オフセット電圧補償装置
【課題】オフセット電圧補償装置において、部品点数の増加を抑えながら、増幅器のオフセット電圧を補償して、センサ部の直流出力信号の真値を検出する。
【解決手段】オフセット電圧補償装置１は、電源２と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部３と、センサ部３の入力を短絡する切替器４と、センサ部３の出力信号を増幅する増幅器５と、増幅器５の出力に基づいて電気量を演算する演算器６とを備える。演算器６は、センサ部３の入力を短絡していない時の増幅器５の出力から、短絡時の増幅器５の出力を減算して信号成分の差分を抽出する。次に、当該信号成分の差分と、センサ部３の抵抗値及び切替器４の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、センサ部３の出力信号の真値を検出する。
【解決手段】オフセット電圧補償装置１は、電源２と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部３と、センサ部３の入力を短絡する切替器４と、センサ部３の出力信号を増幅する増幅器５と、増幅器５の出力に基づいて電気量を演算する演算器６とを備える。演算器６は、センサ部３の入力を短絡していない時の増幅器５の出力から、短絡時の増幅器５の出力を減算して信号成分の差分を抽出する。次に、当該信号成分の差分と、センサ部３の抵抗値及び切替器４の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、センサ部３の出力信号の真値を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オペアンプにおけるオフセット電圧を補償するオフセット電圧補償装置に関し、特に、オペアンプから流れ出すバイアス電流に起因したオフセット電圧への影響をも補償したオフセット電圧補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オフセット電圧が抑えられ、また温度ドリフトも極小に抑えた高精度のオペアンプが、微少電圧を増幅する用途などにおいて用いられている。また、オペアンプのオフセット電圧の補償に関しては様々な方法が開示され、工程数や部品数を増加することでオフセット電圧の補償演算を行う。
【０００３】
例えば、電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、周囲温度を同一とした模擬電流センサを備えて、電流センサの計測信号から模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧の温度ドリフトを補正する計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、予め温度変化に応じたドリフト量が補正データとして記憶部に記憶され、当該補正データをドライバ部に送って出力オフセット電圧におけるドリフト量を補正する補正部を備えるオフセット電圧補正回路が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、正確な熱電対値を求めるため、熱電対信号選択用マルチプレクサに、熱電対検出回路の内部素子の温度ドリフト及びオフセット電圧を補正する補正用ダミー回路をオペアンプの入力側に設けた熱電対検出回路が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７８３７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５７２５号公報
【特許文献３】特開２００５−２４９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示す計測装置では、電流センサの構成が少なくとも２つ必要となり、コストを要する。また、上記特許文献２に示す回路では、全ての温度変化に対する補正データを記録保持し、補正部において全ての出力オフセット電圧に対して補正を行うため工程数を要し、また現実的ではない。
【０００８】
さらに、上記特許文献３に示す熱電対検出回路では、定期的にあるいは測定の都度この補正ダミー回路を用いて補正処理をする必要があり工数を要する。
【０００９】
また、これら従来技術における回路では、オペアンプの入力端子から流れ出すバイアス電流によるオフセット電圧への影響を回避できないという問題がある。通常、オペアンプにおけるオフセット電圧の原因には、オペアンプの＋入力端子と−入力端子の端子間の電圧差に起因するオフセット電圧以外に、オペアンプから流れ出すバイアス電流による電圧成分がある。このバイアス電流に起因するオフセットは、微少な直流電圧を増幅する高精度の直流オペアンプにおいては無視できない誤差量となる。このことを、図８を参照して説明する。
【００１０】
最初に、バイアス電流Ｉｂのオフセット電圧への影響を考慮しない場合について説明する。図８に示す回路８０は、電源８１、センサ８２、及びオペアンプ８３を備える。この回路８０では、センサ８２からの出力は抵抗Ｒ１を通ってオペアンプ８３の反転入力端子に入力され、センサ８２の抵抗の両端（ａ−ｂ）間の信号電圧Ｖｓをオペアンプ８３において差動増幅して電流や電力が求められる。図８（ａ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮しない場合、オペアンプ８３の出力電圧Ｖ１は次の（式１）により与えられる。
【００１１】
【００１２】
ここで、Ｒ１はオペアンプ８３の入力につながった負荷抵抗値、Ｒ２はオペアンプ８３の出力をフィードバックして反転入力に加える経路における負荷抵抗値、ＶOはオフセット電圧である。そして、図８（ｂ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮しない場合、オペアンプ８３へ入力を短絡した出力電圧Ｖ２は次の（式２）で与えられる。
【００１３】
【００１４】
従って、バイアス電流Ｉｂを考慮しない場合、（式１）−（式２）により得られる（式３）に基づいて、オペアンプ８３のオフセット電圧ＶOの影響を取り除いたセンサ８２の出力信号の真値Ｓを求めることができる。
【００１５】
【００１６】
次に、オペアンプ８３からセンサ８２側に流れ出すバイアス電流Ｉｂに起因するオフセット電圧ＶOへの影響をも考慮した演算を行う。図８（ａ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮した場合、オペアンプ８３の出力電圧Ｖ１は次の（式４）により与えられる。
【００１７】
【００１８】
ここで、Ｒｓはセンサ８２の両端（ａ−ｂ）間の等価抵抗である。そして、図８（ｂ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮（Ｉｂ・Ｒ１の電圧降下は無視）した場合、センサ８２からオペアンプ８３へ入力を短絡した出力電圧Ｖ２は次の（式５）となる。
【００１９】
【００２０】
従って、センサ８２の入力を短絡していない場合の（式４）から、センサ８２の入力を短絡した場合の（式５）を減算して下記（式６）に示す信号成分の差分Ｄを演算する。
【００２１】
【００２２】
しかしながら、この（式６）にはバイアス電流Ｉｂの項が残るため、従来技術においては、オフセット電圧ＶOにおけるバイアス電流Ｉｂの温度特性の影響を取り除くことができない。特に、微少電圧を扱う場合、このバイアス電流Ｉｂを起因とするオフセット電圧ＶOに対する誤差量は無視できない量となり（例えば、オフセット電圧ＶOの数分の一）、高精度なオフセット電圧ＶOの補償演算を実現できないという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、センサ部の直流出力信号を検出する際、部品点数の増加を抑えながら、増幅器のオフセット電圧を補償できるオフセット電圧補償装置を提供することを目的とする。
【００２４】
また、増幅器からセンサ部に流れ出すバイアス電流に起因したオフセット電圧をも補償したオフセット電圧補償装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、電源と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部と、前記センサ部の入力を短絡する切替器と、前記センサ部の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力に基づいて電気量を演算する演算器と、を備えるオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、前記センサ部の入力を短絡していない時の前記増幅器の出力から、短絡時の前記増幅器の出力を減算して信号成分の差分を抽出し、次に、当該信号成分の差分と、前記センサ部の抵抗値及び前記切替器の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
このオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、下記（数１）に基づいて前記所定の係数を抽出し、次に、下記（数２）に基づいて前記センサ部の出力信号の真値を演算することが好ましい。
【数１】
ここで、Ａ：所定の係数、Ｒon：切替器のオン抵抗値、Ｒｓ：センサ部の抵抗値
【数２】
ここで、Ｄ：信号成分の差分、１−Ａ：既知の或る係数、Ｓ：センサ部の出力信号の真値である。
【００２７】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器は、前記センサの入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返すことが好ましい。
【００２８】
このオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、前記センサ部の出力と、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期で積算し、電力量を演算することが好ましい。
【００２９】
このオフセット電圧補償装置において、前記電源と前記センサ部との間に少なくとも１以上の抵抗器をさらに備え、前記切替器は、前記抵抗器のいずれかを含む経路で前記センサ部の入力を短絡することが好ましい。
【００３０】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器は、アナログマルチプレクサで構成され、切替経路を１のスイッチで構成、又は少なくとも２以上のスイッチを並列接続して構成することが好ましい。
【００３１】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器には、高抵抗器が接続され、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡させずに前記センサ部の出力を得るときには、前記切替器のスイッチを前記高抵抗器側に接続することが好ましい。
【００３２】
尚、前記目的を達成するために、本発明は、オフセット電圧補償装置の特徴的な構成手段をステップとするオフセット電圧補償方法としたり、この方法が備える特徴的な命令を含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムは、フラッシュメモリ等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係るオフセット電圧補償装置によれば、部品点数の増加を抑えながら、増幅器のオフセット電圧を補償することができる。このため、センサ部の直流出力信号の真値を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るオフセット電圧補償装置の機能ブロック図である。
【図２】（ａ）前記オフセット電圧補償装置に備わる切替器がオフ時の回路図、（ｂ）前記切替器がオン時の回路図である。
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２に係るオフセット電圧補償装置に備わる切替器がオフ時の回路図、（ｂ）前記切替器がオン時の回路図である。
【図４】同上実施の形態２の変形例１に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図５】同上実施の形態２の変形例２に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図６】同上実施の形態２の変形例３に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図７】同上実施の形態２の変形例４に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図８】（ａ）従来のオフセット電圧補償装置の回路の一例を示す図、（ｂ）前記オフセット電圧補償装置においてセンサ入力短絡時の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るオフセット電圧補償装置（以下、補償装置と記す）に関して図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係る補償装置１は、電源２と、センサ部３と、切替器４と、増幅器５と、演算器６とを備えている。
【００３６】
電源２は、センサ部３につながれて直流電流を供給する。センサ部３は、測定すべき物理量をそれらと一定の関係にある電気量（電圧、電流、抵抗など）に変換する機能を有する。センサ部３は、例えば、測定すべき電流を一定の割合で小さくする電流センサ、光の透過や反射を検出する光電センサ、体の発熱を検出する赤外線センサ、熱起電力の発生を検出する熱電対などがある。このセンサ部３の出力は、増幅器５や演算器６などの電気的処理を経て電流、電力として出力され、必要に応じて数値として画面表示され、また、駆動する制御信号に変換される。
【００３７】
切替器４は、センサ部３の入力を短絡する半導体（無接点）スイッチであり、例えばトランジスタで構成される。
【００３８】
増幅器５（オペアンプ５）は、センサ部３から入力されるアナログの直流信号を増幅するオペアンプなどの半導体部品である。この増幅器５の出力は入力が０の時（反転、非反転）に０になるのが理想だが、実際には完全に０ならず、オフセット電圧が生じる。これは、オペアンプ５のＩＣ内部もトランジスタなどで構成されるため、温度変化によって内部のトランジスタが変化し、出力電圧がずれるためである。従って、オペアンプ５のオフセット電圧を補償演算することで、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値を検出できる。
【００３９】
演算器６は、増幅器５から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを備えており、増幅器５の出力電圧の平均値を検出すると共に、後述するオフセット電圧の補償演算を行い、電流、電力などの電気量を出力する。
【００４０】
ここで、補償装置１の具体例を説明すると、センサ部３は、例えば変流器（電流センサ）であり、分電盤内の各回路の電流を一定の割合で小さくして信号線を介して増幅器５に供給する。増幅器５及び演算器６を備えた計測器は、センサ部３が設置された回路の電力を計測する。この計測器は、例えば分電盤内の所定箇所に設置され、通信線を介してＰＣなどの監視装置に電流や電力の演算結果を出力する。そして、計測器から演算結果を受信した監視装置は、各回路の通電情報を表示する。
【００４１】
次に、実施の形態１に係る補償装置１の回路構成に関して図２を参照して説明する。なお、図２（ａ）は切替器４（ＳＷ４）のスイッチがオフであり、センサ部３の入力が短絡されていない場合、図２（ｂ）は切替器４のスイッチがオンであり、センサ部３の入力が短絡されている場合を示している。
【００４２】
補償装置１は、センサ部３の両端（ａ−ｂ）間の信号電圧Ｖｓをオペアンプ５において差動増幅して電流を求める回路を有し、切替器４のスイッチがオフの時には電源２からの電流Ｉ＝ＩＯがセンサ部３に入力される。センサ部３の出力信号は、抵抗Ｒ１を通ってオペアンプ５の反転入力に入力される。また、この回路は、オペアンプ５の出力がフィードバックして抵抗Ｒ２を通って反転入力に加わる経路を有する。
【００４３】
次に、本実施の形態１に係る補償装置１に備わる演算器６の演算処理に関して図２を参照して説明する。オペアンプ５からの出力電圧Ｖ１はＲ２をＲ１で割った正確な増幅率が得られるため下記の（式７）で与えられる。
【００４４】
【００４５】
ここで、Ｖｓはセンサ部３の（ａ−ｂ）間の信号電圧、ＶＯはオフセット電圧である。そして、切替器４は半導体スイッチであるため、抵抗値は０ではなく、微少な抵抗値を有している。センサ部３と切替器４とは並列接続されており、センサ部３の全抵抗値Ｒｓ及び切替器４のオン抵抗値ＲＯＮから次の（式８）に基づいて所定の係数Ａを求める。
【００４６】
【００４７】
例えば、センサ部３の全抵抗９６０Ω、切替器４のオン抵抗が４０Ωの場合、所定の係数Ａ＝４０／(９６０＋４０)＝０．０４となる。また、切替器４のスイッチがオン時（短絡時）の出力は（式９）により求まる。
【００４８】
【００４９】
演算器６は、センサ部３の入力を短絡していない時（切替器４のスイッチのオフ時）の増幅器５の出力である（式７）から、短絡時（切替器４のスイッチのオン時）の増幅器５の出力である（式９）を減算して次の（式１０）に示す信号成分の差分Ｄを抽出する。
【００５０】
【００５１】
例えば、センサＢ／Ｋの全抵抗９６０Ω、切替器のオン抵抗が４０Ωの例の場合、Ａ＝０．０４であるために（式１０）よりＤ＝（１−０．０４）・Ｓ＝０．９６Ｓとなる。次に、演算器６は、信号成分Ｄ（上記例では０．９６Ｓ）と、既知のある係数（１−Ａ）の逆数（上記例では１／０．９６）とを乗算する下記の（式１１）に基づいて、センサ部３の出力信号の真値Ｓを復元できる。
【００５２】
【００５３】
以上のように、本実施の形態１に係る補償装置１では、センサ部３、切替器４、増幅器５、演算器６という汎用のオペアンプに対応する簡易な構成で、部品点数増加を抑えながらオフセット電圧を補償演算し、センサ部３の直流出力信号の真値Ｓを検出できる。また、短絡が完全でない回路構成においても、センサ部３の出力信号から、演算器６の演算により、容易に電流・電力値を求めることが可能となる。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る補償装置について、図３を参照して説明する。なお、上記実施の形態１に係る補償装置と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同様）。
【００５５】
本実施の形態２に係る補償装置は、オペアンプ５からセンサ部３に流れ込むバイアス電流Ｉｂに起因するオフセット電圧ＶＯを補償する。なお、図３（ａ）は切替器４（ＳＷ４）のスイッチがオフであり、センサ部３への入力が短絡されていない場合、図３（ｂ）は切替器のスイッチがオンであり、センサ部３への入力が短絡されている場合を示す。
【００５６】
バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオフ時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ１は、上記従来の（式４）と同じである下記（式１２）となる。
【００５７】
【００５８】
本実施の形態２では、簡略化ために切替器４のオン抵抗ＲＯＮ＝０Ωと仮定する。この場合、バイアス電流Ｉｂが発生し、図３（ｂ）に示す切替器４がオン時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ２は、下記（式１３）により求まる。
【００５９】
【００６０】
従って、演算器６は、（式１２）−（式１３）によりバイアス電流Ｉｂに起因したオフセット電圧ＶＯを考慮し、センサ部３の出力電圧の真値Ｓを下記（式１４）より求める。なお、オペアンプ５につながれる抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、ほぼ同じ温度係数を持つように設計可能なため、この部分は温度による影響が少ないものとなる。
【００６１】
【００６２】
微少な直流電圧を増幅する直流オペアンプ５においては、オフセット電圧ＶＯに影響するバイアス電流Ｉｂの影響は無視できない。しかし、本実施の形態２に係る補償装置の演算器６では、オペアンプ５からセンサ部３に流れ込むバイアス電流Ｉｂに起因したオフセット電圧ＶＯも考慮して補償演算を実行でき、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを復元できる。
【００６３】
（第１の変形例）
本実施の形態２の第１の変形例について、図４を参照して説明する。本変形例では、切替器４のオン抵抗ＲＯＮ≠０Ωとする。これは、切替器４は半導体スイッチであるためオン抵抗ＲＯＮは実際には０とはならないためである。
【００６４】
本変形例１に係る補償装置の回路構成に関して図４を参照して説明する。バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオフ時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ１は、図３（ａ）と同様であり上記（式１２）となる。一方、バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオン時にセンサ部３に流れる電流ＩＯは（式１５）となる。
【００６５】
【００６６】
また、センサ部３の（ｃ−ｄ）間の等価抵抗Ｒｓ２、及び切替器４のオン抵抗値ＲＯＮから下記の（式１６）に基づいて所定の係数Ａが求まる。
【００６７】
【００６８】
そして、バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオン時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ２は、下記の（式１７）により求まる。
【００６９】
【００７０】
従って、演算器６は、（式１２）−（式１７）となる（式１８）から、切替器４がオフ時の信号成分Ｖ１から切替器４がオン時の信号成分Ｖ２を減算した信号成分の差分Ｄを得ることができる。
【００７１】
【００７２】
この（式１８）において、最初の項（１−Ａ）は「既知のある係数」となり、この「既知のある係数」は、設計事由であり、既知である。このため、（式１８）に「既知のある係数（１−Ａ）」の逆数を乗算した（式１９）により、信号に比例する成分となるセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを演算できる。
【００７３】
【００７４】
従って、本変形例１に係る補償装置では、上記実施の形態２の効果に加えて、切替器４のオン抵抗ＲＯＮをも考慮して、上記（式１９）によりオペアンプ５のオフセット電圧の補償演算を実行でき、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを復元できる。
【００７５】
（第２の変形例）
本実施の形態２の第２の変形例について、図５を参照して説明する。本変形例では、電源２とセンサ部３との間に、２つの抵抗器Ｒ３，Ｒ４を有し、切替器４は、いずれか抵抗器Ｒ３を含んでセンサ部３の入力を短絡する回路構成を有する。
【００７６】
このため、抵抗器Ｒ３，Ｒ４を設けない場合に比べて、センサの全抵抗値Ｒｓ、切替器４のオン抵抗ＲＯＮ、Ｒ３及びＲ４より求まる所定の係数Ａを小さくし、補償演算における「既知のある係数（１−Ａ）」の影響を小さくできる。従って、抵抗Ｒ４を設けたセンサ部３の出力信号に比べて、センサ部３の入力を短絡したときの出力が相対的に小さくなり理想短絡に近くでき、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行でき、センサ部３の出力信号の真値Ｓの演算誤差が小さくなる。
【００７７】
（第３の変形例）
本実施の形態２の第３の変形例について、図６を参照して説明する。本変形例では、切替器にアナログ信号用のアナログマルチプレクサ７を用い、切替経路を１のスイッチ、又は少なくとも２以上のスイッチ（本変形例では２つ）を並列接続して構成している。
【００７８】
この構成により、アナログマルチプレクサ７（ＳＷ７）を用いて並列接続する切替経路を増やすほど、所定の係数Ａを小さくし、所定の係数Ａのばらつきによる影響を抑制し、「既知のある係数（１−Ａ）」の影響を小さくできる。このため、アナログマルチプレクサ７のオン抵抗ＲＯＮを理想短絡（切替器の抵抗値０Ω）に近くして、センサ部３の入力を短絡したときの出力を理想短絡に近くできる。従って、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行でき、センサ部３の出力信号の真値Ｓの演算誤差が小さくなる。
【００７９】
（第４の変形例）
本実施の形態２の第４の変形例について、図７を参照して説明する。本変形例では、 切替器４には、高抵抗器８が接続され、センサ部３の入力を短絡させずに出力を得るときには、切替器４のスイッチを高抵抗器８側に接続する。この構成により、所定の係数Ａを小さくでき、半導体スイッチである切替器４のスイッチ開放時による動作不安定状態を防止し、高抵抗器８により切替器４がオフ時のオン抵抗を大きくでき、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行できる。
【００８０】
なお、上記各実施の形態において、切替器４は、センサ部３の入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返すことができる。これは、センサ部３の出力信号やセンサ部３の入力の短絡時の出力が常に一定とならないためであり、この切替制御を定期的に繰り返す周期は、対象とする物理量の周期より短い期間、例えば２０ｍｓである。この構成により、定期的にオフセット検出が行って温度変化に追従でき、より高精度なオフセット電圧の補償演算を行える。また、例えば２０ｍｓごとにオフセット検出を行うことで、センサ部３の出力が一定でない間欠電流が発生する場合においても、誤差なくオフセット電圧の補償演算が実行できる。
【００８１】
また、演算器６は、センサ部３の出力と、センサ部３の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期（例えば、０．１ｓまたはその倍数や、５０／６０Ｈｚの周期の公倍数の期間）で積算し、電力量を演算できる。この構成により、センサ部３の出力信号やセンサ部３の入力の短絡時の出力が一定でない場合においても、周波数５０／６０Ｈｚなどの不要信号成分を除去でき、より高精度にオフセット電圧の補償演算を実行できる。なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ オフセット電圧補償装置
２ 電源
３ センサ部
４ 切替器
５ 増幅器（オペアンプ）
６ 演算器
７ アナログマルチプレクサ
８ 高抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オペアンプにおけるオフセット電圧を補償するオフセット電圧補償装置に関し、特に、オペアンプから流れ出すバイアス電流に起因したオフセット電圧への影響をも補償したオフセット電圧補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オフセット電圧が抑えられ、また温度ドリフトも極小に抑えた高精度のオペアンプが、微少電圧を増幅する用途などにおいて用いられている。また、オペアンプのオフセット電圧の補償に関しては様々な方法が開示され、工程数や部品数を増加することでオフセット電圧の補償演算を行う。
【０００３】
例えば、電流センサと同じ回路構成及び構造を有し、周囲温度を同一とした模擬電流センサを備えて、電流センサの計測信号から模擬電流センサの出力を減算してオフセット電圧の温度ドリフトを補正する計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、予め温度変化に応じたドリフト量が補正データとして記憶部に記憶され、当該補正データをドライバ部に送って出力オフセット電圧におけるドリフト量を補正する補正部を備えるオフセット電圧補正回路が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、正確な熱電対値を求めるため、熱電対信号選択用マルチプレクサに、熱電対検出回路の内部素子の温度ドリフト及びオフセット電圧を補正する補正用ダミー回路をオペアンプの入力側に設けた熱電対検出回路が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７８３７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５７２５号公報
【特許文献３】特開２００５−２４９５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示す計測装置では、電流センサの構成が少なくとも２つ必要となり、コストを要する。また、上記特許文献２に示す回路では、全ての温度変化に対する補正データを記録保持し、補正部において全ての出力オフセット電圧に対して補正を行うため工程数を要し、また現実的ではない。
【０００８】
さらに、上記特許文献３に示す熱電対検出回路では、定期的にあるいは測定の都度この補正ダミー回路を用いて補正処理をする必要があり工数を要する。
【０００９】
また、これら従来技術における回路では、オペアンプの入力端子から流れ出すバイアス電流によるオフセット電圧への影響を回避できないという問題がある。通常、オペアンプにおけるオフセット電圧の原因には、オペアンプの＋入力端子と−入力端子の端子間の電圧差に起因するオフセット電圧以外に、オペアンプから流れ出すバイアス電流による電圧成分がある。このバイアス電流に起因するオフセットは、微少な直流電圧を増幅する高精度の直流オペアンプにおいては無視できない誤差量となる。このことを、図８を参照して説明する。
【００１０】
最初に、バイアス電流Ｉｂのオフセット電圧への影響を考慮しない場合について説明する。図８に示す回路８０は、電源８１、センサ８２、及びオペアンプ８３を備える。この回路８０では、センサ８２からの出力は抵抗Ｒ１を通ってオペアンプ８３の反転入力端子に入力され、センサ８２の抵抗の両端（ａ−ｂ）間の信号電圧Ｖｓをオペアンプ８３において差動増幅して電流や電力が求められる。図８（ａ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮しない場合、オペアンプ８３の出力電圧Ｖ１は次の（式１）により与えられる。
【００１１】
【００１２】
ここで、Ｒ１はオペアンプ８３の入力につながった負荷抵抗値、Ｒ２はオペアンプ８３の出力をフィードバックして反転入力に加える経路における負荷抵抗値、ＶOはオフセット電圧である。そして、図８（ｂ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮しない場合、オペアンプ８３へ入力を短絡した出力電圧Ｖ２は次の（式２）で与えられる。
【００１３】
【００１４】
従って、バイアス電流Ｉｂを考慮しない場合、（式１）−（式２）により得られる（式３）に基づいて、オペアンプ８３のオフセット電圧ＶOの影響を取り除いたセンサ８２の出力信号の真値Ｓを求めることができる。
【００１５】
【００１６】
次に、オペアンプ８３からセンサ８２側に流れ出すバイアス電流Ｉｂに起因するオフセット電圧ＶOへの影響をも考慮した演算を行う。図８（ａ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮した場合、オペアンプ８３の出力電圧Ｖ１は次の（式４）により与えられる。
【００１７】
【００１８】
ここで、Ｒｓはセンサ８２の両端（ａ−ｂ）間の等価抵抗である。そして、図８（ｂ）においてバイアス電流Ｉｂの影響を考慮（Ｉｂ・Ｒ１の電圧降下は無視）した場合、センサ８２からオペアンプ８３へ入力を短絡した出力電圧Ｖ２は次の（式５）となる。
【００１９】
【００２０】
従って、センサ８２の入力を短絡していない場合の（式４）から、センサ８２の入力を短絡した場合の（式５）を減算して下記（式６）に示す信号成分の差分Ｄを演算する。
【００２１】
【００２２】
しかしながら、この（式６）にはバイアス電流Ｉｂの項が残るため、従来技術においては、オフセット電圧ＶOにおけるバイアス電流Ｉｂの温度特性の影響を取り除くことができない。特に、微少電圧を扱う場合、このバイアス電流Ｉｂを起因とするオフセット電圧ＶOに対する誤差量は無視できない量となり（例えば、オフセット電圧ＶOの数分の一）、高精度なオフセット電圧ＶOの補償演算を実現できないという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、センサ部の直流出力信号を検出する際、部品点数の増加を抑えながら、増幅器のオフセット電圧を補償できるオフセット電圧補償装置を提供することを目的とする。
【００２４】
また、増幅器からセンサ部に流れ出すバイアス電流に起因したオフセット電圧をも補償したオフセット電圧補償装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、電源と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部と、前記センサ部の入力を短絡する切替器と、前記センサ部の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力に基づいて電気量を演算する演算器と、を備えるオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、前記センサ部の入力を短絡していない時の前記増幅器の出力から、短絡時の前記増幅器の出力を減算して信号成分の差分を抽出し、次に、当該信号成分の差分と、前記センサ部の抵抗値及び前記切替器の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
このオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、下記（数１）に基づいて前記所定の係数を抽出し、次に、下記（数２）に基づいて前記センサ部の出力信号の真値を演算することが好ましい。
【数１】
ここで、Ａ：所定の係数、Ｒon：切替器のオン抵抗値、Ｒｓ：センサ部の抵抗値
【数２】
ここで、Ｄ：信号成分の差分、１−Ａ：既知の或る係数、Ｓ：センサ部の出力信号の真値である。
【００２７】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器は、前記センサの入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返すことが好ましい。
【００２８】
このオフセット電圧補償装置において、前記演算器は、前記センサ部の出力と、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期で積算し、電力量を演算することが好ましい。
【００２９】
このオフセット電圧補償装置において、前記電源と前記センサ部との間に少なくとも１以上の抵抗器をさらに備え、前記切替器は、前記抵抗器のいずれかを含む経路で前記センサ部の入力を短絡することが好ましい。
【００３０】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器は、アナログマルチプレクサで構成され、切替経路を１のスイッチで構成、又は少なくとも２以上のスイッチを並列接続して構成することが好ましい。
【００３１】
このオフセット電圧補償装置において、前記切替器には、高抵抗器が接続され、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡させずに前記センサ部の出力を得るときには、前記切替器のスイッチを前記高抵抗器側に接続することが好ましい。
【００３２】
尚、前記目的を達成するために、本発明は、オフセット電圧補償装置の特徴的な構成手段をステップとするオフセット電圧補償方法としたり、この方法が備える特徴的な命令を含むプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムは、フラッシュメモリ等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係るオフセット電圧補償装置によれば、部品点数の増加を抑えながら、増幅器のオフセット電圧を補償することができる。このため、センサ部の直流出力信号の真値を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るオフセット電圧補償装置の機能ブロック図である。
【図２】（ａ）前記オフセット電圧補償装置に備わる切替器がオフ時の回路図、（ｂ）前記切替器がオン時の回路図である。
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２に係るオフセット電圧補償装置に備わる切替器がオフ時の回路図、（ｂ）前記切替器がオン時の回路図である。
【図４】同上実施の形態２の変形例１に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図５】同上実施の形態２の変形例２に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図６】同上実施の形態２の変形例３に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図７】同上実施の形態２の変形例４に係るオフセット電圧補償装置の回路図である。
【図８】（ａ）従来のオフセット電圧補償装置の回路の一例を示す図、（ｂ）前記オフセット電圧補償装置においてセンサ入力短絡時の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るオフセット電圧補償装置（以下、補償装置と記す）に関して図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係る補償装置１は、電源２と、センサ部３と、切替器４と、増幅器５と、演算器６とを備えている。
【００３６】
電源２は、センサ部３につながれて直流電流を供給する。センサ部３は、測定すべき物理量をそれらと一定の関係にある電気量（電圧、電流、抵抗など）に変換する機能を有する。センサ部３は、例えば、測定すべき電流を一定の割合で小さくする電流センサ、光の透過や反射を検出する光電センサ、体の発熱を検出する赤外線センサ、熱起電力の発生を検出する熱電対などがある。このセンサ部３の出力は、増幅器５や演算器６などの電気的処理を経て電流、電力として出力され、必要に応じて数値として画面表示され、また、駆動する制御信号に変換される。
【００３７】
切替器４は、センサ部３の入力を短絡する半導体（無接点）スイッチであり、例えばトランジスタで構成される。
【００３８】
増幅器５（オペアンプ５）は、センサ部３から入力されるアナログの直流信号を増幅するオペアンプなどの半導体部品である。この増幅器５の出力は入力が０の時（反転、非反転）に０になるのが理想だが、実際には完全に０ならず、オフセット電圧が生じる。これは、オペアンプ５のＩＣ内部もトランジスタなどで構成されるため、温度変化によって内部のトランジスタが変化し、出力電圧がずれるためである。従って、オペアンプ５のオフセット電圧を補償演算することで、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値を検出できる。
【００３９】
演算器６は、増幅器５から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを備えており、増幅器５の出力電圧の平均値を検出すると共に、後述するオフセット電圧の補償演算を行い、電流、電力などの電気量を出力する。
【００４０】
ここで、補償装置１の具体例を説明すると、センサ部３は、例えば変流器（電流センサ）であり、分電盤内の各回路の電流を一定の割合で小さくして信号線を介して増幅器５に供給する。増幅器５及び演算器６を備えた計測器は、センサ部３が設置された回路の電力を計測する。この計測器は、例えば分電盤内の所定箇所に設置され、通信線を介してＰＣなどの監視装置に電流や電力の演算結果を出力する。そして、計測器から演算結果を受信した監視装置は、各回路の通電情報を表示する。
【００４１】
次に、実施の形態１に係る補償装置１の回路構成に関して図２を参照して説明する。なお、図２（ａ）は切替器４（ＳＷ４）のスイッチがオフであり、センサ部３の入力が短絡されていない場合、図２（ｂ）は切替器４のスイッチがオンであり、センサ部３の入力が短絡されている場合を示している。
【００４２】
補償装置１は、センサ部３の両端（ａ−ｂ）間の信号電圧Ｖｓをオペアンプ５において差動増幅して電流を求める回路を有し、切替器４のスイッチがオフの時には電源２からの電流Ｉ＝ＩＯがセンサ部３に入力される。センサ部３の出力信号は、抵抗Ｒ１を通ってオペアンプ５の反転入力に入力される。また、この回路は、オペアンプ５の出力がフィードバックして抵抗Ｒ２を通って反転入力に加わる経路を有する。
【００４３】
次に、本実施の形態１に係る補償装置１に備わる演算器６の演算処理に関して図２を参照して説明する。オペアンプ５からの出力電圧Ｖ１はＲ２をＲ１で割った正確な増幅率が得られるため下記の（式７）で与えられる。
【００４４】
【００４５】
ここで、Ｖｓはセンサ部３の（ａ−ｂ）間の信号電圧、ＶＯはオフセット電圧である。そして、切替器４は半導体スイッチであるため、抵抗値は０ではなく、微少な抵抗値を有している。センサ部３と切替器４とは並列接続されており、センサ部３の全抵抗値Ｒｓ及び切替器４のオン抵抗値ＲＯＮから次の（式８）に基づいて所定の係数Ａを求める。
【００４６】
【００４７】
例えば、センサ部３の全抵抗９６０Ω、切替器４のオン抵抗が４０Ωの場合、所定の係数Ａ＝４０／(９６０＋４０)＝０．０４となる。また、切替器４のスイッチがオン時（短絡時）の出力は（式９）により求まる。
【００４８】
【００４９】
演算器６は、センサ部３の入力を短絡していない時（切替器４のスイッチのオフ時）の増幅器５の出力である（式７）から、短絡時（切替器４のスイッチのオン時）の増幅器５の出力である（式９）を減算して次の（式１０）に示す信号成分の差分Ｄを抽出する。
【００５０】
【００５１】
例えば、センサＢ／Ｋの全抵抗９６０Ω、切替器のオン抵抗が４０Ωの例の場合、Ａ＝０．０４であるために（式１０）よりＤ＝（１−０．０４）・Ｓ＝０．９６Ｓとなる。次に、演算器６は、信号成分Ｄ（上記例では０．９６Ｓ）と、既知のある係数（１−Ａ）の逆数（上記例では１／０．９６）とを乗算する下記の（式１１）に基づいて、センサ部３の出力信号の真値Ｓを復元できる。
【００５２】
【００５３】
以上のように、本実施の形態１に係る補償装置１では、センサ部３、切替器４、増幅器５、演算器６という汎用のオペアンプに対応する簡易な構成で、部品点数増加を抑えながらオフセット電圧を補償演算し、センサ部３の直流出力信号の真値Ｓを検出できる。また、短絡が完全でない回路構成においても、センサ部３の出力信号から、演算器６の演算により、容易に電流・電力値を求めることが可能となる。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る補償装置について、図３を参照して説明する。なお、上記実施の形態１に係る補償装置と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同様）。
【００５５】
本実施の形態２に係る補償装置は、オペアンプ５からセンサ部３に流れ込むバイアス電流Ｉｂに起因するオフセット電圧ＶＯを補償する。なお、図３（ａ）は切替器４（ＳＷ４）のスイッチがオフであり、センサ部３への入力が短絡されていない場合、図３（ｂ）は切替器のスイッチがオンであり、センサ部３への入力が短絡されている場合を示す。
【００５６】
バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオフ時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ１は、上記従来の（式４）と同じである下記（式１２）となる。
【００５７】
【００５８】
本実施の形態２では、簡略化ために切替器４のオン抵抗ＲＯＮ＝０Ωと仮定する。この場合、バイアス電流Ｉｂが発生し、図３（ｂ）に示す切替器４がオン時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ２は、下記（式１３）により求まる。
【００５９】
【００６０】
従って、演算器６は、（式１２）−（式１３）によりバイアス電流Ｉｂに起因したオフセット電圧ＶＯを考慮し、センサ部３の出力電圧の真値Ｓを下記（式１４）より求める。なお、オペアンプ５につながれる抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、ほぼ同じ温度係数を持つように設計可能なため、この部分は温度による影響が少ないものとなる。
【００６１】
【００６２】
微少な直流電圧を増幅する直流オペアンプ５においては、オフセット電圧ＶＯに影響するバイアス電流Ｉｂの影響は無視できない。しかし、本実施の形態２に係る補償装置の演算器６では、オペアンプ５からセンサ部３に流れ込むバイアス電流Ｉｂに起因したオフセット電圧ＶＯも考慮して補償演算を実行でき、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを復元できる。
【００６３】
（第１の変形例）
本実施の形態２の第１の変形例について、図４を参照して説明する。本変形例では、切替器４のオン抵抗ＲＯＮ≠０Ωとする。これは、切替器４は半導体スイッチであるためオン抵抗ＲＯＮは実際には０とはならないためである。
【００６４】
本変形例１に係る補償装置の回路構成に関して図４を参照して説明する。バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオフ時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ１は、図３（ａ）と同様であり上記（式１２）となる。一方、バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオン時にセンサ部３に流れる電流ＩＯは（式１５）となる。
【００６５】
【００６６】
また、センサ部３の（ｃ−ｄ）間の等価抵抗Ｒｓ２、及び切替器４のオン抵抗値ＲＯＮから下記の（式１６）に基づいて所定の係数Ａが求まる。
【００６７】
【００６８】
そして、バイアス電流Ｉｂが発生し、切替器４がオン時のオペアンプ５の出力電圧Ｖ２は、下記の（式１７）により求まる。
【００６９】
【００７０】
従って、演算器６は、（式１２）−（式１７）となる（式１８）から、切替器４がオフ時の信号成分Ｖ１から切替器４がオン時の信号成分Ｖ２を減算した信号成分の差分Ｄを得ることができる。
【００７１】
【００７２】
この（式１８）において、最初の項（１−Ａ）は「既知のある係数」となり、この「既知のある係数」は、設計事由であり、既知である。このため、（式１８）に「既知のある係数（１−Ａ）」の逆数を乗算した（式１９）により、信号に比例する成分となるセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを演算できる。
【００７３】
【００７４】
従って、本変形例１に係る補償装置では、上記実施の形態２の効果に加えて、切替器４のオン抵抗ＲＯＮをも考慮して、上記（式１９）によりオペアンプ５のオフセット電圧の補償演算を実行でき、より高精度にセンサ部３の出力電圧の真値Ｓを復元できる。
【００７５】
（第２の変形例）
本実施の形態２の第２の変形例について、図５を参照して説明する。本変形例では、電源２とセンサ部３との間に、２つの抵抗器Ｒ３，Ｒ４を有し、切替器４は、いずれか抵抗器Ｒ３を含んでセンサ部３の入力を短絡する回路構成を有する。
【００７６】
このため、抵抗器Ｒ３，Ｒ４を設けない場合に比べて、センサの全抵抗値Ｒｓ、切替器４のオン抵抗ＲＯＮ、Ｒ３及びＲ４より求まる所定の係数Ａを小さくし、補償演算における「既知のある係数（１−Ａ）」の影響を小さくできる。従って、抵抗Ｒ４を設けたセンサ部３の出力信号に比べて、センサ部３の入力を短絡したときの出力が相対的に小さくなり理想短絡に近くでき、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行でき、センサ部３の出力信号の真値Ｓの演算誤差が小さくなる。
【００７７】
（第３の変形例）
本実施の形態２の第３の変形例について、図６を参照して説明する。本変形例では、切替器にアナログ信号用のアナログマルチプレクサ７を用い、切替経路を１のスイッチ、又は少なくとも２以上のスイッチ（本変形例では２つ）を並列接続して構成している。
【００７８】
この構成により、アナログマルチプレクサ７（ＳＷ７）を用いて並列接続する切替経路を増やすほど、所定の係数Ａを小さくし、所定の係数Ａのばらつきによる影響を抑制し、「既知のある係数（１−Ａ）」の影響を小さくできる。このため、アナログマルチプレクサ７のオン抵抗ＲＯＮを理想短絡（切替器の抵抗値０Ω）に近くして、センサ部３の入力を短絡したときの出力を理想短絡に近くできる。従って、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行でき、センサ部３の出力信号の真値Ｓの演算誤差が小さくなる。
【００７９】
（第４の変形例）
本実施の形態２の第４の変形例について、図７を参照して説明する。本変形例では、 切替器４には、高抵抗器８が接続され、センサ部３の入力を短絡させずに出力を得るときには、切替器４のスイッチを高抵抗器８側に接続する。この構成により、所定の係数Ａを小さくでき、半導体スイッチである切替器４のスイッチ開放時による動作不安定状態を防止し、高抵抗器８により切替器４がオフ時のオン抵抗を大きくでき、より高精度なオフセット電圧の補償演算が実行できる。
【００８０】
なお、上記各実施の形態において、切替器４は、センサ部３の入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返すことができる。これは、センサ部３の出力信号やセンサ部３の入力の短絡時の出力が常に一定とならないためであり、この切替制御を定期的に繰り返す周期は、対象とする物理量の周期より短い期間、例えば２０ｍｓである。この構成により、定期的にオフセット検出が行って温度変化に追従でき、より高精度なオフセット電圧の補償演算を行える。また、例えば２０ｍｓごとにオフセット検出を行うことで、センサ部３の出力が一定でない間欠電流が発生する場合においても、誤差なくオフセット電圧の補償演算が実行できる。
【００８１】
また、演算器６は、センサ部３の出力と、センサ部３の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期（例えば、０．１ｓまたはその倍数や、５０／６０Ｈｚの周期の公倍数の期間）で積算し、電力量を演算できる。この構成により、センサ部３の出力信号やセンサ部３の入力の短絡時の出力が一定でない場合においても、周波数５０／６０Ｈｚなどの不要信号成分を除去でき、より高精度にオフセット電圧の補償演算を実行できる。なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ オフセット電圧補償装置
２ 電源
３ センサ部
４ 切替器
５ 増幅器（オペアンプ）
６ 演算器
７ アナログマルチプレクサ
８ 高抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部の入力を短絡する切替器と、
前記センサ部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力に基づいて電気量を演算する演算器と、を備えるオフセット電圧補償装置において、
前記演算器は、前記センサ部の入力を短絡していない時の前記増幅器の出力から、短絡時の前記増幅器の出力を減算して信号成分の差分を抽出し、次に、当該信号成分の差分と、前記センサ部の抵抗値及び前記切替器の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とするオフセット電圧補償装置。
【請求項２】
前記演算器は、下記（数１）に基づいて前記所定の係数を抽出し、次に、下記（数２）に基づいて前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とする請求項１記載のオフセット電圧補償装置。
【数１】
ここで、Ａ：所定の係数、Ｒon：切替器のオン抵抗値、Ｒｓ：センサ部の抵抗値
【数２】
ここで、Ｄ：信号成分の差分、１−Ａ：既知のある係数、Ｓ：センサ部の出力信号の真値
【請求項３】
前記切替器は、前記センサの入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返す、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項４】
前記演算器は、前記センサ部の出力と、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期で積算し、電力量を演算する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項５】
前記電源と前記センサ部との間に少なくとも１以上の抵抗器をさらに備え、
前記切替器は、前記抵抗器のいずれかを含む経路で前記センサ部の入力を短絡する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項６】
前記切替器は、アナログマルチプレクサで構成され、切替経路を１のスイッチで構成、又は少なくとも２以上のスイッチを並列接続して構成する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項７】
前記切替器には、高抵抗器が接続され、
前記切替器において前記センサ部の入力を短絡させずに前記センサ部の出力を得るときには、前記切替器のスイッチを前記高抵抗器側に接続する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項１】
電源と接続され物理量を計測して出力信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部の入力を短絡する切替器と、
前記センサ部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力に基づいて電気量を演算する演算器と、を備えるオフセット電圧補償装置において、
前記演算器は、前記センサ部の入力を短絡していない時の前記増幅器の出力から、短絡時の前記増幅器の出力を減算して信号成分の差分を抽出し、次に、当該信号成分の差分と、前記センサ部の抵抗値及び前記切替器の抵抗値から定められる所定の係数とを用いて、前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とするオフセット電圧補償装置。
【請求項２】
前記演算器は、下記（数１）に基づいて前記所定の係数を抽出し、次に、下記（数２）に基づいて前記センサ部の出力信号の真値を演算する、ことを特徴とする請求項１記載のオフセット電圧補償装置。
【数１】
ここで、Ａ：所定の係数、Ｒon：切替器のオン抵抗値、Ｒｓ：センサ部の抵抗値
【数２】
ここで、Ｄ：信号成分の差分、１−Ａ：既知のある係数、Ｓ：センサ部の出力信号の真値
【請求項３】
前記切替器は、前記センサの入力を短絡する切替制御を定期的に繰り返す、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項４】
前記演算器は、前記センサ部の出力と、前記切替器において前記センサ部の入力を短絡した時の出力とを、それぞれ一定周期で積算し、電力量を演算する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項５】
前記電源と前記センサ部との間に少なくとも１以上の抵抗器をさらに備え、
前記切替器は、前記抵抗器のいずれかを含む経路で前記センサ部の入力を短絡する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項６】
前記切替器は、アナログマルチプレクサで構成され、切替経路を１のスイッチで構成、又は少なくとも２以上のスイッチを並列接続して構成する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【請求項７】
前記切替器には、高抵抗器が接続され、
前記切替器において前記センサ部の入力を短絡させずに前記センサ部の出力を得るときには、前記切替器のスイッチを前記高抵抗器側に接続する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオフセット電圧補償装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９８８０３（Ｐ２０１３−９８８０３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０６１９（Ｐ２０１１−２４０６１９）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]