(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を一方方向に流す電流方向制限手段と、前記電流方向制限手段に並列に接続されてなる第１スイッチング手段と、前記電流方向制限手段に並列に接続されてなる第２スイッチング手段とを備えてなるスイッチング回路であって、
前記電流方向制限手段が、電源からの電流を阻止する向きに直列接続されている２個の電流を一方方向に流す電流方向制限素子と、前記電流方向制限素子の間から取り出されている出力部とを有し、
前記第１スイッチング手段が、スイッチ素子と、該スイッチ素子の下流に電源からの電流を阻止する向きに接続されている電流を一方方向に流す電流方向制限素子とを有し、
前記第２スイッチング手段が、電源からの電流を阻止する向きに接続されている電流を一方方向に流す電流方向制限素子と、該電流方向制限素子の下流に接続されているスイッチ素子とを有し、
前記第１スイッチング手段に関係した第１スイッチ側ローパスフィルターおよび前記第２スイッチング手段に関係した第２スイッチ側ローパスフィルターが設けられ、前記第１および第２ローパスフィルターの協働により出力端における電圧変化率が低減されてなることを特徴とするスイッチング回路。
【請求項２】
前記ローパスフィルターが、スイッチング手段のスイッチ素子と電流方向制限素子との間に一端が接続され、前記電流方向制限手段の電流方向制限素子と出力部との間に他端が接続されたコイルと、出力部にバイパス接続されたコンデンサとからなるフィルターであることを特徴とする請求項１記載のスイッチング回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子がトランジスタとされ、前記電流方向制限素子がダイオードまたはトランジスタとされてなることを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング回路に関する。さらに詳しくは、スイッチのオン・オフの際における出力端からの放出ノイズが低減されてなるスイッチング回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータなどの負荷を双方向駆動とするため、図７に示すようにトランジスタを用いた無接点スイッチ（以下、単にスイッチという）を直列接続したスイッチング回路が用いられている。図８はそのスイッチング回路のスイッチｓの動作特性を模式的に示すものである。このスイッチｓは、通常、制御装置（図示省略）からのトリガーによりオンまたはオフされているが、図８からわかるように、回路を流れる電流はトリガーが入力されてから所定時間経過後、いわゆる過渡状態を経て所定値に到達する。また、オフ時においても同様に、過渡状態を経てゼロとなる。そのため、図７に示す回路においては、スイッチｓ1をオフし、続けてスイッチｓ2をオンした場合には、スイッチｓ1が完全にオフしていない時点でスイッチｓ2がオンされるおそれがあるところから、制御装置（図示省略）にディレイタイマーが設けられて両方のスイッチｓ1，ｓ2が同時にオンしないようにされている。
【０００３】
しかしながら、各スイッチｓ1，ｓ2には特性のバラツキがある等の理由によりこのディレイタイマーの設定が難しく、理想的に両方のスイッチｓ1，ｓ2を切換えるのが事実上不可能であるという問題がある。また、図７に示す回路においてはスイッチング時の損失を低減するため、ＴONまたはＴOFFを短くすると出力端の電圧変化率が大きくなり、放出ノイズが増大するという問題もある。
【０００４】
このため、図９に示すように、スイッチｓ1，ｓ2の出力側にＬＣフィルターを設けて出力端の電圧変化率を低減するような回路も提案されている。
【０００５】
しかしながら、図９に示されている回路においては、電源から図１０（ａ）に示すようなパルス状の電圧が供給された場合、出力端の電圧が図１０（ｂ）に模式的に示すように振動するため、電圧の振幅が拡大しかつ電圧が振動するので、外部へ放出される雑音エネルギーも大きくなるという問題がある。それに加え、電圧が振動する結果、モータ等の負荷の動作安定性を損なうという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、モータなどの負荷を安定して双方向駆動となし得るスイッチング回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチング回路は、電流を一方方向に流す電流方向制限手段と、前記電流方向制限手段に並列に接続されてなる第１スイッチング手段と、前記電流方向制限手段に並列に接続されてなる第２スイッチング手段とを備えてなるスイッチング回路であって、前記電流方向制限手段が、電源からの電流を阻止する向きに直列接続されている２個の電流を一方方向に流す電流方向制限素子と、前記電流方向制限素子の間から取り出されている出力部とを有し、前記第１スイッチング手段が、スイッチ素子と、該スイッチ素子の下流に電源からの電流を阻止する向きに接続されている電流を一方方向に流す電流方向制限素子とを有し、前記第２スイッチング手段が、電源からの電流を阻止する向きに接続されている電流を一方方向に流す電流方向制限素子と、該電流方向制限素子の下流に接続されているスイッチ素子とを有し、前記第１スイッチング手段に関係した第１スイッチ側ローパスフィルターおよび前記第２スイッチング手段に関係した第２スイッチ側ローパスフィルターが設けられ、前記第１および第２ローパスフィルターの協働により出力端における電圧変化率が低減されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のスイッチング回路においては、前記ローパスフィルターは、例えばスイッチング手段のスイッチ素子と電流方向制限素子との間に一端が接続され、前記電流方向制限手段の電流方向制限素子と出力部との間に他端が接続されたコイルと、出力部にバイパス接続されたコンデンサとからなるフィルターとされる。
【００１０】
また、前記スイッチ素子は、例えばトランジスタとされ、前記電流方向制限素子は、例えばダイオードまたはトランジスタとされる。
【００１１】
【作用】
本発明のスイッチング回路は前記のごとく構成されているので、出力端の電圧変化率が小さくなる。そのため、放出ノイズが小さくなり、モータなどの負荷の動作が安定する。また、基本的な回路構成は従来のスイッチング回路と同様であるので、従来のスイッチング用のシーケンスあるいは制御プログラムをそのまま用いることができる。
【００１２】
ローパスフィルターに、スイッチング手段のスイッチ素子と電流方向制限素子との間に一端が接続され、電流方向制限手段の電流方向制限素子と出力部との間に他端が接続されたコイルが用いられている本発明の好ましい実施の形態においては、第１スイッチング手段のスイッチ素子に関係させて設けられたコイルと、第２スイッチング手段のスイッチ素子に関係させて設けられたコイルの協働により急激な電流変化が抑制されるので、スイッチ素子の切換えのシーケンスは厳密さを要求されなくなり、スイッチング用シーケンスあるいは制御プログラムは現状のものよりも簡易なものでもよくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
本発明の一実施の形態のスイッチング回路を図１に示し、このスイッチング回路Ａは第１スイッチＳＷ1とこの第１スイッチＳＷ1からの電流を阻止する向きに接続されている第１ダイオードＤ1とを有する第１枝路（第１スイッチング手段）１と、電源Ｅからの電流Ｉを阻止する向きに設けられている第２ダイオードＤ2とこの第２ダイオードＤ2に接続されている第２スイッチＳＷ2とを有する第２枝路（第２スイッチング手段）２と、電源Ｅからの電流Ｉを阻止する向きに直列接続されている第３ダイオードＤ3と第４ダイオードＤ4とを有する第３枝路（電流を一方方向に流す電流方向制限手段）３とを並列接続し、そしてこの第３枝路３の第３ダイオードＤ3と第４ダイオードＤ4間に出力端子Ｏを有する出力部４を設けて主回路を構成するとともに、この主回路に一端が第１枝路１の第１スイッチＳＷ1と第１ダイオードＤ1間に接続され、他端が第３枝路３の第３ダイオードＤ3と出力部４間に接続されている第１コイルＬ1と、一端が第２枝路２の第２スイッチＳＷ2と第２ダイオードＤ2間に接続され、他端が第３枝路３の出力部４と第４ダイオードＤ4間に接続されている第２コイルＬ2と、出力部４の配線にバイパス接続されているコンデンサＣとを設けてなるものである。つまり、並列接続されている各スイッチに関連させて設けられている２個のコイルと出力部に関係させて設けられているコンデンサとからなる一種のローパスフィルターを設けてなるものである。ここでスイッチＳＷには、例えばトランジスタが用いられる。また、ダイオ−ドＤに代えてトランジスタが用いられてもよい。
【００１５】
次に、図２〜図６を参照しながら、かかる構成とされているスイッチング回路Ａの動作について説明する。なお、図２〜図６中、符号▲１▼〜▲４▼は電流の流れ方向を示す。
【００１６】
（１）第１スイッチＳＷ1をオンする（図２参照）。
【００１７】
（２）第１スイッチＳＷ1がオンされると、電流Ｉは第１スイッチＳＷ1、第１コイルＬ1を通って出力端子Ｏから負荷に供給されるとともに、コンデンサＣを充電する。そして、第１コイルＬ1の第１枝路１との接続端電位Ｖ1は第１スイッチＳＷ1がオンされると電源電圧ＶEにまで上昇し、第１スイッチＳＷ1がオフされるまでその電位ＶEが維持される。第２コイルＬ2の第２枝路２との接続端電位Ｖ2は第２スイッチＳＷ2がオフされると第２コイルＬ2の逆起電力ｅ2のため電源電圧ＶEにまで上昇するが、一定時間経過すると第２コイルＬ2の逆起電力ｅ2が消滅するために降下し、またその間に第２スイッチＳＷ2を流れる電流Ｉ2は所定値ＩKからゼロまで降下する。第１スイッチＳＷ1を流れる電流Ｉ1は、第１スイッチＳＷ1がオンされた直後に所定値ＩLまで上昇する。（図２および図６▲１▼参照）
【００１８】
（３）第１スイッチＳＷ1がオンされてからの過渡状態の間は、第２コイルＬ2の第２枝路２との接続端電位Ｖ2は、前述したように第２コイルＬ2の逆起電力ｅ2が消滅するために一時的に降下するが、Ｖ3の電圧の変化に合わせてその後徐々に電源電圧ＶEにまで復帰する。出力端子Ｏの電圧Ｖ3および電流Ｉ3は第１コイルＬ1、コンデンサＣおよび負荷により定まる時定数にしたがって電源電圧ＶEおよび所定値ＩSまで上昇する。第１スイッチＳＷ1を流れる電流Ｉ1はコンデンサＣが充電されている間所定の時定数で上昇する。（図２および図６▲１▼参照）
【００１９】
（４）第１スイッチＳＷ1がオンされてからの過渡状態が終了すると、第２コイルＬ2の第２枝路２との接続端電位Ｖ2は、電源電圧ＶEに維持され、出力端子Ｏの電圧Ｖ3および電流Ｉ3はともに電源電圧ＶEおよび所定値ＩSに維持される。第１スイッチＳＷ1を流れる電流Ｉ1はコンデンサＣを充電していた電流がゼロとなるため所定値ＩSに維持される。（図３および図６▲２▼参照）
【００２０】
（５）第１スイッチＳＷ1をオフするととも第２スイッチＳＷ2をオンする（図４参照）。
【００２１】
（６）第１スイッチＳＷ1がオフされ、第２スイッチＳＷ2がオンされると、第１コイルＬ1の第１枝路１との接続端電位Ｖ1は第１スイッチＳＷ1がオフされるとゼロに降下し、それが一定時間維持される。第２コイルＬ2の第２枝路２との接続端電位Ｖ2は第２スイッチＳＷ2がオンされると同時にゼロとなり、出力端子Ｏの電圧Ｖ3および電流Ｉ3はともに第１コイルＬ1の逆起電力ｅ1により一定時間電源電圧ＶEおよび所定値ＩSに維持される。第２スイッチＳＷ2を流れる電流Ｉ2は所定の時定数で増加する。（図４および図６▲３▼参照）
【００２２】
（７）第１スイッチＳＷ1がオフされ、第２スイッチＳＷ2がオンされてから一定時間が経過すると、第１コイルＬ1の第１枝路１との接続端電位Ｖ1は第１コイルＬ1の逆起電力ｅ1により一端上昇するが、第１コイルＬ1の逆起電力ｅ1が徐々に減少するので次第に減少し、最終的にはゼロとなる。第２コイルの第２枝路との接続端電位Ｖ2はゼロに維持される。出力端子Ｏの電圧Ｖ3および電流Ｉ3はともにコンデンサＣの電荷が減少するので次第に減少し、最終的にはゼロとなる。第２スイッチＳＷ2を流れる電流Ｉ2は所定の時定数で増加しつづける。（図５および図６▲４▼参照）
【００２３】
このように、この実施の形態によれば、スイッチ切換えの際の電圧変化率が小さくなるため、放出ノイズが著しく低減される。その結果、モータなどの負荷の動作が安定する。また、この実施の形態では基本的な回路構成は従来と同様とされているので、従来のスイッチング回路に用いられたシーケンスや制御プログラムがそのまま適用できることの他、第１コイルと第２コイルとの協働により急激な電流変化が抑制されるので、スイッチ素子の切換えのシーケンスは厳密さを要求されなくなり、スイッチング用シーケンスあるいは制御プログラムは現状のものよりも簡易なものとすることもできる。
【００２４】
なお、この実施の形態では第１スイッチに関係させて設けられたコイルと出力部に関係させて設けられたコンデンサとからなる一種のローパスフィルターと、第２スイッチに関係させて設けられたコイルと出力部に関係させて設けられたコンデンサとからなる一種のローパスフィルターとの協働により出力端子の電圧変化率が低減されるので、このローパスフィルターの組合せたものが出力端子の電圧変化率低減手段を構成している。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればスイッチ切換えの際の電圧変化率が小さくなるため、放出ノイズが著しく低減され、その結果モータなどの負荷の動作が安定するという優れた効果が得られる。また、基本的な回路構成は従来のスイッチング回路と同様とされているので、従来から用いられたシーケンスや制御プログラムがそのまま適用できるという優れた効果も得られる。このことにより、既存のスイッチング回路を本発明のスイッチング回路に容易に置き換えることができるという効果も得られる。
【００２６】
さらに、各スイッチ素子に関係されて設けられたコイルの協働により急激な電流変化が抑制される本発明の好ましい形態によれば、スイッチング用シーケンスあるいは制御プログラムが現状のものよりも簡略化できるという優れた効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング回路の一実施の形態の回路図である。
【図２】同回路の動作説明図であって、第１スイッチがオンされてからの過渡状態を示す。
【図３】同動作説明図であって、第１スイッチがオンにおける定常状態を示す。
【図４】同動作説明図であって、第１スイッチがオフされるとともに第２スイッチがオンされた過渡状態の前半部を示す。
【図５】同過渡状態の後半部を示す。
【図６】同回路の各部の電圧および電流変化を模式的に示したグラフである。
【図７】従来のスイッチング回路の回路図である。
【図８】同回路におけるスイッチの動作説明図である。
【図９】図８に示す回路において出力側にＬＣフィルターが設けられたものの回路図である。
【図１０】同回路にステップ入力がなされた場合の出力電圧の変化を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
１          第１枝路
２          第２枝路
３          第３枝路
４          出力部
Ａ          スイッチング回路
ＳＷ        スイッチ
Ｄ          ダイオード
Ｌ          コイル
Ｅ          電源
Ｉ          電流
【図１】
0003947814.tif 000002
【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】
0003947814.tif 000008
【図８】
0003947814.tif 000009
【図９】
0003947814.tif 000010
【図１０】
0003947814.tif 000011