂを用いて測定を行うことで、ノイズの多い測定対象側と、測定を行う側を絶縁できる効果も得られる。
【００７２】
また、第１〜第３実施形態では、第１アイソレーション回路１２及び第２アイソレーション回路１３の構成例としてフォトカプラを含んで構成される例を説明したが、これに限られない。第１アイソレーション回路１２及び第２アイソレーション回路１３は、測定対象側に配置される高電圧側回路の要素と、低電圧側回路の要素と電気的に絶縁するものであればよい。
【００７３】
なお、第１〜第３実施形態で説明した電圧測定回路１（または１Ａ、１Ｂ）において制御部１５（または１５Ｂ）の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ，１Ｂ…電圧測定回路、１０，１０Ａ…電圧検出部、１１…ＡＤＣ、１２…第１アイソレーション回路、１３…第２アイソレーション回路、１４…バッファ増幅回路、１５，１５Ｂ…制御部、１０１，１０１Ａ…第１分圧回路、１０２…第２分圧回路、１５１…記憶部。
【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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