(57)【要約】【課題】スイッチを構成する素子に存在する寄生ダイオードによる悪影響を防止することができる二重化出力装置を提供する。【解決手段】出力モジュール１０には、出力スイッチ１１Ａと直列に接続されたスイッチ１４Ａと、出力スイッチ１１Ｂと直列に接続されたスイッチ１４Ｂとが、それぞれ設けられている。出力モジュール２０には、出力スイッチ２１Ａと直列に接続されたスイッチ２４Ａと、出力スイッチ２１Ｂと直列に接続されたスイッチ２４Ｂとが、それぞれ設けられている。【選択図】図１
2008109795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力モジュールの出力をつき合わせて構成された二重化出力装置において、
前記出力モジュールは、逆流防止ダイオードと並列に接続されたスイッチング素子からなる回路を備えることを特徴とする二重化出力装置。
【請求項２】
スイッチング素子を備えた複数の出力モジュールの出力を突き合わせて構成された二重化出力装置において、
前記出力モジュールは、
前記スイッチング素子と直列に接続されたスイッチと、
前記スイッチと並列に、かつ前記スイッチング素子の寄生ダイオードと逆方向に接続された逆流防止ダイオードと、
からなる回路を備えることを特徴とする二重化出力装置。
【請求項３】
前記出力モジュールの使用時には当該出力モジュールの前記スイッチをオンに設定し、当該出力モジュールの待機時には前記スイッチをオフに設定することを特徴とする請求項２に記載の二重化出力装置。
【請求項４】
前記出力モジュールには、それぞれ外部負荷が接続される前記回路が複数チャンネル設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の二重化出力装置。
【請求項５】
前記スイッチは、前記複数チャンネル間で同期して同一の状態をとることを特徴とする請求項４に記載の二重化出力装置。
【請求項６】
前記スイッチはＦＥＴにより構成され、前記逆流防止ダイオードは前記ＦＥＴの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の二重化出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力装置にて出力を突き合わせて構成された二重化出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセスオートメーション用制御機器に与える信号を出力する出力モジュールを２台用いることによりモジュールを二重化し、信頼性を向上させた装置が知られている。このような装置では、一方の出力モジュールを制御側、他方の出力モジュールを待機側として用いる。制御側の出力モジュールから機器に電圧や電流信号を供給し、制御側の動作に回路故障等による異常が発生した場合には、制御権を他方の出力モジュールに切り替える。このように、制御側に異常が発生した場合には、制御側と待機側とを入れ替えることで、動作を継続させて連続制御を可能とし、プラント等の稼働率を向上させることができる。
【０００３】
図３は、従来の装置の構成例を示す回路図である。
【０００４】
図３に示すように、出力モジュール１１０は、リレー等の外部負荷３Ａに対応して設けられた出力スイッチ１１Ａおよび内部負荷１２Ａと、リレー等の外部負荷３Ｂに対応して設けられた出力スイッチ１１Ｂおよび内部負荷１２Ｂと、ヒューズ１５と、により構成される。
【０００５】
また、出力モジュール１２０は、リレー等の外部負荷３Ａに対応して設けられた出力スイッチ２１Ａおよび内部負荷２２Ａと、リレー等の外部負荷３Ｂに対応して設けられた出力スイッチ２１Ｂおよび内部負荷２２Ｂと、ヒューズ２５と、により構成される。
【０００６】
出力スイッチ１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２２ＢはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されており、図３において、スイッチと並列に接続されたダイオードはＦＥＴの寄生ダイオードを意味している。
【０００７】
出力モジュール１１０および出力モジュール１２０は互いに突き合わされており、上記のように一方が制御側として、他方が待機側として、それぞれ使用される。なお、通常、ダイオードを介して２つの出力モジュールを突き合わせる構成が採られるが、ダイオードによる電圧降下や発熱が許容できない場合に、図３に示す構成が採られる。
【０００８】
出力モジュール１１０および出力モジュール１２０には外部電源４が接続され、制御側の出力モジュールの出力スイッチを動作させることで、外部負荷３Ａ，３Ｂに信号を出力する。例えば、図３において、出力モジュール１１０が制御側となっている場合には、出力スイッチ１１Ａおよび出力スイッチ１１Ｂを動作させることで、外部負荷３Ａおよび外部負荷３Ｂに信号を与える。この間、待機側の出力モジュール１２０の出力スイッチ２１Ａおよび出力スイッチ２１Ｂはオフ状態とされる。
【０００９】
特許文献１には、二重化された入出力モジュールを備えたプラント制御システムが記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２８５６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３に示す装置は自己診断機能を備えており、待機側の出力モジュールの各スイッチについて定期的にオン／オフ診断が実施され、スイッチが固着していないことを確認している。また、例えば図３のＰ点の電圧を監視することで、給電の有無を確認するほか、各スイッチに流れる負荷電流について過電流等の異常がないか確認している。
【００１２】
しかし、配線の断線やヒューズ切れにより待機側の出力モジュールへの外部電源４の給電が停止した場合であっても、制御側の出力モジュールの出力スイッチがオンしていると、制御側からの出力が待機側のスイッチの寄生ダイオードを介して電流を流し込むという現象が発生する場合がある。
【００１３】
例えば、図３において、出力モジュール１１０が制御側であった場合、ヒューズ２５が切断されていたとしても、スイッチ１１Ａからスイッチ２１Ａの寄生ダイオードを介して外部電源４からの電流が流れ込み、Ｐ点の電圧を押し上げる。このため、Ｐ点の電圧を監視していても、待機側の出力モジュール１２０では、ヒューズ２５の切断を検出することができない。したがって、実際に出力モジュール１２０に制御権が切り替えられて始めて、信号が出力できないことに気づくことになる。
【００１４】
また、上記のような寄生ダイオードによる電流パスの存在が、各種診断に影響を与える可能性もある。例えば、上記のように、寄生ダイオードによりＰ点の電圧が上昇するため、スイッチ２１Ａあるいはスイッチ２１Ｂのオン固着と誤診断される可能性がある。
また、制御側の１１Ａがオン、１１Ｂがオフの状態にてＰ点に電源が供給されていない状態にて待機側の２１Ｂがオン固着故障となった場合に、正常であれば、負荷３Ｂに信号が供給されないところ制御側の１１Ａの出力信号が待機側モジュールの２１Ａの寄生ダイオード経由２１Ｂにて負荷３Ｂに信号を供給してしまう問題が発生する。
【００１５】
本発明の目的は、スイッチを構成する素子に存在する寄生ダイオードによる悪影響を防止することができる二重化出力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の二重化出力装置は、出力モジュールの出力をつき合わせて構成された二重化出力装置において、
前記出力モジュールは、逆流防止ダイオードと並列に接続されたスイッチング素子からなる回路を備えることを特徴とする。
この二重化出力装置によれば、スイッチング素子の寄生ダイオードと逆方向に接続された逆流防止ダイオードを備えるので、寄生ダイオードによる悪影響を防止することができる。
【００１７】
また、本発明の二重化出力装置は、スイッチング素子を備えた複数の出力モジュールの出力を突き合わせて構成された二重化出力装置において、前記出力モジュールは、前記スイッチング素子と直列に接続されたスイッチと、前記スイッチと並列に、かつ前記スイッチング素子の寄生ダイオードと逆方向に接続された逆流防止ダイオードと、からなる回路を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記出力モジュールの使用時には当該出力モジュールの前記スイッチをオンに設定し、当該出力モジュールの待機時には前記スイッチをオフに設定してもよい。
【００１９】
前記出力モジュールには、それぞれ外部負荷が接続される前記回路が複数チャンネル設けられていてもよい。
【００２０】
前記スイッチは、前記複数チャンネル間で同期して同一の状態をとってもよい。
【００２１】
前記スイッチはＦＥＴにより構成され、前記逆流防止ダイオードは前記ＦＥＴの寄生ダイオードであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の二重化出力装置によれば、スイッチング素子の寄生ダイオードと逆方向に接続された逆流防止ダイオードを備えるので、寄生ダイオードによる悪影響を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１および図２を参照して、本発明による二重化出力装置の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の二重化出力装置の構成を示す回路図である。
【００２５】
図１に示すように、出力モジュール１０は、リレー等の外部負荷３Ａに対応して設けられた出力スイッチ１１Ａおよび内部負荷１２Ａと、リレー等の外部負荷３Ｂに対応して設けられた出力スイッチ１１Ｂおよび内部負荷１２Ｂと、ヒューズ１５と、を備える。
【００２６】
また、出力モジュール２０は、リレー等の外部負荷３Ａに対応して設けられた出力スイッチ２１Ａおよび内部負荷２２Ａと、リレー等の外部負荷３Ｂに対応して設けられた出力スイッチ２１Ｂおよび内部負荷２２Ｂと、ヒューズ２５と、を備える。
【００２７】
このように、出力モジュール１０および出力モジュール２０には、それぞれ外部負荷３Ａに接続される回路、および外部負荷３Ｂに接続される回路の２チャンネルの回路が設けられている。
【００２８】
さらに、出力モジュール１０には、出力スイッチ１１Ａと直列に接続されたスイッチ１４Ａと、出力スイッチ１１Ｂと直列に接続されたスイッチ１４Ｂとが、それぞれ設けられている。
【００２９】
また、出力モジュール２０には、出力スイッチ２１Ａと直列に接続されたスイッチ２４Ａと、出力スイッチ２１Ｂと直列に接続されたスイッチ２４Ｂとが、それぞれ設けられている。
【００３０】
すべてのスイッチは互いに独立して制御可能とされている。ただし、スイッチ１４Ａとスイッチ１４Ｂ、およびスイッチ２４Ａとスイッチ２４Ｂは、それぞれ同期してスイッチングするように構成してもよい。
【００３１】
図２は、スイッチを構成するＦＥＴの等価回路を示す図である。
【００３２】
出力スイッチ１１Ａおよびスイッチ１４Ａは、それぞれ制御信号により制御されるスイッチング素子としてのＦＥＴにより構成されている。図２に示すように、出力スイッチ１１Ａには、ＦＥＴ１１ａの寄生ダイオード１１ｂが存在し、出力スイッチ１４Ａには、ＦＥＴ１４ａの寄生ダイオード１４ｂが存在する。スイッチ１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂはスイッチ１１Ａと同様に構成され、スイッチ１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂはスイッチ１４Ａと同様に構成されている。また、互いに直列に接続されているスイッチの接続方向も、図２と同様とされている。
【００３３】
図１において、各スイッチと並列に接続されたダイオードはＦＥＴの寄生ダイオードを意味している。図２に示すように、互いに直列に接続されるＦＥＴの向きは互いに反転しているため、図１に示すように、各スイッチ対の寄生ダイオードが互いに逆方向に突き合わされた状態となる。
【００３４】
以上のように構成された出力モジュール１０および出力モジュール２０は出力側で互いに突き合わされており、上記のように一方が制御側として、他方が待機側として、それぞれ使用される。
【００３５】
出力モジュール１０および出力モジュール２０には外部電源４が接続され、制御側の出力モジュールの出力スイッチを動作させることで、外部負荷３Ａ，３Ｂに信号を出力する。
【００３６】
次に、本実施形態の二重化出力装置の動作について説明する。
【００３７】
制御権が出力モジュール１０に与えられている場合、出力モジュール１０のスイッチ１４Ａおよびスイッチ１４Ｂはオン状態とされ、出力スイッチ１１Ａおよび出力スイッチ１１Ｂを制御することで、外部負荷３Ａおよび外部負荷３Ｂに所定の信号を与える。
【００３８】
また、制御権が出力モジュール１０に与えられている間、待機側となる出力モジュール２０のスイッチ２４Ａおよびスイッチ２４Ｂはオフ状態に固定される。
【００３９】
一方、制御権が出力モジュール２０に与えられている場合、出力モジュール２０のスイッチ２４Ａおよびスイッチ２４Ｂはオン状態とされ、出力スイッチ２１Ａおよび出力スイッチ２１Ｂを制御することで、外部負荷３Ａおよび外部負荷３Ｂに所定の信号を与える。
【００４０】
また、制御権が出力モジュール２０に与えられている間、待機側となる出力モジュール１０のスイッチ１４Ａおよびスイッチ１４Ｂはオフ状態に固定される。
【００４１】
このように待機側の出力モジュールでは、スイッチ１４Ａ，１４Ｂまたはスイッチ２４Ａ，２４Ｂがオフ状態となっているため、それぞれの寄生ダイオードが逆流防止ダイオードとして有効に機能する。例えば、図１において、出力モジュール２０が待機側の場合には、スイッチ２４Ａおよびスイッチ２４Ｂがオフすることで、それぞれの寄生ダイオードが機能し、制御側の出力モジュール１０の出力が待機側の出力モジュール２０へ回り込むことが防止される。例えば、制御側の出力モジュール１０の出力が図１のＱ点の電圧を上昇させることもなく、電流パスに起因する出力モジュールにおける自己診断への影響を避けることができる。このように、本実施形態では、寄生ダイオードによる電流パスに起因する出力モジュール間の干渉を排除できる。
【００４２】
また、出力部分でのダイオード突き合わせによる構成が、ダイオードによる電圧降下や熱損失により採用できない場合にも、本実施形態の二重化出力装置を適用することが可能である。本実施形態によれば、ダイオード突き合わせによる構成と同様の効果を得ながら、出力モジュールに制御権が与えられた場合にはスイッチ１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂをオンすることにより、これらのスイッチでの電圧降下によるロスを大幅に減少させることができる。
【００４３】
なお、万が一、スイッチ１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂがオフ固着しても、その寄生ダイオードを経由して出力を継続することが可能となる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の二重化出力装置では、スイッチング素子の寄生ダイオードと逆方向に接続された逆流防止ダイオードを備えるので、寄生ダイオードによる悪影響を防止することができる。
【００４５】
上記実施形態では、出力モジュールを二重化した例を示しているが、３つ以上の出力モジュールを突き合わせることもできる。
【００４６】
上記実施形態では、スイッチ１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４ＢをＦＥＴにより構成する例を示したが、これらのスイッチをリレー接点等のメカニカルスイッチと、ダイオードとを組み合わせて構成してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、外部機器に対し信号を出力する出力モジュールへの適用を例示したが、伝送器に給電を行う二重化電源など、本発明による二重化出力装置は、外部に信号や電力を出力する装置全般に広く適用できる。
【００４８】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、スイッチング素子を備えた複数の出力モジュールの出力を突き合わせて構成された二重化出力装置に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一実施形態の二重化出力装置の構成を示す回路図。
【図２】スイッチを構成するＦＥＴの等価回路を示す図。
【図３】従来の二重化出力装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０    出力モジュール
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ  出力スイッチ（スイッチング素子）
１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ  スイッチ（寄生ダイオード）
１４ｂ    寄生ダイオード
【図１】
2008109795.tif 000003
【図２】
2008109795.tif 000004
【図３】
2008109795.tif 000005