(57)【要約】【課題】２重系で構成された駆動装置の半導体スイッチの開放故障及び短絡故障を検出する。【解決手段】負荷１３が第１の半導体スイッチ１１に接続され、第１の半導体スイッチ１１及び第２の半導体スイッチ１２が並列接続又は直列接続されて２重系を構成している駆動装置において、第１の半導体スイッチ１１の入力信号である第１の指令信号と、第２の半導体スイッチ１２の入力信号である第２の指令信号と、負荷１３及び第１の半導体スイッチ１１の接続点の電圧である駆動信号とを比較して、第１の半導体スイッチ１１及び第２の半導体スイッチ１２が正常に動作しているか否かを判定する。【選択図】図１
2016021730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動させる駆動装置の故障を検出する故障検出回路であって、
前記負荷は第１の半導体スイッチに接続されており、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは並列接続又は直列接続されて２重系を構成しており、
前記第１の半導体スイッチの入力信号である第１の指令信号と、前記第２の半導体スイッチの入力信号である第２の指令信号と、前記負荷及び前記第１の半導体スイッチの接続点の電圧である駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする故障検出回路。
【請求項２】
前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは並列接続されて２重系を構成しており、
前記第１の指令信号及び前記第２の指令信号の否定論理和と、前記駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載の故障検出回路。
【請求項３】
前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは直列接続されて２重系を構成しており、
前記第１の指令信号及び前記第２の指令信号の否定論理積と、前記駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載の故障検出回路。
【請求項４】
前記第２の指令信号は前記第１の指令信号を遅延させた信号であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の故障検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を駆動させる駆動装置の故障を検出する故障検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトカプラを用いて、入力信号の状態（ハイレベル又はロウレベル）を検知する入力回路が知られている。このような入力回路の故障を検知するために、特許文献１には、入力信号によりオンオフするフォトカプラに、制御信号によりオンオフするトランジスタを並列接続させ、トランジスタによって入力信号にパルス信号を周期的に重畳することにより、フォトカプラの出力信号から入力回路の故障を検知可能とすることが記載されている。
【０００３】
また、半導体スイッチにより重要な負荷を駆動する場合、その駆動装置が故障するとシステムに重大な影響を与えるおそれがあるため、信頼性の観点から駆動装置を２重系で構成することがある。
【０００４】
図５は、従来の２重系の駆動装置の第１の例を示す回路図である。図５に示す駆動装置３では、指令信号がハイレベルの場合、半導体スイッチ（フォトカプラ）１１，１２がオンし、駆動信号はロウレベルとなり負荷１３に電圧が印加される。また指令信号がロウレベルの場合、半導体スイッチ１１，１２がオフし駆動信号はハイレベルとなる。駆動装置３においては、半導体スイッチ１１，１２を並列に接続する構成としているので、どちらかが開放故障した場合でも正常な方の半導体スイッチで負荷１３のオン、オフができるため、回路機能を満足することができる。
【０００５】
図６は、従来の２重系の駆動装置の第２の例を示す回路図である。図６に示す駆動装置４では、指令信号がハイレベルの場合、半導体スイッチ（フォトカプラ）１１，１２がオンし、駆動信号はロウレベルとなり負荷１３に電圧が印加される。また指令信号がロウレベルの場合、半導体スイッチ１１，１２がオフし駆動信号はハイレベルとなる。駆動装置４においては、半導体スイッチ１１，１２を直列に接続する構成としているので、どちらかが短絡故障した場合でも正常な方の半導体スイッチで負荷１３のオン、オフができるため、回路機能を満足することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２８５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の方法は、２重系の回路ではないため、冗長性を持たせることができなかった。
【０００８】
また、図５に記載の２重系の駆動装置３では、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが短絡故障した場合は、指令信号と関係なく駆動信号がロウレベルとなるために、半導体スイッチの故障を検出することができる。しかしながら、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが開放故障した場合は、正常な方の半導体スイッチが指令信号通りに動作するため正常な駆動信号が出力され、半導体スイッチの開放故障を検出することができない。このため、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが開放故障した後は、駆動装置３は１重系となり信頼性が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
また、図６に記載の２重系の駆動装置４では、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが開放故障した場合は、指令信号と関係なく駆動信号がハイレベルとなるために、半導体スイッチの故障を検出することができる。しかしながら、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが短絡故障した場合は、正常な方の半導体スイッチが指令信号通りに動作するため正常な駆動信号が出力され、半導体スイッチの短絡故障を検出することができない。このため、半導体スイッチ１１，１２のいずれかが短絡故障した後は、駆動装置４は１重系となり信頼性が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、２重系で構成された駆動装置の半導体スイッチの開放故障及び短絡故障を検出することが可能な故障検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る故障検出回路は、負荷を駆動させる駆動装置の故障を検出する故障検出回路であって、前記負荷は第１の半導体スイッチに接続されており、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは並列接続又は直列接続されて２重系を構成しており、前記第１の半導体スイッチの入力信号である第１の指令信号と、前記第２の半導体スイッチの入力信号である第２の指令信号と、前記負荷及び前記第１の半導体スイッチの接続点の電圧である駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る故障検出回路において、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは並列接続されて２重系を構成しており、前記第１の指令信号及び前記第２の指令信号の否定論理和と、前記駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る故障検出回路において、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは直列接続されて２重系を構成しており、前記第１の指令信号及び前記第２の指令信号の否定論理積と、前記駆動信号とを比較して、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチが正常に動作しているか否かを判定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る故障検出回路において、前記第２の指令信号は前記第１の指令信号を遅延させた信号であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２重系で構成された駆動装置のいずれかの半導体スイッチの開放故障及び短絡故障を検出することができ、信頼性が低下したまま使用することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路を備える駆動装置の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路の故障判定動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る故障検出回路を備える駆動装置の回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る故障検出回路の故障判定動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】従来の駆動装置の第１の例を示す回路図である。
【図６】従来の駆動装置の第２の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。実施形態では半導体スイッチとしてフォトカプラを使用しているが、フォトインタラプタ、リレー、トランジスタ等であってもよい。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る故障検出回路を備える駆動装置の回路図である。図１に示す駆動装置１は、負荷１３を駆動させる駆動装置であり、半導体スイッチ１１，１２と、負荷１３と、指令発生回路１４と、故障検出回路１５とを備える。
【００１９】
半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２は並列に接続され、２重系を構成する。半導体スイッチ１１，１２がバイポーラトランジスタにより構成される場合には、コレクタ端子は、電源Ｖｃｃに接続している負荷１３に接続され、エミッタ端子は共通のグラウンドに接続される。
【００２０】
指令発生回路１４は、入力された指令信号ａから、半導体スイッチ１１の入力信号である指令信号ｂと、半導体スイッチ１２の入力信号である指令信号ｃとを生成する。指令信号ｂと指令信号ｃとは異なる信号であればよく、例えば、指令信号ａをそのまま出力させた信号を指令信号ｂとし、指令信号ａをシフトレジスタなどの遅延回路により遅延させた信号を指令信号ｃとする。つまり、指令信号ｃを指令信号ｂを遅延させた信号とする。この場合、指令発生回路１４は図１に示すように、遅延回路のみで構成することができる。そして、指令発生回路１４は、指令信号ｂを半導体スイッチ１１及び故障検出回路１５に出力し、指令信号ｃを半導体スイッチ１２及び故障検出回路１５に出力する。
【００２１】
故障検出回路１５は、指令信号ｂと、指令信号ｃと、負荷１３及び半導体スイッチ１１，１２の接続点の電圧である駆動信号とを比較することにより、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常に動作しているか否かを判定し、判定結果を出力する。具体的には、運転時間の全域において駆動信号が指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理和（ＮＯＲ）と等しい場合に、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２は正常に動作していると判定する。駆動信号と、指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理和とが等しいか否かは、例えば両者を減算することにより判定する。すなわち、故障検出回路１５は図１に示すように、否定論理和演算を行う回路と減算回路とにより構成することができる。
【００２２】
図２は、図１に示した故障検出回路１５の故障判定動作を説明するためのタイムチャートである。図２に示す例では、指令信号ｂを指令信号ａと同じ信号とし、指令信号ｃを指令信号ｂを遅延させた信号としている。
【００２３】
半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常である場合、指令信号ｂがハイレベルで指令信号ｃがロウレベルの場合、半導体スイッチ１１がオンし、駆動信号はロウレベルとなる。指令信号ｂ及び指令信号ｃがともにハイレベルの場合、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２がオンし、駆動信号はロウレベルとなる。指令信号ｂがロウレベルで指令信号ｃがハイレベルの場合、半導体スイッチ１２がオンし、駆動信号はロウレベルとなる。指令信号ｂ及び指令信号ｃがともにロウレベルの場合、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２がオフとなるため、駆動信号はハイレベルとなる。
【００２４】
ここで、半導体スイッチ１１が開放故障した場合を考えると、指令信号ｂがハイレベルで指令信号ｃがロウレベルの場合には、駆動信号はロウレベルにならずにハイレベルとなる。
【００２５】
また、半導体スイッチ１２が開放故障した場合を考えると、指令信号ｂがロウレベルで指令信号ｃがハイレベルの場合には、駆動信号はロウレベルにならずにハイレベルとなる。
【００２６】
よって、減算回路により、駆動信号から指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理和を減算することにより、図２に示すように半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２の開放故障を検出することができる。また、半導体スイッチ１１又は半導体スイッチ１２が短絡故障した場合は、指令信号ｂ，ｃのレベルに関係なく常に駆動信号がロウレベルとなるために、半導体スイッチ１１，１２の故障を検出することができる。
【００２７】
このように、本発明に係る故障検出回路１５は、指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理和と、駆動信号とを比較して、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常に動作しているか否かを判定する。このため、本発明によれば、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２を並列接続して２重系を構成する駆動装置において、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２の開放故障及び短絡故障を検出することができるようになる。
【００２８】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る故障検出回路を備える駆動装置の回路図である。図３に示す駆動装置２は、負荷１３を駆動させる駆動装置であり、半導体スイッチ１１，１２と、負荷１３と、指令発生回路１４と、故障検出回路１６とを備える。
【００２９】
半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２は直列に接続され、２重系を構成する。半導体スイッチ１１，１２がバイポーラトランジスタにより構成される場合には、半導体スイッチ１１のコレクタ端子は、電源Ｖｃｃに接続している負荷１３に接続され、半導体スイッチ１１のエミッタ端子は半導体スイッチ１２のコレクタ端子に接続される。
【００３０】
指令発生回路１４は、第１の実施形態と同様に、入力された指令信号ａから、半導体スイッチ１１の入力信号である指令信号ｂと、半導体スイッチ１２の入力信号である指令信号ｃとを生成する。指令信号ｂと指令信号ｃとは異なる信号であればよく、例えば、指令信号ａをそのまま出力させた信号を指令信号ｂとし、指令信号ａをシフトレジスタなどの遅延回路により遅延させた信号を指令信号ｃとする。つまり、指令信号ｃを指令信号ｂを遅延させた信号とする。この場合、指令発生回路１４は図３に示すように、遅延回路のみで構成することができる。そして、指令発生回路１４は、指令信号ｂを半導体スイッチ１１及び故障検出回路１６に出力し、指令信号ｃを半導体スイッチ１２及び故障検出回路１６に出力する。
【００３１】
故障検出回路１６は、指令信号ｂと、指令信号ｃと、負荷１３及び半導体スイッチ１１の接続点の電圧である駆動信号とを比較することにより、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常に動作しているか否かを判定し、判定結果を出力する。具体的には運転時間の全域において駆動信号が指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理積（ＮＡＮＤ）と等しい場合に、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２は正常に動作していると判定する。駆動信号と、指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理積とが等しいか否かは、例えば両者を減算することにより判定する。すなわち、故障検出回路１６は図３に示すように、否定論理積演算を行う回路と減算回路とにより構成することができる。
【００３２】
図４は、図３に示した故障検出回路１６の故障判定動作を説明するためのタイムチャートである。図４に示す例では、指令信号ｂを指令信号ａと同じ信号とし、指令信号ｃを指令信号ｂを遅延させた信号としている。
【００３３】
半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常である場合、指令信号ｂがハイレベルで指令信号ｃがロウレベルの場合、半導体スイッチ１２がオフであるため、駆動信号はハイレベルとなる。指令信号ｂ及び指令信号ｃがともにハイレベルの場合、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２がオンし、駆動信号はロウレベルとなる。指令信号ｂがロウレベルで指令信号ｃがハイレベルの場合、半導体スイッチ１１がオフであるため、駆動信号はハイレベルとなる。指令信号ｂ及び指令信号ｃがともにロウレベルの場合、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２がオフであるため、駆動信号はロウレベルとなる。
【００３４】
ここで、半導体スイッチ１１が短絡故障した場合を考えると、指令信号ｂがロウレベルで指令信号ｃがハイレベルの場合には、駆動信号はハイレベルにならずにロウレベルとなる。
【００３５】
また、半導体スイッチ１２が短絡故障した場合を考えると、指令信号ｂがハイレベルで指令信号ｃがロウレベルの場合には、駆動信号はハイレベルにならずにロウレベルとなる。
【００３６】
よって、減算回路により、指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論理積から駆動信号を減算することにより、図４に示すように半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２の短絡故障を検出することができる。また、半導体スイッチ１１又は半導体スイッチ１２が開放故障した場合は、指令信号ｂ，ｃのレベルに関係なく常に駆動信号がハイレベルとなるために、半導体スイッチ１１，１２の故障を検出することができる。
【００３７】
このように、本発明に係る故障検出回路１６は、指令信号ｂ及び指令信号ｃの否定論積和と、駆動信号とを比較して、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２が正常に動作しているか否かを判定する。このため、本発明によれば、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２を直列接続して２重系を構成する駆動装置において、半導体スイッチ１１及び半導体スイッチ１２の開放故障及び短絡故障を検出することができるようになる。
【００３８】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、２重系で構成された駆動装置の故障検出の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，２      駆動装置
１１，１２  半導体スイッチ
１３        負荷
１４        指令発生回路
１５，１６  故障検出回路
【図１】
2016021730.tif 000003
【図２】
2016021730.tif 000004
【図３】
2016021730.tif 000005
【図４】
2016021730.tif 000006
【図５】
2016021730.tif 000007
【図６】
2016021730.tif 000008