JP2011003293A - ハイブリッドリレー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外部電源から供給される電圧を一定に保持させることにより、その動作を安定化させたハイブリッドリレーを提案することを目的とする。
【解決手段】ハイブリッドリレー１は、入力端子１７，１８を通じて、外部電源４から供給される直流電圧又は交流電圧が、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣで整流されて直流電圧に変換されて、定電圧電源回路１９の入力側に印加される。この定電圧電源回路１９から出力される定電圧が、磁気コイルＬ１〜Ｌ３及び発光ダイオードＬＤのそれぞれに対して印加されるため、磁気コイルＬ１〜Ｌ３及び発光ダイオードＬＤそれぞれに対して、その駆動電流が安定して供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えたハイブリッドリレーに関するもので、特に、機械式接点スイッチ及び半導体スイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路に直流電源が投入されるハイブリッドリレーに関する。

従来より、照明器具などといった、インバータ制御を行うインバータ回路を備えた負荷への電力の供給と遮断とを切り換えるために、並列に接続された機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えるハイブリッドリレーが使用される。そして、インバータ回路を備えた負荷は、交流電圧を直流電圧に変換するために大容量の平滑コンデンサが付設されており、交流電源から負荷への電源投入時には、この平滑コンデンサに大電流が流れ込むため、負荷への突入電流が発生する。特に、電源電圧が高く、高負荷とされる状況下では、負荷に流れ込む突入電流が大きくなるため、負荷と交流電源との間に接続されるハイブリッドリレーにおいても、この突入電流に基づく大電流が流れることとなる。

そのため、このような負荷と接続されるハイブリッドリレーにおいては、まず、半導体スイッチのみをＯＮ（閉）として、突入電流を半導体スイッチに流した後、負荷に供給される電流が定常状態となったときに、機械式接点スイッチをＯＮ（閉）とする（特許文献１参照）。このように動作させることによって、ハイブリッドリレー内の機械式接点スイッチに大電流が流れることが抑制できるため、接点対の接触直前におけるアークの発生による接点溶着を回避できる。このように、ハイブリッドリレーは、機械式接点スイッチにおける接点溶着を防止するために半導体スイッチを備えた構造とし、機械式接点スイッチの寿命を長くすることができる。

又、この特許文献１の回路構成において、半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせる発光ダイオード、及び、機械式接点スイッチＯＮ／ＯＦＦさせるコイルそれぞれへの電流の投入／遮断を制御するためのスイッチが設けられている。即ち、このスイッチがＯＮとなることで、発光ダイオード及びコイルに電流が投入されて、半導体スイッチ及び機械式接点スイッチのそれぞれがＯＮとなる一方で、スイッチがＯＦＦとなることで、発光ダイオード及びコイルに電流が遮断されて、半導体スイッチ及び機械式接点スイッチのそれぞれがＯＦＦとなる。

更に、このようなスイッチの代わりに、演算処理回路によって構成される制御部を備えたハイブリッドリレーが提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２のハイブリッドリレーは、発光ダイオード及びコイルそれぞれへの電流の投入／遮断のタイミングを制御部が制御することで、半導体スイッチ及び機械式接点スイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御する。このタイミング制御によって、機械式接点スイッチの接点バウンスによるアークの発生を防いで、機械式接点スイッチにおける接点溶着を防止する。

特開平１１−２３８４４１号公報 特開２００８−１２３７１９号公報

特許文献１及び特許文献２のような構成のハイブリッドリレーそれぞれにおいて、半導体スイッチ及び機械式接点スイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う発光ダイオード及びコイルそれぞれには、外部電源による直流電圧が供給される。そのため、発光ダイオード及びコイルへの供給される電圧値は、外部電源からの電圧値に依存する。よって、外部電源から安定した電圧が供給されない場合、発光ダイオード及びコイルのそれぞれによる半導体スイッチ及び機械式接点スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作が不安定となる。即ち、外部電源からの電圧が低くなった場合、発光ダイオード及びコイルに必要な電流が流れないため、半導体スイッチ及び機械式接点スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作が不安定なものとなってしまう。このように、外部電源から供給される電圧のバラツキにより、ハイブリッドリレー内の動作電圧にバラツキが生じ、結果、ハイブリッドリレーが、所望するタイミングで動作できない場合がある。

このような問題を鑑みて、本発明は、外部電源から供給される電圧を一定に保持させることにより、その動作を安定化させたハイブリッドリレーを提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のハイブリッドリレーは、第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、光信号の送受を行う第２駆動部によりスイッチング素子の導通／非導通が制御される半導体スイッチと、前記第１及び第２駆動部の動作を制御する信号処理部と、を備え、第１電源より負荷に供給する給電路上で、前記第１機械式接点スイッチの接点と前記半導体スイッチのスイッチング素子とが直列に接続されるハイブリッドリレーであって、外部の第２電源から供給される電圧を安定した直流電圧に変換して、少なくとも前記第１及び第２駆動部に供給する定電圧電源部を、更に備えることを特徴とする。

このような構成のハイブリッドリレーにおいて、前記第１駆動部とは別体の第３駆動部により接点が開閉される該第２機械式接点スイッチを更に備え、前記給電路上で、前記第２機械式接点スイッチの接点部と前記半導体スイッチのスイッチング素子とによる直列回路が前記第１機械式接点スイッチの接点部と並列に接続されるとともに、前記定電圧電源部が、前記第３駆動部にも直流電圧を供給するものであってもよい。

そして、これらのハイブリッドリレーにおいて、前記信号処理部は、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧値に応じて、前記第１機械式接点スイッチの接点部の開閉切換を行う際の前記第１駆動部を駆動させる時間を制御するものとしてもよい。このとき、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧をデジタル信号に変換して前記信号処理部に与えるアナログデジタル変換部を備えるものとしてもよい。

又、前記定電圧電源部への入力電圧を昇圧する昇圧部を備え、前記信号処理部は、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧値に応じて、前記昇圧部における昇圧率を制御するものとしてもよい。このとき、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧をデジタル信号に変換して前記信号処理部に与えるアナログデジタル変換部を備えるものとしてもよい。

上述のハイブリッドリレーにおいて、前記信号処理部は、前記駆動部のそれぞれを動作させるときにのみ前記定電圧電源部を動作させるものとしてもよい。

又、前記定電圧電源部が、外部の第２電源から供給される電圧より得られる直流電圧が一端に印加される第１及び第２抵抗と、該第１抵抗の他端に第１電極が接続されるとともに、第２電極が接地されたツェナーダイオードと、該ツェナーダイオードの第１電極に制御電極が接続されるとともに、前記第２抵抗の他端に第１電極が接続されたトランジスタと、を有し、前記トランジスタの第２電極に現れる電圧が出力電圧となるものとしてもよい。

更に、前記定電圧電源部が、前記ツェナーダイオードの第２電極と接地電位との間に接続される第１スイッチング素子と、前記第１及び第２抵抗それぞれの接続ノードに第１電極が接続されるとともに、前記トランジスタの第２電極に第２電極が接続されたＰチャネルのＭＯＳトランジスタと、を更に有し、前記信号処理部が、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧が低下したとき、前記第１スイッチング素子をＯＦＦとするとともに、前記ＭＯＳトランジスタをＯＮとするものとしてもよい。

本発明によると、定電圧電源部を備えることによって、給電路における電源投入及び遮断を制御するための駆動部に供給する直流電圧を安定化させることができ、安定して、給電路における電源投入及び遮断の制御することができる。そして、駆動部へ供給する直流電圧の安定化に基づいて、給電路における電源投入及び遮断を実行する際の制御時間のバラツキを抑制することができる。

は、本発明の第１の実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、図１に示すハイブリッドリレーにおける定電圧電源回路の構成を示す回路図である。 は、本発明の第２の実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第２の実施形態の別構成となるハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第３の実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、図５に示すハイブリッドリレーにおける昇圧回路の構成を示す回路図である。 は、本発明の第３の実施形態の別構成となるハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、本発明の第４の実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、図８に示すハイブリッドリレーにおける定電圧電源回路の構成を示す回路図である。 は、本発明の第５の実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。 は、図１０に示すハイブリッドリレーにおける定電圧電源回路の構成を示す回路図である。 は、本発明の第５の実施形態の別構成となるハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。

＜第１の実施形態＞
本発明における第１の実施形態となるハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。

１．ハイブリッドリレーの構成
図１に示すように、本実施形態のハイブリッドリレー１は、直列に接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端に接続されることで、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。即ち、交流電源２から負荷３への電源の投入及び遮断が、ハイブリッドリレー１のＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）によって決定される。そして、交流電源２は、例えば、１００Ｖの商用電源などとされ、負荷３は、例えば、蛍光灯や白熱球を含む照明器具又は換気扇などとされる。更に、このハイブリッドリレー１は、直流電圧又は交流電圧を供給する外部電源４と接続されて、ハイブリッドリレー１のＯＮ／ＯＦＦを制御する駆動部への電力供給がなされる。

ハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続される端子１０と、負荷３の他端に接続される端子１１と、端子１０，１１に両端が接続される接点部Ｓ１を有する第１機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ２を有する第２機械式接点スイッチ１３と、接点部Ｓ２の他端にＴ１電極が接続されるとともに端子１１にＴ２電極が接続されたトライアックＳ３を有する半導体スイッチ１４と、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３と半導体スイッチ１４のそれぞれのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御を行う信号処理回路１６と、外部電源４と接続される端子１７，１８と、端子１７，１８から供給される電圧を整流して直流電圧に変換するダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣと、ダイオードブリッジＤＢからの直流電圧を安定化させて定電圧となる直流電圧を出力する定電圧電源回路１９と、を備える。

このハイブリッドリレー１の回路構成の詳細について、更に説明する。ハイブリッドリレー１は、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２と半導体スイッチ１４のトライアックＳ３とによって構成される直列回路と、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１とが、端子１０，１１間で並列に接続される。第１機械式接点スイッチ１２は、ラッチング型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ１をＯＮ（閉）に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ１と、接点部Ｓ１をＯＦＦ（開）に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ２と、を備える。この磁気コイルＬ１，Ｌ２が、第１機械式接点スイッチ１２の第１駆動部を構成する。一方、第２機械式接点スイッチ１３は、常時励磁型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ２をＯＮ（閉）で保持するための電磁力を発生する磁気コイルＬ３を備える。即ち、磁気コイルＬ１，Ｌ２が、第１機械式接点スイッチ１２の第１駆動部を構成し、磁気コイルＬ３が、第２機械式接点スイッチ１３の第３駆動部を構成する。

そして、第１機械式接点スイッチ１２において、磁気コイルＬ１，Ｌ２の一端同士が接続され、この磁気コイルＬ１，Ｌ２の接続ノードには、定電圧電源回路１９から出力される定電圧となる直流電圧が印加されるとともに、ダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのカソード電極に接続される。そして、磁気コイルＬ１の他端に、ダイオードＤ１のアノード電極が接続される一方で、磁気コイルＬ２の他端に、ダイオードＤ２のアノード電極が接続される。又、磁気コイルＬ１，Ｌ２それぞれの他端には、エミッタが接地されたｎｐｎ型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２それぞれのコレクタが接続される。一方、第２機械式接点スイッチ１３は、１つの磁気コイルＬ３と、磁気コイルＬ３と並列に接続されたダイオードＤ３とによって構成される。そして、磁気コイルＬ３の一端とダイオードＤ３のカソード電極とによる接続ノードに、定電圧電源回路１９から出力される定電圧となる直流電圧が印加される。又、磁気コイルＬ３の他端とダイオードＤ３のアノード電極とによる接続ノードが、エミッタが接地されたｎｐｎ型のトランジスタＴｒ３のコレクタに接続される。

又、半導体スイッチ１４は、トライアックＳ３と、トライアックＳ３のＴ２電極とゲート電極との間に並列に接続された抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１と、トライアックＳ３のＴ１電極に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端にＴ１電極が接続されたフォトトライアックＳ４を備えたフォトトライアックカプラ１５とによって構成される。フォトトライアックカプラ１５は、一端が定電圧電源回路１９の出力側に接続された抵抗Ｒ３を介してアノード電極が接続された発光ダイオードＬＤを更に備え、Ｔ２電極がトライアックＳ３のゲート電極に接続されたフォトトライアックＳ４に、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光される構造となる。発光ダイオードＬＤのカソード電極は、エミッタが接地されたｎｐｎ型のトランジスタＴｒ４のコレクタに接続される。そして、このフォトトライアックカプラ１５の発光ダイオードＬＤが、半導体スイッチ１４の第２駆動部として構成される。

更に、フォトトライアックＳ４は、ゼロクロス機能を備えたスイッチング素子であり、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光されたとき、Ｔ２電極側に交流電源２による交流電圧の中心電圧（基準電圧）を検出して初めて導通（ＯＮ）する。又、上述のような構成において、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のそれぞれは、ベースに信号処理回路１６からの信号が入力されるスイッチング素子である。よって、この接合型トランジスタとなるトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ４の代わりに、信号処理回路１６からの信号がゲートに入力されるＭＯＳ型トランジスタが設置されるものとしてもよい。

このように、本実施形態のハイブリッドリレー１は、入力端子１７，１８を通じて、外部電源４から供給される直流電圧又は交流電圧が、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣで整流されて直流電圧に変換されて、定電圧電源回路１９の入力側に印加される。このとき、４つのダイオードが直列に接続されて構成されるダイオードブリッジＤＢは、その接続ノードａ，ｃに入力端子１７，１８が接続されるとともに、接続ノードｄが接地され、その接続ノードｂが、一端が接地されたコンデンサＣの他端に接続される。尚、外部電源４から直流電圧が供給される場合は、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣを省略しても良い。

定電圧電源回路１９は、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣを介して供給される直流電圧を安定化させて、その出力側から定電圧となる直流電圧を出力する。よって、外部電源４からの電圧の値に変動が生じた場合であっても、磁気コイルＬ１〜Ｌ３及び発光ダイオードＬＤのそれぞれに対して、定電圧電源回路１９から一定の定電圧で安定した直流電圧が供給される。そのため、磁気コイルＬ１〜Ｌ３及び発光ダイオードＬＤそれぞれに対して、その駆動電流が安定して供給されるため、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれのＯＮ／ＯＦＦタイミングのバラツキが抑制される。

２．ハイブリッドリレーによる電源投入
上述のように構成されるハイブリッドリレー１における、交流電源２から負荷３への電源投入を行うときの動作について、以下に説明する。信号処理回路１６に電源投入が指示されると、信号処理回路１６がトランジスタＴｒ３をＯＮとすることで、磁気コイルＬ３に対して駆動電流を供給させる。よって、磁気コイルＬ３により電磁吸引力が発生し、この磁気コイルＬ３と共に第２機械式接点スイッチ１３を構成する接点部Ｓ２がＯＮとなる。尚、磁気コイルＬ３と並列に接続されたダイオードＤ３は、磁気コイルＬ３を流れる電流が逆流することを防止するための逆流防止ダイオードとして機能する。

第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮとされると、信号処理回路１６は、次に、トランジスタＴｒ４をＯＮとすることで、発光ダイオードＬＤに駆動電流を供給させる。これにより、フォトトライアックカプラ１５では、発光ダイオードＬＤが発光して、その発光による光信号をフォトトライアックＳ４が受光する。このとき、フォトトライアックＳ４は、ゼロクロス機能を備えるため、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったことを検出したときに、フォトトライアックＳ４が導通状態（ＯＮ）となる。このフォトトライアックＳ４の導通により、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路に対して、交流電源２からの交流電流が、抵抗Ｒ２及びフォトトライアックＳ４を介して流れる。これにより、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路が動作して、トライアックＳ３のゲート電極に電流を供給し、トライアックＳ３が導通状態（ＯＮ）となる。よって、負荷３が、ハイブリッドリレー１内の第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介して、交流電源２と電気的に接続されるため、負荷３には、交流電源２による電源が投入される。

このようにして、半導体スイッチ１４内のトライアックＳ３をＯＮとし、交流電源２からの電源が負荷３へ投入された後、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ１のベースにパルス信号を与えて、トランジスタＴｒ１をＯＮとする。これにより、磁気コイルＬ１には、パルス電流による駆動電流が供給される。このとき、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ１が、磁気コイルＬ１へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能する。そして、磁気コイルＬ１にパルス電流が流れて、一時的に電磁吸引力が働き、第１機械式接点スイッチ１２における接点部Ｓ１がＯＮとなる。尚、第１機械式接点スイッチ１２はラッチング型であるため、磁気コイルＬ１への電流供給がなくなった後も、接点部Ｓ１がＯＮのままで保持される。

この第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１を介した交流電源２による負荷３への電力供給が開始されると、半導体スイッチ１４における給電路を遮断するために、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ４をＯＦＦとして、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止させる。よって、発光ダイオードＬＤの発光動作が停止し、フォトトライアックＳ４への光信号の照射が停止されるため、フォトトライアックＳ４は、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったときに動作を停止し、非導通状態（ＯＦＦ）となる。そして、フォトトライアックＳ４がＯＦＦとなると、トライアックＳ３のゲート電極へ電流供給がなくなるため、トライアックＳ３が非導通状態となり、半導体スイッチ１４がＯＦＦとなる。この半導体スイッチ１４がＯＦＦとなった後、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ３をＯＦＦとして、第２機械式接点スイッチ１３の磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止させて、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２をＯＦＦとする。

３．ハイブリッドリレーによる電源遮断
一方、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＮであり、交流電源２より負荷３へ電力供給がなされているときに、信号処理回路１６に対して、負荷３への電源の遮断が指示されるとき、電源投入時と同様、信号処理回路１６は、まず、トランジスタＴｒ３をＯＮとする。これにより、磁気コイルＬ３に駆動電流が供給されて、第２機械式接点スイッチ１３における接点部Ｓ２がＯＮとなる。その後、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ４をＯＮとして、発光ダイオードＬＤに駆動電流を供給させる。この発光ダイオードＬＤが発光して光信号をフォトトライアックＳ４に照射するため、フォトトライアックＳ４が、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったときに導通し、トライアックＳ３が導通して、半導体スイッチ１４がＯＮとなる。

これにより、交流電源２から負荷３への給電路として、第１機械式接点スイッチ１２を介した給電路と、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介した給電路とが、ハイブリッドリレー１内に形成される。その後、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ２のベースにパルス信号を与えて、トランジスタＴｒ２をＯＮとする。これにより、駆動電流となるパルス電流が磁気コイルＬ２に供給されることで、磁気コイルＬ２が一時的に励磁して、接点部Ｓ１をＯＦＦに切り換える。又、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ２が磁気コイルＬ２へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能する。

このようにして、第１機械式接点スイッチ１２における接点部Ｓ１がＯＦＦとなると、まず、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ４をＯＦＦとして、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止させる。これにより、フォトトライアックＳ４に対する発光ダイオードＬＤからの光信号の照射がなくなるため、交流電源２からの交流電圧が中心電圧（基準電圧）となったときに、フォトトライアックＳ４がＯＦＦとなる。このフォトトライアックＳ４の非導通に連動して、トライアックＳ３が非導通となるため、半導体スイッチ１４がＯＦＦとなり、交流電源２から負荷３への給電路が遮断されて、交流電源２による負荷３への電力供給が停止される。その後、信号処理回路１６は、トランジスタＴｒ３をＯＦＦとして、磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止させる。即ち、半導体スイッチ１４がＯＦＦとなった後に、磁気コイルＬ３による励磁が停止されて接点部Ｓ２の接点を開くことで、第２機械式接点スイッチ１３をＯＦＦとする。

４．定電圧電源回路の構成例
本実施形態のハイブリッドリレー１における定電圧電源回路１９の構成について、図２を参照して以下に説明する。図２に示すように、定電圧電源回路１９は、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣで整流された直流電圧が一端に印加される抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、抵抗Ｒ１１の他端にカソードが接続されるとともにアノードが接地されたツェナーダイオードＤ１１と、抵抗Ｒ１２の他端にエミッタが接続されるとともにツェナーダイオードＤ１１のカソードにベースが接続されるｎｐｎ型のトランジスタＴｒ１１と、を備える。

そして、定電圧電源回路１９は、トランジスタＴｒ１１のコレクタからの電圧を、定電圧となる出力電圧として、コイルＬ１〜Ｌ３、及び発光ダイオードＬＤのそれぞれに供給する。即ち、低電圧電源回路１９は、ツェナーダイオードＤ１１のカソードに一定となる電圧が発生し、このツェナーダイオードＤ１１のカソード電圧から、トランジスタＴｒ１１のコレクタ・ベース間電圧分だけ降圧した電圧が、出力電圧として後段の回路に出力される。

＜第２の実施形態＞
本発明における第２の実施形態となるハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。尚、図３のハイブリッドリレーにおいて、図１のハイブリッドリレーにおける構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のハイブリッドリレー１ａは、図３に示すように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１（図１参照）の構成に対して、定電圧電源回路１９から出力電圧値をデジタル値に変換して信号処理回路１６に入力するアナログデジタル変換回路（ＡＤ変換回路）２０を追加した構成となる。このように構成することで、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号を受けることで、定電圧電源回路１９からの出力電圧の値を検出できる。そして、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０から受けたデジタル信号により検出した定電圧電源回路１９からの出力電圧の値に応じて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４それぞれのＯＮ／ＯＦＦタイミングを決定する。その他の構成については、第１の実施形態におけるハイブリッドリレー１と同様であるため、その詳細な説明については省略する。

時分割多重伝送方式による信号を送受する伝送制御ユニットが、外部電源４として構成する場合、ハイブリッドリレー１ａは、この伝送制御ユニットからの信号が重畳した電圧信号を入力端子１７，１８で受ける。そのため、この外部電源４からの電圧信号に重畳された信号の状態によっては、入力端子１７，１８間の電圧が低くなる場合がある。このとき、ダイオードブリッジＤＢを介して定電圧電源回路１９に入力される電圧値が低くなるため、定電圧電源回路１９から出力される電圧値が、要求される定電圧値に比べて低くなってしまう。この定電圧電源回路１９からの出力電圧値が、ＡＤ変換回路２０でデジタル信号に変換されて、信号処理回路１６に与えられることで、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部に供給する電圧が低くなったことを、信号処理回路１６が認識する。

そして、信号処理回路１６は、電源投入及び電源遮断が指示されたときに、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号により、定電圧電源回路１９からの出力電圧が低下していることを確認すると、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４それぞれをＯＮとする期間を、定電圧電源回路１９からの出力電圧が定電圧値を維持している場合に比べて長くなるように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のＯＮ／ＯＦＦの切換タイミングを決定する。即ち、電源投入が指示されているときに、定電圧電源回路１９からの出力電圧が低下した場合、トランジスタＴｒ１に与えるパルス信号のパルス幅を長くすることで、トランジスタＴｒ１をＯＮとする期間を長く設定する。このとき、トランジスタＴｒ１をＯＮに切り換える前に、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を順番にＯＮとするとともに、トランジスタＴｒをＯＦＦに切り換えた後に、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を順番にＯＦＦとするため、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４それぞれについても、そのＯＮとする期間を長く設定する。一方、電源遮断が指示されているときに、定電圧電源回路１９からの出力電圧が低下した場合は、トランジスタＴｒ２〜Ｔｒ４それぞれについて、そのＯＮとする期間を長く設定する。

このように、本実施形態のハイブリッドリレー１ａは、外部電源４から供給される電圧が低下して定電圧電源回路１９からの出力電圧が低下した場合に、磁気コイルＬ１〜Ｌ３及び発光ダイオードＬＤそれぞれに駆動電流を流す時間を長く調整できるため、接点部Ｓ１，Ｓ２及びトライアックＳ３のＯＮ／ＯＦＦ切換を確実に実行できる。又、本実施形態において、図３に示すように、定電圧電源回路１９からの出力電圧をＡＤ変換回路２０によってデジタル信号に変換して信号処理回路１６に与える構成としたが、図４に示すように、ダイオードブリッジＤＢを通じて入力される定電圧電源回路１９への入力電圧をＡＤ変換回路２０ａによってデジタル信号に変換して信号処理回路１６に与える構成としてもよい。この場合、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０ａからのデジタル信号により、外部電源４から供給される電圧が低下したことを、直接確認することができる。そして、信号処理回路１６は、この定電圧電源回路１９の入力電圧の低下により、定電圧電源回路１９の出力電圧の低下を推定して、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４それぞれのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整できる。

＜第３の実施形態＞
本発明における第３の実施形態となるハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。尚、図５のハイブリッドリレーにおいて、図３のハイブリッドリレーにおける構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のハイブリッドリレー１ｂは、図５に示すように、第２の実施形態のハイブリッドリレー１ａ（図３参照）の構成に対して、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣで整流された直流電圧を昇圧する昇圧回路２１を追加した構成となる。即ち、本実施形態のハイブリッドリレー１ｂは、第２の実施形態のハイブリッドリレー１ａと同様、信号処理回路１６において、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号を受けて、定電圧電源回路１９の出力電圧を確認する。そして、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号に基づいて、昇圧回路２１の動作を制御して、昇圧回路２１から定電圧電源回路１９へ入力する電圧を調整する。その他の構成については、第２の実施形態におけるハイブリッドリレー１ａと同様であるため、その詳細な説明については省略する。

このように構成されるハイブリッドリレー１ｂは、外部電源４から供給される入力電圧が低下したとき、信号処理回路１６において、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号に基づいて、定電圧電源回路１９の出力電圧の低下を確認する。そして、信号処理回路１９は、昇圧回路２１に対して、定電圧電源回路１９への入力電圧を高くするための制御信号を与える。これにより、昇圧回路２１は、信号処理回路１９からの制御信号を受けて、その昇圧率を高くして、定電圧電源回路１９の入力電圧を高くする。この昇圧回路２１の動作によって、定電圧電源回路１９の出力電圧が、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部に十分な駆動電流を与えることができる電圧に維持される。

１．昇圧回路の構成例
昇圧回路２１は、図６に示すように、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣで整流された直流電圧が一端に印加されるコイルＬ２１と、コイルＬ２１の他端にドレインが接続されるとともにソースが接地されるＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴｒ２１と、トランジスタＴｒ２のドレインにアノードが接続されるダイオードＤ２１と、ダイオードＤ２１のカソードに一端が接続されるとともに他端が接地されるコンデンサＣ２１と、トランジスタＴｒ２１のゲート・ソース間に接続される抵抗Ｒ２１と、を備えた、昇圧型スイッチングレギュレータによって構成する。

このように構成される昇圧回路２１は、信号処理回路１６からのパルス信号がトランジスタＴｒ２１のゲートに入力される。この信号処理回路１６からのパルス信号により、トランジスタＴｒ２１がＯＮ／ＯＦＦを繰り返して、ダイオードＤ２１のカソード側に、コイルＬ２１に印加される直流電圧を昇圧した電圧が表れる。このとき、トランジスタＴｒ２１のＯＮ期間（ＯＮデューティ）を長くすることによって、ダイオードＤ２１のカソード側に表れる出力電圧を高くできる。よって、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号より、定電圧電源回路１９からの出力電圧が低くなったことを検知すると、昇圧回路２１におけるトランジスタＴｒ２１のゲートに入力するパルス信号のデューティ比を変更し、トランジスタＴｒ２１のＯＮ期間を長くする。このようにすることで、定電圧電源回路１９からの出力電圧が低下したとき、昇圧回路２１から出力される直流電圧を高くして、定電圧電源回路１９の出力電圧を定電圧に維持できる。

尚、本実施形態において、図５に示すように、定電圧電源回路１９からの出力電圧をＡＤ変換回路２０によってデジタル信号に変換して信号処理回路１６に与える構成としたが、図７に示すように、昇圧回路２１から入力される定電圧電源回路１９への入力電圧をＡＤ変換回路２０ａによってデジタル信号に変換して信号処理回路１６に与える構成としてもよい。この場合、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０ａからのデジタル信号により、昇圧回路２１から定電圧電源回路１９への入力電圧を確認して、昇圧回路２１による昇圧率を調整できる。

＜第４の実施形態＞
本発明における第４の実施形態となるハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図８は、本実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。尚、図８のハイブリッドリレーにおいて、図１のハイブリッドリレーにおける構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のハイブリッドリレー１ｃは、図８に示すように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１（図１参照）の構成に対して、定電圧電源回路１９の代わりに、信号処理回路１６からの制御信号を受けてＯＮ／ＯＦＦが切り替わる定電圧電源回路１９ａを備えた構成となる。このように構成することで、信号処理回路１６がトランジスタＴｒ１〜Ｔ４それぞれをＯＮとし、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部に駆動電流を与えるときにのみ、定電圧電源回路１９ａをＯＮとして、定電圧電源回路１９ａでの電流消費を抑制できる。その他の構成については、第１の実施形態におけるハイブリッドリレー１と同様であるため、その詳細な説明については省略する。

ハイブリッドリレー１ｃは、電源投入又は電源遮断のために、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１の開閉を切り換えるときに、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部に駆動電流を与える。よって、信号処理部１６は、電源投入又は電源遮断の指令が与えられると、定電圧電源回路１９ａに制御信号を与えることで、定電圧電源回路１９ａをＯＮとする。そして、トランジスタＴｒ３をＯＮとして、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２を閉じた後、トランジスタＴｒ４をＯＮとして、半導体スイッチ１４のトライアックＳ３をＯＮとする。その後、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のいずれかのベースにパルス信号を与えて、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ２の開閉を切り換えて、電源投入又は電源遮断を実行する。

このようにして、電源投入又は電源遮断が実行されると、トランジスタＴｒ４をＯＦＦとして、半導体スイッチ１４のトライアックＳ３をＯＦＦとした後、トランジスタＴｒ３をＯＦＦとして、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２を開く。その後、信号処理部１６は、定電圧電源回路１９ａに制御信号を与えることで、定電圧電源回路１９ａをＯＦＦとして、外部付加４から定電圧電源回路１９ａへの電力供給を遮断する。

１．定電圧電源回路の構成例
本実施形態のハイブリッドリレー１における定電圧電源回路１９ａの構成について、図９を参照して以下に説明する。尚、図９に示す構成において、図２に示す定電圧電源回路１９と同一の目的で使用する部分や素子については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。図９に示すように、定電圧電源回路１９ａは、定電圧電源回路１９（図２）と同様、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、ツェナーダイオードＤ１１と、トランジスタＴｒ１１と、を備えた構成とした上で、トランジスタＴｒ１１のエミッタにドレインが接続されるとともにソースが接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴｒ３１と、トランジスタＴｒ３１のゲート・ソース間に接続される抵抗Ｒ３１と、を更に備える。

このように構成される定電圧電源回路１９ａは、トランジスタＴｒ３１のゲートには、信号処理回路１６からの制御信号が入力されるため、このトランジスタＴｒ３１のＯＮ／ＯＦＦが信号処理回路１６によって制御されることで、定電圧電源回路１９ａのＯＮ／ＯＦＦ制御が成される。これにより、上述のように、電源投入又は電源遮断を実行するときにのみ、トランジスタＴｒ３１をＯＮとして、定電圧電源回路１９ａをＯＮとし、定電圧電源回路１９ａの後段の回路に出力電圧を供給することができる。即ち、図２に示す構成の定電圧電源回路１９の場合、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部に電力供給が不要な場合においても、常に、ツェナーダイオードＤ１１及び抵抗Ｒ１１に電流が流れるが、本実施形態の定電圧電源回路１９ａでは、このような不要な電流消費を抑制できる。

＜第５の実施形態＞
本発明における第５の実施形態となるハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態のハイブリッドリレーの内部構成を示す概略回路図である。尚、図１０のハイブリッドリレーにおいて、図８のハイブリッドリレーにおける構成と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のハイブリッドリレー１ｄは、図８に示すように、第４の実施形態のハイブリッドリレー１ｃ（図１参照）の構成に対して、信号処理回路１６によりＯＮ／ＯＦＦ制御される定電圧電源回路１９ｂと、ＡＤ変換回路２０とを更に追加した構成となる。このように構成することで、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０によって、定電圧電源回路１９ａ，１９ｂのいずれかからの出力電圧を検知し、その出力電圧が定電圧で維持される場合は、定電圧電源回路１９ａをＯＮとする一方で、その出力電圧が低下したときは、定電圧電源回路１９ｂをＯＮとする。このとき、定電圧電源回路１９ｂは、定電圧電源回路１９ａに比べて、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣによって整流された入力電圧に対して、その出力電圧の電圧降下が小さい。その他の構成については、第４の実施形態におけるハイブリッドリレー１ｃと同様であるため、その詳細な説明については省略する。

１．定電圧電源回路の構成例
上述のように動作するハイブリッドリレー１ｄにおける定電圧電源回路１９ａ，１９ｂの構成を、図１１を参照して以下に説明する。図１１に示すように、定電圧電源回路１９ａは、第４の実施形態（図９参照）と同様、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ３１と、ツェナーダイオードＤ１１と、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ３１と、を備えた構成となる。一方、定電圧電源回路１９ｂは、図１１に示すように、ダイオードブリッジＤＢ及びコンデンサＣによって整流された直流電圧がソースに印加されるＰチャネルのＭＯＳトランジスタＴｒ４１と、トランジスタＴｒ４１のゲート・ソース間に接続される抵抗Ｒ４１と、トランジスタＴｒ４１のゲートにドレインが接続するとともにソースが接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴｒ４２と、トランジスタＴｒ４２のゲート・ソース間に接続された抵抗Ｒ４２とによって構成される。そして、信号処理回路１６からの制御信号がトランジスタＴｒ４２のゲートに入力されるとともに、トランジスタＴｒ４１のドレインに表れる電圧が、定電圧電源回路１９ｂの出力電圧となる。

このように、定電圧電源回路１９ａ，１９ｂが構成されるとき、定電圧電源回路１９ａにおけるトランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間電圧による電圧降下に比べて、定電圧電源回路１９ｂにおけるトランジスタＴｒ４のソース・ドレイン間電圧による電圧降下の方が小さい。よって、信号処理回路１６は、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号により、定電圧電源回路１９ａの出力電圧が低下したことが確認されたとき、トランジスタＴｒ３１をＯＦＦとして、定電圧電源回路１９ａをＯＦＦとすると同時に、トランジスタＴｒ４１をＯＮとして、定電圧電源回路１９ｂをＯＮとする。逆に、信号処理回路１６は、定電圧電源回路１９ｂの出力電圧が高くなったことを、ＡＤ変換回路２０からのデジタル信号より確認したときは、トランジスタＴｒ３１をＯＮとして、定電圧電源回路１９ａをＯＮとすると同時に、トランジスタＴｒ４１をＯＦＦとして、定電圧電源回路１９ｂをＯＦＦとする。

尚、本実施形態において、第４の実施形態と同様、第１及び第２機械式接点スイッチ１２，１３及び半導体スイッチ１４それぞれの駆動部を動作させる必要がないときは、トランジスタＴｒ３１，Ｔｒ４１の両方をＯＦＦとして、定電圧電源回路１９ａ，１９ｂを共にＯＦＦとすることで、その消費電力を低減できる。又、本実施形態において、図１２に示すように、ダイオードブリッジＤＢを通じて入力される定電圧電源回路１９ａ，１９ｂへの入力電圧をＡＤ変換回路２０ａによってデジタル信号に変換して信号処理回路１６に与える構成としてもよい。

又、上述の各実施形態において、第２機械式接点スイッチ１３を備えたハイブリッドリレーとしたが、第２機械式接点スイッチ１３を省いた構成、即ち、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１と半導体スイッチ１４のトライアックＳ３とが並列に接続された構成としてもよい。このような構成としたとき、まず、半導体スイッチ１４のトライアックＳ３がＯＮとされた後、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１の開閉切換動作がなされる。

１，１ａ〜１ｄ ハイブリッドリレー
２ 交流電源
３ 負荷
１０，１１ 端子
１２ 第１機械式接点スイッチ
１３ 第２機械式接点スイッチ
１４ 半導体スイッチ
１５ フォトトライアックカプラ
１６ 信号処理回路
１７，１８ 端子
１９，１９ａ，１９ｂ 定電圧電源回路
２０，２０ａ ＡＤ変換回路
２１ 昇圧回路

Claims (7)

1. 第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、光信号の送受を行う第２駆動部によりスイッチング素子の導通／非導通が制御される半導体スイッチと、前記第１及び第２駆動部の動作を制御する信号処理部と、を備え、第１電源より負荷に供給する給電路上で、前記第１機械式接点スイッチの接点と前記半導体スイッチのスイッチング素子とが直列に接続されるハイブリッドリレーであって、
   外部の第２電源から供給される電圧を安定した直流電圧に変換して、少なくとも前記第１及び第２駆動部に供給する定電圧電源部を、更に備えることを特徴とするハイブリッドリレー。
2. 請求項１において、
   前記第１駆動部とは別体の第３駆動部により接点が開閉される該第２機械式接点スイッチを更に備え、
   前記給電路上で、前記第２機械式接点スイッチの接点部と前記半導体スイッチのスイッチング素子とによる直列回路が前記第１機械式接点スイッチの接点部と並列に接続されるとともに、
   前記定電圧電源部が、前記第３駆動部にも直流電圧を供給することを特徴とするハイブリッドリレー。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記信号処理部は、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧値に応じて、前記第１機械式接点スイッチの接点部の開閉切換を行う際の前記第１駆動部を駆動させる時間を制御することを特徴とするハイブリッドリレー。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記定電圧電源部への入力電圧を昇圧する昇圧部を備え、
   前記信号処理部は、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧値に応じて、前記昇圧部における昇圧率を制御することを特徴とするハイブリッドリレー。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記信号処理部は、前記駆動部のそれぞれを動作させるときにのみ前記定電圧電源部を動作させることを特徴とするハイブリッドリレー。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記定電圧電源部が、
   外部の第２電源から供給される電圧より得られる直流電圧が一端に印加される第１及び第２抵抗と、
   該第１抵抗の他端に第１電極が接続されるとともに、第２電極が接地されたツェナーダイオードと、
   該ツェナーダイオードの第１電極に制御電極が接続されるとともに、前記第２抵抗の他端に第１電極が接続されたトランジスタと、
   を有し、
   前記トランジスタの第２電極に現れる電圧が出力電圧となることを特徴とするハイブリッドリレー。
7. 請求項６において、
   前記定電圧電源部が、
   前記ツェナーダイオードの第２電極と接地電位との間に接続される第１スイッチング素子と、
   前記第１及び第２抵抗それぞれの接続ノードに第１電極が接続されるとともに、前記トランジスタの第２電極に第２電極が接続されたＰチャネルのＭＯＳトランジスタと、
   を更に有し、
   前記信号処理部が、前記定電圧電源部の入力電圧又は出力電圧を監視し、監視している電圧が低下したとき、前記第１スイッチング素子をＯＦＦとするとともに、前記ＭＯＳトランジスタをＯＮとすることを特徴とするハイブリッドリレー。

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