JPH09298875A - 産業ロボット・コントローラ用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化させることなくロボットの危険動作を
回避し得る産業ロボット・コントローラ用電源装置を提
供する。 【解決手段】 産業ロボット・コントローラ用電源装置
において、１つの絶縁トランス１を用いて１つの交流入
力電圧から複数の直流出力電圧を生成することにより、
１次電源（交流入力電圧）を投入、解放した時に、複数
の直流出力電圧を同時に出力、出力停止させること等が
できるようにし、また、ＡＣ電圧異常検出回路１００に
より、交流入力電圧が規定値を超えるという異常を検出
し、さらに複数の直流出力電圧を一括して監視し、それ
ら異常検出結果、監視結果を産業ロボット・コントロー
ラに伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に関し、
特に産業用ロボット・コントローラに好適な電源装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット・コントローラは、外部
入力回路、外部出力回路、外部シリアル通信回路、サー
ボモータエンコーダ回路、コントロール回路（論理回
路）等の各種回路により構成されているが、これら回路
を駆動するための直流電源としては、従来、（各回路に
対応する）短絡保護付の複数の定電圧電源を用意し、こ
れらを組み合わせてコントローラの各回路に必要な電源
を供給していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各定電圧電源
は、電源投入時、電源解放時の電圧変化の時定数が異な
っており、このため１次電源（商用の交流電源）が停電
した場合など、各回路における直流電圧変化を同期して
制御することができず、産業用ロボットが制御不能とな
り、危険動作する可能性があった。また、この危険性を
回避するためには電源シーケンス回路を付加して、回路
規模を大きくする必要があった。また、複数の定電圧電
源のうちの１つに異常が発生しただけで、コントローラ
は原因不明で全体として停止するか、或いは異常動作を
行う危険性があった。さらに、電源投入時にコントロー
ラの各回路を同期してリセットを制御することができ
ず、これを解決するためには、各回路別に電源監視回路
を設ける必要があり、コントローラの回路が繁雑にな
る。また、１次電源（商用の交流電源）の電圧が規定値
を超えて変動した場合の保護回路が無く、このような異
常電圧に対する回路の損傷が大きくなっていた。また、
これに対処するたるための回路は、大規模となってしま
う。そこで、本発明の目的は、大型化させることなくロ
ボットの危険動作を回避し得る産業ロボット・コントロ
ーラ用電源装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、産業ロボット・コントローラ用電源装置
において、１つの絶縁トランスを用いて１つの交流入力
電圧から複数の直流出力電圧を生成する生成回路と、前
記複数の直流出力電圧を一括して監視して、その監視結
果を前記産業ロボット・コントローラに伝達する出力電
圧監視回路を備えている。

【０００５】また、本発明は、産業ロボット・コントロ
ーラ用電源装置において、１つの絶縁トランスを用い
て、スイッチング方式、及びフォワード・コンバータ方
式により、１つの交流入力電圧からそれぞれ出力短絡保
護された複数の直流出力電圧を生成する生成回路と、前
記交流入力電圧として１００ボルト、または２００ボル
トの電圧を選択する選択回路と、前記交流入力電圧が投
入された際にリセット信号を前記産業ロボット・コント
ローラに送出する信号送出回路と、前記交流入力電圧が
高電圧、または低電圧の規定値を超えるという異常を検
出する異常検出回路と、前記複数の直流出力電圧が規定
値よりも低下するか否かを一括して監視し、その監視結
果を前記産業ロボット・コントローラに伝達する出力電
圧監視回路とを備えている。

【０００６】本発明によれば、産業ロボット・コントロ
ーラ用電源装置において、１つの絶縁トランスを用いて
１つの交流入力電圧から複数の直流出力電圧を生成する
生成回路と、前記複数の直流出力電圧を一括して監視し
て、その監視結果を前記産業ロボット・コントローラに
伝達する出力電圧監視回路を備えているので、電源装置
を大型化させなくても、１次電源（交流入力電圧）を投
入、解放した時に、複数の直流出力電圧を同時に出力、
出力停止させること等ができ、産業用ロボットの危険動
作を回避することが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態例によ
る産業ロボット・コントローラ用電源装置について説明
する。図１，図２は、本形態例による産業ロボット・コ
ントローラ用電源装置の構成を示す回路図である。この
電源装置は、産業用ロボット・コントローラ（以下、コ
ントローラという）の電源として使用されるものであ
り、図１に示したように、１つの絶縁トランス１を用い
て、スイッチング方式、およびフォワード・コンバータ
方式により、互いに絶縁された複数の直流出力（定電
圧）を得ており、スイッチング素子としては、パワーＦ
ＥＴ２が用いられている。

【０００８】また、出力電圧を定電圧に制御する制御素
子しては、スイッチングＩＣ３が使用されている。この
スイッチングＩＣ３は、パワーＦＥＴ２のスイッチング
周期（発振周波数）を一定に制御すると共に、そのスイ
ッチングの１周期に対するＯＮ時間の比率（デューティ
・サイクル）制御、すなわちＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉ
ｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御を
行うことにより、出力電圧を定電圧に制御するように構
成されている。また、本電源装置に特有な回路しては、
図１中のＡＣ電圧異常検出回路１００と、図２に示した
ＤＣ電圧監視回路２００を備えている。ＡＣ電圧異常検
出回路１００は、停電等による入力電圧（商用のＡＣ１
００Ｖ、またはＡＣ２００Ｖ：）の異常を検出する回路
である。また、ＤＣ電圧監視回路２００は、ＤＣ出力電
圧の低下を検出するＤＣ電圧異常検出回路２０１と、コ
ントローラ全体をリセットするリセット回路２０２とを
有している。なお、これらＡＣ電圧異常検出回路１０
０、ＤＣ電圧監視回路２００については、後で詳細に説
明する。

【０００９】図１のヒューズ４は、ＡＣ入力からＤＣ出
力までの間に起きる短絡により、本電源装置やコントロ
ーラが破壊等されて産業用業ロボットが危険動作を行う
のを防止するために設けられている。また、ノイズフィ
ルタ５は、ＡＣラインに現れる各種のノイズ（ＤＣ出力
ラインからＡＣ入力ラインに戻る入力帰還ノイズ等）を
低減させると共に、これら入力ノイズの低減により出力
ノイズをも低減させるものである。なお、本電源装置
は、フォワード・コンバータ方式を採用しており、数１
０ＭＨｚ以上の高周波ノイズが多いので、それほど大き
なインダクタンスのコイルは必要なく、小型のノイズフ
ィルタでよい。ノイズフィルタ５の後段には、ヒューズ
付きの突入防止抵抗６が設けられている。この突入防止
抵抗６は、この突入防止抵抗６と並列に配設されたリレ
ー７の接点７ａ、３端子レギュレータ８、ダイオード９
と共に、電源投入時における突入電流を制限するための
突入防止回路を構成している。なお、ダイオード９は、
リレー７にて発生されるノイズを低減するスナバ回路と
して機能する。

【００１０】入力側の整流回路３００は、ブリッジ・ダ
イオード１０ａ〜１０ｄと平滑コンデンサ１１ａ，１１
ｂから構成されている。なお、平滑コンデンサ１１ａ，
１１ｂは、抵抗１２ａ，１２ｂと共に倍圧回路４００と
しても機能しているが、この倍圧回路４００は、電圧切
替端子１３をショートさせてＡＣ１００Ｖを入力した場
合に働き、電圧切替端子１３をオープンさせてＡＣ２０
０Ｖを入力した場合には働かないようになっている。換
言すれば、ＡＣ１００Ｖを入力した場合にも、ＡＣ２０
０Ｖを入力した場合と同様の入力電圧を絶縁トランス１
の１次コイルに印加することにより、絶縁トランス１の
変換効率を上げるようにしている。絶縁トランス１の１
次コイルの前には、ダイオード、抵抗、コンデンサから
なるスナバ回路５００が設けられ、パワーＦＥＴ２がタ
ーンオフした瞬間の急激なソース−ドレイン間電圧の上
昇を防ぎ、ソース−ドレイン間電圧が安全領域に入るよ
うにすると同時に、外部に出る不要ノイズを低減させる
ようにしている。

【００１１】２次側以降の各整流回路６００は、それぞ
れ整流ダイオード１４、フライホイールダイオード１
５、チョークコイル１６を有しており、整流後のリプル
電圧を小さくできるチョーク・インプット型の整流回路
となっている。なお、フライホイールダイオード１５
は、パワーＦＥＴ２がオフのときに導通し、チョークコ
イル１５に残っていたエネルギーを出力側に送ることに
より、出力電流を連続させる働きをする。各整流回路６
００により整流された非安定な電圧は、４次〜８次側で
は、それぞれ４端子レギュレータ１７により所望の安定
的な一定電圧にされ、平滑コンデンサ１８により平滑さ
れて出力される。なお、各整流回路６００の前段（８次
側を除く）には、ＣＲアブソーバ１９がそれぞれ設けら
れ、これにより出力ラインのノイズ成分が除去される。
また、各４端子レギュレータ１７は、それぞれボリュー
ム２０により、出力電圧を微調整可能となっており、さ
らに過電流保護機能（出力の短絡に対する保護機能）を
内蔵している。

【００１２】２次側のＤＣ出力（１６Ｖ）は、スイッチ
ングＩＣ３の電源電圧（Ｖｃｃ）として活用され、３
次、４次、５次側のＤＣ出力（それぞれ５Ｖ、１２Ｖ、
−１２Ｖ）は産業用ロボット・コントローラ内部用（プ
ロセッサと、その周辺回路用）のＤＣ電源、６次側のＤ
Ｃ出力（５Ｖ）はサーボモータのエンコーダ用ＤＣ電
源、７次側のＤＣ出力（５Ｖ）はシリアル通信回路用の
ＤＣ電源、８次側のＤＣ出力（２４Ｖ）は入出力回路用
のＤＣ電源として活用される。３次側のチョークコイル
１６と平滑コンデンサ１８の間には、電流検出抵抗２１
が設けられ、また、３次側には、定電圧回路７００と過
電流保護回路８００が接続されている。

【００１３】定電圧回路７００は、可変シャント・レギ
ュレータ２２、フォトカプラ２３、スイッチングＩＣ３
により構成されており、３次側の出力電圧をスイッチン
グＩＣ３にフィードバックして２次〜８次側の出力電圧
が一定になるように制御する。また、過電流保護回路８
００は、可変シャント・レギュレータ２４、コンパレー
タ２５、フォトカプラ２６、及びスイッチングＩＣ３に
より構成されており、電流検出抵抗２１、可変シャント
・レギュレータ２４、コンパレータ２５により３次側の
過電流を検出し、その検出結果をフォトカプラ２６を介
して電気的に絶縁された状態でスイッチングＩＣ３にフ
ィードバックして、３次側出力の短絡保護を行う。

【００１４】ＡＣ電圧異常検出回路１００は、整流ダイ
オード２７ａ，２７ｂ、高電圧コンパレータ２８、低電
圧コンパレータ２９、ボリューム３０ａ，３０ｂ、整流
ダイオード３１ａ，３１ｂ、トランジスタ３２、フォト
サイリスタ・カプラ３３、トランジスタ３４を有してい
る。高電圧コンパレータ２８は、ボリューム３０ａによ
り任意に設定されたＡＣ電圧異常を判定するための高電
圧側のしきい値（電圧値）と入力電圧（１次電源電圧）
を比較し、低電圧コンパレータ２９は、ボリューム３０
ｂにより任意に設定されたＡＣ電圧異常を判定するため
の低電圧側のしきい値（電圧値）と入力電圧（１次電源
電圧）を比較し、それぞれ１次電源電圧の異常を検出す
る。その異常検出結果は、トランジスタ３２、フォトサ
イリスタ・カプラ３３、トランジスタ３４を介して、Ａ
Ｃ電圧異常信号ＡＣＦＡＩＬとしてコントローラに伝達
される。

【００１５】図２に示したＤＣ電圧監視回路２００のＤ
Ｃ電圧異常検出回路２０１は、４次側〜８次側の各ＤＣ
電源に接続されてＤＣ電圧異常を検出するための電圧比
較回路２０１ａと、これらＤＣ電源異常検出結果をコン
トローラに伝達するためのフォトカプラ３５、抵抗３
６、ダイオード３７をそれぞれ有しており、共用のトラ
ンジスタ３８を介してＤＣ電圧異常検出信号ＤＣＦＡＩ
Ｌをコントローラに出力する。４次側〜８次側に接続さ
れた各電圧比較回路２０１ａは、それぞれトランジスタ
３９とツェナーダイオード４０を有している。

【００１６】ただし４次側〜８次側に対応する各ツェナ
ーダイオード４０のツェナー電圧は、それぞれ、４次側
〜８次側のＤＣ出力電圧より少し低い値の１１．６Ｖ、
１１．６Ｖ、４．６Ｖ、４．６Ｖ、２３Ｖとなってい
る。そして、各トランジスタ３９は、各ＤＣ出力電圧が
ツェナー電圧より下がった場合にオフすることにより、
ＤＣ電圧異常を検出する。また、ＤＣ電圧監視回路２０
０のリセット回路２０２は、３次側のＤＣ電源に接続さ
れたトランジスタ４１を有している。なお、上記トラン
ジスタ３８、およびフォトカプラ３５内のフォトトラン
ジスタも３次側のＤＣ電源に接続されている。

【００１７】次に、本直流電源装置の動作を説明する。
ＡＣ入力端子から１次電源電圧としてＡＣ１００Ｖまた
はＡＣ２００Ｖが入力されると、そのＡＣ入力電圧は、
ノイズフィルタ５によりノイズが除去され、整流回路３
００により整流され、パワーＦＥＴ２のスイッチング動
作によりパルス状の電圧として、絶縁トランス１の１次
コイルに印加される。すると、２次〜８次コイル側に同
時に電圧が誘起される。

【００１８】２次〜８次コイル側に同時に誘起された各
電圧は、ＣＲアブソーバ１９によりノイズが除去され、
整流ダイオード１４、チョークコイル１６により整流さ
れる。そして、２次側と３次側を除く４次〜８次コイル
側においては、チョークコイル１６にて整流されたＤＣ
電圧は、４端子レギュレータ１７に入力されて確実に定
電圧化され、平滑コンデンサ１８により平滑されて、Ｄ
Ｃ電源電圧としてコントローラに出力される。

【００１９】２次コイル側においては、チョークコイル
１６にて整流されたＤＣ電圧（１６Ｖ）は、スイッチン
グＩＣ３に駆動電源（Ｖｃｃ）として入力され、３端子
レギュレータ８にも入力される。また、３次コイル側に
おいては、チョークコイル１６にて整流されたＤＣ電圧
は、電流検出抵抗２１を介して平滑コンデンサ１８に入
力されることにより平滑されてＤＣ電源電圧としてコン
トローラに出力されると共に、定電圧回路７００および
過電流保護回路８００にも入力される。

【００２０】電源が投入されると、３端子レギュレータ
８によりリレー７が駆動されて突入防止抵抗６に並列に
設けられた接点７ａが閉じられて電流が流れる。この動
作により、電源投入時の１次コイルへの突入電流が制限
される。また、定電圧回路７００では、フォトカプラ２
３からスイッチングＩＣ３に伝達される電流は、可変シ
ャント・レギュレータ２２の出力電圧（基準電圧）と３
次コイル側の出力電圧との差分電圧値に応じて変化す
る。すると、スイッチングＩＣ３は、パワーＦＥＴ２に
対し、その電流変化に応じてＰＷＭ制御を行うことによ
り、２次〜８次コイル側からのＤＣ出力電圧が一定にな
るようにする。

【００２１】また、過電流保護回路８００では、可変シ
ャント・レギュレータ２４の出力電圧（基準電圧）と３
次コイル側の出力電圧とをコンパレータ２５により比較
することにより過電流を検出してフォトカプラ２６をオ
フし、このオフ信号に基づいてスイッチングＩＣ３によ
るスイッチング制御を停止することにより、３次コイル
側の出力短絡を保護する。なお、可変シャント・レギュ
レータ２２，２４の出力電圧（基準電圧）は、それぞれ
ボリューム２２ａ，２４ａにより調整することができ
る。

【００２２】ＡＣ電圧異常検出回路１００では、ＡＣ入
力電圧は、整流ダイオード２７ａ，２７ｂにより整流さ
れて高電圧コンパレータ２８と低電圧コンパレータ２９
に入力される。そして、高電圧コンパレータ２８、低電
圧コンパレータ２９は、この入力電圧（ＡＣ入力電圧）
と設定された電圧値とを比較し、入力電圧（ＡＣ入力電
圧）が設定電圧値を超えた場合に、それぞれ整流ダイオ
ード３１ａ，３１ｂを介してＨレベルの信号をトランジ
スタ３２に入力してオンさせる。すると、このオン動作
に連動してフォトサイリスタ・カプラ３３、トランジス
タ３４が順次オンする。このオン動作により、トランジ
スタ３４の出力信号であるＡＣ電圧異常信号ＡＣＦＡＩ
Ｌは、ＨレベルからＬレベルにドライブされてコントロ
ーラに伝達される。

【００２３】また、ＤＣ電圧監視回路２００のＤＣ電圧
異常検出回路２０１は、次のように動作する。すなわ
ち、各電圧比較回路２０１ａでは、入力されたＤＣ電圧
がツェナーダイオード４０のツェナー電圧よりも低下す
ると、トランジスタ３９はターンオフする。すると、こ
れに連動してフォトカプラ３５もターンオフし、共用ト
ランジスタ３８は５Ｖにプルアップされて抵抗３６、ダ
イオード３７を介してベース電流が流れてターンオンす
る。すると、トランジスタ３８の出力信号であるＤＣ電
圧異常信号ＤＣＦＡＩＬは、ＬレベルからＨレベルにド
ライブされてコントローラに伝達される。すなわち、出
力短絡等により４次〜８次側のＤＣ出力電圧のうち、い
ずれか１つでも規定値以下になると、その旨がコントロ
ーラに伝達される。

【００２４】また、ＤＣ電圧監視回路２００のリセット
回路２０２では、１次電源が投入されると同時に、３次
コイル側からのＤＶ電圧（５Ｖ）が印加されてトランジ
スタ４１がオンされる。すると、トランジスタ４１の出
力信号であるリセット信号ＲＥＳＥＴは、Ｌレベルにド
ライブされてコントローラに伝達される。なお、コント
ローラは、Ｌレベルのリセット信号ＲＥＳＥＴが入力さ
れると、外部入出力部、サーボモータエンコーダ等のシ
ステム全体を一斉にリセットして起動する。

【００２５】このように、複数の定電圧回路を組合わせ
ることなく、１つの絶縁トランスを用いて複数の直流出
力を得ているため、複数の直流出力電圧を得るための電
源装置を小型化することができ、また、１次電源を投
入、解放した時に、複数の直流出力電圧は同時に出力、
出力停止されるので、産業用ロボットの危険動作を回避
することが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
産業ロボット・コントローラ用電源装置において、１つ
の絶縁トランスを用いて１つの交流入力電圧から複数の
直流出力電圧を生成する生成回路と、前記複数の直流出
力電圧を一括して監視して、その監視結果を前記産業ロ
ボット・コントローラに伝達する出力電圧監視回路を備
えているので、電源装置を大型化させなくても、１次電
源（交流入力電圧）を投入、解放した時に、複数の直流
出力電圧を同時に出力、出力停止させること等ができ、
産業用ロボットの危険動作を回避することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例による産業ロボット・コ
ントローラ用電源装置の構成を示す回路図である。

【図２】図１の電源装置内のＤＣ電圧監視回路を示す回
路図である。

【符号の説明】

１……絶縁トランス、２……パワーＦＥＴ、３……スイ
ッチングＩＣ、１３……電圧切替端子、１００……ＡＣ
電圧異常検出回路、２００……ＤＣ電圧監視回路、２０
１……ＤＣ電圧異常検出回路、２０１ａ……電圧比較回
路、２０２……リセット回路。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業ロボット・コントローラ用電源装置
   において、 １つの絶縁トランスを用いて１つの交流入力電圧から複
   数の直流出力電圧を生成する生成回路と、 前記複数の直流出力電圧を一括して監視して、その監視
   結果を前記産業ロボット・コントローラに伝達する出力
   電圧監視回路を備えた、 ことを特徴とする産業ロボット・コントローラ用電源装
   置。
2. 【請求項２】 前記出力電圧監視回路は、前記複数の直
   流出力電圧の異常を一括して検出し、その検出結果を前
   記産業ロボット・コントローラに伝達するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の産業ロボット
   ・コントローラ用電源装置。
3. 【請求項３】 前記出力電圧監視回路は、直流出力電圧
   が規定値よりも低下する異常を一括して検出するように
   構成されていることを特徴とする請求項２記載の産業ロ
   ボット・コントローラ用電源装置。
4. 【請求項４】 前記複数の直流出力電圧は、それぞれ出
   力短絡保護されていることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載の産業ロボット・コントローラ用電源装
   置。
5. 【請求項５】 前記交流入力電圧の異常を検出し、その
   検出結果を前記産業ロボット・コントローラに伝達する
   異常検出回路を有することを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の産業ロボット・コントローラ用電源装
   置。
6. 【請求項６】 前記異常検出回路は、前記交流入力電圧
   が高電圧、または低電圧の規定値を超えるという異常を
   検出するように構成されていることを特徴とする請求項
   １〜５のいずれかに記載の産業ロボット・コントローラ
   用電源装置。
7. 【請求項７】 前記交流入力電圧が投入された際にリセ
   ット信号を前記産業ロボット・コントローラに送出する
   信号送出回路を有することを特徴とする請求項１〜６の
   いずれかに記載の産業ロボット・コントローラ用電源装
   置。
8. 【請求項８】 前記交流入力電圧として１００ボルト、
   または２００ボルトの電圧を選択する選択回路を含んで
   いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の
   産業ロボット・コントローラ用電源装置。
9. 【請求項９】 前記生成回路は、スイッチング方式によ
   り前記複数の直流出力電圧を生成するように構成されて
   いることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の
   産業ロボット・コントローラ用電源装置。
10. 【請求項１０】 前記生成回路は、フォワード・コンバ
    ータ方式により直流出力電圧を生成するように構成され
    ていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載
    の産業ロボット・コントローラ用電源装置。
11. 【請求項１１】 産業ロボット・コントローラ用電源装
    置において、 １つの絶縁トランスを用いて、スイッチング方式、及び
    フォワード・コンバータ方式により、１つの交流入力電
    圧からそれぞれ出力短絡保護された複数の直流出力電圧
    を生成する生成回路と、 前記交流入力電圧として１００ボルト、または２００ボ
    ルトの電圧を選択する選択回路と、 前記交流入力電圧が投入された際にリセット信号を前記
    産業ロボット・コントローラに送出する信号送出回路
    と、 前記交流入力電圧が高電圧、または低電圧の規定値を超
    えるという異常を検出する異常検出回路と、 前記複数の直流出力電圧が規定値よりも低下するか否か
    を一括して監視し、その監視結果を前記産業ロボット・
    コントローラに伝達する出力電圧監視回路と、 を備えたことを特徴とする産業ロボット・コントローラ
    用電源装置。