JP2000187047A - 受動入力を備えガルヴァ―ニ電気絶縁された特に高電圧のための直流メ―タ - Google Patents
受動入力を備えガルヴァ―ニ電気絶縁された特に高電圧のための直流メ―タInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高電圧の導体を流れる直流を、例えば光電子
増倍管の陽極電圧として測定出来る直流メータを実現す
ること。 【解決手段】 直流メータは、受動入力部分（１）と、
該受動部分（１）と光結合されるとともに該受動部分か
ら電気的に絶縁された能動出力部分（２）とで構成され
る。こうして入力における高電圧はメータの受動部分の
みに影響するのに対して、能動部分には低電圧が供給さ
れ、測定される電流に比例し作動温度とは概ね無関係な
出力信号が提供される。
増倍管の陽極電圧として測定出来る直流メータを実現す
ること。 【解決手段】 直流メータは、受動入力部分（１）と、
該受動部分（１）と光結合されるとともに該受動部分か
ら電気的に絶縁された能動出力部分（２）とで構成され
る。こうして入力における高電圧はメータの受動部分の
みに影響するのに対して、能動部分には低電圧が供給さ
れ、測定される電流に比例し作動温度とは概ね無関係な
出力信号が提供される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受動入力を備えガ
ルヴァーニ電気絶縁された特に高電圧のための直流メー
タに関するものである。
ルヴァーニ電気絶縁された特に高電圧のための直流メー
タに関するものである。
【０００２】高圧電源により発生された直流の強度を測
定する際には絶縁に関する問題が生じることがよく知ら
れている。これは例えば、接地された陰極と高電圧が印
加される陽極とを備える光電子増倍管の陽極電流を測定
する場合に生じる。
定する際には絶縁に関する問題が生じることがよく知ら
れている。これは例えば、接地された陰極と高電圧が印
加される陽極とを備える光電子増倍管の陽極電流を測定
する場合に生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はまさ
に、高電圧の導体を流れる直流を、例えば上述の方法で
作動する光電子増倍管の陽極電圧として測定できる直流
メータを実現することである。
に、高電圧の導体を流れる直流を、例えば上述の方法で
作動する光電子増倍管の陽極電圧として測定できる直流
メータを実現することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、受動入
力部分と、該受動部分に光結合されるとともに該受動部
分から電気的に絶縁された能動出力部分とで構成される
ことを特徴とする電流メータにより、この目的が達成さ
れる。
力部分と、該受動部分に光結合されるとともに該受動部
分から電気的に絶縁された能動出力部分とで構成される
ことを特徴とする電流メータにより、この目的が達成さ
れる。
【０００５】詳しく述べると、受動部分は、測定される
電流が供給されるとともに逆平行に接続された光電子放
出ダイオードと光電子受容ダイオードとを含む平行回路
から成るのに対して、能動部分は、高い開ループ利得を
備えるとともに光電子受容トランジスタと直列接続され
た電気絶縁電流増幅器を形成するように受動部分の光電
子放出ダイオードに光結合された光電子受容トランジス
タと、前記増幅器のための電気絶縁フィードバックを形
成するような方法で受動部分の光電子受容ダイオード
と、対称的に、受動部分の光電子受容ダイオードを流れ
る電流に概ね比例する出力信号を発する能動部分の追加
光電子受容ダイオードとに光結合された追加光電子放出
ダイオードとから成る。
電流が供給されるとともに逆平行に接続された光電子放
出ダイオードと光電子受容ダイオードとを含む平行回路
から成るのに対して、能動部分は、高い開ループ利得を
備えるとともに光電子受容トランジスタと直列接続され
た電気絶縁電流増幅器を形成するように受動部分の光電
子放出ダイオードに光結合された光電子受容トランジス
タと、前記増幅器のための電気絶縁フィードバックを形
成するような方法で受動部分の光電子受容ダイオード
と、対称的に、受動部分の光電子受容ダイオードを流れ
る電流に概ね比例する出力信号を発する能動部分の追加
光電子受容ダイオードとに光結合された追加光電子放出
ダイオードとから成る。
【０００６】言い換えると、このように電流に敏感なフ
ィードバック増幅器で構成される本発明による電流メー
タは、ともに電気絶縁された開ループ増幅器とフィード
バックとから成るのである。開ループ増幅器は、受動部
分の光電子放出ダイオードと、能動部分の光電子受容ト
ランジスタと、望ましくはさらに高利得電流増幅器によ
り決定される電流利得をさらに上昇させることのできる
双極トランジスタや他の回路構造とから成る。一方フィ
ードバックは、能動部分の光電子放出ダイオードと受動
部分の光電子受容ダイオードとから成る。
ィードバック増幅器で構成される本発明による電流メー
タは、ともに電気絶縁された開ループ増幅器とフィード
バックとから成るのである。開ループ増幅器は、受動部
分の光電子放出ダイオードと、能動部分の光電子受容ト
ランジスタと、望ましくはさらに高利得電流増幅器によ
り決定される電流利得をさらに上昇させることのできる
双極トランジスタや他の回路構造とから成る。一方フィ
ードバックは、能動部分の光電子放出ダイオードと受動
部分の光電子受容ダイオードとから成る。
【０００７】さらに詳しく述べると、受動部分の光電子
放出ダイオードと能動部分の光電子受容トランジスタと
は、例えばＴｏｓｈｉｂａ ＴＬＰ−１２７として市場
では周知のタイプの、低い入力電流で高い電流利得を持
つ光電子結合チップの形で実行されるのに対して、能動
部分の光電子放出ダイオードと二つの光電子受容ダイオ
ードとは、例えばＳｉｅｍｅｎｓ ＩＬ３８８またはＩ
Ｌ３００として市場では周知のタイプの線形光電子結合
チップの形で実行される。
放出ダイオードと能動部分の光電子受容トランジスタと
は、例えばＴｏｓｈｉｂａ ＴＬＰ−１２７として市場
では周知のタイプの、低い入力電流で高い電流利得を持
つ光電子結合チップの形で実行されるのに対して、能動
部分の光電子放出ダイオードと二つの光電子受容ダイオ
ードとは、例えばＳｉｅｍｅｎｓ ＩＬ３８８またはＩ
Ｌ３００として市場では周知のタイプの線形光電子結合
チップの形で実行される。
【０００８】こうして得られる電流メータでは、入力で
の高い接地電圧がメータの受動部分のみに影響を与える
のに対して、能動部分には低電圧が供給され、電流増幅
器の高い利得と能動部分の光電子放出ダイオードと二つ
の光電子受容ダイオードとの間の対照的な光結合とによ
り、測定される電流に比例し作動温度には概ね無関係な
出力信号を提供できるのである。特にこの最後の特徴
は、フィードバックに用いられるチップのモノリシック
構造により保証される。
の高い接地電圧がメータの受動部分のみに影響を与える
のに対して、能動部分には低電圧が供給され、電流増幅
器の高い利得と能動部分の光電子放出ダイオードと二つ
の光電子受容ダイオードとの間の対照的な光結合とによ
り、測定される電流に比例し作動温度には概ね無関係な
出力信号を提供できるのである。特にこの最後の特徴
は、フィードバックに用いられるチップのモノリシック
構造により保証される。
【０００９】この方法で製造される電流メータは、接地
された陰極を備えた光電子増倍管の陽極電流を測定する
のに特に適していることが判明しているが、これに限定
されるわけではない。このような使用のために、本発明
による電流メータの入力部分は、光電子増倍管のバイア
ス抵抗ネットワークの陽極側の最後の抵抗に直列接続さ
れ、光電子増倍管の陰極とともに出力はフィードバック
を備えた演算増幅器の入力に接続されている。この接続
により、後でより詳しく説明するように、演算増幅器の
出力では光電子増倍管の陽極電流に比例する電圧が発生
するのである。
された陰極を備えた光電子増倍管の陽極電流を測定する
のに特に適していることが判明しているが、これに限定
されるわけではない。このような使用のために、本発明
による電流メータの入力部分は、光電子増倍管のバイア
ス抵抗ネットワークの陽極側の最後の抵抗に直列接続さ
れ、光電子増倍管の陰極とともに出力はフィードバック
を備えた演算増幅器の入力に接続されている。この接続
により、後でより詳しく説明するように、演算増幅器の
出力では光電子増倍管の陽極電流に比例する電圧が発生
するのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、同封された図面
に非限定的例として示された実施例についての以下の詳
細な説明により、一層明らかとなるだろう。図１に示さ
れた電流メータは、相互に光結合されるとともに互いか
ら電気的に絶縁された受動入力部分１と能動出力部分２
とで構成される。
に非限定的例として示された実施例についての以下の詳
細な説明により、一層明らかとなるだろう。図１に示さ
れた電流メータは、相互に光結合されるとともに互いか
ら電気的に絶縁された受動入力部分１と能動出力部分２
とで構成される。
【００１１】受動部分１は、高電圧＋ＨＶとなる導体を
流れる測定対象の電流Ｉが供給されるとともに、逆平行
に接続された光電子放出ＬＥＤダイオードＬ１と光電子
受容ダイオードＰＤ１とを含む平行回路３から成る。
流れる測定対象の電流Ｉが供給されるとともに、逆平行
に接続された光電子放出ＬＥＤダイオードＬ１と光電子
受容ダイオードＰＤ１とを含む平行回路３から成る。
【００１２】一方、能動部分２は、高い開ループ利得を
持つ電気絶縁電流増幅器ＡＭＰを形成するように受動部
分の光電子放出ダイオードＬ１に光結合された光電子受
容トランジスタＰＴから成り、等価回路構造との置換が
可能な双極トランジスタＢＴがさらに利得を上昇させる
ようにこの光電子受容トランジスタＰＴと連動する。増
幅器ＡＭＰのための電気絶縁フィードバックを形成する
ように受動部分の光電子受容ダイオードＰＤ１と、対称
的に、能動部分の追加光電子受容ダイオードＰＤ２とに
光結合される追加光電子放出ＬＥＤダイオードＬ２が、
光電子受容トランジスタＰＴと直列に設けられている。
本実施例では、追加光電子受容ダイオードＰＤ２は、別
の接地入力を有するとともに抵抗フィードバックＲが供
給される演算増幅器ＯＰの入力と接地との間に配置され
ている。
持つ電気絶縁電流増幅器ＡＭＰを形成するように受動部
分の光電子放出ダイオードＬ１に光結合された光電子受
容トランジスタＰＴから成り、等価回路構造との置換が
可能な双極トランジスタＢＴがさらに利得を上昇させる
ようにこの光電子受容トランジスタＰＴと連動する。増
幅器ＡＭＰのための電気絶縁フィードバックを形成する
ように受動部分の光電子受容ダイオードＰＤ１と、対称
的に、能動部分の追加光電子受容ダイオードＰＤ２とに
光結合される追加光電子放出ＬＥＤダイオードＬ２が、
光電子受容トランジスタＰＴと直列に設けられている。
本実施例では、追加光電子受容ダイオードＰＤ２は、別
の接地入力を有するとともに抵抗フィードバックＲが供
給される演算増幅器ＯＰの入力と接地との間に配置され
ている。
【００１３】受動部分の光電子放出ダイオードＬ１と能
動部分の光電子受容トランジスタＰＴとは、例えばＴｏ
ｓｈｉｂａ ＴＬＰ−１２７として市場では周知のタイ
プの、低い入力電流で高い電流利得を持つ光電子結合チ
ップ４の形で実行される。能動部分の光電子放出ダイオ
ードＬ２と二つの光電子受容ダイオードＰＤ１およびＰ
Ｄ２とは、例えばＳｉｅｍｅｎｓ ＩＬ３８８またはＩ
Ｌ３００として市場では周知のタイプの線形光電子結合
チップ５の形で実行される。
動部分の光電子受容トランジスタＰＴとは、例えばＴｏ
ｓｈｉｂａ ＴＬＰ−１２７として市場では周知のタイ
プの、低い入力電流で高い電流利得を持つ光電子結合チ
ップ４の形で実行される。能動部分の光電子放出ダイオ
ードＬ２と二つの光電子受容ダイオードＰＤ１およびＰ
Ｄ２とは、例えばＳｉｅｍｅｎｓ ＩＬ３８８またはＩ
Ｌ３００として市場では周知のタイプの線形光電子結合
チップ５の形で実行される。
【００１４】作動時に、測定される電流Ｉは節点Ａから
平行回路３に入り、ここで二つの電流ＩL1とＩPD1とに
分割される。閾値電圧ＩTHを越えると、以下のようにな
る。光電子ダイオードＰＤ１に電流を通すため、光電子
放出ダイオードＬ２にはＩL2＝ＩPD1／Ｋ1の電流が供給
されなければならない。Ｋ1はチップ５の結合係数（Ｋ1
〜７＊１０-3）である。電流ＩL2は増幅器ＡＭＰにより
供給され、これは非常に高い電流利得（Ａ1〜１０4）で
あるので、電流ＩL1＝ＩL2／Ａ1は非常に低い。その結
果、ＩPD1〜Ｉ−ＩTHと光電子ダイオードＰＤ２を通る
電流ＩPD2とはＩPD1に対して直線関係となる。実際には
ＩPD2＝Ｋ2ＩL2＝ＩPD1（Ｋ2／Ｋ1）となる。ここでＫ2
／Ｋ1＝Ｋ3はチップの利得で、仮定的な例では広範囲の
電流について一定で、１の付近にあり、本発明でさらに
重要なのは、これは実際には温度に無関係で、特に０℃
から７５℃の温度範囲における変化は１．５％である。
平行回路３に入り、ここで二つの電流ＩL1とＩPD1とに
分割される。閾値電圧ＩTHを越えると、以下のようにな
る。光電子ダイオードＰＤ１に電流を通すため、光電子
放出ダイオードＬ２にはＩL2＝ＩPD1／Ｋ1の電流が供給
されなければならない。Ｋ1はチップ５の結合係数（Ｋ1
〜７＊１０-3）である。電流ＩL2は増幅器ＡＭＰにより
供給され、これは非常に高い電流利得（Ａ1〜１０4）で
あるので、電流ＩL1＝ＩL2／Ａ1は非常に低い。その結
果、ＩPD1〜Ｉ−ＩTHと光電子ダイオードＰＤ２を通る
電流ＩPD2とはＩPD1に対して直線関係となる。実際には
ＩPD2＝Ｋ2ＩL2＝ＩPD1（Ｋ2／Ｋ1）となる。ここでＫ2
／Ｋ1＝Ｋ3はチップの利得で、仮定的な例では広範囲の
電流について一定で、１の付近にあり、本発明でさらに
重要なのは、これは実際には温度に無関係で、特に０℃
から７５℃の温度範囲における変化は１．５％である。
【００１５】こうして演算増幅器ＯＰの出力における電
圧Ｖoutは電流Ｉ−ＩTHに比例し、より正確にはＶout＝
Ｇ（Ｉ−ＩTH）である。ここで G＝K3＊R＊ A1K1 １＋A1K1 これは１より大きいA1K1についてはK3＊Rに近づく。
圧Ｖoutは電流Ｉ−ＩTHに比例し、より正確にはＶout＝
Ｇ（Ｉ−ＩTH）である。ここで G＝K3＊R＊ A1K1 １＋A1K1 これは１より大きいA1K1についてはK3＊Rに近づく。
【００１６】上述した動作では平行回路３の端子におい
て、直接バイアスされたＬＥＤダイオードＬ１と等しい
非常に小さな電圧低下の判断が行われることに注目すべ
きである。
て、直接バイアスされたＬＥＤダイオードＬ１と等しい
非常に小さな電圧低下の判断が行われることに注目すべ
きである。
【００１７】−１０℃から＋５０℃の温度範囲で測定さ
れたこのような測定の結果が、入力電流Ｉを横座標、出
力電流ＩPD2を縦座標にとり、両方をμＡで表した図２
が示されている。作動のために最小の電流を必要とする
ＬＥＤＬ１により設定されたおよそ８０μＡの入力閾値
電流ＩTHが示されている。
れたこのような測定の結果が、入力電流Ｉを横座標、出
力電流ＩPD2を縦座標にとり、両方をμＡで表した図２
が示されている。作動のために最小の電流を必要とする
ＬＥＤＬ１により設定されたおよそ８０μＡの入力閾値
電流ＩTHが示されている。
【００１８】本発明による電流メータ、特に図１に示さ
れたものは、接地された陰極を備える光電子増倍管の陽
極電流を測定するのに特に用いられる。
れたものは、接地された陰極を備える光電子増倍管の陽
極電流を測定するのに特に用いられる。
【００１９】このような用途が図３に図示されており、
光電子増倍管はＰＭＴ、陽極はＡＮ、陰極はＣＴで表さ
れている。陽極ＡＮは抵抗Ｒaを介して高電圧源＋ＨＶ
に接続されている。電流メータはＯＣＭで表され、その
入力部分は、光電子増倍管の様々なダイノードＤの間に
単独で設けられた一連の抵抗ＲＳで構成される光電子増
倍管の抵抗バイアスネットワークの陽極側に設けられた
端子抵抗と直列に挿入されている。一方、出力部分は光
電子増倍管の陰極ＣＴに接続され、この陰極は抵抗フィ
ードバックＲＦを備えた演算増幅器ＯＰＦの入力にやは
り接続されている。
光電子増倍管はＰＭＴ、陽極はＡＮ、陰極はＣＴで表さ
れている。陽極ＡＮは抵抗Ｒaを介して高電圧源＋ＨＶ
に接続されている。電流メータはＯＣＭで表され、その
入力部分は、光電子増倍管の様々なダイノードＤの間に
単独で設けられた一連の抵抗ＲＳで構成される光電子増
倍管の抵抗バイアスネットワークの陽極側に設けられた
端子抵抗と直列に挿入されている。一方、出力部分は光
電子増倍管の陰極ＣＴに接続され、この陰極は抵抗フィ
ードバックＲＦを備えた演算増幅器ＯＰＦの入力にやは
り接続されている。
【００２０】作動時に、節点Ｂでは供給電流Ｉoが陽極
電流Ｉaと、電流メータＯＣＭの入力部分を流れる電流
Ｉo−Ｉaとに分割され、次に様々なダイノードＤとバイ
アス抵抗ＲＳとの相互作用の結果、電流Ｉo−Ｉkの形で
端子節点Ｃを流れる。Ｉkは光電子増倍管の陰極電圧で
ある。
電流Ｉaと、電流メータＯＣＭの入力部分を流れる電流
Ｉo−Ｉaとに分割され、次に様々なダイノードＤとバイ
アス抵抗ＲＳとの相互作用の結果、電流Ｉo−Ｉkの形で
端子節点Ｃを流れる。Ｉkは光電子増倍管の陰極電圧で
ある。
【００２１】電流Ｉoはこうして演算増幅器ＯＰＦの入
力に供給され、次に適当な値を持つ抵抗ＲTHに供給され
る電流ＩＴＨと、抵抗フィードバックＲＦを流れる電流
Ｉａと、電流メータＯＣＭの出力部分を流れる電流Ｉo
−Ｉa−ＩTHとに分割される。演算増幅器ＯＰＦの出力
では、こうして電圧Ｖo＝Ｇ＊Ｉaとなり、ＲＦが図１の
抵抗Ｒと一致するため、陽極電流Ｉaに比例する。
力に供給され、次に適当な値を持つ抵抗ＲTHに供給され
る電流ＩＴＨと、抵抗フィードバックＲＦを流れる電流
Ｉａと、電流メータＯＣＭの出力部分を流れる電流Ｉo
−Ｉa−ＩTHとに分割される。演算増幅器ＯＰＦの出力
では、こうして電圧Ｖo＝Ｇ＊Ｉaとなり、ＲＦが図１の
抵抗Ｒと一致するため、陽極電流Ｉaに比例する。
【図１】本発明による電流メータの電気図である。
【図２】電流メータの入力−出力増幅の特徴を示す。
【図３】接地された陰極を備える光電子増倍管の陽極電
流を測定するための、本発明によるメータの使用例を示
す。
流を測定するための、本発明によるメータの使用例を示
す。
【符号の説明】 １ 受動入力部分又は受動部分 ２ 能動出力部分又は能動部分 ３ 平行回路 ４ 光電子結合チップ ５ 線形光電子結合チップ Ｉ 測定される電流
Claims (4)
- 【請求項１】 受動入力部分（１）と、該受動部分
（１）に光結合されるとともに該受動部分から電気的に
絶縁された能動出力部分（２）とで構成されることを特
徴とする直流メータ。 - 【請求項２】 前記受動部分（１）が、測定される電流
（Ｉ）が供給されるとともに逆平行に接続された光電子
放出ダイオード（Ｌ１）と光電子受容ダイオード（ＰＤ
１）とを含む平行回路（３）から成るのに対して、前記
能動部分（２）は、高い開ループ利得を備えるとともに
光電子受容トランジスタ（ＰＴ）と直列接続された電気
絶縁電流増幅器（ＡＭＰ）を形成するように該受動部分
（１）の該光電子放出ダイオード（Ｌ１）に光結合され
た光電子受容トランジスタ（ＰＴ）と、該増幅器（ＡＭ
Ｐ）の電気絶縁フィードバックを形成するような方法で
該受動部分（１）の該光電子受容ダイオード（ＰＤ１）
と、対称的に、該受動部分（１）の該光電子受容ダイオ
ード（ＰＤ１）を流れる電流（ＩPD1）と概ね比例する
出力信号（ＩPD2）を発する該能動部分（２）の追加光
電子受容ダイオード（ＰＤ２）とに光結合された追加光
電子放出ダイオード（Ｌ２）とから成ることを特徴とす
る、請求項１に記載の電流メータ。 - 【請求項３】 前記受動部分（１）の前記光電子放出ダ
イオード（Ｌ１）と前記能動部分（２）の前記光電子受
容トランジスタ（ＰＴ）とが低い入力電流で高い電流利
得を持つ光電子結合チップ（４）の形で実行されるのに
対して、該能動部分（２）の前記光電子放出ダイオード
（Ｌ２）と前記二つの光電子受容ダイオード（ＰＤ１，
ＰＤ２）とが線形光電子結合チップ（５）の形で実行さ
れることを特徴とする、請求項２に記載の電流メータ。 - 【請求項４】 前記光電子受容トランジスタ（ＰＴ）と
直列接続される電流増幅器回路構造（ＢＴ）から成るこ
とを特徴とする、請求項２に記載の電流メータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT98A002754 | 1998-12-21 | ||
| IT1998MI002754A IT1306244B1 (it) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | Misuratore di corrente continua con ingresso passivo ed isolamentogalvanico,particolarmente per alta tensione. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000187047A true JP2000187047A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=11381288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11359282A Pending JP2000187047A (ja) | 1998-12-21 | 1999-12-17 | 受動入力を備えガルヴァ―ニ電気絶縁された特に高電圧のための直流メ―タ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6316930B1 (ja) |
| EP (1) | EP1014098B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000187047A (ja) |
| AT (1) | ATE238563T1 (ja) |
| DE (1) | DE69907125T2 (ja) |
| DK (1) | DK1014098T3 (ja) |
| ES (1) | ES2198846T3 (ja) |
| IT (1) | IT1306244B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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