説明

逆位相制御装置

【課題】負荷のインピーダンスが変化した場合であってもゼロクロスを精度よく検出できる逆位相制御装置を提供することである。
【解決手段】交流電源電圧を整流器12で全波整流し、整流器12で全波整流された電圧をメインスイッチQ1でオンオフ制御して負荷に流れる電流の導通を制御する。ゼロクロス検出部16は、整流器12で全波整流された電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス検出阻止部17は、ゼロクロス検出部16での前回のゼロクロスの検出時点から、所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止する。そして、制御部18は、ゼロクロス検出部16で検出されたゼロクロスのタイミングでメインスイッチQ1をオンするとともに一定の点弧角でオフし、整流器12で全波整流された電圧を逆位相制御する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、交流電源を逆位相制御して負荷へ供給する電力を制御する逆位相制御装置に関する。
【0002】
配線器具
【背景技術】
【0003】
例えば、白熱灯やLED照明器具等の照明負荷の調光制御には、負荷に対して供給する電力を調整するために負荷電流の導通角(導通期間の位相角)を制御する位相制御または逆位相制御が採用されている。
【0004】
通常、位相制御は、交流電圧のゼロクロス時点以降の任意の時点においてスイッチング素子がターンオンされて導通状態となり、次のゼロクロス時点でターンオフして負荷電流の導通角を制御している。
【0005】
一方、逆位相制御は、位相制御の場合と逆に、ゼロクロス時点でターンオンさせ、ゼロクロス時点以降の任意の時点においてスイッチング素子をターンオフさせて、負荷電流の導通角を制御している(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
この逆位相制御は、ゼロクロスを基準にして照明負荷の点灯・消灯タイミングを決定しているのでゼロクロスの検出が必須であり、ゼロクロスの検出は、通常、ツェナーダイオードの電圧及びコンデンサのチャージ電圧の調整により行っている。
【0007】
ここで、LEDの回路だけだと、電圧が下がったとき回路電流がスイッチング素子(例えば、トライアックTRAC)の保持電流以下となり、照明ランプが立ち切れしちらつきが発生することから、ゼロクロスまで半導体素子がオンし続けるように、ブリーダー抵抗(bleeder resistor)にて漏れ電流を作成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2000−106285号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところが、ブリーダー抵抗の切り替えにより、ゼロクロス検出部のツェナーダイオードにかかる電圧が変わるので、ゼロクロスの誤検出が発生する場合がある。ゼロクロスの誤検出が発生すると、ゼロクロスを基準に照明負荷の点灯・消灯タイミングを決定しているので、照明装置の点消灯の制御が適切に行えない。
【0010】
本発明の実施形態の目的は、負荷のインピーダンスが変化した場合であってもゼロクロスを精度よく検出できる逆位相制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の実施形態の逆位相制御装置は、交流電源電圧を全波整流する整流器と;前記整流器で全波整流された電圧をオンオフ制御して負荷に流れる電流の導通を制御するメインスイッチと;前記整流器で全波整流された電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と;前記ゼロクロス検出部での前回のゼロクロスの検出時点から所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止するゼロクロス検出阻止部と;前記ゼロクロス検出部で検出されたゼロクロスのタイミングで前記メインスイッチをオンするとともに一定の点弧角でオフし、前記整流器で全波整流された電圧を逆位相制御する制御部と;を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施形態によれば、ゼロクロスのタイミングを正確に取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態に係る逆位相制御装置の回路構成図。
【図2】本発明の実施形態に係る逆位相制御装置の制御電源部の動作を示す波形図。
【図3】本発明の実施形態に係る逆位相制御装置のゼロクロス検出部及び制御部の動作を示す波形図。
【図4】本発明の実施形態に係る逆位相制御装置のゼロクロス検出阻止部の動作を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係る逆位相制御装置の回路構成図である。交流電源11の交流電源電圧は整流器12で全波整流され、整流器12で全波整流された電圧は、制御電源部13及びメインスイッチQ1に入力される。制御電源部13は逆位相制御装置の制御電源を得るものである。メインスイッチQ1は、整流器12で全波整流された電圧をオンオフ制御して、整流器12で全波整流された電圧を逆位相制御し、負荷15に係る電圧を制御して負荷15に流れる電流の導通を制御するものである。
【0015】
ゼロクロス検出部16は、ゼロクロス検出部16は、交流電源電圧のゼロクロスを検出するものである。つまり、整流器12で全波整流された電圧のゼロクロスを検出するものであり、ゼロクロス検出部16で検出されたゼロクロスは、ゼロクロス検出阻止部17及び制御部18に入力される。
【0016】
ゼロクロス検出阻止部17は、ゼロクロス検出部16での前回のゼロクロスの検出時点から所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止するものである。これにより、負荷に係る電圧の大きさが変動した場合に、ゼロクロスの誤検出を防止するようにしている。これの詳細については後述する。また、制御部18は、ゼロクロス検出部16で検出されたゼロクロスのタイミングでメインスイッチQ1をオンするとともに一定の点弧角でオフし、整流器12で全波整流された電圧を逆位相制御し、負荷15に係る電圧を制御して負荷15に流れる電流の導通を制御する。
【0017】
次に、逆位相制御装置を構成する制御電源部13、ゼロクロス検出部16、ゼロクロス検出阻止部17、制御部18について説明する。
【0018】
まず、制御電源部13について説明する。制御電源部13は、抵抗Ra、Rb(Ra>Rb)を有する。抵抗Raは定電流回路19を介して電源コンデンサCCに接続されている。電源コンデンサCCにはツェナーダイオードZD1が並列に接続されている。また、抵抗Rbは電源スイッチQ0を介して電源コンデンサCCに接続されている。この電源スイッチQ0のゲートには抵抗Rb1、コンデンサCb1のタイマ回路20が接続されている。電源スイッチQ0は抵抗Rb1を介して制御部18の調光IC21からのゲート信号g1が入力されると瞬時にオンし、ゲート信号g1が入力されなくなると、タイマ回路20により、ゲート信号g1が入力されなくなってから所定時間ΔT1の経過後に電源スイッチQ0のゲートをオフする。なお、タイマ回路を有していないことから、メインスイッチQ1は抵抗Rmを介して制御部18の調光IC21からのゲート信号g1が入力されると瞬時にオンし、ゲート信号g1が入力されなくなると瞬時にオフとなる。
【0019】
いま、メインスイッチQ1及び電源スイッチQ0がオフのときは、整流器12の直流側は、整流器12、抵抗Ra、定電流回路19、電源コンデンサCC、整流器12の回路が形成される。従って、整流器12で全波整流された電圧は抵抗Raを介して定電流回路19に入力され、ツェナーダイオードZD1に並列に接続された電源コンデンサCCに充電される。これにより電源コンデンサCCに制御電源が確保される。
【0020】
一方、メインスイッチQ1がオンのときは、整流器12の直流側は、整流器12、メインスイッチQ1、整流器12の回路が形成されるので、電源コンデンサCCには充電されない。さらに、メインスイッチQ1がオフ、電源スイッチQ0がオンのときは、整流器12の直流側は、整流器12、抵抗Ra、定電流回路19、電源コンデンサCC、整流器12の第1回路と、整流器12、抵抗Rb、電源コンデンサCC、整流器12の第2回路が形成されるが、抵抗Ra、Rbは、Ra>Rbであるので、第1の回路より第2の回路の方により多くの電流が流れる。従って、電源コンデンサCCに制御電源が充電される。
【0021】
図2は制御電源部13の動作を示す波形図である。時点t0において、メインスイッチQ1及び電源スイッチQ0の双方がオフしている状態では、前述したように、整流器12で全波整流された電圧は抵抗Raを介して定電流回路19に入力され、ツェナーダイオードZD1に並列に接続された電源コンデンサCCに充電される。そして、時点t1において、ゼロクロス検出部16が整流器で全波整流された電圧のゼロクロスを検出したとすると、制御部18の調光IC21はメインスイッチQ1及び電源スイッチQ0の双方にゲート信号g1を出力する。これにより、メインスイッチQ1及び電源スイッチQ0の双方がオンする。
【0022】
メインスイッチQ1及び電源スイッチQ0の双方がオンした状態では、メインスイッチQ1がオンしていることから電源コンデンサCCには充電されない。そして、時点t2で制御部18の調光IC21からのゲート信号g1がオフするとメインスイッチQ1がオフする。電源スイッチQ0のゲートにはタイマ回路20が接続されているので、制御部18の調光IC21からのゲート信号g1がオフされてから所定時間ΔT1の経過後の時点t3で、電源スイッチQ0はオフする。このメインスイッチQ1がオフ、電源スイッチQ0がオンの状態の所定期間tのときに、多くの電流が流れ、電源コンデンサCCに制御電源が充電される。
【0023】
以下、時点t4〜t6、時点t7〜t9、時点t10〜t12、時点t13〜t15、時点t16〜t18…、と同様の動作となる。これにより、制御電源部13は制御電源を確保する。
【0024】
次に、ゼロクロス検出部16について説明する。ゼロクロス検出部16は、整流器12で全波整流された電圧のゼロクロスを検出するものである。ツェナーダイオードZD2は、メインスイッチQ1のアノードとカソードとの端子間電圧(負荷電圧)を入力し、メインスイッチQ1の電圧が所定のツェナー電圧VZD2を超えたときは導通し抵抗R1に電圧を発生する。つまり、メインスイッチQ1がオフ状態で、かつ、メインスイッチQ1の電圧がツェナー電圧VZD2を超えた状態のときに、ツェナーダイオードZD2は導通し抵抗R1に電圧を発生する。ツェナーダイオードZD2が導通しているときは、抵抗R2を介してスイッチQ2にベース電流が流れスイッチQ2がオンし、抵抗R3の電圧はツェナー電圧VZD2となりスイッチQ3のベースには電流が流れない。従って、スイッチQ3はオフとなる。
【0025】
スイッチQ3がオフであるとスイッチQ4のベース電圧は高であるが、スイッチQ4はpnp形であるのでベースには電流が流れない。従って、スイッチQ4はオフとなる。これにより、スイッチQ3、Q4のオンオフ動作は同じである。
【0026】
スイッチQ4には可変抵抗VR1を介してコンデンサC1が直列に接続され、また、コンデンサC1には、並列に可変抵抗VR2、スイッチQ5が接続されている。可変抵抗VR1、VR2は、コンデンサC1に充電される時定数を設定するものであり、スイッチQ5はコンデンサC1に充電された電荷を強制的に放電させるためのスイッチである。コンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1となったときに、ゼロクロス検出部16はゼロクロスを検出したことになる。ゼロクロス検出部16は、コンデンサC1の電圧VC1をゼロクロス判定信号S0としてゼロクロス検出阻止部17及び制御部18に出力する。
【0027】
スイッチQ4がオフのときは、コンデンサC1にはメインスイッチQ1の電圧が印加されないので、コンデンサC1に電荷が充電されることがなく、コンデンサC1の電圧VC1は0であり、ゼロクロスが検出された状態ではない。
【0028】
一方、メインスイッチQ1の電圧が所定のツェナー電圧VZD2を下回ったときは、ツェナーダイオードZD2は不導通となり抵抗R1の電圧は0となる。つまり、メインスイッチQ1がオフ状態で、かつ、メインスイッチQ1の電圧がツェナー電圧VZD2を下回ったとき、ツェナーダイオードZD2は不導通となり抵抗R1の電圧は0となる。ツェナーダイオードZD2が不導通のときは、抵抗R2を介してスイッチQ2にベース電流が流れないのでスイッチQ2はオフであり、抵抗R3を介してスイッチQ3のベースに電流が流れる。従って、スイッチQ3はオンとなる。スイッチQ3がオンとなると、抵抗R4の電圧はツェナー電圧VZD2となりスイッチQ4のベース電圧は0となり、スイッチQ4はpnp形であるのでベースに電流が流れる。従って、スイッチQ4はオンとなる。
【0029】
スイッチQ4がオンとなると、メインスイッチQ1の電圧がスイッチQ4及び可変抵抗VR1を介してコンデンサC1に印加され、コンデンサC1には充電が開始される。コンデンサC1の充電により、コンデンサC1の電圧VC1が立ち上がり、そのコンデンサC1の電圧VC1がゼロクロス判定信号S0としてゼロクロス検出阻止部17及び制御部18に出力される。
【0030】
次に、制御部18について説明する。制御部18はゼロクロス検出部16から、コンデンサC1の電圧VC1を調光制御IC21のA端子にゼロクロス判定信号S0として入力する。調光制御IC21は、コンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1以上であるとき(ゼロクロス判定信号S0が高であるとき)は、Q端子からゲート信号g1を出力する。ゲート信号g1はメインスイッチQ1及び電源スイッチQ0のゲートに出力される。
【0031】
また、制御部18はタイマ回路22を有し、タイマ回路22は、抵抗R5、可変抵抗VR3、VR4、VR5、コンデンサC2から構成され、コンデンサC2の両端部が調光制御IC21のタイマ端子であるT1端子、T2端子に接続されている。可変抵抗VR3、VR4、VR5は、コンデンサC2に充電される時定数を設定するものである。
【0032】
調光制御IC21のA端子に高のゼロクロス判定信号S0が入力されると、Q端子から瞬時にゲート信号g1を出力するとともに、タイマ回路22は所定時間TAの経過後にメインスイッチQ1のゲート信号g1の出力を停止する。
【0033】
図3はゼロクロス検出部16及び制御部18の動作を示す波形図である。時点t1において、メインスイッチQ1がオフ状態で、メインスイッチQ1の電圧が所定のツェナー電圧VZD2を下回ったときは、スイッチQ2のベース電圧は0となりスイッチQ2はオフとなるので、スイッチQ3のベース電圧が高となりスイッチQ3はオンとなる。スイッチQ3がオンとなると、スイッチQ4のベース電圧は0となり、スイッチQ4はpnp形であるのでベースに電流が流れスイッチQ4はオンとなる。
【0034】
スイッチQ4がオンとなると、メインスイッチQ1の電圧がスイッチQ4及び可変抵抗VR1を介してコンデンサC1に印加され、コンデンサC1には充電が開始される。コンデンサC1の充電により、コンデンサC1の電圧VC1が立ち上がり、時点t2において、そのコンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1以上(ゼロクロス判定信号S0が高)となると、制御部18の調光IC21のQ端子からゲート信号g1が出力されるとともに、制御部18のタイマ回路22が動作開始する。そして、時点t3で所定時間TAをカウントすると、調光IC21はメインスイッチQ1のゲート信号g1の出力を停止する。
【0035】
以下、時点t4〜t6、時点t7〜t9、時点t10〜t12、時点t13〜t15、時点t16〜t18…、と同様の動作となる。これにより、制御電源部13は制御電源を確保する。
【0036】
ここで、コンデンサ電圧VC1が立ち上がり時間は、可変抵抗VR1、VR2、コンデンサC1により、メインスイッチQ1の電圧がツェナーダイオードZD2のツェナー電圧VZD2になってからゼロクロスするまでの時間が予め設定される。
【0037】
次に、ゼロクロス検出阻止部17について説明する。ゼロクロス検出阻止部17は、ゼロクロス検出部16での前回のゼロクロスの検出時点から所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止するものであり、これにより、負荷のインピーダンスが変化した場合であってもゼロクロスのタイミングを正確に取得するものである。これは、負荷のインピーダンスが変化した場合には、負荷電圧(メインスイッチQ1の電圧)が変化し、ゼロクロス検出部16のツェナーダイオードZD2にかかる電圧が変わり、ゼロクロスの誤検出が発生する場合があるので、それを防止するためである。
【0038】
ゼロクロス検出阻止部17はゼロクロス検出部16から、コンデンサC1の電圧VC1をゼロクロス検出阻止IC23のA端子にゼロクロス判定信号S0として入力する。ゼロクロス検出阻止IC23は、コンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1以上であるとき(ゼロクロス判定信号S0が高であるとき)は、Q端子からゼロクロス検出阻止信号h1をゼロクロス検出部16のスイッチQ5のベースに出力する。
【0039】
また、ゼロクロス検出阻止部17はタイマ回路24を有し、タイマ回路24は、抵抗R6、可変抵抗VR6、コンデンサC3から構成され、コンデンサC3の両端部がゼロクロス検出阻止IC23のタイマ端子であるT1端子、T2端子に接続されている。可変抵抗VR6は、コンデンサC3に充電される時定数を設定するものである。
【0040】
ゼロクロス検出阻止部17のA端子に高のゼロクロス判定信号S0が入力されると、Q端子からゼロクロス検出阻止信号h1を出力するとともに、タイマ回路24は所定時間TBの経過後にゼロクロス検出阻止信号h1の出力を停止する。
【0041】
図4はゼロクロス検出阻止部17の動作を示す波形図である。時点t1において、メインスイッチQ1がオフ状態で、メインスイッチQ1の電圧が所定のツェナー電圧VZD2を下回ったときは、ゼロクロス阻止部16のコンデンサC1には充電が開始される。コンデンサC1の充電により、コンデンサC1の電圧VC1が立ち上がり、時点t2において、そのコンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1以上(ゼロクロス判定信号S0が高)となると、調光IC21はメインスイッチQ1のゲート信号g1の出力するとともに、制御部18のタイマ回路22が動作開始する。そして、時点t3で所定時間TAをカウントすると、調光IC21はメインスイッチQ1のゲート信号g1の出力を停止する。
【0042】
また、時点t2において、そのコンデンサC1の電圧VC1が所定電圧VRC1以上(ゼロクロス判定信号S0が高)となると、ゼロクロス検出阻止部17のタイマ回路24は動作開始し、時点4において、所定時間TBとなるとゼロクロス検出阻止信号h1の出力を停止する。この所定時間TBの間は、ゼロクロス検出阻止信号h1をゼロクロス検出部16のスイッチQ5のベースに出力し、コンデンサC1に充電された電荷を強制的に放電させる。これにより、所定時間TBの間はゼロクロスの検出を阻止する。
【0043】
いま、時点8以降において、負荷のインピーダンスが変化し、負荷電圧(メインスイッチQ1の電圧)が小さくなったとする。この場合、メインスイッチQ1の電圧が小さくなるので、メインスイッチQ1の電圧がゼロクロス検出阻止部17のツェナーダイオードZD2のツェナー電圧VZD2になる時点がt10となり、メインスイッチQ1の電圧に変化がない場合にツェナー電圧VZD2になる時点t11より、期間ΔT2だけ早い時期となる。
【0044】
従って、ゼロクロス検出阻止部17がない場合には、時点t10からコンデンサC1の電圧は立ち上がり始めるが、ゼロクロス検出阻止部17を設けているので、ゼロクロス検出部16のスイッチQ5のベースにゼロクロス検出阻止信号h1が出力される。従って、所定時間TBの間はゼロクロスの検出が阻止される。所定時間TBとしては、負荷電圧(メインスイッチQ1の電圧)に変化がない状態でのゼロクロス検出部16での前回のゼロクロスの検出時点から次のゼロクロスの検出時点までの時間が予め設定される。これにより、負荷のインピーダンスが変化し、負荷電圧(メインスイッチQ1の電圧)が小さくなったとしても、ゼロクロスを精度よく検出できる。
【0045】
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、ゼロクロス検出阻止部17を設け、ゼロクロス検出部16での前回のゼロクロスの検出時点から、所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止するので、負荷のインピーダンスが変化して負荷電圧(メインスイッチQ1の電圧)が変化した場合であっても、ゼロクロスを精度よく検出できる。従って、ゼロクロスを基準に照明負荷の点灯・消灯タイミングを決定する逆位相制御の場合に、照明装置の点消灯の制御が適切に行える。
【0046】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0047】
Q0…電源スイッチ、Q1…メインスイッチ、11…交流電源、12…整流器、13…制御電源部、15…負荷、16…ゼロクロス検出部、17…ゼロクロス検出阻止部、18…制御部、19…定電流回路、20…タイマ回路、21…調光IC、22…タイマ回路、23…ゼロクロス検出阻止IC、24…タイマ回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源電圧を全波整流する整流器と;
前記整流器で全波整流された電圧をオンオフ制御して負荷に流れる電流の導通を制御するメインスイッチと;
前記整流器で全波整流された電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と;
前記ゼロクロス検出部での前回のゼロクロスの検出時点から所定時間は次のゼロクロスの検出を阻止するゼロクロス検出阻止部と;
前記ゼロクロス検出部で検出されたゼロクロスのタイミングで前記メインスイッチをオンするとともに一定の点弧角でオフし、前記整流器で全波整流された電圧を逆位相制御する制御部と;
を備えたことを特徴とする逆位相制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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