DE102018203613A1

DE102018203613A1 - Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018203613A1
Application number: DE102018203613.6A
Authority: DE
Inventors: Masanori Kurimoto; Yuki Iwagami; Masamitsu UCHIYAMA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US10447223B2; CN109039333B; US20180358944A1; CN109039333A; JP2018205223A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung mit einem breiten Bereich und hoher Genauigkeit und konfiguriert, einen Messzielstrom auf den Eingangsbereich eines A/D-Wandlers zu adoptieren. Die Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung beinhaltet: eine Vielzahl von Differenzialverstärkern A1, A2 mit unterschiedlichen Gewinnen in Bezug auf Messzielstrom oder Spannung; eine Schwellenwert-Steuerschaltung A3 zum Vergleichen der Ausgabe Va2 des Differenzialverstärkers A2 mit der Schwellenwertspannung Vref; einen Schalter M1, M2 zum Auswählen der Ausgabe eines der Vielzahl von Differenzialverstärkern A1, A2 auf Basis der Ausgabe der Schwellenwert-Steuerschaltung A3; und eine Versatzsteuerschaltung OF und eine Additionsschaltung KA zum Addieren von Versatzspannung Voffset zur Ausgabe Va2 eines der Differenzialverstärker.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung zum Steuern der Verstärkung, so dass Strom oder Spannung, die ein Messziel ist, an den Eingangsbereich eines A/D-Wandlers angepasst ist.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
In einer Messvorrichtung für Strom oder Spannung wird um einen bestimmten Zugewinn verstärkte Eingangsspannung an einem A/D-Wandler eingegeben, der normalerweise einem Mikrocomputer bereitgestellt ist, wodurch Messzielstrom oder Spannung gemessen wird. Für den A/D-Wandler sind die minimale Eingangsspannung und die maximale Eingangsspannung vorgegeben und die Anzahl von Bits derselben ist die Genauigkeit des Messziels festgelegt. Der Zugewinn wird so bestimmt, dass er an den Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers angepasst wird.
Wie beispielsweise in 6 gezeigt, wird angenommen, dass durch einen Shut-Widerstand Rshut fließender Strom zu messen ist. In dem Fall, bei dem die Spezifikationen eines in einem Mikrocomputer vorgesehenen A/D-Wandlers einen Eingangsspannungsbereich von 0 [V] bis 5 [V] vorgeben und eine 10-Bit-Genauigkeit ((5-0)/2¹⁰) = 4,88 mV), ist der Shunt-Widerstand Rshunt 1 mΩ und ist der Messzielstrom 0 bis 5A, kann ein Zugewinn R2/R1 eines Differenzialverstärkers A1 auf 1000 eingestellt werden, um den Bereich und die Genauigkeit des A/D-Wandlers möglichst gut auszunutzen. Die Stromdetektionsgenauigkeit zu dieser Zeit beträgt etwa 4,88 [mA] .
Jedoch ist die Genauigkeitsanforderung für die Messzielspannung oder den Strom nicht immer die Gleiche im Messbereich. Eine hohe Genauigkeit kann für einen Teil erforderlich sein, wo die Spannung oder der Strom klein ist, während eine niedrige Genauigkeit gestattet werden kann für einen Teil, wo die Spannung oder der Strom groß ist. Beispielsweise wird angenommen, dass die Detektionsgenauigkeit für einen Bereich von 0 [A] bis 0,5[A] 2 [mA] sein muss und die Detektionsgenauigkeit für einen Bereich von 0,5 [A] bis 5 [A] nur 6 [mA] sein muss.
Im obigen Differenzialverstärker A1 wenn die erforderliche Messgenauigkeit im Messbereich nicht immer dieselbe ist, falls die Einstellung auf hohe Genauigkeitsanforderung adaptiert ist, wird der Messbereich unzureichend, während, falls die Einstellung auf niedrige Genauigkeitsanforderung adaptiert ist, die Detektionsgenauigkeit für den unteren Bereich nicht erfüllt ist. Zusätzlich, falls die obige Messschaltung durch einen Schalter oder ein Relais umzuschalten ist, muss ein aus dem Strom abgeleitetes Rechenergebnis zur Schaltsteuerung rückgekoppelt werden und daher ist die Anforderung im Hinblick auf die Reaktion nicht erfüllt.
Andererseits, in dem Fall, bei dem ein Detektionssignal zu einem analogen elektrischen Signal umgewandelt wird und das analoge elektrische Signal am A/D-Wandler eingegeben wird, und der Pegel des Detektionssignales durch das umgewandelte Digitalsignal gemessen wird, kann der Eingabebereich des A/D-Wandlers überstiegen werden, abhängig von der Größe der unnötigen DC-Versatzspannung, die im analogen elektrischen Signal enthalten ist. Um eine solche Versatzspannung zu eliminieren, ist ein Erfindung bekannt, in der ein Detektionssignal an einem der Eingangsenden eines Differenzialverstärkers eingegeben wird und eine Versatzausschlussspannung am anderen Eingangsende rückkopplungs-eingegeben wird, so dass ein Versatz eines Signals, dem eine unnötige DC-Komponente überlagert ist, genau eliminiert wird (siehe Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-88845, nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet).
Im Falle des Messens der Größe von Strom oder einer physikalischen Größe wie etwa eines elektrischen Betrags oder eines Leistungsbetrags, der für den Strom relevant ist, wird ein I/V-Umwandlungswiderstand zum Umwandeln des Stroms in Spannung verwendet. Konventioneller Weise wird die Messung durchgeführt, während das Umschalten (Bereichsumschalten) des I/V-Umwandlungswiderstandes zwischen verschiedenen Typen von I/V-Umwandlungswiderständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten in Übereinstimmung mit der Größe des Zielstroms unter Verwendung eines Schalters, eines Relais oder eines Halbleiterschalters durchgeführt wird.
Bei einem solchen Messverfahren ist es im Allgemeinen schwierig, ein Bereichsumschalten für Strom durchzuführen, der einen breiten Dynamikbereich hat und bei hoher Geschwindigkeit variiert, und in dem Fall, wo der Messzielstrom klein ist, so dass ein Einfluss von Leckstrom eines Halbleiterschalters ein Fehlerfaktor wird, ist das Messverfahren nicht praktisch.
Entsprechend, um das obige Problem zu lösen, ist die folgende Erfindung bekannt. Ein Operationalverstärker für Fehlerverstärkung und ein Operationalverstärker für I/V-Umwandlung unter Verwendung eines I/V-Umwandlungswiderstands als ein Negativ-Rückkopplungswiderstand werden bereitgestellt, ein Anschluss eines Strom-Ein/Aus-Halbleiterschalters ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationalverstärkers zur Fehlerverstärkung verbunden, und der andere Anschluss ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationalverstärkers für I/V-Umwandlung verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationalverstärkers für I/V-Umwandlung kann selektiv mit der Ausgabe des Operationalverstärkers zur Fehlerverstärkung verbunden werden, oder mit Erde, unter Verwendung eines Bereichs-Ein/Aus-Halbleiterschalters, und beide oder einer vom Strom-Ein/Aus-Halbleiterschalter und dem Bereichs-Ein/Aus-Halbleiterschalter wird ein- oder ausgeschaltet. Somit wird eine Strom/Spannungsumwandlungsschaltung erhalten, in welcher ein Messfehler aufgrund von Leckstrom eines Halbleiterschalters oder Bias-Strom weniger wahrscheinlich auftritt (siehe Japanisches Patent Nr. 4800371 , nachfolgend als Patentdokument 2 bezeichnet).
Die Erfindung von Patentdokument 1 ist konfiguriert, genau einen Versatz eines Signals zu eliminieren, welchem eine unnötige DC-Komponente überlagert ist, ist aber nicht auf ein Messziel adaptierbar, dessen Messbereich breit ist und da die Versatzeliminierungsspannung rückgekoppelt werden muss, gibt es ein Problem mit der Antwort.
Die Erfindung von Patentdokument 2 dient zum Erhalten einer Strom/Spannungsumwandlungsschaltung, in der ein Messfehler aufgrund von Leckstrom eines Halbleiterschalters oder Bias-Stroms weniger wahrscheinlich auftritt, aber ist nicht konfiguriert, den Messbereich und die Genauigkeit angemessen in Übereinstimmung mit der Anforderung einzustellen, und auch ist die Schaltungskonfiguration kompliziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung bereitzustellen, die zum dynamischen Steuern des Messbereichs und der Genauigkeit angemessen in Übereinstimmung mit einer Anforderung in der Lage ist.
Eine Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Vielzahl von Differenzialverstärkern, die unterschiedliche Gewinne in Bezug auf Messzielstrom oder -spannung aufweisen; eine Schwellenwert-Steuerschaltung, die konfiguriert ist, die Ausgabe eines der Differenzialverstärker mit einer Schwellenwertspannung zu vergleichen; einen Schalter, der konfiguriert ist, die Ausgabe eines der Vielzahl von Differenzialverstärkern auf Basis der Ausgabe der Schwellenwert-Steuerschaltung auszuwählen; und eine Versatzsteuerschaltung und eine Additionsschaltung, die konfiguriert sind, eine Versatzspannung zur Ausgabe eines der Differenzialverstärker zu addieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, selbst falls ein Messbereich von Messzielstrom oder Spannung breit ist und eine hohe Genauigkeit dafür erforderlich ist, werden der Messbereich und die Detektionsgenauigkeit angemessen in Übereinstimmung mit der Anforderung eingestellt. Somit wird es möglich, die Genauigkeitsanforderung in Echtzeit zu erfüllen, ohne unnötiger Weise einen teuren A/D-Wandler zu verwenden, der den Messbereich einschränkt, oder die Antwort beeinträchtigt.
Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration einer Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das einen Verstärkungsfaktor und einen Versatz zum Realisieren unterschiedlicher, erforderlicher Genauigkeiten auf Basis der Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das einen Verstärkungsfaktor für Hochgenauigkeits-Erfordernis zeigt;
4 ist ein Diagramm, das einen Verstärkungsfaktor und einen Versatz für niedrigere Genauigkeitsanforderung zeigt;
5 ist ein Graph, der ein Eingabebeispiel des Messzielstroms zeigt; und
6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer allgemeinen Differenzialverstärkungsschaltung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird eine Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
1 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm der Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung beinhaltet: einen Shunt-Widerstand Rshunt, der zur Messung des Messzielstroms I0 verwendet wird; eine Vielzahl von Differenzialverstärkern A1, A2 mit unterschiedlichen Gewinnen; Eingangswiderstände R1 und Rückkopplungswiderstände R2, R3 für die Differenzialverstärker A1, A2; einen PMOS-Schalter M1; einen NMOS-Schalter M2; eine Schwellenwert-Steuerschaltung A3, die konfiguriert ist, eine Ein/Aus-Steuerung der MOS-Schalter M1, M2 auf Basis des Vergleichs mit der Schwellenwertspannung Vref durchzuführen; eine Versatzsteuerschaltung OF und eine Additionsschaltung KA zum Bereitstellen einer Versatzspannung an ein Ausgangspotential des Differenzialverstärkers A2; und einen Ausgangsspannungsanschluss V3, der als eine Schnittstelle zu einem A/D-Eingang eines Mikrocomputers (MCU) dient. Normalerweise ist der Ausgansspannungsanschluss V3 (Spannung des Anschlusses ist V3) mit einem Eingangsanschluss des A/D-Wandlers der MCU verbunden.
Hier ist der Differenzialverstärker A1 ein Hoch-Genauigkeitsverstärker, der einen hohen Gewinn R2/R1 realisiert und ist der Differenzialverstärker A2 ein Niedrig-Genauigkeitsverstärker, der einen niedrigen Gewinn R3/R1 realisiert. Zusätzlich ist die Schwellenwertspannung Vref ein Referenzwert zum Ausschließen von Messergebnissen, die außerhalb der Bereiche von Messungen liegen, die durchgeführt werden mit den jeweiligen Differenzialverstärkern A1, A2 und wird variabel je nachdem eingestellt.
In der vorliegenden Erfindung werden die Differenzialverstärker A1, A2, die eine Vielzahl von Detektionsgenauigkeiten und eine Vielzahl von Gewinnen aufweisen, abhängig von der erforderlichen Detektionsgenauigkeit vorbereitet. Falls beispielsweise, wie im obigen Beispiel, die Detektionsgenauigkeit für einen Bereich von 0 [A] bis 0,5 [A] 2 [mA] sein muss und die Detektionsgenauigkeit für einen Bereich von 0,5 [A] bis 5 [A] 6 [mA] sein muss, werden zwei Differenzialverstärker mit diesen Detektionsgenauigkeiten vorbereitet.
Wie in 2 gezeigt, ist der Eingabebereich des A/D-Wandlers für Messergebnisse in einem Stromdetektionsbereich von 0 [A] bis 0,5 [A] 2⁸ Schritten von 0 [V] bis 1,25 [V] zugewiesen und ist der Eingangsbereich des A/D-Wandlers für Messergebnisse in einem Stromdetektionsbereich von 0,5 [A] bis 5 [A] 3×2⁸ Schritten von 1,25 [V] bis 5 [V] zugewiesen, wodurch eine Eingangsbereichszuweisung von 10 Bit (2¹⁰) durchgeführt wird. Entsprechend wird die Detektionsgenauigkeit für die den ersteren Detektionsbereich etwa 1,95 [mA] und wird die Detektionsgenauigkeit für den letzteren Detektionsbereich etwa 5,86 [mA]. Somit ist die Detektionsgenauigkeits-Anforderung erfüllt. Die Verstärkungsgewinne in Bezug auf den Eingangsstrom sind 2500 mal bzw. 833 mal.
Da der erstere Strommessbereich von 0 [A] bis 0,5 [A] reicht, wie in 3 gezeigt, wird ein mit 2500 multiplizierter Wert ausgegeben und Messergebnisse jenseits 0,5 [A] werden ausgeschlossen. Da der letztere Strommessbereich von 0,5 [A] bis 5 [A] ist, wie in 4 gezeigt, wird ein mit 833 multiplizierter Wert ausgegeben und Messergebnisse gleich oder kleiner als 0,5 [A] werden ausgeschlossen, und zusätzlich muss der Differenzverstärkungs-Spannungswert entsprechend diesem Strommessergebnis, das heißt etwa 0,4165 [V], auf 1,25 [V] korrigiert (versetzt) werden. Der Grund, warum der Versatz durchgeführt wird, ist, eine Differenz zu puffern, die aufgrund unterschiedlicher Gewinne beim Differenzialverstärker verursacht wird, wenn die Ausgabe des Differenzialverstärkers, der wirksam zu machen ist, umgeschaltet wird.
Um Messergebnisse auszuschließen, die außerhalb des Bereichs sind, wie in 1 gezeigt, wird die Schwellenwert-Steuerschaltung A3, für welche hier die Schwellenwertspannung Vref bei etwa 0,4165 [V] eingestellt wird, verwendet. Das heißt, wenn die Ausgabe Va2 des Differenzialverstärkers A2 kleiner als die Schwellenwertspannung Vref ist, wird der PMOS-Schalter M1 eingeschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 ausgeschaltet, so dass die Ausgabe Va1 des Differenzialverstärkers A1 ausgegeben wird. Wenn andererseits die Ausgabe Va2 des Differenzialverstärkers A2 gleich oder größer als die Schwellenwertspannung Vref ist, wird der PMOS-Schalter M1 ausgeschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 eingeschaltet, so dass die Ausgabe V2 des Differenzialverstärkers A2 ausgegeben wird. Zu dieser Zeit, um 0,4165 [V], welches der Wert von Ausgabe Va2 bei 0,5 [A] ist, zu 1,25 [V] zu verschieben, wird die Versatzsteuerschaltung OF verwendet und wird deren Versatzspannungswert zu dem Messergebnis durch die Additionsschaltung KA addiert.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung die Spannungsdifferenz (V2 - V1) zwischen am Anschluss V1 und dem Anschluss V2 angelegten Spannungen über den Shunt-Widerstand RShunt auf Basis des Messzielstroms I0 zu der vorbestimmten Ausgangsspannung V3 umgewandelt, während der zu verwendende Differenzialverstärker dynamisch zwischen dem Differenzialverstärker A1 und dem Differenzialverstärker A2 umgeschaltet wird, abhängig von dem Messbetrag desselben und dann wird auf Basis der Spannung V3 die Bestimmung für den Messzielstrom I0 unter Verwendung der MCU durchgeführt.
Das heißt, aus dem über den A/D-Wandler eingegebenen Spannungswert normalisiert die MCU die Eingangsspannung in Übereinstimmung mit der Messgenaugikeit derselben in diesem Beispiel in Intervallen von 4,88 m[V], weil der Bereich von 0 [V] bis 5 [V] ist, und die Anzahl von Schritten ist 10 Bit, das heißt 2¹⁰ = 1024. Dann wird der Original-Eingangsstromwert rückwärts berechnet, unter Verwendung eines in der MCU gespeicherten Umwandlungskennfelds.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wird ein Beispiel, in welchem der in 5 gezeigte Eingangsstrom über die Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung gemessen wird, beschrieben. Ein Ziel, für welcher der Strom zu messen ist, ist ein dynamisch variierender Analogwert einer Kurbelwellenposition, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Heizung oder dergleichen. Die Horizontalachse gibt eine Messzeit [ms] an und die vertikale Achse gibt einen Eingangsstrom A zu jeder Messzeit an.
In 5 sind Eingangsströme entsprechender Zeiten wie folgt: 0,3 [A] bei T1 [ms], 0,5 [A] bei T2 [ms], 1,6 [A] bei T3 [ms], 0,5 [A] bei T4 [ms] und 0,4 [A] bei T5 [ms]. Wie oben beschrieben, sind die Gewinne des Differenzialverstärkers A1 und des Differenzialverstärkers A2 2500 mal bzw. 833 mal, ist der Shunt-Widerstand Rshunt 1 mΩ, ist die Schwellenwertspannung Vref 0,4165 [V] und ist die Versatzspannung Voffset (1,25 - 0,4165) = 0,8335 [V]. Nachfolgend wird die Schaltungsoperation in chronologischer Reihenfolge beschrieben.
Zur Zeit T1, ist V2 - V1 0,3 [A] × 0,001 [0] = 0,3 [mV] und daher sind Val und Va2 0,3 × 2500 = 0,75 [V] bzw. 0,3 × 833 = 0,25 [V]. Hier, da Va2 < Vref erfüllt ist, wird der PMOS-Schalter M1 eingeschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 ausgeschaltet. Somit wird die Spannung 0,75 [V] von Ausgang Va1 des Differenzialverstärkers A1 direkt an den Ausgangsspannungsanschluss V3 ausgegeben und wird in den A/D-Wandler eingelesen. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die MCU mit einer Tabelle für Rückwärts-Umwandeln des in den A/D-Wandler eingelesenen Eingangsspannungswertes zum ursprünglichen Stromwert versehen, wodurch der Original-Stromwert berechnet wird.
Zur Zeit T2 ist V2 - V1 0,5 [A] × 0,001 [Ω] = 0,5 [mV] und daher sind Va1 und Va2 0,5 × 2500 = 1,25 [V] bzw. 0,5 × 833 = 0,4165 [V]. Hier, da der Wert von Va2 die Schwellenwertspannung Vref übersteigen wird, wird der PMOS-Schalter M1 von Ein zu Aus geschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 von Aus zu Ein geschaltet. Somit wird der an den Ausgangsspannungsanschluss V3 auszugebende Spannungswert zu einem Wert, der durch Addieren eines Additions- (Versatz) Werts durch die Additionsschaltung KA, in diesem Beispiel 0,8335 [V], erhalten wird, an Ausgang Va2 des Differenzialverstärkers A2, d. h. 0,4165 + 0,8335 = 1,25 [V] umgeschaltet.
Zur Zeit T3 ist V2 - V1 1,6 [A] × 0,001 [Ω] = 1,6 [mV] und daher sind Va1 und Va2 1,6 × 2500 = 4,000 [V] bzw. 1,6 × 833 = 1,333 [V]. Hier, da Va2 > Vref erfüllt ist, wird der PMOS-Schalter M1 ausgeschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 eingeschaltet. Somit wird die durch Addieren von 0,8335 [V] zur Spannung 1,333 [V] von Ausgabe A2 des Differenzialverstärkers A2 ermittelte Spannung 2,1665 [V] an den Ausgangsspannungsanschluss V3 ausgegeben und wird in den A/D-Wandler eingelesen. Wie oben beschrieben, berechnet die NCU den Original-Stromwert unter Verwendung der Tabelle zur Rückwärtsumwandlung des in dem A/D-Wandler eingelesenen Eingangsspannungswerts.
Zur Zeit T4 ist V2 - V1 0,5 [A] × 0,001 [Ω] = 0,5 [mV] und daher sind Va1 und Va2 0,5 × 2500 = 1,25 [V] und 0,5 × 833 = 0,4165 [V]. Hier, da Va2 kleiner zu werden hat als die Schwellenwertspannung Vref, wird der PMOS-Schalter M1 von Aus zu Ein geschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 von Ein zu Aus geschaltet. Somit wird der an den Ausgangsspannungsanschluss V3 auszugebende Spannungswert, welcher der durch Addieren des Additionswerts durch die Additionsschaltung KA zum Ausgang Va2 des Differenzialverstärkers A2 bis jetzt ermittelte Wert gewesen ist, zu 1,25 [V] von Ausgang Va1 des Differenzialverstärkers A1 umgeschaltet.
Zur Zeit T5 ist V2 - V1 0,4 [A] × 0,001 [Ω] = 0,4 [mV] und daher sind Va1 und Va2 0,4 × 2500 = 1,000 [V] und 0,4 × 833 = 0,333 [V]. Hier, da Va2 < Vref erfüllt ist, wird der PMOS-Schalter M1 eingeschaltet und wird der NMOS-Schalter M2 ausgeschaltet. Somit wird die Spannung 1,000 [V] des Ausgangs Va1 des Differenzialverstärkers A1 direkt an den Ausgangsspannungsanschluss V3 ausgegeben und wird in den A/D-Wandler eingelesen. Wie oben beschrieben, berechnet die NCU den Original-Stromwert unter Verwendung der Tabelle zum Rückwärts-Umwandeln des in den A/D-Wandler eingelesenen Eingangsspannungswerts.
Somit können ein notwendiger Gewinn und die Versatzspannung dynamisch umgeschaltet werden, abhängig vom Eingangsstrom, wodurch eine geforderte Stromgenauigkeit sichergestellt werden kann. Es ist anzumerken, dass, obwohl der Fall, bei dem das Messziel Strom ist, beschrieben worden ist, dasselbe für den Fall gilt, wo das Messziel Spannung ist.
Wie oben beschrieben, werden in der vorliegenden Erfindung Differenzialverstärker mit unterschiedlichen Detektionsgenauigkeiten und unterschiedlichen Gewinnen verwendet und wird der erforderliche Genauigkeits-Umschaltschwellenwert auf Basis der gespeicherten Anzahl von Bits und dem Eingangsspannungsstandard des A/D-Wandlers, der als eine Ausgabeschnittstelle dient, berechnet. Damit der Eingangsbereich des A/D-Wandlers zur Ausgangsspannung jedes Verstärkers passt, werden der Hoch-Genauigkeitsverstärker und der Niedrig-Genauigkeitsverstärker zugewiesen und wird der Gewinn jedes Verstärkers eingestellt. Der Ausgang des Verstärkers, der wirksam zu machen ist, wird durch die Schwellenwertsteuerschaltung unter Verwendung eines eingestellten Schaltpunktes aus einem Schwellenwert umgeschaltet. Um eine Differenz zu puffern, die aufgrund der unterschiedlichen Gewinne beider Verstärker verursacht wird, wird die Versatzsteuerschaltung verwendet und wird der der Versatzsteuerschaltung gegebene Versatzspannungswert zum Messergebnis durch die Additionsschaltung addiert.
Auf diese Weise, selbst falls der Messbereich breit ist und hohe Genauigkeit erforderlich ist, wird es möglich, dynamisch die Messgenauigkeit automatisch auf Basis des Messwertes von Strom oder Spannung zu steuern.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Entwurfsmodifikationen vorgenommen werden. Entsprechend kann innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung die obige Ausführungsform je nachdem modifiziert oder vereinfacht werden.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich sein, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen und es versteht sich, dass diese nicht auf die illustrativen Ausführungsformen, die hierin dargestellt sind, beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4800371 [0009]

Claims

Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von Differenzialverstärkern (A1, A2), die unterschiedliche Gewinne in Bezug auf Messzielstrom oder - spannung aufweisen; eine Schwellenwert-Steuerschaltung (A3), die konfiguriert ist, die Ausgabe (Va2) eines der Differenzialverstärker mit einer Schwellenwertspannung (Vref) zu vergleichen; einen Schalter (M1, M2), der konfiguriert ist, die Ausgabe eines der Vielzahl von Differenzialverstärkern (A1, A2) auf Basis der Ausgabe der Schwellenwert-Steuerschaltung (A3) auszuwählen; und eine Versatzsteuerschaltung (OF) und eine Additionsschaltung (KA), die konfiguriert sind, eine Versatzspannung (Voffset) zur Ausgabe (Va2) eines der Differenzialverstärker zu addieren.
Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei für die Vielzahl von Differenzialverstärkern (A1, A2) ein Hoch-Genauigkeitsverstärker (A1) und ein Niedrig-Genauigkeitsverstärker (A2) zugewiesen sind, und die Schwellenwert-Steuerschaltung (A3) die Ausgangsspannung (Va2) des Niedrig-Genauigkeitsverstärkers (A2) mit der Schwellenwertspannung (Vref) vergleicht, und falls die Ausgangsspannung (Va2) kleiner als die Schwellenwertspannung (Vref) ist, der Schalter (M1) den Ausgang (Va1) des Hoch-Genauigkeitsverstärkers (A1) auswählt.
Gewinnsteuer-Verstärkungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei für die Vielzahl von Differenzialverstärkern (A1, A2) ein Hoch-Genauigkeitsverstärker (A1) und ein Niedrig-Genauigkeitsverstärker (A2) zugewiesen sind, und die Schwellenwert-Steuerschaltung (A3) die Ausgangsspannung (Va2) des Niedrig-Genauigkeitsverstärkers (A2) mit der Schwellenwertspannung (Vref) vergleicht, und falls die Ausgangsspannung (Va2) größer als die Schwellenwertspannung (Vref) ist, der Schalter (M2) den Ausgang (Va2) des Niedrig-Genauigkeitsverstärkers (A2) auswählt und die Versatzsteuerschaltung (OF) und die Additionsschaltung (KA) die Versatzspannung (Voffset) zur Ausgabe (Va2) des Niedrig-Genauigkeitsverstärkers (A2) addieren.