(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験電源を定電力で放電させる定電力負荷装置において、被試験電源の電圧を分圧しその分圧された電圧と所定の基準電圧との差動電圧を得る電圧変換回路部と、
前記被試験電源の電流を制御する電流制御回路部と、
この電流制御回路部により制御される電流に応じた電圧を得る電流変換回路部と、
前記電圧変換回路部により得られる第１の電圧と前記電流変換回路部により得られる第２の電圧とが一致するように前記電流制御回路部を動作させる総合制御回路部と、
を具備したことを特徴とする定電力負荷装置。
【請求項２】
電圧変換回路部により得られる第１の電圧が所定電圧以上に上昇するのを抑制する第１の保護回路部をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載の定電力負荷装置。
【請求項３】
被試験電源の温度の上昇に応じて電圧変換回路部により得られる第１の電圧を降下させる第２の保護回路部をさらに具備したことを特徴とする請求項１または２記載の定電力負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池等の電池や無停電電源装置等の容量試験に用いられる定電力負荷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鉛蓄電池を駆動源とする装置を取扱っている企業体等では、予備として用意している鉛蓄電池の容量試験を定期的に行なって、実用に耐えない電池を装置に組み込んでしまうミスを未然に防ぐ必要がある。
【０００３】
従来、この種の電池の容量試験方法としては、実際に組み込まれる装置を模擬した負荷装置を用意し、この負荷装置に対して電池を放電させ、そのときの電圧を確認する方法が知られていた。
【０００４】
このため、実際に電池が組み込まれる装置が定電力負荷の装置であった場合には、定電力の負荷装置を用意し、この定電力負荷装置を用いて電池の容量試験を行なっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、精度のよい定電力負荷を得るには複雑な制御が必要となるため、従来の定電力負荷装置は回路構成が複雑でコストの高いものしかなく、低コストの定電力負荷装置が望まれていた。
【０００６】
そこで本発明は、回路構成が簡単で低コストの定電力負荷装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の定電力負荷装置は、被試験電源の電圧を分圧しその分圧された電圧と所定の基準電圧との差動電圧を得る電圧変換回路部と、被試験電源の電流を制御する電流制御回路部と、この電流制御回路部により制御される電流に応じた電圧を得る電流変換回路部と、電圧変換回路部により得られる第１の電圧と電流変換回路部により得られる第２の電圧とが一致するように電流制御回路部を動作させる総合制御回路部とを備えたものである。
【０００８】
このものにおいて、電圧変換回路部により得られる第１の電圧が所定電圧以上に上昇するのを抑制する第１の保護回路部をさらに備えるとよい。
【０００９】
また、被試験電源の温度の上昇に応じて電圧変換回路部により得られる第１の電圧を降下させる第２の保護回路部をさらに備えると安全である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
はじめに、請求項１及び２に対応した第１の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１１】
図１はこの第１の実施の形態における定電力負荷装置の要部構成を示す回路図であって、この定電力負荷装置は、被試験電源１の正極及び負極がそれぞれ接続される一対の電源接続端子２ａ，２ｂを備えている。そして、この一対の電源接続端子２ａ，２ｂ間を結ぶ線路に、試験開始時にオン操作されるスイッチＳＷと、前記被試験電源１の電流Ｉ０を検出するための電流検出抵抗Ｒ０とを介挿している。
【００１２】
この定電力負荷装置は、正極側の電源接続端子２ａに前記スイッチＳＷを介して抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路の一端を接続し、該直列回路の他端を接地している。また、基準電源電圧Ｖｒ（例えば＋５ボルト）の基準電源３に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の直列回路の一端を接続し、該直列回路の他端を接地している。そして、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点を第１のオペアンプＯＰ１の負（−）側入力端子に接続し、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点を同オペアンプＯＰ１の正（＋）側入力端子に接続している。さらに、第１のオペアンプＯＰ１の出力端子を、抵抗Ｒ５を介して同オペアンプＯＰ１の負側入力端子に接続するとともに、抵抗Ｒ６を介して第２のオペアンプＯＰ２の正側入力端子に接続している。
【００１３】
この定電力負荷装置は、前記電流検出抵抗Ｒ０の両端のうち、電流入力側を抵抗Ｒ７を介して第３のオペアンプＯＰ３の正側入力端子に接続し、電流出力側を抵抗Ｒ８を介して同オペアンプＯＰ３の負側入力端子に接続している。また、第１のオペアンプＯＰ１の出力端子を、抵抗Ｒ９を介して同オペアンプＯＰ３の負側入力端子に接続するとともに、抵抗Ｒ１０を介して前記第２のオペアンプＯＰ２の負側入力端子に接続している。
【００１４】
この定電力負荷装置は、前記基準電源３に抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の直列回路の一端を接続し、該直列回路の他端を接地している。そして、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点を前記第２のオペアンプＯＰ２の負側入力端子に接続している。また、第２のオペアンプＯＰ２の出力端子を、コンデンサＣ１を介して同オペアンプＯＰ２の負側入力端子に接続するとともに、抵抗Ｒ１３を介してＮＰＮ型の第１のトランジスタＱ１のベースに接続している。
【００１５】
この定電力負荷装置は、前記一対の電源接続端子２ａ，２ｂ間を結ぶ線路に介挿されたスイッチＳＷと電流検出抵抗Ｒ０との間に、ＰＮＰ型の第２のトランジスタＱ２を介挿している。具体的には、該第２のトランジスタＱ２のエミッタをスイッチＳＷに接続し、コレクタを電流検出抵抗Ｒ０に接続している。また、該第２のトランジスタＱ２のエミッタ，ベース間を抵抗Ｒ１４を介して接続し、コレクタ，ベース間をコンデンサＣ２を介して接続している。さらに、該第２のトランジスタＱ２のベースを、抵抗Ｒ１５及び前記第１のトランジスタＱ１のコレクタ，エミッタを順に介して電流検出抵抗Ｒ０に接続している。
【００１６】
この定電力負荷装置は、前記スイッチＳＷと第２のトランジスタＱ２のエミッタとを結ぶ線路に第１のツェナダイオードＺＤ１のカソードを接続している。そして、この第１のツェナダイオードＺＤ１のアノードを、抵抗Ｒ１６を介して、ＮＰＮ型の第３のトランジスタＱ３のベースに接続している。また、第３のトランジスタＱ３のコレクタを、ＮＰＮ型の第４のトランジスタＱ４のベースに接続し、同第３のトランジスタＱ３のエミッタを接地している。さらに、該第３のトランジスタＱ３のベース，エミッタ間を、抵抗Ｒ１７を介して接続している。
【００１７】
この定電力負荷装置は、前記基準電源３に抵抗Ｒ１８と抵抗Ｒ１９の直列回路の一端を接続し、該直列回路の他端を接地している。そして、抵抗Ｒ１８と抵抗Ｒ１９との接続点を前記第４のトランジスタＱ４のベースに接続している。また、第４のトランジスタＱ４のコレクタを前記第２のオペアンプＯＰ２の正側入力端子に接続し、同第４のトランジスタＱ４のエミッタを接地している。さらに、該第４のトランジスタＱ４のコレクタ，エミッタ間に、図示極性の第２のツェナダイオードＺＤ２とコンデンサＣ３との並列回路を接続している。
【００１８】
ここに、第１のオペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５とからなる回路４は、被試験電源１の電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧し、その分圧された電圧と、基準電源電圧Ｖｒを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧して得られる所定の基準電圧との差動増幅電圧を得る電圧変換回路部を構成する。なお、本実施の形態では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧比Ｒ１：Ｒ２を約１０：１とし、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との分圧比Ｒ３：Ｒ４を約２：３としている。
【００１９】
また、第１及び第２のトランジスタＱ１，Ｑ２と、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５と、コンデンサＣ２とからなる回路５は、被試験電源１の電流Ｉ０を制御する電流制御回路部を構成する。
【００２０】
また、第３のオペアンプＯＰ３と、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９とからなる回路６は、電流制御回路部５により制御される電流Ｉ０に応じた電圧を、電流検出抵抗Ｒ０の両端間に発生する電圧として得る電流変換回路部を構成する。なお、本実施の形態では、電流検出抵抗Ｒ０として０．１Ω程度の極めて抵抗値が低いものを使用している。
【００２１】
第２のオペアンプＯＰ２と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、コンデンサＣ１とからなる回路７は、電圧変換回路部４により得られる第１の電圧Ｖ１と電流変換回路部６により得られる第２の電圧Ｖ２とが一致するように電流制御回路部５を動作させる総合制御回路部を構成する。なお、本実施の形態では、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との分圧比Ｒ１１：Ｒ１２を約２：１としている。
【００２２】
第３及び第４のトランジスタＱ３，Ｑ４と、第１及び第２のツェナダイオードＺＤ１，ＺＤ２と、抵抗Ｒ１６〜Ｒ１９と、コンデンサＣ３とからなる回路８は、電圧変換回路部４により得られる第１の電圧Ｖ１が所定電圧以上に上昇するのを抑制する第１の保護回路部を構成する。なお、本実施の形態では、第１の電圧Ｖ１が５．１ボルトで一定になるべく定電圧特性を有した第２のツェナダイオードＺＤ２と、被測定電源１の電圧Ｖ０が１０ボルト以下になると第１の電圧Ｖ１が０ボルトになるべく定電圧特性を有した第１のツェナダイオードＺＤ１を用いている。
【００２３】
このように構成された本実施の形態の定電力負荷装置を用いて被試験電源１、例えば鉛蓄電池の容量試験を行なう場合には、被試験電源１の正極を一方の電源接続端子２ａに接続し、負極を他方の電源接続端子２ｂに接続した後、スイッチＳＷを投入する。
【００２４】
そうすると、被試験電源１が放電を開始する。そして、この被試験電源１の電圧Ｖ０が電圧変換回路部４の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とにより分圧され、第１のオペアンプＯＰ１の負側入力端子に印加される。ここで、第１のオペアンプＯＰ１の正側入力端子には、基準電源電圧Ｖｒを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧した一定電圧（例えば＋３ボルト）が印加されているので、この第１のオペアンプＯＰ１において、正側入力端子に印加されている電圧と負側入力端子に印加された電圧との差動増幅電圧が第１の電圧Ｖ１として得られる。この第１の電圧Ｖ１は、抵抗Ｒ６を介して総合制御回路部７における第２のオペアンプＯＰ２の正側入力端子に印加される。
【００２５】
因みに、第１の電圧Ｖ１は、図２（ａ）に示すように、被試験電源１の電圧Ｖ０が小さければ小さいほど、第１のオペアンプＯＰ１の正側入力端子に印加されている電圧と負側入力端子に印加される電圧との差が大きくなるので大電圧となる。ただし、第１の保護回路部８の第２のツェナダイオードＺＤ２が有する定電圧特性により、この第１の電圧Ｖ１は、定電圧ＶZD2（本実施の形態では５．１ボルト）で一定となる。また、被試験電源１の電圧Ｖ０が所定の電圧ＶZD1（本実施の形態では１０ボルト）以下になると、第１の保護回路部８の第１のツェナダイオードＺＤ１が有する定電圧特性により第３のトランジスタＱ３がオフし、第４のトランジスタＱ４がオンするので、第１の電圧Ｖ１は０ボルトになる。
【００２６】
一方、被試験電源１の放電により電流Ｉ０が流れると、この電流Ｉ０により電流検出抵抗Ｒ０の両端間に電圧が発生する。この電圧が電流変換回路部６の第３のオペアンプＯＰ３に入力され、差動増幅されて第２の電圧Ｖ２が得られる。この第２の電圧Ｖ２は、抵抗Ｒ１０を介して総合制御回路部７における第２のオペアンプＯＰ２の負側入力端子に印加される。
【００２７】
電流Ｉ０と第２の電圧Ｖ２との関係を図２（ｂ）に示す。ただし、第２のオペアンプＯＰ２の負側入力端子は、基準電源電圧Ｖｒを抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２で分圧した電圧が印加されているので、第２のオペアンプＯＰ２の負側入力端子に印加される電圧Ｖ−は、図２（ｃ）に示すように、第２の電圧Ｖ２に対して所定電圧Ｖｋだけ昇圧されたものとなる。
【００２８】
第２のオペアンプＯＰ２においては、正側入力端子に印加される電圧Ｖ＋，つまり第１の電圧Ｖ１と、負側入力端子に印加される電圧Ｖ−，つまり第２の電圧Ｖ２を所定電圧Ｖｋだけ昇圧した電圧とが一致するように、電流制御回路部５における第１のトランジスタＱ１のインピーダンスが調整される。これにより、第２のトランジスタＱ２を流れる電流Ｉ０が制御される。その結果、被試験電源１は、充分な容量を備えている場合には、ほぼ定電力で放電を続けるようになる。
【００２９】
本実施の形態の定電力負荷装置を用いて９６ワットの定電力負荷を模擬した場合において、被測定電源１の電圧を２０Ｖから３０Ｖに変化させたときの電源電流Ｉ０［Ａ］と、当該定電力負荷装置に生じた電力［Ｗ］との関係を図３に示す。同図において、二点鎖線Ｐ１は電力の理想特性，すなわち電源電圧が２０ボルトから３０ボルトに変化しても常に９６ワットの定電力が生じる特性のグラフであり、二点鎖線Ｉ１はその理想特性のときの電源電流の特性グラフである。
【００３０】
これに対して、本実施の形態では、電源電圧を２０Ｖから３０Ｖに変化させた際に図中実線Ｉ０のグラフで示される特性が得られた。このときの電力は、図中実線Ｐ０の特性グラフとなる。図示するように、電力Ｐ０は約１００ワットから９２ワットの範囲内で変動を生じるものの、ほぼ定電力が得られたと言える。
【００３１】
このように本実施の形態によれば、オペアンプと抵抗とからなる電圧変換回路部４及び電流変換回路部６と、オペアンプ，抵抗及びコンデンサからなる総合制御回路部７と、トランジスタ，抵抗及びコンデンサからなる電流制御回路部５と、電流検出抵抗Ｒ０などの抵抗とによって、精度のよい定電力負荷を得ることができる。その回路構成は簡単である上、比較的低価格な部品で構成できるので、安価に提供することができる。したがって、定電力負荷の装置に使用される鉛蓄電池等の電池やこの電池を搭載してなる無停電電源装置の容量試験用の定電力負荷装置として実用的である。
【００３２】
また、本実施の形態では、電圧変換回路部４により得られる第１の電圧Ｖ１が所定電圧以上に上昇するのを抑制するように第１の保護回路部８を設けている。したがって、被試験電源１に大電流が流れるのを防ぐことができるので、被試験電源１の保護を図ることができる。
【００３３】
次に、請求項３記載の発明に対応した第３の実施の形態について、図４を用いて説明する。
【００３４】
図４はこの第２の実施の形態における定電力負荷装置の要部構成を示す回路図であって、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付している。すなわち、この第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、電圧変換回路部４の抵抗Ｒ２に代えて、被試験電源１の温度を検知するためのサーミスタ９を設けた点である。このサーミスタ９は、電流制御回路部５における第２のトランジスタＱ２の発熱量を被試験電源１の温度として検知している。
【００３５】
被試験電源１を本装置に接続して容量試験を行なっている最中に、第２のトランジスタＱ２の発熱量が多くなると、被試験電源１の電流が大きくなり、被試験電源１の温度が上昇する。そうすると、サーミスタ９の抵抗値が大きくなり、やがて電圧変換回路部４におけるオペアンプＯＰ１の負側入力端子に印加される電圧が正側入力端子に印加されている一定電圧よりも大きくなって、該オペアンプＯＰ１の出力電圧，つまり第１の電圧Ｖ１が０ボルトとなる。これにより、被試験電源１の保護を図ることができる。
【００３６】
ここに、サーミスタ９は、被試験電源１の温度の上昇に応じて電圧変換回路部４により得られる第１の電圧Ｖ１を降下させる第２の保護回路部を構成する。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、回路構成が簡単で低コストの定電力負荷装置を提供できる。
【００３８】
また、本装置を鉛蓄電池や無停電電源装置等の被試験電源の容量試験に用いた場合において、当該被試験電源を安全に保護できる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の回路構成を概略的に示す回路図。
【図２】  同実施の形態における主要部の特性を示す図。
【図３】  同実施の形態の回路特性を示す図。
【図４】  本発明の第２の実施の形態の回路構成を概略的に示す回路図。
【符号の説明】
１…被試験電源
４…電圧変換回路部
５…電流制御回路部
６…電流変換回路部
７…総合制御回路部
８…第１の保護回路部
９…サーミスタ（第２の保護回路部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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