JPH05160761A - Ｄｃ電気信号またはｄｃ成分を含み得る電気信号の電流遮断装置 - Google Patents

Ｄｃ電気信号またはｄｃ成分を含み得る電気信号の電流遮断装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ＤＣ電気信号またはＤＣ成分を含み
得る電気信号のための電流遮断装置を提供する。 【構成】本発明装置は本質的に、変成器Ｔと、該変成器
の巻線の１つに印加された入射信号のクリッピング手段
（Ｉ１、Ｉ２）と、前記クリッピング手段と同相または
反相で制御され前記変成器の他方の巻線で得られる信号
のクリッピング手段（Ｉ２、Ｉ１）と、前記他方の巻線
で得られたクリッピング信号の濾過手段（Ｆ１、Ｆ２）
とを含む。本発明装置は特に、アナログまたはディジタ
ルの通信端末の電気絶縁に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電流遮断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電流遮
断の必要は多くの場合に生じる。電流遮断の必要が生じ
る理由としては、例えば、−複合システムの内部で処理
用電子素子の電位とは異なる電位で複数の測定を行なう
必要が生じた場合のような機能的な配慮、−浮動性非帯
電体（ｎｅｕｔｒｅ ｆｌｏｔｔａｎｔ）である人体の
安全に対する配慮、−インピーダンス非帯電性（ｎｅｕ
ｔｒｅ ｉｍｐｅｄａｎｔ）の配電使用適性に関する配
慮、−人体及び器具の安全に関する配慮、即ち、大気サ
ージ電圧または配電線作業に起因するかなりの同相（ｍ
ｏｄｅ ｃｏｍｍｕｎ）の除去、−動作の安全に関する
配慮、即ち、２進データの高速伝送における同相の電圧
及び電流の除去、などがある。
【０００３】これらの要求は概して、（電位または電流
の）変成器の磁気回路または光ファイバの使用に主とし
て基づいた現行の方法によってある程度充足されてい
る。
【０００４】変成器は、一般には接地電位、即ちアー
ス、または一定電位から成る任意の電位を基準にしてＡ
Ｃ信号を電流遮断する公知の簡単な手段である。
【０００５】変成器が分離すべきＡＣ信号は、発電器か
ら発生され受信器に供給される電気エネルギもしくは情
報の送出、またはエネルギ及び情報の同時送出を行な
う。
【０００６】変成器は、所定の周波数または周波数バン
ドに適した寸法であるが、その欠点は、単独ではＤＣ信
号を伝送できないこと、及び低周波数での動作が概して
その寸法によって制約されることである。
【０００７】しかしながら変成器の利点は、可逆性があ
り、電気エネルギを２方向に通過させ得ること、即ち、
２巻線形変成器の場合には一方の巻線から他方の巻線に
通過させ得ることである。
【０００８】変成器は更に、誘導型、容量型または抵抗
型のいかなる型の受信器も許容する。即ち、変成器は任
意の型の電流／電圧移相を可能にし、どの極性のＡＣ信
号が変成器に印加されたときにも、実質的に負荷にのみ
依存する任意の方向の瞬時電流を与え得る。
【０００９】最後に変成器は、適正寸法を有していると
きは、入射電気波の形態を維持する。従って、情報を搬
送する信号によって振幅変調されたＡＣ電圧は、実質的
に全く変形されることなく、２つの巻線間の磁気結合を
介して一方の巻線から他方の巻線に伝送され得る。
【００１０】２つの電気回路間を絶縁するための別の公
知の手段は、上流の電気信号を電磁信号に変換し、次い
で逆の変換を行なう手段である。
【００１１】情報の中間支持体は、入射電気信号の周波
数よりも高い周波数、例えば無線周波の領域または可視
もしくは不可視の光波の領域の周波数を有する電磁波で
ある。電磁波は、自由波でもよく、または（例えば光フ
ァイバによって導かれる）導波でもよい。
【００１２】この方法の欠点は、完全電子素子のよう
な、電磁信号を電気信号に変換し次いで得られた電気信
号を増幅する素子に供給するための有意なエネルギを簡
単に且つ経済的に運搬できないことである。更に、温度
による偏差、経時的な偏差、電気／電磁変換効率及び電
磁／電気変換効率などのため、または、伝送媒体中の損
失の変動などのために、ＤＣ信号の伝送レベルが安定し
ない。この欠点を是正するために、ＤＣ信号を周波数転
位する必要がある。
【００１３】また、図１に示すように、変成器１に、電
子クリッピング回路２、整流−濾過回路３を順次組み合
わせ、エネルギを搬送するＤＣ信号を変成器の一次巻線
から二次巻線に転送し得るようにしてもよい。
【００１４】これは実際に、エネルギの領域での周波数
転位に相当する。
【００１５】任意にＤＣ信号に重畳される情報は、クリ
ッピングによって同時に（信号のディジタル処理方向
に）サンプリングされ、整流−濾過回路によって復元さ
れる。この場合、クリッピング／サンプリング周波数
は、情報搬送信号の周波数スペクトルに含まれた伝送す
べき最大周波数の２倍以上でなければならない（シャノ
ンの定理）。
【００１６】ＤＣ信号のクリッピング及び任意に重畳さ
れた情報信号のサンプリングを行なうチョッパとして
は、任意の技術の素子、例えば、強制スイッチングサイ
リスタ、ＧＴＯ、ＭＯＳまたはバイポーラトランジス
タ、ＩＧＢＴ、振動回路（ｖｉｂｒｅｕｒ）、などを使
用し得る。
【００１７】また、チョッパと変成器との組み合わせ方
法も任意であり、例えばダイレクト（順方向、プッシュ
プル）、インバース（フライバック）、共振性または非
共振性組み合わせを使用し得る。
【００１８】使用された方法次第で、変成器は、脱磁化
のために追加された補助巻線を有してしてもよくまたは
有していなくてもよい。
【００１９】従ってこの原理によれば、１つの信号、即
ち、−例えば下流の回路に供給し得るエネルギを任意に
搬送するか、または、−情報を任意に搬送するか、また
は、−零周波数（ＤＣ）からクリッピング／サンプリン
グ周波数の１／２までの範囲の伝送周波数スペクトルを
有する信号を電気的に分離し得る。
【００２０】しかしながら指摘すべきは、チョッパで使
用される電子スイッチが決して可逆性でないこと、即ち
該スイッチを通った電流が逆流しようとするときに、こ
れらのスイッチのクリッピングが最早できないことであ
る。素子が、電流を逆方向に通過させるとき（非対称サ
イリスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、これらの素子の
抑止は最早できない（逆ダイオード）。素子が電流を逆
方向に通過させ同時に電流を抑止できる場合、これらの
素子の性能は概して、バイポーラトランジスタの場合の
ように極めて小さい。更に、変成器の二次巻線の１つま
たは複数の整流ダイオードが二次電流の所定方向を決定
する。これらの２つの考察から、一次巻線においても二
次巻線においても、電圧及び電流の方向は１方向に固定
され、経時的に変化する極性を有する電圧にはこの原理
を利用できないことが理解されよう。これが第１の制約
である。
【００２１】第２の制約は、チョッパが変成器の一方側
に存在し、整流−濾過器が他方側に存在することに起因
する。この配置によってエネルギの流動方向が１方向に
固定される。その理由は、この配置では、変成器の磁化
電流の制御をソースに結合されたチョッパの側で行なう
必要があるからである。
【００２２】従ってこの原理を使用すると、−電流及び
電圧の極性、及び、−エネルギの流動方向に関する二重
の非対称が生じる。
【００２３】従って、場合によっては上述の理論的理由
または技術的理由から電流遮断の問題が十分に解決され
ない。このような場合の例として、ＤＣ電気信号または
ＤＣ成分を含み得る電気信号に対して電流遮断を行なう
必要があり、更にエネルギの流動方向に関して対称性即
ち可逆性を有する必要がある場合、また、この電流遮断
が更に、印加される信号の極性に関する対称性を有する
ことが必要な場合などがある。
【００２４】このように上記の技術は、例えば遠隔給電
されるアナログまたはディジタル通信端末の電気的分離
を経済的に行なうことができない。特に、以下の機能を
同時に果たすことができない：−ＤＣエネルギまたは５
０Ｈｚ（６０Ｈｚ）エネルギまたはＤＣレベルに重畳さ
れた５０Ｈｚ（６０Ｈｚ）エネルギを伝送する機能；−
１４４キロボーのディジタル伝送ではＤＣ〜数百ｋＨｚ
の範囲、アナログ伝送ではＤＣ〜１２ｋＨｚ、３６ｋＨ
ｚもしくは６０ｋＨｚの範囲の広い周波数帯域の情報を
双方向伝送する機能；−アナログリンクの場合に、５０
Ｈｚまたは６０Ｈｚの信号のピーク電圧を下回る振幅の
ＤＣ信号に重畳されるかまたは単独の５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚの呼出し信号の極性を、出力に反射させるべく分
離入力で変化させる機能。
【００２５】アナログまたはディジタルリンクの場合、
この極性変化は単に、ＤＣ給電端子の２つの双方向導電
リードを反転させるだけである；−任意のタイプの負
荷、特に容量性負荷に対して動作でき、負荷とソースと
の間で容量性エネルギを交換させ得るように、アナログ
端末の呼出しフェーズで５０または６０Ｈｚの瞬時パワ
ーの流動方向を反転させる機能；−分離素子自体の電気
回路に遠隔給電する機能。
【００２６】このためには、特にモニタ状態で分離素子
が優れた効率を有していなければならない。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記の
機能を果たす素子を提供することである。
【００２８】本発明は、ＤＣ電気信号またはＤＣ成分を
含み得る電気信号の電流遮断装置を提供することであ
る。本発明装置の本質的な特徴は、変成器と、該変成器
の巻線の１つに印加された入射信号の可逆性クリッピン
グ手段と、該クリッピング手段と同相または反相で制御
され該変成器の他方の巻線で得られた信号の可逆性クリ
ッピング手段と、該他方の巻線で得られたクリッピング
信号の濾過手段とを含むことである。
【００２９】本発明の別の特徴によれば、装置が可逆性
であり、前記巻線の各々に対応して可逆性クリッピング
手段及び濾過手段を含む。
【００３０】本発明の別の特徴によれば、前記可逆性ク
リッピング手段は、半導体スイッチを含む。
【００３１】
【実施例】本発明の別の目的及び特徴は、添付図面に示
す非限定実施例に基づく以下の記載より明らかであろ
う。
【００３２】図２及び図３に示す遮断装置は可逆性であ
り、本来の電流遮断を行なうために、変成器Ｔを含んで
おり、装置が該変成器に関して対称な構造を有してい
る。変成器の一方の巻線、即ち、例えば左側の巻線Ｔ１
の回路に含まれている素子は添字１を付けて示し、他方
の巻線の回路即ち右側の巻線Ｔ２の回路に含まれている
素子は添字２を付けて示す。信号の所与の伝播方向、例
えば左から右への伝播方向に基づいてこれらの素子の機
能を以下に詳細に説明する。
【００３３】ＤＣから周波数数百ｋＨｚまでの広い通過
周波数帯を許容するために、本発明装置は、巻線Ｔ１に
印加される入射信号をクリッピングするためのスイッチ
Ｉ１によって示される可逆性クリッピング手段と、巻線
Ｔ２で得られた信号をクリッピングするためのスイッチ
Ｉ２で示されるクリッピング手段とを含む。スイッチＩ
２はスイッチＩ１と同じ周波数で制御され、図２に示す
動作モードに対応する同相制御されるか（２つのスイッ
チが同時に開閉する）、または、図３に示す動作モード
に対応する反相制御される（一方のスイッチが開いてい
るときに他方のスイッチが閉じており、一方のスイッチ
が閉じているときに他方のスイッチが開いている）。
【００３４】この装置は次に、非クリッピング信号を復
元するために上記のごとく巻線Ｔ２で得られたクリッピ
ング信号を濾過する濾過手段Ｆ２を含む。
【００３５】他方の信号伝播方向、即ち右から左への伝
播方向に関しては、可逆性クリッピング手段Ｉ２、Ｉ１
及び手段Ｆ１によって同様に説明できる。
【００３６】双方の場合に、スイッチＩ１とスイッチＩ
２とが同時に制御されるときは、信号のＤＣ成分及び／
またはＡＣ成分がスイッチの閉鎖時間中に転送される。
スイッチＩ１とスイッチＩ２とが半二重モードで制御さ
れる場合には、一方のスイッチ（図２でエネルギが左か
ら右に流れる場合はスイッチＩ１、逆の場合はスイッチ
Ｉ２）の閉鎖中に、信号のＤＣ成分及び／またはＡＣ成
分が、磁気誘導の形態で変成器から磁気回路に転送さ
れ、次いで、他方のスイッチ（エネルギが図２の左から
右に流れる場合はスイッチＩ２、逆の場合はスイッチＩ
１）の閉鎖中に電気信号に変換される。
【００３７】磁気回路は、磁気シートまたは磁気フェラ
イトから製造されてもよく、または単に、空気中の２つ
のコイル間の結合磁場から構成されてもよい。
【００３８】変成器の巻線の結合方向は動作に影響を与
えないので図示していない。特に、導体が標識されない
電話設備の電圧がときには全く入力されないことがある
場合、電圧の反転以外の動作は全く同じである。更に、
変成器を同様に結合した場合、図３のブロック図に示す
出力電圧が図２のブロック図の出力電圧に対して逆転し
ていることに注目されたい。
【００３９】電子スイッチＩ１、Ｉ２を構成する半導体
内部のスイッチング損をかなり減らす共振を使用する場
合にも基本的な動作は変化しない。この共振は、図２及
び図３の基本ブロック図に、容量Ｃ１、Ｃ２及び任意に
インダクタンスＬ１、Ｌ２を付加し、例えば図４及び図
５のブロック図を形成することによって得られる。図４
及び図５においては、濾過手段Ｆ１、Ｆ２が例えば、ク
リッピング周波数の差分除去インダクタンスＬＲ１、Ｌ
Ｒ２から形成されている。
【００４０】第１の場合（図４）、共振は直列回路Ｃ
１、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ２に関係があり、従って、付加的な
外部インダクタンスを任意に補完した変成器の漏れイン
ダクタンスに関係がある。これに反して第２の場合には
（図５）、容量Ｃ１、Ｃ２の各々と、交番する対応磁化
インダクタンスとから２つの共振回路が構成される。
【００４１】第１の場合、２つのインダクタンスＬ１も
しくはＬ２の一方または双方を削除し、変成器の漏れイ
ンダクタンスが用途に対して十分であるならば、変成器
の漏れインダクタンスで代表させることができる。容量
Ｃ１及びＣ２は共振周波数に対する同調容量である。
【００４２】ブロック図の一方の極性の端子にＬＲ１
（またはＬＲ２）を配置するのが有利であるということ
はない。何故なら、ＬＲ１（またはＬＲ２）を図６及び
図７に示すように結線の各々と直列の１／２の値の２つ
のインダクタンス１／２（ＬＲ１）及び１／２（ＬＲ
２）に夫々分配したときにも同じ動作が維持されるから
である。図６及び図７は図４及び図５に夫々対応する。
【００４３】更に、この配置は、各リードをアースに対
して対称にし且つ同相誘導の場合に差動モードの出現を
阻止するために、電話通信では好ましい配置である。こ
のことは、Ｌ１及びＬ２に関しても同様である。一般
に、変成器の変換比が１に等しいときには２つの容量Ｃ
１及びＣ２は等しい。電圧適応またはインピーダンス適
応のために電流遮断を利用する場合は、変換比は１とは
異なる値でもよく、特に、変成器の同じ側から得られる
値が等しくなるように容量を選択し得る。例えば、Ｔ１
からＴ２への変換比をｎとするとき（ｎ＝ｎ２／ｎ
１）、Ｃ１及びＣ２をＣ１／Ｃ２＝ｎ2となるように選
択し得る。
【００４４】上記の４つの場合に、ブロック図が対称性
を有するので、１つの方向がエネルギ通過の優先方向と
して定義されず、「一次コイル」または「二次コイル」
が特定されない。
【００４５】同様に、電子スイッチ自体が電流／電圧可
逆性のとき、ブロック図の一方側についても他方側につ
いても優先的な極性は定義されない。
【００４６】次に、かかる可逆スイッチの実施例を説明
する。
【００４７】可逆スイッチの第１実施例は、２つのＭＯ
Ｓトランジスタを使用しており、それらの内部寄生ダイ
オードは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合には例
えば図９及び図１０に示すように直列に接続され、Ｐチ
ャネルＭＯＳトランジスタの場合には例えば図１２及び
図１３に示すように直列に接続されている（図８及び図
１１は、夫々の場合に対応するスイッチのブロック図を
示す）。
【００４８】従って、例えば図９のブロック図の場合に
は、各トランジスタＭ１及びＭ２のソースがスイッチの
端子Ａ１及びＡ２の１つに夫々接続され、端子Ａ１が端
子Ａ２に対して正の値であるときは、トランジスタＭ１
の寄生ダイオードＤ１が導通し、電圧がトランジスタＭ
２に印加される。トランジスタＭ２は、Ｇ２の電圧（ト
ランジスタＭ２のゲート電圧）がＡ２に対して正の値で
且つ導通閾値を上回る値のときにドレイン−ソース方向
に電流を通過させ、Ａ２に対するＧ２の電圧が導通閾値
を下回る値であるときに電流を遮断する。
【００４９】端子Ａ２が端子Ａ１に対して正の値である
ときは、動作が対称性であり、Ｍ２の寄生ダイオードＤ
２を通る電流は、Ｇ１（トランジスタＭ１のゲート）の
電圧とＡ１との間の電圧が導通閾値を上回る値であると
きにトランジスタＭ１のドレインからソースに通過す
る。
【００５０】図１０のブロック図の場合には、各トラン
ジスタＭ１及びＭ２のドレインがスイッチの端子Ａ１及
びＡ２の１つに夫々接続されており、一方ではＡ２に対
するＧ２の電圧をＢ１に対するＧ１の電圧に置き換え且
つＡ１に対するＧ１の電圧をＢ２に対するＧ２の電圧に
置き換え、他方ではＤ１、Ｄ２とＭ１、Ｍ２との役割を
入れ換えることによって同様の結果が得られる。
【００５１】Ａ１とＡ２との間の電流の通過はＡ１とＡ
２との間に印加された極性に直接起因するので、Ａ１と
Ａ２との間に印加される極性を予め認識することなくＧ
１とＧ２とを同時に制御し得る。
【００５２】Ｇ１とＧ２との制御が同じ電位で行なわれ
ないことに注目されたい。その理由は、例えば第１の場
合には（図９）、Ｇ１の制御がＡ１に対して行なわれ、
Ｇ２の制御がＡ２に対して行なわれる。ＭＯＳトランジ
スタの制御は、例えばパルス変成器または光結合器を使
用する制御と同様に電流遮断による公知の制御方法で行
なわれる。
【００５３】図１２及び図１３の対応するブロック図に
示すように、可逆スイッチを製造するために、Ｐチャネ
ルＭＯＳトランジスタを同様に使用してもよい。
【００５４】例えば図１２の場合、同様の動作が行なわ
れる。何故なら、例えばＡ１がＡ２に対して正の値の場
合、トランジスタＭ２の寄生ダイオードＤ２は、Ａ１に
対するＧ１の電位が負の値で導通閾値の絶対値を上回る
値であるときにトランジスタＭ１に電流を通過させる。
この場合にもまた、Ｇ１及びＧ２の制御は、異なる電位
を基準として同期的に行なわれる。
【００５５】高い動作周波数の場合、寄生ダイオードが
十分に高速でないこともあり、または、極めて高い逆電
流を有することもある。かかる場合には、寄生ダイオー
ドに置換して、所望の高速性を有するダイオードＤＳを
各トランジスタと直列に配置し、次いで同様の第２ダイ
オードＤＰを該アセンブリと並列に配置することによっ
て、内部寄生ダイオードの動作を除去し得る。
【００５６】これらに対応して図１５及び図１６はＮチ
ャネルＭＯＳトランジスタの場合のブロック図を示し、
図１７及び図１８はＰチャネルＭＯＳトランジスタの場
合のブロック図を示す。対応するスイッチを図１４にブ
ロック図で示す。これらの場合にもＧ１及びＧ２が同時
に制御され得る。
【００５７】ここで、前記ブロック図のすべてが水平対
称軸を有することに注目されたい。この特性を利用し
て、図２、図３、図４、図５、図６及び図７のブロック
図の対称性を増すことができる。即ちスイッチＩ１、Ｉ
２の各々を、変成器の対応する巻線の両側に１つずつ配
置されたスイッチ半体と呼ばれる２つの要素スイッチＩ
１１、Ｉ２１、Ｉ１２、Ｉ２２に分割する。従って、動
作が共振性または非共振性のいずれであるかにかかわり
なく、また、スイッチが同時に制御されるかまたは交互
に制御されるかにかかわりなく、図１９に示す全体配置
が得られる。図１９の回路Ｒ１、Ｒ２は、共振を使用す
る場合の共振及び／または濾過に必要な回路アセンブリ
を示す。
【００５８】この配置は、アースに対する接続の対称性
を得るために有用であるとしても、上記のごとき動作に
は不要であることが理解されよう。水平軸に対する対称
性を有していない図２０に示す配置でも動作は変わらな
い。
【００５９】上記の２つの配置においては、図２１及び
図２２のタイムチャートに示すように、４つのスイッチ
半体のゲートＧ１１、Ｇ２１、Ｇ１２、Ｇ２２を同時に
制御してもよく、または図２３及び図２４のタイムチャ
ートに示すように、反相の２つのゲートグループ、即ち
一方のグループＧ１１、Ｇ２１を同期的に制御し、他方
のグループＧ１２、Ｇ２２を同期的に制御してもよい。
【００６０】また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の逆
平行配置によって可逆スイッチを形成してもよい。この
場合、使用されるＭＯＳトランジスタの種類次第で、図
２６、図２７、図２８または図２９のブロック図に示す
配置が得られる。対応するスイッチは図２５にブロック
図で示されている。
【００６１】これらの配置において接続ブランチの各々
は、トランジスタＭ１、Ｍ２に加えて、ダイオードＤＳ
１、ＤＳ２を夫々含んでおり、これらのダイオードは、
該トランジスタと直列に配置され該トランジスタの内部
寄生ダイオードＤ１、Ｄ２の導通を生じさせる印加電圧
の１つの極性で該ブランチ内の電流を遮断し得る。
【００６２】動作を変えることなく、同一ブランチ内の
ＤＳｊ及びＭｊ（ｊ＝１、２）の相対配置を逆転させる
ことが可能である。
【００６３】２つのトランジスタＭ１、Ｍ２のソースが
スイッチの同一端子、この場合端子Ａ２に接続されてい
る図２７及び図２８のブロック図の利点は、Ｇ１及びＧ
２を制御するための基準電位が等しいこと、この場合に
はＡ２の電位に等しいことである。このため、トランジ
スタの制御用電子素子を簡単な構造にすることができ
る。
【００６４】この場合にも、Ｇ１及びＧ２の制御は同時
に行なわれ、且つ、電流の方向は、印加電圧の極性に依
存するか、または完全スイッチに印加された電圧の方向
の測定に従って２つのスイッチ半体の一方を制御するよ
うに選択される。
【００６５】直列に接続されたスイッチ半体の場合と同
様に、逆平行スイッチ半体は、図３０にブロック図で示
す電流遮断装置を構成し得る。
【００６６】直列に接続されたスイッチ半体の場合と同
様に、図２１及び図２２のタイムチャートに示すように
Ｇ１１、Ｇ２１、Ｇ１２、Ｇ２２を同時に制御してもよ
く、図２３及び図２４のタイムチャートに示すように、
反相の２つのグループ、即ち、一方のグループＧ１１と
Ｇ２１とを同期的に制御し他方のグループＧ１２とＧ２
２とを同期的に制御してもよい。
【００６７】上記のごとき装置の制御戦略を要約する
と、２つの電子スイッチＩ１、Ｉ２を、入射信号に含ま
れた伝送すべき最大周波数の２倍を上回る周波数で制御
し、これらの電子スイッチを、図３１に示すクロックＨ
によって供給されたクロック信号を用い、選択された方
法次第で同相または反相で制御することになる。図３１
は、例えば図１９に従って配置された４つのスイッチ半
体Ｉ１１、Ｉ２１、Ｉ１２、Ｉ２２の制御素子を含む。
【００６８】図３１及び図３２は、直列配置のＮチャネ
ルＭＯＳトランジスタから構成された電子スイッチと
（図３１の全部のスイッチ半体及び図３２の２つのスイ
ッチ半体Ｉ１１、Ｉ２１は図１５に対応し、図３２の残
りの２つのスイッチ半体Ｉ１２、Ｉ２２は図１６に対応
する）、反転可能な入射信号から給電されるクロックと
を使用し、電流クリッピングを伴わない共振性ＤＣコン
バータの場合に対応する。この構造では、クロックと各
電子スイッチ半体との間の電流遮断を維持しながら、４
つのスイッチ半体、即ち、４つの要素電子スイッチを正
しい位相で制御するだけでよい。
【００６９】これらのブロック図においては、ダイオー
ドブリッジｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４と調整回路ＣＲとを
介してクロックＨに入射信号が供給され、クロックと各
スイッチ半体との間の電流遮断を伴うスイッチ半体の制
御は鎖線リンクで示されている。
【００７０】注目すべきは、クロックの給電端子に関し
て変成器の反対側に位置する２つのスイッチ半体だけ
が、変成器の主要電気絶縁と同じ試験電位で制御される
ことである。残りの２つの電子スイッチ半体のクロック
からの絶縁は、入力の極性反転の可能生を利用でき且つ
クロック自体は給電信号から絶縁されないような絶縁で
なければならない。この場合、例えば、図３１及び図３
２のブロック図に対応して、クロックがダイオードブリ
ッジを介して信号自体から給電されるときは、スイッチ
の構造次第で、クロックと２つのスイッチ半体（図３１
及び図３２の場合）の各々との間に絶縁を設けるか、ま
たは、クロックと同一電位の２つのスイッチ半体（図２
７及び図２８のブロック図に示すスイッチの場合）のア
センブリとの間に絶縁を設ける必要がある。この絶縁
は、信号自体の最大電圧従って差分電圧と同調して遮断
することだけを目的としており、主変成器の２つの巻線
間に生じ得る最大同相電圧を対象とはしていない。
【００７１】図３３、図３４、図３５は夫々、４つの光
ファイバｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４と、４つのパルス変成
器ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４と、１つの一次巻線と４つの
二次巻線とを備えた１つの変成器「ｔ」とによる４つの
スイッチ半体の制御モードを示す。
【００７２】これらのスイッチ半体の各々に受信される
クロック信号はこの場合、パルスの整形及び増幅回路Ｃ
Ｍ１１、ＣＭ２１、ＣＭ１２、ＣＭ２２と、調整給電回
路ＣＲ１１、ＣＲ２１、ＣＲ１２、ＣＲ２２とを含む制
御用電子素子を介してゲートに印加される。調整給電回
路の各々は、電位基準「−」と、出力「＋」と、符号の
つかないエネルギ入力とを備える。パルスの整形及び増
幅回路の各々は、クロックと同様に、給電入力「＋」
と、電位基準入力「−」と、符号のつかない出力とを備
える。
【００７３】最も複雑な電子スイッチの制御の例を示す
図３１のブロック図においては、電子スイッチ半体の制
御用電子素子のために４つの給電端子を配備する必要が
ある。
【００７４】注目すべきは、１つまたは複数のパルス変
成器を使用する場合、これらの変成器が、他の中間手段
を介在させずにスイッチ半体を直接制御するエネルギを
十分に伝達し得ることである。この場合、ローカル給電
またはパルス増幅の必要は全くない。
【００７５】光制御の場合、スイッチ半体の制御信号の
整形及び増幅用の電子素子が必要であり、この電子素子
自体の給電が必要である。
【００７６】図３１及び図３２のブロック図は、外部ソ
ースを削除したい場合に上記のごとき給電を信号自体か
ら得る方法を示している。パルスの整形及び増幅用の各
回路の給電入力は、対応する調整回路を介して、ダイオ
ードｄ１１、ｄ２１、ｄ１２、ｄ２２に接続されてい
る。これらのダイオード自体は、主変成器Ｔの対応する
巻線の端子の１つに接続されている。信号の極性に従っ
て、エネルギは信号自体から直接サンプリングされるか
または磁化電流を制御するスイッチの切換えによって発
生した逆サージ電圧を用いて主変成器Ｔからサンプリン
グされる。後者の場合、変成器Ｔから磁化エネルギが確
実に回収され、このエネルギが制御信号の整形及び増幅
用の電子回路の給電に使用されるので、その結果とし
て、回路の開サージ電圧はより制限される。
【００７７】特に、図３１及び図３２の場合、同一スイ
ッチに所属する２つの電子スイッチ半体を同時に制御す
るようにできるが、外部の電気的条件次第では、電流方
向を固定して１つのスイッチだけを導通させてもよい。
この戦略では、電流を通過させないスイッチ半体の制御
回路の給電は全く無駄になる。
【００７８】このことは、上記回路の給電が信号からサ
ンプリングされる場合、または総効率の向上が所望され
る場合には不利な要因となる。
【００７９】これを是正するために、他方のスイッチ半
体中の電流またはスイッチ半体の逆平行ダイオード中の
逆電流を簡単な抵抗Ｒ１、Ｒ２で検出することによっ
て、電流が全く流れていないスイッチ半体の制御用電子
素子の給電及び動作をブロックしてもよい。図１５、図
１６、図１７、図１８の構造に従って直列に接続された
スイッチ半体から形成された図３６のスイッチに対応す
るこのような構造が図３７、図３８、図３９、図４０の
ブロック図に示されており、図２６及び図２９の構造に
従って逆平行接続されたスイッチ半体から形成された図
４１のスイッチに対応する構造が図４２及び図４３のブ
ロック図に示されている。
【００８０】同様にして、直列接続されたＮチャネルＭ
ＯＳトランジスタから成る可逆電子スイッチと反転可能
な信号から電流遮断なく給電されるクロックとを使用し
ており、更に情報搬送導体に関して対称な構造を有する
共振ＤＣコンバータを、図３１及び図３２に対応する図
４４及び図４５のブロック図で示す。対応するスイッチ
半体の内部の逆電流通過が抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１
２、Ｒ２２によって検出されると、順導通状態でないの
でスイッチ半体がブロックされる。この場合、調整給電
ＣＲｉｉ（ｉ＝１〜２）及びパルス増幅器ＣＭｉｉ（ｉ
＝１〜２）は、これらの２つの機能をブロックし得る追
加の制御入力（矢印）を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の電流遮断装置のブロック図である。
【図２】本発明の可逆性電流遮断装置の１つの動作モー
ドを示す基本ブロック図である。
【図３】本発明の可逆性電流遮断装置の別の動作モード
を示す基本ブロック図である。
【図４】本発明の可逆性電流遮断装置が、装置の電子ス
イッチを構成する半導体中のスイッチング損を低減する
ために共振を使用した場合を図２の動作モードに従って
示す基本ブロック図である。
【図５】本発明の可逆性電流遮断装置が、装置の電子ス
イッチを構成する半導体中のスイッチング損を低減する
ために共振を使用した場合を図３の動作モードに従って
示す基本ブロック図である。
【図６】変成器の各巻線に結合された回路に含まれる素
子が各回路に対称構造を与えるように所定の配置を有し
ている図４の装置の変形例の基本ブロック図である。
【図７】変成器の各巻線に結合された回路に含まれる素
子が各回路に対称構造を与えるように所定の配置を有し
ている図５の装置の変形例のブロック図である。
【図８】可逆スイッチのブロック図である。
【図９】ＮチャネルＭＯＳトランジスタ及びそれらの内
部寄生ダイオードを直列配置で使用する可逆スイッチの
実施例のブロック図である。
【図１０】ＮチャネルＭＯＳトランジスタ及びそれらの
内部寄生ダイオードを直列配置で使用する可逆スイッチ
の別の実施例のブロック図である。
【図１１】可逆スイッチのブロック図である。
【図１２】ＰチャネルＭＯＳトランジスタ及びそれらの
内部寄生ダイオードを直列配置で使用する可逆スイッチ
の実施例のブロック図である。
【図１３】ＰチャネルＭＯＳトランジスタ及びそれらの
内部寄生ダイオードを直列配置で使用する可逆スイッチ
の別の実施例のブロック図である。
【図１４】可逆性スイッチのブロック図である。
【図１５】高い動作周波数で使用するための図９の実施
例の変形例である。
【図１６】高い動作周波数で使用するための図１０の実
施例の変形例である。
【図１７】高い動作周波数で使用するための図１２の実
施例の変形例である。
【図１８】高い動作周波数で使用するための図１３の実
施例の変形例である。
【図１９】図９、図１０、図１２、図１３及び図１５〜
図１８の実施例による可逆スイッチを用いた図２〜図７
の実施例の変形例のブロック図である。
【図２０】図１９の実施例の変形例のブロック図であ
る。
【図２１】図１９に示す４つの要素スイッチ、即ちスイ
ッチ半体の制御モードを示すタイムチャートである。
【図２２】図１９に示す４つの要素スイッチ、即ちスイ
ッチ半体の別の制御モードを示すタイムチャートであ
る。
【図２３】図２０に示す４つの要素スイッチ、即ちスイ
ッチ半体の制御モードを示すタイムチャートである。
【図２４】図２０に示す４つの要素スイッチ、即ちスイ
ッチ半体の別の制御モードを示すタイムチャートであ
る。
【図２５】可逆性スイッチのブロック図である。
【図２６】逆平行配置されたＭＯＳトランジスタを使用
する可逆スイッチの実施例のブロック図である。
【図２７】逆平行配置されたＭＯＳトランジスタを使用
する可逆スイッチの別の実施例のブロック図である。
【図２８】逆平行配置されたＭＯＳトランジスタを使用
する可逆スイッチの別の実施例のブロック図である。
【図２９】逆平行配置されたＭＯＳトランジスタを使用
する可逆スイッチの別の実施例のブロック図である。
【図３０】図２６〜図２９の実施例による可逆スイッチ
を用いた図２〜図７の実施例の変形例のブロック図であ
る。
【図３１】４つのスイッチ半体の制御素子を含む本発明
の電流遮断装置の実施例のブロック図である。
【図３２】４つのスイッチ半体の制御素子を含む本発明
の電流遮断装置の実施例のブロック図である。
【図３３】スイッチ半体の制御の電流遮断の実施例のブ
ロック図である。
【図３４】スイッチ半体の制御の電流遮断の実施例のブ
ロック図である。
【図３５】スイッチ半体の制御の電流遮断の実施例のブ
ロック図である。
【図３６】図３７〜図４０に対応する完成スイッチのブ
ロック図である。
【図３７】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図１５のスイッチのブロック図である。
【図３８】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図１６のスイッチのブロック図である。
【図３９】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図１７のスイッチのブロック図である。
【図４０】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図１８のスイッチのブロック図である。
【図４１】図４２及び図４３に対応するスイッチのブロ
ック図である。
【図４２】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図２６のスイッチのブロック図である。
【図４３】スイッチ半体の各々に電流検出手段を付加し
た図２７のスイッチのブロック図である。
【図４４】図３７に従ってスイッチ半体の各々に電流検
出手段を付加した図３１の本発明の電流遮断装置の実施
例のブロック図である。
【図４５】図３７及び図３８に従ってスイッチ半体の各
々に電流検出手段を付加した図３２の本発明の電流遮断
装置の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１ 変成器 ２ 電子クリッピング回路 ３ 整流−濾過回路 Ｔ、Ｔ１、Ｔ２ 変成器 Ｉ１、Ｉ２ スイッチ Ｆ１、Ｆ２ 濾過手段 Ｌ１、Ｌ２、ＬＲ１、ＬＲ２ インダクタンス Ｃ１、Ｃ２ 容量

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 変成器と、該変成器の巻線の１つに印加
    された入射信号の可逆性クリッピング手段と、前記クリ
    ッピング手段と同相または反相で制御され該変成器の他
    方の巻線で得られた信号の可逆性クリッピング手段と、
    該他方の巻線で得られたクリッピング信号の濾過手段と
    を含むことを特徴とするＤＣ電気信号またはＤＣ成分を
    含み得る電気信号の電流遮断装置。
  2. 【請求項２】 装置が可逆性であり、前記巻線の各々に
    対応して可逆性クリッピング手段及び濾過手段を含むこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 入射信号がＡＣ成分を含み、前記クリッ
    ピング手段が、入射信号中に含まれた伝送すべき最大周
    波数の２倍を上回る周波数で制御されることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 可逆性クリッピング手段が半導体スイッ
    チであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
    項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記可逆性クリッピング手段の各々が、
    直列に接続され且つ互いに逆の導通方向を有する２つの
    半導体スイッチ要素、即ちスイッチ半体を含み、各スイ
    ッチの導通方向は、他方のスイッチの内部寄生ダイオー
    ドの導通方向に等しいことを特徴とする請求項１から４
    のいずれか一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 高い動作周波数の場合には、内部寄生ダ
    イオードの動作を除去し且つ該ダイオードに代替するた
    めに、所望の高速性を有する第１及び第２のダイオード
    を各スイッチに結合させることを特徴とする請求項５に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記クリッピング手段の各々が、逆平行
    に接続され且つ互いに逆の導通方向を有する２つの半導
    体スイッチ要素、即ちスイッチ半体を含み、各スイッチ
    半体は、その内部寄生ダイオードの導通方向の逆の導通
    方向を有するダイオードと直列に接続されていることを
    特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 ２つのスイッチ半体が、変成器の対応す
    る巻線の両側に接続されていることを特徴とする請求項
    ５または６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記半導体スイッチ半体の制御信号が、
    共通クロックから与えられ、前記共通クロックから発生
    した信号の電流遮断手段を介して各スイッチ半体の制御
    電極に印加されることを特徴とする請求項４から８のい
    ずれか一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記半導体スイッチの制御信号が、前
    記共通クロックから発生した信号を処理する各スイッチ
    固有の電子制御手段を介して前記スイッチに印加され、
    対応する半導体スイッチ半体が、基準電極に基づくロー
    カル給電を有することを特徴とする請求項９に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記ローカル給電が、該装置内で搬送
    される信号からエネルギをサンプリングすることによっ
    て得られることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ２つのスイッチ半体のうちで、導通す
    るように制御されていないスイッチ半体に対して、前記
    電子制御手段の給電をブロックする手段、及び／または
    前記電子制御手段自体をブロック手段を含むことを特徴
    とする請求項１０または１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記ブロック手段が、前記スイッチ半
    体の通過電流の不在を検出する手段を含むことを特徴と
    する請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ブロック手段が、前記スイッチ半
    体の内部寄生ダイオードに置換した外部ダイオード内の
    通過電流の存在を検出する手段を含むことを特徴とする
    請求項６または１２に記載の装置。
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