JP4684853B2 - レンジ切替制御装置 - Google Patents

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本発明は、供給電流や供給電力の設定範囲を切替えて、広範囲にわたり連続性を維持して試験等を行う為のレンジ切替制御装置に関する。
各種の電気機器の特性試験を行う場合、その電気機器の少なくとも動作可能範囲について試験を行う場合が一般的であり、その動作可能範囲が広い場合、測定レンジを切替えて試験を行うことは周知である。このような測定レンジの切替手段として、発明者等は、図3に示すレンジ切替制御装置を考えた。同図に於いて、31はプロセッサ(CPU)、32はレンジ切替回路、33はDAコンバータ、34−1〜34−3は出力レンジ回路、35は被試験装置を示す。出力レンジ回路34−1〜34−3は、被試験装置35に供給する電流の範囲を、大中小とした構成を有し、レンジ切替回路32からのON/OFF制御信号に従って動作/非動作が制御され、DAコンバータ33により変換されたアナログの設定電流値に従った電流を被試験装置35に供給する。
例えば、出力レンジ回路34−1〜34−3を、それぞれ0〜100A,0〜50A,0〜10Aの出力電流範囲の大中小レンジの構成とすると、プロセッサ31は、試験プログラムを実行し、被試験装置35に供給する電流値が、大中小レンジの何れに属するかを判定し、例えば、小レンジに属する場合、プロセッサ31からレンジ切替回路32を制御して、このレンジ切替回路32から小レンジの出力レンジ回路34−1にON制御信号を加えて動作状態とするように制御し、中レンジと大レンジとの出力レンジ回路34−2,34−3にはOFF制御信号を加えて動作停止状態とするように制御し、且つ小レンジに於ける電流値を示すディジタルの電流値データをプロセッサ31からDAコンバータ33に入力し、変換されたアナログの設定電流値を各出力レンジ回路34−1〜34−3に入力する。この場合、小レンジの出力レンジ回路34−1のみが動作状態であり、DAコンバータ33からの0〜10Aの範囲内の設定電流値が入力されるので、被試験装置35に対して、小レンジの出力回路34−1から0〜10Aの精度による設定電流値に従った電流が供給される。
又プロセッサ31は、被試験装置35に80Aの電流を供給して試験する場合、この電流は大レンジに属するから、レンジ切替回路32を制御して、大レンジの出力レンジ回路34−3にON制御信号、中,小レンジの出力レンジ回路34−2,34−1にOFF制御信号を入力し、DAコンバータ33には、0〜100Aのレンジに於ける80Aを示すディジタルの電流値データを入力し、DAコンバータ33は、変換したアナログの80Aの設定電流値を出力レンジ回路34−1〜34−3に入力する。この場合、大レンジの出力レンジ回路34−3が動作状態となり、この出力レンジ回路34−3から被試験装置35に対して80Aの設定電流が供給される。従って、それぞれのレンジの精度に対応して被試験装置35に電流を供給して、被試験装置35の試験を行うことができる。
図4は、図3に於ける出力レンジ回路の一例の説明図であり、41は電圧制御回路、42は内部電源、43は制御回路、44は電圧制御回路、45は被試験装置、Q1〜Q5はトランジスタ、D2〜D5はダイオード、S1,S2,S3は制御信号を示し、二次電池の充放電試験に於ける周知の構成を参考にしたもので、被試験装置45は、図3に於ける被試験装置35に対応するものである。又被試験装置45がモータの場合出力トルクと供給電流との関係の試験を行うことになり、又二次電池の場合、充電試験等の為の電流供給、又二次電池や一次電池等の場合に、更に放電試験等を行う機能を有することになる
制御回路41は、トランジスタQ1を流れる電流を制御するものであり、電流検出手段は図示を省略している。又内部電源42は、出力電圧を制御できるスイッチングコンバータ等により構成することが可能であり、その出力電圧は、電圧制御回路44から制御する場合を示す。この電圧制御回路44は、被試験装置45に印加する電圧を検出し、且つ制御回路43からの制御信号に従って内部電源42を制御する。又制御回路43は、図3を参照すると、レンジ切替回路32からのON/OFF制御信号と、DAコンバータ33からの設定電流値とが入力され、ON制御信号により各部を制御するものである。即ち、被試験装置45に供給する電流値が指示された場合、制御回路43は、トランジスタQ2,Q3に制御信号S1を入力し、電圧制御回路41,44を制御して、内部電源42らの出力電圧を基にトランジスタQ1により電流を制御し、内部電源43からトランジスタQ1,Q2、ダイオードD2の経路と、ダイオードD3、トランジスタQ3の経路により、被試験装置45に電流を供給する。
又被試験装置45が二次電池等の場合、前述の電流供給の場合と同様に、トランジスタQ2,Q3を制御信号S1によりオンとして充電特性を試験することができる。又トランジスタQ4,Q5をオンとし、又電圧制御回路44からの制御によって、内部電源42の出力電圧を零とし、トランジスタQ1により流れる電流を制御することにより、放電特性を試験することができる。又電圧制御回路44は、出力端子間の電圧を検出することにより、被試験装置45に供給する電力又は二次電池等の場合の放電電力を、設定値に従って制御することも可能である。
又アナログ入力電圧を測定する測定レンジを切替える構成に於いて、レンジ切替判定用基準電圧と比較することにより、レンジ切替えを自動化する手段が知られている(例えば、特許文献1参照)。又負荷に印加する電圧を、基準電圧を変化させることにより制御する電源回路に於いて、基準電圧の変化範囲に対する出力電圧の変化範囲を切替えるレンジ切替えの際に、出力電圧を一時的にホールドして、レンジ切替えによるサージ電圧発生を抑圧する手段が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−271203号公報 特開2003−215165号公報
前述の図3に示すレンジ切替制御装置に於いて、例えば、被試験装置35に対する供給電流を広範囲に変化させる場合、図示のような大中小レンジ対応の出力レンジ回路34−1〜34−3を、レンジ切替回路32からON/OFF制御信号を加えて切替制御を行うことになり、所定のレンジの出力レンジ回路が選択されて、被試験装置35に対して設定電流が供給されることになる。このような構成に於けるDAコンバータ33にプロセッサ31から入力する電流値データのビット数は、大中小レンジに於いて同一とする場合が一般的である。それにより、同一ビットパターンであっても、大中小レンジに於ける設定電流値は異なるものとなる。その為に、出力レンジ回路34−1〜34−3の切替タイミングに於いて、被試験装置35に対する供給電流の連続性が得られない問題が生じる
例えば、図5の(a)に示すように、レンジ切替時のON/OFF制御信号が変化し、その切替タイミングに於いて、例えば、図3に於ける大中小レンジの小レンジから中レンジに切替える場合、そのレンジ切替えに対応して、プロセッサ31からの小レンジ対応の電流値データは、中レンジ対応の電流値データに切替えるものであるが、中レンジの出力レンジ回路34−2が先に動作状態となると、この中レンジの出力レンジ回路34−2は、DAコンバータ33からの小レンジ対応の設定電流値に従った電流を供給することになり、図5の(b)の矢印で示すタイミングで、被試験装置35に対する供給電流が一時的に小さくなる。例えば、0〜10Aの小レンジの出力レンジ回路34−1から10A以下の電流を供給している時、電流値データを20Aとすると、レンジ切替えを行うことになり、この電流値データは、小レンジの出力レンジ回路34−1に対しては、4Aを示すことになり、中レンジの出力レンジ回路34−2が動作開始状態でないことにより、被試験装置35に供給する電流は、20Aの予定が4Aに一時的に減少する。
又前述の場合と反対に、DAコンバータ33からの設定電流値の切替えが先で、その後に出力レンジ回路の切替えが行われた場合は、中レンジ対応の電流値データにより、動作中の小レンジの出力レンジ回路34−1から、図5の(c)の矢印で示すように、一時的に供給電流が大きくなる。即ち、レンジ切替えの過程に於いて、供給電流が不連続的に変化する問題がある。このような不連続変化を回避する為に、レンジ切替時に電流値データのオフ期間を設けることが考えられる。しかし、このオフ期間により、図5の(d)の矢印で示すように、小レンジから中レンジへのレンジ切替過程に於いて、供給電流が零となる変化が含まれる。従って、被試験装置の特性等を、広範囲にわたり試験する場合、レンジ切替えに伴う不連続な特性となる問題がある。
又前述の特許文献2に示されているように、切替えの過程で出力を一時的にホールドして、出力の変動を抑圧する手段を適用する場合、複数の出力レンジ回路の出力側にそれぞれホールド回路とその制御回路とを設けなければならず、回路規模の増大とコストアップとを含む問題がある。
本発明は、前述の問題点を解決するもので、レンジ切替えにより、広範囲にわたる連続性を維持できるようにすることを目的とする。
本発明のレンジ切替制御装置は、それぞれの出力端子を被試験装置に対して並列的に接続し、それぞれ最大設定値が異なるレンジを有する複数の出力レンジ回路と、該複数の出力レンジ回路対応に設けたDAコンバータと、レンジ切替えの制御信号により前記複数の出力レンジ回路の中の単一又は複数を動作状態とするON制御信号を加えるレンジ切替回路と、該レンジ切替回路にレンジ切替えの制御信号を入力し、且つ前記DAコンバータにそれぞれのレンジ対応の設定値データを入力するプロセッサとを備えている。
又前記被試験装置の試験範囲を最小レンジと最大レンジと単一又は複数の中間レンジとに分けて、レンジ対応に設けた複数の前記出力レンジ回路と、前記試験範囲が最小レンジの時に前記最小レンジ対応の単一の前記出力レンジ回路を動作状態とし、前記試験範囲が中間レンジの時に該中間レンジを含む前記最小レンジ迄の複数の前記出力レンジ回路を動作状態とし、前記最大レンジの時に該最大レンジ対応の前記出力レンジ回路を含む全出力レンジ回路を動作状態に制御する前記レンジ切替回路を備えている。
本発明は、出力レンジ回路を試験範囲のレンジ切替えにより動作状態を切替えるものではなく、試験範囲の最小レンジ対応の出力レンジ回路を動作状態として、その上のレンジ対応の出力レンジ回路を動作状態とするようにレンジ切替えを行うものであるから、被試験装置に対して連続特性で試験を行うことができる。
本発明のレンジ切替制御装置は、図1を参照して説明すると、出力端子を被試験装置5に対して並列的に接続し、それぞれ最大設定値が異なるレンジを有する複数の出力レンジ回路4−1〜4−nと、これらの出力レンジ回路4−1〜4−n対応に設けたDAコンバータ3−1〜3−nと、レンジ切替えの制御信号により、複数の出力レンジ回路4−1〜4−nの中の単一又は複数を動作状態とするON制御信号を加えるレンジ切替回路2と、このレンジ切替回路2にレンジ切替えの制御信号を入力し、且つDAコンバータ3−1〜3−nにそれぞれのレンジ対応の設定値データを入力するプロセッサ1(CPU)とを備えている。
図1は、本発明の実施例1の説明図であり、1はプロセッサ(CPU)、2はレンジ切替回路、3−1〜3−nはDAコンバータ、4−1〜4−nは出力レンジ回路、5は被試験装置を示す。DAコンバータ3−1〜3−nは、出力レンジ回路4−1〜4−n対応に設けており、プロセッサ1は、被試験装置5の試験範囲を最小レンジと最大レンジと単一又は複数の中間レンジとに分けて、レンジ対応の電流値等の設定値データを、それぞれレンジ対応のDAコンバータ3−1〜3−nに入力すると共に、レンジ切替回路2に対して、その設定値データを含む範囲内の出力レンジ回路を動作状態とする為の制御信号を入力する。レンジ切替回路2は、その制御信号に従って、単一又は複数の出力レンジ回路にON/OFF制御信号のON制御信号を加えて、設定データを含む範囲内の出力レンジ回路を動作状態とする。この場合、最小レンジであると、最小レンジ対応の単一の出力レンジ回路、例えば、4−1のみを動作状態とし、中間レンジの場合は、その中間レンジ対応の例えば、出力レンジ回路4−2と、最小レンジ対応の出力レンジ回路4−1とを動作状態とし、最大レンジの場合は、最大レンジ対応の出力レンジ回路4−nを含む全出力レンジ回路を動作状態とする。
又出力レンジ回路4−1〜4−nは、前述の図3に示す従来例と同様に、最小レンジから最大レンジ間での複数のレンジ対応の構成を有するものであり、又それぞれ図4に示すように、被試験装置5の試験項目に対応した設定電流、設定電圧、設定電力の供給機能と設定電流の負荷機能との何れか一つ又は複数の機能を備えており、従って、被試験装置5の試験項目に対応した機能を動作状態とするように、プロセッサ1から制御し、且つ試験プログラムに従ってレンジ切替えの制御を行うものである。
例えば、被試験装置5に時間の経過に従って変化する電流を供給して試験する場合に、出力レンジ回路4−1を最小レンジの0〜10A、出力レンジ回路4−2を中間レンジの0〜20A、出力レンジ回路4−3(図示を省略)を中間レンジの0〜30A、出力レンジ回路4−4(図示を省略)を中間レンジの0〜40A、出力レンジ回路4−5(図示を省略)を最大レンジの0〜50Aの出力電流レンジを有する構成とし、時間の経過に従って電流を0〜50Aに上昇させた後、順次0Aに減少させる場合、0〜10Aの最小レンジに於いては、レンジ切替回路2から出力レンジ回路4−1にのみON制御信号、他のレンジの出力レンジ回路4−2〜4−5にOFF制御信号を入力し、プロセッサ1からレンジ対応の電流値データをそれぞれDAコンバータ3−1〜3−5に入力し、変換された設定電流値を出力レンジ回路4−1〜4−5に入力する。この場合、最小レンジの出力レンジ回路4−1のみが動作状態となり、DAコンバータ3−1により変換された設定電流値に従った電流を、被試験装置5に供給する。又電流値データが10Aを超えて、20A以下の中間レンジを示す時は、レンジ切替回路2から、最小レンジの出力レンジ回路4−1と中間レンジの出力レンジ回路4−2とにON制御信号を入力し、DAコンバータ3−1,3−2により変換された設定電流値に従った電流を、被試験装置5に供給する。
図2は、レンジ切替えと供給電流との一例を示すものであり、電流を曲線Aに示すように変化させる場合のレンジ1〜5の切替えを示し、例えば、前述のように、レンジ1〜5対応に、0〜10A,0〜20A,0〜30A,0〜40A,0〜50Aとし、プロセッサ1からレンジ切替回路2を介して、電流値データが示すレンジ対応に、出力レンジ回路4−1〜4−5にON制御信号を入力するものであり、その場合に、例えば、0〜10Aの最小レンジに於いては、出力レンジ回路4−1のみにON制御信号を入力して動作状態とし、この出力レンジ回路4−1から被試験装置5に電流を供給する。又0〜20Aの中間レンジの場合、出力レンジ回路4−1,4−2にON制御信号を入力して動作状態とする。即ち、指定された中間レンジとそれ以下の最小レンジまでの出力レンジ回路を動作状態とする。
従って、図2に示す曲線Aのように、被試験装置5に供給する電流を連続的に変化させる場合、レンジ1〜5のように、最大電流供給時は、レンジ1〜5に対応する出力レンジ回路4−1〜4ー5が動作状態となり、最小電流供給時は、レンジ1の出力レンジ回路4−1のみが動作状態となる。このレンジ切替過程に於ける供給電流の一時的な増加や減少等の急変状態を含まないものとなり、供給電流は円滑な変化特性を示すことができる。又レンジ1〜5対応の出力レンジ回路4−1〜4−5の被試験装置5に対する供給電流の分担制御は、例えば、上位レンジの出力レンジ回路が分担するように相互間の制御信号の送受信により行う構成とすることも可能であり、例えば、電源装置の並列運転に於ける電流分担制御手段を適用することも可能である。又出力レンジ回路が並列運転状態となり、供給電流の逆流が生じる場合、ダイオードを出力端子に接続することにより、その逆流を阻止することができる。
又被試験装置5に対する電流供給による試験の場合を説明しているが、被試験装置5が二次電池等の電源装置の場合の電流負荷試験を行う場合、出力レンジ回路4−1〜4−nを、図4に示す構成を適用すると、トランジスタQ1,Q4,Q5を制御して、電子負荷装置の構成とすることにより、電流負荷試験を行うことができ、その場合も、試験電流範囲を最小レンジと単一又は複数の中間レンジと最大レンジとに対応した構成とし、DAコンバータもそれぞれ対応して設けて、最小レンジ側のレンジにより設定値の精度を高くして試験し、且つ最大レンジ側のレンジも使用することにより、広範囲にわたり、不連続的な点を含まない試験が可能となる。
本発明の実施例1の説明図である。 本発明の実施例1の動作説明図である。 従来例の説明図である。 出力レンジ回路の一例の説明図である。 従来例のレンジ切替過程の説明図である。
符号の説明
1 プロセッサ(CPU)
2 レンジ切替回路
3−1〜3−n DAコンバータ
4−1〜4−n 出力レンジ回路
5 被試験装置

Claims (2)

  1. それぞれの出力端子を被試験装置に対して並列的に接続し、それぞれ最大設定値が異なるレンジを有する複数の出力レンジ回路と、
    該複数の出力レンジ回路対応に設けたDAコンバータと、
    レンジ切替えの制御信号により前記複数の出力レンジ回路の中の単一又は複数を動作状態とするON制御信号を加えるレンジ切替回路と、
    該レンジ切替回路にレンジ切替えの制御信号を入力し、且つ前記DAコンバータにそれぞれのレンジ対応の設定値データを入力するプロセッサと
    を備えたことを特徴とするレンジ切替制御装置。
  2. 前記被試験装置の試験範囲を最小レンジと最大レンジと単一又は複数の中間レンジとに分けて、レンジ対応に設けた複数の前記出力レンジ回路と、前記試験範囲が最小レンジの時に前記最小レンジ対応の単一の前記出力レンジ回路を動作状態とし、前記試験範囲が中間レンジの時に該中間レンジを含む前記最小レンジ迄の複数の前記出力レンジ回路を動作状態とし、前記最大レンジの時に該最大レンジ対応の前記出力レンジ回路を含む全出力レンジ回路を動作状態に制御する前記レンジ切替回路を備えたことを特徴とする請求項1記載のレンジ切替制御装置。
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