JP6840176B2 - モニタ装置、及び電圧値検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、増幅回路を構成する半導体素子を対象とするモニタ装置、及び電圧値検出回路に関する。

従来、増幅回路のモニタリングが行われている。モニタリング方法としては、増幅回路から主線路に供給される電力を副線路に分配して、副線路の電力をモニタリングするものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１７５９７１号公報

モニタリングのうえでの検出対象は、モニタリングすべき監視対象に応じて選択される。増幅回路における検出対象は、監視対象そのものか、或いは監視対象の値の算出に用いるものである。具体的には、例えば電力が監視対象であれば、検出対象は電圧、及び電流のうちの少なくとも一方である。このため、監視対象の数が大きくなるほど、検出対象の数も増える。検出対象の数が増えるほど、増幅回路の規模が大きくなり、必要なモニタ装置の数も増えることになって、規模を含むコストが増大する。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、増幅回路のモニタリングに要するコストを抑制可能なモニタ装置、及び電圧値検出回路を提供することを目的とする。

本発明に係るモニタ装置は、増幅回路を構成する半導体素子の動作制御用の制御端子に印加される電圧の電圧値を表す電圧値情報を用いて、制御端子に供給される電流の電流値を算出する電流値算出部と、電流値算出部が算出した電流値を基に、半導体素子の動作状態を特定する状態特定部と、を備えている。

本発明に係る電圧値検出回路は、増幅回路を構成する半導体素子の動作制御用の制御端子が２つの抵抗の間に接続されると共に、２つの抵抗が直列に電源とグラウンドとの間に接続される分圧回路と、２つの抵抗のうちの一方の抵抗の両端間の電位差を増幅する増幅回路と、を備えている。

本発明によれば、増幅回路のモニタリングに要するコストを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るモニタ装置、及びそのモニタ装置によるモニタリングに用いられる電圧値検出回路の構成例を示す図である。 状態特性情報の内容例を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るモニタ装置が用いられる増幅回路の変形例を示す図である。

以下、本発明に係るモニタ装置の実施の形態を、図を参照して説明する。各図では、同一または対応する要素には、同一符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るモニタ装置、及びそのモニタ装置によるモニタリングに用いられる電圧値検出回路の構成例を示す図である。

モニタ装置６は、半導体素子１の動作状態のモニタリング用である。半導体素子１は、増幅回路を構成する、信号の増幅を行うための構成要素である。本実施の形態１では、半導体素子１は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。半導体素子１の動作制御用の制御端子であるゲートは、入力端２に接続されている。入力端２からは、動作制御用の信号がゲートに供給される。

半導体素子１のソースはグラウンドに接続され、ドレインは増幅回路の出力端３に接続されている。ドレインには、抵抗２７を介して、＋電源１２が接続されている。この＋電源１２は、例えば正の定電圧が印加される配線である。なお、半導体素子１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラ・トランジスタ等の増幅機能を有する他の種類の素子であっても良い。また、図３に示すように、ドレインを＋電源１２と直接、接続させても良い。

電圧値検出回路は、図１に示すように、抵抗２１〜２６、及び演算増幅器４を備えている。−電源１１とグラウンドとの間に直列に接続された２つの抵抗２１、２２は、分圧回路を構成する。抵抗２１と抵抗２２との間は、入力端２および半導体素子１のゲートに接続されている。それにより、半導体素子１のゲートに入力される信号は、−電源１１の電圧、及び抵抗２１と抵抗２２の各抵抗値によって決まる電圧値を基準にして変化する。−電源１１は、例えば負の定電圧が印加された配線であり、本実施の形態１における電源に相当する。

抵抗２１の−電源１１側は、抵抗２３を介して演算増幅器４の反転入力端子と接続されている。演算増幅器４の非反転入力端子は、抵抗２４を介して、抵抗２１の抵抗２２側と接続されている。非反転入力端子は、抵抗２６を介してグラウンドと接続されている。

演算増幅器４の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗２５が接続されている。それにより、電圧値検出回路では、抵抗２３〜２６、及び演算増幅器４は、抵抗２１の両端間の電位差を入力として増幅を行う増幅回路を構成している。演算増幅器４の出力端子から出力されるアナログ信号は、電圧値検出回路による検出結果であり、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）５に出力される。

上記のように、半導体素子１のゲートは、−電源１１とグラウンドとの間に配置された分圧回路を構成する２つの抵抗２１、２２の間に接続させている。これは、半導体素子１の動作に必要な電圧をゲートに常に印加させるためである。この分圧回路をゲートに接続させたため、抵抗２１の両端間の電位差は、半導体素子１のゲートに印加される電圧の電圧値を表すと共に、そのゲートに供給される電流の電流値を間接的に表す情報となっている。その電流値は、抵抗２１の両端間の電位差を抵抗２１の抵抗値で割ることにより算出することができる。

本実施の形態１において、抵抗２１は、２つの抵抗のうちの一方の抵抗に相当する。その一方は、抵抗２２であっても良い。

ＡＤＣ５は、演算増幅器４の出力端子から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、ＡＤＣ５からモニタ装置６に出力される。このデジタル信号は、本実施の形態１における電圧値情報に相当する。

モニタ装置６は、図１に示すように、電流値算出部６１、及び状態特定部６２を備えている。

電流値算出部６１は、半導体素子１のゲートに供給される電流であるゲート電流の電流値を算出する。ＡＤＣ５から入力するデジタル信号は、抵抗２１の両端間の電位差に、電圧値検出回路の増幅回路の増幅率を掛けて得られる電圧値を表している。このことから、電流値算出部６１は、例えばデジタル信号が表す電圧値、増幅率、及び抵抗２１の抵抗値を用いて、電流値＝電圧値／（増幅率・抵抗２１の抵抗値）により、ゲートの電流値を算出する。ここでの増幅率は、増幅率＝出力／入力、により算出される値である。

状態特定部６２は、電流値算出部６１が算出した電流値を用いて、半導体素子１の動作状態を特定する。そのために、状態特定部６２は、半導体素子１の状態特性情報を参照する。この状態特性情報は、半導体素子１の他に、半導体素子１を含む増幅回路、分圧回路、−電源１１等を考慮して用意される情報である。

上記電流値算出部６１、及び状態特定部６２を備えたモニタ装置６は、例えば１台の情報処理装置であり、マイクロコンピュータ、或いはＣＰＵ（Central Processing Unit）
等の処理装置を搭載している。状態特性情報、及び電流値の算出式を示す式情報は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリに格納され、処理装置に参照される。その不揮発性メモリには、処理装置が実行するプログラムを格納することができる。不揮発性メモリにプログラムを格納した場合、モニタ装置６のハードウェア構成例としては、処理装置、不揮発性メモリ、ワーク用メモリ、及び周辺インターフェイスを備えたものとなる。そのようなハードウェア構成例では、ワーク用メモリを用いて、処理装置が不揮発性メモリに格納されたプログラムを実行し、不揮発性メモリに格納された各種情報を参照することにより、電流値算出部６１、及び状態特定部６２が実現されることとなる。

状態特性情報は、例えば複数の関数、テーブル形式の複数のデータ、複数のルックアップテーブル、等である。状態特性情報の形式、構成等は、特に限定されない。式情報は、算出式を全て表す情報か、或いは算出式に用いられる固定値、つまり増幅率、及び抵抗２１の抵抗値を表す情報である。式情報の形式、構成等も特に限定されない。

図２は、状態特性情報の内容例を説明する図である。ここで図２を参照し、状態特性情報の例について具体的に説明する。図２において、２０１は、ゲート電流−入力電力特性、２０２は、出力電力−入力電力特性、２０３は、位相シフト−入力電力特性をそれぞれ表している。入力電力は、半導体素子１のゲートに供給される電力のことである。

ゲート電流値、出力電力量、つまり出力端３から供給される電力量、及び位相シフト量は、図２に示すように、入力電力に応じて変化する。ゲート電流値を算出することにより、入力電力量が特定でき、更には出力電力量、及び位相シフト量も特定することができる。このことから、状態特定部６２は、電流値算出部６１が算出したゲート電流値、及び状態特性情報を用いて、半導体素子１の動作状態、より具体的には、入力電力量、出力電力量、及び位相シフト量を特定することができる。図２は、横点線で表すゲート電流値の算出により、縦点線で表す入力電流量が特定された結果、２つの横点線で表す出力電力量、及び位相シフト量が更に特定されたことを示している。

このように、本実施の形態では、ゲート電圧を表す電圧値を検出し、検出した電圧値を用いて、ゲート電流値を算出し、算出したゲート電流値を用いて、更に他の動作状態を特定するようになっている。言い換えれば、１つの検出結果を用いて、多段的に、複数の動作状態を特定するようになっている。このため、増幅回路のモニタリングのために必要とするセンサ類の数は抑えられ、必要とするモニタ装置の数も抑えられる。このようなことから、モニタリングする監視対象の数、及び種類が同じであった場合、従来と比較し、ハードウェア全体の規模はより抑えることができ、モニタ装置を含むモニタリングに要するコストもより抑えることができる。

また、本実施の形態１では、ゲート側の電圧値を検出するようにしている。これは、検出する電圧値が比較的に小さいことも理由である。

大きな電圧が印加される配線では、その配線とは別の配線に、元の電圧を減圧させた電圧を分配する必要がある場合も存在する。その分配を行う場合、回路規模は大きくなり、全体のコストは上昇する。しかし、ゲート側の電圧値を検出する場合、その分配を行う必要性をより回避させることができる。このことから、ゲート側の電圧値を検出することは、規模の面、及びコストの面での利点がある。

なお、状態特定部６２が特定した動作状態は、モニタ装置６に表示機能を搭載させて、モニタ装置６に表示させるようにしても良い。動作状態を示す情報をモニタ装置６に出力させて、別の装置に表示させるようにしても良い。つまり、特定した動作状態を表示させる装置は、特に限定されない。動作状態を表示させることにより、増幅回路の動作状態の確認を望む人に、その動作状態を確認させることができる。

１ 半導体素子、４ 演算増幅器、５ ＡＤＣ、６ モニタ装置、１１ −電源（電源）、１２ ＋電源、２１、２２ 抵抗（分圧回路を構成する２つの抵抗）、２３〜２６ 抵抗、６１ 電流値算出部、６２ 状態特定部。

Claims (2)

1. 増幅回路を構成する半導体素子の動作制御用の制御端子に印加される電圧の電圧値を表す電圧値情報を用いて、前記制御端子に供給される電流の電流値を算出する電流値算出部と、
   前記電流値と前記半導体素子によって供給される電力量との関係、及び前記電流値と前記半導体素子の位相シフト量との関係のうちの少なくとも一つを含む関係を規定した情報である前記半導体素子の状態特性情報に、前記電流値算出部が算出した前記電流値を適用することにより、前記半導体素子の動作状態を特定する状態特定部と、
   を備えるモニタ装置。
2. 前記制御端子が２つの抵抗の間に接続されると共に、前記２つの抵抗が直列に電源とグラウンドとの間に接続される分圧回路と、
   前記２つの抵抗のうちの一方の抵抗の両端間の電位差を増幅する増幅回路と、
   を備えた
   請求項１に記載のモニタ装置に用いられる電圧値検出回路。

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