JP2020194232A - Redundant constant current source and sensor system - Google Patents

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Abstract

To provide a constant current source with a low failure rate by realizing with less redundancy a control device that has operation continuity in an event of a failure.SOLUTION: A constant current source includes: a plurality of current control sources 10-1 to 10-n that can control current outputs; current combining means 20 that combines the current outputs of the plurality of current control sources 10-1 to 10-n; and current detection means 30-1 to 30-n provided for each of current control sources 10-1 to 10-n that detects the output current in the subsequent stage of the current combining means 20. The plurality of current control sources 10-1 to 10-n performs feedback-control so that output currents I1 to In of the plurality of current control sources 10-1 to 10-n that are detected by the current detection means 30-1 to 30-n make a target value of a total current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は冗長化定電流電源及びセンサシステムに関する。 The present invention relates to a redundant constant current power supply and a sensor system.

制御対象が制御装置から遠く離れた場所にある場合には、センサは制御対象近くに設置されるため、制御対象と同様に制御装置から遠く離れた場所に設置される。このように制御装置と遠く離れたセンサとの間の電源、計測情報のやり取りは、電圧ではなく電流ループによる場合が多い。 When the control target is located far away from the control device, the sensor is installed near the control target, so that the sensor is installed far away from the control device as well as the control target. In this way, the exchange of power supply and measurement information between the control device and the sensor far away is often not by voltage but by current loop.

制御装置及びセンサがクリティカルな用途に用いられる場合には、制御装置及びセンサの信頼性、安全性が求められる。信頼性、安全性を高めるためには、システムの構成要素を冗長化する方法が広く用いられている。
例えば、特許文献1に示す特開平8−95650号公報には、定電流電源の冗長化方式として、シャント抵抗の電流検出信号を、加算回路で加算し、各電圧可変端子TRMに共通の可変指令電圧として供給し、この可変指令電圧により、各電源本体の出力電流を一定に保つ方式が開示されている。
When the control device and the sensor are used in a critical application, the reliability and safety of the control device and the sensor are required. In order to improve reliability and safety, a method of making system components redundant is widely used.
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-95650 shown in Patent Document 1, as a method of making a constant current power supply redundant, a current detection signal of a shunt resistor is added by an adder circuit, and a variable command common to each voltage variable terminal TRM is added. A method of supplying as a voltage and keeping the output current of each power supply main body constant by this variable command voltage is disclosed.

特開平8−95650号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-95650

特許文献1は、定電流電源に故障が発生した場合においても冗長化により電源供給を継続させることが可能であることを開示している。しかし、冗長化した定電流電源を制御するための可変指令電圧出力回路およびその周辺回路には、単一故障点が存在しており、単一故障点の故障率の更なる低減について考慮が望まれる。 Patent Document 1 discloses that it is possible to continue power supply by redundancy even when a failure occurs in a constant current power supply. However, the variable command voltage output circuit for controlling the redundant constant current power supply and its peripheral circuits have a single point of failure, and it is desirable to consider further reduction of the failure rate of the single point of failure. Is done.

具体的には、特許文献1の図1においては、オペアンプ22〜可変指令電圧出力回路が単一故障点となっており、故障モードによってはシャント抵抗I1−3〜オペアンプ24、24ABも単一故障点となる。特許文献1の図2においてはシャント抵抗5、基準電源8、誤差増幅器7が単一故障点となる。特許文献1の図3においては、シャント抵抗I〜オペアンプ17〜可変指令電圧出力回路19が単一故障点となる。これらの単一故障点となる部分の故障率は数百〜数千FIT程度と見積もられ、これより低い故障率を求められるシステムに使用するためには更なる考慮が必要である。
そこで本発明では、より故障率の低い定電流電源を提供することを目的とする。
Specifically, in FIG. 1 of Patent Document 1, the operational amplifiers 22 to the variable command voltage output circuit have a single point of failure, and the shunt resistors I1-3 to the operational amplifiers 24 and 24AB also have a single point of failure depending on the failure mode. It becomes a point. In FIG. 2 of Patent Document 1, the shunt resistor 5, the reference power supply 8, and the error amplifier 7 are single points of failure. In FIG. 3 of Patent Document 1, the shunt resistor I to the operational amplifier 17 to the variable command voltage output circuit 19 are single points of failure. The failure rate of these single points of failure is estimated to be about several hundreds to several thousand FITs, and further consideration is required for use in a system requiring a failure rate lower than this.
Therefore, an object of the present invention is to provide a constant current power source having a lower failure rate.

上記課題を解決するために、代表的な本発明の冗長化定電流電源及びセンサシステムは、
出力電流を制御可能な複数の電流制御電源と、
前記複数の電流制御電源の電流出力を合成する電流合成手段と、
前記電流合成手段の後段の出力電流を検出する電流検出手段を前記電流制御電源ごとに有し、
前記電流検出手段により検出された出力電流が全電流目標値となるように制御する。
In order to solve the above problems, a typical redundant constant current power supply and sensor system of the present invention can be used.
With multiple current control power supplies that can control the output current,
A current synthesizing means for synthesizing the current outputs of the plurality of current control power supplies,
Each current control power supply has a current detecting means for detecting the output current in the subsequent stage of the current combining means.
The output current detected by the current detecting means is controlled to be the total current target value.

以上述べたように、本発明によれば、より故障率の低い定電流電源を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a constant current power source having a lower failure rate.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.

本発明の実施例1の回路図の一例である。It is an example of the circuit diagram of Example 1 of this invention. 実施例1における電流合成手段20及び電流検出手段30−1〜30−nの構成例を示す回路図の一例である。This is an example of a circuit diagram showing a configuration example of the current synthesizing means 20 and the current detecting means 30-1 to 30-n in the first embodiment. 電流検出手段30−1〜30−nの構成例を示す回路図の一例である。This is an example of a circuit diagram showing a configuration example of the current detecting means 30-1 to 30-n. 電流検出手段30−1〜30−nの構成例を示す回路図の一例である。This is an example of a circuit diagram showing a configuration example of the current detecting means 30-1 to 30-n. 実施例1の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of Example 1. FIG. 出力に直列にバラスト抵抗Rbを挿入した場合の回路図の一例である。This is an example of a circuit diagram when a ballast resistor Rb is inserted in series with the output. 実施例2において、電流制御電源10−1〜10−nごとに出力電流を検出する場合の回路図の一例である。In the second embodiment, it is an example of the circuit diagram in the case where the output current is detected for each current control power supply 10-1 to 10-n. 実施例2の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of Example 2. FIG. 個別電流検出手段40−1〜40−nをシャント抵抗とし、動作切替手段を最小値回路とした場合の回路図の一例である。This is an example of a circuit diagram in the case where the individual current detecting means 40-1 to 40-n are used as shunt resistors and the operation switching means is used as the minimum value circuit. 最小値回路(MIN)の回路図の一例である。It is an example of the circuit diagram of the minimum value circuit (MIN). 図9の回路図の場合の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example in the case of the circuit diagram of FIG. ダイオードD1、Dnの短絡故障対策を施した実施例3の回路図の一例である。This is an example of the circuit diagram of the third embodiment in which countermeasures against short-circuit failures of the diodes D1 and Dn are taken. 実施例4において、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算することで、電流検出手段30−1〜30−nとする回路図の一例である。In the fourth embodiment, it is an example of a circuit diagram in which the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n are added to obtain the current detecting means 30-1 to 30-n. 実施例4において、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算するための回路図の一例である。In the fourth embodiment, it is an example of a circuit diagram for adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n. 実施例5において、故障時に個別電流検出手段40−1〜40−nのゲインを切り替える回路図の一例である。In the fifth embodiment, it is an example of a circuit diagram for switching the gain of the individual current detecting means 40-1 to 40-n at the time of failure. 実施例6において、電流制御電源を直列接続した場合の回路図の一例である。In the sixth embodiment, it is an example of a circuit diagram when a current control power supply is connected in series. 実施例6において、電流制御電源と並列にバラスト抵抗を設けた場合の回路図の一例である。In the sixth embodiment, it is an example of the circuit diagram when the ballast resistor is provided in parallel with the current control power supply. 実施例7において、待機冗長を構成するために、検査用擬似負荷60−nを有する場合の回路図の一例である。In the seventh embodiment, it is an example of a circuit diagram when a pseudo load for inspection 60-n is provided in order to configure standby redundancy. 実施例7において、検査用擬似負荷60−nの構成例を示す回路図の一例である。In Example 7, it is an example of the circuit diagram which shows the structural example of the artificial load 60-n for inspection. 実施例8の冗長化定電流電源を用いたセンサシステムのシステム構成図の一例である。This is an example of a system configuration diagram of a sensor system using the redundant constant current power supply of the eighth embodiment. 実施例8において、センサ200の近く電流合成手段を設けた場合のセンサシステムのシステム構成図の一例である。In the eighth embodiment, it is an example of the system configuration diagram of the sensor system when the current synthesis means is provided near the sensor 200.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
なお、一般には出力電流を一定値に制御する電源のことを「定電流電源」、または「電流源」と呼ぶが、本明細書においては、フィードバックされる電流値のゲインにより出力電流が可変である電源を「電流制御電源」と称する。
また、本明細書において、nは電流制御電源に用いられる定電流電源の個数を意味する。
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
Generally, a power supply that controls the output current to a constant value is called a "constant current power supply" or a "current source", but in the present specification, the output current is variable depending on the gain of the fed-back current value. A power source is called a "current control power source".
Further, in the present specification, n means the number of constant current power supplies used for the current control power supply.

図1は実施例1の回路図である。電流制御電源10−1〜10−nはそれぞれ電流I1〜Inを出力し、電流合成手段20は電流I1〜Inを合成してIo=(I1+…+In)なる電流を出力して負荷RLに供給する。電流合成手段20の出力電流Ioは、電流検出手段30−1〜30−nにより検出されて、それぞれ電流制御電源10−1〜10−nにフィードバックされる。電流制御電源10−1〜10−nではフィードバックされた電流値と目標値との差がゼロとなるように出力電流I1〜Inがフィードバック制御される。 FIG. 1 is a circuit diagram of the first embodiment. The current control power supplies 10-1 to 10-n each output currents I1 to In, and the current synthesis means 20 synthesizes the currents I1 to In and outputs a current of Io = (I1 + ... + In) to supply the load RL. To do. The output current Io of the current combining means 20 is detected by the current detecting means 30-1 to 30-n and fed back to the current control power supplies 10-1 to 10-n, respectively. In the current control power supply 10-1 to 10-n, the output currents I1 to In are feedback-controlled so that the difference between the fed-back current value and the target value becomes zero.

本実施例によれば、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかが故障して電流を出力できなくなった場合でも、他の正常な電流制御電源が電流検出手段30−1〜30−nからのフィードバックされた電流値と目標値との差がゼロとなるように出力電流I1〜Inをフィードバック制御することで、システム全体としてIoと目標値との差がゼロ、すなわちIoが目標値となるように動作する。
なお、電流制御電源10−1〜10−nは効率向上、発熱低減の面からはリニアレギュレータよりもスイッチングレギュレータで実現することが望ましい。
According to this embodiment, even if any of the current control power supplies 10-1 to 10-n fails and the current cannot be output, the other normal current control power supply can be used as the current detection means 30-1 to 30-. By feedback-controlling the output currents I1 to In so that the difference between the current value fed back from n and the target value becomes zero, the difference between Io and the target value is zero for the entire system, that is, Io is the target value. It works so that
It is desirable that the current control power supply 10-1 to 10-n be realized by a switching regulator rather than a linear regulator from the viewpoint of improving efficiency and reducing heat generation.

なお、本実施例では出力電流が減少する故障モードを想定しているが、出力電流が増加する故障モードについては、過電流保護回路をつけて電流を制限することも考えられる。例えば、ヒューズ、PTC(positive temperature coefficient)サーミスタなどを電流出力に直列に挿入すれば、過電流保護回路自体の故障による問題も解決できる。
また、電流制御電源10−1〜10−nに電力を供給する電力源についても、停電などに備えて、図1に示すように別電力網にするか、無停電電源装置を備えることが望ましい。
In this embodiment, a failure mode in which the output current decreases is assumed, but in the failure mode in which the output current increases, it is conceivable to attach an overcurrent protection circuit to limit the current. For example, if a fuse, a PTC (positive temperature coefficient) thermistor, or the like is inserted in series with the current output, the problem caused by the failure of the overcurrent protection circuit itself can be solved.
Further, it is desirable that the power source for supplying power to the current control power supply 10-1 to 10-n also has a separate power grid as shown in FIG. 1 or an uninterruptible power supply in preparation for a power failure or the like.

図2は実施例1における電流合成手段20および、電流検出手段30−1〜30−nの構成例を示す回路図である。
電流合成手段20は、電流制御電源10−1〜10−nの出力端子の単純に電流制御電源10−1〜10−nの出力を一点で並列接続するのみで良い。しかし、電流制御電源10−1〜10−nの出力端子に地絡故障に対応するためには、電流合成手段20を1方向にのみ電流を流す方向性素子で構成することが望ましい。そして、一方向性素子としては、図2に示すようにダイオードD1〜Dnで構成されるのが望ましい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the current combining means 20 and the current detecting means 30-1 to 30-n in the first embodiment.
The current synthesizing means 20 may simply connect the outputs of the current control power supplies 10-1 to 10-n in parallel at one point in the output terminals of the current control power supplies 10-1 to 10-n. However, in order to deal with a ground fault in the output terminals of the current control power supply 10-1 to 10-n, it is desirable that the current synthesis means 20 is composed of directional elements that allow current to flow in only one direction. The unidirectional element is preferably composed of diodes D1 to Dn as shown in FIG.

電流検出手段30−1〜30−nは図2に示すようにシャント抵抗Rsで構成することができる。電流検出手段はカレントトランスや磁気センサなどで構成することも可能であるが、コストや信頼性の観点からはシャント抵抗Rs望ましい。 The current detecting means 30-1 to 30-n can be composed of shunt resistors Rs as shown in FIG. The current detecting means can be configured by a current transformer, a magnetic sensor, or the like, but the shunt resistor Rs is desirable from the viewpoint of cost and reliability.

図3、図4は、電流検出手段30−1〜30−nの他の構成例を示す回路図である。
図3は、共通のシャント抵抗Rsの両端の電圧をオペアンプQ1〜Qnに抵抗Riを介して入力する回路である。夫々のオペアンプの入力端子に抵抗Riが直列接続されている電流制御電源ごとに独立した電流検出手段を設けることにより、電流検出手段30−1〜30−nのいずれかの故障の影響を他に及ぼすことがなく、電流検出手段が単一故障点となることがない。また、抵抗Riの短絡故障に備えて、複数の抵抗Riを直列接続した複数の抵抗器で実現することも可能である。
3 and 4 are circuit diagrams showing other configuration examples of the current detecting means 30-1 to 30-n.
FIG. 3 is a circuit in which the voltage across the common shunt resistor Rs is input to the operational amplifiers Q1 to Qn via the resistor Ri. By providing an independent current detecting means for each current control power supply in which the resistor Ri is connected in series to the input terminal of each operational amplifier, the influence of any failure of the current detecting means 30-1 to 30-n can be further affected. It does not affect and the current detecting means does not become a single point of failure. Further, in preparation for a short-circuit failure of the resistor Ri, it is possible to realize it with a plurality of resistors in which a plurality of resistors Ri are connected in series.

図4はシャント抵抗Rs1〜Rsnを電流検出手段30−1〜30−nごとに個別に設けた場合の回路図である。このように、シャント抵抗Rs1〜Rsnを電流検出手段30−1〜30−nごとに個別に設けることにより、シャント抵抗Rs1〜Rsnのいずれかが短絡したり、抵抗値が若干変化する程度の故障が発生した場合には、その影響を電流検出手段30−1〜30−nだけに留めることが可能となる。しかし、シャント抵抗Rs1〜Rsnのいずれかが断線する故障が発生した場合には、出力電流Ioを流すことができなくなる。このような故障の影響を回避するためには、図4に示すようにシャント抵抗Rs1〜Rsnをそれぞれ並列に接続された複数の抵抗器により実現すればよい。 FIG. 4 is a circuit diagram in the case where the shunt resistors Rs1 to Rsn are individually provided for each of the current detecting means 30-1 to 30-n. In this way, by individually providing the shunt resistors Rs1 to Rsn for each of the current detecting means 30-1 to 30-n, one of the shunt resistors Rs1 to Rsn is short-circuited or the resistance value is slightly changed. When the above occurs, the influence can be limited to the current detecting means 30-1 to 30-n. However, if any of the shunt resistors Rs1 to Rsn is disconnected, the output current Io cannot flow. In order to avoid the influence of such a failure, the shunt resistors Rs1 to Rsn may be realized by a plurality of resistors connected in parallel as shown in FIG.

図5は、実施例1の冗長化定電流電源の動作例を示したものである。なお、簡単のために、図5においては、電流制御電源10−1〜10−2の2個のみの動作例を示す。図5では、時刻Tfにおいて電流制御電源10−1〜10−2のうち、電流制御電源10−1で故障が発生した場合の動作を示している。時刻Tf以前は電流制御電源10−1〜10−2はそれぞれ出力電流I1、I2で分担しながら全体として電流Ioを出力している。時刻Tf以降は、電流制御電源10−1の出力電流I1がゼロとなり、電流制御電源10−2の出力電流I2のみで電流Ioを賄って定電流電源としての動作を継続する。 FIG. 5 shows an operation example of the redundant constant current power supply of the first embodiment. For the sake of simplicity, FIG. 5 shows an operation example of only two current control power supplies 10-1 to 10-2. FIG. 5 shows an operation when a failure occurs in the current control power supply 10-1 among the current control power supplies 10-1 to 10-2 at time Tf. Before the time Tf, the current control power supplies 10-1 to 10-2 output the current Io as a whole while sharing the output currents I1 and I2, respectively. After the time Tf, the output current I1 of the current control power supply 10-1 becomes zero, and the current Io is covered only by the output current I2 of the current control power supply 10-2 to continue the operation as a constant current power supply.

時刻Tf以前において実線AのようにI1とI2が等しくならないのは、例えば、図1の電流制御電源10−1〜10−nにおいて、個々の出力電流I1〜Inを一定に保つ動作をしないために電流制御電源10−1〜10−2の部品のばらつきの影響を受けるためである。
また、破線BのようにI1とI2が時間とともに変動するのは、同様に電流制御電源10−1〜10−nにおいて個々の出力電流I1〜Inを一定に保つ動作をしないために、電流制御電源が2つの場合であっても、フィードバックが係るまでの信号伝達ループが長くなることによる。具体的には、電流制御電源10−1→電流検出手段30−2→電流制御電源10−2→電流検出手段30−1→電流制御電源10−1という通常の2倍の長さの制御ループが生じて、フィードバックの遅れ時間が増加し、システムが不安定となる。
The reason why I1 and I2 are not equal as shown in the solid line A before the time Tf is that, for example, the current control power supplies 10-1 to 10-n in FIG. 1 do not operate to keep the individual output currents I1 to In constant. This is because it is affected by the variation of the parts of the current control power supplies 10-1 to 10-2.
Further, the reason why I1 and I2 fluctuate with time as shown by the broken line B is that the current control power supplies 10-1 to 10-n do not operate to keep the individual output currents I1 to In constant, so that the current control is performed. This is because the signal transmission loop until feedback is applied becomes long even when there are two power supplies. Specifically, a control loop having twice the normal length of the current control power supply 10-1 → current detection means 30-2 → current control power supply 10-2 → current detection means 30-1 → current control power supply 10-1. Will increase the feedback delay time and make the system unstable.

以上のような不安定さを緩和するためには、図6に示すように電流制御電源10−1〜10−nの出力に、直列にバラスト抵抗Rbを挿入することも可能である。損失との兼ね合いを考えるとバラスト抵抗Rbの値は負荷抵抗RLの5−10%程度が妥当である。 In order to alleviate the instability as described above, it is also possible to insert a ballast resistor Rb in series with the output of the current control power supply 10-1 to 10-n as shown in FIG. Considering the balance with the loss, the value of the ballast resistance Rb is about 5-10% of the load resistance RL.

図7は電流制御電源10−1〜10−nごとに出力電流を検出する個別電流検出手段40−1〜40−nと動作切替手段50−1〜50−nを設けた実施例である。動作切替手段50−1〜50−nは電流制御電源10−1〜10−nが全て正常なときには、端子Nに入力される個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を選択して電流制御電源10−1〜10−nにフィードバックする。
また、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかが異常な場合には、端子Fに入力される電流検出手段30−1〜30−nの出力を選択して電流制御電源10−1〜10−nにフィードバックする。電流制御電源10−1〜10−nではフィードバックされた電流値と目標値との差がセロとなるように出力電流I1〜Inがフィードバック制御される。つまり、個別電流検出手段の出力の合計が、全電流目標値となるように各電流制御電源の出力電流を制御する。
FIG. 7 shows an example in which individual current detecting means 40-1 to 40-n for detecting the output current and operation switching means 50-1 to 50-n are provided for each current control power supply 10-1 to 10-n. The operation switching means 50-1 to 50-n selects the output of the individual current detecting means 40-1 to 40-n input to the terminal N when all the current control power supplies 10-1 to 10-n are normal. It feeds back to the current control power supply 10-1 to 10-n.
If any of the current control power supplies 10-1 to 10-n is abnormal, the output of the current detection means 30-1 to 30-n input to the terminal F is selected to select the current control power supply 10-1. Feedback is given to 10-n. In the current control power supply 10-1 to 10-n, the output currents I1 to In are feedback-controlled so that the difference between the fed-back current value and the target value becomes a cello. That is, the output current of each current control power supply is controlled so that the total output of the individual current detection means becomes the total current target value.

本実施例に拠れば、電流制御電源10−1〜10−nが全て正常なときには、個別電流検出手段40−1〜40−nによる電流検出値により制御されるので、電流制御電源10−1〜10−nの個々の出力電流I1〜Inを一定に保つ動作をして、動作の安定化が図れる。 According to this embodiment, when all the current control power supplies 10-1 to 10-n are normal, the current control power supply 10-1 is controlled by the current detection value by the individual current detection means 40-1 to 40-n. The operation can be stabilized by performing an operation of keeping the individual output currents I1 to 10 of 10 to n constant.

なおここで、Io=(I1+…+In)なる関係を有することから、正常時の電流制御電源10−1〜10−nの負担のバランスを考えると、I1=I2=…=Inであることが望ましい。そして、このときI1=I2=…=In=Io/nなる関係が成立する。つまり正常時の電流検出手段30−1〜30−nの出力値は個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値のn倍となる。このような出力値がn倍異なる条件下において、動作切替手段50−1〜50−nによる切り替えを可能とするためには、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値をn倍するか、個別電流検出手段40−1〜40−nのゲイン自体をn倍とすれば良い。 Here, since there is a relationship of Io = (I1 + ... + In), considering the balance of the load of the current control power supply 10-1 to 10-n in the normal state, I1 = I2 = ... = In. desirable. Then, at this time, the relationship I1 = I2 = ... = In = Io / n is established. That is, the output value of the current detecting means 30-1 to 30-n in the normal state is n times the output value of the individual current detecting means 40-1 to 40-n. Under such conditions that the output values differ by n times, the output values of the individual current detecting means 40-1 to 40-n are multiplied by n in order to enable switching by the operation switching means 50-1 to 50-n. Alternatively, the gain itself of the individual current detecting means 40-1 to 40-n may be multiplied by n.

図8は図7の実施例2の動作例を示したものである。なお、簡単のために電流制御電源は10−1〜10−2の2個のみの場合を示す。図8では時刻Tfにおいて電流制御電源10−1〜10−2のうち、電流制御電源10−1で故障があった場合の動作を示している。図5と同様に時刻Tf以前は電流制御電源10−1〜10−2はそれぞれ出力電流I1、I2で分担しながら全体として電流Ioを出力している。 FIG. 8 shows an operation example of the second embodiment of FIG. For the sake of simplicity, the case where there are only two current control power supplies, 10-1 to 10-2, is shown. FIG. 8 shows the operation when the current control power supply 10-1 has a failure among the current control power supplies 10-1 to 10-2 at the time Tf. Similar to FIG. 5, before the time Tf, the current control power supplies 10-1 to 10-2 output the current Io as a whole while sharing the output currents I1 and I2, respectively.

時刻Tf以降は、電流制御電源10−1の出力電流I1がゼロとなり、電流制御電源10−2の出力電流I2のみで電流Ioを賄って動作を継続する。但し図5と異なり、図7の回路の場合には、個々の出力電流I1〜Inを一定に保つ動作をするので、図8においては、I1〜Inのばらつき、時間的変動は発生しない。 After the time Tf, the output current I1 of the current control power supply 10-1 becomes zero, and the operation is continued by covering the current Io only with the output current I2 of the current control power supply 10-2. However, unlike FIG. 5, in the case of the circuit of FIG. 7, since the individual output currents I1 to In are kept constant, the variation of I1 to In and the time variation do not occur in FIG.

図9に示すように、個別電流検出手段40−1〜40−nはシャント抵抗R1〜Rnにより実現することができる。このとき、シャント抵抗R1〜Rnの値をシャント抵抗Rsのn倍とすることにより、個別電流検出手段40−1〜40−nのゲイン自体をn倍とすることができる。 As shown in FIG. 9, the individual current detecting means 40-1 to 40-n can be realized by the shunt resistors R1 to Rn. At this time, by setting the value of the shunt resistors R1 to Rn to n times the shunt resistance Rs, the gain itself of the individual current detecting means 40-1 to 40-n can be multiplied by n.

また先に述べたように、電流制御電源10−1〜10−nが全て正常なときにはI1=I2=…=In=Io/nなる関係が成立し、電流検出手段30−1〜30−nの出力値は個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値のn倍となる。
更に、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかが故障で電流を出力できない場合には、正常な電流制御電源10−iにおいては、電流検出手段30−iの出力値は個別電流検出手段40−iの出力値のn倍よりも小さくなる。例えば、1個の電流制御電源が故障で電流を出力できない場合には、(n−1)倍となる。
Further, as described above, when the current control power supplies 10-1 to 10-n are all normal, the relationship I1 = I2 = ... = In = Io / n is established, and the current detecting means 30-1 to 30-n The output value of is n times the output value of the individual current detecting means 40-1 to 40-n.
Further, when any of the current control power supplies 10-1 to 10-n cannot output the current due to a failure, the output value of the current detection means 30-i is the individual current detection in the normal current control power supply 10-i. It is smaller than n times the output value of the means 40-i. For example, if one current control power supply fails and the current cannot be output, the current is multiplied by (n-1).

従って、図9に示すように動作切替手段として最小値回路(MIN)を用いれば、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値のn倍の値と、電流検出手段30−1〜30−nの出力値の小さいほうの値を選択することにより、動作切替手段50−1〜50−nの所望の動作(電流制御電源10−1〜10−nが全て正常なときには、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値のn倍の値に基づいたフィードバック制御、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかが故障で電流を出力できない場合には、電流検出手段30−1〜30−nの出力値に基づいたフィードバック制御)が可能となる。 Therefore, if the minimum value circuit (MIN) is used as the operation switching means as shown in FIG. 9, the value n times the output value of the individual current detecting means 40-1 to 40-n and the current detecting means 30-1 to 30-1 By selecting the smaller value of the output value of 30-n, the desired operation of the operation switching means 50-1 to 50-n (when all the current control power supplies 10-1 to 10-n are normal, the individual current If any of the feedback control and current control power supplies 10-1 to 10-n based on n times the output value of the detection means 40-1 to 40-n cannot output current due to a failure, the current detection means Feedback control) based on the output value of 30-1 to 30-n is possible.

なお安定動作のためには、個別電流検出手段40−1〜40−nの出力値に乗じる係数はマージンを持たせてnよりも僅かに小さな値、(n−ε)とすることが望ましく、正常時にノイズの影響などで瞬間的に電流検出手段30−1〜30−nの出力値に基づいたフィードバック制御に切り替わることなく安定動作させることができる。 For stable operation, it is desirable that the coefficient to be multiplied by the output value of the individual current detecting means 40-1 to 40-n is a value slightly smaller than n with a margin, (n-ε). During normal operation, stable operation can be performed without momentarily switching to feedback control based on the output value of the current detecting means 30-1 to 30-n due to the influence of noise or the like.

なお、最小値回路(MIN)は図10に示すようにオペアンプQa,Qb、ダイオードDa,Db、プルアップ抵抗Rpuにより構成することができる。 As shown in FIG. 10, the minimum value circuit (MIN) can be configured by operational amplifiers Qa and Qb, diodes Da and Db, and a pull-up resistor Rpu.

図11は図9の回路図の場合の動作例を示したものである。なお、簡単のために電流制御電源10−1〜10−2の2個のみの場合を示す。図では時刻Tfにおいて電流制御電源10−1〜10−2のうち、電流制御電源10−1で故障があった場合の動作を示している。なお、図では電流検出手段30−2の出力を破線、個別電流検出手段40−2の出力を一点鎖線、最小値回路(MIN)の出力を実線で示している。 FIG. 11 shows an operation example in the case of the circuit diagram of FIG. For the sake of simplicity, the case of only two current control power supplies 10-1 to 10-2 is shown. The figure shows the operation when the current control power supply 10-1 has a failure among the current control power supplies 10-1 to 10-2 at time Tf. In the figure, the output of the current detecting means 30-2 is shown by a broken line, the output of the individual current detecting means 40-2 is shown by a dashed line, and the output of the minimum value circuit (MIN) is shown by a solid line.

図11においては、図5、図8の場合と同様に、時刻Tf以前は電流制御電源10−1〜10−2はそれぞれ出力電流I1、I2で分担しながら全体として電流Ioを出力している。このとき、最小値回路(MIN)である動作切り替え手段50−2は電流検出手段30−1の出力よりも小さな個別電流検出手段40−1の出力のn倍(望ましくはn−ε倍)(但し、n=2)を選択して電流制御電源10−2にフィードバック制御をさせる。 In FIG. 11, as in the case of FIGS. 5 and 8, before the time Tf, the current control power supplies 10-1 to 10-2 output the current Io as a whole while sharing the output currents I1 and I2, respectively. .. At this time, the operation switching means 50-2, which is the minimum value circuit (MIN), is n times (preferably n-ε times) the output of the individual current detecting means 40-1 which is smaller than the output of the current detecting means 30-1. However, n = 2) is selected to cause the current control power supply 10-2 to perform feedback control.

時刻Tf以降は、電流制御電源10−1の出力電流I1がゼロとなり、電流制御電源10−2の出力電流I2のみで電流Ioを賄って動作を継続する。このとき、最小値回路(MIN)である動作切り替え手段50−2は電流制御電源10−1の故障により減少した電流検出手段30−1選択して電流制御電源10−2にフィードバック制御をさせ、フィードバック制御によりIoを増加させて減少を抑える。 After the time Tf, the output current I1 of the current control power supply 10-1 becomes zero, and the operation is continued by covering the current Io only with the output current I2 of the current control power supply 10-2. At this time, the operation switching means 50-2, which is the minimum value circuit (MIN), selects the current detecting means 30-1 reduced due to the failure of the current control power supply 10-1, and causes the current control power supply 10-2 to perform feedback control. Io is increased by feedback control to suppress the decrease.

図12は、電流合成手段20を構成する1方向にのみ電流を流す素子、具体的にはダイオードD1、Dnの短絡故障対策を施した実施例3の回路図である。図12においては、ダイオードD1、Dnの短絡故障に備えて、それぞれ直列にダイオードD11,Dn1を挿入したものである。本実施例に拠れば、ダイオードD1、Dnの短絡故障に加えて、電流制御電源10−1〜10−nの出力端子の地絡故障が発生しても、正常な電流制御電源10−1〜10−nの出力電流を負荷RLに供給することができる。 FIG. 12 is a circuit diagram of Example 3 in which a short-circuit failure countermeasure is taken for an element that allows a current to flow in only one direction constituting the current synthesis means 20, specifically, diodes D1 and Dn. In FIG. 12, the diodes D11 and Dn1 are inserted in series in preparation for a short-circuit failure of the diodes D1 and Dn, respectively. According to this embodiment, even if a ground fault of the output terminal of the current control power supply 10-1 to 10-n occurs in addition to the short-circuit failure of the diodes D1 and Dn, the normal current control power supply 10-1 to 1 to 1 An output current of 10-n can be supplied to the load RL.

さらに、テスト用分圧抵抗R11,R12、Rn1、Rn2を付加してテストポイントTP1〜TPnを付加することによりダイオードD11,Dn1の故障を検出することが可能となる。
例えば、ダイオードD11のテストをする際には、電流制御電源10−1の動作を停止させることにより、ダイオードD11が正常ならばテストポイントTP1には他の電流制御電源10−2〜10−nの出力電圧VoがR12/(R12+R11)に分圧された電圧が観測される。もしダイオードD11が短絡していたら出力電圧Voが観測され、断線していたらほぼ0Vの電圧が観測される。
Further, by adding the test voltage dividing resistors R11, R12, Rn1 and Rn2 and adding the test points TP1 to TPn, it becomes possible to detect the failure of the diodes D11 and Dn1.
For example, when testing the diode D11, by stopping the operation of the current control power supply 10-1, if the diode D11 is normal, the test point TP1 has another current control power supply 10-2 to 10-n. A voltage whose output voltage Vo is divided into R12 / (R12 + R11) is observed. If the diode D11 is short-circuited, the output voltage Vo is observed, and if the diode D11 is broken, a voltage of almost 0 V is observed.

本実施によれば以上のようにして、ダイオードD1、Dn、ダイオードD1、Dnの短絡故障に加えて、電流制御電源10−1〜10−nの出力端子の地絡故障のような多重故障により出力電流を負荷RLに供給できなくなる前に故障の検出ができる。 According to the present implementation, as described above, in addition to the short-circuit failure of the diodes D1, Dn, the diodes D1 and Dn, due to multiple failures such as a ground fault of the output terminal of the current control power supply 10-1 to 10-n. Failure can be detected before the output current cannot be supplied to the load RL.

図13、図14は個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算することで、電流検出手段30−1〜30−nとする実施例である。 13 and 14 are examples in which the current detecting means 30-1 to 30-n are obtained by adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n.

図14では、個別電流検出手段40−1、40−nを細い破線、電流検出手段30−1、30−nを太い一点鎖線で示している。共通のシャント抵抗R1、Rnの両端の電圧をオペアンプQ11〜Q1n〜Qn1〜Qnnに抵抗Riを介して入力する回路である。夫々のオペアンプの入力端子に抵抗Riが直列接続されていることにより、抵抗Ri以降の個別電流検出手段40−1〜40−nのいずれかの故障の影響を他に及ぼすことがなく、単一故障点となることがない。 In FIG. 14, the individual current detecting means 40-1, 40-n are shown by a thin broken line, and the current detecting means 30-1, 30-n are shown by a thick alternate long and short dash line. This is a circuit in which the voltage across the common shunt resistors R1 and Rn is input to the operational amplifiers Q11 to Q1n to Qn1 to Qnn via the resistor Ri. Since the resistor Ri is connected in series to the input terminal of each operational amplifier, it does not affect the failure of any of the individual current detecting means 40-1 to 40-n after the resistor Ri, and is single. It does not become a failure point.

また、抵抗Riの短絡故障に備えて、複数の抵抗Riを直列接続することも可能である。個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算する機能もオペアンプを用いた加算回路で実現可能である。 It is also possible to connect a plurality of resistors Ri in series in preparation for a short-circuit failure of the resistors Ri. The function of adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n can also be realized by an adding circuit using an operational amplifier.

以上のような個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算することにより電流検出手段30−1〜30−nを等価的に実現する方法は、図7〜図13に示すように個別電流検出手段40−1〜40−nの検出結果によりフィードバック制御する実施例だけでなく、図1〜図6に示すように電流検出手段30−1〜30−nの検出結果によりフィードバック制御する実施例や、図18に示すような待機冗長構成の実施例にも適用することが可能である。 As shown in FIGS. 7 to 13, a method for equivalently realizing the current detecting means 30-1 to 30-n by adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n as described above is shown in FIGS. 7 to 13. Feedback control is performed not only by the detection results of the individual current detecting means 40-1 to 40-n, but also by the detection results of the current detecting means 30-1 to 30-n as shown in FIGS. 1 to 6. It can also be applied to an embodiment and an embodiment of a standby redundant configuration as shown in FIG.

また本実施例は電流検出手段30−1〜30−nを不要とすることができるため、遠距離に離れた負荷RLに電流Ioを供給する場合であっても、電流合成手段20を負荷RLから遠距離に置くことが容易に可能となる。 Further, in this embodiment, since the current detecting means 30-1 to 30-n can be eliminated, the current combining means 20 is loaded with the current combining means 20 even when the current Io is supplied to the load RL distant from a long distance. It can be easily placed at a long distance from.

図15は、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかの出力が停止した場合に、動作切替手段50−1〜50−nが個別電流検出手段40−1〜40−nのゲインを切り替えるための回路図である。
電流制御電源10−1〜10−nの全てが正常な場合には、個々の電流制御電源はIo/nの電流を供給すれば良いが、電流制御電源10−1〜10−nのうちの1つの電流制御電源が故障により電流を供給できなくなった場合には、他の電流制御電源はIo/(n―1)の電流を供給しなければならない。
In FIG. 15, when the output of any of the current control power supplies 10-1 to 10-n is stopped, the operation switching means 50-1 to 50-n obtain the gain of the individual current detecting means 40-1 to 40-n. It is a circuit diagram for switching.
When all of the current control power supplies 10-1 to 10-n are normal, each current control power supply may supply a current of Io / n, but among the current control power supplies 10-1 to 10-n. If one current control power supply fails to supply current, the other current control power supply must supply Io / (n-1) current.

そのためには、個別電流検出手段40−1〜40−nのゲインを(n−1)/n倍に切り替えればよい。またn=2の場合には個別電流検出手段40−1〜40−nのゲインは1/2倍となるが、このときには個別電流検出手段40−1〜40−nが電流検出手段30−1〜30−nの役割を担うと考えることもできる。 For that purpose, the gain of the individual current detecting means 40-1 to 40-n may be switched to (n-1) / n times. Further, when n = 2, the gain of the individual current detecting means 40-1 to 40-n is halved. At this time, the individual current detecting means 40-1 to 40-n is the current detecting means 30-1. It can also be considered to play a role of ~ 30-n.

図15では、動作切替手段50−1はPチャンネルMOSFETにより構成されており、制御端子(ゲート)は電流制御電源10−2の出力に接続されていて、電流制御電源10−2の出力が供給されているときにはオフとなり個別電流検出手段40−1がシャント抵抗Rsにより電流を検出する。電流制御電源10−2の出力が供給されていないときには制御端子(ゲート)はオンとなり個別電流検出手段40−1がシャント抵抗Rs/2により電流を検出する。即ち、個別電流検出手段40−1として動作することとなる。 In FIG. 15, the operation switching means 50-1 is composed of a P-channel MOSFET, the control terminal (gate) is connected to the output of the current control power supply 10-2, and the output of the current control power supply 10-2 is supplied. When it is turned off, the individual current detecting means 40-1 detects the current by the shunt resistor Rs. When the output of the current control power supply 10-2 is not supplied, the control terminal (gate) is turned on and the individual current detecting means 40-1 detects the current by the shunt resistor Rs / 2. That is, it operates as the individual current detecting means 40-1.

同様に動作切り替え手段50−2はPチャンネルMOSFETにより構成されており、制御端子(ゲート)は電流制御電源10−1の出力に接続されていて、電流制御電源10−1の出力が供給されているときにはオフとなり個別電流検出手段40−2がシャント抵抗Rsにより電流を検出する。電流制御電源10−1の出力が供給されていないときには制御端子(ゲート)はオンとなり個別電流検出手段40−2がシャント抵抗Rs/2により電流を検出し、個別電流検出手段40−2として動作する。 Similarly, the operation switching means 50-2 is composed of a P-channel MOSFET, the control terminal (gate) is connected to the output of the current control power supply 10-1, and the output of the current control power supply 10-1 is supplied. When it is, it is turned off and the individual current detecting means 40-2 detects the current by the shunt resistor Rs. When the output of the current control power supply 10-1 is not supplied, the control terminal (gate) is turned on and the individual current detecting means 40-2 detects the current by the shunt resistor Rs / 2 and operates as the individual current detecting means 40-2. To do.

図16は、電流合成手段20−1、20−nが、第1の端子から第2の端子の方向のみに電流を流す方向性素子の第1の端子を夫々の電流制御電源10−1〜10−nの正側の電流出力端子に、第2の端子を夫々の電流制御電源10−1〜10−nの負側の電流出力端子に接続し、夫々の電流制御電源10−1〜10−nが直列接続されている回路図である。 In FIG. 16, the current combining means 20-1 and 20-n connect the first terminal of the directional element in which the current flows only in the direction from the first terminal to the second terminal, respectively, with the current control power supplies 10-1 to 10-1. Connect the second terminal to the current output terminal on the positive side of 10-n and the current output terminal on the negative side of each current control power supply 10-1 to 10-n, and connect the current control power supply 10-1 to 10 to each. It is a circuit diagram in which −n is connected in series.

実施例6によれば、電流制御電源10−1〜10−nのいずれかが故障により電流を供給できなくなった場合には、電流合成手段20−1〜20−nにより他の電流制御電源の出力電流をバイパスさせて出力電流Ioとして供給することが可能である。 According to the sixth embodiment, when any one of the current control power supplies 10-1 to 10-n cannot supply the current due to a failure, the current synthesis means 20-1 to 20-n is used to connect the other current control power supply. It is possible to bypass the output current and supply it as the output current Io.

なおここで、電流制御電源10−1〜10−nは直列接続されるために、電流制御電源10−1〜10−nの負側の電流出力端子はシャーシから絶縁しなければならない。
また、本実施例によれば電流制御電源10−1〜10−nは直列接続されているので同一の電流が流れるが、分担電圧は電流制御電源10−1〜10−nの部品定数のばらつきによりばらつくことが考えられる。
Here, since the current control power supplies 10-1 to 10-n are connected in series, the current output terminal on the negative side of the current control power supplies 10-1 to 10-n must be insulated from the chassis.
Further, according to this embodiment, since the current control power supplies 10-1 to 10-n are connected in series, the same current flows, but the shared voltage varies in the component constants of the current control power supplies 10-1 to 10-n. It is possible that there will be some variation.

このようなばらつきによる不安定性を緩和するために、図17に示すようにバラスト抵抗Rbを電流制御電源10−1〜10−nと並列に接続することも可能である。 In order to alleviate the instability due to such variation, it is also possible to connect the ballast resistor Rb in parallel with the current control power supply 10-1 to 10-n as shown in FIG.

図18、図19は待機冗長を構成する場合の回路図である。この場合は、電流制御電源10−1〜10−nのうち、電流制御電源10−nが主系で、電流制御電源10−1が待機系である実施例である。主系である電流制御電源10−n(n≠1)は個別電流検出手段40−nの電流検出値に基づいて自らの出力電流Inを目標値となるように制御する。 18 and 19 are circuit diagrams in the case of configuring standby redundancy. In this case, of the current control power supplies 10-1 to 10-n, the current control power supply 10-n is the main system and the current control power supply 10-1 is the standby system. The main system, the current control power supply 10-n (n ≠ 1), controls its own output current In so as to be a target value based on the current detection value of the individual current detection means 40-n.

待機系である電流制御電源10−1は電流検出手段30−1の電流検出値に基づいて自らの出力電流I1を目標値となるように制御する。検査用擬似負荷60−nは主系である電流制御電源10−nの後段の個別電流検出手段40−nの出力側に接続されている。 The current control power supply 10-1 which is a standby system controls its own output current I1 so as to be a target value based on the current detection value of the current detection means 30-1. The pseudo load 60-n for inspection is connected to the output side of the individual current detecting means 40-n in the subsequent stage of the current control power supply 10-n, which is the main system.

本実施例では、正常動作時には、待機系である電流制御電源10−1の出力電流I1は0であるため、故障に備えて検査用擬似負荷60−nに電流を流して電流制御電源10−1の正常性を診断する。検査用擬似負荷60−nに流れる電流をIdummyとすると、主系である電流制御電源10−nからの出力電流InよりもIdummyだけ小さな電流が出力電流Ioに流入する。 In this embodiment, since the output current I1 of the current control power supply 10-1 which is the standby system is 0 during normal operation, a current is passed through the inspection pseudo load 60-n in preparation for a failure, and the current control power supply 10- Diagnose the normality of 1. Assuming that the current flowing through the pseudo load 60-n for inspection is Idummy, a current smaller than the output current In from the main current control power supply 10-n flows into the output current Io.

そこで、待機系である電流制御電源10−1はI1=Idummyなる電流を流して、出力電流Ioの減少を補う。以上のようにして、検査用擬似負荷60−nに流した電流を待機系である電流制御電源10−1が補う動作を確認することで、電流制御電源10−1の診断をすることができる。 Therefore, the current control power supply 10-1, which is a standby system, passes a current of I1 = Idummy to compensate for the decrease in the output current Io. As described above, the current control power supply 10-1 can be diagnosed by confirming the operation of the standby system current control power supply 10-1 supplementing the current flowing through the inspection pseudo load 60-n. ..

図19は検査用擬似負荷60−nの構成例を示す回路図である。エミッタに抵抗Rが接続されたトランジスタTrのベースにVinなる電圧を印加することにより、
Idummy=(Vin − Vbe)R
但し、Vbe:ベースーエミッタ間接合電位
なる試験用電流を流すことができる。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration example of a pseudo load 60-n for inspection. By applying a voltage called Vin to the base of the transistor Tr to which the resistor R is connected to the emitter,
Idummy = (Vin − Vbe) R
However, a test current called Vbe: base-emitter junction potential can be passed.

図20は本発明の提供する冗長化定電流電源を用いたセンサシステムのシステム構成図である。本発明の提供する冗長化定電流電源からの出力電流Ioはセンサ200に供給され、センサ200は供給された電流Ioにより動作してセンサ出力Soutを出力して信号処理部300−1〜300−nに入力される。 FIG. 20 is a system configuration diagram of a sensor system using the redundant constant current power supply provided by the present invention. The output current Io from the redundant constant current power supply provided by the present invention is supplied to the sensor 200, and the sensor 200 operates by the supplied current Io to output the sensor output Sout and the signal processing units 300-1 to 300-. It is input to n.

信号処理部300−1〜300−nでは入力されたセンサ出力Soutに基づいて所定の処理、動作を行う。電源から供給される電流Ioおよびセンサ出力Soutが図20に示されるように長距離伝送される場合には、多芯からなるケーブル210を敷設するのが敷設コストやメインテナンスコストを下げる上で有効である。また、ケーブル210の抵抗に起因する電圧降下の影響を緩和するために、電源は定電流電源による電流ループで供給することが有効である。 The signal processing units 300-1 to 300-n perform predetermined processing and operation based on the input sensor output Sout. When the current Io supplied from the power supply and the sensor output Sout are transmitted over a long distance as shown in FIG. 20, it is effective to lay a multi-core cable 210 in order to reduce the laying cost and maintenance cost. is there. Further, in order to mitigate the influence of the voltage drop caused by the resistance of the cable 210, it is effective to supply the power supply in a current loop by a constant current power supply.

さらにセンサ出力Soutも図20に示すように電流源による電流ループで出力することが望ましい。この場合、センサ200内部では供給された定電流をシャントレギュレータまたはツェナーダイオードに接続することにより一定の電圧をセンサ200の内部回路に供給する。 Further, it is desirable that the sensor output Sout is also output in a current loop by a current source as shown in FIG. In this case, a constant voltage is supplied to the internal circuit of the sensor 200 by connecting the supplied constant current to the shunt regulator or the Zener diode inside the sensor 200.

センサ200が検出するセンサ出力Soutがシステムの安全性、信頼性にかかわる場合には、図20に示すように本発明が提供する冗長化された電流制御電源10−1〜10−nからなる冗長化定電流電源で電源を供給することが有効である。また、信号処理部も300−1〜300−nと冗長化することが望ましい。 When the sensor output Sout detected by the sensor 200 is related to the safety and reliability of the system, as shown in FIG. 20, the redundant current control power supply 10-1 to 10-n provided by the present invention is redundant. It is effective to supply power with a constant current power supply. Further, it is desirable that the signal processing unit is also made redundant with 300-1 to 300-n.

なお、本実施例では例として、図1〜図6に示される電流検出手段30−1〜30−nの検出結果によりフィードバック制御する冗長化定電流電源を用いた例を示しているが、図7〜図13に示すように個別電流検出手段40−1〜40−nの検出結果によってもフィードバック制御する冗長化定電流電源や、図18に示すような待機冗長構成の冗長化定電流電源を用いることが可能であることは言うまでもない。 In this embodiment, as an example, an example using a redundant constant current power supply that feedback-controls based on the detection results of the current detecting means 30-1 to 30-n shown in FIGS. 1 to 6 is shown. As shown in FIGS. 7 to 13, a redundant constant current power supply that feedback-controls based on the detection results of the individual current detecting means 40-1 to 40-n, and a redundant constant current power supply having a standby redundant configuration as shown in FIG. It goes without saying that it can be used.

以上述べたようなセンサ200が検出するセンサ出力Soutを、システムの安全性、信頼性を保つために用いる場合には、図20に示すように、センサ200を鉄道軌道100に隣接して設置することにより、当該鉄道軌道上の区間(閉塞区間)に列車が在線しているかどうかの状態をセンサ出力Soutから判断することができる。日本国内ではこのような用途のセンサ200として線路に流れる電流を車輪が短絡することを検出する軌道回路が広く用いられており、軌道回路がそれぞれ閉塞区間に相当することとなる。 When the sensor output Sout detected by the sensor 200 as described above is used to maintain the safety and reliability of the system, the sensor 200 is installed adjacent to the railway track 100 as shown in FIG. As a result, it is possible to determine from the sensor output Sout whether or not a train is present in the section (blocked section) on the railway track. In Japan, a track circuit for detecting a short circuit of a wheel with a current flowing through a line is widely used as a sensor 200 for such an application, and each track circuit corresponds to a block section.

また欧州ではセンサ200として車輪のフランジの通過を磁束の変化で検出するアクスル(車軸)センサが広く用いられる。閉塞区間の両端にセンサ200としてアクスル(車軸)センサを取り付け、エバリュエータと呼ばれる信号処理部300−1〜300−nでは閉塞区間に進入した車軸の数と進出した車軸の数から列車の在線状態を管理することからアクスル(車軸)カウンタと呼ばれている。 Further, in Europe, an axle sensor that detects the passage of a wheel flange by a change in magnetic flux is widely used as a sensor 200. Axle (axle) sensors are attached to both ends of the block section as sensors 200, and the signal processing units 300-1 to 300-n, called evaluators, determine the train presence status from the number of axles that have entered the block section and the number of axles that have advanced. It is called an axle counter because it is managed.

このような用途においては冗長化した信号処理部300−1〜300−nのうち、複数の信号処理部(図20の実施例では信号処理部300−1〜300−2)が安全側信号(閉塞区間に在線している列車がないことを示す信号)を出力しているときのみ、AND回路310により安全側信号320を出力することとして、システムの安全性を確保することができる。列車制御においてはこの安全側信号の有無により列車位置を検知したり、信号を制御したり、転轍機の動作を許可するインターロックの制御に用いられる。 In such an application, among the redundant signal processing units 300-1 to 300-n, a plurality of signal processing units (signal processing units 300-1 to 300-2 in the embodiment of FIG. 20) are safe side signals ( The safety of the system can be ensured by outputting the safety side signal 320 by the AND circuit 310 only when the signal indicating that there is no train in the closed section) is output. In train control, it is used to detect the train position, control the signal, and control the interlock that permits the operation of the switch, depending on the presence or absence of this safety side signal.

さらに安全側信号320とともに、もう一組の信号処理部(図20の実施例では信号処理部300−(n―1)〜300−n)の安全側信号のAND回路311の安全側信号321をOR回路312に入力して、安全側信号322を得ることでシステムとしての可用性を高めることができる。また複数の信号処理部の出力の多数決をとることでもシステムとしての可用性を高めることができる。 Further, together with the safety side signal 320, the safety side signal 321 of the AND circuit 311 of the safety side signal of another set of signal processing units (signal processing units 300- (n-1) to 300-n in the embodiment of FIG. 20) is used. The availability as a system can be improved by inputting to the OR circuit 312 and obtaining the safe side signal 322. In addition, the availability of the system can be improved by taking a majority vote of the outputs of a plurality of signal processing units.

特に大都市近郊や幹線となる鉄道では、短い列車間隔での高密度輸送が必要となるため、本実施例に示すような、定電流電源の冗長化、信号処理部の冗長化とOR接続による高信頼性、可用性向上は極めて重要である。また、欧州で広く用いられているアクスル(車軸)カウンタを大都市近郊や幹線の鉄道に適用するためにも、本実施例に示すような、定電流電源の冗長化、信号処理部(エバリュエータ)の冗長化とOR接続による高信頼性、可用性向上は極めて重要である。 In particular, in the suburbs of metropolitan areas and railways that serve as trunk lines, high-density transportation is required at short train intervals. High reliability and improved availability are extremely important. In addition, in order to apply the axle counter, which is widely used in Europe, to the suburbs of metropolitan areas and railways on trunk lines, the constant current power supply is made redundant and the signal processing unit (evaluator) is shown in this example. It is extremely important to improve reliability and availability through redundancy and OR connection.

なお、AND回路310、311やOR回路312は鉄道分野で広く用いられている交番信号を用いたフェールセーフANDやリレーなどの片側故障特性を利用した回路で実現するのが望ましいことは勿論のことである。 Needless to say, it is desirable that the AND circuits 310 and 311 and the OR circuit 312 be realized by circuits that utilize one-sided failure characteristics such as fail-safe AND and relays that use alternating signals that are widely used in the railway field. Is.

図21は電流制御電源10−1〜10−nの電流出力はケーブル210の個々の配線により伝送され、センサ200の近くに置かれた電流合成手段20により電流Ioに合成される実施例である。本実施例によれば、センサ200に電源を供給する経路も冗長化することが可能となり、電源供給の信頼性をさらに高めることができる。 FIG. 21 shows an example in which the current output of the current control power supply 10-1 to 10-n is transmitted by individual wiring of the cable 210 and combined with the current Io by the current combining means 20 placed near the sensor 200. .. According to this embodiment, the path for supplying power to the sensor 200 can also be made redundant, and the reliability of power supply can be further improved.

なお本実施例では、図13に示される個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算することにより電流検出手段30−1〜30−nを等価的に実現する方法が用いられている。このため、電流合成手段20の後に電流検出手段30−1〜30−nが不要であり、電流検出手段30−1〜30−nによる電流検出結果を再び長いケーブル210を介して電流制御電源10−1〜10−nに戻す必要がない。 In this embodiment, a method is used in which the current detecting means 30-1 to 30-n are equivalently realized by adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n shown in FIG. There is. Therefore, the current detecting means 30-1 to 30-n is not required after the current combining means 20, and the current detection result by the current detecting means 30-1 to 30-n is output again via the long cable 210 to the current control power supply 10. There is no need to return to -1 to 10-n.

ここでは、一例として図13の実施例を用いることを示したが、図13に示される個別電流検出手段40−1〜40−nの出力を加算することにより電流検出手段30−1〜30−nを等価的に実現する方法を適用することにより、図1〜図6に示すように電流検出手段30−1〜30−nの検出結果によりフィードバック制御する実施例や、図18に示すような待機冗長構成の実施例を本実施例に適用することも可能である。なお、電流合成手段20はセンサ200に内蔵してもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
Here, it has been shown that the embodiment of FIG. 13 is used as an example, but the current detecting means 30-1 to 30- by adding the outputs of the individual current detecting means 40-1 to 40-n shown in FIG. An example in which feedback control is performed based on the detection results of the current detecting means 30-1 to 30-n as shown in FIGS. 1 to 6 by applying a method for equivalently realizing n, and as shown in FIG. It is also possible to apply the example of the standby redundant configuration to this embodiment. The current combining means 20 may be built in the sensor 200.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

10−1〜10−n…電流制御電源、20…電流合成手段、
30−1〜30−n…電流検出手段、40−1〜40−n…個別電流検出手段、
50−1〜50−n…動作切り替え手段、200…センサ、210…ケーブル、
300−1〜300−n…信号処理部
10-1 to 10-n ... Current control power supply, 20 ... Current synthesis means,
30-1 to 30-n ... Current detecting means, 40-1 to 40-n ... Individual current detecting means,
50-1 to 50-n ... Operation switching means, 200 ... Sensor, 210 ... Cable,
300-1 to 300-n ... Signal processing unit

Claims (15)

出力電流を制御可能な複数の電流制御電源と、
前記複数の電流制御電源の電流出力を合成する電流合成手段と、
前記電流合成手段の後段の出力電流を検出する電流検出手段を前記電流制御電源ごとに有し、
前記電流検出手段により検出された出力電流が全電流目標値となるように制御する冗長化定電流電源。
With multiple current control power supplies that can control the output current,
A current synthesizing means for synthesizing the current outputs of the plurality of current control power supplies,
Each current control power supply has a current detecting means for detecting the output current in the subsequent stage of the current combining means.
A redundant constant current power supply that controls the output current detected by the current detecting means so as to reach the total current target value.
請求項1記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流合成手段は、第1の端子から第2の端子の方向のみに電流を流す複数の方向性素子で構成されており、
前記複数の方向性素子の第1の端子は、夫々が前記複数の電流制御電源の電流出力端子に接続されており、
前記複数の方向性端子の第2の端子は、一点に並列接続されている
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 1.
The current synthesizing means is composed of a plurality of directional elements that allow current to flow only in the direction from the first terminal to the second terminal.
The first terminals of the plurality of directional elements are each connected to the current output terminals of the plurality of current control power supplies.
A redundant constant current power supply characterized in that the second terminals of the plurality of directional terminals are connected in parallel at one point.
請求項2記載の冗長化定電流電源であって、
前記方向性素子はダイオードである
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 2.
A redundant constant current power supply characterized in that the directional element is a diode.
請求項1記載の冗長化定電流電源であって、
個々の前記電流制御電源ごとに前記電流制御電源の出力電流を検出する個別電流検出手段と、前記電流制御電源ごとに動作切替手段を有し、
前記動作切替手段は、前記電流制御電源が全て正常なときには、前記個別電流検出手段の出力を個別電流目標値となるように制御し、
前記電流制御電源のいずれかが異常なときには、前記個別電流検出手段の出力の合計が前記全電流目標値となるように各電流制御電源の出力電流を制御する
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 1.
Each of the individual current control power supplies has an individual current detection means for detecting the output current of the current control power supply, and each current control power supply has an operation switching means.
The operation switching means controls the output of the individual current detecting means so as to be an individual current target value when all the current control power supplies are normal.
When any of the current control power supplies is abnormal, the redundant constant current is controlled so that the total output of the individual current detection means becomes the total current target value. Power supply.
請求項4記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流制御電源をn個有する場合に、前記動作切替手段は、前記個別電流検出手段の出力をn倍した第一の値と、前記電流検出手段の出力のうちの最小値を電流検出値とし、
前記電流検出値が前記個別電流目標値のn倍となるように制御する
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 4.
When n of the current control power supplies are provided, the operation switching means sets the first value obtained by multiplying the output of the individual current detecting means by n and the minimum value among the outputs of the current detecting means as the current detection value. ,
A redundant constant current power supply characterized in that the current detection value is controlled to be n times the individual current target value.
請求項5記載の冗長化定電流電源であって、
前記個別電流検出手段が抵抗器からなり、
前記個別電流検出手段と、前記個別電流検出手段の出力をn倍する手段が、
前記電流検出手段における抵抗器のn倍の抵抗値の抵抗器からなる
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 5.
The individual current detecting means comprises a resistor.
The individual current detecting means and the means for multiplying the output of the individual current detecting means by n
A redundant constant-current power supply characterized by comprising a resistor having a resistance value n times that of the resistor in the current detecting means.
請求項2記載の冗長化定電流電源であって、
前記方向性素子がそれぞれ複数個直列接続されている
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 2.
A redundant constant-current power supply characterized in that a plurality of the directional elements are connected in series.
請求項7記載の冗長化定電流電源であって、
2個ずつ直列接続されている前記方向性素子の少なくとも1つに並列に電流分圧抵抗が接続されている
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 7.
A redundant constant-current power supply characterized in that a current voltage dividing resistor is connected in parallel to at least one of the directional elements connected in series by two.
請求項1記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流検出手段が、個別電流検出手段の出力の加算機能により実現される
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 1.
A redundant constant current power supply, wherein the current detecting means is realized by an output addition function of the individual current detecting means.
請求項4記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流制御電源をn個有する場合に、前記該動作切替手段は、前記複数の電流制御電源のいずれかの出力が停止した場合には、個別電流検出手段のゲインを(n−1)/n倍に切り替える
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 4.
When there are n current control power supplies, the operation switching means sets the gain of the individual current detection means to (n-1) / n when the output of any of the plurality of current control power supplies is stopped. Redundant constant current power supply featuring double switching.
請求項1記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流合成手段が、第1の端子から第2の端子の方向のみに電流を流す方向性素子の第1の端子を夫々の前記電流制御電源の正側の電流出力端子に、第2の端子を夫々の前記電流制御電源の負側の電流出力端子に接続され、
夫々の前記電流制御電源が直列接続されている
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 1.
The current synthesizing means connects the first terminal of the directional element that allows current to flow only in the direction from the first terminal to the second terminal to the current output terminal on the positive side of each of the current control power supplies, and the second terminal. Is connected to the current output terminal on the negative side of each of the current control power supplies.
A redundant constant current power supply, characterized in that the respective current control power supplies are connected in series.
請求項1記載の冗長化定電流電源であって、
前記電流制御電源のいずれかに検査用擬似負荷が接続されている
ことを特徴とする冗長化定電流電源。
The redundant constant current power supply according to claim 1.
A redundant constant current power supply, characterized in that a pseudo load for inspection is connected to any of the current control power supplies.
請求項1記載の冗長化定電流電源と、
センサと、
センサからの信号により動作する信号処理部
を有することを特徴とするセンサシステム。
The redundant constant current power supply according to claim 1 and
With the sensor
A sensor system characterized by having a signal processing unit that operates by a signal from a sensor.
請求項13記載のセンサシステムであって、
前記センサは列車車軸を検出し、
前記信号処理部は鉄道線路の特定の区間の列車の存在を判定する
ことを特徴とするセンサシステム。
The sensor system according to claim 13.
The sensor detects the train axle and
The signal processing unit is a sensor system characterized in that it determines the existence of a train in a specific section of a railroad track.
請求項13記載のセンサシステムであって、
前記信号処理部が冗長化された構成である
ことを特徴とするセンサシステム。
The sensor system according to claim 13.
A sensor system characterized in that the signal processing unit has a redundant configuration.
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