JPH07135338A

JPH07135338A - フォトカプラ

Info

Publication number: JPH07135338A
Application number: JP30476993A
Authority: JP
Inventors: Akira Nara; 明奈良; Masaaki Shimamoto; 昌晃島本; Shoji Sekiguchi; 正二関口
Original assignee: Sony Tektronix Corp
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で絶縁特性の良いのフォトカプラを提供
する。【構成】入力回路１には発光素子が接続され、Ｅ／Ｏ
変換回路を構成している。出力回路１０には受光素子が
接続され、Ｏ／Ｅ変換回路を構成している。第１シール
ド匡体５及び１９は、入力回路１を覆い、外部からノイ
ズを拾うのを防止している。同様に第２シールド匡体は
出力回路１０を覆い、外部からノイズを拾うのを防止し
ている。放熱部材１６は、その一端部が第１シールド匡
体に固定されると共に、発光素子の肩部に挿嵌される。
これによって、発光素子が発する熱を逃がすヒートシン
クとして機能し、発光素子の熱によるドリフトを防止す
る。絶縁匡体６は、第１及び第２シールド匡体を絶縁す
ると共に、発光素子３及び受光素子１４が挿嵌される筒
状光路１８を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォトカプラに関し、特
に絶縁増幅器（アイソレーション・アンプ）等での使用
に適した安価で小型なフォトカプラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路などの電気信号を測定するに
は、オシロスコープ等の測定装置を用いて波形として測
定される。このとき信号が測定装置の最大入力電圧を越
える場合や、高電圧に重畳した非常に小さい信号成分を
測定する場合には、測定装置の接地電位（グランド・レ
ベル）を基準電位としないフローティング測定が行われ
る。フローティング測定には種々の方法があるが、その
１つの方法が図３に示されている。オシロスコープなど
の測定装置は、通常接地電位に対する電位を測定するよ
うになっている。そこでフローティング測定の場合に
は、測定装置と被測定システムの間にしばしば絶縁増幅
器（アイソレーション・アンプ）が設けられる。絶縁増
幅器において入力信号は光、トランス又はコンデンサに
より結合伝送され、信号はコモンの電位との電位差を示
す電圧値に変換される。つまり、絶縁増幅器を通すこと
により信号の基準電位がフローティングされたコモンの
電位（交流信号など）から接地電位に変換される。

【０００３】図４は、絶縁増幅器のブロック図の一例を
示している。入力増幅段５０と出力増幅段６０は、結合
伝送回路３０で結合される。この結合伝送回路３０は、
上述のごとく光、トランス又はコンデンサにより入力信
号を出力側に結合する。絶縁増幅器では、入力増幅段５
０と出力増幅段６０のコモンは夫々独立しており、両コ
モン間の電位差、つまり絶縁耐圧を非常に大きくとるこ
とが必要である。このとき出力コモンは接地電位である
から電源のコモン（つまり、接地電位）と共通にするこ
とができる。一方、入力コモンはフローティングされ電
源のコモンと共通ではない。

【０００４】図５は、フォトカプラ（光結合）を用いた
高耐圧の結合伝送回路３０の構造をより詳細に示した一
従来例である。発光ダイオード（発光素子）３４は、Ｅ
／Ｏ変換回路３２からの電気信号を光信号に変換する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）３４の出力する光信号は、光
ファイバ３６でＯ／Ｅ変換回路４６側に伝送され、フォ
ト・ダイオード４０で再び電気信号に変換される。フォ
ト・ダイオード４０は、絶縁ケース４２に覆われ、さら
にダイオード・ホルダ４４で保護される。フォト・ダイ
オード４０からの電気信号はＯ／Ｅ変換回路４６に供給
される。

【０００５】この例では、入力増幅段５０と出力増幅段
６０の間の絶縁体性を高めるため、光結合方法を用いる
ことに加えて、Ｅ／Ｏ変換回路３２とＯ／Ｅ変換回路４
６の間の距離を長くし、互いの回路で発生するノイズな
どが伝達されれないようにする必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光ファイバを
用いるとファイバ・コネクタ等が必要なために高価にな
ってしまう。また、絶縁耐性を高めるためにＥ／Ｏ変換
回路３２とＯ／Ｅ変換回路４６の間の距離が必要であ
り、小型化に適さなかった。また、従来の構造では、発
光素子の発熱によって生じるドリフトを防止することが
できず、よって信号の伝送特性に問題があった。

【０００７】そこで本発明の目的は、安価で小型化に適
した光結合伝送構体を提供することである。本発明の他
の目的は、小型化に適し且つ同相除去比及び絶縁特性の
良い光結合伝送構体を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、小型で特性の
良いのフォトカプラを提供する。入力回路１には発光素
子が接続され、Ｅ／Ｏ変換回路を構成している。出力回
路１０には受光素子が接続され、Ｏ／Ｅ変換回路を構成
している。第１シールド匡体５及び１９は、入力回路１
を覆い、外部からノイズを拾うのを防止している。同様
に第２シールド匡体は出力回路１０を覆い、外部からノ
イズを拾うのを防止している。放熱部材１６は、その一
端部が第１シールド匡体に固定されると共に、発光素子
の肩部に挿嵌される。これによって、発光素子が発する
熱を逃がすヒートシンクとして機能し、発光素子の熱に
よるドリフトを防止する。絶縁匡体６は、第１及び第２
シールド匡体を絶縁すると共に、発光素子３及び受光素
子１４が挿嵌される筒状光路１８を有している。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明のフォトカプラの一好適実施
例の分解斜視図である。また、図２は、筒状光路１８、
発光素子３及び受光素子１４を中心とする断面図であ
る。入力回路１にはコネクタ２を介して発光素子３が接
続固定され、全体としてＥ／Ｏ変換回路を構成する。発
光素子３には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を使用すれ
ば良い。入力回路１は、第１シャーシ本体１９にねじ４
等で固定され、第１シャーシの蓋５がその上からねじ２
０等で固定される。これは、入力回路１を覆う第１シー
ルド匡体を構成する。

【００１０】一方、出力回路１０には受光素子１４が接
続固定され、全体としてＯ／Ｅ変換回路を構成する。出
力回路１０はねじ１３で第２シャーシ本体７に固定さ
れ、第２シャーシの蓋１１がその上からねじ１２等で固
定される。これは、出力回路１０を覆う第２シールド匡
体を構成する。この第２シールド匡体は、プラスチック
・リベット８で絶縁匡体の蓋６に固定される。

【００１１】この実施例では、第１シールド匡体５及び
１９の電位は入力回路１のコモンに保たれている。これ
によって、出力回路１０のコモン（この実施例ではグラ
ンド・レベル）の変動が、第１シールド匡体内部にある
入力回路１に伝達されるのをシールドしている。同様に
第２シールド匡体７及び１１の電位は出力回路１０のコ
モンに保たれ、入力回路１のコモンの変動が第２シール
ド匡体内部にある出力回路１０に伝達されるのをシール
ドしている。これによって、入出力回路間の同相除去比
（ＣＭＲＲ）特性を向上させている。第１及び第２シー
ルド匡体の材料には、例えば導電性及び熱伝導性の良い
アルミなどが良い。

【００１２】本発明のフォトカプラを絶縁増幅器に使用
した場合、入力回路１はフローティングされそのコモン
（基準電位）が接地電位ではないので、感電等を防止す
るため第１シールド匡体は絶縁匡体６及び２１で全体が
覆われている。これによって、両シールド匡体は絶縁さ
れる。また、実施例では、絶縁匡体の本体２１と第１シ
ールド匡体の本体１９の間に、緩衝断熱部材２２を配置
し、第１シールド匡体の熱によって絶縁匡体が溶融する
のを防止するとともに、第１シールド匡体の絶縁匡体中
でのメカ的安定性を向上させている。しかし、単にフォ
トカプラとして使用する場合、絶縁匡体は第１及び第２
シールド匡体の両者を絶縁できれば、どちらを覆っても
良い。

【００１３】絶縁匡体の蓋６には、筒状光路１８が設け
られている。発光素子３は、第１シールド匡体の蓋５に
設けれた窓１７を介して、発光素子の本体３ａが筒状光
路１８の一端に挿嵌される。同様に受光素子１４は、第
２シールド匡体の本体７に設けれた窓９を介して、受光
素子の本体１４ａが筒状光路１８の他端にその肩部１４
ｂまで挿嵌される。これにより筒状光路１８は、発光素
子３が発する光信号を受光素子１４が受けるフォトカプ
ラを構成する。絶縁匡体の材料には、例えば黒色プラス
チックを使用するのが良い。プラスチックを使用するの
は、絶縁匡体の形成時に同時に筒状光路１８を形成する
のが容易であるからであり、また、黒色を用いるのは外
乱光を抑制するに効果的だからである。筒状光路１８内
における発光素子３と受光素子１４の空間距離は、入力
回路１のコモンと出力回路１０のコモンとの電位差に応
じて設定する。近すぎる場合には、この電位差のために
筒状光路１８の空間で放電が発生する恐れがある。本実
施例では、発光素子３と受光素子１４の間の距離は４ｍ
ｍ程度としている。

【００１４】本発明の好適実施例では、発光素子３の肩
部３ｂまで板ばね１６が挿嵌されている。板ばね１６
は、その一端部がねじ１５により第１シールド匡体の蓋
５に固定され、他端部には発光素子３の本体３ａが通過
できる穴が設けられている。板ばね１６は中央部で湾曲
しており、これによって生じる弾性により発光素子３の
肩部３ｂが入力回路１の方向に押圧されメカ的に安定す
る。板ばね１６は、金属など熱伝導性の高い材料が使用
され、発光素子３で発生する熱を逃がすヒートシンク
（放熱部材）として機能する。発光素子３は、熱伝導率
が比較的低い絶縁匡体の筒状光路１８の一端部に挿嵌さ
れてしまうため、自らが発する熱のためにドリフトが発
生し発光量が不安定になる恐れがある。しかし、第１シ
ールド匡体に固定されたこの板ばね（放熱部材）１６を
介して熱を逃がすことにより、発光を安定させることが
できる。

【００１５】第１シールド匡体には、板ばね１６を固定
するだけでなく、図１に示すようにパワー・トランジス
タ２３等発熱量の多いものを固定しても良い。これによ
って、ヒートシンクとしても機能する。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁匡体に発光素子３
と受光素子１４を対向して保持する筒状光路１８を設け
たので、光ファイバやファイバ・コネクタ等を使用せず
にフォトカプラを構成することができ、よって小型化す
ることができる。また、発光素子に放熱部材を挿嵌さ
せ、筒状光路に挿嵌されて逃げ難くなっている熱を逃が
す構造としたので発熱によるドリフトを防止でき、信号
の伝達特性が向上する。同時に第１及び第２シールド匡
体によって、入出力回路間の同相除去比の向上を図って
おり、小型で絶縁特性の良いフォトカプラを提供でき
る。よって、本発明のフォトカプラを絶縁増幅器に使用
すれば、小型で多チャンネルの絶縁増幅器を容易に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフォトカプラの一好適実施例の分解斜
視図である。

【図２】本発明のフォトカプラの筒状光路、発光素子及
び受光素子を中心とする断面図である。

【図３】絶縁増幅器を用いたフローティング測定の一例
を示したブロック図である。

【図４】絶縁増幅器の構成を示すブロック図である。

【図５】従来の高耐圧フォトカプラの一例の断面図であ
る。

【符号の説明】

１入力回路３発光素子５、１９第１シールド匡体６、２１絶縁匡体７、１１第２シールド匡体１０出力回路１４受光素子１６放熱部材（板ばね）１８筒状光路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子が接続される入力回路と、受光素子が接続される出力回路と、上記入力回路を覆う第１シールド匡体と、上記出力回路を覆う第２シールド匡体と、一端部が上記第１シールド匡体に固定されると共に上記
発光素子の肩部に挿嵌される放熱部材と、上記発光素子及び上記受光素子が挿嵌される筒状光路を
有し、上記第１及び第２シールド匡体を絶縁する絶縁匡
体とを具えることを特徴とするフォトカプラ。