JPH0955649A - 電子スイッチの出力回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子スイッチの出力を外部負荷のインピーダ
ンス及び電源電圧に依存せず取り出すこと。 【解決手段】 電源端子３と電子スイッチ本体との間に
定電圧回路５を設け、その出力電圧により出力回路を駆
動する。電子スイッチＳの出力端から信号を入力し、ト
ランジスタＱ１よりスイッチングする。負荷４が高入力
インピーダンスの場合、トランジスタＱ１がオンとなれ
ば、定電流素子Ｄ１の電流はトランジスタＱ１にシンク
されて出力電圧Ｖo はＬレベルとなる。トランジスタＱ
１がオフとなれば、定電流素子Ｄ１と抵抗Ｒ３とを通し
て負荷４にＨレベルの電流と電圧を出力する。もし負荷
４が低入力インピーダンスの場合、出力電圧Ｖo は定電
圧回路５の出力電圧となる。いずれの場合も出力回路内
の消費電力は小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子スイッチの電圧
出力回路及び電流出力回路に関し、特に電源電圧に依存
しない出力特性を有する電子スイッチの出力回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近接スイッチや光電センサ等の電子スイ
ッチにおいては、その出力信号を他の制御機器に出力す
るため、電圧出力回路又は電流出力回路を設けている。
図５（ａ）はこのような電子スイッチにおける従来の電
圧出力回路の回路図であり、図６（ａ）は電子スイッチ
における従来の電流出力回路の回路図である。

【０００３】図５（ａ）に示す電圧出力回路は、電子ス
イッチＳより入力端子１に信号が与えられると、出力端
２からＨ又はＬレベルの出力電圧Ｖo を発生する回路で
ある。電源電圧Ｖccが電源端子３を介して電子スイッチ
Ｓに供給されると共に、トランジスタＱ１を含む出力回
路にも供給される。この出力回路は、スイッチング用の
トランジスタＱ１のコレクタと電源端子３との間に抵抗
Ｒ１と整流用のダイオードＤ２が接続されたもので、そ
の出力電圧Ｖo はコレクタから出力端２を介して負荷４
に与えられる。

【０００４】負荷４であるシーケンス回路の入力インピ
ーダンスＲi として例えば4.7 ＫΩを想定しており、電
源電圧Ｖccの変動範囲を10〜40Ｖとしている。入力端１
の電圧がＬレベルのとき、トランジスタＱ１はオフとな
り、負荷４に対してＨレベルの電圧を与える。この場
合、電源端子３から抵抗Ｒ１とダイオードＤ２を通して
負荷電流（出力電流）Ｉo が流れる。 電子スイッチＳの
出力がＨレベルのとき、トランジスタＱ１はオンとな
り、負荷４にＬレベルの電圧を出力する。図５（ｂ）に
示すように、この出力回路の出力電圧Ｖo と出力電流Ｉ
o の特性は、電源電圧Ｖccによって大きく変化する。

【０００５】図６（ａ）に示す定電流出力回路は、電子
スイッチＳより入力端１に信号が与えられると、トラン
ジスタＱ１がオフのとき出力端２から一定の出力電流Ｉ
o を発生する回路である。この場合も電源電圧Ｖccが電
源端子３を介して電子スイッチＳに供給されると共に、
トランジスタＱ１を含む出力回路にも供給される。この
出力回路は、トランジスタＱ１のコレクタと電源端子３
との間に例えばＦＥＴで構成した定電流素子Ｄ１と整流
用のダイオードＤ２が直列に接続されたものである。こ
の出力電流Ｉo はトランジスタＱ１のコレクタから出力
端２を介して負荷４に与えられる。

【０００６】図５の場合と同様に、負荷４の入力インピ
ーダンスＲi は例えば4.7 ＫΩであり、電源電圧Ｖccの
変動範囲を10〜40Ｖとしている。入力端１の電圧がＬレ
ベルのとき、トランジスタＱ１はオフとなり、このコレ
クタから負荷４に一定の出力電流Ｉo （出力電圧Ｖo ）
を供給する。入力端１の電圧がＨレベルのときトランジ
スタＱ１はオンとなり、一定の出力電流Ｉo をトランジ
スタＱ１のエミッタ側に流す。図６（ｂ）に示すよう
に、この出力回路の出力電圧Ｖo と出力電流Ｉoの特性
は、電源電圧Ｖccによって大きく変化する。但し電源電
圧Ｖccが固定されている場合、出力電流Ｉo は負荷４の
入力インピーダンスＲi の値に係わらず一定となり、こ
こでは３ｍＡである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の出力回路にあって、図５の抵抗Ｒ１の消費電
力は使用電圧の自乗に比例し、また図６の定電流素子Ｄ
１もの消費電力も使用電圧の自乗に比例する。このため
使用電圧に関係する電源電圧Ｖccを大きくすると、出力
回路に用いる素子も許容電力の大きなものを使用しなけ
ればならず、小型の電子スイッチにこれらの素子を組み
込めなくなるという問題点が生じる。

【０００８】また小型の電子スイッチにこれらの素子を
組み込もうとすれば、電子スイッチの出力インピーダン
スを高くせざるを得ず、比較的入力インピーダンＲi の
低いシーケンス回路とのインターフェースが取れなくな
るという問題点が生じる。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、電圧出力回路及び電流出力回
路を駆動する電源電圧が高い方に変動しても、許容電力
の小さな回路素子を使用でき、電源電圧に依存せず、 且
つ出力特性が安定した電子スイッチの出力回路を実現す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は電子スイッチの
出力信号に基づいて、オン・オフ信号を電圧出力又は電
流出力として出力する電子スイッチの出力回路であっ
て、電源電圧をこれより低い定電圧に安定化する定電圧
回路と、前記定電圧回路より電源が供給され、前記電子
スイッチの出力信号が入力されてオン・オフ動作するス
イッチング素子と、を具備することを特徴とするもので
ある。

【００１１】このような特徴を有する本発明によれば、
定電圧回路は電源電圧をこれより低い定電圧に安定化
し、スイッチング素子と電子スイッチに電源を供給す
る。電子スイッチの出力がＬレベルのときスイッチング
素子はオフとなり、外部負荷に対してＨレベルの電圧又
は電流を出力する。また電子スイッチの出力がＨレベル
のときスイッチング素子はオンとなり、外部負荷に対し
て電圧又は電流を出力をしない。このときスイッチング
素子及びこれと直列に接続される素子は、電源電圧より
低い定電圧で駆動されるため、回路素子の消費電力は少
なくなる。

【００１２】外部負荷のインピーダンスが高い場合、回
路素子の消費電力を少なくした状態で、電源電圧に相当
する振幅でオン・オフ電圧を発生することができる。ま
た外部負荷のインピーダンスが低い場合、定電流のオン
・オフ信号を発生することができる。

【００１３】

【実施例】本発明の第１実施例における電子スイッチの
出力回路について図１を参照しつつ説明する。図１
（ａ）は第１実施例の電子スイッチの出力回路の構成を
示す回路図であり、従来と同一部分は同一の符号を付
す。図１（ａ）に示すように、本実施例の出力回路は電
圧出力回路と電源端子３との間に破線で示す定電圧回路
５を設けたことである。

【００１４】定電圧回路５はここではスイッチング用の
トランジスタＱ２、抵抗Ｒ２、定電圧ダイオードＤ３で
構成する。トランジスタＱ２のコレクタを電源端子３
に、ベースを定電圧ダイオードＤ３のカソードに、そし
てエミッタを電子スイッチＳの電源ライン６にそれぞれ
接続する。そして抵抗Ｒ２と定電圧ダイオードＤ３を電
源端子３とアースライン７間に直列接続し、定電圧ダイ
オードＤ３によって発生する定電圧をトランジスタＱ２
のベースに与えることにより、電源ライン６に定電圧
（例えば7.7 Ｖ）を供給する。

【００１５】一方、図５の場合と同様にトランジスタＱ
１のコレクタと電源ライン６との間にダイオードＤ２と
抵抗Ｒ１（1.8 ＫΩ）とを接続し、エミッタを接地する
と共に、コレクタの出力電圧Ｖo を出力端２を介して負
荷４に与える。負荷４の入力インピーダンスＲi は例え
ば4.7 ＫΩであり、電源電圧Ｖccの変動範囲を10〜40Ｖ
とする。

【００１６】このような出力回路において、電源端子３
から抵抗Ｒ２を介して定電圧ダイオードＤ３に電流を流
し、トランジスタＱ２のベース電位を例えば8.4 Ｖに保
持する。このため電源ライン６の電圧は7.7 Ｖとなり、
定電圧回路５の出力電圧を一定に保持する。この安定化
電圧は電子スイッチＳに供給される。電子スイッチＳよ
り出力される入力端１の電圧がＬレベルのとき、トラン
ジスタＱ１はオフとなり、負荷４に対してＨレベル（5
Ｖ）の電圧を与える。この場合、電源ライン６からダイ
オードＤ２及び抵抗Ｒ１を通して出力電流Ｉo が負荷４
側に流れる。 入力端１の電圧がＨレベルのとき、トラン
ジスタＱ１はオンとなり、負荷４への印加電圧は０Ｖと
なる。

【００１７】この場合、図１（ｂ）に示すようにこの出
力回路の出力電圧Ｖo と出力電流Ｉo の特性は、電源電
圧Ｖccが40Ｖであっても、10Ｖであつても同一になる。
このように出力回路を動作させると、ダイオードＤ２、
抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１に流れる電流も電源電圧Ｖ
ccによって変動せず、電源ライン６の電圧が低いのでそ
れらの消費電力も低い値に保持される。

【００１８】次に本発明の第２実施例における電子スイ
ッチの出力回路について図２を参照しつつ説明する。図
２（ａ）は第２実施例の電子スイッチの出力回路の構成
を示す回路図であり、従来例と同一部分は同一の符号を
付す。本実施例の出力回路は、図５に示す定電流出力回
路と電源端子３との間に、図１と同様の定電圧回路５を
設けたことである。定電流出力回路は、トランジスタＱ
１のコレクタと電源ライン６との間に、整流用のダイオ
ードＤ２と定電流素子Ｄ１（ＦＥＴ）とが接続されたも
のである。その出力電流Ｉo はトランジスタＱ１のコレ
クタから出力端２を介して負荷４に与えられる。

【００１９】例えば定電圧ダイオードＤ３の端子間電圧
を8.4 Ｖ、負荷４の入力インピーダンスＲi を4.7 Ｋ
Ω、電源電圧Ｖccの変動範囲を10〜40Ｖとする。入力端
１の電圧がＬレベルのときトランジスタＱ１はオフとな
り、定電流素子Ｄ１から負荷４に一定の出力電流Ｉo を
供給する。入力端１の電圧がＨレベルのときトランジス
タＱ１はオンとなり、一定の出力電流Ｉo をトランジス
タＱ１のエミッタ側に流す。図２（ｂ）に示すように、
この出力回路の出力電圧Ｖo と出力電流Ｉo の特性は、
電源電圧Ｖccによって変化しない。この場合も、出力回
路の動作時におけるダイオードＤ２、定電流素子Ｄ１、
トランジスタＱ１に流れる電流は電源電圧Ｖccによって
変動せず、それらの消費電力も低い値に保持される。

【００２０】次に本発明の第３実施例における電子スイ
ッチの出力回路について図３を参照しつつ説明する。図
３（ａ）は第３実施例の電子スイッチの出力回路の構成
を示す回路図であり、第２実施例と同一部分は同一の符
号を付す。図３（ａ）に示すように、本実施例の出力回
路は図４に示す定電流出力回路と定電圧回路５とに加え
て、第１実施例の電圧出力回路の機能を付加したもので
ある。

【００２１】即ち電源端子３とトランジスタＱ１のコレ
クタとの間に、抵抗Ｒ３（22ＫΩ）とダイオードＤ４と
を直列に挿入する。こうするとトランジスタＱ１は抵抗
Ｒ３とダイオードＤ４を介して、及びダイオードＤ２と
定電流素子Ｄ１を介してコレクタに電流が流れることに
なる。負荷４の入力部がＣＭＯＳで構成される場合、出
力端２の出力電圧は大きくてもよく、例えばその最大電
圧を電源電圧Ｖccに等しくする場合もある。

【００２２】電源電圧Ｖccを40Ｖにして負荷４をＣＭＯ
Ｓにした場合の動作を説明する。入力端１の電圧がＬレ
ベルのとき、トランジスタＱ１はオフとなる。このとき
定電流出力回路の動作により、定電流素子Ｄ１のソース
から負荷４に一定の出力電流Ｉo が供給される。これと
同時に電源端子３から抵抗Ｒ３とダイオードＤ４を通し
て負荷４に対して電流が供給される。ＣＭＯＳの入力イ
ンピーダンスは非常に高いため、この場合の出力電圧Ｖ
o は電源電圧40Ｖに近いレベルまで高くなり、動作点は
図３（ｂ）の折れ線ＡにおいてＰ１で示す位置となる。
また負荷４の入力インピーダンスが低い場合、そのイン
ピーダンスに応じて出力電圧Ｖo は低くなり、動作点は
図３（ｂ）の折れ線Ａの傾斜部分のいずれかの点、例え
ばＰ２となる。

【００２３】次に入力端１の電圧がＨレベルのときトラ
ンジスタＱ１はオンとなり、一定の出力電流Ｉo がトラ
ンジスタＱ１のエミッタ側に流れる。この場合、負荷４
の入力インピーダンスの大小に係わらず、出力電圧Ｖo
は低くなり、折れ線ＡのＰ３で示す位置に動作点がく
る。

【００２４】電源電圧Ｖccが10Ｖの場合の動作を説明す
る。負荷４の入力インピーダンスが高い場合、図３
（ｂ）の折れ線Ｂのような特性となる。トランジスタＱ
１がオフになれば、Ｐ４で示す位置に動作点がきて出力
電圧Ｖo は電源電圧10Ｖに近いレベルまで上昇する。ま
たトランジスタＱ１がオンとなれば、動作点が折れ線Ｂ
のＰ５で示す位置にきて出力電圧Ｖo は低くなる。

【００２５】本実施例の場合、この出力回路の出力電圧
Ｖo と出力電流Ｉo の特性は、電源電圧Ｖccによって変
化しないが、負荷４の入力インピーダンスによって変化
する。しかし出力回路の動作時におけるダイオードＤ
２、定電流素子Ｄ１、トランジスタＱ１に流れる電流は
電源電圧Ｖccによって変動せず、電源ライン６の電圧が
低いのでそれらの消費電力も低い値に保持される。

【００２６】尚、以上の実施例では、電子スイッチの出
力信号を電圧変換又は電流変換して出力したが、近接ス
イッチや光電センサの出力信号に対しても電圧変換又は
電流変換することができる。図４は近接スイッチと本実
施例の出力回路の接続関係を示した回路図である。本図
は図２の電子スイッチＳとして、近接スイッチ主回路Ｔ
ａとその検出コイル部Ｔｂとを接続したものである。こ
の場合も定電圧回路５によって電源電圧Ｖccよりも低い
安定化電圧が、近接スイッチ主回路Ｔａと、ダイオード
Ｄ２、定電流素子Ｄ１、トランジスタＱ１を含む出力回
路とに供給される。

【００２７】尚、従来から定電圧回路が電子スイッチＳ
に対して設けられている場合は、この定電圧回路の接続
位置を電子スイッチＳの直前ではなく、本実施例の出力
回路の電源ラインに移動するだけでよい。この場合、電
子スイッチ全体の回路規模は増加しない。

【００２８】尚本実施例では定電圧回路をツェナダイオ
ードとトランジスタとによって構成しているが、定電圧
ＩＣ等種々の定電圧回路が適用できることはいうまでも
ない。又出力用のトランジスタＱ１に代えて、他の種々
のスイッチング素子を用いることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、次のような効果が得られる。 （１）電源電圧に依存しない電圧出力が得られ、負荷と
なるシーケンス回路の許容入力電圧を越えない電子スイ
ッチの出力回路の設計ができる。 （２）出力回路に用いる素子の消費電力を小さくするこ
とができ、その出力インピーダンスを容易に大きくする
こともできる。従ってシーケンス回路とのインターフェ
ースの対応力が改善される。 （３）電源電圧が高いとき、定電圧回路のトランジスタ
で消費電力を負担することになるが、このトランジスタ
の電力許容量が大きいため、全体に電子スイッチの消費
電力を分散することができる。このため、これに用いる
素子を小型にすることができ、電子スイッチ全体の小型
化が一層容易となる。 （４）従来の電子スイッチに設けられた回路を配置替え
するだけで実現でき、現行製品に対する設計変更が容易
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における電子スイッチの出
力回路の説明図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）はその
出力特性図である。

【図２】本発明の第２実施例における電子スイッチの出
力回路の説明図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）はその
出力特性図である。

【図３】本発明の第３実施例における電子スイッチの出
力回路の説明図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）はその
出力特性図である。

【図４】近接スイッチの信号を入力する出力回路の構成
図である。

【図５】従来例における電子スイッチの電圧出力回路の
説明図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）はその出力特性
図である。

【図６】従来例における電子スイッチの定電流出力回路
の説明図であり、（ａ）は回路図、（ｂ）はその出力特
性図である。

【符号の説明】

１ 入力端 ２ 出力端 ３ 電源端子 ４ 負荷 ５ 定電圧回路 ６ 電源ライン ７ アースライン Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ Ｄ１ 定電流素子 Ｄ２，Ｄ４ ダイオード Ｄ３ 定電圧ダイオード Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗 Ｓ 電子スイッチ Ｔａ 近接スイッチ主回路 Ｔｂ 検出コイル部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子スイッチの出力信号に基づいて、オ
   ン・オフ信号を電圧出力又は電流出力として出力する電
   子スイッチの出力回路であって、 電源電圧をこれより低い定電圧に安定化する定電圧回路
   と、 前記定電圧回路より電源が供給され、前記電子スイッチ
   の出力信号が入力されてオン・オフ動作するスイッチン
   グ素子と、を具備することを特徴とする電子スイッチの
   出力回路。