JP7322807B2 - LOAD CIRCUIT FAILURE DETECTION DEVICE AND LOAD CIRCUIT FAILURE DETECTION METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、負荷回路故障検知装置に係り、例えばバッテリーフォークリフトに搭載するDC-DC電源の回路保護や、負荷へ電源を供給するときに、負荷回路(負荷装置、例えばDCブラシレスファン)が短絡故障しているかどうかを検知する方法に関する。 The present invention relates to a load circuit failure detection device, for example, circuit protection of a DC-DC power supply mounted on a battery forklift, and a load circuit (load device, such as a DC brushless fan) short-circuit failure when supplying power to a load. related to how to detect whether
バッテリーフォークリフトに搭載されるDC-DCコンバータにおいて、一つの電源回路から複数の負荷回路に電力を供給する場合、例えば、
(1)車両全体の統括制御コンピュータ(マスターコントローラ)への電源供給
(2)それ以外のコンピュータへの電源供給
(3)複数の冷却用ファンへの電源供給
を行うための3出力を備えている構成がある。
When supplying power to multiple load circuits from one power supply circuit in a DC-DC converter mounted on a battery forklift, for example,
(1) Power supply to the general control computer (master controller) for the entire vehicle (2) Power supply to other computers (3) Equipped with 3 outputs for power supply to multiple cooling fans There is configuration.
前記(2)、(3)の出力は、ハイサイドスイッチ(例えばMOSFET)を介して供給している。 The outputs (2) and (3) are supplied via a high-side switch (for example, MOSFET).
ゆえに、例えば前記(3)の複数の冷却用ファンが接続されている負荷回路のいずれかが短絡していた場合に、単純にハイサイドスイッチをオンにすると、前記(1)の電源電流が、短絡されたファン回路に流れてしまい、車両全体の統括コンピュータへ電源電流が供給されなくなる可能性がある。そうなると、車両全体の機能を喪失してしまうことになる。 Therefore, for example, if one of the load circuits (3) to which a plurality of cooling fans are connected is short-circuited, simply turning on the high-side switch causes the power supply current (1) to increase to There is a possibility that the power supply current will flow to the shorted fan circuit and the power supply current will not be supplied to the general computer of the entire vehicle. In that case, the function of the entire vehicle is lost.
したがって、ハイサイドスイッチをオンする前に、あらかじめファン回路が短絡しているかどうかをチェック(プリチェック)する必要がある。 Therefore, before turning on the high-side switch, it is necessary to check in advance whether the fan circuit is short-circuited (pre-check).
従来の負荷短絡検知方法の一例を図4に示す。図4(a)において200は、例えばDC-DCコンバータにより直流24Vの電圧を出力する電源回路である。電源回路200の正側出力端はハイサイドスイッチ201(例えばFET)を介して負荷回路202の正極端子Pに接続されている。また図示していないが、電源回路200の負側出力端は負荷回路202の負極端子Nに接続されている。
An example of a conventional load short-circuit detection method is shown in FIG. In FIG. 4(a), 200 is a power supply circuit that outputs a DC voltage of 24 V using, for example, a DC-DC converter. A positive output terminal of the
203は短絡チェック用のテスト電圧Vtestを出力する定電圧源であり、その出力側は電流制限抵抗204を介して正極端子Pに接続されている。正極端子Pと負極端子Nの間には分圧抵抗205が接続されている。
前記負荷回路202が例えばDCブラシレスファンである場合は、図4(b)のように、制御回路211が動作する例えば5Vの電圧を出力する電源回路210と、電源回路210の出力電圧を制御電源とする制御回路211と、制御回路211によりスイッチング制御されるスイッチング素子の3相ブリッジ回路212と、3相ブリッジ回路212の出力電圧により駆動されるファンモータ213とを備えている。
When the
負荷回路202を短絡チェックする際は、ハイサイドスイッチ201をオフとし、定電圧源203のテスト電圧Vtestを電流制限抵抗204および分圧抵抗205で分圧した電圧(DC24V)を、正極端子P、負極端子N間に印加する。
When checking the
負荷側が短絡していなければ、負荷側への電流ILが一定以下の値になるので、負荷側の出力電圧端子(P,N)の電圧が一定以上となる。この端子P,N間電圧値を図示省略の絶縁型アナログアンプを介して検知して、負荷回路202が短絡していないことを確認できる。
If the load side is not short-circuited, the current IL to the load side will be a value below a certain level, so the voltage at the output voltage terminals (P, N) on the load side will be above a certain level. By detecting the voltage value between the terminals P and N through an insulated analog amplifier (not shown), it can be confirmed that the
尚、本発明に関連するDC-DCコンバータの出力電圧低下を検出する回路は、従来、例えば特許文献1に記載のものが提案されていた。 Conventionally, a circuit for detecting a drop in the output voltage of a DC-DC converter related to the present invention has been proposed, for example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200013.
しかしながら図4に示す回路の場合、出力端子間(正極端子Pと負極端子Nの間)の電圧Voutを検出する検出回路(絶縁型アナログアンプ)が必要となり、またその検知閾値を明確にする必要がある。 However, in the case of the circuit shown in FIG. 4, a detection circuit (insulated analog amplifier) is required to detect the voltage Vout between the output terminals (between the positive terminal P and the negative terminal N), and the detection threshold must be clarified. There is
また、図4の回路における負荷短絡チェック時の条件は次のような条件となっている。すなわち、図4の負荷回路202の負荷抵抗RL、電流制限抵抗204の抵抗値をR1、それに流れる電流をI、分圧抵抗205の抵抗値をR2、それに流れる電流をIR、負荷回路202に流れる電流をILとすると、
Vtest=I×R1+R2×IR、R2×IR=RL×IL、I=IR+ILであり、
負荷短絡チェック時の条件は、
Vout=R2×IR=Vtest-I×R1<負荷が制御動作開始しない電圧
となる。
The conditions for load short-circuit check in the circuit of FIG. 4 are as follows. That is, the load resistance RL of the
Vtest=I* R1 + R2 * IR , R2 * IR = RL * IL , I= IR + IL ,
The conditions for load short-circuit check are
Vout=R 2 ×I R =Vtest−I×R 1 <voltage at which the load does not start control operation.
負荷回路202にある一定以上の電圧が印加されると、例えばDCブラシレスファンなどでは、制御回路211が動作を開始する電圧になると、消費電流(IL)が増加する事になり、誤って短絡を検出してしまうおそれがある。したがって電流制限抵抗204(R1)、分圧抵抗205(R2)の設計にはこの消費電流(IL)分を考慮しなければいけない。よって、電流制限抵抗204(R1)、分圧抵抗205(R2)の設計が、煩雑になる。
When a voltage above a certain level is applied to the
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、設定電圧以上で作動する負荷回路の短絡等の故障を確実に検知することができる負荷回路故障検知装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a load circuit failure detection device capable of reliably detecting a failure such as a short circuit in a load circuit that operates at a voltage equal to or higher than a set voltage.
上記課題を解決するための請求項1に記載の負荷回路故障検知装置は、
直流電源の正極端と、設定電圧以上で作動し、負極端が前記直流電源の負極端に接続された負荷の正極端との間に接続された第1のスイッチと、
前記直流電源の正極端と負極端の間に順次直列に接続された、第2のスイッチ、抵抗、ツェナー電圧が前記負荷の起動電圧未満に設定されたツェナーダイオード、フォトカプラと、
アノードが前記抵抗およびツェナーダイオードの共通接続点に接続され、カソードが前記負荷の正極端に接続されたダイオードとを備え、
前記第1のスイッチをオフ、第2のスイッチをオンしたときのフォトカプラのオン/オフ動作に基づいて前記負荷の正常/異常を判定することを特徴としている。
The load circuit failure detection device according to
a first switch connected between a positive terminal of a DC power supply and a positive terminal of a load that operates at a set voltage or higher and whose negative terminal is connected to the negative terminal of the DC power supply;
a second switch, a resistor, a Zener diode whose Zener voltage is set to be less than the starting voltage of the load, and a photocoupler, which are sequentially connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply;
a diode having an anode connected to the common junction of said resistor and a Zener diode, and a cathode connected to the positive end of said load;
The normality/abnormality of the load is determined based on the on/off operation of the photocoupler when the first switch is turned off and the second switch is turned on.
請求項2に記載の負荷回路故障検知装置は、請求項1において、
前記設定電圧以上で作動する負荷はファンであることを特徴としている。
The load circuit failure detection device according to
The load operating above the set voltage is a fan.
請求項3に記載の負荷回路故障検知方法は、
直流電源の正極端と、設定電圧以上で作動し、負極端が前記直流電源の負極端に接続された負荷の正極端との間に接続された第1のスイッチと、
前記直流電源の正極端と負極端の間に順次直列に接続された、第2のスイッチ、抵抗、ツェナー電圧が前記負荷の起動電圧未満に設定されたツェナーダイオード、フォトカプラと、
アノードが前記抵抗およびツェナーダイオードの共通接続点に接続され、カソードが前記負荷の正極端に接続されたダイオードとを有し、
前記第1のスイッチをオフ制御し、第2のスイッチをオン制御する制御ステップと、
前記制御ステップ実行時のフォトカプラのオン/オフ動作に基づいて前記負荷の正常/異常を判定するステップとを備えたことを特徴としている。
The load circuit failure detection method according to
a first switch connected between a positive terminal of a DC power supply and a positive terminal of a load that operates at a set voltage or higher and whose negative terminal is connected to the negative terminal of the DC power supply;
a second switch, a resistor, a Zener diode whose Zener voltage is set to be less than the starting voltage of the load, and a photocoupler, which are sequentially connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply;
a diode having an anode connected to the common junction of said resistor and a Zener diode, and a cathode connected to the positive end of said load;
a control step of turning off the first switch and turning on the second switch;
and determining whether the load is normal/abnormal based on the ON/OFF operation of the photocoupler during execution of the control step.
本発明によれば、設定電圧以上で作動する負荷回路の短絡等の故障を確実に検知することができる。また、電圧の大きさによって消費電流が変動するような負荷回路に対して、負荷回路の電流値に関係なく短絡チェック回路を設計することができる。また、アナログ電圧の検出は不要であるので、絶縁型アナログアンプなどが不要となり、回路構成が簡潔となる。 According to the present invention, it is possible to reliably detect a failure such as a short circuit in a load circuit that operates at a voltage equal to or higher than a set voltage. Also, for a load circuit whose current consumption varies depending on the magnitude of the voltage, the short-circuit check circuit can be designed regardless of the current value of the load circuit. Further, since analog voltage detection is not required, an insulated analog amplifier or the like is not required, and the circuit configuration is simplified.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1はバッテリーフォークリフトに搭載されるDC-DCコンバータとそれに接続された負荷回路の構成を示している。 図1において、100は直流24Vの電圧を出力するJ24電源回路であり、101は、図示省略の直流電圧源の正、負極端間にスイッチング素子101a~101dを単相ブリッジ接続した逆変換部である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment examples. FIG. 1 shows the configuration of a DC-DC converter mounted on a battery forklift and a load circuit connected thereto. In FIG. 1, 100 is a J24 power supply circuit that outputs a voltage of 24 V DC, and 101 is an inverse conversion unit in which switching
スイッチング素子101a,101bはゲートドライバIC102によりオン、オフ制御され、スイッチング素子101c,101dはゲートドライバIC103によりオン、オフ制御される。
The
逆変換部101の交流出力は、トランス104を介して、ダイオード105a~105dをブリッジ接続した順変換部105に供給されて直流に変換される。
The AC output of the
順変換部105の直流出力はリアクトル106およびコンデンサ107から成るフィルタによって波形整形され、コンデンサ107の正極端に24Vの直流電源(J24V)が得られる。
The DC output of the
108は、リアクトル106から出力される電流を検出する電流センサ(CS1)であり、109は、電流センサ108の検出電流によって過電流を検出するJ24過電流検出回路である。
108 is a current sensor (CS1) that detects the current output from the
110は、コンデンサ107の正極端の電位が過電圧となっているか否かを検出するJ24過電圧検出回路である。
コンデンサ107の正極端と負極端(順変換部105の負極端)の間には、コンデンサC115とC116が直列に接続されている。 Capacitors C115 and C116 are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the capacitor 107 (the negative terminal of the forward converter 105).
コンデンサ107の正極端(J24V出力端)は、マスターコントローラ(車両全体の統括制御コンピュータ)への電源供給用の端子(コネクタ)P1の正極(端子番号2)に接続されるとともに、電圧制御回路121およびハイサイドスイッチ122を介して、上記マスターコントローラ以外のコンピュータへの電源供給用の端子P2の正極(端子番号4)に接続されている。コンデンサ107の負極端は、前記端子P1の負極(端子番号7)および前記端子P2の負極(端子番号10)に各々接続されている。
The positive terminal (J24V output terminal) of the
また、コンデンサ107の正極端(J24V出力端)は、ハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20(第1のスイッチ)を介して、冷却用ファンFAN1~FAN3への電源供給用の端子P11~P13の正極(端子番号3、5、6)に各々接続されている。コンデンサ107の負極端は、前記端子P11~P13の負極(端子番号1、9、8)に各々接続されている。
Also, the positive terminal (J24V output terminal) of the
端子P11~P13に各々接続される冷却用ファンFAN1~FAN3は、例えばDCブラシレスファンで構成されている。 The cooling fans FAN1 to FAN3 connected to the terminals P11 to P13 are composed of DC brushless fans, for example.
前記ハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20および端子P11~P13から成る負荷回路には、本発明のファン短絡検出回路300が接続されている。ファン短絡検出回路300は、コンデンサ107の正極端(J24V出力端)と接地(J24V電源の負極電位)の間に順次直列接続された、ハイサイドスイッチTR42(第2のスイッチ)、電流制限用の抵抗R371、電圧制限用のツェナーダイオードZD34、フォトカプラU51と、アノードが抵抗R371およびツェナーダイオードZD34の共通接続点に接続され、カソードがハイサイドスイッチTR16および端子P11の正極の共通接続点に接続されたダイオードD64と、アノードが抵抗R371およびツェナーダイオードZD34の共通接続点に接続され、カソードがハイサイドスイッチTR18および端子P12の正極の共通接続点に接続されたダイオードD65と、アノードが抵抗R371およびツェナーダイオードZD34の共通接続点に接続され、カソードがハイサイドスイッチTR20および端子P13の正極の共通接続点に接続されたダイオードD66とを備えている。
A fan short-
尚、ハイサイドスイッチTR42,TR16,TR18,TR20は、例えばMOSFETで構成されている。 The high side switches TR42, TR16, TR18, and TR20 are composed of MOSFETs, for example.
図1において、負荷に接続される機器の最低動作電圧が、明確になっている場合、例えば端子P11~P13に接続されている冷却用ファンが、DC24Vで定格動作する、マイコンで動作もしくはブラシレスドライブICを使用しているDCブラシレスファンである場合、5V程度の電圧を供給しても、不足電圧によって正常な動作をしない。よってDCブラシレスファン用の回路に供給される電流値はゼロであるか、極端に低い。 In FIG. 1, if the minimum operating voltage of the device connected to the load is clear, for example, the cooling fan connected to terminals P11 to P13 operates at a rated voltage of 24 V DC, operates with a microcomputer or brushless drive In the case of a DC brushless fan using an IC, even if a voltage of about 5V is supplied, it will not operate normally due to insufficient voltage. Therefore, the current value supplied to the DC brushless fan circuit is zero or extremely low.
ファン短絡検出回路300はこの特性を利用するものであり、正常に動作しない状態の電圧を負荷に供給して、ある一定の電流値以上流れた場合は、回路が短絡などの異常であると判断する。
The fan short-
例えば端子P11に接続されるDCブラシレスファンの短絡チェックを行うには、ハイサイドスイッチTR16をオフ、TR42をオンとし、ハイサイドスイッチTR42、抵抗R371、ダイオードD64および端子P11を介してDCブラシレスファンに電圧を供給する。そのとき負荷短絡が無ければ、端子P11に流れる電流値は小であり、負荷短絡が有れば電流値は大となる。そしてこの電流値の大小に応じてオン又はオフとなるフォトカプラU51の動作状態に基づいて正常/異常を判定する。 For example, to check the short circuit of the DC brushless fan connected to the terminal P11, the high side switch TR16 is turned off and TR42 is turned on. Supply voltage. At that time, if there is no load short circuit, the current value flowing through the terminal P11 is small, and if there is a load short circuit, the current value is large. Normality/abnormality is determined based on the operating state of the photocoupler U51, which is turned on or off according to the magnitude of this current value.
次に、ファン短絡検出回路300の詳細な回路を図2とともに説明する。図2では、図1のハイサイドスイッチTR42,TR16,TR18,TR20のオン、オフを各々制御する回路を追加しており、図1と同一部分は同一符号をもって示している。
Next, a detailed circuit of the fan short-
また図2では、図1のコンデンサ107を、並列接続されたコンデンサC111,C212に置き換えて記載し、それらコンデンサC111,C212の正極端を「J24出力」と表記し、J24出力の正極、負極端間に抵抗R164,R352を並列接続し、J24出力に接続される図1の端子P1,P2側の負荷回路を図示省略している。
2, the
図2において、U50はハイサイドスイッチTR42の駆動用のフォトカプラである。フォトカプラU50の2次側のフォトトランジスタのエミッタ(端子3)は接地され(J24出力の負極電位とされ)、コレクタ(端子4)は抵抗368および抵抗R367を介してコンデンサC111,C212の正極端(J24出力)に接続され、抵抗R367と抵抗R368の共通接続点はハイサイドスイッチTR42のゲートに接続されている。 In FIG. 2, U50 is a photocoupler for driving the high side switch TR42. The emitter (terminal 3) of the phototransistor on the secondary side of the photocoupler U50 is grounded (the negative potential of the J24 output), and the collector (terminal 4) is connected to the positive terminals of the capacitors C111 and C212 through the resistors 368 and R367. (J24 output), and the common connection point of the resistors R367 and R368 is connected to the gate of the high side switch TR42.
フォトカプラU50の端子2に接続されているFANCheck端の電位を、1次側ダイオードが導通できる電位まで下げると、1次側ダイオードが導通し、フォトトランジスタがオンするので、抵抗R367,R368で分圧された電位によりハイサイドスイッチTR42がオンされる。
When the potential of the FANCheck terminal connected to the
逆に、前記FANCheck端の電位を、1次側ダイオードが導通しない電位まで上げることによりフォトトランジスタがオフとなってハイサイドスイッチTR42はオフ制御される。 Conversely, by increasing the potential of the FANCheck terminal to a potential at which the primary-side diode does not conduct, the phototransistor is turned off and the high-side switch TR42 is controlled to be off.
前記ツェナーダイオードZD34のアノードと接地(J24出力の負極電位)の間に接続されるフォトカプラU51の1次側ダイオードには抵抗R372が並列に接続されている。 A resistor R372 is connected in parallel with the primary diode of the photocoupler U51 connected between the anode of the Zener diode ZD34 and the ground (negative potential of the output J24).
ツェナーダイオードZD34のツェナー電圧は端子P11~P13に接続される冷却用ファン(DCブラシレスファン)の回路が確実に動作しない電圧に選定する。この選定は、図3に示すDCブラシレスファン(実ファン)の起動電圧(電流が流れはじめる電圧)と電流を実験により計測して行う。 The Zener voltage of the Zener diode ZD34 is selected to a voltage at which the circuit of the cooling fan (DC brushless fan) connected to the terminals P11 to P13 does not operate reliably. This selection is made by experimentally measuring the starting voltage (voltage at which current begins to flow) and current of the DC brushless fan (actual fan) shown in FIG.
図3(a)は、定格24VDCの測定ファンに対して定格電流0.89Aの約1/10の電流値をリミッタ電流、印加電圧を7V程度以下としてテスト印加したときの電流と電圧の計測値を示し、図3(b)はその入力電流・電圧の特性図を示している。 Fig. 3(a) shows the measured values of the current and voltage when the limiter current is about 1/10 of the rated current of 0.89 A and the applied voltage is about 7 V or less to the measured fan rated at 24 VDC. , and FIG. 3(b) shows its input current/voltage characteristics.
図3によれば、印加電圧がDC7.4V未満であればファン回路に電流は流れないことが明らかであるので、本実施例ではさらに裕度を持たせてツェナーダイオードZD34のツェナー電圧を5.1Vと選定した。 According to FIG. 3, it is clear that current does not flow in the fan circuit if the applied voltage is less than DC 7.4V. 1V was selected.
例えば端子P11側のDCブラシレスファンの短絡チェック時に、端子P11に接続されているハイサイドスイッチTR16をオフし、TR42をオンした場合、負荷側が正常(短絡ではない状態)であれば、ツェナーダイオードZD34のカソード電位が5.1V以上となってツェナーダイオードZD34が導通し、フォトカプラU51の1次側ダイオードに電流が流れて2次側のフォトトランジスタがオンしフォトトランジスタのコレクタ(端子4)がLOWレベルとなってFAN短絡検出信号(LOW)がCPUのデジタル入力ポートに伝達される。 For example, when checking the short circuit of the DC brushless fan on the terminal P11 side, if the high side switch TR16 connected to the terminal P11 is turned off and TR42 is turned on, if the load side is normal (not short-circuited), the Zener diode ZD34 becomes 5.1 V or higher, the Zener diode ZD34 becomes conductive, current flows through the primary diode of the photocoupler U51, the secondary phototransistor turns on, and the collector of the phototransistor (terminal 4) becomes LOW. level, and a FAN short-circuit detection signal (LOW) is transmitted to the digital input port of the CPU.
U39はハイサイドスイッチTR16の駆動用のフォトカプラである。フォトカプラU39の1次側ダイオード側に設けた5Vの制御電源端とFAN1OUTEN端の間には、抵抗R186と抵抗R187が直列に接続され、1次側ダイオードのアノード、カソード((端子1、2)は抵抗R186の両端に各々接続されている。フォトカプラU39の2次側のフォトトランジスタのエミッタ(端子3)は接地され、コレクタ(端子4)は抵抗185および抵抗R184を介してコンデンサC111,C212の正極端(J24出力)に接続され、抵抗R184と抵抗R185の共通接続点はハイサイドスイッチTR16のゲートに接続されている。抵抗R184にはコンデンサC132が並列に接続されている。
U39 is a photocoupler for driving the high side switch TR16. A resistor R186 and a resistor R187 are connected in series between the 5V control power supply terminal provided on the primary diode side of the photocoupler U39 and the FAN1 OUTEN terminal, and the anode and cathode (
フォトカプラU39の端子2側に接続されているFAN1OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通できる電位まで下げると、1次側ダイオードが導通し、フォトトランジスタがオンするので、抵抗R184,R185で分圧された電位によりハイサイドスイッチTR16がオンされる。
When the potential of the FAN1OUTEN terminal connected to the
逆に、前記FAN1OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通しない電位まで上げることによりフォトトランジスタがオフとなってハイサイドスイッチTR16はオフ制御される。 Conversely, by increasing the potential of the FAN1 OUTEN terminal to a potential at which the primary diode is not conductive, the phototransistor is turned off and the high-side switch TR16 is controlled to be off.
U40はハイサイドスイッチTR18の駆動用のフォトカプラである。フォトカプラU40の1次側ダイオード側に設けた5Vの制御電源端とFAN2OUTEN端の間には、抵抗R191と抵抗R192が直列に接続され、1次側ダイオードのアノード、カソード((端子1、2)は抵抗R191の両端に各々接続されている。フォトカプラU40の2次側のフォトトランジスタのエミッタ(端子3)は接地され、コレクタ(端子4)は抵抗190および抵抗R189を介してコンデンサC111,C212の正極端(J24出力)に接続され、抵抗R189と抵抗R190の共通接続点はハイサイドスイッチTR18のゲートに接続されている。抵抗R189にはコンデンサC133が並列に接続されている。
U40 is a photocoupler for driving the high side switch TR18. A resistor R191 and a resistor R192 are connected in series between the 5V control power supply terminal provided on the primary diode side of the photocoupler U40 and the FAN2OUTEN terminal, and the anode and cathode (
フォトカプラU40の端子2側に接続されているFAN2OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通できる電位まで下げると、1次側ダイオードが導通し、フォトトランジスタがオンするので、抵抗R189,R190で分圧された電位によりハイサイドスイッチTR18がオンされる。
When the potential of the FAN2OUTEN terminal connected to the
逆に、前記FAN2OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通しない電位まで上げることによりフォトトランジスタがオフとなってハイサイドスイッチTR18はオフ制御される。 Conversely, by increasing the potential of the FAN2OUTEN terminal to a potential at which the primary side diode does not conduct, the phototransistor is turned off and the high side switch TR18 is controlled to be off.
U41はハイサイドスイッチTR20の駆動用のフォトカプラである。フォトカプラU41の1次側ダイオード側に設けた5Vの制御電源端とFAN3OUTEN端の間には、抵抗R196と抵抗R197が直列に接続され、1次側ダイオードのアノード、カソード((端子1、2)は抵抗R196の両端に各々接続されている。フォトカプラU41の2次側のフォトトランジスタのエミッタ(端子3)は接地され、コレクタ(端子4)は抵抗195および抵抗R194を介してコンデンサC111,C212の正極端(J24出力)に接続され、抵抗R194と抵抗R195の共通接続点はハイサイドスイッチTR20のゲートに接続されている。抵抗R194にはコンデンサC134が並列に接続されている。
U41 is a photocoupler for driving the high side switch TR20. A resistor R196 and a resistor R197 are connected in series between the 5V control power supply terminal provided on the primary diode side of the photocoupler U41 and the FAN3OUTEN terminal, and the anode and cathode (
フォトカプラU41の端子2側に接続されているFAN3OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通できる電位まで下げると、1次側ダイオードが導通し、フォトトランジスタがオンするので、抵抗R194,R195で分圧された電位によりハイサイドスイッチTR20がオンされる。
When the potential of the FAN3OUTEN terminal connected to the
逆に、前記FAN3OUTEN端の電位を、1次側ダイオードが導通しない電位まで上げることによりフォトトランジスタがオフとなってハイサイドスイッチTR20はオフ制御される。 Conversely, by increasing the potential of the FAN3 OUTEN terminal to a potential at which the primary side diode does not conduct, the phototransistor is turned off and the high side switch TR20 is controlled to be off.
なお、ハイサイドスイッチTR42とフォトカプラU51内の1次ダイオードの定常オン電圧がともに0Vと仮定すると、ハイサイドスイッチTR42とフォトカプラU51のオン時に抵抗R371(抵抗値=330Ω)に流れる電流Iは、
I=(24V-5.1V)/330Ω …(1)
となる(負荷回路に短絡がない場合)。
Assuming that the steady-state ON voltages of the primary diodes in the high-side switch TR42 and the photocoupler U51 are both 0 V, the current I flowing through the resistor R371 (resistance value=330Ω) when the high-side switch TR42 and the photocoupler U51 are ON is ,
I=(24V-5.1V)/330Ω (1)
(assuming there is no short circuit in the load circuit).
この電流Iは、フォトカプラU51が十分オンできる値に設定している。つまり、抵抗R371の抵抗値330Ωは、定格出力電圧24VとツェナーダイオードZD34のツェナー電圧5.1VとフォトカプラU51のオン可能電流(通常フォトカプラのデータシートに記載されている)に基づいて設計することになる。 This current I is set to a value sufficient to turn on the photocoupler U51. In other words, the resistance value of 330 Ω of the resistor R371 is designed based on the rated output voltage of 24 V, the Zener voltage of the Zener diode ZD34 of 5.1 V, and the current that can be turned on by the photocoupler U51 (generally described in the data sheet of the photocoupler). It will be.
なお、図2のハイサイドスイッチTR42、TR16,TR18,TR20は、リレーなどの機械式スイッチに置き換えてもよい。 2 may be replaced with mechanical switches such as relays.
次に短絡チェック手順を説明する。
(1)初期は、ハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20はすべてオフ状態とする。
(2)フォトカプラU50の1次側ダイオードをオンしてハイサイドスイッチTR42をオンする。
(3)J24出力からハイサイドスイッチTR42→抵抗R371→ダイオードD64,D65,D66→各端子P11~P13へ電力を送る(通電する)。
Next, the short circuit check procedure will be described.
(1) Initially, the high-side switches TR16, TR18, and TR20 are all turned off.
(2) Turn on the primary diode of the photocoupler U50 to turn on the high side switch TR42.
(3) Power is sent (energized) from the J24 output to the high-side switch TR42→resistor R371→diodes D64, D65, D66→each of the terminals P11 to P13.
以下、負荷短絡がない場合の動作を(4)~(6)に、負荷短絡がある場合の動作を(7)~(9)にそれぞれ記す。
(4)通電した結果、負荷短絡が無い場合は、J24出力から出力端子側への電流の流れ出しが少ないため、ツェナーダイオードZD34のカソード端子の電位≒ツェナー電圧5,1VとなってツェナーダイオードZD34は導通する。この結果、抵抗R371に流れる電流の大半が、ツェナーダイオードZD34→フォトカプラU51の1次側ダイオードへ流れる。
(5)フォトカプラU51の2次側のフォトトランジスタがオンとなり、フォトカプラU51の端子4のFAN短絡検出信号(LOW信号)によって、CPUへ正常である事を伝える。
(6)ハイサイドスイッチTR42をオフして負荷短絡チェックを終了する。同時に、要求出力端に応じたハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20をオンし、各負荷回路へDCブラシレスファンの定格電圧であるDC24V電圧を供給する。
(7)前記(3)で通電した結果、負荷短絡があった場合は、出力側への電流の流れ出しが多いため、ツェナーダイオードZD34のカソード端子の電位≒0V(J24出力の負極の電位)となってツェナーダイオードZD34は導通しない。よって、ツェナーダイオードZD34→フォトカプラU51の1次側ダイオードへ電流が流れなくなる。
(8)このためフォトカプラU51の2次側のフォトトランジスタはオフの状態のままなので、フォトカプラU51の端子4のFAN短絡検出信号(High信号)によって、CPUへ異常である事を伝える。
(9)エラーを発報して、出力要求された出力端に応じたハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20はオンしない。同時にハイサイドスイッチTR42をオフして負荷短絡チェックを終了する。ハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20とTR42がオフであるため、負荷回路には電力は供給されない。
(10)すでに複数の冷却ファンFAN1~FAN3のどれかを出力中の場合、新たに出力を追加する場合でも、上記と同様なシーケンスでチェック可能である。
Hereinafter, the operations when there is no load short-circuit are described in (4) to (6), and the operations when there is a load short-circuit are described in (7) to (9).
(4) As a result of energization, when there is no load short-circuit, the current flowing from the J24 output to the output terminal side is small, so the potential of the cathode terminal of the Zener diode ZD34 ≈ the Zener voltage of 5.1 V, and the Zener diode ZD34 is conduct. As a result, most of the current flowing through the resistor R371 flows from the Zener diode ZD34 to the primary diode of the photocoupler U51.
(5) The phototransistor on the secondary side of the photocoupler U51 is turned on, and the FAN short-circuit detection signal (LOW signal) at the
(6) Turn off the high-side switch TR42 to end the load short-circuit check. At the same time, the high-side switches TR16, TR18, and TR20 corresponding to the required output terminal are turned on to supply each load circuit with a
(7) As a result of the energization in (3) above, if there is a load short-circuit, a large amount of current flows out to the output side, so the potential of the cathode terminal of the Zener diode ZD34≈0V (potential of the negative electrode of the output of J24). As a result, Zener diode ZD34 does not conduct. Therefore, the current does not flow from the Zener diode ZD34 to the primary diode of the photocoupler U51.
(8) As a result, the phototransistor on the secondary side of the photocoupler U51 remains in the OFF state, so that the abnormality is notified to the CPU by the FAN short-circuit detection signal (High signal) at the
(9) An error is issued, and the high-side switches TR16, TR18, TR20 corresponding to the requested output terminals are not turned on. At the same time, the high side switch TR42 is turned off to end the load short-circuit check. Since high side switches TR16, TR18, TR20 and TR42 are off, no power is supplied to the load circuit.
(10) If one of the plurality of cooling fans FAN1 to FAN3 is already outputting, even if a new output is added, it is possible to check in the same sequence as above.
上記のように、本発明ではハイサイドスイッチTR16,TR18,TR20をオフ、ハイサイドスイッチTR42をオンしたときのフォトカプラU51のオン/オフ動作に基づいて、負荷の正常/異常(負荷短絡の有無)を判定する。 As described above, in the present invention, based on the on/off operation of the photocoupler U51 when the high-side switches TR16, TR18, and TR20 are turned off and the high-side switch TR42 is turned on, the normality/abnormality of the load (whether or not the load is short-circuited) is detected. ) is determined.
なお本発明の負荷には、冷却ファンの代わりとして、所定の電圧(設定電圧)以上で作動する装置(すなわち所定の電圧以上で電流が流れる装置)に置き換えてもよい。 Note that the load of the present invention may be replaced with a device that operates at a predetermined voltage (set voltage) or higher (that is, a device through which current flows at a predetermined voltage or higher) instead of the cooling fan.
以上のように本実施形態例によれば、設定電圧以上で作動する負荷回路の短絡等の故障を確実に検知することができる。また、電圧の大きさに応じて消費電流が変動するような負荷回路に対しての短絡チェック回路の設計は、負荷回路の電流値に関係しない上記(1)式に基づいて行えばよいため、設計が簡単である。 As described above, according to this embodiment, it is possible to reliably detect a failure such as a short circuit in a load circuit that operates at a voltage equal to or higher than the set voltage. Further, the design of a short-circuit check circuit for a load circuit whose current consumption fluctuates according to the magnitude of the voltage can be performed based on the above equation (1), which is not related to the current value of the load circuit. Easy to design.
また、アナログ電圧の検出(従来例の図4では分圧抵抗205の両端電圧Voutを検出している)は不要なので、絶縁型アナログアンプなどは不要であり回路が簡潔である。
In addition, analog voltage detection (the voltage Vout across the
また、すでに複数の冷却ファン(FAN1~FAN3)のどれかを出力中の場合、新たに出力を追加する場合でも、上記と同様なシーケンスでチェック可能である。 In addition, when one of the plurality of cooling fans (FAN1 to FAN3) is already outputting, even when adding a new output, it is possible to check in the same sequence as above.
100…J24電源回路
10I…逆変換部
102,103…ゲートドライバIC
104…トランス
105…順変換部
106…リアクトル
107…コンデンサ
108…電流センサ
300…FAN短絡検出回路
D65,D65,D66…ダイオード
TR16,TR18,TR20,TR42…ハイサイドスイッチ
U39,U40,U41,U50,U51…フォトカプラ
R371,R372…抵抗
ZD34…ツェナーダイオード
P11~P13…端子(コネクタ)
FAN1~FAN3…冷却用ファン
100... J24 power supply circuit 10I...
DESCRIPTION OF
FAN1 to FAN3... Cooling fans
Claims (3)
前記直流電源の正極端と負極端の間に順次直列に接続された、第2のスイッチ、抵抗、ツェナー電圧が前記負荷の起動電圧未満に設定されたツェナーダイオード、フォトカプラと、
アノードが前記抵抗およびツェナーダイオードの共通接続点に接続され、カソードが前記負荷の正極端に接続されたダイオードとを備え、
前記第1のスイッチをオフ、第2のスイッチをオンしたときのフォトカプラのオン/オフ動作に基づいて前記負荷の正常/異常を判定することを特徴とする負荷回路故障検知装置。 a first switch connected between a positive terminal of a DC power supply and a positive terminal of a load that operates at a set voltage or higher and whose negative terminal is connected to the negative terminal of the DC power supply;
a second switch, a resistor, a Zener diode whose Zener voltage is set to be less than the starting voltage of the load, and a photocoupler, which are sequentially connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply;
a diode having an anode connected to the common junction of said resistor and a Zener diode, and a cathode connected to the positive end of said load;
A load circuit failure detection device, wherein normality/abnormality of the load is determined based on an on/off operation of a photocoupler when the first switch is turned off and the second switch is turned on.
前記直流電源の正極端と負極端の間に順次直列に接続された、第2のスイッチ、抵抗、ツェナー電圧が前記負荷の起動電圧未満に設定されたツェナーダイオード、フォトカプラと、
アノードが前記抵抗およびツェナーダイオードの共通接続点に接続され、カソードが前記負荷の正極端に接続されたダイオードとを有し、
前記第1のスイッチをオフ制御し、第2のスイッチをオン制御する制御ステップと、
前記制御ステップ実行時のフォトカプラのオン/オフ動作に基づいて前記負荷の正常/異常を判定するステップとを備えたことを特徴とする負荷回路故障検知方法。 a first switch connected between a positive terminal of a DC power supply and a positive terminal of a load that operates at a set voltage or higher and whose negative terminal is connected to the negative terminal of the DC power supply;
a second switch, a resistor, a Zener diode whose Zener voltage is set to be less than the starting voltage of the load, and a photocoupler, which are sequentially connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply;
a diode having an anode connected to the common junction of said resistor and a Zener diode, and a cathode connected to the positive end of said load;
a control step of turning off the first switch and turning on the second switch;
and determining normality/abnormality of the load based on ON/OFF operation of a photocoupler during execution of the control step.
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