JPS5840664Y2

JPS5840664Y2 - タイマ回路

Info

Publication number: JPS5840664Y2
Application number: JP15257478U
Authority: JP
Inventors: 輝清光藤
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1983-09-13
Also published as: JPS5568846U

Description

【考案の詳細な説明】この考案はタイマ回路に係り、特に時限設定用コンデン
サに蓄わえられた電荷を、タイマＩＣ内に形成されたス
イッチング回路を介して放電するようにしたタイマ回路
に関する。

コンデンサの充電又は放電時間を時間基準とするこの種
タイマ回路は、通常、時限設定用コンデンサ、これを介
して時限設定用コンデンサに蓄ゎえられた電荷を放電す
るための放電用スイッチ、基準電圧を発生するための基
準電圧発生回路、上記コンテ゛ンサの充電電圧と上記基
準電圧とを比較するコンパレータ、このコンパレータの
出力を受けて反転するフリップフロップ、このフリップ
フロップの出力を受けてリレーを駆動するバッファなど
から構成されている。

そして、昨今上記構成要素の中で複数の機種間において
互いに共用できる部分をワンチップＩＣ化した汎用製品
（以下これをタイマＩＣと言う。

）が開発され実用に供されている。このタイマＩＣを用
いれば、タイマ製作に要する部品点数を大幅に減少させ
組立の容易化を図ることができるとともに、組立工数の
低減等と相俟って、タイマ製品のコストダウンが可能と
なる。

第１図は、タイマＩＣ１の基本構成を示す概略ブロック
図である。

図において、２は端子３，４間の電位差が所定の値に達
すると動作するコンパレータ、５は上記コンパレータ２
の出力を受けてセットされるフリップフロップ、６は上
記フリップフロップ５の出力を受けて端子７に接続され
る負荷を駆動するためのバッファ、８は上記フリップフ
ロップのセット出力を受けたとき、あるいは端子９の電
位が所定の値以下に低下したときに動作して、端子４，
１０間を通過せしめる放電用スイッチである。

そして、以下説明した各回路要素は大部分同一半導体基
板上に集積形成され、全体としていわゆるモノリシック
、ＩＣを構成しており、従って各回路要素がＩＣとして
正常に機能するためには端子９゜１０を介して常時基板
に所定の値以上の電圧を印加し、各要素間のアイソレー
ション化、ＩＣの機能に必要な半導体作用を充分に保持
させておく必要がある。

一方、このタイマＩＣＩを使用してタイマ回路を構成す
るためには、端子７と電源間に出力リレー１１を接続す
るとともに、端子３，１０間には基準電圧（図において
は電源＋Ｖを可変抵抗器１２を介して降圧して得た電圧
）を、また端子４，１０間には時限設定用コンテ゛ンサ
１３の極板間電圧（充電電圧）をそれぞれ印加し、更に
端子９，１０間にはこのタイマＩＣが正常に機能するた
めに必要な電源電圧十■を印加し、同時にこの電源電圧
十■によって時限設定用コンデンサ１３に対する充電作
用がなされるように構成する。

以上の構成において電源＋■を印加すれば、可変抵抗器
１４を介して時限設定用コンデンサ１３への充電が開始
され、その充電電圧が端子３の電圧にまで上昇するとコ
ンパレータ２が作動してフリップフロップ５がセットさ
れ、バッファ６を介してリレー１１が駆動される。

一方、フリップフロップ５のセット出力を受けて放電用
スイッチ８は動作し、これにより端子４，１０間が導通
して時限設定用コンテ゛ンサ１３に蓄えられた電荷は放
電され、コンパレータ２の出力は復帰し、以後リレー１
１はフリップフロップ５によって保持されることになる
。

次いで、電源＋■をＯＦＦしてやればフリップフロップ
５は復帰するとともに、端子４，１０間も非導通状態に
復帰し、次の動作に備えることになる。

以上はタイマの設定時間以上に亙って継続的に電源十■
が印加された場合であるが、この電源印加時間が設定時
間に満たない場合には、電源＋■が絶たれた瞬間にそれ
までコンデンサ１３に蓄わえられていた電荷をただちに
放電させ、次の電源印加に備えなければならない。

この場合には、電源電圧＋■が低下するとともにこれを
検出して放電用スイッチ８が動作し、前記同様端子４，
１０間が導通することによって行なわれる。

このように、タイマ■Ｃ１を用いたタイマ回路にあって
は、所望するタイミングでタイマＩＣＩに印加される電
源＋■をＯＮ、ＯＦＦさせるだけで、所望する時限動作
を行なわせることができる。

すなわち、時間計数動作を開始させたい場合には、電源
十■を印加した状態にすればよく、またその計数動作を
途中で復帰させるためには、電源十■の印加を断てばよ
いのである。

そこで、この電源＋ＶのＯＮ、ＯＦＦのために従来より
、様々な回路方式が採用されている。

中でも最つとも簡単な方式は、外部より与えられる交流
電源をトランスによって降圧するとともに、これを整流
・平滑回路を介して整流平滑し、更に定電圧回路を介し
て安定化したのち前記電源十■としてタイマＩＣに直接
印加するものである。

この方式によれば、タイマの限時動作及び復帰動作を外
部から与えられる交流電源のＯＮ、ＯＦＦだけで制御す
ることができるという利点があるが、その反面計時動作
の途中で時限設定用コンテ゛ンサ１３に蓄えられている
電荷を強制的に放電させる場合、通常平滑回路には、大
容量コンデンサが組込まれているために、交流電源をＯ
ＦＦしても平滑回路の２次側電圧が前記放電用スイッチ
８の検知電圧にまでなかなか下がらず、その分だけタイ
マの復帰動作に遅れが生ずるという欠点があり、短時間
に繰り返し動作をさせる用途には使出し得ないなどの問
題がある。

そこで、この問題を解決するために第２図に示す回路方
式が採用されている。

これは、端子１５．１６間に外部より印加される交流電
源１７をトランス１８を介して降圧するとともに、整流
・平滑回路１９を介して整流・平滑し、更にこれを充放
電制御接点２０を介して定電圧回路２１に与えるととも
に、上記接点２０をリレーＸ１の接点とし、このリレー
Ｘ１をスイッチングトランジスタ２２を介して端子２３
．２４に得られる制御信号によって駆動するようにした
ものである。

この方式によれば、タイマ■Ｃ１に印加される電圧十■
を整流・平滑回路１９の２次側でＯＮ、ＯＦＦするよ
うにしたことにより、端子２３．２４に与えられる制御
信号に応答してタイマ■Ｃ１に印加される電圧＋■は瞬
時立上り、又は立下ることになる。

ところが、ここにタイマＩＣＩの特性に起因する次のよ
うな問題が生ずる。

すなわち、今かりに定電圧回路２１の２次側に電圧＋■
が出力され、これにより時限設定用コンデンサ１３に電
荷が充電されつつある状態にあるとする。

この状態においてリレーＸ１を駆動して充放電制御接点
２０をＯＦＦすると、定電圧回路２１の出力電圧は第３
図のグラフ中曲線ａに示すように急激に低下する。

そして、前述の如くこの電圧はタイマＩＣＩの端子９，
１０間に印加されており、この電圧があらかじめ設定さ
れた電圧低下検出上限値ＶＨ以下に低下すると、前記放
電用スイッチ８が動作して端子４，１０間が導通状態と
なり、それまでコンデンサ１３に蓄わえられていた電荷
は放電され始めることになる。

一方、前述の如くこの定電圧回路２１の出力電圧は同時
にタイマＩＣＪ自体の主電源でもあるため、タイマ■Ｃ
１内における各要素をＩＣとして正常に作動させるため
には、この電圧を第３図に示す如くあらかじめ規定され
たＩＣ動作下限値■１以上に保持しなければならない。

従って、それまで時限設定用コンテ゛ンサ１３に蓄えら
れていた電荷を、定電圧回路２１の出力電圧低下に応じ
て放電用スイッチ８を動作させて放電しつくすためには
、少なくとも上記電荷が完全に放電されつくすに要する
時間Ｔｍ１ｎ以上、上記定電圧回路２１の出力電圧を前
記■。

と■１との間に保持していなければならないことが判わ
る。

ところが、前述の曲線ａに示すように定電圧回路２１の
出力電圧の低下があまりにも急激であると、同グラフ中
点ＰからＱへ至るに要する時間Ｔ１（ｔ２−ｔｌ）、す
なわち放電用スイッチ８の導通時間が、前記放電に要す
る時間Ｔｍ１ｎに満たなくなり、この結果時限設定用コ
ンテ゛ンサ１３には残留電荷が生じ同グラフ中点線ａ′
に示す如く定電圧回路２１の出力電圧が０ボルトまで低
下したのちにあっても、上記コンデンサ１３の両端には
所定の電圧が保持され、次の動作時間に影響を与えると
いう欠点がある。

そこで、従来にあっては定電圧回路２１の出力電圧が曲
線ａに示す如く急激に低下した場合にあっても、タイマ
ＩＣ１に印加される電圧については曲線すに示す如くあ
る一定の傾斜をもって低下するように、定電圧回路２１
の出力側には平滑用コンデンサ２５が挿入されている。

この方式によれば、同グラフ中点Ｐ′からＱ′へ至るに
要する時間Ｔ２（ｔ′２−４′１）、すなわち放電用ス
イッチ８の導通時間を、確実にＴｍｌｎ以上にすること
が可能になり、同図中曲線ｂ′に示す如くコンデンサ１
３に蓄わえわれていた電荷を完全に放電しつくすことが
できる。

ところが、このように平滑用コンデンサ２５による放電
曲線を利用して、タイマＩＣＩに印加される電圧が■。

からＶＬにまで低下す所要時間Ｔ２をＴｍｌｎ以上に保
持しようとすると、平滑用コンデンサ２５の容量をいか
に定めようとも、実際に定電圧回路２１の出力電圧が低
下し始める時刻ｔ。

から放電用スイッチ８が導通する時刻ｔ′１に至る余分
な時間ＴＤが生じてしまい、タイマの繰返し動作特性を
低下させるという欠点がある。

すなわち、実際に放電に要する時間はＴｍ１ｎであるに
も拘らず、前記充放電制御接点２０をＯＦＦした時点
から実際にコンテ゛ンサ１３の電荷が放電され始めるま
での間に少なくともＴＤだけ余分な時間がかかるのであ
る。

この考案は上記した従来問題に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは復帰時間を可及的に短縮できるタ
イマ回路を提供することにある。

以下に、この考案の好適一実施例を添付図面に従って説
明する。

第４図は、この考案に係るコンデンサタイマの電気回路
図であり、図中従来回路と同一部分については同一符号
を付すことにより詳細な説明は省略する。

この回路の特徴は、定電圧回路２１の出力側に定電圧回
路２１の出力電圧を制御信号に応じてステップ状に降圧
して出力する電圧切換回路２６を設けたことにある。

次に、この電圧切換回路２６の一例を図に基づいて説明
する。

図において２１ａ、２１ｂはそれぞれ定電圧回路
２１の正負出力端子を示し、これらの出力端子２１ａ
、２１ｂ間には後述する電圧制御用トランジスタに
低バイアス電圧をかけるための抵抗２７．２８が直列に
接続されている。

一方、正側出力端子２１ａにはＮＰＮ）ランジスタ（
以下、これを電圧制御用トランジスタと言う。

）２９のコレクタが接続され、またこのトランジスタ２
９のエミッタはタイマＩＣ１の正側電源端子９、基準電
圧発生用の可変抵抗１２及び充電回路３０にそれぞれ接
続されている。

電圧制御用トランジスタ２９のベースにはダイオード３
１のカソードが接続されるとともに、このダイオード３
１のアノードは前記抵抗２７と２８との接続点に接続さ
れている。

また、同時に上記トランジスタ２９のベースにはダイオ
ード３２のカソードが接続され、このダイオード３２の
アノードは抵抗３３を介して平滑回路１９の正側出力端
子へと接続されている。

また、ダイオード３２のアノードにはＮＰＮ）ランジス
タ（以下これをスイッチングトランジスタの言う。

）３４のコレクタが接続たれ、このトランジスタ３４の
エミッタは定電圧回路２１の負側出力端子２１ｂへと
接続されるとともに、このトランジスタ３４のベースの
上記負側出力端子２１ｂとの間にはバイアス抵抗３５
が接続されている。

そして、このトランジスタ３４のベースは抵抗３６を介
して正側制御入力端子３７へ接続されるとともに、定電
圧回路２１の負側出力端子２１ｂは負側制御入力端子
３８へと接続されている。

次に以上の構成よりなるタイマ回路の動作を説明する。

このタイマ回路はいわゆる限時動作・瞬間復帰型タイマ
回路であって、その出力は入力信号がＯＮ状態となり、
しかもその状態があらかじめ設定された一定時間以上継
続した場合に限ってＯＮするとともに、入力信号がＯＦ
Ｆすると瞬時のうちにＯＦＦするものである。

そして、この実施例の場合、入力信号の与え方には２通
りの方法があり、瞬時応答性の要求される用途、すなわ
ち入力がＯＦＦして微小時間ののち再び入力がＯＮする
ような用途に使用する場合には、入力信号は制御入力端
子３７．３８を介してＤＣ電圧によって与えられ、また
さほど瞬時応答性の要求されない用途に使用する場合に
は、端子１５．１６を介して直接交流電源自体のＯＮ、
ＯＦＦにより与えることができる。

そこで、先ず瞬時応答性のさほど要求されない用途に使
用する場合を説明する。

この場合、タイマに計時動作を開始させるには端子１５
．１６間に所定の交流電圧を印加すればよく、またその
計時動作を途中で復帰させるには端子１５．１６間に印
加されている電圧を絶てばよい。

すなわち、端子１５．１６間に交流電源１７が印加され
ると、その電圧はトランス１８によって所定の電圧に降
圧されたのち、整流・平滑回路１９を介して整流及び平
滑化され、更に定電圧回路２１によって安定化されて端
子２１ａ、２１ｂ間に出力される。

尚、この状態においては、制御入力端子３７．３８への
信号によりスイッチングトランジスタ３４はＯＦＦ状態
にある。

すると、電圧制御用トランジスタ２９のコレクタ・エミ
ッタ間には、このトランジスタ２９に直列接続される負
荷とで分圧された定電圧回路２１の出力電圧が印加され
る。

また、このときダイオード３１のアノード側電位■１は
、定電圧回路２１の出力電圧を抵抗２７と２８とで分圧
した値となるとともに、ダイオード３２のアノード側電
位Ｖ２は整流・平滑回路１９の正側出力電位となり、こ
れによりトランジスタ２９のベース・エミッタ間には充
分なバイアス電圧が印加されて、トランジスタ２９は導
通することになる。

そして、抵抗３３の値を充分小さく設定することにより
、以後ダイオード３２のアノード側電位■２はダイオー
ド３１のアノード側電位ｖ１よりも充分高い値に維持さ
れ、この電位Ｖ２がトランジスタ２９のベース電位とな
ることからトランジスタ２９のコレクタ・エミッタ間の
導通抵抗は充分小さな値となり、この結果タイマＩＣ１
の電源入力端子９．１０間には前述の放電用スイッチ８
をＯＦＦするに充分高い電圧十Ｖが印加されることにな
る。

そして、この電圧十■によって時限設定用コンテ゛ンサ
１３への充電が開始されるとともに、設定時間が経過す
ると前述の経過を経て端子７に所定の出力が生じ、同時
に内部に組込まれた放電用スイッチ８が動作してコンデ
ンサ１３が放電されるわけであるが、以上の経過につい
ては既に詳説した通りである。

一方、計時動作の途中で交流電源１７をＯＦＦした場
合、すなわち設定時間が経過して端子７に所定の出力が
生ずる以前に、タイマとしての計時動作を復帰させ、コ
ンデンサ１３の電荷を放電させる場合（ｉは、次のよう
に行なわれる。

交流電源１７がＯＦＦされると平滑回路内に組込まれた
コンデンサによってそれより若干遅れて整流・平滑回道
１９の出力は立下り、更にそれ自体が有する定電圧作用
によって、定電圧回路２１の出力も若干遅れて立下がる
ことになる。

しかるに、電圧制御用トランジスタ２９のベースには抵
抗３３及びダイオード３２を介して整流・平滑回路１９
の出力が直接に印加されているため、整流・平滑回路１
９の出力が立下がると、これを受けてトランジスタ２９
のベース電位は抵抗２７と２８とで定められるダイオー
ド３１のアノード電位にまで瞬時低下することになり、
この結果トランジスタ２９の導通抵抗の増加によってタ
イマＩＣ１に印加される電圧が瞬時低下することになる
。

すなわち、定電圧回路２１の出力電圧が未だ保持されて
いようとも、整流・平滑回路１９の出力が立下りさえす
れば、タイマ■Ｃ１に印加される電源を瞬時一定の低電
圧に低下させることができ、更にこの低電圧値がタイマ
ＩＣ１の電圧低下検出上限値Ｖｌ（とＩＣ動作下限値Ｖ
Ｌとの間となるように設定することにより、放電用スイ
ッチ８の動作を介してコンデンサ１３の電荷を完全に放
電させることができるのである。

次に、このタイマ回路を瞬時応答性の特に要求される用
途に使用する場合を説明する。

前記用途の場合には、電圧制御用トランジスタ２９を整
流・平滑回路１９の出力により制御するように構成した
ため、定電圧回路２１が有する定電圧作用に起因する放
電開始時間の遅れについては解決することができたわけ
であるが、このように交流電源１７のＯＮ、ＯＦＦによ
る充放電制御方式では、整流・平滑回路１９内に組込ま
れた平滑用コンデンサに起因する遅れについてまでは解
決できない。

そこで、このように平滑用コンデンサに起因する放電開
始時期の遅れまでも問題にするような瞬時応答性の要求
される用途の場合には、交流電源１７を印加状態に保持
する一方端子３７．３８間に印加される直流電圧を変化
させることにより充放電制御を行なう。

すなわち、端子１５．１６間に交流電源１７を印加した
状態において制御端子３７．３８間に印加される直流電
圧をＨからＬに転ずれば、それまでスイッチングトラン
ジスタ３４を介してＯＶに固定されていたダイオード３
２のアノード側電位は、トランジスタ３４がＯＦＦする
ことにより瞬時立上り整流・平滑回路１９の出力電圧に
まで上昇する。

これに伴ないそれまで抵抗２７と２８との比により決定
される低電位に固定されていたトランジスタ２つのベー
スには、抵抗３３及びダイオード３２を介して高電位が
印加されてトランジスタ２９のエミッタ・コレクタ間の
抵抗が減少し、タイマ■Ｃ１の電源電圧は前記電圧低下
検出上限値■。

以上に上昇して十Ｖとなる。

そして、これにともないタイマＩＣＩ内にある放電用ス
イッチ８がＯＦＦして端子４，１０間が非導通状態とな
り、その瞬間から時限設定用コンテ゛ンサ１３に対する
充電が開始され、その後あらかじめ設定された時間が経
過すると前述の経過をへて端子７に出力を生ずることは
既述の通りである。

次に、計時動作の途中でこれを復帰させる場合、すなわ
ち設定時間が経過して端子７に所定の出力が生ずる以前
にコンデンサ１３の電荷を放電させる場合の動作を第３
図のグラフに従って説明する。

今、過去のある時刻において制御端子３７．３８間に印
加される電圧がＨからＬに転じ、その結果コンデンサ１
３が充電されつつある状態にあるとする。

この状態においては、第３図のグラフ中点線に示す如く
コンデンサ１３の充電電圧は指数曲線を描きつつ上昇す
る。

この状態において、制御端子３７．３８間に印加される
直流電圧を時刻ｔ。

においてＬからＨに転すると、スイッチングトランジス
タ３４がＯＮすることによってダイオード３２のアノー
ド電位は瞬時低下しＯボルトに固定される。

また、これと同時に抵抗３３及びダイオード３２を介し
て平滑回路１９の出力が印加されることによってそれま
で高電位に維持されていたトランジスタ２９のベース電
位は、一挙に抵抗２７と２８とで決定される低電位に転
することになり、この結果トランジスタ２９のバイアス
電圧が低下してコレクタ・エミッタ間の導通抵抗が増加
し、タイマＩＣＩの電源端子９，１０間電圧は第３図の
グラフ中曲線Ｃに示す如く瞬時電圧■８にまで低下して
保持されることになる。

ここにおいて、この電圧■８はＩＣ動作下限値■１より
も高く、かつ、放電用スイッチ８の電圧降下検出上限値
■。

よりは低い値に設定されており、従って第３図中点Ｐに
示す如くタイマ■Ｃ１に印加される電圧が電圧低下検出
上限値ＶＨにまで低下した時刻をｔｌとすると、この時
刻尚ｔ１以後前記放電用スイッチ８の動作は保持され、
この結果タイマＩＣＩの端子４，１０間は以後永続的に
導通状態となって、コンテ゛ンサ１３の電荷は図中曲線
Ｃ′に示す如く時刻ｔ３において完全に放電されつくす
ことになる。

ここで、実際に復帰指令を与えた時刻ｔ。

からコンデンサ１３が完全に放電されつくす時刻ｔ３に
至る所要時間ｔ３−ｔｏを、曲線ｂ′に示される従来例
の所要時間ｔ′２−１ｏと比較すると、コンデンサ１３
が放電され始めてから放電し尽すに要する時間について
は、はとんど変わるものではないが、この実施例の場合
には曲線すとＣとの比較からも明らかなように、定常状
態における電源電圧＋■から電圧低下検出上限値ＶＨに
まで低下する時間が極めて短かくなりこの結果実際に復
帰指令を与えた時刻からコンテ゛ンサ１３が完全に放電
されつくすに要する時間を著しく短縮することができ、
以って繰返し応答性の極めて良好なタイマ回路となるの
である。

以上の説明からも明らかなように、この考案によればタ
イマＩＣとその電源との間に、所定の復帰指令を受けて
上記タイマＩＣに印加される電圧をステップ状に降下せ
しめ、かつ電源電圧下限値よりも高く、電圧低下検出上
限値よりも低い値に保持せしめる電圧切換回路を設けた
ので、復帰時間を可及的に短縮することができ、繰返し
応答性の極めて良好なタイマ回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タイマＩＣの構成を示すブロック図、第２図
は従来のタイマ回路の電気回路図、第３図は、この考案
に係るタイマ回路図の動作を従来例と比較して示すグラ
フ、第４図は、この考案に係るタイマ回路の電気回路図
である。１・・・・・・タイマＩＣ１２，５，６・・・・・・時
間経過判定回路、８・・・・・・放電用スイッチ、１３
・・・・・・時限設定用コンデンサ、２６・・・・・・
電圧切換回路、１５，１６，３７．３８・・曲復帰指令
用入力端子、ＶＨ・・・・・・電圧低下検出上限値、ｖ
Ｌ・・・・・・電源電圧下限値。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ＩＣとして正常に機能するための電源電圧下限値を有す
るとともに、その内部には時限設定用コンデンサの充電
電圧が所定値に達すると動作して設定時間が経過したこ
とを出力する時間経過判定回路と、上記電源電圧が所定
の電圧低下検出上限値以下になると導通して上記時限設
定用コンデンサを放電させる放電用スイッチとを集積形
成してなるタイマＩＣを少なくとも備えたタイマ回路に
おいて、上記タイマＩＣとその電源との間に所定の復帰
指令を受けて、上記タイマＩＣに印加される電圧をステ
ップ状に降下せしめ、がっ上記電源電圧下限値よりも高
く、上記電圧低下検出上限値よりも低い位置に保持せし
める電圧切換回路を設けたことを特徴とするタイマ回路
。