JPS6016962Y2 - 正逆切換回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、温度等のプロセス変量に応じた■］〜５Ｖの
如き正特性の信号をＤＣ５〜ＩＶの如き逆特性の信号に
変換できる正逆切換回路に関する。

例えば温度制御システムにおいて、通常検出端を含む温
度伝送器は温度の高い方で高い信号を出力する正動作で
ある。

このときプロセスの温度を蒸気で制御しようとすると、
調節弁として温度調節計からの信号が大きくなる程開度
を開くものが使用され、温度調節計はプロセスの温度が
設定より高くなったとき調節弁をしめてゆかねばならな
い。

そこで調節計として正動作（設定に対して測定が増加し
たとき出力増）のものを用いる場合には、温度伝送器か
らの正特性の信号を逆特性の信号に変換して調節器に加
える必要がある。

本考案は、入力信号電圧を一旦パルス幅信号に変換する
ことによって、正特性と逆特性の切換を簡単に行うこと
のできる正逆切換回路を実現したものである。

第１図は本考案回路の一実施例を示す接続図である。

図において、１は例えばＤＣ１〜５Ｖの如き入力信号電
圧Ｅｉが加わる入力端子、２は例えばＤＣ１〜５Ｖまた
はＤＣ５〜ＩＶの如き出力信号電圧Ｅ。

を生ずる出力端子、３はＥｉをパルス幅信号ｐｗに変換
する電圧・パルス幅変換器、４はｐｗを反転するインバ
ータ、５はＰＷとＰＷのいずれか一方を選択する切換回
路、６はＰＷまたはＰＷをＥｏに変換するパルス幅・電
圧変換器である。

電圧・パルス幅変換器３は、Ｅｉが抵抗Ｒ１を介して非
反転入力端子（＋）に加えられる演算増幅器ＯＰと、Ｏ
Ｐに正帰還を施す抵抗Ｒ２と、ＯＰの出力で駆動され基
準電ＥＥＥｒ□をオンオフするスイッチＳ□と、Ｓｌに
よってオンオフされた電圧を平滑してＯＰの反転入力端
子（−）に加えるコンデンサＣ□と抵抗Ｒ３のフィルタ
回路Ｆ１とからなっている。

このような構成の電圧・パルス幅変換器３においては、
まずＯＰの非反転入力端子（＋）の電圧Ｅｐが反転入力
端子（−）の電圧Ｅｆよりも大きいと、ＯＰの出力が高
レベル゛Ｈ“になり、スイッチＳ１をオン側ａに接続す
る。

その結果フィルタ回路Ｆ、のコンデンサＣ１が時定数Ｃ
１Ｒ３で充電され、反転入力端子（−）の電圧Ｅｒが上
昇する。

ＥｆがＥｐよりも大きくなると、ＯＰの出力が低レベル
“Ｌ”に反転する。

ＯＰの出力が６６ Ｌ ９９になるとスイッチＳ□がオ
フ側すに倒れ、Ｃ□が時定数ＣｌＲ３で放電し、Ｅ、が
減少する。

Ｅｆが減少しＥｐりも小さくなると、ＯＰの出力は再び
Ｈ゛′になる。

このようにして、ＯＰとＳｌおよびＦ□からなるループ
は周期Ｔでオンオフを繰り返し自励振動する。

ここでＯＰに正帰還を施しているので、比較動作の立上
りを鋭くできるとともに、ヒステリシスをもたせること
ができる。

また自励振動ループの発振周波数Ｔは、ヒステリシスの
幅とフィルタ回路Ｆ１の時定数および入力電圧のレベル
により決定されるため、ＯＰやＳｌ等の特性の影響を受
けない利点があり、発振動作が安定である。

なお本実施例では自励振動ループの発振周波数は数ＫＨ
ｚに調整されている。

モしてＯＰの利得は充分に大きいので、帰還電圧Ｅ、の
平均値が入力電圧Ｅｉと等しくなるように働き、自励振
動ループのオン時間をｔとすると、パルス幅出力ＰＷの
デユーティ比〒は、 主−Ｅ−Ｘ−（１＞ Ｅｒ１ となり、入力信号電圧Ｅｉに比例したものとなる。

ここで、Ｅｉが０％のときのデユーティ比１とＥｉが１
００％のときのデユーティ比量との間に、”ｘ＝ １−
”ｖ （２）Ｔ の関係を満足させれば、第２図から明らかなように、０
％点に対応するパルス幅信号は１００％点に対応するパ
ルス幅信号を反転したものに相当するようになる。

したがって、パルス幅信号ＰＷをインバータ４で反転す
れば、ＰＷとは逆特性のパルス幅信号ＰＷが得られる。

よって、Ｅｒ１＝ ６ｖとすれば、電圧・パルス幅変換
器３でＤＣ１〜５Ｖの入力信号電圧Ｅｉをデユーティ比
が１６．６７％〜８３．３３％のパルス幅信号ＰＷに変
換でき、（２）式を満足させることができる。

その結果インバータ４の出力にはデユーティ比が８３．
３３％〜１６．６７％のパルス幅信号爪■が得られる。

そしてパルス幅信号ＰＷまたはＰＷのいずれか一方が切
換回路５で選択されて、パルス幅・電圧変換器６に加え
られる。

パルス幅・電圧変換器６は、パルス幅信号ｐｗまたはＰ
Ｗで駆動されるスイッチＳ２によって基準電、ＢＥＥｒ
２をオンオフした後、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１のフィ
ルタ回路Ｆ２で平滑して出力信号電圧ＥＥＯを得るもの
である。

よって、切換回路５でパルス幅信号ｐｗを選択している
ときの出力信号電圧Ｅ。

は、 Ｅｏ＝工ｒ２（３） の関係から、Ｅｒ２＝６ＶとすればＤＣ１〜５Ｖとなり
、正特正の信号が得られる。

また切換回路５でパルス幅信号ＶＷを選択しているとき
の出力信号電圧Ｅｏは、 ｔｌ（４） ＥＯ＝妻ｒ２＝（１−〒）Ｅｒ２ の関係から、ＤＣ５〜ＩＶとなり逆特性の信号となる。

このように、切換回路５でパルス幅信号ＰＷを直接取り
出すか、インバータ４を介して取り出すかを選択するこ
とによって、正特性と逆特性の切換を簡単に行うことで
きる。

また入出力絶縁を行う場合にも、第３図および第４図に
示すようにフォートカプラｐｃ等の絶縁結合素子７を電
圧・パルス幅変換器３とパルス幅・電圧変換器６との間
に挿入するだけで容易に入出力絶縁ができ、別個にアイ
ソレータを必要としない利点がある。

なお、電圧・パルス幅変換器３として非反転形のものを
例示したが、第５図に示す如き反転形のものでも用いる
ことができる。

この場合インバータ４を介して取り出したパルス幅信号
が正特性の信号となり、インバータ４をバイパスしたパ
ルス幅信号が逆特性の信号となる。

第５図の電圧・パルス幅変換器３は、積分器ＩＴと比較
器ＣＯおよびスイッチＳ１を有している。

ＩＴは演算増幅器ＯＰ１と、その帰還回路に接続された
コンデンサＣ１からなり、スイッチＳ１がａ側に接続さ
れているときはＯＰｌの非反転入力端子（＋）に加えら
れる電圧Ｅｉを積分し、Ｓｌがｂ側に接続されていると
Ｅｉと基準電：ＩＥＥｒｔの差を積分する。

なおＥｒ１はＥｒ、）Ｅｉに選ばれている。

比較器ＣＯは抵抗Ｒ１，Ｒ２により正帰還が施された演
算増幅器ＯＰ２からなり、積分器ＩＴの出力を監視して
スイッチＳ１を駆動するものである。

いまＯＰ２の出力が“Ｈ９？であるとＳｌがａ側に接続
され、ＩＴがＥｉを積分し、その出力が上昇する。

その結果ＯＰ２の反転入力端子（−）の電圧が非反転入
力端子（＋）の電圧より大きくなると、Ｏ１２の出力が
Ｌ゛に反転し、Ｓｌがｂ側に切換りＩＴが（Ｅｉ−Ｅｒ
工）を積分し、ＩＴの出力が減少する。

このようにして汀とＣＯおよびＳｌからなるループが、
Ｅｉの積分値と、（Ｅｉ−Ｅｒ□）の積分値とが等しく
なるように自励振動し、パルス幅信号のデユーアイ比丁
は、 ｔ Ｅｉ 〒＝１−仄 （５） となる。

よって、Ｅｉ１＝５Ｖとすれば、電圧・パルス幅変換器
３でＤＣ１〜５Ｖの入力信号型ＥＥＥｉをデユーティ比
が８３・３３％〜１６．６７％なる逆特性のパルス幅信
号ＰＷに変換できる。

以上説明したように本考案の正逆切換回路においては、
入力信号電圧をパルス幅信号に変換し、パルス幅信号を
インバータで反転するかしないかを選択することによっ
て、出力信号が入力信号に対し正特性になるか逆特性に
なるかを決定できるので、簡単な構成で正逆切換を容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案回路の一実施例を示す接続図、第２図は
その動作を説明するための波形図、第３図〜第５図は本
考案回路の他の実施例を示す接続図である。 ３・・・・・・電圧・パルス幅変換器、４・・・・・・
インバータ、５・・・・・・切換回路、６・・・・・・
パルス幅・電圧変換器、７・・・・・・絶縁結合素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 入力信号電圧をパルス幅信号に変換するものでアラて、
   パルス幅信号のデユーティ比が入力信号電圧と基準電圧
   との比で決まる電圧・パルス幅変換器と、この電圧・パ
   ルス幅変換器からのパルス幅信号を反転するインバータ
   と、前記電圧・パルス幅変換器からのパルス幅信号と前
   記インバータで反転したパルス幅信号のいずれか一方を
   選択する切換回路と、この切換回路で選択されたパルス
   幅信号を出力信号電圧に変換するバ瑠ス幅・電圧変換器
   とを有し、前記電圧・パルス幅変換器の基準電圧の値を
   入力信号電圧の０％の値と１００％の値との和になるよ
   うに調整して、前記パルス幅・電圧変換器の出力に正特
   性または逆特性の出力信号電圧を選択的に得ることを特
   徴とする正逆切換回路。