JP4992001B2

JP4992001B2 - DC switch and electrical equipment using DC switch

Info

Publication number: JP4992001B2
Application number: JP2006029547A
Authority: JP
Inventors: 博文松尾; 攻松尾; 徹宝泉; 裕之太田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: JP2007213842A

Description

本発明は、直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするのに適した直流スイッチ及びそのような直流スイッチを用いる電気機器に関するものである。 The present invention relates to a DC switch suitable for opening or closing a path through which a DC current flows, and an electric device using such a DC switch.

近年、太陽光発電、風力発電、燃料電池発電などによる分散型電源が注目されている。これらの分散型電源から発電される電力は、所謂、クリーンエネルギーないしは新エネルギーと称されるものである。このような、分散型電源からの発電電力は、直流電力である場合が多く、同期発電機を用いた従来の交流電力系統（商用電源）から供給される交流電力とは異なる種類の電力である。 In recent years, distributed power sources such as solar power generation, wind power generation, and fuel cell power generation have attracted attention. The electric power generated from these distributed power sources is what is called clean energy or new energy. Such generated power from the distributed power source is often DC power, and is different from AC power supplied from a conventional AC power system (commercial power source) using a synchronous generator. .

このような直流電力を、直流配電系、例えば屋内配線に供給して使用する場合には、屋内配線と、例えば、テレビジョン受像機のような電気回路、又は、例えば、整流子付きの直流電動機のような電機機構、（以下、これらを総称して電気機器の用語を用いる）との間に適切な直流スイッチを介在させる必要がある。ここで、直流スイッチ（直流電力の導通、切断を行うスイッチ）に要求される特性は、従来の交流スイッチ（交流電力の導通、切断を行うスイッチ）に要求される特性とは大きく異なるものとなる。例えば、交流で点灯する電灯の開閉を基準として規格化されたスイッチとしては、従来、小型のものが交流用として普及しているが、そのような小型のものを直流で使用すると、その使用範囲は極端に小さな電流に限定される。その理由は、直流の場合には、交流のように電流が零となる時点がないため、機械的接点を開く際に生じたアークが停止せずに持続的に生じ、開（スイッチの切断）と、できないことや、アークによる発熱のために接点の焼損が起こるためである。しかしながら、アークを生じながらも開とすることを可能とするスイッチを採用する場合には、スイッチは極端に大型化し、従来の家庭電気製品等に用いるには不向きである。 When such DC power is supplied to a DC distribution system, for example, indoor wiring, the indoor wiring and an electric circuit such as a television receiver, or a DC motor with a commutator, for example, are used. It is necessary to interpose an appropriate direct current switch between the electrical mechanism and the like (hereinafter, these are collectively referred to as electrical equipment). Here, characteristics required for a DC switch (a switch for conducting / disconnecting DC power) are significantly different from characteristics required for a conventional AC switch (a switch for conducting / disconnecting AC power). . For example, as a switch standardized on the basis of opening and closing of an electric lamp that is lit with alternating current, a small one has been widely used for alternating current, but when such a small one is used with direct current, its use range Is limited to extremely small currents. The reason for this is that in the case of direct current, there is no point in time when the current becomes zero as in the case of alternating current, so the arc generated when opening the mechanical contact is generated continuously without stopping and opened (switch disconnection). This is because the contact cannot be burned out due to the heat generated by the arc. However, when a switch that can be opened while generating an arc is employed, the switch becomes extremely large and unsuitable for use in a conventional home appliance or the like.

そこで、図１１に示すような構成の直流スイッチが提案されている（特許文献１を参照）。すなわち、連動する機械的な接点を具備する手動操作スイッチと、屋内配線と互いにプラス側同士及びマイナス側同士が電気的に接続された入力端子Ａと入力端子Ｂ及び、負荷Ｌと互いにプラス側同士及びマイナス側同士が電気的に接続された出力端子Ｃと出力端子Ｄと、この入力端子Ａと入力端子Ｂ及び出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間のプラス母線１０２又はマイナス母線１０３中に挿入された主サイリスタ１０４と、この主サイリスタをターンオフさせるため補助サイリスタ１０６を用いて構成した強制転流回路と、主サイリスタ１０４及び補助サイリスタ１０６のゲート回路に対するゲートトリガ電圧回路と、を有し、手動操作スイッチは、連動する機械的な接点として、入力端子Ａと入力端子Ｂ及び出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間のプラス母線１０２又はマイナス母線１０３中に挿入された第１の接点Ｓｗ１０１と、主サイリスタのゲート回路に挿入された第２の接点Ｓｗ１０３と、補助サイリスタのゲート回路に挿入された第３の接点Ｓｗ１０２とを具備し、その入操作時には、第１の接点Ｓｗ１０１の閉（導通）、第３の接点Ｓｗ１０３の閉（導通）を順に行い、また切操作時には、第３の接点Ｓｗ１０３の開（切断）、第２の接点Ｓｗ１０２の閉（導通）、第１の接点Ｓｗ１０１の開（切断）を順に行うように構成している。 Therefore, a DC switch having a configuration as shown in FIG. 11 has been proposed (see Patent Document 1). That is, a manual operation switch having interlocking mechanical contacts, an input terminal A and an input terminal B in which the plus side and the minus side are electrically connected to the indoor wiring, and a load L to the plus side. And an output terminal C and an output terminal D in which the minus sides are electrically connected to each other, and a positive bus 102 or a negative bus 103 between the input terminal A and the input terminal B and the output terminal C and the output terminal D. Main thyristor 104, a forced commutation circuit configured using auxiliary thyristor 106 to turn off the main thyristor, and a gate trigger voltage circuit for the gate circuit of main thyristor 104 and auxiliary thyristor 106, and manually The operation switch is an interlocking mechanical contact between the input terminal A and the input terminal B and between the output terminal C and the output terminal D. A first contact Sw101 inserted in the lath bus 102 or the negative bus 103, a second contact Sw103 inserted in the gate circuit of the main thyristor, and a third contact Sw102 inserted in the gate circuit of the auxiliary thyristor, The first contact Sw101 is closed (conducting) and the third contact Sw103 is closed (conducting) in that order, and the third contact Sw103 is opened (disconnected) in the turning operation. The second contact point Sw102 is closed (conducted) and the first contact point Sw101 is opened (cut) in order.

このように、３つの連動する機械的接点Ｓｗ１０１ないしＳｗ１０３を有する手動操作スイッチと主サイリスタ１０４とを組み合わせ、閉路操作の時は入出力端子間に挿入した第１の接点Ｓｗ１０１が閉となってから主サイリスタ１０４を導通させ、また開路操作の時は、補助サイリスタ１０６のゲート回路に挿入した第３の接点Ｓｗ１０２を導通して、インダクタＬ１０１、コンデンサＣ１０１及び補助サイリスタ１０６からなる転流回路を作動させ、主サイリスタ１０４に逆方向の電流を流し、これによって主サイリスタ１０４に流れる電流が零（主サイリスタ切断）になったところで第１の接点Ｓｗ１０１を開く。このため、直流の場合でも、機械的な接点Ｓｗ１０１を開く際にアークが生じることなく、接点の焼損を起こさずに、負荷Ｌに供給する直流電力を容易に遮断することができるとされている。 In this way, the manual operation switch having three interlocking mechanical contacts Sw101 to Sw103 is combined with the main thyristor 104, and the first contact Sw101 inserted between the input and output terminals is closed during the closing operation. The main thyristor 104 is turned on, and when the circuit is opened, the third contact Sw102 inserted in the gate circuit of the auxiliary thyristor 106 is turned on to operate the commutation circuit including the inductor L101, the capacitor C101, and the auxiliary thyristor 106. When a current in the reverse direction is supplied to the main thyristor 104, and the current flowing through the main thyristor 104 becomes zero (main thyristor is cut), the first contact Sw101 is opened. For this reason, even in the case of direct current, it is said that the direct-current power supplied to the load L can be easily cut off without causing an arc when opening the mechanical contact Sw101 and without causing contact burnout. .

しかし、特許文献１に開示された方法では、３つの連動する機械的な接点Ｓｗ１０１ないしＳｗ１０３をロータリスイッチ等で構成し、接点Ｓｗ１０１ないし接点Ｓｗ１０３の導通、切断のタイミングを操作者が操作しなければならず、スイッチの切り替え速度を調整する必要があった。また、接点Ｓｗ１０１ないし接点Ｓｗ１０３を備える機械的スイッチの機構も複雑であり、転流回路としてインダクタＬ１０１が必要となる点はＩＣ化に不適当であり装置全体も大型化するものであった。そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、直流配電系を開閉するのに適し、接点構成の簡単なるスイッチを用いて、種々の用途、種々な大きさの直流定格電流に対応可能とする直流スイッチ及びこのような直流スイッチを用いた電気機器を提供する。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, three interlocking mechanical contacts Sw101 to Sw103 are configured by a rotary switch or the like, and the operator does not operate the timing of conduction and disconnection of the contacts Sw101 to Sw103. In other words, it was necessary to adjust the switching speed of the switch. Further, the mechanism of the mechanical switch provided with the contacts Sw101 to Sw103 is complicated, and the point that the inductor L101 is required as a commutation circuit is inappropriate for the IC, and the entire apparatus is enlarged. Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, suitable for opening and closing the DC distribution system, and using a switch with a simple contact configuration to be compatible with various applications and DC rated currents of various sizes. A direct current switch and an electrical device using such a direct current switch are provided.

かかる課題を解決するため、本発明の直流スイッチは、直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチと、前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える制御スイッチと、を備え、前記スイッチ制御回路は、前記開閉信号を契機として前記電子的開閉スイッチが開とされた後に、前記機械的開閉スイッチを開とすることとした。 In order to solve such a problem, a DC switch according to the present invention includes a mechanical open / close switch and an electronic open / close switch that are inserted to open or close a path through which a direct current flows, and the mechanical open / close switch and the electronic open / close switch. A switch control circuit for controlling a difference between open / close times of the open / close switches, and a control switch for giving an open / close signal to the switch control circuit as a trigger for opening / closing, wherein the switch control circuit is triggered by the open / close signal. After the mechanical opening / closing switch is opened, the mechanical opening / closing switch is opened.

このような構成を有する直流スイッチは以下のように作用する。直流電流が流れる経路に挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチが電流路を開路又は閉路とする。また、スイッチ制御回路が、機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御し、制御スイッチが、このスイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える。そして、スイッチ制御回路は、開閉信号を契機として電子的開閉スイッチが開とされた後に、機械的開閉スイッチを開とするので、機械的開閉スイッチに高電圧が印加されることはない。 The DC switch having such a configuration operates as follows. A mechanical open / close switch and an electronic open / close switch inserted in a path through which a direct current flows open or close the current path. The switch control circuit controls the mutual opening / closing time difference between the mechanical opening / closing switch and the electronic opening / closing switch, and the control switch gives an opening / closing signal that triggers opening / closing to the switch control circuit. And since a switch control circuit opens a mechanical opening / closing switch after an electronic opening / closing switch is opened by an opening / closing signal as a trigger, a high voltage is not applied to a mechanical opening / closing switch.

かかる課題を解決するため、本発明の別の直流スイッチは、直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチと、前記機械的開閉スイッチと連動して開閉され、前記電子的開閉スイッチの開閉を制御する制御スイッチと、を備え、前記機械的開閉スイッチが開とされる場合には、前記制御スイッチによって制御される前記電子的開閉スイッチを開とし、前記機械的開閉スイッチが閉とされる場合には、前記制御スイッチによって制御される前記電子的開閉スイッチを閉とすることとした。 In order to solve such a problem, another DC switch according to the present invention includes a mechanical on-off switch and an electronic on-off switch that are inserted to open or close a path through which a direct current flows, and interlocked with the mechanical on-off switch. A control switch that controls opening and closing of the electronic switch, and when the mechanical switch is opened, the electronic switch that is controlled by the control switch is opened. When the mechanical opening / closing switch is closed, the electronic opening / closing switch controlled by the control switch is closed.

このような構成を有する直流スイッチは以下のように作用する。直流電流が流れる経路に挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチが電流路を開路又は閉路とする。また、制御スイッチが前記機械的開閉スイッチと連動して開閉され、前記電子的開閉スイッチの開閉を制御する。そして、機械的開閉スイッチが開とされる場合には、制御スイッチによって制御される電子的開閉スイッチを開とし、機械的開閉スイッチが閉とされる場合には、制御スイッチによって制御される前記電子的開閉スイッチを閉とするので、機械的開閉スイッチの切断後には機械的スイッチに電圧が印加されることはない。 The DC switch having such a configuration operates as follows. A mechanical open / close switch and an electronic open / close switch inserted in a path through which a direct current flows open or close the current path. In addition, a control switch is opened / closed in conjunction with the mechanical opening / closing switch to control opening / closing of the electronic opening / closing switch. When the mechanical open / close switch is opened, the electronic open / close switch controlled by the control switch is opened. When the mechanical open / close switch is closed, the electronic open / close switch controlled by the control switch is opened. Since the mechanical open / close switch is closed, no voltage is applied to the mechanical switch after the mechanical open / close switch is disconnected.

かかる課題を解決するため、本発明の電気機器は、直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチと、前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える制御スイッチと、を具備する直流スイッチと、前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチのいずれとも直列に接続される電気回路又は電気機構と、を備え、前記直流スイッチの前記スイッチ制御回路は、前記開閉信号を契機として前記電子的開閉スイッチが開とされた後に前記機械的開閉スイッチを開とし、前記機械的開閉スイッチが閉とされた後に前記電子的開閉スイッチを閉とすることとした。 In order to solve such a problem, the electrical device of the present invention includes a mechanical on-off switch and an electronic on-off switch that are inserted to open or close a path through which a direct current flows, the mechanical on-off switch, and the electronic on-off switch. A DC switch comprising: a switch control circuit for controlling a difference between open / close times of the open / close switch; and a control switch for providing an open / close signal to the switch control circuit as an opening / closing trigger; the mechanical open / close switch; and the electronic open / close switch An electrical circuit or an electrical mechanism connected in series with any of the switches, and the switch control circuit of the DC switch is configured to open the mechanical switch after the electronic switch is opened in response to the switch signal. The switch was opened, and the electronic opening / closing switch was closed after the mechanical opening / closing switch was closed.

このような、直流スイッチと電気回路又は電気機構構成とを有する電気機器は以下のように作用する。直流電流が流れる経路に挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチが電流路を開路又は閉路とする。また、スイッチ制御回路が、機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御し、制御スイッチが、このスイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える。また、電気回路又は電気機構は、前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチのいずれとも直列に接続されるので、前記機械的開閉スイッチ又は前記電子的開閉スイッチの一方を開路として電力の供給が絶たれ、前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチの両方を閉路として電力の供給がなされる。そして、スイッチ制御回路は、開閉信号を契機として電子的開閉スイッチが開とされた後に前記機械的開閉スイッチを開とし、また、機械的開閉スイッチが閉とされた後に電子的開閉スイッチを閉とするので、いずれの場合にも機械的開閉スイッチに高電圧が印加されることはない。 Such an electric device having a DC switch and an electric circuit or an electric mechanism configuration operates as follows. A mechanical open / close switch and an electronic open / close switch inserted in a path through which a direct current flows open or close the current path. The switch control circuit controls the mutual opening / closing time difference between the mechanical opening / closing switch and the electronic opening / closing switch, and the control switch gives an opening / closing signal that triggers opening / closing to the switch control circuit. In addition, since the electrical circuit or the electrical mechanism is connected in series with both the mechanical on / off switch and the electronic on / off switch, power can be supplied with one of the mechanical on / off switch or the electronic on / off switch as an open circuit. When the mechanical switch and the electronic switch are closed, power is supplied. The switch control circuit opens the mechanical opening / closing switch after the electronic opening / closing switch is opened in response to the opening / closing signal, and closes the electronic opening / closing switch after the mechanical opening / closing switch is closed. Therefore, in any case, a high voltage is not applied to the mechanical opening / closing switch.

本発明によれば、直流配電系を開閉するのに適し、接点構成の簡単なるスイッチを用いて、種々の用途、種々な大きさの直流定格電流に対応可能とする直流スイッチ及びこのような直流スイッチを用いた電気機器を提供することができる。 According to the present invention, a DC switch suitable for opening and closing a DC power distribution system and using a switch having a simple contact configuration and capable of supporting various applications, DC rated currents of various sizes, and such a DC An electrical device using the switch can be provided.

（第１実施形態）
図１に沿って第１実施形態の直流スイッチ２０ａ及び、負荷３０である電気回路又は電気機構を備える電気機器４０について説明する。電気機器４０は、直流配電系１０に入力端子Ａ（＋側）と入力端子Ｂ（−側）とが接続され、負荷３０に出力端子Ｃ（＋側）と出力端子Ｄ（−側）が接続されている。そして、直流スイッチ２０ａが、直流配電系１０と負荷３０との間に挿入されている。 (First embodiment)
A description will be given of the DC switch 20a according to the first embodiment and the electric device 40 including an electric circuit or an electric mechanism as the load 30 according to FIG. In the electric device 40, the input terminal A (+ side) and the input terminal B (− side) are connected to the DC distribution system 10, and the output terminal C (+ side) and the output terminal D (− side) are connected to the load 30. Has been. A DC switch 20 a is inserted between the DC power distribution system 10 and the load 30.

直流スイッチ２０ａは、機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５と、スイッチ制御回路１４と、制御スイッチ１７とを具備している。そして、この機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５のいずれもが、直流配電系１０と負荷３０との間に直列となるように配置されている。 The DC switch 20 a includes a mechanical open / close switch 16 and an electronic open / close switch 15, a switch control circuit 14, and a control switch 17. Both the mechanical on / off switch 16 and the electronic on / off switch 15 are arranged in series between the DC power distribution system 10 and the load 30.

負荷３０は、電気回路としては、例えば、テレビジョン受像機であり、電気機構としては、例えば、整流子を有する直流モータが一例として挙げられる。直流スイッチ２０ａの機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５は、負荷３０に対して、直流電流が流れる経路を開路（電流路が形成されない状態）又は閉路（電流路が形成される状態）とするために挿入されている。 The load 30 is, for example, a television receiver as an electric circuit, and the electric mechanism is, for example, a DC motor having a commutator. The mechanical open / close switch 16 and the electronic open / close switch 15 of the direct current switch 20a are configured such that a path through which direct current flows with respect to the load 30 is an open circuit (a state where no current path is formed) or a closed circuit (a state where a current path is formed). Has been inserted to.

すなわち、入力端子Ａと入力端子Ｂとの側から出力端子Ｃと出力端子Ｄとの側の間のプラス母線１２又はマイナス母線１３中において、機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５のいずれもが、直流配電系１０と負荷３０との間に、直列に接続されている。このために、機械的開閉スイッチ１６又は電子的開閉スイッチ１５のいずれか一方を開（切断）とすると電流路は切断（開路）とされ、機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５の両方を閉（導通）とすると電流路は導通（閉路）とされる。これによって、負荷３０に電力を供給したり、負荷３０への電力供給を絶ったりできる。 That is, in the plus bus 12 or the minus bus 13 between the input terminal A and the input terminal B and the output terminal C and the output terminal D, both the mechanical on / off switch 16 and the electronic on / off switch 15 are provided. Are connected in series between the DC power distribution system 10 and the load 30. For this reason, when one of the mechanical opening / closing switch 16 and the electronic opening / closing switch 15 is opened (disconnected), the current path is disconnected (opened), and both the mechanical opening / closing switch 16 and the electronic opening / closing switch 15 are turned on. When closed (conductive), the current path is conductive (closed). As a result, power can be supplied to the load 30 or power supply to the load 30 can be cut off.

スイッチ制御回路１４は、機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５の両者の相互の開閉時間差を制御する。このとき、制御スイッチ１７は、スイッチ制御回路１４に開閉の契機となる開閉信号を与える。 The switch control circuit 14 controls the mutual opening / closing time difference between the mechanical opening / closing switch 16 and the electronic opening / closing switch 15. At this time, the control switch 17 gives the switch control circuit 14 an opening / closing signal that triggers opening / closing.

図２を参照して、制御スイッチ１７、機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５の開閉の手順をタイミングチャートによって説明する。まず、直流スイッチ２０ａによって電流路を閉路とする場合の手順を説明する。操作者が、制御スイッチ１７を切断から導通に変化させる（図２（Ａ）の時刻ｔ１を参照）。スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７によって発生する開閉信号に基づき機械的開閉スイッチ１６及び電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる（図２（Ｂ）、（Ｃ）の時刻ｔ１を参照）。 With reference to FIG. 2, the procedure of opening / closing the control switch 17, the mechanical opening / closing switch 16, and the electronic opening / closing switch 15 will be described with reference to a timing chart. First, the procedure when the current path is closed by the DC switch 20a will be described. The operator changes the control switch 17 from disconnection to conduction (see time t1 in FIG. 2A). The switch control circuit 14 changes the mechanical open / close switch 16 and the electronic open / close switch 15 from disconnection to conduction based on the open / close signal generated by the control switch 17 (see time t1 in FIGS. 2B and 2C). .

次に、直流スイッチを開路とする場合の手順を説明する。操作者が、制御スイッチ１７を導通から切断に変化させる（図２（Ａ）の時刻ｔ２を参照）。スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７によって発生する開閉信号に基づき電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させる（図２（Ｂ）の時刻ｔ２を参照）。また、スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７によって発生する開閉信号に基づき電子的開閉スイッチ１５を導通から切断に変化させてから時間τ２後に機械的開閉スイッチ１６を導通から切断に変化させる（図２（Ｃ）の時間τ２を参照）。 Next, the procedure when the DC switch is opened will be described. The operator changes the control switch 17 from conduction to disconnection (see time t2 in FIG. 2A). The switch control circuit 14 changes the electronic open / close switch 15 from conduction to disconnection based on the open / close signal generated by the control switch 17 (see time t2 in FIG. 2B). Further, the switch control circuit 14 changes the mechanical opening / closing switch 16 from conduction to disconnection after a time τ2 after changing the electronic opening / closing switch 15 from conduction to disconnection based on the opening / closing signal generated by the control switch 17 (FIG. 2). (See time τ2 in (C)).

このような手順で、直流スイッチを開、すなわち導通から切断とする場合には、機械的開閉スイッチ１６を開とする時点では、既に電子的開閉スイッチ１５は閉（導通）から開（切断）へと変化しており、機械的開閉スイッチ１６の接点の両端に電圧が生じることはなく、この接点間におけるアークの発生はない。 When the DC switch is opened in this procedure, that is, when switching from conduction to disconnection, when the mechanical opening / closing switch 16 is opened, the electronic opening / closing switch 15 is already closed (conduction) to opening (disconnection). No voltage is generated across the contact point of the mechanical opening / closing switch 16, and no arc is generated between the contact points.

図３を参照して、直流スイッチを閉路とする場合の別の手順をタイミングチャートによって説明する。操作者が、制御スイッチ１７を切断から導通に変化させる（図２（Ａ）の時刻ｔ１を参照）。また、スイッチ制御回路１４は、制御スイッチ１７によって発生する開閉信号に基づき機械的開閉スイッチ１６を切断から導通に変化させてから（図２（Ｃ）の時刻ｔ１を参照）、時間τ１後に電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる（図２（Ｂ）の時間τ１を参照）。 With reference to FIG. 3, another procedure when the DC switch is closed will be described with reference to a timing chart. The operator changes the control switch 17 from disconnection to conduction (see time t1 in FIG. 2A). Further, the switch control circuit 14 changes the mechanical opening / closing switch 16 from disconnection to conduction based on the opening / closing signal generated by the control switch 17 (see time t1 in FIG. 2C), and then electronically after a time τ1. The open / close switch 15 is changed from disconnection to conduction (see time τ1 in FIG. 2B).

このように、切断から導通へ、すなわち直流スイッチを閉とする場合には、機械的開閉スイッチ１６が導通とされる場合には、電子的開閉スイッチ１５は、未だ導通とはされておらず、機械的開閉スイッチ１６に電圧は印加されることはないので、機械的開閉スイッチ１６の接点を開から閉にするに際してチャタリング（踊り）が生じたとしても、機械的開閉スイッチ１６の接点間にアークが発生することはない。 Thus, in the case of disconnection to conduction, that is, when the DC switch is closed, when the mechanical on / off switch 16 is on, the electronic on / off switch 15 is not yet in conduction, Since no voltage is applied to the mechanical on / off switch 16, even if chattering (dance) occurs when the contact of the mechanical on / off switch 16 is changed from open to closed, an arc is generated between the contacts of the mechanical on / off switch 16. Will not occur.

上述の図２、図３にタイミングチャートで示す、いずれの手順を採用して開路とする場合においても、アーク放電が機械的開閉スイッチ１６に損傷を与えることなく、簡単なるスイッチを用いて、種々の用途、種々な大きさの直流定格電流に対応可能とする直流スイッチ及びこのような直流スイッチを用いた電気機器を提供することができる。そして、機械的開閉スイッチ１６と電子的開閉スイッチ１５との両方を用いるために、漏電等の安全面からみて安全性が高く、かつ二重の開閉機構を有するために信頼性の高い直流スイッチを実現することができる。特に、図３にタイミングチャートで示すように、機械的開閉スイッチ１６を切断から導通に変化させてから、時間τ１後に電子的開閉スイッチ１５を切断から導通に変化させる場合には、チャタリングによってアークが生じることを防止できるより高性能で信頼性の高い直流スイッチを実現できる。 2 and 3, the timing charts shown in FIGS. 2 and 3 can be used to open the circuit, so that arc discharge does not damage the mechanical on / off switch 16, and various simple switches are used. , A DC switch that can cope with DC rated currents of various sizes, and an electric device using such a DC switch can be provided. Since both the mechanical opening / closing switch 16 and the electronic opening / closing switch 15 are used, a highly reliable DC switch is provided because of the high safety from the viewpoint of safety such as electric leakage and a double opening / closing mechanism. Can be realized. In particular, as shown in the timing chart of FIG. 3, when the mechanical opening / closing switch 16 is changed from disconnection to conduction and the electronic opening / closing switch 15 is changed from disconnection to conduction after time τ1, the arc is caused by chattering. It is possible to realize a higher performance and more reliable DC switch that can prevent the occurrence.

また、このような、直流スイッチ２０ａは、電気機器４０に組み込むのみならず、直流配電系１０と交流配電系からの電力で動作する従来型の電気機器とを接続するアダプタとして、別部品として一体構成することができる。この場合には、直流配電系１０に設けられるコンセント（図示せず）に差し込むプラグ（図示せず）を、入力端子Ａと入力端子Ｂとに接続し、出力端子Ｃと出力端子Ｄとに同一形状のコンセントを接続して、従来型の電気機器に設けられているスイッチを常時通電状態とし、このアダプタを用いて、従来型の電気機器のＯＮ／ＯＦＦ（動作／非動作）を安全かつ簡単にできる。 In addition, such a DC switch 20a is not only incorporated in the electric device 40, but is also integrated as a separate component as an adapter for connecting the DC power distribution system 10 and a conventional electric device that operates with electric power from the AC power distribution system. Can be configured. In this case, a plug (not shown) to be plugged into an outlet (not shown) provided in the DC power distribution system 10 is connected to the input terminal A and the input terminal B, and the output terminal C and the output terminal D are the same. Connect the outlet of the shape, keep the switch on the conventional electrical device energized at all times, and use this adapter to safely and easily turn on / off the conventional electrical device (operation / non-operation) Can be.

このような直流スイッチ２０ａを用いた電気機器４０においては、直流スイッチを小型化することができるので電気機器４０の全体を小型化でき、電気機器４０のＯＮ／ＯＦＦを安全かつ簡単にできる。また、直流スイッチ２０ａの部分を上述したアダプタとして構成する場合には、従来型の電気機器に何ら改造を施すことなく電気機器のＯＮ／ＯＦＦ（動作／非動作）を安全かつ簡単にできる。 In the electric device 40 using such a DC switch 20a, since the DC switch can be reduced in size, the entire electric device 40 can be reduced in size, and ON / OFF of the electric device 40 can be performed safely and easily. Further, when the DC switch 20a is configured as the above-described adapter, it is possible to safely and easily turn on / off (operation / non-operation) of the electric device without any modification to the conventional electric device.

図４を参照して、直流スイッチ２０ａのより具体的な構成の一例を説明する。機械的開閉スイッチ１６ａは、電気接点を機械的に開閉する継電器（リレー）５０であり、バイポーラトランジスタ５１を介して、コイル巻線に流す電流を制御することができるようになされている。例えば、コイル巻線に電流を流す場合に接点が閉とされ、コイル巻線に電流を流さない場合に接点が開とされる。電子的開閉スイッチ１５ａは、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とされており、バイポーラトランジスタ５４、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２からなる駆動回路によってＭＯＳ−ＦＥＴ５３は、電流路を開閉するようになされている。ここで、電子的開閉スイッチ１５ａを開路とする場合には、ゲート電圧を下げて、ドレインとソースとの間を高抵抗とし、電子的開閉スイッチ１５ａを閉路とする場合には、ゲート電圧を上げて、ドレインとソースとの間を低抵抗とするようになされている。 An example of a more specific configuration of the DC switch 20a will be described with reference to FIG. The mechanical opening / closing switch 16 a is a relay (relay) 50 that mechanically opens and closes electrical contacts, and can control the current flowing through the coil winding via the bipolar transistor 51. For example, the contact is closed when a current is passed through the coil winding, and the contact is opened when no current is passed through the coil winding. Electronic off switch 15a is MOS-FET 53 are the (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transi st or), MOS-FET53 by a driving circuit comprising a bipolar transistor 54, the resistor R1 and the resistor R2, so as to open and close the current path Has been made. Here, when the electronic open / close switch 15a is opened, the gate voltage is lowered to increase the resistance between the drain and the source, and when the electronic open / close switch 15a is closed, the gate voltage is increased. Thus, the resistance between the drain and the source is made low.

スイッチ制御回路１４ａは、デジタルロジック回路１８と周辺回路で構成される。抵抗Ｒ４は、デジタルロジック回路１８の動作電圧を供給するためのものであり、ゼナーダイオードＺＤとコンデンサＣ１とで定電圧化が図られている。抵抗Ｒ３は、制御スイッチ１７の切断と導通との変化を開閉信号として発生させ、デジタルロジック回路１８の信号入力端子Ｉに入力するためのものである。デジタルロジック回路１８は信号出力端子Ｏ１と信号出力端子Ｏ２とを具備し、信号出力端子Ｏ１からの信号は、バイポーラトランジスタ５１のベースに印加され、信号出力端子Ｏ２からの信号は、バイポーラトランジスタ５４のベースに印加されるようになされている。なお、信号出力端子Ｏ１からの信号は、図２（Ｃ）に示す信号と同じタイミングの同じ極性の信号であり、信号出力端子Ｏ２からの信号は、図２（Ｂ）に示す信号と同じタイミングの逆極性の信号である。 The switch control circuit 14a includes a digital logic circuit 18 and a peripheral circuit. The resistor R4 is used to supply the operating voltage of the digital logic circuit 18, and a constant voltage is achieved by the Zener diode ZD and the capacitor C1. The resistor R <b> 3 is used to generate a change between disconnection and conduction of the control switch 17 as an open / close signal and input it to the signal input terminal I of the digital logic circuit 18. The digital logic circuit 18 includes a signal output terminal O1 and a signal output terminal O2. A signal from the signal output terminal O1 is applied to the base of the bipolar transistor 51, and a signal from the signal output terminal O2 is applied to the bipolar transistor 54. Applied to the base. Note that the signal from the signal output terminal O1 has the same polarity as the signal shown in FIG. 2C, and the signal from the signal output terminal O2 has the same timing as the signal shown in FIG. 2B. It is a signal of the opposite polarity.

図５に示す回路は、図４に示す、電子的開閉スイッチ１５ａと機械的開閉スイッチ１６ａとを入れ替えた別の例を示すものである。図４に示す部分と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図５に示す回路は、電子的開閉スイッチ１５ａの開閉に関わらず、継電器５０の巻線には、バイポーラトランジスタ５１がＯＮ（コレクタとエミッタが導通）であれば、常時、機械的開閉スイッチ１６ａを閉の状態にできるので、図２に示すタイミングチャートに従う動作のみならず図３に示すタイミングチャートに従う動作も実現できる。 The circuit shown in FIG. 5 shows another example in which the electronic opening / closing switch 15a and the mechanical opening / closing switch 16a shown in FIG. 4 are interchanged. The same parts as those shown in FIG. In the circuit shown in FIG. 5, the mechanical on / off switch 16a is always connected to the winding of the relay 50 if the bipolar transistor 51 is ON (the collector and the emitter are in conduction) regardless of the opening / closing of the electronic on / off switch 15a. Since it can be in the closed state, not only the operation according to the timing chart shown in FIG. 2 but also the operation according to the timing chart shown in FIG. 3 can be realized.

図６及び図７には、直流スイッチにおける、電子的開閉スイッチと機械的開閉スイッチの変形例の一例を示す。電気機器にこの変形例を使用する場合の他の部分との接続は上述の実施形態におけると同一であるので、他の部分の記載は省略している。図６において、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが高電圧の場合に機械的開閉スイッチ１６ｂは閉とされ、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが低電圧の場合に機械的開閉スイッチ１６ｂは開とされる。また、バイポーラトランジスタ５４ｂのベースが高電圧の場合に電子的開閉スイッチ１５ｂは開とされ、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが低電圧の場合に電子的開閉スイッチ１５ｂは閉とされる。 6 and 7 show examples of modifications of the electronic on-off switch and the mechanical on-off switch in the DC switch. Since the connection with other parts in the case of using this modified example in the electric device is the same as in the above-described embodiment, the description of the other parts is omitted. In FIG. 6, the mechanical on / off switch 16b is closed when the base of the bipolar transistor 51b is at a high voltage, and the mechanical on / off switch 16b is opened when the base of the bipolar transistor 51b is at a low voltage. When the base of the bipolar transistor 54b is high voltage, the electronic open / close switch 15b is opened, and when the base of the bipolar transistor 51b is low voltage, the electronic open / close switch 15b is closed.

図７において、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが高電圧の場合に機械的開閉スイッチ１６ｂは閉とされ、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが低電圧の場合に機械的開閉スイッチ１６ｂは開とされる。また、バイポーラトランジスタ５４ｂのベースが高電圧の場合に電子的開閉スイッチ１５ｂは開とされ、バイポーラトランジスタ５１ｂのベースが低電圧の場合に電子的開閉スイッチ１５ｂは閉とされる。 In FIG. 7, the mechanical on / off switch 16b is closed when the base of the bipolar transistor 51b is at a high voltage, and the mechanical on / off switch 16b is opened when the base of the bipolar transistor 51b is at a low voltage. When the base of the bipolar transistor 54b is high voltage, the electronic open / close switch 15b is opened, and when the base of the bipolar transistor 51b is low voltage, the electronic open / close switch 15b is closed.

上述した回路例において、電子的開閉スイッチとして、ＭＯＳ−ＦＥＴを用い、このＭＯＳ−ＦＥＴを駆動する回路部としてバイポーラトランジスタを用いたが、この両者の組み合わせにおいて、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体デバイスをいかなるように組み合わせても同様な効果を得ることができる。例えば、電子的開閉スイッチとして、バイポーラトランジスタを用い、このバイポーラトランジスタを駆動する回路部としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いることもできるものである。 In the circuit example described above, a MOS-FET is used as an electronic open / close switch, and a bipolar transistor is used as a circuit unit for driving the MOS-FET. In the combination of the two, a MOS-FET, a bipolar transistor, an IGBT, etc. Similar effects can be obtained by any combination of these semiconductor devices. For example, a bipolar transistor can be used as the electronic open / close switch, and a MOS-FET can be used as a circuit unit for driving the bipolar transistor.

（参考例）
図８ないし図１０に第２実施形態の直流スイッチの具体例である直流スイッチ２１ａないし直流スイッチ２１ｃを示す。第２実施形態の直流スイッチは、直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ５５ａ及び電子的開閉スイッチ５３（図８を参照）、又は５７（図９を参照）又は５８（図１０を参照）と、機械的開閉スイッチ５５ａと連動して開閉され、電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）を制御する制御スイッチ５５ｂと、を備え、機械的開閉スイッチ５５ａが開とされる場合には、制御スイッチ５５ｂによって電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）を開とし、機械的開閉スイッチ５５ａが閉とされる場合には、制御スイッチによって電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）を閉とするものである。 ( Reference example )
8 to 10 show a DC switch 21a to a DC switch 21c, which are specific examples of the DC switch of the second embodiment. The DC switch according to the second embodiment includes a mechanical open / close switch 55a and an electronic open / close switch 53 (see FIG. 8) or 57 (see FIG. 9) inserted to open or close a path through which a direct current flows. ) Or 58 (see FIG. 10) and a control switch 55b that opens and closes in conjunction with the mechanical on / off switch 55a and controls the electronic on / off switch 53 (or 57 or 58). Is opened by the control switch 55b, and the electronic on / off switch 53 (or 57 or 58) is opened by the control switch 55b. (Or 57 or 58) is closed.

第２実施形態の構成においては、制御スイッチ５５ｂは、機械的開閉スイッチ５５ａと連動して動作する２回路２接点の機械的スイッチである。ここで、機械的開閉スイッチ５５ａは大電流が流れる電流路に挿入されるために電流容量が大きく、制御スイッチ５５ｂは電流がほとんど流れない信号系の電流路に挿入されるために電流容量が小さいものである。図８ないし図１０に示す、いずれの回路においても、機械的開閉スイッチ５５ａが開となると略同時に電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）も開とされ、機械的開閉スイッチ５５ａが閉となると略同時に電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）も閉とされる。 In the configuration of the second embodiment, the control switch 55b is a two-circuit, two-contact mechanical switch that operates in conjunction with the mechanical opening / closing switch 55a. Here, since the mechanical opening / closing switch 55a is inserted into a current path through which a large current flows, the current capacity is large, and the control switch 55b is inserted into a signal current path through which almost no current flows, and thus the current capacity is small. Is. In any of the circuits shown in FIGS. 8 to 10, when the mechanical opening / closing switch 55a is opened, the electronic opening / closing switch 53 (or 57 or 58) is opened almost simultaneously, and when the mechanical opening / closing switch 55a is closed. At the same time, the electronic open / close switch 53 (or 57 or 58) is also closed.

したがって、第２実施形態の作用においては、機械的開閉スイッチ５５ａを閉から開に操作する場合において、仮に機械的開閉スイッチ５５ａの接点間でアークが生じようとしても、電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）も開となるので、アークは瞬時に停止する。また、電子的開閉スイッチ５３（又は５７又は５８）と機械的開閉スイッチ５５ａの両方が故障して閉となる場合以外は、直流電流が流れる経路を閉路とすることはなく、部品点数も少なく、安全性確保の点からも非常に信頼性の高い直流スイッチとして動作するものである。 Therefore, in the operation of the second embodiment, when the mechanical on / off switch 55a is operated from the closed state to the open state, even if an arc is generated between the contacts of the mechanical on / off switch 55a, the electronic on / off switch 53 (or 57 or 58) is also open, so the arc stops instantaneously. Further, except that both the electronic on / off switch 53 (or 57 or 58) and the mechanical on / off switch 55a fail and are closed, the path through which the direct current flows is not closed, and the number of parts is small. It operates as a highly reliable DC switch from the viewpoint of ensuring safety.

第１実施形態の直流スイッチを用いる電気機器の構成図である。It is a block diagram of the electric equipment using the direct current switch of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流スイッチの動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of operation | movement of the DC switch of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流スイッチの動作の別のタイミングチャートである。It is another timing chart of operation | movement of the DC switch of 1st Embodiment. 第１実施形態の具体例である。It is a specific example of 1st Embodiment. 第１実施形態の別の具体例である。It is another specific example of 1st Embodiment. 第１実施形態の直流スイッチの他の具体例である。It is another specific example of the DC switch of the first embodiment. 第１実施形態の直流スイッチの他の具体例である。It is another specific example of the DC switch of the first embodiment. 第２実施形態の直流スイッチの具体例である。It is a specific example of the DC switch of the second embodiment. 第２実施形態の直流スイッチの別の具体例である。It is another specific example of the DC switch of the second embodiment. 第２実施形態の直流スイッチのまた別の具体例である。It is another specific example of the DC switch of the second embodiment. 背景技術の直流スイッチである。It is a DC switch of the background art.

符号の説明Explanation of symbols

１０直流配電系、１４、１４ａスイッチ制御回路、１５、１５ａ、１５ｂ、５３電子的開閉スイッチ、１６、１６ａ、１６ｂ、５５ａ機械的開閉スイッチ、１７制御スイッチ、１８デジタルロジック回路、２０ａ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ直流スイッチ、３０負荷、４０電気機器、５１、５１ｂ、５４、５４ｂバイポーラトランジスタ、５５ｂ制御スイッチ、Ａ、Ｂ入力端子、Ｃ、Ｄ出力端子、Ｃ１コンデンサ、ＺＤゼナーダイオード 10 DC distribution system, 14, 14a Switch control circuit, 15, 15a, 15b, 53 Electronic on / off switch, 16, 16a, 16b, 55a Mechanical on / off switch, 17 Control switch, 18 Digital logic circuit, 20a, 21a, 21b , 21c DC switch, 30 load, 40 electrical equipment, 51, 51b, 54, 54b Bipolar transistor, 55b Control switch, A, B input terminal, C, D output terminal, C1 capacitor, ZD Zener diode

Claims

直流配電系からの直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチと、
前記機械的開閉スイッチ及び前記機械的開閉スイッチに直列に接続される前記電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える制御スイッチと、
を備え、
前記スイッチ制御回路は、
前記開閉信号を契機として前記電子的開閉スイッチが開とされた後に、前記機械的開閉スイッチを開とし、
前記開閉信号を契機として前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチを同時に閉とすることを特徴とする直流スイッチ。 A mechanical on / off switch and an electronic on / off switch inserted to open or close a path through which a direct current from a DC distribution system flows;
A switch control circuit for controlling a difference between open and close times of the mechanical open / close switch and the electronic open / close switch connected in series to the mechanical open / close switch;
A control switch for providing an opening / closing signal that triggers opening / closing to the switch control circuit;
With
The switch control circuit includes:
After the electronic open / close switch is opened with the open / close signal as an opportunity, the mechanical open / close switch is opened,
A DC switch characterized in that the mechanical open / close switch and the electronic open / close switch are simultaneously closed in response to the open / close signal.

直流配電系からの直流電流が流れる経路を開路又は閉路とするために挿入される機械的開閉スイッチ及び電子的開閉スイッチと、
前記機械的開閉スイッチ及び前記機械的開閉スイッチに直列に接続される前記電子的開閉スイッチの相互の開閉時間差を制御するスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路に開閉の契機となる開閉信号を与える制御スイッチと、
を具備する直流スイッチと、
前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチのいずれとも直列に接続される電気回路又は電気機構と、
を備え、
前記スイッチ制御回路は、
前記開閉信号を契機として前記電子的開閉スイッチが開とされた後に前記機械的開閉スイッチを開とし、
前記開閉信号を契機として前記機械的開閉スイッチ及び前記電子的開閉スイッチを同時に閉とすることを特徴とする電気機器。 A mechanical on / off switch and an electronic on / off switch inserted to open or close a path through which a direct current from a DC distribution system flows;
A switch control circuit for controlling a difference between open and close times of the mechanical open / close switch and the electronic open / close switch connected in series to the mechanical open / close switch;
A control switch for providing an opening / closing signal that triggers opening / closing to the switch control circuit;
A DC switch comprising:
An electrical circuit or electrical mechanism connected in series with both the mechanical on / off switch and the electronic on / off switch;
With
The switch control circuit includes:
The mechanical on / off switch is opened after the electronic on / off switch is opened in response to the on / off signal,
An electrical device characterized in that the mechanical on-off switch and the electronic on-off switch are simultaneously closed in response to the on-off signal.