(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともひとつの電気機械式リレーと、
スイッチング回路と、
マイクロコントローラと、
ドライバ回路と、を備え、
前記少なくともひとつの電気機械式リレーはコイルと少なくとも一対の接点とを含み、
前記少なくとも一対の接点は、前記コイルを流れる電流に応じて、活性化状態と非活性化状態との間を遷移し、
前記スイッチング回路は、前記コイルを流れる電流を制御し、
前記マイクロコントローラは、前記スイッチング回路に第１電圧を提供するオン状態、前記スイッチング回路に第２電圧を提供するオフ状態および前記スイッチング回路にハイインピーダンス入力を提供するフロート状態を生成するよう動作する少なくともひとつの３状態出力を有し、
前記ドライバ回路は、前記マイクロコントローラの前記３状態出力と連携して、
（ｉ）オフ状態からフロート状態への前記３状態出力の遷移が、その遷移を通じて前記リレーの前記接点を非活性化状態のまま維持するよう、かつ、
（ｉｉ）オン状態からフロート状態への前記３状態出力の遷移が、その遷移を通じて前記リレーの前記接点を活性化状態に維持するよう、
前記リレーの前記コイルを流れる電流を制御するよう動作する装置。
【請求項２】
前記ドライバ回路はさらに、前記マイクロコントローラの前記３状態出力と連携して、
（ｉ）前記３状態出力がオフ状態にある場合には前記コイルに電流が実質的に流れないよう、かつ、
（ｉｉ）前記３状態出力がオン状態にある場合には、非活性化状態から活性化状態へ遷移するのに十分な電流が前記コイルを流れるよう、かつ、そのコイルから十分な磁気的な力が得られるよう、
前記リレーの前記コイルを流れる電流を制御するよう動作する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記リレーは前記コイルを流れる電流の関数として磁気的な力を生成するよう動作し、
前記少なくとも一対の接点は前記コイルと磁気的に結合され、
前記接点は、
（ｉ）常時開、すなわち前記コイルを流れる十分に大きくない電流および前記コイルからの十分でない磁気的な力に応じて前記接点は非活性化状態となり、この状態では前記接点は開いており接点間の電流経路を遮断しており、かつ、前記コイルを流れる十分に大きな電流および前記コイルからの十分な磁気的な力に応じて前記接点は活性化状態となり、この状態では前記接点は閉じており接点間に電流経路を生成する、および、
（ｉｉ）常時閉、すなわち前記コイルを流れる十分に大きくない電流および前記コイルからの十分でない磁気的な力に応じて前記接点は非活性化状態となり、この状態では前記接点は閉じており接点間に電流経路を生成し、かつ、前記コイルを流れる十分に大きな電流および前記コイルからの十分な磁気的な力に応じて前記接点は活性化状態となり、この状態では前記接点は開いており接点間の電流経路を遮断する、
のうちのひとつである請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記リレーの前記コイルは、少なくとも、前記接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるのに十分な磁気的な力を生成するためのターンオン電流レベルを要求し、
前記リレーの前記コイルは、少なくとも、前記接点が非活性化状態から活性化状態へ遷移してしまった後にその接点を活性化状態のまま維持するのに十分な磁気的な力を生成するための、前記ターンオン電流レベルよりも実質的に低いホールド電流レベルを要求する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ドライバ回路は、前記マイクロコントローラの前記３状態出力と連携して、前記３状態出力がオン状態のときに前記リレーの前記コイルを流れる電流の大きさが少なくともオン電流レベルとなるよう制御するよう動作する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ドライバ回路は、前記マイクロコントローラの前記３状態出力と連携して、前記マイクロコントローラの前記３状態出力がフロート状態のときに前記リレーの前記コイルを流れる電流の大きさが、前記ホールド電流レベルと前記ターンオン電流レベル以下との間のレベルとなるよう制御するよう動作する請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記マイクロコントローラは、前記接点が活性化状態を達成するのを許すのに十分な期間の間前記３状態出力をオン状態にさせるよう、かつ、実質的にその後すぐ、前記接点を活性化状態のまま維持するために前記３状態出力をフロート状態にさせるよう動作する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ドライバ回路は、前記マイクロコントローラの前記３状態出力と連携して、前記マイクロコントローラの前記３状態出力が（ｉ）オフ状態からフロート状態に遷移する、および、（ｉｉ）オン状態からフロート状態に遷移する、のうちの少なくともひとつであるときに、前記リレーの前記コイルを流れる電流の大きさが、前記ホールド電流レベルと前記ターンオン電流レベル以下との間のレベルとなるよう制御するよう動作する請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記リレーの前記接点は電力源と負荷との間に結合されている請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくともひとつの電気機械式リレーと、
トランジスタと、
マイクロコントローラと、
パルス回路と、を備え、
前記少なくともひとつの電気機械式リレーはコイルと少なくとも一対の接点とを含み、
前記少なくとも一対の接点は、前記コイルを流れる電流に応じて、非活性化状態から活性化状態へ遷移し、
前記トランジスタは制御端子と一対の出力端子とを有し、前記一対の出力端子は前記リレーの前記コイルと直列に結合され、前記一対の出力端子は前記制御端子に対するバイアスに応答し、
前記マイクロコントローラは、前記トランジスタの制御端子に第１電圧を提供するオン状態、前記トランジスタの制御端子に第２電圧を提供するオフ状態および前記トランジスタの制御端子にハイインピーダンス入力を提供するフロート状態を生成するよう動作する少なくともひとつの３状態出力を有し、前記３状態出力は前記トランジスタの前記制御端子と結合され、
前記パルス回路はパルス電圧出力信号を生成するよう動作し、
前記パルス電圧出力信号は、シリーズインピーダンスを通じて、前記マイクロコントローラの前記３状態出力および前記トランジスタの前記制御端子のうちの少なくともひとつと結合される装置。
【請求項１１】
前記リレーは、
前記コイルを流れる電流の大きさがターンオン電流レベルに達するかそれを超える場合にのみ、前記接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるよう、かつ、
その後、前記コイルを流れる電流の大きさが前記ターンオン電流レベルよりも実質的に低いホールド電流レベルに達しているかそれを超えている限り、前記接点を活性化状態のまま維持するよう、動作する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記３状態出力がオフ状態、すなわち前記３状態出力が前記トランジスタの前記制御端子のバイアス電圧を、前記コイルを流れる電流が前記ホールド電流レベルより低くなりかつ前記接点が非活性化状態となる電圧に強制的にする場合、または、
前記３状態出力がオン状態、すなわち前記３状態出力が前記トランジスタの前記制御端子のバイアス電圧を、前記コイルを流れる電流が前記ターンオン電流レベルに達するかそれを超えかつ前記接点が活性化状態となる電圧に強制的にする場合、
前記パルス電圧出力は前記トランジスタの前記制御端子に影響を与えない請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記パルス電圧出力は、前記３状態出力がフロート状態にあるとき、前記トランジスタの前記制御端子にパルスバイアス電圧を提供し、それによって前記トランジスタの前記出力端子は前記コイルにパルス状の電流を流し、このパルス状の電流の平均は前記ホールド電流レベルと前記ターンオン電流レベル以下との間にある請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記マイクロコントローラは、前記接点が活性化状態を達成するのを許すのに十分な期間の間前記３状態出力をオン状態にさせるよう、かつ、実質的にその後すぐ、前記接点を活性化状態のまま維持するために前記３状態出力をフロート状態にさせるよう動作する請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記マイクロコントローラの前記３状態出力が（ｉ）オフ状態からフロート状態に遷移する、および（ｉｉ）オン状態からフロート状態に遷移するのうちの少なくともひとつである場合、前記パルス電圧出力は、前記トランジスタの前記制御端子にパルスバイアス電圧を提供し、前記トランジスタの前記出力端子は前記コイルにパルス状の電流を流す請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記トランジスタはＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴおよびバイポーラトランジスタのうちのひとつである請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
少なくともひとつの電気機械式リレーと、
第１トランジスタと、
第２トランジスタと、
第１比較回路と、
第２比較回路と、
マイクロコントローラと、
バイアス回路と、を備え、
前記少なくともひとつの電気機械式リレーはコイルと少なくとも一対の接点とを含み、
前記少なくとも一対の接点は、前記コイルを流れる電流に応じて、非活性化状態から活性化状態へ遷移し、
前記第１トランジスタは制御端子と一対の出力端子とを有し、一対の出力端子は前記リレーの前記コイルと直列に結合され、前記出力端子は前記制御端子に対するバイアスに応答し、第１インピーダンスは前記コイルと前記第１トランジスタとの直列合成により定義され、
前記第２トランジスタは制御端子と一対の出力端子とを有し、一対の出力端子は前記リレーの前記コイルと直列に結合され、前記出力端子は前記制御端子に対するバイアスに応答し、第２インピーダンスは前記コイルと前記第２トランジスタとの直列合成により定義され、前記第２インピーダンスは前記第１インピーダンスよりも実質的に小さく、
前記第１比較回路は、正入力と、負入力と、前記正入力と前記負入力との間の電位差に応答する第１出力と、を有し、前記第１比較回路の前記負入力は第１参照電位と結合され、前記第１出力は前記第１トランジスタの制御端子と結合され、
前記第２比較回路は、正入力と、負入力と、前記正入力と前記負入力との間の電位差に応答する第２出力と、を有し、前記第２比較回路の前記負入力は第２参照電位と結合され、前記第２出力は前記第２トランジスタの制御端子と結合され、前記第２参照電位は前記第１参照電位よりも高く、
前記マイクロコントローラは、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの制御端子に第１電圧を提供するオン状態、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの制御端子に第２電圧を提供するオフ状態および前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの制御端子にハイインピーダンス入力を提供するフロート状態を生成するよう動作する少なくともひとつの３状態出力を有し、前記３状態出力は前記第１および前記第２比較回路の正端子と結合され、
前記バイアス回路は、前記マイクロコントローラの前記３状態出力がフロート状態にあるときのみ、前記第１および前記第２比較回路の正入力に対して第３参照電位を生成するよう動作し、前記第３参照電位は前記第１参照電位と前記第２参照電位との間にある装置。
【請求項１８】
オン状態にある前記３状態出力は、前記第１および前記第２比較回路の正入力が前記第２参照電位を超えることを強制し、それによって前記第１および前記第２出力は前記第１および前記第２トランジスタをバイアスして導通させ、
前記第２インピーダンスは、前記接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるのに十分な大きさを有する電流を、前記第２トランジスタが前記コイルから引き込み可能となる程度に十分低い請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
オフ状態にある前記３状態出力は、前記第１および前記第２比較回路の正入力が前記第１参照電位より下となることを強制し、それによって前記第１および前記第２出力は前記第１および前記第２トランジスタをバイアスして前記コイルに不十分な電流を流し、その結果前記接点は活性化状態から非活性化状態へ遷移する請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記リレーは、
（ｉ）前記コイルを流れる電流の大きさがターンオン電流レベルに達するかそれを超える場合にのみ、前記接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるよう、かつ、
（ｉｉ）その後、前記コイルを流れる電流の大きさが前記ターンオン電流レベルよりも実質的に低いホールド電流レベルに達しているかそれを超えている限り、前記接点を活性化状態のまま維持するよう、動作し、
フロート状態にある前記３状態出力は、前記バイアス回路が前記第１および前記第２比較回路の正入力に第３参照電圧を印加することを許し、それによって前記第１出力は前記第１トランジスタをバイアスして前記コイルを流れる電流を導通させると共に前記第２出力は前記第２トランジスタをオフにバイアスし、
前記第１インピーダンスは、前記ホールド電流レベルと前記ターンオン電流レベル以下との間の大きさを有する電流を、前記第１トランジスタが前記コイルから引き込み可能となる値とされる請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力の負荷への移送を制御するための方法および装置に関し、特に信頼性を向上させ電力消費を低減する電力制御手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報技術（ＩＴ）装置の部屋（データセンタとしても知られている）は、数百もの、ときには数千ものＩＴ装置のユニットを使用する。各ＩＴ装置は、配電器（ＰＤＵ）のアウトレットにつながれることによって主電源を得る。ＰＤＵもまたＩＴ装置のひとつであり、典型的には、（ａ）ＩＴ装置が（典型的には配電盤から）電力を受ける大電力インレットと、（ｂ）複数の小電力アウトレットと、（ｃ）（オプションで）アウトレットを過電流状態（短絡等）から保護するためのブレーカまたはフューズと、を含む。ＰＤＵは多くの場合、通信および／または入出力インタフェースを介して所定のステータス情報を報告するよう設計される。ステータス情報は、（ａ）所与のＰＤＵのインレットに供給されている電圧と、（ｂ）インレットおよび各アウトレットにどの程度の電力が流れているかと、（ｃ）各ブレーカのトリップ状態（電圧が存在するか否か）と、を含む。
【０００３】
加えて、各ＰＤＵは、マイクロコントローラの信号に応じて出力電圧をオンオフする能力を含んでもよい。この能力は、ＰＤＵの各出力からＩＴ装置の全部ではないにしても多くのものへ移送される電力に対するある程度のソフトウエア制御を可能とする。図１Ａ、図１Ｂはそれぞれ、マイクロコントローラ１２を通じてＰＤＵの単一出力を制御するための従来のシステム１０のブロック図およびタイミングチャートである。システム１０は、マイクロコントローラ１２と、電気機械式リレー１４と、ドライバトランジスタ１６と、を含む。周知の通り、マイクロコントローラ１２は、ＡＣＬＯＡＤとラベルされているＰＤＵの出力へ移送される電力（１２０ＶＡＣ）の状態を制御する信号を、汎用Ｉ／Ｏ（ＧＰＩＯ）ピンに生成することができる。簡潔性および明瞭性の観点から、本明細書はマイクロコントローラ１２のハードウエア、ファームウエアおよび／またはソフトウエア機能については詳述しない。マイクロコントローラ１２がＧＰＩＯピンの信号をターンオンしたりターンオフしたりフロートさせたりするのが望ましい数多くの状況が存在すると言えば十分である。システム１０には数十、数百または数千ものＧＰＩＯピンが存在するかもしれないが、本明細書はひとつのそのようなピンに注目していること、および本明細書の説明はシステム１０の他のＧＰＩＯピンにも拡張されうることを注意しておく。
【０００４】
図１Ｂの上部プロットに示される通り、ＧＰＩＯピンは３状態出力を示す。ＧＰＩＯピンの状態は、ＯＦＦ（例えば、０ボルト）、ＯＮ（例えば、１ボルト）またはＦＬＯＡＴ（例えば、ハイインピーダンス入力）であってもよい。ＧＰＩＯピンがＯＦＦのとき、電位は論理ロー（例えば、０ボルト）であり、ピンは電流を（比較的低いインピーダンスへ）シンクすることができる。ＧＰＩＯピンがＯＮのとき、電位は論理ハイ（例えば、１ボルト）であり、ピンは電流を（比較的低いインピーダンスから）ソースすることができる。ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態のとき、ピンは比較的高いインピーダンスの入力として機能し、マイクロコントローラ１２の外部の回路によって規定される電位をとる。
【０００５】
図１Ａおよび図１Ｂの中間および下部のプロットを参照すると、電気機械式リレー１４はコイルと少なくとも一対の接点とを含む。リレー１４は「常時開」であることが仮定されている。これは、コイルが活性化されていない（コイルに電流が流れていない）場合、接点はＯＦＦ（開）状態をとり、接点間の経路は開いていることを意味する。ＯＦＦ状態においては、１２０ＶＡＣノードからＡＣ負荷への電流経路は存在しない。コイルが活性化されると（コイルに電流が流れると）、コイルが生成する磁場によって接点はＯＮ状態をとり、接点間の経路は閉じられる。ＯＮ状態においては、１２０ＶＡＣノードからＡＣ負荷への電流経路が存在し、負荷は活性化される。
【０００６】
ドライバトランジスタ１６は、ＧＰＩＯピンの電位に応じて、リレー１４のコイルを流れる電流を制御する。図示の例では、ドライバトランジスタ１６はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴである。したがって、ＧＰＩＯピンがＯＮ（ゲートに約１ボルトを印加する）の場合、ドライバトランジスタ１６はターンオンし、（ドレインからソースへの）電流経路を提供し、コイルを通じて電流を引く。コイルおよびドライバトランジスタ１６を通じたインピーダンスは、ＧＰＩＯピンがＯＮの場合にコイルに約３３ｍＡの電流が流れるようなものとされる。上述の通り、コイルを流れる電流は接点を引き寄せ、１２０ＶＡＣノードからＡＣ負荷への経路が確立される。ＧＰＩＯピンがＯＦＦのとき、ピンは電流シンクとなってゲートから電荷が引き出され、ドライバトランジスタ１６のゲートからソースへのバイアスは約０ボルトとなる。したがって、ドライバトランジスタ１６はターンオフし、ドレインからソースへの電流経路は遮断され、コイルには電流が流れなくなる。上述の通り、コイルを流れる電流の欠如は常時開の接点が分離するのを許し、１２０ＶＡＣノードからＡＣ負荷への経路は遮断される。
【０００７】
上述の通り、ＧＰＩＯピンはＦＬＯＡＴ状態をとってもよく、その場合ピンは比較的高いインピーダンスの入力として機能する。そのような状態では、ＧＰＩＯピンは、マイクロコントローラ１２の外部の回路によって規定されるある電圧をとるであろう。図１Ｂでは、そのような電圧はＯＮとＯＦＦとの間のいずこかにあるものとして描かれている。図１Ａには示されていないが、ドライバトランジスタ１６は、ゲートとソースとの間に設けられたシャント抵抗を含む。したがって、ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態のとき、ピンはハイインピーダンス入力特性をとるものの、ドライバトランジスタ１６のシャント抵抗がゲートを放電し、ドライバトランジスタ１６のバイアスは約０ボルトとなる。したがって、ドライバトランジスタ１６はターンオフし、ドレインからソースへの電流経路は遮断され、コイルには電流が流れなくなる。また、接点は離れ、１２０ＶＡＣノードからＡＣ負荷への経路は遮断される。
【０００８】
ＧＰＩＯピンがＯＮまたはＯＦＦからＦＬＯＡＴ状態へ遷移するときに、リレー１４がその状態を変えることは望ましくない。トランジスタ１６のゲートの電位がコイルを通じた電流を引くのに十分ではないと考えられる場合、従来のシステム１０はＧＰＩＯピンがＯＦＦからＦＬＯＡＴ状態へ遷移するときに問題を呈さない。実際、そのような遷移の間、リレー１４はＯＦＦのままとなる（接点開）。不幸にも、ＧＰＩＯピンがＯＮからＦＬＯＡＴ状態へ遷移するときには従来のシステム１０は大きな問題を呈する。その遷移の間に、リレー１４はＯＮ（接点閉）からＯＦＦ（接点開）へ遷移するからである。
【０００９】
ＧＰＩＯピンのＦＬＯＡＴ状態はソフトウエア制御により意図的に設定されうるおよび／または回避されうるが、その状態はまた、様々な理由で意図せずに得られてしまうこともある。例えば、電磁干渉（ＥＭＩ）やマイクロコントローラ１２のある種のリセット条件（例えば、パワーサイクルや新たなファームウエアまたはソフトウエアリセットやユーザによるマニュアルリセットなど）を通じてそのような状態が得られうる。不幸なことに、マイクロコントローラ１２がリセットしＧＰＩＯピンがＯＮからＦＬＯＡＴ状態へ遷移した場合、従来ＰＤＵのシステム１０はリレー１４をターンオフし負荷への１２０ＶＡＣ電力を遮断してしまうので不利である。そのような負荷への電力の遮断は、ＰＤＵから電力を引いているＩＴ装置による非常に重大な望まれない動作を引き起こす可能性がある。多数の別個のＩＴ装置がＰＤＵの対応するリレーから電力を引き、かつ、潜在的に多数の個々のＰＤＵがさらなるＩＴ装置に電力を供給することによって、この課題はさらに悪化する。
【００１０】
従来のシステム１０は、ＰＤＵにおける電力消費の観点からも別の重大な問題を呈する。数千ユニットのＩＴ装置を有するＩＴ装置部屋が数千のリレー１４およびそれに伴うドライバトランジスタ１６を要求する場合を考える。単一負荷についての回路における平均電力消費は、Ｉ×Ｖ＝３３ｍＡ×１２＝３９６ｍＷである。この電力消費に数千の個々の負荷を積算することにより、従来技術のシステム１０がどれほど非効率的であるかが分かる。
【００１１】
システム１０のこの電力非効率性問題は、従来技術では、接点が最初に閉じた後にリレー１４のコイルに流れる電流を変更することによって解決が目指されている。この技術は、リレー１４のコイルおよび接点の物理的電気機械的特性を認識する。特に、常時開の接点（多くの場合、ある種のバネにより開に維持される）の慣性を克服し接点を強制的に閉とするためには、コイルにより高いレベルの電流を流す（したがって、より大きな磁場および力）ことが要求される。このレベルはコイルについての「ターンオン電流」と称され、リレーの製造者によって特定される。いったん閉じられると、接点は閉状態を維持するためにより低いレベルの磁気的な力を要求する。これは、いったん閉じられると慣性は克服されてしまうことを考えると、直感的である。このレベルはコイルについての「ホールド電流」と称され、リレーの製造者によって特定される。ある従来のリレードライバ回路は、リレーをターンオンするために第１電流を使用し、リレーを閉状態のまま維持するために第２のより小さな電流を使用する。この技術はＰＤＵの効率をかなり改善することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のシステムは通常のＰＤＵシステムの生来的ないくつかの欠点の解決を目指している。しかしながら、上述のマイクロコントローラのリセットに応じた負荷への電力の望まれない遮断および電力消費の非効率性の両方の観点から、既知の解法は不十分である。したがって、本分野では、負荷への電力移送を制御する新たな方法および装置であってリセット問題、効率性問題およびシステム信頼性に関する問題の解決を指向する方法および装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
方法および装置は、少なくともひとつの電気機械式リレーと、マイクロコントローラと、ドライバ回路と、を提供する。少なくともひとつの電気機械式リレーはコイルと少なくとも一対の接点とを含む。少なくとも一対の接点は、コイルを流れる電流に応じて、活性化状態と非活性化状態との間を遷移する。マイクロコントローラは、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態およびＦＬＯＡＴ状態を生成するよう動作する少なくともひとつの３状態出力を有する。ドライバ回路は、マイクロコントローラの３状態出力と連携して、（ｉ）ＯＦＦ状態からＦＬＯＡＴ状態への３状態出力の遷移が、その遷移を通じてリレーの接点を非活性化状態のまま維持するよう、かつ、（ｉｉ）ＯＮ状態からＦＬＯＡＴ状態への３状態出力の遷移が、その遷移を通じてリレーの接点を活性化状態に維持するよう、リレーのコイルを流れる電流を制御するよう動作する。
【００１４】
添付の図面と連携して、本明細書の記載から、本発明の他の態様や特徴や利点は当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
説明のために現状好ましい形態が図面に示される。しかしながら、本発明は図示された通りの正確な構成および実装に限定されるものではないことは理解される。
【００１６】
【図１Ａ】従来技術に係るマイクロコントローラおよびリレー回路を使用して負荷への電力移送を制御するシステムを示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステム内のいくつかの信号のタイミングチャートである。
【図２】本発明のひとつ以上の実施の形態に係るマイクロコントローラおよびリレー回路を使用して負荷への電力移送を制御するシステムを示すブロック図である。
【図３】図２のシステム内のいくつかの信号のタイミングチャートである。
【図４】図２のシステムを実装するのに適した回路を示すブロック図である。
【図５】図４の回路内のいくつかの信号のタイミングチャートである。
【図６】図２のシステムを実装するのに適した代替的な回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のひとつ以上の実施の形態は、ＩＴ装置アプリケーション用のＰＤＵでの使用のために設計されてもよく、本明細書ではそのようなＰＤＵにおいて使用されるものとして説明されるが、これは必須ではない。本発明の種々の態様は、リレーまたはリレーの組を通じた負荷への電力を制御することが要求される任意のアプリケーションでの使用に適する。
【００１８】
図２は、本発明のひとつ以上の実施の形態に係るマイクロコントローラ１０２、リレー回路１０４およびスイッチ回路１０６を使用して負荷（符号ＡＣＬＯＡＤ）への電力移送を制御するシステム１００を示すブロック図である。この図２を参照する。システム１００はドライバ回路１０８を含む。ドライバ回路１０８は、従来技術と比較して、システム１００にユニークかつ有利な機能を提供する。
【００１９】
マイクロコントローラ１０２は、ソフトウエア／ファームウエアインストラクションを実行することでリレー回路１０４の所望の動作を達成するよう動作する。より具体的には、マイクロコントローラ１０２によって実行されるソフトウエア／ファームウエアは、マイクロコントローラ１０２の任意の数のＧＰＩＯピンの状態を指示してもよい。一般に、所与のマイクロコントローラ１０２にはＮ個のそのようなＧＰＩＯピンがある。
【００２０】
議論のために、この説明においては、マイクロコントローラ１０２のＧＰＩＯピンに関する多くの特性および定義は最初によく確立され、後に参照により使用される。定義について、所与のＧＰＩＯピンは３状態出力として動作することができる。そこでは、マイクロコントローラ１０２上で実行されているソフトウエア／ファームウエアによって確立されるコマンドに依って、ＧＰＩＯピンの状態はＯＦＦ、ＯＮまたはＦＬＯＡＴのいずれかをとってもよい。
【００２１】
ＯＦＦ状態は論理「ロー」レベルとして定義される。このレベルは任意の適切な電位（多くの場合、約０ボルトまたはグランド）であってもよく、そのような状態ではＧＰＩＯピンは電流を（比較的低いインピーダンスへ）シンクすることができる。ＯＮ状態は論理「ハイ」レベルとして定義され、このレベルもまた任意の適切な電位であってもよい。多くの場合、ＯＮ状態におけるＧＰＩＯピンの実際の電圧は、マイクロコントローラ１０２への動作ＤＣサプライ電圧によって規定される。例示として、そのような論理ハイ電圧レベルは、（グランドに対して）約０．３３３ＶＤＣと約５ＶＤＣとの間のいずこかであってもよく、またより低いまたはより高い電圧レベルも可能である。ＯＮ状態では、ＧＰＩＯピンは（比較的低いソースインピーダンスから）論理ハイ電圧レベルにおいて電流をソースすることができる。ＧＰＩＯピンのＦＬＯＡＴ状態は比較的高いインピーダンス入力に関して定義され、ＧＰＩＯピンはマイクロコントローラ１０２の外部の回路によって規定される電位をとる。
【００２２】
マイクロコントローラ１０２は任意の既知の技術を使用して実現されてもよい。そのような技術は例えば商用マイクロプロセッサや、デジタル信号プロセッサや、ソフトウエアおよび／またはファームウエアプログラムを実行するよう動作可能な任意の既知のプロセッサや、プログラム可能なデジタルデバイスまたはシステムや、プログラム可能なアレイ論理デバイスや、それらの任意の組み合わせであってもよく、また現在利用可能なデバイスおよび／または今後開発されるデバイスを含んでもよい。例示として、マイクロコントローラ１０２はSTMicroelectronicsと称される会社が提供するＳＴＭ３２、ＡＲＭ、ＭＣＵを使用して実現されてもよい。
【００２３】
議論のために、この説明においては、リレー回路１０４の特性に関する多くの定義は最初によく確立され、後に参照により使用される。リレー回路１０４は、コイルと少なくとも一対の接点とを含む少なくともひとつの電気機械式デバイスによって実現されてもよい。コイルはコイルを流れる電流の関数として磁気的な力を生成し、接点はコイルと磁気的に関連する。コイルに十分に大きな電流が流れることにより接点に十分に大きな磁気的な力が働くと、接点の状態が変わる、すなわち開または閉のいずれかになる。
【００２４】
「常時開」接点の場合、非活性化状態は、接点が開いており接点間に電流経路がないことによって特徴付けられる。停止時（コイル電流がない時）およびコイルに流れる電流が接点に作用するには不十分である（コイルからの磁気的な力が不十分である）場合、常時開接点は非活性化状態となる。これに対して、常時開接点の活性化状態は、接点が閉じられ接点間に電流経路があることによって特徴付けられる。コイルに流れる電流が接点を常時開状態から閉状態へと動かすのに十分である（コイルからの磁気的な力が十分である）場合、常時開接点は活性化状態となる。例示を目的として、本明細書の実施の形態は、リレー１０４が常時開接点を含むことを仮定する。これは、ＡＣＬＯＡＤへの電力を制御するのに便利な構成である。
【００２５】
しかしながら、本発明は、常時閉接点が便利でありうるような他の実施の形態も想定していることを注意しておく。「常時閉」接点の場合、非活性化状態は、接点が閉じており接点間に電流経路があることによって特徴付けられる。停止時（コイル電流がない時）およびコイルに流れる電流が接点に作用するには不十分である（コイルからの磁気的な力が不十分である）場合、常時閉接点は非活性化状態となる。常時閉接点の活性化状態は、接点が開いており接点間に電流経路がないことによって特徴付けられる。コイルに流れる電流が接点を常時閉状態から開状態へと動かすのに十分である（コイルからの磁気的な力が十分である）場合、常時閉接点は活性化状態となる。
【００２６】
リレー１０４のコイルおよび接点の機能は、３つの電流レベルによって特徴付けられる。すなわち、電流なし（ＮＯ電流）、ターンオン（TURN-ON）電流および保持（ＨＯＬＤ）電流である。ＮＯ電流状態は、コイルに流れる電流が実質的にゼロである状態として定義され、その状態では、接点は上記で定義された非活性化状態となる。
【００２７】
ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルは、コイルに流れる電流（したがって、磁気的な力）が接点を非活性化状態から活性化状態へ動かすのに十分である状態として定義される。常時開接点の場合、ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルは、常時開接点（多くの場合、この接点はある種のバネで開に維持される）の慣性を克服し、接点を強制的に閉とするのに十分でなければならない。常時閉接点の場合、ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルは、常時閉接点の慣性を克服し、接点を強制的に開とするのに十分でなければならない。ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルはＮＯ電流レベルよりも大きいことは明白であるが、ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルはさらにＨＯＬＤ電流レベルよりも大きい。ＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルは、接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるのに十分な最小のレベルであってもよく、またはその最小レベルとその最小レベルよりも大きな任意の適切なレベルとの間の電流範囲であってもよい。
【００２８】
ＨＯＬＤ電流レベルは、コイルに流れる電流（したがって、磁気的な力）が（接点が既に活性化状態にあると仮定したとき）接点を活性化状態のまま維持するのに十分である状態として定義される。（コイルにＴＵＲＮ−ＯＮ電流を流すことで）いったん接点が活性化状態を達成してしまうと、コイルにより低いレベルの電流が流れ、したがってコイルによってより小さな磁気的な力が生成される場合でも、接点は活性化状態を維持するであろう。したがって、ＨＯＬＤ電流レベルは、接点を（それがすでに活性化されていると仮定した場合）活性化状態のまま維持するのに十分な最小のレベルであってもよく、またはその最小レベルから最小ＴＵＲＮ−ＯＮ電流までであるがＴＵＲＮ−ＯＮ電流には達しない電流範囲であってもよい。
【００２９】
上記定義が与えられた場合、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２のＧＰＩＯピンの３状態出力と連携して、スイッチング回路１０６を駆動し、所望の回路性能が得られるようリレー１０４のコイルを流れる電流を制御する。図３を参照する。図３はシステム１００内のいくつかの信号のプロットを示す。ドライバ回路１０８の性能は、後述のシナリオのうちのひとつ以上によって特徴付けられる。
【００３０】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＦＦ状態の場合、実質的にコイルには電流が流れない。図３のプロットに示されるように、時刻０から時刻ｔ１までの間、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間、および時刻ｔ８以降においては、ＧＰＩＯピンはＯＦＦ状態であり、リレーコイル電流はＯＦＦ（約０ｍＡ）であり、リレー１０４の接点を通じてＡＣＬＯＡＤへ移送される電力はない（接点は非活性化される、または開いている）。
【００３１】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＮ状態の場合、コイルにはＴＵＲＮ−ＯＮ電流が流れる。図３のプロットに示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間においては、ＧＰＩＯピンはＯＮ状態であり、リレーコイル電流はＴＵＲＮ−ＯＮレベル以上であり、リレー１０４の接点を通じてＡＣＬＯＡＤへ電力が移送される（接点は活性化される、または閉じている）。最小のＴＵＲＮ−ＯＮ電流レベルは一般にレベルｉｏｎによって示されており、この例では実際のコイル電流レベルは約３３ｍＡのｉｏｎよりも上である。
【００３２】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態の場合、コイルにはＨＯＬＤ電流が流れる。図３のプロットに示されるように、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間および時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間においては、ＧＰＩＯピンはＦＬＯＡＴ状態であり、リレーコイル電流は最小保持電流ｉｈｏｌｄ以上であり、かつ、最小ターンオン電流レベルｉｏｎよりも小さい。この例では、ＨＯＬＤ電流レベルは約１５ｍＡであり、以下に詳述される所定の条件下においてのみ、リレー１０４の接点を通じてＡＣＬＯＡＤへ電力が移送される（接点は活性化される、または閉じている）。
【００３３】
特に、３状態出力ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態の場合、コイルにはＨＯＬＤ電流が流れるというドライバ回路１０８の第３の機能特徴は、いくつかの非常に有利な結果を導く。
【００３４】
マイクロコントローラ１０２は、リレー１０４のコイルおよびスイッチング回路１０６における電力消費を抑えるために、ＧＰＩＯピンに（意図的に）ＦＬＯＡＴ状態となるよう指示をしてもよい。例えば、マイクロコントローラ１０２は、ＧＰＩＯピンに十分な期間ＯＮ状態となるよう指示を出すことで接点を活性化状態にし、かつ、その後実質的にすぐに、３状態出力にＦＬＯＡＴ状態となるよう指示を出すことで接点を活性化状態のまま維持するよう動作してもよい。図３を参照すると、マイクロコントローラ１０２は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ＧＰＩＯピンにＯＮ状態となるよう指示を出している（この期間は、接点を活性化状態、閉状態とするのに十分な期間である）。この期間中のリレー１０４のコイルおよびスイッチング回路１０６における電力消費は、１２×０．０３３＝３９６ｍＷに等しい。その後実質的にすぐに（例えば、電力消費量の低減の恩恵を得るのに十分なほどすぐに）、マイクロコントローラ１０２は時刻ｔ２においてＧＰＩＯピンにＯＮ状態からＦＬＯＡＴ状態へ遷移するよう指示を出し、かつ、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間はＦＬＯＡＴ状態のまま維持するよう指示を出す。ＦＬＯＡＴ状態に維持すると、リレー１０４の接点は活性化状態に維持される。この期間中のリレー１０４のコイルおよびスイッチング回路１０６における電力消費は、１２×０．０１５＝１８０ｍＷに等しい。したがって、それが現実的な場合にリレー１０４のコイルにＨＯＬＤ電流レベルを適用することによって、システム１００の全体的な効率をかなり改善することができる。
【００３５】
特に、３状態出力ＧＰＩＯピンのＯＮ状態からＦＬＯＡＴ状態への遷移（時刻ｔ２における）は、ＡＣＬＯＡＤへの電力の移送を妨げない。むしろ、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と連携して、コイルの電流をＨＯＬＤ電流レベルに設定し、したがって遷移を通じてリレーの接点を活性化状態のまま維持する。
【００３６】
さらに、例えばリセット等に起因する、ＧＰＩＯピンをＦＬＯＡＴ状態にするような任意の予期しない指示が発生しても、接点の状態はそのような予期しない条件が発生する直前の状態のまま維持される。例えば、時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までのシステム１００の状態を考える。その期間中、マイクロコントローラ１０２は予定通り意図的にＧＰＩＯピンにＦＬＯＡＴ状態となるよう指示する（したがって、リレー１０４の接点を活性化状態のまま維持する）。時刻ｔ３において、マイクロコントローラ１０２が（例えばリセットに起因して）予期せずＧＰＩＯピンにＦＬＯＡＴ状態となるよう指示した場合、リレー１０４の接点はそのような予期せぬ状況を通じて活性化状態のまま維持される（変化なし）。
【００３７】
そのような予期せぬ状況（例えばリセット）がクリアされた後、マイクロコントローラ１０２はルーチンを繰り返すことで接点が適切な状態にあることを確かにする。例えば、マイクロコントローラ１０２は、時刻ｔ４においてＧＰＩＯピンに十分な期間ＯＮ状態となるよう指示を出すことで接点を活性化状態にし、かつ、その後実質的にすぐに（例えば、時刻ｔ５において）、３状態出力にＦＬＯＡＴ状態となるよう指示を出すことで接点を活性化状態のまま維持するよう動作してもよい。このときのコイル電流はＨＯＬＤ電流レベルであり、比較的小さい。
【００３８】
マイクロコントローラ１０２がＧＰＩＯピンをＦＬＯＡＴ状態にするような他の予期しない指示は、ＧＰＩＯピンがＯＦＦ状態であるときに生じうる。例えば、時刻ｔ６から時刻ｔ７の直前までのシステム１００の状態を考える。その期間中、マイクロコントローラ１０２はＧＰＩＯピンにＯＦＦ状態となるよう指示し続けている（リレー１０４のコイルには電流は供給されておらず、ＡＣＬＯＡＤへは電力は供給されていない）。時刻ｔ７において、マイクロコントローラ１０２が（例えばリセットに起因して）予期せずＧＰＩＯピンにＦＬＯＡＴ状態となるよう指示した場合、接点はそのような予期せぬ状況を通じて非活性化状態のまま維持される（変化なし）。ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と連携して、コイルにＨＯＬＤ電流レベルを提供するので（ＨＯＬＤ電流レベルは接点についての最小ターンオン電流よりも小さいものとして定義される）、電流および磁気的な力は接点を非活性化状態から活性化状態へ遷移させるのに十分ではない。したがって、図３に示される通り、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間コイル電流は約０ｍＡから約１５ｍＡまで上昇するものの、接点は非活性化（開）のまま維持され、ＡＣＬＯＡＤへは電力は供給されない。
【００３９】
そのような予期せぬ状況（例えばリセット）がクリアされた後（時刻ｔ８において）、マイクロコントローラ１０２はルーチンを繰り返すことで接点が適切な状態にあることを確かにする。この適切な状態は、この場合、非活性化状態である。したがって、時刻ｔ８において、マイクロコントローラ１０２はＧＰＩＯピンにＯＦＦ状態となるよう指示する。
【００４０】
システム１００の上述の機能的特徴は多くの異なる手法で実装可能であり、そのような実装の全ては本発明によってカバーされるよう意図されている。そのようなさらなる実装のなかに、図４に示されるシステム１００Ａがある。システム１００Ａは、前述のマイクロコントローラ１０２およびリレー回路１０４を含む。スイッチング回路１０６はひとつ以上のトランジスタ１０６Ａを使用して実装されてもよい。そこでは、トランジスタはＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＢＪＴ等の任意の適切なタイプのものであってもよい。例示として、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴが示されており、これは好適に動作することが見出されている。トランジスタ１０６Ａは、制御端子（ゲート）と、一対の出力端子（ドレインおよびソース）と、を含む。一対の出力端子はリレー１０４のコイルとグランドとの間にそのコイルと直列に結合されている。ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴの特性にしたがうと、ドレインとソースとの間の導電性はゲートに印加されるバイアス電圧に応じたものとなる。ゲート電圧がソース電圧を超えて上昇すると、トランジスタ１０６Ａを通じたドレイン−ソース経路の導電性は上昇する。マイクロコントローラ１０２の３状態出力ＧＰＩＯピンはトランジスタ１０６Ａのゲートと結合されている。そのような結合は、ゲートへの直接的接続またはある種の抵抗（不図示）を通じた間接的な接続を含んでもよい。
【００４１】
ドライバ回路１０８は、パルス電圧出力信号を生成するよう動作するパルス回路１１０を含む。パルス電圧は直列インピーダンスＲ１を通じて、マイクロコントローラ１０２の３状態出力ＧＰＩＯピンおよびトランジスタ１０６Ａのゲートのうちの少なくともひとつと結合されている。言い換えると、Ｒ１のトランジスタ１０６Ａへの正確な接続は、直接的な接続であるか、または他のインピーダンス（不図示）を通じてのものであってもよい。図５はシステム１００Ａのいくつかの信号を示すグラフである。図５を参照すると、パルス電圧出力は所定の周期を伴う矩形波であってもよい。例示として、パルス電圧出力は３３ｋＨｚにおいて５５／４５デューティサイクルを示してもよい（望まれる場合および適切な場合、他の信号特性が使用されてもよいことは理解される）。
【００４２】
システム１００Ａの動作について、マイクロコントローラ１０２の３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＦＦ状態の場合、実質的にコイルには電流が流れない。ＯＦＦ状態では、ＧＰＩＯピンは低インピーダンスの電流シンクとして動作し、トランジスタ１０６Ａのゲートから電荷を引き出すことでゲート−ソース間を約０ボルトとする。したがって、トランジスタ１０６ＡはＯＦＦとなり、コイルには電流が流れず、接点は非活性化される。ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻０から時刻ｔ１、時刻ｔ６から時刻ｔ７および時刻ｔ８以降における特性を生成する。
【００４３】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＮ状態のとき、コイルにはＴＵＲＮ−ＯＮ電流が流れる。ＯＮ状態では、ＧＰＩＯピンは低インピーダンスの電流ソースとして動作し、トランジスタ１０６Ａのゲートに電荷を供給することでゲート−ソース間にある正の電圧を提供する。例示として、電圧は０．３３３ボルトと５ボルト以上との間にあってもよい。したがって、トランジスタ１０６ＡはＯＮとなり、コイルに電流が流れ、接点は活性化される。上述の例について、コイルおよびトランジスタ１０６Ａのドレイン−ソース電導のインピーダンスは、ＧＰＩＯピンがＯＮ状態の場合にコイルに約３３ｍＡの電流が流れるようなものとされる。したがって、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻ｔ１から時刻ｔ２の間および時刻ｔ４から時刻ｔ５の間における特性を生成する。
【００４４】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態のとき、コイルにはＨＯＬＤ電流が流れる。ＦＬＯＡＴ状態の場合、ＧＰＩＯピンの特性は、ハイインピーダンス入力の特性となる。したがって、ＧＰＩＯ（したがって、トランジスタ１０６Ａのゲート）の電圧は、マイクロプロセッサ１０２の外部の回路によって規定される。Ｒ１の値が適切である（例えば、ＧＰＩＯピンのハイインピーダンスよりもかなり低い値）と仮定した場合、トランジスタ１０６Ａのゲートの電圧はパルス回路１１０によって規定されるであろう。したがって、図５の上部のプロットに示される通り、ゲート電圧は、３３ｋＨｚでの４５／５５デューティサイクルにしたがって、正の電圧へパルス的に上昇し、ゼロ電圧へまた戻る。本例においては、パルス電圧出力のハイレベルは約１−５ボルトの範囲とされる。パルス電圧出力がハイ（約１−５ボルト）のとき、トランジスタ１０６Ａのゲート−ソース電圧は同様にハイとなり、トランジスタ１０６Ａは電流を通す。その期間中、図５の下部のプロットに示される通り、コイルを流れる電流は上昇する。パルス電圧出力がロー（約０ボルト）のとき、トランジスタ１０６Ａのゲート−ソース電圧は同様にローとなり、トランジスタ１０６Ａはオフとなる。その期間中、コイルを流れる電流は低下する。コイルを流れる電流の上昇および低下は、ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態にある限り続く。コイルおよびトランジスタ１０６Ａのドレイン−ソース電導のインピーダンスは、ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態の場合にコイルに約１５ｍＡの平均電流が流れるよう設定されてもよい。パルス回路１１０からのパルス電圧のデューティサイクルが４５パーセントハイおよび５５パーセントローであることを思い出すと、コイルを流れる電流は０．４５×３３ｍＡ＝１４．８ｍＡ（すなわち、約１５ｍＡ）である。その結果、平均リレーコイル電流は最小保持電流ｉｈｏｌｄ以上であり、かつ、最小ターンオン電流レベルｉｏｎよりも小さい。したがって、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻ｔ２から時刻ｔ４の間、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間および時刻ｔ７から時刻ｔ８の間における特性を生成する。
【００４５】
さらなるシステムの実装が図６に示されている。システム１００Ｂは、前述のマイクロコントローラ１０２およびリレー回路１０４を含む。スイッチング回路１０６は第１および第２トランジスタ１０６Ａ、１０６Ｂを使用して実装されてもよい。そこでは、それらのトランジスタはＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＢＪＴ等の任意の適切なタイプのものであってもよい。例示として、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴが使用されている。各トランジスタ１０６Ａ、１０６Ｂは、制御端子（ゲート）と、一対の出力端子（ドレインおよびソース）と、を含む。一対の出力端子はリレー１０４のコイルとグランドとの間にそのコイルと直列に結合されている。コイルと第１トランジスタ１０６Ａのドレインとの間に、直列接続の形でインピーダンスＲが含まれている。本例においては、コイルと第２トランジスタ１０６Ｂのドレインとの間には直列インピーダンスは含まれていない。しかながら、本明細書の記載から当業者には明らかな通り、そのようなインピーダンスはＲよりもかなり低いものである限り含まれてもよい。したがって、第１インピーダンスは、コイルのインピーダンスとインピーダンスＲと第１トランジスタ１０６Ａの（トランジスタがオンのときの）コンダクタンスとの直列合成によって定義される。同様に、第２インピーダンスは、コイルのインピーダンスと第２トランジスタ１０６Ｂの（トランジスタがオンのときの）コンダクタンスとの直列合成によって定義される。結果として、第２インピーダンスは第１インピーダンスよりも実質的に低くなることが意図されている。
【００４６】
ドライバ回路１０８は第１および第２比較回路Ｕ１、Ｕ２を含む。それらの回路は既知の利用可能な任意のデバイスを使用して実現されてもよい。各比較回路Ｕ１、Ｕ２は正入力（＋）と、負入力（−）と、出力と、を含む。出力は、対応する正入力と負入力との間の電位差に応答する。例えば、負入力（−）の電位が正入力（＋）の電位よりも高い場合、出力は比較的低いインピーダンスの電流シンクとして動作し、例えば約０ボルトの低い電位をとる。逆に、負入力（−）の電位が正入力（＋）の電位よりも低い場合、出力は比較的低いインピーダンスの電圧ソースとして動作し、例えば約１−５ボルトの高い電位をとる。ある実装では、比較回路は「オープンコレクタ」出力を示す。この出力は、負入力（−）の電位が正入力（＋）の電位よりも低い場合に出力に所望の高い電位を生成するために、ある種のプルアップ回路（例えば、電圧源への抵抗）を必要とする。
【００４７】
第１電圧分割器は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とを含み、これらの抵抗は供給電圧Ｖ（約１ボルトＤＣ）とグランドとの間に直列に結合されている。Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５＝１０キロオームであると仮定すると、第１参照電位は抵抗Ｒ５に亘るものとして定義され、約０．３３３ＶＤＣである。第２参照電位は抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５に亘るものとして定義され、約０．６６７ＶＤＣである。
【００４８】
第１コンパレータＵ１の負入力（−）は第１参照電位と結合され、Ｕ１からの第１出力は第１トランジスタ１０６Ａのゲートと結合される。第２コンパレータＵ２の負入力（−）は第２参照電位と結合され、Ｕ２からの第２出力は第２トランジスタ１０６Ｂのゲートと結合される。
【００４９】
マイクロコントローラ１０２の３状態出力ＧＰＩＯピンは第１および第２比較回路Ｕ１、Ｕ２の正端子と結合されている。第２電圧分割器は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを含む。第２電圧分割器は、ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態にあるときのＧＰＩＯピンの第３参照電位を規定する。例示として、第３参照電位は第１参照電位と第２参照電位との間にあってもよく、例えば約０．５ボルトであってもよい。
【００５０】
システム１００Ｂの動作について、マイクロコントローラ１０２の３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＦＦ状態の場合、実質的にコイルには電流が流れない。ＯＦＦ状態では、ＧＰＩＯピンは低インピーダンスの電流シンクとして動作し、Ｒ１とＲ２との間の電圧をグランドに引き下げることで第１および第２コンパレータＵ１、Ｕ２の正入力（＋）を約０ボルトとする。その結果、第１および第２コンパレータＵ１、Ｕ２の正入力（＋）を基準とした場合の負入力（−）のネット電圧は正（０．３３３ボルト）となる。これにより、第１および第２トランジスタ１０６Ａ、１０６Ｂのゲート−ソース電圧はゼロに向かう。したがって、トランジスタ１０６Ａおよび１０６ＢはＯＦＦとなり、コイルには電流が流れず、接点は非活性化される。したがって、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻０から時刻ｔ１、時刻ｔ６から時刻ｔ７および時刻ｔ８以降における特性を生成する。
【００５１】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＯＮ状態のとき、コイルにはＴＵＲＮ−ＯＮ電流が流れる。ＯＮ状態では、ＧＰＩＯピンは低インピーダンスの電圧ソースとして動作し、Ｒ１とＲ２との間の電圧を高電圧へと駆動し、第１および第２コンパレータＵ１、Ｕ２の正入力（＋）を約１−５ボルトとする。その結果、第１および第２コンパレータＵ１、Ｕ２の負入力（−）と比べた場合の正入力（＋）のネット電圧は正（０．３３３ボルト）となる。これにより、第１および第２トランジスタ１０６Ａ、１０６Ｂのゲート−ソース電圧はある高電圧（例えば、１−５ボルト）に向かう。したがって、トランジスタ１０６Ａおよび１０６ＢはＯＮとなり、コイルにＴＵＲＮ−ＯＮ電流が流れ、接点は活性化される。上述の例について、コイルおよび対応するトランジスタ１０６Ａ、１０６Ｂのドレイン−ソースコンダクタンスのインピーダンスの組み合わせは、ＧＰＩＯピンがＯＮ状態の場合にコイルに約３３ｍＡの電流が流れるようなものとされる。したがって、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻ｔ１から時刻ｔ２の間および時刻ｔ４から時刻ｔ５の間における特性を生成する。
【００５２】
３状態出力ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態のとき、コイルにはＨＯＬＤ電流が流れる。ＦＬＯＡＴ状態の場合、ＧＰＩＯピンの特性は、ハイインピーダンス入力の特性となる。したがって、ＧＰＩＯの電圧は第１電圧分割器によって規定され、特に０．５ボルトの第１参照電位である。その結果、第２コンパレータＵ２の正入力（＋）を基準とした場合の負入力（−）のネット電圧は正（０．３３３ボルト）となる。したがって、第２トランジスタ１０６Ｂのゲート−ソース電圧はゼロとなり、トランジスタ１０６Ｂはオフとなり、コイルを通じて第２トランジスタ１０６Ｂのドレインに入る電流は流れない。対照的に、０．５ボルトの第１参照電位によって、第１コンパレータＵ１の負入力（−）と比べた場合の正入力（＋）のネット電圧は正（０．３３３ボルト）となる。これにより、第１トランジスタ１０６Ａのゲート−ソース電圧はある高電圧（例えば、１−５ボルト）に向かう。したがって、トランジスタ１０６ＡはＯＮとなり、コイルおよび抵抗Ｒおよび第１トランジスタ１０６Ａのドレイン−ソースを通じてＨＯＬＤ電流が流れる。したがって、第１インピーダンスが適切に設定されると仮定すると、ＧＰＩＯピンがＦＬＯＡＴ状態のときにコイルを流れる電流は約１５ｍＡである。言い換えると、リレーコイル電流は最小保持電流ｉｈｏｌｄ以上であり、かつ、最小ターンオン電流レベルｉｏｎよりも小さい。したがって、ドライバ回路１０８はマイクロコントローラ１０２と協働して、図３のプロットに示される時刻ｔ２から時刻ｔ４の間、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間および時刻ｔ７から時刻ｔ８の間における特性を生成する。
【００５３】
本明細書において本発明は特定の実施の形態を参照して説明されたが、これらの実施の形態は本発明の原理および応用を説明するための単なる例であることは理解されるべきである。したがって、説明された実施の形態に対する種々の変形が可能であり、他の構成もまた請求の範囲によって規定される本発明の思想、範囲から離れることなく創出されうることは理解されるべきである。
【図１Ａ】
0005602314.tif 000002
【図１Ｂ】
0005602314.tif 000003
【図２】
0005602314.tif 000004
【図３】
0005602314.tif 000005
【図４】
0005602314.tif 000006
【図５】
0005602314.tif 000007
【図６】
0005602314.tif 000008