JPH053766B2 - - 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開成されると、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。このように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設けられる電圧降下素子
と直列に発光素子を接続され、その出力によつて
該電圧降下素子を短絡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
圧の低下によつてその発光素子の発光を停止する
フオトカツプラと、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、フオトカツプラが発光
を停止し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設けられる電圧降下
素子と直列に発光素子が接続され、その出力によ
つて該電圧降下素子を短絡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その発光素子の発光を停止
するフオトカツプラと、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、フオトカツプラが
発光を停止し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、を具備す
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
なればフオトカツプラが点灯し、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フオトカツプラが消
灯し、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信状態
の変化に基づいて物体の近傍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１
０と発光ダイオード１１とに並列にバイパス用の
抵抗Ｒ１４を設けられ、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１
６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を介してフオトカツプ
ラ２１の発光部である発光ダイオード２１Ｌが接
続され、そのカソードにツエナダイオード２２と
フオトカツプラ２１のトランジスタ２１Ｔとが並
列に接続される。フオトカツプラ２１はこのスイ
ツチのオン時に導通するものであつて、そのエミ
ツタ端は出力開閉素子であるFET５のゲートに
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の電圧が低下してフオトカツ
プラ２１が点灯を停止する毎に、コンデンサＣ１
５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Ｒ２
５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Ｃ２３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１
３の電源電圧はほぼツエナダイオード７によつて
定められ、NH，NL出力のレベルもそれに基づ
いて定められるが、“Ｈ”レベルの電圧はツエナ
ダイオード９と２２とのツエナ電圧の和の電圧
Vaよりもやや低くツエナダイオード９のツエナ
電圧Vbよりも高い電圧が選定されているものと
する。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
順本考案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NL出
力は“Ｌ”レベルであるのでフオトカツプラ２１
の発光ダイオード２１Ｌは点灯せず、FET５に
もゲート信号が与えられずオフ状態となる。従つ
てバイパス用抵抗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ｔ０
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“Ｌ”レベルとなり、
NL出力はNH出力とは逆に第２図ｂに示すよう
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
コンデンサＣ１５が急速充電され、センサ回路１
３に与えられる電源電圧、及びNL出力の“Ｈ”
レベルの電圧が上昇する。そしてNL出力の
“Ｈ”レベル電圧がツエナダイオード９と２２と
の和の電圧Va以上となる時刻ｔ１には、フオト
カツプラ２１の発光ダイオード２１Ｌが点灯しト
ランジスタ２１Ｔが導通してツエナダイオード２
２を短絡する。従つて以後電流はセンサ回路の
NL出力から抵抗Ｒ２０、発光ダイオード２１
Ｌ、トランジスタ２１Ｔ及びツエナダイオード９
を通つて電流が流れ、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とフ
オトカツプラ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の電圧が低下すればセンサ回路
１３のNL出力の“Ｈ”レベルの電圧も第２図ｂ
に示すように低下し、時刻t2にツエナダイオード
９の電圧Vb以下となるとフオトカツプラ２１に
は電流が流れなくなり、トランジスタ２１Ｔがオ
フとなつてセンサ回路１３のNL出力には二つの
ツエナダイオード２２，９が接続された状態とな
る。従つてFET５にはゲート電圧が加わらず
FET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
の両端の電圧は上昇しセンサ回路１３に与えられ
る電源電圧が上がつて、それに伴つてNL出力電
圧も第２図ｂに示すように上昇する。そしてその
NL出力電圧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
うにフオトカツプラ２１の発光ダイオード２１Ｌ
が再び点灯して、ツエナダイオード２２を短絡し
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１
３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
チを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t4
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”レベルとなりフオトカツプラ２１
の発光ダイオード２１Ｌが消灯する。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Ｃ
２３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”レベルとなりフオトカツプラ２１の発光ダ
イオード２１Ｌが点灯し同時に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過
電流検出用抵抗Ｒ６によつてその電流が検出され
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。

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。

又本実施例ではフオトカツプラのトランジスタ
によつて一定電圧を与えるためのツエナダイオー
ド２２を短絡しているが、ツエナダイオード９を
流れる電流はNL出力が“Ｈ”である時にはほぼ
同一であるので、ツエナダイオード２２の代わり
にそれに等しい電圧降下が起こる抵抗値の抵抗を
用いることもできる。

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
形を示す波形図である。 １，２……端子、５……FET、７，９，２２
……ツエナダイオード、Ｒ６……過電流検出用抵
抗、８，１０，２４……トランジスタ、１１……
発光ダイオード、Ｃ１５，Ｃ１７，Ｃ２３……コ
ンデンサ、２１……フオトカツプラ。

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設けられる電圧降下素子と
   直列に発光素子が接続され、その出力によつて該
   電圧降下素子を短絡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その発光素子の発光を停
   止するフオトカツプラと、 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
   記フオトカツプラが発光を停止し不導通となる毎
   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 前記フオトカツプラの発光素子に直列に接続
   される電圧降下素子は、ツエナダイオードである
   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。 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を前記電界効果型トラ
   ンジスタのゲート間に設けられる電圧降下素子と
   直列に発光素子が接続され、その出力によつて該
   電圧降下素子を短絡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その発光素子の発光を停
   止するフオトカツプラと、 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
   記フオトカツプラが発光を停止し不導通となる毎
   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。 ９ 前記フオトカツプラの発光素子に直列に接続
   される電圧降下素子は、ツエナダイオードである
   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。