JP2013172286A - 信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに絶縁された回路間で信号伝達する信号伝達装置を小型化すること。
【解決手段】信号伝達装置１は、第１の回路６０から、第１の回路６０と絶縁して設けられた第２の回路７０に、信号伝達する。この信号伝達装置１は、パルス信号生成部１０および絶縁伝達部２０を備える。パルス信号生成部１０は、第１の回路６０で生成された信号に応じたパルス信号を生成する。絶縁伝達部２０は、パルス信号生成部１０で生成されたパルス信号を第２の回路７０に信号伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに絶縁された回路間で信号伝達する信号伝達装置に関する。

従来、互いに絶縁された回路間で信号伝達する信号伝達装置がある。この信号伝達装置は、例えば、絶縁型スイッチング電源においてフィードバック制御を行うために用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、信号伝達装置として、フォトカプラが示されている。

特開２００１−４５７５１号公報

近年、信号伝達装置の小型化が要請されている。

上述の課題を鑑み、本発明は、信号伝達装置を小型化することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、第１の回路（例えば、図１の第１の回路６０に相当）から、当該第１の回路と絶縁して設けられた第２の回路（例えば、図１の第２の回路７０に相当）に、信号伝達する信号伝達装置（例えば、図１の信号伝達装置１に相当）であって、前記第１の回路で生成された信号に応じたパルス信号を生成するパルス信号生成手段（例えば、図１のパルス信号生成部１０に相当）と、前記パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を前記第２の回路に信号伝達する絶縁伝達手段（例えば、図１の絶縁伝達部２０に相当）と、を備えることを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、信号伝達装置に、第１の回路で生成された信号に応じたパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を第２の回路に信号伝達する絶縁伝達手段と、を設けた。このため、第１の回路で生成された信号をパルス信号として第２の回路に信号伝達できる。

ここで、特許文献１に示されているフォトカプラは、他の素子に比べて部品高さを有し、構造的な理由により、低背化の困難な素子である。ところが、上述のように絶縁伝達手段はパルス信号を信号伝達するため、絶縁伝達手段として、フォトカプラ以外の素子を用いることになる。このため、絶縁伝達手段として、フォトカプラより部品高さの低い素子を用いることで、絶縁伝達手段を低背化でき、信号伝達装置を小型化できる。

また、特許文献１に示されているフォトカプラは、経年劣化により特性の変化する寿命部品であるため、フォトカプラの伝達信号を絶対値として用いることができない。このため、フォトカプラを用いる場合、オペアンプやシャントレギュレータを用いた誤差アンプが必要となってしまう。ところが、上述のように絶縁伝達手段はパルス信号を信号伝達するため、絶縁伝達手段として、フォトカプラ以外の素子を用いることになる。このため、誤差アンプが不要となるため、部品点数を削減できるので、信号伝達装置を簡素化できる。

（２） 本発明は、（１）の信号伝達装置について、前記パルス信号生成手段は、アナログ回路で構成されることを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、（１）の信号伝達装置において、パルス信号生成手段をアナログ回路で構成することとした。このため、パルス信号生成手段をデジタル回路で構成する場合と比べて、パルス信号生成手段の実装面積を縮小でき、信号伝達装置をさらに小型化できる。

（３） 本発明は、（１）または（２）の信号伝達装置について、前記パルス信号生成手段は、前記第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも増幅、縮小、比例、反比例、微分、積分、または誤差増幅のいずれかを行って、前記パルス信号を生成することを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、（１）または（２）の信号伝達装置において、パルス信号生成手段により、第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも増幅、縮小、比例、反比例、微分、積分、または誤差増幅のいずれかを行って、パルス信号を生成することとした。このため、パルス信号を、第１の回路で生成された信号に応じて変化する信号とすることができる。また、第２の回路に設けられてパルス信号を受け取る回路に応じたパルス信号を、適宜生成できる。

（４） 本発明は、（１）〜（３）のいずれかの信号伝達装置について、前記パルス信号生成手段は、前記第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも周波数、振幅、オン時間、オフ時間、オンデューティ、オフデューティ、ワンショットパルス幅、または遅延時間のいずれかについて変調された前記パルス信号を生成することを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、（１）〜（３）のいずれかの信号伝達装置において、第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも周波数、振幅、オン時間、オフ時間、オンデューティ、オフデューティ、ワンショットパルス幅、または遅延時間のいずれかについて変調されたパルス信号をパルス信号生成手段により生成することとした。このため、第２の回路に設けられてパルス信号を受け取る回路に応じたパルス信号を、適宜生成できる。

（５） 本発明は、（１）〜（４）のいずれかの信号伝達装置について、前記絶縁伝達手段は、パルストランス、カレントトランス、またはデジタルアイソレータであることを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、（１）〜（４）のいずれかの信号伝達装置において、絶縁伝達手段を、パルストランス、カレントトランス、またはデジタルアイソレータで構成することとした。このため、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（６） 本発明は、（１）〜（５）のいずれかの信号伝達装置について、前記パルス信号生成手段は、絶縁型スイッチング電源の一方側で生成された信号に応じたパルス信号を生成し、前記絶縁伝達手段は、前記絶縁型スイッチング電源の一方側と絶縁して設けられた当該絶縁型スイッチング電源の他方側に、前記パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を信号伝達することを特徴とする信号伝達装置を提案している。

この発明によれば、（１）〜（５）のいずれかの信号伝達装置において、パルス信号生成手段により、絶縁型スイッチング電源の一方側で生成された信号に応じたパルス信号を生成することとした。また、絶縁伝達手段により、絶縁型スイッチング電源の一方側と絶縁して設けられた絶縁型スイッチング電源の他方側に、パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を信号伝達することとした。このため、絶縁型スイッチング電源の互いに絶縁された一方側から他方側に、パルス信号を信号伝達することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、互いに絶縁された回路間で信号伝達する信号伝達装置を小型化かつ簡素化できる。

本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置のブロック図である。 前記信号伝達装置が備えるパルス信号生成部の動作を説明するための図である。 前記信号伝達装置が備えるパルス信号生成部の動作を説明するための図である。 前記信号伝達装置が備える絶縁伝達部の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る信号伝達装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る信号伝達装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置の第１の適用例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置の第２の適用例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置１のブロック図である。信号伝達装置１は、第１の回路６０から、第１の回路６０と絶縁して設けられた第２の回路７０に、信号伝達する。この信号伝達装置１は、パルス信号生成部１０および絶縁伝達部２０を備える。

第１の回路６０は、検出信号を生成する。

パルス信号生成部１０は、第１の回路６０で生成された信号に応じたパルス信号を生成する。具体的には、パルス信号生成部１０は、第１の回路６０で生成された信号に対して、少なくとも増幅、縮小、比例、反比例、微分、積分、または誤差増幅のいずれかを行う。そして、パルス信号として、少なくとも周波数、振幅、オン時間、オフ時間、オンデューティ、オフデューティ、ワンショットパルス幅、または遅延時間のいずれかを、第１の回路６０で生成された信号に応じて変化させた信号を、生成する。

例えば、第１の回路６０で生成された信号の電圧に、周波数が比例するパルス信号を、パルス信号生成部１０が生成する場合について検討する。この場合、図２および図３に示すように、第１の回路６０で生成された信号の電圧と、パルス信号生成部１０が生成するパルス信号の周波数と、の間には比例関係が成り立つこととなる。なお、図２の横軸は、第１の回路６０で生成された信号の電圧、すなわちパルス信号生成部１０の入力電圧を示し、図２の縦軸は、パルス信号生成部１０が生成するパルス信号の周波数、すなわちパルス信号生成部１０の出力電圧の周波数を示す。また、図３の横軸は、時間を示し、図３の縦軸は、パルス信号生成部１０が生成するパルス信号の電圧、すなわちパルス信号生成部１０の出力電圧を示す。

絶縁伝達部２０は、パルス信号生成部１０で生成されたパルス信号を第２の回路７０に信号伝達する。この絶縁伝達部２０には、例えばパルストランスやカレントトランスを用いることができる。また、第１の回路６０と第２の回路７０とを磁気結合や光結合や容量結合したデジタルアイソレータを用いることもできる。

パルス信号生成部１０で生成されたパルス信号を絶縁伝達部２０により第２の回路７０に信号伝達する場合の一例について、図４を用いて説明する。図４の縦軸は、電圧を示し、図４の横軸は、時間を示す。図４に示すように、絶縁伝達部２０は、入力されたパルス信号を第２の回路７０に信号伝達する。なお、絶縁伝達部２０は、第２の回路７０に信号伝達する際に、パルス信号の振幅を予め定められた値または割合だけ変化させる場合があるものとする。

以上の信号伝達装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

信号伝達装置１では、絶縁伝達部２０として、パルストランスやカレントトランスやデジタルアイソレータを用いる。ここで、フォトカプラは、他の素子と比べて部品高さを有し、構造的な理由により、低背化の困難な素子である。これに対して、パルストランスやカレントトランスやデジタルアイソレータは、フォトカプラよりも部品高さの低い素子である。このため、絶縁伝達部２０としてフォトカプラを用いる場合と比べて、絶縁伝達部２０を低背化でき、信号伝達装置１を小型化できる。

また、信号伝達装置１では、絶縁伝達部２０として、パルストランスやカレントトランスやデジタルアイソレータを用いる。ここで、フォトカプラは、経年劣化により特性の変化する寿命部品であるため、フォトカプラの伝達信号を絶対値として用いることができない。このため、絶縁伝達部２０としてフォトカプラを用いる場合、オペアンプやシャントレギュレータを用いた誤差アンプが必要となってしまう。これに対して、パルストランスやカレントトランスやデジタルアイソレータは、伝達信号を絶対値として用いることができる。このため、絶縁伝達部２０としてフォトカプラを用いる場合と比べて、誤差アンプが不要となるため、部品点数を削減できるので、信号伝達装置１を簡素化できる。

また、信号伝達装置１では、パルス信号生成部１０は、第１の回路６０で生成された信号に対して増幅や縮小などを行って、第１の回路６０で生成された信号に応じたパルス信号を生成する。このため、パルス信号を、第１の回路６０で生成された信号に応じて変化する信号とすることができる。また、このパルス信号を受け取る第２の回路７０に応じたパルス信号を、適宜生成できる。

また、信号伝達装置１では、パルス信号生成部１０は、第１の回路６０で生成された信号に対して増幅や縮小などを行って、第１の回路６０で生成された信号に応じたパルス信号を生成する。このため、このパルス信号生成部１０は、デジタル回路で構成することもできるが、アナログ回路で構成することもできる。したがって、パルス信号生成部１０をアナログ回路で構成することで、パルス信号生成部１０をデジタル回路で構成する場合と比べて、パルス信号生成部１０の実装面積を縮小でき、信号伝達装置１をさらに小型化できる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る信号伝達装置１Ａのブロック図である。信号伝達装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置１とは、第２の回路７０の代わりに第２の回路７０Ａに信号伝達する点が異なる。なお、信号伝達装置１Ａにおいて、信号伝達装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

第２の回路７０Ａは、アナログ入力である制御回路７１と、フィルタ７２と、を備える。フィルタ７２は、絶縁伝達部２０と制御回路７１との間に設けられ、絶縁伝達部２０により信号伝達されたパルス信号をフィルタリングして、パルス信号を直流信号に変換する。制御回路７１は、フィルタ７２により変換された直流信号を用いて、適宜、信号を生成する。

以上の信号伝達装置１Ａによれば、信号伝達装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

信号伝達装置１Ａには、絶縁伝達部２０により信号伝達されたパルス信号をフィルタリングして直流信号に変換するフィルタ７２が接続される。このため、アナログ入力である制御回路７１に対して、アナログ信号を送信できる。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る信号伝達装置１Ｂのブロック図である。信号伝達装置１Ｂは、図５に示した本発明の第２実施形態に係る信号伝達装置１Ａとは、第１の回路６０の代わりに第１の回路６０Ａで生成された信号を、第２の回路７０Ａの代わりに第２の回路７０Ｂに信号伝達する点が異なる。なお、信号伝達装置１Ｂにおいて、信号伝達装置１Ａと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

第１の回路６０Ａは、抵抗Ｒ、オペアンプＯＰ、および基準電圧源Ｖｒｅｆを備える。オペアンプＯＰの非反転入力端子には、基準電圧源Ｖｒｅｆの正極が接続され、基準電圧源Ｖｒｅｆの負極は接地される。オペアンプＯＰの反転入力端子には、所定の検出信号が入力されるとともに、抵抗Ｒを介してオペアンプＯＰの出力端子が接続される。これら抵抗Ｒ、オペアンプＯＰ、および基準電圧源Ｖｒｅｆは、いわゆる誤差増幅回路を形成し、所定の検出信号を誤差増幅し、パルス信号生成部１０に送信する。

第２の回路７０Ｂは、デジタル入力である制御回路７１Ａを備える。制御回路７１Ａは、絶縁伝達部２０により信号伝達されたパルス信号を用いて、適宜、信号を生成する。

以上の信号伝達装置１Ｂによれば、信号伝達装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

信号伝達装置１Ｂは、第１の回路６０Ａで生成された信号が誤差増幅信号であっても、この誤差増幅信号に応じたパルス信号をパルス信号生成部１０で生成し、絶縁伝達部２０で第２の回路７０Ｂに信号伝達できる。

＜第１の適用例＞
図７は、図１に示した本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置１を、絶縁型スイッチング電源ＡＡに適用した場合を示す図である。

絶縁型スイッチング電源ＡＡは、第１の回路としての２次側回路６０Ｃと、１次巻線Ｔ１および２次巻線Ｔ２を有するトランスＴと、トランスＴを介して２次側回路６０Ｃと絶縁して設けられた第２の回路としての１次側回路７０Ｃと、を備える。この絶縁型スイッチング電源ＡＡは、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２から入力された電力を適宜変換して、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力する。

２次側回路６０Ｃには、抵抗Ｒ１、Ｒ２が設けられている。この２次側回路６０Ｃは、絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２で抵抗分割して、絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報を生成する。

信号伝達装置１は、２次側回路６０Ｃで生成された絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報を、１次側回路７０Ｃに信号伝達する。

１次側回路７０Ｃは、信号伝達装置１で信号伝達された絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報を制御回路７１Ｃで受け取る。制御回路７１Ｃは、受け取った絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報に基づいて、１次側回路７０Ｃの各部を適宜制御する。

以上によれば、信号伝達装置１は、絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報を、２次側回路６０Ｃから１次側回路７０Ｃに信号伝達し、絶縁型スイッチング電源ＡＡは、出力電圧に応じて動作することができる。

＜第２の適用例＞
図８は、図１に示した本発明の第１実施形態に係る信号伝達装置１を、絶縁型スイッチング電源ＢＢに適用した場合を示す図である。

絶縁型スイッチング電源ＢＢは、第１の回路としての１次側回路６０Ｄと、１次巻線Ｔ１および２次巻線Ｔ２を有するトランスＴと、トランスＴを介して１次側回路６０Ｄと絶縁して設けられた第２の回路としての２次側回路７０Ｄと、を備える。この絶縁型スイッチング電源ＢＢは、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２から入力された電力を適宜変換して、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力する。

１次側回路６０Ｄは、絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流を検出して、絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報を生成する。

信号伝達装置１は、１次側回路６０Ｄで生成された絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報を、２次側回路７０Ｄに信号伝達する。

２次側回路７０Ｄは、信号伝達装置１で信号伝達された絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報を制御回路７１Ｄで受け取る。制御回路７１Ｄは、受け取った絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報に基づいて、２次側回路７０Ｄの各部を適宜制御する。

以上によれば、信号伝達装置１は、絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報を、１次側回路６０Ｄから２次側回路７０Ｄに信号伝達し、絶縁型スイッチング電源ＢＢは、入力電流に応じて動作することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の第１の適用例や第２の適用例では、信号伝達装置１は、絶縁型スイッチング電源に適用されるものとしたが、これに限らず、信号伝達する回路同士が絶縁されていれば適用できる。

また、上述の第１の適用例や第２の適用例では、絶縁型スイッチング電源に信号伝達装置１を適用した場合について説明したが、これに限らず、信号伝達装置１Ａや信号伝達装置１Ｂを適用することもできる。

また、信号伝達する対象として、上述の第１の適用例では絶縁型スイッチング電源ＡＡの出力電圧についての情報を挙げ、上述の第２の適用例では絶縁型スイッチング電源ＢＢの入力電流についての情報を挙げたが、これらに限らず、種々の情報を信号伝達できる。

１、１Ａ、１Ｂ；信号伝達装置
１０；パルス信号生成部
２０；絶縁伝達部
６０、６０Ａ；第１の回路
７０、７０Ａ、７０Ｂ；第２の回路
６０Ｃ、７０Ｄ；２次側回路
６０Ｄ、７０Ｃ；１次側回路
７１、７１Ａ、７１Ｃ、７１Ｄ；制御回路
７２；フィルタ
ＡＡ、ＢＢ；絶縁型スイッチング電源

Claims (6)

1. 第１の回路から、当該第１の回路と絶縁して設けられた第２の回路に、信号伝達する信号伝達装置であって、
   前記第１の回路で生成された信号に応じたパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
   前記パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を前記第２の回路に信号伝達する絶縁伝達手段と、を備えることを特徴とする信号伝達装置。
2. 前記パルス信号生成手段は、アナログ回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝達装置。
3. 前記パルス信号生成手段は、前記第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも増幅、縮小、比例、反比例、微分、積分、または誤差増幅のいずれかを行って、前記パルス信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の信号伝達装置。
4. 前記パルス信号生成手段は、前記第１の回路で生成された信号に応じて、少なくとも周波数、振幅、オン時間、オフ時間、オンデューティ、オフデューティ、ワンショットパルス幅、または遅延時間のいずれかについて変調された前記パルス信号を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の信号伝達装置。
5. 前記絶縁伝達手段は、パルストランス、カレントトランス、またはデジタルアイソレータであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の信号伝達装置。
6. 前記パルス信号生成手段は、絶縁型スイッチング電源の一方側で生成された信号に応じたパルス信号を生成し、
   前記絶縁伝達手段は、前記絶縁型スイッチング電源の一方側と絶縁して設けられた当該絶縁型スイッチング電源の他方側に、前記パルス信号生成手段で生成されたパルス信号を信号伝達することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号伝達装置。

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