JPS5845661B2 - 広ダイナミツクレンジ電流検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ダイナミックレンジが広く、かつ応答速度
の速い広ダイナミツクレンジ電流検出器に関するもので
ある。

従来の電流検出器は、第１図に示すように電流検出抵抗
体１ａを被測定体２と測定電源４との間に直列に挿入し
、その両端の電圧を絶縁増幅器５を介して測定していた
。

電流検出抵抗体１ａの抵抗値をＲ１電流検出抵抗体１ａ
に流れる検出すべき電流を■とすれば、絶縁増幅器５の
出力■は、Ｖ＝ＲＩ となる。

この方法は原理的かつ明瞭な電流測定方法であってよく
利用されるのであるが、ダイナミックレンジの広さとい
う点では問題がある。

すなわち、絶縁増幅器５を介して測定するため出力は普
通最小１ｍＶ程度、最大１０Ｖ程度に制限されるのでダ
イナミックレンジを１０■／１ｍＶ＝１０’より広げる
ことは難しい。

そのため通常は種々の電流検出抵抗体ｉａ、ｌ’ａをリ
レー８ａ、８Ｉａを用いて切換え、ダイナミックレンジ
を広げている。

しかし、リレー８ａ、８′ａを用いて切り換えるため、
リレー８ａ１８／ａの寿命との関係もあって全体として
の電流検出器は動作速度が必然的に遅く、電流の変化が
ある程度速くなるとレンジの切換えができなくなるので
測定できなくなるという欠点があった。

また、第１図の右側部分に示すように電流検出抵抗体１
ａに小さな値の抵抗を用い、絶縁増幅器５の後に増幅器
１２をつなぎ、絶縁増幅器５の出力の大小に応じてそれ
ぞれ絶縁増幅器５と増幅器１２の出力■または７７％選
択して用いることも行われている。

なお、９は絶縁増幅器、１０，１１は抵抗体である。

しかしながら、絶縁増幅器５の出力が１ｍＶ以下になっ
てくると、絶縁増幅器５自身のドリフト特性と同じオー
ダになり、これによりダイナミックレンジを広げる（１
０４〜１０５）ことは現状では非常に難しい。

さらに電流測定は第２図のような構成でも行われている
。

すなわち、増幅器６を被測定体２に接続する。

増幅器６は低入力電流演算増幅器７、電流検出抵抗体１
ｂ 、 １／ｂ、リレー８ｂ、８１ｂからなっている
。

この方法では、被測定体２を流れる電流ＨＪ、低入力電
流演算増幅器７の反転入力（点Ｐ）に接続された電流検
出抵抗体１ｂを通って低入力電流演算増幅器７の出力に
流れ込む。

点Ｐは低入力電流演算増幅器Ｔの性質により常に点Ｇの
電位（基準電位すなわち零電位とする）になるので、低
入力電流演算増幅器７の出力ｖ’は、Ｖ／−−ＲＩ（Ｒ
は電流検出抵抗体１ｂの値）となる。

この測定は第１図の測定とくらべて被測定体２の一端が
常に零電位であるという利点があるが、ダイナミックレ
ンジの広さという観点からは同じである。

この発明は、上述の点にかんがみなされたもので、応答
速度が速く、かつダイナミックレンジの広い電流検出器
を提供するものである。

以下この発明について説明する。

第３図はこの発明の一実施例を示す構成図で、被測定体
２に流れる電流■は電流検出抵抗体１ａに流れる電流Ｉ
Ｉと同時に電流検出抵抗体１ｂにも電流Ｉ２となってツ
ェナーダイオード１３を介して流れる。

しかしながら、電流■が小さくて、Ｖ＝Ｒａ Ｉ （電
流検出抵抗体１ａの抵抗値をＲａ、同じ＜ｉｂの抵抗値
をＲｂとする）がツェナーダイオード１３のツェナー電
圧Ｖｚ（８Ｖ程度）に対してはるかに小さい場合（４Ｖ
以下）にはツェナーダイオード１３は電流をほとんど流
さず、実際上電流■は電流検出抵抗体１ａのみに流れる
。

したがって電流■が小さい間は絶縁増幅器５から電流に
比例した出力Ｖ＝Ｒ□■が得られる。

一方、電流Ｉが大きくなってＶ＝ＲヨＩがツェナーダイ
オード１３のツェナー電圧Ｖ２に近づいてくると、電流
検出抵抗体１ａを流れる電流■１以外にツェナーダイオ
ード１３を介して電流検出抵抗体１ｂにも電流■２が流
れるようになる。

電流Ｉが小さい間はこの電流に比例していた点Ｐの電位
■は、もはや電流■に比例しなくなり、■＝Ｒａ■１が
ツェナーダイオード１３のツェナー電圧Ｖｚに達すると
、もはやそれ以上増加しなくなり、電流Ｉの増加分はす
べてツェナーダイオード１３を通って電流検出抵抗体１
ｂを流れ、低入力電流演算増幅器Ｉの出力に■Ｉ＝−Ｒ
ｂ■２を発生させる。

このように一般に電流■は電流検出抵抗体１ａを通って
流れる成分Ｉ０と電流検出抵抗体１ｂを通って流れる成
分■２とに分かれるが、両者の和■１＋Ｉ２は常に真の
電流値■に等しい（Ｉ−Ｌ ＋Ｉ２ ）。

それゆれ、演算増幅器１５およ−び抵抗体１６〜１９か
らなる加算器１４を用いて絶縁増幅器５の出力Ｖと演算
増幅器７の出力Ｖ／の加算、Ｖ”＝ＣＶ −Ｖ／ ただし、ＣはＣ＝Ｊ、／Ｒ，になるように抵抗体１６〜
１９の抵抗値を選ぶ。

を行えば、 Ｖ＝Ｒａ１１ （Ｖ／＝−ＲｂＩ２） であるから、 ｖ〃＝ ＣＲａＩ ｔ ＋ ＲｂＩ ２ ＝Ｒｙｂ（ＩＩ ＋Ｉ２ ’） ＝Ｒｂ■ が成立し、常に全電流■に比例する電圧Ｖ′が演算増幅
器１５の出力にえられる。

なお、この出力Ｖ′は、第３図において電流検出抵抗体
１ａを除き、ツェナーダイオード１３を短絡した場合の
増幅器６の出力電圧（第２図と対応）に符号を除いて等
しい。

第３図において、Ｒ＝１００ＫＱ、Ｒｂ＝ＩＫ、２に選
び、ツェナーダイオード１３のツェナー電圧■２を８Ｖ
程度に選べば、絶縁増幅器５、演算増幅器７が１０ｍＶ
〜１０■の範囲で働らくとした場合、絶縁増幅器５の出
力から０．１μＡ〜４０μＡ（１０ｍＶ〜４Ｖ）に対応
する出力かえられ、演算増幅器１５の出力から４０μＡ
〜１０ｍＡ（４０ｍＶ〜１０Ｖ）かえられる。

すなわち、絶縁増幅器５、演算増幅器７のダイナミック
レンジは１０ Ｖ／ １０ ｍＶ＝１０３であるにもか
＼わらず、第３図の回路ではダイナミックレンジは１０
ｍＡ１０．１ μＡ＝１０”あるゆえ、ダイナミックレ
ンジは格段に広くなっている。

しかも、絶縁増幅器５の出力と演算増幅器１５の出力と
は同時に使用することができるのが特徴である。

例えば、速い電圧上昇率をもつ測定電源４に対し、多数
の電流設定値を設は電流が増加して各設定値をこえた場
合に信号を発生するような回路の構成の場合、各設定値
のダイナミックレンジが広範囲にわたる場合でも実現が
可能である。

また、例えば、この回路を用いて電流レンジ切換えを行
う場合、演算増幅器１５のあとにコンパレータを設け、
その出力にしたがって絶縁増幅器５と演算増幅器１５と
の出力の選択をすることにより実現される。

さらに絶縁増幅器５と演算増幅器７に１ｍＶ〜１０Ｖ（
ダイナミックレンジＩＯＶ／１ｍＶ＝１０４）まで働ら
く演算増幅器を用いることにより、同じ構成でダイナミ
ックレンジ１０７の電流検出器を実現できる。

ここで、ダイナミックレンジは、第４図に示すように、
絶縁増幅器５と演算増幅器７のオーバラップする電圧レ
ンジを１０倍にとった場合、１０’Ｘ１０’／１０で計
算され１０７に等しい。

なお、上記実施例では測定電源４は基準点Ｇに対し正極
性であるが、これが負極性の場合、ツェナーダイオード
１３の極性を反転し、また、正負両極性にわたる場合に
はツェナーダイオード１３に極性を逆にした同じツェナ
ーダイオードを直列に挿入することにより、上記と同じ
作用をさせることができることは明らかである。

以上説明したようにこの発明によれば、従来困難であっ
たダイナミックレンジを大幅に広くすることができると
ともに、動作速度の速い電流検出器が得られる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電流検出器の回路図、第２図は従来の他
の電流検出器の回路図、第３図はこの発明の一実施例を
示す電流検出器の回路図、第４図は第３図における動作
範囲を説明するための図である。 図中、１ａ、１１ａおよび１ ｂ 、 ｉ／ｂは電流検
出抵抗体、２は被測定体、３，１０，１１．１６〜１９
は抵抗体、４は測定電源、５は絶縁増幅器、６は電流検
出器、７は低入力電流演算増幅器、１４は加算器、１５
は演算増幅器である。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定電源、この測定電源に一端が接続された電流制
   限抵抗体、一端が前記測定電源に接続され他端と前記電
   流制限抵抗体の他端との間に被測定体が接続される電流
   検出抵抗体とを有し、さらに前記電流検出抵抗体の一端
   を基準として他端より絶縁増幅器を介して前記電流検出
   抵抗体に流れる電流に比例した信号をとり電流検出を行
   う電流検出器において、前記電流検出抵抗体の他端にツ
   ェナーダイオードの一端を接続し、他端に前記ツェナー
   ダイオードを流れる電流に比例する電圧を発生する電流
   検出器を接続し、かつ前記絶縁増幅器と電流続出器の出
   力の重みを付けて加算し前記電流検出抵抗体に流れる電
   流と前記ツェナーダイオードに流れる電流に比例する出
   力電圧を発生する加算器を備えてなり、さらに前記絶縁
   増幅器および加算器のそれぞれに同時使用可能な出力端
   子を設けれことを特徴とする広ダイナミツクレンジ電流
   検出器。