JPH0668761A - スイッチング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】入力信号が負荷電流の零近傍で入力された場合
でもゼロクロス光点弧機能を有するスイッチング素子を
確実にオンさせて、簡単な回路構成でスイッチング時の
電路の電流変化率を小さくし、ノイズを低減させる。 【構成】ゼロクロス光点弧型のスイッチング素子９ｂと
リレーの常開接点２ｄを並列に接続し、入力信号の投入
時にはトリガー用の発光素子９ａをオンさせて入力信号
の遮断時には接点２ｄが開放するまで発光素子９ａをオ
ンさせる制御回路１０を設けた。また、リレーの常開接
点２ｄは入力信号の投入後、少なくとも交流電源３の半
周期以上遅らせてオンされるように構成した。 【効果】入力信号投入後、最初のゼロクロス点で導通で
き、応答速度が速くなる。また、スイッチング素子のゼ
ロクロス動作によりノイズを低減できる。

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ーさ
れるゼロクロス動作型の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為のスイッチング
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチング回路の一例を図４に
示した。このスイッチング回路は、トライアックのよう
なスイッチング素子５とリレー２の常開接点２ｃを並列
に接続して、電路を小さな電流変化率で且つ低発熱で開
閉するための回路であり、例えば特公昭６０−１７８２
号公報に開示されている。図４において、１は入力端
子、６は出力端子であり、３は交流電源、４は負荷であ
る。入力端子１に印加された入力信号によりリレー２の
コイルが励磁されると、接点２ａ、２ｂ、２ｃの順に閉
成される。このとき、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する。先ず接点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
トリガー回路７のトリガー信号がスイッチング素子５の
ゲート端子に入力されて、スイッチング素子５をオン
し、負荷電流が流れ始める。次に、接点２ｂが閉成する
と、ゼロクロストリガー回路７のトリガー信号に関係な
く、抵抗８を介してスイッチング素子５は付勢される。
さらに主接点２ｃが閉成すると、負荷電流は主としてこ
の接点２ｃを介して流れるようになり、スイッチング素
子５に流れる電流は保持電流以下となってスイッチング
素子５はオフする。負荷電流を遮断する場合には、先ず
接点２ｃを開放する。これにより、負荷電流はスイッチ
ング素子５を流れるようになり、次に、接点２ｂと接点
２ａがこの順序に開放され、且つ接点２ａと接点２ｂは
負荷電流の半周期以上の時間差をもって開放されること
で電路の電流変化率が小さい状態で負荷電流を遮断でき
るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リレー
２は或る程度長い動作時間を有するため、負荷電流が零
近傍で入力信号が入力された場合、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スイッチング素
子５がオンとなるタイミングが半周期遅れることがある
という欠点があった。また、スイッチング素子５と主接
点２ｃの動作は、リレー２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選択する
というような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をそれぞれ動作時
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場合には、回路の大きさ及びコ
イルの消費電力が大きくなるという欠点があった。

【０００４】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、入力信号が負荷
電流の零近傍で入力された場合でもゼロクロス光点弧機
能を有する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における電路
の電流変化率を小さくし、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。

【０００５】

【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、前記の課題を解決するために、図１に示
すように、ゼロクロス光点弧機能を有するスイッチング
素子９ｂと、このスイッチング素子９ｂに並列に接続さ
れたリレーの常開接点２ｄと、前記スイッチング素子９
ｂ及び前記接点２ｄの並列回路に直列接続された負荷４
及び交流電源３と、前記スイッチング素子９ｂをトリガ
ーする発光素子９ａと、入力信号の投入時には前記発光
素子９ａをオンさせて入力信号の遮断時には前記接点２
ｄが開放するまで前記発光素子９ａをオンさせる制御回
路１０とからなり、前記接点２ｄは入力信号の投入後少
なくとも交流電源３の半周期以上遅らせてオンされるよ
うに構成したことを特徴とするものである。

【０００６】ここで、前記接点２ｄは動作時間が交流電
源３の半周期以上であるリレーの常開接点で構成するこ
とが好ましい。また、前記制御回路１０は、図２に示す
ように、入力信号により充電されるコンデンサ１２と、
このコンデンサ１２から入力端子への逆流を阻止するた
めのダイオード１１と、前記コンデンサ１２の電荷を前
記発光素子９ａに供給するための抵抗１３を備えること
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、スイッチング素子９ｂを付勢せしめる。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、初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、スイッチング素子９ｂを介して負荷電流が流れる。
リレー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となる。このとき、
負荷電流は既にスイッチング素子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。一旦接点
２ｄがオンすると、負荷電流はスイッチング素子９ｂよ
りも低抵抗である接点２ｄを介して流れ、スイッチング
素子９ｂによる発熱は抑えられる。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に電流が流れており、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。接点２
ｄ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、その後に負荷電流がスイッチング
素子９ｂの保持電流以下になる時点でスイッチング素子
９ｂをオフさせ、電路の電流変化率が小さい状態で負荷
電流を遮断するものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図２は本発明のスイッチング回路の一実施例の回路
図である。図中、１は入力端子であり、その両端には、
リレー２のコイルを接続している。このリレー２は、入
力信号によって動作し、その動作時間が負荷電流の半周
期よりも長く設定されている。３は交流電源、４は負荷
であり、その直列回路は出力端子６に接続されている。
９ｂはゼロクロス・スイッチング機能を有し、発光素子
９ａの光信号によりトリガーされる双方向サイリスタの
ようなスイッチング素子であって、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容量を有している。
スイッチング素子９ｂの一対の端子は、出力端子６を介
して交流電源３と負荷４の直列回路に接続されている。
入力端子１には、前記リレー２と並列に発光素子９ａが
抵抗１４を介して接続されている。また、入力信号がオ
フしてからスイッチング素子９ｂがオフするまでに適当
な時間差を与えるために、入力端子１の信号によりダイ
オード１１を介してコンデンサ１２を充電し、抵抗１３
を介して発光素子９ａに電流を供給している。なお、ダ
イオード１５は、入力信号がオフしたときにリレー２の
コイルより発生する逆起電力から発光素子９ａを保護す
るために設けられている。

【０００９】以下、本実施例の動作について説明する。
図３は本実施例の各部の動作波形を示している。図３
（ａ）は交流電源３の交流電圧、図３（ｂ）は入力端子
１に印加される入力信号、図３（ｃ）はリレー接点２ｄ
の動作、図３（ｄ）は発光素子９ａに流れる電流、図３
（ｅ）は負荷４に流れる電流である。時刻ｔ₀ に入力端
子１に入力信号が入ると、リレー２のコイルに通電を開
始するとともに瞬時に抵抗１４を介して発光素子９ａに
電流が流れてスイッチング素子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。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。接点２
ｄは時刻ｔ ₀ よりリレー２の動作時間だけ遅れて時刻ｔ
₂ に閉成するが、負荷電流はスイッチング素子９ｂを介
して既に流れているので、突入電流によるアークは発生
しない。また、リレー２の動作時間は負荷電流の半周期
よりも長いので時刻ｔ₂ が時刻ｔ₁ より先になることは
ない。接点２ｄの閉成により交流電源３、負荷４、接点
２ｄの回路が形成され、負荷電流は主としてこの回路を
流れる。この回路の抵抗は極めて小さいので、回路の発
熱を十分に小さく抑えられる。以上のようにして、電路
の電流変化率の小さい状態で負荷電流が流れ始める。

【００１０】次に、負荷電流を遮断する場合の動作につ
いて説明する。時刻ｔ₃ に入力端子１の入力信号を消滅
せしめると、リレー２の復帰時間だけ遅れて時刻ｔ₄ に
接点２ｄが開放する。この時点では、コンデンサ１２に
充電されていた電荷により、抵抗１３を介して発光素子
９ａに電流が流れて、発光素子９ａはスイッチング素子
９ｂをトリガーするのに十分な程度発光しており、負荷
電流はスイッチング素子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９
ａ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はスイッチング素子９ｂをトリガーするのに十分
な光を照射することが出来なくなり、時刻ｔ₅ に負荷電
流がスイッチング素子９ｂの保持電流以下になると、ス
イッチング素子９ｂがオフし、電路の電流変化率が小さ
い状態で負荷電流を遮断する。

【００１１】

【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、ゼロ
クロス光点弧機能を有するスイッチング素子が遅滞無く
オンされて負荷電流を流すことができ、応答速度が速く
なるという効果がある。また、本発明のスイッチング回
路においては、ばね等の機構上の複雑な設計を必要とし
ないという利点がある。さらにまた、本発明のスイッチ
ング回路においては、適当な制御回路によりスイッチン
グ素子の動作タイミングを設定できるので、負荷電流の
大きさに応じて最適な主接点を選択して、小さい電流変
化率で電路をオン／オフし、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】本発明の基本構成を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施例の回路図である。

【図３】本発明の一実施例の動作波形図である。

【図４】従来例の回路図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ リレー ２ｄ 常開接点 ３ 交流電源 ４ 負荷 ６ 出力端子 ９ａ 発光素子 ９ｂ 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 １５ ダイオード

フロントページの続き (72)発明者 秋山 茂夫 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 左手 豊文 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゼロクロス光点弧機能を有するスイッ
   チング素子と、このスイッチング素子に並列に接続され
   たリレーの常開接点と、前記スイッチング素子及び前記
   接点の並列回路に直列接続された負荷及び交流電源と、
   前記スイッチング素子をトリガーする発光素子と、入力
   信号の投入時には前記発光素子をオンさせて入力信号の
   遮断時には前記接点が開放するまで前記発光素子をオン
   させる制御回路とからなり、前記接点は入力信号の投入
   後少なくとも交流電源の半周期以上遅らせてオンされる
   ように構成したことを特徴とするスイッチング回路。
2. 【請求項２】 前記接点は動作時間が交流電源の半周
   期以上であるリレーの常開接点であることを特徴とする
   請求項１記載のスイッチング回路。
3. 【請求項３】 前記制御回路は、入力信号により充電
   されるコンデンサと、このコンデンサから入力端子への
   逆流を阻止するためのダイオードと、前記コンデンサの
   電荷を前記発光素子に供給するための抵抗を備えている
   ことを特徴とする請求項２記載のスイッチング回路。