JP2000090798A - リレー駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、より簡単な構成で、リレー内の消
費電力や温度上昇の低減に寄与することができるリレー
駆動回路を提供することにある。 【解決手段】 制御装置１から与えられた出力指令信号
に応じて、パルス発生回路３で所定のオン／オフ期間を
有するパルス信号Ｐ１を発生し、電流制限抵抗Ｒ２を介
してトランジスタＱ１のベースに入力される。ここで、
パルス信号Ｐ１がオン期間ＴONの場合には、トランジス
タＱ１はオン制御され、電源ＶINからリレーコイルＬに
駆動電流Ｉ１が通電され励磁される。このとき、リレー
コイルＬに並列に接続されたコンデンサＣには、コンデ
ンサ充放電制限抵抗Ｒ１を介して充電電流が供給され
る。一方、オフ期間ＴOFF の場合には、トランジスタＱ
１はオフ制御され、コンデンサＣ１から保持電流がリレ
ーコイルＬに供給され、リレー接点の閉結状態を保持可
能な励磁状態に切り替わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リレー駆動回路に
関し、特に、リレー内の消費電力や温度上昇の低減に寄
与することができるリレー駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリレー駆動回路としては、例えば
図６に示すようなものが知られている。従来のリレー駆
動回路は、トランジスタＱでスイッチング電圧をリレー
コイルＬに印加して励磁し、リレー接点を駆動して負荷
ＲL に電源ＶINを供給するようにしてあり、リレーコイ
ルＬに並列にダイオードを接続してある。

【０００３】ここで、制御装置（図示せず）からの出力
指令信号に応じて、第１パルス発生回路１０５からオン
区間の長い第１パルスをトランジスタＱに印加してスイ
ッチング動作させ、時間測定回路１０９で第１パルスの
発生時間を計測して所定時間の経過後に、第２パルス発
生回路１０７から第１パルスよりオン区間の短い第２パ
ルスをトランジスタＱに印加してスイッチング動作させ
るようにしている。

【０００４】この結果、第１パルスよりオン区間が短い
第２パルスをトランジスタＱに印加してリレー接点を保
持させるため、消費電力が低減するとともに、リレー接
点の開放時間が短縮され、また、オン区間が長い第１パ
ルスをトランジスタＱに印加してリレー接点を駆動する
ため、リレー接点の駆動時間が短縮されるという利点を
有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リレー駆動回路にあっては、２種類のパルス発生回路１
０３，１０５を備えておき、時間測定回路１０９で第１
パルスが発生してからの所定時間後に第２パルスに切り
替えるようにしているので、回路構成が複雑になるとい
った問題があった。

【０００６】また、トランジスタＱがオフ時に、リレー
接点を保持するための保持エネルギーをリレーコイルか
らダイオードＤを介して流れる回生電流によって得てい
るため、リレー駆動回路１０１を高速でオン／オフ制御
する必要がある。このように、ダイオードＤによって回
生電流を得るだけなので、リレーコイルに発生するサー
ジ電圧に起因してノイズが発生し易いといった問題があ
った。

【０００７】さらに、ダイオードＤは、リレーコイルＬ
に保持エネルギー（保持電流）をすばやく供給し、適格
にオン／オフする必要がある。このため、応答が速く、
駆動電流と保持電流との差を吸収でき、駆動電流程度の
電流容量を有するダイオードを選定しなければならず、
ダイオードの選択・適用が難しいといった問題があっ
た。

【０００８】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としは、より簡単な構成で、リレー内の消費電
力や温度上昇の低減に寄与することができるリレー駆動
回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、リレーコイルに駆動電流を供
給し、リレー接点に接続された外部負荷を駆動するリレ
ー駆動回路であって、与えられた出力指令信号に応じ
て、所定のオン／オフ期間を有するパルス信号を発生す
るパルス発生手段と、このパルス信号によるオン制御時
に、前記駆動電流をリレーコイルに供給するように切り
替えるスイッチング手段と、前記リレーコイルの両端に
接続し、オン制御時に電源からの電流を充電する一方、
オフ制御時に前記駆動電流よりも小さい保持電流を前記
リレーコイルに放電するコンデンサとを有することを要
旨とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記パルス発生手段は、前記コンデンサの容量
に基づいて設定されたパルス信号のオン／オフ期間を用
いることを要旨とする。

【００１１】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、与えら
れた出力指令信号に応じて、所定のオン／オフ期間を有
するパルス信号を発生し、このパルス信号によるオン制
御時に、駆動電流をリレーコイルに供給するように切り
替え、オン制御時に電源からの電流を充電する一方、オ
フ制御時に駆動電流よりも小さい保持電流をリレーコイ
ルに放電するコンデンサをリレーコイルの両端に接続す
るようにしたので、駆動電流よりも小さい保持電流を用
いてリレー接点を閉結状態に保持しておくことができ、
より簡単な構成で、リレー内の消費電力や温度上昇の低
減に寄与することができる。

【００１２】請求項２記載の本発明によれば、コンデン
サの容量に基づいて設定されたパルス信号のオン／オフ
期間を用いることで、リレー駆動回路に設けられたコン
デンサの充放電特性に応じたオン／オフ期間を決定で
き、回路設計上の適応範囲や自由性の拡大に寄与するこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１及び図２は、本発明の第１の
実施の形態に係るリレー駆動回路の構成を示す図であ
る。

【００１４】図１に示すリレー駆動回路では、制御装置
１から出力される出力指令信号に応じてパルス発生回路
３がパルス信号を発生し、抵抗Ｒ２を介してトランジス
タＱ１のベースにパルス信号を入力するように構成して
いる。一方、図２に示すリレー駆動回路では、マイクロ
コンピュータ５で発生されたパルス信号を抵抗Ｒ２を介
してトランジスタＱ１のベースに入力するように構成し
ている。なお、パルス発生回路３又はマイクロコンピュ
ータ５から出力されるパルス信号のオン／オフ期間は後
述することとする。

【００１５】図１，図２において、パルス発生回路３又
はマイクロコンピュータ５から出力されるパルス信号
は、電流制限抵抗Ｒ２，抵抗Ｒ３で電圧分割されてトラ
ンジスタＱ１のベースに入力される。トランジスタＱ１
のコレクタと電源ＶINとの間には、内部抵抗ｒL を有す
るリレーコイルＬが接続され、さらに、コンデンサ充放
電制限抵抗Ｒ１とコンデンサＣとが直列に接続されてい
る。トランジスタＱ１は、ベースに入力されたハイレベ
ルのパルス信号に応じてスイッチングし、ＧＮＤに接続
されているエミッタを介してコレクタレベルが略ＧＮＤ
レベルとなり、リレーコイルＬに通電して励磁する。こ
のとき、リレーコイルＬに並列に接続されたコンデンサ
Ｃには、コンデンサ充放電制限抵抗Ｒ１を介して充電電
流が供給される。

【００１６】一方、トランジスタＱ１のベースがローレ
ベルになったときには、コレクタはオープン状態とな
り、コンデンサＣからリレー接点を閉結状態に保持する
ための保持電流がリレーコイルＬへ放電される。リレー
７は、内部抵抗ｒL を有するリレーコイルＬの両端に通
電された場合に、リレー接点ＳＷa ，ＳＷb を駆動して
閉結し、負荷抵抗ＲL の一端に電源ＶINを供給する。

【００１７】次に、図３を参照してリレー駆動回路に用
いられるパルス信号のオン／オフ期間の求め方を説明す
る。ここで、図３は、パルス発生回路３又はマイクロコ
ンピュータ５から発生されたパルス信号（トランジスタ
制御波形）Ｐ１と、トランジスタＱ１のコレクタ電圧Ｐ
２と、リレー７の接点ＳＷｂの接点電位（ＯＮ：ＶIN，
ＯＦＦ：０）Ｐ３とを示すタイミングチャートである。

【００１８】（１）まず、駆動電流Ｉ１を求める。トラ
ンジスタＱ１をオン／オフ制御する場合に、オン制御時
にリレーコイルＬに通電される駆動電流Ｉ１は、

【数１】 となる。一般に、電子制御ユニットＥＣＵ等に内臓され
るミニチュアリレーの場合、駆動電流Ｉ１はリレーコイ
ルＬの内部抵抗ｒL によって制限されるので、以下、リ
レーにミニチュアリレーを採用することとして説明す
る。

【００１９】ここで、プリント基板等の配線系抵抗をＲ
0 とすると、駆動電流Ｉ１は、

【数２】 となる。

【００２０】（２）次に、駆動電流Ｉ１と保持電流との
比（又は関係）と、コンデンサＣへのチャージ時間に基
づいて、トランジスタＱ１をオン制御するオン期間ＴON
と、オフ期間Ｔoff を求める。ここで、例えば、保持電
流：駆動電流を１：２とすると、保持電流は、

【数３】 となる。

【００２１】一方、オン期間ＴONは、コンデンサＣを充
分に充電でき、かつ、リレー接点を充分に駆動できる時
間を５τ（τ：時定数）として考え、コンデンサＣとコ
ンデンサ充放電制限抵抗Ｒ１、配線系抵抗Ｒ0 に基づい
て、

【数４】 となる。

【００２２】ここで、（２）式からＩ１／２を保持でき
るオフ期間Ｔoff は、

【数５】 となる。

【００２３】このように、コンデンサの容量や回路上の
抵抗値に基づいて設定されたパルス信号のオン／オフ期
間を用いることで、リレー駆動回路に設けられたコンデ
ンサの充放電特性に応じたオン／オフ期間を決定でき、
回路設計上の適応範囲や自由性の拡大に寄与することが
できる。

【００２４】次に、図１〜図３を参照して、第１の実施
の形態に係るリレー駆動回路の動作を説明する。図１に
おいて、制御装置１から与えられた出力指令信号に応じ
て、パルス発生回路３で所定のオン／オフ期間を有する
パルス信号Ｐ１を発生してトランジスタＱ１に出力す
る。

【００２５】また、図２において、マイクロコンピュー
タ５内に記憶された制御プログラムに従って、リレー７
に接続された負荷抵抗ＲL に電源ＶINを供給させる出力
指令処理が実行された場合には、出力ポートから所定の
オン／オフ期間を有するパルス信号Ｐ１を発生してトラ
ンジスタＱ１に出力する。

【００２６】なお、パルス発生回路３及びマイクロコン
ピュータから出力されるパルス信号Ｐ１のオン期間ＴON
及びオフ期間Ｔoff は、上述したように、（４）式，
（５）式から求めておくこととする。

【００２７】そして、このパルス信号Ｐ１が電流制限抵
抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに入力され
る。パルス信号Ｐ１がオン期間ＴONの場合には、トラン
ジスタＱ１はオン制御されコレクタが略ＧＮＤレベルに
なる。この結果、電源ＶINからリレーコイルＬ、トラン
ジスタＱ１のコレクタ、エミッタを介してＧＮＤに接続
され、リレーコイルＬに駆動電流Ｉ１が通電され励磁さ
れる。このとき、リレーコイルＬに並列に接続されたコ
ンデンサＣには、コンデンサ充放電制限抵抗Ｒ１を介し
て充電電流が供給される。

【００２８】一方、パルス信号Ｐ１がオフ期間ＴOFF の
場合には、トランジスタＱ１はオフ制御されコレクタが
略ＧＮＤレベルから開放される。同時に、コンデンサＣ
１から保持電流がリレーコイルＬに供給される。この結
果、リレーコイルＬに通電されていた電流は、駆動電流
Ｉ１から駆動電流よりも小さい保持電流（Ｉ１／２）に
切り替わり、リレーコイルＬはリレー接点の閉結状態を
保持可能な励磁状態に切り替わる。

【００２９】この結果、トランジスタＱ１がオフ制御さ
れているオフ期間ＴOFF の間、リレー内の消費電力を低
減することができ、リレー内での発熱による温度上昇を
低減することができる。また、従来のようにオン／オフ
制御時に発生していたサージ電圧によるノイズをも抑制
することができる。

【００３０】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第
２の実施の形態に係るリレー駆動回路の構成を示す図で
ある。トランジスタＱ３のベースには、例えば制御装置
（図示せず）やマイクロコンピュータ（図示せず）等か
ら出力されるパルス信号を直接に入力しておき、エミッ
タを電源ＶINに接続しておく。一方、トランジスタＱ３
のコレクタをダイオードＤ１を介して直列にリレーコイ
ルＬに接続し、リレーコイルＬの他端をＧＮＤに接続さ
せ、さらに、トランジスタＱ３のコレクタには、コンデ
ンサＣ３を接続しておく。

【００３１】次に、図５に示すタイミングチャートを参
照してリレー駆動回路の動作を説明する。制御装置（図
示せず）やマイクロコンピュータ（図示せず）等から出
力されるパルス信号Ｐ５を直接にトランジスタＱ３のベ
ースに入力しておく。

【００３２】まず、トランジスタＱ３は、パルス信号Ｐ
５がハイレベルからローレベルに切り替わってオン制御
され、電源ＶINがエミッタからコレクタ側に供給され、
コンデンサＣ３への充電が開始される。この結果、コン
デンサＣ３の端子電圧はタイミングＰ６に示すように略
ＶINまで急激に上昇し満充電される。

【００３３】同時に、トランジスタＱ３がオン制御され
ると、電源ＶINがエミッタからコレクタ、ダイオードＤ
１を介してリレーコイルＬに駆動電流Ｉ１が通電されて
励磁される。この結果、リレー接点ＳＷa ，ＳＷb を駆
動して閉結状態となり、負荷抵抗ＲＬの一端に電源ＶIN
が供給される。

【００３４】次に、パルス信号Ｐ５がローレベルからハ
イレベル時に切り替わってトランジスタＱ３はオフ制御
される。この時、コンデンサＣ３からダイオードＤ１を
介してリレーコイルＬに保持電流が供給される。この結
果、リレー接点ＳＷa ，ＳＷb は閉結状態が維持されつ
つ、リレーコイルＬによる消費電力を抑えることがで
き、リレー内部の発熱を抑えることができる。

【００３５】以後、同様に、トランジスタＱ３がオン制
御された時には、リレー接点を駆動するのに必要な駆動
電流がリレーコイルＬに供給され、かつ、リレーコイル
Ｌに並列に接続しておいたコンデンサＣ３にトランジス
タＱ３がオフ制御された時にリレー接点を保持するのに
必要な保持電流が充電される。

【００３６】なお、本実施の形態のように、リレーコイ
ルＬとトランジスタＱ３のコレクタとの間にダイオード
Ｄ１を介在させることで、オン／オフ制御時に発生する
であろうサージ電圧が電源ＶINへ逆流して影響すること
を低減することもできる。

【００３７】このように、リレーコイルＬに供給する電
流（又は電圧）に駆動時と保持時で差があることを利用
して、リレーコイルＬと並列に接続されたコンデンサＣ
３からオフ制御時に保持電流を供給するようにし、さら
に、駆動電流、保持電流（又は感動電圧、開放電圧）か
ら求めたオン／オフ期間でトランジスタを制御するよう
にした。このため、パルス発生回路が１つで済み、従来
のように時間計測回路も必要ないので、より簡単な構成
で、リレー内の消費電力や温度上昇の低減に寄与するこ
とができるリレー駆動回路を提供することができる。

【００３８】また、トランジスタがオフ制御時に、リレ
ー接点の閉結状態を保持するための保持電流を、従来の
ようにリレーコイルに充電されたエネルギーをダイオー
ドを介して得ていないため、オン／オフ制御時に発生す
るのサージ電圧によるノイズを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリレー駆動回
路の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る他のリレー駆
動回路の構成を示す図である。

【図３】第１の実施の形態にに係るリレー駆動回路の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るリレー駆動回
路の構成を示す図である。

【図５】第２の実施の形態にに係るリレー駆動回路の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【図６】従来のリレー駆動回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ３ パルス発生回路 ５ マイクロコンピュータ ７ リレー Ｒ１ コンデンサ充放電制限抵抗 Ｒ２，３ バイアス抵抗 Ｃ１，Ｃ３ コンデンサ ＲL 負荷抵抗 Ｌ リレーコイル ｒL リレーの内部抵抗 Ｑ１，Ｑ３ トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リレーコイルに駆動電流を供給し、リレ
   ー接点に接続された外部負荷を駆動するリレー駆動回路
   であって、 与えられた出力指令信号に応じて、所定のオン／オフ期
   間を有するパルス信号を発生するパルス発生手段と、 このパルス信号によるオン制御時に、前記駆動電流をリ
   レーコイルに供給するように切り替えるスイッチング手
   段と、 前記リレーコイルの両端に接続し、オン制御時に電源か
   らの電流を充電する一方、オフ制御時に前記駆動電流よ
   りも小さい保持電流を前記リレーコイルに放電するコン
   デンサとを有することを特徴とするリレー駆動回路。
2. 【請求項２】 前記パルス発生手段は、 前記コンデンサの容量に基づいて設定されたパルス信号
   のオン／オフ期間を用いることを特徴とする請求項１記
   載のリレー駆動回路。