(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源及び照明負荷に対して直列に接続される２線式調光スイッチであって、
交流電力が入力される第１接続端子及び第２接続端子と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に接続され、第１の半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記２線式調光スイッチの内部電源を確保する電源回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出力する周波数検出回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、第２の半導体スイッチ素子を補助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するための調光量設定回路と、
第１のタイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた２線式調光スイッチであって、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第１のタイミングを決定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第１タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時間手前の第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする２線式調光スイッチ。
【請求項２】
前記補助開閉回路から出力される前記ゲート駆動信号によって導通され、前記補助開閉回路が導通した後、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるための駆動信号を出力する準主開閉回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の２線式調光スイッチ。
【請求項３】
前記主スイッチ素子はトライアックであり、
前記補助開閉回路は、前記整流回路の直流側に接続されたサイリスタを補助スイッチ素子とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２線式調光スイッチ。
【請求項４】
前記周波数検出回路は、前記整流回路から出力された脈流がトランジスタ素子のベースに入力されるように構成され、交流電源の周波数に応じた前記所定の検出信号が前記制御回路に入力されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の２線式調光スイッチ。
【請求項５】
前記準主開閉回路はフォトトライアックカプラをスイッチ素子とし、前記フォトトライアックカプラの二次側のフォトトライアックの一方の端子が前記主スイッチ素子のゲート端子に接続され、前記フォトトライアックカプラの一次側の発光ダイオードが前記補助開閉回路と直列に接続され、
前記フォトトライアックの保持電流値は前記トライアックの保持電流値よりも小さく、
負荷電流値が前記トライアックの保持電流値未満であるときは、負荷電流は前記フォトトライアックを通って流れ、負荷電流値が前記トライアックの保持電流値以上になると、負荷電流は前記トライアックに転流することを特徴とする請求項２、請求項２に従属する請求項３又は請求項２に従属する請求項４に記載の２線式調光スイッチ。
【請求項６】
前記制御回路は、前記照明負荷の調光制御を開始する際、前記補助開閉回路を導通させるための最初の駆動信号を、前記推定された電圧ゼロクロス点付近の所定のタイミングで出力することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の２線式調光スイッチ。
【請求項７】
交流電源及び照明負荷に対して直列に接続される２線式調光スイッチであって、
交流電力が入力される第１接続端子及び第２接続端子と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に接続され、第１の半導体スイッチ素子を
主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整
流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記２線式調光スイッチの内部電源を確保する電源
回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出
力する周波数検出回路と、
アノードが前記整流回路の交流側に接続され、カソードが前記整流回路の直流側マイナ
ス端子に接続され、前記交流電源の極性に応じて交互に導通される２つのサイリスタを補
助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共
に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するた
めの調光量設定回路と、
第１タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第２
のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた２線式調光スイッチであ
って、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第１のタイミングを決
定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数
を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第１タイミングで前記補助開閉回路を
導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時
間手前の第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検
出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源
の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする２線式調光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば照明負荷の明るさを調節するための２線式調光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、白熱電球の調光を目的として、トライアックなどの半導体スイッチ素子を用いた調光スイッチが実用化されている。図８は、トライアック５１を用いた２線式調光スイッチ５０の基本的な回路構成（第１従来例）を示す。この２線式調光スイッチ５０は、交流電源２と照明負荷（白熱電球）３に直列に接続される。２線式調光スイッチ５０は、トライアック５１、トライアック５１のゲート電極に接続され、ゲート駆動信号を入力するための、例えばダイアック（トリガダイオード）５２、ユーザによって操作される操作部材に接続された可変抵抗器５３、固定抵抗体５４、コンデンサ５５、フィルタ素子５６などで構成されている。
【０００３】
２線式調光スイッチ５０では、スイッチ５７をオンすると、交流電源２から可変抵抗器５３を介してコンデンサ５５が充電され、コンデンサ５５の両端電圧がダイアック５２のブイレークオーバ電圧に達するとトライアック５１が導通する。そして、トライアック５１は、交流電源の電圧ゼロクロス点で消弧する。すなわち、交流電源の半周期毎に、ダイアック５２によるトライアック５１のトリガ（導通）と自己消弧（非導通）を繰り返す。可変抵抗器５３の抵抗値を調節してトライアック５１の点弧期間を位相制御することにより、照明負荷３を調光することができる。
【０００４】
第１従来例の２線式調光スイッチ５０は、可変抵抗器５３の抵抗値を変化させることにより照明負荷３を調光しているため、可変抵抗器５３による損失が大きい。また、可変抵抗器５３に直接交流電源２の電圧が掛かるため、可変抵抗器５３自体を小型化することができず、２線式調光スイッチ５０の小型化も限界がある。さらに、同じ交流電源２に接続されている他の機器が動作すると、交流電源２に電圧変動が発生し、照明負荷３の明るさが瞬間的に変動する。
【０００５】
上記第１従来例の２線式調光スイッチ５０の問題点を解決すべく、特許文献１には、半導体スイッチ素子を導通させるタイミング、すなわちゲート駆動信号を出力するタイミングを、マイクロコンピュータなどを用いて制御する調光スイッチが提案されている。なお、特許文献１に記載された調光スイッチは３線式であるが、図９は、特許文献１の構成を２線式調光スイッチに応用した回路構成（第２従来例）を示す。第２従来例の２線式調光スイッチ６０では、トライアック６１のゲート電極にフォトトライアックカプラ６２の二次側フォトトライアック６３が接続されている。また、トライアック６１の他の電極間には整流回路６５が接続され、整流回路６５によって全波整流された電力は電源部６６に入力される。制御部６７は、電源部６６によって変換された直流電力によって駆動される。ここで、整流回路６５には交流電源２の電圧、例えばＡＣ１００Ｖが印加される。一方、制御部６７は、例えばＤＣ３〜６Ｖで駆動される。フォトトライアックカプラ６２は、制御部６７と半導体スイッチ素子６１を光絶縁している。制御部６７は、ユーザによって操作される操作部材に接続された可変抵抗器６８の抵抗値に応じて、あらかじめルックアップテーブルに記憶されているタイミングでトランジスタ６９を導通させる。トランジスタ６９が導通すると、フォトトライアックカプラ６２の一次側の発光ダイオード６４に電流が流れ、二次側フォトトライアック６３が導通する。フォトトライアックカプラ６２の二次側フォトトライアック６３が導通すると、負荷電流が流れ始めると共に、トライアック６１のゲート電圧が上昇する。トライアック６１のゲート電圧が閾値以上になると、トライアック６１が導通し、交流電源２から照明負荷３に流れる電流は、２線式調光スイッチ６０内でフォトトライアック６３からトライアック６１に転流し、フォトトライアック６３は非導通となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６７４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、白熱電球を置き換えるためにＬＥＤを用いたＬＥＤ電球が実用化されている。それに伴って、ＬＥＤ電球の中にも調光可能なものが実用化されている。白熱電球は抵抗体そのものであるのに対し、ＬＥＤ電球は、図１０に示すように、複数のＬＥＤ素子とその駆動回路で構成されている。ＬＥＤ駆動回路７０は、交流電力を整流する整流回路７１と、インダクタ７２と、電力を貯めておくためのバッファコンデンサ７３と、ＬＥＤアレイ７７と、ＬＥＤアレイ７７に並列接続されたコンデンサ７６と、ＬＥＤアレイ７７に定電流を流すためのＦＥＴ７５及びその駆動ＩＣ７４などで構成されている。すなわち、ＬＥＤ電球は、負荷としてはダイオードやＩＣで構成された電子回路である。図１１（ａ）は、交流電源の１／２周期における白熱電球の負荷電圧と負荷電流の波形を示し、図１１（ｂ）はＬＥＤ電球の負荷電圧と負荷電流の波形を示す。白熱電球は力率が１であり、電圧と電流はほぼ同じ波形を示す。それに対して、ＬＥＤ電球の場合、負荷電流は主にコンデンサ７３を充電するためのものであり、トライアックの導通と同時に瞬間的に大きな値を示すが、すぐに小さくなる。
【０００８】
このような特性を示すＬＥＤ電球を第１従来例の２線式調光スイッチ５０で調光制御しようとすると、以下のような問題点が生じる。図１２はＬＥＤ電球を第１従来例の２線式調光スイッチ５０で調光制御した場合の問題点を示す。図１２に示すように、トライアック５１が導通すると、瞬間的に大きな負荷電流が流れるが、すぐに小さくなる。負荷電流の値がトライアック５１の保持電流未満になると、トライアック５１が自己消弧して非導通となってしまう。トライアック５１が非導通になるとコンデンサ７３の電圧が下がり、駆動ＩＣ７４はＦＥＴ７５に流れる電流を小さくするように制御する。そうすると、ＬＥＤアレイ７７に流れる電流が少なくなり、ＬＥＤ電球の明るさが低下する。また、交流電源２に重畳されるノイズの影響によって一時的に負荷電流が小さくなったり、図１３に示すように、同じ交流電源２に接続されている他の機器の動作により交流電源２に電圧変動が生じると、ＬＥＤ電球の明るさが低下する。
【０００９】
一方、第２従来例の２線式調光スイッチ６０の場合、フォトトライアックカプラ６２の二次側のフォトトライアック６３に電流を流し続ければ、負荷電流を流し続けることができる。ところが、フォトトライアック６３には数ｍＡ〜数十ｍＡの電流が流れるため、長時間導通を維持するには大きな電力を消費する。特に、ＬＥＤ電球は実質的に上記のような電子回路そのものであり消費電力が少ないため、２線式調光スイッチ６０側で大きな電力を消費すると制御不能に陥る可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、照明負荷としてＬＥＤ電球が接続された場合であっても、ＬＥＤ電球の明るさを安定させ、ちらつきや揺らぎの少ない２線式調光スイッチ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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る２線式調光スイッチは、交流電源及び照明負荷に対して直列に接続され、
交流電力が入力される第１接続端子及び第２接続端子と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に接続され、第１の半導体スイッチ素子を主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記２線式調光スイッチの内部電源を確保する電源回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出力する周波数検出回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、第２の半導体スイッチ素子を補助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するための調光量設定回路と、
第１のタイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた２線式調光スイッチであって、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第１のタイミングを決定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第１タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時間手前の第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする。
【００１２】
また、前記補助開閉回路から出力される前記ゲート駆動信号によって導通され、前記補助開閉回路が導通した後、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、前記主スイッチ素子を導通させるための駆動信号を出力する準主開閉回路をさらに備えたことが好ましい。
【００１３】
また、前記主スイッチ素子はトライアックであり、
前記補助開閉回路は、前記整流回路の直流側に接続されたサイリスタを補助スイッチ素子とすることが好ましい。
【００１４】
また、前記周波数検出回路は、前記整流回路から出力された脈流がトランジスタ素子のベースに入力されるように構成され、交流電源の周波数に応じた前記所定の検出信号が前記制御回路に入力されることが好ましい。
【００１５】
また、前記準主開閉回路はフォトトライアックカプラをスイッチ素子とし、前記フォトトライアックカプラの二次側のフォトトライアックの一方の端子が前記主スイッチ素子のゲート端子に接続され、前記フォトトライアックカプラの一次側の発光ダイオードが前記補助開閉回路と直列に接続され、
前記フォトトライアックの保持電流値は前記トライアックの保持電流値よりも小さく、
負荷電流値が前記トライアックの保持電流値未満であるときは、負荷電流は前記フォトトライアックを通って流れ、負荷電流値が前記トライアックの保持電流値以上になると、負荷電流は前記トライアックに転流することが好ましい。
前記制御回路は、前記照明負荷の調光制御を開始する際、前記補助開閉回路を導通させるための最初の駆動信号を、前記推定された電圧ゼロクロス点付近の所定のタイミングで出力することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る他の２線式調光スイッチは交流電源及び照明負荷に対して直列に接続され
、
交流電力が入力される第１接続端子及び第２接続端子と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に接続され、第１の半導体スイッチ素子を
主スイッチ素子とする主開閉回路と、
前記第１接続端子及び前記第２接続端子の間に、前記主開閉回路と並列に接続された整
流回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記２線式調光スイッチの内部電源を確保する電源
回路と、
前記整流回路の直流側に接続され、前記交流電源の周波数に応じて所定の検出信号を出
力する周波数検出回路と、
アノードが前記整流回路の交流側に接続され、カソードが前記整流回路の直流側マイナ
ス端子に接続され、前記交流電源の極性に応じて交互に導通される２つのサイリスタを補
助スイッチ素子として、前記主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共
に、前記主スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路と、
ユーザによって操作され、前記照明負荷の明るさを調節するための調光量を設定するた
めの調光量設定回路と、
第１タイミングで前記補助開閉回路を導通させるための駆動信号の出力を開始し、第２
のタイミングで前記駆動信号の出力を停止する制御回路を備えた２線式調光スイッチであ
って、
前記制御回路は、
前記調光量設定回路により設定された調光量に基づいて、前記第１のタイミングを決
定し、
前記周波数検出回路から出力される前記検出信号に基づいて、前記交流電源の周波数
を検出し、前記交流電源の電圧ゼロクロス点を推定し、
推定された電圧ゼロクロス点に基づいて、前記第１タイミングで前記補助開閉回路を
導通させるための駆動信号の出力を開始し、
前記推定された電圧ゼロクロス点の次の推定された電圧ゼロクロス点に対して所定時
間手前の第２のタイミングで前記駆動信号の出力を停止し、
前記補助開閉回路が非導通になり、前記整流回路から出力される脈流が前記周波数検
出回路に転流すると、前記周波数検出回路からの前記検出信号に基づいて、前記交流電源
の次の電圧ゼロクロス点を推定する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、主スイッチ素子が導通していないときに負荷電流を流すと共に、主スイッチ素子又はその他の半導体スイッチ素子を導通させるためゲート駆動信号を出力する補助開閉回路を備え、補助開閉回路を導通させるための駆動信号が調光量設定回路により設定された調光量及び電圧ゼロクロス点に基づいて決定される第１タイミングから次の電圧ゼロクロス点に対して所定時間手前の第２のタイミングまでの間出力され続け、補助開閉回路は導通状態を維持される。そのため、照明負荷がＬＥＤ電球であり、負荷電流が補助開閉回路などから主開閉回路に転流した後、負荷電流値が主スイッチ素子の保持電流未満となり、主開閉回路が非導通になったとしても、補助開閉回路などを介して負荷電流を流し続けることができる。その結果、ＬＥＤ電球の明るさを安定させ、ちらつきや揺らぎを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図２】第１実施形態におけるＬＥＤ電球の負荷電圧、負荷電流及び補助開閉回路のサイリスタを導通させるためのゲート駆動信号の波形図。
【図３】第１実施形態において、他の機器による負荷電流の影響を示すＬＥＤ電球の負荷電圧、負荷電流及び補助開閉回路のサイリスタを導通させるためのゲート駆動信号の波形図。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図６】本発明の第４実施の形態に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図７】本発明の第５実施の形態に係る２線式調光スイッチの制御方法における各部の波形図。
【図８】第１従来例に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図９】第２従来例に係る２線式調光スイッチの構成を示す回路図。
【図１０】一般的なＬＥＤ電球の駆動回路の構成を示す回路図。
【図１１】白熱電球とＬＥＤ電球の負荷電圧及び負荷電流の違いを示す図。
【図１２】従来の２線式調光スイッチにおいて、負荷電流値がトライアックの保持電流値未満となったときにトライアックが自己消弧する様子を示す図。
【図１３】従来の２線式調光スイッチにおいて、同じ交流電流に接続されている他の機器の負荷電流によってＬＥＤ電球の負荷電圧が変動する様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る２線式調光スイッチについて説明する。図１は、第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａの回路構成を示す。２線式調光スイッチ１Ａは、交流電源２及び照明負荷３に対して直列に接続される。２線式調光スイッチ１Ａの調光用可変抵抗器４と一体的に照明負荷３の点灯及び消灯を制御するスイッチ５を備えていてもよいし、スイッチ５が別に設けられていてもよい。以下の説明においては、スイッチ５を２線式調光スイッチ１Ａとは別に設けた場合を例示する。
【００２０】
２線式調光スイッチ１Ａの第１接続端子１ａ及び第２接続端子１ｂは、交流電源２又は照明負荷３とスイッチ５に接続される。第１接続端子１ａと第２接続端子１ｂとの間には、トライアックなどの第１の半導体スイッチ素子を主スイッチ素子１１とする主開閉回路１０が接続されている。また、主開閉回路１０と並列に、第１接続端子１ａと第２接続端子１ｂとの間には整流回路１２が接続され、整流回路１２にはこの２線式調光スイッチ１Ａの内部電力を確保するための電源回路１３が接続されている。電源回路１３は、ダーリントン接続された第１トランジスタ素子１３ａ及び第２トランジスタ素子１３ｂと、第２トランジスタ素子１３ｂのベースに接続されたツェナーダイオード１３ｃ及び抵抗体１３ｄなどで構成されたスイッチング回路と、マイクロプロセッサなどで構成された制御回路１６に直流の定電圧電力を供給するための定電圧回路（三端子レギュレータなど）１４及びバッファコンデンサ１５などが含まれる。
【００２１】
スイッチ５がオンされると、整流回路１２により整流された脈流が電源回路１３に入力され、ツェナーダイオード１３ｃのツェナー電圧により出力電圧が支配された電力が電源回路から出力される。この電力は、バッファコンデンサ１５を充電すると共に、定電圧回路１４によって所定の電圧（例えば、３Ｖ）に降圧され、制御回路１６に供給される。ここで、電源回路１３の抵抗体１３ｄの抵抗値を、第２トランジスタ素子１３ｂが動作するために必要な電流が流れる程度に高い値とすれば、ツェナーダイオード１３ｃを介してグランドに流れる電流値を低く抑えることができ、電力損失の低減を図ることができる。
【００２２】
整流回路１２の直流側出力端子には、交流電源２の周波数を検出するための周波数検出回路１７が接続され、周波数検出回路１７から出力される所定の検出信号が制御回路１６に入力される。また、整流回路１２の直流側出力端子には、主開閉回路１０の主スイッチ素子１１が導通するまでの間又は主スイッチ素子１１が導通しないときに照明負荷３に電流を流すためのサイリスタなどの第２の半導体スイッチ素子を補助スイッチ素子とする補助開閉回路１８が接続されている。制御回路１６には、ユーザによって操作される可変抵抗器等で構成された調光量設定回路４が接続されている。なお、以下の説明において、必要に応じて、主スイッチ素子をトライアック１１と、補助開閉回路又は補助スイッチ素子をサイリスタ１８と称する。
【００２３】
周波数検出回路１７は、整流回路１２から出力された脈流がトランジスタ素子１７ａのベースに入力されるように構成され、交流電源２の周波数に応じて周波数検出回路１７から所定の検出信号が制御回路１６に入力される。制御回路１６は、周波数検出回路１７の検出信号から交流電源２の周波数（５０Hz又は６０Hz）の検出及びそれに基づいて電圧ゼロクロス点を推定する。そして、検出した周波数及び推定した電圧ゼロクロス点などに基づいてサイリスタ１８のゲート端子にゲート駆動信号を入力する。図２は、照明負荷３としてＬＥＤ電球を用いた場合の交流電源２の１／２周期における負荷電圧、負荷電流及びゲート駆動信号の各波形を示す。ゲート駆動信号の立ち上がり（サイリスタ１８が導通する第１のタイミング）は、調光量設定回路（可変抵抗器）４の抵抗値に基づいて、制御回路１６にあらかじめ記憶されているルックアップテーブルを検索することによって決定される。ゲート駆動信号の立ち下がり（サイリスタ１８が非導通となる第２のタイミング）は、交流電源２の電圧ゼロクロス点から所定時間Δｔ（例えば１ｍｓ）だけ手前に設定されている。この所定の時間Δｔは、例えば制御回路１６が周波数検出回路１７からの検出信号に基づいて次の電圧ゼロクロス点を推定するのに十分な時間である。
【００２４】
次に、第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａの具体的な動作について説明する。スイッチ５がオフの状態では、バッファコンデンサ１５の電荷はほとんど放電されており、制御回路１６は機能していないと考えられる。ここで、スイッチ５がオンされると、整流回路１２から、例えば全波整流された脈流が出力される。それによって、バッファコンデンサ１５が充電されると共に、定電圧回路１４から直流電力が制御回路１６に供給され、制御回路１６が起動する。これと並行して、周波数検出回路１７から検出信号が制御回路１６に入力されるので、制御回路１６は交流電源２の周波数の検出及びその電圧ゼロクロス点を推定する。そして、制御回路１６は、調光量設定回路（可変抵抗器）４の抵抗値に基づいて第１のタイミングでゲート駆動信号の出力を開始する（ゲート駆動信号を立ち上げる）。ゲート駆動信号がサイリスタ１８のゲート端子に入力されると、サイリスタ１８が導通し、照明負荷３に電流が流れ始める。また、サイリスタ１８に流れる電流は、トライアック１１のゲート電極にも流れるので、その電圧及び電流がトライアック１１のゲート電圧閾値及びターンオン電流以上になるとトライアック１１が導通し、負荷電流はサイリスタ１８からトライアック１１に転流する。トライアック１１が導通すると、整流回路１２にはほとんど電流が流れず、サイリスタ１８、電源回路１３及び周波数検出回路１７にはほとんど電流が流れない。電源回路１３に電流が流れなくなると、バッファコンデンサ１５から電力の放電が開始され、それによって制御回路１６の駆動電力が確保される。このとき、サイリスタ１８のゲート電極には、制御回路１６からゲート駆動信号が入力され続けているので、サイリスタ１８は導通状態にある。
【００２５】
照明負荷３がＬＥＤ電球の場合、前述のようにサイリスタ１８又はトライアック１１の導通と同時に、負荷電流は瞬間的に大きな値を示すが、すぐに小さくなる。そして、負荷電流の値がトライアック１１の保持電流未満になると、トライアック１１が自己消弧して非導通となってしまうが、サイリスタ１８が導通しているので、負荷電流はサイリスタ１８を通って流れ続ける。そして、制御回路１６は、交流電源２の電圧ゼロクロス点から所定時間Δｔだけ手前の第２のタイミングでゲート駆動信号の出力を停止する（ゲート駆動信号を立ち下げる）。この段階では、負荷電流はほとんど流れておらず、サイリスタ１８が非導通になっても、照明負荷３の明るさの変化はほとんど生じない。サイリスタ１８が非導通になると、整流回路１２から出力される脈流はサイリスタ１８から電源回路１３及び周波数検出回路１７に転流するので、制御回路１６は、周波数検出回路１７からの検出信号に基づいて交流電源２の次の電圧ゼロクロス点を推定することができ、推定した電圧ゼロクロス点を基準として、次のゲート駆動信号の出力を開始するタイミングを制御することができる。
【００２６】
このように、２線式調光スイッチ１Ａは、主開閉回路１０の主スイッチ素子（トライアック）１１が導通するまでの間又は主スイッチ素子１１が導通していないときに照明負荷３に電流を流すための補助開閉回路（サイリスタ）１８を備えているので、負荷電流の値がトライアック１１の保持電流未満になり、トライアック１１が非導通となっても、サイリスタ１８が導通しているので、負荷電流はサイリスタ１８を通って流れ続ける。その結果、ＬＥＤ電球の明るさが安定し、肉眼でわかるようなちらつきや揺らぎはほとんど生じない。また、負荷電流の最大値がトライアック１１の保持電流未満の場合であっても、補助開閉回路（サイリスタ）１８を介して負荷に電流を流し続けることができる。さらに、サイリスタ１８のゲート電極に入力するゲート駆動信号を、交流電源２の電圧ゼロクロス点から所定時間Δｔだけ手前の第２のタイミングで停止することにより、交流電源２の次の電圧ゼロクロス点を正確に推定することができる。また、図３に示すように、同じ交流電源２に接続されている他の機器が動作したとしても、サイリスタ１８を介して負荷電流が流れ続けるので、照明負荷３の明るさはほとんど変化しない。また、負荷電圧波形もあまり変化しない。なお、トライアック１１としては、特にその保持電流値が小さいものを選択して使用することはいうまでもない。
【００２７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る２線式調光スイッチについて説明する。図４は、第２実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｂの回路構成を示す。２線式調光スイッチ１Ｂは、上記第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａに、準主開閉回路としてフォトトライアックカプラ２０を追加したものである。フォトトライアックカプラ２０の二次側フォトトライアック２１が第１接続端子１ａと第２接続端子１ｂとの間に接続され、一次側発光ダイオード２２が補助開閉部（サイリスタ）１８に直列接続されている。その他の構成は同じである。このフォトトライアック２１として、その保持電流値が主開閉回路のトライアック１１の保持電流値よりも小さいものが選択されている。
【００２８】
次に、第２実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｂの具体的な動作について、相違点を中心に説明する。交流電源２の電圧ゼロクロス点においてトライアック１１及びフォトトライアック２１が消弧すると、整流回路１２に電流が流れ、その後所定の第１のタイミングでサイリスタ１８のゲート端子にゲート駆動信号が入力され、サイリスタ１８が導通し、負荷電流がサイリスタ１８を通って流れる。このとき、フォトトライアックカプラ２０の一次側発光ダイオード２２が発光し、二次側フォトトライアック２１のゲート端子にゲート駆動信号が入力され、フォトトライアック２１が導通する。フォトトライアック２１が導通すると、負荷電流はフォトトライアック２１に転流する。ここで、負荷電流値が小さく、主開閉回路のトライアック１１の保持電流値未満であるときは、主開閉回路のトライアック１１は導通せず、負荷電流はそのまま準主開閉回路であるフォトトライアック２１を通って流れる。一方、負荷電流値が大きく、主開閉回路のトライアック１１の保持電流値以上になると、主開閉回路のトライアック１１が導通し、負荷電流はトライアック１１に転流する。照明負荷３がＬＥＤ電球の場合、負荷電流の値がトライアック１１の保持電流未満になると、トライアック１１が自己消弧して非導通となってしまうが、サイリスタ１８が導通し、負荷電流はサイリスタ１８に一時的に転流する。そして、フォトトライアックカプラ２０の一次側発光ダイオード２２が発光し、二次側フォトトライアック２１が導通し、負荷電流はフォトトライアック２１に転流する。フォトトライアック２１の保持電流値は、上記のようにトライアック１１の保持電流値よりも小さいので、負荷電流を安定して流し続けることができる。
【００２９】
第２実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｂは、第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａと比較して、準主開閉回路としてフォトトライアックカプラ２０が追加されているため、若干構造が複雑であり、その分コストアップの要因となる。しかしながら、トライアック１１が非導通になった後も、負荷電流は、専ら整流回路１２よりも上流側（交流側）のフォトトライアック２１を流れるため、すなわち、負荷電流はダイオードブリッジを通過しないため、ダイオードブリッジによる損失がなくなる。その結果、ＬＥＤ電球の明るさの変化が非常に小さくなり、肉眼でわかるようなちらつきや揺らぎはほとんど生じない。
【００３０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る２線式調光スイッチについて説明する。図５は、第３実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｃの回路構成を示す。２線式調光スイッチ１Ｃは、上記第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａにおいて、２つの補助開閉回路（サイリスタ）１８ａ及び１８ｂを設け、それぞれのサイリスタのアノードを整流回路１２の交流側に、カソードを整流回路１２の直流側マイナス端子に接続したものである。制御回路１６から出力されるゲート駆動信号は、ダイオード２５ａ及び２５ｂで分岐されて、各サイリスタ１８ａ及び１８ｂのゲート端子に入力される。すなわち、交流電源２の極性に応じて２つのサイリスタ１８ａ及び１８ｂのいずれかが補助開閉回路として使用される。その他の構成及び動作は第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａと同じである。
【００３１】
第３実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｃは、第１実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ａと比較して、補助開閉回路を構成するサイリスタ、抵抗及びコンデンサが追加されているため、若干構造が複雑であり、その分コストアップの要因となる。しかしながら、トライアック１１が非導通になった後、負荷電流は、整流回路１２を構成するダイオード１個を通過しないので、その分だけ損失が少なくなる。照明負荷３がＬＥＤ電球の場合、負荷電流値が非常に小さいので、ダイオード１個分の損失でも少ないほど、よりＬＥＤ電球のちらつきや揺らぎを小さくすることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る２線式調光スイッチについて説明する。図６は、第４実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｄの回路構成を示す。２線式調光スイッチ１Ｄは、第２実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｂと第３実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｃの特徴を組み合わせたものであり、準主開閉回路としてフォトトライアックカプラ２０と、２つの補助開閉回路（サイリスタ）１８ａ及び１８ｂを備えている。第４実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｄでは、第３実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｃと同様に、負荷電流がサイリスタ１８ａ又は１８ｂを流れる際に整流回路１２を構成するダイオード１個を通過しないので、その分だけ損失が少なくなる。そのため、第２実施形態に係る２線式調光スイッチ１Ｂと比較して、負荷電流がサイリスタ１８ａ又は１８ｂからフォトトライアック２１に転流する際の電圧変動が小さくなり、照明負荷３に安定した電力を供給することができる。また、その結果、ＬＥＤ電球の明るさの変化がさらに小さくなり、ちらつきや揺らぎはほとんど生じない。
【００３３】
（第５実施形態）
上記第１乃至第４実施形態は２線式調光スイッチの構造に関するものであったが、第５実施形態は、上記ずれかの２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄにおける制御方法に関する。２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄ及び図１０に示すＬＥＤ電球の駆動回路７０は、いずれも交流電力を直流電力に変換し、バッファコンデンサに電力を蓄積する回路構成を有している。そのため、例えばスイッチ５が長時間オフされていたときは、いずれのバッファコンデンサも放電されて、電力は残っていないと考えられる。スイッチ５をオンすると、２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄが起動し、制御回路１６がゲート駆動信号を出力することによって照明負荷３に電力の供給が開始される。照明負荷３がＬＥＤ電球の場合、電力の供給が開始されても駆動回路７０が起動していないため、定常点灯時とは異なる動作及びインピーダンス特性を示す。すなわち、ＬＥＤ電球の駆動回路７０に電力の供給が開始されると、最初にバッファコンデンサ７３が充電される。そのため、ＬＥＤ電球の起動時には、このバッファコンデンサ７３の容量成分が支配的なインピーダンス特性を示す。そして、交流電源２の電圧が比較的高いときにＬＥＤ電球の駆動回路７０に電流が流れ始めると、バッファコンデンサ７３が急速に充電され、２線式調光スイッチ１Ａ〜１ＤとＬＥＤ電球の駆動回路７０との間で大きな力率違いが発生する。
【００３４】
力率が大きく異なったインピーダンス間では、それぞれに印加される電圧の位相が交流電源２の位相と異なっており、例えば交流電源２の電圧が１００Ｖのときに負荷電圧が−３０Ｖであったとすると、２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄの接続端子１ａと１ｂの間の電圧（スイッチ間電圧とする）は１３０Ｖとなる。すなわち、交流電源２の電圧ゼロクロス点と２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄのスイッチ間電圧ゼロクロス点とは異なる。２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄは、本来交流電源２の電圧ゼロクロス点を基準として制御を行うことを目的としているが、上記制御回路１６は、周波数検出回路１７の出力からスイッチ間電圧ゼロクロス点を推定して調光制御を行っている。そのため、交流電源２の電圧ゼロクロス点とは異なったタイミングで制御を行う（ゲート駆動信号を出力する）と、本来の安定した調光制御ができなくなる可能性がある。
【００３５】
図７は、第５実施形態に係る制御方法による各部の波形を示す。調光を開始するまでは、交流電源２の電圧波形の位相と２線式調光スイッチ１Ａ〜１Ｄのスイッチ間電圧波形の位相は一致している。第５実施形態に係る制御方法では、照明負荷３の調光制御開始に当たり、制御回路１６から補助開閉回路のサイリスタ１８にゲート端子に入力する最初のゲート駆動信号を、周波数検出回路１７の出力から推測したスイッチ間電圧ゼロクロス点付近（例えば、スイッチ間電圧ゼロクロス点に対して±数ｍｓ以内）で出力する。最初のゲート駆動信号を出力するタイミングは、必ずしも電圧ゼロクロス点の手前である必要はなく、電圧ゼロクロス点を過ぎてからであってもよい。そうすることによって、交流電源２の電圧の低いレベルからＬＥＤ電球の駆動回路７０のバッファコンデンサ７３の充電を開始することができる。このように、ＬＥＤ電球の駆動回路７０への電力供給を電圧ゼロクロス点（０Ｖ）付近から開始することにより、２線式調光スイッチ１Ａ〜１ＤとＬＥＤ電球の駆動回路７０のインピーダンス変化が急激なものとはならず、交流電源２の１／２周期の電力を２線式調光スイッチ１Ａ〜１ＤとＬＥＤ電球の駆動回路７０とで分け合うことができる。また、２線式調光スイッチ１Ａ〜１ＤとＬＥＤ電球の駆動回路７０との間で大きな力率違いは発生しないので、安定した調光制御を行うことができる。
【００３６】
なお、上記説明において、主スイッチ素子として単一の双方向半導体スイッチ素子であるトライアックを例示したが、それに限定されるものではなく、トライアックと同様に双方向に電流を流せる構造のものであればよく、例えばＩＧＢＴやＦＥＴを逆並列接続したものなどであってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１Ａ〜１Ｄ  ２線式調光スイッチ
２  交流電源
３  照明負荷
４  調光量設定回路（可変抵抗器）
５  スイッチ
１０  主開閉回路
１１  主スイッチ素子（トライアック）
１２  整流回路
１３  電源回路
１６  制御回路
１７  周波数検出回路
１８、１８ａ、１８ｂ  補助開閉回路（補助スイッチ素子、サイリスタ）
２０  準主開閉回路（フォトトライアックカプラ）
２１  フォトトライアック
２２  発光ダイオード
【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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【図１２】
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【図１３】
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