JP2017005290A - 接点入力回路 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低消費電流のフォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより１次側の回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンを図ることができる接点入力回路をする。【解決手段】フォトカプラを介して接点の開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、フォトカプラの発光素子と直列に定電流回路が接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、接点入力回路に関し、詳しくは、たとえばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ；Programmable logic controller）の接点入力モジュールやカウンタ入力モジュールなどのフィールド機器における接点の開閉ステータスを読み込むための接点入力回路の改善に関するものである。

なお、本発明が適用できる装置は、ＰＬＣに限るものではなく、ＰＬＣ以外の装置でも接点入力回路を有する装置であれば、ＰＬＣの場合と同様な効果が期待できる。

図４は、従来の接点入力回路の一例を示す回路図である。図４において、外部入力電圧源Ｖｉｎの両端間には抵抗ＲａとＲｂの直列回路が接続され、抵抗Ｒｂと並列にフォトカプラＰＣを構成する発光ダイオードＬＥＤが接続されている。

図５は、図４に示した回路の電圧電流特性例図である。図４に示すフォトカプラＰＣには、図５の特性線Ａに示すような入力電圧Ｖｉｎに比例した電流Ｉｆが流れる。そして、電流Ｉｆが推奨オン電流の範囲Ｂに入ることにより、フォトカプラＰＣはオンになる。

この推奨オン電流の範囲Ｂに着目すると、たとえばＰＬＣで使われる接点入力モジュールでは、オン電圧範囲として８〜２６．４Ｖなどの比較的広範囲が求められる。

消費電流が比較的大きいフォトカプラの場合には、推奨オン電流の範囲Ｂも比較的広いことから、８〜２６．４Ｖなどの比較的広範囲のオン電圧に対応できる。

これに対し、比較的低消費電流のフォトカプラの場合には、推奨されるオン電流の範囲Ｂが比較的狭く、広範囲のオン電圧に対応することは困難になる。

ところで、一般的には、フォトカプラＰＣを構成するフォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されているが、フォトカプラによっては、フォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないものもある。

このようなフォトトランジスタにシュミットトリガ回路が実装されていないフォトカプラＰＣを部品として用いると、スレッショルド・レベル付近の直流電圧が印加された場合や立上り(立下り)の遅い入力が入った場合に、オン／オフのタイミングが変動して不安定になり、出力にグリッジが生じてしまうことになる。

図４に示すような従来の回路では、入力電圧Ｖｉｎに比例した電流ＩｆがフォトカプラＰＣに流れることにより、外部から立上り(立下り)の遅い信号が入力された場合には、グリッジが発生することは避けられない。

一方で、ＰＬＣのＩ/Ｏモジュールを用いて多点の接点入力を実現しようとしたとき、最も注意しなければならないことは、発熱である。発熱によって多点化の実現が困難になったり、多点化できたとしても発熱の状況によっては同時にオンできる点数を制限しなければならない場合もある。

特許文献１には、入力モジュールにおける消費電力を最小限に抑え、発熱を削減した接点入力回路を実現する技術が記載されている。

特開 ２００５−６４９２９号公報

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、比較的低消費電流のフォトカプラを用いながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応でき、外部から立上りの遅い信号が入力された場合でもグリッジの発生を抑えることができて安定化電源を必要とせず、フォトカプラを使うことにより１次側の回路駆動電源も不要にでき、低消費電力化により発熱を抑えて熱対策部品を削減できコストダウンを図ることができる接点入力回路を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
フォトカプラを介して接点の開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、
前記フォトカプラの発光素子と直列に定電流回路が接続されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の接点入力回路において、
前記定電流回路と直列にスイッチ回路が接続されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の接点入力回路において、
前記スイッチ回路をオンオフ駆動するためのコンパレータが接続されていることを特徴とする。

このような構成によれば、比較的低消費電流でありながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応できる接点入力回路を実現できる。

本発明に基づく接点入力回路の概要を示すブロック図である。 図１に示した回路の電圧電流特性例図である。 図１の具体的な回路例図である。 従来の接点入力回路の一例を示す回路図である。 図４に示した回路の電圧電流特性例図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく接点入力回路の概要を示すブロック図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、外部入力電圧源Ｖｉｎの両端間には、フォトカプラＰＣを構成する発光ダイオードＬＥＤとスイッチ回路ＳＷと定電流回路ＣＣが直列接続され、これらの直列回路と並列にコンパレータ回路ＣＭＰが接続されている。コンパレータ回路ＣＭＰはその出力信号でスイッチ回路ＳＷをオンオフ駆動するように接続されている。

図２は、図１に示した回路の電圧電流特性例図である。図２において、太い破線Ａは図５に示した従来の回路における電圧電流特性線と同じ電圧電流特性線を示し、細い２本の破線はフォトカプラＰＣの推奨オン電流の範囲Ｂを示し、実線ＣとＤはフォトカプラＰＣの入力電流Ｉｆの変化の状態を示している。

図２から明らかなように、フォトカプラＰＣの入力電流Ｉｆは、入力電圧Ｖｉｎを上昇させても所定の推奨オン電流範囲Ｂに収まるように、定電流回路ＣＣにより定電流化されている。

図１の回路構成において、コンパレータ回路ＣＭＰは外部入力電圧源Ｖｉｎの出力電圧を監視し、外部入力電圧源Ｖｉｎの出力電圧があらかじめ設定された所定の電圧に到達するとスイッチ回路ＳＷをオンにする。図１の回路構成により、スイッチ回路ＳＷをオンにする電圧を容易に設定できる。

スイッチ回路ＳＷがオンになるまでフォトカプラＰＣの一次側に設けられている発光ダイオードＬＥＤには電流が流れることはなく、スイッチ回路ＳＷがオンになることによりフォトカプラＰＣの一次側の発光ダイオードＬＥＤに電流が流れる。

これらコンパレータ回路ＣＭＰとスイッチ回路ＳＷとの組み合わせを導入することにより、フォトカプラＰＣの入力電流Ｉｆの立上りは、図２の実線Ｃで示すように破線Ａで示した従来回路の特性に比べて急勾配になり、高速化が図れる。

グリッジはフォトカプラＰＣのスレッショルド・レベル付近で発生することから、図２に示すようにフォトカプラＰＣの入力電流の立上りを速くすることで、このようなグリッジの発生を低減できる。

図３は、図１の具体的な回路例図である。コンパレータ回路ＣＭＰは、抵抗Ｒ１〜Ｒ３とツェナーダイオードＤとトランジスタＴｒ１とで構成されている。

ツェナーダイオードＤと抵抗Ｒ１は直列接続されて外部入力電圧源Ｖｉｎの両端に接続され、抵抗Ｒ２とＲ３も直列接続されてツェナーダイオードＤと抵抗Ｒ１の直列回路とともに外部入力電圧源Ｖｉｎの両端に並列接続されている。

ツェナーダイオードＤのアノードは外部入力電圧源Ｖｉｎの一端に接続されるとともに共通電位点に接続され、ツェナーダイオードＤのカソードは抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は外部入力電圧源Ｖｉｎの他端に接続されるとともに直列接続された抵抗Ｒ２とＲ３の一端に接続されている。

トランジスタＴｒ１のベースはツェナーダイオードＤのカソードと抵抗Ｒ１の一端との接続点に接続され、エミッタは直列接続された抵抗Ｒ２とＲ３の接続点に接続され、コレクタはトランジスタＴｒ２のベースに接続されている。

直列接続された抵抗Ｒ２とＲ３の他端は、ツェナーダイオードＤのアノードおよび外部入力電圧源Ｖｉｎの一端とともに共通電位点に接続されている。

抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＤとでリファレンス電圧Ｖｒｅｆを生成し、このリファレンス電圧ＶｒｅｆとトランジスタＴｒ１のエミッタ電圧Ｖｅ１を比較してスイッチ回路ＳＷをオン／オフ駆動する。

トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧Ｖｅ１は、外部入力電圧Ｖｉｎを抵抗Ｒ２とＲ３で分圧して生成する。オン電圧はツェナーダイオードＤのツェナー電圧を変えるか、直列接続されている抵抗Ｒ２とＲ３の分圧比を変更することで調節する。

スイッチ回路ＳＷは、トランジスタＴｒ２で構成される。このスイッチ回路ＳＷは、前段に設けられているコンパレータ回路ＣＭＰの出力信号を受けて、フォトカプラＰＣの一次側に設けられている発光ダイオードＬＥＤに流れる電流をオン／オフ制御する。

定電流回路ＣＣは、抵抗Ｒ１、Ｒ５とツェナーダイオードＤとトランジスタＴｒ２とで構成されていて、コンパレータ回路ＣＭＰのリファレンス電圧回路を共用するとともに、スイッチ回路ＳＷを構成するトランジスタＴｒ２も共用している。

トランジスタＴｒ２のコレクタはフォトカプラＰＣの一次側に設けられている発光ダイオードＬＥＤのカソードに接続され、エミッタは抵抗Ｒ５を介して、直列接続された抵抗Ｒ２とＲ３の他端、ツェナーダイオードＤのアノードおよび外部入力電圧源Ｖｉｎの一端とともに共通電位点に接続されている。

フォトカプラＰＣの一次側に設けられている発光ダイオードＬＥＤのアノードは、抵抗Ｒ４を介して、抵抗Ｒ１の他端、外部入力電圧源Ｖｉｎの他端および直列接続された抵抗Ｒ２とＲ３の一端との接続点に接続されている。

コンパレータ回路ＣＭＰの出力信号がオンになると、トランジスタＴｒ２のベースに入力される電圧は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しい一定値になる。トランジスタＴｒ２のエミッタ電圧Ｖｅ２も一定値になるので、トランジスタＴｒ２のコレクタに流れる電流はＶｅ２／Ｒ５の一定値になり、定電流回路として動作することになる。

このような回路構成にすることにより、推奨オン電流の範囲が比較的狭い低消費電流のフォトカプラを使いながらも、比較的広い入力電圧範囲に対応できる接点入力回路を実現できる。

外部から比較的立上りの遅い信号が入力されても、入力電圧が基準の電圧に到達するまでフォトカプラに電流が流れることはなく、フォトカプラの電流入力の立上りが速くなることから、フォトカプラの出力信号に発生するグリッジを抑えることができる。

安定した駆動電源を必要とする比較的高価な集積回路を使用しなくても、トランジスタ等の比較的安価に入手できる個別素子を使って、本発明に基づく接点入力回路を構成するコンパレータ回路ＣＭＰ、スイッチ回路ＳＷおよび定電流回路ＣＣが実現できることから、別途電源回路を準備する必要がなく、低コスト化が図れる。

本発明に基づく構成は、低消費電流回路であることから多点入力構成も可能であり、熱対策部品を削減できることにより低コスト化が図れる。

なお、フォトカプラを集積回路化するのにあたり、本発明に基づく接点入力回路の構成を組み込み内蔵するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、比較的低消費電流でありながら比較的広い入力範囲の多点入力に対応できる接点入力回路を実現できる。

Ｖｉｎ 外部入力電圧源
ＣＭＰ コンパレータ回路
ＰＣ フォトカプラ
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＳＷ スイッチ回路
ＣＣ 定電流回路

Claims (3)

1. フォトカプラを介して接点の開閉ステータスを読み込むように構成された接点入力回路において、
   前記フォトカプラの発光素子と直列に定電流回路が接続されていることを特徴とする接点入力回路。
2. 前記定電流回路と直列にスイッチ回路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の接点入力回路。
3. 前記スイッチ回路をオンオフ駆動するためのコンパレータが接続されていることを特徴とする請求項２に記載の接点入力回路。

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