JP2006284326A - サージ電流発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷５にサージ電流と直流バイアス電流とが重畳された電流を印加する際に、負荷５のインピーダンスに関わらず試験電流値のサージ電流が負荷５に流れるようにする。
【解決手段】少なくとも直流バイアス電流の供給源をなすバイアス電源端子Ｔ１、サージ電流の供給源をなすサージ電源端子Ｔ２を備えた直流電源４と、バイアス電源端子Ｔ１に接続されて、所定値の直流バイアス電流を負荷５に印加する直流バイアス電流回路３と、サージ電源端子Ｔ２に接続されて、負荷５のインピーダンスに関わらず所定電流値のサージ電流を所定時間だけ直流バイアス電流回路３からの出力に重畳して出力するサージ電流回路２とを設ける。これにより直流バイアス電流をバイアスとして重畳するような場合でも簡便な構成で、かつ、短時間で負荷５のインピーダンスにかかわらず容易に試験値のサージ電流を負荷５に流すことができるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、防雷素子等が組み込まれた製品において、この防雷素子等が適性に動作するか否かを試験するために用いられるサージ電流発生装置に関する。

従来、製品においては所定の機能を発揮するか否かを試験する必要があり、防雷素子等が組み込まれた製品においても、この防雷素子等が適性に動作するか否かを試験する必要がある。

このような試験の基本原理は、擬似的な雷サージを発生させ、これを製品に入力してその動作確認やサージ電流耐量等を試験するものである。

例えば、サージ電流耐量を試験する方法として、レベルが段々とあがるパルス電流を素子に印加していくことによって素子の発熱量からサージ電流耐量を測定する方法が提案されている（特許文献１参照）。

サージ電流は、それ自身が単独で製品に侵入することもあるが、信号等に重畳して侵入することが多い。図３は、このような信号等に重畳して侵入する侵入モードでの防雷素子等の動作確認を試験するために、従来用いられているサージ電流発生装置の回路図である。

なお、図３における回路はサージ電流発生回路であり、直流バイアス電流は図示しない直流バイアス電流発生回路により発生されてサージ電流に重畳されて負荷に印加される。

このようなサージ電流発生装置はコンデンサ放電方式であり、交流電圧を整流する整流部１０４と、該整流部１０４により充電されるコンデンサ１０３と、該コンデンサ１０３に所定の電荷が充電されたことを整流部１０４が検出すると、放電回路を閉じるように制御される放電スイッチ１０５と、コンデンサ１０３と共に放電の時定数を設定する抵抗１０６，１０７とからなり、その出力に負荷（試験体）を接続するようになっている。

そして、試験時には所望のサージ電流が負荷に流れるようにするために、負荷１００のインピーダンス（等価インピーダンス）を確認し、このインピーダンスに基づき整流部１０４によるコンデンサ１０３の充電電圧を設定すると共に、抵抗１０６，１０７の抵抗値を設定するようになっている。

そして、充電電圧や抵抗値の設定が完了すると、コンデンサ１０３の充電を開始し、整流部１０４に設けられている電圧検出器１１４でコンデンサ１０３の電圧を検出する。この検出電圧が設定した電圧に達すると、電圧検出器１１４は、放電スイッチ１０５を制御して放電回路を閉じる。

放電回路が閉じられると、コンデンサ１０３の電荷は、抵抗１０６，１０７及び負荷１００による等価インピーダンスにより決まる時定数で放電し、これにより負荷にサージ電流が流れる。
特開２００２−２５０７５２号公報

しかしながら、サージ電流値は抵抗１０６，１０７及び負荷１００による等価インピーダンスに応じて日標の電流値のサージ電流が負荷１００に流れるようにするために、当該負荷１００のインピーダンスを調べた上で、抵抗１０６，１０７の抵抗値や充電電圧を設定する必要があり、試験開始に先立つ準備に多くの時間を必要とする問題があった。

また、直流バイアス電流にサージ電流を重畳させる場合には、サージ電流が直流バイアス電流発生回路側に流れ込んだり、逆に直流バイアス電流がサージ電流発生回路側に流れ込んだりしないように対策する必要があり回路を複雑にする要因となる問題があった。

そこで、本発明は、目標とする電流値のサージ電流を直流バイアス電流に重畳して、かつ、負荷のインピーダンスにかかわらず、当該電流値のサージ電流が負荷に流れるようにしたサージ電流発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、少なくとも直流バイアス電流の供給源をなすバイアス電源端子と、サージ電流の供給源をなすサージ電源端子とを備えた直流電源と、バイアス電源端子に接続されて、所定値の直流バイアス電流を出力する直流バイアス電流回路と、サージ電源端子に接続されて、負荷のインピーダンスに関わらず所定値のサージ電流を所定時間だけ直流バイアス電流に重畳して負荷に印加できるように出力するサージ電流回路とを備えることを特徴とする。

これにより直流バイアス電流にサージ電流を重畳して負荷に印加するような場合でも、簡便な構成で、負荷のインピーダンスにかかわらず、試験電流値のサージ電流が重畳された電流を負荷に流すことができ、短時間で試験を行うことが可能になる。

請求項２に係る発明は、サージ電流回路が、試験開始時に投入される試験開始スイッチと、該試験スイッチの投入に応じて予め設定された時間幅のパルス信号を出力するタイマーと、該タイマーからのパルス信号に応じてＯＮしてサージ電流の出力を行う印加制御トランジスタとを備えることを特徴とする。

これにより、所定の時間幅のサージ電流を負荷に印加できるようになる。

請求項３に係る発明は、サージ電流回路が、印加制御トランジスタを介して出力されるサージ電流値に応じた電圧値を発生する電圧変換器と、その電圧値に応じて印加制御トランジスタにおける制御ゲートの電圧値を変化させて、出力されるサージ電流値が予め設定された電流値になるようにフィードバック制御する電流値制御トランジスタとを備えることを特徴とする。

これにより所定の電流値のサージ電流を負荷に印加できるようになる。

請求項４に係る発明は、電圧変換器が、抵抗値の異なる複数の抵抗からなる抵抗体群と、試験目的に応じた電流値のサージ電流が出力できるように抵抗群における１の抵抗を選択する電流値切替スイッチとを備えることを特徴とする。

これにより試験目的に応じた電流値のサージ電流を負荷に印加することが可能になる。

請求項５に係る発明は、直流バイアス電流回路及びサージ電流回路の出力端に、それぞれから出力される電流の回込みを防止するダイオードを設けたことを特徴とする。

これにより直流バイアス電流回路の出力とサージ電流回路の出力とを接続するだけで直流バイアス電流とサージ電流との重畳が可能になる。

請求項６に係る発明は、タイマーに、試験開始スイッチが投入されると１パルスのパルス信号を出力するインバータと、当該試験開始スイッチが投入された際のチャタリングによるインバータへの影響を抑制するコンデンサとを設けたことを特徴とする。

これにより、試験開始スイッチを安価なメカニカルスイッチを用いても、タイマーが正常に動作するようになる。

本発明によれば、少なくとも直流バイアス電流の供給源をなすバイアス電源端子と、サージ電流の供給源をなすサージ電源端子とを備えた直流電源と、バイアス電源端子に接続されて、所定値の直流バイアス電流を出力する直流バイアス電流回路と、サージ電源端子に接続されて、負荷のインピーダンスに関わらず所定値のサージ電流を所定時間だけ直流バイアス電流に重畳して負荷に印加できるようにするサージ電流回路とを備えたので、簡便な構成で、直流バイアス電流にサージ電流を重畳して負荷に印加するような場合でも、負荷のインピーダンスにかかわらず、試験電流値のサージ電流が重畳された電流を負荷に流すことができ短時間で試験を行うことが可能になる。

本発明に実施の形態を図を参照して説明する。図１は、本発明に係るサージ電流発生装置の回路図である。なお、試験対象としては、例えば数百ｍＡ〜数Ａのサージ電流の侵入に対する耐性が要求されるＩＳＤＮ回路におけるＤＳＵ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｕｎｉｔ）等が例示できる。

本サージ電流発生装置１は、サージ電流を発生すると共に直流バイアス電流を発生して、これらを重畳して負荷５に出力するもので、サージ電流発生回路２及び直流バイアス電流発生回路３及びこれらに電源供給するための直流電源４を備えている。

直流電源４は交流が入力して、これを直流に整流して出力するものであり、出力端子にはバイアス電源端子Ｔ１、サージ電源端子Ｔ２及び回路動作用電源端子Ｔ３が設けられると共に、グランド（ＧＮＤ）端子Ｔ４が設けられている。

そして、バイアス電源端子Ｔ１には例えば＋６０Ｖの中電圧が出力され、サージ電源端子Ｔ２には例えば＋２００Ｖの高電圧が出力され、回路動作用電源端子Ｔ３には例えば＋５Ｖの低電圧が出力されるようになっている。

バイアス電源端子Ｔ１には、定電流ダイオード１１、抵抗１２、ダイオード１３が、これらの順で接続されて、印加スイッチ１４の端子１４ａに入力している。従って、印加スイッチ１４が閉じられると定電流ダイオード１１により決まる電流値の直流バイアス電流が負荷５に出力されることになる。即ち、これらは直流バイアス電流回路３として動作する。

一方、サージ電流回路２は以下のように構成されている。即ち、直流電源４のサージ電源端子Ｔ２には、抵抗（電圧変換器）１５，トランジスタ（印加制御トランジスタ）１６、抵抗１７、ダイオード１８が、この順序で接続されて、印加スイッチ１４の端子１４ａに接続されている。

従って、トランジスタ１６がＯＮすると、サージ電源端子Ｔ２からの電流が、負荷５に印加されることになる。この電流が、サージ電流として作用する。

ダイオード１３はサージ電流回路２からのサージ電流が直流バイアス電流回路３に流れ込まないようにするためのものであり、ダイオード１８は直流バイアス電流回路３からの直流バイアス電流がサージ電流回路２に流れ込まないようにするためのものである。

従って、直流バイアス電流回路３とサージ電流回路２との出力を接続するだけで、直流バイアス電流とサージ電流とを重畳した電流を負荷５に印加することが可能になる。

直流電源４の回路動作用電源端子Ｔ３には、タイマー２０、抵抗２４、コンデンサ２２が接続されている。タイマー２０の他端子はＧＮＤ端子Ｔ４に接続されて、この端子Ｔ３及びＴ４から電源供給され、インバータ２３の出力が「Ｈ」レベルになると予め定められた時間幅（例えば、２ｍｓ）の正パルスの信号を出力するようになっている。

なお、タイマー時間は、任意に設定できるようにしても良い。一般に、雷サージのような場合には、時間幅は殆ど決まっているので固定としても良いが、試験体の動作マージン試験や異なる項目（ここでは防雷素子等の動作試験を例にしているがサージ電流耐性試験を行うような場合等）について試験したい場合もあり、係る場合にも利用できるようにタイマー時間の任意設定できるようにすることが好ましい。

一方、抵抗２４は試験開始スイッチ２１の端子２１ａに接続されると共にインバータ２３に接続され、この試験開始スイッチ２１の端子２１ｂはＧＮＤ端子Ｔ４に接続されている。また、コンデンサ２２は抵抗２４と並列に接続されている。

インバータ２３は１回の入力に対して１のパルス信号を出力するシュミット回路から構成され、試験開始スイッチ２１は負荷５にサージ電流の印加を指示するスイッチで、この試験開始スイッチ２１が閉じられるとインバータ２３はパルス信号を１パルス出力する。

ところが、この試験開始スイッチ２１は、安価なメカニカルスイッチにより構成されているため、投入時等においてチャタリングが起きることがあり、このチャタリングによりインバータ２３に複数の印加指令が入力されてしまう不都合が発生する。そこで、抵抗２４にコンデンサ２２を並列に接続して、当該チャタリングによる影響を抑制している。

即ち、試験開始スイッチ２１が投入される前は、インバータ２３の入力端子には回路動作用電源端子Ｔ３からの電位が印加され、コンデンサ２２には電荷が充電されていない状態となっている。回路動作用電源端子Ｔ３からの電位は「Ｈ」レベルの電位であるので、インバータ２３の出力は「Ｌ」レベルとなってタイマー２０はパルス信号を出力していない。

この状態において試験開始スイッチ２１が投入されると、インバータ２３の入力端子の電位は「Ｌ」レベルとなり、タイマー２０が動作すると共にコンデンサ２２に充電が開始される。コンデンサ２２が充電されると試験開始スイッチ２１がチャタリングを起こしても、インバータ２３の入力端子の閾値の範囲でチャタリングを抑えることができる。

タイマー２０の出力は、抵抗２５を介してトランジスタ２７のベースに入力し、このトランジスタ２７のエミッタはＧＮＤ端子Ｔ４に接続され、またコレクタは抵抗２８を介してトランジスタ１６のベースに接続されている。

従って、タイマー２０から正パルス信号が出力されると、トランジスタ２７のベース電位が上がりＯＮする。なお、タイマー２０から正パルス信号が出力されない場合には抵抗２６を介してＧＮＤ電位がトランジスタ２７のベースに印加されるのでＯＦＦ状態となっている。

トランジスタ２７がＯＮするとトランジスタ１６のベース電位が下がりＯＮする。このとき、印加スイッチ１４が閉じられていると、サージ電源端子Ｔ２からの電流がサージ電流として負荷５に電流が流れるようになる。

一方、サージ電源端子Ｔ２はトランジスタ（電流値制御トランジスタ）３０のエミッタに接続されると共に、抵抗１５及び抵抗２９を介してベースに接続されている。また、このトランジスタ３０のベースは、抵抗３１を介してトランジスタ１６のエミッタに接続されると共に、抵抗３２を介してＧＮＤ端子Ｔ４に接続されている。

そして、トランジスタ１６がＯＮすると、抵抗１５に電流が流れるので、トランジスタ３０のベース電圧は、抵抗１５に流れる電流値に応じて変化する。トランジスタ３０のベース電圧の変化に応じて、このトランジスタ３０のコレクタ−エミッタ間に流れる電流も変化し、トランジスタ１６のベース電圧が変化する。トランジスタ１６のベース電圧が変化すると、このトランジスタ１６のコレクタ−エミッタ間に流れる電流、即ち抵抗１５に流れる電流が変化する。

このようなフィードバックがトランジスタ１６とトランジスタ３０とに作用することにより、負荷５に流れるサージ電流値は、負荷５のインピーダンスに関わらず所定の電流値となる。従って、目的とする試験電流値のサージ電流が負荷５に流れなかったり、逆に過大な電流値のサージ電流が負荷５に流れたりする不都合が防止できるようになっている。

なお、抵抗３１は非常に高い抵抗値に設定されているので、抵抗１５，２９，３１，１７を介して負荷５に流れる電流は非常に小さく、無視できる。

ところで、サージ電流の電流値を複数の値で試験したいような場合もあるので、このような場合には図１における抵抗１５を図２に示すように抵抗値の異なる複数の抵抗３５ａ〜３５ｃからなる抵抗群３５で構成し、希望する電流値に応じた抵抗値の抵抗３５ａ〜３５ｃを選択するようにすればよい。各抵抗３５ａ〜３５ｃの選択は電流値切替スイッチ３６により行う。

これにより、試験目的に応じたサージ電流を、負荷５のインピーダンスにかかわらず流すことが可能となり、利便性が向上する。

本発明を実施するための最良の形態の説明に適用されるサージ電流発生装置の回路図である。 サージ電流値を変えることができるようにした場合のサージ電流発生装置の回路図の部分図である。 従来の技術の説明に適用されるサージ電流発生装置の回路図である。

符号の説明

１ サージ電流発生装置
２ サージ電流回路
３ 直流バイアス電流回路
４ 直流電源
５ 負荷
１１ 定電流ダイオード
１２，１７，２４，２５，２６，２８，２９，３１，３２，３５（３５ａ〜３５ｃ） 抵抗
１３，１８ ダイオード
１４ 印加スイッチ
１５ 抵抗（電圧変換器）
１６ トランジスタ（印加制御トランジスタ）
２０ タイマー
２１ 試験開始スイッチ
２２ コンデンサ
２３ インバータ
２７ トランジスタ
３０ トランジスタ（電流値制御トランジスタ）
３６ 切替スイッチ

Claims (6)

1. 少なくとも直流バイアス電流の供給源をなすバイアス電源端子と、サージ電流の供給源をなすサージ電源端子とを備えた直流電源と、
   前記バイアス電源端子に接続されて、所定値の直流バイアス電流を出力する直流バイアス電流回路と、
   前記サージ電源端子に接続されて、負荷のインピーダンスに関わらず所定値のサージ電流を所定時間だけ前記直流バイアス電流に重畳して負荷に流すことができるように出力するサージ電流回路とを備えることを特徴とするサージ電流発生装置。
2. 前記サージ電流回路が、試験開始時に投入される試験開始スイッチと、
   該試験スイッチの投入に応じて予め設定された時間幅のパルス信号を出力するタイマーと、
   該タイマーからのパルス信号に応じてＯＮしてサージ電流の出力を行う印加制御トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１記載のサージ電流発生装置。
3. 前記サージ電流回路が、前記印加制御トランジスタを介して出力されるサージ電流値に応じた電圧値を発生する電圧変換器と、
   その電圧値に応じて前記印加制御トランジスタにおける制御ゲートの電圧値を変化させて、出力されるサージ電流値が予め設定された電流値になるようにフィードバック制御する電流値制御トランジスタとを備えることを特徴とする請求項２記載のサージ電流発生装置。
4. 前記電圧変換器が、抵抗値の異なる複数の抵抗からなる抵抗体群と、
   試験目的に応じた電流値のサージ電流が出力できるように前記抵抗群における１の抵抗を選択する電流値切替スイッチとを備えることを特徴とする請求項３記載のサージ電流発生装置。
5. 前記直流バイアス電流回路及び前記サージ電流回路の出力端に、それぞれから出力される電流の回込みを防止するダイオードを設けたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のサージ電流発生装置。
6. 前記タイマーに、前記試験開始スイッチが投入されると１パルスのパルス信号を出力するインバータと、
   当該試験開始スイッチが投入された際のチャタリングによる前記インバータへの影響を抑制するコンデンサとを設けたことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のサージ電流発生装置。

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