JP7065694B2 - 電流検出回路、電流計、及び、電流検出回路の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出回路、電流計、及び、電流検出回路の制御方法に関する発明である。

従来、被測定回路の電流を計測する電流計に用いられる電流検出回路がある（例えば、特許文献１参照）。

この電流検出回の基本回路としては、例えば、オペアンプを使ったＩＶ変換の電流検出回路の基本回路（図６）がある。

この基本回路は、信号入力端子Ｉｉｎから入力された電流を、負帰還抵抗Ｒｆを介してＶｏｕｔ＝Ｉｉｎ×Ｒｆに変換する。

ところが、実際に測定装置などに応用された場合、測定範囲を広げ分解能を上げるために、いくつかの帰還抵抗をアナログスイッチ等で切り替える電流検出回路（図７）が考えられる。

この図７に示す電流検出回路は、当然そのオン抵抗Ｒｏｎが帰還抵抗に付加され誤差の要因となる（図８）。

このように、従来の電流検出回路では、スイッチ素子のオン抵抗Ｒｏｎが、誤差要因となる問題がある。

特開２００４－２８６６５７

そこで、本発明は、オペアンプの帰還抵抗を切り換えるスイッチ素子のオン抵抗による誤差を補正して、高精度に被測定回路の電流を検出することが可能な電流検出回路を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った電流検出回路は、
信号入力端子及び信号出力端子と、
第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、
一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、
一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、
一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、
第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備える
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記検出用オペアンプの前記第１入力は、反転入力端子であり、
前記検出用オペアンプの前記第２入力は、非反転入力端子であり、
前記補償用オペアンプの前記第１入力は、反転入力端子であり、
前記補償用オペアンプの前記第２入力は、非反転入力端子である
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第１の検出用スイッチ素子、前記第１の補償用スイッチ素子、及び、第１の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられる
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記検出用オペアンプの前記非反転入力端子は、接地に接続されていることを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第１の補償用帰還抵抗の抵抗値と前記第１の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、等しくなるように設定されている
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第１の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値、前記第１の補償用スイッチ素子のオン抵抗の値、及び、第１の帰還用スイッチ素子のオン抵抗の値は、等しくなるように設定されている
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記信号入力端子には、被測定回路に流れる電流が印加されるようになっている
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記信号出力端子の検出電圧に基づいて、前記被測定回路に流れる電流値が検出される
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の検出用スイッチ素子と、
一端が前記第２の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第２の検出用帰還抵抗と、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の補償用スイッチ素子と、
一端が前記第２の補償用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の補償用帰還抵抗と、
一端が前記第２の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの第１入力に接続された第２の帰還用スイッチ素子と、をさらに備える
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第２の検出用スイッチ素子、前記第２の補償用スイッチ素子、及び、第２の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられ、且つ、前記第１の検出用スイッチ素子と前記第２の検出用スイッチ素子とは、何れか一方がオンするように制御される
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第２の補償用帰還抵抗の抵抗値と前記第２の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、等しくなるように設定され、且つ、前記第１の検出用帰還抵抗の抵抗値と前記第２の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、検出範囲に応じて設定されている
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
前記第２の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値、前記第２の補償用スイッチ素子のオン抵抗の値、及び、第２の帰還用スイッチ素子のオン抵抗の値は、等しくなるように設定され、且つ、前記第２の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値と前記第１の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値とは、等しくなるように設定されている
ことを特徴とする。

前記電流検出回路において、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の検出用スイッチ素子と、
一端が前記第３の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第３の検出用帰還抵抗と、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の補償用スイッチ素子と、
一端が前記第３の補償用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の補償用帰還抵抗と、
一端が前記第３の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの第１入力に接続された第３の帰還用スイッチ素子と、をさらに備える
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った電流計は、
被測定回路に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、
前記検出電圧を変換した検出信号を出力するコンバータと、
表示制御信号に基づいて所定の情報を表示する表示部と、
検出制御信号により前記電流検出回路の動作を制御するとともに、前記表示制御信号Ｙにより前記検出信号に応じた検出結果を前記表示部に表示させる制御部と、を備え、
前記電流検出回路は、
前記被測定回路に流れる電流が入力される信号入力端子と、
前記検出電圧を出力する信号出力端子と、
第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、
一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、
一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、
一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、
一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、
第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備える
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従った電流検出回路の制御方法は、
信号入力端子及び信号出力端子と、第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備えた電流検出回路の制御方法であって、
前記第１の検出用スイッチ素子、前記第１の補償用スイッチ素子、及び、第１の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられる
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る電流検出回路は、信号入力端子Ｉｉｎ及び信号出力端子Ｖｏｕｔと、第１入力（－）が信号入力端子に接続され、第２入力（＋）が固定電位（接地電位）に接続され、出力が信号出力端子に接続された検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１と、一端が検出用オペアンプの第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａと、一端が第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が検出用オペアンプの出力に接続された第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａと、一端が検出用オペアンプの第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂと、一端が第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂと、一端が第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃと、第１入力（－）が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続され、第２入力（＋）が第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続された補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２と、を備える。

そして、例えば、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられる。

すなわち、本発明の電流検出回路によれば、オペアンプの帰還抵抗を切り換えるスイッチ素子のオン抵抗による誤差を補正して、高精度に被測定回路の電流を検出することができる。特に、スイッチ素子のオン抵抗は同一パッケージ内であれば、その値及び温度特性、経年変化等ほぼ同一特性となるため、誤差の影響を大幅に低減できる。

図１は、実施例１に係る電流計１０００の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、図１に示す電流検出回路１００の実施例１の回路構成の一例を示す回路図である。 図３Ａは、図２に示す電流検出回路１００の等価回路の一例を示す図である。 また、図３Ｂは、図２に示す電流検出回路１００の等価回路の他の例を示す図である。 図４は、図１に示す電流検出回路１００の実施例２の回路構成の一例を示す回路図である。 図５は、実施例３に係るソース＆メジャーメントユニット２０００の構成の一例を示すブロック図である。 図６は、従来の電流検出回路の回路構成の一例を示す回路図である。 図７は、従来の電流検出回路の回路構成の他の例を示す回路図である。 図８は、図７に示す電流検出回路の等価回路を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係る電流計１０００の構成の一例を示すブロック図である。また、図２は、図１に示す電流検出回路１００の実施例１の回路構成の一例を示す回路図である。また、図３Ａは、図２に示す電流検出回路１００の等価回路の一例を示す図である。また、図３Ｂは、図２に示す電流検出回路１００の等価回路の他の例を示す図である。

実施例１に係る電流計１０００は、例えば、図１に示すように、電流検出回路１００と、コンバータＡＤＣと、表示部ＤＳＰと、制御部ＣＮＴと、を備える。
そして、電流検出回路１００は、被測定回路Ｘに流れる電流を検出し、検出した電流に応じた検出電圧Ｖｏを出力するようになっている。

また、コンバータＡＤＣは、検出電圧Ｖｏを変換した検出信号Ｑを出力するようになっている。

また、表示部ＤＳＰは、制御部ＣＮＴが出力する表示制御信号Ｙに基づいて所定の情報を表示するようになっている。

また、制御部ＣＮＴは、検出制御信号ＳＣにより電流検出回路１００の動作を制御するとともに、表示制御信号Ｙにより検出信号Ｑに応じた検出結果を表示部ＤＳＰに表示させるようになっている。

ここで、実施例１に係る電流検出回路１００は、例えば、図２に示すように、信号入力端子Ｉｉｎと、信号出力端子Ｖｏｕｔと、検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１と、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａと、第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａと、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂと、第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂと、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃと、補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２と、を備える。

そして、信号入力端子Ｉｉｎは、電流が計測される被測定回路Ｘに流れる電流が印加されるようになっている。

また、信号出力端子Ｖｏｕｔは、検出電圧Ｖｏを出力するようになっている。この電流計１００において、信号出力端子Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｏに基づいて、被測定回路Ｘに流れる電流の電流値が検出されるようになっている。

また、検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１は、第１入力（－）が信号入力端子Ｉｉｎに接続され、第２入力（＋）が固定電位（接地電位）に接続され、出力が信号出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。

なお、図２に示すように、この検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力は、反転入力端子であり、検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第２入力は、非反転入力端子である。そして、図２の例では、検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の非反転入力端子は、接地に接続されている。

また、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力（－）に接続されている。

また、第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａは、一端が第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａの他端に接続され、他端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の出力に接続されている。

また、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力に接続されている。

また、第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂは、一端が第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂの他端に接続されている。

なお、この第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの抵抗値と第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａの抵抗値とは、等しくなるように設定されている。

また、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、一端が第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａの他端に接続されている。

また、補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２は、第１入力（－）が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続され、第２入力（＋）が第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃの他端に接続され、出力が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続されている。

なお、図２に示すように、この補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第１入力は、反転入力端子であり、補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第２入力は、非反転入力端子である。

なお、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、オン／オフが制御されるようになっている。

特に、制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられるようになっている。

なお、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａのオン抵抗の値、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂのオン抵抗の値、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃのオン抵抗の値は、等しくなるように設定されている。

次に、以上のような構成を有する電流検出回路１００のスイッチ素子のオン抵抗Ｒｏｎによる誤差の打ち消す原理について、図面を参照しつつ説明する。なお、図３Ａに示す等価回路は、各スイッチ素子のオン抵抗Ｒｏｎ（Ｒｏｎ１ａ、Ｒｏｎ１ｂ、Ｒｏｎ１ｃ）を考慮した補正のみを考慮したものであり、また、図３Ｂに示す等価回路は、信号入力端子Ｉｉｎも追加し実回路としたものである。

基本式は、従来の電流検出回路を示す図６より、以下の式（１）のように表される。

Ｖｏ＝Ｒｆ×ＩＳ ・・・（１）

しかし、図８に示す等価回路より、誤差を含んだ変換式は以下の式（２）のように表される。

Ｖｏ’ ＝ （Ｒｆ＋Ｒｏｎ）×ＩＳ＝Ｒｆ×ＩＳ＋Ｒｏｎ×ＩＳ ・・・（２）

上記式（２）においてＶＥ（＝ＶＥ'）＝Ｒｏｎ × ＩＳ とすれば、上記式（２）は以下の式（３）のように表される。

Ｖｏ'＝Ｖｏ＋ＶＥ ・・・（３）

ここで、図３Ａに示す等価回路において、検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の反転入力から電圧ＶＥ' を入力すれば、以下の式（４）となる。

Ｖｏ' ' ＝－ＶＥ'＝－ＶＥ ・・・（４）

そして、図３Ｂに示す検出電圧はＶｏ''' は、図８に示す電圧Ｖｏ'と図３Ａに示す電圧Ｖｏ''の加算となるので、以下の式（５）のように表され、オン抵抗Ｒｏｎによる影響を打ち消した式となる。

Ｖｏ' ' ' ＝Ｖｏ'＋Ｖｏ''＝Ｖｏ＋ＶＥ-ＶＥ＝Ｖｏ ・・・（５）

そして、図３Ｂにおいて、オン抵抗ＲｏｎによるＲｏｎ×ＩＳの誤差分を補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２とＲｆ＋Ｒｏｎの反転入力を追加することで式（５）のごとく出力換算式にＶＥ（＝Ｒｏｎ×ＩＳ）分の誤差を削除した回路を実現できる。

このオン抵抗Ｒｏｎによる誤差を補償するために、誤差要因のＶＥ（検出誤差）を補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２によってバッファー受けした後、メイン回路の検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１へ反転入力し元の検出回路から減算することで誤差要因ＶＥを打ち消すことで、高精度の検出回路を実現する。

そして、既述のように、例えば、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられる。

すなわち、本実施例の電流検出回路によれば、オペアンプの帰還抵抗を切り換えるスイッチ素子のオン抵抗による誤差を補正して、高精度に被測定回路の電流を検出することができる。特に、スイッチ素子のオン抵抗は同一パッケージ内であれば、その値及び温度特性、経年変化等ほぼ同一特性となるため、誤差の影響を大幅に低減することができる。

既述の実施例１では、電流計１０００に適用される電流検出回路１００の一例について説明した。

本実施例２では、電流計１０００に適用される電流検出回路１００の他の例について説明する。図４は、図１に示す電流検出回路１００の実施例２の回路構成の一例を示す回路図である。

ここで、実施例２に係る電流検出回路１００は、例えば、図４に示すように、実施例１と比較して、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａと、第２の検出用帰還抵抗Ｒｆ２ａと、第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂと、第２の補償用帰還抵抗Ｒｆ２ｂと、をさらに備える。

そして、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力（反転入力端子）に接続されている。

また、第２の検出用帰還抵抗Ｒｆ２ａは、一端が第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａの他端に接続され、他端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の出力に接続されている。

また、第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力に接続されている。

また、第２の補償用帰還抵抗Ｒｆ２ｂは、一端が第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂの他端に接続され、他端が補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第１入力に接続されている。

また、第２の帰還用スイッチ素子ＳＷ２ｃは、一端が第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａの他端に接続され、他端が補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第２入力（非反転入力端子）に接続されている。

なお、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａ、第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂ、及び、第２の帰還用スイッチ素子ＳＷ２ｃは、制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、オン／オフが制御されるようになっている。

特に、制御部ＣＮＴが出力する制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａ、第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂ、及び、第２の帰還用スイッチ素子ＳＷ２ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられ、且つ、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａと第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａとは、何れか一方がオンするように（同時にオンしないように）制御される。

また、第２の補償用帰還抵抗Ｒｆ２ｂの抵抗値と第２の検出用帰還抵抗Ｒｆ２ａの抵抗値とは、等しくなるように設定され、且つ、第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａの抵抗値と第２の検出用帰還抵抗Ｒｆ２ａの抵抗値とは、検出範囲に応じて設定されている。

特に、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａのオン抵抗の値、第２の補償用スイッチ素子ＳＷ２ｂのオン抵抗の値、及び、第２の帰還用スイッチ素子ＳＷ２ｃのオン抵抗の値は、等しくなるように設定され、且つ、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａのオン抵抗の値と第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａのオン抵抗の値とは、等しくなるように設定されている。

さらに、実施例２に係る電流検出回路１００は、例えば、図４に示すように、実施例１と比較して、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａと、第３の検出用帰還抵抗Ｒｆ３ａと、第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂと、第３の補償用帰還抵抗Ｒｆ３ｂと、第３の帰還用スイッチ素子ＳＷ３ｃと、をさらに備える。

そして、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入力に接続されている。

また、第３の検出用帰還抵抗Ｒｆ３ａは、一端が第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａの他端に接続され、他端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の出力に接続されている。

また、第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂは、一端が検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１の第１入に接続されている。

また、第３の補償用帰還抵抗Ｒｆ３ｂは、一端が第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂの他端に接続され、他端が補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第１入力に接続されている。

また、第３の帰還用スイッチ素子ＳＷ３ｃは、一端が第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａの他端に接続され、他端が補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２の第１入力に接続されている。

なお、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａ、第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂ、及び、第３の帰還用スイッチ素子ＳＷ３ｃは、制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、オン／オフが制御されるようになっている。

特に、制御部ＣＮＴが出力する制御部ＣＮＴが出力する検出制御信号ＳＣにより、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａ、第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂ、及び、第３の帰還用スイッチ素子ＳＷ３ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられ、且つ、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ２ａ、及び第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａは、何れか一方がオンするように（同時にオンしないように）制御される。

なお、第３の補償用帰還抵抗Ｒｆ３ｂの抵抗値と第３の検出用帰還抵抗Ｒｆ３ａの抵抗値とは、等しくなるように設定され、且つ、第１、第２の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａ、Ｒｆ２ａの抵抗値と第３の検出用帰還抵抗Ｒｆ３ａの抵抗値とは、検出範囲に応じて設定されている。

特に、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａのオン抵抗の値、第３の補償用スイッチ素子ＳＷ３ｂのオン抵抗の値、及び、第３の帰還用スイッチ素子ＳＷ３ｃのオン抵抗の値は、等しくなるように設定され、且つ、第３の検出用スイッチ素子ＳＷ３ａのオン抵抗の値と第１、第２の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａのオン抵抗の値とは、等しくなるように設定されている。

そして、既述のように、例えば、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられる。

すなわち、本実施例の電流検出回路によれば、オペアンプの帰還抵抗を切り換えるスイッチ素子のオン抵抗による誤差を補正して、高精度に被測定回路の電流を検出することができる。特に、スイッチ素子のオン抵抗は同一パッケージ内であれば、その値及び温度特性、経年変化等ほぼ同一特性となるため、誤差の影響を大幅に低減することができる。

本実施例３では、既述の電流検出回路１００が適用されるソース＆メジャーメントユニット２０００の構成の一例について説明する。

図５は、実施例３に係るソース＆メジャーメントユニット２０００の構成の一例を示すブロック図である。

図５に示すように、ソース＆メジャーメントユニット（SMU）２０００は、メインコントロールユニットＭＣＵと、表示部ＤＳＰと、ＡＤ部１０と、ＤＡ部１１と、電源ユニット１２と、定電圧発生部１３と、操作部１４と、電流検出回路１００と、を備える。

このソース＆メジャーメントユニット（SMU）２０００は、被測定素子Ｘ’であるダイオードを逆方向で接続して、逆方向の漏れ電流特性などを測定できる。

そして、電源ユニット１２は、メインコントロールユニットＭＣＵ、表示部ＤＳＰ、電源ユニット１２、定電圧発生部１３、操作部１４、及び、電流検出回路１００に、所定の電力を供給する。

なお、定電圧発生部１３と電流検出回路１００には電源ユニット１２から電源が供給されているので接地は共通である。

また、操作部１４は、ユーザの操作入力を受け付け、当該操作入力に応じた所定の信号を、メインコントロールユニットＭＣＵに出力する。

そして、メインコントロールユニットＭＣＵは、操作部１４から出力された所定の信号に応じて、表示部ＤＳＰ、定電圧発生部１３、及び、電流検出回路１００を制御する。

ここで、被測定素子Ｘ’の種類（PN接合ダイオード、ショットキーバリアダイオード等）によって洩電流の検査規格が違うので複数の電流測定レンジが必要になる。

そこで、メインコントロールユニットＭＣＵは、被測定素子Ｘ’に印加するための電圧に準じたデータをＤＡ部１１に設定し、定電圧発生部１３の出力端子から印加電圧を出力し、電流検出回路１００の入力で漏れ電流を検出し電圧に変換後、ＡＤ部１０でデータに変換する。

そして、メインコントロールユニットＭＣＵが、変換されたデータを読み取ることで、印加電圧－漏れ電流特性を測定することができる。

なお、この実施例３に係る電流検出回路の構成は、例えば、実施例１又は実施例２に示す構成と同様である。また、被測定素子Ｘ’を被測定回路Ｘとしてもよい。

以上のように、本発明の一態様に係る電流検出回路は、信号入力端子Ｉｉｎ及び信号出力端子Ｖｏｕｔと、第１入力（－）が信号入力端子に接続され、第２入力（＋）が固定電位（接地電位）に接続され、出力が信号出力端子に接続された検出用オペアンプＯＰＡｍｐ１と、一端が検出用オペアンプの第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａと、一端が第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が検出用オペアンプの出力に接続された第１の検出用帰還抵抗Ｒｆ１ａと、一端が検出用オペアンプの第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂと、一端が第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂと、一端が第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃと、第１入力（－）が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続され、第２入力（＋）が第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が第１の補償用帰還抵抗Ｒｆ１ｂの他端に接続された補償用オペアンプＯＰＡｍｐ２と、を備える。

そして、例えば、第１の検出用スイッチ素子ＳＷ１ａ、第１の補償用スイッチ素子ＳＷ１ｂ、及び、第１の帰還用スイッチ素子ＳＷ１ｃは、同期してオン又はオフに切り換えられる。

すなわち、本発明の電流検出回路によれば、オペアンプの帰還抵抗を切り換えるスイッチ素子のオン抵抗による誤差を補正して、高精度に被測定回路の電流を検出することができる。特に、スイッチ素子のオン抵抗は同一パッケージ内であれば、その値及び温度特性、経年変化等ほぼ同一特性となるため、誤差の影響を大幅に低減できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０００ 電流計
１００ 電流検出回路
ＡＤＣ コンバータ
ＤＳＰ 表示部
ＣＮＴ 制御部
Ｘ 被測定回路
Ｖｏ 検出電圧
ＳＣ 検出制御信号
Ｙ 表示制御信号
Ｑ 検出信号
Ｉｉｎ 信号入力端子
Ｖｏｕｔ 信号出力端子
ＯＰＡｍｐ１ 検出用オペアンプ
ＳＷ１ａ 第１の検出用スイッチ素子
Ｒｆ１ａ 第１の検出用帰還抵抗
ＳＷ１ｂ 第１の補償用スイッチ素子
Ｒｆ１ｂ 第１の補償用帰還抵抗
ＳＷ１ｃ 第１の帰還用スイッチ素子
ＯＰＡｍｐ２ 補償用オペアンプ
ＳＷ２ａ 第２の検出用スイッチ素子
Ｒｆ２ａ 第２の検出用帰還抵抗
ＳＷ２ｂ 第２の補償用スイッチ素子
Ｒｆ２ｂ 第２の補償用帰還抵抗
ＳＷ３ａ 第３の検出用スイッチ素子
Ｒｆ３ａ 第３の検出用帰還抵抗
ＳＷ３ｂ 第３の補償用スイッチ素子
Ｒｆ３ｂ 第３の補償用帰還抵抗
ＳＷ３ｃ 第３の帰還用スイッチ素子

Claims (15)

1. 信号入力端子及び信号出力端子と、
   第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、
   一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、
   一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、
   一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、
   一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、
   一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、
   第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備える
   ことを特徴とする電流検出回路。
2. 前記検出用オペアンプの前記第１入力は、反転入力端子であり、
   前記検出用オペアンプの前記第２入力は、非反転入力端子であり、
   前記補償用オペアンプの前記第１入力は、反転入力端子であり、
   前記補償用オペアンプの前記第２入力は、非反転入力端子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出回路。
3. 前記第１の検出用スイッチ素子、前記第１の補償用スイッチ素子、及び、第１の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の電流検出回路。
4. 前記検出用オペアンプの前記非反転入力端子は、接地に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電流検出回路。
5. 前記第１の補償用帰還抵抗の抵抗値と前記第１の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、等しくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の電流検出回路。
6. 前記第１の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値、前記第１の補償用スイッチ素子のオン抵抗の値、及び、第１の帰還用スイッチ素子のオン抵抗の値は、等しくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の電流検出回路。
7. 前記信号入力端子には、被測定回路に流れる電流が印加されるようになっている
   ことを特徴とする請求項６に記載の電流検出回路。
8. 前記信号出力端子の検出電圧に基づいて、前記被測定回路に流れる電流値が検出される
   ことを特徴とする請求項７に記載の電流検出回路。
9. 一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の検出用スイッチ素子と、
   一端が前記第２の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第２の検出用帰還抵抗と、
   一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の補償用スイッチ素子と、
   一端が前記第２の補償用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの前記第１入力に接続された第２の補償用帰還抵抗と、
   一端が前記第２の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの第１入力に接続された第２の帰還用スイッチ素子と、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の電流検出回路。
10. 前記第２の検出用スイッチ素子、前記第２の補償用スイッチ素子、及び、第２の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられ、且つ、前記第１の検出用スイッチ素子と前記第２の検出用スイッチ素子とは、何れか一方がオンするように制御される
    ことを特徴とする請求項９に記載の電流検出回路。
11. 前記第２の補償用帰還抵抗の抵抗値と前記第２の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、等しくなるように設定され、且つ、前記第１の検出用帰還抵抗の抵抗値と前記第２の検出用帰還抵抗の抵抗値とは、検出範囲に応じて設定されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電流検出回路。
12. 前記第２の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値、前記第２の補償用スイッチ素子のオン抵抗の値、及び、第２の帰還用スイッチ素子のオン抵抗の値は、等しくなるように設定され、且つ、前記第２の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値と前記第１の検出用スイッチ素子のオン抵抗の値とは、等しくなるように設定されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電流検出回路。
13. 一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の検出用スイッチ素子と、
    一端が前記第３の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第３の検出用帰還抵抗と、
    一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の補償用スイッチ素子と、
    一端が前記第３の補償用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの前記第１入力に接続された第３の補償用帰還抵抗と、
    一端が前記第３の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記補償用オペアンプの第１入力に接続された第３の帰還用スイッチ素子と、をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電流検出回路。
14. 被測定回路に流れる電流を検出し、検出した電流に応じた検出電圧を出力する電流検出回路と、
    前記検出電圧を変換した検出信号を出力するコンバータと、
    表示制御信号に基づいて所定の情報を表示する表示部と、
    検出制御信号により前記電流検出回路の動作を制御するとともに、前記表示制御信号により前記検出信号に応じた検出結果を前記表示部に表示させる制御部と、を備え、
    前記電流検出回路は、
    前記被測定回路に流れる電流が入力される信号入力端子と、
    前記検出電圧を出力する信号出力端子と、
    第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、
    一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、
    一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、
    一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、
    一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、
    一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、
    第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備える
    ことを特徴とする電流計。
15. 信号入力端子及び信号出力端子と、第１入力が前記信号入力端子に接続され、第２入力が固定電位に接続され、出力が前記信号出力端子に接続された検出用オペアンプと、一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の検出用スイッチ素子と、一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記検出用オペアンプの前記出力に接続された第１の検出用帰還抵抗と、一端が前記検出用オペアンプの前記第１入力に接続された第１の補償用スイッチ素子と、一端が前記第１の補償用スイッチ素子の他端に接続された第１の補償用帰還抵抗と、一端が前記第１の検出用スイッチ素子の他端に接続された第１の帰還用スイッチ素子と、第１入力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続され、第２入力が前記第１の帰還用スイッチ素子の他端に接続され、出力が前記第１の補償用帰還抵抗の他端に接続された補償用オペアンプと、を備えた電流検出回路の制御方法であって、
    前記第１の検出用スイッチ素子、前記第１の補償用スイッチ素子、及び、第１の帰還用スイッチ素子は、同期してオン又はオフに切り換えられる
    ことを特徴とする電流検出回路の制御方法。

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