JP2005175772A - Ｄｃ信号伝達回路及びこれを用いたダイオード点灯回路ならびにパルス信号のオン／オフ比検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により絶縁状態で正負両極性のＤＣ信号を伝達することができ、さらにダイオード点灯回路やパルス信号のオン／オフ比検出回路等にも使用することが可能なＤＣ信号伝達回路を提供する。
【解決手段】パルス幅制御回路１はＤＣ入力信号に応じてパルス信号発生回路２に制御信号を送り、パルス信号発生回路２からＤＣ入力信号に応じたオン／オフ比を有するパルス信号が発生する。このパルス信号がトランス３の１次巻線３ａを流れてトランス３を励磁し、トランス３の２次巻線３ｂにコイルの巻数比に比例し、波形が相似なパルス電圧が誘起される。この誘起されたパルス電圧の振幅がダイオードＤ１、Ｄ２の動作電圧より大きいとき、ダイオードの動作電圧分だけ足切りされた後、足切りされたパルス電圧による電流がコンデンサＣ１に入力されて平滑され、ＤＣ出力信号として出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ信号伝達回路と、このＤＣ信号伝達回路を用いたダイオード点灯回路及びパルス信号のオン／オフ比検出回路に関する。

グラウンド電位が異なる回路にＤＣ信号を送る場合、従来、絶縁アンプが使用されており、この絶縁アンプとしては、信号を搬送波で変調し、トランスで絶縁してから復調する方式と、ＤＣ信号を光に変えてフォトカプラで絶縁する方式が用いられている。

図１０は従来のトランス絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを示す図であり、バッテリまたはコンデンサ入力型整流回路等の直流電源１１と、直流電源１１に直列に接続された１次巻線１２ａ及び２次巻線１２ｂを有するトランス１２と、１次巻線１２ａに直列に接続されたスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１３と、トランス１２の２次巻線１２ｂに接続された復調回路１４と、直流出力電圧Ｖｏに応じてトランジスタＴｒ１３のベース端子に制御パルス信号を付与する制御回路１５とを備えている。

このトランス絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは、トランジスタＴｒ１３がオン状態のときに直流電源１１から１次巻線１２ａに流れる電流によりトランス１２を励磁するとともに、２次巻線１２ｂから復調回路１４に電力を供給し、復調回路１４から直流出力電圧Ｖｏが負荷に供給される。一方、制御回路１５内には、一定の周期の三角波電圧を発生する発信部と、基準電圧に対する出力電圧Ｖｏの誤差電圧を演算増幅する誤差増幅部と、誤差増幅部の誤差出力電圧と上記三角波電圧を比較する比較部とを備え、上記比較部からの出力電圧Ｖｏに比例した時間幅の制御パルス信号をトランジスタＴｒ１３のベース端子に供給することにより、所定の電圧の直流出力が負荷に供給される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１６６２２９号公報

一方、図１１はフォトカプラ絶縁方式のＤＣ信号伝達回路であり、発光ダイオードＰＤ１１、１２と、この発光ダイオードＰＤ１１、１２からの光がそれぞれ入力されるフォト・トランジスタＴｒ２１、２２と、入力直流電圧Ｖinとフォト・トランジスタＴｒ２１の出力が入力される比較器ＣＭＰ１０と、フォト・トランジスタＴｒ２２のコレクタに接続された出力抵抗Ｒ１１により構成され、発光ダイオードＰＤ１１、１２が入力直流電圧Ｖinの大きさに応じた強度の光を発光し、出力端子より入力直流電圧Ｖinの大きさに応じた直流電圧出力Ｖoutが出力される。

従来の絶縁型のＤＣ信号伝達回路は上記のように構成されているが、トランス絶縁型ＤＣ信号伝達回路では受信側に交流を直流に戻す復調回路が必要であり、例えば、図１２に示すように、ダイオードＤ１１とコンデンサＣ１２よりなる検波回路が使用されているが、この検波回路では正極性または負極性のいずれか一方の極性の電圧しか取り出すことができず、正負両極性の直流電圧を取り出すためには、複雑な構成の復調回路が必要であった。
また、フォトカプラ絶縁方式のＤＣ信号伝達回路では発光ダイオードやフォト・トランジスタが必要になるので、同様に回路構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成により絶縁状態で正負両極性のＤＣ信号を伝達することができ、さらにダイオード点灯回路やパルス信号のオン／オフ比検出回路等にも使用することが可能なＤＣ信号伝達回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係るＤＣ信号伝達回路（１）は、
入力側からのパルス信号を出力側に伝達する、トランス又はコンデンサからなる結合手段と、
上記結合手段の出力側に接続された抵抗と、
上記結合手段の出力側に上記抵抗と並列に接続された出力コンデンサと、
上記抵抗と上記出力コンデンサとの間に接続された、逆並列接続の２つのダイオードとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係るＤＣ信号伝達回路（２）は、ＤＣ信号伝達回路（１）において、
上記結合手段の入力側に設けられ、入力されるＤＣ信号に応じたパルス幅のパルス信号を出力するパルス信号発生手段を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明に係るダイオード点灯回路（１）は、
ＤＣ信号伝達回路（１）における上記逆並列接続の２つのダイオードを発光ダイオードとし、
上記結合手段の入力側に設けられ、パルス信号のパルス幅を制御することによって発光ダイオードの点灯を制御する点灯制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るパルス信号のオン／オフ比検出回路（１）は、
ＤＣ信号伝達回路（１）を用いたパルス信号のオン／オフ比検出回路であって、
上記結合手段に入力するパルス信号として、オン／オフ比を検出したいパルス信号を入力することを特徴とする。

トランス又はコンデンサからなる結合手段の出力側には、入力パルス信号のオン／オフ比が等しい場合、入力波形と相似の信号が現れるが、入力パルス信号のオン／オフ比がずれてくると、トランス又はコンデンサからなる結合手段の出力側には、入力波形と相似の信号が現れるが、正と負の電流が同じになるため、仮想的なグラウンドが変移する。本発明に係るＤＣ信号伝達回路（１）、（２）は、これを利用し、入力ＤＣ信号により出力パルス幅が制御されるパルス信号発生回路の出力パルスをトランス又はコンデンサからなる結合手段に入力し、このトランス又はコンデンサからなる結合手段によってグラウンドが変移した信号をダイオードによって足切りすることにより、簡単な構成で入力ＤＣ信号に応じた電圧を出力コンデンサから取り出すことができる。

また、本発明に係るダイオード点灯回路（１）、パルス信号のオン／オフ比検出回路（１）は、上記ＤＣ信号伝達回路（１）を利用することにより、簡易な回路構成でダイオードを点滅したり、被検出パルス信号のオン／オフ比を検出することができる。

以下、本発明のＤＣ信号伝達回路の実施例について、図面を用いて説明する。
図１、図２は本発明のＤＣ信号伝達回路の基本構成を示す図であり、図１は絶縁トランスを用いた例であり、図２はコンデンサ結合回路を用いた実施例である。
図１に示すように、絶縁トランスを用いたＤＣ信号伝達回路は、ＤＣ入力信号が入力されるパルス幅制御回路１と、このパルス幅制御回路により出力パルスのオン／オフ比が制御されるパルス信号発生回路２と、１次巻線３ａ及び２次巻線３ｂを有するトランス３と、２次巻線３ｂに並列に接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の一端に接続された、逆並列接続の二つのダイオードＤ１、Ｄ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２の他端に接続されたコンデンサＣ１により構成されている。
また、コンデンサ結合回路を用いた信号伝達回路は、微小電流の取り出しに利用される回路であり、図２に示すようにトランス３に変えてコンデンサ結合回路４により絶縁を図っている。

次に、図１、図２のＤＣ信号伝達回路の動作について説明する。なお、図１、図２のＤＣ信号伝達回路の動作は略同様であるので、図１のＤＣ信号伝達回路の動作について、以下説明する。
パルス幅制御回路１はＤＣ入力信号に応じてパルス信号発生回路２に制御信号を送り、パルス信号発生回路２からＤＣ入力信号に応じたオン／オフ比を有するパルス信号を発生させる。このＤＣ入力信号に応じたオン／オフ比を有するパルス信号がトランス３の１次巻線３ａを流れてトランス３を励磁し、トランス３の２次巻線３ｂにコイルの巻数比に比例し、波形が相似なパルス電圧が誘起される。この誘起されたパルス電圧は逆並列接続されたダイオードＤ１、Ｄ２及び抵抗Ｒ１に印加される。そして、パルス電圧の振幅がダイオードＤ１、Ｄ２の動作電圧より大きいとき、ダイオードの動作電圧分だけ足切りされ、足切りされたパルス電圧による電流がコンデンサＣ１に入力され、このコンデンサＣ１により平滑されてＤＣ出力信号として出力される。なお、ダイオードＤ１、Ｄ２により足切りされた電流は抵抗Ｒ１を流れる。

ＤＣ入力信号が零で、パルス信号発生回路２からのパルス信号のオン／オフ比が等しい場合、図３（ａ）に示すように、トランス３の２次巻線３ｂには入力波形と相似の信号が現れる。図３（ｂ）に示すように、この信号がダイオードＤ１、Ｄ２により足切りされ、図３（ｃ）に示すような電流がコンデンサＣ１に加えられる。この場合、コンデンサＣ１に加えられる電流の正負の大きさは同じであるので、正負キャンセルされ、出力Ｖｏはゼロとなる。

一方、ＤＣ入力信号があると、ＤＣ入力信号の極性及び大きさに応じてパルス信号発生回路２からのパルス信号のオン／オフ比がずれてくる。このように、オン／オフ比がずれたパルス信号がトランス３の一次巻線３ａに加えられると、トランス３の２次巻線３ｂには入力波形と相似の信号が現れるが、正と負の電流が同じになるため、仮想的なグラウンド（中点）は図４（ａ）に示すように、正負の面積が等しいところとなる。この信号は同様にダイオードＤ１、Ｄ２により足切りされて、図４（ｃ）に示すような電流がコンデンサＣ１に加えられて平滑され、図示の場合、正のＤＣ信号が出力される。なお、この場合、コンデンサＣ１に流れる電流はダイオードＤ１、Ｄ２で±が同じ値でなくなるが、トランス３には同じ電流を流す必要があるため、抵抗Ｒ１によって電流値の偏りをなくしている。

また、図５、図６に示すように、パルス信号発生回路２からのパルス信号のオン／オフ比が大きくずれてくると、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、正負のいずれか一方の振幅がダイオードの動作電圧より小さくなり、正負いずれかのパルス電流のみがコンデンサＣ１に入力される。
以上のように、ダイオードの動作電圧を利用することにより、交流信号からＤＣ信号を簡易的に取り出すことが可能となる。

図１または図２の回路においては、図５、図６に示すようにパルス信号発生回路１からのパルス信号のオン／オフ比が大きくずれてくると、ダイオードＤ１、Ｄ２のいずれかにのみ電流が流れるので、これを利用してダイオード点灯回路を構成することが可能である。
図７は図１の回路を使用した本発明のダイオード点灯回路を示す図であり、図１のダイオードＤ１、Ｄ２が発光色の異なる二つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２に置き換えられるとともに、パルス信号発生回路２に点滅駆動回路５が接続されている。この点滅駆動回路５には点滅を制御するスイッチ及び発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２のいずれの発光ダイオードを点灯させるかを選択するスイッチを備えたスイッチ部６が接続されている。

発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２のいずれかを点灯させる場合、スイッチ部６のスイッチを操作することにより点滅駆動回路５によってパルス信号発生回路２から、図５または図６に示すようなオン／オフ比の偏ったパルス信号のいずれかを発生することにより、発光ダイオードＬＥＤ１あるいは発光ダイオードＬＥＤ２のいずれかが点灯し、異なる色の光を発生することができる。

また、図１の回路の出力端子には、図３〜図６に示すように、入力パルスのオン／オフ比に比例したＤＣ信号が得られるので、図１の回路をパルス信号のオン／オフ比検出回路としても使用することが可能である。
図８は図１の回路構成を使用したパルス信号のオン／オフ比検出回路であり、図１のパルス幅制御回路１に替えて被検出パルス信号が入力されるパルスオン・オフ制御回路７が設けられており、このパルスオン・オフ制御回路７に入力される被検出パルス信号のオン、オフに応じてパルス信号発生回路２の出力パルスがオン、オフし、図３〜図６に示すように、出力端子に被検出パルス信号のオン／オフ比に応じたＤＣ信号が出力される。したがって、このＤＣ信号の大きさから被検出パルス信号のオン／オフ比を求めることができる。

図８の実施例のパルス信号のオン／オフ比検出回路では、パルスオン・オフ制御回路７と、パルス信号発生回路２を使用したが、図９に示すように、被検出パルス信号を直接トランス３に入力することによりパルス信号のオン／オフ比を検出することもでき、このようにすれば、パルスオン・オフ制御回路やパルス信号発生回路が不要となるので、さらに構成を簡単にすることができる。

なお、上記の実施例では、ダイオード点灯回路、パルス信号のオン／オフ比検出回路として、図１に示す回路を用いたが、図２のコンデンサ結合型の回路をダイオード点灯回路、パルス信号のオン／オフ比検出回路として使用することも可能である。

また、図１、図２の実施例では、ダイオードとして通常のダイオードを使用したが、ツェナダイオードやＬＥＤを使用することも可能である。

本発明のＤＣ信号伝達回路の絶縁トランスを用いた実施例を示す図である。 本発明のＤＣ信号伝達回路のコンデンサ結合回路を用いた実施例を示す図である。 図１のＤＣ信号伝達回路の動作波形を示す図である。 図１のＤＣ信号伝達回路の動作波形を示す図である。 図１のＤＣ信号伝達回路の動作波形を示す図である。 図１のＤＣ信号伝達回路の動作波形を示す図である。 本発明のダイオード点灯回路の実施例を示す図である。 本発明のパルス信号のオン／オフ比検出回路の実施例を示す図である。 本発明のパルス信号のオン／オフ比検出回路の他の実施例を示す図である。 従来のトランス絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを示す図である。 従来のフォトカプラ絶縁方式のＤＣ信号伝達回路を示す図である。 ＤＣ信号伝達回路に使用される従来の検波回路を示す図である。

符号の説明

１ パルス幅制御回路
２ パルス信号発生回路
３ トランス
４ コンデンサ結合回路
５ 点滅駆動回路
６ スイッチ部
７ パルスオン・オフ制御回路
Ｒ１ 抵抗
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
ＬＥＤ１、ＬＥＤ２ 発光ダイオード
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ コンデンサ

Claims (4)

1. 入力側からのパルス信号を出力側に伝達する、トランス又はコンデンサからなる結合手段と、
   上記結合手段の出力側に接続された抵抗と、
   上記結合手段の出力側に上記抵抗と並列に接続された出力コンデンサと、
   上記抵抗と上記出力コンデンサとの間に接続された、逆並列接続の２つのダイオードとを備えることを特徴とするＤＣ信号伝達回路。
2. 上記結合手段の入力側に設けられ、入力されるＤＣ信号に応じたパルス幅のパルス信号を出力するパルス信号発生手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のＤＣ信号伝達回路。
3. 請求項１に記載のＤＣ信号伝達回路における上記逆並列接続の２つのダイオードを発光ダイオードとし、
   上記結合手段の入力側に設けられ、パルス信号のパルス幅を制御することによって発光ダイオードの点灯を制御する点灯制御手段を備えたことを特徴とするダイオード点灯回路。
4. 請求項１に記載のＤＣ信号伝達回路を用いたパルス信号のオン／オフ比検出回路であって、
   上記結合手段に入力するパルス信号として、オン／オフ比を検出したいパルス信号を入力することを特徴とするパルス信号のオン／オフ比検出回路。