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アイソレーターとは？仕組みや役割、用途を解説！

アイソレーターとは？仕組みや役割、用途を解説！

2023.10.11更新

この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

電子機器において、安全性を保つことを始め、さまざまな場面で「絶縁」は非常に重要な役割を果たしています。そんな絶縁を正しく行うために用いられるのがアイソレーターです。本記事では、アイソレーターの基本的な知識として、機能や種類などを紹介します。

この記事の目次

アイソレーターとは

アイソレーターとは、英語で「絶縁」「隔離」を意味する「isolation」から名づけられた電子部品です。光や磁力などを用いることで、電気的な絶縁を保ちつつも電気エネルギーを伝達できるのが特徴です。パワーエレクトロニクス分野など、高電圧・大電流を扱う製品は数多くありますが、利便性が高い反面、人が触れると非常に危険なため、絶縁性を確保する必要があります。他にも、絶縁を保つことで電気的なメリットは多いことから、さまざまな電気製品にアイソレーターは用いられています。

アイソレーターのもたらす効果と用途

それでは、アイソレーターがどのような役割を果たすのか解説していきましょう。

機器の保護

アイソレーターの最も大きな役割は、機器の保護です。電子機器が不具合を起こした際、通常は流れない電圧・電流の信号がケーブルを通って別の機器に流れ込む可能性があります。受信側の機器は、異常な信号が入ることを想定していないため、機器が破損するだけでなく、漏電や火災などが発生するなど、甚大な被害につながりかねません。

そこで、信号線にアイソレーターを使っておけば、最悪の場合でもアイソレーターが代わりに破損するだけで、周辺機器への悪影響を防げます。特に電源電圧が大きく異なる回路を繋ぐ場合には、アイソレーターが必須といえるでしょう。

信号の回り込み防止

複数の機器を接続して使用する際、GNDが共通だと信号の回り込みが発生し、不具合につながる場合があります。例として、コントローラーに計器が2つ接続されている場合を考えましょう。計器のマイナス側をGNDに接地することは多いですが、GNDが共通になっていると計器間で電流の流れる経路が生まれます。すると、コントローラーと計器の信号線に余計なノイズが入るため、情報が正しく読み取れなくなるのです。

ここで、計器につながる信号線をアイソレーターで絶縁しておけば、信号が回り込む経路が無くなるため、回り込みを防止できます。信号の回り込みによる不具合は発見や後付けでの対策が難しいため、絶縁を徹底することが重要です。

ノイズの低減

アイソレーターはGNDを介した電流の回り込みだけでなく、さまざまなノイズ対策において有効です。例えばケーブル内にコモンモードノイズが流入した場合、アイソレーターを使えばノイズの影響を排除することが可能です。

アイソレーターの種類

続いて、主に使われているアイソレーターの種類を紹介します。

フォトカプラ（光アイソレーター）

フォトカプラは、部品内部にLEDと受光素子を持ち、光によって信号を伝送するアイソレーターです。光の送受信は距離を離した状態で行えるため、簡単かつ確実に絶縁できるのが特徴です。シンプルな構造で、信頼性が高く長寿命、低コストであることから、昔から数多くの用途で使われ続けています。

フォトカプラについてより詳しく知りたい方は「フォトカプラとは？原理や特徴、用途などの基本をわかりやすく解説！」を参照ください。

デジタルアイソレーター

光アイソレーターは安定した性能を持っていますが、発光素子が寿命により劣化することで、正常に動作しなくなる可能性があります。特に長期間の安全性を重要視する用途では、発光素子の劣化が問題となるため、代替として登場したのがデジタルアイソレーターです。デジタルアイソレーターは、光の代わりにコイルやコンデンサを用いて、入力側と出力側の絶縁を行う部品です。絶縁に使う部品によって「インダクティブ（誘導式）」と「キャパシティブ（容量式）」に分類されます。

誘導式はコイルに電流が流れた時に発生する磁界を使い、容量式はコンデンサが直流信号を絶縁し、交流信号のみを伝送する特性を活かして信号を伝送します。どちらも部品の劣化がほとんど生じず、長寿命、かつ高性能な製品が多いことから、フォトカプラでは対応できない用途で用いられています。

一方で、デジタルアイソレーターはデジタル信号のみしか伝送できず、ラインナップが少なく高価というデメリットもあるため、フォトカプラを完全に置き換えるには至っていません。ただ、CMOSを用いた製品が登場し、小型化や高速応答が更に進むなど、デジタルアイソレーターは現在でも進化が進んでいるため、今後も利用の幅は広がっていくと推測されます。

サーキュレーター・ディストリビューターとの違い

最後に、似た機能として紹介されることの多いサーキュレーター・ディストリビューターについて、アイソレーターとの違いを紹介します。

サーキュレーター

サーキュレーターは、3つのポート（端子）において、通信可能な方向が限定された部品のことです。具体的には、ポート1からポート2、ポート2からポート3、ポート3からポート1への通信は導通し、その逆は流れないようになっています。

サーキュレーターは無線通信で、1つのアンテナを使って信号の受信と送信を行うのに使われています。サーキュレーターの1つのポートに終端抵抗を付けると、アイソレーターと同じ動きをすることから、名称が混同される場合が多いです。

ディストリビューター

ディストリビューターは、アイソレーターの絶縁機能に加えて、センサーなどを動かすための電源供給機能も付随した装置のことです。電源入力と信号出力を1本の線で行う2線式の装置に使えるのが特徴で、PLCとセンサーの間などに用いられます。

まとめ

今回は、アイソレーターの機能や役割について、基本的な内容を紹介しました。アイソレーターは、電子回路の絶縁を行う部品のことで、機器の保護やノイズ対策に使われることが多いです。アイソレーターとしてはフォトカプラが有名ですが、より寿命の長いデジタルアイソレーターや、サーキュレーターなどの似た機能を持つ部品も数多くあります。絶縁を行うことによって得られる効果を理解して、適切な製品を選ぶようにしましょう。

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