可编程逻辑控制器的制作方法

本发明涉及可编程逻辑控制器(plc：programmablelogiccontroller)，尤其，适合使用于具有断电时的数据备份用电源的plc。

背景技术：

使用于fa(factoryautomation：工厂自动化)等的plc，一般成为在断电时能够备份数据的结构。

例如，日本特开2014-160377号公报(专利文献1)中公开的plc的电源切换部，具有对dc电源共同连接的相互并联的两条电源线。在第一电源线上，经由二极管连接有dc/dc转换器。该dc/dc转换器一边将输入的电压(20v～28v)降压至作为主电路的动作电压的3.3v，一边将其恒压化并输出。

另一方面，在第二电源线与接地之间，作为备份动作用的电源设置有电容器。电容器经由开关与上述dc/dc转换器的输入级相连接。在dc电源接通的期间，上述开关断开，电容器从dc/dc转换器分离。若检测到断电，则上述开关接通，将电容器作为电源源，dc/dc转换器在一定时间生成恒压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-160377号公报

技术实现要素：

在上述专利文献1中所记载的电源切换部中，由于dc/dc转换器在供电时和断电时的两种情况下动作，所以dc/dc转换器的发热成为问题。因此，存在有需要设置较大的散热片且电源切换部所需的空间增加的问题。

本发明是鉴于上述问题点而提出的，其主要目的在于，提供一种具有用于在通常时和断电时的两种情况下向主电路供给直流电压的电源电路的plc，该pcl为能够使电源电路小型化的构成。其他课题及有益效果将在以下解决课题的手段及实施方式中进行说明。

本公开的一个方面的可编程逻辑控制器，包括对成为控制对象的设备进行控制的控制部以及电源电路。电源电路包括第一节点、第二节点、布线、第一整流元件、充电部、第一转换器以及第二整流元件。第一节点接收第一电平的直流电压的供给。第二节点输出驱动控制部的电压。布线连接在第一节点与第二节点之间。第一整流元件以从第一节点向第二节点的方向成为正向的方式设置在上述布线的中途。充电部能够充电和放电。第一转换器将充电部的放电电压转换为比第一电平还低的第二电平的直流电压并输出。第二整流元件以从第一转换器向第二节点的方向成为正向的方式连接在第一转换器的输出和第二节点之间。

根据上述构成，在第一节点被供给电源电压的通常时，控制部的电源电压经由上述布线被供给，因此第二转换器可以除启动时之外几乎不进行转换动作。结果，能够抑制第二转换器的发热，因此能够使电源电路以更加紧凑地方式构成。另一方面，在断电时，向控制部的电源的供给源自动切换至充电部，具有无需进行前述的专利文献1中所记载的根据控制信号的开关的切换控制的优点。

优选地，电源电路还包括第二转换器。第二转换器将供给至第一节点的直流电压转换为比第一电平还高的第三电平的直流电压，并将第三电平的直流电压作为充电电压向充电部输出。

根据上述构成，能够将充电部的充电电压设为更高的电压，因此能够使充电部的容量变小，作为结果，能够使电源电路以更加紧凑的方式构成。

优选地，电源电路还包括以从第一节点向第二转换器的方向成为正向的方式连接在第一节点和第二转换器的输入之间的第三整流元件。

根据上述构成，即便将连接在电源电路的第一节点的外部直流电源的极性反向地连接，也能够防止电源电路的破损。

优选地，第二转换器包括第二转换电路、第二电压检测部以及第二控制电路。第二转换电路包括第二开关元件，且生成对应于第二开关元件的导通率的电平的直流电压并输出。第二电压检测部检测第二转换电路的输出电压。第二控制电路被供给至第一节点的直流电压驱动，控制第二开关元件的开闭动作。若第二电压检测部的检测电压的大小达到第三电平，则第二控制电路停止第二开关元件的开闭动作，若第二电压检测部的检测电压的大小小于第三电平，则第二控制电路开始第二开关元件的开闭动作。

根据上述构成，能够在充电部的充电电压达到第三电平时，使第二转换器的电压转换动作自动停止。结果，在第一节点被供给电源电压的通常时，能够实现plc的低功耗化。

优选地，第一转换器包括第一转换电路、第一电压检测部以及第一控制电路。第一转换电路包括第一开关元件，且生成对应于第一开关元件的导通率的电平的直流电压并输出。第一电压检测部检测第一转换电路的输出电压。第一控制电路通过充电部的放电电压被驱动，控制第一开关元件的开闭动作。若第一电压检测部的检测电压的大小达到第二电平，则第一控制电路停止第一开关元件的开闭动作，若第一电压检测部的检测电压的大小小于第二电平，则第一控制电路开始第一开关元件的开闭动作。

根据上述构成，能够在第一转换器的输出电压达到第二电平时，使第一转换器的电压转换动作自动停止。结果，在第一节点被供给电源电压的通常时，能够实现plc的低功耗化。

优选地，充电部包括电容器，通过电容器来充电和放电。通过使充电部由电容器构成，能够使plc更加紧凑且低成本。

根据上述一个方面的可编程控制器的主要效果是能够使电源电路小型化。

附图说明

图1是表示plc的整体构成的一个例子的框图。

图2是表示图1的电源电路的构成的框图。

图3是表示图2的升压用dc/dc转换器的构成的一个例子的电路图。

图4是表示图2的降压用dc/dc转换器的构成的一个例子的电路图。

图5是用于说明图2的电源电路的动作的时序图。

附图标记的说明

10：plc

11：plc主体

12：电源单元

13：电源电路

14：cpu模块

15：输入模块

16：输出模块

17：断电检测部

31：电压输入节点

32：电压输出节点

33：dc/dc转换器

34：电容器

35：dc/dc转换器

36、37、38、52、62：二极管

40：布线

41：电流路径

50、60：转换电路

51、61：电感器

53、63：开关元件

55、65：控制ic

58、68：分压电路

gnd：接地

v1、v2、v3：电压电平

具体实施方式

以下，参照附图详细说明实施方式。需要说明的是，对相同或相应的部分赋予相同的附图标记，且不重复其说明。

[plc的整体构成]

图1是表示plc的整体构成的一个例子的框图。参照图1，plc10包括plc主体11及电源单元12。电源单元12将从外部输入的交流(ac)电压转换为直流(dc)电压，将该直流(dc)电压根据需要进一步转换为规定电压电平的直流(dc)电压并输出。作为电源单元12可以使用通用电源。plc10可以是还增设了未图示的一个以上的输入/输出单元的构成。

plc主体11包括：电源电路13；cpu(centralprocessingunit：中央处理器)模块14；输入模块15；输出模块16；断电检测部17；以及电源端子20、21、22。

电源端子20被供给来自电源单元12的直流电压。该直流电压经由电源电路13被供给至cpu模块14、断电检测部17以及输入模块15的一部分和输出模块16的一部分。为了在断电时备份数据，电源电路13在电源切断后的一定时间内能够向上述模块组供给驱动电压。在图2中详细说明电源电路13的详细构成。

输入模块15从作为控制对象的一个以上的设备获取表示各种检测数据等的输入数据23。输出模块16根据cpu模块14的指令，输出用于控制控制对象的设备的输出数据24。构成输入模块15及输出模块16的电路中断电时需要备份数据的部分从电源电路13被供给驱动电压。输入模块15及输出模块的其他电路部分根据分别通过电源端子21、22被供给的直流电压而动作。

cpu模块14基于经由输入模块15接收的输入数据23进行运算，并将基于运算结果的输出数据24通过输出模块16输出。因此，cpu模块14用作对成为控制对象的一个以上的设备进行控制的控制部。

cpu模块14由包括cpu、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、rom(readonlymemory：只读存储器)以及非易失性存储器等的一般的微计算机(也称作微控制器等)构成。cpu模块14还可以包括由asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)或fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)等构成的电路。

断电检测部17监视从电源端子20输入的直流电压的电压电平，在输入直流电压的电压电平小于基准值的情况下，向cpu模块14输出用于通知断电的信号。cpu模块14在从断电检测部17接收到断电通知的情况下，将从断电状态恢复时所需的表示断电之前的装置的状态的数据存储在内置的非易失性存储器(未图示)。作为用于在该备份数据的期间使cpu模块14等动作的电源，电容器设置在电源电路13。

[电源电路的构成]

图2是表示图1的电源电路的构成的框图。参照图2，电源电路13包括：作为第一节点(node)的电压输入节点31；作为第二节点的电压输出节点32；布线40；dc/dc转换器33、35；作为充电部的电容器34；作为整流元件的二极管36、37、38；以及布线40。

电压输入节点31通过与图1的电源端子20连接，从电源单元12被输入电平v1的直流电压。从电压输出节点32输出用于驱动cpu模块14等的直流电压。

dc/dc转换器33基于输入到电压输入节点31的电压电平v1的直流电压，将该输入电压升压为电压电平v3的直流电压并输出。dc/dc转换器33的种类并无特殊限定。例如，可以使用升压斩波器等非绝缘型转换器，也可以使用正激式转换器等绝缘型转换器。

电容器34连接在将dc/dc转换器33与dc/dc转换器35之间连接的布线与接地gnd之间。电容器34被用作将dc/dc转换器33的输出电压充电的同时，能够将充电的电压放电的充电部。电容器34的放电电压输入到dc/dc转换器33。需要说明的是，作为备用电源使用电容器是因为，在要求紧凑且低成本的plc中电容器是合适的。

电容器34的种类并无特殊限定，但需选择仅能够存储仅在断电时的数据备份所需的时间内能够供电的电能的电容器。在如图2的电源电路13的构成的情况下，通过将由dc/dc转换器33的升压电压向电容器34供给，能够将更多的电能存储至电容器34。因此，能够使电容器34的容量变得更小。

dc/dc转换器35将电容器34的放电电压转换为比电压电平v1还小的电压电平v2的直流电压并输出。dc/dc转换器35的种类并无特殊限定。例如，可以使用降压斩波器等非绝缘型转换器，也可以使用反激式转换器等绝缘型转换器。

二极管36连接在dc/dc转换器35的输出节点46与电压输出节点32之间。从dc/dc转换器35向电压输出节点32的方向成为二极管36的正向。

二极管38连接在电压输入节点31与dc/dc转换器33的输入节点42之间。从电压输入节点31向dc/dc转换器33的方向成为二极管38的正向。二极管38是用于在电源端子20上错误连接了反极性的电源单元时使dc/dc转换器33、35等不破损的组件。因此，二极管38并不是必须设置的。

布线40是与经由上述二极管38、dc/dc转换器33、dc/dc转换器35以及二极管36的电流路径41并联地连接电压输入节点31与电压输出节点32之间的另一电流路径。在布线40的中途设置有二极管37。从电压输入节点31向电压输出节点32的方向成为二极管37的正向。

例如，在上述电源电路13的构成中，从电源单元12供给的直流电压的电压电平v1为24v。例如，dc/dc转换器33的输出电压的电压电平v3为50v。例如，dc/dc转换器35的输出电压的电压电平v2为12v。该情况下，若忽略二极管36、37以及布线等的压降，则如后所述，在cpu模块14等中通常被输入电压电平v1(例如，24v)的直流电压，断电时被输入电压电平v2(例如，12v)的直流电压。因此，cpu模块14等需能够在包括电压电平v1和v2的电源电压的范围内动作。

[dc/dc转换器的构成例]

图3是表示图2的升压用dc/dc转换器的构成的一个例子的电路图。参照图3，dc/dc转换器33包括：生成电压电平v3的电压的转换电路50；将转换电路50的输出电压进行分压的分压电路58；以及控制ic(integratedcircuit：集成电路)55。图3中示出了使转换电路50由升压斩波器构成的例子。

具体地，图3的转换电路50包括电感器51、二极管52以及开关元件53。电感器51和二极管52以该排列顺序串联地连接在输入节点42与输出节点43之间。二极管52的阳极与电感器51相连接。开关元件53连接在电感器51和二极管52的连接节点与接地gnd之间。开关元件53只要是自熄型，则可以使用任何种类的半导体开关元件。例如，可以举出双极型功率晶体管、功率mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)以及igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管)等。可以设置开关元件来代替二极管52进行同步整流。

分压电路58用作检测转换电路50的输出电压的电压检测部。分压电路58的输出电压被输入到控制ic55。

控制ic55通过从电压输入节点31输入的直流电压被驱动。控制ic55通过控制开关元件53的导通率(即，接通时间相对于pwm(pulsewidthmodulation：脉冲宽度调制)信号周期的比例)来调整转换电路50的输出电压。

另外，控制ic55被配置为若通过分压电路58检测的转换电路50的输出电压的大小达到电压电平v3，则停止开关元件53的开闭动作，若通过分压电路58检测的转换电路50的输出电压的大小小于电压电平v3，则开始开关元件53的开闭动作。由此，作为充电部的电容器34的充电完成后，开关元件53仍以非导通状态固定，因此能够减少转换电路50的功耗。

图4是表示图2的降压用dc/dc转换器的构成的一个例子的电路图。参照图4，dc/dc转换器35包括：生成电压电平v2的电压的转换电路60；将转换电路60的输出电压进行分压的分压电路68；以及控制ic65。图4中示出了通过降压斩波器来构成转换电路60的例子。

具体地，图4的转换电路60包括电感器61、二极管62、开关元件63以及电容器64。开关元件63和电感器61以该排列顺序串联地连接在输入节点45与输出节点46之间。二极管62连接在电感器61和二极管62的连接节点与接地gnd之间。二极管62的阳极与接地gnd相连接。开关元件63只要是自熄型，则可以使用任何种类的半导体开关元件。为了输出电压的平滑化，电容器64连接在转换电路60的输出节点46与接地gnd之间。可以设置开关元件来代替二极管62进行同步整流。

分压电路68用作检测转换电路60的输出电压的电压检测部。分压电路68的输出电压被输入到控制ic65。

控制ic65通过作为充电部的电容器34的放电电压被驱动。控制ic65通过控制开关元件63的导通率来调整转换电路60的输出电压。

另外，控制ic65被配置为若通过分压电路68检测的转换电路60的输出电压的大小达到电压电平v2，则停止开关元件63的开闭动作，若通过分压电路68检测的转换电路60的输出电压的大小小于电压电平v2，则开始开关元件63的开闭动作。由此，从电源单元12被供给电源电压的通常时，转换电路60的输出电压达到作为目标值的电压电平v2，则开关元件63仍以非导通状态固定，因此能够减少转换电路60的功耗。

[电源电路的动作]

以下，说明上述构成的电源电路13的动作。在以下说明中，主要参照图2及图5。

图5是用于说明图2的电源电路的动作的时序图。图5中从上至下依次示出了供给至电压输入节点31的直流电压；dc/dc转换器33的动作状态；电容器34的电压；dc/dc转换器35的动作状态；dc/dc转换器35的输出电压；以及从电压输出节点32输出的电压。忽略了各二极管36～38中正向的压降。

需要说明的是，将在开关元件53进行开闭动作的情况下、即dc/dc转换器33活跃地输出电流的情况下的dc/dc转换器33的动作状态称作激活状态。将在开关元件53几乎停止了开闭动作的情况下、即控制ic65等电路虽然动作但作为dc/dc转换器33几乎不输出电流的情况下的dc/dc转换器33的动作状态称作非激活状态。另外，将因为未供给电源电压等理由，dc/dc转换器33的电路本身不动作的情况称作停止状态。关于dc/dc转换器35也是同样的。

图5的时刻t1至时刻t4示出了plc的启动时的动作。具体地，在时刻t1，开始向电压输入节点31供给电压电平v1的直流电压。由此，dc/dc转换器33开始转换动作，电容器34的充电电压从0v逐渐上升。

在接下来的时刻t2，电容器34的电压达到dc/dc转换器35的控制ic(图4的65)能够动作的电压电平v4。由此，dc/dc转换器35开始转换动作，dc/dc转换器35的输出电压逐渐增加。

在接下来的时刻t3，若dc/dc转换器35的输出电压达到作为目标值的电压电平v2，则dc/dc转换器35停止转换动作。即，dc/dc转换器33的动作状态从激活状态切换至非激活状态。

在时刻t4，若电容器34的电压(即，dc/dc转换器33的输出电压)达到电压电平v3，则dc/dc转换器33停止转换动作。即，dc/dc转换器33的动作状态从激活状态切换至非激活状态。

在时刻t4以后，从电源单元12被供给电源电压的通常时(即，到时刻t5为止)，dc/dc转换器33、35均为非激活状态。实际上，由于图2的电容器34和图4的电容器64存在漏电流，因此dc/dc转换器33、35进行间歇性地成为激活状态，若输出电压达到目标电压则返回非激活状态的动作。

另外，从电压输出节点32向cpu模块14等输出的直流电压的电压电平为v1，大于作为dc/dc转换器35的输出电压的电压电平的v2。因此，图2的二极管37为导通状态，二极管36由于被施加反向偏置电压，因此是非导通状态。因此，从电源单元12被供给电源电压的通常时(即，时刻t1至时刻t5为止)，电压输出节点32的电压与电压电平v1相等。

接下来，说明发生断电的情况下电源电路13的动作。具体地，假设在时刻t5，成为图1的电源单元12无法向电压输入节点31输入直流电压的状态，即成为断电的状态。该情况下，图2的二极管37由于被施加反向偏置电压而成为非导通状态，二极管36成为导通状态。由此，供给至cpu模块14等的电源电压的供给路径，由从电源单元12通过布线40到达电压输出节点32的路径，自动切换为从电容器34通过dc/dc转换器35到达电压输出节点32的路径。

通过上述自动的路径切换，在时刻t5以后，由于向cpu模块14等供给电源电压，电容器34的电压逐渐減少，dc/dc转换器35成为连续进行电压转换动作的激活状态。结果，在时刻t5以后，从电压输出节点32输出从dc/dc转换器35输出的电压电平v2的直流电压。

需要说明的是，由于控制ic(图3的55)因断电无法被供给电源电压，因此在时刻t5以后，dc/dc转换器33不进行动作成为停止状态。

在时刻t6，电容器34的电压成为dc/dc转换器35的控制ic(图4的65)能够动作的电压电平v4以下。由此，dc/dc转换器35停止转换动作成为停止状态。结果，dc/dc转换器35的输出电压减少至0v。

如上所述，断电之后，在时刻t5至时刻t6的期间，从电源电路13向cpu模块14等供给电源电压。在该期间，cpu模块14能够进行所需数据的备份。

[效果]

根据上述实施方式的plc10，设置在电源电路13的dc/dc转换器33主要在启动时电容器34的充电电压达到目标电压电平v3的期间进行电压转换动作。dc/dc转换器35也是主要在启动时输出电压达到目标电压电平v2为止的期间进行电压转换动作。因此，从电源单元12被供给电源电压的通常时，dc/dc转换器33、35成为在大部分时间段内不进行转换动作的非激活状态，因此能够减少电源电路13的功耗。结果，能够减少电源电路13的配置所需的空间。

另外，根据上述实施方式的plc10，当发生断电时，供给至cpu模块14等的电源电压的供给路径，由从电源单元12通过布线40到达电压输出节点32的路径，自动切换为从作为数据备份用电源的电容器34通过dc/dc转换器35到达电压输出节点32的路径。因此，具有无需进行前述的日本特开2014-160377号公报(专利文献1)中所记载的根据控制信号的开关的切换控制的优点。

[变形例]

还可以不设置图2的dc/dc转换器33，将电容器34的连接点44直接或通过二极管38与电压输入节点31连接，从而能够实现与上述几乎相同的电源电路的动作。然而，该情况下，电容器34并不是通过由dc/dc转换器33升压的电压被充电，而是通过从图1的电源单元12被供给的电压电平v1的直流电压被充电。因此，为了在断电时与设置了dc/dc转换器33的情况相同程度的时间内实现供电，必须使电容器34的容量变得更大。

另外，电容器34的充电电压可以不是由电源单元12通过电压输入节点31来供给，而是由另外的电源单元来供给。该情况下，也能够实现与上述实施方式几乎相同的电源电路的动作。

应当认为本公开的实施方式在全部点上是例示而非限制。本发明的范围并不由上述说明来表示，而是由权利要求书来表示，意在包括与权利要求书均等的意思和范围内的全部变更。