(57)【要約】【課題】フォトカプラを使用した絶縁信号伝送回路に関し、その低電力消費化を図る。【解決手段】デジタル入力と第一フォトカプラのフォトダイオードと直列に入力電流制御素子を挿入した入力部と、前記第一フォトカプラのフォトトランジスタにバッファ・マルチプレクサを介してマイコンに接続した出力部と、からなる絶縁信号伝送回路。それを出力側の必要なタイミングでＭａｋｅ／Ｂｒａｋｅ制御することで、第１及び第２のフォトダイオードに流す（駆動）電流を節約する。 【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル入力と第一フォトカプラのフォトダイオードと直列に入力電流制御素子を挿入した入力部と、
前記第一フォトカプラのフォトトランジスタにバッファ・マルチプレクサを介してマイコンに接続した出力部と、からなる絶縁信号伝送回路。
【請求項２】
前記入力電流制御素子は、前記マイコンから発生された信号により制御される第二フォトカプラにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁信号伝送回路。
【請求項３】
前記入力電流制御素子は、前記第二フォトカプラのフォトトランジスタの先にトランジスタがダーリントン結合で接続されることを特徴とする請求項２に記載の絶縁信号伝送回路。
【請求項４】
前記入力電流制御素子は、前記マイコンからの信号により周期的に導通を繰り返すスイッチング動作を特徴とする請求項１に記載の絶縁信号伝送回路。
【請求項５】
前記出力部から求められる出力信号は、前記入力電流制御素子の導通している時期を推定して処理されることを特徴とする請求項４に記載の絶縁信号伝送回路。
【請求項６】
前記出力部から求められる出力信号は、前記マイコンにより平均化またはフィルタリングの演算で処理されることを特徴とする請求項４に記載の絶縁信号伝送回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はフォトカプラを使用して絶縁した信号チャンネルの信号伝送回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1における発明では、アナログ伝送器の一例が文献１の図２に示されてあり、そこでは入力端子に供給される基準量や測定量などの入力電圧Ｖｉｎを電流に変換する入力変換回路１と、この入力変換回路１はオペアンプ２とトランジスタ３とにより構成される。４はフォトダイオード５とフォトトランジスタ６とにより構成されるフォトカプラで、このフォトカプラ４のフォトダイオード５を流れる駆動電流値はフォトカプラ４の発光強度の不飽和領域を使用する。７，８はフォトトランジスタ６を流れる電流を電圧に変換する抵抗で、この抵抗７，８により受信側で電流・電圧変換回路９を構成する。
【０００３】
入力信号はオペアンプ２により入力電圧Ｖｉｎを電圧電流変換抵抗Ｒ３で除して電流に変換され、入力値はフォトダイオード５の不飽和領域を用いてフォトトランジスタ６に伝えられ抵抗８を流れる電流として伝えられる。フォトダイオード５からフォトトランジスタ６への伝送は伝送効率により規定される。アナログ信号をフォトカプラを使用して伝送するには１チャンネルのアナログ信号に対して１個のフォトカプラを用いて伝送を実現している限り、温度により伝達比率が変わったり、フォトカプラ自身の経年変化で伝達比率が変わったりするので、安定した信号の伝達が困難である。
【０００４】
特許文献1の発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、アナログ信号を精度よく伝送すると共に、アナログ信号を伝達するに際し、温度変化、経年変化による影響を少なくするようにするため測定値入力と基準値入力を備えて、それらの相互の比例関係から測定値の真値を求めるという技術を提案していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０４６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、デジタル信号にかかる入出力部を絶縁し、フォトカプラにより信号伝送をする機器においては、特許文献１のような精度上の問題は少ないものの、逆にその数が多いため、消費電力の大きさに悩まされる。消費電力を小さくするためには伝達特性の良いフォトカプラを使用すれば良いが、伝達特性の良いフォトカプラは品種が限られる、入手が難しい、経年変化特性に不安があるなどの問題がある。
【０００７】
従前のフォトカプラを使用した絶縁信号伝送回路では、入力信号をそのまま光絶縁素子の入力に加えていた(図1)。  このため、フォトカプラの入力に内蔵されたLEDは入力に応じて連続的に光り続けていた。連続的な出力が必要である場合には、利にかなった回路方式であるが、連続的な出力が必要ない場合、例えばマイコン等のロジック回路の入力信号処理においては無駄な電力が消費され、発熱のもとになっている。
【０００８】
そこで、本願発明は、マイコン等のロジック回路にとって入力信号のリアルタイム性が数ｍ秒から数秒の離散的でよいことに鑑みて、必要なときだけフォトカプラを動作させて、低消費電力化、発熱の低減を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、デジタル入力と第一フォトカプラのフォトダイオードと直列に入力電流制御素子を挿入した入力部と、
前記第一フォトカプラのフォトトランジスタにバッファ・マルチプレクサを介してマイコンに接続した出力部と、からなる絶縁信号伝送回路である。
【００１０】
さらに、本願発明は、前記入力電流制御素子は、前記マイコンから発生された信号により制御される第二フォトカプラにより構成されることを特徴とする絶縁信号伝送回路であり、また、
前記入力電流制御素子は、前記第二フォトカプラのフォトトランジスタの先にトランジスタがダーリントン結合で接続されることを特徴とする絶縁信号伝送回路である。
【００１１】
また、本願発明は、前記入力電流制御素子は、前記マイコンからの信号により周期的に導通を繰り返すスイッチング動作を特徴とする絶縁信号伝送回路であり、また、
前記出力部から求められる出力信号は、前記入力電流制御素子の導通している時期を推定して処理されることを特徴とする絶縁信号伝送回路であり、また、
前記出力部から求められる出力信号は、前記マイコンにより平均化またはフィルタリングの演算で処理されることを特徴とする絶縁信号伝送回路である。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明は、本願発明は、フォトカプラの入力(LED)と直列な入力電流制御素子の間欠動作により、光絶縁半導体の消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の絶縁信号伝送回路の全体構成を示す。
【図２】本願発明の第一フォトカプラの入力電流制御方式および動作シーケンスの原理を示す
【図３】本願発明の実施の態様である第一フォトjカプラと第二フォトカプラから構成される光絶縁方式を示す。
【図４】本願発明の実施の態様である周期的導通による光絶縁方式を示す。
【図５】本願発明の実施の一例である光絶縁回路を示す。
【図６】本願発明の絶縁信号伝送回路の全体構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［発明の背景］
図１に、従来の絶縁信号伝送回路の全体構成を示す。ここでは、絶縁の外の部分として入力部１００、装置内部として出力部２００に、フォトカプラＰＣ１の前後で分けられる。
そして、入力部１００には外部スイッチ（別装置からの入力など）１−１〜ｎが、フォトカプラＰＣ１のフォトダイオードに接続される。なお、これらフォトダイオードにはＤＣ−ＤＣコンバータ１０に接続されて電流が供給される。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０はトランス方式の絶縁型である。
一方、出力部２００には、フォトカプラのフォトトランジスタが各々バッファ・マルチプレクサ２１に接続されて、さらにマイコン２２に接続される。さて、図１のフォトカプラＰＣ１を駆動用の入力電流は常時供給されているため、省エネルギーに反する。
【００１５】
［発明の原理］
そこで、本願発明では、当該フォトカプラの入力電流制御の方式を図２（ａ）に模式的に示すように間欠的な動作にする。こうすれば、ＰＣ１のフォトダイオードの入力電流を導通と遮断のｍａｋｅ／Ｂｒａｋｅのデューティ比で制御できる。
【００１６】
図２（ｂ）の動作シーケンス・チャートで示すとおり、スイッチＳＷが導通されたタイミングでフォトカプラＰＣ１は機能して、フォトトランジスタ出力（Ｏｕｔｐｕｔ）は導通する。その結果、マイコン２２により入力信号（Ｉｎｐｕｔ）が伝送される。
【００１７】
続いて、図３の第一フォトカプラと第二フォトカプラから構成される光絶縁方式を見てみる。ここでは、スイッチＳＷが第二フォトカプラＰＣ２で置換られている。ＰＣ２の制御（Ｍａｋｅ／Ｂｒａｋｅ）のロジックは前述のとおりであるが、フォトカプラＰＣ２自体が光絶縁されており、本スイッチＳＷの制御での絶縁の確保がされている。
図３（ａ）は、ＰＣ２が一個構成の例、図３（ｂ）はＰＣ２フォトトランジスタから別途トランジスタスイッチへ多段ダーリントン構成にしたもので、フォトカプラＰＣ２の消費電流が少ない場合に有効である。
【００１８】
次に、図４で、スイッチＳＷのスイッチングをさらに細かく間欠的にして、より消費電力を少なくしたものである。フォトカプラＰＣ１の立ち上がりを考慮したもので、時間遅れであっても出力が追従する。その間スイッチＳＷ１はＭａｋｅ／Ｂｒａｋｅを繰り返すことで、デューティ比５０％でよい。このとき、マイコン２２は入力値を平均化したり、所定の閾値を用いて、信号の正当性を担保するフィルタリングを行うことでもよい。
【００１９】
その他の態様として、図５（ａ）で、ＰＣ１入力部が双方向性の入力となっている例を示す。双方向入力の光絶縁半導体も使用できる。
一方、図５（ｂ）では、2つ以上のフォトカプラの入力部をまとめて1つの入力制御素子（スイッチＳＷ）で制御している例を示す。複数の入力信号の処理に好適である。
【００２０】
［実施例］
図６に、本願発明の絶縁信号伝送回路の全体構成を示す。
従来例の図１と対比すると判るように、第一のフォトカプラＰＣ１のフォトダイオードに入力電流制御素子１５が直列に備えられている。これがスイッチＳＷの機能を果たす。
入力電流制御素子１５は図中点線でマークされるように、第二のフォトカプラＰＣ２により形成されている。出力部の機能で定まるところのタイミングで第二のフォトカプラＰＣ２が導通されて、第一のフォトカプラＰＣ１のフォトダイオードに電流が流れる。
そして、その信号をバッファ・マルチプレクサ２１を介してマイコン２２が取得する。
【００２１】
なお、入力電流制御素子１５の回路上に置く位置など、種種の設計変更は可能である。
また、産業用機器では「アナログ入出力部分を絶縁する」ことが多く、デジタル信号に
変換してから絶縁部分の信号伝送(つまりフォトカプラでの信号伝送)を行う場合にも、本願発明は効果を奏する。
【符号の説明】
【００２２】
１−１〜ｎ  外部入力
１０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５  入力電流制御素子
２１  バッファ・マルチプレクサ
２２  マイコン（ＭＰＵ）
１００  絶縁信号伝送回路の入力部
２００  絶縁信号伝送回路の出力部
ＰＣ１  第一フォトカプラ
ＰＣ２  第二フォトカプラ
【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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