(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷とスイッチング素子からなる複数の直列回路の各一端が共通接続され、共通接続された共通接続点に別のスイッチング素子がさらに接続され、前記複数の直列回路における前記スイッチング素子および前記別のスイッチング素子をオンさせることで前記負荷を駆動する出力回路を備えた電子機器であって、
前記複数の直列回路における前記スイッチング素子および前記別のスイッチング素子に別々に与える制御信号の組み合わせによって前記スイッチング素子および夫々の前記別のスイッチング素子を別々にオン／オフ駆動して、前記出力回路の動作を制御する駆動手段と、
前記駆動手段により駆動されたときの前記共通接続点における電圧を判定し、該電圧のみの判定結果に従って前記出力回路の異常箇所を検出する異常検出手段と
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記制御信号は、前記負荷を駆動することと独立して定期的に与えられることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１に記載の電子機器において、
前記スイッチング素子と並列に接続された定インピーダンス手段と、該定インピーダンス手段と前記共通接続点を介して直列に接続された別の定インピーダンス手段とをさらに備え、
該別の定インピーダンス手段と前記定インピーダンス手段による分圧電圧を前記異常検出手段により判定することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器に関し、特に、電子式計測器や保護用リレーを主とする電子機器の運転信頼性向上のために有用な電子機器における自己診断方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種センサ信号からのアナログ入力信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換して電子式計測器（メータ）で計測したり、計測結果を表示したり、あるいは信号レベルに応じた出力を行って制御に利用する電子機器が従来より知られている。このような電子機器には、その運転信頼性を向上させるために、電源電圧の異常検出、試験信号による信号系の判定、出力回路の異常検出、異常検出時の通報等の種々の自己診断機能を備えたものがある。
【０００３】
図５を参照して、従来の電源電圧の異常検出の一例の動作説明を行う。図５の構成は電源毎に設けられ、電源毎に電圧レベルを監視して異常検出を行うのが一般的である。
【０００４】
図５において、例えば正の電源電圧ＶＰを監視対象の電圧とする。直列接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２により監視電圧ＶＰを分圧し、この分圧電圧ＶｓをコンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２それぞれに並列入力する。各コンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２は、それぞれ別の入力に比較基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を入力しており、ここではＶｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２となっている。
【０００５】
各コンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２は分圧電圧Ｖｓを比較基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と比較し、分圧電圧Ｖｓが比較基準電圧Ｖｒｅｆ１以下のときと、Ｖｒｅｆ１とＶｒｅｆ２の間のときと、Ｖｒｅｆ２以上のときとで別の出力値をとる。これにしたがって、Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２間であれば電源電圧ＶＰは正常と判定し、この範囲外であれば電源電圧ＶＰの異常と判定することができる。
【０００６】
次に図６を参照して、従来の試験信号による信号系の判定の一例の動作説明を行う。
【０００７】
図６において、Ａｉは各種アナログ・センサからの検出信号であり、所望のＡ／Ｄ変換を行うために増幅器６０により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）６２に入力される。変換されたディジタル計測データは、ＣＰＵ６４により計測、表示のために処理される。
【０００８】
発振器６６は既知のレベルのアナログの試験信号を発振出力し、アナログ・スイッチ６８が制御信号に応じてＯＮする判定時に増幅器６０に入力され増幅される。このときの増幅出力に対するＡ／Ｄ変換値により、アナログ・センサ信号入力回路の増幅器６０の異常点検を行うことができる。なお、判定時以外の通常時は、アナログ・スイッチ６８は制御信号に応じてＯＦＦする。
【０００９】
また、一般的には、Ａ／Ｄコンバータ６２のＡ／Ｄ変換の量子化基準電圧の判定は行っていない。
【００１０】
次に図７を参照して、従来の出力回路の異常検出の一例の動作説明を行う。
【００１１】
図７の出力回路は、それぞれ制御信号ＣＮＴ．Ｓによりスイッチング制御されるトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング動作によってリレーＲｙを作動させる構成である。出力ＯＦＦ（リレーＯＦＦ）時は、トランジスタＴ１，Ｔ２はともにＯＦＦで、出力ＯＮ（リレーＯＮ）時はトランジスタＴ１，Ｔ２はともにＯＮする。
【００１２】
このときの両トランジスタＴ１，Ｔ２の各々についてコレクタ電圧Ａｎｓ１，Ａｎｓ２のレベルを検出することで、両スイッチング素子の動作を判定して出力回路の正／異常を検出する。
【００１３】
また異常検出時の通報方式としては、一般的にアラーム音等により警報を出力する構成が用いられ、このアラーム音等により外部警報等を行っていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図５の電源電圧異常検出方式では上限や下限を検出しようとする場合は部品点数も多くなり、また複数の電源装置が有る場合、更にそれに応じて電源毎に多くの部品、回路をその数に応じて増やす必要がある。このため、電源電圧異常検出をより簡単な回路構成で実現することが望まれている。
【００１５】
また図６の構成では、試験信号印加回路のレベルチェックは行っておらず、信号レベルに異常が生じたり、アナログ・スイッチに異常が生じて試験信号が万一誤印加された場合には、誤判定や誤動作を引き起こす恐れがある。さらに、Ａ／Ｄ変換の量子化基準電圧が変化した場合には総ての計測データが変化してしまい、大きな影響を及ぼす。このため、試験信号印加回路のレベルチェックを容易に行えるようにすることと、量子化基準電圧を簡単な方式でチェックできるようにして機器運転の信頼性向上を図ることが望まれている。
【００１６】
また、出力回路のスイッチング素子の各々について検出する図７の方式では構成要素の点数が多くなるため、簡単な回路構成で実現することが望まれている。
【００１７】
さらに異常検出時の通報に関しては、緊急性もない異常の発生でも深夜等にアラーム通報で呼び出されることもあり、機器の重要性、緊急性等を含めたシステム構成を行って、必ずしも異常発生時点で即座に知らせる必要がない異常の場合には、通報を選択的に行えるような選択機能を持たせることが望まれている。
【００１８】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、上記の課題を解決して機器の運転信頼性を向上させた電子機器の自己診断方式を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、負荷とスイッチング素子からなる複数の直列回路の各一端が共通接続され、共通接続された共通接続点に別のスイッチング素子がさらに接続され、前記複数の直列回路における前記スイッチング素子および前記別のスイッチング素子をオンさせることで前記負荷を駆動する出力回路を備えた電子機器であって、前記複数の直列回路における前記スイッチング素子および前記別のスイッチング素子に別々に与える制御信号の組み合わせによって前記スイッチング素子および夫々の前記別のスイッチング素子を別々にオン／オフ駆動して、前記出力回路の動作を制御する駆動手段と、前記駆動手段により駆動されたときの前記共通接続点における電圧を判定し、該電圧のみの判定結果に従って前記出力回路の異常および動作状態を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
ここで、前記制御信号は、前記負荷を駆動することと独立して定期的に与えられることができる。
【００２２】
ここで、前記スイッチング素子と並列に接続された定インピーダンス手段と、該定インピーダンス手段と前記一端を介して直列に接続された別の定インピーダンス手段とをさらに備え、該別の定インピーダンス手段と前記定インピーダンス手段による分圧電圧を前記異常検出手段により判定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は発明の第１の実施の形態の回路図であり、正負両電源の異常検出を同一回路で行い、Ａ／Ｄ変換基準電圧の異常検出を行う構成を示している。
【００２５】
図１において、正の電源電圧ＶＰと負の電源電圧ＶＮはセンサ信号のための信号系１８に供給されるもので、ここではその両方が監視対象電圧である。両電源電圧ＶＰ，ＶＮには分圧回路１０の両端を接続し、分圧回路１０は、定インピーダンス素子である抵抗Ｒ１，Ｒ２と定電圧素子であるツェナー・ダイオードＺＤを直列接続した構成である。抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点に現れる分圧電圧ＶｓはＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１２に供給されてディジタル・データに変換され、このデータによりＣＰＵ１４が分圧電圧Ｖｓの値を計測し、この変化をチェックして異常判定を行う。ＣＰＵ１４の電源は図示した電源とは別系統で与えられ、Ａ／Ｄ変換の基準電圧はＶｒｅｆにより与えられる。
【００２６】
なお、不揮発性記憶素子であるＮＶＲＡＭ１６には、製品初期時のＡ／Ｄ変換データを予め記憶させておき、これを保持している。ＣＰＵ１４は異常判定時にこの初期データを読み出し、計測した分圧データと比較する。そして、判定時にＡ／Ｄ変換した分圧データが初期データに対して一定割合以上変化していると認められた場合、電源電圧に異常があると判定する。
【００２７】
図２は、各電源に異常が起きて電源電圧に変動が生じた場合の分圧電圧Ｖｓの変化を示す特性図である。
【００２８】
図２（Ａ）は正の電源電圧ＶＰのみに変動が生じた場合を、図２（Ｂ）は負の電源電圧ＶＮのみに変動が生じた場合を示している。両図の場合は、電源電圧ＶＰまたはＶＮの変動にしたがって分圧電圧Ｖｓは変化し、定電圧用のツェナー・ダイオードＶＺは特に存在しなくても容易に分圧電圧Ｖｓの変化を検出することができる。
【００２９】
ここで、ツェナー・ダイオードＺＤのツェナー電圧をＶＺとすると、ツェナー・ダイオードＺＤを付加したことで分圧電圧Ｖｓの一般式は次式で表される。
【００３０】
【数１】
0003658990.tif 000002
【００３１】
ただし、（１）式はツェナー電圧ＶＺが電源両端電圧よりも小さい場合（ＶＰ＋ＶＮ＞ＶＺ）、（２）式はツェナー電圧ＶＺが電源両端電圧以上の場合（ＶＰ＋ＶＮ≦ＶＺ）を表している。
【００３２】
本実施の形態では、正負、両方の電源が劣化等により同等の比率で変動した場合にも、分圧電圧Ｖｓが（１）、（２）式にしたがって図２（Ｃ）に示すように変化することを利用して、正負両電源の異常を容易に検出できるように構成した。すなわち、ＶＰ、ＶＮの低下量が少なくＶＰ＋ＶＮ＞ＶＺのときは分圧電圧Ｖｓは両電源電圧の低下にしたがい上昇し、ＶＰ、ＶＮの低下量が増大してＶＰ＋ＶＮ≦ＶＺのときは両電源電圧の低下にしたがい低下するので、この変化をチェックして異常検出することができる。
【００３３】
また、信号系１８内に含まれるＡ／Ｄコンバータ（不図示）の量子化基準電圧に変動が生じた場合も、Ａ／Ｄ変換結果が初期データに対し変動して計測値に誤差が生じる。このため、この量子化基準電圧に対しても図１と同様の構成を設けることで、Ａ／Ｄ変換の基準電圧変化も検出可能となる。
【００３４】
本実施の形態によれば、信号系における電源電圧変動とＡ／Ｄ変換基準電圧変化を自動的に検出することができ、これらの影響による計測誤り等の信頼性低下を防ぐことができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態の回路図であり、試験信号印加回路をチェックするようにしたアナログ・センサ信号入力回路を示している。図３の回路は、上記した信号系１８に含まれる。
【００３６】
図３において、Ａｉは各種アナログ・センサからの検出信号である。発振器３６は既知のレベルのアナログの試験信号を発振出力するが、判定時以外の通常時は、アナログ・スイッチ３８は制御信号に応じてＯＦＦしている。このとき、検出信号Ａｉは所望のＡ／Ｄ変換を行うために増幅器３０により所定レベルに増幅され、Ａ／Ｄコンバータ３２に入力される。変換されたディジタル計測データは、ＣＰＵ３４により計測、表示のために処理される。またこのとき、トランジスタＴのエミッタと抵抗Ｒ１の接続点の電圧もＡ／Ｄコンバータ３２に入力しており、これにより試験信号が増幅器３０に不要に入力されていないかを確認することができる。
【００３７】
判定時にはアナログ・スイッチ３８が制御信号に応じてＯＮすることでトランジスタＴがＯＮし、試験信号は逆流防止ダイオードＤ１を介して増幅器３０に入力され増幅される。このときの増幅出力に対するＡ／Ｄ変換値により、アナログ・センサ信号入力回路の増幅器３０の異常点検を行うことができる。また同時に、トランジスタＴのエミッタと抵抗Ｒ１の接続点の電圧を計測することで、試験信号のレベルにも異常がないかを併せて確認することができる。したがって、増幅出力に対するＡ／Ｄ変換値に異常が認められなくとも、このときに試験信号レベルが異常であれば、増幅器３０の点検結果自体に信頼性がないと判定することができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、増幅器３０を点検するための試験信号印加回路をチェックする構成を図６の従来例に追加したことで、信号系の誤動作等の弊害を削除できて、運転信頼性の向上を図ることができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態の回路図であり、一個のスイッチング素子の一個所の電圧をチェックすることで出力の状態をすべて判定できるようにした出力回路を示している。
【００４０】
図４の出力回路は、制御信号ＣＮＴ１によりスイッチング制御されるトランジスタＴ１と，制御信号ＣＮＴ２〜ＣＮＴ４によりそれぞれスイッチング制御されるトランジスタＴ２〜Ｔ４との間に複数の負荷（図示の４個に限らない）を接続するようになっており、トランジスタＴ２〜Ｔ４のいずれかとトランジスタＴ１をともにＯＮさせて負荷ＲＬ２〜ＲＬ４のいずれかを駆動する構成である。トランジスタＴ１は複数の負荷に対して共通に作用し、トランジスタＴ２〜Ｔ４は個々の負荷に対して作用する。各負荷は電磁リレーやその他の負荷であり、たとえばリレーＯＦＦ時には該当負荷の両側のトランジスタをともにＯＦＦさせ、リレーＯＮ時には該当負荷の両側のトランジスタをともにＯＮさせてリレー等を作動させる。
【００４１】
すなわち、負荷ＯＦＦ時はトランジスタＴ１及びＴ２，Ｔ３，Ｔ４をすべてＯＦＦ、負荷ＯＮ時は、共通に用いるトランジスタＴ１をＯＮ、トランジスタＴ２，Ｔ３，Ｔ４のうち該当負荷に対応したトランジスタのみをＯＮさせて該当負荷をＯＮするように、通常動作時は各制御信号が付与される。
【００４２】
ところで、負荷上側と接続されたトランジスタＴ１のコレクタは抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されており、これにより、分圧電圧ＶｓはトランジスタＴ１がＯＦＦのときにはトランジスタＴ２〜Ｔ４のスイッチング状態に応じた値となる。トランジスタＴ１がＯＮのときは、コレクタ端に現れる分圧電圧Ｖｓは当然にほぼＶｃとなる。
【００４３】
したがって、トランジスタＴ１のコレクタ電圧のみをコンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２それぞれに並列入力し、各コンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２の別の入力にそれぞれ異なる所定値の比較基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を入力する構成で分圧電圧Ｖｓをチェックすることで、各スイッチング素子の動作をチェックして出力回路の状態を検出することができる。ただし、比較基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は次式（３）の関係を満足する。
【００４４】
【数２】
0003658990.tif 000003
【００４５】
次表１に、トランジスタの各種ＯＮ／ＯＦＦ状態組み合わせと、このときの分圧電圧Ｖｓの値と出力回路の運転状態との対応を示す。
【００４６】
【表１】
0003658990.tif 000004
【００４７】
表１に示した通りにトランジスタＴ１およびトランジスタＴ２（またはＴ３，Ｔ４）を４通りの組み合わせで別々にＯＮ／ＯＦＦさせるように、各制御信号ＣＮＴ１、ＣＮＴ２（またはＣＮＴ３，ＣＮＴ４）を負荷の駆動動作とは独立して定期的に付与する。これにより、出力負荷を駆動することなく各トランジスタのスイッチング動作の正／異常の判定、および運転状態のチェックを行うことができる。
【００４８】
上記の通り本実施の形態によれば、トランジスタＴ１のコレクタ電圧のみをチェックする簡単な構成により、出力回路の自己診断機能を実現することができる。特に、出力負荷が保護用リレーのようなまれにしか動作しない電子機器の場合においては、運転信頼性の向上を図ることができ、また、従来必要であった定期点検の項目削減や、点検周期の間隔を広げる等、保守人件費の削減効果も奏することができる。
【００４９】
（他の実施の形態）
上記第１ないし第３の実施の形態において検出された電源電圧、Ａ／Ｄ変換基準電圧、試験信号印加回路、出力回路の各異常はオペレータに通知する必要があり、一般的には表示部を設けて表示したり、前述の通りアラームによる警報を行う。各実施の形態の電子機器は前記したＣＰＵを備えており、このＣＰＵの制御により表示や警報を行なう。
【００５０】
そこで、上記各検出結果をどの通知手段で、いつ通知するか、また所定の操作が行われた時に通知するかをＣＰＵにより初期設定しておくことで、機器の重要性、緊急性等を含めたシステム構成を行なうことができる。このようなハードウエアの実現は、当業者において容易に可能であり、ここでは詳しい説明を省略する。
【００５１】
例えば、
▲１▼表示による通知
▲２▼アラームによる通知
▲３▼オペレータが機器を操作したときに表示による通知
▲４▼オペレータが機器を操作したときにアラームによる通知
のいずれかを機器の重要性、緊急性に応じて選択するように設定する機能を備えれば、緊急性もない異常の発生時にはオペレータが機器を操作したときのみに通知（▲３▼、▲４▼）するように構成できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきた通り本発明によれば、入力回路と出力回路に自己診断機能を備えることにより運転信頼性の向上を図ることができ、機器の入力から出力までの範囲にわたって自己診断機能を有することにより、日常点検の省略化、定期点検周期の延長等を実現でき、これによりメンテナンス・コストを低減することもできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】図１において各電源に異常が起きて電源電圧に変動が生じた場合の分圧電圧Ｖｓの変化を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の回路図である。
【図５】従来の電源電圧の異常検出回路の一例の回路図である。
【図６】従来の試験信号による信号系の判定回路の一例の回路図である。
【図７】従来の出力回路の異常検出回路の一例の回路図である。
【符号の説明】
１０  分圧回路
１４，６４  ＣＰＵ
１８  信号系
３０，６０  増幅器
３６，６６  発振器
３８，６８  アナログ・スイッチ
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２  コンパレータ
【図１】
0003658990.tif 000005
【図２】
0003658990.tif 000006
【図３】
0003658990.tif 000007
【図４】
0003658990.tif 000008
【図５】
0003658990.tif 000009
【図６】
0003658990.tif 000010
【図７】
0003658990.tif 000011