ハイブリッドリレー
【課題】機械式接点スイッチの接点間にノイズ成分が含まれた場合に半導体スイッチ及び負荷の誤動作の発生を効果的に抑制する。
【解決手段】第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチとからなる。電源から負荷に供給する給電路上で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチによる直列回路と第１機械式接点スイッチとが並列接続される。第１機械式接点スイッチは、接点が開閉されるときに第１駆動部に電流が供給されるラッチング型で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチは、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、当該開閉を切り換えた後はそれぞれが非導通となる。第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されている。
【解決手段】第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチとからなる。電源から負荷に供給する給電路上で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチによる直列回路と第１機械式接点スイッチとが並列接続される。第１機械式接点スイッチは、接点が開閉されるときに第１駆動部に電流が供給されるラッチング型で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチは、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、当該開閉を切り換えた後はそれぞれが非導通となる。第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えたハイブリッドリレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明器具等といったインバータ制御を行うインバータ回路を備えた負荷への電力の供給と遮断とを切り換えるために、並列接続された機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えるハイブリッドリレーが使用されている。インバータ回路を備えた負荷は、交流電圧を直流電圧に変換するために大容量の平滑コンデンサが付設されている。交流電源から負荷への電源投入時には、この平滑コンデンサに大電流が流れ込むため、負荷には突入電流が流れ込むことになる。特に、電源電圧が高いような高負荷の状況下では、負荷に流れ込む突入電流が大きくなるため、負荷と交流電源との間に接続されるハイブリッドリレーにも、この突入電流に基づく大電流が流れることになる。
【０００３】
このため、このようなハイブリッドリレーにおいては、機械式接点スイッチに突入電流に基づく大電流が流れて当該機械式接点スイッチの接点対の接点溶着を回避するために、まず、半導体スイッチが導通状態にされる。
【０００４】
なお、以下の説明において、「半導体スイッチが導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが閉じられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＮされる」、「機械式接点スイッチがＯＮされる」と記載する。
同様に、以下の説明において、「半導体スイッチが非導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが開けられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＦＦされる」、「機械式接点スイッチがＯＦＦされる」と記載する。
【０００５】
突入電流が半導体スイッチに流れた後、負荷に供給される電流が定常状態となったときに、機械式接点スイッチがＯＮされる。このような動作により、ハイブリッドリレー内の機械式接点スイッチに大電流が流れることを抑制することができ、当該機械式接点スイッチの接点対の接触直前におけるアークの発生による接点溶着を回避することができる。
【０００６】
このように、ハイブリッドリレーは、機械式接点スイッチにおける接点溶着を防止するために半導体スイッチを備え、半導体スイッチがＯＮされた後に機械式接点スイッチがＯＮされ、その後に半導体スイッチがＯＦＦにされ、その後に負荷への電力供給を開始する。
【０００７】
また、機械式接点スイッチがＯＮされる前に、半導体スイッチがＯＮされる前に当該機械式接点スイッチとは異なる他の機械式接点スイッチを当該半導体スイッチと直列接続するように追加した構成のハイブリッドリレーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッドリレーの回路構成について図５を参照して説明する。図５は、従来のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図である。
【０００８】
ハイブリッドリレー１は、直列接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端に接続されることで、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。ハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続される端子１０と、負荷３の他端に接続される端子１１と、端子１０，１１に両端が接続される接点部Ｓ１を有する第１機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ２を有する第２機械式接点スイッチ１３と、接点部Ｓ２の他端にＴ１電極が接続されると共に端子１１にＴ２電極が接続されたトライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４と、第１，第２機械式接点スイッチ１２，１３と半導体スイッチ１４のそれぞれのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御を行う信号処理回路１６と、を備える。
【０００９】
このハイブリッドリレー１を介した交流電源２から負荷３への電力供給は、信号処理回路１６の指示に基づいて行われる。具体的には、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４がそれぞれＯＮされる。更に、信号処理回路１６からの指示に基づいて、交流電源２から負荷３への電力供給後、直列接続された第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４に対して並列接続された第１機械式接点スイッチ１２がＯＮされる。この後、信号処理回路１６からの指示に基づいて、半導体スイッチ１４及び第２機械式接点スイッチ１３の順にＯＦＦされる。このように、交流電源２から負荷３への電力供給は、半導体スイッチ１４のトライアックＳ３がＯＮされたタイミングで、第２機械式接点スイッチ１２及び半導体スイッチ１４により形成される給電路を介して行われる。更に、交流電源２から負荷３への電力供給は、当該第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４が共にＯＦＦされた後は第１機械式接点スイッチ１２を含む給電路を介して行われる。
【００１０】
次に、第１機械式接点スイッチ１２がＯＮされている状態で、ハイブリッドリレー１を介した交流電源２から負荷３への電力供給遮断は、信号処理回路１６の指示に基づいて行われる。具体的には、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４がそれぞれＯＮされる。これにより、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介した給電路が確立され、負荷３へ流れる電流の一部が、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４に流れて、第１機械式接点スイッチ１２に流れる電流を低減する。この後、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第１機械式接点スイッチ１２がＯＦＦされ、半導体スイッチ１４及び第２機械式接点スイッチ１３の順にＯＦＦされる。なお、交流電源２から負荷３への電力供給遮断は、半導体スイッチ１４のＯＦＦに同期するようにして行われる。
【００１１】
この特許文献１に開示されているハイブリッドリレー１は、負荷への給電路上に設置される機械式接点スイッチをラッチング型のものとし、この機械式接点スイッチを開閉するときのみ、他の機械式接点スイッチ及び半導体スイッチを動作させる。これにより、ハイブリッドリレー１の使用時における消費電力を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１におけるハイブリッドリレー１では、交流電源２から負荷３へ電力を供給する際、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２をＯＮさせてから半導体スイッチ１４をＯＮするまでの間にノイズが発生する可能性がある。このように、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点間電圧にノイズ成分が含まれると、図６に示すように、半導体スイッチ１４を構成するトライアックＳ３が誤動作することになる。図６は、従来のハイブリッドリレーにおける動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。
【００１４】
従って、第２機械式接点スイッチ１３をＯＮした場合に当該第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点間電圧にノイズ成分が含まれた場合には、当該トライアックＳ３の予期しないＯＮ又はＯＦＦに同期して負荷３が誤動作する。このような場合には、結果的に、ハイブリッドリレー１の動作信頼性が安定しないという課題があった。
【００１５】
このような従来の問題に鑑みて、本発明は、機械式接点スイッチの接点部の接点間にノイズが発生した場合に、半導体スイッチ及び負荷の誤動作の発生を効果的に抑制するハイブリッドリレーを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明のハイブリッドリレーは、第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、第１駆動部とは別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチとを備え、電源から負荷に供給する給電路上で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチによる直列回路と第１機械式接点スイッチとが並列接続され、第１機械式接点スイッチが、当該第１機械式接点スイッチの接点が開閉されるときに第１駆動部に電流が供給されるラッチング型の機械式接点スイッチであり、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチは、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換えた後はそれぞれが非導通となり、第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されていることを特徴とする。
【００１７】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路は、半導体スイッチを構成する抵抗と、半導体スイッチを構成するフォトトライアックに対して並列接続するように設けられたコンデンサとが直列接続することで形成されることが好ましい。
【００１８】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路は、半導体スイッチに対して並列接続された抵抗とコンデンサとが直列接続することで形成されることが好ましい。
【００１９】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路を構成する抵抗は、耐サージ抵抗であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、機械式接点スイッチの接点部の接点間にノイズが発生した場合に、半導体スイッチ及び負荷の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図２】負荷をＯＮする場合における第１の実施形態のハイブリッドリレーの動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【図３】負荷をＯＦＦする場合における第１の実施形態のハイブリッドリレーの動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【図４】第１の実施形態の変形例のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図５】従来のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図６】従来のハイブリッドリレーにおける動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態のハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１の回路構成を示す概略回路図である。
【００２３】
また、以下の説明において、「半導体スイッチが導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが閉じられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＮされる」、「機械式接点スイッチがＯＮされる」と記載する。
同様に、「半導体スイッチが非導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが開けられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＦＦされる」、「機械式接点スイッチがＯＦＦされる」と記載する。
【００２４】
１．ハイブリッドリレー１の構成
図１に示すように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、直列接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端に接続されることにより、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。即ち、交流電源２から負荷３への電力供給及び電力供給遮断が、ハイブリッドリレー１がＯＮ状態及びＯＦＦ状態によって行われる。交流電源２は、例えば１００［Ｖ］の商用電源等である。負荷３は、例えば蛍光灯や白熱球を含む照明器具または換気扇等とされる。
【００２５】
ハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続された端子１０と、負荷３の他端に接続された端子１１と、端子１０に一端が接続された接点部Ｓ１を含む第１機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ２を含む第２機械式接点スイッチ１３と、接点部Ｓ２の他端にＴ１電極が接続され且つ端子１１にＴ２電極が接続されたトライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４と、第１，第２機械式接点スイッチ１２，１３と半導体スイッチ１４とがそれぞれＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする制御を行う信号処理回路１６とを備える。
【００２６】
このハイブリッドリレー１の回路構成を詳細に説明する。ハイブリッドリレー１では、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２と半導体スイッチ１４のトライアックＳ３とによって構成される直列回路と、第１機械式接点スイッチ１２とが、端子１０，１１間で並列接続されている。
【００２７】
第１機械式接点スイッチ１２は、ラッチング型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ１をＯＮ状態に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ１と、接点部Ｓ１をＯＦＦ状態に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ２とを備える。即ち、磁気コイルＬ１，Ｌ２が第１機械式接点スイッチ１２の第１駆動部を構成する。
【００２８】
第２機械式接点スイッチ１３は、常時励磁型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ２をＯＮ状態に保持するための電磁力を発生する磁気コイルＬ３を備える。即ち、磁気コイルＬ３が第２機械式接点スイッチ１３の第２駆動部を構成する。
【００２９】
第１機械式接点スイッチ１２において、磁気コイルＬ１の一端が、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ３のカソード電極に接続される一方で、磁気コイルＬ２の一端が、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ４のカソード電極に接続される。これら磁気コイルＬ１，Ｌ２の他端同士は接続される。更に、これら磁気コイルＬ１，Ｌ２の接続ノードは、接地されると共に、ダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのアノード電極に接続される。なお、以下の説明における「接地」とは、ハイブリッドリレー１内における基準電圧に接続することを意味する。
【００３０】
また、ダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのカソード電極は、ダイオードＤ３，Ｄ４それぞれのカソード電極に接続される。このように、第１機械式接点スイッチ１２は、直列接続された磁気コイルＬ１，Ｌ２と、アノード電極同士が接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とによって構成される。
【００３１】
第２機械式接点スイッチ１３は、１つの磁気コイルＬ３と、磁気コイルＬ３と並列接続されたダイオードＤ５とによって構成される。磁気コイルＬ３の一端とダイオードＤ５のアノード電極とによる接続ノードが接地され、磁気コイルＬ３の他端とダイオードＤ５のカソード電極とによる接続ノードが信号処理回路１６に接続される。
【００３２】
半導体スイッチ１４は、トライアックＳ３と、トライアックＳ３のＴ２電極とゲート電極との間に並列接続されたコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２と、トライアックＳ３のＴ１電極に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端にＴ１電極が接続されたフォトトライアックＳ４を含むフォトトライアックカプラ１５とによって構成される。
【００３３】
なお、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮされた場合には半導体スイッチ１４にも突入電流に基づく大電流が流れるため、抵抗Ｒ２は耐サージ抵抗であることが好ましい。
【００３４】
更に、コンデンサＣ２は、フォトトライアックＳ４と並列接続されると共に、抵抗Ｒ２と直列接続されている。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とが直列接続されることで、半導体スイッチ１４内にスナバ回路が形成されている。図１に示すように、このスナバ回路は、第１機械式接点スイッチ１２に対して、並列接続するように設けられている。
【００３５】
フォトトライアックカプラ１５は、信号処理回路１６に対して抵抗Ｒ３を介してアノード電極が接続されると共にカソード電極が接地された発光ダイオードＬＤを更に備える。また、フォトトライアックカプラ１５は、Ｔ２電極がトライアックＳ３のゲート電極に接続されたフォトトライアックＳ４に、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光される。更に、フォトトライアックＳ４は、ゼロクロス点孤機能を備えた半導体スイッチング素子であり、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光されたとき、当該フォトトライアックＳ４のＴ２電極側に交流電源２による交流電圧の中心電圧（基準電圧）を検出して初めて導通される。
【００３６】
２．ハイブリッドリレー１による電力供給
ハイブリッドリレー１における交流電源２から負荷３への電源投入時等で電力供給を行うときの動作について、図２のタイミングチャートを参照して説明する。図２は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１を介して、負荷３をＯＮする場合、即ち、負荷３に電力を供給して動作させる場合における当該ハイブリッドリレー１の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００３７】
以下、交流電源２から負荷３へ電力供給することが信号処理回路１６に指示された際の、ハイブリッドリレー１内の各部の動作について説明する。図２に示すように、信号処理回路１６は、時刻ｔ０に、磁気コイルＬ３に対して駆動電流を供給するための信号を出力する。この信号に応じて供給された駆動電流に基づいて、磁気コイルＬ３に電磁吸引力が発生し、この磁気コイルＬ３を含む第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２が時刻ｔ１にＯＮ状態となる。なお、磁気コイルＬ３と並列接続されたダイオードＤ５は、磁気コイルＬ３を流れる電流が逆流することを防止するための逆流防止ダイオードとして機能する。時刻ｔ１に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になるため、当該接点部Ｓ２の接点間電圧が図２に示すように下がることになる。
【００３８】
更に、図１に示したように、半導体スイッチ１４内には、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２とにより、スナバ回路が形成されている。このスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給の際に、時刻ｔ１で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。即ち、当該スナバ回路により、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、トライアックＳ３の誤動作を発生させずに、交流電源２から負荷３への電力供給を適切なタイミングで行うことができる。
【００３９】
時刻ｔ１に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ２に、発光ダイオードＬＤに対して駆動電流を与える。これにより、フォトトライアックカプラ１５では、発光ダイオードＬＤが発光し、当該発光による光信号をフォトトライアックＳ４が受光する。フォトトライアックＳ４はゼロクロス点孤機能を備え、図２に示すように、交流電源２からの交流電圧が基準電圧である中心電圧となったことを検出したとき（時刻ｔ３）に、フォトトライアックＳ４がＯＮ状態となる。
【００４０】
フォトトライアックＳ４のＯＮ状態により、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路に対して、交流電源２からの交流電流が、抵抗Ｒ２及びフォトトライアックＳ４を介して流れる。これにより、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路が動作し、トライアックＳ３のゲート電極に電流が供給され、トライアックＳ３のＴ１電極―Ｔ２電極に電圧が発生し、当該電極間がＯＮ状態、即ちトライアックＳ３がＯＮ状態となる（時刻ｔ３）。これにより、負荷３が、ハイブリッドリレー１の第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介して、交流電源２と電気的に接続されるため、負荷３には交流電源２による電力が供給される。
【００４１】
このとき、交流電源２から負荷３に対して突入電流が流れ込むため、ＯＮされた状態のトライアックＳ３及びフォトトライアックＳ４のそれぞれにも、この突入電流に基づく大電流が流れる。この突入電流は、フォトトライアックＳ４がゼロクロス点呼機能を備えることにより、フォトトライアックＳ４がＯＮ状態になるタイミングが、交流電源２からの交流電圧の周期に対してバラツキがなくなるため、その電流量におけるバラツキを抑制することができる。
【００４２】
時刻ｔ３にトライアックＳ３がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ４に、駆動電流となるパルス電流を、ダイオードＤ３を介して磁気コイルＬ１に与える。このとき、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ１が磁気コイルＬ１へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能し、磁気コイルＬ２へ電流が流れることをダイオードＤ４が防止する。
これにより、磁気コイルＬ１にパルス電流が流れて、一時的に電磁吸引力が働き、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＮ状態となる（時刻ｔ５）。なお、第１機械式接点スイッチ１２はラッチング型であるため、磁気コイルＬ１への電流供給がなくなった後でも、接点部Ｓ１はＯＮされた状態で保持される。
【００４３】
更に、時刻ｔ５で第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＮ状態になることで、交流電源２からの電流が接点部Ｓ１に流れ、トライアックＳ３に当該電流が流れなくなる。従って、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１のＯＮ状態とほぼ同期するように、時刻ｔ５に、トライアックＳ３のＴ１電極−Ｔ２電極間がＯＦＦ状態、即ち、トライアックＳ３がＯＦＦ状態となる。なお、時刻ｔ５以降でも、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１はＯＮ状態であるため、交流電源２から負荷３への電力は継続的に供給されている。
【００４４】
時刻ｔ５でトライアックＳ３がＯＦＦ状態となった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ６で、第２機械式接点スイッチ１３の磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止する。即ち、磁気コイルＬ３への電流供給が停止されるため、常時励磁型の第２機械式接点スイッチ１３は、磁気コイルＬ３による電磁吸引力がなくなって、当該第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＦＦ状態になる。
【００４５】
これにより、トライアックＳ３がＯＦＦ状態になった後に第２機械式接点スイッチ１３がＯＦＦされた状態となるため、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４により構成される給電路上に電流が流れていない状態で接点部Ｓ２の接点がＯＦＦされる。よって、第２機械式接点スイッチ１３がＯＦＦされた状態とするときに、接点部Ｓ２の接点間におけるアークの発生が防止できるため、第２機械式接点スイッチ１３における接点溶着を防止することができる。
【００４６】
３．ハイブリッドリレー１による電力供給遮断
次に、ハイブリッドリレー１における交流電源２から負荷３への電源遮断等で電力供給を遮断するときの動作について、図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１を介して、負荷３をＯＦＦする場合、即ち、負荷３への電力供給を遮断する場合における当該ハイブリッドリレー１の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００４７】
なお、図３において時刻ｔ７の直前では、負荷３には交流電源２から電力が供給されており、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１はＯＮ状態、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２はＯＦＦ状態、トライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４はＯＦＦ状態であるとする。
【００４８】
以下、交流電源２から負荷３へ電力供給遮断することが信号処理回路１６に指示された際の、ハイブリッドリレー１内の各部の動作について説明する。図３に示すように、信号処理回路１６は、交流電源２より負荷３へ電力供給がなされているときに、時刻ｔ７に、磁気コイルＬ３に対して駆動電流を供給するための信号を出力する。この信号に応じて供給された駆動電流に基づいて、磁気コイルＬ３に電磁吸引力が発生し、この磁気コイルＬ３を含む第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２が時刻ｔ８にＯＮ状態となる。時刻ｔ８に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になるため、当該接点部Ｓ２の接点間電圧が図３に示すように下がることになる。
【００４９】
更に、上記したように、半導体スイッチ１４内には、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２とにより、スナバ回路が形成されている。このスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給遮断の際に、時刻ｔ８で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。即ち、当該スナバ回路により、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、トライアックＳ３の誤動作を発生させずに、交流電源２から負荷３への電力供給遮断を適切なタイミングで行うことができる。
【００５０】
時刻ｔ８に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ９に、駆動電流となるパルス電流を、ダイオードＤ４を介して磁気コイルＬ２に与える。このとき、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ２が磁気コイルＬ２へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能し、磁気コイルＬ１へ電流が流れることをダイオードＤ３が防止する。これにより、磁気コイルＬ２にパルス電流が流れて、一時的に電磁吸引力が働き、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＦＦ状態となる（時刻ｔ１０）。
【００５１】
更に、時刻ｔ１０で第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＦＦすることで、交流電源２からの電流が第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２に流れ、トライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４に当該電流が流れるようになる。更に、フォトトライアックＳ４のＴ１電極−Ｔ２電極間には微小の電圧が時刻ｔ９以前にかかっている。従って、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１のＯＦＦとほぼ同期するように、時刻ｔ１０にトライアックＳ３のＴ１電極−Ｔ２電極間がＯＮ状態になる。
【００５２】
なお、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１は時刻ｔ１０でＯＦＦするが、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２及び半導体スイッチ１４は共にＯＮ状態であるため、時刻ｔ１０の時点において負荷３には引き続き交流電源２から電力が供給されている。
【００５３】
時刻ｔ１０以降、信号処理回路１６は、時刻ｔ１１に、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止する。これにより、フォトトライアックＳ４に対する発光ダイオードＬＤからの光信号の照射がなくなるため、交流電源２からの交流電圧が中心電圧となったとき（時刻ｔ１２）に、フォトトライアックＳ４がＯＦＦ状態となる。このフォトトライアックＳ４のＯＦＦ状態に連動して、トライアックＳ３がＯＦＦ状態となるため、半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となる。よって、交流電源２から負荷３への給電路が遮断されるため、交流電源２による負荷３への電力供給が停止される。
【００５４】
また、信号処理回路１６は、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止した後、時刻ｔ１３に磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止する。即ち、半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となった後に、磁気コイルＬ３による励磁が停止されて第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点がＯＦＦ状態になる。このとき、既に半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となり、第２機械式接点スイッチ１３に電流が流れることがないため、接点部Ｓ２の接点がＯＦＦ状態になった場合でもアークの発生がないため、当該第２機械式接点スイッチ１３の接点消耗を防止することができる。
【００５５】
このように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１では、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２との直列回路からなるスナバ回路を第１機械式接点スイッチ１２に対して並列接続されている。
これにより、第１の実施形態のハイブリッドリレー１では、コンデンサＣ２だけを新たに設けることにより、部品点数を必要以上に増加させることなく効果的に、第２機械式接点スイッチ１３のＯＮ状態に応じて当該第２機械式接点スイッチ１３の接点間にノイズ成分が含まれた場合でも、半導体スイッチ１４及び負荷３の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【００５６】
＜第１の実施形態の変形例１＞
第１の実施形態のハイブリッドリレー１におけるスナバ回路は、図１に示すように、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２との直列回路により形成されている。ハイブリッドリレー１における部品点数を削減するためには、第１の実施形態のハイブリッドリレー１の回路構成が望ましい。
しかしながら、本発明のハイブリッドリレーにおいて、上記したスナバ回路を、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とから形成する例には限定されない。第１の実施形態の変形例１では、当該スナバ回路の他の形成例について図４を参照して説明する。
【００５７】
図４は、第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａの回路構成を示す概略回路図である。図４に示すハイブリッドリレー１ａにおいて、図１に示したハイブリッドリレー１の回路構成と同様な箇所については同様の参照符号が付されている。同様の参照符号が付されている各部の動作は第１の実施形態のハイブリッドリレー１の各部の動作と同様であるため、当該動作の説明は省略する。
【００５８】
第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａでは、半導体スイッチ１４ａと並列接続されるように設けられた抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とが直列接続されたスナバ回路が形成されている。即ち、第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａでは、第１の実施形態のハイブリッドリレー１と比べて、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ４と部品点数が多いが、同様に、第２機械式接点スイッチ１３のＯＮ状態に応じて当該第２機械式接点スイッチ１３の接点間にノイズ成分が含まれた場合でも、半導体スイッチ１４ａ及び負荷３の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
具体的には、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とにより形成されるスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給の際に、時刻ｔ１で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。同様に、同スナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給遮断の際に、時刻ｔ８で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明のハイブリッドリレー１，１ａはかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然にこの発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
例えば、前述した実施形態の第１機械式接点スイッチ１２はラッチング型のスイッチである旨を説明したが、常時励磁型のスイッチでも良い。この場合には、第１機械式接点スイッチ１２の磁気コイルには、負荷３への電力供給がなされている間継続して信号処理回路１６から所定の電流が供給される必要があるため、ハイブリッドリレー１における駆動電流量の総量は増加するが、ハイブリッドリレー１の構造を全体的に小型化することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１ａ ハイブリッドリレー
２ 交流電源
３ 負荷
１０，１１ 端子
１２ 第１機械式接点スイッチ
１３ 第２機械式接点スイッチ
１４，１４ａ 半導体スイッチ
１５ フォトトライアックカプラ
１６ 信号処理回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｌ１〜Ｌ３ 磁気コイル
ＬＤ 発光ダイオード
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｓ１、Ｓ２ 接点部
Ｓ３ トライアック
Ｓ４ フォトトライアック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えたハイブリッドリレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明器具等といったインバータ制御を行うインバータ回路を備えた負荷への電力の供給と遮断とを切り換えるために、並列接続された機械式接点スイッチと半導体スイッチとを備えるハイブリッドリレーが使用されている。インバータ回路を備えた負荷は、交流電圧を直流電圧に変換するために大容量の平滑コンデンサが付設されている。交流電源から負荷への電源投入時には、この平滑コンデンサに大電流が流れ込むため、負荷には突入電流が流れ込むことになる。特に、電源電圧が高いような高負荷の状況下では、負荷に流れ込む突入電流が大きくなるため、負荷と交流電源との間に接続されるハイブリッドリレーにも、この突入電流に基づく大電流が流れることになる。
【０００３】
このため、このようなハイブリッドリレーにおいては、機械式接点スイッチに突入電流に基づく大電流が流れて当該機械式接点スイッチの接点対の接点溶着を回避するために、まず、半導体スイッチが導通状態にされる。
【０００４】
なお、以下の説明において、「半導体スイッチが導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが閉じられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＮされる」、「機械式接点スイッチがＯＮされる」と記載する。
同様に、以下の説明において、「半導体スイッチが非導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが開けられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＦＦされる」、「機械式接点スイッチがＯＦＦされる」と記載する。
【０００５】
突入電流が半導体スイッチに流れた後、負荷に供給される電流が定常状態となったときに、機械式接点スイッチがＯＮされる。このような動作により、ハイブリッドリレー内の機械式接点スイッチに大電流が流れることを抑制することができ、当該機械式接点スイッチの接点対の接触直前におけるアークの発生による接点溶着を回避することができる。
【０００６】
このように、ハイブリッドリレーは、機械式接点スイッチにおける接点溶着を防止するために半導体スイッチを備え、半導体スイッチがＯＮされた後に機械式接点スイッチがＯＮされ、その後に半導体スイッチがＯＦＦにされ、その後に負荷への電力供給を開始する。
【０００７】
また、機械式接点スイッチがＯＮされる前に、半導体スイッチがＯＮされる前に当該機械式接点スイッチとは異なる他の機械式接点スイッチを当該半導体スイッチと直列接続するように追加した構成のハイブリッドリレーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッドリレーの回路構成について図５を参照して説明する。図５は、従来のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図である。
【０００８】
ハイブリッドリレー１は、直列接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端に接続されることで、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。ハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続される端子１０と、負荷３の他端に接続される端子１１と、端子１０，１１に両端が接続される接点部Ｓ１を有する第１機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ２を有する第２機械式接点スイッチ１３と、接点部Ｓ２の他端にＴ１電極が接続されると共に端子１１にＴ２電極が接続されたトライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４と、第１，第２機械式接点スイッチ１２，１３と半導体スイッチ１４のそれぞれのＯＮ（閉）／ＯＦＦ（開）制御を行う信号処理回路１６と、を備える。
【０００９】
このハイブリッドリレー１を介した交流電源２から負荷３への電力供給は、信号処理回路１６の指示に基づいて行われる。具体的には、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４がそれぞれＯＮされる。更に、信号処理回路１６からの指示に基づいて、交流電源２から負荷３への電力供給後、直列接続された第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４に対して並列接続された第１機械式接点スイッチ１２がＯＮされる。この後、信号処理回路１６からの指示に基づいて、半導体スイッチ１４及び第２機械式接点スイッチ１３の順にＯＦＦされる。このように、交流電源２から負荷３への電力供給は、半導体スイッチ１４のトライアックＳ３がＯＮされたタイミングで、第２機械式接点スイッチ１２及び半導体スイッチ１４により形成される給電路を介して行われる。更に、交流電源２から負荷３への電力供給は、当該第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４が共にＯＦＦされた後は第１機械式接点スイッチ１２を含む給電路を介して行われる。
【００１０】
次に、第１機械式接点スイッチ１２がＯＮされている状態で、ハイブリッドリレー１を介した交流電源２から負荷３への電力供給遮断は、信号処理回路１６の指示に基づいて行われる。具体的には、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４がそれぞれＯＮされる。これにより、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介した給電路が確立され、負荷３へ流れる電流の一部が、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４に流れて、第１機械式接点スイッチ１２に流れる電流を低減する。この後、信号処理回路１６からの指示に基づいて、第１機械式接点スイッチ１２がＯＦＦされ、半導体スイッチ１４及び第２機械式接点スイッチ１３の順にＯＦＦされる。なお、交流電源２から負荷３への電力供給遮断は、半導体スイッチ１４のＯＦＦに同期するようにして行われる。
【００１１】
この特許文献１に開示されているハイブリッドリレー１は、負荷への給電路上に設置される機械式接点スイッチをラッチング型のものとし、この機械式接点スイッチを開閉するときのみ、他の機械式接点スイッチ及び半導体スイッチを動作させる。これにより、ハイブリッドリレー１の使用時における消費電力を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１におけるハイブリッドリレー１では、交流電源２から負荷３へ電力を供給する際、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２をＯＮさせてから半導体スイッチ１４をＯＮするまでの間にノイズが発生する可能性がある。このように、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点間電圧にノイズ成分が含まれると、図６に示すように、半導体スイッチ１４を構成するトライアックＳ３が誤動作することになる。図６は、従来のハイブリッドリレーにおける動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。
【００１４】
従って、第２機械式接点スイッチ１３をＯＮした場合に当該第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点間電圧にノイズ成分が含まれた場合には、当該トライアックＳ３の予期しないＯＮ又はＯＦＦに同期して負荷３が誤動作する。このような場合には、結果的に、ハイブリッドリレー１の動作信頼性が安定しないという課題があった。
【００１５】
このような従来の問題に鑑みて、本発明は、機械式接点スイッチの接点部の接点間にノイズが発生した場合に、半導体スイッチ及び負荷の誤動作の発生を効果的に抑制するハイブリッドリレーを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明のハイブリッドリレーは、第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、第１駆動部とは別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチとを備え、電源から負荷に供給する給電路上で、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチによる直列回路と第１機械式接点スイッチとが並列接続され、第１機械式接点スイッチが、当該第１機械式接点スイッチの接点が開閉されるときに第１駆動部に電流が供給されるラッチング型の機械式接点スイッチであり、第２機械式接点スイッチ及び半導体スイッチは、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換えた後はそれぞれが非導通となり、第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されていることを特徴とする。
【００１７】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路は、半導体スイッチを構成する抵抗と、半導体スイッチを構成するフォトトライアックに対して並列接続するように設けられたコンデンサとが直列接続することで形成されることが好ましい。
【００１８】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路は、半導体スイッチに対して並列接続された抵抗とコンデンサとが直列接続することで形成されることが好ましい。
【００１９】
また、このハイブリッドリレーにおいて、スナバ回路を構成する抵抗は、耐サージ抵抗であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、機械式接点スイッチの接点部の接点間にノイズが発生した場合に、半導体スイッチ及び負荷の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図２】負荷をＯＮする場合における第１の実施形態のハイブリッドリレーの動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【図３】負荷をＯＦＦする場合における第１の実施形態のハイブリッドリレーの動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【図４】第１の実施形態の変形例のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図５】従来のハイブリッドリレーの回路構成を示す概略回路図
【図６】従来のハイブリッドリレーにおける動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態のハイブリッドリレーについて、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１の回路構成を示す概略回路図である。
【００２３】
また、以下の説明において、「半導体スイッチが導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが閉じられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＮされる」、「機械式接点スイッチがＯＮされる」と記載する。
同様に、「半導体スイッチが非導通状態とされる」こと、「機械式接点スイッチが開けられた状態とされる」ことを、それぞれ「半導体スイッチがＯＦＦされる」、「機械式接点スイッチがＯＦＦされる」と記載する。
【００２４】
１．ハイブリッドリレー１の構成
図１に示すように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、直列接続された交流電源２及び負荷３のそれぞれの一端に接続されることにより、交流電源２及び負荷３と閉回路を形成する。即ち、交流電源２から負荷３への電力供給及び電力供給遮断が、ハイブリッドリレー１がＯＮ状態及びＯＦＦ状態によって行われる。交流電源２は、例えば１００［Ｖ］の商用電源等である。負荷３は、例えば蛍光灯や白熱球を含む照明器具または換気扇等とされる。
【００２５】
ハイブリッドリレー１は、負荷３の一端に一端が接続された交流電源２の他端と接続された端子１０と、負荷３の他端に接続された端子１１と、端子１０に一端が接続された接点部Ｓ１を含む第１機械式接点スイッチ１２と、端子１０と接点部Ｓ１の一端との接続ノードに一端が接続された接点部Ｓ２を含む第２機械式接点スイッチ１３と、接点部Ｓ２の他端にＴ１電極が接続され且つ端子１１にＴ２電極が接続されたトライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４と、第１，第２機械式接点スイッチ１２，１３と半導体スイッチ１４とがそれぞれＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする制御を行う信号処理回路１６とを備える。
【００２６】
このハイブリッドリレー１の回路構成を詳細に説明する。ハイブリッドリレー１では、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２と半導体スイッチ１４のトライアックＳ３とによって構成される直列回路と、第１機械式接点スイッチ１２とが、端子１０，１１間で並列接続されている。
【００２７】
第１機械式接点スイッチ１２は、ラッチング型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ１をＯＮ状態に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ１と、接点部Ｓ１をＯＦＦ状態に切り換えるための電磁力を発生する磁気コイルＬ２とを備える。即ち、磁気コイルＬ１，Ｌ２が第１機械式接点スイッチ１２の第１駆動部を構成する。
【００２８】
第２機械式接点スイッチ１３は、常時励磁型の機械式接点スイッチであり、接点部Ｓ２をＯＮ状態に保持するための電磁力を発生する磁気コイルＬ３を備える。即ち、磁気コイルＬ３が第２機械式接点スイッチ１３の第２駆動部を構成する。
【００２９】
第１機械式接点スイッチ１２において、磁気コイルＬ１の一端が、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ３のカソード電極に接続される一方で、磁気コイルＬ２の一端が、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ４のカソード電極に接続される。これら磁気コイルＬ１，Ｌ２の他端同士は接続される。更に、これら磁気コイルＬ１，Ｌ２の接続ノードは、接地されると共に、ダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのアノード電極に接続される。なお、以下の説明における「接地」とは、ハイブリッドリレー１内における基準電圧に接続することを意味する。
【００３０】
また、ダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのカソード電極は、ダイオードＤ３，Ｄ４それぞれのカソード電極に接続される。このように、第１機械式接点スイッチ１２は、直列接続された磁気コイルＬ１，Ｌ２と、アノード電極同士が接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、アノード電極が信号処理回路１６に接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とによって構成される。
【００３１】
第２機械式接点スイッチ１３は、１つの磁気コイルＬ３と、磁気コイルＬ３と並列接続されたダイオードＤ５とによって構成される。磁気コイルＬ３の一端とダイオードＤ５のアノード電極とによる接続ノードが接地され、磁気コイルＬ３の他端とダイオードＤ５のカソード電極とによる接続ノードが信号処理回路１６に接続される。
【００３２】
半導体スイッチ１４は、トライアックＳ３と、トライアックＳ３のＴ２電極とゲート電極との間に並列接続されたコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ２と、トライアックＳ３のＴ１電極に一端が接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の他端にＴ１電極が接続されたフォトトライアックＳ４を含むフォトトライアックカプラ１５とによって構成される。
【００３３】
なお、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮされた場合には半導体スイッチ１４にも突入電流に基づく大電流が流れるため、抵抗Ｒ２は耐サージ抵抗であることが好ましい。
【００３４】
更に、コンデンサＣ２は、フォトトライアックＳ４と並列接続されると共に、抵抗Ｒ２と直列接続されている。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とが直列接続されることで、半導体スイッチ１４内にスナバ回路が形成されている。図１に示すように、このスナバ回路は、第１機械式接点スイッチ１２に対して、並列接続するように設けられている。
【００３５】
フォトトライアックカプラ１５は、信号処理回路１６に対して抵抗Ｒ３を介してアノード電極が接続されると共にカソード電極が接地された発光ダイオードＬＤを更に備える。また、フォトトライアックカプラ１５は、Ｔ２電極がトライアックＳ３のゲート電極に接続されたフォトトライアックＳ４に、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光される。更に、フォトトライアックＳ４は、ゼロクロス点孤機能を備えた半導体スイッチング素子であり、発光ダイオードＬＤからの光信号が入光されたとき、当該フォトトライアックＳ４のＴ２電極側に交流電源２による交流電圧の中心電圧（基準電圧）を検出して初めて導通される。
【００３６】
２．ハイブリッドリレー１による電力供給
ハイブリッドリレー１における交流電源２から負荷３への電源投入時等で電力供給を行うときの動作について、図２のタイミングチャートを参照して説明する。図２は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１を介して、負荷３をＯＮする場合、即ち、負荷３に電力を供給して動作させる場合における当該ハイブリッドリレー１の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００３７】
以下、交流電源２から負荷３へ電力供給することが信号処理回路１６に指示された際の、ハイブリッドリレー１内の各部の動作について説明する。図２に示すように、信号処理回路１６は、時刻ｔ０に、磁気コイルＬ３に対して駆動電流を供給するための信号を出力する。この信号に応じて供給された駆動電流に基づいて、磁気コイルＬ３に電磁吸引力が発生し、この磁気コイルＬ３を含む第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２が時刻ｔ１にＯＮ状態となる。なお、磁気コイルＬ３と並列接続されたダイオードＤ５は、磁気コイルＬ３を流れる電流が逆流することを防止するための逆流防止ダイオードとして機能する。時刻ｔ１に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になるため、当該接点部Ｓ２の接点間電圧が図２に示すように下がることになる。
【００３８】
更に、図１に示したように、半導体スイッチ１４内には、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２とにより、スナバ回路が形成されている。このスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給の際に、時刻ｔ１で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。即ち、当該スナバ回路により、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、トライアックＳ３の誤動作を発生させずに、交流電源２から負荷３への電力供給を適切なタイミングで行うことができる。
【００３９】
時刻ｔ１に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ２に、発光ダイオードＬＤに対して駆動電流を与える。これにより、フォトトライアックカプラ１５では、発光ダイオードＬＤが発光し、当該発光による光信号をフォトトライアックＳ４が受光する。フォトトライアックＳ４はゼロクロス点孤機能を備え、図２に示すように、交流電源２からの交流電圧が基準電圧である中心電圧となったことを検出したとき（時刻ｔ３）に、フォトトライアックＳ４がＯＮ状態となる。
【００４０】
フォトトライアックＳ４のＯＮ状態により、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路に対して、交流電源２からの交流電流が、抵抗Ｒ２及びフォトトライアックＳ４を介して流れる。これにより、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１による並列回路が動作し、トライアックＳ３のゲート電極に電流が供給され、トライアックＳ３のＴ１電極―Ｔ２電極に電圧が発生し、当該電極間がＯＮ状態、即ちトライアックＳ３がＯＮ状態となる（時刻ｔ３）。これにより、負荷３が、ハイブリッドリレー１の第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４を介して、交流電源２と電気的に接続されるため、負荷３には交流電源２による電力が供給される。
【００４１】
このとき、交流電源２から負荷３に対して突入電流が流れ込むため、ＯＮされた状態のトライアックＳ３及びフォトトライアックＳ４のそれぞれにも、この突入電流に基づく大電流が流れる。この突入電流は、フォトトライアックＳ４がゼロクロス点呼機能を備えることにより、フォトトライアックＳ４がＯＮ状態になるタイミングが、交流電源２からの交流電圧の周期に対してバラツキがなくなるため、その電流量におけるバラツキを抑制することができる。
【００４２】
時刻ｔ３にトライアックＳ３がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ４に、駆動電流となるパルス電流を、ダイオードＤ３を介して磁気コイルＬ１に与える。このとき、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ１が磁気コイルＬ１へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能し、磁気コイルＬ２へ電流が流れることをダイオードＤ４が防止する。
これにより、磁気コイルＬ１にパルス電流が流れて、一時的に電磁吸引力が働き、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＮ状態となる（時刻ｔ５）。なお、第１機械式接点スイッチ１２はラッチング型であるため、磁気コイルＬ１への電流供給がなくなった後でも、接点部Ｓ１はＯＮされた状態で保持される。
【００４３】
更に、時刻ｔ５で第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＮ状態になることで、交流電源２からの電流が接点部Ｓ１に流れ、トライアックＳ３に当該電流が流れなくなる。従って、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１のＯＮ状態とほぼ同期するように、時刻ｔ５に、トライアックＳ３のＴ１電極−Ｔ２電極間がＯＦＦ状態、即ち、トライアックＳ３がＯＦＦ状態となる。なお、時刻ｔ５以降でも、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１はＯＮ状態であるため、交流電源２から負荷３への電力は継続的に供給されている。
【００４４】
時刻ｔ５でトライアックＳ３がＯＦＦ状態となった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ６で、第２機械式接点スイッチ１３の磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止する。即ち、磁気コイルＬ３への電流供給が停止されるため、常時励磁型の第２機械式接点スイッチ１３は、磁気コイルＬ３による電磁吸引力がなくなって、当該第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＦＦ状態になる。
【００４５】
これにより、トライアックＳ３がＯＦＦ状態になった後に第２機械式接点スイッチ１３がＯＦＦされた状態となるため、第２機械式接点スイッチ１３及び半導体スイッチ１４により構成される給電路上に電流が流れていない状態で接点部Ｓ２の接点がＯＦＦされる。よって、第２機械式接点スイッチ１３がＯＦＦされた状態とするときに、接点部Ｓ２の接点間におけるアークの発生が防止できるため、第２機械式接点スイッチ１３における接点溶着を防止することができる。
【００４６】
３．ハイブリッドリレー１による電力供給遮断
次に、ハイブリッドリレー１における交流電源２から負荷３への電源遮断等で電力供給を遮断するときの動作について、図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３は、第１の実施形態のハイブリッドリレー１を介して、負荷３をＯＦＦする場合、即ち、負荷３への電力供給を遮断する場合における当該ハイブリッドリレー１の動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００４７】
なお、図３において時刻ｔ７の直前では、負荷３には交流電源２から電力が供給されており、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１はＯＮ状態、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２はＯＦＦ状態、トライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４はＯＦＦ状態であるとする。
【００４８】
以下、交流電源２から負荷３へ電力供給遮断することが信号処理回路１６に指示された際の、ハイブリッドリレー１内の各部の動作について説明する。図３に示すように、信号処理回路１６は、交流電源２より負荷３へ電力供給がなされているときに、時刻ｔ７に、磁気コイルＬ３に対して駆動電流を供給するための信号を出力する。この信号に応じて供給された駆動電流に基づいて、磁気コイルＬ３に電磁吸引力が発生し、この磁気コイルＬ３を含む第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２が時刻ｔ８にＯＮ状態となる。時刻ｔ８に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になるため、当該接点部Ｓ２の接点間電圧が図３に示すように下がることになる。
【００４９】
更に、上記したように、半導体スイッチ１４内には、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２とにより、スナバ回路が形成されている。このスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給遮断の際に、時刻ｔ８で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。即ち、当該スナバ回路により、第１の実施形態のハイブリッドリレー１は、トライアックＳ３の誤動作を発生させずに、交流電源２から負荷３への電力供給遮断を適切なタイミングで行うことができる。
【００５０】
時刻ｔ８に第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になった後、信号処理回路１６は、時刻ｔ９に、駆動電流となるパルス電流を、ダイオードＤ４を介して磁気コイルＬ２に与える。このとき、第１機械式接点スイッチ１２では、ダイオードＤ２が磁気コイルＬ２へ流れる電流が逆流することを防ぐ逆流防止ダイオードとして機能し、磁気コイルＬ１へ電流が流れることをダイオードＤ３が防止する。これにより、磁気コイルＬ２にパルス電流が流れて、一時的に電磁吸引力が働き、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＦＦ状態となる（時刻ｔ１０）。
【００５１】
更に、時刻ｔ１０で第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１がＯＦＦすることで、交流電源２からの電流が第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２に流れ、トライアックＳ３を含む半導体スイッチ１４に当該電流が流れるようになる。更に、フォトトライアックＳ４のＴ１電極−Ｔ２電極間には微小の電圧が時刻ｔ９以前にかかっている。従って、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１のＯＦＦとほぼ同期するように、時刻ｔ１０にトライアックＳ３のＴ１電極−Ｔ２電極間がＯＮ状態になる。
【００５２】
なお、第１機械式接点スイッチ１２の接点部Ｓ１は時刻ｔ１０でＯＦＦするが、第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２及び半導体スイッチ１４は共にＯＮ状態であるため、時刻ｔ１０の時点において負荷３には引き続き交流電源２から電力が供給されている。
【００５３】
時刻ｔ１０以降、信号処理回路１６は、時刻ｔ１１に、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止する。これにより、フォトトライアックＳ４に対する発光ダイオードＬＤからの光信号の照射がなくなるため、交流電源２からの交流電圧が中心電圧となったとき（時刻ｔ１２）に、フォトトライアックＳ４がＯＦＦ状態となる。このフォトトライアックＳ４のＯＦＦ状態に連動して、トライアックＳ３がＯＦＦ状態となるため、半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となる。よって、交流電源２から負荷３への給電路が遮断されるため、交流電源２による負荷３への電力供給が停止される。
【００５４】
また、信号処理回路１６は、発光ダイオードＬＤへの駆動電流の供給を停止した後、時刻ｔ１３に磁気コイルＬ３への駆動電流の供給を停止する。即ち、半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となった後に、磁気コイルＬ３による励磁が停止されて第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２の接点がＯＦＦ状態になる。このとき、既に半導体スイッチ１４が全体的にＯＦＦ状態となり、第２機械式接点スイッチ１３に電流が流れることがないため、接点部Ｓ２の接点がＯＦＦ状態になった場合でもアークの発生がないため、当該第２機械式接点スイッチ１３の接点消耗を防止することができる。
【００５５】
このように、第１の実施形態のハイブリッドリレー１では、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２との直列回路からなるスナバ回路を第１機械式接点スイッチ１２に対して並列接続されている。
これにより、第１の実施形態のハイブリッドリレー１では、コンデンサＣ２だけを新たに設けることにより、部品点数を必要以上に増加させることなく効果的に、第２機械式接点スイッチ１３のＯＮ状態に応じて当該第２機械式接点スイッチ１３の接点間にノイズ成分が含まれた場合でも、半導体スイッチ１４及び負荷３の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【００５６】
＜第１の実施形態の変形例１＞
第１の実施形態のハイブリッドリレー１におけるスナバ回路は、図１に示すように、半導体スイッチ１４を構成する抵抗Ｒ２と、フォトトライアックＳ４と並列接続するように設けられたコンデンサＣ２との直列回路により形成されている。ハイブリッドリレー１における部品点数を削減するためには、第１の実施形態のハイブリッドリレー１の回路構成が望ましい。
しかしながら、本発明のハイブリッドリレーにおいて、上記したスナバ回路を、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とから形成する例には限定されない。第１の実施形態の変形例１では、当該スナバ回路の他の形成例について図４を参照して説明する。
【００５７】
図４は、第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａの回路構成を示す概略回路図である。図４に示すハイブリッドリレー１ａにおいて、図１に示したハイブリッドリレー１の回路構成と同様な箇所については同様の参照符号が付されている。同様の参照符号が付されている各部の動作は第１の実施形態のハイブリッドリレー１の各部の動作と同様であるため、当該動作の説明は省略する。
【００５８】
第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａでは、半導体スイッチ１４ａと並列接続されるように設けられた抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とが直列接続されたスナバ回路が形成されている。即ち、第１の実施形態の変形例１のハイブリッドリレー１ａでは、第１の実施形態のハイブリッドリレー１と比べて、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ４と部品点数が多いが、同様に、第２機械式接点スイッチ１３のＯＮ状態に応じて当該第２機械式接点スイッチ１３の接点間にノイズ成分が含まれた場合でも、半導体スイッチ１４ａ及び負荷３の誤動作の発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
具体的には、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とにより形成されるスナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給の際に、時刻ｔ１で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。同様に、同スナバ回路は、交流電源２から負荷３への電力供給遮断の際に、時刻ｔ８で第２機械式接点スイッチ１３の接点部Ｓ２がＯＮ状態になったときに発生するノイズ（図６参照）の発生を抑制し、結果的にトライアックＳ３の誤動作の発生を抑制することができる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明のハイブリッドリレー１，１ａはかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然にこの発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
例えば、前述した実施形態の第１機械式接点スイッチ１２はラッチング型のスイッチである旨を説明したが、常時励磁型のスイッチでも良い。この場合には、第１機械式接点スイッチ１２の磁気コイルには、負荷３への電力供給がなされている間継続して信号処理回路１６から所定の電流が供給される必要があるため、ハイブリッドリレー１における駆動電流量の総量は増加するが、ハイブリッドリレー１の構造を全体的に小型化することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１ａ ハイブリッドリレー
２ 交流電源
３ 負荷
１０，１１ 端子
１２ 第１機械式接点スイッチ
１３ 第２機械式接点スイッチ
１４，１４ａ 半導体スイッチ
１５ フォトトライアックカプラ
１６ 信号処理回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｌ１〜Ｌ３ 磁気コイル
ＬＤ 発光ダイオード
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｓ１、Ｓ２ 接点部
Ｓ３ トライアック
Ｓ４ フォトトライアック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、
前記第１駆動部とは別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、
前記第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチと、を備え、
電源から負荷に供給する給電路上で、前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチによる直列回路と前記第１機械式接点スイッチとが並列接続され、
前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチは、前記第１機械式接点スイッチの接点が閉じられる前にはそれぞれが導通し、
前記第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されていることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路は、前記半導体スイッチを構成する抵抗と、前記半導体スイッチを構成するフォトトライアックに対して並列接続するように設けられたコンデンサとが直列接続することで形成されることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路は、前記半導体スイッチに対して並列接続された抵抗とコンデンサとが直列接続することで形成されることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路を構成する抵抗は、耐サージ抵抗であることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のハイブリッドリレーであって、
前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチは、前記第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、前記第１機械式接点スイッチの接点を切り換えた後はそれぞれが非導通となることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のハイブリッドリレーであって、
前記第１機械式接点スイッチは、当該第１機械式接点スイッチの接点が開閉されるときに前記第１駆動部に電流が供給されるラッチング型の機械式接点スイッチであることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項１】
第１駆動部により接点が開閉される第１機械式接点スイッチと、
前記第１駆動部とは別体の第２駆動部により接点が開閉される第２機械式接点スイッチと、
前記第２機械式接点スイッチと直列接続される半導体スイッチと、を備え、
電源から負荷に供給する給電路上で、前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチによる直列回路と前記第１機械式接点スイッチとが並列接続され、
前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチは、前記第１機械式接点スイッチの接点が閉じられる前にはそれぞれが導通し、
前記第１機械式接点スイッチに対して、スナバ回路が並列接続されていることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路は、前記半導体スイッチを構成する抵抗と、前記半導体スイッチを構成するフォトトライアックに対して並列接続するように設けられたコンデンサとが直列接続することで形成されることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路は、前記半導体スイッチに対して並列接続された抵抗とコンデンサとが直列接続することで形成されることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッドリレーであって、
前記スナバ回路を構成する抵抗は、耐サージ抵抗であることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のハイブリッドリレーであって、
前記第２機械式接点スイッチ及び前記半導体スイッチは、前記第１機械式接点スイッチの接点における開閉を切り換える前にはそれぞれが導通し、前記第１機械式接点スイッチの接点を切り換えた後はそれぞれが非導通となることを特徴とするハイブリッドリレー。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のハイブリッドリレーであって、
前記第１機械式接点スイッチは、当該第１機械式接点スイッチの接点が開閉されるときに前記第１駆動部に電流が供給されるラッチング型の機械式接点スイッチであることを特徴とするハイブリッドリレー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５９６７９（Ｐ２０１２−５９６７９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４７８８（Ｐ２０１０−２０４７８８）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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