JP2017203726A - インピーダンス測定装置およびインピーダンス測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
同期検波によるインピーダンス測定装置については、以下の先行技術文献がある。
測定交流電流iは、定電流源110から、試料111(Device under test:DUT)に供給される。なお、ここでは、試料111は、内部抵抗Rxをもつ電池である。抵抗(Rs)112は、測定交流電流iの電流値を検出するための電流検出用抵抗であり、定電流源110、試料111に直列に挿入されている。符号115は、測定交流電流iに応じて試料111に現れた検出信号(電圧信号)を増幅する増幅器である。同様に、符号116は、電流検出用抵抗(Rs)112で検出された電圧信号を増幅する増幅器である。増幅器115で増幅された電圧検出信号v1は、測定周波数を通過させるバンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)117を通して同期検波器120に入力される。また、測定交流電流iに同期する基準信号v2は増幅器116で増幅され同期検波器120に入力される。同期検波器120は、電圧検出信号v1を基準信号v2で同期検波し、その検波出力は、交流成分を除去するためのローパスフィルタ(Low−Pass Filter:LPF)122に入力され交流成分が除去されて、アナログデジタルコンバータ(Analog to Digital Converter:ADC)123に入力される。アナログデジタルコンバータ123は、同期検波出力をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、図示されない演算装置に入力され、試料111の交流インピーダンス値、等価回路のパラメータ等が演算され、これらの値は、図示しない表示装置等に表示され、あるいはプリントされて出力される。
定電流源110からは、測定交流電流として、i=Isin(ω1t)の正弦波が試料111に印加される。試料111の両端には、電池の内部抵抗RXに対応した電圧が発生し、その電圧は増幅器115で増幅されてv1=iRXとして出力される。また、増幅器116からは、電流検出抵抗RSに対応したv2=iRSが出力され、同期検波器120で同期検波される。ここで、v1、v2は、それぞれ以下の数式(1)、数式(2)により求めることができる。なお、kは定数とする(IとRSは一定であるとする)。
したがって、以下では、第1の接続構成態様、第2の接続構成態様、第3の接続構成態様及び第4の接続構成態様に分けて説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係るインピーダンス測定装置の構成を示し、第1の接続構成態様を示した図である。
第2の接続構成態様では、バンドパスフィルタ17のゲインGBPFと位相回りθBPFを求めるが、以下に図2を参照してその算出手順を詳細に説明する。
第3の接続構成態様では、第2の接続構成態様で求めた位相回りθBPFが遅れ位相又は進み位相のいずれであるのかについて判定を行うが、以下に図3を参照してその判定手順を詳細に説明する。
まず、バンドパスフィルタ17の出力v2´を第2の参照信号v3で同期検波する。そのときのADC23−2の入力電圧VADC2_V2´×V3は以下の数式(23)を用いて求められる。
X>0であれば、位相回りθBPFの極性は+、X<0であれば、位相回りθBPFの極性は−となる。
また、π/2<|θBPF|<πのとき、
X<0であれば、位相回りθBPFの極性は+、X>0であれば、位相回りθBPFの極性は−となる。したがって、位相回りθBPFが0のとき及び位相回りθBPFがπのときは、極性判定は不要である。
第4の接続構成態様では、実効抵抗RXを求めるが、以下に図4を参照してその算出手順を詳細に説明する。まず、以下の数式(30)により試料11の両端電圧v1を検出する。
上記したように、本実施の形態によれば、バンドパスフィルタ(BPF)17やその周辺デバイスのゲインや位相の両方若しくはいずれかの変動量を算出し、その測定されたゲイン、位相を用いてインピーダンス測定を行っている。したがって、バンドパスフィルタ(BPF)17やその周辺デバイスのゲインや位相が変動した場合でも、ゲイン変動や位相回りによる影響を抑制することができるので、測定誤差を少なくし、安定した測定が可能となる。
上記した実施の形態は2つの同期検波器20−1,20−2とそれらに対応する2つのローパスフィルタ22−1,22−2を用いていたが、図5に示すように1つの同期検波器30とそれに対応する1つのローパスフィルタ32、ADC33を用いて、上記第1〜第4の接続構成態様全てにおいて測定や判定を行ってもよい。その場合における第1〜第4の接続構成態様に係る測定や判定については上記と同様であるのでここではその説明は省略する。
11 試料(DUT)
12 電流検出用抵抗(Rs)
15、16 増幅器
17 バンドパスフィルタ(BPF)
19 位相調整器
20−1、20−2 同期検波器
22−1、22−2 ローパスフィルタ(LPF)
23−1、23−2 アナログデジタル変換器(ADC)
SW1〜SW3 スイッチ
Claims (7)
- 測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給する交流源と、
前記測定信号に同期する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記試料に現れる検出信号を通過させるバンドパスフィルタと、
前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波する同期検波部と、
を備えたインピーダンス測定装置であって、
前記基準信号生成部は、所定の測定用周波数であって、位相が異なる二つの基準信号を生成する手段を備え、
前記試料に現れる検出信号を前記異なる2つの基準信号で同期検波して前記バンドパスフィルタのゲインと位相回りが算出され、該算出されたゲインと位相回りに基づいてインピーダンス測定が実行される、
ことを特徴とするインピーダンス測定装置。 - 前記試料に現れる検出信号をバンドパスフィルタに供給しない状態で、前記基準信号生成部からの異なる2つの基準信号で、前記測定信号に基づく電流検出信号を同期検波して、前記2つの基準信号の位相差、前記バンドパスフィルタのゲイン及び位相回りが算出されるように、かつ、前記試料に現れる検出信号を前記バンドパスフィルタに供給した状態で、前記算出された2つの基準信号の位相差、前記バンドパスフィルタのゲイン及び位相回りに基づいて前記試料のインピーダンスが算出されるように、前記基準信号生成部、前記バンドパスフィルタ及び前記同期検波部の間の接続を切り換えるための選択部を備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載のインピーダンス測定装置。 - 前記バンドパスフィルタからの出力を、前記測定信号と位相が異なる前記基準信号で同期検波することによって、前記バンドパスフィルタの位相回りの極性を算出し、算出された極性に基づいて前記バンドパスフィルタの位相回りが遅れ位相及び進み位相のいずれであるかが判定される、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス測定装置。 - 前記試料は電池であって、前記交流供給部は定電流源である、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のインピーダンス測定装置。 - 測定対象の試料に所定周波数の測定信号を供給し、基準信号生成部を介して前記測定信号に同期する基準信号を生成し、バンドパスフィルタを介して前記試料に現れる検出信号を通過させ、同期検波部を介して前記試料に現れる検出信号を前記基準信号で同期検波し、同期検波された信号の直流成分を抽出して前記試料の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、
所定の測定用周波数であって、位相が異なる二つの基準信号を生成するステップと、
前記試料に現れる検出信号を前記異なる2つの基準信号で同期検波して前記バンドパスフィルタのゲインと位相回りを算出するステップと、
前記算出されたゲインと位相回りに基づいて交流インピーダンスの測定を実行するステップと、
を有することを特徴とするインピーダンス測定方法。 - 前記試料に現れる検出信号を前記バンドパスフィルタに供給しない状態で、前記基準信号生成部からの異なる2つの基準信号で前記測定信号に基づく電流検出信号を同期検波して、前記2つの基準信号の位相差、前記バンドパスフィルタのゲイン及び位相回りが算出されるように、かつ、前記試料に現れる検出信号をバンドパスフィルタに供給した状態で、前記算出された2つの基準信号の位相差、前記バンドパスフィルタのゲイン及び位相回りに基づいて前記試料の交流インピーダンスが算出されるように、前記基準信号生成部、前記バンドパスフィルタ及び前記同期検波部の間の接続を切り換えるステップを備える、
ことを特徴とする請求項5に記載のインピーダンス測定方法。 - 前記バンドパスフィルタからの出力を、前記測定信号と位相が異なる前記基準信号で同期検波することによって、前記バンドパスフィルタの位相回りの極性を算出するステップと、
算出された極性に基づいて前記バンドパスフィルタの位相回りが遅れ位相及び進み位相のいずれであるかを判定するステップを備える、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載のインピーダンス測定方法。
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JP2004132797A (ja) * | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 蓄電池の内部インピーダンス測定方法および蓄電池の内部インピーダンス測定装置 |
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