JPH01319328A - ソリッドステートリレー - 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】 〈発明の利用分野〉 本発明は、産業機器や一般民生機器におけるモータ、ヒ
ータ等の負荷への電力供給を制御する場合に使用される
ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）に関する。

〈従来技術とその問題点〉 ソリッドステートリレーを用いて２つの負荷の一方をオ
ン、他方をオフに、互いに相反する状態に制御すること
が必要となる場合がある。たとえば、モータを正転と逆
転に切り換えて駆動する場合がこれに該当する。このよ
うな場合には、従来、たとえば第３図に示す回路が使用
される。この回路では、ノーマル・オフ動作形の２つの
ソリッドステートリレー５ＳＲＩ、５ＳＲ２を備え、各
リレー５ＳＲＩ、５ＳＲ２の入力側回路が第３図ａに示
す制御回路に、出力側回路が第３図すに示すようにモー
タＭにそれぞれ接続されている。また、制御回路側にお
いて、各ソリッドステートリレー５ＳＲ１，５ＳＲ２に
個別に対応してインタロック用リレー回路Ｘ１、Ｘ２お
よびタイムラグ回路ＴＩ、Ｔ２が設けられている。そし
て、一方のソリッドステートリレーたとえば５ＳＲＩが
正転用、他方のソリッドステートリレー５ＳＲ２が逆転
用とされる。なお、第３図ａにおいて、符号ＴＨはモー
タＭの過負荷や欠相を検出したときに制御回路を停止す
るサーマルリレー、ＰＨＩ、ＰＨ２は正転用と逆転用の
各押しボタンスイッチ、ＰＨ１はモータ停止用押しボタ
ンスイッチである。また、同図中、各接点の内申は常開
接点、黒印は常閉接点であることを示す。　上記構成に
おいて、たとえば、モータＭを正転駆動する場合には、
正転用押しボタンスイッチＦＢＩを押すと、サーマルリ
レーＴＨ→停止用押しボタンスイッチＰＩ３３→正転用
押しボタンスイッチＰＲＩ→常閉接点ｘ２→インタロッ
ク用リレー回路ＸＩのコイル■に順次電流が流れて該リ
レーの常開接点ｘｌがオン、常閉接点ＸＩがオフとなる
ため、タイムラグ回路ＴＩのタイマー［株］が起動され
る。そして、所定の時間が経過してタイマー■がタイム
アツプすると、タイムラグ回路の常開接点ＴＩがオンに
なり、正転用のソリッドステートリレー５ＳＲＩに電力
が供給されて該リレーがオン動作し、モータＭが正転さ
れる。

一方、モータＭを逆転する場合には、逆転用押しボタン
スイッチＰＢ２を押すと、サーマルリレーＴＨ→停止用
押しボタンスイッチＰＢ３→逆転用押しボタンスイッチ
ＰＢ２→常閉接点ＸＩ→インタロック用リレー回路ｘ２
のコイルのに順次電流が流れて該リレーの常開接点Ｘ２
がオン、常閉接点Ｘ２がオフとなるため、タイムラグ回
路Ｔ２のタイマー■が起動される。そして、所定の時間
が経過してタイマー○がタイムアツプすると、その常開
接点Ｔ２がオンになり、逆転用のソリッドステートリレ
ー５ＳＲ２に電力が供給されて該リレーがオン動作し、
モータＭが逆転される。

この回路において、上述したタイムラグ回路ＴＩ、Ｔ２
やインタロック用リレー回路ｘ１、ｘ２を設けているの
は、次の理由による。

ＤＣ／ＡＣ形のソリッドステートリレーは、通常、交流
電圧が“０”の位相でオン、電流が“０°でオフするよ
うにして、他の回路への高周波雑音の影響を少なくした
構成が採られる。そのため、ソリッドステートリレーの
復帰時間は最大で電源周波数の半周期あることになる。

したがって、−方のソリッドステートリレーたとえば５
ＳＲＩがオフしていない状態で他方のソリッドステート
リレー５ＳＲ２がオンすると、コンデンサＣの放電電流
が両リレーの出力側回路に共に流れ、その結果、両リレ
ーが破壊することになる。そのため、一定の時間差をも
って各リレーを切り換え動作させている。

このように、モータの正転、逆転の切り換えを行う場合
、従来では、２つのソリッドステートリレー５ＳＲＩ、
５ＳＲ２がそれぞれ必要で、しかも、各ソリッドステー
トリレー５ＳＲＩ、５ＳＲ２の破壊を防止するために各
リレーに個別に対応してタイムラグ回路ＴＩ、Ｔ２とイ
ンタロック用リレー回路ＸＩ、Ｘ２とを設けねばならな
かった。

そのため、回路構成が全体として複雑になるばかりでな
く、コストアップの要因ともなっていた。

〈発明の目的〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、比較的簡単な回路構成でもって、２つの負荷の一方
をオン、他方をオフに互いに相反した状態に制御するこ
とができ、しかも、常に一定の時間差を伴なって切り換
わるようにすることを目的とする。

〈発明の構成と効果〉 本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を採
る。

すなわち、本発明のソリッドステートリレーは、出力側
回路切換信号が入力される単一の入力側回路を有し、こ
の入力側回路に対して、前記出力側回路切換信号に応答
して互いに相反動作するノーマル・オフ動作形出力側回
路とノーマル・オン動作形出力側回路とがそれぞれ一対
のフォトカプラを介して共通に接続され、前記入力側回
路は、２つの異なる基準電圧を設定する基準電圧設定回
路と、前記出力側回路切換信号の入力に応答して動作す
る時定数回路と、この時定数回路の出力を前記基準電圧
設定回路で設定された各基準電圧と比較して両基準電圧
の差に応じた時間差をもつ出力側回路駆動信号を前記各
フォトカプラに個別に出力する比較回路とを備えている
。

上記構成によれば、ノーマル・オフ出力側回路とノーマ
ル・オン入力側回路に対して入力側回路が単一化される
。しかも、両出力側回路の一方をオン、他方をオフに相
反動作させる信号は、入力側回路に設けた比較回路から
所定の時間差をもって出力されるので、両出力側回路が
同時に動作することがない。したがって、従来のような
タイムラグ回路を別個に設ける必要がなく、全体の回路
構成を簡素化できる。しかも、動作切り換えは常に一定
の時間差を伴なうので、リレーの破壊等を確実に防止す
ることができる。

〈実施例〉 第１図ａはソリッドステートリレーの入力側回路の構成
図、第１図すは同リレーのノーマル・オフ動作形の出力
側回路の構成図、第１図Ｃは同リレーのノーマル・オン
動作形の出力側回路の構成図である。

この実施例のソリッドステートリレーは、出力側回路切
換信号が入力される単一の入力側回路ｌを有し、この入
力側回路１に対して、出力側回路切換信号に応答して互
いに相反動作するノーマル・オフ動作形出力側回路２と
ノーマル・オン動作形出力側回路４とがそれぞれ第１、
第２フオトカプラＰＨＣ１、ＰＨＣ２を介して共通に接
続されている。

上記の入力側回路１は、出力側回熱切換信号の発生用の
スイッチＳＷ１直流電源Ｅ、２つの異なる基準電圧ｖ１
、Ｖ２を設定する基準電圧設定回路６、出力側回路切換
信号の入力に応答して動作する時定数回路８および時定
数回路８の出力を基準電圧設定回路６で設定された各基
準電圧Ｖｌ、ｖ２と比較して両基準電圧の差に応じた時
間差をもつ出力側回路駆動信号を第１、第２フオトカプ
ラＰＨＣＩＳＰＨＣ２の各発光ダイオードＰＣＩ。

ＰＤ２に対して個別に出力する比較回路ｌＯを主体に構
成される。そして、本例の場合、基準電圧設定回路６は
、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８および基準電圧保持
用のツェナーダイオードＺＤ２からなる。また、時定数
回路８は、充電時定数決定用抵抗Ｒ１，充放電コンデン
サＣＩ、放電時定数決定用抵抗Ｒ２、定電圧保持用のツ
ェナーダイオードＺＤＩおよび電流制限用の抵抗Ｒ６か
らなる。比較回路ｌＯは、第１コンパレータＣ０Ｍ１と
第２コンパレータＣ０Ｍ２とからなり、第１コンパレー
タＣＯＭＩは、その正極性入力部（＋）が時定数回路８
に、負極性入力部（−）が基準電圧設定回路６の抵抗Ｒ
３とＲ４の中点に、出力部が発光ダイオードＰＤＩにそ
れぞれ接続されている。また、第２コンパレータＣ０Ｍ
２は、その正極性入力部（＋）が時定数回路８に、負極
性入力部（−）が基準電圧設定回路６の抵抗Ｒ４とＲ５
の中点に、出力部が発光ダイオードＰＤ２にそれぞれ接
続されている。なお、ＤＩは逆流防止用のダイオード、
Ｃ２は電源オフ後の基準電圧保持用のコンデンサ、Ｒ７
は放電電流制限用の抵抗、Ｒ９、ＲＩＯは共に電流制限
用の抵抗である。

一方、ノーマル・オフ動作形の出力側回路２は、第１フ
オトカプラＰＨＣＩの受光部を構成するフォトトランジ
スタＰＴ１、第１ゼロクロス検出回路１２、第１トリガ
回路１４、第１トライアツクＴＨＹＩおよび誘導負荷対
策用の第１スナバ回路１６を備える。そして、本例の場
合、第１ゼロクロス検出回路１２は、ダイオードＤ２、
抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、トランジスタＴＲ，コンデンサＣ
３、Ｃ４からなる。また、第１トリガ回路１４は、サイ
リスタ５ＣＲＩ、全波整流用のブリッジ回路ＤＢ１およ
び抵抗Ｒ１６からなる。さらに、第１スナバ回路１６は
、抵抗１５とコンデンサ０１６とからなる。なお、Ｐｌ
は交流負荷に対する出力端子である。

これに対して、ノーマル・オン動作形の出力側回路４は
、第２フオトカプラＰＨ０２の受光部を構成するフォト
トランジスタＰＴ２、第２ゼロクロス検出回路１８、第
２トリガ回路２０、第２トライアツクＴＨＹ２、第２ス
ナバ回路２２を備える。そして、本例の場合、第２ゼロ
クロス検出回路１８は、フォトトランジスタＰＴ２、グ
イオードＤ３、抵抗Ｒ１７〜Ｒ２０、コンデンサＣ５か
らなる。また、第２トリガ回路２０は、サイリスタ５Ｃ
Ｒ２、全波整流用のブリッジ回路ＤＢ２および抵抗Ｒ２
２からなる。さらに、第２スナバ回路２２は、抵抗２１
とコンデンサＣ７とからなる。

なお、Ｒ２は交流負荷に対する出力端子である。

次に、上記構成のソリッドステートリレーの動作を、モ
ータの正転、逆転切り換え動作のために使用した場合に
ついて、第２図に示すタイミングチャートを参照して説
明する。なお、本例では、ノーマル・オフ動作形出力側
回路２が逆転用として、ノーマル・オン動作形出力側回
路４が正転用としてそれぞれ使用されるものとする。

入力側回路ｌにおいて、直流電源ＥのスイッチＳＷがオ
フの状態では、第１１第２フオトカプラＰＨＣＩＳＰＨ
Ｃ２の各発光ダイオードＰＤＩ、ＰＤ２は共に消灯状態
にある。

このとき、ノーマル・オフ動作形出力側回路２は、フォ
トトランジスタＰＴＩがオフであり、したがって、図外
のモータに接続された負荷電源からの電流は、出力端子
Ｐ１、各抵抗Ｒ１５、Ｒ１１を通してトランジスタＴＲ
のベース／エミッタ間に流れ、その結果、トランジスタ
ＴＲのコレクタ／エミッタ間電圧はサイリスタ５ＣＲＩ
のゲートトリガ電圧以下になる。このため、サイリスク
５ＣＲＩはオフとなる。この状態では、第１トライアツ
クＴＨＹ　１のゲートに信号が加わらないので、第１ト
ライアツクＴＨＹ　１もオフし、出力端子ＰＩ、ＰＩ間
がオフの状態となる。

これに対して、ノーマル・オン動作形出力側回路４は、
発光ダイオードＰＤ２が消灯状態にある場合でも、フォ
トトランジスタＰＴ２に対して、図外のモータに接続さ
れた負荷電源からの電流が、出力端子Ｐ２、抵抗Ｒ２１
、Ｒ１７、ダイオードＤ３を順次介してベース／エミッ
タ間に流れる。

このため、フォトトランジスタＰＴ２のコレクタ／エミ
ッタ間電圧はサイリスタ５ＣＲ２のゲートトリガ電圧以
下になるが、フォトトランジスタＰＴ２がオンになるよ
りも、サイリスタＳＣＲのゲートがオンする方が早いた
め、第２トライアツクＴＨＹ２がオンし、その結果、出
力端子Ｐ２．２２間がオンの状態となる。したがって、
モータが正転可能となる。

この状態からモータを逆転させる場合には、直流電源Ｅ
のスイッチＳＷをオンにする。すると、直流電源Ｅの電
流が出力側回路切換信号として基準電圧設定回路６に供
給され、第１、第２コンパレータＣＯＭＩ、Ｃ０Ｍ２の
各負極性入力部（−）が分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５で決
まる所定の基準電圧■１、Ｖ２（ただし、Ｖ　ｌ　＞Ｖ
　２）に設定される。また、時定数回路８のコンデンサ
ＣＩも直流電源Ｅにより充電されるので、第１．第２コ
ンパレータＣＯＭＩ、Ｃ０Ｍ２の正極性入力部（＋）に
加わる電圧が次第に上昇する。この場合、第２コンパレ
ータＣ０Ｍ２の基準電圧ｖ２の方が第１コンパレータＣ
ＯＭＩの基準電圧ｖｌよりも低く設定されているから、
先に第２コンパレータＣ０Ｍ２の正極性入力部（＋）の
電圧が基準電圧Ｖ２に到達しく時刻ｔｏ、その出力がロ
ーレベルとなってこれに対応する発光ダイオードＰＤ２
が発光する。そして、これより一定時間が経過した後、
第１コンパレータＣ０Ｍ２の正極性入力部（＋）の電圧
が基準電圧Ｖｔに到達しく時刻ｔハ、その出力がローレ
ベルとなって、これに対応する発光ダイオードＰＤＩが
発光する。

ノーマル・オン動作形出力側回路４は、発光ダイオード
ＰＤ２が時刻ｔ、で発光すると、これに対応するフォト
トランジスタＰＴ２がオンとなり、図外の負荷電源から
の電流が、出力端子Ｐ２、抵抗Ｒ２１、Ｒ１７、Ｒ１９
を順次介して該フォトトランジスタＰＴ２のコレクタ／
エミッタ間に流れる。このため、コレクタ／エミッタ間
電圧がサイリスタ５ＣＲ２のゲートトリガ電圧以下にな
り、サイリスタ５ＣＲ２はオフとなる。この状態では、
第２トライアツクＴＨＹ２のゲートに信号が加わらない
ので、負荷電源の電圧Ｖが０になった時点で出力端子Ｐ
２．２２間がオフの状態となる。

これに対して、ノーマル・オフ動作形出力側回路２は、
第１発光ダイオードＰＤＩが時刻ｔ、で発光すると、こ
れに対応するフォトトランジスタＰＴＩがオンとなる。

すると、図外の負荷電源からの電流が、出力端子ＰＩ、
抵抗Ｒ１５、ＦＬＩ　１゜Ｒ１２を順次弁して該フォト
トランジスタＰＴＩのコレクタ／エミッタ間に流れる。

このため、トランジスタＴＨのベース電圧が低下し、負
荷電源の電圧Ｖが０の付近でオフとなり、その結果、サ
イリスク５ＣＲＩのゲートに電圧が加わり、サイリスタ
５ＣＲＩがオンする。すると、第１トライアツクＴＨＹ
　１のゲートに信号が加わり、第１トライアツクＴＨＹ
Ｉがオンして出力端子ｐｔ、ｐＩ間がオンの状態となる
。このため、モータが逆転可能となる。

次に、この状態からモータを正転させる場合には、直流
電源ＥのスイッチＳＷをオフにする。すると、コンデン
サＣ２の充電電圧および電流制限抵抗Ｒ７によって、第
１１第２コンパレータＣ０Ｍ１、Ｃ０Ｍ２の各負極性入
力部（−）は、基準電圧Ｖ１、Ｖ２（Ｖｌ＞Ｖ２）に一
定時間だけ保持されるが、時定数回路８のコンデンサＣ
Ｉは直ちに放電が開始されるために、第１１第２コンパ
レータＣＯＭＩ、Ｃ０Ｍ２の各正極性入力部（＋）に加
わる電圧が次第に低下する。この場合、第１コンパレー
タＣＯＭＩの基準電圧Ｖｌの方が第２コンパレータＣ０
Ｍ２の基準電圧ｖ２よりも高く設定されているから、先
に第１コンパレータＣ０Ｍ１の正極性入力部（＋）の電
圧が基準電圧Ｖｔ以下となり（時刻ｔ、）、その出力が
ハイレベルとなって発光ダイオードＰＤＩが消灯する。

そして、これより一定時間が経過した後、第２コンパレ
ータＣ０Ｍ２の正極性入力部（＋）の電圧が基準電圧Ｖ
２以下となり（時刻ｔ４）、その出力がハイレベルとな
って発光ダイオードＰＤ２が消灯する。

ノーマル・オフ動作形出力側回路２は、発光ダイオード
ＰＤＩが時刻ｔ、で消灯すると、これに対応するフォト
トランジスタＰＴＩがオフとなり、上述したように、図
外の負荷電源の電圧■が０になった時点で出力端子Ｐ１
、ＰＩ間がオフの状態となる。

また、ノーマル・オン動作形出力側回路４は、発光ダイ
オードＦＤ２が時刻ｔ４で消灯すると、フォトトランジ
スタＰＴ２は、負荷電源電圧がＯの付近でオフとなるが
、サイリスタＳＣＲのゲートがオンする方がタイミング
的に早いため、トライアックＴＨＹ２がオンし、その結
果、出力端子Ｐ２．２２間がオンの状態となる。したが
って、モータが正転可能となる。

このように、ノーマル・オフ動作形出力側回路２とノー
マル・オン動作形出力側回路４の出力は、常に一定の時
間差Δｔａ、Δｔｂをもって切り換わることになる。

なお、この実施例では、モータを正転、逆転動作させる
場合に使用しているが、２つの負荷の一方をオン、他方
をオフに相反する状態に制御する必要があるものに対し
て広く本発明を適用できるのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のソリッドステートリレー
の実施例を示し、第１図ａは同リレーの入力側回路の構
成図、第１図すは同リレーのノーマル・オフ動作形の出
力側回路の構成図、第１図Ｃは同リレーのノーマル・オ
ン動作形の出力側回路の構成図、第２図は第１図のソリ
ッドステートリレーのタイミングチャートである。また
、第３図は従来のソリッドステートリレーの回路構成図
である。 １・・・入力側回路、 ２・・・ノーマル・オフ動作形出力側回路、４・・・ノ
ーマル・オン動作形出力側回路、６・・・基準電圧設定
回路、 ８・・・時定数回路、 １０・・・比較回路、 ＰＨＣ１、ＰＨ０２・・・フォトカプラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力側回路切換信号が入力される単一の入力側回
   路を有し、この入力側回路に対して、前記出力側回路切
   換信号に応答して互いに相反動作するノーマル・オフ動
   作形出力側回路とノーマル・オン動作形出力側回路とが
   それぞれ一対のフォトカプラを介して共通に接続され、 前記入力側回路は、２つの異なる基準電圧を設定する基
   準電圧設定回路と、前記出力側回路切換信号の入力に応
   答して動作する時定数回路と、この時定数回路の出力を
   前記基準電圧設定回路で設定された各基準電圧と比較し
   て両基準電圧の差に応じた時間差をもつ出力側回路駆動
   信号を前記各フォトカプラに個別に出力する比較回路と
   を備えることを特徴とするソリッドステートリレー。