WO1985004750A1 - Analog input circuit - Google Patents

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WO1985004750A1
WO1985004750A1 PCT/JP1984/000169 JP8400169W WO8504750A1 WO 1985004750 A1 WO1985004750 A1 WO 1985004750A1 JP 8400169 W JP8400169 W JP 8400169W WO 8504750 A1 WO8504750 A1 WO 8504750A1
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analog input
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PCT/JP1984/000169
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French (fr)
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Hiroshi; Sato
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02—Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • G11C27/026—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element associated with an amplifier

Description

明
発明 の名称
ア ナ ロ グ入力 回路
技術分野
こ の発 明 は入力信号 か ら 抽出 さ れ る 所定成分 を サ ン プ ル ， ホ ー ル ド す る ア ナ ロ グ入力 回路 に 関 す る
背 技 i l
従来 こ の種の 回路 と し て第 1 図 に示す デ ィ ジ タ ル保護継電器 に使用 さ れ る ア ナ 口 グ入力 回路が あ つ 同 図 に お い て （la ) 乃至 （lh) は リ レ ー判定 に 不要な雑音波形成分除去用 の フ ィ ル タ 、 （2a ) 乃至 (2h) は そ れ ぞれ の フ ィ ル タ （la ) 乃至 （lh) に 対応 し て 設 け た 同 時刻 サ ン プ リ ン グ用 の サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路、 （3) は ア ナ ロ グ ' デ ィ ジ タ ノレ変換 回路
(4) は ア ナ ロ グ ィ ジ タ ル変換 回路 の入力 を 選択 す る た め の マ ル チ プ レ ク サ で あ る 。 ま た 、 （a)乃至 (h) は ア ナ ロ グ入力信号 を示 し 、 （p) は デ ィ ジ タ ル 出 力信号 を 示す。 こ の ア ナ ロ グ入力信号（a)乃至（h) は 電力 系統に 配 し た 検出 変成器、 検出 変流器 な ど の 各系統の各種 の 状態信号 を レ ベ ル変換、 電流 * 電
Ο ΡΓ 圧変換、 波形整形 な ど を 施 さ れ て導入 さ れ る 。
次 に動作 に つ い て 説明す る 。 系統か ら 導入 さ れ た電圧 ま た は 電流波形は 直流分や高調波成分 を 含 み 、 こ れ ら は事故判定の結果 を 誤 ま ら せ る た め 各 フ ィ ル タ （la ) 乃至 （lh) に よ り 必要成分の み を抽出 し た上で対応す る サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路 （2a) 乃 至 (2h) に よ り 全 チ ャ ン ネ ル同 時 に ホ ー ル ド さ れ、 直前の電圧 レ ベ ル が一定時間 だけ各 サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路 （ ） 乃至 （2h) の 出 力 に保た れ る 。 マ ル チ プ レ ク サ （4) は こ れ ら の各 チ ャ ン ネ ノレ を 順時走査 す る に よ り ア ナ ロ グ · デ ィ ジ タ ル変換 回路（3) に接続す る も の で あ る 。 一連 の動作は サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路 （2a ) 乃至 （2h ) の ホ ー ル ド状態力ゝ ら 始 ま り 、 各 々 の チ ャ ン ネ ル が順時時分割 に よ る 走査 に し た 力 い ア ナ ロ グ · デ ィ ジ タ ル変換回路（ に接 続 さ れ 、 全 チ ャ ン ネ ルが時分割 し て デ ィ ジ タ ル信 号に変換 さ れた 時点で終了 す る 。
従来の ア ナ 口 グ入力 回路は 以上 の. よ う に構成 さ れ て い る の で多 チ ヤ ン ネ ル入力 が増大す る フ ィ ル タ と サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路は そ れ に 応 じ て チ ャ ン ネ ル数が必要で あ る 力 ら 明 ら 力 に部品数が 増大 し て し ま う 結果 と な る 。 ま た そ れ ぞ れ の フ ィ ル タ 、 サ ン プ ル ' ホ ー ル ド 回路 は 、 入力 す る ア ナ ロ グ信号の大 き さ な ど に応 じ て オ フ セ ッ ト 調 お よ びゲ イ ン調整 回路 を 設 け る こ と が特性管理上必 要な こ と が多 く 、 本来一方だ け で よ い れ ら 調整 機能 を重複 し て 設 け る こ と と な る な ど の欠点 が あ つ た
発明 の 開示
こ の発 明 は 、 ア ク テ ィ ブ フ ィ ル タ の尖鋭度 Q を 調整す る 演算増幅器 と し て 、 ス ィ ッ チ を介 し て 直 列接続 さ れ る ボ ル テ ー ジ フ ォ ロ ア 2 段回路 を 使用 し 、 ス ィ ッ チ の 出 力端 に ホ ー ル ド キ ャ パ シ タ を 設 け 、 ス ィ ッ チ 力 閉 の と き ホ ー ル ド キ ャ パ シ タ は ァ ク テ ィ ブ フ イ ソレ タ の 出 力 と 同一電位 に な り 、 ス ィ ツ チ 力 S開 の と き ホ 一ソレ ド キ ヤ ノヽ。 シ タ の電位 が ァ ク テ ィ ブ フ ィ ル タ 力 > ら 出 力維持 さ れ る ア ナ ロ グ入力 回路 を 提供す る も の で あ る 。
こ の発 明 に よ れ ば、 ボ ル テ ー ジ フ ォ ロ ア 2 段 回 路 を サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路用 の演算増幅器 と フ ィ ル タ 用 の演算増幅器 と し て共甩で る に よ り 、 部品数 を 減少 さ せ、 重複 し て い た 調整機能 を
OMPI な く す こ と で低 コ ス ト 、 省 ス ペ ー ス お よ び信頼性 向上 を 実現 さ せ た ア ナ 口 グ入力 回路が得 ら れ る 効 果カ あ る 。
図面の簡単 な 説明
第 1 図 は デ ィ ジ タ ル継電器に 適用 さ れ た 従来の ア ナ ロ グ入力 回路 を 示す ブ ロ ッ ク 図、 第 2 図 は デ ィ ジ タ ル継電器 に適用 さ れ た こ の発明 の一実施例 に よ る ア ナ ロ グ入力 回路 を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 3 図 は第 2 図 に示す ア ナ 口 グ入力 回路の 回路構成図 第 4 図 お よ び第 5 図 は こ の発明 の他の 実施例 に よ る ア ナ ロ グ入力 回路の 回路構成図 、 第 6 図 は第 3 図乃至第 5 図 に示す ア ナ 口 グ入力 回路の一部 を搆 成す る サ ン プ ル ' ホ ー ル ド 回路の 回路構成図 で あ
Ό o
発明 を 実施す る た め の最良の形態
以下、 こ の発明 の実施例 を 図 につ い て説明す る 第 2 図 は 、 こ の発明 の 一実施例 に も と づ く デ イ ジ タ ル保護継電器 に適用 さ れ る ア ナ 口 グ入力 回路 を 示す ブ ロ ッ ク 図で あ り 、 図中第 1 図 と 同一符号は 同一又は相 当部分 を 示す の で説 明 は省略す る 。 第
2 図 に お い て （δ) は フ ィ ル タ 回路 と サ ン プ ル · ホ ル ド 回路 を 一体化 し た ア ナ ロ グ入力 回路 、 （4) は マ ル チ プ レ ク サ 、 （3) は ア ナ ロ グ ' デ ィ ジ タ ル変換 回 路で あ る ナ 口 グ入力 回路（5) に は 低域通過形、 高域通過形お よ び帯域通過形が あ り 、 ア ナ ロ グ入 力 回路 の具体構成例 を そ れ ぞれ第 3 図 ， 第 4 図 お よ び第 5 図 に 示 し 、 さ ら に ア ナ ロ グ入力 回路（5) 内 に 設 け た サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路の具体構成例 を 第 6 図 に示す。
本発明 の 実施例 の動作説 明 の前 に 第 6 図 に基づ い て サ ン プ ル . ホ ー ル ド 回路 ( の説 明 を 行 う 。 同 図 に お い て 、 ^ ， ^ は 演算増幅器、 ^ は ス ィ ッ チ s) は ホ ー ソレ ド キ ヤ ノヽ。 シ タ 、 ^ は 入力端子、 ^ は 出 力端子、 ^ は ス ィ ッ チ な の 開 閉 制御 を 行 う コ ン ト ロ ー ル信号入力端子 （ 以下 SZH 端子 と 略す ） で あ o
い ま 、 こ の SZH 端子 に コ ン ト ロ ー ル信号が与 え ら れ て い る と 、 ス イ ッ チ な?） 力 閉 じ て い る の で 、 サ ン プ ル . ホ ー ル ド 回路（^ 全体 と し て は ボ ル テ ー ジ フ ォ ロ ア 2 段回路 の 直列接続 と な り 、 外部か ら は 非反転演算増幅器 と し て見 え 、 ホ ー ル ド キ ャ パ シ タ 8) は入力端子 ^ お よ び出 力端子 ¾ と 同一電位 と
OMPI な る 。 一方、 コ ン ト ロ ー ル信号カ 解除 さ れ ス イ ツ チ が開 い た 時 に は、 演算増幅器 ^ の入力 は ホ 一 ル ド キ ヤ ノヽ0 シ タ ^ の電位が加わ っ てお り 、 そ の電 位 は ス ィ ッ チ な 7) が開 く 直前の値が保持 さ れ る 。 し た がっ て 、 入力端子 ^ の電位が変化 し て も 、 出 力 端子 ^ の電位は 、 先の 電位カ ホ ー ル ド キ ャ パ シ タ 08) の 電位 と し て保 たれ る 。 以下、 ス ィ ッ チ が閉 じ た 状態 を サ ン プ リ ン グ モ ー ド 、 開 い た 状態 を ホ — ソレ ド モ ー ド と ¾ う 。
以上 の よ う な サ ン プル · ホ ー ル ド 回路 ^ 内 の演 算増幅器 ィ ル タ 回路の演算増幅器 と の共用 に つ い て説明す る 。 第 3 図 は 、 第 6 図 に述べ た サ ン プ ル . ホ ー ル ド 回路 0 を 適用 し て低域通過形 フ ィ ル タ が構成 さ れ た ア ナ 口 グ入力 回路の具体構成 例で あ る 。 ^ は サ ン ブル ' ホ ー フレ ド 回路、 , $ は ィ ル タ 用抵抗、 <¾ , $ は フ ィ ル タ 用 コ ン デ ン サ 、 OS) は ホ ー ル ド キ ヤ ノヽ。 シ タ 、 は入力端子、 は 出 力端子で あ る 。
第 3 図 に おい て 、 サ ン プ ル . ホ ー ル ド 回路 ^ を 非反転接続の演算増幅器 と し て 見 た 時、 入力端子 ^ と 出 力端子 ^ の 関係 は 次式① で現わ す こ と がで
Ο ΡΙ きる
Figure imgf000009_0001
但し、 V は 入 力端子 の電位 を 、 V2は 出力端子 の電位 を 、 S は すな わ ち " 27Γ X周 波数 " で表わ さ れ る 変数 を 示す。 S を 変化 さ せ た 時 の上式① で 示 さ れ る ア ナ 口 グ信号電圧 V2お よ び の 関係 は 、
S = 0 の 2 / ^ι = 1、 ま た S の V2ZVi = 0 な る し た が っ て ア ナ ロ グ入力 回路は 、 サ ン プ ル ホ ー ル ド 回路 と し て 機能す る と 共 に 2 次低域通過 形 フ ィ ル タ を 実現 し て い る こ と に な る 。 す な わ ち サ ン プ リ ン グ モ ー ド に お い て は 、 2 次低域通過形 フ ィ ル タ と し て の 動作 を 行 う 。 ま た 式① は非反転 増幅器 を 用 い て実現 さ れ る ァ ク ィ プ フ イ ノレ タ 同 じ 式で あ り 、 こ の動作 は 公知 の も の で あ る 。 さ ら に ホ ー ル ド モ ー ド と な っ た 時 の 出 力 は 、 サ ン プ ル ホ ー ル ド の動作説 明 の中 で述べ た 通 り 、 モ ー ド 切替が行 な わ れ る 直前 の 出 力 電位 が保持 さ れ る 。 こ の 出 力信号 は サ ン プ リ ン グ モ ー ド に お け る フ ィ ル タ ー動作 を し て い る 時 の 出 力 信号で あ る の で 、 不要成分 を 除去 し た ア ナ 口 グ入力信号波形 を ホ ー ル ド す る に な る 。 サ ン プ ル ' ホ ー ル ド 回路 0 の 出カ イ ン ビ 一 ダ ン ス は非常 に小 さ い た め 、 コ ン デ ン サ ^ を 通 じ て の入力端子 © の 電位変化の影響 は 無視で き る 。
ホ ー ル ド モ ー ド で は コ ン デ ン サ に よ る フ ィ ー -ド パ ッ ク ル ー プ は 開かれ る た め抵抗 ¾ ， ^ と コ ン デ ン サ ^ に よ る 低域通過形 1 次 フ ィ ル タ に よ り 高 域除去 さ れ た電位カ サ ン プ ル · ホ ー ル ド 0 の入力 端子な 9) に印加 さ れ て お り の 状 態 力 > ら サ ン プ リ ン グ モ ー ド に切替っ た 時、 2 次低域通過形 フ ィ ル タ に 変化す る が、 極 め て.短い追従時間 で あ る た め 用途上全 く 問題 は 生 じ ない。
以 上 に よ り サ ン プ ル · ホ ー ル ド ^ の演算増幅器 は 、 サ ン プ リ ン グ モ ー ド で は ァ ク テ ィ ブ フ ィ ル タ の演算増幅器 と し て 、 ま た ホ ー ル ド モ ー ド では 本 来の サ ン プ ル * ホ ー ル ド 回路 の演算増幅器 と し て 共用可能で あ り 、 かつ こ れ ら 2 つ の機能に何 ら 支 障 の な と が判 明 さ れ る
第 4 図 お よ び第 5 図は 、 い ずれ も こ の発明 の他 の実施例で あ り 、 サ ン プ ル ' ホ ー ル ド 回路 を 適 用 し て高域通過形 フ ィ ル タ ^ お よ び帯域通過形 フ ィ ル タ が構成 さ れ た ア ナ 口 グ入力 回路の具体構 成例 を そ れ ぞれ示 し て い る 。 な お 、 こ れ等の 図 に お い て 、 第 3 図 と 同 一符号 は 、 同 一又は相 当 部分 を示すの で 、 詳 し い説 明 は 省略 す る 。 第 4 図 の 実 施例 で は 、 フ ィ ル タ 用 抵抗 フ ィ ル タ 用 コ ン デ ン サ ^ ， に よ っ て 高域通過形 フ ィ ル タ 力 、 ま た 第 5 図 の 実施例 で は 、 フ ィ ル タ 用 抵抗 © ， > フ ィ ル タ 用 コ ン デ ン サ ^ ， ^ に よ っ て帯域通 過形 フ ィ ル タ が 、 そ れ ぞれ第 3 図 の 実施例 と 同様 に サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路 の演算増幅器 と と も に ァ ク テ ィ ィ ル タ と し て働 く
以上 の よ う に こ の発明 に よ れ ば 、 ア ク テ ィ ブ フ ィ ル タ と サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路 を 一体.化 し て構 成 し 、 フ ィ ル タ 回路 の演算増幅器が不要 と な っ た た め コ ス ト 低減 、 省 ス ペ ー ス に加 え 、 信頼性 の向 上 お よ び低消費電力化が計 ら れ る と 共 に 、 更 に サ ン プ ル · ホ ー ル ド 回路は サ ン プ リ ン グ モ ー ド に お い て ボ ル テ ー ジ フ ォ ロ ア 2 段回路の直列接続 と な つ て い る た め 、 極 め て入力 イ ン ビ ー ダ ン ス の高 い 入力 回路 と な っ て お り 、 ア ク テ ィ ブ フ ィ ル タ を 構
ΟΜΡΙ w 成す る 抵抗素子の値 を 高 く 設定で き る た め 抵抗 コ ン デ ン サ 回路時定数 を 一定 と し た場合に コ ン デ ン サ容量 を小 さ く で き る の で コ ス ト 、 ス ペ ー ス の点 で有利で あ る 。
産業上 の利用 可能性
こ の発明 は デ ィ ジ タ ル保護継電器な ど の ア ナ 口 グ入力 回路 に限 ら ず 、 ア ナ ロ グ信号 を入力 と す る デ ィ ジ タ ル機器一般 に適用 で き る も の で あ る 。

Claims

請 求 の 範 囲
1. ス ィ ッ チ を 介 し て直列接続 さ れ る ボ ル テ ー ジ フ ォ ロ ァ 2 段 回路が尖鋭度 Q を 調整す る 演算增幅 器 で あ る ア ク テ ィ ブ フ ィ ル タ と 、 上 記 ス ィ ッ チ の 出 力端 に 設 け ら れ上記 ス ィ ツ チ が閉 の と き 上記 ァ ク テ ィ ブ フ ィ ル タ の 出 力 と 同一電位 に な り 、 上記 ス ィ ツ チ 力 > '開 の と き こ の 電位が上記 ァ ク テ ィ ブ フ ィ ノレ タ カ > ら 出 力維持 さ れ る ホ ー ル ド キ ヤ ノヽ。 シ タ と を 備 え た ア ナ 口 グ入-力 回路。
2. ア ク テ ィ ブ フ ィ ノレ タ は 、 ポ ノレ テ ー ジ フ ォ ロ ア
2 段回路 の 出 カ イ ン ピ ー ダ ン ス よ り ィ ン ピ ー ダ ン ス が大 き い帰還回路 を 有 し 、 ス ィ ッ チ カ 開 の と き 1 次形 フ ィ ル タ で あ り 、 上記 ス ィ ッ チ 力 > '閉 の と き
2 次形 フ ィ ル タ と な る を 特徴 と し た 請求の範 囲第 1 項記載 の ア ナ ロ グ入力 回路
ァ ク テ ィ ブ フ ィ ル タ は 低域通過形 フ ィ ル タ で あ る を 特徴 と し た 請求の範囲第 2 項記 載 の ァ ナ ロ グ入力 回路。
4. ア ク テ ィ ブ フ ィ ル タ は 高域通過形 フ ィ ル タ で あ る こ と を 特徴 と し た 請求の 範囲第 3 項記載の ァ ナ ロ グ入力 回路。 2
5. ァ ク テ ィ プ フ ィ ル タ は 帯域通過形 フ ィ ル タ で あ る こ と を 特徴 と し た 請求の 範囲第 4 項記載の ァ ナ ロ グ入力 回路
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Shadan Hozin Nippon Denshi Kogyo Shinko Kyokai, Analogue IC Oyo Gijutsu Henshu Iinkai "Analogue IC Oyo Handbook" 10 September, 1976 (10. 09. 76), KOGYO CHOSAKAI KABUSHIKI KAISHA p.198, p.252 *

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