JP2017069355A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度ヒューズの設置位置のズレを防げ、複数の半導体スイッチ素子の異常発熱の検知能力を向上させる制御装置を提供することである。【解決手段】本発明の制御装置は、基板２１と、基板２１に接続する第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２と、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２に接触する放熱板２２と、基板２１に接続する温度ヒューズ２６とを備える。放熱板２２は、基板２１から間隙を確保して温度ヒューズ２６を第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２に接触させて保持する規制部３５を設ける。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の半導体スイッチ素子の異常発熱の検知能力を向上させる制御装置についての発明である。

引用文献１では、配線パターンが形成された基板の表面に組み込まれる電子部品のうち、発熱しやすい特定の電子部品（半導体スイッチ素子）の近傍に、この半導体スイッチ素子の温度が上昇したときに回路を遮断する温度ヒューズが設けられている回路基板が公開されている。この半導体スイッチ素子が設けられる部分の基板に貫通孔が設けられ、半導体スイッチ素子がその貫通孔を跨いで基板の表面側に取り付けられ、半導体スイッチ素子の裏面側に、たとえばシリコーン樹脂などの熱伝導性樹脂を介して温度ヒューズの一部が貫通孔内に入り込むように取り付けられている。

特開平１１−３３０６６５号公報

しかしながら、基板の裏面に温度ヒューズを半田付けする際に、温度ヒューズの配置位置にズレが生じたり、そのズレによって複数の発熱しやすい半導体スイッチ素子を用いた場合、各半導体スイッチ素子の異常発熱の検知能力が低下する虞がある。本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度ヒューズの設置位置のズレを防げ、複数の半導体スイッチ素子の異常発熱の検知能力を向上させる制御装置を提供することである。

本発明の制御装置は、基板と、前記基板に接続する第１スイッチ素子と第２スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子に接触する放熱板と、前記基板に接続する温度ヒューズと、を備える。前記放熱板は、前記基板から間隙を確保して前記温度ヒューズを前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子に接触させて保持する規制部を設ける。

本発明によれば、温度ヒューズの設置位置のズレを防げ、複数の半導体スイッチ素子の異常発熱の検知能力を向上させる制御装置を提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る照明制御システムを示すシステム構成図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置を示す回路構成図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置の電圧変化を示すタイミングチャート。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置を斜め下方からみた分解斜視図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置を斜め上方からみた全体斜視図。 本発明の第一の実施形態に係る制御装置の放熱板を斜め上方から見た全体斜視図。 本発明の第二の実施形態に係る制御装置の変形例を示す内部構成の斜め上方からみた斜視図。

（第一の実施形態）
本実施形態では、図１に示す照明制御システム１０に使用される場合の制御装置４を説明する。ただし、制御装置４は、このような照明制御システム１０での使用に限定されるものではない。

照明制御システム１０は、親機としての伝送ユニット１と、子機としての複数（本実施形態では２つ）の操作端末器２とを備える。また、複数（本実施形態では２つ）の制御端末器３をさらに備える。これらの伝送ユニット１、操作端末器２及び制御端末器３は、例えば、２線式の信号線７により互いに電気的に接続されている。制御装置４は、調光装置であって、図２に示すように、交流電源１１に対して負荷と電気的に直列に接続された状態で使用される。負荷を照明装置５として説明を行う。照明装置５は、例えば光源としてのＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させる点灯回路とを備えている。交流電源１１は、例えば単相１００〔Ｖ〕、６０〔Ｈｚ〕の商用電源である。

制御装置４は、操作端末器２が出力する照明装置５に対する起動信号を、制御端末器３を介して受信する。起動信号とは、照明の消灯および点灯を指示する消灯信号・点灯信号に加え、照明の明るさを調光する調光信号とする。

以下、図２を参照して、制御装置４の回路構成について説明を行う。制御装置４は、リレー回路１２とメイン回路１３とで構成される。

リレー回路１２は、メイン回路１３の開閉スイッチ１４のオン・オフを切り替える回路である。つまり、リレー回路１２は、交流電源１１からメイン回路１３へ供給される電圧の供給・遮断を切り替える。リレー回路１２は、開閉スイッチ１４を動作させる切り替えスイッチ１５と、制御端末器３からの起動信号を受信し、起動信号に応じて切り替えスイッチ１５を制御する第１制御部１６とで構成されている。第１制御部１６は、制御端末器３から消灯信号を受信すると、切り替えスイッチ１５で開閉スイッチ１４をオフにしてメイン回路１３への電圧の供給を遮断する。第１制御部１６は、制御端末器３から点灯信号を受信すると、切り替えスイッチ１５で開閉スイッチ１４をオンにして、メイン回路１３へ電圧を供給する。

メイン回路１３は、照明装置５と交流電源１１との間に電気的に接続され、照明装置５に対して電流を遮断・導通する回路であるとともに照明装置５に対して電流量を調節することで調光を行う回路である。メイン回路１３は、双方向スイッチ１７と、一対の入力端子Ａ，Ｂと、第２制御部１８とで構成される。第２制御部１８は、制御端末器３から受信する調光信号に従って、双方向スイッチ１７の電流の遮断・導通を制御し照明装置５に対し電流量を調節するように構成されている。

制御装置４の回路構成について、第１制御部１６と第２制御部１８をひとつの制御部としてもよい。この場合、この制御部は、点灯信号を受信すると、開閉スイッチ１４をＯＮさせた後、双方向スイッチ１７を導通及び調光制御する。また、制御部は、消灯信号を受信すると、双方向スイッチ１７の電流の導通を遮断した後、開閉スイッチ１４をＯＦＦにする。

双方向スイッチ１７は、リレー回路１２によってメイン回路１３に交流電源からの電圧が供給されている状態の中で、照明装置５に対して、双方向の電流の遮断・導通を切り替える。双方向スイッチ１７は、例えば、入力端子（Ａ，Ｂ）間に電気的に直列に接続された第１スイッチ素子Ｑ１及び第２スイッチ素子Ｑ２の２個の素子からなる。例えば、第１
スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる半導体スイッチ素子である。

第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は、入力端子（Ａ，Ｂ）間において、いわゆる逆直列に接続されている。つまり、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は、ソース同士が互いに接続されている。第１スイッチ素子Ｑ１のドレインは入力端子Ｂに接続され、第２スイッチ素子Ｑ２のドレインは入力端子Ａに接続されている。第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のソースは、制御装置４の内部回路の基準電位と接続されている。

双方向スイッチ１７は、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のオン・オフの組み合わせにより、４つの状態を切替え可能である。４つの状態には、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２が共にオフである双方向オフ状態と、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２が共にオンである双方向オン状態と、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の一方のみがオンである２種類の一方向オン状態とがある。一方向オン状態では、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のうち、オンの方のスイッチ素子から、オフの方のスイッチ素子の寄生ダイオードを通して一対の入力端子（Ａ，Ｂ）間が一方向に導通することになる。例えば、第１スイッチ素子Ｑ１がオン、第２スイッチ素子Ｑ２がオフの状態では、入力端子Ｂから入力端子Ａに向けて電流を流す第１の一方向オン状態となる。また、第２スイッチ素子Ｑ２がオン、第１スイッチ素子Ｑ１がオフの状態では、入力端子Ａから入力端子Ｂに向けて電流を流す第２の一方向オン状態となる。そのため、入力端子（Ａ，Ｂ）間に交流電源１１から交流電圧Ｖａｃが印加される場合、交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期においては、第１の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第２の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。一方、交流電圧Ｖａｃの負極性の半周期においては、第２の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第１の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。

第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のオン・オフは、ゲート電圧で制御する。第２制御部１８が、制御端末器３から調光信号を受信すると、調光レベルに応じてゲート電圧を制御する。照明装置５を最も明るくする場合は、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２を半周期分において全てオン状態に切り替える。照明装置５の明るさを落とす場合は、図３に示すように、０ボルトから交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期が始まる地点と０ボルトから負極性の半周期とが始まる地点で、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２を一定期間オフ状態へと切り替えてから、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２をオン状態へと切り替える。つまり、第２制御部１８は、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のオン・オフを切り替えることで、オン状態の時間の長さに応じて照明装置５に出力する電力量が可変となり、照明装置５の明るさを調整することとなる。オン状態が半周期の中に多いほど、照明装置５が明るく調光される。

照明装置５の内部回路は、制御装置４の交流電圧Ｖａｃの波形から調光レベルを読み取り、ＬＥＤ素子の光出力の大きさを変化させる。ここで、点灯回路は、一例としてブリーダ回路などの電流確保用の回路を有している。そのため、制御装置４の双方向スイッチ１７が非導通となる期間においても、照明装置５に電流を流すことが可能である。

このように、照明装置５を点灯する場合は、調光レベルにかかわらず、常に双方向スイッチ１７に電流を流すため、ＭＯＳＦＥＴを用いた双方スイッチ１７としては、導通損失として熱が発生する。双方スイッチ１７が制御動作不能になった場合は、第１スイッチ素子Ｑ１、第２スイッチ素子Ｑ２のどちらか一方、または両方が異常過熱することもあり、どちらの第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２も温度検知する必要がある。また
、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は、交流電圧Ｖａｃの極性の向きが変わるとともに、寄生ダイオードを経由するスイッチ素子とスイッチ素子自体を経由するスイッチ素子とが相互に異なるため、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２とで発熱する熱量が変わってしまう虞がある。

これより、本実施形態では、１つの温度ヒューズ２６で、２つの第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の発熱を均等に検知できる制御装置４を提案する。
以下では、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の温度を検知する温度ヒューズ２６の設置位置のズレを防げ、複数のスイッチ素子の異常発熱の検知能力を向上させる制御装置４の構成を説明する。

制御装置４を斜め下方からみた分解斜視図である図４と、斜め上方からみた斜視図である図５を参照して、制御装置４の構成を説明する。

制御装置４は、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２が搭載される基板２１と、スイッチ素子からの熱を伝熱・放熱する放熱板２２とが、上部と下部とで分割されている筺体２３に収容されて構成される。

基板２１には、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２のほかに、温度ヒューズ２６や、コンデンサや、その他部品が搭載される。基板２１は、例えば紙フェノールやガラス入りエポキシなどの配線基板で、上下面には銅などによって、複数の配線パターンやランドが形成されるとともに、ランドを除く全面をポリエステルやエポキシなどの絶縁層が覆っている。

第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は、図５に示すように、一方に複数の電極を備える端子２４を備え、他端に基板などに固定する固定片２５を備える。端子２４は基板２１の上面のランドに半田付けによって実装接続され、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２が配線パターンを介して、交流電源１１や照明装置５の電子回路に接続される。これにより、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は、直列接続され、それぞれの端子２４に交流電圧が印加される。

放熱板２２は、例えば金属で形成され、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２から発熱する熱を吸収し、外部へ放出させる。図６に示すように、放熱板２２は、基板２１に搭載される部品と左右方向、上方向ともに空間を空けて第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２以外の部品と接しないよう構成される。放熱板２２は、下方に開口を備える器形状で、基板２１と対面するベース２７と、周壁２８で構成される。周壁２８は、基板２１に固定する脚片２９と、基板２１に搭載される電子部品と接触しない空洞部３０と、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２を固定する固定壁３１を備える。
脚片２９は、ベース２７の四隅に位置する周壁２８の一部であって、基板２１に対し垂直に延設する第１片３２と、第１片３２の先端で、基板２１と面平行となる第２片３３とで構成される。

固定壁３１は、外面に第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の固定片２５をネジ止めする。固定壁３１は、固定片２５をネジ止めするネジ孔３４と、温度ヒューズ２６の位置を基板２１に接することがないように規制する規制部３５を備える。規制部３５は放熱板２２における第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の中間部から延設する。

ネジ孔３４は、２つ形成され、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２とを固定した際に、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２との間に間隙を有するよう構成
される。

規制部３５は、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の間隙に位置し、先端が基板２１と面平行となる突起形状である。規制部３５は、固定壁３１より前方に突出する突起形状とする。

温度ヒューズ２６は、略円筒状のセラミックなどの筒内に可溶合金が内蔵された構成であって、左右両端からは一対のヒューズ端子３７が延出している。セラミックは、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２と規制部３５の上面とに接触させて設置する。一対のヒューズ端子３７は、規制部３５から第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の前方を通り、基板２１に接続する。

このように、温度ヒューズ２６を規制部３５の突起の上面に載せ、ヒューズ端子３７を基板２１に接続することで、温度ヒューズ２６を、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２と均一に接触する位置に組み立てることが容易になる。また放熱板２２に直接、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２とを固定することで、確実に第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の温度を放熱板２２に伝熱させ放熱させることができる。

さらには、温度ヒューズ２６を直接、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２とに接触させることで、確実に第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の発熱を検知することができ安全性の向上を図ることが期待できる。
（第二の実施形態）
図７は、本発明の第二の実施形態である制御装置４を示している。なお、ここでは、上記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

この制御装置４は、温度ヒューズ２６を規制部３５の突起形状の下面に配置するものである。図７に示すように、温度ヒューズ２６のセラミック部分を、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２と規制部３５の突起形状の下面と接触させて設置する。この場合、一対のヒューズ端子３７は、規制部３５から第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２の前面を通り、基板２１に接続する。

この構成の場合も、規制部３５が、温度ヒューズ２６の配置位置を固定することになるので、温度ヒューズ２６を、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２と均一に接触する位置に組み立てることが容易になる。

２１ 基板
Ｑ１ 第１スイッチ素子
Ｑ２ 第２スイッチ素子
２２ 放熱板
２６ 温度ヒューズ
４ 制御装置
３５ 規制部

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板に接続する第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子と、
   前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子に接触する放熱板と、
   前記基板に接続する温度ヒューズと、
   を備える制御装置であって、
   前記放熱板は、
   前記基板から間隙を確保して前記温度ヒューズを
   前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子に接触させて保持する規制部を有するものである制御装置。
2. 請求項１において、
   前記規制部は、
   前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子の中間部から前記放熱板を延設したものである制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子は、
   直列接続されており、
   両端に交流電圧が印加される制御装置。

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