JPS59501040A - 近接スイツチ回路 - 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】 近接スイッチ回路 本発明は近接スイッチに関し、発振器でインダクンヨンコイルを励振し、金属物 体がスイッチの近傍に接近すると発振強度が変化しこの変化を検出回路で検出し トランジスタ又はサイリスタのような開閉路素子を閉路させろ型の近接スイッチ に関する。このような装置は原理的には良（知られており、−例は英国特許第１ ５６１２１７号に記述されている。

このようなスイッチは・スイッチ内にて低電力消費で又スイッチが゛オン“状態 時の電圧降下が最小であるのが望ましく、本発明の−っの目的はこれらの目標を 満す近接スイッチを提供１−ることである。

今まで知られているスイッチの一つの欠点はそれらがある限定された狭い供給電 源電圧範囲内でのみ使用可能なことであって、製造者は工業的要請にみあった種 々の電圧で使用される多種のスイッチを用意しておく必要があった。本発明のさ らなる目的は、従って広い供給電源電圧範囲で使用可能でしかも電源電圧が高い 際に容認できない程の電力消費を供なわない近接スイッチ回路を供給することで ある。

従って本発明が提供するのは、交流電源て使用し、回路内に組込まれた負荷を制 御するための近接スイッチであって、 特表昭５９−５０１０４０（２） 蓄積キャパシタを含む電源と、 イングクンヨンコイルと、 該コイルを駆動すべく接続された発振器と、該発振器に接続され、前記コイルに 金属物体が近接した際に生じる発振強度の減衰に応して検出信号を出力するレベ ル検出器と、 使用時に前記交流電源に接続される制御入力を備えた制御用能なスイッチ素子と で構成されたスイッチにおいて、 検出信号の発生と同時にスイッチ素子制御入力を励起するように配置された制御 回路と、供給電源電圧に対［〜であらかじめ定められた電圧を作り出し、発振器 及びレベル検出器の必要とする最少電力のみを給電するための前記蓄積キャパシ タとを特徴とする近接スイッチである。

好適に電源は前記蓄積キャパシタの供給電圧を制御するためのツェナーダイオー ドと、該ツェナーダイオードを流れろ制御電流？維持するよ５に配置されたトラ ンジスタ調整回路とて構成されている。

又好適に、前記制御回路は例えばトランジスタのようなケゞ−ト素子を有してい る。

前記スイッチ素子は好適にサイリスタ又はトライアックである。

本発明の一実施例を添伺図をもとに説明する。

第１図は、本発明による実施例の回路図、第２ａ図及び第２１）図は回路内の波 形を示す図、そして 第３ａ図及び第３ｂ図は負荷電流の波形を示す図。

第１図の回路１０は点線で囲まれた部分て導線１２．１４によって制御素子又は リレーコイル又は同等品である負荷（Ｌ）を経由して電源（Ｖ）に接続されてい る。本実施例において電圧（Ｖ）は２４　Ｖ〜２４０ｖの範囲である。■＋″１ Ｂは金属酸化物バリスタでスイッチを２８０Ｖを超えろ外部電圧から保護するた めに備えられている。スイッチの好適な物理構造の一例は係属中の国際特許出願 ＰＣＴ１０Ｂ８１１００２６号に示されている。

全波整流ゾリノジ１６は整流された電流を導線１８．２０に供給・する。スイッ チが゛オン′”状態の時サイリスタＳＣＲは既知の制御方式によって導通状態に あり、負荷を通して電流を通す。

インダク／ヨ／コイルＬ１はトランジスタＴ１、Ｔ２キャパシタＣ１及び抵抗器 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び）（Ｘて構成された発振器で駆動されている。抵抗器ＲＸ は製造中にスイッチの感度を調整するために設定されろ。トランジスタＴ２のベ ースに接続されたトランジスタＴ１のベース・エミツタ路は温度ドリフ）’Ｉｆ ｆ補正するためのものてある。キャパシタＣ２はＴ２が非導通である半周期の間 にＲ３に電流を流し続ける。

金属物体がコイルｒ、　１の近傍に存在すると発振器の負荷となり発振強度を減 衰させる、その結果Ｔ１のベース・エミッタを通してＴ２のベース電流を流し、 トランジスタＴ２のコレクタ電流を減少させる。

Ｔ２のコレクタ電流の減少は、レベル検出回路で検出され、この検出回路は、ト ランジスタＴ３、発光ダイオード（ＬＥＤ　）　２２及び抵抗器Ｒ４〜Ｒ６で構 成されている。トランジスタＴ３は抵抗器Ｒ３での電圧降下が比較的太ぎいため 通常時非導通である。今、属がコイルＬ１に接近すると、先に述べた動作によっ てＴ２のコレクタ電圧が上昇し、Ｔ　３　”を導通にする。抵抗器Ｒ１はトラン ジスタＴ２のベースにフィードバック信号を加えている、このフィードバック量 はＴ３が導通になると減少する。従ってレベル検出器にスナンゾ動作又はヒステ リノス効果を与える。Ｔ３が導通するとＬＥ＋）　２２　ｗ発光させ、その結果 スイッチ状態の可視表示を与えろ。

サイリスタＳＣＲはトランジスタＴ３と先述の電源回路とによって制御される。

本質的に、トランジスタＴ４はサイリスタＳＣＲのトリガをかげるＡＮＤケゞ− トとして作動する、即わちＴ３が導通でかつ電源回路の半周期電圧のある時点て トリガがかけられろ。

この点弧点は発振器及びレベル検出回路に供給されろ電力が、これらの回路動作 に必要十分になった時点に設定されている。従って点弧角は供給電圧が高い時に は小さく、供給電圧が低い時には太きい。

電源回路はツェナーダイオードＺＩＹ含み、導線２０．２４及び蓄積キャパシタ ０４間の最大電圧を制御している。トランジスタＴ６、Ｔ７及びＴ８はサイリス タＳＣＲが非導通時にツェナーダイオードｚｌｖ通って流れる電流を調整する。

トランジスタＴ７及びＴ８は高利得ダーリントン回路として接続され、広範囲の 供給電圧に対して必要な零入力電流を確保している。抵抗器Ｒ１８は漏れ電流Ｙ Ｔ７がらＴ８のベース・エミッタ電圧を５回させ、この漏れ電流が、特に高温状 態でＴ８Ｙ導通させないようにしている。

スイッチが゛オフパ状態の時、トランジスタＴ４従ってサイリスタＳＣＲは非導 通である。全供給電圧が整流ブリッジ１６の出力部で利用でき、これはトランジ スタＴ６、Ｔ７、Ｔ８、ツェナーダイオードＺ１及び抵抗器Ｒ１４とて構成され た電圧調整回路に供給される。ツェナーダイオードｚ１に流れる電流はＲ１４の 値を変えて調節てぎろ。Ｚｌ及びＲ１４に流れる電流が十分大きくなりＲ１４の 電位を上昇させＴ６のベース・エミッタ電圧より高（なった時点て電圧調整が開 始され、Ｔ６を導通にしＴ７のベース電流を短絡する。

この構成をとることにより、ツェナーダイオードＺ１に流れる電流は、供給電圧 の広範な変化及びＣ４かも取られる負荷電流の変動に対しても安定な値となる。

スイッチがオン状態に変化すると、サイリスタＳＣＲのデート点弧角信号はトラ ンジスタＴ５で制御される、このトランジスタＴ５はＺｌ及びＲ，１４を流れろ 電流が十分太き（なりＲ１４ての電圧がＴ５及びＴ６のベース・エミッタ電圧を 超えた時点で強制的に導通にされる、丁なわち、点弧角はＣ４、Ｚｌ、Ｒ１４て できる回路の充電時定数で定まる。結論として高い供給電圧に対しては、第２ａ 図に示すように点弧角αは小さく、一方低い供給電圧に対しては、第２ｂ図に示 すように点弧角αは比較的大ぎい。どちらの場合も発振器及びレベル検出器に供 給されろ電力は等しくこれは第２図において斜線部分で示されている。

キャパシタＣ３は抵抗器Ｒ１２に並列接続された付加電流路であってスイッチの 出力がオン状態にある時にＴ７の付加ベース電流を供給する。抵抗器Ｒ１７は０ ３を流れる電流乞制限する。ダイオードＤ１はＳＣＲが導通時の各半周期部分で の０３の放電路であって、次の半周期が始まるまてにＣ３’、を完全に放電させ ろためのものである。

最終的な結論としては、回路はＳＣＲが非導通状態となる時間、すなわち、供給 電圧及び負荷抵抗のすべての値に対して、調整器が動作できる必要最小限の電力 を供給するだけの時間を調節していると言える。

しかしながら負荷だけは、供給電圧波形はほぼ完全な正弦波である。第６ａ図に 示すように、高い電流では、負荷電流は、電流が調整器を流れている時の短時間 間隔Ａと、電流がＳＣＲを流れている時の長時間間隔Ｂとで構成されている。負 荷電流が低い場合には、領域Ａは第ろ１図に示すように比較的大きい。合成され た負荷電流は各々の場合真の正弦波かられずかに歪んでいて、これはキャパシタ ｃ４の影響である。

第１図に示す回路は、電源投入時の負荷の瞬時励起を防ぐために時間遅れ乞も備 えている。

先行技術におけろスイッチではこのような遅れを出カスイノチ素子に直接作用す るＲＣ回路を付加して構成するのが普通である。第１図に示す回路の１つの長所 は、ツェナーダイオードＺ１が電流を調整し導通させるまで出力ＳＣＲがオン状 態に切換えられない点てあり、これによって時限回路を付加する必要がなくなる 。

一方キャパシタＣ４は電諒投人後の短期間はダーリントンＴ７、Ｔ８ｖ経由して 比較的大ぎな充電電流を受けることができる。この量はトランジスタＴ９及び抵 抗器Ｒ１５、Ｒ１６Ｙ備えることにより制限できろ。

電源投入時キャパシタＣ４の充電電流はＲ１５に流れ、Ｒ１４を経てＴ６のベー スに加えられる電圧を発生させろ。従ってトランジスタＴ６は導通となり、Ｔ７ ０ベース電流を分流させ、Ｔ８から０４への出力電流を制限し、電源投入時の突 入電流を制御する。一度Ｃ４が充電されると、発振器回路を流れる電流は導線２ ６を経由して流れトランジスタＴ９７導通させろ。従って通常動作時は、Ｒ１５ がＴ９によって短絡されるのでＲ１４及びＣ４の下端部は陰極側導線２０に実際 上直接接続さｔ’しているとろなせろ。Ｒ１５を短絡τろＴ９乞備えることによ って、Ｒ１５の値を十分大きくすることができて、Ｃ４の初期充電電流を通常時 のオフ状態の漏れ電流の値程度まて制限することが可能である。Ｔ９が無いと、 Ｒ１５をそれほど大きな値とすると逆に、スイッチの通常時の動作に影響を与え るであろう。しかし実際上の適用にあたっては多くの場合Ｃ４の初期充電電流ン それほどの値に制限する必要はない。このような場合にはＴ９及υ・Ｒ１６を削 除し、発振器からの導線２６を直接導線２０に接続してもかまわない。従ってＲ １５の値は、Ｃ４の初期充電電流を、負荷を作動させない程度に制限するよ５に 十分大ぎく又、一方では、スイッチの通常動作に影響を与えるほど太き（はない 値に選定されろ。

以上供給電圧の広範囲な値にわたって非導通時の漏れ電流が本質的に同等である 改善された近接スイッチ回路が記述されている。本発明により１つの標準設計に より広い範囲の電源電圧に対応することが可能となる。例えば、本発明による１ つのスイッチは以下の特性を有している。

供給電圧　２４Ｖ〜２４０Ｖ 負荷電流　５ｍＡ　〜ろＱ　Ｑ　ｍＡ 非導通時漏れ電流　２　ｍＡ　ｍａＸ・国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　交流電源で使用し、回路内に組込まれた負荷を制御するための近接スイッ チであって、蓄積キャパシタを含む電源と； 該コイルン駆動丁べく接続された発振器と、該発振器に接続され、前記コイルに 金属物体が近接した際に生じる発振強度の減哀に応じて検出信号な出力するレベ ル検出器と、 使用時に前記交流電源に接続される制菌入力を備えた制御可能なスイッチ素子と で構成されたスイッチに検出信号の発生と同時にスイッチ素子制御入力を励起す るよ５に配置された制御回路と、供給電源電圧に対してあらかじめ定められた電 圧を作り出し、発振器及びレベル検出器の必要とする最少電力のみを給電するた めの前記蓄積キャパシタとを特徴とする近接スイッチ。 ２　請求の範囲第１項に記載の近接スイッチにおいて、前記制御回路がＡＮＤ回 路で構成され、前記検出器の出力信号と、前記キャパシタと並列接続された抵抗 器とによって決まるＲＣ時定数で制御されるスイッチ素子の出力とを受けるよう に接続されていることを特徴とする近接スイッチ。 ３　請求の範囲第２項に記載の近接スイッチにお（・て、前記キャパシタにかか る最大電圧を制御するよ５に配置された安定化電源回路２含むことを特徴とする 近接スイッチ。 ４　請求の範囲第６項に記載の近接スイッチにお（・て、前記安定化電源回路が 、ソエナーダイメーードと、該ツェナーダイオードの電流制限用トランジスタ回 路７含むことを特徴とする近接スイッチ。 ５　請求の範囲第４項に記載の近接スイッチにお（・て、前記トランジスタ回路 がダーリントンであることを特徴とする近接スイッチ。 １