JP2010027406A - Antiphase controller, and antiphase illumination control system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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とこれを用いた逆位相調光制御システムに関する。 The present invention relates to a reverse phase control device that controls power supplied to a load by performing reverse phase control of an AC power supply, and a reverse phase dimming control system using the same.
従来、逆位相制御装置においては、例えば、白熱電灯やLEDの照明負荷を調光制御するために、交流電源と照明負荷との間に直列に接続されたスイッチング素子を交流電圧波形のゼロクロスポイントでオンし、一定の位相角でオフすることにより照明負荷への供給電力の制御を行っている。 Conventionally, in an anti-phase control device, for example, in order to perform dimming control of an illumination load of an incandescent lamp or LED, a switching element connected in series between an AC power source and the illumination load is set at a zero cross point of an AC voltage waveform The power supplied to the lighting load is controlled by turning on and turning off at a constant phase angle.
この種の逆位相制御装置として、交流電源の半周期の正負電圧毎に照明負荷との導通を制御するスイッチング素子をそれぞれ備え、各スイッチング素子で交流電源を逆位相制御して照明負荷を調光制御する逆位相制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の逆位相制御装置の構成例について、図4及び図5を参照して説明する。 This kind of anti-phase control device is equipped with a switching element that controls the conduction with the lighting load for each positive and negative voltage of the half cycle of the AC power supply, and dimming the lighting load by controlling the AC power supply in reverse phase with each switching element An anti-phase control device for controlling is known (for example, see Patent Document 1). A configuration example of this type of anti-phase control device will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
図4において、逆位相制御装置100は、交流電源と照明負荷101との間に逆直列に接続された2個のスイッチング用のトランジスタQ1、Q2と、これらトランジスタQ1、Q2の導通を制御する制御部102とを備える。制御部102は、交流電源電圧の正負波形に対応してトランジスタQ1、Q2にそれぞれ正及び負の調光制御信号を送出し、トランジスタQ1、Q2をスイッチングして照明負荷101を調光制御する。トランジスタQ1、Q2としては、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)やパワーMOSFETなどの電力制御用スイッチング素子が使用される。また、トランジスタQ1、Q2には、それらが非導通モードのときに導通するバイパス用のダイオードDa、Dbがそれぞれ並列に接続されている。
In FIG. 4, an
図5において、逆位相制御装置100は、交流電源と照明負荷101との間に逆並列に接続された2個のスイッチング用のトランジスタQ1、Q2と、これらトランジスタQ1、Q2の導通をそれぞれ制御する第1ゲート制御部103と第2ゲート制御部104とを備える。これらゲート制御部103、104は、交流電源電圧の正負波形に対応して、トランジスタQ1、Q2のゲートにそれぞれ正及び負の調光制御信号を送出して、照明負荷101を調光制御する。
In FIG. 5, the
しかしながら、上記図4、図5に示される逆位相制御装置100においては、交流電源電圧の半周期の正負電圧毎に、互いに逆向きのトランジスタQ1、Q2をそれぞれスイッチングするため、電力制御用スイッチング素子を2つ必要とし、また、バイパス用のダイオードDa、Dbなども必要としていた。また、これらスイッチング素子は、高価であると共に、それぞれ放熱部材及びスイッチング素子駆動用のドライバ回路等を必要とする。このため、回路規模及び回路基板面積が大きくなり、大型化すると共に、部品点数が多く、コスト高となっていた。また、互いに逆向きのスイッチング素子を制御するために正負のゲート制御信号をそれぞれ出力するゲート制御部や正負の直流電源回路等を必要とするなど、回路構成が複雑になる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、交流電源からの入力電圧を逆位相制御して照明負荷を調光制御する逆位相制御装置において、部品点数を低減して、小型化、低コスト化を図ることができる逆位相制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in an anti-phase control device that performs dimming control of an illumination load by performing anti-phase control on an input voltage from an AC power supply, the number of components is reduced, An object of the present invention is to provide an anti-phase control device that can be reduced in size and cost.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、交流電源電圧を全波整流する整流器と、前記整流器と負荷との間に介在され、前記負荷に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備えたものである。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、抵抗負荷成分を有する光源と、交流電源電圧を全波整流する整流器と、前記整流器と前記光源との間に介在され、前記光源に流れる電流の導通を制御する電界効果トランシスタと、前記電界効果トランシスタを、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備え、前記電界効果トランシスタのソース又はドレインと前記逆位相制御部のGNDレベルが一致しているものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a light source having a resistive load component, a rectifier that performs full-wave rectification of an AC power supply voltage, and a field effect that is interposed between the rectifier and the light source and controls conduction of current flowing through the light source. A transistor, and an antiphase controller that turns on the field-effect transistor at a zero-cross timing of a full-wave rectified voltage and turns off at a constant firing angle, and a source or drain of the field-effect transistor, The GND levels of the antiphase control units are the same.
請求項1の発明によれば、交流電源を全波整流してからスイッチング素子をオンオフするので、負荷への電流の導通制御を1つのスイッチング素子で行うことができ、部品点数を削減でき、小型化及び低コスト化が図れる。 According to the first aspect of the invention, since the switching element is turned on / off after full-wave rectification of the AC power supply, the current conduction to the load can be controlled by one switching element, the number of parts can be reduced, and the size can be reduced. And cost reduction.
請求項2の発明によれば、交流電源を全波整流してから電界効果トランジスタをオンオフするので、1つの電界効果トランジスタで導通制御を行うことができ、小型化、低コスト化できると共に、例えば、FETがn型のときには、そのソースは逆位相制御部のGNDレベルに一致しているので、ゲートに正の制御電圧を与えるだけで導通制御でき、逆位相制御部の回路設計が容易になり、回路構成を簡略化できる。 According to the invention of claim 2, since the field effect transistor is turned on / off after full-wave rectification of the AC power supply, the conduction control can be performed with one field effect transistor, and the size and cost can be reduced. When the FET is n-type, its source matches the GND level of the anti-phase control unit, so conduction control can be performed simply by applying a positive control voltage to the gate, and the circuit design of the anti-phase control unit becomes easy. The circuit configuration can be simplified.
以下、本発明の第1の実施形態に係る逆位相制御装置(本装置という)について、図1及び図2を参照して説明する。本装置1は、図1に示すように、正弦波の交流電源電圧(以下、交流電源と言う)V1を全波整流する整流器11と、整流器11と照明負荷(負荷、光源)2との間に介在され、照明負荷2に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子としての電界効果トランシスタ(FET)12と、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13と、照明負荷2の調光レベルを設定する調光レベル設定部14と、FET12をゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部(以下、制御部と言う)15とを備える。照明負荷2は負荷接続部16に接続される。
Hereinafter, an antiphase control apparatus (referred to as this apparatus) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the
照明負荷2は、抵抗負荷成分を有し、逆位相制御装置1の負荷となって電力供給を受けて点灯される照明灯である。この照明負荷2としては、白熱球、蛍光灯、及びLEDや有機ELなどの半導体からなる固体発光素子等を使用することができる。
The illumination load 2 is an illumination lamp that has a resistance load component and is turned on upon receiving power supply as a load of the
整流器11は、4つのダイオードD1乃至D4によるダイオードブリッジ回路からなり、入力される交流電圧V1を全波整流する。ダイオードD1、D2の交点Aと、ダイオードD3、D4の交点Bとの間に交流電圧V1が入力され、ダイオードD2、D4の交点Cには、FET12のドレインが接続される。また、ダイオードD1、D3の交点EとFET12のソースは、負荷接続部16に繋がっている。また、このダイオードブリッジ回路は、FET等のスイッチング素子に比較して安価である。
The
上記整流器11においては、交流電圧V1が正電圧のとき、FET12のオンにより、ダイオードD2、FET12、照明負荷2、ダイオードD3の回路に電流が流れる。これと同様に、交流電圧V1が負電圧のとき、FET12のオンにより、ダイオードD4、FET12、照明負荷2、ダイオードD1の回路に電流が流れる。この整流動作により、整流器11の出力は、全波整流電圧V2となり、正方向のみの電圧波形となる。
In the
FET12は、整流器11による全波整流電圧V2をスイッチング制御する。ここでは、正極性の全波整流電圧V2に対して、n型FETが用いられ、FET12のソースは、制御部15のGNDレベルと一致するように共通の接地ライン17に接続されている。従って、制御部15からFET12のゲートに入力される制御電圧の極性は全波整流電圧V2と同じ正極性としている。なお、FET12のドレインを接地した構成とすることもでき、この場合、ゲート制御電圧波形は反転される。また、整流器11のダイオードブリッジ回路の各ダイオード接続を逆にし、全波整流電圧を負極性とした場合は、ゲートの制御電圧も負極性とし、例えば、p型FETが用いられる。また、ここでは、スイッチング素子をFETとしたが、例えば、大容量の電流を流すことができるパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)や、IGBT等を使用することができる。
The
ゼロクロス検出部13は、交流電源からの入力電圧のゼロクロスとなるタイミングを検出し、このタイミングでゼロクロス信号を発生し、このゼロクロス信号を制御部15に入力する。このゼロクロス検出部13は、入力電圧の正弦波形の正電圧時と負電圧時にそれぞれ動作するスイッチング回路(不図示)を備え、それらのスイッチング動作が切り替わるときを検出してゼロクロス検出を行う。このゼロクロスのタイミングでFET12がオンされる。
The zero
調光レベル設定部14は、調光用ボリューム(不図示)や調光信号に基いて照明負荷2の調光率を設定する。調光レベル設定部14は、調光率が設定されると、指定された調光率に基いてFET12のオン期間を設定することにより調光レベルを設定し、設定した調光レベルを制御部15に入力する。
The dimming
制御部15は、CPUとメモリを備え、逆位相制御装置1全体を制御する。制御部15は、調光レベル設定部14で設定された調光レベルに基いて、位相制御のためのPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、このPMW信号によりFET12をスイッチング駆動する。PWM信号は、ゼロクロス検出部13により検出されたゼロクロス信号の発生タイミングをトリガとしてスタートされるパルス信号であり、このパルス信号がハイ(H)、ロー(L)となることによりFET12がオンオフされ、スイッチング駆動される。また、FET12がオンする導通期間には、交流電源からの入力電圧が照明負荷2に供給される。このとき、制御部15は、ゼロクロス信号に同期して立ち上がるPWM信号のハイでFET12をオンして、PWM信号がローになったタイミングでFET12をオフすることにより、照明負荷2を逆位相制御する。
The
ここで、図2(a)〜(e)を参照して、制御部15による調光制御の動作について説明する。図2(a)は、交流電圧V1の正弦波形を示し、この交流電圧V1は整流器11で全波整流されて同図(b)に示される全波整流電圧V2となる。ゼロクロス検出部13は、交流電圧V1の半周期毎にゼロクロスを検出して、同図(c)に示すように、パルス波形のゼロクロス信号を生成する。同図(d)は、制御部15から出力されるPWM信号を示し、このPWM信号がハイのとき、FET12がオンされる。これにより、このPWM信号がFET12に印加されると、このPWM信号のオン期間Taの期間のみFET12がオンとなる。同図(e)は、オン期間Taにおいて照明負荷2に供給される負荷供給電圧を示し、ここでは、オン期間Taに対応する交流電圧V1の半周期における位相角を点弧角θで表す。即ち、この負荷供給電圧は、ゼロクロスの電流オンタイミングt1からPWM信号が点弧角θでオフする時間t2まで照明負荷2に印加される電圧波形を示す。このPWM信号のオン期間Taは、ユーザがボリューム等により調光率を変えることにより変化され、照明負荷2が調光制御される。
Here, with reference to FIGS. 2A to 2E, the operation of the light control by the
このように、本実施形態によれば、交流電圧V1を全波整流した全波整流電圧V2を電源としてFET12をオンオフするので、照明負荷2への導通制御を1つのスイッチング素子で行うことができ、スイッチング素子の放熱用の放熱部材や駆動用のドライバ回路も少なくなり、回路基板面積も小さくなる。また、正負のゲート制御電圧を必要とせず、このため、2つのゲート制御部や、正負の直流電源回路等を必要としない。従って、部品点数を削減でき、低コスト化、小型化が図れる。なお、本実施形態においては、逆位相制御装置1の負荷を照明負荷2としたが、照明負荷2に限らず、逆位相制御された交流電源電圧で動作可能な負荷であればよい。また、本実施形態の逆位相制御装置1を照明負荷(光源)2と一体化し、逆位相制御で調光する逆位相調光制御システムとして構成することもできる。
As described above, according to the present embodiment, the
次に、本発明の第1の実施形態に係る変形例について、図3を参照して説明する。図3は、本変形例の逆位相制御装置1における制御部15とFET12との接続構成を示す。本変形例は、制御部15をCPUで構成し、PWM信号からなるゲート制御電圧を出力するCPUの出力ポートとFET12のゲート間に、ゲート制御電圧を増幅するためのゲートドライバ18を接続したものである。
Next, a modification according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a connection configuration between the
本変形例によれば、FET12のゲートをCPUからのゲート制御電圧(例えば、3.3V乃至5.0V)で直接オンできないときでも、このゲート制御電圧をゲートドライバ18で増幅することができるので、確実にFET12をオンして導通制御することができる。
According to this modification, even when the gate of the
なお、本発明は上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態においては、整流器を単相ブリッジ整流回路としたが、ダイオード2つの単相全波整流回路で形成してもよい。 In addition, this invention is not limited to the structure of said each embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. In the above embodiment, the rectifier is a single-phase bridge rectifier circuit, but may be formed of two single-phase full-wave rectifier circuits with two diodes.
1 逆位相制御装置
11 整流器
12 FET(電界効果トランジスタ)
13 ゼロクロス検出部
14 調光レベル設定部
15 制御部(逆位相制御部)
16 負荷接続部
17 接地ライン
2 照明負荷(負荷、光源)
θ 点弧角
DESCRIPTION OF
13 Zero
16
θ firing angle
Claims (2)
前記整流器と負荷との間に介在され、前記負荷に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、
を備えたことを特徴とする逆位相制御装置。 A rectifier for full-wave rectification of the AC power supply voltage;
A switching element that is interposed between the rectifier and the load and controls conduction of a current flowing through the load;
The switching element is turned on at the zero-cross timing of the full-wave rectified voltage, and is turned off at a constant firing angle, and
An anti-phase control device comprising:
交流電源電圧を全波整流する整流器と、
前記整流器と前記光源との間に介在され、前記光源に流れる電流の導通を制御する電界効果トランシスタと、
前記電界効果トランシスタを、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備え、
前記電界効果トランシスタのソース又はドレインと前記逆位相制御部のGNDレベルが一致していることを特徴とする逆位相調光制御システム。 A light source having a resistive load component;
A rectifier for full-wave rectification of the AC power supply voltage;
A field effect transistor that is interposed between the rectifier and the light source and controls conduction of a current flowing through the light source;
The field effect transistor is turned on at a zero-cross timing of a full-wave rectified voltage and has an anti-phase control unit turned off at a constant firing angle,
The antiphase dimming control system characterized in that the source or drain of the field effect transistor and the GND level of the antiphase control unit match.
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JP2013004350A (en) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Toshiba Lighting & Technology Corp | Antiphase control device |
JP2014127714A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Nichia Chem Ind Ltd | Light emission diode drive device |
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2008
- 2008-07-18 JP JP2008187920A patent/JP2010027406A/en not_active Withdrawn
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