(57)【要約】【課題】幅広い電源電圧に対応できるとともに、小型機器に容易に内蔵することができるリレー駆動回路を提供する。【解決手段】交流電圧を全波整流する全波整流回路７と、リレーコイル２を流れるリレー電流の実効値がリレー定格電流となるようにリレー駆動用トランジスタ３をオン／オフ制御するトランジスタ制御回路５とを備え、リレーコイル２には、逆起電力吸収用ダイオードとしてファーストリカバリータイプのダイオード８が並列接続され、トランジスタ制御回路５の制御出力が与えられるリレー駆動用トランジスタ３のベースに、遅延用コンデンサ９が接続している。【選択図】　図１
2004103309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リレーコイルおよびリレー駆動用トランジスタを備える直列回路と、交流電圧を全波整流して前記直列回路に印加する全波整流回路と、前記リレーコイルを流れるリレー電流の実効値がリレー定格電流となるように前記リレー駆動用トランジスタをオン／オフ制御するトランジスタ制御回路とを備え、
前記リレーコイルには、逆起電力吸収用ダイオードとして高速タイプのダイオードが並列接続され、前記トランジスタ制御回路の制御出力が与えられる前記リレー駆動用トランジスタのベースには、遅延用コンデンサが接続されることを特徴とするリレー駆動回路。
【請求項２】
前記高速タイプのダイオードが、ファーストリカバリータイプのダイオードである請求項１記載のリレー駆動回路。
【請求項３】
前記遅延用コンデンサは、前記リレー駆動用トランジスタのベースエミッタに並列に接続される請求項１または２記載のリレー駆動回路。
【請求項４】
前記トランジスタ制御回路は、前記リレー電流が所定の上限値になると、前記リレー駆動用トランジスタを一定時間オフし、前記一定時間が経過すると、前記リレー駆動用トランジスタをオンするものである請求項１〜３のいずれかに記載のリレー駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型タイマ等の小型制御機器の出力リレーなどを駆動するのに好適なリレー駆動回路に関し、更に詳しくは、幅広い電源電圧範囲で使用が可能なリレー駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の従来のリレー駆動回路の構成図であり、同図において、１は交流電源、１５は交流電源１からの交流電圧を、直流電圧に整流する定電圧回路、２はリレーコイル、３はリレー駆動用トランジスタ、１６は逆起電力吸収用（フライホイール）ダイオード、１７はタイマ回路、１８はツェナーダイオードである。
【０００３】
このリレー駆動回路では、交流電源１が投入されると、タイマ回路１７が時限動作を開始し、所定時間後にタイマ回路１７がタイムアップすると、その出力によってリレー駆動用トランジスタ３がオンし、リレーコイル２に定電圧回路１５から直流電圧が印加されてリレーが動作するものである。
【０００４】
定電圧回路１５は、幅広い電源電圧範囲、例えば、ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖに対して、常に一定の直流電圧、例えば、４８Ｖを出力できるようなっており、このため、構成が複雑なものとなり、部品点数が多く、電気効率が悪いために発熱が大きくなるといった不都合を生じる。
【０００５】
そこで、本件出願人は、特許文献１に示されるように、リレーコイルに流れるリレー電流の実効値が、リレー定格電流となるようにリレー駆動トランジスタをオン／オフ制御するトランジスタ制御回路を備えるリレー駆動回路を提案し、部品点数の削減および発熱の抑制を図るようにしている。
【０００６】
図５は、この特許文献１のリレー駆動回路を用いた実施例の構成図である。同図において、交流電源１は、整流ダイオード１９および平滑用コンデンサ２０からなる半波整流回路を介して、リレーコイル２、リレー駆動用トランジスタ３およびリレー電流検出用抵抗４からなる直列回路に接続されている。なお、１６は逆起電力吸収用ダイオード、２１は突入電流防止抵抗、２２は放電抵抗である。
【０００７】
また、リレー駆動用トランジスタ３のベースおよびリレー電流検出用抵抗４の両端は、抵抗６，７を介してトランジスタ制御回路５に接続されている。このトランジスタ制御回路５は、比較回路１０、ワンシヨット回路１１、アンド回路１２およびタイマ回路１３とを備えており、リレー電流の大きさを検知してリレー駆動用トランジスタ３をオン／オフ制御するものである。
【０００８】
比較回路１０は、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が基準電圧を上回ると、ハイレベルの信号を出力し、ワンショット回路１１をトリガする。ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、アンド回路を介してリレー駆動用トランジスタのベースに与えられる。タイマ回路１３は、タイムアップすると、ハイレベルの信号をアンド回路１２に与える。
【０００９】
このリレー駆動回路において、交流電源１から交流電圧が印加され、タイマ回路１３の出力がローレベルであれば、アンド回路１２の出力は、ローレベルとなり、リレー駆動用トランジスタ３は、オフしてリレーコイル３には、通電されないことになる。このとき、比較回路１０の出力は、ローレベルであり、ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、ハイレベルである。
【００１０】
この状態で、タイマ回路１３がタイムアップしてタイマ回路１３の出力がハイレベルとなると、リレー駆動用トランジスタ３がオンしてリレーコイル２に通電が開始され、リレーコイル２を流れるリレー電流が上昇する。
【００１１】
このリレー電流の上昇に比例してリレー電流検出抵抗４の両端電圧も上昇し、基準電圧を上回ると、比較回路１０は、ハイレベルの信号を出力し、ワンショット回路１１がトリガされる。これによって、ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、予め設定された期間Ｔに亘ってローレベルとなる。この結果、アンド回路１２の出力がローレベルとなってリレー駆動用トランジスタ３がオフする。
【００１２】
リレー駆動用トランジスタ３がオフすると、リレーコイル２に蓄えられたエネルギーが逆起電力吸収用ダイオード１６を介して流れ、リレー電流が下降する。
【００１３】
一方、リレー駆動用トランジスタ３がオフするので、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が低下して基準電圧を下回り、比較回路１０の出力は、ローレベルとなる。設定時間Ｔが経過すると、ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーがハイレベルに戻り、アンド回路１２の出力がハイレベルとなってリレー駆動用トランジスタ３がオンし、これにより、リレー電流が再び上昇する。
【００１４】
このように、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が、基準電圧を上回ると、リレー駆動用トランジスタ３を一定時間オフすることにより、所定の範囲で上昇・下降を繰り返すリレー電流が得られる。このリレー電流の実効値が、リレー定格電流になるように一定時間Ｔや回路の各値を設定する。
【００１５】
これによって、複雑な構成の定電圧回路１５を用いることなく、幅広い交流電圧での使用を可能とする、すなわち、電源電圧のフリー化を可能とするものである。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−２８８９４９号（第４頁、図５）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の図５のリレー駆動回路では、交流電圧を平滑するために、平滑用コンデンサ２０、突入電流防止抵抗２１および放電抵抗２２を必要とする上、高電圧がかかるために、これら部品の外形も比較的大きくなり、このため、小型機器に内蔵させるのは、容易でないという難点がある。
【００１８】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、幅広い電源電圧に対応できるとともに、小型機器に容易に内蔵することができるリレー駆動回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２０】
すなわち、本発明のリレー駆動回路は、リレーコイルおよびリレー駆動用トランジスタを備える直列回路と、交流電圧を全波整流して前記直列回路に印加する全波整流回路と、前記リレーコイルを流れるリレー電流の実効値がリレー定格電流となるように前記リレー駆動用トランジスタをオン／オフ制御するトランジスタ制御回路とを備え、前記リレーコイルには、逆起電力吸収用ダイオードとして高速タイプのダイオードが並列接続され、前記トランジスタ制御回路の制御出力が与えられる前記リレー駆動用トランジスタのベースには、遅延用コンデンサが接続されるものである。
【００２１】
本発明によると、幅広い交流電圧で使用できるとともに、交流電圧を全波整流するので、平滑用コンデンサが不要になるとともに、突入電流防止抵抗および放電抵抗も不要となり、部品の実装スペースを大幅に縮小することができる。
【００２２】
また、平滑用コンデンサをなくすことで、リレー駆動用トランジスタのスイッチングノイズが出てしまい、ＥＭＩ規格を満足できなくなるが、リレーコイルに並列接続される逆起電力吸収用ダイオードとして回復時間が速い高速応答のダイオードを用いる一方、リレー駆動用トランジスタのベースには、遅延用コンデンサを接続しているので、リレー駆動用トランジスタを、従来のように急峻にオンさせるのではなく、緩やかにオンさせることができ、これによって、リレー駆動用トランジスタのスイッチングノイズを低減することが可能となる。
【００２３】
本発明の一実施態様においては、前記高速タイプのダイオードが、ファーストリカバリータイプのダイオードである。
【００２４】
本発明によると、リレーコイルには、ファーストリカバリータイプのダイオード、すなわち、インピーダンスが低く、応答速度が速いダイオードを並列接続するので、スイッチングノイズを抑制することができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施態様においては、前記遅延用コンデンサは、前記リレー駆動用トランジスタのベースエミッタに並列に接続されている。
【００２６】
本発明によると、リレー駆動用トランジスタをオンさせる際に、遅延用コンデンサに充電する分だけ緩やかにオンさせることができ、これによって、リレー駆動用トランジスタのスイッチングノイズの波形を鈍らせて抑制することができる。
【００２７】
本発明の他の実施態様においては、前記トランジスタ制御回路は、前記リレー電流が所定の上限値になると、前記リレー駆動用トランジスタを一定時間オフし、前記一定時間が経過すると、前記リレー駆動用トランジスタをオンするものである。
【００２８】
本発明によると、上限値および一定時間を適切に設定することにより、上昇・下降を繰り返すリレー電流の実効値を、リレー定格電流とすることができ、幅広い印加電圧での使用が可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るリレー駆動回路の構成図であり、上述の図５に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３１】
同図において、１は交流電源、２はリレーコイル、３はリレー駆動用トランジスタ、４はリレー電流検出用抵抗、５はトランジスタ制御回路、６〜８は抵抗であり、以上の構成は、上述の図５のリレー駆動回路と同様である。
【００３２】
この実施の形態では、小型機器に容易に内蔵することができるようにするために、次のように構成している。
【００３３】
すなわち、この実施の形態では、上述の整流ダイオード１９および平滑用コンデンサ２０からなる半波整流回路に代えて、ダイオードブリッジからなる全波整流回路７を設けており、この全波整流回路７の出力を、リレーコイル２、リレー駆動用トランジスタ３およびリレー電流検出用抵抗４の直列回路に対して印加するように構成している。
【００３４】
このように、半波整流回路を全波整流回路７とすることにより、平滑用コンデンサ２０が不要になるとともに、突入電流防止抵抗２１および放電抵抗２２が不要となる。これらの部品は、高電圧がかかるために、外形も比較的大きく、したがって、これら部品を削減することにより、部品実装スペースを大幅に縮小することが可能となり、小型機器への内蔵が容易となる。
【００３５】
しかしながら、半波整流回路を、全波整流回路７に変更するだけでは、平滑用コンデンサ２０がなくなるために、リレー駆動用トランジスタ３のスイッチングノイズが出てしまうことなる。
【００３６】
すなわち、図２に示されるように、リレー駆動用トランジスタ３がオフしている状態からオンすると、瞬間的に、リレーコイル２に並列な逆起電力吸収用ダイオードに電流が流れてリレー駆動用トランジスタ３には、ノイズ電流が流れる。平滑用コンデンサ２０がある場合には、それが吸収されるが、半波整流回路を、全波整流回路７に変更するだけでは、このスイッチングノイズが出てしまい、ＥＭＩの規格を満足できないことになる。
【００３７】
そこで、この実施の形態では、上述の逆起電力吸収用ダイオード１６を、通常のダイオードではなく、高速タイプのダイオードであるファーストリカバリータイプのダイオード２５としており、さらに、リレー駆動用トランジスタ３のベースには、該トランジスタ３のオン時の立ち上がりを緩やかにしてノイズ電流を鈍らせるための遅延用コンデンサ９の一端を接続している。この遅延用コンデンサ９の他端は、リレー駆動用トランジスタ３のエミッタに、リレー電流検出用抵抗４を介して接続されている。
【００３８】
このように、逆起電力吸収用ダイオードを、インピーダンスが低く、応答速度が速いファーストリカバリータイプのダイオード２５として回復時間を速くする一方、遅延用コンデンサ９を設けてリレー駆動用トランジスタ３のオン時の立ち上がりを緩やかにしているので、図３に示されるように、スイッチングノイズを抑制することができ、ＥＭＩ規格を満足することができる。
【００３９】
なお、トランジスタ制御回路５の構成および動作は、上述の図５と同様である。
【００４０】
すなわち、トランジスタ制御回路５は、比較回路１０、ワンシヨット回路１１、アンド回路１２およびタイマ回路１３とを備えており、リレー電流の大きさを検知してリレー駆動用トランジスタ３をオン／オフ制御するものである。
【００４１】
比較回路１０は、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が基準電圧を上回ると、ハイレベルの信号を出力し、ワンショット回路１１をトリガする。ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、アンド回路１２を介してリレー駆動用トランジスタ３のベースに与えられる。タイマ回路１３は、時限動作を行い、タイムアップすると、ハイレベルの信号をアンド回路１２に与える。
【００４２】
このリレー駆動回路において、交流電源１から交流電圧が印加され、タイマ回路１３の出力がローレベルであれば、アンド回路１２の出力は、ローレベルとなり、リレー駆動用トランジスタ３は、オフしてリレーコイル２には、通電されないことになる。このとき、比較回路１０の出力は、ローレベルであり、ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、ハイレベルである。
【００４３】
この状態で、タイマ回路１３がタイムアップしてタイマ回路１３の出力がハイレベルとなると、リレー駆動用トランジスタ３がオンしてリレーコイル２に通電が開始され、リレーコイル２を流れるリレー電流が上昇する。
【００４４】
このリレー電流の上昇に比例してリレー電流検出抵抗４の両端電圧も上昇し、基準電圧を上回ると、比較回路１０は、ハイレベルの信号を出力し、ワンショット回路１１がトリガされる。これによって、ワンショット回路１１の反転出力Ｑバーは、予め設定された期間Ｔに亘ってローレベルとなる。この結果、アンド回路１２の出力がローレベルとなってリレー駆動用トランジスタ３がオフする。
【００４５】
リレー駆動用トランジスタ３がオフすると、リレーコイル２に蓄えられたエネルギーが逆起電力吸収用ダイオード８を介して流れ、リレー電流が下降する。
【００４６】
一方、リレー駆動用トランジスタ３がオフするので、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が低下して基準電圧を下回り、比較回路１０の出力は、ローレベルとなる。設定時間Ｔが経過すると、ワンショット回路の反転出力Ｑバーがハイレベルに戻り、アンド回路１２の出力がハイレベルとなってリレー駆動用トランジスタ３がオンし、これにより、リレー電流が再び上昇する。
【００４７】
このように、リレー電流検出抵抗４の両端電圧が、基準電圧を上回ると、リレー駆動用トランジスタ３を一定時間オフすることにより、所定の範囲で上昇・下降を繰り返すリレー電流が得られる。このリレー電流の実効値が、リレー定格電流になるように一定時間Ｔや回路の各値を設定する。
【００４８】
これによって、複雑な構成の定電圧回路を用いることなく、幅広い交流電圧、例えば、１００Ｖ〜２４０Ｖでの使用を可能とする、いわゆる、電源電圧のフリー化を可能としている。
【００４９】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、トランジスタ制御回路は、リレー電流が所定の上限値になると、リレー駆動用トランジスタを一定時間オフし、前記一定時間が経過いるとオンするようにしたけれども、本発明の他の実施の形態として、リレー電流が所定の上限値になると、リレー駆動用トランジスタをオフし、所定の下限値になると、リレー駆動用トランジスタをオンするように構成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、幅広い交流電圧で使用できるとともに、交流電圧を全波整流するので、平滑用コンデンサが不要になるとともに、突入電流防止抵抗および放電抵抗も不要となり、部品の実装スペースを大幅に縮小することができ、小型機器への内蔵が容易となる。
【００５１】
また、リレーコイルに並列接続される逆起電力吸収用ダイオードとして回復時間が速い高速応答のダイオードを用いる一方、リレー駆動用トランジスタのベースには、遅延用コンデンサを接続しているので、リレー駆動用トランジスタのスイッチングノイズを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリレー駆動回路の構成図である。
【図２】従来例の動作説明に供する波形図である。
【図３】図１の動作説明に供する波形図である。
【図４】従来例のリレー駆動回路の構成図である。
【図５】先に提案しているリレー駆動回路の構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　交流電源
２　　　　　　　　リレーコイル
３　　　　　　　　リレー駆動用トランジスタ
４　　　　　　　　リレー電流検出用抵抗
５　　　　　　　　トランジスタ制御回路
７　　　　　　　　全波整流回路
９　　　　　　　　遅延用コンデンサ
２５　　　　　　　ファーストリカバリータイプダイオード
【図１】
2004103309.tif 000003
【図２】
2004103309.tif 000004
【図３】
2004103309.tif 000005
【図４】
2004103309.tif 000006
【図５】
2004103309.tif 000007