JP2020177023A - 電圧の不在検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年4月22日出願の米国仮特許出願第62/836,931号の優先権を主張するものであり、その主題は、その全体が参照により本明細書に援用される。
A.超広帯域入力範囲絶縁電源
B.システム電源管理及び分配
C.電圧の存在検出器
D.ネットワークインタフェース
E.電圧の不在検出器I
F.システム自己診断回路I
G.電圧の不在検出器II
H.システム自己診断回路II
I.接続検出器
J.システム診断コントローラ
K.信号評価及び判定回路
L.インジケータモジュール
図4は、絶縁電源(IPS)のブロック図を示す。IPS500は、交流電源システム及び直流電源システムの両方における電力線から電圧存在表示回路に電源投入するため利用される。支持される電圧範囲は、0〜1KV AC/DCである。IPSは、単一故障状態(例えば、入力が短絡されている)の下で最大入力電圧の110%で、15Wの入力電力を制限して、UL1436で定義された機能安全要件を満たす制限インピーダンス抵抗器ネットワークと過渡保護510を実装する。抵抗ネットワークは、500V/2Wの定格を有する一連の8つの金属皮膜高圧抵抗器で構成される。式1及び2は、単一の故障状態及び最大入力電圧の110%の下での総インピーダンス及び消費電力を定義する。
システム電源管理及び分配ユニット(PMDU)は、各サブシステムで使用される様々な電源電圧を変換、絶縁、及び調整する。それはまた、電圧の存在検出器(PVD)回路に供給するため使用されるIPSと絶縁された補助電源(AUX)との間の優先順位ならびに電圧の不在検出器(AVD)回路に供給するため使用される二次電源(BAT)と絶縁されたAUXとの間の優先順位を制御する。図5は、PMDUのブロック図を示す。
PVD回路ブロック図を図6に示す。それは、一次線電圧と電圧検出回路との間で抵抗絶縁(高インピーダンス)技術を実行する。それぞれ750KΩの一連の6つの抵抗器を使用して、単一抵抗器の物理的サイズを低減し、電力消費を分散し、1つの抵抗が短絡不良を起こすような単一の故障状態を埋め合わせた。抵抗器の連鎖は、オームの法則を使用し、分圧器の出力で最大検出電圧が安全かつセンシング回路部品の動作範囲内であるような1%の公差を有する比が1000:1.5に設定された分圧器を形成する。ダイナミックレンジは、以下の境界によって定義される。
−1000Vの最大線電圧のための、分圧器の出力は、1.5Vである。
−1Vの最小線電圧のための、分圧器の出力は、1.5mVである。
いくつかの工業用途は、親機と遠隔ユニットとの間でデータ及び電力の両方の分配を必要とする。ユニット間の距離が増えるに連れ、配線のコストは禁止になる傾向がある。配線の数、サイズ、及び重量を大幅に低減することができる共通の単一の対のケーブルに電源とデータ通信を組み合わせることにより、著しいシステムコスト削減がもたらされる。これは、新しい装置が、限られた電力アクセスの場所に配置される場合にも役立ち得る。
機能上の安全用途に直接関連した電圧の不在状態の伝達は危険な仮定であり得る。そのため、AVDは、電圧検出器が、すべての結果が確実にフェイルセーフ時であることを求める肯定的かつ信頼できる検証を提供しなければならない。PVDは、安全な電圧(40〜50V)で電圧の存在を表示することができるが、それを、装置が非通電であり、アクセスして安全であることを検証するために利用することはできない。さらに、AVDは、このRSに記載されたシステム用に0〜1000VのAC/DCである装置が、インストール中に露出されてもよい電圧の全範囲にわたって確実に機能しなければならない。
機能安全アプリケーションを設計するとき、フェイルセーフな方法で提供される結果の妥当性を確保すること、およびできるかぎり特定の種類の障害または状態に対して耐性があることが重要となる。自己診断手順は、確認方法として実装できる。自己診断手順は、「テスタを試験する」と考えることができ、一連のチェック及び検証(図11を参照)は、すべての重要な構成部品、回路、またはプロセスが、判定結果が確認される(例えば、電圧の不在の安全な状態表示)ときのプロセスの点の前及び後の両方で期待されたように使用でき、作動することを確実にするために実行される。さらに、この手順は、システムの機能性がテスタがインストールされた環境中に存在し得る任意の望ましくない要因(例えば、極端な温度、エージング、ノイズ、静電放電等)によって悪影響を受けなかったことを確実にするのに役立つ。したがって、システムの機能性を確認することは、結果の有効性に信頼度を加え、かつそれを保証することにおいて不可欠である。
冗長性は、システムの判定結果の信頼度のレベルを高めることおよびフェイルセーフな方法で提供される結果の有効性を確保することに役立つ別の検証方法である。冗長性は、設計において完全に同じであり、かつ機能実行中に完全に独立している、通常、チャネルと呼ばれる、少なくとも別のサブシステムを追加採用する。両方の独立したチャネルの同じように同時に失敗する可能性は相対的に非常にわずかである。
自己診断回路IIは、AVD−II回路専用の自己診断回路Iに対する冗長チャネルである。これは、すべてのシステムの重要な要素の二重の確認と検証を可能にし、結果のシステム及び妥当性の機能で、さらに自信を追加することができる。
接続検出は、設置されたAVDシステムが、監視されている装置に直接接続で意図したように直接結合することを確証し確認する設計に実装された別の検証ステップであり、したがって、装置の設置は、確実にそのままであり、AVDは、電力線の実際の電圧を測定していて、各相の導線が一緒に短絡し、刺痛を残すような無意識の断線異常または設置不良による、電圧の無い状態を示してない。産業用電気装置では、設置不良とは、典型的には、不適切な終端、熱膨張、または振動により、接続が緩むか切断された状態をいう。AVDシステムの導線と回路導体の導線との間の接続の存在を検証することは、AVDから主電力線にシステムを通して連続性があることを検証することによって達成することができる。
診断コントローラ(DMCU)は、自己診断回路またはテスタを試験するためのシーケンス順序を生成する役割を持つ。DMCUは、ADV−I、AVD−2およびCDサブシステムの機能や判定結果には何の制御も影響も持たない。自己診断手順の結果を読み込み、安全な状態の表示に別の検証レベルを追加する「診断判定」を生成するだけである。さらに、DMCUは、二次電源供給(電圧レベル)と動作温度を検証する。図19は、DMCUの入力と出力の概要を示す。
信号評価は、カスケードデザインの5個のPMOSトランジスタを用いて構築された。各トランジスタは、図20に示す5つのサブシステムのうちの1つによって生成された1つの信号によって駆動される。安全信号出力は、すべての5つの信号が論理「LOW」を持つ場合のみ、アクティブになるであろう。すなわち、両方のチャネルに対するAVDが検証され、接続が検証され、両方のチャネルに対する自己診断が検証され、すべての電源に対する電源チェックが検証される場合である。
Claims (5)
- 電圧の不在検出器のための接続システムであって、
第1の端子に接続された第1の端子ケーブルと、
前記第1の端子に接続された第2の端子ケーブルと、
前記第1の端子ケーブルに接続されたRF信号発生器と、
前記第2の端子ケーブルに接続されたRF信号検出器と、
を備える、接続システム。 - 第2の端子に接続された第3の端子ケーブルと、
前記第2の端子に接続された第4の端子ケーブルと、
前記RF信号発生器に接続されたデマルチプレクサと、
前記RF信号検出器に接続されたマルチプレクサと、
をさらに備える、請求項1に記載の接続システム。 - 前記マルチプレクサ及び前記デマルチプレクサを使用して試験手順を実行するための論理シーケンサをさらに備える、請求項2に記載の接続システム。
- 電圧の不在検出器の接続を検出する方法であって、
第1の端子に接続された第1の端子ケーブルを提供することと、
前記第1の端子ケーブルに接続された第2の端子ケーブルを提供することと、
前記第1の端子ケーブルにRF信号を生成することと、
前記第2の端子ケーブルの前記RF信号を検出することと、
を備える、方法。 - 第2の端子に接続された第3の端子ケーブルを提供することと、
前記第2の端子に接続された第4の端子ケーブルを提供することと、
前記第1及び前記第3の端子ケーブルに一連の信号の配置を実行し、前記第2及び前記第4の端子ケーブル上の信号を試験することと、
をさらに備える、請求項4に記載の方法。
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