JPH03745Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、車両用の制御装置に適用して好適
な絶縁増幅器に関する。

［従来の技術］ 車両、特に鉄道車両用の制御装置には高い信頼
性が要求される。最近では、各種電子部品の信頼
性が向上したこともあり、車両用の各装置も電子
化されている。この中では絶縁増幅器も広く使用
されている。

第３図は、市販されている従来の汎用絶縁増幅
器の構成を示すものである。以下、この従来例に
ついて説明する。

電源については、図示しない端子１２，１３か
ら供給される電源電圧により、内部でスイツチン
グレギユレータを用いて、入力側、出力側でそれ
ぞれ独立に±12〜15Vの電源を作る。即ち、内部
で４つの電源を作つていることになる。

一方、信号の流れについて述べると、端子２，
３から入力された信号は、オペアンプA₁により
増幅された後、変調回路MODでパルス変調され
る。変調された信号はパルストランスＴを介して
復調回路DEMに送られ、ここで復調される。復
調された信号はもう一度オペアンプA₂で増幅さ
れ、端子８，６から出力される。ここで、パルス
トランスＴの一次側と二次側は完全に絶縁されて
いるので、入力側と出力側の絶縁が実現される。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の装置には以下のよう
な問題点があつた。

(1) 内部で４種類の電源電圧を作つているため、
部品点数が増え、信頼性の低下、コスト高を招
く。

(2) 全体がモールドされているため、故障発生時
の原因究明が非常に困難である。

(3) 出力の電圧、電流が規定されており、それを
越える場合には別の電源と増幅器を用意しなく
てはならない。

この考案は、このような背景の下になれたもの
で、回路構成が簡単で、従つて信頼性が高く安価
な、絶縁増幅器を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの考案は、一つ
の一次側巻線と二つの二次側巻線とを持つたパル
ストランスと、前記パルストランスの各二次巻線
に接続された第１、第２の復調回路と、前記第２
の復調回路の出力をフイードバツク信号とし、こ
のフイードバツク信号と入力電圧との差に応じた
電圧を前記一次巻線の一端へ供給する増幅器と、
一定周波数のパルスを発振する発振器と、前記発
振器から出力されたパルスをキヤリヤ信号として
前記一次巻線の他端に供給し、該パルスを前記増
幅器の出力により変調する変調器とを具備し、前
記フイードバツク信号と前記入力電圧との比を一
定に保ちつつ、前記第１の復調回路の出力を出力
信号とすることを特徴とする。

［作用］ 増幅器に入力された入力信号は、パルストラン
スの二次側からのフイードバツク電圧と比較さ
れ、その差が増幅されてパルストランスの一次側
巻線の一端に供給される。この一次側巻線の他端
には、発振器で生成されたパルス信号が加えら
れ、前記増幅器からの信号によつて変調される。
したがつて、二次巻線には、増幅器の出力電圧、
言い換えれば、入力電圧に応じた電圧が発生し、
これが復調回路により復調される。

一方の復調回路の出力電圧は、増幅器にフイー
ドバツク電圧として送られ、入力電圧と一定の比
になるように制御される。したがつて、他方の復
調回路の出力電圧は、入力電圧に対応した値とな
り、出力電圧が制御される。こうして、出力用と
帰還用の復調器を別々に設けることにより、入出
力間の絶縁を実現している。

上記構成において、復調器を受動素子のみで構
成すると単一電源で装置を駆動することができ、
部品点数の少ない簡単な構造となる。

［実施例］ 以下、図面参照して、本考案の実施例を説明す
る。

第１図に本考案の実施例の回路構成を示す。Ｂ
は電源電圧端子、Ｉは入力端子、Ｇはグランド端
子、O₁，O₂は入力から絶縁された出力端子であ
る。

１はオペアンプIC１を中心に構成される非反
転増幅器であり、オペアンプIC１の非反転入力
端は、入力抵抗Ｒ４を介して入力端子Ｉに接続さ
れており、反転入力端はフイードバツク抵抗Ｒ３
を介して後述する復調器５の出力端に接続されて
いる。そして、入力電圧Vinとフイードバツク電
圧Vfとの差を増幅して、出力電圧Vaを出力す
る。

この電圧Vaは、トランジスタＱ２のベースに
供給されて増幅され、そのエミツタに接続され
た、パルストランスＴの一次巻線３の一端P₁に
供給される。なお、トランジスタＱ２のコレクタ
は抵抗Ｒ８を介して電源電圧端子Ｂに接続されて
いる。

２はオペアンプIC２を中心に構成されるパル
ス発振器である。オペアンプIC２の非反転入力
端は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる分圧回路に接
続され、一定の電圧に保たれる。一方、反転入力
端は、フイードバツク回路を構成する、フイード
バツク抵抗Ｒ５と、コンデンサＣ１とに接続され
ている。この発振器２は、デユーテイ比１：１で
発振するように定数が定められ、電圧Vbのパル
スを出力する。

このパルス出力電圧Vbは、抵抗Ｒ６，Ｒ７に
よつて分圧され、トランジスタＱ１のベースに供
給されて増幅され、パルストランスＴの一次巻線
３の他端P₂に供給される。

パルストランスＴは、ひとつの一次巻線３と、
２つの二次巻線４，５とを有している。一次巻線
３の一端P₁には、トランジスタＱ２から変調信
号が供給され、一次巻線３の他端P₂にはトラン
ジスタＱ１からパルス信号（キヤリヤ信号）が供
給される。

このように、一次巻線３の一端P₁には、増幅
器１からの変調信号が、一次巻線３の他端P₂に
は発振器２からのキヤリヤ信号が加えら結果、増
幅器１からの変調信号が、発振器２からのキヤリ
ヤ信号を変調する形となる。そして、変調信号に
対応する電圧がパルストランスＴの二次巻線４の
両端S₁，S₂の間、および二次巻線５の両端S₃，S₄
間に発生する。ここで、２つの二次巻線４，５の
特性は等しくされている。

二次巻線４，５には、特性の等しい復調回路
８，９が接続されている。復調回路８は、二次巻
線４の出力を半波整流する復調用ダイオードＤ１
と、このダイオードＤ１の出力電圧を平滑する、
コンデンサＣ２と抵抗Ｒ９の並列回路から構成さ
れている。また、復調回路９も同様に、復調用ダ
イオードＤ２と、コンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１０
とから構成されている。

ここで、復調回路８は、入力側から完全に絶縁
されている。一方、復調回路９の出力は、上述し
たフイードバツク抵抗Ｒ３に供給される。

なお、上記トランジスタＱ１，Ｑ２が変調回路
６を構成している。また、電源電圧端子Ｂから加
えられた電源電圧Vccは、上記の増幅回路１、発
振回路２、変調回路６を駆動する。

次に、この実施例の動作を説明する。

第２図は、入力端子Ｉにステツプ入力電圧v₁を
印加したときの、立ち上がり時から定常時にかけ
ての各部の電圧を、横軸に時間、縦軸に電圧をと
つて示す図である。

まず、電源電圧端子Ｂより電源電圧Vccが印加
されると、発振回路２は第２図イに示すように方
形パルスを発振し始める。このパルスのON時間
およびOFF時間の長さはどちらでもT₀で、デユ
ーテイ比１：１である。

次に、時刻t₀において、入力電圧Vinが０から
v₁に変化すると（第２図イ）、増幅器１の出力電
圧Vaは最大出力電圧となる。何故なら、このと
き、二次巻線５からのフイードバツク電圧Vfは
０だからである。これにより、トランジスタQ₂
のエミツタ電圧Vq₂も、この最大出力電圧にほぼ
等しい電圧v₂にまで上昇する（第２図ハ）。しか
し、時刻t₀においては、発振器２の出力パルスが
０なので（第２図イ）、パルストランスＴの一次
側巻線の電圧Vt₁も０である（第２図ニ）。

時刻t₁において発振器２の出力パルスがONと
なると、パルストランスＴの一次側の電圧Vt₁は
v₂となる（第２図ニ）。そうすると、パルストラ
ンスＴの二次側電圧Vt₂，Vt₃が、いずれもv₃と
なる（第２図ホ）。この電圧v₃は、復調用ダイオ
ードＤ１，Ｄ２によつて整流され、コンデンサＣ
２，Ｃ３を充電する。これにより、復調回路８，
９の出力電圧Vf，Voが上昇を始める。

こうして、時刻t₂において、発振器２の出力パ
ルスが０となるまで、電圧Vf，Voは上昇を続
け、電圧v₄に至る（第２図ヘ）。発振器２の出力
が０となると、パルストランスＴの一次巻線３に
は、電圧が印加されなくなり（第２図ニ）、二次
側の電圧は負となる（第２図ホ）。したがつて、
コンデンサＣ２，Ｃ３は放電を開始し、電圧Vf，
Voは降下を始める。そして、発振器２の出力パ
ルスが、次に立ち上がる時刻t₃まで、電圧Vf，
Voは降下を続けv₅に至る（第２図ヘ）。

こうして発振周期の一周期が終わるわけである
が、ここで出力電圧Vf，Voは時刻t₁におけるよ
りも時刻t₂おいて上昇している。したがつて、こ
の過程を繰り返しながら出力電圧Vf，Voはしだ
いに上昇していく（第２図ヘ）。以上上が立ち上
がり時の動作の説明である。

出力電圧Vf，Voがさらに上昇を続け、時刻t₄
において入力電圧Vinの値v₁に達すると、すなわ
ち、 Vf，Vo≧v₁ となると（第２図ヘ）、増幅器１の入力から復調
器９の出力にかけての増幅率は１となり、いわゆ
る電圧フオロワとしての動作を始める。即ち Vf，Vo＝v₁ となり、出力電圧Vf，Voは、入力電圧Vinに固
定される。

しかし、時刻t₅において発信器２の出力パルス
がOFFとなるとコンデンサＣ２，Ｃ３が放電を
始め、次に発信器２の出力パルスがONとなる時
刻t₇までに出力電圧Vf，Voはいくぶん降下する。
そして、時刻t₇において発信器２の出力パルスが
再びONとなると、出力電圧Vf，Voは上昇を始
め、時刻t₈において入力電圧の値v1に達し、再
び、 Vf，Vo＝v₁ に固定される。以下、この過程を繰り返す。

ここで、出力電圧Vf，Voは、発信器２のパル
ス出力がOFFの間若干降下するものの、全体を
通じてほとんど、 Vf，Vo≒v₁ と見なすことがきる。以上が、定常時の動作の説
明である。

なお、本考案において、入力電圧Vinをｎ倍に
増幅して出力したい場合には、二次巻線４，５の
比をｎ：１にしたりして、フイードバツク量を
１／ｎ倍にすればよい。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案は、２つの二次
巻線をもつパルストランスの、一方の二次巻線の
出力と入力電圧の比を一定に保ちつつ、他方の二
次巻線から出力を取り出すようにしたので、次の
効果を奏することができる。

単一の電源で、絶縁増幅器を構成でき、回路
の簡単化を図ることができる。

装置の内部信号を絶縁して出力する場合は、
電源として内部のものを併用できる。一方、外
部からの信号を絶縁して使用する場合は、単一
電源を追加して、これを使用すればよい。

複数の絶縁増幅器を必要とする場合、発振器
を共用できる。

回路構成が簡単になるため、信頼性が高く、
安価に作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成を示す回路
図、第２図は同実施例の動作を説明するためのタ
イムチヤート、第３図は従来の絶縁増幅器の構成
を示すブロツク図である。 １……増幅器、２……発振器、３……一次巻
線、４，５……二次巻線、６……変調回路、８，
９……復調回路、Ｒ３……フイードバツク抵抗、
Ｔ……パルストランス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一つの一次側巻線と二つの二次側巻線とを持つ
   たパルストランスと、 前記パルストランスの各二次巻線に接続された
   第１、第２の復調回路と、 前記第２の復調回路の出力をフイードバツク信
   号とし、このフイードバツク信号と入力電圧との
   差に応じた電圧を前記一次巻線の一端へ供給する
   増幅器と、 一定周波数のパルスを発振する発振器と、 前記発振器から出力されたパルスをキヤリヤ信
   号として前記一次巻線の他端に供給し、該パルス
   を前記増幅器の出力により変調する変調器とを具
   備し、前記フイードバツク信号と前記入力電圧と
   の比を一定に保ちつつ、前記第１の復調回路の出
   力を出力信号とすることを特徴とする車両制御用
   絶縁増幅器。