(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号源の信号を増幅し、トランスを介して電圧を供試物に印加し、流れる電流を計測して合否を判断する耐電圧試験装置において、
電流検出手段と増幅手段を備え、前記電流検出手段で検出した信号を前記増幅手段で増幅し、
演算手段を設け、前記演算手段で制御される第１の選択手段と第２の選択手段を備え、
前記増幅手段の複数の出力信号を前記第１の選択手段と前記第２の選択手段で各々選択し、
第１の直流化手段と第２の直流化手段及び比較手段とＤ／Ａ変換手段を設け、前記第１の選択手段で選択した信号を前記第１の直流化手段で直流化し、前記比較手段の一方に入力し、他方には前記演算手段からの信号を前記Ｄ／Ａ変換手段で変換して入力し、所定の出力信号を得、
Ａ／Ｄ変換手段を設け、
前記第２の選択手段で選択した信号を前記第２の直流化手段で直流化し前記Ａ／Ｄ変換手段でディジタル値化し、前記演算手段で演算することを特徴とする耐電圧試験装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は供試物に交流電圧を印加して供試物に流れる電流を検出し、該電流値から耐電圧特性を判定する耐電圧試験装置に関し、特に電流測定の応答速度に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐電圧試験装置は、各種安全規格（ＪＩＳ規格、ＵＬ規格、ＣＳＡ規格など）に合致するかを、それらの規格上で要求される交流の高電圧を供試物に一定時間印加して、該供試物の耐電圧性能を判定する試験装置であり、その良否判定は供試物に流れる電流を測定することにより行われる。
そしてその合否は、通常電流検出器にて検出され電流値をＩｏとすると、
Ｉｏ＞指定電流
のとき、該耐圧試験装置は当該供試物を不良と判定し、出力電圧の印加を遮断すると共に、不良である旨の表示を行うようにしている。
ここで「指定電流」とは、供試物の合否判定の基準となる電流値を言い、
その値は印加電圧や印加時間等と共に定めるもので、例えば１ｋＶの印加電圧に対し１０ｍＡである場合、電圧を印加した結果流れる電流が９ｍＡであれば合格、１０ｍＡ以上であれば印加電圧を遮断し、不合格と判断する。
【０００３】
このような供試物の合否判定を行う電流測定方式には、電流測定範囲を０．１ミリアンペア（ｍＡ）（ｒｍｓは以下省略する）から１００ｍＡまでとした場合、例えば１、１０、１００ｍＡレンジ（フルスケール時）等の中から該供試物の指定電流の値に応じて操作者が当該指定電流値の測定できるレンジに手動で切換える方式と、電流を流すと自動的に測定レンジを選択し求める電流値を出力する自動レンジ切換（以下「オートレンジ」と言う。）方式が一般的である。
【０００４】
図２は、オートレンジ方式における従来技術の電流測定回路の一例をブロック図で示したもので、以下にその動作を説明する。
電力増幅器Ｐａにて電力増幅された交流信号源からの５０又は６０Ｈｚの信号によりトランスＴの１次側巻線を励磁し、該トランスの２次側巻線から所望の出力電圧Ｖｏを得る。
該電圧Ｖｏを、出力端子Ｔａ−Ｔｂ間に接続された抵抗Ｒｔから成る供試物２に印加して該供試物に流れる電流Ｉｏを電流検出器４０にて検出する。
この電流検出器にて検出された交流電圧は、×１増幅器５と×１０増幅器６と×１００増幅器７の各々の増幅器に入力され、各々の増幅器の出力は、オートレンジ切換スイッチＳａ（以下「スイッチＳａ」と言う。）のステータ端子に接続されている。
【０００５】
今スイッチＳａのロータ端子が×１０増幅器６の出力が選択されている場合、×１０増幅器６の交流出力が差動増幅器（Ｄｅｆｆ）３で増幅され、次段の絶対値変換回路８及びローパスフィルタ９で直流化され、Ａ／Ｄ変換器１０でディジタル値に変換され、演算器１１（ＣＰＵ）に入力される。
演算器１１は入力されたディジタル値が、スイッチＳａが現選択している測定レンジのフルスケール値を超えているか否かを判定し、フルスケール値を超えていると判定したときにはフルスケール値を超えない測定レンジ即ち×１００増幅器７の出力を選択する信号をスイッチＳａのロータ端子に出力する。
電流検出器４０にて検出される電流値が減少し、×１増幅器５の出力が最適と演算器１１が判定すると、該演算器１１は×１増幅器５の出力を選択する信号をスイッチＳａのロータ端子に出力する。
このようにして、演算器１１は測定しているレンジを認識した上現測定している電流値を割り出し、スイッチＳａが最適レンジを選択するように切換える制御をして測定レンジのオートレンジ化を実現している。
図３は、従来技術によるオートレンジ方式の電流測定回路の具体的な切換え動作を図示したもので、以下にその説明をする。
【０００６】
図３（Ａ）は、１ｍＡ、１０ｍＡ及び１００ｍＡの３レンジの電流測定レンジから成る一例の場合における切換動作を図に示したものである。
なお、同図に示すフルスケール（Ｆ．Ｓ）１０Ｖは、ローパスフィルタ９の出力電圧であり、各電流レンジにおける測定電流値を最大１０Ｖまでの直流電圧に変換していることを示している。
電流値が上昇し該ローパスフィルタ９の出力電圧が１０Ｖに達すると次の低感度のレンジに切換わり、逆に電流値が低下すれば所定の切換点で前の高感度のレンジに切換わるように動作する。
例えば、供試物２のＲｔに印加する電圧Ｖｏを変化させ、電流Ｉｏを０から上昇させると同図（Ａ）の左下のａからｂに向って電流は上昇しｂ点でＦ．Ｓ１０Ｖに達し１ｍＡフルスケールのレンジ１から１０ｍＡのレンジ２、ｃに切換わり、更にｃからｄに向って上昇するとｄ点で次の１００ｍＡのレンジ３、ｅに切換わり、ｅからｆに向って上昇する。
逆に下降する場合、ｆから下降しｅ点を通り越してｇ点で前の１０ｍＡのレンジ２、ｈに切換わり、上昇と下降では切換わり点を変えることにより、電流値が切換り点に留まった時に起すハンチング現象（レンジ間を行ったり来たりする現象）を避けている。
ｉ及びｇ点は各々上のレンジから下のレンジに切換わる切換点である。
今電流Ｉｏがゼロの状態から急に２０ｍＡの電流を流したとすると、演算器１１からレンジ３の指示が発せられ、ローパスフィルタ９の出力電圧はレンジ１のａ点に留まっていた０Ｖの状態からｂ，ｃ，ｄ，ｅを通りレンジ３の電圧２Ｖの点で停止するように動作する。
なお、レンジ１からレンジ３は図２に示したオートレンジ切換スイッチＳａのステータ端子１から３に対応しており、また流した電流値がどのレンジに入るかはローパスフィルタ９の出力電圧と、ａからｆまでの点のどの点を通過して上昇、または降下したかを演算器１１が読みとりレンジを認識して電流値を換算している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オートレンジによる電流測定には以下の問題がある。
即ち、供試物２に対し高電圧のストレスを必要最小限に押えたい場合、供試物２が最初から破損している場合及び供試物２に高電圧を印加している途中で破損した場合、これらの状態の電流を可能な限り短時間で検出し、印加電圧Ｖｏを遮断する必要があり、このような場合、
例えば検出電流Ｉｏが１００ｍＡとすると、最初ローパスフィルタ９の出力電圧は１ｍＡのレンジの０Ｖからスタートし１０Ｖのフルスケールの値に達し、次の１０ｍＡのレンジに切換えられ１０Ｖに至り、更に次の１００ｍＡのレンジに入りかつフルスケールの１０Ｖの点に到達して初めて電流値が測定されることになる。
【０００８】
この場合、レンジの端から端まで動作する間供試物２には高圧が印加され続け、その結果供試物２を劣化させたり焼損したり、半導体の場合は破損することもあり、後の不良品解析に支障が出てくることにもなる。
即ちオートレンジ方式の場合、電圧を印加してから電流値が測定され不合格の場合、印加電圧Ｖｏを遮断するまでに時間が掛り過ぎる問題がある。
【０００９】
遅れ時間の要因は、ローパスフィルタ９が構成する時定数で決定されいることにあり時定数を減じれば良いが、測定電流値の精度を向上させる為にはリップルを低減させることが不可欠である。
具体的には絶対値変換回路８の出力信号（通常１００〜１２０Ｈｚの両波整流波形）を時定数の大きいローパスフィルタ９で直流電圧にする必要があり、それを実現すると時定数が原因して測定時間が長くなり、測定電流の精度向上と測定時間の短縮は両立しない。
実際にオートレンジの時間遅れの様子を図３（Ｂ）に示し、また時間遅れの原因となっているτ１からτ３までを以下に整理することができる。
▲１▼各レンジのフルスケールｂ、ｄ、ｆに達するまでの遅れ、τ１
▲２▼フルスケールから次のレンジｃ、ｅに切換わる時点の遅れ、τ３
▲３▼前のレンジからｈ、ｊに戻る時に発生する遅れ、τ２
これらの時間遅れの原因はローパスフィルタ９の時定数によるものであること及び不可欠な容量の為問題を解決する為にローパスフィルタ９を取除くことはできないことは既に述べた。
また使用している容量の値を減じると電流測定値の精度（電圧変換精度）を低下させることになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、交流信号源の信号を増幅し、トランスを介して電圧を供試物に印加し、流れる電流を計測して合否を判断する耐電圧試験装置において、
電流検出手段と増幅手段を備え、前記電流検出手段で検出した信号を前記増幅手段で増幅し、
演算手段を設け、前記演算手段で制御される第１の選択手段と第２の選択手段を備え、
前記増幅手段の複数の出力信号を前記第１の選択手段と前記第２の選択手段で各々選択し、
第１の直流化手段と第２の直流化手段及び比較手段とＤ／Ａ変換手段を設け、前記第１の選択手段で選択した信号を前記第１の直流化手段で直流化し、前記比較手段の一方に入力し、他方には前記演算手段からの信号を前記Ｄ／Ａ変換手段で変換して入力して所定の出力信号、即ち遮断信号を得、供試物の印加電圧を遮断するように動作させる。
次にＡ／Ｄ変換手段を設け、
前記第２の選択手段で選択した信号を前記第２の直流化手段で直流化し前記Ａ／Ｄ変換手段でディジタル値化し、前記演算手段で演算することにより目的を達成する耐電圧試験装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の例をブロック図により示したものである。
１は耐電圧試験装置の出力部及び本発明が構成されている部分を示している。
今、交流信号源から５０または６０Ｈｚの信号を増幅器Ｐａで増幅し、トランスＴ１の１次側巻線を励磁して２次側巻線から所定の出力電圧Ｖｏを電流検出器４０を介して出力端子Ｔａ−Ｔｂ間に出力し、供試物２のＲｔに印加し出力電流Ｉｏを得る。
本発明の基本構成を、以下に大別すると、
（１）まず、演算器１１で制御される遮断電流設定レンジスイッチＳｍ（以下「スイッチＳｍ」と言う）の切換制御と、後続の絶対値変換回路８、容量Ｃ９、比較器２２、及び同様に演算器１１で制御されるＤ／Ａ変換器２３から構成され、例えば供試物２にパルス状の大きな電流が流れた場合、時間遅延することなく当該電流を検出し、供試物２の印加電圧Ｖｏをオフにし電流を遮断して破損或はストレスによる劣化を最小限に食止めるように働く。
（２）同様に演算器１１で制御されるスイッチＳａと、絶対値変換回路８、ローパスフィルタ９、Ａ／Ｄ変換器１０から構成するオートレンジ電流測定部で供試物２の電流を高精度で測定し合否の判定を行う部分である。
また同図において両者に兼用されている電流検出器４０及び電流増幅器５、６、７は各々独立して構成しても良く、特に限定するものではない。
以下に（１）、（２）を詳述する。
【００１２】
供試物２に流れる電流Ｉｏは電流検出器４０で検出され、検出した信号を１ｍＡフルスケールの×１増幅器５と１０ｍＡフルスケールの×１０増幅器６または１００ｍＡフルスケールの×１００増幅器７で増幅し、各々の増幅器の出力信号をスイッチＳｍの１から３のステータ端子へ接続する一方、同様に出力信号をスイッチＳａの１から３のステータ端子へ接続する。
また、各ステータの１から３は１ｍＡから１００ｍＡの電流測定レンジに対応している。
更に×１増幅器５から×１００増幅器７の出力信号を、スイッチＳｍとスイッチＳａに供給し兼用する増幅器としているが、各々独立して設けることもできることは既に述べた。
【００１３】
供試物２のＲｔに所定の電圧Ｖｏを印加すると流れる電流Ｉｏの大きさから、演算器１１に予め入力されている指定電流及び組込まれたソフトウエアにより該当するスイッチはＳｍによりレンジが選択され、選択された増幅器の出力信号はスイッチＳｍのロータ端子を介して絶対値変換回路８で整流され、当該整流出力は、フィルタの時定数を必要最小限の容量のコンデンサＣ、１２で平滑して直流化する。
最小容量のコンデンサとする理由は、供試物２に指定電流を大きく超える電流が流れたとき、当該電流を時間遅れすることなく検出し、検出した信号により高速で印加電圧Ｖｏを遮断する目的のためである。
前述したようにフィルタの時定数が少ないと電流の測定精度が劣化するが、この場合検出する電流は瞬間的な大きな電流でしかなく、支障はない。
次にコンデンサＣ、１２で直流化した信号は比較器２２の一方に入力し、他方に入力される基準電圧Ｖｒｅｆと比較し遮断信号を出力して、例えば図示していないが交流信号源の信号出力をオフにし、増幅器Ｐａの入力信号を断ち供試物２の印加電圧Ｖｏを遮断する。
指定電流を大きく超える電流とは、既に演算器１１に入力した指定電流に対し例えば＋１０〜２０％の電流値で、演算器１１からスイッチＳｍに切換制御信号が出力されて当該電流を検出する為のレンジが自動的に設定され、またＤ／Ａ２３を介して比較器２２の基準電圧Ｖｒｅｆを設定し、比較器２２の出力信号で前述の交流信号源をオフにして印加電圧Ｖｏを素早く遮断するように動作させる。
この場合、合否判定は不合格であるが、供試物２に与えるストレスを軽減し劣化を押え、或は半導体の破損を防止することができる効果を奏することができる。
【００１４】
上記の大きな電流が流れることが無い場合は、以下のオートレンジ方式により電流測定が行われ、合否を判断する。
供試物２のＲｔに流れる電流Ｉｏの大きさからスイッチＳａによりレンジが選択され、選択された×１増幅器５から×１００増幅器７の何れかの出力信号はスイッチＳａのロータ端子を介して絶対値変換回路８で整流され、ローパスフィルタ９で直流化するが、測定する電流の値の精度を上げる為、充分にフィルタ効果を得ることができる時定数で平滑し、リップル含有率を下げ、次段のＡ／Ｄコンバータ１０でデジタル値化した後、演算器１１に入力して、高精度の電流値を測定する。
測定した結果指定電流値を超えなければ合格、少しでも超えれば同様に電流を遮断し不合格の判断をし、また電流値の表示をするように動作する。
なお、絶対値変換回路８の一実施例を図４（Ａ）に、ローパスフィルタ回路９を（Ｂ）に示すが、その詳細な回路動作の説明は省略する。
【００１５】
【発明の効果】
供試物に流れる指定電流を超える電流を高速で検出し、供試物の印加電圧を遮断し、破損またはストレスによる劣化を最小限に止める機能を有し、更に高精度の電流測定と合否判断機能を有し、それらの表示をする、両機能を実現した耐電圧試験装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の一実施例を示す図である。
【図２】は従来技術の実施例を示す図である。
【図３】（Ａ）はオードレンジの動作を示す図である。
（Ｂ）はオードレンジの時定数の影響を示す図である。
【図４】（Ａ）は絶対値変換回路の一実施例を示す図である。
（Ｂ）はローパスフィルタの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１：出力部
２：供試物
３：差動増幅器
５：×１増幅器
６：×１０増幅器
７：×１００増幅器
８：絶対値変換回路
９：ローパスフィルタ
１０：Ａ／Ｄ変換器
１１：演算器（ＣＰＵ）
１２：Ｃ（容量）
２２：比較器（Ｃｏｍｐ．）
２３：Ｄ／Ａ変換器
４０：電流検出器
Ｐａ：増幅器
Ｔ１：トランス
Ｔａ，Ｔｂ：出力端子
Ｒｔ：供試物の抵抗体
Ｖｏ：出力電圧
Ｉｏ：出力電流
Ｓａ：オートレンジ切換スイッチ
Ｓｍ：遮断電流レンジ設定スイッチ
Ｖｒｅｆ：基準電圧
【図１】
0004092718.tif 000002
【図２】
0004092718.tif 000003
【図３】
0004092718.tif 000004
【図４】
0004092718.tif 000005