JP2000036238A - スイッチ回路 - Google Patents

スイッチ回路

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JP2000036238A
JP2000036238A JP11107046A JP10704699A JP2000036238A JP 2000036238 A JP2000036238 A JP 2000036238A JP 11107046 A JP11107046 A JP 11107046A JP 10704699 A JP10704699 A JP 10704699A JP 2000036238 A JP2000036238 A JP 2000036238A
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Shigeisa Imoto
成勲 井本
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】スイッチ開閉時に接点のチャタリングと火花放
電が無く、高性能で高効率・低コストな電力用負荷開閉
スイッチに関する。 【解決手段】半導体交流スイッチS2と電磁スイッチR
yの接点を並列接続し、RyとS2の並列接続回路と負
荷Lの直列回路の両端に負荷電源Eを接続し、スイッチ
駆動用制御電源Vcを電磁コイルRyとオフディレイの
遅延回路1の入力側に接続し、遅延回路1の出力を半導
体交流スイッチS2のゲートに接続して成る。又、双方
向サイリスタS2の両端に有接点スイッチRyの一つの
接点Ry−1の両端を並列に接続し、Ry−1とS2の
並列接続回路と負荷Lとの直列回路の両端に負荷電源E
を接続し、制御スイッチS1の閉動作完了後に有接点ス
イッチRyが閉動作する回路構成とし、制御スイッチS
1を双方向サイリスタS2のゲートに接続し、制御スイ
ツチS1の両端に接点Ry−2を並列に接続して成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高効率低コストの電気
的にクリーンな電力用開閉スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体式の無接点スイッチ(以下半導体
スイッチと略称する)は、スイッチングスピードが速
く、スイッチの開閉時のチャタリングが無く、長寿命で
あるのが主な長所であるが、閉状態のスイッチ本体の発
熱が大きな問題となり、その放熱対策が大変である。一
方、例えば電磁開閉器のような機械式有接点スイッチ
(以下電磁スイッチと略称する)は、接点の接触抵抗が
小さいので閉状態の発熱が少なく熱にも強いのが主な長
所であるが、スイッチングスピードが遅く、スイッチの
開閉時に接点のチャタリングがあり、開閉時の接点間の
火花放電などのため短寿命であり、その開閉動作によっ
て電気系統にサージ電圧やパルス電流が発生し各種電子
・電気機器の誤動作や破損の原因になったりしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は半導
体スイッチの短所と電磁スイッチの短所を無くし、スイ
ッチの開閉時にチャタリングと火花放電が無く、発熱の
少ない高性能低コストの電力用スイッチを提供しより多
方面に経済的効果をもたらすことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1に記載
の第1発明)のスイッチ回路は、半導体スイッチと電磁
スイッチを並列接続し、スイッチの閉動作のときは半導
体スイッチと電磁スイッチを同時に駆動し、スイッチの
開動作のときは電磁スイッチが先に開動作し遅れて半導
体スイッチが開動作するように駆動する。スイッチの閉
動作のとき半導体スイッチの動作が速いので電磁スイッ
チよりも速く閉状態になり、常に半導体スイッチが閉の
間に電磁スイッチが開閉動作する。従って、開閉時の電
磁スイッチにチャタリングと火花放電が無く、定常運転
状態(スイッチが閉の状態)では、電磁スイッチの接触
抵抗が小さいため発熱が少ない。
【0005】本発明(請求項2に記載の第2発明)のス
イッチ回路は、双方向サイリスタと電磁スイッチの一方
の接点を並列接続し、スイッチの閉動作のときは制御ス
イッチによって双方向サイリスタが先に閉動作し制御ス
イッチの動作した後に電磁スイッチを駆動し、スイッチ
の開動作のときは電磁スイッチが開動作した後に、電磁
スイッチの他の接点を使って双方向サイリスタが開動作
するように駆動する。従って、第1発明と同様の効果が
得られる。
【0006】
【作用】上記構成より成る第1発明のスイッチ回路は、
図1−(a)のタイムチャートに示すようにスイッチ駆
動用制御電圧VcがハイレベルHiになったときに半導
体スイッチが閉になり電磁スイッチの閉動作時間t1だ
け遅れて電磁スイッチが閉状態になる。また、制御電圧
VcがローレベルLoになったときに電磁スイッチが開
になり電磁スイッチの開動作時間以上(t2)の遅れで
半導体スイッチが開状態になる。
【0007】上記構成より成る第2発明のスイッチ回路
は、図1−(a)のタイムチャートに示すようにスイッ
チ駆動用制御電圧VcがハイレベルHiになったとき又
は制御スイッチが閉状態になったとき双方向サイリスタ
スイッチが閉になり電磁スイッチの閉動作時間t1だけ
遅れて電磁スイッチが閉状態になる。また、制御電圧V
cがローレベルLoになったとき又は制御スイッチが開
状態になったとき電磁スイッチが先に開になり負荷電流
の零付近で双方向サイリスタスイッチが開状態になる。
【0008】
【実施例】次に本発明の実施例について、図面を用いて
詳細に説明する。
【0009】(第1実施例)第1実施例のスイッチ回路
は、第1発明の実施例であり、図1−(b)に示すよう
に、パワーMOSFETから成る半導体交流スイッチS
2と電磁スイッチRyの接点を並列接続し、RyとS2
の並列接続回路と負荷Lの直列回路の両端に負荷電源E
を接続し、スイッチ駆動用制御電源Vcを電磁コイルR
yとオフディレイの遅延回路1の入力側に接続し、遅延
回路1の出力を半導体交流スイッチS2のゲートに接続
する。
【0010】図1−(b)において、制御電圧Vcがハ
イレベルになると電磁コイルRyと半導体スイッチS2
のゲートは同時に駆動されるが、半導体スイッチの動作
スピードが電磁スイッチの動作スピードより速いので半
導体スイッチが先に閉状態になり、制御電圧Vcがロー
レベルになったときは電磁コイルRyの励磁が先に解除
され半導体スイッチは遅延回路1のオフディレイによっ
てt2の時間だけ遅れて駆動が解除されるので電磁スイ
ッチが先に開状態になる。従って、電磁スイッチの開閉
動作は常に、半導体スイッチが閉の状態で行われるので
電磁スイッチの開閉動作時の過渡現象が非常に小さくな
る。ここで、制御電圧Vcのハイレベルとは電磁コイル
Ryの励磁に必要な電圧の大きさでありローレベルとは
電磁コイルRyの励磁の解除に必要な電圧の大きさであ
る。t2は遅延回路1のコンデンサCの大きさに比例す
る。抵抗Rを取り除いても同様の効果が得られる。同図
において、電磁スイッチRyを2極以上の手動スイッチ
とした図3−(b)の構成でも同様の効果が得られる。
同図のコンデンサC2と抵抗R6は接点のチャタリング
防止用であり取り除くこともできる。遅延回路1は図1
−(c)又は図1−(d)に示すように電磁スイッチR
yのノーマルクローズ接点を利用してより最適なオフデ
ィレイの遅延回路が構成できる。また、半導体交流スイ
ッチS2として図2−(a)〜(f)に示す各種の交流
スイッチが採用でき、負荷電源Eが直流の場合は、半導
体スイッチS2は直流タイプが使用でき例えば、図2−
(g)に示すようにFET、トランジスタ、IGBT、
GTO、サイリスタ等を採用することができる。制御電
圧Vcが交流の場合は、遅延回路1として図1−(e)
の回路を採用することができる。他の例として半導体ス
イッチS2が双方向サイリスタ(トライアック)の場合
の実施例を図3−(a)に示す。この図において接点R
y−2は取り除いても同様の効果が得られる。また本発
明全体を通して回路ブロック2として図3−(c)又は
図3−(d)の回路を採用することができる。
【0011】(第2実施例)第2実施例のスイッチ回路
は、第2発明の実施例であり、図4−(a)に示すよう
に、双方向サイリスタS2の両端に二つ以上の独立した
接点を備えた機械式有接点スイッチRyの一つの接点R
y−1の両端を並列に接続し、Ry−1とS2の並列接
続回路と負荷Lとの直列回路の両端に負荷電源Eを接続
し、有接点スイッチRyと双方向サイリスタS2を駆動
するための制御スイッチS1の閉動作完了後に有接点ス
イッチRyが閉動作する回路構成とし、制御スイッチS
1を双方向サイリスタS2のゲートに接続し、制御スイ
ツチS1の両端に有接点スイッチRyの他の接点Ry−
2を並列に接続する。
【0012】図4−(a)において、制御スイッチS1
が閉状態になったとき双方向サイリスタスイッチS2が
先に閉になり電磁スイッチRyの閉動作時間t1だけ遅
れて電磁スイッチが閉状態になる。また、制御スイッチ
S1が開状態になったとき電磁スイッチRyが先に開状
態になり続いて負荷電流の零付近で双方向サイリスタス
イッチS2が開状態になる。制御スイッチS1が電磁ス
イッチの場合は図4−(b)に示すように制御電圧Vc
によって電磁スイッチS3を駆動する。他の実施例とし
て図4−(c)に示すように、制御スイッチS1を取り
除きスイッチRyのみでも同様の効果が得られる。同図
において、コンデンサC2と抵抗R6はサージ吸収又は
チャタリング防止用であり、不要の場合もある。他の実
施例として図4−(d)に示すように、図4−(c)の
回路にコンデンサC1と抵抗R4から成る微分回路を増
設しても同様の効果が得られる。他の実施例として図5
−(a)に示すように、電磁スイッチRyとフォトトラ
イアックS3の組合せによっても同様の効果が得られ
る。同図において回路ブロック2は図3−(c)又は図
3−(d)の回路と代替できる。他の実施例として図5
−(b)に示すように、電磁スイッチRyと半導体スイ
ッチS2を別々の制御信号x1、x2によって駆動する
とCPUやパソコンなどのコンピュータソフトによって
図1−(a)のタイミング調整が可能である。本発明の
全体を通して、双方向サイリスタS2にゼロクロスタイ
プを採用した場合は電源Eの電圧零でON、負荷電流零
でOFFという負荷制御が可能である。また制御電圧の
印加方法は図5−(c)に示すようにトランジスタやF
ETやIC回路を通して行っても同様の効果が得られ
る。本発明のスイッチ回路の機械的構造としては図6に
示すような種々の形状や他の装置への組込みが可能であ
る。
【0013】
【発明の効果】上記作用を奏する第1発明及び第2発明
はいずれの場合も半導体スイッチと機械式スイッチを並
列運転することによって、両者の短所を無くし、スイッ
チ開閉時に接点のチャタリングと火花放電が無く、発熱
が少なくてサージ電圧やパルス電流の発生しない高性能
で低コストの電力用負荷開閉スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1−(a)】本発明の動作タイムチャートである。
【図1−(b)】第1発明の第1実施例の全体を示す電
気回路図である。
【図1−(c)】本発明に関わる遅延回路の他の実施例
を示す電気回路図である。
【図2】本発明に関わる各種半導体スイッチの電気回路
図である。
【図3】第1発明の他の実施例を示す電気回路図であ
る。
【図4】第2発明の第2実施例の全体を示す電気回路図
である。
【図5】本発明の他の実施例を示す電気回路図である。
【図6】本発明の機械的構造の実施例を示す形状図であ
る。
【符号の説明】
1はオフディレイの遅延回路 Ryは機械式の有接点スイッチ、Lは電気負荷 S1は有接点又は無接点の制御スイッチ S2は半導体式スイッチ又は無接点スイッチ S3はフォトトライアック、フォトMOSFET等の各
種フォトカプラ、無接点リレーまたは有接点リレー Eは交流または直流電源、Vcは機械式接点または無接
点レリーの駆動電源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体式の無接点スイッチの両端に機械
    式の有接点スイッチの両端を並列に接続し、前記半導体
    式無接点スイッチが閉の状態で前記機械式有接点スイッ
    チを開閉動作させるために、前記有接点スイッチの例え
    ば電磁コイルのような駆動部に駆動電源を接続し、前記
    半導体式の無接点スイッチのゲートにはオフディレイの
    遅延回路を通して前記駆動電源を接続して成ることを特
    徴とするスイッチ回路。
  2. 【請求項2】 二つ以上の独立した接点を備えた機械式
    有接点スイッチの一方の接点の両端に双方向サイリスタ
    の両端を並列に接続し、前記有接点スイッチと前記双方
    向サイリスタを駆動するための制御スイッチの閉動作完
    了後に前記有接点スイッチが閉動作する回路を構成し、
    前記制御スイッチを前記双方向サイリスタのゲートに接
    続し、前記制御スイツチの両端に前記有接点スイッチの
    他方の接点を並列に接続して成ることを特徴とするスイ
    ッチ回路。
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