JPS63144704A - 鉄道信号用出力リレーの駆動回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、鉄道の信号保安システム等においてフェイル
セーフな出力回路として用いられるリレー直流駆動回路
に関する。

従来の技術 鉄道の信号保安システム等においては輸送の安全を確保
するため、使用する回路、装置等には本質的に７エイル
セーフ性が要求される。このことは、これらシステムの
最終的な出力回路として用いられるリレー駆動回路にお
いても例外ではない。従来、このようなフェイルセーフ
を要求されるシステムに用いるリレー駆動回路としては
、第６図に示すような交番信号を利用したものが一般的
である。

即ち、第６図に示すように、出力リレーの動作信号とし
て交番信号を採用し、この交番信号をトランジスタ５１
で増幅した後、トランス５２を介して整流回路５３へ中
継し、整流回路５３で得られる直流出力によって出力リ
レー５４をＯＮ、ＯＦＦ制御するよう構成したものであ
る。このように構成すると、トランジスタ５１゜トラン
ス５２．整流回路５３等の回路素子が短絡故障或は断線
故障してもいずれの場合でも出力リレー５４は安全側（
復旧）に作動し、リレー駆動回路の７エイルセーフが達
成されるものである。

発明が解決しようとする問題点 第６図のように交番信号を用いて回路を構成した場合、
トランス５２を必要とするために回路をある程度以上に
小型化することが困難である。更に、現在の高度化した
システムにおいては中央処理装置としてマイクロコンピ
ュータを用いることが多く、マイクロコンピュータによ
り多数の系統の多数の出力回路を集中制御するとなると
、交番信号の作成処理及び各出力回路の制御処理に多く
の処理時間をとられてし１い、接続可能な出力回路数に
限界を生ずるという問題があった。

本発明は上記事情に基づき発明されたもので、交番信号
を用いることなしに直流信号のみによって出力リレーを
制御しうるフェイルセーフなリレー直流駆動回路を提供
するものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題を解決するために第１図に示す如き
回路構成を採用したものである。即ち、直流電源の正負
の極にそれぞれつながる電源端子１，２の一方の端子１
に接続され、かつ第１の直流制御信号Ｓ１によって開閉
制御される第１の開閉素子たるトランジスタ３と、前記
直流電源の他方の端子２に接続され、かつ第２の直流制
御信号Ｓ２によって開閉制御される第２の開閉素子たる
トランジスタ４と、該第１及び第２の開閉素子たるトラ
ンジスタ３，４の出力端子５．６間に跨って接続された
出カリレーアと、該第１及び第２の開閉素子たるトラン
ジスタ３，４の各出力端子５，６の電位状態を監視する
センサ８とを設け、前記第１及び第２の直流制御信号Ｓ
１．Ｓ２が同時に与えられたとき前記出カリレーアを動
作せしめると共に、前記出力端子５，６間の電位状態を
チェック信号Ｃ８として出力するよう構成したものであ
る。

作用 入力端子９，１０に直流制御信号Ｓｌ、Ｓ２が同時に与
えられると、フォトカゾラ１１．１２がそれぞれ発光し
、トランジスタ３，４が導通する。このため、電源端子
１．トランジスタ３゜出カリレーア、トランジスタ４．
電源端子２の経路で直流電流が流れ、出カリレーアが動
作する。他方、直流制御信号Ｓ１．Ｓ２が与えられてい
ないとき、或はいずれか一方のみが与えられているとき
には、トランジスタ３，４０両方がＯＦＦ又は一方がＯ
ＦＦとなるため、出カリレーアは動作できない。従って
、出カリレーアは直流制御信号Ｓｌ、Ｓ２が同時に与え
られたとき、即ちトランジスタ３，４のＡＮＤ動作によ
ってＯＮ、ＯＦＦ制御される。この結果、トランジスタ
３又は４のいずれか一方が故障（特に短絡故障）しても
出カリレーアが動作することがなくなシ、回路故障に対
するフェイルセーフが達成される。

更に、センサ８は出力端子５，６の電位状態を常時監視
し、これをチェック端子１３にチェック信号Ｃ８として
出力する。従って、チェック信号Ｃ８の状態と直流制御
信号Ｓ１．８２の印加状態とを組合わせて外部で監視す
れば、回路の故障発生を直ちに検知することが可能とな
シ、２つのトランジスタ３，４が同時に短絡故障したよ
うな場合でも直ちに電源の遮断等を行なうことにより回
路的に完全なフェイルセーフを実現することができる。

このチェック信号Ｃ８を用いた故障監視は、本発明回路
をマイクロコンピュータにより制御する場合に特に大き
な威力を発揮する。

なお、上述した第１図回路におけるフォトカプラ１１．
１２は入出力間の電気的絶縁のため挿入したもので、回
路構成上必要不可欠なものでは々い。また、本発明に用
いる開閉素子としては図示のトランジスタ３，４に限ら
ないのであって、これと同等の作用をなす半導体素子で
あれば置換可能なことは自明であろう。

実施例 第２図に本発明になるリレー直流駆動回路をマイクロコ
ンピュータにより制御する場合の１実施例を示す。図中
、第１図と同一符号は同一の素子或は部材を示すもので
ある。なお、第２図例の場合、センサ８としてはフォト
カプラを用いた。

マイクロコンピュータを用いて制御する場合、本発明に
なるリレー直流駆動回路は必要とする出力数に応じた数
だけ並設され、これらをマイクロコンピュータにょシ集
中制御するのが普通である。従って、マイクロコンピュ
ータと本発明回路との間には、図示する如く、アドレス
バスＷＡＤ　ＯＮ３を通じて送られてくるＯＮ　−ＯＦ
Ｆ制御対象回路を指定するためのアドレス信号を解読ス
ルアトレステコーダ（ＤＥＣ）１４，１５、データバス
ＤＢ　Ｑ〜ＤＢ　７を通じて送られてくる出力リレーＯ
Ｎ又はＯＦＦのだめのデータ信号をアドレスデコーダ１
４．１５のアドレス指定に従って読み込む出力レジスタ
１６ｉ７、出力レジスタ１６，１７の出力する直流制御
信号Ｓ１．Ｓ２を入力端子９，１ｏに送るインバータ回
路１８．１９、センサたるフォトカプラ８の出力するチ
ェック信号ｃｓをマイクロコンピュータへ送る選択回路
２０．直流制御信号ｓ１゜Ｓ２の出力状態を監視するた
めの排他的ＯＲ回路（以下ｒ　ＸＯＲＪと略称）２１、
その選択回路２２、アドレスバスＲＡＤ　ＯＮ３を通じ
て送られてくるデータ読出し対象回路を指定するアドレ
ス信号を解読するアドレスデコーダ（ＤＥＣ）２３．２
４等が設けられている。

上記構成において、まず最初に出カリレーアのＯＮ・Ｏ
ＦＦ制御動作について説明し、次にチェック信号Ｃ８を
用いた回路故障診断のだめのチェック動作について説明
する。

第３図はマイクロコンピュータによる出カリレーアのＯ
Ｎ・ＯＦＦ制御のタイムチャートであり、これを参照し
て出カリレーアのＯＮ・ＯＦＦ制御動作について述べる
。

最初に、マイクロコンピュータからデータバスＤＢ　Ｏ
〜ＤＢ　７に出カリレーアのＯＮ　−ＯＦＦ指令情報が
出力される。図示例の場合、８本のデータバスの各１本
づつが１個の出力リレーのＯＮ・ＯＦＦ指令情報線とし
て利用されており、対応するバス上に’　１　”　（リ
レーＯＮ指令）、又は“Ｏ”（リレーＯＦＦ指令）の信
号を与えるととによシ、対応する本発明回路に対し出力
リレーのＯＮ・ＯＦＦ指令を送信するものである。従っ
て。

図示例の場合には最大８個の出力リレーを集中制御でき
るものであるが、説明の都合上図面には１個の出カリレ
ーア、即ち本発明回路を１回路だけ図示し、残シの７つ
の回路は図示を略した。

い筐、図示の本発明回路に対する出力リレー（ＤＯＮ−
ＯＦＦ指令情報が８本のデータバス中のデータバス’Ｄ
Ｂ　Ｏによって与えられるよう予め設計されているもの
と仮定すると、第３図に示すようにマイクロコンピュー
タはこのデータバスＤＢ　Ｏ上に出力リレーのＯＮを指
令する１′”信号を出力する。次いで、アドレスバスＷ
ＡＤ　Ｏ〜ＷＡＤ　３にレジスタ１７を選択するだめの
アドレス情報が送出され、アドレスデコーダ１５はスト
ローブ信号ＷＲ５によってアドレス情報を読み込んで解
読し、指定アドレスに対応する出力レジスタ１７に書き
込み信号ＷＲ１を与える。これにより、出力レジスタ１
７はデータバスＤＢ　Ｏ上の０Ｎ−ＯＦＦ指令情報−”
１″を読み込んで記憶する。この結果、レジスタ１７の
Ｑ出力には直流制御信号Ｓ２＝”ｌ”′が発生する。

次いで、アドレスバスＷＡＤ　Ｏ〜ＷＡＤ　３には出力
レジスタ１６を選択するだめのアドレス情報が出力され
、前述と同様にしてアドレスデコーダ１４がこれを解読
し、出力レジスタ１６に書き込み信号ＷＲＯを与える。

これにより、出力レジスタ１６はＤＢ　Ｏ上のｌ＋　Ｉ
　Ｉ＋を読み込み、Ｑ出力には直流制御信号Ｓ　１−”
　１　”が発生する。

この２つの直流制御信号Ｓｌ、Ｓ２はインバータ回路１
８．１９で反転された後、リレー駆動回路の入力端子９
．１０に入力される。

上記直流制御信号Ｓ１が端子９に入力されると、フォト
カプラ１１が発光し、トランジスタ３のベース電流が流
れ、トランジスタ３のエミッタ・コレクタ間が導通して
出力端子５には電源電圧２４　（Ｖ）が発生する。他方
、直流制御信号Ｓ２が端子１０に入力されると、フォト
カプラ１２が発光し、トランジスタ４のベース電流が流
れ、トランジスタ４のエミッタ・コレクタ間が導通して
出力端子６には電源のアース電位０　（Ｖ）が与えられ
る。従って、この入力端子５゜６間に接続された出カリ
レーアは動作（ＯＮ）Ｌ、出カリレーアのＯＮ制御が終
了する。

出カリレーアをＯＦＦ匍ｊ御するには、データバスＤＢ
　Ｏ上にＯＮ・ＯＦＦ指令情報＝°′０”を送出し、上
述した選択動作と同様にしてレジスタ１６゜１７にＯＮ
　−ＯＦＦ指令情報−“０“を読み込めばよい。これに
よりレジスタ１６．１７のＱ出力はそれぞれＳｌ−”　
０　”　、Ｓ２−”　Ｏ”となり、フォトカプラ１１．
１２の発光が停止し、トランジスタ３，４が不導通状態
に反転され、出カリレーアは復旧（ＯＦＦ　）する。マ
イクロコンピュータは上記のようなＯＮ　−ＯＦＦ制御
動作を並設した本発明回路のそれぞれについて順次実行
し、これによって多数のリレー直流駆動回路のＯＮ・Ｏ
ＦＦ制御が行なわれるものである。

上記のように、本発明回路を用いた場合、トランジスタ
３，４が同時動作したときのみ出カリレーアが動作する
。これを換言すれば、トランジスタ３，４のＡＮＤ条件
により出カリレーアがＯＮ制御されるということであり
、このＡＮＤ条件が成立しない限り出カリレーアが危険
側に作動することはない。従って、フェイルセーフが維
持される。なお、トランジスタ３と４が同時に短絡故障
してＡＮＤ条件が成立する可能性も否定できないが、両
者が同時に短絡故障する確率は極めて低く、実際上無視
できる程度の故障確率である。１だ、たとえ、トランジ
スタ３と４が同時に故障したとしても、以下のようにし
てチェック信号Ｃ８を用いて常時回路故障診断を実行で
き、故障発生を直ちに検知することができるので、回路
のフェイルセーフは実際上完全に達成される。

進んで、第４図及び第５図を参照してセンサ（フォトカ
プラ）８から出力されるチェック信号Ｃ８を用いて回路
故障診断を行なうためのチェック動作につき説明する。

一般に、回路の故障は時を選ばず任意の時間に発生する
。このため、出カリレーアの動作（ＯＮ）中に故障が発
生しても、或は復旧（ＯＦＦ　）中に故障が発生しても
、いずれの場合にも直ちにその故障発生を検知する必要
があるが、本発明回路を採用した場合には、以下のよう
に出カリレーアの０Ｎ−ＯＦＦいずれの動作状態中に回
路故障が発生しても、これを直ちに検知することが可能
となる。

第４図を参照し、出カリレーアのＯＦＦ中の回路故障チ
ェック動作につき説明する。

即ち、出カリレーアがＯＦＦ　している状態において、
第４図に示すように、マイクロコンピュータの指令によ
り入力端子５．６に直流制御信号Ｓ１−１″、Ｓ２−“
１″をわずかの時間差を与えて印加する。このチェック
動作のための直流制御信号Ｓｌ、Ｓ２の信号印加時間Ｔ
Ｄは、出カリレーアがその時間ＴＤ内では動作できない
程の極めて短い時間、例えばＴＤ−３００μｓｅｃ程度
の時間が選ばれ、チェック動作時に出カリレーアが動作
することのないように考慮される。

上記のようにして、一定の遅れを与えてチェックのだめ
の直流制御信号Ｓ１．Ｓ２を入力端子５，６に与えると
同時に、アドレスバスＲＡＤ　Ｏ〜ＲＡＤ　３、アドレ
スデコーダ２３，２４、読出しストローブ信号口を用い
て選択信号ＲＤＯ，ＲＤＩを第４図に示すように交互に
選択回路２０．２２に与え、ＣＳとＸＯＲの情報読出し
を実行する。これにより、チェック端子１３に発生した
センサたるフォトカプラ８のチェック信号Ｃ８と、ＸＯ
Ｒ２１の出力する直流制御信号Ｓ１．Ｓ２の状態監視信
号とが順次マイクロコンピュータに読み込まれる。マイ
クロコンピュータはこのＸＯＲ２１の出力信号とチェッ
ク信号Ｃ８の組合わせから各時点における回路故障を検
知するものである。

回路に何らの故障も発生していない正常時には、ＸＯＲ
２１の出力とフォトカプラ８の出力するチェック信号Ｃ
８とは第４図中に示すように各ステージ１〜４において
、それぞれ図中に記したような出力状態となる。即ち、
ステージ１の場合、Ｓｌ−”０’”、Ｓ２−“１“とな
り、Ｓ１＼Ｓ２のためＸ０Ｒ−″１パとなる。他方、Ｓ
２−１′によってトランジスタ４はＯＮするが、Ｓｌ−
”Ｏ”′のためトランジスタ３はＯＦＦとなっているの
で、センサたるフォトカプラ８は発光しない。従って、
チェック端子１３のチェック信号Ｃ５−”１’“（＋５
Ｖ）となる。

ステージ２の場合、５１＝３２−”１’″となるからＸ
０Ｒ＝　”　Ｏ”、他方５１＝３２＝”　１　’”によ
りトランジスタ３，４の両方がＯＮＬ、このためフォト
カプラ８が発光してチェック信号ＣＳ−″’ｏ”（ｏｖ
）となる。ステージ３の場合、Ｓｌ−”ｌ”、Ｓ２＝”
Ｏ”となり、Ｓ１＼Ｓ２であるからＸＯＲ＝　”　１　
”、またフォトカプラ８は発光しないので、チェック信
号Ｃ８−１″となる。ステージ４の場合、Ｓ　１　＝３
２−”　０　”と々るからＸ０Ｒ＝”０”、フォトカプ
ラ８は発光しないのでチェック信号ｃｓ＝’“１′°と
なる。

回路に故障の々い正常時には各ステージ１〜４における
ＸＯＲ出力とチェック信号Ｃ８は上述した如き信号状態
となる。従って、マイクロコンピュータにおいて、各ス
テージ毎にその出力状態をチェックすれば、出力リレー
ＯＦＦ中における回路の故障を直ちに検知することがで
きる。

そして、この故障検知に従って、例えば電源端子１に与
えられる電源を自動的に切断すればよい。

次に、出カリレーアのＯＮ　（動作）中における回路故
障のチェックは、第５図のようにして実現される。

即ち、前述した出力リレーＯＦＦ　（復旧）時とは逆に
、出力リレーをＯＮするために″′１パ状態にある直流
制御信号Ｓ１．Ｓ２を、第５図に示すように僅かの時間
差を与えて”０′°の状態に短時間だけ転極せしめる。

そして、第４図と同様に、選択信号ＲＤ　Ｏ、ＲＤ　１
によって選択回路２０．２２を交互に選択する。

このようにすると、回路故障の々い正常時には、ステー
ジ１〜４の各位置におけるＸＯＲ２１の出力とチェック
信号Ｃ８は第５図中に記入したよう々信号状態となる。

従って、各ステージ毎にその出力状態をマイクロコンピ
ュータでチェックすれば、出カリレーアのＯＮ中におけ
る回路の故障を直ちに検知することができる。

ように交番信号を用いることなく直流信号のみによって
回路を構成できるので、トランス等の小型化困難な部品
を不要となし得、この種のリレー駆動回路を更に小型化
できるという著効を奏する。

また、２つの開閉素子のアンド動作によって出力リレー
を動作せしめるよう構成したから７エイルセーフな回路
となシ、更に２つの開閉素子のＯＮ　、　ＯＦＦの動作
状態をセンサを用いて監視するよう構成しているので、
このセンサの出力するチェック信号を利用することによ
り、回路の故障発生を外部で直ちに、検知することが可
能となる。従って、ＡＮＤ動作を行なう２つの開閉素子
がたとえ同時に短絡するような故障が発生しても、前記
チェック信号を利用して該故障を直ちに検知し、電源遮
断等により回路を安全側に作動させることができ、極め
て安全度の高いリレー駆動回路を提供できるという著効
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるリレー直流駆動回路の回路図、第
２図は本発明回路をマイクロコンピュータでＯＮ・ＯＦ
Ｆ制御する場合の１例を示す回路図、第３図は同上ＯＮ
・ＯＦＦ制御のタイムチャート、第４図は出力リレーＯ
ＦＦ中における回路故障診断のタイムチャート、第５図
は出力リレーＯＮ中における回路故障診断のタイムチャ
ート、第６図は従来の交番信号によるリレー駆動回路の
回路図である。 １．２：電源端子、３：第１の開閉素子、４：第２の開
閉素子、５：第１の開閉素子の出力端子、６：第２の開
閉素子の出力端子、７：出力リレー、８：センサ、Ｓｌ
：第１の直流制御信号、Ｓ２：第２の直流制御信号、Ｃ
８：チェック信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源の正負の極にそれぞれつながる電源端子の一方
   の端子に接続され、かつ第１の直流制御信号によつて開
   閉制御される第１の開閉素子と、前記電源端子の他方の
   端子に接続され、かつ第２の直流制御信号によつて開閉
   制御される第２の開閉素子と、該第１及び第２の開閉素
   子の出力端子間に跨つて接続された出力リレーと、該第
   １及び第２の開閉素子の各出力端子の電位状態を監視す
   るセンサとを備え、第１及び第２の直流制御信号が同時
   に与えられたとき前記出力リレーを動作せしめると共に
   、前記出力端子間の電位状態をチェック信号として出力
   することを特徴とするリレー直流駆動回路。