JPH0115239Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は負荷に供給される直流電力を無接点
式にオン−オフ制御する直流無接点開閉器に関す
るものである。

直流無接点開閉器は、負荷を含む閉回路中に直
列にスイツチング素子を介挿し、入力回路でこの
スイツチング素子を開閉制御するようにしたもの
が一般的であり、スイツチング素子としては通常
パワートランジスタが用いられる。また、このス
イツチング部の制御部への影響、すなわち高圧部
から入力回路への干渉を防止するため、スイツチ
ング部と制御部である入力回路との結合はホトカ
プラー等の電気的に絶縁された光学的結合回路に
よつて行われる。さらに、外部端子数や電源、負
荷との接続ライン数を減らすために回路全体への
電源供給を負荷を介して行ういわゆる２線式の電
源、負荷接続方式が実施されることが多い。

第１図は従来の典型的な直流無接点開閉器の回
路図を示している。

同図において、１は負荷２に直列に接続される
ダーリントントランジスタ回路、３はホトカプラ
ー、４は入力回路で、スイツチング回路は同図の
ように小電力で駆動し得るようダーリントン接続
されたトランジスタ回路からなり、また、ホトカ
プラー３は発光素子の発光ダイオード３０とホト
トランジスタ３１とで構成されている。ホトトラ
ンジスタ３１がオンするとダーリントントランジ
スタ回路１の初段トランジスタ１１で電流増幅さ
れ、その増幅された電流で後段のパワートランジ
スタ１０がドライブされる。

しかしながら、上記の回路では、電源、負荷接
続方式が２線式であるために、パワートランジス
タ１０が飽和領域に近づいてそのコレクターエミ
ツタ電圧（以下残り電圧という）が小さくなれ
ば、トランジスタ３１，１１のコレクタ電圧も小
さくなるためそのドライブ能力が減少しパワート
ランジスタ１０が完全に飽和状態にならなくな
る。しかもパワートランジスタ１０のコレクタ電
圧は、少なくともトランジスタ１１，１０のベー
スエミツタ電圧の和以上でなければならないため
に、残り電圧がどうしても多くなつてしまう不都
合があつた。また、パワートランジスタのコレク
タ電圧がベースエミツタ電圧の２倍以上になると
いうことを解決するために、第２図に示すように
コンプリメンタリダーリントントランジスタ回路
を使用することも提案されているが、この場合
も、２線式であるために、パワートランジスタが
飽和しようとするとドライブ能力が落ちることを
解決できず、特にホトトランジスタ３１の出力電
圧が不安定なレベルであるとパワートランジスタ
１０が動作しなかつたり、残り電圧が非常に大き
くなる欠点があつた。

この考案は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、入力回路の制御信号がいかなるレベルにあろ
うとダーリントントランジスタ回路がアナログ的
動作をせず、常に飽和或いはしや断領域で動作し
且つ残り電圧が非常に小さい無接点開閉器を提供
することを目的とする。

以下、この考案の好ましい実施例を第３図を参
照して説明する。

第３図はこの考案の実施例である直流無接点開
閉器の回路図を示し、同図において、第１図（第
２図）と異なるのは、ホトトランジスタ３１の出
力にトランジスタ５０，５１で構成される２段直
結トランジスタ増幅回路５が接続された点、トラ
ンジスタ１１′のベースとトランジスタ５１のベ
ース間にツエナーダイオード６が接続された点、
およびパワートランジスタ１０′の出力端に保護
ダイオード７が接続された点である。他の構成に
ついては第１図に示す回路と同様であるから、同
一部分には同一符号を付す。

次にこの回路の動作を説明すると、今、入力回
路４に制御信号が入力されていない時は、発光ダ
イオード３０が発光せず、従つてホトトランジス
タ３１がオンしないため、トランジスタ５０はベ
ース電流が流れて導通し、またこの導通によつて
トランジスタ５１はしや断状態に保持されてダー
リントン回路１′は駆動されない。それゆえ、パ
ワートランジスタ１０′は完全にしや断された状
態を保持し、負荷回路のオフ状態を保つ。

入力回路４に十分なレベルの制御信号が入力す
ると、発光ダイオード３０が発光し、ホトトラン
ジスタ３１が導通してトランジスタ５０へのベー
ス電流が供給されなくなる。そうするとトランジ
スタ５０がオフし、またこのオフによつてトラン
ジスタ５１が導通し、さらにトランジスタ１１′
も導通してパワートランジスタ１０′が導通飽和
状態に移行する。この場合、ダーリントントラン
ジスタ回路１′はトランジスタ５１によつて増幅
された電流で駆動されるから、パワートランジス
タ１０′は十分に飽和領域で作動する。なお、抵
抗８，９の値が、ダーリントントランジスタ回路
１′が一定の入力電流のあるときに十分飽和する
よう、適当に定められるのはいうまでもない。

次に、入力回路４に不安定な中間レベルの制御
信号が入力した場合の動作を説明する。

この場合、ホトトランジスタ３１はトランジス
タ５０に対して充分なベース電流を供給できな
い。ところが、通常のトランジスタは電流増幅率
が概ね100を越えるから、トランジスタ５０はト
ランジスタ５１に対して充分なベース電流を供給
する。その結果トランジスタ１１′のベース電流
は、トランジスタ５０の極めて広い活性動作領域
でパワートランジスタ１０′が飽和状態に達する
に充分な電流値を保つこととなる。制御信号が非
常に小さくてホトトランジスタ３１にほとんど電
流が流れず、そのためトランジスタ５０がほぼ完
全に導通したときに初めてトランジスタ５１以降
がしや断する。トランジスタ１０′が飽和すると
残り電圧が少なくなり、ホトトランジスタ３１、
２段直結トランジスタ増幅回路５から構成される
ダーリントントランジスタ回路制御部への供給電
圧も小さくなるが、ホトトランジスタ３１の出力
は合計３段のトランジスタ５０，５１，１１′で
増幅されるためドライブ不足の問題は全く生じな
い。要するに、ダーリントントランジスタ回路
１′を完全にオン−オフする入力回路４の制御信
号のしきい値幅が非常に狭くなり、トランジスタ
回路１′のアナログ的動作、すなわちパワートラ
ンジスタ１０′の活性領域での動作がほとんどな
くなることになる。それゆえに、回路のオン時に
残り電圧の増大と電力の損失増大を確実に防止す
ることができる。

また、第３図から明らかなように、ホトトラン
ジスタ３１のコレクタ−エミツタ間に加わる最大
電圧はトランジスタ５０のベース−エミツタ間の
順方向電圧となるから、使用するホトカプラー３
は容量の小さいものでよく、また定格に対して負
担が軽くなるから長寿命となる。

なお、ツエナーダイオード６は、パワートラン
ジスタ１０′のコレクタ−エミツタ間に急しゆん
な高電圧が加わつた場合、その高電圧を吸収する
ためのダイオードで、上記コレクタ−エミツタ間
の電圧を、ツエナ−電圧プラストランジスタ５１
および１１′のベース−エミツタ順方向電圧でク
ランプし、さらに、そのときのツエナー電流でト
ランジスタ１１′、したがつてパワートランジス
タ１０′を導通させる。このとき、電流はほとん
どパワートランジスタ１０′中を流れるので、ツ
エナーダイオード６には小電流しか流れず、した
がつて当該ダイオードの容量を小さくし得るとい
う利点がある。また、小容量のツエナーダイオー
ドは大容量のツエナーダイオードに比し一般に応
答性が優れているから、このような回路構成にす
ることで、異常高電圧の吸収特性より優れたもの
とすることができる。

トランジスタ５１のベースとパワートランジス
タ１０′のベース間に接続される抵抗２０は、パ
ワートランジスタ１０′のベース−エミツタ間順
方向電圧とトランジスタ５１のベース−エミツタ
間順方向電圧との差（パワートランジスタのベー
ス−エミツタ間順方向電圧は小電力トランジスタ
のそれに比べ高い）を利用して、トランジスタ５
１のベース電流を増やすための抵抗で、上記のし
きい値電圧幅をさらに狭くするよう作用する。し
かし、実用上は一般に不要で、特に特性のバラツ
キを問題にする場合や入力回路４の制御信号の状
態が悪い場合に取り付ければよい。

以上説明したように、この考案によれば、負
荷、電源接続を２線式で行うものにおいて、ダー
リントントランジスタ回路をコンプリメンタリ接
続して構成するとともに、ホトカプラーの受光ト
ランジスタとコンプリメンタリダーリントントラ
ンジスタ回路との間に２段直結トランジスタ増幅
回路を接続したことにより、残り電圧を小さくす
るとともに、制御信号のレベルが不安定であつて
もパワートランジスタのドライブ電流を十分に大
きくすることができ、パワートランジスタはアナ
ログ的動作をせず、常に飽和状態かしや断状態の
いずれかの状態を保持する優れた無接点開閉機能
を発揮する。また、ホトカプラの出力は２段直結
トランジスタ増幅回路５の初段トランジスタに直
結されるため、電源電圧がそのままホトカプラー
に印加されるのを防止することができ、ホトカプ
ラーの受光トランジスタ３１のコレクタ、エミツ
タ間に加わる最大電圧をトランジスタ５０のベー
ス、エミツタ間の順方向電圧にすることができ
る。すなわち、ホトカプラー３の容量を小さくで
き、また定格に対して負担が軽くなるから長寿命
となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流無接点開閉器の回路図を示
し、第２図はその改良した一部回路を示し、第３
図はこの考案の実施例である直流無接点開閉器の
回路図を示している。 １，１′……ダーリントントランジスタ回路、
２……負荷、３……ホトカプラー、３１……受光
トランジスタ、４……入力回路、５……２段直結
トランジスタ増幅回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 負荷に直列接続されるコンプリメンタリダーリ
   ントントランジスタ回路と、出力素子が受光トラ
   ンジスタであるホトカプラで結合され、前記コン
   プリメンタリダーリントントランジスタ回路のオ
   ン、オフ制御を行う入力回路と、を備えるととも
   に、前記ホトカプラの受光トランジスタと前記コ
   ンプリメンタリダーリントントランジスタ回路と
   の間に前記受光トランジスタに直結されたエミツ
   タ接地の２段直結トランジスタ増幅回路を介挿
   し、かつこの２段直結トランジスタ増幅回路と前
   記コンプリメンタリダーリントントランジスタ回
   路とを直結し、さらに、前記コンプリメンタリダ
   ーリントントランジスタ回路の電源端子を前記２
   段直結トランジスタ増幅回路および前記受光トラ
   ンジスタの電源端子に接続して成る直流無接点開
   閉器。