電流負荷駆動装置
【課題】電源と外部負荷の接続の仕方によって２線式と３線式の回路に自動的に切り替わる電流負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】
定電圧源２２は、制御部２３に定電圧ＶＢを供給する。制御部２３は、定電圧源２２から供給される定電圧ＶＢを入力とし電流制御部２４の電流を調節することで電源ラインの電圧をＶＢの定数倍の電圧に保持する。指令部２８は、物体の有無、距離などを検知し電流出力部２４の出力のオン／オフを制御する。電流出力部２４は、指令部２８の信号により出力のオン／オフを切り替えられる。また、制御部２３は、外部負荷２９及び電源３０の２線／３線の接続方式に応じて、電源ラインの電圧Ｖccを異なる定電圧に固定する。
【解決手段】
定電圧源２２は、制御部２３に定電圧ＶＢを供給する。制御部２３は、定電圧源２２から供給される定電圧ＶＢを入力とし電流制御部２４の電流を調節することで電源ラインの電圧をＶＢの定数倍の電圧に保持する。指令部２８は、物体の有無、距離などを検知し電流出力部２４の出力のオン／オフを制御する。電流出力部２４は、指令部２８の信号により出力のオン／オフを切り替えられる。また、制御部２３は、外部負荷２９及び電源３０の２線／３線の接続方式に応じて、電源ラインの電圧Ｖccを異なる定電圧に固定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流負荷駆動装置に関し、具体的には、近接センサ等の検知出力によって電流負荷（外部負荷）を駆動する検出装置などとして用いられる電流負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（２線式と３線式）
例えば自動化工作機器等では、その各種工具の動作や状態を監視するために検出装置を備えており、センサが各種工具の異常などを検知すると検出装置から工作機械等の外部負荷へ信号を出力するようにしている。
【０００３】
センサの検知出力によって電流負荷を駆動する検出装置（電流負荷駆動装置）には、電源端子、出力端子およびアース端子を備えた３線式のものと、電源端子と出力端子とが共用されていて電源端子およびアース端子を備えた２線式のものとがある。
【０００４】
３線式の検出装置は電源端子、出力端子、アース端子を備え、電源端子とアース端子との間に電源を接続し、出力端子とアース端子との間に外部負荷を接続するように構成される。また、２線式の検出装置は電源端子を出力端子と共用しており、電源端子とアース端子との間に電源と外部負荷を直列にして接続される。
【０００５】
２線式の検出装置では、外部負荷が検出装置と直列に接続されるため、省配線のメリットがある。特に、外部負荷や電源が検出装置から離れた位置にある場合には、この省配線のメリットは大きい。一方、２線式では、電源電圧を外部負荷と検出装置とで分割消費するので、消費電流の大きな外部負荷になると、その電圧降下により検出装置自体が正常動作するための電圧が得られなくなる。よって、２線式の検出装置では、外部負荷の駆動電流が大きくなり過ぎないように出力電流を制御する必要があり、用途が限定される。従って、従来においては、２線式の検出装置とは別に、３線式の検出装置も必要とされていた。
【０００６】
しかし、２線式の検出装置と３線式の検出装置を別個に提供することになると、品種が増加する結果、検出装置のコストが上昇するという問題がある。そのため、駆動回路の異なる２線式と３線式の双方に対応できる検出装置が求められていた。
【０００７】
（２線／３線共用式）
２線式および３線式のいずれにも対応することのできる検出装置としては、特許文献１に開示されたものがある。図１はこの検出装置を示すブロック図であって、符号１は検知器、２は出力回路、３は電源端子、４は出力端子、５はアース端子、６は２線／３線切換手段、６ａは入力端子、６ｂは３線側出力端子、６ｃは２線側出力端子、６ｄは切換端子、７は電流増幅手段、８は出力ドライバ手段、９は基準電圧生成手段、１０は電流設定手段、１１はセンサ、１２は抵抗、１３は比較器である。
【０００８】
この検出装置では、２線式として用いる場合には、２線／３線切換手段６の切換端子６ｄを開放にすると、それに連動して３線側出力端子６ｂが開放され、２線側出力端子６ｃが閉成される。そして、電源端子３と出力端子４を短絡接続し、外部負荷と電源を直列にして電源端子３（出力端子４）とアース端子５の間に接続する。切り換え端子６ｄを開放にすると、入力端子６ａが２線側出力端子６ｃに接続されて電流設定手段１０が有効になるので、電流設定手段１０は電源端子３の入力電圧Ｖccが基準電圧生成手段９から出力される基準電圧Ｖrefより低くならないように電流増幅手段７に供給する電流を調整し、それによって外部負荷の電圧降下を抑制して検出装置が正常に動作する電圧を確保する。
【０００９】
また、３線式として用いる場合には、２線／３線切換手段６の切換端子６ｄを閉じると、それに連動して３線側出力端子６ｂが閉成され、２線側出力端子６ｃが開放される。そして、電源端子３とアース端子５の間に電源を接続し、出力端子４とアース端子５の間に外部負荷を接続する。
【００１０】
このように特許文献１に開示された検出装置では、２線式として使用するか３線式として使用するかを設定するための２線／３線切換手段６を備えており、２線式として用いる場合には切換端子６ｄを開放に、３線式として用いる場合には切換端子６ｄを閉成にそれぞれ手動で切り替えなければならなかった。そのため、人為的な設定ミスにより、切換端子６ｄの設定が、外部負荷及び電源の接続のされ方と一致せず、検出装置が正常に動作しなくなる恐れがあった。
【特許文献１】特許第３４８８０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電源と外部負荷の接続の仕方によって２線式と３線式の回路に自動的に切り替わる電流負荷駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる電流負荷駆動装置は、電源ラインにつながった電源端子と、アースラインにつながったアース端子と、１つ又は複数の出力端子と、定電圧源と、制御部と、電流出力部と、指令部とを備え、前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を供給し、前記制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記定電圧を一定倍した目標電圧となるように前記電流出力部に制御用電流を出力し、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記目標電圧に達しないときには前記制御用電流を出力停止し、前記指令部は、前記電流出力部に電流出力のオンとオフを切り替えるための信号を供給し、前記電流出力部は、前記制御部からの制御用電流により出力端子へ出力する電流を増減させ、前記制御用電流が出力停止している場合には、一定値の電流を出力するように構成され、かつ、前記出力端子への電流出力は前記指令部の信号によってオンとオフに切り換えられることを特徴としている。
【００１３】
本発明の電流負荷駆動装置は、指令部から出力された信号によって電流出力部の出力電流のオン／オフを切り換えることができるので、例えば物体の検知／非検知に応じて電流出力部から外部負荷への出力電流をオン／オフ（あるいは、オフ／オン）させることができ、物体の検知／非検知に応じて外部負荷の動作を変化させることができる。
【００１４】
また、本発明の電流負荷駆動装置の制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧Ｖccが定電圧源からの定電圧ＶＢを一定倍した目標電圧ＶＡとなるように電流出力部に制御用電流を出力するので、電源端子と出力端子とを短絡させ、電源端子とアース端子との間に外部負荷と電源とを直列にして接続した（２線式）場合には、電源ラインの電圧Ｖccが所定の定電圧ＶＡに保たれ、電流負荷駆動装置を駆動するのに必要な電圧を確保できる。また、電源ラインとアースラインの間の電圧Ｖccが目標電圧ＶＡと等しくなるように制御できないときには、制御用電流を制御出力部へ出力しないようにしているので、電源端子とアース端子の間に電源を接続し、電源端子と出力端子の間に外部負荷を接続した（３線式）の場合には、電源ラインの電圧Ｖccが電源の電圧に保たれ、電流負荷駆動装置を駆動するのに必要な電圧を確保できる。よって、本発明の電流負荷駆動装置によれば、電流駆動装置の内部のスイッチや内部配線等を操作することなく、電源端子、出力端子およびアース端子に接続する外部負荷及び電源の接続の仕方が２線式であるか、３線式であるかに応じて電流負荷駆動装置も２線式用と３線式に切り換えられる。従って、従来例のように電流負荷駆動装置の設定ミスによって電流負荷駆動装置が動作不全を起こす恐れがない。
【００１５】
本発明にかかる電流負荷駆動装置のある実施態様は、前記制御部は、電源ラインとアースラインとの間の電圧を分圧するための分圧手段と、非反転入力端子に前記定電圧源からの定電圧を供給されると共に反転入力端子に前記分圧手段で分圧された電圧を供給される差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をベースに接続されたトランジスタによって構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、分圧手段で分圧された電源ラインの電圧と定電圧源から供給された定電圧を比較することにより、電源ラインの電圧が所定の電圧と等しくなるように制御するための制御用電流を生成することができる。
【００１６】
さらに、上記実施態様においては、前記定電圧源が、前記制御部に定電圧を出力するためのバンドギャップ回路と、前記バンドギャップ回路に定電圧を供給する定電圧回路とによって構成されていてもよい。かかる定電圧源によれば、定電圧回路から供給された定電圧によってバンドギャップ回路から定電圧を出力しているので、定電圧源から出力される定電圧の安定性を高めることができる。
【００１７】
本発明にかかる電流負荷駆動装置の別な実施態様は、外部負荷を直接に接続するための１つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、その電流出力を直接に外部負荷に供給できるように構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、電源端子、出力端子およびアース端子に直接に外部負荷と電源を２線式もしくは３線式で接続することができる。
【００１８】
本発明にかかる電流負荷駆動装置のさらに別な実施態様は、２つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、一方の出力端子に接続されたＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給でき、また、他方の出力端子に接続されたＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給できるように構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、３線式で外部負荷と電源を接続する場合には、外部負荷の種類に応じて、ＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷を一方の出力端子に接続するか（ＮＰＮ出力方式）、あるいは、ＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷を他方の出力端子に接続するか（ＰＮＰ出力方式）を選択することができる。
【００１９】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、図２〜図６を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図２（ａ）は本発明の実施形態１による電流負荷駆動装置２１のブロック図である。また、図２（ｂ）、（ｃ）は、電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９（電流負荷）と電源３０を２線式で接続する場合と３線式で接続する場合のそれぞれの配線状態を示す。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、電流負荷駆動装置２１は、定電圧源２２、制御部２３、電流出力部２４、電源端子２５、出力端子２６、アース端子２７および指令部２８によって構成される。定電圧源２２、制御部２３および電流出力部２４は、電源端子２５につながった電源ラインとアース端子２７につながったアースラインとの間に互いに並列に接続されている。
【００２３】
定電圧源２２は、制御部２３へ定電圧ＶＢを供給する。制御部２３は、電源ラインの電圧Ｖccが定電圧ＶＢを一定倍した電圧ＶＡになるように、電流出力部２４に制御用電流Ｉｃを出力する。よって、この場合には、Ｖcc＝ＶＡ＝ｋＶＢとなる（ｋは定数）。ただし、制御部２３が電源ラインの電圧ＶccをＶＡに調整しようとしても電圧Ｖccが変化しない場合には、制御部２３は制御用電流Ｉｃをオフにする（すなわち、Ｉｃ＝０アンペアとなる）。
【００２４】
電流出力部２４の出力は出力端子２６につながっており、電流出力部２４は制御用電流Ｉｃの値に応じた電流Ｉoutを出力端子２６へ出力する。この出力電流Ｉoutは、制御部２３からの制御用電流Ｉｃによって変化するが、０アンペアになることはなく（Ｉout≠０アンペア）、しかも制御用電流Ｉｃの増減に伴って出力電流Ｉoutは単調に増減する。ただし、制御用電流Ｉｃがオフの場合には、電流出力部２４は一定電流Ｉout（≠０アンペア）を出力端子２６へ出力する。
【００２５】
指令部２８は、電流出力部２４の出力のオン、オフを切り替える信号Ｉｓを電流出力部２４に出力する。電流出力部２４は、指令部２８からの信号Ｉｓによって出力がオンになっている場合には、制御用電流Ｉｃの値に応じて０アンペアでない電流Ｉoutを出力し、信号Ｉｓによって出力がオフになっている場合には、制御用電流Ｉｃの値にかかわらず出力端子２６へ電流を出力しない（つまり、Ｉout＝０アンペア）。
【００２６】
この電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９と電源３０を２線式で接続する場合には、図２（ｂ）に示すように、電源端子２５と出力端子２６をつないで短絡させるとともに、外部負荷２９と電源３０を直列に接続したものを電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。
【００２７】
２線式の場合には、制御部２３によって電源ラインの電圧Ｖccが一定電圧ＶＡ＝ｋＶＢとなるように制御される。そのため、制御部２３から電流出力部２４には、外部負荷２９の抵抗値に応じた値の制御用電流Ｉｃが出力される。そして、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオンになっている場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に制御用電流Ｉｃの値に応じた電流Ｉout（≠０アンペア）が出力される。また、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオフになった場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に電流が流れなくなる（Ｉout＝０アンペア）。
【００２８】
電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９と電源３０を３線式で接続する場合には、図２（ｃ）に示すように、電源端子２５と出力端子２６の間に外部負荷２９を接続し、電源端子２５とアース端子２７の間に電源３０を接続する。
【００２９】
３線式の場合には、電源ラインの電圧Ｖccは電源３０の電圧Ｖoに等しくなり、制御部２３によって電源ラインの電圧Ｖccが一定電圧ＶＡ＝ｋＶＢとなるように制御することができないので、制御部２３から電流出力部２４に出力される制御用電流Ｉｃはオフ（０アンペア）となる。そして、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオンになっている場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に一定電流Ｉout（≠０アンペア）が出力される。また、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオフになった場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９には電流は流れなくなる（Ｉout＝０アンペア）。
【００３０】
上記のような電流負荷駆動装置２１では、省配線の可能な２線式としても用いることができる。２線式として用いる場合には、制御部の働きにより電源ラインの電圧Ｖccを予め設定した一定電圧に保つことによって電圧Ｖccが不足して電流負荷駆動装置２１が動作不全を起こさないようにしている。すなわち、外部負荷２９の負荷が大きい場合は制御用電流Ｉｃ及び出力電流Ｉoutの値が変化して外部負荷２９に流れる電流を減少させ、それによって電源ラインの電圧Ｖccを一定に保つ。
【００３１】
また、上記のような電流負荷駆動装置２１によれば、電流負荷駆動装置２１の電源端子２５、出力端子２６、アース端子２７に接続する外部負荷２９や電源３０などの接続の仕方を変えるだけで２線式と３線式とに切り替えることができるので、電流負荷駆動装置２１自体のスイッチ切り替えや内部配線の変更などを行う必要がなく、従来例のように外部負荷や電源の接続の仕方と電流負荷駆動装置の設定の仕方が食い違って電流負荷駆動装置２１が動作不全となる恐れがなくなる。
【００３２】
さらに、この電流負荷駆動装置２１によれば、２線式の場合に定電圧源２２の出力ＶＢを一定倍した電圧ＶＡ＝ｋＶＢを電源ライン電圧の制御目標としているため、制御目標値の精度が高い。
【００３３】
（具体回路）
図３及び図４は、図２に示した電流負荷駆動装置２１の具体回路の一例を示す図であって、図３は２線式で外部負荷２９と電源３０を接続した場合を示し、図４は３線式で外部負荷２９と電源３０を接続した場合を示す。ただし、図３及び図４においては指令部２８は省略している（電流出力部２４の出力がオンになっている場合）。
【００３４】
まず、２線式で外部負荷２９及び電源３０を接続した電流負荷駆動装置２１の場合を図３により説明する。定電圧源２２は、電源ラインとアースラインの間に接続された定電圧回路３１と、定電圧回路３１の出力を受けるバンドギャップ回路３２によって構成されており、定電圧回路３１から出力された定電圧でバンドギャップ回路３２を駆動してバンドギャップ回路３２から定電圧ＶＢを出力する。
【００３５】
制御部２３は、オペアンプ３３（差動増幅器）、分圧抵抗３４、３５、ＰＮＰ型トランジスタ３６によって構成される。分圧抵抗３４、３５は直列接続して電源ラインとアースラインとの間に接続されている（分圧手段）。オペアンプ３３の反転入力端子には、分圧抵抗３４、３５の中点電圧が入力され、非反転入力端子には定電圧源２２から出力された定電圧ＶＢが入力されている。
【００３６】
このような構成の制御部２３の働きにより電源ラインの電圧Ｖccは、以下のようにして定電圧ＶＢに比例した定電圧に維持される。分圧抵抗３４、３５の各抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、電源ラインの電圧をＶcc、としたとき、分圧抵抗３４、３５の中点電圧はＲ２×Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２）である。負帰還のかかったオペアンプ３３の反転入力端子電圧と非反転入力端子電圧とは等しくなるので、
Ｒ２×Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２）＝ＶＢ
となる。よって、電源ラインの電圧Ｖccは、制御部２３により定電圧ＶＢに比例した定電圧ＶＡとなるように制御される。
ＶＡ＝Ｖcc＝（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＢ／Ｒ２ …（数式１）
【００３７】
トランジスタ３６はベースをオペアンプ３３の出力端子に接続され、エミッタを電流出力部２４に接続され、コレクタをアースラインに接続されている。トランジスタ３６のエミッタからオペアンプ３３の出力端子に電流が流れ込むので、トランジスタ３６がオンになり、トランジスタ３６のエミッタには制御用電流Ｉｃ（＝−Ｉ３）が流れる。
【００３８】
電流出力部２４は、定電流源３７、トランジスタ３８、３９、抵抗４０、４１、出力用トランジスタ４２によって構成される。ＮＰＮ型トランジスタ３８とＮＰＮ型トランジスタ３９はベースどうしを接続し、トランジスタ３８のコレクタとベースを短絡させることによってカレントミラー回路を構成されている。電源ラインとトランジスタ３８のコレクタとの間には出力電流Ｉ１の定電流源３７が接続され、さらにトランジスタ３８のコレクタには制御部２３（トランジスタ３６のエミッタ）が接続されている。トランジスタ３９のコレクタは電源ラインに接続されている。また、トランジスタ３８のエミッタは抵抗４０を介してＮＰＮ型の出力用トランジスタ４２のベースに接続され、トランジスタ３９のエミッタも抵抗４１を介して出力用トランジスタ４２のベースに接続されている。出力用トランジスタ４２のエミッタはアースラインに接続され、コレクタは出力端子２６につながっている。
【００３９】
電源端子２５と出力端子２６は短絡され、外部負荷２９と電源３０は直列に接続されて両端を電源端子２５とアース端子２７に接続されている。
【００４０】
図３に示すように、定電流源３７の出力電流をＩ１、出力用トランジスタ４２のベース電流をＩ２、トランジスタ３６のエミッタ電流をＩ３（＝−Ｉｃ）、定電流源３７からカレントミラー回路（トランジスタ３８、３９）に流れ込む電流をＩ４、トランジスタ３９のコレクタ電流をＩ５、出力端子２６から流れ込む出力用トランジスタ４２のコレクタ電流をＩ６（＝−Ｉout）、電源端子２５から流れ込む電流をＩ７とする。これらの電流値の間には、次のような関係がある。
Ｉ７＝Ｉ１＋Ｉ５
Ｉ１＝Ｉ３＋Ｉ４
I５＝αＩ４ （α：トランジスタ３８、３９と抵抗４０、４１により決まる増幅係数）
Ｉ２＝Ｉ４＋Ｉ５＝（１＋α）Ｉ４
Ｉ６＝βＩ２ （β：出力用トランジスタ４２の持つ増幅率）
ＶＡ−Ｖo＝（Ｉ６＋Ｉ７）Ｒ （Ｒ：外部負荷２９の抵抗値） …（数式２）
よって、
Ｉ６＝β（１＋α）（Ｉ１−Ｉ３）
あるいは、
Ｉout＝−β（１＋α）（Ｉｃ＋Ｉ１） …（数式３）
が得られる。
【００４１】
数式１〜３などによれば、２線式の場合には、外部負荷２９の抵抗値Ｒが異なると制御部２３の制御用電流Ｉｃ（＝−Ｉ３）が変化することにより、電源ラインの電圧Ｖccが、外部負荷２９の抵抗値Ｒにかかわりなく一定電圧ＶＡに保たれることが分かる。
【００４２】
具体的に説明すると、電源ラインの電圧ＶccがＶＡよりも大きくなると、オペアンプ３３の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧ＶＢよりも高くなるので、トランジスタ３６のベース電流が減少し、トランジスタ３６のエミッタ電流Ｉ３も減少する。よって、定電流源３７から引き抜かれる電流が少なくなるので、出力用トランジスタ４２のベース電流Ｉ２が増加する。その結果、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流Ｉ６が増加して電源ラインの電圧Ｖccが引き下げられる。逆に、電源ラインの電圧ＶccがＶＡよりも小さくなった場合には、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流Ｉ６が減少して電源ラインの電圧Ｖccが高くなる。こうして、電源ラインの電圧Ｖccは、ＶＡ＝（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＢ／Ｒ２に等しくなった状態で安定することになる。
【００４３】
また、外部負荷２９の抵抗値Ｒが大きくなると、トランジスタ３６のエミッタ電流Ｉ３が増加し、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流が小さくなることによって外部負荷２９による電圧降下を一定に保ち、電流負荷駆動装置２１で電圧不足が起こらないようにしている。
【００４４】
つぎに、３線式で外部負荷２９及び電源３０を接続した電流負荷駆動装置２１の場合を図４により説明する。この場合には、電源端子２５と出力端子２６の間に外部負荷２９を接続し、電源端子２５とアース端子２７との間に電源３０を接続する。
【００４５】
３線式の場合には、電源ラインの電圧Ｖccは電源３０の電圧Ｖo（通常は、５ボルト以上）と等しくなるので、オペアンプ３３の反転入力端子の電圧は、分圧抵抗３４、３５で分圧された電圧
Ｒ２×Ｖo／（Ｒ１＋Ｒ２） （＞ＶＢ）
となる。そのため、オペアンプ３３はハイインピーダンスとなり、トランジスタ３６はオフになる。よって、制御用電流Ｉｃ＝−Ｉ３＝０アンペアとなる。この結果、電流出力部２４の出力電流Ｉoutは、定電流源３７の電流値Ｉ１で決まる電流
Ｉout＝−Ｉ６＝−β（１＋α）Ｉ１
となり、外部負荷２９はこの出力電流Ｉoutで駆動されることになる。
【００４６】
（指令部の構成）
図５は指令部２８の具体的な構成を示す。指令部２８は、物体の有無や距離などを検出する検出器４６からの信号を読み取り、物体の検知／非検知を判定して電流出力部２４に信号Ｉｓを出力し、電流出力部２４の出力をオン／オフに切り替えるものである。指令部２８は、近接センサや測距センサ等の検出器４６、論理判定部４７、モード切換端子４８によって構成されており、検出器４６及び論理判定部４７には、定電圧源２２から定電圧Ｖrが供給されている。検出器４６は、物体の有無や距離などを検出すると、論理判定部４７に信号を送る。論理判定部４７は、ノーマルオープンとノーマルクローズを切り換えるためのモード切換端子４８を有しており、モード切換端子４８に入力する信号のハイ／ローを切り替えることにより、検出器４６が検知状態のときにオン信号Ｉｓを出力して検出器４６が非検知状態のときにオフ信号Ｉｓを出力するか、あるいは、検出器４６が検知状態のときにオフ信号Ｉｓを出力して検出器４６が非検知状態のときにオン信号Ｉｓを出力するかを切り替えることができる。指令部２８は、検出器４６の信号に基づいて、モード切換端子４８により設定されたモードでオン／オフ信号Ｉｓを電流出力部２４に送る。
【００４７】
図６は指令部２８からのオン／オフ信号Ｉｓによって電流出力部２４の出力をオン又はオフさせるための具体的な構成を示す。この具体例では、定電流源３７を出力電流がＩrefの定電流源５３と、２段のカレントミラー回路によって構成している。１段目のカレントミラー回路はＰＮＰ型トランジスタ５１、５２によって構成されており、トランジスタ５１のベースとトランジスタ５２のベースが接続され、トランジスタ５１のベースとコレクタが短絡されている。トランジスタ５１、５２の各エミッタは電源ラインに接続されており、トランジスタ５２のコレクタが定電流源３７の出力となっていて、トランジスタ３８のコレクタとトランジスタ３６のエミッタに接続されている。２段目のカレントミラー回路はＮＰＮ型トランジスタ５４、５５によって構成されており、トランジスタ５４のベースとトランジスタ５５のベースが接続され、トランジスタ５４のベースとコレクタが短絡させられている。トランジスタ５４、５５の各エミッタはアースラインに接続されており、トランジスタ５５のコレクタが１段目のカレントミラー回路のトランジスタ５１のコレクタに接続されている。また、定電流源５３には定電圧回路３１から電圧を供給されており、定電流源５３の出力はトランジスタ５４のコレクタに接続されている。
【００４８】
また、ＮＰＮ型のトランジスタ５６は、指令部２８のオン／オフ信号Ｉｓによって電流出力部２４の出力をオン、オフさせるものであって、コレクタを定電流源５３の出力に接続し、エミッタをアースラインに接続しており、ベースに指令部２８から出力されたオン／オフ信号Ｉｓを入力されている。
【００４９】
指令部２８からオン信号Ｉｓ（ローレベルの信号）が出力されている場合には、トランジスタ５６がオフになるので、１段目及び２段目のカレントミラー回路に電流が流れて定電流源３７から電流Ｉ１が流れ、トランジスタ３８、３９、４２がオンになって電流出力部２４の出力がオンになり、出力端子２６から外部負荷２９へ出力電流Ｉoutが流れる。反対に、指令部２８からオフ信号Ｉｓ（ハイレベルの信号）が出力されている場合には、トランジスタ５６がオンになるので、１段目及び２段目のカレントミラー回路に電流が流れず、定電流源３７からは電流が出力されなくなる。その結果、電流出力部２４の出力がオフになって出力端子２６と外部負荷２９の間に電流が流れなくなる。
【００５０】
よって、指令部２８における検知、あるいは非検知に応じて出力端子２６から外部負荷２９へ電流が出力され、あるいは電流が出力されなくなる。なお、図６では２線式の場合について説明したが、３線式の場合も同様である。
【００５１】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の実施形態２による電流負荷駆動装置を説明する。実施形態２の電流負荷駆動装置は、図３又は図４に示した電流負荷駆動装置２１において、出力用トランジスタ４２のコレクタ位置にあった出力端子２６を２つに分けて出力用トランジスタ４２のベース位置とトランジスタ３９のコレクタ位置とに設け、出力用トランジスタ４２に代えて外付用のトランジスタを用いるようにしたものである。
【００５２】
図７は、実施形態２の電流負荷駆動装置６１を３線式で用いた場合の具体回路を示す。ただし、図７においては指令部２８は省略（図８、図９も同様）しているが、電流出力部２４に指令部２８を接続することで、電流出力部２４の出力をオン／オフに切り替えることができる（図５、図６を参照）。
【００５３】
この電流負荷駆動装置６１においては、トランジスタ３９のコレクタ位置に第１出力端子２６ａを設け、抵抗４０、４１の結線部分に第２出力端子２６ｂを設けてあり、電流出力部２４から実施形態１の出力用トランジスタ４２を除いている。
【００５４】
この電流負荷駆動装置６１を３線式で用いる場合には、図７に示すように、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２のベースを第２出力端子２６ｂに接続し、エミッタをアース端子２７に接続する。また、第１出力端子２６ａは電源端子２５に短絡させておく。そして、外部負荷２９を電源端子２５と外付用トランジスタ６２のコレクタの間に接続し、電源３０を電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。これは図４と同じ回路である。
【００５５】
また、電流負荷駆動装置６１を３線式で用いる場合には、図８に示すように、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３のベースを第１出力端子２６ａに接続し、エミッタを電源端子２５に接続する。また、第２出力端子２６ｂはアース端子２７に短絡させておく。そして、外部負荷２９を外付用トランジスタ６３のコレクタとアース端子２７の間に接続し、電源３０を電源端子２５とアース端子２７の間に接続してもよい。
【００５６】
このように実施形態２の電流負荷駆動装置６１では、３線式で用いる場合には、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２を外付けしたＮＰＮ出力方式と、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３を外付けしたＰＮＰ出力方式を選択することができる。
【００５７】
通常、３線式では電源電圧が５ボルト以上であり、図７又は図８のように直列に接続された分圧抵抗３４、３５の両端に電源電圧が直接入力された場合、オペアンプ３３の反転入力端子電圧はバンドギャップ回路３２の出力電圧ＶＢ（バンドギャップ電圧）以上となり、トランジスタ３６はオフになる。これにより、定電流源３７の出力電流Ｉ１はすべて出力端子２６ａ又は２６ｂに流れ、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２又はＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３に定電流を供給する。また、出力端子２６ａ、２６ｂに流れる電流は、定電流源３７の出力電流Ｉ１を一定倍した定電流となるので、必要以上に回路電流を大きくすることなく外付用トランジスタ６２、６３を動作させることができる。
【００５８】
実施形態２の電流負荷駆動装置６１を２線式で用いる場合には、図９に示すように、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２のベースを第２出力端子２６ｂに接続し、エミッタをアース端子２７に接続する。また、第１出力端子２６ａは電源端子２５に短絡させておく。そして、外部負荷２９と電源３０を直列に接続したものを電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。これは図３と同じ回路である。
【００５９】
従って、実施形態１の電流負荷駆動装置６１によれば、外部負荷２９と電源３０を２線式と３線式のいずれでも接続することができ、さらに３線式で接続する場合には、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２を用いたＮＰＮ出力方式とすることもでき、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３を用いたＰＮＰ出力方式とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、特許文献１に記載された検出装置を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態１による電流負荷駆動装置のブロック図である。図２（ｂ）は、当該電流負荷駆動装置に外部負荷と電源を２線式で接続した場合を示すブロック図である。図２（ｃ）は、当該電流負荷駆動装置に外部負荷と電源を３線式で接続した場合を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施形態１の電流負荷駆動装置を２線式として用いた場合の具体回路図である。
【図４】図４は、実施形態１の電流負荷駆動装置を３線式として用いた場合の具体回路図である。
【図５】図５は、指令部の構成を具体的に表した図である。
【図６】図６は、指令部からの信号Ｉｓによって電流出力部をオン又はオフさせるための具体的な回路を示した図である。
【図７】図７は、実施形態２の電流負荷駆動装置を３線式として用いる場合の具体回路図である。
【図８】図８は、実施形態２の電流負荷駆動装置を３線式として用いる別な構成を示す具体回路図である。
【図９】図９は、実施形態２の電流負荷駆動装置を２線式として用いる場合の具体回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
２１、６１ 電流負荷駆動装置
２２ 定電圧源
２３ 制御部
２４ 電流出力部
２５ 電源端子
２６ 出力端子
２６ａ 第１出力端子
２６ｂ 第２出力端子
２７ アース端子
２８ 指令部
２９ 外部負荷
３０ 電源
６２、６３ 外付用トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流負荷駆動装置に関し、具体的には、近接センサ等の検知出力によって電流負荷（外部負荷）を駆動する検出装置などとして用いられる電流負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（２線式と３線式）
例えば自動化工作機器等では、その各種工具の動作や状態を監視するために検出装置を備えており、センサが各種工具の異常などを検知すると検出装置から工作機械等の外部負荷へ信号を出力するようにしている。
【０００３】
センサの検知出力によって電流負荷を駆動する検出装置（電流負荷駆動装置）には、電源端子、出力端子およびアース端子を備えた３線式のものと、電源端子と出力端子とが共用されていて電源端子およびアース端子を備えた２線式のものとがある。
【０００４】
３線式の検出装置は電源端子、出力端子、アース端子を備え、電源端子とアース端子との間に電源を接続し、出力端子とアース端子との間に外部負荷を接続するように構成される。また、２線式の検出装置は電源端子を出力端子と共用しており、電源端子とアース端子との間に電源と外部負荷を直列にして接続される。
【０００５】
２線式の検出装置では、外部負荷が検出装置と直列に接続されるため、省配線のメリットがある。特に、外部負荷や電源が検出装置から離れた位置にある場合には、この省配線のメリットは大きい。一方、２線式では、電源電圧を外部負荷と検出装置とで分割消費するので、消費電流の大きな外部負荷になると、その電圧降下により検出装置自体が正常動作するための電圧が得られなくなる。よって、２線式の検出装置では、外部負荷の駆動電流が大きくなり過ぎないように出力電流を制御する必要があり、用途が限定される。従って、従来においては、２線式の検出装置とは別に、３線式の検出装置も必要とされていた。
【０００６】
しかし、２線式の検出装置と３線式の検出装置を別個に提供することになると、品種が増加する結果、検出装置のコストが上昇するという問題がある。そのため、駆動回路の異なる２線式と３線式の双方に対応できる検出装置が求められていた。
【０００７】
（２線／３線共用式）
２線式および３線式のいずれにも対応することのできる検出装置としては、特許文献１に開示されたものがある。図１はこの検出装置を示すブロック図であって、符号１は検知器、２は出力回路、３は電源端子、４は出力端子、５はアース端子、６は２線／３線切換手段、６ａは入力端子、６ｂは３線側出力端子、６ｃは２線側出力端子、６ｄは切換端子、７は電流増幅手段、８は出力ドライバ手段、９は基準電圧生成手段、１０は電流設定手段、１１はセンサ、１２は抵抗、１３は比較器である。
【０００８】
この検出装置では、２線式として用いる場合には、２線／３線切換手段６の切換端子６ｄを開放にすると、それに連動して３線側出力端子６ｂが開放され、２線側出力端子６ｃが閉成される。そして、電源端子３と出力端子４を短絡接続し、外部負荷と電源を直列にして電源端子３（出力端子４）とアース端子５の間に接続する。切り換え端子６ｄを開放にすると、入力端子６ａが２線側出力端子６ｃに接続されて電流設定手段１０が有効になるので、電流設定手段１０は電源端子３の入力電圧Ｖccが基準電圧生成手段９から出力される基準電圧Ｖrefより低くならないように電流増幅手段７に供給する電流を調整し、それによって外部負荷の電圧降下を抑制して検出装置が正常に動作する電圧を確保する。
【０００９】
また、３線式として用いる場合には、２線／３線切換手段６の切換端子６ｄを閉じると、それに連動して３線側出力端子６ｂが閉成され、２線側出力端子６ｃが開放される。そして、電源端子３とアース端子５の間に電源を接続し、出力端子４とアース端子５の間に外部負荷を接続する。
【００１０】
このように特許文献１に開示された検出装置では、２線式として使用するか３線式として使用するかを設定するための２線／３線切換手段６を備えており、２線式として用いる場合には切換端子６ｄを開放に、３線式として用いる場合には切換端子６ｄを閉成にそれぞれ手動で切り替えなければならなかった。そのため、人為的な設定ミスにより、切換端子６ｄの設定が、外部負荷及び電源の接続のされ方と一致せず、検出装置が正常に動作しなくなる恐れがあった。
【特許文献１】特許第３４８８０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電源と外部負荷の接続の仕方によって２線式と３線式の回路に自動的に切り替わる電流負荷駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる電流負荷駆動装置は、電源ラインにつながった電源端子と、アースラインにつながったアース端子と、１つ又は複数の出力端子と、定電圧源と、制御部と、電流出力部と、指令部とを備え、前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を供給し、前記制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記定電圧を一定倍した目標電圧となるように前記電流出力部に制御用電流を出力し、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記目標電圧に達しないときには前記制御用電流を出力停止し、前記指令部は、前記電流出力部に電流出力のオンとオフを切り替えるための信号を供給し、前記電流出力部は、前記制御部からの制御用電流により出力端子へ出力する電流を増減させ、前記制御用電流が出力停止している場合には、一定値の電流を出力するように構成され、かつ、前記出力端子への電流出力は前記指令部の信号によってオンとオフに切り換えられることを特徴としている。
【００１３】
本発明の電流負荷駆動装置は、指令部から出力された信号によって電流出力部の出力電流のオン／オフを切り換えることができるので、例えば物体の検知／非検知に応じて電流出力部から外部負荷への出力電流をオン／オフ（あるいは、オフ／オン）させることができ、物体の検知／非検知に応じて外部負荷の動作を変化させることができる。
【００１４】
また、本発明の電流負荷駆動装置の制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧Ｖccが定電圧源からの定電圧ＶＢを一定倍した目標電圧ＶＡとなるように電流出力部に制御用電流を出力するので、電源端子と出力端子とを短絡させ、電源端子とアース端子との間に外部負荷と電源とを直列にして接続した（２線式）場合には、電源ラインの電圧Ｖccが所定の定電圧ＶＡに保たれ、電流負荷駆動装置を駆動するのに必要な電圧を確保できる。また、電源ラインとアースラインの間の電圧Ｖccが目標電圧ＶＡと等しくなるように制御できないときには、制御用電流を制御出力部へ出力しないようにしているので、電源端子とアース端子の間に電源を接続し、電源端子と出力端子の間に外部負荷を接続した（３線式）の場合には、電源ラインの電圧Ｖccが電源の電圧に保たれ、電流負荷駆動装置を駆動するのに必要な電圧を確保できる。よって、本発明の電流負荷駆動装置によれば、電流駆動装置の内部のスイッチや内部配線等を操作することなく、電源端子、出力端子およびアース端子に接続する外部負荷及び電源の接続の仕方が２線式であるか、３線式であるかに応じて電流負荷駆動装置も２線式用と３線式に切り換えられる。従って、従来例のように電流負荷駆動装置の設定ミスによって電流負荷駆動装置が動作不全を起こす恐れがない。
【００１５】
本発明にかかる電流負荷駆動装置のある実施態様は、前記制御部は、電源ラインとアースラインとの間の電圧を分圧するための分圧手段と、非反転入力端子に前記定電圧源からの定電圧を供給されると共に反転入力端子に前記分圧手段で分圧された電圧を供給される差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をベースに接続されたトランジスタによって構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、分圧手段で分圧された電源ラインの電圧と定電圧源から供給された定電圧を比較することにより、電源ラインの電圧が所定の電圧と等しくなるように制御するための制御用電流を生成することができる。
【００１６】
さらに、上記実施態様においては、前記定電圧源が、前記制御部に定電圧を出力するためのバンドギャップ回路と、前記バンドギャップ回路に定電圧を供給する定電圧回路とによって構成されていてもよい。かかる定電圧源によれば、定電圧回路から供給された定電圧によってバンドギャップ回路から定電圧を出力しているので、定電圧源から出力される定電圧の安定性を高めることができる。
【００１７】
本発明にかかる電流負荷駆動装置の別な実施態様は、外部負荷を直接に接続するための１つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、その電流出力を直接に外部負荷に供給できるように構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、電源端子、出力端子およびアース端子に直接に外部負荷と電源を２線式もしくは３線式で接続することができる。
【００１８】
本発明にかかる電流負荷駆動装置のさらに別な実施態様は、２つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、一方の出力端子に接続されたＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給でき、また、他方の出力端子に接続されたＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給できるように構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、３線式で外部負荷と電源を接続する場合には、外部負荷の種類に応じて、ＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷を一方の出力端子に接続するか（ＮＰＮ出力方式）、あるいは、ＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷を他方の出力端子に接続するか（ＰＮＰ出力方式）を選択することができる。
【００１９】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、図２〜図６を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図２（ａ）は本発明の実施形態１による電流負荷駆動装置２１のブロック図である。また、図２（ｂ）、（ｃ）は、電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９（電流負荷）と電源３０を２線式で接続する場合と３線式で接続する場合のそれぞれの配線状態を示す。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、電流負荷駆動装置２１は、定電圧源２２、制御部２３、電流出力部２４、電源端子２５、出力端子２６、アース端子２７および指令部２８によって構成される。定電圧源２２、制御部２３および電流出力部２４は、電源端子２５につながった電源ラインとアース端子２７につながったアースラインとの間に互いに並列に接続されている。
【００２３】
定電圧源２２は、制御部２３へ定電圧ＶＢを供給する。制御部２３は、電源ラインの電圧Ｖccが定電圧ＶＢを一定倍した電圧ＶＡになるように、電流出力部２４に制御用電流Ｉｃを出力する。よって、この場合には、Ｖcc＝ＶＡ＝ｋＶＢとなる（ｋは定数）。ただし、制御部２３が電源ラインの電圧ＶccをＶＡに調整しようとしても電圧Ｖccが変化しない場合には、制御部２３は制御用電流Ｉｃをオフにする（すなわち、Ｉｃ＝０アンペアとなる）。
【００２４】
電流出力部２４の出力は出力端子２６につながっており、電流出力部２４は制御用電流Ｉｃの値に応じた電流Ｉoutを出力端子２６へ出力する。この出力電流Ｉoutは、制御部２３からの制御用電流Ｉｃによって変化するが、０アンペアになることはなく（Ｉout≠０アンペア）、しかも制御用電流Ｉｃの増減に伴って出力電流Ｉoutは単調に増減する。ただし、制御用電流Ｉｃがオフの場合には、電流出力部２４は一定電流Ｉout（≠０アンペア）を出力端子２６へ出力する。
【００２５】
指令部２８は、電流出力部２４の出力のオン、オフを切り替える信号Ｉｓを電流出力部２４に出力する。電流出力部２４は、指令部２８からの信号Ｉｓによって出力がオンになっている場合には、制御用電流Ｉｃの値に応じて０アンペアでない電流Ｉoutを出力し、信号Ｉｓによって出力がオフになっている場合には、制御用電流Ｉｃの値にかかわらず出力端子２６へ電流を出力しない（つまり、Ｉout＝０アンペア）。
【００２６】
この電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９と電源３０を２線式で接続する場合には、図２（ｂ）に示すように、電源端子２５と出力端子２６をつないで短絡させるとともに、外部負荷２９と電源３０を直列に接続したものを電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。
【００２７】
２線式の場合には、制御部２３によって電源ラインの電圧Ｖccが一定電圧ＶＡ＝ｋＶＢとなるように制御される。そのため、制御部２３から電流出力部２４には、外部負荷２９の抵抗値に応じた値の制御用電流Ｉｃが出力される。そして、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオンになっている場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に制御用電流Ｉｃの値に応じた電流Ｉout（≠０アンペア）が出力される。また、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオフになった場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に電流が流れなくなる（Ｉout＝０アンペア）。
【００２８】
電流負荷駆動装置２１に外部負荷２９と電源３０を３線式で接続する場合には、図２（ｃ）に示すように、電源端子２５と出力端子２６の間に外部負荷２９を接続し、電源端子２５とアース端子２７の間に電源３０を接続する。
【００２９】
３線式の場合には、電源ラインの電圧Ｖccは電源３０の電圧Ｖoに等しくなり、制御部２３によって電源ラインの電圧Ｖccが一定電圧ＶＡ＝ｋＶＢとなるように制御することができないので、制御部２３から電流出力部２４に出力される制御用電流Ｉｃはオフ（０アンペア）となる。そして、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオンになっている場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９に一定電流Ｉout（≠０アンペア）が出力される。また、指令部２８からの信号Ｉｓで電流出力部２４の出力がオフになった場合には、電流出力部２４の出力から外部負荷２９には電流は流れなくなる（Ｉout＝０アンペア）。
【００３０】
上記のような電流負荷駆動装置２１では、省配線の可能な２線式としても用いることができる。２線式として用いる場合には、制御部の働きにより電源ラインの電圧Ｖccを予め設定した一定電圧に保つことによって電圧Ｖccが不足して電流負荷駆動装置２１が動作不全を起こさないようにしている。すなわち、外部負荷２９の負荷が大きい場合は制御用電流Ｉｃ及び出力電流Ｉoutの値が変化して外部負荷２９に流れる電流を減少させ、それによって電源ラインの電圧Ｖccを一定に保つ。
【００３１】
また、上記のような電流負荷駆動装置２１によれば、電流負荷駆動装置２１の電源端子２５、出力端子２６、アース端子２７に接続する外部負荷２９や電源３０などの接続の仕方を変えるだけで２線式と３線式とに切り替えることができるので、電流負荷駆動装置２１自体のスイッチ切り替えや内部配線の変更などを行う必要がなく、従来例のように外部負荷や電源の接続の仕方と電流負荷駆動装置の設定の仕方が食い違って電流負荷駆動装置２１が動作不全となる恐れがなくなる。
【００３２】
さらに、この電流負荷駆動装置２１によれば、２線式の場合に定電圧源２２の出力ＶＢを一定倍した電圧ＶＡ＝ｋＶＢを電源ライン電圧の制御目標としているため、制御目標値の精度が高い。
【００３３】
（具体回路）
図３及び図４は、図２に示した電流負荷駆動装置２１の具体回路の一例を示す図であって、図３は２線式で外部負荷２９と電源３０を接続した場合を示し、図４は３線式で外部負荷２９と電源３０を接続した場合を示す。ただし、図３及び図４においては指令部２８は省略している（電流出力部２４の出力がオンになっている場合）。
【００３４】
まず、２線式で外部負荷２９及び電源３０を接続した電流負荷駆動装置２１の場合を図３により説明する。定電圧源２２は、電源ラインとアースラインの間に接続された定電圧回路３１と、定電圧回路３１の出力を受けるバンドギャップ回路３２によって構成されており、定電圧回路３１から出力された定電圧でバンドギャップ回路３２を駆動してバンドギャップ回路３２から定電圧ＶＢを出力する。
【００３５】
制御部２３は、オペアンプ３３（差動増幅器）、分圧抵抗３４、３５、ＰＮＰ型トランジスタ３６によって構成される。分圧抵抗３４、３５は直列接続して電源ラインとアースラインとの間に接続されている（分圧手段）。オペアンプ３３の反転入力端子には、分圧抵抗３４、３５の中点電圧が入力され、非反転入力端子には定電圧源２２から出力された定電圧ＶＢが入力されている。
【００３６】
このような構成の制御部２３の働きにより電源ラインの電圧Ｖccは、以下のようにして定電圧ＶＢに比例した定電圧に維持される。分圧抵抗３４、３５の各抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、電源ラインの電圧をＶcc、としたとき、分圧抵抗３４、３５の中点電圧はＲ２×Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２）である。負帰還のかかったオペアンプ３３の反転入力端子電圧と非反転入力端子電圧とは等しくなるので、
Ｒ２×Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２）＝ＶＢ
となる。よって、電源ラインの電圧Ｖccは、制御部２３により定電圧ＶＢに比例した定電圧ＶＡとなるように制御される。
ＶＡ＝Ｖcc＝（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＢ／Ｒ２ …（数式１）
【００３７】
トランジスタ３６はベースをオペアンプ３３の出力端子に接続され、エミッタを電流出力部２４に接続され、コレクタをアースラインに接続されている。トランジスタ３６のエミッタからオペアンプ３３の出力端子に電流が流れ込むので、トランジスタ３６がオンになり、トランジスタ３６のエミッタには制御用電流Ｉｃ（＝−Ｉ３）が流れる。
【００３８】
電流出力部２４は、定電流源３７、トランジスタ３８、３９、抵抗４０、４１、出力用トランジスタ４２によって構成される。ＮＰＮ型トランジスタ３８とＮＰＮ型トランジスタ３９はベースどうしを接続し、トランジスタ３８のコレクタとベースを短絡させることによってカレントミラー回路を構成されている。電源ラインとトランジスタ３８のコレクタとの間には出力電流Ｉ１の定電流源３７が接続され、さらにトランジスタ３８のコレクタには制御部２３（トランジスタ３６のエミッタ）が接続されている。トランジスタ３９のコレクタは電源ラインに接続されている。また、トランジスタ３８のエミッタは抵抗４０を介してＮＰＮ型の出力用トランジスタ４２のベースに接続され、トランジスタ３９のエミッタも抵抗４１を介して出力用トランジスタ４２のベースに接続されている。出力用トランジスタ４２のエミッタはアースラインに接続され、コレクタは出力端子２６につながっている。
【００３９】
電源端子２５と出力端子２６は短絡され、外部負荷２９と電源３０は直列に接続されて両端を電源端子２５とアース端子２７に接続されている。
【００４０】
図３に示すように、定電流源３７の出力電流をＩ１、出力用トランジスタ４２のベース電流をＩ２、トランジスタ３６のエミッタ電流をＩ３（＝−Ｉｃ）、定電流源３７からカレントミラー回路（トランジスタ３８、３９）に流れ込む電流をＩ４、トランジスタ３９のコレクタ電流をＩ５、出力端子２６から流れ込む出力用トランジスタ４２のコレクタ電流をＩ６（＝−Ｉout）、電源端子２５から流れ込む電流をＩ７とする。これらの電流値の間には、次のような関係がある。
Ｉ７＝Ｉ１＋Ｉ５
Ｉ１＝Ｉ３＋Ｉ４
I５＝αＩ４ （α：トランジスタ３８、３９と抵抗４０、４１により決まる増幅係数）
Ｉ２＝Ｉ４＋Ｉ５＝（１＋α）Ｉ４
Ｉ６＝βＩ２ （β：出力用トランジスタ４２の持つ増幅率）
ＶＡ−Ｖo＝（Ｉ６＋Ｉ７）Ｒ （Ｒ：外部負荷２９の抵抗値） …（数式２）
よって、
Ｉ６＝β（１＋α）（Ｉ１−Ｉ３）
あるいは、
Ｉout＝−β（１＋α）（Ｉｃ＋Ｉ１） …（数式３）
が得られる。
【００４１】
数式１〜３などによれば、２線式の場合には、外部負荷２９の抵抗値Ｒが異なると制御部２３の制御用電流Ｉｃ（＝−Ｉ３）が変化することにより、電源ラインの電圧Ｖccが、外部負荷２９の抵抗値Ｒにかかわりなく一定電圧ＶＡに保たれることが分かる。
【００４２】
具体的に説明すると、電源ラインの電圧ＶccがＶＡよりも大きくなると、オペアンプ３３の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧ＶＢよりも高くなるので、トランジスタ３６のベース電流が減少し、トランジスタ３６のエミッタ電流Ｉ３も減少する。よって、定電流源３７から引き抜かれる電流が少なくなるので、出力用トランジスタ４２のベース電流Ｉ２が増加する。その結果、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流Ｉ６が増加して電源ラインの電圧Ｖccが引き下げられる。逆に、電源ラインの電圧ＶccがＶＡよりも小さくなった場合には、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流Ｉ６が減少して電源ラインの電圧Ｖccが高くなる。こうして、電源ラインの電圧Ｖccは、ＶＡ＝（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＢ／Ｒ２に等しくなった状態で安定することになる。
【００４３】
また、外部負荷２９の抵抗値Ｒが大きくなると、トランジスタ３６のエミッタ電流Ｉ３が増加し、出力用トランジスタ４２のコレクタ電流が小さくなることによって外部負荷２９による電圧降下を一定に保ち、電流負荷駆動装置２１で電圧不足が起こらないようにしている。
【００４４】
つぎに、３線式で外部負荷２９及び電源３０を接続した電流負荷駆動装置２１の場合を図４により説明する。この場合には、電源端子２５と出力端子２６の間に外部負荷２９を接続し、電源端子２５とアース端子２７との間に電源３０を接続する。
【００４５】
３線式の場合には、電源ラインの電圧Ｖccは電源３０の電圧Ｖo（通常は、５ボルト以上）と等しくなるので、オペアンプ３３の反転入力端子の電圧は、分圧抵抗３４、３５で分圧された電圧
Ｒ２×Ｖo／（Ｒ１＋Ｒ２） （＞ＶＢ）
となる。そのため、オペアンプ３３はハイインピーダンスとなり、トランジスタ３６はオフになる。よって、制御用電流Ｉｃ＝−Ｉ３＝０アンペアとなる。この結果、電流出力部２４の出力電流Ｉoutは、定電流源３７の電流値Ｉ１で決まる電流
Ｉout＝−Ｉ６＝−β（１＋α）Ｉ１
となり、外部負荷２９はこの出力電流Ｉoutで駆動されることになる。
【００４６】
（指令部の構成）
図５は指令部２８の具体的な構成を示す。指令部２８は、物体の有無や距離などを検出する検出器４６からの信号を読み取り、物体の検知／非検知を判定して電流出力部２４に信号Ｉｓを出力し、電流出力部２４の出力をオン／オフに切り替えるものである。指令部２８は、近接センサや測距センサ等の検出器４６、論理判定部４７、モード切換端子４８によって構成されており、検出器４６及び論理判定部４７には、定電圧源２２から定電圧Ｖrが供給されている。検出器４６は、物体の有無や距離などを検出すると、論理判定部４７に信号を送る。論理判定部４７は、ノーマルオープンとノーマルクローズを切り換えるためのモード切換端子４８を有しており、モード切換端子４８に入力する信号のハイ／ローを切り替えることにより、検出器４６が検知状態のときにオン信号Ｉｓを出力して検出器４６が非検知状態のときにオフ信号Ｉｓを出力するか、あるいは、検出器４６が検知状態のときにオフ信号Ｉｓを出力して検出器４６が非検知状態のときにオン信号Ｉｓを出力するかを切り替えることができる。指令部２８は、検出器４６の信号に基づいて、モード切換端子４８により設定されたモードでオン／オフ信号Ｉｓを電流出力部２４に送る。
【００４７】
図６は指令部２８からのオン／オフ信号Ｉｓによって電流出力部２４の出力をオン又はオフさせるための具体的な構成を示す。この具体例では、定電流源３７を出力電流がＩrefの定電流源５３と、２段のカレントミラー回路によって構成している。１段目のカレントミラー回路はＰＮＰ型トランジスタ５１、５２によって構成されており、トランジスタ５１のベースとトランジスタ５２のベースが接続され、トランジスタ５１のベースとコレクタが短絡されている。トランジスタ５１、５２の各エミッタは電源ラインに接続されており、トランジスタ５２のコレクタが定電流源３７の出力となっていて、トランジスタ３８のコレクタとトランジスタ３６のエミッタに接続されている。２段目のカレントミラー回路はＮＰＮ型トランジスタ５４、５５によって構成されており、トランジスタ５４のベースとトランジスタ５５のベースが接続され、トランジスタ５４のベースとコレクタが短絡させられている。トランジスタ５４、５５の各エミッタはアースラインに接続されており、トランジスタ５５のコレクタが１段目のカレントミラー回路のトランジスタ５１のコレクタに接続されている。また、定電流源５３には定電圧回路３１から電圧を供給されており、定電流源５３の出力はトランジスタ５４のコレクタに接続されている。
【００４８】
また、ＮＰＮ型のトランジスタ５６は、指令部２８のオン／オフ信号Ｉｓによって電流出力部２４の出力をオン、オフさせるものであって、コレクタを定電流源５３の出力に接続し、エミッタをアースラインに接続しており、ベースに指令部２８から出力されたオン／オフ信号Ｉｓを入力されている。
【００４９】
指令部２８からオン信号Ｉｓ（ローレベルの信号）が出力されている場合には、トランジスタ５６がオフになるので、１段目及び２段目のカレントミラー回路に電流が流れて定電流源３７から電流Ｉ１が流れ、トランジスタ３８、３９、４２がオンになって電流出力部２４の出力がオンになり、出力端子２６から外部負荷２９へ出力電流Ｉoutが流れる。反対に、指令部２８からオフ信号Ｉｓ（ハイレベルの信号）が出力されている場合には、トランジスタ５６がオンになるので、１段目及び２段目のカレントミラー回路に電流が流れず、定電流源３７からは電流が出力されなくなる。その結果、電流出力部２４の出力がオフになって出力端子２６と外部負荷２９の間に電流が流れなくなる。
【００５０】
よって、指令部２８における検知、あるいは非検知に応じて出力端子２６から外部負荷２９へ電流が出力され、あるいは電流が出力されなくなる。なお、図６では２線式の場合について説明したが、３線式の場合も同様である。
【００５１】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の実施形態２による電流負荷駆動装置を説明する。実施形態２の電流負荷駆動装置は、図３又は図４に示した電流負荷駆動装置２１において、出力用トランジスタ４２のコレクタ位置にあった出力端子２６を２つに分けて出力用トランジスタ４２のベース位置とトランジスタ３９のコレクタ位置とに設け、出力用トランジスタ４２に代えて外付用のトランジスタを用いるようにしたものである。
【００５２】
図７は、実施形態２の電流負荷駆動装置６１を３線式で用いた場合の具体回路を示す。ただし、図７においては指令部２８は省略（図８、図９も同様）しているが、電流出力部２４に指令部２８を接続することで、電流出力部２４の出力をオン／オフに切り替えることができる（図５、図６を参照）。
【００５３】
この電流負荷駆動装置６１においては、トランジスタ３９のコレクタ位置に第１出力端子２６ａを設け、抵抗４０、４１の結線部分に第２出力端子２６ｂを設けてあり、電流出力部２４から実施形態１の出力用トランジスタ４２を除いている。
【００５４】
この電流負荷駆動装置６１を３線式で用いる場合には、図７に示すように、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２のベースを第２出力端子２６ｂに接続し、エミッタをアース端子２７に接続する。また、第１出力端子２６ａは電源端子２５に短絡させておく。そして、外部負荷２９を電源端子２５と外付用トランジスタ６２のコレクタの間に接続し、電源３０を電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。これは図４と同じ回路である。
【００５５】
また、電流負荷駆動装置６１を３線式で用いる場合には、図８に示すように、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３のベースを第１出力端子２６ａに接続し、エミッタを電源端子２５に接続する。また、第２出力端子２６ｂはアース端子２７に短絡させておく。そして、外部負荷２９を外付用トランジスタ６３のコレクタとアース端子２７の間に接続し、電源３０を電源端子２５とアース端子２７の間に接続してもよい。
【００５６】
このように実施形態２の電流負荷駆動装置６１では、３線式で用いる場合には、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２を外付けしたＮＰＮ出力方式と、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３を外付けしたＰＮＰ出力方式を選択することができる。
【００５７】
通常、３線式では電源電圧が５ボルト以上であり、図７又は図８のように直列に接続された分圧抵抗３４、３５の両端に電源電圧が直接入力された場合、オペアンプ３３の反転入力端子電圧はバンドギャップ回路３２の出力電圧ＶＢ（バンドギャップ電圧）以上となり、トランジスタ３６はオフになる。これにより、定電流源３７の出力電流Ｉ１はすべて出力端子２６ａ又は２６ｂに流れ、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２又はＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３に定電流を供給する。また、出力端子２６ａ、２６ｂに流れる電流は、定電流源３７の出力電流Ｉ１を一定倍した定電流となるので、必要以上に回路電流を大きくすることなく外付用トランジスタ６２、６３を動作させることができる。
【００５８】
実施形態２の電流負荷駆動装置６１を２線式で用いる場合には、図９に示すように、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２のベースを第２出力端子２６ｂに接続し、エミッタをアース端子２７に接続する。また、第１出力端子２６ａは電源端子２５に短絡させておく。そして、外部負荷２９と電源３０を直列に接続したものを電源端子２５とアース端子２７の間に接続する。これは図３と同じ回路である。
【００５９】
従って、実施形態１の電流負荷駆動装置６１によれば、外部負荷２９と電源３０を２線式と３線式のいずれでも接続することができ、さらに３線式で接続する場合には、ＮＰＮ型の外付用トランジスタ６２を用いたＮＰＮ出力方式とすることもでき、ＰＮＰ型の外付用トランジスタ６３を用いたＰＮＰ出力方式とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、特許文献１に記載された検出装置を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態１による電流負荷駆動装置のブロック図である。図２（ｂ）は、当該電流負荷駆動装置に外部負荷と電源を２線式で接続した場合を示すブロック図である。図２（ｃ）は、当該電流負荷駆動装置に外部負荷と電源を３線式で接続した場合を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施形態１の電流負荷駆動装置を２線式として用いた場合の具体回路図である。
【図４】図４は、実施形態１の電流負荷駆動装置を３線式として用いた場合の具体回路図である。
【図５】図５は、指令部の構成を具体的に表した図である。
【図６】図６は、指令部からの信号Ｉｓによって電流出力部をオン又はオフさせるための具体的な回路を示した図である。
【図７】図７は、実施形態２の電流負荷駆動装置を３線式として用いる場合の具体回路図である。
【図８】図８は、実施形態２の電流負荷駆動装置を３線式として用いる別な構成を示す具体回路図である。
【図９】図９は、実施形態２の電流負荷駆動装置を２線式として用いる場合の具体回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
２１、６１ 電流負荷駆動装置
２２ 定電圧源
２３ 制御部
２４ 電流出力部
２５ 電源端子
２６ 出力端子
２６ａ 第１出力端子
２６ｂ 第２出力端子
２７ アース端子
２８ 指令部
２９ 外部負荷
３０ 電源
６２、６３ 外付用トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインにつながった電源端子と、アースラインにつながったアース端子と、１つ又は複数の出力端子と、定電圧源と、制御部と、電流出力部と、指令部とを備え、
前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を供給し、
前記制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記定電圧を一定倍した目標電圧となるように前記電流出力部に制御用電流を出力し、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記目標電圧に達しないときには前記制御用電流を出力停止し、
前記指令部は、前記電流出力部に電流出力のオンとオフを切り替えるための信号を供給し、
前記電流出力部は、前記制御部からの制御用電流により出力端子へ出力する電流を増減させ、前記制御用電流が出力停止している場合には、一定値の電流を出力するように構成され、かつ、前記出力端子への電流出力は前記指令部の信号によってオンとオフに切り換えられることを特徴とする電流負荷駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、電源ラインとアースラインとの間の電圧を分圧するための分圧手段と、非反転入力端子に前記定電圧源からの定電圧を供給されると共に反転入力端子に前記分圧手段で分圧された電圧を供給される差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をベースに接続されたトランジスタによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項３】
前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を出力するためのバンドギャップ回路と、前記バンドギャップ回路に定電圧を供給する定電圧回路とによって構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項４】
外部負荷を直接に接続するための１つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、その電流出力を直接に外部負荷に供給できるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項５】
２つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、一方の出力端子に接続されたＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給でき、また、他方の出力端子に接続されたＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給できるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項１】
電源ラインにつながった電源端子と、アースラインにつながったアース端子と、１つ又は複数の出力端子と、定電圧源と、制御部と、電流出力部と、指令部とを備え、
前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を供給し、
前記制御部は、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記定電圧を一定倍した目標電圧となるように前記電流出力部に制御用電流を出力し、電源ラインとアースラインの間の電圧が前記目標電圧に達しないときには前記制御用電流を出力停止し、
前記指令部は、前記電流出力部に電流出力のオンとオフを切り替えるための信号を供給し、
前記電流出力部は、前記制御部からの制御用電流により出力端子へ出力する電流を増減させ、前記制御用電流が出力停止している場合には、一定値の電流を出力するように構成され、かつ、前記出力端子への電流出力は前記指令部の信号によってオンとオフに切り換えられることを特徴とする電流負荷駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、電源ラインとアースラインとの間の電圧を分圧するための分圧手段と、非反転入力端子に前記定電圧源からの定電圧を供給されると共に反転入力端子に前記分圧手段で分圧された電圧を供給される差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をベースに接続されたトランジスタによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項３】
前記定電圧源は、前記制御部に定電圧を出力するためのバンドギャップ回路と、前記バンドギャップ回路に定電圧を供給する定電圧回路とによって構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項４】
外部負荷を直接に接続するための１つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、その電流出力を直接に外部負荷に供給できるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【請求項５】
２つの前記出力端子を備え、前記電流出力部は、一方の出力端子に接続されたＮＰＮ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給でき、また、他方の出力端子に接続されたＰＮＰ型の外付用トランジスタを介して外部負荷に電流出力を供給できるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流負荷駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１３００４１（Ｐ２０１０−１３００４１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９９１９６（Ｐ２００８−２９９１９６）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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