JP5576250B2 - 電圧測定装置 - Google Patents
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Description
以下、第1実施例について図1及び図2を参照して説明する。図1は、測定対象における各部の電位を、共通の電圧測定回路によって測定する電圧測定装置の電気的構成を概略的に示すものである。測定対象1は、例えば複数の単位セルを直列に接続して構成される組電池などであるが、ここでは、それぞれ異なる電位を示す複数の電圧測定点2を有しているものとする。各電圧測定点2は、ノイズ除去用のローパスフィルタ3を構成する抵抗素子3Rを介して測定端子4に接続されている。また、抵抗素子3Rと測定端子4との共通接続点には、抵抗素子3Rと共にローパスフィルタ3を構成するコンデンサ3Cが接続されている。尚、図1ではコンデンサ3Cの一端の接続先は明示されていないが、これは、測定端子4の電位測定をどのような形態で行うかに応じて最適となる基準電位を選択して接続することになる。
また、従来とは異なり、スイッチ回路7をオンさせるために流す電流がPチャネルMOSFET8及び9を介して流れることが無く、抵抗素子3RやPチャネルMOSFET8及び9のオン抵抗による電圧降下が発生しないので、電圧測定をより正確に安定した状態で行うことができる。また、上記の電流を流すことで電圧測定点2の電力を消費することが無いので、電圧測定点2の電圧にばらつきが生じることも回避できる。
図3は第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例では、スイッチ回路7に替わるスイッチ回路25を、ソース及びゲートが共通に接続される2つのNチャネルMOSFET26,27で構成している。すなわち、NチャネルMOSFET26,27は、それぞれの寄生ダイオード26D,27Dがアノード共通で互いに逆方向となるように接続されている。そして、NチャネルMOSFET26,27のゲートはPチャネルMOSFET14bのドレインに、ソースはNチャネルMOSFET16cのドレインに接続されている。
図4は第3実施例であり、第1実施例と異なる部分について説明する。第3実施例におけるスイッチ回路28の構成は、第1実施例における2つのPチャネルMOSFET8,9の接続方向を逆にしており、ドレイン共通で、すなわち、寄生ダイオード8D,9Dがアノード共通で互いに逆方向となるように接続されている。そのため、2つの抵抗素子
29,30がそれぞれのソース−ゲート間に接続されており、それに伴い電源側定電流回路31,グランド側定電流回路32の構成も相違している。
図5及び図6は第4実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分のみ説明する。第4実施例のグランド側定電流回路33は、グランド側定電流回路13より、NチャネルMOSFET15b及び16bを削除したものである。そして、電源側定電流回路12に替えて電源側定電流回路34が配置されている。図6に示すように、電源側定電流回路34は、PチャネルMOSFET35a,35b,36,37と、NチャネルMOSFET38,39と、抵抗素子40とで制御回路17と同様の自己バイアス型定電流回路として構成されている。尚、NチャネルMOSFET39のソース並びに抵抗素子40の一端が接続されているグランドは、グランドGND(3)となっている。そして、PチャネルMOSFET37のドレインが、スイッチ回路7を構成するPチャネルMOSFET8及び9のソースに接続されている。
また、第4実施例では、第1実施例の構成に比較して、制御回路17の電源,グランドと、電源側定電流回路34の電源,グランドとを分離することができるので、それぞれの回路を構成する各素子に、耐圧が低いものを用いることができる。したがって、電圧測定装置全体を小型に構成することができる。
図7は第5実施例であり、第5実施例では、測定対象1において、電位が電源電圧以上で且つ電圧測定点2の中で最高である電圧測定点2の電位を測定するために構成されるスイッチ回路41(高電位用スイッチ回路)を示す。例えば図7に示す最高電圧測定点2の電位は、図中の「電源」に等しい電位であっても良い。スイッチ回路41は、PチャネルMOSFET42と抵抗素子(通電部)43とで構成され、PチャネルMOSFET42のソースは上記電圧測定点2に、ドレインは電圧測定回路5に接続されている。抵抗素子43の一端は最上段の電圧測定点2に接続され、他端はPチャネルMOSFET42のゲートと共に、第4実施例のグランド側定電流回路33を構成するNチャネルMOSFET16cのドレインに接続されている。
図8は第6実施例であり、第6実施例では、測定対象1において電位がグランド電圧以下で且つ電圧測定点2の中で最低である電位を示す電圧測定点2の電位を測定するために構成されるスイッチ回路44(低電位用スイッチ回路)を示す。スイッチ回路44は、NチャネルMOSFET45と抵抗素子(通電部)46とで構成され、NチャネルMOSFET45のソースは上記電圧測定点2に、ドレインは電圧測定回路5に接続されている。例えば図8に示す最低電圧測定点2の電位は、図中の「GND」に等しい電位であっても良い。
図9は第7実施例であり、電圧の測定対象を組電池47とした場合を示す。組電池47は、複数の単位セル48を直列に接続して構成されており、各単位セル48の正側端子並びに再下段に位置する単位セル2の負側端子が、第1実施例における電圧測定点2に対応する。この場合、ローパスフィルタ3を構成するコンデンサ3Cは、各単位セル2の正側端子と負側端子との間に接続されている。
図10は第8実施例であり、電圧の測定対象を複数のセンサ等にした場合を示す。例えば温度センサ49,50や電流センサ51におけるセンサ信号(電圧信号)の出力端子や、電源52,53などの電源端子が第1実施例における電圧測定点2に対応する。電源52,53は、電圧測定回路5や選択回路6に供給される電源と同じであっても良いし、それらとは異なる電源でも良い。
図11は第9実施例であり、電圧測定回路5を、各測定端子4に対して個別に設けた場合、すなわち、スイッチ回路7と電圧測定回路5とが1対1(何れもn個)となる場合である。
図12は第10実施例であり、電圧測定回路5により、測定対象1の隣り合う電圧測定点2の差電圧を測定する場合を示す。選択回路6は、2組(H,L)用意されており、各測定端子4には、選択回路6Hにおいて対応するスイッチ回路7Hの一端と、選択回路6Lにおいて対応するスイッチ回路7Lの一端とがそれぞれ共通に接続されており、選択回路6H側のスイッチ回路7Hの他端は、電圧測定回路5の入力端子IN_Hに共通に接続され、選択回路6L側のスイッチ回路7Lの他端は、電圧測定回路5の入力端子IN_Lに共通に接続されている。
以上のように構成される第10実施例によれば、選択回路6H,6Lそれぞれのスイッチ回路7H,7Lのオンオフを切り替えることで、測定対象1における任意の2つの電圧測定点2の間の差電圧を電圧測定回路5により測定することができる。
図13は第11実施例であり、例えば第1実施例の図2に示す制御回路17の構成を、異なる定電流回路とした場合である。定電流回路54では、NチャネルMOSFET19,21によりカレントミラー回路55を構成している(ゲートはNチャネルMOSFET21のドレイン側に接続)。グランドには、2つのPNPトランジスタ56,57(例えばエミッタ比が1:K)のコレクタ及びベースが接続されている。PNPトランジスタ56のエミッタは、NチャネルMOSFET21のソースに接続され、PNPトランジスタ57のエミッタは、抵抗素子20を介してNチャネルMOSFET19のソースに接続されている。また、PNPトランジスタ56,57のエミッタ,コレクタ間には、抵抗値が等しい(R2)抵抗素子58,59がそれぞれ接続されている。
(I0+I1)=Vth・ln(K)/R1
また、電流I0は絶対温度に比例し、電流I1は負の温度係数を持つ。したがって、電流I0,I1の比を抵抗値R1,R2により調整することで、温度に依存しない定電流Iref(≒I0+I1)を供給することができる。
ローパスフィルタ3は、必要に応じて配置すれば良い。
スイッチ回路を、ドレインを共通にして接続したNチャネルMOSFETで構成しても良い。
カレントミラー回路は、必ずしもカスコード型である必要はなく、その他の形式のカレントミラー回路でも良い。例えば要求される電流精度によっては、ミラー対を1組みだけ用いたものでも良い。
Claims (14)
- 複数の電圧測定点の電位を電圧測定回路で検出する電圧測定装置において、
各電圧測定点と前記電圧測定回路との間に接続され、通電部に対する通電電流の有無に応じてオンオフされるスイッチ回路と、
電源側に接続される電源側定電流回路と、
グランド側に接続され、前記電源側定電流回路により供給される定電流と同量の電流を引き込むグランド側定電流回路と、
前記電源側定電流回路及び前記グランド側定電流回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記スイッチ回路の通電部は、前記電源側定電流回路と前記グランド側定電流回路との間で定電流が流れる経路に接続されており、
前記制御回路を介して前記スイッチ回路のオンオフを制御することを特徴とする電圧測定装置。 - 前記スイッチ回路は、寄生ダイオードが互いに逆向きとなるように直列接続される2つの同チャネル型MOSFETの直列回路と、
前記通電部として、前記MOSFETのゲート,ソース間に接続される抵抗素子とで構成されることを特徴とする請求項1記載の電圧測定装置。 - 前記MOSFETは、PチャネルMOSFETであることを特徴とする請求項2記載の電圧測定装置。
- 前記MOSFETは、NチャネルMOSFETであることを特徴とする請求項2記載の電圧測定装置。
- 前記2つのMOSFETは、ソースが共通に接続されていることを特徴とする請求項2ないし4の何れかに記載の電圧測定装置。
- 前記2つのMOSFETは、ドレインが共通に接続されていることを特徴とする請求項2ないし4の何れかに記載の電圧測定装置。
- 前記電圧測定の対象を、複数の単位セルからなる組電池における前記単位セルの各端子電圧とすることを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載の電圧測定装置。
- 前記電圧測定回路を、前記複数の電圧測定点に対して1つだけ設けることを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載の電圧測定装置。
- 電位が電源電圧以上で且つ前記電圧測定点中で最高である電圧測定点と、前記電圧測定回路との間に接続される高電位用スイッチ回路を、
ソースが前記電圧測定点に接続されるPチャネルMOSFETと、
前記電圧測定点と前記PチャネルMOSFETのゲートとの間に接続される抵抗素子とで構成し、
グランド側に接続され、前記PチャネルMOSFETのゲートに定電流経路が接続されるグランド側定電流回路と、
このグランド側定電流回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路を介して前記高電位用スイッチ回路のオンオフを制御することを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の電圧測定装置。 - 電位がグランド電圧以下で且つ前記電圧測定点中で最低である電圧測定点と、前記電圧測定回路との間に接続される低電位用スイッチ回路を、
ソースが前記電圧測定点に接続されるNチャネルMOSFETと、
前記電圧測定点と前記NチャネルMOSFETのゲートとの間に接続される抵抗素子とで構成し、
電源側に接続され、前記NチャネルMOSFETのゲートに定電流経路が接続される電源側定電流回路と、
この電源側定電流回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路を介して前記低電位用スイッチ回路のオンオフを制御することを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の電圧測定装置。 - 前記電源側定電流回路及び前記グランド側定電流回路は、カレントミラー回路で構成され、
前記制御回路は、前記電源側定電流回路及び前記グランド側定電流回路を動作させるための定電流を供給する回路で構成されることを特徴とすることを特徴とする請求項1ないし10の何れかに記載の組電池の電圧測定装置。 - 前記グランド側定電流回路は、カレントミラー回路で構成され、
前記制御回路は、前記カレントミラー回路の制御電流経路に定電流を供給する回路で構成され、
前記電源側定電流回路は、前記制御回路と連動して、前記カレントミラー回路のミラー電流経路に、前記制御回路によって供給される定電流に等しい定電流を供給する回路で構成されることを特徴とする請求項1ないし11の何れかに記載の組電池の電圧測定装置。 - 複数の電圧測定点の電位を電圧測定回路で検出する電圧測定装置において、
電位が電源電圧以上で且つ前記電圧測定点中で最高である電圧測定点と、前記電圧測定回路との間に接続される高電位用スイッチ回路を、
ソースが前記電圧測定点に接続され、ドレインが前記電圧測定回路に接続されるPチャネルMOSFETと、
前記電圧測定点と前記PチャネルMOSFETのゲートとの間に接続される抵抗素子とで構成し、
グランド側に接続され、前記PチャネルMOSFETのゲートに定電流経路が接続されるグランド側定電流回路と、
このグランド側定電流回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路を介して前記高電位用スイッチ回路のオンオフを制御することを特徴とする電圧測定装置。 - 複数の電圧測定点の電位を電圧測定回路で検出する電圧測定装置において、
電位がグランド電圧以下で且つ前記電圧測定点中で最低である電圧測定点と、前記電圧測定回路との間に接続される低電位用スイッチ回路を、
ソースが前記電圧測定点に接続され、ドレインが前記電圧測定回路に接続されるNチャネルMOSFETと、
前記電圧測定点と前記NチャネルMOSFETのゲートとの間に接続される抵抗素子とで構成し、
電源側に接続され、前記NチャネルMOSFETのゲートに定電流経路が接続される電源側定電流回路と、
この電源側定電流回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路を介して前記低電位用スイッチ回路のオンオフを制御することを特徴とする電圧測定装置。
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