(57)【要約】【課題】磁気的な影響を周辺に与えず、かつ小型で過電流保護機能を内蔵した方形波発生回路を提供する。【解決手段】温度スイッチモジュール１１は、常温でオン高温でオフの動作をして給電路を断続する温度スイッチ１１１と、温度スイッチ１１１と熱的に結合され、かつ回路的に直列接続された発熱体１１２とから構成される。電源スイッチ３をオンすると電源２からの電圧が入力され、温度スイッチモジュール１１を介して負荷４に電流が流れる。発熱体１１２は、この負荷電流により発熱し、温度スイッチ１１１を暖める。温度スイッチ１１１が所定の温度に達するとその接点が開きオフ状態となり負荷電流を停止する。そして温度スイッチ１１１の温度が低下し所定の温度になるとオン状態になる。すると再び負荷電流が流れ最初の動作を繰り返し方形波電流を負荷４に供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間に直列に挿入されこの間の給電路を断続するためのスイッチング手段を備える方形波発生回路において、前記スイッチング手段は常温でオン高温でオフ動作をして前記給電路を断続する温度スイッチと、前記温度スイッチと熱的に結合されかつ回路的に直列接続されて前記温度スイッチのオン時に前記給電路の電流で駆動される発熱素子とから成ることを特徴とする方形波発生回路。
【請求項２】
前記負荷側に負荷変動を抑えるためのバッファーを備えることを特徴とする請求項１記載の方形波発生回路。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、前記温度スイッチと熱的に結合され前記温度スイッチのオフ時に外部に設けられた駆動回路により電流駆動される冷却素子を備えることを特徴とする請求項１或いは２記載の方形波発生回路。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記温度スイッチのオフ状態を検出してオンとなり前記冷却素子へ前記電源側より電流を供給するトランジスタと、前記冷却素子と直列接続された電流調整用（オフ時間調整用）の可変抵抗器とを備えることを特徴とする請求項３記載の方形波発生回路。
【請求項５】
前記冷却素子は、ペルチェ素子を用いることを特徴とする請求項３或いは４記載の方形波発生回路。
【請求項６】
前記発熱素子の電流を分流する電流調整用（オン時間調整用）の可変抵抗器を備えることを特徴とする請求項１、２，３，４或いは５記載の方形波発生回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は方形波発生回路に関し、特に周期が長く、出力電力が比較的大きく、かつ負荷側に対して過電流保護を備える方形波発生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方形波発生回路は、一般に間欠動作のスイッチ信号源、断続点灯する信号灯などの電源、或いはチョッパーなどのスイッチング電源などに用いられる。特に、これら負荷側の短絡障害などに対する過電流保護機能を外付けすることなく内臓するものである。
【０００３】
この種、過電流保護機能を内臓する方形波発生回路の従来例を図４に示す。図４は従来例の回路を示す回路図である。
【０００４】
図４において、ＳＷ１は通常ＯＮ（接続）状態にある強磁性体によるスイッチであり、この強磁性体により状態が変化する。また、スイッチＳＷ１には、図示しない電源から入力端子Ｔｉｎを介して流れる電流ＩのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。ＳＷ２は、通常ＯＦＦ（切断）状態にある強磁性体によるスイッチであり、この強磁性体により状態が変化し、流れる電流ＩのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【０００５】
Ｌ１は電磁石であり、スイッチＳＷ１とダイオードＤ１のアノードとの間に介挿され、通電されることでスイッチＳＷ２の強磁性体の状態を変化させ、スイッチＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。すなわち、電磁石Ｌ１に電流が流れることにより、電磁石Ｌ１は、磁石として機能し、スイッチＳＷ２をＯＮ状態とさせ、スイッチＳＷ２を導通状態とする。また、電磁石Ｌ１は、スイッチＳＷ２に接触せずに影響を与える位置に配置されている。
【０００６】
同様に、Ｌ２は電磁石であり、スイッチＳＷ２とダイオードＤ２のアノードとの間に介挿され、通電されることでスイッチＳＷ１の強磁性体の状態を変化させ、スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。すなわち、電磁石Ｌ２に電流が流れることにより、電磁石Ｌ２が磁石として機能し、スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態とし、スイッチＳＷ１を開放された非導通状態とする。また、電磁石Ｌ２は、スイッチＳＷ１に接触せずに影響を与える位置に配置されている。
また、出力端子Ｔｏｕｔに図示しない負荷を接続した状態で、入力端子Ｔｉｎへ電流Ｉを入力することにより、電流ＩがＯＮ状態のスイッチＳＷ１を流れ、電磁石Ｌ１及びダイオードＤ１を流れ、この電流ＩによりコンデンサＣ１は充電される。このとき、電流Ｉが電磁石Ｌ１に流れることにより、スイッチＳＷ２はＯＮ状態となる。
また、電流ＩがスイッチＳＷ２を流れ、電磁石Ｌ２及びダイオードＤ２を流れ、この電流ＩによりコンデンサＤ２を充電する。この結果、電流Ｉは出力端子Ｔｏｕｔに接続された図示しない負荷に伝達される。この時、電磁石Ｌ２に電流Ｉが流れることにより、電磁石Ｌ２が電磁石として機能し、スイッチＳＷ１はＯＦＦ状態となる。
このため、電磁石Ｌ１に電流Ｉが流れなくなり、電磁石Ｌ１が磁石機能を失い、ＯＮ状態に変化していたスイッチＳＷ２は、再びＯＦＦ状態に戻る。この結果、スイッチＳＷ２を介して電磁石Ｌ２に電流Ｉが流れなくなるため、出力端子Ｔｏｕｔには電流Ｉが流れない状態となる。
そして、スイッチＳＷ２がＯＦＦ状態になるため、電磁石Ｌ２に電流Ｉが流れなくなり、電磁石Ｌ２によりＯＦＦ状態に変化していたスイッチＳＷ１はＯＮ状態に戻る。これにより、方形波発信回路が初期状態に戻ったことで、入力端子Ｔｉｎから電流Ｉを入力した状態と同じ条件になり、上述した処理を繰り返すことで出力端子Ｔｏｕｔからは、例えば電流Ｉの電圧Ｖｏｕｔの方形波の信号が図示しない負荷へ出力されることになる。
また、発振回路内のスイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２のうち必ずどちらか一方が開放される設計となっていることにより、方形波発振回路内に過大な電流が流れ続けることを防ぐ働きをすることになる。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】
特開２００００−１８３６９９号公報（第１−２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、電磁石を使用しているので周囲に対して磁界の影響を与えると同時に周囲からの磁界の影響を受けやすいという問題がある。また、電磁石を２個使用しているので外形を小さくできないという問題を有している。
【０００８】
本発明の目的は、磁界の影響をなくし、かつ大きさも小型にできる方形波発生回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の方形波発生回路は、電源と負荷との間に直列に挿入されこの間の給電路を断続するためのスイッチング手段を備える方形波発生回路において、前記スイッチング手段は常温でオン高温でオフの動作をして前記給電路を断続する温度スイッチと、前記温度スイッチと熱的に結合されかつ回路的に直列接続されて前記温度スイッチのオン時に前記給電路の電流で駆動される発熱素子とから構成される。
【００１０】
また、前記負荷側に負荷変動を抑えるためのバッファーを備えるようにしても良い。
【００１１】
また、前記スイッチング手段は、前記温度スイッチと熱的に結合され前記温度スイッチのオフ時に外部に設けられた駆動回路により電流駆動される冷却素子を備えるようにしても良い。
【００１２】
また、前記駆動回路は、前記温度スイッチのオフ状態を検出してオンとなり前記冷却素子へ前記電源側より電流を供給するトランジスタと、前記冷却素子と直列接続された電流調整用（オフ時間調整用）の可変抵抗器とを備えるようにしても良い。
【００１３】
例えば、前記冷却素子は、ペルチェ素子を用いるようにする。
【００１４】
更に、前記発熱素子の電流を分流する電流調整用（オン時間調整用）の可変抵抗器を備えるようにしても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態例を示す回路図、図２は本発明の第２の実施の形態例を示す回路図、図３は図２における温度スイッチモジュールの構造概略を示す概略図である。
【００１７】
先ず、図１を参照して本発明の第１の実施の形態例を説明する。本発明の方形波発生回路１は、電源２と負荷４との間に直列に挿入され、この間の給電路を断続することにより方形波電流を負荷４側に供給する。
【００１８】
方形波発生回路１は、給電路を断続するスイッチング手段、即ち温度スイッチモジュール１１と、スイッチング時に発生するサージノイズを吸収するためのコンデンサ１２，１３と、負荷４の抵抗値変動を抑圧するためのバッファー、即ち可変抵抗器１４とで構成される。
【００１９】
温度スイッチモジュール１１は、常温でオン高温でオフの動作をして給電路を断続する温度スイッチ１１１と、温度スイッチ１１１と熱的に結合され、かつ回路的に直列接続されて温度スイッチ１１１のオン時に給電路の電流で駆動される発熱素子、即ち発熱体１１２とから構成される。
【００２０】
次にこの方形波発生回路１の動作について説明する。電源スイッチ３をオンすると電源２からの電圧が入力され、温度スイッチモジュール１１を介して負荷４に電流が流れる。温度スイッチモジュール１１の発熱体１１２は、この負荷電流により発熱し、温度スイッチ１１１を暖める。温度スイッチ１１１が所定の温度に達すると、その接点が開きオフ状態となり負荷電流は停止する。
そして温度スイッチ１１１の温度が低下して行き所定の温度になるとその接点が閉じオン状態になる。すると再び負荷電流が流れ初めて最初の動作を繰り返し、方形波の電流を負荷４に供給する。
【００２１】
この方形波電流の周期は、あらかじめ設計段階で設定される温度スイッチモジュール１１の特性で決定されるが、オン期間は温度スイッチ１１１がオンからオフになるまでに時間であるので、発熱体１１２の時間当たりの発熱量と温度スイッチの特性とで決まり、また、オフ期間は温度スイッチ１１１がオフしてからオンに戻るまでに時間であるので、温度スイッチ１１１のヒステリヒス量で決まる。
【００２２】
しかし、この周期は、周囲温度の変化或いは負荷の抵抗値によっても変動するので、この変動を軽減するために次のことが考慮されている。即ち、周囲温度の変化に対しては、この影響を軽減するために温度スイッチ１１１のオン、オフ動作の温度領域を高温領域に設定する。また、負荷変動に対しては固定負荷を対象とするが、変動負荷の場合には出力側にバッファーを設ける。本実施例では、可変抵抗器１４で負荷の初期変動を調整するようにしている。
【００２３】
次に図２を参照して本発明の第２の実施の形態例を説明する。
図１との相違は方形波の周期を調整可能にした点である。即ち、本発明の方形波発生回路５は、給電路を断続するスイッチング手段、即ち温度スイッチモジュール５１と、スイッチング時に発生するサージノイズを吸収するためのコンデンサ５２，５３と、負荷４の抵抗値変動を抑圧するためのバッファー、即ち可変抵抗器５８と、温度スイッチモジュール５１の冷却素子を電流駆動するための駆動回路、即ちトランジスタ５４、可変抵抗器５７、抵抗器５５と、温度スイッチモジュール５１の発熱体の電流を分流する可変抵抗器５６とで構成される。
温度スイッチモジュール５１は、図１の温度スイッチモジュール１１に冷却素子を加えたものである。即ち、常温でオン高温でオフの動作をして給電路を断続する温度スイッチ５１１と、温度スイッチ５１１と熱的に結合され、かつ回路的に直列接続されて温度スイッチ５１１のオン時に給電路の電流で駆動される発熱素子、即ち発熱体５１２と、温度スイッチと熱的に結合され温度スイッチのオフ時に外部に設けられた駆動回路により電流駆動される冷却素子、即ちペルチェ素子５１３とから構成されている。
また、前記駆動回路は、前記温度スイッチ５１１のオフ状態を検出してオンとなりペルチェ素子５１３へ電源２側より電流を供給するトランジスタ５４と、ペルチェ素子５１３と直列接続された電流調整用（オフ期間調整用）の可変抵抗器５７とで構成されている。
【００２４】
尚、可変抵抗器５６は、発熱体５１２の電流を分流するもので、この値を可変することにより発熱体５１２の電流を調整する電流調整用（オン期間調整用）のものである。
次にこの方形波発生回路５の動作について説明する。基本的動作は図１で説明した内容と同様であるので、相違する周期の調整機能についてのみ以下説明する。トランジスタ５４は温度スイッチ５１１がオフの時にオンし、ペルチェ素子５１３に電流を供給する。ペルチェ素子５１はこれにより温度スイッチ５１１を冷却しその温度低下を早める。この温度低下の速度は可変抵抗器５７により調整することができる。即ち、方形波のオフ期間をこれで調整する。
また、発熱体５１２の電流は、可変抵抗器５６により調整することができるので、これにより温度スイッチ５１１がオン期間が調整される。即ち方形波のオン期間をこれで調整する。
次に図３を参照して温度スイッチモジュール５１の構造の概略を説明する。温度スイッチ５１１はバイメタルを素材にして作られており、その接点は常温で図示の如く閉じらているが、高温では外側に反り開いた状態になる。発熱体５１２はニクロム線などを素材にしたもので、温度スイッチ５１１の外周囲を巻回して設けられている。また、ペルチェ素子５１３は、伝熱材を介して温度スイッチ５１１に密着して設けられている。
温度スイッチ５１１のオン、オフ時の温度は、スイッチ自体の固有条件で決まるが、モジュールのオン、オフ時間は、この温度スイッチ５１１のオン、オフ時の温度と発熱体５１２、ペルチェ素子５１３の加熱、冷却特性とで決まる。これらは最初に設計条件として設定される方形波の周期、デューティ、出力電圧、電流から設計される。
尚、図１の温度スイッチモジュール１１も図３と同様で、図３のものからペルチェ素子を削除したものである。
最後に図１．２に示した方形波発生回路１，５の過電流保護機能ついて説明する。図１において、負荷４が短絡障害を起こした場合、発熱体１１２は、この短絡電流により急速に発熱し、温度スイッチ１１１を暖める。温度スイッチ１１１が所定の温度に達するとその接点が開きオフ状態となり、短絡電流は停止する。そして温度スイッチ１１１の温度が低下して行き所定の温度になるとその接点が閉じ、再び短絡電流が流れ初めて最初の動作を繰り返すことになる。
このように繰り返し短絡電流は流れるが、流れる時間は瞬間的な時間に制限される。即ち発熱体１１２には通常より大きな短絡電流が流れるので、急激に温度上昇し短時間で温度スイッチ１１１はオフする。即ちこの短絡電流はパワー的には通常時のパワーに制限され、かつ発熱体１１２の誘導分でピークは抑えられるので、故障、或いは危険を伴うものではなく、保護機能を充分果たすものである。更に、負荷側の短絡障害が復旧すれば、形波発生回路側も自動復旧する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方形波発生回路は、温度スイッチを用いているので周辺の磁界の影響を受けず、また影響を与えることもないという効果がある。また、温度スイッチを１個のみ使用する簡単な構成であるので、小型化および低価格化に貢献できるという効果がある。
更に、方形波の周期を調整することが可能であり汎用性が高いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す回路図である。
【図３】図２における温度スイッチモジュールの構造概略を示す概略図である。
【図４】従来例を示す回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１、５    方形波発生回路
２    電源
３    電源スイッチ
４    負荷
１１，５１    温度スイッチモジュール
１２，１３，５２，５３    コンデンサ
１４，５６、５７，５８    可変抵抗器
１１１，５１１    温度スイッチ
１１２，５１２    発熱体
５１３    ペルチェ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004350378.tif 000006