JPH0137823B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は双安定リレーの駆動に好適なリレー駆
動制御回路に関する。

通常のリレーの駆動はリレー巻線に電流を流す
ことによつて行われ、電流の流れている期間にわ
たりリレー接点が閉成あるいは開放される。とこ
ろで、かかるリレーではリレー巻線がもつ抵抗成
分により連続的な電力損失が発生する。この電力
損失もリレー単体では然して問題とはならない
が、多数個のリレーを内蔵する制御機器ではこの
電力損失が無視することのできない大きさとな
る。

特に制御機器の電源が電池電源である場合に
は、リレー巻線における電力消費によつて電池寿
命が短くなる不都合が生じる。また、この電力損
失は当然のことではあるがリレー巻線の発熱をう
ながし、リレー巻線の発熱による温度差によつて
熱起電力が生じ、特に制御機器が計測用途の機器
であるときにはこの熱起電力が雑音源となりその
測定精度を低下させる不都合を招く。さらに、リ
レーの周囲温度を定める場合、リレーの発熱を考
慮する必要があり、本来許される周囲温度より低
く選定しなければならず、リレーの使用温度範囲
が狭くなる問題もあつた。

このような通常のリレーの不都合を排除するこ
とのできるリレーとして双安定リレーが提案され
ている。双安定リレーはリレー接点側に自己保持
の機能が付与されたものであり、リレー巻線への
通電時間が極めて短く、したがつて、リレー巻線
での電力損失ならびに発熱が通常のリレーのそれ
にくらべて著るしく少くなり、上記の不都合をこ
とごとく排除することができる。

かかる双安定リレーの駆動回路として、たとえ
ば第１図で示すような駆動回路がすでに考えられ
ている。第１図において、１は双安定リレーの巻
線（励磁コイル）、２はコンデンサ、３はダイオ
ード、４および５は等価的にサイリスタを形成す
る相補極性のトランジスタ、６および７はリレー
の反転時に微少放電電流を流すための抵抗、そし
て８および９はスイツチ（図示せず）を介して電
源に接続される端子である。

以上の構成からなる回路では、スイツチの閉成
により端子８と９が電源に接続されると、ダイオ
ード３を通してコンデンサ２が充電され、この充
電電流がリレー巻線１に流れてリレー接点（図示
せず）が作動する。ところで、コンデンサ２の充
電が完了するとリレー巻線１には電流が流れなく
なるが、リレー接点は例えば磁石の吸着力によつ
て応動後の状態を保持する。なお、コンデンサ２
の充電完了後は抵抗６にのみ電流が流れるところ
となる。したがつて、抵抗６の値を十分に大きな
値に定めておくならば、流れる電流は極めて小さ
くなり抵抗６における電力消費もまた極めて小さ
くなる。一方、リレー接点を最初の状態へ復帰さ
せるにはスイツチを開放すればよい。

スイツチを開放するとコンデンサ２から抵抗７
および６を通して微少電流が流れ、トランジスタ
４のベースエミツタ間が順バイアスされ、トラン
ジスタ４と５で形成されるサイリスタ等価素子が
導通し、コンデンサ２の電荷がサイリスタ等価素
子を通して放電する。この放電電流がリレー巻線
１に流れることにより、リレー接点が最初の状態
へ復帰する。

従来のリレー駆動回路によれば、以上のような
双安定リレーの駆動制御がなされるが、この回路
では電源電圧印加時に電源電圧が変動してコンデ
ンサ２の端子電圧よりも電源電圧が低くなつた場
合、ダイオード３に逆方向電圧が印加されるとこ
ろとなり、サイリスタ等価素子が誤点弧され、双
安定リレーが誤動作する不都合が生じる。この不
都合を排除するため、たとえば、第２図で示すよ
うにダイオード３と電源端子８との間にツエナー
ダイオード１０を接続し、このツエナー電圧以下
の電源電圧変動に対してはコンデンサ２から放電
電流が流れないようにする構成も考えられるが、
パルス性の電源ノイズが印加された場合にはツエ
ナーダイオード１０がコンデンサの働きをして低
インピーダンスとなるため、やはりリレーに誤動
作がもたらされてしまう。

本発明は、以上説明した従来のリレー駆動回路
における不都合をことごとく排除することができ
しかも、回路の半導体集積回路とも極めて容易な
リレー駆動制御回路を提供するものであり、以下
に図面を参照して本発明のリレー駆動制御回路の
具体的な構成とその動作について詳しく説明す
る。

第３図は、本発明のリレー駆動制御回路の第１
の実施例を示す回路図であり、リレー巻線１、コ
ンデンサ２ならびにダイオード３の接続関係は従
来の回路と同じである。ところで、本発明の回路
ではトランジスタ１１と１２ならびにトランジス
タ１３と１４が図示するように相互接続されてサ
イリスタと等価な素子を形成し、前者のサイリス
タ等価素子によつてコンデンサ２の充電路が形成
され、一方、後者のサイリスタ等価素子によつて
コンデンサ２の放電路が形成される構成となつて
いる。なお、トランジスタ１２のエミツタは抵抗
１５を介してそのベースに接続されるとともに、
ダイオード１６を介してトランジスタ１３のベー
スへ、さらに抵抗１７を介してトランジスタ１８
のベースに接続されている。また、トランジスタ
１３のベースは抵抗１９を介してトランジスタ１
４のコレクタへ接続され、トランジスタ１３のコ
レクタとトランジスタ１４のベースとの共通接続
点とトランジスタ１３のエミツタとの間が抵抗２
０を介して接続されるとともに、トランジスタ１
３のエミツタとダイオード３のカソードとの間に
ダイオード２１が接続されている。さらに、トラ
ンジスタ１１のベースは抵抗２２，２３ならびに
ツエナーダイオード２４で構成されるベースバイ
アス供給手段へ接続されている。なお、２５，２
６はリレー巻線１とコンデンサ２の直列接続体が
接続される端子、２７はダイオード３の等価並列
容量である。

以上の構成からなる本発明のリレー駆動回路に
おいて、端子８に入力電圧が印加された場合、こ
の電圧がツエナーダイオード２４のツエナー電圧
よりも高ければ抵抗２２，２３およびツエナーダ
イオード２４の回路に電流が流れ、トランジスタ
１１が導通する。したがつて、そのコレクタに抵
抗１５およびダイオード３を介して接続されたコ
ンデンサ２には充電電流が流れる。この電流によ
り抵抗１５には電圧降下が生じてトランジスタ１
２も導通する。そして、Ａ点の電圧が端子８に印
加された電圧からトランジスタ１１と１２のコレ
クタエミツタ間飽和電圧の和の電圧（約0.4V）
を差し引いた電圧値に達したところでコンデンサ
２の充電が完了する。このとき、Ａ点から抵抗１
７を通して電流が流れ、トランジスタ１８も導通
する。したがつて、端子２５からダイオード２１
と抵抗２０を通してトランジスタ１８のコレクタ
電流が流れる回路状態が成立するが、トランジス
タ１８の使用目的がトランジスタ１４のベース電
圧を下げてトランジスタ１４をしや断させるとこ
ろにあるため、抵抗２０の抵抗値をトランジスタ
１８を飽和させてそのコレクタ電位を約0.2Vに
保つように設定する。

リレー巻線１には上記の充電電流が流れて双安
定リレーが駆動される。

ところで、Ａ点の電圧は抵抗１７を介してトラ
ンジスタ１８のベースに加わり、トランジスタ１
８のコレクタにはコレクタ電流が流れるが、この
コレクタ電流はＡ点からダイオード３，２１およ
び抵抗２０を経て流れる。トランジスタ１３のエ
ミツタ電位は、ダイオード３，２１の順方向電圧
降下の和の電圧分だけＡ点の電位より低くなるた
め、ダイオード１６を介してＡ点に接続されたベ
ースの電位よりも低くなりトランジスタ１３はし
や断される。また、トランジスタ１４について
は、抵抗２０の値を選定することによつてトラン
ジスタ１８のコレクタ電位を飽和電圧まで下げ、
この電位をトランジスタ１４のベースエミツタ間
が順バイアスされて導通することのない値とする
ことにより、やはりしや断される。したがつて、
ダイオード１６を介して電流が流れることはな
い。

このようにして、双安定リレーを作動させたの
ちコンデンサ２の充電が完了すると、端子２５の
電位は、抵抗２２，２３およびツエナーダイオー
ド２４、抵抗１５，１７ならびにダイオード３，
２１、抵抗２０およびトランジスタ１８を流れる
電流による電圧降下分だけ端子８の電位よりも低
い値に保持される。

なお、トランジスタ１１と１２で構成されるサ
イリスタ等価素子がしや断するためには、トラン
ジスタ１１と１２の双方のベースエミツタ間に印
加される電圧が、それぞれのベースエミツタ間順
電圧以下となることが必要である。したがつて、
抵抗１５の電圧降下によりトランジスタ１２が導
通している状態をトランジスタ１１の導通レベル
よりも低い電圧まで保持するならば、サイリスタ
等価素子のオン、オフレベルにヒステリシス特性
をもたせることが可能となる。

入力電圧が低下し、その電圧レベルが上記のオ
フレベル以下になると、トランジスタ１１と１２
で構成されるサイリスタ等価素子がしや断状態へ
スイツチする。この瞬間には、Ａ点の電位はダイ
オード３の並列等価容量２７により端子２５の電
位に保持され、こののち抵抗１７とトランジスタ
１８のベースエミツタ回路を通して放電され、接
地点の電位に向かつて低下する。そして、Ａ点の
電位がトランジスタ１８のベースエミツタ間電圧
V_BE以下になると、トランジスタ１８がしや断状
態となり、トランジスタ１４のベースには端子２
５の電圧がダイオード２１と抵抗２０を介して印
加され、トランジスタ１４が導通し、Ａ点からダ
イオード１６および抵抗１９を通してコレクタ電
流が流れる。このことによつて、トランジスタ１
３のベースエミツタ間には電圧が発生し、トラン
ジスタ１３と１４で構成されるサイリスタ等価素
子は急速に導通する。このサイリスタ等価素子の
導通によりコンデンサ２の電荷が急激に放電さ
れ、この放電電流がリレー巻線１に流れ、双安定
リレーが駆動され、最初の状態へと復帰する。以
上のようにダイオード１６はダイオード２１と応
動して第２のサイリスタ等価素子の動作を制御す
る。なお、電池電圧が低下したときには、ダイオ
ード１６および導通状態となつたトランジスタ１
４を通して電池の放電路が形成される。

第３図で示したリレー駆動回路では、以上の回
路動作に則りリレーの駆動なされるが、かかる回
路の構成にあたり、ダイオード２１を図示する位
置に介在させることが極めて重要である。たとえ
ば、入力電圧がしや断レベルの寸前まで急激に低
下した場合であるが、コンデンサ２の容量の存在
により端子２５の電位は急激には低下せず、ダイ
オード３の並列等価容量２７を通して逆電流が流
れる。このため、瞬間的にではあるが、ダイオー
ド３を流れている順方向電流を打ち消す方向に
Ｃ・dV／dtに比例する電流が流れ、これによつて、 Ａ点の電位が端子２５の電位と同じになるかある
いはより正になる状態の成立する場合がある。こ
のとき、仮りにダイオード２１がなくトランジス
タ１３のエミツタが端子２５に直結されていると
すると、トランジスタ１３のエミツタ電位がベー
ス電位より高くなる条件が成立したところでトラ
ンジスタ１３が導通する。

すなわち、ダイオード３には大きなリレー駆動
電流が流れるため、ダイオード３としては、接合
面積の大きなダイオードが用いられる。したがつ
て、等価並列容量２７が大きくなる。

ここで、第３図で示したダイオード２１がない
場合のトランジスタ１３のエミツタ電圧V_E13とベ
ース電圧V_B13は、Ａ点の電圧をV_A、ダイオード
３の順電圧降下をV_D3、ダイオード１６の順電圧
降下をV_D16として V_E13＝V_A−V_D3 ……(1) V_B13＝V_A−V_D16 ……(2) とあらわされる。

また、トランジスタ１３のベースエミツタ間電
圧はV_E13−V_B13であり、第１式、第２式を代入す
ると V_E13−V_B13＝V_A−V_D3−（V_A−V_D16） ＝−V_D3＋V_D16 ……(3) となる。ここでV_D13とV_D16が等しいものとすると
第３式は零となる。

ところで、ダイオード３は上記のように等価並
列容量２７が大きく、このため、Ａ点の電圧が急
激に低下した場合、端子２５から等価並列容量が
充電される。したがつて、V_D3≒０となり、V_E13
とV_B13は V_E13＝V_A ……(5) V_B13＝V_A−V_D16 ……(6) 第５式と第６式からベースエミツタ間電圧は V_E13−V_B13＝V_D16 ……(7) となる。

すなわち、トランジスタ１３のベースエミツタ
間にはダイオード１個分の順電圧降下に相当する
電圧がかかり、トランジスタ１３が導通する。

ところで、トランジスタ１３が導通するとコン
デンサ２の電荷がトランジスタ１３を経て放電さ
れ、端子２５の電位が下がり、今度は端子８から
の充電電流がコンデンサ２に流れトランジスタ１
３が再びしや断する。このくり返しが所謂弛張発
振であり、この状態になるとリレー巻線１には充
放電時に電流が流れ、この電流によつて双安定リ
レーに誤動作がもたらされる。しかしながら図示
するようにダイオード２１を接続した場合には、
上記の回路状態が成立したとしてもダイオード２
１の存在によりトランジスタ１３のエミツタ電位
が端子２５の電位より低い値に設定される。すな
わち、ダイオード２１が存在すると、V_D3≒０の
状態が成立したとしても、トランジスタ１３のエ
ミツタ電圧V_E13とベース電圧V_B13が V_E13＝V_A−V_D21 ……(8) V_B13＝V_A−V_D16 ……(9) となり、したがつて、ベースエミツタ間電圧は V_E13−V_B13＝V_A−V_D21−(V_A-V_D16)＝０ ……(10) となる。

このため、トランジスタ１３は導通せず、回路
動作に弛張発振のもたらされる不都合は確実に排
除される。

第４図は、本発明のリレー駆動制御回路の他の
実施例を示す図であり、第３図の回路要素中から
ダイオード１６が除かれ、これにかわつて、Ａ点
とダイオード３のアノードとの間にダイオード２
８が接続されるとともに、トランジスタ１３のエ
ミツタにベースが、ベースにコレクタがそしてダ
イオード３と２８との接触点にエミツタがそれぞ
れ接続されたトランジスタ２９と、トランジスタ
２９のコレクタと接地点との間に接続された抵抗
３０が付加されている点で第３図の回路と構成を
異にしている。

この回路では、端子８へ入力電圧が印加される
ことによりトランジスタ１１と１２で構成される
サイリスタ等価素子が導通すると、コンデンサ２
はダイオード２８と３を介して充電され、この充
電電流で双安定リレーが駆動される。そして、充
電が完了すると、端子２５ならびにＡ点の電位は
上昇する。Ａ点に抵抗１７を介してベースが接続
されたトランジスタ１８はＡ点の電位の上昇によ
つて導通し、そのコレクタ電流はダイオード２
８，３，２１および抵抗２０を通して流れるとこ
ろとなり、トランジスタ２９のベースエミツタ間
は順方向にバイアスされ、トランジスタ２９にも
コレクタ電流が流れるが、トランジスタ１４がし
や断しているため抵抗３０を経て流れる。したが
つて、抵抗３０の値を適当に選ぶことによりトラ
ンジスタ２９のコレクタエミツタ間電圧を飽和電
圧まで下げることができる。コレクタエミツタ間
電圧が飽和電圧まで低下すると、コレクタの電位
がベース電位よりも高くなるので、トランジスタ
１３のベース電位はそのエミツタ電位よりも高く
なり、トランジスタ１３は確実にしや断される。

一方、双安定リレーを最初の状態へ復帰させる
ためには入力電圧を低下させトランジスタ１１と
１２で構成されるサイリスタ等価素子をしや断さ
せればよい。この後の回路動作は第３図の回路の
動作と実質的に同じものとなる。

以上説明してきたところから明らかなように、
本発明のリレー駆動制御回路はサイリスタ等価素
子の誤点弧の問題が確実に排除され、双安定リレ
ーの駆動を正確に制御することができるものであ
り、かかるリレーを用いた各種制御機器の性能を
高める効果が奏される。また、本発明のリレー駆
動制御回路の構成要素は全て半導体集積回路化に
適したものであるため、回路の半導体集積回路化
もすこぶる容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の双安定リレー駆動制御回路を示
す図、第２図は第１図で示す回路の改良された部
分を示す図、第３図および第４図は本発明にかか
るリレー駆動制御回路の構成を示す回路図であ
る。 １……リレー巻線、２……コンデンサ、３，１
０，１６，２１，２８……ダイオード、４，５，
１１〜１４……サイリスタ等価素子形成用のトラ
ンジスタ、６，７……微少放電電流路形成用の抵
抗、８，９……電源（入力）端子、１５……ベー
スエミツタ間結合抵抗、１７……ベース抵抗、１
８……サイリスタ等価素子しや断制御用のトラン
ジスタ、１９……ベース電流制限用の抵抗、２０
……電流路形成用の抵抗、２２，２３……ベース
バイアス供給用抵抗、２４……ツエナーダイオー
ド、２５，２６……端子、２７……ダイオード３
の等価並列容量、２９……トランジスタ１４をし
や断制御するためのトランジスタ、３０……コレ
クタ抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力信号の高低に応じてスイツチ動作する第
   １の半導体制御素子とダイオードとの直列接続体
   を介してコンデンサとリレー巻線との直列接続体
   を入力信号印加端子へ接続するとともに、前記コ
   ンデンサとリレー巻線との直列接続体と並列にダ
   イオードとコレクタエミツタ間に抵抗が接続され
   たトランジスタを含んで構成された第２の半導体
   制御素子とベースが抵抗を介して第１の半導体制
   御素子とダイオードとの直列接続点に接続された
   トランジスタとの直列接続体とを接続してなり、
   前記第１の半導体制御素子の導通による前記コン
   デンサの充電と、前記第２の半導体制御素子の導
   通による前記コンデンサの放電により前記リレー
   巻線に電流を流し、リレーを駆動することを特徴
   とするリレー駆動制御回路。 ２ 第２の半導体制御素子の導通レベルが第１の
   半導体制御素子の非導通レベルにほぼ一致するよ
   うに選定されてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のリレー駆動制御回路。