JP2023046686A - Power cut-off circuit and soundness confirmation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の半導体スイッチを直列接続した動力遮断回路およびその健全性確認方法に関する。 The present invention relates to a power cutoff circuit in which a plurality of semiconductor switches are connected in series and a soundness confirmation method thereof.
例えばロボットのように安全性を目的として緊急時に確実に動力を遮断したい装置においては、耐障害性を高める手段として、遮断スイッチの冗長化がある。具体的には、電源とモータ等との間の電源経路に複数（例えば２つ）のスイッチを設けて、全てのスイッチを遮断することにより、いずれかのスイッチが故障していても確実に動力（電源）を遮断することが可能となる。 For example, in a device, such as a robot, whose power is to be cut off reliably in an emergency for the purpose of safety, there is a redundant cut-off switch as a means of improving fault tolerance. Specifically, by providing a plurality of (for example, two) switches in the power supply path between the power supply and the motor, etc., and shutting off all the switches, even if one of the switches fails, the power supply can be ensured. (power supply) can be cut off.
特許文献１には、多軸ロボットにおいて、駆動回路に動作用電力を供給する電路の途中に遮断回路（１４ａ）を設けている。遮断回路は、電路に直列に２つの半導体スイッチング素子（Ｔｒ１、Ｔｒ２）を設け、遮断信号に応じて両方ＯＦＦして電路を遮断する。
In
さらに安全性を高めるために、これらの半導体スイッチング素子が正常に動作するかどうかを確認することが好ましい。特許文献１においては、遮断制御回路は、２つの半導体スイッチング素子の制御端子に定期的にＯＦＦするパルスを出力し、これら２つの半導体スイッチング素子がＯＦＦするか否かを診断することが記載されている（請求項２等）。
In order to further improve safety, it is preferable to check whether these semiconductor switching elements operate normally.
特許文献１に記載の構成においては、電源がＯＮになっている状態でスイッチング素子をＯＦＦにして診断を行うため、負荷（多軸ロボット）が稼働している状態で定期的に電源を遮断することになる。テスト期間（電源が遮断されている時間）は短時間であるが（瞬断）、もし電源が切れると負荷の制御装置の再起動となって一連の初期動作などをしなくてはならなくなり、作業の復帰に時間がかかるばかりか、コンピュータ部分が不具合を生じてしまうおそれがある。
In the configuration described in
そのため負荷が稼働している状態でスイッチをＯＦＦして診断を行うような構成では、テスト期間中の負荷の電源を確保するために電源保持回路を備える必要がある。特許文献１においても、文中に説明はないが、特許文献１の図２に示す遮断回路１４ａには半導体スイッチング素子の下流側にダイオードとコンデンサが配置されている。
Therefore, in a configuration in which the switch is turned off while the load is in operation for diagnosis, it is necessary to provide a power supply holding circuit in order to ensure the power supply of the load during the test period. In
しかしながら電源の瞬断に耐えられるほどの大容量の電源保持回路を備えていると、実際に緊急時に複数のスイッチング素子によって電力を遮断したとしても、少なくともテスト期間をカバーするだけの時間は負荷（多軸ロボット）が動き続けることになる。すなわち電源保持回路がある分だけ、緊急停止時の動作時間に遅延が生じてしまうおそれがある。 However, if a large-capacity power supply holding circuit is provided that can withstand momentary interruptions in the power supply, even if the power is interrupted by multiple switching elements in an emergency, the load ( multi-axis robot) will continue to move. That is, there is a possibility that the operating time at the time of emergency stop may be delayed by the presence of the power supply holding circuit.
また負荷の種類や規模にもよるが、テスト期間に負荷の稼働を継続できるほどの大容量のコンデンサは寸法が大きく、また高価であるため、装置の大型化やコスト増大を招く原因となってしまう。 Also, although it depends on the type and size of the load, a capacitor with a large capacity that can continue to operate the load during the test period is large and expensive, which can lead to an increase in the size and cost of the device. put away.
そこで本発明は、緊急動作時の応答性を向上させると共に、装置の小型化およびコスト低減を図ることが可能な動力遮断回路およびその健全性確認方法を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a power cut-off circuit and a soundness confirmation method thereof that are capable of improving responsiveness during an emergency operation, miniaturizing the apparatus, and reducing costs.
上記課題を解決するために、本発明にかかる動力遮断回路の代表的な構成は、電源と負荷の間に直列接続された複数の半導体スイッチと、複数の半導体スイッチの負荷側にそれぞれ接続された複数の出力モニタ回路と、複数の半導体スイッチの健全性を確認する故障診断部とを備え、複数の出力モニタ回路の閾値電圧は負荷の制御電圧より低く設定してあり、故障診断部は、複数の半導体スイッチを電源側から順にＯＮしてそれぞれの出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの半導体スイッチのＯＮ動作の確認を行った後に、複数の半導体スイッチを負荷側から順にＯＦＦしてそれぞれの出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの半導体スイッチのＯＦＦ動作の確認を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a typical configuration of a power cutoff circuit according to the present invention includes a plurality of semiconductor switches connected in series between a power source and a load, and a semiconductor switch connected to the load side of each of the plurality of semiconductor switches. A plurality of output monitor circuits and a failure diagnosis section for confirming soundness of a plurality of semiconductor switches are provided, the threshold voltages of the plurality of output monitor circuits are set lower than the control voltage of the load, and the failure diagnosis section includes a plurality of After turning on the semiconductor switches in order from the power supply side and checking the ON operation of each semiconductor switch by referring to the output of each output monitor circuit, the plurality of semiconductor switches are turned off in order from the load side and each The OFF operation of each semiconductor switch is confirmed by referring to the output of the output monitor circuit.
上記構成によれば、電源電圧の立ち上がり途中に、負荷の制御装置が起動する前に、複数の半導体スイッチの健全性を確認することができる。これにより負荷が稼働しているときに電力供給を遮断することがないため、電源保持回路が不要となる。したがって半導体スイッチを遮断した際には即座に負荷の動力（電源）を遮断することができるため、緊急動作時の応答性を向上させることができる。また大容量のコンデンサが不要であるから、装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。 According to the above configuration, it is possible to confirm the soundness of the plurality of semiconductor switches before the load control device is started while the power supply voltage is rising. This eliminates the need for a power supply holding circuit because the power supply is not interrupted while the load is in operation. Therefore, when the semiconductor switch is cut off, the power (power supply) of the load can be cut off immediately, so that the responsiveness in an emergency operation can be improved. Also, since a large-capacity capacitor is not required, it is possible to reduce the size and cost of the device.
また、本発明の他の代表的な構成は、電源と負荷の間に直列接続された複数の半導体スイッチと、複数の半導体スイッチの負荷側にそれぞれ接続された複数の出力モニタ回路と、複数の半導体スイッチの健全性を確認する故障診断部とを備えた動力遮断回路の健全性確認方法であって、複数の出力モニタ回路の閾値電圧は負荷の制御電圧より低く設定してあり、故障診断部が、複数の半導体スイッチを電源側から順にＯＮしてそれぞれの出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの半導体スイッチのＯＮ動作の確認を行った後に、複数の半導体スイッチを負荷側から順にＯＦＦしてそれぞれの出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの半導体スイッチのＯＦＦ動作の確認を行うことを特徴とする。 Another typical configuration of the present invention includes a plurality of semiconductor switches connected in series between a power source and a load, a plurality of output monitor circuits connected to the load sides of the plurality of semiconductor switches, and a plurality of A method for confirming soundness of a power cutoff circuit comprising a fault diagnosis section for verifying soundness of a semiconductor switch, wherein threshold voltages of a plurality of output monitor circuits are set lower than a control voltage of a load, and the fault diagnosis section However, after turning on the plurality of semiconductor switches in order from the power supply side and checking the ON operation of each semiconductor switch by referring to the output of each output monitor circuit, the plurality of semiconductor switches are turned off in order from the load side. The OFF operation of each semiconductor switch is confirmed by referring to the output of each output monitor circuit.
本発明によれば、緊急動作時の応答性を向上させると共に、装置の小型化およびコスト低減を図ることが可能な動力遮断回路およびその健全性確認方法を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power cutoff circuit and a soundness confirmation method thereof that can improve responsiveness during an emergency operation and reduce the size and cost of the device.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.
図１は動力遮断回路１００の構成を説明する図である。動力遮断回路１００は、主電源１０（電源）からロボット２０の駆動回路電源２２（負荷）に電力を供給する電源回路１２上に設けられている。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the
動力遮断回路１００において、電源回路１２には２つの半導体スイッチ（以下「スイッチＳＷ１、ＳＷ２」という。）を直列接続している。２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２が両方ＯＮになると主電源１０からロボット２０の駆動回路電源２２に電力が供給される。２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２のいずれか一方でもＯＦＦになっていると電力が遮断される。同じ機能のスイッチが２つ設けられているのは耐障害性を高めるための冗長化であり、緊急時に確実にロボット２０の動力を遮断するためである。なお図１ではスイッチＳＷ１、ＳＷ２の例としてＮ型ＭＯＳＦＥＴの記号を図示しているが、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど他の半導体スイッチでもよい。
In the
スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦ制御は電源制御部１１０によって行われる。本実施形態ではさらに、電源制御部１１０に含まれる故障診断部１２０が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦ制御と、その健全性を確認する故障診断を行う。
ON/OFF control of the switches SW1 and SW2 is performed by the
故障診断部１２０からスイッチＳＷ１、ＳＷ２のゲートには駆動回路ＭＣＸ１、ＭＣＸ２が接続されていて、これらのスイッチのＯＮ・ＯＦＦを行う駆動電圧が印加される。駆動回路ＭＣＸ１、ＭＣＸ２から分岐したループバック回路ＭＣＸ１＿ＩＮ、ＭＣＸ２＿ＩＮが故障診断部１２０に入力されていて、駆動電圧が正しく出力されているか否かを確認する。
Driving circuits MCX1 and MCX2 are connected to the gates of the switches SW1 and SW2 from the
スイッチＳＷ１、ＳＷ２の負荷側（下流側）には、それぞれ複数の出力モニタ回路１３０、１４０が接続されている。出力モニタ回路１３０、１４０は、それぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２の負荷側の電圧をコンパレータ１３２、１４２によって所定の閾値電圧（リファレンス電圧）と比較して、モニタ信号回路ＢＣＫ１、ＢＣＫ２から故障診断部１２０へと入力する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２がＯＮすればモニタ信号回路ＢＣＫ１、ＢＣＫ２に１が入力され、ＯＦＦすればモニタ信号回路ＢＣＫ１、ＢＣＫ２に０が入力される。
A plurality of
ここで、出力モニタ回路１３０、１４０の閾値電圧は、駆動回路電源２２の制御電圧（動作電圧）より低く設定してある。理解を容易にするために具体的な数値の例を挙げると、主電源１０の電圧は１５Ｖ、駆動回路電源２２の電圧は１５Ｖであるが１２Ｖ以上で動作するものとした場合、出力モニタ回路１３０、１４０の閾値電圧を５Ｖとする。
Here, the threshold voltages of the
次に本実施形態にかかる故障診断部１２０の動作について説明する。図２は故障診断部の動作を説明する図、図３は駆動回路電源２２に印加される電圧を示す概念図である。
Next, the operation of the
まず概略を説明すれば、図２に示すように、故障診断部１２０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を主電源１０側から順にＯＮしてそれぞれのＯＮ動作の確認を行った後に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を駆動回路電源２２側から順にＯＦＦしてそれぞれのＯＦＦ動作の確認を行う。
First, as shown in FIG. 2, the
順を追って説明すると、タイミングｔ１で駆動回路ＭＣＸ１から１を出力し（値が１はＨｉＧＨを意味し、値が０はＬＯＷを意味する。以下同様）、スイッチＳＷ１をＯＮする。ループバック回路ＭＣＸ１＿ＩＮの値は回路が正常であればＭＣＸ１と同じになるため、まず駆動回路ＭＣＸ１の動作確認をすることができる。 In order, at timing t1, the drive circuit MCX1 outputs 1 (a value of 1 means High, a value of 0 means Low, and so on) to turn on the switch SW1. Since the value of the loopback circuit MCX1_IN is the same as that of MCX1 if the circuit is normal, the operation of the driving circuit MCX1 can be checked first.
スイッチＳＷ１がＯＮすると出力モニタ回路１３０に印加される電圧が上昇し、閾値電圧を超えるタイミングｔ１１でコンパレータ１３２からモニタ信号回路ＢＣＫ１に１が出力される。これにより、スイッチＳＷ１のＯＮ動作の確認を行うことができる。
When the switch SW1 is turned on, the voltage applied to the
タイミングｔ２で駆動回路ＭＣＸ２から１を出力し、スイッチＳＷ２をＯＮする。ループバック回路ＭＣＸ２＿ＩＮの値は回路が正常であればＭＣＸ２と同じになるため、駆動回路ＭＣＸ２の動作確認をすることができる。 At timing t2, 1 is output from the drive circuit MCX2 to turn on the switch SW2. Since the value of the loopback circuit MCX2_IN is the same as that of MCX2 if the circuit is normal, it is possible to check the operation of the driving circuit MCX2.
スイッチＳＷ２がＯＮすると出力モニタ回路１４０に印加される電圧が上昇し、閾値電圧を超えるとコンパレータ１４２からモニタ信号回路ＢＣＫ２に１が出力される。これにより、スイッチＳＷ２のＯＮ動作の確認を行うことができる。
When the switch SW2 is turned on, the voltage applied to the
図３に示すように、タイミングｔ２においてＳＷ２がＯＮすると、駆動回路電源２２に供給される電圧が上昇し始める。しかし出力モニタ回路１４０の閾値電圧は、駆動回路電源２２の制御電圧（例えば１２Ｖ）より低く設定してある（例えば５Ｖ）。したがって駆動回路電源２２に供給される電圧が閾値電圧になるタイミングｔ２１でスイッチＳＷ２の動作確認が完了し、供給される電圧が駆動回路電源２２が動作する電圧まで上昇する前のタイミングｔ３でスイッチＳＷ２をＯＦＦする。これにより、駆動回路電源２２およびロボット２０が起動を開始することがない。
As shown in FIG. 3, when SW2 is turned on at timing t2, the voltage supplied to drive
タイミングｔ３で駆動回路ＭＣＸ２の出力を０にし、スイッチＳＷ２をＯＦＦする。ＯＮにするときは主電源１０側からＯＮするが、ＯＦＦするときは負荷側からＯＦＦする。
At timing t3, the output of the driving circuit MCX2 is set to 0, and the switch SW2 is turned off. When it is turned on, it is turned on from the
スイッチＳＷ２がＯＦＦすると出力モニタ回路１４０に印加される電圧が下降し、コンパレータ１４２において閾値電圧を下回るとモニタ信号回路ＢＣＫ２が０になる。これにより、ＳＷ２のＯＦＦ動作を確認することができる。
When the switch SW2 is turned off, the voltage applied to the
タイミングｔ４で駆動回路ＭＣＸ１の出力を０にし、スイッチＳＷ１をＯＦＦする。スイッチＳＷ１がＯＦＦすると出力モニタ回路１３０に印加される電圧が下降し、コンパレータ１３２において閾値電圧を下回るとモニタ信号回路ＢＣＫ１が０になる。これにより、ＳＷ１のＯＦＦ動作を確認することができる。
At timing t4, the output of the driving circuit MCX1 is set to 0, and the switch SW1 is turned off. When the switch SW1 is turned off, the voltage applied to the
そしてスイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作が確認できたら、あらためてスイッチＳＷ１およびＳＷ２をＯＮにして、駆動回路電源２２に電力を供給する。
After confirming the operation of the switches SW1 and SW2, the switches SW1 and SW2 are turned ON again to supply electric power to the drive
上記説明したように、本実施形態に係る構成によれば、主電源１０の電圧の立ち上がり途中に、負荷（ロボット２０の駆動回路電源２２）が起動する前に、複数の半導体スイッチ（スイッチＳＷ１、ＳＷ２）の健全性を確認することができる。これにより負荷が稼働しているときに電力供給を遮断することがないため、電源保持回路が不要となる。したがって半導体スイッチを遮断した際には即座に負荷の動力（電源）を遮断することができるため、緊急動作時の応答性を向上させることができる。また大容量のコンデンサが不要であるから、装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, before the load (the drive
なお、上記実施形態では２つの半導体スイッチを備える構成について説明したが、３つまたはそれ以上の半導体スイッチを備えていてもよい。 In addition, in the above-described embodiment, a configuration including two semiconductor switches has been described, but three or more semiconductor switches may be included.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は、複数の半導体スイッチを直列接続した動力遮断回路およびその健全性確認方法として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a power interruption circuit in which a plurality of semiconductor switches are connected in series and a soundness confirmation method thereof.
ＢＣＫ１…モニタ信号回路、ＭＣＸ１…駆動回路、ＭＣＸ１＿ＩＮ…ループバック回路、ＳＷ１…スイッチ、ＢＣＫ２…モニタ信号回路、ＭＣＸ２…駆動回路、ＭＣＸ２＿ＩＮ…ループバック回路、ＳＷ２…スイッチ、１０…主電源、１２…電源回路、２０…ロボット、２２…駆動回路電源、１００…動力遮断回路、１１０…電源制御部、１２０…故障診断部、１３０…出力モニタ回路、１３２…コンパレータ、１４０…出力モニタ回路、１４２…コンパレータ
BCK1... monitor signal circuit MCX1... drive circuit MCX1_IN... loopback circuit SW1... switch BCK2... monitor signal circuit MCX2... drive circuit MCX2_IN... loopback circuit SW2... switch 10...
Claims (2)
前記複数の半導体スイッチの負荷側にそれぞれ接続された複数の出力モニタ回路と、
前記複数の半導体スイッチの健全性を確認する故障診断部と、
を備え、
前記複数の出力モニタ回路の閾値電圧は前記負荷の制御電圧より低く設定してあり、
前記故障診断部は、
前記複数の半導体スイッチを前記電源側から順にＯＮしてそれぞれの前記出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの前記半導体スイッチのＯＮ動作の確認を行った後に、
前記複数の半導体スイッチを前記負荷側から順にＯＦＦしてそれぞれの前記出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの前記半導体スイッチのＯＦＦ動作の確認を行うことを特徴とする動力遮断回路。 a plurality of semiconductor switches connected in series between a power source and a load;
a plurality of output monitor circuits respectively connected to the load sides of the plurality of semiconductor switches;
a failure diagnosis unit for confirming soundness of the plurality of semiconductor switches;
with
threshold voltages of the plurality of output monitor circuits are set lower than the control voltage of the load;
The failure diagnosis unit
After turning on the plurality of semiconductor switches in order from the power supply side and referring to the output of each of the output monitor circuits to confirm the ON operation of each of the semiconductor switches,
A power cutoff circuit, wherein the plurality of semiconductor switches are sequentially turned off from the load side, and the OFF operation of each of the semiconductor switches is confirmed by referring to the output of each of the output monitor circuits.
前記複数の半導体スイッチの負荷側にそれぞれ接続された複数の出力モニタ回路と、
前記複数の半導体スイッチの健全性を確認する故障診断部と、
を備えた動力遮断回路の健全性確認方法であって、
前記複数の出力モニタ回路の閾値電圧は前記負荷の制御電圧より低く設定してあり、
前記故障診断部が、
前記複数の半導体スイッチを前記電源側から順にＯＮしてそれぞれの前記出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの前記半導体スイッチのＯＮ動作の確認を行った後に、
前記複数の半導体スイッチを前記負荷側から順にＯＦＦしてそれぞれの前記出力モニタ回路の出力を参照してそれぞれの前記半導体スイッチのＯＦＦ動作の確認を行うことを特徴とする動力遮断回路の健全性確認方法。 a plurality of semiconductor switches connected in series between a power source and a load;
a plurality of output monitor circuits respectively connected to the load sides of the plurality of semiconductor switches;
a failure diagnosis unit for confirming soundness of the plurality of semiconductor switches;
A method for checking the soundness of a power cutoff circuit comprising
threshold voltages of the plurality of output monitor circuits are set lower than the control voltage of the load;
The failure diagnosis unit
After turning on the plurality of semiconductor switches in order from the power supply side and referring to the output of each of the output monitor circuits to confirm the ON operation of each of the semiconductor switches,
Soundness confirmation of a power cutoff circuit, characterized in that the plurality of semiconductor switches are sequentially turned off from the load side, and the OFF operation of each of the semiconductor switches is confirmed by referring to the output of each of the output monitor circuits. Method.
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