JP3724207B2 - 継電器の制御回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロコンピュータで継電器を駆動する際に利用される継電器の制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロコンピュータで継電器を制御し、かつ接点溶着を自力解除する技術は、従来より提案されており、図6のような構成を有していた。すなわち、21はマイクロコンピュータ、21aは+DC電源VDDで、21bは負荷電源と共通ラインとした電源VSSである。マイクロコンピュータ21の継電器制御出力21cにはドライバー用トランジスタ23を介して継電器22が接続され、継電器22の接点24aは負荷25を介して電源26に、別の接点24bは接点24aが溶着した場合の検出用としてマイクロコンピュータ21の入力21dに接続されている。
【0003】
次に上記構成による接点溶着時の制御動作を簡単に説明する。
マイクロコンピュータ21の継電器制御出力21cがonからoffに切り替わった時点で、継電器22のコイル電圧はoffになり、負荷25もoffになる。このとき、接点24aが溶着した場合は接点24aがonのままとなり、接点溶着検知用の接点24bからの復帰信号がマイクロコンピュータ21の入力21dに戻らないため溶着と判断される。これにより、マイクロコンピュータ21の継電器制御出力21cの制御信号は溶着を解除するモードに切り替わり、短いパルス信号が継電器22のコイルに印加され、その衝撃が接点溶着部に伝わり溶着が解除される。ここで、一回で溶着が解除すればその時点で溶着解除モードは正常な制御モードに戻り、もし溶着が解除できない場合は解除できるまで続行するというものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来構成では、溶着解除のパルスを一回印加すると次のパルス印加まで継電器駆動電源の立ち上がり時間が必要となり、そのため衝撃パルスの連続性に欠け、溶着解除能力が低くなるという課題を有していた。
【0005】
また継電器が正常動作中に瞬時停電が発生した際に、継電器の駆動電源が感動電圧レベルに満たないまま電源が復帰すると、継電器の接点がoff状態のままになったり、あるいは接点圧が十分得られないという問題が発生し、最悪の場合は接点が発熱し、機器の信頼性を低下させるという課題も有していた。
【0006】
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、接点溶着時に並列駆動回路で有効な衝撃パルスを印加することにより、短時間で接点溶着を解除可能にするとともに、駆動電源の立ち上がり不足による継電器の復帰問題があった場合でも、他の並列出力ポートから駆動信号を継電器に供給することによって、この問題を同時に解決することができる制御回路を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明による継電器の制御回路は、継電器の接点で負荷を制御する回路であって、前記継電器を制御するためのマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに前記継電器の接点溶着を検出しその信号を入力する接点溶着検出手段と、前記接点溶着検出手段の信号に基づき接点溶着時に前記マイクロコンピュータの継電器制御信号を短いパルス信号に切り換える第1および第2の駆動手段を備え、前記第1および第2の駆動手段を用いて前記継電器を並列駆動させる構成としたものである。
【0008】
この構成によれば、接点溶着時に継電器を並列駆動させることにより、接点に有効な衝撃パルスを印加することが可能となり、短時間で接点溶着の解除を行うことができるとともに、駆動電源の立ち上がり不足による接点の復帰問題があった場合でも、並列に設けられた他の出力ポートから継電器駆動信号を供給することによって接点を復帰させることができ、これらの問題を同時に解決できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、継電器の接点溶着を検出しその信号をマイクロコンピュータの入力とした接点溶着検出手段と、継電器を制御するマイクロコンピュータの出力ポートに第1の駆動手段を接続し、さらに他の並列出力ポートに第2の駆動手段を設け、継電器を並列駆動させる構成とした継電器の制御回路であり、この構成によれば、継電器の接点溶着時にマイクロコンピュータの2つの出力ポートで交互に有効な衝撃パルスを継電器のコイルに印加でき、確実な溶着解除ができるという作用を有する。
【0010】
本発明の請求項2に記載の発明は、第1の駆動手段の駆動電圧と第2の駆動手段の駆動電圧を異ならせたことを特徴とする請求項1記載の継電器の制御回路であり、より確実な溶着解除ができるという作用を有する。
【0011】
請求項3に記載の発明は、接点溶着時にマイクロコンピュータにプログラムされた複数の制御パターンに基づいて第1および第2の駆動手段を制御して継電器を並列駆動させる構成を有しており、この構成によれば、継電器のコイルにいろいろなパターンの衝撃パルスを切り換えて印加することができ、これにより確実な溶着解除効果が得られるとともに、従来困難とされていた継電器によるインチング動作も可能になるという作用を有する。
【0012】
請求項4に記載の発明は、第1の駆動手段を継電器の定格より小さい電圧で駆動させるとともに、第2の駆動手段を前記継電器の定格より大きく最大定格以内の電圧で駆動させる構成を有しており、これにより、溶着が発生しても溶着面積の小さい軽い溶着で済むとともに、接点がonとするときのバウンシングも小さいため、接点表面の微小突起部を成長させることもなく、接点寿命を大幅に延ばすことができるという作用を有する。
【0013】
請求項5に記載の発明は、始動時に第2の駆動手段を継電器の駆動最大電圧の近傍で強制駆動を一時的に行わせるとともに、その後、第1の駆動手段を必要最小限の駆動電圧で駆動させる構成を有しており、これにより、始動時の機械的摩擦による始動バラツキが抑えられ、繰り返し動作時間のバラツキが少なくなるとともに、継電器動作音の静音化が図れるという作用を有する。
【0014】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における継電器の制御回路の構成を示す回路図である。
【0015】
図1において、1はマイクロコンピュータ、2は継電器、6は第1の駆動手段であり、トランジスタ3と整流ダイオード4と平滑用コンデンサ5とから構成されている。7は第2の駆動手段であり、トランジスタ8と整流ダイオード9と平滑コンデンサ10から構成されている。トランジスタ3と8のベースはそれぞれマイクロコンピュータ1の出力ポート1a,1bに接続されており、コレクタは継電器2に並列接続されている。
【0016】
11は継電器駆動時の電圧を確保するための定電圧素子、12は定電圧素子の電流制限抵抗であり、かつ継電器作動時のコイル温度上昇を抑える保持電流制限抵抗である。14は商用電源で、継電器の接点2aと2bを介して負荷13が接続されている。接点2cは接点2aと2bが溶着したときの検出用であり、マイクロコンピュータ1の入力ポート1cに接続されている。
【0017】
以下に、図1を用いて同実施の形態における動作を説明する。
マイクロコンピュータ1の出力ポート1aから継電器駆動信号が出るとトランジスタ3がonし、平滑用コンデンサ5にチャージアップされたDC電圧が継電器2に加わり駆動される。したがって継電器の接点2aと2bはonになり負荷13が通電される。マイクロコンピュータ1の出力ポート1aの継電器駆動信号をoffしたとき、継電器の接点2cに2bの接点が復帰した信号をマイクロコンピュータ1の入力ポート1cで検出する。
【0018】
もしも接点が溶着して復帰信号が検出できない場合は、出力ポート1aは短いパルス信号に切り替わり、第1の駆動手段6によって接点溶着部に衝撃を与える。さらに第1の駆動手段6のパルス印加終了後、すかさず第2の駆動手段7によるマイクロコンピュータ1の出力ポート1bから短いパルス信号が加わる。この連続した出力ポート1aと1bの強力な衝撃パルスで接点溶着が外れるまで続行される。接点溶着が外れると接点2cに復帰レベルを得て、マイクロコンピュータ1の入力ポート1cが溶着解除信号として受け取り、出力ポート1aの短いパルス信号は正常動作信号に切り替わる。また出力ポート1bは出力停止状態になり、正常時は以下に記載する動作以外は何も行わない。
【0019】
次に図1の実施の形態の中で図2を用いて他の動作を説明する。
図1の回路構成において商用電源が瞬時停電したときの動作を図2を用いて説明する。商用電源14がa点で入ったとすると、ほぼ同時にマイクロコンピュータ1のDC電源が供給される。継電器2の駆動電源は上述したように継電器2のコイルの温度上昇を抑えるため、平滑コンデンサにチャージアップされた電圧で継電器2を駆動し、作動後は必要最小限の保持電流で維持するよう電流制限抵抗12で駆動電流を押さえつけられている。
【0020】
したがって継電器2の第1の駆動手段6は平滑コンデンサ5と抵抗12の時定数で電源投入から少し遅れたb点で所定の電圧に落ち着く。通常この時間は数秒以下であり実用上はなんら差し支えない。c点も同様に第2の駆動手段7で所定の電圧に落ち着く。d点でマイクロコンピュータ1の出力ポート1aから継電器2の制御信号が出力されると、平滑コンデンサ5にチャージアップされていた高い電圧e点が継電器2に印加され、継電器2の接点がf点で閉じ作動状態になると、継電器2のコイル電流は必要最小限の保持電流g点に落ち着く。
【0021】
ここで突然瞬時停電がh点で発生したとすると、第1の駆動手段6の電圧も低下し、コイル電流はi点の保持電圧以下になって継電器2の接点もj点で開状態になる。停電がk点で復帰してもマイクロコンピュータ1の出力ポート1aからの制御信号はonのままなので継電器2の再起動できる電圧は▲1▼点のように期待できず、継電器2の接点は▲2▼点の開状態のままで負荷を駆動できない状態に陥る。たとえ接点が閉状態となっても十分な接点圧が確保できず接点発熱等で信頼性の低下を招く恐れがある。そこで停電復帰後、マイクロコンピュータ1の出力ポート1bのm点で第2の駆動手段7の制御信号を出すと継電器2はn点の高いコイル電流を得てo点で接点は正常復帰する。
【0022】
以上のようにして得られる継電器2の制御回路は、接点溶着時に複数の駆動回路で有効な衝撃パルスを印加することにより、短時間で接点溶着を解除することができるとともに、駆動電源の立ち上がり不足による継電器の復帰問題があった場合でも、別の並列出力ポートから駆動信号を供給することによって接点を復帰させることができ、これらの問題を同時に解決できる継電器の制御回路を提供できるという有利な効果が得られる。
【0023】
次に図3を用いて、マイクロコンピュータでプログラムされた複数の制御パターンに基づいて並列駆動が行われる動作例を説明する。
【0024】
図3はマイクロコンピュータの入力ポート1cが接点溶着検知をして出力ポート1aおよび1bから出力される制御パターンを図示したものである。A点は短いパルス信号(約500ms程度)に切り替わった継電器2の制御信号が出力ポート1aから出され、B点で切れると、継電器2の接点がoffする時間余裕をみてC点で出力ポート1bから制御信号が出される。同様にD,Eへと接点溶着が外れるまで繰り返される。この動作が基本モードである。
【0025】
次に押圧モードではF点で長めのパルス(500ms〜1s)が出され、G点で切れる。その後は前記同様、継電器2の接点がoffする時間余裕をみてH点で短いパルスを出力ポート1bから出力される。同様にI,Jへと接点溶着が外れるまで繰り返される。
【0026】
また衝撃モードでは、出力ポート1aからK点で極短パルス(200ms以下)が出され、継電器2の接点がoffする時間余裕をみてL点で出力ポート1bからも極短パルスが出力される。同様にM,N点へと接点溶着が外れるまで繰り返される。
【0027】
以上の3つのモードは単独で実行される場合、組み合わせて実行される場合、組み合わせ加工する場合等があるが、もっとも有効な結果が出るようなプログラムを組むことによって多面的な展開が可能となるものである。
【0028】
以上のように、継電器の制御信号をマイクロコンピュータでプログラムされた複数の制御パターンに基づいて第1の駆動手段と第2の駆動手段をそれぞれ交互に駆動させることによって、接点の溶着解除に有効な衝撃パルスを短時間に印加することができるため、確実な溶着解除効果が得られるとともに、従来困難とされていたインチング動作も可能となる。
【0029】
さらにプログラムを図4のようにする事によって他の効果を得ることができるので、それについて説明する。
【0030】
図4において、継電器の駆動信号がA点で入ったとすると、ほぼ同時に第1の駆動手段1aと第2の駆動手段1bが動作し、継電器コイルは第2の駆動手段1bの継電器駆動最大電圧印加により、接点移動区間Eの初期(A〜B)は勢いよく接点が閉成方向に始動する。その後B点以降は第1の駆動手段1aの比較的低い電圧で接点動作区間の残りを移動しつつ接点閉成区間(C〜D)へと移る。
【0031】
この一連の始動モードの動作には2つの効果を得ることができる。1つは駆動初期に、第2の駆動手段1bで強制駆動を接点移動区間E(A〜C間)を行う事によって、始動時の機械的摩擦による動作時間バラツキを抑えられ、繰り返しバラツキを少なくする有効な手段となる。
【0032】
もう一つは、接点移動区間Eの終盤(B〜C)から接点閉成区間Fの必要最低限度の低電圧モード駆動は、接点閉成時の機械的衝撃音を抑えることができ、継電器の静音化に有効な手段となる。また、第2の駆動手段1bで接点閉成区間Fの終了後、継電器駆動信号Gを出力することによって、接点閉成時の接点圧が不足しているような時でもコイル吸引力を補強し接点圧を確保することができるのである。尚、第1の駆動手段1aおよび第2の駆動手段1bの駆動時間関係式は次式で示す。
【0033】
次に、図5(a)(b)に本実施の形態で用いた継電器の接点部分の状態モデルを示す。図において、2aはNO接点(固定接点)であり、2bはCOM接点(可動接点)であり、その表面には酸化皮膜や汚染皮膜等の皮膜(2d)が付着している。図に示されるように、電流が流れる際の接点の状態は、複数個の金属の微小突起同士が、その先端部でのみ接触(矢印A)しており、これにより電流経路が形成されていることがわかる。
【0034】
したがって、本実施の形態において、第1の駆動手段を継電器の制御可能な範囲で継電器の定格よりも低い電圧で駆動させてやれば、万一接点溶着が発生しても溶融溶着部分の面積を最小限に抑えることができるとともに、接点表面の微小突起の成長も最小限に抑えることができるため、軽い溶着で済ませることができるとともに、軽溶着も発生しにくくすることができる。また、接点on時に発生するバウンシング現象も低い電圧で行う程、最小限に抑えることができ、接点寿命を飛躍的に延ばすことが可能となる。
【0035】
なお、駆動電圧を低くすると、接点が溶着した際の自力解除能力が低下、すなわちノッキングパルスが弱くなるが、第2の駆動手段の駆動電圧を第1の駆動手段の駆動電圧よりも高く(例えば、定格より大きく最大定格以内の電圧)して並列駆動させてやれば、より強い衝撃を加えることができ、自力解除能力も十分確保することが可能となる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明の継電器の制御回路によれば、接点溶着時に継電器を並列駆動させることにより、接点に有効な衝撃パルスを印加することができ、短時間で接点溶着の解除を行うことができるとともに、駆動電源の立ち上がり不足による継電器の復帰問題があった場合でも、並列に設けられた他の出力ポートから駆動信号を継電器に供給することによって接点を復帰させることができ、これらの問題を同時に解決できるという有利な効果が得られるものである。
【0037】
また、マイクロコンピュータにプログラムされた複数の制御パターンに基づいて、継電器を並列駆動させるため、第1の駆動手段と第2の駆動手段を交互に駆動させてもっとも有効な衝撃パルスを印加することができ、確実な溶着解除効果が得られるとともに、従来困難とされていたインチング動作もできるという有利な効果が得られるものである。
【0038】
さらに、第1の駆動手段は、定格よりも低い電圧で駆動されるため、溶着が発生しても軽い溶着で済むとともに、接点on時のバウンシングも小さいため、接点表面の微小突起部を成長させることもなく、接点寿命を大幅に延ばすことができるとともに、接点溶着時には定格よりも大きい電圧で第2の駆動手段が駆動されるため、強い衝撃を溶着部に加えることができ、接点溶着時の自己復帰がより確実に行えるという有利な効果が得られるものである。
【0039】
さらに、第2の駆動手段は継電器の駆動最大電圧で始動モード時に強制動作を一時的に行わせることによって、継電器動作初期の機械的摩擦による始動バラツキが抑えられるため、繰り返し動作時間のバラツキが少なくなる効果がある。さらに、その後は第1の駆動手段1aで必要最小限の駆動電圧で接点を閉成させるため、継電器動作音の静音化に有利な効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における継電器の制御回路の構成を示す回路図
【図2】同実施の形態における瞬時停電時の効果を説明するためのタイムチャート
【図3】同実施の形態における溶着解除制御パターンを説明するためのタイムチャート
【図4】同実施の形態における他の溶着解除制御を説明するためのタイミングチャート
【図5】(a)同実施の形態における継電器の要部拡大図
(b)同継電器の接点状態を示す要部拡大断面図
【図6】従来の溶着解除手段を有する継電器の制御回路図
【符号の説明】
1 マイクロコンピュータ
1a 第1の駆動手段の出力ポート
1b 第2の駆動手段の出力ポート
2 継電器
2a 継電器のNO接点
2b 継電器のCOM接点
2c 継電器のNC接点
3,8 トランジスタ
4,9 整流ダイオード
5,10 平滑用コンデンサ
6 第1の駆動手段
7 第2の駆動手段
11 定電圧素子
12 電流制限抵抗
13 負荷
14 商用電源
Claims (5)
- 継電器の接点で負荷を制御する回路であって、前記継電器を制御するためのマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに前記継電器の接点溶着を検出しその信号を入力する接点溶着検出手段と、前記接点溶着検出手段の信号に基づき接点溶着時に前記マイクロコンピュータの継電器制御信号を短いパルス信号に切り換える第1および第2の駆動手段を前記継電器に並列接続し、
前記第1および第2の駆動手段を用いて接点溶着時に前記継電器を並列駆動させることを特徴とする継電器の制御回路。 - 第1の駆動手段の駆動電圧と第2の駆動手段の駆動電圧を異ならせたことを特徴とする請求項1記載の継電器の制御回路。
- 接点溶着時にマイクロコンピュータにプログラムされた複数の制御パターンに基づいて第1および第2の駆動手段を制御して継電器を並列駆動させることを特徴とする請求項1記載の継電器の制御回路。
- 第1の駆動手段を継電器のコイル定格電圧より小さい感動電圧で駆動させるとともに、第2の駆動手段を前記継電器のコイル定格電圧より大きく最大連続印加電圧以内の電圧で駆動させることを特徴とする請求項2記載の継電器の制御回路。
- 継電器を始動時に第2の駆動手段が最大連続印加電圧以内の電圧で強制駆動を一時的に行うとともに、その後、第1の駆動手段が感動電圧で駆動することを特徴とする請求項2記載の継電器の制御回路。
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