(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイル(20)によって作動する一組の接触子(15,17,28)を有する電気スイッチング装置(10)用の制御回路(30)であって、
前記電気スイッチング装置を作動する制御信号を入力するための第１，第２入力端子(38,39) と、
前記第１，第２入力端子(38,39) 間に設けた前記電磁コイル(20)と直列に接続される導電路および制御端子を有する第１トランジスタ(Q2)と、
この第１トランジスタ(Q2)の前記制御端子に加えられる一連のパルスを発生することによって、制御信号が前記第１、第２入力端子(38,39)に入力するように応答し、前記パルスにより前記第１トランジスタ(Q2)をバイアスして、所定の時間、前記電磁コイル(20)に第１レベルの電流を供給し、その後、前記第１レベルよりも小さい第２レベルの電流を前記電磁コイル（20）に供給するように前記第１トランジスタ(Q2)をバイアスするためのコントローラ(33,34) と、
第１ダイオード(D10) と第２トランジスタ(Q5)を直列接続して、これを電磁コイル(20)に接続する構成を有し、前記第２トランジスタ(Q5)が前記制御信号によってバイアスされ、前記一連のパルスの各パルス間のインタバルに前記電磁コイル(20)に発生した電流に対する第１の電圧降下を与え、前記制御信号の除去により、前記第２トランジスタ(Q5)が前記電磁コイル(20)に発生する電流に対する、前記第１の電圧降下よりも大きい第２の電圧降下を与えるためのフライバック／減衰回路(36)と、を含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項２】
前記所定の時間は、前記第１，第２入力端子(38,39) に前記制御信号を加えることによって始まることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項３】
一連のパルスは、所定の時間、第１デューティサイクルを有し、その所定の時間の後で第２デューティサイクルを有することを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項４】
コントローラ(33,34) は、前記制御信号の電圧及び電磁コイル(20)の抵抗を変化させることなく、第１，第２デューティサイクルを変化させて、各々予め定めた第１，第２の電流レベルを与えることを特徴とする請求項３記載の制御回路。
【請求項５】
コントローラは、前記所定の時間の後で、タイミング信号を発生して前記制御信号に応答するタイマ(34)と、
各パルスの継続時間に前記タイミング信号に応答する一連のパルスを発生するパルス幅変調コントローラ(33)と、を含んでいることを特徴とする請求項３記載の制御回路。
【請求項６】
タイマ(34)は、
基準電圧源(52)と、
前記制御信号に応答して、時間変動電圧を生じる抵抗−キャパシタ回路網(D6,R8,R9,C5) と、
前記基準電圧に関連して定められた前記時間変動電圧に応答するタイミング信号を発生する比較器(56)と、を含むことを特徴とする請求項５記載の制御回路。
【請求項７】
パルス幅変調コントローラ(33)は、
タイミング信号に応答して変化する基準電圧源(R13,R14) と、
電磁コイルを通って流れる電流の大きさを示すセンサ電圧を発生する電流センサ(R16) と、
前記基準電圧に関連して定められたセンサ電圧に応答して一連のパルスを生じる比較器(60)と、を含むことを特徴とする請求項５記載の制御回路。
【請求項８】
フライバック／減衰回路(36)は、
前記制御信号を加えることにより導通状態になる第３トランジスタ(Q4)を含み、前記第３トランジスタが導通状態にバイアスされたとき、第２トランジスタ(Q5)を第１導通状態にすることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項９】
フライバック／減衰回路(36)は、第２トランジスタ(Q5)を駆動して、第１電圧降下を生じるように飽和させることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項１０】
第２トランジスタ(Q5)が、固定の第２電圧降下を生じることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項１１】
フライバック／減衰回路(36)は、
第１入力端子(38)に連結された入力ノード(62)と、
前記入力ノード(62)と第２入力端子(39)の間に直列に接続され、一対の抵抗(R19,R20) 間に第１ノード(66)を形成する一対の抵抗(R19,R20) と、
前記第１ノード(66)に連結される制御端子および１つの導電路を有する第３トランジスタ(Q4)と、
第２ダイオード(D8)と、
前記第３トランジスタ(Q4)、第２ダイオード(D8)、及び第１抵抗(R18) の導電路が、前記入力ノード(62)と第２トランジスタ(Q5)の制御電極との間に直列に接続されている第１抵抗(R18) と、
前記制御電極と第２トランジスタ(Q5)の導電路の一端との間に接続され、この一端を電磁コイル(20)の一端側に接続している、第２抵抗(R21) と、
前記制御電力と前記第２トランジスタ(Q5)の導電路の他端との間に接続され、この他端を電磁コイル(20)の他端側に接続している、ツェナーダイオード(D9)と、を含んでいることを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項１２】
第１，第２入力端子(38,39) に接続される電源回路(31)をさらに含み、この電源回路は、コントローラ(33,34) に加えるとともに、第２トランジスタ(Q5)が第１導通状態になるようにバイアスするためのフライバック回路(36)に加えられる調整出力電圧を作り出すことを特徴とする請求項１記載の制御回路。
【請求項１３】
電磁コイル(20)によって作動する一組の接触子(15,17,28)を有する電気スイッチング装置(10)用の制御回路(30)であって、
前記電気スイッチング装置を作動する制御信号を入力するための第１，第２入力端子(38,39) と、
前記第１，第２入力端子(38,39) に接続され、調整出力電圧を作り出す電源回路(31)と、
前記第１，第２入力端子(38,39) 間に設けた前記電磁コイル(20)と直列に接続される導電路および制御端子を有する第１トランジスタ(Q2)と、
第１，第２入力端子(38,39) に前記制御信号を加えることによって始まる所定の時間の間、第１状態を有し、その所定の時間の後で第２状態を有するタイマ(34)と、
第１基準電圧が前記タイマの第２状態時よりも第１状態時の方が高くなるように、前記調整出力電圧から導かれる前記第１基準電圧を有する電圧源(R13,R14)と、前記電磁コイル(20)を通って流れる電流の大きさに応答してセンサ電圧を生じる電流センサ(R16) と、前記制御端子に加えられるバイアスパルスを発生して、前記第１基準電圧がセンサ電圧を越える場合に第１トランジスタ(Q2)を導通させるように構成された比較器(60)とを含み、前記タイマ(34)に接続されたパルス幅変調コントローラ(33)と、
前記電磁コイル(20)に並列に接続される導電路を有し、この導電路は、第１ダイオード(D10) と第２トランジスタ(Q5)を直列接続して形成され、前記第２トランジスタ(Q5)が前記調整出力電圧によってバイアスされ、前記電磁コイル(20)に発生した電流に対して第１電圧降下を生じ、前記第１，第２入力端子(38,39) からの制御信号が取り除かれると、第２トランジスタ(Q5)がバイアスされ、第１電圧降下よりも大きい第２電圧降下を生じるようにしたフライバック／減衰回路(36)と、を含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項１４】
フライバック／減衰回路(36)は、
調整出力電圧が入力する入力ノード(62)と、
前記入力ノード(62)と第２入力端子(39)の間に直列に接続され、一対の抵抗(R19,R20) 間に第１ノード(66)を形成する一対の抵抗(R19,R20) と、
前記第１ノード(66)に連結される制御端子および１つの導電路を有する第３トランジスタ(Q4)と、
第２ダイオード(D8)と、
前記第３トランジスタ(Q4)、第２ダイオード(D8)、及び第１抵抗(R18) の導電路が、前記入力ノード(62)と第２トランジスタ(Q5)の制御電極との間に直列に接続されている第１抵抗(R18) と、
前記制御電極と第２トランジスタ(Q5)の導電路の一端との間に接続され、この一端を電磁コイル(20)の一端側に接続している、第２抵抗(R21) と、
前記制御電極と前記第２トランジスタ(Q5)の導電路の他端との間に接続され、この他端を電磁コイル(20)の他端側に接続している、ツェナーダイオード(D9)とを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の制御回路。
【請求項１５】
タイマ(34)は、
調整出力電圧から第２基準電圧を生じる電圧分割器(R10,R11) と、
時間変動電圧を生じるために前記基準出力電圧から放電するキャパシタ(C5)と、
第２基準電圧を越える時間変動電圧に応答して状態を変えるタイミング信号を発生する比較器(56)と、を含むことを特徴とする請求項１３記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流を切り換えるための接触器等の装置に関し、特に、一組のスイッチング接触器を開閉するために、前記装置のコイルに電気を供給するための制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータや他の大きな負荷への電流供給は、接触器として知られるリレーの形式によって制御される。この接触器は、一般的に、開き状態にバネ付勢される１つまたはそれ以上の組の電気スイッチ接触子を有する。接触器のソレノイドコイルが励磁されると、スイッチの接点を閉じる力を生じる電磁界を発生する。こうして、接触器は、コイルに加えられる比較的小さな電流と電圧で負荷に対してより大きな電流及び電圧の一方または両方を切り換えることができる。
【０００３】
ある形式の接触器を用いた場合、初期に接触子を閉じるために必要とする電流よりも、その後で接触子を閉じ状態に維持するためにより大きな電流を必要とする。バッテリー電源装置等の利用の結果では、電力を保持するために接触子の閉じた後のコイル電流を減少させることが望ましい。
【０００４】
電流を制御するための１つの技術は、接触器のコイルに加えられる電気のパルス幅変調し、コイルに加えられる電流の大きさを変化させるのにパルスの継続時間を変えることである。
【０００５】
パルス幅変調を用いて、コイル内に蓄えられたエネルギーは、接触子を閉じ状態に保つ電磁界を維持するために、各パルスサイクルのオフ周期の間、「フライバック」電流を発生させるために使うことができる。こうして、低インピーダンスのフィードバック通路が、このフライバック電流のために、コイルの回りに作り出される。しかし、この低インピーダンスのフィードバック通路は、接触子が開いた状態になると電磁界が次第に減少する欠点を有する。これは、接触子の物理的分離がゆるやかであり、分離される接触子間のアーク状態を増大させる。
【０００６】
さらに、過渡現象の抑制器等の外部装置が、通常の接触器のコイル端子間に接続されて、接触子が負荷をターンオフするために開く速度を遅くさせる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、負荷のターンオフ時に、コイルの磁界を急速に減衰させるようにした、電磁気作動の電流スイッチング装置用の制御回路を提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、電流スイッチング装置のコイルのためのパルス幅変調の制御回路を提供して、コイルを横切る比較的低い電力消散用の導電路を与えるとともに、負荷がターンオフされるときに、強力にかつ高い消散用の導電路を制御回路に与えることである。
【０００９】
また、本発明の別の目的は、コイル端子に接続された外部装置によるコイルの作動上の影響を最小にする制御回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記および他の目的は、本発明の各請求項に記載のように、電磁コイルによって作動する一組の接触子を有する電気スイッチング装置のための制御回路によって達成される。この制御回路は、電気スイッチング装置を作動させる制御信号を入力するための第１，第２の入力端子を備えている。
【００１１】
また、第１トランジスタが、第１，第２入力端子間に電磁コイルを直列に接続した導電路および制御端子を有する。さらに、コントローラを備え、このコントローラは、第１トランジスタの制御端子に一連のパルスを加えて、第１トランジスタを導電状態にスイッチングし、この電流パルスをコイルに加える。
【００１２】
この一連のパルスは、所定の時間の第１デューティサイクルを有して制御信号を第１，第２入力端子に加え、さらにその後で、一連のパルスは、第２デューティサイクルを有して、前記所定の時間に流れるよりも少ない電流を、電磁コイルを通して流す。
【００１３】
また、フライバック／減衰回路を有し、これは、第１トランジスタが非導通であるとき、電磁コイル内に電流を生じさせるために、第１ダイオードと第２トランジスタを直列接続して、電磁コイルに並列配置された導電路を備えている。第２トランジスタは、制御信号によって第１導通状態にバイアスされている。
【００１４】
制御信号が第１，第２入力端子から取り除かれると、第２トランジスタは、電磁コイルに発生した電流によって第２状態にバイアスされる。この第２導通状態は、第１導通状態よりも導電性が低下する。
【００１５】
こうして、第１導通状態は、電気パルスが発生している間、コイルによって生じる電磁界を維持するように作用し、第２導通状態は、電気スイッチング装置を不作動にさせるように望む時、電磁コイルに生じた電流のための通路において電圧降下を発生する。この動作は、コイルに蓄えられた磁界を急速に激減させるように電力を消散し、スイッチの接触子を急速に開く。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１を参照すると、単一極の電磁接触器１０は、第１，第２の電力端子１４，１６を備えるプラスチック製のハウジング１２を有する。第１電力端子１４は、ハウジング１２に取付られた第１固定接触子１５を有し、第２電力端子１６は、第２固定接触子１７を有する。
【００１７】
１つの電磁ソレノイド１８がハウジング１２の内部表面に設けた凹部内に装着されている。このソレノイド１８は、環状コイル２０を有し、このコイルの中心開口２４内に１つのコア２１と１つの電機子２２が配置されている。電機子２２は、コア２１を遊嵌して貫通し、かつ移動可能な接触子アーム２８に接続された軸２６を有する。
【００１８】
コイル２０は、電流により励磁されると、図１に示す方向において、電機子２２を上方に移動し、この作動により、可動接触子アーム２８が２つの固定接触子１５，１７に対して第１，第２の電力端子１４，１６間の電路を閉じるように作用する。電流がコイル２０に流れなくなると、バネ２９が作用して可動接触子２８を２つの固定接触子１５，１７から離し、電路を開く。この形式の接触器は、米国特許第５，００４，８７４号に記載され、この開示内容は、ここに参考として包含される。
【００１９】
接触器ハウジング１２内には、図２で示す電気回路があり、この回路は、コイル２０への電気の供給を制御する。使用者は、コイル制御端子（入力端子）３８，３９間に直流電圧を加えるか取り除くかによって接触器１０を作動させるか不作動にする。
【００２０】
接触器の動作状態のとき、制御回路３０は、コイルに一連の直流パルスを供給し、電気スイッチング装置１０の接触子を閉じる。固定接触子１５，１７に対して接触子アーム２８を移動するために、コイル２０に供給すべき電流の量は、その後で接触子を通る電路を維持するために必要とされる電流量よりも大きい。結果として、制御回路３０には、コイルを通る十分な電流を与えて接触子を閉じるために、比較的大きなデューティサイクルのパルスが加えられる。
【００２１】
接触子の閉じ状態を十分長くなるようにする所定の時間周期の後で、制御回路は、デューティサイクルが減少し、そして、コイル電流を低レベルにして、可動接触子アーム２８を固定接触子１５，１７に適切に接触させるように保つ。
【００２２】
制御回路３０は、電源回路３１、出力駆動回路３２、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流コントローラ３３、タイマ３４、およびフライバック／減衰回路３６を含んでいる。電源回路３１は、入力電圧のワイドレンジ（例えば、直流１０〜５０Ｖ）を越える、安定した調整電圧をタイマ３４とパルス幅変調電流コントローラ３３に供給する。
【００２３】
正の制御端子３８は、電源入力ノード４０にダイオードＤ２、ノード３５及び電流制限抵抗Ｒ１を介して連結される。ツェナーダイオードＤ２は、入力ノード４０とアースとの間に配置されて電源の過電圧を保護する。抵抗Ｒ２とツェナーダイオードＤ３は、入力ノード４０とアースとの間に直列に接続される。ツェナーダイオードＤ３は、アースに対して通常８．４ボルトをカソードに生じさせる主電圧用の基準要素であり、この電圧は、ＮＰＮのダーリントン接続のトランジスタＱ１のベースに供給される。
【００２４】
キャパシタＣ１は、ノイズフィルタとして、トランジスタＱ１のベースをアースに接続し、パワーアップ中でのベース電圧の立ち上がり率を緩やかにする。これは、キャパシタＣ２，Ｃ３へのドライブ電流が瞬時にターンオンすることを減少させ、トランジスタＱ１と同様にこれらのキャパシタへのストレスを減少する。
【００２５】
ダーリントン接続のトランジスタＱ１は、入力ノード４０に連結されるコレクタと、電源の第１出力ノード４２に連結されるエミッタを有する。トランジスタＱ１は、エミッタホロワ電流増幅器として作用し、電流負荷のレンジを越えかつ入力電圧のワイドレンジ全体にわたり、通常、７．２ｖｄｃのエミッタ調整出力電圧を与える。
【００２６】
電源回路３１の第１出力ノード４２は、反結合ダイオードＤ４を介して電源回路３１の第２出力ノード４４に接続されている。第２出力ノード４４は、並列接続したキャパシタＣ２，Ｃ３を介してアースに接続されている。反結合ダイオードＤ４は調整電圧をタイマ３４及びＰＷＭ電流コントローラ３３内の電圧比較器に供給する。
【００２７】
キャパシタＣ２は、フィルタ要素として作用し、短い入力電力の中断及び負の過渡現象の間、電圧を維持したままである。かなり小さなキャパシタは、より効果的な高周波ノイズ抑制を与えるために、キャパシタＣ２に並列接続されている。接触器１０のターンオフ中、ダイオードＤ４は、第１出力ノード４２に戻るように流れる、キャパシタＣ２からの逆方向電流を防止し、他の回路段の電圧を急速にゼロに落す。このような電流ループにより、フライバック／減衰回路３６の作動が逆になる。
【００２８】
タイマ３４は、高レベルの引き込み(pull in) 電流をコイルに供給して接触器１０を始動させる制御回路のタイマ継続時間を制御する。タイマ入力ノード５２は、電源回路３１の第２出力ノードに直接接続されている。ダイオードＤ６と抵抗Ｒ８は、タイマ入力ノード５２とキャパシタＣ５を介してアースに接続された中間ノード５４の間に並列接続されている。中間ノード５４は、抵抗Ｒ９を介して第１電圧比較器５６の反転入力に接続されている。第１電圧比較器５６の非反転入力は、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１によって形成された電圧分割器の中間ノードに接続される。抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１は、基準電源を形成するためにタイマ入力ノード５２とアースとの間に直列に接続されている。
【００２９】
第１電圧比較器５６の出力は、ＰＷＭ電流コントローラ３３の入力端子５８に接続される。この入力端子５８は、プルアップ抵抗Ｒ１２を介して電源回路３１からの第２出力４４に接続されている。比較器の出力段がオープンコレクタ形式の抵抗Ｒ１２であるので、コレクタへの電流がオフされると、ダイオードＤ７のカソードに電流が発生する。
【００３０】
ブロッキングダイオードＤ７は、入力端子５８を第２電圧比較器６０の非反転入力に接続される。この非反転入力は、また、バイアス抵抗Ｒ１３を介して電源回路の第２出力４４に接続され、また抵抗Ｒ１４を介してアースに接続されている。これにより、基準電圧源が形成される。
【００３１】
抵抗Ｒ１７は、第２電圧比較器６０の出力と非反転入力の間に接続され、この比較器のオンオフのスレッショルド値のためのシステリシスを与える。第２電圧比較器６０の反転入力は、抵抗Ｒ１５を介して接触器のコイル２０の第２端子６１に接続され、この端子は、低抵抗電流感知用の抵抗Ｒ１６を介してアースされている。第２電圧比較器６０の反転入力は、また、キャパシタＣ６によってアースされている。第２電圧比較器６０の出力は、出力ドライバ３２内のＮＰＮトランジスタＱ３のベースに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７によって形成される別の電圧分割器の中間ノード５０に接続され、これらの抵抗Ｒ６，Ｒ７は、電源の第２出力ノード４４とアースとの間に直列接続されている。出力ドライバ３２は、第２のダーリントン接続のトランジスタ（第１トランジスタ）Ｑ２を有し、このトランジスタは、ＰＮＰ形で、入力ノード３５に接続されたエミッタと、接触器コイル２０の第１端子４７に接続されたコレクタを有する。
【００３３】
ツェナーダイオードＤ５は、ダーリントン接続のトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ結合間に接続され、過電圧と過渡状態での保護を与え、キャパシタＣ４は、エミッタを接地してノイズを抑制する。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４によって形成される電圧分割器は、一端が入力ノード３５に接続され、中間ノード４８がトランジスタＱ２のベースに連結されている。
【００３４】
抵抗Ｒ３，Ｒ４の電圧分割器の他端は、トランジスタＱ３と抵抗Ｒ５のコレクタ−エミッタを直列接続した電路を介してアースされている。実際に、トランジスタＱ３がオン状態にあるとき、電流制限モードにおいて作動する。抵抗Ｒ５間の電圧降下が抵抗分割器Ｒ６，Ｒ７（Ｖbeの電圧降下をマイナスする）を介してベース端子に生じたレベルに接近するレベルに、トランジスタＱ３のエミッタ電流が達すると、ベースバイアスが制限され、そして、エミッタに対するコレクタの電圧降下分がこのレベルの電流を保つように調整される。この作用は、たとえ供給電圧が入力３８にあろうとも、トランジスタＱ２のベースに電流を流すために抵抗Ｒ４を通じて引き出された電流が一定となるので、好ましい。
【００３５】
フライバック／減衰回路３６は、電源回路３１の第１出力ノード４２に接続される入力ノード６２を有する。入力ノード６２は、ＰＮＰのトランジスタ（第３トランジスタ）Ｑ４のエミッタ−コレクタ間の導電路、ダイオードＤ８、及び抵抗Ｒ１８を介して中間ノード６４に接続される。抵抗Ｒ１９と抵抗Ｒ２０により形成される電圧分割器は、入力ノード６２とアース間に接続され、この電圧分割器の中間ノード６６がトランジスタＱ４のベースに接続されている。
【００３６】
フライバック／減衰回路３６の中間ノード６４は、ダーリントン接続のトランジスタ（第２トランジスタ）Ｑ５のベースに接続され、エミッタは、接触器コイル２０の第１端子に接続されるとともに抵抗Ｒ２１を介してベースに接続されている。トランジスタＱ５のコレクタは、逆バイアスされたダイオードＤ１０を介してアースに接続され、かつツェナーダイオードＤ９を介してベースに接続されている。
【００３７】
制御回路３０は、制御端子３８，３９に電圧を供給することによってパワーアップされ、タイマ３４内のキャパシタＣ５間の電圧は、初期にゼロレベルにあり、抵抗Ｒ９を介して第１電圧比較器５６の反転入力に接続されている。この結果、第１電圧比較器５６の出力端はオープンであり、これにより、抵抗Ｒ１２はノード５８を調整された電源電圧に引き上げることができる。
【００３８】
このような状態では、ノード５８での抵抗１２の低電圧側は、ダイオードＤ７を通って、ＰＷＭ電流コントローラ３３内の第２電圧比較器６０の抵抗Ｒ１３／Ｒ１４の電圧分割器へと導かれる。これにより、比較器６０の基準入力が高レベルなる。高出力状態にある比較器６０を用いて、抵抗Ｒ１７は、わずかに基準電圧レベルを引き上げ、そして、高出力状態は、トランジスタＱ３とトランジスタＱ２をターンオンさせる。これらのトランジスタは、電流感知抵抗Ｒ１６間の電圧が、第２電圧比較器６０の出力が低くなるときに、その非反転入力に加えられる基準電圧を越えるまで導通状態を保つ。
【００３９】
この動作は、抵抗Ｒ１７の一端を、比較器６０の非反転入力での基準電圧よりも低いレベルにする。この比較器における正のフィードバックにより、比較器の正で急速なスイッチングを確実にする。比較器６０の出力が低レベルであることにより、トランジスタＱ３とトランジスタＱ２はターンオフされる。トランジスタＱ３，Ｑ２は、電流感知抵抗Ｒ１６間の電圧が第２電圧比較器に対する基準電圧よりも低い電圧に降下すると、再びターンオンする。
【００４０】
抵抗Ｒ１７は、比較器入力上でのトグルのスレッショルド基準電圧にシステリシスによる少量の電圧を与えるように選択される。この差分は、比較器が、オンオフの二方向に切り換わる電流感知レベルにおけるわずかな差電圧によって形成される。この差電圧のレベルは、コイルのＬ／Ｒ比と抵抗Ｒ１５とキャパシタＣ６の時定数に関連して、ＰＷＭ発振器の実際の動作周波数と調整電流におけるリップル分を決定する。
【００４１】
回路動作の初期時に第２電圧比較器６０の非反転入力に与えられる、タイマ３４により生じた基準電圧が比較的高レベルにあるので、コイル２０に加えられる電流パルスの幅は、比較的長く、大きな初期コイル電流を発生させる。
【００４２】
時間が経つと、キャパシタＣ５は抵抗Ｒ８を通じて充電される。キャパシタ電圧が、第１電圧比較器５６の非反転入力において、あるレベルに達すると、第１電圧比較器の出力が低レベルに切り換り、電流を抵抗Ｒ１２からアースに流し、抵抗Ｒ１３／Ｒ１４電圧分割器における抵抗Ｒ１２の影響をなくす。
【００４３】
この動作は、第２電圧比較器６０の非反転入力上で接触子が閉じるバイアスレベルとなるように移行させ、バイアスレベルコイル２０に加える電流が低レベルになるように減少させ、抵抗Ｒ１３／Ｒ１４電圧分割器によって、接触子１５，１７，２８を閉じた状態に保持するために必要とされるレベルに定まる。
【００４４】
特に、低レベルの基準電圧が第２電圧比較器の非反転入力に加えられる。この比較器は、トランジスタＱ３，Ｑ２のスイッチング作用によってコイル２０に加えられる電流パルスを短くする。正の制御端子３８から正の電圧を取り除くことにより制御回路３０がターンオフされるまで、この定常状態は保持される。
【００４５】
制御回路３０のターンオフの間、主電源回路のキャパシタＣ２，Ｃ３間の電圧は、回路のリアクタンス負荷により急速に減衰する。タイミングキャパシタＣ５を急速に放電させるために、逆バイアスダイオードＤ６が抵抗Ｒ８間に挿入され、電源電圧がＣ５の放電レベルより下に減衰すると、順方向にバイアスされることになる。こうして、回路自体がターンオフ時に急速にリセットされ、ターンオフ後、直ちに電力が再供給される場合、適当なターンオンタイミングで再起動することができる。このような状態は、接触器１０によって制御されるモータが、急速にオン−オフを行う「ジョグ動作」にあるとき、発生する。
【００４６】
コイル回路３０を流れる電流は、出力トランジスタＱ２のオンオフを急速に切り換え（パルス動作）、またオンとオフとの時間比率を変えることにより調整される。これによりコイル電流をパルス幅変調（ＰＷＭ）する。コイル電流は、接触器のプル−イン（引き込み）及び閉じ状態の間、正確に感知しかつ制御される。連続的に上記時間比率が調整され、電源電圧とコイル抵抗の変動における変化を補償する。
【００４７】
スムーズなコイル電流の流れは、ダイオードＤ１０を通るコイル２０の回りのフライバックループを与えることにより、電流パルス間の短いＰＷＭのオフ時間の間に達成される。通常の動作の間、ダイオードＤ１０は、電源回路３１によって完全に導通状態にバイアスされるトランジスタＱ５を有することによりコイルのまわりに低インピーダンスのループ内にある。これにより、電源ノード４２からトランジスタＱ４、ダイオードＤ８、及び抵抗Ｒ１８を通りトランジスタＱ５のベースに通じる調整電圧を供給することにより達成される。
【００４８】
パルス間のＰＷＭのオフ時間中、レンツの法則に従って、オン時間中の電流の流れと同一の方向に電流を流すように、コイルの極性を逆にする。こうして、ダイオードＤ１０とトランジスタＱ５は、順方向にバイアスされ、コイル２０の回りにフライバック電流を導く。
【００４９】
しかし、制御回路３０がターンオフしたときに、このフライバックループによって蓄積したコイルエネルギーを急速に消散させて、接触器の開き動作が減衰またはスローダウンしないようにすることが重要である。電圧が正の制御端子３８から取り除かれると、ベースバイアスが、トランジスタＱ４からトランジスタＱ５に与えられ、ダイオードＤ８と抵抗Ｒ１８がなくなる形となってトランジスタＱ５をターンオフさせ、フライバックループが開く。
【００５０】
しかし、コイルに発生した逆の極性により、ツェナーダイオードＤ９を通ってトランジスタＱ５のベースがバイアスされ、このトランジスタのコレクタがエミッタ電圧のレベルにクランプされる。フライバック電流に関連するこの電圧降下は、コイルの磁界を急速に消散させる電力を生じさせ、接触器を早く開くことができるようにする。
【００５１】
それゆえ、フライバック回路３６は、通常のＰＷＭ動作中では低インピーダンスのフライバックループを形成し、また、ターンオフ時には電力消散器となる２つの機能を有する。
【００５２】
このターンオフ時間の間、トランジスタＱ４が、意図しないリーク路が存在しないようにして、順方向バイアスをトランジスタＱ５のベースに与える。コイルの極性が、このターンオフ時間の間、逆転するので、トランジスタＱ５のエミッタはアースに対して負電位になり、アースから正の制御端子３８に向かういかなる電路もトランジスタＱ１，Ｑ４、抵抗Ｒ１８、及びダイオードＤ８を通ってトランジスタＱ５のベースに流れる順方向バイアスが与えられ、それが保持される。そして、ダイオードＤ９からのクランプ電圧用のバイアスが重なる。
【００５３】
しかし、この状態では、トランジスタＱ４のベースは、バイアスが加えられず、このコレクタ回路はオープン状態で、トランジスタＱ５のベースへのループもオープン状態になる。ダイオードＤ４は、電源キャパシタＣ２，Ｃ３がターンオフ時にトランジスタＱ４を通ってトランジスタＱ５のベースに戻る放電を防止する。さもなければ、これらの部品からのバイアスより、トランジスタＱ４がオン状態に保たれることになる。
【００５４】
本発明のフライバック／減衰回路３６における重要な利点は、コイル２０が制御されたフライバック減衰ループを備えていることである。通常、接触器コイルは、制御端子３８，３９間に直接接続されており、これにより、制御電力のオンオフによるスイッチングが行われてコイルを励磁する。制御ラインがスイッチオフされると、コイルエネルギーは、一般的にスイッチのアークにより急速に消散する。
【００５５】
その他の負荷がこの入力間に、即ち、コイルと並列に接続されると、ターンオフ時のコイルエネルギーは、他の負荷を通るフライバック電流の形式において、より緩やかに消散することになる。一般に、望ましくない実施例であるが、取付ける接触器は、逆電圧の過渡現象を抑制するためにコイル端子間にダイオードを接続することにより、コイルが制御ライン上に電圧を加えるようになる。
【００５６】
延長した減衰は、機械的ダンパ動作をし、接触子の分離をスローダウンさせ、増大した接触子のダメージをもたらすアーク継続時間を増大させ、さらに、最大アーク電圧を増加から電流の中断までの時間を長くさせる。より高い直流電圧レベルでは、特に危険である。
【００５７】
この回路を用いて、コイルフライバックエネルギーが内部の制御ループ内で消散され、それゆえ、このエネルギーは、外部負荷がエネルギーに影響を与える入力端子を通って直接戻るように供給されない。
【００５８】
さらに、本発明の回路では、過渡現象のコイル電圧が、端子３８，３９に接続された使用者の制御ライン上に戻るように加えられることがないようにコイル電圧を分離しており、これにより、上述した抑制器の必要をなくしている。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の制御回路は、接触器のコイルを制御電圧に応答して駆動するために、電源回路からの調整出力電圧により、ＰＷＭコントローラによって発生するパルス幅を制御するタイマを始動させることにより、このパルスが、コイルに制御電圧を加えるトランジスタを制御し、接触器を閉じるためにコイルに流れる高電流を生じさせ、さらに、所定の時間の後のパルスを短くしてコイルへの電流を少なくして接触器を閉じた状態に保つことができる。また、フライバック回路がコイルと並列に接続され、パルス間のインタバルの間、電磁界を維持するために比較的低い逆電圧降下用の導電路を与え、制御電圧により接触器を開くときには、フライバック回路は、高い逆電圧降下用の導電路を与えるので、コイル電流を急速に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用することができる電気接触器の一部切断した断面図である。
【図２】本発明に従う制御回路の実施形態を示す概略電気回路図である。
【符号の説明】
１０  接触器（電流スイッチング装置）
１４，１６  電力端子
１５，１７  固定接触子
２０  コイル
２８  可動接触子アーム
３０  制御回路
３１  電源回路
３３  パルス幅変調電流コントローラ
３４  タイマ
３６  フライバック／減衰回路
３８，３９  制御端子
６０  比較器
６２  入力ノード
６６  中間ノード（第１ノード）
Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５，トランジスタ
Ｒ１６  電流センサ
Ｒ１９，Ｒ２０  抵抗
Ｄ９  ツェナーダイオード
Ｄ１０  ダイオード
【図１】
0004066036.tif 000002
【図２】
0004066036.tif 000003