本發(fā)明涉及對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷的光電耦合器診斷裝置。

背景技術(shù)：

在電動機控制裝置中，作為將與諸如傳感器或繼電器之類的外部連接設(shè)備之間的輸入輸出信號向內(nèi)置于電動機控制裝置的處理器進(jìn)行傳送的單元，通常使用光電耦合器。光電耦合器適于一邊與外部連接設(shè)備的電源系統(tǒng)進(jìn)行絕緣、一邊對輸入輸出信號進(jìn)行傳送。

在專利文獻(xiàn)1中，將由柵極信號發(fā)生器生成的pwm(pulsewidthmodulation)信號經(jīng)由光電耦合器絕緣傳送至柵極驅(qū)動器，并且由壽命診斷裝置基于光電耦合器的輸出信號的下降沿的傾斜度而對電流傳輸比(ctr)進(jìn)行推定，診斷出光電耦合器達(dá)到壽命極限的時期。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2008－268002號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在專利文獻(xiàn)1記載的壽命診斷裝置中，基于光電耦合器輸出信號分別達(dá)到不同的2個基準(zhǔn)電壓時的時間差而診斷出光電耦合器的壽命。但是，在pwm信號的速度高的情況下及使用了響應(yīng)性低的光電耦合器的情況下，有可能光電耦合器的輸出信號并未完全下落至“l(fā)ow(低)”電平，無法對光電耦合器輸出信號的下降沿時間進(jìn)行測定。

本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種光電耦合器診斷裝置，該光電耦合器診斷裝置能夠利用出于功能安全的目的而在異常診斷中使用的脈沖信號，適當(dāng)?shù)貙怆婑詈掀鞯膲勖M(jìn)行診斷。

為了解決上述的課題，并達(dá)到目的，本發(fā)明所涉及的光電耦合器診斷裝置具有：脈沖信號輸出部，其輸出脈沖信號；存儲部，其對由所述脈沖信號輸出部輸出的脈沖信號的脈沖時間寬度的初始值進(jìn)行存儲；脈沖信號輸入部，其經(jīng)由包含光電耦合器的電路而取得由所述脈沖信號輸出部輸出的所述脈沖信號；以及光電耦合器壽命診斷部，其使用由所述脈沖信號輸入部取得的脈沖信號的脈沖時間寬度和在所述存儲部中存儲的初始值的比較結(jié)果，對所述光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。

發(fā)明的效果

本發(fā)明所涉及的光電耦合器診斷裝置具有下述效果，即，能夠利用出于功能安全的目的而在異常診斷中使用的脈沖信號，適當(dāng)?shù)貙怆婑詈掀鞯膲勖M(jìn)行診斷。

附圖說明

圖1是概略地表示對本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置進(jìn)行應(yīng)用的電動機驅(qū)動裝置的外部輸入接口的框圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置的微型計算機的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖3是表示向具有本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置的外部輸入接口連接有外部連接設(shè)備和電動機驅(qū)動部的例子的圖。

圖4是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，診斷為外部連接設(shè)備異常的情況下的動作時序的圖。

圖5是在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，對脈沖反饋信號的hi(高電平)時間寬度進(jìn)行定義的概略圖。

圖6是概略地表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，與光電耦合器的時效老化相伴的脈沖反饋信號的電壓波形的響應(yīng)性的推移的圖。

圖7是說明在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，對光電耦合器時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號的hi時間寬度進(jìn)行測定的方法的圖。

圖8是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器進(jìn)行的處理的例子的流程圖。

圖9是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器進(jìn)行的測定處理的例子的流程圖。

圖10是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，光電耦合器的ctr特性的一個例子的圖。

圖11是表示與圖10所示的ctr特性對應(yīng)的存儲器映射的例子的圖。

圖12是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的光電耦合器診斷裝置中的處理器進(jìn)行的處理的例子的流程圖。

圖13是表示某個電動機控制裝置中的脈沖輸出信號的電壓波形和脈沖反饋信號的電壓波形的圖。

圖14是表示其他電動機控制裝置中的脈沖輸出信號的電壓波形和脈沖反饋信號的電壓波形的圖。

圖15是表示在本發(fā)明的實施方式3所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器進(jìn)行的處理的例子的流程圖。

具體實施方式

下面，基于附圖，對本發(fā)明的實施方式所涉及的光電耦合器診斷裝置詳細(xì)地進(jìn)行說明。此外，本發(fā)明并不限定于本實施方式。

實施方式1.

圖1是概略地表示對本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置進(jìn)行應(yīng)用的電動機驅(qū)動裝置的外部輸入接口的框圖。在圖1中，外部輸入接口200具有：微型計算機201，其實現(xiàn)對光電耦合器進(jìn)行診斷的光電耦合器診斷裝置；光電耦合器ph1及ph2，它們是診斷對象；以及連接器con12及con22，它們用于將外部輸入接口200與外部連接設(shè)備進(jìn)行連接。

光電耦合器ph1是用于將信號從外部連接設(shè)備向外部輸入接口200傳遞的光電耦合器。光電耦合器ph2是用于輸出為了診斷而從外部輸入接口200輸出的脈沖信號的光電耦合器。

光電耦合器ph1及ph2均具有發(fā)光側(cè)元件和受光側(cè)元件。發(fā)光側(cè)元件例如是發(fā)光二極管。受光側(cè)元件例如是光電晶體管。

光電耦合器ph1及ph2均從受光側(cè)元件將與輸入至發(fā)光側(cè)元件的脈沖信號對應(yīng)的脈沖信號輸出。光電耦合器ph1及ph2均在發(fā)光側(cè)元件和受光側(cè)元件之間以絕緣的方式對脈沖信號進(jìn)行傳送。

電阻器r1的一端與連接器con12連接，另一端與光電耦合器ph1的發(fā)光側(cè)元件連接。電阻器r1是對從連接器con12經(jīng)由光電耦合器ph1的發(fā)光側(cè)元件及光電耦合器ph2的受光側(cè)元件而朝向連接器con22流動的電流if進(jìn)行抑制的電阻。

電阻器r2的一端與光電耦合器ph1的受光側(cè)元件連接，另一端與電源電壓vcc連接。電阻器r2是將電源電壓vcc作為上拉電源的上拉電阻。光電耦合器ph1的受光側(cè)元件通過電阻器r2而被上拉，因此在脈沖信號輸入部203取得將向光電耦合器ph1的發(fā)光側(cè)元件輸入的脈沖反轉(zhuǎn)后的脈沖。

光電耦合器ph2的發(fā)光側(cè)元件通過從微型計算機201的脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out而發(fā)光。

光電耦合器ph1的受光側(cè)元件將脈沖反饋信號pls＿fb朝向微型計算機201的脈沖信號輸入部203輸出。脈沖反饋信號pls＿fb是從脈沖信號輸出部202輸出而經(jīng)由光電耦合器ph2及光電耦合器ph1在脈沖信號輸入部203取得的脈沖信號。

微型計算機201具有：脈沖信號輸出部202，其生成、輸出脈沖信號；脈沖信號輸入部203，其取得脈沖信號；光電耦合器壽命診斷部204，其對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷；脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205，其對脈沖反饋信號寬度的初始狀態(tài)的值即初始值進(jìn)行存儲；以及脈沖時間寬度測定部206，其對上述初始值進(jìn)行計算。

微型計算機201定期地對在包含由連接器con21及con22連接的外部連接設(shè)備100的電路是否沒有發(fā)生短路或斷路進(jìn)行診斷。為了定期地進(jìn)行診斷，微型計算機201定期地輸出脈沖信號，使脈沖信號經(jīng)由光電耦合器ph2及ph1而傳送至包含外部連接設(shè)備100的電路。而且，微型計算機201對是否從包含外部連接設(shè)備100的電路反饋、取得了所期望的脈沖信號進(jìn)行確認(rèn)。微型計算機201通過進(jìn)行該確認(rèn)，從而對在包含外部連接設(shè)備100的電路是否沒有發(fā)生短路或斷路進(jìn)行診斷。

但是，在光電耦合器ph2及ph1伴隨時效老化而無法確保所需的電流傳輸比(ctr：currenttransferratio)特性(下面，記作ctr特性)的情況下，有時無法從包含外部連接設(shè)備100的電路向微型計算機201適當(dāng)?shù)貍魉退谕拿}沖信號。在該情況下，無法進(jìn)行包含外部連接設(shè)備100的電路的診斷。

因此，在實施方式1中，利用在包含外部連接設(shè)備100的電路的診斷中使用的脈沖信號，對光電耦合器ph2及ph1的壽命進(jìn)行診斷。

(微型計算機的結(jié)構(gòu)例)

圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置的微型計算機201的結(jié)構(gòu)例的圖。在圖2中，本例的微型計算機201具有：存儲器21，其對處理所需的程序及數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；處理器22，其從存儲器21讀出而執(zhí)行程序；輸入輸出端口23，其作為脈沖信號的輸入及輸出的接口起作用；以及總線24，其將微型計算機201內(nèi)的各部分相互連接。

存儲器21具有對脈沖反饋信號寬度的初始值進(jìn)行存儲的脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。另外，存儲器21存儲有表示光電耦合器的ctr特性的存儲器映射207。并且，存儲器21存儲有程序208。

處理器22從存儲器21讀出而執(zhí)行程序208，由此實現(xiàn)脈沖信號輸出部202、脈沖信號輸入部203、光電耦合器壽命診斷部204及脈沖時間寬度測定部206各自的功能。

脈沖信號輸出部202從存儲器21讀出在脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205中存儲的脈沖反饋信號寬度的初始值，產(chǎn)生脈沖信號，輸出該脈沖信號。脈沖信號輸出部202定期地輸出脈沖信號。

脈沖信號輸入部203取得脈沖信號。

光電耦合器壽命診斷部204將由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖信號和由脈沖信號輸入部203輸入的脈沖信號進(jìn)行比較，進(jìn)行光電耦合器ph1及ph2的壽命的診斷。

脈沖時間寬度測定部206在本裝置初次接通電源時，對初始值進(jìn)行計算。脈沖時間寬度測定部206在本裝置的電源初次接通時，利用脈沖信號輸出部202連續(xù)地產(chǎn)生信號寬度不同的脈沖信號，將在脈沖信號輸入部203中取得的脈沖信號的時間寬度達(dá)到閾值時的脈沖時間寬度設(shè)為上述初始值。脈沖時間寬度測定部206使上述初始值存儲于脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。

此外，既可以由通用的微處理器實現(xiàn)微型計算機201，也可以由專用的集成電路實現(xiàn)微型計算機201。

(連接例)

圖3是表示向具有本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置的外部輸入接口200連接有外部連接設(shè)備100和電動機驅(qū)動部300的例子的圖。在將外部連接設(shè)備100、外部輸入接口200和電動機驅(qū)動部300進(jìn)行了連接的狀態(tài)下，光電耦合器ph1作為對用于驅(qū)動電動機302的控制信號進(jìn)行傳送的電動機控制裝置起作用。

外部連接設(shè)備100具有：dc(directcurrent)電源101，其輸出直流電壓；外部開關(guān)sw1，其用于設(shè)為對由dc電源101輸出的直流電壓進(jìn)行供給的狀態(tài)或不進(jìn)行供給的狀態(tài)；連接器con11，其能夠與連接器con12連接；以及連接器con21，其能夠與連接器con22連接。將連接器con11和連接器con12連接、且將連接器con21和連接器con22連接，由此成為外部輸入接口200和外部連接設(shè)備100電連接的狀態(tài)。

外部連接設(shè)備100構(gòu)成為，根據(jù)外部開關(guān)sw1的開閉狀態(tài)，切換為對從dc電源101供給的電力即直流電壓進(jìn)行供給的狀態(tài)或者不進(jìn)行供給的狀態(tài)。外部開關(guān)sw1例如由操作者進(jìn)行操作。如果外部開關(guān)sw1成為接通狀態(tài)，則外部輸入信號di經(jīng)由連接器con11及con12而輸入至外部輸入接口200。

電動機驅(qū)動部300利用從輸出交流電壓的ac(alternatingcurrent)電源301供給的電力而對電動機302進(jìn)行驅(qū)動。電動機驅(qū)動部300具有：電源整流用的二極管堆ds，其對三相交流電壓進(jìn)行整流；電源平滑用的電容器c，其對由二極管堆ds整流后的電壓的波形進(jìn)行平滑；以及晶體管模塊trm，其具有多個根據(jù)輸入的pwm信號而通斷的晶體管。

晶體管模塊trm通過從外部輸入接口200輸入的控制脈沖信號而使多個晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)。晶體管模塊trm通過多個晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)，從而將脈沖時間寬度變化的脈沖信號輸出。晶體管模塊trm通過輸出脈沖信號，由此對電動機302進(jìn)行控制。另外，晶體管模塊trm通過從外部輸入接口200輸入的電動機動力切斷信號bp(breakpulse)而使電動機302停止。

此外，晶體管模塊trm可以使用igbt(insulatedgatebipolartransistor)模塊或sic(碳化硅)模塊的任意者。

在外部輸入接口200和外部連接設(shè)備100電連接的狀態(tài)下，外部輸入接口200的脈沖信號輸出部202將脈沖輸出信號pls＿out輸出。由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out經(jīng)由光電耦合器ph2、連接器con21及con22而向外部連接設(shè)備100傳送。

在外部輸入接口200和外部連接設(shè)備100電連接的狀態(tài)下，外部連接設(shè)備100將外部輸入信號di以第1電平即“hi”或第2電平即“l(fā)ow”向外部輸入接口200進(jìn)行傳送。外部輸入信號di經(jīng)由連接器con11及連接器con12、光電耦合器ph1而被脈沖信號輸入部203取得。

此外，在這里作為外部連接設(shè)備100的例子，示出了使用外部開關(guān)sw1的結(jié)構(gòu)，但也可以是傳感器或繼電器、其他設(shè)備。

圖4是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，診斷為外部連接設(shè)備100異常的情況下的動作時序的圖。圖4示出圖3中所示的外部開關(guān)sw1的開閉狀態(tài)、脈沖輸出信號pls＿out、外部輸入信號di、脈沖反饋信號pls＿fb及電動機動力切斷信號bp的“hi”電平或“l(fā)ow”電平的狀態(tài)。

在圖4中，電動機動力切斷信號bp為“l(fā)ow”電平的情況是nbp(negativebreakpulse)。另外，電動機動力切斷信號bp為“hi”電平的情況是pbp(positivebreakpulse)。

電動機動力切斷信號bp輸入至構(gòu)成晶體管模塊trm的上橋臂及下橋臂。通過電動機動力切斷信號bp成為pbp，由此晶體管模塊trm使動作停止。由于晶體管模塊trm的動作的停止，電動機302的動作停止。

脈沖輸出信號pls＿out是由脈沖信號輸出部202輸出的。脈沖信號輸出部202以按照安全標(biāo)準(zhǔn)確定出的周期，將脈沖輸出信號pls＿out輸出。由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out的“l(fā)ow”電平的寬度是本裝置的處理器22的動作頻率fc的倒數(shù)即周期tc的數(shù)倍。脈沖輸出信號pls＿out輸入至光電耦合器ph2的發(fā)光側(cè)元件。光電耦合器ph2的受光側(cè)元件通過連接器con22及con21而與外部連接設(shè)備100連接。因此，光電耦合器ph2將脈沖輸出信號pls＿out經(jīng)由光電耦合器ph2而向外部連接設(shè)備100進(jìn)行絕緣傳送。在這里，如果將脈沖輸出信號pls＿out的low(低電平)時間寬度設(shè)為tpo，將處理器22的動作頻率的周期設(shè)為tc，則下面的式(1)成立。

【式1】

tpo＝n×tc(n＝1，2，...)…(1)

式(1)中的整數(shù)n是由用戶的使用環(huán)境或電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)決定的值。整數(shù)n被決定為在電動機控制裝置的啟動時適合的值。整數(shù)n在值被決定后，原則上為固定值。

另一方面，關(guān)于外部輸入信號di和脈沖反饋信號pls＿fb，根據(jù)外部開關(guān)sw1的開閉狀態(tài)，動作時序是不同的。

首先，針對外部開關(guān)sw1為接通狀態(tài)的情況下的動作時序進(jìn)行說明。

在外部開關(guān)sw1為接通狀態(tài)的情況下，外部輸入信號di的電平與脈沖輸出信號pls＿out同步地變化。

另外，在外部開關(guān)sw1為接通狀態(tài)的情況下，脈沖反饋信號pls＿fb的電平由于上拉而以相對于脈沖輸出信號pls＿out反轉(zhuǎn)的方式變化。

脈沖信號輸入部203經(jīng)由微型計算機201的輸入輸出端口23而讀入脈沖反饋信號pls＿fb。脈沖信號輸入部203對脈沖反饋信號pls＿fb為“hi”電平或“l(fā)ow”電平的哪一種進(jìn)行識別。光電耦合器壽命診斷部204將由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖信號和由脈沖信號輸入部203輸入的脈沖信號進(jìn)行比較。光電耦合器壽命診斷部204通過將脈沖信號彼此進(jìn)行比較，從而對反饋了所期望的脈沖信號這一情況進(jìn)行確認(rèn)。光電耦合器壽命診斷部204通過對反饋了所期望的脈沖信號這一情況進(jìn)行確認(rèn)，從而對外部連接設(shè)備100是否發(fā)生了固接故障進(jìn)行診斷。固接故障是持續(xù)輸出保持“hi”電平不變的信號或保持“l(fā)ow”電平不變的信號的故障。

接下來，對外部開關(guān)sw1為斷開狀態(tài)的情況下的動作時序進(jìn)行說明。

在外部開關(guān)sw1為斷開狀態(tài)的情況下，外部輸入信號di在外部開關(guān)sw1斷開的定時從“hi”電平轉(zhuǎn)換為“l(fā)ow”電平。

另外，在外部開關(guān)sw1為斷開狀態(tài)的情況下，脈沖反饋信號pls＿fb在外部開關(guān)sw1成為斷開狀態(tài)的定時從“l(fā)ow”電平轉(zhuǎn)換為“hi”電平。

脈沖信號輸入部203經(jīng)由微型計算機201的輸入輸出端口23而讀入脈沖反饋信號pls＿fb。脈沖信號輸入部203對脈沖反饋信號pls＿fb為“hi”電平或“l(fā)ow”電平的哪一種進(jìn)行識別。光電耦合器壽命診斷部204將由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖信號和由脈沖信號輸入部203輸入的脈沖信號進(jìn)行比較。光電耦合器壽命診斷部204判定脈沖反饋信號pls＿fb的“hi”電平的連續(xù)期間是否超過延遲濾波器的延遲時間tdelay。

光電耦合器壽命診斷部204在判定為脈沖反饋信號pls＿fb的“hi”電平的連續(xù)期間超過延遲濾波器的延遲時間tdelay的情況下，將電動機動力切斷信號bp以pbp進(jìn)行輸出。

電動機驅(qū)動部300執(zhí)行被分配給外部輸入信號di的功能。在本發(fā)明的實施方式1中，電動機驅(qū)動部300在電動機動力切斷信號bp為pbp的情況下，將向電動機302的電力的供給切斷。

上述的延遲時間tdelay是為了判別脈沖反饋信號pls＿fb的狀態(tài)是下述哪種狀態(tài)而設(shè)置的延遲時間，即，是外部連接設(shè)備100正常，由于外部開關(guān)sw1斷開而成為“hi”電平的狀態(tài)，還是由于外部連接設(shè)備100異常時的脈沖信號而成為“hi”電平的狀態(tài)。延遲時間tdelay需要設(shè)定為比脈沖輸出信號pls＿out的low時間寬度tpo大的值。因此，如果將脈沖輸出信號pls＿out的low時間寬度tpo設(shè)定得小，則外部輸入信號di的響應(yīng)性提高，相反地，如果將low時間寬度tpo設(shè)定得大，則外部輸入信號di的響應(yīng)性降低。

圖5是在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，對脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb進(jìn)行定義的概略圖。圖5示出由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out的電壓波形和由脈沖信號輸入部203取得的脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形。

脈沖信號輸入部203經(jīng)由微型計算機201的輸入輸出端口23而讀入脈沖反饋信號pls＿fb。脈沖信號輸入部203以某一定的采樣周期ts對脈沖反饋信號pls＿fb的狀態(tài)為“hi”電平或“l(fā)ow”電平的哪一種進(jìn)行檢測。光電耦合器壽命診斷部204對脈沖反饋信號pls＿fb為“hi”狀態(tài)的總計時間進(jìn)行檢測而作為脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb。由此，脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb是以脈沖反饋信號pls＿fb的電壓電平從hi輸入電壓vih至low輸入電壓vil為止的時間進(jìn)行定義的。脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb是采樣周期ts的整數(shù)倍。如果將脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb由公式表現(xiàn)，則成為式(2)。

【式2】

tfb＝m×ts(m＝1，2，...)…(2)

為了正常地進(jìn)行外部連接設(shè)備100的異常診斷，式(2)中的整數(shù)m需要大于或等于1。其原因在于，在整數(shù)m＝0的情況下，光電耦合器壽命診斷部204判斷為外部連接設(shè)備100異常，無法正常地進(jìn)行異常診斷。如果整數(shù)m大于或等于1，則由于與采樣周期ts相等或比采樣周期ts大，因此光電耦合器壽命診斷部204能夠正常地進(jìn)行異常診斷。光電耦合器壽命診斷部204在判斷為外部連接設(shè)備100異常的情況下，將電動機動力切斷信號bp作為pbp進(jìn)行輸出。電動機驅(qū)動部300在電動機動力切斷信號bp為pbp的情況下，將向電動機302的電力的供給切斷。

(光電耦合器的時效老化)

圖6是概略地表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，與光電耦合器的時效老化相伴的脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形的響應(yīng)性的推移的圖。圖6示出由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out的電壓波形和由脈沖信號輸入部203取得的脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形。

在圖6中，脈沖反饋信號pls＿fb的下降沿時間與光電耦合器的時效老化無關(guān)，幾乎不變化。與此相對，脈沖反饋信號pls＿fb的上升沿時間伴隨光電耦合器的時效老化而增大。

在圖6中，就脈沖反饋信號pls＿fb而言，與初始狀態(tài)下的上升沿部分的波形400相比，如時效老化后的上升沿部分的波形401、進(jìn)一步時效老化后的上升沿部分的波形402所示，與光電耦合器的時效老化相伴，上升沿時間增大。在波形401的情況下，與波形400相比，脈沖反饋信號pls＿fb以時間變動幅度tdif1延遲而上升。在波形402的情況下，與波形400相比，脈沖反饋信號pls＿fb以時間變動幅度tdif2延遲而上升。

如上所述，上升沿時間增大，其結(jié)果，脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb不斷減少。在這里，如果將光電耦合器時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度設(shè)為tfb0，則與光電耦合器時效老化相伴的脈沖反饋信號pls＿fb的時間變動幅度tdif成為式(3)。

【式3】

tdif＝tfb0-tfb…(3)

利用與該光電耦合器的時效老化相伴的脈沖反饋信號pls＿fb的上升沿時間的變動特性，能夠基于時間變動幅度tdif對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。

(初始狀態(tài)下的脈沖時間寬度的測定)

圖7是說明在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，對光電耦合器時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb0進(jìn)行測定的方法的圖。

圖7示出由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖輸出信號pls＿out的電壓波形和由脈沖信號輸入部203取得的脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形。如圖7所示，脈沖信號輸出部202以“l(fā)ow”電平而連續(xù)地產(chǎn)生脈沖信號。脈沖信號輸出部202將處理器22的動作頻率的周期tc作為一個單位，輸出具有“l(fā)ow”電平的時間寬度tpo為周期tc的整數(shù)倍的脈沖信號。由脈沖信號輸出部202輸出的脈沖信號的“l(fā)ow”電平的時間寬度tpo是相對于動作頻率的周期tc的倍數(shù)為輸出次數(shù)的時間寬度。因此，脈沖信號輸出部202使輸出的脈沖信號的“l(fā)ow”電平的時間寬度tpo伴隨著輸出次數(shù)而變大。即，脈沖信號輸出部202第1次輸出的脈沖p1的時間寬度tpo＝1×tc，脈沖信號輸出部202第2次輸出的脈沖p2的時間寬度tpo＝2×tc。同樣地，使時間寬度tpo伴隨著脈沖信號的輸出次數(shù)而變大，脈沖pl的時間寬度tpo＝l×tc。此外，值l為正整數(shù)，以下相同。

對如上所述使時間寬度tpo變大時得到的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb依次進(jìn)行測定。而且，在脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb與某個閾值tref相等時結(jié)束處理。

在本發(fā)明的實施方式1中，與脈沖p1對應(yīng)的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb為零(時間寬度tfb＝0)，與脈沖p2對應(yīng)的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb小于閾值tref(時間寬度tfb＜閾值tref)。隨后，使時間寬度tpo變大，其結(jié)果，與脈沖pl對應(yīng)的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb變得與閾值tref相等(時間寬度tfb＝閾值tref)。將與該閾值tref相等的情況下的hi時間寬度tfb0即測定出的hi時間寬度tfb0作為脈沖信號的脈沖時間寬度的初始值，存儲于脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。如果將閾值tref由公式表示，則成為式(4)。

【式4】

tref＝tfb0＝m×ts(m＝1，2，...)…(4)

在這里，閾值tref設(shè)定為，在電動機驅(qū)動部300的產(chǎn)品保用壽命的范圍內(nèi)能夠正常地進(jìn)行外部連接設(shè)備100的異常診斷。閾值tref的理想情況是，設(shè)定為即使光電耦合器時效老化而使脈沖輸出信號pls＿out的hi時間寬度減少，也能夠進(jìn)行至少1次采樣。

(通過處理器進(jìn)行的處理)

圖8是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器22進(jìn)行的處理的例子的流程圖。圖8示出通過處理器22進(jìn)行的光電耦合器的診斷處理的例子。

在步驟s1中，處理器22判定裝置的電源是否接通。處理器22在步驟s1中判定為裝置的電源接通的情況下(步驟s1中為yes)，進(jìn)入步驟s2。

在步驟s2中，處理器22判定是否是初次接通電源。例如，將電源的接通次數(shù)存儲于存儲器21，在所存儲的接通次數(shù)為零的情況下，能夠判定為是初次接通電源。處理器22在步驟s2中判定為是初次接通電源的情況下(步驟s2中為yes)，進(jìn)入步驟s3。

在步驟s3中，處理器22如參照圖7說明所述，對脈沖信號的時間寬度進(jìn)行測定。處理器22將脈沖信號的時間寬度的測定結(jié)果作為初始值而存儲于脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。

在步驟s4中，處理器22利用脈沖信號輸出部202輸出脈沖信號。在步驟s5中，處理器22利用脈沖信號輸入部203取得脈沖反饋信號pls＿fb。

在步驟s6中，處理器22將由脈沖信號輸入部203取得的脈沖反饋信號pls＿fb與在脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205中存儲的初始值進(jìn)行比較，對變動幅度tdif進(jìn)行計算。

在步驟s7中，處理器22判定在步驟s6中計算出的變動幅度tdif是否大于或等于閾值tref。處理器22在步驟s7中判定為變動幅度tdif大于或等于閾值tref的情況下(步驟s7中為yes)，在步驟s8中，判定為光電耦合器達(dá)到壽命。

處理器22在步驟s1中判定為裝置的電源沒有接通的情況下(步驟s1中為no)，返回至步驟s1而繼續(xù)處理。

另外，處理器22在步驟s2中判定為不是初次接通電源的情況下(步驟s2中為no)，不執(zhí)行步驟s3而是進(jìn)入步驟s4。

處理器22在步驟s8中判定為變動幅度tdif小于閾值tref的情況下(步驟s7中為no)，返回至步驟s4而繼續(xù)處理。

如上述所示，處理器22利用脈沖信號輸出部202輸出脈沖信號pls＿out，利用脈沖信號輸入部203取得脈沖反饋信號pls＿fb。而且，處理器22將輸入的脈沖反饋信號pls＿fb的脈沖時間寬度與初始值進(jìn)行比較，由此能夠?qū)ν獠窟B接設(shè)備100的異常進(jìn)行檢測。處理器22通過定期地進(jìn)行上述的處理，從而在外部連接設(shè)備100發(fā)生異常的情況下，能夠盡快發(fā)現(xiàn)該異常，盡快地將電動機驅(qū)動部300的動作停止。

(初始狀態(tài)下的測定處理)

圖9是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器22進(jìn)行的測定處理的例子的流程圖。圖9示出對光電耦合器的時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb0進(jìn)行測定的處理的例子。圖9所示的處理是與圖8的步驟s3對應(yīng)的處理。此外，光電耦合器的時效老化前的初始狀態(tài)是指，開始光電耦合器診斷裝置的使用時的階段，例如電源初次接通時的狀態(tài)。電源初次接通時是指光電耦合器診斷裝置出廠后初次接通電源時。

在步驟s31中，處理器22設(shè)為值l＝1。在步驟s32中，處理器22將動作頻率的周期tc的l倍的值設(shè)為low時間寬度tpo。在步驟s33中，處理器22對脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb進(jìn)行測定。

在步驟s34中，處理器22判定在步驟s33中測定出的hi時間寬度tfb是否與閾值tref相等。處理器22在步驟s34的判定結(jié)果為測定出的hi時間寬度tfb與閾值tref相等的情況下(步驟s34中為yes)，進(jìn)入步驟s35。

在步驟s35中，處理器22將閾值tref設(shè)為初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfbo。

在步驟s36中，處理器22將hi時間寬度tfbo存儲于脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。然后，處理器22結(jié)束處理。

另外，處理器22在步驟s34的判定結(jié)果為測定出的hi時間寬度tfb不與閾值tref相等的情況下(步驟s34中為no)，在步驟s37中將值l設(shè)為l+1，即，將值l以“1”遞增。然后，返回至步驟s32，處理器22繼續(xù)處理。

(ctr特性)

圖10是表示在本發(fā)明的實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置中，光電耦合器的ctr特性的一個例子的圖。圖10示出將脈沖反饋信號pls＿fb的變動幅度tdif作為參數(shù)時的光電耦合器的ctr特性。此外，在這里的電流傳輸比是相對于光電耦合器的時效老化前的初始狀態(tài)的相對值。光電耦合器壽命診斷部204使用由脈沖信號輸入部203讀取出的hi時間寬度tfb和在脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205中存儲的初始狀態(tài)下的hi時間寬度tfb0，通過式(3)對變動幅度tdif進(jìn)行測定。光電耦合器壽命診斷部204將得到的變動幅度tdif作為參數(shù)，基于圖10所示的ctr特性對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。

圖10所示的ctr特性是包含內(nèi)置于外部輸入接口200中的光電耦合器ph1及ph2的電流傳輸比ctr特性。圖10所示的ctr特性是在產(chǎn)品開發(fā)的階段預(yù)先取得的。創(chuàng)建與圖10所示的ctr特性對應(yīng)的存儲器映射，將存儲器映射存儲于存儲器21。

此外，取得的ctr特性達(dá)到圖10所示的區(qū)域500為止即可，不需要針對區(qū)域501而取得ctr特性。區(qū)域501是無法正常地進(jìn)行外部連接設(shè)備100的異常診斷，使電動機驅(qū)動部300停止的區(qū)域，因此不需要取得ctr特性。

圖11是表示與圖10所示的ctr特性對應(yīng)的存儲器映射的例子的圖。如圖11所示，存儲器映射207示出脈沖反饋信號pls＿fb的變動幅度tdif的值和與該變動幅度tdif對應(yīng)的電流傳輸比ctr的值。在本發(fā)明的實施方式1中，脈沖反饋信號pls＿fb的變動幅度tdif是從“0”至“tref”為止的任意值，電流傳輸比ctr是從“1.0”至“0.5”為止的任意值。

光電耦合器壽命診斷部204參照在存儲器21中存儲的存儲器映射207，取得與脈沖反饋信號pls＿fb的變動幅度tdif的值對應(yīng)的電流傳輸比ctr的值。光電耦合器壽命診斷部204在所取得的電流傳輸比ctr的值與初始狀態(tài)下的電流傳輸比ctr的值相比降低的情況下，判定為光電耦合器達(dá)到壽命。光電耦合器壽命診斷部204例如在所取得的電流傳輸比ctr的值成為初始狀態(tài)下的電流傳輸比ctr的值的50％的值的情況下，判定為光電耦合器達(dá)到壽命。如以上所述，通過對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷，從而能夠在由于外部輸入接口200的故障而使電動機302停止前，更換光電耦合器ph1及ph2。

根據(jù)實施方式1的光電耦合器診斷裝置，能夠利用出于功能安全的目的而在包含外部連接設(shè)備的電路的診斷中使用的脈沖信號，在外部連接設(shè)備及配線的異常診斷的同時對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。根據(jù)實施方式1的光電耦合器診斷裝置，作為硬件上的結(jié)構(gòu)，能夠直接沿用出于功能安全的目的而使用的電路，因此電路的部件數(shù)量不變，能夠抑制部件的安裝空間及成本。

另外，在實施方式1的光電耦合器診斷裝置中，在電路的診斷及光電耦合器的壽命的診斷中使用的脈沖信號的時間寬度，能夠通過處理器22的控制而任意地設(shè)定為所期望的值。因此，能夠生成具有以下特性的脈沖信號，即，確?？紤]到裝置的多樣的使用環(huán)境后的充分的脈沖信號的時間寬度，且具有不損害安全性的響應(yīng)性。

并且，根據(jù)實施方式1的光電耦合器診斷裝置，在對光電耦合器時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖信號的時間寬度進(jìn)行測定的過程中自動地生成具有不損害安全性的響應(yīng)性的脈沖信號。因此，實施方式1所涉及的光電耦合器診斷裝置不需要由用戶通過試誤對脈沖信號的時間寬度進(jìn)行調(diào)整，具有便利性。

實施方式2.

在本發(fā)明的實施方式2中，基于電流傳輸比ctr，對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。

(通過處理器進(jìn)行的處理)

圖12是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的光電耦合器診斷裝置中的處理器22進(jìn)行的處理的例子的流程圖。圖12示出通過處理器22進(jìn)行的光電耦合器的診斷處理的例子。

在圖12中，從步驟s1至步驟s6為止與參照圖8進(jìn)行說明的處理相同。因此，省略從步驟s1至步驟s6為止的說明。

在步驟s9中，處理器22基于在步驟s6中計算出的變動幅度tdif，取得電流傳輸比ctr。例如，處理器22參照存儲器映射207，基于變動幅度tdif，取得電流傳輸比ctr。

在步驟s10中，處理器22基于在步驟s9中所取得的電流傳輸比ctr，對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷。例如，在所取得的電流傳輸比ctr的值成為初始狀態(tài)下的電流傳輸比ctr的值的50％的值的情況下，判定為光電耦合器達(dá)到壽命。

在步驟s11中，處理器22判定光電耦合器是否達(dá)到壽命。處理器22如果在步驟s11中判定為光電耦合器達(dá)到壽命(步驟s11中為yes)，則處理器22結(jié)束處理。

處理器22如果在步驟s11中判定為光電耦合器沒有達(dá)到壽命(步驟s11中為no)，則返回至步驟s4而繼續(xù)處理。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式2的光電耦合器診斷裝置，基于電流傳輸比ctr，對光電耦合器的壽命進(jìn)行診斷，由此能夠預(yù)先防止裝置的故障。如參照圖10說明所述，ctr的值逐漸地降低，因此在變動幅度tdif達(dá)到閾值tref之前，能夠推定光電耦合器的壽命。

例如，如果得到與多個變動幅度tdif對應(yīng)的多個ctr的值，則可知圖10所示的區(qū)域500的實線的傾斜度。如果獲知了區(qū)域500的實線的傾斜度，則能夠?qū)χ敝僚c作為光電耦合器壽命的ctr的值對應(yīng)的閾值tref為止的剩余時間進(jìn)行計算。

實施方式3.

就電動機控制裝置而言，必須考慮諸如傳感器或繼電器之類的外部連接設(shè)備、以及線纜種類、從周邊設(shè)備放射的噪聲等用戶裝置的多樣的使用環(huán)境。因此，在利用脈沖信號進(jìn)行壽命診斷的情況下，為了靈活地適應(yīng)上述環(huán)境變化，需要設(shè)定使脈沖信號適當(dāng)?shù)氐玫椒答伒男盘枌挾取?/p>

并且，從功能安全的角度出發(fā)，在通過來自諸如傳感器或繼電器之類的外部連接設(shè)備的控制信號將電動機的動力切斷的結(jié)構(gòu)中，在脈沖信號的時間寬度過長的情況下，即使存在由控制信號作出的動力切斷命令，也會發(fā)生與脈沖信號的時間寬度對應(yīng)的降額(derating)，因此無法迅速地將動力切斷。在如沖壓機械這樣要求高安全等級的裝置中，控制信號的響應(yīng)性變得非常重要，需要在能夠可靠地確保安全的范圍對脈沖信號的時間寬度進(jìn)行設(shè)定。

通過參照圖7及圖9進(jìn)行說明的處理，能夠?qū)⒚}沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb確保為小于或等于閾值tref，而不會受到諸如各種外部連接設(shè)備100及線纜的種類、以及從周邊設(shè)備放射的噪聲這樣的用戶的裝置的多樣的使用環(huán)境影響。但是，從功能安全的角度出發(fā)，也必須考慮外部輸入信號di的響應(yīng)性。

圖13是表示某個電動機控制裝置a中的脈沖輸出信號pls＿out的電壓波形和脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形的圖。圖14是表示其他電動機控制裝置b中的脈沖輸出信號pls＿out的電壓波形和脈沖反饋信號pls＿fb的電壓波形的圖。

圖14所示的電動機控制裝置b的脈沖反饋信號pls＿fb的上升沿部分的波形404，與圖13所示的電動機控制裝置a的脈沖反饋信號pls＿fb的上升沿部分的波形400相比，脈沖反饋信號pls＿fb的上升沿時間大。因此，在圖14所示的電動機控制裝置b中，與圖13所示的電動機控制裝置a相比必須將脈沖輸出信號pls＿out的low時間寬度tpo設(shè)定得大。其結(jié)果，電動機控制裝置b與電動機控制裝置a相比，外部輸入信號di的響應(yīng)性有可能降低。

在如沖壓機械這樣要求高安全等級的裝置中，外部輸入信號di的響應(yīng)性變得非常重要。因此，必須在不損害安全的范圍決定脈沖輸出信號pls＿out的low時間寬度tpo。

因此，在參照圖7進(jìn)行說明的處理器22的處理中，也可以考慮電動機控制裝置所要求的外部輸入信號di的響應(yīng)性而設(shè)定脈沖輸出信號pls＿out的low時間寬度tpo的上限值。而且，在超過所設(shè)定的上限值的情況下，即使無法將脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb確保為小于或等于閾值tref，也要使處理器22的處理結(jié)束。

關(guān)于該情況下的處理器22的處理的例子，參照圖15進(jìn)行說明。圖15是表示在本發(fā)明的實施方式3所涉及的光電耦合器診斷裝置中，通過處理器22進(jìn)行的處理的例子的流程圖。圖15示出對光電耦合器時效老化前的初始狀態(tài)下的脈沖反饋信號pls＿fb的hi時間寬度tfb0進(jìn)行測定的處理的例子。

圖15所示的處理是在參照圖9說明的處理中增加了步驟s38后的處理。其他步驟與參照圖9說明的處理相同。因此，省略從步驟s31至步驟s37為止的說明。

在圖15中，處理器22在步驟s34的判定的結(jié)果是測定出的hi時間寬度tfb與閾值tref不相等的情況下(步驟s34中為no)，進(jìn)入步驟s38，判定low時間寬度tpo是否超過上限值。處理器22在low時間寬度tpo超過上限值的情況下(步驟s38中為yes)，結(jié)束處理。而且，處理器22將與low時間寬度tpo的上限值對應(yīng)的hi時間寬度tfb0作為初始值，存儲于脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部205。

另一方面，在步驟s38中，處理器22在沒有超過上限值的情況下(步驟s38中為no)，在步驟s37中將值l設(shè)為l+1，即，將值l以“1”遞增。然后，返回至步驟s32，處理器22繼續(xù)處理。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式3的光電耦合器診斷裝置，能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定脈沖信號的時間寬度。

此外，在實施方式1、實施方式2及實施方式3中，外部連接設(shè)備100是傳感器或繼電器，對于將外部連接設(shè)備100和外部輸入接口200連接的情況也同樣能夠適用。

在將脈沖信號輸入至光電耦合器的情況下，由于與時效老化相伴的ctr特性的劣化而使響應(yīng)性降低，因此其結(jié)果是，在時效老化的前后，向處理器反饋的脈沖信號的寬度會變動。利用該特性，通過與劣化前的脈沖時間寬度的值進(jìn)行比較，從而能夠?qū)⑤斎胼敵鲂盘杺魉陀霉怆婑詈掀骱兔}沖信號生成用光電耦合器這2者合計在一起的剩余壽命進(jìn)行推定。劣化前的脈沖時間寬度是在電源初次接通時使脈沖信號連續(xù)地變化而進(jìn)行測定的。將向處理器輸入的脈沖時間寬度大于或等于某個閾值的值作為脈沖時間寬度的初始值而存儲于存儲器。由此，能夠?qū)?yīng)于光電耦合器的波動或外部設(shè)備，任意地對脈沖信號的時間寬度進(jìn)行設(shè)定。

以上的實施方式所示的結(jié)構(gòu)表示的是本發(fā)明的內(nèi)容的一個例子，也能夠與其他公知的技術(shù)進(jìn)行組合，還能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍，將結(jié)構(gòu)的一部分省略、變更。

標(biāo)號的說明

21存儲器，22處理器，23輸入輸出端口，24總線，100外部連接設(shè)備，101dc電源，200外部輸入接口，201微型計算機，202脈沖信號輸出部，203脈沖信號輸入部，204光電耦合器壽命診斷部，205脈沖反饋信號寬度初始狀態(tài)存儲器部，206脈沖時間寬度測定部，207存儲器映射，208程序，300電動機驅(qū)動部，301ac電源，302電動機，con11、con12、con21、con22連接器，ds二極管堆，ph1、ph2光電耦合器，r1、r2電阻器，sw1外部開關(guān)，trm晶體管模塊。