JP2011521266A

JP2011521266A - 光アイソレータ多電圧検出回路

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Publication number: JP2011521266A
Application number: JP2011510689A
Authority: JP
Inventors: トーマスアイセンベイスクライド; ジーシバーガーステファン
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP5497751B2; WO2009143284A2; CN102037368B; EP2291664A4; EP2291664B1; BRPI0912416A2; RU2010151497A; AR071889A1; CN102037368A; WO2009143284A3; MX2010012772A; JP5955878B2; JP2014142350A; CA2724875C; US8570770B2; CA2724875A1; EP2291664A2; RU2499266C2; US20090289575A1

Abstract

光アイソレータ多電圧検出回路は、約９ボルトＤＣから約２４０ボルトＡＣに及ぶ広範囲の入力電圧を処理することが可能であり、入力電圧と、光アイソレータと、整流器と、分圧器と、第１および第２のトランジスタと、ＤＣからＤＣへのコンバータと、を含む。前記第１および第２のトランジスタに操作可能に連結された前記分圧器は、前記第１および第２のトランジスタ全体で前記入力電圧を均一に分割することが可能である。前記トランジスタ、前記分圧器および前記光アイソレータに操作可能に連結された前記ＤＣからＤＣへのコンバータは、前記整流器からの出力電流を維持することが可能である。前記ＤＣからＤＣへのコンバータ、前記分圧器、および前記トランジスタの使用は、前記回路全体で消費される電力を削減する利点を提供する。

Description

本発明は、電圧検出装置に関し、より具体的には、電圧検出を提供する光アイソレータ多電圧検出回路に関する。

電子機器を駆動するための多種多様な電源が存在する。例えば、米国および日本において、標準の交流電圧は１１０ボルトであるが、欧州、オーストラリアおよび他の国々の標準交流電圧は２４０ボルトである。電子機器を電源または何らかの電子回路に接続する場合、電子機器に必要な電圧の存在を確認することは有益であり得る。

現在、利用可能な低電圧検出回路は、電源からの電圧の存在を検出するために使用される。光アイソレータは、低電圧回路と高電圧回路の間等、入力回路と出力回路の間の信号を光学的に転送するように、低電圧検出回路で典型的に使用される電子コンポーネントである。光アイソレータは、回路を互いに、および潜在的に破壊的な電圧スパイクから電磁的に分離する作用がある。変圧器とは異なり、光アイソレータは、接地ループおよび過剰な雑音または電磁妨害（ＥＭＩ）を排除し、さらに重大な過剰電圧状態からの保護を提供する。概して、電圧検出回路は、電圧の存在を検出するように光アイソレータを含み、さらに光アイソレータと直列に存在する検知レジスタも含む。検知レジスタの使用は、一部の用途において望ましくない場合があるが、これは、レジスタが、高インピーダンスの雑音パルスを導く過剰な電力消費を処理しなければならないためである。残念ながら、検知レジスタは高価であり、また典型的に相当量の熱を放出する。

本発明の一態様によると、電源からの９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣの入力電圧で使用するための光アイソレータ多電圧検出回路は、光アイソレータと、電源に接続されたダイオードと、第１のトランジスタと、を含む。光アイソレータは、電圧の存在を検出するように構成され、ダイオードから順方向に流れる電流は、光アイソレータの発光ダイオード（ＬＥＤ）をバイアスし、したがって、入力電圧に応答して、第１のトランジスタを通じて消費されるいかなる電力も許容可能なレベル以下に維持される。

光アイソレータ多電圧検出回路は、ＤＣからＤＣへのコンバータ等のコンバータをさらに組み入れることができる。ＤＣからＤＣへのコンバータは、システムクロストークおよび電力消費を削減するというさらなる利点を提供することができる。

光アイソレータ多電圧検出回路は、第２のトランジスタと、分圧器と、をさらに組み入れることができる。分圧器は、第１および第２のトランジスタに操作可能に連結され、また、第１および第２のトランジスタ全体で入力電圧を均一に分割するように構成される。分圧器は、第１および第２のトランジスタを通じて消費される電力を削減するというさらなる利点を提供することができる。

本発明の別の態様によると、電源からの９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣの入力電圧で使用するための光アイソレータ多電圧検出回路は、ダイオードと、第１および第２のトランジスタと、２つのツェナーダイオードと、第１および第２のトランジスタに連結された光アイソレータと、を含む。ツェナーダイオードは、第１および第２のトランジスタへの入力電圧を制限することができ、電力消費およびシステムクロストークの全体的な削減を提供する。

本発明の別の態様によると、電源からの９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣの入力電圧で使用するための光アイソレータ多電圧検出回路は、電源に接続された整流器と、光アイソレータと、第１および第２のトランジスタと、第１および第２のトランジスタに連結された分圧器と、第２のトランジスタおよび光アイソレータに接続されたコンバータと、を含む。分圧器は、第１および第２のトランジスタ全体で入力電圧を分割するように構成される。ＤＣからＤＣへのコンバータ等のコンバータは、整流器からの出力電流を維持するように構成される。整流器からの出力電流が、光アイソレータの発光ダイオード（ＬＥＤ）を順方向にバイアスすると、第１および第２のトランジスタは、回路を通じて消費される電力を削減し、第１および第２のトランジスタの電力消費が、回路を通じて消費される電力とは異なるように、構成される。

本開示をより完全に理解するために、以下の発明を実施するための形態および添付の図面を参照されたい。

多様な電子機器のうちのいずれか１つを電源に接続するように使用され得る光アイソレータ多電圧検出装置の斜視図である。本発明の教示に従い組み立てられた光アイソレータ多電圧検出装置の模式図である。本発明の教示に従い組み立てられた光アイソレータ多電圧検出装置の別の実施形態の模式図である。本発明の教示に従い組み立てられた光アイソレータ多電圧検出装置の別の実施形態の模式図である。本発明の教示に従い組み立てられた光アイソレータ多電圧検出装置の別の実施形態の模式図である。本発明の教示に従い組み立てられた光アイソレータ多電圧検出装置の別の実施形態の模式図である。

図１は、本発明の教示に従い組み立てられた、例示的な光アイソレータ多電圧検出回路１０を模式的に表す。回路１０は、多様な電子機器のうちのいずれか１つを電源１２に接続するように使用され得る。回路１０は、実質的にあらゆる種類の電子機器を電源１２のソケット１２ａに接続する独立型回路であり得る。代替として、回路１０は、電子機器内部に配置された内蔵型回路であり得、電子機器はソケット１２ａに直接接続可能である。例示的な電子機器として、ヘアドライヤ１４、シェーバ１６、掃除機１８または他の家電製品が挙げられる。

図２は、本発明の教示に従い組み立てられた、例示的な光アイソレータ多電圧検出回路１００を表す。回路１００は、光アイソレータＤ１を含み、これは、ＡｖａｇｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｉｍｉｔｅｄにより販売されている部品番号ＨＣＰＬ−２３６０であることが好ましい。典型的に、光アイソレータＤ１は、発光ダイオードＬＥＤと、光トランジスタＱ１と、を含む。好ましい光アイソレータを使用する場合、光アイソレータは、約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流を検出することが可能である。異なる範囲にわたる電流を検出するために、他のサイズが選択され得る。そして、電流がＬＥＤを発光させる。回路１００は、ダイオードＤ２と、レジスタＲ１と、トランジスタＸ１と、をさらに含む。トランジスタＸ１は、Ｎチャネル空欠電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得、これは、ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧにより販売されている部品番号ＢＳＳ１３９であることが好ましい。トランジスタＸ１は、ソース端子１１２と、ドレイン端子１１４と、ゲート端子１１６と、を有する。ダイオードＤ２は、表面実装標準電力回収整流器ダイオードであり得、トランジスタＸ１のドレイン端子１１４に接続される。ダイオードＤ２は、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ＬＬＣより販売されている部品番号ＭＲＡ４００７Ｔ３が好ましい。トランジスタＸ１のゲート端子１１６およびレジスタＲ１の一端部は、光アイソレータＤ１の一端部に接続される。光アイソレータＤ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。トランジスタＸ１のソース端子１１２は、レジスタＲ１の他端部に接続される。レジスタＲ１は、他の抵抗値も企図されるが、７６８オームであることが好ましい。入力Ｖ_ｉｎは、ダイオードＤ２に接続される。

ここで、回路１００の操作を説明する。回路１００は、本発明の教示に従い、９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣに及ぶ広範囲の入力電圧を処理するように使用される。例えば、約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓ（約３５０Ｖ_ａｃピーク）の入力が回路１００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタＸ１、レジスタＲ１および光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この結果、光アイソレータＤ１を通じて流れる電流は、約１．３ｍＡから約２．７ｍＡに及び、したがって、光アイソレータＤ１のＬＥＤを発光させる。トランジスタＸ１全体の電圧Ｖｇｓは、約−１ボルトから約−２．１ボルトに及ぶ。したがって、トランジスタＸ１を通じて消費される電力は約３３８ｍＷで、トランジスタＸ１の定格電力（３６０ｍＷ）にほぼ近い。

電力消費をさらに削減するために、トランジスタＸ１は、上記の例示的なＢＳＳ１３９トランジスタより大きくしてもよい。例えば、トランジスタＸ１は、ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧにより販売されている部品番号ＢＳＳ１２６であり得るが、これは、約５００ｍＷのより高い電力および約６００ボルトのより高い電圧Ｖｄｓを有する。より大型のレジスタも使用され得る。１つの例示的なより大型のレジスタは、約１．２３キロオームの抵抗を有する。より大型のトランジスタおよびレジスタが使用され、約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓ（約３５０Ｖ_ａｃピーク）の入力が回路１００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタ、レジスタおよび光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この結果、光アイソレータＤ１を通じて流れる電流は、約１．３ｍＡから約２．２ｍＡに及び、トランジスタ全体の電圧Ｖｇｓは、約−１．６ボルトから約−２．７ボルトに及ぶ。したがって、トランジスタを通じて消費される電力は約２７５ｍＷで、これは、トランジスタの定格電力（５００ｍＷ）の半分である。ここでも、高電力および高電圧のトランジスタを使用すると、トランジスタＸ１を通じて消費される電力を削減するというさらなる利点を提供することができる。

図３は、本発明の別の例示的な実施形態の教示に従い組み立てられた、光アイソレータ多電圧検出回路２００を表す。回路２００は、ＡｖａｇｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｉｍｉｔｅｄにより販売されている部品番号ＨＣＰＬ−２３６０であることが好ましい、光アイソレータＤ１を含む。典型的に、光アイソレータＤ１は、発光ダイオードＬＥＤと、光トランジスタＱ１と、を含む。好ましい光アイソレータを使用する場合、光アイソレータは、ここでも、約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流を検出することが可能で、ここでも、電流がＬＥＤを発光させる。回路２００は、ダイオードＤ２と、レジスタＲ１と、トランジスタＸ１と、ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８と、をさらに含む。トランジスタＸ１は、上記のＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧにより販売されている部品番号ＢＳＳ１３９である、Ｎチャネル空欠電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得る。トランジスタＸ１は、ソース端子２１２と、ドレイン端子２１４と、ゲート端子２１６と、を有する。ダイオードＤ２は、表面実装標準電力回収整流器ダイオード等で、トランジスタＸ１のドレイン端子２１４に接続される。ダイオードＤ２は、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ＬＬＣより販売されている部品番号ＭＲＡ４００７Ｔ３であることが好ましい。トランジスタＸ１のゲート端子２１６は、レジスタＲ１の一端部、およびＤＣからＤＣへのコンバータ２１８の第１の端部２１８ａに接続される。ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８の第２の端部２１８ｂは、トランジスタＸ１のソース端子２１２に接続される。ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８の第３の端部２１８ｃは、レジスタＲ１の他端部および光アイソレータＤ１の一端部に接続される。光アイソレータＤ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。この場合、レジスタＲ１は、図１のレジスタよりもはるかに大型であることが好ましい。レジスタＲ１は、他の抵抗値も企図されるが、３．８キロオームであることが好ましい。ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８は、他の電圧値も企図されるが、５ボルトの定格であることが好ましい。入力Ｖ_ｉｎは、ダイオードＤ２の他端部に接続される。

ここで、回路２００の操作を説明する。回路２００は、本発明の教示に従い、９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣに及ぶ広範囲の入力電圧を処理するように使用される。例えば、約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓ（約３５０Ｖ_ａｃピーク）の入力が回路２００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタＸ１、レジスタＲ１、ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８および光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この結果、ＤＣからＤＣへのコンバータは、光アイソレータＤ１を通じて流れる電流を約１．３ｍＡに維持する。ＤＣからＤＣへのコンバータは、トランジスタＸ１での電力消費も約１６３ｍＷに維持し、これは、トランジスタの定格電力（３６０ｍＷ）未満である。ＤＣからＤＣへのコンバータ２１８を使用すると、回路１００を流れる電流を維持するという利点を提供することができ、したがって、システムクロストークおよび電力消費の全体的な削減を提供する。

図４は、本発明のまた別の例示的形態の教示に従い組み立てられた、光アイソレータ多電圧検出回路３００を表す。回路３００は、光アイソレータＤ１を含み、これは、上記のＡｖａｇｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｉｍｉｔｅｄの部品番号ＨＣＰＬ−２３６０であることが好ましい。光アイソレータＤ１は、発光ダイオードＬＥＤと、光トランジスタＱ１と、を含む。さらにここでも、好ましい光アイソレータを使用する場合、光アイソレータは、約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流を検出することが可能である。回路３００は、ダイオードＤ２と、第１のツェナーダイオードＺ１と、第２のツェナーダイオードＺ２と、第１のレジスタＲ１と、第２のレジスタＲ２と、第１のトランジスタＸ１と、第２のトランジスタＸ２と、をさらに含む。直列に接続された第１および第２のトランジスタＸ１、Ｘ２は、Ｎチャネル空欠電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることが好ましく、ここでもＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧにより販売されている部品番号ＢＳＳ１３９であり得る。第１のトランジスタＸ１は、ソース端子３１２と、ドレイン端子３１４と、ゲート端子３１６と、を有する。第２のトランジスタＸ２もまた、ソース端子３２０と、ドレイン端子３２２と、ゲート端子３２４と、を有する。ダイオードＤ２は、表面実装標準電力回収整流器ダイオード等で、トランジスタＸ２のドレイン端子３２２およびツェナーＺ１の一端部に接続される。ツェナーＺ１の他端部は、トランジスタＸ２のソース端子３２０およびレジスタＲ２の一端部に接続される。レジスタＲ２の他端部は、トランジスタＸ２のゲート端子３２４に接続される。ダイオードＤ２は、上記のＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ＬＬＣにより製造されている部品番号ＭＲＡ４００７Ｔ３であることが好ましい。入力Ｖ_ｉｎは、ダイオードＤ２の他端部に接続される。

ツェナーダイオードＺ１の一端部は、トランジスタＸ１のドレイン端子３１４に接続される。ツェナーダイオードＺ１の他端部は、トランジスタＸ１のソース端子３１２およびレジスタＲ１の一端部に接続される。レジスタＲ１の他端部は、トランジスタＸ１のゲート端子３１６および光アイソレータＤ１の一端部に接続される。光アイソレータＤ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。他の抵抗値も企図されるが、この場合、レジスタＲ１は７６８オームであることが好ましく、一方でレジスタＲ２は７５０オームであることが好ましい。ツェナーダイオードＺ１、Ｚ２は、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＬＬＣにより販売される部品番号１ＳＭＢ５９５２ＢＴ３であることが好ましく、１３０ボルトの定格電圧および３ワットの定格電力を有する。他の定格電圧および定格電力も企図される。

ここで、回路３００の操作を説明する。第２のトランジスタＸ２およびツェナーダイオードＺ１、Ｚ２の追加に伴い、約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓの入力（約３５０Ｖ_ａｃピーク）が回路３００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタＸ１、Ｘ２、ツェナーダイオードＺ１、Ｚ２、レジスタＲ１、Ｒ２および光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この結果、トランジスタＸ１、Ｘ２全体で測定された電圧はピーク電圧（約１８０ボルト）未満であり、一方で、光アイソレータＤ１を通って流れる電流は、約１．３ｍＡから約２．７ｍＡまで異なる。これによって、トランジスタＸ１、Ｘ２では１７３ｍＷの電力消費が生じる。ツェナーダイオードＺ１、Ｚ２を使用すると、第１および第２のトランジスタＸ１、Ｘ２の入力電圧を制限するという利点を提供することができる。トランジスタＸ１、Ｘ２を使用すると、システムクロストークおよび電力消費を全体的に削減するという利点を提供することができる。

図５は、本発明の別の例示の教示に従い組み立てられた、光アイソレータ多電圧検出回路４００を表す。回路４００は、ここでも、ＡｖａｇｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｉｍｉｔｅｄにより販売されている部品番号ＨＣＰＬ−２３６０であることが好ましい、光アイソレータＤ１を含む。典型的に、光アイソレータＤ１は、発光ダイオードＬＥＤと、光トランジスタＱ１と、を含む。好ましい光アイソレータは、約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流を検出することが可能であり、そして、電流がＬＥＤを発光させる。回路４００は、ダイオードＤ２と、キャパシタＣ１と、第１のレジスタＲ１と、第２のレジスタＲ２と、第３のレジスタＲ３と、第４のレジスタＲ４と、第１のトランジスタＸ１と、第２のトランジスタＸ２と、をさらに含む。ダイオードＤ２、レジスタＲ２、およびキャパシタＣ１は整流器４３８を成し、一方で、レジスタＲ３およびＲ４は分圧器４４０を成す。直列に接続された第１および第２のトランジスタＸ１、Ｘ２は、ここでも前述のＮチャネル空欠電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得る。第１のトランジスタＸ１は、ソース端子４１２と、ドレイン端子４１４と、ゲート端子４１６と、を有する。第２のトランジスタＸ２もまた、ソース端子４２０と、ドレイン端子４２２と、ゲート端子４２４と、を有する。ダイオードＤ２は、表面実装標準電力回収整流器ダイオード等で、レジスタＲ２の一端部に接続される。入力Ｖ_ｉｎは、ダイオードＤ２の他端部に接続される。レジスタＲ２の他端部は、キャパシタＣ１の一端部およびトランジスタＸ２のドレイン端子４２２に接続される。キャパシタＣ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。キャパシタＣ１は、異なる値も企図されるが、０．０１μの静電容量を有することが好ましい。

トランジスタＸ２のソース端子４２０は、トランジスタＸ１のドレイン端子４１４に接続される。トランジスタＸ２のゲート端子４２４は、レジスタＲ３をレジスタＲ４に接続する。レジスタＲ３の他端部は、トランジスタＸ２のドレイン端子４２２に接続される。トランジスタＸ１のソース端子４１２は、レジスタＲ１の他端部に接続される。レジスタＲ１の他端部は、トランジスタＸ１のゲート端子４１６および光アイソレータＤ１の一端部に接続される。光アイソレータＤ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。他の抵抗値も企図されるが、レジスタＲ１はここでも７６８オームの抵抗を有することが好ましく、一方で残りのレジスタＲ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗は、例えば、それぞれ、１メガオームであり得る。

ここで、回路４００の操作を説明する。約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓ（約３５０Ｖ_ａｃピーク）の入力が回路４００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタＸ１、Ｘ２、レジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この構成において、光アイソレータＤ１を通って流れる電流は、約１．３ｍＡから約２．７ｍＡまで異なる。有利に、分圧器４４０をトランジスタＸ１、Ｘ２に使用すると、トランジスタＸ１、Ｘ２全体の入力電圧をピーク電圧（約１２５ボルト）の半分に均一に分割するという利点を提供する。これによって、トランジスタＸ１、Ｘ２には１６９ｍＷの電力消費が生じる。したがって、ツェナーダイオードは不要となる。

図６は、本発明のまたさらなる実施例の教示に従い組み立てられた、光アイソレータ多電圧検出回路５００を表す。回路５００は、光アイソレータＤ１を含み、これは、約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流を検出することが可能である、ＡｖａｇｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬｉｍｉｔｅｄによる上記のＨＣＰＬ−２３６０光アイソレータであることが好ましい。典型的に、光アイソレータＤ１は、発光ダイオードＬＥＤと、光トランジスタＱ１と、を含む。約１．２ｍＡから約５０ｍＡに及ぶ電流が光アイソレータＤ１を通って流れると、ＬＥＤが発光する。回路５００は、ダイオードＤ２と、キャパシタＣ１と、第１のレジスタＲ１と、第２のレジスタＲ２と、第３のレジスタＲ３と、第４のレジスタＲ４と、第１のトランジスタＸ１と、第２のトランジスタＸ２と、ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８と、をさらに含む。ダイオードＤ２、レジスタＲ２、およびキャパシタＣ１は整流器５３８を成し、一方で、レジスタＲ３、Ｒ４は分圧器５４０を成す。直列に接続された第１および第２のトランジスタＸ１、Ｘ２は、ここでも、上記のＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧにより販売されているＮチャネル空欠電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得る。第１のトランジスタＸ１は、ソース端子５１２と、ドレイン端子５１４と、ゲート端子５１６と、を有する。第２のトランジスタＸ２もまた、ソース端子５２０、ドレイン端子５２２およびゲート端子５２４を有する。ダイオードＤ２は、表面実装標準電力回収整流器ダイオードであり得、レジスタＲ２の一端部に接続される。入力Ｖ_ｉｎは、ダイオードＤ２の他端部に接続される。レジスタＲ２の他端部は、キャパシタＣ１の一端部およびトランジスタＸ２のドレイン端子５２２に接続される。キャパシタＣ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。キャパシタＣ１は、異なる値も企図されるが、０．０１μの静電容量を有することが好ましい。

トランジスタＸ２のソース端子５２０は、トランジスタＸ１のドレイン端子５１４に接続される。トランジスタＸ２のゲート端子５２４は、レジスタＲ３をレジスタＲ４に接続する。レジスタＲ３の他端部は、トランジスタＸ２のドレイン端子５２２に接続される。トランジスタＸ１のソース端子５１２は、ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８の第２の端部５１８ｂに接続される。トランジスタＸ１のゲート端子５１６は、ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８の第１の端部５１８ａおよびレジスタＲ１の一端部に接続される。ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８の第３の端部５１８ｃは、レジスタＲ１の他端部および光アイソレータＤ１の一端部に接続される。光アイソレータＤ１の他端部は、接地ＧＮＤに接続される。この場合、レジスタＲ１は約３．８キロオームの抵抗を有することが好ましく、一方で残りのＲ２、Ｒ３、Ｒ４は、約１メガオームの抵抗を有することが好ましい。ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８は、他の電圧値も企図されるが、５ボルトの定格であることが好ましい。

ここで、回路５００の操作を説明する。約２５０Ｖ_ａｃｒｍｓ（約３５０Ｖ_ａｃピーク）の入力が回路５００に印加されると、電流は、ダイオードＤ２、トランジスタＸ１、Ｘ２、レジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８、および光アイソレータＤ１を通って流れ始める。この構成において、分圧器５４０は、トランジスタＸ１、Ｘ２全体で入力電圧を均一に分割し、一方で、ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８は、光アイソレータＤ１を通じて流れる電流を約１．３ｍＡに維持する。有利に、レジスタＸ１、Ｘ２およびＤＣからＤＣへのコンバータ５１８を使用すると、約８２ｍＷで電力消費を生じるという利点を提供する。ＤＣからＤＣへのコンバータ５１８および分圧器５４０を使用すると、回路を流れる電流を維持するという利点を提供することができ、システムクロストークおよび電力消費の全体的な削減を提供する。

本明細書に説明された実施例のうちの１つ以上に従って組み立てられる場合、光アイソレータ多電圧検出回路は、電力を維持し、電力消費およびシステムクロストークの全体的な削減を提供するという利点を提供することができる。また、回路は、入力電圧を均一に分割して、電力消費およびシステムクロストークをさらに削減するというさらなる利点も提供することができる。

これまで、本発明の多数の異なる実施形態の詳細を説明したが、本発明の法的範囲は、本特許の最後に記載する請求項の文言により定義されることを理解されたい。あらゆる可能な実施形態を説明することは不可能でないにしろ、実際的ではないため、発明を実施するための形態は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明のあらゆる可能な実施形態を説明するものではない。例えば、図２から図４に開示された実施形態は、ＤＣ電圧の存在が検出される場合、光アイソレータの一定の励起を提供すると解釈されたい。しかしながら、ＡＣ電圧の周期的性質により、信号の周期性に従い光アイソレータを断続的に切り替える（つまり、光アイソレータを周期的に励起する）ことになる。代替において、図５および図６の実施形態は、キャパシタＣ１の整流性質により、ＡＣ信号が存在する場合であっても、一定の励起を提供する。現在の技術または本特許の提出日後に開発される技術を使用する、無数の代替の実施形態が実装され得るが、これらは、依然として、本発明を定義する請求項の範囲内に含まれるものである。

Claims

光アイソレータ多電圧検出回路であって、
電圧入力であって、電圧源に接続するために配置される、電圧入力と、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光アイソレータであって、前記電圧源からの前記電圧入力に印加された入力電圧の存在を検出するように構成される、光アイソレータと、
ダイオードであって、前記電圧入力に接続するために配置される、ダイオードと、
ゲート、ソース、およびドレインを有する第１のトランジスタであって、前記第１のトランジスタの前記ドレインは前記ダイオードに操作可能に連結され、かつ前記第１のトランジスタの前記ソースは前記光アイソレータに操作可能に連結される、第１のトランジスタと、を備え、
前記光アイソレータ、前記ダイオード、および前記第１のトランジスタは、前記ダイオードから順方向に流れる電流が前記ＬＥＤをバイアスするように、およびさらに、前記入力電圧および前記電流に応答して前記第１のトランジスタを通って消費されるいかなる電力をも許容可能なレベル以下に維持するように配置される、回路。
前記第１のトランジスタの前記ソースおよび前記光アイソレータに操作可能に連結されたＤＣからＤＣへのコンバータであって、前記ダイオードからの前記電流を維持するように構成される、ＤＣからＤＣへのコンバータをさらに備える、請求項１の回路。
ゲート、ソース、およびドレインを有する第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタの前記ソースは、前記第１のトランジスタの前記ドレインに直列に連結され、前記第２のトランジスタの前記ドレインは、前記ダイオードに操作可能に連結される、第２のトランジスタと、
前記第１および第２のトランジスタの前記ゲートに操作可能に連結された分圧器であって、前記入力電圧を前記第１および第２のトランジスタ全体で均一に分割するように構成される、分圧器と、をさらに備え、
前記第１の変換器を通じて、およびさらに前記第２のトランジスタを通じて消費される電力は、許容可能なレベル以下に維持され、前記回路は、約９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣに及ぶ前記入力電圧を処理することが可能である、請求項２に記載の回路。
整流器であって、前記ダイオード、前記分圧器、および前記第２のトランジスタの前記ドレインに操作可能に連結される、整流器をさらに備える、請求項３に記載の回路。
前記整流器は、レジスタ、またはキャパシタ、またはこれらの組み合わせを備える、請求項４に記載の回路。
前記第１および第２のトランジスタは、Ｎチャネル空乏モード電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である、請求項４に記載の回路。
ゲート、ソースおよびドレインを有する第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタの前記ソースは、前記第１のトランジスタの前記ドレインに操作可能に連結される、第２のトランジスタと、
第１のツェナーダイオードであって、前記第１のトランジスタの前記ソースおよび前記ドレインに接続するために配置される、第１のツェナーダイオードと、
第２のツェナーダイオードであって、前記第２のトランジスタの前記ソースおよび前記ドレインに接続するために配置される、第２のツェナーダイオードと、をさらに備え、
前記第１および第２のツェナーダイオードは、前記第１および第２のトランジスタへの入力電圧を制限するように構成され、前記第１の変換器を通じて、およびさらに前記第２のトランジスタを通じて消費される電力は、許容可能なレベル以下に維持され、前記回路は、約９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣに及ぶ前記入力電圧を処理することが可能である、請求項１に記載の回路。
前記第１および第２のトランジスタは、Ｎチャネル空乏モード電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である、請求項７に記載の回路。
ゲート、ソースおよびドレインを有する第２のトランジスタであって、前記第２のトランジスタの前記ソースは、前記第１のトランジスタの前記ドレインに操作可能に連結される、第２のトランジスタと、
前記第１および第２のトランジスタの前記ゲートに操作可能に連結された分圧器と、をさらに備え、
前記第１のトランジスタを通じて、およびさらに前記第２のトランジスタを通じて消費される電力は、許容可能なレベル以下に維持され、前記回路は、約９ボルトＤＣから２４０ボルトＡＣに及ぶ前記入力電圧を処理することが可能である、請求項１に記載の回路。
整流器であって、前記ダイオード、前記分圧器、および前記第２のトランジスタの前記ドレインに操作可能に連結される、整流器をさらに備える、請求項９に記載の回路。
前記整流器は、レジスタ、またはキャパシタ、またはこれらの組み合わせを備える、請求項１０に記載の回路。
前記第１および第２のトランジスタは、Ｎチャネル空乏モード電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である、請求項１０に記載の回路。
光アイソレータ多電圧検出回路であって、
電圧入力であって、電圧源に接続するために配置される、電圧入力と、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光アイソレータであって、前記電圧源からの前記電圧入力に印加された入力電圧の存在を検出するように構成される、光アイソレータと、
整流器であって、前記電圧入力に接続するために配置される、整流器と、
操作可能に直列に連結された第１のトランジスタおよび第２のトランジスタであって、それぞれのトランジスタは、ゲート、ソースおよびドレインを有し、前記第１のトランジスタの前記ソースは、前記第２のトランジスタの前記ドレインに操作可能に連結され、前記第１のトランジスタの前記ドレインは、前記整流器に操作可能に連結される、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、を備え、
前記整流器からの電流出力は、前記ＬＥＤをバイアスし、前記第１および第２のトランジスタは、前記第１および第２のトランジスタ全体で第１の電力レベルを消費するように構成され、前記第１の電力レベルは、前記回路全体で消費される第２の電力レベルとは異なる、回路。
前記第１および第２のトランジスタの前記ゲートならびに前記整流器に操作可能に連結された分圧器をさらに備え、前記分圧器により、前記第１および第２のトランジスタ全体に分割される入力電圧に応答して、前記第１および第２のトランジスタ全体で消費される第１の電力レベルは、前記回路全体で消費される第２の電力レベルとは異なる、請求項１３に記載の回路。
前記整流器は、操作可能に直列に連結されたキャパシタ、レジスタ、およびダイオードを備え、前記ダイオードは、前記電圧入力に接続され、前記キャパシタは、前記分圧器、ならびに前記第１および第２のトランジスタの前記ゲートのうちの少なくとも１つに操作可能に連結される、請求項１４に記載の回路。
前記光アイソレータならびに前記第１および第２の変換器の前記ソースのうちの少なくとも１つに操作可能に連結されたＤＣからＤＣへのコンバータをさらに備え、前記ＤＣからＤＣへのコンバータは、前記第１および第２のトランジスタからの前記電流を維持するように構成される、請求項１５に記載の回路。
前記第１および第２のトランジスタに操作可能に連結された第１および第２のツェナーダイオードであって、前記第１および第２のトランジスタへの入力電圧を制限するように構成される、第１および第２のツェナーダイオードをさらに備える、請求項１３に記載の回路。
前記第１のツェナーダイオードまたは前記第２のツェナーダイオードのいずれかは、前記整流器に操作可能に連結され、前記整流器はダイオードを備える、請求項１７に記載の回路。
光アイソレータ多電圧検出回路であって、
電圧入力であって、電圧源に接続するために配置される、電圧入力と、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光アイソレータであって、前記電圧源からの前記電圧入力に印加された入力電圧の存在を検出するように構成される、光アイソレータと、
整流器を画定するように直列に接続され、協働するダイオード、レジスタ、およびキャパシタであって、前記整流器は前記電圧入力に接続される、ダイオード、レジスタ、およびキャパシタと、
操作可能に直列に連結された第１のトランジスタおよび第２のトランジスタであって、それぞれのトランジスタはゲート、ソースおよびドレインを有し、前記第１のトランジスタの前記ソースは、前記第２のトランジスタの前記ドレインに接続され、前記第１のトランジスタの前記ドレインは、前記整流器に接続される、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、
前記第１および第２のトランジスタの前記ゲートに接続された分圧器であって、前記入力電圧を前記第１および第２のトランジスタ全体に分割するように構成される、分圧器と、
前記第２のトランジスタの前記ソースおよび前記光アイソレータに接続されたＤＣからＤＣへのコンバータと、を備え、
前記ＤＣからＤＣへのコンバータからの電流出力は、前記ＬＥＤをバイアスし、前記第１および第２のトランジスタは、前記第１および第２のトランジスタ全体で第１の電力レベルを消費するように構成され、前記第１の電力レベルは、前記回路全体で消費される第２の電力レベルとは異なる、回路。
電圧源からの多様な入力電圧を処理するための方法であって、
前記電圧源からの電圧入力に印加された前記入力電圧の存在を検出するように前記電圧入力に光アイソレータを操作可能に連結するステップと、
前記電圧入力へ操作可能に連結されたダイオードから電流が検出されると、前記光アイソレータの発光ダイオード（ＬＥＤ）を順方向にバイアスするステップと、
第１のトランジスタを前記ダイオードおよび前記光アイソレータに操作可能に連結するステップと、を含み、
前記第１のトランジスタを通じて消費されるいかなる電力をも許容可能なレベル以下に維持する、方法。
前記第１のトランジスタを通じて、さらに前記第２のトランジスタを通じて消費される電力を前記許容可能なレベル以下に維持するように、第２のトランジスタを前記第１のトランジスタに操作可能に連結するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
第１のツェナーダイオードを前記第１のトランジスタに操作可能に連結するステップと、
第２のツェナーダイオードを前記第２のトランジスタに操作可能に連結するステップと、をさらに含み、
前記第１および第２のツェナーダイオードは、前記第１および第２のトランジスタ全体の前記入力電圧を制限し、前記第１および第２のトランジスタを通じて消費される電力を前記許容可能なレベル以下に維持する、請求項２１に記載の方法。
分圧器を前記第１および第２のトランジスタに操作可能に連結するステップと、
前記第１および第２のトランジスタ全体で前記入力電圧を分割するように分圧器を使用するステップと、をさらに含み、前記第１および第２のトランジスタを通じて消費電力を前記許容可能なレベル以下に維持する、請求項２１に記載の方法。
前記ダイオードからの前記電流を維持するために、ＤＣからＤＣへのコンバータを前記第１のトランジスタおよび前記光アイソレータに操作可能に連結するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。