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CN112034373A - 电源电压监视电路以及控制装置 - Google Patents

电源电压监视电路以及控制装置 Download PDF

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CN112034373A
CN112034373A CN202010406756.1A CN202010406756A CN112034373A CN 112034373 A CN112034373 A CN 112034373A CN 202010406756 A CN202010406756 A CN 202010406756A CN 112034373 A CN112034373 A CN 112034373A
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voltage
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series resistor
parallel
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Application number
CN202010406756.1A
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伊藤孝典
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JTEKT Corp
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Abstract

电源电压监视电路具备：电源开关电路，切换将输入电源线与输出电源线连接的连接状态和将它们切断的切断状态；串联电路，由与上述输入电源线连接的第一串联电阻器、与接地电位连接的第二串联电阻器、及连接在上述第一以及第二串联电阻器之间的第三串联电阻器构成；第一并联电路，具有第一开关元件，并与上述第一串联电阻器并联连接；第二并联电路，具有第二开关元件，并与上述第二串联电阻器并联连接；第一判定电路，判定上述第一串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第一分压电压是否为正常范围；第二判定电路，判定上述第二串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第二分压电压是否为正常范围；以及驱动电路，在上述第一以及第二分压电压均为正常范围的情况下使上述电源开关电路为上述连接状态，在上述第一或者第二分压电压不为正常范围的情况下使上述电源开关电路为上述切断状态。

Description

电源电压监视电路以及控制装置
技术领域
本发明涉及监视电源电压的电源电压监视电路以及具备该电源电压监视电路的控制装置。
背景技术
以往，已知有监视电源电压的电源电压监视电路。专利文献1所记载的电源电压监视电路构成为通过检测电阻R1以及检测电阻R2进行分压后的电源电压输入到比较仪，通过利用比较仪的与基准电压的比较来检测电源电压的异常。
专利文献1：日本特开2005－291865号公报
在专利文献1的电源电压监视电路中，若在检测电阻R1以及检测电阻R2的一方或者双方产生故障而成为断线(open)或者短路(short)状态，则不能够进行正常的电源电压的监视。另外，在比较仪故障的情况下，也不能够进行正常的电源电压的监视。由此，有即使电源电压监视电路故障而对负载侧输出异常的电源电压，也依然检测不出比较仪的故障的状态下继续使用的担心。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供在电源电压监视电路的构成部件产生了故障的情况下，能够检测出该故障的产生的电源电压监视电路。
本发明为了实现上述的目的，提供一种电源电压监视电路，具备：电源断续电路部，配置在输入电源线与输出电源线之间，能够切换将上述输入电源线与上述输出电源线连接的连接状态和切断它们的连接的切断状态；串联电路，由与上述输入电源线连接的第一串联电阻器、与接地电位连接的第二串联电阻器、及连接在上述第一以及第二串联电阻器之间的第三串联电阻器构成；第一并联电路，具有第一开关元件，并与上述第一串联电阻器并联连接；第二并联电路，具有第二开关元件，并与上述第二串联电阻器并联连接；第一判定电路，判定上述第一串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第一分压电压是否为正常范围；第二判定电路，判定上述第二串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第二分压电压是否为正常范围；以及驱动电路，在上述第一分压电压以及第二分压电压均为正常范围的情况下使上述电源断续电路部为上述连接状态，在上述第一分压电压以及第二分压电压的任意一个不为正常范围的情况下使上述电源断续电路部为上述切断状态。
另外，本发明为了实现上述的目的，提供一种控制装置，是具备：上述的电源电压监视电路；以及控制部，通过上述输出电源线供给电源的控制装置，上述第一以及第二开关元件通过上述控制部切换开闭状态，上述控制部在使上述第一开关元件为闭合状态时上述第一判定电路的判定结果不为否，或者在使上述第二开关元件为闭合状态时上述第二判定电路的判定结果不为否的情况下，检测到电源电压监视电路的故障的产生。
根据本发明的电源电压监视电路，在电源电压监视电路的构成部件产生了故障的情况下，能够检测出该故障的产生。
附图说明
图1是表示作为本实施方式的控制装置的可编程控制器的构成例的示意图。
图2是与基座模块的一部分及CPU模块一起示出电源模块的构成例的示意结构图。
图3是与基座模块的一部分及CPU模块一起示出电源模块的变形例的示意结构图。
图4是与基座模块的一部分及CPU模块一起示出比较例的电源模块的构成例的示意结构图。
附图标记说明
1…可编程控制器(控制装置)，113…输入电源线，114…输出电源线，12…CPU模块(控制部)，2…电源电压监视电路，20…电源断续电路部，31～33…第一～第三串联电阻器，41、42…第一以及第二并联电路，411、421…第一以及第二开关元件，412、422…第一以及第二并联电阻器，51、52…第一以及第二判定电路，54…驱动电路。
具体实施方式
[实施方式]
参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下说明的实施方式作为实施本发明时的合适的具体例示出，虽然也有具体地例示在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的技术范围并不限定于该具体的方式。
图1是表示作为本实施方式的控制装置的可编程序控制器的构成例的示意图。该可编程序控制器1具有电源模块11、作为控制部的CPU模块12、输入来自安装于作为控制对象的机床等设备的各种传感器、开关的信号的输入模块13、输出用于使设置于设备的促动器等进行动作的信号的输出模块14、以及安装了这些各模块11～14的基座模块10。
CPU模块12具有用于连接写入或者读出用于控制设备的序列程序的周边设备的连接器121、以及用于显示后述的错误代码等的显示部122。CPU模块12通过参照输入到输入模块13的信号执行序列程序，来接通/断开输出模块14的接点来控制设备。
基座模块10具有以能够拆装的方式安装各模块11～14的多个插口。此外，在图1中，示出在基座模块10安装了两个输入模块13和两个输出模块14的构成例，但并不限定于这些数目，例如也能够在基座模块10安装进行与其它的控制装置等的通信的通信模块。
基座模块10具有用于向控制面板等安装的框架101、和安装于框架101的省略图示的印刷电路基板。在该印刷电路基板通过布线图案形成有用于从电源模块11向其它的模块12～14的电源供给的输出电源线、用于各模块11～14之间的信号授受的信号线等。电源模块11具备具有第一端子111a以及第二端子111b的端子台111，对该端子台111例如供给DC24V的电源。
图2是与基座模块10的一部分及CPU模块12一起示出电源模块11的构成例的示意结构图。电源模块11具有DC/DC转换器112，通过DC/DC转换器112对供给到端子台111的电压进行电压转换为适合作为CPU模块12的微处理器及其周边电路的电子部件的动作电压的电压。CPU模块12及多个输入模块13以及输出模块14通过DC/DC转换器112的输出电压进行动作。这些各模块12～14对于电源模块11来说是电负载。
在本实施方式中，对DC/DC转换器112的输出电压的标准值为3.3V的情况进行说明。此外，电源模块11也可以构成为对端子台111例如供给100V的交流电压。该情况下，在电源模块11设置将AC100V转换为DC3.3V的直流电源。
电源模块11具有监视DC/DC转换器112的输出电压的电源电压监视电路2。电源电压监视电路2具有配置在从DC/DC转换器112供给3.3V的电源电压的输入电源线113与用于向CPU模块12等供给电力的输出电源线114之间的电源断续电路部20。该电源断续电路部20能够切换将输入电源线113与输出电源线114连接的连接状态和切断它们的连接的切断状态。在本实施方式中，电源断续电路部20由两个n沟道MOSFET21、22构成。这些n沟道MOSFET21、22的源极彼此背靠背连接。
另外，电源电压监视电路2具备由与输入电源线113连接的第一串联电阻器31、与接地电位连接的第二串联电阻器32、以及连接在第一以及第二串联电阻器31、32之间的第三串联电阻器33构成的串联电路3。第一串联电阻器31的一端与输入电源线113连接，并且另一端与第三串联电阻器33的一端连接。第二串联电阻器32的一端与接地电位连接，另一端与第三串联电阻器33的另一端连接。
另外，电源电压监视电路2具备与第一串联电阻器31并联连接的第一并联电路41、和与第二串联电阻器32并联连接的第二并联电路42。第一并联电路41具有第一开关元件411和第一并联电阻器412，它们串联连接。第二并联电路42具有第二开关元件421和第二并联电阻器422，它们串联连接。
在本实施方式中，第一以及第二开关元件411、421为光电耦合器，通过在发光二极管流过电流进行发光，成为在接受该光的光电晶体管的集电极·发射极间流过电流的闭合状态。另外，第一以及第二开关元件411、421也可以是晶体管，FET或者继电器电路。
另外，电源电压监视电路2具有判定第一串联电阻器31与第三串联电阻器33之间的第一分压电压V1是否为正常范围的第一判定电路51、判定第二串联电阻器32与第三串联电阻器33之间的第二分压电压V2是否为正常范围的第二判定电路52、以及产生成为第一以及第二判定电路51、52中的判定的基准的基准电压的基准电压电路53。在本实施方式中，第一以及第二判定电路51、52由比较仪(比较器)构成。基准电压电路53产生的基准电压一直恒定，其电压值例如为0.5V。
第一判定电路51在+输入端子输入基准电压，并在－输入端子输入第一分压电压V1。第一判定电路51的输出电压在第一分压电压V1比基准电压高的情况下成为低电平，在第一分压电压V1比基准电压低的情况下成为高电平。如后述那样，第一判定电路51的输出电压为高电平表示第一分压电压V1低于正常范围的下限值。即，第一分压电压V1的正常范围是基准电压电路53产生的基准电压以上的范围。
第二判定电路52在+输入端子输入第二分压电压V2，并在－输入端子输入基准电压。第二判定电路52的输出电压在第二分压电压V2比基准电压低的情况下成为低电平，在第二分压电压V2比基准电压高的情况下成为高电平。如后述那样，第二判定电路52的输出电压为高电平表示第二分压电压V2高于正常范围的上限值。即，第二分压电压V2的正常范围是基准电压电路53产生的基准电压以下的范围。
另外，电源电压监视电路2具有输入第一以及第二判定电路51、52的输出电压的驱动电路54以及或门55。驱动电路54在第一以及第二分压电压V1、V2均为正常范围的情况下使电源断续电路部20为连接状态，在第一以及第二分压电压V1、V2的至少任意一个不在正常范围的情况下使电源断续电路部20为切断状态。或门55的输出电压在第一以及第二判定电路51、52的任意一个输出电压为高电平的情况下，成为高电平。
驱动电路54在第一以及第二判定电路51、52的输出电压均为低电平的情况下对电源断续电路部20的n沟道MOSFET21、22的栅极供给栅极电压。由此，成为将输入电源线113与输出电源线114电连接的连接状态，从输出电源线114经由基座模块10对CPU模块12等供给电源电压。另一方面，驱动电路54在第一以及第二判定电路51、52的输出电压的任意一个为高电平的情况下不对n沟道MOSFET21、22供给栅极电压。由此，切断输入电源线113与输出电源线114的连接，不对CPU模块12等供给电源电压。
在本实施方式中，第一判定电路51、第二判定电路52、基准电压电路53、驱动电路54、以及或门55构成为封装化的一个集成电路5。但是，并不限定于此，也可以第一判定电路51、第二判定电路52、基准电压电路53、驱动电路54、以及或门55的一部分或者全部作为独立的电子部件构成。
或门55的输出电压经由基座模块10输入到CPU模块12。第一以及第二开关元件411、421通过CPU模块12切换开闭状态。CPU模块12在电源模块11对端子台111的电源接通时，暂时使第一开关元件411为闭合状态并确认或门55的输出电压为高电平，并暂时使第二开关元件411为闭合状态并确认或门55的输出电压为高电平。
该确认动作用于诊断在电源电压监视电路2未产生故障，而从DC/DC转换器112输出的电源电压为异常值的情况下可靠地通过第一判定电路51或者第二判定电路52检测到异常，而电源断续电路部20成为切断状态。此外，也可以在电源接通时以外的定时进行上述的确认动作。
在输出电源线114连接有电容器115，即使在通过CPU模块12使第一以及第二开关元件411、421为闭合状态而电源断续电路部20暂时成为切断状态，也从电容器115对CPU模块12及多个输入模块13以及输出模块14供给电源。此外，也可以分别在各模块11～14设置相当于电容器115的电容器。另外，虽然在本实施方式中，电容器115为电解电容器，但并不限定于此例如也可以是电双层电容器等。
CPU模块12在使第一开关元件411为闭合状态时，或者在使第二开关元件421为闭合状态时或门55的输出电压未成为高电平的情况下，检测到电源电压监视电路2的故障的产生，并报告异常的产生。在本实施方式中，通过在CPU模块12的显示部122(参照图1)显示错误代码来进行该异常的报告。在图1所示的例子中，示出显示“E9”作为错误代码的状态。
此外，也可以区分在第一判定电路51的判定结果未成为否的情况下的错误代码和第二判定电路52的判定结果未成为否的情况下的错误代码，也可以使它们为相同的错误代码。另外，异常的报告的方式并不限定于在显示部122显示错误代码，例如也可以通过与连接器121所连接的周边设备的通信来报告异常的产生。
若分别将第一串联电阻器31的电阻值、第二串联电阻器32的电阻值、以及第三串联电阻器33的电阻值设为R1、R2、R3，并将输入电源线113的电压设为V0，则能够分别通过下式(1)以及(2)求出第一分压电压V1以及第二分压电压V2。
V1＝V0×(R2+R3)/(R1+R2+R3)…(1)
V2＝V0×R2/(R1+R2+R3)…(2)
这里，在分别使R1、R2、R3为7.5kΩ、1.3kΩ、380的情况下，若输入电源线113的电压V0为3.3V，则第一分压电压V1为0.604V，第二分压电压V2为0.467V。该情况下，若基准电压电路53输出的基准电压为0.5V，则第一以及第二判定电路51、52的输出电压均为低电平。另外，若输入电源线113的电压V0低于2.73V(＝3.3×0.5/0.604)则第一判定电路51的输出电压成为高电平。另外，若输入电源线113的电压V0高于3.53V(＝3.3×0.5/0.467)则第二判定电路52的输出电压成为高电平。即，若输入电源线113的电压V0在2.73V以上并且在3.53V以下，则电源断续电路部20成为连接状态，从输出电源线114经由基座模块10向CPU模块12等输出电源电压。换句话说，供给至CPU模块12等的电源电压的有效范围为2.73V～3.53V。
若使第一开关元件411为闭合状态，则第一并联电阻器412与第一串联电阻器31并联连接，若使第二开关元件421为闭合状态，则第二并联电阻器422与第二串联电阻器32并联连接。若将第一并联电阻器412的电阻值设为R4，并将第二并联电阻器422的电阻值设为R5，则能够分别通过下式(3)以及(4)求出第一串联电阻器31与第一并联电阻器412的合成电阻值R6、以及第二串联电阻器32与第二并联电阻器422的合成电阻值R7。
R6＝R1×R4/(R1+R4)…(3)
R7＝R2×R5/(R2+R5)…(4)
另外，能够通过分别下式(5)以及(6)求出第一开关元件411为闭合状态时的第二分压电压V2′、以及第二开关元件421为闭合状态时的第一分压电压V1′。
V2′＝V0×R2/(R6+R2+R3)…(5)
V1′＝V0×(R7+R3)/(R1+R7+R3)…(6)
第一并联电阻器412的电阻值R4、以及第二并联电阻器422的电阻值R5设定为即使在输入电源线113的电压V0为有效范围的下限值(2.73V)的情况下若使第一开关元件411为闭合状态则第二分压电压V2′也高于基准电压，另外即使在输入电源线113的电压V0为有效范围的上限值(3.53V)的情况下若使第二开关元件421为闭合状态则第一分压电压V1′也低于基准电压。
例如，在第一并联电阻器412的电阻值R4为与第一串联电阻器31的电阻值R1相同的7.5k，输入电源线113的电压V0为2.73V的情况下，第二分压电压V2′为0.654V(＞0.5V)，第二判定电路52的输出电压成为高电平。另外，在第二并联电阻器422的电阻值R5为与第二串联电阻器32的电阻值R2相同的1.3kΩ，输入电源线113的电压V0为3.53V的情况下，第一分压电压V1′为0.426V(＜0.5V)，第一判定电路51的输出电压成为高电平。
CPU模块12若在使第一开关元件411为闭合状态时或门55的输出电压成为高电平，另外在使第二开关元件421为闭合状态时或门55的输出电压为高电平，则判定为电源电压监视电路2正常地进行动作，在其以外的情况下判定为在电源电压监视电路2产生故障并报告异常的产生。此外，作为电源电压监视电路2中的故障的产生重要因素，能够列举集成电路5的故障、第一～第三串联电阻器31～33的任意一个电阻器的断线(open)或者短路(short)。
根据本实施方式，在第一串联电阻器31断线的情况下，或者在第二串联电阻器32短路的情况下，第一分压电压V1的电压低于基准电压，而不对CPU模块12等输出电源电压。另外，在第一串联电阻器31短路的情况下，在第二串联电阻器32断线的情况下，或者在第三串联电阻器33短路的情况下，第二分压电压V2的电压高于基准电压，而不对CPU模块12等输出电源电压。并且，在第三串联电阻器33断线的情况下，在使第一开关元件411为闭合状态时或门55的输出电压不成为高电平，在使第二开关元件421为闭合状态时或门55的输出电压不成为高电平，所以在CPU模块12中判定为在电源电压监视电路2产生故障。
此外，即使在由于集成电路5的故障而例如第一判定电路51或者第二判定电路52的输出电压一直为低电平的情况下，由于在确认动作时或门55的输出电压不成为高电平，所以能够检测到电源电压监视电路2的故障。
[变形例]
图3是与基座模块10的一部分及CPU模块12一起示出变形例的电源模块11A的构成例的示意结构图。在图2所示的例子中，第一以及第二判定电路51、52的输出电压输入到或门55，或门55的输出电压输入到CPU模块12，但在图3所示的变形例中，集成电路5不具有或门55，而基于电压检测电路9的检测结果判定电源电压监视电路2的故障的有无。
电压检测电路9输入输出电源线114的电压，并经由基座模块10将表示其检测结果的信号输出到CPU模块12。电压检测电路9例如是若输入电压在规定范围内则发出接通信号，若不在规定范围内则发出断开信号的开关电路。该规定范围是作为供给至CPU模块12等的电源电压适当的范围，例如为2.73V～3.53V。CPU模块12若在使第一开关元件411为闭合状态时、以及使第二开关元件421为闭合状态时，电压检测电路9的输出信号从接通状态成为断开状态，则判定为电源电压监视电路2正常地进行动作。
另外，也可以使电压检测电路9为AD转换器。该情况下，电压检测电路9将输出电源线114的电压值转换为数字信号并输出给CPU模块12。CPU模块12若在使第一开关元件411为闭合状态时通过电压检测电路9检测出的输出电源线114的电压值下降，另外在使第二开关元件421为闭合状态时通过电压检测电路9检测出的输出电源线114的电压值下降，则判定为电源电压监视电路2正常地进行动作。
另外，在图3所示的例子中，在输出电源线114插入二极管116，该二极管116的阳极与n沟道MOSFET22以及电压检测电路9连接，阴极与电容器115连接。二极管116用于使蓄电于电容器115的电荷不对电压检测电路9的检测结果造成影响。根据该变形例，能够可靠地检测集成电路5的故障。
[比较例]
图4是与基座模块10的一部分及CPU模块12一起示出比较例的电源模块11B的构成例的示意结构图。在图4中，对与在上述的实施方式中说明的构成要素相同的构成要素，附加与在图2附加的附图标记相同的附图标记并省略重复的说明。
该电源模块11B具有由电源断续电路部20、集成电路5、由第一电源侧电阻器61以及第一接地侧电阻器62构成的第一串联电路6、由第二电源侧电阻器71以及第二接地侧电阻器72构成的第二串联电路7、及作为开关元件的第一以及第二光电耦合器81、82构成的电源电压监视电路2B。
第一电源侧电阻器61以及第二电源侧电阻器71的一端与输入电源线113连接，第一接地侧电阻器62以及第二接地侧电阻器72的一端与接地电位连接。在第一电源侧电阻器61并联连接有第一光电耦合器81，在第二接地侧电阻器72并联连接有第二光电耦合器82。第一以及第二光电耦合器81、82通过CPU模块12切换开闭状态。
第一电源侧电阻器61与第一接地侧电阻器62之间的第一分压电压输入到第二判定电路52的+输入端子。第二电源侧电阻器71与第二接地侧电阻器72之间的第二分压电压输入到第一判定电路51的－输入端子。第一电源侧电阻器61、第一接地侧电阻器62、第二电源侧电阻器71、以及第二接地侧电阻器72的电阻值例如分别为68kΩ、11kΩ、56kΩ、12kΩ。
在该电源电压监视电路2B中，即使第一电源侧电阻器61断线第二判定电路52的输出电压也不成为高电平，而电源断续电路部20成为连接状态而输出电源电压，若使第一光电耦合器81为闭合状态则第二判定电路52的输出电压成为高电平所以在CPU模块12中不能够检测第一电源侧电阻器61的断线故障。另外，即使第二接地侧电阻器62短路第二判定电路52的输出电压也不成为高电平，而电源断续电路部20成为连接状态而输出电源电压，若在第二接地侧电阻器62短路的状态下使第一光电耦合器81为闭合状态则有输入电源线113接地所以产生新的障碍的担心。
另外，即使第二电源侧电阻器71短路第一判定电路51的输出电压也不成为高电平，而电源断续电路部20成为连接状态而输出电源电压，若在第二电源侧电阻器71短路的状态下使第二光电耦合器82为闭合状态则有输入电源线113接地所以产生新的障碍的担心。另外，即使第二接地侧电阻器72断线第一判定电路51的输出电压也不成为高电平，而电源断续电路部20成为连接状态而输出电源电压，若使第二光电耦合器82为闭合状态则第一判定电路51的输出电压成为高电平所以在CPU模块12中不能够检测第二接地侧电阻器72的断线故障。
(实施方式的作用以及效果)
根据本实施方式，不会产生在产生电源电压监视电路2的故障的情况下接受电源供给的CPU模块12不能够检测电源电压监视电路2的故障这样的情况。由此，能够抑制在对CPU模块12等输出了有效范围外的电源电压的状态下CPU模块12继续进行动作，能够使安全性提高。
(附注)
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但该实施方式并不对技术方案的发明进行限定。另外，应该留意并不一定在实施方式中说明的特征的组合的全部都为用于解决发明的课题的方法所必须的组合这一点。
另外，本发明能够在不脱离其主旨的范围适当地进行变形实施。例如，在上述实施方式中，对将电源电压监视电路2应用于可编程控制器1的情况进行了说明，但也可以将电源电压监视电路2应用于可编程控制器以外的各种控制装置。另外，也可以将电源电压监视电路2使用于控制装置以外的各种装置。

Claims (4)

1.一种电源电压监视电路，具备：
电源开关电路，配置在输入电源线与输出电源线之间，切换连接上述输入电源线与上述输出电源线的连接状态和切断上述输入电源线与上述输出电源线的切断状态；
串联电路，包括与上述输入电源线连接的第一串联电阻器、与接地电位连接的第二串联电阻器、及连接在上述第一串联电阻器以及第二串联电阻器之间的第三串联电阻器；
第一并联电路，具有第一开关元件，并与上述第一串联电阻器并联连接；
第二并联电路，具有第二开关元件，并与上述第二串联电阻器并联连接；
第一判定电路，判定上述第一串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第一分压电压是否为正常范围；
第二判定电路，判定上述第二串联电阻器与上述第三串联电阻器之间的第二分压电压是否为正常范围；以及
驱动电路，在上述第一分压电压以及第二分压电压均为正常范围的情况下，使上述电源开关电路为上述连接状态，在上述第一分压电压不为正常范围或者第二分压电压不为正常范围的情况下，使上述电源开关电路为上述切断状态。
2.根据权利要求1所述的电源电压监视电路，其中，
上述第一并联电路具有与第一开关元件串联连接的第一并联电阻器。
3.根据权利要求1或者2所述的电源电压监视电路，其中，
上述第二并联电路具有与第二开关元件串联连接的第二并联电阻器。
4.一种控制装置，具备：
权利要求1～3中任意一项所述的电源电压监视电路；以及
控制部，
上述控制部控制上述第一开关元件以及第二开关元件各自的开闭状态，
在使上述第一开关元件为闭合状态时上述第一判定电路的判定结果不成为异常，或者在使上述第二开关元件为闭合状态时上述第二判定电路的判定结果不成为异常的情况下，上述控制部检测到上述电源电压监视电路产生故障。
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