(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電極に供給される信号に応じた開閉により負荷に対して電源から電力を給電、非給電する非自己保持形のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に流れる負荷電流の平均値に基づく信号と第１の設定値とを比較し、比較結果で前記スイッチング素子を制御する第１の制御手段と、
前記スイッチング素子に流れる負荷電流の瞬時値に基づく信号と前記第１の設定値よりも高い第２の設定値とを比較し、比較結果で前記スイッチング素子を制御する第２の制御手段と、を具備したことを特徴とする２線式配線器具。
【請求項２】
前記第２の制御手段には、一旦該第２の制御手段が前記スイッチング素子を非給電とする動作をした場合に、前記電源が遮断または前記負荷が取り外されるまでラッチするラッチ機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の２線式配線器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の一実施形態は、電力を供給する２個の電線ラインの接続端子を備えた２線式配線器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の２線式配線器具は、電力を供給する２個の電源ラインの接続端子を備えるのみで、人感検出機能を備えた負荷開閉装置における電源部と操作部と負荷開閉部とを内蔵させ、人感検出機能の検出結果に基づき負荷の開閉制御が行われている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３３４７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、負荷が短絡した場合に発生する短絡電流が長時間に渡って負荷および２線式配線器具に流れることになり、２線式配線器具が破損する恐れがある、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、負荷短絡電流が生じた場合に瞬時に短絡電流による影響を抑えて自己の破損を防止可能とした２線式配線器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一実施形態は、制御電極に供給される信号に応じた開閉により負荷に対して電源から電力を給電、非給電する非自己保持形のスイッチング素子と、前記スイッチング素子に流れる負荷電流の平均値に基づく信号と第１の設定値とを比較し、比較結果で前記スイッチング素子を制御する第１の制御手段と、前記スイッチング素子に流れる負荷電流の瞬時値に基づく信号と前記第１の設定値よりも高い第２の設定値とを比較し、比較結果で前記スイッチング素子を制御する第２の制御手段と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の一実施形態によれば、短絡電流があった場合に、短絡電流による影響を瞬時に抑えて負荷の破損を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の２線式配線器具に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
【図２】一実施形態の作用について説明するための説明図である。
【図３】この発明の２線式配線器具に関する他の実施形態について説明するための回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１および図２はこの発明の２線式配線器具に関する一実施形態について説明するためのもので、図１は回路構成図、図２は同作用について説明するための説明図である。
【００１１】
図１に示す１００は、２線式配線器具に相当する人感検出機能付負荷開閉装置である。人感検出機能付負荷開閉装置１００は、２個の電力給電ラインを接続するための接続端子Ｔ１、Ｔ２を備えるもので、接続端子Ｔ１とＴ２間には商用電源１１，負荷１２を直列に接続する。
【００１２】
人感検出機能付負荷開閉装置１００の内部は、接続端子Ｔ１、Ｔ２からダイオードブリッジで構成される整流回路部１３が接続され、ここで、商用電源１１の交流電圧を直流電圧に変換させる。整流回路部１３の出力は、２次的な電圧を生成する電源部１４に供給する。電源部１４は出力端子Ｔ３，Ｔ４を有し、人感検出機能付負荷開閉装置１００内で使用する電力を供給する。すなわち、出力端子Ｔ３からは例えば５Ｖの直流電圧ＶＤＤを、出力端子Ｔ４からは所定の例えば７〜１２Ｖの直流電圧をそれぞれ出力するものとし、必要に応じて内部に３端子レギュレータ等を備える。
【００１３】
電源部１４の出力端子Ｔ３から出力される直流電圧ＶＤＤは、赤外線センサ１５の電源として供給する。赤外線センサ１５は、感知領域内を通過する人体から放射される赤外線を検出し、人感検出信号として出力ＯＳから出力するものである。
【００１４】
整流回路部１３の出力と電源部１４の入力間との間には、負荷１２を開閉させるＭＯＳ型ＦＥＴによるスイッチング素子であるトランジスタＱ１のドレイン電極が接続され、トランジスタＱのソース電極と基準電位点との間にはバイアス用の抵抗Ｒ１が接続される。トランジスタＱ１のソース電極と抵抗Ｒ１の接続点は、コンパレータＣＡの非反転入力に抵抗Ｒ２を介して接続されるとともに、コンパレータＣＢの非反転入力に接続される。
【００１５】
また、コンパレータＣＡの非反転入力はコンデンサＣ１を介して基準電位点に接続される。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１は、平均化回路１６を構成する。平均化回路１６の出力は、入力される負荷電流を平均化して非反転入力に供給させる。
【００１６】
さらに、電源部１４で生成された直流電圧ＶＤＤは、抵抗Ｒ３〜Ｒ５の直列回路を介して基準電位点に接続される。抵抗Ｒ４とＲ５の接続点はコンパレータＣＡの反転入力に、抵抗Ｒ３とＲ４の接続点はコンパレータＣＢの反転入力にそれぞれ接続される。この接続により、コンパレータＣＡの非反転入力には、抵抗Ｒ３〜Ｒ５に基づく第１の設定値として例えば０．２Ｖが、コンパレータＣＢの非反転入力には、抵抗Ｒ３〜Ｒ５に基づく第２の設定値として第１の設定値よりも高い例えば０．５Ｖがそれぞれ供給される。コンパレータＣＡは非反転入力が０．２Ｖを越えた場合に、コンパレータＣＢは非反転入力が０．５Ｖを越えた場合に比較出力からＨレベルそれぞれ出力する。
【００１７】
コンパレータＣＡの比較出力はダイオードＤ１のアノードに、コンパレータＣＢの比較出力はダイオードＤ２のアノードにそれぞれ接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードは、共通接続されて出力がトランジスタＱ１のゲートに接続されたインバータＩＮＶの入力と抵抗Ｒ６の一端とに接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、ダイオードオア回路を構成する。抵抗Ｒ６の他端は、エミッタ電極が基準電位点に接続されたＮＰＮ型トランジスタＱ２のコレクタ電極に接続されるとともに、エミッタが基準電位点に接続されたＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタと一端が直流電圧ＶＤＤに接続された抵抗Ｒ７の他端との間に接続される。
【００１８】
トランジスタＱ２のべース電極は、コンデンサＣ２を介して基準電位点に接続されるとともに、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ１のソース電極と抵抗Ｒ１の接続点に接続される。また、トランジスタＱ３のべース電極は、抵抗Ｒ９を介して所定の定電圧を生成する出力端子Ｔ４に接続されるとともに、図示極性のダイオードＤ３を介して赤外線センサ１５の出力ＯＳに接続される。
【００１９】
コンパレータＣＡの反転入力と非反転入力にそれぞれに印加される電圧に基づき決定されるコンパレータＣＡの出力でトランジスタＱ１を制御する系統は、第１の制御手段を構成する。コンパレータＣＢの反転入力と非反転入力にそれぞれに印加される電圧に基づき決定されるコンパレータＣＢの出力でトランジスタＱ１を制御する系統は、第２の制御手段を構成する。
【００２０】
ここで、トランジスタＱ１のゲート電極に印加される電圧がＬ（ロー）レベルである場合を考える。この場合のトランジスタＱ１はオフ状態であり、商用電源１１の交流電圧は整流回路部１３で直流電圧に変換し、この直流電圧を逆流防止用のダイオードＤ４を介して電源部１４に供給する。電源部１４では２次的な電源である例えば５Ｖの直流電圧ＶＤＤを出力端子Ｔ３から、例えば７〜１２Ｖの間で変動する直流電圧を出力端子Ｔ４からそれぞれ出力する。このとき、赤外線センサ１５には、直流電圧ＶＤＤが印加され、人感を検出することが可能な状態下にある。
【００２１】
赤外線センサ１５は、人を検出した場合には出力ＯＳから人感検出信号であるＨ（ハイ）レベルを出力する。ダイオードＤ３のカソードがＨレベルであることから、アノードはＨレベルとなり、トランジスタＱ３のベース電極もＨレベルとなり、トランジスタＱ３はオンする。トランジスタＱ３のオンにより抵抗Ｒ７とトランジスタＱ３のコレクタ電極間の電圧がＨレベルとなる。これにより、インバータＩＮＶの入力はＬレベルに、インバータＩＮＶの出力はＨレベルとなり、トランジスタＱ１はオンの状態となり、負荷１２に電力を供給する。トランジスタＱ１がオンすると、トランジスタＱ２がオンしてトランジスタＱ１のオン状態を、予め設定された期間保持するようになされている。
【００２２】
このとき、コンパレータＣＡには直流電圧ＶＤＤによる抵抗Ｒ３〜Ｒ５に基づく分割電圧が第１の設定電圧として印加され、コンパレータＣＢには直流電圧ＶＤＤによる抵抗Ｒ３〜Ｒ５に基づく分割電圧が第２の設定電圧として印加されている。コンパレータＣＡ，ＣＢの非反転入力に印加される抵抗Ｒ１を流れる負荷電流を電圧降下させて得られた検出電圧が、反転入力に印加される電圧に比べて低い場合、それぞれの出力はＬレベルの状態となる。
【００２３】
赤外線センサ１５による人感検出信号が人を検出しない状態のＬレベルとなった場合は、ダイオードＤ３のカソードがＬレベルであることから、アノードはＬレベルとなり、トランジスタＱ３のベース電極もＬレベルとなり、トランジスタＱ３はオフする。トランジスタＱ３のオフに伴い、抵抗Ｒ７とトランジスタＱ３のコレクタ電極間のＨレベルとなる。これにより、インバータＩＮＶの入力はＨレベルに、インバータＩＮＶの出力はＬレベルとなり、トランジスタＱ１はオフする。
【００２４】
トランジスタＱ１がオンの場合は、抵抗Ｒ１に流れた電流による電圧降下で、トランジスタＱ１のソース電極と抵抗Ｒ１との間に発生した電圧に基づき、コンパレータＣＡ，ＣＢのそれぞれ非反転入力に供給する。トランジスタＱ１を流れる負荷電流が通常の状態であれば、コンパレータＣＡ，ＣＢは、非反転入力に印加される電圧は反転入力に印加される電圧よりも低い。このためコンパレータＣＡ，ＣＢは、非動作状態にあり、インバータＩＮＶは赤外線センサ１５の出力情報あるいは保持回路（トランジスタＱ２）に基づく動作を行う。
【００２５】
逆に、トランジスタＱ１を流れる負荷電流が通常よりも高くなった場合のコンパレータＣＡ，ＣＢの非反転入力に印加される電圧は、反転入力に印加される電圧よりも高くなる。コンパレータＣＡ，ＣＢは、比較出力からＨレベルを出力する。インバータＩＮＶの出力はＬレベルとなることから、トランジスタＱ１はオフして負荷１２に過電流が流れることを防止することができる。例えば定格容量の異なる負荷を誤って装着して過電流が流れ、その平均値が第１の基準値を上回った場合にはコンパレータＣＡの出力がＨレベルとなる。
【００２６】
ところで、図２に示すように、トランジスタＱ１がオンの状態で、（ａ）に示す商用電源１１の電圧１００Ｖおよびこの電圧に伴う（ｂ）に示す電流が人感検出機能付負荷開閉装置１００に印加されようとしている段階で、例えば負荷１２の短絡などの理由から、（ｃ）に示す短絡電流が発生したとする。
【００２７】
すると、突入電流が例えば５Ａになったところで、コンパレータＣＢの非反転入力に印加される電圧は、反転入力に印加される電圧である０．５Ｖよりも高くなる。このためコンパレータＣＢの出力はＨレベルに、インバータＩＮＶの出力はＬレベルとなり、トランジスタＱ１をオフする。これにより、負荷１２に流れる突入電流は、図２（ｃ）に示すように０レベルとなり、人感検出機能付負荷開閉装置１００の破損を防止することができる。これは、スイッチング素子としてのトランジスタＱ１がサイリスタやトライアックのような自己保持形ではなく、制御電極に供給される信号に応じて開閉を制御されるＭＯＳ型ＦＥＴのような非自己保持形であることから瞬時オフを達成できるものである。コンパレータＣＢの反転入力に印加される基準電圧である０．５Ｖを越えた電圧が非反転入力に印加される時間は数μｓ程度と極めて短時間であることも負荷１２へ負担がかかることを抑えることができる。
【００２８】
このように、負荷電流に短絡電流が流れた場合でも短絡電流のピーク値に達する前に瞬時値を検出するコンパレータＣＢが動作して直ちにトランジスタＱ１で負荷１２を閉じるようにした。このため、スイッチング素子としてトライアックを用いた場合のような従来は図２（ｄ）に示すように数百Ａの短絡電流が、例えば１０ｍｓという長時間に亘って負荷１２に流していたことに対し、比較的低い短絡電流値を短時間しか流さないようにした。図２（ｄ）の電流遮断はヒューズの溶断と想定したものである。負荷電離の瞬時値と平均値に基づく制御によりトランジスタＱ１の電流耐量を定格内に収めることが可能となり、２線式配線器具の破損を防止することができる。
【００２９】
この実施形態では、短絡電流を瞬時に減少させることで２線式配線器具に高い電流が流れることを抑えることができるとともに、短絡電流の流れる時間も短くでき、２線式配線器具に係る負担の軽減をでき、２線式配線器具の破損を防止することができる。
【００３０】
図３は、この発明の２線式配線器具に関する他の実施形態について説明するための回路構成図である。なお、上記実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【００３１】
この実施形態は、コンパレータＣＢの非反転入力とトランジスタＱ１のソース電極と抵抗Ｒ１の接続点との間に抵抗Ｒ１０を接続するとともに、コンパレータＣＢの出力と非反転入力との間に正帰還用の抵抗Ｒ１１を接続したものである。コンパレータＣＢは、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１を接続したことにより、ヒステリシスコンパレータ１７を構成する。ヒステリシスコンパレータ１７は、比較出力が負から正になるときの比較の閾値と、正から負になるときの比較の閾値を少し違えるようにしている。
【００３２】
この場合、コンパレータＣＢの非反転入力が、反転入力よりも上昇した場合は、コンパレータＣＢの比較出力がＨレベルとなる。このＨレベルが抵抗Ｒ１１を介してコンパレータＣＢの非反転入力に正帰還されることから、コンパレータＣＢはラッチが掛けられた状態となる。この状態は、例えば負荷１２が取り外され、商用電源１１が人感検出機能付負荷開閉装置１００に給電されなくなるまで持続する。
【００３３】
さらに、コンパレータＣＢにヒステリシス機能を持たせたことにより、短絡電流があったとしても、その電流値がトランジスタＱ１をオフにするほどでもないノイズ的な値の場合は、そのままトランジスタＱ１をオンし続けるようにすることができる。これにより、ノイズ的な負荷異常に対して、トランジスタＱ１が保護動作を継続することが防止でき、負荷１２が異常ではない状態下でのトランジスタＱ１の発熱を防止することができる。
【００３４】
この実施形態では、負荷電流の瞬時値を検出するコンパレータＣＢの非反転入力側にヒステリシスを持たせるとともに、ラッチ機能を持たせたことで、ノイズ的な負荷異常に対する保護動作を回避するとともに、負荷が閉じられた場合は負荷が取り外れるまでは給電させないようにすることができる。
【００３５】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、コンパレータＣＡ，ＣＢの非反転入力に供給される比較入力値は、抵抗Ｒ１の両端に発生する負荷電流による電圧降下電圧基づいたが、変流器等を用いるようにしても、あるいは負荷電流そのものではなく負荷電流に対応した電流を用いるようにしても構わない。負荷を開閉させるスイッチング用トランジスタとしてＭＯＳ型のＦＥＴを用いたが、制御端子に印加される制御信号で出力を制御可能なスイッチング素子であれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタやパワートランジスタなどでも構わない。
【００３６】
また、人感用のセンサとしては、赤外線センサを例として挙げたが、超音波センサや可視光センサなどでもよい。さらに、赤外線センサと可視光センサを組み合わせた人感センサとしても構わない。しかし、この発明はセンサを備えたものに限定されるものではない。
【００３７】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１００  人感検出機能付負荷開閉装置
１１  商用電源
１２  負荷
１３  整流回路部
１４  電源部
１５  赤外線センサ
１６  平均化回路
１７  ヒステリシスコンパレータ
Ｔ１，Ｔ２  接続端子
Ｔ３，Ｔ４  出力端子
Ｑ１〜Ｑ３  トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１１  抵抗
ＣＡ，ＣＢ  コンパレータ
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
ＩＮＶ  インバータ
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
【図１】
0005630204.tif 000002
【図２】
0005630204.tif 000003
【図３】
0005630204.tif 000004