JP2017191682A

JP2017191682A - 直流３路スイッチ装置

Info

Publication number: JP2017191682A
Application number: JP2016079750A
Authority: JP
Inventors: 彰訓加藤; Akikuni Kato
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-10-19

Abstract

【課題】既存の３路スイッチを使用しても接点の長寿命化を図ることができる直流３路スイッチ装置を提供する。【解決手段】一対の３路スイッチ１ａ，１ｂを有し、負荷３に電力を供給する正極側電路Ｌ１及び負極側電路Ｌ２のうちの負極側電路Ｌ２に、ＦＥＴ１０を介在させたアーク制御回路４が設けられる一方、一対の３路スイッチ１ａ，１ｂは直列に接続されると共に、負荷３に対して並列に配置されて負荷操作路５を形成し、負荷操作路５の一端がＦＥＴ１０をオン／オフ操作するようＦＥＴ１０のゲートに接続され、一対の３路スイッチ１ａ，１ｂにより、ＦＥＴ１０をオン／オフ操作することで負荷３をオン／オフする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば階段の上部と下部の２箇所に設置して、共通する電灯のオン／オフを操作する３路スイッチに関し、特に直流電流を通電してオン／オフ操作する直流３路スイッチ装置に関する。

省エネルギーの観点からＬＥＤ照明に対して直流電力を給電するシステムが検討されている。この場合、ＬＥＤ照明の電源をオン／オフするに際して直流スイッチが必要となるが、現状では一般ユーザーには使いづらいブレーカタイプしかない。
これは、直流をオン／オフする場合、交流電流のように周期的にゼロ点を通らないため、接点解離時に発生するアークの消弧が交流スイッチのように簡単ではなく、スイッチをオフしたとき直流アークが発生し続けて接点の消耗が交流スイッチの接点に比べて早いためであった。
そのため、壁面に取り付けられる交流スイッチのような小型の壁用直流スイッチが検討されており、その１つとして機械式スイッチに並列に半導体スイッチを配置して、アークの瞬時消弧を図ったスイッチがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１０６８３９号公報

上記半導体スイッチを機械式スイッチに並列に配置した構成は、発生したアークを短時間で消弧することができた。しかしながら、アークの発生自体を無くす構成ではなかったため接点は劣化した。
また、２箇所に設置して共通する電気機器のオン／オフを操作する直流３路スイッチに適用すると、半導体スイッチも２箇所に必要となりコストアップとなる構成であった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、既存の３路スイッチを使用しても接点の長寿命化を図ることができる直流３路スイッチ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、一対の３路スイッチにより、共通する直流の負荷を２箇所からオン／オフ操作する直流３路スイッチ装置であって、負荷に電力を供給する正極側電路及び負極側電路から成る主電路のうちの負極側電路に、半導体スイッチを介在させたアーク制御回路が設けられる一方、一対の３路スイッチは直列に接続されると共に、負荷に対して並列に配置されて負荷操作路を形成し、負荷操作路の一端が半導体スイッチをオン／オフ操作するよう半導体スイッチのゲートに接続され、一対の３路スイッチにより、半導体スイッチをオン／オフ操作することで負荷をオン／オフすることを特徴とする。
この構成によれば、一対の３路スイッチは、負荷に対して並列に配置されるため、負荷に通電する電流によらず３路スイッチに流れる電流を僅かにでき、３路スイッチの接点にアーク放電が殆ど発生しないよう構成できる。よって、接点の長寿命化を図ることができ、既存の交流３路スイッチの使用が可能となる。更に、半導体スイッチは、２つの３路スイッチに対して１つで良く低コスト化を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、アーク制御回路は、半導体スイッチの負荷側に直列に配置された第１のリレーと、半導体スイッチに並列に配置され、且つ第１のリレーに直列に配置された第２のリレーと、第１のリレーのオフ動作を第２のリレーのオフ動作より遅延させる遅延手段とを有し、１のリレー及び第２のリレーは、３路スイッチのオン／オフ操作を受けてオン／オフすることを特徴とする。
この構成によれば、半導体スイッチに並列に接続された第２のリレーは、３路スイッチのオン／オフ操作を受けてオン／オフする。即ち、負荷操作路が導通状態のときオン状態にある。よって、半導体スイッチがオンの時第２のリレーもオンであり、負荷電流を半導体スイッチではなく第２のリレーを介させることができ、半導体スイッチの電力消費による発熱を防止できる。更に、オフ操作して負荷操作路が断路したら、第１のリレーもオフするため、主電路は確実に遮断され、負荷に電圧が印加され続けるようなことがない。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、半導体スイッチのオフ動作時のチャタリングを防止するチャタリング防止回路を有することを特徴とする。
この構成によれば、オフ操作時に半導体スイッチが不安定な動作をすることが無く、負荷を確実にオフ操作できる。

本発明によれば、一対の３路スイッチは、負荷に対して並列に配置されるため、負荷に通電する電流によらず３路スイッチに流れる電流を僅かにでき、３路スイッチの接点にアークが殆ど発生しないよう構成でき、接点の長寿命化を図ることができる。その結果、既存の交流３路スイッチの使用が可能となり、低コスト化を図ることができる。

本発明に係る直流３路スイッチ装置の一例を示す回路図である。オン状態の電流の流れを示す回路説明図である。オフ操作直後の電流の流れを示す回路説明図である。オフ完了状態の回路説明図である。オン操作直後の状態を示す回路説明図である。オン操作を受けて通電開始時の電流の流れを示す回路説明図である。通電が安定した状態での電流の流れを示す回路説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る直流３路スイッチ装置の回路図であり、１は３路スイッチ（第１の３路スイッチ１ａ、第２の３路スイッチ１ｂ）、２は直流電源、３は電灯等の直流の負荷、４はアーク放電の発生を防止するためのアーク制御回路である。負荷３に電力を供給する主電路Ｌは、正極側電路Ｌ１と負極側電路Ｌ２の２本の電路で構成され、第１の３路スイッチ１ａと第２の３路スイッチ１ｂとは直列接続されて負荷操作路５を形成している。
また、正極側電路Ｌ１は電源２と負荷３とが接点等を介さず直接接続される一方で、負極側電路Ｌ２はアーク制御回路４を介して電源２と負荷３とが接続され、負荷操作路５は正極側電路Ｌ１の途中とアーク制御回路４を介して負極側電路Ｌ２に接続され、負荷３に対して並列に配置されている。

アーク制御回路４は、負極側電路Ｌ２に介在された半導体スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「ＦＥＴ」とする。）１０と、このＦＥＴ１０の負荷側に直列に配置された第１のリレー１１と、ＦＥＴ１０に並列に配置されて第１のリレー１１に対しては直列に配置された第２のリレー１２と、ＦＥＴ１０のチャタリングを防止するためのチャタリング防止回路１３と、第１及び第２のリレー１１，１２を駆動するための電源回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、第２のリレー１２をオフ動作させるためのフォトカプラ１５（発光部１５ａ，受光部１５ｂ）とを有している。

尚、負荷操作路５の負極側電路Ｌ２との接続部は、ＦＥＴ１０のゲートであり、３路スイッチ１の操作でＦＥＴ１０が操作される。また、第２のリレー１２を備えた回路を負極側電路Ｌ２のバイパス電路Ｈ１、ＦＥＴ１０を備えた回路を補助電路Ｈ２として説明する。

上記の如く構成された直流３路スイッチ装置の動作は以下のようである。負荷３のオン／オフ操作は従来の操作と同様であり、双方の３路スイッチ１ａ，１ｂがオン状態（負荷操作路５が導通状態）にあると負荷３もオンし、一方の３路スイッチ１を操作して負荷操作路５が断路すると負荷３はオフする。図２〜４はオフ動作の流れを示す説明図、図５〜７はオン動作の流れを示す説明図であり、この図２〜７を参照して説明する。

負荷操作路５が導通状態にあると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がオンして所定の電圧を出力する。また、フォトカプラ１５がオンするため、第１のリレー１１及び第２のリレー１２はオンし、主電路Ｌは閉路して直流電源２の正極から正極側電路Ｌ１を介して負荷３に流れる負荷電流は、負極側電路Ｌ２の第１のリレー１１、バイパス電路Ｈ１を介して直流電源２の負極に流れる。図２はこのオン状態を示し、破線で示すｉは負荷電流の流れを示している。

この状態から、一方の直流３路スイッチ１を操作して負荷操作路５をオフ操作すると以下の様に動作する。一方の３路スイッチ１を操作してオフ操作すると、負荷操作路５が非導通となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４及びフォトカプラ１５がオフする。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は遅延動作用コンデンサＣ２の作用により、フォトカプラ１５より遅れてオフ動作する。図３はこの状態を示し、負荷操作路５のオフ操作を受けてまず第２のリレー１２がオフするが、負極側電路Ｌ２の負荷電流ｉの通電路がバイパス電路Ｈ１から補助電路Ｈ２に変わるだけで、主電路Ｌの通電は維持されて負荷３のオン状態は継続する。

その後、オフ操作を受けてチャタリング防止回路１３が作動してＦＥＴ１０を確実にオフ操作する。図４は、この状態を示している。また、その直後に遅延動作用コンデンサＣ２の充電電荷が放出されることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４がオフして第１のリレー１１もオフする。こうして、主電路Ｌは遮断されて負荷３がオフとなる。図１は、この状態を示している。

次に、オン操作を受けた回路動作を説明する。任意の一方の直流３路スイッチ１を操作して、非導通状態にある負荷操作路５を導通状態に変化させると、まずＦＥＴ１０がオンする。
同時にフォトカプラ１５もオンするが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のオン動作まで一定の時間を要するため、第１のリレー１１は直ぐにはオンしない。従って、第１のリレー１１の動作に依存する第２のリレー１２もオンしない。この状態が図５の状態である。
その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が動作を開始することで、第１のリレー１１がオンする。この結果、図６に示すように補助電路Ｈ２を使用した負極側電路Ｌ２が導通状態となり、負荷電流ｉが流れ始める。更にその直後、第１のリレー１１のオン動作を受けて第２のリレー１２がオンするため、図７に示すように負荷電流ｉの通電路が補助電路Ｈ２からバイパス電路Ｈ１に移行して、負荷３への通電が継続される。

このように、一対の３路スイッチ１ａ，１ｂは、負荷３に対して並列に配置されるため、負荷３に通電する電流によらず３路スイッチ１に流れる電流を僅かにでき、３路スイッチ１の接点にアーク放電が殆ど発生しないよう構成できる。よって、接点の長寿命化を図ることができ、既存の交流３路スイッチの使用が可能となる。更に、ＦＥＴ１０は、２つの３路スイッチ１ａ，１ｂに対して１つで良く低コスト化を図ることができる。
また、ＦＥＴ１０に並列に接続された第２のリレー１２は、３路スイッチ１のオン／オフ操作を受けてオン／オフする。即ち、負荷操作路５が導通状態のときオン状態にある。よって、ＦＥＴ１０がオンの時第２のリレー１２もオンであり、負荷電流をＦＥＴ１０ではなく第２のリレー１２を介させることができ、ＦＥＴ１０の電力消費による発熱を防止できる。更に、オフ操作して負荷操作路５が断路したら、第１のリレー１１もオフするため、主電路Ｌは確実に遮断され、負荷３に電圧が印加され続けるようなことがない。
加えて、チャタリング防止回路１３を設けたことで、オフ操作時にＦＥＴ１０が不安定な動作をすることが無く、負荷３を確実にオフ操作できる。

１（１ａ，１ｂ）・・３路スイッチ、２・・直流電源、３・・負荷、４・・アーク制御回路、５・・負荷操作路、１０・・ＦＥＴ（半導体スイッチ）、１１・・第１のリレー、１３・・第２のリレー、１３・・チャタリング防止回路、１５・・フォトカプラ、Ｌ１・・正極側電路、Ｌ２・・負極側電路、Ｃ２・・遅延動作用コンデンサ（遅延手段）。

Claims

一対の３路スイッチにより、共通する直流の負荷を２箇所からオン／オフ操作する直流３路スイッチ装置であって、
負荷に電力を供給する正極側電路及び負極側電路から成る主電路のうちの負極側電路に、半導体スイッチを介在させたアーク制御回路が設けられる一方、
前記一対の３路スイッチは直列に接続されて負荷操作路を形成し、当該負荷操作路の一端は前記半導体スイッチのゲートに接続されて、負荷操作路全体は前記負荷に対して並列に配置されて成り、
前記一対の３路スイッチにより、前記半導体スイッチをオン／オフ操作することで前記負荷をオン／オフすることを特徴とする直流３路スイッチ装置。
前記アーク制御回路は、前記半導体スイッチの負荷側に直列に配置された第１のリレーと、
前記半導体スイッチに並列に配置され、且つ前記第１のリレーに直列に配置された第２のリレーと、
前記第１のリレーのオフ動作を前記第２のリレーのオフ動作より遅延させる遅延手段とを有し、
前記１のリレー及び前記第２のリレーは、前記３路スイッチのオン／オフ操作を受けてオン／オフすることを特徴とする請求項１記載の直流３路スイッチ装置。
前記半導体スイッチのオフ動作時のチャタリングを防止するチャタリング防止回路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の直流３路スイッチ装置。