高い入力インピーダンス（5ＭΩ以上）でDC40V…

Question

高い入力インピーダンス（5ＭΩ以上）でDC40Vくらいの電圧を検出したい

入力インピーダンスが5ＭΩ以上のところに４０Ｖ印加したときＨＩＧＨ、ＬＯＷを検出したいです。ＨＩＧＨ、ＬＯＷの出力部分と入力部分は絶縁されているのが条件です。
宜しくお願いします。

◎──５ＭΩ──　絶縁───●HIGH or LOW
４０Ｖ↑　　　　　│　　│
　　　↓　　　　　│　　│
　　　◎───────　　───

Accepted Answer

毎度ＪＯです。
>>ＨＩＧＨ、ＬＯＷを検出したい
この変化速度はどれほどでしょう、１秒間に1回？　100万回？　変化する速度によって考え方が変わってきます、

回路を絶縁する為には、トランスやフォトカプラなどによって電気的回路を分離しなければなりません、
この分離した回路の1次側をドライブする必要があります、入力インピダンスが低く大きな電流を取り出す事が出来れば、1次側を直接ドライブする事が出来ます、
今回の場合、入力インピダンスが高く、1次側を直接ドライブする事が出来ません、
そこで1次側をドライブする為の（絶縁された）電源が必要になります、

入力回路　　→　　1次側ドライブ回路　　→　　フォトカプラなど　　→　　出力
　　　　　　　　　　　　　　　↑
　　　　　　　　　　　絶縁された電源

この「絶縁された電源」が用意できれば、1次側ドライブ回路は高入力インピダンスの、
CMOS入力のOPアンプやCMOS FETなどで実現出来ます。

Answer

４０Ｖという入力全体が別の電位にあるという
ことでしょうか絶縁する必要がある？どれほどの電圧でしょうか？
その大小によって簡単に差動入力アンプ単独でも可能かもしれません。
どちらにしても電源をどう調達するか？でしょう。
ちょと思ったんだけど４０Vもあれば５Mでも結構電流とれるよね。
MOSで回路組めば高感度なSSRをドライブ出来ないかな？速度も要求されないなら信号源から電源をとっちゃうのもありかな？
と思っただけです。
実際の設計はきちんとプロにお願いします。

Answer

素直に絶縁アンプと思うのですが何故か前出の先生方は触れていませんけれど
定格上使えないのであろうか？
４０Ｖが問題か？　
抵抗分圧で済みそうなのですが
それともやはりコストか？
一発物でなら少々お高くついたとしても試行錯誤する時間を削減出来れば返って安くなると思う
量産市販を考えていらっしゃるなら必ずしも当てはまらないでしょうけれど

計測用絶縁アンプユニット
http://www.asahikeiki.co.jp/digipane/transducer/pt_isolationmodule.html
http://www.toyo.co.jp/pcb/zetsuenamp/index.html

絶縁アンプ素子
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/iso122.html
http://www.analog.com/jp/prod/0,,759_783_AD202%2C00.html

Answer

変換効率の高いフォトカプラを選べば，何とか設計できるのでは？

５ＭΩの入力インピーダンスに４０Ｖの電圧が印加されれば，入力電流は８μＡ。駆動側ＩＦ＝１ｍＡで，変換効率１０００％程度のフォトカプラの場合，ＩＦ＝８μＡの変換効率は４０％程度と見込めます。つまりは，２次側に８μＡ×４０％＝３．２μＡ程度の電流流せます。負荷抵抗１ＭΩで，３．２Ｖの電圧になりますので，通常の方法でＨ／Ｌ検出可能と思います。

ただし，この方法はコストは極めて安いと思いますが，温度特性への配慮やフォトカプラの感度選別など，の課題があると思いますので，このままで利用できる場合は限られると思います。

要求される環境条件（温度，雑音ほか），信頼性，動作速度，許容されるコストなどによってほかの方法を比較検討する必要あると思います。

ＪＯさんの回答が真っ当な方法です。１次側の回路ために電源を作らないで何とか済ませたいとの思いで，直接フォトカプラを駆動する場合を試算してみたものです。
４０Ｖの電圧を発生させる側から，電源を借用できれば都合が良いのですが。

高い入力インピーダンスでDC40V電圧を検出する方法