JP4735432B2

JP4735432B2 - 分析装置の保護回路

Info

Publication number: JP4735432B2
Application number: JP2006165406A
Authority: JP
Inventors: 一豊後
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007336688A

Description

バルブまたはモータなどの負荷を備えた分析装置に関し、負荷および駆動回路の破損を防止する保護回路に関する。

ガスクロマトグラフあるいは液体クロマトグラフなどの分析装置では、気体や液体の制御にバルブなどを使い、ＩＣＰ発光分光分析装置や分光光度計などの分析装置では、波長の選択にモータなどを使用している。また、これらのバルブやモータを駆動する集積回路が各種製造され、使用されている（特許文献１参照）。

図２は、Ｈブリッジ方式で負荷を双方向で定電流駆動する一例を示す図である。図２において、２０は定電流ＩＣで、Ｈブリッジ方式で負荷２２を定電流駆動する集積回路である。負荷２２はバルブまたはモータなどで構成される。電源のローサイド（０Ｖ側）に接続された検出抵抗Ｒで電流を検出し、それをフィードバックさせながらトランジスタＱ１、Ｑ４をオンにし、トランジスタＱ２、Ｑ３をオフにすると、負荷２２のＢ端子からＡ端子に定電流が流れる。電流の方向を切替えてＡ端子からＢ端子に定電流を流す場合は、トランジスタＱ２、Ｑ３をオンにし、トランジスタＱ１、Ｑ４をオフにする。制御回路２１は前記フィードバックの回路と前記トランジスタＱ１〜Ｑ４のオン、オフを制御する回路などで構成される。

図３は、ＦＥＴで負荷を単方向で定電流駆動する一例を示す図である。負荷３２はバルブまたはモータなどで構成される。電源のローサイド（０Ｖ側）に接続された検出抵抗Ｒで電流を検出し、それをフィードバックさせながらＦＥＴ（Ｑ）をオンにすると、負荷３２のＢ端子からＡ端子に定電流が流れる。制御回路３１は前記フィードバックの回路と前記ＦＥＴ（Ｑ）のオン、オフを制御する回路などで構成される。

従来、定電流駆動の集積回路の過電流検出と回路の保護は、次の方法による。すなわち、図２および図３において、電源のローサイドに接続された検出抵抗Ｒによる電流検出機能を使用して、過電流を検出し、この検出信号により内部回路のシャットダウンなどをし、またエラー信号を発信する。
特開平１１−１０３５２４号公報

図２において、負荷２２のＢ端子が、その配線が装置の金属筐体に挟み込まれるなどの不具合によりアースに短絡した場合、トランジスタＱ１がオンすると２４Ｖと０Ｖの間がトランジスタＱ１で短絡し、トランジスタＱ１は焼損する。また、負荷２２のＡ端子が、アースに短絡した場合、トランジスタＱ１がオンすると、トランジスタＱ１が焼損すると共に、大電流が流れるため負荷２２そのものが損傷する。
また、負荷２２のＡ端子とＢ端子が、その配線被覆が破損して芯線どうしが接触するなどの不具合により短絡した場合、トランジスタＱ１、Ｑ４あるいはトランジスタＱ２、Ｑ３がオンするとき、負荷２２が短絡状態のためトランジスタＱ１〜Ｑ４に設計値以上の過電流が流れる。実際のテストによると、アースとの短絡と相違して直ちにトランジスタＱ１〜Ｑ４は焼損しないが、発熱して最後には焼損した。

図２において、電源のハイサイド（２４Ｖ側）にヒューズまたはポリスイッチ（正の温度係数を持つサーミスタで構成される過電流保護素子）などの過電流保護素子を挿入した場合、上記のような負荷のケーブルのアースへの短絡などの異常が発生すると、前記過電流保護素子の温度上昇に時間がかかり保護機能が生起する前に、トランジスタなどが破損する。

図３において、負荷３２のＡ端子をアースに短絡させると、ＦＥＴ（Ｑ）は破損しないが、負荷３２が損傷する。

本発明は上記課題を解決するために、制御回路との間で制御データの授受を行って駆動される負荷を定電流制御する回路および負荷そのものを破損から保護する機能を備えた分析装置の保護回路において、電源ハイサイド側に組み込まれた過電流検出回路と、この過電流検出に伴って過電流を停止させる停止動作回路を備え、前記過電流検出回路は、過電流を検出した時にＯＮになるトランジスタと、前記トランジスタがＯＮになったときに充電され、ＯＦＦになったときに放電されるコンデンサと、前記コンデンサを充電する時間が放電する時間よりも短くなるように調整された抵抗とからなる。負荷とは、例えば流体の流量を制御するためのバルブや、光学系を作動させるためのモータなどである。

電源のハイサイドで高速に過電流を検出することにより、負荷のケーブルのアースへの短絡などローサイドによる検出では保護できない負荷の異常が発生しても、確実に内部回路や負荷そのものの保護が可能となる。

過電流検出回路の動作時間と、過電流検出に伴い動作する回路の動作時間を合わせた時間は、異常が発生してから負荷または駆動回路が破損に至るまでの時間より十分短い。

過電流検出回路で検出された過電流検出信号が分析装置の表示部に送信され、定電流制御する駆動回路で過電流が生起したことが表示される。この表示は分析者がリセットするまで消去されない。

以下本発明の実施例を説明する。図１は本発明の保護回路の構成を示す図である。図１において、１は過電流検出回路であり、過電流を検出した場合その出力信号をＬｏｗレベルにする。コンデンサＣを充電する時間は放電する時間に比べて極端に短くなるように抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の値が決められる。２は定電流ＩＣで、Ｈブリッジ方式で負荷３を定電流駆動する集積回路であり、その内部構成は図２の定電流ＩＣ２０に示すものである。

定電流ＩＣ２の電源のハイサイドには過電流検出回路１が組み込まれている。負荷３はバルブまたはモータなどで構成される。４は制御部であり、停止動作回路として機能する。制御部４は、通常はＣＰＵ５の制御信号をそのまま定電流ＩＣ２へ入力し、負荷３を定電流制御するが、過電流が検出された場合は、定電流ＩＣ２を強制停止させ内部回路をシャットダウンしトランジスタまたは負荷３の破損を防止する。

本発明は以上の構成であるから、本発明の保護回路は次のように動作する。
（１）正常時は、電流Ｉは例えば１００ｍＡ程度であり、検出用Ｔｒ（トランジスタ）のＶｂｅ（ベース−エミッタ間電圧）は−０．１３Ｖ（＝１．３Ω×１００ｍＡ）程度で検出用Ｔｒはオフのままであり、過電流検出回路１の出力信号はＨｉｇｈレベルである。この場合は、強制停止状態ではなく、制御部４はＣＰＵ５の制御信号をそのまま定電流ＩＣ２へ入力し、負荷３が定電流制御される。

（２）負荷３のＢ端子（図２の負荷２２のＢ端子参照）がアースに短絡して、例えば、電流Ｉが４６２ｍＡ以上の過電流になると、検出用ＴｒのＶｂｅは−０．６Ｖ以下となり検出用Ｔｒはオンし、コンデンサＣを充電すると同時に過電流検出回路１の出力信号はＬｏｗレベルとなる。この場合は、強制停止状態であり、制御部４はＣＰＵ５の制御信号を無視し、定電流ＩＣ２を強制停止させ内部回路をシャットダウンしトランジスタおよび負荷３の破損を防止する。実際の試験では、内部回路のシャットダウンまでに要した時間は３０μ秒程度である。

（３）定電流ＩＣ２が強制停止させられ、内部回路をシャットダウンさせられると、電流Ｉが減少し、検出用ＴｒのＶｂｅが０Ｖ程度となり、検出用Ｔｒはオフとなるが、コンデンサＣに充電された残存電荷によりインバータＨＣ０４の入力電圧はＨｉｇｈレベルを維持する。該入力電圧が、放電によりＨｉｇｈ入力閾値を下回るまで、過電流検出回路１の出力信号はＬｏｗレベルを保ち、強制停止状態を継続する。

（４）該入力電圧が、放電によりＨｉｇｈ入力閾値を下回ると、過電流検出回路１の出力信号はＨｉｇｈレベルとなり、定電流ＩＣ２は強制停止状態を解除され、ＣＰＵ５からの制御信号により負荷３を定電流制御する。

（５）定電流制御が開始されたとき、負荷３のＢ端子がアースに短絡しているなどの過電流を生起する原因が修復されていない場合は、（２）に戻る。原因が修復されない間は（２）から（５）を繰り返す。しかし、（３）は（２）＋（４）＋（５）に比べて動作時間が極端に長いためトランジスタあるいは負荷３の破損は生じない。

図１に示す実施例においては、過電流を検出した場合、定電流ＩＣ２を強制停止させ内部回路をシャットダウンしトランジスタあるいは負荷３の破損を防止しているが、リレーなどでハイサイド電源を直接遮断することも本発明は適用可能であり保護回路は図示例に限定されない。

また、過電流検出回路１は検出用Ｔｒなどにより回路が構成されているが、市販のハイサイド過電流検出用集積回路で置き換えることもできる。
実施例では、過電流の原因が修復されなくても強制停止の状態は間歇的に解除されるが、ラッチ回路を備え、過電流検出信号を該ラッチ回路に入力し強制停止の状態を保持させる。保持された強制停止の状態は、電源の再投入時か分析者のリセット操作により解除される。
図１では、検出用Ｔｒのエミッタ−ベース間に挿入される抵抗は１．３Ωであるが、これは一例であり、例えば６００ｍＡのときの電流を過電流として検出する場合は、１．０Ωである。

実施例では、定電流ＩＣ２は、Ｈブリッジ方式で定電流駆動する集積回路（図２参照）であるが、これは一例であり、ＦＥＴで負荷を単方向で定電流駆動する駆動回路（図３参照）で置き換えることもできる。このように保護回路は種々の構成とすることができ、本発明はこれら変形例を包含する。

本発明の保護回路の構成を示す図である。Ｈブリッジ方式で負荷を双方向で定電流駆動する一例を示す図である。ＦＥＴで負荷を単方向で定電流駆動する一例を示す図である。

符号の説明

１過電流検出回路
２定電流ＩＣ
３負荷
４制御部
５ＣＰＵ
２０定電流ＩＣ
２１制御回路
２２負荷
３１制御回路
３２負荷

Claims

制御回路との間で制御データの授受を行って駆動される負荷を定電流制御する回路および負荷そのものを破損から保護する機能を備えた分析装置の保護回路において、電源ハイサイド側に組み込まれた過電流検出回路と、この過電流検出に伴って過電流を停止させる停止動作回路を備え、前記過電流検出回路は、過電流を検出した時にＯＮになるトランジスタと、前記トランジスタがＯＮになったときに充電され、ＯＦＦになったときに放電されるコンデンサと、前記コンデンサを充電する時間が放電する時間よりも短くなるように調整された抵抗とからなることを特徴とする分析装置の保護回路。