TWI639357B - Dimming device - Google Patents

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TWI639357B
TWI639357B TW105120655A TW105120655A TWI639357B TW I639357 B TWI639357 B TW I639357B TW 105120655 A TW105120655 A TW 105120655A TW 105120655 A TW105120655 A TW 105120655A TW I639357 B TWI639357 B TW I639357B
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三宅智裕
新倉榮一郎
宮本賢吾
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日商松下知識產權經營股份有限公司
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Abstract

本發明提供能對應更多種類的照明負載之調光裝置。信號源（910）產生取決於調光位準之驅動信號（Sd1）。放電部（920）包含齊納二極體（ZD1）與使齊納二極體（ZD1）的逆向電流通過之整流元件（D9）之串聯電路。放電部（920）之中，串聯電路電性連接至控制端子（20）與信號源（910）之間，用於使齊納二極體（ZD1）的逆向電流從控制端子（20）流至信號源（910）。

Description

調光裝置
本發明係關於將照明負載加以調光之調光裝置。
以往，吾人已知將照明負載加以調光之調光裝置(例如專利文獻1)。
專利文獻1所記載之調光裝置包含：一對端子；控制電路部；控制電源部，將控制電源供給至控制電路部；以及調光操作部，設定照明負載的調光位準。
一對端子間分別並聯連接有控制電路部及控制電源部。此外，一對端子間連接有交流電源與照明負載之串聯電路。照明負載包含：多數個LED(Light Emitting Diode；發光二極體)元件；以及電源電路，使各LED元件點亮。電源電路包含：二極體與電解電容器之平流電路。
控制電路部包含：開關部，將供給至照明負載的交流電壓加以相位控制；開關驅動部，將開關部加以驅動；以及控制部，將開關驅動部與控制電源部加以控制。
控制電源部並聯連接至開關部。控制電源部將交流電源的交流電壓轉換為控制電源。控制電源部具備將控制電源加以儲存之電解電容器。
控制部係自控制電源部通過電解電容器而受供給有控制電源。控制部具備微電腦。微電腦進行反相位控制，該反相位控制係依照調光操作部所設定的調光位準，而於交流電壓之每一半週期的期間中途阻斷往照明負載的供電。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2013-149498號公報
本發明之目的係提供能對應更多種類的照明負載之調光裝置。
本發明的一態樣之調光裝置具備一對輸入端子、開關元件、輸入部、信號源、放電部。前述一對輸入端子電性連接至照明負載與交流電源之間。前述開關元件構成為：具有控制端子，且視施加於控制端子之電壓是否為閾值電壓以上，而在前述一對輸入端子間，將雙向的電流之阻斷/通過加以切換。前述輸 入部輸入將前述照明負載的光輸出的大小加以指定之調光位準。前述信號源產生取決於前述調光位準之驅動信號。前述放電部包含「齊納二極體與使前述齊納二極體的逆向電流通過之整流元件」之串聯電路，且前述串聯電路電性連接至前述控制端子與前述信號源之間，用於使前述逆向電流從前述控制端子流至前述信號源。
1、1A、1B‧‧‧調光裝置
2、2A‧‧‧雙向開關
3‧‧‧相位偵測部
4‧‧‧輸入部
5‧‧‧電源部
6、6B‧‧‧控制部
7‧‧‧負載(照明負載)
8‧‧‧交流電源
9‧‧‧開關驅動部
11‧‧‧輸入端子
12‧‧‧輸入端子
20‧‧‧控制端子
31‧‧‧第一偵測部
32‧‧‧第二偵測部
51‧‧‧控制電源部
52‧‧‧驅動電源部
90、90B‧‧‧驅動部
91、91B‧‧‧第一驅動部
92‧‧‧第二驅動部
910‧‧‧信號源
911‧‧‧反相器
920‧‧‧放電部
921‧‧‧第一端子
922‧‧‧第二端子
930‧‧‧濾波器電路
C1‧‧‧電容性元件
C2‧‧‧電容性元件
D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體
D31、D32‧‧‧二極體
D9‧‧‧整流元件
Id1‧‧‧汲極電流
Ls1‧‧‧切換損失
Q1‧‧‧開關元件
Q2‧‧‧開關元件
Q3‧‧‧開關元件
Q10‧‧‧開關元件
Q11‧‧‧輔助開關
R1、R2‧‧‧電阻
S11‧‧‧第一輔助信號
Sb1‧‧‧第一控制信號
Sb2‧‧‧第二控制信號
Sd1‧‧‧驅動信號
t0‧‧‧起點(零交叉點)
t1~t3‧‧‧第一時點~第三時點
t4‧‧‧終點(零交叉點)
t11~t14‧‧‧時刻
T1~T4‧‧‧第一期間~第四期間
Vac‧‧‧交流電壓
Vg1‧‧‧閘極電壓
Vth1‧‧‧閾值電壓
ZD1‧‧‧齊納二極體
圖1係將實施形態1之調光裝置的構成加以顯示之概略電路圖。
圖2係將實施形態1之調光裝置的驅動部的構成加以顯示之概略電路圖。
圖3係將實施形態1之調光裝置的運作加以顯示之時序圖。
圖4係將實施形態1之調光裝置的運作加以顯示之時序圖。
圖5A係將比較例的運作加以顯示之時序圖，圖5B係將圖5A之X1的範圍沿時間軸方向延展之時序圖。
圖6係將實施形態1的變形例1之調光裝置的構成加以顯示之概略電路圖。
圖7係將實施形態2之調光裝置的驅動部的構成加以顯示之概略電路圖。
圖8A係將實施形態2之調光裝置的運作加以顯示之時序圖，圖8B係將圖8A之X1的範圍沿時間軸方向延展之時序圖。
〔實施發明之較佳形態〕
(實施形態1)
(1.1)構成
以下說明的構成僅為本發明的一範例，本發明不限定於下述實施形態，此實施形態以外，只要不脫離本發明的技術思想之範圍，亦可依照設計等而進行各種變更。本實施形態之調光裝置1如圖1所示，具備一對輸入端子11、12、雙向開關2(開關元件Q1、Q2)、相位偵測部3、輸入部4、電源部5、控制部6、開關驅動部9、及二極體D1、D2。再者，開關驅動部9具有第一驅動部91及第二驅動部92。第一驅動部91及第二驅動部92各者如圖2所示，具有信號源910、放電部920、濾波器電路930。
一對輸入端子11、12電性連接至照明負載(以下只稱作「負載」)7與交流電源8之間。開關元件Q1、Q2構成為：在一對輸入端子11、12間切換電流之阻斷/導通。輸入部4輸入將負載7的光輸出的大小加以指定之調光位準。
信號源910產生取決於調光位準之驅動信號Sd1。放電部920包含「齊納二極體ZD1與使齊納二極體ZD1的逆向電流通過之整流元件D9之串聯電路」。放電部920之中，串聯電路電性連接至控制端子20與信號源910之間，用於使(齊納二極體ZD1的)逆向電流從控制端子20流至信號源910。
於此所謂之「端子」，就用以連接電線等之構件(端子)而言可不具有實體，例如亦可係電子構件的引腳(Lead)、或電路基板所含之導體的一部分。
調光裝置1係二線式調光裝置，且係於與負載7電性串聯連接在交流電源8之狀態下使用。負載7於通電時點亮。負載7包含作為光源之LED元件、使LED元件點亮之點亮電路。交流電源8例如係單相100〔V〕、60〔Hz〕之市售電電源。調光裝置1就一範例而言可運用於牆壁開關等。
雙向開關2構成為：在輸入端子11、12間，將雙向的電流之阻斷/通過加以切換。雙向開關2例如由在輸入端子11、12間電性串聯連接之第一開關元件Q1及第二開關元件Q2等二個元件構成。舉例而言，開關元件Q1、Q2各者係由增強形n通道MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor；金屬氧化物半導體場效應電晶體)構成之半導體開關元件。亦即，開關元件Q1、Q2各者具有由閘極構成之控制端子20(參照圖2)，且視控制端子20之電壓是否為閾值電壓Vth1(參照圖4)以上而進行導通/斷路。
開關元件Q1、Q2在輸入端子11、12間以所謂反向串聯的方式連接。意即，開關元件Q1、Q2係源極彼此相互連接。開關元件Q1的汲極連接至輸入端子11，開關元件Q2的汲極連接至輸入端子12。兩開關元件Q1、Q2的源極連接至電源部5的接地。對調光裝置1的內部電路而言，電源部5的接地係基準電位。
雙向開關2可藉由開關元件Q1、Q2的導通、斷路之組合而切換四個狀態。四個狀態有以下狀態：兩開關元件Q1、Q2一同斷路之雙向斷路狀態；兩開關元件Q1、Q2一同導通之雙向導通狀態；以及開關元件Q1、Q2中僅一者導通之二種單向導通狀態。單向導通狀態下，自開關元件Q1、Q2中導通之開關元件通過斷 路之開關元件的寄生二極體而一對輸入端子11、12間為單向導通。舉例而言，於開關元件Q1係導通、開關元件Q2係斷路之狀態下，成為使電流從輸入端子11朝輸入端子12流通之第一單向導通狀態。又，於開關元件Q2係導通、開關元件Q1係斷路之狀態下，成為使電流從輸入端子12朝輸入端子11流通之第二單向導通狀態。因此，於交流電壓Vac自交流電源8施加至輸入端子11、12間之情形下，交流電壓Vac的正極性時，意即輸入端子11為正極的半週期時，第一單向導通狀態係「順向導通狀態」、第二單向導通狀態係「逆向導通狀態」。另一方面，交流電壓Vac的負極性時，意即輸入端子12為正極的半週期時，第二單向導通狀態係「順向導通狀態」、第一單向導通狀態係「逆向導通狀態」。
於此，雙向開關2之中，「雙向導通狀態」及「順向導通狀態」等兩狀態係導通狀態，「雙向斷路狀態」及「逆向導通狀態」等兩狀態係斷路狀態。
相位偵測部3將施加至輸入端子11、12間之交流電壓Vac的相位加以偵測。於此所謂之「相位」包括交流電壓Vac的零交叉點、交流電壓Vac的極性(正極性、負極性)。相位偵測部3構成為：當偵測出交流電壓Vac的零交叉點後，則將偵測信號輸出至控制部6。相位偵測部3具有二極體D31、第一偵測部31、二極體D32、第二偵測部32。第一偵測部31經由二極體D31而電性連接至輸入端子11。第二偵測部32經由二極體D32而電性連接至輸入端子12。第一偵測部31偵測交流電壓Vac從負極性的半週期移轉至正極性的半週期之際的零交叉點。第二偵測部32偵測交流電壓Vac從正極性的半週期移轉至負極性的半週期之際的零交叉點。
亦即，當第一偵測部31偵測出以輸入端子11為正極之電壓已從未滿規定值之狀態移轉至規定值以上之狀態時，就判斷為零交叉點。同樣地，當第二偵測部32偵側出以輸入端子12為正極之電壓已從未滿規定值之狀態移轉至規定值以上之狀態時，就判斷為零交叉點。規定值係設定為0〔V〕附近之值(絕對值)。舉例而言，第一偵測部31的規定值係數〔V〕左右，第二偵測部32的規定值係數〔V〕左右。因此，使用第一偵測部31及第二偵測部32偵測出之零交叉點的偵測點，其時間稍微慢於嚴謹意義上的零交叉點(0〔V〕)。
輸入部4從由使用者操作之操作部將代表調光位準之信號加以接受並作為調光信號而輸出至控制部6。輸出調光信號之際，輸入部4可加工已接受之信號、亦可不加工。調光信號係將負載7的光輸出的大小加以指定之數值等，有時亦會包括使負載7成為熄滅狀態之「關閉位準」。操作部只要係接受使用者操作而將代表調光位準之信號輸出至輸入部4之構成即可，例如可變電阻器、旋轉式開關、觸控式平板、遙距控制器、或智慧型手機等通訊終端等。
控制部6基於來自相位偵測部3的偵測信號及來自輸入部4的調光信號而控制雙向開關2。控制部6分別控制開關元件Q1、Q2各者。具體而言，控制部6以第一控制信號控制開關元件Q1，以第二控制信號控制開關元件Q2。
控制部6例如具備微電腦作為主構成。微電腦利用CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)執行微電腦的記憶體所記錄之程式，藉以實現作為控制部 6的功能。程式可預先記錄在微電腦的記憶體，亦可記錄在如記憶體卡之記錄媒體而被提供、或通過電氣通訊線路而被提供。換言之，上述程式用於使電腦(此為微電腦)作為控制部6而發揮功能。
開關驅動部9包括：第一驅動部91，驅動(導通/斷路控制)開關元件Q1；以及第二驅動部92，驅動(導通/斷路控制)開關元件Q2。第一驅動部91從控制部6接受第一控制信號，而將閘極電壓Vg1(參照圖2)施加至開關元件Q1。藉此，第一驅動部91將開關元件Q1加以導通/斷路控制。同樣地，第二驅動部92從控制部6接受第二控制信號，而將閘極電壓Vg1施加至開關元件Q2。藉此，第二驅動部92將開關元件Q2加以導通/斷路控制。第一驅動部91以開關元件Q1的源極電位為基準而產生閘極電壓Vg1。第二驅動部92亦同樣。
電源部5具備：控制電源部51，產生控制電源；驅動電源部52，產生驅動電源；以及電容性元件(電容器)C1。控制電源係控制部6的運作用電源。驅動電源係開關驅動部9的驅動用電源。電容性元件C1電性連接至控制電源部51的輸出端子，且藉由控制電源部51的輸出電流而充電。
電源部5經由二極體D1而電性連接至輸入端子11，並經由二極體D2而電性連接至輸入端子12。藉此，在由一對二極體D1、D2與開關元件Q1、Q2各者的寄生二極體構成之二極體電橋，將施加至輸入端子11、12間之交流電壓Vac進行全波整流而供給至電源部5。驅動電源部52將已全波整流之交流電壓Vac加以平滑化，而產生驅動電源。驅動電源部52將驅動電源供給至開關驅動部9及控制電源 部51。驅動電源例如係10〔V〕。控制電源部51將自驅動電源部52供給之驅動電源進行降壓而產生控制電源，並輸出至電容性元件C1。控制電源例如係3〔V〕。控制電源部51亦可不經由驅動電源部52，而由已全波整流之交流電壓Vac直接產生控制電源。意即，電源部5藉由來自交流電源8之供給電力而產生控制電源及驅動電源。
負載7的點亮電路從已使用調光裝置1加以相位控制之交流電壓Vac的波形讀取調光位準，使LED元件的光輸出的大小變化。於此，就一範例而言，點亮電路具有洩放電路等確保電流用電路。因此，即使於調光裝置1的雙向開關2為非導通之期間，亦能使電流流至負載7。
(1.2)運作
參照圖3，說明本實施形態之調光裝置1的調光運作。圖3顯示有交流電壓「Vac」、第一控制信號「Sb1」、及第二控制信號「Sb2」。
首先，說明於交流電壓Vac於正極性的半週期中之調光裝置1的運作。調光裝置1以相位偵測部3偵測成為相位控制的基準之交流電壓Vac的零交叉點。交流電壓Vac從負極性的半週期移轉至正極性的半週期之際，當交流電壓Vac到達正極性的規定值時，則第一偵測部31輸出第一偵測信號。本實施形態之中，將第一偵測信號的產生時點定為「偵測點」，並將自半週期的起點(零交叉點)t0至偵測點為止之期間與自偵測點經過固定時間(例如300〔μs〕)之合計定為第一期間T1。自半週期的起點(零交叉點)t0至經過第一時間之第一時點t1為止之 第一期間T1之中，控制部6使第一控制信號Sb1及第二控制信號Sb2為「關閉」信號。藉此，第一期間T1之中，開關元件Q1、Q2均為斷路，雙向開關2為雙向斷路狀態。於自偵測點經過固定時間(例如300〔μs〕)之時點，意即第一時點t1，控制部6使第一控制信號Sb1及第二控制信號Sb2為「開啟」信號。
第二時點t2係「自第一時點t1經過取決於調光信號之第二時間」之時點。於第二時點t2，控制部6將第二控制信號Sb2維持為「開啟」信號，並直接使第一控制信號Sb1為「關閉」信號。藉此，自第一時點t1至第二時點t2為止之第二期間T2之中，開關元件Q1、Q2均導通，雙向開關2為雙向導通狀態。因此，第二期間T2之中，電力自交流電源8經過雙向開關2而供給至負載7，負載7點亮。
第三時點t3係相較於半週期的終點(零交叉點)t4而提前固定時間(例如300〔μs〕)之時間。於第三時點t3，控制部6使第一控制信號Sb1及第二控制信號Sb2為「關閉」信號。藉此，自第二時點t2至第三時點t3為止之第三期間T3之中，開關元件Q1、Q2中僅開關元件Q1為斷路，雙向開關2為逆向導通狀態。因此，於第三期間T3之中，截斷自交流電源8朝負載7之電力。
自第三時點t3至半週期的終點(零交叉點)t4為止之第四期間T4之中，開關元件Q1、Q2均為斷路，雙向開關2為雙向斷路狀態。
又，交流電壓Vac為負極性的半周期中之調光裝置1的運作基本上係與正極性的半周期同樣的運作。
於負極性的半週期，將自半週期的起點t0(t4)至經過第一時間之第一時點t1為止之期間定為第一期間T1。又，第二時點t2係「自第一時點t1經過取決於調光信號之第二時間」之時點，第三時點t3係較半週期的終點t4(t0)提前固定時間(例如300〔μs〕)之時間。
第一期間T1之中，控制部6使第一控制信號Sb1及第二控制信號Sb2為「關閉」信號。藉此，第一期間T1之中，雙向開關2為雙向斷路狀態。而且，於第一時點t1，控制部6使第一控制信號Sb1及第二控制信號Sb2為「開啟」信號。藉此，自第一時點t1至第二時點t2為止之第二期間T2之中，開關元件Q1、Q2均為導通，雙向開關2為雙向導通狀態。因此，第二期間T2之中，電力自交流電源8經由雙向開關2而供給至負載7，負載7點亮。
於第二時點t2，控制部6將第一控制信號Sb1維持為「開啟」信號，並直接使第二控制信號Sb2為「關閉」信號。於第三時點t3，控制部6使第一控制信號Sb1及使第二控制信號Sb2為「關閉」信號。藉此，自第二時點t2至第三時點t3為止之第三期間T3之中，開關元件Q1、Q2之中僅開關元件Q2為斷路，雙向開關2為逆向導通狀態。因此，第三期間T3之中，截斷自交流電源8朝負載7之電力。
本實施形態之調光裝置1，於交流電壓Vac的每一半週期，交替重複以上說明之正極性的半週期的運作與負極性的半週期的運作，藉以進行負載7之調光。自半週期的起點(零交叉點)t0至第一時點t1為止之期間，雙向開關2處於斷路 狀態。又，自第二時點t2至半周期的終點(零交叉點)t4為止之期間，雙向開關2處於斷路狀態。因此，當著眼於連續的二個半週期時，則自第一個半週期的第二時點t2至下個半週期(意即第二個半週期)的第一時點t1為止，雙向開關2為斷路狀態。
於此，自第一時點t1至第二時點t2為止之時間(第二時間)，係取決於輸入至輸入部4之調光位準之時間，因此於半周期之中，輸入端子11、12間導通的時間係隨著調光位準而受到規定。亦即，於減小負載7的光輸出之情形下，將第二時間規定為短，於增大負載7的光輸出之情形下，將第二時間規定為長。因此，能依照輸入至輸入部4之調光位準，而改變負載7的光輸出的大小。又，交流電壓Vac的零交叉點的前後，分別係雙向開關2為雙向斷路狀態之期間(第一期間T1、第四期間T4)，因此調光裝置1能使用此期間而確保自交流電源8至電源部5之電力供給。
(1.3)關於驅動部
(1.3.1)驅動部的構成
進一步詳細說明第一驅動部91及第二驅動部92的構成。以下，將共通於第一驅動部91與第二驅動部92之構成定為「驅動部90」，且以驅動部90使用於第一驅動部91之情形為例說明。
驅動部90如圖2所示，具有信號源910、放電部920、濾波器電路930。
信號源910產生取決於調光位準之驅動信號Sd1。本實施形態之中，信號源910具有反相器(NOT邏輯閘)911、電阻R1、開關元件Q1。電阻R1及開關元件Q10之串聯電路，以電阻R1成為高電位(正極)側、開關元件Q10成為低電位(負極)側之方式電性連接至驅動電源部52(參照圖1)。藉此，電阻R1及開關元件Q10之串聯電路構成上拉電路。舉例而言，開關元件Q10係由增強形n通道MOSFET構成之半導體開關元件。開關元件Q10的閘極電性連接至控制部6。以來自控制部6之第一控制信號Sb1驅動(導通/斷路控制)開關元件Q10。
反相器911的輸入端子電性連接至電阻R1與開關元件Q10之連接點。藉此，若開關元件Q10導通則反相器911的輸出成為「H」位準，若開關元件Q10斷路則反相器911的輸出成為「L」位準。因此，作為信號源910的輸出端子之反相器911的輸出端子，產生依照第一控制信號Sb1而將「H」位準/「L」位準加以切換之矩形波狀的驅動信號Sd1。第一控制信號Sb1係「H」位準時，驅動信號Sd1成為「H」位準，第一控制信號Sb1係「L」位準時，驅動信號Sd1成為「L」位準。於此，第一控制信號Sb1的「H」位準相當於「ON」信號，「L」位準相當於「OFF」信號。來自驅動電源部52之驅動電源，亦作為反相器911的運作用電源而供給至反相器911。
放電部920係齊納二極體ZD1與整流元件D9之串聯電路。本實施形態之中，齊納二極體ZD1具有大於開關元件Q1的閾值電壓Vth1之齊納電壓(崩潰電壓)。整流元件D9係具有使齊納二極體ZD1的逆向電流通過功能之二極體。意即，齊納二極體ZD1與整流元件D9以所謂反向串聯的方式連接。於此，(齊納二極體 ZD1的)逆向電流，係在齊納二極體ZD1從陰極流至陽極之流向之電流。此等齊納二極體ZD1及整流元件D9電性串聯連接在信號源910的輸出端子(反相器911的輸出端子)與開關元件Q1的控制端子20之間
本實施形態之中，齊納二極體ZD1的齊納電壓稍微大於閾值電壓Vth1。齊納電壓與閾值電壓Vth1之差，宜為盡量小的值，就一範例而言，設定在0〔V〕~10〔V〕的範圍。再者，齊納電壓與閾值電壓Vth1之差較宜為0.1〔V〕以上。又，齊納電壓與閾值電壓Vth1之差較宜為1〔V〕以下。其中，若考慮整流元件D9的順向電壓，則齊納二極體ZD1的齊納電壓與整流元件D9的順向電壓之和，只要大於閾值電壓Vth1即可。因此，舉例而言，齊納二極體ZD1的齊納電壓可與閾值電壓Vth1同值，又，齊納電壓亦可大於閾值電壓Vth1。
齊納二極體ZD1與整流元件D9之串聯電路，在控制端子20與信號源910之間，以齊納二極體ZD1的逆向電流係從控制端子20流至信號源910之流向電性連接。具體而言，由齊納二極體ZD1與整流元件D9之串聯電路構成之放電部920，具有第一端子921與第二端子922。齊納二極體ZD1的陰極側，意即整流元件D9的陽極側之第一端子921，電性連接開關元件Q1的控制端子20。齊納二極體ZD1的陽極側，意即整流元件D9的陰極側之第二端子922，電性連接至信號源910的輸出端子。圖2的範例之中，放電部920係從第一端子921側起，以整流元件D9、齊納二極體ZD1之順序排列。第一端子921與第二端子922之間中之齊納二極體ZD1與整流元件D9之位置關係亦可與圖2的範例相反，而可從第一端子921側起，以齊納二極體ZD1、整流元件D9之順序排列。
在信號源910的輸出端子與開關元件Q1的控制端子20之間，濾波器電路930與放電部920電性並聯連接。圖2的範例之中，濾波器電路930係以電阻R2與電容性元件(電容器)C2之串聯電路構成，此串聯電路電性連接至信號源910的輸出端子與信號源910的基準電位點(圖1中電源部5的接地)之間。電阻R2及電容性元件C2係以電阻R2成為高電位(正極)側、電容性元件C2成為低電位(負極)側之方式連接。電阻R2與電容性元件C2之連接點，係濾波器電路930的輸出端子，且與控制端子20電性連接。藉此，濾波器電路930作為積分電路發揮功能，且，電容性元件C2的兩端電壓由於從信號源910輸出之驅動信號Sd1而變化。濾波器電路930的輸出電壓即電容性元件C2的兩端電壓，係作為閘極電壓Vg1而施加在開關元件Q1的閘極-源極間。
(1.3.2)驅動部的運作
其次，參照圖4說明驅動部90的運作。於此，舉例驅動信號Sd1循「L」位準、「H」位準、「L」位準的順序變化之情形下之驅動部90的運作。再者，於此假設以下狀態：將使得第一輸入端子11成為高電位側、第二輸入端子12成為低電位側之電壓，作用在輸入端子11、12間(交流電壓Vac的正極性的半周期)。圖4以橫軸為時間軸，顯示驅動信號「Sd1」、閘極電壓「Vg1」、及汲極電流(流通在開關元件Q1的汲極-源極間之電流)「Id1」。就驅動信號Sd1而言，0〔V〕相當於「L」位準。
首先，驅動信號Sd1係「L」位準之狀態下，因為閘極電壓Vg1約為0〔V〕，所以開關元件Q1係斷路。
當驅動信號Sd1從「L」位準變化為「H」位準時(時刻t11)，則開始電容性元件C2之充電，且閘極電壓Vg1伴隨時間經過而逐漸上昇。此時，藉由濾波器電路930，閘極電壓Vg1平緩上昇。此時之電容性元件C2的充電速度，意即閘極電壓Vg1的斜率，係以濾波器電路930的時間常數決定。當閘極電壓Vg1成為開關元件Q1的閾值電壓Vth1以上時(時刻t12)，則開關元件Q1導通。當開關元件Q1導通時，則汲極電流Id1開始流至開關元件Q1的汲極-源極間。因為放電部920包含整流元件D9，所以於驅動信號Sd1係「H」位準之狀態下，電流不流至放電部920。
當驅動信號Sd1從「H」位準變化為「L」位準時(時刻t13)，則濾波器電路930的電容性元件C2開始放電。依據本實施形態的驅動部90，驅動信號Sd1變化為「L」位準後，電容性元件C2的電荷立即通過放電部920而迅速放電，閘極電壓Vg1劇烈減少。
亦即，當驅動信號Sd1變化為「L」位準時，則電容性元件C2的兩端電壓施加至放電部920的兩端，意即第一端子921-第二端子922間。而且，驅動信號Sd1變化為「L」位準後，開關元件Q1的閘極電壓Vg1，意即電容性元件C2的兩端電壓，立即至少超過開關元件Q1的閾值電壓Vth1。因此，超過閾值電壓Vth1之電壓施加至放電部920的第一端子921-第二端子922間，且齊納電壓以上的電壓施 加至齊納二極體ZD1。藉此，齊納二極體ZD1導通(ON)，在放電部920形成電容性元件C2的放電路徑。因此，電容性元件C2的電荷通過整流元件D9及齊納二極體ZD1而迅速放電，閘極電壓Vg1劇烈減少。當伴隨閘極電壓Vg1之減少而使得施加至齊納二極體ZD1之電壓低於齊納電壓時，則齊納二極體ZD1斷路(成為非導通)。
齊納二極體ZD1斷路時點以後，伴隨時間經過而閘極電壓Vg1逐漸減少。此時，藉由濾波器電路930，閘極電壓Vg1平緩減少。意即，當齊納二極體ZD1斷路時，則放電部920所成之電容性元件C2的放電路徑消失，因此其後閘極電壓Vg1平緩減少。齊納二極體ZD1斷路時點以後之電容性元件C2的放電速度，意即閘極電壓Vg1的斜率，係以濾波器電路930的時間常數決定。而且，當閘極電壓Vg1低於開關元件Q1的閾值電壓Vth1時(時刻t14)，則開關元件Q1斷路而汲極電流Id1不流通。
如同以上說明，依據本實施形態的驅動部90，則驅動信號Sd1從「H」位準變化為「L」位準之後，閘極電壓Vg1立即劇烈減少。而且，閘極電壓Vg1低於閾值電壓Vth1前，閘極電壓Vg1的斜率變化而變得平緩。總而言之，因為齊納二極體ZD1的齊納電壓設定為稍微大於閾值電壓Vth1，所以閘極電壓Vg1低於閾值電壓Vth1前，齊納二極體ZD1斷路，而放電部920所行之迅速的放電結束。
(1.3.3)與比較例之對照
以下，以從本實施形態中之驅動部90之構成省略放電部920之構成之具備驅動部的調光裝置為比較例，說明對照本實施形態中之驅動部90與比較例中之驅動部之情形下兩者的不同點。於此表示之比較例無放電部，此點不同於本實施形態，但其他電路構成與本實施形態相同，因此以下對與本實施形態同樣之構成要素標注共同的元件符號而說明。
圖5A與圖4同樣，將驅動信號Sd1循「L」位準、「H」位準、「L」位準的順序變化之情形下之比較例的驅動部的運作加以顯示。圖5A以橫軸為時間軸，而顯示驅動信號「Sd1」、閘極電壓「Vg1」、及汲極電流(流通在開關元件Q1的汲極-源極間之電流)「Id1」。
比較例之中，當驅動信號Sd1從「H」位準變化為「L」位準時(時刻t13)，則開始濾波器電路930的電容性元件C2的放電。比較例的驅動部無放電部所成之電容性元件C2的放電路徑，因此驅動信號Sd1變化為「L」位準後，立即伴隨時間經過而閘極電壓Vg1而逐漸減少。此時，藉由濾波器電路930，閘極電壓Vg1平緩減少。此時之電容性元件C2的放電速度，意即閘極電壓Vg1的斜率，係以濾波器電路930的時間常數決定。而且，當閘極電壓Vg1低於開關元件Q1的閾值電壓Vth1時(時刻t14)，則開關元件Q1斷路而汲極電流Id1不流通。
亦即，比較例之中，因濾波器電路930的影響，從驅動信號Sd1變化為「L」位準至汲極電流Id1阻斷為止所須要的時間(時刻t13~時刻t14)變長。換言之，驅動部接受第一控制信號Sb1而將開關元件Q1加以斷路控制之際的延遲時間 (Time Lag)變長。舉例而言，於將調光位準調降至最小位準附近之情形下，因為雙向開關2成為導通狀態之時間變短，所以雙向開關2處於導通狀態之期間裡，延遲時間所佔之比例變大。於此情形下，會有以下可能性：將開關元件Q1加以斷路控制之際之響應明顯遲滯，且針對調光位準之負載7的光輸出的響應性減少，無法實現使用者期望之光輸出。
又，比較例之中，在開關元件Q1有時發生如圖5B所之切換損失Ls1。圖5B將圖5A之使用「X1」圍繞之範圍沿時間軸方向延展、並添加切換損失Ls1。亦即，於比較例，開關元件Q1關斷之際，從驅動信號Sd1變化為「L」位準至汲極電流Id1阻斷為止所須要的時間長，因此於此期間所發生之切換損失Ls1的時間積分值較大。
相對於此，本實施形態藉由設置放電部920，而如圖4所示，從驅動信號Sd1變化為「L」位準至汲極電流Id1阻斷為止所須要的時間(時刻t13~時刻t14)變短。因此，驅動部90接受第一控制信號Sb1而將開關元件Q1加以斷路控制之際之延遲時間縮短，提昇針對調光位準之負載7的光輸出的響應性。又，本實施形態之中，開關元件Q1關斷之際，在開關元件Q1發生之切換損失亦變小。
甚至，因為放電部920的齊納二極體ZD1的齊納電壓設定為稍微大於閾值電壓Vth1，所以開關元件Q1關斷之際，於閘極電壓Vg1低於閾值電壓Vth1前，放電部920所行之迅速的放電結束。因此，閘極電壓Vg1到達閾值電壓Vth1之時點， 濾波器電路930發揮功能而汲極電流Id1平緩變化，因此能期待濾波器電路930所成之雜訊降低的效果。
若將上述說明中之關於驅動部90之「第一控制信號Sb1」、「開關元件Q1」分別改成視為「第二控制信號Sb2」、「開關元件Q2」，則係將驅動部90使用於第二驅動部92之情形之說明。
(1.4)優點
本實施形態之調光裝置1藉由具備放電部920，而能於信號源910所產生之驅動信號Sd1變化為「L」位準後，立即使閘極電壓Vg1劇烈減少。藉此，相較於無放電部920之情形，各開關元件Q1、Q2斷路控制時的延遲時間變小，且針對調光位準之負載7的光輸出的響應性提昇。且切換損失亦變小。因此，本實施形態之調光裝置1具有能對應更多種類的負載之優點。
又，如本實施形態，齊納二極體ZD1的齊納電壓與整流元件D9的順向電壓之和，宜大於閾值電壓Vth1。依據此構成，則能於閘極電壓Vg1低於閾值電壓Vth1前，阻止閘極電壓Vg1劇烈減少。
齊納二極體ZD1的逆向電流係在齊納二極體ZD1從陰極流至陽極之流向之電流。於此，如同本實施形態，串聯電路中之齊納二極體ZD1的陰極側即第一端子921，宜電性連接至控制端子20。串聯電路中之齊納二極體ZD1的陽極側即第二端子922，宜電性連接至信號源910。依據此構成，齊納二極體ZD1與整流元件 D9之串聯電路，能在控制端子20與信號源910之間，使齊納二極體ZD1的逆向電流從控制端子20流至信號源910。
又，如同本實施形態，調光裝置1宜在信號源910與控制端子20之間，更具備與放電部920電性並聯連接之濾波器電路930。依據此構成，則於放電部920非導通期間，閘極電壓Vg1的變化變得平緩，且汲極電流Id1平緩變化，因此能降低雜訊。本實施形態之濾波器電路930對調光裝置1而言非必須的構成，亦可合宜省略濾波器電路930。於無濾波器電路930之情形下，放電部920形成例如開關元件Q1、Q2各者的閘極電容(寄生電容)的放電路徑。
(1.5)變形例
(1.5.1)變形例1
實施形態1的變形例1之調光裝置1A如圖6所示，相當於雙向開關2的部分與實施形態1之調光裝置1不同。以下，對於與實施形態1同樣的構成標注共同的元件符號而適當省略說明。
本變形例之中，雙向開關2A包括雙閘極(Double Gate)構造之開關元件Q3。開關元件Q3係例如將GaN(氮化鎵)等寬能隙的半導體材料加以使用之雙閘極(雙重閘極；Dual Gate)構造的半導體元件。再者，雙向開關2A包含在輸入端子11、12間以所謂反向串聯連接之一對二極體D3、D4。二極體D3的陰極連接至輸入端子11，二極體D4的陰極連接至輸入端子12。兩二極體D3、D4的陽極電性 連接至電源部5的接地。本變形例之中，一對二極體D3、D4與一對二極體D1、D2一同構成二極體電橋。
依據本變形例之構成，雙向開關2A能達成比雙向開關2更降低導通損失。
(1.5.2)其他變形例
以下列舉上述變形例1以外之實施形態1的變形例。
上述實施形態1及變形例1之調光裝置，不限於使用LED元件作為光源之負載7，可運用於配備有電容輸入型電路、阻抗高、並使用少量電流點亮之光源。就此種光源而言，例如舉例有機EL(Electroluminescence；電激發光)元件。又，調光裝置例如可運用於放電燈等各樣光源之負載7。
於雙向開關2之控制之中，可取代「雙向導通狀態」而控制為「順向導通狀態」，相反而言，亦可取代「順向導通狀態」而控制為「雙向導通狀態」。又，可取代「雙向斷路狀態」而控制為「逆向導通狀態」，且亦可取代「逆向導通狀態」而控制為「雙向斷路狀態」。亦即，雙向開關2只要導通狀態或斷路狀態之狀態不變化即可。
又，控制部6所成之雙向開關2的控制方式不限於上述範例，舉例而言，亦可為以下方式：使用與交流電壓Vac相同的周期，使第一控制信號與第二控制信號交替成為「開啟」信號。此情形下，於開關元件Q1、Q2中之成為交流電壓Vac 的高電位側之開關元件為導通之期間，雙向開關2導通。意即，此變形例之中，實現自交流電壓Vac的零交叉點至半週期的中途為止之期間，一對輸入端子11、12間導通的所謂反相位控制。於此情形下，能藉由調節第一控制信號及第二控制信號與交流電壓Vac之相位差，而調節雙向開關2的導通時間。
再者，控制方式不限於反相位控制方式(尾隨邊緣方式；Trailing Edge)，亦可採用：正相位控制方式(前導邊緣方式；Leading Edge)，於自交流電壓Vac的半週期的中途至零交叉點為止之期間，一對輸入端子11、12間為導通。
又，將雙向開關2加以構成之開關元件Q1、Q2各者，不限於增強形n通道MOSFET，例如亦可係IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；絕緣柵雙極電晶體)等。再者，於雙向開關2之中，用以實現單向導通狀態之整流元件(二極體)不限於開關元件Q1、Q2的寄生二極體，亦可係如同變形例1的外加的二極體。二極體亦可與開關元件Q1、Q2各者內建在同一封裝體。
又，第一時間只要是固定長度的時間即可，其長度可適當設定。舉例而言，於自半周期的起點(零交叉點)t0至偵測點為止之期間與自偵測點經過固定待機時間為止之期間的合計係第一期間T1之情形下，待機時間不限於300〔μs〕，而適當設定在0〔μs〕~500〔μs〕的範圍。
又，第三時點t3只要為半週期的終點(零交叉點)t4的跟前即可，且自第三時點t3至半週期的終點t4為止之長度可適當設定。舉例而言，自偵測點至第三時 點t3為止之時間長度比半週期更短固定的第一規定時間之情形下，第一規定時間不限於300〔μs〕，而適當設定在100〔μs〕~500〔μs〕的範圍。
對調光裝置1而言，實施形態1之二極體D1、D2並非必須之構成，亦可適當省略二極體D1、D2。
又，閘極電壓Vg1及閾值電壓Vth1等二數值間的比較之中，定為「以上」則包括二數值相等之情形、及二數值的一者超過另一者之情形等兩者。但是不限於此，於此所謂「以上」亦可與僅包括二數值的一者超過另一者之「大於」同義。同樣地，於此所謂「大於」亦可與包含以下兩情況之「以上」同義：二值相等之情況；以及二值之一者超過另一者之情況。意即，能按照閾值電壓Vth1等的設定狀況而任意變更是否包括二數值相等之情形，因此「以上」或「大於」無技術上的差異。同樣地，「未滿」亦可與「以下」同義
(實施形態2)
本實施形態之調光裝置1B如圖7所示，更包括：輔助開關Q11，構成為將控制端子20與信號源910的基準電位點之間的導通/非導通加以切換；此點與實施形態1之調光裝置1不同。圖7與實施形態1的圖2同樣，將共通於第一驅動部與第二驅動部之構成定為「驅動部」，舉例驅動部90B使用於第一驅動部91B之情形。以下，對與實施形態1同樣的構成標注共通符號而合宜省略說明。
本實施形態之中，輔助開關Q11就一範例而言，係由增強形n通道MOSFET構成之半導體開關元件。輔助開關Q11的汲極連接至開關元件Q1的控制端子20，輔助開關Q11的源極連接至信號源910的基準電位點(電源部5的接地)。意即，輔助開關Q11在開關元件Q1的閘極-源極間並聯連接。輔助開關Q11的閘極電性連接至控制部6B。以來自控制部6B之第一輔助信號S11驅動(導通/斷路控制)輔助開關Q11。輔助開關Q11不限於增強形n通道MOSFET，例如亦可為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；絕緣柵雙極電晶體)等。
於此，輔助開關Q11構成為：自驅動信號Sd1之下降後遲滯固定時間(以下稱作「第二規定時間」)而導通。具體而言，係將驅動輔助開關Q11之第一輔助信號S11之上升設定為：自驅動信號Sd1之下降後遲滯第二規定時間。第二規定時間係設定在0〔μs〕~500〔μs〕的範圍，例如設定為200〔μs〕。於此，例如以控制部6B計時器設定第一輔助信號S11的時間遲滯。
將輔助開關Q11加以驅動之第一輔助信號S11，不限於以控制部6B產生之構成。舉例而言，亦可設置有別於控制部6B之延遲電路，且以此延遲電路而產生自控制部6B所輸出之第一控制信號Sb1、或驅動信號Sd1之下降後遲滯固定時間而上升之第一輔助信號S11。
其次，參照圖8A及圖8B而說明本實施形態的驅動部90B的運作。圖8A與實施形態1之圖4同樣，將驅動信號Sd1循「L」位準、「H」位準、「L」位準的順序變化之情形下之驅動部90B的運作加以顯示。圖8B以橫軸為時間軸，而顯示驅 動信號「Sd1」、閘極電壓「Vg1」、及汲極電流「Id1」。就驅動信號Sd1而言，0〔V〕相當於「L」位準。
當驅動信號Sd1從「H」位準變化為「L」位準時(時刻t13)，則濾波器電路930的電容性元件C2開始放電。依據本實施形態的驅動部90B，則驅動信號Sd1變化為「L」位準後，電容性元件C2立即藉由通過放電部920而迅速放電，閘極電壓Vg1劇烈減少。而且，閘極電壓Vg1低於閾值電壓Vth1前，當齊納二極體ZD1斷路時，則放電部920所成之電容性元件C2的放電路徑消失，因此閘極電壓Vg1的斜率變化而變得平緩。當閘極電壓Vg1低於開關元件Q1的閾值電壓Vth1時(時刻t14)，則開關元件Q1斷路而汲極電流Id1不流通。
再者，本實施形態之中，當自驅動信號Sd1變化為「L」位準時點(時刻t13)經過第二規定時間時，則藉由第一輔助信號S11而使輔助開關Q11導通。當輔助開關Q11導通時，則控制端子20與信號源910的基準電位點之間導通，且在輔助開關Q11形成電容性元件C2的放電路徑。因此，殘留在電容性元件C2之電荷通過輔助開關Q11而迅速放電，閘極電壓Vg1劇烈減少。
圖8B將利用圖8A的「X1」圍繞之範圍沿時間軸方向延展、並添加開關元件Q1的切換損失Ls1。亦即，於本實施形態，開關元件Q1關斷之際，從驅動信號Sd1變化為「L」位準至汲極電流Id1阻斷為止所須要的時間短於實施形態1。因此，此期間發生之切換損失Ls1的時間積分值比實施形態1更小。
若將上述說明中之關於驅動部90B之「第一控制信號Sb1」、「開關元件Q1」分別改成視為「第二控制信號Sb2」、「開關元件Q2」，即係將驅動部90B使用於第二驅動部92之情形之說明。
如同以上說明，本實施形態之調光裝置1B更具備：輔助開關Q11，構成為將控制端子20與信號源910的基準電位點之間之導通/非導通加以切換。因此，依據本實施形態，則從藉由放電部920使閘極電壓Vg1劇烈減少之狀態過渡至閘極電壓Vg1平緩減少之狀態後，能進一步過渡至使閘極電壓Vg1劇烈減少之狀態。藉此，相較於無輔助開關Q11之情形，各開關元件Q1、Q2之斷路控制時的延遲時間(Time Lag)進一步縮短，針對調光位準之負載7的光輸出的響應性提昇。又，切換損失亦變小。
又，如同本實施形態，輔助開關Q11宜構成為：自驅動信號Sd1之下降後遲滯固定時間(第二規定時間)而導通。依據此構成，則可藉由輔助開關Q11的控制時機，而任意設定各開關元件Q1、Q2之斷路控制時的響應性。
其他構成及功能與實施形態1同樣。本實施形態之構成可與實施形態1(包含變形例)說明之各構成組合使用。
(其他實施形態)
上述實施形態1(包括變形例)及實施形態2之中，於橫跨交流電壓Vac的半週期的起點(零交叉點)t0前後(第一期間T1、第四期間T4)確保自交流電源8朝電源部5之電力供給，但不限於此。
亦可僅於交流電壓Vac的半週期的起點(零交叉點)t0之後(第一期間T1)，在固定時間之期間確保自交流電源8朝電源部5之電力供給。又，亦可僅於交流電壓Vac的半週期的起點(零交叉點)t0之前(第四期間T4)，在固定時間之期間確保自交流電源8朝電源部5之電力供給。意即能藉由第一期間T1、及第四期間T4至少一者而確保自交流電源8朝電源部5之電力供給。此外，於使用者將操作部操作為使負載7的光輸出為最大之情形下，亦能以第一期間T1、及第四期間T4之確保為優先，且將第二期間T2控制為短於使光輸出為最大的長度之期間。
能藉由將上述特定時間設定為可充分進行自交流電源8朝電源部5之電力供給，而抑制電流波形失真，並且使控制部6穩定運作。

Claims (7)

  1. 一種調光裝置，包含：一對輸入端子，電性連接至照明負載與交流電源之間；開關元件，具有控制端子、且視施加於控制端子之電壓是否為閾值電壓以上，而在該一對輸入端子間，將雙向的電流之阻斷/通過加以切換；輸入部，輸入將該照明負載的光輸出的大小加以指定之調光位準；信號源，產生取決於該調光位準之驅動信號；以及放電部，包含齊納二極體與使該齊納二極體的逆向電流通過之整流元件的串聯電路，且該串聯電路電性連接至該控制端子與該信號源之間，俾使該逆向電流從該控制端子流至該信號源；且該齊納二極體的齊納電壓與該整流元件的順向電壓之和大於該閾值電壓，該放電部，於閘極電壓低於閾值電壓前，阻止閘極電壓的劇烈減少。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之調光裝置，其中，該逆向電流係在該齊納二極體從陰極流至陽極之流向之電流，且該串聯電路之該齊納二極體的陰極一側亦即第一端子，係電性連接至該控制端子，該串聯電路之該齊納二極體陽極一側亦即第二端子，係電性連接至該信號源。
  3. 如申請專利範圍第1或2項記載之調光裝置，其中，更包含：濾波器電路，在該信號源與該控制端子之間，與該放電部電性並聯連接。
  4. 如申請專利範圍第1或2項記載之調光裝置，其中，更包含：輔助開關，構成為將該控制端子與該信號源的基準電位點之間的導通/非導通加以切換。
  5. 如申請專利範圍第3項記載之調光裝置，其中，更包含：輔助開關，構成為將該控制端子與該信號源的基準電位點之間的導通/非導通加以切換。
  6. 如申請專利範圍第4項記載之調光裝置，其中，該輔助開關構成為自該驅動信號之下降後遲滯固定時間才導通。
  7. 如申請專利範圍第5項記載之調光裝置，其中，該輔助開關構成為自該驅動信號之下降後遲滯固定時間才導通。
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