JP3145558B2

JP3145558B2 - 信号入力回路

Info

Publication number: JP3145558B2
Application number: JP03120794A
Authority: JP
Inventors: 博野崎; 博岡本
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH07244087A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号源のオン、オフ信
号状態を検出して取り込む信号入力回路に関するもので
あり、特に直流や交流の信号電圧を出力する信号源のほ
か、無電圧型のスイッチ接点やフォトカプラ出力、逆電
圧防止ダイオード付フォトカプラ、オープンコレクタな
どの多様な信号源のオン、オフ信号検出に適用できる汎
用の信号入力回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のオン、オフ信号を対象にする信号
入力回路の方式には、基本的に電圧検出方式と高周波検
出方式の２種類がある。電圧検出方式の信号入力回路
は、信号源自体から出力される電圧を検出するものであ
る。しかし、自身では電圧を出力しない機械的なスイッ
チ接点や、フォトカプラなどの受動的な信号源について
は信号検出を行うことができないという問題がある。こ
れに対して高周波検出方式の信号入力回路は、信号入力
回路内に高周波（あるいは交流）源をもち、その高周波
電圧出力を信号源に供給して、信号源内における通電の
有無を検出するものであり、無電圧の信号源の信号状態
を検出することが可能であるが、電圧を出力する信号源
には使用できない欠点がある。このため、電圧検出方式
と高周波検出方式の２つの回路を組み合わせた信号入力
回路が開発されている。図１３は、その１つの従来例で
あり、スイッチによる切り替え方式の回路を示したもの
である。

【０００３】図１３において、１，１′は入力端子、２
は高周波源、３はトランス、４は切り替えスイッチ、
５，６，７は抵抗、８はコンデンサ、９はフォトカプラ
である。切り替えスイッチ４の接点ａ側では、回路は電
圧検出方式で動作し、接点ｂ側では、回路は高周波検出
方式で動作する。

【０００４】入力端子１，１′に接続される信号源が電
圧を出力するものである場合には、切り替えスイッチ４
を接点ａ側に設定する。抵抗５およびコンデンサ８は雑
音除去用の低域フィルタを構成し、また抵抗５，６と抵
抗７とは分圧回路を構成する。

【０００５】入力端子１，１′に接続されている信号源
から出力される電圧は、切り替えスイッチ４の接点ａか
ら、抵抗５，６，７で分圧され、抵抗７に生じる分圧電
圧がフォトカプラ９の発光トライアック部に印加され
る。この分圧電圧が発光トライアック部のターンオン電
圧を超えると、発光トライアック部はオンとなり、フォ
トカプラはオン出力を生じる。また抵抗７の分圧電圧が
ターンオン電圧以下であれば、フォトカプラ９はオフ出
力を生じる。

【０００６】他方、入力端子１，１′に接続される信号
源がスイッチ接点などの無電圧のものである場合には、
切り替えスイッチ４を接点ｂ側に設定する。この場合、
高周波源２からトランス３を介して出力された高周波電
圧は、入力端子１と切り替えスイッチ４の接点との間に
印加される。信号源がオン状態であれば、高周波電圧の
入力端子１側は、入力端子１から信号源を通り、入力端
子１′に戻って、フォトカプラ９の発光トライアック部
の下端に印加され、また高周波電圧の接点ｂ側は、抵抗
５，６，７で分圧されて、発光トライアック部の上端に
印加される。この結果、発光トライアック部はターンオ
ンし、フォトカプラ９はオン出力を生じる。これに対し
て信号源がオフ状態であれば、フォトカプラ９の発光ト
ライアック部はターンオンすることができず、フォトカ
プラ９はオフ出力を生じる。

【０００７】この図１３の従来例回路では、入力端子に
接続される信号源が電圧を生じるものか否かによって切
り替えスイッチを操作し、検出方式を設定しなければな
らない。また信号源が図１５に示すような逆電圧防止ダ
イオード付フォトカプラであった場合には、信号源に印
加される高周波電圧の負の期間に逆電圧防止ダイオード
が順バイアスされることにより導通するため、フォトカ
プラ９は常にＯＮ出力を生じて、信号状態を正しく検出
することができないという欠点がある。

【０００８】図１４は、そのための改良された従来例回
路を示す。図１４において、１０は電圧検出回路、１１
は高周波信号発生回路、１２，１３は高周波結合用のコ
ンデンサ、１４は高周波信号位相比較検出回路、１５は
ＯＲ回路である。

【０００９】この図１４の回路では、電圧検出方式で信
号を検出する電圧検出回路１０と、高周波検出方式で信
号を検出する回路（１１〜１４）とが入力端子１，１′
に並列に接続され、それぞれの出力はＯＲ回路１５によ
り結合されて、スイッチによる動作切り替えは不要とな
っている。

【００１０】入力端子１，１′に接続される信号源が電
圧を発生する種類のものであれば、その電圧は入力端子
１，１′から入力されて電圧検出回路１０によって検出
され、検出結果はＯＲ回路１５から出力される。このと
き入力端子１，１′の入力電圧はコンデンサ１２，１３
によって阻止され、高周波検出方式の回路側へは入力さ
れない。高周波検出方式の回路は、次のように動作す
る。

【００１１】高周波信号発生回路１１から発生される一
定周波数の高周波信号は、１つはコンデンサ１２を介し
て入力端子１へ、もう１つは高周波信号位相比較検出回
路１４の一方の入力へ印加される。入力端子１，１′に
接続されている信号源が電圧を出力する種類のものであ
る場合には、オン時の信号源インピーダンスは小さく、
オフ時には大きくなるので、オン時にのみ入力端子１′
に高周波信号が現れ、コンデンサ１３を介して高周波信
号位相比較検出回路１４の他方の入力に印加される。高
周波信号位相比較検出回路１４は、正、負などの特定の
極性を考慮することなく、入力された２つの信号の位相
比較のみによって同相であることを検出すると、オン出
力を生じる。

【００１２】これによりＯＲ回路１５からは、電圧検出
回路１０あるいは高周波信号位相比較検出回路１４から
のオン出力のみが出力され、任意の種類の信号源に対し
て、そのオン／オフ状態を正しく反映した出力信号を得
ることができる。しかしこの図１４の従来例回路は、回
路構成が複雑で、高価になる欠点があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電圧出力型
や無電圧型あるいは逆電圧防止ダイオード付などの各種
多様な特性の信号源のオン、オフ信号状態を、特別なス
イッチ操作や接続の極性についての配慮の必要なしに、
簡単で安価な構成の単一の信号入力回路により、容易に
検出可能にすることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電圧出力型の
信号源には従来と同様に電圧検出回路を用いるが、無電
圧型の信号源には従来の高周波検出方式の検出回路の代
わりに電流源を内蔵した電流検出回路を用い、電圧検出
回路と電流検出回路とを共通の入力端子に対して並列接
続するとともに、それぞれの検出回路の出力を共通の出
力端子で結合して取り出すようにしたものである。

【００１５】図１は、本発明による信号入力回路の原理
的構成図である。図１において、１，１′は、共通の入
力端子であり、検出対象の任意のオン、オフ動作の信号
源に接続される。

【００１６】１０は、電圧検出回路であり、入力端子
１，１′間の入力電圧が所定のレベル以上になるとＰＨ
１出力をオンにする。１６は、電流源を内蔵した電流検
出回路であり、入力端子１，１′間の信号源に電流を供
給してその内部インピーダンスの高低に応答、つまり導
通の有無をオン、オフの信号状態として検出する。

【００１７】１７は、入力端子１，１′間に正方向に電
流が流れるか否かを検出する正側の電流検出回路であ
り、電流が流れたときＰＨ２出力をオンにする。１８
は、入力端子１，１′間に負方向に電流が流れるか否か
を検出する負側の電流検出回路であり、電流が流れたと
きＰＨ３出力をオンにする。

【００１８】１９は、ノイズフィルタである。２０，２
１は、出力信号の波形を整形するリトリガブルのワンシ
ョット回路である。

【００１９】２２は、共通の出力端子であり、ワンショ
ット回路２０，２１の各々のＯＮ１出力とＯＮ２出力と
が接続される。

【００２０】

【作用】図１において、入力端子１，１′に接続されて
いるオン、オフ動作の信号源が電圧出力型のものであれ
ば、電圧検出回路１０が応答してオン、オフの信号検出
を行う。このとき正側の電流検出回路１７と負側の電流
検出回路１８とは応答しない。

【００２１】また信号源が無電圧型のものである場合に
は、電圧検出回路１０は応答せず、正側と負側の電流検
出回路１７，１８のいずれか一方あるいは双方が応答し
て、オン、オフの信号検出を行う。信号源がフォトカプ
ラやオープンコレクタのように極性をもち、電流の流入
方向が正方向に制限されていれば正側の電流検出回路１
７が応答し、電流の流入方向が負方向に制限されていれ
ば負側の電流検出回路１８が応答し、そしてスイッチ接
点のように無極性の信号源の場合には、双方の電流検出
回路１７，１８が並列に応答する。なお逆電圧防止ダイ
オード付フォトカプラのように、双極性をもち、その一
方の極性の電流のみが信号状態を示す場合には、その電
流に応答している側の電流検出回路のみが有効な信号を
出力する。

【００２２】電圧検出回路１０と電流検出回路１７，１
８とはそれぞれ回路的に独立し、相互に干渉しないよう
に構成される。

【００２３】

【実施例】図２は、図１に示される電圧検出回路１０の
１実施例を示す。この回路は、基本的には図１３に示さ
れる従来例回路中のものと同じ動作をする。入力端子
１，１′に印加される入力電圧（信号源出力電圧）は抵
抗５およびコンデンサ８からなるノイズフィルタ（ＮＦ
１）でノイズを除去され、さらに抵抗５，６と抵抗７と
によって分圧されて、フォトカプラ９（ＰＨ１）の発光
トライアック部に印加される。抵抗７の両端の分圧電圧
が発光トライアック部のターンオン電圧を超えれば、ど
ちらの極性であっても発光トライアック部はオンとな
り、受光トランジスタ部もオンとなってワンショット回
路２０がトリガされ、ＯＮ１出力がオンとなる。ワンシ
ョット回路２０は、信号源が交流電圧を出力する場合
に、リトリガ動作により、連続する複数のパルスをつな
いで単一パルスに変換する機能をもつ。

【００２４】図３は、図１に示される正側の電流検出回
路１７の１実施例を示す。図において、２３，２３′は
交流電圧を印加するトランスが接続されるトランス端
子、２４〜２６はダイオード、２７〜３２は抵抗、３３
〜３５はトランジスタ、３６はフォトカプラ（ＰＨ２）
である。

【００２５】トランス端子２３，２３′に印加された交
流電圧は、ダイオード２４により半波整流され、正の半
波電圧が抵抗２７，２８の上端に加えられる。フォトカ
プラ３６の発光ダイオードに並列にトランジスタ３５の
コレクタ−エミッタ間が接続されており、トランジスタ
３５がオフであるときにのみ、抵抗２８を経由して発光
ダイオードに電流が流れ、フォトカプラ３６をオンにす
る。

【００２６】トランジスタ３５のベースには、抵抗２
７、ダイオード２６、抵抗３２の直列回路によってオン
駆動電圧が印加されているが、抵抗２７とダイオード２
６の接続部のＡ点はトランジスタ３３のエミッタ−コレ
クタ間とダイオード２５とによって入力端子１にも結合
されており、入力端子１，１′間に接続される無電圧型
の信号源がオン状態となって導通状態になると、抵抗２
７からトランジスタ３３、ダイオード２５を通して信号
源へ電流が流れ込む。この結果、Ａ点の電圧は低下し、
トランジスタ３５のベース電圧も低下して、トランジス
タ３５はオフとなり、フォトカプラ３６をオンにする。

【００２７】つまり信号源がオフ状態にあって入力端子
１から電流が流れ込まない状態では、ダイオード２６に
電流が流れ、その順方向電圧はほぼ0.7 ボルトであり、
トランジスタ３５にはベース電流が流れてトランジスタ
３５はオン、フォトカプラ３６はオフであるから、Ａ点
の電圧は、ダイオード２６の順方向電圧とトランジスタ
３５のベース電圧との和となり、ほぼ1.4 ボルトとな
る。

【００２８】次に信号源がオン状態となって入力端子
１，１′間が短絡されると、ダイオード２５、トランジ
スタ３５を電流が流れ、Ａ点の電圧は、ほぼダイオード
２５の順方向電圧0.7 ボルトと同じレベルとなる。この
結果、ダイオード２６には電流が流れなくなり、トラン
ジスタ３５はオフ、フォトカプラ３６はオンとなる。

【００２９】また信号源が電圧出力型のものである場合
には、入力端子１，１′に電圧が印加されるが、正電圧
であればダイオード２５によって阻止され、負電圧であ
れば抵抗２９，３１により分圧された負電圧がトランジ
スタ３４をオンにし、トランジスタ３３のベース−エミ
ッタ間を短絡するので、トランジスタ３３はオフとな
り、入力端子への電流流入は阻止され、電流検出回路は
応答しない。

【００３０】図４は、図１に示される負側の電流検出回
路１８の１実施例を示す。図において、３７〜３９はダ
イオード、４０〜４５は抵抗、４６〜４８はトランジス
タ、４９はフォトカプラである。

【００３１】図４の回路は、図３の回路中の各ダイオー
ドの極性を逆にし、トランジスタの型をＰＮＰからＮＰ
Ｎに変更したものであり、動作機能も対称的である。つ
まり回路は交流の負の半波電流で動作し、無電圧型の信
号源に対して入力端子１，１′から流入する電流の向き
は入力端子１′から入力端子１へとなるが、信号源のオ
ン、オフ状態に対しては、フォトカプラ４９はオン、オ
フで応答する。また電圧出力型の信号源の場合に入力端
子１，１′に印加される正あるいは負の電圧に対して
は、トランジスタ４７とダイオード３８がそれぞれ機能
して、信号源への電流の流入を阻止する。

【００３２】図５ないし図１０の具体例を用いて、図１
ないし図４の回路の動作を説明する。図５の（ａ）は、
信号源が無電圧型のスイッチ接点の場合で、図６はその
対応する動作波形である。スイッチ接点が信号源として
入力端子１，１′間に接続された場合、（２）のスイッ
チのＯＮ／ＯＦＦに対して、（３）の正側の電流検出回
路からのＰＨ２出力と（４）の負側の電流検出回路から
のＰＨ３出力とは、それぞれ交流電圧の正の半サイクル
と負の半サイクルとにおいてスイッチのＯＮに応答す
る。なお（３）と（４）の波形中の縦線はスパイクノイ
ズである。ＰＨ２出力とＰＨ３出力とは、ノイズフィル
タ１９に入力されてノイズを除去され、ワンショット回
路２１に入力される。ワンショット回路２１はＰＨ２出
力とＰＨ３出力の各パルスによりリトリガされて、
（５）に示す単一パルスのＯＮ２出力が得られる。この
ＯＮ２出力は、（２）のスイッチのＯＮ／ＯＦＦによる
信号状態に対応するものとなっている。なお図示してい
ないが、電圧検出回路１０からのＰＨ１出力は、信号源
が無電圧型であることからＯＦＦ状態となっている。

【００３３】図５の（ｂ）は、信号源がフォトカプラ
で、入力端子１，１′に正接続されている場合を示し、
図７はそのときの動作波形を示す。（２）のフォトカプ
ラのＯＮ／ＯＦＦに対して、交流電圧の正の半サイクル
に（３）のＰＨ２出力のみがフォトカプラのＯＮ状態に
応答し、信号を検出する。また（４）のＰＨ３出力と図
示されていないＰＨ１出力とは、フォトカプラのＯＮ状
態に応答しない。

【００３４】図５の（ｃ）は、信号源のフォトカプラが
入力端子１，１′に逆接続されている場合を示し、図８
はそのときの動作波形である。図５の（ｂ）の場合とは
逆に、（２）のフォトカプラのＯＮ／ＯＦＦに対して、
（４）のＰＨ３出力のみが応答し、信号を検出する。

【００３５】図５の（ｄ）は、交流電圧をスイッチでＯ
Ｎ／ＯＦＦ出力する信号源が入力端子１，１′に接続さ
れ、その交流電圧の位相は図３のトランス端子２３，２
３′に入力される交流電圧の位相と同じ場合を示し、図
９は、そのときの動作波形を示す。この場合は、（４）
の電圧検出回路１０のＰＨ１出力が信号源スイッチのＯ
Ｎ状態のとき交流の正負の各期間に応答し、（５）に示
すように、ワンショット回路２０のＯＮ１出力は信号源
スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態にほぼ応答して変化する。
なお（６），（７），（８）に示すように、電流検出回
路では、交流波形の過渡期間に電流が短時間流れ、
（６），（７）に示すようにＰＨ２，ＰＨ３出力にスパ
イクノイズが発生するが、ノイズフィルタにより除去さ
れるので、（８）のＯＮ２出力は変化しない。

【００３６】図５の（ｅ）は、図５の（ｄ）の場合とは
逆に、入力端子１，１′に入力される交流電圧の位相が
トランス端子２３，２３′に入力される交流電圧の位相
と逆相になっている場合を示し、図１０はそのときの動
作波形を示す。この場合も、信号源のスイッチのＯＮ／
ＯＦＦに対応して電圧検出回路１０が応答し、信号源ス
イッチのＯＮ状態時に、交流の正負各サイクル期間にＰ
Ｈ１出力を変化させて、（５）のようなＯＮ１出力が得
られる。図９と同様に、電流検出回路１７，１８では短
時間だけ電流が流れ、ＰＨ２，ＰＨ３出力とスパイクノ
イズを生じるが、ノイズ除去によりＯＮ２出力は変化し
ない。

【００３７】図１１の（ａ），（ｂ）は、本発明におけ
る電流検出回路の他の実施例を示す。図１１の（ａ）
は、図３の正側の電流検出回路のフォトカプラ３６をト
ランジスタ３３と直列に設けトランジスタ３５と周辺の
回路を不要にしたものであり、トランジスタ３３のエミ
ッタは、抵抗２８とツェナダイオード５０とを接続した
Ｂ点に結合される。この場合、ツェナ電圧はたとえば2.
4 ボルトにされ、フォトカプラ３６のＯＮ時に信号源に
かかる入力端子１，１′間の電圧はほぼ1.6 ボルトとな
る。

【００３８】図１１の（ｂ）は、フォトカプラ３６を抵
抗２８と直列に設けることによって回路の簡単化を図っ
たものであり、フォトカプラ３６のＯＦＦ時の図のＣ点
の電圧がほぼ１ボルトで、入力端子１，１′間にかかる
電圧はほぼ0.3 ボルトとなり、図１１の（ａ）の回路の
場合よりも信号源にかかる電圧を低減できる。

【００３９】なお図１１の（ａ），（ｂ）の実施例回路
は図３の正側の電流検出回路に対応づけて示されている
が、図４の負側の電流検出回路に対しても同様に適用し
変形できることは明らかである。

【００４０】図１２は、さらに他の実施例回路を示し、
図３、図４のフォトカプラ３６，４９の代わりに図３の
Ｅ点および図４のＦ点間にダイオード５１，５２を直列
に接続し、その中点と端子１１′／２３′との間に発光
トライアック型のフォトカプラを接続したものである。
これにより、フォトカプラ数の削減が可能となる。

【００４１】なお、図３、図４等の実施例において、各
電流検出回路に交流電圧を供給して半波整流する代わり
に、直流電源を使用すれば、交流電圧の周期とは無関係
となり、さらに高速動作を行わせることができる。また
電流制限用のトランジスタ３４，４７とその周辺回路要
素は他の周知の電流制限回路で置き換えることができ、
あるいは削除することも可能である。また図１のワンシ
ョット回路の機能は、ＭＰＵを用いてソフト的に代替え
することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明による信号入力回路により、電圧
出力型や無電圧型の任意の種類のオン、オフ動作の信号
源に対して、信号源の型や極性を気にすることなく簡単
に接続することができ、また信号源との電気的な絶縁が
容易で、ノイズに強い回路構成が少ない部品数で実現で
きる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成図である。

【図２】電圧検出回路の１実施例の回路図である。

【図３】正側の電流検出回路の１実施例の回路図であ
る。

【図４】負側の電流検出回路の１実施例の回路図であ
る。

【図５】信号源の具体例の説明図である。

【図６】信号源がスイッチ接点の場合の動作波形図であ
る。

【図７】信号源のフォトカプラが入力端子に正接続され
ている場合の動作波形図である。

【図８】信号源のフォトカプラが入力端子に逆接続され
ている場合の動作波形図である。

【図９】入力端子とトランス端子の交流電圧の位相が同
相の場合の動作波形図である。

【図１０】本発明とトランス端子の交流電圧の位相が逆
相の場合の動作波形図である。

【図１１】本発明における電流検出回路の他の実施例
（その１）の回路図である。

【図１２】本発明における電流検出回路の他の実施例
（その２）の回路図である。

【図１３】スイッチ切替え方式の従来回路の回路図であ
る。

【図１４】スイッチ切替えなしの従来例回路の回路図で
ある。

【図１５】逆電圧ダイオードをもつフォトカプラの回路
図である。

【符号の説明】

１，１′：入力端子１０：電圧検出回路１６：電流検出回路１７：正側の電流検出回路１８：負側の電流検出回路１９：ノイズフィルタ 20，21 ：ワンショット回路２２：出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 27/00 - 27/32 G01R 31/00 H01H 9/54 H03K 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共通の入力端子と出力端子の間に並列に
接続された電圧検出回路および電流検出回路からなり、
前記共通の入力端子に接続される外部の信号源のオン、
オフ状態を検出する信号入力回路であって、電圧検出回路は、前記共通の入力端子に入力される電圧
により信号源のオン、オフ状態を検出して、そのオン、
オフ状態に応じた信号を前記共通の出力端子に出力する
ように構成され、電流検出回路は、電流源を内蔵して前記共通の入力端子
に接続される外部の信号源へ電流を供給し、該入力端子
に流れる電流により信号源のオン、オフ状態を検出し
て、そのオン、オフ状態に応じた信号を前記共通の出力
端子に出力するように構成されていることを特徴とする
信号入力回路。
【請求項２】請求項１において、電流検出回路は、前
記共通の入力端子に正方向電流を供給する電流源をもつ
正側の電流検出回路と前記共通の入力端子に負方向電流
を供給する負側の電流検出回路とを並列接続したもので
あることを特徴とする信号入力回路。
【請求項３】請求項１または請求項２において、電圧
検出回路および電流検出回路はそれぞれフォトカプラを
備えた出力部を有し、出力側を電気的に絶縁するように
構成されていることを特徴とする信号入力回路。