(57)【要約】    【課題】  ２線配線が可能な直流開閉器を提供する。    【解決手段】  直流開閉器SWは、直流電源DCに対して負荷Lと直列接続する半導体スイッチ素子Q1と、半導体スイッチ素子に並列接続した充電回路CHと、充電回路に接続して半導体スイッチ素子のオフ時に充電される充電部CEと、充電部によって付勢されて半導体スイッチ素子をオンさせる駆動回路DRと、半導体スイッチ素子に対する駆動回路の作用を制御する操作スイッチOPとを具備している。【選択図】図３
2011090890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に対して負荷と直列接続する半導体スイッチ素子と；
半導体スイッチ素子に並列接続した充電回路と；
充電回路に接続して半導体スイッチ素子のオフ時に充電される充電部と；
充電部によって付勢されて半導体スイッチ素子をオンさせる駆動回路と；
半導体スイッチ素子に対する駆動回路の作用を制御する操作スイッチと；
を具備していることを特徴とする直流開閉器。
【請求項２】
半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させながら半導体スイッチ素子の両端に電圧降下を生じさせ、この電圧降下を利用して充電回路に電圧を印加して充電部を充電するオン時充電手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の直流開閉器。
【請求項３】
充電部の電圧を検出して検出電圧が所定値を下回ったときにオン時充電手段を動作させる充電部電圧検出手段を具備していることを特徴とする請求項２記載の直流開閉器。
【請求項４】
半導体スイッチ素子の両端電圧を検出する半導体スイッチ素子電圧検出手段と；
半導体スイッチ素子がオフ時の平常時線路電圧を半導体スイッチ素子電圧検出手段により予め測定しておき、半導体スイッチ素子電圧検出手段がオン状態からオフしたときの線路電圧が平常時線路電圧を超えたときに半導体スイッチ素子のインピーダンスを制御する半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段と；
を具備していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の直流開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流線路を介して直流電源に接続する負荷を開閉する直流開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源に接続する負荷をMOSFETからなる直流スイッチ回路を用いて開閉する直流開閉器は既知である（特許文献１、２参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載された第１の直流開閉器は、図８に示すように、コンセント１の直流電源の正極側に接続されている第１の接点１４よりも奥で、プラグの第１の端子２１が接触する位置に第３の接点１６を設け、コンセント第２の接点１５は直流電源の負極側にMOSFET１１を介して接続し、このMOSFETを第３の接点１６と負極側電位との間に接続した分圧抵抗による電位をゲート電極に印加して制御する構成である。
【０００４】
特許文献２に記載された第２の直流開閉器は、図９に示すように、直流電力を給電する負極電線Ｌ２の中途にパワーMOSFETＱ１を介設すると共に、パワーMOSFETＱ１のソースＳは給電側に、ドレインＤは電気機器側に接続し、パワーMOSFETＱ１のゲートＧ及びソースＳには抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点をそれぞれ接続すると共に、各抵抗の接続点とパワーMOSFETＱ１のソースＳとの間にはスイッチＳＷを介設し、スイッチＳＷは、スイッチＳＷのスイッチ操作部５ａによる閉から開の操作により抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の分圧電圧がパワーMOSFETＱ１のゲートＧに印加できる状態から印加された状態となり、スイッチＳＷのスイッチ操作部５ａによる開から閉への操作により抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の分圧電圧がパワーMOSFETＱ１のゲートＧに印加された状態から印加できる状態となるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０３７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９３３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術における第１および第２の直流開閉器には、以下の問題がある。すなわち従来の第１の直流開閉器は、コンセントの内部に組み込む構成であり、使用者などがプラグを抜かない限り直接開閉操作することができない。また、半導体スイッチのMOSFETに寄生容量があるため、電気機器に給電するためにコンセントにプラグを差し込むときに、ノイズによってMOSFETがオンしてコンセントにアークが発生してしまう問題がある。
【０００７】
一方、従来の第２の直流開閉器は、コンセントに差し込む負荷機器に付属するプラグ付コードの途中に接続された操作スイッチに適用するものであって、室内の壁スイッチには適用しにくいという問題がある。すなわち、第２の直流開閉器は、抵抗器Ｒ１とＲ２の直列回路および抵抗器Ｒ２に並列接続したコンデンサＣからなるゲート回路を正極側線路Ｌ１と負極側線路Ｌ２との間に接続している。このため、負荷と直流開閉器とが遠隔位置に分離している態様の室内配線などにおいて、２線配線にできないという問題がある。
【０００８】
本発明は、２線配線が可能な直流開閉器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の直流開閉器は、直流電源に対して負荷と直列接続する半導体スイッチ素子と；半導体スイッチ素子に並列接続した充電回路と；充電回路に接続して半導体スイッチ素子のオフ時に充電される充電部と；充電部によって付勢されて半導体スイッチ素子をオンさせる駆動回路と；半導体スイッチ素子に対する駆動回路の作用を制御する操作スイッチと；を具備している。
【００１０】
上記本発明は、負荷を開閉する手段として半導体スイッチ素子を用いて無接点化するとともに、半導体スイッチ素子のオフ時にはその両端間に直流電源に接続する線路電圧が現れるので、この線路電圧を利用して半導体スイッチ素子の駆動回路を付勢するための充電部を予め充電しておくように構成している。特に半導体スイッチ素子が例えばMOSFETなどのように電圧駆動形の場合、半導体スイッチ素子を駆動するための電力が極めて少なくて済むし、また充電部に２次電池、電解コンデンサまたは電気２重層キャパシタなどを適宜選択することができるから、ある程度の長期間にわたり半導体スイッチ素子がオン状態を継続しても半導体スイッチ素子を所望時にオフさせることが可能である。なお、本発明は、上記必須構成に加えて以下の構成を選択的に付加した態様であることが許容される。これによりさらに機能が向上するので好都合である。
【００１１】
本発明の第１の態様は、半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させながら半導体スイッチ素子の両端に電圧降下を生じさせ、この電圧降下を利用して充電回路に電圧を印加して充電部を充電するオン時充電手段を具備している。
【００１２】
第１の態様は、ある程度を超えた頗る長い期間にわたり半導体スイッチ素子がオン状態を継続しても、その間に充電部を充電可能にしたものである。本態様において、半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させるとは、直流開閉器を経由して直流電源に接続している一般的な電気機器で構成された負荷がほぼ正常に作動し得る範囲内で、短時間の負荷に供給する電圧の低下およびごく短時間の電源電圧遮断が許容される。すなわち、一般的な電気機器は、直流電源電圧が定格値からある程度、例えば１０％程度低下したり、瞬遮補償時間、例えば数十ｍ秒程度遮断されたりしても、作動を継続するように構成されるから、上記電圧低下または上記短時間の遮断であれば、問題ないといえる。
【００１３】
本発明の第１の態様においては、半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させることの好ましい目安を数値で示せば次のとおりである。すなわち、半導体スイッチ素子を経由して負荷に印加する電圧が定常時または定格値に対して５〜１０％低下する状態であるか、または負荷に供給する電圧が一般的には数ｍ秒以下、より好ましくは１００μ秒程度の間瞬断する状態である。なお、上記の負荷に供給する電圧が低下する時間は特段限定されないが、所要の充電を行える範囲内において短いほど好ましい。
【００１４】
負荷印加電圧を低下させるには、半導体スイッチ素子の駆動信号を制御して半導体スイッチ素子の両端間のインピーダンスを増加させればよい。そうすれば、負荷に印加される電圧が応分に若干低下するものの半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させることができる。これと同時に、半導体スイッチ素子のインピーダンスを増加すると、そこには負荷電流が流れているから、半導体スイッチ素子の両端間に負荷電圧を差し引いた電圧降下が生じる。この降下電圧によって充電部を充電することができる。
【００１５】
また、上記に代えて半導体スイッチ素子をごく短時間の間オフさせることによっても、半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させることができる。そして、上記オフ期間中、少なくとも全線路電圧が半導体スイッチ素子の両端間に印加されるので、たとえ短時間であってもこの期間を利用して充電部を充電することができる。
【００１６】
なお、必要に応じて半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させる機会を複数回断続的に設けて充電部を充電することができる。
【００１７】
充電部の充電を開始するきっかけは、充電部の電圧低下の確認および予測のいずれであってもよい。電圧低下を確認するには、充電部に電圧検出手段を配設して所定値を下回ったときに半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させるように構成する。これに対して、電圧低下を予測するには、直流開閉器がオンしたときに計時を開始するタイマを配設して、所定時間を経過するごとに半導体スイッチ素子を実質的にオン状態に維持させるように構成する。
【００１８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の構成に加えて、充電部の電圧を検出して検出電圧が所定値を下回ったときにオン時充電手段を動作させる充電部電圧検出手段を具備している。
【００１９】
第２の態様は、かなりの長期間にわたりオン状態を継続したときなどの理由で充電部の電圧が充電を要する程度まで低下したときに充電が行われるように構成している。
【００２０】
本発明の第３の態様は、前記本発明、第１および第２の態様のいずれか一の構成に加えて、半導体スイッチ素子の両端電圧を検出する半導体スイッチ素子電圧検出手段と；半導体スイッチ素子がオフ時の平常時線路電圧を半導体スイッチ素子電圧検出手段により予め測定しておき、半導体スイッチ素子電圧検出手段がオン状態からオフしたときの線路電圧が平常時線路電圧を超えたときに半導体スイッチ素子のインピーダンスを制御する半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段と；を具備している。
【００２１】
第３の態様は、半導体スイッチ素子のオフ時に線路の配線長などに起因するキックバックで過渡振動が発生するのを抑制するように構成している。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体スイッチ素子のオフ時に半導体スイッチ素子に並列接続した充電回路により充電部を充電しておき、充電部に充電された電気エネルギーを用いて駆動回路を作動させて半導体スイッチ素子をオンするので、負荷と直流開閉器の間が離間していてもそれらの間の配線が２線で済むとともに、内部配線が簡単化されるため小形化が可能で、開閉時のアーク発生がない無接点の直流開閉器を提供することができる。
【００２３】
本発明の態様によれば、本発明の上記効果に加えて以下の効果を奏する。
１．第１の態様によれば、半導体スイッチ素子が長時間オン状態を持続して充電部の電圧が低下した場合であっても、オン時充電手段を動作させることによって半導体スイッチ素子の実質的なオン中に半導体スイッチ素子の両端間に充電に利用できる電圧が現れる。そして、上記電圧で充電部が充電されるので、通電中の負荷に実質的な影響を与えないとともに長期間にわたって半導体スイッチ素子のオン状態が連続しても直流開閉器の開閉機能が損なわれるようなことがない。
２．第２の態様によれば、充電部電圧検出手段が、充電部の電圧を監視する。その結果、充電部の電圧が所定値を下回ったときには、オン時充電手段を動作させるため、充電部の充電が必要時に自動的に行われる。
３．第３の態様によれば、配線長に起因する線路インダクタンスなどによって半導体スイッチ素子がオフしたときの半導体スイッチ素子電圧検出手段が検出した線路電圧が平常時線路電圧を超えると、半導体スイッチ素子のインピーダンスを遮断状態から減少方向へ制御する。これにより線路の抵抗が大きくなる。その結果、過渡振動が抑制されるので、格別のサージアブソーバを用いることなしに負荷に過電圧が印加されるのを軽減ないし防止して、負荷を保護することができる。また、半導体スイッチ素子がオフしたときに過渡振動が発生しない場合には、半導体スイッチ素子が遮断状態を維持するため、そのインピーダンスが減少方向に制御されないので、予め所定の電流低減曲線に沿って過渡電圧の発生を抑制する従来技術を採用した際の過渡期の無駄な電力消費を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を概念的に示すブロック回路図である。
【図２】本発明の直流開閉器の一使用例としての室内照明の電気配線図である。
【図３】本発明を実施するための第１の形態を示す回路図である。
【図４】本発明を実施するための第２の形態を示す回路図である。
【図５】本発明を実施するための第３の形態を示す回路図である。
【図６】本発明を実施するための第４の形態を示す回路図である。
【図７】本発明を実施するための第５の形態を示す回路図である。
【図８】従来の第１の直流開閉器を示す回路図である。
【図９】従来の第２の直流開閉器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２６】
まず、図１を参照して本発明を説明する。
【００２７】
すなわち、本発明の直流開閉器ＳＷは、半導体スイッチ素子Ｑ１、制御回路ＣＣ、充電部ＣＥおよび操作スイッチＯＰを具備している。なお、制御回路ＣＣは、充電回路ＣＨおよび駆動回路ＤＲを包括した回路である。
【００２８】
半導体スイッチ素子Ｑ１は、直流電源ＤＣから延在する直流線路ｌに負荷Ｌと直列接続している。また、半導体スイッチ素子Ｑ１は、その具体的な構成が特段限定されないが、例えばMOSFET、トランジスタおよびＧＴＯなどの半導体素子を用いることができる。特にMOSFETは電圧駆動によりオンさせることができるので、充電部ＣＥの小形化および安価化の要求に対して好適である。
【００２９】
制御回路ＣＣのうち充電回路ＣＨは、半導体スイッチ素子Ｑ１に並列接続して、半導体スイッチ素子Ｑがオフ中に作動して充電素子ＣＥを充電する。また、駆動回路ＤＲは、充電部ＣＥを電源として作動して半導体スイッチ素子Ｑをオンさせる。
【００３０】
充電部ＣＥは、制御回路ＣＣのうち充電回路ＣＨの回路部分に接続して半導体スイッチ素子Ｑ１のオフ時に充電される。また、充電部ＣＥは、その具体的な構成が特段限定されないが、例えば電解コンデンサ、電気２重層キャパシタおよび２次電池などを用いることができる。半導体スイッチ素子Ｑ１にMOSFETを用いるとともに、直流開閉器ＳＷが日常的にオンオフされる使用態様の場合、電解コンデンサを充電部ＣＥとして用いても実用上問題ない。
【００３１】
操作スイッチＯＰは、半導体スイッチ素子Ｑ１と、駆動回路ＤＲの回路部分に接続していて、駆動回路ＤＲを半導体スイッチ素子Ｑ１に作用させたり不作用にさせたりする手段である。すなわち、図１においては、操作スイッチＯＰがオンすると、駆動回路の機能部分が半導体スイッチ素子Ｑ１に接続するので、半導体スイッチ素子Ｑ１をオンさせる。操作スイッチＯＰがオフされると、半導体スイッチ素子Ｑ１はオフする。
【００３２】
次に、図２を参照して本発明の直流開閉器の使用例を説明する。なお、図２において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。図中、Ｒは室内、ＬＭは照明器具、ＷＳは壁スイッチである。
【００３３】
照明器具ＬＭは、室内Ｒの天井に設置され、壁スイッチＷＳでその点滅を行えるように埋め込み配線されている。壁スイッチＷＳは、その内部に図１に示す本発明の直流スイッチＳＷが内蔵されている。
【００３４】
そうして、直流電源ＤＣ、照明器具ＬＭおよび壁スイッチＷＳの間の配線が２線で行われているとともに、壁スイッチＷＳは、半導体スイッチ素子Ｑ１により無接点化されているが、操作性については一般に使用されている機械式の壁スイッチと同様に押し釦やシーソー形ハンドルなどによって操作するように構成することができる。
【００３５】
次に、図３を参照して本発明を実施するための第１の形態について説明する。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００３６】
第１の形態は、半導体スイッチ素子Ｑ１がMOSFETからなる。制御回路ＣＣのうち充電回路ＣＨは、図示極性すなわち充電に対して順方向のダイオードＤ１および抵抗器Ｒ１の直列回路により構成されている。充電部ＣＥは、２次電池により構成されている。なお、２次電池としては、例えばリチウムイオン電池などを用いることができる。
【００３７】
駆動回路ＤＲは、MOSFETのソース・ゲート間に抵抗器Ｒ２が並列接続し、この抵抗器Ｒ２の両端に充電部ＣＥの２次電池が操作スイッチＯＰを介して接続される構成である。
【００３８】
そうして、充電部ＣＥの２次電池が充電されている状態において、操作スイッチＯＰを操作してこれをオフすると、２次電池の電圧が操作スイッチＯＰを介してMOSFETのゲート・ソース間に駆動電圧として印加されるので、MOSFETがオンする。その結果、負荷Ｌが動作する。なお、充電回路ＣＨのダイオードＤ１は、MOSFETがオン時に２次電池が抵抗器Ｒ１およびMOSFETの閉回路内で放電するのを阻止する。
【００３９】
次に、操作スイッチＯＰを操作してこれを開放すると、上記駆動電圧がMOSFETに印加されなくなるから、MOSFETがオフし、負荷Ｌが不作動となる。これに伴ってMOSFETのドレイン・ソース間に直流電源ＤＣの電圧が現れるので、充電回路ＣＨが作動して充電部ＣＥの２次電池が充電され、次に操作スイッチＯＰがオフされるのに備える。
【００４０】
以下、図４ないし図６を参照して本発明を実施するためのその他の形態について説明する。なお、各図において、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００４１】
図４は、本発明の第２の形態を示している。本形態は、第１の形態との対比において、充電回路ＣＨは、抵抗器Ｒ１と、切り換え形操作スイッチＯＰの図において上方に位置する一方の固定接点および可動接点と、の直列回路により構成されている。充電部ＣＥは、電解コンデンサまたは電気２重層キャパシタにより構成される。駆動回路ＤＲは、その抵抗器Ｒ２およびゲートの接続点が切り換え形操作スイッチＯＰの図において下方に位置する他方の固定接点および可動接点を介して充電素子ＣＥの正極に接続している点で第１の形態と相違している。
【００４２】
そうして、操作スイッチＯＰを図示の位置に操作されていると、駆動回路ＤＲが開放されて半導体スイッチ素子Ｑ１のMOSFETに対して駆動電圧が印加されないから、MOSFETがオフとなり、負荷Ｌが不作動となる。これと同時に、MOSFETのドレイン・ソース間電圧が直流電源ＤＣの電圧まで高くなるので、充電回路ＣＨが作動して充電部ＣＥが充電される。
【００４３】
次に、操作スイッチＯＰを操作して可動接点が図示の位置から下方に位置する他方の固定接点に接触すると、充電部ＣＥが駆動回路ＤＲに接続するので、半導体スイッチ素子Ｑ１のMOSFETがオンして負荷Ｌが作動する。これに伴い充電回路ＣＨが操作スイッチＯＰにより開放されるので、充電部ＣＥが充電回路ＣＨおよびMOSFETの閉回路内を不所望に放電しなくなる。
【００４４】
図５は、本発明の第３の形態を示している。本形態は、オン時充電手段ＯＣを具備している。また、オン時充電手段ＯＣは、充電指令手段ＣＩおよび実質的オン状態切換手段ＳＯＣを具備している。
【００４５】
充電指令手段ＣＩは、本形態において、充電部電圧検出手段からなる。充電部電圧検出手段は、例えば電圧比較器などで構成することができ、充電部ＣＥの電圧が予め設定した所定値を下回ったときに充電指令としての検出信号を送出する。なお、上記所定値は、充電部ＣＥの出力電圧が半導体スイッチ素子Ｑ１を所要の高い導通度で確実にオンさせることができる値の下限値以上に設定するのがよい。
【００４６】
また、充電部電圧検出手段は、図５に示す接続態様に代えて、所望により操作スイッチＯＰを経由して充電部ＣＥの両端電圧を検出することにより、半導体スイッチ素子Ｑ１がオン中にのみ充電部ＣＥの電圧検出動作を行うように構成することができる。また、所望により検出電圧にヒステリシス特性を付与しておくことができる。これにより、充電部の電圧が検出信号を送出した際の第１の検出電圧よりさらに高い第２の検出電圧まで高くなったときに検出信号の送出を停止するように構成することが許容される。本変形例によれば、充電動作の安定性および充電の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
実質的オン状態切換手段ＳＯＣは、充電指令手段ＣＩからの指令を受けて操作スイッチＯＰの操作によってオン状態になっている半導体スイッチ素子Ｑ１をごく短時間オフするか半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間のインピーダンスを許容範囲内で大きくすることで実質的にオン状態へ変化させる手段である。例えば、図示のように単安定マルチバイブレータＳＭＢおよびスイッチ素子Ｑ２を用いて実質的オン状態切換手段ＳＯＣを構成することができる。単安定マルチバイブレータＳＭＢは、充電指令手段ＣＩの検出信号に応動して所定時間幅のパルス電圧を出力する。なお、所望により単安定マルチバイブレータＳＭＢの出力電圧パルスの時間幅を可変に構成することができる。スイッチ素子Ｑ２は、操作スイッチＯＰと半導体スイッチ素子Ｑとの間に直列に挿入されていて、単安定マルチバイブレータＳＭＢのパルス電圧出力に同期してオフする。
【００４８】
次に、第３の形態における回路動作を説明する。操作スイッチＯＰがオフして半導体スイッチ素子Ｑ１がオン状態を継続中に充電部ＣＥの電圧が所定値を下回ると、充電指令手段ＣＩがこれを検出して検出信号からなる充電指令を出力する。
【００４９】
充電指令が出力されると、実質的オン状態切換手段ＳＯＣは、これに応動して単安定マルチバイブレータＳＭＢから所定時間幅のパルス電圧が発生する。このパルス電圧に応動した制御によってスイッチ素子Ｑ２が短時間オフするので、半導体スイッチ素子Ｑ１は、そのゲート電位がソースの電位に等しくなるため、ごく短時間オフする態様の実質的オン状態に移行する。
【００５０】
半導体スイッチ素子Ｑ１がごく短時間オフするときに、半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間電圧が少なくとも線路電圧に等しくなるため、充電回路ＣＨが作動して充電部ＣＥの充電が行われる。この充電動作で充電部ＣＥの電圧が回復する。なお、配線長に起因するなどでインダクタンスが負荷回路に存在する場合には、半導体スイッチ素子Ｑ１がオフしたときにキックバックにより電源電圧より高い過渡振動電圧が半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間に発生するので、充電部ＣＥの充電がさらに促進される。
【００５１】
また、上記スイッチ素子Ｑ２の導通度が、単安定マルチバイブレータＳＭＢのパルス出力電圧に対応して短時間低くなるように回路が構成されている場合には、半導体スイッチ素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加される電圧が低下するため、半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間のインピーダンスが短時間の間大きくなる。これに伴い半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間の電圧降下が、例えば５０〜１００Ｖ程度の直流電源電圧において、例えば５〜１０％程度になるとともに、半導体スイッチ素子Ｑ１の駆動電圧は数ないし十Ｖ程度であるから、上記両端間電圧で充電回路ＣＨを作動させるとともに、充電部ＣＥを電源として半導体スイッチ素子Ｑ１の駆動信号を発生させることが可能である。
【００５２】
図６は、本発明の第４の形態を示している。本形態は、充電指令手段ＣＩ´が第３の形態におけるそれとは異なっている。
【００５３】
すなわち、本形態の充電指令手段ＣＩ´は、タイマにより構成されていて、予め設定された所定時間が経過すると自動的に充電部ＣＥを充電する。このため、充電指令手段ＣＩ´は、操作スイッチＯＰを経由して電源となる充電部ＣＥに接続していて、半導体スイッチ素子Ｑ１がオン状態にあるときのみ計時動作を行うように構成されている。なお、タイマの所定時間は、次のように設定するのが好ましい。すなわち、充電部ＣＥの電圧が半導体スイッチ素子Ｑ１の継続オン状態のときに、半導体スイッチ素子Ｑ１を連続して駆動することによって充電部ＣＥに貯留されている電気エネルギーが消耗されて、半導体スイッチ素子Ｑ１を正常に駆動するための所要電圧を下回る可能性が生じる時間経過を考慮して、それより若干短い時間を設定することができる。
【００５４】
そうして、第４の形態においては、操作スイッチＯＰを操作して半導体スイッチ素子Ｑ１をオン状態に切り換えて、負荷Ｌに通電を開始すると、同時にタイマからなる充電指令手段ＣＩ´が動作を開始する。そして、半導体スイッチ素子Ｑ１が継続してオン状態にあると、やがて充電指令手段ＣＩ´が所定の時間経過により充電指令を発する。その結果、実質的オン状態切換手段ＳＯＣが第３の形態におけるのと同様に作動して負荷Ｌに対して通電を行いながら充電部ＣＥが充電される。このため、半導体スイッチ素子Ｑ１が長期間にわたってオン状態を継続しても所望時に確実に半導体スイッチ素子Ｑ１をオフすることができる。
【００５５】
図７は、本発明の第５の形態を示している。本形態は、半導体スイッチ素子Ｑ１をオン状態からオフする際にキックバックによる過渡振動の発生を抑制するように構成したものである。すなわち、図において、符号ＳＶＤは半導体スイッチ素子電圧検出手段であり、ＳＩＣは半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段である。
【００５６】
半導体スイッチ素子電圧検出手段ＳＶＤは、半導体スイッチ素子Ｑ１の両端電圧を検出する。すなわち、半導体スイッチ素子Ｑ１がオフ状態のときには、半導体スイッチ素子Ｑ１の両端に線路電圧が現れるから、これを検知することができる。したがって、半導体スイッチ素子電圧検出手段ＳＶＤは、平常時における平常時線路電圧と、半導体スイッチ素子Ｑ１がオフした際に線路に配線長に伴うインダクタンスに起因する過渡振動が発生し出したときの線路電圧とを検知することができる。
【００５７】
半導体スイッチ素子電圧インピーダンス制御手段ＳＩＣは、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを制御する。例えば、半導体スイッチ素子Ｑ１の駆動信号を制御することで半導体スイッチ素子Ｑ１の両端間の導通度を変化させると、両端間のインピーダンスが変化する。
【００５８】
また、半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段ＳＩＣは、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを遮断状態から過渡振動の制動抵抗として作用し得る程度に減少させることができるから、次の手順でインピーダンス制御を行うことで過渡振動の発生を軽減ないし防止する。
【００５９】
すなわち、半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段ＳＩＣは、第１に平常時線路電圧を予め測定する。なお、平常時線路電圧を記憶しておき、所望時に読み出すために、マイコンやＩＣなどからなる記憶および読出し手段を配設することができる。第２に、半導体スイッチ素子Ｑ１をオン状態からオフした際の半導体スイッチ素子Ｑ１の両端電圧である線路電圧を測定する。第３に第１および第２の上記線路電圧を比較する。その結果、第２の線路電圧が第１の平常時線路電圧を超えたときに、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを制動抵抗として作用し得るように、遮断状態から減少方向へ制御する。
【００６０】
また、上記比較の結果、第２の線路電圧が第１の平常時線路電圧を超えないときには、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを遮断状態に維持する。さらに、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを制御の後、過渡振動が抑制されるか、または軽減された過渡振動が終息するタイミングの後に、半導体スイッチ素子Ｑ１のインピーダンスを遮断状態に戻す。
【００６１】
さらに、半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段ＳＩＣは、例えばマイコンなどを主体とする記憶・演算機能および単安定マルチバイブレータなどの発振回路を主体とする制御信号発生機能を備えた制御回路ＣＣと、スイッチ素子Ｑ３および抵抗器Ｒ３の直列回路を備えたインピーダンス低減回路ＩＤＣと、を用いて構成することができる。さらに詳述すれば、制御回路ＣＣは、半導体スイッチ素子電圧検出手段ＳＶＤの検知出力の制御入力を受けて作動し、半導体スイッチ素子Ｑ１の両端に過渡振動による過電圧が印加され出したときに、スイッチ素子Ｑ３の制御信号を発生するように配設されている。
【００６２】
インピーダンス低減回路ＩＤＣは、スイッチ素子Ｑ３および抵抗器Ｒ３の直列回路が操作スイッチＯＰに並列接続している。スイッチ素子Ｑ３は、トランジスタからなり、そのベースに単安定マルチバイブレータの制御信号発生機能の出力が印加されたときにオンする。
【００６３】
次に、回路動作について説明する。オン状態にある操作スイッチＯＰを操作してオフに切り換えると、半導体スイッチ素子Ｑ１がオフし、その両端間に線路電圧が現れるので、半導体スイッチ素子電圧検出手段ＳＶＤが当該電圧を検知する。そして、平常時の線路電圧を測定して記憶しておき、次に半導体スイッチ素子Ｑ１がオン状態からオフした際に、過渡振動による線路電圧が上昇し出すと、その線路電圧の検知信号が半導体スイッチ素子インピーダンス制御手段ＳＩＣの制御回路ＣＣに制御入力する。
【００６４】
したがって、半導体スイッチ素子Ｑ１がオフした際に、配線長に起因するインダクタンスによってキックバックが発生して半導体スイッチ素子Ｑ１の両端電圧が平常時の回路電圧より高くなり出すと、制御回路ＣＣにおいてその線路電圧と平常時線路電圧とを比較する。その結果、過渡振動の発生を判定すると、制御回路ＣＣは、インピーダンス低減信号を発生する。
【００６５】
上記インピーダンス低減信号は、インピーダンス低減回路ＩＤＣのスイッチ素子Ｑ３のベースに供給され、スイッチ素子Ｑ３がオンする。これにより充電部ＣＥの電圧が抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ２とで分圧され、抵抗器Ｒ２側の分圧電圧が半導体スイッチ素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加される。
【００６６】
半導体スイッチ素子Ｑ１は、上記ゲート電圧の印加によりそのインピーダンスが過渡振動に対する制動抵抗として効果的な値になるように予め設定しているので、過渡振動を制動する。その結果、負荷Ｌには過電圧が印加されないか、印加されても軽減する。
【符号の説明】
【００６７】
ＣＣ…制御回路、ＣＥ…充電部、ＣＨ…充電回路、Ｄ１…ダイオード、ＤＲ…駆動回路、Ｌ…負荷、ｌ…直流線路、ＯＰ…操作スイッチ、Ｑ…半導体スイッチ素子、Ｒ１、Ｒ２…抵抗器、ＳＷ…直流スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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