JP2016201761A

JP2016201761A - 故障検出回路

Info

Publication number: JP2016201761A
Application number: JP2015082379A
Authority: JP
Inventors: 隆廣宮崎; Takahiro Miyazaki
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】小規模な回路で接点出力回路の接点の故障を検出可能とする。
【解決手段】故障検出回路１，２は、複数ビットのデジタル信号を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部１１と、複数の指令信号の値とアナログ信号の値との対応関係に基づき接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定する故障判定部１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、接点出力回路の故障を検出する故障検出回路に関するものである。

接点出力回路は、制御するＣＰＵ（以降、「指令発生部」という）からの指令信号によりスイッチをオン／オフさせ、接点側を電子ユニットの外部Ｉ／Ｆに露出した回路である。図４は、従来の接点出力回路の一例を示す図である。

図４に示す例では、スイッチ（接点）２２０〜２２３は、指令発生部２１から入力される指令信号ｉ_０〜ｉ_３に基づいて、出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３を出力する。指令信号がハイレベルの場合、スイッチはオン動作し、指令信号と組みになるスイッチの出力側には電圧Ｖ_ｉｎが印加され、出力信号もハイレベルとなる。また指令信号がローレベルの場合、スイッチはオフ動作をするので、指令信号と組みになるスイッチの出力側には電圧が印加されず、出力信号もローレベルとなる。出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３は別のユニットに接続される。

また、特許文献１には、負荷をオンオフ駆動するオンオフ器駆動回路が故障しているか否かを検出する故障検出回路が開示されている。この故障検出回路は、オンオフ器と、該オンオフ器と直列に接続された複数の半導体スイッチと、オンオフ器と並列に接続されたオンオフ器の両端電圧を検出する電圧検出回路とを有し、複数の半導体スイッチのオン制御信号に所定の時間幅のオフパルス信号をそれぞれ異なる位相で周期的に重畳し、電圧検出回路の出力を監視することでオンオフ器駆動回路が故障しているか否か判断する。

特開２００１−１１９８５４号公報

しかし、従来は接点出力回路の接点が正しく動作しているか否かを検出できる回路構成になっておらず、接点出力回路の故障を検出することができなかった。接点出力が正しく動作しているか否かを検出する回路を搭載するとなると、接点信号のチャネル数分の検出信号を取り込むには、大きな部品実装スペースが必要であり、従来とあまり変わらない回路規模で実現することは困難である。また、特許文献１に記載の技術では、オンオフ器ごとに直列に複数の半導体スイッチを設ける必要がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、小規模で接点出力回路の故障を検出することが可能な故障検出回路を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る故障検出回路は、複数の指令信号に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する接点出力回路の故障を検出する故障検出回路であって、前記複数ビットのデジタル信号を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、前記複数の指令信号の値と前記アナログ信号の値との対応関係に基づき前記接点出力回路の接点が正しく動作しているか否かを判定する故障判定部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る故障検出回路は、複数の指令信号に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する接点出力回路の故障を検出する故障検出回路であって、前記複数ビットのデジタル信号を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部を備え、前記デジタル／アナログ変換部は、前記アナログ信号を前記接点出力回路に出力し、前記複数の指令信号の値と前記アナログ信号の値との対応関係に基づき前記接点出力回路の接点が正しく動作しているか否かを判定させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る故障検出回路において、前記デジタル／アナログ変換部は、前記複数ビットのデジタル信号を、抵抗器で分圧することにより前記アナログ信号に変換することを特徴とする。

本発明によれば、小規模な回路により接点出力回路の故障を検出できるようになり、最適な保護動作への推移や故障原因解析を容易に行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路において、指令信号と帰還アナログ信号との関係を示す波形図である。本発明の第２の実施形態に係る故障検出回路を示す図である。従来の接点出力回路を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路の構成を示す図である。故障検出回路１は、デジタル／アナログ変換部１１と、故障判定部１２とを備え、接点出力回路２０の故障を検出する。

接点出力回路２０は、図４に示した接点出力回路と同じであり、指令発生部２１とスイッチ（接点）群２２とを備え、複数の指令信号に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する。スイッチ（接点）群２２は、指令信号と同数のスイッチ（接点）を有する。本実施形態では指令信号の数を４つとしているが、指令信号の数は複数であればよい。

指令発生部２１は、各スイッチをオン／オフさせるための指令信号ｉ_０〜ｉ_３をスイッチ２２０〜２２３にそれぞれ出力する。指令信号はハイレベルかローレベルを示すデジタル信号である。

スイッチ２２０〜２２３は、指令発生部２１から入力される指令信号ｉ_０〜ｉ_３に基づいて出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３を出力する。また、スイッチ２２０〜２２３は、指令発生部２１と外部Ｉ／Ｆとを電気的に絶縁するため、例えばフォトモスリレーで構成される。

指令信号がハイレベル（デジタル値１）の場合には、スイッチはオン動作し、指令信号と組みになるスイッチの出力側には電圧Ｖ_ｉｎが印加され、出力信号もハイレベルとなる。また指令信号がローレベル（デジタル値０）の場合には、スイッチはオフ動作をするので、指令信号と組みになるスイッチの出力側には電圧が印加されず、出力信号もローレベルとなる。つまり、接点出力回路２０が故障していない場合、出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３は、対応する指令信号ｉ_０〜ｉ_３と同じレベル（デジタル値）を示すデジタル信号となる。

デジタル／アナログ変換部１１は、スイッチ２２０〜２２３から出力される出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３を分岐させて入力する。そして、デジタル／アナログ変換部１１は、４ビットのデジタル信号であるｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号（帰還アナログ信号）に変換し、故障判定部１２に出力する。デジタル／アナログ変換部１１は、逆流防止用のダイオード１１０〜１１３と、抵抗器１１４〜１１８と、絶縁アンプ１１９とを備える。

ダイオード１１０〜１１３は、スイッチ２２０〜２２３がオン動作して電圧Ｖ_ｉｎが印加されているチャネルから、他のチャネルの信号電圧に影響を与えないようにするためのものである。そして、抵抗器１１４〜１１８によって４チャネルの信号を結合する。

絶縁アンプ１９は、各チャネルの電圧を、抵抗器１１４〜１１７と、Ｖ_ｉｎＧＮＤに繋がる抵抗器１１８とで分圧して得られる信号を入力し、帰還アナログ信号を故障判定部１２に出力する。絶縁アンプ１９により、指令発生部２１及び故障判定部１２を外部Ｉ／Ｆから電気的に絶縁することができる。

故障判定部１２は、記憶部１２１を備える。記憶部１２１は、接点出力回路２０の接点が故障していない場合における、指令信号ｉ_０〜ｉ_３が示すデジタル値に対する帰還アナログ信号の値を記憶する。

故障判定部１２は、指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値と帰還アナログ信号の値との対応関係に基づき、接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定する。具体的には、故障判定部１２は、絶縁アンプ１１９から入力される帰還アナログ信号の値と、記憶部１２１に記憶された、指令発生部２１から入力される指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値に対する帰還アナログ信号の値とを比較する。そして、両者が一致する場合には故障していないと判定し、両者が一致しない場合には故障していると判定し、判定結果を示す判定情報を外部に出力する。判定情報は、判定結果をディスプレイに表示させるものであってもよいし、判定結果を音声や警告音で通知させるものであってもよい。

つぎに、図２を参照して、指令信号に対する帰還アナログ信号の電圧について説明する。図２は、指令信号に対する帰還アナログ信号の電圧の関係を説明するための波形図である。接点出力回路２０の接点が故障していない場合、指令信号ｉ_０〜ｉ_３と、指令信号ｉ_０〜ｉ_３に対応する出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３とは、それぞれ同じ信号レベルとなる。すなわち、指令信号ｉ_Ｎ（Ｎ＝０，１，２，３）がハイレベルであれば出力信号ｏｕｔ_Ｎもハイレベルとなり、指令信号ｉ_Ｎがローレベルであれば出力信号ｏｕｔ_Ｎもローレベルとなる。指令信号ｉ_０〜ｉ_３は４ビットのデジタル信号であり、各信号のレベルの組み合わせにより０〜１５のデジタル値をとる。

デジタル／アナログ変換部１１から出力される帰還アナログ信号の電圧は、指令信号ｉ_０〜ｉ_３のオン／オフ状態、つまりデジタル値によってそれぞれ異なる値となる。具体的には、帰還アナログ信号の電圧は、図２の右側に示す関係式で表される。なお、図２の波形ではデジタル値が１増加するごとに帰還アナログ信号の電圧値が等間隔で増加しているが、実際には等間隔でなくてよい。また、デジタル値ごとに帰還アナログ信号の電圧値を区別することができればよいため、デジタル値の大小関係と帰還アナログ信号の電圧値の大小関係とが一致しなくてもよい。

抵抗器１１４〜１１８はそれぞれ異なる抵抗値Ｒ１〜Ｒ５を有する。例えば、抵抗値Ｒ１〜Ｒ５を式（１）に示す比率にする。これにより、４本の指令信号の状態から、帰還アナログ信号は１６通りの定電圧になる。

ここで、一例として指令信号ｉ_０及び指令信号ｉ_２がハイレベルで、指令信号ｉ_１及び指令信号ｉ_３がローレベルのときの動作を考える。指令信号ｉ_０〜ｉ_３を４ｂｉｔのデジタル信号としてみると、このときのデジタル値は５である。故障判定部１２に入力される帰還アナログ信号は、図２より式（２）となるはずなので、故障判定部１２で検出した電圧が式（２）に示す値と異なれば、接点出力回路２０の故障と判定することができる。

また、帰還アナログ信号の電圧は図２に示す１６通りの内のいずれかになるため、指令信号ｉ_０〜ｉ_３に対して、得られるはずの帰還アナログ信号電圧に異常があった場合、帰還アナログ信号の電圧値によって、スイッチ２２０〜２２３のいずれが故障しているかを判定することもできる。

例として、上記と同じく指令信号ｉ_０及び指令信号ｉ_２がハイレベルで指令信号ｉ_１及び指令信号ｉ_３がローレベルのときの帰還アナログ信号の電圧がＶ_ｉｎ×（Ｒ５÷（Ｒ５＋Ｒ１）であった場合、抵抗値がＲ３である抵抗器１１６からの信号が途絶えていると判定できるため、抵抗器１１６と繋がる接点出力回路２０のスイッチ２２２が故障していると判断できる。接点が短絡故障した場合は逆に考えて、指令信号がローレベルであるチャネルの影響を受けていることを検出して、スイッチ２２０〜２２３のいずれが故障しているかを判定することができる。

このように、故障検出回路１は、デジタル／アナログ変換部１１により、接点出力回路２０から入力される複数ビットのデジタル信号（出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３）を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換し、故障判定部１２により、指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値と帰還アナログ信号の値との対応関係に基づき、接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定する。このため、本発明に係る故障検出回路１は、接点出力回路２０の故障を検出でき、さらにスイッチ２２０〜２２３のいずれが故障しているかを判定することもできる。また、故障検出回路１は指令信号数分の信号ではなく１つの帰還アナログ信号により判定を行うようにしたため、絶縁アンプ１１９の数を１つとすることができ、小規模且つ低コストを実現することができる。

（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る故障検出回路の構成例を示すブロック図である。

故障検出回路２は、デジタル／アナログ変換部１１を備える。第２の実施形態の故障検出回路２は第１の実施形態の故障検出回路１と比較して、故障判定部１２を備えないで、帰還アナログ信号を接点出力回路２０に出力する点が相違する。デジタル／アナログ変換部１１は、生成した帰還アナログ信号を接点出力回路２０の指令発生部２１に出力して、接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定させる。

指令発生部２１は、指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値と帰還アナログ信号の値との対応関係に基づき、接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定する。具体的には、指令発生部２１は、スイッチ群２２に出力する指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値に対する帰還アナログ信号の値を、上述した図２に示す関係式に基づいて演算する。そして、演算した帰還アナログ信号の値と絶縁アンプ１１９から入力される帰還アナログ信号の値とを比較し、両者が一致する場合には故障していないと判定し、両者が一致しない場合には故障していると判定する。

このように、故障検出回路２は、デジタル／アナログ変換部１１により、接点出力回路２０から入力される複数ビットのデジタル信号（出力信号ｏｕｔ_０〜ｏｕｔ_３）を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つの帰還アナログ信号に変換する。デジタル／アナログ変換部１１は、帰還アナログ信号を接点出力回路２０に出力し、指令信号ｉ_０〜ｉ_３の値と帰還アナログ信号の値との対応関係に基づき接点出力回路２０の接点が正しく動作しているか否かを判定させる。このため、本発明に係る故障検出回路２は、故障検出回路１と同様に、接点出力回路２０の故障を検出でき、さらにスイッチ２２０〜２２３のいずれが故障しているかを判定することもできる。また、故障検出回路２は故障判定部１２を備えないため、故障検出回路１に比べて更に小規模且つ低コストにすることができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

本発明は接点出力回路の故障を検出する用途に利用することができる。

１，２故障検出回路
１１デジタル／アナログ変換部
１２故障判定部
２０接点出力回路
２１指令発生部
２２スイッチ群
１１０〜１１３逆流防止用ダイオード
１１４〜１１８抵抗器
１１９絶縁アンプ
１２１記憶部
２２０〜２２３スイッチ（接点）

Claims

複数の指令信号に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する接点出力回路の故障を検出する故障検出回路であって、
前記複数ビットのデジタル信号を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、
前記複数の指令信号の値と前記アナログ信号の値との対応関係に基づき前記接点出力回路の接点が正しく動作しているか否かを判定する故障判定部と、
を備えることを特徴とする故障検出回路。
複数の指令信号に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する接点出力回路の故障を検出する故障検出回路であって、
前記複数ビットのデジタル信号を、該デジタル信号が示すデジタル値によって異なる値を示す１つのアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換部を備え、
前記デジタル／アナログ変換部は、前記アナログ信号を前記接点出力回路に出力し、前記複数の指令信号の値と前記アナログ信号の値との対応関係に基づき前記接点出力回路の接点が正しく動作しているか否かを判定させることを特徴とする故障検出回路。
前記デジタル／アナログ変換部は、前記複数ビットのデジタル信号を、抵抗器で分圧することにより前記アナログ信号に変換することを特徴とする、請求項１又は２に記載の故障検出回路。