JPH0767200A - 音響的絶縁方法 - Google Patents
音響的絶縁方法Info
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- JPH0767200A JPH0767200A JP6183006A JP18300694A JPH0767200A JP H0767200 A JPH0767200 A JP H0767200A JP 6183006 A JP6183006 A JP 6183006A JP 18300694 A JP18300694 A JP 18300694A JP H0767200 A JPH0767200 A JP H0767200A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/40—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
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- Power Engineering (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 第1回路(11)を第2回路(12)から電気的に絶縁
する方法を提供すること。 【構成】 本発明における第1,第2回路(11,12)は互いに
電気的に結合されてはいない。第1圧電装置(13),音響的
媒体(16),第2圧電装置(14)は音響的な絶縁装置(19)を形
成する。第1圧電装置(13)は第1回路(11)に結合し、第2
圧電装置(14)は第2回路(12)に結合する。たとえば、第1
回路(11)からの電気信号は第1圧電装置(13)によって力
学的な振動に変換される。力学的な振動は音響的媒体(1
6)を介して第2圧電装置(14)に伝送される。その振動は
第2回路(12)により受信されて電気信号に再変換され
る。音響的絶縁装置(19)は第1,第2回路(11,12)を電気的
に分離する一方、音響的エネルギを伝送することができ
る。
する方法を提供すること。 【構成】 本発明における第1,第2回路(11,12)は互いに
電気的に結合されてはいない。第1圧電装置(13),音響的
媒体(16),第2圧電装置(14)は音響的な絶縁装置(19)を形
成する。第1圧電装置(13)は第1回路(11)に結合し、第2
圧電装置(14)は第2回路(12)に結合する。たとえば、第1
回路(11)からの電気信号は第1圧電装置(13)によって力
学的な振動に変換される。力学的な振動は音響的媒体(1
6)を介して第2圧電装置(14)に伝送される。その振動は
第2回路(12)により受信されて電気信号に再変換され
る。音響的絶縁装置(19)は第1,第2回路(11,12)を電気的
に分離する一方、音響的エネルギを伝送することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に電気回路における
絶縁装置に関し、特に、電気回路における音響的絶縁装
置(acoustical isolator)を用いた方法に関する。
絶縁装置に関し、特に、電気回路における音響的絶縁装
置(acoustical isolator)を用いた方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】光学
的絶縁装置(optical isolator)は、2つの別個のまたは
独立の回路を電気的に絶縁するため一般に用いられてい
る。絶縁性が必要となる一般の例は、一方の回路が高電
圧(例えば110VAC(交流110ボルト))で動作し、他方が低
電圧(例えば5VDC(直流5ボルト))で動作する場合であ
る。絶縁が必要である他の例は、2つの回路が異なるグ
ランド電位を有する場合であり、このとき絶縁装置はグ
ランド・ル−プ(ground loop)に関する問題を防止する必
要がある。このような場合に用いられる光学的絶縁装置
は、光学的に信号を伝送し、その信号は受信回路によっ
て電気的な信号に変換されるものであろう。光学的絶縁
装置に関する問題は、光学的な結合が電力伝送において
極めて非効率的なことである。たとえば単独の光学的結
合装置(optocoupler)である発光ダイオ−ド(LED)は、光
学的信号を生成するために10ミリアンペアを必要とする
一方、そのLEDによって放出された光を感知する検出ダ
イオ−ドは10マイクロアンペアを使用する。光学的結合
装置による小さな出力は、多くの製品では十分なもので
はないので、付加的な回路が必要とされることになる。
的絶縁装置(optical isolator)は、2つの別個のまたは
独立の回路を電気的に絶縁するため一般に用いられてい
る。絶縁性が必要となる一般の例は、一方の回路が高電
圧(例えば110VAC(交流110ボルト))で動作し、他方が低
電圧(例えば5VDC(直流5ボルト))で動作する場合であ
る。絶縁が必要である他の例は、2つの回路が異なるグ
ランド電位を有する場合であり、このとき絶縁装置はグ
ランド・ル−プ(ground loop)に関する問題を防止する必
要がある。このような場合に用いられる光学的絶縁装置
は、光学的に信号を伝送し、その信号は受信回路によっ
て電気的な信号に変換されるものであろう。光学的絶縁
装置に関する問題は、光学的な結合が電力伝送において
極めて非効率的なことである。たとえば単独の光学的結
合装置(optocoupler)である発光ダイオ−ド(LED)は、光
学的信号を生成するために10ミリアンペアを必要とする
一方、そのLEDによって放出された光を感知する検出ダ
イオ−ドは10マイクロアンペアを使用する。光学的結合
装置による小さな出力は、多くの製品では十分なもので
はないので、付加的な回路が必要とされることになる。
【０００３】一般に絶縁装置は、高電圧回路が与える潜
在的なハザ−ド(hazard)に起因して厳しい基準に直面し
なければならない。そのような絶縁装置は、パッケ−
ジ,電気的絶縁性,内部クリ−ペ−ジ(internal creepag
e)に関する所定の評価基準を克服する必要がある。した
がって電力伝送が効率的であり、尚且つ十分な電気的絶
縁性が得られる絶縁装置が提供されれば、極めて有益な
ものとなるであろう。
在的なハザ−ド(hazard)に起因して厳しい基準に直面し
なければならない。そのような絶縁装置は、パッケ−
ジ,電気的絶縁性,内部クリ−ペ−ジ(internal creepag
e)に関する所定の評価基準を克服する必要がある。した
がって電力伝送が効率的であり、尚且つ十分な電気的絶
縁性が得られる絶縁装置が提供されれば、極めて有益な
ものとなるであろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】簡単に述べれば本発明
は、第1回路を第2回路から電気的に絶縁する方法から構
成される。その第1および第2回路は互いに電気的に結合
されてはいない。本発明による方法は、力学的な振動を
送信および受信する圧電装置(poezo-electric device)
と共に、その第1および第2回路を音響的に結合するもの
である。
は、第1回路を第2回路から電気的に絶縁する方法から構
成される。その第1および第2回路は互いに電気的に結合
されてはいない。本発明による方法は、力学的な振動を
送信および受信する圧電装置(poezo-electric device)
と共に、その第1および第2回路を音響的に結合するもの
である。
【０００５】
【実施例】図1は音響的絶縁装置19を介して回路12に音
響的に結合される回路11を示す図である。回路11,12は
互いに電気的に絶縁されている。
響的に結合される回路11を示す図である。回路11,12は
互いに電気的に絶縁されている。
【０００６】ある回路を他のものと電気的に絶縁する必
要がある一方、電気的でないインタ−フェ−スを与えて
回路間にリンクを確立させなければならない場合が多く
存在する。たとえば制御回路と半導体リレ−の間であ
る。半導体リレ−は一般に潜在的に好ましくない電圧(h
azardous voltage)に結合されているので、制御回路か
ら電気的に分離する必要がある。良く知られた回路絶縁
装置は光学的絶縁装置(opto-isolator)である。光学的
絶縁装置は、電気的絶縁性を提供する場合には非常に効
率的なものであるが、エネルギを伝送する際には非効率
的なものである。この非効率性は、光学的絶縁装置をハ
イ・インピ−ダンス負荷以外の装置に適用することを許
容せず、その利用可能性をいくつかの応用例に制限する
こととなり、または付加的な回路の必要性を生じさせ
る。一般に光学的絶縁装置は駆動出力を増加させるため
いくつかの増幅する形式を必要とする。これに対して音
響的絶縁装置19は光学的絶縁装置と同様な電気的絶縁性
を提供し、エネルギを効率的に伝送し得るものである。
要がある一方、電気的でないインタ−フェ−スを与えて
回路間にリンクを確立させなければならない場合が多く
存在する。たとえば制御回路と半導体リレ−の間であ
る。半導体リレ−は一般に潜在的に好ましくない電圧(h
azardous voltage)に結合されているので、制御回路か
ら電気的に分離する必要がある。良く知られた回路絶縁
装置は光学的絶縁装置(opto-isolator)である。光学的
絶縁装置は、電気的絶縁性を提供する場合には非常に効
率的なものであるが、エネルギを伝送する際には非効率
的なものである。この非効率性は、光学的絶縁装置をハ
イ・インピ−ダンス負荷以外の装置に適用することを許
容せず、その利用可能性をいくつかの応用例に制限する
こととなり、または付加的な回路の必要性を生じさせ
る。一般に光学的絶縁装置は駆動出力を増加させるため
いくつかの増幅する形式を必要とする。これに対して音
響的絶縁装置19は光学的絶縁装置と同様な電気的絶縁性
を提供し、エネルギを効率的に伝送し得るものである。
【０００７】回路11,12は電気的に絶縁された回路であ
る。音響的絶縁装置19は回路11と回路12とを、電気信号
に対応する力学的な振動と共に音響的に結合する。力学
的な振動は回路11から回路12へまたはその逆も可能であ
る。たとえば回路11は端子17および端子18を具備して電
気信号を音響的絶縁装置19に提供し、回路12は端子21お
よび端子22を具備して音響的絶縁装置19から電気信号を
受信することが可能である。音響的絶縁装置19は回路11
により提供された電気信号を力学的な振動に変換し、こ
うすることによって回路11は回路12から電気的に分離さ
れる。
る。音響的絶縁装置19は回路11と回路12とを、電気信号
に対応する力学的な振動と共に音響的に結合する。力学
的な振動は回路11から回路12へまたはその逆も可能であ
る。たとえば回路11は端子17および端子18を具備して電
気信号を音響的絶縁装置19に提供し、回路12は端子21お
よび端子22を具備して音響的絶縁装置19から電気信号を
受信することが可能である。音響的絶縁装置19は回路11
により提供された電気信号を力学的な振動に変換し、こ
うすることによって回路11は回路12から電気的に分離さ
れる。
【０００８】好適実施例では、音響的絶縁装置19は、圧
電装置13,音響的な媒体16,および圧電装置14から構成さ
れる圧電構造を有する。上述した例では回路11により提
供される電気信号は圧電装置13によって力学的な振動に
変換され、その振動は電気信号に対応するものである。
好適実施例ではその電気信号は、エネルギ伝送効率を最
大にすべく圧電装置13の共鳴周波数に一致する所定の周
波数を有する。音響的な媒体16は、圧電装置14に結合す
るまで力学的振動が伝播する低損失経路を提供する。音
響的な媒体16は一般に、セラミック,プラスチック,ゴム
に関連する化合物その他の振動を伝送する材料である。
力学的な振動は圧電装置14によって電気信号に変換さ
れ、回路12により受信される。圧電装置14は、エネルギ
伝送効率を最大にすべく力学的振動周波数に一致する共
鳴周波数を有するように選択される。音響的装置はその
一形態にあっては例えば圧電セラミック共鳴フィルタで
あることも可能である。
電装置13,音響的な媒体16,および圧電装置14から構成さ
れる圧電構造を有する。上述した例では回路11により提
供される電気信号は圧電装置13によって力学的な振動に
変換され、その振動は電気信号に対応するものである。
好適実施例ではその電気信号は、エネルギ伝送効率を最
大にすべく圧電装置13の共鳴周波数に一致する所定の周
波数を有する。音響的な媒体16は、圧電装置14に結合す
るまで力学的振動が伝播する低損失経路を提供する。音
響的な媒体16は一般に、セラミック,プラスチック,ゴム
に関連する化合物その他の振動を伝送する材料である。
力学的な振動は圧電装置14によって電気信号に変換さ
れ、回路12により受信される。圧電装置14は、エネルギ
伝送効率を最大にすべく力学的振動周波数に一致する共
鳴周波数を有するように選択される。音響的装置はその
一形態にあっては例えば圧電セラミック共鳴フィルタで
あることも可能である。
【０００９】音響的な媒体16は、力学的な結合と並んで
他の利益をも提供する。音響的な媒体16は、圧電装置13
と14との間に物理的な隔たりを与え、絶縁障壁または内
部クリ−ペ−ジ等の絶縁装置の制限事項に抵触しないこ
とに資する。音響的な媒体16は、ノイズを減少させるた
め不要な力学的振動周波数を濾波するよう設計すること
も可能である。好適実施例にあっては、圧電装置13,音
響的な媒体16および圧電装置14はパッケ−ジ化すること
が可能な1つのユニットとして共に形成され、回路11,12
と結合するためにリ−ドを具備することも可能である。
他の利益をも提供する。音響的な媒体16は、圧電装置13
と14との間に物理的な隔たりを与え、絶縁障壁または内
部クリ−ペ−ジ等の絶縁装置の制限事項に抵触しないこ
とに資する。音響的な媒体16は、ノイズを減少させるた
め不要な力学的振動周波数を濾波するよう設計すること
も可能である。好適実施例にあっては、圧電装置13,音
響的な媒体16および圧電装置14はパッケ−ジ化すること
が可能な1つのユニットとして共に形成され、回路11,12
と結合するためにリ−ドを具備することも可能である。
【００１０】エネルギを伝送する場合、圧電装置は光学
的な結合(発光ダイオ−ドから光検出器へ)よりも極めて
効率的である。入出力電力の伝送効率は、0.1パ−セン
トである光学的結合に比べて圧電装置の場合は50パ−セ
ント程度と高くすることが可能である。高い電力伝送効
率は、(回路は電気的に分離されているにもかかわらず)
音響的絶縁装置19が回路を直接駆動させることを可能に
する。
的な結合(発光ダイオ−ドから光検出器へ)よりも極めて
効率的である。入出力電力の伝送効率は、0.1パ−セン
トである光学的結合に比べて圧電装置の場合は50パ−セ
ント程度と高くすることが可能である。高い電力伝送効
率は、(回路は電気的に分離されているにもかかわらず)
音響的絶縁装置19が回路を直接駆動させることを可能に
する。
【００１１】図2は音響的絶縁装置31に対する回路例で
ある。
ある。
【００１２】回路32および回路33は互いに電気的に絶縁
されているが、音響的絶縁装置31を介して音響的に結合
している。回路32は、音響的絶縁装置31に対する所定の
周波数の電気信号を提供する発振器である。回路32は、
入力34に供給電力を印加することによって動作し、入力
36に印加されるイネ−ブル信号によってイネ−ブルされ
る。
されているが、音響的絶縁装置31を介して音響的に結合
している。回路32は、音響的絶縁装置31に対する所定の
周波数の電気信号を提供する発振器である。回路32は、
入力34に供給電力を印加することによって動作し、入力
36に印加されるイネ−ブル信号によってイネ−ブルされ
る。
【００１３】音響的絶縁装置31は図1の音響的絶縁装置1
9と同様のものであり、圧電装置37,音響的な媒体38,お
よび圧電装置39から構成される。出力電圧のための入力
および電流は、電極形状および音響的絶縁装置31(上述
した圧電装置37,38)の領域によって決定される。このこ
とは、音響的絶縁装置31を種々の製品仕様に適合可能に
する。共鳴周波数(または周波数範囲)は、音響的絶縁装
置31の物理的寸法によってある程度決定される。音響的
絶縁装置31はその共鳴周波数(または周波数範囲)で最適
にエネルギを伝送する。好適実施例にあっては、回路32
によって提供される所定の周波数は音響的絶縁装置31の
共鳴周波数である。圧電装置37は、音響的な媒体38に結
合する力学的な振動を発生させる。その後力学的な振動
は圧電装置39によって受信され、回路33で受信される電
気的な信号に再変換される。
9と同様のものであり、圧電装置37,音響的な媒体38,お
よび圧電装置39から構成される。出力電圧のための入力
および電流は、電極形状および音響的絶縁装置31(上述
した圧電装置37,38)の領域によって決定される。このこ
とは、音響的絶縁装置31を種々の製品仕様に適合可能に
する。共鳴周波数(または周波数範囲)は、音響的絶縁装
置31の物理的寸法によってある程度決定される。音響的
絶縁装置31はその共鳴周波数(または周波数範囲)で最適
にエネルギを伝送する。好適実施例にあっては、回路32
によって提供される所定の周波数は音響的絶縁装置31の
共鳴周波数である。圧電装置37は、音響的な媒体38に結
合する力学的な振動を発生させる。その後力学的な振動
は圧電装置39によって受信され、回路33で受信される電
気的な信号に再変換される。
【００１４】圧電装置37,39は共鳴装置または調整回路
(tuned circuit)として形成することが可能である。エ
ネルギ伝送またはエネルギ受信は、圧電装置37,39の共
鳴周波数において最大となる。音響的な媒体38は調整回
路としても形成することが可能である。物理的な寸法お
よび音響的な媒体38の物理的な特性は、力学的な振動が
最適となる周波数を決定する。好適実施例にあっては、
音響的な媒体38は狭帯域フィルタであり、圧電装置37に
よって生成される力学的な振動に調整される。
(tuned circuit)として形成することが可能である。エ
ネルギ伝送またはエネルギ受信は、圧電装置37,39の共
鳴周波数において最大となる。音響的な媒体38は調整回
路としても形成することが可能である。物理的な寸法お
よび音響的な媒体38の物理的な特性は、力学的な振動が
最適となる周波数を決定する。好適実施例にあっては、
音響的な媒体38は狭帯域フィルタであり、圧電装置37に
よって生成される力学的な振動に調整される。
【００１５】回路33は、ACまたはDC供給電圧41を負荷42
に結合する半導体リレ−である。供給電圧41は一般に、
潜在的に好ましくない電圧を提供し、その電圧は回路3
2,33と分離する必要性がある。供給電圧41および負荷42
は、回路33の端子43と端子44との間に結合される。負荷
抵抗器46は圧電装置39の全域に渡って結合される。本発
明の適用例に依存して、圧電装置39に渡る規定された負
荷インピ−ダンスを与える必要性が生じる場合がある。
ダイオ−ド47は、負荷抵抗器46に渡って発生する電圧信
号を整流するために用いられる。整流された電圧は、直
列に結合されたパワ−・トランジスタ48,49をイネ−ブル
し、供給電力41を負荷42に結合する。
に結合する半導体リレ−である。供給電圧41は一般に、
潜在的に好ましくない電圧を提供し、その電圧は回路3
2,33と分離する必要性がある。供給電圧41および負荷42
は、回路33の端子43と端子44との間に結合される。負荷
抵抗器46は圧電装置39の全域に渡って結合される。本発
明の適用例に依存して、圧電装置39に渡る規定された負
荷インピ−ダンスを与える必要性が生じる場合がある。
ダイオ−ド47は、負荷抵抗器46に渡って発生する電圧信
号を整流するために用いられる。整流された電圧は、直
列に結合されたパワ−・トランジスタ48,49をイネ−ブル
し、供給電力41を負荷42に結合する。
【００１６】音響的絶縁装置38の電流容量は、その物理
的寸法,伝送周波数,および入力される電力の関数であ
る。電流の大きさは、負荷回路を用いることなしに回路
を直接駆動するのに十分であるように形成することが可
能である。たとえば、1ないし10ミリアンペアにおいて
発生する電流は、圧電装置37,音響的な媒体38,および圧
電装置39によって生成することが可能である。付加的な
回路を削除することは実質的にコストおよび複雑さを減
少させる。音響的絶縁装置38は、半導体パッケ−ジに収
容するのに適した寸法を有する。したがって集積回路の
製造プロセスを用いて他の回路と共に音響的絶縁装置38
を集積化することも可能である。
的寸法,伝送周波数,および入力される電力の関数であ
る。電流の大きさは、負荷回路を用いることなしに回路
を直接駆動するのに十分であるように形成することが可
能である。たとえば、1ないし10ミリアンペアにおいて
発生する電流は、圧電装置37,音響的な媒体38,および圧
電装置39によって生成することが可能である。付加的な
回路を削除することは実質的にコストおよび複雑さを減
少させる。音響的絶縁装置38は、半導体パッケ−ジに収
容するのに適した寸法を有する。したがって集積回路の
製造プロセスを用いて他の回路と共に音響的絶縁装置38
を集積化することも可能である。
【００１７】以上本発明によれば、回路を電気的に絶縁
する一方、その回路は音響的に結合される方法が提供さ
れる。
する一方、その回路は音響的に結合される方法が提供さ
れる。
【図１】本発明による音響的絶縁装置を介して共に結合
される2つの電気的に絶縁された回路を示す。
される2つの電気的に絶縁された回路を示す。
【図２】本発明による音響的絶縁装置を用いた回路例を
示す。
示す。
１１，１２ 回路 １３，１４ 圧電装置 １６ 力学的振動を伝送する媒体 １７，１８，２１，２２ 端子 ３２，３３ 回路 ３４，３６，４３，４４ 端子 ３７，３９ 圧電装置 ３８ 音響的な媒体 ４１ 供給電圧 ４２ 負荷 ４６ 抵抗器 ４７ ダイオ−ド ４８，４９ パワ−・トランジスタ
Claims (3)
- 【請求項1】 第1回路(11)および第2回路(12)を結合す
る方法であって、前記第1回路(11)は前記第2回路(12)よ
り大きさのオ−ダ−が少なくとも1つ大きい電圧で動作
し、前記方法は：前記第1(11)および第2回路(12)を互い
に電気的に絶縁すべく前記第1回路(11)および前記第2回
路(12)を音響的に結合する段階；および前記第1(11)お
よび第2(12)回路を互いに所定の距離だけ隔てる段階；
から構成されることを特徴とする第1回路(11)および第2
回路(12)を結合する方法。 - 【請求項2】 第1回路(11)を第2回路(12)から電気的に
絶縁する方法であって、前記第1(11)および第2回路(12)
は電気的には結合されておらず、前記方法は：音響的媒
体(16)を介して力学的な振動を送信および受信する圧電
装置(13,14)と共に前記第1(11)および第2回路(12)を音
響的に結合する段階であって、前記音響的媒体(16)は前
記第1回路(11)を前記第2回路(12)から電気的に絶縁し、
前記第1(11)および第2回路(12)を互いに所定の間隔だけ
物理的に隔てる段階から構成されることを特徴とする方
法。 - 【請求項3】 第1回路(11)を第2回路(12)から電気的に
絶縁する方法であって、前記方法は：前記第1回路(11)
からの第1電気信号を第1圧電装置(13)に印加する段階；
前記第1圧電装置(13)と共に前記第1電気信号に対応する
力学的な振動を生成する段階；音響的媒体(16)を介して
前記力学的な振動を第2圧電装置に伝送する段階であっ
て、前記音響的媒体は前記第1回路を前記第2回路から電
気的に絶縁し、前記第1および第2回路を互いに所定の距
離だけ物理的に隔てる段階；前記第2圧電装置(14)と共
に前記力学的な振動から第2電気信号を生成する段階；
および前記第2電気信号を前記第2圧電装置(14)から前記
第2回路(12)へ印加する段階であって、前記第1回路(11)
は前記第2回路(12)の動作電圧より実質的に大きい電圧
で動作する第2電気信号を印加する段階；から構成され
ることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10217493A | 1993-08-04 | 1993-08-04 | |
| US102174 | 1993-08-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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