(57)【要約】【課題】電気二重層コンデンサの充電による特性劣化を低減すること。【解決手段】外部電源を用いて内部電源を生成し、電源断時に電源断予告信号を出力する電源回路１と、電気二重層コンデンサ８と、電気二重層コンデンサ８を内部電源を用いて充電する充電系６、７と、ＥＥＰＲＯＭ２３と、デバイスデータ２５を記憶するＲＡＭ２４と、を備え、内部電源を用いてＲＡＭ２４が記憶するデバイスデータ２５を更新し、電源断予告信号が出力されたとき、電気二重層コンデンサ８に蓄えられている電力を用いてＲＡＭ２４が記憶するデバイスデータ２５をＥＥＰＲＯＭ２３へ退避させる制御部２と、を備え、充電系６、７は、電気二重層コンデンサ８の電圧が所定範囲内に納まるように電気二重層コンデンサ８の充電を断続的に停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源を用いて内部電源を生成し、電源断時に電源断予告信号を出力する電源回路と、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサを前記内部電源を用いて充電する充電系と、
不揮発性の第１メモリと、デバイスデータを記憶する揮発性の第２メモリと、を備え、前記内部電源を用いて前記第２メモリが記憶するデバイスデータを更新し、前記電源断予告信号が出力されたとき、前記電気二重層コンデンサに蓄えられている電力を用いて前記第２メモリが記憶するデバイスデータを前記第１メモリへ退避させる制御部と、
を備え、
前記充電系は、前記電気二重層コンデンサの電圧が所定範囲内に納まるように前記電気二重層コンデンサの充電を断続的に停止する、
ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
【請求項２】
前記充電系は、
前記内部電源を前記電気二重層コンデンサに供給する電源供給線を接続／遮断することによって前記電気二重層コンデンサを充電／充電停止するスイッチ回路と、
前記電気二重層コンデンサの電圧を監視し、該電圧が前記所定範囲の下限に至ったとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を接続させ、前記電圧が前記所定範囲の上限に至ったとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を遮断させる充電制御回路と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
【請求項３】
前記充電系は、
前記内部電源を前記電気二重層コンデンサに供給する電源供給線を接続／遮断することによって前記電気二重層コンデンサを充電／充電停止するスイッチ回路と、
前記電源供給線が接続されてから第一時間が経過したとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を遮断させ、前記電源供給線が遮断されてから第二時間が経過したとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を接続させるタイマ機能部と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブルコントローラ。
【請求項４】
前記充電制御回路は、前記電源断予告信号が出力されたとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を接続させる操作を停止する、
ことを特徴とする請求項２に記載のプログラマブルコントローラ。
【請求項５】
前記タイマ機能部は、前記電源断予告信号が出力されたとき、前記スイッチ回路に前記電源供給線を接続させる操作を停止する、
ことを特徴とする請求項３に記載のプログラマブルコントローラ。
【請求項６】
前記電源断予告信号をトリガとして前記制御部を駆動する電源を前記内部電源と前記電気二重層コンデンサとを切り替える電源切り替え回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のプログラマブルコントローラ。
【請求項７】
前記電気二重層コンデンサの放電電圧を前記制御部の駆動電圧に変換する電圧変換部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項に記載のプログラマブルコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被制御装置を制御するプログラマブルコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
プログラマブルコントローラ（以下、単にＰＬＣ）は、ラダー言語などで記述されたユーザプログラムを実行することによって、被制御装置との間の入出力データやユーザプログラムを実行するにあたって必要となる中間データなどを含むデバイスデータを逐次生成・更新する。ＰＬＣが高速な制御を実現するために、デバイスデータは、通常、例えばＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの揮発性のメモリに格納される。
【０００３】
ＰＬＣを用いた制御システムの多くは、電源断から復帰するとき、電源断の直前の状態と同じ状態に復帰することが求められる。すなわち、電源復帰時には、電源断の直前のデバイスデータを使用できるようにする必要がある。そのための１つの構成として、前記したデバイスデータが格納される揮発性メモリとは別に、バックアップ用に、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  and  Programmable  Read  Only  Memory）などの書き換え可能な不揮発性メモリを別途備え、電源断の際に、揮発性メモリに格納されているデバイスデータをこのバックアップ用の不揮発性メモリに転送する構成が考えられる（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
このデバイスデータの揮発性メモリから不揮発性メモリへの転送を実行するために、ＰＬＣには、主電源回路から供給される電源とは別にバックアップ用の電源が必要となる。バックアップ用電源としては、ＵＰＳ、電池、アルミ電解コンデンサ、タンタルコンデンサ、電気二重層コンデンサなどを採用することが考えられる。しかしながら、デバイスデータを転送する際の不揮発性メモリへの書き込み動作は、比較的大きな電力量を必要とする。また、ＰＬＣは、コンパクトでかつ低コストであることが求められる。これらの要望を鑑みると、前記したバックアップ用電源候補の群の中では電気二重層コンデンサがバックアップ用電源に最も適しているといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３９１５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電気二重層コンデンサは、充電電圧が印加され続けると、充電により特性が劣化し、寿命が短くなってしまうという問題があった。電気二重層コンデンサの寿命が短いと、電気二重層コンデンサを頻繁に交換しなくてはならなくなり、ユーザの負担が増大する。したがって、ＰＬＣのバックアップ電源に電気二重層コンデンサを採用する場合、充電による該電気二重層コンデンサの特性の劣化を低減する工夫が求められる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バックアップ用電源の充電による特性劣化を低減したＰＬＣを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部電源を用いて内部電源を生成し、電源断時に電源断予告信号を出力する電源回路と、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサを前記内部電源を用いて充電する充電系と、不揮発性の第１メモリと、デバイスデータを記憶する揮発性の第２メモリと、を備え、前記内部電源を用いて前記第２メモリが記憶するデバイスデータを更新し、前記電源断予告信号が出力されたとき、前記電気二重層コンデンサに蓄えられている電力を用いて前記第２メモリが記憶するデバイスデータを前記第１メモリへ退避させる制御部と、を備え、前記充電系は、前記電気二重層コンデンサの電圧が所定範囲内に納まるように前記電気二重層コンデンサの充電を断続的に停止する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バックアップ用の電気二重層コンデンサの充電による特性劣化を低減させ、実質的に寿命によるコンデンサの交換を不要とできるＰＬＣを得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１のＰＬＣの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１のＰＬＣにおいて電源モードが変化する様子を説明するタイミングチャートである。
【図３】図３は、実施の形態２のＰＬＣの構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２のＰＬＣにおいて電源モードが変化する様子を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかるプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるＰＬＣの実施の形態１の構成を示す図である。図示するように、実施の形態１のＰＬＣ１００は、商用電源（外部電源）からＰＬＣ１００全体に供給する電源（内部電源）を生成する主電源回路１と、バックアップ用電源としての電気二重層コンデンサ８と、を備えている。また、ＰＬＣ１００は、ユーザプログラムおよびＰＬＣ１００全体を制御するためのシステムプログラム（図示せず）を記憶する書き換え可能な不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ２３と、前記システムプログラムに基づいて動作するＭＰＵ２１と、前記ユーザプログラムに基づいてデバイスデータ２５を生成・更新するＡＳＩＣ２２と、ＭＰＵ２１のワークエリアとして使用される揮発性メモリであるＲＡＭ２４と、を備えている。ＡＳＩＣ２２は、生成したデバイスデータ２５をＲＡＭ２４に格納し、ＲＡＭ２４上でデバイスデータ２５を逐次更新する。
【００１３】
ＭＰＵ２１は、電源断時、ＲＡＭ２４に格納されているデバイスデータ２５をＥＥＰＲＯＭ２３に退避させるバックアップ処理を実行する。ＭＰＵ２１、ＡＳＩＣ２２、ＥＥＰＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４は、通常動作時には主電源回路１から供給される電力を使用して動作し、電源断時には電気二重層コンデンサ８から供給される電力を使用して前述のバックアップ処理を実行する。なお、ＭＰＵ２１、ＡＳＩＣ２２、ＥＥＰＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４を総称してバックアップ対象２ということとする。また、主電源回路１からバックアップ対象２へ電源が供給される電源モードを通常モード、電気二重層コンデンサ８からバックアップ対象２へ電源が供給される電源モードを電源断モードということとする。
【００１４】
ＰＬＣ１００は、前記バックアップ処理に関与しない構成要素（非バックアップ対象３）である通信回路やＩ／Ｏ回路等、ならびにバックアップ対象２へ供給する電源を切り替えるための回路である第１出力制御回路４および第２出力制御回路５を備えている。
【００１５】
主電源回路１と第１出力制御回路４との間、および第１出力制御回路４とバックアップ対象２との間は、電源供給線で接続されており、主電源回路１は、第１出力制御回路４を介してバックアップ対象２に対する通常モード時の電源を供給する。主電源回路１と第１出力制御回路４との間の電源供給線は、途中で分岐して非バックアップ対象３に接続されている。主電源回路１は、該分岐している電源供給線を介して非バックアップ対象３へ電源供給する。
【００１６】
電気二重層コンデンサ８と第２出力制御回路５との間、および第２出力制御回路５とバックアップ対象２との間は、電源供給線で接続されており、電気二重層コンデンサ８は、第２出力制御回路５を介して電源断モード時の電源を供給する。
【００１７】
第１出力制御回路４および第２出力制御回路５は、夫々、バックアップ対象２へ供給する電源をオン／オフするためのスイッチを備えており、夫々が備えるスイッチは夫々排他的に動作する。すなわち、第１出力制御回路４のスイッチがオンとなっているときは、第２出力制御回路５のスイッチはオフとなっており、第１出力制御回路４のスイッチがオフとなっているときは、第２出力制御回路５のスイッチはオンとなっている。
【００１８】
主電源回路１は、商用電源の供給が途絶えたとき（すなわち電源断時に）、電源断予告信号をＭＰＵ２１へ送信する。ＭＰＵ２１は、電源断予告信号を受信すると、バックアップ処理を開始するとともに、第１出力制御回路４および第２出力制御回路５へ夫々のスイッチを切り替えるためのモード切り替え信号を送信する。第１出力制御回路４および第２出力制御回路５は、モード切り替え信号を受信すると、夫々が備えるスイッチの状態をオンからオフ、あるいはオフからオンに切り替える。すなわち、ＭＰＵ２１がモード切り替え信号を送信することによって、夫々が備えるスイッチの状態が切り替えられ、ＰＬＣ１００の電源モードが通常モードから電源断モードに移行する。
【００１９】
なお、電気二重層コンデンサ８は、電源断モード時、蓄えられていた電荷を放電するに伴って放電電圧が低下する。放電電圧が低下してもバックアップ対象２に供給する電圧を一定に保つために、第２出力制御回路５には、スイッチのほか、電気二重層コンデンサ８から供給される電源電圧をバックアップ対象２を駆動するための電圧まで昇圧または降圧する電圧変換機能を備えるようにしておく。なお、第２出力制御回路５の外にＤ／Ｄコンバータなどを備えさせ、該Ｄ／Ｄコンバータに電圧変換機能を実現させるようにしてもよい。
【００２０】
前述したように、電気二重層コンデンサ８は、充電電圧が印加され続けていると、それだけコンデンサの特性の劣化が促進される。そこで、本発明の実施の形態１では、電気二重層コンデンサ８の特性の劣化を低減するために、電気二重層コンデンサ８に充分な電力が充電されると、充電を停止するようにしたことが主たる特徴となっている。
【００２１】
具体的には、ＰＬＣ１００は、スイッチを有する充電回路６と、充電回路６のスイッチをオン／オフ制御する充電制御回路７をさらに備えている。主電源回路１と充電回路６との間、主電源回路１と充電制御回路７との間、充電回路６と電気二重層コンデンサ８との間は、夫々電源供給線で接続されている。主電源回路１は、通常モード時、充電回路６を介して電気二重層コンデンサ８を充電する。充電制御回路７は、主電源回路１から電源供給線を通じて供給される電源により動作する。充電制御回路７は、電気二重層コンデンサ８の電圧を監視しており、該電圧に基づいて、充電回路制御信号を充電回路６へ送信して充電回路６のスイッチをオン／オフする。
【００２２】
より詳しくは、バックアップ処理に必要となる電力量を供給することができる所定の電圧を下限レベル、該下限レベルよりも高く、かつ定格の充電電圧を超えない電圧を上限レベルに設定しておき、充電制御回路７は、電気二重層コンデンサ８の自己放電により電気二重層コンデンサ８の電圧が下限レベルを下回ったとき、充電回路６のスイッチをオンし、電気二重層コンデンサ８の電圧が上限レベルを上回ったとき、充電回路６のスイッチをオフする。このようにして、充電制御回路７は、電気二重層コンデンサ８の電圧が所定範囲内に納まるように電気二重層コンデンサ８の充電を断続的に停止する。
【００２３】
ＭＰＵ２１は、電源断予告信号を受信すると、充電制御回路７にモード切り替え通知信号を送信する。充電制御回路７は、モード切り替え通知信号を受信すると、充電回路制御信号を操作して充電回路６のスイッチをオフし、通常モード時に行っていたオン／オフ制御を停止する。これにより、通常モード時には電気二重層コンデンサ８の充電／充電停止が実行され、電源断モード時には電気二重層コンデンサ８が主電源回路１から切り離されるようになる。
【００２４】
図２は、実施の形態１のＰＬＣ１００において電源モードが通常モードから電源断モードに移行する様子を説明するタイミングチャートである。主電源回路１は、商用電源の供給が途絶えると、図２（ａ）に示すように、ＰＬＣ１００の各構成要素に供給する電源電圧が低下してくる。すると、主電源回路１は、図２（ｂ）に示すように、電源断予告信号をＭＰＵ２１へ送信する。なお、図２（ｂ）では、電源断予告信号は負論理であるとしているが、正論理で構成されてもよい。
【００２５】
通常モード時においては、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１出力制御回路４のスイッチはオン、第２出力制御回路５のスイッチはオフされている。電源断予告信号を受信したＭＰＵ２１がモード切り替え信号を発行すると、第１出力制御回路４のスイッチはオフされ、第２出力制御回路５のスイッチはオンされる。これによって、電源モードが通常モードから電源断モードに移行する。
【００２６】
一方、充電回路６のスイッチは、通常モード時においては、充電制御回路７からの充電回路制御信号に基づいて、図２（ｅ）に示すように、オン／オフを繰り返す。電気二重層コンデンサ８は、図２（ｆ）に示すように、充電回路６のスイッチがオンのときは充電されて電圧が上昇し、充電回路６のスイッチがオフのときは自己放電により電圧が下降する。
【００２７】
ＭＰＵ２１は、モード切り替え信号とともにモード切り替え通知信号を発行する。すると、充電制御回路７は充電回路制御信号を操作して充電回路６のスイッチをオフする。すると、電気二重層コンデンサ８の電圧は、第２出力制御回路５のスイッチがオンされているので、蓄えていた電力が第２出力制御回路５を介してバックアップ対象２へ供給されるので、図２（ｆ）に示すように電圧が低下してゆく。第２出力制御回路５は、Ｄ／Ｄコンバータ機能を備えているので、図２（ｇ）に示すように、電気二重層コンデンサ８から供給される電圧は一定電圧に調節され、バックアップ対象２へ供給される。ＭＰＵ２１は、電気二重層コンデンサ８から一定電圧で供給される電力を用いてバックアップ処理を実行する。
【００２８】
なお、以上の説明においては、ＭＰＵ２１は電源断予告信号を受信したとき、モード切り替え信号およびモード切り替え通知信号を送信するとして説明した。電源断予告信号を第１出力制御回路４および第２出力制御回路５に直接接続し、第１出力制御回路４および第２出力制御回路５は、夫々電源断予告信号に基づいてスイッチを切り替えるようにしてもよい。また、電源断予告信号を充電制御回路７に直接接続し、充電制御回路７は、電源断予告信号に基づいて充電回路６のオン／オフ制御を常時オフ制御に切り替えるようにしてもよい。
【００２９】
また、ＡＳＩＣ２２がデバイスデータ２５を生成・更新する、として説明したが、ＡＳＩＣ２２を省略し、代わりにＭＰＵ２１がデバイスデータ２５を生成・更新するように構成しても構わない。
【００３０】
以上述べたように、本発明の実施の形態１によれば、充電制御回路７は、電気二重層コンデンサ８の電圧が所定範囲内に納まるように電気二重層コンデンサ８の充電を断続的に停止するようにしたので、通常モード時に電気二重層コンデンサ８は充電電圧が印加され続けていた場合に比べて充電電圧が印加される時間を短縮することができるので、電気二重層コンデンサ８の充電による特性劣化を低減することができる。
【００３１】
また、充電制御回路７は、電気二重層コンデンサ８の電圧を監視し、該電圧が所定範囲の下限に至ったとき、充電を開始し、前記電圧が前記所定範囲の上限に至ったとき、充電を停止するようにしたので、充電電圧が印加される時間を効率的に短縮することができる。
【００３２】
また、電気二重層コンデンサ８の放電電圧をバックアップ対象２の駆動電圧に変換する電圧変換機能を備えるように構成したので、電気二重層コンデンサ８の電圧が放電により降下してもバックアップ対象２にバックアップ処理を実行させることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図３は、本発明にかかるＰＬＣの実施の形態２の構成を示す図である。なお、本実施の形態２の説明においては、実施の形態１と同じ構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３４】
図示するように、実施の形態２のＰＬＣ２００は、主電源回路１、バックアップ対象９、非バックアップ対象３、第１出力制御回路４、第２出力制御回路５、充電回路６、電気二重層コンデンサ８を備えている。
【００３５】
バックアップ対象９は、ＭＰＵ９１、ＡＳＩＣ２２、ＥＥＰＲＯＭ２３、デバイスデータ２５が格納されるＲＡＭ２４を含んでいる。ＭＰＵ９１は、通常モード時において充電回路６が備えるスイッチをオン／オフする充電回路制御信号を充電回路６へ送信するタイマ機能部９２を備えている。タイマ機能部９２は、充電回路６が備えるスイッチを、一定時間オンした後にオフし、電気二重層コンデンサ８の放電時間を見越した一定時間経過後に再び前記スイッチをオンする制御を実行する。なお、スイッチをオンする期間（オン時間）およびスイッチをオフする期間（オフ時間）は、電気二重層コンデンサ８の電圧が実施の形態１で説明した上限レベルと下限レベルの範囲内で遷移するように設定されるとよい。
【００３６】
図４は、実施の形態２のＰＬＣ２００において電源モードが通常モードから電源断モードに移行する様子を説明するタイミングチャートである。図示するように、図４（ａ）に示す主電源回路１の電源電圧、図４（ｂ）に示す電源断予告信号、図４（ｃ）に示す第１出力制御回路４のスイッチの状態、図４（ｄ）に示す第２出力制御回路５のスイッチの状態および図４（ｇ）に示す第２出力制御回路５の出力電圧は、実施の形態１の場合と同様のタイミングで遷移する。
【００３７】
充電回路６は、図４（ｅ）に示すように、タイマ機能部９２から受信する充電回路制御信号によってオン／オフ制御される。タイマ機能部９２はソフトウェアで実現されるタイマであるので、計測時間にばらつきが内包されている。したがって、図４（ｅ）に示すように、本実施の形態２では、充電回路６が備えるスイッチのオン／オフ時間はばらついてしまう。
【００３８】
電気二重層コンデンサ８では、図４（ｆ）に示すように、充電回路６のスイッチがオンのとき、電圧が上昇し、充電回路６のスイッチがオフのとき、自己放電により電圧が低下する。
【００３９】
なお、以上の説明においては、ソフトウェアで実現されるタイマに基づいて充電回路６が備えるスイッチをオン／オフする、として説明したが、ＰＬＣ２００はハードウェアタイマを備え、該ハードウェアタイマに基づいて充電回路６が備えるスイッチをオン／オフするようにしてもよい。
【００４０】
以上述べたように、本発明の実施の形態２によれば、タイマ機能部９２は、充電回路６が備えるスイッチを、一定時間オンした後にオフし、電気二重層コンデンサ８の放電時間を見越した一定時間経過後に再び前記スイッチをオンするように構成したので、電気二重層コンデンサ８の電圧を監視する回路が不要な分、実施の形態１に比して簡単な構成で電気二重層コンデンサ８の充電による特性劣化を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかるＰＬＣは、被制御装置を制御するプログラマブルコントローラに適用して好適である。
【符号の説明】
【００４２】
１  主電源回路
２  バックアップ対象
３  非バックアップ対象
４  第１出力制御回路
５  第２出力制御回路
６  充電回路
７  充電制御回路
８  電気二重層コンデンサ
９  バックアップ対象
２１  ＭＰＵ
２２  ＡＳＩＣ
２３  ＥＥＰＲＯＭ
２４  ＲＡＭ
２５  デバイスデータ
９１  ＭＰＵ
９２  タイマ機能部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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