JP3873264B2 - Signal converter - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流／電圧等のプロセス入力信号を計装用直流信号に変換するための信号変換器に関し、詳しくは、動力用配電線や照明用配電線等の電流監視／電圧監視や制御に使用するためのプロセス入力装置としての信号変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の信号変換器の一例として電流／電圧変換器の構成例を示すブロックダイヤグラムである。図において、入力トランスＣＴの一次側には受信抵抗ＲＰが並列に接続されている。該抵抗ＲＰの一端には受信抵抗ＲＳを介して入力端ＩＮ＋が接続され、他端には直接入力端ＩＮ−が接続されている。入力トランスＣＴの二次側には入力変換部ＳＣ１と出カ変換部ＳＣ２が直列接続されている。出カ変換部ＳＣ２には出力端ＯＵＴ＋とＯＵＴ−が接続されている。
【０００３】
受信抵抗ＲＳ，ＲＰは入力信号の大きさに応じたレンジング手段として値を選択して用いる。例えば入力レンジが０〜１Ａの電流に対してはＲＳ＝０、ＲＰ＝２００ｍΩを用い、入力レンジが０〜１００Ｖの電圧に対してはＲＳ＝２００ｋΩ、ＲＰ＝４００Ωを用いる。すなわち、従来の信号変換器では、用途別に適切な値の受信抵抗ＲＳ，ＲＰを組み合わせることが行われている。
【０００４】
入力トランスＣＴは絶縁耐圧について業界もしくは国別の規制を受け、例えば耐圧２ＫＶ／ＡＣ等の仕様が求められる。また信号仕様としては例えば２００ｍＶ／５０Ｈｚを忠実に伝達する性能が要求され、一般にはその性能実現のためにいわゆるパーマロイ磁芯を使用している。
【０００５】
入力変換部ＳＣ１はいわゆる実効値変換を行う。出力変換部ＳＣ２は内部信号を直流電圧等の外部出力信号に変換する。装置仕様としては、例えば入力０〜１Ａｒｍｓ５０Ｈｚ／出力０〜１ＶＤＣである。このような信号変換器は、商用電源の配電系統で実用化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのような従来の信号変換器の問題は、入力信号の品質が高品位の商用電源を外れた場合に変換特性が損なわれるという点にある。
【０００７】
例えば電池を備えた無停電電源のＤＣ／ＡＣコンバータの交流出力波形等のひずみを多く含む系統からの入力に対しては、入力トランスの鉄損が大きくなって変換出力値が低くなる等の欠点がある。
【０００８】
また直流成分を含む系統からの入力や、数Ｈｚ等の低周波の入力に対しては、入力トランスの飽和が起こって入力を受けることができなくなる等の事態もあったが、やむを得ないこととされてきた。
【０００９】
このような入力トランスで入力を損なうことの対策としては、例えば入力変換部ＳＣ１を入力トランスの前段に接続する等の方法がある。
しかし、そのためにはその前置処理部への附勢電力を入力トランスと同様の規格絶縁をもって伝達しなければならない。つまり工業原価と占有スペースの点で主要部品となる絶縁部品を2重に使用する不利を見込む必要があった。
【００１０】
そこで本発明のうち請求項１記載の発明は、最少の絶縁部品を用いることで電流／電圧入力応答性を損なわない信号変換器を提供することを目的とする。
本発明のうち請求項２記載の発明は、２チャンネル化して２入力の取り込みを可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明のうち請求項１記載の発明は、負荷巻線Ｌ１と附勢巻線Ｌ２を有する電源トランスＰＴと、直流を受電して交流の附勢波に変換し電源トランスＰＴの附勢巻線Ｌ２に出力する附勢源ＰＳ２と、電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１から交流の附勢波を受けて直流電源電圧を生成する直流電源ＰＳ１と、直流電源ＰＳ１の出力により附勢活性化され入力信号をディジタル変換出力する入力変換部ＳＣ１と、入力変換部ＳＣ１の変換出力に応動して前記電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１へ電流信号波を注入するトランスミッタＴＸと、前記電源トランスＰＴの附勢巻線Ｌ２の電流に応動して電流信号波を検出するとともに附勢波の一方の極性の附勢を受けて活性化するレシーバＲＸと、レシーバＲＸのディジタル出力信号を受けて直流信号を生成出力する出力変換部ＳＣ２とを備え、入力変換部ＳＣ１と出力変換部ＳＣ２は附勢源ＰＳ２の附勢波をトランスＰＴを介して絶縁された共通のクロックとして参照し、レシーバＲＸの活性化期間に合わせて信号の絶縁伝送を行うことを特徴とする。
【００１２】
このような構成において、入力変換部ＳＣ１は直流電源ＰＳ１の附勢を受けて活性化され、外部電流／電圧入力の実効値変換等、１次変換を行ってディジタル信号を生成する。電源トランスＰＴは附勢巻線Ｌ２に附勢源ＰＳ２の附勢波を受けてその附勢波を負荷巻線Ｌ１へ伝える。また直流電源ＰＳ１は負荷巻線Ｌ１の負荷をなしてその附勢波を受け、直流電源電圧を生成する。トランスミッタＴＸは入力変換部ＳＣ１の変換出力に応動して負荷巻線Ｌ１への電流信号波の注入を行い、その電流信号波は電源トランスＰＴを介して絶縁伝送されその附勢巻線Ｌ２を流れる。レシーバＲＸはその附勢巻線Ｌ２の電流に応動して上記電流信号波の検出を行い、ディジタル信号を出力変換部ＳＣ２へ伝える。またレシーバＲＸは附勢巻線Ｌ２を介して附勢波の附勢を受け、その附勢の一方の極性に応じて活性化する。出力変換部ＳＣ２はディジタル／アナログ変換等の２次変換動作を行って直流信号を生成して外部へ出力する。そして入力変換部ＳＣ１と出力変換部ＳＣ２は上記附勢源ＰＳ２の附勢波を電源トランスＰＴを介して絶縁された共通のクロックとして参照することにより、レシーバＲＸの活性化期間に合わせて信号の絶縁伝送を行う。この絶縁伝送は１次変換動作に後続して行われ、外部入力への直流／交流応答を可能にしている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、附勢波の他方の極性の附勢を受けて活性化する第２のレシーバＲＸ２を備えて２チャネル化したことを特徴とする。
これにより、例えばプロセス入力として相互に関係する電流と電圧等の２入力の取り込みが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すブロックダイヤグラム、図２は図１の具体的な実施例を示す回路図である。図３は図２の動作を説明するための波形図である。
【００１５】
図１において、電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１には直流電源ＰＳ１が接続され、附勢巻線Ｌ２には附勢源ＰＳ２が接続されている。また電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１には並列にトランスミッタＴＸが接続され、附勢巻線Ｌ２にはレシーバＲＸが直列に接続されている。そしてトランスミッタＴＸには入力変換部ＳＣ１が接続され、レシーバＲＸには出力変換部ＳＣ２が接続されている。
【００１６】
ここで、電源トランスＰＴを中心にしてその右側にあるブロックを計器室側電位の回路と呼んで左側にあるブロックをプロセス側電位の回路と呼び、両者ブロックを電源トランスＰＴにより絶縁して配置することになる。
【００１７】
附勢源ＰＳ２に接続されているライン＋５，ＣＯＭ２は直流５Ｖの給電を受ける直流受電ラインであり、該直流５Ｖで計器室側電位の回路を附勢する。附勢源ＰＳ２の端子Ｑａ，Ｑｂは交流附勢波を出力する交流附勢端子である。
【００１８】
出力変換部ＳＣ２に接続されているラインＯＵＴ＋，ＯＵＴ−は、例えば０〜１Ｖの直流信号を出力する出力ラインである。出力変換部ＳＣ２の端子Ｄはデータ端子、端子Ｃはクロック端子である。記号（ＲＸ２）は第２のレシーバを装着する場合の装着位置を示している。
【００１９】
直流電源ＰＳ１の端子Ｃａ，Ｃｂは附勢波を受ける交流受電端子である。直流電源ＰＳ１のラインＶＤＤ，ＶＳＳ，ＣＯＭ１は直流給電ラインであり、ラインＶＤＤは例えば＋２．５Ｖを給電し、ラインＶＳＳは例えば−２．５Ｖを給電して、プロセス側電位の回路を附勢する。
【００２０】
入力変換部ＳＣ１のラインＩＮ＋，ＩＮ−は例えば交流１００Ｖのプロセス入力信号が入力されるラインである。入力変換部ＳＣ１の端子Ｑａは出力端子、端子Ｃはクロック端子である。
【００２１】
附勢源ＰＳ２は例えば発振器で構成されるいわゆるインバータに属すものであり、端子Ｑａには例えば＋５Ｖ／０Ｖ、端子Ｑｂには例えば０Ｖ／５Ｖとを繰り返し出力し、端子Ｑａ，Ｑｂ間の附勢波は例えば±５Ｖの矩形波交流となる。附勢波の周期は例えば２μｓであり、該附勢波は直流電源ＰＳ１の交流受電端子Ｃａ，Ｃｂへ伝達されるとともに、共通のクロックとして出力変換部ＳＣ２および入力変換部ＳＣ１の各クロック端子Ｃへ伝達される。入力変換部ＳＣ１はクロックにトリガーされて１次変換動作を行い、出力変換部ＳＣ２はクロックにトリガーされて２次変換動作を行う。
【００２２】
入力変換部ＳＣ１のディジタル出カはトランスミッタＴＸへ伝達され、トランスミッタＴＸは電流信号波を電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１へ注入する。ここで、トランスミッタＴＸからの電流が附勢波の振幅を増強する方向に注入されるときは直流電源ＰＳ１の交流受電端子Ｃａ，Ｃｂへ流れて吸収されるが、その電流が附勢波の振幅を滅少させる方向に注入されるときは直流電源ＰＳ１に吸収されず負荷巻線Ｌ１を流れるとともに付随して附勢巻線Ｌ２にも流れ、レシーバＲＸで検出される。
【００２３】
レシーバＲＸは附勢巻線Ｌ２に直結していて端子Ｑｂの例えば０Ｖ／＋５Ｖの附勢波による電位操作を受け、＋５Ｖの電位にあるときには活性化されて電流信号波を検出してディジタル信号を出力し、０Ｖの電位にあるときは不活性化される。
【００２４】
図１中の（ＲＸ２）の位置へ第２のレシーバを装着するときの第２のレシーバの活性／不活性は、レシーバＲＸに対して逆相となる。これは各々の活性期間に各異なる電流信号波を送り付けて、系統を２チヤネル化出来ることを意昧している。このような系統の２チヤネル化は、例えば図１中の負荷巻線Ｌ１を含むプロセス側電位の回路を更に１チヤネル配置出来ることを意昧するものである。系統を２チヤネル化できることにより、例えばプロセス入力として電流と関係する電圧等の２入力の取り込みが可能になる。
【００２５】
図２において、下線を付して示した各ブロックＳＣ１，ＴＸ，ＰＳ１等は前掲図１の各ブロックに対応し、図２の各ブロックの端子記号Ｑａ，Ｑｂ，Ｄ，Ｃやライン記号ＩＮ＋，ＩＮ−，ＶＤＤ，ＯＵＴ＋，ＯＵＴ−等も図１の各ブロックの端子記号やライン記号に対応している。
【００２６】
図２の附勢源ＰＳ２における部品Ｕ６２，Ｕ６３，Ｕ６４による交流正帰還／直流負帰還回路は一般的なアステーブル・マルチバイブレータであり、ロジック素子により構成された発振回路である。附勢源ＰＳ２における部品Ｕ６１による反転帰還形のラッチ回路はいわゆるカウンタモード動作をするものであり、クロック端子Ｃへの発振信号を受けてその都度出力端子Ｑａ，Ｑｂの出力レベルを反転させたものを附勢波として電源トランスＰＳへ送出する。
【００２７】
附勢波は電源トランスＰＳで絶縁されて直流電源ＰＳ１へ伝えられ、直流電源ＰＳ１で整流平滑されて直流となる。また該附勢波は部品Ｕ５１のクロック端子Ｃへ伝達されるのと同時に部品Ｕ３，Ｕ５のクロック端子Ｃへも絶縁伝達されている。
【００２８】
図２の入力変換部ＳＣ１の部品Ｕ１は演算増幅器であり、入力用アンプを形成している。この部分は例えば入カ０〜１００Ｖを０〜１Ｖに変換する。この入力用アンプＵ１の出力は次のコンパレータＵ２で帰還電圧と比較されてディジタル信号に変換される。次段のＤタイプラッチＵ３はいわゆるレジスタを形成していて、コンパレータＵ２のディジタル出力をクロック毎に読み込んでラッチする。レジスタＵ３の出力は続く抵抗Ｒ４とキャパシタＣ２で構成される平滑回路で平滑されてアナログ信号となり、帰還電圧としてコンパレータＵ２へ帰還されている。
【００２９】
コンパレータＵ２は入力電圧へ帰還電圧を追従させるように出力値を選んでいるので帰還電圧は入力電圧に近似する。この場合、レジスタＵ３のＱａ出力は帰還電圧を生成する原信号となり、入力電圧の近似を意味するディジタル信号となる。抵抗Ｒ４とキャパシタＣ２で構成される帰還用の平滑回路に準ずる抵抗Ｒ５とキャパシタＣ３で構成される平滑回路は、帰還電圧に対応する反転電圧信号を生成する。
【００３０】
続く回路要素としてのアナログスイッチＡＳ２，ＡＳ３は、レジスタＵ３の出力Ｑａ，Ｑｂのコントロールを受ける。続く抵抗Ｒ６とキャパシタＣ４で構成される平滑回路の生成するアナログ量と前段のアナログ量との関係は次のようになる。
【００３１】
Ｅ２＝ＶＤＤ＊Ｎ２＋ＶＳＳ＊Ｎ３ （１）
Ｅ３＝ＶＤＤ＊Ｎ３＋ＶＳＳ＊Ｎ２ （２）
Ｅ４＝Ｅ２＊Ｎ２＋Ｅ３＊Ｎ３ （３）
Ｅ２；キャパシタＣ２の両端電圧
Ｅ３；キャパシタＣ３の両端電圧
Ｅ４；キャパシタＣ４の両端電圧
Ｎ２；レジスタＵ３のＱａ出力のハイレベル頻度
レジスタＵ３のＱｂ出力のローレベル頻度
Ｎ３；レジスタＵ３のＱｂ出力のハイレベル頻度
レジスタＵ３のＱａ出力のローレベル頻度
ＶＤＤ；例えば＋２．５Ｖ
ＶＳＳ；例えば−２．５Ｖ
式（１），（２），（３）へ電源電圧の数値例を適用すると、次のようになる。
【００３２】
Ｅ２＝（Ｎ２−Ｎ３）＊２．５ （４）
Ｅ３＝（Ｎ３−Ｎ２）＊２．５ （５）
Ｅ４＝（Ｎ２−Ｎ３）²＊２．５ （６）
すなわち、キャパシタCＣ４両端電圧Ｅ４は、前段のキャパシタＣ２の両端電圧Ｅ２に対して２乗の関係を持つ。
【００３３】
続くコンパレータＵ４とレジスタＵ５で構成される変換回路の動作は、前段に接続されている上記のコンパレータＵ２とレジスタＵ３で構成される変換回路系統の構成に準じている。違いは、２乗出力を帰還してレジスタＵ５のＱａ出力を送出している点にある。この信号はトランスミツタＴＸへ伝達されている。
【００３４】
トランスミッタＴＸは、入力のハイレベルに応動してドライパＵ２２のＰＮＰトランジスタをオンにする。トランスミッタＴＸは、電流波の送出経路として、ＣＯＭ１〜Ｕ２２〜Ｒ２２〜Ｃ２１〜（Ｃａ）の経路を有している。つまり、交流受電端子（Ｃｂ）〜（Ｃａ）間に経路を形成している。この受電端子（Ｃａ）には略±５Ｖが配電され、トランスミッタＴＸはその（Ｃａ）の−５Ｖに対してのみ送出能力を持つ。受電端子（Ｃａ）の＋５Ｖ時は、経路としてＣ２１〜Ｒ２２〜Ｒ２３〜Ｄ２１を経由して送出用のキャパシタＣ２１の電荷の放出が低速で行われる。
【００３５】
トランスミッタＴＸの送出する電流波は、交流受電端子（Ｃｂ）〜（Ｃａ）間の負荷電流の形でレシーバＲＸの抵抗器Ｒ４１を流れ、ＰＮＰトランジスタＵ４１をオンにする。このオンによってキャパシタＣ４１へハイレベル信号が保持され、後続出力変換部ＳＣ２のＤタイプラッチＵ５１のデータ端子Ｄへ伝達される。キャパシタＣ４１に保持されたハイレベル信号は、附勢波の次の半サイクルでトランジスタＵ４１のコレクタ〜ベースを経由してクリアされる。
【００３６】
出力変換部ＳＣ２のＤタイプラッチＵ５１は、クロック毎にデータを読み込んで入力変換部ＳＣ１のレジスタＵ５のディジタル出力をＤタイプラッチＵ５１の出力Ｑａへ再現する。この再現ディジタル信号は抵抗Ｒ５１とキャパシタＣ５１で構成される平滑回路で平滑されてアナログ出力ＯＵＴ±となる。
【００３７】
図３の波形図において、波形に添付した記号は図２の実施例中の観測位置を示している。すなわち、波形Ｕ６１−ＱａはＤタイプラッチＵ６１の端子Ｑａの波形例であり、波形Ｕ６１−ＱｂはＤタイプラッチＵ６１の端子Ｑｂの波形例であり、波形Ｕ６１−（Ｑａ−Ｑｂ）はＤタイプラッチＵ６１の端子Ｑａ〜Ｑｂ間の波形例である。ここで、波形Ｕ６１−Ｑａは例えば０Ｖ／＋５Ｖの繰り返し波であり、波形Ｕ６１−Ｑｂは例えば＋５Ｖ／０Ｖの繰り返し波であり、波形Ｕ６１−（Ｑａ−Ｑｂ）は例えば±５Ｖの繰り返し波である。
【００３８】
波形Ｉ（Ｌ２）は附勢巻線Ｌ２を流れる電流波形であってその定常的な矩波成分は附勢電流であり、その常用成分量は例えば２ｍＡである。また非定常的な突出成分は電流信号波であり、波高値は例えば７ｍＡで平均値は例えば１ｍＡである。
【００３９】
波形Ｕ３−ＱａはレジスタＵ３のディジタル出力波形の例であり、プロセス入力ＩＮ±として例えば＋１００Ｖを受けて入力アンプＵ１が＋１Ｖを伝え、この波形Ｕ３−Ｑａを平滑して帰還する帰還電圧が＋１Ｖを近似している場合の波形例である。このディジタル出力の波形例に前掲の式（４）に対応させた場合の計測量は、任意のクロック量に対するハイレベルの出現頻度とローレベルの出現頻度で定義され、例えばＮ２＝０．７，Ｎ３＝０．３である。
【００４０】
波形Ｕ５−Ｑａのディジタル出力は、その平滑値が前掲の式（６）の２乗値を近似する値の開平値となるように出力され、その計測量は例えばハイレベル頻度０．７、ローレベル頻度０．３となる。ただし帰還電圧の経路が異なるために波形Ｕ３−Ｑａの場合に比べてレベル遷移の時間問隔が間延びした波形となる。
【００４１】
波形Ｉ（Ｌ２）の突出波は、波形Ｕ５−Ｑａのハイレベルに応動してトランスミッタＴＸが注入した電流信号波の波形である。
波形Ｕ５１−Ｄは、レシーバＲＸが電流信号波を検出してディジタル信号をキャパシタＣ４１に保持して後続のレジスタＵ５１の端子Ｄへ伝達する波形例である。この波形Ｕ５１−Ｄのハイレベル値はレジスタＵ５１に読み込まれた後にキャパシタＣ４１の電荷をクリアする形でローレベル値へ遷移する。
【００４２】
波形Ｕ５１−Ｑａは上記波形Ｕ５１−Ｄを読み込んでラッチした波形として与えられる。このディジタル信号は、波形Ｕ５１−Ｑａを１クロックの遅れを伴って再現している。この再現信号は平滑・増幅されて出力信号ＯＵＴ±となる。
【００４３】
出力信号ＯＵＴ±は入力ＩＮ±の２乗の平均の開平値に比例して出力される。つまりいわゆる実効値応答をなしている。
また電源トランスＰＴを経由して信号を絶縁することにより従来例の入力トランスＣＴを不要として直流／交流応答を実現し、用途を広げている。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した本発明のうち請求項１記載の発明によれば、従来必要としていた入力トランスが不要になり、直流／交流応答と絶縁を電源トランスＰＴのみの最少の絶縁要素により実現することができる。
【００４５】
そして請求項２記載の発明によれば、附勢波の他方の極性の附勢を受けて活性化する第２のレシーバＲＸ２を設けることにより２チャネル化でき、１台の装置で例えばプロセス入力として相互に関係する電流と電圧等の２入力の取り込みが可能になり、装置の実装密度を高めることなく２倍の信号を変換処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】本発明の具体的な実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の具体的な実施例の動作を表す波形図である。
【図４】電流／電圧変換器の従来例を示すブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
ＳＣ１ 入力変換部
ＰＳ１ 直流電源
ＴＸ トランスミッタ
ＰＴ 電源トランス
ＲＸ レシーバ
ＳＣ 力変換部
ＰＳ２ 附勢源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal converter for converting a process input signal such as a current / voltage into a DC signal for instrumentation. More specifically, the present invention is used for current monitoring / voltage monitoring and control of power distribution lines, lighting distribution lines, and the like. The present invention relates to a signal converter as a process input device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a current / voltage converter as an example of a conventional signal converter. In the figure, a receiving resistor RP is connected in parallel to the primary side of the input transformer CT. An input terminal IN + is connected to one end of the resistor RP via a receiving resistor RS, and an input terminal IN− is directly connected to the other end. An input conversion unit SC1 and an output conversion unit SC2 are connected in series on the secondary side of the input transformer CT. Output terminals OUT + and OUT− are connected to the output converter SC2.
[0003]
The receiving resistors RS and RP select and use values as ranging means corresponding to the magnitude of the input signal. For example, RS = 0 and RP = 200 mΩ are used for a current with an input range of 0 to 1 A, and RS = 200 kΩ and RP = 400Ω are used for a voltage with an input range of 0 to 100V. That is, in the conventional signal converter, receiving resistors RS and RP having appropriate values for each application are combined.
[0004]
The input transformer CT is subject to industry or country regulations for withstand voltage, and for example, specifications such as a withstand voltage of 2 KV / AC are required. As signal specifications, for example, a performance of faithfully transmitting 200 mV / 50 Hz is required, and generally a so-called permalloy core is used for realizing the performance.
[0005]
The input conversion unit SC1 performs so-called effective value conversion. The output converter SC2 converts the internal signal into an external output signal such as a DC voltage. The device specification is, for example, input 0-1 Arms 50 Hz / output 0-1 VDC. Such signal converters have been put into practical use in commercial power distribution systems.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the problem with such a conventional signal converter is that the conversion characteristics are impaired when the quality of the input signal is disconnected from a high-quality commercial power source.
[0007]
For example, for input from a system that contains a lot of distortion, such as the AC output waveform of a DC / AC converter of an uninterruptible power supply equipped with a battery, there is a drawback that the iron loss of the input transformer increases and the converted output value decreases. There is.
[0008]
In addition, there was a situation where input from a system containing a DC component or low frequency input such as several Hz could not be received due to saturation of the input transformer, but it was unavoidable. It has been.
[0009]
As countermeasures against damaging the input by such an input transformer, for example, there is a method of connecting the input conversion unit SC1 to the preceding stage of the input transformer.
However, for that purpose, the energizing power to the pre-processing unit must be transmitted with the same standard insulation as the input transformer. In other words, it was necessary to anticipate the disadvantage of using double the insulation parts as the main parts in terms of industrial cost and occupied space.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal converter that does not impair current / voltage input response by using a minimum number of insulating parts.
The invention according to the second aspect of the present invention is to make it possible to capture two inputs by using two channels.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention that achieves the above object is a power transformer PT having a load winding L1 and an energizing winding L2, and a power transformer that receives a direct current and converts it into an alternating energizing wave. The output of the energizing source PS2 output to the energizing winding L2 of the PT, the DC power source PS1 that receives the AC energizing wave from the load winding L1 of the power transformer PT and generates the DC power source voltage, and the output of the DC power source PS1 An input conversion unit SC1 for energizing and converting the input signal to digital conversion; a transmitter TX for injecting a current signal wave into the load winding L1 of the power transformer PT in response to the conversion output of the input conversion unit SC1; A receiver RX that detects a current signal wave in response to the current of the energizing winding L2 of the power transformer PT and is activated by energizing one polarity of the energizing wave, and a digital output signal of the receiver RX An output converter SC2 that receives and generates and outputs a DC signal. The input converter SC1 and the output converter SC2 refer to the energizing wave of the energizing source PS2 as a common clock insulated via the transformer PT, It is characterized in that the signal is isolated and transmitted in accordance with the activation period of the receiver RX.
[0012]
In such a configuration, the input conversion unit SC1 is activated by the energization of the DC power source PS1, and performs primary conversion such as effective value conversion of the external current / voltage input to generate a digital signal. The power transformer PT receives the energizing wave of the energizing source PS2 in the energizing winding L2 and transmits the energizing wave to the load winding L1. The DC power source PS1 forms a load of the load winding L1 and receives the energizing wave to generate a DC power source voltage. The transmitter TX injects a current signal wave to the load winding L1 in response to the converted output of the input converter SC1, and the current signal wave is insulated and transmitted through the power transformer PT and flows through the energizing winding L2. . The receiver RX detects the current signal wave in response to the current of the energizing winding L2, and transmits the digital signal to the output converter SC2. The receiver RX is energized by the energizing wave via the energizing winding L2, and is activated according to one polarity of the energizing. The output conversion unit SC2 performs a secondary conversion operation such as digital / analog conversion to generate a DC signal and outputs it to the outside. The input conversion unit SC1 and the output conversion unit SC2 refer to the energizing wave of the energizing source PS2 as a common clock insulated through the power transformer PT, and thereby the signal conversion is performed in accordance with the activation period of the receiver RX. Perform isolated transmission. This isolated transmission is performed subsequent to the primary conversion operation, enabling a DC / AC response to an external input.
[0013]
The invention described in claim 2 is characterized in that a second receiver RX2 that is activated in response to the energization of the other polarity of the energizing wave is provided so as to have two channels.
Thereby, for example, it is possible to capture two inputs such as a current and a voltage that are related to each other as a process input.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of FIG. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.
[0015]
In FIG. 1, a DC power source PS1 is connected to the load winding L1 of the power transformer PT, and an energizing source PS2 is connected to the energizing winding L2. A transmitter TX is connected in parallel to the load winding L1 of the power transformer PT, and a receiver RX is connected in series to the energizing winding L2. An input converter SC1 is connected to the transmitter TX, and an output converter SC2 is connected to the receiver RX.
[0016]
Here, the block on the right side of the power transformer PT is called an instrument room side potential circuit, the block on the left side is called a process side potential circuit, and both blocks are insulated from each other by the power transformer PT. It will be.
[0017]
Lines +5 and COM2 connected to the energizing source PS2 are DC receiving lines that receive a DC power supply of 5V, and the DC 5V powers the circuit of the instrument room side potential. The terminals Qa and Qb of the energizing source PS2 are AC energizing terminals that output AC energizing waves.
[0018]
The lines OUT + and OUT− connected to the output conversion unit SC2 are output lines that output a DC signal of 0 to 1V, for example. A terminal D of the output converter SC2 is a data terminal, and a terminal C is a clock terminal. A symbol (RX2) indicates a mounting position when the second receiver is mounted.
[0019]
Terminals Ca and Cb of DC power supply PS1 are AC power receiving terminals that receive an energizing wave. Lines VDD, VSS, and COM1 of the DC power supply PS1 are DC power supply lines. The line VDD supplies, for example, + 2.5V, and the line VSS supplies, for example, -2.5V, thereby energizing the circuit on the process side potential. .
[0020]
Lines IN + and IN− of the input conversion unit SC1 are lines to which, for example, an AC 100V process input signal is input. The terminal Qa of the input converter SC1 is an output terminal, and the terminal C is a clock terminal.
[0021]
The energizing source PS2 belongs to a so-called inverter composed of, for example, an oscillator, and repeatedly outputs, for example, + 5V / 0V to the terminal Qa, and 0V / 5V to the terminal Qb, and energizes between the terminals Qa and Qb. The wave is, for example, a square wave alternating current of ± 5V. The period of the energizing wave is, for example, 2 μs. The energizing wave is transmitted to the AC power receiving terminals Ca and Cb of the DC power supply PS1, and the clock terminals C of the output conversion unit SC2 and the input conversion unit SC1 are used as a common clock. Is transmitted to. The input conversion unit SC1 is triggered by a clock to perform a primary conversion operation, and the output conversion unit SC2 is triggered by a clock to perform a secondary conversion operation.
[0022]
The digital output of the input converter SC1 is transmitted to the transmitter TX, and the transmitter TX injects a current signal wave into the load winding L1 of the power transformer PT. Here, when the current from the transmitter TX is injected in the direction of increasing the amplitude of the energizing wave, it flows into the AC power receiving terminals Ca and Cb of the DC power supply PS1 and is absorbed, but the current is absorbed by the amplitude of the energizing wave. Is absorbed by the DC power source PS1 and flows through the load winding L1 and also flows through the energizing winding L2, and is detected by the receiver RX.
[0023]
The receiver RX is directly connected to the energizing winding L2, is subjected to a potential operation by an energizing wave of, for example, 0V / + 5V at the terminal Qb, is activated when it is at a potential of + 5V, detects a current signal wave, and outputs a digital signal. When it is at a potential of 0V, it is inactivated.
[0024]
The activation / inactivation of the second receiver when the second receiver is mounted at the position (RX2) in FIG. 1 is in reverse phase with respect to the receiver RX. This means that different current signal waves can be sent during each active period to make the system into two channels. Such a two-channel system means that, for example, a circuit on the process side potential including the load winding L1 in FIG. 1 can be further arranged in one channel. Since the system can be made into two channels, for example, two inputs such as a voltage related to a current can be taken in as a process input.
[0025]
In FIG. 2, each of the blocks SC1, TX, PS1, etc. shown underlined corresponds to each block of FIG. 1, and terminal symbols Qa, Qb, D, C of each block of FIG. IN-, VDD, OUT +, OUT-, etc. also correspond to the terminal symbols and line symbols of each block in FIG.
[0026]
The AC positive feedback / DC negative feedback circuit by the components U62, U63, and U64 in the energizing source PS2 in FIG. 2 is a general astable multivibrator, and is an oscillation circuit composed of logic elements. The inverting feedback type latch circuit by the component U61 in the energizing source PS2 performs a so-called counter mode operation, and inverts the output level of the output terminals Qa and Qb each time an oscillation signal to the clock terminal C is received. Is sent to the power transformer PS as an energizing wave.
[0027]
The energizing wave is insulated by the power transformer PS and transmitted to the DC power source PS1, and is rectified and smoothed by the DC power source PS1 to become DC. The energizing wave is transmitted to the clock terminal C of the component U51 and is also transmitted to the clock terminals C of the components U3 and U5.
[0028]
The component U1 of the input conversion unit SC1 in FIG. 2 is an operational amplifier, which forms an input amplifier. This part converts input 0-100V into 0-1V, for example. The output of the input amplifier U1 is compared with the feedback voltage by the next comparator U2 and converted into a digital signal. The next-stage D-type latch U3 forms a so-called register, and reads and latches the digital output of the comparator U2 for each clock. The output of the register U3 is smoothed by a smoothing circuit including a subsequent resistor R4 and a capacitor C2 to be an analog signal, and is fed back to the comparator U2 as a feedback voltage.
[0029]
Since the comparator U2 selects an output value so that the feedback voltage follows the input voltage, the feedback voltage approximates the input voltage. In this case, the Qa output of the register U3 becomes an original signal for generating a feedback voltage, and becomes a digital signal meaning approximation of the input voltage. A smoothing circuit composed of a resistor R5 and a capacitor C3, which is equivalent to a feedback smoothing circuit composed of a resistor R4 and a capacitor C2, generates an inverted voltage signal corresponding to the feedback voltage.
[0030]
Analog switches AS2 and AS3 as subsequent circuit elements are controlled by the outputs Qa and Qb of the register U3. The relationship between the analog amount generated by the smoothing circuit composed of the subsequent resistor R6 and the capacitor C4 and the analog amount of the previous stage is as follows.
[0031]
E2 = VDD * N2 + VSS * N3 (1)
E3 = VDD * N3 + VSS * N2 (2)
E4 = E2 * N2 + E3 * N3 (3)
E2; voltage C3 across capacitor C2; voltage E4 across capacitor C3; voltage N2 across capacitor C4; high level frequency of Qa output of register U3; low level frequency N3 of Qb output of register U3; high of Qb output of register U3 Low frequency VDD of the Qa output of the level frequency register U3; for example + 2.5V
VSS; for example -2.5V
Applying a numerical example of the power supply voltage to Equations (1), (2), and (3) gives the following.
[0032]
E2 = (N2-N3) * 2.5 (4)
E3 = (N3-N2) * 2.5 (5)
E4 = (N2-N3) ² * 2.5 (6)
That is, the voltage E4 across the capacitor CC4 has a square relationship with the voltage E2 across the capacitor C2 in the previous stage.
[0033]
The subsequent operation of the conversion circuit composed of the comparator U4 and the register U5 conforms to the configuration of the conversion circuit system composed of the comparator U2 and the register U3 connected to the preceding stage. The difference is that the square output is fed back and the Qa output of the register U5 is sent out. This signal is transmitted to the transmitter TX.
[0034]
The transmitter TX turns on the PNP transistor of the driver U22 in response to the input high level. The transmitter TX has paths COM1 to U22 to R22 to C21 to (Ca) as current wave transmission paths. That is, a path is formed between the AC power receiving terminals (Cb) to (Ca). About ± 5V is distributed to the power receiving terminal (Ca), and the transmitter TX has a transmission capability only for -5V of the (Ca). When the power receiving terminal (Ca) is at +5 V, the discharging of the capacitor C21 for transmission is performed at a low speed via the paths C21 to R22 to R23 to D21.
[0035]
The current wave transmitted by the transmitter TX flows through the resistor R41 of the receiver RX in the form of a load current between the AC power receiving terminals (Cb) to (Ca), and turns on the PNP transistor U41. When this is turned on, the high level signal is held in the capacitor C41, and is transmitted to the data terminal D of the D type latch U51 of the subsequent output converter SC2. The high level signal held in the capacitor C41 is cleared via the collector-base of the transistor U41 in the next half cycle of the energizing wave.
[0036]
The D type latch U51 of the output conversion unit SC2 reads data every clock and reproduces the digital output of the register U5 of the input conversion unit SC1 to the output Qa of the D type latch U51. This reproduced digital signal is smoothed by a smoothing circuit composed of a resistor R51 and a capacitor C51 to become an analog output OUT ±.
[0037]
In the waveform diagram of FIG. 3, the symbols attached to the waveforms indicate the observation positions in the embodiment of FIG. That is, waveform U61-Qa is a waveform example of terminal Qa of D type latch U61, waveform U61-Qb is a waveform example of terminal Qb of D type latch U61, and waveform U61- (Qa-Qb) is a D type latch. It is an example of a waveform between the terminals Qa and Qb of U61. Here, the waveform U61-Qa is a repetitive wave of 0V / + 5V, for example, the waveform U61-Qb is a repetitive wave of + 5V / 0V, and the waveform U61- (Qa-Qb) is a repetitive wave of ± 5V, for example. .
[0038]
A waveform I (L2) is a current waveform flowing through the energizing winding L2, and a stationary square wave component is an energizing current, and a common component amount is, for example, 2 mA. The unsteady protruding component is a current signal wave, the peak value is, for example, 7 mA, and the average value is, for example, 1 mA.
[0039]
A waveform U3-Qa is an example of a digital output waveform of the register U3, and receives, for example, + 100V as the process input IN ±, the input amplifier U1 transmits + 1V, and the feedback voltage for smoothing and feeding back the waveform U3-Qa is + 1V. It is an example of a waveform when approximating. The measurement amount when the waveform example of the digital output is made to correspond to the above equation (4) is defined by the appearance frequency of the high level and the appearance frequency of the low level with respect to an arbitrary clock amount, for example, N2 = 0.7, N3 = 0.3.
[0040]
The digital output of the waveform U5-Qa is output so that the smooth value becomes the square root value of the value approximating the square value of Equation (6) described above. The level frequency is 0.3. However, since the path of the feedback voltage is different, the time interval of level transition is extended compared to the waveform U3-Qa.
[0041]
The protruding wave of the waveform I (L2) is a waveform of the current signal wave injected by the transmitter TX in response to the high level of the waveform U5-Qa.
A waveform U51-D is a waveform example in which the receiver RX detects a current signal wave, holds the digital signal in the capacitor C41, and transmits the digital signal to the terminal D of the subsequent register U51. After the high level value of the waveform U51-D is read into the register U51, the high level value transitions to the low level value by clearing the charge of the capacitor C41.
[0042]
The waveform U51-Qa is given as a waveform obtained by reading and latching the waveform U51-D. This digital signal reproduces the waveform U51-Qa with a delay of one clock. This reproduced signal is smoothed and amplified to become an output signal OUT ±.
[0043]
The output signal OUT ± is output in proportion to the square root mean square of the input IN ±. That is, a so-called effective value response is achieved.
Further, by isolating signals via the power transformer PT, the conventional input transformer CT is not required, and a DC / AC response is realized, thereby expanding the application.
[0044]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention described above, the input transformer which has been conventionally required is not required, and the DC / AC response and insulation can be realized by the minimum number of insulation elements including only the power transformer PT. .
[0045]
According to the second aspect of the present invention, two channels can be obtained by providing the second receiver RX2 that is activated by receiving the energization of the other polarity of the energizing wave. Two inputs such as a current and a voltage related to each other can be taken in, and a double signal can be converted without increasing the mounting density of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of a specific embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example of a current / voltage converter.
[Explanation of symbols]
SC1 input converter PS1 DC power supply TX transmitter PT power transformer RX receiver SC power converter PS2 energizing source

Claims (2)

負荷巻線Ｌ１と附勢巻線Ｌ２を有する電源トランスＰＴと、直流を受電して交流の附勢波に変換し電源トランスＰＴの附勢巻線Ｌ２に出力する附勢源ＰＳ２と、
電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１から交流の附勢波を受けて直流電源電圧を生成する直流電源ＰＳ１と、
直流電源ＰＳ１の出力により附勢活性化され入力信号をディジタル変換出力する入力変換部ＳＣ１と、
入力変換部ＳＣ１の変換出力に応動して前記電源トランスＰＴの負荷巻線Ｌ１へ電流信号波を注入するトランスミッタＴＸと、
前記電源トランスＰＴの附勢巻線Ｌ２の電流に応動して電流信号波を検出するとともに附勢波の一方の極性の附勢を受けて活性化するレシーバＲＸと、
レシーバＲＸのディジタル出力信号を受けて直流信号を生成出力する出力変換部ＳＣ２とを備え、
入力変換部ＳＣ１と出力変換部ＳＣ２は附勢源ＰＳ２の附勢波をトランスＰＴを介して絶縁された共通のクロックとして参照し、レシーバＲＸの活性化期間に合わせて信号の絶縁伝送を行うことを特徴とする信号変換器。A power transformer PT having a load winding L1 and an energizing winding L2, and an energizing source PS2 that receives direct current, converts it into an alternating energizing wave, and outputs it to the energizing winding L2 of the power transformer PT;
A DC power supply PS1 that receives an AC energizing wave from the load winding L1 of the power transformer PT and generates a DC power supply voltage;
An input converter SC1 that is activated by the output of the DC power supply PS1 and converts the input signal into a digital signal;
A transmitter TX for injecting a current signal wave into the load winding L1 of the power transformer PT in response to the converted output of the input converter SC1;
A receiver RX that detects a current signal wave in response to the current of the energizing winding L2 of the power transformer PT and is activated by energizing one polarity of the energizing wave;
An output converter SC2 that receives the digital output signal of the receiver RX and generates and outputs a DC signal;
The input conversion unit SC1 and the output conversion unit SC2 refer to the energizing wave of the energizing source PS2 as a common clock insulated via the transformer PT, and perform isolated transmission of signals in accordance with the activation period of the receiver RX. A signal converter characterized by. 附勢波の他方の極性の附勢を受けて活性化する第２のレシーバＲＸ２を備えて２チャネル化してなる請求項１に記載の信号変換器。2. The signal converter according to claim 1, further comprising a second receiver RX2 that is activated in response to an energization of the other polarity of the energizing wave and is formed into two channels.

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