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技術 接点入力回路

出願人 横河電機株式会社
発明者 前西健志
出願日 2015年6月4日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2015-113808
公開日 2017年1月5日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2017-005290
状態 特許登録済
技術分野 電子的スイッチII プログラマブルコントロ-ラ
主要キーワード 接点入力回路 外部入力電圧 共通電位点 グリッジ 多点入力 接点入力 定電流化 シュミットトリガ回路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年1月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

比較的低消費電流フォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより1次側回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンを図ることができる接点入力回路をする。

解決手段

フォトカプラを介して接点開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、フォトカプラの発光素子直列定電流回路が接続されている。

概要

背景

図4は、従来の接点入力回路の一例を示す回路図である。図4において、外部入力電圧源Vinの両端間には抵抗RaとRbの直列回路が接続され、抵抗Rbと並列フォトカプラPCを構成する発光ダイオードLEDが接続されている。

図5は、図4に示した回路の電圧電流特性例図である。図4に示すフォトカプラPCには、図5の特性線Aに示すような入力電圧Vinに比例した電流Ifが流れる。そして、電流Ifが推奨オン電流の範囲Bに入ることにより、フォトカプラPCはオンになる。

この推奨オン電流の範囲Bに着目すると、たとえばPLCで使われる接点入力モジュールでは、オン電圧範囲として8〜26.4Vなどの比較的広範囲が求められる。

消費電流が比較的大きいフォトカプラの場合には、推奨オン電流の範囲Bも比較的広いことから、8〜26.4Vなどの比較的広範囲のオン電圧に対応できる。

これに対し、比較的低消費電流のフォトカプラの場合には、推奨されるオン電流の範囲Bが比較的狭く、広範囲のオン電圧に対応することは困難になる。

ところで、一般的には、フォトカプラPCを構成するフォトトランジスタシュミットトリガ回路実装されているが、フォトカプラによっては、フォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないものもある。

このようなフォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないフォトカプラPCを部品として用いると、スレッショルド・レベル付近直流電圧印加された場合や立上り(立下り)の遅い入力が入った場合に、オン/オフのタイミングが変動して不安定になり、出力にグリッジが生じてしまうことになる。

図4に示すような従来の回路では、入力電圧Vinに比例した電流IfがフォトカプラPCに流れることにより、外部から立上り(立下り)の遅い信号が入力された場合には、グリッジが発生することは避けられない。

一方で、PLCのI/Oモジュールを用いて多点の接点入力を実現しようとしたとき、最も注意しなければならないことは、発熱である。発熱によって多点化の実現が困難になったり、多点化できたとしても発熱の状況によっては同時にオンできる点数を制限しなければならない場合もある。

特許文献1には、入力モジュールにおける消費電力を最小限に抑え、発熱を削減した接点入力回路を実現する技術が記載されている。

概要

比較的低消費電流のフォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより1次側の回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンをることができる接点入力回路をする。フォトカプラを介して接点開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、フォトカプラの発光素子直列定電流回路が接続されている。

目的

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、比較的低消費電流のフォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより1次側の回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンを図ることができる接点入力回路を実現することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

フォトカプラを介して接点開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、前記フォトカプラの発光素子直列定電流回路が接続されていることを特徴とする接点入力回路。

請求項2

前記定電流回路と直列にスイッチ回路が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の接点入力回路。

請求項3

前記スイッチ回路をオンオフ駆動するためのコンパレータが接続されていることを特徴とする請求項2に記載の接点入力回路。

技術分野

0001

本発明は、接点入力回路に関し、詳しくは、たとえばPLC(プログラマブルロジックコントローラ;Programmable logic controller)の接点入力モジュールカウンタ入力モジュールなどのフィールド機器における接点開閉ステータスを読み込むための接点入力回路の改善に関するものである。

0002

なお、本発明が適用できる装置は、PLCに限るものではなく、PLC以外の装置でも接点入力回路を有する装置であれば、PLCの場合と同様な効果が期待できる。

背景技術

0003

図4は、従来の接点入力回路の一例を示す回路図である。図4において、外部入力電圧源Vinの両端間には抵抗RaとRbの直列回路が接続され、抵抗Rbと並列フォトカプラPCを構成する発光ダイオードLEDが接続されている。

0004

図5は、図4に示した回路の電圧電流特性例図である。図4に示すフォトカプラPCには、図5特性線Aに示すような入力電圧Vinに比例した電流Ifが流れる。そして、電流Ifが推奨オン電流の範囲Bに入ることにより、フォトカプラPCはオンになる。

0005

この推奨オン電流の範囲Bに着目すると、たとえばPLCで使われる接点入力モジュールでは、オン電圧範囲として8〜26.4Vなどの比較的広範囲が求められる。

0006

消費電流が比較的大きいフォトカプラの場合には、推奨オン電流の範囲Bも比較的広いことから、8〜26.4Vなどの比較的広範囲のオン電圧に対応できる。

0007

これに対し、比較的低消費電流のフォトカプラの場合には、推奨されるオン電流の範囲Bが比較的狭く、広範囲のオン電圧に対応することは困難になる。

0008

ところで、一般的には、フォトカプラPCを構成するフォトトランジスタシュミットトリガ回路実装されているが、フォトカプラによっては、フォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないものもある。

0009

このようなフォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないフォトカプラPCを部品として用いると、スレッショルド・レベル付近直流電圧印加された場合や立上り(立下り)の遅い入力が入った場合に、オン/オフのタイミングが変動して不安定になり、出力にグリッジが生じてしまうことになる。

0010

図4に示すような従来の回路では、入力電圧Vinに比例した電流IfがフォトカプラPCに流れることにより、外部から立上り(立下り)の遅い信号が入力された場合には、グリッジが発生することは避けられない。

0011

一方で、PLCのI/Oモジュールを用いて多点の接点入力を実現しようとしたとき、最も注意しなければならないことは、発熱である。発熱によって多点化の実現が困難になったり、多点化できたとしても発熱の状況によっては同時にオンできる点数を制限しなければならない場合もある。

0012

特許文献1には、入力モジュールにおける消費電力を最小限に抑え、発熱を削減した接点入力回路を実現する技術が記載されている。

先行技術

0013

特開 2005−64929号公報

発明が解決しようとする課題

0014

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、比較的低消費電流のフォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより1次側の回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンを図ることができる接点入力回路を実現することにある。

課題を解決するための手段

0015

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
フォトカプラを介して接点の開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、
前記フォトカプラの発光素子直列定電流回路が接続されていることを特徴とする。

0016

請求項2記載の発明は、請求項1に記載の接点入力回路において、
前記定電流回路と直列にスイッチ回路が接続されていることを特徴とする。

0017

請求項3記載の発明は、請求項2に記載の接点入力回路において、
前記スイッチ回路をオンオフ駆動するためのコンパレータが接続されていることを特徴とする。

発明の効果

0018

このような構成によれば、比較的低消費電流でありながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応できる接点入力回路を実現できる。

図面の簡単な説明

0019

本発明に基づく接点入力回路の概要を示すブロック図である。
図1に示した回路の電圧電流特性例図である。
図1の具体的な回路例図である。
従来の接点入力回路の一例を示す回路図である。
図4に示した回路の電圧電流特性例図である。

発明を実施するための最良の形態

0020

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に基づく接点入力回路の概要を示すブロック図であり、図4と共通する部分には同一の符号を付けている。図1において、外部入力電圧源Vinの両端間には、フォトカプラPCを構成する発光ダイオードLEDとスイッチ回路SWと定電流回路CCが直列接続され、これらの直列回路と並列にコンパレータ回路CMPが接続されている。コンパレータ回路CMPはその出力信号でスイッチ回路SWをオンオフ駆動するように接続されている。

0021

図2は、図1に示した回路の電圧電流特性例図である。図2において、太い破線Aは図5に示した従来の回路における電圧電流特性線と同じ電圧電流特性線を示し、細い2本の破線はフォトカプラPCの推奨オン電流の範囲Bを示し、実線CとDはフォトカプラPCの入力電流Ifの変化の状態を示している。

0022

図2から明らかなように、フォトカプラPCの入力電流Ifは、入力電圧Vinを上昇させても所定の推奨オン電流範囲Bに収まるように、定電流回路CCにより定電流化されている。

0023

図1回路構成において、コンパレータ回路CMPは外部入力電圧源Vinの出力電圧監視し、外部入力電圧源Vinの出力電圧があらかじめ設定された所定の電圧に到達するとスイッチ回路SWをオンにする。図1の回路構成により、スイッチ回路SWをオンにする電圧を容易に設定できる。

0024

スイッチ回路SWがオンになるまでフォトカプラPCの一次側に設けられている発光ダイオードLEDには電流が流れることはなく、スイッチ回路SWがオンになることによりフォトカプラPCの一次側の発光ダイオードLEDに電流が流れる。

0025

これらコンパレータ回路CMPとスイッチ回路SWとの組み合わせを導入することにより、フォトカプラPCの入力電流Ifの立上りは、図2の実線Cで示すように破線Aで示した従来回路の特性に比べて急勾配になり、高速化が図れる。

0026

グリッジはフォトカプラPCのスレッショルド・レベル付近で発生することから、図2に示すようにフォトカプラPCの入力電流の立上りを速くすることで、このようなグリッジの発生を低減できる。

0027

図3は、図1の具体的な回路例図である。コンパレータ回路CMPは、抵抗R1〜R3とツェナーダイオードDとトランジスタTr1とで構成されている。

0028

ツェナーダイオードDと抵抗R1は直列接続されて外部入力電圧源Vinの両端に接続され、抵抗R2とR3も直列接続されてツェナーダイオードDと抵抗R1の直列回路とともに外部入力電圧源Vinの両端に並列接続されている。

0029

ツェナーダイオードDのアノードは外部入力電圧源Vinの一端に接続されるとともに共通電位点に接続され、ツェナーダイオードDのカソードは抵抗R1の一端に接続されている。抵抗R1の他端は外部入力電圧源Vinの他端に接続されるとともに直列接続された抵抗R2とR3の一端に接続されている。

0030

トランジスタTr1のベースはツェナーダイオードDのカソードと抵抗R1の一端との接続点に接続され、エミッタは直列接続された抵抗R2とR3の接続点に接続され、コレクタはトランジスタTr2のベースに接続されている。

0031

直列接続された抵抗R2とR3の他端は、ツェナーダイオードDのアノードおよび外部入力電圧源Vinの一端とともに共通電位点に接続されている。

0032

抵抗R1とツェナーダイオードDとでリファレンス電圧Vrefを生成し、このリファレンス電圧VrefとトランジスタTr1のエミッタ電圧Ve1を比較してスイッチ回路SWをオン/オフ駆動する。

0033

トランジスタTr1のエミッタ電圧Ve1は、外部入力電圧Vinを抵抗R2とR3で分圧して生成する。オン電圧はツェナーダイオードDのツェナー電圧を変えるか、直列接続されている抵抗R2とR3の分圧比を変更することで調節する。

0034

スイッチ回路SWは、トランジスタTr2で構成される。このスイッチ回路SWは、前段に設けられているコンパレータ回路CMPの出力信号を受けて、フォトカプラPCの一次側に設けられている発光ダイオードLEDに流れる電流をオン/オフ制御する。

0035

定電流回路CCは、抵抗R1、R5とツェナーダイオードDとトランジスタTr2とで構成されていて、コンパレータ回路CMPのリファレンス電圧回路共用するとともに、スイッチ回路SWを構成するトランジスタTr2も共用している。

0036

トランジスタTr2のコレクタはフォトカプラPCの一次側に設けられている発光ダイオードLEDのカソードに接続され、エミッタは抵抗R5を介して、直列接続された抵抗R2とR3の他端、ツェナーダイオードDのアノードおよび外部入力電圧源Vinの一端とともに共通電位点に接続されている。

0037

フォトカプラPCの一次側に設けられている発光ダイオードLEDのアノードは、抵抗R4を介して、抵抗R1の他端、外部入力電圧源Vinの他端および直列接続された抵抗R2とR3の一端との接続点に接続されている。

0038

コンパレータ回路CMPの出力信号がオンになると、トランジスタTr2のベースに入力される電圧は、リファレンス電圧Vrefとほぼ等しい一定値になる。トランジスタTr2のエミッタ電圧Ve2も一定値になるので、トランジスタTr2のコレクタに流れる電流はVe2/R5の一定値になり、定電流回路として動作することになる。

0039

このような回路構成にすることにより、推奨オン電流の範囲が比較的狭い低消費電流のフォトカプラを使いながらも、比較的広い入力電圧範囲に対応できる接点入力回路を実現できる。

0040

外部から比較的立上りの遅い信号が入力されても、入力電圧が基準の電圧に到達するまでフォトカプラに電流が流れることはなく、フォトカプラの電流入力の立上りが速くなることから、フォトカプラの出力信号に発生するグリッジを抑えることができる。

0041

安定した駆動電源を必要とする比較的高価な集積回路を使用しなくても、トランジスタ等の比較的安価に入手できる個別素子を使って、本発明に基づく接点入力回路を構成するコンパレータ回路CMP、スイッチ回路SWおよび定電流回路CCが実現できることから、別途電源回路を準備する必要がなく、低コスト化が図れる。

0042

本発明に基づく構成は、低消費電流回路であることから多点入力構成も可能であり、熱対策部品を削減できることにより低コスト化が図れる。

0043

なお、フォトカプラを集積回路化するのにあたり、本発明に基づく接点入力回路の構成を組み込み内蔵するようにしてもよい。

0044

以上説明したように、本発明によれば、比較的低消費電流でありながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応できる接点入力回路を実現できる。

0045

Vin外部入力電圧源
CMPコンパレータ回路
PCフォトカプラ
LED発光ダイオード
SWスイッチ回路
CC 定電流回路

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