JP2008041463A - Phase control device and phase control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位相制御装置及び位相制御方法に関するものであり、特に照明器具の調光を行うための位相制御装置及び位相制御方法に関する。 The present invention relates to a phase control device and a phase control method, and more particularly to a phase control device and a phase control method for dimming a lighting fixture.
今日、電球(照明器具)を調光する調光器は、ホテルやスタジオ等の施設に設置され、その施設の利用者が電球の明るさを調節できるようになっている。調光器には、商用電源を位相制御して調光するものが広く利用されており、その制御用スイッチング素子としてサイリスタが使われている。特に、ゲート駆動が比較的簡単なトライアックを用いた調光器が多く使用されている。 Today, dimmers for dimming light bulbs (lighting fixtures) are installed in facilities such as hotels and studios, and users of the facilities can adjust the brightness of the light bulbs. As dimmers, dimmers that perform phase control of commercial power supplies are widely used, and thyristors are used as switching elements for the control. In particular, a dimmer using a triac that is relatively easy to drive a gate is often used.
しかし、トライアックを用いて調光を行うと、交流の半サイクルにおける通電時の立ち上がりが急なため、高周波ノイズおよび可聴領域のノイズが発生する。
この広帯域ノイズは、諸施設にて利用されるラジオ、テレビ、撮影機、録音機等に障害を与えることから、従来から、低ノイズの位相制御装置が求められていた。
However, when dimming is performed using a triac, high-frequency noise and noise in the audible region are generated because the rising at the time of energization in a half cycle of alternating current is steep.
Since this wide-band noise causes an obstacle to radios, televisions, photographing machines, recording machines and the like used in various facilities, a low-noise phase control device has been conventionally demanded.
商用電源ラインのノイズを抑制する有効な手段としては、大型のチョークコイル又はローパスフィルタの使用が知られている。しかし、調光器ユニットのケースの大きさは規格により所定の大きさに定められており、配線器具に大きな部品を使用することはできなかった。 The use of a large choke coil or a low-pass filter is known as an effective means for suppressing noise in the commercial power supply line. However, the size of the case of the dimmer unit is set to a predetermined size according to the standard, and large components cannot be used for the wiring device.
そこで、現在上記問題を解決する位相制御器若しくは位相制御装置が提供されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。
特許文献1の位相制御器は、主電流回路と、主電流回路に設けられたIGBTを逆直列に接続したスイッチング回路と、スイッチング回路の駆動制御を行うCPUを備える制御回路とからなり、CPUが交流波形の半サイクルにおける通電開始時の立ち上がりに緩やかな波形を得て位相制御を行うものである。これにより、ノイズを有効に低減できる位相制御器を提供するものである。 The phase controller of Patent Document 1 includes a main current circuit, a switching circuit in which IGBTs provided in the main current circuit are connected in anti-series, and a control circuit including a CPU that performs drive control of the switching circuit. Phase control is performed by obtaining a gentle waveform at the start of energization in a half cycle of the AC waveform. Thereby, a phase controller capable of effectively reducing noise is provided.
しかし、上記位相制御器ではCPU起動用電源回路が必要となり、交流電源と負荷と位相制御器との結線を4線で行う必要があり、配線の変更が必要となるという欠点があった。 However, the above-mentioned phase controller requires a power supply circuit for starting up the CPU, and it is necessary to connect the AC power source, the load, and the phase controller with four wires, and there is a disadvantage that the wiring needs to be changed.
特許文献2の位相制御装置は、主電流回路と、主電流回路に設けられたMOSFETを逆直列に接続したスイッチング回路と、スイッチング回路のゲート制御を行う制御部と、電流トランスを使って形成される電源部とからなるものである。上記位相制御器は、電流トランスを使って電源部を形成することにより、位相制御装置と交流電源と負荷との結線を2線で行えるようにしている。
また、上記制御部はトランジスタを備え、交流電源に同期させた周期でトランジスタをオン、オフさせてMOSFET駆動用のゲート電圧を制御することにより交流電源から負荷へ供給する電力を制御する逆位相制御によって、ラジオノイズを抑制するものである。
The phase control device of Patent Document 2 is formed using a main current circuit, a switching circuit in which MOSFETs provided in the main current circuit are connected in anti-series, a control unit that performs gate control of the switching circuit, and a current transformer. Power supply unit. The phase controller uses a current transformer to form a power supply unit so that the phase control device, the AC power supply, and the load can be connected by two wires.
The control unit includes a transistor, and controls the power supplied from the AC power source to the load by controlling the gate voltage for driving the MOSFET by turning the transistor on and off in a cycle synchronized with the AC power source. This suppresses radio noise.
しかし、電流トランスを調光ユニットのケースに格納する場合、配線器具に大きな部品を使用することになり、調光ユニットのケースを小型化し難いという欠点があった。 However, when the current transformer is stored in the case of the dimming unit, a large part is used for the wiring device, and there is a drawback that it is difficult to reduce the size of the dimming unit case.
本発明は、上述の欠点を解決するために、2線式で、かつ、調光ユニットケースの小型化を可能とする位相制御装置及び位相制御方法を提案することを目的とするものである。 In order to solve the above-described drawbacks, an object of the present invention is to propose a phase control device and a phase control method that are two-wire and that allow a dimming unit case to be miniaturized.
本発明の位相制御装置は、主電流回路の途中に設けられるものであって、主電流回路に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路と、そのスイッチング回路に通電する主電流を制御する制御部とから構成される位相制御装置であって、前記制御部は、前記主電流回路の主電流が通電するスイッチング素子のゲート電荷を放電することによりオフ制御する主電流オフ制御回路と、主電流のオフ制御と同時にその主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するゲート電荷充電回路と、前記主電流オフ制御回路を所定のタイミングで作動させるゲート電荷放電回路と、前記タイミングを決定する放電タイミング設定回路とを備えるようにしたものである。
また、前記スイッチング素子がIGBTであるようにしたものである。
A phase control device according to the present invention is provided in the middle of a main current circuit, and includes a main current switching circuit including a switching element connected in series and connected in reverse to the main current circuit, and a main current passing through the switching circuit. A main current off control for controlling off by discharging a gate charge of a switching element through which a main current of the main current circuit is energized. A circuit, a gate charge charging circuit for charging the charge by energizing the main current to the gate of the switching element on the opposite phase side simultaneously with the main current off control, and a gate charge for operating the main current off control circuit at a predetermined timing A discharge circuit and a discharge timing setting circuit for determining the timing are provided.
Further, the switching element is an IGBT.
本発明の位相制御方法は、主電流回路の途中に設けられるものであって、主電流回路に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路と、そのスイッチング回路に通電する主電流を制御する制御部とから構成される位相制御装置において、前記制御部が、前記主電流回路の主電流が流れるスイッチング素子をオフ制御すると同時に、その主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するようにしたものである。
また、前記スイッチング素子がIGBTであるようにしたものである。
The phase control method of the present invention is provided in the middle of the main current circuit, and includes a main current switching circuit including a switching element connected in series with the main current circuit, and a main current passing through the switching circuit. And a control unit configured to control a current, wherein the control unit controls to turn off a switching element through which the main current of the main current circuit flows, and at the same time, the main current is gated to the switching element on the opposite phase side. The current is charged to charge the battery.
Further, the switching element is an IGBT.
本発明の位相制御装置及び位相制御方法では、主電流回路の途中に位相制御装置を設ける。これにより、位相制御装置と交流電源と負荷との結線を2線で行えるため、配線の変更は必要ない。
本発明は、調光と同時に主電流回路を流れる主電流で逆位相側のスイッチング素子のゲートに電荷を蓄え、次の半サイクルで逆位相側のスイッチング素子をオンするものであるため、電流トランスを使用した電源部は必要なく、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となる。また、従来技術のようにCPU等による位相制御を使用としないため、簡単な回路にできる。これにより、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となるとともに、安価な調光器の提供が可能となる。
本発明は、直列逆接続するスイッチング素子からなる主電流スイッチング回路を使用し逆位相制御を行うものである。これにより、高周波ノイズおよび可聴領域のノイズが低減し、低ノイズの位相制御装置を提供できる。また、ノイズ抑制用のチョークコイル等を使用せずに低ノイズ化が図れるため、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となる。
In the phase control device and the phase control method of the present invention, the phase control device is provided in the middle of the main current circuit. As a result, the phase control device, the AC power source, and the load can be connected by two wires, so that no wiring change is necessary.
In the present invention, charge is stored in the gate of the switching element on the opposite phase side by the main current flowing through the main current circuit simultaneously with dimming, and the switching element on the opposite phase side is turned on in the next half cycle. The power supply unit using the is not necessary, and the dimmer unit case can be downsized. Further, since the phase control by the CPU or the like is not used unlike the prior art, the circuit can be simplified. As a result, the dimmer unit case can be reduced in size, and an inexpensive dimmer can be provided.
The present invention performs reverse phase control using a main current switching circuit composed of switching elements connected in series and reversely connected. Thereby, high frequency noise and noise in the audible region are reduced, and a low noise phase control device can be provided. Further, since the noise can be reduced without using a noise suppressing choke coil or the like, the dimmer unit case can be downsized.
本発明は、配線の変更又は大きな配線器具部品の使用が必要な従来技術の欠点を解決しつつ、低ノイズの位相制御を実現するものである。 The present invention achieves low noise phase control while solving the disadvantages of the prior art that require wiring changes or the use of large wiring fixture parts.
本発明の位相制御装置を図に基づいて説明する。図1は、本発明の位相制御装置を用いた調光器のブロック図である。図2は、図1の調光器の一実施形態である。
本発明の位相制御装置10は、図1に示すように、主電流回路12の商用電源(交流電源)Eと電球(負荷)Lとの配線の途中、即ち主電流回路12の途中に設けられるものであり、図1の調光器14は、位相制御装置10と商用電源Eと電球Lとの結線を2線で行うものである。また、位相制御装置10は、主電流回路12に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路16と、そのスイッチング回路16に通電される主電流を制御する制御部18とから構成されている。
主電流スイッチング回路16は、図2に示すように、主電流回路12に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える。
また、制御部18は、スイッチング素子により主電流スイッチング回路16を流れる主電流をオフ制御する主電流オフ制御回路20と、主電流のオフ時に主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するゲート電荷充電回路22と、スイッチング素子のゲート電荷を所定のタイミングで放電するゲート電荷放電回路24と、スイッチング素子のゲート電荷を放電するタイミングを決定する放電タイミング設定回路26とを備えるものである。
A phase control device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a dimmer using the phase control device of the present invention. FIG. 2 is an embodiment of the dimmer of FIG.
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the main
The
以下、本発明の位相制御装置について、図2の調光器の回路図に基づいて、詳細に説明する。
主電流回路12の途中には、位相制御装置10が設けられており、商用電源Eと電球(負荷)Lと位相制御装置10との結線は2線で行われている。
Hereinafter, the phase control device of the present invention will be described in detail based on the circuit diagram of the dimmer shown in FIG.
In the middle of the main
主電流スイッチング回路16は、主電流回路12に接続される直列逆接続されたフライホイールダイオードD1,D2内蔵のスイッチング素子IGBT Q1,Q2とから構成される回路である。
主電流スイッチング回路16は、IGBT Q1のゲートに所定の電荷があらかじめ蓄えられている状態で、そのIGBTQ1のコレクタ側に交流波形の正側が加わると、コレクタ−エミッタ間がオンとなり、直列逆接続されている逆位相側のIGBTQ2のダイオードD2を通じて電球Lに電流が流れ、電球Lが点燈する。また、電球Lに電流が流れている間にIGBTQ1のゲート電荷が放電されると、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間がオフとなり電球Lへの通電が停止される。
一方、IGBT Q2のゲートに所定の電荷が蓄えられている状態では、そのIGBTQ2のコレクタ側に交流波形の正側が加わると、コレクタ−エミッタ間がオンとなり、IGBTQ1のダイオードD1を通じて電球Lに電流が流れ、電球Lが点燈する。また、IGBTQ2のゲート電荷が放電されると、電球Lへの通電が停止される。
The main
The main
On the other hand, in a state where a predetermined charge is stored in the gate of the IGBT Q2, when the positive side of the AC waveform is applied to the collector side of the IGBT Q2, the collector-emitter is turned on, and a current is supplied to the light bulb L through the diode D1 of the IGBT Q1. The light bulb L is turned on. Further, when the gate charge of the IGBT Q2 is discharged, energization to the light bulb L is stopped.
制御部18において、主電流オフ制御回路20は、NPN型スイッチングトランジスタTr1とトランジスタTr1のコレクタとIGBTQ1のゲート間に接続される抵抗R2とからなるIGBTQ1側オフ制御回路と、NPN型スイッチングトランジスタTr2とトランジスタTr2のコレクタとIGBTQ2のゲート間に接続される抵抗R3とからなるIGBTQ2側オフ制御回路から構成される。
IGBT Q1側オフ制御回路のトランジスタTr1が、後述する放電タイミング設定回路26で設定された調光のタイミングでオンすると、IGBTQ1のゲートの電荷は抵抗R2を介して放電し、電球Lへの通電は停止される。また、IGBT Q2側オフ制御回路のトランジスタTr2がオンすると、IGBTQ2のゲートの電荷は抵抗R3を介して放電し、電球Lへの通電は停止される。
In the
When the transistor Tr1 of the IGBT Q1 side off control circuit is turned on at the dimming timing set by the discharge
ゲート電荷充電回路22は、主電流回路12の主電流の一部をIGBT Q2のゲートに通電するための抵抗R1、整流用ダイオードD3、抵抗R3からなるIGBT Q2側充電回路と、主電流回路12の主電流の一部をIGBT Q1のゲートに通電するための抵抗R4、整流用ダイオードD4、抵抗R2からなるIGBTQ1側充電回路とから構成される。
IGBT Q2側充電回路は、放電タイミング設定回路26で設定された調光のタイミングでIGBTQ1に通電する主電流がオフされた時、同時に逆位相側のIGBT Q2のゲートに主電流の一部を通電し、IGBT Q2の規定値電圧まで電荷を充電する。同様に、IGBT Q1側充電回路は、IGBTQ2がオフされた時に逆位相側のIGBTQ1のゲートにその規定値電圧まで電荷を充電する。
The gate
The IGBT Q2 side charging circuit energizes a part of the main current to the gate of the anti-phase side IGBT Q2 at the same time when the main current energized to the IGBT Q1 is turned off at the dimming timing set by the discharge
ゲート電荷放電回路24は、整流ダイオードD5、NPN型スイッチングトランジスタTr3,Tr4、抵抗R5,R6,R7からなるIGBTQ1側放電回路と、整流ダイオードD6、NPN型スイッチングトランジスタTr5,Tr6、抵抗R8,R9,R10とからなるIGBTQ2側放電回路とから構成される回路である。
IGBT Q1側放電回路では、トランジスタTr3のエミッタとトランジスタTr4のコレクタとが接続され、トランジスタTr4のエミッタはトランジスタTr1のベースに接続されている。IGBT Q2側放電回路では、トランジスタTr6のエミッタとトランジスタTr5のコレクタとが接続され、トランジスタTr5のエミッタはトランジスタTr2のベースに接続されている。
The gate
In the IGBT Q1 side discharge circuit, the emitter of the transistor Tr3 and the collector of the transistor Tr4 are connected, and the emitter of the transistor Tr4 is connected to the base of the transistor Tr1. In the IGBT Q2 side discharge circuit, the emitter of the transistor Tr6 and the collector of the transistor Tr5 are connected, and the emitter of the transistor Tr5 is connected to the base of the transistor Tr2.
放電タイミング設定回路26は、NPN型スイッチングトランジスタTr7、PNP型スイッチングトランジスタTr8、抵抗R11,R12,R13,R14,R15、電球Lの明るさ調節(調光)用可変抵抗VR1、コンデンサC1,C2、整流ダイオードD7,D8とから構成されるプログラマブルユニジャンクション回路(ゲート電荷を放電するタイミングをプログラマブルに設定できる回路)である。
放電タイミング設定回路26において、トランジスタTr8のコレクタとトランジスタTr7のベースとが接続されている。放電タイミング設定回路26は、トランジスタTr8のエミッタ電圧とベース電圧を常時比較し、エミッタ電圧よりもベース電圧が低くなったタイミングでコレクタ電流が流れるように設定されている。即ち、トランジスタTr8,Tr7を共にオンさせることにより、抵抗R13に電流を流し、調光のタイミングを決定できるようになっている。また、調光のタイミングの変更は、可変抵抗VR1の可変により行う。
なお、ダイオードD7は、コンデンサC2に充電された電荷が放電することを防止するために、また、ダイオードD8は、トランジスタTr8のエミッタ−ベース逆電圧保護のために設けられている。
The discharge
In the discharge
The diode D7 is provided to prevent the charge charged in the capacitor C2 from being discharged, and the diode D8 is provided for the emitter-base reverse voltage protection of the transistor Tr8.
ここで、ゲート電荷放電回路24の動作について説明する。
ゲート電荷放電回路24のトランジスタTr4のベースとトランジスタTr5のベース間は、配線(導線)28により接続されている。また、配線(導線)28は、放電タイミング設定回路26のトランジスタTr7のエミッタ抵抗R13に流れる電流が通電される配線(導線)30に接続されている。従って、エミッタ抵抗R13に電流が流れると、その電流は配線30,28を通じてゲート電荷放電回路24のトランジスタTr4とトランジスタTr5の双方のベースに同時に流れ、トランジスタTr4及びTr5のベースに信号が入る。
商用電源Eの電源側L1の交流波形が正のときにIGBT Q1のコレクタ−エミッタ間がオンした場合、そのコレクタ・エミッタ間電圧(順方向電圧:約0.7V)は、抵抗R5,R6で分割され、トランジスタTr3のベース電圧となる。
また、トランジスタTr3のコレクタには、放電タイミング設定回路26のコンデンサC1に充電された電圧が掛かっている。このとき、トランジスタTr4のベースに信号が入ると、トランジスタTr3、Tr4が共にオンする。トランジスタTr3、Tr4が共にオンすると、トランジスTr1のベースに電流が流れ、トランジスTr1がオンし、IGBT Q1のゲート電荷が抵抗R2を介して放電される。即ち、IGBTQ1はオフされる。
一方、トランジスタTr4のベースに信号が入るとトランジスタTr5のベースにも信号が入る。しかし、商用電源Eの電源側L1が正のとき、商用電源Eの接地側 L2は負であるため、トランジスタTr5のベースに信号が入ったとしてもトランジスタTr5,Tr6がオンすることはない。
以上のように、トランジスTr7のエミッタ抵抗R13に電流が流れると、トランジスタTr4,Tr5のベース双方に流れ込むが、調光される側のIGBTQ1又はQ2 のゲート電荷のみを放電させることができる。即ち、ゲート電荷放電回路24は、L1,L2の正負の判定を行う正負判定回路としても動作する。
Here, the operation of the gate
The base of the transistor Tr4 and the base of the transistor Tr5 of the gate
If the collector-emitter voltage of the IGBT Q1 is turned on when the AC waveform on the power supply side L1 of the commercial power supply E is positive, the collector-emitter voltage (forward voltage: about 0.7 V) is generated by the resistors R5 and R6. This is divided and becomes the base voltage of the transistor Tr3.
Further, a voltage charged in the capacitor C1 of the discharge
On the other hand, when a signal enters the base of the transistor Tr4, a signal also enters the base of the transistor Tr5. However, when the power source side L1 of the commercial power source E is positive, the ground side L2 of the commercial power source E is negative. Therefore, even if a signal enters the base of the transistor Tr5, the transistors Tr5 and Tr6 are not turned on.
As described above, when a current flows through the emitter resistor R13 of the transistor Tr7, it flows into both the bases of the transistors Tr4 and Tr5, but only the gate charge of the dimming IGBT Q1 or Q2 can be discharged. That is, the gate
次に、上記調光器回路の動作について説明する。
商用電源Eの電源側L1が正である場合、主電流は商用電源Eの電源側L1から電球L、抵抗R1、ダイオードD5、D7、抵抗R14、コンデンサC2及び抵抗R15、IGBT Q2のダイオードD2を経て商用電源Eの電源側L2に流れ、コンデンサC2が充電される。また、商用電源Eの接地側L2が正である場合、主電流は商用電源Eの接地側L2から抵抗R4、ダイオードD6、D7、抵抗R14、コンデンサC2及び抵抗R15、IGBTQ1のダイオードD1を経て商用電源Eの電源側L1に流れ、コンデンサC2が充電される。即ち、ダイオードD5,D6を通過した主電流は全波整流された脈流のある直流電源となり、コンデンサC2には全波整流された電圧で充電される。
Next, the operation of the dimmer circuit will be described.
When the power source side L1 of the commercial power source E is positive, the main current flows from the power source side L1 of the commercial power source E to the light bulb L, resistor R1, diodes D5 and D7, resistor R14, capacitor C2 and resistor R15, and diode D2 of IGBT Q2. Then, it flows to the power source side L2 of the commercial power source E, and the capacitor C2 is charged. When the ground side L2 of the commercial power source E is positive, the main current is commercialized from the ground side L2 of the commercial power source E via the resistor R4, the diodes D6 and D7, the resistor R14, the capacitor C2 and the resistor R15, and the diode D1 of the IGBT Q1. It flows to the power supply side L1 of the power supply E, and the capacitor C2 is charged. That is, the main current that has passed through the diodes D5 and D6 becomes a full-wave rectified DC power supply with pulsating current, and the capacitor C2 is charged with the full-wave rectified voltage.
また、商用電源Eの電源側L1が正である場合、主電流は商用電源Eの電源側L1から電球L、抵抗R1、ダイオードD3、抵抗R3を経てIGBT Q2のゲートへと流れる。このとき、ゲート電圧は、ツェナーダイオードZD2によりIGBTQ2の規定値電圧に制限された電圧でIGBTQ2のゲートに電荷が充電される。なお、IGBTQ2のコレクタ−エミッタ間は、逆電圧となっているため、IGBTQ2のゲートに電荷が充電されても、IGBT Q2はオンしない。
一方、商用電源Eの接地側L2が正である場合、主電流は商用電源Eの接地側L2から抵抗R4、ダイオードD4、抵抗R2を経てIGBTQ1のゲートへと流れる。このとき、ゲート電圧は、ツェナーダイオードZD1によりIGBTQ1の規定値電圧に制限された電圧でIGBTQ1のゲートに電荷が充電される。なお、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間は、逆電圧となっているため、IGBTQ1のゲートに電荷が充電されても、IGBT Q1はオンしない。
Further, when the power source side L1 of the commercial power source E is positive, the main current flows from the power source side L1 of the commercial power source E to the gate of the IGBT Q2 through the light bulb L, the resistor R1, the diode D3, and the resistor R3. At this time, the gate voltage is charged to the gate of the IGBT Q2 at a voltage limited to the specified voltage of the IGBT Q2 by the Zener diode ZD2. In addition, since the reverse voltage is applied between the collector and the emitter of the IGBT Q2, the IGBT Q2 is not turned on even when the gate of the IGBT Q2 is charged.
On the other hand, when the ground side L2 of the commercial power source E is positive, the main current flows from the ground side L2 of the commercial power source E to the gate of the IGBT Q1 via the resistor R4, the diode D4, and the resistor R2. At this time, the gate voltage is charged to the gate of the IGBT Q1 at a voltage limited to the specified voltage of the IGBT Q1 by the Zener diode ZD1. In addition, since the reverse voltage is applied between the collector and the emitter of IGBT Q1, IGBT Q1 is not turned on even if the gate of IGBT Q1 is charged.
IGBT Q2のゲート電荷が規定値電圧で充電された状態で、交流波形が次の周期に変化し商用電源Eの接地側L2が正になった場合は、IGBTQ2のコレクタ−エミッタ間がオンし、商用電源Eの接地側L2からIGBTQ2、ダイオードD1、電球L、商用電源Eの電源側L1へと流れ、電球Lが点燈する。
また、IGBT Q1のゲート電荷が規定値電圧で充電された状態で、交流波形が次の周期に変化し商用電源Eの電源側L1が正になった場合は、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間がオンし、商用電源Eの電源側L1から電球L、IGBT Q1、ダイオードD2、商用電源Eの接地側L2へと流れ、電球Lが点燈する。
In the state where the gate charge of the IGBT Q2 is charged at the specified voltage, when the AC waveform changes to the next cycle and the ground side L2 of the commercial power source E becomes positive, the collector-emitter of the IGBT Q2 is turned on, From the ground side L2 of the commercial power source E to the IGBT Q2, the diode D1, the light bulb L, and the power source side L1 of the commercial power source E, the light bulb L is turned on.
In addition, when the AC waveform changes to the next cycle and the power supply side L1 of the commercial power supply E becomes positive while the gate charge of the IGBT Q1 is charged with the specified voltage, the collector-emitter of the IGBT Q1 is turned on. Then, it flows from the power source side L1 of the commercial power source E to the light bulb L, IGBT Q1, diode D2, and the ground side L2 of the commercial power source E, and the light bulb L is turned on.
本発明では、放電タイミング設定回路26のトランジスタTr7及びTr8をオンさせるタイミングで調光のタイミングを決定する。
例えば、IGBT Q1のコレクタ−エミッタ間がオン状態で電球Lが点燈している場合、IGBT Q1のコレクタ−エミッタ間電圧(順方向電圧約0.7V)は、抵抗R1、ダイオードD5、抵抗R12を介してトランジスタTr8のベースに順方向電圧の約0.7Vが加えられる。このとき、トランジスタTr8のベース電圧よりもコンデンサC1に充電されている電圧が高いため、コンデンサC1の電荷は放電されることになる。コンデンサC1の放電により、トランジスタTr8のベース電圧が低減しエミッタ電圧よりも下がったときにトランジスタTr8、Tr7が共にオンする。トランジスタTr8、Tr7が共にオンすると、トランジスTr7のエミッタ抵抗R13に電流が流れる。図3において、同図(a)はトランジスタTr8のエミッタ電圧波形であり、同図(b)はトランジスタTr8のベース電圧波形であり、同図(c)はトランジスタTr7のエミッタ電圧波形である。
In the present invention, the dimming timing is determined at the timing when the transistors Tr7 and Tr8 of the discharge
For example, when the bulb Q is turned on while the collector-emitter of the IGBT Q1 is on, the collector-emitter voltage (forward voltage of about 0.7 V) of the IGBT Q1 is the resistance R1, the diode D5, and the resistance R12. A forward voltage of about 0.7 V is applied to the base of the transistor Tr8 via At this time, since the voltage charged in the capacitor C1 is higher than the base voltage of the transistor Tr8, the charge in the capacitor C1 is discharged. When the base voltage of the transistor Tr8 decreases and drops below the emitter voltage due to the discharge of the capacitor C1, both the transistors Tr8 and Tr7 are turned on. When the transistors Tr8 and Tr7 are both turned on, a current flows through the emitter resistor R13 of the transistor Tr7. 3A shows the emitter voltage waveform of the transistor Tr8, FIG. 3B shows the base voltage waveform of the transistor Tr8, and FIG. 3C shows the emitter voltage waveform of the transistor Tr7.
エミッタ抵抗R13に電流が流れると、ゲート電荷放電回路24(IGBTQ1側放電回路)及び主電流オフ制御回路20(IGBTQ1側オフ制御回路)により、IGBT Q1を半サイクルのある時点でオフすることができる。IGBTQ1のオフと同時に、ゲート電荷充電回路24(IGBTQ1側充電回路)により主電流回路12の主電流はIGBTQ2のゲートに通電し電荷の充電が可能となり、次の周期に変化した場合、IGBTQ2がオンし電球Lの調光が可能となる。図4において、同図(a)は調光90度時のIGBTQ1のエミッタ−コレクタ間電圧波形であり、同図(b)はトランジスタTr7のエミッタ電圧波形であり、同図(c)は調光90度時の電球Lの両端電圧波形である。なお、IGBT Q1は図4(b)のトランジスタTr7のエミッタ電圧波形(ヒゲ状のパルス)発生時にオフし、IGBT Q2のゲートは同図(a)の電圧で充電される。
調光のタイミングは、コンデンサC1の放電時間により決定される。コンデンサC1の放電時間の設定値は、コンデンサC1に並列に接続されている可変抵抗VR1及び抵抗R11により決定できる。
When a current flows through the emitter resistor R13, the IGBT Q1 can be turned off at a certain point in a half cycle by the gate charge discharge circuit 24 (IGBTQ1 side discharge circuit) and the main current off control circuit 20 (IGBTQ1 side off control circuit). . Simultaneously with the turn-off of the IGBT Q1, the main charge of the main
The timing of dimming is determined by the discharge time of the capacitor C1. The set value of the discharge time of the capacitor C1 can be determined by the variable resistor VR1 and the resistor R11 connected in parallel to the capacitor C1.
以上のように、スイッチング素子のゲートに蓄えられた電荷を調光のタイミングで放電することにより、電球Lへの通電を半サイクルの途中で止めることができる。また、同時に、途中で通電を止められた主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電することにより、次の半サイクルが開始するときに、逆位相側のスイッチング素子をオンすることができる。この動作を半サイクルごとに繰り返すことにより、調光が可能となる。
従って、従来のように電流トランスを使って電源部を設ける必要がなく、調光ユニットケースの小型化が可能となる。また、CPU等による位相制御も必要なく、位相制御装置10と商用電源Eと電球Lとの結線を2線で行うこともできる。
As described above, by discharging the charge stored in the gate of the switching element at the timing of dimming, energization of the light bulb L can be stopped halfway through the cycle. At the same time, the main current, which has been de-energized halfway, is energized to the gate of the switching element on the opposite phase side to charge the charge, so that the switching element on the opposite phase side is turned on when the next half cycle starts. can do. Dimming is possible by repeating this operation every half cycle.
Therefore, there is no need to provide a power supply unit using a current transformer as in the prior art, and the dimming unit case can be downsized. Further, phase control by a CPU or the like is not necessary, and the
本実施例の実験によると、IGBT Q1又はQ2のゲート規定値電圧15Vで電荷を蓄えた場合、その規定電圧でIGBTQ1又はQ2のコレクタ−エミッタ間をオンすることができた。また、500Wの調光が可能であった。 According to the experiment of the present embodiment, when the charge was stored at the gate specified value voltage of 15 V of the IGBT Q1 or Q2, the collector-emitter of the IGBT Q1 or Q2 could be turned on with the specified voltage. Further, dimming of 500 W was possible.
本発明の位相制御装置及び位相制御方法は、調光装置に限定されるものでなく換気扇・扇風機などの回転速度調整器等としても有効な位相制御装置及び位相制御方法である。 The phase control device and the phase control method of the present invention are not limited to a light control device, but are a phase control device and a phase control method that are also effective as a rotational speed regulator such as a ventilation fan or a fan.
10 位相制御装置
12 主電流回路
16 主電流スイッチング回路
18 制御部
20 主電流オフ制御回路
22 ゲート電荷充電回路
24 ゲート電荷放電回路
26 放電タイミング設定回路
Q1,Q2 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記制御部は、前記主電流回路の主電流が通電するスイッチング素子のゲート電荷を放電することによりオフ制御する主電流オフ制御回路と、主電流のオフ制御と同時にその主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するゲート電荷充電回路と、前記主電流オフ制御回路を所定のタイミングで作動させるゲート電荷放電回路と、前記タイミングを決定する放電タイミング設定回路とを備えることを特徴とする位相制御装置。 A main current switching circuit which is provided in the middle of the main current circuit and includes a switching element connected in series to the main current circuit and connected to the main current circuit, and a control unit which controls the main current passing through the switching circuit. A phase control device comprising:
The control unit includes: a main current off control circuit that performs off control by discharging a gate charge of a switching element through which a main current of the main current circuit is energized; A gate charge charging circuit for energizing the gate of the switching element to charge the charge; a gate charge discharging circuit for operating the main current off control circuit at a predetermined timing; and a discharge timing setting circuit for determining the timing. A characteristic phase control device.
前記制御部が、前記主電流回路の主電流が流れるスイッチング素子をオフ制御すると同時に、その主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電することを特徴とする位相制御方法。 A main current switching circuit which is provided in the middle of the main current circuit and includes a switching element connected in series to the main current circuit and connected to the main current circuit, and a control unit which controls the main current passing through the switching circuit. In the configured phase control device,
A phase control method, wherein the control unit performs off control of a switching element through which a main current of the main current circuit flows, and at the same time, supplies the main current to the gate of the switching element on the opposite phase side to charge the charge.
The phase control method according to claim 3, wherein the switching element is an IGBT.
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