(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正常時には交番信号を出力し、異常時には交番信号の出力を停止する異常検知手段と、演算器と、該演算器からの出力を入力として信号出力を生成する出力素子と、該出力素子に電源を供給する電源回路、とを有する通信装置において、
前記電源回路は、基準電位を共通とする負電圧整流回路、発振回路および正電圧整流回路を直列に接続して構成され、前記異常検知手段が出力する前記交番信号を前記負電圧整流回路の入力とし、前記交番信号に基づいて前記正電圧整流回路は、前記正常時には前記出力素子へ電源を供給し、前記異常時には前記出力素子への電源供給を停止することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、
前記負電圧整流回路の入力側に、正電圧の直流電源に接続した電力増幅用トランジスタを設けたことを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の通信装置において、
前記正電圧整流回路の入力側に電力増幅用トランジスタを設け、前記正電圧整流回路の基準電位を前記出力素子の動作電圧より低い電位に接続したことを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の通信装置において、
前記電源回路自体が故障したときにも、前記正電圧整流回路が前記出力素子への電源供給を停止することを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用の保安用通信システムに関わり、特に鉄道用の保安系送受信がネットワークを介して接続されるようにした信号保安システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子連動装置などのようにシステムの電子化が進められている鉄道用の保安系システムにおいて、フェールセーフな演算装置からの通信で制御される装置が増えており、通信をフェールセーフに停止する機構が演算装置の高安全化に繋がる。
従来のシステムにおいては、保安系の通信出力は出力用の通信ボードを経由して出力されており、演算装置が正常時には信号電圧が高電位（H)と低電位（L)の２値を交互に繰り返す発振状態となり、異常を検出した場合には発振が停止する交番信号を入力として、発振継続時には直流電圧を生成するフェールセーフな増幅器（FS-AMP）の出力電圧が、演算装置が異常となり交番信号が停止すると、出力が低下し、通信ボードの電源をONとするリレーの動作電圧に達せず、電源リレーがOFFとなることで、通信ボードの電源を止めて通信を停止する。
また、他の例として特許文献１においても、フェールセーフなセンサからの信号を取り込む際に、センサ異常が発生した場合、センサ入力が他装置に出力されないようにするため、後段素子の動作閾値に達さなくなるようなフェールセーフな回路を独立して設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来システムにおいては、異常時に電源をOFFにするための電源リレーを持つ通信ボードを必要としており、こうした電源リレーには、電磁ソレノイド等を組み込む必要があるため高い電圧電源を要し、絶縁を必要とするため大きくなり、演算装置と異なるボードを必要とする。上記の特許文献１においても、センサ入力をフェールセーフに処理するために、出力回路として特殊な回路を独立して組み込む必要がある。
【０００５】
本発明は、こうした電源リレーや特殊な出力回路を使用することなく、演算装置と同一のボード上に出力回路のための電源回路を組み込み、フェールセーフな信号出力を実現する保安用通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を実現するため、本発明の保安用通信装置においては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）正常時には交番信号を出力し、異常時には交番信号の出力を停止する異常検知手段と、演算器と、該演算器からの出力を入力として信号出力を生成する出力素子と、該出力素子に電源を供給する電源回路、とを有する通信装置において、前記電源回路を、前記異常検知手段が出力する交番信号を変換して前記出力素子の電源を出力するものとすることにより、異常時には、前記出力素子への電源供給が停止されるようにした。
【０００７】
（２）上記の保安用通信装置において、前記電源回路が基準電位を共通とする負電圧整流回路、発振回路、正電圧整流回路を直列に接続したものであり、前記負電圧整流回路に入力される前記交番信号に基づいて、前記正電圧整流回路が前記出力素子への電源供給を行うようにした。
【０００８】
（３）上記の保安用通信装置において、前記負電圧整流回路の入力側に、正電圧の直流電源に接続した電力増幅用トランジスタを設けた。
【０００９】
（４）上記の保安用通信装置において、前記正電圧整流回路の入力側に電力増幅用トランジスタを設け、前記正電圧整流回路の基準電位を前記出力素子の動作電圧より低い電位に接続した。
【００１０】
（５）上記の保安用通信装置において、前記電源回路自体が故障したときにも、前記正電圧整流回路が前記出力素子への電源供給が停止するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、保安用通信装置における演算器から出力素子、出力素子から装置外までの伝送路に対して変更を加えることなく、異常検知手段が出力する交番信号を変換して出力素子の電源とするフェールセーフな電源回路を同一ボードに追加することで、フェールセーフな通信出力を実現とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の構成を示す図である。
【図２】実施例１における電源回路のブロック図である。
【図３】実施例１における電源回路の具体例である。
【図４】実施例１における電源回路の各部電圧の動作を示す図である。
【図５】実施例１の変形例を示す図である。
【図６】実施例２における電源回路の具体例である。
【図７】実施例３における電源回路の具体例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
通信装置における演算器から出力素子、出力素子から装置外までの伝送路に対して変更を加えず、異常検知手段が出力する交番信号を変換して出力素子の電源とする電子回路を追加することで、フェールセーフな通信出力を実現する保安用通信装置に関して、以下各実施例について図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１における保安用通信装置の構成を示す図である。
本発明の保安用通信装置は、信号出力２２を算出する演算器１２と、演算器１２からの信号出力２２を入力とし信号出力２２’を生成する出力素子１３を有し、演算器１２が正常時には発振状態となる交番信号２１を出力し、異常時には交番信号２１の発振を停止する異常検知手段１１と、異常検知手段１１が出力する交番信号２１を変換して電源２３を出力する電源回路１４を有し、電源２３を出力素子１３の電源とする。
ここで、異常検知手段１１は、例えば、演算器がＣＰＵを２つ持つ２重系構成を採用している場合に、それぞれのＣＰＵの演算結果が一致した場合に正常とし、不一致であった場合に演算器が異常であると判定する。
また、異常検知手段１１が異常と判定する内容は、上記のような演算器の異常のみでなく、通信装置全体に関わる異常、例えば、通信装置の温度が動作保証温度を外れたなどを含むようにしてもよい。
【００１５】
図２は本実施例における電源回路のブロック構成を示す図である。
電源回路１４は、基準電位を共通とする負電圧整流回路１４ａ、発振回路１４ｂ、正電圧整流回路１４ｃを直列に接続している。負電圧整流回路１４ａは、交番信号２１を入力すると負の直流電圧を出力する。発振回路１４ｂは、負電圧整流回路１４ａが出力する負の直流電圧を入力として、負電圧側に発振する交番信号を出力する。
そして、この負の交番信号を入力として正電圧整流回路１４ｃは正の直流電圧を出力し、これを出力装置１３への電源とする。
【００１６】
ここで、異常検知手段１１が、演算器の異常を検知し、交番信号２１が停止すると、負電圧整流回路１４ａの出力側に電流が流れないため、負の直流電圧出力を停止する。
負電圧整流回路１４ａが負の直流電圧出力を停止すると、発振回路１４ｂも、負電圧側に発振する交番信号の出力を停止し、正電圧整流回路１４ｃも正の直流電圧出力を停止することになる。
この結果、出力素子１３には電源２３が供給されず、信号出力２２’を出力できないため、異常検知手段１１が異常を検知して交番信号２１の発振を停止すると、確実に信号出力２２’を停止させることが可能となる。
このように、交番信号の発振が停止すると電力を出力しないようにすることにより、異常時に出力素子からの出力を防止する。
【００１７】
図３は本発明にかかる電源回路の具体例を示している。
負電圧整流回路１４ａ、正電圧整流回路１４ｃは、それぞれ、コンデンサＣ１、Ｃ２とダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ４、Ｃ５とダイオードＤ４、Ｄ５で構成されている。
そして、発振回路１４ｂは、コンデンサＣ３、トランジスタＴ１、Ｔ２、抵抗Ｒ１で構成されている。
いずれの回路も交番信号２１以外に入力がなく、外部からの電源供給を受けていない。従って、交番信号２１の交番が停止すると、電源回路１４にエネルギーを供給するものは存在しないため、確実に電源２３の供給を停止できる。
【００１８】
また、負電圧整流回路１４ａにおいて、コンデンサＣ１が絶縁破壊などにより短絡故障すると、コンデンサＣ１に電圧がチャージされず、このため、コンデンサＣ２にも電圧がチャージされず、発振回路１４ｂへの出力側の電位差が消失するため、発振回路１４ｂが交番を発生できず、電源２３が供給されない。
ダイオードＤ１が短絡故障を発生すると、入力側に電位差がなくなり、コンデンサＣ１にチャージされた電荷が入力側に抜けて、発振回路１４ｂへの出力側の電位差が消失するため、発振回路１４ｂが交番を発生できず、電源２３が供給されない。
ダイオードＤ２が短絡故障すると、コンデンサＣ２に正の電圧がチャージされ、整流回路の出力が正電圧となり、正電圧では発振回路１４ｂが交番を発生できず、電源２３が供給されない。
さらに、コンデンサＣ２が短絡故障すると、コンデンサＣ２に電圧がチャージされず、発振回路１４ｂへの出力側の電位差が消失するため、発振回路１４ｂが交番を発生できず、電源２３が供給されない。
【００１９】
また、発振回路１４ｂにおいて、抵抗Ｒ１が断線故障すると、コンデンサＣ３に電圧がチャージされず、トランジスタＴ１がＯＮとならず、トランジスタＴ２もＯＮとならないため、発振回路１４ｂが交番を発生できない。
コンデンサＣ３が短絡故障すると、コンデンサＣ３に電圧がチャージされず、トランジスタＴ１がＯＮとならず、このため、トランジスタＴ２もＯＮとならないため、発振回路１４ｂが交番を発生できない。
トランジスタＴ１がＯＮ故障またはＯＦＦ故障すると、トランジスタＴ２が常時ＯＮまたは常時ＯＦＦとなるため、発振回路１４ｂが交番を発生できない。
トランジスタＴ２がＯＮ故障またはＯＦＦ故障すると、トランジスタＴ２が常時ＯＮまたは常時ＯＦＦとなるため、発振回路１４ｂが交番を発生できない。
このように、発振回路１４ｂが交番を発生しないと、正電圧整流回路１４ｃが正の直流電圧を生成できず、電源２３が供給されない。
【００２０】
さらに、正電圧整流回路１４ｃにおいて、コンデンサＣ４が絶縁破壊などにより短絡故障すると、コンデンサＣ４に電圧がチャージされず、このため、コンデンサＣ５にも電圧がチャージされず、電源２３が供給されない。
ダイオードＤ４が短絡故障を発生すると、コンデンサＣ４にチャージされた電荷が抜けて、出力側の電位差が消失するため、電源２３が供給されない。
ダイオードＤ５が短絡故障すると、コンデンサＣ５に負の電圧がチャージされ、電源２３に正電圧が供給されない。
また、コンデンサＣ５が短絡故障すると、コンデンサＣ５に電圧がチャージされず、出力側の電位差が消失するため、電源２３が供給されない。
このように電源回路１４自体が故障しても、電源２３の供給を停止できる。
【００２１】
各回路は基準電位を共通としているため、トランスなどの絶縁素子なしに構成することができ、回路を小型化できる。さらに、電源回路１４は、負電圧整流回路１４ａ、発振回路１４ｂ、正電圧整流回路１４ｃは、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、抵抗等で構成されており、電源リレー等を必要としていないため、ワンチップ化することも可能である。
なお、この実施例では、出力素子１３として、汎用品を使用できるよう、発振回路１４ｂの前後に負電圧整流回路１４ａ、正電圧整流回路１４ｃを配置しているが、発振回路の構成は、図３に示したものだけでなく、他の方式でもよい。要は、異常検知手段１１が、演算器の異常を検知し、交番信号２１が停止するのに伴い、電源回路１４が出力素子１３への電源供給を確実に停止するようにすればよい。
【００２２】
図４は図３の電源回路の具体例における各部電圧の動作を示した図である。
電源回路１４への入力である交番信号２１の電圧をVin、負電圧整流回路１４ａの出力電圧をV1、発振回路１４ｂの出力電圧をV2、正電圧整流回路１４ｃの出力電圧をVoutとする。
負電圧整流回路１４ａは、交番信号を入力として負の直流電圧を出力する整流回路であるため、Vinが発振状態を継続する間は、負電圧整流回路１４ａにより、V1は負の直流電圧を出力する。もし異常検知手段１１が演算器の異常を検知しVinが発振状態を停止すると、コンデンサＣ１からＣ２への電圧のチャージがされず、ダイオードＤ１およびＤ２を介してV1は基準電位と繋がるため、停止したときの出力電圧が低電位側であろうと高電位側であろうと、V1は基準電位のままとなる。
【００２３】
発振回路１４ｂは、負の直流電圧を入力として負電圧側に発振する交番信号を出力する回路であるため、V1が負の直流電圧である間は、発振回路１４ｂによりV2は負電圧側に発振する交番信号となり、一方、V1が基準電位である場合は、V2も発振を停止し、基準電位のままとなる。
正電圧整流回路１４ｃは、交番信号を入力として正の直流電圧を出力する整流回路である。V2が負電圧側に発振する交番信号である間は、正電圧整流回路１４ｃにより、V2が負電圧であるときにダイオードＤ４を通してコンデンサＣ４が充電され、V2が基準電圧となったときにコンデンサＣ４の電荷がダイオードＤ５を通して移動してコンデンサＣ５が充電され、Voutは正の直流電圧となり、V2が発振を停止すると、コンデンサＣ４からＣ５への電圧のチャージがされないため、Voutは基準電位のままとなる。
【００２４】
このような動作により、異常検知手段１１が、演算器の異常を検知し、交番信号２１が停止して、Vinが発信状態を停止すると、負電圧整流回路１４ａの出力電圧V1が基準電位となり、発振回路１４ｂの発振が停止して出力電圧V2も基準電位となり、最終的に、正電圧整流回路１４ｃの出力Voutも基準電位となり、出力素子１３への電源２３の供給が停止されることなる。
なお、この実施例では、異常検知手段１１を演算器１２と個別に設けたが、図５に示されるように、演算器１２の内部に組み込むようにしてもよい。
【００２５】
［実施例２］
図６は本発明の実施例２における電源回路の構成を示す図である。
実施例１では、交番信号の電圧Vinに基づいて、出力素子１３への電源を供給するようにしたが、Vinは異常検知手段１１が出力する信号であるため、出力素子１３を駆動するための電力が不足する可能性がある。
このような場合には、入力に正電圧の直流電源VCCに接続した電力増幅用トランジスタＴ０を追加した負電圧整流回路１４ａ’としてもよい。トランジスタＴ０は、異常検知手段１１が出力するVinをスイッチングのトリガとして、VCCをON/OFFして電力を増幅された交番信号を出力する。
このように構成すれば、電力が増幅された交番信号が負電圧整流回路１４ａ’に入力され、出力素子１３を駆動するための電力が確保できる。仮にＴ０が短絡し、VCCが負電圧整流回路１４ａ’へ流れ込んだとしても、VCCが正の直流電圧であることから、負電圧整流回路１４ａ’が負電圧を生成できず、後段の発振回路１４ｂを駆動できないため、最終的な出力Voutを生成することができない。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００２６】
［実施例３］
図７は本発明の実施例３における電源回路の構成を示す図である。
本実施例では、正電圧整流回路１４ｃ’の入力側にトランジスタＴ３を設けて、そのベース側に、発振回路１４ｂの出力電圧V2を供給し、エミッタ側を接地、コレクタ側をコンデンサＣ４に接続し、コレクタ−コンデンサＣ４間に接続された抵抗Ｒ２、及びダイオードＤ４、コンデンサＣ５を、出力素子１３の動作電圧より低い基準電位Vccに接続する。
このような回路構成により、負電圧整流回路１４ａ、発振回路１４ｂを経由した負電圧側に発振する交番信号を正電圧整流回路１４ｃ’で整流することにより得られる正の直流電圧を基準電位に加えて出力素子１３の動作電圧とし、負電圧整流回路１４ａ、発振回路１４ｂの出力電圧は基準電位と出力素子１３の動作電圧の差で良いため小さくすることができ、電源回路１４の同一ボードへの搭載を一層容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、正常時には交番信号を出力し、異常時には交番信号の出力を停止する異常検知手段からの出力を変換して、信号出力を生成する出力素子の電源とすることにより、電源リレーを使用することなく、演算装置と同一のボードにてフェールセーフな信号出力を実現できるので、低コストでしかも高い信頼性を確保した保安用通信装置として広く採用されることが期待される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  通信装置
１１  異常検知手段
１２  演算器
１３  出力素子
１４  電源回路
２１  交番信号
２２  信号出力
２２’信号出力
２３  電源
１４ａ  負電圧整流回路
１４ｂ  発振回路
１４ｃ  正電圧整流回路
【図１】
0005753067.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005753067.tif 000008