JPS58200609A - 差動変圧器を用いた絶縁増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は差動変圧器を用いた絶縁増幅器に関し、絶縁
区間におけるひずみによって出力信号に混入する誤差を
除き、かつ安定性を向上することを目的としたものであ
る。

従来、工業計測の分野で入出力間を絶縁した状態で入力
信号を増幅して出力信号を得るようにした絶縁増幅器が
知られている。この絶縁増幅器には光電変換方式や変調
方式など種々の方式がある。

この発明で対象としている絶縁増幅器は上記のうち変調
方式のものである。

変調方式の絶縁増幅器は一般に第３図に示したように回
路を構成する。図中３７は絶縁変圧器で、該絶縁変圧器
３７の１次側巻線Ｎ／と入力端子３コを変調器３３ケ介
して接続して入力側回路を構成する一方、２次側巻線Ｎ
コ側に構成する出力側回路は、検波器３ダと低域６波器
３３’ｆ１２次側巻線Ｎコに接続して構成し、低域６波
器３Ｓの出力を増幅器３６で増幅するようにしている。

上記において変調器３３と検波器３ｑは駆動回路３りで
同期駆動し、検波器３クヲ同期検波器として働らかせて
いる。

然し乍ら上記のような変調方式の絶縁増幅器では、変調
器３３、検波器Ｊ４’並びに絶縁変圧器３／の部分の絶
縁区間における非直線性や環境温度の変化による効率の
変化等による電気的ひずみが、出力何回路にそのまま低
減されることなく現われるので、出力Ｇ４号中には大き
な誤差が混入すると共に、安定性に欠ける問題点があっ
た。

然るにこの発明は上記のような絶縁増幅器において、絶
縁変圧器に１次側巻線による磁束と逆向きの磁束ヶ誘導
する為の差動巻線を設けて差動変圧器を構成し、前記差
動巻線と出力側回路ン増幅器を介して接続し、負帰還を
かけるようにすると共に、１次側巻線回路と差動巻線回
路のひずみ特性および温度特性を同じにしたので、入力
信号と出力信号を比較し、上記の電気的ひずみによって
出力信号に混入した誤差を打消し、かつ動作の安定性を
向上させ、従来の問題点ケ解決したのである。

以下この発明を第１図に示した実施例に基づいて説明す
る。図中ｌは絶縁変圧器であって、該絶縁変圧器ｌの１
次側巻線Ｎ／側の入力側回路に抵抗器Ｒ／（抵抗値Ｒ／
）および変調器−ｔ＠列に介設しであると共に、２次側
巻線Ｎａ側の出力側回路には検波器り低域６波器亭およ
び高利得増幅器５を直列に介設しである。又上記の絶縁
変圧器ｌには１次側巻線Ｎ／で誘導される磁束と逆向き
の磁束を誘導する為の差動巻線Ｎ３を設けて差動変圧器
としてあり、該差動巻ＩＪＮ３には高利得増幅器Ｓの出
力を抵抗器ＲＪ（抵抗値Ｒ，２）および変調器６を介し
て与えである。上記において入力側回路に設けた変調器
コ、出力側回路に設けた検波器３並ひに差動巻線に接続
した回路、即ち帰還回路に設けた変調器６は駆動回路り
で夫々同期して第２図に示したようにＯＮ、　Ｏ１ｉ’
ｌｉ’を制御されるアナログスイッチである。

いま上記実施例の絶縁増幅器において入力端子８間に電
圧Ｅ／なる直流信号を与えると、この直流信号は変調器
コで交流信号に変調され、１次側巻？ｔＭＮ／にはｉｌ
なる交流信号電流が流れる。１次側巻ＩｗＮｌのインダ
クタンスケ無視し、かつ変調器コによる変調を人カイ５
号中の筒周波成分に対して十分商い周波数で行ない、変
調器コの導通比ンｓｏ％とすれば入力端回路を流れる電
流ｉ／の波高値Ｉ’ｍおよび平均値工、は夫々 １１　ｍ　　−Ｅ　ｌ　／Ｒｌ　　・　　・　　・　　
・　（ハ■、　　＝　Ｅｌ／コＲ／　　・・・（コ）と
なる。そして絶縁変圧器ｌには１次側巻ｍＮｌによって
磁束ψＨ／なる交流磁界が誘導され、これによってλ次
側巻線Ｎ２の両端には電圧ｅｄなる交流起電力が誘導さ
れる。この交流起電力は検波器３で同期検波された後、
低域３波器弘で電圧Ｅｄの直流信号に復調されて、この
直流信号が高利得増幅器Ｓで増幅される。高利得増幅器
Ｓの出力として出力端子？に碍られる電圧Ｅ２の直流信
号は抵抗器Ｒｘｙ通って変調器６で再び交流信号に変調
されて、差動巻線Ｎ３に１−２なる交流信号電流乞流す
。この差動巻線Ｎ３に流れる電流ｉコの波高値Ｉ、ｍお
よび平均値Ｉ、は、入力側回路と同様にＩ、ｍ　＝　Ｅ
コ／Ｒコ　・・・・（３）１、　　　＝Ｅ、／２Ｒコ・
・・・（ダ）となる。そして絶縁変圧器／には前記磁束
ψＨ／と逆向きの磁束ψ１１．２が誘導される。この磁
束ψＨ２は１次側巻線Ｎ／で誘導した磁束ψＨ１ｙ打消
すように働く。

従って一次側巻線Ｎコの両端に誘導される交流起電力ｃ
ｄは前記磁束ψＩＩ／とψ１■コの絶対値の差による磁
束に起因することとなり、仮に高利得増幅器Ｓの増幅度
が無限大の理想増幅器であって、１次側巻線Ｋｔと差動
巻線Ｎ３の巻数が等しく、かつ抵抗器ＩＲ／、　ＲＪの
抵抗値が等しいとすれば入出力間には次の関係が成立す
る。即ち Ｅコ　−　ｅｄ−ｋ・μ・・・・（！ｆ）（ｋ：復調系
の変換効率、　μ：高利得増幅器の増幅度）μ−ωとす
れば ｃｄ＝Ｅコ／ｋ・μ→０・・・（６） となる。従って １ψＨ１ｌ　−ｌψＨ，ｚｌ＝ｏ　　・・・・（７）１
１ｍ　　＝　　　Ｉ、ｍ　　　　　　　　　＋　　　ｍ
　　　＠　　　−（ざ）Ｉ、　　＝　Ｉ、　　　　　　
・・・・（９］となり、Ｈｉ　　＝　　Ｅコ　　　　　
　・・・　・（／のの関係となる。

以上のことから、１次側巻線Ｎ／に接続した回路と差動
巻線Ｎ３に接続した回路の対象性を保ち高利得増幅器夕
の増幅ｆｆＹ十分大きなものとすれば（例えば／θθ万
倍）、出力側回路に現われる誤差成分は打消されると共
に、復調系で発生するひずみも負帰還作用で低減するこ
とができる。然して出力端子りには入力端子ざに与えた
直流信号とほぼ等しい出力信号を安定に得ることができ
る。

上記において抵抗器Ｒ２の抵抗値（但し巻線Ｎ／の抵抗
値を含む）と抵抗器Ｉｔ　／の抵抗値（同じ（巻線Ｎ３
の抵抗値を含む）の比を変化させれば、この変化に応じ
て人力と出力の比を変化させることができる。又、この
人出力比の変化は１次側巻線Ｎ／と差動巻線Ｎ３の巻数
比を変化させることでも可能であるが、巻線の抵抗値を
含む回路抵抗値、温度特性並びに経時特性をそろえなけ
れば十分な差動４作とならないので、両巻線ン含む回路
間には電気的特性の対象性を維持しておかなければなら
ない。　　　　　　　　；。

以上の通りこの発明によれば、絶縁変圧器に１次側巻線
による磁束と逆向きの磁束を誘導する差動巻線を設けて
差動変圧器を構成し、内巻線回路の電気的特性ヶ同じに
して、かつ前記差動巻線を介して負帰還をかけたので、
高精度でかつ安定な出力を得ることができる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第７図はこの発明の実施例のブロック回路図、第２図は
同じ（実施例における変調器および検波器の動作図、第
３図は従来の絶縁増幅器のブロック回路図である。 ｌ・・絶縁変圧器　　　コ、６・・変調器３・・検波器
　　　　　ダ・・低域す波器５・・高利得増幅器　　７
・・駆動回路ざ・・入力端子　　　　９・・出力端子特
許出願人 山　　下　　隆　　夫 代理人 □　鈴　　木　　正　　次 ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　絶縁変圧器の１次側巻線に入力側回路を接続し、λ
   次側巻線に出力側回路を接続して成る絶縁増幅器におい
   て、前記絶縁変圧器に１次側巻線による磁束と逆向きの
   磁束を誘導する為の差動巻線を設けて差動変圧器を構成
   し、前記差動巻線と出力側回路を増幅器を介して接続し
   負帰還をかけていることを特徴とする差動変圧器を用い
   た絶縁増幅器 ２１次側巻線と差動巻線は電気的特性に対象性ン維持し
   た特許請求の範囲第１項記載の差動変圧器を用いた絶縁
   増幅器