JPS63160412A - 交流２線式無接点スイツチ - 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〕 この発明は負荷と交流電源間に接続され、検出信号線と
交流電源線を共用した交流２線式無接点スイッチに関し
、特に電源投入時の誤動作が起こりに＜＜、かつ漏れ電
流および残留電圧の少ない交流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とは、光電スイッチ。

近接スイッチ等の無接点スイッチの内部駆動電源を独立
の交流電源供給線に依らず、検出信号出力端に接続され
る２本の信号出力線から供給を受けるようにしたもので
ある。それゆえ、検出信号出力端を交流電源と負荷との
間に単に接続するのみで負荷への電源をスイッチング制
御できるので、極めて節単に様々な目的の検出制御に対
して交流２線式無接点スイッチを用いることが可能であ
る。

ところが交流２線式無接点スイッチは、検出信号が出力
されない時にも駆動電源を無接点スイッチに供給する必
要があるので、この時に検出信号出力端に発生する漏れ
電流を防止することは原理的に不可能である。また、検
出信号が出力される時にも同様に駆動電源を供給する必
要があるため、検出信号出力端両端に若干の電圧が残留
するのを防止することも同様に不可能である。しかし漏
れ電流および残！’電圧は少なければ少ないほど動作特
性上良いので、これらを低減することが望まれていた。

この問題点を解決する第１の技術として、実開昭５９−
５９０３７号公報に開示されているものが提案されてい
る。この技術は第２図に示すように、ＭＯＳ−Ｎチャン
ネル・エンハンスメント形ＦＥＴＩを交流２線式無接点
スイッチの定電圧回路に用いることにより、漏れ電流お
よび残留電圧の低減化を企図している。すなわち、ＭＯ
Ｓ　−ＦＥＴ１はゲートの入力インピーダンスを大きく
することができ、よって抵抗Ｒ，の抵抗値を増大できる
ので検出信号が出力されない時の漏れ電流を少なくでき
る。また、ＭＯＳ−ＦＥＴＩの導通時のインピーダンス
は１．４〜３Ωと非常に小さいので、検出信号が出力さ
れている時の残留電圧も少なくできる。

前述した問題点を解決する第２の技術として、次のもの
が提案されている。第３図に示すように、出力端子５，
６間にダイオードプリフジ回路８が接続されるとともに
、外部に負荷３を介して交流電源７が接続されている。

ダイオードブリッジ回！８の正負間には、定電圧回路の
主構成要素であるエンハンスメント特性のＭＯＳ　−Ｆ
ＥＴ９、検出対象物の近接あるいは離間により検出信号
を出力する検出回路１０．検出対象物の近接により発振
を行う発振回路１１、ＦＥＴ９のソースに接続されたツ
ェナーダイオード２０２、ツェナーダイオードＺＤ２に
並列接続されたサイリスタ１２、ＦＥＴ９のゲートに接
続されたサイリスタ１３、負荷駆動時に検出回路１０に
電圧を供給する平滑コンデンサＣＩ、開閉回路であるト
ランジスタＴｒｌ　、スイッチング素子であるトランジ
スタＴｒ３、このトランジスタＴｒユの導通時にのみ導
通するトランジスタＴ「２、平滑コンデンサＣ１の直流
電流をＦＥＴ９のゲートに伝達するダイオードＤ、およ
び抵抗Ｒ、、ＦＥＴ９のソースと検出回路１０間に接続
されたダイオードＤｔ１　トランジスタＴｒ、のエミッ
タに接続された過電流検知用素子である抵抗Ｒ４、およ
び抵抗Ｒ３，Ｒｓ　、Ｒｈ　、Ｒ？が接続されている。

このような構成からなるこの回路の動作を以下説明する
。まず検出対象物が離間していると発振回路１１は発振
を行わず、検出回路１０は検出信号を出力しない。した
がって検出回路１００ロ出力信号はＨＩＧＩＩとなり、
スイッチング素子であるトランジスタＴｒｚはベース電
流が供給され導通ずる。これを受けてトランジスタＴｒ
、も導通ずる。それゆえＭＯＳ　−ＦＥＴ９のソース電
位が上昇し、それに応じてゲート電位も上昇する。この
場合にツェナーダイオードＺＤｔのツェナー電圧、トラ
ンジスタＴｒｚのベース・エミ・ツタ間電圧、およびト
ランジスタＴｒｓのコレクタ・エミッタ間電圧の各々の
電圧値の和をＦＥＴ９のゲート電位が越えようとすると
ゲート電位は減少し始め、ソース電位との関係で定めら
れる一定値で安定する。したがってＦＥＴ９は定電圧を
検出回路ｌＯに供給する。

次に検出対象物が近接して発振回路１１が発振を開始す
ると、検出回路ＩＯは検出信号を出力する。

したがって、検出回路１０のＣ出力信号はＬＯＷになる
のでトランジスタＴｒ３は遮断され、これに伴いトラン
ジスタＴｒ２　も遮断される。するとＭＯＳ・ＦＥＴ９
のソース電位は上昇し、ツェナーダイオードＺＤ、のツ
ェナー電圧、サイリスタ１２のトリガ電圧、および開閉
回路であるトランジスタＴｒ。

のベース・エミッタ間電圧の各々の電圧値の和をＦＥＴ
９のソース電位が越えると、サイリスタ１２はトリガさ
れ導通ずる。トランジスタＴｒ、はベース電流が供給さ
れるので導通し、負荷３が駆動される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、これら２つの従来技術には各々次に述べる問
題点がある。まず第１の技術（第２図参照）にかかる問
題点は、電源投入時の突入電流制限のための抵抗Ｒ７に
より電圧降下が生じ、ＭＯＳ−ＦＥＴＩおよびツェナー
ダイオードＺ　Ｄ　＋で構成される定電圧回路の出力電
圧をその降下分だけ増大させる必要がある。定電圧回路
は供給される電源電圧がある一定の電圧以下になると、
その出力電圧を急速に小さくし始める特性がある。それ
ゆえ、電源電圧はなるべく大きなものを接続することが
正確な検出動作には必要な条件である。

しかし現実には低電圧の交流電源を用いねばならないこ
とも多く、この場合に問題が生じる。

例えば、通常汎用される５ｍＡ・　２００Ｖのミニチュ
アリレーを負荷３に用い検出回路１０への供給電圧を約
７ｖと仮定すると、突入電流を５ｍＡ以下にしなければ
負荷３が駆動される。それゆえ、抵抗Ｒ９の抵抗値は約
１．４　ＫΩ以上でなければならない。一般に検出回路
工０の消費電流は１ｍＡ程度であるので、抵抗Ｒ９の電
圧降下は約１．４■となる。この場合に２４Ｖのような
低電圧の交流電源を用いると、１．４■の電圧降下は無
視し得ないものとなる。

さらに第１の技術には次のような問題点もある。

それは、ＭＯＳ−ＦＥＴＩのしきい電圧値にばらつきが
あるため個々の交流２線式無接点スイッチにおいて、こ
のしきい電圧値に対応したツェナーダイオードＺＤ、の
ツェナー電圧を各々選定せねばならず、量産化には向か
ないという問題点である。

第２の技術（第３図参照）は第１の技術のこの量産化の
困難性という問題点は解消しているが、電源投入時の突
入電流が平滑コンデンサＣＩに流入して急速充電が行な
われ、負荷３が駆動されることへの対策が施されていな
い問題点がある。したがって第１の技術に関する問題点
と同様に、負荷３に小電流駆動型のものを用いると誤動
作が生じる。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、漏
れ電流および残留電圧が低減化されるともに過電流保護
機能が付与され、かつ電源投入時の誤動作が起こりにく
い交流２線式無接点スイッチの提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決し、この目的を達成するための具体的
手段は、電源供給を受け定電圧を出力する定電圧回路と
、検出対象物の近接あるいは離間により検出信号を出力
する検出回路と、この検出信号に応じて負荷の制御を行
うスイッチング素子と、前記負荷の駆動時に前記検出回
路に電圧を供給する平滑コンデンサと、この平滑コンデ
ンサに接続された電流検知用素子を有する交流２線式無
接点スイッチにおいて、前記定電圧回路にＭＯＳ・ＦＥ
ＴおよびこのＦＥＴのソースに接続されたツェナーダイ
オードを具備し、かつ、このＦＥＴのゲートに接続され
るとともに前記電流検知用素子に並列に接続されたフィ
ードバック回路が、前記検出信号が出力されていない時
の前記平滑コンデンサへの充電電流を一定に保持するよ
うにしたことである。

〔作　　用〕

この発明は前述のような手段を採ったので、次のような
作用がもたらされる。まず、電源を投入すると突入電流
が発生し定電圧回路を経由して平滑コンデンサに流入し
ようとするが、電流検知用素子とフィードバック回路に
より突入電流は一定の電流値に制限され、平滑コンデン
サへの急速充電はなされない。

次に検出回路が検出信号を出力すると、ツェナーダイオ
ードのアノード電圧が上昇するためスイッチング素子が
トリガされて導通し、それゆえ負荷が駆動される。フィ
ードバック回路がＭＯＳ・ＦＥＴのゲート電圧をしきい
電圧以上に保持しているので、ＦＥＴを経由してスイッ
チング素子に定電流が供給され負荷の駆動が正常に行わ
れる。

この場合に検出回路には平滑コンデンサから電圧が供給
され、正常な検出動作機能が維持される。

〔実　施　例〕

この発明を、以下１実施例に基づいて詳細に説明する。

なお、従来例と同一部分は同一記号を付しその説明を簡
略化する。

第１図に示すように、出力端子５，６、ダイオードブリ
ッジ回路８、平滑コンデンサＣＩの構成要素は従来例と
同一である。ダイオードブリッジ回路８の正側に、エン
ハンスメント特性のＭＯＳ・ＦＥＴ１４およびこのソー
スに接続されたツェナーダイオードＺＤ、からなる定電
圧回路が接続されている。ＦＥＴ１４のゲートには大抵
抗値の抵抗Ｒ１゜が接続されるとともに、トランジスタ
ＴｒｂおよびＴｒ−ｔが直列に接続されている。このト
ランジスタＴｒ、のベースには検出回路１５の；出力信
号が伝達されるようになっている。

ＦＥＴ１４のソースにはダイオードＤ４を介して、電流
検知用素子である抵抗Ｒ０および平滑コンデンサＣ２が
直列に接続されている。この抵抗Ｒ１１には並列にフィ
ードバック回路であるトランジスタＴｒ４が接続され、
このトランジスタＴｒ、のコレクタはＦＥＴ１４のゲー
トに接続されている。また、抵抗Ｒ８には分流回路であ
るトランジスタＴｒｓ　も並列接続されており、このト
ランジスタＴｒｓのベースは動作表示灯であるＬＥＤ、
および抵抗Ｒ１４を介して検出回路１５に接続されてい
る。定電圧回路のツェナーダイオードＺＤ４には、直列
にダイオードＤＳおよび抵抗Ｒ１３が接続されている。

これらと並列に、スイッチング素子であるサイリスタ１
６および過電流検知用素子である抵抗ＲＩ！が接続され
ている。トランジスタＴｒ、のコレクタは電流開閉素子
であるサイリスタ１７にも接続されている。サイリスタ
１７は抵抗Ｒ１５を介して、サイリスタ１６および抵抗
Ｒ１□の接続点に接続されている。

なお、抵抗Ｒ８の抵抗値は２００Ω、抵抗ＲＩ＠の抵抗
値は５ＭΩである。

このような構成からなるこの回路の動作について以下説
明する。まず電源を投入すると、突入電流がＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ１４を経由して平滑コンデンサＣ１に流入しようと
する。しかし前述のように抵抗Ｒ１１の抵抗値が２００
Ωであるので、３ｍＡの電流が流れると抵抗Ｒ０の両端
に０．６ｖの電圧降下が生じる。この電圧降下によりフ
ィードバック回路であるトランジスタＴｒａがバイアス
され導通し、ＦＥＴ１４の平滑コンデンサＣ５への充電
電流を一定に保持するように機能する。平滑コンデンサ
Ｃ９はこの充電電流の供給を受けて充電を行う。この時
検出回路１５が検出信号を出力していないと、検出回路
１５のご出力信号はＩＩＩＧＨになりトランジスタＴｒ
、がバイアスされ導通ずる。この導通によりトランジス
タＴｒｂ　も導通し、ＦＥＴ１４は定電圧を検出回路１
５および平滑コンデンサＣ８に供給する。

次に、検出回路１５が検出対象物の近接あるいは離間に
より検出信号を出力した場合の動作について説明する。

検出信号を出力すると、検出回路１５の口出力信号がＬ
Ｏ−に反転する。したがってトランジスタＴｒ、が遮断
され、トランジスタＴｒｈ　も遮断される。この遮断に
よりツェナーダイオードＺＤ４のアノード電圧が上昇し
、サイリスタ１６がトリガされ導通する。したがって、
ダイオードブリッジ回路８を経由して供給される電流は
ＦＥＴ１４およびサイリスタ１６を経由して流れるので
、負荷（図示省略）は駆動され検出した旨を報知する。

この場合にＦＥＴ１４のゲートには、平滑コンデンサＣ
０の電圧がトランジスタＴｒ４のベース・コレクタを経
由して伝達される。それゆえＦＥＴ１４のゲート電圧は
しきい電圧以上に保持され、サイリスク１６に検出信号
出力中電流を供給し正常動作を維持する。

一方、検出回路１５の検出信号の出力によりトランジス
タＴｒＳがバイアスされ導通する。この導通によりＬＥ
Ｄ、が発光し、検出信号が出力されていることを外部に
明示する。またトランジスタＴｒ５の導通により充電Ｔ
Ｌ流が平滑コンデンサＣ３に急速に流れ込むので、コン
デンサＣ９は極めて短時間に充電を完了する。それゆえ
、検出信号出力時におけるコンデンサＣ７の放電時に検
出回路１５への供給電圧が不足することがなく、正常な
検出動作機能が維持される。それとともに放電時には、
トランジスタＴｒＳのコレクタ・ベースを経由して放電
電流がＬ　Ｅ　Ｄ　＋に供給される。したがって検出信
号出力中ＬＥＤＩは発光し、検出している旨を外部に明
示する。この場合にＬＥＤ、には略一定ｉｔ流が供給さ
れ常時一定の明るさで発光するので、従来のように異な
る抵抗値の負荷を種々接続した場合に各々ＬＥＤ、の明
度が変動するという問題点がない。

次に過電流像ｉ機能について説明する。検出信号出力時
に負荷の誤接続あるいは事故等により短絡状態となり過
電流が回路内に流入すると、サイリスク１６に直列接続
された′ｆ！ｉ電流検知用素子である抵抗Ｒ１□が過電
流を検知する。したがって抵抗Ｒ１！の両端電圧が上昇
し、サイリスタ１７がトリガされ導通ずる。この導通に
よりトランジスタＴｒ。

から供給されていたＦＥＴ１４のゲートへの電圧が短絡
され、ＦＥＴ１４は遮断される。抵抗Ｒ１゜の抵抗値は
前述のように５ＭΩとかなり大きいためここを流れる電
流はｔｏ”’ｍＡ以下となり、何等問題ない、それゆえ
過電流の遮断が瞬時になされ、ＦＥＴ１４およびサイリ
スク１６の保護が達成される。

ゲートの入力インピーダンスを増大し得るＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ１４を定電圧回路に用いているので、この実施例にお
いては抵抗Ｒ１１１に抵抗値の大きなものを選択できる
。したがって検出信号が出力されていない時の漏れ電流
は極めて低減化されている。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、電源供給
を受け定電圧を出力する定電圧回路と、検出対象物の近
接あるいは離間により検出信号を′　　出力する検出回
路と、この検出信号に応じて負荷の制御を行うスイッチ
ング素子と、前記負荷の駆動時に前記検出回路に電圧を
供給する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサに接続
された電流検知用素子を存する交流２線式無接点スイッ
チにおいて、前記定電圧回路にＭＯＳ−ＦＥＴおよびこ
のＦＥＴのソースに接続されたツェナーダイオードを具
備し、かつ、このＦＥＴのゲートに接続されるとともに
前記電流検知用素子に並列に接続されたフィードバック
回路が、前記検出信号が出力されていない時の前記平滑
コンデンサへの充電電流を一定に保持するようにしたの
で、小電流で駆動される負荷を接続しても誤υノ作を生
じることがない、また電流検知用素子の抵抗値を小さく
できるので、定電圧回路の出力電圧を低減でき低電圧の
交流電源を使用しても誤動作が生じない、また、フィー
ドバック回路と電流検知用素子により電源投入時の突入
電流が一定の電流値に制限されるので、同様に小電流で
駆動される負荷を接続しても電源投入時に誤動作を生じ
ない。さらにＭＯＳ・ＦＥＴを定電圧回路に用いている
ので、導通時のインピーダンスが小さく残留電圧を小さ
くできる６

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる交流２線式無接点スイ７チの
１実施例の回路図、 第２図および第３図は従来例の回路図である。 １４・・・ＭＯＳ−ＦＥＴ、１５・・・検出回路、１６
・・・サイリスタ　（スイッチング素子）、１７・・・
サイリスク（電流開閉素子）、ＣＩ・・・平滑コンデン
サ、Ｒ８・・・抵抗（電流検知用素子）、ＺＤ、・・・
ツェナーダイオード、Ｔｒａ・・・トランジスタ（フィ
ードバック回路）　、Ｔｒｓ・・・トランジスタ（分流
回路）、ＬＥＤ、・・・発光素子（動作表示灯）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源供給を受け定電圧を出力する定電圧回路と、 検出対象物の近接あるいは離間により検出信号を出力す
   る検出回路と、 この検出信号に応じて負荷の制御を行うスイッチング素
   子と、 前記負荷の駆動時に前記検出回路に電圧を供給する平滑
   コンデンサと、 この平滑コンデンサに接続された電流検知用素子を有す
   る交流２線式無接点スイッチにおいて、前記定電圧回路
   がＭＯＳ・ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉ−ｄｅ　Ｓｅｍ
   ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ・Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔ
   ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびこのＭＯＳ・ＦＥＴのソー
   スに接続されたツェナーダイオードを具備し、 かつ、このＭＯＳ・ＦＥＴのゲートに接続されるととも
   に前記電流検知用素子に並列に接続されたフィードバッ
   ク回路が、前記検出信号が出力されていない時の前記平
   滑コンデンサへの充電電流を一定に保持することを特徴
   とする交流２線式無接点スイッチ。
2. （２）スイッチング素子に接続された過電流検知用素子
   が過電流を検知した際に、電流開閉素子が導通すること
   によりＭＯＳ・ＦＥＴのゲートがグランドに短絡されド
   レイン電流を遮断する特許請求の範囲第１項記載の交流
   ２線式無接点スイッチ。
3. （３）電流検知用素子に並列に接続された分流回路が検
   出回路から検出信号が出力される際には動作表示灯であ
   る発光素子に駆動電流を供給するとともに平滑コンデン
   サに充電電流を供給し、かつこの平滑コンデンサの放電
   時にはこの平滑コンデンサの放電電流を前記発光素子に
   供給する特許請求の範囲第１項または第２項記載の交流
   ２線式無接点スイッチ。
4. （４）エンハンスメント特性のＭＯＳ・ＦＥＴである特
   許請求の範囲第１項ないし第３項までのいずれかに記載
   の交流２線式無接点スイッチ。