(57)【要約】【課題】ＰＬＣの電源回路を小型化する。【解決手段】ＰＬＣの電源回路１３において、第１のノード３１は、第１レベルＶ１の直流電圧の供給を受ける。第２のノード３２は、制御部１４を駆動する電圧を出力する。配線４０は、第１のノード３１と第２のノード３２との間を接続する。第１の整流素子３７は、第１のノード３１から第２のノード３２への方向が順方向となるように、上記の配線４０に途中に設けられる。充電部３４は、充電および放電可能である。第１の変換器３５は、充電部３４の放電電圧を第１レベルＶ１よりも低い第２レベルＶ２の直流電圧に変換して出力する。第２の整流素子３６は、第１の変換器３５から第２のノード３２への方向が順方向となるように、第１の変換器３５の出力４６と第２のノード３２との間に接続される。【選択図】図２
2018055617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象となる機器の制御を行う制御部と、
電源回路とを備え、
前記電源回路は、
第１レベルの直流電圧の供給を受けるための第１のノードと、
前記制御部を駆動する電圧を出力するための第２のノードと、
前記第１のノードと前記第２のノードとの間を接続する配線と、
前記第１のノードから前記第２のノードへの方向が順方向となるように、前記配線に途中に設けられた第１の整流素子と、
充電および放電可能な充電部と、
前記充電部の放電電圧を前記第１レベルよりも低い第２レベルの直流電圧に変換して出力する第１の変換器と、
前記第１の変換器から前記第２のノードへの方向が順方向となるように、前記第１の変換器の出力と前記第２のノードとの間に接続された第２の整流素子とを含む、プログラマブルロジックコントローラ。
【請求項２】
前記電源回路は第２の変換器をさらに含み、
前記第２の変換器は、前記第１のノードに供給された直流電圧を前記第１レベルよりも高い第３レベルの直流電圧に変換し、前記第３レベルの直流電圧を充電電圧として前記充電部に出力する、請求項１に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項３】
前記電源回路は、前記第１のノードから前記第２の変換器の方向が順方向となるように、前記第１のノードと前記第２の変換器の入力との間に接続された第３の整流素子をさらに含む、請求項２に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項４】
前記第２の変換器は、
第２のスイッチング素子を含み、前記第２のスイッチング素子の通流率に応じたレベルの直流電圧を生成して出力する第２の変換回路と、
前記第２の変換回路の出力電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第１のノードに供給された直流電圧によって駆動され、前記第２のスイッチング素子の開閉動作を制御する第２の制御回路とを含み、
前記第２の制御回路は、前記第２の電圧検出部の検出電圧の大きさが前記第３レベルに達したら前記第２のスイッチング素子の開閉動作を停止し、前記第２の電圧検出部の検出電圧の大きさが前記第３レベル未満になったら前記第２のスイッチング素子の開閉動作を開始するように構成される、請求項２または３に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項５】
前記第１の変換器は、
第１のスイッチング素子を含み、前記第１のスイッチング素子の通流率に応じたレベルの直流電圧を生成して出力する第１の変換回路と、
前記第１の変換回路の出力電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記充電部の放電電圧によって駆動され、前記第１のスイッチング素子の開閉動作を制御する第１の制御回路とを含み、
前記第１の制御回路は、前記第１の電圧検出部の検出電圧の大きさが前記第２レベルに達したら前記第１のスイッチング素子の開閉動作を停止し、前記第１の電圧検出部の検出電圧の大きさが前記第２レベル未満になったら前記第１のスイッチング素子の開閉動作を開始するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【請求項６】
前記充電部はコンデンサを含み、前記コンデンサによって充電および放電を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプログラマブルロジックコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）に関し、特に、電源断の際のデータバックアップ用の電源を備えたＰＬＣに好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
ＦＡ（Factory Automation）等に用いられるＰＬＣは、電源断時にデータをバックアップ可能な構成となっているのが一般的である。
【０００３】
たとえば、特開２０１４−１６０３７７号公報（特許文献１）に開示されたＰＬＣの電源切替部は、ＤＣ電源に対して共通接続される互いに並列の２本の電源ラインを備えている。第１電源ラインには、ダイオードを介してＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータは、入力された電圧（２０Ｖ〜２８Ｖ）を、主回路の動作電圧である３．３Ｖに降圧しつつ、定電圧化して出力する。
【０００４】
一方、第２電源ラインと接地間には、バックアップ動作用の電源としてコンデンサが設けられている。コンデンサは、スイッチを介して上記のＤＣ／ＤＣコンバータの入力段に接続されている。ＤＣ電源が投入されている間は、上記のスイッチがオフされ、コンデンサはＤＣ／ＤＣコンバータから切り離される。電源断が検知されると、上記のスイッチがオンされ、コンデンサを電源元としてＤＣ／ＤＣコンバータが一定時間、定電圧を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載の電源切替部では、電源供給時と電源断時の両方においてＤＣ／ＤＣコンバータが動作するためにＤＣ／ＤＣコンバータにおける発熱が問題となる。このため、比較的大きなヒートシンクを設ける必要が生じ電源切替部に要するスペースが増加するという問題がある。
【０００７】
この発明は上記の問題点を考慮してなされたものであり、その主な目的は、通常時と電源断時の両方において主回路に直流電圧を供給するための電源回路を備えたＰＬＣにおいて、電源回路の小型化が可能な構成のＰＬＣを提供することである。その他の課題および有利な効果は、以下の課題を解決するための手段および実施の形態において説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この開示の一局面におけるプログラマブルロジックコントローラは、制御対象となる機器の制御を行う制御部と、電源回路とを備える。電源回路は、第１のノードと、第２のノードと、配線と、第１の整流素子と、充電部と、第１の変換器と、第２の整流素子とを含む。第１のノードは、第１レベルの直流電圧の供給を受ける。第２のノードは、制御部を駆動する電圧を出力する。配線は、第１のノードと第２のノードとの間を接続する。第１の整流素子は、第１のノードから第２のノードへの方向が順方向となるように、上記の配線に途中に設けられる。充電部は、充電および放電可能である。第１の変換器は、充電部の放電電圧を第１レベルよりも低い第２レベルの直流電圧に変換して出力する。第２の整流素子は、第１の変換器から第２のノードへの方向が順方向となるように、第１の変換器の出力と第２のノードとの間に接続される。
【０００９】
上記構成によれば、第１のノードに電源電圧が供給されている通常時には、制御部の電源電圧は上記の配線を介して供給されるので、第２の変換器は起動時を除いてほぼ変換動作を行わなくてよい。この結果、第２の変換器の発熱を抑えることができるので、電源回路をよりコンパクトに構成することができる。一方、電源断時には、制御部への電源の供給元が自動的に充電部に切り替わるので、前述の特許文献１に記載のされているような制御信号によるスイッチの切替制御を行う必要がないというメリットがある。
【００１０】
好ましくは、電源回路は第２の変換器をさらに含む。第２の変換器は、第１のノードに供給された直流電圧を第１レベルよりも高い第３レベルの直流電圧に変換し、第３レベルの直流電圧を充電電圧として充電部に出力する。
【００１１】
上記構成によれば、充電部の充電電圧をより高電圧にすることができるので、充電部の容量をより小さくでき、結果として電源回路をよりコンパクトに構成することができる。
【００１２】
好ましくは、電源回路は、第１のノードから第２の変換器の方向が順方向となるように、第１のノードと第２の変換器の入力との間に接続された第３の整流素子をさらに含む。
【００１３】
上記構成によれば、電源回路の第１のノードに接続される外部直流電源の極性を逆に接続したとしても、電源回路の破損を防止することができる。
【００１４】
好ましくは、第２の変換器は、第２の変換回路と、第２の電圧検出部と、第２の制御回路とを含む。第２の変換回路は、第２のスイッチング素子を含み、第２のスイッチング素子の通流率に応じたレベルの直流電圧を生成して出力する。第２の電圧検出部は、第２の変換回路の出力電圧を検出する。第２の制御回路は、第１のノードに供給された直流電圧によって駆動され、第２のスイッチング素子の開閉動作を制御する。第２の制御回路は、第２の電圧検出部の検出電圧の大きさが第３レベルに達したら第２のスイッチング素子の開閉動作を停止し、第２の電圧検出部の検出電圧の大きさが第３レベル未満になったら第２のスイッチング素子の開閉動作を開始するように構成される。
【００１５】
上記構成によれば、充電部の充電電圧が第３レベルに達したら、第２の変換器の電圧変換動作が自動的に停止するようにできる。この結果、第１のノードに電源電圧が供給されている通常時において、ＰＬＣの低消費電力化を図ることができる。
【００１６】
好ましくは、第１の変換器は、第１の変換回路と、第１の電圧検出部と、第１の制御回路とを含む。第１の変換回路は、第１のスイッチング素子を含み、第１のスイッチング素子の通流率に応じたレベルの直流電圧を生成して出力する。第１の電圧検出部は、第１の変換回路の出力電圧を検出する。第１の制御回路は、充電部の放電電圧によって駆動され、第１のスイッチング素子の開閉動作を制御する。第１の制御回路は、第１の電圧検出部の検出電圧の大きさが第２レベルに達したら第１のスイッチング素子の開閉動作を停止し、第１の電圧検出部の検出電圧の大きさが第２レベル未満になったら第１のスイッチング素子の開閉動作を開始するように構成される。
【００１７】
上記構成によれば、第１の変換器の出力電圧が第２レベルに達したら、第１の変換器の電圧変換動作が自動的に停止するようにできる。この結果、第１のノードに電源電圧が供給されている通常時において、ＰＬＣの低消費電力化を図ることができる。
【００１８】
好ましくは、充電部はコンデンサを含み、コンデンサによって充電および放電を行う。充電部をコンデンサによって構成することによって、ＰＬＣをよりコンパクトかつ低コストなものにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
上記の一局面によるプログラマブルコントローラの主な効果は、電源回路を小型化できることである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＰＬＣの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の電源回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の昇圧用のＤＣ／ＤＣ変換器の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図２の降圧用のＤＣ／ＤＣ変換器の構成の一例を示す回路図である。
【図５】図２の電源回路の動作を説明するためのタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２２】
［ＰＬＣの全体構成］
図１は、ＰＬＣの全体構成の一例を示すブロック図である。図１を参照して、ＰＬＣ１０は、ＰＬＣ本体１１と、電源ユニット１２とを備える。電源ユニット１２は外部から入力された交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換し、この直流（ＤＣ）電圧を必要に応じて所定の電圧レベルの直流（ＤＣ）電圧にさらに変換して出力する。電源ユニット１２として汎用電源を利用することができる。ＰＬＣ１０は、図示しない１以上の入出力ユニットをさらに増設した構成であってもよい。
【００２３】
ＰＬＣ本体１１は、電源回路１３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）モジュール１４と、入力モジュール１５と、出力モジュール１６と、電源断検知部１７と、電源端子２０，２１，２２とを備える。
【００２４】
電源端子２０には、電源ユニット１２から直流電圧が供給される。この直流電圧は電源回路１３を介して、ＣＰＵモジュール１４、電源断検知部１７、ならびに入力モジュール１５の一部および出力モジュール１６の一部に供給される。電源回路１３は、電源断の際にデータをバックアップするため、電源遮断後の一定時間のあいだ上記のモジュール群に駆動電圧を供給することが可能である。電源回路１３の詳細は、図２で詳しく説明する。
【００２５】
入力モジュール１５は、制御対象の１つ以上の機器から各種の検出データ等を表す入力データ２３を取り込む。出力モジュール１６は、ＣＰＵモジュール１４の指令に従って制御対象の機器を制御するための出力データ２４を出力する。入力モジュール１５および出力モジュール１６を構成する回路のうち電源断の際にデータのバックアップが必要な部分については、電源回路１３から駆動電圧が供給される。入力モジュール１５および出力モジュールのその他の回路部分は、電源端子２１，２２をそれぞれ介して供給された直流電圧によって動作する。
【００２６】
ＣＰＵモジュール１４は、入力モジュール１５を介して受信した入力データ２３に基づいて演算を行い、演算結果に基づく出力データ２４を、出力モジュール１６を介して出力する。したがって、ＣＰＵモジュール１４は、制御対象となる１つ以上の機器の制御を行う制御部として機能する。
【００２７】
ＣＰＵモジュール１４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および不揮発性メモリ等を含む一般的なマイクロコンピュータ（マイクロコントローラなどとも称する）によって構成される。ＣＰＵモジュール１４は、さらに、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって構成された回路を含む場合もある。
【００２８】
電源断検知部１７は、電源端子２０から入力される直流電圧の電圧レベルを監視し、入力直流電圧の電圧レベルが基準値未満になった場合に、ＣＰＵモジュール１４に電源断を通知するための信号を出力する。ＣＰＵモジュール１４は、電源断検知部１７から電源断の通知を受け取った場合、電源断から復帰する際に必要となる電源断の直前の装置の状態を示すデータを内蔵の不揮発性メモリ（不図示）に格納する。このデータのバックアップのあいだＣＰＵモジュール１４等を動作させるための電源として、コンデンサが電源回路１３に設けられる。
【００２９】
［電源回路の構成］
図２は、図１の電源回路の構成を示すブロック図である。図２を参照して、電源回路１３は、第１のノード（node：節点）としての電圧入力ノード３１と、第２のノードとしての電圧出力ノード３２と、配線４０と、ＤＣ／ＤＣ変換器３３，３５と、充電部としてのコンデンサ３４と、整流素子としてのダイオード３６，３７，３８と、配線４０とを含む。
【００３０】
電圧入力ノード３１は、図１の電源端子２０に接続されることによって、電源ユニット１２からレベルＶ１の直流電圧が入力される。電圧出力ノード３２からは、ＣＰＵモジュール１４等を駆動するための直流電圧が出力される。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣ変換器３３は、電圧入力ノード３１に入力された電圧レベルＶ１の直流電圧に基づいて、この入力電圧を電圧レベルＶ３の直流電圧に昇圧して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器３３の種類は特に限定されない。たとえば、昇圧チョッパなどの非絶縁型の変換器を用いることもできるし、フォワードコンバータなどの絶縁型の変換器を用いることもできる。
【００３２】
コンデンサ３４は、ＤＣ／ＤＣ変換器３３とＤＣ／ＤＣ変換器３５との間を接続する配線と接地ＧＮＤとの間に接続される。コンデンサ３４は、ＤＣ／ＤＣ変換器３３の出力電圧を充電するともに充電された電圧を放電可能な充電部として用いられる。コンデンサ３４の放電電圧はＤＣ／ＤＣ変換器３３に入力される。なお、バックアップ電源としてコンデンサが用いられる理由は、コンパクトでかつ低コストであることが求められるＰＬＣではコンデンサが適しているからである。
【００３３】
コンデンサ３４の種類は特に限定されないが、電源断時のデータバックアップに必要な時間だけ電源供給が可能なだけの電気エネルギーを蓄積可能なものを選択する必要がある。図２の電源回路１３の構成の場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器３３による昇圧電圧をコンデンサ３４に供給することによって、より多くの電気エネルギーをコンデンサ３４に蓄積することができる。このためコンデンサ３４の容量をより小さくすることが可能になっている。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣ変換器３５は、コンデンサ３４の放電電圧を電圧レベルＶ１よりも小さな電圧レベルＶ２の直流電圧に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器３５の種類は特に限定されない。たとえば、降圧チョッパなどの非絶縁型の変換器を用いることもできるし、フライバックコンバータなどの絶縁型の変換器を用いることもできる。
【００３５】
ダイオード３６は、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力ノード４６と電圧出力ノード３２との間に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換器３５から電圧出力ノード３２の方向がダイオード３６の順方向となっている。
【００３６】
ダイオード３８は、電圧入力ノード３１とＤＣ／ＤＣ変換器３３の入力ノード４２との間に接続される。電圧入力ノード３１からＤＣ／ＤＣ変換器３３の方向がダイオード３８の順方向となっている。ダイオード３８は、電源端子２０に逆極性の電源ユニットを誤って接続したときにＤＣ／ＤＣ変換器３３，３５などが破損しないようにするためのものである。したがって、ダイオード３８は必ず設けなければならないわけではない。
【００３７】
配線４０は、上記のダイオード３８、ＤＣ／ＤＣ変換器３３、ＤＣ／ＤＣ変換器３５、およびダイオード３６を介した電流経路４１と並列に、電圧入力ノード３１と電圧出力ノード３２との間を接続する別の電流経路である。配線４０の途中にダイオード３７が設けられる。電圧入力ノード３１から電圧出力ノード３２の方向がダイオード３７の順方向となっている。
【００３８】
上記の電源回路１３の構成において、電源ユニット１２から供給される直流電圧の電圧レベルＶ１は、例えば２４［Ｖ］である。ＤＣ／ＤＣ変換器３３の出力電圧の電圧レベルＶ３は、たとえば５０［Ｖ］である。ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧の電圧レベルＶ２は、例えば１２［Ｖ］である。この場合、ダイオード３６，３７および配線等における電圧降下を無視すれば、後述するようにＣＰＵモジュール１４等には、通常時には電圧レベルＶ１（たとえば、２４Ｖ）の直流電圧が入力され、電断時には電圧レベルＶ２（たとえば、１２Ｖ）の直流電圧が入力される。したがって、ＣＰＵモジュール１４等は、電圧レベルＶ１およびＶ２を含む電源電圧の範囲で動作可能である必要がある。
【００３９】
［ＤＣ／ＤＣ変換器の構成例］
図３は、図２の昇圧用のＤＣ／ＤＣ変換器の構成の一例を示す回路図である。図３を参照して、ＤＣ／ＤＣ変換器３３は、電圧レベルＶ３の電圧を生成する変換回路５０と、変換回路５０の出力電圧を分圧する分圧回路５８と、制御ＩＣ（Integrated Circuit）５５とを含む。図３では、変換回路５０を昇圧チョッパによって構成した例が示されている。
【００４０】
具体的に、図３の変換回路５０は、インダクタ５１と、ダイオード５２と、スイッチング素子５３とを含む。インダクタ５１およびダイオード５２は、この並び順で入力ノード４２と出力ノード４３との間に直列に接続される。ダイオード５２のアノードがインダクタ５１と接続される。スイッチング素子５３は、インダクタ５１およびダイオード５２の接続ノードと接地ＧＮＤとの間に接続される。スイッチング素子５３は、自己消弧型のものであればどのような種類の半導体スイッチング素子を用いてもよい。たとえば、バイポーラパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが挙げられる。ダイオード５２に代えてスイッチング素子を設けて同期整流を行ってもよい。
【００４１】
分圧回路５８は、変換回路５０の出力電圧を検出する電圧検出部として用いられる。分圧回路５８の出力電圧は制御ＩＣ５５に入力される。
【００４２】
制御ＩＣ５５は、電圧入力ノード３１から入力された直流電圧によって駆動される。制御ＩＣ５５は、スイッチング素子５３の通電率（すなわち、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号の周期に対するオン時間の割合）を制御することによって変換回路５０の出力電圧を調整する。
【００４３】
制御ＩＣ５５は、さらに、分圧回路５８によって検出された変換回路５０の出力電圧の大きさが電圧レベルＶ３に達したらスイッチング素子５３の開閉動作を停止し、分圧回路５８によって検出された変換回路５０の出力電圧の大きさが電圧レベルＶ３未満になったらスイッチング素子５３の開閉動作を開始するように構成される。これによって、充電部としてのコンデンサ３４の充電が完了したら、スイッチング素子５３は非導通状態のままに固定されるので、変換回路５０の消費電力を低減することができる。
【００４４】
図４は、図２の降圧用のＤＣ／ＤＣ変換器の構成の一例を示す回路図である。図４を参照して、ＤＣ／ＤＣ変換器３５は、電圧レベルＶ２の電圧を生成する変換回路６０と、変換回路６０の出力電圧を分圧する分圧回路６８と、制御ＩＣ６５とを含む。図４では、変換回路６０を降圧チョッパによって構成した例が示されている。
【００４５】
具体的に、図４の変換回路６０は、インダクタ６１と、ダイオード６２と、スイッチング素子６３と、コンデンサ６４とを含む。スイッチング素子６３およびインダクタ６１は、この並び順で入力ノード４５と出力ノード４６との間に直列に接続される。ダイオード６２は、インダクタ６１およびダイオード６２の接続ノードと接地ＧＮＤとの間に接続される。ダイオード６２のアノードが接地ＧＮＤと接続される。スイッチング素子６３は、自己消弧型のものであればどのような種類の半導体スイッチング素子を用いてもよい。コンデンサ６４は、出力電圧の平滑化のために、変換回路６０の出力ノード４６との接地ＧＮＤとの間に接続される。ダイオード６２に代えてスイッチング素子を設けて同期整流を行ってもよい。
【００４６】
分圧回路６８は、変換回路６０の出力電圧を検出する電圧検出部として用いられる。分圧回路６８の出力電圧は制御ＩＣ６５に入力される。
【００４７】
制御ＩＣ６５は、充電部としてのコンデンサ３４の放電電圧によって駆動される。制御ＩＣ６５は、スイッチング素子６３の通電率を制御することによって変換回路６０の出力電圧を調整する。
【００４８】
制御ＩＣ６５は、さらに、分圧回路６８によって検出された変換回路６０の出力電圧の大きさが電圧レベルＶ２に達したらスイッチング素子６３の開閉動作を停止し、分圧回路６８によって検出された変換回路６０の出力電圧の大きさが電圧レベルＶ２未満になったらスイッチング素子６３の開閉動作を開始するように構成される。これによって、電源ユニット１２から電源電圧が供給されている通常時には、変換回路６０の出力電圧が目標値である電圧レベルＶ２に達したら、スイッチング素子６３は非導通状態のままで固定されるので、変換回路６０の消費電力を低減することができる。
【００４９】
［電源回路の動作］
以下、上記の構成の電源回路１３の動作について説明する。以下の説明では、図２および図５を主として参照する。
【００５０】
図５は、図２の電源回路の動作を説明するためのタイミング図である。図５では上から順に、電圧入力ノード３１に供給される直流電圧、ＤＣ／ＤＣ変換器３３の動作状態、コンデンサ３４の電圧、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の動作状態、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧、および電圧出力ノード３２から出力される電圧が示されている。各ダイオード３６〜３８における順方向の電圧降下は無視している。
【００５１】
なお、スイッチング素子５３が開閉動作を行っている場合、すなわちＤＣ／ＤＣ変換器３３が活発に電流を出力している場合のＤＣ／ＤＣ変換器３３の動作状態を活性状態と称する。スイッチング素子５３がほぼ開閉動作を停止している場合、すなわち制御ＩＣ６５などの回路は動作しているがＤＣ／ＤＣ変換器３３として電流をほとんど出力していない場合のＤＣ／ＤＣ変換器３３の動作状態を非活性状態と称する。また、電源電圧が供給されていないなどの理由によってＤＣ／ＤＣ変換器３３の回路自体が動作していない場合を休止状態と称する。ＤＣ／ＤＣ変換器３５についても同様である。
【００５２】
図５の時刻ｔ１から時刻ｔ４までがＰＬＣの起動時の動作を示す。具体的に、時刻ｔ１において、電圧入力ノード３１に電圧レベルＶ１の直流電圧の供給が開始される。これによって、ＤＣ／ＤＣ変換器３３が変換動作を開始し、コンデンサ３４の充電電圧が０Ｖから徐々に上昇する。
【００５３】
次の時刻ｔ２において、コンデンサ３４の電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の制御ＩＣ（図４の６５）が動作可能な電圧レベルＶ４に到達する。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換器３５は変換動作を開始し、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧は徐々に増加する。
【００５４】
次の時刻ｔ３において、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧が目標値である電圧レベルＶ２に到達すると、ＤＣ／ＤＣ変換器３５は変換動作を停止する。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器３３の動作状態は活性状態から非活性状態に切り替わる。
【００５５】
時刻ｔ４において、コンデンサ３４の電圧（すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器３３の出力電圧）が電圧レベルＶ３に達すると、ＤＣ／ＤＣ変換器３３は変換動作を停止する。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器３３の動作状態は活性状態から非活性状態に切り替わる。
【００５６】
時刻ｔ４以降、電源ユニット１２から電源電圧が供給されている通常時（すなわち、時刻ｔ５まで）において、ＤＣ／ＤＣ変換器３３，３５はいずれも非活性状態である。実際上は、図２のコンデンサ３４および図４のコンデンサ６４にはリーク電流が存在するので、ＤＣ／ＤＣ変換器３３，３５は間欠的に活性状態になり、出力電圧が目標電圧に到達すると非活性状態に戻るような動作を行う。
【００５７】
また、電圧出力ノード３２からＣＰＵモジュール１４等に出力される直流電圧の電圧レベルはＶ１であり、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧の電圧レベルであるＶ２よりも大きい。したがって、図２のダイオード３７は導通状態であり、ダイオード３６は逆バイアス電圧がかかるために非導通状態である。このため、電源ユニット１２から電源電圧が供給されている通常時（すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ５まで）において、電圧出力ノード３２の電圧は電圧レベルＶ１に等しくなる。
【００５８】
次に、電源断が生じた場合の電源回路１３の動作について説明する。具体的に、時刻ｔ５において、図１の電源ユニット１２から電圧入力ノード３１に直流電圧が入力されなくなった状態、すなわち、電源断の状態になったとする。この場合、図２のダイオード３７は逆バイアス電圧がかかるために非導通状態になり、ダイオード３６は導通状態になる。これにより、ＣＰＵモジュール１４に等に供給される電源電圧の供給経路が、電源ユニット１２から配線４０を介して電圧出力ノード３２に至る経路から、コンデンサ３４からＤＣ／ＤＣ変換器３５を介して電圧出力ノード３２に至る経路に自動的に切り替わる。
【００５９】
上記の自動的な経路の切替わりによって、時刻ｔ５以降、ＣＰＵモジュール１４等に電源電圧を供給するためにコンデンサ３４の電圧は徐々に減少し、ＤＣ／ＤＣ変換器３５は電圧変換動作を連続的に行う活性状態となる。この結果、時刻ｔ５以降、電圧出力ノード３２からは、ＤＣ／ＤＣ変換器３５から出力された電圧レベルＶ２の直流電圧が出力される。
【００６０】
なお、電源断によって制御ＩＣ（図３の５５）に電源電圧が供給されなくなるので、時刻ｔ５以降、ＤＣ／ＤＣ変換器３３は動作を行わず休止状態となる。
【００６１】
時刻ｔ６に、コンデンサ３４の電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の制御ＩＣ（図４の６５）が動作可能な電圧レベルＶ４以下になる。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換器３５は変換動作を停止して休止状態となる。この結果、ＤＣ／ＤＣ変換器３５の出力電圧は０［Ｖ］まで減少する。
【００６２】
以上のように、電源断の後、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、電源回路１３からＣＰＵモジュール１４等に電源電圧が供給される。この間にＣＰＵモジュール１４は必要なデータのバックアップを行うことができる。
【００６３】
［効果］
上記の実施形態のＰＬＣ１０によれば、電源回路１３に設けられているＤＣ／ＤＣ変換器３３は、主として起動時にコンデンサ３４の充電電圧が目標の電圧レベルＶ３に達するまでの間、電圧変換動作を行う。ＤＣ／ＤＣ変換器３５も、主として起動時に出力電圧が目標の電圧レベルＶ２に達するまでの間、電圧変換動作を行う。したがって、電源ユニット１２から電源電圧が供給されている通常時には、ＤＣ／ＤＣ変換器３３，３５はほとんどの時間帯で変換動作を行わない非活性状態となるので、電源回路１３の消費電力を低減することができる。この結果、電源回路１３の配置に要するスペースを削減することができる。
【００６４】
さらに、上記の実施形態のＰＬＣ１０によれば、電源断が発生したときに、ＣＰＵモジュール１４に等に供給される電源電圧の供給経路が、電源ユニット１２から配線４０を介して電圧出力ノード３２に至る経路から、データバックアップ用の電源であるコンデンサ３４からＤＣ／ＤＣ変換器３５を介して電圧出力ノード３２に至る経路に自動的に切り替わる。このため、前述の特開２０１４−１６０３７７号公報（特許文献１）に記載されているような制御信号によるスイッチの切替制御を行う必要がないというメリットがある。
【００６５】
［変形例］
図２のＤＣ／ＤＣ変換器３３を設けずに、コンデンサ３４の接続点４４を直接的に又はダイオード３８を介して電圧入力ノード３１に接続することもでき、上記とほぼ同様の電源回路の動作を実現することができる。しかしながら、この場合、ＤＣ／ＤＣ変換器３３によって昇圧された電圧ではなく、図１の電源ユニット１２から供給された電圧レベルＶ１の直流電圧によってコンデンサ３４が充電される。このため、電源断時にＤＣ／ＤＣ変換器３３を設けた場合と同程度の時間のあいだ電源供給を実現するためには、コンデンサ３４の容量をより大きくしなければならない。
【００６６】
また、コンデンサ３４の充電電圧を電源ユニット１２から電圧入力ノード３１を介して供給するのでなく、別の電源ユニットから供給することもできる。この場合も、上記の実施の形態とほぼ同様の電源回路の動作を実現することができる。
【００６７】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ＰＬＣ、１１  ＰＬＣ本体、１２  電源ユニット、１３  電源回路、１４  ＣＰＵモジュール、１５  入力モジュール、１６  出力モジュール、１７  電源断検知部、３１  電圧入力ノード、３２  電圧出力ノード、３３  ＤＣ／ＤＣ変換器、３４  コンデンサ、３５  ＤＣ／ＤＣ変換器、３６，３７，３８，５２，６２  ダイオード、４０  配線、４１  電流経路、５０，６０  変換回路、５１，６１  インダクタ、５３，６３  スイッチング素子、５５，６５  制御ＩＣ、５８，６８  分圧回路、ＧＮＤ  接地、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３  電圧レベル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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