JP3915756B2 - 状態保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、トリガ信号の入力により、保持する信号レベルが切り替わるホールド回路を備えた状態保持装置に関する。

従来より、ＲＳフリップフロップ回路や、自動制御に用いられる各種自己保持回路等に代表されるように、トリガ信号が入力されると、予め決められた出力レベルに切り替わり、トリガ信号の消失後も、その出力レベルを保持し続けるホールド回路が知られている。

この種のホールド回路には、入力端子を一つだけ備え、トリガ信号が入力される毎に出力レベルが変化するものや、複数の入力端子（例えば、セット／リセット）を備え、トリガ信号が入力された時に保持する出力レベルが入力端子毎に異なるものなどがある。

なお、このようなホールド回路や、ホールド回路を利用してある決められた状態を保持する状態保持装置は、公知，公用の技術に関するものであるため、特に文献開示は行わない。

このようなホールド回路では、トリガ信号の入力端子に、ノイズやソフトの誤出力が入力されると、出力レベルが使用者の意図するものとは異なったものに簡単に切り替わってしまい、しかも、その切り替わった状態のまま保持されてしまうという問題があった。

例えば、このホールド回路を、車両の駆動系への電源供給を制御する装置に適用した場合、車両の走行中に、トリガ信号としての条件を満たすようなノイズがホールド回路に入力されると、走行中であるにも関わらず駆動系への電源供給が不意に停止され、これを制御できなくなること等が考えられる。

従って、車載装置等、高い信頼性や安全性が要求される装置に、このようなホールド回路を適用する場合には、別途、信頼性や安全性を確保するための回路を設けなければならず、装置規模が大きくなってしまうという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するために、単発的に発生するソフトの誤出力やノイズによる誤作動が起こり難い状態保持装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の状態保持装置は、ホールドトリガ信号が入力されると信号レベルがセットされ、キャンセルトリガ信号が入力されると信号レベルがリセットされるホールド回路と、予め設定された規定期間内に予め設定された規定個以上のホールドパルス信号が入力された時に、前記ホールドトリガ信号を生成する第１トリガ信号生成回路と、予め設定された規定期間内に予め設定された規定個以上のキャンセルパルス信号が入力された時に、前記キャンセルトリガ信号を生成する第２トリガ信号生成回路とを備え、前記第１及び第２トリガ信号生成回路は、抵抗及びＡＣカップリング用コンデンサを直列接続した回路を介して前記パルス信号を取り込むことを特徴とする。

つまり、トリガ信号生成回路は、単発的なソフトの誤出力やノイズ（以下単に「ノイズ等」と称する。）によって、トリガ信号を発生させてしまうことがない。
従って、本発明の状態保持装置によれば、ノイズ等によるホールド回路の誤動作を防止でき、当該装置をノイズの多い環境で使用される機器等に適用しても、その機器の信頼性や安全性を十分に確保することができる。

なお、第１及び第２トリガ信号生成回路における規定期間及び規定個の設定は、装置が使用される場所で発生するノイズの特徴を考慮（例えば、バーストノイズが発生するような場合は、規定個を十分に大きくする等）して決定すればよい。

ところで、第１及び第２トリガ信号生成回路として、例えば、パルス信号のパルス間隔（パルス周波数）に応じた信号レベルを有する出力信号を生成する周波数／電圧変換回路を用いることができ、この場合、周波数／電圧変換回路の出力信号を、そのままトリガ信号として用いればよい。

具体的に、周波数／電圧変換回路は、例えば、パルス信号により充電されるコンデンサと、このコンデンサを一定の割合で放電する放電回路とを用いて、コンデンサの充電電圧に応じた信号レベルを有する出力信号（即ち、トリガ信号）を生成するように構成することができる。

この場合、パルス信号に関する設定（規定期間，規定個）は、パルス信号により充電されたコンデンサの電荷が、放電回路によって全て放電される前に次のパルス信号が入力され、且つ、トリガ信号としての条件を満たす信号レベルが得られるように適宜決定すればよい。

なお、本発明の状態保持装置は、例えば、ノイズの多い環境で使用される車載装置に組み込んで用いることができる。そして、特に、ホールド回路の出力を、車両に設けられた給電ラインの通電状態を制御する制御信号として用いた場合には、車両の走行中に、ノイズ等によって給電が不意に停止してしまうことを防止でき、車両の安全性，信頼性を十分に確保することができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の状態保持装置を適用した電源システムの構成図である。
なお、本実施形態の電源システムは、車両に搭載される各種車載装置に電源供給を行うために設けられた給電ラインの通電状態を制御するものである。

図１に示すように、本実施形態の電源システム１は、給電の開始，停止を指示する指令を入力するための押しボタンスイッチ３と、複数個のパルス列からなるホールドパルス信号Ｐ１を出力するポート、及び同じく複数個のパルス列からなるキャンセルパルス信号Ｐ２を出力するポートを備え、押しボタンスイッチ３が押下される毎に、交互にいずれか一方の信号Ｐ１，Ｐ２を出力するように動作するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と称する。）５と、マイコン５からのホールドパルス信号Ｐ１及びキャンセルパルス信号Ｐ２に従って、給電ラインＬに直列接続されたリレーＲＬＹの駆動コイルへの駆動電流Ｉｄの供給状態を切り替える状態保持装置７とを備えている。

また、本構成では、ホールドパルス信号Ｐ１及びキャンセルパルス信号Ｐ２が共に出力されても、駆動電流Ｉｄを流し続けることが可能である。
そして、状態保持装置７は、マイコン５からホールドパルス信号Ｐ１が入力されるとホールドトリガ信号Ｔ１を生成する第１のトリガ信号生成回路１１と、マイコン５からキャンセルパルス信号Ｐ２が入力されるとキャンセルトリガ信号Ｔ２を生成する第２のトリガ信号生成回路１３と、ホールドトリガ信号Ｔ１が入力されると（アクティブレベルになると）、駆動電流Ｉｄの供給を開始する駆動電流供給回路１５と、ホールドトリガ信号Ｔ１の消失（非アクティブレベルに戻った）後も駆動電流供給回路１５に駆動電流Ｉｄの供給を継続させるための保持電流を供給する保持電流供給回路１７と、キャンセルトリガ信号Ｔ２が入力されると、保持電流を遮断して、駆動電流供給回路１５に駆動電流Ｉｄの供給を停止させるキャンセル回路１９とを備えている。

なお、駆動電流供給回路１５，保持電流供給回路１７，キャンセル回路１９が本発明におけるホールド回路に相当し、第１及び第２のトリガ信号生成回路が本発明におけるトリガ信号生成回路に相当する。

このうち、駆動電流供給回路１５は、エミッタが接地され、第１のトリガ信号生成回路１１からのホールドトリガ信号Ｔ１が抵抗Ｒ１２を介してベースに印加されるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１と、エミッタが電源ライン、コレクタがリレーＲＬＹの駆動コイルに駆動電流Ｉｄを供給する電流供給ラインＬｄ、ベースが抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されたＰＮＰ型のトランジスタＴｒ２とを備え、ホールドトリガ信号Ｔ１によって、トランジスタＴｒ１がオンすると、トランジスタＴｒ２もオンして、電流供給ラインＬｄに駆動電流Ｉｄを流すように構成されている。

また、駆動電流供給回路１５において、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の各ベース，エミッタ間には、ベースに印加されるノイズを除去するためのフィルタを構成する抵抗及びコンデンサ（トランジスタＴｒ１ではＲ１２，Ｃ１１、トランジスタＴｒ２ではＲ２２，Ｃ２１）、及びＴｒ１，Ｔｒ２のベース電位を安定させるための抵抗Ｒ１１，Ｒ２１が接続され、更に、トランジスタＴｒ２のエミッタ，コレクタ間には、トランジスタＴｒ２に過大な電圧が印加されることを防止するツェナーダイオードＤ２１、電流供給ラインＬｄには、駆動電流Ｉｄの逆流を防止するダイオードＤ２２が接続されている。

次に、保持電流供給回路１７は、一対の抵抗Ｒ４１，Ｒ４２、及びダイオードＤ４１を直列接続することで構成され、一端がトランジスタＴｒ２のコレクタ（電流供給ラインＬｄ）、他端がトランジスタＴｒ１のベースに接続されている。但し、ダイオードＤ４１は、電流供給ラインＬｄからトランジスタＴｒ１のベースに向けて電流が流れるように接続されている。

つまり、駆動電流供給回路１５による駆動電流Ｉｄの供給が行われていない（即ちトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオフ）時には、ダイオードＤ４１もオフするため、トランジスタＴｒ１は、ホールドトリガ信号Ｔ１に従って動作する。一方、駆動電流供給回路１５による駆動電流Ｉｄの供給が行われている（即ちトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオン）時には、保持電流供給回路１７を介して電流供給ラインＬｄからトランジスタＴｒ１のベースに保持電流が流入するため、ホールドトリガ信号Ｔ１が消失しても、トランジスタＴｒ１のオン状態が保持され、駆動電流Ｉｄの供給が継続される。

次に、キャンセル回路１９は、エミッタが接地され、第２のトリガ信号生成回路１３からのキャンセルトリガ信号Ｔ２が抵抗Ｒ３２を介してベースに印加されるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ３を備え、トランジスタＴｒ３のコレクタが抵抗Ｒ３３を介して、保持電流供給回路１７を構成する一対の抵抗Ｒ４１，Ｒ４２の共通接続点に接続されている。

また、キャンセル回路１９において、トランジスタＴｒ３のベース，エミッタ間には、ベースに印加されるノイズを除去するためのフィルタを構成するコンデンサＣ３１及びベース電位を安定させるための抵抗Ｒ３１が並列接続されている。

つまり、キャンセルトリガ信号Ｔ２によって、トランジスタＴｒ３がオンすると、ダイオードＤ４１のアノード側の電位が低下し、ダイオードＤ４１がオフする。この時、ホールドトリガ信号Ｔ１の信号レベルがトランジスタＴｒ１をオンする大きさになければ、トランジスタＴｒ１がオフし、その結果、トランジスタＴｒ２もオフするため、駆動電流Ｉｄの供給が停止される。

次に、第１のトリガ信号生成回路１１は、一端が抵抗Ｒ５１を介してホールドパルス信号Ｐ１を出力するマイコン５のポートに接続されたＡＣカップリング用コンデンサＣ５１と、このＡＣカップリング用コンデンサＣ５１を介して供給されるパルス信号により充電される充放電用コンデンサＣ５２と、充放電用コンデンサＣ５２がパルス信号の立ち上がりエッジでのみ充電されるような電荷供給経路を形成するダイオードＤ５１，Ｄ５２とからなる。そして、第１のトリガ信号生成回路１１は、充放電用コンデンサＣ５２の充電電圧を信号レベルとするホールドトリガ信号Ｔ１を、駆動電流供給回路１５のトランジスタＴｒ１に供給するように接続されている。

また、第２のトリガ信号生成回路１３は、第１のトリガ信号生成回路１１と全く同様に構成され、充放電用コンデンサＣ５２の充電電圧を信号レベルとするキャンセルトリガ信号Ｔ２を、キャンセル回路１９のトランジスタＴｒ３に供給するように接続されている。

このように構成されたトリガ信号生成回路１１，１３において、充放電用コンデンサＣ５２は、マイコン５からのパルス信号の立ち上がりエッジで充電され、その充電電荷は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２及びトランジスタＴｒ１（トリガ信号生成回路１１の場合）、又は抵抗Ｒ３１，３２及びトランジスタＴｒ２（トリガ信号生成回路１３の場合）を介して徐々に放電される。従って、充放電用コンデンサＣ５２の電荷が全て放電される前に次のパルスが入力されると、充放電用コンデンサＣ５２の充電電圧は、その入力されるパルス信号のパルス周期（パルス周波数）に応じた大きさとなる。

つまり、トリガ信号生成回路１１，１３は、いわゆる周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路として動作し、また、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２及びトランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ３１，３２及びトランジスタＴｒ２が本発明における放電回路に相当する。

但し、充放電用コンデンサＣ５２の容量は、一つのパルス信号による充電量、及び抵抗Ｒ１１，Ｒ１２やＲ３１，３２の抵抗値により決まる放電量に基づき、図２に示すように、予め設定されたパルス間隔Ｗで規定個Ｎ（図ではＮ＝３）のパルスが入力されると、その充電電圧が、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３をオンさせるオン電圧以上になるように設定される。

換言すれば、トリガ信号生成回路１１，１３が生成するトリガ信号Ｔ１，Ｔ２は、規定期間（Ｗ×Ｎ）以内に規定個Ｎ以上のパルスが入力されると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３のオン電圧に達するようにされている。また、これに基づいて、マイコン５は、Ｗ以下の間隔で連続するＮ個以上のパルスからなるホールドパルス信号Ｐ１及びキャンセルパルス信号Ｐ２を出力するように構成されている。

従って、マイコン５のポートが、故障や誤出力によりアクティブレベル（ここではハイレベル）に固定された場合（図２中の期間Ｘ）、最初の立ち上がりエッジで、充放電用コンデンサＣ５２が充電されるが、連続する次のパルス入力がないため、その後は、一方的に放電され、オン電圧に到達することがない。なお、規定期間（Ｗ×Ｎ）の間に規定個Ｎに達しない単発的なパルスが入力された場合も同様である。

一方、マイコン５からパルス信号Ｐ１，Ｐ２が供給された場合（図２中の期間Ｙ）、充放電用コンデンサＣ５２は、連続するパルスによって次々と再充電されるため、規定個Ｎのパルスが入力された時点でオン電圧に到達し、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３をオンすることができる。

以上説明したように、本実施形態の電源システム１においては、規定期間（Ｗ×Ｎ）内に規定個Ｎ以上のパルスが第１又は第２のトリガ信号生成回路１１，１３に入力されなければ、駆動電流Ｉｄの供給状態を変化させるホールドトリガ信号Ｔ１やキャンセルトリガ信号Ｔ２が生成されないようにされている。

従って、本実施形態の電源システム１によれば、マイコン５の出力ポートが、故障などによっていずれかのレベルに固定された場合にはもちろん、ノイズ等によって発生する単発的な（規定期間内に規定個に達しない）パルスが入力された場合にも、状態保持装置７が保持する状態（ここでは駆動電流Ｉｄの供給状態）が変化してしまうことがない。

つまり、状態保持装置７が保持する状態は、使用者が押しボタンスイッチ３を操作した場合にのみ切り替わり、それ以外の要因で、使用者が意図せずに切り替わってしまうことがないため、当該電源システム１により電源供給状態が制御される機器の信頼性、安全性を確保することができる。

実施形態の電源システムの構成図である。 トリガ信号生成回路の動作を説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１…電源システム、３…押しボタンスイッチ、５…マイクロコンピュータ（マイコン）、７，７ａ…状態保持装置、１１，１３…トリガ信号生成回路、１５…駆動電流供給回路、１７…保持電流供給回路、１９…キャンセル回路、Ｃ５１…ＡＣカップリング用コンデンサ、Ｃ５２…充放電用コンデンサ、Ｌ…給電ライン、Ｌｄ…電流供給ライン、ＲＬＹ…リレー、Ｔｒ１〜Ｔｒ３…トランジスタ。

Claims (5)

1. ホールドトリガ信号が入力されると信号レベルがセットされ、キャンセルトリガ信号が入力されると信号レベルがリセットされるホールド回路と、
   予め設定された規定期間内に予め設定された規定個以上のホールドパルス信号が入力された時に、前記ホールドトリガ信号を生成する第１トリガ信号生成回路と、
   予め設定された規定期間内に予め設定された規定個以上のキャンセルパルス信号が入力された時に、前記キャンセルトリガ信号を生成する第２トリガ信号生成回路と、
   を備え、前記第１及び第２トリガ信号生成回路は、抵抗及びＡＣカップリング用コンデンサを直列接続した回路を介して前記パルス信号を取り込むことを特徴とする状態保持装置。
2. 前記第１及び第２トリガ信号生成回路は、
   前記パルス信号のパルス間隔に応じた信号レベルを有する出力信号を生成する周波数／電圧変換回路からなり、
   該周波数／電圧変換回路の出力信号を前記トリガ信号とすることを特徴とする請求項１に記載の状態保持装置。
3. 前記周波数／電圧変換回路は、
   前記パルス信号により充電されるコンデンサと、
   該コンデンサを一定の割合で放電する放電回路と、
   を備え、前記コンデンサの充電電圧に応じた信号レベルを有する出力信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の状態保持装置。
4. 車載装置に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の状態保持装置。
5. 前記ホールド回路の出力を、車両に設けられた給電ラインの通電状態を制御する制御信号として用いることを特徴とする請求項４に記載の状態保持装置。