JPS6363867B2

JPS6363867B2 -

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Publication number: JPS6363867B2
Application number: JP10876180A
Authority: JP
Priority date: 1980-08-07
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1988-12-08
Also published as: JPS5733368A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は故障検出装置に係り、特に負荷の電源
開閉に半導体スイツチング素子を使用した負荷駆
動装置に適用するに好適な故障検出装置に関す
る。

一般に、負荷駆動装置は第１図のブロツク図に
示す如き構成を有する。同図中１は出力接点S₁，
S₂を介して直流または交流の駆動用電源２と負荷
３の回路を接続または遮断する負荷駆動回路、４
は制御信号１００によつて前記負荷駆動回路１を
制御する制御回路である。

かかる構成に於いて、負荷駆動回路１は駆動用
電源２と負荷３の間に直列に挿入される出力接点
S₁，S₂を有し、制御回路４等からの制御信号１０
０によつて負荷３に対する駆動用電源２の供給ま
たは遮断を行うものであり、各種プラトンにおい
て広く使用されている。ここで、負荷３とは一般
に電力を機械力その他に変換する装置を総称する
ものである。そして、負荷駆動回路１は電気的２
位置信号を機械的またはその他の２位置動作に変
換する上で欠くことのできないものであり、制御
信号１００によつて確実に負荷３を駆動すること
が要求される。

この様な負荷駆動装置は特に安全性を要求され
る原子力プラトン等にも多数使用されており、負
荷駆動回路１の信頼度はプラント全体の安全性に
密接に関係している。信頼性を向上させるために
高信頼度部品の採用、冗長化等に配慮が払われる
が、適切な頻度および方法で負荷駆動回路の健全
性を確認し回路の不良を早期に発見することも信
頼性向上のための非常に重要な手段である。

従来、負荷駆動回路１はリレーを用いて構成さ
れていたが、近年半導体技術の進歩により半導体
スイツチング素子を用いて構成される場合が多く
なつてきた。しかしながら、半導体スイツチング
素子は出力接点が１組しかとれずその出力接点は
駆動用電源２の開閉に使用してしまうため、健全
性の確認という立場から動作確認信号がとれず、
しかも無接点であるため目視による確認ができな
い等の不具合がある。

このため、この様な半導体スイツチング素子を
用いた負荷駆動装置には、従来第２図のブロツク
図に示すような故障検出装置が用いられて来た。
ちなみに、第２図中７は負荷３の駆動時にその両
端に発生する電圧V_Lを検出する動作検出回路、
６は故障診断用の診断パルス１０１を発生するパ
ルス発生回路、５は制御回路４からの制御信号１
００と前記診断パルス１０１の重畳信号である駆
動信号１０２を出力する入力回路、８は前記駆動
信号１０２と動作検出回路７の検出信号１０３を
比較し、その結果を比較信号１０４として出力す
る比較回路である。

かかる構成に於いて、制御回路４からの制御信
号１００は入力回路５において診断パルス発生回
路６からの診断パルス１０１と重畳され駆動信号
１０２となる。通常、この駆動信号１０２は、（102）＝（100）（101） …(1) と表わされる。ここで、は排他的論理和を示
す。一方、負荷駆動回路１はこの重畳信号１０２
により出力接点S₁，S₂の開閉を行うが、この時動
作検出回路７により負荷３の両端電圧V_Lが論理
的な動作検出信号１０３に変換され出力される。
この動作検出信号１０３は比較回路８で駆動信号
１０２と比較され、比較結果信号１０４として出
力される。通常この比較結果信号１０４は（104）＝（102）（103） …(2) と表わされる。したがつて、駆動信号１０２が
“１”のとき負荷駆動回路１が出力接点S₁，S₂を
閉として負荷３と駆動用電源２を接続し、一方動
作検出回路７が負荷端電圧をV_Lとしたとき1V_L１
＞０で動作検出信号１０３が“１”となるような
特性であれば、診断パルス１０１が“１”の場
合、制御信号１００に無関係に、動作が正常なら
ば比較結果信号１０４は“０”、正常でないなら
ば比較結果信号１０４は“１”となる。すなわ
ち、診断パルス１０１を“１”とした時の比較結
果信号１０４の値により負荷駆動回路１の健全性
が確認できる。

また、一般に第２図の故障検出装置と共に用い
られる負荷駆動回路１は第３図のブロツク図に示
すように構成される。第３図中９はトリガ回路部
であり、１０は前記トリガ回路部９によりターン
オンまたはターンオフさせられる双方向性サイリ
スタである。

かかる構成に於いて、駆動信号１０２はトリガ
回路部９に入力され、トリガ回路部９は双方向性
サイリスタ１０をターンオンまたはターンオフさ
せ出力接点S₁，S₂の開閉を行う。

しかしながら、この様な構成によれば故障検出
装置およびそれと共に使用される負荷駆動回路に
は以下に示す不具合点がある。つまり、サイリス
タ１０を使用するため駆動用電源２は交流に限定
され、また駆動信号１０２の変化と出力接点S₁，
S₂の状態変化には最大、駆動用電源２の交流周期
の約1/2の遅れがあるため、駆動信号１０２の変
化が駆動用電源２の正または負側半周期以内で終
了した場合には出力接点S₁，S₂の状態が変化せ
ず、したがつて診断パルス１０１の巾は周期に比
べてあまり短くできない。

更に、動作検出回路７はあるしきい値電圧V₀
により 1V_L１＞V₀ならば動作検出信号１０３＝“１”
…(3) 1V_L１＜V₀ならば動作検出信号１０３＝“０”
…(4) なる動作を行うため、たとえ出力接点S₁，S₂が閉
じて負荷に電源電圧が生じても、動作検出信号１
０３＝“０”である期間が生じることがある。こ
のため、サイリスタ１０の応答遅れ時間も含める
と駆動信号１０２と動作検出信号１０３を単に比
較しただけでは診断結果に対する信頼性が低い。

一方、診断パルス発生回路６または入力回路５
の故障により駆動信号１０２に診断パルス１０１
が重畳されなくても、そのこと自体は比較結果信
号１０４に何ら影響を与えず、従つて診断パルス
発生回路６および入力回路５の故障は検出されな
い。

また、診断パルス１０１の巾を駆動用電源２の
周期に比べてあまり短くできないため、診断パル
ス１０１によつて負荷３が作動する可能性が大き
く、したがつて、プラント稼動中には負荷駆動回
路１の健全性をチエツクすることは実行し難い。

従つて、本発明の目的は上記従来技術の欠点を
なくし、直流、交流の両駆動用電源に対して信頼
性の高い診断結果を与えると同時に、プラント稼
動中であつても操作可能な故障検出装置を提供す
ることにある。

以下、図面に従つて本発明を更に詳細に説明す
る。

第４図は本発明の一実施例に係る故障検出装置
のブロツク図を示すもので、同図中２０は双方向
性の応答遅れのないスイツチングが可能な負荷駆
動回路、８０は診断パルス１０１と動作検出信号
１０３、制御信号１００を突き合せ、その結果を
比較結果信号１０４として出力する比較回路、１
１は前記比較結果信号１０４を入力とする波形検
出回路である。

一方、第５図は第４図の負荷駆動回路２０の詳
細な構成を示すブロツク図で、１３は出力接点
S₁，S₂間にａ，ｂ端を接続されるダイオードブリ
ツジ、１４は前記ダイオードブリツジ１３のｃ，
ｄ端間に接続されるトランジスタ、１２は駆動信
号１０２によつて前記トランジスタ１４のベース
を駆動するベース回路部である。

次に、第４図、第５図の構成に於いて、その動
作を第６図の波形図に従つて説明する。ちなみに
第６図Ａは制御信号１００が“０”のとき、同図
Ｂは制御信号１００が“１”のときの各部の波形
を示すものである。

先ず、制御回路４からの制御信号１００とパル
ス発生回路６からの診断パルス１０１から入力回
路５により駆動信号１０２が作られる。このとき
の関係は(1)式と同様である。したがつて診断パル
ス１０１を第６図ａに示す如き波形とすれば、駆
動信号１０２は制御信号が“０”であつた場合同
図ｂの波形、制御信号１００が“１”であつた場
合同図b′の波形となる。負荷駆動回路２０におい
ては、ダイオードブリツジ１３のためにトランジ
スタ１４がターンオフしている場合、駆動用電源
２が直流であるか交流であるかにかかわらず、常
にコレクタには正電圧が印加されている。したが
つて、トランジスタ１４のターンオンまたはター
ンオフはベース電圧のみ、すなわち駆動信号１０
２のみによつて制御される。よつて駆動信号１０
２の変化と出力接点S₁，S₂の状態変化にはベース
回路部１２およびトランジスタ１４が持つている
固有の遅れ以外はなく、また通常の使用において
は診断パルス１０１の巾に制限を生じない。ここ
で、駆動信号１０２が“１”のとき負荷駆動回路
１０の出力接点S₁，S₂閉となり、また動作検出回
路７が 1V_L１＞V₀ならば動作検出信号１０３＝“１”
…(5) 1V_L１＜V₀ならば動作検出信号１０３＝“０”
…(6) なる特性を持つと仮定する。

したがつて、負荷駆動回路２０が正常であり、
かつ負荷端電圧V_Lが1V_L１＞V₀である場合には
動作検出信号１０３は第６図ｃまたはc′に示す波
形となる。一方、比較回路８０においては、（104）＝（100）（101）（103） …(7) なる演算を行う。前にも述べたように、負荷駆動
回路２０に固有の遅れが存在するためには（101）
（103）の波形は第６図ｄまたはd′の波形とな
る。したがつて、比較結果信号１０３の波形は第
６図ｅまたはe′に示す波形となる。第６図Ａ，Ｂ
からも明らかな如く、制御信号１００とは無関係
に第６図ｅとe′は同じ波形である。

一方、負荷駆動回路２０が正常でない場合、ま
たは負荷駆動回路２０が正常であつても負荷端電
圧V_Lが1V_L１＜V₀である場合には、診断パルス
１０１として第６図ａの信号を用いても、比較結
果信号１０３が同図ｅの波形をとることはない。

すなわち、負荷電源２が直流の場合は1V_L１＞
V₀であるから負荷駆動回路２０が正常であれば
比較結果信号１０３として第６図ｅの波形が常に
生じ、正常でなければ比較結果信号１０３として
同図ｅの波形は生じない。負荷電源２が交流の場
合は1V_L１＞V₀、1V_L１＜V₀どちらもとりうるか
ら、負荷駆動回路２０が正常であつても比較結果
信号１０３として第６図ｅの波形が常に生じると
は限らない。また正常でなければ直流の場合と同
様に比較結果信号１０３として第６図ｅの波形が
生じることはない。

これに対して、波形検出回路１１は比較結果信
号１０３の波形を判定し第６図ｅの波形のみを検
出し、またそれが何回検出されたかをカウントす
る機能を有する。したがつて、診断パルス１０１
をＮ回入力し、その時の波形検出回路１１のカウ
ント数ｍを調べれば負荷駆動回路２０の健全性チ
エツクが可能である。一般に、ｍm₀であれば
正常、ｍ＜m₀であれば正常でないとする。ここ
でm₀（０＜m₀＜Ｎ）は診断パルス繰返し周波数
Ｎおよび交流負荷電源の周波数等から決定される
整数である。

なお、上記実施例に於いては、各信号１００，
１０２，１０３，１０４として特定の論理を持つ
ものを仮定して説明したが、本発明の実施はこれ
に限定されるものではなく、判定可能な論理であ
ればいかなる論理でも適用可能である。なお、こ
の場合、各回路はこれらの論理に合わせた動作を
行う様設定されるものであることは云うまでもな
い。

以上の説明からも明らかな如く、本発明によれ
ば以下に列挙する様な種々の効果を得ることが出
来るものである。

(1) 半導体スイツチング素子にトランジスタを用
いかつダイオードブリツジと組合せているため
駆動用電源は直流、交流どちらも可能であり、
また健全性チエツク方法も交直両用とすること
が出来る。

(2) 診断パルスの幅に従来のような制限がないた
め、負荷の動作速度に比べ診断パルスの幅を十
分小さくすることができ、診断パルスにより負
荷が動作することを防止できるため、プラント
稼動中であつても健全性のチエツクが可能であ
る。

(3) 単に比較結果の“１”または“０”を判定す
るのではなく、比較結果の波形を検出するため
に診断結果に対する信頼度が非常に高い。また
診断パルス発生回路の故障により診断パルスが
発生しない場合も比較結果の波形が正常時と異
なるため、容易に故障として検出できる。

(4) 入力回路も故障検出ループ内に含まれている
ため、入力回路の故障も検出可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な負荷駆動装置のブロツク図、
第２図は従来の故障検出装置のブロツク図、第３
図は第２図の負荷駆動回路のブロツク図、第４図
は本発明の一実施例に係る故障検出装置のブロツ
ク図、第５図は第４図の負荷駆動回路のブロツク
図、第６図Ａ，Ｂは第４図の構成に於ける各部の
信号の波形を示す波形図である。１，２０……負荷駆動回路、２……駆動用電
源、３……負荷、４……制御回路、５……入力回
路、６……パルス発生回路、７……駆動検出回
路、８，８０……比較回路、１１……波形検出回
路、１２……ベース回路部。

Claims

【特許請求の範囲】

１双方向の電源開閉が可能な半導体開閉器と、
前記半導体開閉器に故障検出用のパルスを与える
パルス発生手段と、前記半導体開閉器を介して電
源供給を受ける負荷の両端電圧を検出する動作検
出手段と、前記半導体開閉器に対する制御信号、
前記パルス発生手段の出力パルス、および前記動
作検出手段出力を論理判断する比較手段と、前記
比較手段の出力信号の波形を診断する波形検出手
段とから成ることを特徴とする故障検出装置。