(57)【要約】【課題】小形化および製造コストの低減を図り得る回路基板を提供する。【解決手段】互いに絶縁された状態で基板本体２の一次回路２ａ内に並設された複数の信号処理回路３と、基板本体２の二次回路２ｂ内に配設された信号処理回路４と、基板本体２の中間回路２ｃ内に配設された電源回路１１と、信号処理回路３から出力された信号Ｓ１を絶縁した状態で処理回路４に伝達する信号伝達部と、信号処理回路３内の電源回路３ａおよび電源回路１１に電源を供給する電源供給部とを備え、信号伝達部は、電源回路１１からの電源で作動する第１フォトカプラ２１ａ、および第２フォトカプラ２１ｂをそれぞれ信号処理回路３と同数備えて構成され、電源供給部は、電源回路１１に電源を供給する１つのトランス２３と、各電源回路３ａに電源をそれぞれ供給する信号処理回路３と同数のトランス２２とを備えて構成されている。【選択図】図２
2010019554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次回路、中間回路および二次回路が互いに絶縁された状態で配置された基板本体と、互いに絶縁された状態で前記一次回路内に並設されると共に第１電源回路をそれぞれ有し、かつ当該第１電源回路からの電源で作動すると共に入力した信号を処理して出力する複数の第１処理回路と、前記二次回路内に配設されて前記各第１処理回路からそれぞれ出力された信号を処理する第２処理回路と、前記中間回路内に配設された中間回路用電源回路と、前記第１処理回路から出力された前記信号を絶縁した状態で前記第２処理回路に伝達する信号伝達部と、前記二次回路内の電源を前記各第１電源回路および前記中間回路用電源回路に供給する電源供給部とを備え、
前記信号伝達部は、第１信号伝達素子および第２信号伝達素子をそれぞれ前記第１処理回路と同数備えて構成され、
前記第１信号伝達素子は、入力回路が前記第１処理回路からの前記信号を非絶縁状態で入力して絶縁状態で出力回路に出力すると共に当該出力回路が前記中間回路用電源回路からの電源で作動して当該信号を出力し、
前記第２信号伝達素子は、入力回路が前記第１信号伝達素子の前記出力回路からの前記信号を非絶縁状態で入力して絶縁状態で出力回路に出力すると共に当該出力回路が当該信号を非絶縁状態で前記第２処理回路に出力する回路基板であって、
前記電源供給部は、１つの第１トランスと、前記第１処理回路と同数の第２トランスとを備え、
前記第１トランスは、一次巻線に入力した前記二次回路内の前記電源を二次巻線を介して前記中間回路用電源回路に供給し、
前記各第２トランスは、一次巻線に入力した前記二次回路内の前記電源を二次巻線を介して前記各第１電源回路にそれぞれ供給する回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の回路基板と、前記第２処理回路から出力される前記信号に基づいて所定の物理量を測定する測定部とを備えている測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複数の処理回路を備えると共に所定の絶縁規格に適合するように絶縁された回路基板、およびその回路基板を備えた測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の回路基板を備えた測定装置として、特開２００７−２４８０９２号公報において出願人が開示した電気計測機器が知られている。この電気計測機器では、電圧を入力する電圧入力端子と電圧一次側回路との間、および電流を入力する電流入力端子と電圧一次側回路との間が基礎絶縁デバイスとしてのインピーダンスを介してそれぞれ接続されている。また、この電気計測機器では、電圧一次側回路と二次側回路との間が基礎絶縁デバイスとしてのフォトカプラを介して接続されている。つまり、この電気計測機器では、電圧入力端子と二次側回路との間、および電流入力端子と二次側回路との間が２つの基礎絶縁デバイスで接続されており、この構成により、両入力端子と二次側回路との間が二重絶縁されている。
【０００３】
一方、一般的に流通しているフォトカプラは、入力回路（発光側）と出力回路（受光側）との間の沿面距離が短く規定されており、高電圧を処理する際には、基礎絶縁の規格を満たさないことがある。このため、発明者は、高電圧処理に対応可能な構成として、図３に示すように、２つのフォトカプラ１２１ａ，１２１ｂを用いて基礎絶縁の規格を満たす回路基板１０１を既に開発している。この回路基板１０１は、一次回路１０２ａ、二次回路１０２ｂ、および両回路１０２ａ，１０２ｂ間に配置された中間回路１０２ｃを有する基板本体１０２を備えている。この場合、各回路１０２ａ〜１０２ｃは互いに絶縁された状態で配置されている。また、一次回路１０２ａ内には、電源回路１０３ａを有する信号処理回路１０３が配設されている。また、二次回路１０２ｂ内には、処理回路１０４、電源回路１０５およびスイッチング回路１０６が配設されている。さらに、中間回路１０２ｃには、電源回路１１１とスイッチング回路１１２とが配設されている。また、基板本体１０２には、信号伝達素子として機能する２つのフォトカプラ１２１ａ，１２１ｂと、電源供給部として機能する２つのトランス１２２ａ，１２２ｂとが配設されている。
【０００４】
この回路基板１０１では、電源回路１０５が、二次回路１０２ｂに入力された交流電圧から直流電圧を生成して、処理回路１０４、スイッチング回路１０６およびフォトカプラ１２１ｂに供給する。これにより、処理回路１０４が作動すると共にフォトカプラ１２１ｂが作動可能な状態となる。また、スイッチング回路１０６が直流電圧をスイッチングしてトランス１２２ｂを介して電源回路１１１に交流電圧を供給する。この際に、電源回路１１１は、トランス１２２ｂを介して入力した交流電圧を整流することによって直流電圧を生成し、この直流電圧をスイッチング回路１１２およびフォトカプラ１２１ａに供給する。これにより、スイッチング回路１１２が直流電圧をスイッチングしてトランス１２２ａを介して電源回路１０３ａに交流電圧を供給し、フォトカプラ１２１ａが作動可能な状態となる。また、電源回路１０３ａは、トランス１２２ａを介して入力した交流電圧を整流することによって直流電圧を生成して信号処理回路１０３内に供給する。この状態において、信号Ｓ１が入力された際には、信号処理回路１０３によって増幅された信号Ｓ１がフォトカプラ１２１ａに出力され、フォトカプラ１２１ａ，１２１ｂが、信号Ｓ１を絶縁した状態で処理回路１０４に出力する。この後、処理回路１０４が信号Ｓ１を処理して信号Ｓ２として出力する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４８０９２号公報（第５−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、発明者が既に開発している上記の回路基板１０１にも、解決すべき以下の課題がある。すなわち、この回路基板１０１では、高電圧処理時における基礎絶縁の規格を満たすために、２つのフォトカプラ１２１ａ，１２１ｂを用いている。したがって、信号処理回路１０３用の電源だけではなく、フォトカプラ１２１ａのフォトトランジスタ用の電源も絶縁した状態で供給する必要があり、このために、２つのトランス１２２ａ，１２２ｂを用いている。この結果、この構成を複数種類の信号を処理する多チャンネルの回路基板に適用したときには、各チャンネル毎に２つのトランス１２２ａ，１２２ｂ（つまり、（チャンネル数×２）個のトランス）を設ける必要がある。したがって、この回路基板１０１には、トランス１２２ａ，１２２ｂの数が多い分、小形化が困難であると共に製造コストの低減が困難であるという課題が存在する。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、小形化および製造コストの低減を図り得る回路基板および測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載の回路基板は、一次回路、中間回路および二次回路が互いに絶縁された状態で配置された基板本体と、互いに絶縁された状態で前記一次回路内に並設されると共に第１電源回路をそれぞれ有し、かつ当該第１電源回路からの電源で作動すると共に入力した信号を処理して出力する複数の第１処理回路と、前記二次回路内に配設されて前記各第１処理回路からそれぞれ出力された信号を処理する第２処理回路と、前記中間回路内に配設された中間回路用電源回路と、前記第１処理回路から出力された前記信号を絶縁した状態で前記第２処理回路に伝達する信号伝達部と、前記二次回路内の電源を前記各第１電源回路および前記中間回路用電源回路に供給する電源供給部とを備え、前記信号伝達部は、第１信号伝達素子および第２信号伝達素子をそれぞれ前記第１処理回路と同数備えて構成され、前記第１信号伝達素子は、入力回路が前記第１処理回路からの前記信号を非絶縁状態で入力して絶縁状態で出力回路に出力すると共に当該出力回路が前記中間回路用電源回路からの電源で作動して当該信号を出力し、前記第２信号伝達素子は、入力回路が前記第１信号伝達素子の前記出力回路からの前記信号を非絶縁状態で入力して絶縁状態で出力回路に出力すると共に当該出力回路が当該信号を非絶縁状態で前記第２処理回路に出力する回路基板であって、前記電源供給部は、１つの第１トランスと、前記第１処理回路と同数の第２トランスとを備え、前記第１トランスは、一次巻線に入力した前記二次回路内の前記電源を二次巻線を介して前記中間回路用電源回路に供給し、前記各第２トランスは、一次巻線に入力した前記二次回路内の前記電源を二次巻線を介して前記各第１電源回路にそれぞれ供給する。
【０００９】
また、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の回路基板と、前記第２処理回路から出力される前記信号に基づいて所定の物理量を測定する測定部とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の回路基板では、１つの第１トランスから出力される電源を中間回路内の１つの（共通の）中間回路用電源回路を介して各第１信号伝達素子に供給している。このため、この回路基板によれば、フォトカプラ（第１信号伝達素子）に対する電源供給用のトランスを各チャンネル毎に設けている従来の回路基板と比較して、トランスの数を全体として削減することができる結果、その分、回路基板の小形化、および回路基板の製造コストの低減を実現することができる。
【００１１】
請求項２記載の測定装置によれば、請求項１記載の回路基板を備えたことにより、回路基板の小形化および回路基板の製造コストの低減に伴って、装置全体の小形化および装置全体としての製造コストの低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回路基板および測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
最初に、測定装置５１の構成について、図面を参照して説明する。図１に示す測定装置５１は、本発明に係る測定装置の一例であって、回路基板１、測定部５２、表示部５３、操作部５４および制御部５５を備えて、電圧、電流および電力等の所定の物理量を測定可能に構成されている。
【００１４】
回路基板１は、本発明に係る回路基板の一例であって、図２に示すように、基板本体２を備えており、この基板本体２には、一次回路２ａ、二次回路２ｂ、および両回路２ａ，２ｂ間に配置された中間回路２ｃが設けられている。この場合、各回路２ａ〜２ｃは互いに絶縁された状態で配置されている。この回路基板１では、複数チャンネル（この例では、４チャンネル）で入力された各種の信号Ｓ１を処理可能に構成されている。また、この回路基板１は、全領域が所定の絶縁規格（ＩＥＣ規格、ＪＩＳ規格およびＵＬ規格等）に適合するように絶縁されている。
【００１５】
一次回路２ａ内には、複数（一例として４つ）の信号処理回路（本発明における第１処理回路）３が配設されている。この場合、各信号処理回路３は、互いに絶縁された状態で並設されると共に電源回路（本発明における第１電源回路）３ａをそれぞれ有している。また、信号処理回路３は、基板本体２に配設された演算増幅器や抵抗などの複数の電気部品で構成されて、電源回路３ａからの直流電圧（電源）で作動すると共に信号入力端子３１から入力した信号Ｓ１を増幅（本発明における処理に相当する）して出力する。
【００１６】
また、二次回路２ｂ内には、信号処理回路（本発明における第２処理回路）４、電源回路５およびスイッチング回路６が配設されている。この場合、信号処理回路４は、各信号処理回路３から電気的に絶縁された状態で各信号Ｓ１を入力して、その信号Ｓ１を処理して（例えば、Ａ／Ｄ変換して）信号Ｓ２として測定部５２や図外の外部装置に出力する。また、電源回路５は、二次回路２ｂに入力された交流電圧から直流電圧を生成して、信号処理回路４、スイッチング回路６および後述するフォトカプラ２１ｂに供給する。また、スイッチング回路６は、信号処理回路３の数（つまりチャンネル数）に１を加えた数（この例では５つ）だけ配設されており、電源回路５から供給される直流電圧をスイッチングして後述する各トランス２２およびトランス２３に交流電圧を出力する。また、中間回路２ｃには、フォトカプラ２１ａに直流電圧を供給する１つの電源回路（本発明における中間回路用電源回路）１１が配設されている。この場合、電源回路１１は、トランス２３を介して入力した交流電圧を整流して直流電圧を生成する。
【００１７】
また、基板本体２には、信号処理回路３と同数の第１フォトカプラ２１ａ、信号処理回路３と同数の第２フォトカプラ２１ｂ（アイソレータの一例、以下、第１フォトカプラ２１ａと第２フォトカプラ２１ｂとを区別しないときには「フォトカプラ２１」ともいう）、信号処理回路３と同数のトランス２２、および１つのトランス２３が配設されている。この場合、第１フォトカプラ２１ａは、アイソレータの一例であり、本発明における第１信号伝達素子として機能して、図２に示すように、入力回路（この例ではフォトダイオード）が信号処理回路３に接続されると共に、出力回路（この例ではフォトトランジスタ）が第２フォトカプラ２１ｂの入力回路（この例ではフォトダイオード）に接続されている。また、第１フォトカプラ２１ａは、電源回路１１からの直流電圧で作動して、信号処理回路３から信号Ｓ１が出力された際に、その信号Ｓ１をフォトダイオードを介してフォトトランジスタに絶縁した状態で伝達（出力）する。
【００１８】
また、第２フォトカプラ２１ｂは、アイソレータの一例であり、本発明における第２信号伝達素子として機能して、入力回路（この例ではフォトダイオード）が第１フォトカプラ２１ａのフォトトランジスタに接続されると共に、出力回路（この例ではフォトトランジスタ）が信号処理回路４に接続されている。また、第２フォトカプラ２１ｂは、電源回路５からの直流電圧で作動して、第１フォトカプラ２１ａのフォトトランジスタに信号Ｓ１が伝達された際に、その信号Ｓ１をフォトダイオードを介して入力する共にその信号Ｓ１をフォトトランジスタに絶縁した状態で伝達（出力）する。したがって、この回路基板１では、１つの第１フォトカプラ２１ａおよび１つの第２フォトカプラ２１ｂ（２つのフォトカプラ２１）によって信号処理回路３から出力される信号Ｓ１が信号処理回路４に電気的に絶縁した状態で（非接触で）伝達される。なお、第１フォトカプラ２１ａおよび第２フォトカプラ２１ｂによって本発明における信号伝達部が構成される。
【００１９】
ここで、この回路基板１では、上記したように、一次回路２ａと二次回路２ｂとの間に配設された（直列接続された）２つのフォトカプラ２１が、信号Ｓ１を絶縁した状態で伝達する。このため、この回路基板１では、入力回路（フォトダイオード）と出力回路（フォトトランジスタ）との間の沿面距離が短いことに起因して１つのフォトカプラ２１では基礎絶縁の規格を満たさない場合であっても、２つのフォトカプラ２１を直列接続することで、基礎絶縁の規格を満たすことが可能となっている。
【００２０】
トランス２２は、各チャンネル毎に１つずつ設けられており、トランス２３と相俟って本発明における電源供給部を構成し、本発明における第２トランスとして機能する。この場合、トランス２２は、一次巻線がスイッチング回路６に接続されると共に二次巻線が信号処理回路３内の電源回路３ａに接続され、電源回路５によって生成された直流電圧に基づく電源、つまり二次回路２ｂ内で生成された電源を一次巻線に入力して、二次巻線を介して信号処理回路３内の電源回路３ａに供給する。トランス２３は、本発明における第１トランスとして機能する。この場合、トランス２３は、一次巻線がスイッチング回路６に接続されると共に二次巻線が中間回路２ｃ内の電源回路１１に接続され、電源回路５によって生成された直流電圧に基づく電源、つまり二次回路２ｂ内で生成された電源を一次巻線に入力して、二次巻線を介して電源回路１１に供給する。
【００２１】
この回路基板１では、１つのトランス２３から出力される電源（交流電圧）を中間回路２ｃ内の１つの（共通の）電源回路１１を介して各チャンネルのフォトカプラ２１ａに供給している。このため、この回路基板１では、フォトカプラ１２１ａに対する電源供給用のトランス１２２ｂを各チャンネル毎に設けている従来の回路基板１０１と比較して、トランスの数を全体として削減することができる。具体的には、トランス２２が従来の回路基板１０１におけるトランス１２２ａの機能を実現し、トランス２３が従来の回路基板１０１における各トランス１２２ｂの機能を実現する。したがって、チャンネルがＮチャンネルの場合、従来の回路基板１０１ではチャンネルと同数のＮの数だけトランス１２２ｂを必要としていたのに対して、この回路基板１では、１つのトランス２３で同じ機能を実現することができ、その結果、その分、回路基板１の小形化、および回路基板１の製造コストの低減を実現することが可能となっている。
【００２２】
測定部５２は、回路基板１から出力された信号Ｓ２に基づいて所定の物理量を測定する。表示部５３は、制御部５５の制御に従い、測定部５２によって測定された物理量を表示する。操作部５４は、電源スイッチや測定開始スイッチ等を備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。制御部５５は、操作部５４から出力された操作信号に従って各部を制御する。
【００２３】
次に、測定装置５１を用いて所定の物理量を測定する際の回路基板１の動作について、図面を参照して説明する。
【００２４】
まず、信号Ｓ１の入力用ケーブル（図示せず）を測定装置５１の回路基板１における各チャンネルＣｈ１〜Ｃｈ４の各信号入力端子３１にそれぞれ接続する。次いで、操作部５４の測定開始スイッチを操作する。続いて、制御部５５が、操作部５４から出力された操作信号に従って各部の制御を開始する。この場合、回路基板１の電源回路５が、二次回路２ｂ側に配設されている電源入力端子から入力した交流電圧を整流して直流電圧を生成して二次回路２ｂ内の各回路に供給する。これにより、信号処理回路４が作動状態となると共に第２フォトカプラ２１ｂが作動可能な状態となる。また、各スイッチング回路６が直流電圧をスイッチングして各トランス２２，２３の一次巻線に交流電圧を供給する。これにより、中間回路２ｃ内の電源回路１１がトランス２３の二次巻線を介して入力した交流電圧を整流することによって直流電圧を生成して各第１フォトカプラ２１ａのフォトトランジスタに供給する。この結果、各第１フォトカプラ２１ａが作動可能な状態となる。また、各信号処理回路３の電源回路３ａがトランス２２の二次巻線を介して入力した交流電圧を整流することによって直流電圧を生成して各信号処理回路３内の演算増幅器などに供給する。この結果、信号処理回路３が作動状態となる。
【００２５】
次いで、各信号処理回路３が各信号入力端子３１を介して入力した信号Ｓ１に対して所定の処理（一例として増幅）を行ってそれぞれ出力する。続いて、各第１フォトカプラ２１ａのフォトダイオードが、信号Ｓ１を入力して絶縁状態（非接触状態）でフォトトランジスタに伝達する。次いで、各第２フォトカプラ２１ｂのフォトダイオードが、第１フォトカプラ２１ａのフォトトランジスタから出力された信号Ｓ１を入力して絶縁状態（非接触状態）でフォトトランジスタに伝達する。これにより、第１フォトカプラ２１ａおよび第２フォトカプラ２１ｂによって信号Ｓ１が信号処理回路３から信号処理回路４に絶縁された状態で伝達される。次いで、信号処理回路４が、信号Ｓ１に対して所定の処理（一例としてＡ／Ｄ変換）を実行して信号Ｓ２として測定部５２に出力する。続いて、測定部５２が、信号Ｓ２に基づいて所定の物理量を測定し、その測定結果を示す測定データを制御部５５に出力する。次いで、制御部５５が測定結果の表示を表示部５３に対して指示する。これにより、測定結果が表示部５３に表示される。
【００２６】
このように、この回路基板１および測定装置５１では、１つのトランス２３から出力される電源を中間回路２ｃ内の１つの（共通の）電源回路１１を介して各チャンネルのフォトカプラ２１ａに供給している。このため、この回路基板１および測定装置５１によれば、フォトカプラ１２１ａに対する電源供給用のトランス１２２ｂを各チャンネル毎に設けている従来の回路基板１０１と比較して、トランスの数を全体として削減することができる結果、その分、回路基板１および測定装置５１の小形化、並びに回路基板１および測定装置５１の製造コストの低減を実現することができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、フォトカプラ２１を第１信号伝達素子および第２信号伝達素子として用いた例について上記したが、本発明における第１信号伝達素子および第２信号伝達素子には、リレーや、フォトカプラ以外のアイソレータなどの各種の絶縁素子が含まれる。また、４つの信号処理回路３を備えた例について上記したが、２つ、３つ、および５つ以上の信号処理回路３を備えた各種の回路基板に適用することができる。また、上記した測定装置５１の構成は一例であって、各種の測定装置に適用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】測定装置５１の構成を示すブロック図である。
【図２】回路基板１の構成を示す構成図である。
【図３】回路基板１０１の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  回路基板
２  基板本体
２ａ  一次回路
２ｂ  二次回路
２ｃ  中間回路
３  信号処理回路
３ａ，５，１１  電源回路
４  信号処理回路
２１ａ  第１フォトカプラ
２１ｂ  第２フォトカプラ
２２，２３  トランス
５１  測定装置
５２  測定部
Ｓ１，Ｓ２  信号
【図１】
2010019554.tif 000003
【図２】
2010019554.tif 000004
【図３】
2010019554.tif 000005