DESIGN SHOWCASE

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バッテリインピーダンスを測定する
シンプルな回路
図1の回路では、バッテリの両端に印加したAC
電圧が測定できます。次式は、こうした結果、R3に
電圧及びその結果バッテリに流れるAC電流の比とし
流れる電流です。
てバッテリインピーダンスを測定できます。バッテリ
式1:
の仕様で電圧及び容量能力以外のパラメータが指定
されていることはまれですが、この内部インピー
iR3 =
ダンスは重要です。例えば、ニッケルカドミウム
(NiCd) 電池を使用すると、カメラのフラッシュのリサ
R3 R4
R3 R4 + R5
x
VFG
R3
抵抗値を代入し、バッテリ電流がi R3の2000倍であ
イクルはインピーダンスが高いアルカリ電池に比べ
ることを考慮すると次式が得られます。
て2倍速くなります。
式2:
AC電圧をそれよりも10倍大きな負DC電圧に(V FG
で)重畳させることにより、ファンクションジェネ
iBATTERY = -
レータによってQ1に引き出されるバッテリ電流を
VFG
5
測定します。ジェネレータの電圧によりオペアンプ
測定するには、まずジェネレータのAC電圧をDC成
出力がハイになり、Q1がターンオンされます。この
分の約10%に設定します。式2でバッテリに流れるAC
ようにして、バッテリ電流がハイサイド電流検出
電流(iB)が与えられます。AC電圧計を使用して、バッ
アンプIC1を流れるようになります。IC1の出力電流
テリの両端のAC電圧(v B )を測定し、平均セルイン
ピーダンスをv B / (NiB )として計算できます。ここでN
(ピン8)は、このバッテリ電流の1/2000になります。
は、セル数です。この回路は、3V以上のバッテリ
以上のように、IC1、IC2及びQ1は、オペアンプが
電圧で容易に使用できます。
R3の左端を強制的に仮想グランドにするようなルー
プを形成します。オペアンプのオフセットが非常に
R3/R4/R5ネットワークをテブナン等価回路で置き
低いため(10µV max)、高精度が保証されます。この仮
換えることはできますが、そうするとV FGは小さくな
想グランド状態によって、分圧器(R5及びR3||R4)及び
ります。R3の抵抗値を大きくするとV FG の大きさを
ファンクションジェネレータにより、R3の両端の
回復することができますが、ループ利得が大きくな
OUT
2
3
RS+
RS-
RS+
RS-
IC1
R3
499Ω
8
7
R5
4.75k
VFG
+15V
Q1
2N3055
6
IC2
MAX400
AC
VOLTMETER
R4
499Ω
MAX471
BATTERY
UNDER
TEST
SHDN
1
R2
1k
GND
4
C1
33µF
R1
2Ω
-15V
FUNCTION
GENERATOR
図1. この回路は、据置電源、ファンクションジェネレータ及びAC電圧計を使用して様々な負荷におけるバッテリインピーダンスを測定します。
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ニカド電池のインピーダンスはアルカリ電池の約
るため、不安定になる恐れがあります。R2/C1は図
3分の1ですが、アルカリ電池は一般にニカド電池の
の構成の周波数補償ネットワークです。
2倍の容量を備えています。この回路はバッテリの端
ピークバッテリ電流及び最低バッテリ電圧の条件
において、簡単な電圧電流コンバータ(Q1/R1)がQ1を
子電圧に関係なく、既知の固定AC電流を印加します。
飽和させないようにしてください。V-Iトランスコン
このため、この回路にシンプルなデータロガーを付
ダ ク タ ン ス (R1 で 設 定 )が IC1 の ス ケ ー リ ン グ 係 数
けることによって、バッテリの全寿命にわたって
(1/2000)及びIC1の信号出力(ピン8)から見たインピー
インピーダンスを監視できます。バッテリ電流は
ダンスと複合してループ利得に影響します。図の抵
サーボ制御であることから、インピーダンスの測定
抗値を使用した場合、推奨周波数(約100Hz)では殆ど
値は極めて小さいものの、回路の配線や接続には
のAC電圧計が極めて正確に作動します。
比較的影響されません。但し、ACバッテリ電圧は
セル同士及びセルとバッテリホルダ間の接続の質を
表1に充電されたばかりのNiCd及びアルカリバッテ
測る尺度になります。
リをこの回路で測定した結果を示します。
表1.
充電されたばかりのニカド及びアルカリ電池をMAX471で測定した結果
バッテリ電流
バッテリタイプ
セル数
dc
(A)
ac
(mAp-p)
バッテリ電圧
(mVp-p)
セル当たりの
インピーダンス
(Ω)
ニカド単三
4
0.4
40
19.8 (7mVRMS)
0.124
アルカリ単三
4
0.4
40
50.9 (18mVRMS)
0.318
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