電子スイッチ
【課題】簡単な回路構成で消費電力を抑制する。
【解決手段】制御回路４が、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長い一定のパルス幅を有し、サイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短い一定のパルス間隔で連続する制御信号を駆動信号生成回路３に印加する。駆動信号生成回路３が、制御回路４からの制御信号に基づいて、サイリスタ１１のゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間、及び、サイリスタ１２のゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号を印加する。
【解決手段】制御回路４が、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長い一定のパルス幅を有し、サイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短い一定のパルス間隔で連続する制御信号を駆動信号生成回路３に印加する。駆動信号生成回路３が、制御回路４からの制御信号に基づいて、サイリスタ１１のゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間、及び、サイリスタ１２のゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号を印加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と負荷とが直列に接続された電気回路を開閉する電子スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源と負荷とが直列に接続された電気回路を開閉するスイッチとして、サイリスタやトライアックなどの半導体スイッチング素子を用いた電子スイッチが知られている。半導体スイッチング素子は、ゲート端子に駆動信号が印加されることによって、電気回路に接続された２つの端子（第１端子及び第２端子）の間が導通する。一旦２つの端子の間が導通すると、ゲート端子に駆動信号が印加されていなくても、２つの端子の間に流れる電流が所定の値より大きい間は２つの端子の間の導通が維持される。そして、ゲート端子に駆動信号が印加されていないときに、２つの端子の間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、２つの端子の間が導通しなくなる。したがって、上述の電子スイッチにおいては、電気回路を閉じるためにゲート端子に駆動信号を印加して２つの端子の間を導通させても、駆動信号の印加をやめると、２つの端子の間に流れる電流が変化して所定の値よりも小さくなり、２つの端子の間が導通しなくなる。つまり、電気回路が開いてしまう。電気回路が閉じた状態を維持するためには、例えば、ゲート端子に駆動信号を印加し続けることが考えられるが、電子スイッチの消費電力が大きくなってしまう。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、例えば、２つの出力端子（第１端子及び第２端子）の間に所定の電圧（電流）よりも小さいゼロクロス電圧（ゼロクロス電流）が印加されたことを検出するゼロクロス検出回路を有するソリッドステートリレー（電子スイッチ）が知られている（特許文献１参照）。そして、ゼロクロス検出回路が検知するタイミングでゲート端子にパルス状の駆動信号を印加することによって電気回路が閉じた状態を維持する。これによると、効率よく駆動端子に駆動信号が印加されるためソリッドステートリレーの消費電力を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５３０７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のソリッドステートリレーは、ゼロクロス検出回路を設ける必要があるため、回路構成が複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な回路構成で消費電力を抑制することができる電子スイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の電子スイッチは、駆動端子、交流電源の一方の端子に接続される第１端子、及び、負荷を介して前記交流電源の他方の端子に接続される第２端子を有しており、駆動端子に駆動信号が印加されることによって第１端子と第２端子とが導通する導通状態となり、駆動端子に駆動信号が印加されていないときに第１の端子と第２の端子との間に流れる電流が所定の値よりも小さくなることによって第１端子と第２端子とが導通しない非導通状態となる半導体スイッチング素子と、駆動端子に印加される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、外部から半導体スイッチング素子を導通状態にする指示を受けたときに、駆動信号を生成するように駆動信号生成手段を制御する制御手段とを備えている。駆動信号生成手段は、半導体スイッチング素子が非導通状態から導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長いパルス幅を有する駆動信号を、半導体スイッチング素子が導通状態から非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い間隔で連続して生成する。
【０００８】
これによると、駆動端子にパルス状の駆動信号を連続して印加することにより半導体スイッチング素子を常に導通状態にすることができるため、第１端子と第２端子との間に流れる電流が小さくなったことを検知するゼロクロス回路などを設けることなく、簡単な回路構成で電子スイッチの消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、所定のパルス幅を有する駆動信号を所定の周期で連続して生成してもよい。これによると、駆動信号を印加するタイミングの基準となる波形を発振器を用いて構成することができるため、回路構成をさらに簡単にすることができる。
【００１０】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、駆動信号生成手段と半導体スイッチング素子とを絶縁する絶縁手段を備えていてもよい。これによると、絶縁手段により、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１１】
また本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、絶縁手段としてパルストランスを有し、パルストランスを介して駆動信号を生成してもよい。これによると、パルストランスにより、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１２】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、半導体スイッチング素子の駆動端子に接続された直流電源と、絶縁手段として、直流電源と駆動端子との間に接続され、電気信号と異なる信号により直流電源と駆動端子との間の電気的接続及びその遮断を切り替えることが可能な絶縁型スイッチング素子とを有し、絶縁型スイッチング素子を介して直流電源と駆動端子との間が電気的に接続されたときに駆動信号を生成してもよい。これによると、絶縁型スイッチング素子により、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１３】
また、本発明の電子スイッチは、駆動信号生成手段と半導体スイッチング素子の駆動端子との間にコモンモードチョークコイルが接続されていてもよい。これによると、コモンモードチョークコイルにより、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを接続することにより発生するコモンモードノイズを除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施の形態である電子スイッチを用いた電気回路の回路図である。図１に示すように、電気回路１００は、交流電源１０１と負荷１０２と電子スイッチ１とを有している。電子スイッチ１は、交流電源１０１と負荷１０２との間に直列に接続されており、外部からの指示に基づいて、電気回路１００を開閉するものである。また、電子スイッチ１は、接続端子１ａ、１ｂ及び入力端子１ｃを有している。入力端子１ｃには外部からの指示であり、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させるか否かを指示するオンオフ指示信号が入力される。以下では、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させることを指示するオンオフ指示信号をオン信号と称し、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させないことを指示するオンオフ指示信号をオフ信号と称する。接続端子１ａには交流電源１０１の負荷１０２と接続されているのと反対側の端子が接続され、接続端子１ｂには負荷１０２の交流電源１０１に接続されているのと反対側の端子が接続されている。
【００１６】
次に、電子スイッチ１について詳細に説明する。電子スイッチ１は、スイッチング回路２、駆動信号生成回路３、制御回路４及び発振器５を有している。スイッチング回路２は、接続端子１ａと接続端子１ｂとの間の導通と非導通とを切り換えるものである。駆動信号生成回路３は、スイッチング回路２を駆動する駆動電流信号を生成する回路である。制御回路４は入力端子１ｃに入力されたオンオフ指示信号に基づいて、駆動信号生成回路３の動作を制御する回路である。発振器５は駆動信号生成回路３で生成される駆動電流信号の基準となるパルス信号を生成するものである。
【００１７】
スイッチング回路２は、２つのサイリスタ（半導体スイッチング素子）１１、１２を有しており、サイリスタ１１のアノード端子１１ａ及びサイリスタ１２のカソード端子１２ｂが接続端子１ａに接続され、サイリスタ１１のカソード端子１１ｂ及びサイリスタ１２のアノード端子１２ａが接続端子１ｂに接続されている。
【００１８】
サイリスタ１１においては、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に所定の値以上の電流が流れたとき（駆動電流信号が印加されたとき）に、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間が導通した導通状態となる。このとき、アノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに向かう方向にのみ電流を流すことが可能となる。また、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に所定の値以上の電流が流れていないとき（駆動電流信号が印加されていないとき）に、アノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間が導通しない非導通状態となる。このとき、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間には電流が流れなくなる。
【００１９】
サイリスタ１２においては、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に所定の値以上の電流が流れたとき（駆動電流信号が印加されたとき）に、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間が導通する導通状態となる。このとき、アノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに向かう方向にのみ電流を流すことが可能となる。また、ゲート端子１２とカソード端子１２ｂとの間に所定の値以上の電流が流れていないとき（駆動電流信号が印加されていないとき）に、アノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに流れる電流が所定の値よりも小さくなると、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間が導通しない非導通状態となる。このとき、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間には電流が流れなくなる。
【００２０】
したがって、スイッチング回路２においては、サイリスタ１１及びサイリスタ１２が導通状態となることによって、接続端子１ａからサイリスタ１１を介して接続端子１ｂに電流が流れ、接続端子１ｂからサイリスタ１２を介して接続端子１ａに電流が流れることが可能となる。他方、サイリスタ１１及びサイリスタ１２が非導通状態となることによって、サイリスタ１１、１２に電流が流れなくなるため、接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通しなくなる。なお、本実施の形態においては、サイリスタ１１のアノード端子１１ａ及びサイリスタ１２のカソード端子１２ｂが本発明に係る第１端子に相当し、サイリスタ１１のカソード端子１１ｂ及びサイリスタ１２のアノード端子１２ａが本発明に係る第２端子に相当する。また、サイリスタ１１、１２のゲート端子１１ｃ、１２ｃが本発明に係る駆動端子に相当する。
【００２１】
駆動信号生成回路３は、ドライブ回路２１、２２及びパルストランス（絶縁手段）２３、２４を有している。ドライブ回路２１は、制御回路４からの制御信号に基づいてパルストランス２３の一次側に電流信号を印加するための回路であり、制御回路４及びパルストランス２３の一次側に接続されている。ドライブ回路２２は、制御回路からの制御信号に基づいてパルストランス２４の一次側に電流信号を印加するための回路であり、制御回路４及びパルストランス２４の一次側に接続されている。
【００２２】
パルストランス２３は、ドライブ回路２１により一次側に所定の周波数帯域内のパルス状の電流信号を印加することよって、一次側と絶縁された二次側に駆動電流信号を生成するものであり、パルストランス２３の二次側がサイリスタ１１のゲート端子１１ｃ及びカソード端子１１ｂに接続されている。パルストランス２４は、ドライブ回路２２により一次側に所定の周波数帯域内のパルス状の電流信号を印加することによって一次側と絶縁された二次側に駆動電流信号を生成するものであり、パルストランス２４の二次側がサイリスタ１２のゲート端子１２ｃ及びカソード端子１２ｂに接続されている。
【００２３】
制御回路４は、駆動信号生成回路３の動作を制御する回路であり、発振器５、入力端子１ｃ及びドライブ回路２１、２２と接続されている。制御回路４には、発振器５が生成したパルス信号と入力端子１ｃから入力されるオンオフ指示信号（図２（ａ）参照）とが入力される。制御回路４は、入力端子１ｃにオン信号が入力されたときに、発振器５が生成したパルス信号と同様のパルス幅の制御信号を、パルス信号と同様のパルス間隔で駆動信号生成回路３のドライブ回路２１、２２に出力する。
【００２４】
発振器５は、駆動電流信号の基準となるパルス信号を連続して生成するものである。発振器５は、サイリスタ１１、１２が非導通状態から導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長い一定のパルス幅を有するパルス信号を、サイリスタ１１、１２が導通状態から非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い一定のパルス間隔で連続して生成する（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、電子スイッチ１の動作について図２を用いて説明する。図２は電子スイッチ１における信号の時間変化を表した図であり、（ａ）は入力端子１ｃに入力されるオンオフ指示信号、（ｂ）は発振器５で生成されたパルス信号、（ｃ）は駆動電流信号をそれぞれ表している。電子スイッチ１においては、電気回路１００が開いている（接続端子１ａと１ｂとが導通していない）状態では、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃにオフ信号が入力されており、制御回路４が発振器５で生成されたパルス信号と同様のパルス状の制御信号を出力しない。ドライブ回路２１は、パルス状の制御信号が入力されないとき、パルストランス２３の一次側に電流信号を印加しない。これにより、パルストランス２３の二次側において駆動電流信号は生成されない。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されず、サイリスタ１１が非導通状態を維持している。また、ドライブ回路２２もパルストランス２４の一次側に電流信号を印加しない。これにより、パルストランス２４の二次側において駆動電流信号は生成されない。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されず、サイリスタ１２は非導通状態を維持し続ける。したがって、電子スイッチ１においては、電気回路１００が開いた状態が維持される。
【００２６】
入力端子１ｃにオフ信号が入力されて電気回路１００が開いた状態から、電気回路１００が閉じた（接続端子１ａと１ｂとの間が導通した）状態にするときには、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃに入力されているオフ信号をオン信号に切り替える。オン信号が入力されると、制御回路４が発振器５で生成されたパルス信号と同様のパルス状の制御信号をドライブ回路２１、２２に出力する。
【００２７】
ドライブ回路２１は、パルス信号と同様のパルス状の制御信号が入力されると、パルストランス２３の一次側にパルス信号と同様のパルス状の電流信号を印加する。これによって、パルストランス２３の二次側においてパルス信号と同様のパルス状の駆動電流信号が生成される。つまり、図２（ｃ）に示すように、パルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号がパルス信号と同様のパルス間隔でサイリスタ１１のゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に連続して印加される。駆動電流信号が印加されたとき、サイリスタ１１においては、ゲート端子１１ｃからカソード端子１１ｂに向かって電流が流れる。これにより、サイリスタ１１がアノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに向かって電流を流すことが可能な導通状態になる。
【００２８】
ドライブ回路２２は、パルス信号と同様のパルス状の制御信号が入力されると、パルストランス２４の一次側にパルス信号と同様のパルス状の電流信号を印加する。これによって、パルストランス２４の二次側においてパルス信号と同様のパルス状の駆動電流信号が生成される。つまり、図２（ｃ）に示すように、パルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号がパルス信号と同様のパルス間隔でサイリスタ１２のゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に連続して印加される。駆動電流信号が印加されたときに、サイリスタ１２においては、ゲート端子１２ｃからカソード端子１２ｂに電流が流れる。これにより、サイリスタ１２がアノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに向かって電流を流すことが可能な導通状態になる。
【００２９】
このとき、駆動電流信号は、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長い時間印加されるので、サイリスタ１１、１２は確実に導通状態になり、接続端子１ａと１ｂとの間が導通し、電気回路１００が閉じた状態になる。また、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間及びゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂにおいては、駆動電流信号が印加されてから、次の駆動電流信号が印加されるまでの間、駆動電流信号が印加されないことになる。しかしながら、ゲート端子駆動電流信号が印加されていない時間はサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短い時間であるため、サイリスタ１１、１２が導通状態から非導通状態になる前に次の駆動電流信号が印加されることになる。したがって、入力端子１ｃにオン信号が入力されている間は、常にサイリスタ１１、１２は導通状態となり、電気回路１００が閉じた状態が維持される。
【００３０】
入力端子１ｃにオン信号が入力され電気回路１００が閉じた状態から、再び電気回路１００が開いた状態にするときには、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃに入力されているオン信号をオフ信号に切り替える。オフ信号が入力されると、制御回路４がパルス信号と同様のパルス状の制御信号を出力しなくなる。ドライブ回路２１は、パルス状の制御信号が入力されなくなると、パルストランス２３の一次側に電流信号が印加しなくなる。これにより、パルストランス２３の二次側において駆動電流信号が生成されなくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されなくなる。また、ドライブ回路２２もパルストランス２４の一次側に電流信号を印加しなくなる。これにより、パルストランス２４の二次側において駆動電流信号が生成されなくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されなくなる。
【００３１】
そして、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されていない状態で、交流電源１０１による電流の変化により、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなるとサイリスタ１１が非導通状態となる。また、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されていない状態で、交流電源１０１による電流の変化により、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、サイリスタ１２が非導通状態となる。これにより、接続端子１ａと１ｂとの間が導通しなくなり、交流電源１０１と負荷１０２との間に電流が流れなくなる。つまり、電気回路１００が開いた状態となる。
【００３２】
以上に説明した実施の形態によると、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間、及び、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に、発振器５で生成したパルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号を、パルス信号と同様のパルス間隔で連続して印加することによりサイリスタ１１、１２を導通状態にするので、駆動電流信号を印加し続ける場合よりも、電子スイッチ１における消費電力を低減させることができる。また、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長いパルス幅の駆動電流信号をサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短いパルス間隔で連続してゲート端子１１ｃ、１２ｃに印加することによりサイリスタ１１、１２を常に導通状態に維持することができるので、ゼロクロス検出回路などを設ける必要がなく回路構成を簡単にすることができる。
【００３３】
また、駆動電流信号は、一定のパルス幅を有し、一定のパルス間隔で印加されるので、発振器５を用いて駆動電流信号の基準となるパルス信号を生成することにより駆動電流信号を容易に生成することができ、回路構成をさらに簡単にすることができる。
【００３４】
また、パルストランス２３、２４により、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と駆動電流信号を生成するための回路（駆動信号生成回路３、制御回路４及び発振器５）とを互いに絶縁させることができる。これによって、駆動電流信号を生成する回路をノイズから保護することができる。
【００３５】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、本実施の形態と同様の構成を有するものには同一の符号を付し適宜その説明を省略する。
【００３６】
図３に示すように、駆動信号生成回路３０において、サイリスタ１１のゲート端子１１ｃ及びカソード端子１１ｂが絶縁型スイッチング素子（絶縁手段）３２を介して直流電源３１に接続されており、サイリスタ１２のゲート端子１２ｃ及びカソード端子１２ｂが絶縁型スイッチング素子（絶縁手段）３４を介して直流電源３３に接続されていてもよい（変形例１）。絶縁型スイッチング素子３２、３４は、フォトカプラなどであり、制御回路４から実施の形態の場合と同様の制御信号が出力されたときに、電気信号ではない光信号などにより直流電源３１とゲート端子１１ｃとの間及び直流電源３３とゲート端子１２ｃとの間を導通させる。この場合でも、絶縁型スイッチング素子３２、３４により交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と駆動電流信号を生成するための回路とを互いに絶縁することができ、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路４を用いてスイッチング回路２をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と制御回路４との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路４等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００３７】
図４に示すように、電子スイッチとして双方向に電流を流すことが可能なトライアック３５を用い、駆動信号生成回路３６において、パルストランス３８の２次側端子がそれぞれトライアック３５のゲート端子３５ｃ及びＴ２端子に接続されていてもよい（変形例２）。この場合、ゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に実施の形態と同様の駆動電流信号が印加されたときに、トライアック３５のＴ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間が双方向に電流を流すことが可能となり、トライアック３５のゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に駆動電流信号を印加するのをやめた後、Ｔ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなったときに、Ｔ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間が導通しなくなる。さらに、この場合、１つのドライブ回路３７と１つのパルストランス３８によりトライアック３５を駆動することにより接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通した状態と接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通しない状態とを切り替えることができるので、駆動信号生成回路の構成が簡単になる。また、図５に示すように、駆動信号生成回路３９において、トライアック３５のゲート端子３５ｃ及びＴ２端子３５ｂが絶縁型スイッチ４１を介して直流電源４０に接続されていてもよい（変形例３）。
【００３８】
また、図６に示すように、パルストランス３８とトライアック３５のゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に、コモンモードチョークコイル４５が接続されていてもよい（変形例４）。図６に示すような回路においては、駆動信号を生成する回路のスイッチン動作や制御回路等に使用するクロック信号等の高周波の電圧や電流の変化が原因となり、コモンモードノイズが発生し、それが交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路に伝導して電源品質が低下する虞がある。そこで、パルストランス３８とトライアック３５との間にコモンモードチョークコイル４５を接続することによりこのコモンモードノイズを除去することができる。また、このような変更は、半導体スイッチング素子としてトライアック３５の代わりに、実施の形態の場合のような互いに逆向きに並列に接続された２つのサイリスタにより構成されている場合にも適用可能であり、また、絶縁手段としてパルストランス３８の代わりに変形例１、３のように直流電源と絶縁型スイッチング素子が設けられている場合にも適用可能である。
【００３９】
駆動電流信号のパルス幅及びパルス間隔は常に一定でなくてもよい。この場合でも、駆動電流信号のパルス幅がサイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長く、パルス間隔がサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短ければ、駆動電流信号が印加されている間、サイリスタ１１、１２は常に導通状態を維持する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る電子スイッチを含む電気回路の回路構成を表す回路図である。
【図２】図１の電子スイッチにおける信号の時間変化を表した図であり、（ａ）はオンオフ指示信号、（ｂ）はパルス信号、（ｃ）は駆動電流信号を表している。
【図３】変形例１の図１相当の回路図である。
【図４】変形例２の図１相当の回路図である。
【図５】変形例３の図１相当の回路図である。
【図６】変形例４の図１相当の回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 電子スイッチ
２ スイッチング回路
３ 駆動信号生成回路
４ 制御回路
２３、２４ パルストランス
３２、３４ 絶縁型スイッチング素子
３５ トライアック
３８ パルストランス
４１ 絶縁型スイッチング素子
４５ コモンモードチョークコイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と負荷とが直列に接続された電気回路を開閉する電子スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源と負荷とが直列に接続された電気回路を開閉するスイッチとして、サイリスタやトライアックなどの半導体スイッチング素子を用いた電子スイッチが知られている。半導体スイッチング素子は、ゲート端子に駆動信号が印加されることによって、電気回路に接続された２つの端子（第１端子及び第２端子）の間が導通する。一旦２つの端子の間が導通すると、ゲート端子に駆動信号が印加されていなくても、２つの端子の間に流れる電流が所定の値より大きい間は２つの端子の間の導通が維持される。そして、ゲート端子に駆動信号が印加されていないときに、２つの端子の間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、２つの端子の間が導通しなくなる。したがって、上述の電子スイッチにおいては、電気回路を閉じるためにゲート端子に駆動信号を印加して２つの端子の間を導通させても、駆動信号の印加をやめると、２つの端子の間に流れる電流が変化して所定の値よりも小さくなり、２つの端子の間が導通しなくなる。つまり、電気回路が開いてしまう。電気回路が閉じた状態を維持するためには、例えば、ゲート端子に駆動信号を印加し続けることが考えられるが、電子スイッチの消費電力が大きくなってしまう。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、例えば、２つの出力端子（第１端子及び第２端子）の間に所定の電圧（電流）よりも小さいゼロクロス電圧（ゼロクロス電流）が印加されたことを検出するゼロクロス検出回路を有するソリッドステートリレー（電子スイッチ）が知られている（特許文献１参照）。そして、ゼロクロス検出回路が検知するタイミングでゲート端子にパルス状の駆動信号を印加することによって電気回路が閉じた状態を維持する。これによると、効率よく駆動端子に駆動信号が印加されるためソリッドステートリレーの消費電力を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５３０７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のソリッドステートリレーは、ゼロクロス検出回路を設ける必要があるため、回路構成が複雑になる。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な回路構成で消費電力を抑制することができる電子スイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の電子スイッチは、駆動端子、交流電源の一方の端子に接続される第１端子、及び、負荷を介して前記交流電源の他方の端子に接続される第２端子を有しており、駆動端子に駆動信号が印加されることによって第１端子と第２端子とが導通する導通状態となり、駆動端子に駆動信号が印加されていないときに第１の端子と第２の端子との間に流れる電流が所定の値よりも小さくなることによって第１端子と第２端子とが導通しない非導通状態となる半導体スイッチング素子と、駆動端子に印加される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、外部から半導体スイッチング素子を導通状態にする指示を受けたときに、駆動信号を生成するように駆動信号生成手段を制御する制御手段とを備えている。駆動信号生成手段は、半導体スイッチング素子が非導通状態から導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長いパルス幅を有する駆動信号を、半導体スイッチング素子が導通状態から非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い間隔で連続して生成する。
【０００８】
これによると、駆動端子にパルス状の駆動信号を連続して印加することにより半導体スイッチング素子を常に導通状態にすることができるため、第１端子と第２端子との間に流れる電流が小さくなったことを検知するゼロクロス回路などを設けることなく、簡単な回路構成で電子スイッチの消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、所定のパルス幅を有する駆動信号を所定の周期で連続して生成してもよい。これによると、駆動信号を印加するタイミングの基準となる波形を発振器を用いて構成することができるため、回路構成をさらに簡単にすることができる。
【００１０】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、駆動信号生成手段と半導体スイッチング素子とを絶縁する絶縁手段を備えていてもよい。これによると、絶縁手段により、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１１】
また本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、絶縁手段としてパルストランスを有し、パルストランスを介して駆動信号を生成してもよい。これによると、パルストランスにより、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１２】
また、本発明の電子スイッチにおいては、駆動信号生成手段が、半導体スイッチング素子の駆動端子に接続された直流電源と、絶縁手段として、直流電源と駆動端子との間に接続され、電気信号と異なる信号により直流電源と駆動端子との間の電気的接続及びその遮断を切り替えることが可能な絶縁型スイッチング素子とを有し、絶縁型スイッチング素子を介して直流電源と駆動端子との間が電気的に接続されたときに駆動信号を生成してもよい。これによると、絶縁型スイッチング素子により、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを互いに絶縁させ、交流電源及び負荷が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路を用いてスイッチング回路をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源及び負荷が接続された回路と制御回路との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源及び負荷が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００１３】
また、本発明の電子スイッチは、駆動信号生成手段と半導体スイッチング素子の駆動端子との間にコモンモードチョークコイルが接続されていてもよい。これによると、コモンモードチョークコイルにより、交流電源及び負荷が接続された回路と、駆動信号を生成する回路とを接続することにより発生するコモンモードノイズを除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施の形態である電子スイッチを用いた電気回路の回路図である。図１に示すように、電気回路１００は、交流電源１０１と負荷１０２と電子スイッチ１とを有している。電子スイッチ１は、交流電源１０１と負荷１０２との間に直列に接続されており、外部からの指示に基づいて、電気回路１００を開閉するものである。また、電子スイッチ１は、接続端子１ａ、１ｂ及び入力端子１ｃを有している。入力端子１ｃには外部からの指示であり、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させるか否かを指示するオンオフ指示信号が入力される。以下では、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させることを指示するオンオフ指示信号をオン信号と称し、接続端子１ａと１ｂとの間を導通させないことを指示するオンオフ指示信号をオフ信号と称する。接続端子１ａには交流電源１０１の負荷１０２と接続されているのと反対側の端子が接続され、接続端子１ｂには負荷１０２の交流電源１０１に接続されているのと反対側の端子が接続されている。
【００１６】
次に、電子スイッチ１について詳細に説明する。電子スイッチ１は、スイッチング回路２、駆動信号生成回路３、制御回路４及び発振器５を有している。スイッチング回路２は、接続端子１ａと接続端子１ｂとの間の導通と非導通とを切り換えるものである。駆動信号生成回路３は、スイッチング回路２を駆動する駆動電流信号を生成する回路である。制御回路４は入力端子１ｃに入力されたオンオフ指示信号に基づいて、駆動信号生成回路３の動作を制御する回路である。発振器５は駆動信号生成回路３で生成される駆動電流信号の基準となるパルス信号を生成するものである。
【００１７】
スイッチング回路２は、２つのサイリスタ（半導体スイッチング素子）１１、１２を有しており、サイリスタ１１のアノード端子１１ａ及びサイリスタ１２のカソード端子１２ｂが接続端子１ａに接続され、サイリスタ１１のカソード端子１１ｂ及びサイリスタ１２のアノード端子１２ａが接続端子１ｂに接続されている。
【００１８】
サイリスタ１１においては、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に所定の値以上の電流が流れたとき（駆動電流信号が印加されたとき）に、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間が導通した導通状態となる。このとき、アノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに向かう方向にのみ電流を流すことが可能となる。また、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に所定の値以上の電流が流れていないとき（駆動電流信号が印加されていないとき）に、アノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間が導通しない非導通状態となる。このとき、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間には電流が流れなくなる。
【００１９】
サイリスタ１２においては、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に所定の値以上の電流が流れたとき（駆動電流信号が印加されたとき）に、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間が導通する導通状態となる。このとき、アノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに向かう方向にのみ電流を流すことが可能となる。また、ゲート端子１２とカソード端子１２ｂとの間に所定の値以上の電流が流れていないとき（駆動電流信号が印加されていないとき）に、アノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに流れる電流が所定の値よりも小さくなると、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間が導通しない非導通状態となる。このとき、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間には電流が流れなくなる。
【００２０】
したがって、スイッチング回路２においては、サイリスタ１１及びサイリスタ１２が導通状態となることによって、接続端子１ａからサイリスタ１１を介して接続端子１ｂに電流が流れ、接続端子１ｂからサイリスタ１２を介して接続端子１ａに電流が流れることが可能となる。他方、サイリスタ１１及びサイリスタ１２が非導通状態となることによって、サイリスタ１１、１２に電流が流れなくなるため、接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通しなくなる。なお、本実施の形態においては、サイリスタ１１のアノード端子１１ａ及びサイリスタ１２のカソード端子１２ｂが本発明に係る第１端子に相当し、サイリスタ１１のカソード端子１１ｂ及びサイリスタ１２のアノード端子１２ａが本発明に係る第２端子に相当する。また、サイリスタ１１、１２のゲート端子１１ｃ、１２ｃが本発明に係る駆動端子に相当する。
【００２１】
駆動信号生成回路３は、ドライブ回路２１、２２及びパルストランス（絶縁手段）２３、２４を有している。ドライブ回路２１は、制御回路４からの制御信号に基づいてパルストランス２３の一次側に電流信号を印加するための回路であり、制御回路４及びパルストランス２３の一次側に接続されている。ドライブ回路２２は、制御回路からの制御信号に基づいてパルストランス２４の一次側に電流信号を印加するための回路であり、制御回路４及びパルストランス２４の一次側に接続されている。
【００２２】
パルストランス２３は、ドライブ回路２１により一次側に所定の周波数帯域内のパルス状の電流信号を印加することよって、一次側と絶縁された二次側に駆動電流信号を生成するものであり、パルストランス２３の二次側がサイリスタ１１のゲート端子１１ｃ及びカソード端子１１ｂに接続されている。パルストランス２４は、ドライブ回路２２により一次側に所定の周波数帯域内のパルス状の電流信号を印加することによって一次側と絶縁された二次側に駆動電流信号を生成するものであり、パルストランス２４の二次側がサイリスタ１２のゲート端子１２ｃ及びカソード端子１２ｂに接続されている。
【００２３】
制御回路４は、駆動信号生成回路３の動作を制御する回路であり、発振器５、入力端子１ｃ及びドライブ回路２１、２２と接続されている。制御回路４には、発振器５が生成したパルス信号と入力端子１ｃから入力されるオンオフ指示信号（図２（ａ）参照）とが入力される。制御回路４は、入力端子１ｃにオン信号が入力されたときに、発振器５が生成したパルス信号と同様のパルス幅の制御信号を、パルス信号と同様のパルス間隔で駆動信号生成回路３のドライブ回路２１、２２に出力する。
【００２４】
発振器５は、駆動電流信号の基準となるパルス信号を連続して生成するものである。発振器５は、サイリスタ１１、１２が非導通状態から導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長い一定のパルス幅を有するパルス信号を、サイリスタ１１、１２が導通状態から非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い一定のパルス間隔で連続して生成する（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、電子スイッチ１の動作について図２を用いて説明する。図２は電子スイッチ１における信号の時間変化を表した図であり、（ａ）は入力端子１ｃに入力されるオンオフ指示信号、（ｂ）は発振器５で生成されたパルス信号、（ｃ）は駆動電流信号をそれぞれ表している。電子スイッチ１においては、電気回路１００が開いている（接続端子１ａと１ｂとが導通していない）状態では、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃにオフ信号が入力されており、制御回路４が発振器５で生成されたパルス信号と同様のパルス状の制御信号を出力しない。ドライブ回路２１は、パルス状の制御信号が入力されないとき、パルストランス２３の一次側に電流信号を印加しない。これにより、パルストランス２３の二次側において駆動電流信号は生成されない。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されず、サイリスタ１１が非導通状態を維持している。また、ドライブ回路２２もパルストランス２４の一次側に電流信号を印加しない。これにより、パルストランス２４の二次側において駆動電流信号は生成されない。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されず、サイリスタ１２は非導通状態を維持し続ける。したがって、電子スイッチ１においては、電気回路１００が開いた状態が維持される。
【００２６】
入力端子１ｃにオフ信号が入力されて電気回路１００が開いた状態から、電気回路１００が閉じた（接続端子１ａと１ｂとの間が導通した）状態にするときには、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃに入力されているオフ信号をオン信号に切り替える。オン信号が入力されると、制御回路４が発振器５で生成されたパルス信号と同様のパルス状の制御信号をドライブ回路２１、２２に出力する。
【００２７】
ドライブ回路２１は、パルス信号と同様のパルス状の制御信号が入力されると、パルストランス２３の一次側にパルス信号と同様のパルス状の電流信号を印加する。これによって、パルストランス２３の二次側においてパルス信号と同様のパルス状の駆動電流信号が生成される。つまり、図２（ｃ）に示すように、パルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号がパルス信号と同様のパルス間隔でサイリスタ１１のゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に連続して印加される。駆動電流信号が印加されたとき、サイリスタ１１においては、ゲート端子１１ｃからカソード端子１１ｂに向かって電流が流れる。これにより、サイリスタ１１がアノード端子１１ａからカソード端子１１ｂに向かって電流を流すことが可能な導通状態になる。
【００２８】
ドライブ回路２２は、パルス信号と同様のパルス状の制御信号が入力されると、パルストランス２４の一次側にパルス信号と同様のパルス状の電流信号を印加する。これによって、パルストランス２４の二次側においてパルス信号と同様のパルス状の駆動電流信号が生成される。つまり、図２（ｃ）に示すように、パルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号がパルス信号と同様のパルス間隔でサイリスタ１２のゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に連続して印加される。駆動電流信号が印加されたときに、サイリスタ１２においては、ゲート端子１２ｃからカソード端子１２ｂに電流が流れる。これにより、サイリスタ１２がアノード端子１２ａからカソード端子１２ｂに向かって電流を流すことが可能な導通状態になる。
【００２９】
このとき、駆動電流信号は、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長い時間印加されるので、サイリスタ１１、１２は確実に導通状態になり、接続端子１ａと１ｂとの間が導通し、電気回路１００が閉じた状態になる。また、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間及びゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂにおいては、駆動電流信号が印加されてから、次の駆動電流信号が印加されるまでの間、駆動電流信号が印加されないことになる。しかしながら、ゲート端子駆動電流信号が印加されていない時間はサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短い時間であるため、サイリスタ１１、１２が導通状態から非導通状態になる前に次の駆動電流信号が印加されることになる。したがって、入力端子１ｃにオン信号が入力されている間は、常にサイリスタ１１、１２は導通状態となり、電気回路１００が閉じた状態が維持される。
【００３０】
入力端子１ｃにオン信号が入力され電気回路１００が閉じた状態から、再び電気回路１００が開いた状態にするときには、図２（ａ）に示すように、入力端子１ｃに入力されているオン信号をオフ信号に切り替える。オフ信号が入力されると、制御回路４がパルス信号と同様のパルス状の制御信号を出力しなくなる。ドライブ回路２１は、パルス状の制御信号が入力されなくなると、パルストランス２３の一次側に電流信号が印加しなくなる。これにより、パルストランス２３の二次側において駆動電流信号が生成されなくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されなくなる。また、ドライブ回路２２もパルストランス２４の一次側に電流信号を印加しなくなる。これにより、パルストランス２４の二次側において駆動電流信号が生成されなくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されなくなる。
【００３１】
そして、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間に駆動電流信号が印加されていない状態で、交流電源１０１による電流の変化により、アノード端子１１ａとカソード端子１１ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなるとサイリスタ１１が非導通状態となる。また、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に駆動電流信号が印加されていない状態で、交流電源１０１による電流の変化により、アノード端子１２ａとカソード端子１２ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなると、サイリスタ１２が非導通状態となる。これにより、接続端子１ａと１ｂとの間が導通しなくなり、交流電源１０１と負荷１０２との間に電流が流れなくなる。つまり、電気回路１００が開いた状態となる。
【００３２】
以上に説明した実施の形態によると、ゲート端子１１ｃとカソード端子１１ｂとの間、及び、ゲート端子１２ｃとカソード端子１２ｂとの間に、発振器５で生成したパルス信号と同様のパルス幅を有する駆動電流信号を、パルス信号と同様のパルス間隔で連続して印加することによりサイリスタ１１、１２を導通状態にするので、駆動電流信号を印加し続ける場合よりも、電子スイッチ１における消費電力を低減させることができる。また、サイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長いパルス幅の駆動電流信号をサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短いパルス間隔で連続してゲート端子１１ｃ、１２ｃに印加することによりサイリスタ１１、１２を常に導通状態に維持することができるので、ゼロクロス検出回路などを設ける必要がなく回路構成を簡単にすることができる。
【００３３】
また、駆動電流信号は、一定のパルス幅を有し、一定のパルス間隔で印加されるので、発振器５を用いて駆動電流信号の基準となるパルス信号を生成することにより駆動電流信号を容易に生成することができ、回路構成をさらに簡単にすることができる。
【００３４】
また、パルストランス２３、２４により、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と駆動電流信号を生成するための回路（駆動信号生成回路３、制御回路４及び発振器５）とを互いに絶縁させることができる。これによって、駆動電流信号を生成する回路をノイズから保護することができる。
【００３５】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、本実施の形態と同様の構成を有するものには同一の符号を付し適宜その説明を省略する。
【００３６】
図３に示すように、駆動信号生成回路３０において、サイリスタ１１のゲート端子１１ｃ及びカソード端子１１ｂが絶縁型スイッチング素子（絶縁手段）３２を介して直流電源３１に接続されており、サイリスタ１２のゲート端子１２ｃ及びカソード端子１２ｂが絶縁型スイッチング素子（絶縁手段）３４を介して直流電源３３に接続されていてもよい（変形例１）。絶縁型スイッチング素子３２、３４は、フォトカプラなどであり、制御回路４から実施の形態の場合と同様の制御信号が出力されたときに、電気信号ではない光信号などにより直流電源３１とゲート端子１１ｃとの間及び直流電源３３とゲート端子１２ｃとの間を導通させる。この場合でも、絶縁型スイッチング素子３２、３４により交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と駆動電流信号を生成するための回路とを互いに絶縁することができ、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路の電位とは異なる電位の制御回路４を用いてスイッチング回路２をオン／オフできるようになるため、回路の設計が容易になる。また、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路と制御回路４との間でノイズやサージの伝達を抑えることができる。特に、交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路に雷サージが侵入した場合に、制御回路４等サージに弱い回路の保護が容易にできる。
【００３７】
図４に示すように、電子スイッチとして双方向に電流を流すことが可能なトライアック３５を用い、駆動信号生成回路３６において、パルストランス３８の２次側端子がそれぞれトライアック３５のゲート端子３５ｃ及びＴ２端子に接続されていてもよい（変形例２）。この場合、ゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に実施の形態と同様の駆動電流信号が印加されたときに、トライアック３５のＴ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間が双方向に電流を流すことが可能となり、トライアック３５のゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に駆動電流信号を印加するのをやめた後、Ｔ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間に流れる電流が所定の値よりも小さくなったときに、Ｔ１端子３５ａとＴ２端子３５ｂとの間が導通しなくなる。さらに、この場合、１つのドライブ回路３７と１つのパルストランス３８によりトライアック３５を駆動することにより接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通した状態と接続端子１ａと接続端子１ｂとの間が導通しない状態とを切り替えることができるので、駆動信号生成回路の構成が簡単になる。また、図５に示すように、駆動信号生成回路３９において、トライアック３５のゲート端子３５ｃ及びＴ２端子３５ｂが絶縁型スイッチ４１を介して直流電源４０に接続されていてもよい（変形例３）。
【００３８】
また、図６に示すように、パルストランス３８とトライアック３５のゲート端子３５ｃとＴ２端子３５ｂとの間に、コモンモードチョークコイル４５が接続されていてもよい（変形例４）。図６に示すような回路においては、駆動信号を生成する回路のスイッチン動作や制御回路等に使用するクロック信号等の高周波の電圧や電流の変化が原因となり、コモンモードノイズが発生し、それが交流電源１０１及び負荷１０２が接続された回路に伝導して電源品質が低下する虞がある。そこで、パルストランス３８とトライアック３５との間にコモンモードチョークコイル４５を接続することによりこのコモンモードノイズを除去することができる。また、このような変更は、半導体スイッチング素子としてトライアック３５の代わりに、実施の形態の場合のような互いに逆向きに並列に接続された２つのサイリスタにより構成されている場合にも適用可能であり、また、絶縁手段としてパルストランス３８の代わりに変形例１、３のように直流電源と絶縁型スイッチング素子が設けられている場合にも適用可能である。
【００３９】
駆動電流信号のパルス幅及びパルス間隔は常に一定でなくてもよい。この場合でも、駆動電流信号のパルス幅がサイリスタ１１、１２のターンオン時間よりも長く、パルス間隔がサイリスタ１１、１２のターンオフ時間よりも短ければ、駆動電流信号が印加されている間、サイリスタ１１、１２は常に導通状態を維持する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る電子スイッチを含む電気回路の回路構成を表す回路図である。
【図２】図１の電子スイッチにおける信号の時間変化を表した図であり、（ａ）はオンオフ指示信号、（ｂ）はパルス信号、（ｃ）は駆動電流信号を表している。
【図３】変形例１の図１相当の回路図である。
【図４】変形例２の図１相当の回路図である。
【図５】変形例３の図１相当の回路図である。
【図６】変形例４の図１相当の回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 電子スイッチ
２ スイッチング回路
３ 駆動信号生成回路
４ 制御回路
２３、２４ パルストランス
３２、３４ 絶縁型スイッチング素子
３５ トライアック
３８ パルストランス
４１ 絶縁型スイッチング素子
４５ コモンモードチョークコイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動端子、交流電源の一方の端子に接続される第１端子、及び、負荷を介して前記交流電源の他方の端子に接続される第２端子を有しており、前記駆動端子に駆動信号が印加されることによって前記第１端子と前記第２端子とが導通する導通状態となり、前記駆動端子に駆動信号が印加されていないときに前記第１の端子と前記第２の端子との間に流れる電流が所定の値よりも小さくなることによって前記第１端子と前記第２端子とが導通しない非導通状態となる半導体スイッチング素子と、
前記駆動端子に印加される前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
外部から前記半導体スイッチング素子を前記導通状態にする指示を受けたときに、前記駆動信号を生成するように前記駆動信号生成手段を制御する制御手段とを備えており、
前記駆動信号生成手段は、前記半導体スイッチング素子が前記非導通状態から前記導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長いパルス幅を有する前記駆動信号を、前記半導体スイッチング素子が前記導通状態から前記非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い間隔で連続して生成することを特徴とする電子スイッチ。
【請求項２】
前記駆動信号生成手段が、所定のパルス幅を有する前記駆動信号を所定の周期で連続して生成することを特徴とする請求項１に記載の電子スイッチ。
【請求項３】
前記駆動信号生成手段が、前記駆動信号生成手段と前記半導体スイッチング素子とを絶縁する絶縁手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子スイッチ。
【請求項４】
前記駆動信号生成手段が、前記絶縁手段としてパルストランスを有し、前記パルストランスを介して前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電子スイッチ。
【請求項５】
前記駆動信号生成手段が、前記半導体スイッチング素子の前記駆動端子に接続された直流電源と、前記絶縁手段として、前記直流電源と前記駆動端子との間に接続され、電気信号と異なる信号により前記直流電源と前記駆動端子との間の電気的接続及びその遮断を切り替えることが可能な絶縁型スイッチング素子とを有し、
前記絶縁型スイッチング素子を介して前記直流電源と前記駆動端子との間が電気的に接続されたときに前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電子スイッチ。
【請求項６】
前記駆動信号生成手段と前記半導体スイッチング素子の前記駆動端子との間にコモンモードチョークコイルが接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子スイッチ。
【請求項１】
駆動端子、交流電源の一方の端子に接続される第１端子、及び、負荷を介して前記交流電源の他方の端子に接続される第２端子を有しており、前記駆動端子に駆動信号が印加されることによって前記第１端子と前記第２端子とが導通する導通状態となり、前記駆動端子に駆動信号が印加されていないときに前記第１の端子と前記第２の端子との間に流れる電流が所定の値よりも小さくなることによって前記第１端子と前記第２端子とが導通しない非導通状態となる半導体スイッチング素子と、
前記駆動端子に印加される前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
外部から前記半導体スイッチング素子を前記導通状態にする指示を受けたときに、前記駆動信号を生成するように前記駆動信号生成手段を制御する制御手段とを備えており、
前記駆動信号生成手段は、前記半導体スイッチング素子が前記非導通状態から前記導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオン時間よりも長いパルス幅を有する前記駆動信号を、前記半導体スイッチング素子が前記導通状態から前記非導通状態に変化するのに必要な最小時間であるターンオフ時間よりも短い間隔で連続して生成することを特徴とする電子スイッチ。
【請求項２】
前記駆動信号生成手段が、所定のパルス幅を有する前記駆動信号を所定の周期で連続して生成することを特徴とする請求項１に記載の電子スイッチ。
【請求項３】
前記駆動信号生成手段が、前記駆動信号生成手段と前記半導体スイッチング素子とを絶縁する絶縁手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子スイッチ。
【請求項４】
前記駆動信号生成手段が、前記絶縁手段としてパルストランスを有し、前記パルストランスを介して前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電子スイッチ。
【請求項５】
前記駆動信号生成手段が、前記半導体スイッチング素子の前記駆動端子に接続された直流電源と、前記絶縁手段として、前記直流電源と前記駆動端子との間に接続され、電気信号と異なる信号により前記直流電源と前記駆動端子との間の電気的接続及びその遮断を切り替えることが可能な絶縁型スイッチング素子とを有し、
前記絶縁型スイッチング素子を介して前記直流電源と前記駆動端子との間が電気的に接続されたときに前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電子スイッチ。
【請求項６】
前記駆動信号生成手段と前記半導体スイッチング素子の前記駆動端子との間にコモンモードチョークコイルが接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子スイッチ。
【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２００７−２８５６７（Ｐ２００７−２８５６７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３７０７６（Ｐ２００５−２３７０７６）
【出願日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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