负载控制装置
技术领域
本发明涉及一种双线式的负载控制装置。
背景技术
以往,为了控制照明装置、换气扇等负载的启动(on)/关闭(off)而实际应用了使用三端双向交流开关(triac)等无触点开关元件的负载控制装置(电子开关)来代替机械地开闭触点的双线式开关(参照专利文献1)。这样的负载控制装置从节省配线的观点出发,双线式接线较为普遍,被串联连接在商用电源(交流电源)与负载之间。像这样串联连接在商用电源与负载之间的负载控制装置如何确保自己的电路电源成为问题。
图10表示以往的串联连接在商用电源2与负载3之间的双线式的负载控制装置50的电路结构。该负载控制装置50由对负载3的启动/关闭进行控制的主开闭部51及辅助开闭部57、对主开闭部51及辅助开闭部57的导通进行控制的控制部53、以及用于向控制部53供给驱动电力的电源电路构成。电源电路由整流部52、使向控制部53的供电稳定的第一电源部54、在向负载3的电力停止时向第一电源部54供给电力的第二电源部55、以及在进行向负载3的电力供给时向第一电源部54供给电力的第三电源部56构成。辅助开闭部57例如具备晶闸管(thyristor)57a,在负载3的容量小而只能流过比用于保持主开闭部51的三端双向交流开关(主开关元件)51a的导通状态的保持电流小的电流的情况下,该晶闸管57a起到使主电路电流流过该负载3的作用。
第二电源部55例如是由对电流进行限制的电阻和对电压进行箝位(clip)的齐纳二极管(稳压二极管)55a等构成的稳压电路,被输入由整流部52进行全波整流得到的脉动电流。而且,仅在被输入的脉动电流的电压值高于齐纳二极管55a的齐纳电压时电流流动。电流的一部分流向第一电源部54,作为控制部53的电力被供给,并且对连接在第一电源部54的输入端子间的缓冲电容器54a进行充电。在由整流部52进行全波整流得到的脉动电流的电压低于齐纳电压时,缓冲电容器54a成为电源而向第一电源部54供给电力。因此,缓冲电容器54a重复进行充放电。换言之,即使负载3原本是关闭的状态,电流也通过齐纳二极管55a和整流部52而流向负载3。此时流向负载3的电流必须是负载3不进行错误动作的程度的微小电流,被设定成使控制部53的消耗电流维持得小、使第二电源部55的阻抗维持得高。此外,第一电源部54作为电压稳定化部而发挥功能。
另一方面,当对用于使负载3启动的操作手柄(SW)4进行操作时,控制部53输出控制信号,根据该控制信号,第三电源部56的开关元件56c导通,其结果,对缓冲电容器54a进行充电。当缓冲电容器54a被充电时,电流按齐纳二极管56a、辅助开闭部57的晶闸管57a、主开闭部51的三端双向交流开关51a的顺序流动。当三端双向交流开关51a接通时,整流部52的整流电压几乎变为零,因此第二电源部55变为非导通,从而电流不流动。第三电源部56也同样。
在第二电源部55和第三电源部56为非导通的期间,第一电源部54被供给来自缓冲电容器54a的电力,因此第一电源部54的输入电压、即缓冲电容器54a的端子电压逐渐下降。然后,当流过三端双向交流开关51a的电流变为零时,通过自我消弧而三端双向交流开关51a变为打开状态(非导通),在整流部52中产生电压。当该电压变得高于缓冲电容器54a的端子电压时,开始对缓冲电容器54a进行充电。第二电源部55的阻抗被设定成充分高于第三电源部56的阻抗,因此在负载3处于启动状态时,第二电源部55无助于负载控制装置50的动作。
一旦主开闭部51导通(闭合状态),则使电流持续流动,但是在商用电流到达零交叉点时,三端双向交流开关51a自我消弧,主开闭部51变为非导通(打开状态)。当主开闭部51变为非导通(打开状态)时,电流再次从整流部52经过第三电源部56流向第一电源部54,进行确保负载控制装置50的自电路电源的动作。即,每隔交流的1/2周期,重复进行负载控制装置50的自电路电源确保、辅助开闭部57的导通以及主开闭部51的导通动作。
另外,从降低消耗电力的观点出发,正推进置换为LED灯泡等。由于LED元件通过直流进行发光,因此在LED灯泡的内部设置有将交流变换为直流的电源电路,但是也存在廉价的LED灯泡等没有对一部分负载的电源电路实施噪声应对措施(例如在电源电路的端子间并联连接电容器等)的负载。在没有实施噪声应对措施的LED灯泡等作为负载连接在上述双线式的负载控制装置50的情况下,即使在负载原本应该是关闭的状态时,也为了确保负载控制装置50的自电路电源而负载中流过电流,由此有可能产生负载的错误动作(例如LED灯泡的闪烁等)。另外,在上述以往的负载控制装置50中,由于通过齐纳二极管55a使电压下降,因此与电压下降量相应的能量由于热变换等而被消耗,对于能效的改善的贡献不大。
专利文献1:日本特开2008-97535号公报
发明内容
本发明是为了解决上述现有例的问题而完成的,提供一种双线式的负载控制装置,该双线式的负载控制装置在将负载关闭的状态下,减少负载控制装置的待机电力(内部电源的消耗电力),从而即使在连接了没有实施噪声应对措施的LED灯泡等负载的情况下,也能够防止由于漏电流引起的负载的错误动作(LED灯泡的错误发光等)。
本发明的一个方式所涉及的双线式负载控制装置串联连接在商用电源与负载之间,该双线式负载控制装置具有关闭电源部,该关闭电源部用于在将上述负载关闭的状态时确保内部电源,上述关闭电源部具备多个电容器,该多个电容器根据输入电压的水平被切换为串联和并联,上述关闭电源部重复进行上述多个电容器的充电和放电,将上述多个电容器的放电所产生的电力作为上述内部电源。
另外,本发明的另一方式所涉及的双线式负载控制装置串联连接在商用电源与负载之间,具备:主开闭部,其上述主开关元件的主电极与上述商用电源及上述负载串联连接,控制对于负载的电力供给;整流部,其连接在上述主开关元件的主电极间;控制部,其根据来自外部的信号,控制负载的启动或关闭;第一电源部,其用于稳定地向上述控制部供给电力;第二电源部,其从上述主开闭部的两端通过整流部被供给电力,在将上述负载关闭的状态时,供给向上述第一电源部的电源;以及第三电源部,其从上述主开闭部的两端通过整流部被供给电力,在将上述负载启动的状态时,供给向上述第一电源部的电源,其中,上述第一电源部是将所输入的直流电流进行降压使得输出电压低于输入电压的DC/DC转换器,上述第二电源部具备多个电容器、将上述多个电容器切换为串联连接和并联连接的串并联切换电路、与向上述第一电源部的输出端子连接的第一开关以及对上述第一开关的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制的第一开关控制部,在向上述第二电源部的输入电压高于规定的电压时,上述串并联切换电路将上述多个电容器串联连接来使上述多个电容器充电,并且上述第一开关控制部将上述第一开关设为断开(打开状态),在向上述第二电源部的输入电压为上述规定的电压以下时,上述串并联切换电路将上述多个电容器并联连接来使上述多个电容器放电,并且上述第一开关控制部将上述第一开关设为接通(闭合状态),通过重复进行上述多个电容器的充电和放电,来将来自上述整流部的输入电压降压至规定水平后输出。
根据上述结构,在成为将负载关闭的状态下的负载控制装置的内部电源的第二电源部(关闭电源部)中,与串联连接的电容器的级数相应地输入电压(脉动电流)的峰值电压被降压。在通过第二电源部(关闭电源部)进行降压时,因热变换等引起的能量损失远比使用齐纳二极管的情况少,因此能够减少负载控制装置的待机电力(内部电源的消耗电力)。另外,在负载的关闭状态下,通过第二电源部(关闭电源部)流向负载的电流进一步变少,因此即使在连接了没有实施噪声应对措施的LED灯泡等负载的情况下,负载进行错误动作的可能性也变小。
在上述结构中,优选的是,上述第二电源部还具备将从上述整流部输入的电压钳制为规定的值的电压钳位电路,以免向串联连接的上述多个电容器施加上述规定的电压以上的电压。
另外,优选的是,上述串并联切换电路由第二开关和第二开关控制部构成,该第二开关与上述多个电容器的端子连接,对上述多个电容器的串联连接和并联连接进行切换,该第二开关控制部控制上述第二开关的连接状态。
另外,优选的是,上述多个电容器是三个以上,上述第二开关控制部使串联连接的上述多个电容器的数量可变。
上述第二电源部也可以还具备峰值电压检测部,该峰值电压检测部检测从上述商用电源或上述整流部输入的输入电压的峰值电压,上述第二开关控制部根据上述商用电源的峰值电压来通过上述第二开关变更进行串联连接的上述多个电容器的数量。
上述串并联切换电路也可以由串联连接在上述多个电容器之间的第一二极管以及以使电流沿与充电时相反的方向流动的方式连接的第二二极管构成。
还能够设为:上述多个电容器是三个以上,上述第二电源部还具备:第三开关,其与上述多个电容器的至少一个并联连接;以及第三开关控制部,其对上述第三开关的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制,通过控制上述第三开关的接通(闭合状态)和断开(打开状态),来变更进行串联连接的上述多个电容器的数量。
上述第二电源部也可以还具备峰值电压检测部,该峰值电压检测部检测从上述商用电源或上述整流部输入的输入电压的峰值电压,上述第三开关控制部根据上述商用电源的峰值电压来通过上述第三开关变更进行串联连接的上述多个电容器的数量。
上述第二电源部也可以还具备限流元件,该限流元件用于在上述多个电容器串联连接时限制用于对上述多个电容器进行充电的电流量。
也可以是:上述限流元件使电流量可变,上述第二电源部还具备:输出电压检测部,其检测从上述第二电源部向上述第一电源部输出的电压;以及限流元件控制部,其对由上述限流元件限制后的电流量进行控制,上述限流元件控制部根据由上述输出电压检测部检测出的来自第二电源部的输出电压控制由上述限流元件限制后的电流量。
也可以设为:上述第二电源部还具备峰值电压检测部,该峰值电压检测部检测从上述商用电源或上述整流部输入的输入电压的峰值电压,上述第一开关控制部根据上述峰值电压控制上述第一开关的打开时间。
优选的是,上述第一开关和上述第一开关控制部由通过输入规定的控制信号来导通的半导体元件构成,将来自上述整流部的输出电压作为上述控制信号输入到上述半导体元件。
优选的是,上述第一开关和上述第一开关控制部由通过输入规定的控制信号来导通的半导体开关元件构成,将来自上述电压钳位电路的输出电压作为上述控制信号输入到上述半导体开关元件。
优选的是,上述第一开关控制部根据上述第二电源部的输出电压控制上述第一开关的打开时间。
优选的是,上述电压钳位电路具备串联连接的多个稳压二极管,串联连接的上述多个稳压二极管的中间连接点与上述第一电源部的输入部连接,使流向串联连接的上述多个稳压二极管的电流的一部分流向上述第一电源部侧。
优选的是,上述电压钳位电路具备串联连接的多个稳压二极管以及与至少一个稳压二极管并联连接的开关元件,上述负载控制装置还具备:峰值电压检测部,其检测从上述商用电源或上述整流部输入的输入电压的峰值电压;以及第四开关控制部,其控制上述开关元件的接通(闭合状态)和断开(打开状态),其中,上述第四开关控制部根据上述峰值电压使上述稳压二极管的电压可变。
附图说明
本发明的目的以及特征将通过与如下的附图一起提供的后述的优选实施方式的说明而变得清楚。
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图2是表示第一实施方式所涉及的双线式负载控制装置的各部分的电压以及动作的时序图。
图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图4是表示第二实施方式所涉及的双线式负载控制装置的各部分的电压以及动作的时序图。
图5是表示本发明的第三实施方式所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图6是表示第二实施方式的变形例所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图7是表示其它变形例所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图8是表示另一变形例所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图9是表示另一变形例所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
图10是表示现有例所涉及的双线式负载控制装置的结构的电路图。
具体实施方式
下面,参照形成本说明书的一部分的附图更详细地说明本发明的实施方式。在所有附图中,针对同一或者类似的部分附加相同的部件标记,并省略对其的重复说明。
(第一实施方式)
参照图1和图2说明本发明的第一实施方式所涉及的双线式负载控制装置1A。图1是表示双线式负载控制装置1A的结构的电路图,图2是表示各部分的电压以及动作的时序图。该负载控制装置1A与商用电源2和负载3串联连接。负载控制装置1A与上述第一现有例同样地由控制负载3的启动/关闭的主开闭部11及辅助开闭部17、控制主开闭部11及辅助开闭部17的导通的控制部13、以及用于向控制部13供给驱动电力的电源电路构成。电源电路由如下部分构成:整流部12;第一电源部14,其使向控制部13的供电稳定;第二电源部15,其在向负载3的电力停止时,向第一电源部14供给电力;以及第三电源部16,其在进行向负载3的电力供给时,向第一电源部14供给电力。辅助开闭部17例如具备晶闸管17a,将使主开闭部11的三端双向交流开关(主开关元件)11a导通所需要的大小的电流供给至主开关元件11a的栅极。第一电源部14是对所输入的直流电流进行降压使得输出电压低于输入电压的DC/DC转换器。此外,第二电源部15以外的结构与上述第一现有例相同,因此省略其说明。
第二电源部15具备多个(例如三个)电容器151a~151c以及连接在各电容器151a~151c的端子之间的多个二极管152a~152g。另外,第二电源部15的输出端子15b上连接有第一开关(FET)153,第一开关153的控制电极(FET的栅电极)被施加第二电源部15的输入电压。从整流部12如图2所示那样输出进行全波整流得到的脉动电流(即,第二电源部15的输入电压),因此,最初,第一开关153为接通(闭合状态),第二电源部15的输入电压假设为0V电压。随着第二电源部15的输入电压的上升,电流通过二极管152a和第一开关153流向第一电源部14。当第二电源部15的输入电压高于规定的电压时,第一开关153变为断开(打开状态),向第一电源部14的电力供给被停止,从缓冲电容器14a向第一电源部1供给电力。
当第一开关153变为断开(打开状态)时,二极管152a、电容器151a、二极管152b、电容器151b、二极管152c、电容器151c被串联连接,电流经过它们的串联电路流向地。在此期间,各电容器151a~151c分别被充电,各电容器151a~151c的端子电压以使用相同规格的电容器(部件)为条件而变为将输入电压的峰值电压除以电容器的数量得到的电压。二极管152a、152b以及二极管152c作为将电容器151a~151c进行串联连接的第一二极管而发挥功能。
当第二电源部15的输入电压变为规定的电压以下时,第一开关153再次变为接通(闭合状态),电流通过限流电阻、二极管152a以及第一开关153流向第一电源部14。当第二电源部15的输入电压低于电容器151a~151c的端子电压时,由各电容器151a~151c接收到的电荷开始放电,通过第一开关153流向第一电源部14。即,通过从电容器151a~151c的放电来补充第二电源部15的输入电压的下降所引起的电力不足,图1所示的第二电源部15的电路结构是所谓的填谷电路(谷埋+回路)。另外,由多个电容器151a~151c的串联电路对输入电压的峰值电压进行分压,并且通过第一开关153不会输出上述规定的电压以上的电压,因此第二电源部15作为降压电路发挥功能。二极管152a~152g作为用于将电容器151a~151c进行并联连接且使电流沿与充电时相反的方向流动的第二二极管发挥功能。另外,二极管152a~152g以及第一开关153作为用于对电容器151a~151c的串联和并联进行切换的串并联切换电路发挥功能。并且,第一开关153的控制电极(FET的栅电极)以及第二电源部15的输入电压作为对第一开关153的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制的第一开关控制部发挥功能。
此外,第二电源部15的电容器的数量只要是两个以上即可,没有特别地进行限定。另外,第一开关和第一开关控制部只要能够在向第二电源部15的输入电压高于规定的电压时将第一开关设为断开(打开状态)、在向第二电源部15的输入电压为上述规定的电压以下时将第一开关设为接通(闭合状态)即可,并不限定于上述FET。例如也可以是由微计算机进行控制的开关等。
根据第一实施方式的结构,因热变换等引起的能量损失远比由使用齐纳二极管的稳压电路构成的现有例少,因此能够减少负载控制装置1A的待机电力。因此,在将负载3关闭的状态下,通过第二电源部15流向负载3的电流进一步变少,即使在连接了没有实施噪声应对措施的LED灯泡等负载的情况下,也能够防止负载的错误动作(LED灯泡的错误发光等)。
(第二实施方式)
参照图3和图4说明本发明的第二实施方式所涉及的双线式负载控制装置1B。图3是表示双线式负载控制装置1B的结构的电路图,图4是表示各部分的电压以及动作的时序图。该负载控制装置1B的第二电源部15除了上述第一实施方式的结构以外,还在串联连接的多个二极管的151a~151c的前级连接有由齐纳二极管(稳压二极管)154和半导体开关元件155构成的电压钳位电路(稳压电路)以钳制输入电压。
从电压钳位电路输出由齐纳二极管154的齐纳电压控制的矩形波电压,第一开关153与该矩形波大致同步地被接通/断开。在第一开关153为接通(闭合状态)时,来自电压钳位电路的输出电压大致为0V,因此只有从电容器151a~151c放出的电荷主要被供给至第一电源部14。来自第二电源部15的输出电压成为以将输入电压的峰值电压除以电容器的数量得到的电压为峰值电压的大致矩形波。
第二实施方式的第二电源部15与现有例同样地具备由齐纳二极管154和半导体开关元件155构成的电压钳位电路(稳压电路)。然而,从电压钳位电路输出的电流只是主要用于对电容器151a~151c进行充电,不直接流向第一电源部14,因此流过钳位电路的电流值非常小。并且,电压钳位电路的输出电压进一步被多个电容器151a~151c分压而降压。因而,与现有例相比,能够提高齐纳二极管154的齐纳电压,能够进一步减小因热变换等引起的能量损失。另外,与上述第一实施方式的结构相比,被施加到电容器、二极管等部件的电压通过电压钳位电路被降压,因此能够保证这些部件的耐压。
(第三实施方式)
参照图5说明本发明的第三实施方式所涉及的双线式负载控制装置1C。图5是表示双线式负载控制装置1C的结构的电路图。第三实施方式是将第一开关153、对多个电容器的串联连接和并联连接进行切换的串并联切换电路以及它们的控制部进行IC(集成电路)化而成。串并联切换电路由如下部分构成:第二开关156,其与电容器151a~151c的端子连接,对电容器的串联连接和并联连接进行切换;以及第二开关控制部157,其控制第二开关156的连接状态。第二开关控制部157也可以构成为兼作对第一开关的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制的第一开关控制部。
并且,在电容器是三个以上的情况下,第二开关控制部157也可以构成为能够任意地变更进行串联连接的电容器的数量。或者,也可以构成为设置检测从商用电源2或整流部12输入的输入电压的峰值电压的峰值电压检测部158,例如能够根据输入电压的峰值电压自动变更进行串联连接的电容器的数量。如周知的那样,作为商用电源2的电压,100V~120V系列和200V~240V系列并存。根据这样的结构,能够将相同的负载控制装置1C使用于商用电源100V系列和200V系列等电压不同的系统。并且,也可以构成为在第二开关控制部157兼作第一开关控制部的情况下,根据由峰值电压检测部158检测出的峰值电压来控制第一开关153的打开时间。或者,也可以构成为设置检测从第二电源部15向第一电源部14输出的电压的输出电压检测部162(参照图7),根据第二电源部15的输出电压来控制第一开关153的打开时间。例如在向第二电源部15的输入电压或来自第二电源部15的输出电压高于规定的阈值的情况下,进行控制使得第一开关153的打开时间变短,由此能够进行控制使得从第二电源部15输出的电流量为固定。并且,也可以构成为根据峰值电压来变更阈值。
(其它变形例)
图6表示图3所示的第二实施方式的变形例所涉及的双线式负载控制装置1D的结构,在进行串联连接的电容器是三个以上的情况下,将第三开关159以并联的方式与多个电容器151a~151c中的至少一个进行并联连接,并且设置有对第三开关159的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制的第三开关控制部160。由此,能够变更进行串联连接的多个电容器的数量。并且,也可以构成为设置检测从商用电源2或整流部12输入的输入电压的峰值电压的峰值电压检测部158,能够根据输入电压的峰值电压自动变更进行串联连接的多个电容器的数量。
图7是表示其它变形例所涉及的双线式负载控制装置1E的结构的电路图。在该双线式负载控制装置1E中,电阻器等限流元件161串联连接在多个电容器151a~151c的串联电路上。能够通过限流元件161限制对电容器151a~151c进行充电时的充电电流。并且,作为限流元件161,使用可变电阻器等来使电流量可变,也可以还设置检测从第二电源部15向第一电源部14输出的电压的输出电压检测部162以及对由限流元件161限制后的电流量进行控制的限流元件控制部163。由此,能够根据来自第二电源部15的输出电压来控制由限流元件161限制后的电流量。此外,图7是以图3所示的第二实施方式的结构为基础来描绘的,但是并不限定于第二实施方式的变形例,也能够在其它的实施方式的结构中追加限流元件(在下面的变形例中,只要没有特别的矛盾,也是同样的)。
图8是表示另一变形例所涉及的双线式负载控制装置1F的结构的电路图。在该双线式负载控制装置1F中,作为电压钳位电路的齐纳二极管,将多个(不限定于两个)齐纳二极管154a、154b…进行串联连接,齐纳电压的中间电压被输入到第二电源部15的输出端子15b。流过电压钳位电路的齐纳二极管的电流经由地而还流向负载3,但是通过使其一部分流向第一电源部14,能够减少流向负载3的电流。
图9是表示另一变形例所涉及的双线式负载控制装置1G的结构的电路图。在该双线式负载控制装置1F中,作为电压钳位电路的齐纳二极管,将多个(不限定于两个)齐纳二极管154a、154b…进行串联连接,并且具备与至少一个齐纳二极管(例如154b)并联连接的开关元件164以及对开关元件164的接通(闭合状态)和断开(打开状态)进行控制的第四开关控制部165。根据这样的结构,根据双线式负载控制装置1G所连接的商用电源2的峰值电压来切换齐纳电压,由此能够将从电压钳位电路输出的电压设为固定、或者切换为任意的值。
另外,在上述各实施方式中,作为电压钳位电路例示了由齐纳二极管和半导体开关元件构成的稳压电路,但是并不限定于该结构,也能够利用使用了变压器、电容器等的其它降压电路。并且,也可以构成为将多个电容器的串联电路准备多组,再对多组电容器的串联电路的串并联进行切换。并且,整流部12不需要是全波整流电路,也可以是半波整流电路。在整流部12是半波整流电路的情况下,构成为如下结构也能够获得同样的效果:将半波整流电路和第二电源部准备两组,使两组半波整流电路和第二电源部并联连接,并使流过各个电路的电流的相位错开1/2周期。或者,也可以构成为使多个第二电源部串联连接。
以上说明了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限定于这些特定的实施方式,能够进行不脱离权利要求书的范围的多种变更和变形,这也属于本发明的范畴内。