JP4905800B2 - 絶縁伝送回路 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁伝送回路に関し、特に、信号伝送および電源電圧を生成する絶縁伝送回路に関するものである。

電気信号を伝送する回路には、コモンモード電圧による誤動作を低減するため、または、信号を送る回路と受ける回路の基準電圧が異なるために絶縁部を有するものがある。さらに、伝送された信号を受ける回路に電源電圧を供給するために、絶縁された電源電圧生成回路を必要とする。この絶縁された伝送回路と電源電圧生成回路について、図３を用いて説明する。

図３において、逐次比較方式のＡＤ変換器４は、ＡＤ変換を開始する信号を受けて、アナログ入力信号Ｓ２を、ＡＤ変換（アナログ信号−デジタル信号変換）する。ＡＤ変換開始信号は、ＣＰＵ１からＡＤ変換器４に伝送される。

ＣＰＵ１は信号伝送源、ＡＤ変換器４は伝送先であり、ＣＰＵ１から出力された伝送信号Ｓ１は、ＡＤ変換開始信号として、絶縁伝送回路２を経由して、ＡＤ変換器４に伝送される。

絶縁伝送回路２は、トランス３などから構成され、トランス３は、絶縁伝送回路２に接続されるＣＰＵ１とＡＤ変換器４を電気的に絶縁して、伝送信号Ｓ１を、ＣＰＵ１からＡＤ変換器４へ伝送する。

ＣＰＵ１の電源端子および基準電圧端子は、それぞれ、直流電源２０の正極端子（＋）および負極端子（−）に接続される。直流電源２０の正極端子（＋）の電圧を、第１電源電圧Ｖ１とし、直流電源２０の負極端子（−）の電圧を、第１共通電圧Ｖ２とすると、ＣＰＵ１は、第１電源電圧Ｖ１から、電源電圧を供給される。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１０は、インバータ方式の絶縁型の直流電圧変換回路である。ＳＷ制御回路１１は、第１電源電圧Ｖ１と第１共通電圧Ｖ２に接続される。ＤＣ−ＤＣ変換回路１０は、第１電源電圧Ｖ１の直流電圧を、ＳＷ制御回路１１によって交流電圧に変換し、この交流電圧を、トランス１２で昇圧または降圧し、この昇圧または降圧電圧を、ダイオードＤ１およびキャパシターＣ１によって整流して、第２電源電圧Ｖ３の直流電圧に変換する。

なお、キャパシターＣ１の一端は、第２電源電圧Ｖ３に接続されて、キャパシターＣ１の他端は、第２共通電圧Ｖ４に接続される。

ＡＤ変換器４の電源端子および基準電圧端子は、それぞれ、第２電源電圧Ｖ３および第２共通電圧Ｖ４に接続されて、ＡＤ変換器４は、第２電源電圧Ｖ３から、電源電圧を供給される。

そして、ＣＰＵ１とＡＤ変換器４は、絶縁伝送回路２のトランス３およびＤＣ−ＤＣ変換回路１０のトランス１２によって、電気的に絶縁される。

特開２００２−３４０６３８号公報

なお、図３の構成は、特許文献１の図１の一部分に開示されている。

図３において、電気的な絶縁は、２つのトランス（絶縁伝送回路２のトランス３およびＤＣ−ＤＣ変換回路１０のトランス１２）を必要とする。

トランス３、１２は、それぞれ、複数の巻線、コア（磁性材料）および巻線を巻くボビンなどから構成されるため、その部品形状は大きくなる。このため、トランスは広い空間を占有して、回路の小型化が困難となる。また、トランスなどの部品を実装するプリント基板が大きくなり、プリント基板などのコストが増大する。

本発明の目的は、トランスが占有する空間を低減し、回路を小型化して、プリント基板などのコストの低減を図る信号伝送および電源電圧生成をする絶縁伝送回路を提供することである。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
伝送源から伝送先へ伝送信号を伝送する絶縁伝送回路において、
クロック信号に基づき前記伝送信号を周波数変調する周波数変調部と、
トランスにより前記周波数変調部の出力信号を伝送する絶縁部と、
前記トランスの出力を整流する整流部と、
前記トランスの出力を周波数復調する周波数復調部と、
を有し、
前記周波数変調部は、
前記伝送信号の電圧値に応じて前記伝送信号を、前記クロック信号を分周した第１分周信号または直流信号に周波数変調する第１周波数変調部と、
この第１周波数変調部から出力される前記第１分周信号または前記直流信号の異なる周波数値に応じて前記第１周波数変調部の出力信号を、前記第１分周信号を分周した第２分周信号または前記クロック信号を分周した第３分周信号に周波数変調する第２周波数変調部と、
を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記周波数復調部は、
前記トランスの出力をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、
このデジタル信号変換部の出力電圧変化に基づき前記第３分周信号の周期より長くかつ前記第２分周信号の周期より短い時間幅のパルス信号を出力する単安定マルチバイブレータ部と、
前記デジタル信号変換部の出力電圧変化に基づき前記単安定マルチバイブレータ部の出力信号を保持する第１フリップフロップ部と、
を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記第１周波数変調部は、
前記クロック信号の電圧変化に基づき前記伝送信号を保持する第２フリップフロップ部と、
前記クロック信号を分周して、第４分周信号を出力する分周部と、
この第４分周信号と前記第２フリップフロップ部の出力信号との論理和信号を出力する第１論理回路部とを有し、
前記第２周波数変調部は、
前記第１論理回路部の出力信号と前記第２周波数変調部の出力信号との排他的論理和信号を出力する第２論理回路部と、
前記クロック信号の電圧変化に基づき前記第２論理回路部の出力信号を保持する第３フリップフロップ部と、
を有し、この第３フリップフロップ部の出力は、前記第２周波数変調部の出力である、
ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか一に記載の発明において、
前記絶縁部は、
前記周波数変調部の出力信号に基づき前記トランスの第１巻線に電流を流す駆動部と、
前記第１巻線に磁気的に結合した前記トランスの第２巻線と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、トランスの数を少なくした信号伝送および電源電圧生成をする絶縁伝送回路によって、トランスが占有する空間を低減し、回路を小型化して、プリント基板などのコストを低減することを実現できる。

本発明の実施例を図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明を適用した絶縁伝送回路の回路ブロック図である。

図２は、図１における各信号波形であり、横軸は時間（ｍｓｅｃ）、縦軸は電圧（Ｖ）である。図２（ｈ）のＳ６０を除く各信号波形は、デジタル的な波形であり、ロー電圧は、ほぼ変調側共通電圧Ｖ１１または復調側共通電圧Ｖ２１（以下、「Ｌ電圧」という）であり、ハイ電圧は、ほぼ変調側電源電圧Ｖ１０または復調側電源電圧Ｖ２０（以下、「Ｈ電圧」という）である。例えば、Ｈ電圧は約５Ｖである。また、縦軸の破線は、各信号波形における同一時間軸を表すものであり、動作説明用である。

本実施例は、１つのトランスにより絶縁して、信号伝送および電源電圧生成をするものである。

図１に戻り、絶縁伝送回路１００は、周波数変調部３０、絶縁部６０、整流部７０および周波数復調部８０などから構成される。

周波数変調部３０は、クロック信号Ｓ３０に基づき、ＣＰＵ２００から出力される伝送信号Ｓ３１を周波数変調する。周波数変調部出力信号Ｓ５１は、絶縁部６０のトランス６２により伝送されて、周波数復調部８０は、トランス出力Ｓ６０を周波数復調する。周波数復調部出力信号Ｓ８２は、例えば、ＡＤ変換器または通信用コントローラ（いずれも図示しない）に入力される。

例えば、伝送信号Ｓ３１が、ＡＤ変換を開始する信号である場合、信号伝送源であるＣＰＵ２００から出力された伝送信号Ｓ３１は、伝送先であるＡＤ変換器へ伝送されて、ＡＤ変換が開始される。

また、整流部７０は、周波数復調部８０およびＡＤ変換器（図示しない）などの電源電圧を生成するため、トランス出力Ｓ６０を整流する。そして、整流部出力Ｖ２０は、周波数復調部８０およびＡＤ変換器などに電源電圧を供給する。

つぎに、周波数変調部３０について、詳しく説明する。周波数変調部３０は、第１周波数変調部４０および第２周波数変調部５０を備えている。

第１周波数変調部４０は、クロック信号Ｓ３０に基づき、伝送信号Ｓ３１を周波数変調して、第１周波数変調部出力信号Ｓ４２を出力する。図２（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２において、時間Ｔ２０の間、Ｌ電圧となっている（ｂ）伝送信号Ｓ３１は、（ａ）クロック信号Ｓ３０を分周した第１分周信号に周波数変調されて、時間Ｔ２１の間、Ｈ電圧となっている（ｂ）伝送信号Ｓ３１は、直流信号（周波数は０Ｈｚ）に周波数変調される。

第２周波数変調部５０は、クロック信号Ｓ３０に基づき、第１周波数変調部出力信号Ｓ４２を周波数変調して、第２周波数変調部出力Ｓ５１を出力する。図２（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１において、時間Ｔ４０の間、第１分周信号の周波数値を有するＳ４２は、前記第１分周信号を分周した第２分周信号に周波数変調されて、時間Ｔ４１の間、０Ｈｚ（直流信号）となっているＳ４２は、（ａ）クロック信号Ｓ３０を分周した第３分周信号に周波数変調される。

つぎに、第１周波数変調部４０について、詳しく説明する。第１周波数変調部４０は、第２フリップフロップ部４１、分周部４２および第１論理回路部４３などから構成される。

第２フリップフロップ部４１は、Ｄ型フリップフロップである、Ｄ端子は、ＣＰＵ２００に接続されて、伝送信号Ｓ３１を受け取る。第２フリップフロップ部４１のクロック入力端子は、クロック発生部２０１に接続されて、クロック信号Ｓ３０を受け取り、出力端子Ｑは、第１論理回路部４３の入力端子の一方に接続される。第１論理回路部４３は、論理和回路である。

分周部４２の入力は、クロック発生部２０１に接続されて、クロック信号Ｓ３０を受け取る。分周部４２の出力は、第１論理回路部４３の入力端子の他方に接続される。

第１論理回路部４３の出力端子は、第１周波数変調部出力信号（第１論理回路部出力信号）Ｓ４２を出力する。

つぎに、第２周波数変調部５０について、詳しく説明する。第２周波数変調部５０は、第２論理回路部５１および第３フリップフロップ部５２などから構成される。

第２論理回路部５１の入力端子の一方は、第１論理回路部４３の出力端子に接続されて、入力端子の他方は、第３フリップフロップ部５２の出力端子Ｑに接続される。第２論理回路部５１は、排他的論理和回路である。

第３フリップフロップ部５２は、Ｄ型フリップフロップである、Ｄ端子は、第２論理回路部５１の出力端子に接続されて、第２論理回路部出力信号Ｓ５０を受け取る。第３フリップフロップ部５２のクロック入力端子は、クロック発生部２０１に接続されて、クロック信号Ｓ３０を受け取り、出力端子Ｑは、周波数変調部出力信号（第２周波数変調部出力）Ｓ５１を出力する。

第１周波数変調部４０、第２周波数変調部５０の各部の電源端子および基準電圧端子は、それぞれ、変調側電源電圧Ｖ１０および変調側共通電圧Ｖ１１の接続されて、各部は、変調側電源電圧Ｖ１０から、電源電圧を供給される。ＣＰＵ２００およびクロック発生部２０１も同様である。

なお、変調側電源電圧Ｖ１０は、直流電源（図示しない）の正極端子（＋）に、変調側共通電圧Ｖ１１は、負極端子（−）に接続される。

つぎに、前述した構成に基づき、第１周波数変調部４０および第２周波数変調部５０の各信号波形について、図２も用いて詳しく説明する。

図２（ａ）クロック信号Ｓ３０の電圧が、Ｌ電圧からＨ電圧に変化した時、第２フリップフロップ部４１は、伝送信号Ｓ３１を保持して、出力端子Ｑから出力する。この出力信号を、（ｃ）第２フリップフロップ部出力信号Ｓ４０とする。

このため、（ａ）クロック信号Ｓ３０および（ｂ）伝送信号Ｓ３１の信号波形により、第２フリップフロップ部出力信号Ｓ４０は、図２（ｃ）の信号波形となる。

分周部４２は、入力された（ａ）クロック信号Ｓ３０を、２分周（周波数を１／２とする）にした第４分周信号Ｓ４１を出力する。このため、第４分周信号Ｓ４１は、図２（ｄ）の信号波形となる。

第１論理回路部４３は、（ｃ）第２フリップフロップ部出力信号Ｓ４０および（ｄ）第４分周信号Ｓ４１との論理和信号を出力する。この出力信号を、（ｅ）第１周波数変調部出力信号（第１論理回路部出力信号）Ｓ４２とする。

このため、（ｃ）第２フリップフロップ部出力信号Ｓ４０および（ｄ）第４分周信号Ｓ４１の信号波形により、第１周波数変調部出力信号Ｓ４２は、図２（ｅ）の信号波形となる。（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２は、時間Ｔ２０の間、（ｄ）第４分周信号Ｓ４１の信号を出力する（第１分周信号）。また、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２は、Ｔ２１の間、直流信号として、Ｈ電圧（周波数は０Ｈｚ）を出力する。

第２論理回路部５１は、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２と（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１との排他的論理和信号として、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０を出力する。そして、（ａ）クロック信号Ｓ３０の電圧が、Ｌ電圧からＨ電圧に変化した時、第３フリップフロップ部５２は、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０を保持して、出力端子Ｑから出力する。

このため、図２の時間Ｔ１からＴ２の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＬ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧となる。Ｔ２の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧を保持して、出力する。

時間Ｔ２からＴ３の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＨ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧となる。Ｔ３の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧を保持して、出力する。

時間Ｔ３からＴ４の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＬ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧となる。Ｔ４の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧を保持して、出力する。

時間Ｔ４からＴ５の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＨ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧となる。Ｔ５の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧を保持して、出力する。

以後、図２（ｇ）の時間Ｔ４０の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０および（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１は、前述した信号波形を繰り返す。（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１は、Ｔ４０の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２を２分周にした信号（第２分周信号）を、出力する。

また、図２の時間Ｔ６からＴ７の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＨ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧となる。Ｔ７の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧を保持して、出力する。

時間Ｔ７からＴ８の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＨ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧となる。Ｔ８の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＬ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧を保持して、出力する。

時間Ｔ８からＴ９の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２はＨ電圧、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＬ電圧であるので、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧となる。Ｔ９の時、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０はＨ電圧であるので、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１はＨ電圧を保持して、出力する。

以後、時間Ｔ４１の間、（ｅ）第１周波数変調部出力信号Ｓ４２、（ｆ）第２論理回路部出力Ｓ５０および（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１は、前述した信号波形を繰り返す。（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１は、Ｔ４１の間、（ａ）クロック信号Ｓ３０を２分周にした信号（第３分周信号）を、出力する。

つぎに、絶縁部６０について、詳しく説明する。絶縁部６０は、駆動部６１およびトランス６２を備えて、駆動部６１には、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用する。

トランス６２は、第１巻線（コイル）６３および第１巻線に磁気的に結合した第２巻線（コイル）６４を備えており、第１巻線６３および第２巻線６４を巻く方向を同じにしたフォワード型である。

駆動部６１のＦＥＴのゲート端子は、第２フリップフロップ部５２の出力端子Ｑに接続されて、周波数変調部出力信号Ｓ５１を受け取る。ＦＥＴのドレイン端子は、第１巻線６３の一端に接続されて、ソース端子は、変調側共通電圧Ｖ１１に接続される。

第１巻線６３の他端は、変調側電源電圧Ｖ１０に接続される。第２巻線６４は、整流部７０に接続されて、第２巻線６４の一端は、周波数復調部８０に接続される。この第２巻線６４の一端は、トランス出力Ｓ６０である。

この構成に基づき、絶縁部６０の各信号波形について、図２も用いて詳しく説明する。

図２の時間Ｔ１の時、図２（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１のＨ電圧が、駆動部６１のＦＥＴのゲート、ソース間に加わる。そして、ＦＥＴのドレイン、ソース間は、抵抗が低下して、ＯＮするため、ＦＥＴは、第１巻線６３に電流を流す。このため、電流は、変調側電源電圧Ｖ１０から、第１巻線６３、ＦＥＴのドレイン、ソースを経由して、変調側共通電圧Ｖ１１へ流れる。

そして、（ｈ）トランス出力Ｓ６０には、電磁誘導により、前記電流の時間変化に基づく電圧が発生する。このため、時間Ｔ５０の間、（ｈ）トランス出力Ｓ６０には、整流部出力電圧Ｖ２０を超える電圧が発生する。例えば、Ｖ２０を超える電圧分は、約１Ｖである。

時間Ｔ３の時、（ｇ）周波数変調部出力Ｓ５１のＬ電圧が、駆動部６１のＦＥＴのゲート、ソース間に加わる。そして、ＦＥＴのドレイン、ソース間は、抵抗が増大して、ＯＦＦするため、ＦＥＴは、第１巻線６３に電流を流さない。電流は、第１巻線６３に流れないので、（ｈ）トランス出力Ｓ６０には、電磁誘導による電圧は発生せず、Ｌ電圧となる。以後、（ｈ）トランス出力Ｓ６０は、前述した信号波形を繰り返す。

つぎに、周波数復調部８０について、詳しく説明する。周波数復調部８０は、デジタル信号変換部８１、単安定マルチバイブレータ部８２および第１フリップフロップ部８３などから構成される。

第２巻線６４の一端であるトランス出力Ｓ６０は、直列に接続された抵抗Ｒ２１およびＲ２０を経由して、整流部出力Ｖ２０に接続される。キャパシターＣ２０は、抵抗Ｒ２１に並列に接続されて、抵抗Ｒ２１とＲ２０の接続点の信号に重畳するノイズを低減する。

抵抗Ｒ２１とＲ２０の接続点は、デジタル信号変換部８１の入力端子に接続されて、デジタル信号変換部８１の出力端子は、単安定マルチバイブレータ部８２のクロック入力端子に接続される。

デジタル信号変換部８１は、例えば、インバーター（論理反転回路）である。このインバータは、抵抗Ｒ２１とＲ２０の接続点の信号に重畳したノイズによるチャタリングを防止するため、閾値にヒステリシスを有するもの（シュミットトリガー型）であってもよい。

単安定マルチバイブレータ部８２は、抵抗Ｒ２２およびキャパシターＣ２１を経由して、整流部出力Ｖ２０に接続される。単安定マルチバイブレータ部８２の出力端子Ｑは、第１フリップフロップ部８３のＤ端子に接続される。第１フリップフロップ部８３は、Ｄ型フリップフロップである。

単安定マルチバイブレータ部８２は、デジタル信号変換部８１の出力信号Ｓ８０の電圧が変化した時、抵抗Ｒ２２の抵抗値およびキャパシターＣ２１の容量値に関連する時間幅を有するパルス信号を、出力端子Ｑから出力する。

第１フリップフロップ部８３のクロック入力端子は、デジタル信号変換部８１の出力信号Ｓ８０に接続されて、第１フリップフロップ部８３の出力信号Ｓ８２は、周波数復調部８０の出力である。

デジタル信号変換部８１、第１フリップフロップ部８３などの各部の電源端子および基準電圧端子は、それぞれ、整流部出力（復調側電源電圧）Ｖ２０および復調側共通電圧Ｖ２１に接続されて、周波数復調部８０は、整流部出力Ｖ２０から、電源電圧を供給される。

この構成に基づき、周波数復調部８０の各信号波形について、図２も用いて詳しく説明する。

図２（ｈ）トランス出力Ｓ６０には、時間Ｔ５０の間、整流部出力電圧Ｖ２０を超える電圧が発生して、この電圧を抵抗Ｒ２１とＲ２０によって分圧した電圧が、デジタル信号変換部８１に入力される。

このため、前記分圧した電圧は、時間Ｔ５０の間、デジタル信号変換部８１の閾値を超えるため、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０は、時間Ｔ５０の間、Ｈ電圧となる。以後、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０は、（ｈ）トランス出力Ｓ６０が整流部出力電圧Ｖ２０を超える時、Ｈ電圧となる。

（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１は、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧がＬ電圧からＨ電圧に変化した時、Ｈ電圧の時間幅がＴ６０であるパルス信号を出力する。

Ｔ６０は、抵抗Ｒ２２の抵抗値およびキャパシターＣ２１の容量値に関連する時間であり、Ｔ６０の時間幅は、（ｇ）の第３分周信号の周期Ｔ３１より長く、第２分周信号の周期Ｔ３０より短い。

時間Ｔ１１からＴ１２までの時間Ｔ５５は、Ｔ３０より長い。このため、Ｔ１１において、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧がＬ電圧からＨ電圧に変化した時、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１は、Ｌ電圧からＨ電圧に変化して、その後Ｔ６０の間、Ｈ電圧を維持して、その後Ｌ電圧になる。（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧がＬ電圧からＨ電圧に変化する時間Ｔ１２においても、同様の動作をする。

一方、時間Ｔ１３からＴ１４までの時間Ｔ５６は、Ｔ３１より短い。このため、Ｔ１３において、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧がＬ電圧からＨ電圧に変化した時、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１は、Ｌ電圧からＨ電圧に変化する。そして、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１はＨ電圧を維持して、時間Ｔ６０が経過する前に、Ｔ１４において、（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧がＬ電圧からＨ電圧に変化するため、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１は、Ｌ電圧とならないで、Ｈ電圧を維持する。

同じ状態が続くため、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１は、Ｈ電圧を維持して、時間Ｔ１５から時間Ｔ６０を経過した後、Ｌ電圧となる。

（ｉ）デジタル信号変換部出力Ｓ８０の電圧が、Ｌ電圧からＨ電圧に変化した時、第１フリップフロップ部８３は、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１を保持して、出力端子Ｑから出力する。

時間Ｔ１１の時、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１はＬ電圧であるため、（ｋ）周波数復調部出力Ｓ８２は、Ｈ電圧からＬ電圧に変化する。時間Ｔ１２、Ｔ１３の時も、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１はＬ電圧であるので、時間Ｔ７０の間、（ｋ）周波数復調部出力Ｓ８２は、Ｌ電圧を維持する。

時間Ｔ１４の時、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１はＨ電圧であるため、（ｋ）周波数復調部出力Ｓ８２は、Ｌ電圧からＨ電圧に変化する。時間Ｔ１５、Ｔ１６の時も、（ｊ）単安定マルチバイブレータ部出力Ｓ８１はＨ電圧であるので、時間Ｔ７１の間、（ｋ）周波数復調部出力Ｓ８２は、Ｈ電圧を維持して、Ｔ１６以後、Ｌ電圧となる。

（ｋ）周波数復調部出力Ｓ８２は、（ｂ）伝送信号Ｓ３１を復調した信号となり、絶縁伝送回路１００は、信号伝送を行うことができる。なお、例えば、Ｔ７０およびＴ７１は、約１ｍｓｅｃである。

つぎに、整流部７０について、詳しく説明する。整流部７０は、ダイオードＤ１０、Ｄ１１、キャパシターＣ１０およびコイルＬ１０などから構成されて、フォワード動作を行う。

第２巻線６４の一端であるトランス出力Ｓ６０は、ダイオードＤ１０のアノードに接続されて、ダイオードＤ１０のカソードは、キャパシターＣ１０の一端および整流部出力（復調側電源電圧）Ｖ２０に接続される。

第２巻線６４の他端は、ダイオードＤ１１のアノードおよびコイルＬ１０の一端に接続されて、ダイオードＤ１１のカソードは、コイルＬ１０の他端、キャパシターＣ１０の他端および復調側共通電圧Ｖ２１に接続される。

この構成に基づき、整流部７０の各信号波形について、図２も用いて詳しく説明する。

図２（ｈ）の時間Ｔ５１の間、第２巻線６４の一端であるトランス出力Ｓ６０から、ダイオードＤ１０、キャパシターＣ１０、コイルＬ１０を経由して、第２巻線６４の他端へ、電流が流れる。

Ｔ５１の間、コイルＬ１０には、流れた電流により、電気エネルギーが蓄えられる。この電気エネルギーにより、時間Ｔ５２の間、コイルＬ１０の一端から、第２巻線６４、ダイオードＤ１０、キャパシターＣ１０を経由して、コイルＬ１０の他端へ、電流が流れる。

時間Ｔ５１、Ｔ５２における動作により、（ｈ）トランス出力Ｓ６０を整流した電圧が、キャパシターＣ１０の両端に発生して、この電圧が、整流部出力（復調側電源電圧）Ｖ２０となり、周波数復調部８０に、電源電圧を供給する。なお、ダイオードＤ１１は、コイルＬ１０に発生する急峻に電圧変化した起電力を、吸収するものである。

本実施例によって、トランスを１つにした信号伝送および電源電圧生成をする絶縁伝送回路によって、トランスが占有する空間を低減し、回路を小型化して、プリント基板などのコストを低減することを実現できる。

本発明を適用した絶縁伝送回路の回路ブロック図の例である。 図１における各信号波形である。 背景技術における絶縁伝送回路の回路ブロック図である。

符号の説明

３０ 周波数変調部
４０ 第１周波数変調部
４１ 第２フリップフロップ部
４２ 分周部
４３ 第１論路回路部
５０ 第２周波数変調部
５１ 第２論路回路部
５２ 第３フリップフロップ部
６０ 絶縁部
６１ 駆動部
６２ トランス
６３ 第１巻線
６４ 第２巻線
７０ 整流部
８０ 周波数復調部
８１ デジタル信号変換部
８２ 単安定マルチバイブレータ部
８３ 第１フリップフロップ部
１００ 絶縁伝送回路
２００ ＣＰＵ
２０１ クロック発生部

Claims (4)

1. 伝送源から伝送先へ伝送信号を伝送する絶縁伝送回路において、
   クロック信号に基づき前記伝送信号を周波数変調する周波数変調部と、
   トランスにより前記周波数変調部の出力信号を伝送する絶縁部と、
   前記トランスの出力を整流する整流部と、
   前記トランスの出力を周波数復調する周波数復調部と、
   を有し、
   前記周波数変調部は、
   前記伝送信号の電圧値に応じて前記伝送信号を、前記クロック信号を分周した第１分周信号または直流信号に周波数変調する第１周波数変調部と、
   この第１周波数変調部から出力される前記第１分周信号または前記直流信号の異なる周波数値に応じて前記第１周波数変調部の出力信号を、前記第１分周信号を分周した第２分周信号または前記クロック信号を分周した第３分周信号に周波数変調する第２周波数変調部と、
   を有することを特徴とする絶縁伝送回路。
2. 前記周波数復調部は、
   前記トランスの出力をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、
   このデジタル信号変換部の出力電圧変化に基づき前記第３分周信号の周期より長くかつ前記第２分周信号の周期より短い時間幅のパルス信号を出力する単安定マルチバイブレータ部と、
   前記デジタル信号変換部の出力電圧変化に基づき前記単安定マルチバイブレータ部の出力信号を保持する第１フリップフロップ部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁伝送回路。
3. 前記第１周波数変調部は、
   前記クロック信号の電圧変化に基づき前記伝送信号を保持する第２フリップフロップ部と、
   前記クロック信号を分周して、第４分周信号を出力する分周部と、
   この第４分周信号と前記第２フリップフロップ部の出力信号との論理和信号を出力する第１論理回路部とを有し、
   前記第２周波数変調部は、
   前記第１論理回路部の出力信号と前記第２周波数変調部の出力信号との排他的論理和信号を出力する第２論理回路部と、
   前記クロック信号の電圧変化に基づき前記第２論理回路部の出力信号を保持する第３フリップフロップ部と、
   を有し、この第３フリップフロップ部の出力は、前記第２周波数変調部の出力である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁伝送回路。
4. 前記絶縁部は、
   前記周波数変調部の出力信号に基づき前記トランスの第１巻線に電流を流す駆動部と、
   前記第１巻線に磁気的に結合した前記トランスの第２巻線と、
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の絶縁伝送回路。

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