JP2019003314A - ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】誤って出力端子同士が接続された場合であっても、電源回路の故障および負荷の異常を保護することができるユニットを提供する。【解決手段】入力電源（２２）からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電源回路（１２）を有するユニット（１０）は、出力電圧をユニット（１０）の外部に出力するための出力端子（１８）と、電源回路（１２）と出力端子（１８）との間に設けられたスイッチ（１６）と、入力電源（２２）から入力電圧が印加されていない場合はスイッチ（１６）をオフ状態にし、入力電圧が印加されている場合にはスイッチ（１６）をオン状態にするスイッチ制御部（２４）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路および負荷の保護回路を有するユニットに関する。

下記に示す特許文献１には、電圧レギュレータ回路と、短絡等により電圧レギュレータ回路の出力電圧が低下した場合に、電圧レギュレータ回路への入力電圧の供給を停止するスイッチとを備える電源回路が開示されている。

特開２０１０−１５３４８号公報

ロボットや工作機械等を制御する制御システムにおいては、複数のユニットの組み合わせで構成され、複数のユニットの各々は、ケーブル等で互いに接続される。複数のユニットの各々は、電源回路が実装されており、電源回路の出力電圧は、出力端子を介して外部に出力可能となっている。この場合において、ユニットの出力端子同士を誤って接続した場合に、電源回路が故障したり、予期せぬ負荷（内部の回路）の異常を引き起こす場合がある。

上記特許文献１は、電圧レギュレータ回路の出力電圧が低下した場合に、電圧レギュレータ回路への入力電圧の供給を停止するものであるので、上記した問題を解決することはできない。

そこで、本発明は、誤って出力端子同士が接続された場合であっても、電源回路の故障および負荷の異常を保護することができるユニットを提供することを目的とする。

本発明の態様は、入力電源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電源回路を有するユニットであって、前記出力電圧を前記ユニットの外部に出力するための出力端子と、前記電源回路と前記出力端子との間に設けられたスイッチと、前記入力電源から前記入力電圧が印加されていない場合は前記スイッチをオフ状態にし、前記入力電圧が印加されている場合には前記スイッチをオン状態にするスイッチ制御部と、を備える。

本発明によれば、誤ってユニットの出力端子同士が接続された場合であっても、ユニット内の電源回路の故障および負荷の異常を保護することができる。

第１の実施の形態のユニットの構成図である。 スイッチおよびスイッチ制御部が設けられていない従来の２つのユニットの出力端子同士を誤って接続した状態を示す図である。 本第１の実施の形態の２つのユニットの出力端子同士を誤って接続した状態を示す図である。 第２の実施の形態のユニットの構成図である。 本第２の実施の形態の２つのユニットの出力端子同士を誤って接続した状態を示す図である。 第２の実施の形態のユニットの動作を示すフローチャートである。

本発明に係るユニットについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態のユニット（装置、機器等）１０の構成図である。ユニット１０は、例えば、数値制御装置、または、Ｉ／Ｏ機器等である。これらの複数のユニット１０は、ユニット１０に設けられた図示しないコネクタを介して互いに接続される。ユニット１０は、電源回路１２、負荷１４、スイッチ１６、および、出力端子１８を少なくとも備える。ユニット１０は、保護回路２０を有する。

電源回路１２は、入力電源２２からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する。電源回路１２は、例えば、２４Ｖの入力電圧を５Ｖの出力電圧に変換する。出力端子１８は、電源回路１２の出力電圧をユニット１０の外部に出力する。この出力端子１８は、ユニット１０に設けられた前記コネクタに設けられている。スイッチ１６は、電源回路１２と出力端子１８との間に設けられており、電源回路１２と出力端子１８とを接続するか否かを切り換える。負荷１４は、電源回路１２の出力電圧によって動作する回路である。

電源回路１２は、スイッチ１６を制御するスイッチ制御部２４を備える。スイッチ制御部２４は、入力電源２２から入力電圧が印加されていない場合は、スイッチ１６をオフ状態にし、入力電圧が印加されている場合には、スイッチ１６をオン状態にする。これにより、スイッチ１６は、入力電圧のオン／オフに応じてオン／オフする。スイッチ制御部２４は、電圧検出部２４ａを有し、入力電源２２からユニット１０（電源回路１２）に印加される電圧を検出することで、入力電圧が印加されているか否かを判断する。保護回路２０は、スイッチ１６とスイッチ制御部２４等によって構成される。

なお、スイッチ制御部２４は、電流検出部を有し、入力電源２２からユニット１０（電源回路１２）に供給される電流を検出することで、入力電圧が印加されているか否かを判断してもよい。また、スイッチ制御部２４を電源回路１２内に設けたが、電源回路１２の外に設けてもよい。

図２は、保護回路２０が設けられていない従来の２つのユニットＵの出力端子１８同士を誤って接続した状態を示す図である。なお、図２においては、図１と同一の構成のものについては同一の参照符号を付している。また、入力電源２２は、ユニットＵ毎に設けられている。

図２に示すように、ユニットＵの出力端子１８同士を誤って接続した場合であっても、両方のユニットＵに入力電圧が印加されている場合は、電源回路１２が備えている過電圧や過電流保護回路が働いて安全に停止するか、若しくは両方のユニットＵの電源回路１２が協調して動作を続け、電源回路１２の故障や負荷１４の異常に至ることはない。

しかしながら、一方のユニットＵ（以下、Ｕ１と呼ぶ。）に入力電圧が印加されておらず、他方のユニットＵ（以下、Ｕ２）に入力電圧が印加されている場合は、ユニットＵ２の出力電圧が、ユニットＵ１の出力端子１８を介して逆方向からユニットＵ１の電源回路１２に入力されてしまう。これにより、例えば、ユニットＵ１の電源回路１２が同期整流型のスイッチング電源の場合、スイッチング素子のゲート電圧が持ち上がってスイッチング素子がオン状態となる場合がある。ユニットＵ１の電源回路１２のスイッチング素子がオン状態になると、スイッチング素子に大電流が流れてしまい、スイッチング素子が破損してしまう可能性もある。

なお、ユニットＵ１にも入力電圧が印加されている場合は、ユニットＵ１の電源回路１２のスイッチング素子のゲートには、スイッチング素子をオフにするための電圧（例えば、０Ｖ）が印加されているため、スイッチング素子がオン状態になることはない。

図３は、本第１の実施の形態の２つのユニット１０の出力端子１８同士を誤って接続した状態を示す図である。入力電源２２はユニット１０毎に設けられている。図３の説明においては、入力電圧が印加されていないユニット１０をユニット１０ａと呼び、入力電圧が印加されているユニット１０をユニット１０ｂと呼ぶ。

ユニット１０ａには、入力電圧が印加されていないので、ユニット１０ａのスイッチ１６はオフ状態になる。したがって、ユニット１０ａとユニット１０ｂの出力端子１８同士が誤って接続された場合であっても、ユニット１０ｂの出力電圧が、ユニット１０ａの出力端子１８を介して逆方向からユニット１０ａの電源回路１２に入力されることはない。したがって、ユニット１０ａ内の電源回路１２の故障や負荷１４の異常を防止することができる。

なお、ダイオードを用いて外部からの電流の入力を防ぐ方法もあるが、ダイオードに比べ、電圧降下や定常的に発生する損失を小さくすることができる。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態のユニット１０Ａの構成図である。なお、図４においては、図１に示す構成と同一の構成については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

ユニット１０Ａは、電源回路１２、負荷１４、スイッチ１６、出力端子１８、第２のスイッチ３０、制御部３２、および、報知部３４を有する。図４においても、スイッチ制御部２４を、電源回路１２内に設けたが、電源回路１２の外に設けてもよい。

第２のスイッチ３０は、入力電源２２と電源回路１２との間に設けられており、入力電源２２と電源回路１２とを接続するか否かを切り換える。第２のスイッチ３０は、ノーマリーオンのスイッチであってもよい。

制御部３２は、判定部４０と出力部４２とを備える。判定部４０は、スイッチ１６の電源回路１２側の第１電圧Ｖ１およびスイッチ１６の出力端子１８側の第２電圧Ｖ２を検出する電圧検出部４０ａを有する。なお、制御部３２は、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２のうち一方を用いて駆動するものとする。判定部４０は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいか否かを判定する。判定部４０は、判定結果を出力部４２に出力する。判定部４０は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいと判定すると、第２のスイッチ３０をオフ状態にする。

なお、制御部３２は、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の一方を用いて駆動するので、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高い状態時に、第２のスイッチ３０をオフ状態にしても、制御部３２の駆動が停止することはない。

ここで、判定部４０が、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高いか否かを判定する理由について説明する。一方のユニット１０Ａへの入力電圧の入力がオフで、他方のユニット１０Ａへの入力電圧の入力がオンのときに、この２つのユニット１０Ａの出力端子１８同士が誤って接続されていると、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高くなるからである。したがって、第２電圧Ｖ２と第１電圧Ｖ１とを比較することで、誤って出力端子１８同士が接続されているか否かを判断することができる。

出力部４２は、判定部４０によって第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいと判定された場合には、アラーム信号を出力する。出力部４２は、アラーム信号を報知部３４に出力する。

報知部３４は、アラーム信号に基づいてアラームをオペレータに報知する。例えば、報知部３４は、液晶ディスプレイ等の表示部を備え、アラームを示す情報を表示することでオペレータにアラームを報知してもよい。また、報知部３４は、音を出力するスピーカまたは発光する発光部を備え、スピーカからアラーム音を出力し、または、発光部を発光させることで、オペレータにアラームを報知してもよい。

なお、出力部４２は、アラーム信号を外部装置に出力してもよい。この場合は、出力部４２は、アラーム信号を報知部３４に出力しなくてもよい。外部装置は、アラーム信号が出力部４２から送られてきた場合は、アラーム信号に基づいてアラームをオペレータに報知してもよいし、さらにその他の外部装置にアラーム信号を出力してもよい。

なお、判定部４０が、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいと判定すると、第２のスイッチ３０をオフ状態にすることで、アラーム状態を保持することができる。例えば、第２のスイッチ３０を設けない場合は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいと判定されてアラームが報知等された後に、入力電源２２がオンにされると、第２電圧Ｖ２と第１電圧Ｖ１とが等しくなり、判定部４０によってアラームが解除されてしまう。しかしながら、本実施の形態では、第２のスイッチ３０を設け、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より大きいと判定されると、第２のスイッチ３０がオフになるので、アラーム状態を保持することができる。

図５は、本第２の実施の形態の２つのユニット１０Ａの出力端子１８同士を誤って接続した状態を示す図である。入力電源２２はユニット１０Ａ毎に設けられている。図５の説明においては、入力電圧が印加されていないユニット１０Ａをユニット１０Ａａと呼び、入力電圧が印加されているユニット１０Ａをユニット１０Ａｂと呼ぶ。

ユニット１０Ａａには、入力電圧が印加されていないので、ユニット１０Ａａのスイッチ１６はオフ状態になる。したがって、ユニット１０Ａａとユニット１０Ａｂの出力端子１８同士が誤って接続された場合であっても、ユニット１０Ａｂの出力電圧が、ユニット１０Ａａの出力端子１８を介して逆方向からユニット１０Ａａの電源回路１２に入力されることはない。したがって、ユニット１０Ａａ内の電源回路１２の故障や負荷１４の異常を防止することができる。

さらに、ユニット１０Ａａに関しては、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高くなっているので、判定部４０によって第２のスイッチ３０がオフにされ、報知部３４によってアラームが報知される。したがって、オペレータは、誤って出力端子１８同士が接続されていることを認識することができる。

なお、ユニット１０Ａａにも入力電圧が入力されている場合は、ユニット１０Ａａのスイッチ１６がオン状態となり、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが等しくなるので、アラームは報知されず、第２のスイッチ３０はオフにならない。

次に、図６を用いて、第２の実施の形態のユニット１０Ａの動作を説明する。なお、図６の説明においては、スイッチ１６をノーマリーオフのスイッチ、第２のスイッチ３０をノーマリーオンのスイッチとして説明する。

ステップＳ１で、スイッチ制御部２４は、入力電圧がオンであるか否かを判断する。つまり、スイッチ制御部２４は、入力電源２２から入力電圧がユニット１０Ａに印加されているか否かを判断する。

ステップＳ１で入力電圧がオンであると判断されると、ステップＳ２に進み、スイッチ制御部２４は、スイッチ１６をオン状態にして、ステップＳ３に進む。一方で、ステップＳ１で入力電圧がオフであると判断されるとそのままステップＳ３に進む。

ステップＳ３に進むと、判定部４０は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１以下であるか否かを判定する。ステップＳ３で、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１以下でない、つまり、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高いと判定すると、ステップＳ４に進む。一方で、ステップＳ３で、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１以下であると判定されると本動作を終了する。

ステップＳ４に進むと、判定部４０は、第２のスイッチ３０をオフ状態にし、報知部３４は、アラームをオペレータに報知して、本動作を終了する。

［変形例］
上記第２の実施の形態は、以下のような変形も可能である。

＜変形例１＞
第２の実施の形態では、第２のスイッチ３０および報知部３４を設けたが、第２のスイッチ３０および報知部３４の少なくとも一方を設けなくてもよい。

＜変形例２＞
第２の実施の形態では、スイッチ制御部２４が入力電圧のオン／オフに応じてスイッチ１６を制御するようにしたが、判定部４０がスイッチ１６を制御してもよい。この場合、判定部４０は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１以下の場合は、スイッチ１６をオン状態にし、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より高い場合はスイッチ１６をオフ状態にしてもよい。

＜変形例３＞
上記変形例１、２を組み合わせた態様であってもよい。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記各実施の形態（変形例も含む）から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

入力電源（２２）からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電源回路（１２）を有するユニット（１０、１０Ａ）は、出力電圧をユニット（１０、１０Ａ）の外部に出力するための出力端子（１８）と、電源回路（１２）と出力端子（１８）との間に設けられたスイッチ（１６）と、入力電源（２２）から入力電圧が印加されていない場合はスイッチ（１６）をオフ状態にし、入力電圧が印加されている場合にはスイッチ（１６）をオン状態にするスイッチ制御部（２４）と、を備える。

これにより、誤ってユニット（１０、１０Ａ）の出力端子（１８）同士が接続された場合であっても、ユニット（１０、１０Ａ）内の電源回路（１２）の故障および負荷（１４）の異常を保護することができる。

ユニット（１０Ａ）は、スイッチ（１６）の電源回路（１２）側の第１電圧（Ｖ１）と、スイッチ（１６）の出力端子（１８）側の第２電圧（Ｖ２）とを比較して、第２電圧（Ｖ２）が第１電圧（Ｖ１）より大きいか否かを判定する判定部（４０）と、判定部（４０）によって第２電圧（Ｖ２）が第１電圧（Ｖ１）より大きいと判定された場合は、アラーム信号を出力する出力部（４２）と、を備えてもよい。これにより、オペレータにアラームを報知することが可能となる。また、外部装置で、ユニット（１０Ａ）の出力端子（１８）同士が接続されていることを認識することができる。

ユニット（１０Ａ）は、アラーム信号に基づいてアラームを報知する報知部（３４）を備えてもよい。これにより、オペレータは、ユニット（１０Ａ）の出力端子（１８）同士が誤って接続されていることを認識することができる。

ユニット（１０Ａ）は、入力電源（２２）と電源回路（１２）との間に設けられた第２のスイッチ（３０）を備えてもよい。判定部（４０）は、第２電圧（Ｖ２）が第１電圧（Ｖ１）より大きいと判定した場合は、第２のスイッチ（３０）をオフ状態にしてもよい。これにより、アラーム状態を保持することができる。つまり、第２電圧（Ｖ２）が第１電圧（Ｖ１）より大きいと判定された後に、入力電源（２２）がオンにされると、第２電圧（Ｖ２）が第１電圧（Ｖ１）と等しくなり、アラームが解除されてしまうが、第２のスイッチ（３０）をオフにすることで、アラーム状態を保持することができる。

スイッチ制御部（２４）は、入力電源（２２）から印加される電圧または供給される電流を検出することで、入力電源（２２）から入力電圧が印加されているか否かを判断してもよい。これにより、入力電源（２２）から入力電圧が印加されているか否かを自動で判断することができる。

１０、１０Ａ…ユニット １２…電源回路
１４…負荷 １６…スイッチ
１８…出力端子 ２０…保護回路
２２…入力電源 ２４…スイッチ制御部
３０…第２のスイッチ ３２…制御部
３４…報知部 ４０…判定部
４２…出力部
Ｖ１…第１電圧 Ｖ２…第２電圧

Claims (5)

1. 入力電源からの入力電圧を所定の出力電圧に変換する電源回路を有するユニットであって、
   前記出力電圧を前記ユニットの外部に出力するための出力端子と、
   前記電源回路と前記出力端子との間に設けられたスイッチと、
   前記入力電源から前記入力電圧が印加されていない場合は前記スイッチをオフ状態にし、前記入力電圧が印加されている場合には前記スイッチをオン状態にするスイッチ制御部と、
   を備える、ユニット。
2. 請求項１に記載のユニットであって、
   前記スイッチの前記電源回路側の第１電圧と、前記スイッチの前記出力端子側の第２電圧とを比較して、前記第２電圧が前記第１電圧より大きいか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記第２電圧が前記第１電圧より大きいと判定された場合は、アラーム信号を出力する出力部と、
   を備える、ユニット。
3. 請求項２に記載のユニットであって、
   前記アラーム信号に基づいてアラームを報知する報知部を備える、ユニット。
4. 請求項２または３に記載のユニットであって、
   前記入力電源と前記電源回路との間に設けられた第２のスイッチを備え、
   前記判定部は、前記第２電圧が前記第１電圧より大きいと判定した場合は、前記第２のスイッチをオフ状態にする、ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のユニットであって、
   前記スイッチ制御部は、前記入力電源から印加される電圧または供給される電流を検出することで、前記入力電源から前記入力電圧が印加されているか否かを判断する、ユニット。

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