JP2013077573A - Relay circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば有接点シーケンス等に用いられている電磁リレーを備えたリレー回路に関するものである。 The present invention relates to a relay circuit including an electromagnetic relay used in, for example, a contact sequence.
電磁リレーは、電磁石である動作コイルへの電圧印加の有無によって、機械的な開閉接点を開閉動作させる有接点の部品である。電磁リレーの動作速度は、機械的な開閉動作を伴わないトランジスタ等の半導体デバイスからなる無接点のスイッチング素子に比べて遅く、また、接点動作に伴うエネルギー損失も大きい(例えば特許文献1)。 An electromagnetic relay is a contacted component that opens and closes a mechanical switching contact depending on whether or not voltage is applied to an operating coil that is an electromagnet. The operation speed of the electromagnetic relay is slower than that of a contactless switching element made of a semiconductor device such as a transistor that does not involve a mechanical opening / closing operation, and energy loss associated with the contact operation is large (for example, Patent Document 1).
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、開閉動作が速くエネルギー損失の少ない電磁リレーを備えたリレー回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a relay circuit including an electromagnetic relay that is fast in opening and closing operation and has little energy loss.
本発明のリレー回路は、動作コイルと開閉接点を有し、前記動作コイルの一端が電源に接続される電磁リレーと、前記動作コイルの他端に接続される分圧用抵抗器と、前記分圧用抵抗器と並列に接続されるスイッチング素子とを備え、前記スイッチング素子は動作信号の入力によって導通し、導通開始から所定時間後に前記スイッチング素子が非道通になることを特徴とする。 The relay circuit of the present invention has an operating coil and an open / close contact, an electromagnetic relay in which one end of the operating coil is connected to a power supply, a voltage dividing resistor connected to the other end of the operating coil, and the voltage dividing And a switching element connected in parallel with the resistor. The switching element is turned on by an input of an operation signal, and the switching element is turned off after a predetermined time from the start of conduction.
この発明によれば、電磁リレーの動作コイルの両端に所定時間の間だけ高い電圧を印加できるため、前記動作コイルに流れる電流の立ち上がり速度を速め、すなわち開閉接点の開閉動作に必要な電磁力を動作コイルに速く発生させることができ、その結果、開閉接点の開閉動作を速くしたエネルギー損失の少ないリレー回路を得ることができるという効果を奏する。 According to this invention, since a high voltage can be applied to both ends of the operating coil of the electromagnetic relay for a predetermined time, the rising speed of the current flowing through the operating coil is increased, that is, the electromagnetic force necessary for the opening / closing operation of the switching contact is increased. The operation coil can be generated quickly, and as a result, it is possible to obtain a relay circuit with less energy loss that speeds up the switching operation of the switching contacts.
実施の形態1.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態1について詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1のリレー回路の構成を示す回路図である。図2は実施の形態1のリレー回路の各部の通電状態を示すタイムチャートである。図3は実施の形態1のリレー回路の動作コイルに流れる電流の過渡特性図である。
Hereinafter,
図1の電磁リレー1は常開型の電磁リレーである。電磁リレー1は動作コイル2と開閉接点3から構成されている。なお、ここでの動作コイル2はインダクタンス2aと抵抗2bからなる等価回路で表現されている。また、電磁リレー1と並列に保護用のダイオード9が設けられている。動作コイル2の一端には、電圧5Vの電源8が接続されている。動作コイル2の他端には、分圧用抵抗器6が接続されている。
The
スイッチング素子5は、前記分圧用抵抗器6と並列に接続されている。なお、ここで用いたスイッチング素子5はnpn型バイポーラトランジスタであって、以降、トランジスタ5と記す。トランジスタ5のコレクタ端子は動作コイル2の他端側に、エミッタ端子は制御IC(集積回路)4の制御用ポート4bに、ベース端子は抵抗器7を介して制御IC4の制御用ポート4aにそれぞれ接続されている。上記の制御IC4は、いわゆるマイコンを搭載するFPGA(Field Programmable Gate Array)やCPLD(Complex Programmable Logic Device)などのプログラマブル・デバイスを備えたICであるが、プログラマブルでない制御回路を備えたICであってもよい。制御IC4には、図示しない回路電源から電圧5Vの動作電圧が供給されている。制御IC4は、制御用ポート4a,4bに出力する電圧およびその出力時間を正確に定め(動作信号に相当)、トランジスタ5のベース端子に印加する。なお、制御IC4のGNDポート4cはアースされている。
The switching element 5 is connected in parallel with the
次に、図2を参照して実施の形態1のリレー回路の動作について説明する。電磁リレー1を動作させる前において、制御用ポート4bおよび電源8の出力電圧は共に5Vであり、これらの間の電位差は0Vである。従って、動作コイル2には電流は流れず、電磁リレー1の開閉接点3は開状態に維持され続ける。
Next, the operation of the relay circuit of the first embodiment will be described with reference to FIG. Before the
電磁リレー1の開閉接点3を閉状態にする場合、制御用ポート4aの出力電圧は0Vから5Vに上げられ、同時に制御用ポート4bの出力電圧は5Vから0Vに下げられる。これにより、制御用ポート4a,4b間には5Vの電位差が発生し、抵抗器7を介して動作信号に相当する動作電流がトランジスタ5のベース端子に供給される。これに伴ってトランジスタ5のコレクタ側からみたエミッタ側の抵抗値が著しく小さな値となり、トランジスタ5は導通する。このときの電源8と制御用ポート4bの電位差は5Vであり、動作コイル2に電流が流れ始め、時間の経過とともに増加する。やがて電磁石である動作コイル2に流れる電流(過渡電流)は、開閉接点3の開閉動作に必要な電磁力を発生させる最低動作電流値11に達し、開閉接点3をその電磁力で閉状態にする。なお、分圧用抵抗器6に流れる電流はトランジスタ5が導通しているのでほぼ0Aである。
When the
動作コイル2に流れる過渡電流は、開閉接点3が閉状態になった後も増加し続ける。この閉状態後も増加する電流の増加分は、開閉接点3を閉じるのに必要なエネルギー以上のエネルギーを動作コイル2に与え、無用なエネルギー損失になっている。このような増加する無用な電流の増加分を無くすため、本発明の実施の形態1のリレー回路では、ベース端子に電流を供給し始めてから所定時間T後に、制御用ポート4aの出力電圧を5Vから0Vに下げて動作電流の供給停止をしている。なお、動作電流を停止するタイミングを決める所定時間Tは、動作電流を印加してから上記最低動作電流値11に達するまでの所要時間よりも長く設定している。以下、その動作について説明する。
The transient current flowing through the
ベース端子に動作電流を供給し始めてから所定時間T後に制御用ポート4aの出力電圧を5Vから0Vに下げた結果、制御用ポート4a,4b間の電位差は0Vとなり、ベース端子への動作電流の供給は停止する。これに伴い、トランジスタ5のコレクタ側からみたエミッタ側の抵抗値は著しく増加し、トランジスタ5は非道通となり、代わりに並列に接続された分圧用抵抗器6に電流が流れ出す。このときの動作コイル2に流れる電流は、電源8と制御用ポート4bとの間の抵抗値が分圧用抵抗器6の抵抗値分だけ高くなるため、電源8の電圧5Vを動作コイル2の抵抗2bと分圧用抵抗器6の持つ抵抗値の合計で割った電流値12に向けて過渡的に減少していく。すなわち動作コイル2に流れてエネルギーロスとなる余分な電流分は減少に転じ、電流値12へと収束する。なお、このときの電流値12は、開閉接点3を閉状態に維持できる電磁力を発生させる最低維持電流値13以上の値である維持電流値12(第2の所定の値)になるよう、分圧用抵抗器6のもつ抵抗値の調整(選択)によって予め設定されている。そのため、動作電流の供給を停止した後も開閉接点3は閉状態を維持し続ける。なお、第1の所定の値については後述する。
As a result of lowering the output voltage of the
電磁リレー1の開閉接点3を開状態にする場合、制御用ポート4bの出力電圧が約0Vから5Vに上げられ、これによって制御用ポート4bと電源8との電位差は0Vとなる。動作コイル2に流れる電流は0Aに向けて一気に減少し始め、動作コイル2の電磁力も減少し、開閉接点3は開状態になる。
When the open /
図3を参照して、実施の形態1のリレー回路の高速動作について説明する。すでに説明した通り実施の形態1のリレー回路では、電磁リレー1の開閉接点3を開状態から閉状態にする場合、制御IC4で発生させた動作電流(動作信号)をトランジスタ5のベース端子に供給することでトランジスタ5を導通させ、それに伴って動作コイル2に流れる電流で電磁力を発生させ、開閉接点3を閉状態にしている。図3は、トランジスタ5が導通してからの動作コイル2に流れる電流の変化を示す。動作コイル2に流れる電流の増加速度は、動作コイル2に印加する電圧を3Vより高い5Vにしたときに速く、また、開閉接点3の開閉動作に必要な最低動作電流値11に達する時間はtだけ短くなっている。要するに動作コイル2に印加する電圧を高くすればするほど開閉接点3の開閉動作を速くできることがわかる。本発明の実施の形態1のリレー回路は、動作コイル2に高い電圧を加えることにより、その開閉接点3の開閉動作を速くしたものである。そういう意味で、実施の形態1で用いた電源8の電圧は5Vであったが、より高い電圧を加えてより速い動作速度を得ることも可能である。
With reference to FIG. 3, the high-speed operation of the relay circuit of the first embodiment will be described. As described above, in the relay circuit of the first embodiment, when the
以上のように、実施の形態1によれば、開閉動作が速くエネルギー損失の少ないリレー回路を得ることができる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to obtain a relay circuit having a quick opening / closing operation and low energy loss.
実施の形態2.
実施の形態1のリレー回路では、動作コイル2において、開閉接点3が閉状態になった後も増加する電流を減らすため、トランジスタ5のベース端子に供給する動作電流(動作信号)を前記予め定めた所定時間Tの経過するタイミングで停止させていた。本実施の形態2のリレー回路では、トランジスタ5のベース端子に供給する動作電流(動作信号)の停止のタイミングを、動作コイル2に流れる電流値の把握によって実施するものであって、その動作コイル2に流れる電流値が後述する予め決められた所定の電流値(第1の所定の値)を超えた時点で動作電流を停止するものである。すなわち、実施の形態1と実施の形態2のリレー回路の異なりは、トランジスタ5のベース端子に供給する動作電流の停止のタイミングの決定手段において異なる。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態2について詳細に説明する。図4は、この発明の実施の形態2のリレー回路の構成を示す回路図である。図5は実施の形態2のリレー回路の各部の通電状態を示すタイムチャートである。なお、図4、図5中、図1ないし図3と同一部分ないしは相当部分には同一符号を付与している。
In the relay circuit of the first embodiment, the operating current (operating signal) supplied to the base terminal of the transistor 5 is determined in advance in order to reduce the current that increases in the
図4の実施の形態2のリレー回路は、実施の形態1で用いたリレー回路の電磁リレー1と分圧用抵抗器6との間に電流計10を取り付け、また、その測定値を制御IC4に取り込むための制御用ポート4dを設けたもので、それ以外は全く同じである。従って、図5に示す実施の形態2の各部の通電状態は、電磁リレー1を動作させる前の期間、動作電流のベース端子への供給から電磁リレー1の開閉接点3を閉状態にするまでの期間、ならびに動作電流のベース端子への供給停止から電磁リレー1の開閉接点3を開状態にするまでの期間において実施の形態1と全く同じ変化をする。
In the relay circuit according to the second embodiment shown in FIG. 4, an
動作電流の供給停止のタイミングを計るため、図4のリレー回路では、ベース端子に電流を供給し始めてから動作コイル2に流れる電流値を電流計10で測定し、制御用ポート4dを介して制御IC4にその電流値を取り込む。そして制御IC4は前記取り込んだ電流値と所定の電流値14(図5参照)とを比較し、動作コイル2に流れる電流値が所定の電流値14を超えた時点S(図5参照)で制御用ポート4aの出力電圧を5Vから0Vに下げ、動作電流の供給を停止する。これによって、動作コイル2に流れる無用な電流分は減少に転じ、維持電流値12へと収束する。なお、前記所定の電流値14は、開閉接点3が閉状態になった後も過渡的に増加する動作コイル2の無用な電流分を減らすため、最低動作電流値11(開閉接点3が閉状態になる最低電流値)以上の値に予め定められている。
In order to measure the timing of stopping the supply of the operating current, in the relay circuit of FIG. 4, the current value flowing through the operating
以上のように、実施の形態2によれば、開閉速度が速くエネルギー損失の少ないリレー回路を得ることができる。なお、上記の実施の形態2においては、動作コイル2に流れる電流の把握に電流計10を用いたが、制御用ポート4dに流入する電流値を確認する手段を制御IC4に設ける等で同様に把握できるため、本発明のリレー回路は必ずしも電流計を必要とするものではない。
As described above, according to the second embodiment, it is possible to obtain a relay circuit that has a high switching speed and low energy loss. In the second embodiment, the
実施の形態3.
実施の形態1または実施の形態2のリレー回路では、開閉接点3が閉状態になった後も過渡的に増加する動作コイル2の無用な電流分を減らすため、トランジスタ5のベース端子に供給する動作電流(動作信号)の停止のタイミングを、予め定めた所定期間Tや、動作コイル2に流れる電流値によって特定するものであった。実施の形態3では、動作コイル2に流れる無用な電流分を減らすため、動作電流の停止のタイミングを開閉接点3の開閉動作の確認によって実施するものである。要するに実施の形態1,2に対する実施の形態3のリレー回路の異なりは、トランジスタ5のベース端子に供給する動作電流(動作信号)の停止のタイミングの決定手段において異なる。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態3について詳細に説明する。図6は、この発明の実施の形態3のリレー回路の構成を示す回路図である。図7は実施の形態3のリレー回路の各部の通電状態を示すタイムチャートである。なお、図6、図7中、図1ないし図5と同一部分ないしは相当部分には同一符号を付与している。
In the relay circuit of the first or second embodiment, the unnecessary current of the operating
図6を用いて本発明の実施の形態3のリレー回路の構成とその動作について説明する。本発明の実施の形態3のリレー回路は、実施の形態1で用いたリレー回路の開閉接点3に電流計10とその測定値を制御IC4に取り込むための制御ポート4dを設けたもので、それ以外は全く同じである。従って、図7の実施の形態3の各部の通電状態は、電磁リレー1を動作させる前の期間、動作電流のベース端子への供給から電磁リレー1の開閉接点3を閉状態にするまでの期間、ならびに動作電流のベース端子への供給停止から電磁リレー1の開閉接点3を開状態にするまでの期間において実施の形態1または実施の形態2と全く同じ変化をする。
The configuration and operation of the relay circuit according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The relay circuit according to the third embodiment of the present invention is provided with the
図6のリレー回路では、開閉接点3の開閉動作の確認を開閉接点3に取り付けた電流計10の電流値の変化から実施している。すなわち開閉接点3に取り付けた電流計10に流れる電流値は、開閉接点3が閉じると増加を開始し、開くと一気に減少するという現象を用いたものである。開閉接点3に流れる電流値の変化は電流計10で検出され制御用ポート4dを介して制御IC4に取り込まれる。制御IC4は前記取り込んだ電流値が増加し、開閉接点3が閉になったと確認できる電流値Pに到達(図7参照)すると(ただし、確認にTp時間要している)、直ちに制御用ポート4aの出力電圧を5Vから0Vに下げ、動作電流の供給を停止する。これによって、動作コイル2に流れる無用な電流分は減少に転じ、維持電流値12へと収束する。
In the relay circuit of FIG. 6, the switching operation of the
以上のように、実施の形態3によれば、開閉速度が速くエネルギー損失の少ないリレー回路を得ることができる。なお、上記本発明の実施の形態1ないし3においては、スイッチング素子としてトランジスタを用いたが、トランジスタの代わりにサイリスターを用いることも可能である。その場合、例えば制御ICから発生される動作信号をパルス信号(動作信号)とし、それをサイリスターのゲートに加えることで、サイリスターを導通状態にすることができる。また、その導通状態のサイリスターのアノード、カソード間に対して、逆バイアス(逆電圧)とする回路、例えば逆電圧ないしは逆バイアスのパルス信号等を別途アノード、カソード間に与える回路を設けることによって、再びサイリスターを非導通にすることも容易にできる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to obtain a relay circuit that has a high switching speed and low energy loss. In the first to third embodiments of the present invention, a transistor is used as the switching element. However, a thyristor may be used instead of the transistor. In that case, for example, the operation signal generated from the control IC is a pulse signal (operation signal) and is added to the gate of the thyristor, whereby the thyristor can be turned on. In addition, by providing a circuit for making a reverse bias (reverse voltage) between the anode and cathode of the thyristor in the conductive state, for example, a circuit for separately applying a reverse voltage or a reverse bias pulse signal between the anode and the cathode, The thyristor can be easily turned off again.
以上のように、この発明にかかるリレー回路は、開閉速度が速くエネルギー損失の少ないリレー回路として有用である。 As described above, the relay circuit according to the present invention is useful as a relay circuit having a high switching speed and low energy loss.
1 電磁リレー、2 動作コイル、3 開閉接点、5 スイッチング素子(トランジスタ)、6 分圧用抵抗器、8 電源、10 電流計。 1 electromagnetic relay, 2 operating coil, 3 switching contact, 5 switching element (transistor), 6 voltage dividing resistor, 8 power supply, 10 ammeter.
Claims (5)
動作コイルと開閉接点を有し、前記動作コイルの一端が電源に接続される電磁リレーと、
前記動作コイルの他端に接続される分圧用抵抗器と、
前記分圧用抵抗器に並列に接続されるスイッチング素子と
を備え、
前記制御ICには、前記スイッチング素子の導通を制御する第1および第2の制御用ポートが設けられており、
前記スイッチング素子は、前記第1の制御用ポートの出力電圧がローレベルからハイレベルに制御され、且つ、前記第2の制御用ポートの出力電圧がハイレベルからローレベルに制御されることにより導通すると共に、前記第2の制御用ポートの出力電圧はそのままで前記第1の制御用ポートの出力電圧がハイレベルからローレベルに制御されることにより非導通になる
ことを特徴とするリレー回路。 A relay circuit controlled by a control IC,
An electromagnetic relay having an operating coil and a switching contact, one end of the operating coil being connected to a power source;
A voltage dividing resistor connected to the other end of the operating coil;
A switching element connected in parallel to the voltage dividing resistor,
The control IC is provided with first and second control ports for controlling conduction of the switching element,
The switching element is turned on when the output voltage of the first control port is controlled from a low level to a high level and the output voltage of the second control port is controlled from a high level to a low level. In addition, the output voltage of the second control port remains the same, and the output voltage of the first control port is controlled from a high level to a low level, thereby becoming non-conductive.
前記動作コイルに流れる電流が第1の所定値を超えると、前記スイッチング素子が非道通に制御されることを特徴とするリレー回路。 The relay circuit according to claim 1,
The relay circuit is characterized in that when the current flowing through the operating coil exceeds a first predetermined value, the switching element is controlled to be out of control.
前記開閉接点の開閉動作が確認されると、前記スイッチング素子が非道通に制御されることを特徴とするリレー回路。 The relay circuit according to claim 1,
The relay circuit is characterized in that when the switching operation of the switching contact is confirmed, the switching element is controlled to be out of control.
前記スイッチング素子の状態が導通から非道通になったときに、
前記動作コイルに流れる電流が前記第1の所定値よりも小さな第2の所定値以上になるようにした
ことを特徴とするリレー回路。 The relay circuit according to any one of claims 1 to 3,
When the state of the switching element is changed from conduction to non-passage,
A relay circuit characterized in that a current flowing through the operating coil is equal to or greater than a second predetermined value smaller than the first predetermined value.
前記リレー回路に備えられた分圧用抵抗器が、
前記スイッチング素子の状態が導通から非道通になったときに、
前記動作コイルに流れる電流を前記第2の所定値以上にする抵抗値を有している
ことを特徴とするリレー回路。 The relay circuit according to claim 4,
A voltage dividing resistor provided in the relay circuit,
When the state of the switching element is changed from conduction to non-passage,
A relay circuit having a resistance value that makes the current flowing through the operating coil equal to or greater than the second predetermined value.
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