(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度と共に変化するパフォーマンス特性を有し、スイッチング段階及びホールド段階を含む複数の動作段階を備えるリレーと、
線形電圧レギュレータを備え、少なくとも前記スイッチング段階中及び前記ホールド段階中に予め選択された電流を前記リレーに供給するように構成されたリレー制御回路と、
前記線形電圧レギュレータの出力部及び前記リレーに結合された抵抗と、
を備え、
前記予め選択された電流は、前記リレーの温度の変化にもかかわらずほぼ一定のままであり、
前記リレーは、前記スイッチング段階中に非励起位置から励起位置に遷移するように構成され、
前記リレーは、前記ホールド段階中に前記励起位置を維持するように構成された正確に制御されるリレー回路。
【請求項２】
最小電圧から最大電圧まで変化する電圧を前記リレー制御回路に供給するように構成された電源を更に備え、
前記予め選択された電流は、前記リレー制御回路に供給される電圧の変化にもかかわらずほぼ一定のままである請求項１に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項３】
前記線形電圧レギュレータは、
電源に結合された入力部と、
前記リレーに結合された調整入力部と、
を備える請求項１に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項４】
前記調整入力部は、ダイオードを用いることによって前記リレーに結合され、前記ダイオードのカソードは、前記リレーに結合される請求項３に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項５】
前記リレー制御回路は、前記リレーに対する電流の流れを制御するように構成された外部回路を備える請求項１に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項６】
前記リレー制御回路は、前記抵抗及びリレーに接続したＭＯＳＦＥＴスイッチを備え、
前記ＭＯＳＦＥＴスイッチは外部回路によって制御される請求項１に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項７】
前記線形電圧レギュレータは、
電源に結合された入力部と、
前記抵抗に結合された出力部と、
前記ＭＯＳＦＥＴスイッチに結合された調整入力部と、
を備える請求項６に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項８】
前記正確に制御されるリレー回路の動作特性は、前記リレーの温度の変化にもかかわらずほとんど変化しないままである請求項１に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項９】
前記動作特性は、動作時間及び開放時間を含む請求項８に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１０】
前記温度は２５℃から８５℃の範囲内で変化する請求項８に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１１】
前記定電流は、前記リレーの温度の変化にかかわらず２％未満しか変化しない請求項１０に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１２】
前記正確に制御されるリレー回路の動作特性は、前記リレーの温度の変化にかかわらず２％未満しか変化しない請求項１０に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１３】
前記温度は２５℃から−５５℃の範囲内で変化する請求項８に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１４】
前記定電流は、前記リレーの温度の変化にかかわらず２％未満しか変化しない請求項１３に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１５】
前記正確に制御されるリレー回路の動作特性は、前記リレーの温度の変化にかかわらず２％未満しか変化しない請求項１３に記載の正確に制御されるリレー回路。
【請求項１６】
温度と共に変化するパフォーマンス特性を有し、スイッチング段階及びホールド段階を含む複数の動作段階を備えるリレーと、
線形電圧レギュレータを備え、少なくとも前記スイッチング段階中及び前記ホールド段階中に予め選択された電流を前記リレーに供給するように構成されたリレー制御回路と、
最小電圧から最大電圧まで変化する電圧を前記リレー制御回路に供給するように構成された電源と、
前記線形電圧レギュレータの出力部及び前記リレーに結合された抵抗と、
を備え、
前記予め選択された電流は、前記リレー制御回路に供給される電圧の変化にもかかわらずほぼ一定のままであり、
前記リレーは、前記スイッチング段階中に非励起位置から励起位置に遷移するように構成され、
前記リレーは、前記ホールド段階中に前記励起位置を維持するように構成された正確に制御されるリレー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、リレーの動作特性を正確に制御するシステムに関する。更に詳しくは、本発明は、供給電圧及び温度の変化にもかかわらずリレーに定電流を供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リレーを、一般的には正確なタイミングを必要としない条件下で動作させる。しかしながら、一部の用途において、リレーの動作特性の正確な制御が必要となることがある。リレーの重要な動作特性は、動作電圧(operating voltage)、開放電圧(release voltage)、動作時間及び開放時間を含む。常開接点を有するリレーに対して、動作電圧は、そのような動作電圧の印加に従ってリレーを閉じるのに必要な最小リレーコイル電圧となる。開放電圧は、そのような電圧が減少し又はなくなるときに接点を開く前に接点を閉じた状態にする最大リレーコイル電圧となる。動作時間は、リレーコイル電圧を印加してから接点が閉じるまでに経過する時間である。開放時間は、リレーコイル電圧がなくなってから接点が開くまでの時間である。
【０００３】
電磁リレーの動作は、移動部の質量、部品間の摩擦力、設計の機械的な利点、接点に近づくよう可動質量(movable mass)を移動させるリレーモータ又はソレノイドによって生成される磁力等の物理的な特性によって支配される。必要な接触力を付与するのに要求される移動部の質量、部品間の摩擦力及び機械的な利点は、一般的に温度によって変化しない。リレーモータ又はソレノイドによって生成される磁力は、コイルの巻数及びコイルの巻線を流れる電流に正比例する。コイルの巻数は固定されているが、コイルの巻線材料の抵抗、したがって、コイル電流は、巻線材料の抵抗の温度係数に従って温度とともに変化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リレーの動作特性は、コイル抵抗に従って変化するコイル電流に大きく依存する。したがって、温度の変化によって、リレーの動作特性に大幅な変化が生じ、リレーの設計の際に大きな課題も生じうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の態様は、リレーの動作特性を正確に制御するシステムに関する。一実施の形態において、発明は、温度と共に変化するパフォーマンス特性を有し、スイッチング段階を含む複数の動作段階を備えるリレーと、少なくともスイッチング段階中に予め選択された電流をリレーに供給するように構成されたリレー制御回路と、を備え、予め選択された電流は、リレーの温度の変化にもかかわらずほぼ一定のままであり、リレーは、スイッチング段階中に非励起位置から励起位置に遷移するように構成された正確に制御されるリレー回路に関する。
【０００６】
他の実施の形態において、発明は、温度と共に変化するパフォーマンス特性を有し、スイッチング段階を含む複数の動作段階を備えるリレーと、少なくともスイッチング段階中に予め選択された電流をリレーに供給するように構成されたリレー制御回路と、最小電圧から最大電圧まで変化する電圧をリレー制御回路に供給するように構成された電源と、を備え、予め選択された電流は、リレー制御回路に供給される電圧の変化にもかかわらずほぼ一定のままであり、リレーは、スイッチング段階中に非励起位置から励起位置に遷移するように構成された正確に制御されるリレー回路に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態によるリレー制御回路によって制御されるリレーを含む電力制御システムの線形ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態によるリレーに結合したリレー制御回路の線形ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態によるリレーに結合した模擬リレー制御回路の線形図である。
【図４】図４は、図３の模擬リレー制御回路の時間に対する供給電圧及びコイル電流のグラフである。
【図５】図５は、図３の模擬リレー制御回路の時間に対するコイル電圧及びコイル電流のグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態による外部制御回路を有するとともにリレーに結合したリレー制御回路の線形図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態による外部制御回路を有するとともにリレーに結合した模擬リレー制御回路の線形図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施の形態によるリレーに結合したリレー制御回路の線形ブロック図である。
【図９】図９は、従来の非補償型リレーの動作特性に対する温度変化の影響を示す表である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態によるリレー制御回路によって制御されるリレーの動作特性に対する温度変化の影響を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
周辺温度及び供給電圧の変化の結果、リレーの動作パラメータ、特にコイル電流が大幅に変化することがある。リレーコイルの巻線の一般的な材料は、銅製のマグネットワイヤである。１３０℃の温度変化に相当する−５５℃から８５℃までの温度範囲に対して、温度により生じる抵抗の変化が６０％に達することがある。典型的な２８Ｖ直流電流（ＶＤＣ）リレーは、１８ＶＤＣから３２ＶＤＣまで（又は短期で４０ＶＤＣまで）変化する動作電圧を有しうる。この結果、最大電圧が２２ＶＤＣ（４０ＶＤＣ−１８ＶＤＣ）まで変化し、すなわち、最大電圧が全体的に約５０％まで変化する。したがって、温度及び電圧の変化の組合せを累積的に考慮することによって、動作状態すなわち動作特性が１００％を超えるまで変化する。したがって、典型的なリレー回路は、一般的に、しばしば設計に不所望な妥協を強いる動作状態の大きな変化に適応する必要がある。
【０００９】
そのような温度の変化及びその結果として生じるコイル電流の変化を説明するために、接点の位置を変化させるために約２Ｗの電力を必要とする典型的な２８Ｖリレーの動作を分析する。表１は、温度の変化に対して約３２Ｖで駆動した通常の２８Ｖリレーの動作特性を示す。
【表１】
0005676478.tif 000002
【００１０】
表１において、リレーの特性を、−４０℃、２５℃及び８５℃を含む三つの温度点（temperature point)で示す。また、表１において、コイルに印加される実電圧は、約３２Ｖである。最後の行は、三つの温度点におけるコイル電流を示す。表２は、温度の変化に対する約１８Ｖで駆動した通常の２８Ｖリレーの動作特性を示す。
【表２】
0005676478.tif 000003
【００１１】
表２において、コイルに印加される実電圧は、約１７Ｖである。表１のように−４０℃、２５℃及び８５℃を含む三つの温度点のリレー特性も示す。また、表２において、最小コイル電流は、８５℃で見られ、０．０４４アンペア（Ａ）である。表１において、最大コイル電流は、−４０℃で見られ、０．１６５Ａである。最小コイル電流に対する最大コイル電流の比は、３．７５である。したがって、表１及び表２に示す実験によって得られるデータは、１８Ｖから３２Ｖの電圧変化及び−４０℃から８５℃の電圧変化に対して３７５％の最大電圧変化を示す。
【００１２】
図面に戻ると、リレー制御回路の実施の形態は、電圧及び温度の変化にもかかわらずリレーに供給する電流を正確に制御する。多数の実施の形態において、リレー制御回路は、電圧及び温度の変化にもかかわらず定電流を生成する。複数の実施の形態において、リレー制御回路は、定電流を生成するために可変線形電圧レギュレータ(adjustable linear voltage regulator)及び制御用抵抗を有する。他の実施の形態において、定電流を生成するために他の回路部品を用いることができる。
【００１３】
一実施の形態において、リレー制御回路及び制御されるリレーは、航空機の電力システムの電力の分配を制御するために用いられる。種々のＤＣ又はＡＣ（単相、二相又は三相）システム又はその組合せを用いて電力を分配することができる。複数の実施の形態において、リレーは、ＤＣ電源を切り替える一つの負荷スイッチを有する。複数の実施の形態において、ＤＣ電源は、２８Ｖ、２６Ｖ又は２７０Ｖで動作する。一実施の形態において、ＤＣ電源は、１１Ｖから２８Ｖの範囲で動作する。他の実施の形態において、リレーは、ＡＣ電源を切り替える三つの負荷スイッチを有する。一実施の形態において、ＡＣ電源は、１１５Ｖ及び４００Ｈｚの周波数で動作する。他の実施の形態において、リレー制御回路によって制御されるリレーは、ＤＣ電源又はＡＣ電源の単相を切り替えることができる単一の負荷スイッチを有する。他の実施の形態において、電源は、他の電圧及び他の周波数で動作する。他の実施の形態において、ＤＣ電源は、バッテリー、補助電源装置及び／又は外部ＤＣ電源を有することができる。一実施の形態において、ＡＣ電源は、発電機、ラムエア・タービン及び／又は外部ＡＣ電源を有することができる。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態によるリレー制御回路１０２により制御されるリレー１０４を含む電力制御システム１００の線形ブロック図である。リレー制御回路１０２及びリレー１０４は、供給電圧の変化、周辺温度の変化等のリレー動作に影響を及ぼす可変要因の変化に耐えるとともにそのような可変要因の変化を無効にする正確に制御されるリレー回路１１０を有効に形成することができる。リレー１０４は、リレー制御回路１０２、電源１０６及び負荷１０８に結合される。動作中、リレー１０４は、リレー制御回路１０２から受信した制御信号に基づいて電源１０６と負荷１０８との間の電流の流れを制御する。一実施の形態において、電源１０６は、航空機において一般的に用いられる電源である。そのような場合、負荷を、例えば、航空機の照明システム及び／又は航空機の冷暖房システムのような航空機の負荷とする。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態によるリレー制御回路２０２及びリレー２０４の線形ブロック図である。リレー制御回路２０２は、リレー２０４に結合され、正確に制御されるリレー回路２１０を有効に形成する。リレー制御回路２０２は、調整入力部(adjustment input)２１５と制御用抵抗(control resistor)２１６に結合した出力端子２１７とを有する可変線形電圧レギュレータ２１４を有する。可変線形電圧レギュレータ２１４は、電源２１２に結合される。制御用抵抗２１６は、ノードでリレー２０４に結合される。リレー２０４及び抵抗２１５を結合するノードは、可変線形電圧レギュレータ１２４の調整入力部２１５にも結合される。
【００１６】
動作中、可変線形電圧レギュレータ２１４は、出力端子２１７と調整入力部２１５との間で比較的一定の電圧を維持する。出力端子２１７と調整入力端子２１５との間に制御用抵抗２１６を配置することによって、可変線形電圧レギュレータ２１４は、制御用抵抗２１６に定電流、したがって、一定の電圧降下を生成するように作用する。リレー２０４の抵抗が温度又は印加電圧の変化に従って変化する場合、可変線形電圧レギュレータ２１４は、変化にもかかわらず定電流を生成するためにこれらの変化を補償するよう作用する。
【００１７】
一実施の形態において、可変線形電圧レギュレータ２１４を、カリフォルニア州ミルピタスに所在するリニアテクノロジー社(Linear Technology Corporation)によって製造されたＬＭ１１７ポジティブ可変電圧レギュレータ(LM117 positive adjustable voltage regulator)とする。そのような場合、可変線形レギュレータ２１４は、出力端子と調整可能な入力端子との間で１．２５Ｖの一定の基準電圧を維持しようと試みる。この場合、可変線形電圧レギュレータ２１４がオンになるときに約０．１Ａの定電流がリレー２０４に供給される。リレーコイル２０４の巻線の抵抗が温度変化に応じて変化するとき、可変線形電圧レギュレータ２１４は、約０．１Ａの定電流を維持するために出力端子２１７に印加される電圧を調整する。例えば、温度が上昇するとき、リレーコイル２０４の抵抗も増大する。そのような場合、可変線形電圧レギュレータ２１４は、制御用抵抗２１６の定電流及び基準電圧を維持するために出力端子２１７の電圧を増大させる必要がある。
【００１８】
可変線形電圧レギュレータ２１４の使用は、リレーコイル２０４の定電流を維持する利点だけでなくリレーに供給されるスイッチング電圧の揺れに耐える利点も提供する。例えば、入力電圧が少なくともドロップアウト電圧だけ可変線形電圧レギュレータ２１４の出力電圧より高いという条件の下では、可変線形電圧レギュレータ２１４は、一般的に入力電圧の大幅な揺れを許容することができる。ドロップアウト電圧は、一般的には可変線形電圧レギュレータ２１４の特性である。
【００１９】
図示した実施の形態において、制御用抵抗２１６は１２Ωである。他の実施の形態において、制御用抵抗２１６は他の値をとることができる。複数の実施の形態において、制御用抵抗２１６は、制御用抵抗２１６を流れる電流の変化を最小にするために非常に小さい許容値を有する。
【００２０】
他の実施の形態において、定電流を生成することができる他の回路を、リレーを制御するために用いることができる。一部の実施の形態において、他のリレー制御回路は、定電流を生成しながら大幅な電圧の揺れに耐えることができる。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態による模擬リレー回路３１０の線形図である。模擬リレー回路３１０は、特定のリレー回路の動作特性を分析するために用いられ、過渡抑制回路(transient suppression circuit)３１８に結合された模擬リレー３０４に結合した模擬リレー制御回路３０２を有する。模擬リレー制御回路３０２は、出力端子及び調整端子を有する可変電圧レギュレータ３１４に結合したＡＣ電源３１２を有する。抵抗３１６及びコンデンサ３２０は、可変電圧レギュレータ３１４の出力端子と調整端子との間で並列に接続される。第２のコンデンサ３２２は、調整端子をアース３２３に結合する。アース３２３を、ＡＣ電源３１２にも結合する。
【００２２】
模擬リレー３０４は、可変電圧レギュレータ３１４の調整端子に結合されるとともにインダクタ／コイルＬ１を通じてアース３２３に結合された抵抗Ｒ２を有する。インダクタＬ１は、第３のコンデンサＣ２に並列に接続される。模擬リレー３０４は、可変電圧レギュレータ３１４の調整端子及びアース３２３に結合した抵抗Ｒ４を有する。Ｒ２，Ｌ１，Ｃ３及びＲ４の組合せは、典型的なリレーの電気特性を提供する。
【００２３】
過渡抑制回路３１８は、二つのツェナーダイオード（３２６，３２８）に直列に結合したダイオード３２４を有する。ツェナーダイオード３２８のカソードは、アース３２３に結合される。ツェナーダイオード３２６及び３２８は、ツェナーダイオード２３６のカソードがツェナーダイオード３２８のアノードに結合されるように同一方向に向けられる。ダイオード３２４及び３２６は、ダイオード３２４のアノードがツェナーダイオード３２６のアノードに結合されるように背面結合される。ダイオード３２４のカソードは、可変電圧レギュレータ３１４の調整端子に結合される。過渡抑制回路３１８は、ツェナーダイオードとともに逆バイアス電圧スパイク(reverse biased voltage spike)を処理し、模擬リレー３０４を有効に解放(discharge)する。更に具体的には、過渡抑制回路３１８は、コイルＬ１に蓄積されたエネルギーを放出することができる。
【００２４】
動作中、ＡＣ電源３１２は、１０ミリ秒（ｍｓ）の遅延後に３２Ｖの電圧信号を生成する。したがって、電圧信号は、１０ｍｓの立ち上がり時間及び１０ｍｓの立ち下がり時間を有する。他の実施の形態において、ＡＣ電源３１２は、他の電圧レベル及び他のタイミング特性の電圧を生成することができる。
【００２５】
図４は、図３の模擬リレー制御回路の時間４０６に対する供給電圧４１０及びコイル電流４０８のグラフである。コイル電流４０８は、印加される電源電圧４１０に起因する。電圧スケール４０２及び電流スケール４０４は、供給電圧の大きさ及びコイル電流の大きさをそれぞれ表す。水平破線４１２は、（例えば、常閉リレーに対して）リレー接点を閉じたとき又はリレー接点が位置を変更するときのコイル電流の大きさを示す。動作時間を、供給電圧４１０の立ち上がり時間、すなわち、供給電圧４１０が０Ｖである時点から供給電圧４１０が約２３Ｖの「接点閉」ライン４１２上にある時点までの時間として示す。開放時間を、供給電圧４１０の供給電圧４１０の立ち下がり時間として観察することもでき、この場合、立ち下がり時間は、供給電圧４１０がなくなり始めるときから接点が開く（すなわち、供給電圧４１０の立ち下がり箇所にある水平接点閉ラインの真下）までの時間となる。
【００２６】
図３で説明した実施の形態のシミュレーション試験において、供給電圧が１８ＶＤＣから４０ＶＤＣの範囲に亘って変化したにもかかわらず動作時間が変化しなかった。同様に、供給電圧が１８ＶＤＣから４０ＶＤＣの範囲に亘って変化したにもかかわらず開放時間が変化しなかった。さらに、図３で説明した実施の形態のシミュレーション試験において、リレーコイルの温度が変化したにもかかわらず動作時間が変化しなかった。同様に、リレーコイルの温度が変化したにもかかわらず開放時間が変化しなかった。事実上、シミュレーション試験は、温度又はリレーに印加される電圧のいずれかが変化したにもかかわらず正確に制御される模擬リレーの動作特性がほとんど変化しないことを示す。
【００２７】
複数の実施の形態において、リレーのパフォーマンス特性を、複数の動作段階に分類することができる。例えば、一部の実施の形態において、スイッチング段階(switching phase)を、リレーが非励起状態から励起状態に遷移する段階として規定することができる。一実施の形態において、スイッチング段階は、動作時間に対応する期間である。他の実施の形態において、リレーのホールド段階(holding phase)を、リレーが励起状態を維持する段階として規定することができる。ここで用いられる非励起状態は、電圧がほとんど又は全くリレーコイルに印加されないリレーの段階を意味する。ここで用いられる励起状態は、リレー接点の位置を変化させるのに十分なスイッチング電圧をリレーに印加した後にリレーが切り替えられた状態を意味する。
【００２８】
図５は、図３の模擬リレー制御回路の時間５０６に対する典型的なコイル電圧５１０及びコイル電流５０８のグラフである。電圧スケール５０２及び電流スケール５０４は、コイル電圧の大きさ及びコイル電流の大きさをそれぞれ示す。水平破線５１２は、リレー接点が閉じられるすなわちリレー接点が切り替えられるコイル電流５０８の大きさを表す。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態による外部制御回路６２０を有するリレー制御回路６０２の線形図である。リレー制御回路６０２は、調整入力部６１５及び制御用抵抗６１６に結合した出力端子６１７を有する可変線形電圧レギュレータ６１４を有する。可変線形電圧レギュレータ６１４は、入力電圧の変化にも関わらず定電圧を維持することができる。可変線形電圧レギュレータ６１４は、電源６１２にも結合される。制御用抵抗６１６は、ノードでリレー６０４に結合される。リレー６０４及び抵抗６１６を結合するノードは、ダイオード６１８を通じて可変線形電圧レギュレータ６１４の調整入力部６１５にも結合される。ダイオード６１８のアノードは、可変線形電圧レギュレータ６１４の調整入力部６１５に結合される。ダイオード６１８のカソードは、リレー６０４に結合される。
【００３０】
外部制御回路６２０は、可変線形レギュレータ６１４の調整入力部６１５に結合される。図６に示す実施の形態において、外部制御回路６２０を、単純な単投スイッチとして示す。他の実施の形態において、外部制御回路６２０は、スイッチング装置に結合された他の形態の制御及び処理回路を有することができる。外部制御回路６２０は、リレー制御回路６０２の遠隔制御を行うことができる。図６に示す実施の形態において、外部制御回路６２０を、可変線形電圧レギュレータ６１４の制御入力部をアースに引き込むように構成する。そのような場合、可変線形電圧レギュレータ６１４を停止させるとともにリレーを非励起状態にする。複数の実施の形態において、外部制御回路６２０によって、可変線形電圧レギュレータ６１４の現在の状態にもかかわらずリレーのオーバーライド(override)を可能にする。一部の実施の形態において、外部制御回路６２０は、リレー６０４を有効に停止させる。
【００３１】
動作中、リレー制御回路６０２は、図２の実施の形態で説明したようにして動作することもできる。
【００３２】
図７は、本発明の実施の形態による外部制御回路を有する模擬リレー制御回路の線形図である。外部制御回路は、電圧レギュレータＵ１の調整端子がアースに向かうようトランジスタＱ１を制御する電源Ｖ２を有する。他の態様において、図７の実施の形態は、図３で説明した模擬リレー制御回路のように動作することができる。
【００３３】
図８は、本発明の他の実施の形態によるリレー８０２を結合したリレー制御回路８００の線形ブロック図である。リレー制御回路８００は、リレー８０２への電流の流れを制御するパワーＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４と、定電流を生成するための制御用抵抗８０６と、定電圧を生成するための線形電圧レギュレータ８０８と、線形電圧レギュレータ８０８に対する供給電圧を調整するプリレギュレータ回路８１０と、定電流をリレー８００に接続し及び切り離すためにＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４を制御する制御回路８１２と、を有する。
【００３４】
ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４のドレイン端子は、リレー８０２に結合される。ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４のソース端子は、制御用抵抗８０６及び線形電圧レギュレータ８０８の調整入力部ＡＤＪに結合される。制御用抵抗８０６は、線形電圧レギュレータ８０８のＯＵＴ端子に結合される。線形電圧レギュレータ８０８のＩＮ端子は、プリレギュレータ回路８１０に結合される。プリレギュレータ回路８１０は、電源８１１に結合される。電源８１１は、制御回路８１２にも結合される。制御回路８１２は、信号源回路によってＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４のゲートに結合される。ＲＣ回路は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４のゲートをソースに結合する。複数の実施の形態において、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４をＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴとする。
【００３５】
動作中、制御回路８１２は、信号源経由でＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４を制御する。信号源をアースに向けると、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４のゲート電圧は、ソース端子の電圧の一部となる。その部分は、図示した分圧器の抵抗値に依存する。図８に示す実施の形態において、ゲート電圧は、信号源をアースに向けたときにはソース電圧の１／６となる。一実施の形態において、ソース端子電圧は約１２Ｖである。そのような場合、ゲート電圧は約２Ｖとなり、−ＶＧＳ電圧は、しきい値ターンオン電圧（例えば、約４Ｖ）より大きくなる。そのような場合、ＭＯＳＳＦＥＴスイッチ８０４はオンになり、定電流がリレー８０２に供給される。信号源がアースの代わりに電源に向けられると、ゲートは更に高い電圧となり、−ＶＧＳ電圧は、もはやしきい値ターンオン電圧より大きくない。そのような場合、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４はオフになり、電流がリレーにほとんど又は全く供給されない。他の実施の形態において、線形電圧レギュレータ８０８を、ＡＤＪ端子をアースにスイッチングすることによって制御することができる。
【００３６】
プリレギュレータ回路８１０は、線形電圧レギュレータ８０８に供給される電圧を調整する。一部の実施の形態において、プリレギュレータ回路８１０は、供給電圧中のスパイクのような過渡電圧を抑制する過渡抑制回路を有する。
【００３７】
一実施の形態において、可変電圧レギュレータ８０８を、カリフォルニア州ミルピタスに所在するリニアテクノロジー社(Linear Technology Corporation)によって製造されたＬＭ３１７ポジティブ可変電圧レギュレータ(LM117 positive adjustable voltage regulator)とする。図示した実施の形態において、制御用抵抗８０６は９．１Ωの抵抗を有する。他の実施の形態において、制御用抵抗８０６は、９．１Ωより上又はそれより下の抵抗値を有することができる。一実施の形態において、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８０４を、カリフォルニア州エルセガンドに所在するインターナショナル・レクティファイヤー社(International Rectifier Corporation)によって製造されたＩＲＦＲ５４１０  ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ(IRFR5410 P-Channel power MOSFET)とする。一実施の形態において、リレー８０２は、補助電源と航空機の主要バス(primary bus)との間の電力の流れを制御する。そのような場合、リレーは、短時間内に電力の突然の損失に応答する必要がある場合がある。この場合、温度及び電圧の変化に対して実際に耐久性のある正確に制御されるリレー回路は、補助電源を航空機の主要バスに切り替えるよう迅速に応答することができる。他の実施の形態において、リレー制御回路を、他の電源とバスとの間又は電力システムの他の構成要素間で電力を切り替えるために用いる。
【００３８】
図９は、従来のすなわち非補償型リレーの動作特性の温度変化の影響を示す表である。図９に示すデータは、定電流を生成することができるリレー制御回路によって制御されないリレーに基づき、したがって、有効に補償されない。最初の２行は、特定の非補償型リレーの動作特性又はパラメータに対する温度の一般的な影響を示す。例えば、表の上から２行目（第２行）に示すように温度が上昇する場合、リレー抵抗が増大し、リレー電流が減少し、動作電圧が上昇し、開放電圧が上昇し、動作時間が増加し、開放時間が増加する。しかしながら、３行目に示すように温度が下降すると、リレー抵抗が減少し、リレー電流が上昇し、動作電圧が下降し、開放電圧が下降し、動作時間が減少し、開放時間が減少する。
【００３９】
温度が＋２５℃から＋８５℃までの範囲にある（第５行）とき、リレー抵抗は約２０％変化し、リレー電流は約２０％変化し、動作電流は約２０％変化し、開放電流は約２０％変化し、動作時間は約２０％変化し、開放時間は約２０％変化する。同様に、温度が＋２５℃から−５５℃までの範囲にある（第６行）とき、リレー抵抗は約３０％変化し、リレー電流は約３０％変化し、動作電流は約３０％変化し、開放電流は約３０％変化し、動作時間は約３０％変化し、開放時間は約３０％変化する。したがって、図９の表は、従来のリレーの動作が温度に対して一般的に大幅に変化することを示す。
【００４０】
非補償型リレーに対する図９に示す表において、リレー接点が開いてからリレー接点が閉じるまでの遷移時間は、リレーコイル電流の立ち上がりの約７０％で生じ、この場合、リレー接点は、接点を閉じる前のコイル電流立ち上がり時間の約７％のときに移動する。
【００４１】
図１０は、本発明の実施の形態によるリレー制御回路によって制御されるリレーの動作特性に対する温度変化の影響を示す表である。図９の非補償型リレーに対して、定電流制御回路によって制御されるリレーの動作特性は、温度変化に対して約１％しか変化しない。したがって、定電流制御されるリレーは、従来のリレーよりも著しく良好に動作温度の変化に耐えることができる。そのような場合、パフォーマンスタイミングにおいて大きな利点が得られる。一部の実施の形態において、定電流制御リレーを使用することによって電力消費が減少し、その結果、自然に発生する熱が減少し、リレーの寿命が延びる。
【００４２】
これまでの説明は、発明の複数の特定の実施の形態を含むが、これらを、発明の範囲の限定と解釈すべきでなく、発明の一実施の形態の一例と解釈すべきである。したがって、発明の範囲を、図示した実施の形態によって決定すべきでなく、添付した特許請求の範囲及びその等価物によって決定すべきである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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