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公開番号2024062603
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-10
出願番号2022170558
出願日2022-10-25
発明の名称電流出力装置および抵抗測定装置
出願人日置電機株式会社
代理人個人
主分類H03F 1/52 20060101AFI20240501BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電圧源を誤って逆極性で接続したときであっても半導体素子の故障を回避する。
【解決手段】電流制御信号Sicを出力する定電流制御部3と、電源電圧+Vccを可変して供給電圧+Vcを出力する可変電源部4pと、電源電圧-Vccを可変して供給電圧-Vcを出力する可変電源部4mと、電流制御信号Sicを増幅して定電流Ipを出力するFET5pと、電流制御信号Sicを増幅して定電流Imを出力するFET5mと、供給電圧+VcがFET5pのソースの電圧値よりも高くなるように可変電源部4pを制御する電圧制御部6pと、供給電圧-VcがFET5mのソースの電圧値よりも低くなるように可変電源部4mを制御する電圧制御部6mと、供給電圧+Vcが第1のしきい値電圧よりも低下したときおよび供給電圧-Vcが第2のしきい値電圧よりも上昇したときに、遮断回路7に接続点P1と抵抗Rtとの接続を遮断させる処理部9とを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号を出力する定電流制御部と、
入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、
前記定電流制御部から出力された前記電流制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記定電流信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、
前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部とを備えている電流出力装置であって、
前記第１の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との間に配設されて遮断制御信号に従い当該電流出力端子と当該負荷との接続を遮断する遮断部と、
前記第１の供給電圧の電圧値が予め規定された第１のしきい値電圧よりも低下したときに前記遮断制御信号を前記遮断部に出力して前記第１の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との接続を遮断させる処理部とを備えている電流出力装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
負極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号を出力する定電流制御部と、
入力されている負電圧の第２の電源電圧の電圧値を第２の電圧制御信号に従って可変して第２の供給電圧として出力する第２の可変電源部と、
前記定電流制御部から出力された前記電流制御信号を前記第２の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記定電流信号として負荷に出力する第２の半導体素子と、
前記第２の供給電圧の電圧値が前記第２の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の電圧制御部とを備えている電流出力装置であって、
前記第２の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との間に配設されて遮断制御信号に従い当該電流出力端子と当該負荷との接続を遮断する遮断部と、
前記第２の供給電圧の電圧値が予め規定された第２のしきい値電圧よりも上昇したときに前記遮断制御信号を前記遮断部に出力して前記第２の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との接続を遮断させる処理部とを備えている電流出力装置。
【請求項３】
正極性および負極性のいずれか一方の極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号を出力する定電流制御部と、
入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、
入力されている負電圧の第２の電源電圧の電圧値を第２の電圧制御信号に従って可変して第２の供給電圧として出力する第２の可変電源部と、
前記正極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号が前記定電流制御部から出力されたときに作動して、前記定電流制御部から出力された前記電流制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記正極性の定電流信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、
前記負極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号が前記定電流制御部から出力されたときに作動して、前記定電流制御部から出力された前記電流制御信号を前記第２の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記負極性の定電流信号として前記負荷に出力する第２の半導体素子と、
前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部と、
前記第２の供給電圧の電圧値が前記第２の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも低い電圧値となるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する第２の電圧制御部とを備え、
前記第１の半導体素子の前記電流出力端子および前記第２の半導体素子の前記電流出力端子の接続点と前記負荷との間に配設されて遮断制御信号に従い当該接続点と当該負荷との接続を遮断する遮断部と、
前記正極性の定電流信号の電流値を制御する前記電流制御信号が前記定電流制御部から出力されている状態において前記第１の供給電圧の電圧値が予め規定された第１のしきい値電圧よりも低下したとき、および前記負極性の定電流信号の電流値を制御する前記電流制御信号が前記定電流制御部から出力されている状態において前記第２の供給電圧の電圧値が予め規定された第２のしきい値電圧よりも上昇したときに、前記遮断制御信号を前記遮断部に出力して前記接続点と前記負荷との接続を遮断させる処理部とを備えている電流出力装置。
【請求項４】
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子における前記第１の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する請求項１記載の電流出力装置。
【請求項５】
前記第１の電圧制御部は、前記第１の半導体素子における前記第１の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第１の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ高くなるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する請求項３記載の電流出力装置。
【請求項６】
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子における前記第２の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する請求項２記載の電流出力装置。
【請求項７】
前記第２の電圧制御部は、前記第２の半導体素子における前記第２の供給電圧が入力される電流入力端子の電圧が当該第２の半導体素子の前記電流出力端子の電圧よりも予め規定された電圧値だけ低くなるように、前記第２の電圧制御信号を出力して前記第２の可変電源部を制御する請求項３記載の電流出力装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の電流出力装置と、前記負荷としての測定対象に前記定電流信号を供給すると共に当該測定対象の両端に発生する電圧と当該定電流信号の電流値とに基づいて当該測定対象の抵抗値を測定する測定部とを備えている抵抗測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流信号を負荷に出力可能に構成された電流出力装置、およびそのような電流出力装置を備えて測定対象の抵抗値を測定可能な抵抗測定装置に関するものである。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
この種の電流出力装置として、下記の特許文献に開示された電流出力装置（以下、「電流出力装置１Ｘ」ともいう）が知られている。図４に示すように、この電流出力装置１Ｘは、差動増幅器ＯＰＸ、トランジスタＴＲＸ（半導体素子）、ＦＥＴ２Ｘ、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｓ１および電圧制御部ＶＣＸを備えて構成されている。
【０００３】
この電流出力装置１Ｘでは、差動増幅器ＯＰＸが、外部から非反転入力端子に入力された入力信号Ｖｓの電圧値と反転入力端子に入力されるフィードバック電圧Ｖｆとの差分信号をトランジスタＴＲＸのベースに出力する。また、トランジスタＴＲＸは、コレクタに入力される降圧された電圧Ｖｃを用いて差分信号を増幅して、外部負荷ＲＬに定電流の負荷電流ＩＬを出力する。この結果、トランジスタＴＲＸのエミッタの電圧は負荷電圧ＶＬとなる。この際に、電圧制御部ＶＣＸが、電源から供給される電源電圧Ｖｄｄを降圧し、降圧した電圧ＶｃとしてトランジスタＴＲＸのコレクタに出力する。また、抵抗Ｒａ，Ｒｂが、電圧制御部ＶＣＸから出力される降圧された電圧Ｖｃと、ＦＥＴ２Ｘから出力されるドレイン電流ＩＤとの両方に比例する基準電圧Ｖｒｅｆ（＝α×Ｖｃ＋β×ＩＤ）を生成して電圧制御部ＶＣＸに出力する。これにより、電圧制御部ＶＣＸは、基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されるように、予め定められた最低電圧から電源電圧Ｖｄｄまでの範囲で降圧された電圧Ｖｃを制御する。
【０００４】
この場合、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝Ｖｃ－ＶＬ）が大きくなったときには、この電位差（Ｖｃ－ＶＬ）と大きさが等しいＦＥＴ２Ｘのゲート－ソース間電圧がＦＥＴ２Ｘのしきい値電圧Ｖｔｈを超えるとドレイン電流ＩＤが流れるため、基準電圧Ｖｒｅｆが大きくなる。
【０００５】
一方、電圧制御部ＶＣＸは、基準電圧Ｖｒｅｆの値が一定に保持されるように電圧Ｖｃを制御するため、ドレイン電流ＩＤが流れた際には、電圧Ｖｃを降圧する。これにより、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（Ｖｃ－ＶＬ）の上昇が抑制される。したがって、この電流出力装置１Ｘによれば、入力信号Ｖｓが大きく、かつ外部負荷ＲＬが小さい場合であっても、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅ（＝Ｖｃ－ＶＬ）の上昇が抑制されるため、（Ｖｃ－ＶＬ）×ＩＬで表されるトランジスタＴＲＸの消費電力の上昇が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６２５７５３６号公報（第５－１１頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記の電流出力装置１Ｘには、以下のような課題が存在する。具体的には、電流出力装置１Ｘの用途としては、本来的には、抵抗である外部負荷ＲＬに定電流の負荷電流ＩＬを出力することが想定されている。この場合、例えば、負荷電流ＩＬとして１Ａの定電流を出力し、抵抗Ｒｓ１の抵抗値を１Ωとすることを想定すると、入力信号Ｖｓとして＋１Ｖを入力することになる。したがって、差動増幅器ＯＰＸの反転端子（抵抗Ｒｓ１の両端）に入力されるフィードバック電圧Ｖｆの電圧値は、入力信号Ｖｓの電圧値とほぼ等しい電圧である＋１Ｖ（１Ω×負荷電流ＩＬの電流値）となる。
【０００８】
一方、外部負荷ＲＬを接続するつもりが、外部負荷ＲＬに代えて、電圧源（一例として「電池Ｂａｔ」とする。）を誤って逆極性で接続してしまうことがある。例えば、図４に示すように、電池電圧が３Ｖの電池Ｂａｔを外部負荷ＲＬに代えて誤って逆接続したときには、トランジスタＴＲＸのエミッタの電圧である負荷電圧ＶＬは、－２Ｖ（＝＋１Ｖ－３Ｖ）となる。このため、電圧制御部ＶＣＸは、ＦＥＴ２Ｘおよび抵抗Ｒａ，Ｒｂによって生成される基準電圧Ｖｒｅｆを入力して電圧Ｖｃを低下させるように制御する。しかしながら、電圧制御部ＶＣＸによって最も低下させられる電圧Ｖｃの予め定められた最低電圧は、電源電圧Ｖｄｄが正の電圧のため、０Ｖ以上となっている。この状態では、トランジスタＴＲＸのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅが少なくとも＋２Ｖとなるため、トランジスタＴＲＸの消費電力は少なくとも２Ｗ（＋２Ｖ×１Ａ）と大きな消費電力となる。したがって、この電流出力装置１Ｘには、外部負荷ＲＬに代えて電池Ｂａｔを誤って逆極性で接続したときに、トランジスタＴＲＸの発火や故障を招くという問題点がある。また、トランジスタＴＲＸの発火や故障を防止するためには、トランジスタＴＲＸとして定格消費電力の大きなトランジスタを使用したり、複数のトランジスタを並列接続したりしたうえで、さらに大きなヒートシンクを用いなければならないため、部品のコスト、ひいては電流出力装置の製造コストが増大するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、電圧源を誤って負荷として逆極性で接続したときであっても半導体素子の故障を回避し得る電流出力装置、およびそのような電流出力装置を備えて負荷として接続されている測定対象の抵抗値を測定する抵抗測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明に係る電流出力装置は、正極性の定電流信号の電流値を制御する電流制御信号を出力する定電流制御部と、入力されている正電圧の第１の電源電圧の電圧値を第１の電圧制御信号に従って可変して第１の供給電圧として出力する第１の可変電源部と、前記定電流制御部から出力された前記電流制御信号を前記第１の供給電圧を用いて増幅して電流出力端子から前記定電流信号として負荷に出力する第１の半導体素子と、前記第１の供給電圧の電圧値が前記第１の半導体素子における前記電流出力端子の電圧値の高低に追従して、かつ当該電流出力端子の電圧値よりも高い電圧値となるように、前記第１の電圧制御信号を出力して前記第１の可変電源部を制御する第１の電圧制御部とを備えている電流出力装置であって、前記第１の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との間に配設されて遮断制御信号に従い当該電流出力端子と当該負荷との接続を遮断する遮断部と、前記第１の供給電圧の電圧値が予め規定された第１のしきい値電圧よりも低下したときに前記遮断制御信号を前記遮断部に出力して前記第１の半導体素子の前記電流出力端子と前記負荷との接続を遮断させる処理部とを備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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