JP2001119854A - 故障検出回路 - Google Patents

故障検出回路

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JP2001119854A
JP2001119854A JP29321599A JP29321599A JP2001119854A JP 2001119854 A JP2001119854 A JP 2001119854A JP 29321599 A JP29321599 A JP 29321599A JP 29321599 A JP29321599 A JP 29321599A JP 2001119854 A JP2001119854 A JP 2001119854A
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JP
Japan
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detection circuit
relay
failure
circuit
voltage
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JP29321599A
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Hironori Kubo
洋記 久保
Fumio Yoshida
二三男 吉田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 継電器、電磁弁等のオンオフ器の駆動回路の
故障を速やかに検出でき、信頼性を低下させないフェイ
ルセーフを可能ならしめる故障検出回路を提供するもの
である。 【解決手段】 継電器や電磁弁などのオンオフ器と、こ
のオンオフ器と直列に接続された制御信号によりオンオ
フする複数の半導体スイッチと、前記オンオフ器と並列
に接続されたオンオフ器の両端電圧を検出する電圧検出
回路とで構成され、前記半導体スイッチのオン制御信号
に適度な時間幅のオフパルス信号をそれぞれ異なる位相
で周期的に重畳し、前記電圧検出回路の出力を監視する
ことでオンオフ器駆動回路が故障しているかどうか判断
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は継電器、電磁弁等の
負荷をオンオフ制御するオンオフ器駆動回路の故障検出
回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、継電器、電磁弁等のオンオフ器に
より重要な負荷を制御する場合、その駆動回路の故障に
よりシステムに致命的な影響を与えることが考えられる
ので、信頼性、フェイルセーフの観点からその駆動回路
を2重系にすることがある。図5はそのオンオフ器の一
例として継電器の駆動回路の従来例を示した回路ブロッ
ク図である。図5において、継電器11に半導体スイッ
チ12、13を直列に接続し、2重系の構成としてい
る。ただしこの従来例は、継電器がオフした状態での故
障がフェイルセーフであるシステムの例である。また半
導体スイッチ12、13の一例として図中ではトランジ
スタを使用し、本発明と関係のない構成部品は図中省略
してある。
【0003】以下図5により動作を説明する。このよう
な駆動回路において、半導体スイッチ12、13にオン
制御信号を与えると半導体スイッチ12、13がオン
し、継電器11のコイル111が励磁され、継電器の動
作遅れ時間Ton後に継電器11の接点112がオンす
る。また半導体スイッチ12、13にオフ制御信号を与
えると半導体スイッチ12、13がオフし、継電器11
のコイル111が消磁され、継電器の動作遅れ時間To
ff後に継電器の接点112がオフする。ここで半導体
スイッチが短絡故障した場合、半導体スイッチを1つし
か使用しない1重系ならば継電器11の接点112がオ
ンしてしまい、システムに致命的な影響を与える可能性
があるが、2重系であるため正常な方の半導体スイッチ
をオフすることにより接点112をオフすることができ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】通常駆動回路の故障検
出方法は、半導体スイッチ12、13の制御信号と接点
112の状態を比較して、制御信号がオンなのに接点1
12がオフである場合、また制御信号がオフなのに接点
112がオンである場合に故障として検出するというも
のである。ここで、半導体スイッチ12が短絡故障した
場合を考えると、半導体スイッチ12の制御信号に関わ
らず半導体スイッチ12はオンになる。ところが半導体
スイッチ13の動作により、接点112が正常に動作す
るため見かけ上正常に見え、故障が発生したことを検出
できない。そのため半導体スイッチ12の短絡故障後
は、駆動回路は半導体スイッチ13のみにより駆動され
る1重系となり、信頼性が低下してしまうというという
問題があった。
【0005】さらに、半導体スイッチ13も故障すれば
故障を検出することができるが、それが短絡故障であっ
たなら接点112がオンするためシステムに致命的な影
響を与える可能性があり、フェイルセーフの点で問題が
あった。本発明は上述した点に鑑みて創案されたもの
で、その目的とするところは、これらの課題を解消し、
継電器、電磁弁等のオンオフ器の駆動回路の故障を速や
かに検出でき、信頼性を低下させないフェイルセーフを
可能ならしめる故障検出回路を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、(1)請求項1において、継電器や
電磁弁などのオンオフ器と、このオンオフ器と直列に接
続された制御信号によりオンオフする複数の半導体スイ
ッチと、前記オンオフ器と並列に接続されたオンオフ器
の両端電圧を検出する電圧検出回路とで構成され、前記
半導体スイッチのオン制御信号に適度な時間幅のオフパ
ルス信号をそれぞれ異なる位相で周期的に重畳し、前記
電圧検出回路の出力を監視することでオンオフ器駆動回
路が故障しているかどうか判断するものである。
【0007】(2)請求項2において、継電器や電磁弁
などのオンオフ器と、このオンオフ器と直列に接続され
た制御信号によりオンオフする複数の半導体スイッチ
と、前記オンオフ器と並列に接続されたオンオフ器の両
端電圧を検出する電圧検出回路とで構成され、前記半導
体スイッチのオフ制御信号に適度な時間幅のオンパルス
信号をそれぞれ異なる位相で周期的に重畳し、前記電圧
検出回路の出力を監視することでオンオフ器駆動回路が
故障しているかどうか判断するものである。
【0008】(3)請求項3において、車両用ドア制御
回路の故障検出回路に前記(1)、(2)を使用するも
のである。以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
述する。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明にかかる故障検出回
路の第1、第2実施例を示した回路ブロック図で、オン
オフ器の一例として継電器を使用している。図2は第1
実施例の動作を説明するための波形図である。図1にお
いて、11はコイル111、接点112から成る継電
器、12、13は制御信号によりオンオフする半導体ス
イッチ、14はコイル111の両端に電圧がある場合に
「H」を出力し、電圧がない時に「L」を出力する電圧
検出回路である。ただしこの実施例は、継電器がオフし
た状態での故障がフェイルセーフであるシステムの例で
ある。実施例では半導体スイッチとしてトランジスタを
使用し、また本発明と関係のない構成部品は図中省略し
てある。
【0010】半導体スイッチ12、13が共にオンの状
態で継電器11の接点112がオンしている状態での故
障検出について以下図1、図2により説明する。半導体
スイッチ12の制御信号に図2のような時間幅t1のオ
フ信号を周期T毎に重畳する。また半導体スイッチ13
の制御信号にも時間幅t1のオフ信号を、半導体スイッ
チ12に加えたものと位相をずらして重畳する。ただし
オフ信号の時間幅t1は、従来例で説明した継電器の動
作遅れ時間Toffよりも十分短く設定する。そのため
このオフ信号により接点112がオフすることはなく、
接点112により駆動される負荷に影響は与えない。ま
たこのオフ信号を加えることによりコイル111の両端
の平均電圧が低下するが、それが継電器11の動作に影
響を与えないように周期Tを設定する。
【0011】半導体スイッチ12、13が共にオン時に
はコイル111の両端に電圧が加わり、どちらかがオフ
するとコイル111の両端には電圧が加わらなくなる。
従って半導体スイッチ12、13が正常時には電圧検出
回路14の出力は図2のような平均周期T/2のパルス
となる。半導体スイッチ12が図2に示した時点で短絡
故障した場合を考えると、半導体スイッチ12は制御信
号に関わらずオン状態となるため、故障後の電圧検出回
路14の出力は図2のように周期Tのパルスとなる。
【0012】また半導体スイッチ12が図2に示した時
点で開放故障した場合を考えると、半導体スイッチ12
は制御信号に関わらずオフ状態となるため、故障後の電
圧検出回路14の出力は図2のように「L」固定とな
る。このように電圧検出回路14の出力は、半導体スイ
ッチ12、13が共に正常時のみ平均周期T/2のパル
スとなる。従って、電圧検出回路14の出力を監視すれ
ば半導体スイッチが1つだけ故障した場合でも、故障を
速やかに検出することができるようになるため、信頼性
を低下させることがない。また故障検出後に半導体スイ
ッチ13をオフすれば接点112がオフするためフェイ
ルセーフの点でも問題がない。また電圧検出回路14の
出力パルス信号で故障を検出するため、電圧検出回路1
4が故障して出力が固定された場合でも故障として検出
することができる。
【0013】図3は第2実施例の動作を説明するための
波形図である。以下、図1、図3により、半導体スイッ
チ12、13が共にオフの状態で継電器11の接点11
2がオフしている状態での故障検出について説明する。
半導体スイッチ12の制御信号に図3のような時間幅t
1のオン信号を周期T毎に重畳する。また半導体スイッ
チ13の制御信号にも時間幅t1のオン信号を、半導体
スイッチ12に加えたものと位相をずらして重畳する。
ただしオン信号の時間幅t1は、従来例で説明した継電
器の動作遅れ時間Tonよりも十分短く設定する。その
ためこのオン信号により接点112がオンすることはな
く、接点112により駆動される負荷に影響は与えな
い。またこのオン信号を加えることによりコイル111
の両端の平均電圧が上昇するが、それが継電器11の動
作に影響を与えないように周期Tを設定する。半導体ス
イッチ12、13が正常時には半導体スイッチ12、1
3が同時にオンすることがないため、電圧検出回路14
の出力は図3のように「L」固定となる。
【0014】半導体スイッチ12が図3に示した時点で
短絡故障した場合を考えると、半導体スイッチ12は制
御信号に関わらずオン状態となるため、故障後の電圧検
出回路14の出力は図3のように周期Tのパルスとな
る。また半導体スイッチ12が図3に示した時点で開放
故障した場合を考えると、半導体スイッチ12は制御信
号に関わらずオフ状態となるため、故障後の電圧検出回
路14の出力は図3のように「L」固定となる。
【0015】このように電圧検出回路14の出力は、半
導体スイッチ12の短絡故障時のみ周期Tのパルスとな
る。よって電圧検出回路14の出力を監視すれば、フェ
イルセーフではない故障モードである短絡故障を速やか
に検出することができるようになるため、信頼性を低下
させることがない。また電圧検出回路14の出力は正常
時と開放故障時とで同じ波形となるため、接点112が
オフしている状態では開放故障を検出できないが、開放
故障はフェイルセーフの故障モードであるため次に接点
112をオンさせようとしたときに故障検出しても問題
はない。
【0016】電車等に使用されるドアの制御回路は、電
磁弁をオンオフすることでドアの開閉を行うことがある
が、走行中にドアが開くようなことがあってはいけない
ため、電磁弁の駆動回路に信頼性、フェイルセーフが要
求される。図4は本発明にかかる故障検出回路をドア制
御用の電磁弁駆動回路に適用した場合の実施例を示した
回路ブロック図である。図4において、41は電磁弁で
ある。半導体スイッチ12、13をオンオフすることで
電磁弁41をオンオフさせ、ドアの開閉を行う構成とな
っている。なお図1と同一記号のものは、図1と同じ物で
あるので説明は省略する。また本発明と関係のない構成
部品は図中省略してある。
【0017】ただしこの実施例は、電磁弁がオフした状
態での故障がフェイルセーフであるシステムの例であ
る。この場合も前述したのと同様に半導体スイッチ1
2、13の制御信号に時間幅t1のオンまたはオフ信号
を周期T毎に位相をずらして重畳することにより、故障
検出することができる。この時前述したのと同様に時間
幅t1は電磁弁が実際に動作しないように電磁弁の動作
遅れ時間Ton、Toffよりも十分に短く設定する必
要があるが、電磁弁は空気等を制御するため動作遅れ時
間は通常継電器に比べて大きいので、より容易に故障検
出を実施できるという特徴がある。
【0018】上記実施例では半導体スイッチ2個の場合
について述べているが、半導体スイッチが3個以上の場
合でも同様の効果を得ることができる。また半導体スイ
ッチにトランジスタを使用し、オンオフ器に継電器、電
磁弁を使用した場合について説明しているが、本発明は
これに限られるものではない。また上記実施例は、オン
オフ器がオフした状態での故障がフェイルセーフである
システムについて説明しているが、オンオフ器がオンし
た状態での故障がフェイルセーフであるシステムの場合
は、半導体スイッチ12、13を直列ではなく並列に接
続することで上記実施例を応用した方法で故障を検出す
ることができるようになる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる故障
検出回路によれば、システムに致命的な影響を与える故
障モードの故障が半導体スイッチ1個に発生した時点
で、故障を確実かつ速やかに検出することが可能となる
ので、継電器、電磁弁等のオンオフ器の駆動回路のフェ
イルセーフな保護が可能となり、また信頼性を低下させ
る1重系での動作時間を短縮することが可能となり、実
用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1、第2実施例を示した回路ブロッ
ク図である。
【図2】本発明の第1実施例の動作を説明するための波
形図である。
【図3】本発明の第2実施例の動作を説明するための波
形図である。
【図4】本発明の第3実施例を示した回路ブロック図で
ある。
【図5】従来の実施例を示した回路ブロック図である。
【符号の説明】
11 継電器 12、13 半導体スイッチ 14 電圧検出回路 41 電磁弁 111 コイル 112 接点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷をオンオフ駆動するオンオフ器駆動
    回路の故障検出回路において、継電器や電磁弁などのオ
    ンオフ器と、該オンオフ器と直列に接続された制御信号
    によりオンオフする複数の半導体スイッチと、前記オン
    オフ器と並列に接続されたオンオフ器の両端電圧を検出
    する電圧検出回路とを有し、前記複数の半導体スイッチ
    のオン制御信号に所定の時間幅のオフパルス信号をそれ
    ぞれ異なる位相で周期的に重畳し、前記電圧検出回路の
    出力を監視することでオンオフ器及び複数の半導体から
    なるオンオフ器駆動回路が故障しているかどうか判断す
    るよう構成したことを特徴とする故障検出回路。
  2. 【請求項2】 前記複数の半導体スイッチのオフ制御信
    号に所定の時間幅のオンパルス信号をそれぞれ異なる位
    相で周期的に重畳するよう構成した請求項1記載の故障
    検出回路。
  3. 【請求項3】 車両用ドア制御回路の故障検出回路に適
    用する請求項1又は2記載の故障検出回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005236101A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Hitachi Ltd ソレノイド異常検出装置
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