JPS5854741B2 - 半導体スイッチ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体スイッチ回路に係り、特にトライアッ
クを用いた自己保持作用を有するスイッチ回路の改良に
関するものである。

第１図はトライアックを用いた自己保持作用を有する従
来のスイッチ回路を示す回路図である。

図において、１は交流電源、２はトライアック、３は負
荷である。

トライアック２の第１の主電極Ｔ１は負荷３を介して交
流電源１の一方の接続端子に接続され、その第２の主電
極Ｔ２は交流電源１の他方の接続端子に接続されている
。

４はコンデンサ、５は整流ダイオードで、コンデンサ４
の一端がトライアック２の第４の主電極Ｔ１に接続され
他端が整流ダイオード５を介して負荷３と交流電源１と
の接続点に接続されている。

６，１は押しているときのみ接点が閉じている押しボタ
ンスイッチ、８は一端がトライアック２のゲートＧに接
続され他端がコンデンサ４と整流ダイオード５との接続
点に接続されたコンデンサ４の放ｉｔ流制限用抵抗であ
る。

押しボタンスイッチ１は抵抗８の両端に接続されている
。

９は一端がトライアック２の第２の主電極Ｔ２に接続さ
れ他端が押しボタンスイッチ６を介してトライアック２
のゲートＧと抵抗８との接続点に接続された電流制限用
抵抗である。

次に、上記従来例のスイッチ回路の動作機構について説
明する。

先ず、押しボタンスイッチ６を押しその接点を閉じると
、交流電源１とトライアック２との接続点が正電位に、
交流電源１と負荷３との接続点が負電位になる半サイク
ル（以下「正の半サイクル」と略称する）では、交流電
源１から抵抗９、押しボタンスイッチ６、トライアック
２のゲートＧ１第１の主電極Ｔ１および負荷３を通り交
流電源１へ帰るループ内に電流が流れ、この電流により
トライアック２がオン状態となって交流電源１から負荷
３へ電力が供給される。

また、交流電源１とトライアック２との接続点が負電位
に、交流電源１と負荷３との接続点が正電位になる半サ
イクル（以下「負の半サイクル」と略称する）では、上
記ループ内に上記電流と逆方向に電流が流れる。

この逆方向電流により、正の半サイクルと同様に、トラ
イアック２がオン状態になって交流電源１から負荷３へ
電力が供給される。

このように、押しボタンスイッチ６の接点が閉じられて
いる期間交流電源１かも負荷３へ電力が供給されると共
に、正の半サイクル中にコンデンサ４は整流ダイオード
５の作用により図示の極性に充電される。

次に、押しボタンスイッチ６の接点を開くと、押しボタ
ンスイッチ６からトライアック２のゲートＧへのゲート
電流はなくなり、次の半サイクルのトライアック２のオ
ン状態への移行はコンデンサ４に蓄えられた電荷により
行われる。

すなわち、押しボタンスイッチ６が交流電源１の正の半
サイクル中に開放されると、この正の半サイクル中でで
はコンデンサ４が充電され、交流電源１の電圧がコンデ
ンサ４の電圧より低くなる時点からコンデンサ４が放電
しはじめ、次の負の半サイクル中では、コンデンサ４か
ら第］の主電極Ｔ１、ゲートＧ１および抵抗８を通りコ
ンデンサ４へ帰えるループ内でコンデンサ４の放電電流
が流れる。

よって、押しボタンスイッチ６の接点が開放されて′い
てもトライアック２にゲート電流が供給され続けるので
、トライアック２は引き続き負の半サイクル中でもオン
状態となる。

更に、負の半サイクルが終った時点でも、トライアック
２のゲー）Ｇにゲートトリガ電流以上の電流が流れ得る
ように、コンデンサ４と抵抗８との積からなる放電時定
数を大きく設定しておけば、次の正の半サイクルでも、
トライアック２は引続きオン状態となる。

この正の半サイクル中にコンデンサ４は再ば充電され、
トライアック２は引き続きオン状態を維持し続けること
ができる。

このように、上記放電時定数を大きくすることによって
、押しボタンスイッチ６が交流電源１の負のサイクル中
に開放されたときでも、コンデンサ４の放電電流により
トライアック２はオン状態となり、次の正の半サイクル
中にコンデンサ４は再び充電され、トライアック２は引
き続きオン状態を維持し続けることができる。

次に、押しボタンスイッチγの接点を閉じると、コンデ
ンサ４に蓄えられた電荷はコンデンサ４から第１主電極
Ｔ１、ゲートＧ１および押しボタンスイッチγを通りコ
ンデンサ４へ帰えるループ内で直ちに放電され、正負い
ずれの半サイクルを問わず、次の半サイクルのはじめに
はトライアック２ヘゲート電流が供給されなくなるので
、トライアック２はオフ状態となる。

このように、トライアック２が一旦オフ状態になれば、
押しボタンスイッチ６が開放されているためコンデンサ
４には電荷が蓄えられないので、押しボタンスイッチγ
が開放されても、以後トライアック２はオン状態になる
ことがない。

以上述べたように、押しボタンスイッチ６を押せば交流
電源１から負荷３に電力が供給され、押しボタンスイッ
チ７を押せば上記電力の供給が停止される。

ところで、トライアックを用いた自己保持作用のあるス
イッチ回路では、コンデンサ４の放電期司が正の半サイ
クルの終りから次の正の半サイクルのはじめまでの期間
すなわち少なくとも交流電源１の半サイクル以上必要で
ある。

このため、コンデンサ４の放電開始直後の放電電流が大
きくても、コンデンサ４の放電時定数が小さいと、次の
正の半サイクルのはじめには上記放電電流がトライアッ
ク２のゲートトリガ電流以下に減衰してしまい、トライ
アック２がオン状態にならない。

これを防止するには、コンデンサ４の放電時定数を大き
く設定する必要がある。

しかしながら、抵抗８の抵抗値を大きく設定すると、コ
ンデンサ４の放電電流がトライアック２のゲートトリカ
ミ流以下になるので、抵抗８の抵抗値を大きく設定する
ことによって、コンデンサ４の放電時定数を太きくする
ことができない。

したがって、上記放電時定数を大きくするには、コンデ
ンサ４の容量値を大きくする以外に方法がない。

コンデンサ４の容量値が大きくなれば、コンデンサ４の
形状寸法が大きくなるばかりか、抵抗８の電力損失も大
きくなるため、大きな形状寸法の抵抗８を使用する必要
がある。

。一般に、トライア
ックの定格電流容量が大きくなれば、そのゲートトリガ
電流も大きくなるので、コンデンサの放電電流も大きく
する必要がある。

参考のために一例をあげれば、ＩＯＡ程度の定格電流の
トライアックではそのゲートトリガ電流が１５〜３０ｍ
Ａ程度である。

よって、大きな定格容量の大電力トライアックを用いた
従来の半導体スイッチでは、大きな容量のコンデンサ４
を必要とする上に、抵抗８の電力損失が大きいので、そ
の小形化を図ることが非常に困難であるという欠点があ
った。

この発明は、上述の欠点に鑑みてなされたもので、ゲー
トトリガ電流の小さい小電力トライアックを補助トライ
アックとして使用することにより上記ゲートトリガ電流
を供給するコンデンサの容量を著しく小さくすることに
よって、大電力トライアックを用いたスイッチ回路の小
形化を図ることを目的とする。

第２図はこの発明によるスイッチ回路の一実施例を示す
回路図である。

図において、２ａは第２の主電極Ｔ２ａが主トライアッ
ク２の第２の主電極Ｔ２に接続され第１の主電極Ｔ１ａ
が主トライアック、２のゲートＧに接続された補助トラ
イアック、４２は一端が主トライアック２のゲートＧと
補助トライアック２ａの第１の主電極Ｔ１ａとの接続点
に接続され他端が整流ダイオード５を介して交流電源１
と負荷３との接続点に接続されたコンデンサ、８ａは一
端が補助トライアック２ａのゲートＧａに接続され他端
がコンデンサ４ａと整流ダイオード５との接続点に接続
された抵抗である。

押しボタンスイッチ６は一端が補助トライアック２ａの
第２の主電極Ｔ２ａと交流電源１との接続点に抵抗９を
介して接続され他端が補助トライアック２ａのゲートＧ
ａに接続されている。

押しボタンスイッチ７は補助トライアック２ａの第１の
主電極Ｔ１ａとそのゲートＧａとの間に接続されている
。

次に、この実施例のスイッチ回路の動作機構について説
明する。

先ず、押しボタンスイッチ６を押しその接点を閉じると
、正の半サイクルでは、交流電源１から抵抗９、押しボ
タンスイッチ６、補助トライアック２ａのゲー）Ｇａ１
その第１の主電極Ｔ１ａ１主トライアック２のゲート
Ｇ１その第４の主電極Ｔ１、および負荷３を通り交流電
源１へ帰るループ内に電流が流れる。

この電流により補助トライアック２ａが直ちにオン状態
となる。

補助トライアック２ａがオン状態になると、上記電流よ
り大きな電流が補助トライアック２ａから主トライアッ
ク２のゲートＧへ供給され主トライアック２がオン状態
となり、負荷３に交流電源１から電力が供給される。

このとき、交流電源１から主トライアック２の第２の主
電極Ｔ２、そのゲートＧ１コンデンサ４ａ１および整流
タイオード５を通り交流電源１に帰るループ内に電流が
流へこの電流が整流ダイオード５により整流されてコン
デンサ４ａは図示の極性に充電される。

負の半サイクルでは、交流電源１から負荷３、主トライ
アックの第１の主電極Ｔ１、そのゲートＧ１補助トライ
アックの第１の主電極Ｔ１ａ１そのゲートＧａ１押しボ
タンスイッチ６および抵抗９を通り交流電源１へ帰るル
ープ内に電流が流れる。

また、回持にコンデンサ４ａから補助トライアック２ａ
の第」の主電極Ｔ１ ａ ％そのゲートＧａ１および抵
抗８ａを通りコンデンサ４ａへ帰るループ内にコンデン
サ４ａの放電電流が流れ、この放電電流により補助トラ
イアック２ａがオン状態になる。

補助トライアック２ａがオン状態になると、上記放電電
流より大きな電流が補助トライアック２ａから主トライ
アック２のゲー１−Ｇへ供給され主トライアック２がオ
ン状態となり、負荷３に交流電源１から電力が供給され
る。

このように、押しボタンスイッチ６の接点が閉じている
期間中、負荷３に交流電源１から電力が供給され続ける
。

次に、押しボタンスイッチ６が再び開放される場合につ
いて述べる。

押しボタンスイッチ６が正の半サイクルの任意の時点で
開放されると、この正の半サイクルの終りからこれに続
く負の半サイクルに亘りコンデンサ４ａの放電電流が補
助トライアック２ａの第１の主電極ＴＩａからそのゲー
トＧａへ流れるので、この放電電流により補助トライア
ック２ａは上記数の半サイクルのはじめにオン状態とな
る。

補助トライアック２ａがオン状態になると、既述のよう
に、主トライアック２がオン状態になり、交流電源１か
ら負荷３へ電力が供給される。

このように、上記数の半サイクル中でも、コンデンサ４
ａは放電し続けているが、この放電電流が次の正の半サ
イクルのはじめまで補助トライアック２ａのゲートトリ
ガ電流より大きくなるようにコンデンサ４ａの放電時定
数を大きく設定しておけば、次の正の半サイクルのはじ
めに再び補助トライアック２ａがオン状態になると同時
に主トライアック２６オン状態になり、負荷３への電力
供給が維持される。

正の半サイクル中に主トライアック２がオン状態になる
と、コンデンサ４ａが充電され、元の状態にもどる。

したがって、押しボタンスイッチ６が開放されても、コ
ンデンサ４ａ１整流ダイオード５、補助トライアック２
ａ１および抵抗８ａからなる自己保持回路のコンデンサ
４ａの放電時定数により左右される自己保持能力により
交流電源１から負荷３へ電力を供給し続けることができ
る。

次に、押しボタンスイッチ６が負の半サイクルの任意の
時点で開放された場合でも、上述と同様の動作機構によ
り次の正の半サイクルのはじめに補助トライアック２ａ
がオン状態になるので、主トライアック２もオン状態に
なり、引き続き負荷３へ電力が供給される。

以上、押しボタンスイッチ６の接点を正の半サイクル中
に閉じた場合について説明したが、負の半サイクル中に
閉じた場合についてもその動作機構は上述の動作機構よ
り容易に理解できるのでその説明を省略する。

次に、押しボタンスイッチＴの接点を閉じると、補助ト
ライアック２ａの第１の主電極Ｔ１ａとそのゲートＧａ
とが短絡されると同時にコンデンサ４ａの電荷が放電さ
れるので、次の半サイクルで補助トライアック２ａがオ
フ状態になる。

よって、主トライアック２のゲ＝４Ｇヘゲートトリガ電
流が供給されないため、主トライアック２はオフ状態に
なる。

したがって、主トライアック２および補助トライアック
２ａがオフ状態になれば、コンデンサ４ａへの充電ルー
プがなくなるので、コンデンサ４ａは充電されない。

よって、押しボタンスイッチ１が開放されても主トライ
アック２はオフ状態であるので、交流電源１から負荷３
への電力の供給が停止される。

なお、補助トライアック２ａの第１の主電極Ｔ１ａとそ
のゲートＧａとに接続された押しボタンスイッチ１を抵
抗８ａの両端に接続しても差支えない。

この実施例の自己保持能力はコンデンサ４ａの容量値と
抵抗８ａの抵抗値との積からなる放電時定数により左右
される。

ところで、補助トライアック２ａのゲートトリガ電流は
主トライアック２のゲートトリガ電流よりも少なく、少
なくとも１／１０以下にすることが可能であるので、抵
抗８ａの抵抗値を、従来例のスイッチ回路の抵抗８に比
べ、１０倍にすることができる。

よって、コンデンサ４ａの容量値を従来例のスイッチ回
路のコンデンサ４の１７１０にすることができる。

なお、この実施例の抵抗９を二分割し、二分割された抵
抗をそれぞれ主トライアック２の第２の主電極Ｔ２と補
助トライアック２ａの第２の主電極Ｔ２ａとの間および
第２のアノードＴ２ａと押しボタンスイッチ６と間に挿
入しても差支えない。

以上、詳細に説明したように、この発明によれば、主ト
ライアックのゲートとその第２の主電極との間に小電力
の補助トライアックを接続し、この補助トライアックの
第１の主電極とそのゲートとの間にコンデンサと抵抗と
で構成された自己保持回路が接続されているので、次の
ような効果がある。

すなわち、上記補助トライアックのゲートトリガ電流が
主トライアックよりも著しく小さいので、上記自己保持
回路のコンデンサの容量を小さくすることができる。

よって、定格電流の大きい主トライアックを用いたスイ
ッチ回路を製作する場合でも、大容量のコンデンサを使
用することなく、小電力の補助トライアックを１個追加
するだけでよいので、スイッチ回路も比較的簡単である
上に、上記コンデンサの容量が小さくなるため、上記自
己保持回路の抵抗による電力損失も少なく、この電力損
失による上記スイッチ回路の温度上昇もなく、大電力ト
ライアックのスイッチ回路の小形化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はトライアックを用いた自己保持作用を有する従
来のスイッチ回路を示す回路図、第２図はこの発明によ
るスイッチ回路の一実施例を示す回路図である。 図において、１は交流電源、２は主トライアック、２ａ
は補助トライアック、３は負荷、４ａはコンデンサ、５
は整流ダイオード、６は第１の押しボタンスイッチ、γ
は第２の押しボタンスイッチ、８ａは第１の抵抗、９は
第２の抵抗である。 なお、図中同一符号は夫々同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の主電極が交流電源の第４の端子に負荷を介し
   て接続され第２の主電極が上記交流電源の第２の端子に
   接続された主トライアック、この主トライアックのゲー
   トに第１の主電極が接続され第２の主電極が上記主トラ
   イアックの第２の主電極に接続された補助トライアック
   、上記負荷と上記交流電源の第１の端子との接続点に陰
   極が接続された整流ダイオード、上記補助トライアック
   の第」の主電極に一端が接続され他端が上記整流ダイオ
   ードの陽極に接続されたコンデンサ、一端が上記補助ト
   ライアックのゲートに接続され他端が上記コンデンサと
   上記整流ダイオードとの接続点に接続された第１の抵抗
   、一端が上記交流電源の第２の端子に第２の抵抗を介し
   て接続され他端が上記補助トライアックのゲートに接続
   された第１の押しボタンスイッチ、および一端が上記補
   助トライアックの第１の主電極に接続され他端が上記補
   助トライアックのゲートに接続されまたは一端が上記第
   １の抵抗の一端に接続され他端が上記第１の抵抗の他端
   に接続され上記コンデンサの充電電荷を放電させる第２
   の押しボタンスイッチを備え、上記コンデンサの充電電
   荷の上記補助トライアックの第１の主電極とゲートとの
   間および上記＠１の抵抗を通しての放電によっては上記
   交流電源の半サイクルの期間では上記コンデンサの充電
   電荷が所定量以上残るように上記コンデンサの容量値お
   よび上記第１の抵抗の抵抗値が設定され、上記コンデン
   サの充電電荷の上記補助トライアックの第１の主電極と
   ゲートとの間のみの放電によっては上記交流電源の半サ
   イクルの期間中に上記コンデンサの充電電荷が上記所定
   量以下になるように上記コンデンサの容量値が設定され
   たことを特徴とする半導体スイッチ回路。