JP2023078346A - ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器を提供する。【解決手段】電子機器（１００）は、入力電圧源（１１０）によって供給される１次電流（Ｉｐ）を伝導し、１次電流（Ｉｐ）によって誘導される１次電圧（Ｖｐ）に比例する２次電圧（Ｖｓ）を供給するように構成された絶縁変圧器（１２０）を備えている。電子機器（１００）はまた、絶縁変圧器（１２０）に結合されたピーク検出回路（１３０）であって、２次電圧（Ｖｓ）を受け取り、２次電圧（Ｖｓ）に基づいて、１次電圧（Ｖｐ）に比例する信号を供給するように構成されているピーク検出回路（１３０）を備えている。【選択図】図２

Description

以下に記載の実施形態は、ガルバニック絶縁点を含む電子機器、より具体的には、ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定に関する。

産業用制御製品では、限られた計算および／または電力資源を利用すると同時に潜在的に危険で電気的にノイズの多い環境で通信を行う必要がある。産業用制御製品が使用されている潜在的に危険なおよび／または電気的にノイズの多い環境のため、多くの製品には、入力／出力（Ｉ／Ｏ）チャネル間の電気絶縁、センサー接続および／または処理機能が含まれる。危険でない設置では、Ｉ／Ｏチャネルが異なるシステムを対象にする可能性があるため、この絶縁は、可能な接地ループおよびノイズ源を排除するために提供される。危険な場所への設置では、承認基準を満たすために絶縁が必要になる場合がある。

変圧器を使用して入力電圧と出力電圧を電気的に絶縁することができる。変圧器は、フライバックコンバーターなどのＤＣ／ＤＣコンバーターの部品であり得る。図１は、例示的なフライバックコンバーター１０を示している。図１に示されるように、フライバックコンバーター１０は、入力電圧源１１と絶縁変圧器１２とを含む。絶縁変圧器１２は、入力電圧源１１に結合され、入力電圧源１１によって供給される入力電圧Ｖｉｎを受け取るように構成されている。絶縁変圧器１２は、整流回路１３にも結合されている。整流回路１３は、整流ダイオードＤ１と出力コンデンサーＣｏｕｔとから構成されている。スイッチ１５は、絶縁変圧器１２に結合され、電流が入力電圧源１１から絶縁変圧器１２を通って流れることを可能にするように構成されている。

絶縁変圧器１２は、ガルバニック絶縁点として機能する。すなわち、フライバックコンバーター１０によって供給される出力電圧は、ガルバニック絶縁点がない場合に起こり得る入力セクションと出力セクションとの間の電流フローによって誘導され得るノイズ、過渡現象、高電圧などを含まない可能性がある。フライバックコンバーター１０は、入力電圧Ｖｉｎが仕様内にあることを保証するために入力電圧Ｖｉｎを測定する必要がある電子機器（例えば、電子装置）に含まれ得る。例えば、ループ受電機器では、電力は、測定変換器と付随信号処理回路とを含む電子機器の２次側またはガルバニック絶縁側で消費される場合がある。電力は、デバイスの入力側または１次側に結合されたループによって供給される必要があり、これは、測定変換器と付随信号処理回路には不十分な場合がある。

電子機器はまた、電子機器の２次側またはガルバニック絶縁側の回路を使用して、入力電圧Ｖｉｎを測定する必要がある場合がある。しかし、入力電圧Ｖｉｎの測定値を送信するために追加のガルバニック絶縁点（例えば、追加の変圧器）を追加するには、追加の基板面積が必要である。さらに、既存の電子設計を変更して、既存のガルバニック絶縁点を利用できる場合に回避できる追加のガルバニック絶縁点を組み込むには、かなりのコストがかかる可能性がある。したがって、追加のガルバニック絶縁点を必要とせずに、ガルバニック絶縁点への入力電圧を測定する必要がある。

電子機器のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器が提供される。一実施形態によれば、電子機器は、入力電圧源によって供給される１次電流を伝導し、１次電流によって誘導される１次電圧に比例する２次電圧を供給するように構成された絶縁変圧器を備えている。電子機器はまた、絶縁変圧器に結合されたピーク検出回路であって、２次電圧を受け取り、２次電圧に基づいて、１次電圧に比例する信号を供給
するように構成されているピーク検出回路を備えている。

ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定方法が提供される。一実施形態によれば、本方法は、絶縁変圧器を介して入力電圧源によって供給される１次電流を伝導するステップと、１次電流によって誘導される１次電圧に比例する２次電圧を絶縁変圧器で供給するステップと、２次電圧をピーク検出回路で受け取るステップと、２次電圧に基づいて、１次電圧に比例する信号をピーク検出回路で供給するステップとを含む。
［態様］
一態様によれば、電子機器（１００）のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器（１００）は、入力電圧源（１１０）によって供給される１次電流（Ｉｐ）を伝導し、１次電流（Ｉｐ）によって誘導される１次電圧（Ｖｐ）に比例する２次電圧（Ｖｓ）を供給するように構成された絶縁変圧器（１２０）を備えている。電子機器（１００）はまた、絶縁変圧器（１２０）に結合されたピーク検出回路（１３０）であって、２次電圧（Ｖｓ）を受け取り、２次電圧（Ｖｓ）に基づいて、１次電圧（Ｖｐ）に比例する信号を供給するように構成されているピーク検出回路（１３０）を備えている。

好ましくは、電子機器（１００）は、絶縁変圧器（１２０）に結合された整流回路（１４０）であって、２次電圧（Ｖｓ）を受け取り、２次電圧（Ｖｓ）が負の値にあるときのコンデンサー電圧と２次電圧（Ｖｓ）が正の値にあるときの２次電圧（Ｖｓ）とを抵抗（Ｌ）に供給するように構成されている整流回路（１４０）をさらに備えている。

好ましくは、整流回路（１４０）は、絶縁変圧器（１２０）と電気的に直列接続された整流ダイオード（Ｄ１）であって、２次電圧（Ｖｓ）が正の値であるときに、絶縁変圧器（１２０）によって供給される２次電流（Ｉｓ）を伝導することによって、２次電圧（Ｖｓ）を抵抗（Ｌ）に供給するように構成されている整流ダイオード（Ｄ１）を備えている。整流回路（１４０）はまた、絶縁変圧器（１２０）と電気的に並列接続された出力コンデンサー（Ｃｏｕｔ）であって、整流ダイオード（Ｄ１）が２次電流（Ｉｓ）を伝導するときに、２次電圧（Ｖｓ）を受け取るように構成されている出力コンデンサー（Ｃｏｕｔ）を備えている。

好ましくは、整流ダイオード（Ｄ１）は、２次電圧（Ｖｓ）が負の値にあるときの電流フローを妨げるようにさらに構成されている。

好ましくは、ピーク検出回路（１３０）は、２次電圧（Ｖｓ）が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、２次電圧（Ｖｓ）の第１電圧値を保持するようにさらに構成されている。

好ましくは、ピーク検出回路（１３０）は、ピーク保持コンデンサー（Ｃ１）と電気的に直列接続されたピーク検出ダイオード（Ｄ２）から構成され、ピーク検出回路（１３０）は、絶縁変圧器（１２０）と電気的に並列接続されている。

好ましくは、ピーク保持コンデンサー（Ｃ１）は、２次電圧（Ｖｓ）が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、２次電圧（Ｖｓ）の第１電圧値を保持するように構成されており、ピーク検出ダイオード（Ｄ２）は、２次電圧（Ｖｓ）の第２電圧値が第１電圧値よりも小さいときに、電流を伝導するように構成されている。

好ましくは、２次電圧（Ｖｓ）は、絶縁変圧器（１２０）の２次の１次に対する巻数比（Ｎｓ／Ｎｐ）だけ１次電圧（Ｖｐ）に比例している。

ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定方法は、絶縁変圧器を介して入力電圧源によって供給される１次電流を伝導するステップと、１次電流によって誘導される１次電圧に比例する２次電圧を絶縁変圧器で供給するステップと、２次電圧をピーク検出回路で受け取るステップと、２次電圧に基づいて、１次電圧に比例する信号をピーク検出回路で供給するステップと、を含む。

好ましくは、本方法は、２次電圧を整流回路で受け取るステップと、２次電圧が負の値であるときのコンデンサー電圧と２次電圧が正の値であるときの２次電圧とを整流回路で抵抗に供給するステップと、をさらに含む。

好ましくは、２次電圧が正の値であるときのコンデンサー電圧を整流回路で抵抗に供給するステップは、絶縁変圧器によって供給される２次電流を絶縁変圧器と電気的に直列接続された整流回路の整流ダイオードで伝導することによって供給するステップと、整流ダイオードが２次電流を伝導しているときの２次電圧を絶縁変圧器と電気的に並列接続された出力コンデンサーで受け取るステップと、を含む。

好ましくは、本方法は、２次電圧が負の値にあるときに、電流フローを整流ダイオードで妨げるステップをさらに含む。

好ましくは、本方法は、２次電圧が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、２次電圧の第１電圧値をピーク検出回路で保持するステップをさらに含む。

好ましくは、本方法は、ピーク検出ダイオードとピーク保持コンデンサーとを提供するステップと、ピーク検出ダイオードとピーク保持コンデンサーとを直列に接続してピーク検出回路を構成するステップとをさらに含む。

好ましくは、本方法は、２次電圧が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、第１電圧値をピーク保持コンデンサーで保持するステップと、第２電圧値が第１電圧値よりも小さいときに、電流を伝導するようにピーク検出ダイオードを構成するステップと、をさらに含む。

好ましくは、２次電圧は、絶縁変圧器の２次の１次に対する巻数比だけ１次電圧に比例している。

同じ参照番号は、すべての図面で同じ要素を表す。図面は必ずしも原寸に比例していないことを理解されたい。
例示的なフライバックコンバーター１０を示す図である。 ガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器１００を示す図である。 電子機器のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器の種々の電気値と電気状態を図示しているグラフ３００を示す図である。 ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定方法４００を示す図である。

図２から図４および以下の説明は、ガルバニック絶縁点への入力を測定することができる電子機器および方法の実施形態の最良の形態を作成および使用する方法を当業者に教示するための具体例を示している。発明の原理を教示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化または省略されている。当業者は、本明細書の範囲内に入るこれらの例からの変形を理解するであろう。当業者は、以下に記載の特徴を種々組み合わせて、ガルバニック絶
縁点への入力を測定することができる電子機器および方法を形成できることを理解するであろう。その結果、以下に記載の実施形態は、以下に記載の具体例に限定されず、特許請求の範囲およびそれらの同等物によってのみ限定される。

図２は、ガルバニック絶縁点を含む電子機器１００を示している。図２に示されるように、電子機器１００は、絶縁変圧器１２０に結合された入力電圧源１１０を含む。絶縁変圧器１２０は、電子機器１００のガルバニック絶縁点である。ピーク検出回路１３０は、絶縁変圧器１２０に結合されている。スイッチ１１５は、絶縁変圧器１２０に結合され、スイッチ制御信号ＳＷ＿Ｃｎｔｌに基づいて電流を選択的に伝導するように構成されている。また、絶縁変圧器１２０に結合された整流回路１４０が示されている。電子機器１００の形態はフライバックコンバーターであるが、ピーク検出回路１３０と整流回路１４０は、フライバック（ｆｌｙｂｕｃｋ）コンバーターなどの他の形態で使用してもよい。

入力電圧源１１０は、入力電圧Ｖｉｎを供給する。入力電圧源１１０は、絶縁変圧器１２０に直流（ＤＣ）電圧などの定電圧を供給してもよい。入力電圧源１１０は、ガルバニック絶縁点の非絶縁側にあってもよい。その結果、入力電圧Ｖｉｎは、ノイズ、過渡現象、高電圧などを含む可能性がある。入力電圧源１１０は、２線式バス、外部電源、バッテリーまたは電子機器１００内の電源などの任意の適切な電源であり得る。入力電圧源１１０は、第１の入力電圧源端子１１０ａと第２の入力電圧源端子１１０ｂとを有する。

スイッチ１１５は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から構成されているものとして示されているが、任意の適切なスイッチを使用してもよい。示されているように、ＭＯＳＦＥＴは、ゲートＧ端子、ドレインＤ端子およびソースＳ端子を含む。スイッチ１１５は、第２の入力電圧源端子１１０ｂに接続されている。スイッチ１１５は、スイッチ制御信号ＳＷ＿Ｃｎｔｌを受け取るように構成されている。スイッチ１１５が、図２に示されたＭＯＳＦＥＴから構成されている場合に、ソースＳは、第２の入力電圧源端子１１０ｂに電気的に接続され、ゲートＧは、スイッチ制御信号を受け取る。

絶縁変圧器１２０は、１次コイル１２２と２次コイル１２４とを含む。絶縁変圧器１２０は、任意の適切な構成であってもよく、必ずしも変圧器に限定されない。例えば、絶縁変圧器１２０は、結合インダクターから構成することができる。示されるように、１次コイル１２２は、第１の１次端子１２２ａと第２の１次端子１２２ｂとを有するインダクターから構成されている。第１の１次端子１２２ａは、入力電圧源１１０の第１の入力電圧源端子１１０ａに電気的に接続されている。第２の１次端子１２２ｂは、第２の入力電圧源端子１１０ｂとスイッチ１１５に電気的に接続されている。

示されるように、１次コイル１２２は１次電圧Ｖｐを有するものとして示され、２次コイル１２４は２次電圧Ｖｓを有するものとして示されている。１次コイル１２２はＮｐ巻数を有するものとして示され、２次コイル１２４はＮｓ巻数を有するものとして示されている。したがって、１次電圧Ｖｐは、絶縁変圧器１２０の２次の１次に対する巻数比（Ｎｓ／Ｎｐ）だけ２次電圧Ｖｓに比例し得る。しかし、任意の適切な関係を使用してもよい。

絶縁変圧器１２０は、入力電圧源１１０によって供給される１次電流Ｉｐを伝導することができる。すなわち、入力電圧源１１０は、入力電圧Ｖｉｎを絶縁変圧器１２０に供給することができ、スイッチ１１５は、第１の入力電圧源端子１１０ａと第２の入力電圧源端子１１０ｂとの間の回路を選択的に閉じることができる。その結果、１次電圧Ｖｐは、入力電圧Ｖｉｎに等しく、それによって絶縁変圧器１２０に１次電流Ｉｐを伝導させる。誘導結合により、１次電流Ｉｐは、２次コイル１２４に２次電圧Ｖｓを誘導することができる。２次電圧Ｖｓは、ピーク検出回路１３０に供給することができる。

ピーク検出回路１３０は、２次電圧Ｖｓを受け取るように構成されている。図２に示されるように、ピーク検出回路１３０は、第１の電圧測定端子１３０ａと第２の電圧測定端子１３０ｂとを含む。第１の電圧測定端子１３０ａは、第１の２次端子に電気的に接続され、第２の電圧測定端子１３０ｂは、第２の２次端子に電気的に接続されている。したがって、２次電圧Ｖｓは、ピーク検出回路１３０の第１および第２の電圧測定端子１３０ａ、１３０ｂに印加される。

ピーク検出回路１３０はまた、信号端子１３０ｃを介して信号Ｖｉｎ＿ｓｅｎｓｅを供給するように構成することができる。信号は、１次電圧Ｖｐに比例し得る。図２に示されるように、例えば、信号Ｖｉｎ＿ｓｅｎｓｅは、２次電圧Ｖｓを保持するピーク検出回路１３０により、１次電圧Ｖｐに比例している。例えば、ピーク検出回路１３０によって供給される信号Ｖｉｎ＿ｓｅｎｓｅは、２次電圧Ｖｓの電圧値であり得る。２次電圧Ｖｓの電圧値は、絶縁変圧器１２０の２次の１次に対する巻数比だけ１次電圧Ｖｐに比例し得る。

図２に示されるように、ピーク検出回路１３０は、ピーク保持コンデンサーＣ１と直列のピーク検出ダイオードＤ２から構成されている。ピーク検出ダイオードＤ２は、信号端子１３０ｃでピーク保持コンデンサーＣ１に電気的に接続されている。ピーク検出ダイオードＤ２は、電流がピーク保持コンデンサーＣ１から第１の電圧測定端子１３０ａに伝導することを可能にするように構成されている。ピーク検出ダイオードＤ２はまた、電流が第１の電圧測定端子１３０ａからピーク保持コンデンサーＣ１に伝導するのを妨げるように構成されている。

その結果、第１の電圧測定端子１３０ａが負の端子であり、第２の電圧測定端子１３０ｂが正の端子である場合に、２次電圧Ｖｓが負であるときに、ピーク検出ダイオードＤ２は、電流がピーク保持コンデンサーＣ１から第１の電圧測定端子１３０ａに流れることを可能にすることができる。これによって、ピーク保持コンデンサーＣ１を２次電圧Ｖｓの電圧値まで充電することができ得る。

第１の電圧測定端子１３０ａが正の端子であり、第２の電圧測定端子１３０ｂが負の端子である場合に、２次電圧Ｖｓが正であるときに、ピーク検出ダイオードＤ２は、第１の電圧測定端子１３０ａからピーク保持コンデンサーＣ１への電流フローを妨げる。これは、ピーク保持コンデンサーＣ１が２次電圧Ｖｓの電圧値を保持することを可能にする。すなわち、ピーク保持コンデンサーＣ１は放電されない。したがって、信号Ｖｉｎ＿ｓｅｎｓｅは引き続き供給される。

上記のように、電子機器１００の形態は、フライバックコンバーターであり得るが、ピーク検出回路１３０および／または整流回路１４０は、フライバック（ｆｌｙｂｕｃｋ）コンバーターなどの他の形態で使用してもよい。フライバック（ｆｌｙｂｕｃｋ）コンバーターでは、「バック」巻線の出力電圧を、ピーク検出回路によって供給される信号から差し引いて、入力電圧を導出する必要がある場合がある。ピーク検出回路１３０は、入力電圧が絶縁変圧器の出力側巻線で識別可能な振幅を有する任意の形態で使用してもよい。

整流回路１４０は、例えば、実質的に一定のＤＣ値であり得る出力電圧Ｖｏｕｔを供給するように構成されている。図２に示されるように、整流回路１４０は、絶縁変圧器１２０から２次電圧Ｖｓを受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔを供給することができる。上記および図３を参照して以下により詳細に説明されるように、２次電圧Ｖｓは、負の電圧値または正の電圧値を有し得る。２次電圧Ｖｓが正の電圧値を有する場合に、整流回路１４０は、２次電圧Ｖｓを出力電圧Ｖｏｕｔとして供給することができる。２次電圧Ｖｓが負の電圧
値を有する場合に、整流回路１４０は、２次電圧Ｖｓを受け取らないかもしれないが、それにもかかわらず出力電圧Ｖｏｕｔを供給することができる。出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗Ｌに供給される。

図２に示されるように、整流回路１４０は、整流ダイオードＤ１と出力コンデンサーＣｏｕｔとから構成されている。整流ダイオードＤ１も出力コンデンサーＣｏｕｔに電気的に接続されている。整流ダイオードＤ１は、第１の電圧測定端子１３０ａから出力コンデンサーＣｏｕｔに電流を伝導するように構成されている。出力コンデンサーＣｏｕｔは、第１の出力端子Ｃｏｕｔ１と第２の出力端子Ｃｏｕｔ２とを有する。第１の出力端子Ｃｏｕｔ１は、整流ダイオードＤ１に電気的に接続されている。第２の出力端子Ｃｏｕｔ２は、第２の電圧測定端子１３０ｂに電気的に接続されている。第１の出力端子Ｃｏｕｔ１と第２の出力端子Ｃｏｕｔ２との電圧差が出力電圧Ｖｏｕｔとして示されている。

整流ダイオードＤ１は、第１の出力端子Ｃｏｕｔ１から第１の電圧測定端子１３０ａへの電流フローを妨げることができる。したがって、２次電圧Ｖｓが第１の出力端子Ｃｏｕｔ１の電圧値よりも低い電圧値を有する場合に、整流ダイオードＤ１は、出力コンデンサーＣｏｕｔから絶縁変圧器１２０への電流フローを妨げることができる。整流ダイオードＤ１はまた、第１の電圧測定端子１３０ａから第１の出力端子Ｃｏｕｔ１への電流フローが、例えば、出力コンデンサーＣｏｕｔを充電することを可能にすることができる。すなわち、２次電圧Ｖｓが第１の出力端子Ｃｏｕｔ１の電圧値よりも大きい電圧値を有する場合に、整流ダイオードＤ１は、第１の出力端子Ｃｏｕｔ１への電流フローを可能にすることができる。

その結果、出力電圧Ｖｏｕｔは、整流ダイオードＤ１に第１の出力端子Ｃｏｕｔ１への電流フローを可能にさせる２次電圧Ｖｓの電圧値にほぼ等しい電圧値で実質的に一定であり得る。ピーク検出回路１３０が入力電圧Ｖｉｎに比例する信号を信号端子１３０ｃに供給しているとしても、出力電圧Ｖｏｕｔは実質的に一定のままである。すなわち、電子機器の種々の電気値と電気状態によって、ピーク検出回路１３０は、入力電圧源１１０からも絶縁されると同時に入力電圧Ｖｉｎを測定することができる。電子機器の電気値と電気状態は、図３を参照して以下に詳細に記載されている。

図３は、電子機器のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器の種々の電気値と電気状態を図示しているグラフ３００を示している。図３に示されるように、グラフ３００は、第１から第５の時間軸３１０ａから３１０ｅと状態／値軸３２０とを含む。第１から第５の時間軸３１０ａから３１０ｅは、秒単位であるが、任意の適切な単位を使用してもよい。状態／値軸３２０は、第１から第５の時間軸３１０ａから３１０ｅのどれが参照されているかに応じて、ボルト、アンペア、またはビットの状態の単位である。図３に示されるように、グラフ３００は、スイッチ制御プロット３３０ａ、１次電圧Ｖｐプロット３３０ｂ、２次電圧Ｖｓプロット３３０ｃ、１次電流Ｉｐプロット３３０ｄおよび２次電流Ｉｓプロット３３０ｅを含む。

スイッチ制御プロット３３０ａは、「オン」または「オフ」状態から構成されているものとして示されている。スイッチ制御プロット３３０ａは、図２を参照して説明するスイッチ１１５に供給されるスイッチ制御信号を表すことができる。理解できるように、スイッチ制御プロット３３０ａは、周期的に「オン」状態と「オフ」状態とを交互に繰り返す。スイッチ制御プロット３３０ａの周波数は、例えば、１００ｋＨｚから２００ｋＨｚであり得るが、任意の適切な周波数を使用してもよい。図２に示されるスイッチ１１５または１次電流Ｉｐを制御する任意の適切な期間または他の方法を使用してもよい。

１次電圧Ｖｐプロット３３０ｂは、第１電圧値３３０ｂａと第２電圧値３３０ｂｂとか
ら構成されているものとして示されている。第１電圧値３３０ｂａは、図２に示される入力電圧源１１０によって供給され得る入力電圧Ｖｉｎに等しいものとして示されている。理解できるように、例えば、入力電圧源と絶縁変圧器との間に追加の部品がある場合に、代替の第１電圧値を使用することができる。

２次電圧Ｖｓプロット３３０ｃは、第１電圧値３３０ｃａと第２電圧値３３０ｃｂとから構成されているものとして示されている。第１電圧値３３０ｃａは、－Ｖｉｎ（Ｎｓ／Ｎｐ）に等しいものとして示されている。すなわち、第１電圧値３３０ｃａは、入力電圧Ｖｉｎに－Ｎｓ／Ｎｐだけ比例しているが、複数の巻線変圧器、センタータップ変圧器に関連する巻数比、結合インダクターに関連する比など、任意の適切な関係を使用してもよい。第２電圧値３３０ｃｂは、出力電圧Ｖｏｕｔに等しいものとして示されている。すなわち、第２電圧値３３０ｃｂは、図２を例として使用すると、出力コンデンサーＣｏｕｔへの電流フローを可能にする整流ダイオードＤ１による出力電圧Ｖｏｕｔである。

１次電流Ｉｐプロット３３０ｄは、第１電流値３３０ｄａと第２電流値３３０ｄｂとから構成されているものとして示されている。第１電流値３３０ｄａは、正で増加している値を有するものとして示されている。第２電流値３３０ｄｂはゼロとして示されている。第１電流値３３０ｄａは、例えば、スイッチ１１５が閉じられ、それによって入力電圧源１１０への回路を閉じるため、正であり得る。これによって、１次電流Ｉｐが絶縁変圧器１２０を通って流れることができる。スイッチ１１５が開いているため、第２電流値３３０ｄｂはゼロであり得、それによって入力電圧源１１０からの電流フローが妨げられる。

２次電流Ｉｓプロット３３０ｅは、第１電流値３３０ｅａと第２電流値３３０ｅｂとから構成されているものとして示されている。第１電流値３３０ｅａはゼロとして示されている。第２電流値３３０ｅｂは、正で減少している値を有するものとして示されている。第１電流値３３０ｅａは、整流ダイオードＤ１が第１の出力端子Ｃｏｕｔ１から絶縁変圧器１２０への電流フローを妨げるため、ゼロであり得る。第２電流値３３０ｅｂは、整流ダイオードＤ１が絶縁変圧器１２０から第１の出力端子Ｃｏｕｔ１への電流フローを可能にするため、正であり得る。

ピーク検出回路１３０を参照すると、ピーク検出ダイオードＤ２は、２次電圧Ｖｓが信号端子１３０ｃの電圧値よりも低い電圧値にあるときのピーク保持コンデンサーＣ１からの電流フローを可能にする。すなわち、ピーク検出ダイオードＤ２が順方向にバイアスされている場合に、電流は、第１の電圧測定端子１３０ａに流れることができる。その結果、信号端子１３０ｃの電圧値は、２次電圧Ｖｓの電圧値に等しくなり得る。

２次電圧Ｖｓが信号端子１３０ｃの電圧値よりも大きい値を有する場合に、ピーク検出ダイオードＤ２は、第１の電圧測定端子１３０ａから信号端子１３０ｃへの電流フローを妨げることができる。すなわち、ピーク検出ダイオードＤ２が逆方向にバイアスされている場合に、電流フローが妨げられ、それによってピーク保持コンデンサーＣ１が放電されるのを妨げることができる。したがって、ピーク保持コンデンサーＣ１は、ピーク検出ダイオードＤ２が順方向にバイアスされている場合に、ピーク保持コンデンサーＣ１を充電することができる２次電圧Ｖｓの電圧値などの電圧値を保持することができる。

したがって、２次電圧Ｖｓプロット３３０ｃを考慮すると、ピーク保持ダイオードＤ２が順方向にバイアスされている場合に、ピーク保持コンデンサーＣ１は、－Ｖｉｎ（Ｎｓ／Ｎｐ）の電圧値に等しい電圧値を有し得ることを理解することができる。すなわち、１次電圧ＶｐがＶｉｎに等しい場合に、スイッチ制御プロット３３０ａが「オン」であるときに、信号端子１３０ｃの電圧値は、－Ｖｉｎ（Ｎｓ／Ｎｐ）に等しいＶｓに等しくなり得る。ピーク保持ダイオードＤ２が逆方向にバイアスされている場合に、ピーク保持コン
デンサーＣ１は、－Ｖｉｎ（Ｎｓ／Ｎｐ）の電圧値を維持することも理解することができる。さらに、ピーク保持コンデンサーＣ１の両端に負荷抵抗が存在する可能性があり（出力コンデンサーＣｏｕｔの両端の抵抗Ｌに類似）、これは、ピーク保持コンデンサーＣ１が、これまでにさらされた最大の負の電圧を無期限に保持できないように、比較的遅い速度でピーク保持コンデンサーＣ１を放電するための経路を提供する。

また理解できるように、入力電圧Ｖｉｎが時間とともに減少するにつれて、ピーク保持コンデンサーＣ１の電圧の電圧値の大きさは、それに応じて減少し得る。例として、ピーク保持コンデンサーＣ１は、第１の「オン」状態の間に－Ｖｉｎ１（Ｎｓ／Ｎｐ）の第１の電圧値まで充電することができる。入力電圧Ｖｉｎの電圧値が時間とともに減少している場合に、２次電圧Ｖｓは、－Ｖｉｎ１（Ｎｓ／Ｎｐ）の第１電圧値よりもより正であるまたは負が小さい－Ｖｉｎ２（Ｎｓ／Ｎｐ）の第２電圧値にあり得る。したがって、信号端子１３０ｃの電圧値は、第２電圧値－Ｖｉｎ２（Ｎｓ／Ｎｐ）にあり得る。

したがって、信号端子１３０ｃによって供給される信号は、時間とともに入力電圧Ｖｉｎに比例し得る。これによって、例えば、信号端子１３０ｃが入力電圧源１１０から絶縁されていても、電子機器１００は、時間とともに入力電圧Ｖｉｎを測定することができる。さらに、信号は、個別のガルバニック点ではなく、単一のガルバニック点を使用して供給される。これは、先行技術よりも基板面積要件を減少させる。理解できるように、上記の電子機器１００などの電子機器は、信号を供給する方法を実行することができる。例示的な方法が、図４を参照して以下に記載されている。

図４は、ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定方法４００を示している。図４に示されるように、方法４００は、ステップ４１０では、絶縁変圧器を介して入力電圧源によって供給される１次電流を伝導する。ステップ４２０では、方法４００は、絶縁変圧器に２次電圧を供給する。２次電圧は、１次電流によって誘導される１次電圧に比例し得る。ステップ４３０では、方法４００は、２次電圧をピーク検出回路で受け取る。ステップ４４０では、方法４００は、２次電圧に基づいて、１次電圧に比例する信号をピーク検出回路で供給する。

方法４００は、２次電圧を整流回路で受け取るステップと、出力電圧または２次電圧を整流回路で抵抗に供給するステップとをさらに含んでもよい。２次電圧が負の値にあるときに、出力電圧を供給してもよく、２次電圧が正の値にあるときに、２次電圧を供給してもよい。２次電圧が正の値であるときのコンデンサー電圧を整流回路で抵抗に供給するステップは、絶縁変圧器によって供給される２次電流を絶縁変圧器と電気的に直列接続された整流回路の整流ダイオードで伝導することによって供給するステップと、整流ダイオードが２次電流を伝導しているときに、絶縁変圧器と電気的に並列接続された出力コンデンサーで２次電圧を受け取るステップとを含んでもよい。

方法４００はまた、２次電圧が負の値にあるときに、整流ダイオードで電流フローを妨げるステップをさらに含んでもよい。例えば、図３を参照して説明したように、整流ダイオードＤ１は、第１の出力端子Ｃｏｕｔ１から第１の電圧測定端子１３０ａへの電流フローを妨げることができる。したがって、２次電圧Ｖｓが第１の出力端子Ｃｏｕｔ１の電圧値よりも低い電圧値を有する場合に、整流ダイオードＤ１は、出力コンデンサーＣｏｕｔから絶縁変圧器１２０への電流フローを妨げることができる。

方法４００はまた、２次電圧が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、２次電圧の第１電圧値をピーク検出回路で保持するステップをさらに含んでもよい。例えば、図２を参照して説明したように、第１の電圧測定端子１３０ａが負極であり、第２の電圧測定端子１３０ｂが正極である場合に、２次電圧Ｖｓが負であるときに、ピーク検出ダイ
オードＤ２は、電流がピーク保持コンデンサーＣ１から第１の電圧測定端子１３０ａに流れることを可能にする。これによって、ピーク保持コンデンサーＣ１を２次電圧Ｖｓの電圧値まで充電することができ得る。

したがって、方法４００は、また、ピーク検出ダイオードとピーク保持コンデンサーとを提供するステップと、ピーク検出ダイオードとピーク保持コンデンサーとを直列に接続してピーク検出回路を構成するステップとをさらに含んでもよい。方法４００はまた、２次電圧が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、第１電圧値をピーク保持コンデンサーで保持し、第２電圧値が第１電圧値よりも小さいときに、電流を伝導するようにピーク検出ダイオードを構成するステップをさらに含んでもよい。２次電圧は、絶縁変圧器の２次の１次に対する巻数比だけ１次電圧に比例し得る。

上記は、ガルバニック絶縁点への入力電圧Ｖｉｎを測定することができる電子機器１００および方法４００を説明している。上記のように、ピーク検出回路１３０は、２次電圧Ｖｓが入力電圧Ｖｉｎに比例している場合に、２次電圧Ｖｓまで充電し、保持することができる。したがって、ピーク検出回路１３０は、入力電圧Ｖｉｎに比例する信号を供給することができる。

ピーク検出回路１３０が２次コイル１２４に結合され、入力電圧源１１０が１次コイル１２２に結合されているため、ピーク検出回路１３０は絶縁されている。ピーク検出回路１３０はまた、出力電圧Ｖｏｕｔを供給するために使用されるガルバニック絶縁点に加えて、追加のガルバニック絶縁点を使用せずに絶縁されている。

この技術的解決策は、単一のガルバニック絶縁点を使用すると同時にガルバニック絶縁点への入力電圧Ｖｉｎを測定するという技術的問題を解決し、これは、入力電圧Ｖｉｎを測定するために必要な基板面積を減少させることができる。この技術的解決策はまた、出力電圧Ｖｏｕｔを供給する２次コイル１２４にノイズ、過渡現象、高電圧などを結合せずに入力電圧Ｖｉｎを測定するという技術的問題を解決する。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに存在し得るノイズ、過渡現象、高電圧などを含まずに供給することができる。

上記の実施形態の詳細な説明は、本発明者が本明細書の範囲内にあると考えるすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際、当業者は、上記の実施形態の特定の要素を種々組み合わせてまたは省略して、さらなる実施形態を作成することができ、このようなさらなる実施形態は、本明細書の範囲および教示の範囲に入ることを認識するであろう。上記の実施形態を全体的または部分的に組み合わせて、本明細書の範囲および教示の範囲内で追加の実施形態を作成することができることも当業者には明らかであろう。

したがって、特定の実施形態が例示の目的で本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、本明細書の範囲内で種々の同等の修正が可能である。本明細書で提供される教示は、上記の実施形態および添付の図に示される実施形態だけでなく、ガルバニック絶縁点への入力電圧を測定する他の電子機器および方法に適用することができる。したがって、上記の実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (16)

1. 電子機器（１００）のガルバニック絶縁点への入力電圧を測定するように構成された電子機器（１００）であって、
   入力電圧源（１１０）によって供給される１次電流（Ｉｐ）を伝導し、前記１次電流（Ｉｐ）によって誘導される１次電圧（Ｖｐ）に比例する２次電圧（Ｖｓ）を供給するように構成された絶縁変圧器（１２０）と、
   前記絶縁変圧器（１２０）に結合されたピーク検出回路（１３０）であって、２次電圧（Ｖｓ）を受け取り、前記２次電圧（Ｖｓ）に基づいて、前記１次電圧（Ｖｐ）に比例する信号を供給するように構成されているピーク検出回路（１３０）と、
   を備える、電子機器（１００）。
2. 前記絶縁変圧器（１２０）に結合された整流回路（１４０）であって、前記２次電圧（Ｖｓ）を受け取り、前記２次電圧（Ｖｓ）が負の値にあるときのコンデンサー電圧と前記２次電圧（Ｖｓ）が正の値にあるときの前記２次電圧（Ｖｓ）とを抵抗（Ｌ）に供給するように構成されている整流回路（１４０）をさらに備える、請求項１に記載の電子機器（１００）。
3. 前記整流回路（１４０）が、
   前記絶縁変圧器（１２０）と電気的に直列接続された整流ダイオード（Ｄ１）であって、前記２次電圧（Ｖｓ）が正の値であるときに、前記絶縁変圧器（１２０）によって供給される２次電流（Ｉｓ）を伝導することによって、前記２次電圧（Ｖｓ）を抵抗（Ｌ）に供給するように構成されている整流ダイオード（Ｄ１）と、
   前記絶縁変圧器（１２０）と電気的に並列接続された出力コンデンサー（Ｃｏｕｔ）であって、前記整流ダイオード（Ｄ１）が前記２次電流（Ｉｓ）を伝導するときに、前記２次電圧（Ｖｓ）を受け取るように構成されている出力コンデンサー（Ｃｏｕｔ）と
   から構成されている、請求項２に記載の電子機器（１００）。
4. 前記整流ダイオード（Ｄ１）が、前記２次電圧（Ｖｓ）が負の値にあるときの電流フローを妨げるようにさらに構成されている、請求項３に記載の電子機器（１００）。
5. 前記ピーク検出回路（１３０）が、前記２次電圧（Ｖｓ）が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、前記２次電圧（Ｖｓ）の前記第１電圧値を保持するようにさらに構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器（１００）。
6. 前記ピーク検出回路（１３０）が、ピーク保持コンデンサー（Ｃ１）と電気的に直列接続されたピーク検出ダイオード（Ｄ２）から構成され、前記ピーク検出回路（１３０）が、前記絶縁変圧器（１２０）と電気的に並列接続されている、請求項５に記載の電子機器（１００）。
7. 前記ピーク保持コンデンサー（Ｃ１）が、前記２次電圧（Ｖｓ）が第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、前記２次電圧（Ｖｓ）の第１電圧値を保持するように構成されており、
   前記ピーク検出ダイオード（Ｄ２）が、前記２次電圧（Ｖｓ）の前記第２電圧値が前記第１電圧値よりも小さいときに、電流を伝導するように構成されている、請求項６に記載の電子機器（１００）。
8. 前記２次電圧（Ｖｓ）が、前記絶縁変圧器（１２０）の２次の１次に対する巻数比（Ｎｓ／Ｎｐ）だけ１次電圧（Ｖｐ）に比例している、請求項１から７のいずれか一項に記載の電子機器（１００）。
9. ガルバニック絶縁点への入力電圧の測定方法であって、
   絶縁変圧器を介して入力電圧源によって供給される１次電流を伝導するステップと、
   １次電流によって誘導される１次電圧に比例する２次電圧を前記絶縁変圧器で供給するステップと、
   前記２次電圧をピーク検出回路で受け取るステップと、
   前記２次電圧に基づいて、前記１次電圧に比例する信号を前記ピーク検出回路で供給するステップと、
   を含む、方法。
10. 前記２次電圧を整流回路で受け取るステップと、前記２次電圧が負の値であるときのコンデンサー電圧と前記２次電圧が正の値であるときの前記２次電圧とを前記整流回路で抵抗に供給するステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記２次電圧が正の値であるときのコンデンサー電圧を前記整流回路で抵抗に供給するステップが、
    前記絶縁変圧器によって供給される２次電流を前記絶縁変圧器と電気的に直列に接続された前記整流回路の整流ダイオードで伝導することによって供給するステップと、
    前記整流ダイオードが前記２次電流を伝導しているときの前記２次電圧を前記絶縁変圧器と電気的に並列接続された出力コンデンサーで受け取るステップと、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記２次電圧が負の値にあるときに、電流フローを前記整流ダイオードで妨げるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記２次電圧が前記第１電圧値よりも大きい第２電圧値にあるときに、前記２次電圧の前記第１電圧値を前記ピーク検出回路で保持するステップをさらに含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. ピーク検出ダイオードとピーク保持コンデンサーとを提供するステップと、前記ピーク検出ダイオードと前記ピーク保持コンデンサーとを直列に接続して前記ピーク検出回路を構成するステップとをさらに含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記２次電圧が前記第１電圧値よりも大きい前記第２電圧値にあるときに、前記第１電圧値を前記ピーク保持コンデンサーで保持するステップと、前記第２電圧値が前記第１電圧値よりも小さいときに電流を伝導するように前記ピーク検出ダイオードを構成するステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記２次電圧が、前記絶縁変圧器の２次の１次に対する巻数比だけ前記１次電圧に比例している、請求項１５に記載の方法。

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