JP5950202B2 - 無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、商用電源と照明装置などの負荷の間に直列接続される２線式負荷制御装置、特に、無線送信器から送信される制御信号を受信する機能を有するものに関する。

従来から、トライアックなどの半導体スイッチ素子を主開閉部とし、商用電源と照明装置などの負荷の間に直列接続される２線式負荷制御装置が知られている（特許文献１参照）。このような、半導体スイッチ素子を主開閉部とする２線式負荷制御装置の場合、機械的に動作される可動接点を有しておらず、例えばトライアックのゲートにゲート駆動信号を入力することによって主開閉部を導通させる。そこで、この２線式負荷制御装置の制御回路（ゲート駆動回路）に無線受信機能を接続し、無線送信器から送信される制御信号を受信したときに、ゲート駆動回路を起動又は停止させ、負荷をオン又はオフさせる負荷制御システムが提案されている（特許文献２参照）。

このように商用電源と負荷との間に直列に接続され、半導体スイッチ素子を主開閉部とする２線式負荷制御装置においては、負荷が起動されていない状態で、制御回路などを駆動するための電源を如何にして確保するかが問題となる。

図４は、特許文献１に記載された従来の商用電源２と負荷３との間に直列に接続される２線式負荷制御装置５０の回路構成に無線受信部６０を新たに追加したもの（後述する本願発明の一実施形態に係る２線式負荷制御装置５０と同じもの）を示す。この負荷制御装置５０は、負荷３のオン／オフを制御する主開閉部５１及び補助開閉部５７と、主開閉部５１及び補助開閉部５７の導通を制御する制御部５３と、制御部５３に駆動電力を供給するための電源回路で構成されている。電源回路は、整流部５２と、制御部５３へ電力を安定して供給する第１電源部５４と、負荷３への停止時に第１電源部５４へ電力を供給する第２電源部５５と、負荷３への給電時に第１電源部５４へ電力を供給する第３電源部５６で構成されている。

第２電源部５５は、例えば電流を制限する抵抗と電圧をクランプするツェナーダイオード（定電圧ダイオード）５５ａ及びトランジスタ５５ｂなどで構成された定電圧回路（ブートストラップ回路）であり、整流部５２により全波整流された脈流が入力される。そして、ツェナーダイオード５５ａのツェナー電圧により、第２電源部５５からの出力の電圧波形は略台形状となる。第２電源部５５から出力される電流の一部は第１電源部５４に流れ、制御部５３の電力として供給されると共に、第１電源部５４の入力端子間に接続されたバッファコンデンサ５８を充電する。整流部５２により全波整流された脈流の電圧がツェナー電圧よりも低いときは、バッファコンデンサ５８が電源となって第１電源部５４に電力を供給する。そのため、バッファコンデンサ５８は充放電を繰り返す。換言すれば、本来負荷３がオフの状態であっても、ツェナーダイオード５５ａ及び整流部５２を介して負荷３に電流が流れる。そのときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流でなければならず、制御部５３の消費電流を小さく、第２電源部５５のインピーダンスを高く維持されるように設定されている。

一方、負荷３を起動させるための操作ハンドル（ＳＷ）４が操作されると、制御部５３は制御信号を出力し、それによって第３電源部５６のスイッチ素子５６ｃが導通し、その結果バッファコンデンサ５８を充電する。バッファコンデンサ５８が充電されると、電流は、ツェナーダイオード５６ａ、補助開閉部５７のサイリスタ５７ａ、主開閉部５１のトライアック５１ａの順に流れる。トライアック５１ａがオンすると、整流部５２の整流電圧がほぼ零になるので、第２電源部５５は非導通となり、電流は流れない。第３電源部５６も同様である。

第２電源部５５及び第３電源部５６が非導通の間、第１電源部５４はバッファコンデンサ５８から電力が供給されるので、第１電源部５４の入力電圧、すなわち、バッファコンデンサ５８の端子電圧が徐々に低下する。そして、トライアック５１ａに流れる電流が零になると、自己消弧によりトライアック５１ａが開状態（非導通）になり、整流部５２に電圧が発生する。この電圧がバッファコンデンサ５８の端子電圧よりも高くなると、バッファコンデンサ５８を充電し始める。第２電源部５５のインピーダンスは第３電源部５６のインピーダンスよりも十分に高くなるように設定されているので、負荷３がオンしているとき、第２電源部５５は負荷制御装置５０の動作には寄与しない。

一旦、主開閉部５１が導通する（閉状態）と電流を流し続けるが、商用電流がゼロクロス点に達したときにトライアック５１ａは自己消弧し、主開閉部５１が非導通（開状態）になる。主開閉部５１が非導通（開状態）になると、再び整流部５２から第３電源部５６を経て第１電源部５４に電流が流れ、負荷制御装置５０の自己回路用の電源を確保する動作を行う。すなわち、交流の１／２周期ごとに、負荷制御装置５０の自己回路用の電源確保、補助開閉部５７の導通及び主開閉部５１の導通動作が繰り返される。

上記従来の負荷制御装置５０に、さらに無線受信部６０を組み込むと、以下のような問題点が生じる。例えば、負荷である照明装置を点灯させる制御信号は、ユーザが無線送信器を操作したときにだけ送信され、この制御信号がいつ送信されるかは不明である。そこで、無線受信部６０は、電源確保のための休眠状態と、無線信号を受信可能な待ち受け状態を交互に繰り返している。また、制御部５３は、無線受信部６０が受信した無線信号がノイズであるのか、自機宛の制御信号（希望波）であるのか又は自機宛の制御信号でない（非希望波）のかなどの解析処理を行う。

図５は、無線送信器からの信号が送信されておらず、且つ、ノイズもない状態における無線受信部６０による消費電流の変化及びバッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力の変化を示している。休眠期間Ｔ１においては、制御部５３及び無線受信部６０による消費電流はわずかであり、例えば１０μＡ程度である。また、無線信号が受信可能な待ち受け期間Ｔ２では、制御部５３及び無線受信部６０による消費電流は、例えば１ｍＡ程度になり、持続時間も数ｍ秒程度である。また、信号の解析処理期間Ｔ３では、制御部５３及び無線受信部６０による消費電流は、例えば５ｍＡ程度になるが、実際にはほとんど処理を行わないので、すぐに終了する。その間、バッファコンデンサ５８から放電されると共に、バッファコンデンサ５８に充電されるが、放電量よりも充電量の方が多く、オーバーフローした電力は捨てられる。そのため、バッファコンデンサの貯蓄電力量はほぼ一定である。

図６は、無線送信器からの信号が送信されていないが、線スペクトル（ノイズ）を拾った状態における無線受信部６０による消費電流の変化及びバッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力の変化を示している。休眠期間Ｔ１及び待ち受け期間Ｔ２は上記の場合と同様であるが、制御部５３が受信した信号が希望波ではなくノイズであることを判断するために、解析処理期間Ｔ３が長くなっている。そのため、バッファコンデンサ５８からの放電量が充電量よりも多くなり、バッファコンデンサ５８の貯蓄電力量が一時的に低下する。しかしながら、休眠期間Ｔ１中にバッファコンデンサ５８が充電され、バッファコンデンサ５８の貯蓄電力量が回復する。

図７は、同一のシステム又は他のシステムの無線送信器からの制御信号を受信している状態における無線受信部６０による消費電流の変化及びバッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力の変化を示している。周知のように、照明装置に限らず、エアコン、テレビジョン、オーディオ機器など、様々な電気機器において、制御信号が無線を介して送受信されている。そのため、無線受信部６０により受信した制御信号が、希望波、すなわち、自機宛の制御信号であるか否かを判別する必要がある。同一のシステム又は他のシステムの無線送信器からの制御信号を受信した場合、解析処理期間Ｔ３として２０〜５０ｍ秒を要する場合がある。このような制御信号を連続して複数回受信すると、休眠期間Ｔ１における充電だけではバッファコンデンサ５８の貯蓄電力量が回復せず、バッファコンデンサ５８の貯蓄電力量が徐々に減少する。そして、ついには電圧降下を起こし、制御部５３を構成するＣＰＵがリセットされてしまう可能性がある。

特開２００８−９７５３５号公報 特開２０１０−５６６１３号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置において、自機宛の制御信号（希望波）か、自機宛でない制御信号（非希望波）かに関わらず、無線による制御信号を連続して受信する場合に、自己回路用の電源の喪失によるＣＰＵのリセットを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、発明に係る無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置は、
商用電源と負荷の間に直列接続され、半導体スイッチ素子を用いた主開閉部と、
外部から入力される制御信号に応じて、前記負荷のオン又はオフを制御するために、前記主開閉部を開閉する制御部と、
前記制御部に接続され、無線送信器から送信される信号を受信する無線受信部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記負荷がオフ状態のときでも、前記制御部及び前記無線受信部の電源を確保する電源部を備え、
前記電源部は、所定の電力量を貯蓄するバッファコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記負荷がオフ状態のときに、前記電源部の電源確保のために前記無線受信部を起動しない休眠状態と、無線信号を受信可能な待ち受け状態とに切り換えると共に、無線信号を受信した後の解析処理を行い、
前記解析処理の結果、受信した無線信号が自機宛の制御信号であるとき又は所定回数自機宛の制御信号でない無線信号を受信したとき、その直後の休眠期間を前回の休眠期間よりも長くすることを特徴とする。

前記自機宛の制御信号でない無線信号は、他の無線通信システムにおける無線送信器から送信された制御信号、及び、同じ無線通信システムにおける無線送信器から送信され、自機が処理すべきでない制御信号を含んでいてもよい。

前記所定回数は、前記自機宛の制御信号でない無線信号を連続して受信した回数であってもよい。

または、前記所定回数は、所定期間内に前記自機宛の制御信号でない無線信号を不連続で受信した回数であってもよい。

また、前記自機宛の制御信号でない無線信号は、線スペクトルを含んでいてもよい。

負荷がオフ状態のときに、受信した無線信号が自機宛の制御信号であるときは、通常、その後一定時間負荷がオンされ続けられるので、その後、一定時間無線信号を受信できない状態にしても特に問題は生じない。従って、自機宛の制御信号を受信した直後の休眠期間を前回の休眠期間よりも長くすることにより、その間にバッファコンデンサを充電させ、電源部の電力貯蓄量を回復させることができる。また、所定回数自機宛の制御信号でない無線信号を受信したときは、電源部のバッファコンデンサが放電され、バッファコンデンサに残っている電力量が少なくなっているので、休眠期間を延長し、一定時間無線信号を受信できない状態にして、その間にバッファコンデンサを充電させ、電源部の電力貯蓄量を回復させることができる。その結果、自己回路用の電源の喪失による制御部のＣＰＵのリセットを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置において、無線受信部が希望波を受信した場合の無線受信部による消費電流の変化及びバッファコンデンサの貯蓄電力の変化を示すタイムチャート。 上記２線式負荷制御装置において、無線受信部が非希望波を受信した場合の無線受信部による消費電流の変化及びバッファコンデンサの貯蓄電力の変化を示すタイムチャート。 上記２線式負荷制御装置における制御部及び無線受信部の動作を示すフローチャート。 従来例及び上記実施形態に係る無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置のハードウエア構成を示す回路図。 従来例に係る無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置において、無線送信器からの信号が送信されておらず、且つ、ノイズもない状態における無線受信部による消費電流の変化及びバッファコンデンサの貯蓄電力の変化を示すタイムチャート。 上記従来例の２線式負荷制御装置において、無線送信器からの信号が送信されていないが、線スペクトル（ノイズ）を拾った状態における無線受信部による消費電流の変化及びバッファコンデンサの貯蓄電力の変化を示すタイムチャート。 上記従来例の２線式負荷制御装置において、同一のシステム又は他のシステムの無線送信器からの制御信号を受信している状態における無線受信部による消費電流の変化及びバッファコンデンサの貯蓄電力の変化を示すタイムチャート。

本発明の一実施形態に係る無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に係る２線式負荷制御装置のハードウエア構成は、図４に示す従来例と同様であり、無線受信機能における処理が異なる。そのため、無線処理機能を中心に説明する。なお、２線式負荷制御装置のハードウエア各部の構成については、図４を参照する。

図１は、無線受信部６０で受信した信号が自機宛の制御信号、すなわち希望波である場合の無線受信部６０による消費電流の変化及びバッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力の変化を示す。図２は、無線受信部６０で受信した信号が自機宛の制御信号でない、すなわち非希望波である場合の無線受信部６０による消費電流の変化及びバッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力の変化を示す。

負荷がオフの状態では、無線受信部６０は、電源確保のための休眠状態と、無線信号を受信可能な待ち受け状態を交互に繰り返している。また、制御部５３は、無線受信部６０が受信した無線信号が線スペクトル（ノイズ）であるのか、自機宛の制御信号（希望波）であるのか又は自機宛でない制御信号（非希望波）であるのかなどの解析処理を行う。制御部５３は、休眠期間Ｔ１を変更可能に設定されており、解析処理に要した時間に応じて、その直後の休眠時間を延長又は短縮することができる。

図１は、一例として、無線受信部６０が自機宛の制御信号（希望波）を受信した場合を示す。無線受信部６０で制御信号もノイズも受信しなかった場合、解析処理時間Ｔ３Ａが非常に短く、バッファコンデンサ５８から電力はほとんど放電されていないので、制御部５３は、その直後の休眠時間Ｔ１Ａを最短の設定時間に設定する。また、受信した信号がノイズであった場合も、解析処理時間Ｔ３Ｂは比較的短く、バッファコンデンサ５８からの電力の放電量は少なく、比較的短時間に回復可能である。そのため、制御部５２は、その直後の休眠時間Ｔ１Ｂも、最短の設定時間に設定する。それに対して、希望波を受信した場合、解析処理時間Ｔ３Ｃは比較的長く、バッファコンデンサ５８からの電力の放電量も多く、電力の回復に時間がかかると考えられる。そこで、制御部５３は、希望波を受信した直後の休眠時間Ｔ１Ｃを、上記最短の設定時間よりも長い時間に設定する（休眠期間Ｔ１を延長する）。それによって、バッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力量を回復させることができる。

負荷３がオフ状態のときに、受信した無線信号が自機宛の制御信号であるときは、通常、その後一定時間負荷がオンされ続けられるので、無線受信部６０を、その一定時間無線信号を受信できない状態にしても特に問題は生じない。従って、制御部５３は、希望波を受信した直後の休眠期間Ｔ１Ｃを前回の休眠期間Ｔ１Ａ又はＴ１Ｂよりも長くする。それによって、その間にバッファコンデンサ５８を充電させ、電源部の電力貯蓄量を回復させることができる。なお、負荷３がオン状態のときは、負荷３に大電流が流れているので、２線式負荷制御装置５０の電源部に大電流を引き込んでも、問題は生じない。

図２は、他の例として、無線受信部６０が自機宛でない制御信号（非希望波）を連続して受信した場合を示す。同一のシステム又は他のシステムの無線送信器からの制御信号を受信した場合、その受信した制御信号が希望波か非希望波かを判断するには、希望波を受信した場合とほぼ同じ解析処理時間を必要とする。そして、非希望波を連続して受信した場合、バッファコンデンサ５８に貯蓄されていた電力が放電してしまい、電源喪失によって制御部５３を構成するＣＰＵがリセットされてしまうおそれがある。そこで、制御部５３は、希望波を受信するまでの間に、複数回非希望波を受信した場合、その受信回数をカウントし、カウント値が所定回数ｎ０＋１に達すると、その直後の休眠時間Ｔ１Ｃを、上記最短の設定時間よりも長い時間に設定する。それによって、バッファコンデンサ５８に貯蓄されている電力量を回復させることができる。

なお、休眠時間Ｔ１としては、上記最短の設定時間とそれよりも長い時間の２種類であってもよいし、希望波を受信した場合と非希望波を複数回受信した場合とで、休眠時間Ｔ１の設定時間を変更してもよい。すなわち、非希望波を複数回受信した場合の方が、希望波を受信した場合よりもバッファコンデンサ５８の貯蓄電力量の回復に時間がかかると考えられるので、非希望波を複数回受信した場合に休眠時間Ｔ１の設定時間をより長く設定してもよい。

次に、図１及び図２に示す休眠期間Ｔ１を延長する２つの場合を含む制御部５３の処理を図３に示す。まず、制御部５３は、休眠期間Ｔ１を延長した後、カウンタをリセットする（＃１）。そして、休眠期間Ｔ１が経過すると（＃２）、無線受信部６０を起動して待ち受け状態にする。さらに、待ち受け期間中に線スペクトルを含む無線信号を受信したか否かを判断する（＃３）。無線信号を受信しなかった場合は、解析処理時間Ｔ３が非常に短いので、その直後の休眠時間Ｔ１を最短の設定時間に設定する（＃４）。また、受信した無線信号が線スペクトル（ノイズ）である場合も（＃５でＹＥＳ）、解析処理時間Ｔ３が比較的短いので、その直後の休眠時間Ｔ１を最短の設定時間に設定する（＃４）。受信した無線信号が自機宛の制御信号（希望波）である場合（＃６でＹＥＳ）、制御部５３は、制御信号に従って、例えば負荷３をオンし（＃７）、さらに、その直後の休眠時間Ｔ１を延長し（＃８）、ステップ＃１に戻ってカウンタをリセットする。受信した無線信号が自機宛でない制御信号（非希望波）の場合（＃６でＮＯ）、制御部５３はカウンタのカウント値を１つ進め（＃９）、カウント値が所定回数ｎ０に達すると（＃１０でＹＥＳ）、その直後の休眠時間Ｔ１を延長し（＃８）、ステップ＃１に戻ってカウンタをリセットする。

ステップ＃３において、無線信号を受信したか否かを判断するにあたっては、例えば、電波が一定以上の強度を有するか否かで判断する。また、ステップ＃５において、受信した無線信号が線スペクトル（ノイズ）であるか否かを判断するにあたっては、同期がとれたか否かで判断する。さらに、ステップ＃６において、受信した無線信号が自機宛の制御信号（希望波）であるか自機宛でない制御信号（非希望波）であるかを判断するに当たっては、例えば、ユニークワード、パリティ、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）チェック、フォーマットの長さなどを比較する。さらに、同一システムの場合、希望波か否かの判断は、受信フォーマットは同じであるが、ＩＤが自機のものと異なっている場合や、ペイロード部分に記載されている命令が、自機では実行不可能なものである場合などで判断する。

なお、図３に示すフローチャートのステップ＃９において、カウンタの計数値を進める対象として、自機宛でない制御信号、例えば、同一のシステムの無線送信器からの制御信号であって、自機のＩＤが含まれていないものや、他のシステムの無線送信器からの制御信号を例示したが、ステップ＃５で線スペクトル（ノイズ）を受信した場合にもカウンタの計数値を進めるように構成してもよい。また、自機宛でない制御信号は、連続して受信したものに限られず、所定期間内に線スペクトル（ノイズ）の受信などが間に介在する場合であってもよい。また、ステップ＃６において、自機宛の信号であって、例えば負荷周辺の明るさや温度など、直接負荷の制御に関係しない信号を受信したときにも、ステップ＃８において、その直後の休眠期間Ｔ１を延長するように構成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、無線受信部が自機宛の制御信号を受信したとき又は複数回自機宛の制御信号でない無線信号を受信したときは、その直後の休眠期間をそれまでの休眠期間よりも長くして、バッファコンデンサの蓄積電力を回復させるので、自己回路用の電源の喪失による制御部のＣＰＵのリセットを防止することができる。

５０ ２線式負荷制御装置
５３ 制御部
５８ バッファコンデンサ
６０ 無線受信部

Claims (5)

1. 商用電源と負荷の間に直列接続され、半導体スイッチ素子を用いた主開閉部と、
   外部から入力される制御信号に応じて、前記負荷のオン又はオフを制御するために、前記主開閉部を開閉する制御部と、
   前記制御部に接続され、無線送信器から送信される信号を受信する無線受信部と、
   前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記負荷がオフ状態のときでも、前記制御部及び前記無線受信部の電源を確保する電源部を備えた無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置であって、
   前記電源部は、所定の電力量を貯蓄するバッファコンデンサを備え、
   前記制御部は、
   前記負荷がオフ状態のときに、前記電源部の電源確保のために前記無線受信部を起動しない休眠状態と、無線信号を受信可能な待ち受け状態とに切り換えると共に、無線信号を受信した後の解析処理を行い、
   前記解析処理の結果、受信した無線信号が自機宛の制御信号であるとき又は所定回数自機宛の制御信号でない無線信号を受信したとき、その直後の休眠期間を前回の休眠期間よりも長くすることを特徴とする無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置。
2. 前記自機宛の制御信号でない無線信号は、他の無線通信システムにおける無線送信器から送信された制御信号、及び、同じ無線通信システムにおける無線送信器から送信され、自機が処理すべきでない制御信号を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置。
3. 前記所定回数は、前記自機宛の制御信号でない無線信号を連続して受信した回数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置。
4. 前記所定回数は、所定期間内に前記自機宛の制御信号でない無線信号を不連続で受信した回数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置。
5. 前記自機宛の制御信号でない無線信号は、線スペクトルを含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線受信機能を備えた２線式負荷制御装置。

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