(57)【要約】【課題】負荷とトライアックとを接続する経路からゼロクロス制御のための信号を取ることができるトライアック制御装置を提供する。【解決手段】ヒータ２への通電時、出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力している場合、ＣＰＵ１は、入力端子Ｉｎの電圧が負電圧になったと判定したとき、出力端子ＯｕｔからＬｏ信号を出力するので、微分回路５から負パルスがトライアック３のゲート電極Ｇに入力され、トライアック３がオンする。また、出力端子ＯｕｔからＬｏ信号を出力している場合、ＣＰＵ１は、入力端子Ｉｎの電圧が正電圧になったと判定したとき、出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力し、抵抗Ｒ３を介して入力端子Ｉｎにフィードバックするとともに、トライアック３をオンする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に接続されるトライアックの制御装置であって、
負荷とトライアックとを接続する経路に接続された入力端子と、トライアックのゲート端子にゲート信号を供給する出力端子とを有する制御部を備え、前記入力端子と前記出力端子間にフィードバック抵抗が接続されていることを特徴とするトライアック制御装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記入力端子の電圧がハイ状態からロー状態になったとき、前記出力端子の出力電圧をローに切り替え、前記入力端子の電圧がロー状態からハイ状態になったとき、前記出力端子の出力電圧をハイに切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のトライアック制御装置。
【請求項３】
前記制御部の出力端子とトライアックのゲート端子間に微分回路を設けたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のトライアック制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ制御等に使用するトライアックを制御するトライアック制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トライアックは、ＡＣスイッチ、ソリッドリレーとも呼ばれて、交流のオン／オフが簡単に行えることから電気製品に多く使われている。例えば、モータ速度制御、ヒータ温度制御、ランプ点滅制御などの回路に組み込まれているが、最近の電気製品は、高機能化のためＣＰＵ制御の機器が増加しており、例えば、ヒータのオンオフ制御回路にトライアックを使用する場合、ＣＰＵによりトライアックを制御してヒータに供給する１００Ｖの電源をオンオフさせている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１００６０３号公報
【０００３】
一方、トライアックは、２つの主電極Ｔ1、Ｔ2と、ゲート電極Ｇとの３つの電極を有し、主電極Ｔ1、Ｔ2に所定の電圧を印加した状態でゲート電極Ｇに電流を流すと、トライアックがオンになり、主電極Ｔ1、Ｔ2の間が導通する。このトライアックは正、負どちらのゲート信号を加えても導通し、また、順方向、逆方向のどちらの電圧を印加した場合でもゲート信号によりターンオンさせることができるので、トライアックをゲートでトリガさせるモードとして、図１に示すように４つのモードがある。また、ゲート電極に加えるパルスとしては、図２に示すように正パルスのみ（ｂ）、正負パルス（ｃ）の両方で制御することが可能である。
【０００４】
オン状態のトライアックＴは、主電極Ｔ1、Ｔ2間に所定の電圧以上の電圧を印加し続けておけば、ゲート電極Ｇに流れるゲート電流を止めても、オン状態を保持し続ける。しかしながら、電源が交流である場合、その出力電圧はゼロを挟んで絶えず変化しており、電圧が正から負又はその逆に変化する瞬間には、交流電源の出力電圧がほぼゼロになり、トライアックのオン状態を保持することができなくなる。このため、連続的にトライアックをオンさせるためには、トライアックのゲート電極に、正負の周期に合わせてパルス信号を与える必要がある。
【０００５】
また、商用電源は、５０Ｈｚ、６０Ｈｚで、１秒間に５０回または６０回正負に変化するが、最近は、ノイズの発生を抑えるために正負の切り替わり時にパルスを発生させる、ゼロクロス方式が主流となっており、トライアックのゲート電極には、正負の周期のゼロクロス時点でパルス信号を与える必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにヒータのオンオフ制御等を行う場合、通常、ＣＰＵによりトライアックを制御しており、ヒータのオンオフ制御回路としては一般的に図３、図４に示すような回路が使用されている。この場合、ＣＰＵ１で交流電源４が０Ｖをクロスしたことを検出したいが、ＣＰＵは負の信号を扱えないので、「正でなくなった→負になった」で代用している。しかしながら、図３のヒータのオンオフ制御回路のＡ点では、トライアック３がオンすると、図５（ｂ）に示すように、信号が０Ｖ、正確には１Ｖ程度になり、ＣＰＵ１は電圧が2.5Ｖ以下になったとき、正でなくなったと判別するため、トライアック３のオン直後に正でなくなったと判定してしまい、ゼロクロス検知に「正でなくなった→負になった」の判別方式を採用することができない。なお、電圧が負になる場合も、同様に、図５（ｃ）に示すように、トライアック３のオン直後にＡ点の電圧は−１Ｖ程度となる。
【０００７】
このため、ゼロクロス制御を行うために必要な信号を得るためには、図３に示す、ヒータのオンオフ制御回路のＢ点の電圧を検出しなければならず、トライアック３と離れた場所でしかオリジナル信号を取ることができないので、図６に示すように、電源と負荷との間にコントローラを配置しなければならなかった。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、負荷とトライアックとを接続する経路からゼロクロス制御のための信号を取ることができるトライアック制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明に係るトライアック制御装置は、負荷とトライアックとを接続する経路に接続された入力端子と、トライアックのゲート端子にゲート信号を供給する出力端子とを有する制御部を備え、前記入力端子と前記出力端子間にフィードバック抵抗が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るトライアック制御装置によれば、逆相電圧をＣＰＵの出力ポートから入力ポートに抵抗を介してフィードバックし、正の信号が０Ｖになることではなく、負の信号が始まったことを検出することができるので、負荷とトライアックとを接続する経路からゼロクロス制御のための信号を取ることができ、負荷から離れた場所に制御装置を置くことが可能となる。また、制御部の出力ポートをトライアックのゲート制御ポートと兼用にすることができ、端子数を増加することなく、トライアックを導通させることができる。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明のトライアック制御装置をＣＰＵを用いたヒータのオンオフ制御装置に適用した実施例について説明する。
図７は本発明のトライアック制御装置の実施例を示す図であり、制御部としてのＣＰＵ１は、負荷としてのヒータ２への通電の要否を判別してトライアック３のオン制御を行う。このＣＰＵ１は、コンパレータ１ａにより入力端子Ｉｎの電圧が2.5Ｖ以上か以下かを判定することにより、入力端子の電圧が正か負かを判別する。ヒータ２はトライアック３と直列に接続され、１００Ｖの交流電源４により駆動される。
【００１２】
そして、ＣＰＵ１の入力端子Ｉｎは抵抗Ｒ１を介してヒータ２とトライアック３の第２電極端子Ｔ２とを接続する経路に接続され、ＣＰＵ１の出力端子Ｏｕｔからの出力はコンデンサＣ１、抵抗Ｒ２よりなる微分回路５を介してトライアック３のゲート端子Ｇに供給される。また、ＣＰＵ１の出力端子ＯｕｔはＣＰＵ１の入力端子Ｉｎに抵抗Ｒ３を介して接続され、出力ポートから入力ポートに抵抗を介してフィードバックを行っている。
【００１３】
次に、図７のトライアック制御装置の作用について、図８、図９の波形図、図１０のフローチャートにより説明する。
図８（ａ）は交流電源４の出力する１００Ｖの正弦波電圧であり、図８（ｃ）はヒータ２とトライアック３の第２電極端子Ｔ２とを接続する経路の電圧であり、通電制御されている場合、０Ｖにはならず±１Ｖ程度の電圧を生じる。また、図８（ｄ）はＣＰＵ１の出力端子Ｏｕｔから出力される信号であり、通電制御されている場合、交流電源４の正弦波電圧が正のときＨｉ信号、負のときＬｏ信号を出力する。なお、Ｈｉ信号は５Ｖ程度の振幅であり、このＨｉ、Ｌｏ信号は、微分回路５により微分され、図８（ｅ）に示すように、正負のパルスとしてトライアック３のゲート電極Ｇに供給される。
【００１４】
ＣＰＵ１は、常時、図１０のフローチャートに示すヒータ制御プログラムを実行しており、このプログラムを開始すると、その時点で通電が必要か否かを判定し（ステップ１０１）、通電が不要であると判定した場合、なにも実行せず、プログラムを終了する。
また、ステップ１０１で通電が必要であると判定した場合、ＣＰＵ１は、その時点で出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力しているかＬｏ信号を出力しているかを判定する（ステップ１０２）。出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力していると判定した場合、ＣＰＵ１は、入力端子Ｉｎの電圧が負電圧になったか否かを判定する（ステップ１０３）。
【００１５】
例えば、図８（ａ）のｔ１の時点でＣＰＵ１が出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力し、トライアック３がオンした後、時点ｔ２で正弦波電圧が０Ｖになると、トライアック３がオフする。そして、正弦波電圧が負になるとともに、ＣＰＵ１の入力端子Ｉｎの電圧が下がり、2.5Ｖ以下になると、コンパレータ１ａが「正でなくなった→負になった」と判別するため、ＣＰＵ１はステップ１０３で負電圧になったと判定し、出力端子ＯｕｔからＬｏ信号を出力する（ステップ１０４）。すなわち、図８を拡大して正弦波電圧（ａ）と出力端子Ｏｕｔの出力信号（ｄ）を重ね合わせた図９に示すように、コンパレータ１ａの入力Ｉｎは正弦波電圧（ａ）と出力信号（ｄ）とが抵抗分圧された電圧であり、刻々と値が変わる。正弦波電圧（ａ）が負（マイナス）になって少し時間が経った時刻に入力Ｉｎがしきい値2.5Ｖを下まわると、コンパレータ１ａが負になったと判別し、出力端子ＯｕｔからＬｏ信号が出力される。これにより、図８（ｅ）に示すように、微分回路５から負パルスがトライアック３のゲート電極Ｇに入力されるので、トライアック３がオンし、Ａ点の電圧は図８（ｃ）に示すように、−１Ｖとなる。
【００１６】
一方、ステップ１０２で出力端子ＯｕｔからＬｏ信号を出力していると判定した場合、ＣＰＵ１は、入力端子Ｉｎの電圧が正電圧になった否かを判定する（ステップ１０５）。
図８（ａ）のｔ２の時点でＣＰＵ１が出力端子ＯｕｔからＬｏ信号を出力し、トライアック３がオンした後、時点ｔ３で正弦波電圧が０Ｖになると、トライアック３がオフする。そして、正弦波電圧が正になるとともに、ＣＰＵ１の入力端子Ｉｎの電圧が上昇し、2.5Ｖ以上になると、コンパレータ１ａが「正になった」と判別するため、ＣＰＵ１はステップ１０５で正電圧になったと判定し、出力端子ＯｕｔからＨｉ信号を出力する（ステップ１０６）。これにより、図８（ｅ）に示すように、微分回路５から正パルスがトライアック３のゲート電極Ｇに入力されるので、トライアック３がオンする。
以上の動作を、通電の必要な間繰り返すことにより、電源電圧の正負の切り替わり時にパルスを発生させ、ゼロクロス方式でトライアックを通電制御することができる。
【００１７】
以上のように、逆相電圧をＣＰＵの出力ポートから入力ポートに抵抗を介してフィードバックしており、正の信号が０Ｖになることではなく、負の信号が始まったことを検出できるので、負荷とトライアックとを接続する経路での負電圧の検出を行うことができ、図１１に示すように、負荷から離れた場所に制御装置を置くことが可能となり、リモートコントローラのような使い方が可能となる。
【００１８】
なお、上記の実施例では、入力端子の電圧が正でなくなったと判別するためにコンパレータを使用したが、トランジスタで代用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】トライアックをゲートでトリガさせる４つのモード示す図。
【図２】ゲート電極に加えるパルスの例を示す図。
【図３】ヒータのオンオフ制御回路の一例を示す図。
【図４】ヒータのオンオフ制御回路の他の例を示す図。
【図５】トライアックのオン時の波形図。
【図６】従来の電源、負荷、コントローラの配置図。
【図７】本発明のトライアック制御装置の実施例を示す図。
【図８】通電制御時の波形図。
【図９】図８の波形の拡大図。
【図１０】通電制御時の作用を示すフローチャート。
【図１１】本発明による電源、負荷、コントローラの配置図。
【符号の説明】
【００２０】
１  ＣＰＵ
１ａ  コンパレータ
２  ヒータ
３  トライアック
４  交流電源
５  微分回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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