フィールド機器
【課題】２線式伝送路から一定の駆動電源を常時確保する。
【解決手段】スイッチング回路１１で、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングし、トランスＬで、このスイッチングにより当該一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力し、整流回路１２で、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成する。
【解決手段】スイッチング回路１１で、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングし、トランスＬで、このスイッチングにより当該一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力し、整流回路１２で、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２線式伝送路を介してデータ通信を行うとともに、当該伝送路の直流電流ループ電流で動作するフィールド機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用プラントなどの設備では、発信機やポジショナーなどの複数のフィールド機器を設置して、各部における圧力、流量、温度などの物理量を計測し、これらフィールド機器から伝送路を介して収集した計測値に基づいて、設備の制御や管理を行うものとなっている。
【０００３】
フィールド機器を上位装置と接続する場合、４−２０ｍＡ直流電流ループを用いたアナログ通信用の伝送路からなる２線式伝送路が、広く用いられている。この２線式伝送路を用いた場合、フィールド機器において、計測により得られた物理量を示すアナログの計測値が、所定の電流範囲４〜２０ｍＡの直流電流信号に変換されて、２線式伝送路に出力され、上位装置へ伝送される。また、フィールド機器は、２線式伝送路から得られる４〜２０ｍＡの直流電流を用いて自己の動作電源を生成している。
【０００４】
このようなフィールド機器では、２線式伝送路を用いて計測値を伝送する場合、電流範囲４〜２０ｍＡの直流電流信号を用いて伝送するため、フィールド機器から上位装置へ１つの計測値しか伝送することができず、例えば、計測値以外のデバイス設定や診断などの他の機能に関するデータを伝送することができない。
【０００５】
このため、フィールド機器に無線回路を付加して、上位装置と無線データ通信を行うことにより、複数の計測値を伝送するものとし、２線式伝送路の４−２０ｍＡ直流電流ループから、計測用の動作電源として使用されていない余剰電流を取得して、二次電池やコンデンサに蓄積した余剰電力で、無線回路を動作させる技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来技術では、フィールド機器において、２線式伝送路から最低でも４ｍＡの直流電流ループ電流を利用することは可能である。しかしながら、計測の高精度化、高速化、処理負担の増大などの要因でフィールド機器の規模が増大しているため、直流電流ループを流れるループ電流が４ｍＡの場合、動作電源として使用されていない余剰電流がほとんどない。このため、従来のように、ループ電流から余剰電流を分流することができず、無線回路などの付加回路で用いる一定の駆動電源を常時確保することができず、結果として付加回路を安定して駆動することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、２線式伝送路から一定の駆動電源を常時確保することができるフィールド機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明にかかるフィールド機器は、４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流を、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置へ伝送するフィールド機器であって、直流電流ループ上に接続されたスイッチング素子からなり、ループ電流を高周波でスイッチングするスイッチング回路と、一次側巻線が直流電流ループ上に接続されて、スイッチングにより当該一次側巻線に発生した高周波信号を二次側巻線から出力するトランスと、トランスの二次側巻線に接続されて、当該二次側巻線から出力された高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成する整流回路とを備えている。
【００１０】
この際、トランスの一次側巻線に、互いに並列的に接続された第１および第２の巻線を設け、スイッチング回路で、直流電流ループのうち第１の巻線を通る経路上に接続されて当該第１の巻線に流れるループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、直流電流ループのうち第２の巻線を通る経路上に接続されて第２の巻線に流れるループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子とからなり、第１および第２のスイッチング素子が交互にオンオフ動作を行うようにしてもよい。
【００１１】
また、スイッチング回路に、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の一端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れるループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の他端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の一端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第３のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の他端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れるループ電流をスイッチングする第４のスイッチング素子とを設け、第１および第３のスイッチング素子が、第２および第４のスイッチング素子と、交互にオンオフ動作を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流から余剰電流を分流できないような動作条件であっても、２線式伝送路から一定の駆動電源を常時確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図２】高周波制御信号を示す信号波形図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図５】相補的な高周波制御信号を示す信号波形図である。
【図６】第４の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００１５】
このフィールド機器１００は、接続端子Ｔ１，Ｔ２から４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路２Ｗを介して上位装置２００に接続されて、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬを、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置２００へ伝送する機能を有している。
【００１６】
本実施の形態は、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングすることにより、一次側巻線が直流電流ループＬＰ上に接続されたトランスの二次側巻線から、直流電流ループＬＰに発生した高周波信号を取り出し、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成するようにしたものである。
【００１７】
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成について詳細に説明する。
フィールド機器１００には、主な機能部として、スイッチング回路１１、平滑化回路１２、制御回路１３、計測回路２０、および無線回路３０が設けられている。
【００１８】
スイッチング回路１１は、２線式伝送路２Ｗの直流電流ループＬＰ上に接続されたスイッチング素子Ｑからなり、制御回路１３からの高周波制御信号Ｓに基づいて、直流電流ループＬＰを流れるループ電流ＩＬを、高周波でスイッチングする機能を有している。図１において、スイッチング回路１１は、トランスＬの一次側巻線Ｌ１の他端と計測回路２０の入力端との間に接続されている。
スイッチング素子Ｑは、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓに基づき、オンオフ動作を行う機能を有している。
【００１９】
トランスＬは、全体として高周波トランスからなり、一次側巻線Ｌ１が直流電流ループＬＰ上に接続されており、スイッチング回路１１でのループ電流ＩＬに対するスイッチングにより、一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力する機能を有している。図１において、ループ電流ＩＬが入力される接続端子Ｔ１に、一次側巻線Ｌ１の一端が接続されており、一次側巻線Ｌ１の他端がスイッチング回路１１の入力端に接続されている。
【００２０】
整流回路１２は、トランスＬの二次側巻線Ｌ２に接続されて、当該二次側巻線Ｌ２から出力された高周波信号を、ダイオードＤで半波整流して容量素子Ｃで平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成する機能を有している。
ダイオードＤは、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の一端に接続され、カソード端子が容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。この接地電位ＧＮＤは、計測回路２０や無線回路３０の接地電位ＧＮＤと共通接続されている。
【００２１】
制御回路１３は、全体として高周波発振器からなり、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓを発生させて、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑへ出力する機能を有している。この制御回路１３には、電源として、整流回路１２からの駆動電源ＶＰが供給されているが、計測回路２０で生成した動作電源を供給してもよい。
図２は、高周波制御信号を示す信号波形図である。ここでは、デューティ比が５０％の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓが示されている。
【００２２】
計測回路２０は、２線式伝送路２Ｗの直流電流ループＬＰ上に接続されて、センサ（図示せず）により、工業用プラントなどの設備の各部における圧力、流量、温度などの物理量を計測して得られた計測値に応じて、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬを調整することにより、当該計測値を上位装置２００へ伝送する機能と、直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬから自己の動作電源を生成する機能とを有している。図１において、計測回路２０は、スイッチング素子Ｑの出力端とループ電流ＩＬが出力される接続端子Ｔ２との間に接続されている。
【００２３】
一般に、上位装置２００には、図１に示すように、ループ電流ＩＬを出力するインターフェース回路が設けられており、２線式伝送路２Ｗの両端に接続された、電圧源Ｖと負荷抵抗ＲＬとの直列接続回路により等価的に表すことができる。したがって、フィールド機器１００の計測回路２０において、直流電流ループＬＰを閉結するトランジスタを、計測値に応じてアナログ制御することにより、ループ電流ＩＬの値が調整される。
なお、計測回路２０の内部構成については、一般的な公知のフィールド機器と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２４】
無線回路３０は、全体として短距離無線ネットワークＩＥＥＥ８０２．１５．４や、産業用無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａ規格のほか、無線ＬＡＮやブルートゥース（登録商標）などの無線通信方式に基づき無線データ通信を行う回路部からなり、整流回路１２で生成された駆動電源ＶＰにより駆動して、計測回路２０から通知された、計測値データ、フィールド機器１００に関するデバイス設定や診断などの他の機能に関するデータを、上位装置２００へ無線送信する機能を有している。
【００２５】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるフィールド機器１００の動作について説明する。
フィールド機器１００には、上位装置２００から２線式伝送路２Ｗを介して、電流範囲４〜２０ｍＡの直流のループ電流ＩＬが供給されている。この電流範囲に対してフィールド機器１００で計測する物理量の計測レンジ０％−１００％が予め割り当てられており、計測回路２０は、得られた計測値の百分率に基づき、４〜２０ｍＡの電流範囲でループ電流ＩＬを調整する。これにより、上位装置２００は、当該ループ電流値を検出して、実際の計測値を逆算することにより、フィールド機器１００で計測した計測値を取得する。
【００２６】
一方、フィールド機器１００の制御回路１３は、常時、高周波制御信号Ｓを出力しており、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑは、この高周波制御信号Ｓに基づきオンオフ動作を繰り替えしている。
したがって、直流電流ループＬＰ上を流れるループ電流ＩＬは、高周波制御信号Ｓと同期して高周波でスイッチングされるため、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に交流の高周波信号が発生する。この際、一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２との巻線比を調整して昇圧してもよく、所望の電圧値が得られる。
【００２７】
この高周波信号は、トランスＬの二次側巻線Ｌ２から整流回路１２へ出力され、ダイオードＤで半波整流された後、容量素子Ｃで平滑化され、直流の駆動電源ＶＰとして無線回路３０へ供給される。
これにより、無線回路３０は、ループ電流ＩＬから分流した余剰電流を用いることなく、駆動電源ＶＰで駆動され、計測回路２０から通知された各種データを無線通信により上位装置２００へ送信することができる。
【００２８】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、スイッチング回路１１で、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングし、トランスＬで、このスイッチングにより当該一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力し、整流回路１２で、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成するようにしたものである。
これにより、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬから余剰電流を分流できないような動作条件であっても、２線式伝送路２Ｗから一定の駆動電源ＶＰを常時確保することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、トランスＬを介して高周波信号を抽出しているため、直流電流ループＬＰ側に対して直流的に絶縁された駆動電源ＶＰを生成することができる。これにより、駆動電源ＶＰの接地電位ＧＮＤを計測回路２０の接地電位と共通接続することができる。したがって、計測回路２０と無線回路３０との信号電位を整合させることができ、計測回路２０と無線回路３０との間でやり取りするアナログ／デジタル信号を、フォトカプラなどのアイソレータで絶縁する必要がなくなり、回路構成を簡素化することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、スイッチング回路１１で数１００ＫＨｚ以上の一定周波数でループ電流ＩＬをスイッチングするようにしたので、既存の計測回路２０に対して影響することなく、上位装置２００の電圧源Ｖのエネルギーを、高周波信号によりフィールド機器１００で受け取って駆動電源ＶＰとして利用することができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図３は、第２の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００３２】
第１の実施の形態では、トランスＬを介して得られた高周波信号を整流回路１２で半波整流する場合を例として説明した。本実施の形態では、高周波信号を整流回路１２で全波整流する場合、すなわちフォワード方式について説明する。
図３に示すように、第１の実施の形態と比較して、本実施の形態では、整流回路１２が、ダイオードＤ１，Ｄ２、チョークコイルＣＨ、および容量素子Ｃから構成されている点が異なる。なお、他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００３３】
ダイオードＤ１は、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の一端に接続され、カソード端子がチョークコイルＣＨの一端に接続されている。
ダイオードＤ２は、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の他端に接続され、カソード端子がチョークコイルＣＨの一端に接続されている。
チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。
容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００３４】
これにより、トランスＬの二次側巻線Ｌ２に、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号が発生した場合には、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、接地電位ＧＮＤに対して負側電位を持つ高周波信号が発生した場合には、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図４は、第３の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００３６】
本実施の形態では、トランスＬに２つの巻線Ｌ１１，Ｌ１２を設け、スイッチング回路１１において、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でループ電流ＩＬをスイッチングする場合、すなわちプッシュ方式について説明する。
【００３７】
図４に示すように、本実施の形態では、トランスＬの一次側巻線Ｌ１は、互いに並列的に接続された第１の巻線Ｌ１１および第２の巻線Ｌ１２からなる。図４において、これら第１の巻線Ｌ１１の一端と第２の巻線Ｌ１２の一端の接続点に、接続端子Ｔ１が接続されている。また、第１の巻線Ｌ１１の他端は、Ｑ１の入力端に接続されており、第２の巻線Ｌ１２の他端は、Ｑ２の入力端に接続されている。
【００３８】
また、スイッチング回路１１は、直流電流ループＬＰのうちトランスＬの第１の巻線Ｌ１１を通る経路上に、第１の巻線Ｌ１１に流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第１のスイッチング素子Ｑ１と、直流電流ループＬＰのうち第２の巻線Ｌ１２を通る経路上に、第２の巻線Ｌ１２に流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第２のスイッチング素子Ｑ２が接続されている。図４において、Ｑ１の出力端とＱ２の出力端の両方が、計測回路２０の入力端に接続されている。
【００３９】
これらＱ１，Ｑ２は、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、制御回路１３から出力される高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、それぞれオンオフ動作する。
図５は、相補的な高周波制御信号を示す信号波形図である。制御回路１３は、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２を、図５に示すように、相補的な位相関係で発生させて、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。
したがって、Ｑ１，Ｑ２は、互いに逆位相で交互にオンオフ動作を行う。これにより、トランスＬの一次側の巻線Ｌ１１，Ｌ１２のいずれか一方にのみ高周波信号が発生する。
【００４０】
一方、トランスＬの二次側巻線Ｌ２は、第１の巻線Ｌ２１と第２の巻線Ｌ２２が設けられている。図４において、第１の巻線Ｌ２１の一端と第２の巻線Ｌ２２の一端が、接地電位ＧＮＤに接続されており、第１の巻線Ｌ２１の他端が整流回路１２のダイオードＤ１のアノード端子に接続され、第２の巻線Ｌ２２の他端が整流回路１２のダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。
【００４１】
また、整流回路１２において、ダイオードＤ１のカソード端子とダイオードＤ２のカソード端子は、チョークコイルＣＨの一端に接続され、チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００４２】
したがって、第１の巻線Ｌ１１で発生した高周波信号は、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第１の巻線Ｌ２１に現われて、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、第２の巻線Ｌ１２で発生した高周波信号は、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第２の巻線Ｌ２２に現われて、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１および第２の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００４３】
［第４の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図６は、第４の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００４４】
本実施の形態では、スイッチング回路１１において、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４でループ電流ＩＬをスイッチングする場合、すなわちブリッジ方式について説明する。
【００４５】
図６に示すように、本実施の形態では、スイッチング回路１１を構成するＱ１〜Ｑ４が、ブリッジ形式で、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に接続されている。すなわち、直流電流ループＬＰのうちループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の一端へ流れ込む経路上に、当該経路上を流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第１のスイッチング素子Ｑ１が接続されている。また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の他端へ流れ込む経路上に、当該経路上を流れる当該ループ電流ＩＬをスイッチングする第２のスイッチング素子Ｑ２が接続されている。
【００４６】
また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の一端から流れ出る経路上に、当該経路上を流れる当該ループ電流ＩＬをスイッチングする第３のスイッチング素子が接続されている。また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の他端から流れ出る経路上に、当該経路上を流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第４のスイッチング素子Ｑ４が接続されている。
【００４７】
図６において、Ｑ１の入力端が接続端子Ｔ１に接続され、Ｑ１の出力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されている。また、Ｑ２の入力端が接続端子Ｔ１に接続され、Ｑ２の出力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されている。また、Ｑ３の入力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されており、Ｑ３の出力端が計測回路２０の入力端に接続されている。また、Ｑ４の入力端が一次側巻線Ｌ１の他端に接続されており、Ｑ４の出力端が計測回路２０の入力端に接続されている。
【００４８】
これらＱ１〜Ｑ４は、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、制御回路１３から出力される高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、それぞれオンオフ動作する。これら高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２は、前述した図５と同様であり、互いに相補的な位相関係を持つ。
したがって、Ｑ１，Ｑ３の組とＱ２，Ｑ４の組とは、互いに逆位相で交互にオンオフ動作を行う。これにより、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に逆極性の高周波信号が発生する。
【００４９】
一方、トランスＬの二次側巻線Ｌ２は、第１の巻線Ｌ２１と第２の巻線Ｌ２２が設けられている。図６において、第１の巻線Ｌ２１の一端と第２の巻線Ｌ２２の一端が、接地電位ＧＮＤに接続されており、第１の巻線Ｌ２１の他端が整流回路１２のダイオードＤ１のアノード端子に接続され、第２の巻線Ｌ２２の他端が整流回路１２のダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。
【００５０】
また、整流回路１２において、ダイオードＤ１のカソード端子とダイオードＤ２のカソード端子は、チョークコイルＣＨの一端に接続され、チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００５１】
したがって、一次側巻線Ｌ１で発生した高周波信号が、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第１の巻線Ｌ２１に現われた場合、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第２の巻線Ｌ２２に現われた場合、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１〜第３の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【００５３】
また、各実施の形態では、整流回路１２で得られた駆動電源ＶＰを無線回路３０で用いる場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、他の付加回路や計測回路２０で、駆動電源ＶＰを用いてもよい。
【００５４】
また、各実施の形態では、ループ電流ＩＬが入力される接続端子Ｔ１とループ電流ＩＬが出力される接続端子Ｔ２との間に、トランスＬおよびスイッチング回路１１と、計測回路２０とを直列接続した場合を例として説明したが、トランスＬおよびスイッチング回路１１と、計測回路２０と接続順序を逆にしても、前述と同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１００…フィールド機器、１１…スイッチング回路、１２…整流回路、１３…制御回路、２０…計測回路、３０…無線回路、２００…上位装置、Ｌ…トランス、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、Ｌ１…一次側巻線、Ｌ１１…第１の巻線（一次側巻線）、Ｌ１２…第２の巻線（一次側巻線）、Ｌ２…二次側巻線、Ｌ２１…第１の巻線（二次側巻線）、Ｌ２２…第２の巻線（二次側巻線）、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＣＨ…チョークコイル、Ｃ…容量素子、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…高周波制御信号、Ｔ１，Ｔ２…接続端子、２Ｗ…２線式伝送路、ＬＰ…直流電流ループ、ＩＬ…ループ電流、ＶＰ…駆動電源、ＧＮＤ…接地電位、Ｖ…電圧源、ＲＬ…負荷抵抗。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２線式伝送路を介してデータ通信を行うとともに、当該伝送路の直流電流ループ電流で動作するフィールド機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用プラントなどの設備では、発信機やポジショナーなどの複数のフィールド機器を設置して、各部における圧力、流量、温度などの物理量を計測し、これらフィールド機器から伝送路を介して収集した計測値に基づいて、設備の制御や管理を行うものとなっている。
【０００３】
フィールド機器を上位装置と接続する場合、４−２０ｍＡ直流電流ループを用いたアナログ通信用の伝送路からなる２線式伝送路が、広く用いられている。この２線式伝送路を用いた場合、フィールド機器において、計測により得られた物理量を示すアナログの計測値が、所定の電流範囲４〜２０ｍＡの直流電流信号に変換されて、２線式伝送路に出力され、上位装置へ伝送される。また、フィールド機器は、２線式伝送路から得られる４〜２０ｍＡの直流電流を用いて自己の動作電源を生成している。
【０００４】
このようなフィールド機器では、２線式伝送路を用いて計測値を伝送する場合、電流範囲４〜２０ｍＡの直流電流信号を用いて伝送するため、フィールド機器から上位装置へ１つの計測値しか伝送することができず、例えば、計測値以外のデバイス設定や診断などの他の機能に関するデータを伝送することができない。
【０００５】
このため、フィールド機器に無線回路を付加して、上位装置と無線データ通信を行うことにより、複数の計測値を伝送するものとし、２線式伝送路の４−２０ｍＡ直流電流ループから、計測用の動作電源として使用されていない余剰電流を取得して、二次電池やコンデンサに蓄積した余剰電力で、無線回路を動作させる技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２６８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来技術では、フィールド機器において、２線式伝送路から最低でも４ｍＡの直流電流ループ電流を利用することは可能である。しかしながら、計測の高精度化、高速化、処理負担の増大などの要因でフィールド機器の規模が増大しているため、直流電流ループを流れるループ電流が４ｍＡの場合、動作電源として使用されていない余剰電流がほとんどない。このため、従来のように、ループ電流から余剰電流を分流することができず、無線回路などの付加回路で用いる一定の駆動電源を常時確保することができず、結果として付加回路を安定して駆動することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、２線式伝送路から一定の駆動電源を常時確保することができるフィールド機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明にかかるフィールド機器は、４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流を、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置へ伝送するフィールド機器であって、直流電流ループ上に接続されたスイッチング素子からなり、ループ電流を高周波でスイッチングするスイッチング回路と、一次側巻線が直流電流ループ上に接続されて、スイッチングにより当該一次側巻線に発生した高周波信号を二次側巻線から出力するトランスと、トランスの二次側巻線に接続されて、当該二次側巻線から出力された高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成する整流回路とを備えている。
【００１０】
この際、トランスの一次側巻線に、互いに並列的に接続された第１および第２の巻線を設け、スイッチング回路で、直流電流ループのうち第１の巻線を通る経路上に接続されて当該第１の巻線に流れるループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、直流電流ループのうち第２の巻線を通る経路上に接続されて第２の巻線に流れるループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子とからなり、第１および第２のスイッチング素子が交互にオンオフ動作を行うようにしてもよい。
【００１１】
また、スイッチング回路に、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の一端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れるループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の他端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の一端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第３のスイッチング素子と、直流電流ループのうちループ電流がトランスの一次側巻線の他端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れるループ電流をスイッチングする第４のスイッチング素子とを設け、第１および第３のスイッチング素子が、第２および第４のスイッチング素子と、交互にオンオフ動作を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流から余剰電流を分流できないような動作条件であっても、２線式伝送路から一定の駆動電源を常時確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図２】高周波制御信号を示す信号波形図である。
【図３】第２の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【図５】相補的な高周波制御信号を示す信号波形図である。
【図６】第４の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００１５】
このフィールド機器１００は、接続端子Ｔ１，Ｔ２から４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路２Ｗを介して上位装置２００に接続されて、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬを、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置２００へ伝送する機能を有している。
【００１６】
本実施の形態は、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングすることにより、一次側巻線が直流電流ループＬＰ上に接続されたトランスの二次側巻線から、直流電流ループＬＰに発生した高周波信号を取り出し、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成するようにしたものである。
【００１７】
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成について詳細に説明する。
フィールド機器１００には、主な機能部として、スイッチング回路１１、平滑化回路１２、制御回路１３、計測回路２０、および無線回路３０が設けられている。
【００１８】
スイッチング回路１１は、２線式伝送路２Ｗの直流電流ループＬＰ上に接続されたスイッチング素子Ｑからなり、制御回路１３からの高周波制御信号Ｓに基づいて、直流電流ループＬＰを流れるループ電流ＩＬを、高周波でスイッチングする機能を有している。図１において、スイッチング回路１１は、トランスＬの一次側巻線Ｌ１の他端と計測回路２０の入力端との間に接続されている。
スイッチング素子Ｑは、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓに基づき、オンオフ動作を行う機能を有している。
【００１９】
トランスＬは、全体として高周波トランスからなり、一次側巻線Ｌ１が直流電流ループＬＰ上に接続されており、スイッチング回路１１でのループ電流ＩＬに対するスイッチングにより、一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力する機能を有している。図１において、ループ電流ＩＬが入力される接続端子Ｔ１に、一次側巻線Ｌ１の一端が接続されており、一次側巻線Ｌ１の他端がスイッチング回路１１の入力端に接続されている。
【００２０】
整流回路１２は、トランスＬの二次側巻線Ｌ２に接続されて、当該二次側巻線Ｌ２から出力された高周波信号を、ダイオードＤで半波整流して容量素子Ｃで平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成する機能を有している。
ダイオードＤは、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の一端に接続され、カソード端子が容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。この接地電位ＧＮＤは、計測回路２０や無線回路３０の接地電位ＧＮＤと共通接続されている。
【００２１】
制御回路１３は、全体として高周波発振器からなり、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓを発生させて、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑへ出力する機能を有している。この制御回路１３には、電源として、整流回路１２からの駆動電源ＶＰが供給されているが、計測回路２０で生成した動作電源を供給してもよい。
図２は、高周波制御信号を示す信号波形図である。ここでは、デューティ比が５０％の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓが示されている。
【００２２】
計測回路２０は、２線式伝送路２Ｗの直流電流ループＬＰ上に接続されて、センサ（図示せず）により、工業用プラントなどの設備の各部における圧力、流量、温度などの物理量を計測して得られた計測値に応じて、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬを調整することにより、当該計測値を上位装置２００へ伝送する機能と、直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬから自己の動作電源を生成する機能とを有している。図１において、計測回路２０は、スイッチング素子Ｑの出力端とループ電流ＩＬが出力される接続端子Ｔ２との間に接続されている。
【００２３】
一般に、上位装置２００には、図１に示すように、ループ電流ＩＬを出力するインターフェース回路が設けられており、２線式伝送路２Ｗの両端に接続された、電圧源Ｖと負荷抵抗ＲＬとの直列接続回路により等価的に表すことができる。したがって、フィールド機器１００の計測回路２０において、直流電流ループＬＰを閉結するトランジスタを、計測値に応じてアナログ制御することにより、ループ電流ＩＬの値が調整される。
なお、計測回路２０の内部構成については、一般的な公知のフィールド機器と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２４】
無線回路３０は、全体として短距離無線ネットワークＩＥＥＥ８０２．１５．４や、産業用無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａ規格のほか、無線ＬＡＮやブルートゥース（登録商標）などの無線通信方式に基づき無線データ通信を行う回路部からなり、整流回路１２で生成された駆動電源ＶＰにより駆動して、計測回路２０から通知された、計測値データ、フィールド機器１００に関するデバイス設定や診断などの他の機能に関するデータを、上位装置２００へ無線送信する機能を有している。
【００２５】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるフィールド機器１００の動作について説明する。
フィールド機器１００には、上位装置２００から２線式伝送路２Ｗを介して、電流範囲４〜２０ｍＡの直流のループ電流ＩＬが供給されている。この電流範囲に対してフィールド機器１００で計測する物理量の計測レンジ０％−１００％が予め割り当てられており、計測回路２０は、得られた計測値の百分率に基づき、４〜２０ｍＡの電流範囲でループ電流ＩＬを調整する。これにより、上位装置２００は、当該ループ電流値を検出して、実際の計測値を逆算することにより、フィールド機器１００で計測した計測値を取得する。
【００２６】
一方、フィールド機器１００の制御回路１３は、常時、高周波制御信号Ｓを出力しており、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑは、この高周波制御信号Ｓに基づきオンオフ動作を繰り替えしている。
したがって、直流電流ループＬＰ上を流れるループ電流ＩＬは、高周波制御信号Ｓと同期して高周波でスイッチングされるため、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に交流の高周波信号が発生する。この際、一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２との巻線比を調整して昇圧してもよく、所望の電圧値が得られる。
【００２７】
この高周波信号は、トランスＬの二次側巻線Ｌ２から整流回路１２へ出力され、ダイオードＤで半波整流された後、容量素子Ｃで平滑化され、直流の駆動電源ＶＰとして無線回路３０へ供給される。
これにより、無線回路３０は、ループ電流ＩＬから分流した余剰電流を用いることなく、駆動電源ＶＰで駆動され、計測回路２０から通知された各種データを無線通信により上位装置２００へ送信することができる。
【００２８】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、スイッチング回路１１で、ループ電流ＩＬを高周波でスイッチングし、トランスＬで、このスイッチングにより当該一次側巻線Ｌ１に発生した高周波信号を二次側巻線Ｌ２から出力し、整流回路１２で、この高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源ＶＰを生成するようにしたものである。
これにより、２線式伝送路２Ｗに形成される直流電流ループＬＰのループ電流ＩＬから余剰電流を分流できないような動作条件であっても、２線式伝送路２Ｗから一定の駆動電源ＶＰを常時確保することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、トランスＬを介して高周波信号を抽出しているため、直流電流ループＬＰ側に対して直流的に絶縁された駆動電源ＶＰを生成することができる。これにより、駆動電源ＶＰの接地電位ＧＮＤを計測回路２０の接地電位と共通接続することができる。したがって、計測回路２０と無線回路３０との信号電位を整合させることができ、計測回路２０と無線回路３０との間でやり取りするアナログ／デジタル信号を、フォトカプラなどのアイソレータで絶縁する必要がなくなり、回路構成を簡素化することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、スイッチング回路１１で数１００ＫＨｚ以上の一定周波数でループ電流ＩＬをスイッチングするようにしたので、既存の計測回路２０に対して影響することなく、上位装置２００の電圧源Ｖのエネルギーを、高周波信号によりフィールド機器１００で受け取って駆動電源ＶＰとして利用することができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図３は、第２の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００３２】
第１の実施の形態では、トランスＬを介して得られた高周波信号を整流回路１２で半波整流する場合を例として説明した。本実施の形態では、高周波信号を整流回路１２で全波整流する場合、すなわちフォワード方式について説明する。
図３に示すように、第１の実施の形態と比較して、本実施の形態では、整流回路１２が、ダイオードＤ１，Ｄ２、チョークコイルＣＨ、および容量素子Ｃから構成されている点が異なる。なお、他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００３３】
ダイオードＤ１は、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の一端に接続され、カソード端子がチョークコイルＣＨの一端に接続されている。
ダイオードＤ２は、アノード端子が二次側巻線Ｌ２の他端に接続され、カソード端子がチョークコイルＣＨの一端に接続されている。
チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。
容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００３４】
これにより、トランスＬの二次側巻線Ｌ２に、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号が発生した場合には、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、接地電位ＧＮＤに対して負側電位を持つ高周波信号が発生した場合には、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図４は、第３の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００３６】
本実施の形態では、トランスＬに２つの巻線Ｌ１１，Ｌ１２を設け、スイッチング回路１１において、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でループ電流ＩＬをスイッチングする場合、すなわちプッシュ方式について説明する。
【００３７】
図４に示すように、本実施の形態では、トランスＬの一次側巻線Ｌ１は、互いに並列的に接続された第１の巻線Ｌ１１および第２の巻線Ｌ１２からなる。図４において、これら第１の巻線Ｌ１１の一端と第２の巻線Ｌ１２の一端の接続点に、接続端子Ｔ１が接続されている。また、第１の巻線Ｌ１１の他端は、Ｑ１の入力端に接続されており、第２の巻線Ｌ１２の他端は、Ｑ２の入力端に接続されている。
【００３８】
また、スイッチング回路１１は、直流電流ループＬＰのうちトランスＬの第１の巻線Ｌ１１を通る経路上に、第１の巻線Ｌ１１に流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第１のスイッチング素子Ｑ１と、直流電流ループＬＰのうち第２の巻線Ｌ１２を通る経路上に、第２の巻線Ｌ１２に流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第２のスイッチング素子Ｑ２が接続されている。図４において、Ｑ１の出力端とＱ２の出力端の両方が、計測回路２０の入力端に接続されている。
【００３９】
これらＱ１，Ｑ２は、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、制御回路１３から出力される高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、それぞれオンオフ動作する。
図５は、相補的な高周波制御信号を示す信号波形図である。制御回路１３は、数１００ＫＨｚ以上の一定周波数からなる高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２を、図５に示すように、相補的な位相関係で発生させて、スイッチング回路１１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。
したがって、Ｑ１，Ｑ２は、互いに逆位相で交互にオンオフ動作を行う。これにより、トランスＬの一次側の巻線Ｌ１１，Ｌ１２のいずれか一方にのみ高周波信号が発生する。
【００４０】
一方、トランスＬの二次側巻線Ｌ２は、第１の巻線Ｌ２１と第２の巻線Ｌ２２が設けられている。図４において、第１の巻線Ｌ２１の一端と第２の巻線Ｌ２２の一端が、接地電位ＧＮＤに接続されており、第１の巻線Ｌ２１の他端が整流回路１２のダイオードＤ１のアノード端子に接続され、第２の巻線Ｌ２２の他端が整流回路１２のダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。
【００４１】
また、整流回路１２において、ダイオードＤ１のカソード端子とダイオードＤ２のカソード端子は、チョークコイルＣＨの一端に接続され、チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００４２】
したがって、第１の巻線Ｌ１１で発生した高周波信号は、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第１の巻線Ｌ２１に現われて、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、第２の巻線Ｌ１２で発生した高周波信号は、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第２の巻線Ｌ２２に現われて、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１および第２の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００４３】
［第４の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかるフィールド機器１００について説明する。図６は、第４の実施の形態にかかるフィールド機器の回路構成を示すブロック図である。
【００４４】
本実施の形態では、スイッチング回路１１において、４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４でループ電流ＩＬをスイッチングする場合、すなわちブリッジ方式について説明する。
【００４５】
図６に示すように、本実施の形態では、スイッチング回路１１を構成するＱ１〜Ｑ４が、ブリッジ形式で、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に接続されている。すなわち、直流電流ループＬＰのうちループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の一端へ流れ込む経路上に、当該経路上を流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第１のスイッチング素子Ｑ１が接続されている。また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の他端へ流れ込む経路上に、当該経路上を流れる当該ループ電流ＩＬをスイッチングする第２のスイッチング素子Ｑ２が接続されている。
【００４６】
また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の一端から流れ出る経路上に、当該経路上を流れる当該ループ電流ＩＬをスイッチングする第３のスイッチング素子が接続されている。また、ループ電流ＩＬが一次側巻線Ｌ１の他端から流れ出る経路上に、当該経路上を流れるループ電流ＩＬをスイッチングする第４のスイッチング素子Ｑ４が接続されている。
【００４７】
図６において、Ｑ１の入力端が接続端子Ｔ１に接続され、Ｑ１の出力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されている。また、Ｑ２の入力端が接続端子Ｔ１に接続され、Ｑ２の出力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されている。また、Ｑ３の入力端が一次側巻線Ｌ１の一端に接続されており、Ｑ３の出力端が計測回路２０の入力端に接続されている。また、Ｑ４の入力端が一次側巻線Ｌ１の他端に接続されており、Ｑ４の出力端が計測回路２０の入力端に接続されている。
【００４８】
これらＱ１〜Ｑ４は、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子からなり、制御回路１３から出力される高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、それぞれオンオフ動作する。これら高周波制御信号Ｓ１，Ｓ２は、前述した図５と同様であり、互いに相補的な位相関係を持つ。
したがって、Ｑ１，Ｑ３の組とＱ２，Ｑ４の組とは、互いに逆位相で交互にオンオフ動作を行う。これにより、トランスＬの一次側巻線Ｌ１に逆極性の高周波信号が発生する。
【００４９】
一方、トランスＬの二次側巻線Ｌ２は、第１の巻線Ｌ２１と第２の巻線Ｌ２２が設けられている。図６において、第１の巻線Ｌ２１の一端と第２の巻線Ｌ２２の一端が、接地電位ＧＮＤに接続されており、第１の巻線Ｌ２１の他端が整流回路１２のダイオードＤ１のアノード端子に接続され、第２の巻線Ｌ２２の他端が整流回路１２のダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。
【００５０】
また、整流回路１２において、ダイオードＤ１のカソード端子とダイオードＤ２のカソード端子は、チョークコイルＣＨの一端に接続され、チョークコイルＣＨの他端は、容量素子Ｃの一端に接続されており、容量素子Ｃの一端から駆動電源ＶＰが出力される。容量素子Ｃの他端は、二次側巻線Ｌ２とともに、接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００５１】
したがって、一次側巻線Ｌ１で発生した高周波信号が、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第１の巻線Ｌ２１に現われた場合、ダイオードＤ１により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。一方、接地電位ＧＮＤに対して正側電位を持つ高周波信号として第２の巻線Ｌ２２に現われた場合、ダイオードＤ２により整流されて、チョークコイルＣＨと容量素子Ｃとにより平滑化される。
このため、第１〜第３の実施の形態と比較して、より効率よく高調波信号を整流することができ、駆動電源ＶＰとしてより多くの電力を供給できる。
【００５２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【００５３】
また、各実施の形態では、整流回路１２で得られた駆動電源ＶＰを無線回路３０で用いる場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、他の付加回路や計測回路２０で、駆動電源ＶＰを用いてもよい。
【００５４】
また、各実施の形態では、ループ電流ＩＬが入力される接続端子Ｔ１とループ電流ＩＬが出力される接続端子Ｔ２との間に、トランスＬおよびスイッチング回路１１と、計測回路２０とを直列接続した場合を例として説明したが、トランスＬおよびスイッチング回路１１と、計測回路２０と接続順序を逆にしても、前述と同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１００…フィールド機器、１１…スイッチング回路、１２…整流回路、１３…制御回路、２０…計測回路、３０…無線回路、２００…上位装置、Ｌ…トランス、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、Ｌ１…一次側巻線、Ｌ１１…第１の巻線（一次側巻線）、Ｌ１２…第２の巻線（一次側巻線）、Ｌ２…二次側巻線、Ｌ２１…第１の巻線（二次側巻線）、Ｌ２２…第２の巻線（二次側巻線）、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＣＨ…チョークコイル、Ｃ…容量素子、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…高周波制御信号、Ｔ１，Ｔ２…接続端子、２Ｗ…２線式伝送路、ＬＰ…直流電流ループ、ＩＬ…ループ電流、ＶＰ…駆動電源、ＧＮＤ…接地電位、Ｖ…電圧源、ＲＬ…負荷抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流を、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置へ伝送するフィールド機器であって、
前記直流電流ループ上に接続されたスイッチング素子からなり、前記ループ電流を高周波でスイッチングするスイッチング回路と、
一次側巻線が前記直流電流ループ上に接続されて、前記スイッチングにより当該一次側巻線に発生した高周波信号を二次側巻線から出力するトランスと、
前記トランスの二次側巻線に接続されて、当該二次側巻線から出力された前記高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成する整流回路と
を備えることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
請求項１に記載のフィールド機器において、
前記トランスの一次側巻線は、互いに並列的に接続された第１および第２の巻線からなり、
前記スイッチング回路は、前記直流電流ループのうち前記第１の巻線を通る経路上に接続されて当該第１の巻線に流れる前記ループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、前記直流電流ループのうち前記第２の巻線を通る経路上に接続されて前記第２の巻線に流れる前記ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子とからなり、前記第１および第２のスイッチング素子が交互にオンオフ動作を行う
ことを特徴とするフィールド機器。
【請求項３】
請求項１に記載のフィールド機器において、
前記スイッチング回路は、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の一端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる前記ループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の他端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の一端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第３のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の他端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる前記ループ電流をスイッチングする第４のスイッチング素子とからなり、
前記第１および第３のスイッチング素子が、前記第２および第４のスイッチング素子と、交互にオンオフ動作を行う
ことを特徴とするフィールド機器。
【請求項１】
４−２０ｍＡ直流電流ループ方式の２線式伝送路に形成される直流電流ループのループ電流を、物理量を計測して得られた計測値に応じて調整することにより、当該計測値を上位装置へ伝送するフィールド機器であって、
前記直流電流ループ上に接続されたスイッチング素子からなり、前記ループ電流を高周波でスイッチングするスイッチング回路と、
一次側巻線が前記直流電流ループ上に接続されて、前記スイッチングにより当該一次側巻線に発生した高周波信号を二次側巻線から出力するトランスと、
前記トランスの二次側巻線に接続されて、当該二次側巻線から出力された前記高周波信号を整流して平滑化することにより直流の駆動電源を生成する整流回路と
を備えることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
請求項１に記載のフィールド機器において、
前記トランスの一次側巻線は、互いに並列的に接続された第１および第２の巻線からなり、
前記スイッチング回路は、前記直流電流ループのうち前記第１の巻線を通る経路上に接続されて当該第１の巻線に流れる前記ループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、前記直流電流ループのうち前記第２の巻線を通る経路上に接続されて前記第２の巻線に流れる前記ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子とからなり、前記第１および第２のスイッチング素子が交互にオンオフ動作を行う
ことを特徴とするフィールド機器。
【請求項３】
請求項１に記載のフィールド機器において、
前記スイッチング回路は、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の一端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる前記ループ電流をスイッチングする第１のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の他端へ流れ込む経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第２のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の一端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる当該ループ電流をスイッチングする第３のスイッチング素子と、
前記直流電流ループのうち前記ループ電流が前記トランスの一次側巻線の他端から流れ出る経路上に接続されて当該経路上を流れる前記ループ電流をスイッチングする第４のスイッチング素子とからなり、
前記第１および第３のスイッチング素子が、前記第２および第４のスイッチング素子と、交互にオンオフ動作を行う
ことを特徴とするフィールド機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９７６９７（Ｐ２０１３−９７６９７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２００９（Ｐ２０１１−２４２００９）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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