JP3122909B2 - 負荷駆動回路 - Google Patents

負荷駆動回路

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JP3122909B2 JP04149402A JP14940292A JP3122909B2 JP 3122909 B2 JP3122909 B2 JP 3122909B2 JP 04149402 A JP04149402 A JP 04149402A JP 14940292 A JP14940292 A JP 14940292A JP 3122909 B2 JP3122909 B2 JP 3122909B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷駆動回路に関し、
特に、動作の開始と停止の入力レベルが異なるヒステリ
シス特性を有する負荷の駆動回路におけるフェールセー
フ構成及び省電力化技術に関する。
【従来の技術】従来、動作停止状態から動作が開始する
入力レベルと動作状態から動作が停止する入力レベルと
が異なるヒステリシス特性を有する直流の電磁弁や電磁
リレー等の負荷を駆動する負荷駆動回路としては、例え
ばサイリスタ等の半導体スイッチや電磁リレーの接点を
負荷に直列接続し、これらを負荷駆動指令出力で直接O
N・OFF制御することで負荷を駆動制御する方法がと
られている。ところで、例えば、工場等におけるプレス
機械制御等の高度の安全性を要求される分野において
は、回路故障、短絡、断線等が発生した場合に回路を必
ず作業者に対して安全の側に切り替えるフェールセーフ
性を備えた装置や機器を使用することが原則である。従
って、制御の最終対象物である負荷を駆動するための駆
動回路においてもフェールセーフ性が要求されるのは当
然である。
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の構成では、半導体スイッチに短絡故障が発生したり、
リレー接点に溶着が生じると、入力信号(負荷駆動指令
出力)が無いにも拘らず負荷に負荷電流が流れる危険が
あり、入力信号がないのに誤って出力が生じるという危
険がありフェールセーフな構成ではなかった。また、電
磁弁や電磁リレー等のヒステリシス特性を有する負荷で
は、一旦動作を開始すれば、以後は少なくとも動作が停
止しないだけの入力レベルを与えればよいにも拘らず、
従来では動作開始時の入力レベルをそのまま供給する構
成であり、電力を無駄に消費しているという問題があ
る。本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、高いフ
ェールセーフ性を有し、且つ消費電力の少ないヒステリ
シス特性を有する負荷の駆動回路を提供することを目的
とする。
【課題を解決するための手段】このため本発明の負荷駆
動回路は、動作開始の入力レベルより低い入力レベルで
動作が停止するヒステリシス特性を有する負荷の駆動回
路であって、負荷駆動指令出力に基づいて発生する交流
出力を整流しその整流出力を前記負荷に供給して負荷を
駆動する構成の負荷駆動回路において、負荷駆動許可信
号が入力した時に高エネルギ状態に相当する論理値1の
前記負荷駆動指令出力を発生し前記負荷駆動許可信号が
入力しない時に出力が低エネルギ状態に相当する論理値
0となると共に故障時に出力が論理値1に誤らないフェ
ールセーフな負荷駆動指令出力手段と、該負荷駆動指令
出力手段の出力を電源として時間に対して勾配を有する
周期的な発振出力を発生する信号発振手段と、同じく前
記負荷駆動指令出力手段の出力を電源とし、所定の時定
数で徐々に立ち上がる閾値と前記信号発振手段の発振出
力とを比較して発振出力が大の期間ハイレベルとなるパ
ルス幅変調出力を発生する信号比較手段と、該信号比較
手段のパルス幅変調出力に基づきトランスを介して発生
する交流出力を増巾する増巾手段と、該増巾手段の増巾
出力を整流して負荷に供給する整流手段とを備えて構成
した。
【作用】かかる構成において、負荷駆動指令出力手段か
ら負荷駆動指令出力が発生すると、信号発振手段及び信
号比較手段が駆動される。これにより、信号発振手段か
らは例えば三角波のような時間に対して勾配を有する周
期的な発振出力が発生し信号比較手段に入力される。信
号比較手段では、入力する前記発振出力と所定の時定数
で徐々に立ち上がる閾値とを比較し、発振出力が大の期
間でハイレベルとなるパルス幅変調出力を発生する。こ
のパルス幅変調出力は、デューティ比が徐々に小さくな
り前記閾値の時定数で定まる所定時間後にはデューティ
比が一定となる。このパルス幅変調出力に基づいてトラ
ンスを介して交流出力が発生し、この交流出力は、増巾
手段で増巾され、整流手段で整流されて負荷に供給され
る。この場合、トランスにおいては、デューティ比50%
でその出力エネルギは最大となり、デューティ比が50%
より小さく又は大きくなるにつれて減少するので、負荷
に供給される出力エネルギは、初め徐々に上昇して負荷
の動作開始の入力レベルより高くなり、その後は動作開
始レベルより低いレベルに減少して所定時間後には動作
停止レベルより僅かに高いレベルで一定となる。これに
より、負荷の動作開始後の供給電力が軽減され電力消費
が少なくできる。また、負荷駆動指令出力手段の出力
を、信号発振手段と信号比較手段の電源としているの
で、負荷駆動指令出力手段からの信号が発生しない限り
信号発振手段及び信号比較手段は出力を発生しない。し
かも、負荷駆動指令出力手段は、誤って出力が高エネル
ギ状態の論理値1とならないフェールセーフな構成であ
り、また、負荷駆動指令出力に基づく負荷駆動のための
出力をトランスを介して負荷に供給する構成としている
ので、フェールセーフな構成の負荷駆動回路である。
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。本実施例の回路構成を示す図1において、負荷
駆動指令出力手段としての信号処理装置1は、安全状態
を監視するセンサからの負荷駆動許可信号が入力すると
高エネルギ状態に相当する論理値1の負荷駆動指令出力
jを発生し、センサからの負荷駆動許可信号が入力しな
い時には出力jが低エネルギ状態に相当する論理値0と
なると共に、故障時に出力jが論理値1に誤らない従来
公知(例えば実開昭57−4764号公報等参照)のフ
ェールセーフな構成である。信号発振手段としての三角
波発生回路2は、前記信号処理装置1からの負荷駆動指
令出力jを電源とし、出力jの入力により動作して図2
に示す三角波信号uを発振する。信号比較手段としての
レベルコンパレータ3は、同じく前記信号処理装置1の
からの負荷駆動指令出力jを電源とし、出力jの入力に
より動作して所定の時定数で徐々に立ち上がる閾値pと
前記三角波発生回路2の三角波信号uとを比較して三角
波信号uが大の期間ハイレベルとなるパルス幅変調(以
下PWMという)出力sを発生する。前記閾値Pは、抵
抗R1 とコンデンサCとにより時定数が設定され、コン
デンサCが飽和する所定時間後には、負荷駆動指令出力
jの電圧値Vを抵抗R1 と抵抗R2 で分圧した分圧値
(=R2 ・V/(R1 +R2 ))に一定に保持される。
前記レベルコンパレータ3からのPWM出力sは、半導
体スイッチである例えばMOS−FET4のゲートGに
印加され、PWM出力sのON・OFF周期に基づいて
電源Vccからの電流をトランス5に供給することによ
り、トランス結合増巾構成によりトランス5の二次側に
増巾交流出力が発生する。この交流出力は整流回路6に
より整流され図2に示す出力エネルギEの整流出力を電
磁弁や電磁リレー等の負荷7に供給する。次に本実施例
の負荷駆動回路の動作を説明する。信号処理装置1から
負荷駆動指令出力jが発生すると、この発生により、三
角波発生回路2とレベルコンパレータ3が動作し、三角
波発生回路2からは図2に示すように周期的に三角波信
号uが発生する。また、負荷駆動指令出力jの発生に伴
ってレベルコンパレータ3に入力する閾値pが、負荷駆
動指令出力jの電圧値Vに基づいて抵抗R1 とコンデン
サCで設定された時定数を持って図2に示すように徐々
に立ち上がる。レベルコンパレータ3では、この閾値p
と三角波信号uとを比較し、三角波信号uが閾値pより
大きい時にPWM出力sを発生する。このPWM出力s
は、図2に示すように、閾値pが徐々に上昇するにつれ
てそのパルス幅が小さくなり、閾値pがコンデンサCの
飽和により抵抗R1 と抵抗R2の分圧比で定まる値に一
定に保持された後は、一定のパルス幅となる。このた
め、このPWM出力sの印加によるMOS−FET4の
ON・OFF周期に基づいてトランス5の二次側に発生
する増巾交流出力により整流回路6を介して整流された
整流出力の出力エネルギEは、図2に示すように、PW
M出力sのデューティ比が50%付近で最大となり、その
前後ではデューティの減少又は増大に伴って低下し、コ
ンデンサCの飽和後には一定値となる。そして、負荷7
が動作停止状態から動作を開始する入力レベルをE1
し、動作状態から動作を停止する入力レベルをE2 とす
ると、負荷駆動指令出力jが発生してから徐々に立ち上
がり動作開始入力レベルE1 を越えると負荷7がONす
る。その後、出力エネルギEは低下して一定値に保持さ
れるが、この一定値を動作停止の入力レベルより高くな
るように設定することで負荷7を従来より低いエネルギ
レベルでON状態に保持することができる。従って、電
源Vccで消費される電力は、一旦負荷7がONした後は
小さな電力消費で済み、従来の負荷駆動回路に比べて電
力消費量を大幅に低減でき省電力化を図れる。また、三
角波発生回路2とレベルコンパレータ3は信号処理装置
1の出力jを電源としており、この出力jがない限り動
作することはない。また、MOS−FET4の出力は、
トランス結合によって出力されるので、MOS−FET
4に短絡や断線の故障が生じても、レベルコンパレータ
3の出力s又は電源Vccからの出力は、トランス5の二
次側、即ち負荷7側には伝達されない。従って、本実施
例の負荷駆動回路は、少なくとも信号処理装置1の出力
jがない限りは負荷7に供給する整流出力は発生しない
特性を有する。一方、信号処理装置1は、故障発生等に
よって誤って論理値1とはならず故障時には必ず出力が
低エネルギ状態に相当する論理値0の出力形態となる。
これらにより、本実施例の負荷駆動回路は、少なくとも
負荷駆動指令出力jの発生がないのに、故障で誤って負
荷駆動出力Eが生じないフェールセーフな構成になって
いる。尚、本実施例では、レベルコンパレータ3に入力
する発振信号を三角波信号としたが、これに限らず、鋸
波や正弦波でもよく、出力レベルが時間に対して勾配を
有する周期的な発振出力形態の信号であればよい。
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、動
作開始の入力レベルより動作停止の入力レベルが低いヒ
ステリシス特性を有する負荷の駆動において、負荷の動
作開始時に負荷が動作できるに十分な入力レベルを与
え、負荷が動作を開始した後は、動作を停止しないレベ
ル範囲で動作開始の入力レベルより低いレベルの入力を
与えるようしたので、従来の負荷駆動回路に比べて電力
の消費を抑制できる。しかも、負荷の駆動指令出力が発
生していないのに誤って負荷が駆動されることがないフ
ェールセーフな構成としたので、安全性及び信頼性を格
段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の負荷駆動回路の一実施例を示す回路構
成図
【図2】同上実施例の要部回路の出力状態を示すタイム
チャート
【符号の説明】
1 信号処理装置 2 三角波発生回路 3 レベルコンパレータ 4 MOS−FET 5 トランス 6 整流回路 7 負荷 R1,2 抵抗 C コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/28 H02J 1/00 307 H02J 1/00 309 H02J 1/00 310

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動作開始の入力レベルより低い入力レベル
    で動作が停止するヒステリシス特性を有する負荷の駆動
    回路であって、負荷駆動指令出力に基づいて発生する交
    流出力を整流しその整流出力を前記負荷に供給して負荷
    を駆動する構成の負荷駆動回路において、 負荷駆動許可信号が入力した時に高エネルギ状態に相当
    する論理値1の前記負荷駆動指令出力を発生し前記負荷
    駆動許可信号が入力しない時に出力が低エネルギ状態に
    相当する論理値0となると共に故障時に出力が論理値1
    に誤らないフェールセーフな負荷駆動指令出力手段と、 該負荷駆動指令出力手段の出力を電源として時間に対し
    て勾配を有する周期的な発振出力を発生する信号発振手
    段と、 同じく前記負荷駆動指令出力手段の出力を電源とし、所
    定の時定数で徐々に立ち上がる閾値と前記信号発振手段
    の発振出力とを比較して発振出力が大の期間ハイレベル
    となるパルス幅変調出力を発生する信号比較手段と、 該信号比較手段のパルス幅変調出力に基づきトランスを
    介して発生する交流出力を増巾する増巾手段と、 該増巾手段の増巾出力を整流して負荷に供給する整流手
    段と、 を備えて構成したことを特徴とする負荷駆動回路。
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