JPH053765B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は近接センサや光電センサ等のセンサ回
路を有し、負荷と電源間に直列に接続され検知出
力に基づいて直接負荷を制御するように構成され
ている二線式の電子スイツチに関するものであ
る。

従来技術とその問題点 負荷を直接制御するように構成されている光電
スイツチや近接スイツチ等の二線式の電子スイツ
チは、検知部とサイリスタ等のスイツチング素子
とを有し、検知出力に基づいてスイツチング素子
が駆動され負荷への電力の供給が制御されるよう
構成されている。このような二線式の電子スイツ
チは電源と負荷に直列に接続するだけで負荷がオ
ン、オフされるので、通常の機械接点スイツチと
同様に用いることができて極めて便利なものであ
る。しかし事故によつて負荷が内部短絡状態とな
つた場合や誤つて負荷を接続することなく電源を
直接電子スイツチに接続することがある。そのよ
うな場合にスイツチング素子が閉成されると、ス
イツチング素子に短絡した大電流が流れるため素
子が破壊されたり場合によつては爆発することが
あり、人体や周囲の物を損傷する恐れがあつた。

このような問題点を解消するためにスイツチン
グ素子に直列に過電流検出用の低抵抗を設け、そ
の抵抗の両端の電圧が一定値以上となれば短絡保
護回路を動作させてスイツチング素子を開放する
ように制御する種々の保護回路が提案されてい
る。しかしこのような保護回路はいずれも電流検
出用端子や検知部の出力に端子を接続しておく必
要があり、スイツチの各回路部と一体に構成して
おく必要があつた。そのための保護回路の構成が
複雑になるというという問題点を有していた。又
二線式電子スイツチは電源として交流電源が使用
されることが多いが、交流二線式電子スイツチで
はゼロクロス時にスイツチング素子を一旦オフと
し検知部の電源となつているコンデンサを急速充
電し、その充電が完了すれば再びスイツチング素
子を駆動して負荷へ電力を供給するように構成さ
れている。このような負荷の駆動時にも半サイク
ル毎にスイツチング素子が断続することとなつて
電子スイツチの両端に一定の電圧が残留し、負荷
に与えられる電圧が低下するという問題点があつ
た。

発明の目的 本願の第１の発明はこのような従来の電子スイ
ツチの問題点に鑑みてなされたものであつて、検
知部の電源コンデンサの充電周期を長くし、電子
スイツチの動作時の残留電圧を小さくすることを
目的とする。又本願の第２の発明は、このような
第１発明の目的に加えて、スイツチング素子自体
に過電流検出用抵抗を設けて、短絡を検知するこ
とのできる電子スイツチを提供するものである。

発明の構成と効果 本願の第１の発明は、負荷と電源に接続され直
接負荷を制御する電子スイツチであつて、検知回
路部と、検知回路部に電源を供給する蓄電素子
と、負荷に直列に接続されそのゲート電位が一定
値以下に制限された出力開閉用の電界効果型トラ
ンジスタと、検知回路部の出力端と電界効果型ト
ランジスタのゲート間に接続され、検知回路部の
出力により導通して電界効果型トランジスタを駆
動すると共に、検知回路部に与えられる電圧の低
下によつて不導通となるサイリスタと、電界効果
型トランジスタと検知回路部の電源入力端間に接
続され、検知回路部のオフ時に蓄電素子に充電す
る充電回路と、充電回路と並列接続され、検知回
路部のオン動作時に蓄電素子の電圧が低下し、サ
イリスタが不導通となる毎に蓄電素子を充電する
スイツチング回路と、を具備することを特徴とす
るものである。

又本願の第２の発明は、負荷と電源に接続され
直接負荷を制御する電子スイツチであつて、電圧
信号によりリセツトされるリセツト端子を有する
検知回路部と、検知回路部に電源を供給する蓄電
素子と、負荷に直列に接続されそのゲート電位が
一定値以下に制限された出力開閉用の電界効果型
トランジスタと、検知回路部の出力端と電界効果
型トランジスタのゲート間に接続され、検知回路
部の出力により導通して電界効果型トランジスタ
を駆動すると共に、検知回路部に与えられる電圧
の低下によつて不導通となるサイリスタと、電界
効果型トランジスタと検知回路部の電源入力端間
に接続され、検知回路部のオフ時に蓄電素子に充
電する充電回路と、充電回路と並列接続され、検
知回路部のオン動作時に蓄電素子の電圧が低下
し、サイリスタが不導通となる毎に蓄電素子を充
電するスイツチング回路と、電界効果型トランジ
スタに直列に接続される過電流検出用抵抗と、過
電流検出用抵抗の端子電圧を検出し、所定時間検
知回路部の出力を禁止するリセツト回路と、具備
することを特徴とするものである。

このような特徴を有する本願の第１の発明によ
れば、電子スイツチを電源に接続したときに充電
回路によつて蓄電素子に充電され、検知回路部が
動作を開始する。そして検知回路部がオン状態と
なればサイリスタが導通し、電界効果型トランジ
スタが駆動され負荷に電流が供給される。このと
き検知回路部には蓄電素子より電源が供給されて
おり、徐々にその電圧が低下する。そして供給電
圧が所定値以下となればサイリスタが不導通とな
り、スイツチング回路によつて蓄電素子が急速に
充電される。このため検知回路部は再び動作を開
始し、電界効果型トランジスタが閉状態となつて
元の動作に復帰する。従つて蓄電素子が断続的に
急速充電されることとなる。

このため本発明によれば、交流電源を用いた場
合にもその交流電源の周期とは無関係に蓄電素子
に充電を行うことができる。そのため充電間隔が
長くなり、充電時の端子電圧の平均値となる電子
スイツチの残留電圧を低くすることが可能であ
る。又出力開閉用の電界効果型トランジスタのゲ
ート電位を所定値以下に制限しておくことによ
り、電界効果型トランジスタに流れる短絡時の過
電流を制限することができる。又スイツチング素
子に直列に接続される過電流制限用の抵抗を除く
ことができるため、残留電圧の低下に寄与すると
共に構造が簡単となり小型化することも可能であ
る。

本願の第２の発明によれば、短絡状態となつて
過電流が流れたときには過電流検出用抵抗の両端
の電圧が高くなり、リセツト回路によつてその端
子電圧の上昇が検出されれば所定時間検知回路部
の出力を禁止している。そのため特別の保護回路
が不要となり構成を簡単にすることが可能であ
る。

実施例の説明 第１図は本発明を交流二線式の近接スイツチに
適用した回路図である。本図において端子１，２
間にダイオードブリツジ３が接続される。ダイオ
ードブリツジ３は端子１，２間に与えられる交流
電圧を整流するものであつて、その正負出力端間
にサージ電圧を吸収するアバランシエダイオード
４が接続され、それに並列に電力用の電界効果型
トランジスタ、例えばMOSFET５と過電流検出
用の抵抗Ｒ６の直列接続体が接続され、更にツエ
ナダイオード７とトランジスタ８を有する定電圧
回路が接続される。FET５のゲートと過電流検
出用抵抗Ｒ６の他端間にはFET５に与えるゲー
ト電圧を一定に保つためのツエナダイオード９が
接続される。定電圧回路のトランジスタ８の出力
端には検知回路部に電流を供給するためのトラン
ジスタ１０が接続され、その出力端は表示用の発
光ダイオード１１、ダイオード１２を介してセン
サ回路１３の電源入力端Vccに接続されている。
センサ回路１３は内部に発振器を有しその発振状
態の変化に基づいて物体の近接を検知してデジタ
ル出力を出すIC化された回路であつて、なるべ
く電力消費の少ないものを用いる。トランジスタ
１０と発光ダイオード１１とに並列にバイパス用
の抵抗Ｒ１４が設けられ、センサ回路１３の電源
入力端Vccとアース間にはセンサ回路１３に電圧
を供給するためのコンデンサＣ１５が接続され
る。ここで抵抗Ｒ１４は、センサ回路１３の蓄電
素子であるコンデンサＣ１５に充電する充電回路
を構成している。センサ回路１３には検知用コイ
ル１６とコンデンサＣ１７との共振回路が接続さ
れている。センサ回路１３には物体を検出しない
時に電源電圧とほぼ同一の”Ｈ”レベル出力を出
すNH出力及びアース端とほぼ同一の”Ｌ”レベ
ル出力を出すNL出力が設けられ、更にセンサ回
路１３を不動作とするリセツト端子が設けられ
る。NH出力端にはトランジスタ１０にベース電
流を与える抵抗Ｒ１８，Ｒ１９が接続されてお
り、NL出力端には抵抗Ｒ２０を介してサイリス
タ２１が接続される。サイリスタ２１はこのスイ
ツチのオン時に導通するものであつて、そのカソ
ードは出力開閉素子であるFET５のゲートに接
続され、サイリスタ２１のゲートとダイオード１
１，１２の共通接続点間にツエナダイオード２２
が接続されている。ここでトランジスタ１０、抵
抗Ｒ１８，Ｒ１９は、センサ回路１３のオン動作
時にコンデンサＣ１５の電圧が低下し、サイリス
タ２１が不導通となる毎にコンデンサＣ１５を充
電するスイツチング回路を構成している。又セン
サ回路１３はそのリセツト端子に与えられる電圧
がリセツト電圧Vr以下となつたときリセツトす
るもので、リセツト端子とアース端との間にコン
デンサＣ２３とトランジスタ２４とが並列に接続
される。コンデンサＣ２３は電源投入直後に誤つ
た出力を発生させないためのタイミングをとるた
め設けられるものである。トランジスタ２４は過
電流検出時に動作してセンサ回路１３をリセツト
するものであつて、そのベース端は抵抗Ｒ２５を
介してFET５のソースと過電流検出用抵抗Ｒ６
の共通接続点に接続されている。ここでトランジ
ンジスタ２４、抵抗Ｒ２５は、過電流検出用抵抗
Ｒ６の端子電圧を検出し、端子電圧が所定値以上
となつたときにコンデンサを放電することにより
センサ回路１３を一定時間リセツトするリセツト
回路を構成している。センサ回路１３の電源電圧
Vccはトランジスタ１０がオフ時にはほぼツエナ
ダイオード７によつて決定される。厳密には電源
電圧Vccは、（ツエナダイオード７のツエナ電圧
−トランジスタ８のオン電圧−抵抗Ｒ１４の降下
電圧−ダイオード１２のオン電圧）となる。一
方、この場合の電源電圧Vccは、ツエナダイオー
ド９と２２のツエナ電圧の和の電圧Vaより低く、
ツエナダイオード９のツエナ電圧Vbより高く設
定されている。又リセツト電圧Vrはツエナ電圧
Vbより更に低い電圧が選定されている。尚以下
の動作電圧に関する説明においては正確にはトラ
ンジスタの順方向電圧降下を考慮する必要がある
が、説明を容易にするためこの電圧降下分を無視
するものとする。

次にこの電子スイツチの動作について第２図の
波形図を参照しつつ説明する。まず端子１，２間
に図示のように交流電源３０と負荷Ｌとを直列に
接続する。第２図ａは交流電源３０の電圧波形を
示すものである。そうすれば負荷Ｌに微少電流が
流れ交流電源３０の交流電圧はダイオードブリツ
ジ３によつて整流され、ツエナダイオード７とト
ランジスタ８の定電圧回路によつて所定電圧の直
流電源に変換されて、抵抗Ｒ１４及びダイオード
１２を介してセンサ回路１３に電源が供給される
と共にコンデンサＣ１５が充電される。そしてセ
ンサ回路１３に接続されている検知コイル１６と
コンデンサＣ１７による共振回路によりセンサ回
路１３の発振器が発振し、物体が検知できる状態
となる。しかし物体を検知していなければNH出
力は”Ｈ”レベルでありNL出力は”Ｌ”レベル
であるので、トランジスタ１０のベースにはベー
ス電流は流れずトランジスタ１０はオフ状態であ
つて発光ダイオード１１も点灯しない。又前述し
たようにセンサ回路１３の電源電圧はツエナダイ
オード９と２２との和の電圧Vaよりも低くなる
ように定められているので、サイリスタ２１には
ツエナダイオード２２を通つてゲート電流は流れ
ないためサイリスタ２１もオフ状態である。従つ
てFET５にはオフ状態であつて負荷Ｌは駆動さ
れず、バイパス用抵抗Ｒ１４を介してセンサ回路
１３に電源が供給され、センサ回路１３が動作し
て物体を待受ける待機状態を続ける。そして時刻
ｔ１に物体の近接により発振状態が変化すると、
センサ回路１３のNH出力は第２図ｄに示すよう
に”Ｌ”レベルとなり、NL出力はNH出力とは
逆に”Ｈ”レベルとなる。そうすればトランジス
タ１０には抵抗Ｒ１９，１８を介してベース電流
が流れてオン状態となり、抵抗Ｒ１４が短絡され
る。従つて発光ダイオード１１が点灯すると共に
第２図ｂに示すようにセンサ回路１３の電源入力
電圧が急激に上昇する。そしてその電圧がツエナ
ダイオード９と２２の和の電圧Va以上となれば、
サイリスタ２１のゲートにゲート電流が流れサイ
リスタ２１はターンオンする。従つてFET５の
ゲートにはツエナダイオード９によつて定まるゲ
ート電圧が与えられ、FET５はオンとなり負荷
Ｌが駆動される。負荷Ｌに流れる電流がこの電子
スイツチの定格電流値内であれば過電流検出用抵
抗Ｒ６の両端の電圧は一定値以下であつて、この
近接スイツチの両端の電圧は第２図ｃに示すよう
に残留電圧はほぼゼロに近い値となり、負荷Ｌに
悪影響を及ぼすことはない。FET５がオン状態
である間はセンサ回路１３はコンデンサＣ１５か
ら電流が供給される。このときFET５は入力イ
ンピーダンスが高いためゲートにはほとんど電流
が流れず、コンデンサＣ１５の電荷の消費量はセ
ンサ回路１３とサイリスタ２１を流れる電流によ
つて決定される。従つて前述したようにセンサ回
路１３を低電力消費型のICによつて構成すれば、
コンデンサＣ１５の電圧は徐々に低下することと
なる。さてコンデンサＣ１５の電圧が低下し、第
２図ｂに示すように時刻ｔ２にツエナダイオード
９の電圧Vb以下となると、サイリスタ２１はタ
ーンオフし、同時にFET５はオフとなる。そう
すれば端子１，２間には第２図ｃに示すように交
流電源３０にほぼ等しい電圧がかかり、トランジ
スタ１０はオン状態であるためコンデンサＣ１５
に大きな電流が流れて急速に充電が行われ、その
結果コンデンサＣ１５の両端の電圧は第２図ｂに
示すように上昇する。そして電圧値がツエナダイ
オード９と２２によつて定まる電圧Vaに達する
時刻ｔ３には前述したようにサイリスタ２１が再
びターンオフし、FET５が導通状態となつて以
後同様に負荷Ｌに負荷電流が供給される。このよ
うにセンサ回路１３の電源用のコンデンサＣ１５
は、その両端の電圧が所定値以下となつた時にの
み充電が行われて電荷が供給されるため、充電の
瞬間は電子スイツチが導通している時間に比べて
極めて短くなり電子スイツチ両端の残留電圧を小
さくすることが可能となる。

さて負荷Ｌに過電流が流れたり、又は負荷Ｌを
短絡した場合にはFET５と過電流検知用抵抗Ｒ
６に大電流が流れる。しかしFET５のゲート電
圧はツエナダイオード９のツエナ電圧に制限され
ており、その定電流特性のために短絡電流はある
値以下におさえられる。今第３図において時刻ｔ
４に短絡が起こつたとすると、抵抗Ｒ６の端子電
圧が上昇しトランジスタ２４がオン状態となつて
コンデンサＣ２３が急速に放電される。そうすれ
ば第３図ｂに示すようにセンサ回路１３のリセツ
ト端子の電圧は瞬時に低下してリセツト電圧Vr
以下となりセンサ回路１３はリセツトされ、NL
出力は元の”Ｌ”レベルとなりサイリスタ２１は
ターンオフする。従つてFET５もオフ状態とな
り短絡が防止される。その後リセツト端子に接続
されているコンデンサＣ２３は第３図ｂに示すよ
うに電源によりセンサ回路１３内の図示しない抵
抗を介し電流が供給され徐々に充電されるが、そ
の両端の電圧がリセツト電圧Vr以上となればセ
ンサ回路１３は動作を開始し、物体を検知してい
る場合にはNL出力は”Ｈ”レベルとなりサイリ
スタ２１がトリガされ同時にFET５もターンオ
ンする。従つて時刻ｔ５に再び短絡電流が流れる
過電流検出用抵抗Ｒ６によつてその電流が検知さ
れて再びセンサ回路１３をオフとする。このよう
にして断続的にFET５はオン状態となり大電流
が流れる。しかし第３図に示すようにその短絡電
流が流れる周期は交流電源の周期とは無関係にコ
ンデンサＣ２３が充放電される時定数によつて定
まる。従つてこの時定数を大きく定めておくこと
によつてFET５に流れる電流の周期を大きくす
ることができ、FET５の発熱を防止することが
可能である。又FET５に短絡電流が流れる瞬間
に発光ダイオード１１が点灯するため、その点滅
周期によつて短絡状態を検知することも可能とな
る。

第４図は本発明による電子スイツチの他の実施
例を示す回路図である。本実施例はセンサ回路１
３にNL出力のみを用いた場合の構成を示す回路
図であつて、前述した実施例と同一部分は同一符
号を用いている。本実施例ではNL出力を用いて
トランジスタ１０を動作させるようにしているの
で、その極性を逆転させるために抵抗Ｒ１８とＲ
１９間にトランジスタ３１を接続して、トランジ
スタ１０のベースにベース電流を供給している点
を除いて第１図の実施例と同一である。本実施例
ではセンサ回路１３の物体検知時にNL出力によ
りトランジスタ３１がオンとなり、トランジスタ
１０が駆動されてコンデンサＣ１５が急速充電さ
れる。又センサ回路１３のNL出力のみを用いて
第５図に概略図を示すように、FET５のゲート
回路をサイリスタ３２とそのゲート・アノード間
に接続されるツエナダイオード３３を用いて行う
ことも可能である。この場合にもツエナダイオー
ド３３とツエナダイオード９との合計電圧になれ
ばサイリスタ３２がトリガされてFET５がター
ンオフすることとなる。

尚本実施例は交流二線式の近接スイツチについ
て説明したが、本発明は光電スイツチ等、他の二
線式電子スイツチに応用することが可能であるこ
とはいうまでもない。又本実施例は電源として交
流電源を用いているが、直流電源による電子スイ
ツチに本発明を適用することも可能である。この
場合にも電子スイツチ内部の過電流によつて定ま
る時定数により電源用のコンデンサＣ１５を断続
的に急速充電してセンサ回路１３に電源を供給す
ると共に、短絡時にはコンデンサＣ２３の充放電
サイクルによつて発光ダイオード１１を点灯させ
て短絡状態を表示させるようにすることが可能で
ある。

尚ここで説明した実施例ではセンサ回路の電源
としてコンデンサを用いているが、充電可能な小
容量の二次電池を用いてもよい。そうすればコン
デンサを用いた場合よりも長期間に渡つてセンサ
回路を動作させることができるため、充電する間
隔を極めて長くすることが可能であり、電子スイ
ツチの動作時の残留電圧を更に低くすることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子スイツチの一実施例
を示す回路図、第２図はその正常な動作時の各部
の波形を示す波形図、第３図は短絡時の各部の波
形を示す波形図、第４図は本発明の他の実施例を
示す回路図、第５図は更に他の実施例の主要部を
示す回路図である。 １，２……端子、５……FET、７，９，２０，
３３……ツエナダイオード、Ｒ６……過電流検出
用抵抗、８，１０，２４，３１……トランジス
タ、１１……発光ダイオード、Ｃ１５，Ｃ１７，
Ｃ２３……コンデンサ、２１……サイリスタ、３
０……交流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検知回路部と、 前記検知回路部に電源を供給する蓄電素子と、 負荷に直列に接続されそのゲート電位が一定値
   以下に制限された出力開閉用の電界効果型トラン
   ジスタと、 前記検知回路部の出力端と前記電界効果型トラ
   ンジスタのゲート間に接続され、前記検知回路部
   の出力により導通して前記電界効果型トランジス
   タを駆動すると共に、前記検知回路部に与えられ
   る電圧の低下によつて不導通となるサイリスタ
   と、 前記電界効果型トランジスタと前記検知回路部
   の電源入力端間に接続され、前記検知回路部のオ
   フ時に前記蓄電素子に充電する充電回路と、 前記充電回路と並列接続され、前記検知回路部
   のオン動作時に前記蓄電素子の電圧が低下し、前
   記サイリスタが不導通となる毎に前記蓄電素子を
   充電するスイツチング回路と、を具備することを
   特徴とする電子スイツチ。 ２ 前記蓄電素子はコンデンサであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子スイツ
   チ。 ３ 前記蓄電素子は充電可能な二次電池であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子
   スイツチ。 ４ 前記電界効果型トランジスタは、そのゲート
   と前記過電流検出用抵抗の他端間に設けられたツ
   エナダイオードによつてゲート電位が一定値以下
   に制限されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の電子スイツチ。 ５ 電圧信号によりリセツトされるリセツト端子
   を有する検知回路部と、 前記検知回路部に電源を供給する蓄電素子と、
   負荷に直列に接続されそのゲート電位が一定値以
   下に制限された出力開閉用の電界効果型トランジ
   スタと、 前記検知回路部の出力端と前記電界効果型トラ
   ンジスタのゲート間に接続され、前記検知回路部
   の出力により導通して前記電界効果型トランジス
   タを駆動すると共に、前記検知回路部に与えられ
   る電圧の低下によつて不導通となるサイリスタ
   と、 前記電界効果型トランジスタと前記検知回路部
   の電源入力端間に接続され、前記検知回路部のオ
   フ時に前記蓄電素子に充電する充電回路と、 前記充電回路と並列接続され、前記検知回路部
   のオン動作時に前記蓄電素子の電圧が低下し、前
   記サイリスタが不導通となる毎に前記蓄電素子を
   充電するスイツチング回路と、 前記電界効果型トランジスタに直列に接続され
   る過電流検出用抵抗と、 前記過電流検出用抵抗の端子電圧を検出し、該
   検出信号を前記検知回路部のリセツト端子に与え
   て所定時間前記検知回路部の出力を禁止するリセ
   ツト回路と、を具備することを特徴とする電子ス
   イツチ。 ６ 前記蓄電素子はコンデンサであることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の電子スイツ
   チ。 ７ 前記蓄電素子は充電可能な二次電池であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の電子
   スイツチ。 ８ 前記電界効果型トランジスタは、そのゲート
   と前記過電流検出用抵抗の他端間に設けられたツ
   エナダイオードによつてゲート電位が一定値以下
   に制限されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の電子スイツチ。