(57)【要約】【課題】伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、処理能力を維持できる２線式伝送器を提供する。【解決手段】２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けて、物理量の計測を行ない、その測定結果に応じた値あるいは機器状態を示す値の電流信号を外部回路に伝送する２線式伝送器であって、測定結果あるいは機器状態に基づいて伝送電流の値を定める演算制御部と、伝送電流値を検出し、検出した伝送電流値が、演算制御部が定めた値となるように制御する電流制御回路と、電流制御回路と演算制御部との間に設けられ、演算制御部に電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値を変更可能な可変レギュレータ部とを備え、演算制御部は、伝送電流の値にしたがって可変レギュレータ部を制御する。【選択図】図１
2012053819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けて、物理量の計測を行ない、その測定結果に応じた値あるいは機器状態を示す値の電流信号を外部回路に伝送する２線式伝送器であって、
測定結果あるいは機器状態に基づいて伝送電流の値を定める演算制御部と、
伝送電流値を検出し、検出した伝送電流値が、前記演算制御部が定めた値となるように制御する電流制御回路と、
前記電流制御回路と前記演算制御部との間に設けられ、前記演算制御部に電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値を変更可能な可変レギュレータ部とを備え、
前記演算制御部は、前記伝送電流の値にしたがって前記可変レギュレータ部を制御することを特徴とする２線式伝送器。
【請求項２】
前記演算制御部は、
前記伝送電流の値が所定値以下の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値が、前記伝送電流の値が前記所定値超の場合よりも高くなるように前記可変レギュレータ部を制御することを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
【請求項３】
前記伝送電流の値が所定値以下の場合は、機器状態を示す値の電流信号を伝送する場合であることを特徴とする請求項２に記載の２線式伝送器。
【請求項４】
前記演算制御部にクロック信号を供給するクロック供給回路をさらに備え、
前記クロック供給回路は、前記伝送電流の値が所定値以下の場合であっても、前記クロック信号の周波数を低減しないことを特徴とする請求項２または３に記載の２線式伝送器。
【請求項５】
前記演算制御部は、
前記伝送電流の値が最大値となる場合に、前記電流制御回路の入出力電位差が、前記電流制御回路が動作可能な最小入出力電位差以上となるように前記可変レギュレータ部を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の２線式伝送器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けて、温度、湿度等の物理量の計測を行ない、その測定結果に応じた値の電流信号を外部回路に伝送する２線式伝送器に関し、特に、伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、処理能力を維持できる２線式伝送器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２線式伝送器は、２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けて、温度、湿度等の物理量の計測を行ない、その測定結果に応じた値の電流信号を外部回路に伝送する。
【０００３】
図５は、従来の２線式伝送器の構成を示すブロック図である。本図に示すように、２線式伝送器３００は、外部回路２００と２本の伝送線を介して接続されており、演算制御部３１０、内部回路３２０、電流制御部３３０、定電圧回路３４０、クロック供給回路３５０を備えている。
【０００４】
電流制御部３３０は、外部回路２００に伝送する電流信号を制御するブロックであり、電流制御回路３３１、検出抵抗Ｒｓ、ツェナーダイオードＺｄ、コンデンサＣ１を備えている。
【０００５】
内部回路３２０は、計測機能を有しており、物理量を計測して計測結果を演算制御部３１０に出力する。演算制御部３１０は、計測結果に基づく制御信号を電流制御回路３３１に出力する。
【０００６】
電流制御回路３３１は、外部回路２００に伝送する電流Ｉｏが、計測結果に対応した電流値となるように制御する。伝送電流Ｉｏの電流値は、一般に、４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で計測結果を示すように定められている。
【０００７】
なお、電流制御回路３３１は、一端が外部回路２００に接続され、他端が接地された検出抵抗Ｒｓにおける電圧降下を検出することにより伝送電流Ｉｏの制御を行なう。また、外部回路２００は、内部電源Ｖｄにより２線式伝送器３００に電力を供給し、検出抵抗Ｒｉにより、伝送電流Ｉｏの検出を行なう。
【０００８】
電流制御回路３３１から出力された伝送電流Ｉｏは、定電圧回路３４０に流れ、演算制御部３１０、内部回路３２０、クロック供給回路３５０の電源電流に供される。これらの消費電流が、伝送電流Ｉｏよりも小さい場合、余剰の電流は定電圧回路３４０と並列に接続されたツェナーダイオードＺｄに流れる。これにより、ノードＶＣの電圧はツェナー電圧Ｖｚにクランプされ過大な電圧上昇を抑えられるとともに、ツェナーダイオードＺｄと並列に接続されたコンデンサＣ１は最大の充電状態となる。
【０００９】
なお、演算制御部３１０は、クロック供給回路３５０が供給するクロックで動作を行なう。クロック供給回路３５０が供給するクロックを変更することにより、演算制御部３１０の処理能力、消費電流を調整することができる。２線式伝送器では、消費電流が伝送電流Ｉｏを超えないように設計されているが、本図の従来例では、コンデンサＣ１が設けられていることにより、消費電流が一時的に伝送電流Ｉｏを超過できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２６９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、２線式伝送器３００において伝送電流Ｉｏは、一般に、４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で計測結果を示すように定められている。しかしながら、２線式伝送器３００では、自己診断により異常が検出された場合等に、出力電流Ｉｏを、４ｍＡを下回る値（例えば、３．２ｍＡ）とする、いわゆるバーンアウト出力を行なう場合がある。
【００１２】
このように伝送電流Ｉｏが小さくなった場合にも、２線式伝送器３００は、外部回路２００から供給される電力で動作を行なう必要がある。しかしながら、小さい伝送電流Ｉｏのもとで、演算制御部３１０を通常の処理能力で動作させようとすると、定電圧回路３４０に流れる電流で、通常動作に必要な電流をまかなうことができなくなり、演算制御部３１０の動作に支障をきたすおそれがある。これを避けるためには、バーンアウト出力状態では、消費電流を少なくするために処理能力を落とさざるを得ないという問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、処理能力を維持できる２線式伝送器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】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の２線式伝送器は、２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けて、物理量の計測を行ない、その測定結果に応じた値あるいは機器状態を示す値の電流信号を外部回路に伝送する２線式伝送器であって、測定結果あるいは機器状態に基づいて伝送電流の値を定める演算制御部と、伝送電流値を検出し、検出した伝送電流値が、前記演算制御部が定めた値となるように制御する電流制御回路と、前記電流制御回路と前記演算制御部との間に設けられ、前記演算制御部に電源電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値を変更可能な可変レギュレータ部とを備え、前記演算制御部は、前記伝送電流の値にしたがって前記可変レギュレータ部を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明の２線式伝送器によれば、伝送電流値にしたがってＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値を変化させることができるため、伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、処理能力を維持することができる。
【００１６】
より具体的には、前記演算制御部は、前記伝送電流の値が所定値以下の場合に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに印加する電圧値が、前記伝送電流の値が前記所定値超の場合よりも高くなるように前記可変レギュレータ部を制御することができる。前記伝送電流の値が所定値以下の場合は、例えば、機器状態を示す値の電流信号を伝送する場合とすることができる。すなわち、バーンアウト出力状態である。
【００１７】
また、前記演算制御部にクロック信号を供給するクロック供給回路をさらに備え、前記クロック供給回路は、前記伝送電流の値が所定値以下の場合であっても、前記クロック信号の周波数を低減しないようにすることができる。
【００１８】
また、前記演算制御部は、前記伝送電流の値が最大値となる場合に、前記電流制御回路の入出力電位差が、前記電流制御回路が動作可能な最小入出力電位差以上となるように前記可変レギュレータ部を制御することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の２線式伝送器によれば、伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、処理能力を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の２線式伝送器の構成を示すブロック図である。
【図２】可変レギュレータ部のクランプ電圧制御を説明する図である。
【図３】電圧変更部の処理動作を説明するフローチャートである。
【図４】可変レギュレータ部のクランプ電圧制御の別例を示す図である。
【図５】従来の２線式伝送器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の２線式伝送器の構成を示すブロック図である。本図に示すように、２線式伝送器１００は、外部回路２００と２本の伝送線を介して接続されており、演算制御部１１０、内部回路１２０、電流制御部１３０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０、クロック供給回路１５０を備えている。外部回路２００は、内部電源Ｖｄにより２線式伝送器１００に電力を供給し、検出抵抗Ｒｉにより、伝送電流Ｉｏの検出を行なう。
【００２２】
電流制御部１３０は、外部回路２００に伝送する電流Ｉｏを制御するブロックであり、電流制御回路１３１、検出抵抗Ｒｓ、可変レギュレータ部１３２、コンデンサＣ１を備えている。
【００２３】
可変レギュレータ部１３２は、一端が電流制御回路１３１と接続され、他端が接地されており、バーンアウト出力状態ではない通常動作時において、従来のツェナーダイオードＺｄと同様に、伝送電流Ｉｏの余剰電流を流すとともに、過大な電圧上昇を抑え、コンデンサＣ１を充電させる役割を担っている。なお、コンデンサＣ１、クロック供給回路１５０の機能については従来と同様である。
【００２４】
本実施形態の可変レギュレータ部１３２は、さらに、演算制御部１１０から送られるＶＺｓｅｔ信号にしたがって、クランプ電圧を変更することができるようになっている。ここでは、通常電圧と高電圧とに切替えられるものとする。ただし、後述するように、３段階以上、あるいは、連続的に変化可能としてもよい。
【００２５】
可変レギュレータ部１３２の構成は任意であるが、例えば、異なるツェナー電圧のツェナーダイオードを複数備え、ＶＺｓｅｔ信号によって経路を切替えるように構成したり、可変定電圧回路を用いて構成したりすることができる。
【００２６】
内部回路１２０は、温度、湿度等の物理量を計測する計測機能を有しており、物理量を計測して計測結果を演算制御部１１０に出力する。
【００２７】
演算制御部１１０は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェース回路等から構成され、内部回路１２０から入力した計測結果に基づいて数値演算等を行ない、計測結果を示す信号Ｉｏｓｅｔを生成して、電流制御回路３３１に出力する。また、演算制御部１１０は、機器内部等の状態についての自己診断機能を備えており、自己診断の結果、異常が検出されると、伝送電流Ｉｏがバーンアウト出力となるような信号Ｉｏｓｅｔを生成して、電流制御回路３３１に出力する。
【００２８】
さらに、演算制御部１１０は、電圧変更部１１１を備えており、伝送電流Ｉｏがバーンアウト出力となる場合に、可変レギュレータ部１３２のクランプ電圧を変更させるためのＶＺｓｅｔ信号を可変レギュレータ部１３２に出力する。クランプ電圧が２段階に変更可能な場合は、ＶＺｓｅｔ信号は、２値の１ビット信号とすることができる。
【００２９】
電流制御回路１３１は、演算制御部１１０からの制御信号Ｉｏｓｅｔにしたがい、外部回路２００に伝送する電流Ｉｏが、計測結果に対応した電流値となるように制御する。伝送電流Ｉｏの電流値は、一般に、４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で計測結果を示すように定められている。なお、電流制御回路１３１は、一端が外部回路２００に接続され、他端が接地された検出抵抗Ｒｓにおける電圧降下を検出することにより伝送電流Ｉｏの制御を行なう。
【００３０】
電流制御回路１３１からの伝送電流Ｉｏの経路は、可変レギュレータ部１３２、コンデンサＣ１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０において、可変レギュレータ部１３２のクランプ電圧Ｖｚが電圧Ｖｄｄに変換される。
【００３１】
電圧Ｖｄｄは、演算制御部１１０、内部回路３２０、クロック供給回路３５０の電源として供給される。このように、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０を用いているため、伝送電流Ｉｏが小さい場合であっても、入力電圧が高ければ通常動作に十分な電力を演算制御部１１０や内部回路１２０に供給することができる。
【００３２】
ここで、可変レギュレータ部１３２のクランプ電圧Ｖｚの設定について説明する。クランプ電圧Ｖｚは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の入力電圧となるため、高電圧の方が、より大きな電力を演算制御部１１０や内部回路１２０に供給することができる。
【００３３】
しかしながら、一般に、電流制御回路１３１は、動作に必要な最小入出力電位差が定められており、クランプ電圧Ｖｚを高くすると、電流制御回路１３１の動作に必要な最小入出力電位差が確保できなくなる問題がある。
【００３４】
すなわち、図１に示すように、２線式伝送器１００の入力電圧をＶ０とし、電流制御回路１３１の入出力電位差をＶ１とすると、
Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖｚ＋Ｒｓ・Ｉｏ
が成り立つ。この式から、電流制御回路１３１の動作に必要な最小入出力電位差をＶ１ｍｉｎとすると、以下の制約条件が得られる。
Ｖｚ≦Ｖ０−Ｖ１ｍｉｎ−Ｒｓ・Ｉｏ
ところで、図２（ａ）に示すように、Ｖ０は、伝送電流Ｉｏが最大のとき最小となり、Ｒｓ・Ｉｏは、伝送電流Ｉ０が最大のとき最大となるため、制約条件は、伝送電流Ｉｏが最大のときを考慮して、クランプ電圧Ｖｚを定めればよいことになる。伝送電流Ｉｏの最大値は、例えば、２２．５ｍＡとすることができる。
【００３５】
しかしながら、制約条件を満たすクランプ電圧Ｖｚを固定とすると、伝送電流Ｉｏが小さいバーンアウト出力において、十分な電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４０に供給できないおそれがある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、伝送電流Ｉｏが小さい場合は、Ｒｓ・Ｉｏも小さくなり、その分、クランプ電圧Ｖｚを大きくしてもＶ１ｍｉｎを確保できることに注目し、図２（ｂ）に示すように、バーンアウト出力においては、クランプ電圧を通常よりも高くすることにより、十分な電力をＤＣ−ＤＣコンバータ１４０に確実に供給できるようにする。
【００３７】
すなわち、伝送電流Ｉｏの最大値をＩｏｍａｘとし、そのときの入力電圧をＶ０ｍｉｎとし、伝送電流Ｉｏの最小値をＩｏｍｉｎとし、そのときの入力電圧をＶ０ｍａｘとした場合に、
Ｖｚｎ≦Ｖ０ｍｉｎ−Ｖ１ｍｉｎ−Ｒｓ・Ｉｏｍａｘ
Ｖｚｈ≦Ｖ０ｍａｘ−Ｖ１ｍｉｎ−Ｒｓ・Ｉｏｍｉｎ
を満たすような、なるべく大きなＶｚｎとＶｚｈをクランプ電圧として定め、切替えるようにすればよい。なお、２線式伝送器１００の入力電圧Ｖ０が不安定の場合等には、Ｖ０ｍｉｎ、Ｖ０ｍａｘとも、入力電圧Ｖ０の最小電圧値を用いて、クランプ電圧Ｖｚｎ、Ｖｚｈを定めるようにする。
【００３８】
図３は、電圧変更部１１１の処理動作を説明するフローチャートである。本図に示すように、通常動作状態においては（Ｓ１０１：Ｎｏ）、クランプ電圧がＶｚｎとなるように可変レギュレータ部１３２を制御し（Ｓ１０２）、バーンアウト出力状態においては（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、クランプ電圧がＶｚｎより大きなＶｚｈとなるように可変レギュレータ部１３２を制御する（Ｓ１０３）。
【００３９】
以上の処理を繰り返すことにより、バーンアウト出力状態になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の入力電圧が上昇し、演算制御部１１０や内部回路１２０への供給電力を増大することができる。したがって、伝送電流がバーンアウト出力状態となった場合にも、クロック供給回路１５０が供給するクロック信号の周波数を低減させる必要はなく、処理能力を維持することが可能となる。
【００４０】
なお、上記の例では、可変レギュレータ部１３２はクランプ電圧を、バーンアウト出力か否かに応じてＶｚｎ、Ｖｚｈの２段階で切替えるようにしていた。しかしながら、本発明では、バーンアウト出力状態において、可変レギュレータ部１３２のクランプ電圧が、伝送電流Ｉｏが最大値の場合のクランプ電圧よりも高ければ足り、図４（ａ）に示すように、伝送電流Ｉｏの値に応じて、Ｖｚ１、Ｖｚ２、Ｖｚ３…の３段階以上で切替えるようにしてもよい。さらには、図４（ｂ）に示すように、伝送電流Ｉｏの値に応じて、アナログ的に変化させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１００…２線式伝送器、１１０…演算制御部、１１１…電圧変更部、１２０…内部回路、１３０…電流制御部、１３１…電流制御回路、１３２…可変レギュレータ部、１４０…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１５０…クロック供給回路、２００…外部回路、３００…２線式伝送器、３１０…演算制御部、３２０…内部回路、３３０…電流制御部、３３１…電流制御回路、３４０…定電圧回路、３５０…クロック供給回路
【図１】
2012053819.tif 000003
【図２】
2012053819.tif 000004
【図３】
2012053819.tif 000005
【図４】
2012053819.tif 000006
【図５】
2012053819.tif 000007