JPH06188705A - スイッチング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷電流の零近傍で入力信号が印加された場合
でもゼロクロス点弧機能を有する光駆動型の半導体スイ
ッチング素子を確実にオンさせることにより、簡単な回
路構成でスイッチング動作時の電路の電流変化率を低く
し、ノイズを低減させたスイッチング回路を提供する。 【構成】入力信号が投入されてから少なくとも交流電源
３の半周期以上遅らせて常開接点２ｄをオンさせる遅延
回路２０と、入力信号が遮断されてから少なくとも常開
接点２ｄが開放するまでは半導体スイッチング素子９ｂ
を付勢する制御回路１０を備える。遅延回路２０はコン
デンサ２２と抵抗２１よりなる時定数回路で構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号によりトリガさ
れる半導体スイッチング素子を用いて電路を小さな電流
変化率で開閉するためのスイッチング回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のスイッチング回路（特公昭
６０−１７８２号公報参照）の回路図である。このスイ
ッチング回路は、トライアック５と電磁継電器の主接点
２ｃを並列に接続したものである。図中、１は一対の入
力端子であり、入力信号により励磁される電磁継電器の
コイル２が接続されている。また、６は一対の出力端子
であって、交流電源３と負荷４の直列回路が接続されて
いる。出力端子６の間には、トライアック５と主接点２
ｃの並列回路が接続されている。トライアック５の一方
の主電極端子とゲート端子の間には、ゼロクロストリガ
回路７と補助接点２ａの直列回路と、抵抗８と補助接点
２ｂの直列回路が並列に接続されている。

【０００３】以下、その動作について説明する。入力信
号により電磁継電器のコイル２が励磁されると、接点２
ａ、２ｂ、２ｃの順に閉成され、補助接点２ａと２ｂは
負荷電流の半周期以上の時間差をもって閉成される。先
ず、補助接点２ａが閉成した後、負荷電流が零近傍とな
ったときに、ゼロクロストリガ回路７のトリガ信号がト
ライアック５のゲート端子に入力されて、トライアック
５をオンし、負荷電流が流れ始める。次に、補助接点２
ｂが閉成し、これによりゼロクロストリガ回路７のトリ
ガ信号に関係なく、抵抗８を介してトライアック５が付
勢される。さらに、主接点２ｃが閉成すると、負荷電流
は主として主接点２ｃを介して流れるようになり、トラ
イアック５に流れる電流は保持電流以下となって、トラ
イアック５はオフする。負荷電流を遮断する場合は、先
ず主接点２ｃが開放する。これにより、負荷電流はトラ
イアック５を流れるようになり、次に補助接点２ｂ、２
ａがこの順に且つ補助接点２ａと２ｂは負荷電流の半周
期以上の時間差をもって開放する。これにより、電路の
電流変化率が小さい状態で負荷電流を開閉できる。ま
た、主接点２ｃがオンしているときには、トライアック
５には電流が流れないので、低発熱で負荷電流を開閉で
きるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁継
電器はある程度長い動作時間を有するため、仮に負荷電
流が零近傍のときに入力信号が印加された場合には、接
点２ａがオンするときには負荷電流が零近傍を離れてい
て、トライアック５がオンとなるのが半周期遅れるとい
う欠点があった。また、トライアック５と主接点２ｃの
動作は共に電磁継電器の可動切片とばねによって密接に
結合しているので、複雑な機構上の設計を必要とし、負
荷電流の大きさに応じて最適な主接点を交換して使用す
る等の汎用性に欠けるという問題があった。また、主接
点２ｃと補助接点２ａ、２ｂを動作時間及び復帰時間の
異なる別のコイルで開閉して主接点２ｃに汎用性を持た
せるには、回路の規模が大きくなり、電磁継電器のコイ
ルでの消費電力が増大するという問題があった。

【０００５】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、負荷電流の零近
傍で入力信号が印加された場合でもゼロクロス点弧機能
を有する光駆動型の半導体スイッチング素子を確実にオ
ンさせることにより、簡単な回路構成でスイッチング動
作時の電路の電流変化率を低くし、ノイズを低減させた
スイッチング回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング回
路にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、ゼロクロス点弧機能を有し、光信号によりト
リガされる双方向性の半導体スイッチング素子９ｂと、
この半導体スイッチング素子９ｂに並列に接続された電
磁継電器の常開接点２ｄと、前記半導体スイッチング素
子９ｂ及び前記常開接点２ｄからなる回路に直列接続さ
れた負荷４及び交流電源３と、前記半導体スイッチング
素子９ｂに光信号を照射するための発光素子９ａと、入
力信号が投入されてから少なくとも前記交流電源３の半
周期以上遅らせて前記常開接点２ｄをオンさせる遅延回
路２０と、入力信号が遮断されてから少なくとも前記常
開接点２ｄが開放するまでは前記半導体スイッチング素
子９ｂを付勢する制御回路１０とからなるスイッチング
回路において、前記入力信号が投入されてから少なくと
も前記交流電源３の半周期以上遅らせて前記常開接点２
ｄをオンさせる遅延回路２０は、コンデンサ２２と抵抗
２１よりなる時定数回路で構成されることを特徴とする
ものである。また、入力信号の遮断時に、前記遅延回路
２０のコンデンサ２２の残留電荷を放電させるための放
電回路３０を更に備えることが好ましい。

【０００７】

【作用】図１の回路において、入力端子１に入力信号が
投入されると、制御回路１０は瞬時に発光素子９ａに電
流を流して、双方向性の半導体スイッチング素子９ｂを
光信号により付勢せしめる。一方、抵抗２１とコンデン
サ２２よりなる遅延回路２０によって、電磁継電器２の
常開接点２ｄは入力信号の投入後、少なくとも負荷電流
の半周期以上遅れてオンされる。半導体スイッチング素
子９ｂはゼロクロス点弧機能を有するので、入力信号の
投入後始めて負荷電流が零近傍となる時点で遅滞なくオ
ンし、交流電源３、負荷４、出力端子６、半導体スイッ
チング素子９ｂを介して負荷電流が流れる。一旦、接点
２ｄがオンすると、負荷電流は半導体スイッチング素子
９ｂよりも低抵抗である接点２ｄを介して流れ、半導体
スイッチング素子９ｂによる発熱は抑えられる。また、
接点２ｄがオンするときに、負荷電流は既に半導体スイ
ッチング素子９ｂを介して流れているので、突入電流に
よるアークは発生しない。

【０００８】次に、入力信号の遮断時には、接点２ｄが
オフする時点では、制御回路１０によって発光素子９ａ
には電流が流れて、半導体スイッチング素子９ｂを付勢
せしめているので、接点２ｄを介して流れていた負荷電
流は半導体スイッチング素子９ｂを介して流れ続けて、
接点２ｄには遮断時のアークが発生しない。ここで、遅
延回路２０のコンデンサ２２が接続されていることによ
り接点２ｄのオフ時点が大きく遅れるようならば、放電
回路２０でコンデンサ２２の電荷を除去して速やかに接
点２ｄをオフさせる。接点２ｄがオフした後、制御回路
１０は発光素子９ａを流れる電流を低減して半導体スイ
ッチング素子９ｂへの光照射を停止せしめることによ
り、負荷電流が半導体スイッチング素子９ｂの保持電流
以下になる時点で半導体スイッチング素子９ｂをオフさ
せ、電路の電流変化率が低い状態で負荷電流を遮断する
ことができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の回路図である。図
中、１は一対の入力端子であり、制御回路１０と遅延回
路２０と放電回路３０が接続されている。まず、制御回
路１０は、ダイオード１１とコンデンサ１２、抵抗１３
及び１４を備えており、入力信号が遮断されてから半導
体スイッチング素子９ｂがオフするまでに適当な時間差
を与えるために設けられている。ダイオード１１は、入
力信号の遮断時に電磁継電器のコイル２より発生する逆
起電力から発光素子９ａを保護するために挿入されてい
る。また、抵抗１４は、発光素子９ａに流れる電流を制
限するために挿入されている。遅延回路２０は、抵抗２
１とコンデンサ２２よりなり、入力信号が投入されてか
ら電磁継電器のコイル２への通電を遅らせて、接点２ｄ
がオンするまでの遅延時間を設定する働きをする。放電
回路３０は、ＰＵＴ３１と、ダイオード３２及び抵抗３
３、３４よりなり、コンデンサ２２を放電させるために
設けられている。６は一対の出力端子であり、負荷４と
交流電源３の直列回路が接続されている。出力端子６の
間には、双方向性の光駆動型の半導体スイッチング素子
９ｂと電磁継電器の常開接点２ｄが並列接続されてい
る。半導体スイッチング素子９ｂは、ゼロクロス点弧機
能を有し、且つ発光素子９ａの光信号によりトリガされ
る双方向サイリスタよりなる。この半導体スイッチング
素子９ｂの容量は、少なくとも数サイクルの負荷電流に
よる発熱に耐え得るように設計してある。

【００１０】図２は本実施例の動作を説明するための波
形図である。図２（ａ）は交流電源３の交流電圧、図２
（ｂ）は入力端子１に印加される入力信号、図２（ｃ）
はリレー接点２ｄの動作、図２（ｄ）は発光素子９ａに
流れる電流、図２（ｅ）は負荷４に流れる電流である。
時刻ｔ０に入力端子１に入力信号が投入されると、電磁
継電器のコイル２に通電が開始されると共に、ダイオー
ド１１と抵抗１３を介して瞬時に発光素子９ａに電流が
流れて、半導体スイッチング素子９ｂに光を照射する。
また、ダイオード１１を介してコンデンサ１２が充電さ
れる。半導体スイッチング素子９ｂのゼロクロス機能に
より、時刻ｔ１に負荷電流がゼロ近傍になると、半導体
スイッチング素子９ｂはオン状態となって、負荷電流を
流し始める。したがって、電路の電流変化率の低い状態
で負荷電流が流れ始める。リレー接点２ｄは時刻ｔ２に
オンされるが、負荷電流は既に半導体スイッチング素子
９ｂを介して流れているので、突入電流によるアークは
発生しない。また、時刻ｔ２が時刻ｔ０より交流電源３
の半周期以上遅れるように、抵抗２０とコンデンサ２１
の時定数を設定しておくと、リレー接点２ｄのオン時刻
ｔ２が半導体スイッチング素子９ｂのオン時刻ｔ１より
も先になることはない。接点２ｄがオンすることによ
り、交流電源３、負荷４、接点２ｄの閉回路が形成さ
れ、負荷電流は主として、この回路を介して流れる。こ
の回路の抵抗は極めて小さく、回路の発熱を十分に小さ
く抑えることができる。

【００１１】次に、負荷電流を遮断する場合には、時刻
ｔ３に入力端子１の入力信号を消滅せしめると、電磁継
電器のコイル２にはコンデンサ２２から電流が流れよう
とするが、一方、コンデンサ２２、ダイオード３２、抵
抗１４、発光素子９ａ、コンデンサ２２と流れる電流経
路が形成される。ダイオード３２の電圧降下があるの
で、ＰＵＴ３１のアノード電位はゲート電位よりも高く
なり、ＰＵＴ３１はオン状態となって、コンデンサ２２
の電荷はＰＵＴ３１と抵抗３４を介して速やかに放電さ
れる。このため、時刻ｔ３よりほぼ電磁継電器２の復帰
時間だけ遅れて、時刻ｔ４に接点２ｄがオフする。この
時点ではコンデンサ１２に充電されていた電荷が抵抗１
３、発光素子９ａを介して流れて、発光素子９ａは半導
体スイッチング素子９ｂをトリガするのに十分な程度発
光しており、負荷電流は半導体スイッチング素子９ｂを
介して流れ続けるので、接点２ｄには遮断時のアークが
発生しない。発光素子９ａを流れる電流が或る一定の電
流値を下回ると、発光素子９ａは半導体スイッチング素
子９ｂをトリガするのに十分な光信号を発することが出
来なくなり、時刻ｔ５に負荷電流が半導体スイッチング
素子９ｂの保持電流以下になると半導体スイッチング素
子９ｂがオフし、電路の電流変化率が低い状態で負荷電
流を遮断する。

【００１２】

【発明の効果】本発明のスイッチング回路によれば、入
力信号が負荷電流の零近傍で入力された場合でも、光信
号によりトリガされる半導体スイッチング素子を速やか
にオンさせて負荷電流を流すことができる。また、ばね
等の機構上の複雑な設計を必要とせず、適当な制御回路
を用いることにより、任意の動作時間と復帰時間を有す
る電磁継電器の常開接点を用いて、低い電流変化率で電
路を開閉でき、ノイズを低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路図である。

【図２】本発明の一実施例の動作波形図である。

【図３】従来例の回路図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 電磁継電器のコイル ２ｄ 電磁継電器の接点 ３ 交流電源 ４ 負荷 ６ 出力端子 ９ａ 発光素子 ９ｂ 光駆動型の半導体スイッチング素子 １０ 制御回路 １１ ダイオード １２ コンデンサ １３ 抵抗 １４ 抵抗 ２０ 遅延回路 ２１ 抵抗 ２２ コンデンサ ３０ 放電回路 ３１ ＰＵＴ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゼロクロス点弧機能を有し、光信号に
   よりトリガされる双方向性の半導体スイッチング素子
   と、この半導体スイッチング素子に並列に接続された電
   磁継電器の常開接点と、前記半導体スイッチング素子及
   び前記常開接点からなる回路に直列接続された負荷及び
   交流電源と、前記半導体スイッチング素子に光信号を照
   射するための発光素子と、入力信号が投入されてから少
   なくとも前記交流電源の半周期以上遅らせて前記常開接
   点をオンさせる遅延回路と、入力信号が遮断されてから
   少なくとも前記常開接点が開放するまでは前記半導体ス
   イッチング素子を付勢する制御回路とからなるスイッチ
   ング回路において、前記入力信号が投入されてから少な
   くとも前記交流電源の半周期以上遅らせて前記常開接点
   をオンさせる遅延回路は、コンデンサと抵抗よりなる時
   定数回路で構成されることを特徴とするスイッチング回
   路。
2. 【請求項２】 入力信号の遮断時に、前記遅延回路の
   コンデンサの残留電荷を放電させるための放電回路を更
   に備えることを特徴とする請求項１記載のスイッチング
   回路。