JP2015153556A - リレー駆動回路及び該リレー駆動回路を用いたリレーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力が抑えられるリレー駆動回路及び該リレー駆動回路を用いたリレーモジュールを提供する。【解決手段】 リレー駆動回路１は、電磁リレー２が有するリレーコイル２１とともに並列回路４を構成する回生ダイオード１０を備える。また、直流電源３から並列回路４への入力電流を増減させる電流調整部１１と、直流電源３からの入力電圧を検出電圧Ｖ０として検出する電圧検出部１３とを備える。制御部１２は、電流調整部１１を、検出電圧Ｖ０が所定範囲より低い期間にはオフし、検出電圧Ｖ０が所定範囲内にある期間にはアナログ制御し、検出電圧Ｖ０が所定範囲よりも高い期間にはＰＷＭ制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁リレーを駆動するリレー駆動回路及び該リレー駆動回路を用いたリレーモジュールに関するものである。

従来、電磁リレーを駆動するリレー駆動回路が提供されている。

電磁リレーは、リレーコイルと、このリレーコイルへの通電により発生する磁力で駆動される接点とを備える。

リレー駆動回路は、リレーコイルとの直列回路として直流電源に接続される電流調整部を有し、この電流調整部を制御することでリレーコイルへの入力電流を制御する。電流調整部としては、例えばＭＯＳＦＥＴのように電気的な制御で電流値を連続的に変化させるものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１８５８１１号公報

上記従来例の場合、電磁リレーのオン状態を維持するために電流調整部に電流を流し続ける必要があるので、電流調整部における消費電力が比較的に大きくなってしまう。

また、電流調整部における消費電力や発熱は、直流電源からの入力電圧が高いほど大きくなる。従って、電圧の異なる複数種類の直流電源が接続される可能性がある場合、接続された直流電源の電圧が高いほど、上記の消費電力や発熱が大きくなる。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、消費電力が抑えられるリレー駆動回路及び該リレー駆動回路を用いたリレーモジュールを提供することにある。

本発明のリレー駆動回路は、電磁リレーが有するリレーコイルとともに並列回路を構成する回生回路と、外部の直流電源から前記並列回路への入力電流を増減させる電流調整部と、前記直流電源からの入力電圧を検出電圧として検出する電圧検出部と、前記電流調整部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記検出電圧を、所定の下側基準電圧、並びに、前記下側基準電圧よりも高い所定の上側基準電圧と比較し、前記検出電圧が前記下側基準電圧未満である期間には前記並列回路への入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御し、前記検出電圧が前記下側基準電圧以上かつ前記上側基準電圧未満である期間には前記電流調整部をアナログ制御し、前記検出電圧が前記上側基準電圧以上である期間には前記電流調整部をＰＷＭ制御することを特徴とする。

本発明の別のリレー駆動回路は、電磁リレーが有するリレーコイルとともに並列回路を構成する回生回路と、外部の直流電源から前記並列回路への入力電流を増減させる電流調整部と、前記直流電源からの入力電圧を検出電圧として検出する電圧検出部と、前記電流調整部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記検出電圧が上昇して所定の第１下側基準電圧を上回ったときに前記電流調整部をアナログ制御することにより前記リレーコイルへの通電を開始させ、前記電流調整部をアナログ制御している状態で前記検出電圧が低下して前記第１下側基準電圧よりも低い所定の第２下側基準電圧を下回ったときに前記並列回路への入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御し、前記電流調整部をアナログ制御している状態で前記検出電圧が上昇して前記第１下側基準電圧よりも高い所定の第１上側基準電圧を上回ったときに前記電流調整部に対するＰＷＭ制御を開始し、前記電流調整部をＰＷＭ制御している状態で前記検出電圧が低下して前記第１上側基準電圧よりも低く且つ前記第２下側基準電圧よりも高い所定の第２上側基準電圧を下回ったときに前記電流調整部に対するアナログ制御を開始することを特徴とする。

上記のリレー駆動回路において、前記電磁リレーは、前記リレーコイルへの入力電流が所定の閉成電流以上となったときに閉成され閉成後に前記リレーコイルへの入力電流が所定の保持電流未満となったときに開離する接点を有する単安定型であって、前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始させる際、前記リレーコイルへの入力電流を前記閉成電流よりも大きくするように前記電流調整部を制御した後に、前記リレーコイルへの入力電流が前記保持電流以上かつ前記閉成電流未満に維持されるように前記電流調整部を制御することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記電磁リレーは、前記リレーコイルへの入力電流が所定の閉成電流以上となったときに閉成され閉成後に前記リレーコイルへの入力電流が所定の保持電流未満となったときに開離する接点を有する単安定型であって、前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始させる際、前記リレーコイルへの入力電流を前記閉成電流よりも大きくするように前記電流調整部を制御し、前記検出電流が前記閉成電流よりも大きい所定の第１電流に達してから所定の待機時間が経過した後、前記リレーコイルへの入力電流が前記保持電流以上かつ前記閉成電流未満に維持されるように前記電流調整部を制御することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記電磁リレーの加速度を検出する加速度検出部を備え、前記制御部は、前記加速度検出部によって検出された加速度が大きいほど前記リレーコイルへの入力電流を大きくするように前記電流調整部を制御することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、信号入力端子を備え、前記制御部は、前記信号入力端子に入力された電気信号に応じて動作することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記制御部は、前記電磁リレーの異常の有無を判定し、前記電磁リレーに異常があると判定したときには前記リレーコイルへの入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、信号出力端子を備え、前記制御部は、前記電磁リレーの異常の有無を判定し、前記電磁リレーに異常があると判定したときに、所定の電気信号を前記信号出力端子から出力することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記検出電流が所定の短絡判定電流以上となったときに、前記電磁リレーに異常があると判定することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始する際、前記検出電流がゼロのまま所定の断線判定時間が経過したときに、前記電磁リレーに異常があると判定することが望ましい。

上記のリレー駆動回路において、前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始する際、前記検出電流が所定の電流に達しないまま所定の猶予時間が経過したときに、前記電磁リレーに異常があると判定することが望ましい。

本発明のリレーモジュールは、上記いずれかのリレー駆動回路と、前記電磁リレーとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出電圧が高い期間にはＰＷＭ制御が行われ、ＰＷＭ制御では電流調整部がオフされている期間には電流調整部での電力消費が発生しないから、アナログ制御のみが行われる場合に比べて消費電力が抑えられる。また、検出電圧が低い期間にはアナログ制御が行われるので、ＰＷＭ制御のみが行われる場合に比べて放射ノイズや伝導ノイズが抑えられる。

本発明の実施形態に係るリレー駆動回路を示す回路ブロック図である。 上記のリレー駆動回路の動作の一例を示す説明図である。 上記のリレー駆動回路の動作の別の例を示す説明図である。 上記のリレー駆動回路において検出電圧Ｖ０とコイル電流Ｉｃと接点状態との時間変化の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の別の例を示す回路ブロック図である。 図５のリレー駆動回路において検出電圧Ｖ０とコイル電流Ｉｃと接点状態との時間変化の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の更に別の例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の別の例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の更に別の例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の別の例を示す回路ブロック図である。 図１０のリレー駆動回路において検出電圧Ｖ０とコイル電流Ｉｃと接点状態と報知電圧Ｖ１との時間変化の一例を示す説明図である。 図１０のリレー駆動回路において検出電圧Ｖ０とコイル電流Ｉｃと接点状態と報知電圧Ｖ１との時間変化の別の例を示す説明図である。 図１０のリレー駆動回路において検出電圧Ｖ０とコイル電流Ｉｃと接点状態と報知電圧Ｖ１との時間変化の更に別の例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るリレー駆動回路の更に別の例を示す回路ブロック図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態のリレー駆動回路１は、外部の直流電源３と、電磁リレー２が有するリレーコイル２１とに電気的に接続され、直流電源３からリレーコイル２１への通電を制御する。

電磁リレー２は、リレーコイル２１と、リレーコイル２１の磁力により駆動される接点２２と、接点２２を開離させる復帰ばね（図示せず）とを備える。接点２２が開離した状態で、リレーコイル２１への入力電流（以下、「コイル電流」と呼ぶ。）Ｉｃが所定の閉成電流Ｉｏｎ（図４参照）以上になると、リレーコイル２１の磁力が上記の復帰ばねによる復帰力を上回ることで、接点２２が閉成される。また、接点２２が閉じた状態で、リレーコイル２１の入力電流が上記の閉成電流Ｉｏｎよりも小さい所定の保持電流Ｉｏｆｆ（図４参照）未満になると、リレーコイル２１の磁力が上記の復帰ばねによる復帰力を下回ることで、接点２２が開離される。すなわち、電磁リレー２はいわゆる単安定（シングル・ステイブル）型であり、上記の接点２２はいわゆるａ接点である。

リレー駆動回路１は、直流電源３の高電位側の出力端（例えば電池の陽極）に接続される電源端子１０１と、直流電源３の低電位側の出力端（例えば電池の陰極）に接続されるグランド端子１０２とを備える。

また、リレー駆動回路１は、リレーコイル２１に並列に接続された回生回路としての回生ダイオード１０を備える。リレーコイル２１と回生ダイオード１０との並列回路（以下、単に「並列回路」と呼ぶ。）４は、回生ダイオード１０のカソード側を電源端子１０１に電気的に接続されている。

また、リレー駆動回路１は、並列回路４に直列接続されて直流電源３から上記の並列回路４への入力電流を増減させる電流調整部１１と、電流調整部１１を制御する制御部１２と、直流電源３からの入力電圧を検出電圧Ｖ０として検出する電圧検出部１３とを備える。

電流調整部１１は、具体的にはｎチャネル型の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなり、ドレイン端子を並列回路４に接続され、ソース端子をグランドに接続されている。

制御部１２は、例えばマイコンからなり、矩形波を略直流電圧に変換する信号変換部１４を介して電流調整部１１のゲート端子に接続された第１出力端子１２１と、ダイオード１５を介して電流調整部１１のゲート端子に接続された第２出力端子１２２とを有する。第１出力端子１２１と第２出力端子１２２とは、それぞれ、電圧レベルがＨレベルとＬレベルとの間で周期的に変動する矩形波が出力される、いわゆるＰＷＭ出力端子である。

上記の信号変換部１４は、第１出力端子１２１から入力された矩形波を平滑化するローパスフィルタ１４０を備える。また、信号変換部１４は、ローパスフィルタ１４０の出力電圧と所定のオフセット電圧との中間の電圧を電流調整部１１に出力する電圧変換回路１４３を備える。電圧変換回路１４３は、ローパスフィルタ１４０の出力電圧が第１ボルテージフォロワ１４１を介して一端に入力されて他端にオフセット電圧が入力された分圧抵抗を備える。電圧変換回路１４３の分圧抵抗の出力端は、第２ボルテージフォロワ１４２と抵抗とを介して電流調整部１１に接続されている。すなわち、信号変換部１４から電流調整部１１に入力される電圧は、ローパスフィルタ１４０の出力電圧とオフセット電圧との差が上記の分圧抵抗で分圧された電圧に、オフセット電圧が加算された電圧となる。上記のオフセット電圧は、電流調整部１１のゲート・カットオフ電圧よりも低い電圧とされている。上記のような電圧変換回路１４３が設けられていることで、電圧変換回路１４３が設けられない場合に比べ、制御部１２の出力により電流調整部１１がオン制御される際の応答が速くなっている。

ここで、制御部１２はデジタル回路であるので、制御部１２が出力可能な矩形波のオンデューティの個数（段階数）は有限である。そして、電圧変換回路１４３が設けられない場合、ローパスフィルタ１４０の出力電圧が電流調整部１１のゲート・カットオフ電圧よりも低くなるようなオンデューティは電流調整部１１の制御に使用することができない。本実施形態では、ローパスフィルタ１４０の出力電圧が上記のゲート・カットオフ電圧よりも低くなるようなオンデューティであっても、電圧変換回路１４３の出力電圧が上記のゲート・カットオフ電圧よりも高くなる場合がある。また、電圧変換回路１４３が設けられない場合に比べ、オンデューティが１段階変化した際に電流調整部１１のゲート‐ソース間電圧が変動する幅は小さくなっている。以上により、電圧変換回路１４３が設けられない場合に比べ、電流調整部１１に対する制御の分解能が向上する。

電圧検出部１３は例えば分圧抵抗からなり、検出電圧Ｖ０に比例する電圧を制御部１２に入力する。

また、制御部１２は、電圧検出部１３からの入力電圧をＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換部１２３と、動作に用いられる設定値が記憶された記憶部１２４と、上記の設定値と第１Ａ／Ｄ変換部１２３の出力とに応じて電流調整部１１を駆動する駆動部１２５とを備える。駆動部１２５は、第１出力端子１２１と第２出力端子１２２とのいずれかから矩形波を出力し、この矩形波のオンデューティの調整により電流調整部１１が制御される。

上記の矩形波としては、例えば、１周期の中での全てのオン期間（信号レベルがＨレベルである期間）が１周期の最初に連続し、オン期間の終了後に次の周期が開始されるまでは全てオフ期間（信号レベルがＬレベルである期間）とされるものが考えられる。

上記の矩形波としては、他に、１周期の最初に所定の長さのオン期間（以下、「単位オン期間」と呼ぶ。）と所定の長さのオフ期間（以下、「単位オフ期間」と呼ぶ。）とが交互に所定回数繰り返された後、次の周期までオフ期間とされるものも考えられる。この場合におけるオンデューティは、個々の単位オン期間の長さに上記の所定回数を乗じた値を１周期の長さで除した値となる。この場合、１周期の中で単位オン期間と単位オフ期間とを繰り返す回数を変更することによってオンデューティを変更することができるほか、単位オン期間の長さと単位オフ期間の長さとの比率を変更することによってもオンデューティを変更することができる。つまり、全てのオン期間が１周期の最初に連続する場合に比べ、調整要素が多いことで、オンデューティの分解能を高くすることができる。

駆動部１２５がデジタル回路である場合、オン期間や単位オン期間や単位オフ期間の長さを変更する際の最小単位は動作周波数分の１秒となる。駆動部１２５の動作周波数を一定とすると、上記の矩形波の１周期を長くするほど、オンデューティを多段階に変更することができ分解能が向上する反面、応答は遅くなる。

以下、本実施形態の特徴である、制御部１２の動作について説明する。

制御部１２の駆動部１２５は、電圧検出部１３から第１Ａ／Ｄ変換部１２３を通じて得られた検出電圧Ｖ０を、図２に示すように、所定の下側基準電圧Ｖｄ、並びに、下側基準電圧Ｖｄよりも高い所定の上側基準電圧Ｖｕと比較する。上記の下側基準電圧Ｖｄや上側基準電圧Ｖｕはそれぞれ予め記憶部１２４に記憶されている。例えば、接続される可能性がある直流電源３として、出力電圧が１２Ｖのものと出力電圧が２４Ｖのものとの２種類が存在する場合、下側基準電圧Ｖｄは１２Ｖよりも低い電圧とされ、上側基準電圧Ｖｕは１２Ｖよりも高く且つ２４Ｖよりも低い電圧とされる。

そして、検出電圧Ｖ０が下側基準電圧Ｖｄ未満である期間には、駆動部１２５は、第１出力端子１２１と第２出力端子１２２との両方をＬレベルに維持することで電流調整部１１をオフ制御し、これにより並列回路４への入力電流を停止させる。

また、検出電圧Ｖ０が下側基準電圧Ｖｄ以上かつ上側基準電圧Ｖｕ未満である期間には、制御部１２の駆動部１２５は、矩形波を第１出力端子１２１からのみ出力する。第１出力端子１２１から出力された矩形波は、信号変換部１４により、矩形波のオンデューティが高いほど高い電圧値の略直流電圧に変換され、電流調整部１１のゲート端子に入力される。従って、電流調整部１１における電流およびコイル電流Ｉｃは、矩形波のオンデューティが高いほど高い一定の電流となる。これにより、電流調整部１１のアナログ制御が達成される。上記のアナログ制御が行われている期間には、電流調整部１１に電流が流れ続け、回生ダイオード１０には電流が流れないから、電流調整部１１における電流すなわち並列回路４への入力電流はコイル電流Ｉｃに一致する。

さらに、検出電圧Ｖ０が上側基準電圧Ｖｕ以上である期間には、矩形波を第２出力端子１２２からのみ出力する。すると、矩形波がそのままダイオード１５を通じて電流調整部１１のゲートに入力されることで、電流調整部１１が周期的にオンオフ駆動されるというＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が達成される。電流調整部１１がオンされている期間中には、リレーコイル２１にエネルギーが蓄積され、コイル電流Ｉｃは徐々に増加する。また、電流調整部１１がオフされている期間中には、リレーコイル２１のエネルギーが開放されてコイル電流Ｉｃはリレーコイル２１と回生ダイオード１０とのループに流れ、コイル電流Ｉｃは徐々に減少する。上記のＰＷＭ制御においては、上記の矩形波のオンデューティや周波数を適宜変更することで、コイル電流Ｉｃの平均値や振幅を変更することができる。

例えば、検出電圧Ｖ０が図２のように０から上昇して上側基準電圧Ｖｕを上回った後で０まで低下する場合を考える。この場合、コイル電流Ｉｃが停止される期間Ｐ１は、検出電圧Ｖ０が上昇時に下側基準電圧Ｖｄに達するまでの期間と、検出電圧Ｖ０が低下時に下側基準電圧Ｖｄを下回った後の期間とになる。また、アナログ制御が行われる期間Ｐ２は、検出電圧Ｖ０が上昇時に下側基準電圧Ｖｄを上回ってから上側基準電圧Ｖｕに達するまでの期間と、検出電圧Ｖ０が低下時に上側基準電圧Ｖｕを下回った後に下側基準電圧Ｖｄに達するまでの期間とになる。さらに、ＰＷＭ制御が行われる期間Ｐ３は、検出電圧Ｖ０が上昇時に上側基準電圧Ｖｕを上回ってから、検出電圧Ｖ０が低下時に上側基準電圧Ｖｕに達するまでの期間となる。

なお、アナログ制御とＰＷＭ制御とで互いに異なる電界効果トランジスタを用いてもよい。すなわち、電流調整部１１を、互いに並列に接続された２個の電界効果トランジスタで構成し、ダイオード１５を一方の電界効果トランジスタのゲート端子に接続し、信号変換部１４を他方の電界効果トランジスタのゲート端子に接続する。ただし、電流調整部１１を１個の電界効果トランジスタで構成し、アナログ制御とＰＷＭ制御とで互いに共通の電界効果トランジスタを用いたほうが、部品点数が削減できるから望ましい。

また、電流調整部１１としては、ｎチャネル型の電界効果トランジスタに代えて、ｐチャネル型の電界効果トランジスタや、バイポーラトランジスタを用いてもよい。電流調整部１１としてバイポーラトランジスタを用いる場合、ベース電流を連続的に変化させることでアナログ制御を実現することができる。

上記構成によれば、検出電圧Ｖ０が高い期間にはＰＷＭ制御が行われ、ＰＷＭ制御では電流調整部１１がオフされている期間には電流調整部１１での電力消費が発生しないから、常にアナログ制御が行われる場合に比べて消費電力が抑えられる。また、検出電圧Ｖ０が低い期間にはアナログ制御が行われ、アナログ制御ではＰＷＭ制御に比べて並列回路４への入力電流の変動幅が小さいので、常にＰＷＭ制御が行われる場合に比べて放射ノイズや伝導ノイズや騒音（唸り音）が抑えられる。

ただし、上記のように基準電圧Ｖｄ，Ｖｕを検出電圧Ｖ０の上昇時と低下時とて共通とすると、検出電圧Ｖ０が基準電圧Ｖｄ，Ｖｕ付近で振動した場合に動作の切替が頻繁に発生してしまう。そこで、図３に示すように、検出電圧Ｖ０が上昇した際の動作切替の閾値Ｖｄ１，Ｖｕ１を、検出電圧Ｖ０が低下した際の動作切替の閾値Ｖｄ２，Ｖｕ２よりも高くしてもよい。

すなわち、制御部１２の駆動部１２５は、検出電圧Ｖ０が上昇して所定の第１下側基準電圧Ｖｄ１を上回ったときに電流調整部１１をアナログ制御することによりリレーコイル２１への通電を開始させる。また、制御部１２の駆動部１２５は、電流調整部１１をアナログ制御している状態で検出電圧Ｖ０が低下して第１下側基準電圧Ｖｄ１よりも低い所定の第２下側基準電圧Ｖｄ２を下回ったときに並列回路４への入力電流を停止させるように電流調整部１１を制御する。さらに、制御部１２の駆動部１２５は、電流調整部１１をアナログ制御している状態で検出電圧Ｖ０が上昇して第１下側基準電圧Ｖｄ１よりも高い所定の第１上側基準電圧Ｖｕ１を上回ったときに電流調整部１１に対するＰＷＭ制御を開始する。また、制御部１２の駆動部１２５は、電流調整部１１をＰＷＭ制御している状態で検出電圧Ｖ０が低下して所定の第２上側基準電圧Ｖｕ２を下回ったときに電流調整部１１に対するアナログ制御を開始する。上記の第２上側基準電圧Ｖｕ２は、第１上側基準電圧Ｖｕ１よりも低く且つ第２下側基準電圧Ｖｄ２よりも高い電圧とされる。

例えば、図３のように検出電圧Ｖ０が０から上昇してＰＷＭ制御に移行した後で０まで低下する場合を考える。この場合、コイル電流Ｉｃが停止される期間Ｐ１は、検出電圧Ｖ０が上昇時に第１下側基準電圧Ｖｄ１に達する前と低下時に第２下側基準電圧Ｖｄ２を下回った後とになる。また、アナログ制御が行われる期間Ｐ２は、検出電圧Ｖ０が上昇時に第１下側基準電圧Ｖｄ１を上回ってから第１上側基準電圧Ｖｕ１に達する前と、低下時に第２上側基準電圧Ｖｕ２を下回った後に第２下側基準電圧Ｖｄ２に達するまでとになる。さらに、ＰＷＭ制御が行われる期間Ｐ３は、検出電圧Ｖ０が上昇時に第１上側基準電圧Ｖｕ１を上回ってから低下時に第２上側基準電圧Ｖｕ２に達するまでとなる。

上記のように４個の基準電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｕ１，Ｖｕ２を用いれば、例えば検出電圧Ｖ０が第１下側基準電圧Ｖｄ１付近で振動しても検出電圧Ｖ０が第２下側基準電圧Ｖｄ２を下回るまでは電流調整部１１はオフされない。すなわち、検出電圧Ｖ０が振動しても動作の頻繁な切替が発生しにくくなる。

ところで、電磁リレー２が単安定型であって接点２２がａ接点である場合、接点２２のオン状態の維持のためにリレーコイル２１に入力すべき保持電流Ｉｏｆｆは、接点２２の閉成のためにリレーコイル２１に入力すべき閉成電流Ｉｏｎよりも少なくなる。そこで、図４に示すように、制御部１２の駆動部１２５が、リレーコイル２１への通電を開始させる際、接点２２を閉成するための閉成動作を行った後、接点２２のオン状態を維持するための保持動作に移行してもよい。制御部１２の駆動部１２５は、閉成動作において、コイル電流Ｉｃを閉成電流Ｉｏｎよりも大きい所定の第１電流Ｉ１とするように電流調整部１１を制御する。また、制御部１２の駆動部１２５は、保持動作において、コイル電流Ｉｃを保持電流Ｉｏｆｆ以上かつ閉成電流Ｉｏｎ未満の所定の第２電流Ｉ２に維持するように電流調整部１１を制御する。より具体的には例えば、制御部１２は、上記の第１電流Ｉ１や第２電流Ｉ２が達成されるような出力のオンデューティを検出電圧Ｖ０から導出し、導出されたオンデューティの矩形波を第１出力端子１２１または第２出力端子１２２から出力する。この導出は、演算によって行われてもよいし、オンデューティと検出電圧Ｖ０との関係を示すテーブルを用いて行われてもよい。上記の演算に用いられる数式や、上記のテーブルは、予め測定によって決定されて製造の時点で制御部１２の記憶部１２４に記憶される。この構成を採用すれば、閉成電流Ｉｏｎよりも大きい状態にコイル電流Ｉｃを維持する場合に比べ、消費電力が抑えられる。

さらに、図５に示すように、リレーコイル２１と回生ダイオード１０との並列回路４への入力電流（すなわち電流調整部１１に流れる電流）を検出電流Ｉ０として検出する電流検出部１６を設け、制御部１２が検出電流Ｉ０に応じて動作するようにしてもよい。電流検出部１６は、シャント抵抗を用いて実現してもよいし、ホール素子を用いて実現してもよい。また、制御部１２は、電流検出部１６の出力をＡ／Ｄ変換して駆動部１２５に入力する第２Ａ／Ｄ変換部１２６を備える。

図５の例では、制御部１２の駆動部１２５は、リレーコイルへ２１の通電を開始させる際、図６に示すように、コイル電流Ｉｃを上記の第１電流Ｉ１とするように電流調整部１１を制御するという閉成動作を行う。この閉成動作により、コイル電流Ｉｃは閉成電流Ｉｏｎよりも大きくされる。閉成動作中、制御部１２の駆動部１２５は、電流検出部１６から第２Ａ／Ｄ変換部１２６を通じて得られた検出電流Ｉ０を第１電流Ｉ１と随時比較する。上記の比較の結果において検出電流Ｉ０が第１電流Ｉ１に達するまでの期間と、検出電流Ｉ０が第１電流Ｉ１に達してから所定の待機時間Ｔ０が経過するまでの期間とには、制御部１２の駆動部１２５は閉成動作を継続する。また、検出電流Ｉ０が第１電流Ｉ１に達してから待機時間Ｔ０が経過したとき、制御部１２は、コイル電流Ｉｃを上記の第２電流Ｉ２に維持するように電流調整部１１を制御するという保持動作に移行する。ＰＷＭ制御においても検出電流Ｉ０のピーク値はコイル電流Ｉｃのピーク値に一致し、且つ、上記の動作にはコイル電流Ｉｃのピーク値のみが影響するので、実質的に電流検出部１６はコイル電流Ｉｃを検出していることになる。上記構成を採用すれば、閉成動作の継続時間が一定とされる場合や、検出電流Ｉ０が第１電流Ｉ１に達してから即座に保持動作への移行がなされる場合に比べ、より確実に接点２２を閉成することができる。

なお、図７のように、電流検出部１６を並列回路４に組み込んでもよい。すなわち、電流検出部１６をリレーコイル２１に直列に接続し、リレーコイル２１と電流検出部１６との直列回路を回生ダイオード１０に並列に接続する。この場合、電流調整部１１のオンオフに関わらず、検出電流Ｉ０はコイル電流Ｉｃに常に一致する。

また、制御部１２が、検出電流Ｉ０を、上記のような閉成動作から保持動作への移行のタイミングの決定だけでなく、閉成動作や保持動作における電流調整部１１のフィードバック制御に用いてもよい。閉成動作や保持動作における電流調整部１１の制御をオープン制御とした場合、設計余裕を含めて電流調整部１１のオンデューティや電流値は比較的に高くする必要があるから、消費電力が増加し、アナログ制御では電流調整部１１の発熱量も高くなる。これに対し、閉成動作や保持動作における電流調整部１１の制御を、検出電流Ｉ０を用いたフィードバック制御とした場合、電流調整部１１のオンデューティや電流値を必要最低限とすることができるから、消費電力や発熱量が抑えられる。

さらに、図８に示すように電磁リレー２の加速度を検出する加速度検出部１７を設け、加速度検出部１７によって検出された加速度が大きいほどコイル電流Ｉｃを大きくするように制御部１２が電流調整部１１を制御してもよい。図８の例では、制御部１２は、加速度検出部１７からの入力をＡ／Ｄ変換して駆動部１２５に入力する第３Ａ／Ｄ変換部１２７を有する。加速度検出部１７としては、静電容量型やピエゾ抵抗型など様々なものが周知であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。加速度検出部１７は、必ずしも電磁リレー２に直接固定される必要はなく、電磁リレー２と構造上一体化されているもの（例えば電磁リレー２が固定された車体）に対して固定されてもよい。この構成を採用すれば、検出された加速度が大きいほどコイル電流Ｉｃが大きくされて接点２２に対する駆動力が強化されることで、振動や衝撃などによる接点２２の開離が抑えられる。なお、検出された加速度とコイル電流Ｉｃとの関係は、直線状であってもステップ状であってもよい。

また、図９に示すようにリレー駆動回路１に信号入力端子１０３を設け、信号入力端子１０３に入力された電気信号に応じて制御部１２の駆動部１２５が動作してもよい。図９の例では、信号入力端子１０３と制御部１２との間に、信号入力端子１０３に入力された電気信号に対してノイズ除去や増幅といった適宜の信号処理を行った上で制御部１２に入力する信号入力部１８が設けられている。制御部１２の動作としては、例えば、検出電圧Ｖ０が十分に高い状態であっても、信号入力端子１０３への入力が電磁リレー２のオフ制御を指示するもの（例えばＬレベルの電圧）である期間にはコイル電流Ｉｃを０とするように電流調整部１１を制御する。また、制御部１２は、信号入力端子１０３への入力が電磁リレー２のオン制御を指示するもの（例えばＨレベルの電圧）となったときにリレーコイル２１への通電（閉成動作）を開始させる。なお、信号入力端子１０３に入力される信号は、CAN（Controller Area Network）やLIN（Local Interconnect Network）といった周知のプロトコルに準拠したものであってもよい。この構成を採用すれば、直流電源３からリレー駆動回路１への給電をオンオフするスイッチを設けることなく電磁リレー２を電気信号でオンオフ制御することができる。

さらに、図５の例や図７の例のように電流検出部１６が設けられる場合において、制御部１２が、検出電流Ｉ０に基づいて電磁リレー２の異常の有無を判定してもよい。電磁リレー２に異常があると判定したときの制御部１２の動作としては、例えば、第１出力端子１２１と第２出力端子１２２との両方への出力をともにＬレベルに維持することで、コイル電流Ｉｃを停止させるように電流調整部１１を制御する。また、図１０に示すように信号出力端子１０４を設け、制御部１２が、電磁リレーに異常があると判定したときに、上記のようなコイル電流Ｉｃの停止に代えて又は加えて、所定の電気信号を信号出力端子１０４から出力してもよい。図１０の例では、異常の有無の判定は駆動部１２５によって行われる。また、図１０の例では、制御部１２は、駆動部１２５によって制御されて信号出力端子１０４に上記の電気信号を出力する信号出力部１２８を有する。具体的には例えば、制御部１２の信号出力部１２８は、異常がないと判定されている期間には信号出力端子１０４への出力電圧（以下、「報知電圧」と呼ぶ。）Ｖ１をＬレベルとし、異常があると判定されている期間には報知電圧Ｖ１をＨレベルとする。

制御部１２によって有無を判定される異常としては、例えば、リレーコイル２１の短絡がある。具体的には、制御部１２は、図１１に示すように、検出電流Ｉ０（コイル電流Ｉｃ）が第１電流Ｉ１よりも大きい所定の短絡判定電流Ｉｔｈ以上となったときに、電磁リレー２に異常があると判定する。この構成を採用すれば、電磁リレー２に短絡が発生したときに電磁リレー２のオフ制御や信号出力端子１０４からの出力による通知を行うことが可能となる。

また、制御部１２によって有無を判定される異常としては、他に例えば、リレーコイル２１の断線がある。具体的には、制御部１２は、図１２に示すように、閉成動作の開始後、検出電流Ｉ０がゼロのまま所定の断線判定時間Ｔ１が経過したときに、電磁リレー２に異常があると判定する。図５の例のように電流検出部１６が電流調整部１１に直列に接続される場合、上記の断線判定時間Ｔ２は、ＰＷＭ制御における電流調整部１１のオフ状態の継続時間の最大値よりも長くされる。この構成を採用すれば、電磁リレー２に断線が発生したときに電磁リレー２のオフ制御や信号出力端子１０４からの出力による通知を行うことが可能となる。

さらに、制御部１２によって有無を判定される異常としては、他に例えば、電磁リレー２の動作不良がある。具体的には、制御部１２は、図１３に示すように、閉成動作の開始後、コイル電流Ｉｃが所定の電流に達しないまま（すなわち、検出電流Ｉ０が所定の電流に達しないまま）所定の猶予時間Ｔ２が経過したときに、電磁リレー２に異常があると判定する。上記所定の電流としては、例えば第１電流Ｉ１を用いることができる。この構成を採用すれば、電磁リレー２に動作不良が発生したときに電磁リレー２のオフ制御や信号出力端子１０４からの出力による通知を行うことが可能となる。

また、制御部１２によって有無を判定される異常は複数種類であってもよい。この場合において、異常があると判定されたときに信号出力端子１０４から出力される信号は、異常毎に異なっていてもよい。

さらに、電流調整部１１や電圧検出部１３を制御部１２とともに１チップに集積化してもよい。より多くの回路や素子を集積化するほど、部品点数の削減や小型化が可能となる。

また、記憶部１２４として例えば周知の不揮発性メモリのような書き換え可能なメモリを用いれば、記憶部１２４に記憶される各種の設定値Ｖｄ，Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｕ，Ｖｕ１，Ｖｕ２，Ｉ１，Ｉｔｈ，Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２を製造後に変更することが可能となる。または、制御部１２に設定用端子（図示せず）を設け、この設定用端子に接続された抵抗の抵抗値や設定用端子への入力電圧に応じて上記の設定値が決定されてもよい。この場合においても、上記の抵抗値や入力電圧を変更することで、上記の設定値を製造後に変更することができる。

さらに、回生回路としては、図１４に示すように、ツェナーダイオード１０５が回生ダイオード１０に直列に接続されたものを用いてもよい。ツェナーダイオード１０５は、アノードを回生ダイオード１０のアノードに接続され、つまり回生ダイオード１０に対して逆向きとされている。図１４の例では、ツェナーダイオード１０５にはＰＮＰ型の第１トランジスタ１０６が並列に接続されている。第１トランジスタ１０６は、ベースが第２トランジスタ１０７と第１抵抗１０８とを介してグランドに接続され、コレクタが回生ダイオード１０のアノードに接続され、エミッタが電流調整部１１に接続されている。第２トランジスタ１０７は、ＮＰＮ型であり、コレクタが第１トランジスタ１０６のベースに接続され、エミッタが第１抵抗１０８を介してグランドに接続され、ベースが第２抵抗１０９を介して制御部１２の駆動部１２５に接続されている。制御部１２の駆動部１２５は、電磁リレー２がオンされる期間Ｐ２，Ｐ３には、第２トランジスタ１０７をオン制御することで、第１トランジスタ１０６をオン制御する。すると、第１トランジスタ１０６が回生電流の経路となり、ツェナーダイオード１０５には回生電流がほぼ流れないから、ツェナーダイオード１０５が存在しない図１等の場合と同様の動作となる。また、制御部１２の駆動部１２５は、電磁リレー２がオフされる期間Ｐ１にのみ、第２トランジスタ１０７をオフ制御することで、第１トランジスタ１０６をオフ制御する。これにより、回生電流の経路にはツェナーダイオード１０５が入るから、回生電流（つまりコイル電流Ｉｃ）を急速に減衰させることができる。従って、図１の場合よりも電磁リレー２をオフする際の応答が速くなり、つまり遮断性能が改善される。

上記のようなリレー駆動回路１は、電磁リレー２とともにリレーモジュールを構成することができる。すなわち、リレーモジュールはリレー駆動回路１と電磁リレー２とを備える。この場合において、リレー駆動回路１と電磁リレー２とは、例えば共通のハウジング（図示せず）に収納されることで構造上一体化されていてもよい。

１ リレー駆動回路
２ 電磁リレー
３ 直流電源
４ 並列回路
１０ 回生ダイオード（回生回路）
１１ 電流調整部
１２ 制御部
１３ 電圧検出部
１６ 電流検出部
１７ 加速度検出部
２１ リレーコイル
２２ 接点
１０３ 信号入力端子
１０４ 信号出力端子
１０５ ツェナーダイオード（回生回路の一部）
１０６ 第１トランジスタ（回生回路の一部）
Ｉ１ 第１電流
Ｉｃ コイル電流（リレーコイルへの入力電流）
Ｉ０ 検出電流
Ｔ０ 待機時間
Ｔ１ 断線判定時間
Ｔ２ 猶予時間
Ｖ０ 検出電圧
Ｖｄ 下側基準電圧
Ｖｄ１ 第１下側基準電圧
Ｖｄ２ 第２下側基準電圧
Ｖｕ 上側基準電圧
Ｖｕ１ 第１上側基準電圧
Ｖｕ２ 第２上側基準電圧

Claims (12)

1. 電磁リレーが有するリレーコイルとともに並列回路を構成する回生回路と、
   外部の直流電源から前記並列回路への入力電流を増減させる電流調整部と、
   前記直流電源からの入力電圧を検出電圧として検出する電圧検出部と、
   前記電流調整部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記検出電圧を、所定の下側基準電圧、並びに、前記下側基準電圧よりも高い所定の上側基準電圧と比較し、前記検出電圧が前記下側基準電圧未満である期間には前記並列回路への入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御し、前記検出電圧が前記下側基準電圧以上かつ前記上側基準電圧未満である期間には前記電流調整部をアナログ制御し、前記検出電圧が前記上側基準電圧以上である期間には前記電流調整部をＰＷＭ制御することを特徴とするリレー駆動回路。
2. 電磁リレーが有するリレーコイルとともに並列回路を構成する回生回路と、
   外部の直流電源から前記並列回路への入力電流を増減させる電流調整部と、
   前記直流電源からの入力電圧を検出電圧として検出する電圧検出部と、
   前記電流調整部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記検出電圧が上昇して所定の第１下側基準電圧を上回ったときに前記電流調整部をアナログ制御することにより前記リレーコイルへの通電を開始させ、
   前記電流調整部をアナログ制御している状態で前記検出電圧が低下して前記第１下側基準電圧よりも低い所定の第２下側基準電圧を下回ったときに前記並列回路への入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御し、
   前記電流調整部をアナログ制御している状態で前記検出電圧が上昇して前記第１下側基準電圧よりも高い所定の第１上側基準電圧を上回ったときに前記電流調整部に対するＰＷＭ制御を開始し、
   前記電流調整部をＰＷＭ制御している状態で前記検出電圧が低下して前記第１上側基準電圧よりも低く且つ前記第２下側基準電圧よりも高い所定の第２上側基準電圧を下回ったときに前記電流調整部に対するアナログ制御を開始することを特徴とするリレー駆動回路。
3. 前記電磁リレーは、前記リレーコイルへの入力電流が所定の閉成電流以上となったときに閉成され閉成後に前記リレーコイルへの入力電流が所定の保持電流未満となったときに開離する接点を有する単安定型であって、
   前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始させる際、前記リレーコイルへの入力電流を前記閉成電流よりも大きくするように前記電流調整部を制御した後に、前記リレーコイルへの入力電流が前記保持電流以上かつ前記閉成電流未満に維持されるように前記電流調整部を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリレー駆動回路。
4. 前記電磁リレーは、前記リレーコイルへの入力電流が所定の閉成電流以上となったときに閉成され閉成後に前記リレーコイルへの入力電流が所定の保持電流未満となったときに開離する接点を有する単安定型であって、
   前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、
   前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始させる際、前記リレーコイルへの入力電流を前記閉成電流よりも大きくするように前記電流調整部を制御し、前記検出電流が前記閉成電流よりも大きい所定の第１電流に達してから所定の待機時間が経過した後、前記リレーコイルへの入力電流が前記保持電流以上かつ前記閉成電流未満に維持されるように前記電流調整部を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリレー駆動回路。
5. 前記電磁リレーの加速度を検出する加速度検出部を備え、
   前記制御部は、前記加速度検出部によって検出された加速度が大きいほど前記リレーコイルへの入力電流を大きくするように前記電流調整部を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
6. 信号入力端子を備え、
   前記制御部は、前記信号入力端子に入力された電気信号に応じて動作することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
7. 前記制御部は、前記電磁リレーの異常の有無を判定し、前記電磁リレーに異常があると判定したときには前記リレーコイルへの入力電流を停止させるように前記電流調整部を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
8. 信号出力端子を備え、
   前記制御部は、前記電磁リレーの異常の有無を判定し、前記電磁リレーに異常があると判定したときに、所定の電気信号を前記信号出力端子から出力することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
9. 前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出電流が所定の短絡判定電流以上となったときに、前記電磁リレーに異常があると判定することを特徴とする請求項７又は請求項８記載のリレー駆動回路。
10. 前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、
    前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始する際、前記検出電流がゼロのまま所定の断線判定時間が経過したときに、前記電磁リレーに異常があると判定することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
11. 前記並列回路への入力電流を検出電流として検出する電流検出部を備え、
    前記制御部は、前記リレーコイルへの通電を開始する際、前記検出電流が所定の電流に達しないまま所定の猶予時間が経過したときに、前記電磁リレーに異常があると判定することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のリレー駆動回路。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のリレー駆動回路と、前記電磁リレーとを備えることを特徴とするリレーモジュール。
    

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