JP2017044670A

JP2017044670A - コンデンサ試験装置、コイル試験装置およびバッテリー試験装置

Info

Publication number: JP2017044670A
Application number: JP2015169596A
Authority: JP
Inventors: 研松浦; Ken Matsuura; 旻林; Min Lin
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】試験装置の電源に必要な電流、電力を小さくするとともに、耐圧試験に必要な高精度な交流電流、交流電圧をコンデンサに印加することが可能なコンデンサ試験装置を提供する。【解決手段】試験対象コンデンサ２と、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａから構成されるＬＣ共振回路３と、入力電源４と、入力電源４の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路３に印加するスイッチング回路５と、ＬＣ共振回路３に流れる交流電流を整流する整流回路６と、整流回路６によって整流された電流により充電される出力コンデンサ７と、出力コンデンサ７から一定の電流を放電する定電流源８を備え、定電流源８の電流値に比例した振幅の交流電流を試験対象コンデンサ２に流す。【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ、コイル、バッテリーの試験を行うコンデンサ試験装置、コイル試験装置およびバッテリー試験装置に関する。

近年、コンデンサ、コイル、バッテリーは、各種装置のキーパーツとなっており、その信頼性がますます重要になっている。例えば、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータや非接触給電装置において、コンデンサに高電圧、高周波数の交流電圧を印加して使用されるので、高電圧、高周波数の交流でのコンデンサの信頼性が重要である。下記特許文献１では、積層コンデンサに交流電圧を印加する信頼性試験が行われている。下記特許文献２では、容量性の試験対象素子に交流電圧を印加する耐圧試験において、試験対象素子の容量と試験装置のインダクタでＬＣ共振を行うことで、試験装置の電源に流れる電流を小さくしている。

特開２００２−１００５４４号公報特開２０１０−８３０４号公報

しかしながら、コンデンサ、コイル、バッテリーを試験する場合に、試験装置の設定や精度等が少しずれると、試験を実施することができなくなる可能性がある。例えば、コンデンサに交流電圧を印加する試験において、ＬＣ共振を使う場合に、ＬＣ共振回路のＱ値が高くコンデンサと試験装置の損失が十分に小さいと、コンデンサやインダクタの値が電圧や温度、精度などでわずかに変わっただけでＬＣ共振周波数と試験装置の発振周波数の関係がずれて、耐圧試験に必要な高精度な交流電圧をコンデンサに印加することができなくなる。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、試験装置の電源に必要な電流、電力を小さくするとともに、耐圧試験に必要な高精度な電圧をコンデンサ、コイル、バッテリーに印加することが可能なコンデンサ試験装置、コイル試験装置およびバッテリー試験装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係わるコンデンサ試験装置は、試験対象コンデンサと、試験対象コンデンサと共振コイルから構成されるＬＣ共振回路と、
入力電源と、入力電源の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、整流回路に接続される出力コンデンサと、出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源とを備える。

これにより、試験対象コンデンサまたは試験装置内の共振コイルの値が電圧や温度、精度などで変動することによって、ＬＣ共振回路の共振周波数とスイッチング回路のスイッチング周波数の関係がずれた場合でも、定電流源の電流値に比例した高精度な振幅の交流電流を試験対象コンデンサに印加することができる。試験対象コンデンサのインピーダンスが既知であれば、高精度な振幅の交流電流にコンデンサのインピーダンスをかけた高精度な振幅の交流電圧をコンデンサに印加することができる。

本発明に係わるコンデンサ試験装置は、定電流源が電子負荷器であってもよい。

これにより、定電流源の電流値を電子負荷器の操作によって容易に設定できるので、定電流源の電流値に応じた交流電流の振幅を容易に設定できる。

また、定電流源はインダクタとスイッチ素子と整流素子と制御回路を備え、インダクタは出力コンデンサの一端と整流素子の入力端との間に挿入され、スイッチ素子は出力コンデンサの他端とインダクタとの間に挿入され、整流素子の出力端は入力電源に接続され、制御回路はスイッチ素子を制御することによってインダクタに流れる電流を一定に制御してもよい。

これにより、出力電圧から入力電源電圧への昇圧動作が行われ、インダクタに流れる電流を一定に制御することにより、出力コンデンサを一定電流で放電することができる。また、出力コンデンサを一定電流で放電することによって、出力電圧と放電電流の積である大きな電力が出力コンデンサから流出して、昇圧コンバータによってこの電力が入力電源に回生されるので、定電流源の損失・発熱を低く抑えることができて、入力電源に必要な電力、電流を小さくすることができる。

また、比較的安価に定電流源を構成することができるので、コンデンサ試験装置のコストを下げることができる。

また、制御回路は、インダクタに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、電流検出回路で検出した電流が第１の値よりも小さいときにスイッチ素子をオンして、電流検出回路で検出した電流が第２の値よりも大きいときにスイッチ素子をオフしてもよい。

これにより、インダクタに流れる電流の平均値を、第１の値と第２の値の中間値に高い精度で制御することができるので、出力コンデンサを高精度の一定電流で放電することができる。これにより、高精度な振幅の交流電流を試験対象コンデンサに印加することができる。また、インダクタに流れる電流の平均値を高い精度で制御できて、かつ制御系として安定であるため、位相補償回路を必要とせず、インダクタに流れる電流や試験対象コンデンサに印加する交流電流の振幅がスイッチング周波数よりも低い周波数で発振することはない。

また、制御回路は、電流検出回路で検出した電流にかかわらずスイッチ素子をオフする期間を設けてもよい。

これにより、起動時に定電流源の電流が小さな電流値となるので、起動時の定電流源の立ち上がりによって、試験対象コンデンサに流れる交流電流の振幅が振動して、試験対象コンデンサに設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。

また、本発明に係わるコンデンサ試験装置の定電流源は、入力電源により出力コンデンサが一定の電圧まで充電された後、出力コンデンサの放電を開始してもよい。

これにより、起動時の入力電源の立ち上がりによる出力コンデンサの充電電流のために、試験対象コンデンサに設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。

また、本発明に係わるコンデンサ試験装置は、定電流源は一定の電流まで徐々に電流を増加させてもよい。

これにより、起動時の定電流源の立ち上がりによって、試験対象コンデンサに流れる交流電流の振幅が振動して、試験対象コンデンサに設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。

また、本発明に係わるコンデンサ試験装置は、試験対象コンデンサにかかる交流電圧の振幅を検出するコンデンサ電圧検出回路を備え、コンデンサ電圧検出回路で検出された交流電圧の振幅が一定値よりも低い場合にスイッチング回路を停止し、定電流源をオフしてもよい。

これにより、試験対象コンデンサが交流電流を長時間流すことで短絡故障または開放故障した場合に、コンデンサにかかる交流電圧の振幅を検出することによって、コンデンサの故障を検出して、コンデンサ試験装置を安全に停止することができる。

また、本発明に係わるコンデンサ試験装置は、出力コンデンサにかかる電圧を検出する出力電圧検出回路を備え、出力電圧検出回路で検出した電圧が一定値よりも低い場合にスイッチング回路を停止し、定電流源をオフしてもよい。

これにより、試験対象コンデンサが交流電流を長時間流すことで損失が異常に大きくなった場合に、出力コンデンサにかかる電圧を検出することで、コンデンサの異常を検出して、コンデンサ試験装置を安全に停止することができる。

また、本発明に係わるコンデンサ試験装置は、出力コンデンサと定電流源の間にローパスフィルタを挿入してもよい。

これにより、出力コンデンサで発生する電圧リプルを除去した直流電圧を定電流源に印加することができるので、定電流源の制御が容易になる。

また、本発明に係わるコイル試験装置は、試験対象コイルと、試験対象コイルと共振コンデンサから構成されるＬＣ共振回路と、入力電源と、入力電源の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、整流回路に接続される出力コンデンサと、出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源と、を備える。

これにより、試験対象コイルに高精度な振幅の交流電流を与えることができるので、交流電流による発熱やインダクタンスの経時変化について精度のよい信頼性試験を実施することができる。

また、本発明に係わるバッテリー試験装置は、試験対象バッテリーと、１次巻線と２次巻線を備えるトランスと、直流カット用コンデンサと、直流電流源と、共振コイルと共振コンデンサから構成されるＬＣ共振回路と、入力電源と、入力電源の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、整流回路に接続される出力コンデンサと、出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源と、を備える。

これにより、試験対象バッテリー内部のインピーダンスによって変化しない高精度な振幅の交流電流を試験対象バッテリーに提供することができるので、高精度な試験対象バッテリーの充電または放電の試験を行うことができる。

また、本発明に係わるバッテリー試験装置は、ＬＣ共振回路に直列にトランスの１次巻線が接続され、トランスの２次巻線の一端に直流カット用コンデンサの一端が接続され、２次巻線の他端に試験対象バッテリーの一端及び直流電流源の一端が接続され、試験対象バッテリーの他端及び直流カット用コンデンサの他端に直流電流源の他端が接続されてもよい。これにより、比較的安価にバッテリー試験装置を提供することができる。

本発明によれば、試験装置の電源に必要な電流、電力が小さく、耐圧試験に必要な高精度な電圧をコンデンサ、コイル、バッテリーに印加することが可能なコンデンサ試験装置、コイル試験装置およびバッテリー試験装置を提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係るコンデンサ試験装置の構成を示す回路図である。図１の回路図の電流の流れを示す回路図である。図１の回路の電流波形を示す波形図である。従来例と本発明の第一の実施形態の図１の回路において、スイッチング周波数と試験対象コンデンサ２に流れる交流電流の振幅の関係を示すグラフである。図１のコンデンサ試験装置の試験対象コンデンサ２に流れる交流電流の振幅と、電子負荷器で設定された電流の関係を示すグラフである。本発明の第二の実施形態に係るコンデンサ試験装置の構成を示す回路図である。図６のコンデンサ試験装置のインダクタ８ａの電流の制御方法を説明するためのタイミング波形図である。図６のコンデンサ試験装置の起動方法を示すタイミング波形図である。本発明の第三の実施形態に係るコンデンサ試験装置の構成を示す回路図である。本発明の第四の実施形態に係るコンデンサ試験装置の構成を示す回路図である。本発明の第五の実施形態に係るコンデンサ試験装置の構成を示す回路図である。本発明の第六の実施形態に係るコイル試験装置の構成を示す回路図である。本発明の第七の実施形態に係るバッテリー試験装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明の対象は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明の実施の形態を図面を参照し、詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第一の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ａの構成を示す回路図である。図１に示すコンデンサ試験装置１ａは、一例として、試験対象コンデンサ２、共振コイル３ａ、入力電源４、スイッチングトランジスタ５ａ、５ｂから構成されるスイッチング回路５、ダイオード６ａ、６ｂから構成される整流回路６、出力コンデンサ７、定電流源８、ドライバ回路１０から構成される。

試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａはＬＣ共振回路３を構成し、スイッチング回路５はドライバ回路１０により駆動されて入力電源４の電圧を、ＬＣ共振回路３の共振周波数に等しいスイッチング周波数のパルス電圧に変換して、ＬＣ共振回路３に印加し、整流回路６はＬＣ共振回路３に流れる交流電流を整流し、出力コンデンサ７は整流回路６によって整流された電流により充電され、定電流源８は出力コンデンサ７から一定の電流を放電する。

定電流源８は電子負荷器であって、電子負荷器をＣＣモード（定電流モード）として電流を設定することにより、設定値に等しい電流の定電流源となる。

図２に、コンデンサ試験装置１ａの回路動作を示す。スイッチングトランジスタ５ａがオン、スイッチングトランジスタ５ｂがオフの場合は、実線の矢印Ｉａの電流が流れる。Ｉａは、入力電源４から、スイッチングトランジスタ５ａ、共振コイル３ａ、試験対象コンデンサ２、ダイオード６ａを通り、出力コンデンサ７と定電流源８を通ってグランドから入力電源４に戻る。スイッチングトランジスタ５ｂがオン、スイッチングトランジスタ５ａがオフの場合は、点線の矢印Ｉｂの電流が流れる。Ｉｂは、ダイオード６ｂから、試験対象コンデンサ２、共振コイル３ａ、スイッチングトランジスタ５ｂを通り、グランドからダイオード６ｂに戻る。また、定電流源８には、常に一点鎖線の矢印で示すＩｏの電流が流れる。

図３に、コンデンサ試験装置１ａの動作波形を示す。Ｉａ、Ｉｂはそれぞれ正弦半波であり、試験対象コンデンサ２に流れる電流Ｉｃは、ＩａとＩｂの合計の正弦波である。出力コンデンサ７の電圧Ｖｏは、定常状態で一定のため、出力コンデンサ７に充電される電流Ｉａと放電される電流Ｉｏの平均値は等しい。そのため、電流Ｉｃの振幅と定電流源８の電流ＩｏはＩｃ＝ πＩｏの比例関係がある。
電流Ｉｃの振幅を実効値に換算すると以下の式（１）となる。
Ｉｃ＝ πＩｏ／√２・・・（１）

次に本発明の第一の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ａの発明の効果について説明する。
図４に、従来例と本発明の、試験対象コンデンサ２に流れる電流の振幅と、スイッチング周波数の関係を示す。従来例としてスイッチング回路により試験対象コンデンサ２を含むＬＣ共振回路に矩形波電圧を印加する例を考える。図４（ａ）は、従来の試験対象コンデンサ２に流れる電流の振幅と、スイッチング回路のスイッチング周波数の関係である。試験対象コンデンサ２に流れる電流は、ＬＣ共振による共振電流であるため、曲線ａ１のようにスイッチング周波数によるピークを持つ。特に、試験対象コンデンサ２が常誘電体材料を使った積層セラミックコンデンサの場合、ＬＣ共振回路のＱ値が高くなり、スイッチング周波数によるピークが急峻になる。

そのため、コンデンサやインダクタの値が電圧や温度、精度などでわずかに変わっただけでＬＣ共振周波数が図４（ａ）の曲線ａ２のようにずれる。その結果、特定のスイッチング周波数での電流がＩＡ１からＩＡ２のように大きく変化してしまう。コンデンサやインダクタの値の微小な変化に対して電流の変化量が大きいので、電流を入力電圧の変更や時比率の変更によって一定に制御することは難しく、ＬＣ共振周波数のずれが制御可能範囲を超えてしまうことがある。

そこで、本発明では、まず、入力電圧Ｖｉを大きくして大きな振幅の矩形波電圧をＬＣ共振回路３に印加する。そうすると、図４（ｂ）の点線の曲線ｂ１’、そしてＬＣ共振周波数がずれた場合のｂ２’のように、出力電圧Ｖｏが０Ｖの場合にＬＣ共振回路に流すことが可能なコンデンサ電流振幅が全周波数で大きくなる。さらに整流回路６から出力コンデンサ７への充電と定電流源８による出力コンデンサ７の放電を行い、出力電圧Ｖｏを上昇させて入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの電圧差を小さくすることによって、図４（ｂ）の実線の曲線ｂ１、そしてＬＣ共振周波数がずれた場合のｂ２に示すように、共振周波数付近での電流を制限して、電流を周波数に対して一定にすることができる。この制限された一定の電流値は（１）式のように定電流源８の電流に比例する。特定のスイッチング周波数での電流は、ＩＢのようにＬＣ共振周波数がずれて曲線がｂ１からｂ２に変わっても変化しない。

また、コンデンサ試験装置１ａでは、定電流源８を電子負荷器としている。図５に試験対象コンデンサ２に流す電流Ｉｃの実効値と、負荷器電流Ｉｏの設定値の関係を測定した実験結果を示す。測定データをコンデンサ電流の実効値Ｉｃと負荷器電流Ｉｏについて線形近似すると、比例係数が０．４５０４となっていて、式（１）のとおり、比例係数√２／π＝０．４５の比例関係があって、電子負荷器をＣＣモード（定電流モード）として電流を設定することにより、試験対象コンデンサ２に流す電流Ｉｃの実効値を特定の値に設定することができる。

以上説明したように、本発明に係わるコンデンサ試験装置１ａは、試験対象コンデンサ２と、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａから構成されるＬＣ共振回路３と、入力電源４と、入力電源４の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路３に印加するスイッチング回路５と、ＬＣ共振回路３に接続される整流回路６と、整流回路６に接続される出力コンデンサ７と、出力コンデンサ７から一定の電流を放電する定電流源８とスイッチング回路５を駆動するドライバ回路１０を備える。

これにより、試験対象コンデンサ２または試験装置内の共振コイル３ａの値が電圧や温度、精度などで変動することによって、ＬＣ共振回路３の共振周波数とスイッチング回路５のスイッチング周波数の関係がずれた場合でも、定電流源８の電流値に比例した高精度な振幅の交流電流を試験対象コンデンサ２に印加することができる。

また、定電流源８に電子負荷器を用いて、ＣＣモード（定電流モード）として電流を設定することにより、定電流源８の電流値を電子負荷器の操作によって容易に設定できるので、定電流源の電流値に応じた交流電流Ｉｃの振幅の設定が容易である。

（実施形態２）
図６は、本発明の第二の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ｂの構成を示す回路図である。図６に示すコンデンサ試験装置１ｂは、第一の実施形態と同様に、試験対象コンデンサ２、共振コイル３ａ、入力電源４、スイッチングトランジスタ５ａ、５ｂから構成されるスイッチング回路５、ダイオード６ａ、６ｂから構成される整流回路６、出力コンデンサ７、定電流源８、ドライバ回路１０から構成される。定電流源８は、昇圧コンバータであって、インダクタ８ａと、スイッチ素子８ｂ、整流素子８ｃ、制御回路９から構成され、昇圧コンバータの出力は入力電源４に回生される。

制御回路９は、電流検出抵抗９ａと、基準電圧９ｂ、ヒステリシスコンパレータ９ｃ、ドライバ回路９ｄ、起動回路１１を備え、インダクタ８ａに流れる電流Ｉｏをスイッチ素子８ｂのオン・オフによって一定に制御する。電流検出抵抗９ａは、インダクタ８ａに直列に接続し、電流検出抵抗９ａの一方の端子にヒステリシスコンパレータ９ｃの一方の入力端子を接続し、電流検出抵抗９ａの他方の端子に基準電圧９ｂの正極を接続し、基準電圧９ｂの負極をヒステリシスコンパレータ９ｃの他方の入力端子に接続し、ヒステリシスコンパレータ９ｃの出力端子をドライバ回路９ｄの一方の入力に接続し、ドライバ回路９ｄの出力はスイッチ素子８ｂのゲートに接続する。起動回路１１の入力は入力電源４に接続し、起動回路１１の出力はドライバ回路９ｄの他方の入力端子に接続する。

図７に制御回路９の動作を示す。電流検出抵抗９ａで検出した電流が第１の値ＩＬよりも小さいときにドライバ回路９ｄの出力はハイレベルとなってスイッチ素子８ｂをオンする。電流検出回路９ａで検出した電流が第２の値ＩＨよりも大きいときにドライバ回路９ｄの出力はローレベルとなってスイッチ素子８ｂをオフする。これにより、インダクタ８ａに流れる電流Ｉｏの平均値がＩＬとＩＨの中間値となるように高精度かつ安定な制御を行うことができる。出力コンデンサ７から放電される電流Ｉｏの平均値を高精度に制御できるので、試験対象コンデンサ２に流す電流Ｉｃを高精度とすることができる。

次に、起動回路１１によるコンデンサ試験装置１ｂの起動方法について図８を用いて説明する。スイッチング回路５を駆動するドライバ回路１０は入力電源４が印加される前から駆動していて、一定周波数でスイッチング回路をオン、オフさせている。図８にはスイッチ素子５ａの駆動波形を記載しており、スイッチ素子５ｂの駆動波形はその反転となる。

ｔ０において、入力電源４が印加されることにより、入力電圧Ｖｉが上昇する。ｔ０〜ｔ２の期間は起動回路１１がドライバ回路９ｄを止めているため、出力コンデンサ７からの放電は行われない。スイッチング回路５はすでに動作しているので、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉと同じ値に上昇する。この出力電圧Ｖｏが上昇するときの出力コンデンサ７を充電する電流に比例した電流が、コンデンサ２の電流Ｉｃとして流れる。起動時の出力コンデンサ７への充電と出力コンデンサ７からの放電が同時に起きないようにしたため、入力電圧Ｖｉが上昇するｔ０〜ｔ１までの期間の起動時のコンデンサ２の電流Ｉｃの電流を小さな値とすることができるので、この期間にコンデンサ２が過電流または過電圧で故障することを防ぐことができる。

ｔ１において、入力電圧Ｖｉが十分に上昇したことを起動回路１１が検出して、起動時の出力コンデンサ７への充電が終わるまで一定期間待機する。

ｔ２において起動回路１１が起動を開始し、ヒステリシスコンバータ９ｃの出力に応じてスイッチ素子８ｂをオン、オフさせる期間Ａと、ヒステリシスコンバータ９ｃの出力にかかわらずスイッチ素子８ｂをオフさせる期間Ｂを交互に設ける。期間Ａでは、図示したように出力電流ＩｏがＩＬよりも大きく、ＩＨよりも小さくなるように制御され、期間Ｂでは、出力電流Ｉｏが０になる。

ｔ２〜ｔ３の期間の初期は期間Ａが短く、期間Ｂが長いが、徐々に期間Ａを長く、期間Ｂを短くすることによって、出力電流Ｉｏの時間平均としては徐々に増加する。これにより、コンデンサ２の電流Ｉｃの振幅を徐々に増加させることができるので、コンデンサ電流Ｉｃの振幅がオーバーシュートして、設定値よりも大きな振幅の電流が一時的に流れることを防ぐことができるので、この期間にコンデンサ２が過電流または過電圧で故障することを防ぐことができる。

ｔ３において、期間Ｂが無くなって期間Ａのみとなり、電流Ｉｏの平均値を一定にする定常動作に移行する。これにより、コンデンサ２の電流Ｉｃの振幅も一定の値になる。

以上説明したように、本発明に係わるコンデンサ試験装置１ｂは、試験対象コンデンサ２と、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａから構成されるＬＣ共振回路３と、入力電源４と、入力電源４の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路３に印加するスイッチング回路５と、スイッチング回路５を駆動するドライバ回路１０と、ＬＣ共振回路３に流れる交流電流を整流する整流回路６と、整流回路６によって整流された電流により充電される出力コンデンサ７と、出力コンデンサ７から一定の電流を放電する定電流源８を備え、定電流源８は、インダクタ８ａとスイッチ素子８ｂと整流素子８ｃと制御回路９を備え、インダクタ８ａの一方の端子は出力コンデンサ７の一端に接続され、インダクタ８ａの他方の端子はスイッチ素子８ｂと整流素子８ｃに接続され、スイッチ素子８ｂはインダクタ８ａと出力コンデンサ７の他端に接続され、整流素子８ｃは入力電源４に接続され、制御回路９はインダクタ８ａに流れる電流Ｉｏをスイッチ素子８ｂのオン・オフによって一定に制御する。

これにより、出力電圧Ｖｏから入力電源電圧Ｖｉへの昇圧動作が行われ、インダクタ８ａに流れる電流を一定に制御することにより、出力コンデンサ７を一定電流で放電することができる。また、出力コンデンサ７を一定電流で放電することによって、出力電圧Ｖｏと放電電流Ｉｏの積である大きな電力が出力コンデンサ７から流出していて、昇圧コンバータによってこの電力が入力電源４に回生されるので、定電流源８の損失・発熱を低く抑えることができて、入力電源４に必要な電力、電流を小さくすることができる。

また、制御回路９は、インダクタに流れる電流を検出する電流検出回路９ａを出力コンデンサ７とインダクタ８ａとの間に備え、電流検出回路９ａで検出した電流が第１の値ＩＬよりも小さいときにスイッチ素子８ｂをオンして、電流検出回路９ａで検出した電流が第２の値ＩＨよりも大きいときにスイッチ素子８ｂをオフする。

これにより、インダクタ８ａに流れる電流Ｉｏの平均値を、第１の値ＩＬと第２の値ＩＨの中間値に高い精度で制御することができるので、出力コンデンサ７を高精度の一定電流で放電することができる。従って、高精度な振幅の交流電流Ｉｃを試験対象コンデンサに印加することができる。また、インダクタに流れる電流Ｉｏの平均値を高い精度で制御でき、かつ制御系として安定であるため、位相補償回路を必要とせず、インダクタ８ａに流れる電流や試験対象コンデンサ２に印加する交流電流Ｉｃの振幅がスイッチング周波数よりも低い周波数で発振することはない。

また、制御回路９は、起動回路１１をさらに備え、起動時に入力電源４が立ち上がって出力コンデンサ７が一定の電圧まで充電された後で、定電流源８による出力コンデンサ７の放電を開始する。

これにより、起動時の入力電源４の立ち上がりによる出力コンデンサ７の充電電流のために、試験対象コンデンサ２に設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。

また、起動回路１１は、起動時に電流検出回路９ａで検出した電流にかかわらずスイッチ素子８ｂをオフする期間を設けることにより、起動時に定電流源８の電流を小さな電流値から一定の電流まで時間をかけて増加させる。

これにより、起動時に定電流源８の電流が小さな電流値となるので、起動時の定電流源８の立ち上がりによって、試験対象コンデンサ２に流れる交流電流Ｉｃの振幅が振動して、試験対象コンデンサ２に設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。

なお、上述の制御回路９は、例えば、同等の機能を集積回路に内蔵することもできるので、上記実施の形態の説明に限定されない。特にＬＥＤドライバ制御ＩＣの集積回路のＬＥＤ電流を制御する機能、およびＰＷＭ調光する機能を用いることにより、図７に示すインダクタ８ａに流れる電流Ｉｏの制御、図８に示すｔ２〜ｔ３までの期間の電流Ｉｏの起動動作を容易に実現できる。

（実施形態３）
図９は、本発明の第三の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ｃの構成を示す回路図である。図９の回路では、図６の第二の実施形態の回路に、試験対象コンデンサ２にかかる交流電圧ＶＬＣの振幅を検出するコンデンサ電圧検出回路１２が追加されている。

図９に示すように、コンデンサ電圧検出回路１２は、コンデンサ１４、１５、２１、ダイオード１３、１６、２０、抵抗１７、１８、２２、可変型シャントレギュレータ１９により構成されている。コンデンサ電圧検出回路１２の入力は、共振コイル３ａと試験対象コンデンサ２との間に接続され、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａを接続するノードの電圧である交流電圧ＶＬＣの振幅を検出した信号が入力される。コンデンサ電圧検出回路１２の出力は、起動回路１１ａに接続される。

ＶＬＣの電圧は、コンデンサ２の端子間電圧から、ダイオード６ｂの端子間電圧を引いた値であるが、コンデンサ２の端子間電圧はダイオード６ｂの端子間電圧よりも十分に大きな電圧値となっているので、ＶＬＣの電圧値を検出することで、コンデンサ２が短絡しているかどうかを判定することができる。

起動回路１１ａは、入力電源４の印加により起動して、図８のｔ３までの起動期間の終了後に、コンデンサ電圧検出回路１２からコンデンサ２の短絡故障の検出信号を受け付けて、ドライバ回路１０とドライバ回路９ｄのラッチ停止を行う。

ＶＬＣの交流電圧をコンデンサ１５とコンデンサ１４により分圧し、ダイオード１３、ダイオード１６により整流する。共振コンバータのスイッチ素子５ａがオンの場合にダイオード１６に電流が流れ、スイッチ素子５ｂがオンした場合はダイオード１３に電流が流れる。可変型シャントレギュレータ１９は、スイッチ素子５ａがオンの期間に、ダイオード１６から流れる電流に対してダイオード１６のカソード電圧を一定電圧にクランプする。抵抗１７、抵抗１８でクランプ電圧を設定する。ダイオード１６のカソード電圧は、スイッチ素子５ｂがオンの期間に０Ｖに下がるので、ダイオード２０とコンデンサ２１でピークホールドを行い、コンデンサ２１の電圧を直流にする。正常に動作していれば、共振コンバータのスイッチング周期でダイオード２０からコンデンサ２１に電流が流れているので、コンデンサ２１の電圧は一定の値となるが、コンデンサ２の短絡故障が起きて、ＶＬＣの電圧が低下すると、ダイオード２０から電流が流入しなくなり、抵抗２２により放電が行われて、コンデンサ２１の電圧が下がり、コンデンサ２の短絡故障が検出される。

以上説明したように、本発明に係わるコンデンサ試験装置１ｃは、第二の実施形態で説明したコンデンサ試験装置１ｂに加えて、試験対象コンデンサ２にかかる交流電圧の振幅を検出するコンデンサ電圧検出回路１２を備え、コンデンサ電圧検出回路１２で検出された交流電圧ＶＬＣの振幅が一定値よりも低い場合にスイッチング回路５を停止し、定電流源８をオフする。

これにより、試験対象コンデンサ２が交流電流を長時間流すことで短絡故障または開放故障した場合に、コンデンサ２にかかる交流電圧の振幅を検出することによって、コンデンサ２の故障を検出して、コンデンサ試験装置１ｃを安全に停止することができる。

（実施形態４）
図１０は、本発明の第四の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ｄの構成を示す回路図である。図１０の回路では、図６の第二の実施形態の回路に、出力コンデンサ７にかかる出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路２３を追加する。

出力電圧検出回路２３は、出力電圧Ｖｏを分圧する抵抗２４と抵抗２５から構成され、出力電圧Ｖｏが一定値以下に下がると、コンデンサ２が試験により劣化してコンデンサ２の電力損失が大幅に増加したことを検出する。さらに、出力電圧検出回路２３の出力は、起動回路１１ｂの入力と接続される。起動回路１１ｂは、入力電源４の印加により起動して、図８のｔ３までの起動期間の終了後に、出力電圧検出回路２３からコンデンサ２の大幅な損失増加の検出信号を受け付けて、ドライバ回路１０とドライバ回路９ｄのラッチ停止を行う。

これにより、試験対象コンデンサ２が交流電流を長時間流すことで損失が異常に大きくなった場合に、出力コンデンサ７にかかる電圧Ｖｏを検出することで、コンデンサ２の異常を検出して、コンデンサ試験装置１ｄを安全に停止することができる。

上述の出力コンデンサ７にかかる電圧Ｖｏを検出することで、コンデンサ２の異常な損失を検出する構成は、第三の実施形態で述べたコンデンサ２にかかる電圧ＶＬＣを検出してコンデンサ２の短絡故障を検出するコンデンサ電圧検出回路１２を用いる構成と組み合わせてもよい。どちらかの異常が検出された場合にコンデンサ試験装置を停止すればよい。

（実施形態５）
図１１は、本発明の第五の実施形態に係るコンデンサ試験装置１ｅの構成を示す回路図である。図１１の回路では、図６の第二の実施形態の回路に、出力電圧Ｖｏの電圧リプルを除去するためのローパスフィルタ５０を追加する。

ローパスフィルタ５０は、インダクタ５０ａとコンデンサ５０ｂから構成され、出力コンデンサ７と定電流源８の間に挿入される。ローパスフィルタ５０により出力電圧Ｖｏの電圧リプルを除去して、直流電圧Ｖｏ２を定電流源８に印加することにより、電流検出回路９ａの誤検出を防止することができて、インダクタ８ａの電流を一定にする制御を容易に行うことができる。

上述のローパスフィルタ５０を出力コンデンサ７と定電流源８の間に挿入する構成は、第三の実施形態で述べたコンデンサ２にかかる電圧ＶＬＣを検出してコンデンサ２の短絡故障を検出するコンデンサ電圧検出回路１２を用いる構成、また、第四の実施形態で述べた出力コンデンサ７にかかる電圧Ｖｏを検出してコンデンサ２の異常な損失を検出する構成と組み合わせてもよい。ローパスフィルタ５０の追加により、コンデンサ２の故障が起きていないにもかかわらず、電流検出回路９ａの誤検出を原因としてこれらの異常が検出されることを防ぐことができる。

（実施形態６）
図１２は、本発明の第六の実施形態に係るコイル試験装置１ｆの構成を示す回路図である。図１２の回路では、図１に示す第一の実施形態のＬＣ共振回路３の構成を、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａに変えて、共振コンデンサ２ａと試験対象コイル３ｂを備えたＬＣ共振回路３０に変更したものである。

具体的には、試験対象コイル３ｂと、試験対象コイル３ｂと共振コンデンサ２ａから構成されるＬＣ共振回路３０と、入力電源４と、入力電源４の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路３０に印加するスイッチング回路５と、スイッチング回路５を駆動するドライバ回路１０と、ＬＣ共振回路３０に接続される整流回路６と、整流回路６に接続される出力コンデンサ７と、出力コンデンサ７から一定の電流を放電する定電流源８を備えるコイル試験装置１ｆである。これにより、図１の第一の実施形態と同様の回路動作となり、試験対象コイル３ｂに高精度な振幅の交流電流を与えて、交流電流による発熱やインダクタンスの経時変化について信頼性試験を行うことができる。図１２の定電流源８は、図１と同様に昇圧コンバータに置換えることができるので、消費電力とコストを低減できる。また、図８と同様に起動時に定電流源８の電流を小さな電流値から一定の電流まで徐々に増加させる構成を用いることにより、起動時の定電流源８の立ち上がりによって、試験対象コイル３ｂに流れる交流電流の振幅が振動して、試験対象コイル３ｂに設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。また、図９や図１０と同様に、共振コンデンサ２ａと試験対象コイル３ｂ間の交流電圧を検出するコイル電圧検出回路を含む構成を用いることにより試験対象コイル３ｂの短絡を検出したり、出力電圧検出回路２３を含む構成を用いることにより、インダクタンス低下、または損失増加に対して保護を行い、試験回路１ｆを停止することができる。また、図１１と同様にローパスフィルタを出力コンデンサ７と定電流源８の間に挿入する構成を用いることにより、定電流源８の制御を容易に行うことができる。

（実施形態７）
図１３は、本発明の第七の実施形態に係るバッテリー試験装置１ｇの構成を示す回路図である。図１３の回路では、図１に示す第一の実施形態のＬＣ共振回路３の構成を、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａに変えて、共振コンデンサ２ａと共振コイル３ａを備えたＬＣ共振回路４０に変更する。さらにＬＣ共振回路４０に直列にトランス２６の１次巻線２６ａを接続して、トランス２６の２次巻線２６ｂに直列に直流カットコンデンサ２７と試験対象バッテリー２９を接続し、試験対象バッテリー２９に直流電流源２８を接続して充電または放電を行う。

具体的には、試験対象バッテリー２９と、１次巻線２６ａと２次巻線２６ｂを備えるトランス２６と、直流カット用コンデンサ２７と、直流電流源２８と、共振コイル３ａと共振コンデンサ２ａから構成されるＬＣ共振回路４０と、入力電源４と、入力電源４の電圧をパルス電圧に変換してＬＣ共振回路４０に印加するスイッチング回路５と、スイッチング回路５を駆動するドライバ回路１０と、ＬＣ共振回路４０に接続される整流回路６と、整流回路６に接続される出力コンデンサ７と、出力コンデンサ７から一定の電流を放電する定電流源８を備えるバッテリー試験装置１ｇである。これにより、図１の第一の実施形態と同様の回路動作となり、試験対象バッテリー２９に試験対象バッテリー２９内部のインピーダンスによって変化しない高精度な振幅の交流電流を与えて、試験対象バッテリー２９の充電または放電の試験を行うことができる。図１３の定電流源８も図１と同様に昇圧コンバータに置換えることができるので、消費電力とコストを低減できる。また、図８と同様に起動時に定電流源８の電流を小さな電流値から一定の電流まで徐々に増加させることにより、起動時の定電流源８の立ち上がりによって、試験対象バッテリー２９に流れる交流電流の振幅が振動して、試験対象バッテリー２９に設定値よりも大きな振幅の交流電流が一時的に流れることを防ぐことができる。また、図１０と同様に、出力電圧検出回路２３を含む構成を用いることにより、試験対象バッテリー２９の損失増加に対して保護を行い、試験回路１ｇを停止することができる。また、図１１と同様にローパスフィルタを出力コンデンサ７と定電流源８の間に挿入する構成を用いることにより、定電流源８の制御を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態のコンデンサ試験装置、コイル試験装置およびバッテリー試験装置について説明したが、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、スイッチング回路５、整流回路６はハーフブリッジ回路を例示して説明したが、これに限らず、フルブリッジ回路、プッシュプル回路等の各種回路に適用できる。また、ＬＣ共振回路３は、試験対象コンデンサ２と共振コイル３ａ、または試験対象コイル３ｂと共振コンデンサ２ａにより構成された共振回路を例示して説明したが、これに限らず、トランスを含むＬＬＣ共振回路等の各種回路に適用できる。

１・・・コンデンサ試験装置
２・・・試験対象コンデンサ
２ａ・・・共振コンデンサ
３・・・ＬＣ共振回路
３ａ・・・共振コイル
３ｂ・・・試験対象コイル
４・・・入力電源
５・・・スイッチング回路
５ａ，５ｂ・・・スイッチングトランジスタ
６・・・整流回路
６ａ，６ｂ・・・ダイオード
７・・・出力コンデンサ
８・・・定電流源
８ａ・・・インダクタ
８ｂ・・・スイッチ素子
８ｃ・・・ダイオード
９・・・制御回路
９ａ・・・電流検出抵抗
９ｂ・・・基準電源
９ｃ・・・ヒステリシスコンパレータ
９ｄ・・・ドライバ回路
１０・・・ドライバ回路
１１・・・起動回路
１２・・・コンデンサ電圧検出回路
１３，１６，２０・・・ダイオード
１４，１５，２１・・・コンデンサ
１７，１８，２２・・・抵抗
１９・・・可変シャントレギュレータ
２３・・・出力電圧検出回路
２４，２５・・・抵抗
２６・・・トランス
２６ａ・・・１次巻線
２６ｂ・・・２次巻線
２７・・・直流カットコンデンサ
２８・・・直流電流源
２９・・・試験対象バッテリー
３０・・・ＬＣ共振回路
４０・・・ＬＣ共振回路
５０・・・ローパスフィルタ
５０ａ・・・インダクタ
５０ｂ・・・コンデンサ

Claims

試験対象コンデンサと、
前記試験対象コンデンサと共振コイルから構成されるＬＣ共振回路と、
入力電源と、
前記入力電源の電圧をパルス電圧に変換して前記ＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、
前記ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、
前記整流回路に接続される出力コンデンサと、
前記出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源と、を備えることを特徴とするコンデンサ試験装置。
前記定電流源は、電子負荷器であることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ試験装置。
前記定電流源は、インダクタとスイッチ素子と整流素子と制御回路を備え、
前記インダクタは、前記出力コンデンサの一端と、前記整流素子の入力端との間に挿入され、
前記スイッチ素子は、前記出力コンデンサの他端と前記インダクタとの間に挿入され、
前記整流素子の出力端は、前記入力電源に接続され、
前記制御回路は、前記スイッチ素子を制御することによって、前記インダクタに流れる電流を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ試験装置。
前記制御回路は、前記インダクタに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記電流検出回路で検出した電流が第１の値よりも小さいときに前記スイッチ素子をオンし、
前記電流検出回路で検出した電流が第２の値よりも大きいときに前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項３に記載のコンデンサ試験装置。
前記制御回路は、前記電流検出回路で検出した電流にかかわらず前記スイッチ素子をオフする期間を設けることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ試験装置。
前記定電流源は、前記入力電源により前記出力コンデンサが一定の電圧まで充電された後、前記出力コンデンサの放電を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンデンサ試験装置。
前記定電流源は、前記一定の電流まで徐々に電流を増加させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンデンサ試験装置。
前記試験対象コンデンサにかかる交流電圧の振幅を検出するコンデンサ電圧検出回路を備え、
前記コンデンサ電圧検出回路で検出された交流電圧の振幅が一定値よりも低い場合に前記スイッチング回路を停止し、前記定電流源をオフすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンデンサ試験装置。
前記出力コンデンサにかかる電圧を検出する出力電圧検出回路を備え、
前記出力電圧検出回路で検出した電圧が一定値よりも低い場合に前記スイッチング回路を停止し、前記定電流源をオフすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンデンサ試験装置。
前記出力コンデンサと前記定電流源との間にローパスフィルタを挿入することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のコンデンサ試験装置。
試験対象コイルと、
前記試験対象コイルと共振コンデンサから構成されるＬＣ共振回路と、
入力電源と、
前記入力電源の電圧をパルス電圧に変換して前記ＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、
前記ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、
前記整流回路に接続される出力コンデンサと、
前記出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源と、を備えることを特徴とするコイル試験装置。
試験対象バッテリーと、
１次巻線と２次巻線を備えるトランスと、
直流カット用コンデンサと、
直流電流源と、
共振コイルと共振コンデンサから構成されるＬＣ共振回路と、
入力電源と、
前記入力電源の電圧をパルス電圧に変換して前記ＬＣ共振回路に印加するスイッチング回路と、
前記ＬＣ共振回路に接続される整流回路と、
前記整流回路に接続される出力コンデンサと、
前記出力コンデンサから一定の電流を放電する定電流源と、を備えることを特徴とするバッテリー試験装置。
前記ＬＣ共振回路に直列に前記トランスの１次巻線が接続され、
前記トランスの２次巻線の一端に前記直流カット用コンデンサの一端が接続され、前記２次巻線の他端に前記試験対象バッテリーの一端及び前記直流電流源の一端が接続され、
前記試験対象バッテリーの他端及び前記直流カット用コンデンサの他端に前記直流電流源の他端が接続されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー試験装置。