JP2008061207A - 接点入力回路 - Google Patents

Abstract

【課題】閾値電圧設定回路の開放故障に対するフェールセーフ性を確保しつつ、接点の接触信頼性の向上を図ることのできる接点入力回路を提供する。
【解決手段】（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２の間に抵抗器Ｒ１とＲ３と第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３とを順方向にして直列接続し、Ｒ１とＲ３の接続点と（−）入力端子１２との間に、抵抗器Ｒ２と第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１と第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２と第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３とを順方向かつ直列に接続し、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１により出力信号の出力回路を構成し、検査信号により第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２をオン／オフさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、接点の開閉状態を示す入力信号を取り込むための接点入力回路に関する。

駅構内などで列車運行の安全を確保する電子連動装置は、転てつ機や信号機など遠隔の現場機器からその動作状態（現場機器が有するリレー接点の開閉状態）を示す入力信号を入力し、該入力信号が示す現場機器の動作状態に基づいて安全確保のための論理処理を行なっている。かかる電子連動装置では、故障が発生しても該故障によって乗客が危険な事態に陥らないようにするフェールセーフ対策が施されており、現場機器の動作状態を入力する入力回路においても、フェールセーフな入力が求められる。

たとえば、特許文献１に開示されたフェールセーフ入力回路（図３参照）では、ノイズの影響を受け難くするために、閾値電圧以下を不感知とするための閾値電圧設定回路を介して現場機器からの入力信号を取り込むと共に、閾値電圧設定回路が正常に動作しているか否かを検査する機能を備えている。

詳細には、図示しないリレー接点の閉成により入力条件が成立して（＋）入力端子１と（−）入力端子２との間に順方向の電圧が印加されたときに、検査信号入力端子３から入力されるフェールセーフ検査信号により、第１フォトカプラＰ１がオン制御されると、第１抵抗器Ｒ１→第２抵抗器Ｒ２→第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタ→第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードの経路で入力電流が流れて、第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタがオン状態になる。その結果、第１抵抗器Ｒ１→第３抵抗器Ｒ３→第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタ→第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードの経路にも電流が流れて、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタがオン状態になり、入力条件の成立を示す出力信号が出力端子４から出力される。このとき、フェールセーフ検査信号により第１フォトカプラＰ１をオン／オフ制御すると、これに一致して出力信号もオン／オフすることになる。

一方、第１抵抗器Ｒ１と第３抵抗器Ｒ３とで構成された閾値電圧設定回路において、第３抵抗器Ｒ３の開放状態による故障が生じたときは、閾値電圧設定回路が機能しなくなってノイズの影響を受けやすくなるところ、この回路では、第３抵抗器Ｒ３が開放状態になると、第３抵抗器Ｒ３→第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタ→第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードの経路に電流が流れなくなり、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタがオフになる。その結果、フェールセーフ検査信号により第１フォトカプラＰ１をオン／オフ制御しても出力信号は変化しなくなる。したがって、フェールセーフ検査信号による第１フォトカプラＰ１のオン／オフ制御に一致して出力信号がオン／オフするときは、入力条件が成立し、かつ、閾値電圧設定回路が正常であることを認識でき、正確でフェールセーフな入力を可能にしている。

特開平８−８０８５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された回路では、フェールセーフ検査信号がパルス的にオン制御された時以外は（＋）（−）入力端子１、２に接続された図示しない接点に電流が流れない。そのため、常時、接点に電流を流して接点表面の酸化被膜や硫化被膜を破壊して接触抵抗を増大させないようにするという、所謂、接点ウェッティングの効果を得ることができず、接触不良の可能性を低減して信頼性を高めるという観点からは問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、閾値電圧設定回路の抵抗器の開放故障に対するフェールセーフ性を確保しつつ、接点の接触信頼性の向上を図ることのできる接点入力回路を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］接点の開閉状態を示す入力信号を入力するための接点入力回路において、
前記入力信号が入力される（＋）入力端子および（−）入力端子と、
検査信号が入力される検査信号入力端子と、
前記接点の開閉状態を示す出力信号を出力するための出力端子と、
前記（＋）入力端子と前記（−）入力端子との間に直列に接続された第１抵抗器および第１回路部と、
前記第１回路部に並列に接続された第２回路部と
を備え、
前記第２回路部は、第２抵抗器と、第１フォトカプラのフォトダイオードと、第２フォトカプラのフォトトランジスタと、第３フォトカプラのフォトトランジスタとを前記（＋）入力端子および（−）入力端子の極性に対して順方向にして直列に接続して有すると共に、前記第１フォトカプラのフォトトランジスタにより前記出力端子に前記出力信号を出力するための出力回路を構成し、さらに前記検査信号入力端子から入力される前記検査信号に応じて前記第２フォトカプラのフォトダイオードに順方向電流を流すための入力回路と、前記第１フォトカプラのフォトダイオードと前記第２フォトカプラのフォトトランジスタと前記第３フォトカプラのフォトトランジスタとを直列に接続したものに対して並列かつ逆方向に接続された第１ダイオードとを有し、
前記第１回路部は、第３抵抗器と、前記（＋）入力端子および（−）入力端子の極性に対して順方向にされた前記第３フォトカプラのフォトダイオードとを直列に接続して有すると共に、前記第３フォトカプラのフォトダイオードに対して並列かつ逆方向に接続された第２ダイオードを有する
ことを特徴とする接点入力回路。

上記発明では、第１抵抗器および第３抵抗器は、ノイズの影響を排除するための閾値電圧設定回路を構成する。接点が閉じて（＋）（−）入力端子間に順方向電圧（入力信号）が印加されると、（＋）（−）入力端子間に直列に接続された第１抵抗器と第３抵抗器と第３フォトカプラのフォトダイオードとで構成される経路に常時、電流が流れ、接点信頼性を維持するための接点ウェッティングがなされる。

また、第３フォトカプラのフォトダイオードに上記の電流が流れることによって、第３フォトカプラのフォトトランジスタはオンになり、この状態で、検査信号により第２フォトカプラのフォトトランジスタをオン／オフ制御すると、第１フォトカプラのフォトトランジスタで構成された出力回路から出力端子へ出力される出力信号が、検査信号のオン／オフに応じてオン／オフ変化する。一方、（＋）（−）入力端子間に順方向電圧（入力信号）が印加されないとき、または第３抵抗器の開放状態による故障時には、第３フォトカプラのフォトトランジスタはオフになるので、検査信号をオン／オフ制御しても、出力信号は変化しない。

したがって、検査信号のオン／オフ制御に対応して出力信号がオン／オフ変化するときは、第３抵抗器に開放故障がなく、かつ（＋）（−）入力端子間に順方向電圧（入力信号）が印加されていると判定でき、閾値電圧設定回路の抵抗器の開放故障が生じた場合でもフェールセーフな入力が確保される。なお、直列接続される第１抵抗器と第１回路部の並び順や、第１回路部内および第２回路部内で直列接続される各素子や抵抗器の並び順は、任意でよい。

［２］前記フォトカプラに代えて、フォトモスリレーなどの光半導体素子を使用した
ことを特徴とする［１］に記載の接点入力回路。

上記発明では、第１、第２、第３フォトカプラのいずれか１つ以上をフォトモスリレーなどの光半導体素子に置き換えた接点入力回路が構成される。

本発明に係わる接点入力回路によれば、閾値電圧設定回路を構成する抵抗器の開放故障に対するフェールセーフ性が確保されると共に、入力条件が成立しているときは、検査信号のオン／オフにかかわらず、常時、接点に電流が流れるので、接点ウェッティングの効果により接点の接触信頼性を向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係わる接点入力回路１０の構成を示す回路図であり、図２は、本発明の一実施の形態に係わる接点入力回路１０の接続状態を示すブロック図である。

図２に示すように、接点入力回路１０は、転てつ機や信号機など遠隔の現場機器（遠隔リレー装置）２１から、該遠隔リレー装置２１が有する接点２２の開閉状態を示す入力信号が入力される（＋）入力端子１１および（−）入力端子１２と、電子連動装置３０から検査信号が入力される検査信号入力端子１３と、接点２２の開閉状態を示す出力信号を電子連動装置３０へ出力するための出力端子１４を備えており、（＋）入力端子１１および（−）入力端子１２は入力回線２３を通じて遠隔リレー装置２１に接続され、検査信号入力端子１３および出力端子１４はそれぞれ電子連動装置３０に接続される。

接点２２は、リレー接点など実際に接点を接触させて導通を図るものである。（＋）入力端子１１、（−）入力端子１２間に接続される外部回路は、１または２以上の接点２２と直流電源とを備えており、接点２２が閉成して入力条件が成立したとき、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２との間に順方向電圧を印加するようになっている。

接点入力回路１０は、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２との間に直列に接続された第１抵抗器Ｒ１および第１回路部と、第１回路部と並列に接続された第２回路部とを備えている。第２回路部は、第２抵抗器Ｒ２と、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１と、第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２と、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３とを、（＋）入力端子１１および（−）入力端子１２の極性に対して順方向にして直列接続して有すると共に、出力端子１４に出力信号を出力するための出力回路を第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１によって構成し、さらに検査信号入力端子１３から入力される検査信号に応じて第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２に順方向電流を流すための入力回路と、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１と第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２と第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３とを直列に接続したものに対して並列かつ逆方向に接続された逆方向電流阻止用の第１ダイオードＤ１とを有している。

第１回路部は、第３抵抗器Ｒ３と、（＋）入力端子１１および（−）入力端子１２の極性に対して順方向にされた第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３とを直列に接続して有すると共に、第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３に対して並列かつ逆方向に接続された逆方向電流阻止用の第２ダイオードＤ２を有している。

より詳細には、図１に示す回路例では、（＋）入力端子１１に第１抵抗器Ｒ１の一端が接続され、第１抵抗器Ｒ１の他端に第２抵抗器Ｒ２が接続され、第１抵抗器Ｒ１と第２抵抗器Ｒ２の接続点に第３抵抗器Ｒ３の一端が接続されている。また、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１のアノードは第２抵抗器Ｒ２の他端に接続されている。第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１のコレクタは出力端子１４および抵抗器Ｒ４を介して電源に接続され、エミッタは接地されており、出力信号の出力回路をなしている。第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２のコレクタは第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１のカソードに接続されている。第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２のアノードは抵抗器Ｒ５を介して電源に接続され、カソードは検査信号入力端子１３に接続されており、検査信号に応じて第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２に順方向電流を流すための入力回路をなしている。

第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３のアノードは第３抵抗器Ｒ３の他端と接続され、カソードは（−）入力端子１２に接続されている。また、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３のコレクタは第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２のエミッタに接続され、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３のエミッタは（−）入力端子１２に接続されている。さらに第１ダイオードＤ１のカソードは第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１のアノードに接続され、第１ダイオードＤ１のアノードは（−）入力端子１２に接続されている。第２ダイオードＤ２のカソードは第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３のアノードに接続され、第２ダイオードＤ２のアノードは（−）入力端子１２に接続されている。

第２抵抗器Ｒ２と第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１と第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２と第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３とは、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２の極性に対して順方向となるようにして直列接続されればよく、直列接続の並び順は任意でよい。同様に、直列接続された第３抵抗器Ｒ３と第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３との並び順を入れ替えてもかまわない。さらに、直列接続された第１抵抗器Ｒ１と第１回路部の並び順を変更してもかまわない。

接点入力回路１０において、第１抵抗器Ｒ１と第３抵抗器Ｒ３は、閾値電圧設定回路をなしており、入力回線２３に誘起されるノイズによって（＋）入力端子１１、（−）入力端子１２間に発生するノイズ電圧（Ｎ）に対して誤動作しないように、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１の順方向電圧降下（ＶF≒１．２Ｖ）と第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２のコレクタ−エミッタ間飽和電圧（ＶCE≒０．２Ｖ）による回路の閾値電圧（ＶH＝ＶF＋ＶCE ≒１．４Ｖ）程度に、ノイズ電圧（Ｎ）をＲ３／（Ｒ１＋Ｒ３）に分圧する機能を果たす。

また、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２との間に所定の定格電圧（Ｅ）が印加された場合に、接点入力回路１０の安定動作に必要な規定の電流（Ｉ＝Ｅ／（Ｒ１＋Ｒ３））を流すための負荷として機能する。

第２抵抗器Ｒ２は、第２フォトカプラＰ２がオンしたときに第１抵抗器Ｒ１に流れる電流を、第３抵抗器Ｒ３と第２抵抗器Ｒ２にほぼ均等に分流させるために設けてある。すなわち、第２抵抗器Ｒ２がないと、第３抵抗器Ｒ３と第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３には、第２フォトカプラＰ２のＶCE（≒０．２Ｖ）による電圧降下と等しい電流しか流れなくなるため、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３の吸い込み電流が減少し、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１に規定の電流を流せなくなって回路の動作が不安定になるので、第２抵抗器Ｒ２を設けてある。

次に、接点入力回路１０の動作を説明する。

遠隔リレー装置２１の接点２２が閉成（接点がメークして入力条件が成立）すると、入力回線２３を介して接点入力回路１０の（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２との間に順方向の電圧（入力信号）が印加される。このとき、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２との間に直列に接続された第１抵抗器Ｒ１と第３抵抗器Ｒ３と第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３とで構成される経路に常時、電流が流れ、接点２２の接点信頼性を維持するための接点ウェッティングがなされる。

また、上記の電流が第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３に流れることによって、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３はオンになる。この状態で、検査信号により第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２がオン制御されると、第１抵抗器Ｒ１→第２抵抗器Ｒ２→第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１→第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２→第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３の経路で電流が流れ、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１がオンになり、出力端子１４にローレベルの出力信号が出力される。

また、検査信号により第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２がオフ制御されると、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１に電流が流れなくなって第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１がオフになり、出力端子１４からハイレベルの出力信号が出力される。したがって、検査信号により第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２をオン／オフ制御すると、該検査信号のオン（ローレベル）／オフ（ハイレベル）に対応して、出力信号がローレベルとハイレベルに変化する。

一方、入力条件が成立せず、（＋）入力端子１１と（−）入力端子１２の間に順方向の電圧が印加されないとき、または第３抵抗器Ｒ３の開放状態による故障時には、第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３に電流が流れないので第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３はオフになり、検査信号により第２フォトカプラＰ２をオン／オフ制御しても、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１に電流は常に流れず、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１が常にオフになり、出力信号はハイレベルに固定される。

したがって、電子連動装置３０は、検査信号をオン／オフ制御したとき、これに対応して出力信号がローレベルとハイレベルとに変化する場合は、第３抵抗器Ｒ３の開放状態による故障がなく、かつ入力条件が成立（接点が閉成）していると判定することができる。すなわち、第３抵抗器Ｒ３の開放故障が発生して、閾値電圧が正しく設定されない状態では、出力信号はハイレベルに固定されるので、第３抵抗器Ｒ３の開放故障時に発生したノイズを入力条件の成立として誤認識することが防止され、遠隔リレー装置２１の接点２２の閉成（入力条件の成立）を示す正確な真の動作情報を電子連動装置３０に入力することができる。

なお、電子連動装置３０は、入力条件が不成立（接点２２の開放）の場合に安全側に動作するようにフェールセーフ対策が施されており、接点入力回路１０は、第３抵抗器Ｒ３の故障時などは入力条件の不成立を示す出力信号を出力するので、接点入力回路１０は、電子連動装置３０に対して接点の動作状態のフェールセーフな入力を与えている。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

たとえば、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１で構成した出力回路は、エミッタを接地し、コレクタ側を抵抗器Ｒ４を介して電源に接続したコレクタ負荷型としたが、コレクタを電源に接続し、抵抗器を介してエミッタを接地し、エミッタと抵抗器との接続点から出力信号を出力するエミッタ負荷型にしてもよい。

さらに、第１、第２、第３のフォトカプラＰ１、Ｐ２、Ｐ３の何れか１つ以上に代えて、フォトモスリレーなどの他の種類の光半導体素子を使用してもよい。

本発明の一実施の形態に係わる接点入力回路の回路図である。 本発明の一実施の形態に係わる接点入力回路の接続状態を示すブロック図である。 従来のフェールセーフ入力回路の回路図である。

符号の説明

Ｄ１…第１ダイオード
Ｄ２…第２ダイオード
Ｐ１…第１フォトカプラ
Ｐｔ１…第１フォトカプラのフォトトランジスタ
Ｐｄ１…第１フォトカプラのフォトダイオード
Ｐ２…第２フォトカプラ
Ｐｔ２…第２フォトカプラのフォトトランジスタ
Ｐｄ２…第２フォトカプラのフォトダイオード
Ｐ３…第３フォトカプラ
Ｐｔ３…第３フォトカプラのフォトトランジスタ
Ｐｄ３…第３フォトカプラのフォトダイオード
Ｒ１…第１抵抗器
Ｒ２…第２抵抗器
Ｒ３…第３抵抗器
Ｒ４、Ｒ５…抵抗器
１０…接点入力回路
１１…（＋）入力端子
１２…（−）入力端子
１３…検査信号入力端子
１４…出力端子
２１…遠隔リレー装置
２２…接点
２３…入力回線
３０…電子連動装置

Claims (2)

1. 接点の開閉状態を示す入力信号を入力するための接点入力回路において、
   前記入力信号が入力される（＋）入力端子および（−）入力端子と、
   検査信号が入力される検査信号入力端子と、
   前記接点の開閉状態を示す出力信号を出力するための出力端子と、
   前記（＋）入力端子と前記（−）入力端子との間に直列に接続された第１抵抗器および第１回路部と、
   前記第１回路部に並列に接続された第２回路部と
   を備え、
   前記第２回路部は、第２抵抗器と、第１フォトカプラのフォトダイオードと、第２フォトカプラのフォトトランジスタと、第３フォトカプラのフォトトランジスタとを前記（＋）入力端子および（−）入力端子の極性に対して順方向にして直列に接続して有すると共に、前記第１フォトカプラのフォトトランジスタにより前記出力端子に前記出力信号を出力するための出力回路を構成し、さらに前記検査信号入力端子から入力される前記検査信号に応じて前記第２フォトカプラのフォトダイオードに順方向電流を流すための入力回路と、前記第１フォトカプラのフォトダイオードと前記第２フォトカプラのフォトトランジスタと前記第３フォトカプラのフォトトランジスタとを直列に接続したものに対して並列かつ逆方向に接続された第１ダイオードとを有し、
   前記第１回路部は、第３抵抗器と、前記（＋）入力端子および（−）入力端子の極性に対して順方向にされた前記第３フォトカプラのフォトダイオードとを直列に接続して有すると共に、前記第３フォトカプラのフォトダイオードに対して並列かつ逆方向に接続された第２ダイオードを有する
   ことを特徴とする接点入力回路。
2. 前記フォトカプラに代えて、フォトモスリレーなどの光半導体素子を使用した
   ことを特徴とする請求項１に記載の接点入力回路。

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