JP4944663B2 - 入力回路 - Google Patents

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Description

本発明は、センサ又はスイッチからの出力を制御回路に入力するための入力回路に関する。
従来の入力回路では、フォトカプラ等の入力素子を動作させるために所定値以上の入力電圧が必要となる。ところが入力電圧が大きくなりすぎると、入力電流が増加して入力素子に定格電流以上の電流が流れることによって入力素子が破壊されることがある。このような背景から、センサの入力電圧にしたがって各種制御を行うＦＡ機器の入力回路には、センサからの入力電圧範囲に対応した入力回路を選択する必要がある。
特開平６−２８４５９５号公報 特開平７−１４３７４８号公報
しかしながら、センサの入力電圧範囲はセンサの種類によって大きく異なる。従って、複数種類のセンサを利用する場合には、センサの種類毎に入力電圧範囲に対応した入力回路を用意しなければならず、コストアップの要因となっていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、入力素子に定格電流以上の電流を流すことなく複数種類のセンサの入力電圧範囲に対応可能な入力電圧範囲が広い入力回路を提供することを目的とする。
本発明に係る入力回路は、入力端子に印加された入力電圧値に応じた電気信号を入力素子が出力する入力回路において、入力電圧値を多段階に設定した複数のスイッチング素子を利用して入力電圧値に応じて入力抵抗値を切り換えることにより入力素子への入力電流量を制御する入力抵抗値制御手段を備え、前記スイッチング素子のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧閾値と等しくなったタイミングで前記入力抵抗値を大きくすることを特徴とする入力回路において、前記スイッチング素子のベース・エミッタ間電圧を決める抵抗素子の抵抗値を設定することにより前記入力抵抗値が変化するタイミングを制御する。
本発明に係る入力回路によれば、入力電圧値に応じて入力抵抗値を切り換えることにより入力素子への入力電流量が入力素子の定格電流に達するまでの入力電圧範囲を拡大するので、入力素子に定格電流以上の電流を流すことなく複数種類のセンサの入力電圧範囲に対応することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる入力回路の構成と動作について説明する。
〔入力回路の構成〕
本発明の一実施形態となる入力回路は、図１に示すように、抵抗素子ＲＡ，ＲＢの直列接続回路を有する電流経路（Ｉ），スイッチング素子Ｔｒ１と抵抗素子ＲＥの直列接続回路を有する電流経路（II），及び発光素子Ｄ１を有する電流経路（III）が入力端子Ｔ１，Ｔ２間に並列に接続された構成を有し、発光素子Ｄ１上流側の電流経路（III)にはさらに、抵抗素子Ｒ１を有する電流経路（IV）とスイッチング素子Ｔｒ２と抵抗素子Ｒ２の直列接続回路を有する電流経路（Ｖ）の並列接続回路が設けられている。
スイッチング素子Ｔｒ１はトランジスタ素子により構成され、そのエミッタ端子，ベース端子，及びコレクタ端子はそれぞれ入力端子Ｔ１，抵抗素子ＲＡ，ＲＢ間の電流経路、及び抵抗素子ＲＥの上流側に接続されている。スイッチング素子Ｔｒ１は、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１が第１の電圧閾値ＶＴＨ１以上である場合にオン状態となり、入力端子Ｔ１と抵抗素子ＲＥを電気的に接続する。なお詳しくは後述するが、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１は入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加されるセンサからの出力電圧ＶＩＮと抵抗素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値によって決定される。
発光素子Ｄ１は、発光ダイオード等の公知の発光素子により構成され、入力電流を光に変換し、その光で対向配置されたフォトトランジスタ等の受光素子Ｔｒ５を導通させることにより内部回路に電気信号を入力する。すなわち本実施形態となる入力回路は、発光素子Ｄ１と受光素子Ｔｒ５によりフォトカプラを形成し、このフォトカプラによって入力端子Ｔ１，Ｔ２間にセンサからの出力電圧ＶＩＮが印加されるのに応じて内部回路に電気信号を入力するように構成されている。
スイッチング素子Ｔｒ２はトランジスタ素子により構成され、そのエミッタ端子，ベース端子，及びコレクタ端子はそれぞれ入力端子Ｔ１，スイッチング素子Ｔｒ１と抵抗素子ＲＥ間の電流経路、及び抵抗素子Ｒ２の上流側に接続されている。スイッチング素子Ｔｒ２は、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ２が第２の電圧閾値ＶＴＨ２（＜第１の電圧閾値ＶＴＨ１）以上である場合にオン状態となり、入力端子Ｔ１と抵抗素子Ｒ２を電気的に接続する。
〔入力回路の動作〕
上記構成を有する入力回路は、入力端子Ｔ１，Ｔ２間にセンサの入力電圧ＶＩＮが印加されるのに応じて以下に示すように動作することにより、内部回路に電気信号を入力する。以下、図２（ａ），（ｂ）を参照して、入力端子Ｔ１，Ｔ２間にセンサの入力電圧ＶＩＮが印加された際の入力回路の動作について説明する。
（１）ＶＴＨ２＜ＶＢＥ２、且つ、ＶＴＨ１＞ＶＢＥ１の時
ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ２が第２の電圧閾値ＶＴＨ２以上、且つ、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１が第１の電圧閾値ＶＴＨ１以下である場合、スイッチング素子Ｔｒ１及びスイッチング素子Ｔｒ２はそれぞれオフ状態及びオン状態となる。したがって、入力回路の入力抵抗ＲＩＮは、図２（ａ）に示すように抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の並列接続値、すなわち以下の数式１により表現される抵抗値Ｒｐとなる。このため、発光素子Ｄ１への入力電流ＩＩＮは、図３に示すようにセンサの入力電圧ＶＩＮの増加に伴い増加する。
Figure 0004944663
（２）ＶＴＨ１＜ＶＢＥ１の時
ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１が第１の電圧閾値ＶＴＨ１以上である場合、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２は共にオン状態となる。したがって、入力回路の入力抵抗ＲＩＮは、図２（ｂ）に示すように抵抗素子Ｒ１の抵抗値となり、上記（１）の場合と比較して増加する。このため、発光素子Ｄ１への入力電流ＩＩＮは、図３に示すようにベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１が第１の電圧閾値ＶＴＨ１と等しくなったタイミングで一旦減少した後、センサの入力電圧ＶＩＮの増加に伴い再び増加する。
従来の入力回路は、図４下方に示すように、入力電圧ＶＩＮの増加に伴い入力電流ＩＩＮが直線的に増加するために、定格電流以上の電流が発光素子Ｄ１に流れる電圧までが入力電圧範囲となる。これに対して、本発明の実施形態となる入力回路では、図４上方に示すように、発光素子Ｄ１の定格電流に達する前、具体的にはスイッチング素子Ｔｒ１のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１が第１の電圧閾値ＶＴＨ１と等しくなったタイミングで入力抵抗ＲＩＮを大きくすることによって、発光素子Ｄ１に流れる電流を一旦減少させ、定格電流以上の電流が発光素子Ｄ１の流れるまでの入力電圧範囲を拡大している。従って、本発明の実施形態となる入力回路によれば、従来の入力回路と比較して入力電圧範囲が広くなることから、発光素子Ｄ１に定格電流以上の電流を流すことなく複数種類のセンサの入力電圧範囲に対応することができるようになる。なお、スイッチング素子Ｔｒ１のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ１は以下の数式２により表現されるので、抵抗素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値を調整することにより入力抵抗値が変化するタイミングも制御できる。
Figure 0004944663
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、図５に示すように上記実施形態の入力回路を並列に多段接続することにより入力電流の変動範囲をより小さくして入力電圧範囲をより広くするようにしてもよい。図５に示す例ではＲＡ／ＲＢ，ＲＣ／ＲＤの値を調整することにより、図６に示すように入力抵抗値ＲＩＮがＲＰ１，ＲＰ２，Ｒ１の三段階に切り替わるようになっている。なおＲＰ１，ＲＰ２はそれぞれ以下の数式３，４により表現される。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
Figure 0004944663
Figure 0004944663
本発明は、ＦＡ機器の入力回路に適用することができる。
本発明の実施形態となる入力回路の構成を示す回路図である。 図１に示す入力回路の動作を説明するための図である。 図１に示す入力回路における入力電圧と発光素子への入力電流の関係を示す図である。 本願発明と従来技術の入力回路における入力電圧と発光素子への入力電流の関係を示す図である。 図１に示す入力回路の応用例の構成を示す図である。 図５に示す入力回路における入力電圧と発光素子への入力電流の関係を示す図である。
符号の説明
Ｄ１：発光素子
Ｒ１，Ｒ２，ＲＡ，ＲＢ，ＲＥ：抵抗素子
Ｔ１，Ｔ２：入力端子
Ｔｒ１，Ｔｒ２：スイッチング素子
Ｔｒ５：受光素子
ＶＢＥ１，ＶＢＥ２：ベース・エミッタ間電圧

Claims (3)

  1. 入力端子に印加された入力電圧値に応じた電気信号を入力素子が出力する入力回路において、入力電圧値を多段階に設定した複数のスイッチング素子を利用して入力電圧値に応じて入力抵抗値を切り換えることにより入力素子への入力電流量を制御する入力抵抗値制御手段を備え、
    前記スイッチング素子のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧閾値と等しくなったタイミングで前記入力抵抗値を大きくすることを特徴とする入力回路において、
    前記スイッチング素子のベース・エミッタ間電圧を決める抵抗素子の抵抗値を設定することにより前記入力抵抗値が変化するタイミングを制御することを特徴とする入力回路。
  2. 請求項１に記載の入力回路において、前記入力抵抗値制御手段が並列に多段接続されていることを特徴とする入力回路。
  3. 請求項１又は２に記載の入力回路において、前記入力抵抗値制御手段は入力電圧値が所定値以上になるタイミングで入力抵抗値を増加させることを特徴とする入力回路。
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