What is an Isolation Amplifier?

アイソレーションアンプとは

アイソレーションアンプとは

アイソレーションアンプとは入力側と出力側が電気的に絶縁されているが、信号は伝えるアンプのことをアイソレーションアンプと言います。 信号は光、磁気、電磁波等で伝わり、グローバルマイクロニクス製は磁気方式です。

アイソレーションアンプのタイプ

アイソレーションアンプは入力部回路と出力部回路と電源部の三つの構成要素でつくられており2ポート・タイプと3ポート・タイプがあります。

更に2ポート・タイプには、入力絶縁と出力絶縁の2種類があり、出力絶縁の場合は電圧出力タイプと電流出力(通常は4mA ~ 20mA)の2種類に分かれます。

アイソレーションアンプのタイプ

アイソレーションアンプの利点

  • 出力側(電源側)から入力側への電流の漏れがないので、感電することがなく安全が確保出来ます。
  • 入力と出力間に高電圧 (1kVACrms ~ 5kVACrms) が存在しても動作するため、高電圧部の信号増幅が可能です。
  • 入力と出力間に極めて大きなノイズがあっても動作するため、同相ノイズの除去が可能です。
  • 電位の異なる信号を処理し、高電圧の混色があっても後段回路の保全が出来ます。
    (長距離信号伝送において,GND 間の電位が存在する場合に,その電位差を無視することが出来ます。)

アイソレーションアンプの利点

グローバルマイクロニクス製アイソレーションアンプの特徴

  • アナログ入力/アナログ出力
  • 全て電源回路を内蔵
  • 独自の高精度の変調/復調回路を内蔵(直線性 0.025%~)
  • 入力範囲: ±5V,±10V
  • 耐圧(アイソレーション電圧): 1kVACrms ~ 5kVACrms
  • 初段回路の OPAMP は、外部で自由に回路構成する事ができる
  • 入力側に別回路を構成できるように,アイソレートされた正負電源出力を用意(+Viso,-Viso)
  • 小型パッケージ入り(シリコンモールド) 或いは 小型モジュール構成

よくある疑問

Q1 アイソレーションアンプの代わりに、信号トランスではダメなのか?

たしかにトランスは入力側と出力側が絶縁されています。しかし、トランスは直流を通しません。このため、直流の信号を必要とする場合は信号トランスでは不可です。尚、交流信号をアイソレーションするのであれば、トランスで良い場合が多々あります。特に帯域が狭い場合は有効です。但し、トランスは次の欠点を持っています。

トランスの欠点

低い周波数まで使えるようにする為には、コイル巻数が多くなり極細線を使用してもトランスが大きくなってしまいます。コイル巻数が増加すると、入出力間の静電容量が大きくなります。この為、静電的につながり、交流的(特に高い周波数)にはアイソレーションできなくなります。

Q2 アイソレーション・アンプを使って,ノイズを取り除きたいが?

入力側の同相ノイズに対しては極めて有効であるが、差動ノイズに対しては全く効果がありません。一般的にノイズといった場合、差動ノイズを指す事が多く、その場合はアイソレーションアンプではなく、フィルター・アンプをご使用ください。

グローバルマイクロニクス製アイソレーションアンプの構成 (入力絶縁の例)

グローバルマイクロニクス㈱製アイソレーションアンプの構成 (入力絶縁の例)

  • 発振回路は50kHz ~ 100kHzの矩形波発振を行い、内部電源と変調/復調用の信号を作っています。
  • 変調回路は入力信号に応じた振幅変調を行っており、復調回路は同期整流で構成されています。

使用回路例

高電圧ラインの機器監視/制御

バッテリー電圧の監視/制御

使用分野

車両

  • 架線電圧、電流の監視、駆動動力系の監視
  • 車両間の制御信号インターフェース

FA

  • 各種センサ、制御機器間のインターフェース
  • 大型電源の制御信号の伝送用途

発電設備

  • 発電部、制御部間のインターフェース
  • 直列接続された各電池セルの端子電圧の監視
  • パワーコンディショナー制御信号の伝送用途

 

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