148] 初始化用脈沖信號P2輸出規(guī)定的脈沖寬度時返回高電平，所以初始化用電荷栗 電路13的栗電容器13a的初始化用脈沖信號形成電路12 -側的電極的電壓VC1變成充電 電壓VH，在栗電容器13a中存儲與充電電壓VH對應的電荷。在存儲電荷的期間充電電流流 經電阻13c，電阻13c的電容器13a -側電壓VC2變成正的電壓。即使將該電壓供給到栗二 極管13b的負極，栗二極管13b也保持斷開狀態(tài)，不會流向電荷積分電路3,充電結束時，栗 電容器13a的栗二極管13b -側的電極的電壓VC2變?yōu)?V。
[0149] 變成該狀態(tài)時，栗二極管13b變成斷開狀態(tài)，所以利用初始化用電荷栗電路13的 積分用電容器32的電荷存儲停止。
[0150] 此處，從初始化用脈沖信號形成電路12向初始化用電荷栗電路13僅供給1次初 始化用脈沖信號P2,在積分電壓信號Vo未達到A/D轉換電路41的下限電壓V2的情況下， 持續(xù)供給初始化用脈沖信號P2直至達到下限電壓V2為止。
[0151] 從初始化用脈沖信號形成電路12向初始化用電荷栗電路13供給1個或多個初始 化用脈沖信號P2,由此積分電壓信號Vo達到A/D轉換電路41的下限電壓V2時，從電壓比 較電路11輸出的比較信號Sc2返回低電平。根據這種情況，從初始化用脈沖信號形成電路 12輸出的初始化用脈沖信號P2在返回高電平的狀態(tài)下停止。
[0152] 如果變成該狀態(tài)，則栗二極管13b變成斷開狀態(tài)，所以利用初始化用電荷栗電路 13的積分用電容器32的電荷存儲停止，初始化電路10的初始化處理結束。
[0153] 這樣，積分電壓信號Vo達到A/D轉換電路41的進行數(shù)字轉換的下限電壓V2時， 從A/D轉換電路41輸出的數(shù)字信號Vod變成有效數(shù)據，后面與上述的第一實施方式同樣， 根據基于積分電壓信號Vo的高區(qū)側電流測量部5的脈沖信號形成電路52和電荷栗電路7 的動作，積分電壓信號Vo反復積分狀態(tài)和放電狀態(tài)，精確地利用低區(qū)側電流測量部4計算 低區(qū)側電流測量值Inl·。
[0154] 這樣，根據第二實施方式，從電荷積分電路3輸出的積分電壓信號Vo小于構成低 區(qū)側電流測量部4的A/D轉換電路41的能夠進行數(shù)字轉換的下限電壓V2時，利用初始化 電路10,使積分電壓信號Vo急劇上升至下限電壓V2。因此，抑制在A/D轉換電路41產生 無效數(shù)據，從而能夠可靠地抑制低區(qū)側電流測量值的測量時間變長。
[0155] 另外，如果沒有設置初始化電路10,則如圖11 (a)所示，在時刻t0接通電源時，將 被測量電流Iin由電荷積分電路3積分而得到的積分電壓信號Vo如圖11 (b)所示，在小于 A/D轉換電路41的下限電壓V2的情況下，通過由電荷積分電路3進行的積分，積分電壓信 號Vo達到A/D轉換電路41的下限電壓V2的時間T變長。因此，如圖11 (e)所示，從A/D 轉換電路41輸出的數(shù)字信號Vod的無效數(shù)據的期間T增加，由低區(qū)側電流測量部4進行的 電流測量開始時間延遲時間T。
[0156] 此時，例如設積分電壓信號Vo為一IV、下限電壓V2為0V、被測量電流I in為10fA、 積分用電容器32的靜電容為2pF，則將從電荷積分電路3輸出的積分電壓信號Vo從一 IV 提高至0V所需的電荷為一 2pC( = - lVX2pF)。該電荷通過存儲輸入電流10fA來達到，但 是在被測量電流Iin為10fA的情況下，從電荷積分電路3輸出的積分電壓信號Vo上升至 下限電壓V2以上所需的時間T為T (s) = 2 (pC) /0. 01 (pA) = 200 (s)，無法獲得200秒期間 的被測量電流的低區(qū)側電流測量值Inl·。
[0157] 與此相對，在上述的第二實施方式中，利用初始化電路10將電荷存儲到電荷積分 電路3的積分用電容器32,由此能夠使積分電壓信號Vo瞬間上升至A/D轉換電路41的下 限電壓V2。該初始化所需的時間是從初始化用脈沖信號形成電路12輸出1個脈沖的時間， 所以能夠將其抑制在lys左右。
[0158] 在該第二實施方式中，由初始化電路10進行的動作使高區(qū)側電流測量部5及電荷 栗電路7的動作反轉，所以將供給到電壓比較電路11的作為下限電壓的初始化電壓V2設 定成基準電壓VI的負值-VI，由此能夠計算使被測量電流Iin的極性為正值的情況下的高 區(qū)側電流測量值LmH。
[0159] 此外，在上述第二實施方式中，對將供給到初始化電路10的電壓比較電路11的基 準電壓設定成A/D轉換電路41的下限電壓V2的情況進行了說明，但是并不限于此，只要是 下限電壓V2以下的值，就能夠設定輸出無效數(shù)據的時間T為容許范圍內的任意的值。
[0160] 此外，在上述第一和第二實施方式中，對采用A/D轉換電路41和運算處理電路42 構成低區(qū)側電流測量部4的情況進行了說明，但是并不限于此。在本發(fā)明的一個實施方式 中，也可以設置將從電荷積分電路3輸出的積分電壓信號Vo設定成電壓差小的不同基準電 壓的兩個電壓比較電路，基于從電壓比較電路輸出的比較信號的時間差，計算積分電壓信 號Vo的變化率?？傊?，只要是能夠計算積分電壓信號Vo的變化率Rc的結構，能夠應用任 意的結構。另外，也可以對由低區(qū)側電流測量部4每隔規(guī)定時間計算的低區(qū)側電流測量值 Ln^多個值進行平均化處理，作為低區(qū)側電流測量值Lnu計算。
[0161] 另外，在上述第一和第二實施方式中，對于高區(qū)側電流測量部5,也可以設置電 壓-頻率轉換電路，將積分電壓信號Vo直接轉換成頻率信號。
[0162] 另外，在上述第一和第二實施方式中，對設置運算處理電路42,由該運算處理電 路42進行低區(qū)側電流測量處理、高區(qū)側電流測量處理、高區(qū)側電流測量值存儲區(qū)域無效化 處理、以及測量值決定處理的情況進行了說明，但是并不限于此，也可以在低區(qū)側電流測量 部4和高區(qū)側電流測量部5中單獨地設置低區(qū)側測量值運算部42a和高區(qū)側測量值運算部 42b 〇
[0163] 另外，在上述第一和第二實施方式中，對被測量電流Iin為負值的情況進行了說 明，但是并不限于此，在輸入正值的被測量電流Iin的情況下，從電荷積分電路3輸出的積 分電壓信號Vo從0向負方向減少，所以使基準電壓VI的極性為負值，并且變化率的運算也 從上一次的值減去本次的值即可。
[0164] 而且，在上述第一和第二實施方式中，對未考慮構成電荷栗電路7的栗二極管72 的溫度依存性的情況進行了說明，但是在考慮栗二極管72的溫度依存性的情況下，如上述 專利文獻1中所記載的那樣，設置溫度補償電路，由溫度傳感器實測栗二極管72的溫度，與 由溫度傳感器實測到的溫度中的栗二極管72的正向電壓的變化量相應地，調整從脈沖信 號形成電路52輸出的脈沖信號P1的脈沖寬度。
[0165] 符號說明
[0166] 1…電流測量裝置、2…輸入端子、3…電荷積分電路、4···低區(qū)側電流測量部、5…高 區(qū)側電流測量部、6…測量值決定部、7…電荷栗電路、10…初始化電路、11…電壓比較電路、 12…初始化用脈沖信號形成電路、13···初始化用電荷栗電路、31···運算放大器、32···積分用 電容器、41-A/D轉換電路、42···運算處理電路、42a···低區(qū)側測量值運算部、42b···高區(qū)側測 量值運算部、51···電壓比較電路、52···脈沖信號形成電路、53···計數(shù)器電路。
【主權項】
1. 一種電流測量裝置，其將被測量電流的電流測量范圍至少分成低區(qū)和高區(qū)，按各區(qū) 進行電流測量，所述電流測量裝置的特征在于，包括： 對所述被測量電流進行積分并輸出積分信號的積分電路； 低區(qū)側電流測量部，從該積分電路輸出的積分信號輸入到該低區(qū)側電流測量部，計算 與該積分信號的變化率成比例的低區(qū)側電流測量值； 高區(qū)側電流測量部，其基于與從所述積分電路輸出的積分信號的周期對應的脈沖信 號，計算高區(qū)側電流測量值； 根據所述脈沖信號對存儲在所述積分電路中的電荷進行放電的電荷栗電路；和 測量值決定部，其基于由所述低區(qū)側電流測量部計算出的低區(qū)側電流測量值和由所述 高區(qū)側電流測量部計算出的高區(qū)側電流測量值，來決定所述被測量電流的測量值。2. 如權利要求1所述的電流測量裝置，其特征在于： 所述低區(qū)側電流測量部包括： 將從所述積分電路輸出的積分信號轉換成數(shù)字信號的A/D轉換電路；和 低區(qū)測量值運算部，其計算從該A/D轉換電路輸出的數(shù)字信號的每單位時間的電流變 化率，并將計算出的電流變化率與換算系數(shù)相乘來計算低區(qū)側電流測量值。3.如權利要求1或2所述的電流測量裝置，其特征在于： 所述高區(qū)側電流測量部包括： 脈沖信號形成電路，其將從所述積分電路輸出的積分信號與基準信號進行比較，在所 述積分信號超過基準信號時輸出脈沖信號；和 高區(qū)側測量值運算部，其將從該脈沖信號形成電路輸出的脈沖信號的每單位時間的脈 沖數(shù)作為系數(shù)，計算高區(qū)側電流測量值。4.如權利要求1至3中的任一項所述的電流測量裝置，其特征在于： 所述積分電路包括在接通所述被測量電流時決定要輸出的積分信號的初始值的初始 化電路。5.如權利要求4所述的電流測量裝置，其特征在于： 所述初始化電路包括： 初始化用脈沖信號形成電路，其將從所述積分電路輸出的積分信號與所述初始化電壓 進行比較，在所述積分信號小于所述初始化電壓時形成初始化用脈沖信號；和初始化用電 荷栗電路，根據從該初始化用脈沖信號形成電路輸出的初始化用脈沖信號，在該初始化用 電荷栗電路中存儲所述積分電路中所存儲的電荷。6. 如權利要求5所述的電流測量裝置，其特征在于： 所述初始化電壓是能夠由構成所述低區(qū)側電流測量部的A/D轉換電路轉換的下限電 壓。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠在短時間內精確地測量大范圍的微小電流的電流測量裝置。電流測量裝置包括：對上述被測量電流進行積分并輸出積分信號的積分電路(3)；輸入從該積分電路輸出的積分信號，計算與該積分信號的變化率成比例的低區(qū)側電流測量值的低區(qū)側電流測量部(4)；基于與從上述積分電路輸出的積分信號的周期對應的脈沖信號，計算高區(qū)側電流測量值的高區(qū)側電流測量部(5)；利用上述脈沖信號將存儲在上述積分電路中的電荷放電的電荷泵電路(7)；以及基于由上述低區(qū)側電流測量部計算出的低區(qū)側電流測量值和由上述高區(qū)側電流測量部計算出的高區(qū)側電流測量值，來決定上述被測量電流的測量值的測量值決定部(6)。
【IPC分類】G01T7/00, G01R19/00, G01T1/185
【公開號】CN105358993
【申請?zhí)枴緾N201480038714
【發(fā)明人】山村精仁
【申請人】富士電機株式會社
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2014年7月22日
【公告號】US20150331019, WO2015011916A1