(57)【要約】【課題】スイッチ素子の発熱を抑制して小型化を図りつつ、開閉タイミングを正確に制御して、調光制御等の高度な負荷制御を行うことができる負荷制御装置を提供する【解決手段】操作部２８に入力された操作に応じて、制御部１３が交流電源の１／２周期のうちトランジスタ構造の主開閉部１１を導通させるために計数される主開閉部導通時間を設定し、電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、主開閉部導通時間とが重複している時間だけ、主開閉部１１を導通させることにより調光制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷の間に直列に接続される２線式の負荷制御装置であって、
トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、
サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、
前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、
前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部と、
前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、
負荷に流れる電流を調整するためにユーザによって操作される操作部を備え、
前記制御部は、
前記操作部に入力された操作に応じて、交流電源の１／２周期ごとに前記主開閉部を導通させるために計数される主開閉部導通時間を設定し、
前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記主開閉部導通時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、  
前記制御部は、前記ゼロクロス検出部がゼロクロス点を検出した後、前記操作部に入力された操作に応じて、前記主開閉部を非導通とする主開閉部非導通時間を計数した後、前記主開閉部導通時間を計数することを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記主開閉部が導通から非導通に切り替えられたときに前記補助開閉部を第２所定時間だけ導通させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷制御装置。
【請求項４】
前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする請求項３に記載の負荷制御装置。
【請求項５】
前記主開閉部を駆動する駆動回路をさらに備え、
前記主開閉部は、前記交流電源及び前記負荷に対し直列に接続され、それぞれ接続点に対し制御電圧が印加されるゲートを１箇所ずつ有し、耐電圧部を１箇所とする横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記制御部からの駆動信号に応じて、前記交流電源及び前記負荷にそれぞれ接続される点の電位を基準にして、前記制御部とは電気的に絶縁された電力を、前記主スイッチ素子のゲート部に供給し、前記主スイッチ素子を駆動することを特徴とする請求項５に記載の負荷制御装置。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応して２組設けられ、発光部及び受光部を有する光絶縁半導体スイッチ素子で構成され、前記発光部は前記制御部に接続されて駆動信号が入力され、前記受光部は、前記発光部から出力された光が入射すると光電変換を行い、前記受光部で発電された電力が、前記交流電源及び前記負荷が接続される点をそれぞれ基準として、前記主スイッチ素子のゲート端子に正の電位が印加されるように接続されていることを特徴とする請求項６に記載の負荷制御装置。
【請求項８】
前記駆動回路は、前記制御部に接続された１次側コイルと、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応して２組設けられ、整流回路を介して前記主スイッチ素子のゲート電極に接続された２組の２次側コイルを有するトランスで構成され、前記制御部からの駆動信号に応じて前記１次側コイルに交流電流が流れたときに、前記２次側コイルに発生した起電力を整流した電力により、前記交流電源及び前記負荷が接続される点をそれぞれ基準として、前記主スイッチ素子のゲート端子に正の電位が印加されることを特徴とする請求項６に記載の負荷制御装置。
【請求項９】
前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応してそれぞれ２組設けられ、第１電源部に接続されたダイオードと、一端がそれぞれの電力線に接続され、他端が前記ダイオードに接続されたコンデンサと、前記ダイオードと前記コンデンサの接続点と前記主開閉部の主スイッチ素子の各ゲート端子との間に接続された駆動スイッチ素子で構成され、前記駆動スイッチ素子を前記制御部からの信号により導通させることで、前記主開閉部に駆動電力を供給することを特徴とする請求項５に記載の負荷制御装置。
【請求項１０】
前記駆動回路における駆動スイッチ素子は、前記制御部から駆動信号によって光を出力する発光部と、前記発光部から出力された光を受光して導通する受光部で構成された光絶縁半導体スイッチ素子であり、
前記受光部が導通することによって、前記第１電源の電力を利用して前記主開閉部に駆動電力を供給することを特徴とする請求項９に記載の負荷制御装置。
【請求項１１】
前記駆動回路における２つの前記光絶縁半導体スイッチ素子の発光部が直列に接続されていることを特徴とする請求項７又は請求項１０に記載の負荷制御装置。
【請求項１２】
前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のゲート電極と前記駆動スイッチ素子が接続される接続点と、前記ゲート電極の基準となる電力線との間に接続されたコンデンサをさらに備えたことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
【請求項１３】
前記整流部の交流ラインが接続される点と、そのマイナス出力点との間に接続された同期スイッチ素子を有し、前記主開閉部が閉となる動作に同期して、前記同期スイッチ素子が閉となる動作を行うことを特徴とする請求項５又は請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の負荷制御装置。
【請求項１４】
前記駆動スイッチ素子は、サイリスタ又はトライアック構造を有し、前記駆動スイッチ素子は、前記負荷制御装置のいずれかの電源部とは絶縁された信号で駆動されることを特徴とする請求項１３に記載の負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と照明装置などの負荷の間に直列に接続される２線式の負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トライアックやサイリスタなどの無接点スイッチ素子を用いた照明装置用の負荷制御装置が実用化されている。これらの負荷制御装置は、省配線の見地から、２線式結線が一般的であり、商用の交流電源と負荷との間に直列に接続される。このように交流電源と負荷との間に直列に接続される負荷制御装置においては、如何にして自己の回路電源を確保するかが問題となる。
【０００３】
図１９に示す第１従来例の負荷制御装置５０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部５１と、整流部５２と、制御部５３と、制御部５３に安定した電源を供給するための第１電源部５４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部５４へ電力を供給する第２電源部５５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部５４へ電力を供給する第３電源部５６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部５７などで構成されている。主開閉部５１のスイッチ素子５１ａは、トライアックで構成されている。
【０００４】
負荷３へ電力供給が行われていない負荷制御装置５０のオフ状態では、交流電源２から負荷制御装置５０に印加される電圧は、整流部５２を介して第２電源部５５に供給される。第２電源部５５は、抵抗とツェナーダイオードで構成された定電圧回路である。このときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流であり、制御部５３の消費電流は小さく、第２電源部５５のインピーダンスは高く維持されるように設定されている。
【０００５】
一方、負荷３へ電力供給が行われている負荷制御装置５０のオン状態では、制御部５３からの制御信号により第３電源部５６がオンし、負荷制御装置５０のインピーダンスが低下して負荷３に流れる電流量が増加すると共に、第３電源部５６に流れる電流は第１電源部５４にも流れ、バッファコンデンサ５９の充電を開始する。バッファコンデンサ５９の充電電圧が所定の閾値よりも高くなると、第３電源部５６を構成するツェナーダイオード５６ａがブレークダウンして電流が流れ始め、補助開閉部５７のゲートに電流が流れ込み、補助開閉部５７が導通する（閉状態）。その結果、整流部５２から第３電源部５６に流れていた電流は補助開閉部５７へ転流し、さらに主開閉部５１のスイッチ素子５１ａのゲートに流れ込み、主開閉部５１が導通する（閉状態）。そのため、負荷６１に対してほぼ全ての電力が供給される。一旦、主開閉部５１が導通する（閉状態）と電流を流し続けるが、交流電流がゼロクロス点に達したときにスイッチ素子５１ａは自己消弧し、主開閉部５１が非導通（開状態）になる。主開閉部５１が非導通（開状態）になると、再び整流部５２から第３電源部５６を経て第１電源部５４に電流が流れ、負荷制御装置５０の自己回路電源を確保する動作を行う。すなわち、交流の１／２周期ごとに、負荷制御装置５０の自己回路電源確保、補助開閉部５７の導通及び主開閉部５１の導通動作が繰り返される。
【０００６】
図２０に示す第２従来例の負荷制御装置６０は、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、主開閉部６１と、整流部６２と、制御部６３と、制御部６３に安定した電源を供給するための第１電源部６４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部６４へ電力を供給する第２電源部６５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部６４へ電力を供給する第３電源部６６と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部６７などで構成されている。主開閉部６１のスイッチ素子６１ａとしてＭＯＳＦＥＴを用いており、白熱灯を制御対象負荷としている。
【０００７】
負荷３に電力を供給する場合、ゼロクロス検出部６７が電圧のゼロクロス点を検出するタイミングでスイッチ素子６１ａを導通させ（閉状態）、上記期間経過後にスイッチ素子６１ａを非導通（開状態）にさせる。主開閉部６１が非導通（開状態）の間、上記第１従来例と同様に負荷制御装置６０の自己回路電源が確保される。主開閉部６１が非導通（開状態）にされると、再びゼロクロス検出部６７がゼロクロス点を検出し、スイッチ素子６１ａを導通（閉状態）にさせる動作を交流の１／２周期ごとに繰り返す。
【０００８】
第１従来例の負荷制御装置５０のように主開閉部５１のスイッチ素子がトライアックやサイリスタの場合、負荷３に電力を供給する際に発生するノイズを低減するため、及び負荷３への電力供給を停止する際に電源２から伝播されるノイズによる誤動作を防止するために、フィルタを設ける必要があるが、フィルタを構成するコイル５８の大きさやコイルによる発熱が問題となり、負荷制御装置の小型化が困難である。
【０００９】
フィルタを用いずに負荷制御装置によるノイズを低減するために、例えば特許文献１に記載された負荷制御装置（第３従来例）では、主開閉部のスイッチ素子の他に、このスイッチ素子（第１スイッチ部）よりもオン抵抗の大きい第２スイッチ部を設け、第２スイッチ部をオンさせた後第１スイッチ部をオンさせるようにしている。しかしながら、このような第３従来例では、スイッチ素子の数が多くなり、回路構成が複雑になると共に、スイッチオンのタイミングの制御が複雑になる。
【００１０】
また、第２従来例の負荷制御装置６０のように主開閉部６１のスイッチ素子６１ａがトランジスタ構造の場合、ゼロクロス点から電流を流し、調光に応じた位相角で電流を遮断する逆位相制御としている。この場合、通電電流を遮断する必要から、ノイズが大きくなるが、トランジスタの制御により遮断速度をゆっくりとすることでノイズ低下を図っている。しかしながらこの遮断時に発生するスイッチング損失によりスイッチ素子の発熱が大きくなる問題点を有している。
【００１１】
第１従来例の負荷制御装置５０のように主開閉部５１のスイッチ素子５１ａがサイリスタ構造の場合、可変抵抗を用いてスイッチ素子５１ａの導通を遅延させることにより、照明装置の調光制御を行うことができる。しかしながら、このスイッチ素子として用いられるトライアックはＳｉで構成され、素子の縦方向に電流が流れる縦型が一般的であり、通電経路にＰＮジャンクションが存在するため、通電時にこの障壁を乗り越えるために損失が発生する。この損失によりスイッチ素子自体の発熱が大きく、大型のヒートシンクを必要とするため、負荷制御装置の大容量化や小型化の妨げとなっていた。
【００１２】
一般的に、このような負荷制御装置は、壁面に設けられた金属製のボックスなどに収納されて使用されるが、従来の負荷制御装置では小型化には限界があるため、現在一般的に使用されているボックスの大きさでは、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどとの併用ができない。従って、一般的な大きさのボックスにおいて、負荷制御装置と他のセンサやスイッチなどの併設を可能にするために、負荷制御装置のさらなる小型化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−９２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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、スイッチ素子の発熱を抑制して小型化を図りつつ、開閉タイミングを正確に制御して、調光制御等の高度な負荷制御を行うことができる負荷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】
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、交流電源と負荷の間に直列に接続される２線式の負荷制御装置であって、トランジスタ構造のスイッチ素子を有し、負荷に対して電源の供給を制御する主開閉部と、サイリスタ構造のスイッチ素子を有し、前記主開閉部が非導通のときに、負荷に対して電源の供給を制御する補助開閉部と、前記主開閉部及び前記補助開閉部の開閉を制御する制御部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記制御部に安定した電圧を供給する第１電源部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、負荷への電力供給を停止しているときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、前記主開閉部又は前記補助開閉部が閉状態で、負荷への電力供給を行っているときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部と、前記第３電源部に入力される電圧を検出する電圧検出部と、負荷に流れる電流を調整するためにユーザによって操作される操作部を備え、前記制御部は、前記操作部に入力された操作に応じて、交流電源の１／２周期ごとに前記主開閉部を導通させるために計数される主開閉部導通時間を設定し、前記電圧検出部が前記第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、前記主開閉部導通時間とが重複している時間だけ、前記主開閉部を導通させることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の負荷制御装置において、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、前記制御部は、前記ゼロクロス検出部がゼロクロス点を検出した後、前記操作部に入力された操作に応じて、前記主開閉部を非導通とする主開閉部非導通時間を計数した後、前記主開閉部導通時間を計数することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の負荷制御装置において、前記制御部は、前記主開閉部が導通から非導通に切り替えられたときに前記補助開閉部を第２所定時間だけ導通させることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の負荷制御装置において、前記補助開閉部に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記制御部は、所定の閾値以上の電流が前記補助開閉部に流れると、一旦前記主開閉部を導通状態とし、その後、前記主開閉部が非導通となる際に、前記補助開閉部を導通させることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の負荷制御装置において、前記主開閉部を駆動する駆動回路をさらに備え、前記主開閉部は、前記交流電源及び前記負荷に対し直列に接続され、それぞれ接続点に対し制御電圧が印加されるゲートを１箇所ずつ有し、耐電圧部を１箇所とする横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路は、前記制御部からの駆動信号に応じて、前記交流電源及び前記負荷にそれぞれ接続される点の電位を基準にして、前記制御部とは電気的に絶縁された電力を、前記主スイッチ素子のゲート部に供給し、前記主スイッチ素子を駆動することを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応して２組設けられ、発光部及び受光部を有する光絶縁半導体スイッチ素子で構成され、前記発光部は前記制御部に接続されて駆動信号が入力され、前記受光部は、前記発光部から出力された光が入射すると光電変換を行い、前記受光部で発電された電力が、前記交流電源及び前記負荷が接続される点をそれぞれ基準として、前記主スイッチ素子のゲート端子に正の電位が印加されるように接続されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項６に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路は、前記制御部に接続された１次側コイルと、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応して２組設けられ、整流回路を介して前記主スイッチ素子のゲート電極に接続された２組の２次側コイルを有するトランスで構成され、前記制御部からの駆動信号に応じて前記１次側コイルに交流電流が流れたときに、前記２次側コイルに発生した起電力を整流した電力により、前記交流電源及び前記負荷が接続される点をそれぞれ基準として、前記主スイッチ素子のゲート端子に正の電位が印加されることを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項５に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のデュアルゲートに対応してそれぞれ２組設けられ、第１電源部に接続されたダイオードと、一端がそれぞれの電力線に接続され、他端が前記ダイオードに接続されたコンデンサと、前記ダイオードと前記コンデンサの接続点と前記主開閉部の主スイッチ素子の各ゲート端子との間に接続された駆動スイッチ素子で構成され、前記駆動スイッチ素子を前記制御部からの信号により導通させることで、前記主開閉部に駆動電力を供給することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路における駆動スイッチ素子は、前記制御部から駆動信号によって光を出力する発光部と、前記発光部から出力された光を受光して導通する受光部で構成された光絶縁半導体スイッチ素子であり、前記受光部が導通することによって、前記第１電源の電力を利用して前記主開閉部に駆動電力を供給することを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項７又は請求項１０に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路における２つの前記光絶縁半導体スイッチ素子の発光部が直列に接続されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の負荷制御装置において、前記駆動回路は、前記主スイッチ素子のゲート電極と前記駆動スイッチ素子が接続される接続点と、前記ゲート電極の基準となる電力線との間に接続されたコンデンサをさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１３の発明は、請求項５又は請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の負荷制御装置において、前記整流部の交流ラインが接続される点と、そのマイナス出力点との間に接続された同期スイッチ素子を有し、前記主開閉部が閉となる動作に同期して、前記同期スイッチ素子が閉となる動作を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の負荷制御装置において、前記駆動スイッチ素子は、サイリスタ又はトライアック構造を有し、前記駆動スイッチ素子は、前記負荷制御装置のいずれかの電源部とは絶縁された信号で駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明によれば、電圧検出部が第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部は、主開閉部を導通させる（閉状態にさせる）ので、交流電源の１／２周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給することになる。また、主開閉部の導通が操作部に入力された操作に応じて間欠的に制御されるので、２線式の負荷制御装置を用いて、負荷に所望の動作をさせて消費電力の低減を図ることが可能となる。例えば、負荷が照明装置である場合、ユーザは操作部を操作することにより、所望の明るさに調光することができる。また、主開閉部のスイッチ素子がトランジスタ構造であるため、発熱が少なく負荷制御装置の小型化を図ることができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、主開閉部非導通時間を適宜設定することにより、第３電源部に入力される電圧が所定の閾値に達するまでの時間と主開閉部導通時間が重複しないものとすることができる。これにより、ユーザの操作に応じて正確に負荷の間欠的な導通制御を行うことができる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、主開閉部が導通から非導通に切り替えられたとき、補助開閉部を所定時間だけ導通させるので、商用電源の１／２周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部から負荷に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部から負荷に電力を供給することになる。これにより、主開閉部にトランジスタ構造のスイッチ素子を用いても、電流の遮断を必要としない位相制御が可能になり、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルを低く抑えられ、スイッチング損失も少なくなるため、小型の装置を実現することができる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、電流検出部が、補助開閉部に許容値を超える電流が流れたことを検出すると、一旦主開閉部を導通させ（閉状態にさせ）るので、補助開閉部のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能であり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００３３】
請求項５の発明によれば、２線式負荷制御装置の主開閉部の主スイッチ素子の構造が、交流制御において、低損失（低抵抗）化に対して効率のよい半導体チップ構成となるデュアルゲートトランジスタ構造であるため、負荷制御装置の小型・大容量化が実現できる。
【００３４】
請求項６の発明によれば、容易に基準電位の異なる主開閉部の主スイッチ素子のゲート電極に駆動信号を入力することができ、主開閉部の主スイッチ素子を導通状態にすることができる。
【００３５】
請求項７の発明によれば、電力線の電位を基準とする簡易電源を小型で安価な部品で構成することができる。さらに、主スイッチ素子を駆動する電力を、発光部と受光部が電気的に絶縁された光絶縁半導体スイッチ素子を介して、電力変化することなく高効率で送ることができため、デュアルゲートトランジスタ構成の主スイッチ素子を容易に駆動することが可能となる。
【００３６】
請求項８の発明によれば、主開閉部を駆動する際に、主開閉部の主スイッチ素子がゲート部に電流を流す必要がある素子であっても、負荷制御装置の内部電源とは絶縁された電力を安定してゲート部に供給することができる。そのため、低損失であるデュアルゲートスイッチ素子を搭載した小型・高容量の２線式負荷制御装置を実現することが可能となる。
【００３７】
請求項９の発明によれば、電力線の電位を基準とする簡易電源を小型で安価な部品で構成することができる。さらに、主スイッチ素子を駆動する電力を、電力変化することなく高効率で送ることができるため、デュアルゲートトランジスタ構成の主スイッチ素子を容易に駆動することが可能となる。
【００３８】
請求項１０の発明によれば、主開閉部を駆動するためのタイミングを、光絶縁された半導体スイッチ素子で信号伝達することができ、デュアルゲートトランジスタ構成の主スイッチ素子を容易に駆動することが可能となる。
【００３９】
請求項１１の発明によれば、駆動回路における光絶縁半導体スイッチ素子の発光部での消費電流を約半分にすることができるため、負荷へ電力を供給する時に確保しなければならない電力を低減でき、安定した動作を実現することができる。
【００４０】
請求項１２の発明によれば、主開閉部の動作による発生ノイズを低く抑えることができ、ノイズフィルタを不要とできるので、安価かつ小型で、しかも負荷制御装置のオフ時に高インピーダンスを維持することが可能となる。
【００４１】
請求項１３の発明によれば、主開閉部を駆動する際に、主開閉部の主スイッチ素子がゲート部に電流を流す必要がある素子であっても、安定してゲート部に電力を供給することができる。そのため、低損失であるデュアルゲートスイッチ素子を搭載した小型・高容量の２線式負荷制御装置を実現することが可能となる。
【００４２】
請求項１４の発明によれば、主開閉部の主スイッチ素子のゲート部に駆動電力を送るための駆動スイッチ素子を駆動するための電力を低く抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図２】同装置に適用される主開閉部の構成を示す回路図。
【図３】第１実施形態に係る負荷制御装置の通常動作時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図４】第１実施形態に係る負荷制御装置の調光動作時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図６】第２実施形態に係る負荷制御装置の通常動作時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図７】第２実施形態に係る負荷制御装置の調光動作時における各部の信号波形を示すタイムチャート。
【図８】（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る負荷制御装置に適用される耐電圧部を１カ所とする横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子の回路図、（ｂ）は参考例として２つのＭＯＳＦＥＴ型トランジスタ素子を逆方向接続した場合の回路図。
【図９】横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子の縦断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の構成を示す回路図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の変形例を示す回路図。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の構成を示す回路図。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の概略構成を示す回路図。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の具体的構成例を示す回路図。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の変形例を示す回路図。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の他の変形例を示す回路図。
【図１７】本発明の第６実施形態に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る負荷制御装置に適用される駆動回路の構成を示す回路図。
【図１９】第１従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図２０】第２従来例に係る負荷制御装置の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａの構成を示す回路図である。図２は、負荷制御装置１Ａに適用される主開閉部１１の構成の一例を示す回路図である。また、図３及び図４は、負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示すタイムチャートである。
【００４５】
図１に示す第１実施形態の負荷制御装置１Ａは、交流電源２と負荷３との間に直列に接続され、駆動回路１０と、負荷３に対して電源の供給を制御する主開閉部１１と、整流部１２と、負荷制御装置１Ａ全体を制御する制御部１３と、制御部１３に安定した電源を供給するための第１電源部１４と、負荷３への電力停止状態のときに第１電源部１４へ電力を供給する第２電源部１５と、負荷３への電力供給が行われているときに第１電源部１４へ電力を供給する第３電源部１６と、負荷電流のうち微小電流の通電を行う補助開閉部１７と、ＡＮＤ回路２７と、ユーザによって操作される操作部２８などで構成されている。駆動回路１０は、制御部１３から出力されるパルス信号に応じて主開閉部１１を駆動する。また、第３電源部１６には、第３電源部１６に入力される電圧を検出する電圧検出部１８と、負荷電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部１９が設けられている。主開閉部１１は、シングルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子１１ａを有し（図２参照）、補助開閉部１７は、サイリスタ構造の補助スイッチ素子１７ａを有している。また、制御部１３には、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０と、第１パルス出力部２１と、第２パルス出力部２２と、調光制御パルス出力部２４が設けられている。
【００４６】
主制御部２０は、操作部２８に入力された操作に応じて、交流電源の１／２周期のうち前記主開閉部１１を導通させる主開閉部導通時間を設定し、調光制御パルス出力部２４に計数させて駆動回路１０を制御することにより、負荷３に流れる電流を間欠的に制御する。第１パルス出力部２１は、電圧検出部１８からバッファコンデンサ２９の充電完了信号を受けた後、第１所定時間だけ主開閉部１１を導通させるよう、第１パルスを出力する。すなわち、第１パルスは、電圧検出部１８から充電完了信号を受けて立ち上がり、第１所定時間の経過後立ち下がる。
【００４７】
第２パルス出力部２２は、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出してから、第２所定時間だけ補助開閉部１７を導通させるように、所定時間の第２パルス信号を出力する。すなわち、第２パルスは、主開閉部１１が非導通（開状態）になったことを検出して立ち上がり、第２所定時間の経過後立ち下がる。調光制御パルス出力部２４は、主制御部２０によって設定された主開閉部導通時間を計数し、調光制御パルスをＡＮＤ回路２７に出力する。
【００４８】
操作部２８は、負荷３に流れる電流を調整するためにユーザによって操作される。操作部２８には、ユーザが負荷３に流れる電流を調整するためのボリュームスイッチ等が儲けられている。負荷３として例えば照明装置が接続されている場合、ユーザは、操作部２８を操作することにより、調光することができる。また、同様に負荷３として換気扇の駆動モータが接続されている場合、ユーザは、操作部２８を操作することにより、換気扇の風量を調整することができる。
【００４９】
負荷３への電力供給が行われていない負荷制御装置１Ａのオフ状態においても、電源２から整流部１２を介して第２電源部１５に電流が流れるため、負荷３にも微小電流が流れているが、その電流は負荷３を誤動作させない程度に低く抑えられており、第２電源部１５のインピーダンスが高い値に維持されている。
【００５０】
負荷３へ電力供給が行われているとき、第３電源部１６のインピーダンスを低くし、負荷制御装置１Ａの内部の回路側に電流を流し、バッファコンデンサ２９を充電する。上記のように、第３電源部１６には、電圧検出部（充電監視部）１８が設けられており、第３電源部１６に入力される電圧すなわちバッファコンデンサ２９の充電電圧を検出する。バッファコンデンサ２９への充電が完了すると、第３電源部１６を一旦オフとし、主開閉部１１の動作と同期して再び第３電源部１６のインピーダンスを低くしてオンとする。
【００５１】
電圧検出部１８は、例えばツェナーダイオードとトランジスタ等によって構成されている。第３電源部１６に入力される電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えると、トランジスタが導通して制御部１３（第１パルス出力部２１）にその旨の検出信号が入力される。通常動作時において、制御部１３は、電圧検出部１８からの検出信号を受信すると、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）。図１では、電圧検出部１８からの検出信号に応じて、直接的に第１パルス信号を出力するように、専用のＩＣなどを用いてハードウェア的に構成された第１パルス出力部２１を制御部１３の一部として設けた構成例を示している。あるいは、図示した構成に限定されず、電圧検出部１８からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウェア的に第１パルス信号を出力するように構成してもよい。主開閉部１１を導通させる第１所定時間としては、商用周波数電源の１／２周期よりも少し短い時間にする設定することが好ましい。
【００５２】
次に、上記第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通（開状態）になる動作を開始する際、制御部１３は、補助開閉部１７を第２所定時間（例えば、数百μ秒）だけ導通させる（閉状態にさせる）。この動作は、補助開閉部１７が主開閉部１１よりも少し遅れて非導通（開状態）になればよい。または、上記主制御部２０から、主開閉部１１に対して出力する第１パルス信号よりも第２所定時間分だけ長いパルス信号を補助開閉部１７に対して出力するようにしてもよい。あるいは、ダイオードやコンデンサを用いて遅延回路を構
成してもよい。
【００５３】
これらの動作により、バッファコンデンサ２９の充電完了後、商用の交流電源の１／２周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給した後、通電電流が少なくなってから、補助開閉部１７から負荷３に電力を供給することになる。なお、補助開閉部１７は、サイリスタ構造の補助スイッチ素子１７ａを有しているので、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）で非導通（開状態）となる。補助開閉部１７が非導通（開状態）になると、再び第３電源部１６に電流が流れ込むため、上記の動作を商用電源の１／２周期ごとに繰り返す。
【００５４】
図３は、通常動作時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示し、図４は調光動作荷時の負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示している。通常動作時すなわち負荷３としての照明装置の調光を行わない場合においては、図３に示すように、調光制御パルス出力部２４からは常にハイ信号が出力されるので、バッファコンデンサ２９の充電完了後、商用電源の１／２周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷３に電力を供給することになる。このとき、電流値が零となる時点（ゼロクロス点）の前に主開閉部１１が非導通とされるように第１所定時間が設定されているので、ゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされることはない。
【００５５】
その後、第１パルス信号を受けた第２パルス出力部２２は、主開閉部１１が非導通になるとき、補助開閉部１７を第２所定時間だけ導通させる第２パルス信号を補助開閉部１７に出力し、補助開閉部１７から負荷３に電力を供給する。
【００５６】
一方、調光動作時すなわちユーザによって操作部２８が操作され、負荷３としての照明装置の調光を行う場合においては、調光制御パルス出力部２４から図４に示すような調光制御パルス信号が出力される。調光制御パルス信号は、主開閉部非導通時間に亘って出力されるロー信号と、主開閉部導通時間に亘って出力されるハイ信号を有している。主開閉部非導通時間は、ゼロクロス検出部１９がゼロクロス点を検出した後計数される。主開閉部導通時間は、主開閉部非導通時間を計数した後引き続き計数される。
【００５７】
調光制御パルス出力部２４から出力される調光制御パルス信号は、ＡＮＤ回路２７に入力される。ＡＮＤ回路２７は、第１パルス出力部２１から出力された第１パルス信号と、調光制御パルス出力部２４から出力された調光制御パルス信号の論理積をとることにより、主開閉部駆動信号を生成し駆動回路１０を介して主開閉部１１に出力する。これにより、第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを電圧検出部１８が検出したときから計数される第１所定時間と、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出したときから計数される主開閉部導通時間とが重複している時間だけ、主開閉部１１が導通され、負荷３に流れる電流が間欠的に制御され、負荷３の調光がなされる。なお、その後の第２パルス出力部２２及び補助開閉部１７の動作については、図３に示した通常動作時と同様であるため、その説明は省略する。
【００５８】
本第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａによれば、通常動作時においては、電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したことを検出すると、制御部１３は、主開閉部１１を第１所定時間導通させる（閉状態にさせる）ので、交流電源の１／２周期のうち、ほとんどの時間を主開閉部１１から負荷に電力を供給することになる。また、調光動作時においては、主開閉部１１の導通が操作部２８に入力された操作に応じて間欠的に制御されるので、２線式の負荷制御装置を用いて、負荷に所望の動作をさせて消費電力の低減を図ることが可能となる。例えば、負荷３が照明装置である場合、ユーザは操作部２８を操作することにより、所望の明るさに調光することができる。また、ゼロクロス検出部１９がゼロクロス点を検出した後、主開閉部非導通時間を計数した後、主開閉部導通時間を計数するので、主開閉部非導通時間を適宜設定することにより、第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達するまでの時間と主開閉部導通時間が重複しないものとすることができる。これにより、ユーザの操作に応じて正確に負荷の間欠的な導通制御を行うことができる。また、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａがトランジスタ構造であるため、ノイズの少なく発熱が少ない負荷制御装置の小型化ができる。
【００５９】
また、第１所定時間経過後、主開閉部１１が非導通になるとき、補助開閉部１７を第３所定時間だけ導通させ補助開閉部１７から負荷３に電力を供給する。これにより、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａとしてトランジスタ素子を用いても、電流の遮断を必要としない位相制御が可能になり、負荷制御装置の動作時に発生するノイズのレベルを低く抑えられ、スイッチング損失も少なくなるため、小型の装置を実現することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る負荷制御装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂの構成を示す回路図である。また、図６及び図７は、負荷制御装置１Ａの各部における信号波形を示すタイムチャートである。負荷制御装置１Ｂは、第３パルス出力部２３と、ＡＮＤ回路２５ａと、電流検出部２６と、ＯＲ回路２５ｂをさらに備えている点で第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａと異なり、その他は同様である。
【００６１】
負荷３として豆電球のような低容量の負荷が接続される場合においては、負荷電流が小さいためバッファコンデンサ２９の充電に多くの時間を必要とする。そのため、ゼロクロス検出部１９がゼロクロスを検出した時間から、電圧検出部１８で充電完了を検出するまでの時間が長くなり、第１パルスの立ち上がりが遅延する。第１所定時間は、上述した高容量の負荷が接続された場合を想定して設定されているので、第１パルスの立ち上がりが過度に遅延すると、負荷電流がゼロクロス点を越えた後、第１パルスは立下がる。従って、第１パルス及び調光制御パルスのみを用いて主開閉部１１を制御する場合にあっては、低負荷時にゼロクロス点を越えて主開閉部１１が導通状態とされ、半周期ごとの充電動作が安定しない。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、図６及び図７に示すように、第３パルス出力部２３から出力される第３パルスを用いて、第３所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけることとしている。第３パルス出力部２３は、ゼロクロス検出部１９が電源電流のゼロクロス点を検出した後、第３所定時間で主開閉部１１の開状態に制限をかけるように第３パルスを出力する。すなわち、第３パルスは、ゼロクロス検出部１９からゼロクロス検出信号を受けて立ち上がり、負荷電流の半周期よりも短い第３所定時間の経過後立ち下がる。ＡＮＤ回路２５ａは、第１パルス出力部２１から出力される第１パルス信号及び第３パルス出力部２３から出力される第３パルス信号の論理積をとり、ＡＮＤ回路２７に出力する。ＯＲ回路２５ｂは、電流検出部２６から出力される信号及びＡＮＤ回路７から出力される信号の論理和をとることにより主開閉部駆動信号を生成し、駆動回路１０を介して主開閉部１１に出力する。
【００６３】
これらの動作により、主開閉部１１は、第１パルスが立ち上がっている第１所定時間と、第３パルスが立ち上がっている第３所定時間と、調光制御パルスが立ち上がっている主開閉部導通時間とが重複している時間だけ閉じる。上述したように、第３パルスは、ゼロクロス検出部１９がゼロクロス点を検出したタイミングで立ち上がり、負荷電流の半周期よりも短い第３所定期間で立ち下がるため、バッファコンデンサ２９の充電完了を検出するタイミング、すなわち第１所定時間が開始するタイミングが後にずれても、電源周波数のゼロクロス点を越えて主開閉部１１を閉状態にすることが無くなる。これにより、確実に半周期毎に充電を行うことができ、動作の安定が図られる。
【００６４】
また、補助開閉部１７は、本来電流のゼロクロス点を検出することを目的としており、通電を主目的とはしておらず、小型のスイッチ素子で構成されることが期待されている。しかしながら、商用電源において周波数がずれたり、あるいは負荷制御装置を５０Ｈｚと６０Ｈｚの共用で動作させようとしたりすると、主開閉部が非導通になってから電流のゼロクロス点までの時間が長くなり、負荷電流が十分に小さくなる前に補助開閉部に通電が開始されてしまう。また、負荷として過負荷接続された場合、補助開閉部での通電時間は同じであっても、通電損失が大きくなり、補助開閉部１７を構成するスイッチ素子が破損する可能性がある。そのため、第２実施形態では、電流検出部２６により補助開閉部１７に流れる電流値を検出し、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れたときに、再び短時間（第４所定時間）だけ主開閉部１１を導通させ（閉状態にさせ）、その後主開閉部１１が非導通（開状態）になるときに、補助開閉部１７を再び導通させる。
【００６５】
より具体的には、補助開閉部１７が許容できる電流値を超える電流が流れることを検知した電流検出部２６は、その旨の信号をＯＲ回路２５ｂに出力する。ＯＲ回路２５ｂは、上述したＡＮＤ回路２５ａからの出力信号又は電流検出部２６からの出力信号のいずれかの入力を受けたとき、主開閉部１１を短時間だけ導通させて補助開閉部１７を保護する。このように主開閉部１１と補助開閉部１７を繰り返し切り換えることにより、補助開閉部１７の補助スイッチ素子１７ａの破損を防止すると共に、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００６６】
本第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂによれば、第１所定時間内であっても第３所定時間が経過すると、制御部１３は、主開閉部１１を非導通とさせるので、例えば低負荷時において第１所定時間が開始されるタイミングが遅延しても、負荷電流が零となる前に主開閉部１１が非導通とされる。これにより、主開閉部１１が負荷電流のゼロクロスを越えて導通されることがなくなるので、交流電源の半周期の間に確実に充電を行うことができ、半周期ごとの動作を安定させることができる。また、電流検出部２６が、補助開閉部１７に許容値を超える電流が流れることを検出すると、主開閉部を一旦導通させ（閉状態にさせ）、その後非導通状態にする。これにより、補助開閉部１７のスイッチ素子の破損を防止すると共に、小型のスイッチ素子で補助開閉部１７を構成することができ、負荷制御装置の小型化が可能となり、商用電源の種類に対する対応性や過負荷に対する対応性が向上する。
【００６７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る負荷制御装置について説明する。第３実施形態に係る負荷制御装置は、第１実施形態に係る負荷制御装置１Ａ及び第２実施形態に係る負荷制御装置１Ｂにおいて、デュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子（図８に示す）とその駆動回路１０を適用したものである。
【００６８】
はじめに、以下に説明する負荷制御装置において使用される主スイッチ素子について説明する。この主スイッチ素子は、耐電圧部を１箇所とする横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子である点で、上記従来例とは異なる。図８（ａ）は、耐電圧部を１カ所とする横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子の回路図を示し、図８（ｂ）は参考例として上記第２従来例のように２つのＭＯＳＦＥＴ型トランジスタ素子を逆方向接続した場合の回路図を示す。また、図９は、横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子の縦断面構成を示す。
【００６９】
図８（ｂ）に示す従来の構成では、２つのトランジスタ素子のソース電極Ｓ同士が接続され、かつアースされており（最低電位部）、ソース電極Ｓとゲート電極Ｇ１，Ｇ２の間は耐電圧が不要であり、ゲート電極Ｇ１，Ｇ２とドレイン電極Ｄ１，Ｄ２の間に耐電圧が必要であるため、耐電圧部（例えば、耐電圧距離を開ける）を２箇所必要としている。２つのトランジスタ素子はソース電極を基準にしたゲート信号で動作するので、各トランジスタ素子のゲート電極Ｇ１，Ｇ２に同じ駆動信号を入力して駆動することができる。それに対して、図９に示すように、横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子では、耐圧を維持する箇所を１箇所とした損失の少ない双方向素子を実現する構造である。このような構成にあっては、負荷３への通電時における主スイッチ素子自体の発熱量を少なくして、負荷制御装置の小型化及び大容量化を同時に実現することができる。一方、この構成の素子はドレイン電極Ｄ１，Ｄ２の電圧を基準として制御する必要があり、２つのゲート電極Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ異なった駆動信号を入力する必要がある（そのため、デュアルゲートトランジスタ構造と呼ぶ）。
【００７０】
次に、本第３実施形態に係る負荷制御装置において適用される駆動回路１０について、図１０を参照しつつ説明する。主開閉部１１を駆動するための駆動回路１０は、主スイッチ素子１１ａのデュアルゲートに対応して２組設けられたフォトカプラなどの光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２などで構成されている。光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の発光部１０１ａ，１０２ａには、それぞれ制御部１３からの駆動信号が入力される。光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の発光部１０１ａ，１０２ａは、駆動信号が入力されると、その電力を光エネルギーに変換して出力する。光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の受光部１０１ｂ，１０２ｂに、発光部１０１ａ，１０２ａからの光が入射すると、受光部１０１ｂ，１０２ｂで光電変換を行い、光エネルギーを電気エネルギーに変換（すなわち発電）する。受光部１０１ｂ，１０２ｂは、そこで発電された電力が、交流電源（商用電源）及び負荷が接続される点をそれぞれ基準として（図８（ａ）参照）、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート部に正の電位が印加されるように接続されている。
【００７１】
制御部１３から駆動信号を出力して光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の発光部１０１ａ，１０２ａを発光させることにより、容易に基準電位の異なる主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート電極に駆動信号を入力することができ、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａを導通状態（閉状態）にすることができる。なお、光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の発光部１０１ａ，１０２ａと受光部１０１ｂ，１０２ｂは、電気的に絶縁されているため、発光部１０１ａ，１０２ａから光が出力されない限り、主スイッチ素子１１ａのゲート電極には駆動信号は入力されない。すなわち、主スイッチ素子１１ａのゲート電極には、制御部１３から出力された駆動信号とは異なる制御部１３（又は負荷制御装置１Ａの第１電源部１４）から電気的に絶縁された電力が供給される。また、制御部１３からの駆動信号を基に、絶縁を維持しながら容易に、且つ確実に主スイッチ素子１１ａのゲート電極に接続された光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２をオン・オフすることができる。
【００７２】
図１１は、図１０に示す駆動回路１０の変形例を示す。この変形例では、フォトカプラなどの光絶縁半導体スイッチ素子１０１，１０２の発光部１０１ａ，１０２ａが直列に接続されている。それにより、駆動回路１０に流れる電流値を約１／２にすることができ、駆動回路１０での電力消費量を低減させることが可能となる。
【００７３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る負荷制御装置について説明する。本第４実施形態に係る負荷制御装置は、図１０に示した駆動回路１０に代えて、図１２に示す駆動回路１０を適用した点で第３実施形態に係る負荷制御装置とは異なる。
【００７４】
第４実施形態では、主開閉部１１の駆動回路１０が、高周波絶縁トランスなど電磁的結合によって電力を伝達するトランス（電磁結合素子）１０３、整流回路１０４ａ，１０４ｂ、発振回路１０５などによって構成されている。トランス１０３の１次側コイル１０３ａは発振回路１０５に接続され、さらに発振回路１０５は制御部１３に接続されている。発振回路１０５に制御部１３からの駆動信号が入力されると、駆動信号が印加されている間だけ、発振回路１０５は発振を行い、交流電力を発生させる。トランス１０３の１次側コイル１０３ａに発振回路１０５により発生された交流電流が流れると、電磁誘導により２次側コイル１０３ｂ，１０３ｃに起電力が発生する。トランス１０３の２次側にコイル１０３ｂ、１０３ｃに発生する起電力は交流であるため、整流回路１０４ａ，１０４ｂにより整流された後、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート電極に入力される。なお、整流回路１０４ａ，１０４ｂは、交流電源及び負荷が接続される点を基準として、主スイッチ素子１１ａのゲート電極に正の電位が印加されるように接続されている。また、トランス１０３の１次側コイル１０３ａと２次側コイル１０３ｂ，１０３ｃは電気的に絶縁されているため、トランス１０３の１次側コイル１０３ａに電流が流れない限り、主スイッチ素子１１ａのゲート電極には駆動信号は入力されない。すなわち、主スイッチ素子１１ａのゲート電極には、制御部１３から出力された駆動信号とは異なる制御部１３から電気的に絶縁された電力が供給される。
【００７５】
このように、第４実施形態では、制御部１３から出力される駆動信号をトリガとして発振回路１０５により交流電力を発生させているので、発振回路１０５での発振周波数及び振幅、トランス１０３の１次側コイル１０３ａと２次側コイル１０３ｂ，１０３ｃの巻き線数などを適宜設定することにより、トランス１０３の２次側コイル１０３ｂ，１０３ｃに所望する電力を発生させることができる。そのため、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート部が一定以上の電流値を必要とする電流型の主スイッチ素子である場合であっても安定して駆動することができる。なお、発振回路１０５の駆動電力は、負荷制御装置のいずれかの電源部から供給されることは言うまでもない。あるいは、図示していないが、発振回路１０５を省略して、制御部１３から所定周波数及び所定振幅のパルス信号を直接出力するように構成してもよい。
【００７６】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る負荷制御装置について説明する。本第５実施形態に係る負荷制御装置は、図１０に示した駆動回路１０に代えて、図１３に示す駆動回路１０を適用した点で第３実施形態に係る負荷制御装置とは異なる。
【００７７】
図１３に示すように、主開閉部１１を駆動するための駆動回路１０は、主スイッチ素子１１ａのデュアルゲートに対応してそれぞれ２組設けられ、負荷制御装置の第１電源部１４に接続されたダイオード２０１ａ，２０１ｂと、一端がそれぞれの電力線に接続され、他端がダイオード２０１ａ，２０１ｂに接続されたコンデンサ２０２ａ，２０２ｂと、ダイオード２０１ａ，２０１ｂとコンデンサ２０２ａ，２０２ｂの接続点と主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａの各ゲート端子との間に接続された駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂで構成されている。駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂは、制御部１３からの信号によりオン／オフされる。さらに、この駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂは、スイッチ部と操作部が絶縁された構成である。駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂの構成は特に限定されるものではなく、以下に述べるように、様々なタイプのものを使用することができる。
【００７８】
この構成によれば、負荷制御装置の第１電源部１４を一端が電力線に接続されたコンデンサ２０２ａ，２０２ｂの他端にダイオード２０１ａ，２０１ｂを経由して接続することにより、電力線の電位を基準とする簡易電源がこのコンデンサ２０２ａ，２０２ｂにより構成される。このコンデンサ２０２ａ，２０２ｂへの充電は、電力線のうち電源電圧の高い側から、負荷制御装置の内部電源を経由して、電圧の低い側の電力線に流れる電流が、電圧の低い側に接続されたコンデンサを充電することによって行われる。そのとき、電圧の高い側に接続されたコンデンサには充電されないため、電源周波数の一周期毎にコンデンサに充電が繰り返される。反対側のコンデンサには、電力線の電位の関係が前述と逆のタイミングで充電される。
【００７９】
横型のデュアルゲートトランジスタ構造の主スイッチ素子１１ａをオフからオンにする場合、主スイッチ素子１１ａのゲートに対して、電力線が接続される点（図８参照）を基準として電圧を印加する必要がある。ここで、制御部１３からの信号により主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート電極に接続される駆動スイッチ素子２０３ａ又は２０３ｂを導通させると、主スイッチ素子１１ａのゲート端子には、それぞれ電力線を基準とするコンデンサに充電された電圧が印加されるため、主スイッチ素子１１ａは導通状態（閉状態）になる。主スイッチ素子１１ａが一旦導通状態になると、主スイッチ素子１１ａの端子間電圧が非常に小さくなるため、負荷制御装置の電源からダイオード２０１ａ，２０１ｂ及び駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂを経由して印加される電圧で導通を維持することができる。
【００８０】
この実施形態では、駆動回路１０が第１電源部１４と非絶縁に構成されているため、高効率で駆動電力を供給することが可能である。コンデンサ２０２ａ，２０２ｂは、主スイッチ素子１１ａがオフからオンになるときのゲート電極の電位を一時的に確定すればよいので、その形状や容量は小型なものでもよい。なお、駆動回路１０への電源供給は、第１電源部１４の入力又は出力などの比較的安定した電源部からなされる。
【００８１】
図１４は、駆動回路１０の具体的構成例を示し、駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂとして、フォトカプラやフォトリレーなどの光絶縁半導体スイッチ素子を用いている。制御部１３からの駆動信号が入力されると、光絶縁半導体スイッチ素子の発光部から光信号が出力され、その光信号が受光部に入射すると、受光部が導通し、第１電源部１４からの電流（駆動信号）が流れる。発光部と受光部は電気的に絶縁されているため、発光部から光が出力されない限り、主スイッチ素子１１ａのゲート電極には駆動信号は入力されない。そのため、制御部１３からの駆動信号を基に、絶縁を維持しながら容易に、且つ確実に主スイッチ素子１１ａのゲート電極に接続された駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂをオン・オフすることができる。
【００８２】
図１５は、図１４に示す駆動回路１０の変形例を示す。この変形例では、フォトカプラやフォトリレーなどの光絶縁半導体スイッチ素子を用いた駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂの発光部が直列に接続されている。それにより、駆動回路１０に流れる電流値を約１／２にすることができ、駆動回路１０での電力消費量を低減させることが可能となる。
【００８３】
図１６は、図１４に示す駆動回路１０の他の変形例を示す。この変形例では、フォトカプラやフォトリレーなどの光絶縁半導体スイッチ素子を用いた駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂの発光部が直列に接続されていると共に、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート電極と駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂが接続される接続点と、そのゲート電極の基準となる電力線との間にコンデンサ２０４ａ，２０４ｂが接続されている。なお、図１４に示す駆動回路１０の構成例に、コンデンサ２０４ａ，２０４ｂを追加してもよい。
【００８４】
この変形例に示すように、コンデンサ２０４ａ，２０４ｂを追加することにより、駆動スイッチ素子２０３ａ，２０３ｂがオン・オフされる際に、コンデンサ２０４ａ，２０４ｂにより、主スイッチ素子１１ａのゲート電極に印加される電圧の急激な変化を緩和することができ、主スイッチ素子１１ａが急峻にオン・オフすることを防止することができる。その結果、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａがオン・オフすることで発生するノイズを低減することができるため、ノイズフィルタを小さくしたり、あるいは省略したりすることが可能となる。すなわち、図１９又は図２０に示す従来例の構成と比較して、ノイズフィルタとして機能するコイルやコンデンサを省略することができる。
【００８５】
ノイズフィルタを構成するコイルに関しては、負荷制御装置の定格電流が大きくなるにつれて、このコイルも大型になるため、コイルを省略することができれば、負荷制御装置の小型化を実現することができる。また、ノイズフィルタを構成するコンデンサに関しては、コイルに比べて負荷制御装置の大きさに対する制約は少ないが、このコンデンサが存在することにより、負荷制御装置がオフの状態での負荷制御装置のインピーダンスを下げることにつながり、負荷制御装置のオフ状態として好ましくない。また、負荷制御装置がオフの状態でもコンデンサを介して交流電流が流れ、それによってオフ時に負荷が誤動作したりする可能性がある。従って、負荷制御装置からノイズフィルタ用のコンデンサを省略することができれば、２線式負荷制御装置にとって好ましい形態となる。
【００８６】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る負荷制御装置について説明する。上記第５実施形態に係る負荷制御装置では、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａに駆動信号を印加する際、整流部１２のダイオードによって電流が流れない回路構成であるため、主スイッチ素子１１ａのゲート部（ゲート端子）が一定以上の電流値を必要としない電圧型のものにしか対応出来ない。そこで、第６実施形態では、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａが一定以上の電流値を必要とする電流型の主スイッチ素子である場合であっても安定して駆動できるようにしたものである。
【００８７】
図１７に示すように、第６実施形態に係る負荷制御装置１Ｃでは、整流部１２の交流ラインと回路基準となる整流部のマイナス側出力間に同期スイッチ素子１２０ａ，１２０ｂが接続されており、主開閉部１１が閉となる動作に同期して同期スイッチ素子１２０ａ、１２０ｂがオンとなる動作を行う。主開閉部１１が閉となる動作に同期してこの同期スイッチ素子１２０ａ、１２０ｂを閉とすると、負荷制御装置１Ｃ内の第１電源部１４から主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート部に電流を流す経路が形成される。そのため、主スイッチ素子１１ａゲート部が電流を必要とするデュアルゲート素子であっても安定して駆動することができる。なお、その他の構成や基本動作は上記第５実施形態の場合と同様であり、駆動回路１０の構成は特に限定されず、上記第５実施形態の基本構成や各変形例を応用することができる。
【００８８】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る負荷制御装置について説明する。本第７実施形態に係る負荷制御装置は、図１７に示した駆動回路１０に代えて、図１８に示す駆動回路１０を適用した点で第６実施形態に係る負荷制御装置とは異なる。
【００８９】
第７実施形態に係る負荷制御装置において、主開閉部１１の駆動回路１０は、負荷制御装置の第１電源部１４に接続された高耐圧のダイオード２０１ａ，２０１ｂと、一端がそれぞれの電力線に接続され、他端がダイオード２０１ａ，２０１ｂに接続されたコンデンサ２０２ａ，２０２ｂと、ダイオード２０１ａ，２０１ｂとコンデンサ２０２ａ，２０２ｂの接続点と主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａの各ゲート端子との間に接続されたフォトサイリスタ又はフォトトライアックなどの自己消弧型の駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂで構成されている。
【００９０】
第３電源部１６に設けられた電圧検出部１８にて充電完了検出を行うと、主開閉部１１を閉とする動作に移る。そのとき、主開閉部１１の主スイッチ素子１１ａのゲート電極に接続された駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂを導通させるために信号を入力するが、これら駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂがサイリスタ又はトライアック構造であるため、駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂの駆動はトリガ信号のみでよい。そのため、駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂの駆動電力は、上記各実施形態のものに比べて小さくすることができる。また、駆動スイッチ素子２０５ａ，２０５ｂを非導通にするには、整流部１２に設けた同期スイッチ素子１２０ａ，１２０ｂを開とするだけでよく、主開閉部１１を開閉させるための駆動電力を小さくすることが可能になる。２線式負荷制御装置にとっては如何に安定して電源を確保しながら負荷制御を可能とするかが重要な課題であるため、負荷制御装置の駆動電力が少ないことは、その負荷の安定動作にとって望ましい。
【００９１】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも操作部２８に入力された操作に応じて、交流電源の１／２周期のうち主開閉部１１を導通させるために計数される主開閉部導通時間を設定し、電圧検出部１８が第３電源部１６に入力される電圧が所定の閾値に達したときから計数される第１所定時間と、主開閉部導通時間とが重複している時間だけ、主開閉部１１を導通させることにより調光制御するように構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、第２パルスは、ゼロクロス検出部１９からの出力を、ＣＰＵなどで構成された主制御部２０に入力し、ソフトウェア的に出力するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  負荷制御装置
２  電源
３  負荷
１１  主開閉部
１１ａ  主スイッチ素子
１２  整流部
１３  制御部
１４  第１電源部
１５  第２電源部
１６  第３電源部
１７  補助開閉部
１７ａ  補助スイッチ素子
１８  電圧検出部
１９  ゼロクロス検出部
２０  主制御部（制御部）
２１  第１パルス出力部（制御部）
２２  第２パルス出力部（制御部）
２３  第３パルス出力部（制御部）
２４  調光パルス出力部（制御部）
２６  電流検出部
２８  操作部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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