JP5975375B2 - 2線式調光スイッチ - Google Patents
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Description
交流電力が入力される第1接続端子及び第2接続端子と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に接続され、第1の半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記2線式調光スイッチの内部電源を確保する電源回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出力する周波数検出回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、第2の半導体スイッチ素子を補助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するための調光量設定回路と、
第1のタイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた2線式調光スイッチであって、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第1のタイミングを決定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第1タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時間手前の第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする。
前記補助開閉回路は、前記整流回路の直流側に接続されたサイリスタを補助スイッチ素子とすることが好ましい。
前記フォトトライアックの保持電流値は前記トライアックの保持電流値よりも小さく、
負荷電流値が前記トライアックの保持電流値未満であるときは、負荷電流は前記フォトトライアックを通って流れ、負荷電流値が前記トライアックの保持電流値以上になると、負荷電流は前記トライアックに転流することが好ましい。
前記制御回路は、前記照明負荷の調光制御を開始する際、前記補助開閉回路を導通させるための最初の駆動信号を、前記推定された電圧ゼロクロス点付近の所定のタイミングで出力することが好ましい。
、
交流電力が入力される第1接続端子及び第2接続端子と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に接続され、第1の半導体スイッチ素子を
主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整
流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記2線式調光スイッチの内部電源を確保する電源
回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出
力する周波数検出回路と、
アノードが前記整流回路の交流側に接続され、カソードが前記整流回路の直流側マイナ
ス端子に接続され、前記交流電源の極性に応じて交互に導通される2つのサイリスタを補
助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共
に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するた
めの調光量設定回路と、
第1タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第2
のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた2線式調光スイッチであ
って、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第1のタイミングを決
定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数
を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第1タイミングで前記補助開閉回路を
導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時
間手前の第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検
出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源
の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係る2線式調光スイッチについて説明する。図1は、第1実施形態に係る2線式調光スイッチ1Aの回路構成を示す。2線式調光スイッチ1Aは、交流電源2及び照明負荷3に対して直列に接続される。2線式調光スイッチ1Aの調光用可変抵抗器4と一体的に照明負荷3の点灯及び消灯を制御するスイッチ5を備えていてもよいし、スイッチ5が別に設けられていてもよい。以下の説明においては、スイッチ5を2線式調光スイッチ1Aとは別に設けた場合を例示する。
本発明の第2実施形態に係る2線式調光スイッチについて説明する。図4は、第2実施形態に係る2線式調光スイッチ1Bの回路構成を示す。2線式調光スイッチ1Bは、上記第1実施形態に係る2線式調光スイッチ1Aに、準主開閉回路としてフォトトライアックカプラ20を追加したものである。フォトトライアックカプラ20の二次側フォトトライアック21が第1接続端子1aと第2接続端子1bとの間に接続され、一次側発光ダイオード22が補助開閉部(サイリスタ)18に直列接続されている。その他の構成は同じである。このフォトトライアック21として、その保持電流値が主開閉回路のトライアック11の保持電流値よりも小さいものが選択されている。
本発明の第3実施形態に係る2線式調光スイッチについて説明する。図5は、第3実施形態に係る2線式調光スイッチ1Cの回路構成を示す。2線式調光スイッチ1Cは、上記第1実施形態に係る2線式調光スイッチ1Aにおいて、2つの補助開閉回路(サイリスタ)18a及び18bを設け、それぞれのサイリスタのアノードを整流回路12の交流側に、カソードを整流回路12の直流側マイナス端子に接続したものである。制御回路16から出力されるゲート駆動信号は、ダイオード25a及び25bで分岐されて、各サイリスタ18a及び18bのゲート端子に入力される。すなわち、交流電源2の極性に応じて2つのサイリスタ18a及び18bのいずれかが補助開閉回路として使用される。その他の構成及び動作は第1実施形態に係る2線式調光スイッチ1Aと同じである。
本発明の第4実施形態に係る2線式調光スイッチについて説明する。図6は、第4実施形態に係る2線式調光スイッチ1Dの回路構成を示す。2線式調光スイッチ1Dは、第2実施形態に係る2線式調光スイッチ1Bと第3実施形態に係る2線式調光スイッチ1Cの特徴を組み合わせたものであり、準主開閉回路としてフォトトライアックカプラ20と、2つの補助開閉回路(サイリスタ)18a及び18bを備えている。第4実施形態に係る2線式調光スイッチ1Dでは、第3実施形態に係る2線式調光スイッチ1Cと同様に、負荷電流がサイリスタ18a又は18bを流れる際に整流回路12を構成するダイオード1個を通過しないので、その分だけ損失が少なくなる。そのため、第2実施形態に係る2線式調光スイッチ1Bと比較して、負荷電流がサイリスタ18a又は18bからフォトトライアック21に転流する際の電圧変動が小さくなり、照明負荷3に安定した電力を供給することができる。また、その結果、LED電球の明るさの変化がさらに小さくなり、ちらつきや揺らぎはほとんど生じない。
上記第1乃至第4実施形態は2線式調光スイッチの構造に関するものであったが、第5実施形態は、上記ずれかの2線式調光スイッチ1A〜1Dにおける制御方法に関する。2線式調光スイッチ1A〜1D及び図10に示すLED電球の駆動回路70は、いずれも交流電力を直流電力に変換し、バッファコンデンサに電力を蓄積する回路構成を有している。そのため、例えばスイッチ5が長時間オフされていたときは、いずれのバッファコンデンサも放電されて、電力は残っていないと考えられる。スイッチ5をオンすると、2線式調光スイッチ1A〜1Dが起動し、制御回路16がゲート駆動信号を出力することによって照明負荷3に電力の供給が開始される。照明負荷3がLED電球の場合、電力の供給が開始されても駆動回路70が起動していないため、定常点灯時とは異なる動作及びインピーダンス特性を示す。すなわち、LED電球の駆動回路70に電力の供給が開始されると、最初にバッファコンデンサ73が充電される。そのため、LED電球の起動時には、このバッファコンデンサ73の容量成分が支配的なインピーダンス特性を示す。そして、交流電源2の電圧が比較的高いときにLED電球の駆動回路70に電流が流れ始めると、バッファコンデンサ73が急速に充電され、2線式調光スイッチ1A〜1DとLED電球の駆動回路70との間で大きな力率違いが発生する。
2 交流電源
3 照明負荷
4 調光量設定回路(可変抵抗器)
5 スイッチ
10 主開閉回路
11 主スイッチ素子(トライアック)
12 整流回路
13 電源回路
16 制御回路
17 周波数検出回路
18、18a、18b 補助開閉回路(補助スイッチ素子、サイリスタ)
20 準主開閉回路(フォトトライアックカプラ)
21 フォトトライアック
22 発光ダイオード
Claims (7)
- 交流電源及び照明負荷に対して直列に接続される2線式調光スイッチであって、
交流電力が入力される第1接続端子及び第2接続端子と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に接続され、第1の半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記2線式調光スイッチの内部電源を確保する電源回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出力する周波数検出回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、第2の半導体スイッチ素子を補助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するための調光量設定回路と、
第1のタイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた2線式調光スイッチであって、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第1のタイミングを決定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第1タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時間手前の第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする2線式調光スイッチ。 - 前記補助開閉回路から出力される前記ゲート駆動信号によって導通され、前記補助開閉回路が導通した後、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるための駆動信号を出力する準主開閉回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の2線式調光スイッチ。
- 前記主スイッチ素子はトライアックであり、
前記補助開閉回路は、前記整流回路の直流側に接続されたサイリスタを補助スイッチ素子とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の2線式調光スイッチ。 - 前記周波数検出回路は、前記整流回路から出力された脈流がトランジスタ素子のベースに入力されるように構成され、交流電源の周波数に応じた前記所定の検出信号が前記制御回路に入力されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の2線式調光スイッチ。
- 前記準主開閉回路はフォトトライアックカプラをスイッチ素子とし、前記フォトトライアックカプラの二次側のフォトトライアックの一方の端子が前記主スイッチ素子のゲート端子に接続され、前記フォトトライアックカプラの一次側の発光ダイオードが前記補助開閉回路と直列に接続され、
前記フォトトライアックの保持電流値は前記トライアックの保持電流値よりも小さく、
負荷電流値が前記トライアックの保持電流値未満であるときは、負荷電流は前記フォトトライアックを通って流れ、負荷電流値が前記トライアックの保持電流値以上になると、負荷電流は前記トライアックに転流することを特徴とする請求項2、請求項2に従属する請求項3又は請求項2に従属する請求項4に記載の2線式調光スイッチ。 - 前記制御回路は、前記照明負荷の調光制御を開始する際、前記補助開閉回路を導通させるための最初の駆動信号を、前記推定された電圧ゼロクロス点付近の所定のタイミングで出力することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の2線式調光スイッチ。
- 交流電源及び照明負荷に対して直列に接続される2線式調光スイッチであって、
交流電力が入力される第1接続端子及び第2接続端子と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に接続され、第1の半導体スイッチ素子を
主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第1接続端子及び前記第2接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整
流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記2線式調光スイッチの内部電源を確保する電源
回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出
力する周波数検出回路と、
アノードが前記整流回路の交流側に接続され、カソードが前記整流回路の直流側マイナ
ス端子に接続され、前記交流電源の極性に応じて交互に導通される2つのサイリスタを補
助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共
に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するた
めの調光量設定回路と、
第1タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第2
のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた2線式調光スイッチであ
って、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第1のタイミングを決
定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数
を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第1タイミングで前記補助開閉回路を
導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時
間手前の第2のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検
出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源
の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする2線式調光スイッチ。
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