本发明专利技术提供一种范围较大且高精度的增益控制放大装置，用于使作为测定对象的电流适合于A/D转换器的输入范围。该增益控制放大装置包括：针对测定对象电流或电压具有不同增益的多个差动放大器(A1、A2)；对差动放大器的输出(Va2)和阈值电压(Vref)进行比较的阈值控制电路(A3)；基于阈值控制电路(A3)的输出选择多个差动放大器(A1、A2)的其中一个差动放大器的输出的开关(M1、M2)；以及用于将偏移电压与其中一个差动放大器的输出相加的偏移控制电路(OF)和加法电路(KA)。
【技术实现步骤摘要】
增益控制放大装置
本专利技术涉及一种增益控制放大装置，用于控制放大以使作为测定对象的电流或电压适合于A/D转换器的输入范围。
技术介绍
电流或电压的测定器中，将以一定增益放大后的输入电压输入到微机通常附带的A/D转换器，从而对测定对象电流或电压进行测定。确定A/D转换器的最小输入电压和最大输入电压，且其比特数决定了测定对象的精度。并且决定上述增益，使其适合于该A/D转换器的输入电压范围。例如，如图6所示，想要对流过分流电阻Rshunt的电流进行测定。在微机内置的A/D转换器的规格为输入电压范围0V～5V、精度10bit((5-0)/(210)＝约4.88mV)、分流电阻Rshunt为1mΩ、测定对象电流0～5A的情况下，为了充分利用A/D转换器的范围和精度，将差动放大器A1的增益R2/R1设定为1000即可。此时的电流检测精度为约4.88mA。然而，对于测定对象电压或电流的精度要求不一定要在测定范围内是相同的，有时会在电压或电流较小时要求较高的精度，反之在电压或电流较大时允许较低的精度。例如，假设0[A]～0.5[A]的检测精度为2[mA]，0.5[A]～5[A]的检测精度为6[mA]即可。在上述差动放大器A1中，在所要求的测定精度不一定在测定范围内是相同的情况下，对于要求精度较高的一方来说，测定范围将会不够，而对于要求精度较低的一方来说，将无法满足低范围的检测精度。此外，若利用开关或继电器来切换上述测定电路，则必须将从电流导出的运算结果反馈至开关控制，从而在响应性方面无法满足要求。另一方面，在将检测信号转换成模拟电信号输入至A/D转换器，并利用转换后的数字信号对检测信号的电平进行测定的情况下，包含在模拟电信号中的不需要的直流偏移电压的大小会导致超过A/D转换器的输入范围。为了去除上述偏移电压，已知有如下专利技术：向差动放大器的一个输入端输入检测信号，向另一个输入端反馈输入偏移去除电压，从而高精度地去除叠加有不需要的直流分量的信号的偏移(参照专利文献1)。此外，在测定像电流的大小、或与电流相关联的电学量、功率量等物理量的情况下，为了将电流转换成电压而使用I/V转换电阻，但以往是根据作为对象的电流的大小，通过利用开关、继电器、或半导体开关切换(范围切换)多种不同电阻值的I/V转换电阻来进行测定。上述测定方法对于动态范围较大且高速变化的电流一般难以进行范围切换，在测定对象电流较小而使得半导体开关的漏电流的影响成为误差主要原因的情况下难以得到实用。因此，为了解决该问题，已知有如下专利技术：设置误差放大用运算放大器和将I/V转换电阻设为负反馈电阻的I/V转换用运算放大器，分别将电流通/断用的半导体开关的一个端子连接至误差放大用运算放大器的反相输入端子，将另一个端子连接至I/V转换用运算放大器的反相输入端子，利用范围通/断用的半导体开关，能够选择I/V转换用运算放大器的非反相输入端子的连接对象是误差放大用运算放大器的输出还是接地，通过使电流通/断用的半导体开关和范围通/断用的半导体开关的双方或某一方通/断，从而获得由半导体开关的漏电流或偏置电流而引起的测定误差较少的电流/电压转换电路(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2007－88845号公报专利文献2：日本专利第4800371号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题专利文献1高精度地去除叠加了不需要的直流分量的信号的偏移，但并没有对测定范围较大的测定对象进行应对，仍必须反馈偏移去除电压，从而响应性上存在问题。此外，专利文献2是用于提供一种由半导体开关的漏电流、偏置电流而引起的测定误差较少的电流/电压转换电路的专利技术，并非是根据要求适当地调谐测定范围和精度的专利技术，并且电路结构也较复杂。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种增益控制放大装置，其能根据要求适当地对测定范围和精度进行动态控制。解决技术问题的技术方案本专利技术所涉及的增益控制放大装置包括：针对测定对象电流或电压具有不同增益的多个差动放大器；对差动放大器的输出和阈值电压进行比较的阈值控制电路；基于阈值控制电路的输出选择多个差动放大器的其中一个差动放大器的输出的开关；以及用于将偏移电压与其中一个差动放大器的输出相加的偏移控制电路和加法电路。专利技术效果根据本专利技术，即使在测定对象电流或电压的测定范围较大并且要求高精度的情况下，也能通过根据要求适当地调谐测定范围和检测精度，从而实时地满足精度要求，而不会不必要地使用昂贵的A/D转换器并且使测定范围变窄，也不会损害响应性。附图说明图1是表示本专利技术实施方式1中的增益控制放大装置的结构的图。图2是表示基于本专利技术实施方式1中的增益控制放大装置来实现不同的要求精度的放大率和偏移的图。图3是表示针对于高精度要求的放大率的图。图4是表示针对于低精度要求的放大率和偏移的图。图5是表示测定对象电流的输入例的图。图6是表示一般的差动放大电路的结构的图。具体实施方式实施方式1.以下，基于图1至图5对本专利技术实施方式1所涉及的增益控制放大装置进行说明。图1是本专利技术实施方式1所涉及的增益控制放大装置的电路结构图，增益控制放大装置包括：用于对测定对象电流I0进行测定的分流电阻Rshunt；具有不同增益的多个差动放大器A1、A2；差动放大器A1、A2的输入电阻R1及反馈电阻R2、R3；PMOS开关M1；NMOS开关M2；通过与阈值电压Vref比较来进行MOS开关M1和M2的通/断控制的阈值控制电路A3；用于向差动放大器A2的输出电位提供偏移电压的偏移控制电路OF和加法电路KA；以及作为连接到MCU(微机)的A/D输入的接口的输出电压端子V3，输出电压端子V3(端子的电压设为V3)通常连接至MCU的A/D转换器的输入端子。此处，差动放大器A1是实现高增益R2/R1的高精度放大器，差动放大器A2是实现低增益R3/R1的低精度放大器。此外，阈值电压Vref设为用于排除由差动放大器A1、A2分别测定的范围外测定结果的基准值，可适当地进行改变。本专利技术中，取决于所要求的检测精度，准备具有多个检测精度和增益的差动放大器A1、A2。例如与上述示例相同，若要求0[A]～0.5[A]的检测精度为2[mA]，0.5[A]～5[A]的检测精度为6[mA]，则准备2个具有该检测精度的差动放大器。如图2所示，针对于电流检测范围0[A]～0.5[A]的测定结果，分配A/D转换器的输入范围为0[V]～1.25[V]的28个步长(step)，针对于电流检测范围0.5[A]～5[A]的测定结果，分配A/D转换器的输入范围为1.25[V]～5[V]的3×28个步长，从而进行10比特(bit)的输入范围分配(210)。于是，前者的检测范围为约1.95[mA]，后者的检测范围为约5.86[mA]，满足检测精度要求。对于输入电流的放大增益分别为2500倍和833倍。前者的电流测定范围为0[A]～0.5[A]，如图3所示，输出2500倍的值，排除超过0.5[A]的测定结果。后者的电流测定范围为0.5[A]～5[A]，如图4所示，输出833倍的值，排除0.5[A]以下的测定结果，并且必须将作为该电流测定结果的差动放大电压值约0.4165[V]校正(偏移)到1.25[V]。进行该偏移的理由是为了在切换想要设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增益控制放大装置，其特征在于，包括：多个差动放大器，该多个差动放大器对于测定对象电流或电压具有不同的增益；阈值控制电路，该阈值控制电路对所述差动放大器的输出和阈值电压进行比较；开关，该开关基于所述阈值控制电路的输出选择多个所述差动放大器的其中一个差动放大器的输出；以及偏移控制电路和加法电路，该偏移控制电路和加法电路用于将偏移电压与所述其中一个差动放大器的输出相加。
【技术特征摘要】
2017.06.08 JP 2017-1131401.一种增益控制放大装置，其特征在于，包括：多个差动放大器，该多个差动放大器对于测定对象电流或电压具有不同的增益；阈值控制电路，该阈值控制电路对所述差动放大器的输出和阈值电压进行比较；开关，该开关基于所述阈值控制电路的输出选择多个所述差动放大器的其中一个差动放大器的输出；以及偏移控制电路和加法电路，该偏移控制电路和加法电路用于将偏移电压与所述其中一个差动放大器的输出相加。2.如权利要求1所述的增益控制放大装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：栗本昌宪，岩上祐希，内山雅满，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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