JP4797886B2 - 負荷制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、照明の点灯、消灯を制御する照明制御に関し、詳しくは、スイッチ操作に応じて負荷への電源供給を制御する負荷制御回路に関する。

異なる階数のフロアーからフロアー間を結ぶ階段に設けられた照明の点灯、消灯をそれぞれ切り替え可能とする場合のように、異なる場所に設置されたスイッチによる同一負荷への電源供給制御は、例えば、図１３（ａ）に示すような機械式の３路スイッチ５３、５４を用いて３路配線を施した負荷制御回路で実現することができる。

図１３（ａ）に示すように機械式の３路スイッチ５３、５４を用い交流電源５１から負荷５２への電源供給を制御するようにした場合、３路スイッチ５３、５４が非常に安価であることから低コストで施工することができる。しかしながら、このような３路スイッチ５３、５４は、負荷である照明の点灯、消灯を切り替えることしかできないため、例えば、照明を任意の明るさに調光したり、タイマによる点灯、消灯の自動管理といった高機能制御をすることができないため、ユーザの多様な要求に応えられなかった。

そこで、負荷制御回路に設けるスイッチを電子式のスイッチとすることで、照明の点灯、消灯に限らず、調光制御や自動点灯、自動消灯といった高機能制御を可能とする負荷制御回路を実現することができる（例えば、特許文献１参照。）。

電子式のスイッチを用いた負荷制御回路は、例えば、図１３（ｂ）に示すように、電子式のスイッチであるスイッチ親器５５を２線式配線で交流電源５１、負荷５２と接続し、さらに、スイッチ親器５５に専用配線でスイッチ子器５６を接続することで構成される。スイッチ親器５５は、トライアックとＣＰＵ（Central Processing Unit）とを備えており、ユーザによる直接、又はスイッチ子器５６を介した操作入力に応じたＣＰＵにより、トライアックのゲートにパルス信号を供給、パルス信号の供給停止、パルス信号のタイミングを変えるよう指示することで点灯、消灯制御、調光制御を可能とする。また、タイマによる計時に応じてＣＰＵが、点灯、消灯を自動的に制御することも容易に可能となる。
特開平９−４５１７５号公報

上述したような電子式のスイッチを負荷制御回路に用いる場合、図１３（ｂ）に示すようにしてスイッチ親器５５とスイッチ子器５６とを接続する必要がある。したがって、図１３（ａ）に示すような機械式のスイッチである３路スイッチを用いた負荷制御回路において、３路配線された箇所に電子式のスイッチを単純に置き換えて設置することができない。

したがって、既存の宅内で照明を制御するために設置されている負荷制御回路は、図１３（ａ）に示すような３路配線された負荷制御回路であることから、電子式のスイッチを設置する場合には、新たに配線工事を行う必要があるため大幅なコスト増加となってしまうといった問題がある。

また、電気工事を担う業者の大多数も、一般的に使用されている３路配線に関しては熟知しているが、製造メーカ毎に異なる独自の配線処理をする必要があるなど様々な制約があるスイッチ親器に対するスイッチ子器の配線処理は、不慣れであることが多く配線ミスなどのトラブルを生じやすいといった問題もある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、既存の３路配線を利用できるなど容易な配線処理を可能としながら、負荷に対する高機能な負荷制御処理を実現することができる負荷制御回路を提供することを目的とする。

本発明の負荷制御回路は、交流電源と負荷が主電流配線を介して接続された負荷回路の、前記負荷のオン、オフを制御する負荷制御回路において、 前記主電流配線上に設けられるスイッチ親器と、前記主電流配線上の前記スイッチ親器とは異なる位置に設けられるスイッチ子器と、を有し、前記スイッチ子器は、前記主電流配線から分岐された分岐配線をスイッチ操作されている間だけ電気的に接続する常開型の機械式スイッチを有し、前記スイッチ親器は、前記分岐配線の通電状態を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出される前記分岐配線の通電状態に応じて、前記スイッチ子器の機械式スイッチが操作されたかどうか判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づき、負荷への電源供給を制御する制御手段と、を有する構成とすることで上記課題を解決する。

請求項１の発明は、主電流配線から分岐された分岐配線に接続されたスイッチ子器が有する常開型の機械式スイッチのスイッチ操作を、スイッチ親器が分岐配線の通電状態を検出することで判定し、判定結果に応じて負荷への電源供給を制御する。

これにより、電子式スイッチであるスイッチ親器を用いた負荷制御方式としながら、スイッチ親器とスイッチ子器とは、３路配線することができるため容易に施工することができる。したがって、既に３路配線された場所でも、この配線をそのまま利用すればよいため、既存の配線状態を有効に活用することができ、施工のコスト、労力、施工時間を大幅に削減することを可能とする。

さらに、電子式スイッチであるスイッチ親器を用いることで、機械式スイッチでは実現できなかった、負荷に対する高機能な負荷制御処理も容易に実現することを可能とする。

請求項２の発明は、スイッチ親器の検出手段によって、半導体素子の出力が分岐配線に電流が流れる前後で変化することに基づき、分岐配線の通電状態を検出する。そして、スイッチ親器の制御手段は、負荷へ電源供給するように制御する際、負荷への電源供給を周期的な微少時間だけ停止させるオフ期間を設けるように制御することで、負荷をオン状態からオフ状態へと切り替えさせる機械式スイッチの要求を確実に判定することを可能とする。

請求項３の発明は、主電流配線に対して設けた分岐配線に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで、スイッチ子器が有する負荷への電源供給状態を通知する通知手段の制御をスイッチ親器から容易に行うことを可能とする。

請求項４の発明は、スイッチ子器の機械式スイッチと直列に接続され、前記交流の片方向の半波整流波と逆向きの半波整流波を通過させる整流素子を有することで、スイッチ子器の機械式スイッチが操作され押下され続けた場合であっても、スイッチ子器の両端に電圧を発生させることができるため、通知手段を動作させることを可能とする。

また、前記整流素子により、前記交流を半波整流することでスイッチ子器の機械式スイッチに掛かる耐圧を下げることができるため、機械式スイッチとしていわゆる弱電用の信号用スイッチを使用することが可能となる。これにより、負荷制御回路の小型化、低コスト化を実現することが可能となる。

請求項５の発明は、スイッチ親器の制御手段により負荷へ電源供給するよう制御されている場合、第１の半導体素子の出力が、抵抗素子によって主電流配線から主電流が分岐配線に分流される前後で変化することに基づき、分岐配線の通電状態を検出する。また、スイッチ親器の制御手段により負荷への電源供給を停止するよう制御されている場合、第２の半導体素子の出力が、分岐配線に電流が流れる前後で変化することに基づき、分岐配線の通電状態を検出する。

これにより、負荷へ電源供給するよう制御している場合、分岐配線に主電流から分流させた電流を分岐配線の通電状態の検出に利用することで、スイッチ親器を動作させるのに必要最低限の電源だけ確保するようにオフ期間を減らすことができる。したがって、例えば、蛍光灯など、様々な種類の負荷を広く使用することを可能とする。

請求項６の発明は、主電流配線に対して設けた分岐配線に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで、スイッチ子器が有する負荷への電源供給状態を通知する通知手段の制御をスイッチ親器から容易に行うことを可能とする。

請求項７の発明は、スイッチ子器が、当該スイッチ子器と同一機能を有する他のスイッチ子器の機械式スイッチ、通知手段と、前記分岐配線とを接続させる接続端子を備えることで、同一のスイッチ子器のみだけを使用しながら、簡便な施工により容易にスイッチ子器を複数個連接することを可能とする。

請求項８の発明は、スイッチ子器が、通知手段へ供給する電流を制限する第１電流制限抵抗を備え、スイッチ親器が、スイッチ子器の通知手段へ供給する電流を制限する第２電流制限抵抗を備え、前記通知手段を発光ダイオードとし、第１電流制限抵抗の抵抗値を、第２電流制限抵抗の抵抗値の略３倍以上とすることで、スイッチ子器の発光ダイオードである通知手段の電流を第１電流制限抵抗を基準として決定できるため、スイッチ子器を複数連接して負荷制御回路を構成した場合における発光ダイオードである通知手段の発光強度の低下を抑制することを可能とする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
まず、図１を用いて、本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路は、商用交流電源などである交流電源１と、交流電流方式の白熱灯などの照明である負荷２と、スイッチ子器１０と、スイッチ親器２０とが直列に接続されている。

この負荷制御回路は、スイッチ親器２０又はスイッチ子器１０を介したユーザによるスイッチ操作に応じて、負荷２に対する交流電源１からの電源供給を適切に制御する。

スイッチ子器１０は、常開型の押しボタンスイッチ１１を備え、端子Ｓ１と端子Ｓ２間を負荷制御回路の主電流が流れる主電流配線（電流スルーライン）が通過するように、端子Ｓ２と端子Ｓ３間を主電流配線から分岐された分岐配線ＢＬ１が通過するように、端子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって負荷制御回路に３路配線される。また、スイッチ子器１０は、押しボタンスイッチ１１に対して並列に発光ダイオード１２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１が設けられている。

押しボタンスイッチ１１は、ユーザによる操作がなされていない通常時では常に開いているが、ユーザによる操作によって閉じることで端子Ｓ３を介して接続されたスイッチ親器２０を通過する分岐配線ＢＬ１と導通することになる。このスイッチ子器１０のユーザによる押しボタンスイッチ１１の操作は、押しボタンスイッチ１１の操作が実行される直前における負荷２への交流電源１からの電源供給状態を切り替えることをスイッチ親器２０に要求するための操作である。

例えば、押しボタンスイッチ１１が操作される直前で負荷２へ交流電源１から電源供給されている場合には、押しボタンスイッチ１１を操作することで負荷２への電源供給を停止するよう要求したことを意味する。逆に、押しボタンスイッチ１１が操作される直前で負荷２へ交流電源１からの電源供給が停止されている場合には、押しボタンスイッチ１１を操作することで負荷２への電源供給を開始するよう要求したことを意味する。

後述するように、この押しボタンスイッチ１１、つまりスイッチ子器１０の操作による負荷２への電源供給状態の切り替え要求は、スイッチ親器２０で検出されスイッチ親器２０により負荷２への電源供給制御がなされる。

発光ダイオード１２は、負荷２への電源供給が停止されオフ状態となっている場合に発光することで、ユーザにスイッチ子器１０の位置や負荷２の電源供給状態を通知するために設けられている。発光ダイオード１２の発光制御は、端子Ｓ３を介して接続されたスイッチ親器２０にて実行される。

スイッチ親器２０は、双方向サイリスタであるトライアックＴＲＣ１と、交流電源１から供給される交流電源を全波整流して直流電源に変換し、当該スイッチ親器２０を駆動する電源を供給する電源回路／制御回路２１と、当該スイッチ親器２０を統括的に制御するマイコン２２と、ユーザによって操作される負荷２への電源供給の開始要求、負荷２への電源供給の停止要求を入力する操作スイッチ２３とを備える電子式のスイッチである。

スイッチ親器２０は、端子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６により負荷制御回路に３路配線される。具体的には、端子Ｓ５が、スイッチ子器１０の端子Ｓ１と接続され、端子Ｓ４、Ｓ５間を主電流配線が通過する。また、端子Ｓ６は、スイッチ子器１０の端子Ｓ３と接続され、端子Ｓ４、Ｓ６間を分岐配線ＢＬ１が通過する。

また、図示しないが、スイッチ親器２０は、調光制御をするために負荷２へ供給する交流電流量を指示する調光スイッチを備えていてもよい。また、タイマにより負荷２の点灯、消灯を時間管理するようにしてもよい。

トライアックＴＲＣ１は、２個のサイリスタを逆並列に接続し、双方向に電流を流せるようにした半導体素子であり、端子Ｓ４、Ｓ５間にアノード、カソードで主電流配線に対して直列接続されている。スイッチ親器２０は、マイコン２２により、このトライアックＴＲＣ１のゲートにパルス信号を供給、パルス信号の供給停止、パルス信号のタイミングを制御（位相制御）することでアノード、カソード間の導通（ターンオン）、導通の停止（ターンオフ）、負荷２に供給する交流電流量、つまりは交流電力量を制御する。

マイコン２２は、ユーザにより操作スイッチ２３が操作された場合、現在の負荷２への交流電源１からの電源供給状態に基づき、負荷２への電源供給を開始するよう要求されたのか、負荷２への電源供給を停止するよう要求されたのかを判定する。そして、マイコン２２は、判定結果に応じて、トライアックＴＲＣ１のゲートにパルス信号を供給、又はパルス信号の供給停止をすることで、トライアックＴＲＣ１のアノード、カソード間を導通、又は導通を停止するよう制御する。これにより、スイッチ親器２０の操作に応じて、負荷２への交流電源１からの電源供給が制御される。

また、マイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値に応じて、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を開始（オフ状態→オン状態）するように要求されたのか、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を停止（オン状態→オフ状態）するよう要求されたのかどうかを判定する。

そして、マイコン２２は、判定結果に応じて、トライアックＴＲＣ１のゲートにパルス信号を供給、又はパルス信号の供給を停止することで、トライアックＴＲＣ１のアノードカソード間を導通、又は導通を停止するよう制御する。これにより、スイッチ子器１０の操作に応じて、負荷２への交流電源１からの電源供給が制御される。

スイッチ親器２０は、分岐配線ＢＬ１の端子Ｓ４側から流れる電流を抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２を介してベース電流としてオン、オフ制御されるトランジスタＴＲ１を備えている。トランジスタＴＲ１は、エミッタ接地され、コレクタ側が検出ポートＰ２に接続されている。

また、このトランジスタＴＲ１として、バイポーラトランジスタを使用することができるが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を使用することもできる。ＦＥＴを使用するとゲート電流（バイポーラトランジスタの場合のベース電流）を非常に小さくすることができる。したがって、押しボタンスイッチ１１の操作を検出するために負荷オフ時に流す電流を小さくすることができるというメリットがある。

負荷オフ時に無駄な電流を消費させると、電子点灯方式の蛍光灯や電球型蛍光灯の誤点灯（ちらつき）を引き起こしたり、電灯以外の負荷、例えば、換気扇などを使用した場合には換気扇の誤動作を誘発したりすることになる。したがって、負荷制御回路により各種負荷を制御することが困難となってしまうため、できるだけ負荷オフ時に流す電流を小さくすることが望ましい。

したがって、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２も高輝度でありながら、低電流で駆動するものを使用することが望ましい。

例えば、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない状態で、負荷２への電源供給が停止されオフ状態となるように、マイコン２２によりトライアックＴＲＣ１が制御されている場合、スイッチ親器２０には、交流電源１からの電源がそのまま印加される。したがって、トランジスタＴＲ１のベースには、周期的なベース電流が供給されてトランジスタＴＲ１は、周期的にオン・オフを繰り返すよう制御される。

つまり、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない状態で、負荷２への電源供給が停止されオフ状態の場合、マイコン２２は、検出ポートＰ２から周期的な電圧値を検出することになる。

このとき、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されると、分岐配線ＢＬ１が導通して電流がダイオードＤ３へと流れるため、トランジスタＴＲ１のベースにはベース電流が供給されずオフし続ける。したがって、マイコン２２は、検出ポートＰ２から周期的な電圧値ではなく一定の電圧値（Ｈｉ電圧）を検出することになる。つまり、マイコン２２は、所定のサンプリングタイミングで検出ポートＰ２から検出される周期的な電圧値が一定の電圧値へと変化した場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定することができる。

マイコン２２は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定したことに応じて、トライアックＴＲＣ１を制御して、負荷２をオフ状態からオン状態へと切り替えるよう電源供給制御をする。

一方、負荷２へ電源供給されオン状態となるようにマイコン２２によりトライアックＴＲＣ１が制御されている場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたことをマイコン２２で検出するためには、押しボタンスイッチ１１が操作されていない状態で、トランジスタＴＲ１が、周期的にオン・オフを繰り返すよう制御しておく必要がある。

一般に、トライアックを制御して負荷へ交流電源より電源供給するように制御する電子式スイッチは、負荷のオン期間において自身の電源を確保するために、交流電源のゼロクロス後、僅かな時間（例えば、数１０μｓ程度）だけ負荷をオフとするオフ期間を設けるようにトライアックを制御している。この場合、負荷としては低ワットの蛍光灯（３０Ｗ以下程度）以外の負荷である蛍光灯、換気扇、インバータ照明、一般の電球型蛍光灯などを使用することができる。

そこで、マイコン２２は、トライアックＴＲＣ１のゲートに供給するパルス信号の位相制御をすることで、負荷２をオン状態とするオン期間において、負荷２を安定して駆動することが十分可能な程度の微少時間であるオフ期間を設けるようにする。なお、このように、オン期間に積極的にオフ期間を設定した場合、例えば、蛍光灯などのように放電により点灯する照明は、使用することができないが、オフ期間を適切に設定（数ｍｓ程度）すれば、白熱灯以外にも調光制御が可能な電球型蛍光灯なども使用することが可能である。

このオフ期間は、負荷制御回路の負荷２の種別に応じて決定することができ、白熱灯などの場合には、一般的なオン・オフ制御のみを行う電子式スイッチで設ける時間よりも長いオフ期間を確保することができる。

これにより、負荷２がオン状態であったとしても、トランジスタＴＲ１のベースには周期的なベース電流が供給され、トランジスタＴＲ１は、周期的にオン・オフを繰り返すように制御される。

したがって、マイコン２２は、所定のサンプリングタイミングで検出ポートＰ２から検出される周期的な電圧値が一定の電圧値へと変化した場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定することができる。オフ期間を長くすることができれば、トランジスタＴＲ１を確実に周期的にオン・オフさせることができるため、判定の精度を上げることができる。

マイコン２２は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定したことに応じて、トライアックＴＲＣ１を制御して、負荷２をオン状態からオフ状態へと切り替えるよう電源供給制御をする。

また、マイコン２２は、スイッチ子器１０が備える発光ダイオード１２の発光を制御する。マイコン２２の検出ポートＰ１７は、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ４、トランジスタＴＲ２のベースを介して端子Ｓ６と接続されている。これにより、マイコン２２は、負荷２をオン状態とするように電源供給制御している場合には、発光ダイオード１２の発光を停止させる。また、マイコン２２は、負荷２をオフ状態とするように電源供給制御している場合には、交流の片方向の半波整流波を発光ダイオード１２に流すよう制御して発光させる。なお、トランジスタＴＲ２は、負荷制御回路の消費電力を低減させるように構成する場合、ＦＥＴを使用するようにしてもよい。

（負荷制御処理回路の制御処理動作）
続いて、図２、図３を用いて、スイッチ子器１０のスイッチ操作に応じた、スイッチ親器２０のマイコン２２による負荷制御処理動作について説明をする。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ交流電源１から電源供給がなされたオン状態の負荷２をスイッチ子器１０の操作により電源供給を停止させたオフ状態へと切り替えた際の、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２を流れる電流を示した図、スイッチ親器２０の両端にかかる両端電圧を示した図、マイコン２２の検出ポートＰ２の電圧を示した図である。

スイッチ親器２０のマイコン２２は、負荷２がオン状態の場合でも周期的な微少なオフ期間を有するようにトライアックＴＲＣ１を制御するため、図２（ｂ）に示すように、スイッチ親器２０にはオフ期間の間、ある程度の電圧（最大１００Ｖ程度）がかかることになる。

したがって、上述したようにトランジスタＴＲ１が、周期的にオン・オフを繰り返すように制御されるため、図２（ｃ）に示すように、スイッチ親器２０の検出ポートＰ２の電圧は、負荷２がオン状態である場合には周期的なパルス電圧値となる。そして、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されるスイッチ子器操作期間Ｔｏへ移行した場合、周期性が消失した一定の電圧値となる。したがって、スイッチ親器２０のマイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値の変化からスイッチ子器１０の押しボタンスイッチが操作されたかどうかを判定することができる。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ交流電源１からの電源供給を停止されたオフ状態の負荷２をスイッチ子器１０の操作により電源供給をするオン状態へと切り替えた際の、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２を流れる電流を示した図、スイッチ親器２０の両端にかかる両端電圧を示した図、マイコン２２の検出ポートＰ２の電圧を示した図である。

図３（ｂ）に示すように、負荷２がオフ状態の場合には、スイッチ親器２０には、交流電源１からの電圧がそのままかかることになる。

したがって、上述したようにトランジスタＴＲ１が、周期的にオン・オフを繰り返すように制御されるため、図３（ｃ）に示すように、スイッチ親器２０の検出ポートＰ２の電圧は、負荷２がオフ状態である場合には周期的なパルス電圧値となる。そして、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されるスイッチ子器操作期間Ｔｏへ移行した場合、周期性が消失した一定の電圧値となる。したがって、スイッチ親器２０のマイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値の変化からスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたかどうかを判定することができる。

スイッチ親器２０のマイコン２２は、図２（ｃ）、図３（ｃ）で示したように検出ポートＰ２で検出される電圧値の変化から押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定した場合には、トライアックＴＲＣ１を制御して負荷２への電源供給状態を切り替える。

（第１の実施の形態の効果）
このように、本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路は、主電流配線から分岐された分岐配線ＢＬ１に接続された常開型の機械式スイッチである押しボタンスイッチ１１のスイッチ操作を、スイッチ親器２０のマイコン２２が分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出することで判定し、判定結果に応じて負荷２への電源供給を制御する。

具体的には、スイッチ親器２０は、分岐配線ＢＬ１にベースを接続されたトランジスタＴＲ１の出力が、分岐配線ＢＬ１に電流が流れる前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出する。マイコン２２は、負荷２へ電源供給するように制御する際、負荷２への電源供給を周期的な微少時間だけ停止させるオフ期間を設けるように制御することで、負荷２をオン状態からオフ状態へと切り替えさせる押しボタンスイッチ１１の要求を確実に判定することができる。

これにより、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いた負荷制御方式としながら、図１に示すように、スイッチ親器２０とスイッチ子器１０とは、３路配線することができるため容易に施工することができる。したがって、既に３路配線された場所でも、この配線をそのまま利用すればよいため、既存の配線状態を有効に活用することができ、施工のコスト、労力、施工時間を大幅に削減することができる。

さらに、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いることで、機械式スイッチでは実現できなかった、照明である負荷２の点灯・消灯制御の他に、調光制御やタイマによる負荷２の点灯、消灯を時間管理するといった高機能な負荷制御処理も容易に実現することができる。

また、主電流配線に対して設けた分岐配線ＢＬ１に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで、負荷２への電源供給状態を通知する発光ダイオード１２の発光制御をスイッチ親器２０から容易に行うことができる。

［第２の実施の形態］
続いて、図４を用いて、本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。図４に示すように、本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路は、図１を用いて説明した本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路の電子式スイッチであるスイッチ親器２０において、高電圧回路であるスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出する検出回路などと、低電圧回路であるマイコン２２周りの回路とを分離するようにした構成である。したがって、本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路において、図１に示す負荷制御回路と重複する箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本発明の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ親器２０は、端子Ｓ４と端子Ｓ６間とを通過する分岐配線ＢＬ１に抵抗Ｒ４、絶縁素子であるフォトカプラＰＣ１、端子Ｓ４から端子Ｓ６方向へと整流するダイオードＤ５を設け、フォトカプラＰＣ１の出力をトランジスタＴＲ１のベースにベース電流として供給しトランジスタＴＲ１のオン・オフを制御するようにしている。

負荷２がオフ状態の場合、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されると、分岐配線ＢＬ１が電気的に接続され端子Ｓ４、Ｓ６間に、交流の片方向の半波整流波が流れるため、フォトカプラＰＣ１の１次側の発光ダイオードＰＣ１ｄが発光する。これに応じて、フォトカプラＰＣ１の２次側のフォト・トランジスタＰＣ１ｔがオンするため、トランジスタＴＲ１もオンすることになる。

したがって、マイコン２２の検出ポートＰ２で検出される電圧は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない時と、押しボタンスイッチ１１が操作された時とで異なる電圧値を示すことになる。

一方、負荷２がオン状態の場合、負荷制御回路の主電流は、押しボタンスイッチ１１を操作したとしても分岐配線ＢＬ１に流れ込まないが、上述した第１の実施の形態として示す負荷制御回路のように、マイコン２２が、トライアックＴＲＣ１のゲートに供給するパルス信号の位相制御をすることで、負荷２をオン状態とするオン期間において、負荷２を安定して駆動することが十分可能な程度のオフ期間を設け、分岐配線ＢＬ１に交流の片方向の半波整流波を流すことができる。

これにより、この負荷２がオン状態のオフ期間において、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されると、負荷２がオフ状態の時と同様に、端子Ｓ４、Ｓ６間に、交流の片方向の半波整流波が流れるため、フォトカプラＰＣ１の１次側の発光ダイオードＰＣ１ｄが発光する。これに応じて、フォトカプラＰＣ１の２次側のフォト・トランジスタＰＣ１ｔがオンするため、トランジスタＴＲ１もオンすることになる。

したがって、マイコン２２の検出ポートＰ２で検出される電圧は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない時と、押しボタンスイッチ１１が操作された時とで異なる電圧値を示すことになる。

これにより、マイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値に応じて、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を開始（オフ状態→オン状態）するように要求されたのか、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を停止（オン状態→オフ状態）するよう要求されたのかどうかを判定することができる。

そして、マイコン２２は、判定結果に応じて、トライアックＴＲＣ１のゲートにパルス信号を供給、又はパルス信号の供給を停止することで、トライアックＴＲＣ１のアノード、カソード間を導通、又は導通を停止するよう制御する。これにより、スイッチ子器１０の操作に応じて、負荷２への交流電源１からの電源供給が制御される。

なお、このように、オン期間に積極的にオフ期間を設定した場合、例えば、蛍光灯などのように放電により点灯する照明は、使用することができないが、オフ期間を適切に設定（数ｍｓ程度）すれば、白熱灯以外にも調光制御が可能な電球型蛍光灯なども使用することが可能である。

また、本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ親器２０は、端子Ｓ４、Ｓ６間に、抵抗Ｒ４、フォトカプラＰＣ、ダイオードＤ５と並列に、端子Ｓ６から端子Ｓ４方向へと整流するダイオードＤ６、絶縁素子であるフォトトライアックＰＴ１を設け、マイコン２２によりスイッチ子器１０の発光ダイオード１２の発光制御をする。マイコン２２の検出ポートＰ１６には、フォトトライアックＰＴ１の１次側の発光ダイオードＰＴ１ｄが接続されている。

これにより、マイコン２２は、負荷２をオン状態とするように電源供給制御している場合には、フォトトライアックＰＴ１の１次側の発光ダイオードＰＴ１ｄの発光を停止させる。また、マイコン２２は、負荷２をオフ状態とするように電源供給制御している場合には、フォトトライアックＰＴ１の発光ダイオードＰＴ１ｄを発光させ、フォトトライアックＰＴ１の２次側のフォトトライアックＰＴ１ｔを動作させ、交流の片方向の半波整流波で発光ダイオード１２を発光させるように制御する。

（第２の実施の形態の効果）
このように、本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路は、主電流配線から分岐された分岐配線ＢＬ１に接続された常開型の機械式スイッチである押しボタンスイッチ１１のスイッチ操作を、スイッチ親器２０のマイコン２２が分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出することで判定し、判定結果に応じて負荷２への電源供給を制御する。

具体的には、スイッチ親器２０は、分岐配線ＢＬ１に接続されたフォトカプラＰＣ１を介して伝達される電流をベース電流とするトランジスタＴＲ１の出力が、分岐配線ＢＬ１に電流が流れる前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出する。マイコン２２は、負荷２へ電源供給するように制御する際、負荷２への電源供給を周期的な微少時間だけ停止させるオフ期間を設けるように制御することで、負荷２をオン状態からオフ状態へと切り替えさせる押しボタンスイッチ１１の要求を確実に判定することができる。

これにより、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いた負荷制御方式としながら、図４に示すように、スイッチ親器２０とスイッチ子器１０とは、３路配線することができるため容易に施工することができる。したがって、既に３路配線された場所でも、この配線をそのまま利用すればよいため、既存の配線状態を有効に活用することができ、施工のコスト、労力、施工時間を大幅に削減することができる。

さらに、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いることで、機械式スイッチでは実現できなかった、照明である負荷２の点灯・消灯制御の他に、調光制御やタイマによる負荷２の点灯、消灯を時間管理するといった高機能な負荷制御処理も容易に実現することができる。

また、主電流配線に対して設けた分岐配線ＢＬ１に流れる交流の片方向の半波整流波をフォトトライアックＰＴ１を介して制御することで、負荷２への電源供給状態を通知する発光ダイオード１２の発光制御をスイッチ親器２０から容易に行うことができる。

また、フォトカプラＰＣ１により、分岐配線ＢＬ１とトランジスタＴＲ１とを電気的に分離し、フォトトライアックＰＴ１により、分岐配線ＢＬ１とマイコン２２とを電気的に分離することで、高電圧回路であるスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出する検出回路などと、低電圧回路であるマイコン２２周りの回路とを分離することができる。したがって、マイコン２２周りの回路定数設定を容易なものとし、マイコン２２の耐電圧やサージ電圧による影響を考慮する必要がなくなるため、回路設計を容易に行うことができる。

［第３の実施の形態］
続いて、図５を用いて、本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。

図５に示すように、本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路は、図１を用いて説明した本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路の機械式スイッチであるスイッチ子器１０において、発光ダイオード１２を確実に発光制御できるようにした構成である。したがって、本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路において、図１に示す負荷制御回路と重複する箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路は、スイッチ子器１０において、発光ダイオード１２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１と並列に接続された押しボタンスイッチ１１と直列に端子Ｓ３から端子Ｓ２方向へと整流するダイオードＤ７を接続し、押しボタンスイッチ１１を操作している間でも発光ダイオード１２が点灯するようにしている。

本発明の第１の実施の形態として図１に示した負荷制御回路では、押しボタンスイッチ１１を操作すると、インピーダンスの関係により発光ダイオード１２には電流が流れず、押しボタンスイッチ１１側を電流が流れる。したがって、押しボタンスイッチ１１の操作期間においては、発光ダイオード１２を発光させることができなかった。

上述したように、スイッチ親器２０のマイコン２２は、押しボタンスイッチ１１の操作を検出すると、負荷２への電源供給状態を切り替えるように制御する。例えば、ユーザが、オン状態にある負荷２をオフ状態にするために押しボタンスイッチ１１を長押ししたとする。マイコン２２は、このように押しボタンスイッチ１１が長押しされている間であっても、押しボタンスイッチ１１の操作を検出したことに応じて負荷２をオフ状態へと切り替えることになる。しかしながら、負荷２がオン状態からオフ状態へと切り替わったとしても、押しボタンスイッチ１１が操作されている間は、上述したように発光ダイオード１２を発光させることができない。

そこで、負荷制御回路のスイッチ子器１０に、ダイオードＤ７を設けることで、押しボタンスイッチ１１を操作している間であっても、発光ダイオード１２へ電流を流すことができる。これにより、マイコン２２は、負荷２をオフ状態とするように電源供給制御している場合には、押しボタンスイッチ１１が操作されていたとしても交流の片方向の半波整流波で発光ダイオード１２を確実に発光させるように制御することができる。

また、図４に示した本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ子器１０にも、同じように、発光ダイオード１２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１と並列に接続された押しボタンスイッチ１１と直列に、端子Ｓ３から端子Ｓ２方向へと整流するダイオードＤ７を接続することで、押しボタンスイッチ１１を操作している間でも、負荷２がオフ状態となったことに応じて発光ダイオード１２を確実に発光させることができる。

（第３の実施の形態の効果）
このように、本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１と直列に、端子Ｓ３から端子Ｓ２方向へ整流するダイオードＤ７を設けることで、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作され押下され続けた場合であっても、スイッチ子器１０の両端（端子Ｓ２，Ｓ３間）に電圧を発生させることができるため、発光ダイオード１２を発光させることができる。

また、ダイオードＤ７により、交流を半波整流することでスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１に掛かる耐圧を下げることができるため、押しボタンスイッチ１１としていわゆる弱電用の信号用スイッチを使用することができる。これにより、負荷制御回路の小型化、低コスト化を実現することができる。

［第４の実施の形態］
次に、図６を用いて、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。

上述した第１の実施の形態の負荷制御回路では、負荷２がオン状態である場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出するために、マイコン２２による位相制御により積極的にオフ期間を設けるようにしていた。図６に示す本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路では、スイッチ親器２０を動作させるのに必要最低限の電源だけ確保するように、このオフ期間を減らすことで、例えば、蛍光灯なども負荷２として使用できるような構成となっている。

したがって、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路において、図１に示す負荷制御回路と重複する箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。また、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路において、負荷２がオフ状態に制御されている際のスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出する手法は、上述した第１の実施の形態として示す負荷制御回路での検出手法と全く同じであるため説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路は、オン状態に制御された負荷２をオフ状態へと切り替えるよう要求するスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出するために、スイッチ子器１０の端子Ｓ１、Ｓ２間に端子Ｓ２から端子Ｓ１方向に整流するダイオードＤ１１と、ダイオードＤ１１と並列に端子Ｓ１から端子Ｓ２方向に整流するダイオードＤ１２とを設けている。このダイオードＤ１１、Ｄ１２は、押しボタンスイッチ１１が操作された際に、押しボタンスイッチ１１側に、負荷制御回路の主電流を分岐配線ＢＬ１へと分流させるために設けられている。

また、図６（ａ）に示すように、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ親器２０は、トライアックＴＲＣ１と端子Ｓ５間で主電流配線から分岐され、端子Ｓ６へと接続させることで分岐配線ＢＬ１に接続された分岐配線ＢＬ２に抵抗Ｒ６と、絶縁素子であるフォトカプラＰＣ２とを直列に接続させている。このフォトカプラＰＣ２の出力は、エミッタ接地されコレクタ側をマイコン２２の検出ポートＰ８に接続したトランジスタＴＲ３のベースにベース電流として供給され、トランジスタＴＲ３のオン・オフを制御する。

これにより、負荷２がオン状態に制御されている場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されると、押しボタンスイッチ１１側に負荷制御回路の主電流が分流するため、フォトカプラＰＣ２の１次側の発光ダイオードＰＣ２ｄが発光する。これに応じて、フォトカプラＰＣ２の２次側のフォト・トランジスタＰＣ２ｔがオンするため、トランジスタＴＲ３もオンすることになる。

したがって、マイコン２２の検出ポートＰ８で検出される電圧は、負荷２がオン状態である場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない時と、押しボタンスイッチ１１が操作された時とで異なる電圧値を示すことになる。

これにより、マイコン２２の検出ポートＰ８で検出される電圧値に応じて、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を停止（オン状態→オフ状態）するように要求されたのかを判定することができる。

そして、マイコン２２は、判定結果に応じて、トライアックＴＲＣ１のゲートへのパルス信号の供給を停止することで、トライアックＴＲＣ１のアノード、カソード間の導通を停止するよう制御する。これにより、スイッチ子器１０の操作に応じて、負荷２への交流電源１からの電源供給が停止される。

上述したように、スイッチ子器１０は、押しボタンスイッチ１１が操作された際に、分岐配線ＢＬ２に負荷制御回路の主電流を分流させるためにダイオードＤ１１、Ｄ１２を設けている。このように、押しボタンスイッチ１１が操作された際に、分岐配線ＢＬ２のフォトカプラＰＣ２に電流が流れるように負荷制御回路の主電流を分流できればよいため、図６（ｂ）に示すようにダイオードＤ１１、Ｄ１２に替えて、端子Ｓ１、Ｓ２間に分流が生ずるような抵抗値の抵抗Ｒ７を直列に接続するようにしてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、ダイオードＤ１１、Ｄ１２に替えて、ゲートを抵抗Ｒ８を介してショートさせたトライアックＴＲＣ２を端子Ｓ１、Ｓ２間に接続するようにしてもよいし、図示しないがトライアックＴＲＣ２と同等の機能となる双方向に入れたサイリスタなど抵抗成分を有する抵抗素子を用いることもできる。

また、図７に示すように、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路は、図１に示す本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路と同様に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１に対して並列となるように発光ダイオード１２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１を設け、負荷２への電源供給が停止されオフ状態となっている場合に発光ダイオード１２を発光させることで、ユーザにスイッチ子器１０の位置や負荷２の電源供給状態を通知することができる。

発光ダイオード１２の発光制御をするために、図１に示す本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路と同様に、スイッチ親器２０のマイコン２２の検出ポートＰ１７は、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ４、トランジスタＴＲ２を介して端子Ｓ６と接続されている。これにより、マイコン２２は、負荷２をオン状態とするように電源供給制御している場合には、発光ダイオード１２の発光を停止させ、負荷２をオフ状態とするように電源供給制御している場合には、交流の片方向の半波整流波を発光ダイオード１２に流すよう制御して発光させる。

（負荷制御処理回路の制御処理動作）
続いて、図８、図９を用いて、スイッチ子器１０のスイッチ操作に応じた、スイッチ親器２０のマイコン２２による負荷制御処理動作について説明をする。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ交流電源１から電源供給がなされたオン状態の負荷２をスイッチ子器１０の操作により電源供給を停止させたオフ状態へと切り替えた際の、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２を流れる電流を示した図、スイッチ親器２０の両端にかかる両端電圧を示した図、マイコン２２の検出ポートＰ８の電圧を示した図である。

図８（ｂ）に示すように、スイッチ親器２０のマイコン２２は、負荷２をオン状態に制御している間、当該スイッチ親器２０を動作させるのに必要最低限の電源だけを確保して、負荷２に対して１００％に近い電圧を供給するようにトライアックＴＲＣ１を位相制御している。図８（ｂ）で示されているスイッチ親器２０の両端にかかる両端電圧において、負荷２をオン状態に制御している際の様子を拡大すると図８（ｄ）に示すようになる。図８（ｄ）に示すように、負荷２をオン状態としている際のオフ期間は、非常に短く、低い電圧値（１０Ｖ以下）となっている。

一方、図８（ｃ）に示すように、スイッチ親器２０の検出ポートＰ８の電圧は、負荷２がオン状態である場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されないとトランジスタＴＲ３がオフとなり一定のＨｉ電圧が印加され続けることになる。そして、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されるスイッチ子器操作期間Ｔｏへ移行した場合、フォトカプラＰＣ２の出力に応じてトランジスタＴＲ３がオンするため、検出ポートＰ８で検出される電圧値が変化することになる。

したがって、スイッチ親器２０のマイコン２２は、検出ポートＰ８で検出される電圧値の変化からスイッチ子器１０の押しボタンスイッチが操作されたかどうかを判定することができる。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ交流電源１からの電源供給を停止されたオフ状態の負荷２をスイッチ子器１０の操作により電源供給をするオン状態へと切り替えた際の、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２を流れる電流を示した図、スイッチ親器２０の両端にかかる両端電圧を示した図、マイコン２２の検出ポートＰ２の電圧を示した図である。

図９（ｂ）に示すように、負荷２がオフ状態の場合には、スイッチ親器２０には、交流電源１からの電圧がそのままかかることになる。

したがって、上述したようにトランジスタＴＲ１が、周期的にオン・オフを繰り返すように制御されるため、図９（ｃ）に示すように、スイッチ親器２０の検出ポートＰ２の電圧は、負荷２がオフ状態である場合には周期的なパルス電圧値となる。そして、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されるスイッチ子器操作期間Ｔｏへ移行した場合、周期性が消失した一定の電圧値（Ｈｉ電圧）となる。したがって、スイッチ親器２０のマイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値の変化からスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されたかどうかを判定することができる。

スイッチ親器２０のマイコン２２は、図８（ｃ）、図９（ｃ）で示したように検出ポートＰ８又は検出ポートＰ２で検出される電圧値の変化から押しボタンスイッチ１１が操作されたと判定した場合には、トライアックＴＲＣ１を制御して負荷２への電源供給状態を切り替える。

（第４の実施の形態の効果）
このように、本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路は、主電流配線から分岐された分岐配線ＢＬ１に接続された常開型の機械式スイッチである押しボタンスイッチ１１のスイッチ操作を、スイッチ親器２０のマイコン２２が分岐配線ＢＬ１、又は分岐配線ＢＬ１に接続された分岐配線ＢＬ２の通電状態を検出することで判定し、判定結果に応じて負荷２への電源供給を制御する。

具体的には、スイッチ親器２０は、マイコン２２により負荷２へ電源供給するよう制御されている場合、分岐配線ＢＬ２に接続されたフォトカプラＰＣ２を介して伝達される電流をベース電流とするトランジスタＴＲ３の出力が、ダイオードＤ１１、Ｄ１２などの抵抗素子によって主電流配線より分岐配線ＢＬ１に接続された分岐配線ＢＬ２に分流される前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ２の通電状態を検出する。

また、スイッチ親器２０は、マイコン２２により負荷２への電源供給を停止するよう制御されている場合、分岐配線ＢＬ１にベースを接続されたトランジスタＴＲ１の出力が、分岐配線ＢＬ１に電流が流れる前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出する。

これにより、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いた負荷制御方式としながら、図６、図７に示すように、スイッチ親器２０とスイッチ子器１０とは、３路配線することができるため容易に施工することができる。したがって、既に３路配線された場所でも、この配線をそのまま利用すればよいため、既存の配線状態を有効に活用することができ、施工のコスト、労力、施工時間を大幅に削減することができる。

さらに、電子式スイッチであるスイッチ親器２０を用いることで、機械式スイッチでは実現できなかった、照明である負荷２の点灯・消灯制御の他に、調光制御やタイマによる負荷２の点灯、消灯を時間管理するといった高機能な負荷制御処理も容易に実現することができる。

さらにまた、マイコン２２は、負荷２へ電源供給するよう制御している場合、分岐配線ＢＬ２に主電流から分流させた電流を利用することで、スイッチ親器２０を動作させるのに必要最低限の電源だけ確保するように、オフ期間を減らすことができるため、例えば、蛍光灯など、様々な種類の負荷を負荷２として広く使用することができる。

また、主電流配線に対して設けた分岐配線ＢＬ１に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで、負荷２への電源供給状態を通知する発光ダイオード１２の発光制御をスイッチ親器２０から容易に行うことができる。

［第５の実施の形態］
続いて、図１０を用いて、本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。

図１０に示すように、本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路は、図６、図７を用いて説明した本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路の電子式スイッチであるスイッチ親器２０において、高電圧回路であるスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出する検出回路などと、低電圧回路であるマイコン２２周りの回路とを分離するようにした構成である。したがって、本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路において、図６、図７に示す負荷制御回路と重複する箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、本発明の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ親器２０は、ダイオードＤ２に替えて絶縁素子であるフォトカプラＰＣ３を設け、フォトカプラＰＣ３の出力をトランジスタＴＲ１のベースにベース電流として供給しトランジスタＴＲ１のオン・オフを制御するようにしている。

これにより、負荷２がオフ状態となっている場合に、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されると、ダイオードＤ３を介して端子Ｓ４から端子Ｓ６方向へ、交流の片方向の半波整流波が流れるため、フォトカプラＰＣ３の１次側の発光ダイオードＰＣ３ｄが発光する。これに応じて、フォトカプラＰＣ３の２次側のフォト・トランジスタＰＣ３ｔがオンするため、トランジスタＴＲ１もオンすることになる。

したがって、マイコン２２の検出ポートＰ２で検出される電圧は、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１が操作されていない時、押しボタンスイッチ１１が操作された時とで異なる電圧値を示すことになる。

これにより、マイコン２２は、検出ポートＰ２で検出される電圧値に応じて、スイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作により、負荷２への電源供給を開始（オフ状態→オン状態）するように要求されたのかを判定することができる。

そして、マイコン２２は、判定結果に応じて、トライアックＴＲＣ１のゲートへのパルス信号の供給をすることで、トライアックＴＲＣ１のアノード、カソード間を導通するよう制御する。これにより、スイッチ子器１０の操作に応じて、負荷２へ交流電源１から電源供給される。

また、本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ親器２０は、端子Ｓ４、Ｓ６間のダイオードＤ３と並列に絶縁素子であるフォトトライアックＰＴ２を設け、マイコン２２によりスイッチ子器１０の発光ダイオード１２の発光制御をする。マイコン２２の検出ポートＰ１６には、フォトトライアックＰＴ２の１次側の発光ダイオードＰＴ２ｄが接続されている。

これにより、マイコン２２は、負荷２をオン状態とするように電源供給制御している場合には、フォトトライアックＰＴ２の１次側の発光ダイオードＰＴ２ｄの発光を停止させる。また、マイコン２２は、負荷２をオフ状態とするように電源供給制御している場合には、検出ポートＰ１６をＬｏｗに落とすことでフォトトライアックＰＴ２の発光ダイオードＰＴ２ｄを発光させ、フォトトライアックＰＴ２の２次側のフォトトライアックＰＴ２ｔを動作させ、交流の片方向の半波整流波で発光ダイオード１２を発光させるように制御する。

（第５の実施の形態の効果）
このように、本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路は、主電流配線から分岐された分岐配線ＢＬ１に接続された常開型の機械式スイッチである押しボタンスイッチ１１のスイッチ操作を、スイッチ親器２０のマイコン２２が分岐配線ＢＬ１、又は分岐配線ＢＬ１に接続された分岐配線ＢＬ２の通電状態を検出することで判定し、判定結果に応じて負荷２への電源供給を制御する。

具体的には、スイッチ親器２０は、マイコン２２により負荷２へ電源供給するよう制御されている場合、分岐配線ＢＬ２に接続されたフォトカプラＰＣ２を介して伝達される電流をベース電流とするトランジスタＴＲ３の出力が、ダイオードＤ１１、Ｄ１２などの抵抗素子によって主電流配線より分岐配線ＢＬ１に接続された分岐配線ＢＬ２に分流される前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ２の通電状態を検出する。

また、スイッチ親器２０は、マイコン２２により負荷２への電源供給を停止するよう制御されている場合、分岐配線ＢＬ１に接続されたフォトカプラＰＣ３を介して伝達される電流をベース電流とするトランジスタＴＲ１の出力が、分岐配線ＢＬ１に電流が流れる前後で変化することに応じて、分岐配線ＢＬ１の通電状態を検出する。

また、主電流配線に対して設けた分岐配線ＢＬ１に流れる交流の片方向の半波整流波をフォトトライアックＰＴ２を介して制御することで、負荷２への電源供給状態を通知する発光ダイオード１２の発光制御をスイッチ親器２０から容易に行うことができる。

このように、フォトカプラＰＣ２により、分岐配線ＢＬ２とトランジスタＴＲ３とを電気的に分離し、フォトカプラＰＣ３により、分岐配線ＢＬ１とトランジスタＴＲ１とを電気的に分離し、フォトトライアックＰＴ２により、分岐配線ＢＬ１とマイコン２２とを電気的に分離することで、高電圧回路であるスイッチ子器１０の押しボタンスイッチ１１の操作を検出する検出回路などと、低電圧回路であるマイコン２２周りの回路とを分離することができる。したがって、マイコン２２周りの回路定数設定を容易なものとし、マイコン２２の耐電圧やサージ電圧による影響を考慮する必要がなくなるため、回路設計を容易に行うことができる。

［第６の実施の形態］
続いて、図１１を用いて、本発明の第６の実施の形態として示す負荷制御回路について説明をする。

図１１に第６の実施の形態として示す負荷制御回路は、例えば、玄関から比較的長い廊下における異なる３箇所以上の場所から共通照明の入切、異なる３箇所以上の場所から階段の共通照明の入切、非常階段の１階、２階、３階などからの共通照明の入切、大ホールなどの数カ所（３箇所以上）の入口からの共通照明の入切などを同一のスイッチ子器の増設によって実現することができるようにしたものである。

上述したような、異なる３箇所以上の場所から共通照明の入切といった点灯、消灯制御は、通常、図１２（ａ）に示すように機械式の３路スイッチ５７，５８、４路スイッチ５９，６０とを組み合わせることで実現することができる。このような機械式スイッチは、非常に安価であることから低コストで施工することができる。しかしながら、このような３路スイッチ５７，５８、４路スイッチ５９，６０は、負荷である照明の点灯、消灯を切り替えることしかできないため、例えば、任意の明るさに調光したり、タイマによる点灯、消灯の自動管理といった高機能制御をすることができないため、ユーザの多様な要求に応えることができない。

そこで、負荷制御回路に設けるスイッチを図１２（ｂ）に示すように電子式のスイッチとすることで照明の点灯、消灯に限らず調光制御や自動点灯、自動消灯といった高機能制御を可能とする負荷制御回路を実現することができる。上述したような電子式のスイッチを負荷制御回路に用いる場合、図１２（ｂ）に示すようにしてスイッチ親器６１とスイッチ子器６２，６３，６４とを接続する必要がある。したがって、図１２（ａ）に示すような機械式のスイッチである３路スイッチを用いた負荷制御回路において、３路配線された箇所に電子式のスイッチを単純に置き換えて設置することができない。

したがって、既存の宅内で照明を制御するために設置されている負荷制御回路は、図１２（ａ）に示すような３路配線された負荷制御回路であることから、電子式のスイッチを設置する場合には、新たに配線工事を行う必要があるため大幅なコスト増加となってしまうといった問題がある。

また、電気工事を担う業者の大多数も、一般的に使用されている３路配線に関しては熟知しているが、製造メーカ毎に異なる独自の配線処理をする必要があるなど様々な制約があるスイッチ親器に対するスイッチ子器の配線処理は、不慣れであることが多く配線ミスなどのトラブルを生じやすいといった問題もある。

そこで、本発明の第６の実施の形態として、図１１に示すように、複数のスイッチ子器１０を接続可能とし、接続した各スイッチ子器１０による押しボタンスイッチ１１の操作による負荷制御を実現する回路を提案する。図１１に示すように、本発明の第６の実施の形態として示す負荷制御回路は、図５を用いて説明した本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ子器１０を複数接続できるようにした構成である。したがって、本発明の第６の実施の形態として示す負荷制御回路において、図５に示す負荷制御回路と重複する箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の説明において、スイッチ子器１０を複数（図１１では２つ）設けるため、互いに識別可能とするように、スイッチ子器１０Ａ、スイッチ子器１０Ｂ、スイッチ子器１０Ｃ…と呼び、総称する場合には単にスイッチ子器１０と呼ぶ。

図１１に示すように、本発明の第６の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ子器１０Ａは、端子Ｓ３と、互いに並列に接続されたダイオードＤ７、ダイオードＤ１との間から分岐された分岐配線ＢＬ３の先に端子Ｓ７を備えている。スイッチ子器１０Ｂも全く同様に引き出された分岐配線ＢＬ３の先に端子Ｓ７を備えている。言い換えれば、スイッチ子器１０Ａの端子Ｓ７は、当該スイッチ子器１０Ａと同一機能を有するスイッチ子器１０Ｂの押しボタン式スイッチ１１、発光ダイオード１２と、分岐配線ＢＬ１とを接続させ、スイッチ子器１０Ａの押しボタン式スイッチ１１、発光ダイオード１２と、スイッチ子器１０Ｂの押しボタン式スイッチ１１、発光ダイオード１２とを並列に接続させるための接続端子である。

スイッチ子器１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ端子Ｓ１と端子Ｓ２間を主電流配線が通過するように接続されるとともに、スイッチ子器１０Ａの端子Ｓ７と、スイッチ子器１０Ｂの端子Ｓ３とが接続される。同様にして、同一のスイッチ子器１０を複数個連接することができる。

ところで、スイッチ子器１０を複数個連接した場合、各スイッチ子器１０の抵抗Ｒ１の抵抗値（抵抗値×スイッチ子器１０の数）とスイッチ親器２０の抵抗Ｒ３の抵抗値との合成抵抗によって、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２の発光電流が決定されることになる。この発光電流は、連接したスイッチ子器１０で分流されるため、スイッチ子器１０にそれぞれ設けられた発光ダイオード１２の発光強度を低下させてしまう。

そこで、あらかじめスイッチ子器１０の抵抗Ｒ１を抵抗Ｒ３に較べて大きくしておくことで、スイッチ子器１０の発光ダイオード１２の発光電流を抵抗Ｒ１を基準として決定できるようにする。これにより、スイッチ子器１０を複数個連接して負荷制御回路を構成した場合における発光ダイオード１２の発光強度の低下を抑制することができる。

具体的には、スイッチ親器２０の電流制御用の抵抗Ｒ３と、スイッチ子器１０の電流制御用の抵抗Ｒ１との比を概ね３倍（Ｒ３：Ｒ１＝１：３）程度以上に設定する。これにより、スイッチ親器２０の抵抗Ｒ３の抵抗値への依存度が相対的に低くなるため、スイッチ子器１０の抵抗Ｒ１を主体として発光ダイオード１２の発光電流を容易に考慮することができる。

ここで、発光ダイオード１２の発光電流をＩＬＥＤとし、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ３とし、電圧をＶとすると、スイッチ子器１０Ａのみを使用した場合の発光電流ＩＬＥＤ（Ａ）は、（１）式に示すようになる。

ＩＬＥＤ（Ａ）＝Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ３） ・ ・ ・（１）

また、スイッチ子器１０Ａ，１０Ｂを使用した場合の１台の発光ダイオード１２の発光電流ＩＬＥＤ（ＡＢ）は、（２）式に示すようになる。

ＩＬＥＤ（ＡＢ）＝Ｖ／（Ｒ１／２＋Ｒ３）×１／２
＝Ｖ／（Ｒ１＋２×Ｒ３） ・ ・ ・（２）

ここで、負荷制御回路において、スイッチ子器１０を２台接続したときの発光ダイオード１２の発光電流の減少分を、スイッチ子器１０を１台だけ接続したときの８０％まで許容するものとすると、以下に示す（３）式のようになる。

ＩＬＥＤ（ＡＢ）＝０．８×ＩＬＥＤ（Ａ） ・ ・ ・（３）

上述した（１）式、（２）式を用いて（３）式を整理すると、以下に示す（４）式のようになる。

Ｖ／（Ｒ１＋２×Ｒ３）＝０．８×Ｖ／（Ｒ１＋Ｒ３）
Ｒ１＝３×Ｒ３ ・ ・ ・（４）

したがって、（４）式からもわかるように、スイッチ子器１０をさらに連接した場合には、抵抗Ｒ１を、抵抗Ｒ３の３倍以上に設定することで、スイッチ親器２０の抵抗Ｒ３の抵抗値への依存度を相対的に低くできるため、スイッチ子器１０の抵抗Ｒ１を主体として発光ダイオード１２の発光電流を容易に考慮することができる。

（第６の実施の形態の効果）
このように、スイッチ子器１０Ａの押しボタンスイッチ１１を操作したとしても、スイッチ子器１０Ｂの押しボタンスイッチ１１を操作したとしても、押しボタンスイッチ１１の操作をマイコン２２によって検出することができる。また、さらにスイッチ子器１０Ｂの端子Ｓ７に、図示しないスイッチ子器１０Ｃの端子Ｓ３を接続させる…というように、機械式スイッチのように３路スイッチ、４路スイッチを併用して使用するといったこともなく、電子式スイッチのように煩雑で特別な施工を要求されることもなく、同一のスイッチ子器１０のみだけで、簡便な施工により容易にスイッチ子器１０を複数個連接することができる。

また、スイッチ親器２０の電流制御用の抵抗Ｒ３と、スイッチ子器１０の電流制御用の抵抗Ｒ１との比を概ね３倍（Ｒ３：Ｒ１＝１：３）程度以上に設定することで、スイッチ子器１０を複数個連接して負荷制御回路を構成した場合における発光ダイオード１２の発光強度の低下を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路の負荷に対する電源供給状態が変化した際の各電圧値の時間的変化の一例を示した図である。 本発明の第１の実施の形態として示す負荷制御回路の負荷に対する電源供給状態が変化した際の各電圧値の時間的変化の一例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 本発明の第３の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路のスイッチ子器に発光ダイオードを設けた構成について説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路の負荷に対する電源供給状態が変化した際の各電圧値の時間的変化の一例を示した図である。 本発明の第４の実施の形態として示す負荷制御回路の負荷に対する電源供給状態が変化した際の各電圧値の時間的変化の一例を示した図である。 本発明の第５の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 本発明の第６の実施の形態として示す負荷制御回路の構成について説明をするための図である。 複数のスイッチを使用した場合について説明するための図である。 従来の技術として示す負荷制御回路について説明するための図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ 負荷
ＢＬ１ 分岐配線
ＢＬ２ 分岐配線
ＢＬ３ 分岐配線
Ｓ３ 端子
Ｓ７ 端子
１０ スイッチ子器
１１ 押しボタンスイッチ
１２ 発光ダイオード
２０ スイッチ親器
２１ 電源回路／制御回路
２２ マイコン
２３ 操作スイッチ
ＴＲ１ トランジスタ
ＴＲ２ トランジスタ
ＴＲ３ トランジスタ
ＴＲＣ１ トライアック
ＰＣ１ フォトカプラ
ＰＣ２ フォトカプラ
ＰＣ３ フォトカプラ
ＰＴ１ フォトトライアック
ＰＴ２ フォトトライアック
Ｒ１ 抵抗
Ｒ３ 抵抗

Claims (8)

1. 交流電源と負荷が主電流配線を介して接続された負荷回路の、前記負荷のオン、オフを制御する負荷制御回路において、
   前記主電流配線上に設けられるスイッチ親器と、前記主電流配線上の前記スイッチ親器とは異なる位置に設けられるスイッチ子器と、を有し、
   前記スイッチ子器は、前記主電流配線から分岐された分岐配線をスイッチ操作されている間だけ電気的に接続する常開型の機械式スイッチを有し、
   前記スイッチ親器は、前記分岐配線の通電状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出される前記分岐配線の通電状態に応じて、前記スイッチ子器の機械式スイッチが操作されたかどうか判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果に基づき、負荷への電源供給を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする負荷制御回路。
2. 前記スイッチ親器の制御手段は、負荷へ電源供給するよう制御する際、負荷への電源供給を周期的な微少時間だけ停止させるオフ期間を設けるように制御し、
   前記制御手段により負荷へ電源供給するよう制御されている場合、又は前記制御手段により負荷への電源供給を停止するよう制御されている場合において、
   前記スイッチ親器の検出手段は、半導体素子の前記分岐配線に電流が流れる前後で変化する出力に基づき、前記分岐配線の通電状態を検出すること
   を特徴とする請求項１記載の負荷制御回路。
3. 前記スイッチ子器は、前記分岐配線に前記機械式スイッチと並列に接続され、負荷へ電源供給がなされているかどうかを通知する通知手段を有し、
   前記スイッチ親器の制御手段は、負荷への電源供給状態に応じて、前記分岐配線に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで前記通知手段を動作させること
   を特徴とする請求項２記載の負荷制御回路。
4. 前記スイッチ子器は、前記機械式スイッチと直列に接続され、前記交流の片方向の半波整流波と逆向きの半波整流波を通過させる整流素子を有すること
   を特徴とする請求項３記載の負荷制御回路。
5. 前記スイッチ子器は、前記機械式スイッチが操作されている間、前記主電流配線から前記分岐配線へと主電流を分流させる抵抗素子を有し、
   前記スイッチ親器の検出手段は、
   前記制御手段により負荷へ電源供給するよう制御されている場合、第１の絶縁素子により前記分岐配線と電気的に分離された第１の半導体素子の前記分岐配線に前記主電流配線から主電流が分流される前後で変化する出力に基づき、前記分岐配線の通電状態を検出し、
   前記制御手段により負荷への電源供給を停止するよう制御されている場合、第２の半導体素子の前記分岐配線に電流が流れる前後で変化する出力に基づき、前記分岐配線の通電状態を検出すること
   を特徴とする請求項１記載の負荷制御回路。
6. 前記スイッチ子器は、前記分岐配線に前記機械式スイッチと並列に接続され、負荷へ電源供給がなされているかどうかを通知する通知手段を有し、
   前記スイッチ親器の制御手段は、負荷への電源供給状態に応じて、前記分岐配線に流れる交流の片方向の半波整流波を制御することで前記通知手段を動作させること
   を特徴とする請求項５記載の負荷制御回路。
7. 前記スイッチ子器は、当該スイッチ子器と同一機能を有する他のスイッチ子器の機械式スイッチ、通知手段と、前記分岐配線とを接続させる接続端子を備えること
   を特徴とする請求項３又は請求項６記載の負荷制御回路。
8. 前記スイッチ子器は、前記通知手段へ供給する電流を制限する第１電流制限抵抗を備え、
   前記スイッチ親器は、前記スイッチ子器の通知手段へ供給する電流を制限する第２電流制限抵抗を備え、
   前記通知手段を発光ダイオードとした場合に、前記第１電流制限抵抗の抵抗値を、前記第２電流制限抵抗の抵抗値の略３倍以上とすること
   を特徴とする請求項７記載の負荷制御回路。

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