JP2005268134A - リレー駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーコイルの発熱を抑制することができるリレー駆動回路を提供することを目的とする。
【解決手段】トランジスタ３１，４１のベースに電流が供給されることで両トランジスタ３１，４１がオンされることにより、リレーコイル１１に電流が供給されてリレースイッチ１２がオンする。トランジスタ３１のベースにはコンデンサ５１が接続されているため、このコンデンサ５１の充電に伴ってトランジスタ３１へのベース電流が減少するとともに、そのコレクタ電流が減少し、同時に、トランジスタ４１のベース電流が増大する。コンデンサ５１が満充電となるとトランジスタ３１のベース電流の供給が断たれて、これがオフし、リレーコイル１１にはトランジスタ４１のコレクタ電流に相当する電流のみが流れることとなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リレー駆動回路に関するものである。

自動車に搭載されている電子機器へ電力供給する方法として、リレー及びリレー駆動回路を使用したものがある。これはリレー駆動回路によってリレーを構成するリレーコイルを励磁状態又は消磁状態にして同じくリレーを構成するリレースイッチをオンさせることにより当該電子機器へ電力を供給するものである。
この種のリレー駆動回路としては図４に示すものが挙げられる。これは、所謂電圧制御型のリレー駆動回路であって、リレー１００を構成するリレーコイル１０１に直列接続された抵抗素子２００のうち一方の接続端子とグランドラインＧＮＤとの間に高圧印加用トランジスタ３０１を接続するとともに、抵抗素子２００の他方の接続端子とグランドラインＧＮＤとの間に低圧印加用トランジスタ３０２を接続し、両トランジスタ３０１，３０２のベースに制御回路４００からの制御信号を入力し得るように構成されている。

リレースイッチ１０２をオンするには、まず制御回路４００から高圧印加用トランジスタ３０１に対して駆動信号を送信することで、このトランジスタ３０１をオンさせ、リレーコイル１０１に電流を流す。そうすると、リレーコイル１０１の磁気力によってリレースイッチ１０２が閉じられることによりオンされる。このときのリレーコイル１０２への印加電圧は電源電圧と略同一電圧とされている。
続いて、制御回路４００から低圧印加用トランジスタ３０２に対して駆動信号を送信するとともに、高圧印加用トランジスタ３０１への駆動信号の送信を停止する。これによって、リレーコイル１０１への印加電圧はリレースイッチ１０２をオン状態に維持するための最小限の電圧とされている。

このように、リレーコイル１０１の印加電圧を制御することにより、リレーコイル１０１の発熱を抑止して、例えば周囲回路への熱的な悪影響を防止することができるようになっている。
特開平１０−２５５６２７号公報

例えば、上記のを自動車のエンジンルーム内に配置した場合、エンジン停止時とエンジン駆動時とではエンジンルーム内の温度が大きく異なるため、リレーコイル１０１の温度が変動し、この温度変化によって１０１の抵抗値が変化することとなる。
ところで、リレースイッチ１０２はリレーコイル１０１により形成される磁界の磁気力によって動作するのであるから、このリレースイッチ１０２の動作はリレーコイル１０１に流れる電流の電流値に依存する。
上記構成では、リレーコイル１０１の印加電圧を制御するものであるため、低圧印加用トランジスタ３０２にてリレーコイル１０１に電圧印加する場合には、リレーコイル１０１の抵抗値が最大とされたときにリレースイッチ１０２を動作させることができる電流を流すのに必要な印加電圧に設定しなければならない。そうすると、低温時等においてリレーコイル１０１の抵抗値が最大とされていない場合にはリレーコイル１０１における消費電力が無用に大きくされて、結局、リレーコイル１０１からの発熱を効果的に抑制することが出来ないという問題が生ずる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、リレーコイルの発熱を抑制することができるリレー駆動回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、電源と負荷との間に接続されるリレーをオンオフ動作させるものであって、作動回路から前記リレーを構成するリレーコイルへ駆動電流を供給することで同じく前記リレーを構成するリレースイッチをオン又はオフ動作させるリレー駆動回路において、前記作動回路から供給される駆動電流の電流値よりも少ない電流値であって、かつ、前記リレースイッチの接点維持電流値よりも大きい電流値の電流を前記リレーコイルに供給する電流供給回路と、前記電流供給回路の作動と前記作動回路の動作停止とを同時的に行なうか、あるいは前記定電流回路の動作を開始し、その後に前記作動回路の動作を停止させる切換回路とを備えるところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、外部からの入力に応じて前記作動回路及び前記切換回路の駆動又は停止の制御を行なう外部入力手段を備えるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記切換回路は半導体集積回路で構成されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明は、リレーコイルに流れる電流を制御することによって、リレーを駆動する電流制御型のリレー駆動回路である。リレースイッチはリレーコイルにより形成される磁界の磁気力によって動作するものであり、この磁気力はリレーコイルに流れる電流の電流値に依存する。一方、リレーコイルからの発熱はこのリレーコイルに流れる電流の電流量に比例する。本発明では、切換回路によって駆動電流と接点維持電流とを切り換えることでリレーコイルに対して過剰な電流が流れることを防止することが出来るから、このリレーコイルからの発熱を効果的に抑止することができる。
尚、接点維持電流値とは、リレースイッチの接点の接触を維持するためにリレーコイルへ供給すべき電流における電流値のことである。

＜請求項２の発明＞
例えば、自動車のメンテナンス時等、使用者が意図的に電子機器への電力供給・電力供給遮断を行ないたい場合には好適な構成である。

＜請求項３の発明＞
請求項３の発明によれば、リレー駆動回路の小型化を図ることができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１を参照して説明する。
本実施形態のリレー駆動回路は、自動車に搭載された電子機器への電力供給・電力供給遮断の切換を行なうリレー１０をオンオフ動作させるためのリレー駆動回路であって、いわゆる正論理でリレー１０をオンさせるシステムであり、例えば、自動車のエンジンルーム内に配置されている。
車載用バッテリー（図示せず）と電子機器群７との間に接続されているリレー１０のうち、これを構成するリレーコイル１１は電源ラインＶｃｃと後述するリレー駆動回路に接続されており、同じくリレー１０を構成するａ接点のリレースイッチ１２は電源ラインＶｃｃと電子機器群７との間に接続されている。また、リレー駆動回路は外部スイッチ２を介して電源ラインＶｃｃに接続されている。

＜リレー駆動回路の構成＞
リレー駆動回路は、リレー１０を作動させる作動回路３、リレー１０をオン状態に維持させるためにリレーコイル１１に一定の電流を供給する定電流回路４（電流供給回路）、及び作動回路３と定電流回路４との動作切換を行なう切換回路５から構成されている。

作動回路３はスイッチ素子であるＮＰＮ型のトランジスタ３１をエミッタ接地にして構成している。このトランジスタ３１のコレクタはリレーコイル１１の一端側に接続されているとともに、エミッタがグランドラインＧＮＤに接続されている。また、ベースは外部スイッチ２とグランドラインＧＮＤとの間に直列接続されたコンデンサ５１（これについては後述する。）及び抵抗素子３２，３３のうち、抵抗素子３２，３３の中間接続点に接続されている。尚、これら抵抗素子３２，３３は分圧抵抗として機能している。
尚、抵抗素子３２，３３の合成抵抗は後述する抵抗素子４３，４４の合成抵抗よりも小さくされている。

定電流回路４は、スイッチ素子であるＮＰＮ型のトランジスタ４１をエミッタ接地にして構成している。このトランジスタ４１のコレクタはリレーコイル１１の一端側に接続されているとともに、エミッタは抵抗素子４２を介してグランドラインＧＮＤに接続されてる。また、ベースは外部スイッチ２とグランドラインＧＮＤとの間に互いに直列接続された分圧用の抵抗素子４３，４４の中間接続点に接続されている。また、抵抗素子４３，４４の中間接続点とグランドラインＧＮＤとの間には定電圧ダイオード４５が逆方向に接続されて、バッテリー電圧の変動によりベース電圧が変動することを規制している。
抵抗素子４２の抵抗値はトランジスタがオンされたときにリレースイッチ１２の接点の接触を維持するために必要な接点維持電流に相当する電流が流れるように設定されている。

切換回路５はトランジスタ３１のベースと外部スイッチ２との間に接続されたコンデンサ５１と抵抗素子３２とから構成されている。また、外部スイッチ２とグランドラインＧＮＤとの間には放電用の抵抗素子５３が接続されている。

本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作について説明する。
外部スイッチ２がオンされると、リレー駆動回路に電力供給がなされる。これによって、トランジスタ３１，４１のベースに電流が供給されることで両トランジスタ３１，４１がオンされることにより、リレーコイル１１に電流が供給されてリレースイッチ１２がオンする。このとき、トランジスタ３１によりリレースイッチ１２をオン状態に維持するために必要な電流よりも高い電流値の電流がリレーコイル１１に供給される。

トランジスタ３１のベースと外部スイッチ２との間にはコンデンサ５１が接続されているため、このコンデンサ５１の充電に伴ってトランジスタ３１のベース電流が減少するとともに、コレクタ電流が減少し、同時にトランジスタ４１のベース電流が増大する。コンデンサ５１が満充電となるとトランジスタ３１のベース電流が零となって、これがオフし、リレーコイル１１にはトランジスタ４１のコレクタ電流に相当する電流のみが流れることとなる。即ち、抵抗素子４２に流れる接点維持電流に相当する電流がリレーコイルに供給される（本発明の「定電流回路の動作を開始し、その後に作動回路の動作を停止させる」構成に相当する）。

また、トランジスタ４１のベースとグランドラインＧＮＤとの間に定電圧ダイオード４５を接続したことにより、車載用バッテリーの電圧変動に伴ってトランジスタ４１のベース電圧が変動することを防止している。また、トランジスタ４１のエミッタとグランドラインＧＮＤとの間に抵抗素子４２を挿入することで、車載用バッテリーの電圧変動やトランジスタ４１の温度変化によってコレクタ電流が変動すること防止している。

本実施形態のリレー駆動回路は、リレーコイル１１に流れる電流を制御することによって、リレー１０を駆動する電流制御型のものとしている。リレースイッチ１２はリレーコイル１１により形成される磁界の磁気力によって動作するものであり、この磁気力はリレーコイル１１に流れる電流の電流値に依存する。一方、リレーコイル１１からの発熱はこのリレーコイル１１に流れる電流の電流量に比例する。本実施形態では、切換回路３によって駆動電流と接点維持電流とを切り換えることでリレーコイル１１に対して過剰な電流が流れることを防止することが出来るから、このリレーコイル１１からの発熱を効果的に抑止することができる。

また、同種のリレー１０においては、温度特性によるコイル抵抗値に依存せず同じ回路構成・定数で対応できるため、設計の簡素化が図れ、それに伴ない生産性が向上する。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図２を参照して説明する。本実施形態は、いわゆる負論理でリレー１０をオンさせるシステムである。尚、同一部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態はＰＮＰ型のトランジスタ３１，４１を用いてリレー駆動回路を構成したものである。また、外部スイッチ２はグランドラインＧＮＤ側に接続されている。
このような構成であっても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

＜実施形態３＞
本実施形態のリレー駆動回路は、図３に示すように、切換回路５を半導体集積回路（ＩＣ）６で構成したものである。
ＩＣ６の信号出力端子のうち、一の信号出力端子６１が抵抗素子３２に接続されており、他の信号出力端子６２が抵抗素子４３に接続されている。まず、信号出力端子６１から駆動信号を送信する。すると、トランジスタ３１がオンされることにより、このトランジスタ３１のコレクタ電流に相当する電流がリレーコイル１１に供給されることでリレースイッチ１２がオンされる。続いて、信号出力端子６２から駆動信号を送信する。これによって、トランジスタ４１がオンされて、トランジスタ４１のコレクタ電流に相当する電流がリレーコイル１１に流れる。トランジスタ４１に駆動信号を送信した後、トランジスタ３１への駆動信号の送信を停止すると、リレーコイル１１にはトランジスタ４１のコレクタ電流に相当する電流のみが流れることとなる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態において、リレーコイル１１に対して抵抗素子を並列接続したり、ダイオードを逆並列に接続するようにしてもよい。これによって、リレースイッチ１２をオフした際にリレーコイル１１に発生する逆起電力によってリレースイッチ１２が誤作動することを確実に防止することができる。
（２）上記実施形態では電流供給回路として定電流回路４により構成した例を示したが、これに限らず作動回路３により供給される電流よりも少ない電流を供給する回路であればよい。

実施形態１に係るリレー駆動回路の回路図 実施形態２に係るリレー駆動回路の回路図 実施形態３に係るリレー駆動回路の回路図 従来のリレー駆動回路を示した回路図

符号の説明

２…外部スイッチ（外部入力手段）
３…作動回路
４…定電流回路
５…切換回路
１０…リレー
１１…リレーコイル
１２…リレースイッチ

Claims (3)

1. 電源と負荷との間に接続されるリレーをオンオフ動作させるものであって、作動回路から前記リレーを構成するリレーコイルへ駆動電流を供給することで同じく前記リレーを構成するリレースイッチをオン又はオフ動作させるリレー駆動回路において、
   前記作動回路から供給される駆動電流の電流値よりも少ない電流値であって、かつ、前記リレースイッチの接点維持電流値よりも大きい電流値の電流を前記リレーコイルに供給する電流供給回路と、
   前記電流供給回路の作動と前記作動回路の動作停止とを同時的に行なうか、あるいは前記定電流回路の動作を開始し、その後に前記作動回路の動作を停止させる切換回路とを備えることを特徴とするリレー駆動回路。
2. 外部からの入力に応じて前記作動回路及び前記切換回路の駆動又は停止の制御を行なう外部入力手段を備え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. 前記切換回路は半導体集積回路で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリレー駆動回路。

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