(57)【要約】【課題】  高価な材料を用いることなく、構成が簡易でＭＥＭＳ技術を利用して安価に作成できるアイソレータを提供する。【解決手段】  入力信号に応じた出力信号を出力するＭＥＭＳアイソレータは、入力側及び出力側に夫々電気的に絶縁されたキャパシタ６，７を備える。各キャパシタ６，７は可動電極９，１０を有し、入力側キャパシタ６の可動電極９の歪みが出力側キャパシタ７の可動電極１０に伝播するように構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じた出力信号を出力するＭＥＭＳアイソレータであって、
入力信号が印加される一対の電極の一方が可動電極である入力側キャパシタと、
出力信号を生成する一対の電極の一方が可動電極である出力側キャパシタとを備え、
前記入力側キャパシタと前記出力側キャパシタとが電気的に絶縁され、
前記入力側キャパシタの可動電極が前記入力信号に応じて変形し、該可動電極の変形時の歪みが前記出力側キャパシタの可動電極に伝播されるように構成されることを特徴とするＭＥＭＳアイソレータ。
【請求項２】
入力信号に応じた出力信号を出力するＭＥＭＳアイソレータであって、
入力側に配置された第１及び第２のキャパシタが、それぞれ第１及び第２の固定電極と、前記第１及び前記第２の固定電極にそれぞれ対向する第１及び第２の可動電極から形成され、
出力側に配置された第３及び第４のキャパシタが、それぞれ第３及び第４の固定電極と前記第３及び前記第４の固定電極にそれぞれ対向する第３及び第４の可動電極から形成され、
前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタ、前記第３のキャパシタと前記第４のキャパシタがそれぞれ並列に接続され、
前記第１及び前記第２のキャパシタと前記第３及び前記第４のキャパシタは電気的に絶縁され、前記入力信号に応じて前記第１又は第２の可動電極が変形し、その変形による歪みが前記第３又は第４の可動電極に伝播されるように構成されたことを特徴とするＭＥＭＳアイソレータ。
【請求項３】
前記入力信号は電気信号であり、前記電気信号の電圧の高低に応じた２値信号が出力信号であることを特徴とする請求項１又は２記載のＭＥＭＳアイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用したアイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アイソレータとしてはフォトカプラが知られている。フォトカプラは、発光ダイオード（ＬＥＤ）で発生した光を信号として送信し、これを発光ダイオードから離間して電気的に絶縁されたフォトトランジスタで受信することにより、電気的に絶縁したまま信号を伝達するようにしたものである。
【０００３】
フォトカプラは、例えば特許文献１に示されるように、車載空気調和機用インバータシステムに用いられる。このインバータシステムでは、空気調和機の圧縮機を駆動するモータ制御用のマイコンと、モータを駆動するため直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子のゲートを駆動するゲート回路とが電気的に絶縁され、これらの間の通信を、フォトカプラを介して行うようにしている。ここで、モータ駆動のための高電圧系とマイコン用の低電圧系とを電気的に絶縁するのは、高電圧系で生じる電圧ないし電流の変動に起因するノイズの影響をマイコン系の低電圧系が受けにくくするためである。
【０００４】
このように電気的に絶縁された回路間では、インバータを構成するスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の６個のゲートの制御処理を行うために６個のフォトカプラが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フォトカプラは、材料として高価なガリウム砒素（ＧａＡｓ）で作成されているので、単体でも高価な上に、アイソレータとして複数のフォトカプラを用いる場合には、回路の構成も複雑化してアイソレータが更に高価となってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のように高価なフォトカプラを使用せず、構成が簡易でＭＥＭＳ技術を利用して安価に作成できるアイソレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明は、入力信号に応じた出力信号を出力するＭＥＭＳアイソレータであって、入力信号が印加される一対の電極の一方が可動電極である入力側キャパシタと、出力信号を生成する一対の電極の一方が可動電極である出力側キャパシタとを備え、前記入力側キャパシタと前記出力側キャパシタは電気的に絶縁され、前記入力側キャパシタの可動電極は前記入力信号に応じて変形し、該可動電極の変形時の歪みが前記出力側キャパシタの可動電極に伝播されるように構成されることを特徴とする。
【０００９】
第１発明によれば、入力側キャパシタと出力側キャパシタとが電気的に絶縁された構成で、入力信号が入力側キャパシタの一対の電極に加えられると、可動電極が変形して、その歪みが出力側キャパシタの可動電極に伝播される。これにより、出力側キャパシタの静電容量が変化するので、出力側キャパシタは、その一対の電極から入力信号に応じた信号を出力することができる。このように、入力側と出力側で電気的に絶縁された２つのキャパシタによりアイソレータが構成され、その構成は簡易である。
【００１０】
また、可動電極の変形による歪は微小であるから、これを検知する構造も極力小さく作成することが必要であるが、本発明のアイソレータは、ＭＥＭＳ技術を用いて作成するのに適した構成であり、且つフォトカプラのように高価な材料を必要としないので、安価に提供できる。
【００１１】
第２発明は、入力信号に応じた出力信号を出力するＭＥＭＳアイソレータであって、入力側に配置された第１及び第２のキャパシタが、それぞれ第１及び第２の固定電極と、前記第１及び前記第２の固定電極にそれぞれ対向する第１及び第２の可動電極から形成され、出力側に配置された第３及び第４のキャパシタが、それぞれ第３及び第４の固定電極と前記第３及び前記第４の固定電極にそれぞれ対向する第３及び第４の可動電極から形成され、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタ、前記第３のキャパシタと前記第４のキャパシタがそれぞれ並列に接続されており、前記第１及び前記第２のキャパシタと前記第３及び前記第４のキャパシタは電気的に絶縁され、前記入力信号に応じて前記第１又は第２の可動電極が変形し、その変形による歪みが前記第３又は第４の可動電極に伝播されるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
第２発明によれば、絶縁された２組の入力側キャパシタ及び出力側キャパシタという簡易な構成により、ＭＥＭＳ技術でアイソレータが作成される。また、フォトカプラのように高価な材料を必要としないので、安価にアイソレータを作成できる。加えて、信号を伝達できるキャパシタの組が２組存在するので、下記のように２値信号（デジタル信号）で通信するＭＥＭＳデジタルアイソレータが提供される。
【００１３】
第３発明は、第１発明又は第２発明のＭＥＭＳアイソレータであって、出力信号として入力される電気信号の電圧の高低に対応した２値信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
第３発明によれば、入力信号である電気信号の電圧の高低に応じた２値信号（デジタル信号）を出力信号とするので、ＭＥＭＳデジタルアイソレータを簡易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のＭＥＭＳアイソレータの構成図。
【図２】第２実施形態のＭＥＭＳアイソレータの構成図。
【図３】第２実施形態においてハイレベル電気信号を入力信号とした場合の状態を示す図。
【図４】第２実施形態においてローレベル電気信号を入力信号とした場合の状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して、第１実施形態について説明する。
【００１７】
本実施形態のＭＥＭＳアイソレータは、入力端子１及び２と、出力端子３及び４と、所定の回路パッケージ内に充填した絶縁物５と、その中に形成された入力側キャパシタ６及び出力側キャパシタ７とを有する。
【００１８】
入力側キャパシタ６を構成する１対の電極８及び９のうちの一方（図示の場合、入力端子２に接続した電極９）と、出力側キャパシタ７を構成する１対の電極１０及び１１のうちの一方（図示の場合、出力端子３に後述のＮＯＴ素子２５を介して接続された電極１０）は、それぞれ入力電圧に応じて変形可能な材料で形成された可動電極であり、絶縁物５を介して対向するように配置されている。各キャパシタ６，７の他方の電極８、１１は、入力電圧により静電引力が加えられても変形しない材料で、固定電極とされている。絶縁物５としては、例えば二酸化ケイ素を用いられる。
【００１９】
入力側キャパシタ６と出力側キャパシタ７は、互いに電気的に絶縁される一方、入力側キャパシタ６及び出力側キャパシタ７の各々の電極の間は、絶縁物５がない空間１２である。
【００２０】
上記の構成において、入力端子１、２に入力信号（電圧）が加えられると、入力側キャパシタ６の１対の電極８、９間で生じる静電引力により、可動電極９が電極８側に引き付けられて変形する。この変形による歪みが絶縁物５を介して出力側キャパシタ７の可動電極１０に伝播し、この可動電極１０が入力側キャパシタ６側に引き寄せられるように変形する。これにより、出力側キャパシタ７の１対の電極１０，１１間のギャップが拡大するので、出力側キャパシタ７の静電容量が減少する。
【００２１】
その結果、出力側キャパシタ７の１対の電極１０，１１間にかかる電圧をＮＯＴ素子２５で反転して、出力端子３、４間の電圧の変化として検出することにより、本実施形態のＭＥＭＳアイソレータから、入力信号に応じた出力信号が得られる。
【００２２】
このような出力を得るため、出力側キャパシタ７の固定電極１１には、図示しない電源に接続した端子２７から所定の電源電圧が印加される。また、同端子２７は、ＮＯＴ素子２５に動作電圧を供給する電源端子となっている。
【００２３】
本実施形態において、上記の入力信号による可動電極の歪みは微小であるが、ＭＥＭＳ技術を用いて上記アイソレータの構造を極力小さく作ることで、ＭＥＭＳアイソレータを実現することができる。また、その作成には高価な材料が不要であるので、ＭＥＭＳアイソレータを安価に作成することができる。
【００２４】
次に、図２を参照して、第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同じ部分については、説明を省略する。
【００２５】
第２実施形態のＭＥＭＳアイソレータは、入力側に第１のキャパシタ１３と第２のキャパシタ１４を有し、出力側に第３のキャパシタ１５と第４のキャパシタ１６を有する。これらのキャパシタは、第１実施形態と同様に回路パッケージ内に充填された絶縁物５の中に配置されている。
【００２６】
入力側において、第１のキャパシタ１３は、第１の固定電極１７とそれに対向する第１の可動電極１８とで構成され、第２のキャパシタ１４は、第２の固定電極１９とそれに対向する第２の可動電極２０とで構成される。ここで、第１、第２の可動電極１８，２０は、１つの電極部材で共通の電極として形成されている。
【００２７】
出力側において、第３のキャパシタ１５は、第３の固定電極２２とそれに対向する第３の可動電極２１とで構成される。第３の可動電極２１には、入力信号が入力側の第１のキャパシタ１３に加えられたとき、第１の可動電極１８の変形による歪みが伝播される。また、第４のキャパシタ１６は、第４の固定電極２４とそれに対向する第４の可動電極２３とで構成される。第４の可動電極２３には、入力信号が入力側の第２のキャパシタ１４に加えられたとき、第２の可動電極２０の変形による歪みが伝播される。
【００２８】
ここで、第３、第４の可動電極２１，２３は、１つの電極部材で共通の電極として形成されている。
【００２９】
入力側の第１のキャパシタ１３及び第２のキャパシタ１４と、出力側の第３のキャパシタ１５及び第４のキャパシタ１６とは、絶縁物５により電気的に絶縁されている。また、入力側の第１のキャパシタ１３と第２のキャパシタ１４、出力側の第３のキャパシタ１５と第４のキャパシタ１６が、それぞれ並列に接続されている。
【００３０】
本実施形態において、入力端子１，２間にハイレベル電気信号Ｈが入力された場合には、図３に示すように、第１のキャパシタ１３に電圧が印加され、第１のキャパシタ１３に静電引力が生じる。この静電引力により第１の可動電極１８は、第１の固定電極１７に引き寄せられるように変形する。この変形による歪みが、絶縁物５を介して第３の可動電極２１に伝播され、第３の可動電極２１が第１のキャパシタ１３に引き寄せられるように変形する。この結果、第３のキャパシタ１５のギャップが拡大し、第３のキャパシタ１５の静電容量が減少する。
【００３１】
その結果、出力側キャパシタ１５の１対の電極２１，２２間にかかる電圧を出力側のＮＯＴ素子２５で反転して、出力端子３、４間の電圧の変化として検出することにより、本実施形態のＭＥＭＳアイソレータから、入力信号に応じた出力信号が得られる。
【００３２】
本実施形態では、入力側の第１、第２のキャパシタ１３、１４の固定電極１７，１９の間にＮＯＴ素子２５が接続されているので、入力端子１，２間に加えられたハイレベル電気信号Ｈは、第２のキャパシタ１４に対しては、ＮＯＴ素子２５で反転されてローレベル電気信号Ｌとして印加されるので、第２のキャパシタ１４では、可動電極２０の変形は生じない。なお、このＮＯＴ素子２５には、電源端子２６から動作電圧が供給される。
【００３３】
一方、入力端子１，２間にローレベル電気信号Ｌが入力された場合には、図４に示すように、第１のキャパシタ１３に対してはローレベル電気信号Ｌが印加されるので、可動電極１８の変形は生じない。そのローレベル電気信号Ｌは、入力側のＮＯＴ素子２５によりハイレベル電気信号Ｈに変換されて、第２のキャパシタ１４に印加され、第２の可動電極２０が第２の固定電極１９に引き寄せられるように変形する。この変形による歪みが、絶縁物５を介して第４の可動電極２３に伝播され、第４の可動電極２３が第２のキャパシタ１４に引き寄せられるように変形する。この結果、第４のキャパシタ１６のギャップが拡大し、第４のキャパシタ１６の静電容量が減少する。
【００３４】
その結果、出力側キャパシタ１６の１対の電極２３，２４間にかかる電圧を出力側のＮＯＴ素子２５で反転して、出力端子３、４間の電圧の変化として検出することにより、本実施形態のＭＥＭＳアイソレータから、入力信号に応じた出力信号が得られる。
【００３５】
第２実施形態によれば、入力信号の高低に応じて２値のいずれかをとる信号を出力し、簡易な構造としてＭＥＭＳ技術で安価に作成されるデジタルアイソレータを実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・入力端子、２・・・入力側GND、３・・・出力端子、４、出力側GND、５・・・絶縁物、６・・・入力側キャパシタ、７・・・出力側キャパシタ、８・・・電極、９・・・可動電極、１０・・・可動電極、１３・・・第１のキャパシタ、１４・・・第２のキャパシタ、１５・・・第３のキャパシタ、１６・・・第４のキャパシタ、１７・・・第１の固定電極、１８・・・第１の可動電極、１９・・・第２の固定電極、２０・・・第２の可動電極、２１・・・第３の可動電極、２２・・・第３の固定電極、２３・・・第４の可動電極、２４・・・第４の固定電極、２５・・・ＮＯＴゲート、２６・・・入力側電源、２７・・・出力側電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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