(57)【要約】【課題】絶縁デバイスにおいて、簡単な構成により、さらなる小型化と低コスト化を実現する。【解決手段】互いに電気的に絶縁された第１の回路１と第２の回路２を備え、第１の回路１と第２の回路２との間で信号及び電力の授受を行う絶縁デバイス１０において、第１の回路１又は第２の回路２が、電力伝達部４を介して伝達される電力を蓄電する蓄電部５を備えるようにした。これにより、電力伝達部４による電力伝達能力を低く抑えることができるので、電力伝達部４を小型化することができる。従って、絶縁デバイス１０全体の小型化と低コスト化を図ることが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に絶縁された第１の回路と第２の回路とを備えて、前記第１の回路と前記第２の回路との間で信号および電力の授受を行う絶縁デバイスにおいて、
前記第１の回路から前記第２の回路に信号を伝達する信号伝達部と、
前記第２の回路から前記第１の回路、又は前記第１の回路から前記第２の回路に電力を伝達する電力伝達部と、を備え、
前記第１の回路又は前記第２の回路は、前記電力伝達部を介して伝達される電力を蓄電する蓄電部を備えることを特徴とする絶縁デバイス。
【請求項２】
前記蓄電部は、前記信号伝達部が信号の伝達を行っていないときに、前記電力伝達部を介して伝達される電力を蓄電することを特徴とする請求項１に記載の絶縁デバイス。
【請求項３】
前記蓄電部は、静電容量によって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁デバイス。
【請求項４】
前記信号伝達部または前記電力伝達部は、光、電界、磁界のいずれかを用いて信号または電力の伝達を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の絶縁デバイス。
【請求項５】
前記信号伝達部または前記電力伝達部は、発光素子と受光素子とを備えてそれらの光素子間の光伝達によって信号または電力の伝達を行うことを特徴とする請求項４に記載の絶縁デバイス。
【請求項６】
前記第２の回路は、前記信号伝達部を介して伝達される信号を増幅する増幅部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の絶縁デバイス。
【請求項７】
前記信号伝達部は、発光素子と受光素子とを備えてそれらの光素子間の光伝達によって信号の伝達を行い、前記受光素子がフォトトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の絶縁デバイス。
【請求項８】
前記第１の回路は、該第１の回路への入力信号に対して信号変換処理を含む前処理を行って、この前処理後の入力信号を前記信号伝達部に送信する前処理回路を備え、
前記蓄電部から前記前処理回路に電力を供給する状態と、電力を供給しない状態とに切り換えるためのスイッチ部と、
前記蓄電部の充放電量の監視と、前記スイッチ部のオン／オフ制御とを行うためのマイコンとをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の絶縁デバイス。
【請求項９】
前記マイコンは、前記スイッチ部をオンにすることにより、前記蓄電部から前記前処理回路に、前記蓄電部に蓄積された電荷の量に応じた電力の供給又は所定時間分の電力の供給を行って、前記前処理回路による前処理を行い、この前処理の終了後に、前記スイッチ部をオフすることにより、前記蓄電部から前記前処理回路への電力供給を遮断することを特徴とする請求項８に記載の絶縁デバイス。
【請求項１０】
前記前処理回路は、複数の機能ブロックを有し、これらの機能ブロックは、少なくとも２つ以上の機能ブロック群に分かれ、
前記スイッチ部は、前記蓄電部から前記２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の有無を別々に切り換えるための複数のスイッチを備え、
前記マイコンは、前記複数のスイッチの全てをオンにすることにより、前記蓄電部から前記２つ以上の機能ブロック群の全てへの電力供給を開始し、これらの機能ブロック群の各々の処理終了後に、前記複数のスイッチのうち、処理が終了した機能ブロック群に対応するスイッチをオフしていくことにより、前記２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の絶縁デバイス。
【請求項１１】
前記前処理回路は、複数の機能ブロックを有し、これらの機能ブロックは、少なくとも２つ以上の機能ブロック群に分かれ、
前記スイッチ部は、前記蓄電部から前記２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の有無を別々に切り換えるための複数のスイッチを備え、
前記マイコンは、前記複数のスイッチの各々を順番にオン、オフすることにより、前記蓄電部から前記２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の開始と遮断とを、機能ブロック群毎に順番に行うことを特徴とする請求項８に記載の絶縁デバイス。
【請求項１２】
前記第１の回路又は前記第２の回路は、前記蓄電部に蓄積された電荷により生じる電圧が、所定値以上の電圧になるのを防ぐための過電圧防止用の保護素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の絶縁デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに絶縁された回路間で信号と電力を授受する絶縁デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気的に絶縁された回路間で信号と電力を授受する装置として、例えば、記憶機能を有するＩＣカードとカードリーダライタとからなる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、コイル間の電磁結合を用いてカードリーダライタからＩＣカードに電力を送り、ＩＣカードは受け取った電力によって動作してカードリーダライタとの間で信号の授受を行う。この装置は、据え置き型のカードリーダライタに接近し離脱するＩＣカードに、絶縁体を介して、比較的大きな電力を送って動作する。また、例えば、グランド電位が互いに異なる場合のように、電気的な環境が異なる情報送信場所と情報受信場所との間で、例えば電圧測定結果や温度測定結果などの情報を、測定側から処理側に電気信号として送信するために絶縁デバイスが広く用いられる。このような絶縁デバイスは、信号や電力を互いに授受する２つの回路を電気的絶縁状態で一体化して構成され、情報送信側の回路が電力を受け取り、その電力によって送信用の信号を調整し、調整した信号を電気信号として電力供給側の回路に送信するものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１２６７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の絶縁デバイスは、一体化されて小型化されているものの、さらなる小型化や低コスト化が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、さらなる小型化と低コスト化を実現できる絶縁デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明の絶縁デバイスは、互いに電気的に絶縁された第１の回路と第２の回路とを備えて、第１の回路と第２の回路との間で信号および電力の授受を行う絶縁デバイスにおいて、第１の回路から第２の回路に信号を伝達する信号伝達部と、第２の回路から第１の回路、又は第１の回路から第２の回路に電力を伝達する電力伝達部と、を備え、第１の回路又は第２の回路は、電力伝達部を介して伝達される電力を蓄電する蓄電部を備えることを特徴とする。
【０００７】
この絶縁デバイスにおいて、蓄電部は、信号伝達部が信号の伝達を行っていないときに、電力伝達部を介して伝達される電力を蓄電するようにしてもよい。
【０００８】
この絶縁デバイスにおいて、蓄電部は、静電容量によって構成されていてもよい。
【０００９】
この絶縁デバイスにおいて、信号伝達部または電力伝達部は、光、電界、磁界のいずれかを用いて信号または電力の伝達を行ってもよい。
【００１０】
この絶縁デバイスにおいて、信号伝達部または電力伝達部は、発光素子と受光素子とを備えてそれらの光素子間の光伝達によって信号または電力の伝達を行ってもよい。
【００１１】
この絶縁デバイスにおいて、第２の回路は、信号伝達部を介して伝達される信号を増幅する増幅部を備えてもよい。
【００１２】
この絶縁デバイスにおいて、信号伝達部は、発光素子と受光素子とを備えてそれらの光素子間の光伝達によって信号の伝達を行い、受光素子がフォトトランジスタであってもよい。
【００１３】
この絶縁デバイスにおいて、第１の回路は、第１の回路への入力信号に対して信号変換処理を含む前処理を行って、この前処理後の入力信号を信号伝達部に送信する前処理回路を備え、蓄電部から前処理回路に電力を供給する状態と、電力を供給しない状態とに切り換えるためのスイッチ部と、蓄電部の充放電量の監視と、スイッチ部のオン／オフ制御とを行うためのマイコンとをさらに備えてもよい。
【００１４】
この絶縁デバイスにおいて、マイコンは、スイッチ部をオンにすることにより、蓄電部から前処理回路に、蓄電部に蓄積された電荷の量に応じた電力の供給又は所定時間分の電力の供給を行って、前処理回路による前処理を行い、この前処理の終了後に、スイッチ部をオフすることにより、蓄電部から前処理回路への電力供給を遮断してもよい。
【００１５】
この絶縁デバイスにおいて、前処理回路は、複数の機能ブロックを有し、これらの機能ブロックは、少なくとも２つ以上の機能ブロック群に分かれ、スイッチ部は、蓄電部から２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の有無を別々に切り換えるための複数のスイッチを備え、マイコンは、複数のスイッチの全てをオンにすることにより、蓄電部から２つ以上の機能ブロック群の全てへの電力供給を開始し、これらの機能ブロック群の各々の処理終了後に、複数のスイッチのうち、処理が終了した機能ブロック群に対応するスイッチをオフしていくことにより、２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断してもよい。
【００１６】
この絶縁デバイスにおいて、前処理回路は、複数の機能ブロックを有し、これらの機能ブロックは、少なくとも２つ以上の機能ブロック群に分かれ、スイッチ部は、蓄電部から２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の有無を別々に切り換えるための複数のスイッチを備え、マイコンは、複数のスイッチの各々を順番にオン、オフすることにより、蓄電部から２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の開始と遮断とを、機能ブロック群毎に順番に行ってもよい。
【００１７】
この絶縁デバイスにおいて、第１の回路又は第２の回路は、蓄電部に蓄積された電荷により生じる電圧が、所定値以上の電圧になるのを防ぐための過電圧防止用の保護素子を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の絶縁デバイスによれば、第１の回路又は第２の回路が、電力伝達部を介して伝達される電力を蓄電する蓄電部を備えているので、電力伝達部による電力伝達能力を低く抑えることができる。これにより、電力伝達部を小型化することができるので、絶縁デバイス全体の小型化と低コスト化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る絶縁デバイスの構成概念図。
【図２】同絶縁デバイスの回路図。
【図３】同絶縁デバイスの動作を説明するフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る絶縁デバイスの回路構成の例と、この絶縁デバイスにおける充電時の動作を示す説明図。
【図５】同絶縁デバイスの回路構成の例と、この絶縁デバイスにおける放電時の動作を示す説明図。
【図６】同絶縁デバイスの動作を説明するフローチャート。
【図７】同絶縁デバイスにおけるマイコン及び各機能ブロックの動作時間を示すタイムチャート。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る絶縁デバイスの回路構成の例と、この絶縁デバイスにおける充放電時の動作を示す説明図。
【図９】同絶縁デバイスにおけるマイコン及び各機能ブロック群の動作時間の一例を示すタイムチャート。
【図１０】同絶縁デバイスにおけるマイコン及び各機能ブロック群の動作時間の他の例を示すタイムチャート。
【図１１】第３の実施形態の変形例に係る同絶縁デバイスにおけるマイコン及び各機能ブロック群の動作時間の例を示すタイムチャート。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る絶縁デバイスの回路構成の例と、この絶縁デバイスにおける充放電時の動作を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る絶縁デバイスについて、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による絶縁デバイス１０の概略の構成を示す。図１に示すように、絶縁デバイス１０は、第１回路１と、第２回路２と、信号伝達部３と、電力伝達部４と、蓄電部５と、を備えて、第１回路１と第２回路２の間で信号および電力の授受を行う。第１回路１と第２回路２とは、絶縁部１１によって互いに電気的に絶縁されている。信号伝達部３は、第１回路１と第２回路２の双方に構成要素を有し、外部から第１回路１に入力される信号ａ１を絶縁部１１を介して信号ａ２として第２回路２に伝達し、その信号ａ２は第２回路２によって信号ａ３として外部に出力される。電力伝達部４は、第１回路１と第２回路２の双方に構成要素を有し、外部から第２回路２に入力される電力ｐ１を絶縁部１１を介して電力ｐ２として第１回路１に伝達（すなわち供給）する。蓄電部５は、第１回路１に備えられており、電力伝達部４を介して第２回路２から第１回路１に伝達される電力ｐ２を蓄電する。電力伝達部４と蓄電部５による電力ｐ２の伝達と蓄電は、例えば、信号伝達部３が信号の伝達を行っていないときに行われ、蓄電部５に蓄電された電力ｐ２は、第１回路１によって消費される。
【００２１】
信号伝達部３と電力伝達部４は、例えば、光、電界、磁界のいずれかを媒体として用いる任意の伝達手段によって、それぞれ信号ａ２や電力ｐ２の伝達を行うようにしてもよい。伝達手段は、信号ａ２や電力ｐ２の伝達を行う媒体に応じて、例えば、光ならば発光素子と受光素子、電界ならば電極板対、磁界ならば磁気コイル対などを用いることができる。また、光を媒体とする場合、可視光や非コヒーレント光を用いることができる他に、例えば、赤外線、熱線、レーザ光などを用いることができ、これらによって、信号ａ２や電力ｐ２を伝達することができる。この場合、送信側と受信側（第１回路１側と第２回路２側）、および送電側と受電側（第２回路２側と第１回路１側）において、それぞれ適宜、周知の素子や技術を用いることができる。光伝達によって信号伝達部３や電力伝達部４を構成すると、磁気の影響を受けることなく伝達を行うことができる。
【００２２】
また、信号伝達部３と電力伝達部４は、他の伝達手段として、例えば、音波や超音波を媒体とするものを用いることができる。例えば、第１回路１と第２回路２との間を圧電材料によって機械的に橋渡しして、圧電材料の表面を伝播する弾性表面波（ＳＡＷ）によって信号ａ２や機械的エネルギとした電力ｐ２を伝達するようにしてもよい。この場合、圧電材料の表面に２つの櫛形の電極を互いに噛み合わせて形成した電極（交差指電極、ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）を、それぞれ、送電側と受電側に備える。圧電材料は、非圧電基板の表面に圧電薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニューム、チタン合金薄膜）を形成したものでもよい。送電側の２つの櫛形電極に高周波（例えば、ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、櫛形電極によって電気的エネルギが波の機械的エネルギに変換されて、弾性表面波が生成され表面上を伝播する。伝播する弾性表面波は、受電側における２つの櫛形電極によって波の機械的エネルギが電気的エネルギとして取り出される。また、第１回路１と第２回路２との間を電気絶縁性の弾性体によって橋渡しして、その弾性体を、例えば、圧電素子によって振動させ、その振動および振動のエネルギによって、信号ａ２や電力ｐ２を伝達するようにしてもよい。この場合、弾性体を圧電体そのもので構成してもよい。
【００２３】
蓄電部５は、電力ｐ２を、電磁気学的エネルギ、機械的エネルギ、化学的エネルギなどの任意形態のエネルギとして蓄積し、その蓄積したエネルギを電気的エネルギとして取り出すことができる任意の蓄積手段を用いて構成することができる。例えば、種々の静電容量（コンデンサ）は、電力ｐ２を容易に充放電でき、蓄電部５として好適である。また、一般的な２次電池を、蓄電部５として用いることができる。
【００２４】
図２は絶縁デバイス１０の具体的な回路構成の例を示す。この絶縁デバイス１０は、プリント回路基板等への実装用にパッケージングされ、入出力電極として、第１回路１に信号入力ピンＪ１、およびグランドピンＧ１を備え、第２回路２に信号出力ピンＪ２、グランドピンＧ２、および電源ピンＶｄｄを備えている。第１回路１は、ピンＪ１，Ｇ１が接続された制御用のＩＣ１ａ（例えば、マイコン）と、このＩＣ１ａに接続された発光素子３１、受光素子４１、および静電容量５１と、を備えている。静電容量５１は、受光素子４１に並列接続されている。第２回路２は、ピンＶｄｄが接続されたＩＣ２ａと、ピンＪ２，Ｇ２，Ｖｄｄが接続されたＩＣ２ｂと、ＩＣ２ａに接続された発光素子４２と、ＩＣ２ｂに接続された受光素子３２と、を備えている。発光素子３１と受光素子３２とは信号伝達部３を構成し、発光素子４２と受光素子４１とは電力伝達部４を構成し、静電容量５１は蓄電部５を構成する。従って、この絶縁デバイス１０において、信号ａ２は光素子間の光伝達によって光の信号として伝達され、電力ｐ２は光素子間の光伝達によって光のエネルギとして伝達され、伝達された電力ｐ２は静電エネルギとして静電容量５１に蓄電される。
【００２５】
発光素子３１や発光素子４２は、発光ダイオードやレーザダイオードで構成することができ、受光素子３２や受光素子４１は、フォトダイオードで構成することができる。また、受光素子３２は、増幅機能を備えるように、フォトトランジスタによって構成してもよい。フォトトランジスタにより、他の手法に比べ、簡単な構成で信号ａ２を容易に増幅できる。また、第２回路２は、信号伝達部３を介して伝達される信号ａ２を増幅する増幅部を備えてもよく、例えば、ＩＣ２ｂに増幅部を備えてもよい。絶縁デバイス１０が、これらの増幅機能や増幅部を備えることにより、絶縁デバイス１０から出力される信号ａ３を、そのまま外部の制御ＩＣなどにデータ信号として取り込むようにすることができ、利便性を向上できる。上記のフォトトランジスタによって構成した場合の受光素子３２や、ＩＣ２ｂに備えられた増幅部が、請求項における増幅部に相当する。
【００２６】
次に、絶縁デバイス１０の動作を説明する。絶縁デバイス１０に電源が投入されると、絶縁デバイス１０の動作が開始し、電源が切断されるまで、ＩＣ２ａの制御のもとで、電力伝達部４を介して第２回路２から第１回路１に電力ｐ２が伝達される。蓄電部５は、蓄電量ゼロの状態からほぼ満充電の状態まで蓄電される。満充電の状態を超えて伝達される電力は、第１回路１において適宜排出される。第１回路１は、蓄電部５に蓄電された電力を用いて動作する。第１回路１のＩＣ１ａは、ピンＪ１を介して入力される信号ａ１を監視し、ピンＪ１から信号入力があり、かつ、発光素子３１を制御して動作させるための電力が蓄電部５に十分ある場合に、信号伝達部３を介して信号伝達を行う。この信号伝達中においても電力伝達部４による電力の伝達は行われ、蓄電部５の電力が消費される一方で、電力伝達部４による電力の供給が行われる。また、絶縁デバイス１０に電源が投入されると、ＩＣ２ｂの動作が開始する。ＩＣ２ｂは、受光素子３２に受信があると、その受信信号を出力用に調整して信号ａ３としてピンＪ２から外部に出力する。
【００２７】
ここで、電力の収支に注目すると、絶縁デバイス１０は、電力伝達部４によって単位時間当たりに伝達される電力ｐ２の量が第１回路１によって単位時間当たりに消費される電力の量よりも少ない状況下で動作するように構成されている。つまり、絶縁デバイス１０の第１回路１は、リアルタイムで伝達される電力伝達部４からの電力ｐ２だけでは動作することができず、蓄電部５に蓄電された電力を用いて動作する。言い換えれば、蓄電部５は、第１回路１によって消費される電力をまかなう供給能力が電力伝達部４にないため、それを補うために設けたものである。さらに言い換えると、第１回路１が動作する際に必要な電力を事前に時間をかけて蓄電する蓄電部５を備えることにより、電力伝達部４による電力伝達能力を低く抑えることができるので、電力伝達部４を小型化することができる。従って、蓄電部５を備えることにより、絶縁デバイス１０を小型化でき、また、簡単な部品構成で電力伝達部４を実現して実装部品を少なくすることができ、絶縁デバイス１０の低コスト化を実現できる。
【００２８】
図３は上述の絶縁デバイス１０の動作の一例を示す。絶縁デバイス１０が動作を開始すると、電力伝達部４を介して第２回路２から第１回路１に電力ｐ２が伝達され（Ｓ１）、電力ｐ２が蓄電部５に蓄電される（Ｓ２）。信号伝達部３からの信号伝達がなければ（Ｓ３でＮｏ）、Ｓ５に進み、信号伝達があれば（Ｓ３でＹｅｓ）、第２回路２は信号ａ２を受信して外部に出力し（Ｓ４）、その後、Ｓ５に進む。動作終了でなければ（Ｓ５でＮｏ）、Ｓ１からの動作が繰り返され、動作終了であれば（Ｓ５でＹｅｓ）、絶縁デバイス１０の動作は終了する。電力ｐ２は、常に第２回路２から第１回路１へ供給されるが、この電力ｐ２だけでは第１回路１を動作させることができない。このため、第１回路１のＩＣ１ａや発光素子３１が動作していないとき（信号伝達部３が信号の伝達を行っていないとき）に、電力ｐ２の蓄電部５への蓄電が行われる（電力ｐ２の蓄電部５への蓄電が可能になる）。よって、第１回路１には、電源乃至電源供給端子を備える必要がなく、絶縁デバイス１０は、小型で低コストの好適なデバイスとして提供される。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
次に、図４と図５とを参照して、本発明の第２の実施形態による絶縁デバイス１０の回路構成の例と、この絶縁デバイス１０における蓄電部５への充放電時の動作について説明する。第２の実施形態の絶縁デバイス１０は、主に、第１回路１が、上記図２中のＩＣ１ａとして、マイコン６１と前処理回路６３とを備える点と、スイッチ部６２を備える点とが、第１の実施形態と異なっている。前処理回路６３は、第１回路１への入力信号に対して信号変換処理を含む前処理を行って、この前処理後の入力信号を信号伝達部３に送信する。マイコン６１は、蓄電部５の充放電量の監視と、スイッチ部６２を構成するスイッチＳＷ０のオン／オフ制御とを行う。スイッチ部６２のスイッチＳＷ０は、蓄電部５から前処理回路６３に電力を供給する状態と、電力を供給しない状態とに切り換える。前処理回路６３は、第１機能ブロック（増幅器）６４、第２機能ブロック（Ａ／Ｄ変換器）６５、第３機能ブロック（電流源）６６を備えている。第１機能ブロック６４は、第１回路１に入力された信号電圧を増幅する増幅器である。第２機能ブロック６５は、第１機能ブロック６４で増幅されたアナログの信号電圧をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器である。第３機能ブロック６６は、第２機能ブロック６５から出力されたディジタル形式の信号電圧を電流に変換して、一定の値の電流を出力する電流源である。従って、発光素子３１には、第１回路１に入力された信号電圧に基づく、一定の値の電流が流れる。
【００３０】
また、第２の実施形態の絶縁デバイス１０は、第１回路１が、直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ツェナーダイオードＺＤ１とを有している点が、第１の実施形態と異なっている。ツェナーダイオードＺＤ１は、受光素子４１及び静電容量５１と並列に接続されている。また、抵抗Ｒ１、Ｒ２も、受光素子４１及び静電容量５１と並列に接続されている。抵抗Ｒ２と上記のマイコン６１（の一部の機能）とが、充放電量監視部６０を構成している。上記のツェナーダイオードＺＤ１は、蓄電部５（静電容量５１）に蓄積された電荷により生じる電圧が、所定値以上の電圧になるのを防ぐための過電圧防止用の保護素子である。このツェナーダイオードＺＤ１は、蓄電部５の余剰電力が、マイコン６１、及び前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６に流れ込むのを防ぐ役割を果たす。
【００３１】
次に、図６を参照して、上記図４及び図５に示される絶縁デバイス１０の動作について説明する。絶縁デバイス１０に電源が投入されると、ＩＣ２ａは、電力伝達部４を介して第２回路２から第１回路１に電力ｐ２を伝達する（Ｓ１１）。より具体的にいうと、図４に示されるように、第２回路２側のＩＣ２ａが、発光素子４２に電流を流して発光させ、第１回路１側の受光素子４１が、この発光素子４２からの光を受光して、矢印Ａの向きの光電流を生じさせる。この光電流は、矢印Ｂの経路を流れて、蓄電部５の静電容量５１を充電する（静電容量５１に電荷を蓄積させる）（Ｓ１２）と共に、矢印Ｄの経路を流れて、（ラインＬ１から）マイコン６１に電力を供給し、マイコン６１を駆動する。マイコン６１は、蓄電部５への充電時には、ラインＬ２、Ｌ３を介して入力される抵抗Ｒ２の端子間電圧ＶＲ２に基づいて、蓄電部５への充電が完了したか否かを監視する。ラインＬ２、Ｌ３を介してマイコン６１に入力される端子間電圧ＶＲ２は、蓄電部５への蓄積電荷の量（充電量）に応じた電圧ＶＣを、抵抗Ｒ１の抵抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値とで分圧した電圧値（（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＣ）である。
【００３２】
マイコン６１は、ラインＬ２、Ｌ３を介して入力される端子間電圧ＶＲ２の値が一定の基準値（放電基準値）以上になると（Ｓ１３でＹｅｓ）、蓄電部５への充電が完了したと判断する。そして、図５に示されるように、制御ラインＬ４を介してスイッチＳＷ０に制御信号を送ることにより、スイッチＳＷ０をオンにし、矢印Ｅの経路を介して蓄電部５から前処理回路６３への放電を開始する（Ｓ１４）。ただし、蓄電部５への充電に必要な時間は予測可能であるので、Ｓ１２の充電処理を開始してから一定の時間が経過すると、マイコン６１は、蓄電部５への充電が完了したと判断して、スイッチＳＷ０をオンにし、蓄電部５から前処理回路６３への放電を開始してもよい。
【００３３】
前処理回路６３に含まれる各機能ブロック（第１機能ブロック（増幅器）６４、第２機能ブロック（Ａ／Ｄ変換器）６５、第３機能ブロック（電流源）６６）は、蓄電部５からの放電により前処理回路６３に供給された電力によって駆動される（Ｓ１５）。これらの機能ブロック６４乃至６６に電力が供給されているときに、第１回路１のピンＪ１から信号（電圧）ａ１が入力されると、この信号電圧ａ１が、これらの機能ブロック６４乃至６６と発光素子３１とによって光の信号ａ２に変換される。そして、受光素子３２は、この光の信号ａ２を受信して、矢印Ｆの向きの光電流を生じさせる。ＩＣ２ｂは、この光電流を受信して、この光電流に基づく信号を出力用に調整して信号ａ３としてピンＪ２から外部に出力する。このようにして、第１回路１から第２回路２への信号伝達が行われる（Ｓ１６）。
【００３４】
マイコン６１は、上記Ｓ１４の放電処理を開始すると、抵抗Ｒ２の端子間電圧ＶＲ２と抵抗Ｒ２の抵抗値とに基づいて、放電開始からの放電量の合計値を求めて、この放電量の合計値の監視を行う。ただし、マイコン６１は、抵抗Ｒ２の端子間電圧ＶＲ２のみに基づいて、その時点において蓄電部５に蓄積されている電荷の量を把握することができるので、実際には、抵抗Ｒ２の端子間電圧ＶＲ２のみに基づいて、放電開始からの放電量の合計値を監視する。そして、マイコン６１は、上記の放電量の合計値の監視を行うことにより、蓄電部５に蓄積された電荷の量（充電量）に応じた電力の前処理回路６３への供給が完了したか否かを判定する。この結果、蓄電部５に蓄積された電荷の量（充電量）に応じた電力の供給が完了したと判定すると、マイコン６１は、スイッチＳＷ０をオフにすることにより、蓄電部５から前処理回路６３への電力供給を遮断して、機能ブロック６４乃至６６を待機状態に移行させる（Ｓ１７）。ただし、上記Ｓ１４の放電処理に要する時間は、予測可能であるので、マイコン６１は、放電処理の開始から所定時間が経過したか否かを監視して、所定時間が経過したときに、スイッチＳＷ０をオフにして、蓄電部５から前処理回路６３への電力供給を遮断してもよい。
【００３５】
そして、絶縁デバイス１０の電源が遮断（切断）されると、ＩＣ２ａの動作が停止し、第２回路２から第１回路１への電力供給が遮断されて、絶縁デバイス１０の動作が終了（停止）する（Ｓ１８でＹＥＳの状態になる）。これに対して、絶縁デバイス１０の電源が遮断されていない場合は、第２回路２から第１回路１への電力供給が継続されるので、絶縁デバイス１０の動作が終了せず（Ｓ１８でＮＯ）、マイコン６１は、Ｓ１３に戻って、端子間電圧ＶＲ２の値、又は充電開始からの時間が放電基準値以上になるまで（Ｓ１３でＮＯ）、充電を行う（Ｓ１２）。そして、放電基準値以上になると（Ｓ１３でＹｅｓ）、マイコン６１は、上記Ｓ１４乃至Ｓ１８の処理を繰り返す。
【００３６】
図７は、上記のマイコン６１、及び前処理回路６３内の各機能ブロック（第１機能ブロック６４、第２機能ブロック６５、第３機能ブロック６６）の動作時間を示すタイムチャートである。図において、マイコン６１、及び前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６が動作している時間とは、実際には、これらの回路に電力が供給されている時間を意味する。図中のタイムチャートの横軸は、時間ｔ（秒）を、縦軸は、その時点における各回路（マイコン６１、及び各機能ブロック６４乃至６６）の消費電力Ｗ（ワット）の合計を示す。上記のように、マイコン６１は、スイッチＳＷ０をオンにすることにより、蓄電部５から前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６に、蓄電部５に蓄積された電荷の量に応じた電力の供給又は所定時間分の電力の供給を行って、前処理回路６３による前処理を行う。また、この前処理の終了後に、マイコン６１は、スイッチＳＷ０をオフすることにより、蓄電部５から前処理回路６３への電力供給を遮断する。このため、前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６は、図７に示されるように、蓄電部５からの電力供給が遮断されて、動作していない状態（蓄電部５への充電状態）と、蓄電部５から電力が供給されて、動作する状態（蓄電部５からの放電状態）とを、交互に繰り返す。なお、図７に示されるように、絶縁デバイス１０が動作している（絶縁デバイス１０に電源が供給されている）限り、マイコン６１には、電源が供給されて、動作し続ける。
【００３７】
本実施形態の絶縁デバイス１０によれば、蓄電部５から前処理回路６３への電力を供給する状態と供給しない状態とに切り換えるためのスイッチＳＷ０を備えて、前処理の終了後に、マイコン６１が、スイッチＳＷ０をオフすることにより、蓄電部５から前処理回路６３への電力供給を遮断するようにした。これにより、前処理回路６３及び発光素子３１の間欠駆動を行うことができるので、絶縁デバイス１０の省電力化を図ることができる。また、上記のように前処理回路６３及び発光素子３１の間欠駆動を行うようにしたことにより、蓄電部５の蓄電容量（静電容量５１の電気容量）を減らすことができるので、蓄電部５及び絶縁デバイス１０全体のさらなる小型化を図ることができる。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施形態による絶縁デバイス１０について説明する。第３の実施形態の絶縁デバイス１０における、第２の実施形態の絶縁デバイス１０との差異は、以下の点である。すなわち、前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６が、２つ以上の機能ブロック群に分かれ（図９及び図１０参照）、スイッチ部７０が、蓄電部５から各機能ブロック群への電力供給の有無を別々に切り換えるための複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を備えている点である。
【００３９】
本絶縁デバイス１０は、上記のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を備えているため、マイコン６１が、蓄電部５から２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の有無を別々に切り換えることができる。具体的には、マイコン６１は、蓄電部５への充電が完了すると（又は蓄電部５への充電処理を開始してから一定の時間が経過すると）、制御ラインＬ５〜Ｌ７を介して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に制御信号を送ることにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオンにする。これにより、蓄電部５から２つ以上の機能ブロック群の全てへの電力供給を開始する。そして、マイコン６１は、これらの機能ブロック群の各々の処理終了後に、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のうち、処理が終了した機能ブロック群に対応するスイッチをオフしていくことにより、２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断する。
【００４０】
例えば、図９に示されるように、前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６が、第１機能ブロック６４と第２機能ブロック６５とから構成される第１の機能ブロック群９１と、第３機能ブロック６６から構成される第２の機能ブロック群９２とに分かれているとする。この場合には、マイコン６１は、蓄電部５への充電が完了すると（又は充電開始から一定の時間が経過すると）、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の全てをオンにすることにより、蓄電部５から第１の機能ブロック群９１と第２の機能ブロック群９２への電力供給を開始する。そして、マイコン６１は、これらの機能ブロック群９１、９２の各々の処理終了後に、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のうち、処理が終了した機能ブロック群に対応するスイッチをオフしていくことにより、第１の機能ブロック群９１と第２の機能ブロック群９２の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断する。図９に示される例では、増幅器である第１機能ブロック６４による信号電圧の増幅処理と、Ａ／Ｄ変換器である第２機能ブロック６５による信号電圧のディジタル変換処理とが、電流源である第３機能ブロック６６による電圧電流変換処理よりも先に終了する。従って、マイコン６１は、先に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフして、第１機能ブロック６４と第２機能ブロック６５とを含む第１の機能ブロック群９１への電力供給を遮断する。そして、この後、マイコン６１は、スイッチＳＷ３をオフして、第３機能ブロック６６を含む第２の機能ブロック群９２への電力供給を遮断する。
【００４１】
また、図１０に示されるように、前処理回路６３内の各機能ブロック６４乃至６６が、第１機能ブロック６４から構成される第１の機能ブロック群９３と、第２機能ブロック６５から構成される第２の機能ブロック群９４と、第３機能ブロック６６から構成される第３の機能ブロック群９５とに分かれているとする。図１０に示される例では、増幅器である第１機能ブロック６４による処理、Ａ／Ｄ変換器である第２機能ブロック６５による処理、電流源である第３機能ブロック６６による処理が、この順番に終了する。従って、マイコン６１は、先に、スイッチＳＷ１をオフして、第１機能ブロック６４から構成される第１の機能ブロック群９３への電力供給を遮断する。次に、マイコン６１は、スイッチＳＷ２をオフして、第２機能ブロック６５から構成される第２の機能ブロック群９４への電力供給を遮断する。そして、最後に、マイコン６１は、スイッチＳＷ３をオフして、第３機能ブロック６６を含む第３の機能ブロック群９５への電力供給を遮断する。
【００４２】
本実施形態の絶縁デバイス１０によれば、マイコン６１が、機能ブロック群の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断するようにした。これにより、図７に示すように、全ての機能ブロック６４乃至６６の処理が終了してから、全ての機能ブロック６４乃至６６への電力供給を同時に遮断した場合と比べて、絶縁デバイス１０の消費電力の一層の削減を図ることができる。従って、蓄電部５の蓄電容量（静電容量５１の電気容量）をより一層減らすことができるので、蓄電部５及び絶縁デバイス１０全体のさらなる小型化を図ることができる。
【００４３】
次に、図１１を参照して、本実施形態の変形例について説明する。上記図９及び図１０に示す例では、蓄電部５から２つ以上の機能ブロック群の全てへの電力供給を同時に開始して、これらの機能ブロック群の各々への電力供給を、処理が終了するのが早い順に遮断するようにした。これに対して、本変形例では、蓄電部５から２つ以上の機能ブロック群の各々への電力供給の開始と遮断とを、機能ブロック群毎に順番に行うようにした。
【００４４】
より具体的に言うと、本変形例では、マイコン６１が、まず、スイッチＳＷ１をオンにして、蓄電部５から第１の機能ブロック群９６（第１機能ブロック６４）への放電を開始し（第１の機能ブロック群９６に電力を供給し）、第１の機能ブロック群９６による処理を行う。この第１の機能ブロック群９６による処理が終了すると、マイコン６１は、スイッチＳＷ１をオフして、第１の機能ブロック群９６への電力供給を遮断し、蓄電部５への充電を開始する。そして、この充電開始から一定の時間が経過するか、又は端子間電圧ＶＲ２の値が一定の基準値以上になると、マイコン６１は、スイッチＳＷ２をオンにして、第２の機能ブロック群９７（第２機能ブロック６５）への放電を開始し、第２の機能ブロック群９７による処理を行う。この第２の機能ブロック群９７による処理が終了すると、マイコン６１は、スイッチＳＷ２をオフして、第２の機能ブロック群９７への電力供給を遮断し、蓄電部５への充電を再開する。そして、この充電開始から一定の時間が経過するか、又は端子間電圧ＶＲ２の値が基準値以上になると、マイコン６１は、スイッチＳＷ３をオンにして、第３の機能ブロック群９８（第３機能ブロック６６）への放電を開始し、第３の機能ブロック群９８による処理を行う。この第３の機能ブロック群９８による処理が終了すると、マイコン６１は、スイッチＳＷ３をオフして、第３の機能ブロック群９８への電力供給を遮断する。
【００４５】
本変形例の絶縁デバイス１０によれば、マイコン６１が、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の各々を順番にオン、オフすることにより、蓄電部５から各機能ブロック群９６乃至９８への電力供給の開始と遮断とを、機能ブロック群毎に順番に行うようにした。これにより、図９及び図１０に示すように、蓄電部５から２つ以上の機能ブロック群の全てへの電力供給を同時に開始した場合と比べて、蓄電部５から各機能ブロック群への放電時間を短縮できるので、絶縁デバイス１０の消費電力のより一層の削減を図ることができる。従って、蓄電部５の蓄電容量（静電容量５１の電気容量）をより一層減らすことができるので、蓄電部５及び絶縁デバイス１０全体のさらなる小型化を図ることができる。
【００４６】
＜第４の実施形態＞
次に、図１２を参照して、本発明の第４の実施形態による絶縁デバイス１０について説明する。第４の実施形態の絶縁デバイス１０は、主に、電源が第１回路１側に接続されていて、第１回路１側から第２回路２側に電力が伝達される点と、伝達された電力を蓄電する蓄電部５が第２回路２側に設けられている点とが、第２の実施形態の絶縁デバイスと異なる。第４の実施形態の絶縁デバイス１０では、蓄電部５が第２回路２側に設けられているため、第２の実施形態における（図４中の）スイッチ部６２（スイッチＳＷ０）と同様な役割を果たすスイッチ部７１（スイッチＳＷ４）も、第２回路２側に設けられている。また、本実施形態では、第２の実施形態と異なり、第１回路１側に電源が接続されているため、前処理回路７３内の各機能ブロック７４乃至７６には、常時電力が供給されている。図１２において、図４に示される第２の実施形態と同様な部材に同じ符号を付与することにより、その説明を省略する。また、図１２において、図４に示される第２の実施形態と同様な電流の経路と方向を示す矢印にも、図４に示される第２の実施形態と同じ符号Ａ〜Ｆを付与することにより、その説明を省略する。
【００４７】
また、図１２に示されるＤ／Ａ変換器７２は、信号伝達部３において光信号として伝達されたディジタル形式の信号ａ２をアナログ形式の信号ａ３に変換する。ただし、このＤ／Ａ変換器７２は、図４に示されるＩＣ２ｂの一例であって、Ｄ／Ａ変換器７２の代わりに、異なる種類のＩＣを第２回路２側に設けてもよい。また、本絶縁デバイス１０において、第２回路２側にＤ／Ａ変換器７２を設けず、第２回路２が、第１回路１側から伝達されたディジタル形式の信号ａ２を、ディジタル形式のままでピンＪ２から外部に出力してもよい。
【００４８】
本実施形態の絶縁デバイス１０によれば、Ｄ／Ａ変換器７２によるＤ／Ａ変換処理の終了後に、マイコン６１が、スイッチＳＷ４をオフすることにより、蓄電部５からＤ／Ａ変換器７２への電力供給を遮断するようにした。これにより、Ｄ／Ａ変換器７２の間欠駆動を行うことができるので、絶縁デバイス１０の省電力化を図ることができる。また、上記のようにＤ／Ａ変換器７２の間欠駆動を行うようにしたことにより、蓄電部５の蓄電容量（静電容量５１の電気容量）を減らすことができるので、蓄電部５及び絶縁デバイス１０全体の小型化を図ることができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、信号伝達中には電力伝達部４による電力の伝達を中止するようにしてもよい。また、上記第１乃至第３の実施形態において、満充電になった場合に、信号伝達部３によってその旨の信号を伝達して電力の伝達を中止するようにしてもよい。また、信号伝達部３に受発光素子を２対備えて、または信号伝達部３を２系統備える等によって、第１回路１と第２回路２との間で、双方向通信を行うようにしてもよい。さらにまた、上記第１乃至第４の実施形態では、第１回路１側と第２回路２側のいずれか一方に蓄電部５を設けた場合の例を示したが、第１回路１側と第２回路２側の両方に蓄電部５を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    第１回路
２    第２回路
２ｂ  ＩＣ（増幅部）
３    信号伝達部
４    電力伝達部
５    蓄電部
１０  絶縁デバイス
３１  発光素子
３２  受光素子
４１  受光素子
４２  発光素子
５１  静電容量
６１  マイコン
６２  スイッチ部
６３  前処理回路
６４  第１機能ブロック
６５  第２機能ブロック
６６  第３機能ブロック
７０  スイッチ部
７１  スイッチ部
９１、９３、９６  第１の機能ブロック群
９２、９４、９７  第２の機能ブロック群
９５、９８  第３の機能ブロック群
ＳＷ１〜ＳＷ３  スイッチ（複数のスイッチ）
ａ１、ａ２、ａ３  信号
ｐ１、ｐ２  電力
ＺＤ１  ツェナーダイオード（保護素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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