JP4154832B2

JP4154832B2 - Programmable controller input / output unit

Info

Publication number: JP4154832B2
Application number: JP2000124532A
Authority: JP
Inventors: 英毅野田; 浩司大野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP2001306115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＵユニットや電源ユニットで構成されるプログラマブルコントローラに用いられて外部機器との間で電気信号の入出力を行う入出力ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の入出力ユニットの一構成例を示しており、外部機器に接続されて電気信号を入力又は出力する入出力部（図示例では出力の構成のみを図示しているので、以下「出力部」という）７ａ〜７ｄと、入出力ユニットや電源ユニットとともにマザーボードに装着されたＣＰＵユニット（図示せず）からの命令に応じて出力部７ａ〜７ｄを制御する制御部２と、マザーボートを介して電源ユニット（図示せず）からの電源供給を受けて制御部２の動作電源Ｖｃｃを作成する動作電源部３と、制御部２と出力部７ａ〜７ｄとの間を絶縁して両者の間で信号の授受を行う絶縁回路部（フォトカプラ）５とを備えている。出力部７ａ〜７ｄにおいては、フォトカプラ５のフォトトランジスタＰＴのコレクタが外部電源Ｖ１に接続され、この外部電源Ｖ１が出力部７ａ〜７ｂの駆動電源として作用している。また、フォトトランジスタＰＴのエミッタは、出力用のトランジスタＴｒのベースに直接接続されるとともにバイアス抵抗Ｒ１０を介してトランジスタＴｒのエミッタに接続されている。そして、各出力部７ａ〜７ｄの出力用トランジスタＴｒのエミッタ同士が共通接続され、この共通端子と各出力用トランジスタＴｒのコレクタに設けた出力端子６ａ〜６ｄが外部機器に接続される。
【０００３】
ここで、絶縁回路部５に用いるフォトカプラとしては、通常の数１０ｋＨｚ程度の出力（又は入出力）の場合には特に電源を必要としない無電源型のフォトカプラが用いられるが、数１００ｋＨｚ以上の高速な出力（又は入出力）には、いわゆる高速型フォトＩＣカプラ（以下「高速フォトカプラ」という）が用いられる。
【０００４】
図９に、絶縁回路部８に高速フォトカプラを用いた入出力ユニットの一構成例を示す。
【０００５】
絶縁回路部８に高速フォトカプラを用いる場合、高速フォトカプラには駆動電源（５Ｖ程度）が必要であって、制御部２の動作電源Ｖｃｃを駆動電源として絶縁回路部８に供給すると制御部２側と出力部７ａ〜７ｄ側を絶縁回路部８で絶縁している意味がなくなってしまうので、出力部７ａ〜７ｄ側に外部電源Ｖｂから絶縁回路部８を駆動する駆動電源Ｖａを作成し供給する電源部２０を設けている。
【０００６】
また、上記高速フォトカプラの多くは、フォトトランジスタ８ａのエミッタが高速フォトカプラの電源入力端の接地極側に接続されているため、出力用トランジスタＴｒに対して高速フォトカプラをローサイドスイッチとする必要がある。
【０００７】
そこで、電源部２０の出力端は、図１０に示す高速フォトカプラの電源入力端に接続されるとともに、フォトトランジスタ８ａのコレクタに接続された出力用トランジスタＴｒのベースにプルアップ抵抗Ｒｐを介して接続される。これにより、電源部２０からの駆動電源Ｖａは、絶縁回路部８の駆動電圧および出力部７ａ〜７ｄの駆動電源として供給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように絶縁回路部８の駆動電源と、出力部７ａ〜７ｄの駆動電源とが同じ電源系に接続されている場合、外部電源Ｖｂを投入して電源部２０から駆動電源Ｖａを供給させたとき、絶縁回路部８が起動する前に出力用トランジスタＴｒが動作し、出力部７ａ〜７ｄから誤った信号を出力してしまうという問題があった。
【０００９】
高速フォトカプラは、駆動電源の電圧値が一般に約４．５Ｖ以上で起動し、出力用トランジスタＴｒに用いられるトランジスタには、駆動電源の電圧値が約０．６Ｖ以上になると動作するものもある。
【００１０】
例えば、外部電源Ｖｂが投入されて電源部２０の電源電圧Ｖａが、図１１（ｃ）に示すように、時刻ｔ１から上昇し始め、時刻ｔ２で出力用トランジスタＴｒの動作電圧値Ｖｔｒ（例えば約０．６Ｖ）に達し、時刻ｔ３で高速フォトカプラの起動電圧値Ｖｐｃ（例えば約４．５Ｖ）に達するような場合、高速フォトカプラのフォトトランジスタ８ａのコレクタ−エミッタ間は、図１１（ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの時間Ｔ１の間、ハイインピーダンスとなっている。しかし、高速フォトカプラがハイインピーダンスとなっている間、駆動電源Ｖａの電源電圧がプルアップ抵抗Ｒｐを介して出力用トランジスタＴｒのベースに印加されるので、電源電圧Ｖａが出力用トランジスタＴｒの動作電圧値Ｖｔｒとなる時刻ｔ２から、フォトトランジスタ８ａのコレクタ−エミッタ間がオンして高速フォトカプラが起動する時刻ｔ３までの間、出力用トランジスタＴｒはオンして、出力部７ａ〜７ｂから誤った信号を出力してしまう。
【００１１】
本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、起動時の入出力部の誤動作を防止したプログラマブルコントローラの入出力ユニットを提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ＣＰＵユニットや電源ユニットで構成されるプログラマブルコントローラに用いられて外部機器との間で電気信号の入出力を行う入出力ユニットであって、外部機器に接続されて電気信号を入力又は出力する入出力部と、ＣＰＵユニットからの命令に応じて入出力部を制御する制御部と、制御部と入出力部との間を絶縁して両者の間で信号の授受を行う絶縁回路部と、外部電源から絶縁回路部および入出力部を駆動する駆動電源を作成し供給する電源部とを備え、入出力部は、外部機器に接続される出力端子と、当該出力端子にコレクタが接続された出力用トランジスタとを有し、絶縁回路部は、制御部により点灯される発光ダイオードと、出力用トランジスタのベースに出力端が接続されたフォトトランジスタとで構成された高速型フォトＩＣカプラからなり、電源部は、外部電源を受けて所定の直流電圧値を有する駆動電源を作成する電源作成部と、電源作成部の高電位側出力端を絶縁回路部の電源入力端および出力用トランジスタのベースに接続する電源分離部とを有し、電源分離部は、電源作成部に供給される外部電源電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路の出力電圧に基づいて絶縁回路部に供給される駆動電源の電圧値が絶縁回路部の起動電圧値に達したことを検出して検出信号を出力する電圧検出器とを備え、電圧検出器から検出信号が出力されると、電源作成部の高電位側出力端を出力用トランジスタのベースに接続することを特徴とし、電源分離部で分離した駆動電源を絶縁回路部に供給して絶縁回路部が起動した後に、電源分離部から入出力部に駆動電源の供給を開始することによって、絶縁回路部の起動前に入出力部に駆動電源が供給されて入出力部が誤動作するのを防止することができる。加えて、電圧検出器は、絶縁回路部が起動したことを、電源分離部に接続される負荷による影響を受け難い外部電源電圧を分圧した電圧から検出することによって、電源分離部は、接続される負荷による影響を避けて駆動電源を安定して供給することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、電圧検出器は、入力電圧値が所定値に達したときに出力を変化させるリセットＩＣであることを特徴とし、リセットＩＣの入力電圧値が所定値に達したときに絶縁回路部が起動して、リセットＩＣの出力に応じて電源分離部から入出力部に駆動電源の供給を開始することによって、絶縁回路部の起動前に入出力部に駆動電源が供給されて入出力部が誤動作するのを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（基本形態）
図１に本発明の基本形態の概略回路ブロック図を示す。基本的には図９に示した従来例と共通の構成を有しており、外部機器に接続されて電気信号を入力又は出力する入出力部（図示例では出力の構成のみを図示しているので、以下「出力部」という）７ａ〜７ｄと、マイコンを主構成要素とし、ＣＰＵユニットからの命令に応じて出力部７ａ〜７ｄを制御する制御部２と、マザーボードを介して電源ユニット（図示せず）からの電源供給を受けて制御部２の動作電源Ｖｃｃを作成する動作電源部３と、高速型フォトＩＣカプラ（以下「高速フォトカプラ」という）からなり、制御部２と出力部７ａ〜７ｄとの間を絶縁して両者の間で信号の授受を行う絶縁回路部８と、外部電源Ｖｂから絶縁回路部８及び出力部７ａ〜７ｄを駆動する駆動電源Ｖａ１，Ｖａ２を作成し供給する電源部９とを備えている。ここで、説明を簡単にするために制御部２、動作電源部３、絶縁回路部８の入力側を制御部ブロック１と呼び、出力部７ａ〜７ｄ、電源部９、絶縁回路部８の出力側を出力部ブロック４と呼ぶ。
【００２０】
図２に本基本形態における電源部９の具体回路構成例を示し、以下、図２に基づいて電源部９の基本構成を説明する。
【００２１】
電源部９は、外部電源Ｖｂから絶縁回路部８及び出力部７ａ〜７ｄのそれぞれに共通の駆動電源Ｖａを作成する電源作成部９ａと、作成された駆動電源Ｖａを絶縁回路部８の駆動電源Ｖａ１、及び出力部７ａ〜７ｄの駆動電源Ｖａ２に分離して供給する電源分離部９ｂとを備えている。
【００２２】
電源作成部９ａは、例えば直流電圧値が約２４Ｖの外部電源Ｖｂを受けて、直流電圧値が約５Ｖの駆動電源Ｖａを作成するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００２３】
電源分離部９ｂは、電源作成部９ａの出力端に接続され、入力電圧が検出電圧値Ｖ１０に達したとき出力端からＨレベルの検出信号を出力する例えばリセットＩＣなどの電圧検出器１０と、電源作成部９ａの高電位側出力端にエミッタが接続されるＰＮＰ型のトランジスタＱ１と、電源作成部９ａの低電位側出力端にエミッタが接続され、ベースが電圧検出器１０の出力端に接続されるＮＰＮ型のトランジスタＱ２と、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に接続される抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１のベース及びトランジスタＱ２のコレクタの間に接続される抵抗Ｒ２と、電圧検出器１０の出力端および電源作成部９ａの高電位側出力端の間に接続される抵抗Ｒ３と、トランジスタＱ１のコレクタ及びトランジスタＱ２のエミッタの間に接続されるコンデンサＣ１とを備え、電源作成部９ａの低電位側出力端は接地されている。また、電源分離部９ｂの高電位側入力端は、図３に示すフォトトランジスタ８ａの電源入力端に接続され、電源分離部９ｂのトランジスタＱ１のコレクタは、図３に示す出力用トランジスタＴｒのベースにプルアップ抵抗Ｒｐを介して接続される。
【００２４】
上述のような電源部９は、外部電源Ｖｂが投入されると、電源作成部９ａで駆動電源Ｖａを作成し、電源分離部９ｂの高電位側入力端から絶縁回路部８への駆動電源Ｖａ１の供給を開始する。そして、電源分離部９ｂの電圧検出器１０には電源作成部９ａの出力電圧Ｖａが入力されて、この出力電圧Ｖａが検出電圧値Ｖ１０に達すると、電圧検出器１０は、Ｈレベルの検出信号を出力する。電源分離部９ｂは、この検出信号によりトランジスタＱ２がオンされてベースにＬレベル信号が入力されたトランジスタＱ１がオンすることによって、トランジスタＱ１のコレクタから出力部７ａ〜７ｄに駆動電源Ｖａ２を供給する。
【００２５】
ここで、電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０を絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃよりも大きく設定しておく（例えば、検出電圧値Ｖ１０を約４．７Ｖ、起動電圧値Ｖｐｃを約４．５Ｖ）。これにより電圧検出器１０は、電源作成部９ａの出力電圧Ｖａの値が、絶縁回路部８に供給される駆動電源Ｖａ１の電圧値と等しいので、電源作成部９ａの出力電圧Ｖａから絶縁回路部８に供給される駆動電源Ｖａ１の電圧値が、絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃに達していることを検出し、電源分離部９ａは、起動回路部８が起動した後、出力部７ａ〜７ｄに駆動電源Ｖａ２を供給する。
【００２６】
例えば、外部電源Ｖｂが投入されて電源作成部９ａの出力電圧Ｖａが、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ１から上昇し始め、時刻ｔ２で出力用トランジスタＴｒの動作電圧値Ｖｔｒ（例えば約０．６Ｖ）に達し、時刻ｔ３で高速フォトカプラの起動電圧値Ｖｐｃ（例えば約４．５Ｖ）に達するような場合、絶縁回路部８には出力電圧Ｖａと等しい電源電圧の駆動電源Ｖａ１が供給されるので、高速フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間は、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの時間Ｔ１の間、ハイインピーダンスとなっている。ここで、電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０を絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃよりも大きく設定しておくと、電圧検出器１０は電源作成部９ａの出力電圧Ｖａが検出電圧値Ｖ１０に達するまで検出信号を出力しないので、図４（ｃ）に示すように、電源分離部９ｂは、時刻ｔ１から出力電圧Ｖａが検出電圧値Ｖ１０に達する時刻ｔ３まで出力部７ａ〜７ｄへの駆動電源Ｖａ２の供給を停止する。これにより、図４（ａ）に示すように、出力用トランジスタＴｒは時刻ｔ１〜ｔ４までの時間Ｔ２の間、強制的にオフの状態となる。また、時刻ｔ４以降は、強制オフの状態が解除されるとともに、既にフォトトランジスタ８ａがオンして絶縁回路部８が起動しているので、出力用トランジスタＴｒは誤動作せずに、制御部ブロック１の制御部２からの制御信号が出力されない限り、オフの状態に保たれる。
【００２７】
上述のように本基本形態の電源部９は、絶縁回路部８が起動した後に、出力部７ａ〜７ｄに駆動電源Ｖａ２を供給することによって、絶縁回路部８の起動前に出力部７ａ〜７ｄに駆動電源Ｖａ２が供給されて出力部７ａ〜７ｄが誤動作するのを防止することができる。
（実施形態）
ところで、基本形態で電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０が例えば約４．７Ｖであって電源作成部９ａの出力電圧の定格値が例えば約５Ｖのような、検出電圧値Ｖ１０と電源作成部９ａの定格値との差が僅かである場合、駆動電源Ｖａ２が供給される負荷が大きいと、電源分離部９ｂからの駆動電源Ｖａ２の供給が不安定になることがある。
【００２８】
例えば図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ４で電源作成部９ａの出力電圧Ｖａが電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０に達すると、電源分離部９ｂから駆動電源Ｖａ２が供給され、図５（ｃ）に示すように、出力部７ａ〜７ｄに駆動電源Ｖａ２が供給される。しかし、駆動電源Ｖａ２が供給される負荷が大きいと、電源作成部９ａの出力電圧Ｖａの値は低下して検出電圧値Ｖ１０より小さくなり、電源分離部９ｂは駆動電源Ｖａ２の供給を停止させる。このように、駆動電源Ｖａ２が供給される負荷が大きいと、電源分離部９ｂは、電源作成部９ａの出力電圧Ｖａの変動による影響を受けて、駆動電源Ｖａ２を供給したり、停止したりと不安定になる。
【００２９】
そこで本実施形態の電源分離部９ａは、電源分離部９ｂからの駆動電源Ｖａ２の供給を安定させるため、図６に示すように、電源作成部９ａに供給される外部電源Ｖｂの電源電圧Ｖｉｎを分圧する分圧回路１１を備え、電圧検出器１０は、絶縁回路部８に供給される駆動電源Ｖａ１の電圧値が絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃに達したことを分圧回路１１の出力電圧から検出ている。
【００３０】
分圧回路１１は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路からなり、抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点が電圧検出器１０の入力端に接続されている。
【００３１】
抵抗Ｒ４，Ｒ５のそれぞれの抵抗値は、分圧回路１１の出力電圧の定格値が電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０より十分大きくなるとともに、外部電源Ｖｂが投入されて分圧回路１１の出力電圧が検出電圧値Ｖ１０に達したとき、絶縁回路部８の駆動電源Ｖａ１の電圧値が絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃより大きくなって絶縁回路部８が起動しているように設定される。
【００３２】
例えば、図７（ｅ）に示すように、時刻ｔ０に外部電源Ｖｂを投入すると、電源電圧Ｖｉｎが次第に上昇し、電源電圧Ｖｉｎが例えば約３Ｖの電圧値Ｖｉｎ２に達する時刻ｔ１になると、図７（ｄ）に示すように電源作成部９ａの出力電圧Ｖａが上昇し始める。出力電圧Ｖａが絶縁回路部８の起動電圧値Ｖｐｃに達する時刻ｔ３になると、図７（ｂ）に示すように高速フォトカプラはオンする。そして、電源電圧Ｖｉｎが、分圧回路１１からの出力電圧が電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０に達する例えば約１２Ｖの電圧値Ｖｉｎ１になると（時刻ｔ４）、図７（ｃ）に示すように、電源分離部９ｂは出力部７ａ〜７ｄへの駆動電源Ｖａ２の供給を開始する。そして駆動電源Ｖａ２が出力部７ａ〜７ｄに供給されることによって、図７（ａ）に示すように、出力用トランジスタＴｒの強制オフの状態が解除される。
【００３３】
このように本実施形態では、絶縁回路部８が起動したことを、図７（ｄ）に示す電圧値Ｖｐｃから定格値Ｖｏｕｔ（例えば約５Ｖ）に達するまでの不安定な間での電源作成部９ａの出力電圧Ｖａから検出するのを避けて、電源分離部９ｂに接続される負荷による影響を受け難い外部電源電圧Ｖｉｎを分圧回路１１により分圧した電圧から検出することによって、電源分離部９ｂからの駆動電源Ｖａ２の供給を、電源分離部９ｂに接続される負荷による影響を避けて安定にすることができる。
【００３４】
また、外部電源電圧Ｖｉｎの定格値は電圧検出器１０の検出電圧値Ｖ１０よりも十分大きいので、外部電源電圧Ｖｉｎを分圧した分圧回路１１の出力を検出電圧値Ｖ１０よりも大きく設定することができる。これにより、分圧回路１１の出力電圧が定格値近くに達したときには、分圧回路１１の出力電圧は変動しても検出電圧値Ｖ１０より小さくなり難くすることができ、電源分離部９ｂからの駆動電源Ｖａ２の供給をさらに安定にすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ＣＰＵユニットや電源ユニットで構成されるプログラマブルコントローラに用いられて外部機器との間で電気信号の入出力を行う入出力ユニットであって、外部機器に接続されて電気信号を入力又は出力する入出力部と、ＣＰＵユニットからの命令に応じて入出力部を制御する制御部と、制御部と入出力部との間を絶縁して両者の間で信号の授受を行う絶縁回路部と、外部電源から絶縁回路部および入出力部を駆動する駆動電源を作成し供給する電源部とを備え、入出力部は、外部機器に接続される出力端子と、当該出力端子にコレクタが接続された出力用トランジスタとを有し、絶縁回路部は、制御部により点灯される発光ダイオードと、出力用トランジスタのベースに出力端が接続されたフォトトランジスタとで構成された高速型フォトＩＣカプラからなり、電源部は、外部電源を受けて所定の直流電圧値を有する駆動電源を作成する電源作成部と、電源作成部の高電位側出力端を絶縁回路部の電源入力端および出力用トランジスタのベースに接続する電源分離部とを有し、電源分離部は、電源作成部に供給される外部電源電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路の出力電圧に基づいて絶縁回路部に供給される駆動電源の電圧値が絶縁回路部の起動電圧値に達したことを検出して検出信号を出力する電圧検出器とを備え、電圧検出器から検出信号が出力されると、電源作成部の高電位側出力端を出力用トランジスタのベースに接続するので、電源分離部で分離した駆動電源を絶縁回路部に供給して絶縁回路部が起動した後に、電源分離部から入出力部に駆動電源の供給を開始することによって、絶縁回路部の起動前に入出力部に駆動電源が供給されて入出力部が誤動作するのを防止することができるという効果がある。加えて、電圧検出器は、絶縁回路部が起動したことを、電源分離部に接続される負荷による影響を受け難い外部電源電圧を分圧した電圧から検出することによって、電源分離部は、接続される負荷による影響を避けて駆動電源を安定して供給することができるという効果がある。
【００４１】
請求項２の発明は、電圧検出器は、入力電圧値が所定値に達したときに出力を変化させるリセットＩＣであるので、リセットＩＣの入力電圧値が所定値に達したときに絶縁回路部が起動して、リセットＩＣの出力に応じて電源分離部から入出力部に駆動電源の供給を開始することによって、絶縁回路部の起動前に入出力部に駆動電源が供給されて入出力部が誤動作するのを防止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】基本形態を示す概略回路ブロック図である。
【図２】同上の電源部の概略回路図である。
【図３】同上の出力部の概略回路図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】実施形態との比較を示すための基本形態の動作説明図である。
【図６】実施形態の電源部を示す概略回路図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】従来例を示す概略回路ブロック図である。
【図９】同上の他の概略回路ブロック図である。
【図１０】同上の出力部を示す概略回路図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１制御部ブロック
２制御部
３動作電源部
４出力部ブロック
７ａ〜７ｄ出力部
８絶縁回路部
９電源部
Ｖａ１，Ｖａ２駆動電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an input / output unit that is used in a programmable controller including a CPU unit and a power supply unit, and that inputs and outputs electrical signals to and from an external device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 shows a configuration example of a conventional input / output unit. An input / output unit that is connected to an external device and inputs or outputs an electrical signal (in the illustrated example, only an output configuration is illustrated. 7a to 7d), a control unit 2 for controlling the output units 7a to 7d in response to a command from a CPU unit (not shown) mounted on the motherboard together with the input / output unit and the power supply unit, and a mother board The operation power supply unit 3 that generates power supply Vcc of the control unit 2 by receiving power supply from a power supply unit (not shown) via the control unit 2 is insulated from the control unit 2 and the output units 7a to 7d. And an insulating circuit unit (photocoupler) 5 for transmitting and receiving signals between the two. In the output units 7a to 7d, the collector of the phototransistor PT of the photocoupler 5 is connected to the external power source V1, and this external power source V1 functions as a drive power source for the output units 7a to 7b. The emitter of the phototransistor PT is directly connected to the base of the output transistor Tr and is connected to the emitter of the transistor Tr via the bias resistor R10. The emitters of the output transistors Tr of the output units 7a to 7d are connected in common, and the common terminals and output terminals 6a to 6d provided at the collectors of the output transistors Tr are connected to an external device.
[0003]
Here, as the photocoupler used for the insulating circuit unit 5, a non-power source type photocoupler that does not require a power supply is used in the case of a normal output (or input / output) of about several tens of kHz. For the high-speed output (or input / output), a so-called high-speed photo IC coupler (hereinafter referred to as “high-speed photo coupler”) is used.
[0004]
FIG. 9 shows an example of the configuration of an input / output unit using a high-speed photocoupler for the insulating circuit unit 8.
[0005]
When a high-speed photocoupler is used for the insulating circuit unit 8, the high-speed photocoupler requires a driving power supply (about 5V). When the operating power supply Vcc of the control unit 2 is supplied to the insulating circuit unit 8 as a driving power supply, the control unit 2 is used. Since the meaning of insulating the output section 7a to 7d side by the insulating circuit section 8 is lost, the drive power supply Va for driving the insulating circuit section 8 from the external power supply Vb is created and supplied on the output sections 7a to 7d side. A power supply unit 20 is provided.
[0006]
In many of the above high-speed photocouplers, since the emitter of the phototransistor 8a is connected to the ground pole side of the power input terminal of the high-speed photocoupler, the high-speed photocoupler needs to be a low-side switch with respect to the output transistor Tr. There is.
[0007]
Therefore, the output terminal of the power supply unit 20 is connected to the power supply input terminal of the high-speed photocoupler shown in FIG. 10, and is connected to the base of the output transistor Tr connected to the collector of the phototransistor 8a via the pull-up resistor Rp. Connected. As a result, the drive power Va from the power supply unit 20 is supplied as the drive voltage for the insulating circuit unit 8 and the drive power for the output units 7a to 7d.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the drive power supply of the insulating circuit unit 8 and the drive power supply of the output units 7a to 7d are connected to the same power supply system, the external power supply Vb is turned on and the drive power supply Va is supplied from the power supply unit 20. When supplied, there is a problem that the output transistor Tr operates before the isolation circuit unit 8 is activated, and an erroneous signal is output from the output units 7a to 7d.
[0009]
High-speed photocouplers generally start when the voltage value of the drive power supply is about 4.5 V or more, and some transistors used for the output transistor Tr operate when the voltage value of the drive power supply becomes about 0.6 V or more. .
[0010]
For example, as shown in FIG. 11C, the external power supply Vb is turned on and the power supply voltage Va of the power supply unit 20 starts to rise from time t1, and at time t2, the operating voltage value Vtr (for example, about 0.6V) and reaches the starting voltage value Vpc (for example, about 4.5V) of the high-speed photocoupler at time t3, the collector-emitter of the phototransistor 8a of the high-speed photocoupler is connected as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the impedance is high during the time T1 from time t1 to time t3. However, since the power supply voltage of the drive power supply Va is applied to the base of the output transistor Tr via the pull-up resistor Rp while the high-speed photocoupler is in high impedance, the power supply voltage Va is applied to the operation of the output transistor Tr. From the time t2 when the voltage value Vtr is reached until the time t3 when the collector-emitter of the phototransistor 8a is turned on and the high-speed photocoupler is activated, the output transistor Tr is turned on and erroneously detected from the output units 7a to 7b. A signal is output.
[0011]
The present invention is intended to solve the above-described problems, and provides an input / output unit of a programmable controller that prevents malfunction of the input / output unit at the time of startup.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an input / output unit that is used in a programmable controller including a CPU unit and a power supply unit to input / output an electric signal to / from an external device, An input / output unit that is connected to an external device to input or output an electrical signal, a control unit that controls the input / output unit in response to a command from the CPU unit, and an insulation between the control unit and the input / output unit an insulating circuit unit for exchanging signals between, and a created supplying power unit driving power for driving the external power isolation circuitry and input and output unit, input-output unit is connected to an external device The output circuit includes an output terminal and an output transistor having a collector connected to the output terminal. The isolation circuit unit includes a light emitting diode that is turned on by the control unit and an output terminal connected to a base of the output transistor. The power supply unit is composed of a high-speed photo IC coupler composed of a phototransistor, and the power supply unit receives a power supply to generate a drive power supply having a predetermined DC voltage value, and a high potential side output of the power supply generation unit A power supply separation unit connected to the power input end of the isolation circuit unit and the base of the output transistor, the power supply separation unit, and a voltage dividing circuit for dividing the external power supply voltage supplied to the power generation unit, A voltage detector that detects that the voltage value of the drive power source supplied to the insulation circuit unit has reached the start-up voltage value of the insulation circuit unit based on the output voltage of the voltage circuit and outputs a detection signal. When the detection signal is output from the detector, the high potential side output terminal of the power generation unit is connected to the base of the output transistor, and the drive power source separated by the power source separation unit is supplied to the insulation circuit unit for insulation Circuit part started In, by starting the supply of the drive power to the output unit from the power separation unit, it is possible to drive the power supply to the output unit before starting the isolation circuit portion is prevented from malfunctioning output unit is supplied . In addition, the voltage detector detects that the isolation circuit unit has been activated from the divided voltage of the external power supply voltage that is not easily affected by the load connected to the power supply separation unit. The drive power supply can be stably supplied while avoiding the influence of the load.
[0018]
The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1 , the voltage detector is a reset IC that changes the output when the input voltage value reaches a predetermined value, and the input voltage value of the reset IC is The insulation circuit unit is activated when a predetermined value is reached, and the drive power supply is started from the power supply separation unit to the input / output unit according to the output of the reset IC, so that the input / output unit before the insulation circuit unit is activated. Thus, it is possible to prevent the input / output unit from malfunctioning due to the supply of drive power.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Basic type state)
It shows a schematic circuit block diagram of the basic form state of the present invention in FIG. Basically, it has the same configuration as the conventional example shown in FIG. 9, and is connected to an external device to input or output an electrical signal (in the example shown, only the output configuration is shown). Therefore, hereinafter referred to as “output unit”) 7a to 7d, a microcomputer as a main component, a control unit 2 for controlling the output units 7a to 7d in accordance with a command from the CPU unit, and a power supply unit (see FIG. The power supply unit 3 generates an operation power supply Vcc of the control unit 2 by receiving power supply from the control unit 2 and a high-speed photo IC coupler (hereinafter referred to as “high-speed photocoupler”). ˜7d are insulated and signals are exchanged between them, and drive power sources Va1 and Va2 for driving the insulation circuit portion 8 and the output portions 7a to 7d are generated and supplied from the external power supply Vb. Power supply unit 9 That. Here, in order to simplify the description, the input side of the control unit 2, the operation power supply unit 3, and the insulation circuit unit 8 is called the control unit block 1, and the outputs of the output units 7 a to 7 d, the power supply unit 9, and the insulation circuit unit 8. The side is called the output block 4.
[0020]
FIG. 2 shows an example of a specific circuit configuration of the power supply unit 9 in this basic form, and the basic configuration of the power supply unit 9 will be described below based on FIG.
[0021]
The power supply unit 9 includes a power supply generation unit 9a that generates a common drive power supply Va for each of the insulation circuit unit 8 and the output units 7a to 7d from the external power supply Vb, and the generated drive power supply Va is a drive power supply for the insulation circuit unit 8. Va1 and a power supply separation unit 9b that supplies the drive power supply Va2 of the output units 7a to 7d separately.
[0022]
The power generation unit 9a is a DC-DC converter that receives an external power source Vb having a DC voltage value of about 24V, for example, and generates a drive power source Va having a DC voltage value of about 5V.
[0023]
The power supply separation unit 9b is connected to the output end of the power supply creation unit 9a, and outputs a detection signal of H level from the output end when the input voltage reaches the detection voltage value V10, for example, a voltage detector 10 such as a reset IC, A PNP transistor Q1 whose emitter is connected to the high-potential side output terminal of the power generation unit 9a, an emitter connected to the low-potential side output terminal of the power generation unit 9a, and a base connected to the output terminal of the voltage detector 10 The NPN transistor Q2, the resistor R1 connected between the base and emitter of the transistor Q1, the resistor R2 connected between the base of the transistor Q1 and the collector of the transistor Q2, and the output terminal of the voltage detector 10 And between the resistor R3 connected between the output terminals of the high potential side of the power supply generation unit 9a and the collector of the transistor Q1 and the emitter of the transistor Q2. And a capacitor C1 is continued, the low-potential side output end of the power creation portion 9a is grounded. Further, the high potential side input terminal of the power supply separation unit 9b is connected to the power supply input terminal of the phototransistor 8a shown in FIG. 3, and the collector of the transistor Q1 of the power supply separation unit 9b is the base of the output transistor Tr shown in FIG. Is connected via a pull-up resistor Rp.
[0024]
When the external power supply Vb is turned on, the power supply unit 9 as described above generates the drive power supply Va by the power supply generation unit 9a, and the drive power supply Va1 from the high potential side input end of the power supply separation unit 9b to the insulation circuit unit 8 Start supplying. The voltage detector 10 of the power supply separation unit 9b receives the output voltage Va of the power generation unit 9a. When the output voltage Va reaches the detection voltage value V10, the voltage detector 10 detects the H level detection signal. Is output. The power supply separation unit 9b supplies the drive power supply Va2 from the collector of the transistor Q1 to the output units 7a to 7d when the transistor Q2 is turned on by this detection signal and the transistor Q1 having the L level signal input to the base is turned on. .
[0025]
Here, the detection voltage value V10 of the voltage detector 10 is set to be larger than the activation voltage value Vpc of the insulating circuit unit 8 (for example, the detection voltage value V10 is about 4.7 V, and the activation voltage value Vpc is about 4. 5V). Thereby, since the value of the output voltage Va of the power supply creation unit 9a is equal to the voltage value of the drive power supply Va1 supplied to the insulation circuit unit 8, the voltage detector 10 is isolated from the output voltage Va of the power supply creation unit 9a. 8 detects that the voltage value of the drive power supply Va1 supplied to 8 has reached the starting voltage value Vpc of the insulating circuit unit 8, and the power source separation unit 9a outputs the output units 7a to The drive power supply Va2 is supplied to 7d.
[0026]
For example, as shown in FIG. 4D, the external power supply Vb is turned on and the output voltage Va of the power generation unit 9a starts to rise from time t1, and at time t2, the operating voltage value Vtr of the output transistor Tr (for example, In the case where the starting voltage value Vpc (for example, about 4.5V) of the high-speed photocoupler is reached at time t3, the insulating circuit unit 8 has a drive power supply Va1 having a power supply voltage equal to the output voltage Va. Since the power is supplied, the collector-emitter of the phototransistor of the high-speed photocoupler has high impedance during time T1 from time t1 to time t3 as shown in FIG. 4B. Here, if the detection voltage value V10 of the voltage detector 10 is set to be larger than the starting voltage value Vpc of the insulation circuit unit 8, the voltage detector 10 causes the output voltage Va of the power supply generation unit 9a to be the detection voltage value V10. Since the detection signal is not output until it reaches, as shown in FIG. 4 (c), the power supply separation unit 9b supplies the drive power to the output units 7a to 7d from time t1 until time t3 when the output voltage Va reaches the detection voltage value V10. The supply of Va2 is stopped. As a result, as shown in FIG. 4A, the output transistor Tr is forcibly turned off during the time T2 from time t1 to time t4. Further, after the time t4, the forced-off state is released, and the phototransistor 8a is already turned on and the insulating circuit unit 8 is activated, so that the output transistor Tr does not malfunction and the control unit block 1 Unless the control signal from the control unit 2 is output, the control unit 2 is kept off.
[0027]
As described above, the power supply unit 9 of the present basic form supplies the drive power supply Va2 to the output units 7a to 7d after the insulation circuit unit 8 is activated, so that the output units 7a to 7d are activated before the insulation circuit unit 8 is activated. Thus, it is possible to prevent the output units 7a to 7d from malfunctioning due to the drive power supply Va2 being supplied.
(Working-shaped state)
Incidentally, such as the rated value, for example, about 5V output voltage of a the power creation unit 9a a detected voltage value V10 of the voltage detector 10 in the basic form state, for example, about 4.7V, the detected voltage value V10 and the power creation unit When the difference from the rated value of 9a is slight, if the load supplied with the drive power Va2 is large, the supply of the drive power Va2 from the power supply separation unit 9b may become unstable.
[0028]
For example, as shown in FIG. 5D, when the output voltage Va of the power generation unit 9a reaches the detection voltage value V10 of the voltage detector 10 at time t4, the drive power supply Va2 is supplied from the power supply separation unit 9b. As shown in (c), the drive power supply Va2 is supplied to the output units 7a to 7d. However, if the load supplied with the drive power Va2 is large, the value of the output voltage Va of the power supply generation unit 9a decreases to be smaller than the detected voltage value V10, and the power supply separation unit 9b stops the supply of the drive power Va2. As described above, when the load supplied with the drive power Va2 is large, the power supply separation unit 9b is affected by the fluctuation of the output voltage Va of the power supply creation unit 9a, and supplies or stops the drive power Va2. It becomes unstable.
[0029]
Therefore, in order to stabilize the supply of the drive power supply Va2 from the power supply separation unit 9b, the power supply separation unit 9a of the present embodiment uses the power supply voltage Vin of the external power supply Vb supplied to the power generation unit 9a as shown in FIG. The voltage detector 10 is provided with a voltage dividing circuit 11, and the voltage detector 10 outputs that the voltage value of the drive power supply Va 1 supplied to the insulating circuit unit 8 has reached the starting voltage value Vpc of the insulating circuit unit 8. It is detected from the voltage.
[0030]
The voltage dividing circuit 11 includes a series circuit of resistors R4 and R5, and a connection point of the resistors R4 and R5 is connected to an input terminal of the voltage detector 10.
[0031]
The resistance values of the resistors R4 and R5 are such that the rated value of the output voltage of the voltage dividing circuit 11 is sufficiently larger than the detected voltage value V10 of the voltage detector 10, and the output of the voltage dividing circuit 11 is turned on when the external power source Vb is turned on. When the voltage reaches the detection voltage value V10, the voltage value of the drive power supply Va1 of the insulating circuit unit 8 is set to be larger than the starting voltage value Vpc of the insulating circuit unit 8, and the insulating circuit unit 8 is started. .
[0032]
For example, as shown in FIG. 7E, when the external power supply Vb is turned on at time t0, the power supply voltage Vin gradually increases, and when the power supply voltage Vin reaches a voltage value Vin2 of about 3 V, for example, at time t1. As shown in (d), the output voltage Va of the power generation unit 9a starts to rise. At time t3 when the output voltage Va reaches the starting voltage value Vpc of the insulating circuit unit 8, the high-speed photocoupler is turned on as shown in FIG. When the power supply voltage Vin becomes, for example, a voltage value Vin1 of about 12 V at which the output voltage from the voltage dividing circuit 11 reaches the detection voltage value V10 of the voltage detector 10 (time t4), as shown in FIG. , power supply separator portion 9b is Ru open Hajimesu the supply of the drive power source Va2 to the output section 7a to 7d. Then, the drive power supply Va2 is supplied to the output units 7a to 7d, so that the forced-off state of the output transistor Tr is canceled as shown in FIG.
[0033]
As described above, in the present embodiment, the activation circuit unit 8 is activated, and the power generation unit during an unstable period from the voltage value Vpc shown in FIG. 7D to the rated value Vout (for example, about 5 V). By avoiding detection from the output voltage Va of 9a and detecting the external power supply voltage Vin that is not easily affected by the load connected to the power supply separation unit 9b from the voltage divided by the voltage dividing circuit 11, the power supply separation unit The supply of the drive power Va2 from 9b can be stabilized while avoiding the influence of the load connected to the power supply separation unit 9b.
[0034]
Since the rated value of the external power supply voltage Vin is sufficiently larger than the detected voltage value V10 of the voltage detector 10, the output of the voltage dividing circuit 11 that has divided the external power supply voltage Vin is set to be larger than the detected voltage value V10. Can do. Thereby, when the output voltage of the voltage dividing circuit 11 reaches near the rated value, even if the output voltage of the voltage dividing circuit 11 fluctuates, it can be difficult to become smaller than the detected voltage value V10. The supply of the drive power supply Va2 can be further stabilized.
[0035]
【The invention's effect】
The invention according to claim 1 is an input / output unit that is used in a programmable controller including a CPU unit and a power supply unit and inputs / outputs an electrical signal to / from an external device. An input / output unit that inputs or outputs a signal, a control unit that controls the input / output unit according to a command from the CPU unit, and the control unit and the input / output unit are insulated, and signals are exchanged between the two. An insulation circuit unit, and a power supply unit that generates and supplies drive power to drive the insulation circuit unit and the input / output unit from an external power source. The input / output unit is connected to an external device, and the output terminal The output circuit is connected to the collector, and the isolation circuit section is composed of a light emitting diode that is turned on by the control section, and a phototransistor whose output terminal is connected to the base of the output transistor. The power supply unit includes a power generation unit that generates an external power supply and a drive power source having a predetermined DC voltage value, and a high-potential side output terminal of the power generation unit is connected to the insulation circuit unit. A power supply separation unit connected to the power supply input terminal and the base of the output transistor. The power supply separation unit divides the external power supply voltage supplied to the power generation unit, and the output voltage of the voltage division circuit. And a voltage detector that outputs a detection signal by detecting that the voltage value of the driving power supply supplied to the insulation circuit unit has reached the starting voltage value of the insulation circuit unit, and the detection signal is output from the voltage detector When, because connecting the high-potential side output end of the power supply creating unit to the base of the output transistor, after an insulating circuit portion is activated driving power separated by the power separating unit is supplied to the insulating circuit portion, source separation the drive power to the input-output unit from part By starting the supply of an effect that output unit is driven power supply to the output unit before starting the isolation circuit portion can be prevented from malfunctioning. In addition, the voltage detector detects that the isolation circuit unit has been activated from the divided voltage of the external power supply voltage that is not easily affected by the load connected to the power supply separation unit. There is an effect that the drive power supply can be stably supplied while avoiding the influence of the applied load.
[0041]
A second aspect of the present invention, the voltage detector, the input voltage value is reset IC for changing the output when it reaches a predetermined value, the insulation circuit unit when the input voltage value of the reset IC has reached a predetermined value Is started, and the drive power supply from the power supply separation unit to the input / output unit is started according to the output of the reset IC, so that the drive power is supplied to the input / output unit before the isolation circuit unit is started up. Has the effect of preventing malfunctioning.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic circuit block diagram showing the basic form state.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of the power supply unit.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram of the same output unit.
FIG. 4 is an operation explanatory view of the above.
Figure 5 is an operation explanatory diagram of the basic form state to show the comparison of the implementation shaped on purpose.
6 is a schematic circuit diagram showing a power supply unit of the embodiment shaped state.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 8 is a schematic circuit block diagram showing a conventional example.
FIG. 9 is another schematic circuit block diagram of the above.
FIG. 10 is a schematic circuit diagram showing the output unit of the above.
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the above.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control part block 2 Control part 3 Operation | movement power supply part 4 Output part block 7a-7d Output part 8 Insulation circuit part 9 Power supply part Va1, Va2 Drive voltage

Claims

An input / output unit that is used in a programmable controller composed of a CPU unit and a power supply unit to input / output electric signals to / from an external device,
An input / output unit that is connected to an external device to input or output an electrical signal, a control unit that controls the input / output unit in response to a command from the CPU unit, and an insulation between the control unit and the input / output unit An insulating circuit unit that transmits and receives signals between the power source unit, and a power source unit that generates and supplies driving power to drive the insulating circuit unit and the input / output unit from an external power source,
The input / output unit has an output terminal connected to an external device, and an output transistor having a collector connected to the output terminal,
The insulation circuit unit is composed of a high-speed photo IC coupler composed of a light-emitting diode that is turned on by the control unit and a phototransistor whose output terminal is connected to the base of the output transistor.
The power supply unit receives an external power supply to create a drive power supply having a predetermined DC voltage value, and the high potential side output end of the power supply creation unit is used as the power input end of the insulation circuit unit and the base of the output transistor A power supply separation unit to be connected,
The power supply separation unit divides the external power supply voltage supplied to the power generation unit, and the voltage value of the drive power supplied to the insulation circuit unit based on the output voltage of the voltage division circuit activates the insulation circuit unit. A voltage detector that detects that the voltage value has been reached and outputs a detection signal, and when the detection signal is output from the voltage detector, the high potential side output terminal of the power generation unit is used as the base of the output transistor. Programmable controller input / output unit characterized by connection .

2. The input / output unit of a programmable controller according to claim 1 , wherein the voltage detector is a reset IC that changes an output when an input voltage value reaches a predetermined value .