JPH095366A - 高精度相対デジタル電圧計測方法及び装置 - Google Patents
高精度相対デジタル電圧計測方法及び装置Info
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Abstract
され、かつ低コストである相対電圧計測システムを提供
する。 【解決手段】 決められた時定数でコンデンサを充電す
るための回路とマイクロコントローラとを含む、検出す
べき電圧の線形関数に対応する量を測定する装置に関す
る。マイクロコントローラは、所定のスレッショルドで
コンデンサの電圧を比較し、コンデンサの電圧をリセッ
トし、コンデンサのリセットの終了時点と所定のスレッ
ショルドに達する時点との間の持続時間をカウントし、
該持続期間の逆数を計算する。
Description
を測定する方法及び装置に関する。本発明は、絶対値で
なく正確な電圧変動検出が望まれる用途に関する。
うな相対電圧計測は、例えば、時間関数としての電圧曲
線の形状変動の検出が望まれ、かつ計測システムのコス
トが主な制約となるシステムに有用である。
器又は制御値に対する変動検出が望まれる別の検出器で
ある。
係において、より詳細にはニッケルカドミウム(NiC
d)又は金属性ニッケル水素化物(NiMH)型蓄電池
を充電する充電器の関係について論じられるであろう。
このような充電器における各充電処理について、蓄電池
の寿命時間及び動作を損なう最大充電を越えることな
く、蓄電池を完全に充電するのが好ましい。このような
蓄電池において、この最大充電レベルは、時間関数とし
ての電圧変動曲線の屈曲点の出現に対応する。この屈曲
点は、充電中に蓄電池の電圧を一定の時間間隔で計測
し、かつ電圧変動の展開を解析することによって検出さ
れる。電圧変動が増加し続ける領域から、電圧変動が減
少し続ける領域へ転換するとき、屈曲点の到達を検出し
ていた。この計測を実行するためには、2つの問題が生
じる。第1にはこの変動は、例えば10ビット以上のデ
ジタル計測に対応する約1/1000の非常に高精度に
計測されなければならない。第2には異なる複数のセル
を含む種々の蓄電池を充電するために、同じ蓄電池充電
器を用いられることが望ましい。例えばもしセル電圧が
1〜1.8Vで変化することが公知である3〜8個のセ
ルを含む蓄電池を充電できることが望まれるなら、実質
的に3〜15Vの範囲にできる平均電圧の周辺の前記変
動を計測することができなければならない。
に、本発明は、所定の時定数により、検出すべき電圧で
コンデンサを充電する段階と、コンデンサの電圧が所定
のスレッショルドに達するまでの持続期間を測定する段
階と、所望の値に対応する、該持続期間の逆数を計算す
る段階とを含む、検出すべき電圧の線形関数に対応する
量を測定するための方法を提供する。
法は、逆数の計算を周期的に実行し、2つの連続する逆
数の間の差を計算することからなるいくつかの段階を含
む。
ンサ(C)を充電するための回路とマイクロコントロー
ラとを含む、検出すべき電圧の線形関数に対応する量を
測定する装置を提供する。マイクロコントローラは、コ
ンデンサの電圧を所定のスレッショルドと比較する手段
と、コンデンサの電圧をリセットするための手段と、コ
ンデンサのリセットの終了時点と電圧が所定のスレッシ
ョルドに達する時点との間の持続時間をカウントする手
段と、該持続期間の逆数を計算する手段とを含む。
段がインバータからなる。
マイクロコントローラ内に統合されるアナログ/デジタ
ルコンバータを用いることである。約1/1000の精
度が必要とされるなら、10ビット以上の精度のアナロ
グ/デジタルコンバータが提供されなければならない。
次いでSGS−トムソン マイクロエレクトロニクス
(ST)のマイクロコントローラST6のような従来の
低コストマイクロコントローラは、一般にわずか8ビッ
ト(1/250)の精度のアナログ/デジタルコンバー
タに係合する。他方ではこれらマイクロコントローラ
は、約16ビットの精度を提供する高い周波数クロック
カウンタ及び計算手段を含む。従って本発明は、直接ア
ナログ/デジタル変換の代わりに、時間カウントに基づ
くこの計測を実行することによって相対電圧計測用の低
コストマイクロコントローラを用いるという目的があ
る。
に効果は、添付図面に関連するが、それらによって限定
されない、以下の明確な実施形態の記述からより詳細に
論じられるであろう。
す。計測すべき電圧Vinがあるとすれば、この電圧は抵
抗R及びコンデンサCの直列接続へ印加される。抵抗と
コンデンサの第1の端子との接続点は、例えば簡易なイ
ンバータであるスレッショルド回路THの入力へ接続さ
れる。コンデンサの端子の他方は、通常グランドである
リファレンス電位へ接続される。リファレンス電位はま
た、スイッチSWを介してスレッショルド回路の入力へ
も接続される。スイッチSWは、周期的な間隔でオープ
ンされるように、カウンタCNTの出力、即ちマイクロ
プロセッサ又はある別のソースからの信号のような、受
信できる任意の信号によって制御される。スイッチSW
のオープンでコンデンサCの充電サイクルが始まる。ス
イッチSWは、コンデンサCの電圧が回路THのスレッ
ショルドVthに達したらすぐにクローズされる。クロー
ズしている時間のカウンタ出力は、記憶回路即ち処理す
るマイクロプロセッサmPの入力へ直接転送される。後
で理解されるように、この処理は主に逆数計算からな
り、マイクロプロセッサはカウンタのカウントに反比例
したデジタルデータを出力OUTへ供給する。カウンタ
CNTの出力及びマイクロプロセッサmPの出力は、1
6ビットを越えていることが好ましい。マイクロプロセ
ッサはまた、カウンタによって計測された時間間隔の逆
数の連続的な値の間の差を、記憶回路と協調的に関係し
て計測しかつ出力することもできる。従って本回路は、
周期的な計測の間のVinで発生する電圧変動を非常に正
確に測定する。
回路は特に簡単である。それは全ての部品、スレッショ
ルド回路TH、スイッチSW、カウンタCNT及びマイ
クロプロセッサmPは、マイクロコントローラST6の
ような従来の低コストマイクロコントローラの中に存在
する部品である。マイクロプロセッサmPの内部は、後
の比較のために次の時間間隔を格納することができる記
憶回路として用いるための記憶レジスタがある。従って
本発明による回路は、マイクロコントローラ、抵抗R及
びコンデンサCの3つの部品しか含まない。実際に本発
明によって対象となる多くの用途において、マイクロコ
ントローラは、一般に別の機能としても用いられるため
に、望まれる用途のための特別な部品ではない。従って
本発明による回路に必要な材料素子は、抵抗R及びコン
デンサCだけである。
1、V2、V3、V4について、コンデンサCの充電電
圧の曲線を時間関数として表す。これら曲線は指数形状
を有し、電圧Vinが高いときに全てより短くなっている
時間T1、T2、T3、T4で電圧Vthに達するであろ
う。公知の方法において、この時間Tは等式で規定され
る。 T/RC = −ln[1−(Vth/Vin)]
Vinとの間で対数関係となる。これは多分この計測が通
常用いられていないためである。
に表される0.5/Tの曲線である1.8Vのスレッシ
ョルド電圧に対する時間Tの逆数を表す曲線を、入力電
圧Vinの関数としてプロットした。この曲線は入力電圧
が4Vを越えるとすぐに実質的に線形になるように現
れ、2〜4Vの範囲の中でこの曲線は線形ではないけれ
ども連続的でかつ低い変動を有する。従って1/Tの値
の間の変動は、この電圧の与えられた値の周辺で入力電
圧Vinの変動を完全に表している。
つ電圧Vinの絶対計測が望まれないために、抵抗R、コ
ンデンサC及びスレッショルド電圧Vthの正確な値を知
る必要はないことにも注目すべきである。与えられた装
置において、これら値が時間内に安定するに(内側の比
較的短い時間間隔でさえ)十分である。
開始及びマイクロプロセッサのプログラミングの手段
は、このような構造及びこれらの計算が従来通りでかつ
特に簡単であるために、ここで議論される必要はない。
更にマイクロプロセッサは、カウントデータの逆数と連
続的に計算された逆数の間の差との計算を実行するため
だけに有するために、このような計算を、特に簡単でか
つ困難なく非常に早く実行できることに注目されるべき
である。
68)が選択されるなら、計測するための最小電圧
(1.8Vのスレッショルド電圧に対して2V)が最大
カウントにおよそ対応するように、抵抗及びコンデンサ
の値は、スレッショルド装置のスレッショルド電圧によ
って選択されるであろう。従って1/1000よりも高
い精度は、約10〜15Vの高い電圧の範囲でさえも得
られる。これはカウントが、例えば前述の数値例の場合
のように、10Vの入力電圧に対して約2,800に比
較的限定されるからである。
ーラの内部で用いられる素子の実現に関して、当業者に
よれば容易に想到するであろう種々の変更、修正及び改
良を有するであろう。更に蓄電池充電器の他の用途は、
対する問題によっては当業者から注目されることができ
る。
からの立ち下がりパルスの受信でカウントを終了し、か
つ立ち下がりパルスTHの受信でスイッチのクローズ信
号を発生する任意のカウンタが受信される。カウンタ自
身即ちマイクロプロセッサの制御下によって、又は当業
者により容易に実現できる外部回路によってスイッチの
オープン信号を発生できる。立ち下がり入力の受信で立
ち上がり信号又は立ち下がり信号を出力するカウンタの
使用によって、スイッチのクローズ信号を得ることがで
きる。
示の部分において、及び本発明の技術思想及び見地の範
囲においてしようとするものである。従って前述したと
ころは、例としてのみであり、限定しようとするもので
はない。本発明は、請求の範囲及びその均等物において
規定するものにのみ限定される。
デンサの時間関数としての曲線図である。
び0.5/Tの曲線図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 検出すべき電圧の線形関数に対応する量
を測定するための方法であって、 決められた時定数により、該検出すべき電圧でコンデン
サを充電する段階と、 該コンデンサの電圧が所定のスレッショルドに達するま
での持続期間を測定する段階と、 該所望の量に対応する、該持続期間の逆数を計算する段
階とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 逆数の計算を周期的に実行する段階と、 2つの連続する逆数の間の差を計算する段階とを含むこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 検出すべき電圧の線形関数に対応する量
を測定するための装置であって、 決められた時定数でコンデンサ(C)を充電するための
回路と、 コンデンサの電圧を所定のスレッショルドと比較する手
段(TH)、コンデンサの電圧をリセットするための手
段、該コンデンサのリセットの終了時点と該電圧が該所
定のスレッショルドに達する時点との間の持続時間をカ
ウントする手段(CNT)、及び該持続期間の逆数を計
算する手段(mP)を含むマイクロコントローラとを含
むことを特徴とする装置。 - 【請求項4】 前記比較手段がインバータからなること
を特徴とする請求項3に記載の装置。
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