(57)【要約】【課題】スイッチング電源からのノイズを排除して、ＡＤ変換を実行でき、ＡＤ変換の精度を高める計測機器。【解決手段】  パワーオフ機能を有するスイッチング電源と、そのスイッチング電源をバックアップする蓄電素子と、その蓄電素子に蓄えられた電力で動作するＣＰＵおよびＡＤ変換器と、を備えた計測機器において、前記ＣＰＵは、ＡＤ変換の処置の前に前記スイッチング電源をパワーオフし、そのＡＤ変換の処理の後に前記スイッチング電源をパワーオンすることを特徴とする計測機器である。このように、スイッチング電源をＡＤ変換の間だけ停止させる発明である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーオフ機能を有するスイッチング電源と、
そのスイッチング電源をバックアップする蓄電素子と、
その蓄電素子に蓄えられた電力で動作するＣＰＵおよびＡＤ変換器と、
を備えた計測機器において、
前記ＣＰＵは、ＡＤ変換の処置の前に前記スイッチング電源をパワーオフし、
そのＡＤ変換の処理の後に前記スイッチング電源をパワーオンすることを特徴とする計測機器。
【請求項２】
前記蓄電素子は、コンデンサまたは電池のうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の計測機器。
【請求項３】
パワーオフ機能を有するスイッチング電源と、
そのスイッチング電源をバックアップする蓄電素子と、
その蓄電素子に蓄えられた電力で動作するＣＰＵおよび自立動作のＡＤ変換器と、
を備えた計測機器において、
前記ＣＰＵは、ＡＤ変換の処置の前に前記スイッチング電源をパワーオフし、前記ＡＤ変換器の起動を行い、かつ自ＣＰＵを停止することと、
前記ＡＤ変換器はそのＡＤ変換の処理の後に当該ＣＰＵを再起動させることと、
前記ＣＰＵはその再起動された後に前記スイッチング電源をパワーオンすることと、を特徴とする計測機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アナログディジタル変換器（以下「ＡＤ変換器」という）を用いて、各種フィールドデータをディジタル値に変換して処理する計測機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントなどのフィールドデータの計測機器は、コンピュータを制御中枢部（ＣＰＵ）とし、ディジタル信号を使った演算処理により計測や監視出力を得るようにしている。
この種の装置では、計測値（温度、圧力など）のアナログ信号をディジタル値に変換してコンピュータ側に取り込む必要があり、このためにアナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器が使用される
【０００３】
また、この種の装置では、その動作のための電源として旧来のドロッパ・シリーズ電源方式ではなく、より消費電力効率がよく小型化が可能なことから大抵はスイッチング電源を用いる。
【０００４】
特許文献1の発明では、比較形ＡＤ変換回路を用いることからアナログ入力に対する比較基準電圧をスイッチング電源から得るので、サージ電圧の重畳がＡＤ変換動作に影響する問題があった。そのため、サージ判定回路がスイッチング電源から発生するサージ電圧が一定レベル以上にあるか否かを判定し、一定レベル以上にある期間にはＡＤ変換器のＡＤ変換動作を停止させようにし、サージ電圧に同期した信号を得、この信号でサージ電圧発生期間にはＡＤ変換動作を停止させる発明を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１１４２２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】http://datasheet.sii-ic.com/jp/switching_regulator/S8337_8338_J.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献1の発明のような方式では、ＡＤ変換の時期が随時に遅延されて、不定になる。プロセス制御など制御動作に用いるディジタルデータを得るには正確な定周期性があることが必要である。リアルタイムで離散的な演算処理を実行する必要があるからである。
【０００８】
この問題を解決するために、本願発明ではＡＤ変換のタイミングは変わりなく一定であり、かつＡＤ変換の精度を損なうことのない方式を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、パワーオフ機能を有するスイッチング電源と、
そのスイッチング電源をバックアップする蓄電素子と、
その蓄電素子に蓄えられた電力で動作するマイコンＣＰＵおよびＡＤ変換器と、
を備えた計測機器において、
前記マイコンＣＰＵは、ＡＤ変換の処置の前に前記スイッチング電源をパワーオフし、
そのＡＤ変換の処理の後に前記スイッチング電源をパワーオンすることを特徴とする計測機器である。このように、スイッチング電源をＡＤ変換の間だけ停止させる発明である。
このように本願発明は、前記蓄電素子は、コンデンサまたは電池のうちいずれかであることとして、ＡＤ変換の間だけ、スイッチング電源でなく所定の蓄電素子から電力を放電させて動作させる計測機器である。
【００１０】
また本願発明は、ＡＤ変換の間はＣＰＵ自身も動作を停止させて、ノイズの発生をさらに減らすものでもある。これはＡＤ変換器がそのハードウエア単独で動作できる場合に有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明により、スイッチング電源のノイズを排除して、ＡＤ変換を実行できるので、ＡＤ変換の精度を高めることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明の実施の全体構成を示す。
【図２】本願発明の実施の一態様である動作フローを示す。
【図３】本願発明の実施の別態様である動作フローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［発明の原理］
まず、本願発明の原理に基づき説明する。図１はスイッチング電源１を備えた計測機器２の全体構成図である。このスイッチング電源１は入力交流（ＡＣ）Ｖｉｎを出力直流（ＤＣ）Ｖｏｕｔに変換する。トランスＴＲを挟んでエネルギー源（ＡＣ）を「一次側」、エネルギーが伝達される側（ＤＣ）を「二次側」と呼ぶ。
【００１４】
図１にあるように、整流ブリッジＤ１は入力（ＡＣ）電源Ｖｉｎを整流する。電解コンデンサＣ１はＤ１で整流された電力を蓄える。スイッチング素子ＳＷＴはスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）を繰り返すことによって、高周波交流を発生させる。そして、高周波トランスＴＲを介して二次側にエネルギーが伝達される。
そして、二次側のダイオードＤ２で整流され、電解コンデンサＣ２に平滑されたＤＣ電力が蓄えられる。
【００１５】
スイッチング素子ＳＷＴはパワー型のトランジスタであって、特にパワーＭｏｓＦＥＴが有用である。このスイッチングの調整は制御回路ＣＴＲから当該ゲート電圧を調整して行われる。ゲートＯＮのデューティ比を変えることでパルス幅変調（ＰＷＭ）の原理で、スイッチング素子が制御され伝達エネルギーが決定される。ただし、ＣＰＵ１０からのパワーオフ信号Ｐｏｆｆがあれば当該デューティ比をゼロにして、スイッチング素子ＳＷＴの動作を停止させて高周波交流の発生をオフにする機能を制御回路ＣＴＲは備える。そうすることで、高周波交流の発生がなくなりスイッチング電源１を停止して、電解コンデンサＣ２に蓄えられた電荷（バックアップ電力）が計測機器２の電源となる。
【００１６】
電解コンデンサＣ２の蓄電量とAD変換の動作期間による消費電力のトレードオフで当該コンデンサの容量は定められる。なお、当例では蓄電素子を電解コンデンサと述べているが、必ずしもそれに拘る必要はなく、電池、さらに二次電池（リチウムイオンバッテリー）としてもよい。
【００１７】
さて、図1の右側に位置する電気回路の説明に移る。
マイコン型のＣＰＵ１０、ＡＤ変換器２０が出力（ＤＣ）Ｖｏｕｔで給電されている。その他、メモリ、出力回路、通信回路など（図外）を備える。
なお、ＡＤ変換器２０の入力２１の点数は複数あってもよく、そのアナログ入力ごとにフィルタ、アンプ、さらにマルチプレクサも備える。
【００１８】
逐次変換型のＡＤ変換器はＣＰＵ１０からの命令で変換動作をする。一方、積分型のＡＤ変換器の場合は、スタートしたらＣＰＵ１０の介在なしに自走できる純ハードウエア構成のものもある。
【００１９】
このように、図１のハードウエア構成の計測機器において、ＣＰＵ１０がどのような動作をするかの処理フローを以下に説明する。
【００２０】
（１）   実施例１（スイッチング電源パワーオフ）
図２のフローに基づいて説明する。
スタートするとまず、各種パラメータの設定などの初期化処理を実行する（図中  ステップＳ０１）。
定周期タイミングを計る（ステップＳ０２）。概ね、１００ｍＳｅｃ〜数秒の周期である。
ここで、スイッチング電源１にパワーオフＰｏｆｆ信号をＣＰＵ１０の出力端子から発信する（ステップＳ１０）。
次いで、ＡＤ変換器２０を用いてＡＤ変換の実行をする（ステップＳ１１）。
ＡＤ変換の終了後、スイッチング電源１にパワーオンＰｏｎ（パワーオフ解除）信号を発信する（ステップＳ１２）。このように、ステップＳ１０からステップＳ１２の間は、蓄電素子である電解コンデンサＣ２に蓄えられた電力より実行が遂行できる。
【００２１】
このように、アナログ入力がディジタル信号として得られたので、これを用いて所定の制御、警告等の演算処理を実行する（ステップＳ１３）。この演算結果を用いて、ステップＳ１４の出力処理部において、制御であるならばＰＩＤ制御演算の結果をアナログ出力すること、また警告であるならば所定閾値を超えた場合にアナンシエータ（ディジタル）出力する。その他、通信機能で計測値（ディジタル）を上位システムに通報することもある。
【００２２】
以上の規定の処理を定周期で繰り返し行うために、ステップＳ０２へループすることで、定周期性を保つ。図中Ｓ１０〜Ｓ１２の期間以外は電解コンデンサC２の充電期間であるので、電解コンデンサＣ２のキャパシタンスはさほど大きなものでなくとも十分である。
【００２３】
（２）   実施例２（スイッチング電源およびＣＰＵ  オフ）
別の実施態様として、図３の例をもって説明する。
この例では、パワーオフ発信ステップ（Ｓ１１０）からパワーオン発信ステップ（Ｓ１１２）までが異なるだけであるので、そこについて説明する。
【００２４】
ここでは、スイッチング電源１にパワーオフＰｏｆｆ信号を発信する（ステップＳ１１０）ことに加えて、ＣＰＵ１０はＡＤ変換器に制御を委ねて（Ｓ１２０）、自身はスリープする（Ｓ１１１）。
これにより、ＡＤ変換器２０はセルフでＡＤ変換の実行をする（ステップＳ１２１）。その間、ＣＰＵ１０はスリープするのでアイドリングなどのクロックによるノイズは発生しない。
ＡＤ変換の終了後、ＡＤ変換器２０から終了信号がＣＰＵ１０へ来る（Ｓ１２２）。いわゆるＷａｋｅ−Ｕｐ信号である。その結果、ＣＰＵ１０は起き上がりスイッチング電源１にパワーオンＰｏｎ（パワーオフ解除）信号を発信する（ステップＳ１１２）。このように、ステップＳ１１０からステップＳ１１２の間は、蓄電素子である電解コンデンサＣ２によりバックアップされて実行する。
【００２５】
以上、本実施例では、トランスＴＲ使用の絶縁型を用いて説明したが、ＤＣ−ＤＣコンバータ形式（チョッパー方式、例えば非特許文献１）に本願発明を応用することも可能である。その他種種の設計事項の変更改良は可能であるが、本願発明の範囲に属することに変わりはない。
【符号の説明】
【００２６】
１  スイッチング電源
２  計測機器
１０  ＣＰＵ
２０  ＡＤ変換器
２１  アナログ入力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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