JP4092641B2

JP4092641B2 - Communication bus protection circuit

Info

Publication number: JP4092641B2
Application number: JP2003106060A
Authority: JP
Inventors: 郁光石川; 誠一郎高橋
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP2004312582A

Description

【発明の属する技術分野】
この発明は、通信バスに接続される外部機器を保護する保護回路に関し、バス電源が接続される際に大きな突入電流が流れることがない通信バスの保護回路に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
特許文献１には、送信しないときに通信バスに接続されているパルストランスの１次側のインピーダンス低下を防止して、フィールドバスの規格を満足することができる通信バスの送信回路の発明が記載されている。以下、図４を用いてこの発明の概要を説明する。
【０００２】
送信信号はスリーステートバッファ７１に、またインバータ７２で反転されてスリーステートバッファ７３に入力される。これらスリーステートバッファ７１，７３の出力はそれぞれ抵抗とコンデンサで構成されるローパスフィルタ７４，７５に入力され、その出力はそれぞれダイオード７６，７７を介してパルストランス８の２次側に入力される。また、その１次側はコンデンサ９を介して図示しない通信バスに接続される。
【０００３】
このような構成において、通信バスにデータを送信するときは、送信信号をスリーステートバッファ７１とインバータ７２に入力し、送信イネーブルを低レベルにしてスリーステートバッファ７１，７３の出力をオンにする。スリーステートバッファ７１，７３はパルストランス８の２次側を駆動して、１次側に接続された通信バスに信号を送信する。また、送信しないときは送信イネーブルを高レベルにして、スリーステートバッファ７１，７３の出力をハイインピーダンスに制御する。
【０００４】
ダイオード７６、７７がないと、非送信時にはローパスフィルタ７４，７５内のコンデンサがパルストランス８の２次側に接続される。そのため、通信バス側からみたインピーダンスはこれらのコンデンサの周波数特性に大きく依存する。
【０００５】
送信波のスルーレートが０．２ｍＶ／μＳ以下というフィールドバスの規格を満足するためには、ローパスフィルタ内のコンデンサは５０ｎＦ以上の容量が必要である。しかし、この容量のコンデンサを用いると、非送信時に規定のインピーダンスを確保することが難しいという課題があった。そのため、パルストランス８の２次側とローパスフィルタ７４、７５の間にダイオード７６，７７を挿入して、非送信時にローパスフィルタ７４，７５内のコンデンサをパルストランス８から切り離す。
【特許文献１】
特開２００２−１９８８３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような送信回路には次のような課題があった。
【０００７】
この送信回路は低インピーダンスで通信バスに接続されているので、この通信バスにバス電源が接続された瞬間にコンデンサ９を介して大きな突入電流が流れ、外部機器に悪影響を与えてしまうという課題があった。
【０００８】
従って本発明の目的は、バス電源が接続されたときに流れる突入電流の大きさを制限することにより、外部機器に悪影響を与えることがない通信バスの保護回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、コンデンサを介して送信回路が接続される通信バスの保護回路であって、このコンデンサに直列に接続され、前記通信バスにバス電源が接続されたときに流れる突入電流を制限する電流制限部と、
前記通信バスに前記バス電源が接続されたことを検出するバス電源検出部と、
前記バス電源検出部の出力が入力され、この出力を所定の時間遅延させる遅延部と、
前記電流制限部に並列に接続され、前記遅延部の出力によってオンにされるスイッチと、
を具備するようにしたものである。バス電源接続時に大きな突入電流がながれることがない。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電流制限部を抵抗としたものである。回路構成が簡単になる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、前記遅延部は、抵抗およびコンデンサで構成される時定数回路を具備するようにしたものである。簡単な構成で遅延信号を作ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、前記バス電源検出部は、抵抗およびこの抵抗に直列に接続されるダイオードブリッジとで構成されるようにしたものである。バス電源が逆に接続されても動作する。
【００１５】
図１において、１は突入電流を制限する電流制限部を構成する抵抗、３は通信バスである。抵抗１はコンデンサ９と通信バス３の間に挿入される。なお、この実施例ではコンデンサ９は２個のコンデンサを並列接続したものを用いている。
【００１６】
２１はスイッチであり、抵抗１の両端に接続される。すなわち、スイッチ２１がオンになると、抵抗１は短絡された状態になり、電流制限部である抵抗１は無効になる。２２は遅延回路であり、スイッチ２１のオンオフを制御する。遅延回路２２は通信バス３が図示しないバス電源に接続される前にスイッチ２１をオフにしておく。そして、通信バス３にバス電源が接続されてから所定の時間経過後にスイッチ２１をオンにして抵抗１を短絡する。
【００１７】
前述したように、通信バス３がバス電源に接続された瞬間にはスイッチ２１はオフになっている。従って、抵抗１の抵抗値をＲ、バス電源の電圧をＶとすると、最大電流はＶ／Ｒに制限される。すなわち、過大な突入電流が流れることがなくなる。
【００１８】
この突入電流は抵抗１の抵抗値、コンデンサ９の容量値その他の値で決まる時定数で減衰する。突入電流が十分小さくなったところでスイッチ２１をオンにする。送信回路は低インピーダンスで通信バス３と接続されるので、データの送受信に支障を来すことはない。通信バス３がバス電源に接続されてからスイッチ２１がオンになるまでの時間は、遅延回路２２によって決定される。
【００１９】
なお、この実施例では送信回路は図４従来例の送信回路と同じ構成としたが、通信バス３に信号を送信することができる回路であれば他の構成であってもよい。
【００２０】
図２に本発明の他の実施例を示す。この実施例は図１実施例を具体化したものである。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図２において、４はバス電源検出部であり、ＢＵＳ＋およびＢＵＳ−端子に接続される、図示しない通信バスにバス電源が接続されたことを検出する。
【００２１】
バス電源検出部は抵抗４１と４つのダイオード４２〜４５で構成される。ダイオード４２〜４５はブリッジ接続され、ダイオードブリッジを構成する。抵抗４１はこのダイオードブリッジと直列に接続される。この直列回路の一端はＢＵＳ＋端子に、他端はＢＵＳ−端子に接続される。
【００２２】
５はフォトカプラであり、その発光ダイオード側はダイオード４２〜４５で構成されたダイオードブリッジに接続される。６は遅延回路であり、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１で構成される遅延部とコンパレータ６１およびトランジスタ６２で構成されるスイッチ駆動部で構成される。フォトカプラ５のフォトトランジスタ側は電源Ｖｃｃと遅延部との間に接続され、スイッチ駆動部はスイッチ２１を駆動する。スイッチ２１はフォトＭＯＳリレーで構成される。
【００２３】
このような構成において、通信バスにバス電源が接続されていないと、ＢＵＳ＋端子とＢＵＳ−端子間には電圧が発生しない。そのため、フォトカプラ５内のフォトトランジスタはオフになり、コンパレータ６１の出力は高レベルになる。その結果、トランジスタ６２はオフになり、スイッチ２１もオフになる。
【００２４】
通信バスにバス電源が接続されると、Ｉの突入電流が流れる。前述したようにスイッチ２１はオフになっているので、この電流Ｉの値は抵抗１によってその上限が制限される。
【００２５】
また、ＢＵＳ＋端子とＢＵＳ−端子間に電圧が発生するので、抵抗４１にはＩｄの電流が流れる。そのため、フォトカプラ５内の発光ダイオードにも電流が流れ、フォトカプラ５はオンになる。抵抗Ｒ１には電源Ｖｃｃが供給され、コンデンサＣ１両端の電圧は徐々に上昇する。
【００２６】
コンデンサＣ１両端の電圧が所定の値になると、コンパレータ６１の出力が低レベルになり、トランジスタ６２がオンになる。そのため、スイッチ２１はオンになり、抵抗１は短絡される。通信バスにバス電源が接続されてからスイッチ２１がオンするまでの時間は、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１の値を変えることによって調整することができる。
【００２７】
なお、この実施例ではダイオード４２〜４５の４本のダイオードを用いてダイオードブリッジを構成している。そのため、バス電源が逆接続されてもフォトカプラ５には正しい方向に電流が流れる。すなわち、ＢＵＳ＋端子がプラス側になると、ダイオード４２，フォトカプラ５，ダイオード４５の経路で電流Ｉｄが流れる。またＢＵＳ−端子がプラス側になると、ダイオード４３、フォトカプラ５，ダイオード４４の経路で電流が流れる。
【００２８】
また、遅延回路６に供給する電源Ｖｃｃは、他に外部電源を持つ機器の場合はアナログ・デジタル回路の電源を用いてもよく、バッテリーなどから供給するようにしてもよい。
【００２９】
図３に本実施例の効果を示す。図３の横軸は時間であり、３つのグラフは上から送信回路出力点でのバス電源電圧、スイッチ２１の駆動信号、突入電流Ｉの推移を表す。また、（ア）のグラフは抵抗１およびスイッチ２１がない従来の送信回路の推移、（イ）のグラフは本実施例における推移を表す。
【００３０】
従来の送信回路では（ア）に示すように、時刻ｔ１でバス電源が接続されると大きな突入電流Ｉが流れ、送信回路出力点での電圧は瞬時に一定値になる。それに対して本実施例では、（イ）に示すように突入電流Ｉは抵抗１で制限されるので小さな値になる。また、送信回路点での電圧は徐々に大きくなる。スイッチ２１は突入電流Ｉがなくなり、電圧が一定になった時刻ｔ２でオンにされる。
【００３１】
【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効果が期待できる。
請求項１記載の発明によれば、コンデンサを介して送信回路が接続される通信バスの保護回路であって、このコンデンサに直列に接続され、前記通信バスにバス電源が接続されたときに流れる突入電流を制限する電流制限部、この電流制限部に並列に接続されたスイッチ、通信バスにバス電源が接続されたことを検出するバス電源検出部、およびこのバス電源検出部の出力を遅延する遅延部を設け、この遅延部の出力によって前記スイッチをオンするようにした。また、請求項２記載の発明によれば、電流制限部として抵抗を用いるようにした。
【００３２】
通信バスにバス電源が接続されたときに大きな突入電流が流れることがないので、外部機器に悪影響を与えることがなくなるという効果がある。また、電流制限部として抵抗を用いると、回路構成が簡単になるという効果がある。また、通信時には送信回路と通信バスを低インピーダンスで接続することができるので、通信に悪影響を与えることがないという効果がある。さらに、スイッチをオンするだけで電流制限部を無効にできるので、構成が簡単になるという効果がある。
【００３５】
請求項３記載の発明によれば、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、前記遅延部は、抵抗およびコンデンサで構成される時定数回路を具備するようにした。簡単な構成で遅延信号を作ることができ、また抵抗値やコンデンサの容量値を変えるだけで簡単に遅延時間を調整することができるという効果もある。
【００３６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、前記バス電源検出部は、抵抗およびこの抵抗に直列に接続されるダイオードブリッジとで構成されるようにした。バス電源が逆に接続されても、確実にバス電源が接続されたことを検出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の効果を示す特性図である。
【図４】従来の送信回路の構成図である。
【符号の説明】
１、４１抵抗
２１スイッチ
２２遅延回路
３通信バス
４バス電源検出部
４２〜４５ダイオード
５フォトカプラ
６１コンパレータ
６２トランジスタ
Ｒ１抵抗
Ｃ１コンデンサBACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a protection circuit for protecting an external device connected to a communication bus, and to a protection circuit for a communication bus in which a large inrush current does not flow when a bus power supply is connected.
[0001]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses an invention of a transmission circuit for a communication bus that can prevent a decrease in impedance on the primary side of a pulse transformer connected to the communication bus when not transmitting and satisfy the fieldbus standard. Has been. The outline of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0002]
The transmission signal is inverted to the three-state buffer 71, inverted by the inverter 72, and input to the three-state buffer 73. The outputs of these three-state buffers 71 and 73 are input to low-pass filters 74 and 75 each composed of a resistor and a capacitor, and the outputs are input to the secondary side of the pulse transformer 8 via diodes 76 and 77, respectively. The primary side is connected to a communication bus (not shown) via a capacitor 9.
[0003]
In such a configuration, when data is transmitted to the communication bus, a transmission signal is input to the three-state buffer 71 and the inverter 72, the transmission enable is set to a low level, and the outputs of the three-state buffers 71 and 73 are turned on. The three-state buffers 71 and 73 drive the secondary side of the pulse transformer 8 and transmit signals to the communication bus connected to the primary side. When not transmitting, the transmission enable is set to a high level, and the outputs of the three-state buffers 71 and 73 are controlled to a high impedance.
[0004]
Without the diodes 76 and 77, the capacitors in the low-pass filters 74 and 75 are connected to the secondary side of the pulse transformer 8 during non-transmission. Therefore, the impedance viewed from the communication bus side greatly depends on the frequency characteristics of these capacitors.
[0005]
In order to satisfy the fieldbus standard that the slew rate of the transmission wave is 0.2 mV / μS or less, the capacitor in the low-pass filter needs to have a capacity of 50 nF or more. However, when a capacitor having this capacity is used, there is a problem that it is difficult to ensure a prescribed impedance when not transmitting. For this reason, diodes 76 and 77 are inserted between the secondary side of the pulse transformer 8 and the low-pass filters 74 and 75, and the capacitors in the low-pass filters 74 and 75 are disconnected from the pulse transformer 8 when not transmitting.
[Patent Document 1]
JP 2002-198830 A [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a transmission circuit has the following problems.
[0007]
Since this transmission circuit is connected to the communication bus with a low impedance, there is a problem that a large inrush current flows through the capacitor 9 at the moment when the bus power supply is connected to the communication bus, adversely affecting external devices. there were.
[0008]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a communication bus protection circuit that does not adversely affect external devices by limiting the magnitude of an inrush current that flows when a bus power supply is connected.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is a communication bus protection circuit to which a transmission circuit is connected via a capacitor, which is connected in series to the capacitor, and A current limiting unit that limits the inrush current that flows when the bus power supply is connected to the communication bus ;
A bus power supply detection unit for detecting that the bus power supply is connected to the communication bus;
A delay unit that receives an output of the bus power supply detection unit and delays the output for a predetermined time;
A switch connected in parallel to the current limiter and turned on by the output of the delay unit;
It is made to comprise. Large inrush current does not flow when bus power is connected.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the current limiting portion is a resistor. The circuit configuration is simplified.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the delay unit includes a time constant circuit including a resistor and a capacitor. A delay signal can be created with a simple configuration.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the bus power supply detection unit is configured by a resistor and a diode bridge connected in series to the resistor. Is. It operates even when the bus power supply is connected in reverse.
[0015]
In FIG. 1, 1 is a resistor constituting a current limiting unit for limiting inrush current, and 3 is a communication bus. The resistor 1 is inserted between the capacitor 9 and the communication bus 3. In this embodiment, the capacitor 9 is a capacitor in which two capacitors are connected in parallel.
[0016]
A switch 21 is connected to both ends of the resistor 1. That is, when the switch 21 is turned on, the resistor 1 is short-circuited, and the resistor 1 that is a current limiting unit is disabled. A delay circuit 22 controls the on / off of the switch 21. The delay circuit 22 turns off the switch 21 before the communication bus 3 is connected to a bus power supply (not shown). Then, the switch 21 is turned on to short-circuit the resistor 1 after a predetermined time has elapsed after the bus power supply is connected to the communication bus 3.
[0017]
As described above, the switch 21 is turned off at the moment when the communication bus 3 is connected to the bus power supply. Therefore, when the resistance value of the resistor 1 is R and the voltage of the bus power supply is V, the maximum current is limited to V / R. That is, an excessive inrush current does not flow.
[0018]
This inrush current attenuates with a time constant determined by the resistance value of the resistor 1, the capacitance value of the capacitor 9, and other values. When the inrush current becomes sufficiently small, the switch 21 is turned on. Since the transmission circuit is connected to the communication bus 3 with low impedance, it does not hinder data transmission / reception. The delay circuit 22 determines the time from when the communication bus 3 is connected to the bus power supply until the switch 21 is turned on.
[0019]
In this embodiment, the transmission circuit has the same configuration as that of the conventional transmission circuit of FIG. 4, but other configurations may be used as long as the circuit can transmit a signal to the communication bus 3.
[0020]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. This embodiment embodies the embodiment of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted. In FIG. 2, reference numeral 4 denotes a bus power supply detection unit, which detects that a bus power supply is connected to a communication bus (not shown) connected to the BUS + and BUS− terminals.
[0021]
The bus power supply detection unit includes a resistor 41 and four diodes 42 to 45. The diodes 42 to 45 are bridge-connected to constitute a diode bridge. The resistor 41 is connected in series with this diode bridge. One end of this series circuit is connected to the BUS + terminal, and the other end is connected to the BUS- terminal.
[0022]
Reference numeral 5 denotes a photocoupler, and its light emitting diode side is connected to a diode bridge composed of diodes 42 to 45. Reference numeral 6 denotes a delay circuit, which includes a delay unit composed of a resistor R1 and a capacitor C1, and a switch drive unit composed of a comparator 61 and a transistor 62. The phototransistor side of the photocoupler 5 is connected between the power supply Vcc and the delay unit, and the switch driving unit drives the switch 21. The switch 21 is composed of a photo MOS relay.
[0023]
In such a configuration, if no bus power is connected to the communication bus, no voltage is generated between the BUS + terminal and the BUS- terminal. For this reason, the phototransistor in the photocoupler 5 is turned off, and the output of the comparator 61 becomes high level. As a result, the transistor 62 is turned off and the switch 21 is also turned off.
[0024]
When a bus power supply is connected to the communication bus, an inrush current I flows. Since the switch 21 is off as described above, the upper limit of the value of the current I is limited by the resistor 1.
[0025]
Further, since a voltage is generated between the BUS + terminal and the BUS− terminal, a current Id flows through the resistor 41. Therefore, a current also flows through the light emitting diode in the photocoupler 5, and the photocoupler 5 is turned on. A power source Vcc is supplied to the resistor R1, and the voltage across the capacitor C1 gradually increases.
[0026]
When the voltage across the capacitor C1 reaches a predetermined value, the output of the comparator 61 becomes low and the transistor 62 is turned on. Therefore, the switch 21 is turned on and the resistor 1 is short-circuited. The time from when the bus power supply is connected to the communication bus until the switch 21 is turned on can be adjusted by changing the values of the resistor R1 and the capacitor C1.
[0027]
In this embodiment, a diode bridge is configured by using four diodes 42 to 45. Therefore, even if the bus power supply is reversely connected, a current flows in the photocoupler 5 in the correct direction. That is, when the BUS + terminal is on the positive side, a current Id flows through the path of the diode 42, the photocoupler 5, and the diode 45. When the BUS− terminal is on the positive side, a current flows through the path of the diode 43, the photocoupler 5, and the diode 44.
[0028]
The power supply Vcc supplied to the delay circuit 6 may be an analog / digital circuit power supply in the case of other equipment having an external power supply, or may be supplied from a battery or the like.
[0029]
FIG. 3 shows the effect of this embodiment. The horizontal axis in FIG. 3 represents time, and the three graphs represent the transition of the bus power supply voltage, the drive signal of the switch 21 and the inrush current I at the transmission circuit output point from the top. The graph (a) shows the transition of the conventional transmission circuit without the resistor 1 and the switch 21, and the graph (b) shows the transition in the present embodiment.
[0030]
In the conventional transmission circuit, as shown in (a), when the bus power supply is connected at time t1, a large inrush current I flows, and the voltage at the transmission circuit output point instantaneously becomes a constant value. In contrast, in this embodiment, the inrush current I is limited by the resistor 1 as shown in FIG. Further, the voltage at the transmission circuit point gradually increases. The switch 21 is turned on at time t2 when the inrush current I disappears and the voltage becomes constant.
[0031]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the following effects can be expected according to the present invention.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a communication bus protection circuit to which a transmission circuit is connected via a capacitor, which is connected in series to the capacitor and flows when a bus power source is connected to the communication bus. A current limiting unit for limiting inrush current, a switch connected in parallel to the current limiting unit, a bus power detection unit for detecting that the bus power is connected to the communication bus, and delaying the output of the bus power detection unit A delay unit is provided, and the switch is turned on by the output of the delay unit. According to the second aspect of the present invention, the resistor is used as the current limiting portion.
[0032]
Since a large inrush current does not flow when the bus power supply is connected to the communication bus, there is an effect that the external device is not adversely affected. Further, when a resistor is used as the current limiting unit, there is an effect that the circuit configuration is simplified. In addition, since it is possible to connect the transmission circuit and the communication bus with low impedance during communication, there is an effect that communication is not adversely affected. Furthermore, since the current limiter can be disabled simply by turning on the switch, there is an effect that the configuration is simplified.
[0035]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the delay unit includes a time constant circuit including a resistor and a capacitor. The delay signal can be generated with a simple configuration, and the delay time can be easily adjusted by simply changing the resistance value and the capacitance value of the capacitor.
[0036]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the bus power supply detection unit is configured by a resistor and a diode bridge connected in series to the resistor. I made it. Even if the bus power supply is connected in reverse, it is possible to reliably detect that the bus power supply is connected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the effect of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional transmission circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 41 Resistance 21 Switch 22 Delay circuit 3 Communication bus 4 Bus power supply detection part 42-45 Diode 5 Photocoupler 61 Comparator 62 Transistor R1 Resistance C1 Capacitor

Claims

A communication bus protection circuit to which a transmission circuit is connected via a capacitor,
A current limiting unit that is connected in series to the capacitor and limits an inrush current that flows when a bus power supply is connected to the communication bus ;
A bus power supply detection unit for detecting that the bus power supply is connected to the communication bus;
A delay unit that receives an output of the bus power supply detection unit and delays the output for a predetermined time;
A switch connected in parallel to the current limiter and turned on by the output of the delay unit;
A communication bus protection circuit comprising:

2. The communication bus protection circuit according to claim 1, wherein the current limiting unit is a resistor.

The delay unit includes a resistor and a protection circuit of a communication bus according to claim 1 or claim 2, wherein it has to comprise a time constant circuit composed of a capacitor.

4. The communication bus protection circuit according to claim 1, wherein the bus power supply detection unit includes a resistor and a diode bridge connected in series to the resistor .