JP2014199554A

JP2014199554A - ２線式負荷制御装置

Info

Publication number: JP2014199554A
Application number: JP2013074560A
Authority: JP
Inventors: 興梠　武志; Takeshi Korogi; 武志興梠
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23

Abstract

【課題】電子回路を備えた２線式負荷制御装置における電流変成器の二次側の高出力化、一次側の発熱量の低減及び電流変成器の小型化を図る。【解決手段】２つの入力端子の間に接続されたスイッチ素子及び電流変成器１３の直列回路と、電流変成器１３の二次巻線に接続され、二次巻線に流れる交流電流を用いて、スイッチ素子１２が導通状態のときの直流電力を出力するオン電源部１７とを備え、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２によって変換された電流変成器１３の二次側のインピーダンスＺ２が電流変成器１３の一次側のインピーダンスＺ１とほぼ等しくなる（Ｚ２≒Ｚ１?（ｎ１／ｎ２）２）ように、一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２が設定されているので、インピーダンス・マッチングがとられ、電流変成器の二次側に効率よく電力を伝達することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置などの負荷のオン及びオフを制御するための２線式負荷制御装置、特にマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）などの電子回路に電力を供給する電源に関する。

近年、工場、オフィス、商業施設などの非住宅施設において、照明装置などの負荷のオン及びオフを離れた場所から遠隔操作したり、負荷のオン又はオフ状態を離れた場所でモニタしたりする負荷制御システムが実用化されつつある。負荷の近傍に設置され、負荷のオン及びオフを直接制御する負荷制御装置は、集中制御装置又はモニタ装置との間でデータの送受信を行うために、ＣＰＵなどで構成された制御回路や通信回路などの電子回路が設けられている。非住宅施設を新築する場合には、商用電源から負荷に電力を供給するルートとは別のルートで、個々の負荷制御装置の電子回路用の電源を確保することが可能である（いわゆる３線式配線）。それに対して、既存の非住宅施設において、機械的な開閉接点を備えた例えばタンブラースイッチなどの負荷制御スイッチを、電子回路を備えた負荷制御装置に置き換える場合、負荷制御装置を商用電源と負荷に対して直列に接続しなければならない（いわゆる２線式配線）。

そのような２線式配線の場合、上記電子回路の電力を供給するための電源を如何に確保するかが問題となる。本出願人が既に製造販売しているトライアックなどの半導体スイッチ素子を用いた２線式負荷制御装置では、半導体スイッチ素子に並列に整流回路を接続し、負荷がオフしているときでも、実際には負荷がオン又は誤動作しない程度の微弱電流を負荷に流し、整流された電流をバッファコンデンサに充電し、負荷がオフしているときの電源（オフ電源部）を確保している。また、負荷がオンしているときは、半導体スイッチ素子が非導通の間に、整流回路により整流された電流をバッファコンデンサに充電して、負荷がオンしているときの電源（オン電源部）を確保している（特許文献１参照）。

上記半導体スイッチ素子を用いた２線式負荷制御装置は専ら住宅用であって、半導体スイッチ素子によって流しうる負荷電流は比較的少なく、多数の白熱電球を備えた照明装置や、直列又は並列接続された複数の照明装置など、大電流を必要とする負荷の制御には適していない。そのため、専ら非住宅施設において用いられる電子回路を備えた２線式負荷制御装置では、大電流を必要とする負荷のオン及びオフを制御するために、例えばラッチ式リレーなど、機械的に駆動される接点を備えたスイッチ素子（以下、リレー式スイッチ素子とする）が使用される。負荷がオフのときには、リレー式スイッチ素子に並列に接続された整流回路から出力される電流をバッファコンデンサに充電することによって、負荷がオフしているときの電源（オフ電源部）を確保することができる。それに対して、リレー式スイッチ素子は、半導体スイッチ素子と異なり、一旦オンされると常時接点が導通しており、非導通状態になることはない。そのため、負荷又は商用電源とリレー式スイッチ素子の間に電流変成器を設け、電流変成器の二次巻線に発生する電力によって負荷がオンしているときの電源（オン電源部）を確保している。

特開２００８−９７５３５号公報

上記のように、離れた場所から照明装置などの負荷のオン及びオフを遠隔操作したり、負荷のオン又はオフ状態をモニタしたりする負荷制御システムにおいては、負荷制御装置側の制御回路や通信回路などの電子回路が多機能化され、それによって消費電力が増大する。そのため、上記電流変成器における損失をできるだけ少なくして、二次巻線に発生される電力を高出力化することが求められる。一方、上記電流変成器の一次巻線には負荷電流が直接流れるため、一次巻線側の発熱量をできるだけ少なくすることが求められる。さらに、既存のタンブラースイッチを置き換えるためには、負荷制御装置の小型化が求められる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電子回路を備えた２線式負荷制御装置における電流変成器の二次側の高出力化、一次側の発熱量の低減及び電流変成器の小型化を目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電子回路を備えた２線式負荷制御装置は、
交流電源及び負荷にそれぞれ接続される２つの入力端子と、
前記２つの入力端子の間に接続されたスイッチ素子及び電流変成器の直列回路と、
前記スイッチ素子の開閉部の両端に並列に接続され、前記交流電源から前記負荷を介して流れる交流電流を用いて、前記スイッチ素子が非導通状態のときの直流電力を出力するオフ電源部と、
前記電流変成器の二次巻線に接続され、前記二次巻線に流れる交流電流を用いて、前記スイッチ素子が導通状態のときの直流電力を出力するオン電源部とを備え、
前記電流変成器の一次巻線と前記二次巻線の巻線比によって変換された前記電流変成器の二次側のインピーダンスが前記電流変成器の一次側のインピーダンスとほぼ等しくなるように、前記一次巻線と前記二次巻線の巻線比が設定されていることを特徴とする。

前記オン電源部は、前記電流変成器の前記二次巻線に接続された整流回路と、前記整流回路から出力される電力の電圧を昇圧する昇圧回路を備えていることが好ましい。

前記電流変成器の前記一次巻線は、略平行に配列され、電気的に接続された複数の電線を巻回したものであることが好ましい。

前記電流変成器の前記一次巻線と前記二次巻線は略同心円状に巻回され、前記二次巻線が前記略同心円状の内側に位置し、前記一次巻線が前記略同心円状の外側に位置していることが好ましい。

前記電流変成器の前記二次巻線には１又は複数の中間タップが設けられており、前記二次巻線側のインピーダンスに応じて、前記二次巻線の巻数が可変であることが好ましい。

前記電流変成器の前記一次巻線には１又は複数の中間タップが設けられており、前記一次巻線の巻数が可変であることが好ましい。

前記電流変成器の前記一次巻線側に、前記一次巻線の巻数を切り換えるための切替スイッチを設けることが好ましい。

前記切替スイッチは、作業者によって操作される手動設定スイッチであることが好ましい。

前記電流変成器の前記二次巻線側に、前記二次巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、前記電流検出手段により所定の閾値以上の電流が検出されたときに、前記切替スイッチを自動で切り換えることが好ましい。

本発明によれば、電流変成器の一次巻線と二次巻線の巻線比によって変換された二次巻線側のインピーダンスが一次巻線のインピーダンスとほぼ等しくなるように、電流変成器の一次巻線と二次巻線の巻線比が設定されているので、インピーダンス・マッチングがとられ、電流変成器の二次巻線側に効率よく電力を伝達することができる。

本発明の一実施形態に係る電子回路を備えた２線式負荷制御装置の基本構成を示すブロック図。電流変成器（トランス）によるインピーダンス・マッチングの説明図。上記実施形態における電流変成器の構成を示す概念図。昇圧回路の一例としてチョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図。昇圧回路の他の構成としてスイッチド・キャパシタ方式のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図。、整流回路と昇圧回路を１つにした倍電圧整流回路の構成を示す回路図。上記実施形態における電流変成器の具体的な構成を示す図。

本発明の一実施形態に係る電子回路を備えた２線式負荷制御装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る２線式負荷制御装置１の基本的なブロック構成を示す。この２線式負荷制御装置１は、交流電源２及び負荷３にそれぞれ接続される２つの入力端子１１ａ，１１ｂと、２つの入力端子１１ａ，１１ｂの間に接続されたスイッチ素子１２及び電流変成器１３の直列回路を備えている。上記のように、専ら非住宅施設において用いられる電子回路を備えた２線式負荷制御装置では、大電流を必要とする負荷のオン及びオフを制御するために、リレー式スイッチ素子が使用されるが、それに限定されるものではなく、トライアックやその他の半導体スイッチ素子を用いることも可能である。あるいは、リレー式スイッチ素子と半導体スイッチ素子を並列に接続し、負荷電流の値に応じていずれかを選択的に使用することも可能である。

スイッチ素子１２の開閉部の両端子１２ａ，１２ｂには、交流電源２から負荷３を介して流れる交流電流を用いて、スイッチ素子１２が非導通状態のときに、直流電力を出力するオフ電源部１４が接続されている。オフ電源部１４は、ダイオードブリッジなどで構成され、交流電源２から負荷３を介して流れる交流電流を直流電流（脈流）に変換する整流回路１５と、電流を制限する抵抗、電圧をクランプするツェナーダイオード（定電圧ダイオード）、トランジスタなどで構成された定電圧回路（ブートストラップ回路）１６で構成されている。オフ電源部１４は、例えば駆動電圧が１２〜２４Vの高電圧系統と、駆動電圧が１．５〜６Vの低電圧系統の、２つの電圧系統を有している。なお、オフ電源部１４の構成は、本発明の特徴部分ではなく、従来例と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

電流変成器１３の２次側には、電流変成器１３の２次側に流れる交流電流を用いてスイッチ素子１２が導通しているときの直流電力を出力するオン電源部１７が接続されている。オン電源部１７は、ダイオードブリッジなどで構成され、交流電源２から負荷３を介して流れる交流電流を直流電流（脈流）に変換する整流回路１８と、降圧回路又は昇圧回路１９と、定電圧回路２０などで構成されている。オン電源部１７も、例えば駆動電圧が１２〜２４Vの高電圧系統と、駆動電圧が１．５〜６Vの低電圧系統の、２つの電圧系統を有している。オフ電源部１４の高電圧系統の出力端子とオン電源部１７の高電圧系統の出力端子は、それぞれ逆流防止用のダイオード（図示せず）を介して接続されている。同様に、オフ電源部１４の低電圧系統の出力端子とオン電源部１７の低電圧系統の出力端子は、それぞれ逆流防止用のダイオード（図示せず）を介して接続されている。

制御部２１は、例えば壁面に設けられた操作ハンドルなどの入力部２６をユーザが操作したときに、その操作情報に応じてスイッチ素子１２の導通及び非導通を制御する。制御部２１は、例えばＣＰＵなどで構成され、低電圧（例えば３Ｖ）で駆動される第１制御部２２と、高電圧（例えば２４Ｖ）で駆動される第２制御部２３を備えている。第１制御部２２は、オフ電源部１４及びオン電源部１７の低電圧系統の出力端子に接続されている。第２制御部２３は、スイッチ素子１２がリレー式スイッチ素子である場合に、その電磁石装置を駆動するための大電力を出力する。また、制御部２１は、離れた場所に設けられている集中制御装置又はモニタ装置との間でデータの送受信を行うための無線通信部２７を備えている。これら第１制御部２２、第２制御部２３、無線通信部２７などが上記２線式負荷制御装置１の電子回路に相当する。

オフ電源部１４及びオン電源部１７の低電圧系統の出力端子と第１制御部２２の間には、ＣＰＵ動作用の補助電源部２４が接続されている。また、オフ電源部１４及びオン電源部１７の高電圧系統の出力端子と第２制御部２３の間には、スイッチ素子１２の接点開閉用の補助電源部２５が接続されている。ＣＰＵ動作用の補助電源部２４及び接点開閉用の補助電源部２５は、いずれも、バッファコンデンサなどで構成されている。接点開閉用の補助電源部２５のバッファコンデンサは、スイッチ素子１２を非導通状態から導通状態に切り替え、さらに連続して導通状態から非導通状態に切り替える、すなわち少なくとも２回駆動するだけの所定の電力を充電しうる容量を有している。

電流変成器１３の二次側には、二次巻線に流れる電流値を検出するための電流検出部３０が設けられている。また、電流変成器１３の一次巻線１３ａ及び二次巻線１３ｂには、それぞれ１又は複数のタップが設けられており（図３参照）、タップ切替スイッチ３１及び３１’により、必要に応じて一次巻線１３ａ及び二次巻線１３ｂの巻数を変化させることができる。これら電流検出部３０及びタップ切替スイッチ３１及び３１’の機能については後述する。

次に、本発明において用いられている電流変成器（トランス）の基本的な原理について、図２を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においては、損失が零の理想的な場合を想定して説明するが、実際には変成器の巻線を流れる電流による発熱損失やコアに発生する渦電流損失及びヒステリシス損失などが発生するため、それらを考慮する必要がある。なお、以下の説明を簡単にするため、低電圧系統についてのみ説明する。

商用電源２の電圧の大部分は負荷３に分圧され、電流変成器１３の一次巻線１３ａの端子間電圧はごく僅かである。また、電流変成器１３の一次巻線１３ａの端子間電圧は負荷電流によって変化する。商用電源２の電圧を１００Ｖ、電流変成器１３の一次巻線１３ａのインピーダンスを１Ω、負荷電流を１Ａ、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１：ｎ２とすると、電流変成器１３の一次巻線１３ａの端子間電圧は１Ｖであり、二次巻線１３ｂには巻線比に比例した電圧が発生し、巻線比に反比例した電流が流れる。この二次巻線１３ｂに発生する電流を整流回路１８で整流し、電圧を降圧回路１９によって降圧し、定電圧回路２０によって定電圧化することにより、第１制御部２２には、例えば３Ｖの電圧が印加される。但し、この状態では、インピーダンス・マッチングがとれていない。

一方で、電流変成器１３はインピーダンス・マッチング効果を有しており、電流変成器１３の一次側のインピーダンスＺ１に対する二次側のインピーダンスＺ２が巻線比ｎ１／ｎ２の二乗倍になっていれば、インピーダンス・マッチングをとることができる。制御部２１の駆動電圧を３Ｖ、消費電流を１０ｍＡと仮定すると、制御部２１のインピーダンスＺ２は３Ｖ÷１０ｍＡ＝３００Ωとなる。オン電源部１７のインピーダンスを無視して、電流変成器１３の二次側のインピーダンスＺ２を３００Ωとし、一次側のインピーダンスＺ１を１Ωと仮定すると、インピーダンス・マッチングをとるには、（ｎ１／ｎ２）^２＝１Ω／３００Ωにすればよく、巻線比ｎ１／ｎ２＝（１／３００）^1/2≒１／１７とすればよい。実際に電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１：ｎ２を決定するに当たっては、電流変成器１３の一次側のインピーダンスＺ１と二次側のインピーダンスＺ２の実測値を考慮すべきことは言うまでもない。なお、電流変成器１３の一次巻線１３ａの端子間電圧を上記のように１Ｖであると仮定すると、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２を１／１７とすると、電流変成器１３の二次巻線には１７Ｖの電圧が発生する。この場合も、整流回路１８で整流し、平滑化し、電圧を降圧回路１９によって降圧し、定電圧回路２０によって定電圧化することにより、制御部２１には、例えば３Ｖの電圧が印加される。

一次側のインピーダンスＺ１はほぼ一定であると見なすことができるが、二次側のインピーダンスＺ２は制御部２１の動作状態によって変化する。例えば、無線通信部２７が信号の送受信を行っているときは、消費電力が増加し、二次側のインピーダンスが増加する。例えば、制御部２１の消費電流が２０ｍＡに増加したとすると、二次側のインピーダンスＺ２は３Ｖ÷２０ｍＡ＝１５０Ωに減少する。その場合、巻線比ｎ１／ｎ２を（１Ω／１５０Ω）^1/2≒１／１２．２とすればよい。このように、二次側のインピーダンスＺ２の変化に応じて電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２を変化させることができれば、常にインピーダンス・マッチングがとれた状態で電流変成器１３の二次側に効率よく電力を伝達することができる。

図３は、電流変成器１３の二次巻線１３ｂに、１又は複数の中間タップを設け、二次側のインピーダンスＺ２の値に応じて、二次巻線１３ｂの巻数を可変としたものである。また、電流変成器１３の一次巻線１３ａにも、１又は複数の中間タップが設けられている。ここでは、電流変成器１３の二次巻線１３ｂのタップ切り替えについて説明する。タップ切替スイッチ３１は、例えば半導体スイッチ素子で構成された無接点リレーであり、二次巻線１３ｂの一端又はいずれかの中間タップを選択可能である。制御部２１は、その動作状態に応じてタップ切替スイッチ３１の選択を制御する。例えば、制御部２１が待機状態にあるときは、消費電流はひじょうに少なく、二次側のインピーダンスＺ２は大きい。その場合、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２として、例えば上記１／１７を選択する。それに対して、無線通信部２７が信号の送受信を行っているときは、第１制御部２２及び無線通信部２７などによる消費電流が増加し、二次側のインピーダンスＺ２が小さくなる。その場合、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２として、例えば上記１／１２．２を選択する。それによって、二次側のインピーダンスＺ２が変化したとしても、インピーダンス・マッチングをとることができる。

ところで、制御部２１を駆動するために、最終的に上記のような電圧３Ｖ、電流１０ｍＡの電力が得られればよいと仮定すると、定電圧回路２０の入力端子に３Ｖ以上の電圧が印加されていればよい。そこで、上記降圧回路１９の替わりに昇圧回路１９を用い、昇圧回路１９の入力部に、例えば電圧１Ｖ、電流３０ｍＡの電力が入力されるようにする。その場合、二次側のインピーダンスＺ２は、１Ｖ／３０ｍＡ≒３３Ωとなり、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２＝１／（３３）^１／２≒１／５．６となる。電流変成器１３の二次巻線には５．６Ｖの電圧が発生するが、整流回路１８で整流し、平滑化すると、昇圧回路１９の入力端子で電圧は１Ｖ強程度になる。このように、降圧回路の替わりに昇圧回路を用いると、電流変成器１３の二次巻線１３ｂの巻数ｎ２を少なくすることができ、電流変成器１３を小型化することができる。

図４は、昇圧回路１９の一例として、チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成自体は周知であり、その詳細な説明は省略する。この場合、スイッチ素子Ｑのベース駆動信号をＰＷＭ制御することにより、昇圧電圧を自由に設定することができる。図５は、昇圧回路１９の他の一例として、スイッチド・キャパシタ方式のＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。図５中、（ａ）はキャパシタＣに充電する際のスイッチ構成を示し、（ｂ）は放電する際のスイッチ構成を示す。この構成では、充電する際に各キャパシタＣ１，Ｃ２は並列接続され、放電する際には各キャパシタＣ１，Ｃ２は直列接続される。図６は、整流回路１８と昇圧回路１９を１つの倍電圧整流回路とした構成例を示す。Ｂの入力端子の電圧が高いとき、キャパシタＣ３はダイオードＤ２を介して充電され、Ａの入力端子の電圧が高いとき、入力電圧とキャパシタＣ３の電圧が直列になって、ダイオードＤ１を介してキャパシタＣ４を充電する。その結果、キャパシタＣ４の電圧が入力電圧の約２倍になる。なお、整流回路１８、昇圧／降圧回路１９及び定電圧回路２０の構成は特に限定されない。また、整流回路１８は全波整流回路であってもよいし、半波整流回路であってもよい。半波整流回路の場合、全波整流回路に比べて、整流回路での損失が増えるが、電流変成器１３の二次側の一方の端子を常にＧＮＤに接続（接地）することができ、ＧＮＤが安定する。

次に、電流変成器１３の構成、すなわち一次巻線１３ａ及び二次巻線１３ｂの具体的な巻き方について説明する。この２線式負荷制御装置１は、既存のタンブラースイッチを取り外し、その後に設置されるものであるから、その筐体の大きさには制限がある。その一方で、制御部２１は多機能化されており、様々な電子部品が搭載される。そのため、電流変成器１３をできるだけ小型化すると共に、電流変成器１３による発熱をできるだけ少なくすることが要請される。図７に示すように、一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂは、円筒状のボビン１３ｃに略同心円状に巻回され、略同心円の内側に二次巻線１３ｂが位置し、その外側に一次巻線１３ａが位置している。一次巻線１３ａに流れる電流値が二次巻線１３ｂに流れる電流に比べて遙かに大きいため、一次巻線１３ａからの発熱量が大きい。一次巻線１３ａを外側に配置することにより、一次巻線１３ａからの発熱を効率よく放熱することができる。

また、一次巻線１３ａのインピーダンスを小さくするため、一般的には一次巻線１３ａ用の電線を太くすることが考えられるが、一次巻線１３ａの巻数が少ない（例えば１０巻程度）ため、一次巻線１３ａを密着して巻く必要はない。本実施形態では、２本の被覆電線を略平行にして一次巻線１３ａの巻数の複数倍（例えば２倍）巻回し、各電線の両端をそれぞれ電気的に結合している。それによって、一次巻線１３ａの見かけの断面積が増加し、インピーダンスが低下すると共に、表面積が増加し、一次巻線１３ａからの熱を効率よく放熱することができる。また、一次巻線１３ａは一回巻であるため、太い電線を使用する場合に比べて、電流変成器１３の外径を小さくすることができる。

上記図３に示すように、本実施形態においては、電流変成器１３の一次巻線１３ａにも１又は複数の（例えば１つ）中間タップ及びタップ切替スイッチ３１’が設けられている。前述のように、この２線式負荷制御装置１は専ら非住宅施設において用いられ、負荷３として複数の照明装置が接続される。タップ切替スイッチ３１’は、例えばＤＩＰスイッチであり、２線式負荷制御装置１を負荷３に接続する際に、作業者によって設定される。スイッチ素子１２の定格を１〜１０Ａと仮定して、負荷電流が５Ａ未満のときは、電流変成器１３の一次巻線１３ａの巻数ｎ１を全数（例えば１０巻）とし、負荷電流が５Ａ以上のときは、一次巻線１３ａの巻数ｎ１を１／２（例えば５巻）とする。負荷電流として、例えば５Ａ以上の大電流が流れているときは、電流変成器１３の二次側には十分すぎる電力が発生され、本発明の第１の課題である二次巻線１３ｂに発生される電力の高出力化は達成されている。それよりも、電流変成器１３の一次巻線１３ａに流れる負荷電流が大きいため、第２の課題である一次巻線１３ａによる発熱が問題となる。そこで、電流変成器１３の一次巻線１３ａの巻数ｎ１を減らし、インピーダンスを下げることによって、一次巻線１３ａによる発熱を低減させることができる。

ところで、負荷電流が上記負荷電流閾値である５Ａよりも明らかに上である場合（例えば８Ａ以上）や明らかに下である場合（例えば３Ａ未満）は、上記のようにＤＰＩスイッチなどを用いて、電流変成器１３の一次巻線１３ａの巻数ｎ１を固定しても問題はない。ところが、照明装置を調光制御する場合など、負荷３に流れる負荷電流が大きく変動する可能性がある場合も想定される。図１に示す構成例では、電流変成器１３の二次巻線１３ｂ二流れる電流量をモニタするために電流検出部３０を設けており、また、タップ切替スイッチ３１’として、例えば半導体スイッチ素子で構成された無接点リレーを用いる。制御部２１は、電流検出部３０により検出された電流値と所定の二次電流閾値とを比較し、負荷電流が上記負荷電流閾値よりも大きいと推定されるときは、タップ切替スイッチ３１’を制御して、一次巻線１３ａの巻数ｎ１を切り換えるようにしてもよい。なお、一次巻線１３ａに２以上の中間タップが設け、電流検出部３０により検出された電流値を複数の二次電流閾値と比較するように構成してもよい。さらに、電流変成器１３の一次巻線１３ａ巻数ｎ１の切り替えに応じて、二次巻線１３ｂの巻数ｎ２を変化させ、インピーダンス・マッチングを維持するように構成することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２によって変換された電流変成器１３の二次側のインピーダンスＺ２が電流変成器１３の一次側のインピーダンスＺ１とほぼ等しくなる（Ｚ２≒Ｚ１×（ｎ１／ｎ２）^２）ように、一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２が設定されているので、インピーダンス・マッチングがとられ、電流変成器の二次側に効率よく電力を伝達することができる。

また、オン電源部１７に整流回路１８から出力される電力の電圧を昇圧する昇圧回路１９を設けることにより、電流変成器１３の二次巻線１３ｂに発生される電圧を制御部２１に入力される電圧よりも低くすることが可能であり、見かけ上の電流変成器の二次側インピーダンスを小さくでき、インピーダンス・マッチングをとりつつ、一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂの巻線比ｎ１／ｎ２を小さくすることができる。その結果、電流変成器１３の小型化が可能となる。

電流変成器１３の一次巻線１３ａとして、略平行に配列され、電気的に接続された複数の電線を巻回することにより、電流変成器１３の外径を大きくすることなく、一次巻線１３ａの断面積を増加させることができ、電流変成器１３の一次側のインピーダンスの低減、それによる一次巻線１３ａからの発熱量の低減、及び一次巻線１３ａの表面積の増加による放熱効果の向上を達成することができる。

電流変成器１３の一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂを略同心円状に巻回し、二次巻線１３ｂを略同心円状の内側に位置させ、一次巻線１３ａを略同心円状の外側に位置させることにより、一次巻線１３ａにより発生される熱を効率よく放熱させることができる。また、電流変成器１３の構造の簡素化及び小型化も可能となる。

電流変成器１３の二次巻線１３ｂに１又は複数の中間タップを設け、二次側のインピーダンスの変化に応じて、二次巻線の巻数を可変とすることにより、二次側のインピーダンスの変化に関わらず、インピーダンス・マッチング状態を維持することができる。

電流変成器１３の一次巻線１３ａに１又は複数の中間タップを設け、一次巻線１３ａの巻数を可変とすることにより、例えば一次側に流れる負荷電流が大きく、インピーダンス・マッチングがとれていない状態でも二次側に十分な電力が発生されるときは、一次巻線１３ａの巻数を少なくして、一次巻線１３ａからの発熱量を少なくすることができる。

電流変成器１３の一次巻線１３ａに、一次巻線１３ａの巻数を切り換えるための、例えばＤＩＰスイッチなどの切替スイッチ３１’を設けることにより、２線式負荷制御装置１を負荷３に接続する際、予想される負荷３の負荷電流に応じて、あらかじめ一次巻線１３ａの巻数を設定することができる。または、電流変成器１３の二次巻線１３ｂに流れる電流値を検出する電流検出部３０を設け、切替スイッチ３１’を、例えば半導体スイッチ素子で構成された無接点リレーとし、電流変成器１３の二次側に十分な電力が発生されているときに、切替スイッチ３１’を制御して、一次巻線１３ａの巻数を切り換えることができる。

１電子回路を備えた２線式負荷制御装置
２交流電源
３負荷
１１ａ，１１ｂ入力端子
１２スイッチ素子
１３電流変成器
１４オフ電源部
１５第１整流回路
１６定電圧回路
１７オン電源部
１８第２整流回路
１９昇圧／高圧回路
２０定電圧回路
２１制御部
２２第１制御部
２３第２制御部
２４ＣＰＵ動作用の補助電源部
２５接点開閉用の補助電源部
２６入力部
２７無線通信部
３０電流検出部
３１，３１’ タップ切替スイッチ

Claims

交流電源及び負荷にそれぞれ接続される２つの入力端子と、
前記２つの入力端子の間に接続されたスイッチ素子及び電流変成器の直列回路と、
前記スイッチ素子の開閉部の両端に並列に接続され、前記交流電源から前記負荷を介して流れる交流電流を用いて、前記スイッチ素子が非導通状態のときの直流電力を出力するオフ電源部と、
前記電流変成器の二次巻線に接続され、前記二次巻線に流れる交流電流を用いて、前記スイッチ素子が導通状態のときの直流電力を出力するオン電源部とを備え、
前記電流変成器の一次巻線と前記二次巻線の巻線比によって変換された前記電流変成器の二次側のインピーダンスが前記電流変成器の一次側のインピーダンスとほぼ等しくなるように、前記一次巻線と前記二次巻線の巻線比が設定されていることを特徴とする電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記オン電源部は、前記電流変成器の前記二次巻線に接続された整流回路と、前記整流回路から出力される電力の電圧を昇圧する昇圧回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記一次巻線は、略平行に配列され、電気的に接続された複数の電線を巻回したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記一次巻線と前記二次巻線は略同心円状に巻回され、前記二次巻線が前記略同心円状の内側に位置し、前記一次巻線が前記略同心円状の外側に位置していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記二次巻線には１又は複数の中間タップが設けられており、前記二次巻線側のインピーダンスに応じて、前記二次巻線の巻数が可変であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記一次巻線には１又は複数の中間タップが設けられており、前記一次巻線の巻数が可変であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記一次巻線側に、前記一次巻線の巻数を切り換えるための切替スイッチを設けることを特徴とする請求項６に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記切替スイッチは、作業者によって操作される手動設定スイッチであることを特徴とする請求項７に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。
前記電流変成器の前記二次巻線側に、前記二次巻線に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、前記電流検出手段により所定の閾値以上の電流が検出されたときに、前記切替スイッチを自動で切り換えることを特徴とする請求項７に記載の電子回路を備えた２線式負荷制御装置。