JPS5918767Y2 - 信号絶縁伝送装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は例えば直流的なアナログ信号を電気的に絶縁
して伝送するようにした信号絶縁伝送装置に関する。

本出願人は先に第１図に示すような信号絶縁伝送装置を
提案した。

この信号絶縁伝送装置は絶縁トランス１の一次巻線２に
第１ ＦＥＴスイッチ４を介して入力端子５−５に供給
される人力アナログ信号を断続的に供給し、その断続に
よって絶縁トランス１の二次巻線３に入力アナログ信号
のレベルに比例した断続信号を誘起させ、この断続信号
をコンデンサ６に保持させ出力端子７−７に入力アナロ
グ信号の変化に追従して変化する信号を得るようにした
ものである。

この場合第１ ＦＥＴスイッチに対し絶縁トランス１の
二次側に第２ＦＥＴスイツチ８を設け、これら第１及び
第２ ＦＥＴスイッチを互に逆動作させることによって
先ず入力側に並列接続したコンテ゛ンサ９に蓄わえられ
た入力アナログ信号のレベルに対応したエネルギを第１
ＦＥＴスイッチのオンによって絶縁トランス１の一次
巻線２に与え、次巻線２に充分エネルギを蓄わえた時点
で第１ＦＥＴスイツチをオフにし、二次巻線３にそのエ
ネルギを電磁誘導作用によって移し二次巻線３に移され
たエネルギを第２ ＦＥＴスイッチ８をオンにさせるこ
とによってコンテ゛ンサ６に移すようにしたものである
。

この絶縁伝送動作の様子を第４図の波形図を用いて説明
する。

第４図Ａは第１ＦＥＴスイツチ４に供給する駆動信号、
第４図Ｂは第２ＦＥＴスイツチ８に供給する駆動信号を
示す。

これら駆動信号により第１ ＦＥＴスイッチ４と第２Ｆ
ＥＴスイツチ８は互に逆にオン、オフ動作する。

第４図Ｃ及びＤは絶縁トランス１の一次巻線２と二次巻
線３に流れる電流波形を示す。

一次巻線２を流れる電流■１と二次巻線３を流れる電流
■２は第１図に示す矢印の向を正方向の極性としている
。

また入力端子Ｅ１と出力電圧Ｅ２も第１図に示す極性と
する。

第１ＦＥＴスイツチ４がオンのとき一次巻線２に第４図
Ｃに示すように電流■１が流れる。

入力端子５−５間に第４図Ｅに示すように直流の入力電
圧Ｅ１が与えられると、電流■１が正方向に流れる。

つまり入力電圧Ｅ１と出力側コンデンサ６に蓄えられる
出力電圧Ｅ２との間に差が有るとき、一次電流１１が流
れ、一次電流１１に比例して二次電流■２が流れる。

二次電流Ｉ２はコンデンサ６に流入し、コンデンサ１９
を充電する。

出力電圧Ｅ２は第４図Ｆに示すように二次電流■２が流
れる毎に漸次上昇する。

スイッチ４と８をオン、オフ駆動する駆動パルス（第４
図Ａ、 Ｂ）のデユーティが５０％のとき、出力電圧Ｅ
２は入力端子Ｅ１と等しくなった時点で平衡状態となる
。

平衡状態では一次電流１１と二次電流Ｉ２は正と負に対
称な、つまり平均値がゼロとなる波形となり絶縁トラン
ス１の一次巻線２と二次巻線３との間で授受されるエネ
ルギーの量はゼロとなる。

この状態において入力電圧Ｅ１が変化すると、その変化
した方向に対応した方向に電流が流れ出力側コンテ゛ン
サ６の電圧を変化させる。

つまり例えば入力電圧Ｅ１が時点Ｔ１において＋の値に
減少したとすると、電流１１ｔ Ｉ２は逆向に流れ、
コンデンサ６に充電されていた電気エネルギーはトラン
ス１を介して入力側コンデンサ９に戻される。

このエネルギーの逆流により出力側コンデンサ６の充電
電圧Ｅ２は減少し＋Ｅ２に安定する。

このようにして入力電圧Ｅ１がゼロになると出力電圧Ｅ
２もゼロとなる。

また入力電圧Ｅ１として負の電圧が入力されると出力電
圧Ｅ２も負電圧となる。

このようにして入力端子５−５に供給された入力電圧を
出力端子７−７に効率よく伝送させることができる。

ところで第１及び第２ ＦＥＴスイッチ４及び８の駆動
信号系も絶縁する必要がある。

このため先に提案した例では駆動トランス１０を設け、
この駆動トランス１０を介して第１及び第２ ＦＥＴス
イッチ４と８を互に絶縁した状態で駆動するようにして
いる。

第１及び第２ ＦＥＴスイッチ４及び８の駆動信号は矩
形波であることが望ましく、このため駆動信号源１１か
らはデユティ比が５０％の矩形波が出力され、この矩形
波にて第１及び第２ ＦＥＴスイッチ４及び８をオン、
オフ制御するようにしている。

このため駆動トランス１０は矩形波に波形歪を与えるこ
となく伝送できる特性のものを用いなければならない。

一般にトランスによって矩形波を歪なく伝送させるには
トランスに使用されるコアが飽和しない範囲で使用する
必要がある。

更に詳細にはＥＴ積と呼ばれる積の範囲内であればコア
は飽和することなくパルスを伝送できる。

ここでＥは一次巻線に印加されるパルス電圧、Ｔは一次
巻線に印加されるパルスのパルス幅である。

このＥＴ積はＥＴｃＸ−△Ｂ−Ａ−ｎの関係がある。

ここで△Ｂはコアの飽和磁束密度、Ａはコアの断面積、
ｎは一次巻線の巻数である。

従ってＦＥＴスイッチを充分飽和するまでオンさせる駆
動信号を伝送するための電圧と及び絶縁トランス１の一
次及び二次巻線２及び３のエネルギ授受に必要な時間幅
とを持つ駆動パルスを歪なく伝送させるには△Ｂ−Ａ・
ｎを大きく設計する必要がある。

結局コアの断面積Ａと一次巻線ｎを大きくするためトラ
ンス１０の形状が大型になり装置全体が大型となり重量
も重いものとなってしまう欠点がある。

この考案の目的は駆動トランス１０の形状を小型化でき
、装置全体も小型軽量化できるこの種信号絶縁伝送装置
を提供するにある。

この考案では駆動トランス１０として小型軽量化が可能
な可飽和トランスを用いて第１及び第２ＦＥＴスイッチ
間を絶縁した状態で駆動できるようにしようとするもの
である。

以下この考案を第２図以下を用いて詳細に説明する。

第２図はこの考案の一実施例を示し、この実施例におい
て入力端子５−５及び出力端子７−７間の信号伝送系は
第１図の場合と同一の構成であるためここでは第１図と
対応する部分に同一符号を附しその重複説明を省略する
も、この考案においては第１及び第２ ＦＥＴスイッチ
４と８の駆動信号系を絶縁する駆動トランス１０を通称
微分トランスとも呼ばれる可飽和トランスを用いるもの
である。

従ってこの可飽和トランスから成る駆動トランス１０に
よれば二次巻線側には駆動信号源１１から出力される矩
形波の立上り及び立下りにおいて正と負の微分パルスが
得られ、この微分パルスを波形整形回路１２によって矩
形波に復元し、その復元された矩形波を第１又は第２
ＦＥＴスイッチのゲーＩ・に供給するように構成したも
のである。

この例では波形整形回路１２の出力を第１ ＦＥＴスイ
ッチ４に供給した場合を示す。

具体的に更に詳細に説明すると、駆動信号源１１はこの
例ではＤ型フリップフロップ回路を用いた場合を示し、
Ｑ出力端子の出力をデータ読込端子りに供給し、クロッ
ク端子ＣＬにクロック信号が供給される毎にＱ出力端子
に「１」と「０」論理出力が交互に得られ、ディーティ
比が５０％の矩形波を得るようにしている。

Ｑ出力端子に得られた矩形波は先ず第２ ＦＥＴスイッ
チ８の駆動回路１３に供給される。

この駆動回路１３はＱ出力端子と共通電位点との間に接
続された抵抗器１４とコンデンサ１５及びダイオード１
６とから成る直列回路にて構成され、コンデンサ１５と
ダイオード１６との接続点を第２ＦＥＴスイツチ８のゲ
ートに接続し、第２ ＦＥＴスイッチ８のソースを共通
電位点に接続する。

このように構成することによりフリップフロップ回路１
１のＱ出力端子が「１」論理となったときコンデンサ１
５に充電がなされ、Ｑ出力端子が「０」論理となるとコ
ンテ゛ンサ１５とダイオード１６との接続点はコンテ゛
ンサ１５の充電電圧骨だけ負電位に偏倚される。

このときダイオード１６はオフとなるためコンデンサ１
５の充電電圧は保持され第２ＦＥＴスイツチ８はオフに
される。

Ｑ出力端子が「１」論理に戻るとコンテ゛ンサ１５とダ
イオード１６の接続点の電位は共通電位点のレベルに戻
り第２ＦＥＴスイツチ８はオンとなる。

この繰返しによって第２ＦＥＴスイツチ８はオン、オフ
制御される。

一方Ｑ出力端子の出力は駆動トランス１０の励振用トラ
ンジスタ１７のベースに供給される。

トランジスタ１７はここで゛はＮＰＮ型トランジスタを
用いた場合を示し、そのエミッタを共通電位点に接続し
、コレクタを抵抗器１８を通じて正極電源端子１９に接
続する。

トランジスタ１７のコレクタと抵抗器１８の接続点を駆
動トランス１０の一次巻線の一端に接続し、一次巻線の
他端を抵抗器２０を通じて正極電源端子１９に接続する
。

この構成によればトランジスタ１７がオフの状態では駆
動トランス１０の一次巻線の両端間の電位は等電位にあ
るため一次巻線に電流は流れないが、トランジスタ１７
がオンとなるとトランジスタ１７のコレクタ電流により
抵抗器１８に電圧降下が生じ一次巻線の両端間に電位差
が生じ、従って抵抗器２０を通じて一次巻線に電流が流
れる。

一次巻線を通った電流は抵抗器１８を流れる電流と共に
トランジスタ１７を通じて共通電位点に流入する。

トランジスタ１７がオフになると駆動トランス１０の一
次巻線には逆起電力が生じ、この逆起電力によって逆向
の電流が流れこの逆電流は抵抗器２０と１８を通って一
次巻線の他端に帰路されエネルギが放出される。

駆動トランス１０のコアは可飽和コアが使用されるため
一次巻線を流れる電流が急激に変化するときだけ二次巻
線に起電力が誘起される。

従って第３図Ａに示す駆動信号Ｐａに対し二次巻線には
その立上り及び立下り時点において正と負の微分パルス
Ｐｂが誘起される。

尚ここで゛は第１と第２ ＦＥＴスイッチ４と８を逆動
作させるため駆動信号Ｐａが立上るとき二次巻線に負の
微分パルスが得られ、駆動信号Ｐａが立下るとき二次巻
線から正の微分パルスが得られるように二次巻線の極性
を逆にして使用している。

波形整形回路１２は駆動トランス１０の二次巻線の両端
間に接続されたダイオード２１と抵抗器２２とから成る
直列回路と、この直列回路の接続中点にエミッタが接続
されベースが抵抗器２２と二次巻線の一端との接続点に
接続されコレクタがダイオード２４を通じてダイオード
２１と二次巻線の他端との接続点に接続されたＰＮＰ型
トランジスタ２３と、トランジスタ２３のベースとコレ
クタ間に接続したコンテ゛ンサ２５とにより構成されト
ランジスタ２３のベース及びコンデンサ２５、抵抗器２
２、二次巻線の一端の共通接続点側を第１ ＦＥＴスイ
ッチ４のソースに接続し、トランジスタ２３のコレクタ
とコンデンサ２５の共通接続点を第１ ＦＥＴスイッチ
４のゲートに接続する。

このような波形整形回路１２によれば二次巻線に負の微
分パルスが誘起されるとダイオード２１がオフにされる
ためコンテ゛ンサ２５とダイオード２４を通る充電電流
が流れコンテ゛ンサ２５に負の電圧が充電される。

従ってこのとき第１ＦＥＴスイツチ４のゲート電位はソ
ース電位より負に偏倚されるからオフに保持される。

微分パルスが立下り二次巻線の両端間の電位差がＯ■と
なるとコンデンサ２５の充電電圧はダイオード２１と２
４に逆バイアスとして与えられるためコンデンサ２５の
負電圧は保持される。

次に二次巻線に正の微分パルスが誘起されるとダイオー
ド２１がオンとなりダイオード２１と抵抗器２２を通じ
て電流が流れる。

このとき抵抗器２２の両端電圧はトランジスタ２３のベ
ース−エミッタ間に順方向バイアスとして与えられトラ
ンジスタ２３がオンとなる。

トランジスタ２３か゛オンとなるとダイオード２１とト
ランジスタ２３のエミッターコレクタを通じてコンデン
サ２５に正の充電電流が供給され、コンテ゛ンサ２５に
充電されていた負電圧は放出されコンデンサ２５の両端
間の電位差はＯＶ乃至は多少正電圧となる。

従ってこのとき第１ ＦＥＴスイッチ４はオンとなる。

結局第１ ＦＥＴスイッチ４のゲートには第３図Ｃに示
すように同図Ａに示す駆動信号Ｐａと逆位相の信号Ｐｃ
が得られ第１、第２ＦＥＴスイツチ４及び８は互に逆極
性でオン、オフ制御され初期の目的が選せられる。

尚波形整形回路１２の出力波形の極性は波形整形回路１
２の第１ ＦＥＴスイッチ４に対する接続を逆にするか
又は第１及び第２ ＦＥＴスイッチの導電型式を逆にす
れば駆動信号ａと同相でもよく、必ずしも駆動信号Ｐａ
と逆位相である必要はない。

上述したようにこの考案によれば第１、第２ＦＥＴスイ
ツチ４と８の駆動系において駆動トランス１０として可
飽和トランスを用いることができ、この結果１〜ランス
１０は小型なものを使用することができ、よって装置全
体を小型化でき、且つ軽量化もはかられ装置の構成上そ
の効果は頗る大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の信号絶縁伝送装置を説明するための接続
図、第２図はこの考案の一実施例を示す接続図、第３図
はこの考案による装置の動作の説明に供する波形図、第
４図は第１図に示した従来例の動作を説明するための波
形図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 Ａ 入力端子及び出力端子のそれぞれに並列接続した一
   対のコンデンサと、 Ｂ 入力端子の一方に一次巻線の一端が接続され出力端
   子の一方に二次巻線の一端が接続された信号絶縁トラン
   スと、 Ｃ上記入力端子と他方の上記信号絶縁トランスの一次巻
   線の他端との間に直列接続した第１スイツチと、 Ｄ 上記出力端子の他方と上記信号絶縁トランスの二次
   巻線の他端との間に直列接続した第２スイツチと、 Ｅ 上記第１スイツチと第２スイツチの何れか一方をオ
   ン、オフ駆動する駆動回路と、 Ｆ この駆動回路から出力される駆動パルスが一次巻線
   に与えられ二次巻線に微分パルスを得る駆動トランスと
   、 Ｇ この二次巻線に得られる微分パルスから上記オン、
   オフ駆動と同期した矩形波を得ると共に上記駆動回路に
   よってオン、オフ駆動されざる側のスイッチを上記駆動
   回路によってオン、オフ駆動される側のスイッチの動作
   と逆となるようにオン、オフ駆動する波形整形回路と、
   から戊る信号絶縁伝送装置。