(57)【要約】【課題】負荷に電力を供給する電源装置として安価な３端子レギュレータを使用する場合に、規定の電圧が供給された状態にある負荷に流れる電流を測定することを可能とする。【解決手段】電流測定装置１は、３端子レギュレータ１０、電流計１１、及び差動増幅器１２を備える。３端子レギュレータ１０は、入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、入力端子に対する入力電圧ＶＩＮを降圧することによって出力端子に出力される出力電圧ＶＯＵＴを生成する。また、電流計１１は、３端子レギュレータ１０の出力端子とＤＵＴ５０の間に直列に接続される。さらに、差動増幅器１２は、電流計１１の入力側及び出力側の間の差電圧を検出し、当該差電圧に応じた電圧信号を３端子レギュレータ１０のグランド端子に供給する。【選択図】図１
2009276989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、前記入力端子に対する入力電圧を降圧することによって前記出力端子に出力される出力電圧を生成する３端子レギュレータと、
前記出力電圧が供給される負荷と前記出力端子との間に直列に接続される電流計と、
前記電流計の入力側及び出力側の間の差電圧を増幅し、前記差電圧に応じた電圧信号を前記グランド端子に供給する差動増幅器と、
を備える電流測定装置。
【請求項２】
前記３端子レギュレータは、
温度補償された基準電圧を生成する基準電圧回路と、
前記出力電圧と前記グランド端子に対する印加電圧との間を分圧することによって中間電圧を生成する分割抵抗と、
前記基準電圧と前記中間電圧との差分を検出する誤差増幅回路と、
前記誤差増幅回路の出力信号に応じて前記出力電圧を調整する電圧制御素子としてのパワー・トランジスタと、
を備える、請求項１に記載の電流測定装置。
【請求項３】
３端子レギュレータを用いた電源装置から負荷に流れる電流を測定するための電流測定系の構成方法であって、
前記３端子レギュレータと前記負荷との間に電流計を直列に接続し、
前記電流計の入力側及び出力側に差動増幅器の非反転入力及び反転入力をそれぞれ接続し、
前記差動増幅器の出力を前記３端子レギュレータのグランド端子に接続する、
電流測定系の構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧レギュレータとして３端子レギュレータを使用する電源装置と負荷回路との間を流れる電流を測定するための測定装置及び電流測定系の構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路の開発過程における消費電力の評価、製造された電子回路の性能試験などのために、電源装置から電子回路に流れる電流（以下では負荷電流と呼ぶ）の測定が必要とされる場合がある。図３〜５は、非測定デバイス（ＤＵＴ:Device Under Test）としての電子回路に流れる負荷電流を測定するための電流測定系を示す図である。
【０００３】
図３は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として３端子レギュレータ１０を使用した場合の電流測定系を示している。３端子レギュレータ１０は、負荷（ここでは、ＤＵＴ５０）に直列に接続される電圧制御素子（例えば、図６に示すパワー・トランジスタ１０４）を有し、直流入力電圧ＶＩＮを降圧して出力電圧ＶＯＵＴを出力する。３端子レギュレータ１０は、電圧レギュレータの一種であり、出力電圧ＶＯＵＴを常時監視し、出力電圧ＶＯＵＴが一定となるように制御を行なう。
【０００４】
ここで、３端子レギュレータ１０の具体的な構成について簡単に説明する。図６は、３端子レギュレータ１０の構成例を示すブロック図である。定電流源１０１は、後述する基準電圧源１０２及び誤差増幅器１０３に電流を供給する。また、定電流源１０１は、誤差増幅器１０３の負荷として、誤差増幅器１０３の出力に接続されている。
【０００５】
基準電圧源１０２は、温度補償された基準電圧ＶＲＥＦを生成する定電圧源である。抵抗Ｒ１及びＲ２は、出力電圧ＶＯＵＴとグランド端子に対する印加電圧との間を分圧することによって中間電圧を生成する。誤差増幅器１０３は、抵抗Ｒ１及びＲ２によって生成された中間電圧と基準電圧ＶＲＥＦとの差分を検知する。誤差増幅器１０３の出力は、パワー・トランジスタ１０４のベースに供給される。
【０００６】
パワー・トランジスタ１０４は、ＤＵＴ５０に電力を供給する。パワー・トランジスタ１０４のエミッタ−コレクタ間を流れる電流は、誤差増幅器１０３の出力によって制御される。つまり、パワー・トランジスタ１０４は、ＤＵＴ５０に直列に接続され、出力電圧ＶＯＵＴを制御する電圧制御素子である。
【０００７】
スタートアップ回路１０５は、入力電圧ＶＩＮの立ち上がりを検知し、入力電圧ＶＩＮの立ち上がりに応じて定電流源１０１をバイアスし、定電流を供給する定電流源１０１の正常な回路動作を開始させる。
【０００８】
保護回路１０６は、ＤＵＴ５０の短絡等によって生じる過電流からパワー・トランジスタ１０４を保護する。具体的には、保護回路１０６は、過電流を検知し、過電流検知時にパワー・トランジスタ１０４のベース電流を制限する。
【０００９】
図３に戻り説明を続ける。３端子レギュレータ１０から供給される電力によってＤＵＴ５０を動作させた状態でＤＵＴ５０の負荷電流を測定する場合には、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０とを接続している電源ラインに電流計１１を直列に接続すればよい。
【００１０】
一方、図４は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として直流安定化電源２０を使用した場合の電流測定系を示している。直流安定化電源２０は、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ等の交流電源２１から一定の直流電圧を生成する。図４の電流測定のための構成は、図３と同様である。
【００１１】
また、図５は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として直流安定化電源３０を使用した場合の電流測定系を示している。直流安定化電源３０は、遠隔の電圧レベルを検知するリモートセンス機能を有しており、出力端子ＯＵＴからＤＵＴ５０までの配線及び電流計１１による電圧降下を補償することができる。具体的には、直流安定化電源３０は、遠隔の電圧レベルを検知するためのセンスアンプ（不図示）を内蔵しており、センスライン３１が接続された遠隔点の電圧ＶＤが一定となるように、出力電圧ＶＯＵＴを制御することができる。
【００１２】
ところで、特許文献１は、二次電池及び負荷に電力を供給する電源装置であって、外部から入力される充電停止命令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を調整する制御回路を有するものが開示されている。しかしながら、特許文献１は、負荷電流を測定するための回路構成、および電流計による電圧降下を補償するための回路構成を開示するものではない。
【特許文献１】特開２００７−２７４７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図３に示したように、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０を繋ぐ電源ラインに電流計１１を挿入すると、電流計１１の内部抵抗による電圧降下の発生を回避することができない。よって、電流計１１を電源ラインに挿入すると、電流計１１による電圧降下のためにＤＵＴ５０に規定の動作電圧が印加されない。したがって、図３の電流測定系では、規定の動作電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる負荷電流を測定することが困難である。また、ＤＵＴ５０の間欠動作に伴ってＤＵＴ５０の消費電流が時間的に変動する場合には、電流計による電圧降下量も時間的に変動するため、ＤＵＴ５０に規定の電圧を与えた状態で電流値の測定を行なうことが一層困難となる。
【００１４】
もちろん、図５に示したリモートセンス機能付きの直流安定化電源３０やリモートセンス機能付きの電圧レギュレータを使用すれば、電流計１１による電圧降下を補償することができ、規定の電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる負荷電流を測定することができる。しかしながら、リモートセンス機能付きの直流安定化電源や電圧レギュレータは、簡易な３端子レギュレータに比べて一般的に高価である。このため、簡易な３端子レギュレータをＤＵＴ５０の電源装置として使用して、規定の電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる電流を測定できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様にかかる電流測定装置は、３端子レギュレータ、電流計、及び差動増幅器を備える。前記３端子レギュレータは、入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、前記入力端子に対する入力電圧を降圧することによって前記出力端子に出力される出力電圧を生成する。また、前記電流計は、前記出力電圧が供給される負荷と前記出力端子との間に直列に接続される。さらに、前記差動増幅器は、前記電流計の入力側及び出力側の間の差電圧を増幅し、前記差電圧に応じた電圧信号を前記グランド端子に供給する。
【００１６】
このように構成された電流測定装置は、電流計による電圧降下量を差動増幅器によって検知することができる。さらに、差動増幅器の出力信号、つまり電流計による電圧降下量に応じた電圧信号を３端子レギュレータのグランド端子に供給することによって、当該電流測定装置は、負荷への印加電圧が一定となるように、３端子レギュレータの出力電圧を調整することができる。また、当該電流測定装置は、時間的に変動する電流計の電圧降下も動的に補償し、負荷への印加電圧を実質的に一定とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によって、負荷に電力を供給する電源装置として簡易な３端子レギュレータを使用する場合に、規定の電圧を供給された状態にある負荷に流れる電流を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１９】
本発明の実施の形態にかかる電流測定装置１は、図３に示した電流測定系に差動増幅器１２を追加した構成を有する。図１は、電流測定装置１の構成図である。図１において、差動増幅器１２の２つの入力端子には、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０とを接続する電源ラインに直列に接続された電流計１１の入力側電圧及び出力側電圧が与えられる。より具体的に述べると、差動増幅器１２の非反転入力端子に電流計１１の入力側電圧が与えられ、反転入力端子に電流計１１の出力側電圧が与えられる。また、差動増幅器１２の出力は、３端子レギュレータ１０のグランド端子に接続されている。
【００２０】
つまり、差動増幅器１２は、電流計１１の入力側及び出力側の間の差電圧を検出し、当該差電圧に応じた電圧信号を３端子レギュレータ１０のグランド端子に供給する。これにより、３端子レギュレータ１０のグランド端子の電位は、電流計１１の内部抵抗による電圧降下の大きさに応じて変化する。一般的に、３端子レギュレータ１０の出力電圧ＶＯＵＴは、グランド端子の電位上昇分だけ上昇するためである。
【００２１】
続いて以下では、負荷電流ＩＤ及び電流計１１の電圧降下量ΔＶが時間的に変動する場合における、電流測定装置１の出力電圧ＶＯＵＴ及びＤＵＴ５０に対する印加電圧ＶＤの挙動について説明する。図２（ａ）は、時間的に変動する負荷電流ＩＤを示す波形図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電流ＩＤの時間変動に対応した電流計１１の電圧降下量ΔＶの時間変動を示す波形図である。つまり、負荷電流ＩＤと電圧降下量ΔＶは、負荷電流ＩＤの増大に比例して電圧降下量ΔＶが増大する関係にある。
【００２２】
図２（ｄ）は、図３に示した従来の電流測定系を用いる場合の参考図である。図２（ｄ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す負荷電流ＩＤ及び電圧降下量ΔＶの時間変動が生じる場合に、図３の電流測定系における３端子レギュレータ１０の出力電圧ＶＯＵＴ及びＤＵＴ５０に対する印加電圧ＶＤの挙動を示す波形図である。図３の電流測定系を用いる場合、３端子レギュレータ１０の出力電圧ＶＯＵＴは一定である（図２（ｄ）の破線）。このため、電流計１１の電圧降下量ΔＶの時間変動のために、ＤＵＴ５０に対する印加電圧ＶＤは時間的に変動してしまう（図２（ｄ）の実線）。
【００２３】
これに対して、図２（ｃ）は、本実施の形態にかかる電流測定装置１を用いる場合の出力電圧ＶＯＵＴ及び印加電圧ＶＤの挙動を示す波形図である。上述したように、電流測定装置１は、電流計１１の電圧降下量ΔＶを３端子レギュレータ１０のグランド端子にフィードバックしている。このため、電流測定装置１は、負荷電流ＩＤの増大に伴う電圧降下量ΔＶの増減に応じて、３端子レギュレータ１０の出力電圧ＶＯＵＴを増減させることができる（図２（ｃ）の破線）。よって、電流測定装置１は、負荷電流ＩＤが時間的に変動する場合であっても、電流計１１による電圧降下後の印加電圧ＶＤを実質的に一定となるように調整することができる（図２（ｃ）の実線）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電流測定装置の構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態にかかる電流測定装置に関する波形図である。（ｄ）は、従来の電流測定装置に関する波形図である。
【図３】従来の電流測定装置の構成図である。
【図４】従来の電流測定装置の構成図である。
【図５】従来の電流測定装置の構成図である。
【図６】３端子レギュレータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  電流測定装置
１０  ３端子レギュレータ
１１  電流計
１２  差動増幅器
５０  電子回路（ＤＵＴ:Device Under Test）
１０１  定電流源
１０２  基準電圧源
１０３  誤差増幅器
１０４  パワー・トランジスタ
１０５  スタートアップ回路
１０６  保護回路
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
【図１】
2009276989.tif 000003
【図２】
2009276989.tif 000004
【図３】
2009276989.tif 000005
【図４】
2009276989.tif 000006
【図５】
2009276989.tif 000007
【図６】
2009276989.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月27日(2008.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、前記入力端子に対する入力電圧を降圧することによって前記出力端子に出力される出力電圧を生成する３端子レギュレータと、
前記出力電圧が供給される負荷と前記出力端子との間に直列に接続される電流計と、
前記電流計の入力側及び出力側の間の差電圧を検出し、前記差電圧に応じた電圧信号を前記グランド端子に供給する差動増幅器と、
を備える電流測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の一態様にかかる電流測定装置は、３端子レギュレータ、電流計、及び差動増幅器を備える。前記３端子レギュレータは、入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、前記入力端子に対する入力電圧を降圧することによって前記出力端子に出力される出力電圧を生成する。また、前記電流計は、前記出力電圧が供給される負荷と前記出力端子との間に直列に接続される。さらに、前記差動増幅器は、前記電流計の入力側及び出力側の間の差電圧を検出し、前記差電圧に応じた電圧信号を前記グランド端子に供給する。