CN107155351B - 光电耦合器诊断装置 - Google Patents

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Abstract

适当地诊断光电耦合器的寿命。在外部接口(200)设置下述部件而对光电耦合器进行诊断，即：脉冲信号输出部(202)，其输出脉冲信号；脉冲信号输入部(203)，其经由包含光电耦合器的电路而取得由脉冲信号输出部(202)输出的脉冲信号；存储部(205)，其对由脉冲信号输入部(203)输入的脉冲信号的脉冲时间宽度的初始值进行存储；以及光电耦合器寿命诊断部(204)，其基于与在存储部(205)中存储的初始值的比较结果，对光电耦合器的寿命进行诊断。

Description

光电耦合器诊断装置
技术领域
本发明涉及对光电耦合器的寿命进行诊断的光电耦合器诊断装置。
背景技术
在电动机控制装置中，作为将与诸如传感器或继电器之类的外部连接设备之间的输入输出信号向内置于电动机控制装置的处理器进行传送的单元，通常使用光电耦合器。光电耦合器适于一边与外部连接设备的电源系统进行绝缘、一边对输入输出信号进行传送。
在专利文献1中，将由栅极信号发生器生成的PWM(Pulse Width Modulation)信号经由光电耦合器绝缘传送至栅极驱动器，并且由寿命诊断装置基于光电耦合器的输出信号的下降沿的倾斜度而对电流传输比(CTR)进行推定，诊断出光电耦合器达到寿命极限的时期。
专利文献1：日本特开2008－268002号公报
发明内容
在专利文献1记载的寿命诊断装置中，基于光电耦合器输出信号分别达到不同的2个基准电压时的时间差而诊断出光电耦合器的寿命。但是，在PWM信号的速度高的情况下及使用了响应性低的光电耦合器的情况下，有可能光电耦合器的输出信号并未完全下落至“Low(低)”电平，无法对光电耦合器输出信号的下降沿时间进行测定。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种光电耦合器诊断装置，该光电耦合器诊断装置能够利用出于功能安全的目的而在异常诊断中使用的脉冲信号，适当地对光电耦合器的寿命进行诊断。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明所涉及的光电耦合器诊断装置具有：脉冲信号输出部，其输出脉冲信号；脉冲信号输入部，其经由包含光电耦合器的电路而取得由所述脉冲信号输出部输出的所述脉冲信号；脉冲时间宽度测定部，其在所述光电耦合器的时效老化前的初始状态对由所述脉冲信号输入部取得的脉冲信号的脉冲时间宽度的初始值进行计算；存储部，其对所述初始值进行存储；以及光电耦合器寿命诊断部，其使用由所述脉冲信号输入部取得的脉冲信号的脉冲时间宽度和在所述存储部中存储的初始值的比较结果，对所述光电耦合器的寿命进行诊断，所述脉冲时间宽度测定部利用所述脉冲信号输出部连续地产生信号宽度不同的脉冲信号，将输入至所述脉冲信号输入部的脉冲信号的时间宽度达到阈值时的脉冲时间宽度设为所述初始值。
发明的效果
本发明所涉及的光电耦合器诊断装置具有下述效果，即，能够利用出于功能安全的目的而在异常诊断中使用的脉冲信号，适当地对光电耦合器的寿命进行诊断。
附图说明
图1是概略地表示对本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置进行应用的电动机驱动装置的外部输入接口的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置的微型计算机的结构例的图。
图3是表示向具有本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置的外部输入接口连接有外部连接设备和电动机驱动部的例子的图。
图4是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，诊断为外部连接设备异常的情况下的动作时序的图。
图5是在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，对脉冲反馈信号的Hi(高电平)时间宽度进行定义的概略图。
图6是概略地表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，与光电耦合器的时效老化相伴的脉冲反馈信号的电压波形的响应性的推移的图。
图7是说明在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，对光电耦合器时效老化前的初始状态下的脉冲反馈信号的Hi时间宽度进行测定的方法的图。
图8是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器进行的处理的例子的流程图。
图9是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器进行的测定处理的例子的流程图。
图10是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，光电耦合器的CTR特性的一个例子的图。
图11是表示与图10所示的CTR特性对应的存储器映射的例子的图。
图12是表示本发明的实施方式2所涉及的光电耦合器诊断装置中的处理器进行的处理的例子的流程图。
图13是表示某个电动机控制装置中的脉冲输出信号的电压波形和脉冲反馈信号的电压波形的图。
图14是表示其他电动机控制装置中的脉冲输出信号的电压波形和脉冲反馈信号的电压波形的图。
图15是表示在本发明的实施方式3所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器进行的处理的例子的流程图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的光电耦合器诊断装置详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式1.
图1是概略地表示对本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置进行应用的电动机驱动装置的外部输入接口的框图。在图1中，外部输入接口200具有：微型计算机201，其实现对光电耦合器进行诊断的光电耦合器诊断装置；光电耦合器PH1及PH2，它们是诊断对象；以及连接器CON12及CON22，它们用于将外部输入接口200与外部连接设备进行连接。
光电耦合器PH1是用于将信号从外部连接设备向外部输入接口200传递的光电耦合器。光电耦合器PH2是用于输出为了诊断而从外部输入接口200输出的脉冲信号的光电耦合器。
光电耦合器PH1及PH2均具有发光侧元件和受光侧元件。发光侧元件例如是发光二极管。受光侧元件例如是光电晶体管。
光电耦合器PH1及PH2均从受光侧元件将与输入至发光侧元件的脉冲信号对应的脉冲信号输出。光电耦合器PH1及PH2均在发光侧元件和受光侧元件之间以绝缘的方式对脉冲信号进行传送。
电阻器R1的一端与连接器CON12连接，另一端与光电耦合器PH1的发光侧元件连接。电阻器R1是对从连接器CON12经由光电耦合器PH1的发光侧元件及光电耦合器PH2的受光侧元件而朝向连接器CON22流动的电流If进行抑制的电阻。
电阻器R2的一端与光电耦合器PH1的受光侧元件连接，另一端与电源电压Vcc连接。电阻器R2是将电源电压Vcc作为上拉电源的上拉电阻。光电耦合器PH1的受光侧元件通过电阻器R2而被上拉，因此在脉冲信号输入部203取得将向光电耦合器PH1的发光侧元件输入的脉冲反转后的脉冲。
光电耦合器PH2的发光侧元件通过从微型计算机201的脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT而发光。
光电耦合器PH1的受光侧元件将脉冲反馈信号PLS＿FB朝向微型计算机201的脉冲信号输入部203输出。脉冲反馈信号PLS＿FB是从脉冲信号输出部202输出而经由光电耦合器PH2及光电耦合器PH1在脉冲信号输入部203取得的脉冲信号。
微型计算机201具有：脉冲信号输出部202，其生成、输出脉冲信号；脉冲信号输入部203，其取得脉冲信号；光电耦合器寿命诊断部204，其对光电耦合器的寿命进行诊断；脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205，其对脉冲反馈信号宽度的初始状态的值即初始值进行存储；以及脉冲时间宽度测定部206，其对上述初始值进行计算。
微型计算机201定期地对在包含由连接器CON21及CON22连接的外部连接设备100的电路是否没有发生短路或断路进行诊断。为了定期地进行诊断，微型计算机201定期地输出脉冲信号，使脉冲信号经由光电耦合器PH2及PH1而传送至包含外部连接设备100的电路。而且，微型计算机201对是否从包含外部连接设备100的电路反馈、取得了所期望的脉冲信号进行确认。微型计算机201通过进行该确认，从而对在包含外部连接设备100的电路是否没有发生短路或断路进行诊断。
但是，在光电耦合器PH2及PH1伴随时效老化而无法确保所需的电流传输比(CTR：Current Transfer Ratio)特性(下面，记作CTR特性)的情况下，有时无法从包含外部连接设备100的电路向微型计算机201适当地传送所期望的脉冲信号。在该情况下，无法进行包含外部连接设备100的电路的诊断。
因此，在实施方式1中，利用在包含外部连接设备100的电路的诊断中使用的脉冲信号，对光电耦合器PH2及PH1的寿命进行诊断。
(微型计算机的结构例)
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置的微型计算机201的结构例的图。在图2中，本例的微型计算机201具有：存储器21，其对处理所需的程序及数据进行存储；处理器22，其从存储器21读出而执行程序；输入输出端口23，其作为脉冲信号的输入及输出的接口起作用；以及总线24，其将微型计算机201内的各部分相互连接。
存储器21具有对脉冲反馈信号宽度的初始值进行存储的脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。另外，存储器21存储有表示光电耦合器的CTR特性的存储器映射207。并且，存储器21存储有程序208。
处理器22从存储器21读出而执行程序208，由此实现脉冲信号输出部202、脉冲信号输入部203、光电耦合器寿命诊断部204及脉冲时间宽度测定部206各自的功能。
脉冲信号输出部202从存储器21读出在脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205中存储的脉冲反馈信号宽度的初始值，产生脉冲信号，输出该脉冲信号。脉冲信号输出部202定期地输出脉冲信号。
脉冲信号输入部203取得脉冲信号。
光电耦合器寿命诊断部204将由脉冲信号输出部202输出的脉冲信号和由脉冲信号输入部203输入的脉冲信号进行比较，进行光电耦合器PH1及PH2的寿命的诊断。
脉冲时间宽度测定部206在本装置初次接通电源时，对初始值进行计算。脉冲时间宽度测定部206在本装置的电源初次接通时，利用脉冲信号输出部202连续地产生信号宽度不同的脉冲信号，将在脉冲信号输入部203中取得的脉冲信号的时间宽度达到阈值时的脉冲时间宽度设为上述初始值。脉冲时间宽度测定部206使上述初始值存储于脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。
此外，既可以由通用的微处理器实现微型计算机201，也可以由专用的集成电路实现微型计算机201。
(连接例)
图3是表示向具有本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置的外部输入接口200连接有外部连接设备100和电动机驱动部300的例子的图。在将外部连接设备100、外部输入接口200和电动机驱动部300进行了连接的状态下，光电耦合器PH1作为对用于驱动电动机302的控制信号进行传送的电动机控制装置起作用。
外部连接设备100具有：DC(Direct Current)电源101，其输出直流电压；外部开关SW1，其用于设为对由DC电源101输出的直流电压进行供给的状态或不进行供给的状态；连接器CON11，其能够与连接器CON12连接；以及连接器CON21，其能够与连接器CON22连接。将连接器CON11和连接器CON12连接、且将连接器CON21和连接器CON22连接，由此成为外部输入接口200和外部连接设备100电连接的状态。
外部连接设备100构成为，根据外部开关SW1的开闭状态，切换为对从DC电源101供给的电力即直流电压进行供给的状态或者不进行供给的状态。外部开关SW1例如由操作者进行操作。如果外部开关SW1成为接通状态，则外部输入信号DI经由连接器CON11及CON12而输入至外部输入接口200。
电动机驱动部300利用从输出交流电压的AC(Alternating Current)电源301供给的电力而对电动机302进行驱动。电动机驱动部300具有：电源整流用的二极管堆DS，其对三相交流电压进行整流；电源平滑用的电容器C，其对由二极管堆DS整流后的电压的波形进行平滑；以及晶体管模块TRM，其具有多个根据输入的PWM信号而通断的晶体管。
晶体管模块TRM通过从外部输入接口200输入的控制脉冲信号而使多个晶体管成为导通状态或截止状态。晶体管模块TRM通过多个晶体管成为导通状态或截止状态，从而将脉冲时间宽度变化的脉冲信号输出。晶体管模块TRM通过输出脉冲信号，由此对电动机302进行控制。另外，晶体管模块TRM通过从外部输入接口200输入的电动机动力切断信号BP(Break Pulse)而使电动机302停止。
此外，晶体管模块TRM可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)模块或SiC(碳化硅)模块的任意者。
在外部输入接口200和外部连接设备100电连接的状态下，外部输入接口200的脉冲信号输出部202将脉冲输出信号PLS＿OUT输出。由脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT经由光电耦合器PH2、连接器CON21及CON22而向外部连接设备100传送。
在外部输入接口200和外部连接设备100电连接的状态下，外部连接设备100将外部输入信号DI以第1电平即“Hi”或第2电平即“Low”向外部输入接口200进行传送。外部输入信号DI经由连接器CON11及连接器CON12、光电耦合器PH1而被脉冲信号输入部203取得。
此外，在这里作为外部连接设备100的例子，示出了使用外部开关SW1的结构，但也可以是传感器或继电器、其他设备。
图4是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，诊断为外部连接设备100异常的情况下的动作时序的图。图4示出图3中所示的外部开关SW1的开闭状态、脉冲输出信号PLS＿OUT、外部输入信号DI、脉冲反馈信号PLS＿FB及电动机动力切断信号BP的“Hi”电平或“Low”电平的状态。
在图4中，电动机动力切断信号BP为“Low”电平的情况是NBP(Negative BreakPulse)。另外，电动机动力切断信号BP为“Hi”电平的情况是PBP(Positive Break Pulse)。
电动机动力切断信号BP输入至构成晶体管模块TRM的上桥臂及下桥臂。通过电动机动力切断信号BP成为PBP，由此晶体管模块TRM使动作停止。由于晶体管模块TRM的动作的停止，电动机302的动作停止。
脉冲输出信号PLS＿OUT是由脉冲信号输出部202输出的。脉冲信号输出部202以按照安全标准确定出的周期，将脉冲输出信号PLS＿OUT输出。由脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT的“Low”电平的宽度是本装置的处理器22的动作频率fc的倒数即周期TC的数倍。脉冲输出信号PLS＿OUT输入至光电耦合器PH2的发光侧元件。光电耦合器PH2的受光侧元件通过连接器CON22及CON21而与外部连接设备100连接。因此，光电耦合器PH2将脉冲输出信号PLS＿OUT经由光电耦合器PH2而向外部连接设备100进行绝缘传送。在这里，如果将脉冲输出信号PLS＿OUT的Low(低电平)时间宽度设为TPO，将处理器22的动作频率的周期设为TC，则下面的式(1)成立。
【式1】
TPO＝n×TC(n＝1，2，...)…(1)
式(1)中的整数n是由用户的使用环境或电动机控制装置的结构决定的值。整数n被决定为在电动机控制装置的启动时适合的值。整数n在值被决定后，原则上为固定值。
另一方面，关于外部输入信号DI和脉冲反馈信号PLS＿FB，根据外部开关SW1的开闭状态，动作时序是不同的。
首先，针对外部开关SW1为接通状态的情况下的动作时序进行说明。
在外部开关SW1为接通状态的情况下，外部输入信号DI的电平与脉冲输出信号PLS＿OUT同步地变化。
另外，在外部开关SW1为接通状态的情况下，脉冲反馈信号PLS＿FB的电平由于上拉而以相对于脉冲输出信号PLS＿OUT反转的方式变化。
脉冲信号输入部203经由微型计算机201的输入输出端口23而读入脉冲反馈信号PLS＿FB。脉冲信号输入部203对脉冲反馈信号PLS＿FB为“Hi”电平或“Low”电平的哪一种进行识别。光电耦合器寿命诊断部204将由脉冲信号输出部202输出的脉冲信号和由脉冲信号输入部203输入的脉冲信号进行比较。光电耦合器寿命诊断部204通过将脉冲信号彼此进行比较，从而对反馈了所期望的脉冲信号这一情况进行确认。光电耦合器寿命诊断部204通过对反馈了所期望的脉冲信号这一情况进行确认，从而对外部连接设备100是否发生了固接故障进行诊断。固接故障是持续输出保持“Hi”电平不变的信号或保持“Low”电平不变的信号的故障。
接下来，对外部开关SW1为断开状态的情况下的动作时序进行说明。
在外部开关SW1为断开状态的情况下，外部输入信号DI在外部开关SW1断开的定时从“Hi”电平转换为“Low”电平。
另外，在外部开关SW1为断开状态的情况下，脉冲反馈信号PLS＿FB在外部开关SW1成为断开状态的定时从“Low”电平转换为“Hi”电平。
脉冲信号输入部203经由微型计算机201的输入输出端口23而读入脉冲反馈信号PLS＿FB。脉冲信号输入部203对脉冲反馈信号PLS＿FB为“Hi”电平或“Low”电平的哪一种进行识别。光电耦合器寿命诊断部204将由脉冲信号输出部202输出的脉冲信号和由脉冲信号输入部203输入的脉冲信号进行比较。光电耦合器寿命诊断部204判定脉冲反馈信号PLS＿FB的“Hi”电平的连续期间是否超过延迟滤波器的延迟时间Tdelay。
光电耦合器寿命诊断部204在判定为脉冲反馈信号PLS＿FB的“Hi”电平的连续期间超过延迟滤波器的延迟时间Tdelay的情况下，将电动机动力切断信号BP以PBP进行输出。
电动机驱动部300执行被分配给外部输入信号DI的功能。在本发明的实施方式1中，电动机驱动部300在电动机动力切断信号BP为PBP的情况下，将向电动机302的电力的供给切断。
上述的延迟时间Tdelay是为了判别脉冲反馈信号PLS＿FB的状态是下述哪种状态而设置的延迟时间，即，是外部连接设备100正常，由于外部开关SW1断开而成为“Hi”电平的状态，还是由于外部连接设备100异常时的脉冲信号而成为“Hi”电平的状态。延迟时间Tdelay需要设定为比脉冲输出信号PLS＿OUT的Low时间宽度TPO大的值。因此，如果将脉冲输出信号PLS＿OUT的Low时间宽度TPO设定得小，则外部输入信号DI的响应性提高，相反地，如果将Low时间宽度TPO设定得大，则外部输入信号DI的响应性降低。
图5是在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，对脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB进行定义的概略图。图5示出由脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT的电压波形和由脉冲信号输入部203取得的脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形。
脉冲信号输入部203经由微型计算机201的输入输出端口23而读入脉冲反馈信号PLS＿FB。脉冲信号输入部203以某一定的采样周期Ts对脉冲反馈信号PLS＿FB的状态为“Hi”电平或“Low”电平的哪一种进行检测。光电耦合器寿命诊断部204对脉冲反馈信号PLS＿FB为“Hi”状态的总计时间进行检测而作为脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB。由此，脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB是以脉冲反馈信号PLS＿FB的电压电平从Hi输入电压VIH至Low输入电压VIL为止的时间进行定义的。脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB是采样周期Ts的整数倍。如果将脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB由公式表现，则成为式(2)。
【式2】
TFB＝m×TS(m＝1，2，...)…(2)
为了正常地进行外部连接设备100的异常诊断，式(2)中的整数m需要大于或等于1。其原因在于，在整数m＝0的情况下，光电耦合器寿命诊断部204判断为外部连接设备100异常，无法正常地进行异常诊断。如果整数m大于或等于1，则由于与采样周期Ts相等或比采样周期Ts大，因此光电耦合器寿命诊断部204能够正常地进行异常诊断。光电耦合器寿命诊断部204在判断为外部连接设备100异常的情况下，将电动机动力切断信号BP作为PBP进行输出。电动机驱动部300在电动机动力切断信号BP为PBP的情况下，将向电动机302的电力的供给切断。
(光电耦合器的时效老化)
图6是概略地表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，与光电耦合器的时效老化相伴的脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形的响应性的推移的图。图6示出由脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT的电压波形和由脉冲信号输入部203取得的脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形。
在图6中，脉冲反馈信号PLS＿FB的下降沿时间与光电耦合器的时效老化无关，几乎不变化。与此相对，脉冲反馈信号PLS＿FB的上升沿时间伴随光电耦合器的时效老化而增大。
在图6中，就脉冲反馈信号PLS＿FB而言，与初始状态下的上升沿部分的波形400相比，如时效老化后的上升沿部分的波形401、进一步时效老化后的上升沿部分的波形402所示，与光电耦合器的时效老化相伴，上升沿时间增大。在波形401的情况下，与波形400相比，脉冲反馈信号PLS＿FB以时间变动幅度TDIF1延迟而上升。在波形402的情况下，与波形400相比，脉冲反馈信号PLS＿FB以时间变动幅度TDIF2延迟而上升。
如上所述，上升沿时间增大，其结果，脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB不断减少。在这里，如果将光电耦合器时效老化前的初始状态下的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度设为TFB0，则与光电耦合器时效老化相伴的脉冲反馈信号PLS＿FB的时间变动幅度TDIF成为式(3)。
【式3】
TDIF＝TFBO-TFB…(3)
利用与该光电耦合器的时效老化相伴的脉冲反馈信号PLS＿FB的上升沿时间的变动特性，能够基于时间变动幅度TDIF对光电耦合器的寿命进行诊断。
(初始状态下的脉冲时间宽度的测定)
图7是说明在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，对光电耦合器时效老化前的初始状态下的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB0进行测定的方法的图。
图7示出由脉冲信号输出部202输出的脉冲输出信号PLS＿OUT的电压波形和由脉冲信号输入部203取得的脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形。如图7所示，脉冲信号输出部202以“Low”电平而连续地产生脉冲信号。脉冲信号输出部202将处理器22的动作频率的周期TC作为一个单位，输出具有“Low”电平的时间宽度TPO为周期TC的整数倍的脉冲信号。由脉冲信号输出部202输出的脉冲信号的“Low”电平的时间宽度TPO是相对于动作频率的周期TC的倍数为输出次数的时间宽度。因此，脉冲信号输出部202使输出的脉冲信号的“Low”电平的时间宽度TPO伴随着输出次数而变大。即，脉冲信号输出部202第1次输出的脉冲P1的时间宽度TPO＝1×Tc，脉冲信号输出部202第2次输出的脉冲P2的时间宽度TPO＝2×Tc。同样地，使时间宽度TPO伴随着脉冲信号的输出次数而变大，脉冲PL的时间宽度TPO＝L×Tc。此外，值L为正整数，以下相同。
对如上所述使时间宽度TPO变大时得到的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB依次进行测定。而且，在脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB与某个阈值TREF相等时结束处理。
在本发明的实施方式1中，与脉冲P1对应的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB为零(时间宽度TFB＝0)，与脉冲P2对应的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB小于阈值TREF(时间宽度TFB＜阈值TREF)。随后，使时间宽度TPO变大，其结果，与脉冲PL对应的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB变得与阈值TREF相等(时间宽度TFB＝阈值TREF)。将与该阈值TREF相等的情况下的Hi时间宽度TFB0即测定出的Hi时间宽度TFB0作为脉冲信号的脉冲时间宽度的初始值，存储于脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。如果将阈值TREF由公式表示，则成为式(4)。
【式4】
TREF＝TFBO＝m×TS(m＝1，2，...)…(4)
在这里，阈值TREF设定为，在电动机驱动部300的产品保用寿命的范围内能够正常地进行外部连接设备100的异常诊断。阈值TREF的理想情况是，设定为即使光电耦合器时效老化而使脉冲输出信号PLS＿OUT的Hi时间宽度减少，也能够进行至少1次采样。
(通过处理器进行的处理)
图8是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器22进行的处理的例子的流程图。图8示出通过处理器22进行的光电耦合器的诊断处理的例子。
在步骤S1中，处理器22判定装置的电源是否接通。处理器22在步骤S1中判定为装置的电源接通的情况下(步骤S1中为Yes)，进入步骤S2。
在步骤S2中，处理器22判定是否是初次接通电源。例如，将电源的接通次数存储于存储器21，在所存储的接通次数为零的情况下，能够判定为是初次接通电源。处理器22在步骤S2中判定为是初次接通电源的情况下(步骤S2中为Yes)，进入步骤S3。
在步骤S3中，处理器22如参照图7说明所述，对脉冲信号的时间宽度进行测定。处理器22将脉冲信号的时间宽度的测定结果作为初始值而存储于脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。
在步骤S4中，处理器22利用脉冲信号输出部202输出脉冲信号。在步骤S5中，处理器22利用脉冲信号输入部203取得脉冲反馈信号PLS＿FB。
在步骤S6中，处理器22将由脉冲信号输入部203取得的脉冲反馈信号PLS＿FB与在脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205中存储的初始值进行比较，对变动幅度TDIF进行计算。
在步骤S7中，处理器22判定在步骤S6中计算出的变动幅度TDIF是否大于或等于阈值TREF。处理器22在步骤S7中判定为变动幅度TDIF大于或等于阈值TREF的情况下(步骤S7中为Yes)，在步骤S8中，判定为光电耦合器达到寿命。
处理器22在步骤S1中判定为装置的电源没有接通的情况下(步骤S1中为No)，返回至步骤S1而继续处理。
另外，处理器22在步骤S2中判定为不是初次接通电源的情况下(步骤S2中为No)，不执行步骤S3而是进入步骤S4。
处理器22在步骤S8中判定为变动幅度TDIF小于阈值TREF的情况下(步骤S7中为No)，返回至步骤S4而继续处理。
如上述所示，处理器22利用脉冲信号输出部202输出脉冲信号PLS＿OUT，利用脉冲信号输入部203取得脉冲反馈信号PLS＿FB。而且，处理器22将输入的脉冲反馈信号PLS＿FB的脉冲时间宽度与初始值进行比较，由此能够对外部连接设备100的异常进行检测。处理器22通过定期地进行上述的处理，从而在外部连接设备100发生异常的情况下，能够尽快发现该异常，尽快地将电动机驱动部300的动作停止。
(初始状态下的测定处理)
图9是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器22进行的测定处理的例子的流程图。图9示出对光电耦合器的时效老化前的初始状态下的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB0进行测定的处理的例子。图9所示的处理是与图8的步骤S3对应的处理。此外，光电耦合器的时效老化前的初始状态是指，开始光电耦合器诊断装置的使用时的阶段，例如电源初次接通时的状态。电源初次接通时是指光电耦合器诊断装置出厂后初次接通电源时。
在步骤S31中，处理器22设为值L＝1。在步骤S32中，处理器22将动作频率的周期TC的L倍的值设为Low时间宽度TPO。在步骤S33中，处理器22对脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB进行测定。
在步骤S34中，处理器22判定在步骤S33中测定出的Hi时间宽度TFB是否与阈值TREF相等。处理器22在步骤S34的判定结果为测定出的Hi时间宽度TFB与阈值TREF相等的情况下(步骤S34中为Yes)，进入步骤S35。
在步骤S35中，处理器22将阈值TREF设为初始状态下的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFBO。
在步骤S36中，处理器22将Hi时间宽度TFBO存储于脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。然后，处理器22结束处理。
另外，处理器22在步骤S34的判定结果为测定出的Hi时间宽度TFB不与阈值TREF相等的情况下(步骤S34中为No)，在步骤S37中将值L设为L+1，即，将值L以“1”递增。然后，返回至步骤S32，处理器22继续处理。
(CTR特性)
图10是表示在本发明的实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置中，光电耦合器的CTR特性的一个例子的图。图10示出将脉冲反馈信号PLS＿FB的变动幅度TDIF作为参数时的光电耦合器的CTR特性。此外，在这里的电流传输比是相对于光电耦合器的时效老化前的初始状态的相对值。光电耦合器寿命诊断部204使用由脉冲信号输入部203读取出的Hi时间宽度TFB和在脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205中存储的初始状态下的Hi时间宽度TFB0，通过式(3)对变动幅度TDIF进行测定。光电耦合器寿命诊断部204将得到的变动幅度TDIF作为参数，基于图10所示的CTR特性对光电耦合器的寿命进行诊断。
图10所示的CTR特性是包含内置于外部输入接口200中的光电耦合器PH1及PH2的电流传输比CTR特性。图10所示的CTR特性是在产品开发的阶段预先取得的。创建与图10所示的CTR特性对应的存储器映射，将存储器映射存储于存储器21。
此外，取得的CTR特性达到图10所示的区域500为止即可，不需要针对区域501而取得CTR特性。区域501是无法正常地进行外部连接设备100的异常诊断，使电动机驱动部300停止的区域，因此不需要取得CTR特性。
图11是表示与图10所示的CTR特性对应的存储器映射的例子的图。如图11所示，存储器映射207示出脉冲反馈信号PLS＿FB的变动幅度TDIF的值和与该变动幅度TDIF对应的电流传输比CTR的值。在本发明的实施方式1中，脉冲反馈信号PLS＿FB的变动幅度TDIF是从“0”至“TREF”为止的任意值，电流传输比CTR是从“1.0”至“0.5”为止的任意值。
光电耦合器寿命诊断部204参照在存储器21中存储的存储器映射207，取得与脉冲反馈信号PLS＿FB的变动幅度TDIF的值对应的电流传输比CTR的值。光电耦合器寿命诊断部204在所取得的电流传输比CTR的值与初始状态下的电流传输比CTR的值相比降低的情况下，判定为光电耦合器达到寿命。光电耦合器寿命诊断部204例如在所取得的电流传输比CTR的值成为初始状态下的电流传输比CTR的值的50％的值的情况下，判定为光电耦合器达到寿命。如以上所述，通过对光电耦合器的寿命进行诊断，从而能够在由于外部输入接口200的故障而使电动机302停止前，更换光电耦合器PH1及PH2。
根据实施方式1的光电耦合器诊断装置，能够利用出于功能安全的目的而在包含外部连接设备的电路的诊断中使用的脉冲信号，在外部连接设备及配线的异常诊断的同时对光电耦合器的寿命进行诊断。根据实施方式1的光电耦合器诊断装置，作为硬件上的结构，能够直接沿用出于功能安全的目的而使用的电路，因此电路的部件数量不变，能够抑制部件的安装空间及成本。
另外，在实施方式1的光电耦合器诊断装置中，在电路的诊断及光电耦合器的寿命的诊断中使用的脉冲信号的时间宽度，能够通过处理器22的控制而任意地设定为所期望的值。因此，能够生成具有以下特性的脉冲信号，即，确保考虑到装置的多样的使用环境后的充分的脉冲信号的时间宽度，且具有不损害安全性的响应性。
并且，根据实施方式1的光电耦合器诊断装置，在对光电耦合器时效老化前的初始状态下的脉冲信号的时间宽度进行测定的过程中自动地生成具有不损害安全性的响应性的脉冲信号。因此，实施方式1所涉及的光电耦合器诊断装置不需要由用户通过试误对脉冲信号的时间宽度进行调整，具有便利性。
实施方式2.
在本发明的实施方式2中，基于电流传输比CTR，对光电耦合器的寿命进行诊断。
(通过处理器进行的处理)
图12是表示本发明的实施方式2所涉及的光电耦合器诊断装置中的处理器22进行的处理的例子的流程图。图12示出通过处理器22进行的光电耦合器的诊断处理的例子。
在图12中，从步骤S1至步骤S6为止与参照图8进行说明的处理相同。因此，省略从步骤S1至步骤S6为止的说明。
在步骤S9中，处理器22基于在步骤S6中计算出的变动幅度TDIF，取得电流传输比CTR。例如，处理器22参照存储器映射207，基于变动幅度TDIF，取得电流传输比CTR。
在步骤S10中，处理器22基于在步骤S9中所取得的电流传输比CTR，对光电耦合器的寿命进行诊断。例如，在所取得的电流传输比CTR的值成为初始状态下的电流传输比CTR的值的50％的值的情况下，判定为光电耦合器达到寿命。
在步骤S11中，处理器22判定光电耦合器是否达到寿命。处理器22如果在步骤S11中判定为光电耦合器达到寿命(步骤S11中为Yes)，则处理器22结束处理。
处理器22如果在步骤S11中判定为光电耦合器没有达到寿命(步骤S11中为No)，则返回至步骤S4而继续处理。
根据本发明的实施方式2的光电耦合器诊断装置，基于电流传输比CTR，对光电耦合器的寿命进行诊断，由此能够预先防止装置的故障。如参照图10说明所述，CTR的值逐渐地降低，因此在变动幅度TDIF达到阈值TREF之前，能够推定光电耦合器的寿命。
例如，如果得到与多个变动幅度TDIF对应的多个CTR的值，则可知图10所示的区域500的实线的倾斜度。如果获知了区域500的实线的倾斜度，则能够对直至与作为光电耦合器寿命的CTR的值对应的阈值TREF为止的剩余时间进行计算。
实施方式3.
就电动机控制装置而言，必须考虑诸如传感器或继电器之类的外部连接设备、以及线缆种类、从周边设备放射的噪声等用户装置的多样的使用环境。因此，在利用脉冲信号进行寿命诊断的情况下，为了灵活地适应上述环境变化，需要设定使脉冲信号适当地得到反馈的信号宽度。
并且，从功能安全的角度出发，在通过来自诸如传感器或继电器之类的外部连接设备的控制信号将电动机的动力切断的结构中，在脉冲信号的时间宽度过长的情况下，即使存在由控制信号作出的动力切断命令，也会发生与脉冲信号的时间宽度对应的降额(derating)，因此无法迅速地将动力切断。在如冲压机械这样要求高安全等级的装置中，控制信号的响应性变得非常重要，需要在能够可靠地确保安全的范围对脉冲信号的时间宽度进行设定。
通过参照图7及图9进行说明的处理，能够将脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB确保为小于或等于阈值TREF，而不会受到诸如各种外部连接设备100及线缆的种类、以及从周边设备放射的噪声这样的用户的装置的多样的使用环境影响。但是，从功能安全的角度出发，也必须考虑外部输入信号DI的响应性。
图13是表示某个电动机控制装置A中的脉冲输出信号PLS＿OUT的电压波形和脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形的图。图14是表示其他电动机控制装置B中的脉冲输出信号PLS＿OUT的电压波形和脉冲反馈信号PLS＿FB的电压波形的图。
图14所示的电动机控制装置B的脉冲反馈信号PLS＿FB的上升沿部分的波形404，与图13所示的电动机控制装置A的脉冲反馈信号PLS＿FB的上升沿部分的波形400相比，脉冲反馈信号PLS＿FB的上升沿时间大。因此，在图14所示的电动机控制装置B中，与图13所示的电动机控制装置A相比必须将脉冲输出信号PLS＿OUT的Low时间宽度TPO设定得大。其结果，电动机控制装置B与电动机控制装置A相比，外部输入信号DI的响应性有可能降低。
在如冲压机械这样要求高安全等级的装置中，外部输入信号DI的响应性变得非常重要。因此，必须在不损害安全的范围决定脉冲输出信号PLS＿OUT的Low时间宽度TPO。
因此，在参照图7进行说明的处理器22的处理中，也可以考虑电动机控制装置所要求的外部输入信号DI的响应性而设定脉冲输出信号PLS＿OUT的Low时间宽度TPO的上限值。而且，在超过所设定的上限值的情况下，即使无法将脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB确保为小于或等于阈值TREF，也要使处理器22的处理结束。
关于该情况下的处理器22的处理的例子，参照图15进行说明。图15是表示在本发明的实施方式3所涉及的光电耦合器诊断装置中，通过处理器22进行的处理的例子的流程图。图15示出对光电耦合器时效老化前的初始状态下的脉冲反馈信号PLS＿FB的Hi时间宽度TFB0进行测定的处理的例子。
图15所示的处理是在参照图9说明的处理中增加了步骤S38后的处理。其他步骤与参照图9说明的处理相同。因此，省略从步骤S31至步骤S37为止的说明。
在图15中，处理器22在步骤S34的判定的结果是测定出的Hi时间宽度TFB与阈值TREF不相等的情况下(步骤S34中为No)，进入步骤S38，判定Low时间宽度TPO是否超过上限值。处理器22在Low时间宽度TPO超过上限值的情况下(步骤S38中为Yes)，结束处理。而且，处理器22将与Low时间宽度TPO的上限值对应的Hi时间宽度TFB0作为初始值，存储于脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部205。
另一方面，在步骤S38中，处理器22在没有超过上限值的情况下(步骤S38中为No)，在步骤S37中将值L设为L+1，即，将值L以“1”递增。然后，返回至步骤S32，处理器22继续处理。
根据本发明的实施方式3的光电耦合器诊断装置，能够适当地设定脉冲信号的时间宽度。
此外，在实施方式1、实施方式2及实施方式3中，外部连接设备100是传感器或继电器，对于将外部连接设备100和外部输入接口200连接的情况也同样能够适用。
在将脉冲信号输入至光电耦合器的情况下，由于与时效老化相伴的CTR特性的劣化而使响应性降低，因此其结果是，在时效老化的前后，向处理器反馈的脉冲信号的宽度会变动。利用该特性，通过与劣化前的脉冲时间宽度的值进行比较，从而能够对将输入输出信号传送用光电耦合器和脉冲信号生成用光电耦合器这2者合计在一起的剩余寿命进行推定。劣化前的脉冲时间宽度是在电源初次接通时使脉冲信号连续地变化而进行测定的。将向处理器输入的脉冲时间宽度大于或等于某个阈值的值作为脉冲时间宽度的初始值而存储于存储器。由此，能够对应于光电耦合器的波动或外部设备，任意地对脉冲信号的时间宽度进行设定。
以上的实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知的技术进行组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围，将结构的一部分省略、变更。
标号的说明
21存储器，22处理器，23输入输出端口，24总线，100外部连接设备，101DC电源，200外部输入接口，201微型计算机，202脉冲信号输出部，203脉冲信号输入部，204光电耦合器寿命诊断部，205脉冲反馈信号宽度初始状态存储器部，206脉冲时间宽度测定部，207存储器映射，208程序，300电动机驱动部，301AC电源，302电动机，CON11、CON12、CON21、CON22连接器，DS二极管堆，PH1、PH2光电耦合器，R1、R2电阻器，SW1外部开关，TRM晶体管模块。

Claims (7)

1.一种光电耦合器诊断装置，其特征在于，具有：
脉冲信号输出部，其输出脉冲信号；
脉冲信号输入部，其经由包含光电耦合器的电路而取得由所述脉冲信号输出部输出的所述脉冲信号；
脉冲时间宽度测定部，其在所述光电耦合器的时效老化前的初始状态对由所述脉冲信号输入部取得的脉冲信号的脉冲时间宽度的初始值进行计算；
存储部，其对所述初始值进行存储；以及
光电耦合器寿命诊断部，其使用由所述脉冲信号输入部取得的脉冲信号的脉冲时间宽度和在所述存储部中存储的初始值的比较结果，对所述光电耦合器的寿命进行诊断，
所述脉冲时间宽度测定部利用所述脉冲信号输出部连续地产生信号宽度不同的脉冲信号，将输入至所述脉冲信号输入部的脉冲信号的时间宽度达到阈值时的脉冲时间宽度设为所述初始值。
2.根据权利要求1所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述脉冲信号输出部定期地输出所述脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述脉冲信号输出部输出数倍于本装置的动作频率的周期的脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述脉冲信号输入部以一定的采样周期对经由包含所述光电耦合器的电路而输入的脉冲信号是第1电平或第2电平的哪一种进行检测，将所述脉冲信号的状态为所述第1电平的总计时间设为所述脉冲信号的脉冲时间宽度。
5.根据权利要求1所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述光电耦合器寿命诊断部使用由所述脉冲信号输入部取得的脉冲信号的脉冲时间宽度和在所述存储部中存储的初始值，对与所述光电耦合器的时效老化相伴的脉冲时间宽度的变动量进行计算，基于所述变动量对所述光电耦合器的寿命进行诊断。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述脉冲时间宽度测定部在本装置的电源在出厂后初次接通时，对所述初始值进行计算。
7.根据权利要求6所述的光电耦合器诊断装置，其特征在于，
所述脉冲时间宽度测定部在输入至所述脉冲信号输入部的脉冲信号的时间宽度达到上限值的情况下，将与所述上限值对应的时间宽度设为所述初始值。
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