JPH07264033A - 信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦ以下の電圧でＬＥ
Ｄを駆動させ、ＬＥＤの入力閾値電圧以下の入力電圧で
あっても的確に出力側へ信号伝送を行える信号伝送装置
を提供する。 【構成】 入力電源系１からの入力電気信号を光信号に
変換する第１のＬＥＤ４ｂと、該第１のＬＥＤからの光
信号を出力電気信号に変換して前記入力電源系１と電気
的に絶縁された出力電源系２へ出力する受光素子とを有
する信号伝送装置において、前記入力電源系及び前記出
力電源系と電気的に絶縁された第３の電源系６の出力に
より発光する第２のＬＥＤ５ｂと、前記第２のＬＥＤか
らの光を受光してＬＥＤの入力閾値以上の光起電力を出
力する光起電力素子と、前記光起電力を電源として前記
入力電気信号に基づき前記第１のＬＥＤをドライブする
ＬＥＤドライバ回路３とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力電気信号を一旦光
信号に変換した後に、その光信号を受信部で電気信号に
変換して出力することにより信号伝送を行う信号伝送装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の分野の技術としては、例
えば図３に示すものがあった。図３は、従来の信号伝送
装置の構成を示すブロック図である。同図に示すよう
に、入力電源系１０１と出力電源系１０２との間に、端
子１０１ａ，１０２ａを介してフォトカプラ１０３が接
続されている。このフォトカプラ１０３は、発光素子で
あるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄ
ｅ：光半導体ダイオード）１０３ａと、受光素子のフォ
トトランジスタ１０３ｂとを１つの外囲器１０３ｃに収
納したものである。

【０００３】入力電源系１０１から出力された入力電気
信号ＶINが端子１０１ａを介してＬＥＤ１０３ａへ供給
されると、ＬＥＤ１０３ａは、この入力電気信号ＶINを
光信号に変換し、この光信号がフォトトランジスタ１０
３ｂに照射される。フォトトランジスタ１０３ｂは、受
光した光信号を出力電気信号に変換して端子１０２ａを
介して出力電源系１０２へ送出する。

【０００４】このように、フォトカプラ１０３によって
入力側から出力側へ信号伝送が行われるのであるが、こ
のフォトカプラ１０３による信号伝送は、光による信号
伝送部分を含んでいるので、入力側と出力側とが電気的
に絶縁されるという特徴をもっている。

【０００５】すなわち、入力と出力の電圧系が異なる場
合には、入出力を直接結合すると不都合が生ずるが、フ
ォト・カプラを用いれば異なる電圧系間の信号伝送が容
易に達成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
フォトカプラの入力素子である発光素子には、通常ＬＥ
Ｄが用いられる。これは、発光素子としては他にタング
ステンランプやネオン管など種々のものがあるが、ＬＥ
Ｄは経済性、寿命、応答性等の面で最も優れているから
である。

【０００７】しかしながら、ＬＥＤは、入力閾値電圧Ｖ
Ｆが比較的大きいという欠点がある。この入力閾値電圧
ＶＦは、材質となる半導体の種類と構造等により異なる
が、代表的なＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦは次の通りであ
る。

【０００８】 ＧａＡｓのＬＥＤ ：ＶＦ＝１．０〜１．３Ｖ ＧａＡｌＡｓのＬＥＤ：ＶＦ＝１．２〜１．９Ｖ ＧａＰのＬＥＤ ：ＶＦ＝２．０〜２．６Ｖ すなわち、入力電圧として最低でも１Ｖ以上を必要とし
ており、シリコンダイオード（非発光）の入力閾値電圧
ＶＦ（＝０．３〜０．４Ｖ程度）と比較して非常に大き
い。このため、入力電圧が１Ｖ以下しかない場合、ある
いは入力閾値電圧ＶＦとして１Ｖ以上の値が許容されな
い場合等にはフォトカプラを使用することが不可能であ
った。

【０００９】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、ＬＥＤの入力
閾値電圧ＶＦ以下の電圧でＬＥＤを駆動させることがで
きる信号伝送装置を提供することである。また、その他
の目的は、ＬＥＤの入力閾値電圧以下の入力電圧であっ
ても的確に出力側へ信号伝送を行える信号伝送装置を提
供することである。さらに、その他の目的は、入力閾値
電圧ＶＦとして１Ｖ以上の値が許容されない場合であっ
ても的確に出力側へ信号伝送を行える信号伝送装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、入力電源系からの入力電気信号を
光信号に変換する第１のＬＥＤと、該第１のＬＥＤから
の光信号を出力電気信号に変換して前記入力電源系と電
気的に絶縁された出力電源系へ出力する受光素子とを有
する信号伝送装置において、前記入力電源系及び前記出
力電源系と電気的に絶縁された第３の電源系の出力によ
り発光する第２のＬＥＤと、前記第２のＬＥＤからの光
を受光してＬＥＤの入力閾値電圧以上の光起電力を出力
する光起電力素子と、前記光起電力を電源として前記入
力電気信号に基づき前記第１のＬＥＤをドライブするＬ
ＥＤドライバ回路とを設けたことにある。好ましくは、
前記第３の電源系を前記出力電源系によって構成する。
好ましくは、前記入力電気信号の電圧は、前記第１のＬ
ＥＤの入力閾値電圧よりも小さい値であるようにする。

【００１１】

【作用】上述の如き構成によれば、第２のＬＥＤは第３
の電源系の出力により発光し、光起電力素子はこの第２
のＬＥＤからの光を受光してＬＥＤの入力閾値電圧以上
の光起電力を出力し、ＬＥＤドライバ回路は前記光起電
力を電源として入力電気信号に基づき第１のＬＥＤをド
ライブするので、ＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦ以下の電圧
で第１のＬＥＤを駆動することができ、入力電気信号が
入力閾値電圧ＶＦ以下であっても的確に出力電源系への
信号伝送を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例に係る信号伝送装置
の構成を示すブロック図である。

【００１３】本実施例の信号伝送装置は、電気的に絶縁
された入力電源系１と出力電源系２との間に設けられて
おり、入力電気信号ＶINを出力する入力電源系１の出力
側には、端子１ａ，１ｂを介してＮＰＮトランジスタ３
ａから成るＬＥＤドライバ回路３が接続されている。す
なわち、トランジスタ３ａのベースとエミッタにそれぞ
れ前記端子１ａ，１ｂが接続されている。

【００１４】さらに、トランジスタ３ａのエミッタ側が
信号伝送用のフォトカプラ４に接続され、また該トラン
ジスタ３ａのコレクタ側がＬＥＤドライブ電源生成用の
フォトカプラ５に接続されている。フォトカプラ４は、
外囲器４ａに収納された第１のＬＥＤ４ｂとその受光素
子であるフォトトランジスタ４ｃとから構成され、第１
のＬＥＤ４ｂのカソードが前記トランジスタ３ａのエミ
ッタに接続され、そのアノードが前記フォトカプラ５側
に接続されている。

【００１５】フォトカプラ５は、外囲器５ａに収納され
た発光素子である第２のＬＥＤ５ｂとその受光素子とし
てのフォトダイオードアレイ５ｃとで構成され、第２の
ＬＥＤ５ｂが第３の電源系６の出力側に端子６ａ，６ｂ
を介して接続されている。なお、第３の電源系６は前記
入力電源系１及び前記出力電源系２と電気的に絶縁され
ている。

【００１６】また、フォトダイオードアレイ５ｃは、シ
リコンダイオードを３〜４個以上直列にした構成となっ
ている。これは、シリコンダイオードの光起電力が０．
３〜０．４Ｖであるので、これを３〜４個以上直列に接
続することにより、ＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦ（少なく
とも１Ｖ）以上のＬＥＤドライブ電源を確保するように
している。すなわち、第３の電源系６の出力電圧による
第２のＬＥＤ５ｂからの光をフォトダイオードアレイ５
ｃが受光することにより、ＬＥＤドライバ回路３中のト
ランジスタ３ａのコレクタ側にＬＥＤの入力閾値電圧Ｖ
Ｆ以上（少なくとも１Ｖ以上）のＬＥＤドライブ電源を
与えている。

【００１７】そして、該フォトダイオードアレイ５ｃの
カソードが前記ＬＥＤドライバ回路３中のトランジスタ
３ａのコレクタに接続され、そのアノードが前記フォト
カプラ４中の第１のＬＥＤ４ｂのアノードに接続されて
いる。さらに、フォトカプラ４中のフォトトランジスタ
４ｃが端子２ａ，２ｂを介して前記出力電源系２の入力
側に接続されている。

【００１８】次に動作を説明する。トランジスタ３ａの
ベース・エミッタ間電圧（ベース電流を流すのに必要な
電圧）は０．４〜０．６Ｖ程度であるので、入力電源系
１から端子１ａ，１ｂに、０．４〜０．６Ｖの入力電気
信号ＶINが供給されると、その入力電気信号ＶINに応じ
てトランジスタ３ａが導通制御される。その結果、前記
ＬＥＤドライブ電源（１Ｖ以上）を電源電圧として第１
のＬＥＤ４ｂが駆動し、入力電気信号ＶINに応じた光の
強度で発光する。即ち、第１のＬＥＤ４ｂによって入力
電気信号ＶINが光信号に変換される。

【００１９】第１のＬＥＤ４ｂから発光された光は、フ
ォトトランジスタ４ｃが受光してその光の強度に応じた
電気信号を出力電気信号ＶOUT として出力する。即ち、
フォトトランジスタ４ｃによって前記光信号が出力電気
信号ＶOUT に変換されて、出力電源系２へ送出される。
このようにして入力側から出力側へ信号伝送が行われ
る。

【００２０】従来装置では、入力電気信号ＶINとして
０．４〜０．６Ｖ（ＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦ以下の電
圧）を印加しても、信号伝送用のＬＥＤは発光すること
がなく従って出力電気信号ＶOUT も得られないのに対
し、本実施例では、ＬＥＤの入力閾値電圧ＶＦ以下の電
圧で第１のＬＥＤ４ｂを駆動することができるので、入
力電気信号ＶINが前記入力閾値電圧ＶＦ以下の０．４〜
０．６Ｖであっても的確に出力電源系への信号伝送を行
うことができる。

【００２１】さらに、第２のＬＥＤ５ｂからの光をフォ
トダイオードアレイ５ｃが受光してこのフォトダイオー
ドアレイ５ｃに発生する光起電力を第１のＬＥＤ４ｂの
ドライブ電源としているので、第１のＬＥＤ４ｂを直接
ドライブするよりも、少ない電力で第１のＬＥＤ４ｂを
ドライブすることができる。

【００２２】図２は、本発明の第２実施例に係る信号伝
送装置の構成を示すブロック図である。

【００２３】本実施例が上記第１実施例と異なる点は、
前記第３の電源系６を出力電源系２Ａによって構成する
ことにより該第３の電源系６を省略し、且つフォトダイ
オードアレイ５ｃと並列にコンデンサ７を接続した点で
ある。

【００２４】このように構成しても、上記第１実施例と
同様の作用効果が得られるほか、上記第１実施例の第３
の電源系６を要しないので、装置の小型化を図ることが
できる。さらに、コンデンサ７を設けたので、入力電気
信号ＶINが印加された時に第１のＬＥＤ４ｂに流れる電
流を大きくすることができ、より正確に出力電源系２Ａ
へ信号伝送を行うことができる。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されず種
々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、ＬＥ
Ｄドライバ回路３中のトランジスタ３ａ、及び信号伝送
用フォトカプラをそれぞれ１個ずつ設け、１つの入力電
気信号ＶINの供給を前提とした構成で説明したが、これ
らを複数個設けてマルチ信号伝送を行うようにすること
も可能である。

【００２６】また、ＬＥＤドライバ回路３としてバイポ
ーラトランジスタの例を示したが、これに限定されず、
例えばＦＥＴやサイリスタ等で構成されるものであって
もよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、第２のＬＥＤは第３の電源系の出力により発光し、
光起電力素子はこの第２のＬＥＤからの光を受光してＬ
ＥＤの入力閾値以上の光起電力を出力し、ＬＥＤドライ
バ回路は前記光起電力を電源として入力電気信号に基づ
き第１のＬＥＤをドライブするので、ＬＥＤの入力閾値
電圧ＶＦ以下の電圧（例えば１Ｖ以下）で第１のＬＥＤ
を駆動することができる。これにより、入力電気信号が
入力閾値電圧ＶＦ以下であっても、あるいは入力閾値電
圧ＶＦとして１Ｖ以上の値が許容されない場合であって
も的確に出力電源系への信号伝送を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る信号伝送装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る信号伝送装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】従来の信号伝送装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 入力電源系 ２ 出力電源系 ３ ＬＥＤドライバ回路 ４，５ フォトカプラ ４ｂ 第１のＬＥＤ ４ｃ フォトトランジスタ ５ｂ 第２のＬＥＤ ５ｃ フォトダイオードアレイ ６ 第３の電源系 ７ コンデンサ ２Ａ 出力電源系 ＶIN 入力電気信号 ＶOUT 出力電気信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電源系からの入力電気信号を光信号
   に変換する第１のＬＥＤと、該第１のＬＥＤからの光信
   号を出力電気信号に変換して前記入力電源系と電気的に
   絶縁された出力電源系へ出力する受光素子とを有する信
   号伝送装置において、 前記入力電源系及び前記出力電源系と電気的に絶縁され
   た第３の電源系の出力により発光する第２のＬＥＤと、 前記第２のＬＥＤからの光を受光してＬＥＤの入力閾値
   電圧以上の光起電力を出力する光起電力素子と、 前記光起電力を電源として前記入力電気信号に基づき前
   記第１のＬＥＤをドライブするＬＥＤドライバ回路とを
   設けたことを特徴とする信号伝送装置。
2. 【請求項２】 入力電源系からの入力電気信号を光信号
   に変換する第１のＬＥＤと、該第１のＬＥＤからの光信
   号を出力電気信号に変換して前記入力電源系と電気的に
   絶縁された出力電源系へ出力する受光素子とを有する信
   号伝送装置において、 前記入力電源系及び前記出力電源系と電気的に絶縁され
   た第３の電源系の出力により発光する第２のＬＥＤと、 前記第２のＬＥＤからの光を受光してＬＥＤの入力閾値
   電圧以上の光起電力を出力する光起電力素子と、 前記光起電力を電源として前記入力電気信号に基づき前
   記第１のＬＥＤをドライブするＬＥＤドライバ回路とを
   設け、 前記第３の電源系を前記出力電源系によって構成したこ
   とを特徴とする信号伝送装置。