JPS6228806A - 入力装置 - 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】 〔発明の利用分野〕　本発明は、シーケンスコントロー
ラ等に用いるオンオフ状態信号の入力装置に係り、特に
入力信号の信頼性を確保しながら低損失化した入力装置
に関する。

と− 〔発明の背景〕　第９図にシーケンスコントローラ等に
用いられている一般的な入力装置のブロック図を示す。

入力装置４の入力端子５には外部電源２（交流または直
流）とオンオフ状態を検出しようとする外部スイッチ素
子３とが直列に接続され、入力装置内部に設けられた電
流制限用抵抗６および電流検出手段（ホトカプラ等）７
と共に閉ループの入力回路１を構成しており、外部電源
２から印加される電圧をＶ、抵抗６の値をＲとすると、
外部スイッチ素子３がオンしたときのみ入力回路１にｉ
　＝　Ｖ／Ｒなる電流が流れる。この電流を電流検出手
段７で電圧信号に変換し、信号処理手段８で接点のチャ
タリング除去、波形成形等の処理をした後、後段のシー
ケンサ本体（演算処理装置等）に伝える。

この種の入力装置において、外部電源２としては、例え
ば交流１００　Ｖ／２００　Ｖまたは直流１２　Ｖ／２
４Ｖなど、入力回路に接続する外部スイッチ素子３の仕
様に応じたものが使用されるが、いずれの場合でも、入
力信号の信頼性確保のため、電流検出に必要な所定量以
上の電力を外部スイッチ素子３を通して入力装置４へ供
給する必要がある。一方、外部電源２から印加された所
定値以上の電圧■により入力回路１に流れる電流１は抵
抗６の値ＲＫより決まるが、入力装置に供給された電力
の大部分は抵抗６の熱損失として消費されるため、この
ような入力回路を多数有する入力装置においては、ケー
ス寸法から入力電力が制限され、入力電力による発熱量
が許容量を越えれば、入力装置が焼損する恐れがある。

そこで従来は、 （１）　　外部スイッチ素子として半導体スイッチまた
は高信頼性接点を使用することを条件に入力電力を低く
する。

（２）低電圧（例えば交流８０Ｖ）用、高電圧（例えば
交流２００　Ｖ　）用というように機種を分けて、入力
電圧範囲を制限し、入力電圧範囲に応゛じて抵抗６の値
を変えることにより、必要以上の入力電力による熱損失
をなくす。

（３）　　ケース寸法を大きくしたり、強制換気を行な
ったりして熱損失に対する裕度を上げる。

等の対処がなされていたが、（１）では使用可能な外部
スイッチ素子が制限されて設備費が高くなり、（２）で
は製品機種がふえて量産性の低下と管理費の増加により
コスト高となり、（３）では入力装置が大形化し高価に
なるという欠点があった。

〔発明の目的〕　本発明の目的は、低電圧入力時にも信
頼性確保のため必要な所定量以上の入力電力を維持しな
がら高電圧入力時の熱損失を低減することにより、装置
を大形化することなく、また外部スイッチ妻子に制限を
与えることなしに、入力電圧範囲を広（して製品機種を
減らすことを可能にした入力装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕　本発明は、外部電源とオンオフ状態を
検出しようとする外部スイッチ素子とに直列に入力回路
に接続された電流制限用抵抗および上記入力回路に流れ
る電流を電圧信号に変換する電流検出子７４を備えた入
力装置において、上記入力回路中に所定のデユーティサ
イクルを持つパルス列によりオンオフし上記入力回路を
間欠的に能動状態とするスイッチング手段を設け、上記
電流検出手段から出力されるパルス波形の信号を信号処
理手段により平滑、成形し上記外部スイッチ素子のオン
オフ状態を再現させることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕　第１図は本発明の一実施例を概念的
に示したブロック図である。

図中、１〜８は第１図と対応する部分であり、入力回路
１のループ内にさらにスイッチング手段９を設けた点が
第１図と異なっている。このスイッチング手段９はパル
ス発振器１０から所定のデユーティサイクルを持つパル
ス列を受けてオンオフし、入力回路１を間欠的に能動状
態とする。入力回路の能動状態とは、外部電源２から印
加される電圧により外部スイッチ素子３を通して所定レ
ベル以上の電流ｌが流れ、入力装置４で外部スイッチ素
子３のオンオフ状態を検出できることを意味しており、
本実施例ではスイッチング手段９がオンしている時間だ
け入力回路１に電流１を流すことができ、スイッチング
手段９がオフしている時間には、たとえ外部スイッチ素
子３がオンであっても、入力回路１には電流１が流れな
い。

したがって、上記スイッチング素子９を第２図に示すよ
うに所定周期Ｔごとに短時間ｔだけオンするように制御
することにより、外部スイッチ素子３を通して流れる電
流を電流検出手段７での電流検出に必要な所定レベル以
上に維持しながら、電流制限用抵抗６に生じる熱損失を
ｔ／Ｔに低減して必要以上の入力電力による熱損失をな
（すことができ、これにより低電圧入力時の入力信号の
信頼性確保と高電圧入力時の低損失化が可能となる。

この場合、電流検出手段７の出力信号はｔ／Ｔのデユー
ティサイクルを持つパルス波形となるので、これを信号
処理手段８で平滑、成形し、外部スイッチ素子３のオン
オフ状態に対応する信号とし２て送出させる。こうすれ
ば、後段回路での信号の取込みに支障を来たすことはな
い。

以下、本実施例の具体的構成および作用を第３図〜第６
図により説明する。

第３図は外部電源を交流電源とした場合の入力回路の構
成例を示し、電流検出手段７として逆並列接続された発
光ダイオード１１．１２とホトトランジスタ１３０組合
わせからなるホトカブラを用い、ダイオードブリッジ１
４、スイッチングトランジスタ１５、ホトカプラ１６に
よりスイッチング手段９を構成した例である〇 本例では、外部スイッチ素子３がオンした時のみ入力端
子５に外部電源２かも交流電圧が印加され、電流制限用
抵抗６、電流検出手段であるホトカプラ７の入力側発光
ダイオード１１．１２、ダイオードブリッジ１４、さら
にスイッチングトランジスタ１５を通して電流１を流そ
うとする。もし、スイッチングトランジスタ１５がオン
していれば、この電流１が流れるが、スイッチングトラ
ンジスタ１５がオフであれば、この電流１は阻止される
ことになる。

抵抗６は電流ｌの値を決定し、ホトカブラフ０入力側発
光ダイオード１１．１２に電流検出のため必要な所定レ
ベル以上の電流を流す。ホトカプラ７は、電流ｌが流れ
る時のみ入力側発光ダイオード１１．１２０発生する光
（本例では両方向の電流に対して発光する）を出力側ホ
トトランジスタ１３へ伝達し、ホトトランジスタ１３を
オンさせる。ホトトランジスタ１３のコレクタには直流
電圧（Ｖａｃ　）が印加され、エミッタは抵抗１７を介
して接地されているので、ホトトランジスタ１３がオン
した時、エミッタ側には入力回路の電流１に比例した電
圧信号１８が出力される。

ダイオードブリッジ１４は、両方向に流れる電流１を単
方向性素子であるスイッチングトランジスタ１５へ常に
単方向の電流として流すために設けられている。

ホトカプラ１６はスイッチングトランジスタ１５に制御
信号を伝達するためのもので、入力側発光ダイオード１
９のアノード側には抵抗２１を介して直流電圧（Ｖａａ
　）が印加され、カンード側は信号源である第１図のパ
ルス発振器１０に接続されてゐ゛す、出力側ホトトラン
ジスタＩはスイッチングトランジスタ１５のコレクタ・
ペース間に接続されている。

制御信号ｎは第２図と対称の波形を持つパルス列であり
、制御信号乙のレベルがＯ（Ｖ）の時のみホトカプラ１
６の入力側発光ダイオード１９が光り、出力側ホトトラ
ンジスタ（９）をオンさせる。この結果、スイッチング
トランジスタ１５のベースへ電流が流れ、スイッチング
トランジスタ１５をオンさせることになる。したがって
、制御信号ｎのレベルがＯ（Ｖ）の時のみスイッチング
トランジスタ１５がオンし、制御信号ηのレベルがＶｃ
ａ　（Ｖ）の時はスイッチングトランジスタ１５がオフ
している。

以上のことから、外部スイッチ素子３がオフの時および
外部スイッチ素子３がオンであっても制御信号ｎのレベ
ルがＶａｃ　（Ｖ）でスイッチングトランジスタ１５が
オフしている時は、電流１が流れず、ホトカプラ７の出
力はオフ状態〔信号１８　＝　Ｏ（Ｖ）　）となってい
る。

外部スイッチ素子３がオンし、さらに制御信号ｎのレベ
ルが０（Ｖ）でスイッチングトランジスタ１５がオンし
ている時のみ電流】が流れ、この電流１によりホトカブ
ラフの出力側ホトトランジスタ１３がオンとなり、電流
ｌに比例した電圧信号１８を出力する。電流１が流れて
いる間、１２Ｒに相当する熱損失が抵抗６に発生するが
、この熱損失はスイッチングトランジスタ１５がオンし
ている時間ｔに比例するので、スイッチング周期Ｔに対
してオン時間ｔを短かくすれば、抵抗６の熱損失を抑制
することができる。

ここで、ホトカプラ７、Ｉ６は信号の伝達を行なうとと
もに、外部の入力回路１と内部の制御回路とを電気的に
絶縁してノイズの除去、回り込み回路の防止などの機能
を果すものである。

以上の入力回路の動作を第４図のタイミングチャートに
示す。

第５図は上記ホトカプラ７の出力信号１８を外部スィッ
チ素子３０オンオフ状態信号に変換する信号処理手段８
の構成例を示し、その動作を以下第６図のタイミングチ
ャートにより説明する。

信号１８は、前記のように入力回路の電流１に比例した
電圧レベルと、制御信号乙のレベルがｏ　（Ｖ）の期間
ｔに対応したパルス幅を持つパルス波形の信号である。

信号処理手段８では、まず抵抗器とコンデンサ別で構成
された積分回路５により信号１８のパルス波形を平滑し
、信号２６とする。すなわち、上記抵抗器の値を比較的
小さくし、ホトカプラ７の出力側ホトトランジスタ１３
とアースとの間に接続された抵抗１７の値を抵抗器の値
より十分大きくしておけば、コンデンサ潤は、信号１８
の電圧レベルノ立上がりに伴い急速に充電され、信号１
８０レベルがＯ（Ｖ）の間にゆっくり放電するようにな
り、第６図に示すような信号２６の波形が得られる。こ
の信号加をさらに波形成形のためバッファ！へ送る。バ
ッファｎは所定の入カスレショールドレベル四を持ち、
入力電圧がこのスレショールドレベル四より低い時は出
力が０（Ｖ）であり、入力電圧がスレショールドレペル
あより高い時に出力がｖｃａ　（Ｖ）となるようにした
もので、入力信号２６ｆ：）７ｊＬ圧レベルニ対しスレ
ショールドレペルアヲ境にして出力がオンオフすること
により、第６図に示すように波形成形された信号四が得
られる。

これは外部スイッチ素子３０オンオフ状態をそのままほ
ぼ同じタイミングで再現するもので、外部スイッチ素子
３のオンオフ状態を表わす情報としてシーケンサ本体に
取り込むことができる。

この回路では、外部スイッチ素子３がスイッチオンして
から信号四がオン〔＝Ｖｃｃ（Ｖ）〕するまでの遅れ時
間およびスイッチオンしてから信号四がオフ［−０（Ｖ
）　）するまでの遅れ時間があるが、スイッチングトラ
ンジスタ１５のスイッチング周期を短かくしたり、抵抗
１７、乙、コンデンサツの各定数を適当に選定すること
により、遅れ時間を実用上差支えない程度にとどめるこ
とができる。

また、第５図の積分回路５は接点のチャタリング除去や
ノイズ除去などの他の目的にも利用できる。

次に、本実施例の構成により入力装置の入力電圧範囲を
広くとれる理由を説明する。

前記のように入力装置の入力電圧には交流または直流の
多様な電圧が使用され、しかも入力信号の信頼性確保の
ため、入力回路にはオンオフ状態を検出しようとする外
部スイッチ素子を通して所定レベル（例えば１０　ｍＡ
　）以上の電流を流す必要がある。

従来、低電圧入力（例えば交流８０Ｖ）で使用される入
力装置では、１０ｍＡの電流を確保するため抵抗６の値
を比較的低くしていたが、この入力装置をそのまま高電
圧入力（例えば交流２００　Ｖ　）として使用すると、
抵抗６の熱損失（Ｖ２／Ｒ）による発熱量が膨大となり
、実用不可能である。このため、高電圧入力に対しては
抵抗６を１０ｍＡの電流を確保できる程度の高い値とす
ることにより発熱量を抑えた高電圧入力用の入力装置と
して、低電圧入力用の入力装置と機種を分けなければな
らなかった。

それでも高電圧入力用の入力装置では抵抗６の熱損失が
大きく（入力電圧２００ｖの場合、１回路当り２Ｗ）、
装置の小形化が困難であったが、入力回路を間欠的に能
動状態とする本発明方式を採用すれば、以下のように改
善することができる。

すなわち、上記実施例において入力回路に接続する抵抗
６を低電圧入力でも１０　ｍＡの電流を流せるような低
い抵抗値とすることにより、低電圧入力でも間欠的に流
れる１０ｍＡの電流により外部スイッチ素子３のオンオ
フ状態の検出が十分可能であり、信頼性を確保できる。

この入力装置を高電圧入力で使用した場合、入力回路の
抵抗値が同じであっても、間欠的に短時間のみ電流１を
流すため、連続通電した場合に比べ抵抗６の熱損失は通
電時間（１）　／　＜り返し周期（Ｔ）の割合で小さく
な；；す、高電圧入力時に問題となる発熱量を低く抑え
ることができる。例えば、くり返し周期（Ｔ）をｌ　ｍ
ｓ　、通電時間（１）を０．１ｍＳとした場合、抵抗６
の発熱量は従来装置に比べＩＡｏと大幅減になる。

第７図は例として交流８０ｖの低電圧入力での上記実施
例の動作波形を示し、間欠通電により流れる電流１を１
０　ｍＡ　（交流実効値）のレベルに確保することによ
り、第３図〜第６図で説明したように出力信号波彩画を
得ている。

第８図はこの入力装置を交流２００　Ｖの高電圧入力で
使用した場合の動作波形を示し、電流１は交流８０Ｖ入
力の場合に１０ｍＡとすれば、その２．５倍Φ （＝　２００Ｖ／８０Ｖ　）である２５Ａ流れ、連続通
電であれば、抵抗６の発熱量が交流８０Ｖ入力の場合の
６．２５倍（２０Ｑ　Ｖ　Ｘ　２５　ｍＡ／８０　Ｖ　
Ｘ　１０　ｍＡ　）となってしまうが、本例のようにｔ
／’ｒ　＝　１／１ｏのデユーティサイクルで間欠的に
通電した場合、抵抗６の発熱量は連続通電の場合の１／
１０に抑えることができ、従来形入力装置の低電圧（交
流８０ｖ）入力の場合と比べても６．２５／１０　＝　
０．６２５倍とさらに下まわることになる。

以上より、本実施例によれば、従来のように低電圧入力
用と高電圧入力用に機種を分ける必要がな（、交流８０
〜２００ｖというような広範囲の入力電圧で使用可能な
小形の入力装置を提供できることが了解されよう。

以上は発熱量が特に問題となる交流入力の場合について
述べたが、直流入力用の入力装置においても同様の効果
が得られる。

〔発明の効果〕　本発明によれば、所定のデユーティサ
イクルでオンオフするスイッチング手段を用いて入力回
路を間欠的に能動状態とするようにしたため、入力回路
に接続する電流制限用抵抗の抵抗値を低くして低電圧入
力時にも所定レベル以上の電流を流し、入力信号の信頼
性を確保しながら、高電圧入力−に必要以上の入力電力
により電流制限用抵抗に過大な熱損失が生じることを回
避でき、これにより外部スイッチ素子に制限を与えず、
通常の接点入力形スイッチ素子でも使用可能であり、ま
た従来のように低電圧入力用と高電圧入力用に機種を分
ける必要がな（、同一機種で広範囲の入力電圧に共用で
きる小形のスカ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本実施例に用いたスイッチング手段の動作タイムチャー
ト、第３図は本実施例中の入力回路部の構成例を示す図
、第４図はその動作タイムチャート、第５図は本実施例
中の信号処理手段の構成例を示す図、第６図はその動作
タイムチャート、第７図は本実施例を低電圧入力で作動
させた場合のタイムチャート、第８図は本実施例を高電
圧入力で作動させた場合のタイムチャート、第９図は従
来の入力装置のブロック図である。 １：入力回路、２：外部電源、３：外部スイッチ素子、
４：入力装置、６：電流制限用抵抗、７：電流検出手段
、８：信号処理手段、９ニスイツチング手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部電源とオンオフ状態を検出しようとする外部スイッ
   チ素子とに直列に入力回路に接続された電流制限用抵抗
   および上記入力回路に流れる電流を電圧信号に変換する
   電流検出手段を備えた入力装置において、上記入力回路
   中に所定のデューティサイクルを持つパルス列によりオ
   ンオフし上記入力回路を間欠的に能動状態とするスイッ
   チング手段を設け、上記電流検出手段から出力されるパ
   ルス波形の信号を信号処理手段により平滑、成形し上記
   外部スイッチ素子のオンオフ状態を再現させることを特
   徴とする入力装置。