JPH05284749A - 電流調整装置 - Google Patents

電流調整装置

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JPH05284749A
JPH05284749A JP5022983A JP2298393A JPH05284749A JP H05284749 A JPH05284749 A JP H05284749A JP 5022983 A JP5022983 A JP 5022983A JP 2298393 A JP2298393 A JP 2298393A JP H05284749 A JPH05284749 A JP H05284749A
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switch
capacitor
current
receiver
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JP5022983A
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Michel Poumey
ミッシェル・プーメイ
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Cableco
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 受け器に流れる電流を調整する電流調整装置
として主電源と受け器との間の電気的絶縁の強化された
装置を実現する。 【構成】 第１の回路（１）を具備し、この第１の回路
は、主電源の端子（５）および（６）間に接続され、正
極端子（７）および負極端子（８）を有する整流ブリッ
ジ（４）を有し、これらのブリッジの各端子には、高速
オン／オフスイッチ（Ｉ）と、インダクタ（Ｌ）および
キャパシタ（Ｃ）からなる並列共振回路（９）とが直列
に接続されている。さらに第２の回路（２）を具備し、
この第２の回路は第１の回路（１）に磁気的に結合さ
れ、電流強度を調整されるべき受け器（３）に直列に接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、受け器、特に白熱ラ
ンプに流れる電流を一般的な態様で調整することができ
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、二量体（ダイマー；dimer）とし
て知られた照明用電流調整装置は正弦波状のＡＣ（交
流）電流を分断する原理に基づいて作動するものがあっ
た。よく知られているように、主電源は、国または地域
によって定められた５０または６０Ｈｚの周波数および
２２０〜２４０Ｖまたは１１０〜１２０Ｖの電圧の交流
電源である。
【０００３】正弦波の分断（チョッパ）は、対象たるラ
ンプまたは受け器に直列接続されたトライアックまたは
２個の連係したサイリスタによってなされるものであ
り、該直列接続により形成された回路が交流電源の電源
端子を介して閉成されることにより行われる。ここで、
トライアックは、交流の１周期のうちにランプのフィラ
メントを流れる電流を遮断するものである。この遮断
は、位相制御と呼ばれ、ほぼ０〜１００％までの光強度
の優れた調整を実現するものである。ここで、０に近い
極めて低い光強度を得るためには、トライアックの閉成
タイミングは電圧に関し１８０゜の位相角に制御され
る。また、最大光強度の半分の光強度を得るためには、
トライアックの閉成タイミングは電圧に関し９０゜にな
るように制御され、最大光強度を得るためにはトライア
ックは常時閉成される。このような制御は、実施が簡単
であり、ランプを１，０００ワットまで容易に制御する
ことができる点において好ましいものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置は多くの欠点を有している。まず、ランプと主電源と
が電気的に絶縁されておらず、このため、制御されるラ
ンプの金属部分を接地する必要がある。しかし、現在、
家庭での使用においては、アースソケットは屋外に設置
されていない。
【０００５】さらに上記装置の場合、ランプは主電源が
直接印加される。このため、この種の電源は、家庭用に
広く使用される低電圧ランプ、特に１２Ｖのハロゲンラ
ンプ等に接続して使用することができない。
【０００６】最後に、トライアックによってなされる分
断を考えると、ランプのフィラメントを流れる電流の波
形は正弦波ではなく、制御されるオン／オフスイッチが
閉じる時の電流の急激な変化は電源周波数の高調波によ
る干渉波を引き起こす。この現象は、一方ではこの種の
電流調整装置の急速な増大により、他方では制御される
ランプのパワーが２２０Ｖのハロゲンランプまで増大し
たことにより、周囲に分布する電気網にますます公害を
及ぼすものとなった。この公害は、概して、ある種の家
庭電気製品、例えばテレビジョン受信機、洗濯機、オー
ブン等、電気的な監視制御回路を有するものに障害をも
たらすものである。
【０００７】この発明は、受け器、特に白熱ランプに流
れる電流を調整し得る装置であって、これまでに知られ
た装置に比して上記欠点が克服された装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による受け器
（３）の電流の強度を調整する装置は、整流ブリッジを
含む第１の回路を有し、該整流ブリッジは、主電源の電
源端子間に接続されると共に整流後の正端子および負端
子を有し、これらの端子間には、高速のオン／オフスイ
ッチと、インダクタおよびキャパシタを並列に具備して
なる並列共振回路とが直列に接続されており、さらに強
度を制御されるべき受け器に直列接続された第２の回路
を有するものである。
【０００９】本発明においては、第２の回路は、本願目
的のため前記受け器の端子に接続されたインダクタＬを
有しており、何等磁気回路を介すことなく、第１の回路
に磁気的に結合される。
【００１０】ここに“磁気結合”は、本発明において
は、空気中での結合を意味し、軟鉄コア、フェライトま
たは変換器のアナログ装置等の磁気回路を何等有しない
ものである。
【００１１】言換えると、本発明は、強度を調整する装
置を提供するものであり、受け器に電力を供給する回路
と主電源の端子に直接接続された回路との間の磁気結合
を担保し、通常、２５〜１００ｋＨｚの間の極めて高い
周波数での動作を可能とし、これまでの装置のすべての
不都合を克服し、これまでは実施不可能であった種々の
動作電圧のランプまたは他の受け器の電流の調整を行い
得る装置を提供するものである。この新しいタイプの安
定器は、白熱ランプ、抵抗、電気モータに流れる電流を
効果的に調整することができる。
【００１２】本発明の態様において、磁気結合は、第２
の回路に直列接続されたインダクタと磁気的に結合され
た第１の回路のインダクによってなされる。
【００１３】本発明の効果的な態様によれば、第２の回
路は、キャパシタを並列に含んでおり、インダクタおよ
びこの第２の回路のキャパシタの値は、第１の回路の動
作周波数において共振し得るように値となっており、こ
のようにしたことにより、最大のパワーが受け器に伝達
することができる。
【００１４】高速オン／オフスイッチは半導体スイッチ
が好ましい。それは開閉を制御する回路と関連してのこ
とであり、かかる回路は、一方では同期回路、他方では
タイマ等による単安定回路、さらにはオン／オフスイッ
チの実効閉成時間（オン時間）を制御する回路を含んで
いる。この場合、第１の回路は、オン／オフスイッチに
対し分路として接続されたダイオードを有し、このダイ
オードの順方向は整流ブリッジの負極から正極へと向う
方向になっている。
【００１５】より好ましくは、第１の回路は、電源電流
の高周波成分をフィルタリングし、特にこれの高周波成
分を主電源に伝達する危険性を防止するキャパシタを並
列に含む。
【００１６】本発明の別の態様において、このキャパシ
タは整流回路の前段、すなわち、整流ブリッジとＡＣ電
源端子との間に配置される。
【００１７】本発明の他の態様によれば、第２の回路は
整流ブリッジを並列に含み、このブリッジの端子間には
電気モータタイプの受け器およびこのモータに並列接続
されたキャパシタが配置されている。
【００１８】
【作用】
【００１９】上記発明によれば、受け器と主電源との間
の電気的絶縁を強化することができる。
【００２０】
【実施例】本発明による調整装置の電気的構成を図１に
示す。この装置は、２個の回路、すなわち、電源端子
（５，６）に接続された第１の回路（１）と、受け器、
例えば明るさを調整することが必要な白熱ランプを直列
に含む第２の回路（２）とを有している。
【００２１】第１の回路（１）は、ＡＣ電源端子（５，
６）に接続され、既知の方法に従って整流を行うように
接続された４個のダイオードを有する交流ブリッジ
（４）を有する。この交流ブリッジは、整流された電圧
を出力するための正極端子（７）および負極端子（８）
を有している。これらの端子（７）および（８）間に
は、インダクタＬおよびキャパシタＣを並列接続してな
る反共振回路（９）、次いで高速オン／オフスイッチＩ
が直列接続されている。通常、後者は機械式スイッチに
よるものでよく、その開閉は電磁式のリレーによりなさ
れる。しかし、より広範囲に亙ってオン／オフスイッチ
Ｉの閉成時間を調整する必要があり、かつ、特にこの時
間ｄを著しく減少させることが要求されるときは、半導
体スイッチによる高速オン／オフスイッチを用意するこ
とが好ましい。
【００２２】このような高速オン／オフスイッチは、バ
イポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等、回
路の高速スイッチングへ適用されるものとして公知のも
のを使用することができる。既知の通り、このような高
速オン／オフスイッチＩの開閉は、関連分野においては
“タイマ”の用語で知られた独立した単安定回路、すな
わち、このオン／オフスイッチの制御電極に働きかける
電子回路によってなされる。この単安定回路（１６）は
同期化回路（１７）の制御下にあり、量の変化を検出
し、また、この例ではオン／オフスイッチＩを介した電
圧が０を通過するのを検出し単安定回路（１６）を介し
てオン／オフスイッチＩを閉成せしめる。オン／オフス
イッチＩの閉成時間ｄは、単安定回路（１６）の動作時
間を制御する制御回路（１７）によって調整される。こ
の制御回路は、物理パラメータを電気信号に変換し得る
変換器を備えてもよい。通常、ポテンショメータ、平坦
なプッシュボタンまたは同等の装置を含み得る。
【００２３】また、この装置に半導体タイプのオン／オ
フスイッチを使用する場合には、これに伴って、オン／
オフスイッチＩに対して並列に、かつ、その順方向が整
流ブリッジ（４）の負極端子（８）から正極端子（７）
へ向う方向となるようにダイオードＤが設けられる。ダ
イオードＤの役割については本装置の動作説明の際に説
明する。
【００２４】本発明による装置は、共振回路（９）の位
置において第１の回路（１）と磁気的に接続された第２
の回路（２）を有している。この第２の回路（２）は明
るさを調整すべき受け器たるランプ（３）を直列に含ん
でいる。
【００２５】以下、本発明による装置の動作について詳
細に説明する。交流ブリッジ（４）の端子には、周期的
であり、かつ、もはや正弦波交流ではなくＡＣ主電源の
周期の半分の周期を有する周期波形が供給される。共振
回路（９）は、オン／オフスイッチＩにより特定の周波
数に従って給電される。このオン／オフスイッチの閉成
時間ｄは、共振回路（９）のインダクタＬを通過する電
流を調整するために切り換えられる。オン／オフスイッ
チＩが閉じると、インダクタＬを流れる電流は、インダ
クタの電流変化に対する性質から容易に理解される通
り、直線的に増加する。
【００２６】そして、変化タイミングが制御回路（１
７）により制御される単安定回路（１６）によりオン／
オフスイッチＩが開状態にされると、その前の半周期の
間にインダクタＬに流れていた電流が振動電流としてキ
ャパシタＣに放電され、この電流は、キャパシタＣおよ
びインダクタＬの値に依存した周波数の正弦波１周期の
波形に従って減少し、０になり、方向が変化する。そし
て、同期化回路（１８）がオン／オフスイッチＩの電圧
が電圧値０を通過するのを検出すると、この同期化回路
（１８）により単安定回路（１６）を介してオン／オフ
スイッチＩが再び閉じられ、インダクタＬを流れる電流
の直線的増加が始まる。
【００２７】図３には、インダクタＬを流れる電流ＩL
の大きさの変化、オン／オフスイッチＩの端子電圧ＵI
の変化、および供給ＵAの変化が示されている。同図に
示すように、オン／オフスイッチが閉じると、インダク
タＬの電流強度が直線的に増加する領域が現れるのが観
測される。これに対し、オン／オフスイッチが開かれる
と、インダクタＬの電流強度の正弦波的な減少が観測さ
れる。
【００２８】実際、インダクタＬを流れる電流の大きさ
の変化はほぼ正弦波であり、その周波数は共振回路
（９）の本来の共振周波数とオン／オフスイッチＩの端
子間電圧が０である閉成時間ｄにより決定される。第２
の回路（２）のインダクタＬ’’と磁気的に結合された
インダクタＬを流れる電流は、第１の回路の共振回路
（９）の周波数と等しい周波数を有する渦電流をインダ
クタＬ’’に生じさせる。従って、ランプ（３）を流れ
る電流はインダクタＬを流れる電流と同じ周波数および
波形を有する。
【００２９】空気中または比透磁率が１である媒体中で
のこの磁気的結合によれば、動作周波数の高い反共振回
路（９）を考慮し、鉄またはフェライトの使用が避けら
れる。なるほど上述した動作周波数においてはフェライ
トタイプの媒体を導入する理由はもはやない。この特徴
は一般的に高価であり高周波の鉄またはフェライトのト
ランスを節約する利点を有する。
【００３０】この回路は、Ｌ、Ｌ”およびＣ成分の値を
最小化するように、通常、２５〜１００ｋＨｚの高周波
において動作する。電流が導体を流れる場合に観測され
る高周波における表皮効果を考慮すると、このような周
波数における動作によれば、電流は主としてフィラメン
トの表面を流れ、この結果、フィラメントの中心部は温
度が低くなり、従って、通常の５０Ｈｚおよび６０Ｈｚ
の低周波の場合の温度よりも高い温度での動作が可能と
なる。このため、このような高周波での使用を考える
と、同じ明るさを得るための消費電力を２０から３０％
節約することができる。
【００３１】従って、明るさの変化はオン／オフスイッ
チＩの閉成時間ｄに依存する。図３を参照するとともに
前述の結果を考慮すると、インダクタＬを流れ、その結
果としてランプ（３）を流れる電流の強さは、前記導体
における強さの変化の直線領域がより長引いている程、
また、オン／オフスイッチＩの閉成時間が長い程大きな
ものとなることが明瞭に理解されよう。実際、この時間
ｄが短く、かつ、インダクタＬの電流が低い程、ランプ
の明るさは低くなる。これに対し、時間ｄが長くなる
と、ランプは明るくなる。
【００３２】５０または６０Ｈｚの交流主電源の場合、
ランプの実効的な抵抗値が、オン／オフスイッチＩを開
成する制御回路（１８）の動作により決定される時間ｄ
の変化に伴って変化するように動作する。
【００３３】５０または６０Ｈｚの主電源の電流波形
は、高調波による歪みのない正弦波形を維持している。
【００３４】さらに高速オン／オフスイッチの駆動の際
に突入する電源電流の２５〜１００ｋＨｚの高調波成分
は、整流ブリッジ（４）の前段または後段に並列配置さ
れたキャパシタＣ’によってフィルタリングされる。従
って、既に説明した結果より主電源において高調波また
は干渉は一切観測されない。キャパシタは、主周波数に
フィルタ効果を与えず、共振回路（９）の高い周波数に
のみフィルタ効果を付与するように選ばれている。
【００３５】半導体オン／オフスイッチＩに並列接続さ
れたダイオードＤは、オン／オフスイッチＩの閉成開始
から電流を流すことを可能にするものである。かかる動
作において、Ｌを流れる電流は切り換わった方向を有
し、大きさは負であり、回路を完全にするためには、回
路を閉じると共に、順方向が整流ブリッジ（４）の−端
子（８）から＋端子（７）へ向う方向であるダイオード
Ｄを配置することができることが重要である。
【００３６】図４に示されたランプのパワーを増大する
他の実施例によれば、第２の回路（２）は、第２の共振
回路を形成するように、インダクタＬ”およびランプ
（３）に並列接続されたキャパシタＣ”に接続されてい
る。この第２の回路の共振周波数が第１の回路の共振周
波数と実質的に等しい場合は、ランプに伝達されるパワ
ーは最適なものとなる。このことは良く知られた原理で
ある。第２の共振回路を使う利点は、２個のインダクタ
ＬおよびＬ”、すなわち、磁気的結合の距離をさらに離
すことができ、その結果としてランプおよび電源間の電
気的絶縁を強化することができるということである。従
って、必要なパワーをランプに伝達する際に数ｋＶまた
は数十ｋＶの絶縁強度が得られる。
【００３７】図５はこれまでの装置と等価なものを示す
ものであり、同図において、第２の回路は２個のランプ
（３）および（４）を駆動し得る２個のシャント回路を
有している。このため、ダブルセコンダリウィンディン
グまたは出力ソケットが、同一の調整装置により１２Ｖ
ランプと２２０Ｖランプを同時に駆動し得るように設け
られている。仮にランプが閉じた回路である場合、イン
ダクタＬは電源電流の値を０に近い値に制限するのみで
ある。キャパシタＣとインダクタＬとの間の発振による
エネルギーの交換は殆ど損失、すなわち、実効的なエネ
ルギーを伴うことなく行われ、発振回路（９）はリアク
タンスとしての状態となり、主電源（５，６）はキャパ
シタＣからエネルギーを埋め合わされることもなくエネ
ルギーを与えることもない。
【００３８】さらにランプが切り離されると、有効エネ
ルギーは仮想的に０となり、電源電流は０に近い値とな
る。従って、この種の調整装置によれば、５０または６
０Ｈｚの電源に直列に保護用ヒューズを接続する必要が
なく、品質低下の危険性を伴うことなくランプの抵抗値
を許容する動作が得られる。
【００３９】提供されるパワーは、構成要素たるＬ、
Ｃ、Ｉ、Ｌ”、Ｃ”の値に依存して大きく変化する。実
際、パワーとして、数十ワットから数キロワット、通
常、例えば２３０Ｖ、１６Ａの３．５キロワットが得ら
れる。
【００４０】また、図６に示したように、３相電源に接
続される６個のダイオードによる整流器を用い、前述し
たように各要素の値を適正化することにより３．５キロ
ワット以上のパワーを得ることができる。
【００４１】図２に示された本発明の実施例の変形例に
よれば、整流ブリッジ（１０）は、第１の回路のよう
に、４個のダイオードからなり、整流後の電圧を出力す
るための正極端子（１１）および負極端子（１２）を有
し、第２の回路（２）の端子間に配置されている。端子
（１１）および（１２）間には、汎用モータタイプの電
気モータ（１４）が取り付けられ、これにはキャパシタ
（１５）が接続されている。そして、既に述べたものと
同様の仕方により電流強度が調整される第３の回路が設
けられており、それによりモータ（１４）の回転速度が
調整される。
【００４２】本発明による電流調整装置によれば、この
装置の独特な構成により、主電源の周波数を乱すことな
く、能動性、受動性を問わずあらゆるタイプの受け器の
電流を調整することができる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、受け器に流れる電流を調整する電流調整装置として
主電源と受け器との間の電気的絶縁の強化された装置を
実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による装置の電気回路を示す回路図
である。
【図２】 受け器が電気モータからなる本発明の他の実
施例を示す図である。
【図３】 オン／オフスイッチの両端電圧および第１の
回路のインダクタの強度の変化を時間の関数として表し
た図である。
【図４】 本発明による回路の他の態様を示す図であ
る。
【図５】 本発明による回路の他の態様を示す図であ
る。
【図６】 本発明に係る３相電源用の電気回路を示す図
である。
【符号の説明】
１……第１の回路、４……整流ブリッジ、Ｃ’……キャ
パシタ、９……共振回路、Ｌ，Ｌ”……インダクタ、２
……第２の回路、３……受け器。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 受け器（３）の電流の強さを調整する装
    置であり、 第１の回路（１）を有し、 該第１の回路は整流ブリッジ（８）を有し、 該整流ブリッジは主電源の端子（５，６）間に接続され
    ると共に整流電圧出力のための正極端子（７）および負
    極端子（８）を有し、 これらの各端子間には、高速オン／オフスイッチ（Ｉ）
    および並列共振回路（９）が直列接続され、 該並列共振回路はインダクタ（Ｌ）およびキャパシタ
    （Ｃ）を並列に具備するものであり、 第２の回路（２）を具備し、 該第２の回路は強さが調整されるべき受け器（３）に直
    列に接続されるものであり、 該第２の回路が、磁気回路を介すことなく前記第１の回
    路（１）に磁気的に結合され、 該第２の回路が、前記磁気的結合のため、受け器（３）
    の端子間に接続されるインダクタ（Ｌ”）を具備するこ
    とを特徴とする電流調整装置。
  2. 【請求項２】 前記オン／オフスイッチ（Ｉ）が半導体
    オン／オフスイッチであり、 該オン／オフスイッチの開閉は単安定回路（１６）によ
    って制御されるものであり、 該単安定回路は、同期化回路（１８）によってトリガさ
    れ、動作時間ｄは制御回路（１７）によって制御され、
    該オン／オフスイッチ（Ｉ）がこの動作時間ｄの期間閉
    成されるものであることを特徴とする請求項１記載の電
    流調整装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の回路（２）に供給される電力
    がオン／オフスイッチ（Ｉ）の閉成時間により決定さ
    れ、制御回路（１７）のレベルにおいて導入されるデー
    タに依存することを特徴とする請求項２記載の電流調整
    装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の回路（２）がキャパシタ
    （Ｃ”）を並列に具備し、この回路の前記インダクタ
    （Ｌ”）およびキャパシタ（Ｃ”）の値が前記第１の回
    路（１）の動作周波数において共振し、最大電力を前記
    受け器（３）に伝達するように整合していることを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流調整装
    置。
  5. 【請求項５】 前記第１の回路（１）は、共振回路
    （９）により発生される高調波成分が主電源に伝達され
    る危険性を防止すべく、これらの高調波成分をフィルタ
    リングするキャパシタ（Ｃ’）を並列に具備することを
    特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電流調整
    装置。
  6. 【請求項６】 前記キャパシタ（Ｃ’）が前記整流ブリ
    ッジ（４）の前段または後段に並列接続されたことを特
    徴とする請求項５記載の電流調整装置。
  7. 【請求項７】 前記第２の回路（２）が整流ブリッジ
    （１０）を具備し、この整流ブリッジは整流電圧を出力
    するための正極端子（１１）および負極端子（１２）を
    有し、これらの端子はモータ（１４）およびキャパシタ
    （１５）に並列に接続されていることを特徴とする請求
    項１乃至６記載の電流調整装置。
JP5022983A 1992-02-14 1993-02-10 電流調整装置 Withdrawn JPH05284749A (ja)

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