(57)【要約】【課題】安定した動作を実現できるリレー駆動回路を提供する。【解決手段】トランス１の１次巻線に接続された直流電源からその１次巻線に供給される電力が、マイコンから供給される連続パルスに基づいて変調され、トランス１の２次巻線の端子間に誘導される電力がリレー６に供給される。これにより、リレー６の駆動電流を豊富に供給することが可能となるので、リップル成分を小さくでき、結果として、安定した動作を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
このトランスの１次巻線に接続された直流電源と、
この直流電源から前記トランスの１次巻線に供給される電力を外部からの制御信号に基づいて変調する変調回路と、
前記トランスの２次巻線の端子間に誘導される電力を、機械的接点を備えた電磁リレーに供給する供給回路と
を備えたことを特徴とするリレー駆動回路。
【請求項２】
前記変調回路は、前記トランスの１次巻線および前記直流電源と直列に接続され、パルス信号によってオンオフするスイッチング素子から構成される
ことを特徴とする請求項１記載のリレー駆動回路。
【請求項３】
前記供給回路は、前記２次巻線の端子間に生じる電力を整流して前記電磁リレーに供給する整流回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２記載のリレー駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁リレーを駆動させるリレー駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼炉の安全リレーには、半導体リレーよりも電磁リレーが使用されることが多い。これは、半導体リレーの特徴である高速応答や長寿命よりも、電磁リレーの特長である耐ノイズ性や耐環境性がより重視されているからである。従来より、電磁リレーをより安全に駆動する回路として、図５、図６に示すようなコンデンサを用いた回路が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５に示す回路では、マイクロコンピュータから供給されるパルス信号が供給されている期間にのみ、リレーをオンとしている。すなわち、パルス信号がハイレベルとなると、トランジスタＱ１がオン状態となり、コンデンサＣ２，Ｃ１に電流が流れてトランジスタＱ２のベース・エミッタ間の電圧が所定のレベルを超えることにより、トランジスタＱ２がオン状態になってリレーのコイルに直流電流が印加される。そのパルス信号がローレベルになると、トランジスタＱ１がオフ状態となり、コンデンサＣ１が放電すると共にコンデンサＣ２がエミッタ・ベース間を通って放電し、この放電電荷によりトランジスタＱ２のオン状態が継続される。続いて、トランジスタＱ２がオフ状態になる前にパルス信号がハイレベルに反転するというように、パルス信号が一定周期でハイレベルとローレベルを繰り返している間は、トランジスタＱ２は常にオン状態を維持し、リレーのコイルに直流電流が印加されることとなる。
【０００４】
図６に示す回路においても、パルス信号が供給されている期間にのみ、リレーをオンにすることが可能である。この図６に示す回路には、図中右端から電源Ｖｃｃを供給し、図中左端にはトランジスタＱ３，Ｑ４のいずれかを動作させるための制御部（図示せず）が接続されている。この制御部としては、例えば、トランジスタ、マイコンまたはこれらに類する機能を有するドライバなどから構成され、制御部と図６に示す回路との接点電圧をハイレベルまたはローレベルに切り替えることによって、トランジスタＱ３，Ｑ４のオンオフの切り替えが可能とされている。すなわち、制御部のハイレベル・ローレベルを間欠的に切り替えることにより、図６の回路にハイレベル・ローレベルのパルス信号を生じさせることが可能となる。ここで、パルス信号がハイレベルとなると、トランジスタＱ３がオン状態となり、接点ａ、抵抗Ｒ７を通過した電流が、トランジスタＱ３を介して接点ｃに到達し、ダイオードＤ２、接点ｄ、コンデンサＣ３および抵抗Ｒ８を介して、最終的に接点ｅに到達する。これにより、コンデンサＣ３が充電されることとなる。そのパルス信号がローレベルになると、トランジスタＱ３がオフ状態になる一方、トランジスタＱ４がオン状態となる。すると、コンデンサＣ３が放電し、この電流が、接点ｄ、ダイオードＤ３を介して接点ｆに至り、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ９ならびにリレーを通過した後、接点ｃを介してトランジスタＱ４に到達する。これにより、コンデンサＣ４およびリレーに電流が供給されるので、コンデンサＣ４が充電されるとともに、リレーがオン状態となる。再度、パルス信号がハイレベルとなると、上述したようにコンデンサＣ３が充電されるとともに、コンデンサＣ４が放電する。このコンデンサＣ４からの電流は、接点ｆ、リレー、抵抗９を介してコンデンサＣ４へと流れる。これにより、リレーに電流が供給されるので、リレーがオン状態となる。このように、パルス信号が一定周期でハイレベルとローレベルを繰り返している間は、コンデンサＣ３，Ｃ４の充電と放電が交互に行われ、リレーに直流電流が供給され続けるので、リレーのオン状態が維持されることとなる。
【０００５】
これらの回路の特徴は、この回路に含まれるあらゆる部品のうち、何れかが故障した場合に対しても、リレーをオフ状態として危険を回避できることである。例えば、リレーをオン状態にするのにはマイコンから連続パルスを供給する必要があり、仮にマイコンの故障でパルスが供給されない場合はオフとなる。また、それ以外の部品故障に対しても必ずオフとなるように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１４５３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図６に示した回路では、リレーの駆動電源としてコンデンサに蓄えられた電力のみを使用するために、リレーの端子間電圧のリップル成分が大きく、リレーの許容リップル電圧の仕様を満足させることが困難であり、動作が不安定になることがあった。
また、図５に示した回路では、トランジスタＱ２をオンにするにあたってコンデンサＣ１、Ｃ２にも電力を供給する必要があるため、電磁リレーへの供給電力の他に余分な電力が必要となり、結果として、電力効率（入力電力に対する出力電力の比）が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、安定した動作を実現できるリレー駆動回路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】
上述したような課題を解決するために、本発明に係るリレー駆動回路は、トランスと、このトランスの１次巻線に接続された直流電源と、この直流電源からトランスの１次巻線に供給される電力を外部からの制御信号に基づいて変調する変調回路と、トランスの２次巻線の端子間に誘導される電力を、機械的接点を備えた電磁リレーに供給する供給回路とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記リレー駆動回路において、変調回路は、トランスの１次巻線および直流電源と直列に接続され、パルス信号によってオンオフするスイッチング素子から構成されるようにしてもよい。
【００１１】
また、上記リレー駆動回路において、供給回路は、２次巻線の端子間に生じる電力を整流して電磁リレーに供給する整流回路をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トランスの１次巻線に接続された直流電源からその１次巻線に供給される電力を外部からの制御信号に基づいて変調し、トランスの２次巻線の端子間に誘導される電力を機械的接点を備えた電磁リレーに供給することにより、リレーの駆動電流を十分に供給することが可能となるので、リレーの端子間電圧のリップル成分を小さくでき、結果として、安定した動作を実現することができる。
また、トランスの１次巻線に供給される電力を制御信号に基づいて変調して、トランスがリレーに電力供給するので、トランジスタを制御信号に基づいてオン・オフさせてコンデンサを充放電させることなくリレーに電力を供給でき、電力の効率を向上させることができる。
さらに、トランスと電磁リレーを用いることにより、リレーを用いて駆動される機器（負荷）と、直流電流との間を二重に絶縁することになるため、たとえ負荷に異常が生じた場合であっても直流電源側への影響を最小に留めることが可能となり、結果として、安全な回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に係るリレー駆動回路における入力パルスの電圧波形を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に係るリレー駆動回路におけるトランスの電圧波形を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明に係るリレー駆動回路におけるリレーの駆動電圧波形を示す図である。
【図３】図３は、従来のリレー駆動回路におけるリレーの駆動電圧波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係るリレー駆動回路におけるリレーの駆動電圧波形の一例を示す図である。
【図５】図５は、従来のリレー駆動回路の構成を示す回路図である。
【図６】図６は、従来のリレー駆動回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係るリレー駆動回路は、トランス１と、このトランス１の１次側巻き線に接続された回路（１次側回路）と、トランス１の２次側巻き線に接続された回路（２次側回路）とから構成される。
【００１６】
１次側回路には、直流電源２が直列に接続されている。また、トランス１と直流電源２との間には、スイッチング素子３と、フューズ４と、フィードバック回路５と、抵抗器Ｒ１とが直列に接続されているとともに、ダイオードＤ１と、このダイオードＤ１に対してそれぞれ直列に接続された抵抗器Ｒ２およびコンデンサＣ１とが並列に接続されている。スイッチング素子３には、抵抗器Ｒ３を介してマイコンからパルス信号が入力される。
【００１７】
２次側回路には、一端が整流用のダイオードＤ２を介して、他端が抵抗器Ｒ４を介してリレー６が直列に接続されている。また、トランス１とリレー６との間には、平滑コンデンサＣ２が並列に接続されている。ここで、ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２とは、整流回路を構成している。この整流回路は、トランス１の２次側よりリレー６に印加される端子電圧を定電圧化し、擬似的に直流電流をリレー６に印加させる働きを持つ。この整流回路を備えない場合、スイッチング素子３により変換されたパルス電圧がリレー６に直に入ってくるので、パルス電圧が比較的低周波であった場合にはリレー６が断続的にオンオフを繰り返す動作を行うようにすることができるが、比較的高周波であった場合にはリレー６の駆動に必要な電流が１周期の間に与えられず、リレー６がオフ状態に固定されてしまう恐れがある。
【００１８】
次に、このような構成のリレー駆動回路の動作について説明する。
【００１９】
スイッチング素子３は、マイコン（図示せず）から連続パルスが入力されると、オンオフを繰り返すことにより直流電源２から供給される直流電圧を、図２Ａに示すようなその連続パルスに同期したパルス電圧に変換する。
【００２０】
変換されたパルス電圧は、トランス１を通して１次側から２次側へと伝達される。このとき、トランス１は、図２Ｂに示すように、１次側から２次側へとパルス電圧を伝達している。
【００２１】
トランス１の２次側に伝達されたパルス電圧は、整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２により再び図２Ｃに示すような直流電圧に変換される。この直流電圧は、リレー６の駆動電圧となり、マイコンからパルスが供給されている間はリレー６をオン状態、パルスの供給が停止している間はリレー６をオフ状態とする。
【００２２】
もし、マイコンやスイッチング素子などが故障して連続パルスが入力されないと、本実施の形態では、２次側回路にリレー６の駆動電圧が供給されなくなる。例えば、故障により、１次側回路からトランス１に対してローレベルまたはハイレベルの電圧しか供給されない状況となった場合、１次側回路に接続された電源が直流電源２であるので、２次側回路には電流が流れなくなる。このように本実施の形態では、故障が生じると２次側回路にリレー６の駆動電圧が供給されなり、リレー６が駆動するのを防ぐことができるので、安全性が高い。
【００２３】
ここで、従来のリレー駆動回路と比較すると、従来のリレー駆動回路では、リレーの駆動電源としてコンデンサに蓄えられた電力のみを使用していたので、図３に示すように、リレー駆動電圧におけるリップル成分が大きくなっていた。この図３の場合、リップル成分は約７Ｖとなっている。これに対して、本実施の形態では、トランス１の持つインダクタとコンデンサに蓄えられた電力をリレー６に供給することが可能となるので、図２Ｃや図４に示すように、リップル成分を小さくすることができる。この図４の場合、リップル成分は４００ｍＶとなっている。なお、本実施の形態では、デューティ比を制御することにより、電圧リップルの形状も制御することもできる。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、トランス１の持つインダクタとコンデンサに蓄えられた電力をリレー６に供給することが可能となり、リレー６の駆動電流がコンデンサの容量によって制御されることがないため、リレー６の駆動電流を豊富に供給することが可能となり、リレー６の端子間電圧のリップル成分を小さくできるので、結果として、安定した動作を実現することができる。また、トランス１の１次巻線に供給される電力を制御信号に基づいて変調して、トランス１がリレー６に電力供給するので、トランジスタを制御信号に基づいてオン・オフさせてコンデンサを充放電させることなくリレー６に電力を供給でき、電力の効率を向上させることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、トランス１を設けることにより、マイコンが接続された１次側回路と、リレー６が設けられた２次側回路とが絶縁されるので、ノイズがマイコン側に伝達されるのを防ぐことができ、結果として、安定した制御を行うことができる。すなわち、マイコン−負荷間が二重に絶縁されるので、負荷短絡などの異常が生じた時であっても安全性を向上させることができる。また、自ら電源を生成することによって、リレー６の駆動電源を不要にでき、かつ、リレー６以外の故障診断のような別の回路にも電源供給が可能となる。とりわけ、リレー６の電力容量が小さい場合には、リレー６の駆動電源として電解コンデンサ等を用いなくてよくなるので、回路の寿命が電解コンデンサの寿命に依存しなくなり、結果として回路の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、リレー６の駆動電圧をスイッチング周波数やＤｕｔｙ比制御により設定することができるので、その時々に応じて、様々なリレーを選択することも可能となる。すなわち、本実施の形態のようにＤＣ電源を用いてトランス１を駆動させるには、スイッチング素子３またはＤＣ／ＡＣコンバータを用いてトランス１の１次側に供給する電流をパルス状あるいはＡＣ電流にする、すなわち変調する必要があるが、変調回路によりトランス１の１次側に供給する電流波形を適宜設定することによって、トランス１の２次側がリレー６へ供給する電圧を変更することができる。
【００２７】
また、トランス１は、１次側入力電圧よりも大きな電圧を２次側電圧としてリレー６へ出力する（昇圧する）ようにしてもよい。従来では、供給電圧に応じてリレーを選択して用いなければならなかったが、本実施の形態では、スイッチング素子３およびトランス１を設けることによって、リレーに適した供給電圧を生じさせることができるので、回路の設計がより容易になる。
【００２８】
さらに、本実施の形態では、マイコンに出力電圧をフィードバックして定電圧制御とさせることにより、安定したリレー制御や診断を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電磁リレーを備えた各種装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…トランス、２…直流電源、３…スイッチング素子、４…フューズ、５…フィードバック回路、６…リレー、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗器。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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