專利名稱：模擬絕緣多路復用器的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于去除信號源的接地的影響來收集模擬信號的模 擬絕緣多路復用器。
背景技術：
為了去除信號源的接地的影響并且低成本地收集模擬信號，以往 采用使用將模擬信號的各點與地絕緣的模擬絕緣多路復用器的模擬 信號收集裝置。
圖6是安裝了以往的模擬絕緣多路復用器的模擬信號收集裝置 的結構圖。另外，圖7是以往的模擬絕緣多路復用器的電路結構圖。 在圖7所示的模擬絕緣多路復用器中，為了與地絕緣地輸入模擬信號， 需要向模擬信號絕緣變壓器T2的一次側施加使用FET開關FET 2(相 當于第2開關元件)對模擬信號進行斬波而得到的信號。
因此，為了對FET開關FET 2進行驅動，采用如下方法對于 驅動用絕緣變壓器Tl的一次側，利用其他FET開關FET1 (相當于 第1開關元件)來控制電流的通斷(例如參照專利文獻1)。在專利 文獻1中，示出了模擬信號絕緣變壓器T2的一次側的FET開關FET 2的各種結構，并且示出了對驅動用絕緣變壓器Tl進行脈沖驅動。
另外，提出了組合二極管以及線圏來作為對驅動用絕緣變壓器 Tl進行驅動的電路，由此，對應于數據來減少驅動時間從而減少下 陷(sag)的方法(例如參照專利文獻2)。
專利文獻1:特 >昭60 - 10449號公報
專利文獻2:特開昭63- 158911號公寺艮
發明內容
4但是，在以往技術中存在如下問題。在以往的模擬絕緣多路復用 器中，是驅動用絕緣變壓器驅動恒定的脈沖電壓的方法。因此，如果 希望使變壓器小型化，則下陷變大，或者在高溫時變壓器引起磁飽和， 從而有時無法正常地收集模擬數據。
圖8是示出以往的模擬絕緣多路復用器中的驅動用絕緣變壓器 Tl的二次側電壓V2的時間波形的圖。通過變壓器小型化，在驅動開 始時，具有超過FET開關FET 2的閾值電壓Vth的充分的電壓。但 是在驅動的后半，由于下陷，電壓降低而無法超過Vth，由此FET開 關FET2無法接通。
另外，對應于數據而縮短對驅動時間進行控制等的驅動時間的方 法在模擬多路復用器中，常常以驅動脈沖恒定的間隔來進行，從而難 以應用。而且，如果縮短驅動時間，則從多路復用器輸出的模擬信號 的脈沖寬度變窄，所以引起所連接的放大器的響應時間不足而無法充 分穩定，或者后級的采樣保持無法響應這樣的問題。
本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于得到一種模擬 絕緣多路復用器，即使在使用了小型或超小型的變壓器的情況下也不 會引起磁飽和，并且使用溫度范圍寬。
本發明的模擬絕緣多路復用器具備第l開關元件，通過與外部 信號對應的開關來生成驅動控制信號；驅動用絕緣變壓器，經由第1 電阻向一次側施加驅動控制信號，并向二次側輸出被絕緣的驅動控制 信號；第2開關元件，按照被絕緣的驅動控制信號對模擬信號輸入進 行斬波，生成斬波模擬信號；以及模擬信號絕緣變壓器，向一次側施 加斬波模擬信號，并向二次側輸出被絕緣的斬波模擬信號，并且還具 備二次側輸出調整電路，該二次側輸出調整電路具有第2電阻， 一端連接在驅動用絕緣變壓器的一次側與第1電阻之間；以及電容器， 一端接地且另一端與第2電阻串聯接連。
根據本發明，可以得到如下的模擬絕緣多路復用器具備包括電 阻以及電容器的串聯電路的二次側輸出調整電路，通過將該二次側輸 出調整電路的元件值設計成期望的值，可以使驅動用絕緣變壓器的二次側的電壓波形接近期望的形狀，即使在使用了小型或超小型的變壓 器的情況下也不會引起磁飽和，并且使用溫度范圍寬。
圖l是本發明的實施方式l中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。
圖2是示出本發明的實施方式1中的驅動用絕緣變壓器的二次側
電壓的時間波形的圖。
圖3是本發明的實施方式2中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 圖4是本發明的實施方式3中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 圖5是本發明的實施方式4中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 圖6是安裝了以往的模擬絕緣多路復用器的模擬信號收集裝置
的結構圖。
圖7是以往的模擬絕緣多路復用器的電路結構圖。 圖8是示出以往的模擬絕緣多路復用器中的驅動用絕緣變壓器 的二次側電壓的時間波形的圖。
具體實施例方式
以下，使用附圖對本發明的模擬絕緣多路復用器的優選的實施方 式進行說明。
本發明的模擬絕緣多路復用器通過具備二次側輸出調整電路，可 以對應于來自外部的控制信號的ON/OFF期間，確保用于對模擬信號 輸入進行斬波的驅動用絕緣變壓器的二次側電壓超過閾值電壓的充 分的期間，并且可以加快背向擺動(back swing)的收斂。
實施方式1
圖l是本發明的實施方式l中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 圖1中的模擬絕緣多路復用器由驅動用絕緣變壓器Tl、模擬信號絕 緣變壓器T2、場效應晶體管FET1、 FET2、電阻R1 R3、 二極管 Dl以及電容器Cl構成。
此處，場效應晶體管FET 1相當于第1開關元件，場效應晶體管FET2相當于第2開關元件。另外，電阻R1 R3分別相當于第1 電阻 第3電阻。另外，以下說明了將場效應晶體管用作開關元件的 情況，但還可以應用晶體管等其他開關元件。
接下來，對本實施方式l中的模擬絕緣多路復用器的動作進行說 明。從數字元件輸出的來自外部的控制信號從信號線Ll被施加到 FET1的柵極。然后，FET1對應于該來自外部的控制信號的ON/OFF 期間進行開關動作，其結果，在信號線L2上得到驅動控制信號。
在FET 1成為ON的瞬間，對電容器Cl充入電源電壓Vc，在 FET 1剛剛成為ON之后的充分短的時間內，電容器Cl被i/v為是電 壓Vc的電池。另外，驅動用絕緣變壓器Tl的一次繞組在FET l剛 剛成為ON之后的過渡狀態下，阻抗變大，幾乎不流過電流。因此， 與驅動用絕緣變壓器Tl連接的信號線L2的電壓Vu在FET 1剛剛成 為ON之后，用下式(1)給出。
即，在本實施方式2中，也可以通過調整R1和R2的值，將Vs 的值設定成超過FET2的閾值電壓Vth的電壓。特別是，在本實施方 式2中，與之前的實施方式l相比，過渡時的Vu電壓降低VD1，所 以可以減小R2的值，從而得到設計的自由度。
如上所述，根據實施方式2，通過串聯連接2個以上的二次側輸 出調整電路的二極管，也可以得到與之前的實施方式1同樣的效果。 進而，通過增加二極管的數量，可以增大電阻值的設計自由度。
實施方式3
圖4是本發明的實施方式3中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 本實施方式3中的圖4的結構與之前的實施方式1中的圖1的結構比 較，二次側輸出調整電路10的內部結構不同。具體而言，代替圖1 中的二極管Dl,而具備相當于第3開關元件的FET 3、電阻R6、電 容器C2。 二次側輸出調整電路10以外的基本結構與圖l相同。
在圖4中，從數字元件輸出的來自外部的控制信號從信號線Ll 被施加到FET 1以及FET 3的柵極，在該控制信號為"H (高)"時， FET 1以及FET 3這兩方成為ON。在FET3成為ON時，電容器 Cl被連接，而成為Cl和(Rl + R2)的時間常數電路，這一點與之 前的實施方式l相同。
即，在FET1成為ON的瞬間，對電容器Cl充入電源電壓Vc， 在FET 1剛剛成為ON之后的充分短的時間內，電容器Cl被認為是 電壓Vc的電池。
另外，驅動用絕緣變壓器Tl的一次繞組在FET 1剛剛成為ON 之后的過渡狀態下，阻抗變大而幾乎不流過電流。因此，與驅動用絕緣變壓器Tl連接的信號線L2的電壓V^在FET 1剛剛成為ON之后 用在實施方式1中描述的式(1)給出。
如果FET 1按照來自外部的控制信號而成為OFF,則同時FET 3 也成為OFF,而從信號線L2斷開電容器C1。其結果，可以加快背向 擺動的收斂。FET1剛剛成為ON之后的動作以及OFF后的動作也與 實施方式l相同，可以直接應用圖2所示的波形圖。
如上所述，根據實施方式3，通過在二次側輸出調整電路中，代 替二極管而使用第3開關元件，也可以得到與之前的實施方式1同樣 的效果。進而，通過使用第3開關元件而去掉二極管，可以在不考慮 由于二極管引起的正向電壓降的情況下，設計二次側輸出調整電路內 的元件值。
實施方式4
圖5是本發明的實施方式4中的模擬絕緣多路復用器的結構圖。 本實施方式4中的圖5的結構與之前的實施方式1中的圖1的結構比 較，二次側輸出調整電路10的內部結構不同。具體而言，去掉圖1 中的二極管D1、電阻R3，而具備相當于第4電阻的電阻R4。 二次側 輸出調整電路10以外的基本結構與圖l相同。
在圖5中，從數字元件輸出的來自外部的控制信號從信號線Ll 被施加到FET 1的柵極，在該控制信號為"H"時，FET 1成為ON。 如果FET 1成為ON，則電容器Cl被連接，而成為Cl和(Rl + R2 ) 的時間常數電路，這一點與之前的實施方式l相同。
數字元件為ON時的動作波形與圖2相同。另一方面，在數字元 件成為OFF時，成為經由電阻R4以及R2在變壓器的一次繞組上連 接了 Cl的狀態。
為了使變壓器的背向擺動快速收斂，優選如實施方式1~3所示 當數字元件成為OFF時，斷開C1。但是，通過使C1與變壓器一次 繞組之間具有某種程度以上的電阻值，也具有背向擺動穩定效果。
因此，本實施方式4中的二次側輸出調整電路10如圖5所示構 成為在驅動用絕緣變壓器Tl的一次側還插入了相當于第4電阻的電阻R4。即，在變壓器一次繞組與C1之間除了設置電阻R2以外，還 設置作為第4電阻的電阻R4，從而抑制數字元件成為OFF時的背向 擺動。
如上所述，根據實施方式4，通過在二次側輸出調整電路中，去 掉二極管或第3開關元件，而使用第4電阻，也可以針對來自外部的 控制信號的ON期間得到與之前的實施方式1同樣的效果。進而，針 對來自外部的控制信號的OFF期間，與使用了二極管或第3開關元 件的情況相比時，雖然背向擺動的收斂性較差，但可以在簡化了電路 結構的基礎上抑制背向擺動。
權利要求
1. 一種模擬絕緣多路復用器，具備第1開關元件，通過與外部信號對應的開關來生成驅動控制信號；驅動用絕緣變壓器，經由第1電阻向一次側施加上述驅動控制信號，并向二次側輸出被絕緣的驅動控制信號；第2開關元件，按照上述被絕緣的驅動控制信號對模擬信號輸入進行斬波，生成斬波模擬信號；以及模擬信號絕緣變壓器，向一次側施加上述斬波模擬信號，并向二次側輸出被絕緣的斬波模擬信號，其特征在于，還具備二次側輸出調整電路，該二次側輸出調整電路具有第2電阻，一端連接在上述驅動用絕緣變壓器的一次側與上述第1電阻之間；以及電容器，一端接地且另一端與上述第2電阻串聯接連。
2. 根據權利要求1所述的模擬絕緣多路復用器，其特征在于， 上述二次側輸出調整電路還具備二極管，串聯插入在上述第2電阻與上述電容器之間；以及 第3電阻，一端與電源連接且另一端與上述電容器和上述二極管 之間的連接線連接。
3. 根據權利要求2所述的模擬絕緣多路復用器，其特征在于， 上述二次側輸出調整電路內的上述二極管構成為串聯連接了 2個以上的二極管。
4. 根據權利要求1所述的模擬絕緣多路復用器，其特征在于， 上述二次側輸出調整電路還具備第3開關元件，串聯連接在上述第2電阻與上述電容器之間，通 過與上述外部信號對應的開關與上述第1開關元件同樣地進行開關； 以及第3電阻， 一端與電源連接且另一端與上述電容器和上述第3 開關元件之間的連接線連接。
5. 根據權利要求1所述的模擬絕緣多路復用器，其特征在于， 上述二次側輸出調整電路還具備第4電阻，該第4電阻串聯地插入在 上述第1電阻以及上述第2電阻的并聯電路與上述驅動用絕緣變壓器 的一次側之間。
6. 根據權利要求1~5中的任意一項所述的模擬絕緣多路復用 器，其特征在于，上述開關元件是場效應晶體管。
7. 根據權利要求1~5中的任意一項所述的模擬絕緣多路復用 器，其特征在于，上述開關元件是晶體管。
全文摘要
本發明提供一種模擬絕緣多路復用器，即使在使用了小型的變壓器的情況下也不會引起磁飽和，并且使用溫度范圍寬。具備第1開關元件(FET 1)，對應于外部信號生成驅動控制信號；驅動用絕緣變壓器(T1)，經由第1電阻(R1)向一次側施加驅動控制信號，向二次側輸出被絕緣的驅動控制信號；第2開關元件(FET 2)，按照被絕緣的驅動控制信號對模擬信號輸入進行斬波；以及模擬信號絕緣變壓器(T2)，向二次側輸出被絕緣的斬波模擬信號，并且，還具備二次側輸出調整電路(10)，該二次側輸出調整電路具有第2電阻(R2)，在驅動用絕緣變壓器(T1)的一次側與第1電阻(R1)并聯連接；以及電容器(C1)，一端接地且另一端與第2電阻串聯接連。
文檔編號H03K17/693GK101454980SQ20078001926
公開日2009年6月10日 申請日期2007年4月10日 優先權日2006年5月26日
發明者齊藤成一 申請人:三菱電機株式會社