JPS5938767Y2 - 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アナログ信号を直流的に絶縁して
伝送するようにした信号絶縁伝送装置に関する。

この種信号絶縁伝送装置は例えば第１図に示すように絶
縁トランス１１の１次コイルは第１スイツチ１２を通じ
て入力端子１３．１４間に接続され、かつこの入力端子
１３．１４間にはコンデンサ１５が接続される。

絶縁トランス１１０２次コイルは第２ Ｆ’ＥＴスイッ
チ１６を通じて出力端子１７及び１８間に接続され、こ
れ等端子１７゜１８間にコンデンサ１９が接続される。

入力端子１３及び１４間にアナログ入力信号が印加され
てコンデンサ１５にその入力電圧が充電されている。

第１ＦＥＴスイツチ１２及び第２ＦＥＴスイツチ１６は
そのゲートに互に逆位相の制御信号２１゜２２がそれぞ
れ印加される。

この信号により第１ＦＥＴスイツチ１２が導通状態にあ
り、第２ＦＥＴスイツチ１６が不導通状態にある場合は
第１珂汀スイツチ１２を通じてコげンサ１５に蓄えられ
た電荷が絶縁トランス１１０１次巻線に印加される。

次に第１ＦＥＴ スイッチ１２が不導通となり第２ＦＥ
Ｔスイツチ１６が導通すると絶縁トランス１１に発生す
る逆起電力がコンデンサ１９に充電され、これが出力端
子１７．１８間に得られる。

この絶縁伝送動作の様子を第３図の波形図を用いて説明
する。

第３図Ａは第１ＦＥＴスイツチ１２に供給する駆動信号
、第３図Ｂは第２ＦＥＴスイツチ１６に供給する駆動信
号を示す。

これら駆動信号により第１ＦＥＴスイツチ１２と第２Ｆ
ＥＴ スイッチ１６は互に逆にオン、オフ動作する。

第３図Ｃ及びＤは絶縁トランス１１の一次巻線と二次巻
線に流れる電流波形を示す。

−次巻線を流れる電流１１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。

また入力電圧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１２がオンのとき一次巻線に第３図
Ｃに示すように電流■１が流れる。

入力端子１３−１４間に第３図Ｅに示すように直流の入
力電圧Ｅ、が与えられると、電流■１ が正方向に流れ
る。

つ１り入力電圧Ｅ１ と出刃側コンデンサ１９に蓄えら
れる出力電圧Ｅ２ との差が有るとき、−次電流■１が
流れ、−次電流■１に比例して二次電流■２が流れる。

二次電流■２はコンデンサ１９に流入しコンデンサ１９
を充電する。

出力電圧Ｅ２は第３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１２と１６をオン、オフ駆動する駆動パルス（
第３図Ａ、Ｂ）のデユティが５０％のとき、出力電モＥ
２は入力電圧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■１ と二次電流■２は正と負
に対称なつ１り平均値がゼロとなる波形となり絶縁トラ
ンス１１の一次巻線と二次巻線との間で授受されるエネ
ルギの量はゼロとなる。

この状態に釦いて入力電圧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デン
サ１９の電圧を変化させる。

つ−１９例えば入力電圧Ｅ１ が時点Ｔ１ に釦いて込
の値に減少したとすると、電流■１ 、Ｔ２は逆向に流
れ、コンデンサ１９に充電されていた電気エネルギはト
ランス１１を介して入力側コンデンサ１５に戻される。

このエネルギの逆流により出力側コンデンサ１９の充電
電圧Ｅ２は減少し娑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Ｅ２もゼロとなる。

また入力電圧Ｅ１が負の電圧が入力されると出力電圧Ｅ
２も負電圧となる。

このようにして従来においては第１ＦＥＴスイツチ１２
、第２ＦＥＴ スイッチ１６をそれぞれ制御する制御信
号２１．２２のデユティが５０％の場合、入力端子１３
．１４間の入力アナログ信号と同一レベルのアナログ信
号が出力端子１７及び１８間に得られ、しかも効率の良
い伝送が行なわれ、これ等入力端子及び出力端子間はト
ランス１１により直流的に遮断されており、従って共通
電位が異なる個所間の信号伝送にこの信号絶縁伝送装置
は非常に有効である。

この考案はこの秀れた信号絶縁伝送装置にむいてその入
力側及び出力側のスイッチを制御する信号のデユティを
変更することによって入力アナログ信号に対し出力アナ
ログ信号の伝送利得を適当な値に変更できるようにし、
しかもこの利得をデジタル信号に応じて制御できるよう
にするものである。

このようにすることによって非常に簡単に伝送利得を変
更することができる。

即ち第１図において第１スイツチ１２が導通、不導通を
繰逸すことによつ１絶縁トランス１１０１次巻線にエネ
ルギが注入される。

第２スイツチ１６は第１スイツチがオンの時オフとなる
ように逆位相で駆動されるが、このスイッチ１６がオン
の時の絶縁トランス１１のエネルギはコンデンサ１９に
充電される。

第３図Ｅに示すように入力電圧Ｅ１が与えられると、−
次電流■１はテユテイ期間上昇を続ける。

１次電流Ｉ１の初期値をｉｌ ５ｔａｒ ｔ ｓ最終値
を１ｔｅｎｄ。

１次巻線のインダクタンスをＬｌ、デユティ期間の時間
幅をＴ１とするとき で与えられる。

ｊｌｅｎｄの値は、２次側電流の初期値ｊ ２ｓｔａｒ
ｔへ引き継がれる。

これはインダクタンスの電流保持特性による本質的な作
用である。

２次側電圧がゼロの時は、そのデユティ期間２次側電流
は変化せず２次電流Ｉ２の最終値１２ｅｎｄはｊ
をはビその１１保持する。

２次電流２ ｓ ｔａ ｒｔ Ｔ２が流れるデユティ期間に出力電圧Ｅ２は微増する。

その出力電圧Ｅ２の微増量を例えばＥｌの１００００分
の１程度に選ぶとき、出力電圧Ｅ２がＴ２に変化を与え
る１デユティ期間の出力電圧Ｅ２の値として、微増量に
着目することなくその期間の平均値をＥ２として２次電
流Ｉ２の変化を見てさしつかえない。

すなわち Ｌ２は２次巻線のインダクタンス、Ｔ２は第２スイツチ
１６がオンになっている期間、Ｌｌ−Ｌ２のとき、ｌ’
２ ｅｎｄの値は’ １５ｔａｒｔへ引き継がれ、次の
期間のｉ は更に上昇した値となり、ｅｎｄ ｊ ２ｓｔａｒｔへ引き継がれる。

頭初ゼロで提供される１２ｓｔａｒｔ と１２ｅｎｄ
との差は、Ｅ２の微増の繰り返しで第３図Ｃ及びＤ
に示すように出力電圧Ｅ２が上昇するにつれ、増加する
。

こＸで１次、２次の電圧の極性は第１図のようであり、
１次及び２次電流１１ 、Ｔ２の極性も第１図の方向を
基準にして表わされている。

’ ２５ｔａｒｔとｊ２ｅｎｄとの差の増加は、’ ｘ
ｓｔａｒｔ。

値へ次第に低い値を引き継ぐ形となり、安定状態すなわ
ち、 ｊ１ｅｎｄ″ −’ ２ｅｎｄ ＋ｊ ２ｓｔａｒｔ
＝ −ｊｔ ５ｔａｒｔの状態へ向う。

この安定への推移はスイッチ駆動信号を第４図Ａ、Ｂに
示すようにデユティを２：１にした場合に唱いても同様
に起る。

第５図は安定状態での第３図の■１ 、■２の拡大図で
あり、１：１の各デユティ期間■１と■２の変化勾配は
逆極性の同値となる。

第６図は第４図の■１．Ｉ２の拡大図であり、２次電流
■２の勾配は１次電流■１の２倍となる。

仮９に２次電流■２の勾配が第６図鎖線のようにゆるや
かであるときは、１次電流■１が同図鎖線のように上昇
に向い、２次電流■２からの引き継ぎを受ける。

すなわち電流■１ 、■２の勾配値がデユティに逆比例
して平衡しない限り、電流値は安定へ向って変化し続け
る。

任意期間における各デユティ期間の電流■１■２の変化
量△■１．△■２は で与えられ、安定状態では△■１＝△■２ となりＥｔ
： ′ＦＪ２−Ｔｔ ： Ｔ２の値に本質的に正
確に比例する。

このようにスイッチ１２．１６を制御するパルス幅Ｔ１
．Ｔ２によってコンデンサ１９の電圧が変化することに
なり、第２スイツチ１６が導通している期間が第１スイ
ツチ１２を導通させている期間よりも狭くなる程、コン
デンサ１９の電圧が犬となり、即ち伝送利得が大きくな
る。

また逆に第２スイツチ１６が導通している期間が第１ス
イツチ１２を導通させている期間より広くなるとコンデ
ンサ１９の電圧が小となり伝送利得が小さくなる。

このようにスイッチ１２．１６の制御デユティを変化す
ることによって伝送利得を制御するが、その制御はデジ
タル信号によって行なうことができる。

第２図に第１図と対応する部分に同一符号を付けて示す
ように、パルス発生手段２３を設ける。

このパルス発生手段２３は、レジスタ２４に蓄積された
制御デジタル信号に応じたパルス幅のパルス信号を発生
するものである。

このレジスタ２４には例えばバス２５を通じてコンピュ
ータからの指令によって制御デジタル信号が与えられる
。

パルス発生手段２３においては入力された制御デジタル
信号に応じた基準電圧を基準電圧発生回路２６によって
作る。

基準電圧発生回路２６は例えばレジスタ２４のデジタル
信号の各デジットに対応した端子２７，２８，２９の出
力がＰＮＰ型トランジスタ３０，３１，３２のベースに
与えられ、これ等トランジスタ３０，３１ ．３２のコ
レクタは共通の抵抗器３３を通じて共通電位点に接続さ
れ、各エミッタはそれぞれ抵抗器３４，３５゜３６を通
じて電源端子３７に接続する。

これ等抵抗器３４，３５，３６の各抵抗値をＲ，２Ｒ。

４Ｒのようにその入力制御デジタル信号の各対応デジッ
トのウエートに応じて選定される。

このようにしてこれ等端子２７乃至２９の各出力が全て
論理＋１１１１の場合はトランジスタ３０乃至３２は全
て導通し、これ等導通電流が抵抗器３３に共通に流れ、
つｔりこれ等電流が加算される。

この各コレクタ電流は上述のようにウエート付けられた
ものとなっているから、端子２７乃至２９に与えられる
デジタル信号の内容によって共通抵抗器３３に流れを電
流値が変化し、この抵抗器の電圧降下が基準電圧として
比較回路３８の反転入力端子に供給される。

比較回路３８の非反転入力端子には鋸歯状波発生回路３
９からの鋸歯状波電圧が供給されている。

従って反転入力端子３８に与えられる基準電圧に応じた
パルス幅のパルスが比較回路３８の出力即ちパルス発生
手段２３の出力として得られる。

この出力パルスのデユティは制御デジタル信号により変
化することになる。

この比較回路３８の出力は第２ＦＥＴスイツチ１６のゲ
ートに与えられ、更に比較回路３８の出力はトランス等
による直流絶縁機能を持ち二つのスイッチ１２と１６を
互に絶縁して駆動することができる駆動回路４１を通じ
て第１ＦＥＴ スイッチ１２のベースに供給される。

よってレジスタ２４に与えられる制御デジタル信号に応
じて第１スイツチ１２、第２スイツチ１６０オン、オフ
制御のデユティ比が逆に変化される。

この変化によって先に述べたように出力端子１７及び１
８間の電圧が変化する。

以上述べたようにこの考案によれば直流信号を直流的に
絶縁して伝送することができ、その場合にスイッチのオ
ン、オフデユティ化を変化させることにより、伝送利得
を制御し、出力直流信号のレベルを変更することができ
る。

尚パルス発生手段２３におけるデユティ比の設定手段と
しては先に述べたようにアナログ的に行なう場合のみな
らず、例えばシフトレジスタを使用しシフトレジスタに
取込んだディジタル符号をクロックパルスによって循環
させることにより任意のデユティ比を持つパルスを得る
ように構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の信号絶縁伝送装置を示す接続図、第２図
はこの考案による信号伝送装置の一例な示す接続図、第
３図は第１図の動作を説明するための波形図、第４図乃
至第６図はこの考案の動作を説明するための波形図であ
る。 １１：絶縁トランス、１３，１４：入力端子、１２：第
１スイツチ、１６：第２スイツチ、１５゜１９：コンデ
ンサ、１７．１８：出力端子、２３：パルス発生手段、
２４：制御デジタル信号記憶レジスタ、４１：駆動回路
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入力信号が蓄積される第１コンデンサと、−次巻線と二
   次巻線とを有する絶縁トランスと、前記第１コンデンサ
   に前記−次巻線と共に直列に接続された第１スイツチと
   、前記二次巻線に第２スイツチを介して接続された第２
   コンデンサと、伝送利得を制御する制御信号に対応した
   デユティ比を有する第１パルスを発生するパルス発生手
   段と、前記第１パルスとは逆位相の第２パルスを発生す
   る駆動手段と、前記第１パルスと前記第２パルスが各々
   前記第１スイツチと前記第２スイツチに与えられ、前記
   制御信号により前記入力信号に対する前記第２コンデン
   サの両端に得られる出力信号の伝送利得を変更すること
   を特徴とする信号絶縁伝送装置。