JP2005012923A - Protective device against overcurrent - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や製造ライン等の制御に用いられるプログラマブルコントローラ(以下:PLC)の演算処理装置により2値制御されるスイッチング素子を介してランプ, モータ等の外部機器(以下:負荷)への電源接続をオンオフ制御する出力回路における過電流保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子を用いた過電流保護装置は、特許文献に開示されている。
【0003】
【特許文献】
特開平6−244414「半導体素子の保護回路ならびにこれを有する半導体装置」
【0004】
図3は、PLCの演算処理装置とスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。1はPLCの主要部を形成する演算処理装置、2はトランジスタやFETで実現されるスイッチング素子であり、演算処理装置1プログラムによる信号Sにより2値制御される。
【0005】
3及び4はPLCの出力端子であり、スイッチング素子2の出力電極(コレクタ, エミッタ)が接続されている。5はランプで例示した負荷、6は電池で例示した電源であり、これらは直列接続されて前記出力端子3, 4に接続されている。出力端子3, 4を境界として演算処理装置1及びスイッチング素子2側の領域(A)がPLC内部であり、負荷5及び電源6側の領域(B)が外部機器である。
【0006】
このような基本構成では、結線ミスにて負荷5の端子がショートしていた場合にPLC内のスイッチング素子2をオンに制御した場合には、スイッチング素子2に大きな電流が流れ、スイッチング素子2あるいは出力端子3, 4が焼損することが考えられる。その際には、修理作業が必要となり手間もコストもかかる。
【0007】
図4は、このような過電流に対する保護装置をPLC内に有するスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。7はスイッチング素子2回路途中に挿入された保護回路である。この保護回路は、具体的には以下のような回路あるいは電子部品が使用できる。
【0008】
(i)ヒューズを使用する。大きな電流が流れた場合には切れ、他の部分の破損を防ぐ。切れた場合にはヒューズを交換する。
(ii)一定以上の電流が流れることを遮断する過電流遮断素子を使用する。この素子は、大きな電流が流れた際に、抵抗値が増大して電流を流れなくする特性を持つ。
(iii)一定以上の電流が流れていることを検出する、過電流検出回路を使用し、過電流を検出したことを演算処理装置1に異常信号ARにより通知する。演算処理装置1はこの通知を受けたときにスイッチング素子2を強制的にオフに制御する。更に演算処理装置1を通じて異常発生を記録に残す、あるいは、他の機器に通知する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
(1)前記(i)項のヒューズの使用では、作動後に人手による交換が必要であり、メンテナンスが極めて煩雑となる。
(2)前記(ii)の過電流遮断素子の使用では、素子抵抗値が増大する際に熱が発生する。素子に電圧がかかり続ける間発熱し続けるため、長時間に渡り動作した場合、高熱により周辺の部品やプリント基板などの破損する可能性がある。
(3)前記(iii)の過電流検出回路の使用では、電流値の増大を検出してからスイッチング素子2をオフにして出力電流を遮断するまでに演算処理装置1を経由するため一般に時間がかかる。その間にスイッチング素子2を破壊するおそれがある。
【0010】
本発明の目的は、前記(ii)の過電流遮断素子の使用と前記(iii)の過電流検出回路の使用を組み合わせることにより、過電流遮断素子の発熱による影響を受けずにスイッチング素子を強制的にオフに制御する過電流保護装置を実現することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。
(1)スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路の過電流保護装置において、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子と、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流検出回路と、
を有することを特徴とする過電流保護装置。
【0012】
(2)前記スイッチング素子の破壊電流をIa、前記過電流遮断素子の遮断電流をIb,前記過電流検出回路の動作電流をIcとするとき、
Ia>Ib>Icに選定したことを特徴とする(1)記載の過電流保護装置。
【0013】
(3)前記過電流検出回路は、前記動作電流Icを検出したときに前記スイッチング素子を制御する演算処理装置に異常信号を通知することを特徴とする(1)又は(2)記載の過電流保護装置。
【0014】
(4)前記演算処理装置は、前記異常信号を受けたときに前記スイッチング素子を強制的にオフに制御することを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の過電流保護装置。
【0015】
(5)前記過電流遮断素子は、過電流による素子温度が所定値を超えたときにその抵抗値が急変する特性を有するサーミスタ素子であることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の過電流保護装置。
【0016】
(6)一端が共通接続された同一定格(定格電流:Id)を有する複数の負荷の夫々の他端に前記演算処理装置により選択的に2値制御される複数のスイッチング素子(破壊電流:Ia)の一端が接続され、これらスイッチング素子の他端が夫々過電流遮断素子(遮断電流:Ib)を介して共通接続され、この共通接続点が過電流検出回路(動作電流:Ic)および電源を介して前記負荷の共通接続点に接続されると共に、
Ia>IbかつIc>Idに選定したことを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載の過電流保護装置。
【0017】
(7)前記演算処理装置は、プログラマブルコントローラであることを特徴とする(1)乃至(6)のいずれかに記載の過電流保護装置。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1は本発明を適用した過電流保護装置の一例を示す回路構成図であり、図5の従来装置で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0019】
本発明の特徴点は、スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路において、過電流遮断素子と過電流検出回路とをスイッチング素子に直列接続した構成にある。
【0020】
図1において、10は過電流遮断素子、11は過電流検出回路であり、これらはPLC内部でスイッチング素子2に直列接続されている。スイッチング素子2の破壊電流をIa、過電流遮断素子10の遮断電流をIb,過電流検出回路11の動作電流をIcとするとき、
Ia>Ib>Icに選定されている。
【0021】
過電流が発生した場合の動作につき説明する。過電流検出回路11は、動作電流Icを検出したときにスイッチング素子2を制御する演算処理装置1に異常信号ARを通知し、演算処理装置1は、異常信号ARを受けたときにスイッチング素子2を強制的にオフに制御する。
【0022】
演算処理装置1が異常信号ARを検知後、スイッチング素子2を強制的にオフするまでの時間に、さらに電流が過電流遮断素子10の遮断電流Ib以上に増加しようとした場合には、この過電流遮断素子10の特性によりスイッチング素子2への電流を遮断電流Ibに抑制する。
【0023】
過電流遮断素子10の動作時間は、演算処理装置1が異常信号ARを受けてスイッチング素子2を強制的にオフに制御するまでの短期間であり、周囲への発熱影響はほとんどない。
【0024】
過電流遮断素子10は、過電流による素子温度が所定値を超えたときにその抵抗値が急変する特性を有するポリマ系PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ素子で実現される。このようなサーミスタ素子は、ポリスイッチ(レイケム社の商品名)として市販されており、電気的な特性は、インターネットのURL(http://www.raychem.co.jp/polyswitch/product/)で公開されている。
【0025】
図5は、ポリマ系PTCサーミスタ素子の素子温度と素子抵抗特性図である。温度が125度より150度の間で1Ωから10kΩに急増する。過電流による温度上昇がなくなれば素子抵抗は元の低抵抗状態に戻る可逆特性を持つので、フーズのように交換するメンテナンスは不要である。
【0026】
図2は、本発明の他の実施形態を示す回路構成図である。PLCでは、複数の負荷をオンオフ制御する場合に、コネクタの端子数削減のためにマイナス電圧側を共通にする場合が多い。この例ではプラス側の出力端子4本に対して1本のマイナス側の出力端子により、4個の負荷をオンオフ制御している。
【0027】
51乃至55は、一端が共通接続(P点)された同一定格を有する複数の負荷である。これら負荷の夫々の他端は、演算処理装置1の信号S1乃至S4により選択的に2値制御される複数のスイッチング素子21乃至24の一端に接続されている。
【0028】
これらスイッチング素子21乃至24の他端は、夫々過電流遮断素子101乃至104を介して共通接続(Q点)され、この共通接続点が共通の過電流検出回路11を介してマイナス側の出力端子4に接続される。この出力端子4と負荷の共通接続点P間に電源6が接続される。
【0029】
このような接続関係において、スイッチング素子21乃至24の破壊電流をIa、過電流遮断素子101乃至104の遮断電流をIb。過電流検出回路11の動作電流をIc、スイッチング素子21乃至24の定格電流をIdとしたとき、
Ia>IbかつIc>Idに選定する。
【0030】
このような電流レベルの選定によれば、選択されてオンとされたスイッチング素子21乃至24のいずれかの電流が定格値Idを超えて過電流検出回路11の動作電流をIc以上になれば、異常信号ARが演算処理装置1に通知され、スイッチング素子21乃至24を強制的にオフとする。
【0031】
即ち、図2に示す回路では、過電流検出回路11は、負荷51乃至54のいずれに異常が発生したかは判別せず、過電流遮断素子101のみにて異常が発生した場合でも、過電流遮断素子101乃至104に備えられるスイッチング素子21乃至24を強制的にオフとする。
【0032】
また、演算処理装置1が異常信号ARを検知後、スイッチング素子21乃至24を強制的にオフするまでの時間に、更に電流が増加すれば、各スイッチング素子21乃至24に直列挿入された過電流遮断素子101乃至104により、電流は破壊電流Iaより小さい遮断電流Ibに制限される。
【0033】
この実施形態の特徴は、出力端子の資源節減と同時に過電流検出回路11を共通に1個設ける構成にある。一般に、過電流遮断素子を出力トランジスタやFET等のスイッチング素子に個別に組み込むことは比較的容易であるが、過電流検出回路は他のヒューズや電流遮断素子等と比較して複雑高価な機構となる場合が多い。よって、過電流検出回路11を共通に1個設ける構成により過電流検出回路数を減らすことができ、全体構成の簡略化とコストダウンを行うことができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果を期待することができる。
(1)ヒューズ交換のように人手を煩わせることがない。
(2)過電流遮断素子を単独に用いた場合のように、発熱による二次的な破壊を引き起こす可能性が少ない。
(3)過電流検出回路の使用により、異常の発生を記録に残す、あるいは他の機器へ通知することを容易に行うことができる。
(4)過電流遮断素子としてサーミスタ素子の使用により、メンテナンスフリーとすることができるので、PLC内部に組み込むことが容易であり、PLCの信頼性向上とコストダウンに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した過電流保護装置の一例を示す回路構成図である。
【図2】本発明を適用した過電流保護装置の他の実施形態を示す回路構成図である。
【図3】PLCの演算処理装置とスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。
【図4】過電流に対する保護装置をPLC内に有する、従来のスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。
【図5】ポリマ系PTCサーミスタ素子の素子温度と素子抵抗特性である。
【符号の説明】
1 演算処理装置
2 スイッチング素子
3, 4 出力端子
5 負荷
6 電源
10 過電流遮断素子
11 過電流検出回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is applied to external devices (hereinafter referred to as loads) such as lamps and motors via switching elements that are binary-controlled by an arithmetic processing unit of a programmable controller (hereinafter referred to as PLC) used for controlling machine tools and production lines. The present invention relates to an overcurrent protection device in an output circuit that performs on / off control of the power supply connection.
[0002]
[Prior art]
An overcurrent protection device using an overcurrent cutoff element connected in series to a switching element is disclosed in Patent Literature.
[0003]
[Patent Literature]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244414 “Semiconductor Device Protection Circuit and Semiconductor Device Having the Same”
[0004]
FIG. 3 is a basic configuration diagram of on / off power source connection control to a load by a PLC processing unit and a switching element.
[0005]
[0006]
In such a basic configuration, when the switching element 2 in the PLC is turned on when the terminal of the load 5 is short-circuited due to a connection error, a large current flows through the switching element 2 and the switching element 2 or It is conceivable that the
[0007]
FIG. 4 is a basic configuration diagram of on / off power source connection control to a load by a switching element having such a protection device against overcurrent in the PLC. A protection circuit 7 is inserted in the middle of the switching element 2 circuit. Specifically, the following circuit or electronic component can be used for this protection circuit.
[0008]
(I) Use a fuse. It cuts off when a large current flows, preventing damage to other parts. If it blows, replace the fuse.
(Ii) An overcurrent cutoff element that cuts off a current exceeding a certain level is used. This element has a characteristic that when a large current flows, the resistance value increases and the current does not flow.
(Iii) Using an overcurrent detection circuit that detects that a current exceeding a certain level flows, the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
(1) The use of the fuse in the above item (i) requires manual replacement after operation, which makes maintenance extremely complicated.
(2) In the use of the overcurrent cutoff element of (ii), heat is generated when the element resistance value increases. Since the device continues to generate heat while voltage is applied to it, peripheral components and printed circuit boards may be damaged by high heat when operating for a long time.
(3) In the use of the overcurrent detection circuit of (iii), since it passes through the
[0010]
The object of the present invention is to force the switching element without being affected by the heat generated by the overcurrent cutoff element by combining the use of the overcurrent cutoff element of (ii) and the use of the overcurrent detection circuit of (iii). It is to realize an overcurrent protection device that is controlled to be turned off.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention for achieving such an object is as follows.
(1) In an overcurrent protection device for an output circuit that controls on / off of power supply to a load via a switching element,
An overcurrent interrupting element connected in series to the switching element;
An overcurrent detection circuit connected in series to the switching element;
An overcurrent protection device comprising:
[0012]
(2) When the breakdown current of the switching element is Ia, the cutoff current of the overcurrent cutoff element is Ib, and the operating current of the overcurrent detection circuit is Ic,
The overcurrent protection device according to (1), wherein Ia>Ib> Ic is selected.
[0013]
(3) The overcurrent according to (1) or (2), wherein the overcurrent detection circuit notifies an abnormal signal to an arithmetic processing unit that controls the switching element when the operating current Ic is detected. Protective device.
[0014]
(4) The overcurrent protection device according to any one of (1) to (3), wherein the arithmetic processing unit forcibly controls the switching element to be turned off when the abnormal signal is received. .
[0015]
(5) The overcurrent interrupting element is a thermistor element having a characteristic that its resistance value suddenly changes when the element temperature due to overcurrent exceeds a predetermined value. An overcurrent protection device according to
[0016]
(6) A plurality of switching elements (breakdown current: Ia) selectively binary-controlled by the arithmetic processing unit at the other ends of a plurality of loads having the same rating (rated current: Id) and having one end connected in common ) Are connected to each other, and the other ends of these switching elements are connected in common via an overcurrent cutoff element (cutoff current: Ib), and this common connection point serves as an overcurrent detection circuit (operation current: Ic) and a power source Connected to the common connection point of the load via
The overcurrent protection device according to any one of (1) to (5), wherein Ia> Ib and Ic> Id are selected.
[0017]
(7) The overcurrent protection device according to any one of (1) to (6), wherein the arithmetic processing unit is a programmable controller.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an example of an overcurrent protection device to which the present invention is applied. The same components as those described in the conventional device in FIG.
[0019]
A feature of the present invention resides in a configuration in which an overcurrent cutoff element and an overcurrent detection circuit are connected in series to a switching element in an output circuit that controls on / off of power supply to a load via the switching element.
[0020]
In FIG. 1, 10 is an overcurrent interruption element, 11 is an overcurrent detection circuit, and these are connected in series to the switching element 2 inside the PLC. When the breakdown current of the switching element 2 is Ia, the cutoff current of the overcurrent cutoff element 10 is Ib, and the operating current of the overcurrent detection circuit 11 is Ic,
Ia>Ib> Ic is selected.
[0021]
The operation when an overcurrent occurs will be described. The overcurrent detection circuit 11 notifies the
[0022]
In the time until the switching device 2 is forcibly turned off after the
[0023]
The operation time of the overcurrent interruption element 10 is a short period until the
[0024]
The overcurrent interrupting element 10 is realized by a polymer PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor element having a characteristic that its resistance value changes suddenly when the element temperature due to overcurrent exceeds a predetermined value. Such a thermistor element is commercially available as a polyswitch (trade name of Raychem), and its electrical characteristics are Internet URL (http://www.raychem.co.jp/polyswitch/product/). It has been published.
[0025]
FIG. 5 is an element temperature and element resistance characteristic diagram of the polymer PTC thermistor element. The temperature increases rapidly from 1 Ω to 10 kΩ between 125 degrees and 150 degrees. If the temperature rise due to overcurrent disappears, the element resistance has a reversible characteristic that returns to the original low resistance state, so that replacement such as food is unnecessary.
[0026]
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing another embodiment of the present invention. In a PLC, when a plurality of loads are on / off controlled, the negative voltage side is often shared to reduce the number of connectors. In this example, four loads are controlled on and off by four minus output terminals with one minus output terminal.
[0027]
[0028]
The other ends of these switching elements 21 to 24 are connected in common (point Q) via
[0029]
In such a connection relationship, the breakdown current of the switching elements 21 to 24 is Ia, and the cutoff current of the
Select Ia> Ib and Ic> Id.
[0030]
According to such selection of the current level, if the current of any of the switching elements 21 to 24 that are selected and turned on exceeds the rated value Id and the operating current of the overcurrent detection circuit 11 becomes equal to or greater than Ic, The abnormal signal AR is notified to the
[0031]
That is, in the circuit shown in FIG. 2, the overcurrent detection circuit 11 does not determine which of the
[0032]
In addition, if the current further increases after the
[0033]
The feature of this embodiment is that a single overcurrent detection circuit 11 is provided in common with the resource saving of the output terminal. In general, it is relatively easy to individually incorporate an overcurrent interrupting element into a switching element such as an output transistor or FET, but the overcurrent detection circuit has a complicated and expensive mechanism compared to other fuses or current interrupting elements. There are many cases. Therefore, the configuration in which one overcurrent detection circuit 11 is provided in common can reduce the number of overcurrent detection circuits, thereby simplifying the overall configuration and reducing the cost.
[0034]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the following effects can be expected according to the present invention.
(1) There is no need to bother manual operations like fuse replacement.
(2) There is little possibility of causing secondary destruction due to heat generation as in the case where the overcurrent interrupting element is used alone.
(3) By using the overcurrent detection circuit, it is possible to easily record the occurrence of abnormality in the record or notify other devices.
(4) Since a thermistor element can be used as an overcurrent interrupting element, it can be made maintenance-free, so that it can be easily incorporated into the PLC, and can contribute to improving the reliability and cost of the PLC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an example of an overcurrent protection device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing another embodiment of an overcurrent protection device to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a basic configuration diagram of on / off power source connection control to a load by a PLC processing unit and a switching element;
FIG. 4 is a basic configuration diagram of on / off power source connection control to a load by a conventional switching element having a protection device against overcurrent in a PLC.
FIG. 5 shows element temperature and element resistance characteristics of a polymer-based PTC thermistor element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子と、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流検出回路と、
を有することを特徴とする過電流保護装置。In an overcurrent protection device for an output circuit that controls on / off of power supply to a load via a switching element,
An overcurrent interrupting element connected in series to the switching element;
An overcurrent detection circuit connected in series to the switching element;
An overcurrent protection device comprising:
Ia>Ib>Icに選定したことを特徴とする請求項1記載の過電流保護装置。When the breakdown current of the switching element is Ia, the cutoff current of the overcurrent cutoff element is Ib, and the operating current of the overcurrent detection circuit is Ic,
2. The overcurrent protection device according to claim 1, wherein Ia>Ib> Ic is selected.
Ia>IbかつIc>Idに選定したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の過電流保護装置。One end of a plurality of switching elements (breakdown current: Ia) selectively binary controlled by the arithmetic processing unit at the other end of each of a plurality of loads having the same rating (rated current: Id) and having one end connected in common The other ends of these switching elements are connected in common via an overcurrent cutoff element (cutoff current: Ib), and this common connection point is connected to the above-mentioned via an overcurrent detection circuit (operating current: Ic) and a power source. Connected to the common connection point of the load,
6. The overcurrent protection device according to claim 1, wherein Ia> Ib and Ic> Id are selected.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2009219286A (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Yazaki Corp | Electric connection box, power supply interrupting method and program |
CN103885382A (en) * | 2014-03-18 | 2014-06-25 | 深圳市汇川控制技术有限公司 | PLC output circuit with overcurrent protection |
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2003
- 2003-06-19 JP JP2003174635A patent/JP2005012923A/en active Pending
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