JP2002170466A - リレー駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リレーからの発熱を有効に防止しうるリレー
駆動回路であって、簡素かつコンパクトに構成でき、コ
スト削減を図り得るものを提供する。 【解決手段】 リレー３の励磁コイル３Ｂへの通電をリ
レー駆動トランジスタ２のオン／オフにより切り換える
リレー駆動回路において、励磁コイル３Ｂの下流に電流
制限抵抗７と電流切換トランジスタ８を並列に配設する
とともに、リレー接点部３Ａと負荷６との間の電圧を電
流切換トランジスタ８のベース端子に導く。これによ
り、リレー３の切換動作時には、電流切換トランジスタ
８をオンとして励磁コイル３に十分な動作電流を流す一
方、リレー３の切換後には、電流切換トランジスタ８を
オフとして励磁コイル３に流れる電流を電流制限抵抗７
によって制限されたものとする。

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
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各種電子機器への通電をオン
／オフするために、リレー駆動回路が用いられている。
このようなリレー駆動回路において、通電にともなうリ
レーからの発熱を抑制できるようにしたものが、例えば
特開平１０−２５５６２７号公報に開示されている。こ
の特開平１０−２５５６２７号公報には、２つのタイプ
のリレー駆動回路が開示されている。

【０００３】第１のタイプのリレー駆動回路は、２個の
リレー駆動用トランジスタを備え、リレー切換時（リレ
ーをオフからオンするとき）には、第１のリレー駆動用
トランジスタをオン、第２のリレー駆動回路をオフと
し、第１のリレー駆動用トランジスタ側の抵抗無しの回
路を用いて、リレーの励磁コイルに通電する。このよう
なリレー切換動作の開始から所定時間が経過したなら
ば、第１のリレー駆動用トランジスタをオフ、第２のリ
レー駆動回路をオンとし、第２のリレー駆動用トランジ
スタ側の電流制限抵抗付きの回路を用いて、リレーの励
磁コイルに通電して、リレーをオン状態に保持する。こ
のような構成により、リレーを保持するときに励磁コイ
ルに通電すべき電流（リレー保持電流）がリレー切換の
ために励磁コイルに通電すべき電流（リレー動作電流）
よりも少なくて済むことに対応して、リレー切換後の励
磁コイルへの通電量を少なくすることができ、リレーか
らの発熱を抑制できる。

【０００４】一方、第２のタイプのリレー駆動回路で
は、リレーの励磁コイルとリレー駆動用トランジスタ
（本タイプでは１個）との間に、抵抗とコンデンサを並
列に挿入する。これにより、リレーをオフからオンに切
り換えるときには、コンデンサを通して流れる変位電流
によって、リレーがオンするための感動電圧（リレー動
作電流を流すために励磁電流に印加すべき電圧）を確保
する一方で、直流的には抵抗を通してのみ電流が流れる
ようにして、通電量を抑制する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
つのタイプのリレー駆動回路には、それぞれ以下に述べ
るような問題点がある。

【０００６】まず、第１のタイプのリレー駆動回路で
は、リレー切換開始から所定時間を計測する必要があ
る。この場合、所定時間をハードウェアで生成するので
は、ハードウェアが高価となってしまう。このため、第
１、第２のリレー駆動用トランジスタをＣＰＵにより制
御することになるが、この場合は、２つのリレー駆動用
トランジスタを独立に制御する必要があり、一つのリレ
ー駆動回路がＣＰＵの出力ポートを２本ずつ占有するこ
とになってしまい、ＣＰＵの合理的な活用が図れない。

【０００７】また、第２のタイプのリレー駆動回路は、
変位電流によってリレーをオンする構成であるので、例
えばリレーに１０ｍｓにわたって変位電流を流そうとす
ると、一般に励磁コイルの直流抵抗値は１００Ω程度で
あるため、コンデンサの容量としては１００μＦ程度の
大容量が必要となる。このような大容量のコンデンサと
なると現実的には電解コンデンサを使用することになる
が、電解コンデンサには、容量に温度特性やばらつきが
あること、実装サイズが大きいこと、高価であること等
の欠点があり、適切な電流切換を行い得るリレー駆動回
路をコンパクト、低コストで構成することが難しくなっ
てしまう。

【０００８】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、リレーからの発熱を有効に防止しうるリ
レー駆動回路であって、簡素かつコンパクトに構成で
き、コスト削減を図り得るものを提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、励磁コ
イルへの通電を制御することによりリレー接点部をオン
／オフするリレー駆動回路において、前記励磁コイルへ
の通電／非通電を切り換えるリレー駆動手段と、前記リ
レー接点部側の回路の電圧に基づいて前記励磁コイルへ
の通電量を切り換える電流切換手段とを備えた。

【００１０】第２の発明では、前記電流切換手段は、前
記リレー接点部側の回路の電圧が、リレーがオフである
ことを示す電圧のときには、リレーの接続動作のために
必要な動作電流を前記励磁コイルに通電可能とする一方
で、前記リレー接点部側の回路の電圧が、リレーがオフ
からオンに切り換わったことを示す電圧となったときに
は、前記励磁コイルへの通電量をリレーの接続状態を維
持するために必要な範囲で減少させる。

【００１１】第３の発明では、前記励磁コイルの下流に
電流制限抵抗と電流切換トランジスタとを並列に配設
し、この電流切換トランジスタのオン／オフを前記リレ
ー接点部側の回路の電圧で制御する。

【００１２】第４の発明では、前記リレー接点部を負荷
の下流に配設するとともに、前記電流切換トランジスタ
のベース端子をベース抵抗を介して前記負荷と前記リレ
ー接点部の間に接続した。

【００１３】

【発明の作用および効果】第１の発明では、励磁コイル
への通電の／非通電はリレー駆動手段により切り換えら
れる一方で、励磁コイルに通電された後の通電量の切換
（調整）は、リレー接点部側の回路の電圧に基づいて行
われる。このため、通電量の切換のタイミングを時間で
管理する必要がなく、時間の計測手段が不要となる。ま
た、通電量の切換は、リレー接点部側の回路の電圧に直
接的に基づいてなされるので、リレーのオン／オフに対
して時間的な遅れなく実行できる。また、リレー駆動手
段（例えばリレー駆動用トランジスタ）は一つだけで済
むので、リレー駆動手段をＣＰＵで制御する場合に、一
つのリレー駆動回路のためにＣＰＵの複数の出力端子が
占有されてしまうこともない。したがって、リレー駆動
回路の簡素化および低コスト化を図り得る。

【００１４】第２の発明では、リレーをオフからオンに
切り換えるときには、励磁コイルにはリレーを切換動作
させるのに十分な電流が通電可能である一方で、リレー
がオンに切り換わった後には、リレーのオン状態を保持
するために必要な範囲で電流が制限される。したがっ
て、リレーの切換動作は問題なく行われる一方で、リレ
ー切換後は、励磁コイルへの通電量が少なくなり、ジュ
ール熱による励磁コイルからの発熱を抑制することがで
きる。

【００１５】第３の発明では、電流切換トランジスタが
オンのときには、励磁コイルからの電流は電流切換トラ
ンジスタを通って流れ、リレーの切換動作を行うために
十分な電流が確保される一方で、電流切換トランジスタ
がオフのときには、励磁コイルからの電流は電流制限抵
抗を通って流れることにより、制限される。したがっ
て、リレーのオン／オフに応じて励磁コイルに流れる電
流を切り換えるリレー駆動回路を、簡素かつコンパクト
に構成でき、コスト削減を図り得る。

【００１６】第４の発明では、リレーがオフであれば、
電流切換トランジスタのベース端子下流にはリーク電流
の経路が無いので、リーク電流によりバッテリーを消耗
してしまうことはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について説明する。

【００１８】図１には、本発明の第１の実施の形態のリ
レー駆動回路を示す。

【００１９】このリレー駆動回路は、ＣＰＵ１からの制
御信号で、リレー駆動用トランジスタ２をオン／オフす
ることにより、リレー３を開閉駆動するものである。

【００２０】リレー駆動用トランジスタ２は、ＮＰＮト
ランジスタからなり、そのコレクタ端子はリレー３側
（電流制限抵抗７および電流切換トランジスタ８）に、
エミッタ端子はＧＮＤに、ベース端子はＣＰＵ１の出力
端子に、それぞれ接続されている。これにより、ＣＰＵ
１からの制御信号で、リレー駆動用トランジスタ２のオ
ン／オフが切り換えられる。この場合、ＣＰＵ１の出力
端子とリレー駆動用トランジスタ２のベース端子の間に
はベースバイアス抵抗４（抵抗値Ｒ１）が、リレー駆動
用トランジスタ２のベース端子とＧＮＤ間にはベースバ
イアス抵抗７（抵抗値Ｒ２）が、それぞれ設けられてい
る。

【００２１】リレー３は、負荷６への電圧供給を断続す
るリレー接点部３Ａと、このリレー接点部３Ａを開閉駆
動する励磁コイル３Ｂとから構成される。

【００２２】リレー接点部３Ａ側の回路から説明する
と、リレー接点部３Ａの上流側端子はＶＢ電源に接続さ
れ、下流側端子は負荷６に接続される。負荷６の下流は
ＧＮＤ（アース）に接続される。これにより、リレー３
の開閉によって、負荷６に対するＶＢ電源の供給／非供
給が切り換えられる。

【００２３】一方、励磁コイル３Ｂ側の回路において
は、励磁コイル３Ｂの上流側端子には、ＶＢ電圧が接続
される。また、励磁コイル３Ａの下流側端子には、電流
制限抵抗７（抵抗値Ｒ３）と電流切換トランジスタ８の
並列接続を介して、リレー駆動用トランジスタ２のコレ
クタ端子が接続される。

【００２４】電流制限抵抗７は、リレー３がオン（接
続）した後に、励磁コイル３Ｂに流れる電流値を制限す
るための抵抗である。この電流制限抵抗７の抵抗値Ｒ３
としては、励磁コイル３にリレー３をオン状態に保持し
ておくための電流を流しておく必要性と、リレー３の発
熱を最小限に抑制するという要請のバランスによって、
適切な値が選択される。

【００２５】電流切換トランジスタ８は、そのオン／オ
フにより励磁コイル３からの電流を電流制限抵抗７側に
流すか否かを切り換えるトランジスタである。つまり、
リレー３をオフからオンに切り換えるときには、電流切
換トランジスタ８を介して、リレー３の切換のために十
分な電流が流れる一方、リレー３の切換が終了した後に
は、電流は電流制限抵抗７を介して流れ、リレー３を保
持するのに必要な通電量に制限される。

【００２６】電流切換トランジスタ８はＰＮＰトランジ
スタからなり、そのエミッタ端子には励磁コイル３が、
コレクタ端子にはＮＰＮトランジスタ２のコレクタ端子
が、それぞれ接続されている。また、電流切換トランジ
スタ８のベース端子には、ベース抵抗９（抵抗値Ｒ４）
を介して、リレー接点部３Ａの下流側端子が接続され
る。これにより、電流切換トランジスタ７のオン／オフ
は、リレー３のオフ／オン（切断／接続）によって切り
換えられる。なお、ベース抵抗９の抵抗値Ｒ４は、負荷
６の抵抗値ＲＬに比して十分大きな値とする。

【００２７】つぎに作用を説明する。

【００２８】リレー３をオフとして、負荷６のＶＢ電源
を供給しないときには、ＣＰＵ１の出力端子からローレ
ベルを出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタ２の
ベース電圧はローレベルとなり、リレー駆動用トランジ
スタ２はオフとなるので、リレー３もオフとなる。

【００２９】リレー３をオンとするには、ＣＰＵ１の出
力端子からの出力をハイレベルとする。これにより、リ
レー駆動用トランジスタ２がオンし、励磁コイル３Ｂに
励磁電流が流れ、リレー接点部３Ａが接続状態に切り換
えられる。このようにリレー接点部３Ａがオフからオン
に切り換えられるまでの段階では、電流切換トランジス
タ８のベース端子は、リレー接点部３Ａを介してＶＢ電
源が供給されておらず、このベース電圧はベース抵抗９
および負荷６を介してＧＮＤにバイアスされているの
で、電流切換トランジスタ８はオン状態となっている。
このため、この通電の初期段階においては、ＶＢ電源か
らの電流は、電流制限抵抗７よりも抵抗値の小さな電流
切換トランジスタ８側を流れる。つまり、電流は励磁コ
イル３→電流切換トランジスタ８→リレー駆動用トラン
ジスタ２の経路で流れ、リレー接点部３Ａの切り換えの
ために十分な動作電流を、励磁コイル３Ａに流すことが
できる。

【００３０】一方、リレー接点部３Ａがオンの切り換え
られた後は、電流切換トランジスタ８のベース電圧はリ
レー３を介して供給されるＶＢレベルとなり、電流切換
トランジスタ８はオフする。このため、リレー３がオン
に切り換えられた後は、ＶＢ電源からの電流は、励磁コ
イル３Ｂ→電流制限抵抗７→リレー駆動用トランジスタ
２の経路で流れ、電流値は電流制限用の電流制限抵抗７
により制限されたものとなる。したがって、リレー３の
切り換え後には、励磁コイル３に流れる電流を、リレー
３のオン状態を保持するために必要最小限のものに減少
させることができ、リレー３からの発熱を抑制すること
ができる。

【００３１】以上のように、本実施の形態によれば、リ
レー３の切換時には励磁コイル３に十分な動作電流を流
す一方で、リレー３の切換後にはオン状態保持のための
電流を低減させるリレー駆動回路を、簡素な構成で実現
でき、このために使用されるＣＰＵ１の出力ポートは一
つだけで済むようにできる。また、電流切換トランジス
タ８から電流制限抵抗７への電流経路の切換は、リレー
３が切り換わったことに基づいてなされるので、切換の
ための時間管理をする計測手段等は不要である。また、
リレー接点部３Ａ側の電圧に基づいて、直接的に電流切
換トランジスタ８をオン／オフ制御するので、切換のた
めのロス時間を僅かなものとすることができる。

【００３２】本実施の形態の説明の最後に、具体的な数
値例を示す。

【００３３】本実施の形態のリレー駆動回路では、例え
ば、ＶＢ電圧＝１２Ｖ、リレー感動電圧＝８Ｖ、リレー
保持電圧＝４Ｖ、励磁コイル３の抵抗値＝１００Ω、負
荷６の抵抗値ＲＬ＝３Ωとする。ここで、リレー感動電
圧とは、リレー３をオフからオンに切り換えるための動
作電流を流すために励磁コイル３に印加すべき電圧であ
る。また、リレー保持電圧とは、リレー３をオン状態に
保持するための保持電流を流すために励磁コイル３に印
加すべき電圧である。

【００３４】これらの条件によると、まず、電流値制限
のための電流制限抵抗７の抵抗値Ｒ３は、 励磁コイル抵抗値×［（ＶＢ電圧−リレー保持電圧）／
リレー保持電圧］ により求められ、 Ｒ３＝１００Ω×（１２Ｖ−４Ｖ）／４Ｖ＝２００Ω となる。

【００３５】また、リレー感動電圧を確保するための電
流値は、 リレー感動電圧／励磁コイル抵抗値＝８Ｖ／１００Ω＝
８０ｍＡ であるから、電流切換トランジスタ８（ｈｆｅ＝１００
とする）のベース電流値は、 ８０ｍＡ／１００＝８００μＡ となる。よって、電流切換トランジスタ８のベース抵抗
９の抵抗値は、 （１２Ｖ−０．７Ｖ）／８００μＡ−１００Ω−３Ω＝
１４．０２２ｋΩ とすればよいことになる（実際には、１２ｋΩとす
る）。

【００３６】このような設定値によれば、リレー３を切
換動作させるときの励磁コイル３における消費電力は、 １２Ｖ×１２Ｖ／１００Ω＝１．４４Ｗ であるのに対して、リレー３をオン状態に保持するとき
の励磁コイル３における消費電力は、 １２Ｖ×１２Ｖ／（１００Ω＋２００Ω）＝０．４８Ｗ となる。このように、リレー３の切換後には大幅な電力
低減を図ることができ、リレー３の発熱を抑制できる。

【００３７】なお、本実施の形態では、リレー３のオフ
時に、励磁コイル３→電流切換トランジスタ８→ベース
抵抗９→負荷６の経路でリーク電流が発生するが、その
電流値は、 １２Ｖ／１２ｋΩ＝１ｍＡ に過ぎないので、この電流によってリレー３がオンする
ことはない。

【００３８】図２には、本発明の第２の実施の形態を示
す。

【００３９】図示されるように、本実施の形態において
は、リレー１３の励磁コイル１３Ｂ側の回路は、上記第
１の実施の形態と同様の構成であり、ＣＰＵ１１、リレ
ー駆動用トランジスタ１２、リレー１３（励磁コイル１
３Ｂ）、リレー駆動用トランジスタ１２のベースバイア
ス抵抗１４、１５、電流制限抵抗１７、電流切換トラン
ジスタ１８、およびＶＢ電源から構成される。第１の実
施の形態と異なる点は、電流切換トランジスタ１８がＮ
ＰＮトランジスタとなっている点のみである。電流切換
トランジスタ１８は、コレクタ端子が励磁コイル１３下
流端子に、エミッタ端子がリレー駆動用トランジスタ１
２のコレクタ端子に、ベース端子がベースバイアス抵抗
を介してＣＰＵ１１の出力端子に、それぞれ接続されて
いる。

【００４０】一方、リレー１３のリレー接点部１３Ａ側
の回路は、第１の実施の形態とは異なり、負荷１６がリ
レー１３の上流に設けられる。つまり、負荷１６の上流
側には、ＶＢ電源が接続され、下流側には、リレー１３
のリレー接点部１３Ａ上流端子と、電流切換トランジス
タ１８のベース抵抗１９とが接続される。リレー接点部
１３Ａの下流側は、ＧＮＤに接続される。

【００４１】このような回路構成によっても、リレー駆
動回路の基本的な動作は、上記第１の実施の形態と同様
である。つまり、リレー１３は、ＣＰＵ１１からの制御
電圧によりリレー駆動用トランジスタ１２がオン／オフ
することで動作する。この場合、リレー１３がオフのと
きには、電流切換トランジスタ１８のベース電圧はベー
ス抵抗１９によりＧＮＤに対してバイアスされており、
ハイレベルとなっているので、電流切換トランジスタ１
８はオンである。したがって、リレー１３がオフからオ
ンに切り換えられるまでは、電流は電流切換トランジス
タ１８側を通って流れ、十分な動作電流が確保される。
一方、リレー１３がオンに切り換わった後は、負荷１６
に電流が流れ、負荷１６の下流のベース電圧はローレベ
ルとなるので、電流切換トランジスタ１８はオフする。
これにより、電流は電流制限抵抗１７側を通って流れ、
通電量が低減されることになる。

【００４２】このように本実施の形態によっても、上記
第１の実施の形態と同様に、リレー１３の切換時には励
磁コイル１３Ｂに十分な動作電流を流す一方で、リレー
１３の切換後にはオン状態保持のための電流を低減させ
るリレー駆動回路を、ＣＰＵ１１の出力ポートを一つだ
け使用した簡素な構成で実現できる。

【００４３】さらに、本実施の形態によれば、リレー１
３がオフのときにリーク電流が全く生じないという利点
がある。つまり、電流切換トランジスタ１８のベース端
子下流は、切断状態のリレー接点部１３Ａに接続してい
るので、リーク電流が流れる経路は存在しない。したが
って、リーク電流によってバッテリーが消耗してしまう
ことはない。

【００４４】なお、上記各実施の形態では、電流切換ト
ランジスタ８、１８としてバイポーラ型トランジスタを
使用していたが、本発明はこのような形態に限られるも
のではなく、電流切換トランジスタ８、１８としてＦＥ
Ｔを採用することもできる。特に第１の実施の形態にお
いて電流切換トランジスタ８をＦＥＴとすれば、リレー
３のオフ時におけるリーク電流を防ぐことができるの
で、リーク電流によるバッテリー消耗を防止するために
有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ リレー駆動用トランジスタ ３ リレー ３Ａ リレー接点部 ３Ｂ 励磁コイル ４ ベースバイアス抵抗 ５ ベースバイアス抵抗 ６ 負荷 ７ 電流制限抵抗 ８ 電流切換トランジスタ ９ ベース抵抗 １１ ＣＰＵ １２ リレー駆動用トランジスタ １３ リレー １３Ａ リレー接点部 １３Ｂ 励磁コイル １４ ベースバイアス抵抗 １５ ベースバイアス抵抗 １６ 負荷 １７ 電流制限抵抗 １８ 電流切換トランジスタ １９ ベース抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁コイルへの通電を制御することにより
   リレー接点部をオン／オフするリレー駆動回路におい
   て、 前記励磁コイルへの通電／非通電を切り換えるリレー駆
   動手段と、 前記リレー接点部側の回路の電圧に基づいて前記励磁コ
   イルへの通電量を切り換える電流切換手段と、 を備えたことを特徴とするリレー駆動回路。
2. 【請求項２】前記電流切換手段は、前記リレー接点部側
   の回路の電圧が、リレーがオフであることを示す電圧の
   ときには、リレーの接続動作のために必要な動作電流を
   前記励磁コイルに通電可能とする一方で、前記リレー接
   点部側の回路の電圧が、リレーがオフからオンに切り換
   わったことを示す電圧となったときには、前記励磁コイ
   ルへの通電量をリレーの接続状態を維持するために必要
   な範囲で減少させることを特徴とする請求項１に記載の
   リレー駆動回路。
3. 【請求項３】前記励磁コイルの下流に電流制限抵抗と電
   流切換トランジスタとを並列に配設し、この電流切換ト
   ランジスタのオン／オフを前記リレー接点部側の回路の
   電圧で制御することを特徴とする請求項２に記載のリレ
   ー駆動回路。
4. 【請求項４】前記リレー接点部を負荷の下流に配設する
   とともに、前記電流切換トランジスタのベース端子をベ
   ース抵抗を介して前記負荷と前記リレー接点部の間に接
   続したことを特徴とする請求項３に記載のリレー駆動回
   路。