KR20120137385A - 하이브리드 릴레이 - Google Patents

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KR20120137385A
KR20120137385A KR1020127025213A KR20127025213A KR20120137385A KR 20120137385 A KR20120137385 A KR 20120137385A KR 1020127025213 A KR1020127025213 A KR 1020127025213A KR 20127025213 A KR20127025213 A KR 20127025213A KR 20120137385 A KR20120137385 A KR 20120137385A
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스스무 나카노
고이치 야마조에
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Abstract

제 1 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 1 기계식 접점 스위치와, 상기 제 1 구동부와 별개인 제 2 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 2 기계식 접점 스위치와, 상기 제 2 기계식 접점 스위치와 직렬 접속되는 반도체 스위치를 구비하고, 전원으로부터 부하로 공급하는 급전로 상에서, 상기 제 2 기계식 접점 스위치 및 상기 반도체 스위치에 의한 직렬 회로와 상기 제 1 기계식 접점 스위치가 병렬 접속되고, 상기 제 1 기계식 접점 스위치에 대하여, 스너버 회로가 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이가 제공된다.

Description

하이브리드 릴레이 {HYBRID RELAY}
본 발명은 기계식 접점 스위치와 반도체 스위치를 구비한 하이브리드 릴레이에 관한 것이다.
종래부터, 인버터 제어를 행하는 인버터 회로를 구비한 조명 기구 등의 부하가 사용되고 있다. 또한, 부하로의 전력의 공급과 차단을 전환하기 위해서, 병렬 접속된 기계식 접점 스위치와 반도체 스위치를 구비하는 하이브리드 릴레이가 사용되고 있다. 인버터 회로를 구비한 부하는, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위해서 대용량의 평활 콘덴서가 부설되어 있다. 교류 전원으로부터 부하로의 전원 투입 시에는, 이 평활 콘덴서에 대전류가 흘러들기 때문에, 부하에는 돌입 전류가 흘러들게 된다. 특히, 전원 전압이 높은 고부하의 상황 하에서는, 부하로 흘러드는 돌입 전류가 커진다. 따라서, 부하와 교류 전원의 사이에 접속되는 하이브리드 릴레이에도, 이 돌입 전류에 기초하는 대전류가 흐르게 된다.
이 때문에, 이러한 하이브리드 릴레이는, 먼저 반도체 스위치가 도통 상태가 되므로, 기계식 접점 스위치에 돌입 전류에 기초하는 대전류가 흘러서 해당 기계식 접점 스위치의 접점쌍의 접점 용착이 발생하는 것을 회피할 수 있다.
또한 이하의 설명에 있어서, 「반도체 스위치가 도통(close) 상태로 된다」는 것, 「기계식 접점 스위치가 닫혀진 상태로 된다」는 것을, 각각 「반도체 스위치가 온 된다」, 「기계식 접점 스위치가 온 된다」고 기재한다.
마찬가지로, 이하의 설명에 있어서, 「반도체 스위치가 비도통(open) 상태가 된다」는 것, 「기계식 접점 스위치가 열린 상태로 된다」는 것을, 각각 「반도체 스위치가 오프된다」, 「기계식 접점 스위치가 오프된다」고 기재한다.
돌입 전류가 반도체 스위치에 흐른 후, 부하로 공급되는 전류가 정상 상태가 되었을 때에, 기계식 접점 스위치가 온 된다. 이러한 동작에 의해, 하이브리드 릴레이 내의 기계식 접점 스위치에 대전류가 흐르는 것을 억제할 수 있고, 해당 기계식 접점 스위치의 접점쌍의 접촉 직전에 있어서의 아크의 발생에 의한 접점 용착을 회피할 수 있다.
이렇게, 하이브리드 릴레이는 기계식 접점 스위치에 있어서의 접점 용착을 방지하기 위해서 반도체 스위치를 구비한다. 따라서, 반도체 스위치가 온 된 후에 기계식 접점 스위치가 온 되고, 그 후에 반도체 스위치가 오프로 되어, 그 후에 부하로의 전력 공급을 시작한다.
또한, 기계식 접점 스위치와 반도체 스위치가 온 되기 전에, 해당 기계식 접점 스위치와는 다른 그 외의 기계식 접점 스위치를 해당 반도체 스위치와 직렬 접속하도록 추가한 구성의 하이브리드 릴레이가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 이 하이브리드 릴레이의 회로 구성에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 종래의 하이브리드 릴레이의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
하이브리드 릴레이(1)는, 직렬 접속된 교류 전원(2) 및 부하(3)에 접속되어, 교류 전원(2) 및 부하(3)와 폐회로를 형성한다. 하이브리드 릴레이(1)는, 부하(3)의 일 단에 일 단이 접속된 교류 전원(2)의 타 단과 접속되는 단자(10)와, 부하(3)의 타 단에 접속되는 단자(11)와, 단자(10, 11)에 양단이 접속되는 접점부(S1)를 가지는 제 1 기계식 접점 스위치(12)와, 단자(10)와 접점부(S1)의 일 단과의 접속 노드에 일 단이 접속된 접점부(S2)를 가지는 제 2 기계식 접점 스위치(13)와, 접점부(S2)의 타 단에 T1 전극이 접속됨과 함께 단자(11)에 T2 전극이 접속된 트라이액(S3)을 포함하는 반도체 스위치(14)와, 제 1, 제 2 기계식 접점 스위치(12, 13)와 반도체 스위치(14)의 각각의 온(개)/오프(폐) 제어를 행하는 신호 처리 회로(16)를 구비한다.
이 하이브리드 릴레이(1)를 거친 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급은, 신호 처리 회로(16)의 지시에 기초하여 행해진다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(16)로부터의 지시에 기초하여, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)가 각각 온 된다. 또한, 신호 처리 회로(16)로부터의 지시에 기초하여, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 후, 직렬 접속된 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)에 대하여 병렬 접속된 제 1 기계식 접점 스위치(12)가 온 된다. 이 다음, 신호 처리 회로(16)로부터의 지시에 기초하여, 반도체 스위치(14) 및 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 순서대로 오프된다. 이렇게, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 개시는, 반도체 스위치(14)의 트라이액(S3)이 온 된 타이밍에서, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)에 의해 형성되는 급전로를 거쳐서 행해진다. 또한, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급은, 해당 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)가 같이 오프된 후에는 제 1 기계식 접점 스위치(12)를 포함하는 급전로를 거쳐서 행해진다.
다음에, 제 1 기계식 접점 스위치(12)가 온 되어 있는 상태에서, 하이브리드 릴레이(1)를 통한 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 차단은, 신호 처리 회로(16)의 지시에 기초하여 행해진다. 구체적으로는, 신호 처리 회로(16)로부터의 지시에 기초하여, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)가 각각 온 된다. 이에 따라, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)를 통한 급전로가 확립되고, 부하(3)로 흐르는 전류의 일부가 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)에 흘러서, 제 1 기계식 접점 스위치(12)에 흐르는 전류를 저감한다. 이 다음, 신호 처리 회로(16)로부터의 지시에 기초하여, 제 1 기계식 접점 스위치(12)가 오프되고, 반도체 스위치(14) 및 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 순서대로 오프된다. 또한, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 차단은, 반도체 스위치(14)의 오프에 동기하도록 행해진다.
이 특허 문헌 1에 개시되어 있는 하이브리드 릴레이(1)는, 부하로의 급전로 상에 설치되는 제 1 기계식 접점 스위치(12)를 래칭(latching)형의 것으로 하고, 이 제 1 기계식 접점 스위치(12)를 개폐할 때만, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)를 동작시킨다. 이에 따라, 하이브리드 릴레이(1)의 사용 시에 있어서의 소비 전력을 저감할 수 있다.
일본 특허 공개 공보 제 2010-103099호
이러한 종래의 문제를 고려하여, 본 발명은, 기계식 접점 스위치의 접점부의 접점간에 노이즈가 발생한 경우에, 반도체 스위치 및 부하의 오동작의 발생을 효과적으로 억제하는 하이브리드 릴레이를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제 1 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 1 기계식 접점 스위치와, 제 1 구동부와 별개인 제 2 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 2 기계식 접점 스위치와, 제 2 기계식 접점 스위치와 직렬 접속되는 반도체 스위치를 구비하고, 전원으로부터 부하로 공급하는 급전로 상에서, 제 2 기계식 접점 스위치 및 반도체 스위치에 의한 직렬 회로와 제 1 기계식 접점 스위치가 병렬 접속되고, 제 1 기계식 접점 스위치가, 해당 제 1 기계식 접점 스위치의 접점이 개폐될 때에 제 1 구동부에 전류가 공급되는 래칭 형의 기계식 접점 스위치이며, 제 2 기계식 접점 스위치 및 반도체 스위치는, 제 1 기계식 접점 스위치의 접점에 있어서의 개폐를 전환하기 전에는 각각이 도통하고, 제 1 기계식 접점 스위치의 접점에 있어서의 개폐를 전환한 후는 각각이 비도통이 되고, 제 1 기계식 접점 스위치에 대하여, 스너버(snubber) 회로가 병렬 접속되어 있는 하이브리드 릴레이를 제공한다.
상기 스너버 회로는 반도체 스위치를 구성하는 저항과, 반도체 스위치를 구성하는 포토 트라이액에 대하여 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서가 직렬 접속함으로써 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스너버 회로는 반도체 스위치에 대하여 병렬 접속된 저항과 콘덴서의 직렬 회로에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 스너버 회로를 구성하는 저항은, 내(耐) 서지 저항인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면， 기계식 접점 스위치의 접점부의 접점간에 노이즈가 발생한 경우에, 반도체 스위치 및 부하의 오동작의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 2는 부하를 온할 경우에 있어서의 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이의 동작 타이밍의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 3은 부하를 오프할 경우에 있어서의 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이의 동작 타이밍의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 4는 제 1 실시 형태의 변형예의 하이브리드 릴레이의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 5는 종래의 하이브리드 릴레이의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 6은 종래의 하이브리드 릴레이에 있어서의 동작 타이밍의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 본 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도면 전체에 있어서 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
(제 1 실시 형태)
본 발명의 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이에 대해서, 도면을 참조해서 설명한다. 도 1은, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
1 . 하이브리드 릴레이(1)의 구성
도 1에 도시하는 바와 같이 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)는, 직렬 접속된 교류 전원(2) 및 부하(3)에 접속됨으로써, 교류 전원(2) 및 부하(3)와 폐회로를 형성한다. 즉, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 및 전력 공급 차단이, 하이브리드 릴레이(1)가 온 상태 및 오프상태에 따라서 행해진다. 교류 전원(2)은, 예컨대 100 V의 상용 전원 등이다. 부하(3)는, 예컨대 형광등이나 백열구를 포함하는 조명 기구 또는 환기선 등이 된다.
하이브리드 릴레이(1)는, 부하(3)의 일 단에 일 단이 접속된 교류 전원(2)의 타 단과 접속된 단자(10)와, 부하(3)의 타 단에 접속된 단자(11)와, 단자(10)에 일 단이 접속된 접점부(S1)를 포함하는 제 1 기계식 접점 스위치(12)와, 단자(10)와 접점부(S1)의 일 단과의 접속 노드에 일 단이 접속된 접점부(S2)를 포함하는 제 2 기계식 접점 스위치(13)와, 접점부(S2)의 타 단에 T1 전극이 접속되고 또한 단자(11)에 T2 전극이 접속된 트라이액(S3)을 포함하는 반도체 스위치(14)와, 제 1, 제 2 기계식 접점 스위치(12, 13)와 반도체 스위치(14)가 각각 온 상태 또는 오프상태로 하는 제어를 행하는 신호 처리 회로(16)를 구비한다.
이 하이브리드 릴레이(1)의 회로 구성을 상세하게 설명한다. 하이브리드 릴레이(1)에서는, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)와 반도체 스위치(14)의 트라이액(S3)에 의해 구성되는 직렬 회로와, 제 1 기계식 접점 스위치(12)가, 단자(10, 11)사이에서 병렬 접속되어 있다.
제 1 기계식 접점 스위치(12)는, 래칭 형의 기계식 접점 스위치이며, 접점부(S1)를 온 상태로 전환하기 위한 전자력을 발생하는 자기 코일(L1)과, 접점부(S1)를 오프상태로 전환하기 위한 전자력을 발생하는 자기 코일(L2)을 구비한다. 즉, 자기 코일(L1, L2)이 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 제 1 구동부를 구성한다.
제 2 기계식 접점 스위치(13)는, 상시 여자형의 기계식 접점 스위치이며, 접점부(S2)를 온 상태로 유지하기 위한 전자력을 발생하는 자기 코일(L3)을 구비한다. 즉, 자기 코일(L3)이 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 제 2 구동부를 구성한다.
제 1 기계식 접점 스위치(12)에 있어서, 자기 코일(L1)의 일 단이, 애노드 전극이 신호 처리 회로(16)에 접속된 다이오드(D3)의 캐소드 전극에 접속되는 한편, 자기 코일(L2)의 일 단이, 애노드 전극이 신호 처리 회로(16)에 접속된 다이오드(D4)의 캐소드 전극에 접속된다. 이들 자기 코일(L1, L2)의 타단끼리는 접속된다. 또한, 이들 자기 코일(L1, L2)의 접속 노드는 접지됨과 함께, 다이오드(D1, D2) 각각의 애노드 전극에 접속된다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 「접지」는, 하이브리드 릴레이(1) 내에 있어서의 기준 전압에 접속하는 것을 의미한다.
또한, 다이오드(D1, D2) 각각의 캐소드 전극은, 다이오드(D3, D4)각각의 캐소드 전극에 접속된다. 이렇게, 제 1 기계식 접점 스위치(12)는, 직렬 접속된 자기 코일(L1, L2)과, 애노드 전극끼리가 접속되는 다이오드(D1, D2)와, 애노드 전극이 신호 처리 회로(16)에 접속된 다이오드(D3, D4)에 의해 구성된다.
제 2 기계식 접점 스위치(13)는, 1개의 자기 코일(L3)과, 자기 코일(L3)과 병렬 접속된 다이오드(D5)에 의해 구성된다. 자기 코일(L3)의 일 단과 다이오드(D5)의 애노드 전극에 의한 접속 노드가 접지되고, 자기 코일(L3)의 타 단과 다이오드(D5)의 캐소드 전극에 의한 접속 노드가 신호 처리 회로(16)에 접속된다.
반도체 스위치(14)는, 트라이액(S3)과, 트라이액(S3)의 T2 전극과 게이트 전극(G)의 사이에 병렬 접속된 콘덴서(C1), 저항(R1) 및 콘덴서(C2)와, 트라이액(S3)의 T1 전극에 일 단이 접속된 저항(R2)과, 저항(R2)의 타 단에 T1 전극이 접속된 포토 트라이액(S4)을 포함하는 포토 트라이액 커플러(phototriac coupler)(15)에 의해 구성된다.
또한, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 되었을 경우에는 반도체 스위치(14)에도 돌입 전류에 기초하는 대전류가 흐르기 때문에, 저항(R2)은 내서지 저항인 것이 바람직하다.
또한, 콘덴서(C2)는 포토 트라이액(S4) 및 저항(R1)의 직렬 회로에 대하여 병렬 접속됨과 함께, 저항(R2)과 직렬 접속되어 있다. 저항(R2)과 콘덴서(C2)가 직렬 접속됨으로써, 반도체 스위치(14)내에 스너버 회로가 형성되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이 이 스너버 회로는, 제 1 기계식 접점 스위치(12)에 대하여 병렬 접속하도록 마련되고 있다.
포토 트라이액 커플러(15)는, 신호 처리 회로(16)에 대하여 저항(R3)을 거쳐서 애노드 전극이 접속됨과 함께 캐소드 전극이 접지된 발광 다이오드(LD)를 더 구비한다. 또한, 포토 트라이액 커플러(15)에서는, T2 전극이 트라이액(S3)의 게이트 전극(G)에 접속된 포토 트라이액(S4)에, 발광 다이오드(LD)로부터의 광 신호가 입광된다. 또한, 포토 트라이액(S4)은, 제로 크로스 점고(点孤) 기능을 갖춘 반도체 스위칭 소자이며, 발광 다이오드(LD)로부터의 광 신호가 입광되었을 때, 해당 포토 트라이액(S4)의 T2 전극 측에 교류 전원(2)에 의한 교류 전압의 중심 전압(기준 전압)을 검출하여 처음으로 도통된다.
2 . 하이브리드 릴레이(1)에 의한 전력 공급
하이브리드 릴레이(1)에 있어서의 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전원 투입시 등으로 전력 공급을 행할 때의 동작에 대해서, 도 2의 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 도 2는, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)를 거쳐서 부하(3)를 온 할 경우, 즉 부하(3)로 전력을 공급해서 동작시키는 경우에 있어서의 해당 하이브리드 릴레이(1)의 동작 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로 전력 공급하는 것이 신호 처리 회로(16)에 지시되었을 때의, 하이브리드 릴레이(1) 내의 각 부의 동작에 대해서 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이 신호 처리 회로(16)는, 시각 t0에, 자기 코일(L3)에 대하여 구동 전류를 공급하기 위한 신호를 출력한다. 이 신호에 따라 공급된 구동 전류에 기초하여, 자기 코일(L3)에 전자 흡인력이 발생하고, 이 자기 코일(L3)을 포함하는 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 시각 t1에 온 상태가 된다. 또한, 자기 코일(L3)과 병렬 접속된 다이오드(D5)는, 자기 코일(L3)을 흐르는 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 역류 방지 다이오드로서 기능한다. 시각 t1에 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되기 때문에, 해당 접점부(S2)의 접점간 전압이 도 2에 도시하는 바와 같이 내려가게 된다.
또한, 도 1에 나타낸 것과 같이, 반도체 스위치(14)내에는, 반도체 스위치(14)를 구성하는 저항(R2)과, 포토 트라이액(S4) 및 저항(R1)의 직렬 회로와 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서(C2)에 의해 스너버 회로가 형성되어 있다. 이 스너버 회로는, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급시에, 시각 t1에서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되었을 때에 발생하는 노이즈의 발생을 억제하고, 결과적으로 트라이액(S3)의 오동작(도 6 참조)의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 해당 스너버 회로에 의해, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)는, 트라이액(S3)의 오동작을 발생시키지 않고, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급을 적절한 타이밍으로 행할 수 있다.
시각 t1에 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 된 후, 신호 처리 회로(16)는, 시각 t2에, 발광 다이오드(LD)에 대하여 구동 전류를 부여한다. 이에 따라, 포토 트라이액 커플러(15)에서는, 발광 다이오드(LD)가 발광하고, 해당 발광에 의한 광 신호를 포토 트라이액(S4)이 수광한다. 포토 트라이액(S4)은 제로 크로스 점고 기능을 갖추고, 도 2에 도시하는 바와 같이 교류 전원(2)으로부터의 교류 전압이 기준 전압인 중심 전압이 된 것을 검출했을 때(시각 t3)에, 포토 트라이액(S4)이 온 상태가 된다.
포토 트라이액(S4)의 온 상태에 의해, 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의한 병렬 회로에 대하여, 교류 전원(2)으로부터의 교류 전류가, 저항(R2) 및 포토 트라이액(S4)을 거쳐서 흐른다. 이에 따라, 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의한 병렬 회로가 동작하여, 트라이액(S3)의 게이트 전극(G)에 전류가 공급되고, 트라이액(S3)의 T1 전극 - T2 전극에 전류가 흐르고, 해당 전극간이 온 상태, 즉 트라이액(S3)이 온 상태가 된다(시각 t3). 이에 따라, 부하(3)가 하이브리드 릴레이(1)의 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)를 거쳐서, 교류 전원(2)과 전기적으로 접속되기 때문에, 부하(3)에는 교류 전원(2)에 의한 전력이 공급된다.
이 때, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)에 대하여 돌입 전류가 흘러들기 때문에, 온 된 상태의 트라이액(S3) 및 포토 트라이액(S4)의 각각에도, 이 돌입 전류에 기초하는 대전류가 흐른다. 이 돌입 전류는, 포토 트라이액(S4)이 제로 크로스 점호 기능을 갖춤으로써, 포토 트라이액(S4)이 온 상태가 되는 타이밍이 교류 전원(2)으로부터의 교류 전압의 주기에 대하여 편차가 없어지기 때문에, 그 전류량에 있어서의 편차를 억제할 수 있다.
시각 t3에 트라이액(S3)이 온 상태가 된 후, 신호 처리 회로(16)는, 시각 t4에, 구동 전류가 되는 펄스 전류를 다이오드(D3)를 거쳐서 자기 코일(L1)에 부여한다. 이 때, 제 1 기계식 접점 스위치(12)에서는, 다이오드(D1)가 자기 코일(L1)로 흐르는 전류가 역류하는 것을 막는 역류 방지 다이오드로서 기능하고, 자기 코일(L2)로 전류가 흐르는 것을 다이오드(D4)가 방지한다.
이에 따라, 자기 코일(L1)로 펄스 전류가 흘러서, 일시적으로 전자 흡인력이 작용하고, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)가 온 상태가 된다(시각 t5). 또한, 제 1 기계식 접점 스위치(12)는 래칭 형이기 때문에, 자기 코일(L1)로의 전류 공급이 없어진 후에도, 접점부(S1)는 온된 상태로 유지된다.
또한, 시각 t5에서 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)가 온 상태가 됨으로써, 교류 전원(2)으로부터의 전류가 접점부(S1)에 흐르고, 트라이액(S3)에 해당 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)의 온 상태와 거의 동기하도록, 시각 t5에, 트라이액(S3)의 T1 전극 - T2 전극 간이 오프상태, 즉 트라이액(S3)이 오프상태가 된다. 또한, 시각 t5 이후에도 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)는 온 상태이기 때문에, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력은 계속적으로 공급되고 있다.
시각 t5에서 트라이액(S3)이 오프상태가 된 후, 신호 처리 회로(16)는, 시각 t6에서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 자기 코일(L3)로의 구동 전류의 공급을 정지한다. 즉, 자기 코일(L3)로의 전류 공급이 정지되기 때문에, 상시 여자형의 제 2 기계식 접점 스위치(13)는, 자기 코일(L3)에 의한 전자 흡인력이 없어져서, 해당 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 오프상태가 된다. 또한, 신호 처리 회로(16)는 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류도 시각 t5 이후(예컨대 시각 t6)에 공급을 정지한다.
이에 따라, 트라이액(S3)이 오프상태가 된 후에 제 2 기계식 접점 스위치(13)가 오프된 상태가 되기 때문에, 제 2 기계식 접점 스위치(13) 및 반도체 스위치(14)에 의해 구성되는 급전로 상에 전류가 흐르지 않는 상태에서 접점부(S2)의 접점이 오프된다. 따라서, 제 2 기계식 접점 스위치(13)를 오프된 상태로 할 때에, 접점부(S2)의 접점간에 있어서의 아크의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 제 2 기계식 접점 스위치(13)에 있어서의 접점 용착을 방지할 수 있다.
3 . 하이브리드 릴레이(1)에 의한 전력 공급 차단
다음에, 하이브리드 릴레이(1)에 있어서의 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전원 차단 등에서 전력 공급을 차단할 때의 동작에 대해서, 도 3의 타이밍 차트를 참조해서 설명한다. 도 3은, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)를 거쳐서 부하(3)를 오프할 경우, 즉, 부하(3)로의 전력 공급을 차단할 경우에 있어서의 해당 하이브리드 릴레이(1)의 동작 타이밍의 일례를 나타내는 타이밍 차트다.
또한, 도 3에 있어서 시각 t7의 직전에는, 부하(3)에는 교류 전원(2)으로부터 전력이 공급되고 있고, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)는 온 상태, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)는 오프상태, 트라이액(S3)을 포함하는 반도체 스위치(14)는 오프상태인 것으로 한다.
이하, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로 전력 공급 차단하는 것이 신호 처리 회로(16)에 지시되었을 때의, 하이브리드 릴레이(1) 내의 각 부의 동작에 대해서 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이 신호 처리 회로(16)는, 교류 전원(2)에 의해 부하(3)로 전력 공급이 이루어지고 있을 때에, 시각 t7에, 자기 코일(L3)에 대하여 구동 전류를 공급하기 위한 신호를 출력한다. 이 신호에 따라 공급된 구동 전류에 기초하여, 자기 코일(L3)에 전자 흡인력이 발생하고, 이 자기 코일(L3)을 포함하는 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 시각 t8에 온 상태가 된다. 시각 t8에 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되기 때문에, 해당 접점부(S2)의 접점간 전압이 도 3에 도시하는 바와 같이 내려가게 된다.
또한 상기한 바와 같이, 반도체 스위치(14) 내에는, 반도체 스위치(14)를 구성하는 저항(R2)과, 포토 트라이액(S4)과 저항(R1)의 직렬 회로에 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서(C2)에 의해, 스너버 회로가 형성되어 있다. 이 스너버 회로는, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 차단 시에, 시각 t8에서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되었을 때에 발생하는 노이즈의 발생을 억제하고, 결과적으로 트라이액(S3)의 오동작(도 6 참조)의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 해당 스너버 회로에 의해, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)는, 트라이액(S3)의 오동작을 발생시키지 않고, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 차단을 적절한 타이밍으로 행할 수 있다.
시각 t8에 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 된 후, 신호 처리 회로(16)는, 시각 t9에, 구동 전류가 되는 펄스 전류를, 다이오드(D4)을 거쳐서 자기 코일(L2)에 부여한다. 이 때, 제 1 기계식 접점 스위치(12)에서는, 다이오드(D2)가 자기 코일(L2)로 흐르는 전류가 역류하는 것을 막는 역류 방지 다이오드로서 기능하고, 자기 코일(L1)로 전류가 흐르는 것을 다이오드(D3)가 방지한다. 이에 따라, 자기 코일(L2)로 펄스 전류가 흘러서, 일시적으로 전자 흡인력이 작용하고, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)가 오프상태가 된다(시각 t10).
또한, 시각 t10에서 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)가 오프함으로써, 교류 전원(2)으로부터의 전류가 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)에 흐르고, 트라이액(S3)을 포함하는 반도체 스위치(14)에 해당 전류가 흐르게 된다. 또한, 신호 처리 회로(16)는, 시각 t7에 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류를 공급한다. 이로 인하여, 포토 트라이액(S4)의 T1 전극 - T2 전극 간에는 미소의 전압이 시각 t9 이전에 걸리게 된다. 따라서, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)의 오프와 거의 동기하도록, 시각 t10에 트라이액(S3)의 T1 전극 - T2 전극 간이 온 상태가 된다.
도 3에서는 시각 t7에 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류가 공급되는 것으로 설명했지만, 이와는 달리 시각 t9 이전에 포토 트라이액(S4)의 T1 전극 - T2 전극 간에 미소의 전압이 걸리게 된다면, 시각 t7이후의 다른 시각에 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류가 공급되어도 좋다.
또한, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 접점부(S1)는 시각 t10에서 오프하지만, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2) 및 반도체 스위치(14)는 같이 온 상태이기 때문에, 시각 t10의 시점에 있어서 부하(3)에는 계속하여 교류 전원(2)으로부터 전력이 공급되고 있다.
시각 t10이후, 신호 처리 회로(16)는 시각 t11에, 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류의 공급을 정지한다. 이에 따라, 포토 트라이액(S4)에 대한 발광 다이오드(LD)로부터의 광 신호의 조사가 없어지기 때문에, 교류 전원(2)으로부터의 교류 전압이 중심 전압이 되었을 때(시각 t12)에, 포토 트라이액(S4)이 오프상태가 된다. 이 포토 트라이액(S4)의 오프상태에 연동하여, 트라이액(S3)이 오프상태가 되기 때문에, 반도체 스위치(14)가 전체적으로 오프상태가 된다. 따라서, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 급전로가 차단되기 때문에, 교류 전원(2)에 의한 부하(3)로의 전력 공급이 정지된다.
또한, 신호 처리 회로(16)는, 발광 다이오드(LD)로의 구동 전류의 공급을 정지한 후, 시각 t13에 자기 코일(L3)에의 구동 전류의 공급을 정지한다. 즉, 반도체 스위치(14)가 전체적으로 오프상태가 된 후에, 자기 코일(L3)에 의한 여자가 정지되어서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)의 접점이 오프상태가 된다. 이 때, 이미 반도체 스위치(14)가 전체적으로 오프상태가 되고, 제 2 기계식 접점 스위치(13)에 전류가 흐르는 일이 없기 때문에, 접점부(S2)의 접점이 오프상태가 되었을 경우에도 아크의 발생이 없기 때문에, 해당 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점 소모를 방지할 수 있다.
이렇게, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)에서는, 반도체 스위치(14)를 구성하는 저항(R2)과, 포토 트라이액(S4)과 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서(C2)와의 직렬 회로로 이루어지는 스너버 회로가 제 1 기계식 접점 스위치(12)에 대하여 병렬 접속되어 있다.
이에 따라, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)에서는, 콘덴서(C2)만을 새롭게 마련함으로써, 부품의 수를 필요 이상으로 증가시키는 일 없이 효과적으로, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 온 상태에 따라 해당 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점간에 노이즈 성분이 포함된 경우에도, 반도체 스위치(14) 및 부하(3)의 오동작의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
(제 1 실시 형태의 변형예 1)
제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)에 있어서의 스너버 회로는, 도 1에 도시하는 바와 같이 반도체 스위치(14)를 구성하는 저항(R2)과, 포토 트라이액(S4) 및 저항(R1)의 직렬 회로와 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서(C2)와의 직렬 회로에 의해 형성되어 있다. 하이브리드 릴레이(1)에 있어서의 부품의 수를 삭감하기 위해서는, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)의 회로 구성이 바람직하다.
그러나, 본 발명의 하이브리드 릴레이에 있어서, 상기한 스너버 회로를, 저항(R2)과 콘덴서(C2)로부터 형성하는 예로는 한정되지 않는다. 제 1 실시 형태의 변형예 1에서는, 해당 스너버 회로의 다른 형성 예에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는, 제 1 실시 형태의 변형예 1의 하이브리드 릴레이(1a)의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다. 도 4에 나타내는 하이브리드 릴레이(1a)에 있어서, 도 1에 나타낸 하이브리드 릴레이(1)의 회로 구성과 동일한 개소에 대해서는 동일한 참조 부호가 부여되고 있다. 동일한 참조 부호가 부여되어 있는 각 부의 동작은 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)의 각 부의 동작과 동일하기 때문에, 해당 동작의 설명은 생략한다.
제 1 실시 형태의 변형예 1의 하이브리드 릴레이(1a) 에서는 반도체 스위치(14a)와 병렬 접속되도록 마련된 저항(R4)과 콘덴서(C4)의 직렬 회로에 의해 스너버 회로가 형성되어 있다. 즉, 제 1 실시 형태의 변형예 1의 하이브리드 릴레이(1a)에서는 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)와 비교하여, 저항(R4) 및 콘덴서(C4)가 추가되어 부품의 수가 많아진다. 그러나, 제 1 실시 형태의 하이브리드 릴레이(1)와 마찬가지로, 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 온 상태에 따라 해당 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점간에 노이즈 성분이 포함된 경우에도, 반도체 스위치(14a) 및 부하(3)의 오동작의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
구체적으로는, 저항(R4)과 콘덴서(C4)에 의해 형성되는 스너버 회로는, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 시에, 도 2와 마찬가지로 시각 t1에서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되었을 때에 발생하는 노이즈의 발생을 억제하고, 결과적으로 트라이액(S3)의 오동작(도 6 참조)의 발생을 억제할 수 있다. 마찬가지로, 동 스너버 회로는, 교류 전원(2)으로부터 부하(3)로의 전력 공급 차단 시에, 도 3과 마찬가지로 시각 t8에서 제 2 기계식 접점 스위치(13)의 접점부(S2)가 온 상태가 되었을 때에 발생하는 노이즈의 발생을 억제하고, 결과적으로 트라이액(S3)의 오동작(도 6 참조)의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 각종의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명의 하이브리드 릴레이(1, 1a)는 상기 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종의 변경 예 또는 수정 예에 도달할 수 있는 것은 명확하고, 그들에 관해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
예컨대, 전술한 실시 형태의 제 1 기계식 접점 스위치(12)는 래칭 형의 스위치라는 취지를 설명했지만, 상시 여자형의 스위치라도 좋다. 이런 경우에는, 제 1 기계식 접점 스위치(12)의 자기 코일에는, 부하(3)로의 전력 공급이 이루어지고 있는 사이에 계속해서 신호 처리 회로(16)로부터 소정의 전류가 공급될 필요가 있기 때문에, 하이브리드 릴레이(1)에 있어서의 구동 전류량의 총량은 증가하지만, 하이브리드 릴레이(1)의 구조를 전체적으로 소형화할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태가 설명되었지만, 본 발명은 이들 특정 실시 형태에 한정되지 않고, 후속하는 청구범위의 범주에서 다양한 변경 및 수정이 행해지는 것이 가능하며, 그것도 본 발명의 범주에 속한다고 말할 수 있다.

Claims (6)

  1. 제 1 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 1 기계식 접점 스위치와,
    상기 제 1 구동부와 별개인 제 2 구동부에 의해 접점이 개폐되는 제 2 기계식 접점 스위치와,
    상기 제 2 기계식 접점 스위치와 직렬 접속되는 반도체 스위치를 구비하고,
    전원으로부터 부하로 공급하는 급전로 상에서, 상기 제 2 기계식 접점 스위치 및 상기 반도체 스위치에 의한 직렬 회로와, 상기 제 1 기계식 접점 스위치가 병렬 접속되고,
    상기 제 2 기계식 접점 스위치 및 상기 반도체 스위치는, 상기 제 1 기계식 접점 스위치의 접점이 닫히기 전에는 각각이 도통하고,
    상기 제 1 기계식 접점 스위치에 대하여, 스너버 회로가 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스너버 회로는, 상기 반도체 스위치를 구성하는 저항과, 상기 반도체 스위치를 구성하는 포토 트라이액에 대하여 병렬 접속하도록 마련된 콘덴서가 직렬 접속함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스너버 회로는, 상기 반도체 스위치에 대하여 병렬 접속된 저항과 콘덴서의 직렬 회로에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스너버 회로를 구성하는 저항은, 내 서지 저항인 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
  5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기계식 접점 스위치 및 상기 반도체 스위치는, 상기 제 1 기계식 접점 스위치의 접점에 있어서의 개폐를 전환하기 전에는 각각이 도통하고, 상기 제 1 기계식 접점 스위치의 접점을 전환한 후는 각각이 비도통이 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기계식 접점 스위치는, 해당 제 1 기계식 접점 스위치의 접점이 개폐될 때에 상기 제 1 구동부에 전류가 공급되는 래칭 형의 기계식 접점 스위치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 릴레이.
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