(57)【要約】【課題】交流電源からの入力電圧を逆位相制御して照明負荷を調光制御する逆位相制御装置において、部品点数を低減して、小型化、低コスト化を図る。【解決手段】逆位相制御装置１は、交流電圧Ｖ１を全波整流する整流器１１と、整流器１１と照明負荷２との間に介在され、照明負荷２に流れる電流の導通を制御するｎ型のＦＥＴ１２と、全波整流された電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部１３と、照明負荷２の調光レベルを設定する調光レベル設定部１４と、ＦＥＴ１２をゼロクロスのタイミングでオンすると共に、調光レベルに応じて一定の点弧角でオフする制御部１５とを備える。これにより、交流電圧Ｖ１の逆位相制御における照明負荷２の導通制御を１つのスイッチング素子で行うことができるので、部品点数を低減して、小型化、低コスト化を図ることができる。【選択図】図１
2010027406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を全波整流する整流器と、
前記整流器と負荷との間に介在され、前記負荷に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、
を備えたことを特徴とする逆位相制御装置。
【請求項２】
抵抗負荷成分を有する光源と、
交流電源電圧を全波整流する整流器と、
前記整流器と前記光源との間に介在され、前記光源に流れる電流の導通を制御する電界効果トランシスタと、
前記電界効果トランシスタを、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備え、
前記電界効果トランシスタのソース又はドレインと前記逆位相制御部のＧＮＤレベルが一致していることを特徴とする逆位相調光制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を逆位相制御して負荷へ供給する電力を制御する逆位相制御装置とこれを用いた逆位相調光制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、逆位相制御装置においては、例えば、白熱電灯やＬＥＤの照明負荷を調光制御するために、交流電源と照明負荷との間に直列に接続されたスイッチング素子を交流電圧波形のゼロクロスポイントでオンし、一定の位相角でオフすることにより照明負荷への供給電力の制御を行っている。
【０００３】
この種の逆位相制御装置として、交流電源の半周期の正負電圧毎に照明負荷との導通を制御するスイッチング素子をそれぞれ備え、各スイッチング素子で交流電源を逆位相制御して照明負荷を調光制御する逆位相制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の逆位相制御装置の構成例について、図４及び図５を参照して説明する。
【０００４】
図４において、逆位相制御装置１００は、交流電源と照明負荷１０１との間に逆直列に接続された２個のスイッチング用のトランジスタＱ１、Ｑ２と、これらトランジスタＱ１、Ｑ２の導通を制御する制御部１０２とを備える。制御部１０２は、交流電源電圧の正負波形に対応してトランジスタＱ１、Ｑ２にそれぞれ正及び負の調光制御信号を送出し、トランジスタＱ１、Ｑ２をスイッチングして照明負荷１０１を調光制御する。トランジスタＱ１、Ｑ２としては、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴなどの電力制御用スイッチング素子が使用される。また、トランジスタＱ１、Ｑ２には、それらが非導通モードのときに導通するバイパス用のダイオードＤａ、Ｄｂがそれぞれ並列に接続されている。
【０００５】
図５において、逆位相制御装置１００は、交流電源と照明負荷１０１との間に逆並列に接続された２個のスイッチング用のトランジスタＱ１、Ｑ２と、これらトランジスタＱ１、Ｑ２の導通をそれぞれ制御する第１ゲート制御部１０３と第２ゲート制御部１０４とを備える。これらゲート制御部１０３、１０４は、交流電源電圧の正負波形に対応して、トランジスタＱ１、Ｑ２のゲートにそれぞれ正及び負の調光制御信号を送出して、照明負荷１０１を調光制御する。
【０００６】
しかしながら、上記図４、図５に示される逆位相制御装置１００においては、交流電源電圧の半周期の正負電圧毎に、互いに逆向きのトランジスタＱ１、Ｑ２をそれぞれスイッチングするため、電力制御用スイッチング素子を２つ必要とし、また、バイパス用のダイオードＤａ、Ｄｂなども必要としていた。また、これらスイッチング素子は、高価であると共に、それぞれ放熱部材及びスイッチング素子駆動用のドライバ回路等を必要とする。このため、回路規模及び回路基板面積が大きくなり、大型化すると共に、部品点数が多く、コスト高となっていた。また、互いに逆向きのスイッチング素子を制御するために正負のゲート制御信号をそれぞれ出力するゲート制御部や正負の直流電源回路等を必要とするなど、回路構成が複雑になる。
【特許文献１】特開平６−２０３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、交流電源からの入力電圧を逆位相制御して照明負荷を調光制御する逆位相制御装置において、部品点数を低減して、小型化、低コスト化を図ることができる逆位相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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、交流電源電圧を全波整流する整流器と、前記整流器と負荷との間に介在され、前記負荷に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、抵抗負荷成分を有する光源と、交流電源電圧を全波整流する整流器と、前記整流器と前記光源との間に介在され、前記光源に流れる電流の導通を制御する電界効果トランシスタと、前記電界効果トランシスタを、全波整流された電圧のゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部と、を備え、前記電界効果トランシスタのソース又はドレインと前記逆位相制御部のＧＮＤレベルが一致しているものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、交流電源を全波整流してからスイッチング素子をオンオフするので、負荷への電流の導通制御を１つのスイッチング素子で行うことができ、部品点数を削減でき、小型化及び低コスト化が図れる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、交流電源を全波整流してから電界効果トランジスタをオンオフするので、１つの電界効果トランジスタで導通制御を行うことができ、小型化、低コスト化できると共に、例えば、ＦＥＴがｎ型のときには、そのソースは逆位相制御部のＧＮＤレベルに一致しているので、ゲートに正の制御電圧を与えるだけで導通制御でき、逆位相制御部の回路設計が容易になり、回路構成を簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る逆位相制御装置（本装置という）について、図１及び図２を参照して説明する。本装置１は、図１に示すように、正弦波の交流電源電圧（以下、交流電源と言う）Ｖ１を全波整流する整流器１１と、整流器１１と照明負荷（負荷、光源）２との間に介在され、照明負荷２に流れる電流の導通を制御するスイッチング素子としての電界効果トランシスタ（ＦＥＴ）１２と、全波整流された電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部１３と、照明負荷２の調光レベルを設定する調光レベル設定部１４と、ＦＥＴ１２をゼロクロスのタイミングでオンすると共に、一定の点弧角でオフする逆位相制御部（以下、制御部と言う）１５とを備える。照明負荷２は負荷接続部１６に接続される。
【００１３】
照明負荷２は、抵抗負荷成分を有し、逆位相制御装置１の負荷となって電力供給を受けて点灯される照明灯である。この照明負荷２としては、白熱球、蛍光灯、及びＬＥＤや有機ＥＬなどの半導体からなる固体発光素子等を使用することができる。
【００１４】
整流器１１は、４つのダイオードＤ１乃至Ｄ４によるダイオードブリッジ回路からなり、入力される交流電圧Ｖ１を全波整流する。ダイオードＤ１、Ｄ２の交点Ａと、ダイオードＤ３、Ｄ４の交点Ｂとの間に交流電圧Ｖ１が入力され、ダイオードＤ２、Ｄ４の交点Ｃには、ＦＥＴ１２のドレインが接続される。また、ダイオードＤ１、Ｄ３の交点ＥとＦＥＴ１２のソースは、負荷接続部１６に繋がっている。また、このダイオードブリッジ回路は、ＦＥＴ等のスイッチング素子に比較して安価である。
【００１５】
上記整流器１１においては、交流電圧Ｖ１が正電圧のとき、ＦＥＴ１２のオンにより、ダイオードＤ２、ＦＥＴ１２、照明負荷２、ダイオードＤ３の回路に電流が流れる。これと同様に、交流電圧Ｖ１が負電圧のとき、ＦＥＴ１２のオンにより、ダイオードＤ４、ＦＥＴ１２、照明負荷２、ダイオードＤ１の回路に電流が流れる。この整流動作により、整流器１１の出力は、全波整流電圧Ｖ２となり、正方向のみの電圧波形となる。
【００１６】
ＦＥＴ１２は、整流器１１による全波整流電圧Ｖ２をスイッチング制御する。ここでは、正極性の全波整流電圧Ｖ２に対して、ｎ型ＦＥＴが用いられ、ＦＥＴ１２のソースは、制御部１５のＧＮＤレベルと一致するように共通の接地ライン１７に接続されている。従って、制御部１５からＦＥＴ１２のゲートに入力される制御電圧の極性は全波整流電圧Ｖ２と同じ正極性としている。なお、ＦＥＴ１２のドレインを接地した構成とすることもでき、この場合、ゲート制御電圧波形は反転される。また、整流器１１のダイオードブリッジ回路の各ダイオード接続を逆にし、全波整流電圧を負極性とした場合は、ゲートの制御電圧も負極性とし、例えば、ｐ型ＦＥＴが用いられる。また、ここでは、スイッチング素子をＦＥＴとしたが、例えば、大容量の電流を流すことができるパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）や、ＩＧＢＴ等を使用することができる。
【００１７】
ゼロクロス検出部１３は、交流電源からの入力電圧のゼロクロスとなるタイミングを検出し、このタイミングでゼロクロス信号を発生し、このゼロクロス信号を制御部１５に入力する。このゼロクロス検出部１３は、入力電圧の正弦波形の正電圧時と負電圧時にそれぞれ動作するスイッチング回路(不図示)を備え、それらのスイッチング動作が切り替わるときを検出してゼロクロス検出を行う。このゼロクロスのタイミングでＦＥＴ１２がオンされる。
【００１８】
調光レベル設定部１４は、調光用ボリューム（不図示）や調光信号に基いて照明負荷２の調光率を設定する。調光レベル設定部１４は、調光率が設定されると、指定された調光率に基いてＦＥＴ１２のオン期間を設定することにより調光レベルを設定し、設定した調光レベルを制御部１５に入力する。
【００１９】
制御部１５は、ＣＰＵとメモリを備え、逆位相制御装置１全体を制御する。制御部１５は、調光レベル設定部１４で設定された調光レベルに基いて、位相制御のためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、このＰＭＷ信号によりＦＥＴ１２をスイッチング駆動する。ＰＷＭ信号は、ゼロクロス検出部１３により検出されたゼロクロス信号の発生タイミングをトリガとしてスタートされるパルス信号であり、このパルス信号がハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）となることによりＦＥＴ１２がオンオフされ、スイッチング駆動される。また、ＦＥＴ１２がオンする導通期間には、交流電源からの入力電圧が照明負荷２に供給される。このとき、制御部１５は、ゼロクロス信号に同期して立ち上がるＰＷＭ信号のハイでＦＥＴ１２をオンして、ＰＷＭ信号がローになったタイミングでＦＥＴ１２をオフすることにより、照明負荷２を逆位相制御する。
【００２０】
ここで、図２（ａ）〜（ｅ）を参照して、制御部１５による調光制御の動作について説明する。図２（ａ）は、交流電圧Ｖ１の正弦波形を示し、この交流電圧Ｖ１は整流器１１で全波整流されて同図（ｂ）に示される全波整流電圧Ｖ２となる。ゼロクロス検出部１３は、交流電圧Ｖ１の半周期毎にゼロクロスを検出して、同図（ｃ）に示すように、パルス波形のゼロクロス信号を生成する。同図（ｄ）は、制御部１５から出力されるＰＷＭ信号を示し、このＰＷＭ信号がハイのとき、ＦＥＴ１２がオンされる。これにより、このＰＷＭ信号がＦＥＴ１２に印加されると、このＰＷＭ信号のオン期間Ｔａの期間のみＦＥＴ１２がオンとなる。同図（ｅ）は、オン期間Ｔａにおいて照明負荷２に供給される負荷供給電圧を示し、ここでは、オン期間Ｔａに対応する交流電圧Ｖ１の半周期における位相角を点弧角θで表す。即ち、この負荷供給電圧は、ゼロクロスの電流オンタイミングｔ１からＰＷＭ信号が点弧角θでオフする時間ｔ２まで照明負荷２に印加される電圧波形を示す。このＰＷＭ信号のオン期間Ｔａは、ユーザがボリューム等により調光率を変えることにより変化され、照明負荷２が調光制御される。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、交流電圧Ｖ１を全波整流した全波整流電圧Ｖ２を電源としてＦＥＴ１２をオンオフするので、照明負荷２への導通制御を１つのスイッチング素子で行うことができ、スイッチング素子の放熱用の放熱部材や駆動用のドライバ回路も少なくなり、回路基板面積も小さくなる。また、正負のゲート制御電圧を必要とせず、このため、２つのゲート制御部や、正負の直流電源回路等を必要としない。従って、部品点数を削減でき、低コスト化、小型化が図れる。なお、本実施形態においては、逆位相制御装置１の負荷を照明負荷２としたが、照明負荷２に限らず、逆位相制御された交流電源電圧で動作可能な負荷であればよい。また、本実施形態の逆位相制御装置１を照明負荷（光源）２と一体化し、逆位相制御で調光する逆位相調光制御システムとして構成することもできる。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施形態に係る変形例について、図３を参照して説明する。図３は、本変形例の逆位相制御装置１における制御部１５とＦＥＴ１２との接続構成を示す。本変形例は、制御部１５をＣＰＵで構成し、ＰＷＭ信号からなるゲート制御電圧を出力するＣＰＵの出力ポートとＦＥＴ１２のゲート間に、ゲート制御電圧を増幅するためのゲートドライバ１８を接続したものである。
【００２３】
本変形例によれば、ＦＥＴ１２のゲートをＣＰＵからのゲート制御電圧（例えば、３．３Ｖ乃至５．０Ｖ）で直接オンできないときでも、このゲート制御電圧をゲートドライバ１８で増幅することができるので、確実にＦＥＴ１２をオンして導通制御することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態においては、整流器を単相ブリッジ整流回路としたが、ダイオード２つの単相全波整流回路で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る逆位相制御装置の構成図。
【図２】（ａ）は同装置の入力電圧の波形図、（ｂ）は同全波整流電圧の波形図、（ｃ）は同ゼロクロス信号を示す図、（ｄ）は同ＰＷＭ信号を示す図、（ｅ）は（ｄ）のＰＷＭ信号で制御された負荷供給電圧を示す図。
【図３】本発明の上記第１の実施形態の変形例における制御部とＦＥＴの接続構成を示す図。
【図４】従来の逆位相制御装置の構成図。
【図５】従来の他の逆位相制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００２６】
１  逆位相制御装置
１１  整流器
１２  ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
１３  ゼロクロス検出部
１４  調光レベル設定部
１５  制御部（逆位相制御部）
１６  負荷接続部
１７  接地ライン
２  照明負荷（負荷、光源）
θ  点弧角
【図１】
2010027406.tif 000003
【図２】
2010027406.tif 000004
【図３】
2010027406.tif 000005
【図４】
2010027406.tif 000006
【図５】
2010027406.tif 000007