JP5166578B2

JP5166578B2 - 接点入力回路

Info

Publication number: JP5166578B2
Application number: JP2011167985A
Authority: JP
Inventors: 貫造関
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: JP2013034044A

Description

本発明は、接点の開閉状態を示す入力信号に応じた出力信号を出力する接点入力回路に関する。

駅構内などで列車運行の安全を確保する電子連動装置は、転てつ機や信号機など遠隔の現場機器からその動作状態（現場機器などが有するリレー接点の開閉状態）を示す入力信号を受信し、該入力信号が示す現場機器の動作状態に基づいて安全確保のための論理処理を行っている。かかる電子連動装置では、故障が発生しても該故障によって乗客が危険な事態に陥らないようにするフェールセーフ対策が施されており、現場機器の動作状態を入力する入力回路においても、フェールセーフな入力が求められる。

例えば、特許文献１に開示されたフェールセーフ入力回路では、ノイズの影響を受け難くするために、閾値電圧以下を不感知とするための閾値電圧設定回路を介して現場機器からの入力信号を取り込むとともに、閾値電圧設定回路が正常に動作しているか否かを検査する機能を備えている。しかしながら、特許文献１に開示された回路では、フェールセーフ検査信号がパルス的にオン制御されたとき以外は入力接点に電流が流れない。そのため、入力接点が閉成時には連続して電流を流して接点表面の酸化膜を破壊して接点接触抵抗を増大させないようにする接点ウェッティング効果が期待できず、接触不良の可能性を低減して信頼性を高める観点からは問題があった。

そこで、特許文献２に開示された接点入力回路のように、閾値電圧設定回路の抵抗器の開放故障に対するフェールセーフ性を確保しつつ、接点の接触信頼性の向上を図った構成が知られている。

特開平８−８０８５１号公報特開２００８−６１２０７号公報

しかしながら、特許文献２に開示された接点入力回路では、検査信号がパルス的にオン制御されたときに流れる制御用電流と、検査信号がオフ制御されたときに流れる接点ウェッティング電流の値が殆ど等しい。通常、制御用電流は大きな値が設定される。制御用電流と接点ウェッティング電流とがほぼ等しいため、検査信号がオフ制御されたときの消費電力が大きく、発熱量も大きいという問題があった

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、閾値電圧設定回路の抵抗器の開放故障に対するフェールセーフ性を確保し、且つ、検査信号がオフ制御されたときの消費電力を低減することのできる接点入力回路を実現することである。

上記課題を解決するための第１の形態は、
検査信号入力端子に検査信号が入力された際に、正入力端子と負入力端子との間に入力される接点の開閉状態を示す入力信号に応じた出力信号を出力端子から出力する接点入力回路であって、
前記正入力端子と前記負入力端子との間に直列接続された第１抵抗器、第３抵抗器及び第４抵抗器と、
前記第４抵抗器に対して並列接続され、前記検査信号入力端子に前記検査信号が入力された場合に前記第４抵抗器の通流をバイパスさせる第１回路部と、
前記第１回路部によるバイパス電流の有無に応じて、前記直列接続された第３抵抗器及び第４抵抗器に対して第２抵抗器を並列投入する第２回路部と、
を備え、前記第２抵抗器を通じた電流の有無に応じて、前記出力端子から前記出力信号を出力する接点入力回路である。

この第１の形態によれば、検査信号入力端子に検査信号が入力されない場合には、正入力端子と負入力端子との間に直列接続された第１抵抗器、第３抵抗器及び第４抵抗器を経由する経路に、入力端子間の入力信号に応じた電流が流れる。一方、検査信号が入力された場合には、第４抵抗器の通流が、第４抵抗器に対して並列接続された第１回路部にバイパスされる。つまり、第１抵抗器、第３抵抗器及び第１回路部を経由する経路に、入力端子間の入力信号に応じた電流が流れる。これにより、検査信号の入力有無に関わらず、常時、正入力端子と負入力端子との間に電流が流れて、接点の信頼性を維持するための接点ウェッティングがなされる。

またこのとき、例えば、第４抵抗器の抵抗値を充分大きくすることで、検査信号が入力されていないときの電流（ウェッティング電流）を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。

また、例えば、第３抵抗器が開放故障したときには、入力端子間に電流が流れない。つまり、入力信号が入力されない場合と同じ出力信号となるため、フェールセーフが実現される。

より具体的な回路構成の例として、第２の形態として、第１の形態の接点入力回路であって、
前記第２回路部は、前記第２抵抗器と、第１フォトカプラの第１フォトダイオードと、第２フォトカプラの第２フォトトランジスタとを前記正入力端子及び前記負入力端子の極性に対して順方向に直列接続して有するとともに、直列接続された前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトトランジスタに対して第１ダイオードを逆並列に接続して有して構成され、
前記第１回路部は、前記第２フォトカプラの第２フォトダイオードと、第３フォトカプラの第３フォトトランジスタとを前記正入力端子及び前記負入力端子の極性に対して順方向に直列接続して有するとともに、直列接続された前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトトランジスタに対して第２ダイオードを逆並列に接続して有して構成され、
前記第３フォトカプラの第３フォトダイオードに前記検査信号に応じた電流が通流され、
前記第１フォトカプラの第１フォトトランジスタがオン／オフされることで、前記出力端子から前記出力信号を出力する、
接点入力回路を構成しても良い。

また、第３の形態として、第２の形態の接点入力回路であって、
前記第１〜第３フォトカプラそれぞれを、フォトモスリレーなどの光半導体素子に代えて構成した接点入力回路を構成しても良い。

第４の形態は、第１〜第３の何れかの形態の接点入力回路であって、
前記第２抵抗器及び前記第３抵抗器は略同一の抵抗値を有してなる、
接点入力回路である。

この第４の形態によれば、第２抵抗域と第３抵抗器は略同一の抵抗値を有してなるため、検査信号が入力された場合には、第１抵抗器に流れる電流が、第３抵抗器及び第２抵抗器それぞれに均等に分流される。これにより、第１回路部及び第２回路部の動作を安定させることが可能となる。

接点入力回路の接続状態を示すブロック図。接点入力回路の回路図。検査信号がオフ制御時の接点入力回路の動作の説明図。検査信号がオン制御時の接点入力回路の動作の説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［構成］
図１は、本実施形態の接点入力回路１０の接続状態を示すブロック図である。図１によれば、接点入力回路１０は、正入力端子１１と、負入力端子１２と、検査信号入力端子１４と、出力端子１３とを有している。

正入力端子１１及び負入力端子１２は、入力回線を介してリレー回路２０の接点に接続され、接点の開閉状態を示す入力信号が入力される。特に、リレー回路２０の接点が閉成して入力条件が成立したとき、正入力端子１１及び負入力端子１２の間に順方向電圧が印加されるようになっている。検査信号入力端子１４は、電子連動装置３０に接続され、電子連動装置３０からの検査信号が入力される。出力端子１３は、電子連動装置３０に接続され、検査信号が入力された際の接点の開閉状態を示す出力信号が電子連動装置３０へ出力される。

図２は、接点入力回路１０の回路図である。同図によれば、接点入力回路１０は、第１抵抗器Ｒ１と、第３抵抗器Ｒ３と、第４抵抗器Ｒ４と、第１回路部１５と、第２回路部１６と、入力回路部１７と、出力回路部１８とを備えて構成される。

具体的には、正入力端子１１と負入力端子１２との間に、第１抵抗器Ｒ１、第３抵抗器Ｒ３、及び、第４抵抗器Ｒ４が直列接続されている。そして、直列接続された第３抵抗器Ｒ３及び第４抵抗器Ｒ４に対して、第２回路部１６が並列接続され、第４抵抗器Ｒ４に対して、第１回路部１５が並列接続されている。

第２回路部１６は、正入力端子１１及び負入力端子１２の極性に対して順方向に直列接続された第２抵抗器Ｒ２、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１、及び、第２フォトカプラ２のフォトトランジスタＰｔ２を有するとともに、直列接続された第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１及び第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２に対して逆並列に接続された逆電圧保護用の第１ダイオードＤ１を有する。

第１回路部１５は、正入力端子１１及び負入力端子１２の極性に対して順方向に直列接続された第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２、及び、第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３を有しているとともに、直列接続された第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２及び第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３に対して、逆並列に接続された逆電圧保護用の第２ダイオードＤ２を有している。

出力回路部１８は、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１と、第５抵抗器Ｒ５とを有する。第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１は、コレクタが第５抵抗器Ｒ５を介して電源（プルアップ電圧）、及び、出力端子１３に接続されているとともに、エミッタが接地されている。

入力回路部１７は、第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３と、第６抵抗器Ｒ６とを有する。第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３は、アノードが第６抵抗器Ｒ６を介して電源（プルアップ電圧）に接続され、カソードが検査信号入力端子１４に接続されている。

このように構成される接点入力回路１０において、第１抵抗器Ｒ１、及び、第３抵抗器Ｒ３は、検査信号がオン制御時の閾値電圧設定回路を形成している。また、この第１抵抗器Ｒ１及び第３抵抗器Ｒ３によって、入力回線に誘起されるノイズにより正入力端子１１及び負入力端子１２の間に発生するノイズ電圧を分圧し、このノイズ電圧に起因するフォトダイオードＰｄ１の電圧降下を低減させることで、ノイズ電圧による誤動作を防止している。

また、第１抵抗器Ｒ１及び第３抵抗器Ｒ３は、正入力端子１１及び負入力端子１２の間に所定の定格電圧が印加された場合に、入力回路部１７の安定動作に必要な規定の電流を流すための負荷として機能する。

また、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３の抵抗値は略同一である（抵抗値が完全に同じ抵抗器は物理的に作成困難であるため、ほぼ同じ場合を含む意味である。ほぼ同じ場合を含むのであれば「同じ」と表記しても良い）。これにより、第１抵抗器Ｒ１に流れる電流が、第２抵抗器Ｒ２及び第３抵抗器Ｒ３それぞれにほぼ均等に分流され、第２フォトカプラＰ２及び第１フォトカプラＰ１が安定に動作する。

［動作］
次に、接点入力回路１０の動作を説明する。

（Ａ）入力接点が閉成された場合
先ず、入力接点が閉成すると、正入力端子１１と負入力端子１２との間に順方向電圧が印加される。そして、図３に示すように、検査信号がオフ（ハイレベル）の場合には、第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３に電流が流れず、フォトトランジスタＰｔ３はオフとなる。このため、第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２に電流が流れず、フォトトランジスタＰｔ２はオフとなる。そして、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１に電流が流れず、フォトトランジスタＰｔ１はオフとなる。従って、出力端子１３からは、ハイレベルの出力信号が出力される。またこのとき、直列接続された第１抵抗器Ｒ１、第３抵抗器Ｒ３、第４抵抗器Ｒ４の経路に電流が流れ、接点の信頼性を維持するための接点ウェッティングがなされる。

一方、図４に示すように、検査信号がオン（ローレベル）の場合には、第３フォトカプラＰ３のフォトダイオードＰｄ３に電流が流れ、フォトトランジスタＰｔ３はオンとなる。このため、第１抵抗器Ｒ１、第３抵抗器Ｒ３、第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２、第３カプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３の経路に電流が流れる。つまり、検査信号がオフの場合に第４抵抗器Ｒ４に流れていた電流が、第1回路部１５に流れる（バイパスされる）ようになる。また、フォトダイオードＰｄ２に電流が流れることからフォトトランジスタＰｔ２はオンとなり、第１抵抗器Ｒ１、第２抵抗器Ｒ２、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１、第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２の経路に電流が流れる。そして、第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１に電流が流れることからフォトトランジスタＰｔ１はオンとなり、出力端子１３からは、ローレベルの出力信号が出力される。

このように、検査信号のオン（ローレベル）／オフ（ハイレベル）制御に対応して、出力信号がローレベル／ハイレベルに変化する。

（Ｂ）入力接点が閉成してしない場合
一方、入力接点が閉成せずに正入力端子１１と負入力端子１２の間に順方向の電圧が印加されない場合、或いは、第３抵抗器Ｒ３が開放故障した場合には、第２フォトカプラＰ２の第２フォトダイオードＰｄ２に電流が流れないため、第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２はオフとなる。このため、検査信号のオン（ローレベル）／オフ（ハイレベル）制御による第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｄ３のオン／オフに関わらず、第１フォトカプラＰ１の第１フォトトランジスタＰｄ１には電流が流れず、第１フォトトランジスタＰｔ１はオフとなり、出力信号はハイレベルに固定される。

従って、検査信号をオン／オフ制御したとき、これに対応して出力信号がローレベル／ハイレベルに変化する場合は、第３抵抗器Ｒ３の開放故障が無く、且つ、入力接点が閉成していると判定することができる。一方、抵抗器Ｒ３の開放故障時には、検査信号のオン／オフに関わらず、出力信号が、入力接点が閉成されていないことを示すハイレベルに固定されるため、フェールセーフが実現される。

［作用・効果］
このように、本実施形態の接点入力回路１０では、リレー回路２０の入力接点が閉成しているときには、検査信号のオン／オフ制御に関わらず、正入力端子１１及び負入力端子１２間に常に電流が流れて接点ウェッティングがなされる。またこのとき、検査信号がオフ制御のときに正入力端子１１及び負入力端子１２間に流れる電流（ウェッティング電流）の大きさは、第４抵抗器Ｒ４の抵抗値によって決まる。このため、第４抵抗器Ｒ４の抵抗値を大きくすることで、検査信号がオフ制御に流れる電流（ウェッティング電流）を小さくし、消費電力の低減を図ることができる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

例えば、直列接続された第２抵抗器Ｒ２と第１フォトカプラＰ１のフォトダイオードＰｄ１と第２フォトカプラＰ２のフォトトランジスタＰｔ２とは、正入力端子１１と負入力端子１２の極性に対して順方向となるようにして直列接続されれば良く、直列接続の並び順は任意で良い。同様に、第２フォトカプラＰ２のフォトダイオードＰｄ２と第３フォトカプラＰ３のフォトトランジスタＰｔ３の並び順を入れ替えても構わない。

また、第１フォトカプラＰ１のフォトトランジスタＰｔ１を有して構成した出力回路部１８は、エミッタを接地し、コレクタに抵抗を介して電源に接続したコレクタ負荷型としたが、コレクタを電源に接続し、抵抗器を介してエミッタを接地し、エミッタと抵抗器との接続点から出力信号を出力するエミッタ負荷型としても良い。

また、第１フォトカプラＰ１、第２フォトカプラＰ２及び第３フォトカプラＰ３のそれぞれを、フォトモスリレーなどの他の光半導体素子に替えても良い。

１０接点入力回路
１１正入力端子、１２負入力端子、１３出力端子、１４検査信号入力端子
１５第１回路部、１６第２回路部、１７入力回路部、１８出力回路部
Ｒ１〜Ｒ６第１抵抗器
Ｐ１〜Ｐ３フォトカプラ
Ｐｄ１〜Ｐｄ３フォトダイオード、Ｐｔ１〜Ｐｔ３フォトトランジスタ
Ｄ１，Ｄ２ダイオード
２０リレー回路
３０電子連動装置

Claims

正入力端子と負入力端子との間に、転てつ機や信号機を含む現場機器のリレー接点の開閉状態を順方向電圧の印加有無で示す入力信号が入力され、検査信号入力端子に電子連動装置から検査信号が入力された際に、前記入力信号に応じた出力信号を出力端子から前記電子連動装置に出力する接点入力回路であって、
前記正入力端子と前記負入力端子との間に直列接続された第１抵抗器、第３抵抗器及び第４抵抗器と、
前記第４抵抗器に対して並列接続され、前記検査信号入力端子に前記検査信号が入力された場合に前記第４抵抗器の通流をバイパスさせる第１回路部と、
前記第１回路部によるバイパス電流の有無に応じて、前記直列接続された第３抵抗器及び第４抵抗器に対して第２抵抗器を並列投入する第２回路部と、
を備え、
前記第２回路部は、前記第２抵抗器と、第１フォトカプラの第１フォトダイオードと、第２フォトカプラの第２フォトトランジスタとを前記正入力端子及び前記負入力端子の極性に対して順方向に直列接続して有するとともに、直列接続された前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトトランジスタに対して第１ダイオードを逆並列に接続して有して構成され、
前記第１回路部は、前記第２フォトカプラの第２フォトダイオードと、第３フォトカプラの第３フォトトランジスタとを前記正入力端子及び前記負入力端子の極性に対して順方向に直列接続して有するとともに、直列接続された前記第２フォトダイオード及び前記第３フォトトランジスタに対して第２ダイオードを逆並列に接続して有して構成され、
前記第３フォトカプラの第３フォトダイオードに前記検査信号に応じた電流が通流され、
前記第１フォトカプラの第１フォトトランジスタがオン／オフされることで、前記出力端子から前記出力信号を出力する、
接点入力回路。
前記第１〜第３フォトカプラそれぞれを、他の光半導体素子に代えて構成した請求項１に記載の接点入力回路。
前記第２抵抗器及び前記第３抵抗器は略同一の抵抗値を有してなる、
請求項１又は２に記載の接点入力回路。