JP5725305B2 - ２線式伝送器起動回路 - Google Patents

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Description

本発明は、２線式伝送器起動回路に関し、詳しくは、回路構成の簡略化に関する。
一般的に、２線式伝送器では、起動時における電力の供給を確保して伝送器の安定性を図るために、起動回路が設けられている。図４は、従来の２線式伝送器起動回路の一例を示す回路図である。
図４において、２線式伝送器１０は、２線式の伝送線Ｌ１、Ｌ２に接続される。これら２線式伝送器１０および伝送線Ｌ１、Ｌ２は、スマート（smart）またはフィールドバス（foundation，Profibus）として形成される。
２線式伝送器１０は、起動回路２０と、電流変換部３０と、電力供給部４０と、内部回路５０を備えている。
起動回路２０において、カレントミラーを構成する一方のトランジスタＱ１のエミッタは抵抗Ｒ１を介して伝送線Ｌ１に接続され、他方のトランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒ２を介して伝送線Ｌ１に接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは電源電圧Ｖｃｃを有する電源線Ｖｃｃに接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、トランジスタＱ１のベースとトランジスタＱ２のベースとの接続点に接続されている。これらトランジスタＱ１のベースとトランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ２のコレクタとの接続点は、スイッチＳＷと定電流源Ｉの直列回路を介して共通電位点ＣＯＭに接続されている。
電流変換部３０は、図示しないセンサの検出信号を４〜２０ｍＡの直流電流に変換するものであって、一端が伝送線Ｌ１に接続されて他端が電源線Ｖｃｃに接続された電流源Ｉ２と、伝送線Ｌ２に直列接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の両端の電圧を測定する電圧測定部Ｖと、この電圧測定部Ｖの電圧測定結果に基づき出力電流が所定値になるように電流源Ｉ２を制御する電流源制御部ＣＴＬとで構成されている。
電源線Ｖｃｃと共通電位点ＣＯＭとの間には、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの直列回路が接続されている。比較器ＣＭＰの非反転入力端子は抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの接続点に接続されて、比較器ＣＭＰの反転入力端子は基準電圧源Ｖｒｅｆ１に接続されている。比較器ＣＭＰの出力信号は、スイッチＳＷをオンオフ駆動する。
電力供給部４０は、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの直列回路と並列に接続されている。なお、電力供給部４０は、たとえばツェナーダイオードＺＤで構成されている。このツェナーダイオードＺＤのアノードは共通電位点ＣＯＭに接続され、カソードは電源線Ｖｃｃに接続されている。なお、電力供給部４０はツェナーダイオードに代えて、誤差増幅器などを用いて形成することも可能である。
内部回路５０は、圧力や温度などの物理量を測定する図示しないセンサと、このセンサの出力信号に対して所定の信号処理を施す図示しないマイクロプロセッサなどで構成されている。この内部回路５０は電力供給部４０と並列に接続され、電力供給部４０の出力電圧により駆動される。
図４の回路の動作を説明する。ここで、前述のように電源線Ｖｃｃの内部電源電圧をＶｃｃとし、伝送線Ｌ２の電圧をＶａとし、伝送線Ｌ１の電圧をＶｂとし、トランジスタＱ１のベースとトランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ２のコレクタと比較器ＣＭＰの出力端子との接続点の電圧をＶｅとし、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂと比較器ＣＭＰの非反転入力端子との接続点の電圧をＶｎとする。
起動前、スイッチＳＷはオンになっており、定電流源Ｉは電圧Ｖｃｃが立ち上がっていない状態でも所定の電流を流すように動作している。これにより、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、電圧Ｖｎ＜電圧Ｖｒｅｆ１になることから比較器ＣＭＰの出力はロウとなり、電圧Ｖｅはロウとなる。
そして、起動時、電圧Ｖｂの上昇により、トランジスタＱ１とＱ２は共にオンとなり、トランジスタＱ１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。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、コレクタ電流Ｉｓｔの上限を抑制する。
さらに、電圧Ｖｃｃが所定の電圧になって電圧Ｖｎも所定の電圧となる（電圧Ｖｎ＞電圧Ｖｒｅｆ1）と比較器ＣＭＰの出力はハイとなり、電圧ＶｅもハイとなってトランジスタＱ１とＱ２は共にオフとなる。すなわち、起動回路２０は、電流変換部３０の出力電圧が所定の値以上のときに停止する。
定常動作時、トランジスタＱ１とＱ２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Ｖｒｅｆ１）、比較器ＣＭＰの出力はハイとなって電圧Ｖｅは十分に大きくなる。この結果、トランジスタＱ１とＱ２のベース電流は流れず、トランジスタＱ１とＱ２のコレクタ電流は流れない。
特許文献１には、図４と同様な２線式伝送器起動回路の構成が記載されている。
特開２００６−１７４２３６号公報
しかし、図４の回路構成によれば、内部の電源電圧Ｖｃｃが立ち上がっていない状態でも動作するような定電流源Ｉを用意しなければならず、回路構成が煩雑になるという問題点がある。
本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、回路構成が簡略化された２線式伝送器起動回路を提供することにある。
このような課題を達成する請求項１の発明は、
センサの検出信号を所定の直流電流に変換する電流変換部を有し、起動時における電力を安定に供給するように設けられた２線式伝送器起動回路において、
前記電流変換部と並列に起動電流生成回路が接続され、
前記起動電流生成回路は、抵抗とシャントレギュレータが直列接続された第１の直列回路と、スイッチング素子と抵抗が直列接続された第２の直列回路とを含み、
前記シャントレギュレータの制御端子は前記第２の直列回路のスイッチング素子と抵抗との接続点に接続され、
前記第２の直列回路のスイッチング素子の制御端子は前記第１の直列回路の抵抗とシャントレギュレータとの接続点に接続されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の２線式伝送器起動回路において、
前記スイッチング素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１記載の２線式伝送器起動回路において、
前記スイッチング素子は接合型トランジスタであることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の２線式伝送器起動回路において、
前記電流変換部における２線式伝送線のいずれか一方には伝送線に流れる電流を検出するための抵抗が接続されていることを特徴とする。
これらにより、電源起動前から動作する定電流源が不要になり、２線式伝送器起動回路の回路構成を簡略化できる。
本発明の一実施例を示すブロック図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 従来の２線式伝送器起動回路の一例を示す回路図である。
以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の違いは、起動電流生成回路の構成にある。起動電流生成回路は、抵抗Ｒ１と集積回路化されたシャントレギュレータＳＲとスイッチング素子として用いる電界効果トランジスタＭ３と抵抗Ｒ４とで構成されている。
図１において、抵抗Ｒ１と直列にシャントレギュレータＳＲが接続され、この抵抗Ｒ１とシャントレギュレータＳＲの直列回路は電流変換部３０と並列に接続されている。そして、この抵抗Ｒ１とシャントレギュレータＳＲの直列回路と並列に、電界効果トランジスタＭ３と抵抗Ｒ４との直列回路が接続されている。電界効果トランジスタＭ３のドレインは電流変換部３０の一端に接続され、ゲートは抵抗Ｒ１とシャントレギュレータＳＲの接続点に接続され、ソースはシャントレギュレータＳＲの制御端子に接続されている。
また、シャントレギュレータＳＲと並列に電界効果トランジスタＭ２が接続され、電界効果トランジスタＭ２のゲートは電界効果トランジスタＭ１と抵抗Ｒ２との直列回路の電界効果トランジスタＭ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。この電界効果トランジスタＭ１と抵抗Ｒ２との直列回路の抵抗Ｒ２の一端は電流変換部３０の一端に接続され、電界効果トランジスタＭ１のソースは共通電位点ＣＯＭに接続されている。電界効果トランジスタＭ１のゲートは、比較器ＣＭＰの出力端子に接続されている。
このような構成において、シャントレギュレータＳＲは、抵抗Ｒ４の両端の電圧がシャントレギュレータＳＲ内部の基準電圧源Ｖｒｅｆ２と同じ電圧になるように、電界効果トランジスタＭ３のゲートを制御する。この結果、起動電流として機能する電界効果トランジスタＭ３のドレイン電流Ｉｄ３は、
Ｉｄ３＝Ｖｒｅｆ２／Ｒ４
となる。
起動電流生成回路で生成された起動電流は、電源投入時に内部の電源電圧Ｖｃｃを急速に立ち上げる。
内部の電源電圧Ｖｃｃがある値以上になると、比較器ＣＭＰが作動し、その後、電界効果トランジスタＭ１と電界効果トランジスタＭ２は電界効果トランジスタＭ１→電界効果トランジスタＭ２のように順次導通し、電界効果トランジスタＭ３がカットオフすると、起動電流は停止する。
図４に示した従来回路では、内部の電源電圧Ｖｃｃが立ち上がっていない状態でも動作するような定電流源Ｉを用意する必要があったが、図１の本発明ではこのような定電流源Ｉが不要となり、より簡単に起動回路を構成できる。
なお、図１の実施例では、スイッチング素子として電界効果トランジスタＭ１〜Ｍ３を用いる例を示したが、図２に示すように少なくともいずれかをバイポーラ接合トランジスタＱ３〜Ｑ５に置き換えてもよい。
また、図１および図２の実施例では、２線式の伝送線Ｌ１、Ｌ２のうち、一方の伝送線Ｌ２にその伝送線Ｌ２に流れる電流を検出するための抵抗Ｒ３を直列接続する例を示したが、図３に示すように、他方の伝送線Ｌ１にその伝送線Ｌ１に流れる電流を検出するための抵抗Ｒ３を直列接続するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、電源起動前から動作する定電流源が不要な回路構成が簡略化された２線式伝送器起動回路を提供することができる。
１０ ２線式伝送器
２０ 起動回路
３０ 電流変換部
４０ 電力供給部
５０ 内部回路

Claims (4)

  1. センサの検出信号を所定の直流電流に変換する電流変換部を有し、起動時における電力を安定に供給するように設けられた２線式伝送器起動回路において、
    前記電流変換部と並列に起動電流生成回路が接続され、
    前記起動電流生成回路は、抵抗とシャントレギュレータが直列接続された第１の直列回路と、スイッチング素子と抵抗が直列接続された第２の直列回路とを含み、
    前記シャントレギュレータの制御端子は前記第２の直列回路のスイッチング素子と抵抗との接続点に接続され、
    前記第２の直列回路のスイッチング素子の制御端子は前記第１の直列回路の抵抗とシャントレギュレータとの接続点に接続されていることを特徴とする２線式伝送器起動回路。
  2. 前記スイッチング素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器起動回路。
  3. 前記スイッチング素子は接合型トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の２線式伝送器起動回路。
  4. 前記電流変換部における２線式伝送線のいずれか一方には伝送線に流れる電流を検出するための抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の２線式伝送器起動回路。
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