JP6249784B2 - 車載用リレー駆動回路および車載機器 - Google Patents

Description

この発明は、車載用リレーを駆動する車載用リレー駆動回路、および当リレー駆動回路を用いた車載機器に関するものである。

車載機器においてリレーを駆動する際、もっとも簡単な駆動方法としてはバッテリ電圧を直接リレーコイルに印加する方法があった。当バッテリによるリレーの直接駆動においては、通常１２Ｖ程度のバッテリ電圧が、エンジン始動時には６Ｖ程度まで低下する場合があり、このとき、リレーコイルの通電電流が、リレーを駆動し続けるための保持電流を下回ると、リレー接点が誤ってオフしてしまうこともある。

上記のバッテリ電圧が低下した場合においてもリレーを駆動するには、定格電圧の低いリレー（例えば、定格電圧６Ｖのリレー）を用いる方法があった。しかし、この方法では、バッテリ電圧が１４Ｖ程度のときにはリレーのコイルに必要以上の過大な電流が流れることになるため、電力を無駄に消費しながら、自己発熱が増大し、放熱のための追加部品が必要になったり、当自己発熱による温度上昇に耐えられる大きなリレーが必要になったりする。

上記のようにバッテリ電圧が低下しても誤動作することなく、バッテリ電圧が高くなっても発熱および電力の浪費をしないように、バッテリ電圧からＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いて一定の電圧を生成し、定電圧でリレーを駆動する方法があった。

例えば、特許文献１のリレー駆動回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して、リレーのコイルに印加する電圧を一定に保つようトランジスタのスイッチングＤｕｔｙを制御する構成としている。本構成により、バッテリ電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧）が上昇してもリレーには常時適切な電圧を印加できることにより過大な発熱を抑制できるとしている。

また例えば、特許文献２のリレー駆動回路は、電源とリレーとの間に出力電圧を変更可能な可変電圧レギュレータを設け、リレーをオフ状態からオンさせる時と、リレーがオンした後オン状態を保持し続ける時とで出力電圧を変更する構成としている。

特開２０１３−１７１７７３号公報 特開２０１１−２１６２２９号公報

しかし、上記特許文献１では、定電圧制御をおこなうＤＣ／ＤＣコンバータを使用するため、回路規模が大きく高コストになるという課題があった。また、上記特許文献２では、電源の電圧変動に対して充分なドロップアウト電圧を持つ可変式の電圧レギュレータを使用する必要があり、レギュレータが大型化するという課題があった。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いるためには、新たに降圧用のコイルを追加する必要があり、当コイルの追加により部品の占有面積が発生し駆動回路が大きくなり、部品の追加も合せて高コストとなる。また、他の負荷とＤＣ／ＤＣコンバータの出力を共用することもできるが、その場合も、当リレーを動作させるために出力電力の増強が必要となり、やはりコストの上昇につながる。

ところで、図２３に示すように、リレー１００は、コイル１０１に電流を通電することによって鉄心１０３に発生する電磁力で可動鉄片１０２を吸引して、機械的に接点を開閉する構造であり、一般的にはコイル１０１に所定の電圧を印加することによって動作する。図２３（ａ）は可動鉄片１０２を鉄心１０３へ接触させる作動時、図２３（ｂ）は可動鉄片１０２と鉄心１０３の接触状態を保持する時を示している。

改めて考えてみれば、可動鉄片１０２を吸引する機械的な電磁力は、通電する電流とコイル１０１の巻回数によって一意に決定されるものであり、所定の電流を通電することで作動・保持の動作ができる。一方、可動鉄片１０２を動作させるために印加する電圧は、コイル１０１の抵抗を加味しながら通電電流を所定の値に設定するために必要な要素ではあるが、通電電流を設定する間接的な要素でしかない。たとえば、コイル１０１に使用する銅材には、温度特性があり、温度が１００度上昇するとコイル１０１の抵抗は約４０％増加する。つまり、コイル１０１に電圧を印加してリレー１００を駆動する場合には、高温時には当コイル１０１の抵抗が増加することによって、電流が減少すること、即ち、高温で使用するときには、可動鉄片１０２を吸引する電磁力が低下し、充分な吸引力が確保できないことを考慮して、印加電圧を高めに設定する必要がある。
換言すれば、リレーを動作するために通電する電流は一意なのに対し、印加する電圧は最終的には通電電流を決定するために、他の要素に影響されないようにマージンをもって設定しなければならない。

以上のように、本来は定電流を通電して駆動することが好ましいはずのリレーではあるが、扱いやすい定電流電源が身近になく、電圧源に比べて電流源の採用には抵抗があるために、入手しやすく扱いやすい定電圧電源によって駆動することが一般的であった。

ちなみに、所定の電圧を印加して駆動されるリレーではあるが、リレーの仕様書には、通電電流を示すためにコイルの抵抗値が記載される例が多く、本来の電流による動作の一端を覗かせている。

リレーを定電流の通電によって駆動すれば、上記定電圧の印加によって駆動するときの違和感が解消され、不必要なマージンを削減して、過不足のない充分な電磁力によって動作させることができる。

なお、これまでは、定電流電源が使われることは少なかったが、昨今普及が始まったＬＥＤ（発光ダイオード）は定電流による点灯が常識であり、対応する点灯用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）も普及し始めている。このＬＥＤ点灯用ＩＣがリレーの駆動に流用できるため、リレーの駆動方法の見直しには好機である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、過剰な動作電力を低減する定電流によってリレーを駆動する、簡素で安価な構成のリレー駆動回路および当リレー駆動回路を用いた車載機器を提供することを目的とする。

この発明に係る車載用リレー駆動回路は、リレーには、非動作中のリレーを作動する作動電圧が電源の定格電圧より低いものを使用し、リレーのコイルに電流を流すスイッチング素子と、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、スイッチング素子を制御する制御部とを備え、制御部は、電流検出部が検出する電流をフィードバックしてスイッチング素子を断続操作し、リレーに作動電圧を印加した時に流れる電流以上で、リレーに定格電圧を印加した時に流れる電流未満の定電流をコイルに通電してリレーを駆動するようにしたものである。

この発明に係る車載機器は、上述の車載用リレー駆動回路を用いて、リレーを駆動するようにしたものである。

この発明によれば、作動電圧が電源の定格電圧より低いリレーに、作動電圧を印加する時に流れる電流以上で、定格電圧を印加する時に流れる電流未満の定電流を通電するようにしたので、電源電圧が低下したときでも誤オフすることなく安定してリレーを駆動することができる。これにより、過剰な電力を削減し不要な発熱を抑えることができ、その結果、放熱機構を備え、自己発熱による温度上昇に耐えうる大きなリレーを用いるといった発熱対策が不要になるため、簡素で安価な構成のリレー駆動回路、および当リレー駆動回路を用いた車載機器を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るリレー駆動回路１０の構成を示す回路図である。 実施の形態１に係るリレー駆動回路を用いた車載機器の構成例を示す回路図である。 実施の形態１に係るリレー駆動回路を用いた車載機器の別の構成例を示す回路図である。 実施の形態１に係るリレー駆動回路を用いた車載機器の別の構成例を示す回路図である。 実施の形態１に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 リレーの電圧電流特性および動作特性を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 実施の形態３に係るリレー駆動回路の変形例を示す回路図である。 図８のリレー駆動回路における波形を示すグラフである。 実施の形態３に係るリレー駆動回路の変形例を示す回路図である。 実施の形態３に係るリレー駆動回路の変形例を示す回路図である。 図１１のリレー駆動回路における波形を示すグラフである。 実施の形態３に係るリレー駆動回路の変形例を示す回路図である。 実施の形態３に係るリレー駆動回路の変形例を示す回路図である。 この発明の実施の形態４に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 図１５のリレー駆動回路における波形を示すグラフである。 この発明の実施の形態５に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態６に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 図１８のリレー駆動回路における波形を示すグラフである。 この発明の実施の形態７に係るリレー駆動回路の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態８に係るリレー駆動回路を説明するための参考例であり、ＬＥＤ点灯用ＩＣを用いたＬＥＤ点灯回路の構成を示す回路図である。 リレーコイルの等価回路を説明する図である。 リレーの構成と動作を説明する模式図であり、図２３（ａ）は非動作中のリレーを作動するとき、図２３（ｂ）は動作状態を保持しているときを示す。

実施の形態１．
図１に示すように、車両に搭載されるリレー駆動回路１０は、鉛バッテリを電源１としてリレー２を駆動し、接点３を開閉する。このリレー駆動回路１０の最低限の構成は、電源１からリレー２のコイルＬ１に電流を流すスイッチング素子ＳＷ１と、コイルＬ１に流れる電流を検出する電流検出抵抗ＲＳ（電流検出部）と、スイッチング素子ＳＷ１を制御する制御部１１と、コイルＬ１に貯えた電流を還流するダイオードＤ１であり、リレー２のコイルＬ１に流れる電流を検出してフィードバックし、制御部１１によって駆動電流を一定に保つように制御することでリレー２を駆動する。

このリレー駆動回路１０を用いた車載機器の構成例を、図２〜図４に示す。
図２は、リレー２により駆動する負荷５を外部に持つ車載機器４の一例である。車載機器４に外部接続される負荷５としては、ヒータ、モータ、灯火、制御機器等がある。
図３は、リレー２により駆動する負荷５を内部に持つ車載機器４ａの一例である。車載機器４ａに内蔵される負荷５としては、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータ等がある。なお、図２、図３ではリレー２を車載機器４，４ａに内蔵したが、外付けしてもよい。
図４は、リレー２の電源１（１２Ｖ）とは異なる電源を負荷と接続した車載機器の一例である。この例では、負荷となるＡＣ／ＤＣコンバータ７を交流電源６（１００Ｖ）で駆動し、動力用バッテリ８（３００Ｖ）を充電する車載用充電器４ｂを示している。
本発明では、こうした車載機器に搭載されるリレー２を駆動するためのリレー駆動回路１０を提供する。

次に、リレー駆動回路１０の詳細を説明する。
図５は、リレー駆動回路１０ａの具体例を示す回路図である。リレー駆動回路１０ａでは、図１に示す制御部１１を、誤差増幅用の増幅器１２と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波形生成用の比較器１４と、スイッチング素子ＳＷ１を駆動するドライブ回路１５とにより構成している。

この構成においては、電流検出抵抗ＲＳによってリレー２のコイルＬ１に流れる電流を電圧に変換し、誤差増幅用の増幅器１２によって基準電圧１３との電圧差を増幅したうえで、ＰＷＭ波形生成用の比較器１４によりＰＷＭ用三角波（例えば、２００ｋＨｚ程度）と比較することで、スイッチング素子ＳＷ１を駆動する矩形波を得る。
リレー２のコイルＬ１に流れる電流が所定値より低い場合は誤差増幅用の増幅器１２の出力電圧が低くなり、得られる矩形波のＤｕｔｙが大きくなるためスイッチング素子ＳＷ１のオン時間が長くなり、コイルＬ１に流れる電流が増えるよう制御する。逆に、電流が所定値より大きい場合は、Ｄｕｔｙが小さくなることでスイッチング素子ＳＷ１のオン時間が短くなり電流が減るように制御する。

制御としては一般的な電流フィードバック回路ではあるが、リレー２のコイルＬ１をスイッチング電源用のコイル（いわゆるチョークコイル）として使用することで、通常別途必要となるコイルを不要とした。従って、省スペース・低コスト化が実現できる。
なお、リレー２のコイルＬ１に流れる電流は電流検出抵抗ＲＳの抵抗値、基準電圧１３、ＰＷＭ用三角波によって決めることができる。また、スイッチング素子ＳＷ１としてトランジスタを使用しているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等を使用してもよい。

また、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング（断続）動作によりリレー２を駆動するため、スイッチング周波数が可聴域になるとリレー２が音鳴りを発生してしまう。そこで、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング周波数を可聴域より高くして（例えば、２００ｋＨｚ程度）、音鳴りを防止することが望ましい。

ここで、図６に、リレー２の電圧電流特性および動作特性を示す。グラフの縦軸は通電電流、横軸は印加電圧である。リレー２のコイルＬ１に作動電圧以上の電圧を印加し、非動作中のリレー２を作動させて接点３をオンする。オン状態の保持に要する電磁力はオフからオンへの作動に要する電磁力より小さくて足りるため、オン後は、保持電圧以上であれば作動電圧より低い電圧を印加してもリレー２の動作を保持することができる。

従来のように定電圧を印加してリレー２を駆動する場合には、コイルＬ１の温度特性を考慮して印加電圧を高めに（マージンを加えて）設定する必要があるので、余剰に電流を消費していた。

これに対し、実施の形態１では、上記のように定電流を通電してリレー２を駆動するのでコイルＬ１の温度特性を考慮する必要がない。そのため、例えば定格電圧１２Ｖの電源１と定格電圧１２Ｖのリレー２を使用した場合に、リレー駆動回路１０，１０ａが、電流検出抵抗ＲＳの検出する電流をフィードバックしてスイッチング素子ＳＷ１を断続操作し、リレー２の定格電圧動作時に通電する電流値より低い定電流（つまり、１２Ｖを印加したときの電流より低い電流）をコイルＬ１に通電してリレー２を駆動する。これにより、余剰な消費電流を抑制することができる。また、不要な発熱を抑制することができるので、放熱機構を備えたり、自己発熱による温度上昇に耐えられる大きなリレーを用いたりといった発熱対策が不要になり、省スペース・低コスト化が実現できる。

以上より、実施の形態１によれば、車載用のリレー２を駆動するリレー駆動回路１０は、リレー２のコイルＬ１に電流を流すスイッチング素子ＳＷ１と、コイルＬ１に流れる電流を検出する電流検出抵抗ＲＳと、スイッチング素子ＳＷ１を制御する制御部１１とを備え、制御部１１は、電流検出抵抗ＲＳが検出する電流をフィードバックしてスイッチング素子ＳＷ１を断続操作し、リレー２の定格電圧動作時に通電する電流値より低い定電流をコイルＬ１に通電してリレー２を駆動するように構成した。これにより、不要な電流消費を抑制して発熱を抑えることができるので、簡素で安価な構成のリレー駆動回路１０を提供できる。

また、実施の形態１によれば、スイッチング素子ＳＷ１の断続周波数を、可聴域より高くすることにより、リレー２の音鳴りを防止できる。

実施の形態２．
実施の形態２のリレー駆動回路は、図１〜図５に示したリレー駆動回路１０，１０ａと同様の構成であるため、以下では図１〜図５を援用する。
実施の形態２では、作動電圧が電源１の定格電圧より低いリレー２を使用する。そして、リレー駆動回路１０，１０ａは、電流検出抵抗ＲＳの検出する電流をフィードバックしてスイッチング素子ＳＷ１を断続操作し、リレー２に作動電圧を印加したときに流れる電流以上で、リレー２に定格電圧を印加したときに流れる電流未満に相当する定電流をコイルＬ１に通電してリレー２を駆動する。これにより、電源１の電圧が低下したときでも、誤って接点３がオフしにくくなり、安定してリレー２を駆動することができる。また、定格電圧の低いリレー２に適した電流を通電することで、余剰な消費電流と発熱を抑制することができるので、放熱機構を備えたり、自己発熱による温度上昇に耐えられる大きなリレーを用いたりといった発熱対策が不要になり、省スペース・低コスト化が実現できる。

以上より、実施の形態２によれば、作動電圧が電源１の定格電圧より低い車載用のリレー２を使用し、リレー駆動回路１０の制御部１１は、電流検出抵抗ＲＳが検出する電流をフィードバックしてスイッチング素子ＳＷ１を断続操作し、リレー２に作動電圧を印加したときに流れる電流以上で、リレー２に定格電圧を印加したときに流れる電流未満に相当する定電流をコイルＬ１に通電してリレー２を駆動するように構成した。これにより、不要な電流消費を抑制して発熱を抑えることができるので、簡素で安価な構成のリレー駆動回路１０を提供できる。

また、リレー２には、保持電圧が電源１の最低電圧より低いものを使用することが望ましい。例えば、エンジン始動時等に電源１の電圧が定格１２Ｖから６Ｖ程度まで下がる場合、作動電圧８Ｖ、保持電圧５Ｖのリレー２を使用することにより、電源電圧が６Ｖ程度まで下がってもリレー２の接点３をオン状態に保持することができる。

さらに、リレー２には、作動電圧が電源１の最低電圧より低いものを使用することが望ましい。例えば上記の電源１に対して、作動電圧５Ｖ、保持電圧５Ｖ未満のリレー２を使用することにより、電源電圧が６Ｖ程度まで下がってもリレー２の接点３をオフからオンに作動させることができ、かつ、オン状態を保持することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、上記実施の形態１，２に示したリレー駆動回路１０，１０ａの変形例をいくつか説明する。以下に述べる図７〜図１３において、図１〜図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

図７は、リレー駆動回路１０ｂの構成を示す回路図であり、ＰＷＭ波形生成用の比較器１４とドライブ回路１５の間に、リレー２の動作／停止を切り換えるスイッチング素子ＳＷ２が接続されている。図５に示したリレー駆動回路１０ａでは、電源が供給されている限りリレー２は常に駆動されるが、図７のリレー駆動回路１０ｂでは、リレーＯＦＦ信号でスイッチング素子ＳＷ２をオンすることで、リレー２の駆動を停止することができる。反対に、リレーＯＮ信号でスイッチング素子ＳＷ２をオフすることで、リレー２が駆動される。

図８は、リレー駆動回路１０ｃの構成を示す回路図であり、ヒステリシス付きの比較器１６を使用して図１に示した制御部１１を構成している。この例では、比較器１６の非反転入力端子に、基準電圧１３と出力が抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２によりヒステリシスが設定される。

ここで、図９（ａ）にリレー駆動回路１０ｃにおけるスイッチング素子ＳＷ１の動作波形、図９（ｂ）にリレー２のコイルＬ１の通電電流の波形を示す。比較器１６に高レベル比較電流と低レベル比較電流のヒステリシスを設定したので、電流検出抵抗ＲＳが検出するコイルＬ１の通電電流が高レベル比較電流になるとスイッチング素子ＳＷ１がオフし、低レベル比較電流になるとスイッチング素子ＳＷ１がオンする。そのため、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフに応じて脈流する通電電流の平均値が、目標電流（リレー２の作動用の電流または保持用の電流）に等しくなる。

図１０は、リレー駆動回路１０ｄの構成を示す回路図であり、制御電源１７と抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により比較器１６の基準電圧を生成している。

図１１は、リレー駆動回路１０ｅの構成を示す回路図であり、ＮＰＮトランジスタをスイッチング素子ＳＷ３（図１のスイッチング素子ＳＷ１に相当する）に用いて、リレー２をローサイドから駆動する構成にしている。また、スイッチング素子ＳＷ３と電流検出抵抗ＲＳとの接続点を、通電電流サンプリング用スイッチＴｒ４を介して増幅器１２に接続する。スイッチング素子ＳＷ３と通電電流サンプリング用スイッチＴｒ４のオン／オフ動作は同相とする。

ここで、図１２（ａ）にリレー駆動回路１０ｅにおけるスイッチング素子ＳＷ３の動作波形、図１２（ｂ）にリレー２のコイルＬ１の通電電流の波形、図１２（ｃ）に電流検出抵抗ＲＳの端子電圧の波形、図１２（ｄ）に通電電流サンプリング用スイッチＴｒ４の動作波形、図１２（ｅ）に図１１のＡ部の電圧波形を示す。
リレー駆動回路１０ｅでは、スイッチング素子ＳＷ３のオン時に通電電流サンプリング用スイッチＴｒ４もオンし、リレー２のコイルＬ１に流れる通電電流（図１１の実線矢印）を電流検出抵抗ＲＳで検出してフィードバックする。一方、スイッチング素子ＳＷ３のオフ時はコイルＬ１の電流がダイオードＤ１に還流するので（図１１の一点鎖線矢印）、このあいだ通電電流サンプリング用スイッチＴｒ４もオフして電圧降下が発生していない電流検出抵抗ＲＳの端子電圧を無視する。これにより、ローサイドスイッチを採用した場合でもフィードバック制御を精度良く行うことができる。

図１３は、リレー駆動回路１０ｆの構成を示す回路図であり、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子ＳＷ１）とＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子ＳＷ４）を直列接続して、トーテムポール出力とした構成である。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４のオン／オフ動作は逆相とする。スイッチング素子ＳＷ１がオン、スイッチング素子ＳＷ４がオフのとき、リレー２のコイルＬ１を介して電流検出抵抗ＲＳに動作電流が流れる（図１３の実線矢印）。反対に、スイッチング素子ＳＷ１がオフ、スイッチング素子ＳＷ４がオンのとき、コイルＬ１から電流検出抵抗ＲＳに還流電流が流れる（図１３の一点鎖線矢印）。
ＭＯＳＦＥＴを使用するリレー駆動回路１０ｆでは還流用のダイオードＤ１を省略できるので、トランジスタを使用するリレー駆動回路１０〜１０ｅと比べて部品点数を削減しながら、還流電流を通電するときにスイッチング素子ＳＷ４をオンすることでダイオードによって消費される電力に相当する電力を低減することができる。

図１４は、リレー駆動回路１０ｇの構成を示す回路図であり、制御部（図１の制御部１１に相当する）に、過電流検出用の比較器１８とスイッチング素子ＳＷ５を追加した構成である。この比較器１８は、電流検出抵抗ＲＳにより検出するコイルＬ１の通電電流と所定の設定電流値（基準電圧）とを比較し、当通電電流が過剰なことを検出したときにスイッチング素子ＳＷ５をオフしてリレー２の駆動動作を停止する。あるいは、当通電電流が流れていないことを検出したときにスイッチング素子ＳＷ５をオフしてリレー２の駆動動作を停止する。つまり、コイルＬ１の短絡による過電流、あるいは、コイルＬ１の開放等を容易に検出することができる。
上記構成により、コイルＬ１に短絡故障が生じても、過電流が通電されることが無いため、当過電流が誘発する電源１の故障、発熱および発火を回避することができる。
なお、上記過剰な通電電流とは、たとえば、０.１〜１Ａで、使用するリレーの通電電流に対応する任意の電流値に設定する。
ちなみに、定電圧制御では、リレー２のコイルＬ１の開放を検出することは困難であり、電流検出用にさらに回路を追加することが一般的である。

実施の形態４．
リレー２の動作に必要な電流には、接点３をオフ状態からオン状態に切り換えるための作動用の電流と、オン状態を維持し続けるための保持用の電流があり、保持用の電流は作動用の電流に対して小さな電流値でよい。そこで、本実施の形態４では、フィードバック制御の目標電流を作動用の電流と保持用の電流に切り換えるリレー駆動回路の構成例を説明する。

図１５は、実施の形態４に係るリレー駆動回路１０ｈの構成を示す回路図であり、図１〜図１４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
リレー駆動回路１０ｈでは、リレー２の接点３に動作検出用の抵抗Ｒ６を接続し、リレー２の動作を検出して目標電流を切り換える。目標電流の切り換えは、トランジスタＴｒ１により、比較器１６の非反転入力端子の基準電圧を変更することにより行う。
トランジスタＴｒ１のベース端子には、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１からなるＲＣ回路を介してトランジスタＴｒ２のコレクタ端子が接続されている。トランジスタＴｒ２のベース端子には、電流制限用の抵抗Ｒ５とトランジスタＴｒ３のコレクタ端子が接続されている。トランジスタＴｒ３のベース端子には、動作検出用の抵抗Ｒ６と分圧用の抵抗Ｒ７が接続されている。これらにより制御部（図１の制御部１１に相当する）が構成される。

図１６（ａ）は、リレーＯＮ／ＯＦＦ信号の波形、図１６（ｂ）はリレー２の動作波形、図１６（ｃ）はリレー２のコイルＬ１の目標電流と通電電流の波形を示す。

具体的には、リレー２がオフ状態のとき、目標電流を決める基準電圧は、比較器１６の非反転入力端子に接続された抵抗Ｒ２１，Ｒ１，Ｒ２２の合成抵抗によって決まっている。
このときの目標電流の値を作動用の電流とする。

リレーＯＮ信号によりスイッチング素子ＳＷ２がオフすることでリレー２がオン状態になると、動作検出用の抵抗Ｒ６を介して抵抗Ｒ７に電圧が印加され、トランジスタＴｒ３がオンとなる。これにより、トランジスタＴｒ２がオフとなり、制御電源１７から抵抗Ｒ４を通じてコンデンサＣ１を充電する（図１５の実線矢印）。コンデンサＣ１の充電により電圧が上昇することで、トランジスタＴｒ１が動作し、抵抗Ｒ３に流れる電流が徐々に増加していくため、基準電圧が低下し目標電流の値は徐々に低下していく。コンデンサＣ１が充分に充電されるとトランジスタＴｒ１がオンとなり、目標電流は抵抗Ｒ２１，Ｒ１，Ｒ２２に加えて抵抗Ｒ３の合成抵抗によって決まる。
このときの目標電流の値を保持用の電流とする。

リレーＯＦＦ信号によりスイッチング素子ＳＷ２がオンするとドライブ回路１５が停止し、スイッチング素子ＳＷ１がオフとなることでリレー２がオフ状態になる。これにより、トランジスタＴｒ３がオフとなり、トランジスタＴｒ２がオンとなることで瞬時にコンデンサＣ１の電荷が放電され（図１５の一点鎖線矢印）、トランジスタＴｒ１はオフとなる。

リレー駆動回路１０ｈにおいて、リレー２を駆動するために必要な電流に応じて適切な抵抗値を選択することで、過剰な消費電流を抑制することができる。

以上より、実施の形態４によれば、リレー駆動回路１０ｈでは、リレー２の動作を保持するときにコイルＬ１に流す保持用の電流を、非動作中のリレー２を作動するときにコイルＬ１に流す作動用の電流より低くするようにしたので、過剰な消費電流をさらに抑制できる。

また、実施の形態４によれば、リレー駆動回路１０ｈでは、作動用の電流と保持用の電流の切り換えを、動作検出用の抵抗Ｒ６を介して検出する接点３の状態に応じて行う構成にしたので、フィードバック制御を適切に行うことができる。
さらに、接点３に対して、動作検出用の抵抗Ｒ６を介して、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１からなるＲＣ回路とを接続し、接点３の状態に応じて作動用の電流から保持用の電流への切り換えを行う構成にした。これにより、作動用の電流が通電されてから設定時間（つまり、ＲＣ回路の時定数により定まる時間）の経過後に、作動用の電流から保持用の電流への切り換えが行われ、リレー２のコイルＬ１に通電してから接点３が完全に閉成するまでの間、作動用の電流を維持する。なお、リレー２をオフしたときは、次にリレー２をオンするときにそなえて、上記設定時間に関係なく、早々に保持用の電流から作動用の電流へ切り換えることができる。

実施の形態５．
図１７は、実施の形態５に係るリレー駆動回路１０ｉの構成を示す回路図であり、図１〜図１６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
上記実施の形態４では、動作検出用の抵抗Ｒ６によりリレー２の動作を検出して目標電流を切り換えたが、本実施の形態５ではリレー２の動作を検出せずにタイマによって切り換える構成を説明する。リレー駆動回路１０ｉでは、タイマとして、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１からなるＲＣ回路を用い、抵抗Ｒ８，Ｒ９を介してトランジスタＴｒ１のベース端子に接続している。

具体的には、リレー２がオフのときは制御電源１７の出力を停止、または充分に低い電圧としておく。リレー２をオンにする際には制御電源１７の電圧を立ち上げることで、比較器１６の基準電圧が抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の合成抵抗により決まる。
このときの基準電圧により決まる目標電流の値を作動用の電流とする。

また、このとき抵抗Ｒ４を通じてコンデンサＣ１を充電することで（図１７の実線矢印）、徐々にコンデンサＣ１の電圧が上昇し、トランジスタＴｒ１が動作することで抵抗Ｒ３に流れる電流が徐々に増加していく。これにより、基準電圧が低下し、目標電流の値も徐々に低下していく。コンデンサＣ１が十分に充電されるとトランジスタＴｒ１はオンになり、基準電圧が抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に加えて抵抗Ｒ３の合成抵抗によって決まる。
このときの基準電圧により決まる目標電流の値を保持用の電流とする。

リレー２をオフするときは、制御電源１７の電圧を低下させることで、ダイオードＤ２を通じてコンデンサＣ１の電荷が制御電源１７に放電され（図１７の一点鎖線矢印）、トランジスタＴｒ１が早々にオフとなる。

このように、実施の形態５では、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１からなるＲＣ回路をタイマに用い、図１６（ａ）の作動用電流通電時間ｔ１を制御している。作動用電流通電時間ｔ１は、ＲＣ回路の時定数により調整すればよい。
なお、上記タイマによる設定時間とは、たとえば、１０ｍｓ〜１０００ｍｓで、使用するリレーの応答時間に対応する任意の時間を設定する。

リレー駆動回路１０ｉにおいて、リレー２を駆動するために必要な電流に応じて適切な抵抗とコンデンサを選択することで、過剰な消費電流を抑制することができる。

以上より、実施の形態５によれば、リレー駆動回路１０ｉでは、接点３に接続されたＲＣ回路の状態に応じて、作動用の電流と保持用の電流の切り換えを行う構成にした。この構成の場合にも、上記実施の形態４と同様に、作動用の電流が通電されてから設定時間（つまり、ＲＣ回路の時定数により定まる時間）の経過後に、作動用の電流から保持用の電流への切り換えが行われ、リレー２のコイルＬ１に通電してから接点３が完全に閉成するまでの間、作動用の電流を維持できる。

実施の形態６．
図１８は、実施の形態６に係るリレー駆動回路１０ｊの構成を示す回路図であり、図１〜図１７と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図１９（ａ）はリレーＯＮ／ＯＦＦ信号の波形、図１９（ｂ）はリレー２の動作波形、図１９（ｃ）はリレー２のコイルＬ１の目標電流と通電電流の波形を示す。
上記実施の形態４では、動作検出用の抵抗Ｒ６によりリレー２の動作を検出して目標電流を切り換えたが、本実施の形態６では電流変化判定部１９により通電電流の変化を検出して切り換える構成を説明する。

ここで、図２３を参照して、通電電流の変化を説明する。
リレー２がオン状態になるまでの間は、可動鉄片１０３が鉄心１０２から離反しているので磁気抵抗が大きく、コイル１０１のインダクタンスが小さいため通電電流の変化が速い（電流が増大・減少する傾きが大きく、通電電流が変化する周期が短い）。
可動鉄片１０３が完全に鉄心１０２に接触すると、磁気抵抗が小さくなり、コイル１０１のインダクタンスが大きくなり通電電流の変化は遅くなる（電流が増大・減少する傾きが小さく、通電電流が変化する周期が長くなる）。
そこで、実施の形態６では、図１８の電流変化判定部１９により電流変化が遅くなったことを判定して、リレー２が完全にオンしたことを判定する。

具体的には、リレー２をオフからオンにする際の比較器１６の基準電圧は、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の合成抵抗によって決まる。
このときの基準電圧により決まる目標電流の値を作動用の電流とする。

図１９に示す通り、リレー２がオン状態になるまでの間（作動用電流通電時間ｔ１）は、リレー２のコイルＬ１のインダクタンスが小さいため、通電電流の変化は速いが、リレー２が完全にオンしてしまうと、コイルＬ１のインダクタンスが大きくなり、通電電流の変化は遅くなる（保持用電流通電時間ｔ２）。

電流変化判定部１９により電流変化が遅くなったこと、即ち、リレー２が完全にオンしたことを判定した場合に、電流変化判定部１９がトランジスタＴｒ１をオンすることで、比較器１６の基準電圧は抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に加えて抵抗Ｒ３の合成抵抗によって決まる値となる。
このときの基準電圧により決まる目標電流の値を保持用の電流とする。

リレー駆動回路１０ｊにおいて、リレー２を駆動するために適切な通電電流の変化値を選択することで、過剰な消費電流を抑制することができる。

以上より、実施の形態６によれば、リレー駆動回路１０ｊでは、電流変化判定部１９により電流の変化を検出して、間接的にリレー２の接点３の状態を観測し、フィードバックして作動用の電流と保持用の電流を切り換える構成にしたので、上記実施の形態４に示したリレー２の接点３の状態を直接的に観測し、フィードバックする複雑な回路が不要で、簡素なリレー駆動回路が構成できる。
また、リレー２の接点３の状態を間接的に観測し、フィードバックすることができるので、たとえば、図４に示す車載用充電器のように、コイルＬ１と接点３が電気的に絶縁され、両者の電位が全く異なる場合においても、作動用の電流と保持用の電流を切り換えることができるリレー駆動回路が構成できる。

実施の形態７．
図２０は、実施の形態７に係るリレー駆動回路１０ｋの構成を示す回路図であり、図１〜図１９と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
上記実施の形態１〜６では、還流用のダイオードＤ１をリレー駆動回路１０〜１０ｊに内蔵していたが、本実施の形態７では、還流用のダイオードＤ１をリレー２ｋに内蔵する。なお、リレー２ｋを低周波（概ね１０ｋＨｚ以下）で駆動する場合には、一般整流用ダイオードを使用し、高周波（概ね１０ｋＨｚ以上）で駆動する場合には、ＦＲ（ファーストリカバリ、高速動作用）ダイオードを使用する。

ダイオードＤ１をリレー２ｋに内蔵することで、電源用の配線を除くリレー２ｋを駆動するための配線を１本に簡素化することができるので、例えばリレー２ｋとリレー駆動回路１０ｋの設置場所が離れている場合に配線が容易となる。
ただし、配線を延ばすとノイズが重畳しやすいので、図２０のリレー駆動回路１０ｋでは、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１０からなるスナバ回路を追加している。
なお、上記においては便宜的にダイオードＤ１をリレー２ｋに内蔵する構成を示したが、ダイオードＤ１は必ずしもリレー２ｋに内蔵する必要はなく、リレー駆動回路１０ｋの外部であればどこに配置しても、リレー駆動回路１０ｋの構成は変わらない。

以上より、実施の形態７によれば、コイルＬ１に並列な還流用のダイオードをリレー駆動回路１０ｋの外部に設ける構成にした。そのため、リレー２ｋとリレー駆動回路１０ｋの距離を離したときに配線が容易となる。

実施の形態８．
近年、照明用途および灯火用途としてＬＥＤを光源とする装置が普及し、ＬＥＤの点灯を制御する点灯用ＩＣも多数市場に出回っている。ＬＥＤ点灯用ＩＣの多くは、定電流制御の機能をもち、基本的な構成は図２１に示すような回路である。
この図２１は、代表的なＬＥＤ点灯用ＩＣ２０を用いたＬＥＤの点灯回路の構成を示す回路図である。ＬＥＤ点灯用ＩＣ２０は、スイッチング素子ＳＷ１、誤差増幅用の増幅器１２、基準電圧１３、ＰＷＭ波形生成用の比較器１４、およびドライブ回路１５を備えており、図１に示したリレー駆動回路１０ａと基本的な構成は同じである。このＬＥＤ点灯用ＩＣ２０の出力側には、スイッチング電源用のコイルＬ２と還流用のダイオードＤ１とが接続されて、スイッチングレギュレータを構成しており、負荷であるＬＥＤへ定電流を出力する。
なお、ＬＥＤ点灯用ＩＣ２０の構成は代表的なものであり、図２１に示すものに限定されるものではない。

また、図２２に示すように、ＬＥＤを等価的に抵抗と考えれば、ＬＥＤ点灯用ＩＣ２０の出力側に接続されるのはコイルＬ２と等価抵抗であり、リレー２のコイルＬ１（例えば、図１）を等価コイルと等価抵抗に分解すれば両者を同等なものと考えることができる。
即ち、ＬＥＤ点灯用ＩＣ２０をそのままリレー駆動回路として使用することができる。この場合、最小構成として、ＬＥＤ点灯用ＩＣ２０と、リレー２と、電流検出抵抗ＲＳの３点で、リレー駆動回路を構成することができ、設計が非常に容易である。

以上より、実施の形態８によれば、定電流を出力、あるいは、定電流を制御するＩＣを用いて、リレー２を駆動する構成にしたので、部品点数が削減でき、回路設計が容易になる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 電源、２，２ｋ リレー、３ 接点、４，４ａ 車載機器、４ｂ 車載用充電器、５ 負荷、６ 交流電源、７ ＡＣ／ＤＣコンバータ、８ 動力用バッテリ、１０，１０ａ〜１０ｋ リレー駆動回路、１１ 制御部、１２ 増幅器、１３ 基準電圧、１４，１６ 比較器、１５ ドライブ回路、１７ 制御電源、１８ 比較器、１９ 電流変化判定部、２０ ＬＥＤ点灯用ＩＣ、１００ リレー、１０１ コイル、１０２ 鉄心、１０３ 可動鉄片、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ コイル、Ｒ１〜Ｒ１０，Ｒ２１，Ｒ２２ 抵抗、ＲＳ 電流検出抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチング素子、Ｔｒ１〜Ｔｒ３ トランジスタ、Ｔｒ４ 通電電流サンプリング用スイッチ。

Claims (12)

1. 車載用のリレーを駆動する車載用リレー駆動回路であって、
   前記リレーには、非動作中の前記リレーを作動する作動電圧が電源の定格電圧より低いものを使用し、
   前記リレーのコイルに電流を流すスイッチング素子と、
   前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記スイッチング素子を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電流検出部が検出する電流をフィードバックして前記スイッチング素子を断続操作し、前記リレーに作動電圧を印加した時に流れる電流以上で、前記リレーに定格電圧を印加した時に流れる電流未満の定電流を前記コイルに通電して前記リレーを駆動することを特徴とする車載用リレー駆動回路。
2. 前記リレーには、動作中の前記リレーの状態を保持できる保持電圧が前記電源の最低電圧より低いものを使用することを特徴とする請求項１記載の車載用リレー駆動回路。
3. 前記リレーには、前記作動電圧が前記電源の最低電圧より低いものを使用することを特徴とする請求項１記載の車載用リレー駆動回路。
4. 前記制御部は、前記電流検出部が設定電流値より高い通電電流を検出した場合に前記リレーの駆動を停止することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
5. 前記スイッチング素子の断続周波数は、可聴域より高いことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
6. 前記制御部は、非動作中の前記リレーに対しては、前記リレーを作動する作動電圧を印加した時に流れる電流以上で、定格電圧を印加した時に流れる電流未満の電流を通電して、作動した後は、動作中の前記リレーの状態を保持できる保持電圧を印加した時に流れる電流以上で、前記作動電圧を印加した時に流れる電流未満の電流に、通電電流を切り換えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
7. 前記制御部は、前記通電電流の切り換えを、前記リレーの接点の状態、あるいは、前記接点に接続される回路の状態、あるいは、前記コイルに流れる電流の挙動に応じて行うことを特徴とする請求項６記載の車載用リレー駆動回路。
8. 前記制御部は、前記通電電流の切り換えを、作動用の電流が通電されてから設定時間の経過後に行うことを特徴とする請求項６記載の車載用リレー駆動回路。
9. 前記制御部は、作動用の電流から保持用の電流への切り換えを、保持用の電流から作動用の電流への切り換えより緩慢に行うことを特徴とする請求項６から請求項８のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
10. 前記コイルに並列に接続される還流用のダイオードを備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
11. 定電流を出力、あるいは、定電流を制御するＩＣを用いて構成されることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路。
12. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の車載用リレー駆動回路を用いて、リレーを駆動することを特徴とする車載機器。

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