高速・高精度のディジタル電圧・電流検出器の開発

本研究では,電流測定範囲±50AT,帯域幅DC〜1MHz,分解能12bit,サンプリングレート8MS/s,スリューレート25AT/musのディジタル電流検出器を開発した。その結果,ディジタル電流検出器は故障時の急激な電流変化に対しても,1mus程度の遅れで検出可能であることを実験により確認した。本研究では,さらに以下の点を明らかにした。1)ディジタル電流検出器に用いているA/D変換器の分解能とクロック周波数を大きくすることで,スリューレート特性を改善できる。2)A/D変換器としては,最近低価格化の著しいフラッシュ形(8bit,20MS/s)のものが十分使用可能である。3)電圧・電流変換器はその周波数帯域(100kHz)以上では電圧源として働くので,測定電流の100kHz以上の高周波成分はAC-CTの変圧器作用により二次巻線に流れる。4)この二次巻線に流れる高周波電流成分のみを抽出し,ディジタル積分器にフィードバックする新しいループを追加することで,ディジタル電流検出器の高周波検出特性を100kHz以上に改善できる。このディジタル電流検出器の原理を適用して,ディジタル電圧検出器を試作し,電流検出器の場合と同様の良好な検出特性が得られることを実験により確認した。また,ディジタル電圧・電流検出器で使用する演算増幅器,A/D変換器,D/A変換器などの構成要素に必要な性能を,応答性に着目して理論解析した。

本研究では,電流測定範囲±50AT,帯域幅DC〜1MHz,分解能12bit,サンプリングレート8MS/s,スリューレート25AT/musのディジタル電流検出器を開発した。その結果,ディジタル電流検出器は故障時の急激な電流変化に対しても,1mus程度の遅れで検出可能であることを実験により確認した。本研究では,さらに以下の点を明らかにした。1)ディジタル電流検出器に用いているA/D変換器の分解能とクロック周波数を大きくすることで,スリューレート特性を改善できる。2)A/D変換器としては,最近低価格化の著しいフラッシュ形(8bit,20MS/s)のものが十分使用可能である。3)電圧・電流変換器はその周波数帯域(100kHz)以上では電圧源として働くので,測定電流の100kHz以上の高周波成分はAC-CTの変圧器作用により二次巻線に流れる。4)この二次巻線に流れる高周波電流成分のみを抽出し,ディジタル積分器にフィードバックする新しいループを追加することで,ディジタル電流検出器の高周波検出特性を100kHz以上に改善できる。このディジタル電流検出器の原理を適用して,ディジタル電圧検出器を試作し,電流検出器の場合と同様の良好な検出特性が得られることを実験により確認した。また,ディジタル電圧・電流検出器で使用する演算増幅器,A/D変換器,D/A変換器などの構成要素に必要な性能を,応答性に着目して理論解析した。