(57)【要約】【課題】コモンモードノイズを簡素な回路で、除去する。【解決手段】高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３を有する第１抵抗分圧器、高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４を有する第２抵抗分圧器、第１抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第２抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、Ｒ１抵抗値とＲ２抵抗値をほぼ等しくすると共に、Ｒ３抵抗値とＲ４抵抗値をほぼ等しくして、Ｒ１高圧側端子とＲ２高圧側端子間に被測定電圧を印可し、Ｒ２高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３を有する第１抵抗分圧器、高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４を有する第２抵抗分圧器、
上記第１抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３の中間接続点と接続された一方の入力端子と、上記第２抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、
Ｒ１抵抗値とＲ２抵抗値をほぼ等しくすると共に、Ｒ３抵抗値とＲ４抵抗値をほぼ等しくして、
Ｒ１高圧側端子とＲ２高圧側端子間に被測定電圧を印可し、Ｒ２高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、上記差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたコモンモードノイズ除去回路。
【請求項２】
上記第１抵抗分圧器と第２抵抗分圧器の出力にローパスフィルタを挿入したことを特徴とする請求項１記載のコモンモードノイズ除去回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、分圧抵抗器と差動増幅器を用いたコモンモードノイズ除去回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にアナログ回路のコモンモードノイズを除去するものとして、アンプの入力回路と出力回路を電気的に絶縁したアイソレーションアンプが使用される。図３は、例えば非特許文献１に示されたアイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【０００３】
図において、１は被測定電圧Ｖ１であり、２は被測定電圧１と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧Ｖ２である。アイソレーションアンプ３には、接地電位から絶縁されているアイソレーションアンプ３の入力側アンプ４と、接地電位で動作する出力側アンプ５が設けられている。なお、アイソレーションアンプ３の入力−出力側アンプ４，５への電源供給については説明を省略している。
【０００４】
入力側アンプ４の一方の入力端子４−１に（Ｖ１＋Ｖ２）の電圧が、入力側アンプ４の他方の入力端子４−２にＶ２の電圧が入力されると、入力側アンプ４においては、両入力端子の差電圧｛（Ｖ１＋Ｖ２）―Ｖ２｝、即ちコモンモードノイズが除去されたＶ１の電圧のみが増幅され、電磁結合あるいは光結合により、出力側アンプ５に伝達される。出力側アンプ５では、Ｖ１の電圧を所定のゲイン倍して、接地電位に変換してコモンモードノイズが除去された出力１０を得る。
【０００５】
【非特許文献１】
ＡＮＡＬＯＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ，「ＬＩＮＥＡＲ  ＤＡＴＡ  ＢＯＯＫ」，アナログ・デバイセズ株式会社発行，１９９９〜２０００年，ｐ．７−２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このアイソレーションアンプは、内部構成部品が多く、回路構成が複雑になり、高価であり、また、入力側アンプ４−出力側アンプ５間の静電結合が大きいため、高周波領域の周波数帯のコモンモードノイズが除去し難い。
【０００７】
こ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、抵抗（望ましくは高抵抗）の分圧器で疑似絶縁を行い、その出力を差動増幅器で取りだして、コモンモードノイズを簡素な回路で、除去しようとするものである。また、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる回路を得ようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるコモンモードノイズ除去回路は、高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３を有する第１抵抗分圧器、高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４を有する第２抵抗分圧器、第１抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第２抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、Ｒ１抵抗値とＲ２抵抗値をほぼ等しくすると共に、Ｒ３抵抗値とＲ４抵抗値をほぼ等しくして、Ｒ１高圧側端子とＲ２高圧側端子間に被測定電圧を印可し、Ｒ２高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。図において、１は被測定電圧Ｖ１であり、２は被測定電圧１と接地電位間に発生するコモンモードノイズ電圧Ｖ２である。抵抗分圧器６は、６−１高圧側抵抗Ｒ１、６−２高圧側抵抗Ｒ２、６−３低圧側抵抗Ｒ３、６−４低圧側抵抗Ｒ４から構成されている。そして、高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３とで第１抵抗分圧器を構成し、高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４とで第２抵抗分圧器を構成する。差動増幅器７は一方の入力端子８−１と他方の入力端子８−２と出力端子１０を有している。
【００１０】
次にこのコモンモードノイズ除去回路の動作を説明する。抵抗分圧器６の高圧側抵抗Ｒ１の高圧側端子とＲ２の高圧側端子間に被測定電圧Ｖ１と、抵抗分圧器６の高圧側抵抗Ｒ２の高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧Ｖ２が入力されると、抵抗分圧器６の一方（第１抵抗分圧器）の中間点つまり差動増幅器７の一方の入力端子８―１と、他方（第２抵抗分圧器）の中間点つまり差動増幅器７の他方の入力端子８―２にはそれぞれ次式で表されるＶ３、Ｖ４が得られる。
【００１１】
Ｖ３＝（Ｖ１＋Ｖ２）×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）    −−−−−−（１）
Ｖ４＝Ｖ２×Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）              −−−−−−（２）
ここで、抵抗分圧器６の  Ｒ２＝Ｒ１、  Ｒ４＝Ｒ３とし、  （２）式に代入すると
Ｖ４＝Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）              −−−−−−（２‘）
が得られる。
【００１２】
次に、差動増幅器７で、（１）式、（２‘）式で示される電圧の差動増幅を行う。
差動増幅器７の出力Ｖ５は次式で表される。
Ｖ５＝Ｇ（Ｖ３−Ｖ４）                        −−−−−−（３）
但し  Ｇは差動増幅器７のゲインである。
（３）式に（１）式、（２‘）式を代入すると  次の式が得られる。
Ｖ５＝Ｇ｛（Ｖ１＋Ｖ２）×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）−  Ｖ２×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）｝
＝Ｇ・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）×Ｖ１          −−−−−−（４）
以上のように、コモンモードノイズＶ２が除去された式が得られ、コモンモードノイズを除去することが可能となる。
【００１３】
このように、コモンモードノイズ除去回路は、抵抗分圧器（望ましくは高抵抗分圧器）で疑似絶縁し、抵抗分圧器によりコモンモードノイズを含む信号を一旦接地電位に変換し、そのコモンモードノイズを含む信号から差動増幅器によりコモンモードノイズを除去し、被測定電圧のみを取出すものであり、簡素な構成でコモンモードノイズ除去回路が実現できる。
【００１４】
又、絶縁に関しては、抵抗分圧器６（高抵抗分圧器）の入力を短絡した時のコモンモードインピーダンスは、例えば、Ｒ１＝Ｒ２＝１０ＭΩ、Ｒ３＝Ｒ４＝１００ｋΩとすると、およそＲ１とＲ２の並列インピーダンス値は、５ＭΩ程度となる。ＡＣ２ｋＶ印加時の消費電力は０．８Ｗ程度であり、ＪＥＣ−２１０「低圧制御回路絶縁試験法・試験電圧標準」などの試験にも十分耐えるものとなる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は実施の形態２であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。これは、図１において、抵抗分圧器６の出力側にコンデンサを挿入したものである。抵抗分圧器６の一方（第１抵抗分圧器）の中間点と接地電位間に１１コンデンサＣ１を接続する。さらに、抵抗分圧器６の他方（第２抵抗分圧器）の中間点と接地電位間に１２コンデンサＣ２を接続する。
【００１６】
これにより、抵抗分圧器６にコンデンサＣ１、Ｃ２のローパスフィルタの作用を持たせたもので、入力側との結合が主に抵抗成分であることを利用して、差動増幅器のコモンモード除去能力が低くなる高周波領域のコモンモードノイズ電圧Ｖ２が入ってきた時、このコンデンサと抵抗分圧器６の抵抗成分を利用してローパスフィルタを構成し、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できるようにしたものである。
なお、コンデンサに変えてサージアブゾーバを用いてもよい。
このように、抵抗分圧器の出力にローパスフィルタや、サージアブゾーバを挿入することにより、高周波領域のコモンモードノイズも有効に除去できる。
【００１７】
また、抵抗分圧器の高圧側抵抗の低圧側端子と接地電位間に電圧抑制素子を付加することにより、抵抗分圧器の低圧側抵抗が外された場合も、２次側電圧は電圧抑制素子の動作電圧で抑えられ、抵抗分圧器の低圧側抵抗を有する信号処理回路の取り外しなどを行うシステムにも安全に対応できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のコモンモードノイズ除去回路によれば、高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３を有する第１抵抗分圧器、高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４を有する第２抵抗分圧器、第１抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ１と低圧側抵抗Ｒ３の中間接続点と接続された一方の入力端子と、第２抵抗分圧器の高圧側抵抗Ｒ２と低圧側抵抗Ｒ４の中間接続点と接続された他方の入力端子とを有し、両入力端子間電圧を増幅する差動増幅器を備え、Ｒ１抵抗値とＲ２抵抗値をほぼ等しくすると共に、Ｒ３抵抗値とＲ４抵抗値をほぼ等しくして、Ｒ１高圧側端子とＲ２高圧側端子間に被測定電圧を印可し、Ｒ２高圧側端子と接地電位間にコモンモードノイズ電圧が加わるとき、差動増幅器の出力として、コモンモードノイズ電圧が除去された被測定電圧が増幅されるようにしたので、コモンモードノイズを簡素な回路で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図２】実施の形態２であるコモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【図３】アイソレーションアンプを用いた従来の絶縁型コモンモードノイズ除去回路を示す構成図である。
【符号の説明】
１  被測定電圧                      ２  コモンモードノイズ電圧
６  抵抗分圧器                      ６−１，６−２  高圧側抵抗
６−３，６−４  低圧側抵抗          ７  差動増幅器
８―１，８−２  差動増幅器の入力端子
１０  差動増幅器の出力端子          １１，１２  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
2004179900.tif 000004
【図３】
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