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JP2009291026A - Relay contact protection circuit - Google Patents

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JP2009291026A
JP2009291026A JP2008142471A JP2008142471A JP2009291026A JP 2009291026 A JP2009291026 A JP 2009291026A JP 2008142471 A JP2008142471 A JP 2008142471A JP 2008142471 A JP2008142471 A JP 2008142471A JP 2009291026 A JP2009291026 A JP 2009291026A
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JP
Japan
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voltage
relay
protection circuit
semiconductor switch
contact protection
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Application number
JP2008142471A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Shio
賢之 塩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a relay contact protection circuit which allows voltages on primary side and secondary side to be similar while preventing the rush currents from the primary side to the secondary side, at a manufacturing cost lower than an example in the prior art. <P>SOLUTION: The relay contact protection circuit protects a contact point by reducing a voltage difference between contact points of a relay that supplies an electric current to a load by pre-charging before driving the relay to reduce the current flowing between contact points. It includes a capacitor connected parallel to the load, a first semiconductor switch which performs secondary charging to the capacitor by a voltage stepped up from a power supply voltage, a voltage measuring part which measures a voltage charged to the capacitor and outputs a measurement voltage, and a pre-charge control part which turns on the first semiconductor switch for secondary charging when the measurement voltage comes to a primary charge voltage set in advance. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気式リレーのオンオフ時に発生するスパーク等を防止して接点保護を行うリレー接点保護回路に関する。   The present invention relates to a relay contact protection circuit that protects contacts by preventing sparks and the like that occur when an electric relay is turned on and off.

電気式リレーは、1次側(電源供給側)の電圧と2次側(電源被供給側)の電圧との電圧差が大きく、2次側に電荷を蓄積する素子(例えばコンデンサ)等が接続されている場合、1次側から2次側に対して突入電流が流れ、スパークなどにより火花が発生することにより、接点の溶着(永久的な接触)や接点不良となる問題があった。
このため、2次側に流れる接点電流を低減するため、2次側をプリチャージして、電荷を蓄積する素子の電圧を1次側の電圧に近づけた後にオン状態とすることにより、突入電流を削減することが行われている(例えば、特許文献1参照)。
The electrical relay has a large voltage difference between the voltage on the primary side (power supply side) and the voltage on the secondary side (power supplied side), and an element (for example, a capacitor) that accumulates charges on the secondary side is connected. In such a case, an inrush current flows from the primary side to the secondary side, and sparks are generated due to sparks or the like, resulting in problems of contact welding (permanent contact) or contact failure.
Therefore, in order to reduce the contact current flowing on the secondary side, the inrush current is obtained by precharging the secondary side and bringing the voltage of the element that accumulates the charge close to the voltage on the primary side and then turning on. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載されているプリチャージ回路においては、例えば、図3に示すプリチャージ回路100のように、スイッチ13をオンすることにより、抵抗14を介して、コンデンサC1及びC2をプリチャージする場合、バッテリB1から出力される電源電圧に重畳される負のサージ電圧からプリチャージ回路を守るために、ダイオード12が設けられており、このダイオード12の順方向電圧ΔVだけ、プリチャージ結果として1次側より2次側(点P)の電圧が低下してしまう。
そのため、スイッチ13をオン状態として、コンデンサC1及びC2をプリチャージしたとしても、ダイオード12の順方向電圧ΔVだけ低い電圧までしか充電できないため、完全にコンデンサC1及びC2に対する突入電流を削減することができない。このため、プリチャージ回路のダイオード12に対応させて、リレー2の接点側に直列にダイオードを設けて順方向電圧ΔVだけ低下させることで、プリチャージした電圧と、リレー2をオン状態として供給される電圧とを等しくする構成が用いられている(例えば、特許文献2参照)
特開2007−19293号公報 特開2003−143709号公報
However, in the precharge circuit described in Patent Document 1, for example, like the precharge circuit 100 shown in FIG. 3, the capacitors C1 and C2 are preliminarily connected via the resistor 14 by turning on the switch 13. In the case of charging, a diode 12 is provided to protect the precharge circuit from a negative surge voltage superimposed on the power supply voltage output from the battery B1, and the precharge result is obtained by the forward voltage ΔV of the diode 12. As a result, the voltage on the secondary side (point P) drops from the primary side.
Therefore, even if the switch 13 is turned on and the capacitors C1 and C2 are precharged, only the voltage lower by the forward voltage ΔV of the diode 12 can be charged, so that the inrush current to the capacitors C1 and C2 can be completely reduced. Can not. Therefore, by providing a diode in series on the contact side of the relay 2 in correspondence with the diode 12 of the precharge circuit and reducing it by the forward voltage ΔV, the precharged voltage and the relay 2 are supplied in the ON state. Is used to equalize the voltage (see, for example, Patent Document 2).
JP 2007-19293 A JP 2003-143709 A

しかしながら、特許文献2に示す保護方法にあっては、プリチャージ回路にてチャージした電圧と、リレー2をオン状態として供給する電圧とを同様とし、コンデンサC1及びC2に充電するために流れる突入電流を減少させることは抑制することができるが、負荷31に供給する電流容量が増加するに従い、リレー2と直列に接続させて順方向電圧ΔVだけ低下させるためのダイオードの電流容量を増加させる必要があり、このダイオードが非常に高価な部品となり、保護回路の製造価格が上昇してしまう。   However, in the protection method disclosed in Patent Document 2, the voltage charged by the precharge circuit is the same as the voltage supplied while the relay 2 is turned on, and an inrush current flows to charge the capacitors C1 and C2. However, as the current capacity supplied to the load 31 increases, it is necessary to increase the current capacity of the diode that is connected in series with the relay 2 and decreases by the forward voltage ΔV. In addition, this diode becomes a very expensive part, and the manufacturing cost of the protection circuit increases.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来例に比較して低い製造価格にて、1次側と2次側との電圧を同様とし、1次側から2次側への突入電流を抑制するリレー接点保護回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the voltages on the primary side and the secondary side are made the same from the primary side to the secondary side at a lower manufacturing price than the conventional example. An object of the present invention is to provide a relay contact protection circuit that suppresses the inrush current.

本発明のリレー接点保護回路は、負荷に対して電流を供給するリレーの接点間の電圧差を、該リレーを駆動する前にプリチャージして低下させ、前記接点間に流れる貫通電流を減少させることにより、該接点を保護するリレー接点保護回路であり、前記負荷に対して並列に接続されているコンデンサと、電源の電源電圧を昇圧した電圧により、前記コンデンサに対して2次充電を行う第1の半導体スイッチと、前記コンデンサに充電される電圧を測定し、測定電圧を出力する電圧測定部と、前記測定電圧が予め設定した一次充電電圧となると、前記第1の半導体スイッチをオンして二次充電を行わせるプリチャージ制御部とを有することを特徴とする。   The relay contact protection circuit of the present invention reduces the voltage difference between the contacts of the relay that supplies current to the load by precharging before driving the relay, thereby reducing the through current flowing between the contacts. A relay contact protection circuit for protecting the contact, wherein the capacitor is connected in parallel with the load, and the capacitor is subjected to secondary charging with a voltage obtained by boosting the power supply voltage of the power supply. 1, a voltage measuring unit that measures the voltage charged in the capacitor and outputs the measured voltage, and when the measured voltage reaches a preset primary charging voltage, the first semiconductor switch is turned on. And a precharge control unit for performing secondary charging.

本発明のリレー接点保護回路は、前記コンデンサに対し、整流素子を介して、リレーに印加する前記電源から一次充電を行う第2の半導体スイッチをさらに有し、
前記測定電圧が予め設定した一次充電電圧となると、前記第2の半導体スイッチをオフすることを特徴とする。
The relay contact protection circuit of the present invention further includes a second semiconductor switch that performs primary charging to the capacitor from the power source applied to the relay via a rectifying element,
When the measured voltage reaches a preset primary charging voltage, the second semiconductor switch is turned off.

本発明のリレー接点保護回路は、前記プリチャージ制御部が、前記測定電圧がリレーに印加する電源の電圧値となると、前記第1の半導体スイッチをオフすることを特徴とする。   The relay contact protection circuit of the present invention is characterized in that the precharge control unit turns off the first semiconductor switch when the measured voltage becomes a voltage value of a power source applied to the relay.

本発明のリレー接点保護回路は、前記プリチャージ制御部が、測定電圧が前記リレーに印加する電圧値となり、前記リレーにオン状態となる信号が入力されてから、リレーの接点が実際にオンする時間分遅延させて、前記第1の半導体スイッチをオフし、プリチャージを終了することを特徴とする。   In the relay contact protection circuit of the present invention, the contact point of the relay is actually turned on after the precharge control unit has a measurement voltage applied to the relay and a signal to turn on is input to the relay. The first semiconductor switch is turned off with a time delay, and the precharge is terminated.

本発明のリレー接点保護回路は、前記第1の半導体スイッチの出力端子とコンデンサとの間に電流制限抵抗が介挿されていることを特徴とする。
本発明のリレー接点保護回路は、前記プリチャージ制御部が、前記第1の半導体スイッチをオン状態とする場合、前記測定電圧と前記リレーの接点に印加する電源の電圧値との差電圧に対応してPWM制御を行うことを特徴とする。
The relay contact protection circuit according to the present invention is characterized in that a current limiting resistor is interposed between an output terminal of the first semiconductor switch and a capacitor.
The relay contact protection circuit according to the present invention corresponds to a voltage difference between the measured voltage and a voltage value of a power source applied to the relay contact when the precharge control unit turns on the first semiconductor switch. Then, PWM control is performed.

以上説明したように、本発明によれば、ダイオードを介した1段階目のプリチャージと、上記ダイオードの順方向電圧分を昇圧回路にて電圧を上昇させる2段階目のプリチャージとにより、2次側をプリチャージするため、2次側(被供給側)の電圧を1次側(供給側)の電圧と同様の値とし、かつ1段階目にてダイオードの順方向電圧分だけ低い電圧まで高速にコンデンサに電荷を充電させることにより上昇させ、2段階目にて2次側の電圧に合わせ込むため、従来例と同様な速度にて、かつ2次側の電圧を1次側の電圧に合わせることが可能となり、リレーがオン状態となった際に、負荷(特にコンデンサ)に流れる突入電流を従来に比較して低下させることができ、かつ高価な部品(例えば、大容量の整流素子:ダイオード)を使用しないため、コストを上昇させずに構成することができる。   As described above, according to the present invention, the first-stage precharge through the diode and the second-stage precharge in which the forward voltage of the diode is increased by the booster circuit. In order to precharge the secondary side, the voltage on the secondary side (supplied side) is set to the same value as the voltage on the primary side (supply side), and the voltage is lowered by the forward voltage of the diode in the first stage. The voltage is increased by charging the capacitor at high speed, and is adjusted to the voltage on the secondary side in the second stage. Therefore, the voltage on the secondary side is changed to the voltage on the primary side at the same speed as the conventional example. When the relay is turned on, the inrush current flowing through the load (especially the capacitor) can be reduced as compared with the conventional one, and an expensive component (for example, a large-capacity rectifying element: Diode) Fried, it can be constructed without increasing the cost.

以下、本発明の第1の実施形態によるリレー接点保護回路を図面を参照して説明する。図1は同実施形態によるリレー接点保護回路の構成例を示すブロック図である。
この図において、リレー接点保護回路は、ダイオード12及び22、スイッチ13(第2のスイッチに該当する)、抵抗14及び16、制御部17、スイッチ19(第1のスイッチに該当する)、チャージポンプ回路20、電圧検出回路21とから構成されている。また、図1におけるスイッチ11は、一端が電源(直流電源、以下、バッテリ)B1の+側に接続されており、例えば、車を駆動する場合、イグニッションスイッチが入れられると、連動してオン状態となる。
Hereinafter, a relay contact protection circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a relay contact protection circuit according to the embodiment.
In this figure, the relay contact protection circuit includes diodes 12 and 22, switch 13 (corresponding to the second switch), resistors 14 and 16, control unit 17, switch 19 (corresponding to the first switch), charge pump. The circuit 20 and the voltage detection circuit 21 are comprised. In addition, one end of the switch 11 in FIG. 1 is connected to the + side of a power source (DC power source, hereinafter referred to as a battery) B1. For example, when driving a car, when an ignition switch is turned on, the switch 11 is turned on. It becomes.

制御部17は、ダイオード22(負のサージから制御部17の内部回路を保護する)を介して、バッテリB1から駆動のための電源が供給され、スイッチ11がオンすると、1段階目のプリチャージを開始する(詳細は動作の説明にて詳述)。   The control unit 17 is supplied with power for driving from the battery B1 via the diode 22 (protects the internal circuit of the control unit 17 from negative surge), and when the switch 11 is turned on, the precharge at the first stage is performed. (Details are described in detail in the explanation of the operation).

ダイオード12は、アノードが上記スイッチ11の他端に接続されており、カソードがスイッチ13の入力側に接続されており、バッテリB1の出力電圧に重畳される負電圧のサージの影響を抑制、すなわちスイッチ13内の回路保護のために設けられている。
スイッチ13は、制御端子が上記制御部17に接続され、入力側がダイオード12のカソードに接続され、出力側が抵抗14の一端に接続され、オン状態において第1段階のプリチャージを行い、接続点Pの電圧をバッテリB1の電圧値VBに対してダイオード12の電圧降下分ΔVだけ低い電圧値まで上昇させる(図2参照)。抵抗14の他端は、接続点Pに接続されている。
The diode 12 has an anode connected to the other end of the switch 11 and a cathode connected to the input side of the switch 13 to suppress the influence of a negative voltage surge superimposed on the output voltage of the battery B1, that is, It is provided for circuit protection in the switch 13.
The switch 13 has a control terminal connected to the control unit 17, an input side connected to the cathode of the diode 12, an output side connected to one end of the resistor 14, and performs a first-stage precharge in the ON state. Is increased to a voltage value lower than the voltage value VB of the battery B1 by a voltage drop ΔV of the diode 12 (see FIG. 2). The other end of the resistor 14 is connected to the connection point P.

スイッチ19は、入力側がチャージポンプ回路20に接続され、出力側が抵抗16を介して抵抗14の一端に接続され、制御端子が制御部17に接続され、この制御端子に制御部17からオン/オフを制御する制御信号S3が入力され、オン状態においてチャージポンプ回路20の昇圧電圧により第2段階のプリチャージを行い、接続点Pの電圧をバッテリB1の電圧値VBと同様の電圧値まで上昇させる。
電圧検出回路21は、接続点Pの電圧値を検出し、検出値を制御部17へ出力する。
The switch 19 has an input side connected to the charge pump circuit 20, an output side connected to one end of the resistor 14 via the resistor 16, a control terminal connected to the control unit 17, and the control terminal connected to the control unit 17 from the control unit 17. In the ON state, the second stage precharge is performed by the boosted voltage of the charge pump circuit 20, and the voltage at the connection point P is increased to a voltage value similar to the voltage value VB of the battery B1. .
The voltage detection circuit 21 detects the voltage value at the connection point P and outputs the detection value to the control unit 17.

また、上記リレー接点保護回路1にて接点が保護されるリレー2を用いた回路は以下の構成となっている。
リレー2は、電磁リレーであり、負荷31を駆動させる電力を供給する駆動回路(後述するトランジスタ32〜35)及びコンデンサC1,C2と、バッテリB1とを接続する接点Gと、接点Gを開閉するコイルLとから構成されている。
また、上記コイルLは、一端がダイオード22のカソード側に接続され、他端が制御部17に接続されて、制御信号S5により駆動及び非駆動され、接点Gの開閉を行い、電源PVBと負荷31とを駆動回路を介して接続状態あるいは非接続状態とする。
The circuit using the relay 2 whose contact is protected by the relay contact protection circuit 1 has the following configuration.
The relay 2 is an electromagnetic relay, and opens and closes a contact G that connects a drive circuit (transistors 32 to 35 to be described later) and capacitors C1 and C2 that supply power for driving the load 31, and the battery B1, and the contact G. The coil L is comprised.
The coil L has one end connected to the cathode side of the diode 22 and the other end connected to the control unit 17, and is driven and not driven by the control signal S5 to open and close the contact G, and to connect the power source PVB and the load. 31 is connected to or disconnected from the drive circuit.

コンデンサC1及びC2は、負荷31を駆動する駆動回路(トランジスタ32〜35)と並列に接続されており、負荷を駆動する際に流れる突入電流により、接続点Pの電圧が急激に変化しないように、電荷を蓄積して電気エネルギを蓄えるために設けられている。
チャージポンプ回路20は、制御信号S4により駆動状態とされると、バッテリB1の電圧VBを昇圧させ、昇圧電圧Vpとして出力する。
The capacitors C1 and C2 are connected in parallel with a drive circuit (transistors 32-35) that drives the load 31, so that the voltage at the connection point P does not change suddenly due to an inrush current that flows when driving the load. , Provided to store electric energy by accumulating electric charges.
When the charge pump circuit 20 is driven by the control signal S4, it boosts the voltage VB of the battery B1 and outputs the boosted voltage Vp.

上記負荷31としては、例えば、直流モータ等がある。
この直流モータを駆動するモータ駆動回路は、負荷である直流モータを駆動するため、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、MOSトランジスタ)32、33、34、35から構成されている。
ここで、MOSトランジスタ32は、ドレインが接続点Pに接続されており、ゲートに制御部17からの制御信号SM2が入力され、ソースがMOSトランジスタ33のドレインに接続されている。
Examples of the load 31 include a DC motor.
The motor drive circuit for driving the DC motor is composed of N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as MOS transistors) 32, 33, 34, and 35 for driving a DC motor as a load.
Here, the drain of the MOS transistor 32 is connected to the connection point P, the control signal SM <b> 2 from the control unit 17 is input to the gate, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 33.

MOSトランジスタ33は、ゲートに制御部17からの制御信号SM3が入力され、ソースが接地されている。
MOSトランジスタ34は、ドレインが接続点Pに接続されており、ゲートに制御部17からの制御信号SM4が入力され、ソースがMOSトランジスタ35のドレインに接続されている。
MOSトランジスタ35は、ゲートに制御部17からの制御信号SM5が入力され、ソースが接地されている。
In the MOS transistor 33, the control signal SM3 from the control unit 17 is input to the gate, and the source is grounded.
In the MOS transistor 34, the drain is connected to the connection point P, the control signal SM 4 from the control unit 17 is input to the gate, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 35.
In the MOS transistor 35, the control signal SM5 from the control unit 17 is input to the gate, and the source is grounded.

制御部17は、上記制御信号SM2〜SM5それぞれを「H」レベル、「L」レベルとすることにより、トランジスタ32〜35各々をオンオフ制御し、モータの回転を制御する。例えば、制御信号SM2及びSM5を「H」レベルとし、MOSトランジスタ32及び35をオン状態とし、一方、制御信号SM3及びSM4を「L」レベルとし、MOSトランジスタ33及び34をオフ状態として、R方向に電流を流して直流モータ31を回転させる。
また、上述した制御における回転方向に対して逆方向に回転させる場合、制御信号SM3及びSM4を「H」レベルとし、MOSトランジスタ33及び34をオン状態とし、一方、制御信号SM2びSM5を「L」レベルとし、MOSトランジスタ32及び35をオフ状態として、Q方向に電流を流して直流モータ31を回転させる。
The control unit 17 sets the control signals SM2 to SM5 to the “H” level and the “L” level, respectively, so that the transistors 32 to 35 are turned on and off to control the rotation of the motor. For example, the control signals SM2 and SM5 are set to “H” level, the MOS transistors 32 and 35 are turned on, while the control signals SM3 and SM4 are set to “L” level, the MOS transistors 33 and 34 are turned off, and the R direction The DC motor 31 is rotated by passing an electric current.
When rotating in the direction opposite to the rotation direction in the above-described control, the control signals SM3 and SM4 are set to the “H” level, the MOS transistors 33 and 34 are turned on, while the control signals SM2 and SM5 are set to “L”. ”Level, the MOS transistors 32 and 35 are turned off, a current is passed in the Q direction, and the DC motor 31 is rotated.

次に、図1及び図3を用い、本実施形態によるリレー接点保護回路1の動作を説明する。図3は、リレー接点保護回路1の動作例を説明する波形図であり、縦軸が接続点Pの電圧(VC)を示し、横軸が時刻tを示している。以下の動作説明は、スイッチ11がオン状態となり、リレー接点保護回路1が駆動を開始した時点から行う。
時刻t1において、スイッチ11がオン状態となって一定時間後に、制御部17は、接続点Pのプリチャージ動作を行うため、制御信号S2を出力してスイッチ13をオン状態とする。
Next, the operation of the relay contact protection circuit 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining an example of the operation of the relay contact protection circuit 1. The vertical axis indicates the voltage (VC) at the connection point P, and the horizontal axis indicates time t. The following operation will be described from the time when the switch 11 is turned on and the relay contact protection circuit 1 starts driving.
At time t1, the switch 17 is turned on, and after a predetermined time, the control unit 17 outputs the control signal S2 to turn on the switch 13 in order to perform the precharge operation at the connection point P.

これにより、第1段階のプリチャージ動作が開始され、スイッチ13がオン状態となることにより、ダイオード12及び抵抗14を介して接続点Pに対する電流が流れ、コンデンサC1及びC2に対して電荷が蓄積されることで充電され、接続点Pの電位が徐々に上昇することとなる。
また、第1段階のプリチャージ動作を開始すると、制御部17は、電圧検出回路21から入力される検出電圧VCが予め設定している閾値電圧Vt1を超えているか否かを所定の周期にて検出する処理を開始する。この閾値電圧Vt1は、バッテリB1の電圧VBからダイオード12の順方向電圧ΔVを減算した値に設定されている。
As a result, the first-stage precharge operation is started and the switch 13 is turned on, whereby a current to the connection point P flows through the diode 12 and the resistor 14, and charges are accumulated in the capacitors C1 and C2. As a result, the battery is charged and the potential at the connection point P gradually increases.
When the first-stage precharge operation is started, the control unit 17 determines whether or not the detection voltage VC input from the voltage detection circuit 21 exceeds a preset threshold voltage Vt1 at a predetermined cycle. The process to detect is started. This threshold voltage Vt1 is set to a value obtained by subtracting the forward voltage ΔV of the diode 12 from the voltage VB of the battery B1.

そして、時刻t2において、制御部17は、電圧検出回路21から入力される検出電圧VCが予め設定している閾値電圧Vt1を超えていることを検出すると、第2段階のプリチャージ動作を開始するため、駆動状態を指示する制御信号S3をスイッチ19へ出力し、スイッチ19を駆動させ、昇圧電圧Vpを抵抗16を介して抵抗14の一端に印加する。また、チャージポンプ回路20は、リレー接点保護回路1が駆動を開始した時点において、制御信号S4により駆動状態とされ、昇圧電圧Vpが出力された状態となっている。
そして、制御部17は、スイッチ19に駆動を指示する制御信号S4を出力してから、スイッチ19がオン状態となり、抵抗14の一端に昇圧電圧Vpが印加される時間が予め測定され、測定値が設定されており、スイッチ19に制御信号S4を出力してから、カウンタにより時間をカウントして、上記時間が経過した後、スイッチ13をオフ状態とする制御信号S2を出力する。
そして、スイッチ13がオフ状態となり、スイッチ19がオン状態となることにより、第1段階のプリチャージ動作が終了し、第2段階のプリチャージ動作が開始される。
At time t2, when the control unit 17 detects that the detection voltage VC input from the voltage detection circuit 21 exceeds a preset threshold voltage Vt1, the control unit 17 starts a second-stage precharge operation. Therefore, the control signal S3 instructing the driving state is output to the switch 19, the switch 19 is driven, and the boosted voltage Vp is applied to one end of the resistor 14 via the resistor 16. The charge pump circuit 20 is driven by the control signal S4 when the relay contact protection circuit 1 starts driving, and the boosted voltage Vp is output.
Then, after the control unit 17 outputs the control signal S4 that instructs the switch 19 to drive, the time when the switch 19 is turned on and the boosted voltage Vp is applied to one end of the resistor 14 is measured in advance. Is set, the control signal S4 is output to the switch 19, the time is counted by the counter, and after the time has elapsed, the control signal S2 for turning off the switch 13 is output.
Then, when the switch 13 is turned off and the switch 19 is turned on, the first-stage precharge operation is completed, and the second-stage precharge operation is started.

ここで、上述したように、スイッチ19をオン状態となり、昇圧電圧Vpを抵抗16及び抵抗14を介して接続点Pへ供給する。ここで、抵抗16はチャージポンプ回路20から接続点Pに流れる電流を制限するために設けられている。すなわち、急激に接続点Pの電位が上昇すると、電圧制御ができず、2次側の電圧が1次側より高くなってしまうため、電圧制御を接続点Pの電圧変化に追従させて、接続点Pの電位の制御性を良くするために抵抗16による電流制限を行っている。   Here, as described above, the switch 19 is turned on, and the boosted voltage Vp is supplied to the connection point P via the resistor 16 and the resistor 14. Here, the resistor 16 is provided to limit the current flowing from the charge pump circuit 20 to the connection point P. That is, if the potential at the connection point P suddenly rises, voltage control cannot be performed and the secondary side voltage becomes higher than the primary side. In order to improve the controllability of the potential at the point P, the current is limited by the resistor 16.

この第2段階のプリチャージ動作を開始すると、制御部17は、電圧検出回路21から入力される検出電圧VCが予め設定している閾値電圧Vt2を超えているか否かを所定の周期にて検出する処理を開始する。ここで、閾値電圧Vt2は、バッテリB1の電圧VB(すなわち、電源PVBの電圧)に設定されている。   When the second stage precharge operation is started, the control unit 17 detects whether or not the detection voltage VC input from the voltage detection circuit 21 exceeds a preset threshold voltage Vt2 at a predetermined cycle. The process to start is started. Here, the threshold voltage Vt2 is set to the voltage VB of the battery B1 (that is, the voltage of the power source PVB).

そして、時刻t3において、制御部17は、電圧検出回路21から入力される検出電圧VCが予め設定している閾値電圧Vt2を超えていることを検出すると、コイルLに電流を流し、接点Gを開放状態(開)から接続状態(閉)とするようリレー2を駆動させ、電源PVBと接続点Pとを接続させ、負荷31に対する駆動電流をバッテリB1から供給する。
このとき、1次側であるバッテリB1の電圧VBと、2次側である接続点Pとの電圧差がないため、突入電流が流れずにスパークなどが発生せずに、リレー2の接点Gの劣化を抑制する。
At time t3, when the control unit 17 detects that the detection voltage VC input from the voltage detection circuit 21 exceeds a preset threshold voltage Vt2, a current is passed through the coil L, and the contact G is turned on. The relay 2 is driven so as to change from the open state (open) to the connected state (closed), the power source PVB and the connection point P are connected, and the drive current for the load 31 is supplied from the battery B1.
At this time, since there is no voltage difference between the voltage VB of the battery B1 on the primary side and the connection point P on the secondary side, no inrush current flows and no sparks occur, and the contact G of the relay 2 Suppresses deterioration.

このとき、制御部17は、制御信号S5をコイルLを駆動する状態とし、コイルLに電流を流してから、接点Gが接続状態となり、バッテリB1の+側が点Pに印加される時間が予め測定され、この測定値が設定されており、コイルLに制御信号S5を出力してから、カウンタにより時間をカウントして、上記測定値の時間が経過した後、スイッチ19をオフ状態とする制御信号S2を出力する。
そして、制御部17は、チャージポンプ回路20を非駆動とする制御信号S4を出力し、チャージポンプ回路20の動作を停止させる。上述した処理により、第2段階のプリチャージ動作が終了し、接続点Pに対するプリチャージ動作が終了する。
上述した閾値電圧Vt1及びVt2は、すでに説明したように、制御部17内の記憶部に予め記憶されている。
At this time, the control unit 17 sets the control signal S5 to the state in which the coil L is driven, and after passing a current through the coil L, the contact point G is in the connected state and the time during which the positive side of the battery B1 is applied to the point P is preset. The measured value is set, the control signal S5 is output to the coil L, the time is counted by the counter, and the switch 19 is turned off after the time of the measured value has elapsed. The signal S2 is output.
Then, the control unit 17 outputs a control signal S4 that deactivates the charge pump circuit 20, and stops the operation of the charge pump circuit 20. With the above-described processing, the second-stage precharge operation is completed, and the precharge operation for the connection point P is completed.
The threshold voltages Vt1 and Vt2 described above are stored in advance in the storage unit in the control unit 17 as described above.

また、上述したリレー接点保護回路1において、スイッチ19にPNP型バイポーラトランジスタを用い、オンオフさせる制御信号S3の電位を調整してベースに流れる電流値を制御することで、チャージポンプ回路20から接続点Pに流れる電流を調整するようにし、抵抗16を設けずに、バイポーラトランジスタのコレクタとチャージポンプ回路20の出力とを接続し、コレクタとスイッチ13の出力側とを直接に接続する構成としても良い。
また、スイッチ19にPNP型バイポーラトランジスタを用い、制御信号S3をパルス形状とし、PWM制御することにより、ベースに流れる電流値を制御することで、チャージポンプ回路20から接続点Pに流れる電流を調整するようにし、抵抗16を設けずに、バイポーラトランジスタのエミッタとチャージポンプ回路20の出力とを接続し、コレクタとスイッチ13の出力側とを直接に接続する構成としても良い。また、スイッチ13にPNP型バイポーラトランジスタを用い、エミッタとダイオード12のカソードとを接続し、コレクタを抵抗14の一端に接続するよう構成しても良い。
また、他の回路にチャージポンプ回路が設けられている場合、そのチャージポンプ回路から昇圧電圧を入力し、スイッチ19によりその昇圧電圧を接続点Pに供給するか否かの制御を行う構成としても良い。
Further, in the relay contact protection circuit 1 described above, a PNP bipolar transistor is used as the switch 19 and the potential of the control signal S3 to be turned on / off is adjusted to control the value of the current flowing through the base, thereby connecting the connection point from the charge pump circuit 20. The current flowing in P may be adjusted, the collector of the bipolar transistor and the output of the charge pump circuit 20 may be connected without providing the resistor 16, and the collector and the output side of the switch 13 may be directly connected. .
Also, the current flowing from the charge pump circuit 20 to the connection point P is adjusted by controlling the value of the current flowing through the base by using a PNP bipolar transistor for the switch 19 and making the control signal S3 into a pulse shape and performing PWM control. As such, without providing the resistor 16, the emitter of the bipolar transistor and the output of the charge pump circuit 20 may be connected, and the collector and the output side of the switch 13 may be directly connected. Alternatively, a PNP bipolar transistor may be used as the switch 13, the emitter and the cathode of the diode 12 are connected, and the collector may be connected to one end of the resistor 14.
Further, when a charge pump circuit is provided in another circuit, the boosted voltage is inputted from the charge pump circuit, and the switch 19 controls whether or not the boosted voltage is supplied to the connection point P. good.

上述したように、本実施形態によるリレー接点保護回路1は、プリチャージする接続点Pの電圧を、第1段階において、バッテリB1からダイオード12を介して直接に接続点Pの電位を上昇させ、電圧検出回路21が検出する電圧VCが設定されている閾値電圧Vt1を超えると、バッテリB1からのプリチャージが限界、すなわち電圧上昇が見込めない状態となったことを検出して第1段階のプリチャージ処理を終了する。
第1段階のプリチャージ動作が終了した後、本実施形態によるリレー接点保護回路1は、第2段階のプリチャージを開始し、チャージポンプ回路20からの昇圧電圧にてプリチャージを開始し、閾値電圧Vt2を超えるまで、すなわち接続点PがバッテリB1の電圧VBとなるまで(すなわち、1次側と2次側との電位差が「0」となるまで)プリチャージを行う。
As described above, the relay contact protection circuit 1 according to the present embodiment increases the potential of the connection point P to be precharged directly from the battery B1 via the diode 12 in the first stage, When the voltage VC detected by the voltage detection circuit 21 exceeds the set threshold voltage Vt1, it is detected that the precharge from the battery B1 is at a limit, that is, a state where no voltage increase is expected, and the first stage pre-charge is detected. The charge process ends.
After the first-stage precharge operation is completed, the relay contact protection circuit 1 according to the present embodiment starts the second-stage precharge, starts precharge with the boosted voltage from the charge pump circuit 20, and sets the threshold value. Precharging is performed until the voltage Vt2 is exceeded, that is, until the connection point P becomes the voltage VB of the battery B1 (that is, until the potential difference between the primary side and the secondary side becomes “0”).

そして、上述した処理により、本実施形態によるリレー接点保護回路1は、プリチャージが終了した後、リレー2の駆動を行う構成としたため、接続点Pの電位に応じてリアルタイムに電位に対応したプリチャージ動作が行われるため、プリチャージ開始からリレーの駆動までの時間に無駄が無いため、従来の様に実際に必要なプリチャージ時間に余裕を持たせ、かつ固定された時間により行うプリチャージ動作に比較して、高速なプリチャージが行える。
また、本実施形態によるリレー接点保護回路1は、高価なダイオードなどの部品を用いることが無く、製造コストを低下させることができる。
Then, the relay contact protection circuit 1 according to the present embodiment is configured to drive the relay 2 after the precharge is completed by the processing described above, and therefore, the precontact corresponding to the potential in real time according to the potential of the connection point P. Since the charging operation is performed, there is no waste of time from the start of precharging to the drive of the relay, so that the precharging operation that is actually performed with a fixed amount of time is provided as in the conventional case. Compared with, high-speed precharge can be performed.
Moreover, the relay contact protection circuit 1 according to the present embodiment does not use expensive parts such as a diode, and can reduce the manufacturing cost.

本発明の一実施形態によるリレー接点保護回路1を用いて負荷3(直流モータ駆動回路)を駆動するリレー接点の保護を行う構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example which protects the relay contact which drives the load 3 (DC motor drive circuit) using the relay contact protection circuit 1 by one Embodiment of this invention. 図1のリレー接点保護回路1の動作例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example of the relay contact protection circuit 1 of FIG. 従来例における負荷3(直流モータ駆動回路)を駆動するリレー接点の保護を行う構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example which protects the relay contact which drives the load 3 (DC motor drive circuit) in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1…リレー接点保護回路
2…リレー
11,13,19…スイッチ
12,22…ダイオード
14,16…抵抗
17…制御部
20…チャージポンプ回路
21…電圧検出回路
31…負荷(直流モータ)
32,33,34,35…MOSトランジスタ(Nチャネル型MOSトランジスタ)
B1…バッテリ
C1,C2…コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Relay contact protection circuit 2 ... Relay 11, 13, 19 ... Switch 12, 22 ... Diode 14, 16 ... Resistor 17 ... Control part 20 ... Charge pump circuit 21 ... Voltage detection circuit 31 ... Load (DC motor)
32, 33, 34, 35 ... MOS transistors (N-channel MOS transistors)
B1 ... Battery C1, C2 ... Capacitor

Claims (6)

負荷に対して電流を供給するリレーの接点間の電圧差を、該リレーを駆動する前にプリチャージして低下させ、前記接点間に流れる貫通電流を減少させることにより、該接点を保護するリレー接点保護回路であり、
前記負荷に対して並列に接続されているコンデンサと、
電源の電源電圧を昇圧した電圧により、前記コンデンサに対して2次充電を行う第1の半導体スイッチと、
前記コンデンサに充電される電圧を測定し、測定電圧を出力する電圧測定部と、
前記測定電圧が予め設定した一次充電電圧となると、前記第1の半導体スイッチをオンして二次充電を行わせるプリチャージ制御部と
を有することを特徴とするリレー接点保護回路。
A relay that protects the contact by reducing the voltage difference between the contacts of the relay that supplies current to the load by precharging and reducing the through current flowing between the contacts before driving the relay. Contact protection circuit,
A capacitor connected in parallel to the load;
A first semiconductor switch that performs secondary charging of the capacitor with a voltage obtained by boosting a power supply voltage of a power supply;
A voltage measuring unit for measuring a voltage charged in the capacitor and outputting a measurement voltage;
A relay contact protection circuit, comprising: a precharge controller that turns on the first semiconductor switch to perform secondary charging when the measured voltage reaches a preset primary charging voltage.
前記コンデンサに対し、整流素子を介して、リレーに印加する前記電源から一次充電を行う第2の半導体スイッチをさらに有し、
前記測定電圧が予め設定した一次充電電圧となると、前記第2の半導体スイッチをオフすることを特徴とする請求項1に記載のリレー接点保護回路。
The capacitor further includes a second semiconductor switch that performs primary charging from the power source applied to the relay via a rectifying element,
The relay contact protection circuit according to claim 1, wherein the second semiconductor switch is turned off when the measured voltage becomes a preset primary charging voltage.
前記プリチャージ制御部が、前記測定電圧がリレーに印加する電源の電圧値となると、前記第1の半導体スイッチをオフすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリレー接点保護回路。   3. The relay contact protection circuit according to claim 1, wherein the precharge control unit turns off the first semiconductor switch when the measured voltage becomes a voltage value of a power supply applied to the relay. 4. . 前記プリチャージ制御部が、測定電圧が前記リレーに印加する電圧値となり、前記リレーにオン状態となる信号が入力されてから、リレーの接点が実際にオンする時間分遅延させて、前記第1の半導体スイッチをオフし、プリチャージを終了することを特徴とする請求項2または請求項3に記載のリレー接点保護回路。   The precharge control unit delays the first contact point by the time when the relay contact is actually turned on after the measurement voltage becomes a voltage value to be applied to the relay and a signal to turn on is input to the relay. 4. The relay contact protection circuit according to claim 2, wherein the semiconductor switch is turned off to end the precharge. 5. 前記第1の半導体スイッチの出力端子とコンデンサとの間に電流制限抵抗が介挿されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のリレー接点保護回路。   5. The relay contact protection circuit according to claim 1, wherein a current limiting resistor is interposed between an output terminal of the first semiconductor switch and a capacitor. 前記プリチャージ制御部が、前記第1の半導体スイッチをオン状態とする場合、前記測定電圧と前記リレーの接点に印加する電源の電圧値との差電圧に対応してPWM制御を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のリレー接点保護回路。   When the precharge control unit turns on the first semiconductor switch, the precharge control unit performs PWM control corresponding to a difference voltage between the measurement voltage and a voltage value of a power source applied to a contact of the relay. The relay contact protection circuit according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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