特許 5794113 ソリッドステートリレー及び負荷駆動回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5794113

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】ソリッドステートリレー及び負荷駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/78 20060101AFI20150928BHJP

   H03K 17/725 20060101ALI20150928BHJP

   H01L 31/12 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   H03K17/78 J

   H03K17/725 E

   H01L31/12 F

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-242444(P2011-242444)

(22)【出願日】2011年11月4日

(65)【公開番号】特開2013-98915(P2013-98915A)

(43)【公開日】2013年5月20日

【審査請求日】2014年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084146

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100170

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 厚司

(74)【代理人】

【識別番号】100103012

【弁理士】

【氏名又は名称】中嶋 隆宣

(72)【発明者】

【氏名】北原 康行

(72)【発明者】

【氏名】新馬場 健

【審査官】 白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０１５３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５７９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０２１９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２６２８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４１５８１５０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４０２４４５７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２６１２１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｋ １７／７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１２

Ｈ０３Ｋ １７／７２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の入力端子と、
前記入力端子の間に接続される発光素子と、
前記発光素子からの光を光電変換して電流を出力する受光素子と、
交流電源と負荷とが接続される一対の出力端子と、
前記受光素子の一端と前記出力端子の一方とを結ぶ第１接続ラインと、
前記受光素子の他端と前記出力端子の他方とを結ぶ第２接続ラインと、
前記第１接続ラインと前記第２接続ラインの間に接続され、前記受光素子から出力される電流に基づいて導通するスイッチング素子と、
前記第１接続ラインと前記第２接続ラインの間に接続されるコンデンサと、前記第１接続ラインに設けられて前記スイッチング素子の一端と前記受光素子の一端との間に接続される抵抗とを直列接続してなるスナバ回路と、
を備え、
前記第１接続ラインの前記スナバ回路の抵抗の一端と前記スイッチング素子の一端との間に過電流防護素子を接続することにより、前記コンデンサが短絡した場合、前記過電流防護素子と前記スナバ回路とに電流が流れ、前記スイッチング素子が断線した場合、前記過電流防護素子、前記スナバ回路の抵抗、及び、前記受光素子に電流が流れるようにしたことを特徴とするソリッドステートリレー。

【請求項2】

前記受光素子は、フォトトライアックカプラであり、
前記フォトトライアックカプラに対し、前記スイッチング素子と、前記スナバ回路の少なくともコンデンサを並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載のソリッドステートリレー。

【請求項3】

前記受光素子は、フォトトランジスタカプラであり、
前記フォトトランジスタカプラには、出力回路を介してブリッジ式全波整流回路と、該ブリッジ式全波整流回路をオン・オフするためのサイリスタとを接続し、
前記スイッチング素子と、前記スナバ回路の少なくともコンデンサを並列に接続し、
前記ブリッジ式全波整流回路の出力端子を前記スイッチング素子に接続したことを特徴とする請求項１に記載のソリッドステートリレー。

【請求項4】

前記請求項１から３のいずれか１項に記載のソリッドステートリレーと、
前記ソリッドステートリレーに直列接続される負荷及び電源と、
を備えたことを特徴とする負荷駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ソリッドステートリレー、及び、このソリッドステートリレーを備えた負荷駆動回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ソリッドステートリレーとして、スナバ回路を構成するコンデンサと抵抗との接続点と、トライアックのゲート端子とを接続する第３接続ラインを備えたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

しかしながら、前記従来のソリッドステートリレーでは、衝撃等により、コンデンサにクラックが発生した場合、スナバ回路が焼損し、又、トライアックが断線した場合、このトライアックを含む制御回路が焼損するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−６０３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、簡単かつ安価な構成であるにも拘わらず、スナバ回路及び制御回路のいずれの損傷に対しても、他の電子部品の焼損を適切に防止することのできる機能を備えたソリッドステートリレー及び負荷駆動回路を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
ソリッドステートリレーを、
一対の入力端子と、
前記入力端子の間に接続される発光素子と、
前記発光素子からの光を光電変換して電流を出力する受光素子と、
交流電源と負荷とが接続される一対の出力端子と、
前記受光素子の一端と前記出力端子の一方とを結ぶ第１接続ラインと、
前記受光素子の他端と前記出力端子の他方とを結ぶ第２接続ラインと、
前記第１接続ラインと前記第２接続ラインの間に接続され、前記受光素子から出力される電流に基づいて導通するスイッチング素子と、
前記第１接続ラインと前記第２接続ラインの間に接続されるコンデンサと、前記第１接続ラインに設けられて前記スイッチング素子の一端と前記受光素子の一端との間に接続される抵抗とを直列接続してなるスナバ回路と、
を備え、
前記第１接続ラインの前記スナバ回路の抵抗の一端と前記スイッチング素子の一端との間に過電流防護素子を接続することにより、前記コンデンサが短絡した場合、前記過電流防護素子と前記スナバ回路とに電流が流れ、前記スイッチング素子が断線した場合、前記過電流防護素子、前記スナバ回路の抵抗、及び、前記受光素子に電流が流れるようにしたものである。

【0007】

この構成により、スナバ回路のコンデンサが短絡した場合、出力端子間はスナバ回路及び過電流保護素子を介して接続され、この間に過電流が流れたとしても、過電流保護素子によって他の部品の焼損が防止される。また、スイッチング素子が断線した場合、出力端子間は受光素子を介して接続され、この間に過電流が流れたとしても、やはり過電流保護素子によって他の部品の焼損が防止される。このように、スナバ回路及びスイッチング素子のいずれで問題が発生しても、単一の過電流保護素子によって他の部品の焼損を防止することができる。したがって、簡単かつ安価な構成によりスナバ回路及びスイッチング素子のいずれの故障にも対処することができる。

【0010】

前記受光素子は、フォトトライアックカプラであり、
前記フォトトライアックカプラに対し、前記スイッチング素子と、前記スナバ回路の少なくともコンデンサを並列に接続すればよい。

【0011】

前記受光素子は、フォトトランジスタカプラであり、
前記フォトトランジスタカプラには、出力回路を介してブリッジ式全波整流回路と、該ブリッジ式全波整流回路をオン・オフするためのサイリスタとを接続し、
前記スイッチング素子と、前記スナバ回路の少なくともコンデンサを並列に接続し、
前記ブリッジ式全波整流回路の出力端子を前記スイッチング素子に接続すればよい。

【0012】

また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、
負荷駆動回路を、
前記いずれかの構成のソリッドステートリレーと、
前記ソリッドステートリレーに直列接続される負荷及び電源と、
を備えた構成としたものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、スナバ回路の接続方法を工夫することにより、コンデンサが短絡した場合、及び、スイッチング素子が断線した場合のいずれであっても、単一の過電流保護素子で過電流により他の部品が焼損することを防止することができる。このため、構成が簡略化され、コストアップを招来することもない。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る負荷駆動回路を示す図である。

【図2】図１の負荷駆動回路で、スナバ回路のコンデンサが短絡した場合の通電経路を示す回路図である。

【図3】図１の負荷駆動回路で、トライアックが断線した場合の通電経路を示す回路図である。

【図4】第２実施形態に係る負荷駆動回路を示す図である。

【図5】図４の負荷駆動回路で、スナバ回路のコンデンサが短絡した場合の通電経路を示す回路図である。

【図6】図４の負荷駆動回路で、トライアックが断線した場合の通電経路を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るソリッドステートリレー２を含む負荷駆動回路１の構成図である。この負荷駆動回路１は、ソリッドステートリレー２と、交流電源３と、負荷４とを備える。

【0017】

ソリッドステートリレー２は、一対の入力端子５ａ、５ｂを介して図示しない電源から電流が供給されるとオン状態となり、一対の出力端子６ａ、６ｂの間に接続される、例えば、モータ等の負荷４に対して交流電源３から電力を供給可能とする。

【0018】

入力端子５ａ、５ｂには入力回路７が接続され、この入力回路７には、フォトカプラ８の発光素子が接続されている。ここでは、発光素子には発光ダイオード９が使用されている。フォトカプラ８の受光素子には、フォトトライアックカプラ１０が使用されている。

【0019】

フォトトライアックカプラ１０の両端子と各出力端子６ａ、６ｂとは、第１接続ライン１１と第２接続ライン１２とでそれぞれ接続されている。第１接続ライン１１と第２接続ライン１２との間には、トライアック１３とスナバ回路１４が接続されている。

【0020】

トライアック１３は、ゲート端子１５に所定の電流値を有する電流が入力されることでオンする双方向サイリスタである。トライアック１３は、一方のメイン端子（第１メイン端子１６）が、第１接続点１７で第１接続ライン１１に接続され、ゲート端子１５と他方のメイン端子（第２メイン端子１８）とが、第２接続点１９と第３接続点２０とで第２接続ライン１２にそれぞれ接続されている。これにより、トライアック１３は、フォトトライアックカプラ１０に対して並列接続されることになる。そして、第１接続ライン１１では、フォトトライアックカプラ１０の一端と第１接続点１７との間に、フォトトライアックカプラ側から順に、抵抗Ｒ１、スナバ回路１４の抵抗Ｒ２、及び、ヒューズ２１が直列に接続されている。また、第２接続ライン１２では、第２接続点１９と第３接続点２０との間に抵抗Ｒ３が接続されている。

【0021】

スナバ回路１４は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とからなり、抵抗Ｒ２は第１接続ライン１１の抵抗Ｒ１とトライアック１３の一方の端子との間に接続されている。コンデンサＣ１は、第１接続ライン１１の両抵抗Ｒ１、Ｒ２の間と、第２接続ライン１２のトライアック１３の第２メイン端子１８と他方の出力端子６ｂとの間に接続されている。

【0022】

第１接続ライン１１のスナバ回路１４の抵抗Ｒ２の一端と、トライアック１３の第１メイン端子１６が接続される第１接続点との間には、過電流防護素子の一例であるヒューズ２１が接続されている。

【0023】

次に、前記構成からなるソリッドステートリレー２を備えた負荷駆動回路１の動作について説明する。

【0024】

入力端子５ａ、５ｂに図示しない電源から電流が供給されると、発光素子である発光ダイオード９から光が出力され、フォトトライアックカプラ１０で受光されて電流に変換されることによりフォトトライアックカプラ１０がオン状態となる。フォトトライアックカプラ１０がオン状態となり、トライアック１３のゲート端子１５に基準値を超える電流が入力されると、このトライアック１３がオン状態となる。これにより、図１の太線で示すように、交流電源３、負荷４、及び、トライアック１３で閉回路が形成され、負荷４が駆動状態となる。

【0025】

ところで、スナバ回路１４のコンデンサは、長期間に亘って使用した場合や衝撃等によりクラックが発生した場合、短絡することがある。この場合、交流電源３、負荷４、及び、トライアック１３で形成されていた閉回路が、図２に太線で示すように、交流電源３、負荷４、及び、スナバ回路１４で形成されることになる。このため、スナバ回路１４の抵抗Ｒ２に必要以上の電流が流れるが、この閉回路の途中にはヒューズ２１が接続されている。この結果、ヒューズ２１が溶断し、抵抗Ｒ２の焼損が防止される。

【0026】

また、衝撃等が作用してトライアック１３が断線すると、交流電源３、負荷４、及び、トライアック１３で形成されていた閉回路が、図３に太線で示すように、交流電源３、負荷４、及び、フォトトライアックカプラ１０で形成されることになる。このため、抵抗Ｒ２やフォトトライアックカプラ１０に必要以上の電流が流れるが、この閉回路の途中であって、負荷４に対してトライアック１３よりもフォトカプラ８側には過電流保護素子であるヒューズ２１が接続されている。この結果、ヒューズ２１が溶断し、抵抗Ｒ１、Ｒ３やフォトトライアックカプラ１０の焼損が防止される。また、スナバ回路１４の抵抗Ｒ２の存在により、フォトトライアックカプラ１０側への過電流の流れを抑制できるので、先にヒューズ２１を溶断させてフォトトライアックカプラ１０等の焼損を防止することが可能となる。また、スナバ回路１４の抵抗Ｒ２を兼用することで、コストアップを抑えることができる。

【0027】

このように、前記実施形態によれば、ヒューズ２１が溶断することで、損傷した電子部品以外の部品が焼損してしまうことを的確に防止することができる。このため、その後のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。しかも、１つのヒューズ２１で、トライアック１３が断線した場合と、コンデンサが短絡した場合のいずれの場合であっても、他の部品の焼損を適切に防止することができ、コストアップの招来を抑えることができる。

【0028】

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るソリッドステートリレー２を含む負荷駆動回路２２の構成図を示す。この負荷駆動回路２２は、前記第１実施形態と同様に、ソリッドステートリレー２３と、交流電源２４と、負荷２５とを備える。

【0029】

ソリッドステートリレー２３では、前記第１実施形態と比較して、フォトカプラ２６の発光素子に発光ダイオード２７が使用されている点では同じであるが、受光素子にフォトトランジスタカプラ２８が使用されている点で相違する。このため、ソリッドステートリレー２３は次のように構成されている。

【0030】

すなわち、入力端子２９ａ、２９ｂには入力回路３０が接続され、そこにはフォトカプラ２６の発光ダイオード２７が接続されている。また、フォトトランジスタカプラ２８は、各端子が出力回路３１にそれぞれ接続されている。出力回路３１と一方の出力端子３２ａとを結ぶ第１接続ライン３３の途中には、スナバ回路３８の抵抗Ｒ１１と、ヒューズ３４とが接続されている。また、第１接続ライン３３と、出力回路３１と他方の出力端子３２ｂとを結ぶ第２接続ライン３５との間には、ブリッジ式全波整流回路３６、トライアック３７、スナバ回路３８のコンデンサＣ２がそれぞれ接続されている。

【0031】

ブリッジ式全波整流回路３６の１つの端子は、第１接続点３９で第１接続ライン３３に接続され、他の１つの端子には、出力回路３１からの信号によってオン・オフするサイリスタ４０が接続されている。また、ブリッジ式全波整流回路３６のさらに他の１つの端子は第３接続ライン４１を介して出力回路３１に接続され、残る１つの端子は、第４接続ライン４２を介してトライアック３７のゲート端子４３に接続されている。これにより、出力回路３１からサイリスタ４０にオン信号が出力され、このサイリスタ４０がオンすれば、ブリッジ式全波整流回路３６からトライアック３７にオン信号が出力される。

【0032】

トライアック３７は、一方のメイン端子（第１メイン端子４４）が、第２接続点４５で第１接続ライン３３に接続され、他方のメイン端子（第２メイン端子４６）が、第３接続点４７で第２接続ライン３５に接続されている。トライアック３７は、ゲート端子４３に入力されるブリッジ式全波整流回路３６からのオン信号を受けてオン状態となり、交流電源２４及び負荷２５との間に閉回路を形成する。

【0033】

スナバ回路３８は、前述の通り、抵抗Ｒ１１が第１接続ライン３３の第１接続点３９と第２接続点４５（トライアック３７の一方の端子の接続位置）との間に接続されている。また、コンデンサＣ２は、第１接続ライン３３の第４接続点４８（第１接続点３９と抵抗Ｒ１１の間）と、第２接続ライン３５の第５接続点４９（トライアック３７の第２メイン端子４６と他方の出力端子３２ｂとの間）に接続されている。

【0034】

次に、前記構成からなるソリッドステートリレー２３を備えた負荷駆動回路２２の動作について説明する。

【0035】

入力端子２９ａ、２９ｂに直流電源から直流電流が供給されると、発光ダイオード２７から光が出力され、フォトトランジスタカプラ２８がオン状態となる。これにより、出力回路３１からブリッジ式全波整流回路３６に電圧が印加されると共に、サイリスタ４０にオン信号が出力される。この結果、ブリッジ式全波整流回路３６からトライアック３７のゲート端子１５にオン信号が入力され、このトライアック３７がオン状態となる。つまり、前記第１実施形態と同様に、図４に太線で示すように、交流電源２４、負荷２５、及び、トライアック３７で閉回路が形成され、負荷２５が駆動状態となる。

【0036】

また、スナバ回路３８のコンデンサＣ２は、長期間に亘って使用した場合や衝撃等によりクラックが発生した場合、短絡することがある。この場合、交流電源２４、負荷２５、及び、トライアック３７で形成されていた閉回路が、図５に太線で示すように、交流電源２４、負荷２５、及び、スナバ回路３８で形成されることになる。このため、スナバ回路３８の抵抗には必要以上の電流が流れるが、この閉回路の途中にはヒューズ３４が接続されている。この結果、ヒューズ３４が溶断し、抵抗の焼損が防止される。

【0037】

また、衝撃等が作用してトライアック３７が断線すると、交流電源２４、負荷２５、及び、トライアック３７で形成されていた閉回路が、図６に太線で示すように、交流電源２４、負荷２５、ブリッジ式全波整流回路３６、及び、抵抗で形成されることになる。このため、ブリッジ式全波整流回路３６、サイリスタ４０、及び、抵抗Ｒ１２に必要以上の電流が流れるが、この閉回路の途中であって、負荷２５に対してトライアック３７よりもフォトトランジスタカプラ２８側にはヒューズ３４が接続されている。この結果、ヒューズ３４が溶断し、ブリッジ式全波整流回路３６、サイリスタ４０、あるいは、抵抗Ｒ１１の焼損が防止される。また、スナバ回路３８の抵抗Ｒ１１の存在により、ブリッジ式全波整流回路３６側への過電流の流れを抑制できるので、先にヒューズ３４を溶断させてブリッジ式全波整流回路３６等の焼損を防止することが可能となる。また、スナバ回路３８の抵抗Ｒ１１を兼用することで、コストアップを抑えることができる。

【0038】

このように、前記第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、ヒューズ３４が溶断することで、損傷した電子部品以外の部品が焼損してしまうことを的確に防止することができる。このため、その後のメンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。しかも、１つのヒューズ３４で、トライアック３７が断線した場合と、コンデンサＣ２が短絡した場合のいずれの場合であっても、他の部品の焼損を適切に防止することができ、コストアップの招来を抑えることができる。

【0039】

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

【0040】

例えば、前記実施形態では、過電流防護素子としてヒューズを使用する場合について説明したが、サーミスタ等、他の電子部品を使用することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明に係るソリッドステートリレー２は、モータ等の負荷に供給する電力をオン・オフ制御するための負荷駆動回路の全般に使用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１…負荷駆動回路
２…ソリッドステートリレー
３…交流電源
４…負荷
５…入力端子
６…出力端子
７…入力回路
８…フォトカプラ
９…発光ダイオード
１０…フォトトライアックカプラ
１１…第１接続ライン
１２…第２接続ライン
１３…トライアック
１４…スナバ回路
１５…ゲート端子
１６…第１メイン端子
１７…第１接続点
１８…第２メイン端子
１９…第２接続点
２０…第３接続点
２１…ヒューズ
２２…負荷駆動回路
２３…ソリッドステートリレー
２４…交流電源
２５…負荷
２６…フォトカプラ
２７…発光ダイオード
２８…フォトトランジスタカプラ
２９…入力端子
３０…入力回路
３１…出力回路
３２…出力端子
３３…第１接続ライン
３４…ヒューズ
３５…第２接続ライン
３６…ブリッジ式全波整流回路
３７…トライアック
３８…スナバ回路
３９…第１接続点
４０…サイリスタ
４１…第３接続ライン
４２…第４接続ライン
４３…ゲート端子
４４…第１メイン端子
４５…第２接続点
４６…第２メイン端子
４７…第３接続点
４８…第４接続点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】