JP2006234783A

JP2006234783A - 電圧測定装置

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Publication number: JP2006234783A
Application number: JP2005167816A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawamura; 佳浩河村
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】コストダウンかつより正確な測定が可能な電圧測定装置を提供すること。
【解決手段】直列接続されたＮ個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６を第１および第２のマルチプレクサ１，２でコンデンサ３に選択的に接続し、コンデンサ３の両端電圧を電圧計測手段７に供給する電圧測定装置であって、電圧計測手段７における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の中間の電圧を供給する基準電圧源回路８をさらに備えている。奇数番目の電圧源の電圧または偶数番目の電圧源の電圧を互いに逆極性でコンデンサ３へ充電した後に、第１および第２のマルチプレクサ１，２を開いて、電圧源Ｖ１〜Ｖ５の電圧を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧測定装置に関する。

電気自動車の電源のように、多数個の電池（電圧源）を直列接続して構成される高圧電源において、高圧電源を構成する各個別電池（電圧源）の電圧を、それぞれ測定する装置として、フライングキャパシタ方式電圧測定装置がある。このような装置は、たとえば、特開平１１−２４８７５５号公報（特許文献１）に開示されている。

図７は、上記公報に開示されているフライングキャパシタ方式電圧測定装置の構成図である。図７において、直列接続された電圧源Ｖ１〜Ｖ５は、電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６から、スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５から成る第１のマルチプレクサ１およびスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６から成る第２のマルチプレクサ２を経由してコンデンサ３に接続され、さらに、コンデンサ３は、スイッチ４ａ，４ｂから成るサンプルスイッチ４を経由して電圧計測回路５に接続されている。

サンプルスイッチ４が開いた状態で、第１および第２のマルチプレクサ１，２により所望の電圧源を選択した後に、第１および第２のマルチプレクサ１，２を開いてサンプルスイッチ４を閉じる動作を繰り返すことにより、電圧源Ｖ１〜Ｖ５の各電圧を計測することができる。

たとえば、スイッチＳ１とＳ２を閉じれば、電圧源Ｖ１の電圧がコンデンサ３に充電され、次にスイッチＳ１とＳ２を開いた後、サンプルスイッチ４を閉じると、電圧計測回路５にコンデンサ３の充電電圧すなわち電圧源Ｖ１の電圧が入力される。このようにして、マルチプレクサ１，２とサンプルスイッチ４は、同時に閉じないため、電圧源Ｖ１の電圧は絶縁的に計測される。

また、この装置では、奇数番目の電圧源に対して偶数番目の電圧源の検出電圧が、極性反転して電圧計測回路５に入力されるため、奇数番目の電圧源と偶数番目の電圧源の検出電圧極性を揃えるための極性補正手段６を備えている。
特開平１１−２４８７５５号公報

しかしながら、上述の従来装置では、以下の問題点がある。
（１）奇数側と偶数側の極性が反転して取り込まれるため、極性補正手段６が必要となり、コスト高になる。
（２）電圧計測回路５を差動入力型の差動アンプとした場合、差動アンプの誤差が検出精度に悪影響を与えてしまう。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、コストダウンかつより正確な測定が可能な電圧測定装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備えた電圧測定装置であって、前記コンデンサと前記電圧計測手段の間に接続され、前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の中間の電圧を供給する基準電圧源回路をさらに備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備えた電圧測定装置であって、前記コンデンサと前記電圧計測手段の間に接続され、前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の高電位電圧または低電位電圧を切り替えて供給する基準電圧源回路をさらに備え、前記第１および第２のマルチプレクサにより所望の電圧源を選択することにより、奇数番目の前記電圧源の電圧または偶数番目の前記電圧源の電圧を互いに逆極性で前記コンデンサへ充電した後に、前記第１および第２のマルチプレクサを開くと共に、奇数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記低電位電圧に切り替え、偶数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記高電位電圧に切り替えて、前記電圧源の電圧を測定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電圧測定装置において、前記電圧計測手段は、前記コンデンサの両端電圧が供給される第１および第２の入力ポートを有し、前記基準電圧源回路は、前記第１および第２の入力ポートのうちの一方を、前記高電位電圧を与える基準電圧源に接続する第１のスイッチと、前記低電位電圧を与える接地に接続する第２のスイッチとを有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の電圧測定装置において、前記電圧計測手段は、前記コンデンサの両端電圧が供給される第１および第２の入力ポートを有し、前記基準電圧源回路は、前記第１および第２の入力ポートのうちの一方を、前記高電位電圧を与える基準電圧源に接続する抵抗と、前記低電位電圧を与える接地に接続する第２のスイッチとを有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、従来のように極性補正手段を用いることがないためコストダウンが可能であり、また、ノイズ等の影響による基準電圧源の変動や、Ａ／Ｄ変換部自体の誤差要因も排除することができ、測定系の誤差要因にも影響を受けない、正確な電圧源の電圧測定が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、従来のように極性補正手段を用いることがないためコストダウンが可能であり、また、ノイズ等の影響による基準電圧源の変動や、Ａ／Ｄ変換部自体の誤差要因も排除することができ、測定系の誤差要因にも影響を受けない、正確な電圧源の電圧測定が可能となる。また、電圧計測手段のフルスケールを従来より少ない部品
構成で可能とすることができ、検出精度の低下・ＳＮ比の低下を懸念する必要がない。

請求項３および４記載の発明によれば、従来に比して非常に簡単な構成で、電圧源の電圧を計測できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。

図１において、電圧測定装置は、フライングキャパシタ方式電圧測定装置として構成され、高圧電源Ｖの電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６に接続された第１のマルチプレクサ１および第２のマルチプレクサ２、両極性のコンデンサ３、サンプルスイッチ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、電圧計測手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７および基準電圧源回路８を含む。

高圧電源Ｖは、直列接続されたＮ個（この形態では、たとえばＮ＝５）の電圧源（たとえば、単電池）Ｖ１〜Ｖ５を含む。各電圧源Ｖ１〜Ｖ５は、（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６にそれぞれ接続されている。

マルチプレクサ１は、各電圧検出端子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５にそれぞれ接続されたスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５を含む。また、マルチプレクサ２は、各電圧検出端子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６にそれぞれ接続されたスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６を含む。

第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５は、コンデンサ３の一方の端子に接続され、第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６は、コンデンサ３の他方の端子に接続されている。
ている。

サンプルスイッチ４は、コンデンサ３の一方の端子に接続されたスイッチ４ａと、コンデンサ３の他方の端子に接続されたスイッチ４ｂを含む。

マイコン７は、その電源ポートＶｃｃに、電源＋Ｖｃｃからの駆動電圧が供給される。基準電圧源回路８は、スイッチ４ａとマイコン７の第１の入力ポートＡ／Ｄ１間に接続された抵抗Ｒ１と、スイッチ４ｂと、マイコン７の第２の入力ポートＡ／Ｄ２間に接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ１および第１の入力ポートＡ／Ｄ１の接続点と、抵抗Ｒ２および第２の入力ポートＡ／Ｄ２の接続点との間に接続された抵抗Ｒ３とを含む。

また、基準電圧源回路８において、抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点には、基準電圧源＋Ｖｒｅｆが接続されている。基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧は、マイコン７の計測フルスケール値の中間の電圧、たとえば、マイコン７の駆動電圧＋Ｖｃｃと同じかそれ以下の電圧＋ＡＶｃｃ（≦＋Ｖｃｃ）を１／２した電圧（＋ＡＶｃｃ／２）に設定されている。また、この設定電圧（＋ＡＶｃｃ／２）は、各電圧源Ｖ１〜Ｖ５の個別電圧以上の電圧になるように設定されている。

次に、上述の構成を有するフライングキャパシタ方式電圧測定装置の動作（測定手順）について説明する。まず、マルチプレクサ１および２のスイッチＳ１〜Ｓ６およびサンプルスイッチ４のスイッチ４ａ，４ｂが全て開いている状態から第１のマルチプレクサ１の
スイッチＳ１と第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２を閉じると、電圧源Ｖ１、電圧検出端子Ｔ１、スイッチＳ１、コンデンサ３、サンプルスイッチＳ２および電圧検出端子Ｔ２により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ１の電圧が、スイッチＳ１に接続されているコンデンサ３の端子側がプラスの極性になるように、コンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ１およびＳ２を開いて、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ１の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１および第２の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

このとき、第２の入力ポートＡ／Ｄ２には、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ／２）が印加されているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、電圧源Ｖ１の電圧プラス（＋ＡＶｃｃ／２）の電圧が供給される。そこで、マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧との差分の絶対値、すなわち、｜（第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧）−（第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧）｜を計算し、その計算結果が、電圧源Ｖ１の電圧を示す値として読み込まれる。なお、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換してデジタル値とされると共に、第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧も、同様にＡ／Ｄ変換してデジタル値とされて、上述の計算が行われる。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を閉じると、電圧源Ｖ２、電圧検出端子Ｔ２、スイッチＳ２、コンデンサ３、スイッチＳ３および電圧検出端子Ｔ３により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ２の電圧が、電圧源Ｖ１の測定時と逆極性で、すなわち、スイッチＳ２に接続されているコンデンサ３の端子側がプラスの極性になるように、コンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を開いて、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ２の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１および第２の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

このとき、第２の入力ポートＡ／Ｄ２には、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ／２）が印加されているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、電圧源Ｖ２の電圧プラス（＋ＡＶｃｃ／２）の電圧が供給される。そこで、マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と、第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧との差分の絶対値、すなわち、｜（第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧）−（第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧）｜を計算し、その計算結果が、電圧源Ｖ２の電圧を示す値として読み込まれる。

以下同様に、スイッチＳ３およびＳ４、Ｓ４およびＳ５、Ｓ５およびＳ６の組み合わせにより、それぞれ、電圧源Ｖ３、Ｖ４およびＶ５の各電圧を示す値が、マイコン７で読み込まれる。

上述の測定時、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧と、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、それぞれ逆極性でコンデンサ３に充電され、マイコン７に供給されるので、Ａ／Ｄ２に予め印加される基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ／２）を基準電位として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの上半分、すなわち、（＋ＡＶｃｃ／２）（ｍ
ｉｎ）〜＋ＡＶｃｃ（ｍａｘ）に換算され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの下半分、すなわち、（＋ＡＶｃｃ／２）（ｍｉｎ）〜ゼロ（０）ボルト（ｍａｘ）に換算される。図２は、この換算の様子を説明する図である。

このように、図１の装置では、従来のように極性補正手段を用いることなく、計測フルスケール値の１／２の電圧、すなわち（＋ＡＶｃｃ／２）を基準電圧として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、（＋ＡＶｃｃ／２）〜＋ＡＶｃｃの範囲で検出され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、（＋ＡＶｃｃ／２）〜ゼロ（０）ボルトの範囲で検出される。したがって、たとえば、＋Ｖｃｃが５ボルトであり、＋ＡＶｃｃ＝＋Ｖｃｃとした場合は、奇数番目の電圧源の電圧は、２．５Ｖ〜５Ｖの範囲で検出され、偶数番目の電圧源の電圧は、２．５Ｖ〜０Ｖの範囲で検出されることになる。

また、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ／２）を第２の入力ポートＡ／Ｄ２で読み込み、第１の入力ポートＡ／Ｄ１で読み込まれる、測定された電圧源の電圧との差分を求めることにより、ノイズ等の影響による基準電圧源の変動や、Ａ／Ｄ変換部自体の誤差要因も排除することができ（つまり、Ａ／Ｄ１とＡ／Ｄ２は同一チップ上で構成されているので、Ａ／Ｄ２の測定値には、Ａ／Ｄ１と同じＡ／Ｄ変換部自体の誤差要因も含まれるため）、測定系の誤差要因にも影響を受けない、正確な電圧源の電圧測定が可能となる。

（第２の実施形態）次に図３は、本発明の第２の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。

図３に示す電圧測定装置は、フライングキャパシタ方式電圧測定装置として構成され、図１に示す装置とほとんど同じ構成であるが、基準電圧源回路８の構成が異なっている。すなわち、図３では、基準電圧源回路８は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３に加えて、一端が抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点に接続されかつ他端が、マイコン７における計測フルスケール値の高電位電圧、たとえば最大電圧を与える基準電圧源＋Ｖｒｅｆに接続された第１のスイッチ８ａと、一端が抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点に接続されかつ他端がマイコン７における計測フルスケール値の低電位電圧、たとえば最小電圧を与える接地に接続された第２のスイッチ８ｂとを有する。

基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧は、マイコン７の駆動電圧＋Ｖｃｃと同じかまたはそれ以下の電圧＋ＡＶｃｃ（≦＋Ｖｃｃ）に設定されている。

次に、上述の構成を有するフライングキャパシタ方式電圧測定装置の動作（測定手順）について説明する。まず、マルチプレクサ１および２のスイッチＳ１〜Ｓ６と、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａ，４ｂと、基準電圧源回路８の第１のスイッチ８ａ，８ｂが全て開いている状態から、第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１と第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２を閉じると、電圧源Ｖ１、電圧検出端子Ｔ１、スイッチＳ１、コンデンサ３、サンプルスイッチＳ２および電圧検出端子Ｔ２により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ１の電圧が、コンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ１およびＳ２を開くと共に基準電圧源回路８の第２のスイッチ８ｂを閉じ、続いてサンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ１の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

このとき、第２の入力ポートＡ／Ｄ２は、接地電位、すなわちゼロ（０）ボルトになっているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、電圧源Ｖ１の電圧が供給される。そこで、
マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧との差分の絶対値、すなわち、｜（第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧）−（第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧）｜を計算し、その計算結果が、電圧源Ｖ１の電圧を示す値として読み込まれる。

次に、図示しないリセットスイッチ等によってコンデンサ３に充電された電圧が充分に放電された後、スイッチＳ２およびＳ３を閉じると、電圧源Ｖ２、電圧検出端子Ｔ２、スイッチＳ２、コンデンサ３、スイッチＳ３および電圧検出端子Ｔ３により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ２の電圧が、電圧源Ｖ１の測定時と逆極性でコンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を開くと共に基準電圧源回路８の第２のスイッチ８ｂを開きかつ第１のスイッチ８ａを閉じ、続いて、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ２の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

このとき、第２の入力ポートＡ／Ｄ２には、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧＋ＡＶｃｃが印加されているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、電圧源Ｖ２の電圧プラス基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ）の電圧が供給される。そこで、マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と、第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧との差分の絶対値、すなわち、｜（第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧）−（第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧）｜を計算し、その計算結果が、電圧源Ｖ２の電圧を示す値として読み込まれる。

上述の測定時、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧と、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、それぞれ逆極性でコンデンサ３に充電され、マイコン７に供給されるので、Ａ／Ｄ２に予め印加される基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ）またはゼロ（０）ボルトを基準電位として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、ゼロ（０）ボルト（ｍｉｎ）〜＋ＡＶｃｃ（ｍａｘ）に換算され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、＋ＡＶｃｃ（ｍｉｎ）〜ゼロ（０）ボルト（ｍａｘ）に換算される。図４は、この換算の様子を説明する図である。

このように、図３に示す第２の実施形態によれば、従来のように極性補正手段を用いることなく、マイコン７における計測フルスケール値の高電位電圧、たとえば最大電圧、すなわち（＋ＡＶｃｃ）、または、マイコン７における計測フルスケール値の低電位電圧、たとえば最小電圧、すなわちゼロ（０）ボルトを基準電圧として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、ゼロ（０）ボルト〜＋ＡＶｃｃの範囲で検出され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、（＋ＡＶｃｃ）〜ゼロ（０）ボルトの範囲で検出される。したがって、たとえば、＋Ｖｃｃが５ボルトであり、＋ＡＶｃｃ＝＋Ｖｃｃとした場合は、奇数番目の電圧源の電圧は、０Ｖ〜５Ｖの範囲で検出され、偶数番目の電圧源の電圧は、５Ｖ〜０Ｖの範囲で検出されることになる。

したがって、図３に示す第２の実施形態によれば、図１に示す第１の実施形態のように
Ａ／Ｄフルスケールが１／２に狭められることなく、Ａ／Ｄフルスケールでの電圧測定を、従来より少ない部品構成で可能とすることができ、検出精度の低下・ＳＮ比の低下を懸念する必要がない。

（第３の実施形態）次に図５は、本発明の第３の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。

図５に示す電圧測定装置は、フライングキャパシタ方式電圧測定装置として構成され、図３に示す装置とほとんど同じ構成であるが、基準電圧源回路８の構成が異なっている。すなわち、図５では、図３の第１のスイッチ８ａに代えて、抵抗Ｒ４を備えている。

次に、上述の構成を有するフライングキャパシタ方式電圧測定装置の動作（測定手順）について説明する。まず、マルチプレクサ１および２のスイッチＳ１〜Ｓ６と、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａ，４ｂと、基準電圧源回路８の第１のスイッチ８ｂが全て開いている状態から、第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１と第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２を閉じると、電圧源Ｖ１、電圧検出端子Ｔ１、スイッチＳ１、コンデンサ３、サンプルスイッチＳ２および電圧検出端子Ｔ２により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ１の電圧が、コンデンサ３に充電される。

このとき、第２の入力ポートＡ／Ｄ２は、基準電圧源として接地電位、すなわちゼロ（０）ボルトになっているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、電圧源Ｖ１の電圧が供給される。そこで、マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧との差分の絶対値、すなわち、｜（第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧）−（第２の入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧）｜を計算し、その計算結果が、電圧源Ｖ１の電圧を示す値として読み込まれる。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を開くと共に基準電圧源回路８の第２のスイッチ８ｂを開き、続いて、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ２の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

上述の測定時、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧と、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、それぞれ逆極性でコンデンサ３に充電され、マイコン７に供給されるので、第２の入力ポートＡ／Ｄ２に予め印加される基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ）またはゼロ（０）ボルトを基準電位として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、ゼロ（０）ボルト（ｍｉｎ）〜＋ＡＶｃｃ（ｍａｘ）に換算され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、＋ＡＶｃｃ（ｍｉｎ）〜ゼロ（０）ボルト（ｍａｘ）に換算される。この換算の様子は、図３の装置の場合と同様に、図４に示される。

このように、図５に示す第３の実施形態によれば、従来のように極性補正手段を用いることなく、（＋ＡＶｃｃ）またはゼロ（０）ボルトを基準電圧として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、ゼロ（０）ボルト〜＋ＡＶｃｃの範囲で検出され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、（＋ＡＶｃｃ）〜ゼロ（０）ボルトの範囲で検出される。したがって、たとえば、＋Ｖｃｃが５ボルトであり、＋ＡＶｃｃ＝＋Ｖｃｃとした場合は、奇数番目の電圧源の電圧は、０Ｖ〜５Ｖの範囲で検出され、偶数番目の電圧源の電圧は、５Ｖ〜０Ｖの範囲で検出されることになる。

したがって、図５に示す第３の実施形態においても、図１に示す第１の実施形態のようにＡ／Ｄフルスケールが１／２に狭められることなく、Ａ／Ｄフルスケールでの電圧測定を、従来より少ない部品構成で可能とすることができ、検出精度の低下・ＳＮ比の低下を懸念する必要がない。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施形態では、マルチプレクサ１，２の各スイッチＳ１〜Ｓ６と、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂとの開閉は、ＣＰＵ７の制御により自動的に適宜なタイミングで行われるが、これに代えて手動で開閉しても良い。

また、上述の第１の実施形態では、基準電圧源の＋Ｖｒｅｆの電圧を＋ＡＶｃｃ／２に設定しているが、これに限らず、マイコン７の計測フルスケール値の中間の電圧でありかつ各電圧源Ｖ１〜Ｖ５の個別電圧を測定可能な電圧であれば、それ以外の電圧に設定することができる。

また、上述の第２および第３の実施形態では、基準電圧源回路８は、マイコン７の計測フルスケール値の最大電圧または最小電圧を切り替えて供給できるように構成されているが、これに限らず、最大電圧に近い高電位電圧または最小電圧に近い低電位電圧を切り替えて供給できるように構成しても良い。

また、上述の各実施形態の測定装置は、いずれもフライングキャパシタ方式電圧測定装置として構成されているが、変形例として、直接計測方式電圧測定装置として構成することもできる。

図６は、本発明の変形例としての直接計測方式電圧測定装置の構成を示す回路図である。図６の直接計測方式電圧測定装置は、上述の図１の回路においてサンプルスイッチ４が削除され、コンデンサ３と基準電圧源回路８の間にバッファ回路９を備えている。バッファ回路９は、コンデンサ３の一方の端子と基準電圧源回路の抵抗Ｒ１の間に接続されたバッファアンプ９ａと、コンデンサ３の他方の端子と基準電圧源回路の抵抗Ｒ２の間に接続されたバッファアンプ９ｂを含む。

次に、上述の構成を有する直接計測方式電圧測定装置の動作（測定手順）について説明する。まず、動作（測定手順）の概略を述べると、測定を行いたい電圧源の両端に接続されている電圧検出端子に対応する第１および第２のマルチプレクサ１，２のスイッチを閉じることにより、コンデンサ３に当該電圧源の電圧を充電し、その後、閉じたスイッチを開いて、バッファ回路９および基準電圧源回路８を介して測定処理側すなわちマイコン７へ、電圧源の電圧を正確にかつ各電圧源の電圧をマルチプレックスした状態で伝えることができる。

以下、この装置の動作（測定手順）を詳述する。まず、マルチプレクサ１および２のスイッチＳ１〜Ｓ６およびサンプルスイッチ４のスイッチ４ａ，４ｂが全て開いている状態から第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１と第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２を閉じると、電圧源Ｖ１、電圧検出端子Ｔ１、スイッチＳ１、コンデンサ３、スイッチＳ２および電圧検出端子Ｔ２により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ１の電圧が、スイッチＳ１に接続されているコンデンサ３の端子側がプラスの極性になるように、コンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ１およびＳ２を開いて、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ１の電圧をバッファ回路９スイッチ９ａ，９ｂおよび基準電圧源回路８の抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１および第２の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を開いて、コンデンサ３の両端電圧、すなわち電圧源Ｖ２の電圧をバッファアンプ９ａ，９Ｂおよび抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の第１および第２の入力ポートＡ／Ｄ１およびＡ／Ｄ２に供給する。

なお、図３および図５に示す本発明の第２および第３の実施形態に係るフライングキャパシタ方式電圧測定装置の構成を、同様に、直接計測方式電圧測定装置の構成に変更することも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第１の実施形態）図１の電圧測定装置における動作を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第２の実施形態）図３の電圧測定装置における動作を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第３の実施形態）本発明の他の変形例としての直接計測方式電圧測定装置の構成を示す回路図である。（本発明の他の変形例）従来のフライングキャパシタ方式電圧測定装置の構成図である。

符号の説明

Ｒ１〜Ｒ４抵抗
Ｓ１〜Ｓ６，４ａ，４ｂ，８ａ，８ｂスイッチ
Ｖ高圧電源
Ｖ１〜Ｖ５電圧源
１第１のマルチプレクサ
２第２のマルチプレクサ
３コンデンサ
４サンプルスイッチ
７マイコン（電圧計測手段）
８基準電圧源回路
８ａ第１のスイッチ
８ｂ第２のスイッチ

Claims

コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備えた電圧測定装置であって、
前記コンデンサと前記電圧計測手段の間に接続され、前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の中間の電圧を供給する基準電圧源回路をさらに備えた
ことを特徴とする電圧測定装置。
コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備えた電圧測定装置であって、
前記コンデンサと前記電圧計測手段の間に接続され、前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の高電位電圧または低電位電圧を切り替えて供給する基準電圧源回路をさらに備え、
前記第１および第２のマルチプレクサにより所望の電圧源を選択することにより、奇数番目の前記電圧源の電圧または偶数番目の前記電圧源の電圧を互いに逆極性で前記コンデンサへ充電した後に、前記第１および第２のマルチプレクサを開くと共に、奇数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記低電位電圧に切り替え、偶数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記高電位電圧に切り替えて、前記電圧源の電圧を測定する
ことを特徴とする電圧測定装置。
請求項２記載の電圧測定装置において、
前記電圧計測手段は、前記コンデンサの両端電圧が供給される第１および第２の入力ポートを有し、
前記基準電圧源回路は、前記第１および第２の入力ポートのうちの一方を、前記高電位電圧を与える基準電圧源に接続する第１のスイッチと、前記低電位電圧を与える接地に接続する第２のスイッチとを有する
ことを特徴とする電圧測定装置。
請求項２記載の電圧測定装置において、
前記電圧計測手段は、前記コンデンサの両端電圧が供給される第１および第２の入力ポートを有し、
前記基準電圧源回路は、前記第１および第２の入力ポートのうちの一方を、前記高電位電圧を与える基準電圧源に接続する抵抗と、前記低電位電圧を与える接地に接続する第２のスイッチとを有する
ことを特徴とする電圧測定装置。