(57)【要約】【課題】直流電流信号にＨＡＲＴ通信の信号が重畳された信号を絶縁する信号絶縁回路では、直流電流信号を絶縁する絶縁回路とは別にＨＡＲＴ信号を絶縁する回路が必要であり、回路規模が大きくなるという課題があった。本発明は回路規模を小さくできる信号絶縁回路を提供することを目的にする。【解決手段】直流電流信号をチョッパ４１で重畳されたＨＡＲＴ信号の最大周波数より高い交流に変換し、この交流をトランス４２で絶縁して、前記ＨＡＲＴ信号の最大周波数より高い平滑特性を有する整流平滑部４３でトランス４２の２次側に誘起された交流を整流・平滑して、出力側に印加されたＨＡＲＴ信号を入力側に通過させる出力部４４を通して出力する。ＨＡＲＴ信号の絶縁回路が不要になる。【選択図】図１
2011217004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流信号に双方向性のパルス信号が重畳された信号を絶縁する信号絶縁回路において、
直流電流信号が入力され、この信号を断続して、前記パルス信号の最大周波数より高い周波数の交流に変換するチョッパと
その１次側に前記チョッパによって変換された交流が入力されるトランスと、
前記トランスの２次側に誘起された交流を整流、平滑すると共に、その平滑特性が前記パルス信号の最大周波数より高い整流平滑部と、
前記整流平滑部の出力が入力され、出力電圧範囲を広げると共に、その出力側に印加されたパルス信号を入力側に通過させる出力部と、
を具備したことを特徴とする信号絶縁回路。
【請求項２】
前記出力部は、前記整流平滑部の出力がそのエミッタに入力され、コレクタに定電圧源が接続される、ベース接地構成のトランジスタと、
前記トランジスタのベースとコレクタ間に接続されるコンデンサと、
を具備したことを特徴とする請求項１記載の信号絶縁回路。
【請求項３】
前記パルス信号は、ＨＡＲＴ通信に用いられるパルス信号であることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の信号絶縁回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流信号にパルス信号が重畳した信号を絶縁する信号絶縁回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業計器の出力信号は標準規格である４〜２０ｍＡの直流電流が用いられる。この出力信号を出力する伝送器と受信する機器の基準電位が同一であるとは限らないので、伝送器と機器との間に信号絶縁回路を設置し、直流的に絶縁することが行われている。
【０００３】
近年、この４〜２０ｍＡの直流電流信号にパルス信号を重畳し、多数のデータを伝送するＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を付加機能として備えた伝送器や機器が増加してきた。通常、ＨＡＲＴ通信では電流信号を出力する伝送器と受信する機器間を双方向で通信を行う。
【０００４】
図２に、直流電流信号を絶縁し、かつＨＡＲＴ通信のパルス信号（以下ＨＡＲＴ信号と言う）を双方向で伝達することができる信号絶縁回路の構成を示す。図２において、１０はＨＡＲＴ通信機能を具備し、直流電流信号を出力する伝送器、２０は信号絶縁回路、３０はＨＡＲＴ通信機能を具備し、直流電流信号を受信する機器である。
【０００５】
伝送器１０はＨＡＲＴ通信を行うＨＡＲＴ送受信部１１、直流電流信号を出力する電流源１２、およびＨＡＲＴ送受信部１１と電流源１２を直流的に絶縁するコンデンサ１３で構成される。電流源１２とコンデンサ１３の接続点で直流電流信号にＨＡＲＴ信号が重畳され、信号絶縁回路２０に出力される。直流電流信号はコンデンサ１３で阻止されるので、ＨＡＲＴ送受信部１１にはＨＡＲＴ信号のみ入力される。
【０００６】
信号絶縁回路２０はＨＡＲＴ信号絶縁部２１および２７、直流電流信号絶縁部２２で構成される。直流電流信号絶縁部２２には伝送器１０から出力される直流電流信号が入力され、この直流電流信号を直流的に絶縁して出力する。ＨＡＲＴ信号はＨＡＲＴ信号絶縁部２１、２７を経由して伝送される。
【０００７】
ＨＡＲＴ信号絶縁部２１、２７は直流電流信号絶縁部２２の入力側と出力側に接続される。ＨＡＲＴ信号絶縁部２１は伝送器１０が出力するＨＡＲＴ信号を絶縁して機器３０に伝達し、ＨＡＲＴ信号絶縁部２７は機器３０が出力するＨＡＲＴ信号を絶縁して伝送器１０に伝達する。
【０００８】
ＨＡＲＴ信号絶縁部２１は、コンデンサ２１ａおよび２１ｅ、増幅器２１ｂ、フォトカプラ２１ｃ、電圧電流変換器２１ｄで構成される。コンデンサ２１ａ、増幅器２１ｂ、フォトカプラ２１ｃ、電圧電流変換器２１ｄ、コンデンサ２１ｅはこの順に接続され、コンデンサ２１ａの一端は直流電流信号絶縁部２２の入力側に、コンデンサ２１ｅの一端は直流電流信号絶縁部２２の出力側に接続される。
【０００９】
伝送器１０からの直流電流信号はコンデンサ２１ａで阻止され、ＨＡＲＴ信号のみ増幅器２１ｂに入力されて増幅される。増幅器２１ｂの出力はフォトカプラ２１ｃで絶縁され、電圧電流変換器２１ｄで電流信号に変換され、コンデンサ２１ｅを経て直流電流信号絶縁部２２の出力電流と重畳される。このため、伝送器１０からのＨＡＲＴ信号は絶縁されて機器３０に伝達される。
【００１０】
ＨＡＲＴ信号絶縁部２７は、コンデンサ２７ａ、増幅器２７ｂ、フォトカプラ２７ｃ、電圧電流変換器２７ｄ、コンデンサ２７ｅがこの順で接続された構成を有し、ＨＡＲＴ信号絶縁部２１と同様の動作を行う。ＨＡＲＴ信号絶縁部２７は、機器３０からのＨＡＲＴ信号を絶縁して伝送器１０に伝達する。
【００１１】
直流電流信号絶縁部２２は、チョッパ２３、トランス２４、整流平滑部２５、出力部２６で構成され、伝送器１０が出力する直流電流信号を絶縁して機器３０に伝達する。
【００１２】
チョッパ２３は、トランジスタ２３ａおよび２３ｂ、発振器（ＯＳＣ）２３ｃで構成され、伝送器１０が出力する直流電流信号が入力される。発振器２３ｃの出力信号はトランジスタ２３ａ、２３ｂのベースに印加されるので、トランジスタ２３ａ、２３ｂはオンオフを繰り返す。このため、入力された直流電流信号は断続され、交流に変換される。
【００１３】
交流に変換された直流電流信号はトランス２４の一次側に印加され、直流的に絶縁される。トランス２４の２次側に誘起した交流は整流平滑部２５で整流・平滑される。整流平滑部２５はダイオード２５ａおよび２５ｂ、コンデンサ２５ｃで構成される。整流平滑部２５の出力は、出力部２６に入力される。
【００１４】
伝送器１０が出力する直流電流信号を電圧信号に変換するための変換抵抗は、用途によってさまざまな抵抗値が用いられる。このため、変換抵抗の抵抗値が大きくても電流を供給できるようにするために、出力部２６で電圧範囲を拡大する。
【００１５】
出力部２６は、トランジスタ２６ａ、抵抗２６ｂ、定電圧源２６ｃで構成される。抵抗２６ｂの一端はトランジスタ２６ｃのベースに接続され、抵抗２６ｂの他端とトランジスタ２６ａのエミッタに整流平滑部２５の出力が印加される。また、トランジスタ２６ａのコレクタには定電圧源２６ｃのプラス側が接続される。なお、抵抗２６ｂにはコンデンサ２５ｃの平滑効果を高める効果がある。
【００１６】
出力部２６の出力電流は、絶縁された直流電流信号として機器３０に出力される。この出力部２６は定電圧源２６ｃとトランジスタ２６ａで出力電圧範囲を広げることができるので、変換抵抗の抵抗値が高くても、直流電流信号を出力することができる。
【００１７】
機器３０はＨＡＲＴ送受信部３１、コンデンサ３２、抵抗３３で構成される。信号絶縁部２２で絶縁された伝送器１０の直流電流信号は抵抗３３を流れ、直流電圧に変換される。この直流電圧は図示しない処理部に入力され、処理される。
【００１８】
ＨＡＲＴ信号絶縁部２１で絶縁されたＨＡＲＴ信号は、コンデンサ３２を経由してＨＡＲＴ送受信部３１に入力される。また、ＨＡＲＴ送受信部３１から出力されたＨＡＲＴ信号は、コンデンサ３２、ＨＡＲＴ信号絶縁部２７を経由して、伝送器１０に入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特表２００９−５２８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、このような信号絶縁回路は、伝送器１０から出力される直流電流信号を直流的に絶縁する直流電流信号絶縁部２２と、ＨＡＲＴ信号を双方向で通過させ、かつ絶縁するＨＡＲＴ信号絶縁部２１、２７が必要であり、構成が複雑になるという課題があった。
【００２１】
本発明の目的は、構成が簡単であり、かつ直流電流信号とＨＡＲＴ信号のようなパルス信号の両方を絶縁して伝達することができる信号絶縁回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
直流電流信号に双方向性のパルス信号が重畳された信号を絶縁する信号絶縁回路において、
直流電流信号が入力され、この信号を断続して、前記パルス信号の最大周波数より高い周波数の交流に変換するチョッパと
その１次側に前記チョッパによって変換された交流が入力されるトランスと、
前記トランスの２次側に誘起された交流を整流、平滑すると共に、その平滑特性が前記パルス信号の最大周波数より高い整流平滑部と、
前記整流平滑部の出力が入力され、出力電圧範囲を広げると共に、その出力側に印加されたパルス信号を入力側に通過させる出力部と、
を具備したものである。回路規模を小さくできる。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記出力部は、前記整流平滑部の出力がそのエミッタに入力され、コレクタに定電圧源が接続される、ベース接地構成のトランジスタと、
前記トランジスタのベースとコレクタ間に接続されるコンデンサと、
を具備したものである。出力部の構成が簡単になる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記パルス信号として、ＨＡＲＴ通信に用いられるパルス信号を用いたものである。工業計器でよく使用されるＨＡＲＴ通信において、効果が大きい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、および３の発明によれば、直流電流信号に双方向性のパルス信号が重畳された信号を絶縁する信号絶縁回路において、直流電流信号をチョッパで前記パルス信号の最大周波数より高い交流に変換し、この交流をトランスで絶縁して、トランスの２次側に誘起する交流をその平滑特性が前記パルス信号の最大周波数より高い整流平滑部で整流、平滑して、出力電圧範囲を広げ、かつ出力側に印加された前記パルス信号を入力側に通過させる出力部を介して出力するようにした。
【００２６】
直流電流信号を絶縁する回路をパルス信号が双方向で伝搬することができるので、従来必要であったパルス信号を絶縁する絶縁回路が不要になる。このため、回路規模を小さくすることができ、かつコストアップを抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の信号絶縁回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る信号絶縁回路の一実施例を示した構成図である。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
図１において、４０は信号絶縁回路であり、チョッパ４１、トランス４２、整流平滑部４３、および出力部４４で構成される。この信号絶縁回路４０には伝送器１０からＨＡＲＴ信号が重畳された直流電流信号が入力される。信号絶縁回路４０は入力された直流電流信号を直流的に絶縁し、機器３０に出力する。また、伝送器１０が出力するＨＡＲＴ信号を絶縁して機器３０に伝達し、また機器３０が出力するＨＡＲＴ信号を絶縁して伝送器１０に伝達する。
【００３０】
チョッパ４１はトランジスタ４１ａおよび４１ｂ、発振器４１ｃで構成される。発振器４１ｃの出力はトランジスタ４１ａ、４１ｂのベースに出力されるので、トランジスタ４１ａ、４１ｂはオンオフを繰り返す。
【００３１】
トランジスタ４１ａ、４１ｂには伝送器１０から出力される直流電流信号が入力される。この直流電流信号はトランジスタ４１ａ、４１ｂのオンオフによって交流に変換され、トランス４２の一次側に印加される。チョッパ４１の出力はトランス４２で直流的に絶縁される。
【００３２】
チョッパ４１は、図２のチョッパ２３と同様の構成を有している。但し、トランジスタ４１ａ、４１ｂのオンオフ周波数、すなわち変換された交流の周波数は、直流電流信号に重畳されているＨＡＲＴ信号の最大周波数よりもかなり高い値に設定される。
【００３３】
トランス４２の２次側に誘起した交流は整流平滑部４３に入力され、整流・平滑される。整流平滑部４３はダイオード４３ａおよび４３ｂ、コンデンサ４３ｃで構成される。ダイオード４３ａ、４３ｂのアノードはトランス４２の２次側端子に接続され、カソードは共通接続される。ダイオード４３ａ、４３ｂのカソードとトランス４２の２次側の中点タップとの間には、コンデンサ４３ｃが接続される。
【００３４】
トランス４２の２次側に誘起した交流はダイオード４３ａ、４３ｂで整流され、コンデンサ４３ｃで平滑されて直流に変換される。整流平滑部４３は図２の整流平滑部２５と同様の構成を有するが、コンデンサ４３ｃで構成されるローパスフィルタの時定数（整流平滑部の平滑特性）は、ＨＡＲＴ信号の最大周波数よりも充分高く、かつトランス４２の２次側に誘起した交流を平滑して直流に変換できる値に設定される。このため、伝送器１０が出力するＨＡＲＴ信号は、減衰されることなく整流平滑部４３を通過することができる。
【００３５】
整流平滑部４３で変換された直流は出力部４４に入力される。出力部４４はトランジスタ４４ａ、抵抗４４ｂ、コンデンサ４４ｃ、および定電圧源４４ｄで構成される。
【００３６】
抵抗４４ｂの一端はトランジスタ４４ａのベースに接続され、他端はコンデンサ４３ｃの、ダイオード４３ａ、４３ｂが接続されている側に接続される。トランジスタ４４ａのエミッタはトランス４２の２次側中点タップに接続され、コレクタは定電圧源４４ｄのプラス側に接続される。コンデンサ４４ｃはトランジスタ４４ａのベースとコレクタとの間に接続される。
【００３７】
トランジスタ４４ａのベースは抵抗４４ｂを介して整流平滑部４３の出力の一端に接続され、そのエミッタは整流平滑部４３の他端に接続される。トランジスタ４４ａはベース接地回路を構成している。
【００３８】
出力部４４は図２の出力部２６にコンデンサ４４ｃを付加した構成を有しており、出力部２６と同様に機器３０に出力する電圧範囲を広げる役割を有する。
【００３９】
次に、この実施例の動作を説明する。伝送器１０から出力される直流電流信号はチョッパ４１で交流に変換され、トランス４２で絶縁されて、整流平滑部４３で再度直流電流に変換され、出力部４４を経て機器３０に出力される。この動作は、図２の従来例と同じである。
【００４０】
伝送器１０から出力されたＨＡＲＴ信号はチョッパ４１、トランス４２、整流平滑部４３、出力部４４を経て機器３０に入力される。チョッパ４１のチョッピング周波数（トランジスタ４１ａ、４１ｂのオンオフ周波数）はＨＡＲＴ信号の最大周波数より十分高く設定されているので、チョッパ４１でＨＡＲＴ信号が変形を受けることはない。また、整流平滑部４３のローパスフィルタの時定数はＨＡＲＴ信号の最大周波数より十分高く設定されているので、ＨＡＲＴ信号が整流平滑部４３で減衰されることもない。このため、ＨＡＲＴ信号はトランス４２で絶縁されて機器３０に伝達される。
【００４１】
機器３０から出力されたＨＡＲＴ信号は出力部４４の出力側から入力される。トランジスタ４４ａのベースとコレクタ間にはコンデンサ４４ｃが接続されているので、トランジスタ４４ａは交流信号に対してはオン状態であるダイオードのように動作する。すなわち、トランジスタ４４ａは交流に対しては導通状態になる。
【００４２】
このため、機器３０から出力されたＨＡＲＴ信号はトランジスタ４４ａ、整流平滑部４３、トランス４２、チョッパ４１を通過してその入力側に伝搬し、伝送器１０に伝達される。機器３０からのＨＡＲＴ信号はトランス４２で絶縁される。このようにして、伝送器１０と機器３０間で双方向のＨＡＲＴ通信が可能になる。
【００４３】
従来は、機器３０から出力されたＨＡＲＴ信号は出力部２６を通過することができなかった。本実施例ではトランジスタ４４ａのベースコレクタ間にコンデンサ４４ｃを配置することにより、機器３０から出力されたＨＡＲＴ信号は信号絶縁回路４０を通過することができる。このため、従来必要であったＨＡＲＴ信号絶縁部２１、２７が不要になり、構成を大幅に簡単にすることができる。
【００４４】
なお、本実施例ではチョッパ４１を２つのトランジスタと発振器で構成したが、この構成に限定されることはない。入力された直流電流を交流に変換する機能があればよい。
【００４５】
また、整流平滑部４３を２つのダイオードとコンデンサで構成したが、この構成に限られることはない。交流を整流、平滑して直流に変換する機能があればよい。
【００４６】
また、出力部４４をトランジスタ４４ａ、抵抗４４ｂ、コンデンサ４４ｃ、定電圧源４４ｄで構成したが、この構成に限られることはなく、入力電流の出力電圧範囲を広げ、かつ出力側に印加された交流を入力側に通過させる構成であればよい。
【００４７】
さらに、本実施例ではＨＡＲＴ通信について説明したが、これに限られることはない。直流電流信号に交流を重畳して、双方向通信を行う他の通信方式の信号を絶縁するために用いることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  伝送器
３０  機器
４０  信号絶縁回路
４１  チョッパ
４１ａ、４１ｂ、４４ａ  トランジスタ
４１ｃ  発振器
４２  トランス
４３  整流平滑部
４３ａ、４３ｂ  ダイオード
４３ｃ、４４ｃ  コンデンサ
４４  出力部
４４ｂ  抵抗
４４ｄ  定電圧源
【図１】
2011217004.tif 000003
【図２】
2011217004.tif 000004