JP3464192B2 - 保護回路を有する電子測定機器 - Google Patents
保護回路を有する電子測定機器Info
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- H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R1/36—Overload-protection arrangements or circuits for electric measuring instruments
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- G01R1/067—Measuring probes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Interface Circuits In Exchanges (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、被測定回
路を破壊したり、ユーザに有害な接地障害電流に対する
保護を行う回路を有する電子測定機器、特に、多レベル
のかかる保護を行う回路を有する電子測定機器に関す
る。
路を破壊したり、ユーザに有害な接地障害電流に対する
保護を行う回路を有する電子測定機器、特に、多レベル
のかかる保護を行う回路を有する電子測定機器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】接地障害電流（ground fault current）
による危険性及び破壊の可能性に対してユーザ及び被測
定回路を保護する既存の設計では、正の温度係数（posi
tive temperature coefficient:ＰＴＣ）の回路素子
や、機械的リレー及びスイッチを用いている。かかる保
護では、過剰（過大）電流を制限して、火災や爆発を防
止する。しかし、これら保護は、あらゆる環境でユーザ
及び被測定回路を完全に保護するために、下限の又は過
渡的な量のエネルギーに対して充分に応答しないかもし
れない。
による危険性及び破壊の可能性に対してユーザ及び被測
定回路を保護する既存の設計では、正の温度係数（posi
tive temperature coefficient:ＰＴＣ）の回路素子
や、機械的リレー及びスイッチを用いている。かかる保
護では、過剰（過大）電流を制限して、火災や爆発を防
止する。しかし、これら保護は、あらゆる環境でユーザ
及び被測定回路を完全に保護するために、下限の又は過
渡的な量のエネルギーに対して充分に応答しないかもし
れない。
【０００３】図６は、従来技術の回路図であり、チャネ
ル接地及び測定機器接地の間に直接接続を有する回路を
示している。「フローティング（非接地）」動作は、比
較的簡単安価であるが、障害状態において、比較的低電
圧から非常に高い電流が流れる。これは、一方のプロー
ブ共通接地から他方のプローブの共通接地のインピーダ
ンスが非常に低いためである。測定機器が「フローティ
ング」されると、複数の共通接地の１つを高電圧に接続
するという不注意なミスにより、他の総ての露出した共
通接地が予期せずに「ホット」となり、ユーザ又は被測
定回路のいずれかに対して潜在的に危険になる。
ル接地及び測定機器接地の間に直接接続を有する回路を
示している。「フローティング（非接地）」動作は、比
較的簡単安価であるが、障害状態において、比較的低電
圧から非常に高い電流が流れる。これは、一方のプロー
ブ共通接地から他方のプローブの共通接地のインピーダ
ンスが非常に低いためである。測定機器が「フローティ
ング」されると、複数の共通接地の１つを高電圧に接続
するという不注意なミスにより、他の総ての露出した共
通接地が予期せずに「ホット」となり、ユーザ又は被測
定回路のいずれかに対して潜在的に危険になる。
【０００４】たとえ、ユーザが「ホット」リード線又は
測定機器の露出したフローティング領域に思いがけなく
接触することによりショックを受けないとしても、第２
の共通接地をアース接地に接続することにより、爆発性
で危険な閃光やアークが生じる。突然で爆発的な大電流
の流れにより刺激された反応として、ユーザは、火傷
や、２次的なけがをするかもしれない。これらは、予期
されないことである。
測定機器の露出したフローティング領域に思いがけなく
接触することによりショックを受けないとしても、第２
の共通接地をアース接地に接続することにより、爆発性
で危険な閃光やアークが生じる。突然で爆発的な大電流
の流れにより刺激された反応として、ユーザは、火傷
や、２次的なけがをするかもしれない。これらは、予期
されないことである。
【０００５】通常は略ゼロのユーザ回路の一部に予期せ
ぬ高電圧が印加すると、被測定回路に損傷の影響が表れ
る。かかる接触が不注意であったとしても、その影響
は、被測定回路の保護されていない要素を破壊する。か
かるフローティング「ホット」共通接地が他の回路要素
と接触して、その共通ラインの電圧を下降させたり上昇
させると、予期せぬ結果が生じて、ユーザ回路を永久的
に破壊する。非フローティングで、アース接地された動
作では、不適当なスプリアスが生じ、ユーザの安全や、
被測定回路の要素の完全な状態に悪影響を及ぼす。
ぬ高電圧が印加すると、被測定回路に損傷の影響が表れ
る。かかる接触が不注意であったとしても、その影響
は、被測定回路の保護されていない要素を破壊する。か
かるフローティング「ホット」共通接地が他の回路要素
と接触して、その共通ラインの電圧を下降させたり上昇
させると、予期せぬ結果が生じて、ユーザ回路を永久的
に破壊する。非フローティングで、アース接地された動
作では、不適当なスプリアスが生じ、ユーザの安全や、
被測定回路の要素の完全な状態に悪影響を及ぼす。
【０００６】図７は、従来技術の回路図であり、チャネ
ル共通接地がＰＴＣ素子を介して、保護された測定機器
の接地に結合されている回路を示している。接地経路と
直列になったＰＴＣ素子（抵抗器）の結合により、過渡
電圧や制限された電圧以外の何らかの異常現象から共通
リードを保護する。予期せぬ電流サージが、ＰＴＣ素子
の抵抗値を上昇させ、少なくともある時間にわたって流
れる最大電流を大幅に制限する。この回路は、むしろ簡
単であるが、上述の従来回路でのアークの発生及び爆発
を阻止する。この回路に第２レベルの保護を与えるに
は、突然で予期せぬ電流に総ての測定機器共通接地が露
出するのを制限する他のステップが必要である。プロー
ブは、特に、絶縁されていなければならない。真の二重
絶縁を行うためには、他の総ての入力／出力機能及び露
出した導体を、予期せぬ高電圧から保護しなければなら
ない。
ル共通接地がＰＴＣ素子を介して、保護された測定機器
の接地に結合されている回路を示している。接地経路と
直列になったＰＴＣ素子（抵抗器）の結合により、過渡
電圧や制限された電圧以外の何らかの異常現象から共通
リードを保護する。予期せぬ電流サージが、ＰＴＣ素子
の抵抗値を上昇させ、少なくともある時間にわたって流
れる最大電流を大幅に制限する。この回路は、むしろ簡
単であるが、上述の従来回路でのアークの発生及び爆発
を阻止する。この回路に第２レベルの保護を与えるに
は、突然で予期せぬ電流に総ての測定機器共通接地が露
出するのを制限する他のステップが必要である。プロー
ブは、特に、絶縁されていなければならない。真の二重
絶縁を行うためには、他の総ての入力／出力機能及び露
出した導体を、予期せぬ高電圧から保護しなければなら
ない。
【０００７】ホウェルのアメリカ合衆国特許第４５８３
１４６号「障害電流断続器」は、ＰＴＣ素子及び電圧依
存抵抗器の並列組み合わせを１対の機械的接触の間に設
けて、接点が離れた期間中にアークが生じることなく、
電流の流れを中断する障害電流断続器（interrupter）
を記載している。室温で比較的低い抵抗値であり、高温
で非常に高い抵抗値のＰＴＣ素子を選択する。これによ
り、電圧依存抵抗器の両端の電圧によってこの電圧依存
抵抗器が導通して、ＰＴＣ素子から電流が移動するま
で、電流が接点からＰＴＣ素子を介して移動する。
１４６号「障害電流断続器」は、ＰＴＣ素子及び電圧依
存抵抗器の並列組み合わせを１対の機械的接触の間に設
けて、接点が離れた期間中にアークが生じることなく、
電流の流れを中断する障害電流断続器（interrupter）
を記載している。室温で比較的低い抵抗値であり、高温
で非常に高い抵抗値のＰＴＣ素子を選択する。これによ
り、電圧依存抵抗器の両端の電圧によってこの電圧依存
抵抗器が導通して、ＰＴＣ素子から電流が移動するま
で、電流が接点からＰＴＣ素子を介して移動する。
【０００８】ホースマ等のアメリカ合衆国特許第４９６
７１７６号（特表平４−５００１３８号公報に対応）
「ＰＴＣ回路保護素子のアセンブリ」に記載された素子
アセンブリでは、複数個のＰＴＣ回路保護素子を直列に
接続している。この形式のアセンブリは、単独の素子で
は充分でない場合に、保護を与えるのに有用である。好
適なシステムにおいて、この素子アセンブリは、回路ブ
レーカーと直列接続されている。
７１７６号（特表平４−５００１３８号公報に対応）
「ＰＴＣ回路保護素子のアセンブリ」に記載された素子
アセンブリでは、複数個のＰＴＣ回路保護素子を直列に
接続している。この形式のアセンブリは、単独の素子で
は充分でない場合に、保護を与えるのに有用である。好
適なシステムにおいて、この素子アセンブリは、回路ブ
レーカーと直列接続されている。
【０００９】ミラー等のアメリカ合衆国特許第５６４４
４６１号「高電圧直流電流リミッタ」に記載された電流
リミッタは、５０ボルトを越える所定駆動電圧にて、回
路を保護する。複数のＰＴＣ素子を直列接続するが、そ
の際、ツェナー・ダイオードがＰＴＣ素子の各々と並列
接続されている。ひとまとめに考えた総てのＰＴＣ素子
と、ひとまとめに考えたツェナー・ダイオードとの電圧
範囲は、所定駆動電圧よりも高い。
４６１号「高電圧直流電流リミッタ」に記載された電流
リミッタは、５０ボルトを越える所定駆動電圧にて、回
路を保護する。複数のＰＴＣ素子を直列接続するが、そ
の際、ツェナー・ダイオードがＰＴＣ素子の各々と並列
接続されている。ひとまとめに考えた総てのＰＴＣ素子
と、ひとまとめに考えたツェナー・ダイオードとの電圧
範囲は、所定駆動電圧よりも高い。
【００１０】ダフィ等のアメリカ合衆国特許第５８６４
４５８号「ＰＴＣ素子及びスイッチの組み合わせから成
る過剰電流保護回路」は、通常回路動作にて、電圧及び
電流を切り替えるＰＴＣ素子による電子回路配列を開示
している。この回路配列では、機械的スイッチ及びＰＴ
Ｃ素子の電圧及び／又は電流の定格は、この回路の通常
動作電圧及び電流よりも大幅に小さい。この特徴によ
り、そうでなければ係る回路に必要とされる機械的スイ
ッチ及びＰＴＣ素子よりも小さく安価な機械的スイッチ
及びＰＴＣ素子を使用できる。スイッチ及びＰＴＣ素子
の配列により、ＰＴＣ素子は、回路に流れる障害電流の
大きさを制限する。
４５８号「ＰＴＣ素子及びスイッチの組み合わせから成
る過剰電流保護回路」は、通常回路動作にて、電圧及び
電流を切り替えるＰＴＣ素子による電子回路配列を開示
している。この回路配列では、機械的スイッチ及びＰＴ
Ｃ素子の電圧及び／又は電流の定格は、この回路の通常
動作電圧及び電流よりも大幅に小さい。この特徴によ
り、そうでなければ係る回路に必要とされる機械的スイ
ッチ及びＰＴＣ素子よりも小さく安価な機械的スイッチ
及びＰＴＣ素子を使用できる。スイッチ及びＰＴＣ素子
の配列により、ＰＴＣ素子は、回路に流れる障害電流の
大きさを制限する。
【００１１】ハーデンのアメリカ合衆国特許第４０６８
２８１号（特開昭５３−４４８５９号公報に対応）「熱
応答酸化金属バリスタ遷移抑制回路」が記載している温
度応答抵抗器は、遷移抑制やその他のアプリケーション
における酸化金属バリスタ材料の本体に熱的に接続され
ている。バリスタにて過度のエネルギー散逸が生じた場
合、熱応答抵抗器の温度が上昇して、トリガ信号をトラ
イアック又は他の同様電子スイッチに供給する。これら
トライアック又は他の同様電子スイッチを用いて、アラ
ームを与えたり、バリスタ本体を更に冷却したり、これ
らバリスタからの電流をそらしたり制限する。温度応答
抵抗器を流れる電流を酸化金属バリスタの第３端子から
得ることができる。この場合、回路は、バリスタにおけ
る総合エネルギー散逸レベル及びピーク・エネルギー散
逸レベルの両方に応答できる。
２８１号（特開昭５３−４４８５９号公報に対応）「熱
応答酸化金属バリスタ遷移抑制回路」が記載している温
度応答抵抗器は、遷移抑制やその他のアプリケーション
における酸化金属バリスタ材料の本体に熱的に接続され
ている。バリスタにて過度のエネルギー散逸が生じた場
合、熱応答抵抗器の温度が上昇して、トリガ信号をトラ
イアック又は他の同様電子スイッチに供給する。これら
トライアック又は他の同様電子スイッチを用いて、アラ
ームを与えたり、バリスタ本体を更に冷却したり、これ
らバリスタからの電流をそらしたり制限する。温度応答
抵抗器を流れる電流を酸化金属バリスタの第３端子から
得ることができる。この場合、回路は、バリスタにおけ
る総合エネルギー散逸レベル及びピーク・エネルギー散
逸レベルの両方に応答できる。
【００１２】ベコン等のアメリカ合衆国特許第５３７９
１７６号「測定機器用保護入力回路」では、バリスタで
部分的に分路された直列接続サーミスタによるマルチメ
ータの入力用保護回路であって、過負荷電圧を複数のサ
ーミスタに配分して、高電圧レベルでの保護を可能にす
る点を記載している。分路接続されたバリスタは、主に
過渡的な過負荷に対する保護を行い、また、上述のサー
ミスタがより迅速に高抵抗状態になるように、これらサ
ーミスタに熱的に結合されている。よって、バリスタの
破壊を避けて、連続した保護を行える。
１７６号「測定機器用保護入力回路」では、バリスタで
部分的に分路された直列接続サーミスタによるマルチメ
ータの入力用保護回路であって、過負荷電圧を複数のサ
ーミスタに配分して、高電圧レベルでの保護を可能にす
る点を記載している。分路接続されたバリスタは、主に
過渡的な過負荷に対する保護を行い、また、上述のサー
ミスタがより迅速に高抵抗状態になるように、これらサ
ーミスタに熱的に結合されている。よって、バリスタの
破壊を避けて、連続した保護を行える。
【００１３】ガムビル等のアメリカ合衆国特許第５２５
０８９３号「デジタル・ボルトメータ」に記載された電
圧測定機器は、入力プローブに結合された信号状態回路
を一般に含んでおり、過電圧から保護すると共に、入力
電圧信号を処理している。ＶＡＣ／ＶＤＣ制御回路は、
交流（ＡＣ）電圧又は直流（ＤＣ）電圧のいずれが存在
しているかを判断すると共に、試験回路に電圧が存在し
ないときを明確に指示する。よって、このアメリカ合衆
国特許の発明の測定回路は、試験回路内に存在する電圧
の形式に対する適切な動作モードを自動的に判断する。
よって、ユーザは、動作パラメータの選択や、起こり得
るエラーをなくせる。さらに、かかる測定回路を適応さ
せて、被測定電圧用の適切な基準電圧を自動的に発生し
て、ユーザによる電圧範囲の選択を不要にする。所定時
間経過後に測定機器を自動的に遮断するように、電力監
視回路を適応させる。また、この電力監視回路は、利用
可能なバッテリ電源が所定レベル未満に下がると、自動
的に電源を遮断する。
０８９３号「デジタル・ボルトメータ」に記載された電
圧測定機器は、入力プローブに結合された信号状態回路
を一般に含んでおり、過電圧から保護すると共に、入力
電圧信号を処理している。ＶＡＣ／ＶＤＣ制御回路は、
交流（ＡＣ）電圧又は直流（ＤＣ）電圧のいずれが存在
しているかを判断すると共に、試験回路に電圧が存在し
ないときを明確に指示する。よって、このアメリカ合衆
国特許の発明の測定回路は、試験回路内に存在する電圧
の形式に対する適切な動作モードを自動的に判断する。
よって、ユーザは、動作パラメータの選択や、起こり得
るエラーをなくせる。さらに、かかる測定回路を適応さ
せて、被測定電圧用の適切な基準電圧を自動的に発生し
て、ユーザによる電圧範囲の選択を不要にする。所定時
間経過後に測定機器を自動的に遮断するように、電力監
視回路を適応させる。また、この電力監視回路は、利用
可能なバッテリ電源が所定レベル未満に下がると、自動
的に電源を遮断する。
【００１４】グロスのアメリカ合衆国特許第４０３１４
３１号「接地障害回路断続器」は、極性検知手段と、ト
ライアック等のスイッチとを具え、携帯型器具の如き電
気負荷用の接地障害回路断続器を提供する装置を記載し
ている。このトライアックは、完全な回路内で電気的負
荷に接続されていると共に、交流電源のライン導体と直
列に明らかに配置されている。
３１号「接地障害回路断続器」は、極性検知手段と、ト
ライアック等のスイッチとを具え、携帯型器具の如き電
気負荷用の接地障害回路断続器を提供する装置を記載し
ている。このトライアックは、完全な回路内で電気的負
荷に接続されていると共に、交流電源のライン導体と直
列に明らかに配置されている。
【００１５】シンプのアメリカ合衆国特許第３９５９６
９５号（特開昭５１−１３３７４２号公報に対応）「接
地障害トリップ制御を有する回路断続器」に記載された
回路断続器は、過負荷電流又は接地障害電流を検知し、
この回路断続器の適切なトリップ動作を行う付随制御シ
ステムを有する。通常の障害条件下で回路断続器を開放
にするトリップ・エネルギーは、障害電流自体から得ら
れる。更に、接地障害状態により回路断続器を開放にす
るトリップ・エネルギーは、接地障害電流から得られ
る。
９５号（特開昭５１−１３３７４２号公報に対応）「接
地障害トリップ制御を有する回路断続器」に記載された
回路断続器は、過負荷電流又は接地障害電流を検知し、
この回路断続器の適切なトリップ動作を行う付随制御シ
ステムを有する。通常の障害条件下で回路断続器を開放
にするトリップ・エネルギーは、障害電流自体から得ら
れる。更に、接地障害状態により回路断続器を開放にす
るトリップ・エネルギーは、接地障害電流から得られ
る。
【００１６】ボウリング等のアメリカ合衆国特許第４１
０９２２６号「リセット機構を有する分離スイッチ」
は、電子レンジの如き負荷に対する電源回路内における
接地障害回路断続器と共に用いて、電子レンジの任意回
路に対して接地障害保護を行う分離スイッチ又はホット
・ワイヤ・リレーを記載している。このスイッチは、通
常閉じたスイッチ接点と、バイアスされたアクチュエー
タ・プランジャと、回路が過負荷のときにラッチ及びプ
ランジャを開放する調整可能なホット・ワイヤとを有す
る。このスイッチのプランジャは、遠隔地から手動でリ
セットできる。このリセット機構は、アンチティーズ
（anti-tease）又はトリップ・フローム（trip-from）
特性を有し、この特性により、回路内に障害がある間、
ユーザが分離接点を閉じた状態に維持することを防げ
る。
０９２２６号「リセット機構を有する分離スイッチ」
は、電子レンジの如き負荷に対する電源回路内における
接地障害回路断続器と共に用いて、電子レンジの任意回
路に対して接地障害保護を行う分離スイッチ又はホット
・ワイヤ・リレーを記載している。このスイッチは、通
常閉じたスイッチ接点と、バイアスされたアクチュエー
タ・プランジャと、回路が過負荷のときにラッチ及びプ
ランジャを開放する調整可能なホット・ワイヤとを有す
る。このスイッチのプランジャは、遠隔地から手動でリ
セットできる。このリセット機構は、アンチティーズ
（anti-tease）又はトリップ・フローム（trip-from）
特性を有し、この特性により、回路内に障害がある間、
ユーザが分離接点を閉じた状態に維持することを防げ
る。
【００１７】カト等のアメリカ合衆国特許第５６３７９
９０号（特開平８−３０８０９２号公報、特開平８−３
０８０９３号公報、特開平８−３０８０９４号公報に対
応）「高速大電流電力制御装置」に記載された電力制御
装置は、電気回路を過大電流から保護すると共に、特
に、迅速な電流極性の遷移により生じた大振幅で高速遷
移のパルスから電気回路を保護する。少なくとも２個の
スイッチング素子が、電源及び負荷の間に直列又は並列
に結合されている。過大電流の検出に応答して、ゲート
信号を発生し、スイッチング素子を導通状態から非導通
状態に変化させる。このゲート信号を所定時間だけ遅延
させて、総てのスイッチング素子が飽和して、迅速な電
流極性変位が除かれた後に、スイッチング素子を非導通
状態に変化させる。
９０号（特開平８−３０８０９２号公報、特開平８−３
０８０９３号公報、特開平８−３０８０９４号公報に対
応）「高速大電流電力制御装置」に記載された電力制御
装置は、電気回路を過大電流から保護すると共に、特
に、迅速な電流極性の遷移により生じた大振幅で高速遷
移のパルスから電気回路を保護する。少なくとも２個の
スイッチング素子が、電源及び負荷の間に直列又は並列
に結合されている。過大電流の検出に応答して、ゲート
信号を発生し、スイッチング素子を導通状態から非導通
状態に変化させる。このゲート信号を所定時間だけ遅延
させて、総てのスイッチング素子が飽和して、迅速な電
流極性変位が除かれた後に、スイッチング素子を非導通
状態に変化させる。
【００１８】テート等のアメリカ合衆国特許第４３７５
６６０号（特開平５７−１４８５１９号公報に対応）
「保護回路を有する接地絶縁モニタ装置」に記載された
接地絶縁モニタ装置は、交流電源と、電子測定機器の如
き利用装置との間に用いる保護回路を有する。アース接
地が非接続となった利用装置を、保護回路により動作可
能とするが、危険電圧又は電流が装置のシャーシや、露
出した金属部分に現れると、アース接地を自動的に再接
続する。また、保護回路は、中性からアース接地への連
続性をモニタし、接地経路が開いた場合や、そのインピ
ーダンスが増加した場合に、利用装置への交流電源を遮
断する。種々の他の機能を設けて、装置の安全動作を確
実にする。
６６０号（特開平５７−１４８５１９号公報に対応）
「保護回路を有する接地絶縁モニタ装置」に記載された
接地絶縁モニタ装置は、交流電源と、電子測定機器の如
き利用装置との間に用いる保護回路を有する。アース接
地が非接続となった利用装置を、保護回路により動作可
能とするが、危険電圧又は電流が装置のシャーシや、露
出した金属部分に現れると、アース接地を自動的に再接
続する。また、保護回路は、中性からアース接地への連
続性をモニタし、接地経路が開いた場合や、そのインピ
ーダンスが増加した場合に、利用装置への交流電源を遮
断する。種々の他の機能を設けて、装置の安全動作を確
実にする。
【００１９】ヒューズ等のアメリカ合衆国特許第４０８
７８４６号「保護回路装置」に記載の保護回路は、電源
又はホット・ラインにて、所定レベルを超えた電流の流
れ、又は、接地ラインにおける所定レベルより多い電流
の流れの如き所定状態を検知すると、電子装置への電力
の流れを切断する。好適実施例において、接地ワイヤを
流れる過剰電流を検出する回路と、ホット・ラインを流
れる過剰電流を検出する回路とを、２−３ワイヤ変換回
路と直列に接続する。これら２−３ワイヤ変換回路は、
電気エネルギー源への適切な接続を確実にする。
７８４６号「保護回路装置」に記載の保護回路は、電源
又はホット・ラインにて、所定レベルを超えた電流の流
れ、又は、接地ラインにおける所定レベルより多い電流
の流れの如き所定状態を検知すると、電子装置への電力
の流れを切断する。好適実施例において、接地ワイヤを
流れる過剰電流を検出する回路と、ホット・ラインを流
れる過剰電流を検出する回路とを、２−３ワイヤ変換回
路と直列に接続する。これら２−３ワイヤ変換回路は、
電気エネルギー源への適切な接続を確実にする。
【００２０】工業安全条件の指示では、「フローティン
グ」した測定機器は、「二重絶縁」又は、少なくともユ
ーザをショックの危険にさらす障害電流を制限する手段
を具えなければならない。これの意味するところは、内
部金属から外部金属への総ての空間、又は、「標準指」
が接触できる総ての空間は、定格値よりも大きくなけれ
ばならない。異なる定格により、どの空間値が適切かを
判断する。一般的には、単一チャネルの二重絶縁である
が、冗長な（内部）保護は必要ない。その理由は、任意
可能な電圧と単一接続を行うことにより、全測定機器内
部がその電位に単にフローティングされるためである。
これにより充分な安全性が得られる。それは、プローブ
の共通接地が高電圧に不適切に接続された場合でも、ユ
ーザに流れる電流を生じる露出した金属がないためであ
る。
グ」した測定機器は、「二重絶縁」又は、少なくともユ
ーザをショックの危険にさらす障害電流を制限する手段
を具えなければならない。これの意味するところは、内
部金属から外部金属への総ての空間、又は、「標準指」
が接触できる総ての空間は、定格値よりも大きくなけれ
ばならない。異なる定格により、どの空間値が適切かを
判断する。一般的には、単一チャネルの二重絶縁である
が、冗長な（内部）保護は必要ない。その理由は、任意
可能な電圧と単一接続を行うことにより、全測定機器内
部がその電位に単にフローティングされるためである。
これにより充分な安全性が得られる。それは、プローブ
の共通接地が高電圧に不適切に接続された場合でも、ユ
ーザに流れる電流を生じる露出した金属がないためであ
る。
【００２１】従来製品の１つは、図７に示すアプローチ
をとっている。この製品では、共通リードと直列になっ
たＰＴＣ素子を用いている。このアプローチは、ＰＴＣ
素子が充分に早く加熱して、直列共通電流に対して抵抗
値を大幅に変化させるので、出火の危険性を解決してい
る。抵抗値が増加することにより、障害期間中に被試験
回路又は測定機器への損傷となる電流及びエネルギーを
制限する。残念なことに、この技術によるエネルギー制
限は、あらゆる環境において、人間又は装置の安全を確
実にするのには充分な程、低くならない。この問題の処
理は、特殊なプローブを使用することである。なお、特
殊なプローブとは、特別な絶縁プラスチックにより、ユ
ーザが接地クリップの金属に触るのを防止している。ま
た、このプローブは、単一の接地ワイヤ・システムを使
用するよう指示している。ユーザが特別な絶縁なしでプ
ローブを逆さにすると、このプローブが不適切に昇圧電
圧に接続されている場合、危険が生じる。
をとっている。この製品では、共通リードと直列になっ
たＰＴＣ素子を用いている。このアプローチは、ＰＴＣ
素子が充分に早く加熱して、直列共通電流に対して抵抗
値を大幅に変化させるので、出火の危険性を解決してい
る。抵抗値が増加することにより、障害期間中に被試験
回路又は測定機器への損傷となる電流及びエネルギーを
制限する。残念なことに、この技術によるエネルギー制
限は、あらゆる環境において、人間又は装置の安全を確
実にするのには充分な程、低くならない。この問題の処
理は、特殊なプローブを使用することである。なお、特
殊なプローブとは、特別な絶縁プラスチックにより、ユ
ーザが接地クリップの金属に触るのを防止している。ま
た、このプローブは、単一の接地ワイヤ・システムを使
用するよう指示している。ユーザが特別な絶縁なしでプ
ローブを逆さにすると、このプローブが不適切に昇圧電
圧に接続されている場合、危険が生じる。
【００２２】完全な絶縁技術は、高度の安全性を提供す
るが、一般的には実施が高価である。完全な絶縁によ
り、各チャネルは、ガルバニック（galvanic）絶縁の形
式となりが、これは、導体が入力段を測定機器の中心
（コア）に直接的に結合しないことを意味する。代わり
に、信号は、ある部分から、磁気結合、光結合、又はこ
れらの組み合わせを介して、他の部分に伝達する。
るが、一般的には実施が高価である。完全な絶縁によ
り、各チャネルは、ガルバニック（galvanic）絶縁の形
式となりが、これは、導体が入力段を測定機器の中心
（コア）に直接的に結合しないことを意味する。代わり
に、信号は、ある部分から、磁気結合、光結合、又はこ
れらの組み合わせを介して、他の部分に伝達する。
【００２３】完全な絶縁技術には、２つの主要な利点が
ある。これら利点の１つは、直流漏れ経路が完全に存在
せず、交流漏れが非常に少ないことである。直流漏れ経
路が存在しないということは、ユーザが入力プローブを
操作しても、電流が流れる経路が単に存在しないと言う
ことである。交流漏れ電流が最小になるが、これは、単
に、絶縁された入力段を測定機器の中心に、また、他の
個別に絶縁されたチャネルに戻すように結合する寄生容
量のためである。さらに、完全な絶縁により、プローブ
接地チップ間の違い（少なくとも、絶縁装置の波形限界
まで）に関係なく、各チャネルは、通常で正確な測定が
できる。
ある。これら利点の１つは、直流漏れ経路が完全に存在
せず、交流漏れが非常に少ないことである。直流漏れ経
路が存在しないということは、ユーザが入力プローブを
操作しても、電流が流れる経路が単に存在しないと言う
ことである。交流漏れ電流が最小になるが、これは、単
に、絶縁された入力段を測定機器の中心に、また、他の
個別に絶縁されたチャネルに戻すように結合する寄生容
量のためである。さらに、完全な絶縁により、プローブ
接地チップ間の違い（少なくとも、絶縁装置の波形限界
まで）に関係なく、各チャネルは、通常で正確な測定が
できる。
【００２４】これら利点には、代償が伴う。完全な絶縁
を実現するには、一般的に、多くの余分な部品が必要に
なる。また、ガルバニック絶縁に必要な光学部品及び磁
気部品は、比較的高価になる傾向がある。さらに、絶縁
オシロスコープに必要な周波数範囲をカバーするには、
典型的には、これら周波数スペクトルをカバーする光学
結合及び磁気結合の両方の組み合わせを用いる。（光学
結合は、直流から数メガヘルツまでに対して有効であ
り、磁気結合は、数百キロヘルツから数百メガヘルツま
でに対して有効である。）
を実現するには、一般的に、多くの余分な部品が必要に
なる。また、ガルバニック絶縁に必要な光学部品及び磁
気部品は、比較的高価になる傾向がある。さらに、絶縁
オシロスコープに必要な周波数範囲をカバーするには、
典型的には、これら周波数スペクトルをカバーする光学
結合及び磁気結合の両方の組み合わせを用いる。（光学
結合は、直流から数メガヘルツまでに対して有効であ
り、磁気結合は、数百キロヘルツから数百メガヘルツま
でに対して有効である。）
【００２５】本願出願人による従来の絶縁オシロスコー
プのＴＨＳ７Ｘ０型の場合、光学結合及び磁気結合が協
調して直流から２００ＭＨｚまでの切れ目のない平坦な
特性を達成する。かかる技術は、例えば、ベーカー等の
アメリカ合衆国特許第５５１７１５４号（特開平８−２
５６０２７号公報に対応）「分離経路線形絶縁回路装置
及び方法」に記載されている。このアメリカ合衆国特許
に記載された分離経路絶縁増幅器は、高周波経路用にト
ランスを用い、定収は経路用に単一入力及び二重出力の
閉ループ光学結合器を用いる。これにより、周波数成分
の調整を必要とせずに、平坦で広範囲の周波数応答を達
成できる。
プのＴＨＳ７Ｘ０型の場合、光学結合及び磁気結合が協
調して直流から２００ＭＨｚまでの切れ目のない平坦な
特性を達成する。かかる技術は、例えば、ベーカー等の
アメリカ合衆国特許第５５１７１５４号（特開平８−２
５６０２７号公報に対応）「分離経路線形絶縁回路装置
及び方法」に記載されている。このアメリカ合衆国特許
に記載された分離経路絶縁増幅器は、高周波経路用にト
ランスを用い、定収は経路用に単一入力及び二重出力の
閉ループ光学結合器を用いる。これにより、周波数成分
の調整を必要とせずに、平坦で広範囲の周波数応答を達
成できる。
【００２６】低周波数経路において、光結合器が、信号
の総て又はほとんどを出力端に供給する。絶縁増幅器
は、実質的に重なり合ったクロスオーバー周波数領域
（高周波数経路及び低周波数経路から信号の周波数帯が
重なる領域）を有し、この周波数領域において、高周波
数信号がトランスの１次巻き線に供給され、低周波数信
号がこのトランスの２次巻き線に差動的に供給される。
クロスオーバー周波数範囲未満の周波数において、光結
合器からの信号が優勢であり、１次巻き線からの結合さ
れた信号がロールオフする。クロスオーバー周波数範囲
よりも高い周波数において、１次巻き線から結合された
信号が優勢であり、光結合器からの信号がロールオフす
る。クロスオーバー周波数範囲内の周波数にて、トラン
スの１次巻き線及び２次巻き線が発生した磁束成分が協
働して、平坦な周波数応答の組み合わせ出力信号を発生
する。低周波数経路の利得と高周波数経路の利得とを一
致させ、低周波数経路のオフセットを保証するための調
整のみが必要である。
の総て又はほとんどを出力端に供給する。絶縁増幅器
は、実質的に重なり合ったクロスオーバー周波数領域
（高周波数経路及び低周波数経路から信号の周波数帯が
重なる領域）を有し、この周波数領域において、高周波
数信号がトランスの１次巻き線に供給され、低周波数信
号がこのトランスの２次巻き線に差動的に供給される。
クロスオーバー周波数範囲未満の周波数において、光結
合器からの信号が優勢であり、１次巻き線からの結合さ
れた信号がロールオフする。クロスオーバー周波数範囲
よりも高い周波数において、１次巻き線から結合された
信号が優勢であり、光結合器からの信号がロールオフす
る。クロスオーバー周波数範囲内の周波数にて、トラン
スの１次巻き線及び２次巻き線が発生した磁束成分が協
働して、平坦な周波数応答の組み合わせ出力信号を発生
する。低周波数経路の利得と高周波数経路の利得とを一
致させ、低周波数経路のオフセットを保証するための調
整のみが必要である。
【００２７】磁束成分及び光成分による絶縁は高価であ
るが、これら絶縁の他に、電源の絶縁も必要である。複
数のチャネルが同じ電源を共用している場合、実際には
これらチャネルが互いに絶縁されていないので、単に信
号経路を絶縁しただけでは充分でない。したがって、電
力を個別のチャネルに送る回路がなければならない。各
チャネルの電力トランスを介して供給する交流を発生
し、この交流を整流された電力に戻すスイッチング・レ
ギュレータ回路が各チャネル毎に必要である。完全絶縁
用の要素の総合コストは、比較的高い。
るが、これら絶縁の他に、電源の絶縁も必要である。複
数のチャネルが同じ電源を共用している場合、実際には
これらチャネルが互いに絶縁されていないので、単に信
号経路を絶縁しただけでは充分でない。したがって、電
力を個別のチャネルに送る回路がなければならない。各
チャネルの電力トランスを介して供給する交流を発生
し、この交流を整流された電力に戻すスイッチング・レ
ギュレータ回路が各チャネル毎に必要である。完全絶縁
用の要素の総合コストは、比較的高い。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】よって、比較的安価な
部品で構成され、破壊や危険な障害から二重に保護する
共通（接地）システムが求められている。
部品で構成され、破壊や危険な障害から二重に保護する
共通（接地）システムが求められている。
【００２９】したがって、本発明の目的は、電気的安全
性に冗長性があり、完全な絶縁技術よりも非常に安価な
部品を用いて構成できる電子測定機器の提供にある。
性に冗長性があり、完全な絶縁技術よりも非常に安価な
部品を用いて構成できる電子測定機器の提供にある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明は、信号経路及び
共通接地経路を夫々有する少なくとも１チャネルの電子
測定機器である。共通接地経路には、受動保護手段（Ｐ
ＴＣ１、ＰＴＣ２）と；この受動保護手段と直列に配置
された能動保護手段（Ｑ１、Ｑ２）とが設けられる。ま
た、制御手段（１０）は、共通接地経路を介して流れる
電流をモニタし、共通接地経路に過剰電流が流れたこと
を検出すると能動保護手段を活性化、即ち、非接続（オ
フ）にする。
共通接地経路を夫々有する少なくとも１チャネルの電子
測定機器である。共通接地経路には、受動保護手段（Ｐ
ＴＣ１、ＰＴＣ２）と；この受動保護手段と直列に配置
された能動保護手段（Ｑ１、Ｑ２）とが設けられる。ま
た、制御手段（１０）は、共通接地経路を介して流れる
電流をモニタし、共通接地経路に過剰電流が流れたこと
を検出すると能動保護手段を活性化、即ち、非接続（オ
フ）にする。
【００３１】本発明の実施例においては、回路が、任意
の共通（接地）経路内の過剰電流、即ち、所定安全レベ
ルを超えた電流を検知する。これら共通経路における任
意の共通経路内の電流が高くなりすぎたととが検知され
ると、自動的に半導体スイッチを開いて、総ての共通経
路を切断する。各半導体スイッチと直列になった正温度
係数（ＰＴＣ）の素子（抵抗素子）は、自動的な冗長的
保護を行う。
の共通（接地）経路内の過剰電流、即ち、所定安全レベ
ルを超えた電流を検知する。これら共通経路における任
意の共通経路内の電流が高くなりすぎたととが検知され
ると、自動的に半導体スイッチを開いて、総ての共通経
路を切断する。各半導体スイッチと直列になった正温度
係数（ＰＴＣ）の素子（抵抗素子）は、自動的な冗長的
保護を行う。
【００３２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による好適実施例
の回路図であり、電子測定機器の入力部分を示す。各入
力チャネルＢＮＣコネクタにはプローブが接続される
が、このＢＮＣコネクタの内側端子がプローブの信号線
に結合され、コネクタの外側端子がプローブの共通（接
地）リードに結合される。なお、ＢＮＣコネクタの内側
端子の測定機器側の結線は、図示しないが、測定機器内
の測定回路に結合されている。正温度係数の（抵抗）素
子ＰＴＣ１及びＰＴＣ２と直列になった半導体スイッチ
Ｑ１及びＱ２により特別な保護を行っている。なお、Ｐ
ＴＣ素子には、受動保護手段であり、ＰＴＣ抵抗器又は
ＰＴＣサーミスタなどがある。また、半導体スイッチＱ
１及びＱ２は、能動保護手段である。電流検知及び制御
回路（制御手段）１０は、各チャネル共通接地からの入
力を受けて、これを検知する。電流検知及び制御回路１
０が接地電流障害を検知すると、この電流検知及び制御
回路１０は、スイッチＱ１及びＱ２を開かせるスイッチ
制御信号を発生するように動作する。２個のＢＮＣ共通
接地接続（外側端子）は、１対の低インピーダンス経路
により測定機器の内部の接地に結合する。ここで、一方
の低インピーダンス経路は、直列接続された素子ＰＴＣ
１及びＱ１であり、他方の低インピーダンス経路は、直
列接続された素子ＰＴＣ２及びＱ２である。電流検知及
び制御回路１０のスイッチ制御出力信号が、スイッチＱ
１及びＱ２を導通状態を制御する。なお、電流検知及び
制御回路１０は、検知状態、即ち、半導体スイッチの開
閉状態を示す信号をトリップ指示器（スイッチの開閉状
態を示す指示器）に供給すると共に、開いたスイッチＱ
１及びＱ２を閉じるためのリセット信号を受ける。な
お、トリップ状態とは、スイッチＱ１及びＱ２が開いた
状態（非接続状態）である。
の回路図であり、電子測定機器の入力部分を示す。各入
力チャネルＢＮＣコネクタにはプローブが接続される
が、このＢＮＣコネクタの内側端子がプローブの信号線
に結合され、コネクタの外側端子がプローブの共通（接
地）リードに結合される。なお、ＢＮＣコネクタの内側
端子の測定機器側の結線は、図示しないが、測定機器内
の測定回路に結合されている。正温度係数の（抵抗）素
子ＰＴＣ１及びＰＴＣ２と直列になった半導体スイッチ
Ｑ１及びＱ２により特別な保護を行っている。なお、Ｐ
ＴＣ素子には、受動保護手段であり、ＰＴＣ抵抗器又は
ＰＴＣサーミスタなどがある。また、半導体スイッチＱ
１及びＱ２は、能動保護手段である。電流検知及び制御
回路（制御手段）１０は、各チャネル共通接地からの入
力を受けて、これを検知する。電流検知及び制御回路１
０が接地電流障害を検知すると、この電流検知及び制御
回路１０は、スイッチＱ１及びＱ２を開かせるスイッチ
制御信号を発生するように動作する。２個のＢＮＣ共通
接地接続（外側端子）は、１対の低インピーダンス経路
により測定機器の内部の接地に結合する。ここで、一方
の低インピーダンス経路は、直列接続された素子ＰＴＣ
１及びＱ１であり、他方の低インピーダンス経路は、直
列接続された素子ＰＴＣ２及びＱ２である。電流検知及
び制御回路１０のスイッチ制御出力信号が、スイッチＱ
１及びＱ２を導通状態を制御する。なお、電流検知及び
制御回路１０は、検知状態、即ち、半導体スイッチの開
閉状態を示す信号をトリップ指示器（スイッチの開閉状
態を示す指示器）に供給すると共に、開いたスイッチＱ
１及びＱ２を閉じるためのリセット信号を受ける。な
お、トリップ状態とは、スイッチＱ１及びＱ２が開いた
状態（非接続状態）である。
【００３３】図２は、本発明による他の実施例の詳細な
回路図であり、図１の場合と同様に測定機器の入力部分
の接地についてのみ示している。この図２は、電流検知
及びスイッチ制御をどのように実現するかを示す。ＢＮ
Ｃコネクタの共通接地端子は、夫々高周波数バイパス・
コンデンサＣ１及びＣ２を介して測定機器の内部接地に
結合されている。これら２個の同じＢＮＣコネクタの接
地端子は、１対の低インピーダンス経路により測定機器
内部の接地に結合されている。なお、これら経路の一方
は、直列接続された素子ＰＴＣ１及びＱ１から構成さ
れ、他方の経路は、直列接続された素子ＰＴＣ２及びＱ
２から構成されている。電流検知及び制御回路１０は、
ダイオードＤ１及びＤ２、比較器Ｕ１、フリップ・フロ
ップＵ２、抵抗器並びにコンデンサから構成されてい
る。フリップ・フロップＵ２の／Ｑ（反転Ｑ）出力信号
が半導体スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の導通を制御する。
なお、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２は、電界効果トランス
である。通常状態において、これらスイッチ素子Ｑ１及
びＱ２が導通して、低インピーダンスの直流経路を提供
する。
回路図であり、図１の場合と同様に測定機器の入力部分
の接地についてのみ示している。この図２は、電流検知
及びスイッチ制御をどのように実現するかを示す。ＢＮ
Ｃコネクタの共通接地端子は、夫々高周波数バイパス・
コンデンサＣ１及びＣ２を介して測定機器の内部接地に
結合されている。これら２個の同じＢＮＣコネクタの接
地端子は、１対の低インピーダンス経路により測定機器
内部の接地に結合されている。なお、これら経路の一方
は、直列接続された素子ＰＴＣ１及びＱ１から構成さ
れ、他方の経路は、直列接続された素子ＰＴＣ２及びＱ
２から構成されている。電流検知及び制御回路１０は、
ダイオードＤ１及びＤ２、比較器Ｕ１、フリップ・フロ
ップＵ２、抵抗器並びにコンデンサから構成されてい
る。フリップ・フロップＵ２の／Ｑ（反転Ｑ）出力信号
が半導体スイッチ素子Ｑ１及びＱ２の導通を制御する。
なお、スイッチ素子Ｑ１及びＱ２は、電界効果トランス
である。通常状態において、これらスイッチ素子Ｑ１及
びＱ２が導通して、低インピーダンスの直流経路を提供
する。
【００３４】フリップ・フロップＵ２の／Ｑ出力信号が
半導体スイッチＱ１及びＱ２を制御し、フリップ・フロ
ップＵ２のＱ出力信号が電流検知及び制御回路１０の状
態を知らせる。なお、Ｑ出力信号がＨ（高レベル）のと
きは、安全回路がトリップ状態、即ち、半導体スイッチ
が非接続で、共通（接地）リードが切断された状態を示
す。また、Ｑ出力信号がＬ（低レベル）のときは、安全
回路がエネーブルされた通常モード（半導体スイッチが
接続状態）を示す。フリップ・フロップＵ２のクリア入
力端ＣＬＲは、低レベルの信号に応答して、フリップ・
フロップＵ２をクリア状態として、／Ｑ出力信号を高レ
ベルにするので、入力チャネルの共通接地を測定機器の
接地に再接続する。ＢＮＣコネクタの共通接地の障害電
流により、比較器Ｕ１の出力信号がフリップ・フロップ
Ｕ２をクロックする。よって、フリップ・フロップＵ２
のクロック端子が低レベルから高レベルに遷移すると、
接地障害が検出される。このとき、フリップ・フロップ
Ｕ２のＱ出力が高レベルに変化する一方、／Ｑ出力が低
レベルになる。
半導体スイッチＱ１及びＱ２を制御し、フリップ・フロ
ップＵ２のＱ出力信号が電流検知及び制御回路１０の状
態を知らせる。なお、Ｑ出力信号がＨ（高レベル）のと
きは、安全回路がトリップ状態、即ち、半導体スイッチ
が非接続で、共通（接地）リードが切断された状態を示
す。また、Ｑ出力信号がＬ（低レベル）のときは、安全
回路がエネーブルされた通常モード（半導体スイッチが
接続状態）を示す。フリップ・フロップＵ２のクリア入
力端ＣＬＲは、低レベルの信号に応答して、フリップ・
フロップＵ２をクリア状態として、／Ｑ出力信号を高レ
ベルにするので、入力チャネルの共通接地を測定機器の
接地に再接続する。ＢＮＣコネクタの共通接地の障害電
流により、比較器Ｕ１の出力信号がフリップ・フロップ
Ｕ２をクロックする。よって、フリップ・フロップＵ２
のクロック端子が低レベルから高レベルに遷移すると、
接地障害が検出される。このとき、フリップ・フロップ
Ｕ２のＱ出力が高レベルに変化する一方、／Ｑ出力が低
レベルになる。
【００３５】ＢＮＣコネクタの露出した共通接地（外側
端子）の電位が上昇すると、素子ＰＴＣ１の両端間に電
圧が発生し、素子ＰＴＣ２の両端間に逆極性の電圧が生
じる。これら電圧は、夫々電流制限抵抗器Ｒ１及びＲ３
を介してダイオードＤ１及びＤ２に供給される。よっ
て、これら抵抗器の出力ノードは、ダイオードＤ１及び
Ｄ２により、電流検知及び制御回路１０に結合される。
露出したＢＮＣ共通接地端子に生じた電圧の極性に応じ
て、ダイオードＤ１及びＤ２の一方又は他方が順バイア
スされて、電圧をコンデンサＣ３の上端に供給する。抵
抗器Ｒ５及びＲ６は、電圧源＋Ｖ及び接地の間に直列接
続されて分圧器を構成し、これら抵抗器の共通接続点に
比較基準電圧Ｖｔを発生する。比較器Ｕ１は、コンデン
サＣ３の上端の電圧、即ち、ダイオード結合電圧（Ｄ１
及びＤ２の共通接続点の電圧）を比較基準電圧Ｖｔと比
較し、ダイオード結合電圧が比較基準電圧Ｖｔを超す
と、比較器Ｕ１の出力信号が低レベルから高レベルに遷
移する。
端子）の電位が上昇すると、素子ＰＴＣ１の両端間に電
圧が発生し、素子ＰＴＣ２の両端間に逆極性の電圧が生
じる。これら電圧は、夫々電流制限抵抗器Ｒ１及びＲ３
を介してダイオードＤ１及びＤ２に供給される。よっ
て、これら抵抗器の出力ノードは、ダイオードＤ１及び
Ｄ２により、電流検知及び制御回路１０に結合される。
露出したＢＮＣ共通接地端子に生じた電圧の極性に応じ
て、ダイオードＤ１及びＤ２の一方又は他方が順バイア
スされて、電圧をコンデンサＣ３の上端に供給する。抵
抗器Ｒ５及びＲ６は、電圧源＋Ｖ及び接地の間に直列接
続されて分圧器を構成し、これら抵抗器の共通接続点に
比較基準電圧Ｖｔを発生する。比較器Ｕ１は、コンデン
サＣ３の上端の電圧、即ち、ダイオード結合電圧（Ｄ１
及びＤ２の共通接続点の電圧）を比較基準電圧Ｖｔと比
較し、ダイオード結合電圧が比較基準電圧Ｖｔを超す
と、比較器Ｕ１の出力信号が低レベルから高レベルに遷
移する。
【００３６】コンデンサＣ３の電圧が、分圧器Ｒ５及び
Ｒ６で設定された比較基準電圧Ｖｔを超えると、比較器
Ｕ１の出力信号（クロック信号）が低レベルから高レベ
ルに変化して、フリップ・フロップＵ２をクロックす
る。フリップ・フロップＵ２のＤ入力端子は正電圧に受
けているので、クロック信号入力がフリップ・フロップ
Ｕ２をセットし、Ｑ出力信号を高レベルにし、／Ｑ出力
信号を低レベルにする。フリップ・フロップＵ２の低レ
ベルの／Ｑ出力信号が半導体スイッチＱ１及びＱ２をオ
フにして、外部に露出した導体（ＢＮＣコネクタの接地
用外側端子）と測定機器内部の接地との間の経路を能動
的に切断する。
Ｒ６で設定された比較基準電圧Ｖｔを超えると、比較器
Ｕ１の出力信号（クロック信号）が低レベルから高レベ
ルに変化して、フリップ・フロップＵ２をクロックす
る。フリップ・フロップＵ２のＤ入力端子は正電圧に受
けているので、クロック信号入力がフリップ・フロップ
Ｕ２をセットし、Ｑ出力信号を高レベルにし、／Ｑ出力
信号を低レベルにする。フリップ・フロップＵ２の低レ
ベルの／Ｑ出力信号が半導体スイッチＱ１及びＱ２をオ
フにして、外部に露出した導体（ＢＮＣコネクタの接地
用外側端子）と測定機器内部の接地との間の経路を能動
的に切断する。
【００３７】フリップ・フロップＵ２がトリップ状態
（半導体スイッチＱ１及びＱ２を非接続にする状態）に
なると、ＢＮＣコネクタの露出した接地用端子を通過す
る直流電流のみが、抵抗器Ｒ１及びＲ３により制限され
る電流となる。交流電流は、依然、コンデンサＣ１及び
Ｃ２を介した経路を有するが、電圧が潜在的に危険であ
るほとんどのアプリケーションにとっては、コンデンサ
Ｃ１及びＣ２を流れる電流が有害でない程度に周波数が
充分に低い。装置の信号入力経路に供給される高速立ち
上がりステップ期間中に、信号を完全に維持するのに必
要とされる最小値にコンデンサＣ１及びＣ２を選択す
る。これにより、過渡応答を維持して、接地ノードに挿
入された抵抗により信号経路が劣化する影響をなくす。
バイパス・コンデンサＣ１及びＣ２は、半導体スイッチ
Ｑ１及びＱ２並びにこのシステム全体を保護するための
静電放電用の経路を形成する。
（半導体スイッチＱ１及びＱ２を非接続にする状態）に
なると、ＢＮＣコネクタの露出した接地用端子を通過す
る直流電流のみが、抵抗器Ｒ１及びＲ３により制限され
る電流となる。交流電流は、依然、コンデンサＣ１及び
Ｃ２を介した経路を有するが、電圧が潜在的に危険であ
るほとんどのアプリケーションにとっては、コンデンサ
Ｃ１及びＣ２を流れる電流が有害でない程度に周波数が
充分に低い。装置の信号入力経路に供給される高速立ち
上がりステップ期間中に、信号を完全に維持するのに必
要とされる最小値にコンデンサＣ１及びＣ２を選択す
る。これにより、過渡応答を維持して、接地ノードに挿
入された抵抗により信号経路が劣化する影響をなくす。
バイパス・コンデンサＣ１及びＣ２は、半導体スイッチ
Ｑ１及びＱ２並びにこのシステム全体を保護するための
静電放電用の経路を形成する。
【００３８】コンデンサＣ３は、電気的ノイズ又はスパ
イクをろ波し、その値は、アクティブ接地非接続回路の
偽（有害）なトリップを防止するのに重要である。電流
制限抵抗器Ｒ１及びＲ２の値及び意図したアプリケーシ
ョンが、適切な容量値を決める。
イクをろ波し、その値は、アクティブ接地非接続回路の
偽（有害）なトリップを防止するのに重要である。電流
制限抵抗器Ｒ１及びＲ２の値及び意図したアプリケーシ
ョンが、適切な容量値を決める。
【００３９】引き続き図２を参照する。素子Ｃ１、Ｃ
２、Ｒ１、Ｒ３、Ｑ１、Ｑ２、ＰＴＣ１及びＰＴＣ２の
値の総ては、最大予測ピーク障害電圧を考慮しなければ
ならない。比較器Ｕ１及びフリップ・フロップＵ２、並
びにこれらに関連した回路は、検知及び制御回路１０を
実現するための１つの方法であるが、この方法のみに限
定されるものではない。これと同じ機能は、個別のトラ
ンジスタや、任意の形式のマイクロプロセッサ又は簡単
なロジック回路により実現した制御により実施できる。
半導体スイッチＱ１及びＱ２は、例えば、ロジック・レ
ベル・ゲートしきい値を有するエンハンスメント型ＭＯ
ＳＦＥＴである。素子ＰＴＣの抵抗値は（通常の）冷え
た状態で、代表的には５００オームから１キロオームで
ある。抵抗器Ｒ１及びＲ３の抵抗値は、トリップされた
状態における所望最大直流漏れ電流を基にして設定され
る。
２、Ｒ１、Ｒ３、Ｑ１、Ｑ２、ＰＴＣ１及びＰＴＣ２の
値の総ては、最大予測ピーク障害電圧を考慮しなければ
ならない。比較器Ｕ１及びフリップ・フロップＵ２、並
びにこれらに関連した回路は、検知及び制御回路１０を
実現するための１つの方法であるが、この方法のみに限
定されるものではない。これと同じ機能は、個別のトラ
ンジスタや、任意の形式のマイクロプロセッサ又は簡単
なロジック回路により実現した制御により実施できる。
半導体スイッチＱ１及びＱ２は、例えば、ロジック・レ
ベル・ゲートしきい値を有するエンハンスメント型ＭＯ
ＳＦＥＴである。素子ＰＴＣの抵抗値は（通常の）冷え
た状態で、代表的には５００オームから１キロオームで
ある。抵抗器Ｒ１及びＲ３の抵抗値は、トリップされた
状態における所望最大直流漏れ電流を基にして設定され
る。
【００４０】制御回路又はスイッチの機能不全の場合、
ＰＴＣ素子は、主に、冗長性のある保護インピーダンス
として機能する。公的に認められた安全試験組織である
ＵＬ及びＣＳＡ（Canadian Standards Association）
は、ＰＴＣ素子のみを保護として用いている測定機器を
既に認定している。この測定機器では、信号の完全な状
態を保つためにバイパス・コンデンサを用い、任意の制
御回路又はスイッチング素子の障害は、最悪の場合、承
認したレベルの保護を損なう。
ＰＴＣ素子は、主に、冗長性のある保護インピーダンス
として機能する。公的に認められた安全試験組織である
ＵＬ及びＣＳＡ（Canadian Standards Association）
は、ＰＴＣ素子のみを保護として用いている測定機器を
既に認定している。この測定機器では、信号の完全な状
態を保つためにバイパス・コンデンサを用い、任意の制
御回路又はスイッチング素子の障害は、最悪の場合、承
認したレベルの保護を損なう。
【００４１】接地障害電位が共通リードの両端に生じ、
この共通リードの長さがＲ１又はＲ３／Ｃ３により形成
されるグリッチ・フィルタにとって充分に長く、トリッ
プ状態が生じると、このシステムをリセットする手段が
必要となる。ユーザが更に測定を進める前に、ユーザが
障害を明確に認識し、その後に手動によるリセットを行
うことが、安全を確実にするのに必要となる。これは、
表示スクリーン上のメッセージを用いる装置のユーザ・
インタフェースの一部として行える。このメッセージ
は、リセット可能なヒューズのような関連したリセット
・ボタンを有するトリップ指示器又はＡＧＤシステムの
リセット動作を達成するのに何が必要かを指示する。図
２に示す実施例の場合、マイクロプロセッサは、フリッ
プ・フロップＵ２の状態出力をモニタする。そして、ユ
ーザの操作が正しく行われると、プログラムは、フリッ
プ・フロップＵ２のクリア端子ＣＬＲを低レベルにし
て、接地経路を再接続する。測定機器の電源がオフにな
ると、半導体スイッチＱ１及びＱ２のゲート電圧がゼロ
に低下し、本質的に共通（接地）経路を切断して、総て
の状態において安全とにする。
この共通リードの長さがＲ１又はＲ３／Ｃ３により形成
されるグリッチ・フィルタにとって充分に長く、トリッ
プ状態が生じると、このシステムをリセットする手段が
必要となる。ユーザが更に測定を進める前に、ユーザが
障害を明確に認識し、その後に手動によるリセットを行
うことが、安全を確実にするのに必要となる。これは、
表示スクリーン上のメッセージを用いる装置のユーザ・
インタフェースの一部として行える。このメッセージ
は、リセット可能なヒューズのような関連したリセット
・ボタンを有するトリップ指示器又はＡＧＤシステムの
リセット動作を達成するのに何が必要かを指示する。図
２に示す実施例の場合、マイクロプロセッサは、フリッ
プ・フロップＵ２の状態出力をモニタする。そして、ユ
ーザの操作が正しく行われると、プログラムは、フリッ
プ・フロップＵ２のクリア端子ＣＬＲを低レベルにし
て、接地経路を再接続する。測定機器の電源がオフにな
ると、半導体スイッチＱ１及びＱ２のゲート電圧がゼロ
に低下し、本質的に共通（接地）経路を切断して、総て
の状態において安全とにする。
【００４２】図３及び図４は、本発明の同じ原理を多数
のチャネル環境に適用した場合の回路図であり、これら
図３及び図４の両方で１つの実施例を示している。すな
わち、図４は、図３の下側に配置される。これら図３及
び図４も、図１及び図２の実施例と同様に電子測定機器
の入力部分の接地に関する部分を示している。図４から
判る如く、半導体スイッチＱ３・・・Ｑｎの如き半導体
スイッチと、素子ＰＴＣ３・・・ＰＴＣｎとから成る追
加的な組み合わせは、抵抗器Ｒ３・・・Ｒｎを介して、
Ｑ３／ＰＴＣ３・・・Ｑｎ／ＰＴＣｎの電圧降下によっ
てモニタできる。なお、ｎは、任意の整数である。ＢＮ
Ｃコネクタの露出した共通接地端子を用いて上述したの
と同じ本発明の原理を、フローティングした他の導電ノ
ードにも適用できる。よって、測定機器の安全性及び信
頼性を改善できる。
のチャネル環境に適用した場合の回路図であり、これら
図３及び図４の両方で１つの実施例を示している。すな
わち、図４は、図３の下側に配置される。これら図３及
び図４も、図１及び図２の実施例と同様に電子測定機器
の入力部分の接地に関する部分を示している。図４から
判る如く、半導体スイッチＱ３・・・Ｑｎの如き半導体
スイッチと、素子ＰＴＣ３・・・ＰＴＣｎとから成る追
加的な組み合わせは、抵抗器Ｒ３・・・Ｒｎを介して、
Ｑ３／ＰＴＣ３・・・Ｑｎ／ＰＴＣｎの電圧降下によっ
てモニタできる。なお、ｎは、任意の整数である。ＢＮ
Ｃコネクタの露出した共通接地端子を用いて上述したの
と同じ本発明の原理を、フローティングした他の導電ノ
ードにも適用できる。よって、測定機器の安全性及び信
頼性を改善できる。
【００４３】図５は、非ガルバニック絶縁手段を介して
制御帰還を行う本発明の更に他の実施例の回路図であ
る。かかる図も、上述の実施例と同様に電子測定機器の
入力部分の接地に関する部分を示している。この回路
は、フォトアイソレータＰＶ１を除いて、図３及び図４
に示した回路と同様に動作する。フォトアイソレータＰ
Ｖ１は、半導体スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４に供
給する制御信号を伝達する。なお、これら半導体スイッ
チは、対になっている。また、ダイオードＤ１及びＤ２
の各々は、１対のダイオードから成る。この実施例で
は、フォトアイソレータの各々は、２チャネルを制御す
る。
制御帰還を行う本発明の更に他の実施例の回路図であ
る。かかる図も、上述の実施例と同様に電子測定機器の
入力部分の接地に関する部分を示している。この回路
は、フォトアイソレータＰＶ１を除いて、図３及び図４
に示した回路と同様に動作する。フォトアイソレータＰ
Ｖ１は、半導体スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４に供
給する制御信号を伝達する。なお、これら半導体スイッ
チは、対になっている。また、ダイオードＤ１及びＤ２
の各々は、１対のダイオードから成る。この実施例で
は、フォトアイソレータの各々は、２チャネルを制御す
る。
【００４４】本発明の好適な実施例を上述したが、本発
明の要旨を逸脱することなく、種々の変形及び変更が可
能なことが理解できよう。
明の要旨を逸脱することなく、種々の変形及び変更が可
能なことが理解できよう。
【００４５】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、電子測定
機器の共通接地経路の電位が所定値以上になって、この
測定機器が破壊されたり、ユーザが危険な状態になるこ
とを防ぐための２重の保護（冗長性のある保護）を比較
的安価な部品により構成できる。
機器の共通接地経路の電位が所定値以上になって、この
測定機器が破壊されたり、ユーザが危険な状態になるこ
とを防ぐための２重の保護（冗長性のある保護）を比較
的安価な部品により構成できる。
【図１】本発明の電子測定機器による回路の好適実施例
の回路図であり、ＰＴＣ素子と直列であり、電流検知及
び制御回路により制御される半導体スイッチにより特別
な保護を行っている。
の回路図であり、ＰＴＣ素子と直列であり、電流検知及
び制御回路により制御される半導体スイッチにより特別
な保護を行っている。
【図２】本発明による他の実施例の詳細な回路図であ
り、電流検知及びスイッチ制御をどのように実施するか
を示している。
り、電流検知及びスイッチ制御をどのように実施するか
を示している。
【図３】多数のチャネル数を有する場合の本発明の別の
実施例の回路図であり、図４と組合わさる。
実施例の回路図であり、図４と組合わさる。
【図４】多数のチャネル数を有する本発明の別の実施例
の回路図であり、図３と組合わさる。
の回路図であり、図３と組合わさる。
【図５】非ガルバニック絶縁手段を介して制御帰還を行
う本発明の更に他の実施例の回路図である。
う本発明の更に他の実施例の回路図である。
【図６】従来技術の回路図であり、チャネル接地及び測
定機器接地の間に直接接続を有する回路を示す。
定機器接地の間に直接接続を有する回路を示す。
【図７】従来技術の回路図であり、チャネル共通接地が
ＰＴＣ素子を介して、保護された測定機器の接地に結合
されている回路を示す。
ＰＴＣ素子を介して、保護された測定機器の接地に結合
されている回路を示す。
１０ 電流検知及び制御回路（制御手段）
Ｑ１・・・Ｑｎ 半導体スイッチ（能動保護手段）
Ｕ１ 比較器
Ｕ２ フリップ・フロップ
ＰＶ１ フォトアイソレータ
ＰＴＣ１・・・ＰＴＣｎ ＰＴＣ素子（受動保護手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭51−133742（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−44859（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−148519（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−233471（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−234251（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263459（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263616（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−256027（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−308092（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−308093（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−308094（ＪＰ，Ａ)
実開 昭55−16498（ＪＰ，Ｕ)
特表 平４−500138（ＪＰ，Ａ)
独国特許出願公開3917031（ＤＥ，Ａ
１)
米国特許4031431（ＵＳ，Ａ)
米国特許4087846（ＵＳ，Ａ)
米国特許4109226（ＵＳ，Ａ)
米国特許4583146（ＵＳ，Ａ)
米国特許5250893（ＵＳ，Ａ)
米国特許5379176（ＵＳ，Ａ)
米国特許5537288（ＵＳ，Ａ)
米国特許5644461（ＵＳ，Ａ)
国際公開91／012643（ＷＯ，Ａ１)
国際公開97／010636（ＷＯ，Ａ１)
国際公開99／010902（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 1/36
H02H 3/14
Claims (5)
- 【請求項１】 被測定信号を受ける入力コネクタの端子
に接続された信号経路と、上記入力コネクタの共通接地
用端子に接続された共通接地経路とを有する少なくとも
１チャネルの電子測定機器であって、 上記共通接地経路に、受動保護手段と、該受動保護手段
と直列に配置された能動保護手段とを設け、 上記共通接地経路を介して流れる電流をモニタし、上記
共通接地経路に過剰電流が流れたことを検出すると上記
能動保護手段を活性化する制御手段と更に設けたことを
特徴とする保護回路を有する電子測定機器。 - 【請求項２】 上記受動保護手段は、正の温度係数の抵
抗器又はサーミスタを有することを特徴とする請求項１
の保護回路を有する電子測定機器。 - 【請求項３】 上記能動保護手段は、上記共通接地経路
に過剰電流の流れを検出すると開く電子スイッチを有す
ることを特徴とする請求項１の保護回路を有する電子測
定機器。 - 【請求項４】 上記制御手段は、 抵抗器による電圧検知手段と、 該電圧検知手段の出力ノードに応答するように結合され
た検知入力ノード、及び該検知入力ノードの電圧に応じ
て上記能動保護手段を制御するように結合された制御出
力ノードを有する制御回路とを具えることを特徴とする
請求項１の保護回路を有する電子測定機器。 - 【請求項５】 上記電子測定機器が電気的に絶縁され、
「フローティング」されていることを特徴とする請求項
１の保護回路を有する電子測定機器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/335,870 US6278596B1 (en) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | Active ground fault disconnect |
| US09/335870 | 1999-06-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001028830A JP2001028830A (ja) | 2001-01-30 |
| JP3464192B2 true JP3464192B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=23313568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000174095A Expired - Fee Related JP3464192B2 (ja) | 1999-06-17 | 2000-06-09 | 保護回路を有する電子測定機器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6278596B1 (ja) |
| EP (1) | EP1061374B1 (ja) |
| JP (1) | JP3464192B2 (ja) |
| CN (1) | CN1143334C (ja) |
| DE (1) | DE60027354T2 (ja) |
| TW (1) | TW475987B (ja) |
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1999
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