JPH07506215A - 蛍光灯制御装置用２リレー開閉回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ′す　１″２リレー汗　口 し…： 本発明は、電子安定器のバンクをＡＣ電源に選択的に接続するための、例えば蛍 光灯制御装置に使用されるタイプの電流開閉回路の改良に関するものである。

′臼・。　び″の　ゞ 蛍光灯の作動を制御するために使用されるタイプの電子安定器に電力を印加する 際に、安定器が容量性負荷として動作することが知られている。従って、例えば 、この負荷と線間電圧電源との間の開閉器を閉成することによって、負荷に電力 を印加する度に、負荷が線間電圧までチャージ−アップするに伴い、負荷への突 入電流が発生する。この突入電流は急激に降下する。この一時的なサージ電流は 、単一のリレー開閉器により制御される電子安定器の数が増加するに伴い問題と なる。例えば、減光安定器の全１６アンペア（定常状態）回路の場合、サージ電 流は３００アンペアまで近づ（。短命の、恐らくわずか数サイクルであっても、 このレベルのサージは、高（例えば５０アンペア）電流定格の比較的大きなリレ ーの接点にさえ壊滅的な損傷を与えることができる。この問題は、１組のリレー の接点が閉じる、又はばちんと閉まる度に、それらが反発するように離間する傾 向があるという事実により生じる。大きなサージ電流が生じている間に、この反 発が生じた時、中間ガス又は空気がイオン化し、そして電気アークが発生する。

この電気アークは、リレーの接点上の導電被膜を吹き飛ばす結果をもたらし、接 点材の腐食によるか、もしくは、より一般的には、閉成位置の接点の溶着により 、遂にはリレーができなくなる。

上記の問題に対処するために、大きな接点と高バネ係数を有する単一の頑丈なリ レーを使用するような巨大なカで対応することが考えられる。しかしこのタイプ のリレーは高価であり且つサイズが太き（なる傾向がある。より優れた非常に低 価格の対応は、並列に接続された２個の比較的小さなリレーを使用することであ る。一方のリレーには直列に電流制限抵抗素子を備えている。そのような開閉回 路が図１に示されている６作動時には、リレーＲＬ２が開成の間、リレーＲＬ１ が短時間閉成されている。リレーＲＬＩが閉じると、電源からの電流が抵抗Ｒを 介して突入し容量性負荷をチャージ−アップする。サージ電流の大きさはその値 に応じて抵抗により制限される。サージ電流の低減後、第２のリレーが閉じられ て、電源・負荷間に直接的且つインピーダンス・フリーの径路が形成される。こ の回路の抵抗が、破損や破壊することなく、サージ電流に対して繰り返し耐えら れるように適当な定格を備えなければならないことは明らかである。このような 抵抗は、サイズが大きくなる傾向があり、且つ、アクティブ回路素子と比べてさ えも高価である。しかし、図１の回路を適用するときのより重大な問題は：　（ １）第１のリレーが閉成するとすぐに抵抗を介して導電径路が形成されるので、 リレーの接点が最初に閉じた時に反発し、接点間にまだ電気アークが発生するこ と：及び（２）第１のリレーが閉成する度に、短時間であっても、抵抗を越える 電圧が全線間電圧まで接近するので、抵抗が高エネルギーのストレスを繰り返し 受けることである。これは、第１のリレーがまだ反発している間に、幾らかのサ ージ電流をまだ受けること、及び、抵抗が内部的にかもしくはヒートシンクを介 して、熱としてそのエネルギーを消費させなければならないことを意味している 。

上記問題を解決できる手段として、２組の接点を有するタイプのリレーと、トラ イアックのような半導体スイッチとを組合せたタイプのハイブリッド開閉回路の 採用がある。図２に示すようなそのような回路は、Ｍ　ｏ　ｄ　ｅ　１・Ｈ−Ｏ Ｐ　１０Ａリレーとしてアロマット社（Ａｒｏｍａｔ　Ｃｏｒｐｏ　−ｒａｔｉ ｏｎ）より入手可能である。この回路は次のように作動する：入力信号がリレー に印加されると、最初にＡ接点が閉じ、それによって即座に電流が抵抗Ｒを介し てトライアック（ｔｒｉａｃ）Ｑのゲートリードに流れる。トライアックのトリ ガ時に、電流が電源から負荷に流れる。所定時間経過後、Ｂ接点が閉じ、負荷電 流が妨害を受けずに電源がら負荷に流れることが許容される。この時点で、両組 のリレーの接点が閉じる。入力信号が除去されると、最初にＢ接点が開き、それ によって負荷電流が再度トライアックを流れる。続いて、Ａ接点が開くと、負荷 電流はゼロになり、トライアックにより遮断される。電源の電子安定器への開閉 制御に、図２に示したタイプの回路を使用することには、少な（とも２つのｌ替 在的な問題が存在する。第１に、トライアックが常時オン状態で駆動されている ので、Ｂ接点が閉じているときでさえも、２組の接点が閉じている間の短時間に のみというよりむしろ、連続的に負荷電流がトライアックを流れ得ることである 。初期の導電期間において、トライアックによってまだ開状態のＢ接点を越える 電圧が約１ボルト（即ち、トライアックのオン状態の電圧）に減圧される。この 低電圧は第２組の接点上の酸化物による被覆を破壊するのには不十分である；従 って、Ｂ接点が機械的に゛閉成”している間、それらは電気的な意味で”閉成” してはいない。最終的な結果として、全ての負荷電流がトライアックに流れ続け 、トライアックは熱吸収をしないので急速に過熱し最終的には機能を停止するこ ととなる。一般的な機能停止の状態は”短絡”なので、リレーはその後負荷電流 を開放することが不可能とな図２に関連した第２の潜在的な問題は、リレーがオ フされたとき、平行接点（即ち、Ｂ接点）が最初に開き、そのため負荷電流が再 度トライアックによって直にピックアップ状態とされることである。その後、Ａ 接点が最終的に開いたとき、ドライブはトライアックのゲートから除去される。

この時点で、トライアックはオフに転換されると考えられ、それにより、負荷回 路から電力が除去される。しかし負荷回路のあるタイプ、特に高誘導特性を有す るものは、トライフックがオフ状態に転換されることを防止でき、それにより、 オフ状態と考えられた時にエネルギーが印加された負荷を、そのままの状態とし ておくことができる。これは安全に関する問題である。図２の回路にエアギャッ プのオフがないことに注意すべきである。

ｌ匪二ｌ上 上述の議論の観点において、本発明の目的は、前述した先行技術の問題を解消す る電力開閉回路を提供することである。

本発明の開閉回路は、基本的に、好ましくは並列に接続された１組のリレーを有 し、一方のリレーは、直列に接続された、電子開閉器のような、制御可能な導電 素子、好ましくはトライブックを有する。リレーが開くと、エアギャップが常に 電源と負荷とを離隔する。トライアックは一方のリレーと直列なので、オフ状態 における電流を阻止するためにトライアックに依存する必要はない。従って、ト ライアックが何らかの理由で故障した場合、リレーによって形成されたエアギャ ップはまだ負荷を電源から分離している。続いてリレーが閉じると、一方のリレ ーによって電源からトライアックに導電径路が形成される。リレーの接点が閉成 位置で機械的に安定できるような適当な遅れの後、トライアックはトリガされ、 電源から負荷への導電径路が形成される。サージ電流がおさまった後、第２のリ レーが閉じられ、電源・負荷間に直接導電径路を形成する。この構成により、本 発明の開閉回路は、上述の先行技術と比較して、より安価で、よりコンパクトで 、作動が安全で、そして長期の作動期間に亙ってより信頼性がある。

本発明による他の見地によれば、ＡＣ電源及び負荷間で電力を入り切りする方法 が提供される。

この方法は次のステップを有する： （ａ）電源・負荷間に並列に接続された第１及び第２の開閉器を含み、第１の開 閉器に直列に接続された制御可能な導電素子を有する開閉回路を形成し、 （ｂ）第１の所定期間、第１の開閉器を閉じ、（ｃ）第１の所定期間の後、制御 可能な導電素子を第２の所定期間、導通させ、 （ｄ）その後、第２の開閉器を閉じる。

本発明及びその種々の利点は、好適な実施例の詳細な説明によって、より理解さ れるであろう。添付図の参照符号は、その中の同様な特質を有する部品に同一の 参照符号が付されるものとする。

ｌ瓦匹呈皇皇ｌ朋 図１及び図２は、従来の開閉回路の電気回路図である。

図３及び図４は、本発明の開閉回路における好適な実施例のブロック図である。

図５は、図３の開閉回路を実施する蛍光灯制御装置の概略図である。

′な　のｇ　ｔＨ日 図３に、本発明の電力開閉回路の好適な実施例が図示されている。この回路には 、別体のリレーＲＬ３及びＲＬ４のような１組の開閉器、及び電子開閉器、最も 好ましくはトライアックＱ１のような制御可能な半導体素子が含まれている。

この好適な実施例においては、２個の別体のリレーを使用しているが、２組の接 点を有する単一のリレー及び接点の開閉の相対的時間を制御する手段も使用可能 であることは理解できるであろう。リレーＲＬ３及びＲＬ４は駆動回路１０及び １２によってそれぞれ駆動され、各リレー接点を開閉する。

トライアックＱｌの作動は、トリガ回路１６によって制御される。このトリガ回 路１６は、適正な時間に、トライアックのゲートリードへの出力を発生させ、そ れによってトライアックを導電状態とする０図３の回路は次のように作動する； 先ず、入力信号が駆動回路１０に入力されると、それによってリレーＲＬ３の接 点Ｃが閉じ、電流が電源からトライアックに流れる。そのリレーを閉じると、そ の接点に、数ミリ秒間、避けることのできない”反発”が生じる。しかし、トラ イアックがオフ状態とされ、この反発時間の開電流の流れが抑止されるように設 定されているので、との閉成の結果により、リレー接点間に電気アークが発生す ることはない。リレーの接点に閉成位置で安定するのに十分な適当な遅れ（例え ば、１０から５０ミリ秒、そして好ましくは約２５ミリ秒）の後、トライアック は導電状態にトリガされ、サージ電流が負荷に流される。この遅れは、リレーＲ Ｌ３への入力部に接続された適当なＲＣ遅延回路１８により供給される。リレー ＲＬ３の接点は現在しっかりと閉じているので、負荷へのいずれのサージ電流の 結果としても電気アークが発生することはない。サージ電流がおさまる適当な時 間後、例えば２０〜１００ミリ秒後、好ましくは約７５ミリ秒後に、リレーＲＬ ４の接点が閉じられ、電源から負荷へのインピーダンス−フリーの導電径路が形 成される。この遅れは回路１８の出力によりトリガされる第２のＲＣ遅延回路２ ０により供給される。このときトライアックはオフ状態とされ、リレーＲＬ３が 開きトライアックは回路での働きがない状態とされる。

このシーケンスによって、負荷への定常電流の熱を解消するためのトライアック におけるヒートシンクを不要とすることができる。負荷を電源から遮断するため 、最終的には、リレーＲＬ４が開成される。

上述の先行技術と比較すると、本発明の開閉回路は次の観点からみて有利である ＝　（１）特に、トライアックが短絡により故障したときでさえ、負荷と電源間 にエアギャップが形成されているという観点からみて、安全である。図２の回路 においては、トライアックの故障の結果、負荷と電源間に直接的短絡が生じるこ とに注目すべきである。（２）トライアックが、トライアックの駆動時と第２リ レー（ＲＬ４）の閉成時との間の負荷電流を”見る”だけであるという観点から みて、非常に信頼性がある。（３）トライアックは接点の”反発”がおさまった 後にのみトリガされるので、リレーの接点間に電気アークが発生し得ない。（４ ）遅延回路１８及び２０によって、異なったタイプのリレー及びトライアックの 使用に容易に適応できる。（５）図１の回路に比較して、本発明の開閉回路は低 コストで作製でき、よりコンパクトなサイズに作ることができる。

図４に、図３の開閉回路の変形例が示される。この回路は並列に接続されたシリ コン−制御整流器５ＣＲ−１，５ＣＲ−２を備えている。この組合せにおいて、 これらの半導体素子は図３の回路におけるトライアックＱ１と実質的に同様の機 能を果たす。これらの作動は従来のトリガ回路２４により制御される。

図５に、本発明の開閉回路３０が示される。この回路は、種々の入力信号（例え ば、壁掛式制御箱の調光アクチュエータ、自然光のレベルを検知するフォトセル 、及び／又は光量制御域内の人間の存在を検知する占有センサからの）に応じて 、複数の蛍光灯３２により供給される光量を制御するタイプのマイクロプロセッ サ−ベースの光量制御装置に具現化される。これらの入力レベルに基づいて、マ イクロプロセッサから出力信号ａ及び出力信号すが供給される。出力信号ａは、 開閉回路３０への入力信号として使用され、ＡＣ電源３４（例えば、１００−２ ７７ボルト、５０−６０ヘルツ）と、上述されたような電子安定器３６のバンク との間の電力の人切り（継電されたホットなＳＨ）を制御する。出力信号すは、 高電圧安定器制御信号（調光されたホットなりＨ）を供給するために使用される オプト−カプラーの出力を制御する。上述したように、切り換えられた電力を電 子安定器のバンクに供給することは、負荷のインピーダンス特性によって発生す るサージ電流のために問題となり得る０本発明の開閉回路は、悪影響もなく、こ のサージ電流に対して良好に対処するものである。図５の光量制御装置に使用さ れる開閉回路用の好適なトライアックは、モトローラ社（Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｉ ｎｃ、）のＭｏｄｅｌ　ＭＡＣ−２２３−Ｂである。

このトライアックは、その高いビークサージ電流定格ゆえに好適である。

本発明は、その精神又はその基本的特質から逸脱することなく他の特定の形態に 実施できるので、基準となるものは、本発明の範囲を明確にするものとして、前 述の説明よりはむしろ、附記した請求の範囲とすべきである。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　６年１０月１８日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．電源及び負荷間で電力を選択的に入り切りする電力−開閉回路であって、前 記電力−開閉回路が：（ａ）前記電源及び負荷間に、並列に接続された第１及び 第３の電気的に制御可能な開閉器； （ｂ）前記第１の開閉器に直列に接続され、電気的に制御可能な第２の開閉器； 及び （ｃ）前記第１、第２及び第３の開閉器をこの順序で連続的に閉じる手段、 を有することを特徴とする電力−開閉回路。
2. ２．前記第１及び第３の開閉器が電気的リレーを有することを特徴とする請求項 １の装置。
3. ３．前記第２の開閉器がトライアックを有することを特徴とする請求項１の装置 。
4. ４．前記第１及び第３の開閉器が電気的リレーを有し、前記第２の開閉器がトラ イアックを有することを特徴とする請求項１の装置。
5. ５．前記第２の開閉器が並列に接続された１組のシリコン制御整流器を有するこ とを特徴とする請求項１の装置。
6. ６．前記第１及び第３の開閉器が単一のリレーに組込まれて入ることを特徴とす る請求項１の装置。
7. ７．前記第１及び第２の開閉器の連続的閉成の間の時間間隔を制御する手段を更 に有することを特徴とする請求項１の装置。
8. ８．前記第２及び第３の開閉器の連続的閉成の間の時間間隔を制御する手段を更 に有することを特徴とする請求項１の装置。
9. ９．前記第１及び第２の開閉器、及び第２及び第３の開閉器の連続的閉成の間の 各時間間隔を制御する手段を有することを特徴とする請求項１の装置。
10. １０．前記負荷がガスー放電ランプであることを特徴とする請求項１の装置。
11. １１．ＡＣ電源及び負荷間で電力を入り切りする方法であって、前記方法が、 （ａ）電源及び負荷間に並列に接続された第１及び第２の開閉器を含み、前記第 １の開閉器が直列に接続された制御可能な導電素子を有する開閉回路を形成し、 （ｂ）第１の所定期間、前記第１の開閉器を閉成し、（ｃ）前記第１の所定期間 の後、前記制御可能な導電素子を第２の所定期間、導通させ、 （ｄ）その後、前記第２の開閉器を閉成し、ステップを有することを特徴とする 方法。
12. １２．前記第２の開閉器を開き、前記第２の開閉器を閉じた後前記制御可能な導 電素子を非−導電とすることを特徴とする請求項１１の方法。
13. １３．前記第１の所定期間が約１０ミリ秒及び約５０ミリ秒の間であり、前記第 ２の所定期間が約２０ミリ秒及び約１００ミリ秒の間であることを特徴とする請 求項１２の方法。
14. １４．前記第１及び第２の所定期間が、それぞれ約２５ミリ秒及び約７５ミリ秒 であることを特徴とする請求項１３の方法。
15. １５．前記第１及び第２の開閉器が電気的リレーを有し、各リレーはそれらの対 応する開閉器が閉じたときに閉じる電気的接点を有し、前記第１の時間が、前記 第１の開閉器が閉じた後に前記第１の開閉器の接点が同時に安定するのに十分で あることを特徴とする請求項１１の方法。
16. １６．前記第２の所定時間が、前記制御可能な導電素子が導通状態となった後に 生じるサージ電流が弱まるのに十分であることを特徴とする請求項１５の方法。