JP5773180B2 - 負荷制御装置 - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、負荷の作動、停止等を制御可能であるとともに、自己の作動電圧を負荷への給電電力から得る負荷制御装置に関する。

従来、スイッチ装置として、人感センサや照度センサ等のセンサ、タイマ、あるいは調光信号のような制御信号に応じて照明負荷の点滅、調光等を制御する電子化されたものが提案されている。例えば特許文献１には、タイマにより照明負荷を制御する２線式の電子化されたスイッチ装置が示されている。

この特許文献１のスイッチ装置においては、交流電源および負荷と直列に接続される一対の端子間にトライアックからなる自己保持形のスイッチング素子を設けている。また、このスイッチング素子のゲートに接続された時定数回路と直列に全波整流器の入力端子を接続し、この全波整流器の出力端子間にサイリスタ等のスイッチング素子を設けている。したがって、このサイリスタ等のスイッチング素子をタイマ等からの制御信号によりオンすると、全波整流器を介して時定数回路が作用し、トライアックからなる自己保持形のスイッチング素子がオンするものである。トライアックがオンすると、このトライアックを介して照明負荷に給電され、照明負荷は点灯する。逆に、制御信号が無い場合には、トライアックはオンすることがないので、照明負荷は消灯する。

また、特許文献１では、トライアックがオフしている期間には、前記全波整流器を介して入力される交流電源電力にて、全波整流器の出力端間に設けられた電源回路部が充電されるように構成されている。すなわち、タイマ等からの制御信号により負荷を点灯させようとしている期間には、交流電源電圧の半サイクルの電圧立上り時の低電圧期間であってサイリスタがオンする以前の期間（すなわちトライアックがオンする以前の期間）に電源回路部を充電可能にしている。

タイマ等からの制御信号が無く負荷を消灯しようとしている期間には、電源回路部の充電回路に介挿したスイッチング素子を開放し、このスイッチング素子に並列接続した抵抗を介して電源回路部を充電するようにしている。この期間には、交流電源電圧の半サイクルの略全期間にて前記並列抵抗を介して電源回路部を充電することになる。

前記電源回路部はタイマや自己の制御回路部に対して作動用の電力を供給するものである。

特許第４３０８５００号公報

特許文献１のものは、負荷を作動させない期間には、前述のように、充電回路に介挿されたスイッチング素子と並列接続された抵抗を介して電源回路部を充電するようにしている。したがって、この抵抗による電力損失が大きく、また、発熱対策が必要で大形化しやすいものであった。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、センサや制御回路等の動作用電力を安定に得られるとともに、不所望な電力損失をなくすとともに、小形化が可能な負荷制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一実施形態の負荷制御装置は、負荷および電源に対してスイッチ装置を直列的に設けている。このスイッチ装置は、センサ等の制御信号を入力されたときには交流電源電圧の半サイクル毎にオンされる自己保持形である。前記スイッチ装置に対して動作用電源部が並列的に設けられ、交流電源電力にて充電されて内部制御回路等の動作用電源として作用する。動作用電源部の充電回路には充電制御スイッチを介挿している。前記スイッチ装置の導通を制御する導通制御回路は、交流電源電圧の各半サイクルの電圧が予め設定された所定電圧に立上るまでは制御信号の有無に係わらずスイッチ装置を非導通に保持するとともに充電制御スイッチを閉成し、前記所定電圧を上回るとスイッチ装置を導通可能にするとともに充電制御スイッチを開放することで、半サイクルの前記所定電圧まで立ち上がる期間以降に立ち上がる電力を前記負荷に給電する。

本発明の他の実施形態は、前記充電制御スイッチは半導体スイッチング素子にて形成され、前記スイッチ装置が制御信号を入力されずにオフしている期間であって、交流電源電圧が半サイクルの電圧立下り時に前記所定電圧未満になると、前記導通制御回路にて閉成され、動作用電源部への充電回路を形成するものであることを特徴とする。

本発明の一実施形態によれば、制御信号の有無に係わらず、交流電源電圧の各半サイクルの電圧が予め設定された所定電圧に立上るまでの期間に動作用電源部を充電するようにしているので、前記所定電圧値以上の期間に充電する場合に比して、限流抵抗による電力損失を軽減できる。

図１は、本発明の一実施形態を示す回路図である。 図２は、同作用を模式的に示す電圧波形図である。 図３は、同別の作用を模式的に示す電圧波形図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。商用交流電源ＡＣ（例えば実効値１００V）に電球、発光ダイオード等の照明負荷２が接続され、これら商用交流電源ＡＣおよび照明負荷２に対して負荷制御装置１が直列的に接続されている。なお、本発明において直列的とは、中間に他の部品を介在していないで直列接続されている場合および介在して直列接続されている場合の両方を含む意味である。並列的に関しても同様である。負荷制御装置１は、商用交流電源ＡＣおよび照明負荷２に対して直列的に全波整流器３の入力端子を接続し、全波整流器３の出力端子間にはスイッチ装置４を接続している。

スイッチ装置４は、電界効果形トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する。）５およびトランジスタ６の直列回路を前記全波整流器３の出力端子間に接続している。また、前記トランジスタ６とカレントミラー回路を形成するトランジスタ７およびインバータ（反転回路）８の直列回路を、ＦＥＴ５のゲート極と全波整流器３の負極との間に接続している。

このスイッチ装置４は、前記インバータ８の入力がローとなり出力がハイになるとＦＥＴ５がオンし、ＦＥＴ５がオンするとトランジスタ６がオンして、全波整流器３の出力端子間を短絡するものである。すなわち、負荷２に給電可能になる。

トランジスタ６がオンすると、カレントミラー回路を形成するトランジスタ７もオンを継続し（後述する作動用電源部からの給電による）、インバータ８の入力をローに維持して、交流電源電圧の各半サイクルの略最後までＦＥＴ５のオン状態を保持する。したがって、自己保持形のスイッチ装置を形成している。

作動用電源部１０は、スイッチ装置４に並列的に設けられている。本実施形態では、平滑用のコンデンサ１１および逆流防止用のダイオード１２を主として構成されている。

この作動用電源部１０の充電回路には、充電制御スイッチ１３が介挿されている。本実施形態ではトランジスタからなる。

導通制御部１４は、定電圧ダイオード１５および抵抗１６の直列回路を有し、この直列回路を前記充電制御スイッチ１３の入力側の全波整流器３の出力端子間に接続されている。前記定電圧ダイオード１５および抵抗１６の間は、抵抗１７を介してトランジスタ１８のベースに接続されている。このトランジスタ１８のコレクタ・エミッタは抵抗１９を介して全波整流器３の出力端子間に接続されている。また、トランジスタ１８および抵抗１９の間は、トランジスタ２０のベースに接続されている。そして、トランジスタ２０のコレクタ・エミッタは抵抗２１を介して、充電制御スイッチ１３のベースおよび全波整流器３の負出力端子の間に接続されている。

また、導通制御部１４は、前記定電圧ダイオード１５および抵抗１６の間に、抵抗２２を介してベースを接続されたトランジスタ２３を有する。このトランジスタ２３のコレクタは抵抗２４を介して前記作動用電源部１０に、エミッタは全波整流器３の負出力端子に接続されている。

このトランジスタ２３のコレクタは、前記スイッチ装置４のトランジスタ７のコレクタに接続され、トランジスタ７にも作動用電源部１０から給電可能になっている。

また、制御部３０は、負荷２の作動、停止等を制御する制御信号を発生するものである。制御部３０としては、詳細説明は省略するが、センサ、タイマ、リモコン等からの信号を処理して制御信号を出力するもの、センサ、タイマ、リモコン受信部等を含んで構成されるもの等どのようなものでもよい。

本実施形態では、導通制御部１４におけるトランジスタ２３のベース・エミッタ間にトランジスタ３１のコレクタ・エミッタを接続し、負荷２を作動させるときにはトランジスタ３１をオフし、負荷２を停止させるときにはトランジスタ３１をオンするようにしているものとする。

つぎに本実施形態の作用を説明する。まず、制御部３０から負荷２の作動信号が出力されている期間（トランジスタ３１オフ）について説明する。交流電源電圧の各半サイクルにおいて、電圧の立上がり時に定電圧ダイオード１５の導通電圧（所定電圧）に達するまでは、定電圧ダイオード１５が導通しないため、トランジスタ２３のベースにはバイアス信号が入力されず、トランジスタ２３はオフしている。このため、インバータ８の入力はハイであり、出力はローであるため、ＦＥＴ５はオフしている。

また、定電圧ダイオード１５が導通していないため、トランジスタ１８はオフ、トランジスタ２０がオンとなり、充電制御スイッチ１３はオンしている。これにより、この期間に作動用電源部１０は交流電源ＡＣの出力により充電される。作動用電源部１０の電圧値は、センサ、タイマや制御回路の必要電力にもよるが、例えば７〜１２Ｖ程度の範囲で充電、消費を繰り返すように設計する。

定電圧ダイオード１５の導通電圧（所定電圧）に達すると、トランジスタ２３はベースにバイアス信号を供給されてオンする。したがって、インバータ８の入力がロー、出力がハイになって、ＦＥＴ５がオンする。一方、トランジスタ１８はオン、トランジスタ２０がオフとなり、充電制御スイッチ１３はオフする。

ＦＥＴ５のオンにより、負荷２には交流電源電力が供給され、負荷２は作動する。また、ＦＥＴ５のオンにより、トランジスタ６がオンし、トランジスタ７もオンするから、インバータ８の入力のロー状態は保持され、交流電源電圧の半サイクルの終了時点までＦＥＴ５のオンを自己保持する。

したがって、この場合、図２のＡに示すように、作動用電源部１０の電圧は充電、放電を繰り返すことになる。同図のＢは交流電源電圧の全波整流電圧波形を示している。

つぎに、制御部３０から負荷２の作動信号が出力されていない期間（トランジスタ３１オン）について説明する。交流電源電圧の各半サイクルにおける電圧立上がり時の、定電圧ダイオード１５の導通電圧に達するまでは上記の負荷作動時と同じである。

定電圧ダイオード１５の導通電圧に達すると、定電圧ダイオード１５および抵抗１６の間からバイアスされようとするが、トランジスタ３１がオンしているため、トランジスタ２３はオンしない。このため、インバータ８の入力はハイのままであり、ＦＥＴ５はオンしない。

一方、定電圧ダイオード１５の導通により、トランジスタ１８はオン、トランジスタ２０がオフとなり、充電制御スイッチ１３はオフする。

交流電源電圧の各半サイクルの立下り時において、定電圧ダイオード１５の導通電圧を下回ると、定電圧ダイオード１５が非導通になって、再び充電制御スイッチ１３がオンするため、図３に示すように交流電源電圧の各半サイクルの立下り時にも作動用電源部は充電される。この期間の充電も所定電圧未満でのものであるため、限流抵抗による電力損失は実質問題とならない。

本実施形態のような負荷制御装置１は、複数個を互いに並列的に接続して多個所にて負荷を制御する場合に好適である。すなわち、並列接続された複数個の負荷制御装置１の内の何れかが負荷を作動するためにスイッチ装置をオンしていても、交流電源電圧の毎半サイクルの所定電圧値に達するまでは確実に作動電源部を充電できるため、各付加制御装置は安定な作動電圧を得られる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、スイッチ装置はＦＥＴを主として構成した場合を示したが、トライアック、逆並列接続したサイリスタ、サイリスタと全波整流器との組合せ、あるいはその他のスイッチング素子を主として構成したものでもよい。

また、負荷は照明負荷、換気扇、電熱器等どのようなものにも適用可能であり、制御態様としても、作動、停止の他、これに加えて照明負荷における調光のように供給電力を調整するもので等であってもよい。

また、導通制御回路は、本発明の開示により当業者であれば各種の具体化回路を設計できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。

１…負荷制御装置、２…負荷、４…スイッチ装置、１０…作動用電源部、１３…充電スイッチ、１４…導通制御回路、３０…制御部。

Claims (2)

1. 負荷および交流電源に対して直列的に設けられ、制御信号を入力されたときには交流電
   源電圧の半サイクル毎にオンされる自己保持形スイッチ装置と；
   スイッチ装置に対して並列的に設けられ、交流電源電力にて充電される内部制御回路等
   の動作用電源部と；
   動作用電源部の充電回路に介挿された充電制御スイッチと；
   交流電源電圧の各半サイクルの電圧が予め設定された所定電圧に立上るまでは制御信号
   の有無に係わらずスイッチ装置を非導通に保持するとともに充電制御スイッチを閉成し、
   前記所定電圧を上回るとスイッチ装置を導通可能にするとともに充電制御スイッチを開放
   することで、半サイクルの前記所定電圧まで立ち上がる期間以降に立ち上がる電力を前記負荷に給電するように構成された導通制御回路と；
   を具備していることを特徴とする負荷制御装置。
2. 前記充電制御スイッチは半導体スイッチング素子にて形成され、前記スイッチ装置が制
   御信号を入力されずにオフしている期間であって、交流電源電圧が半サイクルの電圧立下
   り時に前記所定電圧未満になると、前記導通制御回路にて閉成され、動作用電源部への充
   電回路を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。

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