JP7281679B2

JP7281679B2 - 入出力回路

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Publication number: JP7281679B2
Application number: JP2020523515A
Authority: JP
Inventors: 春希田中; 和夫喜田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: EP3806336A4; US10979050B2; WO2019234999A1; JPWO2019234999A1; US20210058084A1; EP3806336A1

Description

本発明は、異なる機器間で信号の受け渡しを行うために用いる入出力回路に関する。

異なる機器間を接続して使用する場合、汎用の入出力回路を用いて信号の受け渡しを行うことがある。ところが、使用する機器によって入出力形態が異なっていると、信号の受け渡しを行うことができない。例えば、出力回路として、オープンコレクタ出力回路と、オープンエミッタ出力回路とがあり、オープンコレクタ出力回路に対してはそれに対応した入力回路が必要となり、オープンエミッタ出力回路に対してはそれに対応した入力回路が必要となる。

特許文献１には、入出力回路の共通回路と、回路形態により異なる個別対応部とを分け、個別対応部を複数設けることにより、回路形態の変更を可能とする構成が提案されている。

特開２００３－１０８２０８号公報

ところが、特許文献１の構成では、回路形態の変更を可能とするために、入出力回路を複数設ける必要があり、冗長な回路構成になっていた。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、単一の入出力回路について、簡易な構成によって入出力形態の変更を可能にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、単一の入出力回路について、電源供給経路の選択によって、入出力形態の変更を可能にするものである。

具体的には、信号の入出力を行う入出力回路は、信号が入力される入力端子と、信号を出力する出力端子と、第１電源端および第２電源端と、第１接地端および第２接地端とを備えた回路部と、電源線および接地線と接続されており、前記電源線および前記接地線を前記回路部の前記第１電源端および前記第１接地端にそれぞれ電気的に接続する第１状態と、前記電源線および前記接地線を前記回路部の前記第２電源端および前記第２接地端にそれぞれ電気的に接続する第２状態とを、切り替え可能に構成された切替部とを備え、前記回路部は、前記切替部が前記第１状態のとき、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力のいずれか一方に対応した回路として動作する一方、前記切替部が前記第２状態のとき、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力の他方に対応した回路として動作するよう、構成されている。

この構成によれば、入出力回路において、回路部は、第１および第２電源端と、第１および第２接地端とを備える。切替部は、電源線および接地線を、第１電源端および第１接地端に電気的に接続する第１状態と、電源線および接地線を、第２電源端および第２接地端に電気的に接続する第２状態とを切り替え可能である。回路部は、第１状態すなわち第１電源端および第１接地端に電源電圧が印加されるときは、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力のいずれか一方に対応した回路として動作する一方、第２状態すなわち第２電源端および第２接地端に電源電圧が印加されるときは、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力の他方に対応した回路として動作する。したがって、切替部による電源経路の選択によって、単一の入出力回路を、オープンコレクタ出力に対応した回路、または、オープンエミッタ出力に対応した回路として、動作させることができる。

また、前記回路部は、出力回路を備え、前記出力回路は、入力側に信号が与えられるフォトカプラと、前記フォトカプラの出力側に、ベースが接続されたバイポーラトランジスタと、前記出力端子とを備え、前記バイポーラトランジスタのコレクタまたはエミッタのいずれか一方は、前記第２電源端が接続されており、かつ、前記出力端子と、前記出力端子に向かう向きを逆方向とするダイオードを介して、接続されており、前記バイポーラトランジスタのコレクタまたはエミッタの他方は、前記第１接地端が接続されており、かつ、前記出力端子と、前記出力端子に向かう向きを順方向とするダイオードを介して、接続されている、としてもよい。

この構成によれば、フォトカプラおよびバイポーラトランジスタを備えた出力回路を、切替部による電源経路の選択によって、オープンコレクタ出力回路またはオープンエミッタ出力回路として、動作させることができる。

また、前記バイポーラトランジスタは、ＮＰＮトランジスタであり、前記フォトカプラのフォトトランジスタは、エミッタが、前記ＮＰＮトランジスタのベースと接続されており、コレクタが、前記第１電源端および前記第２電源端と接続されている、としてもよい。

これにより、ＮＰＮトランジスタを用いて、出力回路を実現することができる。

また、前記バイポーラトランジスタは、ＰＮＰトランジスタであり、前記フォトカプラのフォトトランジスタは、コレクタが、前記ＰＮＰトランジスタのベースと接続されており、エミッタが、前記第１接地端および前記第２接地端と接続されている、としてもよい。

これにより、ＰＮＰトランジスタを用いて、出力回路を実現することができる。

本発明によれば、オープンコレクタ出力に対応した回路、および、オープンエミッタ出力に対応した回路の両方を、単一の入出力回路によって実現することができる。

実施形態に係る入出力回路を備えたロボット制御装置の構成例実施形態における切替部の構成例実施形態における出力回路の回路構成例実施形態における入力回路の回路構成例実施形態における出力回路の他の回路構成例

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

図１は実施形態に係る入出力回路を備えたロボット制御装置とその周辺の構成例である。図１において、ロボット本体１は、ロボット制御装置２が備えるロボットアーム制御部３によって駆動される。そして、ロボット本体１と協同して作業を行う周辺機器４は、ロボット制御装置２が備えるシーケンサ制御装置５によって制御される。

シーケンサ制御装置５は、入出力回路１０と、制御部７とを備える。入出力回路１０は、周辺機器４の動作状態を示す信号を入力し、またロボット本体１の動作状態に応じて周辺機器４へ制御信号を出力する。制御部７は、周辺機器４からの信号と、ロボットアーム制御部３からの信号を処理して制御を行う。

本実施形態では、入出力回路１０は、回路部１１と、切替部１２とを備える。回路部１１は、電源端Ｖ１，Ｖ２と、接地端ＧＮＤ１，ＧＮＤ２とを備える。切替部１２は、電源線Ｖおよび接地線ＧＮＤと接続されており、回路部１１への電源供給経路を選択できるように構成されている。

図２は切替部１２の構成例である。すなわち、切替部１２は、電源線Ｖおよび接地線ＧＮＤを回路部１１の電源端Ｖ１および接地端ＧＮＤ１にそれぞれ電気的に接続する第１状態と、電源線Ｖおよび接地線ＧＮＤを回路部１１の電源端Ｖ２および接地端ＧＮＤ２にそれぞれ電気的に接続する第２状態とを、切り替え可能に構成されている。切替部１２は、具体的には例えば、リレーやトグルスイッチ等によって構成される。

そして、回路部１１は、切替部１２が第１状態を設定しているとき、オープンコレクタ出力に対応した回路として動作し、切替部１２が第２状態を設定しているとき、オープンエミッタ出力に対応した回路として動作するように、構成されている。

以下、具体的な回路構成について、説明する。図３は回路部１１に含まれる出力回路の回路構成例であり、図４は回路部１１に含まれる入力回路の回路構成例である。

図３の出力回路は、信号を受けるフォトカプラ２１と、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ２２と、信号を出力する出力端子２３とを備える。Ｄ２１～Ｄ２６はダイオード、Ｒ２１は抵抗素子である。フォトカプラ２１は、フォトダイオード２１１およびフォトトランジスタ２１２を含み、入力側すなわちフォトダイオード２１１側に信号が与えられる。バイポーラトランジスタ２２は、フォトカプラ２１の出力側すなわちフォトトランジスタ２１２側にベースが接続されている。ここでは、バイポーラトランジスタ２２のベースは、フォトトランジスタ２１２のエミッタに接続されている。フォトトランジスタ２１２のコレクタは、ダイオードＤ２１および抵抗素子Ｒ２１を介して電源端Ｖ１と接続されており、かつ、ダイオードＤ２２を介して電源端Ｖ２と接続されている。

バイポーラトランジスタ２２のコレクタは、ダイオードＤ２３を介して電源端Ｖ２と接続されており、かつ、ダイオードＤ２４を介して出力端子２３と接続されている。ダイオードＤ２４は、出力端子２３に向かう向きを逆方向としている。バイポーラトランジスタ２２のエミッタは、ダイオードＤ２５を介して接地端ＧＮＤ１と接続されており、かつ、ダイオードＤ２６を介して出力端子２３と接続されている。ダイオードＤ２６は、出力端子２３に向かう向きを順方向としている。

図４の入力回路は、信号が入力される入力端子３１と、信号を出力するフォトカプラ３２とを備える。Ｄ３１～Ｄ３４はダイオード、Ｒ３１～Ｒ３２は抵抗素子である。フォトカプラ３２は、フォトダイオード３２１およびフォトトランジスタ３２２を含み、出力側すなわちフォトトランジスタ３２２側から信号が出力される。フォトダイオード３２１のアノードは、抵抗素子Ｒ３１およびダイオードＤ３１を介して電源端Ｖ１と接続されており、かつ、抵抗素子Ｒ３１およびダイオードＤ３２を介して入力端子３１と接続されている。ダイオードＤ３２は、入力端子３１に向かう向きを逆方向としている。フォトダイオード３２１のカソードは、ダイオードＤ３３を介して接地端ＧＮＤ２と接続されており、かつ、ダイオードＤ３４を介して入力端子３１と接続されている。ダイオードＤ３４は、入力端子３１に向かう向きを順方向としている。

ここで、切替部１２が、電源線Ｖおよび接地線ＧＮＤを回路部１１の電源端Ｖ１および接地端ＧＮＤ１にそれぞれ接続する第１状態に設定しているものとする。第１状態では、電源端Ｖ１と接地端ＧＮＤ１の間に電源電圧が印加され、電源端Ｖ２および接地端ＧＮＤ２は開放状態になる。この場合、図３の出力回路では、フォトカプラ２１内のフォトトランジスタ２１２のコレクタに電源線Ｖが接続され、バイポーラトランジスタ２２は、コレクタが出力端子２３に接続され、エミッタが接地線ＧＮＤに接続された状態になる。すなわち、図２の出力回路はオープンコレクタ出力回路となる。また、図４の入力回路では、フォトカプラ３２内のフォトダイオード３２１のアノードに電源線Ｖが接続され、カソードに入力端子３１が接続された状態になる。すなわち、図４の入力回路は、オープンコレクタ出力に対応した入力回路となる。

また、切替部１２が、電源線Ｖおよび接地線ＧＮＤを回路部１１の電源端Ｖ２および接地端ＧＮＤ２にそれぞれ接続する第２状態に設定しているものとする。第２状態では、電源端Ｖ２と接地端ＧＮＤ２の間に電源電圧が印加され、電源端Ｖ１および接地端ＧＮＤ１は開放状態になる。この場合、図３の出力回路では、フォトカプラ２１内のフォトトランジスタ２１２のコレクタに電源線Ｖが接続され、バイポーラトランジスタ２２は、コレクタが電源線Ｖに接続され、エミッタが出力端子２３に接続された状態になる。すなわち、図３の出力回路はオープンエミッタ出力回路となる。また、図４の入力回路では、フォトカプラ３２内のフォトダイオード３２１のアノードに入力端子３１に接続され、カソードが接地線ＧＮＤに接続された状態になる。すなわち、図４の入力回路は、オープンエミッタ出力に対応した入力回路となる。

以上のように本実施形態によると、入出力回路１０において、回路部１１は、切替部１２が第１状態にあるとき、すなわち電源端Ｖ１および接地端ＧＮＤ１に電源電圧が印加されるときは、オープンコレクタ出力に対応した回路として動作する。一方、回路部１１は、切替部１２が第２状態にあるとき、すなわち電源端Ｖ２および接地端ＧＮＤ２に電源電圧が印加されるときは、オープンエミッタ出力に対応した回路として動作する。したがって、切替部１２による電源供給経路の選択によって、単一の入出力回路１０を、オープンコレクタ出力に対応した回路、または、オープンエミッタ出力に対応した回路として、動作させることができる。

なお、入出力回路１０は、出力回路または入力回路のいずれか一方を備えているものとしてもよい。また、入出力回路１０は、出力回路または入力回路の一方または両方を、複数、備えていてもかまわない。この場合、単一の切替部によって、全ての回路の入出力形態の切替を行うように構成してもよい。あるいは、回路毎に切替部を設けて、各回路について個別に入出力形態の切替を行うように構成してもよい。

また図３および図４の回路は、入出力回路に含まれる出力回路や入力回路の一例であり、本発明はこれらの回路例に限定されるものではない。例えば、出力回路において、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ２２に代えて、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを用いてもかまわないし、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いてもかまわない。

図５は出力回路の回路構成例であり、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを用いた構成例である。図５の出力回路は、信号を受けるフォトカプラ４１と、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ４２と、信号を出力する出力端子４３とを備える。Ｄ４１～Ｄ４４はダイオード、Ｒ４１は抵抗素子である。フォトカプラ４１は、フォトダイオード４１１およびフォトトランジスタ４１２を含み、入力側すなわちフォトダイオード４１１側に信号が与えられる。バイポーラトランジスタ４２は、フォトカプラ４１の出力側すなわちフォトトランジスタ４１２側にベースが接続されている。ここでは、バイポーラトランジスタ４２のベースは、フォトトランジスタ４１２のコレクタに接続されている。フォトトランジスタ４１２のエミッタは、接地端ＧＮＤ１と接続されており、かつ、抵抗素子Ｒ４１を介して接地端ＧＮＤ２と接続されている。

バイポーラトランジスタ４２のエミッタは、ダイオードＤ４１を介して電源端Ｖ２と接続されており、かつ、ダイオードＤ４２を介して出力端子４３と接続されている。ダイオードＤ４２は、出力端子４３に向かう向きを逆方向としている。バイポーラトランジスタ４２のコレクタは、ダイオードＤ４３を介して接地端ＧＮＤ１と接続されており、かつ、ダイオードＤ４４を介して出力端子４３と接続されている。ダイオードＤ４４は、出力端子４３に向かう向きを順方向としている。

ここで、切替部１２が第１状態に設定している場合、図５の出力回路では、フォトカプラ４１内のフォトトランジスタ４１２のエミッタに接地線ＧＮＤが接続され、バイポーラトランジスタ４２は、エミッタが出力端子４３に接続され、コレクタが接地線ＧＮＤに接続された状態になる。すなわち、図５の出力回路はオープンエミッタ出力回路となる。一方、切替部１２が第２状態に設定している場合、図５の出力回路では、フォトカプラ４１内のフォトトランジスタ４１２のエミッタに接地線ＧＮＤが接続され、バイポーラトランジスタ４２は、エミッタが電源線Ｖに接続され、コレクタが出力端子４３に接続された状態になる。すなわち、図５の出力回路はオープンコレクタ出力回路となる。

なお、上述の実施形態では、ロボット制御装置２が入出力回路１０を備える構成を例にとって説明を行ったが、本発明に係る入出力回路は、異なる機器間で信号の受け渡しを行う他の構成にも、適用可能である。

本発明では、単一の入出力回路において、電源供給経路の選択によって入出力形態の変更が可能になるので、例えば、入出力回路の構成を簡易化する上で有用である。

１０入出力回路
１１回路部
１２切替部
２１，４１フォトカプラ
２２，４２バイポーラトランジスタ
２３，４３出力端子
２１２，４１２フォトトランジスタ
Ｄ２４，Ｄ２６，Ｄ４２，Ｄ４４ダイオード
Ｖ１第１電源端
Ｖ２第２電源端
ＧＮＤ１第１接地端
ＧＮＤ２第２接地端
Ｖ電源線
ＧＮＤ接地線

Claims

信号の入出力を行う入出力回路であって、
信号が入力される入力端子と、信号を出力する出力端子と、第１電源端および第２電源端と、第１接地端および第２接地端とを備えた回路部と、
電源線および接地線と接続されており、前記電源線および前記接地線を前記回路部の前記第１電源端および前記第１接地端にそれぞれ電気的に接続する第１状態と、前記電源線および前記接地線を前記回路部の前記第２電源端および前記第２接地端にそれぞれ電気的に接続する第２状態とを、切り替え可能に構成された切替部とを備え、
前記回路部は、
前記切替部が前記第１状態のとき、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力のいずれか一方に対応した回路として動作する一方、前記切替部が前記第２状態のとき、オープンコレクタ出力またはオープンエミッタ出力の他方に対応した回路として動作するよう、構成されている
ことを特徴とする入出力回路。
請求項１記載の入出力回路において、
前記回路部は、出力回路を備え、
前記出力回路は、
入力側に信号が与えられるフォトカプラと、
前記フォトカプラの出力側に、ベースが接続されたバイポーラトランジスタと、
前記出力端子とを備え、
前記バイポーラトランジスタのコレクタまたはエミッタのいずれか一方は、前記第２電源端が接続されており、かつ、前記出力端子と、前記出力端子に向かう向きを逆方向とするダイオードを介して、接続されており、
前記バイポーラトランジスタのコレクタまたはエミッタの他方は、前記第１接地端が接続されており、かつ、前記出力端子と、前記出力端子に向かう向きを順方向とするダイオードを介して、接続されている
ことを特徴とする入出力回路。
請求項２記載の入出力回路において、
前記バイポーラトランジスタは、ＮＰＮトランジスタであり、
前記フォトカプラのフォトトランジスタは、エミッタが、前記ＮＰＮトランジスタのベースと接続されており、コレクタが、前記第１電源端および前記第２電源端と接続されている
ことを特徴とする入出力回路。
請求項２記載の入出力回路において、
前記バイポーラトランジスタは、ＰＮＰトランジスタであり、
前記フォトカプラのフォトトランジスタは、コレクタが、前記ＰＮＰトランジスタのベースと接続されており、エミッタが、前記第１接地端および前記第２接地端と接続されている
ことを特徴とする入出力回路。