JP2017127081A - Variable capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変コンデンサに関する。 The present invention relates to a variable capacitor.
従来、非接触通信装置、ワイヤレス給電システム、共振回路等のインピーダンス調整において、可変コンデンサが使用されている。例えば、強誘電体材料を用いた可変コンデンサが用いられている(特許文献1参照)。 Conventionally, a variable capacitor is used in impedance adjustment of a non-contact communication device, a wireless power feeding system, a resonance circuit, and the like. For example, a variable capacitor using a ferroelectric material is used (see Patent Document 1).
強誘電体材料を用いた可変コンデンサでは、制御端子に外部から電圧を印加することにより、出力端子間の電気容量を変化させている。 In a variable capacitor using a ferroelectric material, the electric capacity between output terminals is changed by applying a voltage to the control terminal from the outside.
可変コンデンサにおける制御端子と出力端子との間の絶縁耐圧は、数V〜数十Vと小さいため、高出力のワイヤレス給電等を行う場合には、可変コンデンサの出力側で発生する高電圧ノイズによって適切なインピーダンス調整ができない可能性がある。 Since the withstand voltage between the control terminal and the output terminal of the variable capacitor is as small as several volts to several tens of volts, when performing high-power wireless power supply or the like, high voltage noise generated on the output side of the variable capacitor Proper impedance adjustment may not be possible.
本発明は上記課題に鑑みてなされ、高電圧または大電流を非接触で伝送する場合であっても、適切なインピーダンス調整することができないという可能性を低くする可変コンデンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a variable capacitor that reduces the possibility that appropriate impedance adjustment cannot be performed even when a high voltage or a large current is transmitted in a non-contact manner. To do.
本発明の第1の態様に係る可変コンデンサは、絶縁デバイスと、制御端子に入力される信号に応じて電極間の容量値が変化するコンデンサとを備え、前記絶縁デバイスは、容量を設定するために外部から入力された設定信号を送信する送信部と、前記送信部で送信された前記設定信号を受信する受信部と、前記送信部と前記受信部との間に設けられた絶縁領域とを有し、前記受信部は、前記絶縁領域を介して受信された前記設定信号に応じた制御信号を前記コンデンサに出力し、前記コンデンサでは、前記制御信号に応じて容量が変更されることを特徴とする。 A variable capacitor according to a first aspect of the present invention includes an insulating device and a capacitor whose capacitance value between electrodes changes according to a signal input to a control terminal, and the insulating device sets a capacitance. A transmission unit that transmits a setting signal input from the outside, a reception unit that receives the setting signal transmitted from the transmission unit, and an insulating region provided between the transmission unit and the reception unit And the receiver outputs a control signal corresponding to the setting signal received through the insulating region to the capacitor, and the capacitor has a capacitance changed according to the control signal. And
本発明の第2の態様に係る可変コンデンサは、第1の態様の可変コンデンサにおいて、前記送信部は前記設定信号を光信号として前記絶縁領域を介して前記受信部へ送信し、前記受信部は前記光信号を前記設定信号に変換することを特徴とする。 The variable capacitor according to a second aspect of the present invention is the variable capacitor according to the first aspect, wherein the transmission unit transmits the setting signal as an optical signal to the reception unit via the insulating region, and the reception unit The optical signal is converted into the setting signal.
本発明の第3の態様に係る可変コンデンサは、第2の態様の可変コンデンサにおいて、前記外部から入力された前記設定信号はアナログ信号であり、前記送信部は、アナログ信号を前記光信号に変換し、前記受信部は、光信号を電気信号に変換する受光素子を有しており、前記受光素子は、送信部で送信された前記光信号を電気信号に変換し、前記受信部は、前記受光素子で変換された前記電気信号に応じたアナログ信号を前記制御信号として前記コンデンサに出力することを特徴とする。 The variable capacitor according to a third aspect of the present invention is the variable capacitor according to the second aspect, wherein the setting signal input from the outside is an analog signal, and the transmitter converts the analog signal into the optical signal. The receiving unit includes a light receiving element that converts an optical signal into an electrical signal, the light receiving element converts the optical signal transmitted by the transmitting unit into an electrical signal, and the receiving unit includes the An analog signal corresponding to the electrical signal converted by the light receiving element is output to the capacitor as the control signal.
本発明の第4の態様に係る可変コンデンサは、第2の態様の可変コンデンサにおいて、前記受信部は、フォトトランジスタと抵抗とが直列接続された直列回路で構成されており、前記直列回路の一端は電源端子に接続されており、前記直列回路は、前記フォトトランジスタと前記抵抗との接続点の電圧を前記制御信号として前記コンデンサに出力することを特徴とする。 A variable capacitor according to a fourth aspect of the present invention is the variable capacitor according to the second aspect, wherein the receiving unit is configured by a series circuit in which a phototransistor and a resistor are connected in series, and one end of the series circuit. Is connected to a power supply terminal, and the series circuit outputs a voltage at a connection point between the phototransistor and the resistor to the capacitor as the control signal.
本発明の第5の態様に係る可変コンデンサは、第2の態様の可変コンデンサにおいて、前記外部から入力された前記設定信号はデジタル信号であり、前記送信部は、前記デジタル信号を前記光信号に変換し、前記受信部は、光信号を電気信号に変換する受光素子と、変換回路とを有しており、前記受光素子は、前記送信部で送信された前記光信号をデジタル信号に変換し、前記変換回路は、前記受光素子で変換された前記デジタル信号を、前記設定信号としてのアナログ信号に変換することを特徴とする。 The variable capacitor according to a fifth aspect of the present invention is the variable capacitor according to the second aspect, wherein the setting signal input from the outside is a digital signal, and the transmission unit converts the digital signal into the optical signal. The receiving unit has a light receiving element that converts an optical signal into an electrical signal and a conversion circuit, and the light receiving element converts the optical signal transmitted by the transmitting unit into a digital signal. The conversion circuit converts the digital signal converted by the light receiving element into an analog signal as the setting signal.
本発明の第6の態様の可変コンデンサは、第1の態様の可変コンデンサにおいて、前記送信部は、前記設定信号に応じた磁界を発生させる第1コイルを少なくとも有し、前記受信部は、第2コイルと、前記第1コイルで発生した磁界に応じて前記第2コイルに流れる電流を整流する制御部とを有し、前記制御部は整流された前記電流を前記制御信号として前記コンデンサに出力することを特徴とする。 A variable capacitor according to a sixth aspect of the present invention is the variable capacitor according to the first aspect, wherein the transmission unit includes at least a first coil that generates a magnetic field according to the setting signal, and the reception unit includes: Two coils and a control unit that rectifies the current flowing through the second coil in response to the magnetic field generated in the first coil, and the control unit outputs the rectified current to the capacitor as the control signal. It is characterized by doing.
本発明の第7の態様の可変コンデンサは、第1の態様の可変コンデンサにおいて、前記送信部は、第1電極板を少なくとも有し、前記受信部は、前記第1電極板とで送信用コンデンサを構成するための第2電極板と、制御部とを有しており、前記絶縁領域は、前記第1電極板と前記第2電極板との間に設けられており、前記第1電極板と前記第2電極板との間で構成される前記送信用コンデンサにより前記送信部と前記受信部との間で前記設定信号の送受信が行われ、前記制御部は、前記受信部で受信した前記設定信号を整流する整流回路を有し、前記制御部は、前記整流回路で整流された前記設定信号を前記コンデンサに出力することを特徴とする。 A variable capacitor according to a seventh aspect of the present invention is the variable capacitor according to the first aspect, wherein the transmission unit includes at least a first electrode plate, and the reception unit is a transmission capacitor connected to the first electrode plate. A second electrode plate and a control unit, and the insulating region is provided between the first electrode plate and the second electrode plate, and the first electrode plate The setting signal is transmitted / received between the transmission unit and the reception unit by the transmission capacitor configured between the second electrode plate and the second electrode plate, and the control unit receives the received by the reception unit A rectifier circuit that rectifies a setting signal is provided, and the control unit outputs the setting signal rectified by the rectifier circuit to the capacitor.
本発明の第8の態様の可変コンデンサは、第1〜第7のいずれかの可変コンデンサにおいて、前記絶縁領域を介して電力を送電する送電部と、前記送電部から前記絶縁領域を介して送電された電力を受電する受電部とを、さらに備え、前記送電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記送信部が配置された側に配置され、前記受電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記受信部が配置された側に配置され、前記受信部は、前記受電部が受電した電力により動作することを特徴とする。 The variable capacitor according to an eighth aspect of the present invention is the variable capacitor according to any one of the first to seventh variable capacitors, wherein the power transmission unit transmits power through the insulating region, and transmits power from the power transmission unit through the insulating region. A power receiving unit that receives the generated power, wherein the power transmitting unit is arranged with respect to the insulating region, the transmitting unit being arranged between the transmitting unit and the receiving unit arranged with the insulating region interposed therebetween. The power receiving unit is arranged on the side where the receiving unit is arranged among the transmitting unit and the receiving unit arranged across the insulating region with respect to the insulating region, The receiving unit is operated by the power received by the power receiving unit.
本発明の第9の態様の可変コンデンサは、第1〜第7のいずれかの可変コンデンサにおいて、前記絶縁領域を介して電力を送電する送電部と、前記送電部から前記絶縁領域を介して送電された電力を受電する受電部とを、さらに備え、前記送電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記受信部が配置された側に配置され、前記受電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記送信部が配置された側に配置され、前記送信部は、前記受電部が受電した電力により動作することを特徴とする。 A variable capacitor according to a ninth aspect of the present invention is the variable capacitor according to any one of the first to seventh variable capacitors, wherein the power transmission unit transmits power through the insulating region, and transmits power from the power transmission unit through the insulating region. A power receiving unit for receiving the received power, wherein the power transmitting unit is arranged with respect to the insulating region, the receiving unit being arranged between the transmitting unit and the receiving unit arranged with the insulating region interposed therebetween. The power reception unit is arranged on the side where the transmission unit is arranged among the transmission unit and the reception unit arranged across the insulation region with respect to the insulation region, The transmission unit is operated by the power received by the power reception unit.
本発明の第10の態様の可変コンデンサは、第1の態様の可変コンデンサにおいて、前記受信部は、前記コンデンサが容量を連続的に変更するように前記制御信号として連続的に変化するアナログ信号を前記コンデンサに出力するように構成されていることを特徴とする。 The variable capacitor according to a tenth aspect of the present invention is the variable capacitor according to the first aspect, wherein the receiving unit outputs an analog signal that continuously changes as the control signal so that the capacitor continuously changes the capacitance. It is comprised so that it may output to the said capacitor | condenser.
本発明の第11の態様の可変コンデンサは、第10の態様の可変コンデンサにおいて、前記送信部は、前記コンデンサが容量を連続的に変更するように前記アナログ信号を前記受信部に送信するように構成されていることを特徴とする。 The variable capacitor according to an eleventh aspect of the present invention is the variable capacitor according to the tenth aspect, wherein the transmission unit transmits the analog signal to the reception unit so that the capacitor continuously changes the capacitance. It is configured.
本発明によれば、高電圧または大電流を非接触で伝送する場合であっても、設定信号に応じた制御信号によりコンデンサの容量を変更するので、適切なインピーダンス調整を行うことができる。 According to the present invention, even when a high voltage or a large current is transmitted in a contactless manner, the capacitance of the capacitor is changed by a control signal corresponding to the setting signal, so that appropriate impedance adjustment can be performed.
以下の実施形態は、可変コンデンサに関し、特に信号に応じて電極間の容量値が変化するコンデンサに関する。 The following embodiments relate to a variable capacitor, and more particularly to a capacitor whose capacitance value between electrodes changes according to a signal.
(実施形態1)
以下、実施形態に係る可変コンデンサ1について図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する構成は本発明の一例に過ぎない。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a
本実施形態の可変コンデンサ1は、図1に示すように、絶縁デバイス10、コンデンサ20、第1端子t1、第2端子t2、第3端子t3、第4端子t4および電源端子t10,t11、および制御端子t21,t22を備える。
As shown in FIG. 1, the
絶縁デバイス10は、送信部11、受信部12および絶縁領域13を有している。
The
送信部11は、電源端子t10、第2端子t2から電力の供給を受け、動作する。送信部11は、第1端子t1からコンデンサ20の容量を設定する信号(設定信号S1)を受け付け、受け付けた設定信号S1を絶縁領域13を介して受信部12へ送信する。また、送信部11は、第2端子t2を介して接地されている。ここで、設定信号S1は、連続的に変化するアナログの信号である。
The
受信部12は、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から電力の供給を受け、動作する。受信部12は、絶縁領域13を介して送信部11から送信された設定信号S1を受信する。受信部12は、設定信号S1に応じた制御信号をコンデンサ20へ出力する。
The receiving
絶縁領域13は、絶縁樹脂等の電気的な絶縁材料で形成された絶縁膜であり、送信部11と受信部12との間に設けられ、送信部11と受信部12との間を絶縁する。ここで、絶縁領域13による絶縁とは、電気的な絶縁を意味する。
The insulating
コンデンサ20は、制御端子t21,t22を介して受信部12に電気的に接続されている。また、コンデンサ20は、第3端子t3,第4端子t4に電気的に接続されている。ここで、制御端子t21,t22は、電線等を接続するための部品(端子)であってもよいが、電子部品のリードや回路基板に配線として形成された導電体の一部であってもよい。また、「電気的に接続」とは、電気的に導通した状態の接続を意味し、直接的な接続だけでなく、例えば電線等の導体を介した間接的な接続も含む。
The
コンデンサ20は、制御端子t21,t22に入力される制御信号に応じて電極間の容量値が変化する。具体的には、コンデンサ20は、図2に示すように、2つの電極板20a,20bとの間に制御層21が設けられている。制御層21は、強誘電体材料で形成されており、制御端子t21,t22を介して受信部12と電気的に接続されている。受信部12が制御信号を出力することで、電圧が制御層21に印加される。電圧が印加されると制御層21の誘電率が変化し、この変化に応じて2つの電極板20a,20bの間の電気容量が変化する。
コンデンサ20は、設定信号S1に応じた制御信号により電気容量が変化することにより、第3端子t3,第4端子t4の間のインピーダンスを変化させて、第3端子t3,第4端子t4の間にインピーダンスの変化に応じた電圧を発生させる。
The
以下、送信部11および受信部12の詳細な構成について説明する。本実施形態では、絶縁領域13は、光を透過する材料で成形されている。
Hereinafter, detailed configurations of the
送信部11は、図3に示すように、発光素子11aおよび制御部11bを有している。発光素子11aは、例えば光を発光するLED等であり、設定信号S1を光(光信号)に変換し、発光する。発光素子11aにより発光された光が絶縁領域13を透過して受信部12で受光される。制御部11bは、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から電力の供給を受け、発光素子11aを駆動する。例えば制御部11bは、発光素子11aによる光信号の送信に係る制御を行う。
As shown in FIG. 3, the
受信部12は、図3に示すように、受光素子12aおよび制御部12bを有している。受光素子12aは、例えば光を受光するフォトダイオード等であり、受光した光を電気(電気信号)に変換する。制御部11bは、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から電力の供給を受け、動作する。制御部11bは、受光素子12aで変換された電気信号をアナログ信号である電圧信号に変換し、電圧信号を制御信号としてコンデンサ20に出力、つまり制御端子t21,t22に印加する。
As shown in FIG. 3, the receiving
コンデンサ20では、制御端子t21,t22に印加された電圧信号(制御信号)の電圧に応じて電気容量が変化する。
In the
次に、送信部11の制御部11bおよび受信部12の制御部12bの詳細について説明する。
Next, details of the
送信部11は、図4に示すように、制御部11bとして電流制御回路11cを有している。電流制御回路11cは、第1端子t1に入力された設定信号S1の電圧に応じて発光素子11aに流れる電流を制御する回路である。電流制御回路11cと発光素子11aとでフォトIC回路が構成されている。
As shown in FIG. 4, the
受信部12は、図4に示すように、制御部12bとして増幅回路12cを有している。増幅回路12cと受光素子12aとで増幅機能付きフォトIC回路が構成されている。
As shown in FIG. 4, the receiving
増幅回路12cは、受光素子12aで変換された電気から増幅率に応じた電圧信号を生成する。例えば、増幅率が1である場合には、増幅回路12cは、第1端子t1に入力された設定信号S1の電圧と同じ電圧の電圧信号を生成し、生成した電圧信号(制御信号)を制御端子t21,t22に印加する。なお、増幅率は1以上の値である。
The
コンデンサ20では、増幅回路12cで増幅された電圧信号(制御信号)の電圧に応じて電気容量が変化する。
In the
ここで、増幅率が1である場合には、入力電圧である設定信号S1の電圧V1と、制御端子t21,t22間の電圧V2との関係は、関係式“V1=V2”で表される(図5A参照)。つまり、V1の値が大きくなるにつれてV2の値は単調に増加する。 Here, when the amplification factor is 1, the relationship between the voltage V1 of the setting signal S1 as the input voltage and the voltage V2 between the control terminals t21 and t22 is expressed by the relational expression “V1 = V2”. (See FIG. 5A). That is, as the value of V1 increases, the value of V2 increases monotonously.
したがって、V1の値が大きくなるにつれてコンデンサ20の制御端子t21,t22に印加される電圧は大きくなる。そのため、V1の値が大きくなるにつれてコンデンサ20の電気容量Cは単調に減少する(図5B参照)。
Accordingly, as the value of V1 increases, the voltage applied to the control terminals t21 and t22 of the
なお、本実施形態では、コンデンサ20は、強誘電体材料を用いて電気容量を変化させる構成としたが、この構成に限定されない。コンデンサ20は、制御端子t21,t22に電圧を印加して電気容量を変更できるタイプのコンデンサであればよい。例えば、コンデンサ20として、可変容量ダイオードや、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)式の可変コンデンサであってもよい。
In the present embodiment, the
または、コンデンサ20は、バリアブルコンデンサ、トリマコンデンサ、ピストンコンデンサ等の可動部がついているメカニカル方式のコンデンサであってもよい。この場合、可動部を変位するモータ等に、電圧を印加してコンデンサの電気容量を変更する。
Alternatively, the
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1の絶縁デバイス10は、送信部11と、受信部12と、絶縁領域13とを有している。送信部11は、コンデンサ20の容量を設定するために外部から入力された設定信号S1を送信する。受信部12は、送信部11で送信された設定信号S1を受信する。絶縁領域13は、送信部11と受信部12との間に設けられている。受信部12は、絶縁領域13を介して受信された設定信号S1に応じた制御信号をコンデンサ20に出力する。
As described above, the insulating
これにより、送信部11と受信部12との間で高い絶縁耐圧を確保することができるので、可変コンデンサ1は、高電圧または大電流を非接触で伝送する場合であっても、適切なインピーダンス調整を行うことができる。
Thereby, since a high withstand voltage can be ensured between the
ここで、送信部11は、設定信号S1を光信号として絶縁領域13を介して受信部12へ送信するとしてもよい。この構成によると、光信号は電気の影響を受ける可能性が低いため、可変コンデンサ1は、送信部11と受信部12との間において電気ノイズの影響が少ない信号伝達を行うことができる。
Here, the
ここで、設定信号S1はアナログ信号である。送信部11は、アナログ信号を光信号に変換し、受信部12は、受信した光信号を電気信号に変換している。受信部12は、変換された電気信号に応じたアナログ信号を前記制御信号としてコンデンサ20に出力する。
Here, the setting signal S1 is an analog signal. The
この構成によると、絶縁デバイス10は、外部から入力されたアナログ信号を伝送することができる。また、受信部12は、制御信号をアナログ信号としてコンデンサ20に出力するので、従来と同様にアナログ信号によりコンデンサの電気容量を変更することができる。
According to this configuration, the insulating
従来、複数のコンデンサをリレーやスイッチ等で入り切りすることで、制御端子と出力端子との間の絶縁耐圧を高める可変コンデンサ(以下、「比較例の可変コンデンサ」という)がある。比較例の可変コンデンサでは、複数のコンデンサと、複数のリレーまたはスイッチが必要である。そのため、比較例の可変コンデンサは大きくなる。さらに、リレーやスイッチ等でコンデンサの数を変えるため、可変コンデンサの容量は階段状に変化する、つまり階段状に出力されることになる。 Conventionally, there is a variable capacitor (hereinafter referred to as a “variable capacitor of a comparative example”) that increases the withstand voltage between a control terminal and an output terminal by turning on and off a plurality of capacitors with a relay, a switch, or the like. In the variable capacitor of the comparative example, a plurality of capacitors and a plurality of relays or switches are required. Therefore, the variable capacitor of the comparative example becomes large. Furthermore, since the number of capacitors is changed by a relay, a switch, etc., the capacity of the variable capacitor changes stepwise, that is, it is output stepwise.
一方、本実施形態の可変コンデンサ1は、複数のリレーまたはスイッチを用いることなく絶縁耐圧を高めている。そのため、比較例の可変コンデンサと比較して小型化することができる。また、本実施形態の可変コンデンサ1は、連続的に変化するアナログ信号を用いて絶縁耐圧を高めているので、コンデンサの容量を連続的に変化させることができる。
On the other hand, the
なお、本実施形態では、外部から入力される設定信号S1および受信部12が出力する制御信号の双方ともアナログ信号であるとしたが、これに限定されない。受信部12が出力する信号が少なくともアナログ信号であればよい。受信部12が出力する信号がアナログ信号であれば、コンデンサの容量を連続的に変化させることができる。
In the present embodiment, both the setting signal S1 input from the outside and the control signal output from the receiving
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1において、受信部12は、コンデンサ20が容量を連続的に変更するように制御信号として連続的に変化するアナログ信号をコンデンサ20に出力するように構成されていてもよい。または、本実施形態の可変コンデンサ1において、送信部11は、コンデンサが容量を連続的に変更するようにアナログ信号を受信部12に送信するように構成されていてもよい。これらの構成によると、可変コンデンサ1は、コンデンサの容量も連続的に変化させることができる。
As described above, in the
(実施形態2)
実施形態1では、可変コンデンサ1は電源端子t10,t11を含む構成としたが、この構成に限定されない。可変コンデンサ1は、図6に示すように、電源端子t10,t11を含まない構成であってもよい。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
本実施形態では、電源端子t10を含まない可変コンデンサ1Aについて説明する。以下、本実施形態では、実施形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
In the present embodiment, a
本実施形態の可変コンデンサ1Aの送信部11は、図7に示すように、発光素子11dを有する。発光素子11dは、例えば光を発光するLED等であり、設定信号S1を光(光信号)に変換し、発光する。発光素子11dにより発光された光が絶縁領域13を透過して受信部12で受光される。
The
本実施形態の可変コンデンサ1Aの受信部12は、図7に示すように、抵抗12dとフォトトランジスタ12eとが直列接続された直列回路である。
As shown in FIG. 7, the receiving
抵抗12dの一端は電源端子t11と電気的に接続され、他端はフォトトランジスタ12eのコレクタと接続されている。フォトトランジスタ12eのエミッタは、制御端子t22と電気的に接続されている。抵抗12dとフォトトランジスタ12eとの接続点は制御端子t21と電気的に接続されている。
One end of the
受信部12は、抵抗12dとフォトトランジスタ12eとの接続点の電圧を制御信号としてコンデンサ20に出力する。
The receiving
以下、受信部12の機能について詳細に説明する。
Hereinafter, the function of the receiving
発光素子11dは、流れる電流に応じた光量の光を発光するので、フォトトランジスタ12eには、発光素子11dに流れる電流に応じた光を受光する。そのため、フォトトランジスタ12eのコレクタ−エミッタ間(CE間)には、発光素子11dに流れる電流に比例したコレクタ電流が流れる。そうすると、抵抗12dの抵抗値にコレクタ電流の値を乗じた値(乗算値)を、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から供給される電圧から引いた値(差分値)である電圧が制御端子t21,t22に印加されることとなる。
Since the
ここで、フォトトランジスタ12eに入力されるコレクタ電流I1が大きくなるにつれて上述した乗算値は大きくなる。そのため、コレクタ電流I1が大きくなると差分値は小さくなる。つまり、制御端子t21,t22間に印加される電圧Vの値は小さくなる(図8A参照)。制御端子t21,t22間に印加される電圧Vの値が小さくなると可変コンデンサの電気容量Cは大きくなる。つまり、コレクタ電流I1が大きくなるにつれて可変コンデンサの電気容量Cは大きくなる(図8B参照)。 Here, as the collector current I1 input to the phototransistor 12e increases, the above-described multiplication value increases. Therefore, the difference value decreases as the collector current I1 increases. That is, the value of the voltage V applied between the control terminals t21 and t22 becomes small (see FIG. 8A). When the value of the voltage V applied between the control terminals t21 and t22 decreases, the electric capacitance C of the variable capacitor increases. That is, as the collector current I1 increases, the capacitance C of the variable capacitor increases (see FIG. 8B).
なお、本実施形態では、フォトトランジスタ12eのコレクタと抵抗12dとを接続する構成としたが、この構成に限定されない。
In the present embodiment, the collector of the phototransistor 12e and the
可変コンデンサ1Aは、フォトトランジスタ12eのエミッタと抵抗12dとが接続している構成であってもよい。この場合における可変コンデンサ1Aの構成を図9に示す。
The
本変形例の可変コンデンサ1Aにおけるフォトトランジスタ12eのコレクタは、電源端子t11と電気的に接続されている。フォトトランジスタ12eのエミッタは、抵抗12dの一端と接続されている。抵抗12dの他端は、制御端子t22と接続されている。抵抗12dとフォトトランジスタ12eとの接続点は制御端子t21と電気的に接続されている。
The collector of the phototransistor 12e in the
受信部12は、抵抗12dとフォトトランジスタ12eとの接続点の電圧を制御信号としてコンデンサ20に出力する。
The receiving
この場合、コレクタ電流I1と、制御端子t21,t22間に印加される電圧Vとの関係は、上述した場合と逆の関係、つまりコレクタ電流I1が大きくなると電圧Vも大きくなる(図10A参照)。制御端子t21,t22間に印加される電圧Vの値が大きくなると可変コンデンサの電気容量Cは小さくなる。つまり、コレクタ電流I1が大きくなるにつれて可変コンデンサの電気容量Cは小さくなる(図10B参照)。 In this case, the relationship between the collector current I1 and the voltage V applied between the control terminals t21 and t22 is opposite to that described above, that is, the voltage V increases as the collector current I1 increases (see FIG. 10A). . As the value of the voltage V applied between the control terminals t21 and t22 increases, the capacitance C of the variable capacitor decreases. That is, as the collector current I1 increases, the capacitance C of the variable capacitor decreases (see FIG. 10B).
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1Aでは、受信部12は、フォトトランジスタ12eと抵抗12dとが直列接続された直列回路で構成されている。受信部12(直列回路)は、フォトトランジスタ12eと抵抗12dとの接続点の電圧を制御信号としてコンデンサ20に出力する。この構成によると、受信部12の構成を簡単な構成とすることができる。
As described above, in the
(実施形態3)
実施形態1では、設定信号S1はアナログの信号であるとしたが、設定信号S1はデジタル信号であってもよい。本実施形態では、設定信号S1がデジタルの信号である場合での可変コンデンサ1Bについて説明する。以下、本実施形態では、実施形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the setting signal S1 is an analog signal, but the setting signal S1 may be a digital signal. In the present embodiment, the
本実施形態の可変コンデンサ1Bの送信部11は、図11に示すように、発光素子11fを有する。発光素子11fは、例えば光を発光するLED等であり、設定信号S1(デジタル信号)を光(光信号)に変換し、発光する。発光素子11fにより発光された光が絶縁領域13を透過して受信部12で受光される。
As shown in FIG. 11, the
本実施形態の可変コンデンサ1Bの受信部12は、図11に示すように、受光素子12f、増幅回路12g、および変換回路12hを有している。
As shown in FIG. 11, the receiving
受光素子12fは、例えば光を受光するフォトダイオード等であり、受光した光を電気的なデジタル信号に変換する。増幅回路12gは、受光素子12aで変換されたデジタル信号から増幅率に応じたデジタル信号を生成する。
The
変換回路12hは、増幅回路12gで増幅されたデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ(DA)変換回路である。変換回路12hは、デジタル信号が変換されたアナログ信号をコンデンサ20に出力、つまりデジタル信号が変換されたアナログ信号の電圧を制御端子t21,t22に印加する。
The conversion circuit 12h is a digital-analog (DA) conversion circuit that converts the digital signal amplified by the amplification circuit 12g into an analog signal. The conversion circuit 12h outputs the analog signal converted from the digital signal to the
以上説明したように、本実施形態では、設定信号S1はデジタル信号であるとしている。送信部11は、デジタル信号を光信号に変換する。受信部12は、光信号をデジタル信号に変換し、さらに、変換されたデジタル信号を設定信号S1としてのアナログ信号に変換している。この構成によると、可変コンデンサ1Bは、外部から入力されたデジタル信号に応じて出力端子t3、t4の間のインピーダンスを変化させることができる。また、受信部12は、制御信号をアナログ信号としてコンデンサ20に出力するので、従来と同様にアナログ信号によりコンデンサの電気容量を変更することができる。
As described above, in the present embodiment, the setting signal S1 is a digital signal. The
(実施形態4)
実施形態1〜3の可変コンデンサ1,1A,1Bは、設定信号S1を光(光信号)に変換して送受信する構成であるとしたが、この構成に限定されない。
(Embodiment 4)
The
本実施形態では、磁界を利用して設定信号S1を送受信する可変コンデンサ1Cについて、図12を用いて説明する。以下、本実施形態では、実施形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
In the present embodiment, a variable capacitor 1C that transmits and receives the setting signal S1 using a magnetic field will be described with reference to FIG. In the following, the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
本実施形態の可変コンデンサ1Cの送信部11は、第1コイル11iと制御部11jとを有している。制御部11jは、第1端子t1に入力された設定信号S1の電圧に応じて第1コイル11iに流れる電流を制御する回路である。第1コイル11iは、設定信号S1に応じた磁界を発生する。具体的には、第1コイル11iは、制御部11jから出力された電流に応じた磁界を発生する。
The
本実施形態の可変コンデンサ1Cの受信部12は、第2コイル12iと制御部12jとを有している。第2コイル12iには、送信部11の第1コイル11iで発生された磁界により電流が流れる。制御部12jは、第2コイル12iで流れる電流を整流する整流回路100を有し、整流回路100で整流された電流を制御信号として制御端子t21,t22に出力する。整流された電流が制御端子t21,t22に出力されることにより、制御端子t21,t22には、整流された電流に応じた電圧が印加されることとなる。
The receiving
実施形態1〜3の絶縁デバイス10では、光により設定信号S1を伝送する方式(光絶縁タイプ)により可変コンデンサの電気容量を制御している。一方、本実施形態の絶縁デバイス10は、磁気により設定信号S1を伝送する方式(磁気絶縁タイプ)により可変コンデンサの電気容量を制御している。磁気絶縁タイプは、光絶縁タイプよりも電力伝送効率が高いため、本実施形態の可変コンデンサ1Cは、実施形態1〜3の可変コンデンサ1,1A,1Bよりも高速に信号(設定信号S1)の伝達を行うことができるという利点がある。
In the
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1Cにおいて、送信部11は、設定信号S1に応じた磁界を発生させる第1コイル11iを少なくとも有している。受信部12は、第2コイル12iと、第1コイル11iで発生した磁界に応じて第2コイル12iに流れる電流を整流する制御部12jとを有し、整流された電流を制御信号としてコンデンサ20に出力する。この構成によると、絶縁デバイス10は、磁気絶縁タイプとして構成されているので、光絶縁タイプの絶縁デバイスよりもより高速に信号伝達を行うことができる。
As described above, in the
(実施形態5)
本実施形態では、送信部11と受信部12との間にコンデンサを形成し、このコンデンサを用いて設定信号S1を送受信する可変コンデンサ1Dについて、図13を用いて説明する。以下、本実施形態では、実施形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, a
本実施形態の可変コンデンサ1の送信部11は、制御部11kと、2つの電極板14a,電極板14bとを有している。電極板14aは、受信部12との間で形成される第1コンデンサ150の片側の電極である。電極板14bは、受信部12との間で形成される第2コンデンサ151の片側の電極である。制御部11kは、第1端子t1に入力された設定信号S1の電圧に応じて電極板14aおよび電極板14bに出力する電流を制御する回路である。
The
本実施形態の可変コンデンサ1Dの受信部12は、制御部12kと、2つの電極板15a,電極板15bとを有している。電極板15aは、第1コンデンサ150を形成する電極であって、絶縁領域13を挟んで電極板14aに対向する位置に設けられる。電極板15bは、第2コンデンサ151を形成する電極であって、絶縁領域13を挟んで電極板14bに対向する位置に設けられる。制御部12kは、第1コンデンサ150および第2コンデンサ151の放電により流れる電流を整流する整流回路101を有し、整流回路101で整流された電流を制御端子t21,t22に出力する。整流された電流が制御端子t21,t22に出力されることにより、制御端子t21,t22には、整流された電流に応じた電圧が印加されることとなる。
The receiving
本実施形態の絶縁デバイス10は、コンデンサにより設定信号S1を伝送する方式(容量絶縁タイプ)により可変コンデンサ1Dの電気容量を制御している。容量絶縁タイプの絶縁デバイス10を用いることにより半導体IC(Integrated Circuit)として集積化が可能となり、光絶縁タイプおよび磁気絶縁タイプよりも低消費で信号の伝達が可能となり、さらには小型化が可能となる。
The
なお、本実施形態では、送信部11と受信部12との間に、2個のコンデンサ(第1コンデンサ150、第2コンデンサ151)を形成する構成としたが、この構成に限定されない。送信部11と受信部12との間には、1個以上のコンデンサが形成される構成であればよい。
In the present embodiment, the two capacitors (the
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1Dにおいて、送信部11と受信部12との間に少なくとも1個の送信用コンデンサ(ここでは、第1コンデンサ150、第2コンデンサ151)を有している。本実施形態では、送信用コンデンサにより設定信号S1の送受信が行われる。受信部12は、受信した設定信号S1を整流し、整流された設定信号S1をコンデンサ20に出力する。この構成によると、絶縁デバイス10は、容量絶縁タイプとして構成されているので、光絶縁タイプの絶縁デバイスおよび磁気絶縁タイプの絶縁デバイスよりも低消費で信号伝達を行うことができる。
As described above, the
(実施形態6)
本実施形態では、1つの電源で送信部11および受信部12を駆動させる可変コンデンサ1Eについて、図14を用いて説明する。以下、本実施形態では、実施形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, a
本実施形態の可変コンデンサ1Eの絶縁デバイス10は、図14に示すように、送信部11、受信部12、絶縁領域13、送電部16および受電部17を有している。絶縁デバイス10では、絶縁領域13を挟んで、一方側に送信部11および送電部16が、他方側に受信部12および受電部17が、それぞれ配置されている。
As shown in FIG. 14, the
送電部16は、電源端子t10、第2端子t2から供給された電力を、磁気結合方式により絶縁領域13を介して受電部17へ送電する。
The
受電部17は、受信部12と電気的に接続しており、送電部16から受け取った電力を受信部12に供給する。これにより、受信部12は、動作することができる。
The
また、送信部11は、電源端子t10、第2端子t2から供給された電力により動作する。
The
なお、送電方法は、磁気結合方式に限らず、他の方法、例えば光結合方式や容量結合方式であってもよい。 Note that the power transmission method is not limited to the magnetic coupling method, and other methods such as an optical coupling method and a capacitive coupling method may be used.
また、本実施形態では、絶縁領域13を挟んで、一方側に送信部11および送電部16が、他方側に受信部12および受電部17が、それぞれ配置されている構成としたが、この構成に限定されない。図15に示すように、絶縁領域13を挟んで、一方側に送信部11および受電部17が、他方側に受信部12および送電部16が、それぞれ配置されている構成であってもよい。この場合、送電部16は、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から供給された電力を、磁気結合方式により絶縁領域13を介して受電部17へ送電する。受電部17は、送信部11と電気的に接続しており、送電部16から受け取った電力を送信部11に供給する。これにより、受信部12は、動作することができる。また、受信部12は、電源端子t11、第2端子t2とは別の電位の端子から供給された電力により動作する。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施形態の可変コンデンサ1Eは、絶縁領域13を介して電力を送電する送電部16と、送電部16から絶縁領域13を介して送電された電力を受電する受電部17とを、さらに備えている。送電部16は、絶縁領域13に対して、絶縁領域13を挟んで配置された送信部11と受信部12とのうち送信部11が配置された側に配置されている。受電部17は、絶縁領域13に対して、絶縁領域13を挟んで配置された送信部11と受信部12とのうち受信部12が配置された側に配置されている。受信部12は、受電部17が受電した電力により動作する。
As described above, the
または、送電部16は、絶縁領域13に対して、絶縁領域13を挟んで配置された送信部11と受信部12とのうち受信部12が配置された側に配置されている。受電部17は、絶縁領域13に対して、絶縁領域13を挟んで配置された送信部11と受信部12とのうち送信部11が配置された側に配置されている。送信部11は、受電部17が受電した電力により動作する。
Or the
これらの構成によると、送信部11側および受信部12側の一方に電源端子を設ければよい。
According to these configurations, a power supply terminal may be provided on one of the
1,1A,1B,1C,1D,1E 可変コンデンサ
10 絶縁デバイス
11 送信部
11a 発光素子
11i 第1コイル
12 受信部
12a,12f 受光素子
12d 抵抗
12e フォトトランジスタ
12h 変換回路
12i 第2コイル
12j,12k 制御部
13 絶縁領域
14a,14b 電極板(第1電極板)
15a,15b 電極板(第2電極板)
16 送電部
17 受電部
20 コンデンサ
101 整流回路
t11 電源端子
t21、t22 制御端子
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E
15a, 15b Electrode plate (second electrode plate)
16
Claims (11)
制御端子に入力される信号に応じて電極間の容量値が変化するコンデンサとを備え、
前記絶縁デバイスは、
容量を設定するために外部から入力された設定信号を送信する送信部と、
前記送信部で送信された前記設定信号を受信する受信部と、
前記送信部と前記受信部との間に設けられた絶縁領域とを有し、
前記受信部は、前記絶縁領域を介して受信された前記設定信号に応じた制御信号を前記コンデンサに出力し、
前記コンデンサでは、前記制御信号に応じて容量が変更される
ことを特徴とする可変コンデンサ。 An isolation device;
A capacitor whose capacitance value between the electrodes changes according to a signal input to the control terminal,
The insulating device is:
A transmitter for transmitting a setting signal input from the outside in order to set the capacity;
A receiver that receives the setting signal transmitted by the transmitter;
An insulating region provided between the transmitter and the receiver;
The receiver outputs a control signal corresponding to the setting signal received through the insulating region to the capacitor,
In the capacitor, the capacitance is changed according to the control signal.
前記受信部は、前記光信号を前記設定信号に変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の可変コンデンサ。 The transmitter transmits the setting signal as an optical signal to the receiver through the insulating region,
The variable capacitor according to claim 1, wherein the receiving unit converts the optical signal into the setting signal.
前記送信部は、アナログ信号を前記光信号に変換し、
前記受信部は、光信号を電気信号に変換する受光素子を有しており、
前記受光素子は、送信部で送信された前記光信号を電気信号に変換し、
前記受信部は、前記受光素子で変換された前記電気信号に応じたアナログ信号を前記制御信号として前記コンデンサに出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の可変コンデンサ。 The setting signal input from the outside is an analog signal,
The transmission unit converts an analog signal into the optical signal,
The receiver has a light receiving element that converts an optical signal into an electrical signal,
The light receiving element converts the optical signal transmitted by the transmission unit into an electrical signal,
The variable receiver according to claim 2, wherein the receiving unit outputs an analog signal corresponding to the electrical signal converted by the light receiving element to the capacitor as the control signal.
前記直列回路の一端は電源端子に接続されており、
前記直列回路は、前記フォトトランジスタと前記抵抗との接続点の電圧を前記制御信号として前記コンデンサに出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の可変コンデンサ。 The receiving unit is composed of a series circuit in which a phototransistor and a resistor are connected in series,
One end of the series circuit is connected to a power supply terminal,
The variable capacitor according to claim 2, wherein the series circuit outputs a voltage at a connection point between the phototransistor and the resistor as the control signal to the capacitor.
前記送信部は、前記デジタル信号を前記光信号に変換し、
前記受信部は、光信号を電気信号に変換する受光素子と、変換回路とを有しており、
前記受光素子は、前記送信部で送信された前記光信号をデジタル信号に変換し、
前記変換回路は、前記受光素子で変換された前記デジタル信号を、前記設定信号としてのアナログ信号に変換する
ことを特徴とする請求項2に記載の可変コンデンサ。 The setting signal input from the outside is a digital signal,
The transmission unit converts the digital signal into the optical signal,
The receiver includes a light receiving element that converts an optical signal into an electric signal, and a conversion circuit.
The light receiving element converts the optical signal transmitted by the transmission unit into a digital signal,
The variable capacitor according to claim 2, wherein the conversion circuit converts the digital signal converted by the light receiving element into an analog signal as the setting signal.
前記受信部は、第2コイルと、前記第1コイルで発生した磁界に応じて前記第2コイルに流れる電流を整流する制御部とを有し、
前記制御部は整流された前記電流を前記制御信号として前記コンデンサに出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の可変コンデンサ。 The transmitter includes at least a first coil that generates a magnetic field according to the setting signal,
The receiving unit includes a second coil and a control unit that rectifies a current flowing through the second coil in accordance with a magnetic field generated in the first coil.
The variable capacitor according to claim 1, wherein the control unit outputs the rectified current to the capacitor as the control signal.
前記受信部は、前記第1電極板とで送信用コンデンサを構成するための第2電極板と、制御部とを有しており、
前記絶縁領域は、前記第1電極板と前記第2電極板との間に設けられており、
前記第1電極板と前記第2電極板との間で構成される前記送信用コンデンサにより前記送信部と前記受信部との間で前記設定信号の送受信が行われ、
前記制御部は、前記受信部で受信した前記設定信号を整流する整流回路を有し、
前記制御部は、前記整流回路で整流された前記設定信号を前記コンデンサに出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の可変コンデンサ。 The transmitter has at least a first electrode plate,
The receiving unit includes a second electrode plate for configuring a transmission capacitor with the first electrode plate, and a control unit,
The insulating region is provided between the first electrode plate and the second electrode plate;
Transmission and reception of the setting signal is performed between the transmission unit and the reception unit by the transmission capacitor configured between the first electrode plate and the second electrode plate,
The control unit has a rectifier circuit that rectifies the setting signal received by the receiving unit;
The variable controller according to claim 1, wherein the control unit outputs the setting signal rectified by the rectifier circuit to the capacitor.
前記送電部から前記絶縁領域を介して送電された電力を受電する受電部とを、さらに備え、
前記送電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記送信部が配置された側に配置され、
前記受電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記受信部が配置された側に配置され、
前記受信部は、前記受電部が受電した電力により動作する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。 A power transmission unit that transmits power through the insulating region;
A power receiving unit that receives power transmitted from the power transmitting unit through the insulating region, and
The power transmission unit is arranged on the side where the transmission unit is arranged among the transmission unit and the reception unit arranged across the insulation region with respect to the insulation region,
The power receiving unit is arranged on the side where the receiving unit is arranged among the transmitting unit and the receiving unit arranged across the insulating region with respect to the insulating region,
The variable capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the receiving unit is operated by electric power received by the power receiving unit.
前記送電部から前記絶縁領域を介して送電された電力を受電する受電部とを、さらに備え、
前記送電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記受信部が配置された側に配置され、
前記受電部は、前記絶縁領域に対して、前記絶縁領域を挟んで配置された前記送信部と前記受信部とのうち前記送信部が配置された側に配置され、
前記送信部は、前記受電部が受電した電力により動作する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の可変コンデンサ。 A power transmission unit that transmits power through the insulating region;
A power receiving unit that receives power transmitted from the power transmitting unit through the insulating region, and
The power transmission unit is arranged on the side where the receiving unit is arranged among the transmitting unit and the receiving unit arranged across the insulating region with respect to the insulating region,
The power receiving unit is arranged on the side where the transmitting unit is arranged among the transmitting unit and the receiving unit arranged with respect to the insulating region across the insulating region,
The variable capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the transmission unit is operated by electric power received by the power reception unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の可変コンデンサ。 The said receiving part is comprised so that the analog signal which changes continuously as the said control signal may be output to the said capacitor so that the said capacitor may change a capacity | capacitance continuously. Variable capacitor.
ことを特徴とする請求項10に記載の可変コンデンサ。 The variable capacitor according to claim 10, wherein the transmission unit is configured to transmit the analog signal to the reception unit so that the capacitor continuously changes the capacitance.
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2017
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