JPS60223445A - 負荷駆動用スイツチ回路の監視装置 - 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】 産業上の利用分野並びに目的 本発明は鉄道、その他の７エイルセーフ性を要求される
分野に使用される負荷駆動用スイッチ回路の監視装置に
関し、負荷を駆動するスイッチ回路を入力信号によって
直接制御することを可能にした、フェイルセーフ性に優
れた監視装置を提供することを目的とする。

従来技術 鉄道、その他の高度のフェイルセーフ性を要求される分
野においては、回路故障、短絡、断線等が発生した場合
に回路を必ず安全側に切り替えるフェイルセーフ性を備
えた装置や機器を使用することが原則である。従って、
制御の最終目標物たる負荷、例えばモータやリレー等を
駆動するに際してもフェイルセーフ性が要求されるのは
当然である。このため、従来においては入力信号によっ
て負荷を直接制御することができず、一般には入力信号
と負荷との間にフェイルセーフ性を確保するための信号
受信系を介在させねばならなかった。

第６図はこのような従来の負荷駆動用スイッチ回路の１
例を示すもので、回路のフェイルセーフを確保するため
に、溶着故障の少ない銀−炭素系接点６７を使用した直
流リレー６５を用い、この直流リレー６５と入力端子６
１との間にトランジスタ６２．トランス６３．整流回路
６４からなる信号受信系を介在し、入力端子６１に与え
られる入力信号Ｓ１　をトランジスタ６２で増幅した後
トランス６３を通じて整流回路６４に送って整流回路６
４で直流信号化し、この変換した直流信号によって直流
リレー６５を励磁し、その接点６７で負荷６６を間接的
に駆動するものである。

発明が解決しようとする問題点 従来は上述したように、トランス結合増幅器（即ち交流
動作による増幅）及び直流リレー等を利用することによ
り回路のフェイルセーフを達成していたが、このような
方法によるときは負荷６６を入力信号によって直接制御
することができないという根本的問題を有する。更に、
信号受信系を構成するトランジスタ６２はその動作上不
飽和領域で使用されるために回路能率が悪く、大出力処
理には適さず、また入力信号と負荷間の構成が複雑、か
つ接点を介して行なわざるを得ないという問題を有する
。

発明の構成 本発明は、第１図に示すように、入力信号ｓ１によって
制御される負荷駆動用のスイッチ回路（３） ２のＯＮ（導通）　、　ＯＦＦ　（非導通）状態を検出
し、スイッチ回路２がＯＮ　状態のときには低電位出力
を発生し、かつスイッチ回路２がＯＦＦ状態のときには
高電位出力を発生するフェイルセーフなスイッチング検
出回路３と、該スイッチング検出回路３の出力と前記ス
イッチ回路を制御する入力信号とを入力条件として論理
和演算を行なうフェイルセーフな論理和回路４と、予め
定めたプリセット信号Ｐｓ　によって前記論理和回路４
の高電位出力を自己保持して高電位出力状態となり、自
己保持後は論理和回路４の出力が低電位状態となったと
きにこれを検知して自己保持を解除し、低電位出力を発
生する監視信号発生回路５とから構成されるものである
。

発明の作用効果 本発明に係る監視装置は、上述のように、負荷の電源を
ＯＮ、ＯＦＦするスイッチ回路のＯＮ　。

ＯＦＦ状態を検出し、該スイッチ回路のＯＮ、０ＦＦ（
４） 状態と入力信号の有無との論理和をとり、この論理和出
力を自己保持すると共に、論理和出力が零状態になった
ときに自己保持を解除することにより、負荷を駆動する
スイッチ回路の故障、断線、短絡等の事故を検知するよ
う構成したから、入力信号が入力していないにも拘らず
負荷に電源が供給されてしまうという負荷にとって最も
危険な事故を確実に検知することができ、この検知情報
によって電源を強制遮断すれば、単に負荷を直接スイッ
チ回路で駆動する場合に比較して如何なる場合にもフェ
イルセーフ性が確保されるので、入力信号によって負荷
を直接制御することができるという極めて優れた効果を
発揮する。

更に、入力信号によって直接負荷を制御できるので入力
信号と負荷間の構成が極めて簡潔となり、回路の能率も
向上するという効果を奏する。

実施例 第２図は本発明になる監視装置の第１実施例を示す。こ
の第１実施例は、直流負荷を監視する場合の１例であっ
て、スイッチ回路２を構成するトランジスタ２１のＯＮ
　、　ＯＦＦ　状態を検出するに直流電源Ｅｓ　に含ま
れるリシル電圧を利用したものである。即ち、スイッチ
ング検出回路３はフォトカプラ３１．交流増幅器３２．
整流回路３３によって構成され、論理和回路４はワイヤ
ードオア回路により構成され、また監視信号発生回路５
は後述するウィンドコン７くレータにより構成されてい
る。なお、一般に入力信号Ｓｉ　は前段の回路からフェ
イルセーフな信号（入力側故障時に信号電圧が零ボルト
となる）として送られてくる。

入力信号Ｓ１　は整流回路６において直流信号に変換さ
れ、スイッチ回路２のトランジスタ２１のベースに与え
られる。この入力信号Ｓｉによってトランジスタ２１が
ＯＮ（導通）シ、負荷１を駆動する。トランジスタ２１
がＯＮ　しているときはトランジスタ２１のエミッタ・
コレクタ間の電位がほぼ零電位となるので、フォトカプ
ラ３１は発光することがなく、従って整流回路３３の出
力Ｅは零電位となる。また、トランジスタ２１がＯＦＦ
　（非導通）しているときはフォトカプラ３１に電源電
圧が印加されるので、フォトカプラ３１の発光素子は電
源電圧に含まれるリシル電圧に応じて脈動発光し、受光
素子には交流信号が得られる。この交流信号は交流増幅
器３２により増幅された後、整流回路３３で直流出力に
変換される。従って、トランジスタ２１がＯＦＦのとき
は整流回路３３の出力Ｅは高電位となる。

ところで、入力信号Ｓ１　とスイッチング検出回路３の
出力Ｅとの関係は次の４つの場合が考えられる。

（７） （１）入力信号、Ｓｌ　なしのときに出力電圧Ｅなしく
１１）入力信号Ｓ１　なｆ＆＝きに出力電圧Ｅあり（ｉ
ｉｉ）入力信号Ｓｉ　ありのときに出力電圧ＥなしくＩ
Ｖ）入力信号Ｓ１　ありのときに出力Ｅあり上記（１）
〜（ｉｖ）のうち、負荷１にとって危険が生じるのは（
ｉ）の場合、即ち入力信号Ｓｌ　がないにも拘らず負荷
１に電源Ｅｓ　が印加された状態である。なお、６ｖ）
の場合にも回路は正常な動作を行なっていないことにな
るが、この場合には入力信号Ｓｉ　があるにも拘らず負
荷１に電源Ｅｓが印加されないのであるから、負荷１は
動作することがなく、危険が生ずることはない。従って
、前記（１）の状態のみを検出すれば回路のフェイルセ
ーフは達成されることになる。本発明は上記（１）の状
態を検知するものに他ならない。

いま前記（ｉｉ）　（ｉｉｉ）　＋ＩＶ）の状態のとき
には、整流回路６又はスイッチング検出回路３のいずれ
かから常に出力が発生しているので、これらの回路か（
８） らの出力を入力とする論理和回路４は常に出力゛１”の
状態となっている。従って、この論理和回路４からの出
力′１“を監視信号発生回路５において予め定めたプリ
セット信号Ｐｓ　によって自己保持しておけば、監視信
号発生回路５からはスイッチ回路２の正常状態を示す′
″１″１″信号出力されることになる。

他方、前記の正常状態を示す自己保持動作中に、前記（
１）の状態になると、整流回路６及びスイッチング検出
回路３のいずれの出力もなくなるので論理和回路４の出
力′０”となり、監視信号発生回路５の自己保持が解除
され、監視信号発生回路５の出力は１０“状態となり、
負荷１に対して危険を及ぼす故障が発生したことが検知
される。

従って、前記監視信号発生回路５の出力により、例えば
監視リレー７等を駆動し、この接点出力で電源Ｅｓ　を
強制的に遮断し或は警報表示を行なうようにすれば、負
荷１をフェイルセーフに駆動することが可能となる。

なお、フェイルセーフな動作を行なうためには、スイッ
チング検出回路３．論理和回路４゜監視信号発生回路５
のそれぞれもフェイルセーフな回路構成とする必要があ
るが、第２図例の場合、スイッチング検出回路３はトラ
ンスジューサ（フォトカゾラ）と増幅器を用いて交流動
作としているのでフェイルセーフな回路動作となり、ま
た論理和回路４もワイヤードオア回路（断線したとき出
力電圧零）となしたのでフェイルセーフな動作となる。

監視信号発生回路５をフェイルセーフに構成するには、
例えば本出願人が実願昭５５−７９６７２号において提
案した「ウィンドコンパレータ」を用いて第３図の如く
構成すればよい。第３図の回路を簡単に説明すれば、図
示回路はトランジスタ５１゜５２．５３によって２人力
の論理積演算発振器を構成するもので、プリセット信号
Ｐｓ　とスイッチング検出回路３からの入力が同時にあ
ったときに１ヘランジスタ５２．５３の遅延特性により
帰還抵抗５４を通じて発振をおこすもので、この発振出
力を整流器５５で整流し、この整流出力を帰還ループｆ
を介してプリセット信号端子側へ帰還することにより前
述した自己保持を行なうものである。第３図回路はその
回路構成上、発振開始電圧に上限及び下限を持たせうる
ので、極めて良好なフェイルセーフ特性を有する。

上記第１実施例の説明においては、スイッチ回路２の故
障時のフェイルセーフ動作について主として述べたが、
スイッチ回路２以外の回路の故障、例えばスイッチング
検出回路３、論理和回路４、監視信号発生回路５等の回
路故障に対してもフェイルセーフに動作することは、各
回路がフェイルセーフ性を有することから、説（１１） 明をするまでもなく明らかである。

また、上述例においては、監視信号発生回路５の自己保
持動作を行なうためのプリセット信号Ｐｓ　を外部から
入力する場合について述べたが、第２図中に点線で示す
ように整流回路６の整流出力を接続すれば、自動的に自
己保持を行なわせることができる。

第４図は、本発明の第２実施例を示し、直流電源Ｅｓ　
にリシル成分がほとんどない場合のスイッチング検出回
路５の構成例を示す。電源中にリシル成分がない場合に
は、第２図に示すようにトランジスタ２１のコレクタ・
エツタ間に直接フォトカゾラ３１を接続しても交流信号
を取り出すことは不可能である。そこで、トランジスタ
２１のコレクタ串エミッタ間に発振器３４を接続し、ト
ランジスタ２１のＯＮ　、　ＯＦＦに応じて発振を行な
わせ、この発振出力をフォトカゾラ３１によって取り出
すよう構成すれば（１２） よい。その他の構成は第２図と同様である、。

第５図は交流負荷の場合の１例を示す。交流電源ＡＣの
導通・遮断は、双方向性のサイリスタ２２のゲートをト
ランス２３を介して入力信号ＳｉでＯＮ　、　ＯＦＦす
ることにより行なわれる。

サイリスタ２２のＯＮ　、　ＯＦＦ　状態の検出はサイ
リスタ２２の両端に２つのフォトカゾラ３１ａ。

３１ｂを接続し、これにより双方向検出を行なっている
。フオトカゾラ３１ａの受光素子で得られた交流信号は
交流増幅器３２ａ、整流器３３ａによって直流信号に変
換され、またフォトカゾラ３１ｂの受光素子で得られた
交流信号は交流増幅器３２ｂ１整流器３３ｂによって直
流信号に変換される。整流器３３ａ、３３ｂの２つの出
力はＡＮＤ回路３５に接続され、このＡＮＤ回路３５の
ＡＮＤ出力がスイッチング検出回路３の出力Ｅとして論
理和回路４に送られる。

このように、　ＡＮＤ回路３５において論理積演算を行
なわせるのは、サイリスタ２２の双方向の導通・非導通
状態を監視するためである。なお、このＡＮＤ回路３５
もフェイルセーフに構成する必要があるが、第３図に示
したウィンドコンパレータを用いることによって実現す
ることができる。この場合、自己保持は不要となるので
、第３図中の整流回路５５の出力とプリセット信号端子
とを結ぶ帰還ルーノｆを切断すればよい。

その他の構成は第２図と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック回路図、第２図は本発明の第
１実施例を示す回路図、第３図は監視信号発生回路の具
体的回路側図、第４図は本発明の第２実施例を示す回路
図、第５図は本発明の第３実施例を示す回路図、第６図
は従来の負荷駆動用スイッチ回路の回路図である。 １：負荷、２：スイッチ回路、３ニスイツチング検出回
路、４：論理和回路、５：監視信号発生回路、６：整流
回路、７：監視リレー、Ｓｌ：入力信号、　Ｅｓ：直流
電源、ＡＣ：交流電源。 特許出願人 日本信号株式会社 代理人 市　川　理　吉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】、　入力信号によって制御される負荷駆動用スイッチ
   回路の導通・非導通状態を検出して該スイッチ回路が導
   通状態のときには低電位出力を発生し、かつスイッチ回
   路が非導通状態のときには高電位出力を発生するフェイ
   ルセーフなスイッチング検出回路と、該スイッチング検
   出回路の出力と前記スイッチ回路を制御する入力信号と
   を入力条件として論理和演算を行なうフェイルセーフな
   論理和回路と、予め定めたプリセット信号によって前記
   論理和回路の高電位出力を自己保持して高電位出力状態
   となり、自己保持後は前記論理和回路の出力が低電位状
   態となったときにこれを検知して自己保持を解除し、低
   電位出力を発生するフェイルセーフな監視信号発生回路
   とからなることを特徴とする負荷駆動用スイッチ回路の
   監視装置。 ２　シリセット信号として入力信号を接続したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の負荷駆動用スイッ
   チ回路の監視装置。