JP2658195B2 - Solid state relay - Google Patents

Solid state relay

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【発明の詳細な説明】 <発明の利用分野> 本発明は、産業機器や一般民生機器におけるモータ、
ヒータ等の負荷への電力供給を制御する場合に使用され
るソリッドステートリレー(SSR)に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Field of Application> The present invention relates to a motor for industrial equipment and general consumer equipment,
The present invention relates to a solid state relay (SSR) used when controlling power supply to a load such as a heater.

<従来技術とその問題点> ソリッドステートリレーを適用して、2つの負荷の一
方をオン、他方をオフというように、互いに相反する状
態に制御することが必要となる場合がある。たとえば、
モータを正転と逆転に切り換えて駆動する場合などがこ
れに該当する。かかる要求に対応するため、従来、ノー
マル・オン動作形のものと、ノーマル・オフ動作形のも
のとを組み合わせ、動作切り換え制御を容易にするとと
もに、回路構成の簡素化を図ることが試みられている。
そのために使用するノーマル・オン動作形のソリッドス
テートリレーとして、従来、第4図に示す構成のものが
ある。
<Prior art and its problems> In some cases, it is necessary to apply a solid-state relay to control two loads to be in an opposite state, such as turning on one of the loads and turning off the other. For example,
This corresponds to the case where the motor is driven by switching between forward rotation and reverse rotation. In order to respond to such demands, conventionally, it has been attempted to combine a normally-on operation type and a normally-off operation type to facilitate operation switching control and to simplify a circuit configuration. I have.
Conventionally, a normally-on operation type solid state relay used for this purpose has a configuration shown in FIG.

同図において、20はオン・オフ動作制御用の信号が入
力される入力側回路、40は入力信号に応答して負荷電源
ACをオン・オフする出力側回路であり、両回路20、40
フォトカプラ60を介して結合されている。入力側回路20
は、オン・オフ動作制御用の信号が入力される一対の入
力端子I1、I2およびフォトカプラ60を構成する発光ダイ
オードPDからなり、入力端子I1、I2に直流電源Eとスイ
ッチSWが接続される。一方、出力側回路40は、負荷電源
Vに一対の出力端子P1、P2を介して接続される双方向性
スイッチング素子(この例ではトライアック)THYと、
このトライアックTHYをオン・オフするトリガ回路TC
と、負荷電源ACの電圧のゼロクロス点近傍でトリガ回路
TCを動作させるゼロクロス検出回路ZC0と、フォトカプ
ラ60を構成するフォトトランジスタT1と、サージ吸収用
のスナバ回路SCとを備える。そして、上記のゼロクロス
検出回路ZC0は、フォトトランジスタT1に接続されたス
イッチングトランジスタT2および抵抗R2〜R4からなり、
入力信号の印加時にトリガ回路TCを非動作状態に設定す
るようになっている。なお、RLはモータ、ヒータ等の負
荷である。
In the figure, 2 0 input circuit to which a signal on-off operation control is entered, 4 0 in response to an input signal load power supply
An output-side circuit for turning on and off the AC, both circuits 2 0, 4 0 are coupled via the photocoupler 6 0. The input-side circuit 2 0
Consists emitting diode PD constituting a pair of input terminals I 1, I 2 and the photocoupler 6 0 signal on-off operation control is input, a DC power source E to the input terminal I 1, I 2 switch SW is connected. On the other hand, the output-side circuit 4 0 includes a THY (triac in this example) bidirectional switching element connected via a pair of output terminals P 1, P 2 to the load power supply V,
Trigger circuit TC for turning on / off this triac THY
And a trigger circuit near the zero crossing point of the load power supply AC voltage
It includes a zero-cross detection circuit ZC 0 to operate the TC, a photo-transistors T 1 constituting the photocoupler 6 0, and a snubber circuit SC for surge absorption. The zero-cross detection circuit ZC 0 above is formed of switching transistor T 2 and resistor R 2 to R 4 are connected to the photo transistor T 1,
The trigger circuit TC is set to a non-operating state when an input signal is applied. Note that RL is a load of a motor, a heater, and the like.

上記構成において、スイッチSWがオフで入力信号が印
加されない場合には、フォトトランジスタT1がオフで、
スイッチングトランジスタT2もベース電流が流れずオフ
の状態となっている。負荷電源ACの電圧が0Vから徐々に
上昇して抵抗R3とR4の分圧点電圧がトリガ回路TCのサイ
リスタSCRの動作電位に達した時点で、このサイリスタS
CRがオンする。すると、トライアックTHYがトリガされ
てオンするため、出力端子P1、P2間がオン状態となり、
負荷RLへの通電が行われる。一方、スイッチSWがオンさ
れて入力側回路20に入力信号が印加されると、フォトト
ランジスタT1がオンし、負荷電源ACの電圧が0V付近まで
スイッチングトランジスタT2にベース電流が流れてこの
スイッチングトランジスタT2がオンとなる。これによ
り、サイリスタSCRのゲートに対して印加する電圧がト
リガ電圧以下となるため、サイリスタSCRはオフとな
り、したがってトライアックTHYもトリガされず、出力
端子P1、P2間はオフの状態で負荷RLへの通電が行われな
い。
In the above configuration, when the switch SW is not the input signal is applied at off, the phototransistor T 1 is off,
The switching transistor T 2 also the base current is off state not flow. When the voltage of the load power supply AC is gradually dividing point voltage rises and the resistance R 3 and R 4 from 0V reaches the operating potential of the thyristor SCR trigger circuit TC, the thyristors S
CR turns on. Then, since the triac THY is triggered and turned on, the connection between the output terminals P 1 and P 2 is turned on,
Power is supplied to the load RL. On the other hand, when the input signal to the input side circuit 2 0 switch SW is turned on is applied, the phototransistor T 1 is turned on, the voltage of the load power supply AC flows through the base current to the switching transistor T 2 to the vicinity of 0V the switching transistor T 2 is turned on. Thus, since the voltage applied to the gate of the thyristor SCR is equal to or less than the trigger voltage, the thyristor SCR is turned off, thus the triac THY also not triggered, the output terminal P 1, P 2 between the load RL in the OFF state Is not energized.

ところで、従来の上記構成のものでは、ゼロクロス検
出回路ZC0にフォトトランジスタT1とは別個にスイッチ
ングトランジスタT2も設ける必要があったため、回路構
成が複雑になるばかりか、コストアップの要因ともなっ
ていた。
However, by way of the above-mentioned conventional arrangement, since it was necessary to zero-cross detection circuit ZC 0 and photo transistors T 1 separately switching transistor T 2 also provided, not only the circuit configuration becomes complicated, making it also cost increase Was.

<発明の目的> 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、ノーマル・オン動作形のソリッドステートリレー
において、ゼロクロス検出回路の機能を損なうことな
く、回路構成を一層簡素化することを目的とする。
<Object of the Invention> The present invention has been made in view of such circumstances, and in a normally-on operation type solid state relay, the circuit configuration is further simplified without impairing the function of a zero-cross detection circuit. The purpose is to do.

<発明の構成と効果> 本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を
採る。
<Structure and Effect of the Invention> The present invention employs the following structure to achieve the above object.

すなわち、本発明では、ソリッドステートリレーのゼ
ロクロス検出回路において、入力側回路に設けられた発
光素子と結合されるベース端子付きのフォトトランジス
タを有し、このフォトトランジスタのベースが、該フォ
トトランジスタのベース電圧設定用の分圧抵抗の接続点
にダイオードを介して接続されていることを特徴として
いる。
That is, in the present invention, in the zero-cross detection circuit of the solid-state relay, there is provided a phototransistor with a base terminal coupled to a light emitting element provided in the input side circuit, and the base of this phototransistor is the base of the phototransistor. It is characterized in that it is connected via a diode to a connection point of a voltage dividing resistor for voltage setting.

上記構成によれば、単一のフォトトランジスタで信号
伝達とゼロクロス検出とを兼用できるため、従来のスイ
ッチングトランジスタを省略することができる。したが
って、回路構成を簡素化できるとともに、コストダウン
が可能となる。
According to the above configuration, since signal transmission and zero-cross detection can be shared by a single phototransistor, a conventional switching transistor can be omitted. Therefore, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

<実施例> 第1図は、本発明の実施例に係るノーマル・オン動作
形のソリッドステートリレーの回路構成図である。
Embodiment FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a normally-on operation type solid state relay according to an embodiment of the present invention.

この実施例のソリッドステートリレー1は、オン・オ
フ動作制御用の信号が入力される入力側回路2と、この
入力側回路2への入力信号に応答して負荷電源AC(交
流)をオン・オフする出力側回路4とを備え、両回路
2、4がフォトカプラ6を介して結合されている。
The solid state relay 1 of this embodiment has an input side circuit 2 to which an on / off operation control signal is input, and a load power supply AC (alternating current) which is turned on / off in response to an input signal to the input side circuit 2. And an output side circuit 4 that is turned off. Both circuits 2 and 4 are coupled via a photocoupler 6.

上記の入力側回路2は、オン・オフ動作制御用の信号
が入力される一対の入力端子I1、I2、抵抗R0およびフォ
トカプラ6を構成する発光素子(本例では発光ダイオー
ド)PDからなり、入力端子I1、I2に対して直流電源Eと
スイッチSWが接続されている。
The input side circuit 2 includes a pair of input terminals I 1 , I 2 , a resistor R 0, and a light emitting element (a light emitting diode in this example) PD that constitutes the photocoupler 6 to which a signal for controlling on / off operation is input. The DC power supply E and the switch SW are connected to the input terminals I 1 and I 2 .

一方、出力側回路4は、負荷電源ACに一対の出力端子
P1、P2を介して接続される双方向性スイッチング素子
(本例ではトライアック)THYと、このトライアックTHY
をオン・オフするトリガ回路TCと、負荷電源ACの電圧の
ゼロクロス点を検出してトリガ回路TCを動作させるゼロ
クロス検出回路ZCと、サージ吸収用のスナバ回路SCとを
備える。
On the other hand, the output side circuit 4 includes a pair of output terminals connected to the load power supply AC.
A bidirectional switching element (in this example, a triac) THY connected via P 1 and P 2 and the triac THY
Circuit, a zero-crossing detection circuit ZC for detecting the zero-crossing point of the voltage of the load power supply AC and operating the triggering circuit TC, and a snubber circuit SC for surge absorption.

そして、上記のゼロクロス検出回路ZCは、入力側回路
2に設けられた発光ダイオードPDと結合されるベース端
子付きのフォトトランジスタTrを有し、このフォトトラ
ンジスタTrのベースがベース電圧設定用の分圧抵抗R1
R2の第1接続点fにダイオードD1、D2を介して接続され
ている。また、フォトトランジスタTrのコレクタは、後
述するサイリスタSCRのゲートトリガ電圧設定用の分圧
抵抗R3、R4の第2接続点gに接続されている。そして、
フォトトランジスタTrがオフの状態では、上記の第1接
続点fの電位V1よりも第2接続点gの電位V2の方が小さ
くなるように、各抵抗R1、R2、R3、R4の値が設定され
る。トリガ回路TCは、サイリスタSCR、全波整流用のブ
リッジ回路DBおよび抵抗R6からなり、サイリスタSCRの
動作電位V0は、フォトトランジスタTrが受光していない
状態でオンするのに必要な電位Vaよりも小さくなるよう
に予め設定されている。また、スナバ回路SCは、抵抗R5
とコンデンサC1とからなる。なお、RLはモータ、ヒータ
等の負荷である。
The above-mentioned zero-crossing detection circuit ZC has a phototransistor Tr with a base terminal coupled to the light emitting diode PD provided in the input side circuit 2, and the base of the phototransistor Tr is a voltage divider for setting a base voltage. Resistance R 1 ,
It is connected to a first connection point f of R 2 via diodes D 1 and D 2 . Further, the collector of the phototransistor Tr is connected to a second connection point g of the voltage dividing resistors R 3 and R 4 for setting the gate trigger voltage of the thyristor SCR described later. And
The photo-transistor Tr is off, so than the potential V 1 of the first connection point f of the better potential V 2 of the second connection point g decreases, the resistance R 1, R 2, R 3, The value of R 4 is set. Trigger circuit TC is a thyristor SCR, consists bridge circuit DB and a resistor R 6 for full-wave rectification, operating potential V 0 thyristor SCR, the potential Va necessary for ON in a state in which the photo transistor Tr is not received It is set in advance so as to be smaller. The snubber circuit SC has a resistor R 5
And a capacitor C 1 Metropolitan. Note that RL is a load of a motor, a heater, and the like.

次に、上記構成のソリッドステートリレーの動作を、
第2図に示すタイミングチャートおよび第3図に示す負
荷電源の波形図を参照して説明する。
Next, the operation of the solid state relay having the above configuration will be described.
This will be described with reference to the timing chart shown in FIG. 2 and the waveform diagram of the load power supply shown in FIG.

(i)入力信号の無印加状態(第2図の符号aで示す期
間) この状態では、直流電源EのスイッチSWがオフで、入
力側回路2の発光ダイオードPDが消灯している。このた
め、第3図に示すように、負荷電源AC電圧が0Vから徐々
に上昇すると、第1接続点fの電位V1がフォトトランジ
スタTrをオンするのに必要な電位Vaに到達するよりも先
に第2接続点gの電位V2がサイリスタSCRの動作電圧V0
に到達するので、フォトトランジスタTrがオンするまで
にサイリスタSCRのゲートがオンし、これによりトライ
アックTHYもオンする。したがって、出力端子P1、P2
が導通して負荷RLへの通電が行われる。
(I) No input signal applied state (period indicated by reference symbol a in FIG. 2) In this state, the switch SW of the DC power supply E is off, and the light emitting diode PD of the input side circuit 2 is off. Therefore, as shown in FIG. 3, when the load power supply AC voltage gradually increases from 0V, than the potential V 1 of the first connection point f reaches a potential Va necessary to turn on the photo transistor Tr First, the potential V 2 of the second connection point g is set to the operating voltage V 0 of the thyristor SCR.
, The gate of the thyristor SCR turns on by the time the phototransistor Tr turns on, thereby turning on the triac THY. Therefore, the connection between the output terminals P 1 and P 2 is conducted, and the load RL is energized.

(ii)入力信号の印加直後の状態(第2図の符号bで示
す期間) 直流電源EのスイッチSWをオンにして入力側回路2に
入力信号を印加すると、発光ダイオードPDが発光する。
これに伴い、フォトトランジスタTrのベース電流が増加
するので、このフォトトランジスタTrをオンするのに必
要な電位Vbが相対的に低下してサイリスタSCRの動作電
位V0以下でフォトトランジスタTrがオンする。これによ
り、第2接続点gの電位V2がサイリスタSCRの動作電位V
0以下になる。しかし、トライアックTHYは、その特性に
より直ちにオフにはならず、保持電流以下になるまでオ
ン状態を維持する。つまり、負荷電源AC電圧が0V近傍に
なるまで負荷RLへの通電が行われる。そして、保持電流
以下になって始めてオフ状態になる。
(Ii) State immediately after application of the input signal (period indicated by reference character b in FIG. 2) When the switch SW of the DC power supply E is turned on and the input signal is applied to the input side circuit 2, the light emitting diode PD emits light.
Accordingly, since the base current of the phototransistor Tr increases, the operating potential V 0 which phototransistor Tr in the following thyristor SCR decreases relatively potential Vb necessary to turn on the photo transistor Tr is turned on . As a result, the potential V 2 of the second connection point g becomes the operating potential V of the thyristor SCR.
0 or less. However, the triac THY does not turn off immediately due to its characteristics, but keeps on until the holding current becomes equal to or less than the holding current. That is, the power supply to the load RL is performed until the load power supply AC voltage becomes close to 0 V. Only when the current becomes equal to or smaller than the holding current, the transistor is turned off.

(iii)入力信号の印加継続状態(第2図の符号cで示
す期間) この状態では、直流電源EのスイッチSWがオンされて
から一定の時間が経過しており、また、フォトトランジ
スタTrは発光ダイオードPDからの光りを受光しているの
で、フォトトランジスタTrをオンするのに必要な電位Vb
はサイリスタSCRの動作電位V0以下となる。そして、フ
ォトトランジスタTrがオンの状態で第2接続点gの電位
がサイリスタSCRの動作電位V0以下になるため、サイリ
スタSCRはオンできず、このためトライアックTHYもオフ
の状態にある。したがって、出力端子P1、P2間は非導通
で負荷RLへの通電は行われない。
(Iii) Input signal application continuation state (period indicated by reference symbol c in FIG. 2) In this state, a certain period of time has elapsed since the switch SW of the DC power supply E was turned on. Since the light from the light emitting diode PD is received, the potential Vb required to turn on the phototransistor Tr
Equal to or less than the operating potential V 0 of the thyristor SCR is. Since the photo-transistor Tr potential of the second connection point g is below operating potential V 0 thyristor SCR in the state of ON, the thyristor SCR can not be turned on, and therefore the triac THY is also in the OFF state. Therefore, the output terminals P 1 and P 2 are non-conductive, and no current is supplied to the load RL.

(iv)入力信号のオフ直後の状態(第2図の符号dで示
す期間) この状態では、直流電源EのスイッチSWがオフで、入
力信号が印加されないので、出力側回路2の発光ダイオ
ードPDが消灯する。このため、第3図に示すように、フ
ォトトランジスタTrがオンするのに必要な電位Vaは、サ
イリスタSCRが動作するのに必要な電位V0よりも大きく
なるが、負荷電源ACの電圧がフォトトランジスタTrをオ
ンするに必要な電位Vaよりも大きいときには、フォトト
ランジスタTrはオン状態を維持する。このため、第2接
続点gの電位V2はサイリスタSCRの動作電位V0以下とな
るので、サイリスタSCRはオンできず、トライアックTHY
もオフの状態にある。したがって、出力端子P1、P2間は
非導通で負荷RLへの通電は行われない。そして、第2図
の符号aで示す次の期間において、負荷電源ACの電圧が
0Vから徐々に上昇する際に、フォトトランジスタTrがオ
ンするよりも先にサイリスタSCRがオンするため、これ
によりトライアックTHYがオンすることになる。
(Iv) State immediately after the input signal is turned off (period indicated by reference symbol d in FIG. 2) In this state, since the switch SW of the DC power supply E is off and no input signal is applied, the light emitting diode PD of the output side circuit 2 Turns off. Therefore, as shown in FIG. 3, the potential Va necessary for the photo transistor Tr is turned on, becomes larger than the potential V 0 which required the thyristor SCR to operate, the voltage of the load power supply AC is photo When the potential is higher than the potential Va required to turn on the transistor Tr, the phototransistor Tr maintains the on state. Thus, the potential V 2 of the second connection point g is as follows operating potential V 0 thyristor SCR, thyristor SCR can not be turned on, the triac THY
Is also in the off state. Therefore, the output terminals P 1 and P 2 are non-conductive, and no current is supplied to the load RL. Then, in the next period indicated by reference symbol a in FIG.
When gradually increasing from 0V, the thyristor SCR is turned on before the phototransistor Tr is turned on, so that the triac THY is turned on.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図ないし第3図は本発明の実施例を示し、第1図は
ノーマル・オン動作形のソリッドステートリレーの回路
構成図、第2図は第1図のソリッドステートリレーのタ
イミングチャート、第3図はフォトトランジスタとサイ
リスタの動作電位と負荷電源の出力波形との関係を示す
説明図である。また、第4図は従来のノーマル・オン動
作形のソリッドステートリレーの回路構成図である。 1……ソリッドステートリレー、 2……入力側回路、 4……出力側回路、 ZC……ゼロクロス検出回路、 Tr……フォトトランジスタ、 TC……トリガ回路、 THY……トライアック。
1 to 3 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a normally-on operation type solid state relay. FIG. 2 is a timing chart of the solid state relay of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the operating potential of the phototransistor and the thyristor and the output waveform of the load power supply. FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a conventional normally-on operation type solid state relay. 1 ... solid state relay, 2 ... input side circuit, 4 ... output side circuit, ZC ... zero cross detection circuit, Tr ... phototransistor, TC ... trigger circuit, THY ... triac.

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】オン・オフ動作制御用の信号が入力される
    入力側回路と、この入力信号に応答して負荷電源をオン
    ・オフする出力側回路とを備え、かつ、前記出力側回路
    は、前記負荷電源に接続される双方向性のスイッチング
    素子と、このスイッチング素子をオン・オフするトリガ
    回路と、前記負荷電源電圧のゼロクロス点を検出して前
    記トリガ回路を動作させるゼロクロス検出回路とを含む
    ソリッドステートリレーにおいて、 前記ゼロクロス検出回路は、前記入力側回路に設けられ
    た発光素子と結合されるベース端子付きのフォトトラン
    ジスタを有し、このフォトトランジスタのベースが、該
    フォトトランジスタのベース電圧設定用の分圧抵抗の接
    続点にダイオードを介して接続されていることを特徴と
    するソリッドステートリレー。
    An input side circuit to which a signal for controlling on / off operation is input, and an output side circuit for turning on / off a load power supply in response to the input signal, wherein the output side circuit is A bidirectional switching element connected to the load power supply, a trigger circuit for turning on and off the switching element, and a zero cross detection circuit for detecting a zero cross point of the load power supply voltage and operating the trigger circuit. In the solid state relay including, the zero cross detection circuit has a phototransistor with a base terminal coupled to a light emitting element provided in the input side circuit, the base of the phototransistor is a base voltage setting of the phototransistor Solid state relay characterized in that it is connected via a diode to a connection point of a voltage dividing resistor.
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