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JP6964968B2 - How to reduce noise superimposed on electrical equipment and electrical equipment signals - Google Patents
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JP6964968B2 - How to reduce noise superimposed on electrical equipment and electrical equipment signals - Google Patents

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Description

本発明は、各種の電気機器、および電気機器の信号に重畳するノイズを低減する方法に関し、特に、流入する電流量が経時的に変化する負荷を有する電気機器、およびそのような電気機器の信号に重畳するノイズを低減する方法に関する。 The present invention relates to various electric devices and methods for reducing noise superimposed on the signals of the electric devices, and in particular, electric devices having a load in which the amount of inflowing current changes with time, and signals of such electric devices. The present invention relates to a method of reducing the noise superimposed on the electric current.

現在、各種の電気機器が多様な分野で使用されている。電気機器は、外来のノイズまたは自身が生じさせるノイズにより適正な動作を阻害されることがある。電気機器の正常な動作を得るために、ノイズによる誤動作を防ぐ各種の試みがなされている。たとえば、特許文献1には、通信線に送信される信号を出力するIC内部で出力波形を鈍らせることによりノイズを低減することが記載されている。 Currently, various electric devices are used in various fields. The proper operation of electrical equipment may be hindered by external noise or noise generated by itself. In order to obtain the normal operation of electrical equipment, various attempts have been made to prevent malfunction due to noise. For example, Patent Document 1 describes that noise is reduced by blunting the output waveform inside an IC that outputs a signal transmitted to a communication line.

特開2007−214643号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-214643

電気機器においては、特許文献1のように出力信号のレベルの切り替わりに伴うものの他、たとえば、電気機器の回路内の負荷の変動に伴う電流の変動がノイズ源となることがある。たとえば、負荷に流れる電流の変動に伴ってグランドラインの電位が変動し、それにより、このグランド電位を基準とする各種信号ラインの電位が変動して誤動作をもたらすことがある。特に、微小な電位の変化により所定の情報を送受する通信用の信号線においては、グランド電位の変動は、正確に情報をやり取りするうえで大きな問題となり得る。たとえば、主に計装機器間(計装機器同士または計装機器と制御機器との間など)の通信において採用されているHARTプロトコルでは、周波数偏移変調(FSK)により送受信されるデジタル信号の電流振幅は0.8mAP-P程度と小さいため、グランド電位の変動による影響を受け易いと考えられる。 In electrical equipment, in addition to those associated with switching of output signal levels as in Patent Document 1, for example, fluctuations in current due to fluctuations in load in the circuit of electrical equipment may be a noise source. For example, the potential of the ground line fluctuates with the fluctuation of the current flowing through the load, and as a result, the potentials of various signal lines based on this ground potential may fluctuate, resulting in malfunction. In particular, in a communication signal line that transmits and receives predetermined information due to a minute change in potential, fluctuations in the ground potential can be a major problem in accurately exchanging information. For example, in the HART protocol, which is mainly used for communication between instrumentation devices (such as between instrumentation devices or between instrumentation devices and control devices), digital signals transmitted and received by frequency shift keying (FSK) are transmitted. Since the current amplitude is as small as about 0.8 mA PP, it is considered that it is easily affected by fluctuations in the ground potential.

このようなグランド電位の変動によるノイズに関しては、通信信号の基準となるグランドと電源供給ラインなどのグランドとを分離することにより、その影響による誤動作を防ぐことが考えられる。しかし、グランドを分離することは、電気機器の内部回路の複雑化を招くと共に、分離したグランドのための線材や配線基板上の配線パターンを必要とし、そして、そのような線材や配線パターンのためのスペースを必要とすることから、電気機器の小型化を阻害する要因となり得る。また、前述の計装機器間の通信は、たとえば各種プラント内などで行われているが、プラント内の各建屋などに設置される計装機器同士の間を所定の敷設経路で結ぶ線路の総延長は1kmにまでおよぶことがあり、線路のコストの面でも問題となる。 Regarding noise due to such fluctuations in the ground potential, it is conceivable to prevent malfunction due to the influence of the noise by separating the ground which is the reference of the communication signal and the ground such as the power supply line. However, separating the ground leads to complication of the internal circuit of the electrical equipment and requires a wire or wiring pattern on the wiring board for the separated ground, and because of such wire or wiring pattern. Since it requires a lot of space, it can be a factor that hinders the miniaturization of electrical equipment. Further, the above-mentioned communication between instrumentation equipment is performed in various plants, for example, but the total number of lines connecting the instrumentation equipment installed in each building in the plant by a predetermined laying route. The extension can extend up to 1 km, which is also a problem in terms of track cost.

また、たとえば、単にセンサでの測定データなどを比較的ノイズ耐量の大きい伝送方式で送受信している電気機器では、通信信号の基準グランドと電源供給ラインのグランドとを共用しているものがある。信号系と電源系とでグランドラインを共用しているこれらの機器においても、機能向上のために多様な信号の伝送が求められることがあり、伝送信号の多重化のために前述のHARTプロトコルなどの採用が必要となることがある。しかし、たとえば、信号系と電源系とでグランドラインを共用している既存の機器において、HARTプロトコルなどの採用にあたってノイズによる問題を回避するためにグランドを分離すると、電気機器全体の改造や、電気機器間の新たな線路の敷設などが必要になることがある。特に、たとえば可燃性ガスなどを検知する検知器においては、防爆構造の具備などを要件とする所定の安全規格への適合が求められるため、一度適合認証を受けた筐体構造を変更することは容易ではない。 Further, for example, some electric devices that simply transmit and receive measurement data by a sensor by a transmission method having a relatively large noise tolerance share a reference ground for a communication signal and a ground for a power supply line. Even in these devices that share the ground line between the signal system and the power supply system, transmission of various signals may be required to improve the function, and the above-mentioned HART protocol etc. is used to multiplex the transmission signal. May need to be adopted. However, for example, in an existing device that shares a ground line between the signal system and the power supply system, if the ground is separated in order to avoid problems due to noise when adopting the HART protocol, etc., the entire electrical device can be modified or electricity can be used. It may be necessary to lay a new track between devices. In particular, for a detector that detects flammable gas, for example, it is required to comply with a predetermined safety standard that requires the provision of an explosion-proof structure, so it is not possible to change the housing structure that has been once certified as conforming. It's not easy.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、内部の負荷の変動があっても誤動作なく正常に動作し、しかも多くのスペースや配線を要することのない電気機器を提供することを目的とする。また、本発明は、電源との間でグランドラインを共用する通信方式において、電気機器の内部の負荷の変動があっても正常に信号を送受信し得る電気機器を提供することを目的とする。また、本発明は、変動する負荷部を有する電気機器において、ノイズによる誤動作を容易に低減し得る方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and it is intended to provide an electric device that operates normally without malfunction even if the internal load fluctuates, and does not require a lot of space or wiring. The purpose. Another object of the present invention is to provide an electric device capable of normally transmitting and receiving signals even if the internal load of the electric device fluctuates in a communication method sharing a ground line with a power source. Another object of the present invention is to provide a method capable of easily reducing a malfunction due to noise in an electric device having a fluctuating load unit.

本発明の一態様の電気機器は、第1電圧で電流を供給する電源部と、前記電源部からの電流が経時的に変動する電流値で流入する第1負荷部と、前記電源部から供給される電流を一定の電流値で流出させる定電流生成部と、前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた大きさの電流が前記定電流生成部から流入するように構成され、前記第1負荷部に第2電圧を供給する定電圧生成部と、を有している。 The electric device according to one aspect of the present invention is supplied from a power supply unit that supplies a current at a first voltage, a first load unit in which a current from the power supply unit flows in at a current value that fluctuates with time, and a power supply unit. A constant current generation unit that causes the current to flow out at a constant current value, and a current having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current flowing into the first load unit are configured to flow in from the constant current generation unit. It has a constant voltage generation unit that supplies a second voltage to the first load unit.

前記定電流生成部は、前記第1負荷部に流入する電流の最大値よりも大きい定電流を生成するように構成されており、前記定電圧生成部は、前記定電流生成部の動作中は常に前記定電流生成部から電流が流入するように構成されていることが好ましい。 The constant current generation unit is configured to generate a constant current larger than the maximum value of the current flowing into the first load unit, and the constant voltage generation unit is configured to generate the constant current generation unit during operation of the constant current generation unit. It is preferable that the current is always flowed from the constant current generation unit.

前記定電圧生成部がシャントレギュレータを含んでいてもよい。 The constant voltage generator may include a shunt regulator.

さらに、前記電源部のグランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信する通信手段を有していてもよい。 Further, it may have a communication means for transmitting and receiving a signal with reference to a ground that shares the same line as the ground of the power supply unit with an external device according to a predetermined protocol.

さらに、前記第1負荷部に流入する電流よりも緩やかに変動する電流が流入する第2負荷部を有していてもよく、前記第2負荷部は前記第1電圧の供給を受けて動作するように構成されていてもよい。 Further, it may have a second load section in which a current that fluctuates more slowly than the current that flows into the first load section flows in, and the second load section operates by receiving the supply of the first voltage. It may be configured as follows.

さらに、周囲環境の状態を検知する検知手段を含み、前記検知手段の状態に応じて前記第1負荷部への流入電流が変動するように構成されていてもよい。 Further, it may include a detecting means for detecting the state of the surrounding environment, and may be configured so that the inflow current to the first load unit fluctuates according to the state of the detecting means.

本発明の他の態様の電気機器は、第1電圧で電流を供給する電源部と、前記電源部からの電流が経時的に変動する電流値で流入する第1負荷部と、前記電源部のグランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信する通信手段と、前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた電流を前記電源部からの電流から分流させることにより前記電源部のグランド電位の変動を低減する電流制御手段と、を有している。 The electric device of another aspect of the present invention includes a power supply unit that supplies a current at a first voltage, a first load unit in which a current from the power supply unit flows in at a current value that fluctuates with time, and the power supply unit. A communication means that transmits and receives a signal with reference to the ground that shares the same line as the ground with an external device according to a predetermined protocol, and a power supply unit that receives a current corresponding to fluctuations in the current flowing into the first load unit. It has a current control means for reducing fluctuations in the ground potential of the power supply unit by dividing the current from the current.

本発明の方法は、電源部と、前記電源部からの電流が経時的に変動する電流値で流入する第1負荷部とを有する電気機器において電源部のグランド電位の変動に伴って前記電気機器の信号に重畳するノイズを低減する方法であって、前記電源部から供給される電流から定電流を生成し、前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた大きさの電流を前記定電流から分流させて分流経路に流すことにより定電圧を生成すると共に、前記定電流の一部を前記第1負荷部に供給し、前記第1負荷部および前記分流経路を流れた電流を前記電源部に戻すことにより前記電源部のグランドに流れる電流の変動を前記第1負荷部に流入する電流の変動よりも小さくすることを特徴とする。 The method of the present invention is an electric device having a power supply unit and a first load unit in which a current from the power supply unit flows in at a current value that fluctuates with time. This is a method of reducing the noise superimposed on the signal of the above, in which a constant current is generated from the current supplied from the power supply unit, and a current having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current flowing into the first load unit is constant. A constant voltage is generated by splitting the current from the current and flowing it through the split path, and a part of the constant current is supplied to the first load section, and the current flowing through the first load section and the split path is used as the power supply. It is characterized in that the fluctuation of the current flowing to the ground of the power supply unit is made smaller than the fluctuation of the current flowing into the first load unit by returning to the unit.

本発明の一態様によれば、第1負荷部に流入する電流が変動しても、定電流生成部により電源部から一定の電流が引き出され、その定電流のうち、第1負荷部への流入電流の変動に応じた電流が定電圧生成部に流れ込むと共に、第1負荷部には定電圧生成部による定電圧が供給される。そのため、電源部に流出入する電流への、第1負荷部の負荷の変動による影響が除去され、グランド電位が安定すると共に信号線の電位も安定し、誤動作が防止され得る。また、本発明の他の態様によれば、電流制御手段により電源部のグランド電位の変動が低減されるので、電源部との間でグランドを共用する通信手段による通信を誤動作なく行うことができる。電源系および信号系それぞれにおいて、個別にグランドラインを設けることなく、適正に通信を行うことができる。少ない数の線材で伝送エラーなく通信を行うことができるため、電気機器間を結ぶ通信システムを、小型の電気機器を用いて少ないコストで構築することができる。また、大規模な改造を回避しながら、電気機器の機能の向上を図ることも可能となり得る。 According to one aspect of the present invention, even if the current flowing into the first load section fluctuates, a constant current is drawn from the power supply section by the constant current generation section, and the constant current is transferred to the first load section. A current corresponding to the fluctuation of the inflow current flows into the constant voltage generation unit, and a constant voltage by the constant voltage generation unit is supplied to the first load unit. Therefore, the influence of the fluctuation of the load of the first load unit on the current flowing in and out of the power supply unit is eliminated, the ground potential is stabilized, the potential of the signal line is also stabilized, and malfunction can be prevented. Further, according to another aspect of the present invention, since the fluctuation of the ground potential of the power supply unit is reduced by the current control means, communication by the communication means sharing the ground with the power supply unit can be performed without malfunction. .. Proper communication can be performed in each of the power supply system and the signal system without providing a separate ground line. Since communication can be performed with a small number of wires without transmission errors, a communication system connecting electrical devices can be constructed using small electrical devices at low cost. It may also be possible to improve the functionality of electrical equipment while avoiding large-scale modifications.

本発明の一実施形態の電気機器の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the electric device of one Embodiment of this invention. 図1の電流制御手段を構成する電気回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the electric circuit which comprises the current control means of FIG. 本発明の一実施形態の電気機器の一例であるガス検知器の外観を示す図である。It is a figure which shows the appearance of the gas detector which is an example of the electric device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電気機器の一例であるガス検知器の外観を示す図である。It is a figure which shows the appearance of the gas detector which is an example of the electric device of one Embodiment of this invention. 図3Aおよび図3Bのガス検知器を、本体側筐体と蓋側筐体とを分離した状態で示す図である。It is a figure which shows the gas detector of FIG. 3A and FIG. 3B in a state where the main body side housing and the lid side housing are separated. 図3Aおよび図3Bのガス検知器に用いられる固定用プレートを示す図である。It is a figure which shows the fixing plate used for the gas detector of FIG. 3A and FIG. 3B. 図4のVI−VI線での断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section by the VI-VI line of FIG. 図4に示される固定用プレートが蓋側筐体に取付けられていない状態で第1回路基板を示す図である。It is a figure which shows the 1st circuit board in the state which the fixing plate shown in FIG. 4 is not attached to the lid side housing. 図4に示される固定用プレートに固定された第2回路基板を示す図である。It is a figure which shows the 2nd circuit board fixed to the fixing plate shown in FIG. 図2の電流制御手段を有する本発明の一実施例および比較例における第1負荷部への流入電流の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the inflow current to the 1st load part in one Example and comparative example of this invention which has the current control means of FIG. 図9Aに示される電流の変動下における本発明の一実施例および比較例のグランドラインに流れる電流の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the current flowing through the ground line of one Example and the comparative example of this invention under the fluctuation of the current shown in FIG. 9A. 時間軸を拡大して図9Aに示される電流を測定した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result which measured the current shown in FIG. 9A by enlarging the time axis. 時間軸を拡大して図9Bに示される電流を測定した測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result which measured the current shown in FIG. 9B by enlarging the time axis.

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態の電気機器を詳細に説明する。図1には、本発明の一実施形態の電気機器100の概略の機能ブロック図が示されている。 Hereinafter, the electric device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic functional block diagram of an electrical device 100 according to an embodiment of the present invention.

図1に示されるように、本実施形態の電気機器100は、第1電圧V1で電気機器100の内部の構成要素に電流を供給する電源部2と、電源部2からの電流が、経時的に変動する電流値で流入する第1負荷部3と、電源部2から流れ込む電流から、第1負荷部3に流入する電流i1の変動に応じた電流i2を分流させることにより電源部2のグランド電位の変動を低減する電流制御手段1と、を有している。 As shown in FIG. 1, in the electric device 100 of the present embodiment, the power supply unit 2 that supplies a current to the internal components of the electric device 100 at the first voltage V1 and the current from the power supply unit 2 with time. The ground of the power supply unit 2 is divided by dividing the current i2 corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3 from the first load unit 3 flowing in with the current value fluctuating to and the current flowing from the power supply unit 2. It has a current control means 1 that reduces fluctuations in potential.

ここで、「(電流が、経時的に)変動する」は、電流が、単位時間あたり一定の大きさ以上の変化量で変化することを意味している。具体的には、この「変動する」は、その変化により、たとえば本実施形態の電流制御手段1などを備えていない場合に、電源部2のグランド電位に変動が生じて電気機器100の正常な動作に支障が生じるほど、急激に電流が変化することを意味している。また、「経時的に変動」は、定期的な変化および不定期の変化の両方を含んでいる。 Here, "(current fluctuates)" means that the current changes by a change amount of a certain magnitude or more per unit time. Specifically, this "fluctuation" means that the ground potential of the power supply unit 2 fluctuates due to the change, for example, when the current control means 1 of the present embodiment is not provided, and the electric device 100 is normal. It means that the current changes rapidly enough to interfere with the operation. Also, "change over time" includes both regular and irregular changes.

電気機器100では、電源部2から電流制御手段1を介して第1負荷部3に電力が供給される。第1負荷部3は、電気機器100の動作状態に応じて経時的に内部の負荷の大きさが変化し、その変化に応じて、第1負荷部3に流入する電流の大きさが変動する。このように内部の負荷の大きさが変化するものであれば、電気機器100の構成要素のうちの任意の要素が第1負荷部3と見做され得る。また、第1負荷部3は、電気機器の主要な機能を果たす部分であってもよく、副次的な機能、たとえば、表示部や操作部など、ユーザーとのインターフェース機能を果たす部分であってもよい。第1負荷部3としては、電気機器100の中央処理装置、ROMやRAMなどの記憶装置、電気機器100が通信機能を有する場合のモデム、各種センサ、ディスプレイなどの表示装置、LEDなどの灯火装置、または、キーボードやタッチパネルなどの入力装置、およびこれらの周辺回路などが例示される。 In the electric device 100, electric power is supplied from the power supply unit 2 to the first load unit 3 via the current control means 1. The magnitude of the internal load of the first load unit 3 changes with time according to the operating state of the electric device 100, and the magnitude of the current flowing into the first load unit 3 changes according to the change. .. If the magnitude of the internal load changes in this way, any element of the constituent elements of the electric device 100 can be regarded as the first load unit 3. Further, the first load unit 3 may be a portion that fulfills a main function of an electric device, and is a portion that fulfills a secondary function, for example, a display unit, an operation unit, or the like, which functions as an interface with a user. May be good. The first load unit 3 includes a central processing device of the electric device 100, a storage device such as a ROM or RAM, a modem when the electric device 100 has a communication function, various sensors, a display device such as a display, and a lighting device such as an LED. Or, an input device such as a keyboard or a touch panel, and peripheral circuits thereof are exemplified.

電源部2は、商用電源や電池などからの電力に基づいて、第1電圧V1で電気機器100内の構成要素に電流を供給する。たとえば、電源部2としては、安定電圧を出力するリニアレギュレータやスイッチングレギュレータを構成する電気回路や、そのようなレギュレータとして構成された集積回路装置およびその周辺回路などが例示される。また、外部電源Bから第1電圧V1で安定電圧が印加される場合などのように、電気機器100内に第1電圧V1の生成または安定化機能が必要無い場合は、外部の電気回路との接続部101が電源部2に該当する。また、電気機器100にセットされる電池(図示せず)の電力により電気機器100が動作する場合は、電源部2は、電池を保持すると共に電池のセットに伴って電池電圧を電気機器100内の構成要素に供給する電池保持部であってもよい。なお、接続部101は、外部電源Bと電気機器100とを接続するコネクタやカプラ、または、外部電源Bに接続された外部の線材を電気機器100に接続するための端子やパッドなどであってよい。 The power supply unit 2 supplies a current to the components in the electric device 100 at the first voltage V1 based on the electric power from a commercial power source, a battery, or the like. For example, examples of the power supply unit 2 include an electric circuit constituting a linear regulator or a switching regulator that outputs a stable voltage, an integrated circuit device configured as such a regulator, and peripheral circuits thereof. Further, when the electric device 100 does not need the function of generating or stabilizing the first voltage V1, such as when a stable voltage is applied from the external power supply B at the first voltage V1, it is connected to an external electric circuit. The connection unit 101 corresponds to the power supply unit 2. Further, when the electric device 100 is operated by the electric power of the battery (not shown) set in the electric device 100, the power supply unit 2 holds the battery and sets the battery voltage in the electric device 100 as the battery is set. It may be a battery holding unit that supplies the components of the above. The connection portion 101 is a connector or coupler for connecting the external power supply B and the electric device 100, or a terminal or pad for connecting an external wire rod connected to the external power supply B to the electric device 100. good.

電流制御手段1は、前述のように、電源部2のグランド電位の変動を低減するように構成される。すなわち、電流制御手段1は、電源部2から供給される電流を、第1負荷部3に流入する電流i1と、電流i1の変動に応じた電流値を有する電流i2とに分流させるように構成されている。電流i2の電流値は、第1負荷部3に流れる電流i1の電流値が大きくなるほど減少し、電流i1が小さくなるほど増加するように、電流制御手段1により制御される。好ましくは、電流i2の電流値は、電流i1の増加量とほぼ同量だけ減少し、電流i1の減少量とほぼ同量だけ増加するように制御される。電流i2は、電流制御手段1内を通ってグランドGへと流される。このように電流制御手段1が構成されることにより、第1負荷部3への電流の供給のために電源部2から取り出される電流の変動が、電流i1の変動よりも小さくなる。また、第1負荷部3からグランドGを介して電源部2に戻る電流と、電流制御手段1からグランドGを介して電源部2に戻る電流とを足し合わせた合計の電流の変動が、電流i1の変動よりも小さくなる。すなわち、第1負荷部3に流れる電流i1が経時的に変動しても、電源部2から流出する電流および電源部2に流入する電流の変動が電流i1の変動よりも少なくなり、電源部2のグランド電位の変動が抑制される。その結果、電流i1の変動に伴う電気機器100内の各種信号ラインの変動が低減され、電気機器100の誤動作を防ぐことができる。 As described above, the current control means 1 is configured to reduce fluctuations in the ground potential of the power supply unit 2. That is, the current control means 1 is configured to divide the current supplied from the power supply unit 2 into the current i1 flowing into the first load unit 3 and the current i2 having a current value corresponding to the fluctuation of the current i1. Has been done. The current value of the current i2 is controlled by the current control means 1 so that the current value of the current i1 flowing through the first load unit 3 decreases as the current value increases, and increases as the current i1 decreases. Preferably, the current value of the current i2 is controlled so as to decrease by substantially the same amount as the amount of increase in the current i1 and increase by approximately the same amount as the amount of decrease in the current i1. The current i2 passes through the current control means 1 and flows to the ground G. By configuring the current control means 1 in this way, the fluctuation of the current taken out from the power supply unit 2 for supplying the current to the first load unit 3 becomes smaller than the fluctuation of the current i1. Further, the fluctuation of the total current obtained by adding the current returning from the first load unit 3 to the power supply unit 2 via the ground G and the current returning from the current control means 1 to the power supply unit 2 via the ground G is the current. It becomes smaller than the fluctuation of i1. That is, even if the current i1 flowing through the first load unit 3 fluctuates with time, the fluctuation of the current flowing out from the power supply unit 2 and the current flowing into the power supply unit 2 becomes smaller than the fluctuation of the current i1, and the power supply unit 2 Fluctuations in the ground potential of the above are suppressed. As a result, fluctuations in various signal lines in the electrical equipment 100 due to fluctuations in the current i1 are reduced, and malfunction of the electrical equipment 100 can be prevented.

図1に示されるように、本実施形態の電気機器100は、さらに通信手段4を含んでいる。通信手段4は、外部機器Eとの間で、所定のプロトコルに従って、所望の情報を含む電気信号の送受信を行う。本実施形態では、電気機器100は、信号伝送に関して、第1線路L1、第2線路L2および第3線路L3で外部機器Eと結ばれている。すなわち、通信手段4は、所謂3線式の通信プロトコルで信号の送受信を行うように構成されている。図1の例において、第1線路L1は、電気機器100または外部機器Eのいずれか一方から他方に電力が供給される給電ラインであり、第2線路L2は、所望の情報を含む信号が伝送される信号伝送ラインであり、第3線路L3は、伝送される信号の電位の基準となるグランドラインである。 As shown in FIG. 1, the electric device 100 of the present embodiment further includes a communication means 4. The communication means 4 transmits and receives an electric signal including desired information to and from the external device E according to a predetermined protocol. In the present embodiment, the electric device 100 is connected to the external device E by the first line L1, the second line L2, and the third line L3 with respect to signal transmission. That is, the communication means 4 is configured to transmit and receive signals by a so-called three-wire communication protocol. In the example of FIG. 1, the first line L1 is a power supply line in which power is supplied from either one of the electric device 100 or the external device E to the other, and the second line L2 transmits a signal including desired information. The signal transmission line to be transmitted, and the third line L3 is a ground line that serves as a reference for the potential of the transmitted signal.

図1に示されるように、第3線路L3は電源部2のグランドと接続されており、電源部2と通信手段4とは、外部機器Eとの間の給電および信号伝送に関して、1つの第3線路L3を共用している。本実施形態の電気機器100のように電流制御手段1を有していない場合、第1負荷部3に流入する電流i1の変動に応じてグランドGに流れ込む電流が変動する。電流i1の変化が急峻な場合、グランドGに流れ込む電流の変化に伴ってグランドGの電位が変動し、グランドGに接続されている第3線路L3の電位も変動する。そのため、第3線路L3の電位(グランド電位)に対する第2線路L2を介して伝送される信号の電位が変動し、電気機器100と外部機器Eとの間の正常な信号伝送が阻害されるおそれがある。 As shown in FIG. 1, the third line L3 is connected to the ground of the power supply unit 2, and the power supply unit 2 and the communication means 4 are one of the first lines with respect to power supply and signal transmission between the external device E and the external device E. It shares 3 tracks L3. When the electric device 100 of the present embodiment does not have the current control means 1, the current flowing into the ground G fluctuates according to the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3. When the change of the current i1 is steep, the potential of the ground G fluctuates with the change of the current flowing into the ground G, and the potential of the third line L3 connected to the ground G also fluctuates. Therefore, the potential of the signal transmitted via the second line L2 with respect to the potential (ground potential) of the third line L3 fluctuates, which may hinder the normal signal transmission between the electric device 100 and the external device E. There is.

特に前述のHARTプロトコルによる通信(以下、単にHART通信という)では、伝送されるデジタル信号の電流振幅が非常に小さいため、グランド電位の変動による伝送エラーや誤動作が生じ易いと考えられる。HART通信では、このようなグランドラインの共用がもたらす誤動作などを防止するために、給電ラインのグランドと、信号伝送ラインのグランドとを分離する、所謂4線式による通信も行われている。しかし、4線式は、2つのグランドラインを必要とするため、前述のように低コスト化や小型化の面で不利になることがある。なお、HART通信では、3線式よりも線路数の少ない、所謂2線式による通信も実用化されているが、給電ラインと信号伝送ラインとが1つの線路を共用するため、給電電流が比較的小さい値に制限されるというデメリットがある。 In particular, in the above-mentioned communication by the HART protocol (hereinafter, simply referred to as HART communication), since the current amplitude of the transmitted digital signal is very small, it is considered that transmission errors and malfunctions due to fluctuations in the ground potential are likely to occur. In HART communication, in order to prevent malfunctions caused by such sharing of the ground line, so-called 4-wire communication is also performed in which the ground of the power supply line and the ground of the signal transmission line are separated. However, since the 4-wire system requires two ground lines, it may be disadvantageous in terms of cost reduction and miniaturization as described above. In HART communication, so-called two-wire communication, which has fewer lines than the three-wire system, has also been put into practical use, but since the power supply line and the signal transmission line share one line, the power supply currents are compared. There is a demerit that it is limited to a small value.

本実施形態では、前述のように電流制御手段1によって、第1負荷部3に流入する電流の変動による電源部2のグランド電位の変動が抑制されるので、所謂3線式のHART通信においても、伝送エラーや誤動作を生じさせることなく適切に、電気機器100と外部機器Eとの間で信号を伝送することができる。本実施形態の通信手段4による通信のプロトコルは、3線式のHART通信に限定されず、2線式もしくは4線式のHART通信であってもよい。また、その他にも、Modbus Protocol、FOUNDATION Fieldbus、Profibus、もしくは、イーサネット(登録商標)などが、通信手段4による通信のプロトコルとして例示される。しかし、微小な振幅の信号であっても少ない線路数で適切に信号を送受信し得るという点で、本実施形態は、通信手段4が3線式でHART通信を行うように構成されている場合、より有益である。 In the present embodiment, as described above, the current control means 1 suppresses fluctuations in the ground potential of the power supply unit 2 due to fluctuations in the current flowing into the first load unit 3, so that even in so-called 3-wire HART communication. , A signal can be appropriately transmitted between the electric device 100 and the external device E without causing a transmission error or a malfunction. The communication protocol by the communication means 4 of the present embodiment is not limited to the 3-wire HART communication, and may be a 2-wire or 4-wire HART communication. In addition, Modbus Protocol, FOUNDATION Fieldbus, Profibus, Ethernet (registered trademark), and the like are exemplified as communication protocols by the communication means 4. However, in the present embodiment, the communication means 4 is configured to perform HART communication by a three-wire system in that a signal can be appropriately transmitted and received with a small number of lines even if the signal has a minute amplitude. , More informative.

また、本実施形態によれば、給電ラインのグランドと信号伝送ラインのグランドとに1つのグランドラインを共用させて比較的ノイズに強い伝送方式で信号伝送を行っている電気機器を、グランドラインを増やすことなく、ノイズの影響は受け易いが伝送性能の高い伝送方式を用い得るように切り替えることができる。電気機器の大規模な改造や、電気機器間の伝送線路の増設などを回避しながら、容易に信号伝送の高機能化を図ることができる。特に、安全規格への適合などの面で電気機器の筐体の構造を安易に変更できない場合に、本実施形態は有益である。 Further, according to the present embodiment, an electric device in which one ground line is shared between the ground of the power supply line and the ground of the signal transmission line and signal transmission is performed by a transmission method that is relatively resistant to noise is used as the ground line. Without increasing the number, it is possible to switch so that a transmission method that is easily affected by noise but has high transmission performance can be used. While avoiding large-scale remodeling of electrical equipment and expansion of transmission lines between electrical equipment, it is possible to easily improve the functionality of signal transmission. In particular, this embodiment is useful when the structure of the housing of the electric device cannot be easily changed in terms of conformity with safety standards.

通信手段4は、外部機器Eと電気機器100との間で電気信号を送受信するように構成された、集積回路装置や個々の部品からなる電気回路などのハードウェアにより構成される。また、通信手段4は、集積回路装置に所定の処理を行わせる命令が書き込まれたプログラムなどのソフトウェアを含んでいてもよい。また、通信手段4は、外部機器Eとの通信に必要となる、信号の変換(アナログ信号とデジタル信号との間の変換や信号レベルの変換など)、信号の増幅、信号の合成および分解、および/または、信号の変調および復調を行うように構成された、集積回路装置や電気回路を含んでいてもよい。たとえば、通信手段4は、外部機器Eとの信号伝送に必要な信号処理を行うようにプログラムされたマイコンやASICなどからなる通信制御IC、電気機器100の内部の信号を所定のプロトコルに定められた信号形式に変調するように、および、そのような信号形式から復調するように構成されたモデムIC、ならびに、これらのICの周辺回路で構成される。特に、通信手段4がHART通信を行う場合、通信手段4は、HARTプロトコルに則って通信を制御する通信制御IC、HART通信用のモデム、ならびに、4〜20mAのアナログ電流からなる信号にFSKで変調されたデジタル信号を重畳させるように構成された電気回路を含んでいてもよい。 The communication means 4 is composed of hardware such as an integrated circuit device and an electric circuit composed of individual components, which are configured to transmit and receive electric signals between the external device E and the electric device 100. Further, the communication means 4 may include software such as a program in which an instruction for causing the integrated circuit device to perform a predetermined process is written. Further, the communication means 4 includes signal conversion (conversion between an analog signal and a digital signal, signal level conversion, etc.), signal amplification, signal synthesis and decomposition, which are necessary for communication with the external device E. And / or may include integrated circuit devices and electrical circuits configured to modulate and demodulate the signal. For example, the communication means 4 defines a communication control IC composed of a microcomputer, an ASIC, or the like programmed to perform signal processing necessary for signal transmission with the external device E, and a signal inside the electric device 100 as a predetermined protocol. It is composed of a modem IC configured to modulate the signal format and demodulate from such a signal format, and peripheral circuits of these ICs. In particular, when the communication means 4 performs HART communication, the communication means 4 uses FSK for a communication control IC that controls communication according to the HART protocol, a modem for HART communication, and a signal consisting of an analog current of 4 to 20 mA. It may include an electric circuit configured to superimpose a modulated digital signal.

電気機器100は、商用電源や電池などから電力の供給を受けて所定の機能を果たす機器であり、産業用途および民生用途のいずれの用途の電気機器であってもよく、その用途について特に限定されない。たとえば、電気機器100は、ノイズによる誤動作の防止が求められる自動車用の制御機器、通信機器、プラント内に構築される各種制御システムを構築する制御機器、後述されるような周囲環境を監視する検知器、所謂白物家電を始めとする家庭用電化製品など、各種の電気機器のいずれであってもよい。従って、電気機器100は、用途に応じた任意の機能を有し得る。そのため、電気機器100は、第1負荷部3以外にも、その用途に応じた特定の機能を果たす部分であって、電源部2からの電流が流入する1つまたは2つ以上の負荷部分を有していてもよい。 The electric device 100 is a device that receives electric power from a commercial power source, a battery, or the like and performs a predetermined function, and may be an electric device for any purpose of industrial use or consumer use, and the use thereof is not particularly limited. .. For example, the electric device 100 includes a control device for an automobile, a communication device, a control device for constructing various control systems constructed in a plant, and a detection for monitoring the surrounding environment as described later. It may be any of various electric devices such as vessels, so-called white goods and other household electric appliances. Therefore, the electric device 100 may have an arbitrary function depending on the application. Therefore, in addition to the first load unit 3, the electric device 100 is a part that fulfills a specific function according to its application, and includes one or more load parts into which the current from the power supply unit 2 flows. You may have.

図1に示される例では、電気機器100は、第1負荷部3に加えて、第2負荷部5を有している。第2負荷部5は、第2負荷部5に流れる電流が第1負荷部3に流入する電流よりも緩やかに変動するように構成されている。たとえば、第2負荷部5は、電気機器100の通常の動作中、電源部2のグランド電位が変動するほど急激に大きさが変化しない電流、または、ほぼ一定の大きさの電流が流入するように構成されている。すなわち、第2負荷部5に電源部2から電流が供給されることによる、電気機器100と外部機器Eとの間の通信における伝送エラーや電気機器100の誤動作の発生リスクは低いと考えられる。そのため、第2負荷部5は、電流制御手段1を介さずに、電源部2から第1電圧V1の供給を受けて動作するように結線されている。このような構成にすることで、電源部2の電流供給能力に応じた電流、すなわち、その一部が電流制御手段1によって分流されることのない十分な大きさの電流を第2負荷部2に供給することができる。また、電流制御手段1が電圧降下を伴うものであっても、電源部2から供給される第1電圧V1を、その大きさのまま第2負荷部5に供給することができる。従って、より大きな電力を第2負荷部5に供給することができる。 In the example shown in FIG. 1, the electric device 100 has a second load unit 5 in addition to the first load unit 3. The second load unit 5 is configured such that the current flowing through the second load unit 5 fluctuates more slowly than the current flowing into the first load unit 3. For example, during the normal operation of the electric device 100, the second load unit 5 is such that a current whose magnitude does not change so rapidly as the ground potential of the power supply unit 2 fluctuates, or a current having a substantially constant magnitude flows in. It is configured in. That is, it is considered that the risk of transmission error in communication between the electric device 100 and the external device E and the malfunction of the electric device 100 due to the current supplied from the power supply unit 2 to the second load unit 5 is low. Therefore, the second load unit 5 is connected so as to operate by receiving the supply of the first voltage V1 from the power supply unit 2 without going through the current control means 1. With such a configuration, the second load unit 2 receives a current corresponding to the current supply capacity of the power supply unit 2, that is, a current having a sufficiently large size so that a part of the current is not divided by the current control means 1. Can be supplied to. Further, even if the current control means 1 is accompanied by a voltage drop, the first voltage V1 supplied from the power supply unit 2 can be supplied to the second load unit 5 as it is. Therefore, a larger amount of electric power can be supplied to the second load unit 5.

電気機器100は、前述のように、電気機器100が設置される周囲の環境を監視して、周囲環境が特定の状態にあることを検知する検知器や警報器であってもよい。このような検知器や警報器としては、特定の種類のガスが所定の濃度以上で存在することを検知するガス検知器をはじめ、煙検知器、火災警報器、人の侵入などを検知する防犯用の警報器などが例示される(但し電気機器100による検知器や警報器はこれらに限定されない)。たとえばプラントなどにおいては、複数の検知器からなる監視システムが構築されており、複数個所に設置された検知器同士、または、中央制御装置(マスタ)と各検知器(スレーブ)とが、前述のHART通信によって信号を送受信している。微小な振幅の信号であっても、少ない線路数で適切に信号を送受信し得るという点で、本実施形態は、電気機器100が、このようなHART通信を行う検知器や警報器である場合、特に有益である。また、プラントなどに限らず、一般家庭においても、HEMS(ホーム・エネルギー・マネジメント・システム)と称されるエネルギー管理システムが普及し始めており、エネルギーの使用量を監視する検知器などが、他の検知器や家電製品との間で信号を送受信することも見込まれる。本実施形態は、電気機器100がこのような一般家庭用の検知器である場合でも、伝送エラーなどが生じ難いという点で有益であると考えられる。 As described above, the electric device 100 may be a detector or an alarm that monitors the surrounding environment in which the electric device 100 is installed and detects that the surrounding environment is in a specific state. Such detectors and alarms include gas detectors that detect the presence of a specific type of gas at a predetermined concentration or higher, smoke detectors, fire alarms, and crime prevention that detects the intrusion of people. Examples thereof include alarms for electric devices (however, detectors and alarms by the electric device 100 are not limited to these). For example, in a plant or the like, a monitoring system consisting of a plurality of detectors is constructed, and the detectors installed at a plurality of locations or the central control device (master) and each detector (slave) are described above. Signals are transmitted and received by HART communication. In this embodiment, the electric device 100 is a detector or alarm that performs such HART communication in that a signal with a small amplitude can be appropriately transmitted and received with a small number of lines. , Especially beneficial. In addition, energy management systems called HEMS (Home Energy Management System) are beginning to spread not only in plants but also in ordinary households, and other detectors that monitor energy consumption are available. It is also expected to send and receive signals to and from detectors and home appliances. This embodiment is considered to be useful in that even when the electric device 100 is such a detector for general household use, transmission errors and the like are unlikely to occur.

電気機器100は、電気機器100が検知器などである場合、検知対象に応じた各種センサなどの検知手段(図示せず)を有し得る。このようなセンサとしては、一酸化炭素(CO)ガス、メタンガス(CH4)などを検知するガスセンサ、サーミスタからなる温度センサ、湿度センサ、および、煙センサなどが例示される(但しセンサはこれらに限定されない)。このようなセンサは、主に検知状態に応じた電気信号を出力するか、または、そのセンサの内部の電気回路のインピーダンスが変化する。従って、検知手段に、たとえば電源部2から電流が供給される場合、検知状態に応じて検知手段に流入する電流の大きさが変動する。ガスセンサなどの検知手段は第1負荷部3に含まれていてもよい。しかし、検知状態に応じて検知手段に流入する電流が変化する場合でも、通常、電気機器100が設置される周囲の物理的環境は、電気機器100のグランド電位の変動をもたらすほど急激には変化しないと考えられる。従って、図示しない検知手段は第2負荷部5に含まれていてもよい。また、図示しない検知手段は、第1負荷部3および第2負荷部5と別に、電源部2または電流制御手段1に接続されていてもよい。 When the electric device 100 is a detector or the like, the electric device 100 may have detection means (not shown) such as various sensors according to the detection target. Examples of such a sensor include a gas sensor that detects carbon monoxide (CO) gas, methane gas (CH 4 ), a temperature sensor consisting of a thermistor, a humidity sensor, a smoke sensor, and the like (however, the sensors include these). Not limited to). Such a sensor mainly outputs an electric signal according to a detection state, or changes the impedance of an electric circuit inside the sensor. Therefore, when a current is supplied to the detection means, for example, from the power supply unit 2, the magnitude of the current flowing into the detection means varies depending on the detection state. A detection means such as a gas sensor may be included in the first load unit 3. However, even when the current flowing into the detection means changes according to the detection state, the physical environment around the electric device 100 is usually changed so rapidly that the ground potential of the electric device 100 fluctuates. It is thought that it will not be done. Therefore, a detection means (not shown) may be included in the second load unit 5. Further, the detection means (not shown) may be connected to the power supply unit 2 or the current control means 1 separately from the first load unit 3 and the second load unit 5.

電気機器100が前述のように検知器である場合、図示しない検知手段の検知状態に応じて、検知手段への流入電流だけでなく第1負荷部3および第2負荷部5への流入電流も変動し得る。たとえば、前述のように第1負荷部3が表示装置であって検知手段による検知結果を表示するように構成されていると、その表示状態は検知手段の検知状態に応じて変化し得る。第1負荷部3が後述のデジタル表示器29(図3A参照)である場合、検知手段の検知状態に応じて点灯するセグメントの数が変化し、第1負荷部3への流入電流が変動する。また、この場合、検知手段により検知される周囲の物理的環境の変化が緩やかであっても、デジタル表示器29の表示状態は、極めて短い時間、たとえば2ミリ秒の遷移時間で変化(1つまたは複数のセグメントが点灯から消灯に、またはその逆に変化)し得る。そのため、第1負荷部3への流入電流が、検知手段の検知状態に応じて電源部2のグランド電位を変動させるほど急激に変化することがある。しかし、本実施形態では、電流制御手段1を有しているため、電源部2のグランド電位の変動が低減される。従って、電気機器100の誤動作などを防止することができる。 When the electric device 100 is a detector as described above, not only the inflow current to the detection means but also the inflow current to the first load unit 3 and the second load unit 5 depends on the detection state of the detection means (not shown). Can fluctuate. For example, if the first load unit 3 is a display device and is configured to display the detection result by the detection means as described above, the display state may change according to the detection state of the detection means. When the first load unit 3 is a digital display 29 (see FIG. 3A) described later, the number of lighting segments changes according to the detection state of the detection means, and the inflow current to the first load unit 3 fluctuates. .. Further, in this case, even if the change in the surrounding physical environment detected by the detection means is gradual, the display state of the digital display 29 changes in an extremely short time, for example, a transition time of 2 milliseconds (one). Or multiple segments can change from on to off and vice versa). Therefore, the inrush current to the first load unit 3 may change so rapidly that the ground potential of the power supply unit 2 fluctuates according to the detection state of the detection means. However, in the present embodiment, since the current control means 1 is provided, the fluctuation of the ground potential of the power supply unit 2 is reduced. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the electric device 100.

図1に示されるように、本実施形態では、電流制御手段1は定電流生成部11と定電圧生成部12とを含んでいる。定電流生成部11は、電源部2から供給される電流を一定の電流値で定電流生成部11から流出させるように構成されている。すなわち、定電流生成部11からは、定電流Icが流出する。また、定電流生成部11は、後述のように、定電圧生成部12と組み合わされることで電源部2から定電流Ic1が流入するように構成されている。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the current control means 1 includes a constant current generation unit 11 and a constant voltage generation unit 12. The constant current generation unit 11 is configured to cause the current supplied from the power supply unit 2 to flow out from the constant current generation unit 11 at a constant current value. That is, the constant current Ic flows out from the constant current generation unit 11. Further, as will be described later, the constant current generation unit 11 is configured so that the constant current Ic1 flows in from the power supply unit 2 by being combined with the constant voltage generation unit 12.

定電圧生成部12は、定電圧である第2電圧V2を第1負荷部3に供給する。また、定電圧生成部12は、第1負荷部3に流入する電流i1の変動に応じた大きさの電流i2が定電流生成部11から流入するように構成されている。すなわち、定電圧生成部12は、前述の電流制御手段1の説明のうち、電源部2からの電流(具体的には定電流生成部11から流出する電流)を、電流i1と電流i2とに分流させる機能を担っている。従って、定電圧生成部12は、第1負荷部3に流れる電流i1の電流値が大きくなるほど、電流i2が減少し、電流i1が小さくなるほど電流i2が増加するように構成されている。定電流生成部11からは定電流Icが流出するため、定電圧生成部12は、電流i1の増加量(減少量)とほぼ同量だけ電流i2が減少(増加)するように構成されている。 The constant voltage generation unit 12 supplies the second voltage V2, which is a constant voltage, to the first load unit 3. Further, the constant voltage generation unit 12 is configured such that the current i2 having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3 flows in from the constant current generation unit 11. That is, the constant voltage generation unit 12 converts the current from the power supply unit 2 (specifically, the current flowing out from the constant current generation unit 11) into the current i1 and the current i2 in the above description of the current control means 1. It has the function of splitting the current. Therefore, the constant voltage generation unit 12 is configured such that the current i2 decreases as the current value of the current i1 flowing through the first load unit 3 increases, and the current i2 increases as the current i1 decreases. Since the constant current Ic flows out from the constant current generation unit 11, the constant voltage generation unit 12 is configured to decrease (increase) the current i2 by substantially the same amount as the increase (decrease amount) of the current i1. ..

図1に示されるような定電流生成部11および定電圧生成部12を含む電流制御手段1を備えることにより、第1負荷部3への電流の供給のために電源部2から流れ出し、そして、グランドGを介して電源部2に戻る電流を、第1負荷部3の負荷の変動に影響されることなく、ほぼ一定にすることができる。したがって、極めて高度にグランド電位の変動を抑制することができ、電気機器100の誤動作や、電気機器100と外部機器Eとの間での信号の伝送エラーをほぼ確実に防ぐことができる。 By providing the current control means 1 including the constant current generation unit 11 and the constant voltage generation unit 12 as shown in FIG. 1, the current flows out from the power supply unit 2 to supply the current to the first load unit 3, and then The current returned to the power supply unit 2 via the ground G can be made substantially constant without being affected by the fluctuation of the load of the first load unit 3. Therefore, the fluctuation of the ground potential can be suppressed extremely highly, and the malfunction of the electric device 100 and the signal transmission error between the electric device 100 and the external device E can be almost certainly prevented.

図2には、定電流生成部11および定電圧生成部12を構成する具体的な電気回路の一例が示されている。図2の例では、定電流生成部11は、演算増幅器U3、基準電圧発生器U2、Pチャネル電界効果トランジスタ(以下、単に「トランジスタ」と称される)Q1、および抵抗R1〜R6で構成されている。基準電圧発生器U2は、所定の電圧値で一定電圧を発生させるものであれば特に限定されない。図2は、アノード端子に対して一定の基準電圧Vr2を基準電圧出力端子U2rに出力するシャントレギュレータが、基準電圧発生器U2として用いられる例である。カソード端子とアノード端子との間の電位差が一定電圧(基準電圧)Vr2となるように、基準電圧出力端子U2rとカソード端子とが接続されている。 FIG. 2 shows an example of a specific electric circuit constituting the constant current generation unit 11 and the constant voltage generation unit 12. In the example of FIG. 2, the constant current generator 11 is composed of an operational amplifier U3, a reference voltage generator U2, a P-channel field effect transistor (hereinafter, simply referred to as a “transistor”) Q1, and resistors R1 to R6. ing. The reference voltage generator U2 is not particularly limited as long as it generates a constant voltage at a predetermined voltage value. FIG. 2 shows an example in which a shunt regulator that outputs a constant reference voltage Vr2 to the reference voltage output terminal U2r with respect to the anode terminal is used as the reference voltage generator U2. The reference voltage output terminal U2r and the cathode terminal are connected so that the potential difference between the cathode terminal and the anode terminal is a constant voltage (reference voltage) Vr2.

抵抗R1、R2およびR3は直列に接続され、演算増幅器U3の非反転入力端子が抵抗R1と抵抗R2との接続ラインに接続され、基準電圧発生器U2のアノード端子が抵抗R2と抵抗R3との接続ラインに接続されている。抵抗R1の抵抗R2と反対側の一端R1aは、基準電圧発生器U2のカソード端子と共にトランジスタQ1のドレイン端子に接続され、抵抗R3の抵抗R2と反対側の一端はグランドGに接続されている。 The resistors R1, R2 and R3 are connected in series, the non-inverting input terminal of the operational amplifier U3 is connected to the connection line between the resistor R1 and the resistor R2, and the anode terminal of the reference voltage generator U2 is the resistor R2 and the resistor R3. It is connected to the connection line. One end R1a of the resistor R1 opposite to the resistor R2 is connected to the drain terminal of the transistor Q1 together with the cathode terminal of the reference voltage generator U2, and one end of the resistor R3 opposite to the resistor R2 is connected to the ground G.

演算増幅器U3の出力端子は抵抗R4を介してトランジスタQ1のゲート端子に接続され、トランジスタQ1のゲート端子とグランドGとの間に抵抗R5が接続されている。トランジスタのドレイン端子には、抵抗R6の一端が接続され、抵抗R6の他端は、演算増幅器U3の反転入力端子に接続されている。トランジスタQ1のソース端子に、電源部2(図1参照)から定電流Ic1が流入し、抵抗R6の他端から定電流Icが流出する。 The output terminal of the operational amplifier U3 is connected to the gate terminal of the transistor Q1 via the resistor R4, and the resistor R5 is connected between the gate terminal of the transistor Q1 and the ground G. One end of the resistor R6 is connected to the drain terminal of the transistor, and the other end of the resistor R6 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U3. The constant current Ic1 flows into the source terminal of the transistor Q1 from the power supply unit 2 (see FIG. 1), and the constant current Ic flows out from the other end of the resistor R6.

演算増幅器U3には市販の演算増幅器を用いることができる。トランジスタQ1も、定電流Ic1を上回る定格ドレイン電流を有するものであれば特に限定されない。抵抗R1〜R3およびR6の抵抗値は、所望の定電流Ic、および基準電圧発生器U2の基準電圧Vr2の大きさに応じて適宜選択される。抵抗値の公差の小さい抵抗が、定電流Icのばらつきを小さくする点で有利である。また、抵抗R4およびR5の抵抗値は、トランジスタQ1に適切なゲート電圧が印加されるように適宜選択され得る。なお、図示されていないが、演算増幅器U3の正電源端子は電源電圧の供給ラインに接続され、負電源端子もしくはGND端子はグランドGに接続される。好ましくは、演算増幅器U3の正電源端子は、電源部2が供給する第1電圧V1よりも高い電圧を供給する電源電圧供給ラインに接続される。 A commercially available operational amplifier can be used as the operational amplifier U3. The transistor Q1 is also not particularly limited as long as it has a rated drain current exceeding the constant current Ic1. The resistance values of the resistors R1 to R3 and R6 are appropriately selected according to the desired constant current Ic and the magnitude of the reference voltage Vr2 of the reference voltage generator U2. A resistor having a small tolerance of resistance value is advantageous in that the variation of the constant current Ic is reduced. Further, the resistance values of the resistors R4 and R5 can be appropriately selected so that an appropriate gate voltage is applied to the transistor Q1. Although not shown, the positive power supply terminal of the operational amplifier U3 is connected to the power supply voltage supply line, and the negative power supply terminal or the GND terminal is connected to the ground G. Preferably, the positive power supply terminal of the operational amplifier U3 is connected to a power supply voltage supply line that supplies a voltage higher than the first voltage V1 supplied by the power supply unit 2.

図2の例では、定電圧生成部12は、シャントレギュレータU1および抵抗R7〜R9で構成されている。シャントレギュレータU1は、アノード端子に対して一定の基準電圧Vr1を基準電圧出力端子U1rに出力するように構成されている。抵抗R7、R8およびR9は直列に接続されており、シャントレギュレータU1のカソード端子が、抵抗R7の抵抗R8と反対側の一端に接続されると共に、定電流生成部11の抵抗R6と演算増幅器U3の反転入力端子との接続ラインに接続されている。シャントレギュレータU1の基準電圧出力端子U1rは、抵抗R8と抵抗R9との接続ラインに接続され、シャントレギュレータU1のアノード端子は、抵抗R9の抵抗R8と反対側の一端と共にグランドGに接続されている。 In the example of FIG. 2, the constant voltage generation unit 12 is composed of a shunt regulator U1 and resistors R7 to R9. The shunt regulator U1 is configured to output a constant reference voltage Vr1 to the reference voltage output terminal U1r with respect to the anode terminal. The resistors R7, R8 and R9 are connected in series, and the cathode terminal of the shunt regulator U1 is connected to one end of the resistor R7 opposite to the resistor R8, and the resistor R6 of the constant current generator 11 and the operational amplifier U3. It is connected to the connection line with the inverting input terminal of. The reference voltage output terminal U1r of the shunt regulator U1 is connected to the connection line between the resistor R8 and the resistor R9, and the anode terminal of the shunt regulator U1 is connected to the ground G together with one end opposite to the resistor R8 of the resistor R9. ..

シャントレギュレータU1は、所望の精度の第2電圧V2を生成し得る基準電圧Vr1の精度を有し、電流i1の変動に応じて流入する電流i2に対して十分な電流容量を有するものであれば特に限定されない。たとえば、定電流生成部11から60mAの定電流Icが供給される場合、第1負荷部3への電流i1がほぼゼロのときでも定電流Icを全て流し得るように、好ましくは、100mA以上のカソード電流容量を有するシャントレギュレータが選択される。 The shunt regulator U1 has an accuracy of a reference voltage Vr1 capable of generating a second voltage V2 with a desired accuracy, and has a sufficient current capacity for the inflowing current i2 according to the fluctuation of the current i1. There is no particular limitation. For example, when a constant current Ic of 60 mA is supplied from the constant current generation unit 11, the constant current Ic is preferably 100 mA or more so that all the constant current Ic can flow even when the current i1 to the first load unit 3 is almost zero. A shunt regulator with cathode current capacity is selected.

抵抗R7〜R9の抵抗値は、所望の第2電圧V2、およびシャントレギュレータU1の基準電圧Vr1の大きさに応じて適宜選択される。抵抗値の公差の小さい抵抗が、第2電圧V2のばらつきを小さくする点で有利である。なお、直列接続された2つの抵抗R7およびR8が用いられているが、所望の抵抗値および公差を満たし得る場合は、1つの抵抗が、シャントレギュレータU1のカソード端子と基準電圧出力端子U1rとの間に接続されてもよい。また、抵抗R7および抵抗R8の一方または両方に変えて、可変抵抗が接続されてもよい。また、定電流生成部11および定電圧生成部12を構成する回路の任意の箇所にバイパスコンデンサが接続されてもよい。 The resistance values of the resistors R7 to R9 are appropriately selected according to the desired second voltage V2 and the magnitude of the reference voltage Vr1 of the shunt regulator U1. A resistor having a small tolerance of resistance value is advantageous in that the variation of the second voltage V2 is reduced. Two resistors R7 and R8 connected in series are used, but if the desired resistance value and tolerance can be satisfied, one resistor is the cathode terminal of the shunt regulator U1 and the reference voltage output terminal U1r. It may be connected in between. Further, a variable resistor may be connected instead of one or both of the resistor R7 and the resistor R8. Further, a bypass capacitor may be connected to any part of the circuit constituting the constant current generation unit 11 and the constant voltage generation unit 12.

図2に示される定電流生成部11および定電圧生成部12の動作について説明する。基準電圧発生器U2のカソード端子とアノード端子との間に接続されている、抵抗R1および抵抗R2の直列回路の両端には、基準電圧発生器U2の基準電圧Vr2が印加される。そのため、抵抗R1の一端R1aと他端R1bとの間には、抵抗R1および抵抗R2で基準電圧Vr2が分圧されてなる定電圧で電位差が発生する。また、演算増幅器U3の非反転入力端子には、抵抗R1の他端R1bの電圧Vinが入力される。演算増幅器U3には、抵抗R4、トランジスタQ1および抵抗R6によって負帰還回路が形成されている。そのため、演算増幅器U3の反転入力端子に接続されている抵抗R6の他端R6bの電圧が電圧Vinとほぼ同じになるようにトランジスタQ1のゲート電圧が制御される。換言すると、抵抗R1の一端R1aに一端R6aが接続されている抵抗R6の両端にも、抵抗R1の両端間と同じ定電圧で電位差が生じるように抵抗R6を流れる電流が制御され、固定抵抗である抵抗R6には、定電流Icが流れる。この定電流Icが、第1負荷部3および定電圧生成部12に供給される。定電流Icの大きさは、基準電圧Vr2、ならびに、抵抗R1、R2およびR6の抵抗値の選択によって容易に調整することができる。 The operation of the constant current generation unit 11 and the constant voltage generation unit 12 shown in FIG. 2 will be described. The reference voltage Vr2 of the reference voltage generator U2 is applied to both ends of the series circuit of the resistors R1 and the resistors R2 connected between the cathode terminal and the anode terminal of the reference voltage generator U2. Therefore, a potential difference is generated between one end R1a and the other end R1b of the resistor R1 at a constant voltage obtained by dividing the reference voltage Vr2 by the resistors R1 and R2. Further, the voltage Vin of the other end R1b of the resistor R1 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier U3. A negative feedback circuit is formed in the operational amplifier U3 by the resistor R4, the transistor Q1 and the resistor R6. Therefore, the gate voltage of the transistor Q1 is controlled so that the voltage of the other end R6b of the resistor R6 connected to the inverting input terminal of the operational amplifier U3 becomes substantially the same as the voltage Vin. In other words, the current flowing through the resistor R6 is controlled at both ends of the resistor R6, which is connected to one end R1a of the resistor R1 and one end R6a, so that a potential difference is generated at the same constant voltage as between both ends of the resistor R1. A constant current Ic flows through a certain resistor R6. This constant current Ic is supplied to the first load unit 3 and the constant voltage generation unit 12. The magnitude of the constant current Ic can be easily adjusted by selecting the reference voltage Vr2 and the resistance values of the resistors R1, R2 and R6.

定電圧生成部12では、シャントレギュレータU1により、基準電圧Vr1、および抵抗R7〜R9の抵抗値に基づいて第2電圧V2が生成される。すなわち、シャントレギュレータU1のカソード端子の電圧が、Vr1×(1+(R7+R8)/R9)となるように、シャントレギュレータU1のカソード電流が制御され、このカソード電圧からなる定電圧の第2電圧V2が生成される。なお、式中、R7、R8およびR9は、それぞれ、各抵抗の抵抗値を示している。第2電圧V2の大きさは、基準電圧Vr1、および、抵抗R7〜R9の抵抗値の選択によって容易に調整することができる。 In the constant voltage generation unit 12, the shunt regulator U1 generates a second voltage V2 based on the reference voltage Vr1 and the resistance values of the resistors R7 to R9. That is, the cathode current of the shunt regulator U1 is controlled so that the voltage of the cathode terminal of the shunt regulator U1 becomes Vr1 × (1+ (R7 + R8) / R9), and the constant voltage second voltage V2 composed of this cathode voltage Will be generated. In the formula, R7, R8 and R9 indicate the resistance value of each resistor, respectively. The magnitude of the second voltage V2 can be easily adjusted by selecting the reference voltage Vr1 and the resistance values of the resistors R7 to R9.

前述のように、定電流生成部11からは定電流Icが供給され、一方、第1負荷部3に流れる電流i1は経時的に変動する。図2の例では、定電圧の第2電圧V2が生成されるように、シャントレギュレータU1によってカソード電流が調整される。そのため、定電流Icと、第1負荷部3への電流i1との差分の電流i2は、第2電圧V2が一定に保たれるように、カソード電流としてシャントレギュレータU1側に分流され、グランドGを介して電源部2に戻される。第1負荷部3への電流i1が変動しても、その変動に応じた電流i2がシャントレギュレータU1によって分流される。それにより、定電流生成部11は、第1負荷部3の負荷の変動に影響されずに定電流Icを流し続けることができる。また、定電圧生成部12によって定電圧の第2電圧V2が生成されることにより、抵抗R1の一端R1aや基準電圧発生器U2のカソード端子の電圧もほぼ一定となる。そのため、基準電圧発生器U2や抵抗R1に流れる電流もほぼ一定となり、電源部2から定電流生成部11に流入する電流Ic1もほぼ定電流となる。その結果、電源部2から流出する電流および電源部2に流入する電流の変動が抑制されると共に、電源部2のグランド電位が安定し、電気機器100の誤動作などを防ぐことができる。 As described above, the constant current Ic is supplied from the constant current generation unit 11, while the current i1 flowing through the first load unit 3 fluctuates with time. In the example of FIG. 2, the cathode current is adjusted by the shunt regulator U1 so that a second voltage V2 having a constant voltage is generated. Therefore, the current i2, which is the difference between the constant current Ic and the current i1 to the first load unit 3, is diverted to the shunt regulator U1 side as a cathode current so that the second voltage V2 is kept constant, and the ground G It is returned to the power supply unit 2 via. Even if the current i1 to the first load unit 3 fluctuates, the current i2 corresponding to the fluctuation is diverted by the shunt regulator U1. As a result, the constant current generation unit 11 can continue to flow the constant current Ic without being affected by the fluctuation of the load of the first load unit 3. Further, since the constant voltage generation unit 12 generates a constant voltage second voltage V2, the voltage at one end R1a of the resistor R1 and the cathode terminal of the reference voltage generator U2 become substantially constant. Therefore, the current flowing through the reference voltage generator U2 and the resistor R1 is also substantially constant, and the current Ic1 flowing from the power supply unit 2 into the constant current generation unit 11 is also substantially constant. As a result, fluctuations in the current flowing out of the power supply unit 2 and the current flowing into the power supply unit 2 are suppressed, the ground potential of the power supply unit 2 is stabilized, and malfunction of the electric device 100 can be prevented.

なお、好ましくは、定電流生成部11は、経時的に変動する電流i1の最大値よりも大きい定電流Icを生成するように構成され、定電圧生成部12は、定電流生成部11の動作中は常に定電流生成部11から電流i2が流入するように構成される。そうすることにより、電流i1の変化範囲の全域にわたって、電源部2のグランド電位の変動を防ぐことができる。しかし、定電流生成部11で生成される定電流Icは、必ずしも電流i1の最大値よりも大きくなくてもよい。たとえば、定電流Icは、電流i1の最大値とほぼ同じであってもよく、第1負荷部3の動作に支障のない範囲であれば電流i1の最大値よりも小さくてもよい。たとえば、発生頻度の低い最大値付近の領域での電流i1の変動によるグランド電位の変動を完全に抑制できない場合でも、通常動作において電気機器100に誤動作などが生じないことがあるからである。また、定電流Icを小さくすることで、電気機器100の消費電力を低減できることがある。 It should be noted that preferably, the constant current generation unit 11 is configured to generate a constant current Ic larger than the maximum value of the current i1 that fluctuates with time, and the constant voltage generation unit 12 operates the constant current generation unit 11. The inside is configured so that the current i2 always flows in from the constant current generation unit 11. By doing so, it is possible to prevent the ground potential of the power supply unit 2 from fluctuating over the entire range of change of the current i1. However, the constant current Ic generated by the constant current generation unit 11 does not necessarily have to be larger than the maximum value of the current i1. For example, the constant current Ic may be substantially the same as the maximum value of the current i1, and may be smaller than the maximum value of the current i1 as long as it does not interfere with the operation of the first load unit 3. For example, even if the fluctuation of the ground potential due to the fluctuation of the current i1 in the region near the maximum value where the frequency of occurrence is low cannot be completely suppressed, the electric device 100 may not malfunction in the normal operation. Further, by reducing the constant current Ic, the power consumption of the electric device 100 may be reduced.

つぎに、本発明の一実施形態の電気機器の信号に重畳するノイズを低減する方法について、図1および図2を参照して説明する。 Next, a method of reducing noise superimposed on the signal of the electric device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態の方法は、電源部2と、電源部2からの電流が経時的に変動する電流値で流入する第1負荷部3とを有する電気機器100において、電源部2のグランド電位の変動に伴って内部の電気回路上の信号に重畳するノイズを低減する方法である。本実施形態の方法では、電源部2から供給される電流から定電流Icを生成し、定電流Icから、第1負荷部3に流入する電流i1の変動に応じた大きさの電流i2を分流させることにより定電圧(第2電圧)V2を生成すると共に、定電流Icの一部を第1負荷部3に供給し、第1負荷部3を流れた電流i1および電流i2を電源部2に戻すことにより、電源部2のグランドに流れる電流の変動を、第1負荷部3に流入する電流の変動よりも小さくする。電源部2のグランドに流れる電流の変動が小さくなることにより、電源部2のグランド電位が安定し、電気機器100の電気回路上の信号に重畳するノイズが低減される。 In the method of the present embodiment, in the electric device 100 having the power supply unit 2 and the first load unit 3 in which the current from the power supply unit 2 flows in at a current value that fluctuates with time, the ground potential of the power supply unit 2 fluctuates. This is a method of reducing the noise superimposed on the signal on the internal electric circuit. In the method of the present embodiment, a constant current Ic is generated from the current supplied from the power supply unit 2, and a current i2 having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3 is diverted from the constant current Ic. A constant voltage (second voltage) V2 is generated, a part of the constant current Ic is supplied to the first load unit 3, and the current i1 and the current i2 flowing through the first load unit 3 are supplied to the power supply unit 2. By returning the current, the fluctuation of the current flowing to the ground of the power supply unit 2 is made smaller than the fluctuation of the current flowing into the first load unit 3. By reducing the fluctuation of the current flowing through the ground of the power supply unit 2, the ground potential of the power supply unit 2 is stabilized, and the noise superimposed on the signal on the electric circuit of the electric device 100 is reduced.

定電流Icは、たとえば、図2に示されるような、基準電圧発生器U2、演算増幅器U3および抵抗R1〜R6からなる定電流生成回路により生成することができる。基準電圧発生器U2、演算増幅器U3および抵抗R1〜R6の動作は、前述の通りであるため、再度の説明は省略する。 The constant current Ic can be generated by, for example, a constant current generation circuit including a reference voltage generator U2, an operational amplifier U3, and resistors R1 to R6 as shown in FIG. Since the operations of the reference voltage generator U2, the operational amplifier U3, and the resistors R1 to R6 are as described above, the description thereof will be omitted again.

定電流Icからの、第1負荷部3に流入する電流i1の変動に応じた大きさの電流i2の分流は、たとえば、図2に示されるような、シャントレギュレータU1および抵抗R7〜R9を用いて行うことができる。シャントレギュレータU1によって、シャントレギュレータU1のカソード端子と、グランドGに接続されたアノード端子との間に、基準電圧Vr1および抵抗R7〜R9の抵抗値により定まる定電圧(第2電圧V2)が生成される。換言すると、シャントレギュレータU1は、第1負荷部3に流れる電流i1の変動に応じた大きさの電流i2を定電流Icから分流させ、それにより、第2電圧V2がほぼ一定の値に維持される。分流された電流i2は、シャントレギュレータU1のカソード端子からアノード端子に通じる分流経路に流される。 For the diversion of the current i2 having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3 from the constant current Ic, for example, a shunt regulator U1 and resistors R7 to R9 as shown in FIG. 2 are used. Can be done. The shunt regulator U1 generates a constant voltage (second voltage V2) determined by the reference voltage Vr1 and the resistance values of resistors R7 to R9 between the cathode terminal of the shunt regulator U1 and the anode terminal connected to the ground G. NS. In other words, the shunt regulator U1 diverts the current i2 having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing through the first load unit 3 from the constant current Ic, whereby the second voltage V2 is maintained at a substantially constant value. NS. The shunted current i2 is passed through a shunt path leading from the cathode terminal to the anode terminal of the shunt regulator U1.

第1負荷部3を流れた電流i1、および分流経路であるシャントレギュレータU1内を流れた電流i2は、第1負荷部3の低電位側およびシャントレギュレータU1のアノード端子をグランドGに接続することによりグランドGを介して電源部2に戻される。電流i1と、電流i1の変動に応じた大きさで分流された電流i2とがグランドGを流れることにより、グランドGに流れる電流の変動量を、第1負荷部3に流入する電流i1の変動量よりも小さくすることができる。その結果、電源部2のグランド電位の変動に伴って電気機器100内の電気回路上の信号に重畳するノイズを低減することができる。 The current i1 flowing through the first load section 3 and the current i2 flowing through the shunt regulator U1 which is a diversion path connect the low potential side of the first load section 3 and the anode terminal of the shunt regulator U1 to the ground G. Is returned to the power supply unit 2 via the ground G. When the current i1 and the current i2 divided by the magnitude corresponding to the fluctuation of the current i1 flow through the ground G, the fluctuation amount of the current flowing through the ground G is changed by the fluctuation of the current i1 flowing into the first load unit 3. It can be smaller than the amount. As a result, it is possible to reduce the noise superimposed on the signal on the electric circuit in the electric device 100 due to the fluctuation of the ground potential of the power supply unit 2.

好ましくは、定電流Icを生成している間は、常に、定電流Icの一部をシャントレギュレータU1などの分流経路に分流させる。すなわち、経時的に変動する電流i1の最大値よりも大きい定電流Icを生成するのが好ましい。前述のように、電流i1の変化範囲の全域にわたって、電源部2のグランド電位の変動を防ぐことができる。 Preferably, while the constant current Ic is being generated, a part of the constant current Ic is always diverted to a diversion path such as the shunt regulator U1. That is, it is preferable to generate a constant current Ic larger than the maximum value of the current i1 that fluctuates with time. As described above, it is possible to prevent the ground potential of the power supply unit 2 from fluctuating over the entire range of change of the current i1.

なお、本実施形態の電気機器の信号に重畳するノイズを低減する方法は、図2に示される回路を用いて行う方法に限定されない。本実施形態の方法は、定電流Icの生成が可能で、第1負荷部3に流れる電流i1の変動に応じた電流i2を定電流Icから分流させることができる任意の回路を用いて行うことができる。 The method for reducing the noise superimposed on the signal of the electric device of the present embodiment is not limited to the method using the circuit shown in FIG. The method of the present embodiment is carried out by using an arbitrary circuit capable of generating a constant current Ic and capable of dividing the current i2 corresponding to the fluctuation of the current i1 flowing through the first load unit 3 from the constant current Ic. Can be done.

つぎに、電気機器100が、3線式によるHART通信機能を備えた、可燃性ガスや有毒ガスを検知するガス検知器である場合を例に、本発明の一実施形態の電気機器の構造の一例について説明する。 Next, taking the case where the electric device 100 is a gas detector for detecting flammable gas or toxic gas, which has a 3-wire HART communication function, as an example, the structure of the electric device according to the embodiment of the present invention. An example will be described.

図3Aおよび図3Bには、本発明の電気機器の一例であるガス検知器200の外観が示されている。図3Aは、ガス検知器200の設置時に設置面側となる面と反対側からみた正面図を示し、図3Bは、図3A上、下方側からみた下面図である。図3Aおよび図3Bに示されるように、ガス検知器200は、本体側筐体21と蓋側筐体22とにより構成される筐体20を有している。本体側筐体21が筐体20の設置面側の部分を構成している。本体側筐体21と蓋側筐体22とは、ヒンジ部23によって係合されると共に、4本の筐体固定用ネジ24で結合されている。ガス検知器200は、検知対象のガスを検知するガスセンサを含む検知部25を備え、本体側筐体21の側面には、ガス検知器200と外部電源(図示せず)などとを電気的に接続するケーブル(図示せず)を挿し通すためのケーブル挿通部26を備えている。 3A and 3B show the appearance of the gas detector 200, which is an example of the electric device of the present invention. FIG. 3A shows a front view seen from the side opposite to the surface to be the installation surface side when the gas detector 200 is installed, and FIG. 3B is a bottom view seen from the upper and lower sides of FIG. 3A. As shown in FIGS. 3A and 3B, the gas detector 200 has a housing 20 composed of a main body side housing 21 and a lid side housing 22. The main body side housing 21 constitutes a portion of the housing 20 on the installation surface side. The main body side housing 21 and the lid side housing 22 are engaged by the hinge portion 23 and are connected by four housing fixing screws 24. The gas detector 200 includes a detection unit 25 including a gas sensor that detects the gas to be detected, and the gas detector 200 and an external power source (not shown) are electrically mounted on the side surface of the main body side housing 21. A cable insertion portion 26 for inserting a connecting cable (not shown) is provided.

ガス検知器200は、正面22aに、スティック状の操作ツールで外部から操作可能なガス検知器200の調整用の4つのスイッチ27、および、ガス検知器200の動作状態を示す3つのLED表示灯28を備えている。さらに、ガス検知器200は、正面22a側から蓋側筐体22の開口22bを通して視認し得るように設けられた、小数点を示すドット表示用を含めて1桁あたり8セグメントの点灯素子で数字を表示する4桁のデジタル表示器29を備えている。 The gas detector 200 has four switches 27 for adjusting the gas detector 200 that can be operated from the outside with a stick-shaped operation tool on the front surface 22a, and three LED indicators that indicate the operating state of the gas detector 200. It has 28. Further, the gas detector 200 is provided with a lighting element having 8 segments per digit, including a dot display indicating a decimal point, which is provided so as to be visible from the front surface 22a side through the opening 22b of the lid side housing 22. It is equipped with a 4-digit digital display 29 for displaying.

図4には、本体側筐体21と蓋側筐体22とが分離されている状態で、両者が結合されたときにガス検知器200の内部側となる側からみた各筐体が示されている。なお、図4では、図3Aおよび図3Bに示されているヒンジ部23、検知部25、およびケーブル挿通部26の図示は省略されている。図4に示されるように、本体側筐体21および蓋側筐体22は、それぞれ、凹部21c、22cを有し、蓋側筐体22の凹部22cには、第1回路基板31が配置され、本体側筐体21の凹部21cには、第3回路基板33が配置されている。第1回路基板31と第3回路基板33とは、複数のケーブル30aによって電気的に接続される。ケーブル30aと第1回路基板31とは、コネクタ35を介して接続される(図4では、コネクタ35が結合されていない状態で、本体側筐体21および蓋側筐体22が示されている)。 FIG. 4 shows each housing viewed from the side that becomes the internal side of the gas detector 200 when the main body side housing 21 and the lid side housing 22 are separated from each other. ing. In FIG. 4, the hinge portion 23, the detection portion 25, and the cable insertion portion 26 shown in FIGS. 3A and 3B are not shown. As shown in FIG. 4, the main body side housing 21 and the lid side housing 22 have recesses 21c and 22c, respectively, and the first circuit board 31 is arranged in the recesses 22c of the lid side housing 22. A third circuit board 33 is arranged in the recess 21c of the main body side housing 21. The first circuit board 31 and the third circuit board 33 are electrically connected by a plurality of cables 30a. The cable 30a and the first circuit board 31 are connected via the connector 35 (in FIG. 4, the main body side housing 21 and the lid side housing 22 are shown in a state where the connector 35 is not connected. ).

第1回路基板31は、2つの第1回路基板固定用ネジ39で蓋側筐体22に固定されている。図示されていないが、蓋側筐体22には、第1回路基板31と重なるように第2回路基板32(図6参照)が配置されており、第1回路基板31は、一部を除いて、第2回路基板32の固定用プレート34に覆われている。固定用プレート34は、4つのプレート固定用ネジ41によって4隅を蓋側筐体22に固定されている。第2回路基板32は2つの第2回路基板固定用ネジ44で固定用プレート34に固定されている。 The first circuit board 31 is fixed to the lid-side housing 22 with two first circuit board fixing screws 39. Although not shown, a second circuit board 32 (see FIG. 6) is arranged on the lid-side housing 22 so as to overlap the first circuit board 31, and the first circuit board 31 is partially excluded. It is covered with a fixing plate 34 of the second circuit board 32. The four corners of the fixing plate 34 are fixed to the lid-side housing 22 by four plate fixing screws 41. The second circuit board 32 is fixed to the fixing plate 34 with two second circuit board fixing screws 44.

固定用プレート34は、その平面図および正面図が図5(a)および図5(b)にそれぞれ示されるように、全体として矩形の板材により形成され、本体部341、および、外周上の対向する2辺それぞれの近傍の部分からなる側端部342を有している。本体部341と側端部342とは、両者の間に段差が生じるように接続されており、固定用プレート34は、側端部342の無い縁部側からみたときに、図5(b)に示されるように、全体として凸状の形状を有している。本体部341には、第2回路基板固定用ネジのための2つの貫通孔34dが設けられ、側端部342には、プレート固定用ネジのための4つの貫通孔34eが設けられている。また、固定用プレート34には、3つの切り欠き34a、34bおよび34cが設けられている。 The fixing plate 34 is formed of a rectangular plate as a whole, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), respectively, in a plan view and a front view thereof. It has a side end portion 342 composed of a portion in the vicinity of each of the two sides. The main body portion 341 and the side end portion 342 are connected so as to form a step between them, and the fixing plate 34 is viewed from the edge side without the side end portion 342 in FIG. 5 (b). As shown in, it has a convex shape as a whole. The main body 341 is provided with two through holes 34d for the second circuit board fixing screw, and the side end 342 is provided with four through holes 34e for the plate fixing screw. Further, the fixing plate 34 is provided with three notches 34a, 34b and 34c.

再度図4を参照すると、第1回路基板31には、コネクタ35の他に、第1回路基板31内に構成される電気回路の所定のノードと電気的に接続された端子部38が設けられている。端子部38は、図4では、コネクタにより形成されているが、第1回路基板31の導体層に形成された導体パッドなどでもよい。端子部38は、たとえば、第1回路基板31に構成される電気回路の検査や、第1回路基板31に実装される記憶素子(図示せず)への情報の書き込みなどのために設けられる。図4の例では、固定用プレート34の切り欠き34a内にコネクタ35が露出し、切り欠き34b内に端子部38が露出している。そのため、固定用プレート34を蓋側筐体22に固定した状態で、容易に、コネクタ35を挿抜することができ、また、端子部38を介して記憶素子への書き込みなどを行うことができる。 Referring to FIG. 4 again, in addition to the connector 35, the first circuit board 31 is provided with a terminal portion 38 electrically connected to a predetermined node of the electric circuit configured in the first circuit board 31. ing. Although the terminal portion 38 is formed by the connector in FIG. 4, it may be a conductor pad formed on the conductor layer of the first circuit board 31 or the like. The terminal portion 38 is provided, for example, for inspecting an electric circuit configured on the first circuit board 31 and writing information to a storage element (not shown) mounted on the first circuit board 31. In the example of FIG. 4, the connector 35 is exposed in the notch 34a of the fixing plate 34, and the terminal portion 38 is exposed in the notch 34b. Therefore, the connector 35 can be easily inserted and removed while the fixing plate 34 is fixed to the lid-side housing 22, and writing to the storage element can be performed via the terminal portion 38.

第3回路基板33には、外部電源などとの接続用の複数の外部ケーブル30bが接続される外部ケーブル用コネクタ36が実装されている。外部ケーブル30bは、第3回路基板33の部品搭載面に対して斜めに、外部ケーブル用コネクタ36に挿し込まれて固定されている。図示されていないが、第3回路基板33には、外部ケーブル用コネクタ36の他に、ガス検知器200内の電気回路を外来のサージ電圧などから保護する保護回路などが実装され得る。外部ケーブル30bは、ケーブル挿通部26(図3A参照)を通して本体側筐体21内に導入されている。本体側筐体21の凹部21cの周囲にはOリング37が設けられている。 An external cable connector 36 to which a plurality of external cables 30b for connecting to an external power supply or the like are connected is mounted on the third circuit board 33. The external cable 30b is inserted into and fixed to the external cable connector 36 at an angle to the component mounting surface of the third circuit board 33. Although not shown, on the third circuit board 33, in addition to the external cable connector 36, a protection circuit for protecting the electric circuit in the gas detector 200 from an external surge voltage or the like may be mounted. The external cable 30b is introduced into the main body side housing 21 through the cable insertion portion 26 (see FIG. 3A). An O-ring 37 is provided around the recess 21c of the main body side housing 21.

図6には、第1回路基板31などが配置された蓋側筐体22の図4のVI−VI線での断面図が示されている。図6に示されるように、蓋側筐体22の凹部22cの外周部に、本体側筐体21(図3B参照)との結合面22dよりも凹んだ位置に座ぐり面22eが設けられており、第1回路基板31が座ぐり面22e上に載置され、第1回路基板固定用ネジ39で蓋側筐体22に固定されている。また、第2回路基板32の固定用プレート34は、スペーサ40を介して、座ぐり面22eにプレート固定用ネジ41で固定されている。固定用プレート34には、スペーサ42を介して第2回路基板32が第2回路基板固定用ネジ44で固定されている。すなわち、第2回路基板32は、第1回路基板31の座ぐり面22eと反対側(本体側筐体21側)に、第1回路基板31に重なるように配置されている。このような配置により、設置面上における占有面積に関して小型のガス検知器200が構成され得る。 FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 4 of the lid-side housing 22 on which the first circuit board 31 and the like are arranged. As shown in FIG. 6, a counterbore surface 22e is provided on the outer peripheral portion of the recess 22c of the lid-side housing 22 at a position recessed from the bonding surface 22d with the main body-side housing 21 (see FIG. 3B). The first circuit board 31 is placed on the counterbore surface 22e and fixed to the lid-side housing 22 with the first circuit board fixing screw 39. Further, the fixing plate 34 of the second circuit board 32 is fixed to the counterbore surface 22e with the plate fixing screw 41 via the spacer 40. The second circuit board 32 is fixed to the fixing plate 34 via the spacer 42 with the second circuit board fixing screw 44. That is, the second circuit board 32 is arranged on the opposite side (main body side housing 21 side) of the counterbore surface 22e of the first circuit board 31 so as to overlap the first circuit board 31. With such an arrangement, a small gas detector 200 can be configured with respect to the occupied area on the installation surface.

第1回路基板31の凹部22cの底面側の面(図6上、下側の面)には、デジタル表示器29が実装されている。デジタル表示器29は、ガス検知器200の外部から、その表示を視認し得るように蓋側筐体22の開口22bに対応する位置に実装されている。 The digital display 29 is mounted on the bottom surface (upper and lower surfaces of FIG. 6) of the recess 22c of the first circuit board 31. The digital display 29 is mounted at a position corresponding to the opening 22b of the lid-side housing 22 so that the display can be visually recognized from the outside of the gas detector 200.

第1回路基板31には、基板対基板タイプのコネクタ43aが実装されており、第2回路基板32には、コネクタ43aに嵌合する基板対基板タイプのコネクタ43bが実装されている。第1回路基板31が蓋側筐体22に取付けられ、その後、第2回路基板32が固定用プレート34を介して蓋側筐体22に固定されるときに、コネクタ43aとコネクタ43bとが結合される。このとき、第1回路基板31が蓋側筐体22に対して正確な位置に固定されていないと、コネクタ43aとコネクタ43bとを適正に結合することができない。しかし、再度図4を参照すると、本実施形態では、切り欠き34a、34c内に第1回路基板固定用ネジ39が露出している。そのため、第2回路基板32が取付けられた固定用プレート34に第1回路基板31の大半の部分が覆われた状態でも、第1回路基板固定用ネジ39を回すことができる。すなわち、固定用プレート34を蓋側筐体22に取り付ける時点で、第1回路基板31が蓋側筐体22に固定されていなくてもよい。たとえば、事前にコネクタ43aとコネクタ43bとを結合させたうえで、第1回路基板31および固定用プレート34を蓋側筐体22に固定することができる。または、たとえば、第1回路基板31を蓋側筐体22に仮固定した状態、すなわち、第1回路基板31が移動可能な状態で、コネクタ43aとコネクタ43bとを位置合わせしながら結合させることができる。その後、第1回路基板固定用ネジ39を締め付けることにより第1回路基板31を完全に固定することができ、さらに固定用プレート34を蓋側筐体22に固定することができる。 A board-to-board type connector 43a is mounted on the first circuit board 31, and a board-to-board type connector 43b that fits into the connector 43a is mounted on the second circuit board 32. When the first circuit board 31 is attached to the lid-side housing 22, and then the second circuit board 32 is fixed to the lid-side housing 22 via the fixing plate 34, the connector 43a and the connector 43b are coupled. Will be done. At this time, if the first circuit board 31 is not fixed at an accurate position with respect to the lid-side housing 22, the connector 43a and the connector 43b cannot be properly coupled. However, referring to FIG. 4 again, in the present embodiment, the first circuit board fixing screw 39 is exposed in the notches 34a and 34c. Therefore, the first circuit board fixing screw 39 can be turned even when most of the first circuit board 31 is covered with the fixing plate 34 on which the second circuit board 32 is attached. That is, the first circuit board 31 may not be fixed to the lid-side housing 22 at the time when the fixing plate 34 is attached to the lid-side housing 22. For example, after connecting the connector 43a and the connector 43b in advance, the first circuit board 31 and the fixing plate 34 can be fixed to the lid-side housing 22. Alternatively, for example, the connector 43a and the connector 43b can be coupled while being aligned with each other in a state where the first circuit board 31 is temporarily fixed to the lid side housing 22, that is, in a state where the first circuit board 31 is movable. can. After that, the first circuit board 31 can be completely fixed by tightening the first circuit board fixing screw 39, and the fixing plate 34 can be further fixed to the lid side housing 22.

図7には、図4に示される固定用プレート34が取り付けられていない状態で、蓋側筐体の凹部22c内の第1回路基板31が示されている。第1回路基板31には、コネクタ35、コネクタ43aおよび端子部38が設けられる他、ガス検知器200を構成する所定の電気回路が形成される。図7の例では、電源部2および第2負荷部5が第1回路基板31上に形成されている。また、前述のように、ガス検知器200である本実施形態の電気機器の第1負荷部3(図1参照)となり得るデジタル表示器29(図6参照)が、第1回路基板31の凹部22cの底面側の面(図7に示されている面と反対側の面)に実装されている。 FIG. 7 shows the first circuit board 31 in the recess 22c of the lid-side housing without the fixing plate 34 shown in FIG. 4 attached. The first circuit board 31 is provided with a connector 35, a connector 43a, and a terminal portion 38, and a predetermined electric circuit constituting the gas detector 200 is formed. In the example of FIG. 7, the power supply unit 2 and the second load unit 5 are formed on the first circuit board 31. Further, as described above, the digital display 29 (see FIG. 6), which can be the first load unit 3 (see FIG. 1) of the electric device of the present embodiment, which is the gas detector 200, is a recess of the first circuit board 31. It is mounted on the bottom surface side surface of 22c (the surface opposite to the surface shown in FIG. 7).

一方、一実施形態の電気機器の一例であるガス検知器200では、図8に示されるように、第2回路基板32上に電流制御手段1が設けられている(図8には、図4に示される固定用プレート34を図4上、左右方向に反転させた状態で、固定用プレート34に取付けられた第2回路基板32が示されている)。たとえば、図2に示されるシャントレギュレータU1、基準電圧発生器U2、演算増幅器U3、トランジスタQ1、および抵抗R1〜R9が第2回路基板32に実装されている。また、第2回路基板32には、図1に示される通信手段4のうち、HART通信を行うにあたって必要となる制御ならびに信号の変調および復調を行う電気回路により構成されるHART通信制御部4aが形成されている。 On the other hand, in the gas detector 200, which is an example of the electric device of one embodiment, the current control means 1 is provided on the second circuit board 32 as shown in FIG. 8 (FIG. 8 shows FIG. 4). The second circuit board 32 attached to the fixing plate 34 in a state where the fixing plate 34 shown in the above is inverted in the left-right direction is shown in FIG. 4). For example, the shunt regulator U1 shown in FIG. 2, the reference voltage generator U2, the operational amplifier U3, the transistors Q1, and the resistors R1 to R9 are mounted on the second circuit board 32. Further, on the second circuit board 32, among the communication means 4 shown in FIG. 1, a HART communication control unit 4a including a control required for performing HART communication and an electric circuit for modulating and demodulating a signal is provided. It is formed.

図7および図8に示されるように、ガス検知器200では、電源部2は第1回路基板31に形成され、第2回路基板32上に設けられた電流制御手段1に電源部2から電流が供給される。電流制御手段1から流出する電流は、第1回路基板31側に戻って、デジタル表示器29(図6参照)を含む第1負荷部3(図1参照)に流入する。前述のように、電流制御手段1により、第1負荷部3への電流の変動によるグランド電位の変動が抑制される。グランド電位の変動の影響を受け易い3線式によるHART通信の制御を担うHART通信制御部4aは、電流制御手段1と共に第2回路基板32に形成されている。すなわち、HART通信を担う部分と、正常に3線式のHART通信が行えるようにグランド電位の変動の抑制を担う部分とが、ガス検知器200の電気回路の他の構成部分が形成される基板(第1回路基板31)と別の基板(第2回路基板32)に纏めて形成されている。そのため、第2回路基板32を追加することで、既存の部分を大幅に変更することなく、HART通信機能を有していない既存のガス検知器にHART通信機能を付加することができる。 As shown in FIGS. 7 and 8, in the gas detector 200, the power supply unit 2 is formed on the first circuit board 31, and the current control means 1 provided on the second circuit board 32 receives a current from the power supply unit 2. Is supplied. The current flowing out from the current control means 1 returns to the first circuit board 31 side and flows into the first load unit 3 (see FIG. 1) including the digital display 29 (see FIG. 6). As described above, the current control means 1 suppresses fluctuations in the ground potential due to fluctuations in the current to the first load unit 3. The HART communication control unit 4a, which controls HART communication by a three-wire system that is easily affected by fluctuations in the ground potential, is formed on the second circuit board 32 together with the current control means 1. That is, the portion responsible for HART communication and the portion responsible for suppressing fluctuations in the ground potential so that normal 3-wire HART communication can be performed are the substrates on which other components of the electric circuit of the gas detector 200 are formed. (First circuit board 31) and another board (second circuit board 32) are collectively formed. Therefore, by adding the second circuit board 32, the HART communication function can be added to the existing gas detector that does not have the HART communication function without significantly changing the existing part.

図8の例では、第2回路基板32に構成される電気回路の検査や、第2回路基板32に実装される記憶素子(図示せず)への情報の書き込みなどのために設けられるコネクタ45が第2回路基板32の縁部に実装されている。コネクタ45の相手側のコネクタとの嵌合面は、第2回路基板32の側方に向けられている。そのため、固定用プレート34が蓋側筐体22(図4参照)に固定された状態でも、コネクタ45の相手側のコネクタを第2回路基板32の側方からコネクタ45に挿抜して、記憶素子への書き込みなどを行うことができる。なお、図7や図8に示される、電源部2および第2負荷部5、ならびに、電流制御手段1およびHART通信制御部4aは、単にこれらが第1回路基板31、または、第2回路基板32上に形成されることを示しているに過ぎず、その大きさや各回路基板上での正確な位置を示すことは意図されていない。 In the example of FIG. 8, the connector 45 provided for inspecting the electric circuit configured on the second circuit board 32 and writing information to a storage element (not shown) mounted on the second circuit board 32. Is mounted on the edge of the second circuit board 32. The mating surface of the connector 45 with the connector on the other side is directed to the side of the second circuit board 32. Therefore, even when the fixing plate 34 is fixed to the lid-side housing 22 (see FIG. 4), the connector on the other side of the connector 45 is inserted into and removed from the side of the second circuit board 32 into the connector 45 to store the storage element. You can write to. The power supply unit 2 and the second load unit 5, the current control means 1 and the HART communication control unit 4a shown in FIGS. 7 and 8 are simply the first circuit board 31 or the second circuit board. It merely indicates that it is formed on 32, and is not intended to indicate its size or its exact position on each circuit board.

実施例1
図2に示される定電流生成部11および定電圧生成部12からなる電流制御手段1を、ガス検知器(新コスモス電機株式会社製:KD−12B)に付加して、グランド電位の変動の低減効果について調べた。ガス検知器は、図3Aに示されるようなデジタル表示器29およびLED表示灯28を有していた(ただし、HART通信機能は有していない)。このデジタル表示器29およびLED表示灯28の状態を経時的に変化させ、デジタル表示器29およびLED表示灯28などを含む第1負荷部3(図1参照)に流れる電流i1の変動に対する、電源部2(図1参照)のグランドに流れる電流の変動を調べた。
Example 1
A current control means 1 including a constant current generation unit 11 and a constant voltage generation unit 12 shown in FIG. 2 is added to a gas detector (manufactured by New Cosmos Electric Co., Ltd .: KD-12B) to reduce fluctuations in the ground potential. I investigated the effect. The gas detector had a digital display 29 and an LED indicator 28 as shown in FIG. 3A (however, it did not have a HART communication function). The state of the digital display 29 and the LED indicator 28 is changed over time, and a power source is used for fluctuations in the current i1 flowing through the first load unit 3 (see FIG. 1) including the digital display 29 and the LED indicator 28. The fluctuation of the current flowing through the ground of the part 2 (see FIG. 1) was examined.

この調査では、ガス検知器KD−12Bが備える電源部が切り離され、電源部2として、テキサスインスツルメンツ社のスイッチングレギュレータIC:LM2501評価ボードが接続され、この電源部2に、外部電源から24Vの電圧が供給された。電源部2はスイッチング周波数を500kHz、出力電圧を3.6Vに設定された。すなわち、本実施例では、第1電圧V1(図1参照)は3.6Vであった。シャントレギュレータU1にはルネサスエレクトロニクス社のμPC1093が用いられ、第2電圧V2が3.18Vとなるように、抵抗R7〜R9が選択された。基準電圧発生器U2には、テキサスインスツルメンツ社のシャントレギュレータTLV431Aが用いられ、基準電圧発生器U2は、TYP値として1.24Vの基準電圧Vr2を有していた。演算増幅器U3およびトランジスタQ1には、テキサスインスツルメンツ社のOPA170、ローム社のRQ5E035ATが、それぞれ用いられ、定電流Icが57.4mAとなるように、抵抗R1〜R3およびR6が選択された。 In this survey, the power supply unit of the gas detector KD-12B was disconnected, and a Texas Instruments switching regulator IC: LM2501 evaluation board was connected as the power supply unit 2, and the power supply unit 2 was connected to a voltage of 24V from an external power supply. Was supplied. The power supply unit 2 was set to a switching frequency of 500 kHz and an output voltage of 3.6 V. That is, in this embodiment, the first voltage V1 (see FIG. 1) was 3.6V. Renesas Electronics' μPC1093 was used as the shunt regulator U1, and resistors R7 to R9 were selected so that the second voltage V2 was 3.18V. A Texas Instruments shunt regulator TLV431A was used as the reference voltage generator U2, and the reference voltage generator U2 had a reference voltage Vr2 of 1.24V as a TYPE value. OPA170 from Texas Instruments and RQ5E035AT from ROHM were used as the operational amplifier U3 and the transistor Q1, and resistors R1 to R3 and R6 were selected so that the constant current Ic was 57.4 mA.

各電流の測定は、各桁8セグメント×4桁のデジタル表示器29の最上位桁だけを8ミリ秒毎に全セグメント点灯させると共に、3つのLED表示灯28を1秒周期、デューティ比50%で点滅させながら行った。なお、第1負荷部3への電流i1の測定は、電流制御手段1と第1負荷部3との間に0.5Ωの抵抗を挿入し、この抵抗による電圧降下を測定することにより行った。同様に、グランドラインに流れる電流は、外部電源と電源部2との間のグランドラインに20Ωの抵抗を挿入し、その電圧降下を測定することにより行った。各電流の測定は、いずれもオシロスコープを用いて行った。 For each current measurement, only the most significant digit of the digital display 29 with 8 segments x 4 digits is turned on every 8 milliseconds, and the three LED indicator lights 28 are turned on for a cycle of 1 second and the duty ratio is 50%. I went while blinking with. The current i1 to the first load unit 3 was measured by inserting a 0.5 Ω resistor between the current control means 1 and the first load unit 3 and measuring the voltage drop due to this resistor. .. Similarly, the current flowing through the ground line was measured by inserting a 20Ω resistor into the ground line between the external power supply and the power supply unit 2 and measuring the voltage drop thereof. Each current was measured using an oscilloscope.

図9Aおよび図10Aは、第1負荷部3への電流i1の測定結果であり、図9Bおよび図10Bはグランドラインの電流の測定結果である。ここで、図9Aおよび図9Bは、オシロスコープの時間軸の設定を1divisionあたり5秒として観測したものであり、図10Aおよび図10Bは、時間軸の設定を1divisionあたり0.1秒に拡大して観測したものである。また、図9Bおよび図10B中、符号igは本実施例において測定されたグランドラインの電流を示し、符号ixは、比較のために測定された、電流制御手段1が付加されていない比較例におけるグランドラインの電流を示している。なお、第1負荷部3への電流は、本実施例および比較例の間で違いはないため、図9Aおよび図10Aには、1つの電流波形(電流i1)だけが示されている。 9A and 10A are the measurement results of the current i1 to the first load unit 3, and FIGS. 9B and 10B are the measurement results of the current of the ground line. Here, FIGS. 9A and 9B observe the oscilloscope time axis setting as 5 seconds per division, and FIGS. 10A and 10B expand the time axis setting to 0.1 seconds per division. It was observed. Further, in FIGS. 9B and 10B, the reference numeral ig indicates the current of the ground line measured in this embodiment, and the reference numeral ix is a comparative example in which the current control means 1 is not added, which is measured for comparison. It shows the current of the ground line. Since there is no difference in the current to the first load unit 3 between this embodiment and the comparative example, only one current waveform (current i1) is shown in FIGS. 9A and 10A.

図9Aに示されるように、第1負荷部3への電流i1は、LED表示灯28の点滅周期(1秒)に合わせて、約1秒の周期P1で、その大きさが変化している。また、時間軸を拡大して測定された結果である図10Aに示されるように、デジタル表示器29の8ミリ秒周期の表示状態の変化に合わせて、約8ミリ秒の周期P2で電流i1の大きさが変動している。すなわち、図9Aでは、電流i1は、黒く塗りつぶされて帯状に描かれているが、電流i1は、デジタル表示器29に流れる電流量に応じて約8ミリ秒周期で細かく変動し、かつ、LED表示灯28に流れる電流量に応じて約1秒周期で変動している。なお、図10Aおよび図10Bは、LED表示灯28が点灯状態にある0.2秒間(時間t1秒から(t1+0.2)秒までの間)の測定結果を示している。また、図9Aにおいて、時間T1以降は、LED表示灯28が常時点灯状態にされたので、電流i1の1秒周期の変動は生じていない。また、電流i1は、デジタル表示器29やLED表示灯28以外のガス検知器の構成要素にも流れているため、図9Aや図10Aにおいてゼロレベルまで低下することなく流れ続けている。 As shown in FIG. 9A, the magnitude of the current i1 to the first load unit 3 changes in a cycle P1 of about 1 second in accordance with the blinking cycle (1 second) of the LED indicator lamp 28. .. Further, as shown in FIG. 10A, which is the result of measurement by enlarging the time axis, the current i1 has a cycle P2 of about 8 milliseconds in accordance with the change of the display state of the digital display 29 having a cycle of 8 milliseconds. The size of is fluctuating. That is, in FIG. 9A, the current i1 is painted black and drawn in a band shape, but the current i1 finely fluctuates in a cycle of about 8 milliseconds according to the amount of current flowing through the digital display 29, and the LED. It fluctuates in a cycle of about 1 second according to the amount of current flowing through the indicator lamp 28. Note that FIGS. 10A and 10B show measurement results for 0.2 seconds (time from t1 second to (t1 + 0.2) seconds) when the LED indicator lamp 28 is in the lit state. Further, in FIG. 9A, since the LED indicator lamp 28 is always lit after the time T1, the current i1 does not fluctuate in a 1-second cycle. Further, since the current i1 also flows to the components of the gas detector other than the digital display 29 and the LED indicator lamp 28, the current i1 continues to flow without dropping to the zero level in FIGS. 9A and 10A.

第1負荷部3への電流i1が図9Aおよび図10Aに示されるように変動している状況において、比較例では、図9Bに示されるように、グランドラインの電流ixは、電流i1の変動に応じて、1秒周期で変動し、さらに、図10Bに示されるように8ミリ秒周期で変動している。これに対して、本実施例では、図9Bおよび図10Bの符号igに示されるように、電流i1の変動に影響されることなくほぼ一定の電流値でグランドラインの電流igが流れていることがわかる。従って、デジタル表示器29などに流れる電流の変動によってガス検知器内の信号ラインの電位に変動が生じることがなく、正常なガス検知器の動作を得ることができる。また、前述のHART通信では、500Hz〜10kHzの周波数帯において、負荷抵抗500Ωの場合に、2.2mVrms以下というグランドレベルの変動についての規格が定められているが、本実施例ではグランドレベルの変動はほぼ0mVrmsであり、図2に例示される一実施形態の電流制御手段1を用いることにより、このHART通信の規格を満たすことができる。 In a situation where the current i1 to the first load unit 3 fluctuates as shown in FIGS. 9A and 10A, in the comparative example, as shown in FIG. 9B, the current ix of the ground line fluctuates as shown in FIG. 9B. It fluctuates in a cycle of 1 second, and further fluctuates in a cycle of 8 milliseconds as shown in FIG. 10B. On the other hand, in this embodiment, as shown by the reference numerals ig in FIGS. 9B and 10B, the current ig of the ground line flows at a substantially constant current value without being affected by the fluctuation of the current i1. I understand. Therefore, the potential of the signal line in the gas detector does not fluctuate due to the fluctuation of the current flowing through the digital display 29 or the like, and the normal operation of the gas detector can be obtained. Further, in the above-mentioned HART communication, a standard for ground level fluctuation of 2.2 mVrms or less is defined in the frequency band of 500 Hz to 10 kHz when the load resistance is 500 Ω, but in this embodiment, the ground level fluctuation is defined. Is approximately 0 mVrms, and the HART communication standard can be satisfied by using the current control means 1 of the embodiment illustrated in FIG.

1 電流制御手段
2 電源部
3 第1負荷部
4 通信手段
4a HART通信制御部
5 第2負荷部
11 定電流生成部
12 定電圧生成部
21 本体側筐体
22 蓋側筐体
28 LED表示灯
29 デジタル表示器
31 第1回路基板
32 第2回路基板
33 第3回路基板
34 固定用プレート
34a、34b、34c 切り欠き
39 第1回路基板固定用ネジ
41 プレート固定用ネジ
43a 第1回路基板上のコネクタ
43b 第2回路基板上のコネクタ
100 電気機器
200 ガス検知器
B 外部電源
E 外部機器
G グランド
i1 第1負荷部に流入する電流
i2 電流制御手段に流れる電流
Ic 定電流生成部から流出する定電流
ig 本発明の実施例のグランドラインの電流
ix 比較例のグランドラインの電流
L1 第1線路
L2 第2線路
L3 第3線路
U1 シャントレギュレータ
U2 基準電圧発生器
U3 演算増幅器
V1 第1電圧
V2 第2電圧
1 Current control means 2 Power supply unit 3 1st load unit 4 Communication means 4a HART communication control unit 5 2nd load unit 11 Constant current generation unit 12 Constant voltage generation unit 21 Main unit side housing 22 Lid side housing 28 LED indicator light 29 Digital display 31 1st circuit board 32 2nd circuit board 33 3rd circuit board 34 Fixing plates 34a, 34b, 34c Notches 39 1st circuit board fixing screw 41 Plate fixing screw 43a Connector on the 1st circuit board 43b Connector on the second circuit board 100 Electrical equipment 200 Gas detector B External power supply E External equipment G Ground i1 Current flowing into the first load unit i2 Current flowing through the current control means Ic Constant current flowing out from the constant current generator ig Ground line current ix of the embodiment of the present invention Ground line current of the comparative example L1 1st line L2 2nd line L3 3rd line U1 Shunt regulator U2 Reference voltage generator U3 Computational amplifier V1 1st voltage V2 2nd voltage

Claims (10)

第1電圧で電流を供給する電源部と、前記電源部からの流入電流の経時的な変動によって前記電源部のグランドの電位に変動を生じさせる第1負荷部と、前記第1電圧の供給を受けて動作する、周囲環境の状態を検知する検知手段と、を備えていて周囲環境が特定の状態にあることを検知する検知器であって、
前記第1負荷部は前記検知手段の検知状態に応じて前記流入電流が変動するように構成されており、
前記電源部から供給される電流を一定の電流値で流出させる定電流生成部と、
前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた大きさの電流が前記定電流生成部から流入するように構成され、前記第1負荷部に第2電圧を供給する定電圧生成部と、をさらに有し、
前記第1負荷部の前記流入電流の変動によって前記電源部の前記グランドに生じる電位の変動が、前記定電流生成部及び前記定電圧生成部によって低減される、検知器。
The power supply unit that supplies the current at the first voltage, the first load unit that causes the ground potential of the power supply unit to fluctuate due to the time-dependent fluctuation of the inrush current from the power supply unit, and the supply of the first voltage. It is a detector that is equipped with a detection means that detects the state of the surrounding environment and operates by receiving it, and detects that the surrounding environment is in a specific state.
The first load unit is configured so that the inflow current fluctuates according to the detection state of the detection means.
A constant current generator that causes the current supplied from the power supply unit to flow out at a constant current value,
A constant voltage generation unit that is configured so that a current having a magnitude corresponding to a fluctuation of the current flowing into the first load unit flows in from the constant current generation unit and supplies a second voltage to the first load unit. Have more
A detector in which the fluctuation of the potential generated in the ground of the power supply unit due to the fluctuation of the inrush current of the first load unit is reduced by the constant current generation unit and the constant voltage generation unit.
前記定電流生成部は、前記第1負荷部に流入する電流の最大値よりも大きい定電流を生成するように構成されており、前記定電圧生成部は、前記定電流生成部の動作中は常に前記定電流生成部から電流が流入するように構成されている、請求項1記載の検知器。 The constant current generation unit is configured to generate a constant current larger than the maximum value of the current flowing into the first load unit, and the constant voltage generation unit is configured to generate the constant current generation unit during operation of the constant current generation unit. The detector according to claim 1, wherein a current is always flowed from the constant current generation unit. 前記定電圧生成部がシャントレギュレータを含んでいる、請求項1または2に記載の検知器。 The detector according to claim 1 or 2, wherein the constant voltage generator includes a shunt regulator. さらに、前記電源部の前記グランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信する通信手段を有している請求項1〜3のいずれか1項に記載の検知器。 Further, any one of claims 1 to 3 having a communication means for transmitting and receiving a signal with reference to a ground sharing the same line as the ground of the power supply unit with an external device according to a predetermined protocol. The detector described in the section. さらに、前記第1負荷部に流入する電流よりも緩やかに変動する電流が流入する第2負荷部を有し、
前記第2負荷部は前記第1電圧の供給を受けて動作するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の検知器。
Further, it has a second load unit into which a current that fluctuates more slowly than the current that flows into the first load unit flows in.
The detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the second load unit is configured to operate by receiving the supply of the first voltage.
前記定電流生成部は、前記電源部からの電流が流入するソース端子を有するトランジスタと、前記トランジスタのドレイン端子と前記定電圧生成回路との間に接続されている第1抵抗と、前記第1抵抗及び前記トランジスタを含む負帰還回路が形成されている演算増幅器と、前記演算増幅器の非反転入力端子と前記ドレイン端子との間に接続されている第2抵抗と、を含み、
前記非反転入力端子と前記ドレイン端子との電位差が一定になるように構成されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の検知器。
The constant current generation unit includes a transistor having a source terminal into which a current from the power supply unit flows, a first resistor connected between the drain terminal of the transistor and the constant voltage generation circuit, and the first resistance. It includes an operational amplifier in which a negative feedback circuit including a resistor and the transistor is formed, and a second resistor connected between the non-inverting input terminal and the drain terminal of the operational amplifier.
The detector according to any one of claims 1 to 5 , wherein the potential difference between the non-inverting input terminal and the drain terminal is constant.
第1電圧で電流を供給する電源部と、前記電源部からの流入電流の経時的な変動によって前記電源部のグランドの電位に変動を生じさせる第1負荷部と、前記第1電圧の供給を受けて動作する、周囲環境の状態を検知する検知手段と、を備えていて周囲環境が特定の状態にあることを検知する検知器であって、
前記第1負荷部は前記検知手段の検知状態に応じて前記流入電流が変動するように構成されており、
前記電源部の前記グランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信する通信手段と、
前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた電流を前記電源部からの電流から分流させることにより、前記第1負荷部の前記流入電流の変動によって前記電源部の前記グランドに生じる電位の変動を低減すると共に、第2電圧を前記第1負荷部に供給する電流制御手段と、をさらに有する検知器。
The power supply unit that supplies the current at the first voltage, the first load unit that causes the ground potential of the power supply unit to fluctuate due to the time-dependent fluctuation of the inrush current from the power supply unit, and the supply of the first voltage. It is a detector that is equipped with a detection means that detects the state of the surrounding environment and operates by receiving it, and detects that the surrounding environment is in a specific state.
The first load unit is configured so that the inflow current fluctuates according to the detection state of the detection means.
A communication means for transmitting and receiving a signal with reference to a ground that shares the same line as the ground of the power supply unit with an external device according to a predetermined protocol.
By diversion of the current corresponding to the fluctuation of the current flowing into the first load section from the current from the power supply section, the potential generated in the ground of the power supply section due to the fluctuation of the inflow current of the first load section. A detector further comprising a current control means for reducing fluctuations and supplying a second voltage to the first load unit.
前記第1負荷部が、前記検知器における検知結果を示す表示装置を含んでいる、請求項1〜のいずれか1項に記載の検知器。 The detector according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first load unit includes a display device showing a detection result in the detector. 第1電圧で電流を供給する電源部と、前記電源部からの流入電流の経時的な変動によって前記電源部のグランドの電位に変動を生じさせる第1負荷部と、前記第1電圧の供給を受けて動作する、周囲環境の状態を検知する検知手段と、を有する検知器において前記検知手段の検知状態に応じた前記第1負荷部への前記流入電流の変動による前記電源部の前記グランドの電位の変動に伴って前記検知器の信号に重畳するノイズを低減する方法であって、
前記電源部から供給される電流から定電流を生成し、
前記第1負荷部に流入する電流の変動に応じた大きさの電流を前記定電流から分流させて分流経路に流すことにより定電圧を生成すると共に、前記定電流の一部を前記第1負荷部に供給し、
前記第1負荷部および前記分流経路を流れた電流を前記電源部に戻すことにより前記電源部のグランドに流れる電流の変動を前記第1負荷部に流入する電流の変動よりも小さくする、検知器の信号に重畳するノイズを低減する方法。
The power supply unit that supplies the current at the first voltage, the first load unit that causes the ground potential of the power supply unit to fluctuate due to the time-dependent fluctuation of the inflow current from the power supply unit, and the supply of the first voltage. In a detector having a detection means for detecting the state of the surrounding environment, which receives and operates, the ground of the power supply unit due to the fluctuation of the inflow current to the first load unit according to the detection state of the detection means. It is a method of reducing the noise superimposed on the signal of the detector due to the fluctuation of the potential.
A constant current is generated from the current supplied from the power supply unit to generate a constant current.
A constant voltage is generated by diverting a current having a magnitude corresponding to the fluctuation of the current flowing into the first load section from the constant current and flowing it through the divergence path, and a part of the constant current is used as the first load. Supply to the department
A detector that returns the current flowing through the first load unit and the diversion path to the power supply unit so that the fluctuation of the current flowing to the ground of the power supply unit is smaller than the fluctuation of the current flowing into the first load unit. A method of reducing the noise superimposed on the signal of.
前記定電流の生成中は常に前記分流経路に前記定電流の一部を分流させる、請求項記載の検知器の信号に重畳するノイズを低減する方法。 The method for reducing noise superimposed on a signal of the detector according to claim 9 , wherein a part of the constant current is always diverted into the divergence path during generation of the constant current.
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US6021162A (en) * 1997-10-01 2000-02-01 Rosemount Inc. Vortex serial communications
JP3989390B2 (en) * 2003-03-18 2007-10-10 新コスモス電機株式会社 Gas detector and gas concentration measuring method
JP4455079B2 (en) * 2004-01-30 2010-04-21 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 Power circuit
JP4622875B2 (en) * 2006-02-07 2011-02-02 株式会社デンソー Communication driver circuit
JP2010124597A (en) * 2008-11-19 2010-06-03 Macnica Inc Energy storage device
US9235222B2 (en) * 2012-05-17 2016-01-12 Rf Micro Devices, Inc. Hybrid regulator with composite feedback

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