JP2010251200A

JP2010251200A - リレー駆動回路

Info

Publication number: JP2010251200A
Application number: JP2009101182A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Kishino; 亮輔岸野; Hiroaki Tanigawa; 宏明谷川; Takuichi Takada; 拓一高田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】電力消費量の低減が可能なリレーの駆動回路を提供する。
【解決手段】励磁コイルと、励磁コイルが励磁されることで導通される接点部とを有するリレー素子と、電源と励磁コイルの一端に接続される定電圧供給回路と、励磁コイルの他端に接続される第１のスイッチング素子と、定電圧供給回路に接続される第２のスイッチング素子５と、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と接続され、第１のスイッチング素子をオン状態にする第１駆動信号および第２のスイッチング素子をオン状態にする第２駆動信号を出力する制御部とを有するリレー駆動回路であって、制御部は第１駆動信号を出力した後、予め定められた時間が経過した後に第２駆動信号を出力するための遅延部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチ等の操作により車両用の電装品への通電を許可するリレーを駆動するリレー駆動回路に関するものである。

一般に、リレー駆動回路はリレーのリレースイッチをオン・オフ制御するためのリレーコイルと、リレーコイルへの導通を制御するスイッチング素子（例えばトランジスタなど）とにより構成され、スイッチング素子をオン状態にすることでリレーコイルが励磁され、リレースイッチをオン状態にしている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３０６２９１号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、リレーコイルを励磁している間、常にリレーコイルへ電源電圧が印加され、リレーコイルに電流が流れる。その結果、リレーの駆動中にリレーコイルが発熱する。特に、車両用に用いられるリレーおよびリレー駆動回路は、雰囲気温度が高温になるエンジンルーム内などに配置されることもあるため、リレーコイルの発熱に対する対策が必要である。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、リレーの駆動中におけるリレーコイルの発熱を抑えることが可能なリレー駆動回路を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明におけるリレー駆動回路は、励磁コイルと、励磁コイルが励磁されることで導通される接点部とを有するリレーと、電源と前記リレーの励磁コイルの一端に接続される定電圧供給回路と、前記リレーの励磁コイルの他端に接続され、前記リレーの接点部をオフ状態からオン状態に切り替える感動電圧よりも高い第１の電圧を前記リレーの励磁コイルに供給する第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に接続され、前記第１のスイッチング素子をオン状態にする第１駆動信号を出力する制御部と、を有するリレー駆動回路であって、前記定電圧供給回路と前記制御部とに接続され、感動電圧よりも低く、前記リレーの接点部をオン状態に維持できる復帰電圧よりも高い第２の電圧を、前期定電圧供給回路を介して前記リレーの励磁コイルに供給する第２のスイッチング手段を有し、前記制御部は、前記第１駆動信号を出力した後、予め定められた時間を計数する遅延部を有し、予め定められた時間が経過した後に、前記第２のスイッチング素子をオン状態にする第２駆動信号を出力することを特徴とする。
このように構成することで、制御部により、まず第１のスイッチング素子をオン状態にすることでリレーコイルにリレースイッチをオン状態にさせるための励磁電圧を印加し、遅延回路により予め定められた時間ののち、第２のスイッチング素子をオン状態にさせることでリレーコイルに印加される電圧を抑えることができる。

本発明では、リレーコイルへの通電開始時にはリレーの感動電圧以上の電圧値の電圧をリレーコイルに印加して、リレースイッチを確実にオン状態にし、その後、ある程度時間が経過した後には、リレーコイルに印加される電圧の電圧値をリレースイッチをオン状態に維持できる値にまで低下させる。このため、リレースイッチがオン状態のときに、リレーコイルに流れる電流が減少するのでリレーコイルの自己発熱が低下する。

本発明の実施形態におけるリレー駆動回路の回路図である。本発明の実施形態におけるリレー駆動回路の動作を説明するためのタイムチャートである。

次に、この発明の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態におけるリレー駆動回路の構成を示す回路図である。本発明の実施形態におけるリレー駆動回路は、電源１に接続されるリレー７と、制御部９と、定電圧供給部１２と、第１のスイッチング素子８と第２のスイッチング素子５とを備える。

リレー７は、リレーコイル７ａとリレースイッチ７ｂとを有し、リレーコイル７ａの一端７ａ１は定電圧供給部１２に接続され、他端７ａ２は第１のスイッチング素子８に接続されている。また、リレースイッチ７ｂの端子７ｂ１は電源１に接続され、端子７ｂ２は負荷１０に接続されている。通常状態、すなわちリレーコイル７ａが励磁されていない状態では、リレースイッチ７ｂはオフ状態を維持している。第１の閾値電圧である感動電圧を超える電圧がリレーコイル７ａの一端７ａ１と他端７ａ２の間に印加されると、リレーコイル７ａに印加される電圧が感動電圧を超えた際に、リレースイッチ７ｂはオフ状態からオン状態に切り替わる。リレースイッチ７ｂがオン状態になると、リレースイッチ７ｂの端子７ｂ２に接続された負荷１０に電流が供給される。また、リレースイッチ７ｂのオン状態において、予め定められた第１の閾値電圧よりも低いが、第２の閾値電圧である復帰電圧を超える電圧がリレーコイル７ａに印加され続ける限り、リレースイッチ７ｂはオン状態に維持される。リレーコイル７ａに印加される電圧が復帰電圧よりも低くなると、リレースイッチ７ｂはオン状態からオフ状態に切り替わる。また、リレーコイル７ａの両端にはフライホイールダイオードとしてのダイオード６が接続されている。ダイオード６は、カソードがリレーコイル７ａの一端７ａ１に接続され、アノードがリレーコイル７ａの他端７ａ２に接続されている。

定電圧供給部１２は、電源１とリレー７とに接続され、かつ第２のスイッチング素子５に接続されている。定電圧供給部１２は、コレクタ端子が電源１に接続され、エミッタ端子がリレーコイル７ａに接続された第３のスイッチ素子３と、第３のスイッチ素子３のコレクタ・ベース間に接続された抵抗２と、カソード端子が第３のスイッチング素子３のベース端子に接続され、アノード端子が第２のスイッチング素子５に接続されたツェナーダイオード４とを備える。なお、ツェナーダイオード４の降伏電圧は、リレー７の復帰電圧よりも高く設定され、かつリレー７の感動電圧よりも低く設定されている。

制御部９は、第１のスイッチング素子８のベース端子に接続されたポート９ａ１、第２のスイッチング素子５のベース端子に接続されたポート９ａ２、動作スイッチ１９と接続されたポート９ａ３とを備え、また、遅延手段９ｂを備えている。制御部９は、動作スイッチ１９に接続されたポート９ａ３から信号が入力されるとポート９ａ１から信号を出力するとともに、遅延手段９ｂにより時間の計数を開始する。遅延手段９ｂの計数により、予め定められた時間Ｔが経過すると、制御部９はポート９ａ２から信号を出力する。第１のスイッチング素子８は、ポート９ａからベース端子に信号が入力されるとオン状態となり、第１のスイッチング素子８のコレクタ端子からエミッタ端子への電流の流れを許可する。また、第２のスイッチング素子５は、ポート９ａ２からベース端子に信号が入力されるとオン状態となり、第２のスイッチング素子５のコレクタ端子からエミッタ端子への電流の流れを許可する。すなわち制御部９は、ポート９ａ１から信号を出力することで、第１のスイッチング素子８のオン状態、オフ状態を制御し、またポート９ａ２から信号を出力することで第２のスイッチング素子５のオン状態、オフ状態を制御する。

次に、本発明の実施形態におけるリレー駆動回路の動作について説明する。図２は、本発明の実施形態におけるリレー駆動回路の動作を説明するためのタイムチャートで、（ａ）は動作スイッチ１９の状態を示す波形であり、すなわち制御部９のポート９ａ３の入力波形であり、（ｂ）はポート９ａ１の出力波形であり、（ｃ）はポート９ａ２の出力波形であり、（ｄ）は遅延手段９ｂとしてのカウンタの係数状態を示す波形であり、（ｅ）はリレーコイル７ａの両端電圧の波形であり、（ｇ）はリレー７のオン、オフ状態を示す波形である。

＜Ｔ０＞
まず、時刻Ｔ０以前で、動作スイッチ１９がオフ状態のとき、制御部９は、ポート９ａ１およびポート９ａ２から、レベルＬ（ＬＯＷ）の信号を出力する。すなわち、第１のスイッチング素子８および第２のスイッチング素子５はそれぞれオフ状態を維持する。したがって、リレーコイル７ａに電流は流れず、リレー７はオフ状態を維持する。

＜Ｔ１＞
つぎに、時刻Ｔ１において、動作スイッチ１９がオフ状態からオン状態になると、制御部９は、動作スイッチ１９の切り替わりによって、ポート９ａ３がレベルH（ＨＩＧＨ）になったことを検知し、ポート９ａ１の出力をレベルＬからレベルＨに切り替える。ポート９ａ１の出力がレベルＨになると、第１のスイッチング素子８はオン状態になり、電源１、第３のスイッチング素子３、リレーコイル７ａ、第１のスイッチング素子８を介して電流が流れ、リレーコイル７ａの両端７ａ１、７ａ２には電源電圧Ｖ１にほぼ等しい電圧が印加される。その結果、リレースイッチ７ｂがオン状態となる。このとき、リレーコイル７ａに印加される電圧Ｖ１は、リレースイッチ７ｂが確実にオン状態になる感動電圧、すなわち第1の閾値電圧よりも高く設定されている。また、制御部９は、ポート９ａ３がレベルＨになったことを検出すると、遅延手段９ｂとしてのカウンタの計数をスタートさせる。

＜Ｔ２＞
時刻Ｔ２において、遅延手段９ｂのカウンタが予め定められた値に達すると、すなわち第１のスイッチング素子８がオン状態に切り替わってから予め定められた時間が経過すると、制御部９は、ポート９ａ２の出力をレベルＬからレベルＨに切り替える。ポート９ａ２の出力がレベルＨになると、第２のスイッチング素子５がオン状態になる。第２のスイッチング素子５がオン状態になると、電源１から抵抗２、ツェナーダイオード４および第２のスイッチング素子５を介した電流路が形成され、第３のスイッチング素子３からリレーコイル７ａに供給される電圧がツェナーダイオード４の降伏電圧Ｖ２とほぼ等しい値となる。すなわち、第２のスイッチング素子５がオン状態になると、リレーコイル７ａに印加される電圧は、電源電圧Ｖ１から、ツェナーダイオード４の降伏電圧Ｖ２に低下する。その結果、リレーコイル７ａに流れる電流も低下し、リレーコイル７ａにおける消費電力が低下し、リレーコイル７ａの発熱が低下する。電圧Ｖ２は、リレー７の復帰電圧、すなわち第２の閾値電圧よりも高く設定されているため、リレーコイル７ａの発熱を抑えつつ、リレースイッチ７ｂは、オン状態に維持される。

＜Ｔ３＞
時刻Ｔ３において、動作スイッチ１９がオン状態からオフ状態になると、ポート９ａ３の状態が、レベルＨからレベルＬに切り替わり、制御部９は、ポート９ａ１およびポート９ａ２の出力をレベルＨからレベルＬに切り替える。ポート９ａ１およびポート９ａ２の出力がレベルＬになると、第１のスイッチング素子８および第２のスイッチング素子５はオフ状態になり、リレーコイル７ａに電流が流れなくなり、リレースイッチ７ｂがオフ状態となる。そして、負荷１０に流れる電流が遮断される。

上述の実施形態によれば、リレースイッチ７ｂをオフ状態からオン状態に切り替えるときは、リレーコイル７ａに感動電圧よりも高い電圧Ｖ１を印加し、リレースイッチ７ｂを確実にオン状態に切り替える。さらに、リレーコイル７ａに電圧Ｖ１が印加されてから遅延手段９ｂによる一定の時間後には、ツェナーダイオード４および第２のスイッチング素子５をオン状態にし、リレーコイル７ａに印加される電圧を電圧Ｖ１よりも低くかつ復帰電圧よりも高い電圧Ｖ２に低下する。そして、リレースイッチ７ｂのオン状態を確実に維持し続ける。したがって、リレースイッチ７ｂがオン状態に維持されたまま、リレーコイル７ａによって消費される電力は低減し、リレーコイル７ａが発生する熱も低減する。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、上述の実施形態においては、動作スイッチ１９がレベルＨからレベルＬに切り替わると、ポート９ａ１およびポート９ａ２の出力をレベルＬに切り替えるとしたが、ポート９ａ１およびポート９ａ２の出力を切り替えるタイミングは同時に限らず、例えばポート９ａ１の出力をレベルＬに切り替えた後に一定の時間を経過させてからポート９ａ２の出力をレベルＬに切り替えても良い。

１電源
２抵抗素子
３第１のトランジスタ
４ツェナーダイオード
５第２のトランジスタ
６ダイオード
７リレー
７ａリレーコイル
７ｂリレースイッチ
８第３のトランジスタ
９制御回路
９ａ１、９ａ２、９ａ３ポート
１０負荷
１２定電圧回路部
１９動作スイッチ

Claims

励磁コイルと、励磁コイルが励磁されることで導通される接点部とを有するリレーと、
電源と前記リレーの励磁コイルの一端に接続される定電圧供給回路と、
前記リレーの励磁コイルの他端に接続され、前記リレーの接点部をオフ状態からオン状態に切り替える感動電圧よりも高い第１の電圧を前記リレーの励磁コイルに供給する第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子に接続され、前記第１のスイッチング素子をオン状態にする第１駆動信号を出力する制御部と、
を有するリレー駆動回路であって、
前記定電圧供給回路と前記制御部とに接続され、感動電圧よりも低く、前記リレーの接点部をオン状態に維持できる復帰電圧よりも高い第２の電圧を、前期定電圧供給回路を介して前記リレーの励磁コイルに供給する第２のスイッチング手段を有し、
前記制御部は、前記第１駆動信号を出力した後、予め定められた時間を係数する遅延部を有し、予め定められた時間が経過した後に、前記第２のスイッチング素子をオン状態にする第２駆動信号を出力することを特徴とするリレー駆動回路。