JP7411254B2

JP7411254B2 - 電源制御回路

Info

Publication number: JP7411254B2
Application number: JP2021194219A
Authority: JP
Inventors: 成雄吉川
Original assignee: 株式会社ミヤワキ
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2041-11-30
Also published as: JP2023080724A

Description

本発明は、電池から負荷回路への駆動電源の供給を制御する電源制御回路に関する。

蒸気配管系を備えたプラント等においては、熱交換又は放熱等によって配管系内に復水（ドレン）が生じることがある。この復水を配管系内に滞留させると運転効率が低下する原因となるため、一般には、配管系の適所にスチームトラップを設置し、このスチームトラップによって復水を配管系の外部に排出するようにしている。

経年劣化又は作動不良等によってスチームトラップのシール性能が損なわれると、蒸気配管系内の蒸気がスチームトラップを介して外部に漏出し、無駄な蒸気損失を招くこととなる。そのため、１年に１回等の定期的に、スチームトラップの状態を点検する作業が行われる。

下記特許文献１には、スチームトラップの状態を診断するための計測装置及び診断装置が開示されている。計測装置は可搬型の計測装置であり、診断装置はタブレット端末又はノートパソコン等であり、計測装置と診断装置とは相互に無線通信が可能である。計測装置は、各スチームトラップの表面温度を計測する温度センサと、各スチームトラップの振動強度を計測する振動センサと、温度センサ及び振動センサから出力された計測データを記憶する記憶部と、当該計測データを診断装置に送信する通信部と、表示部とを備えている。診断装置は、計測装置から受信した計測データに基づいて各スチームトラップの状態（正常又は異常）を診断し、その診断の結果を示す診断データを計測装置に送信する。計測装置は、診断装置から受信した診断データに基づいて、各スチームトラップに関する診断の結果を表示部に表示する。

図４は、背景技術に係る計測装置が備える回路構成の一部を簡略化して示す回路図である。計測装置は、アルカリ乾電池等の電池１０２と、マイクロコントローラ（以下「マイコン」と略す）１０３と、電池１０２からマイコン１０３への駆動電源の供給を制御する電源制御回路１０１とを備えている。電源制御回路１０１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１と、抵抗素子１１２と、操作スイッチ１１３とを有している。マイコン１０３は、電源ポート１２１と入力ポート１２２とを有している。電源ポート１２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１と抵抗素子１１２との間のノードＮ５１に接続されている。入力ポート１２２は、抵抗素子１１２と操作スイッチ１１３との間のノードＮ５２に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は、電池１０２からの出力電圧を昇圧又は降圧した所定電圧を、駆動電源としてマイコン１０３の電源ポート１２１に供給する。

マイコン１０３は、その動作モードとして、スリープモード及びアクティブモードを有している。スリープモードは、マイコン１０３の全ての機能のうち有効な機能を制限することによって消費電力量を削減するモードである。アクティブモードは、マイコン１０３の全ての機能を有効化するモードである。

マイコン１０３がスリープモードの状態でユーザが操作スイッチ１１３をオン操作すると、マイコン１０３は、入力ポート１２２への入力電圧値の変化によってオン操作の実行を検出し、自身をスリープモードからアクティブモードへ復帰する。アクティブモードにおけるマイコン１０３の駆動電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１から電源ポート１２１に供給される。

マイコン１０３がアクティブモードの状態でユーザが操作スイッチ１１３をオフ操作すると、マイコン１０３は、入力ポート１２２への入力電圧値の変化によってオフ操作の実行を検出し、自身をアクティブモードからスリープモードへ移行する。スリープモードにおけるマイコン１０３の駆動電源は、アクティブモードと同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１から電源ポート１２１に供給される。

特開２０１８－８４４１８号公報

背景技術に係る計測装置では、スリープモードにおけるマイコン１０３の駆動電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１から電源ポート１２１に供給される。つまり、スリープモードであってもＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は駆動している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１１は、変換損失等に起因して電流消費量が比較的大きい（数ｍＡレベルである）。従って、背景技術に係る計測装置では、スリープモードであっても電池１０２の残容量の消費が大きいため、実際に計測装置を用いてスチームトラップの点検作業を行う際に、電池切れの頻度が高くなる可能性があった。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、電力消費量を削減することが可能な電源制御回路を得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る電源制御回路は、電池から負荷回路への駆動電源の供給を制御する電源制御回路であって、ユーザによってオン操作又はオフ操作される操作スイッチと、イネーブル端子を有し、前記電池からの出力電圧を昇圧又は降圧した所定電圧を、前記駆動電源として前記負荷回路の電源ポートに供給する電圧変換回路と、前記イネーブル端子に接続されたスイッチング素子と、前記電池と前記負荷回路の入力ポートとの間の電流経路を導通状態又は遮断状態に切り換える切換回路と、を備え、前記操作スイッチがオン操作されることにより、前記切換回路が前記電流経路を導通状態に切り換えることで前記スイッチング素子がオン状態に設定されて前記イネーブル端子にオン信号が入力され、それによって前記電圧変換回路は前記電源ポートへの前記所定電圧の供給を開始し、前記操作スイッチがオフ操作されることにより、前記切換回路が前記電流経路を遮断状態に切り換えることで前記スイッチング素子がオフ状態に設定されて前記イネーブル端子にオフ信号が入力され、それによって前記電圧変換回路は前記電源ポートへの前記所定電圧の供給を停止する。

本態様によれば、操作スイッチがオフ操作されることにより、切換回路が電池と入力ポートとの間の電流経路を遮断状態に切り換えることでスイッチング素子がオフ状態に設定されてイネーブル端子にオフ信号が入力され、それによって電圧変換回路は電源ポートへの所定電圧の供給を停止する。これにより、電力消費量が比較的大きい電圧変換回路の駆動を停止できるため、電源制御回路における電力消費量を削減することが可能となる。また、操作スイッチがオフ操作されると、負荷回路はスリープモードに移行するのではなく駆動が停止される。従って、スリープモードで駆動させるための電源供給さえ不要となるため、電力消費量をさらに削減することが可能となる。

上記態様において、前記負荷回路は、スチームトラップを診断するための可搬型の計測装置が備える制御回路を含む。

本態様によれば、スチームトラップを診断するための可搬型の計測装置の電力消費量を削減することができる。

本発明によれば、電力消費量を削減することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る計測装置が備える回路構成の一部を簡略化して示す回路図である。電源制御回路の動作を示す回路図である。電源制御回路の動作を示す回路図である。背景技術に係る計測装置が備える回路構成の一部を簡略化して示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る計測装置が備える回路構成の一部を簡略化して示す回路図である。計測装置は、スチームトラップを診断するための可搬型の計測装置である。診断対象のスチームトラップに対して作業者が計測装置のプローブを押し当てることにより、計測装置は当該スチームトラップの温度及び振動を計測する。計測装置は、計測した温度及び振動に基づいて当該スチームトラップの状態（正常又は異常）を診断する診断機能を備えていても良い。あるいは、当該診断機能は、計測装置と通信可能な診断装置が備えていても良い。

図１を参照して、計測装置は、アルカリ乾電池等の電池２と、マイクロコントローラ（以下「マイコン」と略す）３を含む負荷回路と、電池２からマイコン３への駆動電源の供給を制御する電源制御回路１とを備えている。計測装置の動作を制御する制御回路としてのマイコン３は、ＣＰＵ等の演算装置と、ＲＯＭ又はＲＡＭ等の記憶装置とを含んで構成されている。負荷回路は、マイコン３のほかに、周辺回路及びアナログ回路を含んでいても良い。

電源制御回路１は、操作スイッチ１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、スイッチング素子１３と、ゲートＩＣ１４と、時計ＩＣ１５と、ＬＤＯ（Low Drop Out）１６と、抵抗素子１７，１８とを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、イネーブル端子２０を有している。マイコン３は、電源ポート３０と、第１入力ポート３１と、出力ポート３２と、第２入力ポート３３とを有している。

この例において、スイッチング素子１３は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ノードＮ２に接続されたゲートと、ノードＮ４に接続されたドレインと、イネーブル端子２０に接続されたソースとを有している。ノードＮ２は、ノードＮ１及びノードＮ３に接続されている。ノードＮ１は、ノードＮ４に接続されている。

電池２の負極はＧＮＤに接続されており、電池２の正極はノードＮ４に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力はノードＮ１に接続されている。抵抗素子１７の一端はノードＮ３に接続されており、抵抗素子１７の他端はノードＮ４に接続されている。ノードＮ３，Ｎ４はゲートＩＣ１４に接続されている。

ＬＤＯ１６の入力はノードＮ４に接続されており、ＬＤＯ１６の出力はノードＮ５に接続されている。抵抗素子１８の一端はノードＮ５に接続されており、抵抗素子１８の他端はノードＮ６に接続されている。ノードＮ５はゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５に接続されている。ノードＮ６はゲートＩＣ１４に接続されている。

操作スイッチ１１の一端はノードＮ６に接続されており、操作スイッチ１１の他端はＧＮＤに接続されている。

電源ポート３０はＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力に接続されており、第１入力ポート３１及び出力ポート３２はゲートＩＣ１４に接続されており、第２入力ポート３３は時計ＩＣ１５に接続されている。

ゲートＩＣ１４（切換回路）は、例えばオープンドレイン方式のバッファ回路を用いて構成可能であり、電池２とマイコン３の第１入力ポート３１との間の電流経路を、導通状態又は遮断状態に切り換える。

時計ＩＣ１５は、時刻を管理し、時刻情報をマイコン３の第２入力ポート３３に入力する。なお、時刻情報に限らず、マイコン３がオフモードの際にもリアルタイムで管理する必要がある情報を出力する所望のＩＣを、時計ＩＣ１５と同様にマイコン３とは別のＩＣとして実装しても良い。

ＬＤＯ１６は、電池２の出力電圧を降圧することにより、ゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５を駆動するための一定電圧の駆動電源を生成し、当該駆動電源をゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５に供給する。なお、マイコン３がオフモードの際にもＬＤＯ１６からゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５への電源供給は継続され、ゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５の動作に伴って漏れ電流が発生する。しかし、ゲートＩＣ１４及び時計ＩＣ１５の各々の動作に伴う漏れ電流は、いずれも１μＡ程度であり十分に小さい。

マイコン３は、その動作モードとして、オフモード及びアクティブモードを有している。オフモードは、マイコン３への電源供給を停止し、マイコン３の全ての機能を無効化することによって消費電力量を削減するモードである。アクティブモードは、マイコン３の全ての機能を有効化するモードである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、マイコン３がアクティブモードの状態において、電池２からの出力電圧を昇圧又は降圧した所定電圧を、駆動電源としてマイコン３の電源ポート３０に供給する。なお、マイコン３がオフモードの状態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は駆動を停止しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２からマイコン３への上記所定電圧の供給は停止されている。

図２，３は、電源制御回路１の動作を示す回路図である。図２は、マイコン３がオフモードの状態でユーザが操作スイッチ１１をオン操作した際の動作を示している。図３は、マイコン３がアクティブモードの状態でユーザが操作スイッチ１１をオフ操作した際の動作を示している。

図２を参照して、マイコン３がオフモードの状態でユーザが操作スイッチ１１をオン操作すると、ゲートＩＣ１４は、ノードＮ６の電位変化に伴う入力電圧値の変化によってオン操作の実行を検出し、電池２と第１入力ポート３１との間の電流経路を導通状態に切り換える。当該電流経路に電流が流れることによってスイッチング素子１３はオン状態となり、ノードＮ４からイネーブル端子２０にオン信号としての電流が入力される。イネーブル端子２０にオン信号が入力されることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は駆動を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電池２からの出力電圧Ｖ１を昇圧又は降圧した所定電圧Ｖ２を、マイコン３の電源ポート３０へ供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から電源ポート３０への所定電圧Ｖ２の供給が開始されると、マイコン３は、電池２と第１入力ポート３１との間の導通状態を維持させる命令Ｓ１を、出力ポート３２からゲートＩＣ１４に入力する。これにより、ゲートＩＣ１４は、ユーザが操作スイッチ１１を離した後においても電池２と第１入力ポート３１との間の導通状態を維持する。その結果、マイコン３の起動処理、つまりオフモードからアクティブモードへの復帰が完了する。マイコン３がアクティブモードを継続している状態では、スイッチング素子１３のオン状態は継続され、イネーブル端子２０へのオン信号の入力も継続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から電源ポート３０への駆動電源の供給も継続される。

図３を参照して、マイコン３がアクティブモードの状態でユーザが操作スイッチ１１をオフ操作すると、ゲートＩＣ１４は、ノードＮ６の電位変化に伴う入力電圧値の変化によってオフ操作の実行を検出し、電池２と第１入力ポート３１との間の電流経路を遮断状態に切り換える。当該電流経路に電流が流れないことによってスイッチング素子１３はオフ状態となり、イネーブル端子２０へのオン信号の入力も停止され（つまりオフ信号が入力され）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から電源ポート３０への駆動電源の供給も停止される。

なお、ゲートＩＣ１４は、オフ操作の検出によって上記電流経路を遮断状態に切り換えるのではなく、オフ操作を検出した場合、その検出信号をマイコン３に入力しても良い。この場合、マイコン３からゲートＩＣ１４に上記電流経路を遮断状態に切り換えさせる命令Ｓ２が入力され、ゲートＩＣ１４は命令Ｓ２に基づいて上記電流経路を遮断状態に切り換える。

本実施の形態に係る電源制御回路１によれば、操作スイッチ１１がオフ操作されることにより、ゲートＩＣ１４（切換回路）が電池２と第１入力ポート３１との間の電流経路を遮断状態に切り換えることでスイッチング素子１３がオフ状態に設定され、イネーブル端子２０にオフ信号が入力される。イネーブル端子２０にオフ信号が入力されることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２（電圧変換回路）は、電源ポート３０への所定電圧Ｖ２の供給を停止する。これにより、電力消費量が比較的大きいＤＣ／ＤＣコンバータ１２の駆動を停止できるため、電源制御回路１における電力消費量を削減することが可能となる。また、操作スイッチ１１がオフ操作されると、マイコン３はスリープモードではなくオフモードに移行して駆動を停止する。従って、マイコン３をスリープモードで駆動させるための数十μＡレベルの電源供給さえ不要となるため、電力消費量をさらに削減することが可能となる。

また、本実施の形態に係る電源制御回路１によれば、スチームトラップを診断するための可搬型の計測装置の電力消費量を削減することができる。

１電源制御回路
２電池
３マイコン
１１操作スイッチ
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３スイッチング素子
１４ゲートＩＣ
２０イネーブル端子
３０電源ポート
３１第１入力ポート
３２出力ポート
３３第２入力ポート

Claims

電池から負荷回路への駆動電源の供給を制御する電源制御回路であって、
ユーザによってオン操作又はオフ操作される操作スイッチと、
イネーブル端子を有し、前記電池からの出力電圧を昇圧又は降圧した所定電圧を、前記駆動電源として前記負荷回路の電源ポートに供給する電圧変換回路と、
前記イネーブル端子に接続されたスイッチング素子と、
前記電池と前記負荷回路の入力ポートとの間の電流経路を導通状態又は遮断状態に切り換える切換回路と、
を備え、
前記操作スイッチがオン操作されることにより、前記切換回路が前記電流経路を導通状態に切り換えることで前記スイッチング素子がオン状態に設定されて前記イネーブル端子にオン信号が入力され、それによって前記電圧変換回路は前記電源ポートへの前記所定電圧の供給を開始し、
前記操作スイッチがオフ操作されることにより、前記切換回路が前記電流経路を遮断状態に切り換えることで前記スイッチング素子がオフ状態に設定されて前記イネーブル端子にオフ信号が入力され、それによって前記電圧変換回路は前記電源ポートへの前記所定電圧の供給を停止する、電源制御回路。
前記負荷回路は、スチームトラップを診断するための可搬型の計測装置が備える制御回路を含む、請求項１に記載の電源制御回路。