(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号に変換して出力するフォトダイオードとそのフォトダイオードが出力する光信号を受光し、上記電気信号に再変換して出力するフォトトランジスタからなるフォトカプラと、上記フォトトランジスタに駆動電圧を供給する定電圧供給回路とを備え、入力信号を上記フォトカプラによって後段の回路に伝達するインターフェース回路であって、
上記定電圧供給回路は、上記フォトカプラから上記入力信号が出力されるとともに外部から電圧が供給される出力端子と上記フォトトランジスタとの間に接続される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタのベースに接続され、そのベースの電圧を一定値に保持する定電圧ダイオードとを含み、上記定電圧ダイオード及び上記第１のトランジスタによって上記フォトトランジスタに上記駆動電圧として上記一定値以下の電圧を供給し、
上記第１のトランジスタは、上記フォトトランジスタよりも高い耐圧を有する、
ことを特徴とする、インターフェース回路。
【請求項２】
上記出力端子には上記後段の回路として負荷と電源の直列回路が接続される、請求項１に記載のインターフェース回路。
【請求項３】
上記フォトトランジスタと上記出力端子との間に当該フォトトランジスタから出力される信号を増幅する信号増幅回路が設けられている、請求項１又は２に記載のインターフェース回路。
【請求項４】
上記信号増幅回路は、上記フォトトランジスタにダーリントン接続された、上記フォトトランジスタよりも高い耐圧を有する第２のトランジスタで構成されている、請求項３に記載のインターフェース回路。
【請求項５】
上記第２のトランジスタのベースとエミッタの間には抵抗が接続されている、請求項４に記載のインターフェース回路。
【請求項６】
上記フォトカプラは、上記フォトダイオード及び上記フォトトランジスタをパッケージ化した素子で構成され、上記定電圧供給回路及び上記信号増幅回路は、汎用のディスクリート部品で構成されていることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれかに記載のインターフェース回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、入力信号を次段の回路に伝達するためのインターフェース回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入力信号を電気的に絶縁しつつ次段に伝達するためのインターフェース回路としては、たとえばフォトカプラがよく用いられている。このフォトカプラにおいて、電流増幅率を高くする場合、図５に示すようなフォトカプラＰＣ１が提案されている。すなわち、このフォトカプラＰＣ１は、一次側素子としてのフォトダイオードＰＤ１と、二次側素子としてのフォトトランジスタＰＴ１と、その次段に設けられたトランジスタＱ３とを備えている。そして、フォトカプラＰＣ１は、フォトトランジスタＰＴ１およびトランジスタＱ３を、いわゆるダーリントン接続し、全体を１パッケージ化した構成とされている。なお、図中、Ｒ３は、トランジスタＱ３の応答性を上げるための抵抗を示す。
【０００３】
上記フォトカプラＰＣ１によれば、フォトトランジスタＰＴ１およびトランジスタＱ３がダーリントン接続されているため、電流増幅率を高めることができる。ところが、上記フォトカプラＰＣでは、フォトトランジスタＰＴ１のコレクタ−ベース間の接合容量によって蓄積された電荷のために、スイッチング特性、すなわち応答性が低下するといった問題点がある。
【０００４】
そこで、上記フォトカプラＰＣ１の改善案として、図６に示すように、フォトトランジスタＰＴ１のベース端子を外部に取り出した構成のフォトカプラＰＣ２が提案されている。このフォトカプラＰＣ２を使用するときには、上記ベース端子とトランジスタＱ３のエミッタ端子とが外部抵抗Ｒ４を介して接続される。上記構成のフォトカプラＰＣによれば、フォトトランジスタＰＴ１のコレクタ−ベース間に蓄積された電荷は、ベース端子から外部に放電されるので、スイッチング特性における上記問題点を解消することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば家電機器としてのエアコン等においては、室内機および室外機の間に、室内機から室外機に対して電源電圧を供給するための電力線が接続されている。さらに、室内機から室外機に対して、たとえばコンプレッサやファン等を動作させるための制御信号が伝達される制御線が接続されている。
【０００６】
室内機において上記制御信号を室外機に送信する場合には、インターフェース回路として、たとえば上記したフォトカプラＰＣ２等が使用されるが、部品コストの低減を図る目的で上記電力線の一本を制御線として共用するときがある。そのため、上記フォトカプラＰＣ２等からなるインターフェース回路は、耐圧の高い回路構成とする必要がある。しかしながら、１パッケージ化されたフォトカプラＰＣ２において、ダーリントン接続されるとともに応答性に優れ、かつ耐圧の高いものは、内部の構造が複雑となり製作コストの増大を招くことから、一般に高価である。そのため、このフォトカプラＰＣ２を用いた回路においては、トータルの部品コストが増大することになる。したがって、上記した特性を有し、かつ比較的安価なディスクリート部品によって構成されるインターフェース回路が望まれていた。
【０００７】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、応答性に優れるとともに耐圧が高く、かつ低コストのインターフェース回路を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明は、電気信号を光信号に変換して出力するフォトダイオードとそのフォトダイオードが出力する光信号を受光し、電気信号に再変換して出力するフォトトランジスタからなるフォトカプラと、フォトトランジスタに駆動電圧を供給する定電圧供給回路とを備え、入力信号をフォトカプラによって後段の回路に伝達するインターフェース回路であって、定電圧供給回路は、フォトカプラから入力信号が出力されるとともに外部から電圧が供給される出力端子とフォトトランジスタとの間に接続される第１のトランジスタと、この第１のトランジスタのベースに接続され、そのベースの電圧を一定値に保持する定電圧ダイオードとを含み、定電圧ダイオード及び第１のトランジスタによってフォトトランジスタに駆動電圧として一定値以下の電圧を供給し、第１のトランジスタは、フォトトランジスタよりも高い耐圧を有することを特徴としている。
【００１０】
そして、出力端子には後段の回路として負荷と電源の直列回路が接続される。
【００１１】
この構成によれば、フォトカプラのフォトトランジスタには、定電圧ダイオードによりベース電圧が一定値に保持された第１のトランジスタが接続されているため、フォトトランジスタには第１のトランジスタから駆動電圧として一定値以下の電圧が供給される。そのため、出力端子から高電圧が印加されてもフォトトランジスタを保護することができる。また、第１のトランジスタは、フォトトランジスタよりも高い耐圧を有するため、それ自体の耐圧を上げ、インターフェース回路の出力端子に接続される、たとえば電力線からの高電圧に影響されることなく、支障なく動作することができる。
【００１２】
本願発明の好ましい実施の形態によれば、フォトトランジスタと出力端子との間に当該フォトトランジスタから出力される信号を増幅する信号増幅回路が設けられている。具体的には、信号増幅回路は、フォトトランジスタにダーリントン接続された、フォトトランジスタよりも高い耐圧を有する第２のトランジスタで構成されている。
【００１３】
この構成によれば、フォトカプラに第２のトランジスタがダーリントン接続されることにより、回路全体の電流増幅率を向上させることができる。
【００１４】
本願発明の他の好ましい実施の形態によれば、第２のトランジスタのベースとエミッタの間には抵抗が接続されている。このように、ベース−エミッタ間に抵抗が接続されることにより、第２のトランジスタのコレクタ−ベース間の接合容量によって蓄積された電荷を、出力端子側に放電することができ、そのため、第２のトランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。したがって、回路全体の信号応答性が優れたインターフェース回路を提供することができる。
【００１５】
また、本願発明の他の好ましい実施の形態によれば、フォトカプラは、フォトダイオード及びフォトトランジスタをパッケージ化した素子で構成され、定電圧供給回路及び信号増幅回路は、汎用のディスクリート部品で構成されている。このように、本願発明におけるインターフェース回路においては、１パッケージ化された従来の構成のフォトカプラとは異なり、フォトカプラをシングルタイプのものとし、フォトカプラを保護し回路全体の耐圧を高める第１のトランジスタや、電流増幅率を向上させる第２のトランジスタ等を、汎用のディスクリート部品によって構成している。そのため、回路全体の部品コストを大幅に低減することができる。また、一般的に、シングルタイプのフォトカプラは、信号応答性がよく、低コストである反面、耐圧が低く、シングルタイプであるために電流増幅率が小であるといった欠点を有する。しかしながら、本願発明では、フォトカプラの後段に第１のトランジスタを接続することで耐圧を高め、第２のトランジスタをダーリントン接続することにより電流増幅率を向上させて上記欠点を補っている。また、本願発明では、フォトカプラをシングルタイプのものとすることによって、信号応答性を高めるために複雑な構成となっていた従来のフォトカプラに比べ、フォトカプラ自体の構造を簡略化するとともに、良好な信号応答性を確保することができる。
【００１６】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本願発明に係るインターフェース回路が適用される、たとえば家電機器のブロック構成を示す図である。このブロック構成によると、上記家電機器は、たとえばエアコンによって構成され、このエアコンは、室内機Ａおよび室外機Ｂを備えている。両者Ａ，Ｂ間には、室内機Ａから室外機Ｂに電源電圧（たとえばＡＣ１００Ｖ）を供給するための電力線２と、コンプレッサやファン等を駆動するための制御信号を伝達する制御線３とが接続されている。そして、この場合、制御線３では、部品コストの低減を図る目的で、上記電力線２のうちの１本を利用して、制御信号の伝達が行われている。
【００１９】
上記制御線３の一端には、上記室内機Ａ内において、図２にその一例を示すインターフェース回路１が設けられている。なお、図１では、室内機Ａ側のみに送信用としてのインターフェース回路１が用いられているが、室外機Ｂ側であって制御線３の他端に、受信用としてのインターフェース回路が設けられていてもよい。
【００２０】
上記インターフェース回路１は、大別して、入力信号を電気的に絶縁しつつ、それを次段に伝達する入力信号伝達部５と、入力信号伝達部５に対して一定以下の電圧を印加させるとともに、高耐圧部品によって構成された定電圧印加部６と、入力信号伝達部５の次段に接続され、入力信号伝達部５からの信号を増幅して外部に出力する信号増幅部７とによって構成される。
【００２１】
すなわち、入力信号伝達部５は、たとえばフォトカプラＰＣからなり、室内機Ａ内の図示しない制御部等から送られたデータ信号を受け、これに接続された後段の回路に対してデータ信号を伝達する機能を有する。このフォトカプラＰＣは、入力端子８ａ，８ｂに接続された一次側素子としてのフォトダイオードＰＤと、これに電気的に絶縁された二次側素子としてのフォトトランジスタＰＴとからなる。
【００２２】
この入力信号伝達部５では、データ信号を受けると、これによりフォトダイオードＰＤが発光して二次側のフォトトランジスタＰＴに光信号を送る。フォトトランジスタＰＴは、その光信号を受信するとオン状態になる。すなわち、この入力信号伝達部５では、電気信号を一旦光信号に変換した後、電気信号にさらに戻して後段の回路に電気信号を送ることにより、信号の絶縁が行われている。
【００２３】
定電圧印加部６は、フォトトランジスタＰＴに接続された電圧印加用の第１トランジスタＱ１と、フォトトランジスタＰＴを保護するための定電圧ダイオードＺＤと、電流制限用の抵抗Ｒ１とを含んでいる。
【００２４】
定電圧印加部６の接続構成としては、第１トランジスタＱ１は、そのコレクタ端子が外部出力端子９ａに接続され、エミッタ端子がフォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴにおけるコレクタ端子（電圧印加端子）に接続されている。また、第１トランジスタＱ１のベース端子は、定電圧ダイオードＺＤのカソード側および抵抗Ｒ１の一端に接続されている。そして、抵抗Ｒ１および定電圧ダイオードＺＤは、外部出力端子９ａ，９ｂに対して並列に接続されている。
【００２５】
ここで、少なくとも外部出力端子９ａは、電力線２の一本に接続されており、そのため、外部出力端子９ａに接続されている第１トランジスタＱ１には、耐圧の高いトランジスタが用いられている。
【００２６】
信号増幅部７は、信号増幅用の第２トランジスタＱ２と、この第２トランジスタＱ２のスイッチング特性を向上させるための抵抗Ｒ２とによって構成されている。信号増幅部７の接続構成としては、第２トランジスタＱ２のベース端子は、フォトトランジスタＰＴのエミッタ端子（出力端子）に接続されている。また、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子およびエミッタ端子が、それぞれ外部出力端子９ａ，９ｂに接続されている。そして、第２トランジスタＱ２のベース−エミッタ間には、スイッチング特性を向上させる目的で、電荷放電用の抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２７】
この信号増幅部７では、第２トランジスタＱ２は、上記入力信号伝達部５から信号を受けると、その信号に基づいてオン、オフ動作を行う。たとえば、第２トランジスタＱ２がオン動作すると、外部出力端子９ａ，９ｂ間は短絡される。なお、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子は、外部出力端子９ａに接続されているので、第２トランジスタＱ２にも、耐圧の高いトランジスタが用いられている。
【００２８】
次に、図３を参照して、上記インターフェース回路１における動作を説明する。まず、入力端子８ａ，８ｂからデータ信号が入力されていない場合を説明する。上記インターフェース回路１によれば、入力信号伝達部５、具体的には、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴには、定電圧印加部６によって一定以下の電圧が印加されている。
【００２９】
詳しくは、第１トランジスタＱ１のベース端子には、抵抗Ｒ１を介してバイアス電流が供給されるため、第１トランジスタＱ１は、常にオン状態となっている。ここで、定電圧ダイオードＺＤの両端の電圧をＶZD、第１トランジスタＱ１のベース・エミッタ間の電圧をＶFとすれば、第１トランジスタＱ１がオン状態となっているため、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴのコレクタ端子には、ＶZD−ＶFの電圧が印加される。しかしながら、定電圧ダイオードＺＤの働きにより、上記コレクタ端子には、これ以上の値の電圧は印加されない。すなわち、定電圧ダイオードＺＤによって、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴに対して定格値以上の電圧が印加されないことから、フォトトランジスタＰＴが保護されている。
【００３０】
なお、フォトトランジスタＰＴとしては、そのコレクタ・エミッタ間の耐圧が、少なくとも定電圧ダイオードＺＤの両端電圧ＶZDより高い耐圧を有するものを用いればよい。実際には、定電圧ダイオードＺＤの両端電圧ＶZDは、一般に数Ｖ程度であり、通常、コレクタ・エミッタ間の耐圧の定格に収まる値である。
【００３１】
また、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２には、外部出力端子９ａを介して電力線２が接続されており、たとえ入力端子８ａ，８ｂからデータ信号が入力されていない状態であっても、高電圧がかかる場合がある。そのため、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２には、耐圧の高いトランジスタが用いられており、回路全体として高耐圧化が図られている。
【００３２】
次いで、入力端子８ａ，８ｂからデータ信号が入力された場合を説明する。入力端子８ａ，８ｂから信号が入力されると、フォトダイオードＰＤが発光し、フォトトランジスタＰＴがオンする。これにより、第２トランジスタＱ２のベース端子に電流が流れ、第２トランジスタＱ２がオンする。このとき、負荷Ｓ（室外機Ｂ）側の電源電圧をＶDDとすれば、第１トランジスタＱ１には、ＶDD−（ＶZD−ＶF）の電圧が印加されることになる。そして、外部出力端子９ａ，９ｂの両端が短絡状態になり、室外機Ｂにデータ信号が伝達される。
【００３３】
ここで、上記の回路構成によれば、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴのエミッタ端子が第２トランジスタＱ２のベース端子に接続されている。すなわち、両者の接続構成によって、実質的にダーリントン接続が構成されることになり、これにより、電流増幅率の向上が図られる。
【００３４】
また、第２トランジスタＱ２のベース・エミッタ間には、抵抗Ｒ２が接続されている。そのため、第２トランジスタＱ２のベース端子に蓄積された電荷は、抵抗Ｒ２を通じて外部出力端子９ｂに放電され、この第２トランジスタＱ２におけるスイッチング特性を高めることができる。したがって、応答性に優れたインターフェース回路１を提供することができるといった利点がある。
【００３５】
さらに、上記したインターフェース回路１における各ディスクリート部品は、一般的に安価である。そのため、従来の構成で説明した１パッケージ化された高価なフォトカプラからなるインターフェース回路に比べ、回路全体の部品コストの低減化を図ることができる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、定電圧印加部６によって、入力信号伝達部５としてのフォトカプラＰＣを保護する一方、回路全体として耐圧に優れたインターフェース回路１を実現することができる。また、信号増幅部７によって、実質的に複数のトランジスタがダーリントン接続されることによりその電流増幅率を向上させることができ、しかも電荷放電抵抗Ｒ２によりスイッチング特性を高めることができる。
【００３７】
また、本実施形態のインターフェース回路１によれば、フォトカプラＰＣをシングルタイプのものとし、定電圧印加部６や信号増幅部７の回路構成を汎用のディスクリート部品によって構成しているので、たとえば図４に示すような１パッケージ化された高価なフォトカプラＰＣ３と同等の機能を有する回路を、より安価に実現することができる。また、一般的に、シングルタイプのフォトカプラは、信号応答性がよく、低コストである反面、耐圧が低く、シングルタイプであるために電流増幅率が小であるといった欠点を有する。しかしながら、本実施形態では、フォトカプラＰＣの後段に第１トランジスタＱ１を接続することで耐圧を高め、第２トランジスタＱ２をダーリントン接続することにより電流増幅率を向上させて上記欠点を補っている。また、本実施形態では、フォトカプラＰＣをシングルタイプのものとすることによって、信号応答性を高めるために複雑な構成となっていた従来のフォトカプラＰＣ２に比べ、フォトカプラ自体の構造を簡略化するとともに、良好な信号応答性を確保することができる。
【００３８】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、インターフェース回路に適用される家電機器としてエアコンを用いて説明したが、これに限るものではない。また、入力信号伝達部、定電圧印加部、信号増幅部等の各部の回路構成や各部品の接続構成等は、上記した実施形態に限るものではない。また、上記実施形態におけるフォトトランジスタＰＴ、第１および第２トランジスタＱ１，Ｑ２は、それぞれ、いわゆるＮＰＮ型とされたが、これに限らず、ＰＮＰ型によって上記回路を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るインターフェース回路が適用される家電機器のブロック構成を示す図である。
【図２】図１に示すインターフェース回路の回路図である。
【図３】負荷が接続されたインターフェース回路の回路図である。
【図４】図２に示すインターフェース回路の等価回路図である。
【図５】従来のインターフェース回路を示す図である。
【図６】従来の他のインターフェース回路を示す図である。
【符号の説明】
１    インターフェース回路
５    入力信号伝達部
６    定電圧印加部
７    信号増幅部
ＰＣ  フォトカプラ
ＰＴ  フォトトランジスタ
Ｑ１  第１トランジスタ
Ｑ２  第２トランジスタ
Ｒ２  電荷放電用抵抗
ＺＤ  定電圧ダイオード
【図１】
0004606561.tif 000002
【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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