(57)【要約】  絶縁電源回路４が生成した電源電圧により駆動され、コントローラ５によって処理された信号に応答する絶縁回路７の受光素子９ａにより出力されるゲート信号により、負荷である出力機器に接続された外部電源をＯＮ／ＯＦＦ制御する出力トランジスタを備えて構成されるデジタル出力回路であって、受光素子９と出力トランジスタ１７のソースまたはエミッタとの間の配線接続の接続未接続を２箇所において切り替える第１の接続切り替え機構１４ａおよび第２の接続切り替え機構１４ｂを有する配線切り替え機能部１４と、出力トランジスタ１３のタイプに対応して受光素子９の出力論理の反転を調整する論理調整機能部２０と、を備えて、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成とを切り替える。
2016121114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁電源回路が生成した電源電圧により駆動され、コントローラによって処理された信号に応答する絶縁回路内の受光素子により出力されるゲート信号により、負荷である出力機器に接続された外部電源をＯＮ／ＯＦＦ制御する出力トランジスタを備えて構成されるデジタル出力回路であって、
前記受光素子と前記出力トランジスタのソースまたはエミッタとの間の配線接続の接続未接続を２箇所において切り替える第１の接続切り替え機構および第２の接続切り替え機構を有する配線切り替え機能部と、
前記出力トランジスタのタイプに対応して前記受光素子の出力論理の反転を調整する論理調整機能部と、
を具備することにより、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成とを切り替える、
ことを特徴とするデジタル出力回路。
【請求項２】
前記論理調整機能部は、前記コントローラと前記絶縁回路との間に介在するインターフェースを含み、
前記デジタル出力回路に実装する出力トランジスタのタイプに対応して出力論理の反転を調整する機能を、前記コントローラもしくは前記インターフェースが実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデジタル出力回路。
【請求項３】
前記絶縁電源回路は、前記外部電源とは異なる専用電源からの電源電圧が昇降圧回路にて昇降圧された動作電圧を引き込むことにより、当該動作電圧を前記絶縁回路に対して出力可能であり、
前記絶縁電源回路は、前記外部電源とは異なる電圧範囲の電力供給を要する高速タイプの絶縁回路を実装可能とする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたデジタル出力回路。
【請求項４】
コンプリメンタリ型もしくはピンコンパチブル型のトランジスタ素子で前記出力トランジスタを置き換えることによって、前記シンク電流タイプの回路構成と前記ソース電流タイプの回路構成との間で回路構成のタイプを切り替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたデジタル出力回路。
【請求項５】
前記論理調整機能部は、フィルタ回路もしくはドライブ回路によって構成される調整回路を含み、
前記調整回路は、前記出力トランジスタのタイプにしたがって前記ゲート信号のＯＮ／ＯＦＦ切替え幅を制御することにより、ＯＮ／ＯＦＦ切替えの応答速度差を調整する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたデジタル出力回路。
【請求項６】
前記コントローラが、前記論理調整機能部に代わって、前記回路構成のタイプに対応した前記出力トランジスタのタイプを認識する場合、前記タイプにしたがって前記ゲート信号のＯＮ／ＯＦＦ切替え幅を制御することにより、前記コントローラが、前記出力トランジスタのタイプによるＯＮ／ＯＦＦ切替えの応答速度差を調整する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載されたデジタル出力回路。
【請求項７】
前記コントローラが、前記回路構成のタイプに対応する出力トランジスタのタイプを認識する場合、前記コントローラから信号を受信したアナログチャネルおよびアナログスイッチにて配線接続の切り替えを行うことにより、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成との間で回路構成のタイプを切り替える、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のデジタル出力回路。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載されたデジタル出力回路を備えるプリント配線基板において、
前記デジタル出力回路に実装される前記出力トランジスタのタイプに対応してプリント配線に対する配線接続の切替え処理を行い、あるいは当該プリント配線上において部品の実装状態と非実装状態との間の選択により同一のプリント配線基板上でシンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成との間で回路構成のタイプを切り替え可能とした、
ことを特徴とするプリント配線基板。
【請求項９】
請求項８に記載のプリント配線基板を内蔵するプログラマブルコントローラを含む工業機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への電源供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する出力トランジスタが実装されたデジタル出力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
プログラマブルコントローラを含む工業機器は、ユーザの様々な用途に対応するために、シンク電流を用いて入力機器および出力機器を制御するタイプと、ソース電流を用いて入力機器および出力機器を制御するタイプとが存在する。出力トランジスタに電界効果トランジスタを用いる場合、シンク電流タイプにおいてはＮ型の出力トランジスタが用いられ、ソース電流タイプにおいてはＰ型の出力トランジスタが用いられる。出力トランジスタにバイポーラトランジスタを用いる場合、シンク電流タイプにおいてはｎｐｎ型の出力トランジスタが用いられ、ソース電流タイプにおいてはｐｎｐ型の出力トランジスタが用いられる。【０００３】
以下、本明細書においては、シンク電流タイプの回路構成において使用するＮ型の電界効果トランジスタおよびｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを総称してＮ型の出力トランジスタと呼ぶ。同様に、ソース電流タイプの回路構成において使用するＰ型の電界効果トランジスタおよびｐｎｐ型のバイポーラトランジスタを総称してＰ型の出力トランジスタと呼ぶ。【０００４】
ユーザの様々な用途に対応するため、電子部品の製造業者は、シンク電流タイプの製品とソース電流タイプの製品を両者共にラインナップする必要があり、当該製品が有するプリント配線基板の品種も増大する。【０００５】
ここで、下記特許文献１および特許文献２には、シンク電流タイプとソース電流タイプの出力回路を同一基板上に少ない個数の部品を使用して実現し、当該基板上において部品の実装状態と非実装状態とを切り替える又は部品同士の間の配線接続を切り替えることにより、基板品種を削減する技術が開示されている。【０００６】
特許文献１の技術では、プログラマブルコントローラにおいて、外部電源と出力トランジスタのベース電極との間の接続経路を切り替えることにより、同一基板上において出力回路の回路構成をシンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替えることを可能にしている。【０００７】
特許文献２では、プリント配線の接続経路を切り替えると共に、絶縁回路パッケージの実装位置を切り替えることにより、同一基板上において、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成との間で出力回路の回路構成を切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２３６１４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、回路構成がシンク電流タイプおよびソース電流タイプのいずれであるかに応じて出力トランジスタにゲート信号を出力する受光素子の出力論理を配線接続の切り替えにより反転させるために４ケ所の配線接続切替え箇所を設けている。したがって、同一基板でシンク電流タイプの出力回路及びソース電流タイプの出力回路の切り替えを可能としても、配線接続切替え箇所が回路構成のタイプに応じて多くなるので、出力回路を実装するプリント配線基板の工数削減効果および製造コスト削減効果が充分ではない。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、工業機器に内蔵された同一のプリント配線基板において、出力回路の回路構成を、従来よりも少ない個数の配線接続切替え箇所を使用して、シンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替え可能なデジタル出力回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、内部絶縁電源電圧により駆動され、かつ、コントローラによって処理された信号に応答する絶縁回路内の受光素子と、前記受光素子より出力されるゲート信号により負荷である出力機器に接続された外部電源をＯＮ／ＯＦＦ制御する出力トランジスタで構成されるデジタル出力回路であって、前記受光素子と前記出力トランジスタのソースまたはエミッタとの間の配線接続を切り替える配線切り替え機能部と、前記出力トランジスタのタイプに対応して前記受光素子の出力論理の反転を調整する論理調整機能部と、を具備することにより、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成との間で回路構成を切り替えることを特徴とするデジタル出力回路を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、工業機器に内蔵された同一のプリント配線基板において、出力回路の回路構成を、受光素子の出力論理の反転を行う仕組みを別途設けることで、従来よりも少ない個数の配線接続切替え箇所を使用して、シンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替え可能なデジタル出力回路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】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る工業機器および当該工業機器に接続される出力機器と外部電源を示す回路図
【図２】高速タイプの絶縁回路を用いたシンク電流タイプの出力回路構成の実施例
【図３】高速タイプの絶縁回路を用いたソース電流タイプの出力回路構成の実施例
【図４】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なＰ型の電界効果トランジスタ
【図５】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なフィルタ回路
【図６】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なフィルタ回路
【図７】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なドライバ回路
【図８】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なドライバ回路
【図９】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
【図１０】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
【図１１】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なフォトトランジスタを含む絶縁回路
【図１２】実施の形態１に係る出力回路に実装可能なフォトＩＣを含む絶縁回路
【図１３】フォトトランジスタを有する絶縁回路を用いたシンク電流タイプの出力回路構成の実施例
【図１４】フォトトランジスタを有する絶縁回路を用いたソース電流タイプの出力回路構成の実施例
【図１５】従来技術におけるデジタル出力回路の回路構成
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態にかかるデジタル出力回路について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では工業機器はプログラマブルコントローラであるとしているが、本発明を実施することが可能な形態はこれに限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る工業機器および当該工業機器に接続される出力機器と外部電源を示す回路図である。図２および図３は、図１に示す出力回路において採用可能な２種類の回路構成を例示する回路図である。図２の回路構成がシンク電流タイプに対応し、図３の回路構成がソース電流タイプに対応する。
【００１６】
図１を参照すると、工業機器１は、工業機器１の演算部として機能するコントローラ５と、後述するゲート信号を出力する受光素子９を内蔵する絶縁回路７と、外部電源１７をＯＮ／ＯＦＦ制御する出力トランジスタ１３と、を備える。さらに、工業機器１は、絶縁回路７および出力トランジスタ１３を含む回路素子および配線を実装するプリント配線基板１８と、出力回路２に接続されている出力端子１５および共通端子１６を備える。コントローラ５は、工業機器１の演算部として機能し、図示されない内部電源により駆動される。絶縁回路７は、受光素子９と発光素子８とを有して構成される。受光素子９は、コントローラ５によって処理された信号に応答して、出力トランジスタ１３に対してゲート信号を出力する。出力トランジスタ１３は、当該ゲート信号に従って出力機器１９への電源をＯＮ／ＯＦＦ制御する。プリント配線基板１８は、コントローラ５と、絶縁回路７と、出力トランジスタ１３と、電源接続用の端子２４Ａ，２４Ｂと、これらの各構成部間を電気的に接続する配線とを実装する回路基板である。
【００１７】
本実施の形態に従って実現される出力回路２は、工業機器１に内蔵されるプリント配線基板１８上において、受光素子９と出力トランジスタ１３のソース電極またはエミッタ電極との間の配線を切り替える配線切り替え機能部１４をさらに具備している。図１において、配線切り替え機能部１４は、配線切り替え機能を具現するための２つの配線切り替え機構である第１の接続切り替え機構１４ａおよび第２の接続切り替え機構１４ｂによって構成される。なお、第１および第２の接続切り替え機構（１４ａ，１４ｂ）としては、ジャンパスイッチが例示される。また、本実施の形態に従って実現される出力回路２は、プリント配線基板１８上において、後述する論理判定調整機能を実現するインターフェース６をさらに具備している。インターフェース６は、コントローラ５と絶縁回路７との間に介在するインターフェース回路であり、出力トランジスタ１３のタイプに従って論理の反転を調整することが可能な回路または機構として実装することが可能である。
【００１８】
図１においては、本実施の形態の第１の実施例を構成する基本部分である主要機能部が、工業機器１の演算部であるコントローラ５、インターフェース６、フィルタ回路もしくはドライブ回路として機能する調整回路１２、絶縁回路７と出力トランジスタ１３によって構成される出力回路２、絶縁回路７に内部絶縁電源電圧を生成して印加する絶縁電源回路４、ならびに工業機器１に接続される出力機器１９ならびに出力機器１９を駆動するための電源である外部電源１７で構成されている。なお、インターフェース６および調整回路１２は、論理調整機能部２０を構成する。また、図１で例示する調整回路１２は、フィルタ回路である。
【００１９】
絶縁電源回路４は、絶縁回路７および出力トランジスタ１３に対して電源電圧を印加するための電源出力端１０Ａおよび絶縁ＧＮＤ端１１Ａを備えると共に、発光素子８に電源電圧を印加するための電源端１０ＢおよびＧＮＤ端１１Ｂに接続される。電源出力端１０Ａおよび絶縁ＧＮＤ端１１Ａと、電源端１０ＢおよびＧＮＤ端１１Ｂとは、互いに絶縁されている。なお、図１では、電源出力端１０Ａから＋Ｖ１、電源端１０Ｂから＋Ｖ２の電圧が接続されるものとしているが、Ｖ１＝Ｖ２であってもよい。また、図示のように、外部電源１７とは別個の電源として、工業機器１の内部回路を動作させるために専用電源２５を用いる場合、専用電源２５からの電源電圧を昇降圧回路２４にて昇降圧し、昇降圧した電圧を引き込んで、専用電源２５からの電流を絶縁し、動作電圧として絶縁電源回路４に供給をすることも可能である。絶縁電源回路４に対して上記のように電源供給することにより、当該昇降圧した電圧を電源出力端１０Ａ，電源端１０Ｂから絶縁回路７に対して動作電圧として印加するように絶縁電源回路４を機能させることが可能となる。
【００２０】
上述の通り、図２は、シンク電流タイプに対応した工業機器１の回路構成例である。特に、シンク電流タイプの出力回路を構成する際、図１でも示しているが、絶縁回路７としては、高速タイプの絶縁回路７ａを用いて構成し、出力トランジスタ１３としては、図１でも示しているが、Ｎ型の電界効果トランジスタである出力トランジスタ１３ａを用いて構成し、外部電源１７は、出力トランジスタ１３ａのソース電極に低電位側の電圧を印加する外部電源１７ａを使用する。また、図２において、接続切り替え機構１４ｂは、出力トランジスタ１３ａのソース電極および受光素子９の絶縁ＧＮＤ端１１Ａに接続し、第１の接続切り替え機構１４ａは未接続とする。ここで、第２の接続切り替え機構１４ｂは、０Ωの抵抗を有すると想定している。
【００２１】
また、上述の通り、図３は、ソース電流タイプに対応した工業機器１の回路構成例である。図２と同様に、高速タイプの絶縁回路である絶縁回路７ａを用いる一方で、出力トランジスタ１３としては、図４に示すＰ型の電界効果トランジスタである出力トランジスタ１３ｂを使用し、外部電源１７は、出力トランジスタ１３ｂのソース電極に高電位側の電圧を印加する外部電源１７ｂを使用する。また、第１の接続切り替え機構１４ａは、出力トランジスタ１３ｂのソースおよび受光素子９に接続されて受光素子９と共に電源電圧＋Ｖ１が印加され、第２の接続切り替え機構１４ｂは未接続である。ここで、第１の接続切り替え機構１４ａは０Ωの抵抗を有すると想定している。
【００２２】
本実施の形態は、同一基板上で、出力回路２の回路構成を、シンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替えることを可能とする構成を開示する。本実施の形態は、プリント配線基板１８上に実装される出力トランジスタ１３のタイプにしたがってプリント配線の各々の配線接続切り替え処理あるいは当該プリント配線上への部品の実装状態と非実装状態との間の選択により上記のような構成を実現する。
【００２３】
以下、本実施の形態に係るデジタル出力回路の要点について説明する。本実施の形態は、外部電源１７（１７ａ，１７ｂ）とは別個に、工業機器１の内部回路を動作させるために専用に設けた専用電源２５を用い、専用電源２５からの電源電圧を昇降圧回路２４にて昇降圧し、絶縁電源回路４にて専用電源２５からの電流を絶縁することにより、動作電圧を絶縁回路７に対して供給する。また、同一のプリント配線基板１８上において、出力回路２の回路構成をシンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替える機能を実現する。この機能は、配線切り替え機能部１４によって実現される。より具体的に説明すると、本実施の形態に係る配線切り替え機能部１４は、Ｎ型の出力トランジスタ１３ａおよびＰ型の出力トランジスタ１３ｂのそれぞれに対応して、２箇所の配線接続を切り替えることができる配線切り替え機能部１４を具備する。このような配線切り替え機能部１４を備えることにより、本実施の形態に係る出力回路２は、シンク電流タイプの回路構成とソース電流タイプの回路構成とを同一のプリント配線基板１８上で実現している。
【００２４】
本実施の形態においては、工業機器１に内蔵された同一のプリント配線基板１８において、配線切り替え機能部１４の他に、受光素子９の出力論理の反転を行う仕組みであるインターフェース６を別途設けている。したがって、本実施の形態においては、特許文献１に比べて、配線接続の切り替え箇所を４箇所から２箇所に削減可能となる。また、本実施の形態は、出力トランジスタ１３のタイプ毎の特性差による応答速度差を、フィルタ回路またはドライブ回路である調整回路１２を使用して調整可能とすることができる。本実施の形態は、出力トランジスタ１３のタイプに応じた論理の反転をインターフェース６を使用して調整可能とすることができる。したがって、本実施の形態は、シンク電流タイプの回路構成を採る出力回路２とソース電流タイプの回路構成を採る出力回路２との間の性能差を調整することが可能となる。以上のように、出力トランジスタ１３のタイプ毎の特性差による応答速度差または論理の反転を調整するために、調整回路１２またはインターフェース６のいずれを使用することも可能である。したがって、図１から図３に示す論理調整機能部２０は、応答速度差または論理の反転を調整するための調整回路１２およびインターフェース６の両者を総称する機能部である。
【００２５】
以下、プリント配線基板１８を内蔵する工業機器１のより詳細な動作原理についてさらに具体的に説明する。本実施の形態のデジタル出力回路がＮ型の出力トランジスタを実装しており、以下において後述するインターフェース６の論理反転機能を使用しない場合におけるデジタル出力回路の動作について説明する。出力機器１９に接続された外部電源１７をＯＮする動作の一実施例は以下のとおりである。コントローラ５から出力される出力信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに変化すると、絶縁回路７内の発光素子８に電流が流れ、発光素子８が点灯することにより受光素子９がＯＮし、絶縁電源回路４から生成された内部絶縁電源電圧＋Ｖ１０Ａと絶縁ＧＮＤ端１１Ａとの間に生じる電位差によって、出力トランジスタ１３ａのゲート−ソース間またはベース−エミッタ間に電位差が発生し、出力トランジスタ１３ａがＯＮ状態となり、出力機器１９に接続された外部電源１７から出力機器１９に電流が流れる。
【００２６】
上記と同様に、後述するインターフェース６の論理反転機能を使用しないとした場合、出力機器１９に接続された外部電源１７をＯＦＦする動作の一実施例は以下のとおりである。コントローラ５から出力される出力信号の電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化すると、絶縁回路７内の発光素子８に電流が流れなくなり、前記発光素子８が点灯しないことにより、受光素子９がＯＦＦし、出力トランジスタ１３ａのゲート−ソース（ベース−エミッタ）間に電位差が発生しなくなり、出力トランジスタ１３ａがＯＦＦ状態となり、出力機器１９に接続された外部電源１７から出力機器１９に電流が流れない。
【００２７】
前述のとおり、Ｎ型の出力トランジスタを用いるシンク電流タイプの回路構成では、本実施の形態は、出力トランジスタ１３ａのソース電極またはエミッタ電極から見てゲート電極またはベース電極においてプラスの電位を発生させることにより、出力機器１９に電流を流すことが可能となる。しかし、Ｐ型の出力トランジスタ１３ｂを用いるソース電流タイプの回路構成では、出力トランジスタ１３ｂのソース電極またはエミッタ電極から見てゲート電極またはベース電極においてマイナスの電位を発生することにより、出力機器１９に電流を流すことが可能となる。
【００２８】
コントローラ５が、出力トランジスタのタイプを認識し、当該認識結果にしたがって出力電圧レベルの論理を変更する機能を有する場合には、インターフェース６は省略することが可能である。逆に、コントローラ５が、出力トランジスタのタイプを認識し、出力電圧レベルの論理を変更できない場合には、Ｎ型またはＰ型の出力トランジスタ１３ではソース電極またはエミッタ電極とゲート電極またはベース電極との間に印加される信号の論理が反転してしまう。したがって、コントローラ５が上記タイプを認識できない場合には、本実施の形態は、インターフェース６内で論理を反転させることによって論理調整が可能となる。また、インターフェース６は、出力トランジスタ１３のタイプにしたがって論理の反転を調整することが可能な任意の機構として実装することが可能である。代替的に、当該論理を調整する機能は、コントローラ５に内蔵された機能、コントローラ５の外部に設けられた機能、論理が反転した絶縁回路７ｂへの置き換え機能または絶縁後の論理を調整する機能を持つ調整回路１２”ｂもしくはその他の素子としても実装可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
シンク電流タイプの出力回路とソース電流タイプの出力回路を切り替える際、Ｎ型の出力トランジスタをＰ型の出力トランジスタで置き換えるが、出力回路２の性能を同等にするためにコンプリメンタリな出力トランジスタによって既存の出力トランジスタを置き換えることが可能である。また、本実施の形態においては、コンプリメンタリな出力トランジスタによる置き換えに限らず、特性の近いＮ型の出力トランジスタとＰ型の出力トランジスタのように互いにピンコンパチブルな関係にあるトランジスタ素子によって既存の出力トランジスタを置き換えても構わない。
【００３０】
本実施の形態においては、Ｎ型の出力トランジスタ１３ａとＰ型の出力トランジスタ１３ｂとの間の特性の違いにより、出力機器１９に接続された外部電源１７をＯＮ／ＯＦＦ切替えする応答速度に差が生じる。したがって、本実施の形態においては、調整回路１２が、出力トランジスタ１３ａ，１３ｂのＯＮ状態若しくはＯＦＦ状態の時間幅を変更することにより応答速度を調整する。例えば、Ｐ型の出力トランジスタの応答速度が、Ｎ型の出力トランジスタの応答速度よりも遅い場合、調整回路１２内の抵抗とコンデンサを用い、Ｐ型の出力トランジスタとＮ型の出力トランジスタで素子の定数を変更することで、応答速度差を調整することが可能となる。当該応答速度差を調整する機能は、上記の応答速度を調整することが可能な任意の機構により実装可能である。当該応答速度差を調整することが可能な機構は、出力トランジスタのゲートに出力するゲート信号、ＯＮ状態もしくはＯＦＦ状態のいずれかの時間幅を調整する図５のフィルタ回路１２’ａもしくは図６の１２’ｂまたは応答速度を調整する図７のドライバ回路１２”ａもしくは図８の１２”ｂによって実現可能である。また、当該応答速度差を調整することが可能な機構は、コントローラ５が、ＯＮ／ＯＦＦ制御のゲート信号幅を制御する構成とすることによっても実現可能である。また、当該応答速度差を調整することが可能な機構は、これらに限定されるものではない。ただし、工業機器１の特定の仕様または出力回路の特定の構成によっては、応答速度差を調整する必要がない場合は、応答速度差を調整する回路若しくは機能は省略することができる場合がある。
【００３１】
なお、本実施の形態では、出力トランジスタ１３ａおよび１３ｂとして電界効果トランジスタを用いたが、図９の出力トランジスタ１３’ａまたは図１０の出力トランジスタ１３ｂ’のようなバイポーラ型トランジスタを用いることも可能である。
【００３２】
さらに、第１および第２の接続切り替え機構（１４ａ，１４ｂ）は０Ωの抵抗を有すると仮定しているが、本実施の形態においては、出力回路２のタイプに合わせて選択的に配線接続を手動で切り替えることが可能である。また、本実施の形態においては、コントローラ５が出力回路２の回路構成のタイプを認識し、当該認識の結果にしたがってアナログスイッチまたはアナログチャネルなどを用いて、出力回路２の回路構成のタイプに合わせて選択的に配線接続を切り替える機構を採用することもできる。
【００３３】
出力端子１５と共通端子１６においてダイオードである保護回路、フィルタ回路を挿入する、または出力トランジスタ１３と絶縁回路７との間もしくは絶縁回路７とコントローラ５との間に、論理を安定させるプルアップ抵抗、プルダウン抵抗またはノイズ対策フィルタを設けることも可能である。
【００３４】
絶縁回路７の受光素子９が図１１のフォトトランジスタ９’または図１、図１２のフォトＩＣ９ａ、９ｂである場合、シンク電流タイプの回路構成を有する出力回路の一実施例を図１３に示す。また、絶縁回路７の受光素子９がフォトトランジスタ９’である場合、ソース電流タイプの回路構成を有する出力回路の一実施例を図１４に示す。
【００３５】
図１３では、出力トランジスタ１３’ａはＮ型の出力トランジスタとして用いられ、接続切り替え機構１４ｂは、出力トランジスタ１３’ａのエミッタと絶縁ＧＮＤ端１１に接続されるとともに、第１の接続切り替え機構１４ａは未接続としている。また、図１４では、出力トランジスタ１３’ｂはＰ型の出力トランジスタとして用いられ、第１の接続切り替え機構１４ａは出力トランジスタ１３ｂのエミッタと内部絶縁電源＋Ｖ１０Ａに接続されるとともに、第２の接続切り替え機構１４ｂは未接続としている。
【００３６】
絶縁回路７の発光素子８は双方向型の発光素子に限定されず、かつ絶縁回路７は、電気的に絶縁できる回路あるいは素子であれば任意の素子であってよく、受光素子９はフォトトランジスタまたはフォトＩＣに限定されるものではない。
【００３７】
以上より、本実施の形態によれば、工業機器１に内蔵された同一のプリント配線基板１８において、受光素子９の出力論理の反転を行う仕組みである論理調整機能部２０を別途設けることで、より少ない個数の配線接続切替え箇所を使用して、出力回路２の回路構成をシンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替え可能なデジタル出力回路を得ることができるという効果を奏する。
【００３８】
加えて、本実施の形態によれば、同一のプリント配線基板１８において、出力回路２の回路構成を、シンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替える際に、シンク電流タイプとソース電流タイプの素子特性の違いを吸収する仕組みを実現することができる。したがって、本実施の形態は、少ない個数の部品を使用しながら、シンク電流タイプとソース電流タイプとの間で同一性能を維持したまま回路構成を切り替えることが可能な出力回路２を得ることができるという効果を奏する。
【００３９】
本実施の形態と従来技術のデジタル出力回路方式との比較のために、特許文献１の主要機能部、当該主要機能部に接続される出力機器ならびに外部電源を示す回路構成を図１５に示す。図１５に示す特許文献１の出力回路方式は、プログラマブルコントローラの切り替え動作により、外部電源と出力トランジスタのベース電極との間の接続経路を切り替える。これにより、特許文献１の出力回路方式は、同一基板上において出力回路の回路構成をシンク電流タイプとソース電流タイプとの間で切り替えることを可能にしている。また、特許文献２の出力回路方式は、特許文献１のプリント配線の接続経路を切り替えると共に、絶縁回路パッケージの実装位置を切り替えることで、同一基板でシンク電流タイプの出力回路及びソース電流タイプの出力回路を切り替えている。
【００４０】
一般的な工業機器に接続される出力機器用の外部電源の電圧範囲は様々であるが特許文献１および特許文献２においては、絶縁回路に接続される電源と出力トランジスタ駆動用の電源が出力機器用の外部電源と同一である。加えて、負荷となる出力機器が誘導性負荷または容量性負荷である場合には、工業機器内の出力回路は、出力機器の負荷の影響を少なからずとも受ける。したがって、当該工業機器に接続される負荷の種類によっては、工業機器内の出力回路が誤動作する可能性があった。
【００４１】
さらに、出力回路において、高速タイプの絶縁回路を用いる場合、高速タイプの絶縁回路用に別途電源が必要となるが、絶縁回路駆動用の電源と出力機器用の外部電源とでは出力すべき電圧の適正範囲が異なることがある。したがって、絶縁回路駆動用の電源と出力トランジスタ駆動用の電源が、出力機器用の外部電源と同一の電源から電力を供給される場合には、素子または電源の選択に関して以下の制限があった。まず、工業機器に接続する出力機器は、高速タイプの絶縁回路に用いられる駆動用電源が出力すべき適正な電圧範囲に依存して、適切な電圧範囲を出力可能な電源を選択しなくてはならない。また、高速タイプの絶縁回路を用いるに際して、出力機器の外部電源が出力可能な電圧範囲内において正常に駆動することが可能な高速タイプの絶縁回路を選定する必要がある。
【００４２】
さらに、絶縁回路駆動用の電源と出力トランジスタ駆動用の電源とが、出力機器用の外部電源と同一の電源から電力を供給される場合、複数の出力機器の各々に電力を供給するチャネル毎に外部電源から絶縁回路に接続された端子へ配線を施す必要がある。その結果、特許文献１および特許文献２の技術においては、出力機器の接続のための配線工数が増加する。また、外部電源から単一配線によって絶縁回路に接続された端子へ接続する場合、単一配線に全チャネル分の絶縁回路駆動用電流が流れてしまう。したがって、複数の出力機器に電力を供給するチャネルの総数を単一配線が許容できる電流範囲内のチャネル数に制限するか、または絶縁回路の駆動能力を落とす必要があるので、出力回路の応答速度が制限されてしまうという課題があった。
【００４３】
しかし、工業機器１の内部回路を動作させるために外部電源１７とは異なる専用電源２５を用いる場合、専用電源２５からの電源電圧を昇降圧回路２４にて昇降圧し、昇降圧した電圧を引き込んで、専用電源２５からの電流を絶縁することを目的として絶縁電源回路４を使用可能であることが知られている。当該使用目的においては、当該昇降圧した電圧を内部絶縁電源＋Ｖ１０Ａと絶縁ＧＮＤ端１１Ａから絶縁回路７に対して動作電圧として出力するように絶縁電源回路４を機能させることが可能である。
【００４４】
絶縁電源回路４を上記のように機能させれば、本実施の形態は、出力機器１９の誘導性負荷または容量性負荷に起因するインピーダンス変動により工業機器１内の出力回路２が誤動作する可能性を回避することができる。また、外部電源１７が出力可能な電圧範囲が絶縁回路７を駆動可能な電圧範囲と異なっていても、上記の絶縁と昇降圧を行うようにすれば、絶縁回路７に対して適切な電圧範囲の電源電圧を供給することが可能である。また、絶縁電源回路４内での上述した電源の絶縁を行うことにより、単一配線に全チャネル分の絶縁回路７駆動用電流が流れることがない。したがって、接続する出力機器の個数または種類による制限を受けることなく、出力機器１９を工業機器１に配線接続するのに必要な配線工数を軽減することができる。
【００４５】
以上より、本実施の形態によれば、内部絶縁電源を用いることで、出力機器の負荷の種類および絶縁回路駆動能力を制限せずに配線接続に必要な配線工数を軽減し、接続する出力機器の個数または種類による制限を受けることなく、出力回路２の応答速度の高速化を実現することが可能なデジタル出力回路を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  工業機器、２  出力回路、４  絶縁電源回路、５  コントローラ、６  インターフェース、７ａ  高速タイプの絶縁回路、７ｂ  高速タイプの絶縁回路、７’  汎用タイプの絶縁回路、８  発光素子、９  受光素子、９ａ  フォトＩＣ、９ｂ  フォトＩＣ（９ａの論理反転）、９’  フォトトランジスタ、１０Ａ，１０Ｂ  電源出力端、１１Ａ，１１Ｂ  絶縁ＧＮＤ端、１２，１２’ａ，１２’ｂ，１２”ａ，１２”ｂ  調整回路、１３ａ  出力トランジスタ、１３’ａ，１３ｂ，１３’ｂ  出力トランジスタ、１４  配線切り替え機能部、１４ａ  第１の接続切り替え機構、１４ｂ  第２の接続切り替え機構、１５  出力端子、１６  共通端子、１７  外部電源、１８  プリント配線基板、１９  出力機器、２０  論理調整機能部、２４  昇降圧回路、２５  専用電源。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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