JPS60227326A

JPS60227326A - 負荷駆動用スイツチ回路の監視装置

Info

Publication number: JPS60227326A
Application number: JP59083529A
Authority: JP
Inventors: 弘一蓬原
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1984-04-25
Filing date: 1984-04-25
Publication date: 1985-11-12
Also published as: JPH0414452B2; US4661880A

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】産業上の利用分野並びに目的本発明は鉄道、その他のフェイルセーフ性が要求される
分野に使用される負荷駆動用スイッチ回路の監視装置に
関し、負荷を駆動Ｊるスイッチ回路を入力信号によって
直接制御することを可能にした、フェイルセーフ性に優
れた監視装置を提供することを目的とする。

従来技術鉄道、その他の高度のフェイルセーフ性が要求される分
野においては、回路故障、短絡、断線等が発生した場合
に回路を必ず安全側に切シ替えるフェイルセーフ性を備
えた装置や機器を使用することが原則である。従って、
制御の最終目標物たる負荷、例えばモータやリレー等を
駆動するに際してもフェイルセーフ性が要求されるのは
当然である。このため、従来においては入力信号によっ
て負荷を直接制御することができず、一般には入力信号
と負荷との間にフェイルセーフを確保するための信号受
信系を介在させねばならなかった。

第７図はこのような従来の負荷駆動用スイッチ回路の１
例を示すもので、回路のフェイルセーフを確保するため
に、溶着故障の少ない銀−炭素系接点７７を使用した直
流リレー７５を用い、この直流リレー７５と入力端子７
１との間にトランジスタ７２．トランス７３．整流回路
７４からなる信号受信系を介在し、入力端子７１に与え
られる入力信号Ｓｉ　をトランジスタ７２で増幅した後
、トランス７３を通じて整流回路γ４において直流信号
化し、この変換した直流信号によって直流リレー７５を
励磁し、その接点７７で負荷Ｔ６を間接的゛に駆動する
ものである。

発明が解決しようとする問題点従来は上述したように、トランス結合増幅器（即ち、交
流動作による増幅）及び直流リレー等を利用することに
より回路のフェイルセーフを達成していたが、このよう
な方法によるときは負荷γ６を入力信号によって直接制
御することができないという根本的問題を有する。更に
、信号受信系を構成するトランジスタ７２はその動作上
不飽和領域で使用されるために回路能率が悪く、大出力
処理には適さず、また入力信号と負荷間の構成が複雑、
かつ接点を介して行なわざるを得ないという問題を有す
る。

発明の構成本発明は、第１図に示すように、高電位と零電位の２値
によって構成される入力信号Ｓｉにより負荷１の電源Ｅ
ｓを直接オン・オフ制御する負荷駆動用スイッチ回路に
おいて、該入力信号を２値／３値変換するフェイルセー
フな入力信号変換回路３と、負荷１に流れる負荷電流の
有無を検出し、負荷電流が流れているときは高電位出力
を発生すると共に、負荷電流が流れていないときは零電
位出力を発生するフェイルセーフな負荷電流検出回路４
と、該負荷電流検出回路４の出力する２値化号を２値／
３値変換するフェイルセーフな負荷電流変換回路５と、
該負荷電流変換回路５の３値出力と前記入力信号変換回
路３の３値出力の一致・不一致を監視し、一致するとき
には高電位出力を発生すると共に、不一致のときには零
電位出力を発生するフェイルセーフな監視信号発生回路
６とから構成し、たものである。

発明の作用効果本発明に係る監視装置は、上述のように入力信号の有無
と負荷電流の有無をそれぞれ２値／３値変換し、これら
変換信号の一致・不一致を監視することにより、入力信
号がないにも拘らず負荷電流が流れる状態と、入力信号
があるにも拘らず負荷電流が流れない状態を検出するよ
う構成したから、負荷駆動用スイッチ回路の故障を確実
に検知することができ、この検知情報によって電源を強
制遮断するよう構成すれば、単に負荷を直接スイッチ回
路で駆動する場合に比較して、如何なる場合でもフェイ
ルセーフを実現でき、入力信号によって負荷を直接制御
できるという極めて優れた効果を発揮する。

更に、入力信号によって負荷を直接制御できるので、入
力信号と負荷間の構成が極めて簡潔となり、回路の能率
も向上するという効果を奏する。

実施例第２図は本発明になる監視装置の第１実施例を示す。こ
の第１実施例は負荷電流の有無を検出するに直流電源Ｅ
ｓ　に含まれるリシル成分を利用したものである。また
、２値／３値の変換方法として、零ポルト、基底電圧Ｖ
ｓ、Ｖｓ十信号電圧信号電圧変換する場合の例である。

負荷１を駆動するスイッチ回路２はトランジスタ２１か
ら構成され、また負荷電流の有無を検出する負荷電流検
出回路４はフォトカゾラ４１、交流増幅器４２等から構
成されている。

なお、それぞれの電源Ｅｓ、Ｖｓ等はトランスのそれぞ
れ絶縁された別巻線から取り出されて整流された別電源
とする。

入力信号Ｓｉは入力信号変換回路３を介してスイッチ回
路２のトランジスタ２１のベースに与えられる。この入
力信号Ｓｉ　によってトラン・ジスタ２１がＯＮ（導通
）シ、負荷１が駆動される。

トランジスタ１がＯＦＦ　、即ち負荷１に電流が流れて
いないときはフオトカゾラ４１は発光することがなく、
従って負荷電流検出回路４の出力ｅ０−Ｏとなる。他方
、トランジスタ２１がＯＮ　。

即ち負荷１に電流が流れているときはフオトカゾラ４１
が電源電圧Ｅｓのリシル成分により脈動発光し、負荷電
流検出回路４には交流出力ｅ。が得られる。なお、入力
信号Ｓｉは、一般に前段の回路からフェイルセーフな信
号（入力側故障時、信号電圧零ボルトとなる）として送
られてくる。

入力信号Ｓ１を２値／３値変換する入力信号変換回路３
は、一方の入力端子に入力信号Ｓｉを接続すると共に、
他方の入力端子には基底電圧Ｖｓを接続した倍電圧整流
回路から構成されている。

入力信号Ｓ１がない場合には出力Ｅｉ＝Ｖｓとなり、入
力信号Ｓｉがある場合には入力信号Ｓｉの整流電圧をＶ
ｉとするとき出力Ｅｉ＝Ｖｓ＋Ｖｉとな９、故障で例え
ばＶｓ＝０となった場合には出力Ｅ　ｉ　＝　０となり
、いわゆる２値／３値変換が行なわれる。

負荷電流の有無を２値／３値変換する負荷電流変換回路
５も上記入力信号変換回路３と同様の回路構成になる。

負荷電流検出回路４の出力ｅがない場合には出力Ｅ、、
＝Ｖｓ　となり、出力ｅ。

がある場合には該出力ｅ。の整流電圧を■。とするとき
出力Ｅｏ−Ｖｓ　＋　Ｖｏとなり、故障で例えばＶｓ−
〇となった場合には出力Ｅ。−０となり、いわゆる２値
／３値変換が行なわれる。

監視信号発生回路６は、後述する２人力形のウィンドコ
ンパレータ６１，６２及びワイヤードオア回路６３から
構成されている。第１のウィンドコンパレータ６１はそ
の２人力条件がＥｉ＝　Ｖｓ　＋Ｖｉ　、　ＥＯ−Ｖｓ
　−＋ｒ　Ｖ□となったときにのみ発振して高電位出力
を発生し、また第２のウィンドコンパレータ６２はその
２人力条件がＥｉ＝　Ｖｓ　、　Ｅｏ＝　Ｖｓとなった
ときにのみ発振して高電位出力を発生し、その他の入力
条件のときはいずれも発振停止して零電位出力状態とな
る回路である。

ところで、上記回路において、入力信号Ｓｉと負荷電流
検出回路４の出力ｅ６との関係につき検討すれば、次の
４つの場合が考えられる。

（１）入力信号Ｓｉなしのときに出力ｅ。なしく１１）
入力信号Ｓｉありのときに出力もあり（ｉｉｉ）入力信
号Ｓｉなしのときに出力へあり（１■）入力信号Ｓ１あ
りのときに出力ＥＯなし上記（１）〜Ｏｖ）のうち、ス
イッチ回路として正常に作動しているのは（ｉ）　（ｉ
ｔ）の場合であり、（ｉｉｉ）　（ｉｖｌの場合には非
対称誤りであり、何らかの異常が発生していることを示
すものである。従って、上記（＋ｉｉ）　Ｏｖ）を検出
すれば回路の故障検出は達成されることになシ、本発明
は、この検出回路の故障を含めて故障発生時に負荷電流
を手動又は自動的に遮断するという目的が達成される。

いま、前記（１）の状態の場合は入力信号Ｓｉがなく、
かつ負荷電流検出回路４の出力ｅ□なしく負荷電流が流
れていない）の状態となるから、入力信号変換回路３の
変換出力Ｅｉ＝Ｖｓ　となり、１だ負荷電流変換回路４
の変換出力Ｅ。＝Ｖｓ　となる。そして、このＥｉ　＝
　Ｖｓ　、Ｆ、ｏ＝　Ｖｓ　を入力条件として監視信号
発生回路６内の第２のウィンドコンパレータ６２が発振
し、この発振出力を整流した高電位出力がワイヤードオ
ア回路６３を通じて出力端子６４に発生する。また、前
記（１１）の状態の場合は入力信号Ｓｉがあり、かつ負
荷電流検出回路４の出力ｅ。あシ（負荷電流が流れてい
る）の状態となるから、入力信号変換回路３の変換出力
Ｅｉ　＝　Ｖｓ　十Ｖｉ　となり、また負荷電流変換回
路５の変換出力Ｅ。＝Ｖｓ＋Ｖ。となる。

そして、このＥｉ　＝　Ｖｓ　＋　Ｖｉ　、　Ｅｏ−Ｖ
ｓ十Ｖｏを入力条件として監視信号発生回路６内の第１
のウィンドコンパレータ６１が発振し、この発振出力を
整流した高電位出力がワイヤードオア回路６３を通じて
出力端子６４に発生する。従って、この監視信号発生回
路６の出方端子６４に高電位出力が発生している場合に
は、スイッチ回路２は正常動作を行なっていることにな
る。

一方、前記（ｉｉｉ）の状態になった場合は入力信号Ｓ
ｉがなく、シかも負荷電流検出回路４の出力ｅ。

あり（負荷電流が流れている）の状態となるから、入力
信号変換回路３の変換出力Ｅｉ＝Ｖｓとなり、また負荷
電流変換回路５の変換出力Ｅ。−Ｖｓ　＋　Ｖ□　とな
る。この２つの変換出力Ｅｉ、Ｅｏは監視信号発生回路
６に送られるが、２つのウィンドコンパレータ６１，６
２のいずれの発振条件も満足しないので、ウィンドコン
パレータ６１．６２はいずれも発振停止の状態となり、
出力端子６４には零電位出力が発生する。また、前記Ｏ
ｖ）の状態になった場合は入力信号Ｓｉがあり、しかも
負荷電流検出回路４の出力ｅ。なしく負荷電流が流れて
いない）の状態となるから、入力信号変換回路３の変換
出力Ｅｉ　＝　Ｖｓ　＋　Ｖｉとなシ、また負荷電流変
換回路５の変換出力Ｅ。＝Ｖｓとなる。この２つの変換
出力Ｅｉ、Ｅｏは監視信号発生回路６に送られるが、２
つのウィンドコンパレータ６１．６２のいずれの発振条
件も満足しないので、ウィンドコンパレータ６１，６２
はいずれも発振停止の状態となシ、出力端子６４には零
電位出力が発生する。それ故、この監視信号発生回路６
の出力端子６４に零電位出力が発生している場合には、
スイッチ回路２に何らかの故障が発生し、異常動作を行
なっていることになる。従って、監視信号発生回路６の
出力によって、例えば監視リレー１等を駆動しておき、
監視リレーか落下（非励磁）したときにその接点で電源
Ｅｓを強制遮断し、或はその接点を利用して警報表示を
行なうようにすれば、負荷１をフェイルセーフに駆動す
ることが可能となる。

第３図は第２図中の監視信号発生回路６を構成するウィ
ンドコンパレータ６１（又は６２）の具体的回路例を示
す。図示例は、本出願人が特願昭５８−１７５９１４号
とじ等提案した２人カウインドコンバレータ（論理積演
算発振器）を用いて構成したものである。回路を簡単に
説明スれば、トランジスタＱｌ　、Ｑ２　、Ｑ３によっ
て、第１のトランジスタ増中形遅延回路６０１ヲ、マた
トランジスタＱ５　、Ｑ６　、Ｑ７によって第２のトラ
ンジスタ増中形遅延回路６０２を構成し、この２つの遅
延回路６０１と６０２をトランジスタＱ４を介して結合
すると共に、帰還抵抗Ｒ１８を介して両者間に帰還ルー
プを施こし、入力端子６０３　、６０４の入力を発振条
件として論理積演算発振器を構成したものである。発振
条件（一般に「ウィンド・コンパレータの窓」ト呼ばれ
る）は、入力端子６０３０入力電圧をＶＩＯとし、入力
端子６０４０入力電圧をｖ９とするとき、Ｒ３Ｒ７Ｒ１３ａｉｒを満足する場合にのみ発振するものである。従って、こ
のコンパレータの発振条件を調整すれば、第１のウィン
ドコンパレータ６１としてＶＩ（、＝　Ｖｓ＋Ｖｉ　、
　Ｖ２０＝　ＶＳ＋ＶＯのときのみ発振し、また第２の
コンパレータ６２として■１ｏ−Ｖｓ　、　Ｖ２０＝　
ＶＳのときのみ発振するよう上記条件を調整することが
できる。また、第３図のトランジスタ□をＰＮＰからＮ
ＰＨに交換すれば、Ｅ＜０゜■＋ｏ　＜　Ｏ＋　Ｖ２Ｏ
＜　０の電源及び入力電圧に対して発振条件を持つウィ
ンド・コン・（レータが構成できることは明らかである
。なお、フェイルセーフな動作を行なうためには、入力
信号変換回路３．負荷電流検出回路４．負荷電流変換回
路５もフェイルセーフ性を備える必要があるが、第２図
例の場合、入力信号変換回路３及び負荷電流変換回路５
は倍電圧整流回路（フェイルセーフな整流回路として公
知）を用いた２値／３値変換回路であるから本質的に゛
フェイルセーフであり、また負荷電流検出回路４も光学
系９トランスデユーサ（フォトカゾラ）と交流増幅器を
用いた交流動作（フェイルセーフな増幅方法として公知
）としているので、フェイルセーフな動作となる。

第４図は本発明の第Ｚ実施例であって、直流電源Ｅｓに
リシル成分がほとんど含まれていない場合の例を示す。

電源中にリシル成分が含まれていない場合には、第２図
に示すように負荷電流に対してフォトカゾラ４１を直接
接続しても交流信号を取り出すことは不可能である。そ
こで、抵抗４４にトランス４３を介して発振器４５を接
続し、負荷電流の有無に応じて発振器出力を抵抗４４の
端子間に発生させ、この発振出力を増巾器４２の出力と
して取シ出すよう構成すればよい。即ち、直流負荷電流
がトランス４３を流れていないときはトランスの発振器
４５の側の巻線のイン５企ンスが高いので、抵抗４４の
端子間の発振出力は小さい。しかし、直流負荷電流が流
れているときはトランス４３は飽和してインピーダンス
が低いので、発振器出力がそのまま抵抗４４の端子間に
現われる。

従って、この増幅器４２の出力の整流出力をＥ。

とすればよい。その他の構成は第２図と同様である。

第５図は本発明の第３実施例を示すもので、２値／３値
の変換方法として、零ボルト、正電圧、負電圧の３値に
変換する方法を採用した場合の１例である。入力信号変
換回路３は、入力信号Ｓｉに応じて正の直流電圧を発生
する倍電圧整流器３１と、発振器３２の発′振出力を常
時整流して負の直流電圧を発生する倍電圧整流回路３３
とからなる。従って、この２つの整流回路３１．３３の
接続点ａには両電圧の差電圧が表われる。即ち、入力信
号Ｓｉがない場合にはａ点は負電圧となり、入力信号Ｓ
ｉがある場合にはａ点は正電圧となる。いま、このａ点
に表われる正負の電圧を簡単のため−ｅ、＋ｅとする。

他方、負荷電流変換回路５も、同様に正の直流電圧を発
生する整流回路５１と負の直流電圧を発生する整流回路
５２とからなる。従って、この２つの整流回路５１，５
２の接続点すには両電圧の差電圧が表われる。即ち、負
荷電流検出回路４の出力ｅ。かない場合にはｂ点は負電
圧となり、出力ｅ。がある場合にはｂ点は正電圧となる
。

いま、このｂ点に表われる正負の電圧を簡単のため上述
と同様に−ｅ、＋ｅとする。このように構成すると、前
述（１）の状態の場合にはａ点−ｅでｂ点−ｅ　、　（
ｉｆ）の状態の場合にはａ点＋ｅでｂ煮干ｅ　、　（ｉ
ｉｉ）の状態の場合にはａ点−ｅでｂ点＋　ｅ　、　（
ｉＶ）の状態の場合にはａ点＋ｅでｂ点−ｅとなる。従
って、（ｉｉｉ）とＯｖ）の状態を検出するためには、
監視信号発生回路６の第１のウィンドコンパレータ６１
の発振条件を＋ｅ　、＋ｅに設定し、第２のウィントコ
／パレータ６２の発振条件を−ｅ、−ｅに設定すれば、
即ち第３図においてＰＮＰ　−＋　ＮＰＮに変換し、電
源を負電源とするウィンドコンパレータとすれば、前記
（ｉｉｔｌ及びＧｖｌの場合にはウィンドコンパレータ
６１，６２のいずれもが発振することができず、監視信
号発生回路６の出力は第２図例と同様に零電位状態とな
る。従って、この監視信号発生回路６の出力により監視
リレー７等を駆動しておき、監視リレー７が落下したと
きにその接点で電源Ｅｓを強制遮断し、或はその接点を
利用して警報表示等を行なうようにすれば、負荷１をフ
ェイルセーフに駆動することが可能となる。ここに讐整
流出力±ｅは逆の関係にあっても成立することは自明で
ある。また、第２図、第４図、第５図等は、例えば第６
図のように入力側をトランスで絶縁してトランジスタ２
１（スイッチ回路）の入力としてもよいことは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すブロック図、第２図は本発
明の第１実施例を示す回路図、第３図は監視信号発生回
路を構成するウィンドコンパレータの具体的回路図、第
４図は本発明の第２実施例を示す回路図、第５図は本発
明の第３実施例を示す回路図、第６図は本発明の第４実
施例を示す回路図、第７図は従来の負荷駆動用スイッチ
回路の回路図である。１：負荷、２：スイッチ回路、３：入力信号変換回路、
４：負荷電流検出回路、５：負荷電流変換回路、６：監
視信号発生回路、Ｓｉ：入力信号。特許出願人日本信号株式会社代理人市　川　理　吉

Claims

【特許請求の範囲】

高電位と零電位の２値によって構成される入力信号によ
シ負荷電源を直接オン・オフ制御する負荷駆動用スイッ
チ回路において、該入力信号を２値／３値変換するフェ
イルセーフな入力化９号変換回路と、負荷に流れる負荷
電流の有無を検出し、負荷電流が流れているときは高電
位出力を発生すると共に、負荷電流が流れていないとき
は零電位出力を発生するフェイルセーフな負荷電流検出
回路と、該負荷電流検出回路の出力する２値化号を２値
／３値変換するフェイルセーフな負荷電流変換回路と、
該負荷電流変換回路の３値出力と前記入力信号変換回路
の３値出力の一致・不一致を監視し一致するときには高
電位出力を発生すると共に、゛不一致のときには零電位
出力を発生するフェイルセーフな監視信号発生回路とか
らなることを特徴とする負荷駆動用スイッチ回路の監視
装置。