JP3236773B2 - 給電機能付制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部に接続可能な
給電端子を備えこの給電端子が短絡したときに電源側を
保護する機能を備えた給電機能付制御装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来この種の装置とし
ては、例えば、図５あるいは図６に示すようなものがあ
る。すなわち、このものは、マイクロコンピュータなど
の制御回路を備えた制御装置で、外部にセンサなどの負
荷を接続してこれに給電し、そのセンサの検出電圧を取
り込んでＡ／Ｄ変換してセンサデータを得るようにした
装置である。

【０００３】図５において、制御装置１は、内部にマイ
クロコンピュータからなる制御回路２を備えており、外
部に接続される直流電源３から電源スイッチ４を介して
給電されるようになっている。定電圧回路５は、直流電
源３を所定電圧に変換して出力するもので、短絡保護機
能が設けられていて、負荷側で短絡状態が発生するとこ
れを検出して出力を停止する。この定電圧回路５の出力
端子Ｖａは制御回路２の電源入力端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，
ＡＶｓｓおよびＡ／Ｄ変換用の参照入力端子Ｖｒｅｆに
接続されると共に外部給電端子Ｖｏに接続されている。

【０００４】制御回路２のＡ／Ｄ変換入力端子Ａ１，Ａ
２，Ａ３はそれぞれ抵抗６，７，８を介して入力端子ａ
１，ａ２，ａ３に接続されている。この入力端子ａ１〜
ａ３には負荷としてのセンサ９が外部から接続されるよ
うになっている。センサ９には可変抵抗器形の３つのセ
ンサ素子１０〜１２が設けられ、それぞれ外部給電端子
Ｖｏから給電されるように接続されると共に可変出力端
子は入力端子ａ１〜ａ３に接続されている。

【０００５】上記構成によれば、電源スイッチ４がオン
されると、定電圧回路５は制御回路２に所定電圧を供給
すると共に、外部給電端子Ｖｏを介してセンサ９の各セ
ンサ素子１０〜１２に給電するようになる。これによ
り、制御回路２は、参照入力端子Ｖｒｅｆから入力され
る電源電圧を変換基準電圧として、センサ素子１０〜１
２のそれぞれから入力される信号電圧をアナログ変換し
てセンサ信号を得るようになる。また、センサ素子１０
〜１２のいずれかが短絡するなどの故障が発生した場合
には、定電圧回路５はこれを検出して出力を停止するよ
うになる。

【０００６】しかしながら、このような従来構成のもの
では、短絡に対する保護は図れるが、その状態では制御
回路２への給電も停止されるので、制御回路２は動作不
能状態となり、短絡が発生していることを検知すること
ができず、電源スイッチ４を投入する毎にこのような給
電停止状態となるだけで、不具合の発生箇所を特定する
ことはできないものであった。

【０００７】一方、図６に示すものは、図５の定電圧回
路５に代えて短絡保護機能を有していない定電圧回路１
３を用いて構成したもので、この場合には、センサ素子
１０〜１２の短絡に対する保護を行う構成を次のように
している。すなわち、定電圧回路１３の出力端子Ｖａは
電流制限抵抗１４を介して外部給電端子Ｖｏに接続され
ており、この外部給電端子Ｖｏに給電される出力が制御
回路２のＡ／Ｄ変換用の基準電圧となる参照入力端子Ｖ
ｒｅｆに接続された構成となっている。

【０００８】この構成によれば、センサ素子１０〜１２
への給電は、電流制限抵抗１４を介して行われるので、
いずれかのセンサ素子１０〜１２が短絡をおこしたとき
には、センサ９側への給電は電流制限抵抗１４による電
圧降下で動作電圧の範囲が狭くなるが、制御回路２への
給電は継続されるので、前述したような不具合を回避す
ることはできる。

【０００９】ところが、上述した構成のものでは、短絡
故障が発生していない場合、例えば、負荷のインピーダ
ンスが低く設定されている場合においても、電流制限抵
抗１４を介して給電する構成であることから、外部給電
端子Ｖｏの端子電圧が大きく低下してしまう場合があ
り、これではＡ／Ｄ変換のための電圧範囲が狭くなるた
めに参照入力端子Ｖｒｅｆから入力される電圧も低下
し、全体としてＡ／Ｄ変換を行う際の分解能が低下する
不具合がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、外部給電端子の短絡時に対応できる構
成としながら、制御回路によりその短絡による異常状態
の発生を報知してこれを認識することができるようにし
た給電機能付制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の給電機能付制御
装置は、直流電源を所定電圧に変換する電源回路と、こ
の電源回路から給電される制御手段と、外部に負荷を接
続可能に設けられ前記電源回路から給電可能な給電端子
と、この給電端子に対して前記電源回路の出力を電流制
限手段を介して供給する第１の給電経路と、前記給電端
子に対して前記電源回路の出力を直接供給する第２の給
電経路と、常には前記第１の給電経路の設定状態に保持
し前記制御手段から設定信号が与えられた状態では前記
第２の給電経路の設定状態に保持するように切換設定を
行う切換手段とを設け、前記制御手段を、前記電源回路
からの給電時に前記給電端子の端子電圧を検出してその
検出電圧が所定レベル以上あるときには前記設定信号を
前記切換手段に出力するように構成したところに特徴を
有する。

【００１２】上記構成によれば、制御手段は、第１の給
電経路を設定した状態で、電源回路からの給電時に給電
端子の端子電圧を検出して所定レベル以上あるときには
切換手段を第２の給電経路に切換設定し、給電端子の端
子電圧が所定レベルよりも低い状態つまり給電端子に接
続された負荷が短絡をしている場合には第１の給電経路
を設定した状態に保持するようになる。これにより、短
絡故障が発生している場合に第１の給電経路を設定して
電流制限手段を介して給電端子に給電することができ
る。また、負荷が正常な場合にはインピーダンスが低い
場合でも直接給電することができるようになるので、端
子電圧が低下するといった不具合の発生を防止でき、こ
れによって他の制御装置に給電することもできるように
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて、図１および図２を参照して説明する。電気的構成
を示す図１において、本発明でいうところの外部給電機
能付の制御装置２１は内部に制御手段としての制御回路
２２を含んで構成されている。制御回路２２は、マイク
ロコンピュータなどのＣＰＵに相当する構成を有するも
ので、あらかじめ制御プログラムが記憶されており、ま
た、内部にはＡ／Ｄ変換機能を備えている。短絡保護回
路を有する定電圧電源回路２３は電源入力端子２１ａ，
２１ｂを介して外部の直流電源２４から電源スイッチ２
５を通じて給電されるようになっており、所定電圧の出
力を制御回路２２の電源入力端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓおよび
ＡＶｓｓに出力すると共に、給電端子Ｖａにも出力す
る。

【００１４】制御装置２１には外部給電端子Ｖｏが設け
られており、この外部給電端子Ｖｏには切換手段として
の電磁リレー２６のリレースイッチ２６ａを介して給電
端子Ｖａが接続されている。この場合、リレースイッチ
２６ａの常開接点ａは直接給電端子Ｖａに接続され、常
閉接点ｂは電流制限手段としての電流制限抵抗２７を直
列に介して給電端子Ｖａに接続されている。また、リレ
ースイッチ２６ａの可動接点ｃは外部給電端子Ｖｏおよ
び制御回路２２の参照入力端子Ｖｒｅｆに接続されると
共に、制御回路２２の出力電圧検出端子Ａ／Ｄに抵抗２
８を介して接続されている。

【００１５】そして、給電端子Ｖａから電流制限抵抗２
７およびリレースイッチ２６ａの接点（ｂ−ｃ）間を介
して外部給電端子Ｖｏに至る給電経路が本発明でいうと
ころの第１の給電経路に相当し、給電端子Ｖａからリレ
ースイッチ２６ａの接点（ａ−ｃ）間を介して外部給電
端子Ｖｏに至る給電経路が第２の給電経路に相当してい
る。

【００１６】電磁リレー２６の励磁コイル２６ｂは、制
御回路の出力端子ＰＡからドライバ回路２９を介して給
電されるように接続されており、出力端子ＰＡからロウ
レベルの信号が出力されると励磁コイル２６ｂに通電し
てリレースイッチ２６ａの接点（ｃ−ａ）間をオンさせ
るようになっている。制御回路２２の出力端子ＰＡはプ
ルアップ抵抗３０を介して給電端子Ｖａに接続されてい
る。

【００１７】制御装置２１には例えば３個のセンサ信号
の入力端子ａ１，ａ２，ａ３が設けられており、これら
の入力端子ａ１〜ａ３はそれぞれ抵抗３１〜３３を介し
て制御回路２２のアナログ信号の入力端子Ａ１〜Ａ３に
接続されると共に、抵抗３４〜３６を介してアースされ
ている。制御回路２２の表示出力端子Ｐｏは報知手段と
しての表示装置３７に接続されている。この表示装置３
７は、制御回路２２から報知信号が与えられると、異常
状態の発生をランプや表示動作により報知するようにな
っている。

【００１８】制御装置２１には外部に負荷としてのセン
サ３８が接続されるようになっており、制御装置２１
は、このセンサ３８に給電して検出動作を行わせ、その
検出信号を内部に取り込んでＡ／Ｄ変換して信号処理す
るようになっている。センサ３８は、例えば３個の可変
抵抗形のセンサ素子３９，４０，４１を備えたもので、
それぞれは電圧印加端子３９ａ，４０ａ，４１ａを備え
ると共にセンサ出力端子３９ｂ，４０ｂ，４１ｂを備え
ている。

【００１９】各センサ素子３９〜４１は、電圧印加端子
３９ａ〜４１ａに給電されている状態で、検出対象の状
態に応じた検出電圧がセンサ出力端子３９ｂ〜４１ｂか
ら出力されるようになっている。電圧印加端子３９ａ〜
４１ａは共通にして制御装置２１の外部給電端子Ｖｏに
接続され、センサ出力端子３９ｂ〜４１ｂは入力端子ａ
１〜ａ３に接続されている。また、外部給電端子Ｖｏに
は、この制御装置２１から給電されて動作する制御ユニ
ット４２の電源入力端子が接続されている。

【００２０】次に、本実施例の作用について図２のフロ
ーチャートをも参照しながら説明する。まず、電源スイ
ッチ２５がオンされると、制御装置２１においては、電
源回路としての定電圧回路２３を介して所定電圧出力が
発生すると、制御回路２２および給電端子Ｖａに給電さ
れるようになる。制御回路２２は、これによって動作を
開始すると、図２に示す制御プログラムのフローチャー
トにしたがって、外部給電端子Ｖｏに接続されたセンサ
３８の状態を判定するようになる。なお、制御プログラ
ムを開始する前の状態では、制御回路２２の出力端子Ｐ
Ａは信号を出力していないので、プルアップ抵抗３０に
よりハイレベルに保持され、励磁コイル２６ｂは断電さ
れた状態にあり、したがって、リレースイッチ２６ａは
接点（ｂ−ｃ）間がオンされた状態つまり第１の給電経
路を設定した状態となっている。

【００２１】上述の初期状態で、制御回路２２は、制御
プログラムを開始すると、電圧検出端子Ａ／Ｄに得られ
ている電圧信号を入力し（ステップＳ１）、これがハイ
レベルであるか否かを判断する（ステップＳ２）。この
場合、センサ３８の各センサ素子３９〜４１が正常な状
態つまり短絡状態でなければ、所定レベルのインピーダ
ンスを有していることから外部給電端子Ｖｏを介して所
定電流が流れるので、電圧検出端子Ａ／Ｄには一定レベ
ル以上の電圧信号が入力されるようになり、制御回路２
２は、この電圧信号がハイレベルにあることを検出する
ようになる。

【００２２】これにより、制御回路２２は、ステップＳ
２で「ＹＥＳ」と判断し、この後、出力端子ＰＡからロ
ウレベルの信号を出力するようになる。これにより、ド
ライバ回路２９を介して励磁コイル２６ｂに通電される
ようになり、リレースイッチ２６ａの接点（ａ−ｃ）間
がオンするようになる。すると、第２の給電経路が設定
された状態、つまり、外部給電端子Ｖｏは、抵抗２７を
介さずに、直接給電端子Ｖａから給電されるようにな
る。

【００２３】この結果、センサ素子３９〜４１が正常状
態である場合には、そのインピーダンスが低く設定され
たものであっても通電電流の制限を受けることなく外部
給電端子Ｖｏから給電されるようになるので、外部給電
端子Ｖｏの出力電圧が所定レベル以上に保持される。し
たがって、Ａ／Ｄ変換の基準電圧となる参照入力端子Ｖ
ｒｅｆへの入力電圧の所定レベル以上に保持され、Ａ／
Ｄ変換の精度が低下されることなく検出動作を行うこと
ができるようになる。

【００２４】この後、制御回路２２は、制御プログラム
を終了して図示しないメインプログラムにリターンし、
検出動作に対応した処理動作を行うようになる。この場
合、各センサ素子３９〜４１の可変出力端子３９ｂ〜４
１ｂから出力される検出信号は、制御回路２２のアナロ
グ入力端子Ａ１〜Ａ３から入力されると、参照入力端子
Ｖｒｅｆから入力されている電圧を基準としてデジタル
データに変換するようになっている。なお、この状態で
は、外部給電端子Ｖｏから給電されて動作する制御ユニ
ット４２にも所定の給電が行われるようになる。

【００２５】さて、センサ素子３９〜４１のうちいずれ
かに短絡故障が発生している場合には、制御回路２２
は、次のように動作する。すなわち、制御プログラムを
開始した時点でセンサ素子３９〜４１のいずれかが短絡
状態である場合には、そのインピーダンスがゼロに近い
値となるので、外部給電端子Ｖｏから流れ込む電流が大
きくなって電流制限抵抗２７による電圧降下が大とな
り、制御回路２２の電圧検出端子Ａ／Ｄにはロウレベル
の信号が入力されるようになる。

【００２６】制御回路２２は、制御プログラムのステッ
プＳ２で「ＮＯ」と判断してステップＳ４に移行し、出
力端子ＰＡからのハイレベルの信号の出力状態を保持し
て第１の給電経路の設定状態を継続させると共に、表示
出力端子Ｐｏから表示装置３７に対して報知信号を出力
して報知動作を行わせるようになる（ステップＳ５）。
これによって、制御回路２２への電源を確保して報知動
作を行わせることができるようになり、使用者には短絡
故障が発生していることを報知することができるように
なる。

【００２７】なお、センサ３８への通電状態で短絡故障
が発生した場合には次のように動作する。すなわち、電
源スイッチ２５のオン時点でセンサ素子３９〜４１に短
絡故障が発生しておらず、リレースイッチ２６ａの接点
（ａ−ｃ）間がオンされた場合でも、センサ素子３９〜
４１への通電中に短絡故障が発生する場合がある。そし
て、このような場合には、負荷インピーダンスが急激に
低下することにより給電端子Ｖａの電圧が低下し、制御
回路２２は給電が停止されてリセット状態となる。この
場合、定電圧回路２３は、短絡保護回路のはたらきによ
り、破壊したりダメージを受けるといったことを防止で
きる。

【００２８】すると、制御回路２２は初期状態と同じ状
態に戻ることにより、出力端子ＰＡからハイレベルの信
号を出力するようになる。これによってリレースイッチ
２６ａの接点（ｂ−ｃ）間がオンされるようになるの
で、次に定電圧回路２３が復帰したときには、再び制御
プログラムを実施するようになり、前述同様にして短絡
故障が発生している場合の処理を行うようになる。

【００２９】このような本実施例によれば、制御回路２
２により、電源スイッチ２５のオン時に制御プログラム
を実行して外部給電端子Ｖｏに接続されたセンサ３８の
短絡故障を検出し、正常である場合には給電端子Ｖａか
ら直接外部給電端子Ｖｏに給電し、短絡時には電流制限
抵抗２７を介して通電する状態に保持すると共に表示装
置３７により短絡の発生を報知するようにしたので、短
絡故障の発生時にのみ電流制限抵抗２７を介して電流を
制限しながら制御回路２２の電源を確保することができ
るようになり、さらには、負荷としてのセンサ３８のイ
ンピーダンスが低い場合でも十分に使用することがで
き、これによって他の制御ユニット４２を接続して給電
することもできるようになる。

【００３０】図３は本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なるところは、電磁リレー２６に
代えてスイッチング素子であるトランジスタ４３，４４
を切換手段として用いる構成としたところである。図３
において、ｐｎｐ形のトランジスタ４３のエミッタは給
電端子Ｖａに接続され、コレクタは外部給電端子Ｖｏに
接続されている。また、トランジスタ４３のベースは、
抵抗４５を介して給電端子Ｖａに接続されると共に、抵
抗４６を介して制御回路２２の出力端子ＰＡに接続され
ている。そして、このトランジスタ４３を介した給電経
路が第２の給電経路に相当する。

【００３１】また、ｎｐｎ形のトランジスタ４４のコレ
クタは給電端子Ｖａに接続され、エミッタは電流制限抵
抗４７を介して外部給電端子Ｖｏおよび参照入力端子Ｖ
ｒｅｆに接続されると共に、抵抗４８を介して制御回路
２２の電圧検出端子Ａ／Ｄに接続されている。そして、
このトランジスタ４４を介した給電経路が第１の給電経
路に相当する。

【００３２】上記構成によれば、制御回路２２の出力端
子ＰＡからハイレベルの信号が出力されている状態で
は、トランジスタ４３はオフ状態となり、トランジスタ
４４はオン状態となる。これにより、外部給電端子Ｖｏ
には、給電端子Ｖａからトランジスタ４４および電流制
限抵抗４７を介して給電されるようになる。また、制御
回路２２の出力端子ＰＡからロウレベルの信号が出力さ
れている状態では、上述とは逆に、トランジスタ４３が
オン状態となり、トランジスタ４４はオフ状態となる。
これにより、外部給電端子Ｖｏには、給電端子Ｖａから
トランジスタ４３を介して給電されるようになる。

【００３３】したがって、このような第２の実施例によ
っても、電源スイッチ２５がオンされた時点で、制御回
路２２により制御プログラムを実行することで、第１の
実施例と同様の作用効果を得ることができるようにな
る。

【００３４】図４は本発明の第３の実施例を示すもの
で、第２の実施例と異なるところは、トランジスタ４
３，４４に代えてスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ
４９，５０を切換手段として用いる構成としたところで
ある。図４において、第２の給電経路を構成するｐチャ
ンネル形のＭＯＳＦＥＴ４９のソースは給電端子Ｖａに
接続され、ドレインは外部給電端子Ｖｏに接続されてい
る。ＭＯＳＦＥＴ４９のゲートは抵抗５１を介して給電
端子Ｖａに接続され、抵抗５２を介して制御回路２２の
出力端子ＰＡに接続され、抵抗５３を介してアースされ
ている。

【００３５】第１の給電経路を構成するｎチャンネル形
のＭＯＳＦＥＴ５０のドレインは電流制限抵抗５４を介
して給電端子Ｖａに接続され、ソースは外部給電端子Ｖ
ｏおよび制御回路２２の参照入力端子Ｖｒｅｆに接続さ
れると共に、抵抗４８を介して制御回路２２の電圧検出
端子Ａ／Ｄに接続され、抵抗５５を介してアースされて
いる。

【００３６】そして、この第３の実施例においても、制
御回路２２の出力端子ＰＡからハイレベルの信号が出力
されるとＭＯＳＦＥＴ５０がオンして電流制限抵抗５４
を介して外部給電端子Ｖｏに給電し、出力端子ＰＡから
ロウレベルの信号が出力されるとＭＯＳＦＥＴ４９がオ
ンして給電端子Ｖａから直接外部給電端子Ｖｏに給電す
るようになる。したがって、第２の実施例と同様の作用
効果を得ることができるようになる。

【００３７】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。負荷と
して外部給電端子Ｖｏに接続されるセンサ３８は、３個
以外の個数のセンサ素子で構成しても良いし、別のセン
サを接続するようにしても良い。スイッチング素子は、
ＩＧＢＴなどの他の素子を用いることができる。外部給
電端子Ｖｏには他の制御ユニットを接続することもでき
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の装置によれば、給電端子
に対して電源回路の出力を電流制限手段を介して供給す
る第１の給電経路と、直接供給する第２の給電経路とを
切換手段により切換可能に設け、制御手段により、電源
回路からの給電時に第１の給電経路から給電した状態で
給電端子の端子電圧を検出してその検出電圧が所定レベ
ル以上あるときには第２の給電経路に切換設定するよう
にしたので、短絡故障の発生時にのみ電流制限手段を介
して電流を制限した状態として制御手段の電源を確保す
ることができるようになり、さらには、給電端子に接続
される負荷のインピーダンスが低い場合でも使用するこ
とができるようになる。

【００３９】請求項２記載の装置によれば、短絡故障の
発生を報知する報知手段を設け、制御手段により、電源
回路からの給電時に給電端子の端子電圧が所定レベルに
満たないときに報知手段に報知動作を行わせるようにし
たので、短絡状態の発生を使用者に知らせることができ
るようになる。

【００４０】請求項３および４記載の装置によれば、切
換手段を電磁リレーあるいはスイッチング素子により構
成して電気的に制御することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】制御プログラムのフローチャート

【図３】本発明の第２の実施例を示す要部の電気的構成
図

【図４】本発明の第３の実施例を示す図３相当図

【図５】従来例を示す図１相当図

【図６】異なる従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

２１は制御装置、２２は制御回路（制御手段）、２３は
定電圧回路（電源回路）、２４は直流電源、２５は電源
スイッチ、２６は電磁リレー（切換手段）、２６ａはリ
レースイッチ、２６ｂは励磁コイル、２７，４７，５４
は電流制限抵抗（電流制限手段）、３７は表示装置（報
知手段）、３８はセンサ（負荷）、３９〜４１はセンサ
素子、４２は制御ユニット、４３，４４はトランジスタ
（切換手段，スイッチング素子）、５４，５５はＭＯＳ
ＦＥＴ（切換手段，スイッチング素子）である。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を所定電圧に変換する電源回路
   と、 この電源回路から給電される制御手段と、 外部に負荷を接続可能に設けられ前記電源回路から給電
   可能な給電端子と、 この給電端子に対して前記電源回路の出力を電流制限手
   段を介して供給する第１の給電経路と、 前記給電端子に対して前記電源回路の出力を直接供給す
   る第２の給電経路と、 常には前記第１の給電経路の設定状態に保持し前記制御
   手段から設定信号が与えられた状態では前記第２の給電
   経路の設定状態に保持するように切換設定を行う切換手
   段とを備え、 前記制御手段は、前記電源回路からの給電時に前記給電
   端子の端子電圧を検出してその検出電圧が所定レベル以
   上あるときには前記設定信号を前記切換手段に出力する
   ように構成されていることを特徴とする給電機能付制御
   装置。
2. 【請求項２】 短絡故障の発生を報知する報知手段を備
   え、 前記制御手段は、前記電源回路からの給電時に前記給電
   端子の端子電圧を検出してその検出電圧が所定レベルに
   満たないときには前記報知手段に報知動作を行わせるよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１記載の給
   電機能付制御装置。
3. 【請求項３】 前記切換手段は、電磁リレーであること
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の給電
   機能付制御装置。
4. 【請求項４】 前記切換手段は、スイッチング素子であ
   ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
   の給電機能付制御装置。