JP4937283B2 - インピーダンス測定器 - Google Patents
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Description
本発明は、電気的なインピーダンスの測定に関し、特にリアクタンス性の高い負荷（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｌｏａｄｓ）のインピーダンスの測定に関するものである。
高いリアクタンス性の負荷のインピーダンスの値は、周波数に関して急速に変化するので、このような高いリアクタンス性の負荷のインピーダンスを測定することは一般的に難しい。
例えば、太陽電池は非常に容量性があるように思われるので、試験器によって印加されたほぼどんな電圧も、電池の高いリアクタンス性の負荷内で振動しようとする。更に悪いことに、試験電圧中のノイズは、電池の低いインピーダンス中で相応する大きなノイズ電流を生ずることになる。バッテリーや「超」キャパシターもこれらの問題を有する。
例えば、試験器によって適用されるほとんどのような電流も類似した結果を生むいくつかの希土類永久磁石モータの如き高性能モータも非常に誘導性であるよう思われるので、このようなモータにも、同様の状況が生じる場合がある。
被測定物（ＤＵＴ）のインピーダンスを測定する本発明の測定器は、電圧又は電流のいずれかを供給する第１の供給源と、電圧又は電流のいずれかを供給する第２の供給源とを含み、第１の供給源はＤＵＴの両端電圧又はＤＵＴに流れる電流を検出して電圧又は電流をＤＵＴに供給する第１のフィードバック関係でＤＵＴに接続され、第２の供給源はＤＵＴの両端電圧又はＤＵＴに流れる電流を検出して電圧又は電流を、第１の供給源を介してＤＵＴに供給する第２のフィードバック関係でＤＵＴに接続される。ＤＵＴが大きなキャパシタンスを有する場合、第１の供給源は、ＤＵＴを流れる電流に応答する電流供給源として動作すると共に、第２の供給源がＤＵＴの両端電圧に応答する電圧供給源として動作する。ＤＵＴが大きなインダクタンスを有する場合、第１の供給源は、ＤＵＴの両端電圧に応答する電圧供給源として動作すると共に、第２の供給源がＤＵＴを流れる電流に応答する電流供給源として動作する。第２のフィードバックの帯域幅は、第１のフィードバックの帯域幅よりも狭い。ＤＵＴの両端の電圧及びＤＵＴを流れる電流によりＤＵＴのインピーダンスを測定する。
図１を参照して述べると、太陽電池５０のインピーダンスを測定する測定器１０は、抵抗器１４によって検知されるように電池５０を流れる電流に反応する第１のフィードバックループ１２を含んでいる。抵抗器１４を横切って生ずる電圧は、差動増幅器１６の両端に印加され、増幅器１８の入力にフィードバックされる。測定器１０は、また、電池５０を横切って生ずる電圧に反応する第２のフィードバックループ２０を含んでいる。電池５０を横切って生ずる電圧は、差動増幅器２２の両端に印加され、電圧供給源２４及びフィードバックループ１２を経てフィードバックされる。この例では、電圧供給源２４は、Ａ／Ｄ２６、所望の電圧セットポイントの入力に反応するデジタル制御器２８及びアナログ信号に変換するＤＡＣ３０によってデジタルで実現されるが、他のデジタル又はアナログの機器を代わりに使用することができる。電圧供給源２４の出力は、フィードバックループ１２の入力である。
測定器１０のこのような構成は、もしフィードバックループ１２が含まれていなければ、恐らく存在するであろう望ましくない振動やノイズ電流を生ずることなく、所望の電圧が太陽電池５０に印加されることになる。その結果、太陽電池５０を流れる電流とこの所望の電圧を用いて太陽電池５０のインピーダンスを測定する。
第２のフィードバックループ２０が第１のフィードバックループ１２より小さな周波数帯域幅を有することは有利なことである。このようにすると、第２のループ２０は、太陽電池５０の直流バイアスを有効に確立し、また、第１のフィードバックループ１２は、電圧が異なる値に変化しようとするときこの電圧を安定させる。
図２を参照すると、被測定物（ＤＵＴ）９０のインピーダンスを測定するもっと一般化された測定器６０が示され、この測定器６０は、第１のフィードバックループ６２と第２のフィードバックループ６４とを含んでいる。フィードバックループ６２は、選択可能な電圧／電流供給源６６を含んでいる。このような供給源は、電流又は電圧を供給し電圧／電流を測定する所謂ソース測定ユニット（ＳＭＵ）（複数）として一般に利用されているが、他の装置を使用してもよい。フィードバックループ６４は、フィードバックループ６２と選択可能な電圧／電流供給源７０とを含んでいる。これらの供給源６６、７０は、その結果生じる電圧／電流を測定する能力を含むこともできる。抵抗器７４は、ＤＵＴ９０を流れる電流を検知する。抵抗器７４を横切って生ずる電圧は、差動増幅器７６に印加される。ＤＵＴ９０を横切って生ずる電圧は、差動増幅器７８に印加される。電流／/電圧セットポイント８０は、測定器６０の動作ポイントを設定する。
測定器６０は、図１の測定器と同様のモードで動作することができる。このモードにおいて、セットポイント８０は、所望の電圧にセットされ、供給源７０は、電圧供給源に設定され、供給源６６は、電流供給源に設定され、スイッチ８２、８４は、閉じられ、スイッチ８６、８８は、開いている。その結果、ＤＵＴ９０の電流は、供給源６６によってモニターされ、ＤＵＴ９０を横切って生ずる電圧は、供給源７０によってモニターされる。このモードは、太陽電池の如き非常に大きなキャパシタンスを有するＤＵＴに特に有利である。
第２のフィードバックループ６４の帯域幅がフィードバックループ６２の帯域幅よりも小さいと、第２のフィードバックループ６４は、ＤＵＴ９０の直流バイアスを有効に確立し、第１のフィードバックループ６２は、電圧が異なる値に変化しようとするときに、電圧を安定に維持する。その結果、電圧セットポイント及びＤＵＴを流れる測定電流により、ＤＵＴインピーダンスの値を求める。
測定器６０は、類似のモードで動作することもできる。このモードにおいて、セットポイント８０は、所望の電流に設定され、供給源７０は、電流供給源に設定され、供給源６６は、電圧供給源に設定され、スイッチ８２、８４が開き、スイッチ８６、８８が閉じられる。その結果、ＤＵＴ９０の中の電流は、供給源７０によってモニターされ、また、ＤＵＴ９０を横切って生ずる電圧は、供給源６６によってモニターされる。このモードは、高性能モータの如き非常に大きなインダクタンスを有するＤＵＴに特に有利である。
第２のフィードバックループ６４の帯域幅がフィードバックループ６２の帯域幅よりも小さいと、第２のループ６４は、ＤＵＴ９０の直流バイアスを有効に確立し、第１のフィードバック６２は、電圧が異なる値に変化しようとするときに、電圧を安定に維持する。その結果、電流セットポイント及びＤＵＴの測定電圧により、ＤＵＴインピーダンスに対する値を求める。
上記の記載は、主に、本発明のアナログ的な実行に集中しているが、種々のデジタル技術又はディタルとアナログとの組み合わせでフィードバック及び測定を行うことができる。
この開示は、例示的であり、この開示に含まれる教示の公平な範囲から逸脱することなく、細部を付加したり、変形したり、取り除くことによって、種々の変更を行うことができる。従って、本発明は、以下の請求項が必然的に限定している範囲を除いて、この開示の特定の細部に限定されるものではない。
第１の電圧／電流供給源は、ＤＵＴと第１のフィードバック関係にして接続することができ、第２の電圧／電流供給源は、ＤＵＴと第１の電圧／電流供給源との両方とフィードバック関係にして接続することができるようにし、第１と第２の電圧／電流供給源がＤＵＴの電流に応答する電流供給源及びＤＵＴの電圧に応答する電圧供給源としてそれぞれ動作するか、ＤＵＴの電圧に応答する電圧供給源及びＤＵＴの電流に応答する電流供給源としてそれぞれ動作し、第２のフィードバック関係は、第１のフィードバック関係より狭い帯域幅を有し、ＤＵＴの電圧及び電流によりＤＵＴのインピーダンスを測定するので、高いリアクタンス性の負荷のインピーダンスを有効に測定することができ、高い産業上の利用性を有する。
１０ 測定器
１２ 第１のフィードバックループ
１４ 抵抗器
１６ 差動増幅器
１８ 増幅器
２０ 第２のフィードバックループ
２４ 電圧供給源
２６ Ａ／Ｄ
２８ デジタル制御器
３０ ＤＡＣ
５０ 太陽電池
６０ 測定器
６２ 第１のフィードバックループ
６４ 第２のフィードバックループ
６６、７０ 選択可能な電圧／電流供給源
７４ 抵抗器
７６ 差動増幅器
８０ 電流／電圧セットポイント
８２、８４、８６、８８ スイッチ
９０ ＤＵＴ
１２ 第１のフィードバックループ
１４ 抵抗器
１６ 差動増幅器
１８ 増幅器
２０ 第２のフィードバックループ
２４ 電圧供給源
２６ Ａ／Ｄ
２８ デジタル制御器
３０ ＤＡＣ
５０ 太陽電池
６０ 測定器
６２ 第１のフィードバックループ
６４ 第２のフィードバックループ
６６、７０ 選択可能な電圧／電流供給源
７４ 抵抗器
７６ 差動増幅器
８０ 電流／電圧セットポイント
８２、８４、８６、８８ スイッチ
９０ ＤＵＴ
Claims (1)
- 被測定物（ＤＵＴ）のインピーダンスを測定する測定器であって、
電圧又は電流のいずれかを供給する第１の供給源と、
電圧又は電流のいずれかを供給する第２の供給源とを含み、
前記第１の供給源は、前記ＤＵＴの両端電圧又は前記ＤＵＴに流れる電流を検出して電圧又は電流を前記ＤＵＴに供給する第１のフィードバック関係で前記ＤＵＴに接続され、
第２の供給源は、前記ＤＵＴの両端電圧又は前記ＤＵＴに流れる電流を検出して電圧又は電流を、前記第１の供給源を介して前記ＤＵＴに供給する第２のフィードバック関係で前記ＤＵＴに接続され、
前記ＤＵＴが大きなキャパシタンスを有する場合、前記第１の供給源は、前記ＤＵＴを流れる電流に応答する電流供給源として動作すると共に、前記第２の供給源は、前記ＤＵＴの両端電圧に応答する電圧供給源として動作し、
前記ＤＵＴが大きなインダクタンスを有する場合、前記第１の供給源は、前記ＤＵＴの両端電圧に応答する電圧供給源として動作すると共に、前記第２の供給源は、前記ＤＵＴを流れる電流に応答する電流供給源として動作し、
前記第２のフィードバックの帯域幅は、前記第１のフィードバックの帯域幅よりも狭く、
前記ＤＵＴの両端の電圧及び前記ＤＵＴを流れる電流により前記ＤＵＴのインピーダンスを測定するインピーダンス測定器。
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- 2008-02-01 US US12/024,721 patent/US8896331B2/en active Active
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