JP2000354325A - アクチュエータ，センサインタフェース用スレーブの過負荷，短絡保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータ，センサを含む入出力機器の
インタフェース（ＡＳｉ）用スレーブの過負荷，短絡保
護を安価な回路で行ない得るようにする。 【解決手段】 スレーブ主回路１Ａを持ち、ＡＳｉ電源
を供給されるスレーブ１に、抵抗Ｒ１，２，３〜Ｒ５，
６，７、トランジスタＴ０〜Ｔ４およびコンデンサＣ１
等からなる回路を設け、通常はＴ１をオン状態にしてお
くが、過電流または短絡電流が流れたときはこれを一定
の周期で瞬時オンを繰り返させることで、従来のような
高価なＩＣ回路を用いなくても済むようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プロセス入出力
機器として用いられるアクチュエータ，センサ等に対し
てインターフェースを司るアクチュエータ，センサイン
ターフェース回路（以下、ＡＳｉとも略記する）用スレ
ーブにおける過負荷，短絡保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡＳｉはＥＮ規格（ＥＮ５０２９５）で
規定されたビットレベルの信号を取り扱うネットワーク
で、フィールドネットワークの中で最下位層に位置す
る。図４にＡＳｉのネットワーク構成例を示す。上位に
マスタ２があり、マスタ２から通信と電源を兼用した２
本の電線が延びている（ＡＳｉ＋，ＡＳｉ−）。ＡＳｉ
＋とＡＳｉ−には、ＤＣ３０Ｖの電源４と通信信号を減
衰させないためのデカップリング回路を内蔵したＡＳｉ
専用電源３とが接続される。スレーブ１１〜１４はここ
では４台示すが、最大で３１台接続可能である。

【０００３】スレーブ１１〜１４としては、負荷を制御
するための出力のみを持ったもの（スレーブ１１）、セ
ンサまたはアクチュエータの信号を取り入れる入力のみ
を持ったもの（スレーブ１４）、または出力および入力
の両方を持ったもの（スレーブ１２，１３）等の種類が
ある。また、出力を持ったスレーブに対しては、負荷を
動作させるためＤＣ電源４を接続するようにしたもの
（スレーブ１１，１２）と、負荷を動作させるための電
源もＡＳｉ電源３からとるようにしたものとがある（ス
レーブ１３）。マスタ２はプログラマブルコントローラ
（ＰＬＣ）と組み合わされており、センサおよび入力に
対して要求される負荷の動作をさせるため、マスタ２で
必要なプログラムを組み、動作の制御をするようにして
いる。

【０００４】図５にスレーブの従来例を示す。これは、
負荷を動作させるための電源もＡＳｉ電源から取るよう
にしたもので、ＡＳｉ＋側は逆接続防止用のダイオード
Ｄを通して、ＡＳｉスレーブ用のＡＳＩＣを含むスレー
ブ主回路１ＡおよびコイルＬ１に接続される。また、Ａ
Ｓｉ−側はスレーブ主回路１ＡおよびコイルＬ２に接続
される。コイルＬ１とＬ２間にはコンデンサＣ２が接続
され、これらコイルとコンデンサによりフィルターをか
け、以降の回路に信号がのらないようにしている。スレ
ーブ主回路１Ａからの出力信号は、出力トランジスタＴ
０に接続される。負荷（Ｘ）７は出力トランジスタＴ０
のコレクタとコイルＬ１を通したＡＳｉ＋側に接続し、
スレーブ主回路１Ａからの出力信号で出力トランジスタ
Ｔ０がオンしたとき、ＡＳｉ電源から負荷（Ｘ）７に電
圧が供給され、オンするようになっている。また、セン
サ６を入力とする場合もＡＳｉ電源から電圧が供給され
るようにしている。さらに、過負荷・短絡検知回路１Ｂ
が電流通路部に設けられ、過負荷電流またはセンサ消費
電流の過電流や負荷短絡電流の検知をするようにしてい
る。なお、過負荷・短絡検知回路１Ｂは通常、専用のＩ
Ｃが用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、負荷・
短絡検知回路としては専用のＩＣが用いられるが、この
専用ＩＣは一般に高価なためコストアップになる、とい
う問題がある。また、負荷やセンサには、コイルを通し
てＡＳｉ電源から電力を供給するようにしているので、
負荷およびセンサには約３０Ｖの電圧が印加されること
になる。そのため、例えば定格電圧が２４Ｖ±１０％の
センサまたは負荷の場合、定格以上の電圧となって使用
できなくなるという問題もある。したがって、この発明
の課題は低コスト化を図ること、定格による制限をなく
すことなどにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、スレーブ主回路を有し、
アクチュエータまたはセンサを含む入出力機器とのイン
タフェースを司るアクチュエータ，センサインタフェー
ス回路（ＡＳｉ）から電源を供給されるスレーブに対
し、前記スレーブ主回路の出力信号を出力トランジスタ
のベースに導入し、そのエミッタを第１トランジスタの
コレクタに接続し、この第１トランジスタのエミッタは
第１抵抗および第２トランジスタのベースに接続し、前
記第１トランジスタのベースは第３トランジスタのコレ
クタスと第３抵抗との接続部に接続し、第３トランジス
タのエミッタは第２抵抗に接続し、第４トランジスタの
エミッタは第３トランジスタのエミッタに、そのベース
は第６抵抗に接続し、第６抵抗の他端は第７抵抗，第１
コンデンサおよび第２トランジスタのコレクタに接続
し、第７抵抗の他端は前記第２抵抗のトランジスタに接
続されていない側に接続するとともに、ダイオードを通
してＡＳｉ電源＋側に接続された第１コイルの他端に接
続し、第１コンデンサの前記第６抵抗が接続されていな
い側を第１，第３および第５抵抗に接続するとともに、
ＡＳｉ電源−側に接続された第２コイルの他端に接続し
たことを特徴とする。上記請求項１の発明においては、
前記第１コイルと入出力機器との間に定電圧回路を設け
ることができる（請求項２の発明）。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図で、抵抗，コンデンサおよびトランジス
タのみで過負荷・短絡保護回路を構成した点が特徴であ
る。通常の状態では、トランジスタＴ３は抵抗Ｒ２を通
してベース電流が流れ、オンとなっている（Ｔ４はオ
フ）。これにより、トランジスタＴ１にベース電流が供
給され、これもオン状態になっている。その結果、負荷
電流とセンサの消費電流を合計した電流Ｉが、トランジ
スタＴ１のコレクタ・エミッタ間を流れる。そして、負
荷電流またはセンサの消費電流が増大すると、抵抗Ｒ１
間の電圧Ｖａが増大してくる。抵抗Ｒ１はこの過負荷・
短絡保護回路が動作する電流値を決定するもので、例え
ば、 Ｒ１＝Ｖｂｅ２／Ｉｏｐ なる値に設定する。ここに、Ｖｂｅ２はトランジスタＴ
２のベース・エミッタ間電圧、Ｉｏｐは過負荷・短絡保
護回路動作電流である。

【０００８】抵抗Ｒ１間の電圧Ｖａが上記Ｖｂｅ２以上
になる電流Ｉが流れると、Ｔ２のベース電流が流れＴ２
がオンとなる。Ｃ１は、通常の場合は約３０Ｖに充電さ
れているが、過負荷または短絡電流が流れてＴ２がオン
すると、瞬時に放電され約０Ｖになる。このため、Ｔ４
のベース電流Ｉ２が抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ６を通して流
れ、Ｔ４がオンとなる。Ｔ４がオンになると、Ｔ３のベ
ース電位が上昇してＴ３がオフし、これによりＴ１もオ
フとなる。

【０００９】その後、コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ７を通
る電流Ｉ１とトランジスタＴ４のベース電流Ｉ２によっ
て充電され、徐々に電圧が上昇する。そして、コンデン
サＣ１間の電圧Ｖｃが、 Ｖｃ≒[３０×Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ５）]−Ｖｂｅ４ になったとき、Ｔ４は再びオフになる。なお、Ｖｂｅ４
はトランジスタＴ４のベース・エミッタ間電圧を示す。

【００１０】Ｔ４がオフになると、Ｔ３，Ｔ１はオンす
るが、過負荷または短絡電流が流れていると、瞬時にＴ
２がオンしてＣ１の電荷が放電され、Ｔ１をオフとす
る。すなわち、抵抗Ｒ２，Ｒ６，Ｒ７およびコンデンサ
Ｃ１で決定される周期で、Ｔ１は瞬時のオンを繰り返す
ことになる。図２にＶｃおよびＶａの電圧変化例を示
す。同図（ａ）はＶｃを、同図（ｂ）はＶａをそれぞれ
示す。同図（ｂ）からも明らかなように、Ｔ１は瞬時の
オンなので、負荷電流等はほとんどシャットダウン（阻
止）されて、過負荷または短絡状態から保護される。

【００１１】図３はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図である。図１との相違はセンサ等の入出力機器を
接続する前段に定電圧回路１Ｃを挿入した点にあり、そ
の他は同様である。これは、日本ではＤＣ２４Ｖが一般
的な電圧のため、定電圧回路１Ｃによりその電圧になる
ようにしている。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、過負荷・短絡保護回
路を安価な抵抗，コンデンサおよびトランジスタのみで
形成できるので、低コスト化が可能となる。また、過負
荷・短絡保護回路の入力部と出力部との間に定電圧回路
を挿入することで、負荷，センサ等に印加される電圧を
日本の仕様に合う電圧にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】図１の動作概要図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図４】ＡＳｉネットワーク構成例を示す構成図であ
る。

【図５】スレーブの従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１，１１，１２，１３，１４…スレーブ、１Ａ…スレー
ブ主回路、１Ｂ…過負荷・短絡検知回路（専用ＩＣ）、
１Ｃ…定電圧回路、２…マスタ、３…ＡＳｉ電源、４…
ＤＣ電源、５１，５２，５３，５４…入出力機器、６…
センサ、７…負荷（Ｘ）、Ｌ１，Ｌ２…コイル、Ｃ１，
Ｃ２…コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３〜Ｒ５，Ｒ６，Ｒ
７…抵抗、Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…トランジス
タ、Ｄ…ダイオード。

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Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スレーブ主回路を有し、アクチュエータ
   またはセンサを含む入出力機器とのインタフェースを司
   るアクチュエータ，センサインタフェース回路（ＡＳ
   ｉ）から電源を供給されるスレーブに対し、 前記スレーブ主回路の出力信号を出力トランジスタのベ
   ースに導入し、そのエミッタを第１トランジスタのコレ
   クタに接続し、この第１トランジスタのエミッタは第１
   抵抗および第２トランジスタのベースに接続し、前記第
   １トランジスタのベースは第３トランジスタのコレクタ
   スと第３抵抗との接続部に接続し、第３トランジスタの
   エミッタは第２抵抗に接続し、第４トランジスタのエミ
   ッタは第３トランジスタのエミッタに、そのベースは第
   ６抵抗に接続し、第６抵抗の他端は第７抵抗，第１コン
   デンサおよび第２トランジスタのコレクタに接続し、第
   ７抵抗の他端は前記第２抵抗のトランジスタに接続され
   ていない側に接続するとともに、ダイオードを通してＡ
   Ｓｉ電源＋側に接続された第１コイルの他端に接続し、
   第１コンデンサの前記第６抵抗が接続されていない側を
   第１，第３および第５抵抗に接続するとともに、ＡＳｉ
   電源−側に接続された第２コイルの他端に接続したこと
   を特徴とするアクチュエータ，センサインタフェース用
   スレーブの過負荷，短絡保護回路。
2. 【請求項２】 前記第１コイルと入出力機器との間に定
   電圧回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のア
   クチュエータ，センサインタフェース用スレーブの過負
   荷，短絡保護回路。