JP5116656B2 - スイッチ素子の故障検知回路 - Google Patents

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本発明は、鉄道保安装置のような安全に現場機器を制御する装置に関する。
高い安全性が要求される鉄道信号制御システムでは、システムを構成する部品の故障といった不測の事態が生じても、システム全体を安全側の状態に遷移させるフェールセーフな構成の実現が必要不可欠である。
鉄道信号制御システムに用いられる、信号機や転轍機といった現場機器を実際に制御する役割を担う装置においても、装置内部の故障で危険側動作することは許容されない。このような装置は、現場機器への出力制御によくスイッチ素子を使用する。このスイッチ素子の開閉により出力する、あるいは、出力しないの制御を行う。
前述した通り、スイッチ素子の故障で誤出力をすることは許容されないことから、スイッチ素子の状態を定期的に確認するため、特許文献１では、図４のような方法によりスイッチ素子の故障検出が行われていた。
負荷電源１で負荷４を動作させる回路があり、負荷４への出力制御はスイッチ素子６の開閉により行なう。スイッチ素子６の定期的な故障検出方法に、負荷が動作しない程度の低電圧電源８を使用し、矢印のような電流ループが構成され、センサ３で低電圧を検出する。スイッチ素子６の開閉状態に対応したセンサ３の状態を確認することで、スイッチ素子６の故障検知を行うことが可能であった。
特開２００８−１７４０６号公報
しかし、特許文献１の方式では、負荷が動作しない程度の低電圧電源を使用するため、負荷の動作電圧を厳密に意識しなければならない。また、使用環境条件が変化した場合でも特性等がばらつかないという条件も必要となる。
このような問題から、特許文献１の故障検知方式では、使用可能な負荷が大きく限定されてしまうという問題がある。
本発明のスイッチ素子の故障検知回路は、負荷を駆動するための負荷駆動電源と、該負荷駆動電源の電圧が印加されることで動作する負荷と、前記負荷駆動電源と前記負荷間の正極側に接続されたスイッチ素子と、前記負荷駆動電源と前記スイッチ素子の状態に対応した表示をするセンサとを備えたスイッチ素子の故障検知回路において、前記負荷駆動電源を前記負荷に対し逆極性で接続する電源切換スイッチを設けるとともに、前記負荷駆動電源が前記負荷に対し逆極性で接続された状態で、前記負荷に順方向のダイオードを並列接続することにより、前記負荷に逆電流を流さず、前記スイッチ素子のみに逆電流を流して該スイッチ素子の故障検知を行うことを特徴とする。
また、負荷を駆動するための負荷駆動電源と、該負荷駆動電源の電圧が印加されることで動作する負荷と、前記負荷駆動電源と前記負荷間の正極側に接続されたスイッチ素子と、前記負荷駆動電源と前記スイッチ素子の状態に対応した表示をするセンサとを備えたスイッチ素子の故障検知回路において、前記負荷駆動電源をオンオフする負荷電源スイッチをオフにした状態で、前記負荷に対し、前記負荷電源とは逆極性の故障検知電源を接続するとともに、該故障検知電源が前記負荷に接続された状態で、前記負荷に順方向のダイオードを並列接続することにより、該負荷に逆電流を流さず、前記スイッチ素子のみに逆電流を流して該スイッチ素子の故障検知を行うことを特徴とする。
本発明の方式によれば、負荷の動作電圧を厳密に意識することなく、また、負荷が使用環境条件によりばらついても故障検知を行うことが可能となった。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１に本発明の故障検知動作の実施例１を示す。１つの電源で、負荷電源、故障検知用電源の両電源になることができるよう、電源切換スイッチ７で切り換える事ができる構成である。
通常の負荷駆動動作をする場合、２つの電源切換スイッチ７はＡ側に接続しておく。これにより、負荷４の駆動はスイッチ素子６の開閉操作で制御される。
故障検知動作をする場合、２つの電源切換スイッチ７をＢ側に切り換えることにより、電源１５は負荷駆動用電源と逆極性の故障検知用電源となり、故障検知動作を行うことが可能となる。この時、電源１５からダイオード５、スイッチ素子６、電源１の経路でループが構成される。この経路上にあるスイッチ素子６の開閉状態に対応したセンサの表示を確認することにより、スイッチ素子６の故障検出が可能となる。
ここでスイッチ素子６は、ダイオード５に電流が流れることで発生する順電圧を検出することで開閉状態を表示する構成となっている。
図２に本発明の故障検知動作の実施例２を示す。スイッチの制御、センサの状態確認をＣＰＵで行う方式である。
スイッチ素子６の故障検知は、負荷電源７に対し逆極性に接続された故障検知電源２を用いて、故障検知電源センサ１１の状態を確認することにより実施する。故障検知電源２を接続することにより、故障検知電源センサ１１、電流制限抵抗９、負荷４と並列に接続されたダイオード５、スイッチ素子６を経由し、故障検知電源８に戻る経路でループが構成され、その時のスイッチ素子６の開閉状態に対応した故障検知電源センサ１１の状態を確認することで、スイッチ素子６の故障検知が可能となる。
これらの操作を、ＣＰＵを使用し特定の手順により実施する。故障検知の手順を図３のフローチャートで示す。故障検知動作は、図３のフローチャートに従う。
図３において、故障検知動作を開始すると、ステップ４０１において、負荷電源スイッチ１０がオフ状態となるように負荷電源制御１２を実施する。ステップ４０２において、スイッチ素子の制御１４を実施し、スイッチ素子６がオフとなるように制御する。この状態で、ステップ４０３において、故障検知電源センサ１１の状態確認を実施し、スイッチ素子６がオフ状態であることを確認する。ステップ４０４において、故障検知電源センサ１１がオフ状態を表示していない場合（Ｎｏ）の場合は、ステップ４０５において、スイッチ故障と判定する。
ステップ４０４において、故障検知電源センサ１１がオフ状態を表示している場合（Ｙｅｓ）の場合は、ステップ４０６に移行し、スイッチ素子６のオン状態の確認を行う。
スイッチ素子６のオン状態の確認も前述したオフ状態の確認と同様である。ステップ４０６において、スイッチ素子の制御１４を実施し、スイッチ素子６がオフとなるように制御する。この状態で、ステップ４０７において、故障検知電源センサ１１の状態確認を実施し、スイッチ素子６がオフ状態であることを確認する。ステップ４０８において、故障検知電源センサ１１がオン状態を表示していない場合（Ｎｏ）の場合は、ステップ４０９において、スイッチ故障と判定する。
ステップ４０８において、故障検知電源センサ１１がオン状態を表示している場合（Ｙｅｓ）の場合は、ステップ４１０に移行し、スイッチ素子６のオフ状態にし、ステップ４１１で負荷電源スイッチ１０をオン状態にして、故障検知を終了する。
ここで、故障検知動作開始時に負荷電源スイッチ１０をオフ状態とする理由は、負荷電源スイッチ１０がオン状態のまま故障検知動作に遷移するとスイッチ素子６の開閉状態に関わらず、負荷電源７から負荷電源スイッチ１０、故障検知電源２、故障検知電源センサ１１、電流制限抵抗９を経由し負荷電源７に戻る経路で常時電流が流れるため、故障検知電源センサ１１の状態が変化せず誤った状態（スイッチ故障）を検出する恐れがある。従って、故障検知動作開始時には必ず負荷電源スイッチ１０はオフ状態とする。
また、ダイオード５は、故障検知動作時、負荷４に電圧を印加せずスイッチ素子６の故障検知を可能とするループの構成を目的としている。
図１は本発明の実施例１を示す回路図を示す。 図２は本発明の実施例２を示す回路図を示す。 図３は本発明の実施例２を示すためのフローチャートを示す。 図４は従来例（特許文献１）で実施している故障検出方式の概略を示すブロック図である。
１ 負荷電源
２ 故障検知電源
３ 負荷電源センサ
４ 負荷
５ ダイオード
６ スイッチ素子
７ 電源切換スイッチ
８ 低電圧電源
９ 電流制限抵抗
１０ 負荷電源スイッチ
１１ 故障検知電源センサ
１２ 負荷電源制御
１３ 故障検知電源センサの状態確認
１４ スイッチ素子制御
１５ 電源

Claims (2)

  1. 負荷を駆動するための負荷駆動電源と、該負荷駆動電源の電圧が印加されることで動作する負荷と、前記負荷駆動電源と前記負荷間の正極側に接続されたスイッチ素子と、前記負荷駆動電源と前記スイッチ素子の状態に対応した表示をするセンサとを備えたスイッチ素子の故障検知回路において、
    前記負荷駆動電源を前記負荷に対し逆極性で接続する電源切換スイッチを設けるとともに、前記負荷駆動電源が前記負荷に対し逆極性で接続された状態で、前記負荷に順方向のダイオードを並列接続することにより、前記負荷に逆電流を流さず、前記スイッチ素子のみに逆電流を流して該スイッチ素子の故障検知を行うことを特徴とするスイッチ素子の故障検知回路。
  2. 負荷を駆動するための負荷駆動電源と、該負荷駆動電源の電圧が印加されることで動作する負荷と、前記負荷駆動電源と前記負荷間の正極側に接続されたスイッチ素子と、前記負荷駆動電源と前記スイッチ素子の状態に対応した表示をするセンサとを備えたスイッチ素子の故障検知回路において、
    前記負荷駆動電源をオンオフする負荷電源スイッチをオフにした状態で、前記負荷に対し、前記負荷電源とは逆極性の故障検知電源を接続するとともに、該故障検知電源が前記負荷に接続された状態で、前記負荷に順方向のダイオードを並列接続することにより、該負荷に逆電流を流さず、前記スイッチ素子のみに逆電流を流して該スイッチ素子の故障検知を行うことを特徴とするスイッチ素子の故障検知回路。
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