JP4979301B2 - 位相制御装置及び位相制御方法 - Google Patents
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Description
この広帯域ノイズは、諸施設にて利用されるラジオ、テレビ、撮影機、録音機等に障害を与えることから、従来から、低ノイズの位相制御装置が求められていた。
また、上記制御部はトランジスタを備え、交流電源に同期させた周期でトランジスタをオン、オフさせてMOSFET駆動用のゲート電圧を制御することにより交流電源から負荷へ供給する電力を制御する逆位相制御によって、ラジオノイズを抑制するものである。
また、前記スイッチング素子がIGBTであるようにしたものである。
また、前記スイッチング素子がIGBTであるようにしたものである。
本発明は、調光と同時に主電流回路を流れる主電流で逆位相側のスイッチング素子のゲートに電荷を蓄え、次の半サイクルで逆位相側のスイッチング素子をオンするものであるため、電流トランスを使用した電源部は必要なく、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となる。また、従来技術のようにCPU等による位相制御を使用としないため、簡単な回路にできる。これにより、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となるとともに、安価な調光器の提供が可能となる。
本発明は、直列逆接続するスイッチング素子からなる主電流スイッチング回路を使用し逆位相制御を行うものである。これにより、高周波ノイズおよび可聴領域のノイズが低減し、低ノイズの位相制御装置を提供できる。また、ノイズ抑制用のチョークコイル等を使用せずに低ノイズ化が図れるため、調光器ユニットケースを小型化にすることが可能となる。
本発明の位相制御装置10は、図1に示すように、主電流回路12の商用電源(交流電源)Eと電球(負荷)Lとの配線の途中、即ち主電流回路12の途中に設けられるものであり、図1の調光器14は、位相制御装置10と商用電源Eと電球Lとの結線を2線で行うものである。また、位相制御装置10は、主電流回路12に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路16と、そのスイッチング回路16に通電される主電流を制御する制御部18とから構成されている。
主電流スイッチング回路16は、図2に示すように、主電流回路12に接続される直列逆接続されたスイッチング素子を備える。
また、制御部18は、スイッチング素子により主電流スイッチング回路16を流れる主電流をオフ制御する主電流オフ制御回路20と、主電流のオフ時に主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するゲート電荷充電回路22と、スイッチング素子のゲート電荷を所定のタイミングで放電するゲート電荷放電回路24と、スイッチング素子のゲート電荷を放電するタイミングを決定する放電タイミング設定回路26とを備えるものである。
主電流回路12の途中には、位相制御装置10が設けられており、商用電源Eと電球(負荷)Lと位相制御装置10との結線は2線で行われている。
主電流スイッチング回路16は、IGBT Q1のゲートに所定の電荷があらかじめ蓄えられている状態で、そのIGBTQ1のコレクタ側に交流波形の正側が加わると、コレクタ−エミッタ間がオンとなり、直列逆接続されている逆位相側のIGBTQ2のダイオードD2を通じて電球Lに電流が流れ、電球Lが点燈する。また、電球Lに電流が流れている間にIGBTQ1のゲート電荷が放電されると、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間がオフとなり電球Lへの通電が停止される。
一方、IGBT Q2のゲートに所定の電荷が蓄えられている状態では、そのIGBTQ2のコレクタ側に交流波形の正側が加わると、コレクタ−エミッタ間がオンとなり、IGBTQ1のダイオードD1を通じて電球Lに電流が流れ、電球Lが点燈する。また、IGBTQ2のゲート電荷が放電されると、電球Lへの通電が停止される。
IGBT Q1側オフ制御回路のトランジスタTr1が、後述する放電タイミング設定回路26で設定された調光のタイミングでオンすると、IGBTQ1のゲートの電荷は抵抗R2を介して放電し、電球Lへの通電は停止される。また、IGBT Q2側オフ制御回路のトランジスタTr2がオンすると、IGBTQ2のゲートの電荷は抵抗R3を介して放電し、電球Lへの通電は停止される。
IGBT Q2側充電回路は、放電タイミング設定回路26で設定された調光のタイミングでIGBTQ1に通電する主電流がオフされた時、同時に逆位相側のIGBT Q2のゲートに主電流の一部を通電し、IGBT Q2の規定値電圧まで電荷を充電する。同様に、IGBT Q1側充電回路は、IGBTQ2がオフされた時に逆位相側のIGBTQ1のゲートにその規定値電圧まで電荷を充電する。
IGBT Q1側放電回路では、トランジスタTr3のエミッタとトランジスタTr4のコレクタとが接続され、トランジスタTr4のエミッタはトランジスタTr1のベースに接続されている。IGBT Q2側放電回路では、トランジスタTr6のエミッタとトランジスタTr5のコレクタとが接続され、トランジスタTr5のエミッタはトランジスタTr2のベースに接続されている。
放電タイミング設定回路26において、トランジスタTr8のコレクタとトランジスタTr7のベースとが接続されている。放電タイミング設定回路26は、トランジスタTr8のエミッタ電圧とベース電圧を常時比較し、エミッタ電圧よりもベース電圧が低くなったタイミングでコレクタ電流が流れるように設定されている。即ち、トランジスタTr8,Tr7を共にオンさせることにより、抵抗R13に電流を流し、調光のタイミングを決定できるようになっている。また、調光のタイミングの変更は、可変抵抗VR1の可変により行う。
なお、ダイオードD7は、コンデンサC2に充電された電荷が放電することを防止するために、また、ダイオードD8は、トランジスタTr8のエミッタ−ベース逆電圧保護のために設けられている。
ゲート電荷放電回路24のトランジスタTr4のベースとトランジスタTr5のベース間は、配線(導線)28により接続されている。また、配線(導線)28は、放電タイミング設定回路26のトランジスタTr7のエミッタ抵抗R13に流れる電流が通電される配線(導線)30に接続されている。従って、エミッタ抵抗R13に電流が流れると、その電流は配線30,28を通じてゲート電荷放電回路24のトランジスタTr4とトランジスタTr5の双方のベースに同時に流れ、トランジスタTr4及びTr5のベースに信号が入る。
商用電源Eの電源側L1の交流波形が正のときにIGBT Q1のコレクタ−エミッタ間がオンした場合、そのコレクタ・エミッタ間電圧(順方向電圧:約0.7V)は、抵抗R5,R6で分割され、トランジスタTr3のベース電圧となる。
また、トランジスタTr3のコレクタには、放電タイミング設定回路26のコンデンサC1に充電された電圧が掛かっている。このとき、トランジスタTr4のベースに信号が入ると、トランジスタTr3、Tr4が共にオンする。トランジスタTr3、Tr4が共にオンすると、トランジスTr1のベースに電流が流れ、トランジスTr1がオンし、IGBT Q1のゲート電荷が抵抗R2を介して放電される。即ち、IGBTQ1はオフされる。
一方、トランジスタTr4のベースに信号が入るとトランジスタTr5のベースにも信号が入る。しかし、商用電源Eの電源側L1が正のとき、商用電源Eの接地側 L2は負であるため、トランジスタTr5のベースに信号が入ったとしてもトランジスタTr5,Tr6がオンすることはない。
以上のように、トランジスTr7のエミッタ抵抗R13に電流が流れると、トランジスタTr4,Tr5のベース双方に流れ込むが、調光される側のIGBTQ1又はQ2 のゲート電荷のみを放電させることができる。即ち、ゲート電荷放電回路24は、L1,L2の正負の判定を行う正負判定回路としても動作する。
商用電源Eの電源側L1が正である場合、主電流は商用電源Eの電源側L1から電球L、抵抗R1、ダイオードD5、D7、抵抗R14、コンデンサC2及び抵抗R15、IGBT Q2のダイオードD2を経て商用電源Eの電源側L2に流れ、コンデンサC2が充電される。また、商用電源Eの接地側L2が正である場合、主電流は商用電源Eの接地側L2から抵抗R4、ダイオードD6、D7、抵抗R14、コンデンサC2及び抵抗R15、IGBTQ1のダイオードD1を経て商用電源Eの電源側L1に流れ、コンデンサC2が充電される。即ち、ダイオードD5,D6を通過した主電流は全波整流された脈流のある直流電源となり、コンデンサC2には全波整流された電圧で充電される。
一方、商用電源Eの接地側L2が正である場合、主電流は商用電源Eの接地側L2から抵抗R4、ダイオードD4、抵抗R2を経てIGBTQ1のゲートへと流れる。このとき、ゲート電圧は、ツェナーダイオードZD1によりIGBTQ1の規定値電圧に制限された電圧でIGBTQ1のゲートに電荷が充電される。なお、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間は、逆電圧となっているため、IGBTQ1のゲートに電荷が充電されても、IGBT Q1はオンしない。
また、IGBT Q1のゲート電荷が規定値電圧で充電された状態で、交流波形が次の周期に変化し商用電源Eの電源側L1が正になった場合は、IGBTQ1のコレクタ−エミッタ間がオンし、商用電源Eの電源側L1から電球L、IGBT Q1、ダイオードD2、商用電源Eの接地側L2へと流れ、電球Lが点燈する。
例えば、IGBT Q1のコレクタ−エミッタ間がオン状態で電球Lが点燈している場合、IGBT Q1のコレクタ−エミッタ間電圧(順方向電圧約0.7V)は、抵抗R1、ダイオードD5、抵抗R12を介してトランジスタTr8のベースに順方向電圧の約0.7Vが加えられる。このとき、トランジスタTr8のベース電圧よりもコンデンサC1に充電されている電圧が高いため、コンデンサC1の電荷は放電されることになる。コンデンサC1の放電により、トランジスタTr8のベース電圧が低減しエミッタ電圧よりも下がったときにトランジスタTr8、Tr7が共にオンする。トランジスタTr8、Tr7が共にオンすると、トランジスTr7のエミッタ抵抗R13に電流が流れる。図3において、同図(a)はトランジスタTr8のエミッタ電圧波形であり、同図(b)はトランジスタTr8のベース電圧波形であり、同図(c)はトランジスタTr7のエミッタ電圧波形である。
調光のタイミングは、コンデンサC1の放電時間により決定される。コンデンサC1の放電時間の設定値は、コンデンサC1に並列に接続されている可変抵抗VR1及び抵抗R11により決定できる。
従って、従来のように電流トランスを使って電源部を設ける必要がなく、調光ユニットケースの小型化が可能となる。また、CPU等による位相制御も必要なく、位相制御装置10と商用電源Eと電球Lとの結線を2線で行うこともできる。
12 主電流回路
16 主電流スイッチング回路
18 制御部
20 主電流オフ制御回路
22 ゲート電荷充電回路
24 ゲート電荷放電回路
26 放電タイミング設定回路
Q1,Q2 スイッチング素子
Claims (4)
- 主電流回路の途中に設けられる2線式配線方式のもので、主電流回路に接続される直列逆接続された2個のスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路と、2個のスイッチング素子に交流電源周期の半サイクルごとに交互に主電流を通電する制御部とから構成される位相制御装置であって、
前記制御部は、前記主電流回路の主電流が通電するスイッチング素子のゲート電荷を放電することによりオフ制御する主電流オフ制御回路と、主電流のオフ制御と同時にその主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電するゲート電荷充電回路と、前記主電流オフ制御回路を所定のタイミングで作動させるゲート電荷放電回路と、前記タイミングを交流電源周期の半サイクルの途中で決定する放電タイミング設定回路とを備えることを特徴とする位相制御装置。 - 前記スイッチング素子がIGBTであることを特徴とする請求項1記載の位相制御装置。
- 主電流回路の途中に設けられる2線式配線方式のもので、主電流回路に接続される直列逆接続された2個のスイッチング素子を備える主電流スイッチング回路と、2個のスイッチング素子に交流電源周期の半サイクルごとに交互に主電流を通電する制御部とから構成される位相制御装置において、
前記制御部が、前記主電流回路の主電流が流れるスイッチング素子のゲート電荷を交流電源周期の半サイクルの途中で放電すると同時に、その主電流を逆位相側のスイッチング素子のゲートに通電し電荷を充電することを特徴とする位相制御方法。 - 前記スイッチング素子がIGBTであることを特徴とする請求項3記載の位相制御方法。
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