(57)【要約】【課題】二次側のスイッチがオフされた場合に、自動的にオフするブリッジ回路を供給する。【解決手段】ＭＥＲＳ１０００は、４つのスイッチＳＷＵ乃至ＳＹと、一つコンデンサＣＭをから構成されるブリッジ回路１１００を備える。ＭＥＲＳ１０００は、コンデンサＣＭの電圧の変化量が少ない場合、全てのスイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹをオフにする。特に、コンデンサＣＭの電圧がある一定の電圧で一定時間保持された場合、スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹをオフにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され、電源と負荷との間に接続されるブリッジ部と、
前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替る制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記コンデンサの電圧の、所定の期間の変化量が、ある一定の量以下である場合に、前記第１から第４のスイッチをオフにする、
ことを特徴とするブリッジ回路。
【請求項２】
前記制御部は、前記コンデンサの電圧が、前記所定の期間中、ある一定の範囲内の電圧である場合に、
前記第１から第４のスイッチをオフにする、
ことを特徴とする請求項１に記載のブリッジ回路。
【請求項３】
前記制御部は、前記コンデンサの電圧が、前記所定の期間中、ある電圧の以上である場合に、
前記第１から第４のスイッチをオフにする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記コンデンサの電圧が、前記所定期間中、ある電圧の未満である場合に、
前記第１から第４のスイッチをオフにする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のブリッジ回路
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリッジ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧型の単相ブリッジを交流回路に直列に接続し，電源周波数によるスイッチングと電源電圧位相を基準とした位相角制御によってこの制御を簡単に行うものとしてＭＥＲＳ（Magnetic Energy Recovery Switch）が知られている（特許文献１）。ＭＥＲＳは、電圧型変換器の直流側電圧を一定にする制御を必須としない。そのため、コンデンサ容量を小さくしても同様に無効電力発生ができることが知られている。
【０００３】
また、特許文献２には、ＭＥＲＳを蛍光灯調光に応用し、電流や電圧の異常時にＭＥＲＳをバイパスさせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３５６７３号
【特許文献２】特開２００９―２１９１９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交流電源に関わらず、ＭＥＲＳを介して電源から負荷に電力を供給する際、二次側に（ＭＥＲＳと負荷との間に）更にスイッチを設ける場合がある。この場合、この二次側のスイッチをオフにしても、電源からＭＥＲＳに電力が供給される。
すなわち、ＭＥＲＳから負荷に電力を供給しない場合であってもＭＥＲＳには電力が供給され続けてしまう。よって、負荷側のスイッチがオフになった場合、ＭＥＲＳをバイパスさせるのではなく、ＭＥＲＳを自動的にオフさせるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、二次側のスイッチがオフされた場合に、自動的にオフするブリッジ回路を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るブリッジ回路は、
第１から第４の４つのスイッチと少なくとも一つのコンデンサとから構成され、電源と負荷との間に接続されるブリッジ部と、
前記第１から第４のスイッチのオン・オフを切り替る制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記コンデンサの電圧の、所定の期間の変化量が、ある一定の量以下である場合に、前記第１から第４のスイッチをオフにする、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二次側のスイッチがオフされた場合に、自動的にオフするブリッジ回路を供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るブリッジ回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すブリッジ回路の制御構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本発明の実施の形態に係るＭＥＲＳ１０００は、交流電源に直列に接続され、負荷へ流れる電流の位相を制御する装置である。
【００１１】
（実施の形態：構成）
ＭＥＲＳ１０００は、図１に示すように、ブリッジ回路部１１００と、入出力端子１１１０及び１１２０と、電圧計１１５０,１１６０と、電流計１１７０と、スイッチ１２００と、制御部１５００と、から構成されている。
入出力端子１１１０は交流電源ＶＳが接続され、入出力端子１１２０はスイッチ１２００を介して負荷ＬＤを接続されている（交流電源ＶＳと負荷ＬＤとが接続された交流電力回路内に直列に接続されている）。例えば、交流電源ＶＳは商用電源であり、負荷ＬＤは蛍光灯である。
【００１２】
ブリッジ回路部１１００は、接続点Ｎ１乃至Ｎ４と、第１乃至第４スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹと、キャパシタＣＭと、を備える。ブリッジ回路部１１００は、第１のスイッチＳＷＵと第２のスイッチＳＷＸが同時にオンすることがない。また、同様に、第３のスイッチＳＷＶと第４のスイッチＳＷＹが同時にオンすることがない。
【００１３】
接続点Ｎ１には入出力端子１１１０が接続されている。接続点Ｎ２には入出力端子１１２０が接続されている。これによりブリッジ回路部１１００は、接続点Ｎ１を介して交流電源ＶＳに接続され、接続点Ｎ２を介して負荷ＬＤに接続されている。
【００１４】
第１スイッチＳＷＵは、並列に接続されたスイッチ部とダイオード部とから構成されている（等価回路的に並列に接続されている場合も含む）。第１スイッチＳＷＵは、例えば、ダイオード素子とスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など）とを並列に接続した複数の素子から構成されている。なお、第１スイッチＳＷＵは、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の逆導通型半導体スイッチであってもよい。この場合、スイッチ部は、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴの自己消弧型素子の部分から構成されており、ダイオード部は、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの部分から構成される。
【００１５】
スイッチＳＷＵは、ゲート（制御端子）ＧＵを備える。ゲートＧＵには、制御部１５００から制御信号（ゲート信号）、つまり、オン信号又はオフ信号のいずれかが供給される。
【００１６】
スイッチＳＷＵは、ゲートＧＵにオン信号が供給されると、スイッチ部がオン（導通状態）になる。よって、第１スイッチＳＷＵは、オン信号が供給されると、双方向へ導通状態になる。
【００１７】
スイッチＳＷＵは、ゲートＧＵにオフ信号が供給されると、スイッチ部が非導通状態になる。よって、スイッチＳＷＵは、オフ信号が供給されると、ダイオードとして機能する。なお、ゲートＧＵにゲート信号が供給されない場合も、オフ信号を供給された場合と同様に、ダイオードとして機能する。
【００１８】
第２乃至第４スイッチＳＷＸ乃至ＳＷＹは、それぞれが、第１スイッチＳＷＵと同じ構成である。それぞれ、第１スイッチＳＷＵと同様に、オン信号によってオンしたときに導通状態になり、オフ信号によってオフしたときにダイオードとして機能する。また、ゲート信号が供給されない場合も、オフ信号を供給された場合と同様に、ダイオードとして機能する。
【００１９】
第１スイッチＳＷＵは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）が接続点Ｎ３に接続されダイオード部のアノード側（第２の端子）が接続点Ｎ１に接続される向きで、接続点Ｎ１と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２０】
第２スイッチＳＷＸは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）が接続点Ｎ１に接続され、ダイオード部のアノード側（第２の端子）がＮ４に接続される向きで、接続点Ｎ４と接続点Ｎ１との間に接続されている。
【００２１】
第３スイッチＳＷＶは、ダイオード部のカソード側（第１の端子）がＮ３に接続され、アノード側（第２の端子）が接続点Ｎ２に接続される向きで、接続点Ｎ２と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２２】
第４スイッチＳＷＹは、ダイオード部の、カソード側（第１の端子）が接続点Ｎ２に接続され、アノード側（第２の端子）が接続点Ｎ４に接続される向きで、接続点Ｎ４と接続点Ｎ３との間に接続されている。
【００２３】
キャパシタＣＭは、一端（正極側）が接続点Ｎ３に接続され、他端（負極側）が接続点Ｎ４に接続されている。
【００２４】
電圧計１１５０は、キャパシタＣＭの他端に対する一端の電圧を測定し、その電圧値ｖｃを制御部１５００へ送信する。
【００２５】
電圧計１１６０は、交流電源ＶＳの両端電圧（他端に対する一端の電圧）を測定し、その電圧値ｖｉを制御部１５００へ送信する。
【００２６】
電流計１１７０は、ブリッジ回路部１１００の入出力端子１１１０から入出力端子１１２０の方向へ流れる電流を測定し、その電流値ｉを制御部１５００へ送信する。
【００２７】
制御部１５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５０２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５０３と、入出力部１５０４と、を備える。本実施形態では、ＲＡＭ１５０２及びＲＯＭ１５０３によって、制御部１５００の記憶部が構成されているが、この記憶部は、他の記憶装置を含んで構成されてもよい。また、記憶部は、制御部１５００の外部にあってもよい。さらに、制御部１５００の少なくとも一部は、ＣＰＵ１５０１が行う下記処理の少なくとも一部を実行する専用回路（ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）など）によって構成されてもよい。
【００２８】
ＣＰＵ１５０１は、ＲＯＭ１５０３が記憶するプログラムに従って、制御部１５００が行う下記処理を実行する。ＲＡＭ１５０２は、ＣＰＵ１５０１のメインメモリとして機能する。ＲＯＭ１５０３は、プログラムや、下記処理中にＣＰＵ１５０１に使用される各種データを記憶する。ＣＰＵ１５０１は、下記処理を、ＲＯＭ１５０３が記憶するデータを適宜用いて行うものとする。入出力部１５０４は、各種ポートから構成される。制御部１５００に入出力される制御信号、各種データ等は、入出力部１５０４を介して、ＣＰＵ１５０１に入出力される。
【００２９】
また、制御部１５００は、下記処理における制御位相角θを上位の制御系１５５０によって調整される。制御系１５５０は、例えば、パソコンであり、ＬＡＮ（Local Area Network）を介してデータを相互に通信する。制御位相角θは、電圧ｖｉが負から正に切り替わる時点を０度とする位相角である。
【００３０】
制御部１５００の行う処理は、図２に示すように、ＭＥＲＳ１１００が停止中に実行される第１のループＬＰ１とＭＥＲＳ１１００が起動中に実行される第２のループＬＰ２から構成される。第１のループＬＰ１は、第１の自動起動機能Ｓ１１０と第２の自動起動機能Ｓ１２０と、から構成される。第２のループＬＰ２は、通常運転機能Ｓ２００と、第１の自動停止機能Ｓ３１０乃至第３の自動停止機能Ｓ３３０と、から構成される。
【００３１】
第１のループＬＰ１では、ＭＥＲＳ１１００が起動するまで、第１の自動起動機能Ｓ１１０及び第２の自動起動機能Ｓ１２０を繰り返し実行する。
【００３２】
第１の自動起動機能Ｓ１１０は、ＭＥＲＳ１１００が停止した状態で、電流ｉが閾値を超えると、ＭＥＲＳ１１００を起動する。
より具体的には、第１の自動起動機能Ｓ１１０は、ゲート信号ＳＵ乃至ＳＹの出力が停止中であり、かつ、電流ｉが予め設定した電流値（本実施形態では、負荷ＬＤの定格電流の１０％）を超えたかを否かを調べる。肯定であれば、ゲートＧＵ乃至ＧＹへゲート信号を出力し始め、次の処理に移る。否定であれば引き続き次の処理に移る。
【００３３】
第２の自動起動機能Ｓ１２０は、ＭＥＲＳ１１００が停止した状態で、電圧計１１５０から受信したコンデンサＣＭの電圧ｖｃが所定の時間以上閾値以上の状態であった場合に、ＭＥＲＳ１１００を起動する。
より具体的には、第２の自動起動機能Ｓ１２０は、ゲート信号ＳＵ乃至ＳＹの出力が停止中であり、かつ、電圧ｖｃが予め設定された交流電源ＶＳの実効電圧（本実施形態では１００Ｖ）以上を否かを調べる。肯定であれば、ゲートＧＵ乃至ＧＹへゲート信号を出力し始め、次の処理に移る。否定であれば引き続き次の処理に移る。
【００３４】
通常運転機能Ｓ２００は、ＭＥＲＳ１１００を通常運転させる。本実施形態では、電圧計１１６０から受信した交流電源ＶＳの電圧ｖｉと同じ周期で、ＭＥＲＳ１１００の各スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹを制御する。
より具体的には、通常運転機能Ｓ２００は、電圧ｖｉの位相が位相角θになると、ゲートＧＶ及びゲートＧＸへ供給するゲート信号をオン信号に切り替え、ゲートＧＸ及びＧＹへ供給するゲート信号をオフ信号に切り替える。そして、位相角がθ＋π／２になるとゲートＧＶ及びゲートＧＸへ供給するゲート信号をオフ信号に切り替え、ゲートＧＸ及びＧＹへ供給するゲート信号をオン信号に切り替える。なお、次の処理に移っても、ゲート信号は引き続き出力される。
【００３５】
第１の自動停止機能Ｓ３１０は、電圧計１１５０から受信したコンデンサＣＭの電圧ｖｃが所定の時間以上閾値以上の状態であった場合に、ＭＥＲＳ１１００をオフにする。
より具体的には、電圧ｖｃが予め設定された交流電源ＶＳのピーク電圧（本実施形態では１４１Ｖ）以上になる時間が、交流電源ＶＳの半周期（本実施形態では１０μ秒）以上継続した場合に、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００３６】
第２の自動停止機能Ｓ３２０は、電圧計１１５０から受信したコンデンサＣＭの電圧ｖｃが所定の時間以上閾値未満の状態であった場合に、ＭＥＲＳ１１００をオフにする。
より具体的には、電圧ｖｃが予め設定された交流電源ＶＳのピーク電圧（本実施形態では１４１Ｖ）未満になる時間が、交流電源ＶＳの半周期（本実施形態では１０μ秒）以上継続した場合に、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００３７】
第３の自動停止機能Ｓ３３０は、電圧計１１５０から受信したコンデンサＣＭの電圧ｖｃの変化量が閾値以下の場合に、ＭＥＲＳ１１００をオフにする。
より具体的には、電流ｉ（電流ｉは電圧ｖｃの変化量に高い相関関係がある）が予め設定された電流量以下の時間が、交流電源ＶＳの半周期（本実施形態では１０μ秒）以上継続した場合に、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００３８】
（実施の形態：具体的な制御及び動作）  
以上説明した構成によって、ＭＥＲＳ１０００は、以下のように負荷へ流れる電流の位相を制御し、かつ、二次側のスイッチ１２００のオン／オフに対して自動的にオン／オフする。
なお、以下の初期状態は、二次側のスイッチ１２００がオフで、スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹがオフで、コンデンサＣＭには電荷が蓄積されておらず（電圧が０）、電流も流れていない状態であるとして説明する。
【００３９】
（二次側スイッチ１２００のオン）
二次側のスイッチ１２００がオンされると、スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのダイオード部分及びコンデンサＣＭを介して電流ｉが発生する。コンデンサＣＭには電流ｉが流れこむため、コンデンサＣＭには電圧が発生する。
【００４０】
（自動オン１）
制御部１５００は、予め設定した電流値以上の電流ｉを検知すると、第１の自動起動機能Ｓ１１０によって、ゲートＧＵ乃至ＧＹへゲート信号を出力し始める。これによりスイッチＳＷＵ乃至スイッチＳＷＹはオンオフを切り替え、ＭＥＲＳ１１００が起動する。
【００４１】
（自動オン２）
第１の自動起動機能Ｓ１１０によって、通常運転機能Ｓ２００が実行されなかった場合であっても、制御部１５００は、コンデンサＣＭの電圧が１００Ｖになったことを検出すると、第２の自動起動機能Ｓ１１０によって、ゲートＧＵ乃至ＧＹへゲート信号を出力し始める。これによりスイッチＳＷＵ乃至スイッチＳＷＹはオンオフを切り替え、ＭＥＲＳ１１００が起動する。
【００４２】
（通常運転）
ＭＥＲＳ１１００が起動を開始すると、制御部１５００は、通常運転機能Ｓ２００によってゲート信号のオン信号・オフ信号の切り替わりを制御する。制御部１５００は、通常運転機能Ｓ２００によって、電圧計１１６０から受信した電圧ｖｉの位相が位相角θになると、ゲートＧＶ及びゲートＧＸにオン信号を送信し、ゲートＧＸ及びＧＹにオフ信号を送信する。そして、位相角がθ＋π／２になるとゲートＧＶ及びゲートＧＸにオフ信号を送信し、ゲートＧＸ及びＧＹにオン信号を送信する。
これにより、スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＹのオン・オフは切り替わり、負荷ＬＤへ流れる電流の位相が制御される。
【００４３】
（二次側スイッチ１２００のオフ）
二次側スイッチ１２００がオフされると、残った磁気エネルギーがコンデンサＣＭへ流入し、電流ｉが減少する。コンデンサＣＭの電圧ｖｃは上昇し、磁気エネルギーがなくなり次第電圧の上昇は停止する。
【００４４】
（自動オフ１）
コンデンサＣＭの電圧が１４１Ｖ以上で停止すると、制御部１５００は、第１の自動停止機能Ｓ３１０によって、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００４５】
（自動オフ２）
コンデンサＣＭの電圧が１４１Ｖ未満で停止すると、制御部１５００は、第２の自動停止機能Ｓ３２０によって、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００４６】
（自動オフ３）
第１の自動停止機能３１０及び第２の自動停止機能３２０によって、通常運転機能Ｓ２００が停止しなかったとしても、電流ｉがなくなりその変化量が０になる。そのため、制御部１５００は、第３の自動停止機能Ｓ３３０によって、ゲートＧＵ乃至ＧＹへのゲート信号の供給を停止する。
【００４７】
（まとめ）
以上のように、本発明の実施形態に係るＭＥＲＳ１０００によって、二次側のスイッチのオン／オフに対応して、自動的にオン／オフすることが可能である。特に、コンデンサＣＭの電圧が一定の場合あるいは変化量が少ない場合に、ＭＥＲＳをオフすることができるため、二次側のスイッチがオフになった時に、ゲート信号の出力をオフさせることが可能である。
また、コンデンサＣＭの電圧が電源電圧以上であること（ＭＥＲＳ特有）が、保持されること（ＭＥＲＳ特有ではない）を検出することにより、より確実にゲート信号の出力をオフさせることが可能である。
【００４８】
（変形例等の説明）
なお、本発明は、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態や変形例は、本発明の実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。下記に上記実施形態の変形例を例示するが、各変形例は適宜組み合わせることが可能である。
【００４９】
（変形例１）
ＭＥＲＳ１０００は、交流電源ＶＳに接続し、交流電源ＶＳの出力周波数と同じ周波数でスイッチングするものとして説明した。しかし、同じ周波数でなくともよいし、直流電源に接続に接続するＭＥＲＳであっても同様の効果を発揮できる。
【００５０】
（変形例２）
また、上記説明では、コンデンサ電圧が、ある閾値以上で一定値になる場合と、ある閾値未満で一定値になる場合と、ＭＥＲＳ１０００のスイッチをすべてオフした。しかし、片方だけの場合に、すべてのスイッチをオフするようにしてもよい。とくに、コンデンサ電圧が電源電圧より低い値で一定値になることは、ＭＥＲＳではまれなので、この時はＭＥＲＳをバイパスするなどしてもよい。
【００５１】
（変形例３）
上記処理を実行させるプログラムは、上記実施形態では所定のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（上記では、記憶部を構成するＲＡＭ１５０２、ＲＯＭ１５０３）にはじめから記憶されているものとしている。しかし、上記処理を実行させるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ (Compact Disc Recordable) 、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの持ち運び可能なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納して配布してもよい。また、上記処理を実行させるプログラムは、インターネットなどを介して、コンピュータに供給することによって、コンピュータを上記ブリッジ回路１００としてもよい。また、上記処理を実行させるプログラムは、ＯＳ（Operating System）などと協働して上記処理を実行させるプログラムであってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０００  ＭＥＲＳ
ＶＳ  交流電源
ＬＤ  負荷
１１００  ブリッジ回路
ＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＸ，ＳＷＹ  スイッチ
ＣＭ  コンデンサ
１１１０，１１２０  入出力端子
１１５０  １１６０  電圧計
１１７０  電流計
１５００  制御部
ＬＤ  負荷
【図１】
2015082937.tif 000003
【図２】
2015082937.tif 000004