JP2002501279A - 交流電源スイッチを監視する回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 交流電源スイッチ（２）の開または閉の状態を監視する回路（１）は、ダイオード（９）と第１の抵抗（１０）を介して第１のデジタルモジュール（１２）の高オームの入力（１１）と接続された入力（４）を有する。交流電源スイッチの一方の端子は電源電圧（Ｕ_PN）の相（Ｐ）と接続されており、他方の端子は回路（１）の入力（４）と接続されている。第１のデジタルモジュール（１２）の高オームの入力（１１）は、第２の抵抗（１３）を介して第２のデジタルモジュール（１５）の出力（１４）と接続されている。第２のデジタルモジュール（１５）の出力（１４）は、所定の時間の経過に従って電源電圧（Ｕ_PN）の中性点（Ｎ）と接続されるか、あるいは第１のデジタルモジュール（１２）の入力（１１）のしきい値電圧（Ｕ_S）よりも高い電圧を発生させる。入力１１に関連した第１のデジタルモジュール（１２）の出力（１７）には、交流電源スイッチ（２）が閉じていてダイオード（９）と第２の抵抗（１３）に欠陥がないか、あるいは交流電源スイッチ（２）が開放しているかを導き出すことができる信号が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の種類の交流電源スイッチを監視する
回路に関する。

【０００１】 この種の回路は、たとえばバーナー並びにオイル燃焼装置やガス燃焼装置の点
火装置を制御し監視するための装置、並びに燃料弁や換気弁のようなアクチュエ
ータ用スイッチを監視するために使用される。その場合、マイクロプロセッサに
よって電源電圧を導く信号線を介して供給される情報が解析され、それに応じた
制御指令が出力される。特にスイッチを入れる時並びにオイルバーナーやガスバ
ーナーの運転の際に必要とされる安全性のために、たとえば燃料弁のような安全
技術上危険のある負荷をスイッチングさせるスイッチング装置の遮断能力を頻繁
に調べ、それによって危険な状況が生じる前に、スイッチング装置の誤動作を検
出できるようにしなければならない。

【０００２】 ＤＥ−ＰＳ３０４４０４７とそれより優先日が前のＤＥ−ＰＳ３０４１５２１
Ｃ２から、請求項１のおいて書きに記載のオイルバーナー用の制御装置が知られ
ており、同制御装置ではリレー接点およびセンサ接点の開閉状態に関する情報が
、増幅器によってマイクロプロセッサへ伝達されている。リレー接点の開閉状態
は、電源電圧を導く信号線を介してそれぞれ増幅器へ供給され、その増幅器の出
力側はマイクロプロセッサの入力と接続されているので、マイクロプロセッサは
増幅器の数に対応した数の入力を持たなければならない。信号線とマイクロプロ
セッサを直流的に絶縁するために、たとえばフォトカプラまたは変成器のような
絶縁素子が使用される。その場合絶縁素子は、信号電圧毎に設けられている。マ
イクロプロセッサは、負荷を接続したシステムが実際に正しい方法でスイッチオ
ンを行なったかについて複数の検査を実施するようにプログラミングされている
。そのためにマイクロプロセッサによって信号が読み込まれて、目標値と比較さ
れる。負荷の状態がおかしい場合には、マイクロプロセッサは負荷のスイッチを
オフにする。

【０００３】 さらにＤＥ−ＯＳ４１３７２０４から公知の交流電源スイッチを監視する装置
では、電源電圧を導く信号線がフォトカプラを介して交流電圧検出器のテストユ
ニットと接続されている。その場合信号線はそれぞれ、抵抗とそれに直列に接続
されたコンデンサからなるローパスフィルタを介してフォトカプラに接続されて
いる。信号線を介して交流電源スイッチの開閉状態が検査され、格納される。検
査ユニットの後段に接続された評価ユニットにおいて、開閉状態が開または閉の
目標状態と比較されて、それに基づいて、すべての存在する交流電源スイッチの
全体について少なくとも１つの情報（故障または故障なし）を含む開閉状態信号
が形成される。開閉状態信号からは、どの交流電源スイッチをもはやオフにする
ことができないかを知ることができないので、診断結果を示すことは簡単にはで
きない。

【０００４】 欧州特許ＥＰ６６００４３とＥＰ６６００４４からは、同様に交流電源スイッ
チを監視する回路が知られている。しかしこれらの回路では、連続使用中にその
安全上重要な回路素子が正しく機能できるかに関しては検査することができない
。

【０００５】 本発明の課題は、負荷を電源電圧に接続することのできる交流電源スイッチを
監視する回路であって、その回路には電源電圧の中性点に向かって電圧が供給可
能であり、その安全上重要な回路素子が正しく機能できるかについて常時回路の
連続使用中に検査することのできる交流電源スイッチを監視する回路を提供する
ことである。

【０００６】 本発明は、請求項１に記載されている特徴からなる。好ましい実施形態が、従
属請求項に記載されている。

【０００７】 次に、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。

【０００８】 図１は、交流電源スイッチ２を監視する回路１を示している。回路１は、相Ｐ
と中性点Ｎ間の電源電圧Ｕ_PNによって給電される。交流電源スイッチ２は、たと
えば図１に破線で示すように、負荷３を電源電圧Ｕ_PNに接続させることができる
。その場合、交流電源スイッチ２と負荷３は、直列に接続されており、交流電源
スイッチ２の端子は相Ｐと、また負荷３の端子は中性点Ｎと接続されている。交
流電源スイッチ２と負荷３間のタップは、回路１の入力４と接続されている。

【０００９】 しかし、交流電源スイッチ２は、その開または閉の位置が情報信号または制御
信号として用いられるスイッチとすることもできる。たとえば交流電源スイッチ
２は、予め定められた温度を越えたときに開放する過剰温度スイッチであり、あ
るいは交流電源スイッチ２は、装置が予め定められた位置に達したときに開放（
または閉成）するリミットスイッチである。その場合には、図１において負荷３
は単純に省略できる。

【００１０】 従ってすべての場合に交流電源スイッチ２の一方の端子は、電源電圧Ｕ_PNの相
Ｐと、また他方の端子は回路１の入力４と接続される。

【００１１】 通常の供給電圧端子Ｖ_DDとＶ_SSを有する回路１は、公知のように、たとえばダ
イオード５、抵抗６、ツェナーダイオード７およびコンデンサ８から形成される
電圧部を介し電圧Ｕ_PNによって給電される。その場合、供給電圧端子Ｖ_SSが中性
点Ｎと接続される。しかし回路１の給電は、他の方法で、たとえば整流装置、安
定化回路および中性点Ｎへの導電回路を後続させた変圧器によって行うこともで
きる。

【００１２】 入力４は、ダイオード９と第１の抵抗１０を介して第１のデジタルモジュール
１２の高オーム入力１１と接続されている。第２の抵抗１３により、高オームの
入力１１が第２のデジタルモジュール１５の出力１４と接続される。両デジタル
モジュール１２ないし１５の入力１１と出力１４は、通常のように保護ダイオー
ド１６を介して供給電圧Ｖ_DDおよび中性点Ｎと接続されている。

【００１３】 安全上の理由から、回路素子の欠陥によって回路１が開放している交流電源ス
イッチ２を閉じた交流電源スイッチと解釈することがあってはならない。従って
安全技術上危険な結果をもたらす可能性のあるすべての回路素子の欠陥は、回路
１によって自動的に認識されなければならない。そのために回路素子のテストが
実施される。たとえばダイオード９が欠陥によって短絡した場合には、回路１の
入力４に容量的な結合により入力される信号によって、回路１が誤って交流電源
スイッチ２が閉じているとの信号を出すことがあってはならない。抵抗１３の断
線も、同様に第１のデジタルモジュール１２の入力１１の電圧に変化をもたらす
。これによっても交流電源スイッチ２の位置に関して安全技術上危険な結果がも
たらされるようなことがあってはならない。抵抗１０と１３は、欠陥としては断
線のみであり、短絡は考えられない技術によって作られる。従って抵抗１０と１
３は断線のみをテストすれば十分である。

【００１４】 交流電源スイッチ２の位置の検査の実施と、回路素子９、１０及び１３が機能
できるかに関する回路素子テストの実施は、時間的に分離した処理によって、あ
るいは共通の処理によって行うことができる。

【００１５】 回路素子を検査することなく、交流電源スイッチ２の開または閉位置の状態を
調べることは、デジタルモジュール１５の出力１４を中性点Ｎと接続することに
より、行なうことができる。図２には、交流電源スイッチ２の２つの閉ないし開
の状態に対して時間ｔの関数で、 ａ）ダイオード９の入力における電圧波形、 ｂ）ダイオード９の出力における電圧波形、 ｃ）第１のデジタルモジュール１２の入力１１における電圧波形、 ｄ）サンプリングパルス、 ｅ）第１のデジタルモジュール１２の入力１１に印加される電圧をサンプリン
グパルスでサンプリングすることにより得られる第１のデジタルモジュール１２
の出力１７（図１）における２値信号０または１ が示されている。

【００１６】 デジタルモジュール１２と１５（図１）に設けられている保護ダイオード１６
によって、交流電源スイッチ２が閉成されている場合第１のデジタルモジュール
１２の入力１１における電圧波形は、実質的に矩形であって、電圧Ｕ_PNと同位相
である。抵抗１０と１３は、分圧器として作用する。各サンプリングパルスごと
に第１のデジタルモジュール１２の出力１７には、２値信号０または１が現れ、
それにより入力１１の電圧が入力１１に設定されているたとえば２．５Ｖのしき
い値電圧Ｕ_Sよりも低いか高いかが示される。サンプリングは、ほかに、たとえ ば所定の期間の間に発生する信号０ないし１を合計することにより評価すること
ができ、その場合、その期間は電源電圧周期の半分よりも長くされる。交流電源
スイッチ２が開放している場合には、この合計はゼロにならなければならない。
交流電源スイッチ２が閉成されている場合には、この合計は、ゼロとは異なる有
限の値をもつとともに、信号値は前述の期間内で値０並びに値１を有するもので
なければならない。

【００１７】 ダイオード９が短絡されていないか、あるいは抵抗１０または１３の一つが断
線しているかを検査することのできる回路素子のテストを実施するために、第２
のデジタルモジュール１５の出力１４に、しきい値電圧Ｕ_Sよりも大きい正の電 圧が印加される。抵抗１３に欠陥がない場合には、第１のデジタルモジュール１
２の入力１１における電圧は、同様にしきい値電圧Ｕ_Sよりも大きくなる。出力 １４に正の電圧を発生させる期間は、電源電圧半波よりも長く、その１全波より
も短い。第１のデジタルモジュール１２の出力１７に現れる信号が、これから詳
細に説明するように、予測される信号に対応しない場合に、回路素子に欠陥が存
在する。

【００１８】 図３ａと図３ｂには、ダイオードが正常ないし短絡している場合に、交流電源
スイッチ２の閉ないし開の２つの状態に対して、時間ｔの関数で、 ａ）ダイオード９の出力における電圧波形、 ｂ）第２のデジタルモジュール１５の出力１４における電圧波形、 ｃ）第１のデジタルモジュール１２の入力１１における電圧波形、 ｄ）サンプリングパルス、 ｅ）第１のデジタルモジュール１２の出力１７における信号 が示されている。

【００１９】 交流電源スイッチ２が閉成されており、ダイオード９および抵抗１０と１３に
欠陥がない場合には（図３ａ）、その時の電源電圧半波が正であることにより、
あるいは第２のデジタルモジュール１５の出力１４の電圧が正であることにより
、入力１１の電圧がしきい値電圧Ｕ_Sを上回った場合には、第１のデジタルモジ ュール１２の出力１７には値１を有する信号が現れる。

【００２０】 それに対してダイオード９が短絡した場合には（図３ｂ）、電源電圧半波が正
の間だけ値１の信号が現れる。電源電圧半波が負の間は、第１のデジタルモジュ
ール１２の入力１１の電圧はしきい値電圧Ｕ_Sの下方にあるので、第１のデジタ ルモジュール１２の出力１７には、値０の信号が現れる。

【００２１】 抵抗１０が断線している場合には、第１のデジタルモジュール１２の入力１１
における電圧は、交流電源スイッチ２の位置には依存せず、第２のデジタルモジ
ュール１５の出力１４における電圧に等しく、従って第１のデジタルモジュール
１２の出力１７には、第２のデジタルモジュール１５の出力１４における電圧と
同位相である信号１または０が現れる。

【００２２】 抵抗１３が断線している場合には、第１のデジタルモジュール１２の入力１１
における電圧は、第２のデジタルモジュール１５の出力１４における電圧とは無
関係である。その場合には第１のデジタルモジュール１２の出力１７における信
号は、回路１の入力４における電圧と同位相となる。

【００２３】 交流電源スイッチ２が開放している場合には、第１のデジタルモジュール１２
の入力１１の電圧は、第２のデジタルモジュール１５の出力１４における電圧と
、抵抗１３に欠陥がないかあるいは断線しているかにのみ関係する。抵抗１３に
欠陥がない場合には、第１のデジタルモジュール１２の出力１７の電圧は、第２
のデジタルモジュール１５の出力１４の電圧と同位相になければならない。抵抗
１３が断線している場合には、第１のデジタルモジュール１２の出力１７には、
信号０しか現れない。

【００２４】 次の表は、種々の可能性の一覧を示している。第１の欄には、交流電源スイッ
チ２が開放しているかあるいは閉じているか、それにダイオード９および抵抗１
０と１３に欠陥がないか否かが、図形で図示されている。第２の欄の数Ｎは、電
源電圧全波当たり２０個のサンプリングパルスが設けられていて、第２のデジタ
ルモジュール１５の出力１４の電圧が、１４個のサンプリングパルスにわたる期
間の間しきい値電圧Ｕ_Sを越えている場合に、第１のデジタルモジュール１２の 出力１７に値１の信号が何個現れるかを示している。

【００２５】

【表１】

【００２６】 従って回路素子のテストでは、１４以上の数Ｎを出力しなければならない。交
流電源スイッチ２が閉成されている場合に、数Ｎ≧１４である場合には、ダイオ
ード９および抵抗１０と１３に欠陥はない。交流電源スイッチ２が開放している
場合には、抵抗１３のみを検査することができる。数Ｎ＝１４である場合には、
その抵抗に欠陥はない。回路素子のテストで、１４よりも小さい数Ｎが出た場合
には、回路素子に欠陥が存在する。回路素子のテストで１４以上の数Ｎを出力し
た場合には、交流電源スイッチ２の開または閉の状態は、上述したように、第２
のデジタルモジュール１５の出力１４を中性点Ｎと接続させる検査により検出す
ることができる。

【００２７】 図４に基づいてさらに、交流電源スイッチ２の位置の検査と回路素子の機能テ
ストが単一の処理で行われる実施形態を説明する。第２のデジタルモジュール１
５の出力１４は、通常は中性点Ｎのレベルを有しているが、規則的な間隔で頻度
Ｒで単一のサンプリングパルスの期間、第１のデジタルモジュール１２の入力１
１の電圧がしきい値電圧Ｕ_Sを上回る高いレベルにセットされる。電源電圧の１ 全波ＴＮの間にＭ個のサンプリングパルスが発生され、第１のデジタルモジュー
ル１２の出力１７における２値のサンプリング値が合計Ｚとして加算される。図
には、交流電源スイッチ２の２つの閉ないし開の場合に対して、時間ｔの関数で
、 ａ）ダイオード９の出力における電圧波形、 ｂ）第２のデジタルモジュール１５の出力１４における電圧波形、 ｃ）第１のデジタルモジュール１２の入力１１における電圧波形、 ｄ）サンプリングパルス、 ｅ）第１のデジタルモジュール１２の出力１７における信号 が示されている。

【００２８】 次の表は、合計Ｚの可能な値とその意味を示すものであって、その場合一般的
に該当するデータの他に、Ｍ＝３２とＲ＝８の具体的な例についてのデータも記
載されている。

【００２９】

【表２】

【００３０】 Ｚ＝Ｍ／２＋Ｒ／２は、交流電源スイッチ２が「閉成」されており、回路素子
９、１０および１３に欠陥がないことを意味している。Ｚ＝Ｒは、交流電源スイ
ッチ２は「開放」されているが、ただし、ダイオード９と抵抗１０の状態は決定
することができないことを意味している。しかし、さらに、出力１４の電圧がし
きい値電圧Ｕ_Sを越えているときに、いつも出力１７がサンプリング値「１」を 有するかが検査される場合には、それからダイオード９が短絡しているかあるい
は抵抗１３が断線しているかを知ることができる。それに対して抵抗１０の断線
は、常に交流電源スイッチ２の「開放」として解釈される。この処理は、電源電
圧波内で、安全を損なう回路素子の欠陥が存在するかどうかと交流電源スイッチ
２がどの位置を占めているかを検出することができる、という利点を有する。安
全技術上の観点からは、Ｚの値が正しい値から±１だけずれていても、許容する
ことができる。すなわち、サンプリングパルスの周波数を電源電圧と同期させる
必要はない。

【００３１】 図５は、回路１を発展させた例を示すものであって、それによって複数の交流
電源スイッチ２が監視される。この回路の特徴は、第２の抵抗１３がすべて共通
の出力１４へ導かれていることである。デジタルモジュール１２、１５（図１）
を使用することもできるが、その代わりに、ここではトランジスタ段１８、１９
が使用されている。

【００３２】 図６は、回路１を発展させた例を示しており、第１のデジタルモジュール１２
の入力１１を出力として、また第２のデジタルモジュール１５の出力１４を入力
として接続することも可能である。従って入力１１と出力１４は、双方向のポー
ト２０、２１である。第１の抵抗１０の端子は、抵抗２２を介して第１のポート
２０と、そして他の抵抗２３を介して第２のポート２１と接続されている。従っ
て回路構成はポート２０、２１に関して対称であるので、ポート２０、２１の機
能、すなわち「入力」または「出力」は交換可能である。従ってテストを繰り返
し、その場合２つのポート２０、２１の接続を入力ないし出力として交代させる
ことにより、デジタルモジュール１２、１５が機能しているかを一緒にテストす
ることができる。

【００３３】 回路１（図１と６）には、公知の回路に比べて、交流電源スイッチ２が開放し
た場合寄生的な線路容量によって容量的に結合されて入力される交流電圧が抑圧
される、という利点がある。結合入力された交流電圧は、ダイオード９によって
整流される。それによって線路容量は分極されるので、結合入力された交流電圧
は、結合入力された交流電圧のピーク値だけ直流的にシフトされる。ダイオード
９は、結合入力された交流電圧が、負の直流電圧成分を有するように、接続され
ている。従って容量的に結合して入力された交流電圧は、第１のデジタルモジュ
ール１２の出力１７における信号に影響を与えることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 交流電源スイッチを監視する回路を示すものである。

【図２】 電圧と信号の線図を示すものである。

【図３】 電圧と信号の線図を示すものである。

【図４】 電圧と信号の線図を示すものである。

【図５】 回路の第１の発展例を示すものである。

【図６】 回路の第２の発展例を示すものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源スイッチ（２）の開または閉の状態を監視する回路（
   １）であって、交流電源スイッチの一方の端子が電源電圧（Ｕ_PN）の相（Ｐ）と
   接続されており、他方の端子が回路（１）の入力（４）と接続されている回路（
   １）において、 前記入力（４）は、ダイオード（９）と第１の抵抗（１０）を介して第１のデ
   ジタルモジュール（１２）の高オームの入力（１１）と接続されており、 第１のデジタルモジュール（１２）の高オームの入力（１１）は、第２の抵抗
   （１３）を介して第２のデジタルモジュール（１５）の出力（１４）と接続され
   ており、 第２のデジタルモジュール（１５）の出力（１４）は、所定の時間の経過に従
   って電源電圧（Ｕ_PN）の中性点（Ｎ）と接続されるか、あるいは第１のデジタル
   モジュール（１２）の入力（１１）のしきい値電圧（Ｕ_S）よりも高い電圧を発 生させ、それにより入力（１１）に関連した第１のデジタルモジュール（１２）
   の出力（１７）における信号から、交流電源スイッチ（２）が閉じていてダイオ
   ード（９）と第２の抵抗（１３）に欠陥がないか、あるいは交流電源スイッチ（
   ２）が開放しているかを導き出すことができることを特徴とする交流電源スイッ
   チを監視する回路。
2. 【請求項２】 複数の交流電源スイッチ（２）を監視するように構成されてい
   る請求項１に記載の回路（１）において、 各交流電源スイッチ（２）に関連して第１のデジタルモジュール（１２）に専
   用の高オームの入力（１１）が設けられており、 すべての交流電源スイッチ（２）に対して第２のデジタルモジュール（１５）
   の出力（１４）が共通の出力（１４）として用いられることを特徴とする請求項
   １に記載の回路（１）。
3. 【請求項３】 第１のデジタルモジュール（１２）の入力（１１）と、第２の
   デジタルモジュール（１５）の出力（１４）が、双方向のポート（２０；２１）
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の回路（１）。
4. 【請求項４】 デジタルモジュール（１２；１５）の代わりに、トランジスタ
   段（１８；１９）が用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項
   に記載の回路（１）。