特開 2015-197308 静電容量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-197308(P2015-197308A)

(43)【公開日】2015年11月9日

(54)【発明の名称】静電容量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/26 20060101AFI20151013BHJP

【ＦＩ】

   G01R27/26 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】29

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-73655(P2014-73655)

(22)【出願日】2014年3月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083404

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100166752

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 典子

(72)【発明者】

【氏名】南 秀明

(72)【発明者】

【氏名】小池 伸一

【テーマコード（参考）】

2G028

【Ｆターム（参考）】

2G028AA01

2G028BB06

2G028CG07

2G028DH13

2G028EJ06

2G028FK01

2G028GL12

2G028HN09

2G028LR02

(57)【要約】

【課題】キャパシタを定電流にて所定時間充電し、その定電流値と、充電時間と、キャパシタの初期電圧と充電終了時の最終電圧の差電圧とから、キャパシタの静電容量を測定する静電容量測定装置において、高速で安定度の高い測定値が得られるようにする。
【解決手段】キャパシタを放電手段により所定の電圧にまで放電させた後、一定の単位時間Δｔを１区間として複数のｎ区間Δｔにわたって、定電流源よりキャパシタを連続的に充電し、その間に測定レンジが適正かどうかを判定して、適宜測定レンジを切り替えて充電をやり直し、各区間Δｔごとにキャパシタの電圧Ｖの区間平均電圧ＶＡを求め、最初の１区間の区間平均電圧（初期電圧）をＶＡ０、ｎ区間目の区間平均電圧をＶＡｎとして、前記キャパシタの静電容量Ｃを（Ｉ×ｎ×Δｔ）／（ＶＡｎ−ＶＡ０）により求める。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定素子であるキャパシタを定電流で充電する定電流源からなる充電手段と、前記キャパシタを放電する放電手段と、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを測定する電圧測定手段と、前記キャパシタに対する充放電を制御するとともに、充電時間および放電時間を計時するタイマ手段を有する制御手段とを含み、前記定電流の値をＩとして、前記キャパシタを前記定電流源により連続的に充電したときに、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが時間の経過に対して直線的に変化することに基づいて、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める静電容量測定装置において、
前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタを所定の電圧範囲内にまで放電した後、一定の単位時間Δｔを１区間として、複数のｎ区間（ｎは０を含む順序を表す正の整数）にわたって、前記定電流源により前記キャパシタを連続的に充電し、前記複数のｎ区間の１区間ごとに、その区間内で所定の時間間隔でサンプリングした所定個数の前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖから区間平均電圧ＶＡを取得し、最初の（ｎ＝０区間）の区間平均電圧をＶＡ０、ｎ区間目の区間平均電圧をＶＡｎとして、前記キャパシタの静電容量Ｃまたは所定区間の区間平均電圧ＶＡｎの差電圧を求め、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖ，前記キャパシタの静電容量Ｃまたは前記区間平均電圧ＶＡｎの差電圧の中から選択した少なくとも１つの値が所定の範囲外の値であるときには、前記キャパシタを所定の電圧範囲内にまで放電した後、前記定電流源の前記定電流の値Ｉを変更して、前記キャパシタを連続的に充電して前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴とする静電容量測定装置。

【請求項2】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流源が発生する前記定電流の値Ｉと、前記キャパシタの測定容量範囲とに応じた複数の測定レンジがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記設定してある測定レンジの前記定電流の値Ｉと、前記一定の単位時間Δｔと、前記最初の１区間の区間平均電圧ＶＡ０と、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎとから、前記キャパシタの静電容量Ｃを次の式（１）、
Ｃ＝（Ｉ×ｎ×Δｔ）／（ＶＡｎ−ＶＡ０）…（１）
により求めることを特徴とする請求項１に記載の静電容量測定装置。

【請求項3】

前記電圧測定手段は、前記単位時間Δｔを１区間とした区間内で前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを所定のサンプリング間隔でサンプリングするとともに、そのサンプリングした所定個数の前記端子間瞬時電圧Ｖから前記区間平均電圧ＶＡを算出する機能を有し、その算出した区間平均電圧ＶＡを前記制御手段に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量測定装置。

【請求項4】

前記電圧測定手段は、前記各区間内で前記キャパシタ端子間瞬時電圧Ｖを所定のサンプリング間隔でサンプリングして前記制御手段に送信し、前記制御手段は、前記電圧測定手段によりサンプリングした所定個数の前記キャパシタ端子間瞬時電圧Ｖから前記区間平均電圧ＶＡを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量測定装置。

【請求項5】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、測定範囲上限電圧ＶＵがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記各区間ごとに求めた区間平均電圧ＶＡｎと、前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、前記区間平均電圧ＶＡｎが前記測定範囲上限電圧ＶＵを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＡｎ＞ＶＵのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを最小容量を測定する最小レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項6】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、測定範囲上限電圧ＶＵがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖと前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが前記測定範囲上限電圧ＶＵを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する場合において、Ｖ＞ＶＵのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを最小容量を測定する最小レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項7】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定まるレンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差をＶＤとして、前記電圧差ＶＤが前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ＞Ｖｄｏｗｎのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的小さい容量を測定する測定レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項8】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定められたレンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目のｎ区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差をＶＤ（ｎ）として、前記電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジダウン規定電圧のｎ倍の値Ｖｄｏｗｎ（ｎ）を超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合において、ＶＤ（ｎ）＞Ｖｄｏｗｎ（ｎ）のときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的小さい容量を測定する測定レンジとすることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項9】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＪとして次の式（２）、
Ｖｄｏｗｎ＝Ｊ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（２）
により求めること、または、前記制御手段または前記電圧測定手段には、あらかじめ求めた前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎが設定してあることを特徴とする請求項７または８に記載の静電容量測定装置。

【請求項10】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最大容量と所定の定数により定まるレンジアップ規定電圧Ｖｕｐがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差をＶＤとして、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐが前記電圧差ＶＤを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ＜Ｖｕｐのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的大きい容量を測定する測定レンジとすることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項11】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最大容量と所定の定数により定まるレンジアップ規定電圧Ｖｕｐがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差をＶＤ（ｎ）として、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐのｎ倍の値が前記電圧差ＶＤ（ｎ）を超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ（ｎ）＜Ｖｕｐ（ｎ）のときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的大きい容量を測定する測定レンジとすることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項12】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐを、測定レンジの最大容量をＣｍａｘ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＬとして次の式（３）、
Ｖｕｐ＝Ｌ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍａｘ…（３）
により求めること、または、前記制御手段または電気電圧測定手段には、あらかじめ求めた前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐが設定してあることを特徴とする請求項１０または１１に記載の静電容量測定装置。

【請求項13】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定まるレンジ規定電圧差Ｖｒｎｇがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）から、次のｎ＋１区間目の区間平均電圧ＶＡｎ＋１と最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との差の予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）を求め、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）がＶｒｎを超えないとき、すなわち、充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が、ＶＤ（ｎ＋１）≦Ｖｒｎｇのとき、あるいは、前記区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を超えないときの、いずれかの電圧が比較値を超えないときには、あらかじめ設定されている区間回数まで充電を継続して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求め、
前記いずれかの電圧が比較値を超えないときに対し、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）がＶｒｎｇを超えるとき、すなわち、充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧がＶＤ（ｎ＋１）＞Ｖｒｎｇとき、あるいは、前記区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を超えたときの、いずれかの電圧が比較値を超えたとき、または、設定されている前記区間回数ｎに対する規定回数まで充電を継続したときには、その時点で前記キャパシタに対する充電を中止するとともに放電を開始して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項14】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇを、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，最小の所定測定間隔数をＮ（正の整数），一定の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＭとして次の式（４）、
Ｖｒｎｇ＝Ｍ×Ｉ×Ｎ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（４）
により求めること、または、前記制御手段または前記電圧測定手段には、あらかじめ求めた電気レンジ規定電圧Ｖｒｎｇが設定してあることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量測定装置。

【請求項15】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、レンジ最大容量Ｃｍａｘ，レンジ最小容量Ｃｍｉｎ，最小の所定測定間隔数をＮ（正の整数），一定の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＫとして、次の式（５）による充電上限時間Ｔが、
Ｔ＝Ｋ×Ｎ×Δｔ×Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ…（５）
が設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、測定開始からの時間が、前記充電上限時間Ｔを超えた場合には、その時点で測定終了として、放電を開始し、キャパシタの静電容量を計算し表示部に表示することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項16】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタに対して複数区間にわたって前記定電流源より前記キャパシタを連続的に充電した後、充電区間を前半と後半とに２分し、前半の区間平均電圧ＶＡｎの平均値もしくは前記前半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの平均値をＶａ，前半のサンプリング時刻の平均をｔａとし、後半の区間平均電圧ＶＡｎの平均値もしくは前記後半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの平均値をＶｂ，後半のサンプリング時刻の平均をｔｂとして、前記キャパシタの静電容量Ｃを前記の式（１）に代えて次の式（６）、
Ｃ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）／（Ｖｂ−Ｖａ）…（６）
により求めることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項17】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタに対して複数区間にわたって前記定電流源より前記キャパシタを連続的に充電した後、充電区間を前半と後半とに２分し、前記前半の区間での電圧データ数をａ、前記前半の区間平均電圧ＶＡｎあるいは前記前半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡａ、前記後半の区間での電圧データ数をｂ、前記後半の区間平均電圧ＶＡｎもしくは前記後半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡｂ、前記区間平均電圧ＶＡもしくは前記端子間瞬時電圧Ｖを取得するサンプリング間隔をΔｔとして、前記キャパシタの静電容量Ｃを前記の式（１）に代えて次の式（７）、
Ｃ＝Ｉ×０．５×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（（ΣＶＡｂ）／ｂ−（ΣＶＡａ）／ａ）
＝Ｉ×０．５×ａ×ｂ×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（ａ×（ΣＶＡｂ）−ｂ×（ΣＶＡａ）） …（７）
により求めることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項18】

前記放電手段は、定電流シンク回路と定電流ソース回路とを有し、当該静電容量測定装置が備える測定端子間に接続された前記キャパシタの電圧が充電方向の電圧である場合には、前記キャパシタを、蓄積電荷を前記定電流シンク回路を用いて放電し、前記キャパシタの電圧が放電方向である場合には、前記キャパシタを前記定電流ソース回路を用いて放電することを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項19】

前記電圧測定手段は、増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、ＤＳＰ（デシタルシグナルプロセッサ）とを含み、前記Ａ／Ｄ変換器は、前記増幅器により所定の電圧範囲に増幅された前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖをデジタル値に変換し、前記ＤＳＰは、前記デジタル値から前記区間平均電圧ＶＡを算出して前記制御手段に送信することを特徴とする１ないし１８のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項20】

前記ＤＳＰは、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖに相当する値と前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、その比較結果を前記制御手段に送信することを特徴とする請求項１９に記載の静電容量測定装置。

【請求項21】

前記電圧測定手段は、増幅器とＡ／Ｄ変換器を備え、前記制御手段は、その一部にＤＳＰ（デシタルシグナルプロセッサ）の機能を有し、前記電圧測定手段は、前記増幅器と、Ａ／Ｄ変換器により前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖをデジタル値に変換し、前記ＤＳＰを含む前記制御手段に送信し、前記ＤＳＰを含む前記制御手段は、前記デジタル値から前記区間平均電圧ＶＡを算出することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項22】

放電時における前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを監視し、前記端子間瞬時電圧Ｖが所定の放電電圧の範囲になった時点で放電終結信号を送信する放電検出用比較器を有し、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記放電終結信号に基づいて前記放電手段をオフ、前記定電流源をオンとして前記キャパシタに対する充電を開始することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項23】

前記ＤＳＰに、放電時にキャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが所定の電圧範囲であることを検出する放電検出用比較器の機能を含むことを特徴とする請求項２２に記載の静電容量測定装置。

【請求項24】

前記制御手段は、前記放電終結信号の受信時点から放電状態が安定する所定の第１安定化時間が経過するのを待ち、その間に前記制御手段と前記電圧測定手段との所定のタイミング同期関係を図り、前記キャパシタに対する充電を開始することを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項25】

前記制御手段は、前記キャパシタに対する充電を開始してから充電状態が安定する所定の第２安定化時間が経過するのを待ち、その後前記制御手段と前記電圧測定手段との所定のタイミング同期関係を図った後、前記区間平均電圧の取得を開始する状態とし、前記一定の単位時間Δｔの経過後に、最初の前記第１区間の区間平均電圧を得ることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項26】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流の値Ｉを電流補正式Ｉ＝ｄ×Ｉにより補正し、サンプリングした前記区間平均電圧ＶＡｎもしくは前記端子間瞬時電圧Ｖを電圧補正式Ｖ＝ｅ×Ｖ＋ｆにより補正し、前記キャパシタの静電容量Ｃを静電容量補正式Ｃ＝ｇ×Ｃ＋ｈにより補正する補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈが設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記測定レンジの整合性を判定する際、または前記キャパシタの静電容量を算出する際に、前記補正電流式または前記電圧補正式または前記静電容量補正式による補正計算を１回以上行うことを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の静電容量測定装置。

【請求項27】

前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記電流補正式または前記電圧補正式または前記静電容量補正式による補正計算の有無とその計算回数と、前記補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈとが、所定のキー操作または外部機器に対して入出力可能であることを特徴とする請求項２６に記載の静電容量測定装置。

【請求項28】

被測定素子であるキャパシタを定電流で充電する定電流源と、前記キャパシタに蓄積されている電荷を放電させる放電手段と、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを測定する電圧測定手段と、前記キャパシタに対する充放電を制御するとともに、充電時間および放電時間を計時するタイマ手段を有する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記定電流の値をＩとして、前記キャパシタを前記定電流源により連続的に充電したときに、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが時間の経過に対して直線的に変化することに基づいて、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める静電容量測定装置において、
前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めない場合には、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが０Ｖとみなせる状態にまで放電し、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める場合には、放電の１回ごとに交互に定める所定の電圧範囲内にまで放電させた後、一定の単位時間Δｔを１区間として、複数の（ｎは０を含む順序を表す正の整数）にわたって、前記定電流源により前記キャパシタを連続的に充電し、前記複数のｎ区間の１区間ごとに、その区間内で所定の時間間隔でサンプリングした所定個数の前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖから区間平均電圧ＶＡを取得し、最初の１区間（ｎ＝０区間）の区間平均電圧をＶＡ０、ｎ区間目の区間平均電圧をＶＡｎとして、前記キャパシタの静電容量Ｃまたは所定区間の区間平均電圧ＶＡｎの差電圧を求め、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖ，前記キャパシタの静電容量Ｃまたは前記区間平均電圧ＶＡｎの差電圧の中から選択した少なくとも１つの値が所定の範囲外の値であるときには、前記キャパシタを前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが０Ｖとみなせる状態にまで放電した後、前記定電流源の前記定電流の値Ｉを変更して、放電の１回ごとに交互に定める所定の電圧範囲内にまで放電した後、前記定電流で充電する前記定電流源により前記キャパシタを正の方向あるいは負の方向に、充電の１回ごとに交互に充電を開始して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴とする静電容量測定装置。

【請求項29】

前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流源が発生する前記定電流の値Ｉと、前記キャパシタの測定容量範囲とに応じた複数の測定レンジがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを実施するとき、前記充電の１回ごとに前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを交互に繰り返している場合には、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが経時的に直線的に変化することに基づいて前記キャパシタの静電容量Ｃを求め、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることに対して前記充電の１回ごとに前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを交互に繰り返していない場合には、前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを実施することを特徴とする請求項２８に記載の静電容量測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定素子であるキャパシタの静電容量を測定する静電容量測定装置に関し、さらに詳しく言えば、キャパシタを定電流にて所定時間充電し、その定電流値と、充電時間と、キャパシタの端子間瞬時電圧の平均電圧の差電圧とから、キャパシタの静電容量を測定する静電容量測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

キャパシタ（コンデンサ）を定電流で充電すると、経時的に電圧が線形に上昇する。したがって、充電電流（定電流）をＩ，充電時間をＴ，充電開始時の初期電圧をＶｉｎｉｔ，充電終了時の最終電圧をＶｆｉｎａｌとすれば、キャパシタの静電容量Ｃは、
Ｃ＝Ｉ×Ｔ／（Ｖｆｉｎａｌ−Ｖｉｎｉｔ）
により求めることができる（特許文献１参照）。通常、充電はキャパシタをほぼ完全に放電してから行われるため、初期電圧のＶｉｎｉｔは０Ｖである。

【0003】

この測定原理を利用した静電容量測定装置として、特許文献２に記載の発明は、キャパシタを初期電圧にまで放電し、その放電状態を所定時間保持する水平区間（ホールドステート）で初期電圧Ｖｉｎｉｔを測定する。

【0004】

その後、キャパシタを定電流で所定時間（１区間分）充電し、所定時間経過後の水平区間で電圧を測定し、以後同様に、水平区間を置いて何区間かにわたって定電流充電を行い、最終電圧Ｖｆｉｎａｌを得る。

【0005】

ここで、定電流をＩ，１区間の充電時間をΔｔ，充電回数をｎとすれば、キャパシタの静電容量Ｃを、Ｃ＝Ｉ×ｎ×Δｔ／（Ｖｆｉｎａｌ−Ｖｉｎｉｔ）により求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２−２７７４９５号公報

【特許文献2】米国特許第６２７５０４７号明細書（図５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前記特許文献２に記載の発明は、大容量キャパシタでも比較的短時間で、その静電容量値を測定することができる。しかしながら、通常、充電開始の初期電圧Ｖｉｎｉｔを理論値として０Ｖとしているため、実際の充電開始電圧の誤差が無視できない。

【0008】

また、充電開始時には往々にして、電流が急激に変化するため、キャパシタに含まれている等価直列抵抗成分や端子接続部に存在する接触抵抗成分などの影響を受ける場合がある。

【0009】

特に前記のように、充電１区間ごとに水平区間（ホールドステート）を設ける場合には、その都度、充電の開始と停止とを行い、その際、電流が急激に変化するので、電流源や電圧計の応答が間に合わない場合があり、応答不良やノイズが発生することがある。また、最終電圧を得るまでに何回かの水平区間があるため、その分、測定時間が長くなる。

【0010】

また、充電電流が被測定キャパシタの静電容量に対して適切かどうかの判定（充電途中でのレンジ切り替えおよび放電開始の判定）を行わないため、結果として測定時間が長くなる。さらには、キャパシタの放電は、抵抗を介して行うため、その波形は指数関数的になり、放電完了時点を正確に捉えにくい、という問題もある。

【0011】

したがって、本発明の課題は、キャパシタを定電流にて連続的に充電し、その充電途中で適宜レンジ切り替えおよび放電開始の判定を行い、キャパシタの端子間瞬時電圧が時間の経過に対して直線的に直線的に変化することに基づいて、充電中の直線区間のみを平均化してキャパシタの静電容量を測定して、高速でかつ安定度が高く、高精度の測定値が得られるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被測定素子であるキャパシタを定電流で充電する定電流源からなる充電手段と、前記キャパシタを放電する放電手段と、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを測定する電圧測定手段と、前記キャパシタに対する充放電を制御するとともに、充電時間および放電時間を計時するタイマ手段を有する制御手段とを含み、前記定電流の値をＩとして、前記キャパシタを前記定電流源により連続的に充電したときに、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが時間の経過に対して直線的に変化することに基づいて、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める静電容量測定装置において、
前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタを所定の電圧範囲内にまで放電した後、一定の単位時間Δｔを１区間として、複数のｎ区間（ｎは０を含む順序を表す正の整数）にわたって、前記定電流源により前記キャパシタを連続的に充電し、前記複数のｎ区間の１区間ごとに、その区間内で所定の時間間隔でサンプリングした所定個数の前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖから区間平均電圧ＶＡを取得し、最初の（ｎ＝０区間）の区間平均電圧をＶＡ０、ｎ区間目の区間平均電圧をＶＡｎとして、前記キャパシタの静電容量Ｃまたは所定区間の区間平均電圧ＶＡｎの差電圧を求め、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖ，前記キャパシタの静電容量Ｃまたは前記区間平均電圧ＶＡｎの差電圧の中から選択した少なくとも１つの値が所定の範囲外の値であるときには、前記キャパシタを所定の電圧範囲内にまで放電した後、前記定電流源の前記定電流の値Ｉを変更して、前記キャパシタを連続的に充電して前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴としている。

【0013】

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流源が発生する前記定電流の値Ｉと、前記キャパシタの測定容量範囲とに応じた複数の測定レンジがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記設定してある測定レンジの前記定電流の値Ｉと、前記一定の単位時間Δｔと、前記最初の１区間の区間平均電圧ＶＡ０と、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎとから、前記キャパシタの静電容量Ｃを次の式（１）、
Ｃ＝（Ｉ×ｎ×Δｔ）／（ＶＡｎ−ＶＡ０）…（１）
により求めることを特徴としている。

【0014】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記電圧測定手段は、前記単位時間Δｔを１区間とした区間内で前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを所定のサンプリング間隔でサンプリングするとともに、そのサンプリングした所定個数の前記端子間瞬時電圧Ｖから前記区間平均電圧ＶＡを算出する機能を有し、その算出した区間平均電圧ＶＡを前記制御手段に送信することを特徴としている。

【0015】

請求項４に記載の発明は、請求項１または２において、前記電圧測定手段は、前記各区間内で前記キャパシタ端子間瞬時電圧Ｖを所定のサンプリング間隔でサンプリングして前記制御手段に送信し、前記制御手段は、前記電圧測定手段によりサンプリングした所定個数の前記キャパシタ端子間瞬時電圧Ｖから前記区間平均電圧ＶＡを算出することを特徴としている。

【0016】

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、測定範囲上限電圧ＶＵがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記各区間ごとに求めた区間平均電圧ＶＡｎと、前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、前記区間平均電圧ＶＡｎが前記測定範囲上限電圧ＶＵを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＡｎ＞ＶＵのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを最小容量を測定する最小レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴としている。

【0017】

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、測定範囲上限電圧ＶＵがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖと前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが前記測定範囲上限電圧ＶＵを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する場合において、Ｖ＞ＶＵのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを最小容量を測定する最小レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴としている。

【0018】

請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定まるレンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差をＶＤとして、前記電圧差ＶＤが前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ＞Ｖｄｏｗｎのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的小さい容量を測定する測定レンジとするレンジダウン処理を実行することを特徴としている。

【0019】

請求項８に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定められたレンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目のｎ区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差をＶＤ（ｎ）として、前記電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジダウン規定電圧のｎ倍の値Ｖｄｏｗｎ（ｎ）を超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合において、ＶＤ（ｎ）＞Ｖｄｏｗｎ（ｎ）のときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的小さい容量を測定する測定レンジとすることを特徴としている。

【0020】

請求項９に記載の発明は、請求項７または８において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＪとして次の式（２）、
Ｖｄｏｗｎ＝Ｊ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（２）
により求めること、または、前記制御手段または前記電圧測定手段には、あらかじめ求めた前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎが設定してあることを特徴としている。

【0021】

請求項１０に記載の発明は、請求項２ないし９のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最大容量と所定の定数により定まるレンジアップ規定電圧Ｖｕｐがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差をＶＤとして、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐが前記電圧差ＶＤを超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ＜Ｖｕｐのときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的大きい容量を測定する測定レンジとすることを特徴としている。

【0022】

請求項１１に記載の発明は、請求項２ないし９のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最大容量と所定の定数により定まるレンジアップ規定電圧Ｖｕｐがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差をＶＤ（ｎ）として、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐのｎ倍の値が前記電圧差ＶＤ（ｎ）を超えたとき、すなわち充電電圧が上昇する方向に充電する場合においてＶＤ（ｎ）＜Ｖｕｐ（ｎ）のときには、前記キャパシタの放電を開始して、前記測定レンジを比較的大きい容量を測定する測定レンジとすることを特徴としている。

【0023】

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐを、測定レンジの最大容量をＣｍａｘ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＬとして次の式（３）、
Ｖｕｐ＝Ｌ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍａｘ…（３）
により求めること、または、前記制御手段または電気電圧測定手段には、あらかじめ求めた前記レンジアップ規定電圧Ｖｕｐが設定してあることを特徴としている。

【0024】

請求項１３に記載の発明は、請求項２ないし１２のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記各測定レンジの最小容量と所定の定数により定まるレンジ規定電圧差Ｖｒｎｇがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと最初の区間平均電圧ＶＡ０との区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）から、次のｎ＋１区間目の区間平均電圧ＶＡｎ＋１と最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との差の予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）を求め、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）がＶｒｎを超えないとき、すなわち、充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が、ＶＤ（ｎ＋１）≦Ｖｒｎｇのとき、あるいは、前記区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を超えないときの、いずれかの電圧が比較値を超えないときには、あらかじめ設定されている区間回数まで充電を継続して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求め、
前記いずれかの電圧が比較値を超えないときに対し、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）がＶｒｎｇを超えるとき、すなわち、充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧がＶＤ（ｎ＋１）＞Ｖｒｎｇとき、あるいは、前記区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を超えたときの、いずれかの電圧が比較値を超えたとき、または、設定されている前記区間回数ｎに対する規定回数まで充電を継続したときには、その時点で前記キャパシタに対する充電を中止するとともに放電を開始して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴としている。

【0025】

請求項１４に記載の発明は、請求項１３において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇを、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，最小の所定測定間隔数をＮ（正の整数），一定の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＭとして次の式（４）、
Ｖｒｎｇ＝Ｍ×Ｉ×Ｎ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（４）
により求めること、または、前記制御手段または前記電圧測定手段には、あらかじめ求めた電気レンジ規定電圧Ｖｒｎｇが設定してあることを特徴としている。

【0026】

請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、レンジ最大容量Ｃｍａｘ，レンジ最小容量Ｃｍｉｎ，最小の所定測定間隔数をＮ（正の整数），一定の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＫとして、次の式（５）による充電上限時間Ｔが、
Ｔ＝Ｋ×Ｎ×Δｔ×Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ…（５）
が設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、測定開始からの時間が、前記充電上限時間Ｔを超えた場合には、その時点で測定終了として、放電を開始し、キャパシタの静電容量を計算し表示部に表示することを特徴としている。

【0027】

請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタに対して複数区間にわたって前記定電流源より前記キャパシタを連続的に充電した後、充電区間を前半と後半とに２分し、前半の区間平均電圧ＶＡｎの平均値もしくは前記前半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの平均値をＶａ，前半のサンプリング時刻の平均をｔａとし、後半の区間平均電圧ＶＡｎの平均値もしくは前記後半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの平均値をＶｂ，後半のサンプリング時刻の平均をｔｂとして、前記キャパシタの静電容量Ｃを前記の式（１）に代えて次の式（６）、
Ｃ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）／（Ｖｂ−Ｖａ）…（６）
により求めることを特徴としている。

【0028】

請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタに対して複数区間にわたって前記定電流源より前記キャパシタを連続的に充電した後、充電区間を前半と後半とに２分し、前記前半の区間での電圧データ数をａ、前記前半の区間平均電圧ＶＡｎあるいは前記前半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡａ、前記後半の区間での電圧データ数をｂ、前記後半の区間平均電圧ＶＡｎもしくは前記後半の区間内でサンプリングした前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡｂ、前記区間平均電圧ＶＡもしくは前記端子間瞬時電圧Ｖを取得するサンプリング間隔をΔｔとして、前記キャパシタの静電容量Ｃを前記の式（１）に代えて次の式（７）、
Ｃ＝Ｉ×０．５×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（（ΣＶＡｂ）／ｂ−（ΣＶＡａ）／ａ）
＝Ｉ×０．５×ａ×ｂ×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（ａ×（ΣＶＡｂ）−ｂ×（ΣＶＡａ）） …（７）
により求めることを特徴としている。

【0029】

請求項１８に記載の発明は、請求項１ないし１７のいずれか１項において、前記放電手段は、定電流シンク回路と定電流ソース回路とを有し、当該静電容量測定装置が備える測定端子間に接続された前記キャパシタの電圧が充電方向の電圧である場合には、前記キャパシタを、蓄積電荷を前記定電流シンク回路を用いて放電し、前記キャパシタの電圧が放電方向である場合には、前記キャパシタを前記定電流ソース回路を用いて放電することを特徴としている。

【0030】

請求項１９に記載の発明は、請求項１ないし１８のいずれか１項において、前記電圧測定手段は、増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、ＤＳＰ（デシタルシグナルプロセッサ）とを含み、前記Ａ／Ｄ変換器は、前記増幅器により所定の電圧範囲に増幅された前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖをデジタル値に変換し、前記ＤＳＰは、前記デジタル値から前記区間平均電圧ＶＡを算出して前記制御手段に送信することを特徴としている。

【0031】

請求項２０に記載の発明は、請求項１９において、前記ＤＳＰは、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖに相当する値と前記測定範囲上限電圧ＶＵとを比較し、その比較結果を前記制御手段に送信することを特徴としている。

【0032】

請求項２１に記載の発明は、請求項１ないし１８のいずれか１項において、前記電圧測定手段は、増幅器とＡ／Ｄ変換器を備え、前記制御手段は、その一部にＤＳＰ（デシタルシグナルプロセッサ）の機能を有し、前記電圧測定手段は、前記増幅器と、Ａ／Ｄ変換器により前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖをデジタル値に変換し、前記ＤＳＰを含む前記制御手段に送信し、前記ＤＳＰを含む前記制御手段は、前記デジタル値から前記区間平均電圧ＶＡを算出することを特徴としている。

【0033】

請求項２２に記載の発明は、請求項１ないし２１のいずれか１項において、放電時における前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを監視し、前記端子間瞬時電圧Ｖが所定の放電電圧の範囲になった時点で放電終結信号を送信する放電検出用比較器を有し、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記放電終結信号に基づいて前記放電手段をオフ、前記定電流源をオンとして前記キャパシタに対する充電を開始することを特徴としている。

【0034】

請求項２３に記載の発明は、請求項２２において、前記ＤＳＰに、放電時にキャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが所定の電圧範囲であることを検出する放電検出用比較器の機能を含むことを特徴としている。

【0035】

請求項２４に記載の発明は、請求項１ないし２３のいずれか１項において、前記制御手段は、前記放電終結信号の受信時点から放電状態が安定する所定の第１安定化時間が経過するのを待ち、その間に前記制御手段と前記電圧測定手段との所定のタイミング同期関係を図り、前記キャパシタに対する充電を開始することを特徴としている。

【0036】

請求項２５に記載の発明は、請求項１ないし２４のいずれか１項において、前記制御手段は、前記キャパシタに対する充電を開始してから充電状態が安定する所定の第２安定化時間が経過するのを待ち、その後前記制御手段と前記電圧測定手段との所定のタイミング同期関係を図った後、前記区間平均電圧の取得を開始する状態とし、前記一定の単位時間Δｔの経過後に、最初の前記第１区間の区間平均電圧を得ることを特徴としている。

【0037】

請求項２６に記載の発明は、請求項１ないし２５のいずれか１項において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流の値Ｉを電流補正式Ｉ＝ｄ×Ｉにより補正し、サンプリングした前記区間平均電圧ＶＡｎもしくは前記端子間瞬時電圧Ｖを電圧補正式Ｖ＝ｅ×Ｖ＋ｆにより補正し、前記キャパシタの静電容量Ｃを静電容量補正式Ｃ＝ｇ×Ｃ＋ｈにより補正する補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈが設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記測定レンジの整合性を判定する際、または前記キャパシタの静電容量を算出する際に、前記補正電流式または前記電圧補正式または前記静電容量補正式による補正計算を１回以上行うことを特徴としている。

【0038】

請求項２７に記載の発明は、請求項２６において、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記電流補正式または前記電圧補正式または前記静電容量補正式による補正計算の有無とその計算回数と、前記補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈとが、所定のキー操作または外部機器に対して入出力可能であることを特徴としている。

【0039】

請求項２８に記載の発明は、被測定素子であるキャパシタを定電流で充電する定電流源と、前記キャパシタに蓄積されている電荷を放電させる放電手段と、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖを測定する電圧測定手段と、前記キャパシタに対する充放電を制御するとともに、充電時間および放電時間を計時するタイマ手段を有する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記定電流の値をＩとして、前記キャパシタを前記定電流源により連続的に充電したときに、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが時間の経過に対して直線的に変化することに基づいて、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める静電容量測定装置において、
前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めない場合には、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが０Ｖとみなせる状態にまで放電し、前記キャパシタの静電容量Ｃを求める場合には、放電の１回ごとに交互に定める所定の電圧範囲内にまで放電させた後、一定の単位時間Δｔを１区間として、複数の（ｎは０を含む順序を表す正の整数）にわたって、前記定電流源により前記キャパシタを連続的に充電し、前記複数のｎ区間の１区間ごとに、その区間内で所定の時間間隔でサンプリングした所定個数の前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖから区間平均電圧ＶＡを取得し、最初の１区間（ｎ＝０区間）の区間平均電圧をＶＡ０、ｎ区間目の区間平均電圧をＶＡｎとして、前記キャパシタの静電容量Ｃまたは所定区間の区間平均電圧ＶＡｎの差電圧を求め、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖ，前記キャパシタの静電容量Ｃまたは前記区間平均電圧ＶＡｎの差電圧の中から選択した少なくとも１つの値が所定の範囲外の値であるときには、前記キャパシタを前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが０Ｖとみなせる状態にまで放電した後、前記定電流源の前記定電流の値Ｉを変更して、放電の１回ごとに交互に定める所定の電圧範囲内にまで放電した後、前記定電流で充電する前記定電流源により前記キャパシタを正の方向あるいは負の方向に、充電の１回ごとに交互に充電を開始して、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることを特徴としている。

【0040】

請求項２９に記載の発明は、請求項２８において、前記制御手段または前記電圧測定手段には、前記定電流源が発生する前記定電流の値Ｉと、前記キャパシタの測定容量範囲とに応じた複数の測定レンジがあらかじめ設定してあり、前記制御手段または前記電圧測定手段は、前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを実施するとき、前記充電の１回ごとに前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを交互に繰り返している場合には、前記キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖが経時的に直線的に変化することに基づいて前記キャパシタの静電容量Ｃを求め、前記キャパシタの静電容量Ｃを求めることに対して前記充電の１回ごとに前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを交互に繰り返していない場合には、前記測定レンジのレンジダウンあるいは前記測定レンジのレンジアップを実施することを特徴としている。

【発明の効果】

【0041】

本発明によれば、キャパシタを所定の電圧範囲内にまで放電した後、一定の単位時間Δｔを１区間として、複数のｎ区間にわたって、定電流源によりキャパシタを連続的に充電し、キャパシタに対する充電電流が適正かどうかを所定のパラメータに基づいて判定し、前記充電電流の適正に関する判定結果に基づいて、充電電圧が適正でない場合は、放電を実施するとともに適宜充電電流を変更し、最終的に選択した充電電流をキャパシタに印加する。そして、充電中の直線的な各区間において、キャパシタの端子間瞬時電圧Ｖの平均値を計算して、区間平均電圧を得るとともに、各区間での区間平均電圧の差分などを計算して適切な測定レンジを選択するようにしたことにより、耐ノイズ性に優れ高速で安定度の高いキャパシタの静電容量Ｃを得ることができる。

【0042】

また、キャパシタの静電容量Ｃの算出時に区間平均電圧の差分を計算することにより、キャパシタに含まれる等価直列抵抗成分やＨｉ端子およびＬｏ端子部分に存在する接触抵抗成分があってもキャンセルすることができる。さらに、測定に入る前に、第１および第２安定化時間を確保することにより、安定度の高い測定値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の実施形態に係る静電容量測定装置の構成を示す模式図。

【図2】本発明によるキャパシタ充放電電圧波形の一例を示すグラフ。

【図3】本発明の動作の一例を示すフローチャート。

【図4】本発明の実施形態において、瞬時電圧が測定範囲外のとき実行されるルーチンを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0044】

次に、図１ないし図４により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定するものではない。

【0045】

まず、図１に示すように、この実施形態による静電容量測定装置１０は、基本的な構成として、制御手段１１と、充電手段としての定電流源１２と、放電手段１３と、電圧測定手段１４と、放電検出用比較器１５とを備えている。

【0046】

また、この静電容量測定装置１０は、容量測定時に被測定素子であるキャパシタＣｘを接続する測定端子として、Ｈｉ側の測定端子１６ａとＬｏ側の測定端子１６ｂとを備えている。Ｌｏ側の測定端子１６ｂは０Ｖ（接地電位）に接地してあり、定電流源１２と放電手段１３は、スイッチＳＷを介してＨｉ側の測定端子１６ａに接続してある。

【0047】

この実施形態において、定電流源１２は、出力電流が異なる複数の定電流ソース回路あるいは可変出力型の定電流ソース回路を備え、充電時にキャパシタＣｘに所定の定電流Ｉを給電する。

【0048】

放電手段１３は、放電時にキャパシタＣｘを定電流により放電する定電流シンク回路を備えている。

【0049】

ところで、既充電のキャパシタＣｘを、測定端子１６ａ，１６ｂに対して逆接続（−側をＨｉ側の測定端子１６ａに接続し、＋側をＬｏ側の測定端子１６ｂに接続）することがある。

【0050】

このような場合に対処するため、放電手段１３に定電流シンク回路とは別に定電流ソース回路を備え、前記逆接続の場合は、制御手段１１は放電手段１３に備えた定電流ソース回路により既充電のキャパシタＣｘを放電することが好ましい。なお、逆接続の場合、定電流源１２が備える定電流ソース回路を用いて、既充電のキャパシタＣｘを放電してもよい。

【0051】

電圧測定手段１４は、増幅器１４ａと、Ａ／Ｄ変換器１４ｂと、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１４ｃとを含む。電圧測定手段１４は、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖを、増幅器１４ａにより所定の電圧範囲に増幅（この例では増幅率１）し、Ａ／Ｄ変換器１４ｂでデジタル値に変換した後、ＤＳＰ１４ｃに入力する。

【0052】

この実施形態において、ＤＳＰ１４ｃは、１ｍｓのサンプリング間隔でキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖをサンプリングし、１００ｍｓを１区間として、１００ｍｓが経過した時点で、１００個の端子間電圧Ｖから区間平均電圧ＶＡ（＝ΣＶ／１００）を算出し、その区間平均電圧ＶＡと、制御手段１１が個々の端子間瞬時電圧Ｖが必要であれば、その算出基礎としての個々の端子間瞬時電圧Ｖとを制御手段１１に送信する。

【0053】

このとき、ＤＳＰ１４ｃは、前記のように区間平均電圧ＶＡを算出した後、前記区間平均電圧ＶＡに所定の単位変換係数を乗じたうえで、その区間平均電圧ＶＡを制御手段１１に送信してもよい。

【0054】

また、サンプリング間隔や一定の単位時間Δｔは任意に設定してもよく、例えば、１区間の単位時間を前記と同じく１００ｍｓとし、これに対して、キャパシタＣｘの端子間電圧Ｖのサンプリング間隔を１００μｓとして、電圧制御手段１４は、１区間時間内に１０００個の端子間瞬時電圧Ｖをサンプリングしてもよい。

【0055】

この実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１４ｂに、例えばサンプリングＡＤ変換器を用いているが、別の種類のＡ／Ｄ変換器を使用あるいは併用する実施形態では、Ａ／Ｄ変換器自体が平均値を出力する２重積分型Ａ／Ｄ変換器を使用あるいは併用することができる。

【0056】

放電検出用比較器１５は、放電時にキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖを監視し、前記キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが０Ｖ（接地電位）になった時点で、放電終結信号を制御手段１１と放電手段１３に出力する。

【0057】

制御手段１１には、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）やマイクロコンピュータなどが用いられ、この実施形態では、制御手段１１とＤＳＰ１４ｃとを個別に動作するようにしている。なお、制御手段１１が高性能機種のマイクロコンピュータである別の実施形態では、制御手段１１の一部にＤＳＰ１４ｃの機能を含ませ、電圧測定手段１４は、増幅器１４ａとＡ／Ｄ変換器とにより構成するようにしてもよい。

【0058】

また、制御手段１１には、メモリ１１ａ，表示部１１ｂ，タイマ１１ｃが接続してある。メモリ１１ａは、制御手段１１の動作プログラムなどが書き込まれたＲＯＭと、ワークＲＡＭとを内包している。表示部１１ｂには、例えば液晶表示パネルを用い、キャパシタＣｘの容量測定値や測定条件や測定状態を表示する。タイマ１１ｃは、充電時間や放電時間、それに待ち時間を計時する。タイマ１１ｃを専用タイマで構成する実施例では、タイマ１１ｃには、充電時間計時用、放電時間計時用、待ち時間計時用の複数の専用タイマを使用して構成してもよい。

【0059】

本発明において、制御手段１１には、定電流源１２が発生する定電流の電流量ＩとキャパシタＣｘの測定容量範囲とに応じた複数の測定レンジがあらかじめ設定してあり、測定開始時には最小レンジに設定してあるが、制御手段１１は、測定中はキャパシタＣｘの静電容量Ｃに応じて測定レンジを適宜切り替える。

【0060】

制御手段１１は、前記測定レンジの切替処理（レンジダウン，レンジアップ処理）の判定プロセスを、静電容量測定中、特にキャパシタＣｘの充電期間において実行する。なお、前記測定レンジの切替処理の判定プロセスを、制御手段１１で実施するほかに、電圧測定手段１４に存在するＤＳＰ１４ｃで行うようにしてもよく、このような態様も本発明に含むものとする。

【0061】

この実施形態に係る静電容量測定装置１０において、制御手段１１は、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを測定するにあたって、基本的な態様として、まず、測定レンジを最小レンジに設定したうえで、キャパシタＣｘを放電手段１３により所定の電圧範囲（好ましくは０Ｖ（接地電位））にまで放電した後、キャパシタＣｘに対して一定の単位時間Δｔ（この実施形態では１００ｍｓ）を１区間として、複数のｎ区間（ｎは０を含む順序を表す正の整数）にわたって定電流源１２によりキャパシタＣｘを連続的に充電し、前記複数のｎ区間ごとに、例えばサンプリング間隔を１ｍｓとしてキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖをサンプリングし、前記複数のｎ区間内でサンプリングした１００個の端子間瞬時電圧Ｖから第ｎ区間目の単位時間Δｔｎ内の区間平均電圧ＶＡを求め、最初の１区間（ｎ＝０区間）の区間平均電圧をＶＡ０、ｎ区間（ｎ≧１）目の区間平均電圧をＶＡｎとして、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを次の式（１）、
Ｃ＝（Ｉ×ｎ×Δｔ）／（ＶＡｎ−ＶＡ０）…（１）
により求める。

【0062】

次に、制御手段１１の動作について、図２の横軸を時間、縦軸を電圧とするキャパシタＣｘの電圧波形および図３，図４のフローチャートにより具体的に説明する。

【0063】

なお、図２の電圧波形は、本発明によるキャパシタＣｘの充放電電圧波形の一例を示しているが、説明の便宜上、増幅器１４ａ、Ａ／Ｄ変換器１４ｂやＤＳＰ１４ｃなどの遅延時間や応答時間は、前記電圧波形に対して無視できる程度のものとしている。また、図３のフローチャートは本発明の動作の一例を示してあり、測定レンジの整合性を判定するステップの代表的な処理を示している。

【0064】

図２の電圧波形は、キャパシタＣｘをプラスの定電流Ｉで充電した場合の波形であるが、キャパシタＣｘをマイナスの定電流Ｉで充電する場合、図２の電圧波形は、時間軸を中心として上下反転した波形になる。また、以下に説明する比較判定式の不等号の向きも逆になる。

【0065】

キャパシタＣｘをマイナスの定電流Ｉで充電する場合、Ｈｉ端子１６ａを測定回路の０Ｖ（接地電位）に接続し、Ｌｏ端子１６ｂに測定回路を接続する構成、あるいはＨｉ端子１６ａおよびＬｏ端子１６ｂを測定回路に接続する回路構成をとることもある。

【0066】

まず、制御手段１１は、ステップＳＴ１０１では、測定レンジを充電電流が最小になる最小レンジに設定したうえで、スイッチＳＷをオンにし、キャパシタＣｘを放電手段１３により、例えば０Ｖ付近に存在する放電規定電圧範囲まで、好ましくは放電手段１３の許容最大電流である電流量の定電流で放電し、ステップＳＴ１０２で、放電が完了するまで待つ。

【0067】

この場合、放電検出用比較器１５またはＤＳＰ１４ｃにより、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの極性と交流電圧の有無を判別する。前記交流電圧は、測定端子１６ａ，１６ｂに図示しない交流電圧発生装置を接続した場合に、前記交流電圧発生装置が印加する電圧である。交流電圧を検出した場合には、制御手段１１は、スイッチＳＷをオフとして、静電容量測定装置１０が備える図示しない保護回路を介して前記交流電圧を放電する。

【0068】

また、この静電容量測定装置１０が備える素子の耐電圧により、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが連続して放電することが困難な場合には、制御手段１１は、スイッチＳＷを間欠的にオンオフして連続放電が可能な電圧にまで下げる。

【0069】

また、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが放電することが困難な極めて高い電圧である場合には、制御手段１１はスイッチＳＷをオフにして図示しない保護回路を介して放電する。

【0070】

この場合のスイッチＳＷのオフ機能は、例えばＤＳＰ１４ｃに高電圧用の閾値電圧ＨＶを設定し、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖあるいは前記端子間瞬時電圧Ｖの実効値が前記高電圧用の閾値電圧ＨＶを超えたときに、制御手段１１によりスイッチＳＷをオフにすることにより実現できる。保護回路の性質上、ソフトウエアを介在せずに、スイッチＳＷ自体あるいはハードウエアによりスイッチＳＷをオフする機能を、制御手段１１がスイッチをオフする機能に併用して実現する。なお、前記閾値電圧ＨＶは、人体が接触する危険がある場合は、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが実効値で３３Ｖを超えないように設定することが好ましい。

【0071】

キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが連続して放電することが可能で、端子間瞬時電圧Ｖの極性が充電方向（プラスの定電流Ｉで充電する場合は、キャパシタＣｘのプラス側がＨｉ側の測定端子１６ａに、マイナス側がＬｏ側の測定端子１６ｂに接続されている状態）の場合には、制御手段１１は、スイッチＳＷをオンにして、キャパシタＣｘを放電手段１３の定電流シンク回路により放電する。

【0072】

これに対して、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの極性が放電方向（プラスの定電流Ｉで充電する場合は、キャパシタＣｘが測定端子１６ａ，１６ｂに対して前記充電方向と逆の状態で接続してある状態）の場合には、制御手段１１は、キャパシタＣｘを定電流源１２の定電流ソース回路により放電する。なお、放電手段１３が放電用の定電流ソース回路を備えている場合には、その放電用の定電流ソース回路によりキャパシタＣｘを放電させることもできる。

【0073】

前記放電時に、制御手段１１は、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの経過状態を表示部１１ｂに例えばレベルメータ形式で表示してもよい。

【0074】

また、制御手段１１は、放電時の異常回避のため、スイッチＳＷのオンと同時にタイマ１１ｃをスタートして、あらかじめ設定してある放電上限時間が経過しても放電が完了しない場合には、表示部１１ｂにエラー状態であることを表示して放電をさらに継続してもよい。

【0075】

前記放電上限時間は、既充電のキャパシタＣｘを測定端子１６ａ，１６ｂに接続した後の最初の１回の放電時間が不明であり、容量測定時にキャパシタＣｘの静電容量Ｃが測定範囲上限を超えて測定を終了し、その後制御手段１１が行う放電の放電時間よりも十分に長い時間とすることが好ましい。

【0076】

制御手段１１は、キャパシタＣｘを放電規定電圧範囲（例えば約０ｍＶのレベルまで放電し、前記０ｍＶのレベルを超えて放電方向に約数１００ｍＶのレベルの範囲に収まるまでの範囲）まで定電流で放電する。放電手段１３の定電流シンク回路に電圧制限回路がある場合、前記電圧制限回路の電圧設定値は、前記放電規定電圧範囲内でマージン電圧（例えば前記０ｍＶを超えて放電方向に約１５ｍＶ程度）を考慮した電圧とすることが好ましい。

【0077】

これとは別に、放電規定電圧範囲を、例えば充電方向に約１５ｍＶのレベルにまで放電し、前記充電方向に約１５ｍＶのレベルを超えて、放電方向に約１００ｍＶのレベルの範囲に収まるまでの範囲としてもよい。放電手段１３の定電流ソース回路に電圧制限回路がある場合、前記電圧制御回路の電圧設定値は約０ｍＶ程度としてもよい。さらに、定電流源１２および放電手段１３は、あらかじめ設定されている規定電圧に達した場合に、充電や放電を停止する手段を備えていてもよい。

【0078】

キャパシタＣｘが連続的に放電可能な場合で、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが放電規定電圧範囲内にまで低下したとき、放電検出用比較器１５は制御手段１１に放電終結信号を送信する。この場合、ノイズ電圧などにより放電終結信号がオン・オフを繰り返して安定しない場合でも、制御手段１１は、放電終結信号を最初に受信した時点でステップＳＴ１０３に移行する。

【0079】

別の例として、ＤＳＰ１４ｃが瞬時電圧比較器と状態遷移（ステート駆動）型放電終結検出用シーケンス部（ともに図示しない）を備え、前記ＤＳＰ１４ｃに備えてある瞬時電圧比較器と放電検出用シーケンス部を利用してＤＳＰ１４ｃから制御手段１１に放電終結信号を送信する場合には、前記状態遷移型放電完了検出用シーケンス部は、放電開始の直前に放電終結信号をオフにし、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが放電規定電圧範囲内にまで低下したことを最初に検出した時点で、放電終結信号をオンとし、これをもって制御手段１１はステップＳＴ１０３に移行する。

【0080】

ＤＳＰ１４ｃは、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが放電規定電圧範囲内であるかどうかを前記瞬時電圧比較器で検出する際、ノイズの影響を避けるため、前記キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖがローパスフィルタを通過した電圧を、前記瞬時電圧比較器に入力することが好ましい。また、前記瞬時電圧比較器をヒステリシスコンパレータとしてもよい。このとき、制御手段１１は、所定の割り込み動作によって放電終結信号を検出してもよい。

【0081】

放電検出用比較器１５あるいはＤＳＰ１４ｃから出力する前記放電終結信号に基づいて、定電流シンク回路あるいは定電流ソース回路がオフになることで放電が終結する。このとき、図示しない測定終了スイッチによる指示によりキャパシタＣｘの静電容量Ｃを測定しない場合には、制御手段１１は放電終結状態を継続する。キャパシタＣｘの静電容量Ｃを測定する場合には、ステップＳＴ１０３に移行する。

【0082】

ステップＳＴ１０３で、制御手段１１は、タイマ１１ｃをスタートして、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧波形Ｖ、放電電流、放電終結信号が安定するまでの時間として、ｓ０時間（第１安定化時間）経過するのを待つ。

【0083】

この実施形態において、第１安定化時間としてのｓ０時間（待ち時間）は、制御手段１１から送信する指令信号および電圧測定手段１４が出力する測定値信号の伝達遅延時間マージン（約０．０ｍｓ〜１０ｍｓ程度）や前回の測定値出力信号受信時からの経過時間を考慮して、約０．０ｍｓ〜１００ｍｓ程度として設定される。

【0084】

電圧測定手段１４が一定の単位時間Δｔごとに区間平均電圧ＶＡを出力するタイミングと、制御手段１１から電圧測定手段１４に区間平均電圧取得指令を出すタイミングが一致せず、ｓ０時間終了時点で、電圧測定手段１４が区間平均電圧ＶＡを出力する時点よりも前の時点で、前記伝達遅延時間マージンを確保して、制御手段１１から電圧測定手段１４に区間平均電圧取得指令を出力するように、制御手段１１は、電圧測定手段１４との間でタイミング同期関係の成立をはかる。この同期関係の成立は、制御手段１１と電圧測定手段１４との間でのハンドシェーク動作によってもはかることができる。

【0085】

なお、制御手段１１は、電圧測定手段１４がフリーランの状態である場合、前記伝達遅延時間マージンの時間程度の範囲で、ｓ０時間終了時点で前記タイミングが一致する場合には、ｓ０時間に電圧測定手段１４が区間平均電圧ＶＡを出力するまでの時間を加えた待ち時間を新たなｓ０時間とする。

【0086】

また、電圧測定手段１４がフリーランの状態で、一定時間間隔（この例では１００ｍｓ）で区間平均電圧ＶＡを出力している場合には、制御手段１１は、ｓ０時間内に電圧測定手段１４が出力する区間平均電圧ＶＡを読み捨てる。電圧測定手段１４がフリーランでない状態の場合でも、ｓ０時間内に電圧測定手段１４が出力する区間平均電圧ＶＡを読み捨てる。

【0087】

制御手段１１は、ｓ０時間経過直後に、タイマ１１ｃをリセットし、ステップＳＴ１０４で、一定の単位時間Δｔの時系列順を表す変数ｎを０に設定（ｎ＝０）するとともに、測定範囲外電圧フラグをクリアして、定電流源１２と電圧測定手段１４に、測定レンジ情報を含む充電開始指令信号を伝達する。

【0088】

前記充電開始指令信号を受けて、定電流源１２は、定電流ＩによりキャパシタＣｘの充電を開始する。また、電圧測定手段１４は、測定レンジ情報に基づく制御データを設定するとともに、前記状態遷移（ステート駆動）型放電終結用シーケンス処理および充放電に関する処理を実施する状態になる。なお、前記状態遷移（ステート駆動）型放電終結用型シーケンス処理による放電終結信号は、充電の後、放電の直前にオフの状態になる。

【0089】

ステップＳＴ１０４での充電開始と同時に、制御手段１１は、ステップＳＴ１０５では、タイマ１１ｃを再度スタートさせ、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧波形、充電電流および電圧測定手段１４の波形が安定するまでの時間として、ｓ１時間（第２安定化時間）経過するのを待つ。

【0090】

この第２安定化時間としてのｓ１時間（待ち時間）は、制御手段１１から送信する指令信号および電圧測定手段１４が出力する測定値信号の伝達遅延時間マージン（約０．０ｍｓ〜１０ｍｓ程度）や前回の測定値出力信号受信時からの経過時間を考慮して、約０．１ｍｓ〜１００ｍｓ程度として設定する。

【0091】

第２安定時間においても、電圧測定手段１４が一定の単位時間Δｔごとに区間平均電圧ＶＡを出力するタイミングと、制御手段１１から電圧測定手段１４に区間平均電圧取得指令を出すタイミングが一致しないように、ｓ１時間終了直前時に、電圧測定手段１４が区間平均電圧ＶＡを出力する時点よりも前の時点で、前記伝達遅延時間マージンを確保して、制御手段１１から電圧測定手段１４に区間平均電圧取得指令が出力するように、制御手段１１は、電圧測定手段１４との間でタイミング同期関係の成立をはかる。

【0092】

第２安定化時間におけるタイミング同期関係が成立した直後に、制御手段１１は、電圧測定手段１４に区間平均電圧取得指令を送信する。制御手段１１が図るタイミング同期関係の成立は、制御手段１１と電圧測定手段１４との間でのハンドシェーク動作によってもはかることができる。

【0093】

なお、制御手段１１は、電圧測定手段１４がフリーランの状態である場合、前記伝達遅延時間マージンの時間程度の範囲で、ｓ１時間終了直前で前記タイミングが一致する場合には、ｓ１時間に電圧測定手段１４が区間平均電圧ＶＡを出力するまでの時間を加えた待ち時間を新たなｓ１時間とする。

【0094】

また、電圧測定手段１４がフリーランの状態で、一定時間間隔（この例では１００ｍｓ）で区間平均電圧ＶＡを出力している場合には、制御手段１１は、ｓ１時間内に電圧測定手段１４が出力する区間平均電圧ＶＡを読み捨てる。電圧測定手段１４がフリーランでない場合も同様に、ハンドシェーク実施期間中およびｓ１時間内に電圧測定手段１４が出力する区間平均電圧ＶＡを読み捨てる。

【0095】

制御手段１１は、ｓ１時間経過直後、タイマ１１ｃをリセットしたうえで、電圧測定手段１４がフリーランの状態でない場合は、電圧測定手段１４に区間平均電圧の測定開始指令を送信する。ステップＳＴ１０６において、複数のｎ区間の１区間ごとに、その区間終了時点でＤＳＰ１４ｃより、キャパシタＣｘの端子間電圧Ｖの区間平均電圧ＶＡを取得する。

【0096】

ＳＴ１０６において区間平均電圧ＶＡを取得するにあたって、制御手段１１は、電圧測定測定手段１４がフリーラン状態の場合には、前記したように、ｓ１時間内に電圧測定手段１４が出力する区間平均電圧ＶＡを読み捨てる。

【0097】

ｓ１時間を電圧測定手段１４が計時する別の実施例として、電圧測定測定手段１４にもｓ１時間を計時するタイマを内蔵し、制御手段１１は、充電開始時に電圧測定測定手段１４にタイマスタート信号を送信し、前記内蔵タイマがｓ１時間を計時した時点から、電圧測定手段１４は区間平均電圧ＶＡの計算を開始するようにしてもよい。

【0098】

この実施形態において、一定の単位時間Δｔは１００ｍｓであり、その間、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖは直線的に上昇する。キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖのサンプリング間隔は１ｍｓであり、電圧測定手段１４は、一定の単位時間Δｔの１００ｍｓの間にサンプリングした端子間瞬時電圧Ｖの総和（１００個の総和ΣＶ）をサンプリング個数（１００個）で割った値を区間平均電圧ＶＡとして出力する。このとき、前記区間平均電圧ＶＡに所定の単位変換係数を乗じた値を新たな区間平均電圧ＶＡとして出力してもよい。

【0099】

前記サンプリング個数は１００個であるので、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖのサンプリングデータ番号が０番から始まるとして、最初の１区間内には「０〜９９」番目、次の第２区間内には「１００〜１９９」番目、次の第３区間内には「２００〜２９９」番目、以後同様として、電圧測定手段１４は、区間最初のデータと最後のデータを前後の区間で重複しないようにすることが好ましい。このようにして、この実施形態では、一定の単位時間Δｔを１区間とする各区間内に１００個のサンプリングデータが存在するものとする。

【0100】

電圧測定手段１４は、一定の単位時間ΔｔとキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖのサンプリング間隔は任意の値としてもよいものとする。例えば、一定の単位時間Δｔを１００ｍｓとして、端子間瞬時電圧Ｖのサンプリング間隔を０．１ｍｓとすれば、一定の単位時間Δｔを１区間とする各区間内に１０００個のサンプリングデータが存在することになる。

【0101】

ステップＳＴ１０６において、今回はｎ＝０であるから、制御手段１１がＤＳＰ１４ｃから取得する区間平均電圧ＶＡは、最初の単位時間Δｔ０を含むｎが０である区間における区間平均電圧ＶＡ０である。制御手段１１は、この最初の単位時間Δｔ０を含むｎが０である区間における区間平均電圧ＶＡ０をメモリ１１ａに記憶する。

【0102】

制御手段１１は、続くステップＳＴ１０７で、区間平均電圧ＶＡまたはキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが測定範囲上限電圧ＶＵ（例えば１Ｖ）を超えた（充電電圧が上昇する場合においてＶＡ０＞ＵＶまたはＶ＞ＶＵ）ことを示す測定範囲外電圧フラグがクリアされているかどうかを判定する。

【0103】

電圧測定測定手段１４は、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖをサンプリングする過程で、前記端子間瞬時電圧Ｖと測定範囲上限電圧ＶＵを比較し、充電電圧が上昇する場合においてＶ＞ＶＵであるときは、瞬時電圧測定範囲外電圧割り込み信号を、瞬時電圧測定範囲外電圧に関する状態遷移型シーケンス処理を介して制御手段１１に伝達する。制御手段１１は、前記測定範囲外電圧割り込み信号を受けて、図４に示す測定範囲外電圧割り込みプログラムを実行する。

【0104】

前記測定範囲外電圧割り込みプログラムにおいては、まず、ステップＳＴ２０１では、制御手段１１は前記測定範囲外電圧フラグがクリア状態にあるかどうかを判定し、クリア状態でなければＮＯの経路を通り、何もしないで割り込みプログラムを終了する。

【0105】

前記測定範囲外電圧フラグがクリア状態でない状態に対して、ステップＳＴ２０１の処理を実施したときに、測定範囲外電圧フラグがクリア状態であれば、ＹＥＳの経路を通り、制御手段１１はステップＳＴ２０２の処理を実施して、測定範囲外電圧フラグをセットした後、ステップＳＴ２０３に移行して、放電中かどうかを判定する。

【0106】

ステップＳＴ２０３の処理を実施して、放電中であればＹＥＳの経路を通り、制御手段１１は前記測定範囲外電圧割り込みプログラムを終了する。放電中でなければ、ＮＯの経路を通り、ステップＳＴ２０４の処理を実施して、放電を開始し、前記測定範囲外電圧割り込みプログラムを終了する。

【0107】

前記瞬時電圧測定範囲外電圧に関する状態遷移型シーケンス処理は、前記ステップＳＴ１０４で実施する充電開始処理の直前に、測定範囲外電圧フラグをクリアする時点で、測定範囲外電圧割り込み信号をオフし、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが測定範囲上限電圧ＶＵを超えたときに、電圧測定手段１４が測定範囲外電圧割り込み信号をオンにする処理である。

【0108】

電圧測定手段１４は、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖと測定範囲上限電圧ＶＵとを比較するにあたって、ノイズによる誤動作を避けるため、前記端子間瞬時電圧Ｖがローパスフィルタを通過した電圧と、測定範囲上限電圧ＶＵとを比較することが好ましい。また、その比較器をヒステリシスコンパレータとしてもよい。制御手段１１は、ステップＳＴ１０７では、区間平均電圧ＶＡまたは前記端子間瞬時電圧Ｖが測定範囲上限電圧ＶＵを超えない場合には、測定範囲外電圧フラグをクリア状態に維持する。

【0109】

ステップＳＴ１０７において、区間平均電圧ＶＡ（ＶＡ０）またはキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが、充電電圧が上昇する場合において、測定範囲上限電圧ＶＵを超えたことを示す測定範囲外電圧フラグが、図４に示す前記測定範囲外電圧割り込みプログラムによりセットされている場合には、ＮＯの経路を通り、ステップＳＴ１０７ａに移行し、放電が実施されていなければ放電を開始し、制御手段１１は、測定レンジを、放電後に行う充電時の充電電流が最小となる最小のレンジに切り替えるレンジダウン処理を実行する。また、表示部１１ｂに測定範囲外であることを表示する。

【0110】

一方、ステップＳＴ１０７で、前記ＶＡ（ＶＡ０）が前記ＶＵを超えない状態（充電電圧が上昇する場合においてＶ≦ＶＵ）、かつ前記キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧がＶＵを超える状態（充電電圧が上昇する場合においてＶ＞ＶＵ）を示す測定範囲外電圧フラグをクリアしてあれば、制御手段１１は、ステップＳＴ１０８に移行し、ステップＳＴ１０８で、ｎ＞０かどうかを判定する。今回の場合、先のステップＳＴ１０４でｎ＝０に設定してあり、ｎ≦０であるので、ステップＳＴ１０８ａに移行する。

【0111】

ステップＳＴ１０８ａでは、ｎ＝ｎ＋１として、変数ｎを１インクリメントして、制御手段１１は、ステップＳＴ１０６に戻り、ｎ＝１である次の単位時間Δｔ１を含むｎが１である区間の区間平均電圧ＶＡ１を取得してメモリ１１ａに格納する。

【0112】

ステップＳＴ１０６では、第ｎ区間の区間平均電圧ＶＡｎも同様にメモリ１１ａに格納するが、制御手段１１は、２つ以上の区間平均電圧ＶＡｎを格納した時点で、前記の式（１）によるキャパシタＣｘの静電容量Ｃを求める計算（Ｃ＝（Ｉ×ｎ×Δｔ）／（ＶＡｎ−ＶＡ０））を実行してもよい。

【0113】

そして、ステップＳＴ１０７では、ｎが１の区間以降の各区間についても、区間平均電圧ＶＡまたはキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖが測定範囲上限電圧ＶＵを超えたことを示す測定範囲外電圧フラグが、図４の前記測定範囲外電圧割り込みプログラムによりセットしてある場合には、前記ステップ１０７ａに移行する場合と同様に、制御手段１１は、ステップＳＴ１０７ａに移行し、放電が実施されていなければ放電を開始し、測定レンジを、放電後に行う充電時の充電電流が最小となる、最小のレンジに切り替えるレンジダウン処理を実行する。また、表示部１１ｂに測定範囲外であることを表示する。

【0114】

一方、ステップＳＴ１０７で、前記ＶＡ（ＶＡ０）が前記ＶＵを超えない状態（充電電圧が上昇する場合においてＶＡ≦ＶＵ）、かつ前記キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧がＶＵを超える状態（充電電圧が上昇する場合においてＶ＞ＶＵ）を示す測定範囲外電圧フラグをクリアしてあれば、制御手段１１は、次のステップＳＴ１０８に移行して、ｎ＞０かどうかを判定するが、ｎ＝１でありｎ＞０であるため、制御手段１１は、次のステップＳＴ１０９に進む。

【0115】

制御手段１１は、ステップＳＴ１０９において、ｎ（ｎ≧１）区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）が、第１のレンジ許容電圧差としてあらかじめ設定されているレンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎのｎ倍（ｎは前記ｎ区間目の変数ｎと同値）の値Ｖｄｏｗｎ（ｎ）以下であるかどうか、あるいは、ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ（＝ＶＡｎ−ＶＡｎ−１：今回の場合、ＶＡ１−ＶＡ０）が、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを超えないかどうか、のいずれか一方の判定を選択して実行する。制御手段１１が実施するＶｄｏｗｎに関する選択は、ノイズ電圧の状況に応じて行う。

【0116】

この実施形態において、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎは、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＪ（約１．１）として次の式（２）、
Ｖｄｏｗｎ＝Ｊ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（２）
により求まる。なお、このレンジダウン規定電圧の整数倍の値であるＶｄｏｗｎ（ｎ）は、ｎ区間目の変数をｎとして、Ｖｄｏｗｎ×ｎにより設定できる。

【0117】

ステップＳＴ１０９において、ｎ（ｎ≧１）区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）が、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎのｎ倍の値Ｖｄｏｗｎ（ｎ）を超えている場合（充電電圧が上昇する場合において、ｎ区間目の区間平均電圧Ｖａｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０の電圧差ＶＤ（ｎ）＞Ｖｄｏｗｎ（ｎ））、あるいは、ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤが、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを超えている場合（充電電圧が上昇する場合において、隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ＞Ｖｄｏｗｎ）には、制御手段１１はステップＳＴ１０９ａに移行する。

【0118】

ステップＳＴ１０９ａにおいて、電圧差ＶＤ（ｎ）を選択した場合、制御手段１１は、放電を開始してから、測定レンジのダウン処理を実行するが、ｎ区間目と最初の第１区間の区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）の値が、比較値であるＶｄｏｗｎ（ｎ）の１０倍を超える場合には、前記測定レンジを２レンジ分ダウンしてもよいし、また、１００場合を超える場合には、前記測定レンジを３レンジ分ダウンしてもよい。

【0119】

同様に、ステップＳＴ１０９ａにおいて、電圧差ＶＤを選択した場合、制御手段１１は、放電を開始してから、隣接する２区間の区間平均電圧の電圧差ＶＤの値が、比較値であるＶｄｏｗｎの１０倍を超える場合には、前記測定レンジを２レンジ分ダウンしてもよいし、また、１００場合を超える場合には、測定レンジを３レンジ分ダウンしてもよい。なお、ステップＳＴ１０９とステップＳＴ１０９ａの選択内容（電圧差をＶＤ（ｎ）とするかＶＤとするか）は、両ステップで同じにすることが好ましい。

【0120】

なお、前記ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０の電圧差ＶＤ（ｎ）と、前記隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤの、いずれを選択する場合でも、前記区間平均電圧ＶＡが前記測定電圧上限電圧ＶＵを超える場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１０９を通る前に、前記ステップＳＴ１０７から前記ステップＳＴ１０７ａに移行することがある。また、すでに最小の容量を測定する最小測定レンジである場合は、前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎによるレンジダウン処理を保留する。

【0121】

また、静電容量Ｃに電圧依存性があるキャパシタＣｘを測定する場合などで、レンジアップとレンジダウンとを交互に繰り返すような場合にも、制御手段１１は、前記レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎによるレンジダウン処理を保留する。

【0122】

ステップＳＴ１０９ａで、放電を開始して、レンジダウン処理を行う場合、制御手段１１は、表示部１１ｂに測定範囲外であることを表示（例えば表示部１１ｂの静電容量表示部に「００００」と表示）して、ステップＳＴ１０２に戻る。

【0123】

これに対して、ステップＳＴ１０９において、ｎ（ｎ≧１）区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）が、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎのｎ倍の値Ｖｄｏｗｎ（ｎ）を超えない場合（充電電圧が上昇する場合において、ｎ区間目の区間平均電圧Ｖａｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０の電圧差ＶＤ（ｎ）≦Ｖｄｏｗｎ（ｎ））、あるいは、ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤが、レンジダウン規定電圧Ｖｄｏｗｎを超えない場合（充電電圧が上昇する場合において、隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ≦Ｖｄｏｗｎ）には、制御手段１１は、ステップＳＴ１１０に進む。

【0124】

ステップＳＴ１１０において、制御手段１１は、ｎ（ｎ≧１）区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）が、第２のレンジ許容電圧差としてあらかじめ設定してあるレンジアップ規定電圧Ｖｕｐのｎ倍（ｎは前記ｎ区間目の変数ｎと同値）の値Ｖｕｐ（ｎ）を超えるかどうか、あるいは、ｎ区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ（＝ＶＡｎ−ＶＡｎ−１）が、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐを超えるかどうか、のいずれか一方の判定を選択して実行する。

【0125】

前記制御手段１１が実施するＶｕｐに関する選択は、各測定レンジおよび最大の容量を測定する測定レンジにおける電圧測定手段１４の最小分解能やノイズ電圧の状況に応じて行う。また、すでに最大測定レンジである場合、制御手段１１は、電圧測定手段１４の最小分解能やノイズ電圧の状況によっては、複数のｎ区間のうちの最初の数区間は測定レンジのレンジアップ処理を見合わせてもよく、Ｖｕｐの設定自体も他のレンジでのＶｕｐに比べて小さな値としてもよい。最大測定レンジではない場合でも、制御手段１１は、電圧測定手段１４の最小分解能やノイズ電圧の状況によっては、複数のｎ区間のうち最初の数区間は測定レンジのレンジアップ処理を見合わせてもよい。

【0126】

この実施形態において、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐは、測定レンジの最大容量をＣｍａｘ，定電流をＩ，区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＬ（約１．０）として次の式（３）、
Ｖｕｐ＝Ｌ×Ｉ×Δｔ／Ｃｍａｘ…（３）
により求まる。なお、このレンジアップ規定電圧の整数倍の値であるＶｕｐ（ｎ）についても、前記と同様に、ｎ区間目の変数をｎとして、Ｖｕｐ×ｎにより、制御手段１１が設定する。

【0127】

ステップＳＴ１１０において、ｎ（ｎ≧１）区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤが、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐを超えない（充電電圧が上昇する場合において、隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ＜Ｖｕｐ）場合、あるいは、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０との差電圧ＶＤ（ｎ）が、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐのｎ倍の値Ｖｕｐ（ｎ）を超えない（充電電圧が上昇する場合において、ｎ区間目の区間平均電圧Ｖａｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０の電圧差ＶＤ（ｎ）＜Ｖｕｐ（ｎ））場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１１０ａに移行する。

【0128】

ステップＳＴ１１０ａにおいて、制御手段１１は、放電を開始してから、測定レンジのレンジアップ処理を実行し、表示部１１ｂに測定範囲外であることを表示して、ステップＳＴ１０２に戻る。

【0129】

ステップＳＴ１１０において、電圧差ＶＤ（ｎ）を選択した場合は、ステップＳＴ１１０ａにおいて、制御手段１１は、測定レンジをレンジアップするにあたり、レンジアップ規定電圧のｎ倍の値Ｖｕｐ（ｎ）が、比較値としてのｎ区間目と最初の第１区間の区間平均電圧の電圧差ＶＤ（ｎ）の１０倍を超える場合には、測定レンジを２レンジ分アップしてもよいし、また、１００場合を超える場合には、測定レンジを３レンジ分アップしてもよい。

【0130】

ステップＳＴ１１０において、前記電圧差ＶＤを選択した場合は、ステップＳＴ１１０ａにおいて、制御手段１１は、同様に、前記レンジアップ処理規定電圧の値Ｖｕｐが、比較値としての隣接する２区間の区間平均電圧の電圧差ＶＤの１０倍を超える場合には、測定レンジを２レンジ分アップしてもよいし、また、１００場合を超える場合には、測定レンジを３レンジ分アップしてもよい。いずれにしても、ステップＳＴ１１０とステップＳＴ１１０ａの選択内容は、両ステップで同じとする。

【0131】

前記ステップＳＴ１１０の処理を実施するときに、すでに最大レンジになっている場合は、制御手段１１は、レンジアップは実施せず、測定範囲外表示として、表示部１１ｂに例えば「９９９９」と表示する。この表示桁数は任意に設定してよい。また、表示内容も数字以外の例えば「−−−−」などの別の態様としてもよい。

【0132】

これに対し、ステップＳＴ１１０において、ｎ（ｎ≧１）区間目の隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤが、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐを超える（充電電圧が上昇する場合において、隣接する２区間の区間平均電圧ＶＡの電圧差ＶＤ≧Ｖｕｐ）場合、あるいは、ｎ区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０との差電圧ＶＤ（ｎ）が、レンジアップ規定電圧Ｖｕｐのｎ倍の値Ｖｕｐ（ｎ）を超える（充電電圧が上昇する場合において、ｎ区間目の区間平均電圧Ｖａｎと、最初の区間平均電圧ＶＡ０の電圧差ＶＤ（ｎ）≧Ｖｕｐ（ｎ））場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１１１に移行する。

【0133】

ステップＳＴ１１１では、制御手段１１は、充電区間時間Δｔｎの時系列順を表す変数ｎが、あらかじめ設定してある区間回数の規定回数以下であるかどうかを判定する。

【0134】

この実施形態では、予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）とレンジ規定電圧差Ｖｒｎｇとを比較する場合において、制御手段１１または電圧測定手段１４には、測定レンジの測定容量範囲や充電電流Ｉの電流量が小さい順に１０倍ごとに、あらかじめ設定してあるので、前記区間回数の規定回数を９回としている。

【0135】

なお、キャパシタＣｘの静電容量Ｃの表示部１１ｂにおける表示桁数に余裕がある場合や、制御手段１１が測定レンジのアップダウンを行わない場合は、前記規定回数を１０回以上としてもよい。

【0136】

また、ｎ（ｎ≧１）区間目の区間平均電圧ＶＡｎと、最初の第１区間の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）と、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を比較する別の実施例では、制御手段１１または電圧測定手段１４に、測定レンジの測定容量範囲や充電電流Ｉの電流量が小さい順に１０倍ごとにあらかじめ設定してある場合は、前記区間回数の規定回数を５回としてもよい。

【0137】

なお、制御手段１１または電圧測定手段１４に、測定レンジの測定容量範囲や充電電流Ｉの電流量が小さい順に１０倍ごとにあらかじめ設定してない場合や、測定レンジの最小容量Ｃｍｉｎを測定する場合に、前記レンジ規定電圧差に含まれる区間の数である所定間隔数Ｎが通常の値である１でない場合や、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを高速に測定する別の実施例では、前記区間回数の規定回数を任意に設定してもよいし、また、制御手段１１は、充電の途中で前記区間回数の規定回数を適宜設定しなおしてもよい。

【0138】

ステップＳＴ１１１において、第ｎ区間目の単位時間Δｔｎの時系列を表す変数ｎが前記区間回数の規定回数の例えば９回に達していない場合は、制御手段１１は、ＹＥＳの経路を通り、ステップＳＴ１１２に進む。ステップＳＴ１１２において、制御手段１１は、次回のｎ＋１回目の区間平均電圧ＶＡｎ＋１と、最初の区間平均電圧（初期電圧）ＶＡ０との差の予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）を予測し、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）と、あらかじめ設定してあるレンジ規定電圧差Ｖｒｎｇとを比較し、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇを超えないかどうかを判定する。

【0139】

前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を比較する別の実施例において、制御手段１１は、ｎ回目の区間平均電圧ＶＡｎと最初の第１区間での区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）と、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの０．５倍から１．０倍の値とを比較し、電圧差ＶＤ（ｎ）が、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を超えないかどうかを判定する。

【0140】

制御手段１１が、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）を予測する場合は、前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０場合の値を比較する別の実施例に比べて、キャパシタＣｘの静電容量Ｃの計算分解能が大きくなり、ノイズに対しては安定するが、測定時間や計算時間が長くなる。

【0141】

前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０場合の値を比較する別の実施例において、制御手段１１が、前記電圧差ＶＤ（ｎ）と前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍の値と比較するようにするのは、前記所定間隔数Ｎの最小の値が１であるので最小の区間数が２区間であることと、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇを超えないようにするためである。最小の測定区間数が２区間を超える場合で、少なくとも前記最小の測定区間までは充電を継続する場合は、最小の測定区間数（前記所定間隔数をＮとしてＮ＋１）に応じて、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇに対する倍率を０．５より大きくすることができる。

【0142】

例えば、制御手段１１は、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇに対する倍率を、前記所定間隔数をＮとして、１．０−（１／（Ｎ＋１））などとしてもよい。また、充電の途中でも、充電済み区間数などに応じて、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇを超えない範囲で、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇに対する倍率を適宜設定しなおしてもよい。例えば、制御手段１１は、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇに対するｎ区間目の倍率を、１．０−（１／（ｎ＋１））などとしてもよい。

【0143】

なお、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇに対する倍率を一定とする場合は、前記区間平均電圧ＶＡｎの最小分解能が十分にあり、ノイズが少ない環境であれば、前記レンジ規定分圧差Ｖｒｎｇに対する倍率を概略０．５にすることにより、制御手段１１は、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを比較的高速に測定することができる。

【0144】

ここで、ｎ区間目の前記区間平均電圧ＶＡｎと、前記最初の区間平均電圧ＶＡ０との電圧差ＶＤ（ｎ）の値を計算する時点まで、制御手段１１による処理が進んだとして、前記次のｎ＋１区間目の区間平均電圧ＶＡｎ＋１と、前記最初の区間平均電圧ＶＡ０との差の予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）を予測するには、前記定電流により充電するので、キャパシタＣｘの電圧Ｖが直線的に上昇することを前提として、制御手段１１は、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）をＶＤ（ｎ＋１）＝ＶＤ（ｎ）×（ｎ＋１）／ｎとして予測することができる。

【0145】

例えば、図２のグラフにおいて、最初の単位時間Δｔ０（区間平均電圧ＶＡ０）からｎ＝２の区間時間Δｔ２（区間平均電圧ＶＡ２）の３区間にわたって充電を継続したとき、制御手段１１は、次のｎ＝３の単位時間Δｔ３の区間平均電圧ＶＡ３と、最初の第１区間での区間平均電圧ＶＡ０との予測電圧差ＶＤ（３）を、ＶＤ（３）＝ＶＤ（２）×３／２として予測することができる。

【0146】

また、この実施形態において、レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇは、測定レンジの最小容量をＣｍｉｎ，定電流をＩ，最小の所定測定間隔をＮ（正の整数），区間の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＭ（約０．８〜１．０）として次の式（４）、
Ｖｒｎｇ＝Ｍ×Ｉ×Ｎ×Δｔ／Ｃｍｉｎ…（４）
により求まる。

【0147】

ステップＳＴ１１２の処理を実施したときに、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇを超えない（充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）≦Ｖｒｎｇ））場合、あるいは、例えば前記電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇの０．５場合を超えない（充電電圧が上昇する場合において、前記電圧差ＶＤ（ｎ）≦（Ｖｒｎｇ×０．５））場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１０８ａに移行して、変数ｎを１インクリメントしたのち、ステップＳＴ１０６〜ＳＴ１１１までを繰り返し実行する。

【0148】

ステップＳＴ１１１において、変数ｎが前記区間回数の規定回数に達した場合、あるいは、ステップＳＴ１１２において、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）が前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇを超える（充電電圧が上昇する場合において、前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）＞Ｖｒｎｇ）場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１１３に移行して、放電を開始するとともに、前記の式（１）により、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを計算し、ステップＳＴ１１４ａまたはステップＳＴ１１５において、その静電容量Ｃを表示部１１ｂに表示する。前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５場合から１．０倍の値を比較する別の実施例においては、例えば、前記電圧差ＶＤ（ｎ）が前記レンジ規定電圧Ｖｒｎｇの０．５場合を超える（充電電圧が上昇する場合において、前記電圧差ＶＤ（ｎ）＞（Ｖｒｎｇ×０．５））場合には、制御手段１１はステップＳＴ１１３に移行する。

【0149】

キャパシタＣｘの静電容量Ｃを求めるにあたり、変数ｎが前記区間回数の規定回数に達した場合は、例えばｎ＝９であり、ＶＡｎはｎ＝９の単位時間Δｔ９の区間平均電圧ＶＡ９であるので、制御手段１１は、前記区間平均電圧ＶＡ９を前記式（１）に代入する。これに対して、例えば６区間目で前記予測電圧ＶＤ（ｎ＋１）がＶＤ（ｎ＋１）＞Ｖｒｎｇになった場合は、ｎ＝５であり、ＶＡｎはｎ＝５の単位時間Δｔ５の区間平均電圧ＶＡ５であるので、制御手段１１は前記区間平均電圧ＶＡ５を前記式（１）に代入する。

【0150】

なお、前記レンジ規定電圧差Ｖｒｎｇの概略０．５倍から１．０倍の値を比較する別の実施例において、最小の所定測定間隔数Ｎが１で、制御手段１１または電圧測定手段１４に、測定レンジの測定容量範囲や充電電流の電流量が小さい順に１０倍ごとに、あらかじめ規定してある場合には、前記区間回数の規定回数を５回とする。

【0151】

前記区間回数の規定回数が５回の場合に対して、制御手段１１または電圧測定手段１４に、測定レンジの測定容量範囲や充電電流Ｉの電流量が小さい順に１０倍ごとにあらかじめ規定してない場合や、測定レンジの最小容量Ｃｍｉｎを測定する場合に、前記レンジ規定電圧差に含まれる区間の数である所定間隔数Ｎが通常の値である１ではない場合や、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを高速に測定する場合は、前記区間回数の区間回数の規定回数を任意に設定してもよいし、また、制御手段１１は充電の途中で前記区間回数の規定回数を適宜設定しなおしてもよい。

【0152】

また、制御手段１１には、前記定電流の値Ｉを電流補正式Ｉ＝ｄ×Ｉにより補正し、サンプリングした前記区間平均電圧ＶＡｎ、または前記端子間瞬時電圧Ｖを電圧補正式Ｖ＝ｅ×Ｖ＋ｆにより補正し、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを静電容量補正式Ｃ＝ｇ×Ｃ＋ｈにより補正する補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈが設定してあり、制御手段１１は、測定レンジの整合性を判定する際またはキャパシタＣｘの静電容量Ｃを算出する際に、前記電流補正式または前記電圧補正式、または前記静電容量補正式による補正計算を１回以上行う。なお、前記補正計算は電圧測定手段１４が行うこととしてもよい。

【0153】

このとき、制御手段１１は補正パラメータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを設定し、前記定電流の値Ｉ、前記区間平均電圧ＶＡｎ、前記端子間瞬間電圧Ｖ、前記キャパシタＣｘの静電容量Ｃの大きさなどに応じた適正な補正パラメータを使い分けるようにしてもよい。また、補正した静電容量Ｃに対して、再度補正をかけてもよい。なお、制御手段１１に対して前記補正パラメータを、図示しない操作キーもしくは外部機器に接続してある通信インタフェースを介して設定することができる。

【0154】

その後、制御手段１１は、ステップＳＴ１１４で、測定終了かどうかを判定する。この終了判定は、制御手段１１に対する、例えば図示しない測定終了のためのスイッチを介した測定終了指示入力の有無で判定する。測定終了の指示入力がなく、測定を続行する場合には、制御手段１１はステップＳＴ１１４ａでは、前述した計算により求めたキャパシタＣｘの静電容量Ｃを表示部１１ｂに表示した後、ステップＳＴ１０２に戻る。

【0155】

これに対して、制御手段１１に対する、例えば図示しない測定終了のためのスイッチを介した測定終了指示入力がある場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１１５で、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを表示部１１ｂに表示し、放電終了を待って測定を終了する。

【0156】

なお、放電が終了するまでの間、制御手段１１は、表示部１１ｂにキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖを電圧値または電圧レベルメータなどにより、表示してもよい。前記端子間瞬時電圧Ｖの表示によれば、静電容量測定装置１０は、キャパシタＣｘを放電完了状態で、測定端子１６ａ，１６ｂから取り外すことが可能になる。また、測定を再開することができる別の実施例では、例えば、制御手段１１に対する、図示しない測定再開のためのスイッチを介した測定再開指示入力により、制御手段１１は測定を再開できるものとする。

【0157】

なお、ステップＳＴ１０６の測定開始からの時間として、定電流をＩ、レンジ最大容量Ｃｍａｘ，レンジ最小容量Ｃｍｉｎ，最小の所定測定間隔数をＮ（正の整数），一定の単位時間をΔｔ，所定のマージンをＫ（約１．２）で定められる、次の式（５）による異常状態回避のための充電上限時間Ｔが
Ｔ＝Ｋ×Ｎ×Δｔ×Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ…（５）
により求まる。フローチャートには図示しないが、前記の式（５）による値を超えた場合、制御手段１１は、その時点で測定終了として、放電を開始し、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを計算し、その静電容量Ｃを好ましくは異常状態表示とともに、を表示部１１ｂに表示するようにしてもよい。

【0158】

なお、前記測定レンジのアップダウン処理を実行する場合において、フローチャートには図示しないが、ステップＳＴ１０４ａの処理を実施したときに、表示部１１ｂが前記測定レンジ後との固定小数点方式による数値表示で、キャパシタＣｘの静電容量Ｃが、前記補正計算などにより、前記表示部１１ｂの固定小数点方式による数値表示の表示範囲を超える場合は、制御手段１１は、ステップＳＴ１１０ａに移行するようにしてもよい。他方、前記測定レンジのアップダウン処理を実行しない実施例の場合において、測定容量範囲を広くする場合は、制御手段１１は、レンジ最大容量Ｃｍａｘを大きくして充電上限時間Ｔを長くしてもよい。

【0159】

また、前記充電上限時間Ｔに対するマージンＫは、前記充電上限時間Ｔが何らかの異常状態が発生した場合に有効となるように、前記レンジアップダウン処理や前記測定レンジのレンジダウン判定のマージンＪ，前記測定レンジのレンジアップ判定に対するマージンＬ，前記連続的な充電の継続の必要性に対するマージンＭに比べて、比較的大きな値とする。

【0160】

前記実施形態では、一定単位時間Δｔを一例として１００ｍｓとしているが、キャパシタＣｘの静電容量Ｃが小容量の場合には、電圧が上昇しやすいため、制御手段１１は、これに応じて一定単位時間Δｔを短くしてもよい。

【0161】

キャパシタＣｘの静電容量Ｃの別の算出方法として、電圧測定手段１４の最小分解能が大きい場合や、ノイズがある場合のことを考慮して、最初の単位時間Δｔ０〜第ｎ区間目の単位時間Δｔｎまでを前半と後半とに２分し、前半の区間平均電圧ＶＡｎまたは前半でサンプリングしたキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの平均をＶａ，前半のサンプリング時刻の平均をｔａとし、後半の区間平均電圧ＶＡｎまたは後半でサンプリングしたキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの平均をＶｂ，後半のサンプリング時刻の平均をｔｂとして、制御手段１１は、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを前記式（１）に代えて次の式（６）、
Ｃ＝Ｉ×（ｔｂ−ｔａ）／（Ｖｂ−Ｖａ）…（６）
により求めてもよい。

【0162】

例えば、区間数が５区間の場合、制御手段１１は、ｔａ−ｔｂ＝２．５Δｔであるので、キャパシタＣｘの静電容量Ｃは、
Ｃ＝Ｉ×２．５Δｔ／｛（ＶＡ４＋ＶＡ３＋ＶＡ２）／３−（ＶＡ１＋ＶＡ０）／２}
または
Ｃ＝Ｉ×２．５Δｔ／｛（ＶＡ４＋ＶＡ３＋ＶＡ２＋ＶＡ１）／４−（ＶＡ０）}
により求めることができる。

【0163】

また、さらに別のキャパシタＣｘの静電容量Ｃの算出方法として、最初の単位時間Δｔ０〜第ｎ区間目の単位時間Δｔｎまでを前半と後半とに２分し、前半の区間での電圧データ数をａ、前半の区間平均電圧ＶＡｎまたは前半の区間内でサンプリングしたキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡａ、後半の区間での電圧データ数をｂ、後半の区間平均電圧ＶＡｎまたは後半の区間内でサンプリングしたキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの総和をΣＶＡｂ、区間平均電圧ＶＡまたはキャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖを取得するサンプリング間隔をΔｔとして、制御手段１１は、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを前記の式（１）に代えて次の式（７）、
Ｃ＝Ｉ×０．５×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（（ΣＶＡｂ）／ｂ−（ΣＶＡａ）／ａ）
＝Ｉ×０．５×ａ×ｂ×（ａ＋ｂ）×Δｔ／（ａ×（ΣＶＡｂ）−ｂ×（ΣＶＡａ）） …（７）
により求めることもできる。

【0164】

前記いくつかのキャパシタＣｘの静電容量Ｃの算出方法の中から一つの算出方法を採用するにあたって、制御手段１１または電圧測定手段１４の演算性能や、最小の区間数が２区間であることを踏まえて、前記の実施形態では前記の式（１）で説明しているが、前記の式（６）と式（７）のいずれかの方法を選択することが好ましい。この場合、制御手段１１は、前半と後半に２分する場合、区間平均電圧ＶＡｎや端子間瞬時電圧Ｖの最小分解能が大きい場合には、相対的に前半区間を短く後半区間を長くして、キャパシタＣｘの静電容量Ｃの計算桁数を多くし、ノイズが多い場合は、前半区間と後半区間をほぼ同じ時間間隔とすることができる。

【0165】

以上説明したように、本発明によれば、キャパシタＣｘを定電流により連続的に充電し、その充電途中でレンジ切り替えおよび放電開始の判定を行い、充電中の直線区間のみを平均化して、キャパシタＣｘの静電容量を測定するようにしたことにより、高速で安定度の高い測定値が得られる。また、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖをレンジ範囲の上限電圧付近になるまで、測定を継続するようにしたことにより、キャパシタＣｘの静電容量Ｃに関して、安定度の高い測定値を期待することができる。

【0166】

また、キャパシタＣｘの静電容量Ｃを求めるときに、キャパシタＣｘの端子間瞬時電圧Ｖの電圧波形の傾きを計算することにより、キャパシタＣｘに含まれる等価直列抵抗成分やＨｉ端子およびＬｏ端子部分に存在する接触抵抗成分などがあってもキャンセルすることができる。

【0167】

さらに、区間平均電圧ＶＡの取得を開始する前に、ｓ０，ｓ１の第１および第２安定化時間を確保していることにより、安定度の高いキャパシタＣｘの静電容量Ｃを求めることができる。

【符号の説明】

【0168】

１１ 制御手段
１１ａ メモリ
１１ｂ 表示部
１１ｃ タイマ
１２ 定電流源
１３ 放電手段
１４ 電圧測定手段
１４ａ 増幅器
１４ｂ Ａ／Ｄ変換器
１４ｃ ＤＳＰ
１５ 放電検出用比較器
Ｃｘ 被測定キャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】