JP4711110B2

JP4711110B2 - ２線式伝送器

Info

Publication number: JP4711110B2
Application number: JP2004365960A
Authority: JP
Inventors: 弥生高向
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: US20060154709A1; JP2006174236A; US7834656B2

Description

本発明は、２線式伝送器に関する。

従来の２線式伝送器は、一般的に、時定数回路から成るスタータ回路を有する（例えば、特許文献１参照。）。このスタータ回路は、起動時において、電力の供給を確保し、伝送器の安定性を向上させる。このような従来の構成について図２を用いて説明する。図２は、従来の２線式伝送器を示す構成図である。

図２の構成を説明する。２線式伝送器１０’は、伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２に接続される。また、２線式伝送器１０’、伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２は、スマート（ｓｍａｒｔ）またはフィールドバス（ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）で形成する。

２線式伝送器１０’は、電流制御回路３０と、電流検出手段である抵抗Ｒ３とから成る電流制御手段（３０，Ｒ３）を備える。詳しくは、例えば、電流制御回路３０の一端は伝送線Ｌ１に接続し、電流制御回路３０の他端は、電力供給手段４０を介して、内部回路５０に接続する。さらに、抵抗Ｒ３の一端は、例えば、伝送線Ｌ２及び電流制御回路３０に接続し、抵抗Ｒ３の他端は共通電位ＣＯＭ、電流制御回路３０及び電力供給手段４０に接続する。

また、２線式伝送器１０’は、例えば、ツェナーダイオードで形成する電力供給手段４０と、センサ（図示せず）及びマイクロプロセッサ（図示せず）等を有する内部回路５０とを備える。詳しくは、電力供給手段４０のツェナーダイオードのアノードは共通電位ＣＯＭに接続し、電力供給手段４０のツェナーダイオードのカソードは電流制御回路３０の他端（電圧Ｖｃｃ）に接続する。そして、内部回路５０内のマイクロプロセッサ（図示せず）は、別途のレギュレータ（図示せず）を介して、電力供給手段４０に接続する。

なお、図１の実施例では、電力供給手段４０はツェナーダイオードで形成したが、これとは別に、電力供給手段４０は誤差増幅器（図示せず）等を用いて形成することも可能である。

さらに、２線式伝送器１０’は、スタータ回路２０’を備える。以下にスタータ回路２０’の内部構成について説明する。ｎチャネルデプレッション型電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ４のドレインは電流制御回路３０の一端（伝送線Ｌ１）に接続し、ＦＥＴＱ４のソースは電流制御回路３０の他端に接続する。

また、電流制御回路３０の他端（電圧Ｖｃｃ）と共通電位ＣＯＭとの間に抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との直列回路を接続する。さらに、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続点とＦＥＴＱ４のゲートとの間に抵抗Ｒ７を接続する。また、電流制御回路３０の他端（電圧Ｖｃｃ）とＦＥＴＱ４のゲートとの間にコンデンサＣを接続する。そして、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７及びコンデンサＣは時定数回路を形成する。

さらに、電流制御回路３０の他端とＦＥＴＱ４のソースと抵抗Ｒ５とコンデンサＣと電力供給手段４０との接続点の電圧を電圧Ｖｃｃとし、伝送線Ｌ２と電流制御回路３０と抵抗Ｒ３との接続点の電圧を電圧Ｖａとし、伝送線Ｌ１と、電流制御回路３０の一端とＦＥＴＱ４のドレインとの接続点の電圧を電圧Ｖｂとし、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続点の電圧を電圧Ｖｆとし、ＦＥＴＱ４のゲートとコンデンサＣと抵抗Ｒ７との接続点の電圧を電圧Ｖｇとする。また、共通電位ＣＯＭは、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ６、電力供給手段４０、電流制御回路３０、内部回路５０等に接続する。

まず、このような図２の従来例の定常の動作を説明する。
このとき、ＦＥＴＱ４はオフとなる。詳しくは、電圧Ｖｃｃが十分に大きいため、電圧Ｖｆは十分に大きくなり、電圧Ｖｇは十分に大きくなり、ＦＥＴＱ４のゲート・ソース間電圧（Ｖｇ−Ｖｃｃ）はカットオフ電圧以下となる。

そして、２線式伝送器１０’は伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２を介して電力が供給される。また、電力供給手段４０は、所定の電圧を生成し、電流制御回路３０及び内部回路５０等に電力を供給する。さらに、内部回路５０内のセンサ（図示せず）は、検出した物理量に応じた電気信号を生成し、内部回路５０内のマイクロプロセッサ（図示せず）は、センサからの電気信号を信号処理し、電流制御回路３０に信号を伝達する。

また、抵抗Ｒ３には伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２に流れる伝送電流に比例する電圧Ｖａが発生する。そして、電流制御回路３０は、検出した物理量に応じた電気信号と、電圧Ｖａとが相関するように制御する。

その結果、抵抗Ｒ３に流れる電流は検出した物理量に応じた電流となり、伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２に流れる伝送電流も検出した物理量に応じた電流となる。このようにして、２線式伝送器１０’は、検出した物理量に関する電気信号を伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２側に伝送する。

次に、このような図２の従来例における起動のときの動作を説明する。起動する前は、ＦＥＴＱ４のゲート（電圧Ｖｇ）は抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ６でプルダウンされ、コンデンサＣは抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ５で放電する。また、ＦＥＴＱ４はデプレッション型であるため、オンとなる。そして、起動のとき、電圧Ｖｂの上昇により、ＦＥＴＱ４のドレイン電流Ｉｓｔ’が流れる。ドレイン電流Ｉｓｔ’は、電圧Ｖｃｃの上昇を促進する。さらに、電圧Ｖｃｃは上昇し、電圧Ｖｇは上昇し、ＦＥＴＱ４はオンを継続する。

その後、電圧Ｖｇは、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７及びコンデンサＣの時定数を有して低下し、ＦＥＴＱ４のゲート・ソース間電圧（Ｖｇ−Ｖｃｃ）は低下し、カットオフ電圧以下となり、ＦＥＴＱ４はオフする。

このようにして、図２の従来例は、安定した起動特性を実現している。なお、スタータ回路が起動時に動作しないときは、電力の供給が不足し、電圧Ｖｃｃが低下し、図２の従来例は不安定となることがある。
特許第３０５７６５０号公報

しかしながら、このような従来の２線式伝送器は、電圧Ｖｃｃが非常にゆっくり変化する場合、即ち、伝送線Ｌ１及び伝送線Ｌ２に接続される外部電源（図示せず）がスローアップで起動する場合は、確実に起動できるかどうか分からないという課題がある。このとき、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７及びコンデンサＣから成る時定数回路は、有効に作用しない。

本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、安定した起動特性を有する２線式伝送器を提供することにある。

このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）２線からなる伝送線の一方の線に一端が接続され他端が内部回路に接続される電流制御回路と、一端が前記伝送線の他方の線に接続され他端が共通電位に接続される電流検出手段の抵抗とを有すると共に検出した物理量に応じて前記伝送線に流れる伝送電流を制御する電流制御手段を備えた２線式伝送器において、前記電流制御回路の他端の電圧に基づく電圧と基準電圧とを比較する比較器と、前記電流制御回路の一端と他端の間に並列に接続され前記比較器の前記比較で前記基準電圧が大きい場合の出力でオンし小さい場合の出力でオフするスイッチ素子とを備え、前記スイッチ素子は、定常時には、前記比較器の出力に応じてオフし、起動時には、前記比較器の出力に応じてオンした後、前記電流制御回路の他端の電圧が前記所定の値以上になるとオフするスタータ回路を構成することを特徴とする２線式伝送器。
（２）前記スタータ回路は、一端が前記電流制御回路の一端に接続された第１の抵抗と、一端が前記電流制御回路の一端に接続された第２の抵抗と、エミッタ端子が前記第１の抵抗の他端に接続され、コレクタ端子が前記電流制御回路の他端に接続された第１のトランジスタと、エミッタ端子が前記第２の抵抗の他端に接続され、コレクタ端子およびベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子にそれぞれ接続された第２のトランジスタと、一端が前記電流制御回路の他端に接続された第３の抵抗と、一端が前記第３の抵抗の他端に接続され、他端が前記共通電位に接続された第４の抵抗と、非反転入力端子が前記第３の抵抗の他端に接続されると共に反転入力端子が前記基準電圧の正側端子に接続され、出力端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続された前記比較器とを有することを特徴とする（１）記載の２線式伝送器。

本発明によれば、安定した起動特性を有する２線式伝送器を提供できる。また、本発明によれば、伝送線Ｌ２に接続される外部電源の電源投入方法に依存しない起動特性を有する２線式伝送器を提供できる。さらに、本発明によれば、簡便で好適な２線式伝送器を提供できる。

以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図２の従来例と同等の要素には、同等符号を付し、説明を省略する。

図１の実施例の特徴は、スタータ回路２０に係る構成にある。

スタータ回路２０の構成を説明する。スイッチ素子であるｐｎｐ型のトランジスタＱ２の一端（エミッタ）は、抵抗Ｒ１を介して、電流制御回路３０の一端及び伝送線Ｌ１（電圧Ｖｂ）に接続し、トランジスタＱ２の他端（コレクタ）は電流制御回路３０の他端（電圧Ｖｃｃ）に接続する。即ち、トランジスタＱ２は電流制御回路３０と並列に接続する。

また、ｐｎｐ型のトランジスタＱ３の一端（エミッタ）は、抵抗Ｒ２を介して、電流制御回路３０の一端及び伝送線Ｌ１（電圧Ｖｂ）に接続し、トランジスタＱ３の他端（コレクタ）はトランジスタＱ２の制御端（ベース）とトランジスタＱ３の制御端（ベース）との接続点に接続する。

さらに、電流制御回路３０の他端（電圧Ｖｃｃ）と共通電位ＣＯＭとの間に、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの直列回路を接続する。さらに、比較器ＣＭＰの非反転入力は抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの接続点に接続し、比較器ＣＭＰの反転入力は基準電圧Ｖｒｅｆに接続し、比較器ＣＭＰの出力はトランジスタＱ２のベースに接続する。

このため、比較器ＣＭＰは、間接的に電圧Ｖｃｃと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。さらにまた、トランジスタＱ２及びトランジスタＱ３は比較器ＣＭＰの出力でオンオフする。また、電圧Ｖｃｃは、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとで分圧され、電圧Ｖｎを生成する。

さらに、電流制御回路３０の他端とトランジスタＱ２のコレクタと抵抗Ｒａと電力供給手段４０との接続点の電圧を電圧Ｖｃｃとし、伝送線Ｌ１と電流制御回路３０の一端と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点の電圧を電圧Ｖｂとし、トランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ３のベースとトランジスタＱ３のコレクタと比較器ＣＭＰの出力との接続点の電圧を電圧Ｖｅとし、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂと比較器ＣＭＰの非反転入力との接続点の電圧を電圧Ｖｎとする。

まず、このような図１の実施例の定常の動作を説明する。
このとき、トランジスタＱ２とトランジスタＱ３とは共に、オフとなる。詳しくは、電圧Ｖｃｃが十分に大きいため、電圧Ｖｎは十分に大きくなり（電圧Ｖｎ＞電圧Ｖｒｅｆ）、比較器ＣＭＰの出力はハイとなり、電圧Ｖｅは十分に大きくなり、トランジスタＱ２のベース電流及びトランジスタＱ３のベース電流は流れず、トランジスタＱ２のコレクタ電流及びトランジスタＱ３のコレクタ電流は流れない。

次に、このような図１の実施例における起動のときの動作を説明する。起動する前は、比較器ＣＭＰの非反転入力（電圧Ｖｎ）は抵抗Ｒｂでプルダウンされる。また、比較器ＣＭＰの出力はロウ（電圧Ｖｎ＜電圧Ｖｒｅｆ）となり、電圧Ｖｅもロウとなる。

そして、起動のとき、電圧Ｖｂの上昇により、トランジスタＱ２とトランジスタＱ３とは共に、オンとなり、トランジスタＱ２のコレクタ電流Ｉｓｔが流れる。コレクタ電流Ｉｓｔは、電圧Ｖｃｃの上昇を促進する。また、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、コレクタ電流Ｉｓｔの上限を抑制する。

さらに、電圧Ｖｃｃが所定の電圧となり、電圧Ｖｎが所定の電圧となる（電圧Ｖｎ＞電圧Ｖｒｅｆ）と比較器ＣＭＰの出力はハイとなり、電圧Ｖｅはハイとなり、トランジスタＱ２とトランジスタＱ３とは共に、オフとなる。即ち、スタータ回路２０は、電流制御手段（３０，Ｒ３）の出力の電圧が所定の値以上のときに停止する。

このようにして、図１の実施例は、安定した起動特性を実現する。また、図１の実施例は、伝送線に接続される外部電源の電源投入方法に依存しない起動特性を有する。さらに、図１の実施例は、簡便に形成可能である。

さらに、トランジスタＱ２はオンオフで動作し、能動領域で動作する時間が短い。このため、起動時において、電力の供給を確実に確保できる。また、トランジスタＱ２はｐｎｐ型で形成すると、回路が簡便となり、２線式伝送器に好適な特性となる。

そして、図１の実施例のスタータ回路２０は、起動時だけではなく、何かの異常で電圧Ｖｃｃが低下したときにも動作する。詳しくは、Ｖｃｃが低下すると、直ちに、比較器ＣＭＰの出力はロウとなり、電圧Ｖｅもロウとなり、トランジスタＱ２とトランジスタＱ３とは共にオンとなり、コレクタ電流Ｉｓｔが流れる。そして、電圧Ｖｃｃの低下は抑制される。

また、上述の実施例において、比較器ＣＭＰがヒステリシスを有する場合も同様の作用効果がある。詳しくは、比較器ＣＭＰの非反転入力と比較器ＣＭＰの出力との間に抵抗（図示せず）を設ける。そして、このような実施例では、一層安定した起動特性を実現できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明は、上述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲でさらに多くの変更及び変形を含むものである。

本発明の一実施例を示す構成図である。従来の２線式伝送器を示す構成図である。

符号の説明

１０２線式伝送器
２０スタータ回路
３０電流制御回路
４０電力供給手段
５０内部回路
Ｒ３抵抗
Ｌ１，Ｌ２伝送線
ＣＭＰ比較器
ＣＯＭ共通電位
Ｖｒｅｆ基準電圧
Ｑ２トランジスタ（スイッチ素子）

Claims

２線からなる伝送線の一方の線に一端が接続され他端が内部回路に接続される電流制御回路と、一端が前記伝送線の他方の線に接続され他端が共通電位に接続される電流検出手段の抵抗とを有すると共に検出した物理量に応じて前記伝送線に流れる伝送電流を制御する電流制御手段を備えた２線式伝送器において、
前記電流制御回路の他端の電圧に基づく電圧と基準電圧とを比較する比較器と、前記電流制御回路の一端と他端の間に並列に接続され前記比較器の前記比較で前記基準電圧が大きい場合の出力でオンし小さい場合の出力でオフするスイッチ素子とを備え、
前記スイッチ素子は、定常時には、前記比較器の出力に応じてオフし、起動時には、前記比較器の出力に応じてオンした後、前記電流制御回路の他端の電圧が前記所定の値以上になるとオフするスタータ回路を構成することを特徴とする２線式伝送器。
前記スタータ回路は、
一端が前記電流制御回路の一端に接続された第１の抵抗と、
一端が前記電流制御回路の一端に接続された第２の抵抗と、
エミッタ端子が前記第１の抵抗の他端に接続され、コレクタ端子が前記電流制御回路の他端に接続された第１のトランジスタと、
エミッタ端子が前記第２の抵抗の他端に接続され、コレクタ端子およびベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子にそれぞれ接続された第２のトランジスタと、
一端が前記電流制御回路の他端に接続された第３の抵抗と、
一端が前記第３の抵抗の他端に接続され、他端が前記共通電位に接続された第４の抵抗と、
非反転入力端子が前記第３の抵抗の他端に接続されると共に反転入力端子が前記基準電圧の正側端子に接続され、出力端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続された前記比較器と
を有することを特徴とする請求項１記載の２線式伝送器。