JP3673589B2

JP3673589B2 - コンデンサのリーク電流の測定方法およびその装置

Info

Publication number: JP3673589B2
Application number: JP04750296A
Authority: JP
Inventors: 寛丹羽
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH09243693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタンタルコンデンサ、アルミ電解コンデンサ、フィルム系コンデンサなどのコンデンサの両端に電流制限抵抗を介して一定の電圧を印加し、所定時間後の電流を測定することによりリークの良否を検査するコンデンサのリーク電流の測定方法およびその測定装置に関する。さらに詳しくは、電源を共通にして１個の電源に複数個のコンデンサを並列に接続してリーク電流を測定する場合に、いずれかのコンデンサにショート不良品がある場合にも、他のコンデンサのリーク電流をショート不良品の影響を受けることなく正確に測定することができるコンデンサのリーク電流の測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサのリーク電流の測定方法は、基本的には図３（ａ）に示されるように、コンデンサＣの両端にたとえば１ｋΩ程度の電流制限抵抗Ｒ、電流計Ａ、スイッチＳＷ、一定電圧を供給する電源Ｖを直列に接続し、スイッチＳＷをオンにしてから所定時間（通常はコンデンサの種類に応じてその規格で定まる）ｔ後の電流Ｉを測定し、一定範囲に入っているか否かを検査する。この場合、コンデンサが大量生産されるラインにおいては、設備のコストダウンの観点から図３（ｂ）に示されるように、数個〜数百個を並列に接続して１個の電源Ｖで測定を行うことがある。図３（ｂ）において、サフィックス１、２、・・・ｎはそれぞれ並列に接続されたｎ個の番号を示し、他のＣ、Ｒ、Ａ、Ｖは図３（ａ）と同じものを示し、Ｒ₀は電源Ｖの内部出力抵抗を示す。
【０００３】
なお、電流計Ａで測定する電流は非常に微小であるため、入力抵抗は一定で高感度の計測を可能にすべく、電流計Ａの部分を図３（ｃ）に示されるように、オペアンプ（増幅器）ＯＰとスキャナとからなる電流検出器６で構成し、スキャナにより観測することもできる。図３（ｃ）において、Ｄ_xはオペアンプＯＰの保護とオペアンプＯＰの飽和領域での入力インピーダンスを一定に保つためのダイオード、Ｒ_fは電流を電圧に変換するための抵抗である。
【０００４】
この測定回路で、コンデンサＣ1 、Ｃ2 ・・・Ｃn にショート不良が発生した場合、そのコンデンサは図４（ａ）に示されるような等価回路になる。すなわち、リーク電流の原因となる高抵抗Ｒ_ISOに対してショート不良の原因となる絶縁体層が破れた状態を低抵抗Ｒ_xの並列接続とすれば、ショート不良のときはその低抵抗Ｒ_xのスイッチＳＷ_xがオンになった状態と考えられる。低抵抗Ｒ_xは不良の状況にもよるが、通常数Ω〜数百Ω程度である。コンデンサと直列に１ｋΩ程度の電流制限抵抗Ｒ（図３（ａ）参照）が接続されており、高抵抗Ｒ_ISOは通常数十ＭΩ以上であるため、ショート不良の発生の際には良品のリーク電流に対して１万〜１００万倍程度の一瞬に大きな電流が流れる。
【０００５】
従来の測定回路で、たとえば図４（ｂ）に示されるように、第２のコンデンサＣ2 がショートした場合、良品の第１のコンデンサＣ1 においては、電源Ｖの共通インピーダンス（電源の内部インピーダンスおよびラインのインピーダンス）Ｒ₀の存在により、電源Ｖの電圧がΔＶだけ一瞬電圧降下する。そのため、第２のコンデンサＣ2 がショート不良になった瞬間には、リーク電流の方向とは逆方向に電流ｉが流れたり、またはリーク電流が小さい表示となる。このリーク電流の変化の様子を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）において、Ｂは第１のコンデンサＣ2 が破壊してリーク電流が大幅に大きくなったときを示し、第１のコンデンサＣ1 には逆方向の電流が流れる。その後、リーク電流は正常値に近ずくように戻る。しかし、長時間を経ても正常値との差Ｅが残存し、リーク電流が少なく測定され、リーク電流不良でも良品として検査される場合がある。なお、波線Ｄはリーク不良が発生しない正常な状態のときのリーク電流の推移を示し、矢印の直線Ｆは理論充電電流を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測定回路では、前述の誤差Ｅを小さくするためには、測定部の両端のセンス電圧Ｖ₀（図４（ｂ）参照）を測定し、電源Ｖの電圧を大きくしたり、電源Ｖの内部抵抗Ｒ₀を小さくする程度の対策しか採られていない。しかし、発生するショート不良品の数が多くなると、ショート不良品に流れる過渡応答的な突入電流が他の誤差要因である熱雑音、温度ドリフトに比べて無視できない程大きくなり、しかもショート不良品の数によってその測定値が異なる。その結果、ショート不良品が存在すると近接する他の良品のリーク電流の測定の誤差要因となり、正確なリーク電流を測定することが確率的にできない。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決し、多数のコンデンサのリーク電流測定を１つの電源で検査する場合にも、その測定誤差を低減して正しい検査を行うことができ、かつ、リーク電流の不良品の選別の確度を向上させ、信頼性の高い検査をすることができるコンデンサのリーク電流の測定方法およびその測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるリーク電流の測定方法は、１個の電源に複数個のコンデンサを並列に接続してそれぞれのコンデンサに電圧を印加してから所定時間後のリーク電流を測定するコンデンサのリーク電流の測定方法であって、前記それぞれのコンデンサに直列に電流測定器の入力抵抗として可変入力抵抗回路を接続し、該コンデンサおよび可変入力抵抗回路を含む直列回路の電圧をセンスしながら前記コンデンサを充電する電圧を印加してから前記所定時間より短い一定時間後に前記可変入力抵抗回路の抵抗を大きくすることを特徴とする。
【０００９】
入力抵抗を変更するまでの一定時間は、理論充電電流が電流測定器の測定範囲の下限の近傍まで下がる程度の時間で、測定するコンデンサの種類や電流制限抵抗の大きさにより異なるが、通常数秒程度である。
【００１０】
前記可変入力抵抗回路を高抵抗と短絡スイッチとの並列接続で構成し、前記短絡スイッチをオンオフさせることにより入力抵抗を切り替えることが、光結合型ＦＥＴスイッチング素子やリレースイッチなどを用いて簡単に切り替えられるため好ましい。
【００１１】
本発明のリーク電流の測定装置は、（ａ）測定されるコンデンサの端子が接続される１組の接続端子、（ｂ）電流制限抵抗、（ｃ）電流測定器の入力抵抗である可変入力抵抗回路、および（ｄ）電流測定器がそれぞれ直列に接続される測定部と、該測定部を複数個並列に接続するバスバーと、該バスバーを介して前記測定部のそれぞれに一定電圧を供給する電源と、前記測定回路の両端の電圧をセンスし、電圧が下がる場合に前記電源の電圧を高くするための電圧検出回路とからなっている。
【００１２】
前記並列に接続された測定部のそれぞれの可変入力抵抗回路の抵抗を制御し、かつ、検出されるリーク電流により良否を判定する制御部が設けられていることが、大量のコンデンサをコンピュータにより自動的に検査することができるため好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のコンデンサのリーク電流を検査する方法およびその装置について説明をする。
【００１４】
図１は本発明のｎ個のコンデンサを１個の電源で同時に検査する場合の等価回路図（図１では３個のみ図示されている）である。図１において、並列に接続された同じ部品にはサフィックス１、２・・・ｎを付してある。
【００１５】
１はたとえばタンタルコンデンサなどの測定されるコンデンサＣ1 、Ｃ2 ・・・Ｃn で、１組の接続端子１１（Ｔａ1 、Ｔａ2 ・・・Ｔａn ）、１２（Ｔｂ1 、Ｔｂ2 ・・・Ｔｂｎ）に各コンデンサ１の両端子がそれぞれ接続される。２は電流制限抵抗Ｒ1 、Ｒ2 ・・・Ｒn で、充電電流の初期値を決定すると共に充電の時定数を決定する抵抗で、たとえばタンタルコンデンサの場合、ＪＩＳで１ｋΩと定められている。３は電流測定器６の入力抵抗を上げるための高抵抗ｒ1 、ｒ2 ・・・ｒn で、充電電流制限抵抗２の抵抗値より１０倍以上程度に設定される（たとえばＲn ＝１ｋΩに対して、ｒn ＝１００ｋΩ）。
【００１６】
４は電流計（電流測定器）の入力抵抗を切り替えるスイッチＳＷ1 、ＳＷ2 ・・・ＳＷｎで、たとえば図１（ｂ）に詳細図が示されるようにＬＥＤを用いた光結合型ＦＥＴスイッチング素子やリレースイッチなどを使用することができる。このスイッチ４と高抵抗３とは並列に接続されて可変入力抵抗回路１３を構成し、スイッチ４がオンのときは高抵抗３を短絡して抵抗が０となり、スイッチ４をオフにすると、入力抵抗が高抵抗３の抵抗となる。その結果、スイッチ４のオンオフにより電流測定器６の入力抵抗を電流制限抵抗２だけの場合と、電流制限抵抗２と高抵抗３との和の場合とに変化させることができる。このスイッチ４の切替は、制御部（ＣＰＵ）５により信号線４ａを介して制御される。
【００１７】
６はリーク電流Ｉ1 、Ｉ2 ・・・Ｉn を測定する電流測定器で、電流計でもよいが、この例では高感度の計測が可能なように、増幅器ＯＰ1 、ＯＰ2 ・・・ＯＰn および電流を電圧に変換する抵抗Ｒ_fを用いて微小電流で、かつ、高インピーダンス回路の信号を低出力インピーダンスの電圧信号に変換して、その出力をスキャナ６ａにより読みとる構成としている。なお、Ｄｘは増幅器ＯＰの保護と増幅器の飽和領域での入力インピーダンスを一定に保つために挿入されるダイオードである。７は一定電圧を供給する電源で、センス電圧Ｖ₀により一定の電圧が印加されるように調整される。７ａは電源内出力インピーダンスＺ₀で、抵抗Ｒ₀およびインダクタンスＬ₀からなり、ラインにも抵抗Ｒ_LおよびインダクタンスＬ_LからなるインピーダンスＺ_Lが存在する。
【００１８】
この１組の接続端子１１、１２（Ｔａn 、Ｔｂn ）、電流制限抵抗２（Ｒn ）、可変入力抵抗回路１３（ｒn 、ＳＷn ）、電流測定器６（ＯＰn 、Ｒ_f）とがそれぞれ直列に接続されて１個のコンデンサの測定部を構成している。この測定部がバスバー８によりｎ個並列に接続されて電源７に接続され、それぞれの測定部の接続端子１１、１２に接続されるコンデンサ１に一定電圧が供給される。なお、バスバー８は共通インピーダンス部が問題にならない程度に小さくなるように太くて短い良導体からなる電圧供給線である。
【００１９】
１５は電源７の出力インピーダンス７ａを等価的に０に近ずけるためにフィードバック制御するための電圧センス線である。１６はスキャニングポイントの制御線、１７は選択されたコンデンサのリーク電流を示す電圧信号線である。なお、スキャナー６ａにサンプルホールド回路を付加しておけば、制御部５から制御線１６により制御しなくても、自動的に各測定部の測定値を順次検出することができる。
【００２０】
つぎに、図１に示される測定装置でコンデンサ１のリーク電流を測定する手順について説明をする。
【００２１】
まず、可変入力抵抗回路１３の入力抵抗を低くしておく。すなわち、図１に示される例では、スイッチ４をすべてオンにしておく。その結果、可変入力抵抗回路１３の抵抗は０となり、電流測定器６の入力抵抗は電流制限抵抗２の抵抗と等しくなる。つぎに、電源７の電圧を印加し、時間ｔ₁待つ。時間ｔ₁は理論充電電流値が電流測定器６の測定限界の下限程度（たとえば１００ｐＡ）になる時間で、通常は数秒程度である。
【００２２】
時間ｔ₁の経過後、電源７の電圧を印加したままスイッチ４をすべてオフにする。その結果、高抵抗３が直列に接続され、電流測定器６の入力抵抗は電流制限抵抗２と高抵抗３の和になる。電源７の電圧を印加したこの状態で時間ｔ₂放置する。時間ｔ₂はコンデンサ１のリーク電流を測定するために規格などで定められた所定の時間で、たとえば３０秒〜数分程度の時間である。時間ｔ₂後の各測定部のリーク電流Ｉ1 、Ｉ2 ・・・Ｉn を電流測定器６で変換した電圧Ｖ1 、Ｖ2 ・・・Ｖn としてスキャナー６ａにより測定し、その値により良品と不良品との振い分けをする。これでリーク電流の測定は終了するが、製品同士の電極間ショートによる製品の破壊を防止するため、各コンデンサ１を放電することが好ましい。放電は別のステーションで行ってもよいが、このまま続けて行う場合は、スイッチ４を再びオンにし、電源７を０Ｖにすればよく、放電ステーションが不要となり、設備を単純化できる。
【００２３】
本発明のリーク電流測定装置では、各コンデンサ１の電流測定器６の前段に電流測定器６の入力抵抗を上げるため、たとえば高抵抗３とスイッチ４とが並列接続された可変入力抵抗回路１３が直列に接続されていることに特徴がある。この可変入力抵抗回路１３が電流測定器６と直列に接続されることにより、リーク電流の測定に悪影響を受けることなく、かつ、ｎ個のコンデンサ１の中でショート不良品が出ても他のコンデンサのリーク電流の測定に影響を受けない理由についてつぎに説明をする。
【００２４】
コンデンサ１に電圧を印加するとその充電電流は図２（ａ）に示されるように対数関数的に減少する。たとえば印加電圧Ｅを１００Ｖ、電流制限抵抗２の抵抗値Ｒｅを１ｋΩ、コンデンサ１の容量Ｃａｐを１μＦ、電流測定器６の測定範囲の最小電流値Ｉを１００ｐＡとすると、電圧を印加後充電電流が１００ｐＡになるまでの時間ｔは、
ｔ＝−Ｃａｐ・Ｒｅ・ln（Ｒｅ・Ｉ／Ｅ）＝２.０７（秒）
となり、約２秒後には充電電流成分は１００ｐＡ以下になる。したがって、約２秒後である一定時間ｔ₁後には充電電流成分は殆どなく、電流測定器６の入力抵抗が１ｋΩより大きくなっても充電電流に関しては影響がない。
【００２５】
一方、時間ｔ₁より後に図１の測定回路において、たとえば２番目のコンデンサＣ2 がショート不良品になった場合、可変入力抵抗回路１３の抵抗が高抵抗ｒ2 のたとえば１００ｋΩになっているため、その高抵抗ｒ2 により電圧降下が生じ、ショート電流が減少し、電源の内部抵抗である共通のインピーダンスによる電圧降下は非常に小さくなる。その結果、２番目以外の正常なコンデンサＣ1 などの時間に対するリーク電流の変化は、図２（ａ）に示されるように、ショート不良品が発生の場合（図２（ａ）のＢ参照）でも、その変化は僅かとなり、リーク電流の測定態勢に入っていても殆ど影響が現れない。すなわち、入力抵抗を変化させることによりショートの場合でも流れ得る最大電流は図２（ａ）の線Ｇより小さい範囲となり、一定時間ｔ₁後の測定範囲を制限することになる。
【００２６】
なお、図２（ａ）において、時間ｔ₁経過時の可変入力抵抗回路の抵抗を変更する際に測定電流が急激に低下する部分が生じる。しかし、ｔ₁時は測定する時間ではなく、測定時間のｔ₂までにその低下が回復する程度に高抵抗ｒn を設定するので問題ない。また、矢印の直線Ｈは、理論充電電流を示す線である。
【００２７】
また、一定時間ｔ₁に至る前にショート不良が発生した場合には、充電している最中で、リーク電流の測定態勢にはなく、センス電圧により電圧を高くして供給されるため、充電することに支障はない。
【００２８】
前述の可変入力抵抗回路１３の高抵抗ｒは電流制限抵抗Ｒの１０〜１０００倍程度に設定される。その理由は、電源の共通インピーダンスが一定の場合、電圧降下は直列に挿入される抵抗に反比例するため、あまり小さすぎると電流測定器の入力インピーダンスを大きくする効果が現われない。また挿入抵抗があまり大きすぎると最大測定範囲限界が小さくなること、測定対象のコンデンサの抵抗の１％以下でないと誤差が大きくなることなどの問題があるからである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、電流測定器と直列に可変入力抵抗回路を接続し、充電電流の大部分が流れた後の一定時間後にその入力抵抗が大きくなるように切り替えているため、充電電流の時定数に影響を及ぼすこともなく、また並列に接続したコンデンサのいずれかにショート不良が発生した場合でも他の良品のコンデンサへの影響が小さくなる。
【００３０】
その結果、多数の並列接続されたコンデンサのいずれかにショート不良が発生しても、他の良品のコンデンサのリーク電流を正確に測定することができる。したがって、品質管理の点からも大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリーク電流を測定する回路の回路図である。
【図２】本発明の測定方法および従来の方法によるコンデンサのリーク電流の変化を示す図である。
【図３】従来のコンデンサのリーク電流を測定する回路の説明図である。
【図４】従来の測定方法でいずれかのコンデンサにショート不良が発生した場合の説明図である。
【符号の説明】
１コンデンサ
２電流制限抵抗
３高抵抗
４スイッチ
５制御部
６電流測定器
７電源
８バスバー
１１接続端子
１２接続端子
１３可変入力抵抗回路

Claims

１個の電源に複数個のコンデンサを並列に接続してそれぞれのコンデンサに電圧を印加してから所定時間後のリーク電流を測定するコンデンサのリーク電流の測定方法であって、前記それぞれのコンデンサに直列に電流測定器の入力抵抗として可変入力抵抗回路を接続し、該コンデンサおよび可変入力抵抗回路を含む直列回路の電圧をセンスしながら前記コンデンサを充電する電圧を印加してから前記所定時間より短い一定時間後に前記可変入力抵抗回路の抵抗を大きくすることを特徴とするコンデンサのリーク電流の測定方法。
前記可変入力抵抗回路を高抵抗と短絡スイッチとの並列接続で構成し、前記短絡スイッチをオンオフさせることにより入力抵抗を変更する請求項１記載のリーク電流の測定方法。
（ａ）測定されるコンデンサの端子が接続される１組の接続端子、（ｂ）電流制限抵抗、（ｃ）電流測定器の入力抵抗である可変入力抵抗回路、および（ｄ）電流測定器がそれぞれ直列に接続される測定部と、該測定部を複数個並列に接続するバスバーと、該バスバーを介して前記測定部のそれぞれに一定電圧を供給する電源と、前記測定回路の両端の電圧をセンスし、電圧が下がる場合に前記電源の電圧を高くするための電圧検出回路とからなるコンデンサのリーク電流の測定装置。
前記並列に接続された測定部のそれぞれの可変入力抵抗回路の抵抗を制御し、かつ、検出されるリーク電流により良否を判定する制御部が設けられてなる請求項３記載の測定装置。