(57)【要約】【課題】フォトカプラを使用した簡易アナログ伝送器に関し、アナログ信号を精度よく伝送すると共に、フォトカプラで伝達する際の経年変化による影響を少なくするようにする。【解決手段】不飽和領域を使用するフォトカプラのフォトダイオードの駆動電流を、経年的変化特性にあわせて増加させて不飽和領域に保持することで、フォトカプラによる信号伝送を劣化しないようにする。そのために、フォトカプラのフォトダイオード駆動電流の源である入力電圧を調整したり、または、電圧はそのままで電圧電流変換用の抵抗を調整したりする。 【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定値入力信号を電流に変換する少なくとも一つの測定用入力変換回路と、基準値入力信号を電流に変換する基準用入力変換回路と、前記測定用入力変換回路よりの測定値電流を発光強度の不飽和領域を使用して伝送する少なくとも一つのフォトカプラと、前記基準用入力変換回路よりの基準値電流を発光強度の不飽和領域を使用して伝送する他のフォトカプラと、これらフォトカプラからの測定値信号を基準値信号により所定の除算演算を行うアナログ伝送器において、
前記フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、前記フォトカプラのフォトダイオード駆動電流を増加させる入力処理部を備えることを特徴とするアナログ伝送器。
【請求項２】
請求項１に記載のアナログ伝送器において、
前記入力処理部は、
前記フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、
前記測定値入力信号および前記基準値入力信号を増加させて前記入力変換回路に与えるアナログ信号処理部を備えるアナログ伝送器。
【請求項３】
請求項１に記載のアナログ伝送器において、
前記入力処理部は、
前記フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、
前記測定用入力変換回路および前記基準用入力変換回路の電圧電流変換用の抵抗値を減少させる電圧電流変換処理部を備えるアナログ伝送器。
【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アナログ伝送器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を示す回路図が示されており、
本願の図２に示すとおり、１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で、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】
ここでは、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が、伝送効率は温度や経年変化に対して弱く精度を確保することが困難であるという問題点が従来からあった。
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からである。
【０００４】
そこで、特許文献1の発明は前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。
なお、デジタル信号の伝送では、特許文献２のように、フォトカプラの寿命延長の方式は自明の技術であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０４６８９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１７２５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の発明では、当該フォトカプラの特にフォトダイオードが不飽和領域を使用するということが前提となっている。そのため、長年の使用により良好な領域を超えるような経年変化までは考慮していない。特に、フォトダイオードは時間が経つにつれてその発光効率が落ちるものだからである。
【０００７】
そのために当初から寿命末期を考慮して、フォトダイオードの駆動電流を多めにすることも考えられるが、それではエネルギー消費の面で問題がある。逆に、駆動電流が大きいと、機器の温度が上昇し、フォトカプラ自体の劣化を早めることもあるなどの問題がある。
【０００８】
そこで、本願発明は、測定用及び基準用のフォトカプラのフォトダイオードの駆動電流を経年変化特性にあわせて変化させる。そのためフォトカプラ／ダイオードを含めた本アナログ伝送器の動作時間を自ら監視することで、所定の時間が経過した場合に、当該フォトカプラのフォトダイオード駆動電流を増加させることで課題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、測定値入力信号を電流に変換する少なくとも一つの測定用入力変換回路と、基準値入力信号を電流に変換する基準用入力変換回路と、前記測定用入力変換回路よりの測定値電流を発光強度の不飽和領域を使用して伝送する少なくとも一つのフォトカプラと、前記基準用入力変換回路よりの基準値電流を発光強度の不飽和領域を使用して伝送する他のフォトカプラと、これらフォトカプラからの測定値信号を基準値信号で除算する除算器とを備えたアナログ伝送器において、
当該フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、当該フォトカプラのフォトダイオード駆動電流を増加させる入力処理部を備えることを特徴とするアナログ伝送器である。
【００１０】
さらに、本願発明は、前記アナログ伝送器において、入力処理部は、
当該フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、
前記測定値入力信号および前記基準値入力信号を増加させるアナログ信号処理部を備えるアナログ伝送器である。
【００１１】
また、本願発明は、前記アナログ伝送器において、入力処理部は、
当該フォトカプラの動作時間を監視することで、所定の時間が経過した場合に、
前記測定用入力変換回路および基準用入力変換回路の電圧電流変換用の抵抗値を減少させる電圧電流変換処理部を備えるアナログ伝送器でもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明は、フォトカプラのフォトダイオードの駆動電流を経年変化特性にあわせて変化させることで、長期間にわたり精度よくアナログデータを絶縁伝送することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明のアナログ伝送器の全体構成を示す。
【図２】従来例のアナログ伝送器の入力変換回路を示す
【図３】本願発明の実施の一例であるアナログ伝送器の入力処理部を示す。
【図４】本願発明の実施の一例であるアナログ伝送器の入力変換回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［発明の背景］
まず、基本的事項を説明する。図１は、特許文献１の発明とアイソレーション部分を共通する本願発明のアナログ伝送器の全体構成を示す図である。図２はその従来発明でのアナログ伝送器のアナログ信号アイソレーションにかかる入力変換回路部を示すものである。
この図において、１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で、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は受信側で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により電流・電圧変換回路９を構成する。
１０は複数の信号伝達用チャンネルよりの被除数を基準電圧用チャンネルよりの除数で除算するアナログ除算器で、このアナログ除算器１０の商はアナログスイッチ１１を介してＡ／Ｄ変換器（図示せず）に伝送される。そして、入力変換回路１および電流・電圧変換回路９は各チャンネルとも同一回路構成となっており、構成素子も同一品を使用する。各チャンネル構成は基準電圧用が１チャンネル、残りの少なくとも一つのチャンネルが信号伝達用として構成される。なお、例としてアナログ除算器で説明したが、これに限らずＡ／Ｄ変換の後にディジタルデータで除算演算をすることでもよい。
【００１５】
それぞれのチャンネルの入力端子に供給された測定値や基準量などの入力電圧Ｖｉｎはオペアンプ２とトランジスタ３とによりフォトダイオード５を流れる電流にＲ３で電圧電流変換される。ここで、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。そして、フォトカプラ４は電流伝達素子であるので、フォトダイオード５に流れた電流がフォトトランジスタ６のエミッタ−コレクタ間に比例して流れる。よって、このフォトトランジスタ６を流れる電流は抵抗７，８で変換され、電圧値として出力される。このようにして各信号伝達用チャンネルより伝送変換された被除数の電圧値を基準電圧用チャンネルより伝送変換された除数の電圧値でアナログ除算器１０を用いて割ることにより温度変化、経年変化などの外乱要因を取り除いた入力値が得られるのである。
【００１６】
なお、このアナログ伝送器の構成における入力処理部１００は、フィールドの測定値などの適宜処理を行って測定値や基準量などの入力電圧Ｖｉｎとして、チャンネルの入力端子に供給するＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を備えたディジタル処置で実装される。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］
さて、本願発明の特徴である入力処理部１００を図３に基づいて説明する。
ＭＰＵ１０１、メモリ１０２、その他周辺装置（図外）を備える。入力処理部１００で処理する計測値はフィールドからら授受されフィルタリング、レベル変換など信号コンディショニングがアナログ信号処理部１１１でされて、通常はＤＣ１〜５Ｖ程度でＤ／Ａ変換器１２１から上記Ｖｉｎとして出力される。
【００１８】
時計機能を掌るクロック１０３は、時計ＩＣを有するか、またはリアルタイムクロックから積算計時して経過時間を求めるものである。その時間情報を読んで、所定の機能を実行する時間機能処理部１１０がある。この時間情報とは、本入力処理部１００の経年時間、すなわちフォトダイオード５の使用時間を管理する。そして、時間機能処理部１１０は所定の時間（例えば、５年、１０年など）を経過した場合に、フォトダイオード５の駆動電流を増加させることを行う。もちろん段階的でなくとも連続的でもかまわないが、以下説明のため簡略化する。
【００１９】
時間機能部１１０はアナログ信号処理部１１１および電圧電流（Ｖ／Ｉ）変換処理部１１２へ接続される。実施例1ではアナログ処理部１１１へ注目する。
前記の所定の時間が経過したと判断された場合に、時間機能処理部１１０はアナログ信号処理部１１１へ出力すべき電圧値を増加させよと指令を送る。例えば、１０年経過であったなら倍増させる。アナログ信号処理部１１１から倍増された電圧値はデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１２１でアナログ電圧に変換されて、それぞれのチャンネルの測定値や基準量などの入力電圧Ｖｉｎとして供給される。その結果、電圧電流変換抵抗Ｒ３により電流（Ｖｉｎ／Ｒ３）に変換されて、倍増した駆動電流がフォトダイオード５に供される。当然フォトトランジスタ６から電流・電圧変換された出力も倍増するが、その変動分は受信側の除算処理で相殺される。
【００２０】
［実施例２］
次に、第二の実施例として、電圧電流変換処理部１１２に注目する。こちらの実施例では、アナログ信号処理部１１１ではの電圧値の変更は行わずに、電圧電流変換抵抗Ｒ３を変化させることで、フォトダイオード５の駆動電流を変化させるものである。
前例のようにアナログ信号処理部１１１で電圧値の変更をして、あまり電位が大きくなるとオペアンプ２の動作範囲を超えることがあるので、本例の方が好ましい場合がある。
【００２１】
所定の時間が経過したと判断された場合に、時間機能処理部１１０は電圧電流変換処理部１１２へ電圧電流変換抵抗Ｒ３を減少させよと指令を送る。例えば、１０年経過であったなら、フォトダイオード５の駆動電流を倍増させるために、Ｒ３を半分にすればよい。その実施例を図４で説明する。ここでは、Ｒ３には複数の抵抗が並列結線されている。Ｒ３−１は当初の抵抗値、Ｒ３−２はＲ３−１と同じ抵抗値とする。図では並列抵抗は２個であるが、多段に（ｎ個）設けることでもよい。なお、この調整用の抵抗Ｒ３−ｎには電子スイッチＳＷＴ１〜ｎが直列に設けられる。
【００２２】
そして、時間機能処理部１１０からの指令により電圧電流変換処理部１１２からデコーダ１２２で分配された抵抗スイッチ信号が発生されて、それらが連動して各電子スイッチＳＷＴ１がＯＮされる。その結果、倍増した駆動電流が各フォトダイオード５に流される。
電子スイッチＳＷＴ１はトランジスタで構成してよいが、特にドレインソース間に電圧ドロップの少ないＭＯＳ型ＦＥＴが望ましい。
【００２３】
また、並列抵抗の値を細かく設定してスムーズな多段抵抗値Ｒ３を得ることは容易で、そのような構成は本願発明の範囲に入ることに変わりはない。
その他、各種変形設計しても同様である。
【符号の説明】
【００２４】
１  入力変換回路
４  フォトカプラ
５  フォトダイオード
６  フォトトランジスタ
９  電流・電圧変換回路
７，８  分圧抵抗
１００  入力処理部
１１０  時間機能処理部
１１１  アナログ信号処理部
１２１  ＤＡ変換器
１１２  電圧電流変換処理部
１２２  デコーダ
Ｒ３    電圧電流変換抵抗
Ｒ３−ｎ  並列抵抗群
ＳＷＴ１  電子スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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