JPH04218896A - ２線式伝送器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２本の伝送線を介して
伝送された電流を用いて回路電源を作ると共にセンサで
検出した物理量に関連する信号を信号処理して２本の伝
送線を介して遠方に配置された負荷（受信抵抗）に信号
を伝送する２線式伝送器に係り、特に回路電源を作るス
イッチング電源の二次負荷が大きくてもスム−ズに起動
出来るように改良した２線式伝送器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の２線式伝送器の回路構成を
示すブロック図である。２線式伝送器１０は外部回路１
１と伝送線Ｌ１、Ｌ２で接続されており、この外部回路
１１は２線式伝送器１０の回路電源を供給するに必要な
直流電圧Ｅｂと受信抵抗Ｒ１が端子Ｔ１、Ｔ２を介して
伝送線Ｌ１、Ｌ２に直列に接続されている。この伝送線
Ｌ１、Ｌ２の他端は２線式伝送器１０の端子Ｔ３、Ｔ４
に接続されている。

【０００３】端子Ｔ３、Ｔ４の間には、ダイオ−ドＤ１
、トランジスタＱ１、ダイオ−ドＤ２、帰還抵抗Ｒ２が
それぞれ直列に接続されている。また、ダイオ−ドＤ１
とトランジスタＱ１との接続点ＣＮ１と、ダイオ−ドＤ
２と帰還抵抗Ｒ２との接続点ＣＮ２との間には、定電流
回路ＣＣ１とツエナダイオ−ドＤ３とが直列に接続され
、さらに定電流回路ＣＣ１の両端にはトランジスタＱ２
のベ−スとコレクタが接続されている。トランジスタＱ
２のベ−スは、その一端がコンデンサＣ１の一端と接続
点ＣＮ３で接続され、その他端は接続点ＣＮ２に接続さ
れている。この接続点ＣＮ２とＣＮ３との間に直流の一
次電圧Ｖ１が発生する。この一次電圧Ｖ１はスイッチン
グ電源１３の一次端子Ｔ５と接続点ＣＮ２に接続された
共通端子Ｔ６との間に印加され、その二次端子Ｔ７と共
通端子Ｔ６との間に電圧変成された直流の二次電圧Ｖ２
を出力する。この二次電圧Ｖ２は、物理量を電気信号に
変換するセンサ及びこの電気信号を信号処理する信号処
理回路などを含む二次負荷１４の電源端子に接続される
。

【０００４】二次負荷１４からは測定された物理量に対
応したパルス幅信号ＰＷＭが出力され、このパルス幅信
号ＰＷＭは抵抗Ｒ３、Ｒ４とコンデンサＣ２とで構成さ
れたフイルタＦＬを介して演算増幅器Ｑ３の非反転入力
端（＋）に出力される。この演算増幅器Ｑ３の出力端は
負帰還抵抗Ｒ５を介して反転入力端（−）に接続される
と共に抵抗Ｒ３とＲ４との接続点にコンデンサＣ３を介
して接続されている。この構成により演算増幅器Ｑ３は
パルス幅信号ＰＷＭをアナログの電圧信号Ｖａに変換し
てその出力端に出力する。

【０００５】この電圧信号Ｖａは、一次電圧Ｖ１を抵抗
Ｒ６とＲ７で分圧された分圧電圧が反転入力端（−）に
印加された誤差増幅器Ｑ４の非反転入力端（＋）に抵抗
Ｒ８を介して出力される。さらに、この非反転入力端（
＋）には帰還抵抗Ｒ２に発生した帰還電圧Ｖｆと一次電
圧Ｖ１との和の電圧を抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０で分圧した
分圧電圧が印加されている。そして、この出力端に発生
した電圧でトランジスタＱ１のベ−ス電流を制御する。

【０００６】次に、この様に構成された２線式伝送器の
動作について説明する。直流電圧Ｅｂから２本の伝送線
Ｌ１、Ｌ２を介して伝送された電流の一部は端子Ｔ３か
ら定電流回路ＣＣとツエナダイオ−ドＤ３を介して端子
Ｔ４に向かって流れ、ツエナダイオ−ドＤ３の両端には
一定のツエナ電圧を発生させる。このため、トランジス
タＱ２のエミッタにはこのツエナ電圧に対してトランジ
スタＱ２のベ−ス／エミッタ間の電圧だけ異なる一次電
圧Ｖ１が発生し、この電圧でコンデンサＣ１が充電され
る。さらに、この一次電圧Ｖ１はスイッチング電源１３
に供給され、ここで直流／直流の電圧変成がなされてそ
の二次端子Ｔ７に二次電圧Ｖ２が発生させられる。この
二次電圧Ｖ２はセンサ或いは信号処理回路を含む二次負
荷１４の電源として供給される。

【０００７】二次負荷１４はこの二次電圧Ｖ２で駆動さ
れセンサで検出された信号に対して信号処理を行ってそ
の結果をパルス幅信号ＰＷＭとして出力する。このパル
ス幅信号ＰＷＭは演算増幅器Ｑ３でアナログ信号Ｖａに
変換されて、誤差増幅器Ｑ４に出力される。誤差増幅器
Ｑ４はこのアナログの電圧信号Ｖａと帰還電圧Ｖｆとが
一致するように制御し、その出力でトランジスタＱ１の
ベ−ス電流を制御する。トランジスタＱ１は電圧信号Ｖ
ａに対応した統一の電流信号Ｉ０（＝４ｍＡ〜２０ｍＡ
）として２本の伝送線Ｌ１、Ｌ２を介して受信抵抗Ｒ１
に出力する。従って、電流信号Ｉ０　は、センサからの
出力信号である電圧信号Ｖａにのみ応答する０〜１６ｍ
Ａの可変定電流と、定電流回路ＣＣ１とツエナダイオ−
ドＤ３を介して流れるベ−ス電流である４ｍＡ（０％）
の定電流との和の電流として受信抵抗Ｒ１に送出される
。

【０００８】しかしながら、このように信号電流分とベ
−ス電流分との和の電流を受信抵抗Ｒ１に流す構成の２
線式伝送器では、定電流回路ＣＣ１での電圧降下が大き
く、このため一次電圧Ｖ１を大きくとることができない
という問題がある。そこで、図４に示すように全電流を
制御して受信抵抗に送出する方式が採用される。以下、
この図４に示す構成について説明するが、図３に示す構
成と同一の機能を有する部分は同一の符号を付して適宜
にその説明を省略する。

【０００９】この２線式伝送器１５は、端子Ｔ３とＴ４
との間に、ダイオ−ドＤ１、電流制御用のトランジスタ
Ｑ５、このトランジスタＱ５のベ−ス電流を制御するト
ランジスタＱ６、ダイオ−ドＤ４、及び帰還抵抗Ｒ２が
それぞれ直列に接続されている。トランジスタＱ５のエ
ミッタとコレクタとの間には起動抵抗Ｒ１１が接続され
ている。起動抵抗Ｒ１１とトランジスタＱ５のコレクタ
との接続点ＣＮ４と接続点ＣＮ２との間にはツエナダイ
オ−ドＤ５が接続され、このツエナダイオ−ドＤ５の両
端には直流の一次電圧Ｖ１´が発生する。そして、トラ
ンジスタＱ６のベ−スは誤差増幅器Ｑ４の出力端と接続
されている。

【００１０】この構成によれば、起動時には起動抵抗Ｒ
１１を介してツエナダイオ−ドＤ５にわずかに電流を流
し、その両端に一次電圧Ｖ１´を発生させ、この一次電
圧Ｖ１´はスイッチング電源１３で二次電圧Ｖ２´に変
換されて二次負荷１４に供給される。二次負荷１４に内
蔵されるセンサからの信号は電圧信号Ｖａとして演算増
幅器Ｑ３の出力端に得られ、誤差増幅器Ｑ４を介してト
ランジスタＱ６のベ−ス電流を制御する。このベ−ス電
流によりそのコレクタ電流が制御されるので、結局この
コレクタ電流はトランジスタＱ５のベ−ス電流を制御す
ることとなり、トランジスタＱ５は端子Ｔ３、Ｔ４の間
に流れる全電流を制御することとなる。つまり、電圧信
号Ｖａによりベ−ス電流である４ｍＡ（０％）と共に信
号電流（０〜１６ｍＡ）も含めた全電流を定電流制御す
ることとなる。この方式によれば、端子Ｔ３とＴ４との
間の電圧からトランジスタＱ５のエミッタ／コレクタ間
の電圧を差引いただけの電圧を一次電圧Ｖ１´として使
用できるので図３に示す場合に比べて大きな一次電圧を
確保することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような２線式伝送器は一次電圧を大きく選定できる利点
はあるが、以下に説明する不具合がある。起動時には二
次電圧Ｖ２´はゼロＶであるので、スイッチング電源１
３の内部のスイッチ素子はオンになりスイッチング電源
１３の一次電流は全て二次負荷１４に流れるが、二次負
荷１４が多くの電流を要求する重い負荷のときは、二次
電圧Ｖ２´が設定値までなかなか上昇しないので、スイ
ッチ素子はオン状態を継続する。このため、ついにはス
イッチング電源１３の一次電流と二次電流が等しくなり
電流変化がなくなる。スイッチング電源１３は内部のイ
ンダクタンスに蓄えられるエネルギを利用して電圧変成
をするのであるから電流変化がなくなるとその機能を停
止する。その結果、誤差増幅器Ｑ４の出力電圧も低下し
、トランジスタＱ６はオフとなり、全電流を定電流制御
するトランジスタＱ５もオフとなる。したがって、ベ−
ス電流もなくなり当初の起動状態に戻り、再び起動抵抗
Ｒ１１に電流を流して立ち上るシ−ケンスを繰り返すこ
ととなり、このため出力電流がハンチングを起こし、正
常な動作状態に移行しないという問題がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、負荷側から２本の伝送線を介して電流
の供給を受けると共に測定すべき物理量をセンサにより
電気信号に変換しこれを信号処理回路で信号処理して伝
送線を介して負荷側に電流を含む全電流を制御して電流
信号として伝送する２線式伝送器に係り、全電流を用い
て回路を動作させる直流の一次電圧を作る定電圧発生手
段と、この一次電圧をスイッチングして二次電圧を作り
これを信号処理回路を含む二次負荷に直流の二次電圧と
して供給するスイッチング電源とを有し、このスイッチ
ング電源は、二次電圧と所定の基準電圧との偏差を演算
して偏差信号を出力する誤差増幅手段と、所定のレベル
幅を経時的に変化する比較信号を出力する励振手段と、
レベル幅の最低レベルより大きい基準レベルと偏差信号
との論理和を演算して論理和信号を出力する演算手段と
、この論理和信号と比較信号とが入力されこれ等の偏差
に応じてスイッチング素子を開閉するオン／オフ信号を
出力する制御手段とを具備し、偏差信号が最低レベル以
下になってもオン／オフ信号が出力されるようにしたも
のである。

【００１３】

【作　　用】誤差増幅手段により二次電圧と所定の基準
電圧との偏差を演算して偏差信号を出力し、また励振手
段により所定のレベル幅を経時的に変化する比較信号を
出力する。演算手段はこのレベル幅の最低レベルより大
きい基準レベルと偏差信号との論理和を演算して論理和
信号を出力する。制御手段はこの論理和信号と比較信号
との偏差に応じてスイッチング素子を開閉するオン／オ
フ信号を出力する。このようにして、二次負荷が大きく
大きな負荷電流を取って二次電圧が所定の値まで立ち上
がらない起動状態で偏差信号が最低レベル以下になって
も基準レベルに対応するオン／オフ信号が出力されるよ
うにしてスイッチング素子がオン状態を継続し続けてス
イッチング電源が機能しなくなるのを避ける。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の要部構成を示すブロ
ック図である。なお、図４に示す従来の２線式伝送器と
同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜に
その説明を省略する。

【００１５】この実施例は図４に示す全電流を制御する
方式のスイッチング電源１３に対応する改良されたスイ
ッチング電源１６の構成を示している。従って、スイッ
チング電源１６以外の部分については図４に示す構成と
同一である。スイッチング電源１６の一次端子Ｔ５と二
次端子Ｔ７との間には、インダクタンスＬとＰ−ＭＯＳ
電界効果トランジスタで形成されたスイッチ素子ＳＷと
が直列に接続されている。また、スイッチ素子ＳＷとイ
ンダクタンスＬの接続点と共通端子Ｔ６との間には転流
用のダイオ−ドＤ６が接続されている。さらに、二次端
子Ｔ７と共通端子Ｔ６との間にはコンデンサＣ４と、抵
抗Ｒ１２とＲ１３とが直列に接続された直列回路が接続
されている。これ等のインダクタンスＬ、コンデンサＣ
４及びダイオ−ドＤ６で平滑回路を形成している。抵抗
Ｒ１２とＲ１３とで二次電圧Ｖ２´が分圧され、分圧さ
れた分圧電圧は一次電圧Ｖ１´で付勢された誤差増幅器
Ｑ７の非反転入力端（＋）に印加されている。この誤差
増幅器Ｑ７の反転入力端（−）には、共通端子Ｔ６に対
して基準電圧Ｅｓが抵抗Ｒ１４を介して印加されると共
にその出力端との間に抵抗Ｒ１５とコンデンサＣ５との
直列回路が抵抗Ｒ１６の両端に並列に接続された並列回
路として接続されている。

【００１６】誤差増幅器Ｑ７の出力端に現れる出力電圧
Ｖｅは、一次端子Ｔ５と共通端子Ｔ６との間に定電流回
路ＣＣ２と直列にコレクタとエミッタが接続されたトラ
ンジスタＱ８のベ−スに印加されている。また、一次端
子Ｔ５と共通端子Ｔ６との間に定電流回路ＣＣ２を共通
として直列にコレクタとエミッタが接続されたトランジ
スタＱ９のベ−スには所定の電圧値を持つ基準レベルＶ
ｓが印加されている。これ等のトランジスタＱ８、Ｑ９
は論理和を演算する論理演算回路１７を構成している。 トランジスタＱ８とＱ９のエミッタは一次電圧Ｖ１´で
付勢された制御増幅器Ｑ１０の非反転入力端（＋）に接
続されている。また、一次端子Ｔ５と共通端子Ｔ６との
間にはトランジスタＱ１１のコレクタとエミッタと定電
流回路ＣＣ３が直列に接続され、そのベ−スには共通端
子Ｔ６に対して三角波発生回路１８から三角波電圧Ｖ３
が印加され、そのエミッタは制御増幅器Ｑ１０の反転入
力端（−）に接続されている。この三角波電圧Ｖ３は最
大ピ−ク値Ｖｈ、最小ピ−ク値Ｖｍを有し、基準レベル
Ｖｓはこれ等の間に設定されている。なお、定電流回路
ＣＣ２、ＣＣ３は各回路の動作点を決めるためのバイア
ス電流を決定するためのものである。制御増幅器Ｑ１０
の出力端に生じるオン／オフ信号Ｖｃによりスイッチ素
子ＳＷを構成する電界効果トランジスタのゲ−トを制御
する。

【００１７】次に、以上のように構成された回路の動作
について図２に示す波形図を用いて説明する。オン／オ
フ信号Ｖｃで制御されたスイッチ素子ＳＷでオン／オフ
された一次電圧Ｖ１´は、インダクタンスＬ、コンデン
サＣ４及びダイオ−ドＤ６で構成された平滑回路で平滑
されて二次電圧Ｖ２´とされる。誤差増幅器Ｑ７は二次
電圧Ｖ２´を抵抗Ｒ１２とＲ１３で分圧した分圧電圧と
基準電圧Ｅｓとを比較し、その結果を出力電圧Ｖｅとし
てトランジスタＱ８のベ−スに出力する。

【００１８】出力電圧Ｖｅが基準レベルＶｓより大きい
ときには、トランジスタＱ８はオンで、Ｑ９はオフとな
り、制御増幅器Ｑ１０の非反転入力端（＋）には出力電
圧ＶｅからトランジスタＱ８のベ−ス／エミッタ間電圧
Ｖｂｅを減じた電圧（Ｖｅ−Ｖｂｅ）が印加され、その
反転入力端（−）には図２（ａ）に示すように三角波電
圧Ｖ３からトランジスタＱ１１のベ−ス／エミッタ間電
圧を減じた電圧が印加され、制御増幅器Ｑ１０はこれ等
の電圧を比較してその出力端にはこれ等の電圧の偏差に
応じたオン／オフ時間を持つ図２（ｂ）に示すようなオ
ン／オフ信号Ｖｃを出力してスイッチＳＷをオン／オフ
し、基準電圧Ｅｓに対応する二次電圧Ｖ２´になるよう
に制御する。

【００１９】出力電圧Ｖｅが基準レベルＶｓより小さい
ときには、トランジスタＱ８はオフで、Ｑ９はオンとな
り、制御増幅器Ｑ１０の非反転入力端（＋）には基準レ
ベルＶｓからトランジスタＱ９のベ−ス／エミッタ間電
圧Ｖｂｅを減じた電圧（Ｖｓ−Ｖｂｅ）が固定的に印加
され、その反転入力端（−）には図２（ａ）に示す三角
波電圧Ｖ３からトランジスタＱ１１のベ−ス／エミッタ
間電圧を減じた電圧が印加され、制御増幅器Ｑ１０はこ
れ等の電圧を比較してその出力端にはこれ等の電圧の偏
差に対応する固定的なオン／オフ時間を持つ図２（ｃ）
に示すようなオン／オフ信号Ｖｃを出力してスイッチＳ
Ｗをオン／オフ制御する。従って、たとえ起動時に二次
電圧Ｖ２´がゼロＶであっても制御増幅器Ｑ１０はオン
／オフ信号ＶｃをスイッチＳＷに送りスイッチＳＷをオ
ン／オフするので、二次負荷１４が重くてもスイッチン
グ作用が不能になり出力電流がハンチングを起こすよう
なことはなく、ソフトに起動させることが出来る。

【００２０】

【発明の効果】以上、実施例を用いて具体的に説明した
ように本発明によれば、二次電圧と所定の基準電圧との
偏差を演算して偏差信号を出力する誤差増幅手段と、所
定のレベル幅を経時的に変化する比較信号を出力する励
振手段と、レベル幅の最低レベルより大きい基準レベル
と偏差信号との論理和を演算して論理和信号を出力する
演算手段と、この論理和信号と比較信号とが入力されこ
れ等の偏差に応じてスイッチング素子を開閉するオン／
オフ信号を出力する制御手段とを有するスイッチング電
源としたので、二次負荷が重く偏差信号が比較信号の最
低レベル以下の起動時のときでもオン／オフ信号が出力
され、動作不能に陥ることはなく安定な起動が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の要部構成を示すブロック図
である。

【図２】図１に示す回路の動作を説明する波形図である
。

【図３】従来の第１の２線式伝送器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の第２の２線式伝送器の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１０　　２線式伝送器 １３　　スイッチング電源 １４　　二次負荷 １５　　２線式伝送器 １６　　スイッチング電源 １７　　論理演算回路 １８　　三角波回路 Ｖｃ　　オン／オフ信号 Ｖ１´　　一次電圧 Ｖ２´　　二次電圧 Ｅｓ　　基準電圧 Ｖｓ　　基準レベル Ｖｅ　　出力電圧 Ｖ３　　三角波電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　負荷側から２本の伝送線を介して電流
   の供給を受けると共に測定すべき物理量をセンサにより
   電気信号に変換しこれを信号処理回路で信号処理して前
   記伝送線を介して前記負荷側に前記電流を含む全電流を
   制御して電流信号として伝送する２線式伝送器において
   、前記全電流を用いて回路を動作させる直流の一次電圧
   を作る定電圧発生手段と、この一次電圧をスイッチング
   して二次電圧を作りこれを前記信号処理回路を含む二次
   負荷に直流の二次電圧として供給するスイッチング電源
   とを有し、このスイッチング電源は、前記二次電圧と所
   定の基準電圧との偏差を演算して偏差信号を出力する誤
   差増幅手段と、所定のレベル幅を経時的に変化する比較
   信号を出力する励振手段と、前記レベル幅の最低レベル
   より大きい基準レベルと前記偏差信号との論理和を演算
   して論理和信号を出力する演算手段と、この論理和信号
   と前記比較信号とが入力されこれ等の偏差に応じてスイ
   ッチング素子を開閉するオン／オフ信号を出力する制御
   手段とを具備し、前記偏差信号が前記最低レベル以下に
   なっても前記オン／オフ信号が出力されるようにしたこ
   とを特徴とする２線式信号伝送器。