JPH0284814A - 交流２線式無接点スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電給デバイスで構成された過電流保護装置付交
流２線式無接点スイッチに関する。

〔従来の技術〕

交流２線式無接点スイッチは、外部からの信号に応じて
半導体素子のスイッチング作用により普通の機械的接点
のスイッチと同様に用いることができて極めて便利なも
のである。しかし半導体素子は過電流に対して破壊し易
いこととこの素子の内部抵抗による電圧降下がスイッチ
の残留電圧となるのでこの点に留意して構成しなければ
ならない。このような交流２線式無接点スイッチの従来
例を第１図に示す。第１図において、スイッチ部１は交
流２線式電源２と負荷３とからなる閉ループ回路に直列
にこのスイッチを挿入するための二つの端子４，５を爽
し、この端子４，５間に全波整流回路６が接続されてい
る。この整流回路６の整流出力端間に負荷開閉用のトラ
ンジスタ７が接続されて、このトランジスタ７をオンす
ることにより整流回路６を短絡し、間接的に端子４．５
間を閉じる。このトランジスタ７のコレクタ・エミッタ
通路には電流検出用の抵抗８が直列に接続されている。

そしてこの抵抗８の両端に生じる電圧に応じてトランジ
スタ９がトランジスタ７のベース電流を側路することに
よりトランジスタ７が定電流動作するように構成されて
いる。トランジスタ７のベース電流は定電圧ダイオード
１０１　トランジスタ１１のコレクタ・エミッタ通路お
よび抵抗１２の直列回路により供給される。このトラン
ジスタ１１は、トランジスタ１３により制御されており
、トランジスタ１３がオフのとき抵抗１４を通じてベー
ス電流が流れてオンし、トランジスタ１３がオンのとき
オフとなる。整流回路６の整流出力端間には、さらに抵
抗１６、定電圧ダイオード１７および抵抗１８の直列回
路からなる電圧検出回路１９が接続されており、この定
電圧ダイオード１７と抵抗１８の接続点にトランジスタ
１３のベースが接続されている。このトランジスタ１３
のベースには、またセンサ回路２７の出力端が抵抗２０
を介して接続されている。整流回路６の出力端の電圧が
定電圧ダイオード１７のしきい電圧■、τよりも高く、
この宮電圧ダイオード１７を通じてトランジスタ１３の
ベース電流が流れる状態では、センサ回路２７の信号に
かかわらずトランジスタ１３はオンであり、その結果ト
ランジスタ１１およびトランジスタ７はオフである。セ
ンサ回路２７は、近接センサ回路や光電センサ回路など
で整流回路６からトランジスタ２１、定電圧ダイオード
２２）抵抗２３，２４、コンデンサ２５よりなる定電圧
回路２６を介して平滑安定化した電力が供給されて動作
する。バリスタ２８およびアバランシェダイオード２９
は、電源２や負荷３の回路から発生するサージからこの
スイッチ１の内部素子を保護するために接続されている
。

この無接点スイッチにおいて、整流回路６の出力端（ａ
）点の電圧波形は交流電圧をほぼ全波整流したままの形
で零から最大値まで変化し、大部分の位相でこの電圧が
定電圧ダイオード１７のしきい電圧Ｖｔｔを超えダイオ
ード１７に電流１１ｉが流れるが、電圧の零１点付近に
おいてしきい電圧ｖ１．より低いときは定電圧ダイオー
ド１７に電流は流れない。しかしセンサ回路２７の検出
信号が＠Ｈ“のときは（ａ）点の電圧が零点付近になっ
てもトランジスタ１３のベース電流は流れるからトラン
ジスタ１３はオン、トランジスタ１１．７はオフであり
、スイッチは開路である。次に検出信号が＠Ｌ′″に低
下すると（ａ）点の電圧が次の零点に低下したときトラ
ンジスタ１３はオフになり、トランジスタ１１．７はオ
ンになる。このときトランジスタ７は、定電圧ダイオー
ド１０、トランジスタ１１および抵抗１２を通じてベー
ス電流の供給を受けるため、（ａ）点の電圧は概略的に
定電圧ダイオード１０のしきい電圧ｖＩ０にほぼ等しい
値に制限される。

そしてこのしきい電圧ｖ１゜はしきい電圧Ｖｌ？よりも
低く設定されているため電流’１？が流れることはなく
、トランジスタ１３は検出信号が１Ｌ”である限りオ、
フを維持する。こうしてスイッチは閉じられ負荷３には
電流が流れる。そして次に検出信号が＠Ｈ”に上昇する
とトランジスタ１３は直ちにオンになり、トランジスタ
１１．７はオフになり、スイッチは開かれる。

負荷３が短絡故障などを起こしているときセンサ回路２
７から＠Ｌ″信号が与えられると、トランジスタ７がオ
ンになったときトランジスタ７の電流ｉ？　は増大する
。勿論トランジスタ７がオンのときに負荷３に故障を発
生したときも同様である。電流ｉマ　が増大すると抵抗
８の両端に生じる電圧も増大し、トランジスタ９のコレ
クタ・エミッタに電流が流れ、トランジスタ７のベース
電流を側路する。したがってトランジスタ７はそのコレ
クタ・エミッタを通じて流れる電流ｉ丁　　が制限され
て定電流動作が行われる。このときトランジスタ７のコ
レクタ・エミッタ間のインピーダンスが高くなるため（
ａ）点の電圧は上昇する。そして（ａ）点の電圧がしき
い電圧Ｖｌ？を超えると定電圧ダイオード１７を通じて
電流ｉｓｙが流れ、トランジスタ１３がオンになり、ト
ランジスタ１１，７がオフとなる。こうして負荷の異状
時に負荷開閉用トランジスタ７に過大電流が流れようと
したとき、これを抑制し、またはこのトランジスタフを
オフさせれば、負荷開閉用トランジスタ７は過電流から
保護され、負荷は故障の拡大が防止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような無接点スイッチは、負荷開閉用
のトランジスタが閉じているときもそのベース電流を流
す電圧を得るため（こスイッチの残留電圧を高くせねば
ならないという欠点があり、さらにこの負荷開閉用のト
ランジスタはそのベース電流が流れ定電流動作をするた
めに容量の大きなものを用いねばならないから、回路構
成が大きくなり、スイッチの形状を小さくできないとい
う欠点がある。

本発明は、上述の欠点を除去し、残留電圧が低く、小形
で、かつ過電流に対しては自動的に回路を開く交流２線
式無接点スイッチを、提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、交流電源と負荷
とが直列に接続される二つの端子、この二つの端子間に
接続された整流回路、この整流回路の出力端間に接続さ
れた負荷開閉用サイリスタと過電流しゃ断用ＭＯＳ！電
界効果トランジスタ（以下これを　ＭＯ８ＲＦＴ　　と
いう）と電流検出抵抗との直列回路、外部信号により前
記サイリスタをオンさせるトリガ回路、前記電流検出抵
抗の両端に生じる電圧が一定値を超えると前記ＭＯ８・
ＦＢＴをオフする保護回路および前記整流回路の出力端
に接続され、この出力端の電圧を平滑安定化して前記ト
リガ回路と前記保護回路とに給電する定電圧回路を備え
ていることを特徴とする。

〔作用〕

負荷開閉用の素子として一度オンしてしまえば以後ゲー
ト電流を必要としないサイリスタを用いてスイッチの残
留電圧を低くシ、サイリスタに過電流が流れたときはゲ
ート電流の小さいＭＯＳ・ＦＥＴ　でこれをしゃ断する
保護回路を設け、これらの素子をオンかオフかの何れか
で使用し、中間で使用することがないために小容量小形
の素子でよくスイッチ全体を小形にすることができる。

なお、保護回路は遅延回路を介して動作するように接続
されるとスイッチ投入時のラッシュ電流やノイズに対し
て誤動作することがなく都合よい。また、保護回路はト
リガ回路の通電によって給電されるようにすると、トリ
ガ回路がオフで、スイッチが開路したときはＭＯＳ−Ｆ
ＥＴもオフになるから都合よい。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第２図ないし第４図に基づいて詳
細ζこ説明する。

第２図においてこの交流２線式無接点スイッチは、第１
図に示す従来のスイッチと同様に交流２線式電源２と負
荷３からなる閉ループ回路番こ直列にこのスイッチを挿
入するための二つの端子４゜５を有し、この二つの端子
４．５の間にスイッチ部１の全波整流回路６の入力端子
が接続され、スイッチ部１はこのほか整流回路６の出力
端子に接続された負荷開閉用のサイリスタ３０．ＭＯＳ
−ＦＥＴ３１および電流検出抵抗８の直列回路から構成
されている。そしてこれらを駆動する回路は、サイリス
タ３０を外部信号ここではセンサ回路２７でオンするト
リガ回路３２）電流検出抵抗８の電圧が一定値を超える
とＭＯＳ−ＦＥＴ３１をオフする保護回路３３および定
電圧回路２６から構成されている。トリガ回路３２は、
トランジスタ３４のエミッタ・コレクタ、定電圧ダイオ
ード３５および二つの抵抗３６．３７の直列回路で構成
され、抵抗３６．３７の接続点に平滑コンデンサ８８と
サイリスタ３０のゲートが接続されている。このトリガ
回路３２を駆動する信号は、例えばセンサ回路２７を用
い、抵抗３９．４０により適当な大きさとしてトランジ
スタ゛３４のベースに与えるように接続されている。保
護回路３３は、抵抗４１とサイリスタ４２の直列回路で
あり、このサイリスタ４２のゲートに抵抗８の両端の電
圧が抵抗４３を介して与えられるように接続され、抵抗
４１とサイリスタ４２との接続点がＭＯＳ−ＦＥＴ３１
のゲートに接続されている。定電圧回路２６は、トラン
ジ・スタ２１、定電圧ダイオード２２）抵抗２３および
コンデンサ２５からなり、整流回路６の整流出力端間に
接続されている。そしてこの整流出力端間の電圧を平滑
定定化してトリガ回路３２）保護回路３３に与えるもの
で、この実施例ではセンサ回路２７にも与えられている
。バリスタ２８およびアバランシェダイオード２９は従
来のものと同様である。

このスイッチは、端子４，５の間に負荷３を介して交流
電圧が印加されると、整流回路６、定電圧回路２６およ
び抵抗４１を介してＭＯＳ−ＦＷ’Ｉ’３１のゲートに
電圧が与えられ、ＭＯＳ−ＦＥＴ３１がオンする。これ
でスイッチは待機状態となり、センサ回路２７から信号
が与えられるとトランジスタ３４がオンし、定電圧ダイ
オード３５、抵抗３６．３７のトリガ回路３２に電流が
流れるため、サイリスタ３０がオンし、整流回路６を通
して端子４．５の間が閉じる。また、センサ回路２７の
信号が消滅すればトランジスタ３４がオフし、トリガ回
路３２の電流は流れないからサイリスタ３０は次の整流
波形の零点でオフする。ここでもし短絡などにより負荷
３に大電流が流れると、抵抗８の両端の電圧が高くなり
、この電圧が一定値を超えると、サイリスタ４２がオン
してＭＯＳ−ＦＥＴ３１のゲート電圧が低下するからＭ
ＯＳ−ＦＥＴ３１はオフし、スイッチ１は開き、サイリ
スタ８０の過電流による破壊を防止する。サイリスタ４
２は定電圧回路２６の電圧が与えられているから一度オ
ンすると電源を切らない限り導通を続け、入力信号の有
無にか−わらず、言い換えればサイリスタ３０のオン・
オフにかかわらずＭＯＳ　−ＦＥＴ　３１　　はオフを
続け、スイッチは開いている。

第３図は本発明の異なる実施例で、第２図に示すスイッ
チの保護回路３３に遅延回路４４が追加されている。こ
の遅延回路４４は、トランジスタ４６のコレクタ・エミ
ッタ通路と抵抗４７の直列回路でＭＯＳ−ＦＥＴ３１の
ゲート電流を側路するように接続して、トランジスタ４
６のベース電流を電流検出抵抗８の両端の電圧で制御す
る。さらにサイリスタ４２のゲートにコンデンサ４５が
接続されている。したがって、スイッチの投入時または
投入中、負荷に過電流が流れて抵抗８の両端の電圧が一
定値を超えるとサイリスタ４２がオンするが、この実施
例では抵抗４３とコンデンサ４５により、サイリスタ４
２のゲートに与えられる電圧の上昇が遅れ、保護回路３
３は負荷の過電流が継続することを確認してから動作す
る。このため負荷３に一時的に発生するノイズやスイッ
チの投入時に流れるラッシュ電流などによる誤動作を防
止することができる。なお、トランジスタ４６はサイリ
スタ３０＃こ過電流が流れたときＭＯＳ−ＦＥＴ３１の
ゲート電流を側路し、サイリスタ４２がオンするまでの
短時間ＭＯ８−ＦＥＴ３１を定電流動作させて、サイリ
スタ３０の過電流を軽減する。その他の開閉動作は第２
図に示すものと同様であるから説明を省略する。

第４図は本発明の異なる実施例を示すものである。この
実施例において第２図および第３図に示す実施例と異な
る点は、保護回路３３が電圧安定回路２６から直接給電
されず、トリガ回路３２に発生する電圧が給電されるこ
とで、第４図では抵抗４１の一端がトリガ回路３２のト
ランジスタ３４と定電圧ダイオード３５との接続点に接
続されている。第４図では第３図に示すものと同様に遅
延回路４４が付加されているが、第２図ｉこ示すような
遅延回路を有しないスイッチ回路に応用することもでき
る。

この実施例ではトリガ回路３２に信号が送られてトラン
ジスタ３４がオンしたときにはじめて保護回路３３に給
電される。したがってトリガ回路３２に信号が送られて
トランジスタ３４がオンするとサイリスタ３０がオンし
てスイッチを閉じるが、このとき保護回路３３にも給電
されるからＭＯＳ　、　ｐｇ’ｒ　３１もオンする。信
号が消滅してトランジスタ３４がオフすれば、サイリス
タ３０もオフするがこのときＭＯＳ−ＩＴ３１もサイリ
スタ４２もともにオフする。すなわち、この回路では負
荷開閉用のサイリスタ３０と同時にＭＯＳ−ＦＥＴ３１
もオン・オフする。そして、サイリスタ３０がオンのと
き負荷３に過電流が流れるとサイリスタ４２がオンし、
ＭＯＳ−ＦＥＴ３１がオフして過電流をしゃ断する。こ
こで信号が消滅すればトランジスタ３４がオフとなり、
サイリスタ３０がオフすると同時Ｅこサイリスタ４２も
オフする。すなわちスイッチは投入以前の状態に復帰し
たことをこなり、負荷３の故障が回復していれば、電源
３を切ることなくスイッチを動作させることができる。

〔発明の効果〕

本発明による交流２線式無接点スイッチは、負荷回路に
挿入するスイッチの二つの端子間に整流回路を接続し、
整流回路の整流出力端間をサイリスタでオン・オフする
もので、サイリスタはオンしてしまえば以後ゲート電流
を必要としないからスイッチの残留電圧を低くでき、か
つ、オン・オフだけの動作でトランジスタのように定電
流動作をさせることがないから小容量のものでよく、小
形化が可能となる。また過電流に対してはサイリスタと
直列に入力インピーダンスの高いＭＯＳ・ＦＥＴ　を接
続して過電流をしゃ断するようにしたことにより、スイ
ッチ全体を小形ζこし、かつ、負荷開閉素子を過電流か
ら防護し、さらにスイッチ投入時のラッシュ電流やノイ
ズによる誤動作を防止することが可能、であるという優
れたスイッチを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流２線式無接点スイッチの一例を示す
結線図、第２図ないし第４図はそれぞれ本発明の異なる
一笑施例を示す交流２線式無接点スイッチの結線図であ
る。 ２・・・交流２線式電源、３・・・負荷、４，５・・・
スイッチの端子、６・・・整流回路、８・・・電流検出
抵抗、２６・・・定電圧回路、３０・・・負荷開閉用サ
イリスタ、３１・・・ＭＯ８ｆｉ電界効果トランジスタ
、３２・・・トリガ回路、３３・・・保護回路、４４・
・・遅延回路。 第１図 第８図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）交流電源と負荷とが直列に接続される二つの端子、
   この二つの端子間に接続された整流回路、この整流回路
   の整流出力端間に接続された負荷開閉用サイリスタと過
   電流しゃ断用ＭＯＳ型電界効果トランジスタと電流検出
   抵抗との直列回路、外部信号により前記サイリスタをオ
   ンさせるトリガ回路、前記電流検出抵抗の両端に生じる
   電圧が一定値を超えると前記ＭＯＳ型電界効果トランジ
   スタをオフする保護回路および前記整流回路の出力端に
   接続され、この出力端の電圧を平滑安定化して前記トリ
   ガ回路と前記保護回路とに給電する定電圧回路とを備え
   ていることを特徴とする交流２線式無接点スイッチ。 ２）特許請求の範囲第１項記載のスイッチにおいて、保
   護回路は遅延回路を介して動作するように接続されてい
   ることを特徴とする交流２線式無接点スイッチ。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
   載のスイッチにおいて、保護回路はトリガ回路の通電に
   よって給電されるように接続されていることを特徴とす
   る交流２線式無接点スイッチ。