絶縁電源装置
【課題】直流−交流用の電圧変換部のトランス一次巻線の矩形波電圧のＧＮＤを基準とし
た振幅を１／２に圧縮できるようにすると共に、その二次巻線より後段に与えるコモンモ
ードノイズを従来方式に比べて低減できるようにする。
【解決手段】正極及び負極を有した直流電圧発生部２１から出力される直流電圧を変換し
て交流電圧発生用の直流電圧を出力するＤＣ電圧変換部２０と、一次巻線に中点タップが
設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けられたトランスＴ１１を有し
、ＤＣ電圧変換部２０から入力した直流電圧を交流電圧に変換して二次巻線に誘導する交
流電圧発生部３０とを備え、トランスＴ１１の一次巻線の中点タップが直流電圧発生部２
１の負極に接続されて接地電位に固定されるものである。
た振幅を１／２に圧縮できるようにすると共に、その二次巻線より後段に与えるコモンモ
ードノイズを従来方式に比べて低減できるようにする。
【解決手段】正極及び負極を有した直流電圧発生部２１から出力される直流電圧を変換し
て交流電圧発生用の直流電圧を出力するＤＣ電圧変換部２０と、一次巻線に中点タップが
設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けられたトランスＴ１１を有し
、ＤＣ電圧変換部２０から入力した直流電圧を交流電圧に変換して二次巻線に誘導する交
流電圧発生部３０とを備え、トランスＴ１１の一次巻線の中点タップが直流電圧発生部２
１の負極に接続されて接地電位に固定されるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電
圧を各々の測定モジュール毎に分配し、各測定モジュールで交流電圧を所望の直流電圧に
変換して負荷回路に供給する絶縁電源供給システムに適用して好適な絶縁電源装置に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気や、機械、化学工場等のプラントにおいて、本体側から測定モジュール
に電気的に絶縁して電力を供給する絶縁電源装置が使用される場合が多い。このような絶
縁電源装置を用いる機器の例としては、測定モジュールに設けられる信号入力端子に、本
体側にて使用される電圧よりも高い電圧の信号が入力される機器等が挙げられる。
【０００３】
さらに具体的な機器の例としては、本体側と本体側から電気的に絶縁されている測定モ
ジュールが分離可能な測定器（オシロスコープや電力計等）が挙げられる。本体側には、
ハードディスクやメモリ等の測定波形を記憶する記憶部、信号処理や演算、制御を行うＣ
ＰＵ、演算結果や測定結果を表示する表示部、測定結果を印刷するプリンタ等が設けられ
る。また、測定モジュールには、被測定物に電気的に接触するプローブ、被測定信号を処
理する信号処理部などが設けられる。
【０００４】
測定モジュールに入力される被測定信号には、設計を超える過大な信号電圧または電流
が入力される場合がある。このため、本体側と測定モジュールが電気的に絶縁されていな
いと、この過大入力により本体側の回路が破壊されてしまう場合がある。また、測定モジ
ュールの回路を駆動するためには、本体側から電力の供給を受けられるようにするか、測
定モジュールごとに電源が必要となる。このような絶縁電源装置の構成例について説明す
る。
【０００５】
図６は、従来例に係る絶縁電源装置１０の内部構成例を示す回路図である。図６に示す
絶縁電源装置１０によれば、直流電圧源（Ｅ）から所望の交流電圧を発生する場合に、降
圧型のＤＣ電圧変換部２、交流電圧発生部３及び制御信号生成部４を備えて構成される。
ＤＣ電圧変換部２は、スイッチ素子Ｑ１、ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１及び静電
容量Ｃ１を有している。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１はそのドレインが直流電圧発生部２１の正極（＋）に接続され、その
ソースがチョークコイルＬ１の一端に接続される。そのゲートはコントロールドライバ８
に接続される。スイッチ素子Ｑ１とチョークコイルＬ１との接続点にはダイオードＤ１の
カソードが接続される。静電容量Ｃ１の正極はチョークコイルＬ１の他端に接続されると
共に、トランスＴ１３の中点タップａ”に接続される。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に
はｎ型の電界効果トランジスタが使用される。
【０００７】
スイッチ素子Ｑ２のドレインは、トランスＴ１の一次巻線Ｗ１の一端（以下ｃ”点いう
）に接続され、スイッチ素子Ｑ３のドレインは、トランスＴ１の一次巻線Ｗ１の他端（以
下ｂ”点いう）に接続される。上述のダイオードＤ１のアノード、静電容量Ｃ１の負極及
び、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の両ソースは直流電圧発生部２１の負極（−：ＧＮＤ）に接
続される。スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の各々のゲートはコントロールドライバ８に接続され
る。
【０００８】
トランスＴ１の二次巻線Ｗ２には制御信号生成部４が接続される。制御信号生成部４は
、交流振幅検出部５、誤差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９を有している。
交流振幅検出部５は、トランスＴ１３の二次巻線Ｗ２に接続される。交流振幅検出部５は
誤差増幅部６が接続される。誤差増幅部には光電結合部７及び基準電圧発生部９が接続さ
れる。光電結合部７はコントロールドライバ８及びＧＮＤに接続される。これらにより絶
縁電源装置１０を構成する。
【０００９】
このように構成された絶縁電源装置１０の動作例について説明する。図７は絶縁電源装
置１０の動作例を示す波形図である。図６に示した絶縁電源装置１０によれば、降圧型の
ＤＣ電圧変換部２から交流電圧発生部３に交流電圧発生用の直流電圧が出力される。ＤＣ
電圧変換部２では、スイッチ素子Ｑ１がコントロールドライバ８によってオン・オフ制御
され、トランスＴ１３の中点タップａ”には、静電容量Ｃ１から直流電圧（正極）が入力
される。
【００１０】
まず、ＤＣ電圧変換部２では、コントロールドライバ８がフィードバック制御信号Ｓ６
’に応じたデューティ比により、スイッチ素子Ｑ１をゲート制御する。このゲート制御に
より、スイッチ素子Ｑ１がオン・オフ（開閉）動作し、直流電圧発生部２１からの直流電
圧を断続したパルス電圧をチョークコイルＬ１へ入力する。入力されたパルス電圧は、チ
ョークコイルＬ１とダイオードＤ１及び静電容量Ｃ１により構成される平滑回路により、
所望の直流電圧へ平滑される。トランスＴ１３の一次巻線Ｗ１には、ＤＣ電圧変換部２か
ら出力される直流電圧がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオン・オフして得られるパルス電圧が
入力される。
【００１１】
次に、交流電圧発生部３では、スイッチ素子Ｑ２及びＱ３がそれぞれ排他的なタイミン
グでオン・オフ動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換するようになる。このス
イッチ素子Ｑ２及びＱ３のオン・オフ動作によって、トランスＴ１３の一次巻線Ｗ１で各
々相補する巻線を交互に通電し、トランスＴ１３の巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規定され
る交流電圧を二次巻線Ｗ２の側に誘導する。
【００１２】
このとき、トランスＴ１３の中点タップａ”には、ＤＣ電圧変換部２から供給される正
極の直流電圧が入力される。図７に示す中点タップａ”（以下ａ”点という）を中心に、
ｂ”点とｃ”点とが、図７に示す接地電位０Ｖ（→ＦＧ：Frame Grand）〜ａ”点電位×
２倍の間で、振幅動作を繰り返すようになる。すなわち、交流電圧は、絶縁電源装置１０
としての安定電位であるＦＧを基準に本来必要な電圧の２倍のスケールで振幅動作する。
【００１３】
また、制御信号生成部４では、発生した交流電圧の振幅が検出され、交流振幅検出信号
Ｓ５に基づく電圧レベルと基準電圧ＶREFとの偏差を増幅し、絶縁したフィードバック制
御信号Ｓ６’をＤＣ電圧変換部２へ伝達し、フィードバックループを構成する。このとき
、交流振幅検出部５では、トランスＴ１３の二次巻線Ｗ２に誘導された交流電圧の振幅が
検出され、交流振幅検出信号Ｓ５が誤差増幅部６に出力される。
【００１４】
誤差増幅部６では、交流振幅検出信号Ｓ５に基づく電圧レベルと、予め設定された基準
電圧ＶREFとの差分が検出されて、当該差分の電圧が制御信号Ｓ６に変換される。制御信
号Ｓ６は光電結合部７を介して二次巻線Ｗ２に対し絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ
６’に変換される。コントロールドライバ８は、フィードバック制御信号Ｓ６’に基づい
てスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２及びＱ３をオン・オフするので、直流電圧発生部２１から供給
される直流電圧を所望の交流電圧に変換できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１０２１７３号公報（第４頁 図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来例に係る絶縁電源装置１０によれば、次のような問題がある。
ｉ．特許文献１に見られるような絶縁電源装置１０によれば、高精度の電圧調整能力、
高速レスポンス（負荷要求対応）、及び、低ノイズ性が電源品位として問われる場合が多
い。電源ノイズに関しては、絶縁電源装置１０が測定モジュールの絶縁電源装置として使
用される場合は、測定確度に影響し、また、外部へ漏出するノイズの対策も別途必要とな
る。
【００１７】
ii．特に、絶縁電源供給システムにおいて、二重絶縁を実現する手段として、送電側の
トランスで交流電圧を出力し、受電側のトランスにて直流電圧に戻す構成とする場合、矩
形波の交流電圧を電送する電源線が長く引き回される傾向にある。
【００１８】
この電源線の引き回しによって、測定モジュール各部へのコモンモードノイズの影響が
発生する。このコモンモードノイズを低減するために、電源線に機械的・電気的なシール
ドを施したり、カップリングコンデンサや、ノイズフィルタ等を追加したり等の対策を採
らなくてはならない。これにより、装置全体のサイズアップやコストアップ、漏洩電流の
増加等の弊害を伴うという問題がある。
【００１９】
そこで、この発明は上述した課題を解決したものであって、直流−交流用の電圧変換部
のトランス一次巻線の矩形波電圧の接地電位を基準にした振幅をほぼ１／２に圧縮すると
共に、その二次巻線より後段に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できる
ようにした絶縁電源装置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】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁電源装置は、直流電圧から複数の所望の
直流電圧を発生する絶縁電源装置において、正極及び負極を有した直流電圧源から出力さ
れる電圧を変換して交流電圧発生用の直流電圧を出力する直流−直流用の電圧変換部と、
一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けられ
たトランスを有し、前記電圧変換部から入力した直流電圧を交流電圧に変換して前記二次
巻線に誘導する直流−交流用の電圧変換部とを備え、前記トランスの一次巻線の中点タッ
プが前記直流電圧源の負極に接続されて接地電位に固定されることを特徴とするものであ
る。
【００２１】
本発明に係る絶縁電源装置によれば、直流−直流用の電圧変換部は、正極及び負極を有
した直流電圧源から出力される電圧を変換して交流電圧発生用の直流電圧を出力する。例
えば、直流−直流用の電圧変換部は、直流電圧源から出力される電圧を変換して当該直流
電圧の極性を反転した交流電圧発生用の直流電圧を出力する。直流−交流用の電圧変換部
は、一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設け
られたトランスを有している。直流−交流用の電圧変換部は、直流−直流用の電圧変換部
から入力した直流電圧を交流電圧に変換して二次巻線に誘導する。これを前提にして、ト
ランスの一次巻線の中点タップが直流電圧源の負極に接続されて接地電位に固定されるの
で、トランスの一次巻線の矩形波電圧の振幅を接地電位＝０Ｖを基準にして正・負極側に
ほぼ１／２に圧縮できるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る絶縁電源装置によれば、直流−交流用の電圧変換部のトランスの一次巻線
の矩形波電圧の振幅が、接地電位＝０Ｖを基準にして正・負極側に１／２に圧縮されるの
で、その二次巻線より後段に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できるよ
うになる。しかも、絶縁電源装置のＦＧ電位（接地電位＝０Ｖ）を基準としたので、絶縁
電源供給システムにおいて、各種測定器等に直流電圧を安定して供給できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施形態としての絶縁電源供給システム１の構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施例に係る絶縁電源装置１０１の内部構成例を示す回路図である。
【図３】絶縁電源装置１０１の動作例を示す波形図である。
【図４】第２の実施例に係る絶縁電源装置１０２の内部構成例を示す回路図である。
【図５】絶縁電源装置１０２の動作例を示す波形図である。
【図６】従来例に係る絶縁電源装置１０の内部構成例を示す回路図である。
【図７】絶縁電源装置１０の動作例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る絶縁電源装置について説明を
する。図１に示す絶縁電源供給システム１は、本発明に係る絶縁電源装置１０１を備え、
直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を負荷回路毎に分配し、分配された交流電圧
を所望の直流電圧に変換して当該負荷回路毎に供給するものである。絶縁電源供給システ
ム１は、例えば、３つの測定モジュールＭ１〜Ｍ３に電力を共有する場合に、絶縁電源装
置１０１及び複数の基礎絶縁電源４１，５１，６１を有して構成される。
【００２５】
絶縁電源装置１０１は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するため
に、制御信号生成部４、直流−直流用の電圧変換部（以下ＤＣ電圧変換部２０という）及
び直流−交流用の電圧変換部（以下交流電圧発生部３０という）を有して構成される。
【００２６】
ＤＣ電圧変換部２０は、コントロールドライバ８、直流電圧発生部２１及びＤＣ／ＤＣ
コンバータ２２を有して構成される。直流電圧発生部２１はＤＣ／ＤＣコンバータ２２の
入力に接続され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力は、ＤＣ／ＡＣインバータ３１の
入力に接続される。コントロールドライバ８の信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続
される。
【００２７】
交流電圧発生部３０は、ＤＣ／ＡＣインバータ３１及びトランスＴ１１を有して構成さ
れる。ＤＣ／ＡＣインバータ３１の出力は、トランスＴ１１の一次巻線Ｗ１に接続される
。トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２は制御信号生成部４及び３つの測定モジュールＭ１〜Ｍ
３に接続される。制御信号生成部４は、例えば、交流振幅検出部５、誤差増幅部６、光電
結合部７及び基準電圧発生部９を有して構成される。
【００２８】
交流振幅検出部５は入力が二次巻線Ｗ２に接続され、出力が誤差増幅部６に接続される
。誤差増幅部６の出力は光電結合部７に接続される。光電結合部７は発光素子及び受光素
子を有して構成される。光電結合部７の受光素子はコントロールドライバ８に接続される
。
【００２９】
上述のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２には制御信号生成部４の他に、複数の測定モジュ
ールＭ１〜Ｍ３が接続される。この例で、各々の測定モジュールＭ１〜Ｍ３に対応して基
礎絶縁電源４１，５１，６１が設けられる。基礎絶縁電源４１，５１，６１は交流−直流
用の電圧変換部の一例を構成する。例えば、基礎絶縁電源４１は、トランスＴ１及び整流
平滑回路４２を有して測定モジュールＭ１に設けられる。
【００３０】
トランスＴ１の一次巻線ｗ１は絶縁電源装置１０１のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２に
接続される。トランスＴ１の二次巻線ｗ２は整流平滑回路４２に接続され、この整流平滑
回路４２には、負荷回路４３が接続される。基礎絶縁電源５１及び６１についても、基礎
絶縁電源４１と同様な構成と機能を成すのでその説明を省略する。図中の（１）、（２）
は、それぞれ基礎絶縁構造を有し、システム全体で、それぞれの測定モジュールＭ１〜Ｍ
３間及び直流電圧発生部との間に二重絶縁構造を成している。
【００３１】
このように絶縁電源供給システム１が構成され、絶縁電源装置１０１から分配される交
流電圧を所望の直流電圧に変換して負荷回路４３，５３，６３毎に直流電圧を供給する。
例えば、測定モジュールＭ１において、整流平滑回路４２は、トランスＴ１の二次巻線ｗ
２に誘導された交流電圧を整流して直流電圧を負荷回路４３に供給する。
【実施例１】
【００３２】
次に、図２を参照して、第１の実施例に係る絶縁電源装置１０１のＤＣ電圧変換部２０
及び交流電圧発生部３０の内部構成例について説明する。この例では、交流電圧発生部３
０が、ＦＧ電位＝０Ｖに対して、従来方式のような正電圧に替わり、負電圧で動作する点
に最大の特徴を有している。
【００３３】
図２に示すＤＣ電圧変換部２０は、直流電圧発生部２１、第１のスイッチ素子Ｑ１１、
チョークコイルＬ１１、ダイオードＤ１１、静電容量Ｃ１１及びコントロールドライバ８
を有して構成される。
【００３４】
直流電圧発生部２１はスイッチ素子Ｑ１１に接続される。この例では、スイッチ素子Ｑ
１１には、ｎ型の電界効果トランジスタが使用される。スイッチ素子Ｑ１１のドレインは
直流電圧発生部２１の正極に接続され、そのソースはチョークコイルＬ１１の一端に接続
され、そのゲートはコントロールドライバ８に接続される。
【００３５】
チョークコイルＬ１１の他端は、直流電圧発生部２１の負極に接続される。直流電圧発
生部２１の負極は接地電位０Ｖに固定され、ＦＧ電位を基準とするようになされる。チョ
ークコイルＬ１１の一端にはスイッチ素子Ｑ１１の他にダイオードＤ１１が接続される。
ダイオードＤ１１のカソードはスイッチ素子Ｑ１１とチョークコイルとの接続点に接続さ
れる。ダイオードＤ１１のアノードは静電容量Ｃ１１の負極に接続される。静電容量Ｃ１
１の正極は直流電圧発生部２１の負極に接続される。
【００３６】
上述のスイッチ素子Ｑ１１のゲートはコントロールドライバ８に接続される。静電容量
Ｃ１１及びダイオードＤ１１を接続した接続点ｐは交流電圧発生部３０に接続される。交
流電圧発生部３０は、第２のスイッチ素子Ｑ２１、第３のスイッチ素子Ｑ３１及びトラン
スＴ１１を有して構成される。
【００３７】
この例では、スイッチ素子Ｑ２１，Ｑ３１には、ｎ型の電界効果トランジスタが使用さ
れる。トランスＴ１１には、一次巻線Ｗ１に中点タップａ（以下ａ点ともいう）が設けら
れる。一次巻線Ｗ１は中点タップａのＦＧ電位を中心に相補するように動作する。トラン
スＴ１１には、二次巻線Ｗ２にも中点タップｄが設けられ、一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２
との間には相補する巻線毎に巻数比Ｎ１：Ｎ２が設定されている。
【００３８】
スイッチ素子Ｑ２１，Ｑ３１のソースは接続点ｐに接続され、スイッチ素子Ｑ２１のド
レインがトランスＴ１１の一次巻線Ｗ１のｃ点に接続され、そのゲートは、コントロール
ドライバ８に接続される。スイッチ素子Ｑ３１のドレインは、トランスＴ１１の一次巻線
Ｗ１の他端（以下ｂ点という）に接続され、そのゲートもコントロールドライバ８に接続
される。
【００３９】
トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２の中点タップｄは制御信号生成部４に接続される。中点
タップｄは例えば、誤差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９のコモンライン（
中性線：ＣＯＭ）に接続される。誤差増幅部６の出力は光電結合部７の発光素子の一端に
接続され、その他端がコモンラインＣＯＭに接続される。光電結合部７の受光素子の一端
は、接続点ｐに接続され、その他端がコントロールドライバ８に接続される。
【００４０】
このように絶縁電源装置１０１が構成され、コントロールドライバ８は、フィードバッ
ク制御信号Ｓ６’に基づいてスイッチ素子Ｑ１１をオン・オフし、ＤＣ電圧変換部２０の
出力電圧を制御する。この制御によって、トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２の一端ｅ及びそ
の他端ｆに誘導される交流電圧（ＡＣ出力）が複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に配分
される。
【００４１】
続いて、図３を参照して、第１の実施例としての絶縁電源装置１０１の動作例について
、絶縁電源装置１０１の動作例を説明する。図３に示す横軸は時間ｔであり、縦軸は、一
次巻線Ｗ１の交流電圧の振幅（ＡＣ電圧）である。この例でコントロールドライバ８は、
スイッチ素子Ｑ２１及びＱ３１を所定の周期で交互にオン・オフするように制御する。
【００４２】
この絶縁電源装置１０１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、コントロールドライ
バ８のスイッチ制御を受けて、直流電圧発生部２１から出力される直流電圧を交流電圧発
生用の直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を交流電圧発生部３０へ出力するように動作
する。交流電圧発生部３０は、ＤＣ電圧変換部２０から入力した直流電圧を交流電圧に変
換し、当該交流電圧をトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２に誘導するように動作する。
【００４３】
制御信号生成部４は、二次巻線Ｗ２から絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ６’を生
成する。この信号は、ＤＣ電圧変換部２０へ伝達され、所望の交流電圧へ調整するために
コントロールドライバ８がＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する際に必要となる。このフ
ィードバック制御信号Ｓ６’を生成するために、交流振幅検出部５は交流電圧発生部３０
から出力される交流電圧の振幅を検出して交流振幅検出信号Ｓ５を発生する。交流振幅検
出信号Ｓ５は、トランスＴ１１の二次巻線に誘導される交流電圧の振幅情報である。
【００４４】
誤差増幅部６は、例えば、交流振幅検出信号Ｓ５に基づく電圧レベルと、予め設定され
た基準電圧ＶREFとの差分を検出して、当該差分の電圧を制御信号Ｓ６に変換する。制御
信号Ｓ６は光電結合部７によって一次巻線Ｗ１の側に対して絶縁される。
【００４５】
光電結合部７では、発光素子によって制御信号Ｓ６が光に変換される。受光素子は光に
変換された制御信号Ｓ６を受光して電気信号（絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ６’
）に変換する。コントロールドライバ８は、当該フィードバック制御信号Ｓ６’に基づい
てＤＣ電圧変換部２０の出力を制御するようになる。
【００４６】
図２に示したＤＣ電圧変換部２０では、コントロールドライバ８がフィードバック制御
信号Ｓ６’に応じたデューティ比により、スイッチ素子Ｑ１１をゲート制御する。このゲ
ート制御により、スイッチ素子Ｑ１１がオン・オフ（開閉）動作し、直流電圧発生部２１
からの直流電圧を断続したパルス電圧をチョークコイルＬ１１へ入力する。この動作にお
いては、従来方式が絶縁電源装置１０を有する降圧型コンバータであったが、本発明では
、これを極性反転型としたことを特徴としている。
【００４７】
図３に示すｂ点電位はａ点電位＝０Ｖ（→ＦＧ：Frame Grand）を基準にして、スイッ
チ素子Ｑ３１がオンし、スイッチ素子Ｑ２１がオフすることで、正電位から負電位に反転
すると共に、ｃ点電位は負電位から正電位に反転する。次に、スイッチ素子Ｑ３１がオフ
し、スイッチ素子Ｑ２１がオンすることで、ｂ点電位は負電位から正電位に反転すると共
に、ｃ点電位は正電位から負電位に反転する。このようにａ点電位＝０Ｖを基準にして、
交互にｂ点電位及びｃ点電位が正電位から負電位へ変化する交流電圧であって、トランス
Ｔ１１の一次巻線Ｗ１から巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規定される交流電圧が二次巻線Ｗ
２の側に誘導される。
【００４８】
図３に示したトランスＴ１１の一次巻線Ｗ１の電圧波形例からも明らかなように、ＦＧ
電位を基準に、ＤＣ電圧変換部２０の出力電圧のスケールで正極側／負極側に振幅動作し
ており、改善前の電圧波形例と比較して１／２の電位変動に抑制されていることがわかる
。即ち、コモンモードノイズに対して最大１／２の改善効果が得られることになる。
【００４９】
従って、本発明に係る絶縁電源装置１０１を備えた絶縁電源供給システム１において、
交流電圧発生部３０のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２より後段、すなわち、測定モジュー
ルＭ１〜Ｍ３等に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できるようになる。
【００５０】
なお、初段のＤＣ電圧変換部２０については、ダイオードＤ１１を用いたダイオード整
流方式の場合について説明したが、これに限られることはなく、このダイオード整流方式
に代えて、スイッチ素子を備えた同期整流方式としても良い。
【実施例２】
【００５１】
続いて、図４を参照して、第２の実施例に係る絶縁電源装置１０２を説明する。この例
では、従来方式の降圧型のコンバータのようにＤＣ電圧変換部２３を構成し、交流電圧発
生部３２の第２のスイッチ素子Ｑ２２及び第３のスイッチ素子Ｑ３２をトランスＴ１２の
一次巻線Ｗ１の高電位側に置き換えたものである。トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１におけ
る中点タップａ’は、第１の実施例と同様にして当該絶縁電源供給システム１の安定電位
であるＦＧ電位に接続される。
【００５２】
図４に示す絶縁電源装置１０２は降圧型のコンバータを構成し、制御信号生成部４、Ｄ
Ｃ電圧変換部２３及び交流電圧発生部３２を有して構成される。ＤＣ電圧変換部２３は、
直流電圧発生部２１、第１のスイッチ素子Ｑ１２、チョークコイルＬ１２、ダイオードＤ
１２、静電容量Ｃ１２及びコントロールドライバ８を有して構成される。
【００５３】
スイッチ素子Ｑ１２はそのドレインが直流電圧発生部２１の正極に接続され、そのソー
スがチョークコイルＬ１２の一端に接続される。そのゲートはコントロールドライバ８に
接続されてオン・オフ制御される。スイッチ素子Ｑ１２とチョークコイルＬ１２との接続
点には、ダイオードＤ１２のカソードが接続される。
【００５４】
静電容量Ｃ１２の正極はチョークコイルＬ１２の他端に接続される。ダイオードＤ１２
のアノード、静電容量Ｃ１２の負極及びトランスＴ１２の中点タップａ’は直流電圧発生
部２１の負極に接続される。チョークコイルＬ１２の他端は、交流電圧発生部３２に接続
される。ここで、チョークコイルＬ１２と静電容量Ｃ１２と接続した点を接続点ｑとする
。
【００５５】
交流電圧発生部３２は、スイッチ素子Ｑ２２、スイッチ素子Ｑ３２及びトランスＴ１２
を有して構成される。トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１は中点タップａ’のＦＧ電位を中心
に相補する。スイッチ素子Ｑ２２は、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の一端（以下ｃ’点
いう）に、スイッチ素子Ｑ３２は一次巻線Ｗ１の他端（以下ｂ’点いう）に接続される。
スイッチ素子Ｑ２２，Ｑ３２のドレインは接続点ｑに接続され、そのゲートがコントロー
ルドライバ８に接続される。
【００５６】
この例でも、トランスＴ１２の二次巻線Ｗ２の中点タップｄ’は制御信号生成部４の誤
差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９のコモンラインに接続される。誤差増幅
部６の出力は光電結合部７の発光素子の一端に接続され、その他端がコモンラインに接続
される。光電結合部７の受光素子の一端は、接続点ｐに接続され、その他端は、第１の実
施例と同様にして、コントロールドライバ８に接続される。
【００５７】
このように絶縁電源装置１０２が構成され、コントロールドライバ８は、フィードバッ
ク制御信号Ｓ６’に基づいてスイッチ素子Ｑ１２をオン・オフし、ＤＣ電圧変換部２３の
出力電圧を制御する。この制御によって、トランスＴ１２の二次巻線Ｗ２の一端ｅ’及び
その他端ｆ’に誘導される交流電圧（ＡＣ出力）が複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に
配分される。
【００５８】
続いて、図５を参照して、絶縁電源装置１０２の動作例を説明する。図５に示す横軸は
時間ｔであり、縦軸は、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の交流電圧の振幅である。この例
でコントロールドライバ８は、スイッチ素子Ｑ２２及びＱ３２を交互にオン・オフするよ
うに制御する。
【００５９】
ｂ’点電位はａ’点電位＝０Ｖ（ＦＧ）を基準にして、スイッチ素子Ｑ３２がオンし、
スイッチ素子Ｑ２２がオフすることで、負電位から正電位に反転すると共に、ｃ’点電位
は正電位から負電位に反転する。次に、スイッチ素子Ｑ３２がオフし、スイッチ素子Ｑ２
２がオンすることで、ｂ’点電位は正電位から負電位に反転すると共に、ｃ’点電位は負
電位から正電位に反転する。
【００６０】
このようにａ’点電位＝０Ｖを基準にして、交互にｂ’点電位及びｃ’点電位が変化す
る交流電圧であって、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１から巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規
定される交流電圧が二次巻線Ｗ２に誘導される。二次巻線Ｗ２に誘導された交流電圧は、
第１の実施例と同様にして複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に配分される。
【００６１】
このように、第２に実施例に係る絶縁電源装置１０２によれば、トランスＴ１２の一次
巻線Ｗ１の中点タップａ’が直流電圧発生部２１の負極に接続されて接地電位０Ｖに固定
されるので、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の矩形波電圧の振幅を接地電位＝０Ｖを基準
にして正・負極側に１／２に圧縮できるようになる。
【００６２】
従って、本発明に係る絶縁電源装置１０２を備えた絶縁電源供給システム１において、
交流電圧発生部３２のトランスＴ１２の二次巻線Ｗ２より後段に与えるコモンモードノイ
ズを従来方式に比べて低減できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電
圧を各々の測定モジュール毎に分配し、各測定モジュールで交流電圧を所望の直流電圧に
変換して負荷回路に供給する絶縁電源供給システムに適用して極めて好適である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 絶縁電源供給システム
４ 制御信号生成部
５ 交流振幅検出部
６ 誤差増幅部
７ 光電結合部
８ コントロールドライバ（スイッチ制御部）
９ 基準電圧発生部
２０ ＤＣ電圧変換部（直流−直流用の電圧変換部）
２１，２３ 直流電圧発生部
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０，３２ 交流電圧発生部（直流−交流用の電圧変換部）
３１ ＤＣ／ＡＣインバータ
４１，５１，６１ 基礎絶縁電源
４２，５２，６２ 整流平滑回路
１０１，１０２ 絶縁電源装置
Ｔ１１，Ｔ１２ トランス
Ｌ１１，Ｌ１２ チョークコイル
Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード
Ｃ１１，Ｃ１２ 静電容量
Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ１２，Ｑ２２，Ｑ３２ スイッチ素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電
圧を各々の測定モジュール毎に分配し、各測定モジュールで交流電圧を所望の直流電圧に
変換して負荷回路に供給する絶縁電源供給システムに適用して好適な絶縁電源装置に関す
るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気や、機械、化学工場等のプラントにおいて、本体側から測定モジュール
に電気的に絶縁して電力を供給する絶縁電源装置が使用される場合が多い。このような絶
縁電源装置を用いる機器の例としては、測定モジュールに設けられる信号入力端子に、本
体側にて使用される電圧よりも高い電圧の信号が入力される機器等が挙げられる。
【０００３】
さらに具体的な機器の例としては、本体側と本体側から電気的に絶縁されている測定モ
ジュールが分離可能な測定器（オシロスコープや電力計等）が挙げられる。本体側には、
ハードディスクやメモリ等の測定波形を記憶する記憶部、信号処理や演算、制御を行うＣ
ＰＵ、演算結果や測定結果を表示する表示部、測定結果を印刷するプリンタ等が設けられ
る。また、測定モジュールには、被測定物に電気的に接触するプローブ、被測定信号を処
理する信号処理部などが設けられる。
【０００４】
測定モジュールに入力される被測定信号には、設計を超える過大な信号電圧または電流
が入力される場合がある。このため、本体側と測定モジュールが電気的に絶縁されていな
いと、この過大入力により本体側の回路が破壊されてしまう場合がある。また、測定モジ
ュールの回路を駆動するためには、本体側から電力の供給を受けられるようにするか、測
定モジュールごとに電源が必要となる。このような絶縁電源装置の構成例について説明す
る。
【０００５】
図６は、従来例に係る絶縁電源装置１０の内部構成例を示す回路図である。図６に示す
絶縁電源装置１０によれば、直流電圧源（Ｅ）から所望の交流電圧を発生する場合に、降
圧型のＤＣ電圧変換部２、交流電圧発生部３及び制御信号生成部４を備えて構成される。
ＤＣ電圧変換部２は、スイッチ素子Ｑ１、ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１及び静電
容量Ｃ１を有している。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１はそのドレインが直流電圧発生部２１の正極（＋）に接続され、その
ソースがチョークコイルＬ１の一端に接続される。そのゲートはコントロールドライバ８
に接続される。スイッチ素子Ｑ１とチョークコイルＬ１との接続点にはダイオードＤ１の
カソードが接続される。静電容量Ｃ１の正極はチョークコイルＬ１の他端に接続されると
共に、トランスＴ１３の中点タップａ”に接続される。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に
はｎ型の電界効果トランジスタが使用される。
【０００７】
スイッチ素子Ｑ２のドレインは、トランスＴ１の一次巻線Ｗ１の一端（以下ｃ”点いう
）に接続され、スイッチ素子Ｑ３のドレインは、トランスＴ１の一次巻線Ｗ１の他端（以
下ｂ”点いう）に接続される。上述のダイオードＤ１のアノード、静電容量Ｃ１の負極及
び、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の両ソースは直流電圧発生部２１の負極（−：ＧＮＤ）に接
続される。スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の各々のゲートはコントロールドライバ８に接続され
る。
【０００８】
トランスＴ１の二次巻線Ｗ２には制御信号生成部４が接続される。制御信号生成部４は
、交流振幅検出部５、誤差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９を有している。
交流振幅検出部５は、トランスＴ１３の二次巻線Ｗ２に接続される。交流振幅検出部５は
誤差増幅部６が接続される。誤差増幅部には光電結合部７及び基準電圧発生部９が接続さ
れる。光電結合部７はコントロールドライバ８及びＧＮＤに接続される。これらにより絶
縁電源装置１０を構成する。
【０００９】
このように構成された絶縁電源装置１０の動作例について説明する。図７は絶縁電源装
置１０の動作例を示す波形図である。図６に示した絶縁電源装置１０によれば、降圧型の
ＤＣ電圧変換部２から交流電圧発生部３に交流電圧発生用の直流電圧が出力される。ＤＣ
電圧変換部２では、スイッチ素子Ｑ１がコントロールドライバ８によってオン・オフ制御
され、トランスＴ１３の中点タップａ”には、静電容量Ｃ１から直流電圧（正極）が入力
される。
【００１０】
まず、ＤＣ電圧変換部２では、コントロールドライバ８がフィードバック制御信号Ｓ６
’に応じたデューティ比により、スイッチ素子Ｑ１をゲート制御する。このゲート制御に
より、スイッチ素子Ｑ１がオン・オフ（開閉）動作し、直流電圧発生部２１からの直流電
圧を断続したパルス電圧をチョークコイルＬ１へ入力する。入力されたパルス電圧は、チ
ョークコイルＬ１とダイオードＤ１及び静電容量Ｃ１により構成される平滑回路により、
所望の直流電圧へ平滑される。トランスＴ１３の一次巻線Ｗ１には、ＤＣ電圧変換部２か
ら出力される直流電圧がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオン・オフして得られるパルス電圧が
入力される。
【００１１】
次に、交流電圧発生部３では、スイッチ素子Ｑ２及びＱ３がそれぞれ排他的なタイミン
グでオン・オフ動作することにより、直流電圧を交流電圧に変換するようになる。このス
イッチ素子Ｑ２及びＱ３のオン・オフ動作によって、トランスＴ１３の一次巻線Ｗ１で各
々相補する巻線を交互に通電し、トランスＴ１３の巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規定され
る交流電圧を二次巻線Ｗ２の側に誘導する。
【００１２】
このとき、トランスＴ１３の中点タップａ”には、ＤＣ電圧変換部２から供給される正
極の直流電圧が入力される。図７に示す中点タップａ”（以下ａ”点という）を中心に、
ｂ”点とｃ”点とが、図７に示す接地電位０Ｖ（→ＦＧ：Frame Grand）〜ａ”点電位×
２倍の間で、振幅動作を繰り返すようになる。すなわち、交流電圧は、絶縁電源装置１０
としての安定電位であるＦＧを基準に本来必要な電圧の２倍のスケールで振幅動作する。
【００１３】
また、制御信号生成部４では、発生した交流電圧の振幅が検出され、交流振幅検出信号
Ｓ５に基づく電圧レベルと基準電圧ＶREFとの偏差を増幅し、絶縁したフィードバック制
御信号Ｓ６’をＤＣ電圧変換部２へ伝達し、フィードバックループを構成する。このとき
、交流振幅検出部５では、トランスＴ１３の二次巻線Ｗ２に誘導された交流電圧の振幅が
検出され、交流振幅検出信号Ｓ５が誤差増幅部６に出力される。
【００１４】
誤差増幅部６では、交流振幅検出信号Ｓ５に基づく電圧レベルと、予め設定された基準
電圧ＶREFとの差分が検出されて、当該差分の電圧が制御信号Ｓ６に変換される。制御信
号Ｓ６は光電結合部７を介して二次巻線Ｗ２に対し絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ
６’に変換される。コントロールドライバ８は、フィードバック制御信号Ｓ６’に基づい
てスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２及びＱ３をオン・オフするので、直流電圧発生部２１から供給
される直流電圧を所望の交流電圧に変換できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−１０２１７３号公報（第４頁 図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、従来例に係る絶縁電源装置１０によれば、次のような問題がある。
ｉ．特許文献１に見られるような絶縁電源装置１０によれば、高精度の電圧調整能力、
高速レスポンス（負荷要求対応）、及び、低ノイズ性が電源品位として問われる場合が多
い。電源ノイズに関しては、絶縁電源装置１０が測定モジュールの絶縁電源装置として使
用される場合は、測定確度に影響し、また、外部へ漏出するノイズの対策も別途必要とな
る。
【００１７】
ii．特に、絶縁電源供給システムにおいて、二重絶縁を実現する手段として、送電側の
トランスで交流電圧を出力し、受電側のトランスにて直流電圧に戻す構成とする場合、矩
形波の交流電圧を電送する電源線が長く引き回される傾向にある。
【００１８】
この電源線の引き回しによって、測定モジュール各部へのコモンモードノイズの影響が
発生する。このコモンモードノイズを低減するために、電源線に機械的・電気的なシール
ドを施したり、カップリングコンデンサや、ノイズフィルタ等を追加したり等の対策を採
らなくてはならない。これにより、装置全体のサイズアップやコストアップ、漏洩電流の
増加等の弊害を伴うという問題がある。
【００１９】
そこで、この発明は上述した課題を解決したものであって、直流−交流用の電圧変換部
のトランス一次巻線の矩形波電圧の接地電位を基準にした振幅をほぼ１／２に圧縮すると
共に、その二次巻線より後段に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できる
ようにした絶縁電源装置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】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁電源装置は、直流電圧から複数の所望の
直流電圧を発生する絶縁電源装置において、正極及び負極を有した直流電圧源から出力さ
れる電圧を変換して交流電圧発生用の直流電圧を出力する直流−直流用の電圧変換部と、
一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けられ
たトランスを有し、前記電圧変換部から入力した直流電圧を交流電圧に変換して前記二次
巻線に誘導する直流−交流用の電圧変換部とを備え、前記トランスの一次巻線の中点タッ
プが前記直流電圧源の負極に接続されて接地電位に固定されることを特徴とするものであ
る。
【００２１】
本発明に係る絶縁電源装置によれば、直流−直流用の電圧変換部は、正極及び負極を有
した直流電圧源から出力される電圧を変換して交流電圧発生用の直流電圧を出力する。例
えば、直流−直流用の電圧変換部は、直流電圧源から出力される電圧を変換して当該直流
電圧の極性を反転した交流電圧発生用の直流電圧を出力する。直流−交流用の電圧変換部
は、一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設け
られたトランスを有している。直流−交流用の電圧変換部は、直流−直流用の電圧変換部
から入力した直流電圧を交流電圧に変換して二次巻線に誘導する。これを前提にして、ト
ランスの一次巻線の中点タップが直流電圧源の負極に接続されて接地電位に固定されるの
で、トランスの一次巻線の矩形波電圧の振幅を接地電位＝０Ｖを基準にして正・負極側に
ほぼ１／２に圧縮できるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る絶縁電源装置によれば、直流−交流用の電圧変換部のトランスの一次巻線
の矩形波電圧の振幅が、接地電位＝０Ｖを基準にして正・負極側に１／２に圧縮されるの
で、その二次巻線より後段に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できるよ
うになる。しかも、絶縁電源装置のＦＧ電位（接地電位＝０Ｖ）を基準としたので、絶縁
電源供給システムにおいて、各種測定器等に直流電圧を安定して供給できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実施形態としての絶縁電源供給システム１の構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施例に係る絶縁電源装置１０１の内部構成例を示す回路図である。
【図３】絶縁電源装置１０１の動作例を示す波形図である。
【図４】第２の実施例に係る絶縁電源装置１０２の内部構成例を示す回路図である。
【図５】絶縁電源装置１０２の動作例を示す波形図である。
【図６】従来例に係る絶縁電源装置１０の内部構成例を示す回路図である。
【図７】絶縁電源装置１０の動作例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る絶縁電源装置について説明を
する。図１に示す絶縁電源供給システム１は、本発明に係る絶縁電源装置１０１を備え、
直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を負荷回路毎に分配し、分配された交流電圧
を所望の直流電圧に変換して当該負荷回路毎に供給するものである。絶縁電源供給システ
ム１は、例えば、３つの測定モジュールＭ１〜Ｍ３に電力を共有する場合に、絶縁電源装
置１０１及び複数の基礎絶縁電源４１，５１，６１を有して構成される。
【００２５】
絶縁電源装置１０１は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するため
に、制御信号生成部４、直流−直流用の電圧変換部（以下ＤＣ電圧変換部２０という）及
び直流−交流用の電圧変換部（以下交流電圧発生部３０という）を有して構成される。
【００２６】
ＤＣ電圧変換部２０は、コントロールドライバ８、直流電圧発生部２１及びＤＣ／ＤＣ
コンバータ２２を有して構成される。直流電圧発生部２１はＤＣ／ＤＣコンバータ２２の
入力に接続され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力は、ＤＣ／ＡＣインバータ３１の
入力に接続される。コントロールドライバ８の信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続
される。
【００２７】
交流電圧発生部３０は、ＤＣ／ＡＣインバータ３１及びトランスＴ１１を有して構成さ
れる。ＤＣ／ＡＣインバータ３１の出力は、トランスＴ１１の一次巻線Ｗ１に接続される
。トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２は制御信号生成部４及び３つの測定モジュールＭ１〜Ｍ
３に接続される。制御信号生成部４は、例えば、交流振幅検出部５、誤差増幅部６、光電
結合部７及び基準電圧発生部９を有して構成される。
【００２８】
交流振幅検出部５は入力が二次巻線Ｗ２に接続され、出力が誤差増幅部６に接続される
。誤差増幅部６の出力は光電結合部７に接続される。光電結合部７は発光素子及び受光素
子を有して構成される。光電結合部７の受光素子はコントロールドライバ８に接続される
。
【００２９】
上述のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２には制御信号生成部４の他に、複数の測定モジュ
ールＭ１〜Ｍ３が接続される。この例で、各々の測定モジュールＭ１〜Ｍ３に対応して基
礎絶縁電源４１，５１，６１が設けられる。基礎絶縁電源４１，５１，６１は交流−直流
用の電圧変換部の一例を構成する。例えば、基礎絶縁電源４１は、トランスＴ１及び整流
平滑回路４２を有して測定モジュールＭ１に設けられる。
【００３０】
トランスＴ１の一次巻線ｗ１は絶縁電源装置１０１のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２に
接続される。トランスＴ１の二次巻線ｗ２は整流平滑回路４２に接続され、この整流平滑
回路４２には、負荷回路４３が接続される。基礎絶縁電源５１及び６１についても、基礎
絶縁電源４１と同様な構成と機能を成すのでその説明を省略する。図中の（１）、（２）
は、それぞれ基礎絶縁構造を有し、システム全体で、それぞれの測定モジュールＭ１〜Ｍ
３間及び直流電圧発生部との間に二重絶縁構造を成している。
【００３１】
このように絶縁電源供給システム１が構成され、絶縁電源装置１０１から分配される交
流電圧を所望の直流電圧に変換して負荷回路４３，５３，６３毎に直流電圧を供給する。
例えば、測定モジュールＭ１において、整流平滑回路４２は、トランスＴ１の二次巻線ｗ
２に誘導された交流電圧を整流して直流電圧を負荷回路４３に供給する。
【実施例１】
【００３２】
次に、図２を参照して、第１の実施例に係る絶縁電源装置１０１のＤＣ電圧変換部２０
及び交流電圧発生部３０の内部構成例について説明する。この例では、交流電圧発生部３
０が、ＦＧ電位＝０Ｖに対して、従来方式のような正電圧に替わり、負電圧で動作する点
に最大の特徴を有している。
【００３３】
図２に示すＤＣ電圧変換部２０は、直流電圧発生部２１、第１のスイッチ素子Ｑ１１、
チョークコイルＬ１１、ダイオードＤ１１、静電容量Ｃ１１及びコントロールドライバ８
を有して構成される。
【００３４】
直流電圧発生部２１はスイッチ素子Ｑ１１に接続される。この例では、スイッチ素子Ｑ
１１には、ｎ型の電界効果トランジスタが使用される。スイッチ素子Ｑ１１のドレインは
直流電圧発生部２１の正極に接続され、そのソースはチョークコイルＬ１１の一端に接続
され、そのゲートはコントロールドライバ８に接続される。
【００３５】
チョークコイルＬ１１の他端は、直流電圧発生部２１の負極に接続される。直流電圧発
生部２１の負極は接地電位０Ｖに固定され、ＦＧ電位を基準とするようになされる。チョ
ークコイルＬ１１の一端にはスイッチ素子Ｑ１１の他にダイオードＤ１１が接続される。
ダイオードＤ１１のカソードはスイッチ素子Ｑ１１とチョークコイルとの接続点に接続さ
れる。ダイオードＤ１１のアノードは静電容量Ｃ１１の負極に接続される。静電容量Ｃ１
１の正極は直流電圧発生部２１の負極に接続される。
【００３６】
上述のスイッチ素子Ｑ１１のゲートはコントロールドライバ８に接続される。静電容量
Ｃ１１及びダイオードＤ１１を接続した接続点ｐは交流電圧発生部３０に接続される。交
流電圧発生部３０は、第２のスイッチ素子Ｑ２１、第３のスイッチ素子Ｑ３１及びトラン
スＴ１１を有して構成される。
【００３７】
この例では、スイッチ素子Ｑ２１，Ｑ３１には、ｎ型の電界効果トランジスタが使用さ
れる。トランスＴ１１には、一次巻線Ｗ１に中点タップａ（以下ａ点ともいう）が設けら
れる。一次巻線Ｗ１は中点タップａのＦＧ電位を中心に相補するように動作する。トラン
スＴ１１には、二次巻線Ｗ２にも中点タップｄが設けられ、一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２
との間には相補する巻線毎に巻数比Ｎ１：Ｎ２が設定されている。
【００３８】
スイッチ素子Ｑ２１，Ｑ３１のソースは接続点ｐに接続され、スイッチ素子Ｑ２１のド
レインがトランスＴ１１の一次巻線Ｗ１のｃ点に接続され、そのゲートは、コントロール
ドライバ８に接続される。スイッチ素子Ｑ３１のドレインは、トランスＴ１１の一次巻線
Ｗ１の他端（以下ｂ点という）に接続され、そのゲートもコントロールドライバ８に接続
される。
【００３９】
トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２の中点タップｄは制御信号生成部４に接続される。中点
タップｄは例えば、誤差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９のコモンライン（
中性線：ＣＯＭ）に接続される。誤差増幅部６の出力は光電結合部７の発光素子の一端に
接続され、その他端がコモンラインＣＯＭに接続される。光電結合部７の受光素子の一端
は、接続点ｐに接続され、その他端がコントロールドライバ８に接続される。
【００４０】
このように絶縁電源装置１０１が構成され、コントロールドライバ８は、フィードバッ
ク制御信号Ｓ６’に基づいてスイッチ素子Ｑ１１をオン・オフし、ＤＣ電圧変換部２０の
出力電圧を制御する。この制御によって、トランスＴ１１の二次巻線Ｗ２の一端ｅ及びそ
の他端ｆに誘導される交流電圧（ＡＣ出力）が複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に配分
される。
【００４１】
続いて、図３を参照して、第１の実施例としての絶縁電源装置１０１の動作例について
、絶縁電源装置１０１の動作例を説明する。図３に示す横軸は時間ｔであり、縦軸は、一
次巻線Ｗ１の交流電圧の振幅（ＡＣ電圧）である。この例でコントロールドライバ８は、
スイッチ素子Ｑ２１及びＱ３１を所定の周期で交互にオン・オフするように制御する。
【００４２】
この絶縁電源装置１０１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、コントロールドライ
バ８のスイッチ制御を受けて、直流電圧発生部２１から出力される直流電圧を交流電圧発
生用の直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を交流電圧発生部３０へ出力するように動作
する。交流電圧発生部３０は、ＤＣ電圧変換部２０から入力した直流電圧を交流電圧に変
換し、当該交流電圧をトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２に誘導するように動作する。
【００４３】
制御信号生成部４は、二次巻線Ｗ２から絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ６’を生
成する。この信号は、ＤＣ電圧変換部２０へ伝達され、所望の交流電圧へ調整するために
コントロールドライバ８がＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する際に必要となる。このフ
ィードバック制御信号Ｓ６’を生成するために、交流振幅検出部５は交流電圧発生部３０
から出力される交流電圧の振幅を検出して交流振幅検出信号Ｓ５を発生する。交流振幅検
出信号Ｓ５は、トランスＴ１１の二次巻線に誘導される交流電圧の振幅情報である。
【００４４】
誤差増幅部６は、例えば、交流振幅検出信号Ｓ５に基づく電圧レベルと、予め設定され
た基準電圧ＶREFとの差分を検出して、当該差分の電圧を制御信号Ｓ６に変換する。制御
信号Ｓ６は光電結合部７によって一次巻線Ｗ１の側に対して絶縁される。
【００４５】
光電結合部７では、発光素子によって制御信号Ｓ６が光に変換される。受光素子は光に
変換された制御信号Ｓ６を受光して電気信号（絶縁されたフィードバック制御信号Ｓ６’
）に変換する。コントロールドライバ８は、当該フィードバック制御信号Ｓ６’に基づい
てＤＣ電圧変換部２０の出力を制御するようになる。
【００４６】
図２に示したＤＣ電圧変換部２０では、コントロールドライバ８がフィードバック制御
信号Ｓ６’に応じたデューティ比により、スイッチ素子Ｑ１１をゲート制御する。このゲ
ート制御により、スイッチ素子Ｑ１１がオン・オフ（開閉）動作し、直流電圧発生部２１
からの直流電圧を断続したパルス電圧をチョークコイルＬ１１へ入力する。この動作にお
いては、従来方式が絶縁電源装置１０を有する降圧型コンバータであったが、本発明では
、これを極性反転型としたことを特徴としている。
【００４７】
図３に示すｂ点電位はａ点電位＝０Ｖ（→ＦＧ：Frame Grand）を基準にして、スイッ
チ素子Ｑ３１がオンし、スイッチ素子Ｑ２１がオフすることで、正電位から負電位に反転
すると共に、ｃ点電位は負電位から正電位に反転する。次に、スイッチ素子Ｑ３１がオフ
し、スイッチ素子Ｑ２１がオンすることで、ｂ点電位は負電位から正電位に反転すると共
に、ｃ点電位は正電位から負電位に反転する。このようにａ点電位＝０Ｖを基準にして、
交互にｂ点電位及びｃ点電位が正電位から負電位へ変化する交流電圧であって、トランス
Ｔ１１の一次巻線Ｗ１から巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規定される交流電圧が二次巻線Ｗ
２の側に誘導される。
【００４８】
図３に示したトランスＴ１１の一次巻線Ｗ１の電圧波形例からも明らかなように、ＦＧ
電位を基準に、ＤＣ電圧変換部２０の出力電圧のスケールで正極側／負極側に振幅動作し
ており、改善前の電圧波形例と比較して１／２の電位変動に抑制されていることがわかる
。即ち、コモンモードノイズに対して最大１／２の改善効果が得られることになる。
【００４９】
従って、本発明に係る絶縁電源装置１０１を備えた絶縁電源供給システム１において、
交流電圧発生部３０のトランスＴ１１の二次巻線Ｗ２より後段、すなわち、測定モジュー
ルＭ１〜Ｍ３等に与えるコモンモードノイズを従来方式に比べて低減できるようになる。
【００５０】
なお、初段のＤＣ電圧変換部２０については、ダイオードＤ１１を用いたダイオード整
流方式の場合について説明したが、これに限られることはなく、このダイオード整流方式
に代えて、スイッチ素子を備えた同期整流方式としても良い。
【実施例２】
【００５１】
続いて、図４を参照して、第２の実施例に係る絶縁電源装置１０２を説明する。この例
では、従来方式の降圧型のコンバータのようにＤＣ電圧変換部２３を構成し、交流電圧発
生部３２の第２のスイッチ素子Ｑ２２及び第３のスイッチ素子Ｑ３２をトランスＴ１２の
一次巻線Ｗ１の高電位側に置き換えたものである。トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１におけ
る中点タップａ’は、第１の実施例と同様にして当該絶縁電源供給システム１の安定電位
であるＦＧ電位に接続される。
【００５２】
図４に示す絶縁電源装置１０２は降圧型のコンバータを構成し、制御信号生成部４、Ｄ
Ｃ電圧変換部２３及び交流電圧発生部３２を有して構成される。ＤＣ電圧変換部２３は、
直流電圧発生部２１、第１のスイッチ素子Ｑ１２、チョークコイルＬ１２、ダイオードＤ
１２、静電容量Ｃ１２及びコントロールドライバ８を有して構成される。
【００５３】
スイッチ素子Ｑ１２はそのドレインが直流電圧発生部２１の正極に接続され、そのソー
スがチョークコイルＬ１２の一端に接続される。そのゲートはコントロールドライバ８に
接続されてオン・オフ制御される。スイッチ素子Ｑ１２とチョークコイルＬ１２との接続
点には、ダイオードＤ１２のカソードが接続される。
【００５４】
静電容量Ｃ１２の正極はチョークコイルＬ１２の他端に接続される。ダイオードＤ１２
のアノード、静電容量Ｃ１２の負極及びトランスＴ１２の中点タップａ’は直流電圧発生
部２１の負極に接続される。チョークコイルＬ１２の他端は、交流電圧発生部３２に接続
される。ここで、チョークコイルＬ１２と静電容量Ｃ１２と接続した点を接続点ｑとする
。
【００５５】
交流電圧発生部３２は、スイッチ素子Ｑ２２、スイッチ素子Ｑ３２及びトランスＴ１２
を有して構成される。トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１は中点タップａ’のＦＧ電位を中心
に相補する。スイッチ素子Ｑ２２は、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の一端（以下ｃ’点
いう）に、スイッチ素子Ｑ３２は一次巻線Ｗ１の他端（以下ｂ’点いう）に接続される。
スイッチ素子Ｑ２２，Ｑ３２のドレインは接続点ｑに接続され、そのゲートがコントロー
ルドライバ８に接続される。
【００５６】
この例でも、トランスＴ１２の二次巻線Ｗ２の中点タップｄ’は制御信号生成部４の誤
差増幅部６、光電結合部７及び基準電圧発生部９のコモンラインに接続される。誤差増幅
部６の出力は光電結合部７の発光素子の一端に接続され、その他端がコモンラインに接続
される。光電結合部７の受光素子の一端は、接続点ｐに接続され、その他端は、第１の実
施例と同様にして、コントロールドライバ８に接続される。
【００５７】
このように絶縁電源装置１０２が構成され、コントロールドライバ８は、フィードバッ
ク制御信号Ｓ６’に基づいてスイッチ素子Ｑ１２をオン・オフし、ＤＣ電圧変換部２３の
出力電圧を制御する。この制御によって、トランスＴ１２の二次巻線Ｗ２の一端ｅ’及び
その他端ｆ’に誘導される交流電圧（ＡＣ出力）が複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に
配分される。
【００５８】
続いて、図５を参照して、絶縁電源装置１０２の動作例を説明する。図５に示す横軸は
時間ｔであり、縦軸は、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の交流電圧の振幅である。この例
でコントロールドライバ８は、スイッチ素子Ｑ２２及びＱ３２を交互にオン・オフするよ
うに制御する。
【００５９】
ｂ’点電位はａ’点電位＝０Ｖ（ＦＧ）を基準にして、スイッチ素子Ｑ３２がオンし、
スイッチ素子Ｑ２２がオフすることで、負電位から正電位に反転すると共に、ｃ’点電位
は正電位から負電位に反転する。次に、スイッチ素子Ｑ３２がオフし、スイッチ素子Ｑ２
２がオンすることで、ｂ’点電位は正電位から負電位に反転すると共に、ｃ’点電位は負
電位から正電位に反転する。
【００６０】
このようにａ’点電位＝０Ｖを基準にして、交互にｂ’点電位及びｃ’点電位が変化す
る交流電圧であって、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１から巻数比（Ｎ２×２）／Ｎ１で規
定される交流電圧が二次巻線Ｗ２に誘導される。二次巻線Ｗ２に誘導された交流電圧は、
第１の実施例と同様にして複数の測定モジュールＭ１〜Ｍ３等に配分される。
【００６１】
このように、第２に実施例に係る絶縁電源装置１０２によれば、トランスＴ１２の一次
巻線Ｗ１の中点タップａ’が直流電圧発生部２１の負極に接続されて接地電位０Ｖに固定
されるので、トランスＴ１２の一次巻線Ｗ１の矩形波電圧の振幅を接地電位＝０Ｖを基準
にして正・負極側に１／２に圧縮できるようになる。
【００６２】
従って、本発明に係る絶縁電源装置１０２を備えた絶縁電源供給システム１において、
交流電圧発生部３２のトランスＴ１２の二次巻線Ｗ２より後段に与えるコモンモードノイ
ズを従来方式に比べて低減できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、直流電圧源から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電
圧を各々の測定モジュール毎に分配し、各測定モジュールで交流電圧を所望の直流電圧に
変換して負荷回路に供給する絶縁電源供給システムに適用して極めて好適である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 絶縁電源供給システム
４ 制御信号生成部
５ 交流振幅検出部
６ 誤差増幅部
７ 光電結合部
８ コントロールドライバ（スイッチ制御部）
９ 基準電圧発生部
２０ ＤＣ電圧変換部（直流−直流用の電圧変換部）
２１，２３ 直流電圧発生部
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０，３２ 交流電圧発生部（直流−交流用の電圧変換部）
３１ ＤＣ／ＡＣインバータ
４１，５１，６１ 基礎絶縁電源
４２，５２，６２ 整流平滑回路
１０１，１０２ 絶縁電源装置
Ｔ１１，Ｔ１２ トランス
Ｌ１１，Ｌ１２ チョークコイル
Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード
Ｃ１１，Ｃ１２ 静電容量
Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ１２，Ｑ２２，Ｑ３２ スイッチ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧から複数の所望の直流電圧を発生する絶縁電源装置において、
正極及び負極を有した直流電圧源から出力される電圧を変換して交流電圧発生用の電圧
を出力する直流−直流用の電圧変換部と、
一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けら
れたトランスを有し、前記電圧変換部から入力した電圧を交流電圧に変換して前記二次巻
線に誘導する直流−交流用の電圧変換部とを備え、
前記トランスの一次巻線の中点タップが前記直流電圧源の負極に接続されて接地電位に
固定されることを特徴とする絶縁電源装置。
【請求項２】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
前記直流電圧源から出力される電圧を変換して当該直流電圧の極性を反転した交流電圧
発生用の直流電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【請求項３】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
一端が前記直流電圧源の正極に接続された第１のスイッチ素子と、
一端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記直流電圧源の負極に接続
されたチョークコイルと、
前記第１のスイッチ素子とチョークコイルとの接続点にカソードが接続されたダイオー
ドと、
前記ダイオードのアノードに負極が接続され、正極が前記直流電圧源の負極に接続され
た静電容量と、
前記第１のスイッチ素子をオン・オフ制御するスイッチ制御部とを有し、
前記直流−交流用の電圧変換部は、
前記トランスの一次巻線の一端と、前記ダイオード及び静電容量の接続点との間に接続
された第２のスイッチ素子と、
前記トランスの一次巻線の他端と、前記ダイオード及び静電容量の接続点との間に接続
された第３のスイッチ素子とを有することを特徴とする請求項２に記載の絶縁電源装置。
【請求項４】
前記直流−交流用の電圧変換部から出力される交流電圧を検出し、
検出された前記交流電圧と、設定された基準電圧との差分を検出して、当該差分の電圧
を制御信号に変換し、当該制御信号に基づいて前記直流−直流用の電圧変換部の出力を制
御する信号発生部を備えることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【請求項５】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
一端が前記直流電圧源の正極に接続された第１のスイッチ素子と、
一端が前記スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記直流−交流用の電圧変換部に接
続されたチョークコイルと、
前記第１のスイッチ素子とチョークコイルとの接続点にカソードが接続されたダイオー
ドと、
前記ダイオードのアノードに負極が接続され、正極が前記チョークコイルの他端に接続
された静電容量と、
前記第１のスイッチ素子をオン・オフ制御するスイッチ制御部とを有し、
前記直流−交流用の電圧変換部は、
前記トランスの一次巻線の一端と、前記チョークコイル及び静電容量の接続点との間に
接続された第２のスイッチ素子と、
前記トランスの一次巻線の他端と、前記チョークコイル及び静電容量の接続点との間に
接続された第３のスイッチ素子とを有し、
前記ダイオードのアノード及び静電容量の負極とが前記直流電圧源の負極に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【請求項１】
直流電圧から複数の所望の直流電圧を発生する絶縁電源装置において、
正極及び負極を有した直流電圧源から出力される電圧を変換して交流電圧発生用の電圧
を出力する直流−直流用の電圧変換部と、
一次巻線に中点タップが設けられ、一次巻線と二次巻線との間に所定の巻数比が設けら
れたトランスを有し、前記電圧変換部から入力した電圧を交流電圧に変換して前記二次巻
線に誘導する直流−交流用の電圧変換部とを備え、
前記トランスの一次巻線の中点タップが前記直流電圧源の負極に接続されて接地電位に
固定されることを特徴とする絶縁電源装置。
【請求項２】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
前記直流電圧源から出力される電圧を変換して当該直流電圧の極性を反転した交流電圧
発生用の直流電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【請求項３】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
一端が前記直流電圧源の正極に接続された第１のスイッチ素子と、
一端が前記第１のスイッチ素子の他端に接続され、他端が前記直流電圧源の負極に接続
されたチョークコイルと、
前記第１のスイッチ素子とチョークコイルとの接続点にカソードが接続されたダイオー
ドと、
前記ダイオードのアノードに負極が接続され、正極が前記直流電圧源の負極に接続され
た静電容量と、
前記第１のスイッチ素子をオン・オフ制御するスイッチ制御部とを有し、
前記直流−交流用の電圧変換部は、
前記トランスの一次巻線の一端と、前記ダイオード及び静電容量の接続点との間に接続
された第２のスイッチ素子と、
前記トランスの一次巻線の他端と、前記ダイオード及び静電容量の接続点との間に接続
された第３のスイッチ素子とを有することを特徴とする請求項２に記載の絶縁電源装置。
【請求項４】
前記直流−交流用の電圧変換部から出力される交流電圧を検出し、
検出された前記交流電圧と、設定された基準電圧との差分を検出して、当該差分の電圧
を制御信号に変換し、当該制御信号に基づいて前記直流−直流用の電圧変換部の出力を制
御する信号発生部を備えることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【請求項５】
前記直流−直流用の電圧変換部は、
一端が前記直流電圧源の正極に接続された第１のスイッチ素子と、
一端が前記スイッチ素子の他端に接続され、他端が前記直流−交流用の電圧変換部に接
続されたチョークコイルと、
前記第１のスイッチ素子とチョークコイルとの接続点にカソードが接続されたダイオー
ドと、
前記ダイオードのアノードに負極が接続され、正極が前記チョークコイルの他端に接続
された静電容量と、
前記第１のスイッチ素子をオン・オフ制御するスイッチ制御部とを有し、
前記直流−交流用の電圧変換部は、
前記トランスの一次巻線の一端と、前記チョークコイル及び静電容量の接続点との間に
接続された第２のスイッチ素子と、
前記トランスの一次巻線の他端と、前記チョークコイル及び静電容量の接続点との間に
接続された第３のスイッチ素子とを有し、
前記ダイオードのアノード及び静電容量の負極とが前記直流電圧源の負極に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５２２４（Ｐ２０１２−５２２４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７１４６（Ｐ２０１０−１３７１４６）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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