JP2000224021A - トランジスタ出力回路およびプログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源電圧が変化しても出力機器に供給できる許
容電流を高い一定に保持する。 【解決手段】電源６が接続される電源端子１２と、出力
機器４が接続される出力端子１４と、内部回路８と、内
部回路８よりの信号を出力端子１４に出力するトランジ
スタ出力回路１０ａとを含み、トランジスタ出力回路１
０ａは、発光素子１８と、発光素子１８の発光に応答す
る受光素子２０と、受光素子２０に直列に接続された定
電流回路２８と、コレクタエミッタが出力端子１４と共
通端子１６との間に接続され、ベースが回路２８に接続
される出力トランジスタ２６とを具備し、電源６電圧が
変化しても、回路２８により、トランジスタ２６のコレ
クタから機器４に出力する電流を一定に保持する構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御機器に内蔵さ
れ、かつ負荷に対応して用いられる電源で駆動されると
ともに、前記制御機器の内部回路により処理された信号
に対応して出力端子より前記負荷への電源をＯＮ／ＯＦ
Ｆするトランジスタ出力回路およびプログラマブルコン
トローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】プログラマブルコントローラはシーケン
ス制御機器の１つとしてシーケンスプログラムを変更す
ることで各種仕様の変更、追加等にフレキシブルに対応
可能なものとして近年、汎用化されてきている。プログ
ラマブルコントローラの入力端子に接続される機器は、
入力機器と称されている。それら入力機器には近接スイ
ッチとかリミットスイッチ等の各種スイッチとか、圧力
センサ、温度センサ、湿度センサ等の各種センサ、その
他がある。また、プログラマブルコントローラの出力端
子に接続される機器は、出力機器と称されている。それ
ら出力機器には有接点リレー、無接点リレー等の各種リ
レー、開閉器、電磁弁のソレノイド等、あるいは当該プ
ログラマブルコントローラに接続されるプログラマブル
コントローラ、その他がある。

【０００３】このようなプログラマブルコントローラは
各種入力機器からの信号を取り込むための１ないし複数
の入力回路と、マイクロコンピュータ、メモリ等を内蔵
したマイクロプロセッサ部により主に構成されてシーケ
ンス制御により信号を処理する内部回路と、この内部回
路よりの信号をシーケンスプログラムの実行の結果とし
て負荷である複数の出力機器それぞれに出力するための
１ないし複数の出力回路とを有している。こうしたプロ
グラマブルコントローラにおける出力回路方式には各種
あるが、トランジスタがオープンコレクタ方式とされた
トランジスタ出力回路と称される方式がある。

【０００４】以下、図４を参照してプログラマブルコン
トローラにおける従来のトランジスタ出力回路について
説明する。なお、プログラマブルコントローラにおいて
は、それに接続される出力機器の数（出力点数）に応じ
た数の出力端子を有しているが、図４においては、説明
の理解のために出力端子が１つで示されており、そのた
めにトランジスタ出力回路も１つだけ図示されている。
図４において、２はプログラマブルコントローラ、４は
負荷としての出力機器、６は負荷である出力機器用の電
源である。また、８はプログラマブルコントローラ２の
内部回路、１０は従来のトランジスタ出力回路である。
プログラマブルコントローラ２はまた、電源６が接続さ
れる電源端子１２と、出力機器４が接続される出力端子
（ＯＵＴ）１４と、共通端子（ＣＯＭ）１６とを有して
いる。

【０００５】トランジスタ出力回路１０は、内部回路８
よりの信号を出力端子１４に出力するために、内部回路
８よりの信号の入力に応答して発光動作する発光素子１
８と、電源端子１２に接続され、かつ、発光素子１８の
発光に応答する受光素子２０と、受光素子２０と共通端
子１６との間に互いに直列に接続された抵抗２２，２４
と、コレクタエミッタが出力端子１４と共通端子１６と
の間に接続され、かつ、ベースが両抵抗２２，２４の接
続部に接続されている出力トランジスタ２６とを有して
いる。この場合、発光素子１８と受光素子２０はフォト
カプラであり、このようなフォトカプラを備えたプログ
ラマブルコントローラ２はフォトカプラ絶縁タイプとも
称されていて、プログラマブルコントローラ２側と出力
機器４側とを電気的に絶縁することで、プログラマブル
コントローラ２と出力機器４との電源系統が異なる場合
においても、電源系統が異なることにより発生する電位
差による電気の回り込みを気にする必要がないため、ユ
ーザーが、プログラマブルコントローラ２に出力機器４
を接続するに際しての接続を特に考慮することなく容易
にできることになる。

【０００６】このようなプログラマブルコントローラ２
では、不図示の入力機器として例えばセンサが検出状態
となってそれに対応した信号がプログラマブルコントロ
ーラ２に入力されると、内部回路８は所定のシーケンス
にしたがって、発光素子１８に信号を出力する。これに
よって、発光素子１８は発光動作し、これに対向配置さ
れている受光素子２０がその発光を受光して導通する。
受光素子２０が導通すると、出力トランジスタ２６のベ
ースには抵抗２２を介してベース電流が供給される結
果、出力トランジスタ２６は導通する。出力トランジス
タ２６が導通すると、リレーとか電動機等の出力機器４
は電源６を供給されてセンサの検出に対応した所要の動
作をすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プログラマ
ブルコントローラ２に接続される出力機器４には前述し
たように各種あり、その出力機器４の種類に応じて電源
６の電圧も設定される。そのため、従来のプログラマブ
ルコントローラ２においては、図５を参照して以下に説
明されるような課題が指摘されていた。

【０００８】図５は、出力トランジスタ２６のコレクタ
から出力機器４に供給可能な最大電流を示すものであ
り、その横軸は、電源６の電圧（Ｖ）であり、縦軸は前
記電流（ｍＡ）である。例えばユーザーによって出力機
器４として例えばリレーを駆動するのに高い電圧系であ
る電源６例えば２４Ｖ系の電源６が選択使用されたと
き、出力トランジスタ２６のコレクタから出力機器４で
あるリレーには図５で示すように大きな出力電流例えば
最大３００ｍＡが供給可能である。これによって、出力
機器としてのリレーは消費電流が３００ｍＡ以下のもの
を使用することができる。この場合、受光素子２０を介
して出力トランジスタ２６のベースに供給されるベース
電流は、電源６の電圧と抵抗２２の固定抵抗値とにより
定まる値となっている。また、出力トランジスタ２６
は、このベース電流を所定の固定増幅率ｈｆｅに従って
増幅するので、出力トランジスタ２６が導通したときに
出力機器４に対して供給可能な最大電流は、電源６の電
圧が例えば２４Ｖのときは上記のように例えば３００ｍ
Ａとなる。なお、図５において２０．４Ｖ以上で出力電
流が３００ｍＡとなっているのは、出力トランジスタ２
６の仕様により制限されていることによる（最大許容コ
レクタ電流）。

【０００９】ところで、ユーザーが使用する電源６の電
圧は２４Ｖ系だけではなく、ユーザーによっては１２Ｖ
系とか、５Ｖ系とかがある。例えばユーザーにより１２
Ｖ系電源６が選択された場合、抵抗２２の抵抗値が固定
であるために、出力トランジスタ２６のベース電流は、
小さくなり、出力トランジスタ２６が導通したときに出
力機器４に供給可能な最大電流は、図５で示すように小
さく例えば１６２．２ｍＡとなる。また、ユーザーによ
り５Ｖ系電源６が選択された場合、出力トランジスタ２
６のベース電流は、さらに小さくなり、出力トランジス
タ２６が導通したときに出力機器４に供給可能な最大電
流は、図５で示すように例えば４８．１ｍＡとなる。こ
のように電源６の電圧が低くなるに従って、出力機器４
に供給可能な最大電流が低下することとなり、出力機器
４としては消費電流が小さなものしか使用できなくな
る。

【００１０】したがって、従来のプログラマブルコント
ローラ２におけるトランジスタ出力回路１０ではそれに
接続できる出力機器４の電圧、電流の使用可能領域が図
５の斜線で示される狭い領域に限定されてしまうために
ユーザーにとってはプログラマブルコントローラに接続
する電源と出力機器の消費電流とを常に考慮する必要が
あり使い勝手が悪いという課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明に
おいては、制御機器に内蔵され、かつ負荷に対応して用
いられる電源で駆動されるとともに、前記制御機器の内
部回路により処理された信号に対応して出力端子より前
記負荷への電源をＯＮ／ＯＦＦするトランジスタ出力回
路において、前記電源により駆動されるとともに、前記
内部回路と電気的に絶縁され、かつ、前記信号の受信に
応答動作する応答素子と、前記応答素子の出力に応答し
て定電流を出力する定電流手段と、コレクタが前記出力
端子に接続され、かつ、前記定電流手段よりベース電流
を供給される出力トランジスタとを具備し、前記電源の
電圧が変化しても、前記定電流手段により、前記出力ト
ランジスタのコレクタから前記負荷に一定の電流を出力
することにより、上述の課題を解決している。

【００１２】好ましくは、前記応答素子は、フォトカプ
ラ内の受光素子である。

【００１３】請求項３に係る本発明においては、入力機
器よりの信号を処理して出力する内部回路と、電源端子
に接続された出力機器用の電源により駆動され、かつ、
前記内部回路よりの信号に応答して出力端子に接続され
た出力機器への電源をＯＮ／ＯＦＦするトランジスタ出
力回路とを有し、前記トランジスタ出力回路は、前記内
部回路よりの信号の入力に応答して発光する発光素子
と、前記電源端子に接続された負荷用の電源により駆動
され、かつ、前記発光素子と共にフォトカプラを構成す
る受光素子と、前記受光素子の出力に応答して定電流を
出力する定電流手段と、コレクタが前記出力端子に接続
され、かつ、前記定電流手段よりベース電流を供給され
る出力トランジスタとを含み、前記電源の電圧が変化し
ても、前記定電流手段により、前記出力トランジスタの
コレクタから前記出力機器に一定の電流を出力するよう
にしたことによって上述の課題を解決している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は、本実施の形態に係るプログラマブ
ルコントローラの要部のみを示す回路図であり、図４と
対応する部分には同一の符号を付している。図１におい
て、２ａは本実施の形態のプログラマブルコントロー
ラ、４は負荷である出力機器、６は負荷である出力機器
用の電源、８は内部回路、１０ａは本実施の形態のトラ
ンジスタ出力回路、１２は電源端子、１４は出力端子、
１６は共通端子、１８は発光素子、２０は受光素子、２
４は抵抗、２６は出力トランジスタである。

【００１６】以上の構成は、次に述べる定電流回路２８
を除いて従来と同様である。

【００１７】本実施の形態においては、受光素子２０と
出力トランジスタ２６のベースとの間における従来の抵
抗２２に代えて、定電流手段として定電流回路２８を、
接続したことに特徴がある。この定電流回路２８は、そ
の構成そのものは周知であるが、例えば、図２で示すよ
うに、トランジスタ３０と抵抗３１との直列回路と、ト
ランジスタ３０のベースエミッタ間の抵抗３２と、トラ
ンジスタ３０のベースと抵抗３１との間の定電圧ダイオ
ード３４とにより構成されたものでも構わない。また、
定電流手段は、定電流回路２８ではなく、単なる定電流
素子であっても構わない。

【００１８】図１の基本動作は上述と同様である。定電
流回路２８を設けたことによる特徴動作について図３を
参照して説明する。図３は、出力トランジスタ２６のコ
レクタから出力機器４に供給される電流を示すものであ
り、その横軸は、電源６の電圧（Ｖ）であり、縦軸は前
記電流（ｍＡ）である。例えばユーザーによって高い電
圧例えば２４Ｖ系の電源６が選択されたときにおいて、
受光素子２０が導通すると、出力トランジスタ２６はそ
のベースに定電流回路２８により一定のベース電流が供
給される。そのため、出力トランジスタ２６のコレクタ
から出力端子１４には大きな電流例えば図３で示すよう
に最大３００ｍＡを流すことができる。この場合、出力
端子１４に前記電源６の電圧に対応する出力機器４とし
て例えばリレーが接続されている場合、このリレーとし
ては消費電流が３００ｍＡまでのリレーを使用すること
ができる。次に、ユーザーにより１２Ｖ系電源６が選択
されても、定電流回路２８により、出力トランジスタ２
６のベース電流は、２４Ｖ系電源６が選択されたときと
同じ一定値に保持されているので、出力機器４に供給可
能な最大電流は３００ｍＡのままである。そのため、電
源６の電圧が低下しても、出力端子１４には消費電流が
３００ｍＡまでのリレーを使用することができる。同様
に、ユーザーにより５Ｖ系電源６が選択されても、出力
機器４に供給可能な最大電流は３００ｍＡのままであ
る。そのため、電源６の電圧がさらに低下しても、出力
端子１４には消費電流が３００ｍＡまでのリレーを使用
することができる。

【００１９】したがって、電源６の電圧がどの値であっ
ても、出力機器４に供給可能な最大電流は一定値である
ので、実施の形態のプログラマブルコントローラ２ａに
おけるトランジスタ出力回路１０ａではそれに接続でき
る出力機器４の電圧、電流の使用可能領域が図３の斜線
で示されるように広い領域となり、その結果、ユーザー
にとっては、汎用性の大きいプログラマブルコントロー
ラが得られる。

【００２０】なお、上述の実施の形態ではプログラマブ
ルコントローラ用トランジスタ出力回路に適用して説明
されたが、これに限定されるものではなく、内部信号に
応答してコレクタから負荷に対して電流を出力するトラ
ンジスタを有する出力回路を備えた制御機器であれば、
シーケンス制御機器とか、その他の制御機器にも適用で
きる。

【００２１】なお、上述の実施の形態ではプログラマブ
ルコントローラを出力機器と絶縁するためにフォトカプ
ラを用いたが、これに限定されるものではなく、他の絶
縁手段を用いても構わない。そのため、実施の形態にお
ける受光素子２０のように電源６により駆動され、か
つ、内部回路８よりの信号の受信に応答する素子であれ
ば受光素子に限定されるものではない。

【００２２】なお、上述の実施の形態では出力回路に使
用する出力トランジスタがｎｐｎタイプであったが、ｐ
ｎｐタイプであっても同様に適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、出力端子
に接続できる負荷の電圧、電流の使用可能領域が広くな
り、ユーザーにとっては、使い勝手がよく汎用性が高い
制御機器としてのプログラマブルコントローラを得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るプログラマブルコント
ローラの要部のみを示す回路図

【図２】図１の定電流回路の具体構成を示す図

【図３】図１の動作説明に供する電圧−電流特性図

【図４】従来のプログラマブルコントローラの要部のみ
を示す回路図

【図５】図４の動作説明に供する電圧−電流特性図

【符号の説明】

２ａ プログラマブルコントローラ ４ 出力機器 ６ 電源 ８ 内部回路 １０ａ トランジスタ出力回路 １２ 電源端子 １４ 出力端子 １６ 共通端子 １８ 発光素子 ２０ 受光素子 ２６ 出力トランジスタ ２８ 定電流回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御機器に内蔵され、かつ負荷に対応して
   用いられる電源で駆動されるとともに、前記制御機器の
   内部回路により処理された信号に対応して出力端子より
   前記負荷への電源をＯＮ／ＯＦＦするトランジスタ出力
   回路において、 前記電源により駆動されるとともに、前記内部回路と電
   気的に絶縁され、かつ、前記信号の受信に応答動作する
   応答素子と、 前記応答素子の出力に応答して定電流を出力する定電流
   手段と、 コレクタが前記出力端子に接続され、かつ、前記定電流
   手段よりベース電流を供給される出力トランジスタと、 を具備し、 前記電源の電圧が変化しても、前記定電流手段により、
   前記出力トランジスタのコレクタから前記負荷に一定の
   電流を出力する、 ことを特徴とするトランジスタ出力回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載のトランジスタ出力回路に
   おいて、 前記応答素子が、フォトカプラ内の受光素子である、こ
   とを特徴とするトランジスタ出力回路。
3. 【請求項３】入力機器よりの信号を処理して出力する内
   部回路と、 電源端子に接続された出力機器用の電源により駆動さ
   れ、かつ、前記内部回路よりの信号に応答して出力端子
   に接続された出力機器への電源をＯＮ／ＯＦＦするトラ
   ンジスタ出力回路とを有し、 前記トランジスタ出力回路は、 前記内部回路よりの信号の入力に応答して発光する発光
   素子と、 前記電源端子に接続された負荷用の電源により駆動さ
   れ、かつ、前記発光素子と共にフォトカプラを構成する
   受光素子と、 前記受光素子の出力に応答して定電流を出力する定電流
   手段と、 コレクタが前記出力端子に接続され、かつ、前記定電流
   手段よりベース電流を供給される出力トランジスタと、 を含み、 前記電源の電圧が変化しても、前記定電流手段により、
   前記出力トランジスタのコレクタから前記出力機器に一
   定の電流を出力する、 ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。