JP2011221588A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能な電源排他回路を備える電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る電子機器１は、第１及び第２の電力制御部２６、２５を有する電源排他回路２を備えている。第１の電力制御部２６は、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ電力が供給されている場合に、電力検出部２３が外部電源７から供給される電力を検出したとき、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ供給される電力を停止するように制御するとともに、外部電源７から電子回路部３への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、第２の電力制御部２５は、許容信号の切替が行われたとき、外部電源７から電子回路部３に電力を供給するように制御するとともに、許容信号の切替が行われていないとき、外部電源７から電子回路部３への電力供給経路２１を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関し、特に、電源排他回路を備える電子機器に関する。

近年、データ通信を行うためのＬＡＮ配線を介して電子機器に電力を供給するＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）技術（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ）や、ＵＳＢ配線を介して電子機器に電力を供給する技術が規格化されている。そのため、ＬＡＮ配線やＵＳＢ配線（以下、データ通信配線）と接続する電子機器は、交流電源や直流電源の外部電源以外から電力の供給を受けることが可能になった。

しかし、データ通信配線を介して電力の供給を受けることが可能な電子機器であっても、データ通信配線を介して供給できる電力が限られていることや、ユーザの要求により、外部電源からも電力の供給を受けることを可能にすることが望まれる場合がある。

そこで、データ通信配線を介して電力を供給する経路と、外部電源から電力を供給する経路との二つの電力供給経路を有する電子機器が開発されている。例えば、特許文献１には、データ通信配線、及び外部電源から電力を供給するための電源配線が接続され、データ通信配線、及び電源配線から電力の供給を受けるプログラマブルコントローラが開示してある。このようなプログラマブルコントローラは、通常、データ通信配線と電源配線のいずれか一方のみを介して電力の供給を受ける。

特開２００９−２５９０８４号公報

しかし、データ通信配線及び外部電源から電力を供給するための電源配線が接続された電子機器は、誤ってデータ通信配線を介して供給される電力と、電源配線を介して供給される電力とがともに（同時に）供給される可能性がある。例えば、データ通信配線を介して電力の供給を受けているときに、ユーザが誤って外部電源を接続したような場合などである。このような場合、データ通信配線に接続された電源の電圧（例えば４８Ｖ）と外部電源の電圧（例えば２４Ｖ）との差により、データ通信配線に接続された電源と外部電源との間に過大な電流が流れ、電子機器が故障するおそれが生じる。

また、例えばデータ通信配線を介して電力を供給する経路と、外部電源から電力を供給する経路とを物理的に切り替えるスイッチを設けられた電子機器は、スイッチの大きさに制限され、小型化できず、電力を供給した状態でスイッチを切り替えると接点が溶着して確実に電源を切り替えることができない等の問題がある。その結果、電子機器が故障するおそれがある。

さらに、データ通信配線を介して電力を供給する経路、及び外部電源から電力を供給する経路のそれぞれに電源切り替え用のダイオードを設けられた電子機器は、ダイオードの発熱が大きく、ダイオードの電圧降下を無視できない場合がある。その結果、電子機器が故障するおそれがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能な電源排他回路を備える電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る電子機器は、少なくともデータ信号を重畳して電力を供給する電力供給経路を介して第１の電力供給源と接続する第１の電力供給源接続部と、電力を供給する電力供給経路を介して第２の電力供給源と接続する第２の電力供給源接続部と、前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源から供給される電力により所定の処理を行う電子回路部と、前記第１の電力供給源接続部から電力を供給する前記第１の電力供給源と、前記第２の電力供給源接続部から電力を供給する前記第２の電力供給源とを切り替えて、前記電子回路部に電力を供給する電源排他回路とを備える電子機器において、前記電源排他回路は、前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源から供給される電力を検出する電力検出部と、前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源のいずれか一方の電力供給源から前記電子回路部へ電力が供給されている場合に、前記電力検出部が前記他方の電力供給源から供給される電力を検出したとき、前記一方の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、前記他方の電力供給源から前記電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行う第１の電力制御部と、前記許容信号の切替が行われたとき、前記他方の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記許容信号の切替が行われていないとき、前記他方の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断する第２の電力制御部とを有する。

また、第２発明に係る電子機器は、第１発明において、前記電力検出部は、前記第２の電力供給源から供給される電力を検出する第１の電力検出部と、前記許容信号の切替に基づいて、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出する第２の電力検出部とを有し、前記第１の電力制御部は、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ電力が供給されている場合に、前記第１の電力検出部が前記第２の電力供給源から供給される電力を検出したとき、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断する。

また、第３発明に係る電子機器は、第２発明において、前記第１の電力検出部及び前記第２の電力検出部には、入力側と出力側とが電気的に絶縁される電子部品を用いる。

また、第４発明に係る電子機器は、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したタイミングに対して、前記他方の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するタイミングを遅延させる遅延回路を有する。

また、第５発明に係る電子機器は、第１乃至第４発明のいずれか一つにおいて、前記第２の電力供給源から供給される電力の電圧極性が逆極性の場合に、前記第１の電力検出部は、前記第２の電力供給源から供給される電力を検出可能であるとともに、前記第２の電力制御部は、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給しないように制御する。

また、第６発明に係る電子機器は、第１乃至第５発明のいずれか一つにおいて、前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断するスイッチング素子を備えている。

また、第７発明に係る電子機器は、第６発明において、前記スイッチング素子は、トランジスタであって、ドレイン・ソース間に寄生ダイオードを有している。

また、第８発明に係る電子機器は、第１乃至第７発明のいずれか一つにおいて、前記第１の電力供給源と接続する前記第１の電力供給源接続部は、前記電子機器の筐体の長辺方向の一端に、別の電子機器と接続する接続部は、前記電子機器の筐体の長辺方向の他端にそれぞれ設ける。

第１発明では、電子機器に備える電源排他回路は、電力検出部と、第１の電力制御部と、第２の電力制御部とを有し、第１の電力制御部は、第１の電力供給源又は第２の電力供給源のいずれか一方の電力供給源から電子回路部へ電力が供給されている場合に、電力検出部が他方の電力供給源から供給される電力を検出したとき、一方の電力供給源から電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、他方の電力供給源から電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、第２の電力制御部は、許容信号の切替が行われたとき、他方の電力供給源から電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、許容信号の切替が行われていないとき、他方の電力供給源から電子回路部への電力供給経路を遮断するので、他方の電力供給源からステップ状の電圧を有する電力が供給された場合であっても、第２の電力制御部が電力供給経路を予め遮断し、ステップ状の電圧を有する電力が供給されても、瞬間に過大電流が電子回路部に流れることを防止することができる。そのため、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能となる。また、第２の電力供給源接続部が短絡しても、第２の電力制御部が電力供給経路を予め遮断してあるので、第２の電力供給源接続部を介して電子回路部に過大電流が流れることを防止できる。

第２発明では、第１の電力制御部は、第１の電力供給源から電子回路部へ電力が供給されている場合に、第１の電力検出部が第２の電力供給源から供給される電力を検出したとき、第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、第２の電力供給源から電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、第２の電力制御部は、第２の電力検出部が第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、第２の電力供給源から電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、第２の電力検出部が第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、第２の電力供給源から電子回路部への電力供給経路を遮断するので、第１の電力供給源と第２の電力供給源との接続を誤操作した場合であっても電子機器の故障を防ぐことができる。

第３発明では、第１の電力検出部及び第２の電力検出部は、入力側と出力側とが電気的に絶縁されるので、第１の電力供給源の第２の電力供給源に対する電気的な絶縁を確保することができる。

第４発明では、第２の電力制御部は、第２の電力検出部が第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したタイミングに対して、他方の電力供給源から電子回路部に電力を供給するタイミングを遅延させる遅延回路を有するので、第１の電力供給源からの電力の供給と、第２の電力供給源からの電力の供給との衝突を回避して、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能となる。

第５発明では、第２の電力供給源から供給される電力の電圧極性が逆極性の場合に、第１の電力検出部は、第２の電力供給源から供給される電力を検出可能であるとともに、第２の電力制御部は、第２の電力供給源から電子回路部に電力を供給しないように制御するので、第１の電力供給源及び第２の電力供給源から供給される電力をともに停止することができ、電子機器を安全に停止することができる。

第６発明では、第２の電力制御部は、第２の電力検出部が第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、第２の電力供給源から電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、第２の電力検出部が第１の電力供給源から電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、第２の電力供給源から電子回路部への電力供給経路を遮断するので、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能となる。

第７発明では、スイッチング素子は、トランジスタ（例えば、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ）であって、ドレイン・ソース間に寄生ダイオードを有しているので、寄生ダイオードを介して電力を供給し、電力供給源から電力を供給するタイミングを調整することができる。

第８発明では、第１の電力供給源と接続する第１の電力供給源接続部は、電子機器の筐体の長辺方向の一端に、別の電子機器と接続する接続部は、電子機器の筐体の長辺方向の他端にそれぞれ設けることにより、第１の電力供給源接続部と接続部とのデータ信号を双方向に流す配線を、直線的に配置することが可能となり、電子機器の筐体を小型化することができる。

本発明に係る電源排他回路を備える電子機器は、電源排他回路が、電力検出部と、第１の電力制御部と、第２の電力制御部とを有し、第１の電力制御部は、第１の電力供給源又は第２の電力供給源のいずれか一方の電力供給源から電子回路部へ電力が供給されている場合に、電力検出部が他方の電力供給源から供給される電力を検出したとき、一方の電力供給源から電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、他方の電力供給源から電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、第２の電力制御部は、許容信号の切替が行われたとき、他方の電力供給源から電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、許容信号の切替が行われていないとき、他方の電力供給源から電子回路部への電力供給経路を遮断するので、他方の電力供給源からステップ状の電圧を有する電力が供給された場合であっても、第２の電力制御部が電力供給経路を予め遮断し、ステップ状の電圧を有する電力が供給されても、瞬間に過大電流が電子回路部に流れることを防止することができる。そのため、複数の電力供給源（電源）が同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電源排他回路を備える電子機器の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電力検出部の回路図である。 本発明の実施の形態に係る電力検出部の回路図である。 本発明の実施の形態に係る第２の電力制御部の回路図である。 本発明の実施の形態に係る電源排他回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る電子機器の外観を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る電源排他回路を備える電子機器をより概念的に説明するための機能ブロック図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源排他回路を備える電子機器の機能ブロック図である。図１に示す電子機器１は、電源排他回路２、電子回路部３、第１の電力供給源接続部４、第２の電力供給源接続部５を備える。例えば、電子機器１は、プログラマブルコントローラや通信ユニット等である。電子機器１は、データ通信配線であるＬＡＮ配線４０を第１の電力供給源接続部４に接続することで、ＬＡＮ配線４０を介してＰＳＥ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）５０と接続する。また、電子機器１は、電源配線６を第２の電力供給源接続部５に接続することで、電源配線６を介して汎用の外部電源（第２の電力供給源）７（例えば、電圧２４Ｖの直流又は交流電源）と接続する。ＬＡＮ配線４０は、データ通信が可能であるとともに電力を供給することが可能なＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）技術を採用している。なお、ＬＡＮ配線４０を介して電力を供給する場合の電源は、ＰＳＥ５０の電源（第１の電力供給源）５０ａ（以下、ＰＳＥ電源５０ａ）である。

電源排他回路２は、第２の電力供給源接続部５を介して外部電源７と電子回路部３とを繋ぎ、外部電源７から電子回路部３へ電力を供給する電力供給経路２１と、第１の電力供給源接続部４を介してＰＳＥ電源５０ａと電子回路部３とを繋ぎ、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ電力を供給する電力供給経路２２との二つの経路を備えている。電力供給経路２２は、ＬＡＮ配線４０を介して電力を供給する経路であるため、電子回路部３へ電力を供給するとともに、データ信号も重畳して供給する。なお、電力供給経路は、二つの経路に限定されるものではなく、電力供給源の数に合わせて三つ以上の経路を備えても良い。

電力供給経路２１は、外部電源７から供給される電力を検出する電力検出部（第１の電力検出部）２３を備えている。図２は、本発明の実施の形態に係る電力検出部２３の回路図である。図２に示す電力検出部２３は、外部電源７から供給される電力に基づいて検出結果を出力する電力供給検知素子であるフォトカプラ素子ＰＣ１を備えている。フォトカプラ素子ＰＣ１は、外部電源７から供給される電力によって印加される電圧で発光する発光ダイオード２０１と、該発光ダイオード２０１の光を検出するフォトダイオード２０２とを有している。そのため、発光ダイオード２０１は、外部電源７から電力が供給されると発光し、該発光をフォトダイオード２０２が検出して信号を出力するので、電力検出部２３は、外部電源７から供給される電力を検出して、検出結果を出力することができる。なお、フォトカプラ素子ＰＣ１は、二つの発光ダイオード２０１が逆向きに並列接続されているため、外部電源７から供給される電力の電圧極性が逆極性であっても電力を検出することができる。これにより、外部電源７から供給される電力の電圧極性が逆極性の場合に、ＰＳＥ５０ａから電子回路部３へ電力を供給しないように制御することができる。なお、電力検出部２３は、電力供給経路２１の電圧を検知することにより電力を検出してもよいし、電力供給経路２１の電流を検知することにより電力を検出しても良い。

図１に戻って、電力供給経路２２は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の供給停止を検出する電力検出部（第２の電力検出部）２４を備えている。図３は、本発明の実施の形態に係る電力検出部２４の回路図である。図３に示す電力検出部２４は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力に基づいて検出結果を出力する電力供給検知素子であるフォトカプラ素子ＰＣ２を備えている。フォトカプラ素子ＰＣ２は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力（本実施の形態では、後述する第１の電力制御部２６から供給される電力）によって印加される電圧で発光する発光ダイオード３０１と、該発光ダイオード３０１の光を検出するフォトダイオード３０２とを有している。そのため、発光ダイオード３０１は、ＰＳＥ電源５０ａから電力が供給されると発光し、該発光をフォトダイオード３０２が検出して信号を出力するので、電力検出部２４は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出して、検出結果を出力することができる。なお、フォトカプラ素子ＰＣ２は、（コネクタの形状などにより）ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧極性が逆極性となることを想定していないため、発光ダイオード３０１は一つであるが、電圧極性が逆極性となることを想定している場合は、二つの発光ダイオード３０１が逆向きに並列接続される。また、電力検出部２４は、電力供給経路２２の電圧を検知することにより電力を検出してもよいし、電力供給経路２２の電流を検知することにより電力を検出しても良い。

図１に戻って、電力供給経路２２は、別の電力供給経路２１に設けられた電力検出部２３の検出結果に基づいてＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を停止するように制御する第１の電力制御部２６を備えている。そのため、電源排他回路２は、別の電力供給経路２１を介して外部電源７から供給されている電力を検出する電力検出部２３の検出結果に基づいて、電力供給経路２２に供給される電力を停止するように第１の電力制御部２６で制御するので、電子回路部３に電力を供給するＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とが同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことができる。第１の電力制御部２６は、電力検出部２３の検出結果に基づいて、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を停止する例えばスイッチング素子（図示せず）を備えている。また、ＬＡＮ配線４０がＰｏＥ技術を採用している場合、ＰｏＥ技術の規格（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ）により、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧は４８Ｖである。さらに、第１の電力制御部２６は、後述するように絶縁電源として機能し、電力検出部２３が外部電源７から供給される電力を検出したとき、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ供給される電力を停止するように制御するとともに、外部電源７から電子回路部３への電力供給を許容する許容信号の切替を行う。本実施の形態に係る第１の電力制御部２６は、該第１の電力制御部２６から供給される電力を電力検出部２４に検出させて、（例えば、電力検出部２４が第１の電力制御部２６における所定端子の電圧変化を検出して）許容信号を第２の電力制御部２５に送信する構成であるが、第１の電力制御部２６が能動的に第２の電力制御部２５に許容信号を送信する構成でも良い。また、第１の電力制御部２６が電子回路部３へ電力を供給するか否かにより許容信号の切替を行い、電力検出部２４は、許容信号の切替に基づいて、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ供給される電力の供給停止を検出しても良い。

さらに、電力供給経路２１は、別の電力供給経路２２に設けられた電力検出部２４の検出結果に基づいて外部電源７から電力を供給するよう制御する、又は外部電源７からの電力供給経路２１を遮断する第２の電力制御部２５を備えている。本実施の形態に係る第２の電力制御部２５は、許容信号の切替が行われたとき（例えば、オフ状態からオン状態への切替）、外部電源７から電子回路部３に電力を供給するように制御するとともに、許容信号の切替が行われていないとき（例えば、オフ状態からオフ状態のまま）、外部電源７から電子回路部３への電力供給経路２１を遮断するので、電子回路部３に電力を供給するＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とが同時に接続された場合であっても、電子機器の故障を防ぐことができる。図４は、本発明の実施の形態に係る第２の電力制御部２５の回路図である。図４に示す第２の電力制御部２５は、電力検出部２４の検出結果に基づいて、外部電源７からの電力供給経路２１を遮断するスイッチング素子４０１を備えている。なお、第２の電力制御部２５は、外部電源７から供給される電力の電圧極性が逆極性の場合、外部電源７からの電力供給経路２１を遮断することができるスイッチング素子４０１を備えている。そのため、誤って電圧極性が逆極性となるように外部電源７を電子機器１に接続した場合でも、第２の電力制御部２５は外部電源７からの電力供給経路２１を遮断し、電力検出部２３の検出結果に基づいて第１の電力制御部２６がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を停止するように制御するので、電子回路部３を含む電子機器１を安全に停止することができる。また、電力検出部２３、２４には、入力側と出力側とが電気的に絶縁されるフォトカプラ素子ＰＣ１、ＰＣ２を用いるので、電力供給経路２１と電力供給経路２２とは電気的に絶縁され、ＰＳＥ電源５０ａの外部電源７に対する電気的な絶縁を確保することができる。例えば、ＰＳＥ電源５０ａを使用する場合に、規格上、電気的な絶縁を要求されている場合であっても、その規格を満たすことができる。

また、第２の電力制御部２５は、外部電源７から電力を供給するタイミングを、電力検出部２４がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の供給停止を検出したタイミングに対して遅延させる遅延回路４０２を有する。そのため、第２の電力制御部２５は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧が十分に降下してから外部電源７から電力を供給することが可能になり、電子回路部３に電力を供給するＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とをより確実、安全に切り替えることができる構成となっている。遅延回路４０２を設けることで、第２の電力制御部２５は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧が十分に降下してから外部電源７から電力を供給することが可能になるのは、外部電源７の電圧が遅延回路４０２に印加されても、遅延回路４０２内の抵抗４０２ａ及びコンデンサ４０２ｂによりバイポーラトランジスタ４０２ｃのベース端子に印加される電圧が遅延し、バイポーラトランジスタ４０２ｃが直ちにオン状態となることを防ぐことができるためである。逆に、外部電源７の電圧が遅延回路４０２に印加されなくなると、電力検出部２４が出力した電圧（ＧＮＤ電圧）によりコンデンサ４０２ｂの電荷がＧＮＤに流れ、バイポーラトランジスタ４０２ｃが直ちにオン状態となり、スイッチング素子４０１がオフ状態となる。そのため、スイッチング素子４０１は、オフ状態からオン状態への切替には遅延時間を有しているが、オン状態からオフ状態への切替には遅延時間を有していないので、ユーザが誤って、外部電源７の抜き差しを複数回連続して行うような場合であっても、外部電源７を抜いた瞬間にはスイッチング素子４０１が直ちにオフ状態となり電力供給経路２１を遮断するので、再び外部電源７を差しても電子回路部３に過大電流が流れることを防止することができる。なお、上述した遅延回路４０２の抵抗４０２ａやコンデンサ４０２ｂは、回路設計者が適宜選択することができるので、結果として、上述した遅延時間を調整することができる。また、スイッチング素子４０１にトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ）を採用し、ドレイン・ソース間の寄生ダイオード（ボディーダイオード）を利用することで、外部電源７から電力を供給するタイミングを調整して、電子回路部３に電力を供給するＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とをスムーズに切り替えることができる。具体的には、後述する本発明の実施の形態に係る電源排他回路２の動作において、寄生ダイオード（ボディーダイオード）を利用した第２の電力制御部２５の動作を説明する。

電子回路部３は、電子機器１の機能を構成する電子部品等で構成された回路部であり、電圧２４Ｖで駆動できるように構成されている。しかし、ＰＳＥ電源５０ａから電力を電子回路部３に供給する場合、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧を４８Ｖから２４Ｖに変圧する必要がある。そのため、第１の電力制御部２６は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を変圧する回路（図示せず）を備えている。なお、第１の電力制御部２６は、スイッチング素子と、変圧する回路とを備えるので、電力検出部２３の検出結果に基づいて電力の供給をオン・オフする絶縁電源として機能している。また、第１の電力制御部２６の構成は例示であり、４８Ｖから２４Ｖに変圧する回路を備える構成や絶縁電源として機能する構成に限定されるものではない。

次に、本発明の実施の形態に係る電源排他回路２の動作を説明する。ここでの電源排他回路２の動作は、電子機器１は、ＰＳＥ電源５０ａから電力の供給を受けている状態で、ユーザが誤って外部電源７を接続し（時刻ｂ）、ユーザがその誤り（誤操作）に気づき、外部電源７の接続を外す（時刻ｅ’）場合を想定している。なお、時刻ｂは、予め外部電源７が電子機器１に接続されている場合は外部電源７のスイッチを入れたタイミングである。時刻ｅ’は、予め外部電源７が電子機器１に接続されている場合は外部電源７のスイッチを切ったタイミングである。本発明の実施の形態に係る電源排他回路２は、上述のような場合であっても、ＰＳＥ電源５０ａと外部電源７との切替を制御して電子機器１の故障を防ぐことができる。図５は、本発明の実施の形態に係る電源排他回路２の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示すタイミングチャートは、電子回路部３の電圧、第１の電力制御部２６の電圧（ＰＳＥ電源５０ａの電圧を第１の電力制御部２６で変圧して出力される電圧）、外部電源７の電圧、フォトカプラ素子ＰＣ１、ＰＣ２の状態、第１の電力制御部２６のスイッチング素子の状態、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１の状態、ボディーダイオードの状態、電子回路部３に電力を供給している電源をそれぞれ示している。

まず、タイミングチャートの時刻ａにおいて、第１の電力制御部２６の電圧が定格電圧であるため、フォトカプラ素子ＰＣ２がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出してオン状態となり、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１をオフ状態にする。一方、外部電源７の電圧が０（ゼロ）Ｖであるため、フォトカプラ素子ＰＣ１が外部電源７から供給される電力を検出せずオフ状態となり、第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオン状態にする。従って、電子回路部３に電力を供給している電源はＰＳＥ電源５０ａであり、電子回路部３の電圧はＰＳＥ電源５０ａの電圧を第１の電力制御部２６で変圧した電圧（第１の電力制御部２６の電圧）となる。

次に、タイミングチャートの時刻ｂにおいて、外部電源７の電圧がフォトカプラ素子ＰＣ１の閾値以上の電圧であるため、フォトカプラ素子ＰＣ１が外部電源７から供給される電力を検出してオン状態となり、第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオフ状態にする。第１の電力制御部２６のスイッチング素子がオフ状態であるため、フォトカプラ素子ＰＣ２がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出せずオフ状態となる。しかし、第２の電力制御部２５は、遅延回路４０２を有しているため第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１はオフ状態のままである。つまり、第２の電力制御部２５は、ＰＳＥ電源５０ａから供給される電力の電圧が十分に降下するまで、外部電源７から電子回路部３に電力を供給しない。より具体的にいえば、図４を用いて説明したように、外部電源７から電力が供給されても、遅延回路４０２内のコンデンサ４０２ｂに電荷が蓄積され、バイポーラトランジスタ４０２ｃのベース端子の電圧が外部電源７の電圧になるまでの時間、スイッチング素子４０１がオン状態になるのを遅延させることができるので、電子回路部３に外部電源７から電力を供給するタイミングを遅延させる。第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１がオフ状態のままであるため、電子回路部３に電力を供給している電源はＰＳＥ電源５０ａのままとなり、電子回路部３の電圧は第１の電力制御部２６の電圧とともに降下する。

次に、タイミングチャートの時刻ｃにおいて、電子回路部３の電圧と外部電源７の電圧とが約同電圧になると、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１のボディーダイオードがオン状態となる。スイッチング素子４０１のボディーダイオードがオン状態となることで、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１がオフ状態のままであっても、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１のボディーダイオードを介して外部電源７から電子回路部３に電力を供給することができる。つまり、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１のボディーダイオードを利用することで、第１の電力制御部２６の電圧が十分に降下する前に、外部電源７から電力を供給することで、電子回路部３の電圧の変化を小さくして、電子回路部３に電力を供給するＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とをスムーズに切り替えることができる。電子回路部３に電力を供給している電源はＰＳＥ電源５０ａから外部電源７に切り替わり、電子回路部３の電圧は外部電源７の電圧とともに上昇する。

次に、タイミングチャートの時刻ｄにおいて、第１の電力制御部２６の電圧が十分に降下した後に、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１がオン状態になる。なお、タイミングチャートの時刻ｄは、遅延回路４０２の遅延時間により変更することができ、遅延回路４０２の遅延時間は、抵抗４０２ａ及び／又はコンデンサ４０２ｂの値、又は抵抗４０２ａに直列に接続された遅延回路４０２の外に設けた抵抗４０３の値を調整することで変更可能である。第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１がオン状態となることを利用することで、スイッチング素子４０１のボディーダイオードを介して外部電源７から電子回路部３に供給していた電力を、オン状態のスイッチング素子４０１を介して外部電源７から電子回路部３に供給することになる。電子回路部３に電力を供給している電源は外部電源７であり、電子回路部３の電圧は外部電源７の電圧とともに上昇する。

次に、タイミングチャートの時刻ｅにおいて、外部電源７の電圧が定格電圧であるため、フォトカプラ素子ＰＣ１が外部電源７から供給される電力を検出してオン状態となり、第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオフ状態のまま維持する。一方、第１の電力制御部２６の電圧が０（ゼロ）Ｖであるため、フォトカプラ素子ＰＣ２がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出せずオフ状態となり、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１をオン状態のまま維持する。従って、電子回路部３に電力を供給している電源は外部電源７であり、電子回路部３の電圧は外部電源７の電圧と同じ定格電圧となる。

次に、タイミングチャートの時刻ｆにおいて、外部電源７の電圧が降下して、外部電源７の電圧がフォトカプラ素子ＰＣ１の閾値より小さい電圧となると、フォトカプラ素子ＰＣ１が外部電源７から供給される電力を検出せずオフ状態となり、第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオン状態にする。第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオン状態にすることで、フォトカプラ素子ＰＣ２がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出してオン状態となり、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１をオフ状態にする。従って、電子回路部３に電力を供給している電源は、タイミングチャートの時刻ｆの後、外部電源７の電圧と第１の電力制御部２６の電圧とが交差する時点で外部電源７からＰＳＥ電源５０ａに切り替わり、その後電子回路部３の電圧は第１の電力制御部２６の電圧とともに上昇する。

次に、タイミングチャートの時刻ｇにおいて、第１の電力制御部２６の電圧が定格電圧であるため、フォトカプラ素子ＰＣ２がＰＳＥ電源５０ａから供給される電力を検出してオン状態となり、第２の電力制御部２５のスイッチング素子４０１をオフ状態のまま維持する。一方、外部電源７の電圧が０（ゼロ）Ｖであるため、フォトカプラ素子ＰＣ１が外部電源７から供給される電力を検出せずオフ状態となり、第１の電力制御部２６のスイッチング素子をオン状態のまま維持する。従って、電子回路部３に電力を供給している電源はＰＳＥ電源５０ａであり、電子回路部３の電圧はＰＳＥ電源５０ａの電圧を第１の電力制御部２６で変圧した電圧（第１の電力制御部２６の電圧）となる。

図６は、本発明の実施の形態に係る電子機器１の外観を示す概略図である。図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電子機器１の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す電子機器１のＡ面での側面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す電子機器１のＢ面での側面図である。図６に示す電子機器１は、ＰＳＥ電源５０ａから電力を供給するためのＬＡＮ配線４０を接続するための第１の電力供給源接続部４と、外部電源７から電力を供給するための電源配線６を接続するための第２の電力供給源接続部５と、別の電子機器と接続する接続部６３とを備えている。第１の電力供給源接続部４は、ＰＳＥ電源５０ａを有するＰＳＥ５０と接続し、ＰＳＥ５０はさらにＰＬＣ（プログラマブルコントロール）と接続してある。接続部６３は、複数のファイバセンサと接続してあり、例えば一つのファイバセンサには投光器及び受光器が接続してある。

第１の電力供給源接続部４は電子機器１内で電力供給経路２２と接続するので、第１の電力供給源接続部４にＬＡＮ配線４０を接続することで電力供給経路２２を介してＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３に電力を供給することができる。第２の電力供給源接続部５は電子機器１内で電力供給経路２１と接続するので、第２の電力供給源接続部５に電源配線６を接続することで外部電源７から電子回路部３に電力を供給することができる。接続部６３は、別の電子機器にデータ信号及び電力を供給するためのデータ通信配線を接続することができる。

データ信号を重畳して供給する電力供給経路２２と接続する第１の電力供給源接続部４は、電子機器１の筐体の長辺方向の一端（図６（ａ）の紙面に向かって上側）に、別の電子機器と接続する接続部６３は、電子機器１の筐体の長辺方向の他端（図６（ｂ）の紙面に向かって下側）にそれぞれ設ける。そのため、第１の電力供給源接続部４と接続部６３との間にデータ信号等を双方向に流す配線を、直線的に配置することが可能となり、電子機器１の筐体を小型化することができる。

以上のように、本発明の実施の形態に係る電源排他回路２を備える電子機器１は、電源排他回路２が、電力検出部２３、２４と、第１の電力制御部２６と、第２の電力制御部２５とを有し、第１の電力制御部２６は、第１の電力供給源であるＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ電力が供給されている場合に、電力検出部２３が第２の電力供給源である外部電源７から供給される電力を検出したとき、ＰＳＥ電源５０ａから電子回路部３へ供給される電力を停止するように制御するとともに、外部電源７から電子回路部３への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、第２の電力制御部２５は、許容信号の切替が行われたとき、外部電源７から電子回路部３に電力を供給するように制御するとともに、許容信号の切替が行われていないとき、外部電源７から電子回路部３への電力供給経路２１を遮断するので、外部電源７からステップ状の電圧を有する電力が供給された場合であっても、第２の電力制御部２５が電力供給経路２１を予め遮断し、ステップ状の電圧を有する電力が供給されても、瞬間に過大電流が電子回路部３に流れることを防止することができる。そのため、複数の電力供給源（外部電源７、ＰＳＥ電源５０ａ）が同時に接続された場合であっても、電子機器１の故障を防ぐことが可能となる。また、第２の電力供給源接続部５が短絡しても、第２の電力制御部２５が電力供給経路２１を予め遮断してあるので、第２の電力供給源接続部５を介して電子回路部３に過大電流が流れることを防止できる。また、図５に示したように、ＰＳＥ電源５０ａと外部電源７とをスムーズに切り替えることができるので、電源を切り替えることによる電力ロスを低減することができる。

なお、電力供給経路２１、２２は、一の電力供給経路がデータ信号を重畳して供給しない経路で、別の電力供給経路がデータ信号を重畳して供給する経路である場合に限定されるものではなく、少なくとも一の電力供給経路がデータ信号を重畳して供給する経路であれば良く、全ての電力供給経路がデータ信号を重畳して供給する経路でも良い。

また、データ信号を重畳して供給しない電力供給経路に接続する電力供給源は外部電源７に限定されるものではなく、バッテリ等の電子機器１の内蔵電源等であっても良い。

図７は、本発明の実施の形態に係る電源排他回路２を備える電子機器１をより概念的に説明するための機能ブロック図である。図７に示すように、第１の電力制御部２６は、第１の電力供給源接続部４に接続された電源から電子回路部３へ電力が供給されている場合に、電力検出部２３が第２の電力源接続部５に接続された電源から供給される電力を検出したとき、第１の電力供給源接続部４に接続された電源から電子回路部３へ供給される電力を停止するように制御するとともに、第２の電力源接続部５に接続された電源から電子回路部３への電力供給を許容する許容信号の切替を行う。そして、第２の電力制御部２５は、許容信号の切替を検知すると、第２の電力源接続部５に接続された電源から電子回路部３に電力を供給するように制御する一方、許容信号の切替を検知していないとき、第２の電力源接続部５に接続された電源から電子回路部３への電力供給経路２１を遮断する。このように、本発明の実施の形態に係る電子機器１では、第２の電力制御部２５の機能として、許容信号の切替に基づいて、電力供給経路２１を接続したり（通電状態にしたり）遮断したり（非通電状態にしたり）する機能（図中ではスイッチング素子として示している）を有している。なお、本発明に係る電子機器１では、例えば図１に示す電力検出部２４を省略することができる。

１ 電子機器
２ 電源排他回路
３ 電子回路部
４ 第１の電力供給源接続部
５ 第２の電力供給源接続部
４０ ＬＡＮ配線
５０ ＰＳＥ
５０ａ ＰＳＥ電源（第１の電力供給源）
６ 電源配線
７ 外部電源（第２の電力供給源）
２１ 電力供給経路
２２ 電力供給経路
２３ 電力検出部（第１の電力検出部）
２４ 電力検出部（第２の電力検出部）
２５ 第２の電力制御部
２６ 第１の電力制御部
６３ 接続部
２０１、３０１ 発光ダイオード
２０２、３０２ フォトダイオード
４０１ スイッチング素子
４０２ 遅延回路

Claims (8)

1. 少なくともデータ信号を重畳して電力を供給する電力供給経路を介して第１の電力供給源と接続する第１の電力供給源接続部と、
   電力を供給する電力供給経路を介して第２の電力供給源と接続する第２の電力供給源接続部と、
   前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源から供給される電力により所定の処理を行う電子回路部と、
   前記第１の電力供給源接続部から電力を供給する前記第１の電力供給源と、前記第２の電力供給源接続部から電力を供給する前記第２の電力供給源とを切り替えて、前記電子回路部に電力を供給する電源排他回路と
   を備える電子機器において、
   前記電源排他回路は、
   前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源から供給される電力を検出する電力検出部と、
   前記第１の電力供給源又は前記第２の電力供給源のいずれか一方の電力供給源から前記電子回路部へ電力が供給されている場合に、前記電力検出部が前記他方の電力供給源から供給される電力を検出したとき、前記一方の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、前記他方の電力供給源から前記電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行う第１の電力制御部と、
   前記許容信号の切替が行われたとき、前記他方の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記許容信号の切替が行われていないとき、前記他方の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断する第２の電力制御部と
   を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
2. 前記電力検出部は、
   前記第２の電力供給源から供給される電力を検出する第１の電力検出部と、
   前記許容信号の切替に基づいて、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出する第２の電力検出部と
   を有し、
   前記第１の電力制御部は、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ電力が供給されている場合に、前記第１の電力検出部が前記第２の電力供給源から供給される電力を検出したとき、前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力を停止するように制御するとともに、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給を許容する許容信号の切替を行い、
   前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記第１の電力検出部及び前記第２の電力検出部には、入力側と出力側とが電気的に絶縁される電子部品を用いることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したタイミングに対して、前記他方の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するタイミングを遅延させる遅延回路を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子機器。
5. 前記第２の電力供給源から供給される電力の電圧極性が逆極性の場合に、前記第１の電力検出部は、前記第２の電力供給源から供給される電力を検出可能であるとともに、前記第２の電力制御部は、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給しないように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 前記第２の電力制御部は、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出したとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部に電力を供給するように制御するとともに、前記第２の電力検出部が前記第１の電力供給源から前記電子回路部へ供給される電力の供給停止を検出していないとき、前記第２の電力供給源から前記電子回路部への電力供給経路を遮断するスイッチング素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子機器。
7. 前記スイッチング素子は、トランジスタであって、ドレイン・ソース間に寄生ダイオードを有していることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 前記第１の電力供給源と接続する前記第１の電力供給源接続部は、前記電子機器の筐体の長辺方向の一端に、
   別の電子機器と接続する接続部は、前記電子機器の筐体の長辺方向の他端にそれぞれ設けることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子機器。

Images