JP2009276989A

JP2009276989A - Current measurement device and method for configuring current measurement system

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Publication number: JP2009276989A
Application number: JP2008127228A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Okada; 義孝岡田
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the measurement of a current flowing in a load to which a predetermined voltage is applied when an inexpensive three-terminal regulator is used as a power supply device for supplying the load with power. <P>SOLUTION: The current measurement device 1 includes the three-terminal regulator 10, an ammeter 11, and a differential amplifier 12. The three-terminal regulator 10 includes an input terminal, an output terminal, and a ground terminal, and decreases an input voltage V<SB>IN</SB>to the input terminal so as to generate an output voltage V<SB>OUT</SB>to be output to the output terminal. Further, the ammeter 11 is serially connected between the output terminal of the three-terminal regulator 10 and a DUT 50. Furthermore, the differential amplifier 12 detects a differential voltage between the input and the output of the ammeter 11, and supplies the ground terminal of the three-terminal regulator 10 with a voltage signal corresponding to this differential voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧レギュレータとして３端子レギュレータを使用する電源装置と負荷回路との間を流れる電流を測定するための測定装置及び電流測定系の構成方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus for measuring a current flowing between a power supply apparatus using a three-terminal regulator as a voltage regulator and a load circuit, and a method for configuring a current measuring system.

電子回路の開発過程における消費電力の評価、製造された電子回路の性能試験などのために、電源装置から電子回路に流れる電流（以下では負荷電流と呼ぶ）の測定が必要とされる場合がある。図３〜５は、非測定デバイス（ＤＵＴ:Device Under Test）としての電子回路に流れる負荷電流を測定するための電流測定系を示す図である。 It may be necessary to measure the current (hereinafter referred to as load current) flowing from the power supply to the electronic circuit for evaluation of power consumption in the development process of the electronic circuit, performance test of the manufactured electronic circuit, etc. . 3 to 5 are diagrams illustrating a current measurement system for measuring a load current flowing in an electronic circuit as a non-measurement device (DUT: Device Under Test).

図３は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として３端子レギュレータ１０を使用した場合の電流測定系を示している。３端子レギュレータ１０は、負荷（ここでは、ＤＵＴ５０）に直列に接続される電圧制御素子（例えば、図６に示すパワー・トランジスタ１０４）を有し、直流入力電圧Ｖ_ＩＮを降圧して出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。３端子レギュレータ１０は、電圧レギュレータの一種であり、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを常時監視し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが一定となるように制御を行なう。 FIG. 3 shows a current measurement system when a three-terminal regulator 10 is used as a power supply device that supplies power to the DUT 50. The three-terminal regulator 10 has a voltage control element (for example, the power transistor 104 shown in FIG. 6) connected in series to a load (here, DUT 50), and steps down the DC input voltage _VIN to output voltage V _OUT is output. Three-terminal regulator 10 is a kind of voltage regulator, always monitors the output voltage V _OUT, performs control so that the output voltage V _OUT becomes constant.

ここで、３端子レギュレータ１０の具体的な構成について簡単に説明する。図６は、３端子レギュレータ１０の構成例を示すブロック図である。定電流源１０１は、後述する基準電圧源１０２及び誤差増幅器１０３に電流を供給する。また、定電流源１０１は、誤差増幅器１０３の負荷として、誤差増幅器１０３の出力に接続されている。 Here, a specific configuration of the three-terminal regulator 10 will be briefly described. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the three-terminal regulator 10. The constant current source 101 supplies current to a reference voltage source 102 and an error amplifier 103 which will be described later. The constant current source 101 is connected to the output of the error amplifier 103 as a load of the error amplifier 103.

基準電圧源１０２は、温度補償された基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する定電圧源である。抵抗Ｒ１及びＲ２は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴとグランド端子に対する印加電圧との間を分圧することによって中間電圧を生成する。誤差増幅器１０３は、抵抗Ｒ１及びＲ２によって生成された中間電圧と基準電圧Ｖ_ＲＥＦとの差分を検知する。誤差増幅器１０３の出力は、パワー・トランジスタ１０４のベースに供給される。 The reference voltage source 102 is a constant voltage source that generates a temperature-compensated reference voltage _VREF . The resistors R1 and R2 generate an intermediate voltage by dividing the voltage between the output voltage _VOUT and the voltage applied to the ground terminal. The error amplifier 103 detects the difference between the intermediate voltage generated by the resistors R1 and R2 and the reference voltage _VREF . The output of the error amplifier 103 is supplied to the base of the power transistor 104.

パワー・トランジスタ１０４は、ＤＵＴ５０に電力を供給する。パワー・トランジスタ１０４のエミッタ−コレクタ間を流れる電流は、誤差増幅器１０３の出力によって制御される。つまり、パワー・トランジスタ１０４は、ＤＵＴ５０に直列に接続され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを制御する電圧制御素子である。 The power transistor 104 supplies power to the DUT 50. The current flowing between the emitter and collector of the power transistor 104 is controlled by the output of the error amplifier 103. That is, the power transistor 104 is a voltage control element that is connected in series to the DUT 50 and controls the output voltage _VOUT .

スタートアップ回路１０５は、入力電圧Ｖ_ＩＮの立ち上がりを検知し、入力電圧Ｖ_ＩＮの立ち上がりに応じて定電流源１０１をバイアスし、定電流を供給する定電流源１０１の正常な回路動作を開始させる。 Start-up circuit 105 detects a rise of the input voltage V _IN, the constant current source 101 to the bias in response to the rising of the input voltage V _IN, and starts the normal circuit operation of the constant current source 101 supplies a constant current.

保護回路１０６は、ＤＵＴ５０の短絡等によって生じる過電流からパワー・トランジスタ１０４を保護する。具体的には、保護回路１０６は、過電流を検知し、過電流検知時にパワー・トランジスタ１０４のベース電流を制限する。 The protection circuit 106 protects the power transistor 104 from an overcurrent caused by a short circuit of the DUT 50 or the like. Specifically, the protection circuit 106 detects an overcurrent and limits the base current of the power transistor 104 when the overcurrent is detected.

図３に戻り説明を続ける。３端子レギュレータ１０から供給される電力によってＤＵＴ５０を動作させた状態でＤＵＴ５０の負荷電流を測定する場合には、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０とを接続している電源ラインに電流計１１を直列に接続すればよい。 Returning to FIG. 3, the description will be continued. When measuring the load current of the DUT 50 while the DUT 50 is operated by the power supplied from the three-terminal regulator 10, the ammeter 11 is connected in series to the power line connecting the three-terminal regulator 10 and the DUT 50. do it.

一方、図４は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として直流安定化電源２０を使用した場合の電流測定系を示している。直流安定化電源２０は、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ等の交流電源２１から一定の直流電圧を生成する。図４の電流測定のための構成は、図３と同様である。 On the other hand, FIG. 4 shows a current measurement system when the DC stabilized power supply 20 is used as a power supply device for supplying power to the DUT 50. The DC stabilized power supply 20 generates a constant DC voltage from an AC power supply 21 such as AC100V or AC200V. The configuration for current measurement in FIG. 4 is the same as that in FIG.

また、図５は、ＤＵＴ５０に電力を供給する電源装置として直流安定化電源３０を使用した場合の電流測定系を示している。直流安定化電源３０は、遠隔の電圧レベルを検知するリモートセンス機能を有しており、出力端子ＯＵＴからＤＵＴ５０までの配線及び電流計１１による電圧降下を補償することができる。具体的には、直流安定化電源３０は、遠隔の電圧レベルを検知するためのセンスアンプ（不図示）を内蔵しており、センスライン３１が接続された遠隔点の電圧Ｖ_Ｄが一定となるように、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを制御することができる。 FIG. 5 shows a current measurement system in the case where the DC stabilized power supply 30 is used as a power supply device that supplies power to the DUT 50. The stabilized DC power supply 30 has a remote sense function for detecting a remote voltage level, and can compensate for a voltage drop caused by the wiring from the output terminal OUT to the DUT 50 and the ammeter 11. Specifically, the DC stabilized power supply 30 includes a sense amplifier (not shown) for detecting a remote voltage level, and the voltage V _D at a remote point to which the sense line 31 is connected is constant. Thus, the output voltage _VOUT can be controlled.

ところで、特許文献１は、二次電池及び負荷に電力を供給する電源装置であって、外部から入力される充電停止命令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を調整する制御回路を有するものが開示されている。しかしながら、特許文献１は、負荷電流を測定するための回路構成、および電流計による電圧降下を補償するための回路構成を開示するものではない。
特開２００７−２７４７４８号公報 By the way, Patent Document 1 is a power supply device that supplies power to a secondary battery and a load, and outputs voltage so that the charging current to the secondary battery becomes zero in response to a charge stop command input from the outside. An apparatus having a control circuit for adjusting the above is disclosed. However, Patent Document 1 does not disclose a circuit configuration for measuring a load current and a circuit configuration for compensating for a voltage drop by an ammeter.
JP 2007-274748 A

図３に示したように、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０を繋ぐ電源ラインに電流計１１を挿入すると、電流計１１の内部抵抗による電圧降下の発生を回避することができない。よって、電流計１１を電源ラインに挿入すると、電流計１１による電圧降下のためにＤＵＴ５０に規定の動作電圧が印加されない。したがって、図３の電流測定系では、規定の動作電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる負荷電流を測定することが困難である。また、ＤＵＴ５０の間欠動作に伴ってＤＵＴ５０の消費電流が時間的に変動する場合には、電流計による電圧降下量も時間的に変動するため、ＤＵＴ５０に規定の電圧を与えた状態で電流値の測定を行なうことが一層困難となる。 As shown in FIG. 3, when the ammeter 11 is inserted into the power supply line connecting the three-terminal regulator 10 and the DUT 50, it is impossible to avoid a voltage drop due to the internal resistance of the ammeter 11. Therefore, when the ammeter 11 is inserted into the power supply line, a specified operating voltage is not applied to the DUT 50 due to a voltage drop caused by the ammeter 11. Therefore, in the current measurement system of FIG. 3, it is difficult to measure the load current flowing through the DUT 50 that is supplied with the specified operating voltage. In addition, when the current consumption of the DUT 50 varies with time due to the intermittent operation of the DUT 50, the amount of voltage drop by the ammeter also varies with time. It becomes more difficult to make measurements.

もちろん、図５に示したリモートセンス機能付きの直流安定化電源３０やリモートセンス機能付きの電圧レギュレータを使用すれば、電流計１１による電圧降下を補償することができ、規定の電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる負荷電流を測定することができる。しかしながら、リモートセンス機能付きの直流安定化電源や電圧レギュレータは、簡易な３端子レギュレータに比べて一般的に高価である。このため、簡易な３端子レギュレータをＤＵＴ５０の電源装置として使用して、規定の電圧を供給された状態にあるＤＵＴ５０に流れる電流を測定できることが望ましい。 Of course, if the DC stabilized power supply 30 with the remote sense function and the voltage regulator with the remote sense function shown in FIG. 5 are used, the voltage drop due to the ammeter 11 can be compensated and the specified voltage is supplied. The load current flowing through the DUT 50 in the state can be measured. However, a stabilized DC power supply or voltage regulator with a remote sense function is generally more expensive than a simple three-terminal regulator. For this reason, it is desirable that a simple three-terminal regulator can be used as the power supply device of the DUT 50 to measure the current flowing through the DUT 50 that is supplied with a specified voltage.

本発明の一態様にかかる電流測定装置は、３端子レギュレータ、電流計、及び差動増幅器を備える。前記３端子レギュレータは、入力端子、出力端子及びグランド端子を有し、前記入力端子に対する入力電圧を降圧することによって前記出力端子に出力される出力電圧を生成する。また、前記電流計は、前記出力電圧が供給される負荷と前記出力端子との間に直列に接続される。さらに、前記差動増幅器は、前記電流計の入力側及び出力側の間の差電圧を増幅し、前記差電圧に応じた電圧信号を前記グランド端子に供給する。 A current measurement device according to one embodiment of the present invention includes a three-terminal regulator, an ammeter, and a differential amplifier. The three-terminal regulator has an input terminal, an output terminal, and a ground terminal, and generates an output voltage output to the output terminal by stepping down an input voltage with respect to the input terminal. The ammeter is connected in series between a load to which the output voltage is supplied and the output terminal. Further, the differential amplifier amplifies the difference voltage between the input side and the output side of the ammeter and supplies a voltage signal corresponding to the difference voltage to the ground terminal.

このように構成された電流測定装置は、電流計による電圧降下量を差動増幅器によって検知することができる。さらに、差動増幅器の出力信号、つまり電流計による電圧降下量に応じた電圧信号を３端子レギュレータのグランド端子に供給することによって、当該電流測定装置は、負荷への印加電圧が一定となるように、３端子レギュレータの出力電圧を調整することができる。また、当該電流測定装置は、時間的に変動する電流計の電圧降下も動的に補償し、負荷への印加電圧を実質的に一定とすることができる。 The current measuring device configured as described above can detect the amount of voltage drop by the ammeter with a differential amplifier. Further, by supplying the output signal of the differential amplifier, that is, the voltage signal corresponding to the voltage drop amount by the ammeter, to the ground terminal of the three-terminal regulator, the current measuring device is configured so that the applied voltage to the load becomes constant. In addition, the output voltage of the three-terminal regulator can be adjusted. In addition, the current measuring device can dynamically compensate for the voltage drop of the ammeter that varies with time, and can make the voltage applied to the load substantially constant.

本発明によって、負荷に電力を供給する電源装置として簡易な３端子レギュレータを使用する場合に、規定の電圧を供給された状態にある負荷に流れる電流を測定することが可能となる。 According to the present invention, when a simple three-terminal regulator is used as a power supply device that supplies power to a load, it is possible to measure the current flowing through the load that is supplied with a specified voltage.

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary for the sake of clarity.

本発明の実施の形態にかかる電流測定装置１は、図３に示した電流測定系に差動増幅器１２を追加した構成を有する。図１は、電流測定装置１の構成図である。図１において、差動増幅器１２の２つの入力端子には、３端子レギュレータ１０とＤＵＴ５０とを接続する電源ラインに直列に接続された電流計１１の入力側電圧及び出力側電圧が与えられる。より具体的に述べると、差動増幅器１２の非反転入力端子に電流計１１の入力側電圧が与えられ、反転入力端子に電流計１１の出力側電圧が与えられる。また、差動増幅器１２の出力は、３端子レギュレータ１０のグランド端子に接続されている。 The current measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which a differential amplifier 12 is added to the current measuring system shown in FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of the current measuring device 1. In FIG. 1, the input side voltage and the output side voltage of the ammeter 11 connected in series to the power supply line connecting the three-terminal regulator 10 and the DUT 50 are given to the two input terminals of the differential amplifier 12. More specifically, the input side voltage of the ammeter 11 is applied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 12, and the output side voltage of the ammeter 11 is applied to the inverting input terminal. The output of the differential amplifier 12 is connected to the ground terminal of the three-terminal regulator 10.

つまり、差動増幅器１２は、電流計１１の入力側及び出力側の間の差電圧を検出し、当該差電圧に応じた電圧信号を３端子レギュレータ１０のグランド端子に供給する。これにより、３端子レギュレータ１０のグランド端子の電位は、電流計１１の内部抵抗による電圧降下の大きさに応じて変化する。一般的に、３端子レギュレータ１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、グランド端子の電位上昇分だけ上昇するためである。 That is, the differential amplifier 12 detects a difference voltage between the input side and the output side of the ammeter 11 and supplies a voltage signal corresponding to the difference voltage to the ground terminal of the three-terminal regulator 10. Thereby, the potential of the ground terminal of the three-terminal regulator 10 changes according to the magnitude of the voltage drop due to the internal resistance of the ammeter 11. This is because the output voltage _VOUT of the three-terminal regulator 10 generally increases by the amount of the potential increase at the ground terminal.

続いて以下では、負荷電流Ｉ_Ｄ及び電流計１１の電圧降下量ΔＶが時間的に変動する場合における、電流測定装置１の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ及びＤＵＴ５０に対する印加電圧Ｖ_Ｄの挙動について説明する。図２（ａ）は、時間的に変動する負荷電流Ｉ_Ｄを示す波形図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す電流Ｉ_Ｄの時間変動に対応した電流計１１の電圧降下量ΔＶの時間変動を示す波形図である。つまり、負荷電流Ｉ_Ｄと電圧降下量ΔＶは、負荷電流Ｉ_Ｄの増大に比例して電圧降下量ΔＶが増大する関係にある。 Subsequently, the behavior of the applied voltage V _D with respect to the output voltage V _OUT and the DUT 50 of the current measuring device 1 when the load current _ID and the voltage drop amount ΔV of the ammeter 11 fluctuate with time will be described below. FIG. 2A is a waveform diagram showing the load current _ID that varies with time. FIG. 2B is a waveform diagram showing the time variation of the voltage drop amount ΔV of the ammeter 11 corresponding to the time variation of the current _ID shown in FIG. That is, the load current _ID and the voltage drop amount ΔV have a relationship in which the voltage drop amount ΔV increases in proportion to the increase in the load current _ID .

図２（ｄ）は、図３に示した従来の電流測定系を用いる場合の参考図である。図２（ｄ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す負荷電流Ｉ_Ｄ及び電圧降下量ΔＶの時間変動が生じる場合に、図３の電流測定系における３端子レギュレータ１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ及びＤＵＴ５０に対する印加電圧Ｖ_Ｄの挙動を示す波形図である。図３の電流測定系を用いる場合、３端子レギュレータ１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは一定である（図２（ｄ）の破線）。このため、電流計１１の電圧降下量ΔＶの時間変動のために、ＤＵＴ５０に対する印加電圧Ｖ_Ｄは時間的に変動してしまう（図２（ｄ）の実線）。 FIG. 2D is a reference diagram when the conventional current measurement system shown in FIG. 3 is used. FIG. 2D shows the output voltage V of the three-terminal regulator 10 in the current measurement system of FIG. 3 when the load current _ID and the voltage drop amount ΔV shown in FIGS. 2A and 2B change over time. is a waveform diagram illustrating the behavior of the applied voltage _{V D} for _OUT and DUT 50. When the current measurement system of FIG. 3 is used, the output voltage _VOUT of the three-terminal regulator 10 is constant (broken line in FIG. 2D). For this reason, due to the time variation of the voltage drop amount ΔV of the ammeter 11, the applied voltage V _D to the DUT 50 varies with time (solid line in FIG. 2 (d)).

これに対して、図２（ｃ）は、本実施の形態にかかる電流測定装置１を用いる場合の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ及び印加電圧Ｖ_Ｄの挙動を示す波形図である。上述したように、電流測定装置１は、電流計１１の電圧降下量ΔＶを３端子レギュレータ１０のグランド端子にフィードバックしている。このため、電流測定装置１は、負荷電流Ｉ_Ｄの増大に伴う電圧降下量ΔＶの増減に応じて、３端子レギュレータ１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを増減させることができる（図２（ｃ）の破線）。よって、電流測定装置１は、負荷電流Ｉ_Ｄが時間的に変動する場合であっても、電流計１１による電圧降下後の印加電圧Ｖ_Ｄを実質的に一定となるように調整することができる（図２（ｃ）の実線）。 In contrast, FIG. 2 (c) is a waveform diagram showing the behavior of the output voltage V _OUT and the applied voltage V _D in the case of using the current measuring device 1 according to this embodiment. As described above, the current measuring device 1 feeds back the voltage drop amount ΔV of the ammeter 11 to the ground terminal of the three-terminal regulator 10. For this reason, the current measuring apparatus 1 can increase or decrease the output voltage _VOUT of the three-terminal regulator 10 according to the increase or decrease of the voltage drop amount ΔV accompanying the increase of the load current _ID (the broken line in FIG. 2C). ). Therefore, the current measuring device 1 can adjust the applied voltage V _D after the voltage drop by the ammeter 11 to be substantially constant even when the load current _ID varies with time. (Solid line in FIG. 2C).

本発明の実施の形態にかかる電流測定装置の構成図である。It is a lineblock diagram of the current measuring device concerning an embodiment of the invention. （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態にかかる電流測定装置に関する波形図である。（ｄ）は、従来の電流測定装置に関する波形図である。(A)-(c) is a wave form diagram regarding the electric current measurement apparatus concerning embodiment of this invention. (D) is a wave form chart about the conventional current measuring device. 従来の電流測定装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional electric current measuring apparatus. 従来の電流測定装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional electric current measuring apparatus. 従来の電流測定装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional electric current measuring apparatus. ３端子レギュレータの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a 3 terminal regulator.

Explanation of symbols

１電流測定装置
１０３端子レギュレータ
１１電流計
１２差動増幅器
５０電子回路（ＤＵＴ:Device Under Test）
１０１定電流源
１０２基準電圧源
１０３誤差増幅器
１０４パワー・トランジスタ
１０５スタートアップ回路
１０６保護回路
Ｒ１、Ｒ２抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current measuring device 10 3 terminal regulator 11 Ammeter 12 Differential amplifier 50 Electronic circuit (DUT: Device Under Test)
101 constant current source 102 reference voltage source 103 error amplifier 104 power transistor 105 start-up circuit 106 protection circuit R1, R2 resistance

Claims

A three-terminal regulator having an input terminal, an output terminal, and a ground terminal, and generating an output voltage output to the output terminal by stepping down an input voltage to the input terminal;
An ammeter connected in series between the load to which the output voltage is supplied and the output terminal;
A differential amplifier that amplifies a differential voltage between an input side and an output side of the ammeter and supplies a voltage signal corresponding to the differential voltage to the ground terminal;
A current measuring device comprising:

The three-terminal regulator is
A reference voltage circuit for generating a temperature compensated reference voltage;
A dividing resistor that generates an intermediate voltage by dividing between the output voltage and a voltage applied to the ground terminal;
An error amplifying circuit for detecting a difference between the reference voltage and the intermediate voltage;
A power transistor as a voltage control element that adjusts the output voltage according to an output signal of the error amplifier circuit;
The current measuring device according to claim 1, comprising:

A configuration method of a current measurement system for measuring a current flowing from a power supply device using a three-terminal regulator to a load,
An ammeter is connected in series between the three-terminal regulator and the load;
A non-inverting input and an inverting input of a differential amplifier are connected to the input side and the output side of the ammeter,
Connecting the output of the differential amplifier to the ground terminal of the three-terminal regulator;
Configuration method of current measurement system.