JP3065502U - トリクル電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 照明器具等の自動ウォールスイッチに内蔵さ
れた電子回路に給電するための電力をそのスイッチ間か
ら取り出すためのスイッチ回路を提供する。 【解決手段】 照明システムのためのスイッチ回路１０
は電子回路への電力を活線から直接取り出せるようにす
る。スイッチ回路１０は負荷即ち照明器具をオンにせず
に電子回路を付勢するに充分な電力を供給する。より詳
細には、活線１６及び中性線１８を含み、中性線１８が
負荷１２に直結された交流電源１４から電力が選択的に
負荷１２に供給される。活線１６と負荷１２との間に制
御スイッチ２０が接続される。電源回路２２は制御スイ
ッチ２０にまたがって接続された交流入力４０とこの交
流入力１４の交流電力を直流電力に変換する手段とを有
する。更に負荷１２の動作状態を決定するための入力手
段３４，３０と電源回路２２からの直流電力により付勢
される制御回路３２とを含む。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、照明器具等の自動ウォールスイッチに係り、より詳細には、このよ うなウォールスイッチに内蔵された電子回路に給電するためのトリクル（細流） 電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ホーム及びオフィスオートメーションシステムの最近の開発に伴い、スイッチ 付き負荷の自動制御及び監視制御の両方が行われる。家庭においては、負荷は一 般に照明器具又はコンセントより成る。商業用途においては、モータや他の形式 の負荷も使用される。既存のオートメーションシステムは、通常は各負荷に１つ づつの複数のモジュールを備え、これらのモジュールは自動制御及び監視制御を 行うために特注配線で接続される。 オートメーションシステムの更に別の改良によれば、特注配線が完全に排除され る。むしろ、制御信号は電源ライン搬送技術を用いて電源ワイヤを経て送信され る。これは新たな建築及び改築の両方の用途に配線を追加せずにオートメーショ ンを利用できるようにする。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

オートメーションシステムでは、コンセント又はウォールスイッチのような各 モジュールは互いに他のモジュールからコマンドを受け取ってそれに応答したり 又は他のモジュールへコマンドを開始したりする電子回路を備えている。このよ うな電子回路は電力を必要とする。電力は一般に電源の活線及び中性線に接続す ることにより得られる。しかしながら、天井照明のような通常の照明回路はスイ ッチに中性線を有していないことが多い。むしろ中性線の接続は照明器具に直接 行われ、活線のみがウォールスイッチに接続される。従って、中性線が存在しな いウォールスイッチモジュールにいかに給電するかが問題となる。これは既存の 配線管がもし利用できれば、これに中性線を通すことによって解決することがで きる。しかしながら、これを行うには、配線の追加が必要となり、上記利点が得 られなくなる。

【０００４】 本考案は、これらの問題の１つ以上を新規な簡単な方法で解決することに向け られる。

【０００５】 本考案の目的は、照明器具等の自動ウォールスイッチに内蔵された電子回路に 給電するための電力をそのスイッチ間から取り出すための新規なスイッチ回路を 提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、活線及び中性線を含み、中性線が負荷に直結された交流電源 から電力を選択的に負荷に供給するためのスイッチ回路が提供される。このスイ ッチ回路は活線と負荷との間に接続された制御スイッチを備えている。電源回路 はこの制御スイッチにまたがって接続された交流入力と、この交流入力の交流電 力を直流電力に変換する手段とを備えている。入力手段は負荷の動作状態を決定 する。制御回路は電源回路からの直流電力により付勢され、そして入力手段及び 制御スイッチに接続される。制御回路は入力手段によって決定された負荷の動作 状態を維持するように制御スイッチの切り換えを制御する。又、制御回路は電源 回路を付勢するに充分な交流電力を制御スイッチ間で得られるように各交流動作 サイクル中に制御スイッチの導通時間を制限するための手段を備えている。

【０００７】 本考案の１つの特徴によれば、制御スイッチはゲート制御スイッチ、通常はト ライアックである。

【０００８】 本考案の別の特徴によれば、電源回路は交流電力を未調整の直流電力に変換す るブリッジ整流回路と、未調整の直流電力を調整された直流電力に変換するため のオフライン電源コントローラ回路とを備えている。このオフライン電源コント ローラ回路は２つのカスケード状のフライバックコンバータとして動作する集積 回路を備え、フライバックコンバータは各々断続的モードで動作し、そして両方 とも外部電源のスイッチオン、オフに従って駆動される。集積回路はこの外部電 源スイッチのオン時間を入力電圧に対して強制的に逆比例させ、そしてこの外部 電源スイッチのオフ時間は出力電圧に対して逆比例させる。

【０００９】 本考案の更に別の特徴によれば、制御回路はプロセッサ回路より成り、そして 制限手段が制御スイッチの導通を使用可能な電力のサイクル時間の約８０％に制 限する。

【００１０】 更に、本考案によれば、活線及び中性線を含み、中性線が負荷に直結された交 流電源から電力を選択的に白熱電灯負荷に供給するための照明用スイッチ回路が 提供される。この照明用スイッチ回路は活線と白熱電灯との間に接続されたゲー ト制御スイッチを含む。電源回路はこのゲート制御スイッチにまたがって接続さ れた交流入力とこの交流入力の交流電力を直流電力に変換する手段とを備えてい る。入力手段は電灯をオンにすべきかオフにすべきかを決定する。制御回路は電 源回路からの直流電力により付勢され、そして入力手段及びゲート制御スイッチ に接続される。制御回路は入力手段により決定されたように電灯をオン又はオフ に切り換えるために、ゲート制御スイッチの切り換えを制御する。又、制御回路 は電源回路を付勢するのに充分な交流電力をゲート制御スイッチ間で得るために 、白熱電灯がオンであるときの各交流動作サイクル中にゲート制御スイッチの導 通時間を制限するための手段を備えている。

【００１１】 本考案の更に別の特徴によれば、入力手段はゲート制御スイッチにまたがって 作動的に接続された電源ライントランシーバ回路を備え、これは負荷の動作状態 を決定するために電源ラインに付与される選択された周波数の搬送波信号を用い ている。選択された周波数の信号をフィルタ除去するための帯域停止フィルタ回 路が制御スイッチと直列に接続される。

【００１２】 本考案のトリクル電源即ちスイッチ回路は電子回路への電力を活線から直接取 り込めるようにすることにより上記した公知技術の問題を解消する。このトリク ル電源は「スイッチレッグ理論（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｌｅｇ ｔｈｅｏｒｙ）」 と称する理論のもとで動作する。全ての電力は標準的なスイッチレッグ即ち活線 から取り出される。このトリクル電源は負荷即ち照明器具をオンにせずにその電 子回路を付勢するに充分な電流を供給する。同時にスイッチ回路を実際上無効に するようなトリクル電源の短絡を防止するために、負荷への最大電流が制限され る。

【００１３】

【実施例】

以下、添付図面を参照し、本考案の好適な実施形態を詳細に説明する。図１に は活線１６及び中性線１８を含む交流電源１４から白熱電灯の形態の負荷１２へ 電力を選択的に供給するためのスイッチ回路（即ち照明モジュール）１０が示さ れている。中性線１８は交流電源１４から負荷１２へ直結される。スイッチ回路 １０は活線１６と負荷１２の反対側との間に接続されている。特にスイッチ回路 １０は、活線１６と負荷１２との間に接続されたトライアックの形態のゲート制 御スイッチ２０を備えている。 電源回路２２が以下に述べるスイッチ回路１０の種々の部品を付勢するために含 まれている。フィルタ回路２３がトライアック２０と直列に接続されている。

【００１４】 スイッチ回路１０のトライアック２０が開位置にある状態では、電源回路２２ は白熱電灯１２を点灯せずに、全ての必要な回路を付勢するに充分な電流を供給 する。スイッチ回路１０のトライアック２０を閉位置に設定するために、トライ アック２０はサイクル時間の８０％までオンになるよう制御され、電源回路２２ が短絡してスイッチ回路１０を無効にすることが防止される。

【００１５】 図２はスイッチ回路１０の詳細なブロック図である。上記のようにトライアッ ク２０は活線１６と白熱電灯１２との間に接続される。トライアック２０は活線 １６のいずれの極性の電流に対しても導通する。トライアック２０は従来型のト ライアック制御器２６に接続されたゲート２４により制御される。このトライア ック制御器２６はトライアック２０にまたがって接続される。

【００１６】 又、スイッチ回路１０はトライアック２０にまたがって接続された交流入力を 有する電源回路２２も備えている。この電源回路２２は交流電力を＋５Ｖ及び＋ １２Ｖと示された端子に与えられる調整された直流電力に変換する。 又、カプリング回路２８もトライアック２０にまたがって接続される。このカプ リング回路２８は活線１６とトランシーバ回路３０との間に結合を与える受動的 な回路である。トランシーバ回路３０は送信媒体即ち電源ライン（活線１６）へ のインターフェイス即ち入力手段を形成し、そしてカプリング回路２８により抽 出された狭帯域信号を制御回路即ちプロセッサ回路３２への２進信号に変換する 。プロセッサ回路３２は例えば、エチェロンコーポレーションにより設計された Ｎｅｕｒｏｎ（登録商標）型式３１２０又は３１５０であり、スイッチ回路１０ の動作を制御するためのファームウェアプログラムを含んでいる。以下に述べる ようにトライアック２０の導通を制限することを除くと、どのようなプログラム を使用するかは、本考案にとって重要ではない。トランシーバ回路３０及びプロ セッサ回路３２は電源回路２２からの直流電力によって付勢される。プロセッサ 回路３２は電源ラインからカプリング回路２８及びトランシーバ回路３０を経て 受け取ったコマンドに応答し、そして白熱電灯１２をオン又はオフにするように トライアック制御器２６の動作を制御する。同様にプロセッサ回路３２はトラン シーバ回路３０及びカプリング回路２８を経て電源ラインに信号を送信し、シス テムの他のモジュールへの送信を行うことができる。

【００１７】 プロセッサ回路３２には入力手段即ちＩ／Ｏインターフェイス３４も接続され る。このＩ／Ｏインターフェイス３４はプロセッサ回路３２をプログラムするた めのキーパッド、表示のためのＬＥＤ、及び白熱電灯１２をオンにすべきかオフ にすべきかを決定するために切り換えられるトグルスイッチ３６に接続すること ができる。或いは又、白熱電灯１２は電源ラインから通常の形態で受け取られる コード化入力コマンドに応答してオン又はオフに切り換えることもできる。

【００１８】 電源ライン搬送技術では電源ラインが制御信号を送信するための送信ラインと して使用される。制御信号は送電を妨げることなく電源ラインに付与される搬送 波信号で送られる。トランシーバ回路３０は電源ラインに対して入力コマンドを やり取りするためのインターフェイスとして使用される。

【００１９】 上記の電源ライン搬送技術を用いて白熱電灯１２をオン又はオフに切り換える ことは新規なものではない。ここに開示する新規性はトライアック２０を制御す る電子回路を付勢するのに活線のみから電力を供給することにある。

【００２０】 図３は電源回路２２を示す電気回路図である。電源回路２２はトライアック２ ０にまたがって交流電力を受け取る交流入力４０を備えている。交流電力は全波 ブリッジ整流回路Ｄ１へ送られ、これは交流電力をキャパシタＣ１にまたがる直 流電力に変換する。電源回路２２の動作はユニトロードＵＣＣ３８８９集積回路 チップのようなオフライン電源コントローラ回路Ｕ１によって制御される。この コントローラ回路Ｕ１はオフラインの低電力低電圧調整バイアス電源として使用 するように設計され、ＶOUT ピンと示された出力に＋１２Ｖに調整された直流電 圧を発生する。コントローラ回路Ｕ１は広範な交流入力を固定の直流出力に変換 する。コントローラ回路Ｕ１に使用されている回路は２つのカスケード状のフラ イバックコンバータとして働き、これらコンバータの各々は不連続モードで動作 しそして両方ともトランジスタの形態の単一の外部電源スイッチＱ１のオン、オ フに従って駆動される。コントローラ回路Ｕ１に使用される制御アルゴリズムは 外部電源スイッチＱ１のオン時間を入力ラインの電圧に対して強制的に逆比例さ せ、一方、外部電源スイッチＱ１のオフ時間は出力電圧に対して逆比例させる。 この動作は内部のフィードバックループ及び基準電圧により自動的に制御される 。外部電源スイッチＱ１はコントローラ回路Ｕ１のドライブ出力ピンに接続され る。コントローラ回路Ｕ１のＣＴピンは抵抗器Ｒ１及びタイミングキャパシタＣ ３の並列接続体に接続される。ＣＴピンの電圧が２つのフライバックコンバータ による発振器に対して設定された基準電圧の上限スレショールド電圧に交差する ときには、ドライブ出力が低レベルとなる。ＣＴピンの電圧が発振器に対して設 定された基準電圧の下限スレショールド電圧に交差するときには、ドライブ出力 が高レベルとなる。コントローラ回路Ｕ１のＴ_OFF ピンはＶ_OUT とＴ_OFF との間 に接続された外部抵抗器Ｒ３を通るタイミングキャパシタＣ３の放電電流をセッ トする。キャパシタＣ２はＶＣＣピンと接地点との間に接続される。抵抗器Ｒ２ はＴ_ONピンと直流入力の高圧側との間に接続される。Ｖ_OUT ピンは１２ボルトの 調整された電圧を供給する。型式７８ＬＯＦ回路のような電圧調整回路Ｕ２は調 整された＋５Ｖ出力を供給する。

【００２１】 上記のように、電源回路２２は交流入力４０の交流電力をトランシーバ回路３ ０、プロセッサ回路３２及びＩ／Ｏインターフェイス３４を付勢するための調整 された直流電力に変換する。本考案は特に、トライアック制御器２６を経てトラ イアック２０を制御し、電源回路２２の交流入力４０に充分な交流電力が得られ るようにする。トライアック２０が開であるときは、交流入力４０は、１２０Ｖ の全供給電圧を受け取る。トライアック２０が完全に閉であるときは、短絡状態 となって、電源回路２２に電力は供給されず、電源回路２２はオフとなる。それ 故、本考案によれば、プロセッサ回路３２はトライアック２０が１００％のサイ クル時間にわたってオンになることが決してないようにトライアック制御器２６ を動作させる。最大のオン時間はサイクル時間の約８０％である。

【００２２】 図４はスイッチ３６又は電源ラインの信号により指令されて白熱電灯１２が点 灯するときにプロセッサ回路３２からトライアック制御器２６を経てトライアッ ク２０を制御するところを示す波形図である。白熱電灯１２を点灯すべきときに は、トライアック２０は、ソフトウェア制御により約±２５ボルトＲＭＳまで導 通することができる（図４の斜線部分）。これは波形の約８０％を表す。このと きにトライアック２０は遮断され、電源回路２２への２４ボルトＡＣ供給を維持 する。これを行うためのプロセッサ回路３２の特定のソフトウェア及びトライア ック制御器２６の構成は従来型のものであり当業者に容易に明らかであろう。

【００２３】 上記したように、入力コマンドを送信するために電源ライン搬送技術が使用さ れた。搬送波信号は例えば、約１３４ＫＨｚの選択された周波数で作用する。ト ライアック２０がオンであるときに搬送波信号が短絡されることがある。これは 、制御信号送信の信頼性を低減する。この問題を回避するために、図５に示すフ ィルタ回路２３がトライアック２０に直列に使用される。フィルタ回路２３はキ ャパシタＣと直列抵抗器Ｒ及びインダクタＬとの並列組合体を含む。フィルタ回 路２３は上記搬送波信号と共に使用されたときに約１２０ないし１４０ＫＨｚの 範囲の信号を停止する帯域停止フィルタとして作用する。これは、この周波数範 囲内の短絡による問題を排除する。

【００２４】 従って、本考案によれば、トリクル電源即ちスイッチ回路はスイッチレッグ理 論に基づいて電源回路２２を付勢するに充分な電圧を確保するようにトライアッ ク２０のオン時間を制限するだけでスイッチレッグ即ち活線１６から全ての電力 を得るように動作する。

【００２５】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案により照明器具等の自動ウォールスイ ッチに内蔵された電子回路に給電するための電力をそのスイッチ間から取り出す ための新規なスイッチ回路が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のスイッチ回路を有する照明システムの
電気回路図である。

【図２】図１のスイッチ回路のブロック図である。

【図３】図２の電源回路の電気回路図である。

【図４】電源回路を付勢するに充分な交流電力をトライ
アック間に与えるための図１のトライアックの制御動作
を説明するための曲線である。

【図５】図１及び図２のスイッチ回路に使用されるフィ
ルタ回路の回路図である。

【符号の説明】

１０ スイッチ回路 １２ 負荷（白熱電灯） １４ 交流電源 １６ 活線 １８ 中性線 ２０ ゲート制御スイッチ（トライアック） ２２ 電源回路 ２３ フィルタ回路 ２４ ゲート ２６ トライアック制御器 ２８ カプリング回路 ３０ トランシーバ回路 ３２ プロセッサ回路 ３４ Ｉ／Ｏインターフェイス ３６ トグルスイッチ ４０ 交流入力 Ｄ１ 全波ブリッジ整流回路 Ｕ１ オフライン電源コントローラ回路 Ｕ２ 電圧調整回路

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 活線１６及び中性線１８を含み、中性線
   １８が負荷１２に直結された交流電源１４から、電力を
   選択的に負荷１２に供給するためのスイッチ回路１０に
   おいて、活線１６と負荷１２との間に接続された制御ス
   イッチ２０と、上記制御スイッチ２０にまたがって接続
   された交流入力４０と、この交流入力４０の交流電力を
   直流電力に変換する手段Ｄ１とを有する電源回路２２
   と、負荷１２の動作状態を決定するための入力手段３
   ４，３０と、上記電源回路２２からの直流電力により付
   勢され、そして上記入力手段３４，３０及び制御スイッ
   チ２０に接続された制御回路３２とを備え、この制御回
   路３２は、入力手段３４，３０によって決定された負荷
   の動作状態を維持するように制御スイッチ２０の切り換
   えを制御し、そしてこの制御回路３２は、上記電源回路
   ２２を付勢するに充分な交流電力を上記制御スイッチ２
   ０間で得られるように各交流動作サイクル中の上記制御
   スイッチ２０の導通時間を制限するための手段を含むこ
   とを特徴とするスイッチ回路。
2. 【請求項２】 上記制御スイッチ２０は、ゲート制御ス
   イッチである請求項１に記載のスイッチ回路。
3. 【請求項３】 上記制御スイッチ２０は、トライアック
   である請求項１に記載のスイッチ回路。
4. 【請求項４】 上記電源回路２２は、交流電力を未調整
   の直流電力に変換するブリッジ整流回路Ｄ１と、その未
   調整の直流電力を調整された直流電力に変換するオフラ
   イン電源コントローラ回路Ｕ１とを含む請求項１に記載
   のスイッチ回路。
5. 【請求項５】 上記オフライン電源コントローラ回路Ｕ
   １は、２つのカスケード状のフライバックコンバータと
   して動作する集積回路より成り、これらフライバックコ
   ンバータは各々不連続モードで動作しそして両方とも外
   部電源スイッチＱ１のオン、オフに従って駆動される請
   求項４に記載のスイッチ回路。
6. 【請求項６】 上記集積回路は、上記外部電源スイッチ
   Ｑ１のオン時間を入力電圧に対して強制的に逆比例さ
   せ、そしてそのオフ時間は、出力電圧に対して逆比例さ
   せる請求項５に記載のスイッチ回路。
7. 【請求項７】 上記制御回路３２は、プロセッサ回路よ
   り成り、そして制限手段が制御スイッチ２０の導通を使
   用可能な電力のサイクル時間の８０％に制限する請求項
   １に記載のスイッチ回路。
8. 【請求項８】 上記制御スイッチ２０に直列に接続され
   たフィルタ回路２３を更に備えた請求項１に記載のスイ
   ッチ回路。
9. 【請求項９】 上記入力手段３４，３０は、上記制御ス
   イッチ２０にまたがって作動的に接続された電力ライン
   トランシーバ回路３０を含み、これは、電力ラインに付
   与された選択された周波数の搬送波信号を使用して負荷
   １２の動作状態を決定する請求項１に記載のスイッチ回
   路。
10. 【請求項１０】 選択された周波数の信号をフィルタ除
    去するための帯域停止フィルタ回路２３が上記制御スイ
    ッチ２０に直列に接続された請求項９に記載のスイッチ
    回路。