負荷制御装置
【課題】スイッチ素子の点数を削減しつつ、開閉タイミングを正確に制御できる負荷制御装置を提供する。
【解決手段】制御部１３は、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受けた後、第１所定時間だけ主開閉部１１を導通させるよう、第１パルスを出力し、ゼロクロス検出部１９が負荷電流のゼロクロス点を検出した後、負荷電流の半周期未満の第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけるように第２パルスを出力する。主開閉制御部２５は、第１パルス及び第２パルスの論理積をとり、主開閉部１１に出力する。これにより、主開閉部１１は、第１パルスが立ち上がっている第１所定時間と第２パルスが立ち上がっている第２所定時間の重複している時間だけ閉じ、導通される。
【解決手段】制御部１３は、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受けた後、第１所定時間だけ主開閉部１１を導通させるよう、第１パルスを出力し、ゼロクロス検出部１９が負荷電流のゼロクロス点を検出した後、負荷電流の半周期未満の第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけるように第２パルスを出力する。主開閉制御部２５は、第１パルス及び第２パルスの論理積をとり、主開閉部１１に出力する。これにより、主開閉部１１は、第１パルスが立ち上がっている第１所定時間と第２パルスが立ち上がっている第２所定時間の重複している時間だけ閉じ、導通される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と照明装置などの負荷の間に直列に接続される２線式の負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トライアックやサイリスタなどの無接点スイッチ素子を用いた照明装置用の負荷制御装置が実用化されている。これらの負荷制御装置は、省配線の見地から、２線式結線が一般的であり、交流電源と負荷との間に直列に接続される。このように交流電源と負荷との間に直列に接続される負荷制御装置においては、如何にして自己の回路電源を確保するかが問題となる。
【０００３】
図６に示す第１従来例の負荷制御装置５０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部５１と、整流部５２と、制御部５３と、制御部５３に安定した電源を供給するための第１電源部５４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部５４へ電力を供給する第２電源部５５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部５４へ電力を供給する第３電源部５６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部５７などで構成されている。主開閉部５１のスイッチ素子５１ａは、トライアックで構成されている。
【０００４】
負荷３へ電力供給が行われていない負荷制御装置５０のオフ状態では、交流電源２から負荷制御装置５０に印加される電圧は、整流部５２を介して第２電源部５５に供給される。第２電源部５５は、抵抗とツェナーダイオードで構成された定電圧回路である。このときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流であり、制御部５３の消費電流は小さく、第２電源部５５のインピーダンスは高く維持されるように設定されている。
【０００５】
一方、負荷３へ電力供給が行われている負荷制御装置５０のオン状態では、制御部５３からの制御信号により第３電源部５６がオンし、負荷制御装置５０のインピーダンスが低下して負荷３に流れる電流量が増加すると共に、第３電源部５６に流れる電流は第１電源部５４にも流れ、バッファコンデンサ５９の充電を開始する。バッファコンデンサ５９の充電電圧が所定の閾値よりも高くなると、第３電源部５６を構成するツェナーダイオード５６ａがブレークダウンして電流が流れ始め、補助開閉部５７のゲートに電流が流れ込み、補助開閉部５７が導通する（閉状態）。その結果、整流部５２から第３電源部５６に流れていた電流は補助開閉部５７へ転流し、さらに主開閉部５１のスイッチ素子５１ａのゲートに流れ込み、主開閉部５１が導通する（閉状態）。そのため、負荷６１に対してほぼ全ての電力が供給される。一旦、主開閉部５１が導通する（閉状態）と電流を流し続けるが、交流電流がゼロクロス点に達したときにスイッチ素子５１ａは自己消弧し、主開閉部５１が非導通（開状態）になる。主開閉部５１が非導通（開状態）になると、再び整流部５２から第３電源部５６を経て第１電源部５４に電流が流れ、負荷制御装置５０の自己回路電源を確保する動作を行う。すなわち、交流の１／２周期ごとに、負荷制御装置５０の自己回路電源確保、補助開閉部５７の導通及び主開閉部５１の導通動作が繰り返される。
【０００６】
図７に示す第２従来例の負荷制御装置６０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部６１と、整流部６２と、制御部６３と、制御部６３に安定した電源を供給するための第１電源部６４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部６４へ電力を供給する第２電源部６５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部６４へ電力を供給する第３電源部６６と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部６７などで構成されている。主開閉部６１のスイッチ素子６１ａとしてＭＯＳＦＥＴを用いており、白熱灯を制御対象負荷としている。
【０００７】
負荷３に電力を供給する場合、外部入力される調光レベルに応じた期間だけ主開閉部６１のスイッチ素子６１ａを導通させるが、ゼロクロス検出部６７が電圧のゼロクロス点を検出するタイミングでスイッチ素子６１ａを導通させ（閉状態）、上記期間経過後にスイッチ素子６１ａを非導通（開状態）にさせる。主開閉部６１が非導通（開状態）の間、上記第１従来例と同様に負荷制御装置６０の自己回路電源が確保される。主開閉部６１が非導通（開状態）にされると、再びゼロクロス検出部６７がゼロクロス点を検出し、スイッチ素子６１ａを導通（閉状態）にさせる動作を交流の１／２周期ごとに繰り返す。
【０００８】
第１従来例の負荷制御装置５０のように主開閉部５１のスイッチ素子がトライアックやサイリスタの場合、負荷３に電力を供給する際に発生するノイズを低減するため、及び負荷３への電力供給を停止する際に電源２から伝播されるノイズによる誤動作を防止するために、フィルタを設ける必要があるが、フィルタを構成するコイル５８の大きさやコイルによる発熱が問題となり、負荷制御装置の小型化が困難である。
【０００９】
フィルタを用いずに負荷制御装置によるノイズを低減するために、例えば特許文献１に記載された負荷制御装置（第３従来例）では、主開閉部のスイッチ素子の他に、このスイッチ素子（第１スイッチ部）よりもオン抵抗の大きい第２スイッチ部を設け、第２スイッチ部をオンさせた後第１スイッチ部をオンさせるようにしている。しかしながら、このような第３従来例では、スイッチ素子の数が多くなり、回路構成が複雑になると共に、スイッチオンのタイミングの制御が複雑になる。
【００１０】
また、第１従来例の負荷制御装置６０のように主開閉部６１のスイッチ素子６１ａがトランジスタの場合、負荷が白熱灯のような負荷電流と負荷電圧が同位相（力率１）になる負荷に限定される。
【００１１】
さらに、主開閉部のスイッチ素子として用いられるトライアックやトランジスタはＳｉで構成され、素子の縦方向に電流が流れる縦型が一般的である。トライアックの場合、通電経路にＰＮジャンクションが存在するため、通電時にこの障壁を乗り越えるために損失が発生する。また、トランジスタの場合、２つの素子を逆方向に接続する必要があること、及び耐電圧維持層となる低キャリア濃度層の抵抗が高いため、通電時に損失が発生する。これらの損失によりスイッチ素子自体の発熱が大きく、大型のヒートシンクを必要とするため、負荷制御装置の大容量化や小型化の妨げとなっていた。一般的に、このような負荷制御装置は、壁面に設けられた金属製のボックスなどに収納されて使用されるが、従来の負荷制御装置では小型化には限界があるため、現在一般的に使用されているボックスの大きさでは、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどとの併用ができない。従って、一般的な大きさのボックスにおいて、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどの併設を可能にするために、負荷制御装置のさらなる小型化が求められている。
【特許文献１】特開２００６−９２８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、スイッチ素子の点数を削減しつつ、開閉タイミングを正確に制御できる負荷制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部を備えた負荷制御装置において、前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、前記制御部は、負荷へ電力を供給しているときに、前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記ゼロクロス検出部が負荷電流のゼロクロス点を検出してから計数される負荷電流の半周期未満の第２所定時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、前記制御部は、前記主開閉部が非導通のときに前記補助開閉部を第３所定時間導通させることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の負荷制御装置において、前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、電圧検出部が第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部は、主開閉部を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）ので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給することになる。また、この第１所定時間内であっても第２所定時間が経過すると、制御部は、主開閉部を非導通とさせる（開状態にさせる）ので、例えば低負荷時において第１所定時間が開始されるタイミングが遅延しても、負荷電流が零となる前に主開閉部が確実に非導通とされる。これにより、主開閉部が負荷電流のゼロクロスを越えて導通されることがなくなる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、第１所定時間経過後、主開閉部が非導通になるとき、補助開閉部を第３所定時間だけ導通させるので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部から負荷に電力を供給することになる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部がトランジスタ構造を有するスイッチ素子で構成されていても、負荷は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができる。また、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルが低く抑えられるため、小型で、かつ適合負荷範囲の広い負荷制御装置を実現することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、電流検出部が、補助開閉部に許容値を超える電流が流れたことを検出すると、一旦主開閉部を導通させ（閉状態にさせ）るので、補助開閉部のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能であり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａの構成を示す回路図であり、図２乃至図４は、負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示すタイムチャートである。
【００２０】
図１に示す第１実施形態の負荷制御装置１Ａは、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、負荷３に対して電源の供給を制御する主開閉部１１と、整流部１２と、負荷制御装置１Ａ全体を制御する制御部１３と、制御部１３に安定した電源を供給するための第１電源部１４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部１４へ電力を供給する第２電源部１５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部１４へ電力を供給する第３電源部１６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部１７などで構成されている。また、第３電源部１６には、第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部１８と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部１９が設けられている。主開閉部１１は、トランジスタ構造のスイッチ素子１１ａを有し、補助開閉部１７は、サイリスタ構造のスイッチ素子１７ａを有している。また、制御部１３には、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０と、第１パルス出力部２１と、第２パルス出力部２２と、第３パルス出力部２３が設けられている。
【００２１】
第１パルス出力部２１は、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受けた後、第１所定時間だけ主開閉部１１を導通させるよう、第１パルスを出力する。すなわち、第１パルスは、電圧検出部１８から充電完了信号を受けて立上がり、第１所定時間経過後立ち下がる。第２パルス出力部２２は、ゼロクロス検出部１９が負荷電流のゼロクロス点を検出した後、第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけるように第２パルスを出力する。すなわち、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９からゼロクロス検出信号を受けて立上がり、第２所定時間経過後立ち下がる。第３パルス出力部２３は、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出してから、第３所定時間だけ補助開閉部１７を導通させるように、所定時間の第３パルス信号を出力する。すなわち、第２パルスは、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出して立上がり、第３所定時間経過後立ち下がる。
【００２２】
負荷３への電力供給が行われていない負荷制御装置１Ａのオフ状態においても、電源２から整流部１２を介して第２電源部１５に電流が流れるため、負荷３にも微小電流が流れているが、その電流は負荷３を誤動作させない程度に低く抑えられており、第２電源部１５のインピーダンスが高い値に維持されている。
【００２３】
負荷３へ電力供給が行われているとき、第３電源部１６のインピーダンスを低くし、負荷制御装置１Ａの内部の回路側に電流を流し、第１電源部１４のバッファコンデンサ２９を充電する。上記のように、第３電源部１６には、電圧検出部（充電監視部）１８が設けられており、第３電源部１６に入力される電圧を検出する。電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、電圧検出部１８は所定の検出信号を制御部１３に出力する。制御部１３は、電圧検出部１８からの検出信号を受信すると、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）。図１では、電圧検出部１８からの検出信号に応じて、直接的に第１パルス信号を出力するように、専用のＩＣなどを用いてハードウエア的に構成された第１パルス出力部２１を制御部１３の一部として設けた構成例を示している。あるいは、図示した構成に限定されず、電圧検出部１８からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウエア的に第１パルス信号を出力するように構成してもよい。主開閉部１１を導通させる第１所定時間としては、商用周波数電源の半周期よりも少し短い時間にする設定することが好ましい。
【００２４】
次に、上記第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通（開状態）になる動作を開始する際、制御部１３は、補助開閉部１７を第３所定時間（例えば、数百μ秒）だけ導通させる（閉状態にさせる）。この動作は、補助開閉部１７が主開閉部１１よりも少し遅れて非導通（開状態）になればよい。または、上記主制御部２０から、主開閉部１１に対して出力する第１パルス信号よりも第３所定時間分だけ長いパルス信号を補助開閉部１７に対して出力するようにしてもよい。あるいは、ダイオードやコンデンサを用いて遅延回路を構成してもよい。
【００２５】
これらの動作により、バッファコンデンサ２９の充電完了後、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部１７から負荷３に電力を供給することになる。なお、補助開閉部１７は、サイリスタ構造のスイッチ素子１７ａを有しているので、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）で非導通（開状態）となる。補助開閉部１７が非導通（開状態）になると、再び第３電源部１６に電流が流れ込むため、上記の動作を商用電源の半周期ごとに繰り返す。
【００２６】
図２は、高負荷時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示し、図３及び図４は低負荷時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示している。なお、図３は、仮に上記第１パルスのみを用いて主開閉部１１を制御する場合を、図４は、上記第１パルス及び第２パルスを用いて主開閉部１１を制御する場合をそれぞれ示している。
【００２７】
高負荷時すなわち接続される負荷３が高容量の場合においては、図２に示すように、バッファコンデンサ２９は短時間で充電され、その充電完了後、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給することになる。このとき、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）の前に主開閉部１１が非導通とされるように第１所定時間が設定されているので、ゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされることはない。
【００２８】
ところが、低負荷時すなわち接続される負荷３が低容量の場合においては、負荷電流が小さいため充電に多くの時間を必要とする。そのため、図３に示すように、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出した時間から、電圧検出部１８で充電完了を検出するまでの時間が長くなり、第１パルスの立上がりが遅延する。第１所定時間は、上述した高負荷時に応じて設定されているので、第１パルスの立上がりが過度に遅延すると、負荷電流がゼロクロス点を越えた後、第１パルスは立下がる。従って、第１パルスのみを用いて主開閉部１１を制御する場合にあっては、低負荷時にゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされ、半周期ごとの充電動作が安定しない。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、第２パルス出力部２２から出力される第２パルスを用いて、第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけることとしている。第２パルスは、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出したことを受けて立上がり、第２所定時間の経過後に立ち下がる。この第２所定時間は、負荷電流の半周期よりも短く設定されている。
【００３０】
第１パルス出力部２１から出力される第１パルス及び第２パルス出力部２２から出力される第２パルスは、主開閉制御部２５に入力される。主開閉制御部２５は、ＡＮＤ回路２５ａを有し、第１パルス及び第２パルスの論理積をとり、主開閉部１１に出力する。これにより、主開閉部１１は、第１パルスが立ち上がっている第１所定時間と第２パルスが立ち上がっている第２所定時間の重複している時間だけ閉じる。上述したように、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９がゼロクロス点を検出したタイミングで立ち上がり、負荷電流の半周期よりも短い第２所定期間で立ち下がるため、バッファコンデンサ２９の充電完了を検出するタイミング、すなわち第１所定時間が開始するタイミングが後にずれても、電源周波数のゼロクロス点を越えて主開閉部１１を閉状態にすることが無くなる。これにより、確実に半周期毎に充電を行うことができ、動作の安定が図られる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部１１がトランジスタ構造を有するスイッチ素子１１ａで構成されていても、負荷３は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができ、主開閉部がデュアルゲート型のトランジスタ構成のスイッチ素子であることにより、負荷制御装置の小型・大容量化も同時に実現することができる。
【００３１】
本第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａによれば、電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部１３は、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）ので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷に電力を供給することになる。また、この第１所定時間内であっても第２所定時間が経過すると、制御部１３は、主開閉部１１を非導通とさせる（開状態にさせる）ので、例えば低負荷時において第１所定時間が開始されるタイミングが遅延しても、負荷電流が零となる前に主開閉部１１が非導通とされる。これにより、主開閉部１１が負荷電流のゼロクロスを越えて導通されることがなくなるので、交流電源の半周期の間に確実に充電を行うことができる。
【００３２】
また、第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通になるとき、補助開閉部１７を第２所定時間だけ導通させるので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部１７から負荷に電力を供給することになる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部１１がトランジスタ構造を有するスイッチ素子１１ａで構成されていても、負荷は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができる。また、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルが低く抑えられるため、小型で、かつ適合負荷範囲の広い負荷制御装置を実現することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂの構成を示す回路図である。負荷制御装置１Ｂは、補助開閉部１７に流れる電流を検出するための電流検出部２６と、電流検出部２６から出力される信号等に応じて動作するＯＲ回路２５ｂをさらに備えている点で第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａと異なり、その他は同様である。ＯＲ回路２５ｂは、主開閉制御部２５のＡＮＤ回路２５ａの後段に設けられている。
【００３４】
補助開閉部１７は、本来電流のゼロクロス点を検出することを目的としており、通電を主目的とはしておらず、小型のスイッチ素子で構成されることが期待されている。しかしながら、商用電源において周波数がずれたり、あるいは負荷制御装置を５０Ｈｚと６０Ｈｚの共用で動作させようとしたりすると、主開閉部が非導通になってから電流のゼロクロス点までの時間が長くなり、負荷電流が十分に小さくなる前に補助開閉部に通電が開始されてしまう。また、負荷として過負荷接続された場合、補助開閉部での通電時間は同じであっても、通電損失が大きくなり、補助開閉部１７を構成するスイッチ素子が破損する可能性がある。そのため、第２実施形態では、電流検出部２６により補助開閉部１７に流れる電流値を検出し、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れたときに、再び短時間（第４所定時間）だけ主開閉部１１を導通させ（閉状態にさせ）、その後主開閉部１１が非導通（開状態）になるときに、補助開閉部１７を再び導通させる。
【００３５】
より具体的には、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れることを検知した電流検出部２６は、その旨の信号を主開閉制御部２５のＯＲ回路２５ｂに出力する。ＯＲ回路２５ｂは、上述したＡＮＤ回路２５ａからの出力信号又は電流検出部２６からの出力信号のいずれかの入力を受けたとき、主開閉部１１を短時間だけ導通させて補助開閉部１７を保護する。このように主開閉部１１と補助開閉部１７を繰り返し切り換えることにより、補助開閉部１７のスイッチ素子の破損を防止すると共に、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００３６】
本第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂによれば、電流検出部２６が、補助開閉部１７に許容値を超える電流が流れることを検出すると、主開閉部を一旦導通させ（閉状態にさせ）、その後非導通状態にする。これにより、補助開閉部１７のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部１７を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能となり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも制御部１３が、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受け出力する第１パルスと、ゼロクロス検出部１９から負荷電流のゼロクロス点の検出信号を受け出力する第２パルスとの論理積に基づいて主開閉部１１の動作を制御するように構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウエア的に第１パルス信号を出力するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図２】第１実施形態に係る負荷制御装置の高負荷時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態に係る負荷制御装置の低負荷時において、主開閉部の制御に第２所定時間を用いないと仮定した場合の各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図４】第１実施形態に係る負荷制御装置の低負荷時において、主開閉部の制御に第２所定時間を用いた場合の各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図６】第１従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図７】第２従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ、１Ｂ 負荷制御装置
２ 電源
３ 負荷
１１ 主開閉部
１１ａ スイッチ素子
１２ 整流部
１３ 制御部
１４ 第１電源部
１５ 第２電源部
１６ 第３電源部
１７ 補助開閉部
１７ａ スイッチ素子
１８ 電圧検出部
１９ ゼロクロス検出部
２０ 主制御部
２１ 第１パルス出力部
２２ 第２パルス出力部
２３ 第３パルス出力部
２６ 電流検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と照明装置などの負荷の間に直列に接続される２線式の負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トライアックやサイリスタなどの無接点スイッチ素子を用いた照明装置用の負荷制御装置が実用化されている。これらの負荷制御装置は、省配線の見地から、２線式結線が一般的であり、交流電源と負荷との間に直列に接続される。このように交流電源と負荷との間に直列に接続される負荷制御装置においては、如何にして自己の回路電源を確保するかが問題となる。
【０００３】
図６に示す第１従来例の負荷制御装置５０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部５１と、整流部５２と、制御部５３と、制御部５３に安定した電源を供給するための第１電源部５４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部５４へ電力を供給する第２電源部５５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部５４へ電力を供給する第３電源部５６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部５７などで構成されている。主開閉部５１のスイッチ素子５１ａは、トライアックで構成されている。
【０００４】
負荷３へ電力供給が行われていない負荷制御装置５０のオフ状態では、交流電源２から負荷制御装置５０に印加される電圧は、整流部５２を介して第２電源部５５に供給される。第２電源部５５は、抵抗とツェナーダイオードで構成された定電圧回路である。このときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流であり、制御部５３の消費電流は小さく、第２電源部５５のインピーダンスは高く維持されるように設定されている。
【０００５】
一方、負荷３へ電力供給が行われている負荷制御装置５０のオン状態では、制御部５３からの制御信号により第３電源部５６がオンし、負荷制御装置５０のインピーダンスが低下して負荷３に流れる電流量が増加すると共に、第３電源部５６に流れる電流は第１電源部５４にも流れ、バッファコンデンサ５９の充電を開始する。バッファコンデンサ５９の充電電圧が所定の閾値よりも高くなると、第３電源部５６を構成するツェナーダイオード５６ａがブレークダウンして電流が流れ始め、補助開閉部５７のゲートに電流が流れ込み、補助開閉部５７が導通する（閉状態）。その結果、整流部５２から第３電源部５６に流れていた電流は補助開閉部５７へ転流し、さらに主開閉部５１のスイッチ素子５１ａのゲートに流れ込み、主開閉部５１が導通する（閉状態）。そのため、負荷６１に対してほぼ全ての電力が供給される。一旦、主開閉部５１が導通する（閉状態）と電流を流し続けるが、交流電流がゼロクロス点に達したときにスイッチ素子５１ａは自己消弧し、主開閉部５１が非導通（開状態）になる。主開閉部５１が非導通（開状態）になると、再び整流部５２から第３電源部５６を経て第１電源部５４に電流が流れ、負荷制御装置５０の自己回路電源を確保する動作を行う。すなわち、交流の１／２周期ごとに、負荷制御装置５０の自己回路電源確保、補助開閉部５７の導通及び主開閉部５１の導通動作が繰り返される。
【０００６】
図７に示す第２従来例の負荷制御装置６０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部６１と、整流部６２と、制御部６３と、制御部６３に安定した電源を供給するための第１電源部６４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部６４へ電力を供給する第２電源部６５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部６４へ電力を供給する第３電源部６６と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部６７などで構成されている。主開閉部６１のスイッチ素子６１ａとしてＭＯＳＦＥＴを用いており、白熱灯を制御対象負荷としている。
【０００７】
負荷３に電力を供給する場合、外部入力される調光レベルに応じた期間だけ主開閉部６１のスイッチ素子６１ａを導通させるが、ゼロクロス検出部６７が電圧のゼロクロス点を検出するタイミングでスイッチ素子６１ａを導通させ（閉状態）、上記期間経過後にスイッチ素子６１ａを非導通（開状態）にさせる。主開閉部６１が非導通（開状態）の間、上記第１従来例と同様に負荷制御装置６０の自己回路電源が確保される。主開閉部６１が非導通（開状態）にされると、再びゼロクロス検出部６７がゼロクロス点を検出し、スイッチ素子６１ａを導通（閉状態）にさせる動作を交流の１／２周期ごとに繰り返す。
【０００８】
第１従来例の負荷制御装置５０のように主開閉部５１のスイッチ素子がトライアックやサイリスタの場合、負荷３に電力を供給する際に発生するノイズを低減するため、及び負荷３への電力供給を停止する際に電源２から伝播されるノイズによる誤動作を防止するために、フィルタを設ける必要があるが、フィルタを構成するコイル５８の大きさやコイルによる発熱が問題となり、負荷制御装置の小型化が困難である。
【０００９】
フィルタを用いずに負荷制御装置によるノイズを低減するために、例えば特許文献１に記載された負荷制御装置（第３従来例）では、主開閉部のスイッチ素子の他に、このスイッチ素子（第１スイッチ部）よりもオン抵抗の大きい第２スイッチ部を設け、第２スイッチ部をオンさせた後第１スイッチ部をオンさせるようにしている。しかしながら、このような第３従来例では、スイッチ素子の数が多くなり、回路構成が複雑になると共に、スイッチオンのタイミングの制御が複雑になる。
【００１０】
また、第１従来例の負荷制御装置６０のように主開閉部６１のスイッチ素子６１ａがトランジスタの場合、負荷が白熱灯のような負荷電流と負荷電圧が同位相（力率１）になる負荷に限定される。
【００１１】
さらに、主開閉部のスイッチ素子として用いられるトライアックやトランジスタはＳｉで構成され、素子の縦方向に電流が流れる縦型が一般的である。トライアックの場合、通電経路にＰＮジャンクションが存在するため、通電時にこの障壁を乗り越えるために損失が発生する。また、トランジスタの場合、２つの素子を逆方向に接続する必要があること、及び耐電圧維持層となる低キャリア濃度層の抵抗が高いため、通電時に損失が発生する。これらの損失によりスイッチ素子自体の発熱が大きく、大型のヒートシンクを必要とするため、負荷制御装置の大容量化や小型化の妨げとなっていた。一般的に、このような負荷制御装置は、壁面に設けられた金属製のボックスなどに収納されて使用されるが、従来の負荷制御装置では小型化には限界があるため、現在一般的に使用されているボックスの大きさでは、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどとの併用ができない。従って、一般的な大きさのボックスにおいて、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどの併設を可能にするために、負荷制御装置のさらなる小型化が求められている。
【特許文献１】特開２００６−９２８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、スイッチ素子の点数を削減しつつ、開閉タイミングを正確に制御できる負荷制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部を備えた負荷制御装置において、前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、前記制御部は、負荷へ電力を供給しているときに、前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記ゼロクロス検出部が負荷電流のゼロクロス点を検出してから計数される負荷電流の半周期未満の第２所定時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、前記制御部は、前記主開閉部が非導通のときに前記補助開閉部を第３所定時間導通させることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の負荷制御装置において、前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、電圧検出部が第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部は、主開閉部を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）ので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給することになる。また、この第１所定時間内であっても第２所定時間が経過すると、制御部は、主開閉部を非導通とさせる（開状態にさせる）ので、例えば低負荷時において第１所定時間が開始されるタイミングが遅延しても、負荷電流が零となる前に主開閉部が確実に非導通とされる。これにより、主開閉部が負荷電流のゼロクロスを越えて導通されることがなくなる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、第１所定時間経過後、主開閉部が非導通になるとき、補助開閉部を第３所定時間だけ導通させるので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部から負荷に電力を供給することになる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部がトランジスタ構造を有するスイッチ素子で構成されていても、負荷は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができる。また、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルが低く抑えられるため、小型で、かつ適合負荷範囲の広い負荷制御装置を実現することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、電流検出部が、補助開閉部に許容値を超える電流が流れたことを検出すると、一旦主開閉部を導通させ（閉状態にさせ）るので、補助開閉部のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能であり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａの構成を示す回路図であり、図２乃至図４は、負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示すタイムチャートである。
【００２０】
図１に示す第１実施形態の負荷制御装置１Ａは、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、負荷３に対して電源の供給を制御する主開閉部１１と、整流部１２と、負荷制御装置１Ａ全体を制御する制御部１３と、制御部１３に安定した電源を供給するための第１電源部１４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部１４へ電力を供給する第２電源部１５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部１４へ電力を供給する第３電源部１６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部１７などで構成されている。また、第３電源部１６には、第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部１８と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部１９が設けられている。主開閉部１１は、トランジスタ構造のスイッチ素子１１ａを有し、補助開閉部１７は、サイリスタ構造のスイッチ素子１７ａを有している。また、制御部１３には、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０と、第１パルス出力部２１と、第２パルス出力部２２と、第３パルス出力部２３が設けられている。
【００２１】
第１パルス出力部２１は、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受けた後、第１所定時間だけ主開閉部１１を導通させるよう、第１パルスを出力する。すなわち、第１パルスは、電圧検出部１８から充電完了信号を受けて立上がり、第１所定時間経過後立ち下がる。第２パルス出力部２２は、ゼロクロス検出部１９が負荷電流のゼロクロス点を検出した後、第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけるように第２パルスを出力する。すなわち、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９からゼロクロス検出信号を受けて立上がり、第２所定時間経過後立ち下がる。第３パルス出力部２３は、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出してから、第３所定時間だけ補助開閉部１７を導通させるように、所定時間の第３パルス信号を出力する。すなわち、第２パルスは、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出して立上がり、第３所定時間経過後立ち下がる。
【００２２】
負荷３への電力供給が行われていない負荷制御装置１Ａのオフ状態においても、電源２から整流部１２を介して第２電源部１５に電流が流れるため、負荷３にも微小電流が流れているが、その電流は負荷３を誤動作させない程度に低く抑えられており、第２電源部１５のインピーダンスが高い値に維持されている。
【００２３】
負荷３へ電力供給が行われているとき、第３電源部１６のインピーダンスを低くし、負荷制御装置１Ａの内部の回路側に電流を流し、第１電源部１４のバッファコンデンサ２９を充電する。上記のように、第３電源部１６には、電圧検出部（充電監視部）１８が設けられており、第３電源部１６に入力される電圧を検出する。電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、電圧検出部１８は所定の検出信号を制御部１３に出力する。制御部１３は、電圧検出部１８からの検出信号を受信すると、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）。図１では、電圧検出部１８からの検出信号に応じて、直接的に第１パルス信号を出力するように、専用のＩＣなどを用いてハードウエア的に構成された第１パルス出力部２１を制御部１３の一部として設けた構成例を示している。あるいは、図示した構成に限定されず、電圧検出部１８からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウエア的に第１パルス信号を出力するように構成してもよい。主開閉部１１を導通させる第１所定時間としては、商用周波数電源の半周期よりも少し短い時間にする設定することが好ましい。
【００２４】
次に、上記第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通（開状態）になる動作を開始する際、制御部１３は、補助開閉部１７を第３所定時間（例えば、数百μ秒）だけ導通させる（閉状態にさせる）。この動作は、補助開閉部１７が主開閉部１１よりも少し遅れて非導通（開状態）になればよい。または、上記主制御部２０から、主開閉部１１に対して出力する第１パルス信号よりも第３所定時間分だけ長いパルス信号を補助開閉部１７に対して出力するようにしてもよい。あるいは、ダイオードやコンデンサを用いて遅延回路を構成してもよい。
【００２５】
これらの動作により、バッファコンデンサ２９の充電完了後、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部１７から負荷３に電力を供給することになる。なお、補助開閉部１７は、サイリスタ構造のスイッチ素子１７ａを有しているので、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）で非導通（開状態）となる。補助開閉部１７が非導通（開状態）になると、再び第３電源部１６に電流が流れ込むため、上記の動作を商用電源の半周期ごとに繰り返す。
【００２６】
図２は、高負荷時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示し、図３及び図４は低負荷時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示している。なお、図３は、仮に上記第１パルスのみを用いて主開閉部１１を制御する場合を、図４は、上記第１パルス及び第２パルスを用いて主開閉部１１を制御する場合をそれぞれ示している。
【００２７】
高負荷時すなわち接続される負荷３が高容量の場合においては、図２に示すように、バッファコンデンサ２９は短時間で充電され、その充電完了後、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給することになる。このとき、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）の前に主開閉部１１が非導通とされるように第１所定時間が設定されているので、ゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされることはない。
【００２８】
ところが、低負荷時すなわち接続される負荷３が低容量の場合においては、負荷電流が小さいため充電に多くの時間を必要とする。そのため、図３に示すように、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出した時間から、電圧検出部１８で充電完了を検出するまでの時間が長くなり、第１パルスの立上がりが遅延する。第１所定時間は、上述した高負荷時に応じて設定されているので、第１パルスの立上がりが過度に遅延すると、負荷電流がゼロクロス点を越えた後、第１パルスは立下がる。従って、第１パルスのみを用いて主開閉部１１を制御する場合にあっては、低負荷時にゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされ、半周期ごとの充電動作が安定しない。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、第２パルス出力部２２から出力される第２パルスを用いて、第２所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけることとしている。第２パルスは、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出したことを受けて立上がり、第２所定時間の経過後に立ち下がる。この第２所定時間は、負荷電流の半周期よりも短く設定されている。
【００３０】
第１パルス出力部２１から出力される第１パルス及び第２パルス出力部２２から出力される第２パルスは、主開閉制御部２５に入力される。主開閉制御部２５は、ＡＮＤ回路２５ａを有し、第１パルス及び第２パルスの論理積をとり、主開閉部１１に出力する。これにより、主開閉部１１は、第１パルスが立ち上がっている第１所定時間と第２パルスが立ち上がっている第２所定時間の重複している時間だけ閉じる。上述したように、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９がゼロクロス点を検出したタイミングで立ち上がり、負荷電流の半周期よりも短い第２所定期間で立ち下がるため、バッファコンデンサ２９の充電完了を検出するタイミング、すなわち第１所定時間が開始するタイミングが後にずれても、電源周波数のゼロクロス点を越えて主開閉部１１を閉状態にすることが無くなる。これにより、確実に半周期毎に充電を行うことができ、動作の安定が図られる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部１１がトランジスタ構造を有するスイッチ素子１１ａで構成されていても、負荷３は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができ、主開閉部がデュアルゲート型のトランジスタ構成のスイッチ素子であることにより、負荷制御装置の小型・大容量化も同時に実現することができる。
【００３１】
本第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａによれば、電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部１３は、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）ので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷に電力を供給することになる。また、この第１所定時間内であっても第２所定時間が経過すると、制御部１３は、主開閉部１１を非導通とさせる（開状態にさせる）ので、例えば低負荷時において第１所定時間が開始されるタイミングが遅延しても、負荷電流が零となる前に主開閉部１１が非導通とされる。これにより、主開閉部１１が負荷電流のゼロクロスを越えて導通されることがなくなるので、交流電源の半周期の間に確実に充電を行うことができる。
【００３２】
また、第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通になるとき、補助開閉部１７を第２所定時間だけ導通させるので、商用電源の半周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部１７から負荷に電力を供給することになる。これらの動作は負荷電流に対して行われるため、主開閉部１１がトランジスタ構造を有するスイッチ素子１１ａで構成されていても、負荷は力率１のものに限定されず、蛍光灯及び白熱灯のいずれにも適した２線式の負荷制御装置を実現することができる。また、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルが低く抑えられるため、小型で、かつ適合負荷範囲の広い負荷制御装置を実現することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂの構成を示す回路図である。負荷制御装置１Ｂは、補助開閉部１７に流れる電流を検出するための電流検出部２６と、電流検出部２６から出力される信号等に応じて動作するＯＲ回路２５ｂをさらに備えている点で第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａと異なり、その他は同様である。ＯＲ回路２５ｂは、主開閉制御部２５のＡＮＤ回路２５ａの後段に設けられている。
【００３４】
補助開閉部１７は、本来電流のゼロクロス点を検出することを目的としており、通電を主目的とはしておらず、小型のスイッチ素子で構成されることが期待されている。しかしながら、商用電源において周波数がずれたり、あるいは負荷制御装置を５０Ｈｚと６０Ｈｚの共用で動作させようとしたりすると、主開閉部が非導通になってから電流のゼロクロス点までの時間が長くなり、負荷電流が十分に小さくなる前に補助開閉部に通電が開始されてしまう。また、負荷として過負荷接続された場合、補助開閉部での通電時間は同じであっても、通電損失が大きくなり、補助開閉部１７を構成するスイッチ素子が破損する可能性がある。そのため、第２実施形態では、電流検出部２６により補助開閉部１７に流れる電流値を検出し、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れたときに、再び短時間（第４所定時間）だけ主開閉部１１を導通させ（閉状態にさせ）、その後主開閉部１１が非導通（開状態）になるときに、補助開閉部１７を再び導通させる。
【００３５】
より具体的には、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れることを検知した電流検出部２６は、その旨の信号を主開閉制御部２５のＯＲ回路２５ｂに出力する。ＯＲ回路２５ｂは、上述したＡＮＤ回路２５ａからの出力信号又は電流検出部２６からの出力信号のいずれかの入力を受けたとき、主開閉部１１を短時間だけ導通させて補助開閉部１７を保護する。このように主開閉部１１と補助開閉部１７を繰り返し切り換えることにより、補助開閉部１７のスイッチ素子の破損を防止すると共に、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００３６】
本第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂによれば、電流検出部２６が、補助開閉部１７に許容値を超える電流が流れることを検出すると、主開閉部を一旦導通させ（閉状態にさせ）、その後非導通状態にする。これにより、補助開閉部１７のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部１７を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能となり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも制御部１３が、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受け出力する第１パルスと、ゼロクロス検出部１９から負荷電流のゼロクロス点の検出信号を受け出力する第２パルスとの論理積に基づいて主開閉部１１の動作を制御するように構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウエア的に第１パルス信号を出力するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図２】第１実施形態に係る負荷制御装置の高負荷時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態に係る負荷制御装置の低負荷時において、主開閉部の制御に第２所定時間を用いないと仮定した場合の各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図４】第１実施形態に係る負荷制御装置の低負荷時において、主開閉部の制御に第２所定時間を用いた場合の各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図６】第１従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図７】第２従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００３９】
１Ａ、１Ｂ 負荷制御装置
２ 電源
３ 負荷
１１ 主開閉部
１１ａ スイッチ素子
１２ 整流部
１３ 制御部
１４ 第１電源部
１５ 第２電源部
１６ 第３電源部
１７ 補助開閉部
１７ａ スイッチ素子
１８ 電圧検出部
１９ ゼロクロス検出部
２０ 主制御部
２１ 第１パルス出力部
２２ 第２パルス出力部
２３ 第３パルス出力部
２６ 電流検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、
サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、
前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、
前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部を備えた負荷制御装置において、
前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、
前記制御部は、負荷へ電力を供給しているときに、前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記ゼロクロス検出部が負荷電流のゼロクロス点を検出してから計数される負荷電流の半周期未満の第２所定時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記主開閉部が非導通のときに前記補助開閉部を第３所定時間導通させることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【請求項３】
前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする請求項２に記載の負荷制御装置。
【請求項１】
トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、
サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、
前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、
前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部を備えた負荷制御装置において、
前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、
前記制御部は、負荷へ電力を供給しているときに、前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記ゼロクロス検出部が負荷電流のゼロクロス点を検出してから計数される負荷電流の半周期未満の第２所定時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記主開閉部が非導通のときに前記補助開閉部を第３所定時間導通させることを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【請求項３】
前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする請求項２に記載の負荷制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４６５２７（Ｐ２０１０−１４６５２７Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６５０９（Ｐ２００８−３２６５０９）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【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２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]