JPS58147657A - 絶縁形プロセス入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はゾロ七ス制餌装置の入力手段として用いられ
る絶縁形プロセス入力装置に関し、！＃に絶縁伝送のた
めに用いられる直流−交流変換器及び同期＆流１路のス
イツナ嵩子における枢動信号の漏減による影参を大幅に
改惨できる絶縁形グロセス入力装置を提供しようとする
ものである。

〈発明の背景〉 例えば熱電対のような検出端からの微弱なアナログ信号
をグロセス制御ｉ直に緻込む場合、コモンモード地圧を
除去する目的で絶縁形グロセス入力装置が用いられる。

絶縁形プロセス入力装置の基本的な構成は絶縁トランス
の１次巻ｗＭｉ！ｌＪＫ厘流−変流変換器が配置され、
この直流−交流俊換ｉによシ検出端からのアナログ入力
信号が断続避れて交流信号にｆ換嘔れ、この交流信号か
絶縁トランスの１次巻線に与えられる。絶縁トランスの
２次巻ｌ１ＩＫはＳ気的な艙合によって交流信号が発生
し、この交流信号を同期１１ａｌしてアナログ入力信号
を再現する構造を持つ。

第１１ｉ１１に従来公知の最も簡単な構造の絶縁形アナ
ログ入力装置を示す０図中１０１は絶縁トランス、１０
２はこの絶縁トランス１０１の一次巻線匈にｉＩ絖され
た直流−交流変換器、１０３はフィルタを示す、りまシ
検出１１ｉ＋（ここでは特に図示しない）からのアナロ
グ入力信号１０６が入力端子１０４．１０５に与えられ
る＠７４）’ｆｉ１０３ｄ抵抗のようなインピーダンス
素子とキャーダシタによって構成される通常の低域通過
フィルタが用い−られる・これは交ａｌｌ導雑音を除去
する目的で挿入される。フィルタ１０３のキャパシタに
著見られたアナログ入力電圧は直流−交流変換器１０２
によりてｌｌｒ貌的に絶縁トランス１０１の１次巻線に
与えられ、絶縁トランス１０１の２次巻線には直流−交
流変換器１０２の断続周期と一款する周期のパルス信号
が誘起され、このパルス信号を同期整流ｗＡ踏１０７に
よプ同期整流し、ホールド回路１０８にアナログ入力伯
°号１０６と対応する値と極性を持つ電圧をホールドし
、そのホールド値を出力端子１０８，１０９から出力し
、プロセス制＃装置に取込まれる。

１１１は駆動信号源を示す、この駆動備考１１によシ直
流−交Ｒ変換器１０２と同期整流回路１０６が互に同期
して駆動され絶縁伝送が達せられる。

ここでこのｗｃ１図に示す絶縁形プロセス制御装置によ
れば構造が簡単なことから安価に作ることができる。然
し乍らこの反面、次のような欠点がめる・ つまロロ図に示す回路構造において特に直流−，交ｒＩ
ｔ変換器１０２及び崗期豊流回路１０６が一つのスイッ
チ素子によって＃ｌ成される点で構造が簡単でるる−こ
の構造を以下ｌ相駆動方式と略称する・ｌ相駆動方式に
よると１ｉ絶縁トランス１０１の１次巻線には常に単一
極性の、つまシアナログ入力信号の極性と大きさを持つ
率−ノ９ルスが与えられるに過ぎない、この卑−ノ４ル
スを同期Ｉｌｋ＃１回路１０７を通じてホールド回路１
０８に伝送した直１）Ｋ＆！直流−交ＲＪＲ換器１０２
と同期整流回路１０７ｔ１１１威するスイッチ素子が共
にオフとなる九め絶縁トランス１０１に蓄積された電磁
エネルギは吐出口を失なう。

ζＯ九め絶縁トランス１０１に蓄積された電磁エネルギ
は自然放出され徐々に消絨することとなる。ｌ！りて絶
縁トランスｌ０ＩＫ蓄積されたエネル４＃が完全に放出
されるまでに時間が長く掛るため、次の絶縁伝送を行う
までの関に必要とする休止時間を長く採らなければなら
なくなる。このこと燻高適度伝送を不可能に毛、検出端
での変化を高＊ＩＩＩＫｆ■セス制御装置に伝える機能
’ｔ＊危ない欠−を持つ・ こＯ欠点を解消すべく、本出願人は既に第２図に示すよ
う１ｋｌ！ｌ縁形グ■セス入力輌置を提案している―こ
の嬉２図に示す絶縁形ブー七メ入力装置は「夷公曙１１
２−＄８８９７号公報」によシ公知となうてい、ｉＩ。

Ｋ２ｒｌＡＫ示す關路０４１黴とする点嬬璽流−交流変
換器１０ｇと同期ｌｌ流圏路１０７との構造にある。つ
ｔシ直流−交流変換６１０２及び同期整流回路１０７は
共に２個のスイッチ素子２０１と２０２を並列接続し、
その一方のスイッチ素子２０１にキヤ／４シタ２０３を
直列接続し九構造である。

この構造において［流−交流費換器１０２と同期ＩＩＲ
回路１０６の各スイッチ素子２０’ｌと２０２は共に駆
動信号源１１１から与えられる駆動信号によ）交互にオ
ン・オフ動作する。フィルタ１０３のキャパシタに蓄え
られるアナログ入力信号１０６の電圧を第３図ムに示す
ように６１ｊとすると、直流−交流変換１Ｂ１０２ｔ−
構成するスイッチ素子２０１と２０２が交互にオン・オ
フすることによｐ絶縁トランス１０１０１次巻線にＦｉ
１／ｌＥ３図１に示すように：１％ン電圧・Ｃを中心に
６４と−ｅ、の正と負に振れる交流電圧３０１が与えら
れる。つまクスイ、チツナ２０２がオン０とき絶縁トラ
ンス１０１の１次巻線にはフィルタ１ｏａｏキヤノ音シ
タに蓄えられ良アナログ入力信号１０６の電圧ｅ（が与
えられる。、２Ｃイ、チ累子２０１がオンになると、絶
縁トランス１　Ｇ　ＩＣ）１次巻線には逆起電カー８４
が発生し、こＯ！！超電カー６７とフィルタ１０３のキ
ヤノン／に蓄えられ友アナログ入力電圧ｅ（とが加算さ
れてキャパシタ２０３に与えられる。よってキｑｄシメ
２０３ＫＦｉ菖３１１Ｃに示すように２０４が蓄えられ
る・このようにフィルタ１０３のキャパシタに蓄えられ
る電圧に対しキャパシタ２０３に蓄えられ大電圧が常に
２倍の電圧値となる状態に安定するように動作し、結局
絶縁トランス１０１０１次１１１１に＃ｉｌ１３Ｅｍｒ
ｃ示ｆヨ５７１矩Ｊ［ｉ　３０１が与えられ為。

こＯように露２ｒｊＡの回路構造によれば絶縁トランス
１（）１０１次１１ｊｍＫは正及び負方向に尋しい値ｏ
ｔａｃｉＩＸｍれるので、絶縁トラｙｘｌｏｌ内の残留
エネルイの自然放出による消滅を待つ必要が１に′／′
ｈ・ ｌ！うでζＯ第２図の回路によれば高適度伝送が可能と
Ｉｎ検出端でＯ速す変化を高密度にグロ七ヌ餉御装置に
伝送することができる。

尚同期ａｍ回路ｌＯγでは絶縁トランス１０１０２次＊
ｍに発生する矩形波を同期整流し、ホールド回路１０８
を構成するキャパシタ２０４にアナログ入力値４！Ｆ１
ｏ６の電圧６（Ｋ等し一電圧を再現する。また同期！１
電流路１０７のキャノ譬シタ２０３に＃１２・イが蓄え
られる。

ここで「実公昭５２−３８８９７号公報」ではスイ、チ
素子２０１と２０２の内部で結合する駆動信号の抑制策
については何等触れられていない。

また「実公昭５２−３８８９７号公報」ではそＯ回路構
造において検出端における断線検出を行うことは可能で
ある旨記載されている。然し断線検出のために回路に重
畳させる電流によｐ誤差が発生する点、及びこＯ娯差′
ｔ−極力小さくしようとする考Ｍはなされていなか。

つｔ）ｊ１２Ｅｃ）回路構造においてスイッチ素子２０
１と２０２は駆動信号系とアナログ信号系との結合￥１
：極力小さくする意味からモス形ＦＩＣ？が用いられる
。モー形ＦＩＴを用いたとしてもダートと　　　　）ソ
ース及びドレイン間の静電結合によ）駆動信号がアナロ
グ信号系に―れる欠点がるる、この点菖２図の２相励振
回路によれば駆動信号ｃｏＩｉＩ籠成分が菖＄ｌＩＤ及
びＩＩＫ示すように互に逆相関係を持つことから、その
静電結合による駆動信号の漏洩成分は打消されることが
「実公昭５２−３８８９７号公報ＪＯＩＩＳＩＩＩ〜１
８行に説明されている。

ところテ％ＪＩ−形ＦＩｆ　ｔ！一般Ｋ　ｔ　ｆ　ｘト
レードを持ち、そＯす１ストレートはソース又はドレイ
ン電極Ｋ１１ｌ！すて使われることが常識化されている
。

過電Ｏ増輻能励ツナとしてモス形ＦＥＴを用いる場合紘
こＯ考え鉱正しい、然し乍らＩＩ２図のような１ト交ｍ
ｅ換ＩＩＩ　ｏ　ｚ　ＭヒＭ期整＃ｉＭＭ　１０７を構
成する場合、ｔｆストレートをソース又はドレインにｍ
ｍするとアナログ信号系に駆動信号成分がＩＩＩＩｌｌ
することが欝りた。この漏洩位ヌイ、チ素子２０１と２
０２のダート電極に一方から他方の極＊ｇ＊化する駆動
信号が与えられるときデートーナＦＪ）レート関に形成
されるダート洩れ容量に幻１電Ｒが流れることによ）発
生する。この充放電電流は駆動信号が一方の極性から他
方の極性に変化す為場合にだけ流れる。よって２個のス
イッチ素子２０１と２０２は交互に一方の極性から他方
の極性に変化する駆動信号を受けて互に相補動作するも
のであるから、”’−ト洩れ容量を通じて流れる充放電
電流による漏洩成分は互に打消す成分がなく除去するこ
とができない。

〈発明の目的〉 この発明の第１の目的はモス形ＦＥＴのダート洩れ容量
に流れる充放電電流による駆動信号の漏洩による影Ｉ＃
を除去で龜る絶縁形グロセス入力装置を提供するＫある
。

この発明の＃Ｌ２０目的はアナログ入力信号の渕定値に
大Ｉな誤差を与えることのな＾断線検出手段を備え九絶
縁形アナログ入力装置を提供するにある・ 〈発明の実ｍ例〉 第４図にこの発明の一実施例を示す、この発明において
は直流−交流変換器１０２及び同期１１流回路１０７ｔ
−絶縁トランス１０１０１次＊＊及び２次＊ｔａＯ−モ
ン―端４０１にそれぞれ一端が接続され友第１　、＃Ｌ
２キャノ櫂シタ４０２．４０３と、ＪＩＨＩ）ｊｙｘｌ
ｏｌの他端４０２とこれら菖１゜謳２キャパシタ４０２
と４０３の各他端との間にＩＩＩＩ！　Ｌ　＊　露１−
　Ｋ　２　ｘ　イｖチ集子４０５，４０６とによｊＰ構
成するものである。

ここでこＯ発明の特に４１徽とする構造はＩｌｌ。

ＩＥ　２　Ｊイ、チツナ４０５　、４０６１Ｄ％ｍトレ
ードを共過奈続して絶縁トランス１０１０１次及び２次
轡纏Ｏ各コモンＩＩｌ端に接続した構造にある。

ｔた？−０発−では駆動信号源１１１に２個の絶縁トラ
ンス４１１と４１２を設け、この絶縁トランス４１１．
４１！の各２次４１！Ｉ側の両端にツェナーダイオード
ｚ１．とｚｌ及び”ｆｆ１ａとｚｌ、を互に逆向に直列
接続し、そのツェナーダイオードｚ、１とＺ、、　３１
び”ｆｆ１ａとＺ、、０４）接続中点を絶縁トランス１
０１０４）１次と２次の嗜線のそれぞれのコモン側端子
４０１Ｋｍ！続し、絶縁トランス４１１と４１２０番次
ｏｍｏ両ｍを第１．菖２スイッチ素ｈｏｅ−）電＠Ｋｎ
ｅｌｌする・ ＜８８０作用〉 ζＯ１Ｉ明Ｏ囲路構造によれば第１キヤノ母シタ（フィ
ルタ１０３のキャノ９シタを兼用する）　４０２に蓄え
られたアナログ入力信号はＩＩＩスイッチ素子４０５が
オンとなることにょＪ）ＩＩ！綴トランス１０１．１次
＊＊０両端に４見られる―次に第１スイツチ素子４０５
がオフになるのと同時に第２スイツチ素子４０６がオン
となる・スイッチツナ４０６がオンのときは絶縁トラン
ス１０１０１次巻線には逆起電力が発生し、この逆起電
力が［２キャ、Δシタ４０３に与えられる・従って禦２
キャー譬シタ４０３には第１キヤΔシタ４０２に蓄積さ
れた電圧と等しい、つま）アナログ入力電圧と等しく、
極性が逆の電圧が蓄積される。

このようにして＄１．に２スイ、チ素子４０５と４０６
が交互にオン・オフ動作するととｋよ〕絶縁トランス１
０１の１次巻線にｔ！［３図１に示したような矩形波電
圧が与えられ、２次巻−に同様の矩形波が伝速される。

同期１流回路１０７では同様に第１．第２スイｙ〆素子
４０５と４０６が交互にオン・オフ動作し、輪縁トラン
ス１０１０２次巻線に発生する矩ｙ＃献電圧を同期ｌＩ
Ｒする。よって同期整流回路１０７０ｊｌｌ及び＄１２
　’Ｐ　＋）＋Ｖｆｉ　４０２　、４０３にはアナログ
入力電圧にほぼ等しく極性が異なる電圧が再ｉＫされる
。

く発明０＠果〉 ！！りてこ０発−０１１１！構造による場合も第２図Ｏ
場金と岡橡Ｋｓ綴トランス１０１０１次巻線には交互に
逆向の電流が流れ電磁エネルイが蓄積されることはない
、よって＠１図で説明したような高速伝送を不可能とす
る不都合は生じない。

更にこＯ発明Ｏ崗賂によれば絡ｉ、ｇｚスイ。

チツナ４０５と４０６の？！ストレートがコモン匈Ｋ１
１騎されてｂるためｆ−）洩れ容量に流れる充放電電流
による駆動信号の漏洩にょる影４１を無視し得るＩｉＫ
小さくできる曇 ＪＩＩＩｓｍ及びｌｌｌ５図に＄＞イテ５０１及び６０
１は＃１１スイッチ素子４０５及び第２ス−イ、チ素子
４０８０ｒ−）洩れ容量、５０２，６０２はｒ」ト駆励
４Ｉ４＃源、５０３．６０３は第１及び第２中ャパシタ
４０２，４０３が接続された側のチャネル端子とサラス
トレートが構成する等価ダイオードである− この等価回路は駆動信号の反転−において−間約にスイ
ッチ素子４０５と４０６内において生じるバイＩ−２モ
ードの動作状態の影響ｔ＊わしたものである。駆動信号
の反転時において、つｔｎ駆動信号が正極性に立上ると
龜チャネル端子とサラストレートが構成する等価ダイオ
ード５０３及び６０３が導通し、ｒ−ト洩れ容量５０１
及び６０１に充電電流が流れる。従来のサラストレート
接続構造を採るとき、つまカサプストレートを第１及び
８２キヤノダシタを接続した側のチャネルに接続すると
き、このｆ−）洩れ容量５０１゜６０１を流れる充電電
流Ｆｉｇｌキャパシタ４０２、第２キヤノ母シタ４０３
に流入する。この流入によｊｌｌ第１及び第２キヤノ臂
シタ４０２と４０３には同一方向の電圧が充電されアナ
ログ入力１１に誤差管生じさせる拳 これに対しこの発明では？１ストレートをコモン側Ｅｌ
ｌ受し九からｒ−）洩れ容量５０１と６０１を流れ為充
電電流は等価ダイオード５０３及び＠ＯＳを通じてコモ
ンに側路され第１及び第２キヤー譬シタＫｌＥ人する量
を小さくすることができる。

よってこ０＊明によればｒ−）洩れ容量５０１とｌ０Ｉ
ＫＩＩれる充電電流による駆動信号成分の洩れ量を極小
にすることができる。これＫよ〕微１１１１にアナログ
入力信号を高精度に絶縁伝送することかで＊！・ ζＯ４ｌ＠では更に第１又は第２スイ、チツナ４０８又
は４０・を駆動信号を第４図に点線で示すように抵抗＠
４１１又は４１２を通じてアナログ入力信号に重畳させ
る構造を付加するものである。

この構造を付加することにより検出端側に断赳が発生し
た場合に重畳電ＲＯ蓄槓によル菖１．第２命中Δシタ４
０２と４０３の電圧が正又は負側に振）匍れ、ζＯａｍ
によ〕検出端側の断線を検出でき為。

ζζてｍ抗−４１２Ｏ＠続構造を採るとき検出端ｌｌＫ
向って流れる重畳電流によルフィルタ１０３を構成する
インビーブどス素子に電圧降下が生じ、この電圧降下分
が誤差となる。このためアナログ入力信号の読込み精度
を最も高く採るには断線検出のための重畳電流の注入構
造は抵抗器４１１０接続構造を採ることが最も望ましい
。

以上説明し友ようにこの発明によれば高速伝送が可能な
絶縁形プロセス入力装置を得ることができる・また駆動
信号の洩れ成分による伝送誤差の発生量が極めて小さい
絶縁形デロセヌ入力装置を得ることができる。更に高速
電送が可能でしかも駆動信号の洩れ成分による誤差発生
量が極めて小さい絶縁形ゾロモス入力装置に断曽検出機
＊＠を持たせることができる。よってその組合せによ〕
精度が高く、信頼性も高い絶縁形グロセス入力装置を得
ることがてきる。

【図面の簡単な説明】

Ｉ！１図及び第２図は従来公知の絶縁形ｆロセス入力装
置を１！明するための接続図、１ｇ３図は第２図に示し
た公知の絶縁形プロセス入力装置の動作を説明するため
の波形図、＃！４図はこの発明の一実施例を示す接続図
、ｔＩＥ５図、及びｔｌｃ６図はこの発明Ｏ作用効果を
説明するための等ｉＢ回路図である。 １０１：ａｌｌ）ランス、１０２：直流−交ｔｌＬ変換
器％ｊ０３：フイルタ、１０６：アナログ入力信号、１
０７：同期ｌＩＲ回路、１１１：駆動信号源、４０１：
絶縁トランスの巻線のコモン側端、４０２：菖１キャΔ
シタ、４０３：第２キヤノ譬シタ、４０１：第１　”（
ｙ？　素子、４０６　：　Ｏ２−ｘイッチ累子。 轡許出臘人　　株式会社北辰電機製作所代暑人　草　野
　　卓 々　１　図 ７２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　表　絶縁トランスと、 Ｂ、この絶縁トランス０１次巻線のコモン−錫に一端が
   Ｗ！続された諷１．第２キャＩ量シタと、Ｃ１これらＪ
   ｌｌｌ、４２キヤ・９シタの各他端と止１１１．１次＊
   ＊０弛端の間に接続されサブストレートが上記１次４１
   ！ＩＯコモンｌｉ１端に接続された纂１゜［２スイツチ
   素子と、 Ｄ、　これらＩｌｌ　、＃４２キャノ譬シタ及び纂１．
   第２スイッチ素子によって構成される直流−交ｆｆｆ換
   回路と対称形に上ｌｅ絶縁トランスの２次巻線に接続さ
   れ九岡期整Ｒ回路と、 Ｅ、上記直流−５！流変換器の謝１又は第２キヤ・ダシ
   タの両端にインピーダンス素子を介してアナログ信号を
   与えるアナログ信号源と、 Ｆ、上記直流−交流変換器及び同期釡ｆＩｔ（９）路の
   謳ｌと第２スイツチ業子を相補動作させる駆動係号澹と
   、 を具備して敗る絶縁形ノロセス入力装置。