負荷システム
【課題】負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じる場合でも負荷を安定に制御できる負荷システムを提供する。
【解決手段】負荷部１０が電源装置５０の負荷電流を動的に制御する場合、負荷電流の急激な変化によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、電圧発生回路２０において発生する電圧がこの電圧降下を打ち消して負荷部１０に印加される電圧は所定の動作可能範囲に収まるため、電源装置５０の負荷を安定に制御することができる。
【解決手段】負荷部１０が電源装置５０の負荷電流を動的に制御する場合、負荷電流の急激な変化によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、電圧発生回路２０において発生する電圧がこの電圧降下を打ち消して負荷部１０に印加される電圧は所定の動作可能範囲に収まるため、電源装置５０の負荷を安定に制御することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷電流を動的に制御可能な負荷システムに係り、例えば、高速に大電流の負荷試験を行うことが可能な負荷システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源装置やバッテリー装置などの研究開発や製造検査においては、負荷のインピーダンスを様々に設定して装置の性能を試験するいわゆる負荷試験が欠かせない。この負荷試験では、一般に、トランジスタ等の可変インピーダンス素子を用いてインピーダンスを任意に調節することができる電子負荷装置が広く利用されている（特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−０９０４０４号公報
【特許文献２】特開２００２−０９１５７７号公報
【特許文献３】特許３４７０２９６号公報明細書
【特許文献４】特許３４７７６１９号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年の集積回路は、動作周波数の高速化や低消費電力化を図るために電源電圧が低下する傾向にあり、例えばモバイル用途向けのＩＣには１Ｖ以下の電圧で動作するものが登場している。また、一般にＣＭＯＳ回路では動作周波数を高速化するために寄生キャパシタの高速な充放電が行われるため、回路の動作状態の変化に応じて、瞬時的に大きな電源電流が必要になる。例えば、最近のＣＰＵには、電源装置に対して１０００［Ａ／μｓ］程度の急峻な立ち上がり電流を要求するものがある。
【０００４】
上記のように低電圧かつ大電流で応答の速い電源装置の場合、負荷線の寄生的なインダクタに生じる電圧降下が負荷試験において問題となる。
インダクタに発生する電圧降下は、電流の時間的変化率（ｄＩ／ｄｔ）とインダクタンス値との積で表わされる。通常の負荷試験において、電源装置と電子負荷装置を接続する負荷線の寄生的なインダクタに生じる電圧降下は殆ど無視できるが、大電流を高速に駆動する場合、その電圧降下が顕著になり、電子負荷装置の動作に影響を与えることがある。負荷電流の立ち上がりにおいて、負荷線のインダクタには電源装置から電子負荷装置へ入力される電圧を低下させる極性を持った電圧降下が発生する。低電圧の電源装置の負荷試験において、上記のような電圧降下が発生すると、電子負荷装置の入力電圧が所定の最低動作電圧より低くなることがある。電子負荷装置は、一般にＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタを負荷として用いており、トランジスタには制御可能な最低の電圧が定まっていることから、その最低電圧以下においてインピーダンスの制御が不能になる。したがって、電流の立ち上がり時に、負荷線の電圧降下によって電子負荷装置の入力電圧が最低動作電圧より低くなると、負荷電流の制御が不能になって所望の負荷試験を実施できなくなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じる場合でも負荷を安定に制御できる負荷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る負荷システムは、負荷電流を動的に制御可能な負荷部と、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に電圧を発生する電圧発生回路とを有する。
【０００７】
上記の負荷システムによれば、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に前記電圧発生回路が電圧を発生する。前記負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、前記電圧発生回路において発生する電圧により当該電圧降下が打ち消されるため、前記負荷部に印加される電圧はその動作可能範囲を逸脱せず、前記負荷部は安定に負荷電流を制御する。
【０００８】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記電圧の発生を停止する。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電圧発生回路や前記負荷部で消費される電力が低減する。
【０００９】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷電流経路に挿入され、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するときオンし、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときオフする電源回路と、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記負荷電流経路における前記電源回路の挿入部を短絡するスイッチ回路とを含む。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときは前記電源回路がオフするため、前記電源回路におけるノイズの発生が防止されるとともに、前記電源回路や前記負荷部における消費電力が低減する。
また、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電源回路の挿入部が前記スイッチ回路によって短絡されるため、前記負荷電流経路の抵抗損失が微小になる。
【００１０】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときには、前記動的制御のときに比べて低い電圧を発生する。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電圧発生回路や前記負荷部で消費される電力が低減する。
【００１１】
なお、上記において「負荷電流を動的に制御するとき」とは、負荷電流を時間的に変化させる制御が実行される期間を指しており、これには次に述べる２通りの意味が含まれている。すなわち、広い意味では、負荷電流を一定に保持する期間と負荷電流を変化させる期間とを含んだ一連の制御が実行される期間を示し、狭い意味では、負荷電流を変化させる期間のみを示す。前者の広い意味に解釈する場合、「負荷電流を静的に制御するとき」とは、「負荷電流を動的に制御するとき」以外で負荷電流を一定に保持する制御が実行される期間を意味する。一方、後者の狭い意味に解釈する場合、「負荷電流を静的に制御するとき」とは、負荷電流を一定に保持する期間のみを意味する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷電流を動的に制御するとき、負荷部に印加される電圧がその動作可能な範囲に収まるよう負荷電流経路に電圧が発生するため、負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じる場合でも、負荷を安定に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る負荷システムの構成の一例を示す図である。
図１に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０と、制御部３０を有する。
負荷部１０は、本発明における負荷部の一実施形態である。
電圧発生回路２０は、本発明における電圧発生回路の一実施形態である。
【００１４】
負荷部１０は、例えばトランジスタ等の可変インピーダンス素子を有しており、制御部３０の制御に応じてインピーダンスを変化させる。負荷部１０は、例えば図１に示すように正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−を有しており、入力端子間のインピーダンスを制御部３０の設定に従って調節する。
【００１５】
負荷部１０は、負荷の制御モードとして、例えば、所望の電流を流す定電流モードや、所望の抵抗値を保つ定抵抗モード、所望の電圧源を模擬する定電圧モード、所望の電力を消費する定電力モードなどを備える。負荷部１０には、例えば、入力端子（ＩＮ＋，ＩＮ−）に流れる電流や入力端子間の電圧、消費電力などの制御対象量を測定する測定回路と、その測定結果に応じて可変インピーダンス素子（トランジスタ等）のインピーダンスを制御する制御回路が設けられている。制御回路は、制御部３０による負荷設定値（電流値，抵抗値，電圧値，電力値等）と測定回路の測定結果との差が小さくなるように負荷トランジスタ等のインピーダンスをフィードバック制御する。
【００１６】
なお、負荷部１０には、上述した制御が可能な入力電圧（正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−に印加される電圧）の範囲が定められている。この入力電圧範囲は、主として、負荷を構成する可変インピーダンス素子（トランジスタ等）の電気的特性に由来する。
【００１７】
この負荷部１０は、正の負荷線Ｌ１，Ｌ２及び負の負荷線Ｌ３を介して試験対象の電源装置５０に接続されている。正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中には電圧発生回路２０が挿入されている。負荷線Ｌ１は電源装置５０の正出力端子ＯＵＴ＋と電圧発生回路２０の負出力端子を接続し、負荷線Ｌ２は負荷部１０の正入力端子ＩＮ＋と電圧発生回路２０の正出力端子を接続する。電源装置５０は、例えば直流の定電圧電源装置であり、一定の直流電圧を発生する。
【００１８】
電圧発生回路２０は、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、負荷部１０の入力電圧（正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−に印加される電圧）が上述した入力電圧範囲（負荷部１０の動作可能範囲）に収まるように、負荷電流の経路である正の負荷線Ｌ１，Ｌ２において電圧を発生する。また電圧発生回路２０は、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、電圧の発生を停止する。
【００１９】
電圧発生回路２０は、例えば図１に示すように、電源回路２０１とスイッチ回路２０２を有する。
電源回路２０１は、直流の電圧を発生する回路であり、正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中にスイッチ回路２０２を介して挿入される。電源回路２０１の負出力端子は正の負荷線Ｌ１に接続され、電源回路２０１の正出力端子はスイッチ回路２０２を介して正の負荷線Ｌ２に接続される。電源回路２０１には、例えばスイッチング型やリニア・レギュレータ型の電源回路が用いられる。
スイッチ回路２０２は、制御部３０から入力される制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときは電源回路２０１の正出力端子を負荷線Ｌ２に接続し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときは電源回路２０１の正出力端子を負荷線Ｌ２から切り離して負荷線Ｌ１とＬ２を短絡する。スイッチ回路２０２は、例えば機械式のリレーや半導体スイッチ素子などが用いられる。
【００２０】
制御部３０は、負荷部１０における負荷の制御モードや負荷の値を設定する。また、負荷電流の制御の方法（動的制御／静的制御）に応じて電圧発生回路２０の電圧の発生を制御するための制御信号Ｓ１を出力する。
【００２１】
例えば、制御部３０は、不図示の入力装置（操作キー，ダイヤルなど）により入力されるユーザの指示や、不図示の通信インターフェース装置を介して入力される上位装置（ホスト・コンピュータなど）からの指示に従って、負荷部１０の動作を制御する。制御部３０の制御による動作モードとしては、一定の負荷（例えば一定の負荷電流）を保つように負荷部１０の負荷状態を随時設定するモード（静的モード）と、プログラムに従って負荷の状態を順次変化させるモード（動的モード）がある。制御部３０の制御信号Ｓ１は、例えばこの動作モードを電圧発生回路２０に通知する。電圧発生回路２０は、動作モードが動的モードのとき電圧を発生し、静的モードのとき電圧の発生を停止する。
【００２２】
ここで、上述した構成を有する図１に示す負荷システムの動作を説明する。
負荷部１０は、制御部３０により設定された制御モード（定電流モード，定抵抗モード，定電圧モードなど）と負荷の値に従って、入力端子間（ＩＮ＋，ＩＮ−）のインピーダンスをフィードバック制御し、電源装置５０の負荷を所望の状態に調節する。
負荷部１０を動的モードで動作させる場合、制御部３０は、電圧発生回路２０によって正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中に電圧を発生させる。すなわち、電源回路２０１が正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中に挿入されるようにスイッチ回路２０２を制御する。動的モードにおいて負荷電流が急激に立ち上がると、負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタには負荷部１０の入力電圧が低くなる極性を持った電圧降下が生じる。しかしながら、そのような電圧降下が生じても負荷部１０の入力電圧が動作可能範囲より低くならない程度の適切な電圧が電圧発生回路２０において発生するため、寄生インダクタによる電圧降下が打ち消され、負荷部１０の制御は不安定にならない。
一方、負荷部１０を静的モードで動作させる場合、制御部３０は、電圧発生回路２０における電圧の発生を停止する。すなわち、電源回路２０１を正の負荷線Ｌ２から切り離して、負荷線Ｌ１とＬ２を短絡する。静的モードでは負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタに電圧降下が発生しないため、負荷部１０に入力される電圧は、電源装置５０の出力電圧に対して負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生抵抗による電圧降下分だけ低い電圧となる。
【００２３】
以上説明したように、図１に示す負荷システムによれば、負荷部１０が電源装置５０の負荷電流を動的に制御する場合、負荷電流の急激な変化によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、電圧発生回路２０において発生する電圧がこの電圧降下を打ち消して負荷部１０に印加される電圧は所定の動作可能範囲に収まるため、電源装置５０の負荷を安定に制御することができる。
【００２４】
また、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、電圧発生回路２０における電圧の発生が停止されるため、電圧発生回路２０が常時電圧を発生する場合に比べて負荷部１０や電圧発生回路２０で消費される電力を低減できる。
【００２５】
更に、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき負荷電流経路における電源回路２０１の挿入部分（図１の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０２によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らし、大電流の負荷試験における負荷部１０の入力電圧の低下を抑えることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の変形例について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の変形例）
図２は、本実施形態の第１の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図２に示す電圧発生回路２０Ａは、電源回路２０３とスイッチ回路２０４を有する。
電源回路２０３は、一定の直流電圧を発生する回路であり、負荷電流の経路（負荷線Ｌ１〜Ｌ３）に挿入される。すなわち、電源回路２０３の正出力端子は正の負荷線Ｌ２に接続され、負出力端子は正の負荷線Ｌ１に接続される。電源回路２０３は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときオンし、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときオフする。
スイッチ回路２０４は、負荷電流経路における電源回路２０３の挿入部分、すなわち負荷線Ｌ１とＬ２の間に電源回路２０３と並列に接続されており、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときオフし、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときオンする。
【００２８】
図２に示す電圧発生回路２０Ａでは、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときに電源回路２０３がオフするため、電源回路２０３によるノイズの発生を確実に防止することができる。これにより、例えば電源装置５０に負荷を与えながら各種の測定（電圧，電流，電力等）を行う場合において、電源回路２０３によるノイズの影響を無くして測定精度の向上を図ることができる。また、電源回路２０３がオフすることにより、電源回路２０３や負荷部１０における消費電力を低減することができる。
更に、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときに電源回路２０３の挿入部（図２の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０４によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らし、大電流の負荷試験における負荷部１０の入力電圧の低下を抑えることができる。
【００２９】
（第２の変形例）
図３は、本実施形態の第２の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図３に示す電圧発生回路２０Ｂは、負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続された電源回路２０５を有する。電源回路２０５は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて出力電圧の制御が可能であり、負荷部１０による負荷電流の制御が静的であるか動的であるかに応じて出力電圧を変化させる。すなわち、電源回路２０５は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷電流の制御が静的である場合の出力電圧を動的である場合より低くする。
これにより、電圧発生回路２０において常に電圧を発生する場合に比べて、負荷部１０や電圧発生回路２０で消費される電力を低減できる。また、図３に示す電圧発生回路２０Ｂによれば、負荷線Ｌ１，Ｌ２を短絡するスイッチ回路が不要であるため、回路構成を簡易化できる。
【００３０】
（第３の変形例）
図４は、本実施形態の第３の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図４に示す電圧発生回路２０Ｃは、キャパシタ２０６，２０９と、充電回路２０７と、スイッチ回路２０８と、抵抗２１０と有する。
【００３１】
キャパシタ２０６は、正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中にスイッチ回路２０８を介して挿入される。
【００３２】
充電回路２０７は、キャパシタ２０６を充電する。例えば、充電回路２０７は、キャパシタ２０６の電圧を検出する回路と、この検出結果に応じて充電動作を制御する制御回路を含む。制御回路は、キャパシタ２０６の電圧が一定範囲に含まれるように充電を行う。この場合、具体的には、キャパシタ２０６の電圧が所定の最小値より低くなると充電を開始し、所定の最大値に達すると充電を停止する。最小値と最大値で規定されるキャパシタ２０６の電圧範囲は、負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタの電圧降下によって負荷部１０の入力電圧が所定の最低動作電圧より低くならないように設定される。
【００３３】
スイッチ回路２０８は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じてキャパシタ２０６の接続を切り替える回路であり、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、充電回路２０７により充電されたキャパシタ２０６を負荷電流経路に挿入し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、キャパシタを負荷電流経路の挿入部から切り離して当該挿入部を短絡する。具体的には、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、キャパシタ２０６を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、負荷線Ｌ２をキャパシタ２０６から切り離して負荷線Ｌ１に短絡する。
【００３４】
キャパシタ２０９と抵抗２１０は、負荷線Ｌ１とＬ２の間に直列に接続される。キャパシタ２０９と抵抗２１０の直列回路は、スイッチ回路２０８の切り替えの際、負荷線Ｌ１とＬ２が瞬時的にフローティング状態となって負荷電流が不連続になることを防止するための回路であり、スイッチ回路２０８において負荷線Ｌ１とＬ２が切り離されたとき一時的に負荷電流の流通経路を確保する。
【００３５】
図４に示す電圧発生回路２０Ｃでは、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して電圧を発生しているため、キャパシタ２０６の静電容量を十分大きくすれば、動的モードにおいて充電を行うことなく負荷試験を行うことができる。これにより、充電回路２０７からのノイズの発生を確実に防止できるため、負荷試験の際に実施される各種の測定の精度を向上できる。
また、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して必要な電圧を発生するため、充電回路２０７の定格出力電力を電源装置５０より小さくすることが可能であり、充電回路２０７を小型化できる。
更に、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときにキャパシタ２０６を負荷電流経路から切り離すため、静的制御時において充電回路２０７を動作させなくてよくなり、充電回路２０７の定格出力電力を抑えることができるとともに、負荷部１０の消費電力を減らすことができる。
しかも、キャパシタ２０６の挿入部（図４の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０８によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らすことができる。
【００３６】
（第４の変形例）
図５は、負荷電流経路に電圧を発生する条件に関する本実施形態の第４の変形例を説明するための図であり、負荷電流の波形と電圧発生回路の動作状態の一例を示す。
これまで説明した電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）では、動的モードにおいて電圧を発生し、静的モードにおいて電圧の発生を停止する（若しくは動的モード時より電圧を低下させる）。しかしながら、動的モードにおいても、負荷電流を一定に保つ期間を含む場合があり、その期間においては、負荷線の寄生インダクタに電圧降下が発生しないにも関わらず電圧発生回路が動作することになり、無駄に電力が消費される。
そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路は、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）において、負荷電流を一定に保つ期間は動的モードであっても電圧の発生を停止する（若しくは電圧を低下させる）。これにより、電圧発生回路から負荷部１０に電圧を供給する期間が短くなるため、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を低減できる。特に、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して電圧を発生する図４の電圧発生回路２０Ｃにおいては、負荷電流の供給期間が短くなってキャパシタ２０６の電荷の消費が減少すると、キャパシタ２０６の静電容量や充電回路２０７の駆動能力を小さくできるため、装置サイズの小型化を図ることができる。
【００３７】
また、負荷電流が変化する期間のうち、負荷電流の立下り（すなわち負荷電流を減少させる期間）において負荷線の寄生インダクタに発生する電圧は、負荷部１０の入力電圧を高くする極性を持っているため、この期間において負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧より低くなることはない。
そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路においては、図５に示すように、負荷電流が一定の期間のみならず立下りの期間においても電圧発生を停止してよい（若しくは立ち上がり時より電圧を低下させてよい）。すなわち、電圧発生回路は、負荷部１０が負荷電流を減少させるときに電圧の発生を停止してよい（または、前記負荷電流の増大時に比べて低い電圧を発生してよい）。これにより、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を更に低減可能である。
【００３８】
なお、電圧発生回路において目的の電圧を出力するまでにはある程度の動作時間を要するので、負荷電流を急激に立ち上げる際、その立ち上がりより先に予め電圧発生回路において電圧を発生させておいた方が良い場合がある。そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路は、負荷電流を一定に保つ期間であっても、負荷電流を立ち上げる直前においては予め電圧を発生させる（あるいは予め低電圧を高電圧に上昇させる）ようにしてもよい。
【００３９】
（第５の変形例）
図６は、本実施形態の第５の変形例に係る負荷システムを示す図である。
図６に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０Ｄと、制御部３０と、電圧検出回路４０と有する。図６と図１の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００４０】
電圧検出回路４０は、負荷部１０に印加される電圧を検出する。
電圧発生回路２０Ｄは、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）において、電圧検出回路４０の検出電圧が所定のしきい値より高い場合、動的モードであっても電圧の発生を停止する（または検出電圧が当該しきい値を超える場合に比べて低い電圧を発生する）。
【００４１】
出力電圧がある程度高い電源装置５０の負荷試験においては、負荷部１０の最低動作電圧までのマージンが大きいことや、負荷電流の最大値が比較的小さいことなどから、負荷線の寄生インダクタの影響により負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧以下に落ち込むことはほとんどない。したがって、電圧検出回路４０の検出電圧に応じて電圧発生回路２０Ｄの電圧発生を停止する（または低い電圧を発生する）ようにすれば、電圧発生回路２０Ｄや負荷部１０における消費電力を効果的に低減できる。
【００４２】
（第６の変形例）
第６の変形例は、負荷電流経路に電圧を発生する条件を限定するものであり、上述した第５の変形例に関連する。
すなわち、第６の変形例に係る電圧発生回路は、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｄ）において、負荷部１０に設定される負荷電流の変化率（Ａ／ｓｅｃ）が所定のしきい値より小さい場合、動的モードであっても電圧の発生を停止する（または、変化率が当該しきい値を超える場合に比べて低い電圧を発生する）。
【００４３】
先に説明したように、負荷線の寄生インダクタに発生する電圧降下は負荷電流の変化率（Ａ／ｓｅｃ）に比例する。そのため、動的モードにおいて負荷電流を立ち上げる場合であっても、その変化率が十分小さければ、負荷線の寄生インダクタの影響により負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧以下に落ち込むことはほとんどない。したがって、負荷部１０に設定される負荷電流の変化率に応じて電圧発生回路の電圧発生を停止する（または低い電圧を発生する）ようにすれば、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を効果的に低減できる。
【００４４】
（第７の変形例）
図７は、本実施形態の第７の変形例に係る負荷システムを示す図である。
図７に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０Ｅと、制御部３０と、電圧検出回路４０と有する。電圧発生回路２０Ｅは、キャパシタ２０９，２１３と、スイッチ回路２１４，２１５と、抵抗２１０と有する。なお、図７と図４，図６の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００４５】
キャパシタ２１３は、スイッチ回路２１４，２１５を介して負荷線Ｌ１，Ｌ２の間に接続される。
【００４６】
スイッチ回路２１４，２１５は、制御部３０の制御信号Ｓ１と電圧検出回路４０の検出結果に応じて、キャパシタ２１３と負荷線Ｌ１，Ｌ２との接続を切り替える。すなわち、スイッチ回路２１４は、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、負荷電流経路にキャパシタ２１３を挿入し、電圧検出回路４０において検出される電圧が所定のしきい値より低くなると負荷電流経路の挿入部からキャパシタ２１３を切り離して当該挿入部を短絡する。また、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、静的制御の場合と逆の接続方向でキャパシタ２１３を負荷電流経路に挿入する。
図７の例において、スイッチ回路２１４は、キャパシタ２１３の２つの端子（Ｎ１，Ｎ２）の一方と負荷線Ｌ２とを選択的に接続する。スイッチ回路２１５は、この２つの端子（Ｎ１，Ｎ２）の一方と負荷線Ｌ１とを選択的に接続する。
【００４７】
キャパシタ２０９と抵抗２１０は、先に説明したように、負荷線Ｌ１とＬ２が瞬時的にフローティング状態となって負荷電流が不連続になることを防止する。
【００４８】
図７に示す負荷システムの動作を説明する。
負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、スイッチ回路２１４はキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択し、スイッチ回路２１５はキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択する。これにより、キャパシタ２１３には端子Ｎ１が高電位となるように電荷が充電される。キャパシタ２１３の充電が進むと、負荷部１０の入力電圧は徐々に低下し、所定のしきい値に達する。このしきい値は負荷部１０の最少動作電圧より若干高い電圧に設定されている。電圧検出回路４０の検出電圧がこのしきい値より低くなると、スイッチ回路２１４はキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択するように切り替わる。これにより、負荷線Ｌ１とＬ２は、スイッチ回路２１４及び２１５を介して短絡され、キャパシタ２１３の端子Ｎ２はフローティング状態となる。キャパシタ２１３に蓄積された電荷はそのまま保持される。
次いで、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、スイッチ回路２１５はキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択するように切り替わる。すると、キャパシタ２１３は、静的制御のときとは逆の方向で負荷線Ｌ１，Ｌ２に接続され、負荷線Ｌ２が負荷線Ｌ１より高電位になる。負荷電流の動的制御によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタに発生する電圧降下は、キャパシタ２１３の電圧によって打ち消される。
【００４９】
このように、図７に示す負荷システムによれば、図４に示すような充電回路を設けることなくキャパシタ２１３を充電できるため、回路構成を非常に簡易化することができる。
【００５０】
なお、先に説明した変形例４は、図７に示す負荷システムにも適用可能である。
すなわち、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続するのは、動的モードの全期間でもよいし、動的モードにおいて電流を変化させる期間に限定してもよいし、更に、電流を変化させる期間のうち立ち上がりの期間に限定してもよい。
【００５１】
また、先に説明した変形例５，６も、図７に示す負荷システムに適用可能である。
すなわち、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続すべき上述の動的制御の期間において、電圧検出回路４０の検出電圧が所定のしきい値より高い場合や、負荷電流の変化率の設定値が所定のしきい値より小さい場合には、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続せず、負荷線Ｌ１とＬ２を短絡したままにしてよい。
【００５２】
更に、動的モードにおいて負荷電流を減少させるとき（立下り時）は、負荷電流を増大させるとき（立ち上がり時）と逆の接続方向でキャパシタ２１３を負荷電流経路に挿入してよい。すなわち上述の動作例において、負荷電流の立下り時にスイッチ回路２１４がキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択し、スイッチ回路２１５がキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択して、負荷線Ｌ１が負荷線Ｌ２より高電位になるようにしてもよい。
負荷電流が立ち下がるとき、負荷線の寄生インダクタには負荷部１０の入力電圧が高くなる極性を持った電圧が発生する。寄生インダクタに発生する電圧があまり高くなると、負荷部１０の入力電圧が定格の上限値を超える可能性がある。そこで、負荷電流の立下り時に、負荷部１０の入力電圧が低くなるよう負荷線にキャパシタ２１３を挿入すれば、負荷部１０の入力電圧の上昇を抑えて、これを適正な電圧範囲に収めることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、更に種々の変形例を含んでいる。
【００５４】
図１に示す負荷システムにおいて電源回路２０１を負荷電流経路から切り離した場合、電源回路２０１がオフするように制御を行ってもよい。これにより、電源回路２０１におけるノイズの発生がなくなり、負荷試験時の各種の電気的測定における測定精度を向上できる。
【００５５】
本発明において電圧発生回路が負荷電流経路に発生する電圧は、動的制御の際に負荷部に設定される負荷電流の変化率や、電圧検出回路により検出される負荷部の入力電圧に応じて変化させてもよい。例えば、負荷電流の変化率の設定値が小さくなるほど、あるいは、負荷部の入力電圧の検出値が高くなるほど、電圧発生回路において発生する電圧を低くしてもよい。これにより、電圧発生回路や負荷部で消費される電力をより一層削減することができる。
【００５６】
また、本発明においては、負荷電流の制御の状態ではなく、負荷部の入力電圧の検出結果に基づいて、電圧発生回路の電圧発生のタイミングを直接的に決定してもよい。すなわち、電圧検出回路により検出される負荷部の入力電圧が一定のしきい値より低下した場合、電圧発生回路が負荷電流経路に電圧を発生するようにしてもよい。
【００５７】
上述の実施形態では、正の負荷線に電圧発生回路を設けているが、負の負荷線に電圧発生回路を設けてもよいし、両方の負荷線に電圧発生回路を設けてもよい。
【００５８】
電圧発生回路は、上述した実施形態のように負荷線の途中に設けてもよいし、負荷部の端子部分や、電源装置の端子部分に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る負荷システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態の第１の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図３】本実施形態の第２の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図４】本実施形態の第３の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図５】本実施形態の第４の変形例を説明するための図であり、負荷電流の波形と電圧発生回路の動作状態の一例を示す。
【図６】本実施形態の第５の変形例に係る負荷システムを示す図である。
【図７】本実施形態の第７の変形例に係る負荷システムを示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…負荷部、２０，２０Ａ〜２０Ｅ…電圧発生回路、２０１，２０３，２０５…電源回路、２０２,２０４，２０８，２１４，２１５…スイッチ回路、２０６，２０９，２１３…キャパシタ、２１０…抵抗、３０…制御部、４０…電圧検出回路、５０…電源装置、Ｌ１〜Ｌ３…負荷線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷電流を動的に制御可能な負荷システムに係り、例えば、高速に大電流の負荷試験を行うことが可能な負荷システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源装置やバッテリー装置などの研究開発や製造検査においては、負荷のインピーダンスを様々に設定して装置の性能を試験するいわゆる負荷試験が欠かせない。この負荷試験では、一般に、トランジスタ等の可変インピーダンス素子を用いてインピーダンスを任意に調節することができる電子負荷装置が広く利用されている（特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−０９０４０４号公報
【特許文献２】特開２００２−０９１５７７号公報
【特許文献３】特許３４７０２９６号公報明細書
【特許文献４】特許３４７７６１９号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年の集積回路は、動作周波数の高速化や低消費電力化を図るために電源電圧が低下する傾向にあり、例えばモバイル用途向けのＩＣには１Ｖ以下の電圧で動作するものが登場している。また、一般にＣＭＯＳ回路では動作周波数を高速化するために寄生キャパシタの高速な充放電が行われるため、回路の動作状態の変化に応じて、瞬時的に大きな電源電流が必要になる。例えば、最近のＣＰＵには、電源装置に対して１０００［Ａ／μｓ］程度の急峻な立ち上がり電流を要求するものがある。
【０００４】
上記のように低電圧かつ大電流で応答の速い電源装置の場合、負荷線の寄生的なインダクタに生じる電圧降下が負荷試験において問題となる。
インダクタに発生する電圧降下は、電流の時間的変化率（ｄＩ／ｄｔ）とインダクタンス値との積で表わされる。通常の負荷試験において、電源装置と電子負荷装置を接続する負荷線の寄生的なインダクタに生じる電圧降下は殆ど無視できるが、大電流を高速に駆動する場合、その電圧降下が顕著になり、電子負荷装置の動作に影響を与えることがある。負荷電流の立ち上がりにおいて、負荷線のインダクタには電源装置から電子負荷装置へ入力される電圧を低下させる極性を持った電圧降下が発生する。低電圧の電源装置の負荷試験において、上記のような電圧降下が発生すると、電子負荷装置の入力電圧が所定の最低動作電圧より低くなることがある。電子負荷装置は、一般にＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタを負荷として用いており、トランジスタには制御可能な最低の電圧が定まっていることから、その最低電圧以下においてインピーダンスの制御が不能になる。したがって、電流の立ち上がり時に、負荷線の電圧降下によって電子負荷装置の入力電圧が最低動作電圧より低くなると、負荷電流の制御が不能になって所望の負荷試験を実施できなくなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じる場合でも負荷を安定に制御できる負荷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る負荷システムは、負荷電流を動的に制御可能な負荷部と、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に電圧を発生する電圧発生回路とを有する。
【０００７】
上記の負荷システムによれば、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に前記電圧発生回路が電圧を発生する。前記負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、前記電圧発生回路において発生する電圧により当該電圧降下が打ち消されるため、前記負荷部に印加される電圧はその動作可能範囲を逸脱せず、前記負荷部は安定に負荷電流を制御する。
【０００８】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記電圧の発生を停止する。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電圧発生回路や前記負荷部で消費される電力が低減する。
【０００９】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷電流経路に挿入され、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するときオンし、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときオフする電源回路と、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記負荷電流経路における前記電源回路の挿入部を短絡するスイッチ回路とを含む。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときは前記電源回路がオフするため、前記電源回路におけるノイズの発生が防止されるとともに、前記電源回路や前記負荷部における消費電力が低減する。
また、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電源回路の挿入部が前記スイッチ回路によって短絡されるため、前記負荷電流経路の抵抗損失が微小になる。
【００１０】
好適に、前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときには、前記動的制御のときに比べて低い電圧を発生する。
これにより、前記負荷電流を静的に制御するときに前記電圧発生回路や前記負荷部で消費される電力が低減する。
【００１１】
なお、上記において「負荷電流を動的に制御するとき」とは、負荷電流を時間的に変化させる制御が実行される期間を指しており、これには次に述べる２通りの意味が含まれている。すなわち、広い意味では、負荷電流を一定に保持する期間と負荷電流を変化させる期間とを含んだ一連の制御が実行される期間を示し、狭い意味では、負荷電流を変化させる期間のみを示す。前者の広い意味に解釈する場合、「負荷電流を静的に制御するとき」とは、「負荷電流を動的に制御するとき」以外で負荷電流を一定に保持する制御が実行される期間を意味する。一方、後者の狭い意味に解釈する場合、「負荷電流を静的に制御するとき」とは、負荷電流を一定に保持する期間のみを意味する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷電流を動的に制御するとき、負荷部に印加される電圧がその動作可能な範囲に収まるよう負荷電流経路に電圧が発生するため、負荷電流の高速な変化によって負荷線の寄生的なインダクタに電圧降下が生じる場合でも、負荷を安定に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る負荷システムの構成の一例を示す図である。
図１に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０と、制御部３０を有する。
負荷部１０は、本発明における負荷部の一実施形態である。
電圧発生回路２０は、本発明における電圧発生回路の一実施形態である。
【００１４】
負荷部１０は、例えばトランジスタ等の可変インピーダンス素子を有しており、制御部３０の制御に応じてインピーダンスを変化させる。負荷部１０は、例えば図１に示すように正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−を有しており、入力端子間のインピーダンスを制御部３０の設定に従って調節する。
【００１５】
負荷部１０は、負荷の制御モードとして、例えば、所望の電流を流す定電流モードや、所望の抵抗値を保つ定抵抗モード、所望の電圧源を模擬する定電圧モード、所望の電力を消費する定電力モードなどを備える。負荷部１０には、例えば、入力端子（ＩＮ＋，ＩＮ−）に流れる電流や入力端子間の電圧、消費電力などの制御対象量を測定する測定回路と、その測定結果に応じて可変インピーダンス素子（トランジスタ等）のインピーダンスを制御する制御回路が設けられている。制御回路は、制御部３０による負荷設定値（電流値，抵抗値，電圧値，電力値等）と測定回路の測定結果との差が小さくなるように負荷トランジスタ等のインピーダンスをフィードバック制御する。
【００１６】
なお、負荷部１０には、上述した制御が可能な入力電圧（正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−に印加される電圧）の範囲が定められている。この入力電圧範囲は、主として、負荷を構成する可変インピーダンス素子（トランジスタ等）の電気的特性に由来する。
【００１７】
この負荷部１０は、正の負荷線Ｌ１，Ｌ２及び負の負荷線Ｌ３を介して試験対象の電源装置５０に接続されている。正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中には電圧発生回路２０が挿入されている。負荷線Ｌ１は電源装置５０の正出力端子ＯＵＴ＋と電圧発生回路２０の負出力端子を接続し、負荷線Ｌ２は負荷部１０の正入力端子ＩＮ＋と電圧発生回路２０の正出力端子を接続する。電源装置５０は、例えば直流の定電圧電源装置であり、一定の直流電圧を発生する。
【００１８】
電圧発生回路２０は、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、負荷部１０の入力電圧（正入力端子ＩＮ＋と負入力端子ＩＮ−に印加される電圧）が上述した入力電圧範囲（負荷部１０の動作可能範囲）に収まるように、負荷電流の経路である正の負荷線Ｌ１，Ｌ２において電圧を発生する。また電圧発生回路２０は、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、電圧の発生を停止する。
【００１９】
電圧発生回路２０は、例えば図１に示すように、電源回路２０１とスイッチ回路２０２を有する。
電源回路２０１は、直流の電圧を発生する回路であり、正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中にスイッチ回路２０２を介して挿入される。電源回路２０１の負出力端子は正の負荷線Ｌ１に接続され、電源回路２０１の正出力端子はスイッチ回路２０２を介して正の負荷線Ｌ２に接続される。電源回路２０１には、例えばスイッチング型やリニア・レギュレータ型の電源回路が用いられる。
スイッチ回路２０２は、制御部３０から入力される制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときは電源回路２０１の正出力端子を負荷線Ｌ２に接続し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときは電源回路２０１の正出力端子を負荷線Ｌ２から切り離して負荷線Ｌ１とＬ２を短絡する。スイッチ回路２０２は、例えば機械式のリレーや半導体スイッチ素子などが用いられる。
【００２０】
制御部３０は、負荷部１０における負荷の制御モードや負荷の値を設定する。また、負荷電流の制御の方法（動的制御／静的制御）に応じて電圧発生回路２０の電圧の発生を制御するための制御信号Ｓ１を出力する。
【００２１】
例えば、制御部３０は、不図示の入力装置（操作キー，ダイヤルなど）により入力されるユーザの指示や、不図示の通信インターフェース装置を介して入力される上位装置（ホスト・コンピュータなど）からの指示に従って、負荷部１０の動作を制御する。制御部３０の制御による動作モードとしては、一定の負荷（例えば一定の負荷電流）を保つように負荷部１０の負荷状態を随時設定するモード（静的モード）と、プログラムに従って負荷の状態を順次変化させるモード（動的モード）がある。制御部３０の制御信号Ｓ１は、例えばこの動作モードを電圧発生回路２０に通知する。電圧発生回路２０は、動作モードが動的モードのとき電圧を発生し、静的モードのとき電圧の発生を停止する。
【００２２】
ここで、上述した構成を有する図１に示す負荷システムの動作を説明する。
負荷部１０は、制御部３０により設定された制御モード（定電流モード，定抵抗モード，定電圧モードなど）と負荷の値に従って、入力端子間（ＩＮ＋，ＩＮ−）のインピーダンスをフィードバック制御し、電源装置５０の負荷を所望の状態に調節する。
負荷部１０を動的モードで動作させる場合、制御部３０は、電圧発生回路２０によって正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中に電圧を発生させる。すなわち、電源回路２０１が正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中に挿入されるようにスイッチ回路２０２を制御する。動的モードにおいて負荷電流が急激に立ち上がると、負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタには負荷部１０の入力電圧が低くなる極性を持った電圧降下が生じる。しかしながら、そのような電圧降下が生じても負荷部１０の入力電圧が動作可能範囲より低くならない程度の適切な電圧が電圧発生回路２０において発生するため、寄生インダクタによる電圧降下が打ち消され、負荷部１０の制御は不安定にならない。
一方、負荷部１０を静的モードで動作させる場合、制御部３０は、電圧発生回路２０における電圧の発生を停止する。すなわち、電源回路２０１を正の負荷線Ｌ２から切り離して、負荷線Ｌ１とＬ２を短絡する。静的モードでは負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタに電圧降下が発生しないため、負荷部１０に入力される電圧は、電源装置５０の出力電圧に対して負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生抵抗による電圧降下分だけ低い電圧となる。
【００２３】
以上説明したように、図１に示す負荷システムによれば、負荷部１０が電源装置５０の負荷電流を動的に制御する場合、負荷電流の急激な変化によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生的なインダクタに電圧降下が生じても、電圧発生回路２０において発生する電圧がこの電圧降下を打ち消して負荷部１０に印加される電圧は所定の動作可能範囲に収まるため、電源装置５０の負荷を安定に制御することができる。
【００２４】
また、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、電圧発生回路２０における電圧の発生が停止されるため、電圧発生回路２０が常時電圧を発生する場合に比べて負荷部１０や電圧発生回路２０で消費される電力を低減できる。
【００２５】
更に、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき負荷電流経路における電源回路２０１の挿入部分（図１の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０２によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らし、大電流の負荷試験における負荷部１０の入力電圧の低下を抑えることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の変形例について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の変形例）
図２は、本実施形態の第１の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図２に示す電圧発生回路２０Ａは、電源回路２０３とスイッチ回路２０４を有する。
電源回路２０３は、一定の直流電圧を発生する回路であり、負荷電流の経路（負荷線Ｌ１〜Ｌ３）に挿入される。すなわち、電源回路２０３の正出力端子は正の負荷線Ｌ２に接続され、負出力端子は正の負荷線Ｌ１に接続される。電源回路２０３は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときオンし、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときオフする。
スイッチ回路２０４は、負荷電流経路における電源回路２０３の挿入部分、すなわち負荷線Ｌ１とＬ２の間に電源回路２０３と並列に接続されており、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するときオフし、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するときオンする。
【００２８】
図２に示す電圧発生回路２０Ａでは、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときに電源回路２０３がオフするため、電源回路２０３によるノイズの発生を確実に防止することができる。これにより、例えば電源装置５０に負荷を与えながら各種の測定（電圧，電流，電力等）を行う場合において、電源回路２０３によるノイズの影響を無くして測定精度の向上を図ることができる。また、電源回路２０３がオフすることにより、電源回路２０３や負荷部１０における消費電力を低減することができる。
更に、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときに電源回路２０３の挿入部（図２の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０４によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らし、大電流の負荷試験における負荷部１０の入力電圧の低下を抑えることができる。
【００２９】
（第２の変形例）
図３は、本実施形態の第２の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図３に示す電圧発生回路２０Ｂは、負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続された電源回路２０５を有する。電源回路２０５は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて出力電圧の制御が可能であり、負荷部１０による負荷電流の制御が静的であるか動的であるかに応じて出力電圧を変化させる。すなわち、電源回路２０５は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じて、負荷電流の制御が静的である場合の出力電圧を動的である場合より低くする。
これにより、電圧発生回路２０において常に電圧を発生する場合に比べて、負荷部１０や電圧発生回路２０で消費される電力を低減できる。また、図３に示す電圧発生回路２０Ｂによれば、負荷線Ｌ１，Ｌ２を短絡するスイッチ回路が不要であるため、回路構成を簡易化できる。
【００３０】
（第３の変形例）
図４は、本実施形態の第３の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
図４に示す電圧発生回路２０Ｃは、キャパシタ２０６，２０９と、充電回路２０７と、スイッチ回路２０８と、抵抗２１０と有する。
【００３１】
キャパシタ２０６は、正の負荷線（Ｌ１，Ｌ２）の途中にスイッチ回路２０８を介して挿入される。
【００３２】
充電回路２０７は、キャパシタ２０６を充電する。例えば、充電回路２０７は、キャパシタ２０６の電圧を検出する回路と、この検出結果に応じて充電動作を制御する制御回路を含む。制御回路は、キャパシタ２０６の電圧が一定範囲に含まれるように充電を行う。この場合、具体的には、キャパシタ２０６の電圧が所定の最小値より低くなると充電を開始し、所定の最大値に達すると充電を停止する。最小値と最大値で規定されるキャパシタ２０６の電圧範囲は、負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタの電圧降下によって負荷部１０の入力電圧が所定の最低動作電圧より低くならないように設定される。
【００３３】
スイッチ回路２０８は、制御部３０の制御信号Ｓ１に応じてキャパシタ２０６の接続を切り替える回路であり、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、充電回路２０７により充電されたキャパシタ２０６を負荷電流経路に挿入し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、キャパシタを負荷電流経路の挿入部から切り離して当該挿入部を短絡する。具体的には、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、キャパシタ２０６を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続し、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、負荷線Ｌ２をキャパシタ２０６から切り離して負荷線Ｌ１に短絡する。
【００３４】
キャパシタ２０９と抵抗２１０は、負荷線Ｌ１とＬ２の間に直列に接続される。キャパシタ２０９と抵抗２１０の直列回路は、スイッチ回路２０８の切り替えの際、負荷線Ｌ１とＬ２が瞬時的にフローティング状態となって負荷電流が不連続になることを防止するための回路であり、スイッチ回路２０８において負荷線Ｌ１とＬ２が切り離されたとき一時的に負荷電流の流通経路を確保する。
【００３５】
図４に示す電圧発生回路２０Ｃでは、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して電圧を発生しているため、キャパシタ２０６の静電容量を十分大きくすれば、動的モードにおいて充電を行うことなく負荷試験を行うことができる。これにより、充電回路２０７からのノイズの発生を確実に防止できるため、負荷試験の際に実施される各種の測定の精度を向上できる。
また、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して必要な電圧を発生するため、充電回路２０７の定格出力電力を電源装置５０より小さくすることが可能であり、充電回路２０７を小型化できる。
更に、負荷部１０の負荷電流を静的に制御するときにキャパシタ２０６を負荷電流経路から切り離すため、静的制御時において充電回路２０７を動作させなくてよくなり、充電回路２０７の定格出力電力を抑えることができるとともに、負荷部１０の消費電力を減らすことができる。
しかも、キャパシタ２０６の挿入部（図４の例では負荷線Ｌ１とＬ２の間）がスイッチ回路２０８によって短絡されるため、負荷電流経路における抵抗損失を減らすことができる。
【００３６】
（第４の変形例）
図５は、負荷電流経路に電圧を発生する条件に関する本実施形態の第４の変形例を説明するための図であり、負荷電流の波形と電圧発生回路の動作状態の一例を示す。
これまで説明した電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）では、動的モードにおいて電圧を発生し、静的モードにおいて電圧の発生を停止する（若しくは動的モード時より電圧を低下させる）。しかしながら、動的モードにおいても、負荷電流を一定に保つ期間を含む場合があり、その期間においては、負荷線の寄生インダクタに電圧降下が発生しないにも関わらず電圧発生回路が動作することになり、無駄に電力が消費される。
そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路は、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）において、負荷電流を一定に保つ期間は動的モードであっても電圧の発生を停止する（若しくは電圧を低下させる）。これにより、電圧発生回路から負荷部１０に電圧を供給する期間が短くなるため、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を低減できる。特に、キャパシタ２０６の充電電荷を利用して電圧を発生する図４の電圧発生回路２０Ｃにおいては、負荷電流の供給期間が短くなってキャパシタ２０６の電荷の消費が減少すると、キャパシタ２０６の静電容量や充電回路２０７の駆動能力を小さくできるため、装置サイズの小型化を図ることができる。
【００３７】
また、負荷電流が変化する期間のうち、負荷電流の立下り（すなわち負荷電流を減少させる期間）において負荷線の寄生インダクタに発生する電圧は、負荷部１０の入力電圧を高くする極性を持っているため、この期間において負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧より低くなることはない。
そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路においては、図５に示すように、負荷電流が一定の期間のみならず立下りの期間においても電圧発生を停止してよい（若しくは立ち上がり時より電圧を低下させてよい）。すなわち、電圧発生回路は、負荷部１０が負荷電流を減少させるときに電圧の発生を停止してよい（または、前記負荷電流の増大時に比べて低い電圧を発生してよい）。これにより、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を更に低減可能である。
【００３８】
なお、電圧発生回路において目的の電圧を出力するまでにはある程度の動作時間を要するので、負荷電流を急激に立ち上げる際、その立ち上がりより先に予め電圧発生回路において電圧を発生させておいた方が良い場合がある。そこで、第４の変形例に係る電圧発生回路は、負荷電流を一定に保つ期間であっても、負荷電流を立ち上げる直前においては予め電圧を発生させる（あるいは予め低電圧を高電圧に上昇させる）ようにしてもよい。
【００３９】
（第５の変形例）
図６は、本実施形態の第５の変形例に係る負荷システムを示す図である。
図６に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０Ｄと、制御部３０と、電圧検出回路４０と有する。図６と図１の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００４０】
電圧検出回路４０は、負荷部１０に印加される電圧を検出する。
電圧発生回路２０Ｄは、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｃ）において、電圧検出回路４０の検出電圧が所定のしきい値より高い場合、動的モードであっても電圧の発生を停止する（または検出電圧が当該しきい値を超える場合に比べて低い電圧を発生する）。
【００４１】
出力電圧がある程度高い電源装置５０の負荷試験においては、負荷部１０の最低動作電圧までのマージンが大きいことや、負荷電流の最大値が比較的小さいことなどから、負荷線の寄生インダクタの影響により負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧以下に落ち込むことはほとんどない。したがって、電圧検出回路４０の検出電圧に応じて電圧発生回路２０Ｄの電圧発生を停止する（または低い電圧を発生する）ようにすれば、電圧発生回路２０Ｄや負荷部１０における消費電力を効果的に低減できる。
【００４２】
（第６の変形例）
第６の変形例は、負荷電流経路に電圧を発生する条件を限定するものであり、上述した第５の変形例に関連する。
すなわち、第６の変形例に係る電圧発生回路は、例えば先に説明したものと同様な構成を有する電圧発生回路（２０，２０Ａ〜２０Ｄ）において、負荷部１０に設定される負荷電流の変化率（Ａ／ｓｅｃ）が所定のしきい値より小さい場合、動的モードであっても電圧の発生を停止する（または、変化率が当該しきい値を超える場合に比べて低い電圧を発生する）。
【００４３】
先に説明したように、負荷線の寄生インダクタに発生する電圧降下は負荷電流の変化率（Ａ／ｓｅｃ）に比例する。そのため、動的モードにおいて負荷電流を立ち上げる場合であっても、その変化率が十分小さければ、負荷線の寄生インダクタの影響により負荷部１０の入力電圧が最低動作電圧以下に落ち込むことはほとんどない。したがって、負荷部１０に設定される負荷電流の変化率に応じて電圧発生回路の電圧発生を停止する（または低い電圧を発生する）ようにすれば、電圧発生回路や負荷部１０における消費電力を効果的に低減できる。
【００４４】
（第７の変形例）
図７は、本実施形態の第７の変形例に係る負荷システムを示す図である。
図７に示す負荷システムは、負荷部１０と、電圧発生回路２０Ｅと、制御部３０と、電圧検出回路４０と有する。電圧発生回路２０Ｅは、キャパシタ２０９，２１３と、スイッチ回路２１４，２１５と、抵抗２１０と有する。なお、図７と図４，図６の同一符号は同一の構成要素を示す。
【００４５】
キャパシタ２１３は、スイッチ回路２１４，２１５を介して負荷線Ｌ１，Ｌ２の間に接続される。
【００４６】
スイッチ回路２１４，２１５は、制御部３０の制御信号Ｓ１と電圧検出回路４０の検出結果に応じて、キャパシタ２１３と負荷線Ｌ１，Ｌ２との接続を切り替える。すなわち、スイッチ回路２１４は、負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、負荷電流経路にキャパシタ２１３を挿入し、電圧検出回路４０において検出される電圧が所定のしきい値より低くなると負荷電流経路の挿入部からキャパシタ２１３を切り離して当該挿入部を短絡する。また、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、静的制御の場合と逆の接続方向でキャパシタ２１３を負荷電流経路に挿入する。
図７の例において、スイッチ回路２１４は、キャパシタ２１３の２つの端子（Ｎ１，Ｎ２）の一方と負荷線Ｌ２とを選択的に接続する。スイッチ回路２１５は、この２つの端子（Ｎ１，Ｎ２）の一方と負荷線Ｌ１とを選択的に接続する。
【００４７】
キャパシタ２０９と抵抗２１０は、先に説明したように、負荷線Ｌ１とＬ２が瞬時的にフローティング状態となって負荷電流が不連続になることを防止する。
【００４８】
図７に示す負荷システムの動作を説明する。
負荷部１０が負荷電流を静的に制御するとき、スイッチ回路２１４はキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択し、スイッチ回路２１５はキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択する。これにより、キャパシタ２１３には端子Ｎ１が高電位となるように電荷が充電される。キャパシタ２１３の充電が進むと、負荷部１０の入力電圧は徐々に低下し、所定のしきい値に達する。このしきい値は負荷部１０の最少動作電圧より若干高い電圧に設定されている。電圧検出回路４０の検出電圧がこのしきい値より低くなると、スイッチ回路２１４はキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択するように切り替わる。これにより、負荷線Ｌ１とＬ２は、スイッチ回路２１４及び２１５を介して短絡され、キャパシタ２１３の端子Ｎ２はフローティング状態となる。キャパシタ２１３に蓄積された電荷はそのまま保持される。
次いで、負荷部１０が負荷電流を動的に制御するとき、スイッチ回路２１５はキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択するように切り替わる。すると、キャパシタ２１３は、静的制御のときとは逆の方向で負荷線Ｌ１，Ｌ２に接続され、負荷線Ｌ２が負荷線Ｌ１より高電位になる。負荷電流の動的制御によって負荷線（Ｌ１〜Ｌ３）の寄生インダクタに発生する電圧降下は、キャパシタ２１３の電圧によって打ち消される。
【００４９】
このように、図７に示す負荷システムによれば、図４に示すような充電回路を設けることなくキャパシタ２１３を充電できるため、回路構成を非常に簡易化することができる。
【００５０】
なお、先に説明した変形例４は、図７に示す負荷システムにも適用可能である。
すなわち、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続するのは、動的モードの全期間でもよいし、動的モードにおいて電流を変化させる期間に限定してもよいし、更に、電流を変化させる期間のうち立ち上がりの期間に限定してもよい。
【００５１】
また、先に説明した変形例５，６も、図７に示す負荷システムに適用可能である。
すなわち、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続すべき上述の動的制御の期間において、電圧検出回路４０の検出電圧が所定のしきい値より高い場合や、負荷電流の変化率の設定値が所定のしきい値より小さい場合には、キャパシタ２１３を負荷線Ｌ１とＬ２の間に接続せず、負荷線Ｌ１とＬ２を短絡したままにしてよい。
【００５２】
更に、動的モードにおいて負荷電流を減少させるとき（立下り時）は、負荷電流を増大させるとき（立ち上がり時）と逆の接続方向でキャパシタ２１３を負荷電流経路に挿入してよい。すなわち上述の動作例において、負荷電流の立下り時にスイッチ回路２１４がキャパシタ２１３の端子Ｎ２を選択し、スイッチ回路２１５がキャパシタ２１３の端子Ｎ１を選択して、負荷線Ｌ１が負荷線Ｌ２より高電位になるようにしてもよい。
負荷電流が立ち下がるとき、負荷線の寄生インダクタには負荷部１０の入力電圧が高くなる極性を持った電圧が発生する。寄生インダクタに発生する電圧があまり高くなると、負荷部１０の入力電圧が定格の上限値を超える可能性がある。そこで、負荷電流の立下り時に、負荷部１０の入力電圧が低くなるよう負荷線にキャパシタ２１３を挿入すれば、負荷部１０の入力電圧の上昇を抑えて、これを適正な電圧範囲に収めることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、更に種々の変形例を含んでいる。
【００５４】
図１に示す負荷システムにおいて電源回路２０１を負荷電流経路から切り離した場合、電源回路２０１がオフするように制御を行ってもよい。これにより、電源回路２０１におけるノイズの発生がなくなり、負荷試験時の各種の電気的測定における測定精度を向上できる。
【００５５】
本発明において電圧発生回路が負荷電流経路に発生する電圧は、動的制御の際に負荷部に設定される負荷電流の変化率や、電圧検出回路により検出される負荷部の入力電圧に応じて変化させてもよい。例えば、負荷電流の変化率の設定値が小さくなるほど、あるいは、負荷部の入力電圧の検出値が高くなるほど、電圧発生回路において発生する電圧を低くしてもよい。これにより、電圧発生回路や負荷部で消費される電力をより一層削減することができる。
【００５６】
また、本発明においては、負荷電流の制御の状態ではなく、負荷部の入力電圧の検出結果に基づいて、電圧発生回路の電圧発生のタイミングを直接的に決定してもよい。すなわち、電圧検出回路により検出される負荷部の入力電圧が一定のしきい値より低下した場合、電圧発生回路が負荷電流経路に電圧を発生するようにしてもよい。
【００５７】
上述の実施形態では、正の負荷線に電圧発生回路を設けているが、負の負荷線に電圧発生回路を設けてもよいし、両方の負荷線に電圧発生回路を設けてもよい。
【００５８】
電圧発生回路は、上述した実施形態のように負荷線の途中に設けてもよいし、負荷部の端子部分や、電源装置の端子部分に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る負荷システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態の第１の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図３】本実施形態の第２の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図４】本実施形態の第３の変形例に係る電圧発生回路を示す図である。
【図５】本実施形態の第４の変形例を説明するための図であり、負荷電流の波形と電圧発生回路の動作状態の一例を示す。
【図６】本実施形態の第５の変形例に係る負荷システムを示す図である。
【図７】本実施形態の第７の変形例に係る負荷システムを示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…負荷部、２０，２０Ａ〜２０Ｅ…電圧発生回路、２０１，２０３，２０５…電源回路、２０２,２０４，２０８，２１４，２１５…スイッチ回路、２０６，２０９，２１３…キャパシタ、２１０…抵抗、３０…制御部、４０…電圧検出回路、５０…電源装置、Ｌ１〜Ｌ３…負荷線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電流を動的に制御可能な負荷部と、
前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に電圧を発生する電圧発生回路と
を有する負荷システム。
【請求項２】
前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記電圧の発生を停止する、
請求項１に記載の負荷システム。
【請求項３】
前記電圧発生回路は、
前記負荷電流経路に挿入され、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するときオンし、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときオフする電源回路と、
前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記負荷電流経路における前記電源回路の挿入部を短絡するスイッチ回路と
を含む、
請求項２に記載の負荷システム。
【請求項４】
前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときには、前記動的制御のときに比べて低い電圧を発生する、
請求項１に記載の負荷システム。
【請求項１】
負荷電流を動的に制御可能な負荷部と、
前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するとき、前記負荷部に印加される電圧が、前記負荷部の動作可能な範囲に収まるように、前記負荷電流の経路に電圧を発生する電圧発生回路と
を有する負荷システム。
【請求項２】
前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記電圧の発生を停止する、
請求項１に記載の負荷システム。
【請求項３】
前記電圧発生回路は、
前記負荷電流経路に挿入され、前記負荷部が前記負荷電流を動的に制御するときオンし、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときオフする電源回路と、
前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するとき、前記負荷電流経路における前記電源回路の挿入部を短絡するスイッチ回路と
を含む、
請求項２に記載の負荷システム。
【請求項４】
前記電圧発生回路は、前記負荷部が前記負荷電流を静的に制御するときには、前記動的制御のときに比べて低い電圧を発生する、
請求項１に記載の負荷システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−６９０５７（Ｐ２００９−６９０５７Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３９３５２（Ｐ２００７−２３９３５２）
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（５９２２０７１８６）株式会社計測技術研究所 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【出願人】（５９２２０７１８６）株式会社計測技術研究所 (7)
【Ｆターム（参考）】
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