KR20110096082A - 부하 제어 장치 - Google Patents

Abstract

교류 전원과 부하의 사이에 직렬로 접속되고, 각 접속점에 대해 제어 전압이 인가되는 게이트를 1개씩 갖고, 내전압부를 1개소로 하는 횡형 듀얼 게이트 트랜지스터를 이용한 주스위치 소자를 갖는, 부하로의 전원 공급을 제어하는 주개폐부와, 상기 주개폐부가 비도통일 때에 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 사이리스터 구조의 보조 스위치소자로 이루어지는 보조 개폐부와, 상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부를 제어하는 제어부와, 상기 제어부에 전압을 공급하는 제 1 전원부와, 부하에의 전력 공급을 정지하고 있을 때에 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 2 전원부와, 상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에의 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 3 전원부ㄹ를 구비하고, 상기 제어부는, 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달하면, 상기 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통시키고, 상기 주개폐부가 비도통일 때에 상기 보조 개폐부를 제 2 소정 시간 도통시키는 부하 제어 장치를 제공한다.

Description

부하 제어 장치{LOAD CONTROL DEVICE}

본 발명은 교류 전원과 조명 장치 등의 부하와의 사이에 직렬로 접속되는 2선식의 부하 제어 장치에 관한 것이다．

종래부터, 트라이액(triac)이나 사이리스터(thyristor) 등의 무접점 스위치 소자를 이용한 조명 장치용 부하 제어 장치가 실용화되어 있다. 이들 부하 제어 장치는 배선 절약의 관점에서 2선식 결선이 일반적이며, 교류 전원과 부하의 사이에 직렬로 접속된다. 이렇게 교류 전원과 부하의 사이에 직렬로 접속되는 부하 제어 장치에 있어서는, 어떻게 하여 자기의 회로 전원을 확보할지가 문제가 된다.

도 44에 나타내는 제 1 종래예의 부하 제어 장치(50)는 교류 전원(2)과 부하(3) 사이에 직렬로 접속되며, 주개폐부(51)와, 정류부(52)와, 제어부(53)와, 제어부(53)에 안정한 전원을 공급하기 위한 제 1 전원부(54)와, 부하(3)로의 전력공급이 정지 상태일 때에 제 1 전원부(54)에 전력을 공급하는 제 2 전원부(55)와, 부하(3)로의 전력 공급이 행해지고 있을 때에 제 1 전원부(54)에 전력을 공급하는 제 3 전원부(56)와, 부하 전류 중 미소 전류의 통전을 실행하는 보조 개폐부(57) 등으로 구성되어 있다. 주개폐부(51)의 주스위치 소자(51a)는 트라이액으로 구성되어 있다.

부하(3)에 전력 공급이 행해지지 않고 있는, 부하 제어 장치(50)의 오프 상태에서, 교류 전원(2)으로부터 부하 제어 장치(50)에 인가되는 전압은 정류부(52)를 거쳐서 제 2 전원부(55)에 공급된다. 제 2 전원부(55)는 저항과 제너다이오드로 구성된 정전압 회로이다. 여기서 부하(3)에 흐르는 전류는, 부하(3)가 오동작하지 않는 정도의 미소 전류이며, 제어부(53)의 소비 전류는 작고, 제 2 전원부(55)의 임피던스는 높게 유지되도록 설정되어 있다.

한편, 부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있는 부하 제어 장치(50)의 온 상태에서, 제어부(53)로부터의 제어 신호에 의해 제 3 전원부(56)가 온하고, 부하 제어 장치(50)의 임피던스가 저하해서 부하(3)에 흐르는 전류량이 증가함과 동시에, 제 3 전원부(56)에 흐르는 전류는 제 1 전원부(54)에도 흐르고, 버퍼 콘덴서(54a)의 충전을 시작한다. 버퍼 콘덴서(54a)의 충전 전압이 소정의 임계값보다 높아지면, 제 3 전원부(56)를 구성하는 제너다이오드(56a)가 브레이크다운해서 전류가 흐르기 시작하고, 보조 개폐부(57)의 게이트에 전류가 흘러들어, 보조 개폐부(57)가 도통한다(닫힌 상태). 그 결과, 정류부(52)로부터 제 3 전원부(56)로 흐르고 있었던 전류는 보조 개폐부(57)로 흐르고, 또한, 주개폐부(51)의 주스위치 소자(51a)의 게이트로 흘러들어, 주개폐부(51)가 도통(닫힌 상태)한다. 이 때문에, 부하(3)에 대하여 거의 모든 전력이 공급된다. 일단, 주개폐부(51)가 도통하면(닫힌 상태) 전류를 계속해서 흘리지만, 교류 전류가 제로크로스 점에 도달했을 때에 주스위치 소자(51a)는 자기 소호(self extinguish)하고, 주개폐부(51)가 비도통(열린 상태)이 된다. 주개폐부(51)가 비도통(열린 상태)이 되면, 다시 정류부(52)로부터 제 3 전원부(56)를 거쳐서 제 1 전원부(54)에 전류가 흐르고, 부하 제어 장치(50)의 자기 회로 전원을 확보하는 동작을 실행한다. 즉, 교류의 1/2주기마다, 부하 제어 장치(50)의 자기 회로 전원 확보, 보조 개폐부(57)의 도통 및 주개폐부(51)의 도통 동작이 반복된다.

도 45에 나타내는 제 2 종래예의 부하 제어 장치(60)는 교류 전원(2)과 부하(3) 사이에 직렬로 접속되며, 주개폐부(61)와, 정류부(62)와, 제어부(63)와, 제어부(63)에 안정한 전원을 공급하기 위한 제 1 전원부(64)와, 부하(3)로의 전력 공급이 정지 상태일 때에 제 1 전원부(64)에 전력을 공급하는 제 2 전원부(65)와, 부하(3)로의 전력 공급이 행해지고 있을 때에 제 1 전원부(64)에 전력을 공급하는 제 3 전원부(66)와, 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부(67) 등으로 구성되어 있다. 주개폐부(61)의 주스위치 소자(61a)로서 MOSFET를 이용하고 있으며, 백열등을 제어 대상 부하로 하고 있다.

부하(3)에 전력을 공급할 경우, 외부로부터 입력되는 조광 레벨에 따른 기간동안 주개폐부(61)의 주스위치 소자(61a)를 도통시키지만, 제로크로스 검출부(67)가 전압의 제로크로스 점을 검출하는 타이밍에서 주스위치 소자(61a)를 도통시키고(닫힌 상태), 상기 기간 경과후에 주스위치 소자(61a)를 비도통(열린 상태)로 한다. 주개폐부(61)가 비도통(열린 상태)인 동안에, 상기 제 1 종래예와 같이 부하 제어 장치(60)의 자기 회로 전원이 확보된다. 주개폐부(61)가 비도통(열린 상태)으로 되면, 다시 제로크로스 검출부(67)가 제로크로스 점을 검출하고, 주스위치 소자(61a)를 도통(닫힌 상태)으로 하는 동작을 교류의 1/2주기마다 되풀이한다.

그러나, 상술한 부하 제어 장치(50, 60)에서는, 부하(3)로의 전력 공급이 정지 상태일 때 제어부(53, 63)를 동작시키기 위해서, 제 2 전원부(55, 65)가 마련되고, 제 1 전원부(54, 64)에 전력을 계속해서 공급할 필요가 있다. 그 때문에, 미소하지만 부하(3)에 계속 전류가 흐르는 것으로 되고, 접속 가능한 부하(3)의 사양이 제한된다.

제 1 종래예의 부하 제어 장치(50)와 같이 주개폐부(51)의 주스위치 소자가 트라이액이나 사이리스터의 경우, 부하(3)에 전력을 공급할 때에 발생하는 노이즈를 저감하기 위해, 그리고, 부하(3)에의 전력 공급을 정지할 때에 전원(2)로부터 전파되는 노이즈에 의한 오동작을 방지하기 위해서, 필터를 마련할 필요가 있지만, 필터를 구성하는 코일(58)의 크기나 코일에 의한 발열이 문제가 되고, 부하 제어 장치의 소형화가 곤란하다.

필터를 이용하지 않고 부하 제어 장치에 의한 노이즈를 저감하기 위해서, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 부하 제어 장치(제 3 종래예)에서는, 주개폐부의 주스위치 소자 이외에, 이 주스위치 소자(제 1 스위치부)보다 온 저항이 큰 제 2 스위치부를 마련하고, 제 2 스위치부를 온시킨 후 제 1 스위치부를 온시키도록 하고 있다. 그러나, 이러한 제 3 종래예에서는, 스위치 소자의 수가 많아지고, 회로구성이 복잡해짐과 동시에, 스위치 온의 타이밍의 제어가 복잡해진다.

또한, 최근 에너지 절약화의 요청에 의해 전등형 형광등이 보급되고 있지만, 제 2 종래예의 부하 제어 장치(60)와 같이 주개폐부(61)의 주스위치 소자(61a)가 트랜지스터인 경우, 부하가 백열등과 같은 부하 전류와 부하 전압이 동위상(역률=1)이 되는 부하에 한정된다. 그 때문에, 형광등이나 백열등과 같이, 접속되는 부하의 종류를 가리지 않는 2선식 부하 제어 장치가 요구되고 있다.

또한, 주개폐부의 주스위치 소자로서 이용되는 트라이액이나 트랜지스터는 Si으로 구성되며, 소자의 세로 방향으로 전류가 흐르는 종형이 일반적이다. 트라이액의 경우, 통전 경로에 PN 접합(junction)이 존재하기 때문에, 통전시에 장벽을 넘기 위해서 손실이 발생한다. 또한, 트랜지스터의 경우, 2개의 소자를 역방향으로 접속할 필요가 있고, 내전압 유지층이 되는 저 캐리어 농도층의 저항이 높기 때문에 통전시에 손실이 발생한다. 이러한 손실에 의해 주스위치 소자 자체의 발열이 크고, 대형의 히트 싱크(heat sink)를 필요로 하기 때문에, 부하 제어 장치의 대용량화나 소형화에 방해가 되고 있었다.

또한, 이러한 부하 제어 장치는, 일반적으로 벽면에 마련된 금속제의 박스 등에 수납되어서 사용되지만, 종래의 부하 제어 장치에서는 소형화에 한계가 있기 때문에, 현재 일반적으로 사용되고 있는 박스의 크기로는, 부하 제어 장치와 다른 센서나 스위치등을 병용할 수 없다. 따라서, 일반적인 크기의 박스에, 부하 제어 장치와 다른 센서나 스위치 등의 병설을 가능하게 하기 위해서, 부하 제어 장치의 더욱 소형화가 요구되고 있다.

일본 특허 공개 제2006-92859호 공보

본 발명은 상기한 종래예의 문제를 해결하기 위해서 행해진 것으로서, 부하로의 통전시에 있어서의 발열량을 적게 하고, 소형화 및 대용량화를 가능하게 하며, 또한, 형광등이나 백열등과 같이 부하의 역률 제한을 필요하지 않는 부하 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 스위치 소자의 부품수를 삭감하면서, 개폐 타이밍을 정확하게 제어할 수 있는 부하 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 제 2 전원부에 상당하는 구성을 폐지함과 동시에, 비동작시에 부하로 미소 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 부하 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 따른 부하 제어 장치는 교류 전원과 부하의 사이에 직렬로 접속되는 2선식 부하 제어 장치로서, 전원 및 부하에 대해 직렬로 접속되고, 각각 접속점에 대하여 제어 전압이 인가되는 게이트를 1군데씩 갖고 내전압부가 하나인 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자를 가지고, 부하에 대해 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와, 사이리스터 구조의 보조 스위치 소자를 갖고 상기 주개폐부가 비도통일 때에 부하에 대해 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와, 상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와, 상기 주개폐부의 양단부로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와, 상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 부하로의 전력 공급이 정지하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 2 전원부와, 상기 주개폐부를 구동하는 구동 회로와, 상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 3 전원부와, 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하고, 상기 제어부는, 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 전압 검출부가 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 상기 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통시킴과 동시에, 상기 주개폐부가 비도통일 때에 상기 보조 개폐부를 제 2 소정 시간 도통시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 측면의 부하 제어 장치는, 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 가지고, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와, 사이리스터 구조의 스위치 소자를 가지며, 상기 주개폐부가 비도통일 때에, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와, 상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와, 상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와, 상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 부하에의 전력 공급을 정지하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 2 전원부와, 상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에의 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 3 전원부를 구비하고, 상기 제 3 전원부는 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부와, 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부를 구비하고, 상기 제어부는 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 전압 검출부가 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출했을 때부터 계수되는 제 1 소정 시간과, 상기 제로크로스 검출부가 부하 전류의 제로크로스 점을 검출한 때부터 계수되는 부하 전류의 반주기 미만의 제 3 소정 시간이 중복하고 있는 시간동안, 상기 주개폐부를 도통시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 측면의 부하 제어 장치는, 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 가지고, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와, 사이리스터 구조의 스위치 소자를 가지며, 상기 주개폐부가 비도통일 때에, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와, 상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와, 상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와, 상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에의 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 3 전원부와, 외부로부터 전송되어 오는 제어 신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부에 의해 수신된 제어 신호를 정류하고, 상기 제 1 전원부에 전력을 공급하는 독립 전원부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 의하면，2선식 부하 제어 장치의 주개폐부의 주스위치 소자의 구조가, 교류 제어에 있어서 저손실(저저항)화에 대하여 효율이 좋은 반도체 칩 구성이 되는 듀얼 게이트 트랜지스터 구조이기 때문에, 부하 제어 장치의 소형 · 대용량화를 실현할 수 있다.

본 발명의 제 2 측면에 의하면, 전압 검출부가 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 제어부는 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통(닫힌상태)시키므로, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부로부터 부하에 전력을 공급하게 된다. 또한, 이 제 1 소정 시간내이라도 제 3 소정 시간이 경과하면, 제어부는 주개폐부를 비도통(열린 상태)시키므로, 예를 들면, 저부하시에 있어서 제 1 소정 시간이 개시되는 타이밍이 지연해도, 부하 전류가 0이 되기 전에 주개폐부가 확실하게 비도통으로 된다. 이에 따라, 주개폐부가 부하 전류의 제로크로스를 넘어서 도통되는 일이 없어진다.

본 발명의 제 3 측면에 의하면，수신부에 의해 수신된 제어 신호를 독립 전원부에 의해 정류하여, 제 1 전원부에 전력을 공급하므로, 종래예의 제 2 전원부에 상당하는 구성을 폐지할 수 있다. 또한, 이 독립 전원부가 부하로의 전력 공급과 독립해서 제 1 전원부에 전력을 공급하므로, 비동작시에 부하에 미소 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 접속 가능한 부하의 사용 범위를 확대할 수 있다.

도 1a 내전압부를 1군데 갖는 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자의 회로도이고, 1(b)는 2개의 MOSFET형 트랜지스터 소자를 역방향 접속했을 경우의 회로도이다.
도 2는 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자의 종 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부하 제어 장치의 제 1 실시 형태를 나타내는 회로도이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 따른 부하 제어 장치의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 부하 제어 장치의 구동 회로의 제 1 실시예의 회로도이다.
도 6은 도 ５에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 7은 부하 제어 장치의 제 1 실시예에 관련되는 구동 회로의 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 ７에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 구동 회로의 제 2 실시예의 회로도이다.
도 10은 도 9에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 11은 부하 제어 장치의 제 2 실시예에 관련되는 구동 회로의 구체적 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 12는 도 11에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 13은 부하 제어 장치의 제 2 실시예에 관련되는 구동 회로의 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 14는 도 13에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 15는 부하 제어 장치의 제 2 실시예에 관련되는 구동 회로의 다른 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 16은 도 15에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 17은 부하 제어 장치의 제 3 실시예에 관련되는 구동 회로의 회로도이다.
도 18은 도 17에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 19는 부하 제어 장치의 제 4 실시예에 관련되는 구동 회로의 회로도이다.
도 20은 부하 제어 장치의 제 5 실시예에 관련되는 구동 회로의 회로도이다.
도 21은 부하 제어 장치의 제 5 실시예에 있어서의 각 부의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 22는 본 발명의 부하 제어 장치의 제 6 실시예에 관련되는 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 23은 도 22에 있어서의 구동 회로의 확대도이다.
도 24는 도 22의 부하 제어 장치의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 25는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 26은 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 고 부하시에 있어서의 각 부의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 27은 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 저 부하시에 있어서, 주개폐부의 제어에 제 3 소정 시간을 이용하지 않는다고 가정했을 경우의 각 부의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 28은 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 저부하시에 있어서, 주개폐부의 제어에 제 3 소정 시간을 이용했을 경우의 각 부의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 29는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 30은 본 발명의 제 4 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 회로도이다.
도 31은 제 4 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 변형예를 나타내는 회로도이다.
도 32는 본 발명의 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치를 이용한 부하 제어 시스템의 블록도이다.
도 33은 본 발명의 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 34는 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 동작시의 파형을 도시하는 도면으로서, (a)는 역률이 1인 경우의 파형, (b)는 역률이 1이 아닐 경우의 파형을 나타낸다.
도 35는 본 발명의 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 36은 도 35의 부하 제어 장치의 동작시의 파형을 도시한 도면이다.
도 37은 본 발명의 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 제 3 실시예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 38은 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치의 주개폐부에서 이용되는 주스위치 소자의 개략구성을 나타내는 단면도이다.
도 39는 본 발명의 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 제 4 실시예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 40은 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치의 주개폐부에서 이용되는 스위치 소자의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 41은 도 40에서 Ａ-A선을 잘라본 단면도이다.
도 42는 본 발명의 제 6 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 43은 제 6 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치의 저부하시에 있어서, 주개폐부의 제어에 제 3 소정 시간을 이용했을 경우의 각 부의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.
도 44는 제 1 종래예에 관련되는 부하 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 45는 제 2 종래예에 관련되는 부하 제어 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

(제 1 실시 형태)

우선, 본 명세서에서 설명되는 본 발명에 따른 부하 제어 장치에서 사용되는 주스위치 소자에 대해서 설명한다. 도 1a는, 내전압부를 1군데 갖는 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자의 회로도를 나타내고, 도 1b는 2개의 MOSFET형 트랜지스터 소자를 역방향 접속했을 경우의 회로도를 나타낸다. 또한, 도 ２는 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자의 종단면 구성을 나타낸다.

도 1b에 나타내는 구성에서는, 2개의 트랜지스터 소자의 소스 전극(S)끼리가 접속되며, 또한 접지되어 있고(최저 전위부), 소스 전극(S)과 게이트 전극(G1, G2)의 사이에는 내전압이 불필요하며, 게이트 전극(G1, G2)과 드레인 전극(D1, D2)의 사이에 내전압이 필요하기 때문에, 내전압부(예를 들면, 내전압 거리를 둠)를 2군데 필요로 하고 있다. 2개의 트랜지스터 소자는 소스 전극을 기준으로 한 게이트 신호로 동작하므로, 각 트랜지스터 소자의 게이트 전극(G1, G2)에 같은 구동 신호를 입력해서 구동할 수 있다. 그것에 대하여, 도 ２에 도시하는 바와 같이 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자에서는, 내전압을 유지하는 개소를 1군데 갖는 손실이 적은 쌍 방향 소자를 실현하는 구조이다. 한편, 이러한 구성의 소자는 드레인 전극(D1, D2)의 전압을 기준으로 해서 제어할 필요가 있고, 2개의 게이트 전극(G1, G2)에 각각 다른 구동 신호를 입력할 필요가 있다 (그 때문에, 듀얼 게이트 트랜지스터 구조라 부른다).

도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 부하 제어 장치(1)의 기본구성을 나타내는 회로도이며, 도 4는 부하 제어 장치(1)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임 차트이다. 또, 여기서, 구동 회로(10)의 구체적 구성은 나타내지 않고, 구동 회로(10)의 구체적인 구성은 이하의 실시예에서 설명한다.

도 3에 도시한 제 1 실시 형태의 부하 제어 장치(1)는 교류 전원(2)과 부하(3)의 사이에 직렬로 접속되며, 부하(3)에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부(11)와, 주개폐부(11)를 구동하는 구동 회로(10)와, 정류부(12)와, 부하 제어 장치(1) 전체를 제어하는 제어부(13)와, 제어부(13)에 안정한 전원을 공급하기 위한 제 1 전원부(14)와, 부하(3)로의 전력공급 정지상태일 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 제 2 전원부(15)와, 부하(3)로의 전력 공급이 행해지고 있을 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 제 3 전원부(16)와, 부하 전류 중 미소 전류의 통전을 실행하는 보조 개폐부(17) 등으로 구성되어 있다. 또한, 제 3 전원부(16)에는, 제 3 전원부에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부(18)가 또한 마련되어 있다. 주개폐부(11)는 상기 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자(11a)를 가지며, 보조 개폐부(17)는 사이리스터 구조의 보조 스위치 소자를 가지고 있다.

부하(3)에 전력 공급이 행해지지 않고 있는 부하 제어 장치(1)의 오프 상태에 있어서도, 전원(2)으로부터 정류부(12)를 거쳐서 제 2 전원부(15)에 전류가 흐르기 때문에, 부하(3)에도 미소 전류가 흐르고 있지만, 그 전류는 부하(3)를 오동작 시키지 않을 정도로 낮게 억제되어 있으며, 제 2 전원부(15)의 임피던스가 높은 값으로 유지되어 있다.

부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있을 때, 제 3 전원부(16)의 임피던스를 낮게 하여, 부하 제어 장치(1) 내부의 회로측에 전류를 흘려서, 제 1 전원부(14)의 버퍼 콘덴서(25)를 충전한다. 상기한 바와 같이, 제 3 전원부(16)에는, 전압 검출부(충전 감시부)(18)가 마련되어 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압을 검출한다. 전압 검출부(18)가 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 전압 검출부(18)는 소정의 검출 신호를 출력한다. 제어부(13)는 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호를 수신하면, 주개폐부(11)를 제 1 소정 시간 도통(닫힌 상태)시키도록, 구동 회로(10)에 대하여 주개폐부(11)을 도통시키기 위한 제 1 펄스 신호(주개폐부 구동 신호)을 출력한다. 도 3에서는, 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호에 따라 직접 제 1 펄스 신호를 출력하도록 전용의 IC 등을 이용하여 하드웨어적으로 구성된 제 1 펄스 출력부(주개폐부 구동 신호 출력부)(19)를 제어부(13)의 일부로서 마련한 구성예를 나타내고 있다. 그러나, 도시된 구성에 한정되지 않고, 전압 검출부(18)로부터의 출력을 CPU 등으로 구성된 주제어부(20)에 입력하고, 소프트웨어적으로 제 1 펄스 신호를 출력하도록 구성해도 좋다. 주개폐부(11)를 도통시키는 제 1 소정 시간으로서는, 상용 주파수 전원의 반주기보다도 조금 짧은 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제 1 소정 시간 경과 후, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 되는 동작을 시작할 때, 제어부(13)는 보조 개폐부(17)를 제 2 소정 시간(예를 들면, 수백μ초)동안 도통(닫힌상태)시킨다. 즉, 주개폐부(11)가 비도통이 되고, 부하 전류가 일단 보조 개폐부(17)에 흐르기 시작하면, 부하 전류가 0이 될 때까지 보조 개폐부(17)에 계속해서 흐른다. 도 3에서는, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 된 것을 검출하고 나서, 제 2 소정 시간동안 보조 개폐부(17)에 구동 신호를 부여하도록, 제 2 소정 시간의 제 2 펄스 신호(보조 개폐부 구동 신호)를 출력하는 제 2 펄스 출력부(21)를 제어부(13)의 일부로서 마련한 예를 나타낸다. 대안적으로, 소프트웨어적으로 제 2 펄스 신호를 출력시켜도 좋고, 또는, 다이오드나 콘덴서를 이용하여 지연 회로에 의해 같은 동작을 실현해도 좋다.

도 4를 참조하면, 상술한 동작에 의해, 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료 후, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부(11)로부터 부하(3)에 전력을 공급한 후, 통전 전류가 적어지고 나서, 보조 개폐부(17)로부터 부하(3)에 전력을 공급하게 된다. 또한, 보조 개폐부(17)는 사이리스터 구조의 보조 스위치 소자(17a)를 가지고 있으므로, 전류치가 0이 되는 시점(제로크로스 점)에서 비도통(열린 상태)이 된다. 보조 개폐부(17)가 비도통(열린 상태)이 되면, 다시 제 3 전원부(16)에 전류가 흘러들기 때문에, 상기한 동작을 상용 전원의 반주기마다 되풀이한다. 이들 동작은 부하 전류에 대하여 행해지기 때문에, 주개폐부(11)가 트랜지스터 구조를 가지는 주스위치 소자(11a)로 구성되어 있어도 부하(3)는 역률 1인 것에 한정되지 않고, 형광등 및 백열등 중 어디에도 적합한 2선식의 부하 제어 장치를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태에서는, 주개폐부(11)가 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자(11a)로 구성되어 있으므로, 트랜지스터 소자의 내전압이 필요한 개소는 1군데로 한정되며, 부하로의 전류 도통시에 있어서 주스위치 소자 자체의 발열량을 적게 하고, 부하 제어 장치의 소형화 및 대용량화를 동시에 실현할 수 있다.

또한, 도 ３에서는, 보조 개폐부(17)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(22)를 마련한 예를 나타내고 있지만, 이것은, 주파수 어긋남이나 과부하가 접속되었을 경우에, 보조 개폐부(17)로부터 다시 주개폐부(11)로 부하 전류 경로를 전환하는 동작을 행함으로써，보조 개폐부(17)가 파괴되지 않도록 보호하기 위한 것이다. 따라서, 전류 검출부(22)는 반드시 필요한 것이 아니라, 필요에 따라 마련되어도 좋다.

(제 1 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 부하 제어 장치(1A)에서 이용되는 구동 회로(10)의 제 1 실시예에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 제 1 실시예에 따른 부하 제어 장치(1A)의 회로도이며, 도 6은 도 ５에 있어서의 구동 회로(10)의 확대도이다.

도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 주개폐부(11)를 구동하기 위한 구동 회로(10)는 주스위치 소자(11a)의 듀얼 게이트에 대응해서 두 세트 마련된 포토 커플러 등의 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102) 등으로 구성되어 있다. 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 발광부(101a, 102a)에는 각각 제어부(13)로부터의 구동 신호가 입력된다. 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 발광부(101a, 102a)는 구동 신호가 입력되면, 그 전력을 광에너지로 변환해서 출력한다. 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 수광부(10lb, 102b)에, 발광부(101a, 102a)로부터의 광이 입사하면, 수광부(10lb, 102b)에서 광전 변환을 실행하고, 광에너지를 전기에너지로 변환(즉, 발전)한다. 수광부(10lb, 102b)는 거기에서 발전된 전력이, 교류 전원(상용 전원) 및 부하가 접속되는 점을 각각 기준으로 해서(도 6 참조), 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트부에 정의 전위가 인가되도록 접속되어 있다.

제어부(13)로부터 구동 신호를 출력해서 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 발광부(101a, 102a)를 발광시킴으로써, 용이하게 기준 전위가 다른 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 구동 신호를 입력할 수 있고, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)를 도통 상태(닫힌 상태)로 할 수 있다. 또, 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 발광부(101a, 102a)와 수광부(10lb, 102b)는 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 발광부(101a, 102a)로부터 광이 출력되지 않는 한, 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에는 구동 신호는 입력되지 않는다. 즉, 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에는, 제어부(13)로부터 출력된 구동 신호와는 다른 제어부(13)(또는 부하 제어 장치(1A)의 제 1 전원부(14))로부터 전기적으로 절연된 전력이 공급된다. 또한, 제어부(13)로부터의 구동 신호를 기초로, 절연을 유지하면서 용이하고 확실하게 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 접속된 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)를 온·오프할 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 나타내는 구동 회로(10)의 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는, 포토 커플러 등의 광절연 반도체 스위치 소자(101, 102)의 발광부(101a, 102a)가 직렬로 접속되어 있다. 그것에 의하여, 구동 회로(10)에 흐르는 전류치를 약1/2로 할 수 있고, 구동 회로(10)에서의 전력 소비량을 저감시키는 것이 가능해진다.

(제 2 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 부하 제어 장치(1A)에 이용되는 구동 회로(10)의 제 2 실시예에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는 제 2 실시예에 따른 부하 제어 장치(1A)의 회로도이며, 도 10은 도 9에 있어서의 구동 회로(10)의 확대도이다.

도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이 주개폐부(11)를 구동하기 위한 구동 회로(10)는 주스위치 소자(11a)의 듀얼 게이트에 대응해서 각각 두 세트 마련되고, 부하 제어 장치(1A)의 제 1 전원부(14)에 접속된 다이오드(101a, 10lb)와, 한쪽 단부가 각각의 전력선에 접속되며, 다른쪽 단부가 다이오드(101a, 10lb)에 접속된 콘덴서(102a, 102b)와, 다이오드(101a, 10lb)와 콘덴서(102a, 102b)의 접속점과 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 각 게이트 단자와의 사이에 접속된 구동 스위치 소자(103a, 103b)로 구성되어 있다. 구동 스위치 소자(103a, 103b)는 제어부(13)로부터의 신호에 의해 온/오프된다. 또한, 이 구동 스위치 소자(103a, 103b)는 스위치부와 조작부가 절연된 구성이다. 구동 스위치 소자(103a, 103b)의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니고, 이하에 설명하는 것과 같이, 다양한 타입의 것을 사용할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 부하 제어 장치(1A)의 제 1 전원부(14)를 다이오드(101a, 10lb)를 경유해서 한쪽 단부가 전력선에 접속된 콘덴서(102a, 102b)의 다른쪽 단부에 접속함으로써, 전력선의 전위를 기준으로 하는 간이전원이 이 콘덴서(102a, 102b)에 의해 구성된다. 이 콘덴서(102a, 102b)의 충전은 전력선 중 전원 전압이 높은쪽으로부터, 부하 제어 장치(1A)의 내부 전원을 경유해서 전압이 낮은쪽의 전력선으로 흐르는 전류가, 전압이 낮은쪽에 접속된 콘덴서를 충전하는 것에 의해 행해진다. 그 때, 전압이 높은쪽에 접속된 콘덴서는 충전되지 않기 때문에, 전원 주파수의 1주기 마다 콘덴서에 충전이 반복된다. 반대쪽 콘덴서에는, 전력선의 전위의 관계가 상술한 것과 반대의 타이밍에서 충전된다.

횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자(11a)를 오프로부터 온으로 할 경우, 주스위치 소자(11a)의 게이트에 대하여, 전력선이 접속되는 점(도 10 참조)을 기준으로 해서 전압을 인가할 필요가 있다. 여기에서, 제어부(13)로부터의 신호에 의해 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 접속되는 구동 스위치 소자(103a) 또는 구동 스위치 소자(103b)를 도통시키면, 주스위치 소자(11a)의 게이트 단자에는, 각각 전력선을 기준으로 하는 콘덴서에 충전된 전압이 인가되기 때문에, 주스위치 소자(11a)는 도통 상태(닫힌 상태)가 된다. 주스위치 소자(11a)가 일단 도통 상태가 되면, 주스위치 소자(11a)의 단자간 전압이 매우 작아지기 때문에, 부하 제어 장치(1A)의 전원으로부터 다이오드(101a, 10lb) 및 구동 스위치 소자(103a, 103b)를 경유해서 인가되는 전압으로 도통을 유지할 수 있다.

본 실시예에서는, 구동 회로(10)가 제 1 전원부(14)와 비절연으로 구성되어 있기 때문에, 고효율로 구동 전력을 공급하는 것이 가능하다. 콘덴서(102a, 102b)는 주스위치 소자(11a)가 오프로부터 온이 될 때의 게이트 전극의 전위를 일시적으로 확정하면 되므로, 그 형상이나 용량은 소형이어도 좋다. 또, 도 ９에서는 제 1 전원부(14)의 출력으로부터 구동 회로(10)에 전원 공급하고 있지만, 제 1 전원부(14)의 입력 등의 비교적 안정한 전원부에 의해서 전력을 공급해도 좋다.

도 11 및 도 12는 제 2 실시예의 구동 회로(10)의 다른 구체적 구성예를 나타내고, 구동 스위치 소자(103a, 103b)로서 포토 커플러나 포토 릴레이 등의 광절연 반도체 스위치 소자를 이용하고 있다. 제어부(13)로부터의 구동 신호가 입력되면, 광절연 반도체 스위치 소자의 발광부로부터 광 신호가 출력되고, 그 광 신호가 수광부에 입사하면, 수광부가 도통하여 제 1 전원부(14)로부터의 전류(구동 신호)가 흐른다. 발광부와 수광부는 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 발광부로부터 광이 출력되지 않는 한, 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에는 구동 신호는 입력되지 않는다. 그 때문에, 제어부(13)로부터의 구동 신호를 기초로, 절연을 유지하면서 용이하고 확실하게 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 접속된 구동 스위치 소자(103a, 103b)를 온·오프할 수 있다.

도 13 및 도 14는, 도 11 및 도 12에 나타내는 구동 회로(10)의 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는, 포토 커플러나 포토 릴레이 등의 광절연 반도체 스위치 소자를 이용한 구동 스위치 소자(103a, 103b)의 발광부가 직렬로 접속되어 있다. 그것에 의하여, 구동 회로(10)에 흐르는 전류치를 약1/2로 할 수 있고, 구동 회로(10)에서의 전력 소비량을 저감시키는 것이 가능해진다.

도 15 및 도 16은, 도 11 및 도 12에 나타내는 구동 회로(10)의 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는, 포토 커플러나 포토 릴레이 등의 광절연 반도체 스위치 소자를 이용한 구동 스위치 소자(103a, 103b)의 발광부가 직렬로 접속되고, 또한, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극과 구동 스위치 소자(103a, 103b)가 접속되는 접속점과, 그 게이트 전극의 기준이 되는 전력선과의 사이에 콘덴서(104a, 104b)가 접속되어 있다. 또, 도 11 및 도 12에 나타내는 구동 회로(10)의 구성예에, 콘덴서(104a, 104b)를 추가해도 좋다.

이 변형예에 도시하는 바와 같이, 콘덴서(104a, 104b)를 추가함에 따라, 구동 스위치 소자(103a, 103b)가 온·오프될 때에, 콘덴서(104a, 104b)에 의해 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 인가되는 전압의 급격한 변화를 완화할 수 있고, 주스위치 소자(11a)가 급준하게 온·오프하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)가 온·오프하는 것에 의해 발생하는 노이즈를 저감할 수 있으므로, 노이즈 필터를 작게 하거나 혹은 생략하는 것이 가능해진다. 즉, 도 44 또는 도 45에 나타내는 종래예의 구성과 비교하여, 노이즈 필터로서 기능하는 코일이나 콘덴서를 생략할 수 있다.

노이즈 필터를 구성하는 코일에 관해서는, 부하 제어 장치의 정격 전류가 커짐에 따라 코일도 대형으로 되기 때문에, 코일을 생략할 수 있으면, 부하 제어 장치의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 노이즈 필터를 구성하는 콘덴서에 관해서는, 코일에 비해서 부하 제어 장치의 크기에 관한 제약은 적지만, 이 콘덴서가 존재하는 것에 의해, 부하 제어 장치가 오프인 상태에서의 부하 제어 장치의 임피던스를 내리는 것으로 되어 부하 제어 장치의 오프 상태로서 바람직하지 못하다. 또한, 부하 제어 장치가 오프인 상태에서도 콘덴서를 거쳐서 교류 전류가 흐르고, 그것에 의해서 오프시에 부하가 오동작할 가능성이 있다. 따라서, 부하 제어 장치로부터 노이즈 필터용의 콘덴서를 생략할 수 있으면, 2선식 부하 제어 장치에 있어서 바람직한 형태가 된다.

(제 3 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 3 실시예에 따른 부하 제어 장치(1B)에 대해서, 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한다. 도 17은 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1B)의 회로도이며, 도 18은 도 17에 있어서의 구동 회로(10)의 확대도이다.

본 제 3 실시예에서는, 주개폐부(11)의 구동 회로(10)가, 고주파 절연 트랜스 등과 같이 전자기적 결합에 의해 전력을 전달하는 트랜스(전자기 결합 소자)(103), 정류 회로(104a, 104b), 발진 회로(105) 등에 의해 구성되어 있다. 트랜스(103)의 1차측 코일(103a)은 발진 회로(105)에 접속되며, 또한 발진 회로(105)는 제어부(13)에 접속되어 있다. 발진 회로(105)에 제어부(13)로부터의 구동 신호가 입력되면, 구동 신호가 인가되고 있는 동안, 발진 회로(105)는 발진하여 교류 전력을 발생시킨다. 트랜스(103)의 1차측 코일(103a)에 발진 회로(105)에 의해 발생된 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 2차측 코일(103b, 103c)에 기전력이 발생한다. 트랜스(103) 2차측의 코일(103b, 103c)에 발생하는 기전력은 교류이기 때문에, 정류 회로(104a, 104b)에 의해 정류된 후, 주제어부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 입력된다. 또, 정류 회로(104a, 104b)는, 상용 전원 및 부하가 접속되는 점을 기준으로 해서, 주 스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 정의 전위가 인가되도록 접속되어 있다. 또, 트랜스(103)의 1차측 코일(103a)과 2차측 코일(103b, 103c)은 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 트랜스(103)의 1차측 코일(103a)에 전류가 흐르지 않는 한, 주 스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 구동 신호는 입력되지 않는다. 즉, 주 스위치 소자(11a)의 게이트 전극에는, 제어부(13)로부터 출력된 구동 신호와는 다른, 제어부(13)로부터 전기적으로 절연된 전력이 공급된다.

이와 같이, 본 제 3 실시예에서는, 제어부(13)로부터 출력되는 구동 신호를 트리거로 해서 발진 회로(105)에 의해 교류 전력을 발생시키고 있으므로, 발진 회로(105)에서의 발진 주파수 및 진폭, 트랜스(103)의 1차측 코일(103a)과 2차측 코일(103b, 103c)의 권선수 등을 적절히 설정하는 것에 의해, 트랜스(103)의 2차측 코일(103b, 103c)에 소망하는 전력을 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트부가 일정 이상의 전류치를 필요로 하는 전류형의 주 스위치 소자일 경우에도 안정하게 구동할 수 있다. 또, 발진 회로(105)의 구동 전력은, 부하 제어 장치의 어느 전원부에 의해 공급되어도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 또는, 도시하지 않았지만, 발진 회로(105)를 생략하고, 제어부(13)로부터 소정 주파수 및 소정 진폭의 펄스 신호를 직접 출력하도록 구성해도 좋다.

(제 4 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1B)에 대해서, 도 19를 참조하여 설명한다. 상기 실시예에 관련되는 부하 제어 장치에서는, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)에 구동 신호를 인가할 때, 정류부(12)의 다이오드에 의해 전류가 흐르지 않는 회로 구성이기 때문에, 주스위치 소자(11a)의 게이트부(게이트 단자)가 일정 이상의 전류치를 필요로 하지 않는 전압형인 것 밖에 대응할 수 없다. 본 제 4 실시예에서는, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)가 일정 이상의 전류치를 필요로 하는 전류형의 주스위치 소자일 경우에도 안정하여 구동할 수 있게 한 것이다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 본 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1B)에서는 정류부(12)의 교류 라인과 회로 기준으로 되는 정류부의 마이너스측 출력 사이에 동기 스위치 소자(120a, 120b)가 접속되어 있고, 주개폐부(11)가 닫히는 동작에 동기해서 동기 스위치 소자(120a, 120b)가 온되는 동작을 행한다. 주개폐부(11)가 닫히는 동작에 동기해서 이 동기 스위치 소자(120a, 120b)를 닫으면, 부하 제어 장치(1B)내의 제 1 전원부(14)로부터 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트부로 흐르는 전류 경로가 형성된다. 그 때문에, 주스위치 소자(11a)의 게이트부가 전류를 필요로 하는 듀얼 게이트 소자이어도 안정하게 구동할 수 있다. 또, 그 밖의 구성이나 기본 동작은 상기한 실시예의 경우와 마찬가지이며, 구동 회로(10)의 구성은 특히 한정되지 않고, 상기한 실시예나 각 변형예를 응용할 수 있다.

(제 5 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 5 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1C)에 대해서, 도 20 및 도 21을 참조하여 설명한다. 도 20은, 제 5 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1C)의 기본구성을 나타내는 회로도이며, 도 21은 부하 제어 장치(1C)의 각부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다. 제 5 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1C)는 도 3에 나타내는 부하 제어 장치(1)의 기본구성에, 부하에 전력을 공급하는 상태에서 기능하는 제 3 전원부(16)내에 마련된 전압 제로크로스 검출부('제로 검출'이라고 약기)(23)와 제 3 펄스 출력부(구동 허가 신호 출력부)(24)를 더 갖는다. 또, 구동 회로(10)의 구체적인 구성은 제 1 실시예 ∼ 제 3 실시예에 예시한 어느것이라도 좋다.

전압 제로크로스 검출부(23)가 전압 제로크로스를 검출하면, 제 3 펄스 출력부(24)는 제 3 소정 시간동안 제 3 펄스 신호(구동 허가 표시 신호)를 출력한다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 이 제 3 펄스의 제 3 소정 시간은, 전원주기의 반주기보다 조금 짧은 시간에 상당한다. 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에는, 제 1 펄스(주개폐부 구동 신호)와 제 3 펄스(구동 허가 신호)가 모두 발생되고 있는 기간동안, 닫히도록 구동 신호가 입력된다.

2선식의 부하 제어 장치에 있어서는, 접속되는 부하가 작을 경우에는 콘덴서(25)의 충전에 요하는 시간이 길어진다. 그 경우, 도 ４에 나타내는 동작에서는, 충전 완료 후를 기준으로 주개폐부(11)의 구동을 실행하면, 주개폐부(11)의 구동 신호가 전류 제로크로스 점을 넘는 시간까지 인가되는 경우가 있다. 이러한 상태에서 주개폐부(11)를 열고, 보조 개폐부(17)를 닫으면, 주 전류인 부하 전류가 보조 개폐부(17)에 의해 통전되는 것으로 되고, 전술한 상용 전원의 반주기에 한번 충전을 실행하는 안정한 동작을 잃게 된다.

그러나, 제 5 실시예와 같이, 전압 제로크로스와 충전 완료 신호를 조합하여, 전압 제로크로스 신호를 기준으로 상용 전원의 반주기 이상에 걸쳐, 주개폐부가 구동되지 않도록 제어할 수 있고, 부하 제어 장치(1C)에 접속되는 부하의 용량에 관계없이 상용 전원의 반주기에 한번, 전원을 확보하는 동작을 안정하게 실현할 수 있다.

(제 6 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 6 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1D)에 대해서, 도 22 내지 도 24를 참조하여 설명한다. 도 22는 본 제 6 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1D)의 구성을 나타내는 회로도이며, 도 23은 도 22에 있어서의 구동 회로(10)의 확대도이며, 도 24는 부하 제어 장치(1D)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.

제 6 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1D)에 있어서, 주개폐부(11)의 구동 회로(10)는, 부하 제어 장치(1D)의 제 1 전원부(14)에 접속된 고내전압의 다이오드(101a, 10lb)와, 한쪽 단부가 각각의 전력선에 접속되며, 다른쪽 단부가 다이오드(101a, 10lb)에 접속된 콘덴서(102a, 102b)와, 다이오드(101a, 10lb)와 콘덴서(102a, 102b)의 접속점과 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 각 게이트 단자와의 사이에 접속된 포토 사이리스터 또는 포토 트라이액 등의 자기 소호형의 구동 스위치 소자(105a, 105b)로 구성되어 있다.

제 3 전원부(16)에 마련된 전압 검출부(18)에 의해 충전 완료를 검출하면, 주개폐부(11)를 닫는 동작으로 이행한다. 이 때, 주개폐부(11)의 주스위치 소자(11a)의 게이트 전극에 접속된 구동 스위치 소자(105a, 105b)를 도통시키기 위해 신호를 입력하지만, 이들 구동 스위치 소자(105a, 105b)가 사이리스터 또는 트라이액 구조이기 때문에, 구동 스위치 소자(105a, 105b)의 구동은 트리거 신호만으로 된다. 그 때문에, 구동 스위치 소자(105a, 105b)의 구동 전력은, 상기한 각 실시 형예와 비교해서 작게 할 수 있다. 또한, 구동 스위치 소자(105a, 105b)를 비도통으로 하기 위해서는, 정류부(12)에 마련한 동기 스위치 소자(120a, 120b)를 오프하는 것만으로 되고, 주개폐부(11)를 개폐시키기 위한 구동 전력을 작게 하는 것이 가능하게 된다. 2선식 부하 제어 장치에 있어서는 어떻게 안정하여 전원을 확보하면서 부하 제어를 가능하게 할지가 중요한 과제이기 때문에, 부하 제어 장치의 구동 전력이 적은 것은 그 부하의 안정된 동작에 있어서 바람직하다.

(제 2 실시 형태)

본 발명의 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치에 대해서 설명한다. 도 25는 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1E)의 구성을 나타내는 회로도이며, 도 26 내지 도 28은 부하 제어 장치(1E)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다.

도 25에 나타내는 제 2 실시 형태의 부하 제어 장치(1E)는, 교류 전원(2)과 부하(3)의 사이에 직렬로 접속되며, 부하(3)에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부(11)와, 정류부(12)와, 부하 제어 장치(1E) 전체를 제어하는 제어부(13)와, 제어부(13)에 안정한 전원을 공급하기 위한 제 1 전원부(14)와, 부하(3)로의 전력 공급이 정지 상태일 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 제 2 전원부(15)와, 부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있을 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 제 3 전원부(16)와, 부하 전류 중 미소 전류의 통전을 실행하는 보조 개폐부(17) 등으로 구성되어 있다. 또한, 제 3 전원부(16)에는, 제 3 전원부에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부(18)와, 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부(23)가 마련되어 있다. 주개폐부(11)는 트랜지스터 구조의 스위치 소자(11a)를 가지며, 보조 개폐부(17)는 사이리스터 구조의 스위치 소자(17a)를 가지고 있다. 또한, 제어부(13)에는, CPU 등으로 구성된 주 제어부(20)와, 제 1 펄스 출력부(19)와, 제 3 펄스 출력부(21)와, 제 2 펄스 출력부(24)가 마련되어 있다.

제 1 펄스 출력부(19)는 전압 검출부(18)로부터 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료 신호를 받은 후, 제 1 소정 시간 동안 주개폐부(11)를 도통시키도록 제 1 펄스를 출력한다. 즉, 제 1 펄스는 전압 검출부(18)로부터 충전 완료 신호를 받고 상승하여 제 1 소정 시간 경과 후 하강한다. 제 3 펄스 출력부(21)는, 제로크로스 검출부(23)가 부하 전류의 제로크로스 점을 검출한 후, 주개폐부(11)의 열린 상태를 제 2 소정 시간으로 제한하도록 제 3 펄스를 출력한다. 즉, 제 3 펄스는 제로크로스 검출부(23)로부터 제로크로스 검출 신호를 받고 상승하여 제 3 소정 시간 경과 후 하강한다. 제 2 펄스 출력부(24)는 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)으로 된 것을 검출하고 나서, 제 2 소정 시간동안 보조 개폐부(17)를 도통시키도록, 소정 시간의 제 2 펄스 신호를 출력한다. 즉, 제 3 펄스는, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)으로 된 것을 검출하고 상승하여, 제 2 소정 시간 경과 후 하강한다.

부하(3)에 전력 공급이 행해지지 않고 있는 부하 제어 장치(1E)의 오프 상태에 있어서도, 전원(2)으로부터 정류부(12)를 거쳐서 제 2 전원부(15)에 전류가 흐르기 때문에, 부하(3)에도 미소 전류가 흐르지만, 그 전류는 부하(3)를 오동작시키지 않는 정도로 낮게 억제되어 있고, 제 2 전원부(15)의 임피던스는 높은 값으로 유지되어 있다.

부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있을 때, 제 3 전원부(16)의 임피던스를 낮게 하여, 부하 제어 장치(1E) 내부의 회로측으로 전류를 흘리고, 제 1 전원부(14)의 버퍼 콘덴서(25)를 충전한다. 상기 한 바와 같이, 제 3 전원부(16)에는, 전압 검출부(충전 감시부)(18)가 마련되어 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압을 검출한다. 전압 검출부(18)가 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 전압 검출부(18)는 소정의 검출 신호를 제어부(13)에 출력한다. 제어부(13)는 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호를 수신하면, 주개폐부(11)를 제 1 소정 시간 도통(닫힌 상태)시킨다. 도 25에서는, 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호에 따라 직접 제 1 펄스 신호를 출력하도록, 전용의 IC　등을 이용하여 하드웨어적으로 구성된 제 1 펄스 출력부(19)를 제어부(13)의 일부로서 마련한 구성예를 나타내고 있다. 그러나, 도시한 구성에 한정되지 않고, 전압 검출부(18)로부터의 출력을 CPU 등으로 구성된 주 제어부(20)에 입력하고, 소프트웨어적으로 제 1 펄스 신호를 출력하도록 구성해도 좋다. 주개폐부(11)를 도통시키는 제 1 소정 시간으로서는, 상용 주파수 전원의 반주기보다도 조금 짧은 시간으로 하는 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제 1 소정 시간 경과 후, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 되는 동작을 시작할 때, 제어부(13)는 보조 개폐부(17)를 제 2 소정 시간(예를 들면, 수백μ초)동안 도통시킨다. 즉, 보조 개폐부(17)가 주개폐부(11)보다도 조금 늦게 비도통(열린 상태)시키면 된다. 또는, 상기 주제어부(20)로부터, 주개폐부(11)에 대하여 출력하는 제 1 펄스 신호보다도 제 2 소정 시간만큼 긴 펄스 신호를 보조 개폐부(17)에 대하여 출력하도록 해도 좋다. 또는, 다이오드나 콘덴서를 이용하여 지연 회로를 구성해도 좋다.

이러한 동작에 의해, 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료 후, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부(11)로부터 부하(3)에 전력을 공급한 후, 통전 전류가 적어지고 나서, 보조 개폐부(17)로부터 부하(3)에 전력을 공급하게 된다. 또, 보조 개폐부(17)는 사이리스터 구조의 스위치 소자(17a)를 가지고 있으므로, 전류치가 0이 되는 시점(제로크로스 점)에서 비도통(열린 상태)이 된다. 보조 개폐부(17)가 비도통(열린 상태)이 되면, 다시 제 3 전원부(16)에 전류가 흘러들기 때문에, 상기한 동작을 상용 전원의 반주기마다 반복하는 것으로 된다.

도 26은 고부하시의 부하 제어 장치(1E)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내고, 도 27 및 도 28은 저부하시의 부하 제어 장치(1E)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내고 있다. 또, 도 27은 가령 상기 제 1 펄스만을 이용하여 주개폐부(11)를 제어할 경우를, 도 28은 상기 제 1 펄스 및 제 3 펄스를 이용하여 주개폐부(11)를 제어할 경우를 각각 나타내고 있다.

고부하시, 즉, 접속되는 부하(3)가 고용량인 경우에 있어서는, 도 26에 도시하는 바와 같이 버퍼 콘덴서(25)는 단시간에 충전되며, 그 충전 완료 후, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부(11)로부터 부하(3)에 전력을 공급하게 된다. 이 때, 전류치가 0이 되는 시점(제로크로스 점)전에 주개폐부(11)가 비도통이 되도록 제 1 소정 시간이 설정되어 있으므로, 제로크로스 점을 넘어서 주개폐부(11)가 도통 상태로 되는 일은 없다.

그러나, 저부하시, 즉, 접속되는 부하(3)가 저 용량인 경우에 있어서는, 부하 전류가 작기 때문에 충전에 많은 시간을 필요로 한다. 그 때문에, 도 27에 도시하는 바와 같이, 제로크로스 검출부(23)가 제로크로스를 검출한 시간으로부터, 전압 검출부(18)가 충전 완료를 검출하기 까지의 시간이 길어져서 제 1 펄스의 상승이 지연된다. 제 1 소정 시간은, 상술한 고부하시에 따라 설정되어 있으므로, 제 1 펄스의 상승이 과도하게 지연하면, 부하 전류가 제로크로스 점을 넘은 후에, 제 1 펄스가 하강한다. 따라서, 제 1 펄스만을 이용하여 주개폐부(11)를 제어할 경우에 있어서는, 저부하시에 제로크로스 점을 넘어서 주개폐부(11)가 도통 상태로 되고, 반주기마다의 충전 동작이 안정되지 않는다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, 제 3 펄스 출력부(21)로부터 출력되는 제 3 펄스를 이용하여, 제 3 소정 시간에 의해 주개폐부(11)의 열린 상태를 제한하는 것으로 하고 있다. 제 3 펄스는, 제로크로스 검출부(23)가 제로크로스를 검출하면 상승하고, 제 3 소정 시간의 경과 후에 하강한다. 이 제 3 소정 시간은, 부하 전류의 반주기보다 짧게 설정되어 있다.

제 1 펄스 출력부(19)로부터 출력되는 제 1 펄스 및 제 3 펄스 출력부(21)로부터 출력되는 제 3 펄스는 제어부(13)에 입력된다. 제어부(13)는 AND 회로(25a)를 가지며, 제 1 펄스 및 제 3 펄스의 논리곱하여, 주개폐부(11)에 출력한다. 이에 따라, 주개폐부(11)는 제 1 펄스가 상승하고 있는 제 1 소정 시간과 제 3 펄스가 상승하고 있는 제 3 소정 시간이 중복하고 있는 시간만 도통한다. 상술한 바와 같이, 제 3 펄스는, 제로크로스 검출부(23)가 제로크로스 점을 검출한 타이밍에서 상승하고, 부하 전류의 반주기보다도 짧은 제 3 소정 기간 후에 하강하기 때문에, 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료를 검출하는 타이밍, 즉, 제 1 소정 시간이 시작하는 타이밍이 나중에 어긋나도, 전원 주파수의 제로크로스 점을 넘어서 주개폐부(11)를 닫힌 상태로 하는 경우는 없어진다. 이에 따라, 확실하게 반주기마다 충전을 행할 수 있고, 동작의 안정이 얻어진다. 이러한 동작은 부하 전류에 대하여 행해지기 때문에, 주개폐부(11)가 트랜지스터 구조를 가지는 스위치 소자(11a)로 구성되어 있어도, 부하(3)는 역률 1인 것에 한정되지 않고, 형광등 및 백열등 중 어디에도 적합한 2선식의 부하 제어 장치를 실현할 수 있고, 주개폐부가 듀얼 게이트형의 트랜지스터 구성의 스위치 소자이므로 부하 제어 장치의 소형 · 대용량화도 동시에 실현할 수 있다.

본 제 2 실시 형태에 따른 부하 제어 장치(1E)에 의하면，전압 검출부(18)가 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 제어부(13)는 주개폐부(11)를 제 1 소정 시간 도통(닫힌 상태)시키므로, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부(11)로부터 부하에 전력을 공급하게 된다. 또한, 이 제 1 소정 시간내이어도 제 3 소정 시간이 경과하면, 제어부(13)는 주개폐부(11)를 비도통(열린 상태)시키므로, 예를 들면, 저부하시에 있어서 제 1 소정 시간이 개시되는 타이밍이 지연해도, 부하 전류가 0이 되기 전에 주개폐부(11)가 비도통으로 된다. 이에 따라, 주개폐부(11)가 부하 전류의 제로크로스를 넘어서 도통되는 일이 없어지므로, 교류 전원의 반주기 동안에 확실하게 충전을 실행할 수 있다.

또한, 제 1 소정 시간 경과 후, 주개폐부(11)가 비도통으로 될 때, 보조 개폐부(17)를 제 3 소정 시간동안만 도통시키므로, 상용 전원의 반주기 중 대부분의 시간을 주개폐부에서 부하에 전력을 공급한 후, 통전 전류가 적어지고 나서, 보조 개폐부(17)로부터 부하에 전력을 공급하게 된다. 이러한 동작은 부하 전류에 대하여 행해지기 때문에, 주개폐부(11)가 트랜지스터 구조를 가지는 스위치 소자(11a)로 구성되어 있어도, 부하는 역률 1인 것에 한정되지 않고, 형광등 및 백열등 모두에 적합한 2선식의 부하 제어 장치를 실현할 수 있다. 또한, 부하 제어 장치의 동작시에 발생하는 노이즈의 레벨이 낮게 억제되기 때문에, 소형이고 또한 적합 부하 범위가 넓은 부하 제어 장치를 실현할 수 있다.

(제 3 실시 형태)

본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 부하 제어 장치에 대해서 설명한다. 도 29는 제 3 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1F)의 구성을 나타내는 회로도이다. 부하 제어 장치(1F)는, 보조 개폐부(17)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(22)와, 전류 검출부(22)로부터 출력되는 신호등에 따라 동작하는 OR회로(25b)를 더 구비하는 점에서 제 2 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1E)와 다르고, 나머지는 마찬가지이다. OR회로(25b)는 제어부(13)의 AND회로(25a)의 후단에 마련되어 있다.

보조 개폐부(17)는 본래 전류의 제로크로스 점을 검출하는 것을 목적으로 하고 있으며, 통전을 주목적으로 하지 않고, 소형의 스위치 소자로 구성되는 것이 일반적이다. 그러나, 상용 전원에 있어서 주파수가 어긋나거나, 혹은 부하 제어 장치를 50Hz와 60Hz의 공용으로 동작시키거나 하면, 주개폐부가 비도통이 되고 나서 전류의 제로크로스 점까지의 시간이 길어져, 부하 전류가 충분히 작아지기 전에 보조 개폐부에 통전이 개시되어 버린다. 또한, 부하로서 과부하 접속되었을 경우, 보조 개폐부에서의 통전 시간은 동일해도, 통전 손실이 커지고, 보조 개폐부(17)를 구성하는 스위치 소자가 파손할 가능성이 있다. 그 때문에, 제 3 실시 형태에서는, 전류 검출부(22)에 의해 보조 개폐부(17)에 흐르는 전류치를 검출하고, 보조 개폐부(17)가 허용할 수 있는 전류치를 넘는 전류가 흘렀을 때에, 다시 단시간(제 4 소정 시간)동안 주개폐부(11)를 도통(닫힌 상태)시킨 후, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 될 때에, 보조 개폐부(17)를 다시 도통시킨다.

보다 구체적으로는, 보조 개폐부(17)에 허용가능한 전류치를 넘는 전류가 흐르는 것을 검지한 전류 검출부(22)는, 그 취지의 신호를 제어부(13)의 OR회로(25b)에 출력한다. OR회로(25b)는 상술한 AND회로(25a)로부터의 출력 신호 또는 전류 검출부(22)로부터의 출력 신호 중 어느 입력을 받았을 때, 주개폐부(11)를 단시간동안 도통시켜서 보조 개폐부(17)를 보호한다. 이렇게 주개폐부(11)와 보조 개폐부(17)를 반복해서 전환함으로써, 보조 개폐부(17)의 스위치 소자의 파손을 방지함과 함께, 상용 전원의 종류에 관한 대응성이나 과부하에 관한 대응성이 향상한다.

본 제 3 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1F)에 의하면，전류 검출부(22)가, 보조 개폐부(17)에 허용값을 넘는 전류가 흐르는 것을 검출하면, 주개폐부를 일단 도통(닫힌 상태)시키고, 그 후 비도통 상태로 한다. 이에 따라, 보조 개폐부(17)의 스위치 소자의 파손을 방지함과 함께, 소형의 스위치 소자로 보조 개폐부(17)를 구성할 수 있으므로, 부하 제어 장치의 소형화가 가능해지고, 상용 전원의 종류에 관한 대응성이나 과부하에 관한 대응성이 향상한다.

또, 본 발명은 상기한 실시 형태의 구성에 한정되지 않고, 적어도 제어부(13)가, 전압 검출부(18)로부터 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료 신호를 받아 출력하는 제 1 펄스와, 제로크로스 검출부(23)로부터 부하 전류의 제로크로스 점의 검출 신호를 받아 출력하는 제 3 펄스의 논리곱에 근거하여 주개폐부(11)의 동작을 제어하도록 구성되어 있으면 좋다. 또한, 본 발명은 여러 종류의 변형이 가능해서, 예를 들면, 제 3 펄스는 제로크로스 검출부(23)로부터의 출력을 CPU 등으로 구성된 주 제어부(20)에 입력하고, 소프트웨어적으로 제 1 펄스 신호를 출력하도록 구성해도 좋다.

(제 4 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제 4 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1G)에 대해서, 도 30을 참조하여 설명한다. 부하 제어 장치(1G)의 기본 구성은 상기 각 실시 형태 및 그 변형예의 어느 구성을 채용하는 것도 할 수 있다.

제 4 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1G)은, 예를 들면, 오피스 빌딩이나 상업시설 등의 비주택에 있어서, 복수의 조명 기구를 제어하기 위해서 이용되고, 예를 들면, 조명 장치로부터 떨어진 장소에 설치된 제어반 등에 복수 배치되어 있다. 그리고, 제어반으로부터 떨어진 장소에 설치된 조작 스위치(도시하지 않음) 등으로부터의 리모트 컨트롤 신호(27)를 받아, 부하 제어 장치(1G)의 온·오프를 제어하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 주 제어부(20)에는 배선을 거쳐서 조작 스위치가 접속되어 있으며, 리모트 컨트롤 신호(27)에 중첩되는 자기의 어드레스를 주제어부(20)에서 인식했을 경우에, 주 제어부(20)로부터 제어 신호를 출력시킨다.

도 31은 제 4 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1G)의 변형예의 구성을 나타낸다. 이 변형예에서는, 주 제어부(20)에 또한 정류 회로로 구성된 제 4 전원부(26)가 접속되고 있으며, 리모트 컨트롤 신호(27)로부터 얻어진 전력을 정류해서 주 제어부(20)(또는 제어부(13))의 전원을 확보하고 있다. 상술한 바와 같이, 2선식 부하 제어 장치에서는, 부하 제어 장치가 오프인 상태에서도, 주 제어부(20)의 전원을 확보하기 위해서 제 2 전원부(15)를 마련하고, 이에 따라 부하(3)에는 항상 미약한 전류가 흐른다. 그런데, 본 변형예와 같이, 주 제어부(20)의 전원을 특별히 확보하는 것에 의해, 제 2 전원부(15)가 불필요해지고, 따라서, 부하 제어 장치(1G)가 오프인 상태에서는, 부하(3)에 전류가 전혀 흐르지 않고, 부하(3)의 열화나 오동작을 방지할 수 있다.

(제 5 실시 형태)

본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 부하 제어 시스템에 대해서 설명한다. 도 32는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치를 이용한 부하 제어 시스템을 나타내고 있다. 부하 제어 시스템(30)은, 복수의 부하 제어 장치(1)와, 그들을 원격 제어하는 중앙 제어부(31) 등으로 구성되어 있다. 중앙 제어부(31)에 접속되는 부하 제어 장치(1)의 수는, 적절히 설정할 수 있다. 각 부하 제어 장치(1)와 중앙 제어부(31)는 유선으로 접속되어 있지만, 무선으로 접속되어도 좋다. 각 부하 제어 장치(1)는 중앙 제어부(31)로부터 송신된 제어 신호를 수신하고, 그 신호에 따라 각각 접속되어 있는 부하(3)를 제어한다. 중앙 제어부(31)는 각 부하 제어 장치(1)의 주 제어부(20)에 대하여 제어 신호를 송신한다. 중앙 제어부(31)로부터 송신되는 제어 신호에는 어느 하나의 부하 제어 장치(1)에 대응하는 어드레스 신호가 첨부되어 있다. 각 부하 제어 장치(1)는 자기에게 부여된 어드레스 신호가 첨부되어 송신된 제어 신호를 수신하면, 그 제어 신호에 따라 동작하여 부하(3)를 제어한다. 도 32에 있어서는, 중앙 제어부(31)에 접속되는 부하 제어 장치(1)로서는 상술한 부하 제어 장치중 어느것이 접속되어도 좋다. 또한, 이들의 부하 제어 장치를 적절히 조합해서 중앙 제어부(31)에 접속되는 구성이어도 좋다.

(제 1 실시예)

본 발명의 제 5 실시 형태에 이용되는 부하 제어 장치의 제 1 실시예를 설명한다. 도 33은 제 1 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H)의 구성을 나타내는 회로도이며, 도 34는 부하 제어 장치(1H)의 각 부에 있어서의 신호 파형을 나타내는 타임차트이다. 도 33에 나타내는 제 1 실시예의 부하 제어 장치(1H)는, 교류 전원(2)과 부하(3)의 사이에 직렬로 접속되며, 부하(3)에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부(11)와, 정류부(12)와, 부하 제어 장치(1H) 전체를 제어하는 제어부(13)와, 제어부(13)에 안정한 전원을 공급하기 위한 제 1 전원부(14)와, 부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있을 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 제 3 전원부(16)와, 부하(3)에 전력공급이 정지 상태일 때에 제 1 전원부(14)에 전력을 공급하는 독립 전원부(26)와, 중앙 제어부(31)로부터 송신된 제어 신호를 수신하는 수신부(16a)와, 부하 전류 중 미소 전류의 통전을 실행하는 보조 개폐부(17) 등으로 구성되어 있다. 또한, 제 3 전원부(16)에는, 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부(18)가 마련되어 있다. 주개폐부(11)는 트랜지스터 구조의 스위치 소자(11a)를 가지며, 보조 개폐부(17)는 사이리스터 구조의 스위치 소자(17a)를 가지고 있다.

중앙 제어부(31)로부터는 어느것인가의 부하 제어 장치(1H)를 원격 제어 하기 위한 제어 신호(펄스 신호)가 상시 송출된다. 부하 제어 장치(1H)의 수신부(16a)는 이 제어 신호를 수신해서 주 제어부(20)에 전송한다. 수신부(16a)에 의해 수신된 제어 신호는 독립 전원부(26)에도 전송된다. 독립 전원부(26)는 제어 신호를 구성하는 펄스 전류를 정류하여, 제 1 전원부(14)(즉, 주 제어부(20))에 전력을 공급한다. 이 제어 신호는 부하(3)의 동작에 관계하지 않고 중앙 제어부(31)로부터 송출되기 때문에, 부하(3)에 전력 공급이 행해지지 않고 있을 때에도 독립 전원부(26)로부터 제 1 전원부(14)에 전력이 공급된다. 즉, 독립 전원부(26)는 부하(3)와 직렬로 접속되는 교류 전원(2)과는 독립해서 제 1 전원부(14)에 전력을 공급한다.

한편, 부하(3)에 전력 공급이 행해지고 있을 때, 제 3 전원부(16)의 임피던스를 낮게 하여, 부하 제어 장치(1H) 내부의 회로측에 전류를 흘리고, 제 1 전원부(14)의 버퍼 콘덴서(25)를 충전한다. 상기한 바와 같이, 제 3 전원부(16)에는, 전압 검출부(충전 감시부)(18)가 마련되어 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압을 검출한다. 전압 검출부(18)는 제 3 전원부(16)에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 소정의 검출 신호를 출력한다. 제어부(13)는 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호를 수신하면, 주개폐부(11)를 제 1 소정 시간 도통(닫힌 상태)시킨다. 도 33에서는, 전압 검출부(18)로부터의 검출 신호에 따라서 직접적으로 제 1 펄스 신호를 출력하도록, 전용의 IC 등을 이용하여 하드웨어적으로 구성된 제 1 펄스 출력부(19)를 제어부(13)의 일부로서 마련한 구성예를 나타내고 있다. 또는, 도시한 구성에 한정되지 않고, 전압 검출부(18)로부터의 출력을, CPU 등으로 구성된 주 제어부(20)에 입력하고, 소프트웨어적으로 제 1 펄스 신호를 출력하도록 구성해도 좋다. 주개폐부(11)를 도통시키는 제 1 소정 시간으로서는, 상용 주파수 전원의 반주기보다도 조금 짧은 시간으로 하는 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제 1 소정 시간 경과 후, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 되는 동작을 시작할 때, 제어부(13)는 보조 개폐부(17)를 제 2 소정 시간(예를 들면, 수백μ초)동안 도통(닫힌 상태)시킨다. 이 동작은, 보조 개폐부(17)가 주개폐부(11)보다 조금 늦게 비도통(열린 상태)이 되면 좋고, 도 33에서는, 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 된 것을 검출하고 나서, 제 2 소정 시간동안 보조 개폐부(17)를 도통시키도록, 소정 시간의 제 2 펄스 신호를 출력하는 제 2 펄스 출력부(21)를 제어부(13)의 일부로서 마련한 예를 나타낸다. 또는, 상기 주 제어부(20)로부터, 주개폐부(11)에 대하여 출력하는 제 1 펄스 신호보다도 제 2 소정 시간만큼 긴 펄스 신호를 보조 개폐부(17)에 대하여 출력하도록 해도 좋다. 또는, 다이오드나 콘덴서를 이용하여 지연 회로를 구성해도 좋다.

본 실시예의 부하 제어 장치에 있어서, 주요부의 신호 파형의 타이밍은 도 ４와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 또한, 역률이 1인 경우의 파형을 도 34a에, 역률이 1이 아닌 경우의 파형을 도 34b에 나타낸다.

(제 2 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 5 실시 형태에 이용되는 부하 제어 장치의 제 2 실시예를 설명한다. 도 35는 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 33과 도 35를 비교하면, 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)는, 보조 개폐부(17)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(22)를 더 구비하고 있는 점에서 제 1 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H)와 다르고, 나머지는 마찬가지이다.

도 45에 나타내는 종래예에서 설명한 바와 같이, 보조 개폐부는, 본래 전류의 제로크로스 점을 검출하는 것을 목적으로 하고 있으며, 통전을 주목적으로는 하고 있지 않으므로, 소형의 스위치 소자로 구성되는 것이 일반적이다. 그러나, 상용 전원에 있어서 주파수가 어긋나거나, 혹은 부하 제어 장치를 50Hz와 60Hz의 공용으로 동작시키려고 하면, 주개폐부가 비도통이 되고 나서 전류의 제로크로스 점까지의 시간이 길어져, 부하 전류가 충분히 작아지기 전에 보조 개폐부에 통전이 개시되어 버린다. 또한, 부하로서 과부하 접속되었을 경우, 보조 개폐부에서의 통전 시간은 동일해도, 통전 손실이 커지고, 보조 개폐부를 구성하는 스위치 소자가 파손할 가능성이 있다. 그 때문에, 제 2 실시예에서는, 전류 검출부(22)에 의해 보조 개폐부(17)에 흐르는 전류치를 검출하고, 보조 개폐부(17)에 허용할 수 있는 전류치를 넘는 전류가 흘렀을 때에, 다시 단시간동안 주개폐부(11)를 도통(닫힌 상태)시키고, 그 후 주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)이 될 때에, 보조 개폐부(17)를 다시 도통시킨다. 이렇게 주개폐부(11)와 보조 개폐부(17)를 되풀이하여 전환함으로써, 보조 개폐부(17)의 스위치 소자의 파손을 방지함과 함께, 상용 전원의 종류에 관한 대응성이나 과부하에 관한 대응성이 향상한다. 도 36에, 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)의 동작시의 파형을 나타낸다.

(제 3 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 5 실시 형태에 이용되는 부하 제어 장치의 제 3 실시예를 설명한다. 도 37은 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1J)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 35와 비교하여, 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1J)는, 기본적으로 상기 제 1 및 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H, 1I)와 마찬가지이지만, 주개폐부(11)를 구성하는 스위치 소자(1lb)가 쌍방향 제어 가능한 횡형 트랜지스터 소자로 구성되어 있는 점이 다르다. 또, 도 37은 도 35에 나타내는 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)의 구성에 준하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 도 33에 나타내는 제 1 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H)와 같이 구성되어 있어도 좋다.

도 38은 쌍방향 제어 가능한 횡형 트랜지스터 소자의 개략구성을 나타낸다. 이러한 횡형 트랜지스터 소자는 HEMT(High Electron Mobility Transistor)라고 호칭되며, 채널층으로서 AlGaN/Gan 헤테로 계면에 발생하는 2차원 전자 가스층을 이용하고, 기판의 표면에는, 전원(2) 및 부하(3)에 대하여 각각 직렬로 접속된 전극(D1) 및 전극(D2)와, 전극(D1) 및 전극(D2)에 대하여 통전 오프시에 고내전압을 유지할 수 있게 제어 전극(게이트)(G)이 형성되어 있다. 제어 전극(G)으로서, 예를 들면, 쇼트키 전극을 이용한다.

주개폐부(11)가 비도통(열린 상태)일 때, 제어 전극(G)에는, 제어부(13)로부터 로우(low) 레벨의 신호가 인가되지만, 주개폐부(11)의 최저 전위보다는 정류부(12)의 다이오드 1개 분만큼 높은 전위가 된다. 여기에서, 주개폐부(11)의 도통(닫힌 상태)/비도통(열린 상태)을 전환하는 임계값이, 상기 다이오드 1개 분의 전위보다 충분히 높으면, 확실하게 비도통(열린 상태)을 유지할 수 있다. 한편, 주개폐부(11)가 도통 상태(닫힌 상태)인 경우는, 상기 제 1 내지 3 실시예의 경우와 같은 동작을 실행한다. 그 때문에, 수 V의 제어 신호로 구동되는 제어부(13)에 의해, 고전압의 상용 전원을 직접 제어할 수 있다. 또한, 이와 같이, 전자 이동도의 높은 HEMT를 이용함으로써, 2선식 부하 제어 장치(1J)의 소형 고용량화를 실현할 수 있다.

(제 4 실시예)

다음으로, 본 발명의 제 5 실시 형태에 이용되는 부하 제어 장치의 제 4 실시예를 설명한다. 도 39는 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1K)의 구성을 나타내는 회로도이다. 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1K)는 기본적으로 상기 제 1 내지 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H∼1J)와 마찬가지이지만, 주개폐부(11)를 구성하는 스위치 소자(11a)가 쌍방향 제어 가능한 신규인 횡형 트랜지스터 소자로 구성되어 있는 점이 다르다. 또, 도 39는 도 37에 나타내는 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1J)의 구성에 준하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 도 33에 나타내는 제 1 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H) 또는 도 35에 나타내는 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)와 같이 구성되어 있어도 좋다.

도 40은 스위치 소자(11a)의 구성을 나타내는 평면도이며, 도 41은 도 40의 Ａ-A선을 잘라 본 단면도이다. 도 41에 도시하는 바와 같이, 스위치 소자(11a)의 기판(120)은, 도체층(120a)과, 도체층(120a) 위에 적층된 GaN층(120b) 및 AlGaN층(120c)으로 구성되어 있다. 이 스위치 소자(11a)에서는 채널층으로서 AlGaN/GaN 헤테로 계면에 발생하는 2차원 전자 가스층을 이용하고 있다. 도 40에 도시하는 바와 같이, 기판(120)의 표면(120d)에는, 전원(2) 및 부하(3)에 대하여 각각 직렬로 접속된 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)과, 제 1 전극(D1)의 전위 및 제 2 전극(D2)의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부(S)가 형성되어 있다. 또한, 중간 전위부(S) 위에는, 제어 전극(게이트)(G)이 적층 형성되어 있다. 제어 전극(G)으로서, 예를 들면, 쇼트키 전극을 이용한다. 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)은 각각 서로 평행하게 배열된 복수의 전극부(111, 112, 113, ···) 및 전극부(121, 122, 123, ···)를 가지는 빗살모양이며, 빗살모양으로 배열된 전극부끼리가 서로 대향하도록 배치되어 있다. 중간 전위부(S) 및 제어 전극(G)은, 빗살모양으로 배열된 전극부(111, 112, 113, ···) 및 전극부(121, 122, 123, ···)의 사이에 각각 배치되어 있으며, 전극부의 사이에 형성되는 공간의 평면형상이 서로 닮은 형상(거의 물고기 등뼈 형상)을 가지고 있다.

다음으로, 스위치 소자(11a)를 구성하는 횡형의 트랜지스터 구조에 대해서 설명한다. 도 40에 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(D1)의 전극부(111)과 제 2 전극(D2)의 전극부(121)는 그들의 폭 방향에서의 중심선이 동일선상에 위치하도록 배열되며, 중간 전위부(S)의 대응 부분 및 제어 전극(G)의 대응 부분은, 각각 제 1 전극(D1)의 전극부(111) 및 제 2 전극(D2)의 전극부(121)의 배열에 대하여 평행하게 마련되어 있다. 상기 폭 방향에서의 제 1 전극(D1)의 전극부(111)와 제 2 전극(D2)의 전극부(121)와 중간 전위부(S)의 대응 부분 및 제어 전극(G)의 대응 부분의 거리는, 소정의 내전압을 유지할 수 있는 거리로 설정되어 있다. 상기 폭 방향으로 직교하는 방향, 즉, 제 1 전극(D1)의 전극부(111)와 제 2 전극(D2)의 전극부(121)의 길이 방향에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 이들의 관계는, 그 밖의 전극부(112) 및 (122), (113) 및 (123), ···에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 중간 전위부(S) 및 제어 전극(G)은, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있다.

이와 같이, 제 1 전극(D1)의 전위 및 제 2 전극(D2)의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부(S)와, 이 중간 전위부(S)에 접속되고 중간 전위부(S)에 대하여 제어를 실행하기 위한 제어 전극(G)이, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있으므로, 예를 들면, 제 1 전극(D1)이 고전위측이고, 제 2 전극(D2)이 저전위측일 경우에, 쌍방향 스위치 소자(11a)가 오프일 때, 즉, 제어 전극(G)에 0V의 신호가 인가되었을 때에는, 적어도 제 1 전극(D1)과, 제어 전극(G) 및 중간 전위부(S)의 사이에서 전류는 확실하게 차단된다(제어 전극(게이트)(G)의 바로 아래에서 전류가 저지된다). 한편, 쌍방향 스위치 소자(11a)가 온일 때, 즉, 제어 전극(G)에 소정의 임계값 이상의 전압의 신호가 인가되었을 때에는, 도 40에서 화살표로 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(D1)(전극부(111, 112, 113, ···)), 중간 전위부(S), 제 2 전극(D2)(전극부(121, 122, 123, ···))의 경로로 전류가 흐른다. 역의 경우도 마찬가지이다.

이와 같이, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 중간 전위부(S)를 형성하는 것에 의해, 제어 전극(G)에 인가하는 신호의 임계값 전압을 필요 최저한의 레벨까지 저하시켜도, 스위치 소자(11a)를 확실하게 온／오프시킬 수 있고, 저 온저항을 실현할 수 있다. 그리고, 이 스위치 소자(11a)를 이용하여 주개폐부(11)를 구성하는 것에 의해, 제어 신호에 기준(GND)을 중간 전위부(S)와 동전위로 함으로써, 수 V의 제어 신호로 구동되는 제어부(13)에 의해, 고 전압의 상용 전원을 직접 제어할 수 있다. 또한, 상기 제 3 실시예의 경우와 비교하면, 정류부(12)의 다이오드에 의한 전압 강하의 영향을 받지 않으므로, 주개폐부(11)의 도통(닫힌 상태)/비도통(열린 상태)을 전환하는 임계값 전압을 낮게 해도, 확실하게 비도통(열린 상태)을 유지할 수 있다. 또한, 채널층으로서 헤테로 계면에 발생하는 2차원 전자 가스층을 이용하고 있는 횡형의 트랜지스터 소자에 있어서는, 소자를 비도통시키는 임계값 전압의 고 전위화와 도통시의 온저항은 상반 관계에 있기 때문에, 임계값 전압을 낮게 할 수 있는 것은, 온저항을 낮게 유지할 수 있는 것으로 이어지고, 부하 제어 장치의 소형 고용량화를 실현할 수 있다.

(제 6 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제 6 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치에 대해서 설명한다. 도 42는 제 6 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1L)의 구성을 나타내는 회로도이다. 제 6 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1L)는 기본적으로 상기 제 5 실시 형태에 관련되는 부하 제어 장치(1H∼1K)와 마찬가지이지만, 제 3 전원부(16)에 제로크로스 검출부(23)를 구비하고 제어부(13)에 제 3 펄스 출력부(24)를 각각 구비하고 있는 점 등이 다르다. 또, 도 42는 도 35에 나타내는 제 2 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1I)의 구성에 준하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 도 33에 나타내는 제 1 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1H), 도 37에 나타내는 제 3 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1J) 또는 도 39에 나타내는 제 4 실시예에 관련되는 부하 제어 장치(1K)와 같이 구성되어 있어도 좋다.

제로크로스 검출부(23)는 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하고, 그 취지의 제로크로스 검출 신호를 제 3 펄스 출력부(24)에 출력한다. 제 3 펄스 출력부(24)는 제로크로스 검출부(23)로부터 상기 제로크로스 검출 신호의 입력을 받으면 제 3 펄스를 출력한다. 제 3 펄스는 제로크로스 검출부(23)로부터 제로크로스 검출 신호를 받고 상승하고, 제 3 소정 시간 경과 후 하강한다. 제 3 소정 시간은 부하 전류의 반주기 미만이 되도록 설정되어 있다.

제 1 펄스 출력부(19)로부터 출력되는 제 1 펄스 및 제 3 펄스 출력부(24)로부터 출력되는 제 3 펄스는 제어부(13)에 입력된다. 제어부(13)는 AND회로(25a)를 가지며, 제 1 펄스 및 제 3 펄스의 논리곱을 취하고, OR회로(25b)를 거쳐서 주개폐부(11)에 출력한다. OR회로(25b)는 제어부(13)의 AND회로(25a)의 후단에 마련되어 있다. OR회로(25b)는 상술한 AND회로(25a)로부터의 출력 신호 또는 전류 검출부(22)로부터의 출력 신호 중 어느 입력을 받았을 때, 주개폐부(11)를 단시간동안 도통시켜서 보조 개폐부(17)를 보호한다.

상술한 바와 같이, 주개폐부(11)는 제 1 펄스가 상승하고 있는 제 1 소정 시간과 제 3 펄스가 상승하고 있는 제 3 소정 시간이 중복하고 있는 시간동안 닫힌다. 제 3 펄스는 제로크로스 검출부(23)가 제로크로스 점을 검출한 타이밍에서 상승하고, 부하 전류의 반주기보다도 짧은 제 3 소정 기간 후에 하강하기 때문에, 버퍼 콘덴서(25)의 충전 완료를 검출하는 타이밍, 즉, 제 1 소정 시간이 시작하는 타이밍이 뒤에 어긋나도, 전원 주파수의 제로크로스 점을 넘어서 주개폐부(11)를 닫힌 상태로 하는 일은 없어진다. 이에 따라, 확실하게 반주기마다 충전을 실행할 수 있고, 동작의 안정이 도모된다.

Claims (22)

1. 교류 전원과 부하의 사이에 직렬로 접속되는 2선식의 부하 제어 장치로서,
   전원 및 부하에 대하여 직렬로 접속되며, 각각 접속점에 대하여 제어 전압이 인가되는 게이트를 1개씩 가지고, 내전압부를 1개소로 하는 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조의 주스위치 소자를 가지고, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와,
   사이리스터 구조의 보조 스위치 소자를 가지며, 상기 주개폐부가 비도통일 때에, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와,
   상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와,
   상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와,
   상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되고, 부하로의 전력 공급을 정지하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 2 전원부와,
   상기 주개폐부를 구동하는 구동 회로와,
   상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하로의 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에의 전원을 공급하는 제 3 전원부와,
   상기 제 3 전원부에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부
   를 구비하고,
   상기 제어부는, 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 전압 검출부가 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 상기 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통시키고, 또한, 상기 주개폐부가 비도통일 때에 상기 보조 개폐부를 제 2 소정 시간 도통시키는 것을 특징으로 하는 부하 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 회로는, 상기 제어부로부터의 구동 신호에 따라 상기 교류 전원 및 상기 부하에 각각 접속되는 점의 전위를 기준으로 하여, 상기 제어부와는 전기적으로 절연된 전력을, 상기 주스위치 소자의 게이트부에 공급하여, 상기 주스위치 소자를 구동하는 부하 제어 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 구동 회로는, 상기 주스위치 소자의 듀얼 게이트에 대응해서 2개 마련되고, 발광부 및 수광부를 가지는 광절연 반도체 스위치 소자로 구성되며,
   상기 발광부는 상기 제어부에 접속되어서 구동 신호가 입력되며,
   상기 수광부는, 상기 발광부에서 출력된 광이 입사하면 광전 변환을 실행하고,
   상기 수광부에서 발전된 전력이, 상기 교류 전원 및 상기 부하가 접속되는 점을 각각 기준으로서, 상기 주스위치 소자의 게이트 단자에 정의 전위가 인가되도록 접속되어 있는
   부하 제어 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 회로는, 상기 주스위치 소자의 듀얼 게이트에 대응해서 2개 마련되고, 제 1 전원부에 접속된 다이오드와, 한쪽 단부가 각각의 전력선에 접속되고 다른쪽 단부가 상기 다이오드에 접속된 콘덴서와, 상기 다이오드와 상기 콘덴서의 접속점과 상기 주개폐부의 주스위치 소자의 각 게이트 단자와의 사이에 접속된 구동 스위치 소자를 포함하며,
   상기 구동 스위치 소자를 상기 제어부로부터의 신호에 의해 도통시키는 것으로, 상기 주개폐부에 구동 전력을 공급하는
   부하 제어 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동 회로에 있어서의 구동 스위치 소자는, 상기 제어부로부터 구동 신호에 의해 광을 출력하는 발광부와, 상기 발광부로부터 출력된 광을 수광해서 도통하는 수광부를 갖는 광절연 반도체 스위치 소자이며,
   상기 수광부가 도통함으로써, 상기 제 1 전원부의 전력을 이용해서 상기 주개폐부에 구동 전력을 공급하는
   부하 제어 장치.
   
6. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 구동 회로에 있어서의 2개의 상기 광절연 반도체 스위치 소자의 발광부가 직렬로 접속되어 있는 부하 제어 장치.
   
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 구동 회로는, 상기 제어부에 접속된 1차측 코일과, 상기 주스위치 소자의 듀얼 게이트에 대응해서 2개 마련되고 정류 회로를 거쳐서 상기 주스위치 소자의 게이트 전극에 접속된 2개의 2차측 코일을 가지는 트랜스를 구비하며,
   상기 제어부로부터의 구동 신호에 따라 상기 1차측 코일에 교류 전류가 흘렀을 때에, 상기 2차측 코일에 발생한 기전력을 정류한 전력에 의해, 상기 교류 전원 및 상기 부하가 접속되는 점을 각각 기준으로 해서, 상기 주스위치 소자의 게이트 단자에 정의 전위가 인가되는
   부하 제어 장치.
   
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 구동 회로는, 상기 주스위치 소자의 게이트 단자와 상기 구동 스위치 소자가 접속되는 접속점과, 상기 게이트 전극의 기준이 되는 전력선과의 사이에 접속된 콘덴서를 더 구비하는 부하 제어 장치.
   
9. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 정류부의 교류 라인이 접속되는 점과, 그 마이너스 출력점과의 사이에 접속된 동기 스위치 소자를 가지며,
   상기 주개폐부가 도통으로 되는 동작에 동기하여, 상기 동기 스위치 소자가 도통으로 되는 동작을 실행하는
   부하 제어 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동 스위치 소자는 사이리스터 또는 트라이액 구조를 가지며,
    상기 구동 스위치 소자는, 상기 부하 제어 장치내의 어느 전원부와는 절연된 신호로 구동되는
    부하 제어 장치.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 전원부는, 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하여 신호를 제어부에 출력하는 전압 검출부와, 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압의 제로크로스를 검출하여 신호를 제어부에 출력하는 전압 제로크로스 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전압 검출부로부터 신호가 입력되면 상기 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통시키기 위한 펄스 신호를 출력하는 펄스 신호 출력부와, 상기 전압 제로크로스 검출부로부터 신호가 입력되면 제 3 소정 시간동안 펄스 신호를 출력하는 펄스 신호 출력부를 또한 구비하고,
    상기 전압 검출부로부터의 신호와 전압 제로크로스 검출부로부터의 신호가 모두 발생하고 있는 기간동안, 상기 주개폐부가 도통으로 되도록 구동 신호를 출력하는
    부하 제어 장치.
    
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 리모트 컨트롤 신호로 동작되는 부하 제어 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전원부에 접속되며, 상기 리모트 컨트롤 신호를 정류하는 제 4 전원부를 더 포함하고,
    상기 리모트 컨트롤 신호가 전송되어 왔을 때에, 상기 리모트 컨트롤 신호의 전력을, 상기 제 4 전원부를 경유해서 상기 제 1 전원부에 공급하고, 상기 제어부를 기동하고, 또한, 상기 제어부가 상기 리모트 컨트롤 신호에 포함되는 자기의 어드레스를 인식했을 때에, 상기 제 3 전원부를 동작시키고, 상기 주개폐부를 구동해서 부하에 전력을 공급하는 동작을 실행하는
    부하 제어 장치.
    
14. 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 가지며, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와,
    사이리스터 구조의 스위치 소자를 가지고, 상기 주개폐부가 비도통일 때에, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와,
    상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와,
    상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되고, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와,
    상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 부하에의 전력 공급을 정지하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 2 전원부와,
    상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 3 전원부
    를 구비하고,
    상기 제 3 전원부는, 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부와, 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 전압 검출부가 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달했을 때부터 계수되는 제 1 소정 시간과, 상기 제로크로스 검출부가 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하고 나서 계수되는 부하 전류의 반주기 미만의 제 3 소정 시간이 중복하고 있는 시간동안, 상기 주개폐부를 도통시키는
    부하 제어 장치.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 주개폐부가 비도통일 때에 상기 보조 개폐부를 제 2 소정 시간 도통시키는 부하 제어 장치.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 개폐부에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 소정의 임계값 이상의 전류가 상기 보조 개폐부에 흐르면, 일단 상기 주개폐부를 도통 상태로 하고, 그 후, 상기 주개폐부가 비도통이 될 때에, 상기 보조 개폐부를 도통시키는
    부하 제어 장치.
    
17. 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 가지고, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 주개폐부와,
    사이리스터 구조의 스위치 소자를 가지며, 상기 주개폐부가 비도통일 때에, 부하에 대하여 전원의 공급을 제어하는 보조 개폐부와,
    상기 주개폐부 및 상기 보조 개폐부의 개폐를 제어하는 제어부와,
    상기 주개폐부의 양단으로부터 정류부를 거쳐서 전력 공급되며, 상기 제어부에 안정한 전압을 공급하는 제 1 전원부와,
    상기 주개폐부 또는 상기 보조 개폐부가 닫힌 상태에서, 부하에의 전력 공급을 실행하고 있을 때에, 상기 제 1 전원부에 전원을 공급하는 제 3 전원부와,
    외부로부터 전송되어 오는 제어 신호를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부에 의해 수신된 제어 신호를 정류하여, 상기 제 1 전원부에 전력을 공급하는 독립 전원부
    를 구비하는 부하 제어 장치.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 3 전원부에 입력되는 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 부하에 전력을 공급하고 있을 때에, 상기 전압 검출부가 상기 제 3 전원부에 입력되는 전압이 소정의 임계값에 도달한 것을 검출하면, 상기 주개폐부를 제 1 소정 시간 도통시키고, 또한, 상기 주개폐부가 비도통일 때에 상기 보조 개폐부를 제 2 소정 시간 도통시키는
    부하 제어 장치.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 보조 개폐부에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 소정의 임계값 이상의 전류가 상기 보조 개폐부에 흐르면, 일단 상기 주개폐부를 도통 상태로 하고, 그 후, 상기 주개폐부가 비도통이 될 때에, 상기 보조 개폐부를 도통시키는
    부하 제어 장치.
    
20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주개폐부의 스위치 소자는, 쌍방향 제어 가능한 횡형 트랜지스터 소자를 포함하고,
    상기 횡형 트랜지스터 소자는, 전원 및 부하에 각각 접속되는 2개의 전극과, 상기 2개의 전극의 중간 전위부에 배치된 제어 전극을 가지는
    부하 제어 장치.
    
21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주개폐부의 스위치 소자는, 교류 전원 및 부하에 대하여 각각 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 적어도 그 일부분이 상기 기판 표면상에 형성되고, 상기 제 1 전극의 전위 및 상기 제 2 전극의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부와, 적어도 그 일부분이 상기 중간 전위부 상에 접속되고, 상기 중간 전위부에 대하여 제어를 실행하기 위한 제어 전극을 구비하는 횡형의 트랜지스터 구조를 가지며,
    상기 중간 전위부 및 상기 제어 전극이, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있는
    부하 제어 장치.
    
22. 제 18 항에 있어서,
    부하 전류의 제로크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 소정 시간과, 상기 제로크로스 검출부가 부하 전류의 제로크로스 점을 검출하고 나서 계수되는 부하 전류의 반주기 미만의 제 3 소정 시간이 중복하고 있는 시간 동안, 상기 주개폐부를 도통시키는
    부하 제어 장치.

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