(57)【要約】【課題】過電流遮断素子の発熱による影響を受けずにスイッチング素子を強制的にオフに制御する過電流保護装置を実現する。【解決手段】スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路の過電流保護装置において、前記スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子と、前記スイッチング素子に直列接続された過電流検出回路と、を有する。【選択図】                    図１
2005012923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路の過電流保護装置において、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子と、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流検出回路と、
を有することを特徴とする過電流保護装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子の破壊電流をＩａ、前記過電流遮断素子の遮断電流をＩｂ，前記過電流検出回路の動作電流をＩｃとするとき、
Ｉａ＞Ｉｂ＞Ｉｃに選定したことを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。
【請求項３】
前記過電流検出回路は、前記動作電流Ｉｃを検出したときに前記スイッチング素子を制御する演算処理装置に異常信号を通知することを特徴とする請求項１又は２記載の過電流保護装置。
【請求項４】
前記演算処理装置は、前記異常信号を受けたときに前記スイッチング素子を強制的にオフに制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項５】
前記過電流遮断素子は、過電流による素子温度が所定値を超えたときにその抵抗値が急変する特性を有するサーミスタ素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項６】
一端が共通接続された同一定格（定格電流：Ｉｄ）を有する複数の負荷の夫々の他端に前記演算処理装置により選択的に２値制御される複数のスイッチング素子（破壊電流：Ｉａ）の一端が接続され、これらスイッチング素子の他端が夫々過電流遮断素子（遮断電流：Ｉｂ）を介して共通接続され、この共通接続点が過電流検出回路（動作電流：Ｉｃ）および電源を介して前記負荷の共通接続点に接続されると共に、
Ｉａ＞ＩｂかつＩｃ＞Ｉｄに選定したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の過電流保護装置。
【請求項７】
前記演算処理装置は、プログラマブルコントローラであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や製造ライン等の制御に用いられるプログラマブルコントローラ（以下：ＰＬＣ）の演算処理装置により２値制御されるスイッチング素子を介してランプ，  モータ等の外部機器（以下：負荷）への電源接続をオンオフ制御する出力回路における過電流保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子を用いた過電流保護装置は、特許文献に開示されている。
【０００３】
【特許文献】
特開平６−２４４４１４「半導体素子の保護回路ならびにこれを有する半導体装置」
【０００４】
図３は、ＰＬＣの演算処理装置とスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。１はＰＬＣの主要部を形成する演算処理装置、２はトランジスタやＦＥＴで実現されるスイッチング素子であり、演算処理装置１プログラムによる信号Ｓにより２値制御される。
【０００５】
３及び４はＰＬＣの出力端子であり、スイッチング素子２の出力電極（コレクタ，  エミッタ）が接続されている。５はランプで例示した負荷、６は電池で例示した電源であり、これらは直列接続されて前記出力端子３，  ４に接続されている。出力端子３，  ４を境界として演算処理装置１及びスイッチング素子２側の領域（Ａ）がＰＬＣ内部であり、負荷５及び電源６側の領域（Ｂ）が外部機器である。
【０００６】
このような基本構成では、結線ミスにて負荷５の端子がショートしていた場合にＰＬＣ内のスイッチング素子２をオンに制御した場合には、スイッチング素子２に大きな電流が流れ、スイッチング素子２あるいは出力端子３，  ４が焼損することが考えられる。その際には、修理作業が必要となり手間もコストもかかる。
【０００７】
図４は、このような過電流に対する保護装置をＰＬＣ内に有するスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。７はスイッチング素子２回路途中に挿入された保護回路である。この保護回路は、具体的には以下のような回路あるいは電子部品が使用できる。
【０００８】
（ｉ）ヒューズを使用する。大きな電流が流れた場合には切れ、他の部分の破損を防ぐ。切れた場合にはヒューズを交換する。
（ｉｉ）一定以上の電流が流れることを遮断する過電流遮断素子を使用する。この素子は、大きな電流が流れた際に、抵抗値が増大して電流を流れなくする特性を持つ。
（ｉｉｉ）一定以上の電流が流れていることを検出する、過電流検出回路を使用し、過電流を検出したことを演算処理装置１に異常信号ＡＲにより通知する。演算処理装置１はこの通知を受けたときにスイッチング素子２を強制的にオフに制御する。更に演算処理装置１を通じて異常発生を記録に残す、あるいは、他の機器に通知する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
（１）前記（ｉ）項のヒューズの使用では、作動後に人手による交換が必要であり、メンテナンスが極めて煩雑となる。
（２）前記（ｉｉ）の過電流遮断素子の使用では、素子抵抗値が増大する際に熱が発生する。素子に電圧がかかり続ける間発熱し続けるため、長時間に渡り動作した場合、高熱により周辺の部品やプリント基板などの破損する可能性がある。
（３）前記（ｉｉｉ）の過電流検出回路の使用では、電流値の増大を検出してからスイッチング素子２をオフにして出力電流を遮断するまでに演算処理装置１を経由するため一般に時間がかかる。その間にスイッチング素子２を破壊するおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、前記（ｉｉ）の過電流遮断素子の使用と前記（ｉｉｉ）の過電流検出回路の使用を組み合わせることにより、過電流遮断素子の発熱による影響を受けずにスイッチング素子を強制的にオフに制御する過電流保護装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の構成は次の通りである。
（１）スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路の過電流保護装置において、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流遮断素子と、
前記スイッチング素子に直列接続された過電流検出回路と、
を有することを特徴とする過電流保護装置。
【００１２】
（２）前記スイッチング素子の破壊電流をＩａ、前記過電流遮断素子の遮断電流をＩｂ，前記過電流検出回路の動作電流をＩｃとするとき、
Ｉａ＞Ｉｂ＞Ｉｃに選定したことを特徴とする（１）記載の過電流保護装置。
【００１３】
（３）前記過電流検出回路は、前記動作電流Ｉｃを検出したときに前記スイッチング素子を制御する演算処理装置に異常信号を通知することを特徴とする（１）又は（２）記載の過電流保護装置。
【００１４】
（４）前記演算処理装置は、前記異常信号を受けたときに前記スイッチング素子を強制的にオフに制御することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の過電流保護装置。
【００１５】
（５）前記過電流遮断素子は、過電流による素子温度が所定値を超えたときにその抵抗値が急変する特性を有するサーミスタ素子であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の過電流保護装置。
【００１６】
（６）一端が共通接続された同一定格（定格電流：Ｉｄ）を有する複数の負荷の夫々の他端に前記演算処理装置により選択的に２値制御される複数のスイッチング素子（破壊電流：Ｉａ）の一端が接続され、これらスイッチング素子の他端が夫々過電流遮断素子（遮断電流：Ｉｂ）を介して共通接続され、この共通接続点が過電流検出回路（動作電流：Ｉｃ）および電源を介して前記負荷の共通接続点に接続されると共に、
Ｉａ＞ＩｂかつＩｃ＞Ｉｄに選定したことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の過電流保護装置。
【００１７】
（７）前記演算処理装置は、プログラマブルコントローラであることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の過電流保護装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は本発明を適用した過電流保護装置の一例を示す回路構成図であり、図５の従来装置で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
本発明の特徴点は、スイッチング素子を介して負荷への電源供給をオンオフ制御する出力回路において、過電流遮断素子と過電流検出回路とをスイッチング素子に直列接続した構成にある。
【００２０】
図１において、１０は過電流遮断素子、１１は過電流検出回路であり、これらはＰＬＣ内部でスイッチング素子２に直列接続されている。スイッチング素子２の破壊電流をＩａ、過電流遮断素子１０の遮断電流をＩｂ，過電流検出回路１１の動作電流をＩｃとするとき、
Ｉａ＞Ｉｂ＞Ｉｃに選定されている。
【００２１】
過電流が発生した場合の動作につき説明する。過電流検出回路１１は、動作電流Ｉｃを検出したときにスイッチング素子２を制御する演算処理装置１に異常信号ＡＲを通知し、演算処理装置１は、異常信号ＡＲを受けたときにスイッチング素子２を強制的にオフに制御する。
【００２２】
演算処理装置１が異常信号ＡＲを検知後、スイッチング素子２を強制的にオフするまでの時間に、さらに電流が過電流遮断素子１０の遮断電流Ｉｂ以上に増加しようとした場合には、この過電流遮断素子１０の特性によりスイッチング素子２への電流を遮断電流Ｉｂに抑制する。
【００２３】
過電流遮断素子１０の動作時間は、演算処理装置１が異常信号ＡＲを受けてスイッチング素子２を強制的にオフに制御するまでの短期間であり、周囲への発熱影響はほとんどない。
【００２４】
過電流遮断素子１０は、過電流による素子温度が所定値を超えたときにその抵抗値が急変する特性を有するポリマ系ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ素子で実現される。このようなサーミスタ素子は、ポリスイッチ（レイケム社の商品名）として市販されており、電気的な特性は、インターネットのＵＲＬ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒａｙｃｈｅｍ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｏｌｙｓｗｉｔｃｈ／ｐｒｏｄｕｃｔ／）で公開されている。
【００２５】
図５は、ポリマ系ＰＴＣサーミスタ素子の素子温度と素子抵抗特性図である。温度が１２５度より１５０度の間で１Ωから１０ｋΩに急増する。過電流による温度上昇がなくなれば素子抵抗は元の低抵抗状態に戻る可逆特性を持つので、フーズのように交換するメンテナンスは不要である。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施形態を示す回路構成図である。ＰＬＣでは、複数の負荷をオンオフ制御する場合に、コネクタの端子数削減のためにマイナス電圧側を共通にする場合が多い。この例ではプラス側の出力端子４本に対して１本のマイナス側の出力端子により、４個の負荷をオンオフ制御している。
【００２７】
５１乃至５５は、一端が共通接続（Ｐ点）された同一定格を有する複数の負荷である。これら負荷の夫々の他端は、演算処理装置１の信号Ｓ１乃至Ｓ４により選択的に２値制御される複数のスイッチング素子２１乃至２４の一端に接続されている。
【００２８】
これらスイッチング素子２１乃至２４の他端は、夫々過電流遮断素子１０１乃至１０４を介して共通接続（Ｑ点）され、この共通接続点が共通の過電流検出回路１１を介してマイナス側の出力端子４に接続される。この出力端子４と負荷の共通接続点Ｐ間に電源６が接続される。
【００２９】
このような接続関係において、スイッチング素子２１乃至２４の破壊電流をＩａ、過電流遮断素子１０１乃至１０４の遮断電流をＩｂ。過電流検出回路１１の動作電流をＩｃ、スイッチング素子２１乃至２４の定格電流をＩｄとしたとき、
Ｉａ＞ＩｂかつＩｃ＞Ｉｄに選定する。
【００３０】
このような電流レベルの選定によれば、選択されてオンとされたスイッチング素子２１乃至２４のいずれかの電流が定格値Ｉｄを超えて過電流検出回路１１の動作電流をＩｃ以上になれば、異常信号ＡＲが演算処理装置１に通知され、スイッチング素子２１乃至２４を強制的にオフとする。
【００３１】
即ち、図２に示す回路では、過電流検出回路１１は、負荷５１乃至５４のいずれに異常が発生したかは判別せず、過電流遮断素子１０１のみにて異常が発生した場合でも、過電流遮断素子１０１乃至１０４に備えられるスイッチング素子２１乃至２４を強制的にオフとする。
【００３２】
また、演算処理装置１が異常信号ＡＲを検知後、スイッチング素子２１乃至２４を強制的にオフするまでの時間に、更に電流が増加すれば、各スイッチング素子２１乃至２４に直列挿入された過電流遮断素子１０１乃至１０４により、電流は破壊電流Ｉａより小さい遮断電流Ｉｂに制限される。
【００３３】
この実施形態の特徴は、出力端子の資源節減と同時に過電流検出回路１１を共通に１個設ける構成にある。一般に、過電流遮断素子を出力トランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子に個別に組み込むことは比較的容易であるが、過電流検出回路は他のヒューズや電流遮断素子等と比較して複雑高価な機構となる場合が多い。よって、過電流検出回路１１を共通に１個設ける構成により過電流検出回路数を減らすことができ、全体構成の簡略化とコストダウンを行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果を期待することができる。
（１）ヒューズ交換のように人手を煩わせることがない。
（２）過電流遮断素子を単独に用いた場合のように、発熱による二次的な破壊を引き起こす可能性が少ない。
（３）過電流検出回路の使用により、異常の発生を記録に残す、あるいは他の機器へ通知することを容易に行うことができる。
（４）過電流遮断素子としてサーミスタ素子の使用により、メンテナンスフリーとすることができるので、ＰＬＣ内部に組み込むことが容易であり、ＰＬＣの信頼性向上とコストダウンに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した過電流保護装置の一例を示す回路構成図である。
【図２】本発明を適用した過電流保護装置の他の実施形態を示す回路構成図である。
【図３】ＰＬＣの演算処理装置とスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。
【図４】過電流に対する保護装置をＰＬＣ内に有する、従来のスイッチング素子による負荷へのオンオフ電源接続制御の基本構成図である。
【図５】ポリマ系ＰＴＣサーミスタ素子の素子温度と素子抵抗特性である。
【符号の説明】
１  演算処理装置
２  スイッチング素子
３，  ４  出力端子
５  負荷
６  電源
１０  過電流遮断素子
１１  過電流検出回路
【図１】
2005012923.tif 000003
【図２】
2005012923.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005012923.tif 000006
【図５】
2005012923.tif 000007