(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続され、制御回路により駆動制御される少なくとも第１，第２の負荷を有するとともに、その内の何れか一方側の負荷がリレーを介して駆動されるように構成された負荷制御回路において、上記リレーを介さない他方側の負荷を優先して駆動制御する優先駆動制御手段を設け、該優先駆動制御手段により駆動制御される上記他方側の負荷の電圧信号により、上記一方側の負荷を駆動制御する上記リレーの開閉タイミングを決定するようにしたことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
上記他方側の負荷の優先駆動制御時において上記他方側の負荷にかかる電圧を、上記一方側の負荷の駆動制御に用いるゼロクロスタイミングの信号源としたことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、リレー接点開閉時のアーク放電を防止した負荷制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リレーを介して負荷を駆動制御する負荷制御装置が、従来から知られている。その場合、例えば一般的に採用される機械式の接点を有する有接点リレーにおいては、リレー接点の接触抵抗による電力損失が、半導体スイッチング素子などの無接点リレーのオン抵抗による電力損失よりも十分に小さいために、大きな負荷電流を流すことができ、また放熱板を用いる必要がないという特徴をもっている。しかし、他方負荷電流の開閉時に接点間でアーク放電が起きるので接点の劣化が著しくなり、開閉頻度を余り多くできず、また信頼性が悪くなるなどの問題を有している。
【０００３】
そこで、このような問題を解決した従来例として、例えば交流電源のゼロボルトに同期した信号を発生する電源同期信号発生手段と、リレー接点が開閉した位相を検知する開閉位相検知手段と、上記電源同期信号発生手段からの電源同期信号と上記開閉位相検知手段からの開閉位相検知信号とを各々入力し、それらの時間差を測定する時間差測定手段およびこの時間差測定手段からの測定信号に基いて上記リレー接点の駆動位相を決定する駆動位相決定手段を有する制御部と、この制御部からの出力信号によって上記リレーを駆動するリレー駆動制御手段とからなり、上記交流電源のゼロボルト近辺でリレー接点の開閉を行うようにしたものがある（例えば特公平３−３３２５号公報参照）。
【０００４】
このようなリレー駆動方式を採用した負荷制御装置によれば、交流電源のゼロボルト近辺でリレーの接点の開閉を行うことができるようになるために、負荷電流の開閉時にリレー接点間で起きるアーク放電が抑えられ、リレー接点の寿命が向上し、信頼性も高くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなリレー駆動方式の負荷制御装置の構成の場合、その公報明細書および図面の記載から明らかなように、その実施に際して、例えばダイオードブリッジ、抵抗、フォトカプラなどからなる電源同期信号発生手段や、ダイオードブリッジ、抵抗、フォトカプラなどからなる開閉位相検知手段、また上記電源同期信号発生手段からの電源同期信号と上記開閉位相検知手段からの開閉位相検知信号とを各々入力し、それらの時間差を測定する時間差測定手段等を必要とし、コストがかかり、かつ回路構成が複雑になる欠点がある。特に、上記の構成では、別個に設けたゼロクロス信号発生回路に交流電源電圧を印加し、その出力として連続したゼロクロス信号を取り出し、その１つをリレー制御開始のスタートタイミングとするものであるために、連続したゼロクロス信号を得る必要がある。
【０００６】
本願発明は、そのような問題を生じさせることなく、リレーを介さずに駆動される所定の負荷を優先して駆動するようにし、該負荷の駆動時における電圧信号により、容易に他の負荷の適正なリレー駆動制御タイミングを決定できるようにすることにより、簡単な構成で、上記従来のものと同様の機能を実現することができるようにした負荷制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【０００８】
（１）  請求項１の発明
この発明の負荷制御装置は、交流電源に接続され、制御回路により駆動制御される少なくとも第１，第２の負荷を有するとともに、その内の何れか一方側の負荷がリレーを介して駆動されるように構成された負荷制御回路において、上記リレーを介さない他方側の負荷を優先して駆動制御する優先駆動制御手段を設け、該優先駆動制御手段により駆動制御される上記他方側の負荷の電圧信号により、上記一方側の負荷を駆動制御する上記リレーの開閉タイミングを決定するようになっている。
【０００９】
該構成では、上記のように、リレーを介して駆動される一方側の負荷とリレーを介さずに駆動される他方側の負荷との少なくとも２組の負荷の内、例えばリレーを介さずに駆動される他方側の負荷の方を優先して駆動する優先駆動制御手段を設け、該優先駆動制御手段による他方側の負荷の駆動時の電圧信号により上記リレーを介して駆動される一方側の負荷を駆動するリレーの開閉タイミングを決定するだけの簡単な構成で、最終的に適切な開閉タイミング（ゼロボルト近辺）でのリレー駆動制御を実現することができる。
【００１０】
従って、前述した従来のものと同様に負荷電流の開閉時にリレー接点間で起きるアーク放電を有効に抑制することができるようになり、リレー接点寿命が向上するとともに、製品間の寿命のばらつきも小さくすることができる。
【００１１】
その結果、負荷制御装置としての信頼性が向上し、必要に応じて例えばリレーによる負荷電力のデューティ制御なども可能となる。
【００１２】
（２）  請求項２の発明
この発明の負荷制御装置は、上記請求項１の発明の構成において、上記他方側の負荷の優先駆動制御時において上記他方側の負荷にかかる電圧を、上記一方側の負荷の駆動制御に用いるゼロクロスタイミングの信号源とするようになっている。
【００１３】
したがって、該構成では、上記のように、リレーを介して駆動されることを必須要件とはしない他方側の負荷の方を優先して駆動する優先駆動制御手段を設けた場合において、該優先駆動制御手段による他方側の負荷の優先駆動制御時において該他方側の負荷にかかる交流電源電圧信号のゼロクロスタイミングを基準として上記一方側の負荷を駆動する例えばリレーの開閉制御スタートタイミングを適正に決定することができ、確実に交流電源のゼロボルト近辺でのリレー駆動を実現することができるようになる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本願発明によれば、例えばリレー駆動制御開始のスタートタイミング等のリレー駆動タイミングを決定するために、従来のような電源のゼロクロス信号発生回路を別に設ける必要が無くなり、また連続したゼロクロス信号を取り出す必要も無く、容易に同リレー駆動タイミングを決定することができるので、その回路構成が大幅に簡素化され、低コストになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本願発明の実施の形態に係る負荷制御装置の構成を示している。
【００１６】
先ず図１は、同負荷制御装置が適用された所定の負荷３，４の駆動制御回路図である。
【００１７】
図中、符号１は交流電源（以下、単にＡＣ電源という）、２は該ＡＣ電源１の電源電圧ＶＡＣ（図２の（ａ）を参照）を平滑コンデンサＣ、抵抗Ｒ1、ダイオードＤ1よりなる平滑整流回路（半波整流回路）を介して平滑整流した直流電源電圧Ｖｃｃ（図２の（ｂ）を参照）を出力する直流電源、Ｒｓはリレーのリレー接点、３は同リレー接点Ｒｓを介して駆動される例えば湯沸器用メインヒータ等の第１の負荷、４はトライアックＴＲＣを介して駆動される例えば湯沸器用保温ヒータ等の第２の負荷、５はサージ電圧吸収用のダイオードＤ4および出力抵抗Ｒ2を備え、抵抗Ｒ3を介して第２の負荷４のＯＮ，ＯＦＦに対応してＯＮ，ＯＦＦ駆動されるトランジスタＱ1よりなる負荷開閉時間検出回路、６はリレー（ＲＹ，Ｒｓ）の駆動状態をリレー駆動回路７を介して制御し、上述の第１の負荷３に対する電源の供給状態を制御するとともに、抵抗Ｒ4を介してトライアックＴＲＣをＯＮ，ＯＦＦし、第２の負荷４に対する電源の供給状態を制御する制御ユニット（制御手段）、ＲＹはリレーのリレーコイル、Ｄ5はリレーコイルＲＹのサージ電圧吸収用のダイオード、７はＯＮ動作時において上記リレーコイルＲＹを励磁するリレー駆動トランジスタＱ2とその動作電圧設定用の抵抗Ｒ7，Ｒ8よりなるリレー駆動制御回路、８は分圧抵抗Ｒ5，Ｒ6とクランプダイオードＤ2，Ｄ3よりなるリレー接点開閉時間検出回路である。
【００１８】
上記制御ユニット６は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、アナログデジタル変換ポート等を備えたマイクロプロセッサにより構成され、上記ＲＡＭ内に上記負荷開閉時間検出回路５により検出された負荷開閉時間検出信号Ｖｉ1（図２の（ｅ）参照）と上記リレー接点開閉時間検出回路８により検出されたリレー接点開閉時間検出信号Ｖｉ2をそれぞれ対応する入力ポートＰｉ1，Ｐｉ2を介して入力する。
【００１９】
以上の構成において、上記第１の負荷３および第２の負荷４への電源の供給は、例えば一方の動作状態（ＯＮ又はＯＦＦ）により他方の動作状態（ＯＮ又はＯＦＦ）が特に制限されるものではなく、相互に独立に制御される。
【００２０】
すなわち、上記第１の負荷３への電源供給はそれ自体の必要に応じてＯＮ又はＯＦＦされ、また第２の負荷４への電源供給もそれとは別の必要に応じて任意にＯＮ又はＯＦＦ制御される。
【００２１】
上記第２の負荷４と直列に接続された例えばトライアック（第２の負荷開閉手段）ＴＲＣが閉じているときは、上記制御ユニット６の出力ポートＰｏ2からの駆動出力Ｖｏ2はＨレベルにあり、トライアックＴＲＣの両端の電圧はゼロボルトである。他方、トライアックＴＲＣが開いているときは、上記駆動出力Ｖｏ2はＬレベルにあり、上記負荷開閉時間検出回路５から上記交流電源１の電源電圧信号（図２の（ａ）参照）に同期した矩形信号Ｖｓａｔが取り出せる。
【００２２】
図２のタイミングチャートは、上記リレー接点Ｒｓが開状態から閉状態に移る時のタイミングチャートである。
【００２３】
今、例えば湯沸器のマグネットプラグがＡＣ電源１に接続されるなどして上記第１の負荷３へ電流を流す指示がくると、上記制御ユニット６は、それに対応してその本来の駆動出力に優先する制御電圧Ｖｓ（図２の（ｃ）参照）を発生させ、それを駆動出力Ｖｏ2として出力して上記トライアックＴＲＣに印加して優先して駆動制御する。そして、その駆動制御期間（図２のＴｓ１〜Ｔｓ２）の間それまでの駆動出力のレベル（Ｈ又はＬ）如何にかかわらず、また同トライアックＴＲＣの両端の電圧がゼロボルトであるか、または上記矩形信号Ｖｓａｔであるかにかかわらず、図２に示すように上記電源電圧ＶＡＣのゼロクロスＴｎ2の少し手前で優先して上記駆動出力Ｖｏ2をＬレベルにして当該トライアックＴＲＣをＯＦＦにする。
【００２４】
このトライアック優先駆動制御期間（Ｔｓ１〜Ｔｓ２）中には、上記交流電源１の電源電圧ＶＡＣの半サイクル成分（Ｔｎ２〜Ｔｎ３）が含まれているので、このＴｓ1〜Ｔｓ2期間中、上記負荷開時間検出回路５は、例えば図２（ｅ）の入力信号Ｖｉ1に示すように半サイクルの矩形信号を発生する。そこで、この入力信号Ｖｉ1の立ち下がりのタイミングＴｎ3をリレー開閉制御のスタートタイミングＴＡと決定する。
【００２５】
このリレー開閉制御スタートタイミングＴＡをトリガーとして計時（タイマーカウント）される上記リレー接点Ｒｓが閉じられた時間Ｔｘは上記リレー接点開閉時間検出回路８で検出され、そのタイミングをリレー接点Ｒｓの劣化を抑えるリレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）内にコントロールすることにより、適切なリレー駆動制御回路を構成することができる。
【００２６】
図３は、上記図２のタイミングチャートで説明した上記リレー開閉制御のスタートタイミングＴＡから接点が閉じられるまでのリレー接続時間Ｔｘの間の制御動作を示すタイミングチャートである。
【００２７】
今例えば、上記第１の負荷３に電流を流す指示があったとすると、先ず上記図２のタイミングチャートで示した方法で決めた上記スタートタイミングＴＡから実際のリレー接点Ｒｓを閉じる動作が始まる。
【００２８】
すなわち、図３のタイミングチャートの（ｂ）に示すように、上記スタートタイミングＴＡからの所要動作時間として事前に定められ、上記制御ユニット６のＲＡＭ中に保存されている一定のリレー駆動待ち時間（基本駆動時間）Ｔ1後にリレー駆動制御回路としてのリレーコイルＲＹに電流が流れ始め、図３の（ｃ）に示すように、個々のリレーの作動特性により定まる特定の接点動作時間Ｔｓ1後にリレー接点ＲｓがＯＮになり、第１の負荷３に電流が流れる。
【００２９】
この時、リレー接点Ｒｓは時間Ｔｘ1で閉じ、上記リレーの接点Ｒｓの損傷をさけることができるリレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）の範囲外にある。又、上記制御ユニット６は上記時間Ｔｘ1が上記リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）外にあることを検知し、次のリレー接点ＲｓＯＮのタイミングでのリレー駆動待ち時間Ｔ1の補正時間Ｔｈ1を演算し、上記ＲＡＭ中に記憶する。
【００３０】
上記のようにして第１の負荷３への電源供給が終了して一旦リレー接点Ｒｓが開き、次に再び上記第１の負荷３に電流を流す指示があった時は、上記図３のタイミングチャートの（ｄ）に示すように、上記のリレー駆動待ち時間Ｔ1は補正値Ｔｈ1を加えた値（Ｔ1＋Ｔｈ1）になり、上記スタートタイミングＴＡからＴ1＋Ｔｈ1後に、リレー駆動回路７が作動してリレーコイルＲＹに電流が流れ始め、図３の（ｅ）に示すように、上記リレー接点動作時間Ｔｓ1の後にリレー接点ＲｓがＯＮになり、第１の負荷３に電流が流れる。
【００３１】
すなわち、該場合には前回のリレー接点ＲｓのＯＮ時に比べて補正時間Ｔｈ1だけ遅れたタイミングでリレー接点ＲｓがＯＮになる。
【００３２】
そして、同リレー接点Ｒｓは最終的に時間Ｔｘ2で閉じる。
【００３３】
この値が図３のタイミングチャート（ｅ）のように、リレー接点最適開閉時間（Ｔｂ〜Ｔａ）の範囲に入っている場合、制御ユニット６は次の補正値Ｔｈ2は計算せず、この補正値Ｔｈ1を維持しつづけ、次のリレー接点ＲｓのＯＮ時にもこの補正値Ｔｈ1のままで動作する。
【００３４】
他方、このリレー接点接続時の時間Ｔｘ2が、上記リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）外の時、制御ユニット６は検出時間Ｔｘ2の値により決定される補正値Ｔｈ2を演算し、ＲＡＭ内に記憶する。その結果、次に負荷に電流を流す指示があった時の上記スタートタイミングＴＡからのリレー駆動待ち時間は、Ｔ1＋Ｔｈ1＋Ｔｈ2となり、図３のタイミングチャート（ｅ）の場合よりも、さらに時間Ｔｈ2だけ遅れたタイミングでリレー接点Ｒｓが閉じる。
【００３５】
以上の動作が、リレー接点Ｒｓの接続時間Ｔｘ2が上記リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）に入るまで繰り返して行われ、やがて上記リレー接点Ｒｓの接続時間Ｔｘ2が上記リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）内になる。
【００３６】
また、連続動作中にも上記リレー接点Ｒｓの接続時間Ｔｘ2は、上述のリレー接点開閉時間検出回路８で検出し続けられ、リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）から接続時間Ｔｘ2がはずれると、その値からリレー駆動待ち時間の補正値を計算して再補正するので、上記リレー接点Ｒｓの接続時間Ｔｘ2はリレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｂ〜Ｔａ）内に戻る。
【００３７】
次に図４は、上記リレーの接点Ｒｓが開かれる場合のタイミングチャートである。
【００３８】
この図において、リレー接点Ｒｓを開くときのリレー接点動作時間Ｔｓ2は、リレー接点Ｒｓを閉じるときのリレー接点動作時間Ｔｓ1とは異なるので、リレー接点Ｒｓを開くときのリレー駆動待ち時間Ｔ2は、閉じるときのリレー駆動時間Ｔ1とは異なるが、図４のタイミングチャートから理解されるように、上記図３のリレー接点Ｒｓを閉じる時と略同様の動作により、リレー接点最適開閉時間範囲（Ｔｃ〜Ｔｄ）内でリレー接点Ｒｓが開くように適切に開タイミングが補正され、同様の適正な開タイミングが実現される。
【００３９】
（変形例）
なお、図５は上記図１の負荷開閉時間検出回路５とリレー接点開閉時間検出回路８を共通に構成した開閉時間検出回路１０を設けた本実施の形態の負荷制御装置の変形例の回路である。このように各開閉時間の検出回路を共通化することにより、回路構成を一段と簡素化することができる。
【００４０】
この場合において、駆動出力Ｖｏ2の優先する制御電圧Ｖｓｐを例えば図２のタイミングチャートの（ｆ）〜（ｈ）に示すように時間Ｔｓ3まで発生させるようにすると、トライアックＴＲＣの動作状態（ＯＮ又はＯＦＦ）によって、相互に異なった信号として発生する負荷開閉時間検出信号とリレー接点Ｒｓの開閉時間検出信号とが混合されるのを防ぐことができる。
【００４１】
以上のように、この発明の負荷制御装置の構成では、交流電源１に接続され、制御回路により駆動される少なくとも第１，第２の負荷３，４を有するとともに、その内の何れか一方側の負荷３がリレー接点Ｒｓを介して駆動されるように構成された第１，第２の負荷３，４の駆動制御回路において、上記リレー接点Ｒｓを介さずに駆動制御される他方側第２の負荷４を本来の駆動に優先して駆動制御する優先駆動制御手段を設け、該優先駆動制御手段による他方側第２の負荷４の駆動制御時において当該他方側の第２の負荷４にかかる交流電源１の電源電圧信号により上記一方側第１の負荷３を駆動する上記リレー接点Ｒｓの開閉スタートタイミングＴＡを決定するようになっている。
【００４２】
該構成では、上記のように、先ず上記第１，第２の少なくとも２組の負荷３，４の内、リレー接点Ｒｓを介さずに駆動される他方側第２の負荷４の方を本来の駆動に優先して駆動する優先駆動制御手段を設け、該優先駆動制御手段による他方側第２の負荷４の優先駆動制御時において当該他方側第２の負荷４にかかる交流電源１の電源電圧信号により上記一方側第１の負荷３を駆動するリレー接点Ｒｓの開閉スタートタイミングＴＡを決定するだけの簡単な構成で、最終的に電源電圧のゼロボルト近辺での適切なリレー開閉タイミングを実現することができる。
【００４３】
従って、前述した従来のものと同様に負荷電流の開閉時にリレー接点間で起きるアーク放電を有効に抑制することができるようになり、リレー接点寿命が向上するとともに、製品間の寿命のばらつきも小さくすることができる。
【００４４】
その結果、負荷制御装置としての信頼性が向上し、必要に応じて例えばリレーによる負荷電力のデューティ制御なども可能となる。
【００４５】
そして、それらの結果、この発明の負荷制御装置によれば、後述のようにリレー制御開始のスタートタイミングを決定するためのゼロクロス信号発生回路を別に設ける必要が無くなる。また連続したゼロクロス信号を取り出すこと無くスタートタイミング信号を取り出すことができるので、その回路構成が大幅に簡素化される。
【００４６】
なお、以上の実施の形態の構成では、上述のような制御を開始するためのスタートタイミングＴＡを、あくまでも一例としてＡＣ電源のゼロクロスポイントに対応させて設定したが、これは要するにＡＣ電源に同期するポイントであれば、どのポイントであっても良いことは言うまでもない。
【００４７】
また以上の実施の形態では、上述のようにリレー接点Ｒｓの開閉時間を検出する方法でのスタートタイミング決定方法を説明をしたが、これはリレー接点Ｒｓの開閉時の電圧を測定するようにして行っても同等の効果を得ることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る負荷制御装置を適用して構成した負荷駆動制御回路の構成を示す電気回路図である。
【図２】同負荷駆動制御回路のリレー接点開閉動作時の制御開閉タイミングを決定するタイミングチャートである。
【図３】同負荷駆動制御回路のリレー接点閉動作時のタイミングチャートである。
【図４】同負荷駆動制御回路のリレー接点開動作時のタイミングチャートである。
【図５】同負荷駆動制御回路の変形例の構成を示す電気回路である。
【符号の説明】
１はＡＣ電源、２は直流電源、３は第１の負荷、４は第２の負荷、５は負荷開閉時間検出回路、６は制御ユニット、７はリレー駆動回路、８はリレー接点開閉時間検出回路である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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