JP5955878B2 - 光アイソレータ多電圧検出回路 - Google Patents
光アイソレータ多電圧検出回路 Download PDFInfo
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Description
多電圧検出回路に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
面を参照されたい。
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。
100を表す。回路100は、光アイソレータD1を含み、これは、Avago Tec
hnologies Limited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、Infineon Technologies AG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、Semiconductor Components In
dustries,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D
1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R
1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Vinは、
ダイオードD2に接続される。
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250Vacrms(約350Vac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。
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、Infineon
Technologies AG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250Vacrms(約350Vac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。
多電圧検出回路200を表す。回路200は、Avago Technologies
Limited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Infineon Technologies AG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、Semi
conductor Components Industries,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2
18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Vinは、ダイオードD2の他端部に接続される。
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250Vacrms(約350Vac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2
18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。
ードZ1、Z2の追加に伴い、約250Vacrmsの入力(約350Vac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。
路400を表す。回路400は、ここでも、Avago Technologies L
imited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50
mA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Vin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4
22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C
1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。
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。
)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、X
2、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2.7
mA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。
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、Avago Techn
ologies Limited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Infine
on Technologies AG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D
2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Vin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。
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。D
C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。
)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、X
2、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5
40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。
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。
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 (6)
- 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動作可能に連結され、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動作可能に連結される、第1のトランジスタと、
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動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、
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、前記ダイオードに動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動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り、
前記ダイオードを含む整流器は、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動作可能に連結される、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1に記載の回路。
- 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動作可能に連結するステップと、
前記電圧入力へ動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動作可能に連結するステップであって、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ステップと、
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動作可能に連結するステップと、
前記第1のトランジスタを通じて、さらに第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、前記第2のトランジスタを前記第1のトランジスタに動作可能に連結するステップと、を含む、方法。 - 第1のツェナーダイオードを前記第1のトランジスタに動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のトランジスタに動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4に記載の方法。 - 分圧器を前記第1および第2のトランジスタに動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4に記載の方法。
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