JP2518643B2 - 浮動容量回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、大きな共通モード除去比（CMRR）を有する
実現容易な高速・高精度浮動容量回路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

大きな共通モード電圧の存在する環境で小さな電圧を
測定する技術は多くの用途でいろいろ開発されてきた。
交流あるいは直流を直流交流変換した後に分離トランス
を用いる技術、差動演算増幅器を用いる技術、光・電気
変換器を用いる技術、そして浮動容量（フローティング
・キャパシタ）回路を用いる技術などである。

特に浮動容量回路は、大きなCMRRを得ることができる
直流回路として賞用されてきた。

第２図は従来技術により浮動容量回路である。抵抗Ｒ
に流れる電流Ｉにより、被測定電圧IRが生じている。抵
抗Ｒの端子T₁,T₂の対接地電圧をそれぞれV₁,V₂とすると
V₁−V₂＝IRである。この回路の応用分野は一般に|V₁−V
₂|＜＜|V₁＋V₂|となる分野である。

スイッチS₂₁,S₂₂は単極双投スイッチであり、相互に
同期して動作する。第１の状態ではスイッチS₂₁,S₂₂に
接続された容量Ｃを抵抗Ｒに並列接続するようにスイッ
チS₂₁,S₂₂は設定される。第２の状態では容量Ｃが抵抗R
₁に並列に接続されるようにスイッチS₂₁,S₂₂が設定され
る。抵抗R₁の１端は接地Ｇに接続され両端子間電圧は高
入力インピーダンス増幅器Ａを介して出力される。

第１の状態で容量Ｃは、その端子間電圧がV₁−V₂まで
充電され、第２状態において抵抗R₁の両端にその電圧を
生ずる。抵抗R₁は増幅器Ａの入力電流を吸収して、増幅
器Ａが第１状態で高雑音状態にならない程度の大きな値
をとるものとする。出力電圧はCR₁の時定数で減衰する
ので、所定の時間内にサンプリングされる。

第２図の回路では、容量Ｃに印加される電圧は小さい
が、スイッチS₂₁,S₂₂の接点間に印加される電圧が大き
くなり、高耐圧のスイッチが必要となる欠点があった。

また、抵抗R₁による出力電圧の減衰のため容量Ｃの値
をある程度以上にする必要があり、高速動作時はＲも十
分小さい必要があった。即ちＲ＜＜R₁である必要があり
かつCRは所要動作時間の数分の１以下である必要があ
る。

〔発明の目的〕

従って本発明の目的は、被測定電圧源の一方の端子の
対接地電圧まで充電された浮動容量を、他方の端子に接
続して、浮動容量の一方の端子からの対接地電圧として
被測定電圧を得るようにして高速、低価格の浮動容量回
路を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例においては、浮動容量の一方の端子
がスイッチあるいは抵抗等の電圧伝達手段を介して被測
定電源の端子に接続され、他方の端子は出力スイッチを
介して接地される。

出力スイッチを閉成して浮動容量は被測定電源の一方
の対接地電圧まで充電される。つぎに出力スイッチを開
放して浮動容量を被測定電源のもう一方の端子に接続す
れば、出力スイッチの端子間には被測定電圧が生じて、
その電圧は高入力インピーダンス増幅器を介して出力さ
れる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す。第１図において第
２図と同一機能・性能の部分には同一の参照記号を付し
てある。

抵抗Ｒは、それに流れる電流Ｉにより被測定電圧V₁−
V₂＝IRを生じる被測定電源を構成する。抵抗の端子T₁,T
₂の対接地電圧はそれぞれV₁,V₂であり、|V₁−V₂|＜＜|V
₁＋V₂|となっている。単極・単投スイッチS₁₁,S₁₂,S₁₃
は動作状態において|V₁−V₂|程度の電圧を印加されるの
みであるから低圧スイッチでもよい。また、スイッチS
₁₁,S₁₂は１つの単極・双投スイッチでおきかえることも
できる。重要なのは、第２図のスイッチに較べ接点数が
少なくかつ、低耐圧でよい点である。浮動容量ＣはV₁又
はV₂の大きい方より大きな耐圧を要する。

増幅器Ａは入力端子T₁₃がスイッチS₁₃の非接地側端子
に接続された高入力インピーダンス増幅器である。

スイッチS₁₁,S₁₂の一方の端子はそれぞれ端子T₁,T₂に
接続され、それらの他方の端子はいずれも浮動容量Ｃの
一方の端子に接続される。

浮動容量の他方の端子は一方の端子が接地Ｇに接続さ
れたスイッチS₁₃の非接地側端子に接続される。

第１図の回路の動作は次のとおりである。スイッチS
₁₁を開放し、スイッチS₁₂、S₁₃を閉成して浮動容量Ｃを
V₂まで充電する。もしV₂を与える電源（図示せず）の出
力インピーダンスが低いとき（このようなことは多い）
はこの充電は瞬時に完了する。

つぎにスイッチS₁₃,S₁₂を開放してスイッチS₁₁を閉成
すれば、ただちにスイッチS₁₃の非接地端子電圧はV₁−V
₂となり、増幅器Ａを介して出力される。

もちろんスイッチS₁₁とS₁₂は１個の単極双投スイッチ
とすることができる。スイッチS₁₂を抵抗R₁₃で置きかえ
ることもできる。この本発明の第２の実施例では、２つ
の動作が考えられる。

（１） 第１状態でスイッチS₁₁,S₁₃を閉成して第２状
態でスイッチS₁₁,S₁₃を開放する。スイッチS₁₁の開放は
スイッチS₁₃の開放後である必要がある。

端子T₁の対地インピーダンスが低いときは、浮動容量
Ｃの充電も速く、出力電圧の立ち上りも速い。

（２） 第１状態でスイッチS₁₁を開放しスイッチS₁₃を
閉成する。第２状態でスイッチS₁₃を開放してスイッチS
₁₁を閉成する。測定間隔が長いか、V₂が変化しないとき
は有利である。いずれの動作においても、抵抗R₁₃が被
測定電圧に影響を与えないように周知の方法はとらなけ
ればならない。それは端子T₁,T₂の対接地インピーダン
スの大小にもよる。端子T₁の対接地インピーダンスが小
さければ上述の第（２）の動作ではR₁₃の抵抗値は小さ
くとも良いばあいが多い。

一般にはR₁₃の大きさはＲの大きさより十分大きく、
スイッチS₁₁の絶縁抵抗の大きさより十分小さく遊ぶ。

本発明のいずれの実施例でも、スイッチS₁₁,S₁₂の設
定を変えずにスイッチS₁₃を開放すれば、オフセット電
圧がスイッチ₁₃の端子間に得られるから、それを周知の
方法により出力電圧の測定値より減じることで補正され
た出力電圧値を得る応用に用いることができる。

抵抗Ｒが既知であればもちろん電流Ｉが測定される。

〔発明の効果〕

本発明実施例からも明らかなように、本発明によれ
ば、少ない部品（スイッチ）で高速動作のできる浮動容
量回路が得られる。またスイッチの耐圧も低くすること
ができる。さらにオフセット電圧の出力も可能である。

従って高精度、高速、低価格であり、実用に供して有
益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１、第２の実施例の浮動容量回路の
回路図。第２図は従来例の浮動容量回路の回路図。 R:被害測定電圧源;S₁₁,S₁₂,S₁₃:単極・単投スイッチ;S
₂₁,S₂₂:単極・双投スイッチ;C:浮動容量;A:高入力イン
ピーダンス増幅器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定電圧源の一方の端子に第１のスイッ
   チ手段の一方の端子を接続し、前記被測定電圧源の他方
   の端子に電圧伝達手段の一方の端子を接続し、前記第１
   のスイッチ手段の他方の端子と前記電圧伝達手段の他方
   の端子を容量手段の一方の端子に接続し、該容量手段の
   他方の端子を一方の端子を接地する第２のスイッチ手段
   の他方の端子に接続し、該第２のスイッチ手段の前記端
   子間より出力電圧を得るように構成した浮動容量回路。
2. 【請求項２】前記電圧伝達手段が第３のスイッチ手段で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の浮動
   容量回路。
3. 【請求項３】前記電圧伝達手段が抵抗手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の浮動容量回路。