JPH04133682A - 電力制御回路 - 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、負荷への給電経路に挿入されたスイッチング
素子を断続的にオンにして負荷への供給電力を制限する
ようにした電力制御回路に関するものである。

【従来の技術】

従来より、電力制御回路として、第４図に示すようなも
のが提供されている。この回路構成では、スイッチＳＷ
がオンになるたびに、負荷であるモータＭに直列接続し
た電力制御用のスイッチング素子Ｑをオン、オフするこ
とによりモータＭを回転、停止させるようにしである。 すなわち、スイッチＳＷがオンになると、トリガパルス
発生回路１より一定幅のトリガパルスが出力され、トラ
ンジスタＴ、、Ｔ２をオンにして電源回路６から各回路
への給電を開始させるとともに、タイマ回路２の限時動
作を開始させるようになっているのであって、タイマ回
路２の限時動作中にはトランジスタＴ１がオンになるよ
うにしである。また、電源回路６からの給電が開始され
るとスイッチング素子Ｑはオンになる。タイマ回路２は
、限時動作中に入力端子（トランジスタＴ、のベース）
への入力レベルが“Ｌ”から“Ｈ”になると限時動作を
停止するように構成されており、スイッチＳＷが２度目
にオンになってトリガパルスが発生すると、限時動作を
停止してスイッチング素子Ｑをオフにするようになって
いるのである。 ところで、負荷が水中て用いるモータＭであるとすると
、回転部に防水用のシールが施されるのが普通であって
、このようなモータＭては、水中から引き上げて回転さ
せるとシールが劣化するという問題が生じる。このよう
な問題を回避するために、負荷電流が所定値以下になる
とスイッチング素子Ｑをオフにする保護回路３０が設け
られている。保護回路３０は、負荷電流を検出するよう
にモータＭとスイッチング素子Ｑとの直列回路に直列接
続された抵抗Ｒ０と、抵抗Ｒ６の端子電圧を抵抗Ｒａ、
Ｒｈにより設定された基準電圧と比較する比較回路３１
とにより構成されている。すなわち、抵抗Ｒ０の端子電
圧が基準電圧以下になると、タイマ回路２をリセットし
て限時動作を強制的に停止させ、電源回路６からの給電
を停止させることにより、スイッチング素子Ｑをオフに
するのである。 上記構成は、モータＭの回転と停止とを指示するのみで
あって、モータＭへの供給電力を調節してモータＭの回
転速度を変化させることはできないものである。 これに対して、モータＭへの供給電力を制御するものと
して、第５図に示すような回路構成が考えられている。 この回路において第４図と同じ番号を付した構成は第４
図の構成と同等のものである。ここでは、マイクロコン
ピュータ１０を用いることにより、スイッチＳＷをオン
にするたびに、モータＭへの供給電力が段階的に変化す
るように構成している。すなわち、スイッチＳＷを１度
オンにすると、モータＭへの供給電力が小になり、スイ
ッチＳＷを２度目にオンにすると供給電力が大になり、
スイッチＳＷを３度目にオンにするとモータＭへの電力
供給が停止するようになっているのであって、スイッチ
ＳＷをオンにするたびに状態がサイクリックに変化する
のである。 しかしながら、マイクロコンピュータ１０を用いると、
プログラムの開発に時間とコストとがかかり、また、設
計変更の際にプログラムの全体を見直す必要があるから
、変更が困難であるという問題が生じる。 そこで、マイクロコンピュータ１０の代わりにカウンタ
を用いることが考えられる。すなわち、第６図に示すよ
うに、トリガパルス発生回路１の出力を単安定マルチバ
イブレータ３に入力して所定幅のパルスを発生させ、こ
のパルスをジョンソンカウンタよりなるカウンタ４によ
り計数するようにしているのである。カウンタ４は、電
源回路６の出力の立ち上がりにより第７図（ｄ）のよう
にリセットされ、単安定マルチバイブレータ３がら第７
図（ａ）のように１つ目のパルスが入力されると、第７
図（ｅ）のようにカウンタ４の第１出力端子０．の出力
レベルが“Ｈ”になって、第７図（ｂ）のようにタイマ
回路２の限時動作が開始される。また同時に、発振回路
５に電源回路６がら給電されて発振動作が開始される。 カウンタ４に２つ目のパルスが入力されると、第７１Ｎ
（ｆ）のように第２出力端子０２の出力レベルが“Ｈ”
になり、タイマ回路２の限時動作を継続させたまま発振
回路５の発振動作を停止させ、発振回路５の出力レベル
を“Ｈ“にする。タイマ回路２は第４図とは異なり、限
時動作中に入力が変化しても限時動作を継続するように
構成されている。また、３つ目の入力パルスにより、第
７図（ｇ）のように第３出力端子０３の出力レベルを“
Ｈ”にし、比較回路７を通してタイマ回路２をリセット
し、トランジスタＴ１をオフにして電源回路６への給電
を停止させて、スイッチング素子Ｑをオフにする。スイ
ッチング素子Ｑは発振回路５の出力によってオン、オフ
制御されるようになっており、発振回路５が発振動作を
行っている間は、スイッチング素子Ｑは断続的にオンに
なるからモータＭへの供給電力が制限され、発振回路５
が発振動作を停止して出力レベルを“Ｈ”にすると、ス
イッチング素子Ｑは連続的にオンになってモータＭへの
供給電力を最大にするのである（第７図（ｃ）参照）。 以上の構成により、スイッチＳＷをオンにするたびに、
モータＭへの供給電力が小である状態、モータＭへの供
給電力が大である状態、モータＭが停止する状態の３状
態をサイクリックに繰り返すのである。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、第６図に示した上記回路に第４図で示した保
護回路３０を設けるとすると、スイッチング素子Ｑを断
続的にオンにしてモータＭへの供給電力を制限している
状態では、スイッチング素子Ｑのオフ期間に抵抗Ｒｏの
両端電圧が０になるから、保護回路３０が動作してタイ
マ回路２の限時動作が停止することになる。すなわち、
第４図で示した保護回路３０では、供給電力を制限した
動作ができなくなるという問題が生じる。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、負
荷電流を断続的にオンにして負荷への供給電力を制限す
るとともに、無負荷状態での動作を防止することができ
るようにした電力制御回路を提供しようとするものであ
る。

【課題を解決するための手段】

本発明では、上記目的を達成するために、負荷への給電
経路に挿入されたスイッチング素子を断続的にオンにし
て負荷への供給電力を制限するようにした電力制御回路
において、負荷電流を検出して負荷電流が所定値以下に
なると給電停止信号を発生する保護回路と、給電停止信
号を受けて給電を停止させる給電制御回路と、保護回路
と給電制御回路との間に挿入されスイッチング素子のオ
ン期間に同期してオンになって給電停止信号を通過させ
るスイッチ要素とを備えているのである。

【作用】

上記構成によれば、負荷電流を検出して負荷電流が所定
値以下になると給電停止信号を発生する保護回路と、給
電停止信号を受けて給電を停止させる給電制御回路と、
保護回路と給電制御回路との間に挿入されスイッチング
素子のオン期間に同期してオンになって給電停止信号を
通過させるスイッチ要素とを備えているので、無負荷時
に負荷電流が低下すると、保護回路が作動し給電を停止
させて負荷を停止させるのである。また、負荷電流を断
続的にオン、オフさせることによって負荷への供給電力
を制限するから、電力制御の際の消費電力が少なく電池
電源のように容量の小さい電源に適したものとなる。さ
らに、スイッチング素子のオン期間に同期してオンにな
るスイッチ要素を介して給電停止信号を給電制御回路に
入力しているから、スイッチング素子のオフ時に保護回
路から給電停止信号が出力されても給電制御回路には入
力されないのであって、誤動作が防止されるのである。

【実施例】

本実施例では、鉛蓄電池（図示せず）を電源とし、モー
タを負荷として負荷への供給電力を２段階に制御する例
を示すが、電源や負荷の種類、供給電力の調節段数など
は、必ずしもこれに限定されるものではない。 第１図に示すように、基本構成は第６図に示した構成と
同様であって、発振回路５の出力によってオン、オフ制
御されるスイッチ要素Ｓを、比較回路３１とタイマ回路
２との間に挿入した点が異なっている。負荷としてのモ
ータＭには、供給電力制御用の電界効果トランジスタが
スイッチング素子Ｑとして直列接続され、また、モータ
Ｍとスイッチング素子Ｑとの直列回路には保護回路３゜
における負荷電流の検出要素として機能する抵抗Ｒｏが
直列接続されている。スイッチング素子Ｑは、スイッチ
ＳＷがオンになるたびに、断続的にオンになる状態と、
連続的にオンになる状態と、オフになる状態とにサイク
リックに切り換えられるようになっている。すなわち、
モータＭへの供給電力は大小２段階に設定できるのであ
り、スイッチング素子Ｑが断続的にオンになる状態は供
給電力が小の状態に対応し、スイッチング、素子Ｑが連
続的にオンになる状態は供給電力が大の状態に対応する
。 スイッチＳＷは、抵抗Ｒ５およびツェナーダイオードＺ
Ｄと直列接続され、この直列回路が電源の両端間に接続
される。抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤとの接続点
は、スイッチｓｗがオンになると一定幅のトリガパルス
を発生するトリガパルス発生回路１に接続される。すな
わち、スイッチＳＷがオンになる時間は一定しないが、
トリガパルス発生回路１では、スイッチがオンになると
、抵抗Ｒ２〜Ｒ４およびコンデンサＣ１よりなる一定幅
のトリガパルスを出力するのである。トリガパルス発生
回路１には、スイッチＳＷがオンである期間にツェナー
ダイオードＺＤの両端より給電される。このようにして
、トリガパルス発生回路１は、スイッチＳＷのチャタリ
ングを除去したトリガパルスを発生させるのであって、
このトリガパルスが入力パルスとなるのである。 トリガパルス発生回路１からトリガパルスが出力される
と、トランジスタＴ　Ｉ、　Ｔ　２がオンになる。 また、トリガパルスにより、タイマ回路２への入力が“
Ｈ“になってタイマ回路２が限時動作を開始する。タイ
マ回路２は、集積回路ＩＣ，を主構成とするものであっ
て、トランジスタＴ、のベースがＨ”になると限時動作
を開始して出力レベルを一定時間“Ｈ”にする。タイマ
回路２は限時動作中には入力が変化しても限時動作を継
続するようになっている。タイマ回路２の限時時間は抵
抗Ｒｓ　。 Ｒ６およびコンデンサＣ２により決定される。タイマ回
路２の出力端子はトランジスタＴ、のベースに接続され
ており、タイマ回路２の限時動作中にはトランジスタＴ
、はオン状態に保たれるようになっている。すなわち、
トリガパルスが発生してトランジスタＴ　１．　Ｔ　２
がオンになった後、トリガパルスの立ち下がりに伴って
トランジスタＴ２はオフになるが、タイマ回路２が限時
動作を継続している間はトランジスタＴ、はオン状態に
保たれるのである。トランジスタＴ１は電源と電源回路
６との間に挿入されているのであって、トランジスタＴ
１がオンである期間には電源回路６から各部への給電が
なされる。したがって、タイマ回路２の限時動作中には
各部への給電がなされるのである。 トリガパルス発生回路１より出力されるトリガパルスは
、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ３により遅延されて単安
定マルチバイブレータ３をトリガする。単安定マルチバ
イブレータ３は、抵抗Ｒ，およびコンデンサＣ４により
決定される一定時間だけ反転出力を“Ｌ”にする（第７
図（ａ）参照。ただし、図では非反転出力を示している
）。単安定マルチバイブレータ３の反転出力は、入力パ
ルスを遅延させた遅延パルスとして、入力の立ち上がり
を計数するカウンタ４に入力される。カウンタ４に３つ
の出力端子０１〜０３を有し、入力が立ち上がるたびに
各出力端子０１〜０．の出力を順次選択的に“Ｈ”にす
る（第７図（ｅ）〜（ｇ）参照）。 ところで、単安定マルチバイブレータ３は、集積回路Ｔ
Ｃ２を主構成要素とするものであって、この集積回路Ｉ
Ｃ，は単安定マルチバイブレータ３のほかに、抵抗Ｒ，
およびコンデンサＣ７によってパルス幅が決定される単
安定マルチバイブレータ３ａも備えており、この単安定
マルチバイブレータ３ａは電源回路６からの給ｉＥ開始
によってトリガされて、カウンタ４をリセットするよう
になっている。すなわち、電源回路６の出力が立ち上が
ると、単安定マルチバイブレータ３ａがカウンタ４をリ
セットするようにパルスを出力する。−方、単安定マル
チバイブレータ３にはトリガパルスが遅延されて入力さ
れるから、単安定マルチバイブレータ３の反転出力端子
からは電源の立ち上がりに遅延して立ち上がる出力が得
られるにうして、単安定マルチバイブレータ３の反転出
力端子からの出力の立ち上がりを計数してカウンタ４の
第１出力端子Ｏ４の出力レベルが“Ｈ”になるのである
。 カウンタ４の第２出力端子０２は、発振回路５の動作を
制御するように接続されており、発振回路５は、カウン
タ４からの出力レベルが“Ｈ”になっているときには、
発振動作を停止して出力レベルをＨ′°にし、制御端子
が“Ｌ”レベルになっているときには、抵抗Ｒ１４，Ｒ
Ｈ５およびコンデンサＣ６により決定される周期で発振
動作を行う。すなわち、スイッチＳＷが１度オンになる
と、カウンタ４の第１出力端子０．の出力レベルが“Ｈ
”になり、第２出力端子０２の出力レベルは“Ｌ”であ
るから、このときには発振回路５は一定周期で発振動作
を行い、スイッチＳＷがもう１度オンになると、カウン
タ４の第２出力端子０２の出力レベルが“Ｈ”になって
発振動作を停止するのである。 発振回路５の出力は、補償口Ｆ！＠８を介してスイッチ
ング素子Ｑの制御端子（ゲート）に入力される。 補償回路８は、ターンオフ時に蓄積電荷を抜いてターン
オフ波形を改善するものである。 カウンタ４の第３比力端子０３には、一対の抵抗Ｒｌ　
ｌ　、　Ｒ，＋　２の直列回路が接続され、両抵抗ＲＲ
１、の接続点は比較回路７の一方の入力端子に接続され
る。比較回路７の他方の入力端子には抵抗Ｒｅ、Ｒｄに
より設定された基準電圧が入力され、カウンタ４の第３
出力端子Ｏ１の出力が′Ｈ”になると、比較回路７の出
力レベルが“Ｌ”になるようにしである。比較回路７の
出力端子は、タイマ回路２のリセット端子に接続されて
いる。リセット端子が“Ｈ”レベルであるときには、タ
イマ回路２は通常の限時動作を行い、リセット端子が“
Ｌ”レベルになると、限時動作を停止するようになって
いる。リセット端子は、抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ
２によってプルアップされており、カウンタ４の第３出
力端子Ｏ１の出力レベルが“Ｈ”になるまでは限時動作
を行うようにしである。 上記構成によれば、スイッチＳＷが１度オンになると、
電源回路６からの給電開始によりカウンタ４がリセット
され、カウンタ４の第１出力端子Ｏ３が“Ｈ”になって
、タイマ回路２が限時動作を開始し限時動作中に電源回
路６がら各回路への給電がなされることになる。このと
き、カウンタ４の第２出力端子０２の出力レベルはＬ”
であるから、発振回路５が発振動作をすることになる。 その結果、スイッチング素子Ｑは発振回路５の出力によ
って断続的にオンになるのであって、モータＭへの供給
電力は小の状態になる。 スイッチＳＷを２度目にオンにしたときには、タイマ回
路２はそのまま限時動作を継続し、カウンタ４の第２出
力端子０２の出力レベルが“Ｈ”になる。したがって、
発振回路５は発振動作を停止し、出力レベルを“Ｈ”に
する。その結果−スイッチング素子Ｑは連続的にオンに
なり、モータＭへの供給電力は大の状態になる。 スイッチＳＷを３度目にオンにすると、カウンタ４の第
３出力端子０３の出力レベルが“Ｈ”になり、比較回路
７の出力レベルが“Ｌ”になってタイマ回路２の限時動
作が停止し、電源回路６から各回路への給電が停止する
から、発振回路５の出力レベルか“Ｌ”になり、モータ
Ｍは停止する。 以上のようにして、スイッチＳＷをオンにするたびに、
モータＭへの供給電力が小の状態−モータＭへの供給電
力が大の状態−モータＭが停止する状態をサイクリック
に繰り返すことになるのである。 ところで、負荷であるモータＭとスイッチング素子Ｑと
の直列回路には保護回路３０の電流検出要素である抵抗
Ｒ６が直列接続され、抵抗Ｒ０の端子電圧は、抵抗Ｒａ
　、　Ｒｂにより設定された基準電圧と比較回路３１に
よって比較される。比較回路３１の出力は給電停止信号
であって、アナログスイッチよりなるスイッチ要素Ｓを
介してタイマ回路２のリセット端子に入力される。した
がって、スイッチ要素Ｓがオンである期間に負荷電流が
所定値以下になって、抵抗Ｒ，の両端電圧が基準電圧以
下になれば、タイマ回路２がリセットされて電源回路６
からの給電が停止し、スイッチング素子Ｑはオフになる
。すなわち、タイマ回路２は給電停止信号を受けてスイ
ッチング素子Ｑへの給電を停止する給電制御回路として
機能するのである。 スイッチ要素Ｓは、発振回路５の出力によってオン、オ
フ制御されており、発振回路５の出力がオンである期間
にスイッチ要素Ｓもオンになるようにしである。したが
って、スイッチ要素Ｓは、スイッチング素子Ｑがオンで
ある期間に同期してオンになるのであって、スイッチン
グ素子Ｑがオフである期間に抵抗Ｒ８の両端電圧が０に
なって比較回路３１の出力が反転してもタイマ回路２は
リセットされないのである。 上述のように構成された電力制陣回路は、たとえば、浴
槽内等で水流とともに気泡を発生させるマツサージ器の
モータを制御するのに用いることができる。マツサージ
器は、第２図に示すように、水に浮くように形成された
フロート１１の上面に設けた給気口１２から空気を取り
込み、水中に配設されたボン７装置１３の中央部に設け
た吐出口１４から水流とともに気泡を吐出させるように
しているものである。ポンプ装置１３は、第３図６）の
ように、直流モータよりなるモータＭの回転軸１５に結
合されたスクリュー１６を備え、スクリュー１６の回転
により、給気口１２から空気を取り込んだ空気とポンプ
装置１３に流入する水とを混合し加圧して吐出口１４か
ら吐出させるのである。ポンプ装置１３には、第３図（
ｂ）のように、防水ケース１７に納装された回路基板１
８および鉛蓄電池（図示せず）が収納されており、回路
基板１８の要所に設けたリードスイッチ１９を上記スイ
ッチＳＷとして用いることにより回路基板１８に実装さ
れた回路部を制御するようになっている。 リードスイッチ１９の近傍には、第３［Ｊ（ｅ）のよう
に、ポンプ装置１３の要所に配設された押釦２０に連動
する永久磁石２１が配設され、押釦２０を押したときに
永久磁石２１が移動してリードスイッチＳＷがオンにな
るようにしである。 したがって、上記回路構成をこのマツサージ器に採用す
ることによって、押釦２０を押すたびに、水流は弱−強
一停止を縁り返すのである。また、水中から引き上げる
と、モータＭが無負荷状態になって保護回路３０が作動
し、モータＭを停止させるのである。

【発明の効果】

本発明は上述のように、負荷電流を検出して負荷電流が
所定値以下になると給電停止信号を発生する保護回路と
、給電停止信号を受けて給電を停止させる給電制御回路
と、保護回′路と給電制御回路との間に挿入されスイッ
チング素子のオン期間に同期してオンになって給電停止
信号を通過させるスイッチ要素とを備えているので、無
負荷時に負荷電流が低下すると、保護回路が作動し給電
を停止させて負荷を停止させるという利点を有する。 また、負荷電流を断続的にオン、オフさせることによっ
て負荷への供給電力を制限するから、電力制御の際の消
費電力が少なく電池電源のように容量の小さい電源に適
したものとなるのである。さらに、スイッチング素子の
オン期間に同期してオンになるスイッチ要素を介して給
電停止信号を給電制御回路に入力しているから、スイッ
チング素子のオフ時に保護回路から給電停止信号が出力
されても給電制御回路には入力されないのであって、誤
動作が防止されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は同上を
用いたマツサージ器を示す斜視図、第３図は同上を用い
たマツサージ器の細部の斜視図、第４図は従来例を示す
回路図、第５図は他の従来例を示すブロック図、第６図
はさらに他の従来例を示す回路図、第７図は同上の動作
説明図である。 １・・・トリガパルス発生回路、２・・・タイマ回路、
３・・・単安定マルチバイブレータ、４・・・カウンタ
、５・・・発振回路、６・・・電源回路、７・・・比較
回路、８・・・補償回路、３０・・・保護回路、３１・
・・比較回路、Ｍ・・・モータ、Ｑ・・・スイッチング
素子、Ｒｏ・・・抵抗、Ｓ・・・スイッチ要素、ＳＷ・
・・スイッチ。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第５図 第７図 手続補正書（自発） １．事件の表示 平成　２年特許願第２５５８４６号 ２　発明の名称 電力制御回路 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称　（
５８３）松下電工株式会社 代表者　　三　　好　　俊　　夫 ４　代理人 郵便番号　５３０ 住　所　大阪市北区堂島１丁目６番１６号補正命令の日
付 自　　発 補正により増加する請求項の数 補正の対象 なし 一＼。 ンーーー＼ 〔１〕本願明細書第４頁第５行乃至第１１行の全文を、
以下のように訂正する。 「るものとして、第５図に示すような回路構成かある。 これは、スイッチＳＷを１度オＪ〔２〕同上第４頁第１
７行乃至第５頁第５行の全文を、以下のように訂正する
。 「モータＭへの供給電力を段階的に変化させることかで
きるのである。具体的に説明すれば、スイッチＳＷをオ
ンにするたびに発生するｌ・リガパルス発生回路ｌの」 〔３〕同上第５頁第１Ｏ行、同頁第１２行、同頁第１３
行、同頁第１４行、同頁第１８行、第６頁第５行、同頁
第１７行の「第７図」を、それぞれ「第６図」と訂正す
る。 〔４〕同上第７頁第４行の「第６図」を、「第５図」と
訂正する。 〔５〕同上第１２頁第２０行、第１３頁第７行の「第７
図」を、それぞれ「第６図」と訂正する。 （６〕同上第２１頁第１０行乃至第１１行の全文を、「
例を示す回路図、第６図は同上の動作説明図である。Ｊ
と訂正する。 〔７〕添付図面中第５図及び第６図を別紙の通り訂正し
、第７図を削除する。 第６図 代理人　弁理士　石　１）長　七

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷への給電経路に挿入されたスイッチング素子
   を断続的にオンにして負荷への供給電力を制限するよう
   にした電力制御回路において、負荷電流を検出して負荷
   電流が所定値以下になると給電停止信号を発生する保護
   回路と、給電停止信号を受けて給電を停止させる給電制
   御回路と、保護回路と給電制御回路との間に挿入されス
   イッチング素子のオン期間に同期してオンになって給電
   停止信号を通過させるスイッチ要素とを備えて成ること
   を特徴とする電力制御回路。