(57)【要約】【課題】  スイッチング素子の電流容量の増大を抑制しつつ雑音端子電圧レベルを抑制することができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】  外部接続端子２，３部に接続された白熱灯ＬＡへの電流供給回路を開閉する第１スイッチ部６と、第１スイッチ部６とダイオードブリッジ７を介して並列に接続されると共に第１スイッチ部６よりもオン抵抗が大きい第２スイッチ部１０と、第１スイッチ部６及び第２スイッチ部１０のオン、オフを制御する制御部１２とを備えた。そして、制御部１２は、第２スイッチ部１０をオンさせた後に第１スイッチ部６をオンさせるようにした。【選択図】      図１
2006092859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に接続された負荷への電流供給回路を開閉するためのスイッチ装置であって、
前記電流供給回路を開閉する第１のスイッチ部と、
前記第１のスイッチ部と並列に接続されると共に前記第１のスイッチ部よりもオン抵抗が大きい第２のスイッチ部と、
前記第１及び第２のスイッチ部のオン、オフを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第２のスイッチ部をオンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ部は、半導体スイッチとリレースイッチとの直列回路により構成されており、
前記制御部は、前記リレースイッチと前記第２のスイッチ部と前記半導体スイッチとをこの順にオンさせることを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記第２のスイッチ部は、複数のスイッチング素子が並列に接続されて構成されており、
前記制御部は、前記第２のスイッチ部における複数のスイッチング素子を順次オンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせ、
前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも前記制御部によって最初にオンされるスイッチング素子のオン抵抗は、前記第１のスイッチ部よりも大きくされていることを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記複数のスイッチング素子は、オン抵抗の異なる少なくとも２種類のスイッチング素子を含み、
前記制御部は、前記複数のスイッチング素子をオン抵抗の大きい順に順次オンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせることを特徴とする請求項３記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記第１のスイッチ部における両端電圧を整流する整流回路をさらに備え、
前記複数のスイッチング素子のうち少なくとも一つである第３のスイッチング素子は、前記第１のスイッチ部と前記整流回路を介して並列に接続されていることを特徴とする請求項３又は４記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記第１のスイッチ部と前記整流回路を介さずに並列接続されているスイッチング素子である第４のスイッチング素子は、前記第３のスイッチング素子よりもオン抵抗が小さくされていることを特徴とする請求項４又は５記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記第３のスイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、
前記第４のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項６記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に接続された負荷への電流供給回路を開閉するスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、背景技術に係るスイッチ装置の構成を示すブロック図である。図５に示すスイッチ装置１０１は、外部に商用電源電圧Ｖａｃを出力する商用電源ＰＳと白熱灯ＬＡとの直列回路が接続される外部接続端子１０２，１０３と、外部接続端子１０２，１０３間に接続されるトライアック１０４とリレースイッチ１０５との直列回路と、ユーザからの調光指示を受け付ける調光ボリューム１０７と、調光ボリューム１０７により受け付けられた調光指示に応じてトライアック１０４とリレースイッチ１０５とのオンオフ動作を制御する制御部１０６とを備えている。そして、制御部１０６は、調光指示に応じてリレースイッチ１０５をオンさせることにより商用電源ＰＳから白熱灯ＬＡへ電源電流を供給して白熱灯ＬＡを点灯させると共に、トライアック１０４をオンさせる位相を制御することにより白熱灯ＬＡへ供給する電力量を変化させて白熱灯ＬＡの発光を調光するようにされている。
【０００３】
しかし、位相制御用のトライアック１０４をオンさせた状態でリレースイッチ１０５をオン、オフさせると、リレースイッチ１０５によって白熱灯ＬＡへの電流供給回路が開閉されるために、リレースイッチ１０５の接点にアークが発生し、リレースイッチ１０５の寿命を縮めてしまうという不都合があった。特に、近年、環境配慮によりカドミウムなどの有害物質の使用を避けるべくリレースイッチのいわゆるカドミフリー化が促進され、リレースイッチのオン、オフ時において接点に生じるアークの影響がますます大きくなることが予想される。
【０００４】
そこで、白熱灯ＬＡを点灯させる際にはトライアック１０４がオフしている状態で先にリレースイッチ１０５をオンさせ、白熱灯ＬＡを消灯させる際には先にトライアック１０４をオフさせてからリレースイッチ１０５をオフさせて、リレースイッチ１０５に電圧が印加されない状態でリレースイッチ１０５をオン、オフさせることによりリレースイッチ１０５のオン、オフ時におけるアークの発生を抑制し、アークの発生によるリレースイッチ１０５の寿命短縮を低減することができるスイッチ装置１０１が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、トライアック１０４は調光用及び負荷電流供給回路開閉用のスイッチとして用いられ、リレースイッチ１０５はトライアック１０４の漏れ電流を遮断するスイッチとして用いられている。
【特許文献１】特開２００３−３１３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のように、リレースイッチ１０５に電圧が印加されない状態でリレースイッチ１０５をオン、オフさせる構成によれば、トライアック１０４によって白熱灯ＬＡへの電流供給回路が開閉されるために、トライアック１０４のオン時に白熱灯ＬＡへの突入電流が流れる。図６は、リレースイッチ１０５及びトライアック１０４のオン、オフタイミングと、電源電圧Ｖａｃと、白熱灯ＬＡに流れる負荷電流Ｉｌａとの関係を模式的に示す説明図である。図６に示すように、負荷電流Ｉｌａは、トライアック１０４のオン時に突入電流が急激に増加し、白熱灯ＬＡのフィラメントが加熱されるに伴い減少する。トライアック１０４のオン時に流れる突入電流は、外部接続端子１０２，１０３間に接続される負荷が白熱灯ＬＡのようなランプ負荷や、容量性の負荷装置である場合に特に増大する。そのため、トライアック１０４を調光用にのみ使用する場合と比べて電流供給回路の開閉にも用いる場合には、このような突入電流を流すことができるようにトライアック１０４の電流容量を増大させる必要があり、トライアック１０４が大型化するという不都合があった。
【０００６】
また、トライアック１０４を負荷電流供給回路開閉用のスイッチとして用いると、トライアックのスイッチングが急峻であるためスイッチングノイズが増大し、外部接続端子１０２，１０３から外部に漏洩する雑音端子電圧が増大してしまう。そのため、雑音端子電圧レベルを例えばＩＥＣ（International Electrotechnical Commisson）規格等で規定されている範囲内に抑えるため、図７に示すようにトライアック１０４とリレースイッチ１０５との直列回路と外部接続端子１０２，１０３との間にノイズフィルタ１０８を設けていた。ノイズフィルタ１０８は、例えばトライアック１０４とリレースイッチ１０５との直列回路と、並列に接続されるコンデンサ１１０と直列に接続されるコイル１０９と、外部接続端子１０２，１０３間に接続されるコンデンサ１１１とを備えたものが用いられ、雑音端子電圧レベルを抑制するためにスイッチ装置１０１が大型化してしまうという不都合があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、スイッチング素子の電流容量の増大を抑制しつつ雑音端子電圧レベルを抑制することができるスイッチ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】
上述の目的を達成するために、本発明に係るスイッチ装置は、外部に接続された負荷への電流供給回路を開閉するためのスイッチ装置であって、前記電流供給回路を開閉する第１のスイッチ部と、前記第１のスイッチ部と並列に接続されると共に前記第１のスイッチ部よりもオン抵抗が大きい第２のスイッチ部と、前記第１及び第２のスイッチ部のオン、オフを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のスイッチ部をオンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせることを特徴としている。
【０００９】
また、上述のスイッチ装置において、前記第１のスイッチ部は、半導体スイッチとリレースイッチとの直列回路により構成されており、前記制御部は、前記リレースイッチと前記第２のスイッチ部と前記半導体スイッチとをこの順にオンさせることを特徴としている。
【００１０】
そして、上述のスイッチ装置において、前記第２のスイッチ部は、複数のスイッチング素子が並列に接続されて構成されており、前記制御部は、前記第２のスイッチ部における複数のスイッチング素子を順次オンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせ、
前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも前記制御部によって最初にオンされるスイッチング素子のオン抵抗は、前記第１のスイッチ部よりも大きくされていることを特徴としている。
【００１１】
さらに、上述のスイッチ装置において、前記複数のスイッチング素子は、オン抵抗の異なる少なくとも２種類のスイッチング素子を含み、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子をオン抵抗の大きい順に順次オンさせた後に前記第１のスイッチ部をオンさせることを特徴としている。
【００１２】
また、上述のスイッチ装置において、前記第１のスイッチ部における両端電圧を整流する整流回路をさらに備え、前記複数のスイッチング素子のうち少なくとも一つである第３のスイッチング素子は、前記第１のスイッチ部と前記整流回路を介して並列に接続されていることを特徴としている。
【００１３】
そして、上述のスイッチ装置において、前記第１のスイッチ部と前記整流回路を介さずに並列接続されているスイッチング素子である第４のスイッチング素子は、前記第３のスイッチング素子よりもオン抵抗が小さくされていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、上述のスイッチ装置において、前記第３のスイッチング素子は、電界効果トランジスタであり、前記第４のスイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
このような構成のスイッチ装置は、電流供給回路を開閉する第１のスイッチ部よりもオン抵抗が大きい第２のスイッチ部によって外部に接続された負荷への電流供給回路が閉じられた後、第１のスイッチ部がオンされる結果、第２のスイッチ部におけるオン抵抗により外部に接続された負荷への突入電流が制限されると共に負荷への電流供給が徐々に増加されるので、スイッチング素子の電流容量の増大を抑制しつつ雑音端子電圧レベルを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の構成の一例を示す回路図である。図１に示すスイッチ装置１は、外部に商用電源ＰＳと負荷の一例である白熱灯ＬＡとの直列回路が接続される外部接続端子２，３と、外部接続端子２，３間に接続される半導体スイッチの一例であるトライアック４とリレースイッチ５との直列回路から構成される第１スイッチ部６（第１のスイッチ部）と、第１スイッチ部６の両端電圧を全波整流する整流回路の一例であるダイオードブリッジ７と、ダイオードブリッジ７の出力端子間に接続されすなわちダイオードブリッジ７を介して第１スイッチ部６と並列に接続されている、ＦＥＴ（Field Effect Transisitor：電界効果トランジスタ）８とＦＥＴ９との並列回路から構成される第２スイッチ部１０（第２のスイッチ部）と、ユーザからの調光指示を受け付ける調光ボリューム１１と、調光ボリューム１１により受け付けられた調光指示に応じてトライアック４、リレースイッチ５、及びＦＥＴ８，９のオンオフ動作を制御する制御部１２とを備えている。制御部１２は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。
【００１８】
次に、上述のように構成されたスイッチ装置１の動作について説明する。図２は、図１に示すスイッチ装置１の動作を説明するためのタイミングチャートである。まず、商用電源ＰＳは、例えば５０Ｈｚ、１００Ｖの電原電圧Ｖａｃを出力する。すなわち、図２に示す電原電圧Ｖａｃの１／２周期である期間ｔａは、例えば１０ｍｓｅｃである。次に、ＦＥＴ８，９とトライアック４とが、全てオフしている状態でユーザによる白熱灯ＬＡの調光点灯を指示する調光指示が調光ボリューム１１によって受け付けられると、タイミングＴ０において、制御部１２からの制御信号に応じてリレースイッチ５がオンされる。なお、第１スイッチ部６は、トライアック４とリレースイッチ５との直列回路であるので、トライアック４とリレースイッチ５との両方がオンした場合に第１スイッチ部６がオンしたこととなる。
【００１９】
タイミングＴ０においては、ＦＥＴ８，９及びトライアック４がオフしているので、リレースイッチ５がオンしても白熱灯ＬＡの負荷電流Ｉｌａは流れず、従ってリレースイッチ５の接点にアークが生じることが無く、アークの発生によりリレースイッチ５の接点が劣化することが抑制される。なお、図２においては、説明の容易のため負荷電流Ｉｌａについては絶対値を示している。
【００２０】
次に、タイミングＴ１において、制御部１２からの制御信号に応じてＦＥＴ８がオンされる。そうすると、商用電源ＰＳから外部接続端子２、ダイオードブリッジ７、ＦＥＴ８、ダイオードブリッジ７、外部接続端子３、及び白熱灯ＬＡを経由して商用電源ＰＳに至る電流供給回路を負荷電流Ｉｌａが流れ、白熱灯ＬＡが点灯する。この場合、ＦＥＴ８のオン抵抗はトライアック４よりも大きいので、ＦＥＴ８のオン抵抗によって白熱灯ＬＡを流れる突入電流を低減し、負荷電流Ｉｌａの増加を滑らかにすることができる。
【００２１】
次に、タイミングＴ２において、制御部１２からの制御信号に応じてＦＥＴ９がオンされる。そうすると、ＦＥＴ８とＦＥＴ９とは並列接続されているので、第２スイッチ部１０におけるオン抵抗が低下する。そして、タイミングＴ３において、制御部１２からの制御信号に応じてトライアック４がオンされる。
【００２２】
このとき、オン抵抗がトライアック４より大きいＦＥＴ８とＦＥＴ９とを順次オンさせた後にトライアック４をオンさせるので、スイッチ装置１における外部接続端子２，３間の抵抗値は、順次段階的に低下する結果、負荷電流Ｉｌａは滑らかに上昇し、トライアック４をオンさせた際に生じるスイッチングノイズが低減され、雑音端子電圧レベルを抑制することができる。また、ＦＥＴ８とＦＥＴ９とを先にオンさせることによって、トライアック４をオンさせる際には白熱灯ＬＡを流れる突入電流が低減され、トライアック４を流れる電流が低減されるので、図５に示す背景技術に係るスイッチ装置１０１におけるトライアック１０４よりもトライアック４として電流容量の小さなトライアックを用いることができ、トライアック４の電流容量の増大を抑制することができる。さらに、タイミングＴ３において、トライアック４がオンされた際にはトライアック４とダイオードブリッジ７を介して並列に接続されたＦＥＴ８，９がオンしているので、負荷電流Ｉｌａはトライアック４とＦＥＴ８，９とに分流され、トライアック４を流れる突入電流が低減される結果、トライアック４の電流容量を低減することができる。
【００２３】
これにより、トライアック４の電流容量の増大を抑制しつつ雑音端子電圧レベルを抑制することができる。
【００２４】
この場合、タイミングＴ１からＴ２までの時間は、例えば図５に示す背景技術に係るスイッチ装置１０１において図６に示す負荷電流Ｉｌａにおける突入電流がピークに達するまでの時間が設定されており、数ミリ秒、例えば１ｍｓｅｃにされている。すなわち、最も突入電流が増加するタイミングにおいて、ＦＥＴ８のオン抵抗により電流を制限するようにされている。また、タイミングＴ２からＴ３までの時間は、例えば図６に示す負荷電流Ｉｌａにおける突入電流がピークを過ぎるまでの時間が設定されており、数ミリ秒、例えば１ｍｓｅｃにされている。すなわち、突入電流が低下し始めるタイミングにおいてＦＥＴ９をオンさせることにより、突入電流を増加させることなく滑らかにオン抵抗を低下させるようにされている。
【００２５】
また、制御部１２によって、調光ボリューム１１によって受け付けられた調光指示で示される調光比に応じて電源電圧Ｖａｃにおける白熱灯ＬＡへ供給を開始する位相角を変化させるべく、調光比が上昇する（明るくなる）とタイミングＴ１が進められ、調光比が低下する（暗くなる）とタイミングＴ１が遅らされる。このように、スイッチ装置１は、タイミングＴ１を変化させることにより外部接続端子２，３間に接続された負荷に対する電力供給量を変化させるようにされている。
【００２６】
次に、タイミングＴ４において、タイミングＴ３から数ミリ秒、例えば１ｍｓｅｃ経過後に制御部１２からの制御信号に応じてＦＥＴ８，９がオフされる。そして、タイミングＴ５において制御部１２からトライアック４をオフさせる制御信号が出力され、タイミングＴ６において電源電圧Ｖａｃが０Ｖになり負荷電流Ｉｌａがゼロになると、トライアック４がオフする。
【００２７】
以上の動作が電源電圧Ｖａｃの１／２周期である期間ｔａ毎に繰り返される。そして、調光ボリューム１１によって白熱灯ＬＡの消灯を指示する調光指示が受け付けられると、タイミングＴ７において、制御部１２によって、ＦＥＴ８，９とトライアック４とがオフしている状態でリレースイッチ５がオフされる。これにより、リレースイッチ５に負荷電流Ｉｌａが流れない状態でリレースイッチ５がオフされるので、アークによるリレースイッチ５の接点の劣化が抑制される。
【００２８】
また、上述のように、図１に示すスイッチ装置１によれば、トライアック４よりオン抵抗が大きいＦＥＴ８とＦＥＴ９とを順次オンさせた後に、ＦＥＴ８，９よりオン抵抗が小さいトライアック４をオンさせることにより、負荷電流Ｉｌａは滑らかに上昇し、トライアック４をオンさせた際に生じるスイッチングノイズが低減され、雑音端子電圧レベルを抑制することができるので、図７に示す背景技術に係るスイッチ装置１０１におけるノイズフィルタ１０８を備えない構成としたり、あるいはコイル１０９のインダクタンスやコンデンサ１１０，１１１のキャパシタンスを小さくしてコイル１０９やコンデンサ１１０，１１１を小型化することが容易となる結果、スイッチ装置１を小型化することが容易となる。
【００２９】
なお、第２スイッチ部１０は、ＦＥＴが二つ用いられる例を示したが、ＦＥＴ９を備えず、ＦＥＴ８のみを備える構成であってもよく、あるいはＦＥＴが三つ以上並列接続され、制御部１２によって複数のＦＥＴが順次オンされた後にトライアック４がオンされ、すなわち第１スイッチ部６がオンされる構成であってもよい。また、ＦＥＴ８，９は、ＦＥＴ以外のスイッチング素子であってもよく、トライアック４よりもオン抵抗が大きいスイッチング素子であればよい。
【００３０】
また、例えば図３に示すように、ＦＥＴ９の代わりにＦＥＴ９よりもオン抵抗の小さいＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）９ａを用いてもよい。この場合、第２スイッチ部１０において、複数のスイッチング素子がオン抵抗の大きい順にオンされた後にトライアック４がオンされるので、外部接続端子２，３間の抵抗値を滑らかに低下させて白熱灯ＬＡへの突入電流を低減し、第１スイッチ部６や第２スイッチ部１０におけるスイッチングノイズを低減して雑音端子電圧レベルを低減することができる。
【００３１】
また、例えば、図４に示すように、ＦＥＴ９の代わりに第４のスイッチング素子の一例であるＩＧＢＴ９ｂ，９ｃを備えてもよい。具体的には、外部接続端子２にコレクタが接続されたＩＧＢＴ９ｂのエミッタが、ＩＧＢＴ９ｃのエミッタに接続され、ＩＧＢＴ９ｃのコレクタが外部接続端子３に接続されている。そして、ＩＧＢＴ９ｂ，９ｃのエミッタ同士の接続点が、ダイオードブリッジ７におけるアノード側出力端子すなわちダイオードブリッジ７を構成するダイオードのアノード同士が接続されている端子に接続されている。そして、制御部１２は、ＦＥＴ９をオン、オフさせる代わりにＩＧＢＴ９ｂ，９ｃをオン、オフさせる。
【００３２】
この場合、ＩＧＢＴ９ｂ，９ｃをオンさせると、電源電圧Ｖａｃが正極性の場合は商用電源ＰＳから外部接続端子２、ＩＧＢＴ９ｂ、ダイオードブリッジ７、外部接続端子３、及び白熱灯ＬＡを介して商用電源ＰＳへ負荷電流Ｉｌａが流れる。一方、電源電圧Ｖａｃが負極性の場合は商用電源ＰＳから白熱灯ＬＡ、外部接続端子３、ＩＧＢＴ９ｃ、ダイオードブリッジ７、及び外部接続端子２を介して商用電源ＰＳへ負荷電流Ｉｌａが流れる。すなわち、電源電圧Ｖａｃが正極性の場合はＩＧＢＴ９ｂが第１スイッチ部６と並列に接続され、電源電圧Ｖａｃが負極性の場合はＩＧＢＴ９ｃが第１スイッチ部６と並列に接続されている。この場合、ＦＥＴ８とＩＧＢＴ９ｂ，９ｃとによって、第２スイッチ部１０ａ（図略）が構成されている。そして、ＩＧＢＴ９ｂ，９ｃは、第３のスイッチング素子の一例であるＦＥＴ８よりもオン抵抗が小さいので、図３に示すスイッチ装置１と同様に、複数のスイッチング素子がオン抵抗の大きい順にオンされた後にトライアック４がオンされる結果、外部接続端子２，３間の抵抗値を滑らかに低下させて白熱灯ＬＡへの突入電流を低減し、第１スイッチ部６や第２スイッチ部１０ａにおけるスイッチングノイズを低減して雑音端子電圧レベルを低減することができる。
【００３３】
なお、第１スイッチ部６は、トライアック４とリレースイッチ５との直列回路に限られず、トライアック４のみ、あるいはリレースイッチ５のみから構成されていてもよい。また、スイッチ装置１は、外部接続端子２，３に対する電力供給量を調整する機能、例えば調光機能を備えず、外部負荷の電源をオン、オフする機能のみ備えてもよい。また、トライアック４は他の交流スイッチであってもよい。さらに、商用電源ＰＳは直流電源であってもよく、トライアック４は、バイポーラトランジスタ等直流のスイッチング素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示すスイッチ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１に示すスイッチ装置の変形例を示す回路図である。
【図４】図１に示すスイッチ装置の変形例を示す回路図である。
【図５】背景技術に係るスイッチ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すスイッチ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】背景技術に係るスイッチ装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    スイッチ装置
２，３  外部接続端子
４    トライアック
５    リレースイッチ
６    第１スイッチ部
７    ダイオードブリッジ
８，９，９ａ，９ｂ，９ｃ  ＦＥＴ
１０，１０ａ  第２スイッチ部
１１  調光ボリューム
１２  制御部
ＬＡ  白熱灯
ＰＳ  商用電源
【図１】
2006092859.tif 000003
【図２】
2006092859.tif 000004
【図３】
2006092859.tif 000005
【図４】
2006092859.tif 000006
【図５】
2006092859.tif 000007
【図６】
2006092859.tif 000008
【図７】
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