(57)【要約】  ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路であって、負荷に提供される電力の量を制御するための制御電極を有し、通常動作ではＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御され得るが、故障モードでは一方の半周期だけにおいてＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期においてＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、故障モードが発生したか否かを判定するための制御器と、制御器に電力を供給するための電源とを備え、故障モードが発生した場合、制御器が、スイッチを制御することができる半周期の大部分の間スイッチを完全な導通状態にすると共に、制御器のための電源がＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、スイッチを非導通状態にする調光器回路を提供する。
2008541407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された誘導的な照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路であって、
負荷に提供される電力の量を制御するために制御信号を提供された少なくとも１つの制御電極を有すると共に、通常動作では、前記ＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御されることができるが、しかし故障モードでは、前記ＡＣ電圧源の一方の半周期だけにおいて前記ＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期において前記ＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、
前記スイッチの前記故障モードが発生したか否かを判定するための前記スイッチのための制御器と、
前記制御器に電力を供給するために前記調光器回路を横断して接続された電源とを備え、
もしそのような故障モードが発生した場合、負荷に供給されるＤＣ電圧成分が、それ以下では過度の変圧器の加熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、それによって、誘導的な負荷の過熱を最小限にすると共に、前記制御器が動作し続けることを可能にするために、前記制御器のための前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、前記制御器が、前記スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、前記スイッチを実質的に完全な導通状態にすると共に、同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にするように前記スイッチを制御する
ことを特徴とする調光器回路。
【請求項２】
前記制御器によって前記故障モードが検出される場合に、前記制御器が、時間の短い間隔の間、前記スイッチを周期的に非導通状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記制御器によって前記故障モードが検出される場合に、前記制御器が、前記ＡＣ電圧源のライン周期の整数倍の後で、時間の短い間隔の間、前記スイッチを周期的に非導通状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
電源電圧を監視するための電源監視回路を更に備え、
もし電源電圧が所定の下側レベル以下に低下する場合、前記制御器が、時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にし、それによって、前記制御器が動作し続けることを可能にするために、前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を供給されることを可能にする
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記時間の短い間隔が、前記ＡＣ電圧源のゼロ交差点から始まる
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記時間の短い間隔が、前記ＡＣ電圧源のゼロ交差点で終わる
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項７】
前記電源監視回路が、前記電源の蓄積容量を横断する電源電圧を監視する
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項８】
前記蓄積容量が、前記電源の入力端子に配置されると共に、整流器を介して前記ＡＣ電圧源から電圧を供給される
ことを特徴とする請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記回路が、前記ＡＣ電圧源のホットサイドと前記負荷とに直列に配置されると共に、前記負荷を通して前記ＡＣ電圧源のＡＣニュートラルサイドだけに接続される２線式の調光器回路を備える
ことを特徴とする請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記電源監視回路が、前記蓄積容量を横断して配置された分圧器回路を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項１１】
前記電源が、スイッチングモード電源を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項１２】
前記整流器が、前記調光器回路の第１及び第２の端子に接続されると共に、前記蓄積容量に接続された共通の接続部を有する第１及び第２のダイオードを備える
ことを特徴とする請求項８に記載の回路。
【請求項１３】
前記故障モードが発生したか否かを判定するために前記スイッチを監視するように前記スイッチに接続されたスイッチ監視回路を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項１４】
前記スイッチ監視回路が、前記スイッチと接続された分圧器回路を備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記双方向性のスイッチが、共通に接続された１つの対応する主電流伝送端子を有するように逆直列回路に接続された第１及び第２のＦＥＴを備え、
前記故障モードでない限り、各ＦＥＴが、前記ＡＣ電源電圧のそれぞれの半周期において電圧を遮断することができる
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項１６】
前記故障モードを検出するために前記ＦＥＴのそれぞれに接続されると共に、前記制御器に接続された出力を有するスイッチ監視回路を更に備える
ことを特徴とする請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記ＦＥＴのそれぞれに接続された前記スイッチ監視回路が、各ＦＥＴの前記主電流伝送端子を横断して接続された分圧器回路を備える
ことを特徴とする請求項１６に記載の回路。
【請求項１８】
各ＦＥＴが、前記ＦＥＴの前記主電流伝送端子と並列に接続された内在するダイオード、または外付けのダイオードを備え、
前記故障モードでない限り、正常なＦＥＴ動作の間ＦＥＴが電圧を遮断することができる場合に、前記ダイオードが逆バイアスされる
ことを特徴とする請求項１５に記載の回路。
【請求項１９】
電源電圧が所定の上側レベルを越えたと電源監視回路が判定する場合に、前記制御器が、前記スイッチを完全な導通状態に戻す
ことを特徴とする請求項４に記載の回路。
【請求項２０】
前記制御器が、前記スイッチの検出された前記故障モードが前記スイッチの実際の故障が原因であるか否か、または、実際には前記スイッチが故障していなかった場合に、前記スイッチに故障があるように見えるように前記スイッチが他の回路によって制御されているか否かを判定するために、周期的に検査を行う
ことを特徴とする請求項１９に記載の回路。
【請求項２１】
もし前記制御器が検出された故障は現実の故障ではないと判定する場合、前記制御器が、前記調光器回路の通常動作を再開し、それによって調光操作を可能にする
ことを特徴とする請求項２０に記載の回路。
【請求項２２】
前記調光器回路の手動制御を可能にする少なくとも１つの制御アクチュエータを更に備え、
前記制御器が、更に、前記少なくとも１つの制御アクチュエータが作動させられたか否かを判定すると共に、それに応じて、もし前記故障モードが検出された場合、表示装置上でエラー表示を表示する
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項２３】
前記スイッチが前記制御器によって駆動されると共に、プリセットされた時間後に満了した場合にリセットされるタイマを更に備え、
前記制御器が、更に、前記プリセットされた時間が満了したか否かを判定するために、前記タイマを監視すると共に、
前記制御器が、前記タイマが満了した場合に前記スイッチをオフ状態にし、それによって、前記電源に電力を提供するための時間の短い間隔を、前記ＡＣ電源電圧のピークに同期させる
ことを特徴とする請求項１９に記載の回路。
【請求項２４】
前記タイマのプリセットされた時間が、前記電源電圧が前記所定の下側レベル以下に低下する前に満了するように設定される
ことを特徴とする請求項２３に記載の回路。
【請求項２５】
前記双方向性のスイッチが、所定の極性の電流が少なくとも１つのＦＥＴを常に一方向で通過するように整流器ブリッジに配置された少なくとも１つのＦＥＴを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項２６】
第２の誘導的な照明負荷に電力を提供する第２の調光器回路を更に備え、
前記調光器回路のそれぞれが、それぞれの照明負荷と直列に配置されると共に、
各調光器回路が、
調光出力端子及び共通入力端子と、
前記共通入力端子と電源入力端子との間に接続された整流器と、
各調光出力端子と前記電源入力端子との間に接続されるそれぞれの整流器とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項２７】
前記電源が、前記調光器回路の各双方向性のスイッチの制御端子に電力を提供するための第１及び第２の出力端子を備える
ことを特徴とする請求項２６に記載の回路。
【請求項２８】
ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された誘導的な照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路を操作するための方法であって、
前記調光器回路が、負荷に提供される電力の量を制御するための制御信号が提供された少なくとも１つの制御電極を有すると共に、通常動作では、前記ＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御されることができるが、しかし故障モードでは、前記ＡＣ電圧源の一方の半周期だけにおいて前記ＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期において前記ＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、
前記調光器回路のための制御回路に電力を供給するために前記調光器回路を横断して接続された電源とを備え、
負荷に供給されるＤＣ電圧成分が、それ以下では過度の変圧器の加熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、それによって、誘導的な負荷の過熱を最小限にすると共に、前記制御回路が動作し続けることを可能にするために、前記制御回路のための前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、前記方法が、
負荷に供給される半周期の間、従って負荷に供給されるＤＣ電圧成分の間の非対称性の原因となり得る前記スイッチの前記故障モードが発生したか否かを判定する段階と、
前記スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、前記スイッチを実質的に完全な導通状態にする段階と、
同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にする段階とを有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記故障モードが検出される場合に、時間の短い間隔の間、前記スイッチを周期的に非導通状態にする段階を更に有する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記故障モードが検出される場合に、前記ＡＣ電圧源のライン周期の整数倍の後で、時間の短い間隔の間、前記スイッチを周期的に非導通状態にする段階を更に有する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
電源電圧を監視する段階と、
もし電源電圧が所定の下側レベル以下に低下する場合、時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にし、それによって、前記制御器が動作し続けることを可能にするために、前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を供給されることを可能にする段階を更に有する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記電源の蓄積容量を横断する電源電圧を監視する段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記調光器回路が、前記ＡＣ電圧源のホットサイドと前記負荷とに直列に配置されると共に、前記負荷を通して前記ＡＣ電圧源のＡＣニュートラルサイドだけに接続される２線式の調光器回路を備える
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記故障モードが発生したか否かを判定するために前記スイッチを監視する段階を更に有する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記双方向性のスイッチが、共通に接続された１つの対応する主電流伝送端子を有するように逆直列回路に接続された第１及び第２のＦＥＴを備え、
前記故障モードでない限り、各ＦＥＴが、ＡＣ電源電圧のそれぞれの半周期において電圧を遮断することができる
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
各ＦＥＴが、前記ＦＥＴの前記主電流伝送端子と並列に接続された内在するダイオード、または外付けのダイオードを備え、
前記故障モードでない限り、正常なＦＥＴ動作の間ＦＥＴが電圧を遮断することができる場合に、前記ダイオードが逆バイアスされる
ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
電源電圧が所定の上側レベルを越えたと電源監視回路が判定する場合に、前記スイッチを完全な導通状態に戻す段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記スイッチの検出された前記故障モードが前記スイッチの実際の故障が原因であるか否か、または実際には前記スイッチが故障していなかった場合に、前記スイッチに故障があるように見えるように、前記スイッチが他の回路によって制御されているか否かを判定するために、周期的に検査を行う段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
もし検出された故障は現実の故障ではない場合、前記調光器回路の通常動作を再開し、それによって調光操作を可能にする段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記調光器回路が、前記調光器回路の手動制御を可能にする少なくとも１つの制御アクチュエータを更に備え、
前記少なくとも１つの制御アクチュエータが作動させられたか否かを判定すると共に、それに応じて、もし前記故障モードが検出された場合、表示装置上でエラー表示を表示する段階を更に有する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記スイッチが駆動されると共に、プリセットされた時間後に満了した場合にタイマをリセットする段階を更に有し、
前記プリセットされた時間が満了したか否かを判定するために、前記タイマを監視すると共に、前記タイマが満了した場合に前記スイッチをオフ状態にし、それによって、前記電源に電力を提供するための時間の短い間隔を、前記ＡＣ電源電圧のピークに同期させる段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記タイマのプリセットされた時間が、前記電源電圧が前記所定の下側レベル以下に低下する前に満了するように設定される
ことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記双方向性のスイッチが、所定の極性の電流が少なくとも１つのＦＥＴを常に一方向で通過するように整流器ブリッジに配置された少なくとも１つのＦＥＴを備える
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路、更に特に、交流（ＡＣ）負荷に電力を供給するための電源回路、例えば照明調光器回路に関連すると共に、回路は、負荷に電力を供給するスイッチング回路を制御する制御回路に電力を提供するための電源を利用し、そしてスイッチ故障が発生した場合は負荷を保護する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ負荷に可変電力を提供するための回路は、例えば照明調光器として知られている。いくつかの照明負荷は、ステップダウン変圧器、一般的に絶縁変圧器経由でＡＣ電力を供給される低電圧照明負荷である。これらのステップダウン変圧器は、電圧を低電圧レベル、例えば１つまたは複数の電灯に電力を供給するために必要な１２〜２４ボルトまでステップダウンする。電磁トランス付き低電圧（ＭＬＶ：magnetic low-voltage）照明のような、変圧器を使用する低電圧照明負荷に関する問題は、それらの変圧器が、変圧器を横断する電圧のあらゆる直流（ＤＣ）成分に影響を受けやすいことである。変圧器を横断する電圧におけるＤＣ成分は、変圧器が音響雑音を発生させると共に、変圧器の温度を増加させ、恐らくは火災の危険を作り出す変圧器が飽和することの原因となり得る。
【０００３】
多くの国において、過熱することから保護するために、そのような電磁トランス付き低電圧照明負荷に熱保護を組み込む要求がある。例えば、いくつかの電磁トランス付き低電圧照明負荷は、過熱と火災の危険を防止するために、熱センサ、または過電流状態の場合に切れるヒューズを利用する。しかしながら、これは、電磁トランス付き低電圧照明負荷に関する一般的な必要条件ではなく、従って、そのような電磁トランス付き低電圧照明負荷が、特に、それらの負荷が熱的に保護されない場合に過熱するのを未然に防ぐことを保証することは、重要である。
【０００４】
調光器回路は、照明負荷に供給される電力を制御するために、トライアック、及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような半導体スイッチを利用する。トライアックは双方向性のデバイスであるので、もしトライアックが故障し短絡された場合、電流は、両方の半周期に流れると共に、本質的なＤＣ成分は、負荷に供給されないことになる。従って、電圧のＤＣ成分が原因でＭＬＶ変圧器を過熱するという問題は生成されない。調光器のエンドユーザは、接続された照明負荷が最大限の輝度であると共に、そのユーザが光を調光することができないことになるので、調光器に関する問題があるということを知ることになる。もちろん、もし調光器スイッチが故障し開放された場合、負荷は電力を供給されないことになるので過熱する問題はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、問題は、制御されたスイッチングデバイスとしてＦＥＴを使用する調光器に発生する。個々のＦＥＴは、双方向性のスイッチではないので、従って、一般的に、２つのＦＥＴが、逆直列接続で使用され、すなわちそれらが双方向性のスイッチとして機能するように、それらは２個のトランジスタのソースが一緒に接続されているような直列状態に接続される。ＦＥＴは、それらが、更に良いＥＭＩ（電磁妨害）性能、及び負荷を通る電流の更に柔軟な制御を提供するので、多くの場合調光器に使用される。ＦＥＴを使用する調光器回路において、電流は両方のトランジスタを通じて電灯負荷に流れることになる。特に、交流電源電流の一方の半周期において、電流は、（所望の調光レベルを提供するために適切に制御されるゲートを備える）第１のトランジスタのドレーン−ソース経路を通じて、そして第２のトランジスタを横断して接続されたボディダイオード及び／または逆並列に接続された外付けのダイオードを通じて流れることになる。もう一方の半周期において、電流は、（所望の調光レベルを提供するために制御されるゲートを備える）第２のトランジスタのソースからドレーンに流れると共に、第１のトランジスタのボディダイオード及び／または逆並列に接続された外付けのダイオードを通じて流れることになる。
【０００６】
もし直列接続されたＦＥＴの両方が故障し短絡された場合、状況は、トライアックが故障し短絡された場合と同じである。電灯負荷は、最大限の輝度になることになると共に、調光されることがなく、両方の半周期が実質的に完全に導通されるので、電灯負荷は実質的に最大限の輝度になることになる。２線式の調光器（すなわち、ニュートラルの接続なしの調光器）において、一般的に、ＡＣ電力のほんの一部分は、スイッチがオフの場合、すなわち電灯負荷に提供される電力の位相カット（phase cut）部分の間、またはスイッチが導通する前に、調光器を横断する電力を獲得することによって調光器制御回路に電力を供給するために、ＡＣライン源から取り除かれる。これは、ニュートラルの接続が調光器にないからである。両方のスイッチが短絡される場合、スイッチのための制御回路は電力を供給されないことになる。しかしながら、両方の半周期が実質的に等しく導通されるので、電磁トランス付き低電圧電灯負荷に供給されるＤＣ成分が存在せず、そのため過熱に関する危険はない。
【０００７】
もし両方のＦＥＴが故障し開放された場合、電力が負荷に供給されないと共に、過熱に関する危険はない。
【０００８】
ＭＬＶ変圧器を過熱する問題は、ＦＥＴの内の１つだけが機能しなくなる場合に発生する。そのような場合において、ＦＥＴが故障し短絡された場合、短絡されたＦＥＴは、完全な半周期の間に負荷に電力を供給することになる。故障がないかぎり、ＦＥＴは、通常、半周期の間に負荷に供給される電力を制御することができるであろう。１つのＦＥＴが短絡される場合に、もう一方のＦＥＴのダイオードは、順方向バイアスされるので、導通することになる。もう一方のＦＥＴは、それがその導通の半周期の間に位相カット調光信号を提供するように、調光器制御回路によって制御されることになると共に、もちろん、短絡されたスイッチは、同様に導通することになる。２つの半周期の間の非対称性が原因で、ＤＣ成分が負荷に供給されることになり、従って過熱に関する危険を作り出す。もし熱保護が提供されない場合、潜在的な火災の危険が存在する。
【０００９】
スイッチの内の１つが故障し開放された場合、もし開放故障（open failure）が、ボディダイオード（または外付けのダイオード）を無傷のまま残すならば、そのような場合には、一方の半周期は存在しないが、同様に過熱する危険の原因となるもう一方の半周期が存在することになるので、非対称性が存在し得る。もし開放故障が、１つのスイッチのドレーン−ソース経路、及びボディダイオード（または外付けのダイオード）の両方の開放に帰着するならば、電力が負荷に供給されることができないと共に、過熱する危険はない。
【００１０】
そのような調光器には、特に電磁トランス付き低電圧電灯負荷の場合は、スイッチ故障の場合にＤＣ成分による説明された過熱の危険を防止するために、それと同時に、そのような故障が発生した場合にさえ、調光器の制御回路が動作し続けることが可能になるように、ＤＣ成分を減少させるか、もしくは消去するような方法で、電力が調光器のための電源制御回路に供給されることを保証する保護回路の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された誘導的な照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路であって、負荷に提供される電力の量を制御するために制御信号を提供された少なくとも１つの制御電極を有すると共に、通常動作では、前記ＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御されることができるが、しかし故障モードでは、前記ＡＣ電圧源の一方の半周期だけにおいて前記ＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期において前記ＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、前記スイッチの前記故障モードが発生したか否かを判定するための前記スイッチのための制御器と、前記調光器回路を横断する電力を供給された、前記制御器に電力を供給するための電源とを備え、もしそのような故障モードが発生した場合、負荷に供給されるＤＣ電圧成分が、それ以下では過度の変圧器の加熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、それによって、誘導的な負荷の過熱を最小限にすると共に、前記制御器が動作し続けることを可能にするために、前記制御器のための前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、前記制御器が、前記スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、前記スイッチを実質的に完全な導通状態にすると共に、同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にするように前記スイッチを制御することを特徴とする調光器回路を提供する。
【００１２】
本発明によれば、双方向性のスイッチは、２つの逆直列に接続されたＦＥＴを備え、スイッチの内の１つが故障した場合に、付属された負荷に供給されるＤＣ電圧レベルが、そのレベル以下では過度の変圧器の過熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、そして制御器が動作し続けることを可能にするために、電源が十分な電圧を提供されることを可能にするように、調光回路の制御器は、故障していないスイッチを、スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、完全な導通状態にすると共に、その半周期の間の時間の短い期間の間、スイッチを非導通状態にする。このような方法で、制御器は、動作し続けることができると共に、調光器に故障が発生したことを示す故障信号を提供すること、例えば調光器のユーザインタフェース上でインジケータを点滅させることができる。更に、ＤＣレベルが所定のレベル以下に維持されるので、電磁トランス付き低電圧電灯負荷が、危険を示すポイントまで過度に過熱することになるという危険がない。従って、本発明に基づく回路は、調光器回路それ自身を更なる損傷から保護するばかりでなく、負荷を損傷から保護すると共に、調光器回路の制御器が動作し続けることを可能にする。
【００１３】
本発明は、同様に、ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された誘導的な照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路を操作するための方法であって、前記調光器が、負荷に提供される電力の量を制御するための制御信号が提供された少なくとも１つの制御電極を有すると共に、通常動作では、前記ＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御されることができるが、しかし故障モードでは、前記ＡＣ電圧源の一方の半周期だけにおいて前記ＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期において前記ＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、負荷に供給される半周期の間の非対称性、従って負荷に供給されるＤＣ電圧成分の原因となり得る前記スイッチの前記故障モードが発生したか否かを判定するための前記スイッチのための制御器と、前記調光器回路を横断する電力が供給された、前記制御器に電力を供給するための電源とを備え、負荷に供給されるＤＣ電圧成分が、それ以下では過度の変圧器の加熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、それによって、誘導的な負荷の過熱を最小限にすると共に、前記制御器が動作し続けることを可能にするために、前記制御器のための前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、前記方法が、前記スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、前記スイッチを実質的に完全な導通状態にする段階と、同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にする段階とを有することを特徴とする方法を提供する。
【００１４】
本発明は、更に、ＡＣ電圧源から調光器回路と直列に配置された誘導的な照明負荷にＡＣ電力を提供するための調光器回路を操作するための方法であって、前記調光器回路が、負荷に提供される電力の量を制御するための制御信号が提供された少なくとも１つの制御電極を有すると共に、通常動作では、前記ＡＣ電圧源の一番目と二番目の異極性の半周期において電圧を遮断するように制御されることができるが、しかし故障モードでは、前記ＡＣ電圧源の一方の半周期だけにおいて前記ＡＣ電圧源を遮断することができ、二番目の異極性の半周期において前記ＡＣ電圧源を遮断することができない双方向性の半導体スイッチと、前記調光器回路を横断する電力が供給された、前記調光器回路のための制御回路に電力を供給するための電源とを備え、負荷に供給されるＤＣ電圧成分が、それ以下では過度の変圧器の加熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制し、それによって、誘導的な負荷の過熱を最小限にすると共に、前記制御回路が動作し続けることを可能にするために、前記制御回路のための前記電源が前記ＡＣ電圧源から十分な電圧を提供されることを可能にするように、前記方法が、負荷に供給される半周期の間、従って負荷に供給されるＤＣ電圧成分の間の非対称性の原因となり得る前記スイッチの前記故障モードが発生したか否かを判定する段階と、前記スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、前記スイッチを実質的に完全な導通状態にする段階と、同じ半周期の間の時間の短い間隔の間、前記スイッチを非導通状態にする段階とを有することを特徴とする方法を更に提供する。
【００１５】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明白になることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、ここで、図面を参照して、以下の詳細な説明において更に詳細に説明されることになる。
【００１７】
ここで添付図面を参照すると、図１は、本発明の原理を組み込む調光器１０の単純化された構成図を示す。調光器１０は、双方向性のスイッチとして機能する第１の半導体スイッチＱ１、及び第２の半導体スイッチＱ２を備える。それらのスイッチは、逆直列の関係に接続されたＦＥＴであり得る。内在するボディダイオードＤｌ及びボディダイオードＤ２が示される。更に、ボディダイオードより更に良い順方向電圧特性を提供するために、示されるように、ボディダイオードと同じ方法で接続された外付けのダイオードが、それぞれのトランジスタＱ１、及びトランジスタＱ２を横断して提供され得る。２つのトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、マイクロプロセッサのような制御器１２によって、適切な調光制御及びオン／オフ制御を提供するために、調光器１０のユーザインタフェース（図示せず）からの調光信号ＤＩＭ及び（オン／オフのような）他の入力信号に応答して制御されるそれらのゲートＧ１及びゲートＧ２を備えている。マイクロプロセッサ制御器１２が示されるが、この回路は、マイクロプロセッサを備えている必要がないと共に、アナログもしくはデジタル制御回路であり得る。トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２は、ホット（Ｈ）端子と調光されたホット（ＤＨ）端子との間に接続されている。Ｈ端子は、交流電源４０と接続されている。ＤＨ端子は、（ステップダウン変圧器Ｔ１、及び１つまたは複数の電灯を含む）ＭＬＶ電灯負荷４２に接続されていると共に、ＭＬＶ電灯負荷４２は、負荷回路を完成するニュートラル（Ｎ）端子と同様に接続されている。
【００１８】
それぞれのトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２を横断して接続されているのは、それぞれ抵抗器Ｒ１、Ｒ２、そして抵抗器Ｒ３、Ｒ４を含む分圧器である。これらの分圧器の目的は、ＦＥＴのどちらかのスイッチングを制御すると共に故障を検出するために、それぞれのスイッチＱ１及びスイッチＱ２を横断して存在する電圧を検出することである。もしトランジスタが故障し短絡された場合、分圧器の出力は、実質的にゼロになるであろう。もしトランジスタが故障し開放された場合、分圧器を横断する電圧は、抵抗器及び／またはボディダイオード／外付けのダイオードを流れる電流によって決定され、いくらかのゼロでないレベルになるであろう。
【００１９】
更に、制御器１２に電力を供給するためのＤＣ出力電圧を生成するために、電源が提供される。電源は、ダイオードＤ３及びダイオードＤ４、入力蓄積容量２４、そしてあらゆる適当なレギュレータ回路、例えばバックコンバータのようなスイッチングモード電源（ＳＭＰＳ：switching mode power supply）であり得るレギュレータ回路２０を備える。電源は、ＡＣラインから入力電圧を供給されると共に、制御器１２に対して供給電圧“Ｖｃｃ”を供給する。調光器１０が２線式の調光器であると共に、ニュートラル接続が調光器に存在しないので、入力蓄積容量２４を充電するように、なるべく照明負荷が光を発することに影響を与えずに、少量の電流がＡＣラインから負荷を通して引き出されなければならない。通常動作の間、ＦＥＴ Ｑ１及びＦＥＴ Ｑ２が導通されず、電圧が調光器１０を横断して生成される場合に、少量の電力が、ＡＣラインから引き出される。電源は、入力蓄積容量２４を充電するように、正の半周期の間に整流ダイオードＤ３を通して電流を引き出すと共に、負の半周期の間に整流ダイオードＤ４を通して電流を引き出す。レギュレータ回路２０は、その場合に、制御器１２に電力を供給するために、入力蓄積容量２４にかかる電圧を、必要とされる出力電圧“Ｖｃｃ”に変換する。
【００２０】
制御器１２に供給される検出電圧“Ｖｓ”を生成するために、レギュレータ回路２０の入力から回路共通電位に対して、抵抗器Ｒ５、及び抵抗器Ｒ６を含む別の分圧器が提供される。過電圧保護回路（ＯＶＰ：over voltage protection circuit）は、ラインの過電圧状態を検出するために提供される。もしＡＣライン上の過電圧が検出される場合、調光器回路を保護するために、入力蓄積容量２４が過充電されるのを防止すると共に、そして過電圧状態によってＦＥＴが破損するのを防止するように、両方のＦＥＴが完全にターンオンされる。
【００２１】
上述のように、通常動作の間に、制御器１２は、正の半周期の間、トランジスタＱ１が、ボディダイオード及び／または外付けのダイオードＤ２を通したトランジスタＱ２を横断する導通と共にターンオンされ、従って、正の半周期の一部分の間、電灯負荷に対して電力を供給することになるように、スイッチＱ１及びスイッチＱ２を操作することになる。負の半周期の間、トランジスタＱ２は、ボディダイオード及び／または外付けのダイオードＤ１を通したトランジスタＱ１を横断する導通と共にターンオンされ、従って、負の半周期の一部分の間、電灯負荷に対して電力を供給することになる。制御器１２は、調光器１０のユーザインタフェース（図示せず）から調光入力（ＤＩＭ）を提供される。制御器１２は、当業者に良く知られているように、各半周期の間にトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２が導通する前に、ゲートＧ１及びゲートＧ２に対する信号を制御するために、従って位相角遅延の量を制御するために、このＤＩＭ入力を使用する。通常動作の間、２つのスイッチＱ１及びスイッチＱ２は、正の半周期及び負の半周期において、近似的に等しい電力が各半周期において負荷に供給されるように制御される。実質的に変圧器負荷を横断する電圧のＤＣ成分はないと共に、変圧器負荷は飽和状態にならず、従って過熱されない。
【００２２】
トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２の内の１つだけが故障し短絡された場合に、電磁トランス付き低電圧電灯負荷の変圧器一次側に供給された電圧波形は、正の半周期と負の半周期において非対称的になり、従って飽和と過熱の原因になり得るＤＣ電圧レベルを負荷に提供する。例えば、図２Ｂにおいて示されたように、もしＦＥＴ Ｑ２が短絡される場合に、ＦＥＴ Ｑ２は、両方の半周期における全部のＡＣ電流を伝導することになる。正の半周期の間、通常の動作をしているＦＥＴ Ｑ１は、半周期の一部分の間だけ導通することになる。負の半周期の間、電流は、半周期の期間中、短絡されたＦＥＴ Ｑ２を通じて、そしてＦＥＴ Ｑ１のボディダイオードＤ１を通じて流れることになる。図２Ａで示されたように、電灯負荷に供給される全体の電圧波形における非対称性は、電圧における負のＤＣ成分を生成する。非対称性の量に応じて、これは、変圧器コアの本質的な飽和及び過熱の原因となり得る。
【００２３】
ボディダイオード、または外付けのダイオードが完全である開放スイッチ故障（open switch failure）が発生した場合は、非対称性は、同様に、半周期の間生じると共に、一方の半周期が完全にないので、それは更に大きくなるであろう。
【００２４】
本発明によれば、付属された負荷に供給されるＤＣ電圧レベルが、そのレベル以下では過度の変圧器の過熱が発生しない所定のレベルを越えることを抑制すると共に、制御器が動作し続けることを可能にするために、電源が十分な電圧を提供されることを可能にするように、調光器１０の制御器１２は、故障していないスイッチを、スイッチを制御することができる半周期の大部分の間、完全な導通状態にすると共に、その半周期の間の時間の短い期間の間、スイッチを非導通状態にする。このような方法で、制御器は、動作し続けることができると共に、調光器に故障が発生したことを示す故障信号を提供することができる。更に、ＤＣレベルが所定のレベル以下に維持されるので、電磁トランス付き低電圧電灯負荷が、危険を示すポイントまで過度に過熱することになるという危険がない。従って、本発明に基づく回路は、調光器回路それ自身を更なる損傷から保護するばかりでなく、負荷を損傷から保護すると共に、調光器回路の制御器が動作し続けることを可能にする。
【００２５】
本発明の１つの特徴によれば、制御器１２は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６を含む分圧器から検出信号“Ｖｓ”を提供される。もし入力蓄積容量２４を横断する電圧が所定レベル以下になる場合、制御器１２は、スイッチを制御することができる半周期の間、一時的に故障していないスイッチをターンオフし、それによって、入力蓄積容量２４を充電することを可能にする、端子Ｈと端子ＤＨを横断する電圧レベルを一時的に提供する。従って、電源は、電源が制御器１２に電力を供給し続け得るように、入力蓄積容量２４が再充電されることを可能にする電力の短いバーストを提供されることになる。
【００２６】
図３は、本発明による図１の回路に存在する波形を示す。図３において示された全ての波形に関して、トランジスタＱ２、すなわち通常負の半周期を制御することができるであろうトランジスタが、故障し短絡されたと仮定されている。図３（ａ）において、波形は、電磁トランス付き低電圧電灯負荷ＶＤＨを横断すると共に、特にＭＬＶ変圧器の一次巻線を横断する電圧を示す。完全な負の半周期が負荷を通過する点に注意が必要である。トランジスタＱ１は故障せず、そして制御器１２によって制御されることができる。制御器１２は、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４を含む分圧器を横断する電圧を監視することによって、トランジスタＱ２が故障したことを判定する。
【００２７】
もしトランジスタＱ２が故障し短絡された場合、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４を含む分圧器の出力は、正の半周期と負の半周期の両方の間、実質的にゼロになる。従って、制御器１２は、ＦＥＴ Ｑ２が短絡されるモードで故障したか、またはＦＥＴが、他の保護ハードウェア、例えば過電圧保護回路構成ＯＶＰによってスイッチオンされたかのどちらかであると判定する。制御器（プロセッサ）１２は、何が発生したかを判定する必要があるであろう。もしＯＶＰ保護回路がオンではない場合、その場合に、ＦＥＴが短絡されたという判定が行われる。通常動作の間、ＦＥＴがオフである（と共に、半周期がＦＥＴのボディダイオード及び他のトランジスタによって通される）場合、ＦＥＴを横断する電圧は、逆並列接続のダイオード、すなわち内在するボディダイオードまたは外付けのダイオードのおかげで、近似的に１つのダイオードの電圧降下であるべきである。しかしながら、もしスイッチが短絡された場合、スイッチを横断する電圧は実質的にこれより小さくなり、ほぼゼロである。
【００２８】
図３（ｂ）は、抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６を含む分圧器の出力における電圧“Ｖｓ”、すなわち入力蓄積容量２４を横断する電圧を示す。入力蓄積容量２４を横断する電圧が“Ｖ１”と“Ｖ２”との間にあると共に、スイッチＱ２が故障した場合に、制御器１２は、図３（ａ）に示されるように、スイッチＱ１を実質的に完全な導通状態にすることになる。しかしながら、入力蓄積容量２４を横断する電圧が、所定のしきい値“Ｖ２”まで低下した場合に、制御器１２は、時間の短い間隔“ｔｗ”、例えば約１ミリセカンドの間、故障していないスイッチＱ１をターンオフすることになると共に、それによって、図３（ｂ）において示されるように、短い期間“ｔｗ”の間、一時的に負荷から電力を取り除き、入力蓄積容量２４が再充電されることを可能にする。所定のしきい値“Ｖ２”は、電源が制御器１２に十分な電圧を提供することを可能にしないレベルに近いがそれ以上である。一度入力蓄積容量２４を横断する電圧がレベル“Ｖ１”に達すれば、制御器１２は、負荷に電力を供給するために、再び故障していないスイッチＱ１をターンオンすることになる。図３（ａ）において示されるように、そのサイクルは繰り返すことになる。入力蓄積容量２４を横断する電圧が、再び電圧レベル“Ｖ２”に低下する場合に、故障していないトランジスタは、入力蓄積容量２４が充電されることを可能にするために、一時的に再びターンオフされることになる。
【００２９】
変圧器負荷における電流ＩＬは、図３（ｃ）において示される。故障していないスイッチＱ１の短い期間の非導通の後、電流ＩＬは、ピーク電流値Ｉｐまで達する。しかしながら、本発明の保護回路のおかげで、ピーク電流は、短い期間の変圧器の飽和だけを可能とし、従って変圧器を過熱しない。
【００３０】
図４は、時間の短い間隔“ｔｗ”がＡＣ電圧電源のゼロ交差点から始まる、本発明による図１の回路に存在する波形を示す。ゼロ交差点は、ＡＣ電圧源が各半周期の初めにおいてゼロに等しい時刻として定義される。時間の短い間隔“ｔｗ”は、電圧“Ｖｓ”がレベル“Ｖ２”以下になった後で、制御器１２が故障していないＦＥＴを制御することができる次の半周期において発生することになる。一度入力蓄積容量２４を横断する電圧がレベル“Ｖ１”に達すれば、制御器１２は、負荷に電力を供給するために、再び故障していないスイッチＱ１をターンオンすることになる。代りに、時間の短い間隔“ｔｗ”は、ＡＣ電源のゼロ交差点で終了するであろう。
【００３１】
図１において示された第１の実施例において、回路は閉ループ（closed-loop）方式で動作し、図３（ａ）及び図３（ｂ）で示されるように、入力蓄積容量２４を再充電するのに必要とされる場合にだけ、故障していないトランジスタはターンオフされる。本発明の別の実施例によれば、マイクロプロセッサ制御器１２は、入力蓄積容量２４を横断する電圧を監視する必要がない。図５において示された単純化された開ループ（open-loop）回路において、制御器１２は、制御器１２に十分な電圧を提供し続けるのに十分なレベルに入力蓄積容量２４が充電されることを可能にするために、定期的に故障していないスイッチＱ１またはスイッチＱ２をターンオンすることになる。最悪の場合の充電時間“ｔｗｗｃ”は、その間に制御器が電源によって十分に電力を供給されることを保証するための時間間隔の後、制御器１２が、定期的に故障していないトランジスタをターンオフすることになるように決定される。この時間間隔は、、ＡＣライン周期のいくらかの整数倍から、入力蓄積容量を充電するために必要な期間“ｔｗｗｃ”を引いた物になるであろう。従って、この時間間隔“ｔ”は、以下の式１で表されることができる。
【００３２】
ｔ＝ｎＴ−ｔｗｗｃ・・・（式１）
【００３３】
ここで、“ｎ”は整数であり、“Ｔ”はＡＣライン周期であり、そして“ｔｗｗｃ”は、最悪の場合の充電時間“ｔｗ”である。例えば、図６（ａ）において示された波形において、整数“ｎ”が“３”に等しいと共に、時間期間“ｔｗｗｃ”が“１［ミリセカンド］”に等しい状態の開ループ制御が使用される。５０［Ｈｚ］のライン周波数では、以下のようになる。
【００３４】
ｔ＝ｎＴ−ｔｗｗｃ＝５９［ミリセカンド］
【００３５】
更なる実施例において、導通しない短い期間“ｔｗ”、すなわち故障していないトランジスタがターンオフされる短い期間が、入力蓄積容量２４の十分な充電が発生し得ない半周期の部分の間に発生しないように、本発明の回路はＡＣラインと同期化される。例えば、もし半周期の非常に初期のうちに導通しない期間“ｔｗ”が発生するならば、ＡＣライン間電圧が感知できるほどに上昇していない場合、もし導通しない短い期間が発生すれば、導通しない短い期間の間、入力蓄積容量の不十分な充電が発生し得る。従って、ＡＣライン間電圧が入力蓄積容量の十分な充電をもたらすための十分なレベルに達したときにそれらが発生するように、導通しない期間を同期させることは望ましい。これを成し遂げるために、充電時間を、導通しない期間に十分な充電が発生することを可能にするＡＣラインピークと同期させるためにタイマが使用され得る。これは、後で図１２を参照して説明されることになる。
【００３６】
故障するスイッチが、開放状態で故障するならば、開放状態の故障のタイプは適切な応答を決定することになる。故障するＦＥＴが、開放状態で故障するならば、ソース−ドレイン経路とボディダイオード／外付けのダイオードの両方が開放されると共に、どんな電圧も負荷には到達しないことになり、従って過熱する状態の危険はない。しかしながら、故障するトランジスタが、ソース−ドレン経路のみが開放されるように故障するならば、すなわちダイオードを無傷のまま残しながら、ＦＥＴのゲートが例えば切れた場合、その場合に、負荷に供給される電圧において非対称性が生じることになる。そのような場合に、故障しないトランジスタは、適切な半周期の間に導通することになると共に、故障したトランジスタのボディダイオードまたは外付けのダイオードは、この半周期に負荷電流を伝送することになる。しかしながら、もう一方の半周期において、ソース−ドレン経路が開放されていると共に、ボディダイオードまたは外付けのダイオードは逆バイアスされるので、故障したスイッチは導通しないことになる。従って、電流がこの半周期に通過せず、負荷に渡されるＤＣレベルに帰着する。そのような場合において、半周期を実質的に等化することは可能ではなく、（半周期がないので、十分な電力を供給されることになる）制御器１２は、故障していないＦＥＴ、または両方のＦＥＴをスイッチオフすることになる。
【００３７】
図７Ａは、ダイオードＤ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８を有するブリッジ整流器の中に含まれる１つのＦＥＴ Ｑ３を示す。従って、ブリッジ整流器は、ＦＥＴが導通した場合に、ＦＥＴ Ｑ３を通じて電流が常に同じ方向に流れるということを保証し、従ってブリッジに含まれる１つのＦＥＴ Ｑ３が、図１の回路で示された両方のＦＥＴ Ｑ１及びＦＥＴ Ｑ２に置き換わることを可能にする。図７Ａの回路は、従って双方向性のスイッチである。しかしながら、もし図７Ａの回路が図１の２つのスイッチの代用にされるならば、図１の回路は、ＦＥＴを故障から保護するのに必要とされない。単一のＦＥＴ Ｑ３が故障して短絡されるならば、両方の半周期は等しく負荷に供給されることになると共に、負荷に供給されるＤＣ電圧の危険性はない。ゲートとボディダイオードの両方が開放されるようにＦＥＴが故障して開放されるならば、電力は全く負荷に供給されないことになる。ボディダイオードが無傷のままであるようにＦＥＴが故障して開放されるならば、ボディダイオードが常に逆バイアスされるので、更に電力が負荷に供給されないことになる。従って、図１の回路は、単独でＦＥＴを故障から保護するために必要ではない。
【００３８】
しかしながら、図１の回路は、図７ＡのブリッジのダイオードＤ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８の内の１つの故障または複数の故障を防ぐのに有益である。例えば、もし順方向に導通するダイオードＤ５及びダイオードＤ６が故障して短絡される場合、正の半周期の間、スイッチＱ３が導通しているとき、正の半周期が負荷に提供されることになる。負の半周期の間、導通しているダイオードＤ５及びダイオードＤ６が短絡されるので、負の半周期は、短絡されたダイオード及びスイッチのボディダイオードを通じて負荷に提供されることになる。負の半周期の間にスイッチの制御がないため、ボディダイオードが順方向にバイアスをかけられるので、完全な負の半周期が負荷に供給されることになり、更に非対称性に帰着すると共に、従ってＤＣ成分が負荷に供給されることになる。従って、図１の回路は、この場合において負荷を保護すると共に、十分な電力が電源に供給されることを保証するために使用され得る。もし図７Ａの双方向性のスイッチ回路が図１の回路に組み込まれた場合、分圧器は、ダイオードが短絡されたか否かを検出するために、各々のダイオードを横断して連結されるであろう。
【００３９】
図７Ｂは、各調光器が、それぞれのＭＬＶ負荷と接続された２つの逆直列接続のＦＥＴスイッチを備えるデュアル調光器回路ＤＤを含む本発明に基づく別の回路を示す。複数のダイオードＤ９、ダイオードＤ１０、及びダイオードＤ１１は、それぞれホット端子Ｈとレギュレータ回路２０の入力供給コンデンサ（input supply capacitor）２４との間、調光されたホット端子ＤＨ１と入力供給コンデンサ２４との間、そして調光されたホット端子ＤＨ２と入力供給コンデンサ２４との間に接続されている。この回路において、スイッチの内の１つだけが故障して短絡されるならば、他方の調光器の枝部分が、電源に電力を供給し続けることになると共に、従って、電源に電力を供給するために、故障しているスイッチを有する枝部分の故障していないスイッチを、時間の短い期間“ｔｗ”の間ターンオフすることは、必要ではない。しかしながら、故障していないスイッチが過熱するのを防止するために故障していないスイッチを完全に導通状態にすることは、故障したスイッチを含む枝部分によって電力を供給された電灯のための供給変圧器の変圧器コアの飽和を防止するためにまだ必要である。従って、図１のサーキットは、スイッチが故障したことを検知すると共に、スイッチを制御することができる半周期の間、故障していないスイッチを完全な導通状態にターンオンするために、まだ使用されることになるが、しかし、十分な電力を制御回路に提供するために、故障したスイッチを含む枝部分における故障していないスイッチを、この半周期の間に一時的に時間“ｔｗ”の間ターンオフすることは必要ではないであろう。
【００４０】
複数のＦＥＴに故障が存在するならば、すなわち、各枝部分に１つの短絡されたスイッチがあるならば、その場合に、故障していないスイッチを、それらが十分な電力を制御回路に提供するために完全にターンオンされた場合、一時的にターンオフすることが必要であろう。従って、望まれた保護のレベルに応じて、図１の回路の短時間のターンオフ機能を図７Ｂの回路に組み込むことは、有益であり得る。
【００４１】
更に、図７Ｂに示されたものは、ＦＥＴのゲートのための電源である。２つの調光回路は分離されたグラウンドを備えていなければならないので、レギュレータ回路２０の出力は、絶縁変圧器Ｔ２と連結される。ＤＣ電圧“Ｖｃｃ１”は、ゲートＧ１及びゲートＧ２を駆動するための電力をドライバに供給するように、コンデンサ３１を横断して生成される。ＤＣ電圧“Ｖｃｃ２”は、ダイオードＤ１２を介してゲートＧ３及びゲートＧ４に電力を供給するために、コンデンサ３２を横断して生成される。
【００４２】
正常な状態、そして故障した状態（１つのＦＥＴが短絡された状態）で、本発明の回路の動作を比較するために実行された実験において、両方の状態にある調光器と接続された様々なＭＬＶ変圧器に関して、温度が記録された。図８は、テストの結果を示す。図８のグラフ上の７つの異なるトレースで表されたように、７つの異なる製造業者が提供するＭＬＶ変圧器がテストされた。操作可能なモード（完全な導通状態）と故障モード（スイッチの内の１つが短絡された状態）の両方において、公称２４０ボルト実効値（ＲＭＳ）ＡＣ入力電圧に関して、２１６ボルトの低い実効値（ＲＭＳ）ＡＣ入力電圧に関して、及び２６４ボルトの高い実効値（ＲＭＳ）ＡＣ入力電圧に関して、テストが実効された。示されたように、通常動作の変圧器と、連結された故障状態における調光器を有する変圧器との温度における差異は、わずか約８［℃］である。２４０ボルトでテストされた“変圧器３”に関する１つの場合において、故障状態の間の測定された温度がより低かったという点で、異常事態が示された。
【００４３】
図９から図１２は、本発明に基づく制御器によって実行されるソフトウェア、またはロジックに関するフローチャートを示す。
【００４４】
図９は、短絡されたＦＥＴの故障状態が検出された後でマイクロプロセッサ制御器１２によって実行される基礎的な閉ループシステムのためのソフトウェアの一実施例を示す。一度その故障が検出されれば、ソフトウェアは、このループ内に留まると共に、蓄積容量２４の電圧を監視し、それに応じてＦＥＴをオンまたはオフにスイッチングする。最初に、ステップ１００において、蓄積容量２４を横断する電圧がサンプリングされる。ステップ１１０において、もし電圧が“Ｖ１”（図３が提供する上側電圧しきい値）より大きい場合、ステップ１２０において、ＦＥＴは完全な導通状態にスイッチオンされる。もしその電圧が“Ｖ１”より大きくない場合、ステップ１３０において、その電圧が“Ｖ２”（図３が提供する下側電圧しきい値）より小さいか否かを判定するために検査が実行される。もし蓄積容量２４を横断する電圧が“Ｖ２”より小さくない場合、ＦＥＴの状態は変更されない。もし電圧が“Ｖ２”より小さい場合、それは電圧が“Ｖ１”と“Ｖ２”との間の範囲内にないことを意味すると共に、ステップ１４０において、ＦＥＴは、蓄積容量が充電されることを可能にするために、スイッチオフされる。そして、そのフローは終了する。この処理が、メインループにおいて定期的に実行される点に注意が必要である。
【００４５】
上述のように、開ループシステムにおいて、蓄積容量２４を横断する電圧は、最悪の場合の充電速度として決定された、すなわち蓄積容量にかかる電圧が、決して電圧“Ｖ２”以下にならないことを保証する定期的な速度でサンプリングされるであろう。
【００４６】
図１０は、回復機能を備える基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す。最初に、ステップ１００において、蓄積容量２４を横断する電圧がサンプリングされると共に、ステップ１１０において、蓄積容量２４にかかる電圧が“Ｖ１”より大きいか否かを判定するために検査が実行される。もし電圧が“Ｖ１”より大きい場合、ステップ１２０において、ＦＥＴはスイッチオンされると共に、もし電圧が“Ｖ１”より大きくない場合、ステップ１３０において、蓄積容量２４にかかる電圧が“Ｖ２”より小さいか否かを判定するために検査が実行される。もしその電圧が“Ｖ２”より小さい場合、ステップ１４０において、ＦＥＴはスイッチオフされる。その次に、ステップ１５０において、抵抗分圧器Ｒ１、Ｒ２及び抵抗分圧器Ｒ３、Ｒ４を横断する電圧を検査することによって、ＦＥＴが短絡されたかいなかを判定するために検査が実行される。ステップ１６０において判定されるように、もしＦＥＴが短絡された場合、ＦＥＴの状態は変更されない。もしＦＥＴが短絡されていないと判定される場合、ステップ１７０において、通常動作が再開されると共に、ソフトウェアはループから抜け出る。ループは、プロセッサの手順によって決定されて、定期的に実行されることになる。
【００４７】
示されたように、ＦＥＴがステップ１４０においてスイッチオフされるときはいつでも、短絡されたＦＥＴがあるかどうかを判定するために検査が実行される。従って、ロジックは、それがＦＥＴをスイッチオフするときはいつでも、故障が存在するか否かに関して検査する。もしＦＥＴが間違ってスイッチオフされる場合、ソフトウェアまたはロジックは、正常な状態を回復すると共に、通常動作に戻ることができる。
【００４８】
図１１は、（図１０のフローチャートの）回復機能、及び故障指示を備える基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す。同等のステップは同等の参照符号を提供されると共に、更にここでは説明されないことになる。フローがポイント１８０に到達した場合に、ステップ１９０において、調光器のユーザインタフェース上のボタン押下に関する検査が実行される。従って、ステップ２００において、もし調光器ユーザインタフェース上の何らかのアクチュエータまたはボタンが作動するならば、ソフトウェアは、ステップ２１０において、調光器上のＬＥＤを点滅させるか、または他の場合はエラー表示を行うことによって、診断のフィードバックを利用者に提供することになる。ステップ２００において、もしボタンが押されない場合、ＬＥＤフィードバックは行われない。
【００４９】
図１２は、回復機能、及び故障指示を備える進歩した基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す。図１２において示されたように、コンデンサ電圧は、最初にステップ１００においてサンプリングされると共に、ステップ１１０において、蓄積容量を横断する電圧が“Ｖ１”より大きいかいなかを判定するために検査が実行される。もし電圧が“Ｖ１”より大きい場合、ステップ１２０において、ＦＥＴがスイッチオンされると共に、ステップ３００において、タイマが時間“ｔ１”に設定される。フローは、その場合に、ステップ２１０においてエラーが示されるべきであるかどうかを判定するために、図１１を参照して説明されるボタン作動に関する検査１９０に進行する。もし蓄積容量４２を横断する電圧が上側レベル“Ｖ１”より大きくない場合、その場合に、フローはステップ１３０に移動すると共に、電圧が下側の限界“Ｖ２”より小さいか否かを判定するために検査が実行される。もし電圧が“Ｖ２”より低くない場合、それは電圧が“Ｖ１”と“Ｖ２”との間にあることを意味していると共に、ステップ３１０において示されるように、以前に設定されたタイマが満了したか否かを判定するために検査が実行される。もしタイマが満了していた場合、ＦＥＴはスイッチオフされる。そのタイマが満了していなかった場合、ポイント１８０に戻る操作が実行される。タイマは、充電処理を最適化するのに、コンデンサの充電点をラインのピークと同期させるために使用される。タイマの時間“ｔ１”が以下の式２に等しいことに注意が必要である。
【００５０】
ｔ１＝ｎＴ−ｔｗｗｃ・・・（式２）
【００５１】
ここで、“ｎ”は整数であり、“Ｔ”はＡＣライン周期の期間であり、そして“ｔｗｗｃ”は、ＡＣラインのピークにおける最悪の場合の充電時間である。下側の電圧しきい値“Ｖ２”は、電圧がそのしきい値に到達する前に時間“ｔ１”が満了するように設定される。
【００５２】
従って、図１２において示された実施例では、蓄積容量の電圧とタイマの両方が監視される。タイマは、ＦＥＴがスイッチオンされた後にＦＥＴがスイッチオフされるだけであると共に、ＦＥＴがスイッチオフされ得る前に時間“ｎＴ−ｔｗｗｃ”が経過するように動作する。これが保証するのは、図６（ａ）において示されるように、蓄積容量のための十分な充電電圧がある場合に、ＦＥＴがスイッチオフされるだけであるということである。更に、上で説明された下側の電圧しきい値は、電圧がそのしきい値に到達する前にタイマが常に満了するように設定される。従って、この実施例において、いつＦＥＴをスイッチオンすると共にタイマをリセットするかを決定するために、コンデンサを横断する電圧が監視されるが、ＦＥＴはタイマが満了した場合にだけスイッチオフされ得ると共に、それは、これがＡＣライン波形のピークの近くで発生することを保証することになる。タイマが満了する前にコンデンサ電圧が“Ｖ２”以下に低下する異常な状況が発生するならば、スイッチは、タイマが満了しなかったとしても、図１２において示されたフローに従ってスイッチオフされることになる。
【００５３】
同様に、故障していないスイッチのみが、それをスイッチオフするゲート制御信号を提供される必要があるが、ゲート制御信号は、制御器１２によって故障しているスイッチ及び故障していないスイッチの両方のゲートに提供され得る。故障しているスイッチは単に応答しないことになる。
【００５４】
本発明が、それについて特別な実施例に関して説明されたが、多くの他の変形及び変更、そして他の使用が、当業者にとって明白になるであろう。従って、本発明は、この中の特定の開示によって制限されるべきではなく、添付された特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の原理を使用する調光器回路の単純化された構成図を示す図である。
【図２Ａ】スイッチが短絡された場合に負荷に供給されると共に、ＤＣ成分を有する非対称的波形の例を示す図である。
【図２Ｂ】スイッチが短絡された場合の例を示す図である。
【図３】本発明の図１の回路における波形を示す図である。
【図４】ＡＣ電圧電源のゼロ交差点から始まる時間の短い期間を有する、本発明の図１の回路の波形を示す図である。
【図５】図１の回路の開ループの実施例を示す図である。
【図６】本発明の図５の回路における波形を示す図である。
【図７Ａ】本発明の回路で使用され得る双方向性のスイッチの異なる形態を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の別の特徴に従うデュアル調光回路を示す図である。
【図８】正常な状態及び故障状態の間の３つの異なるＲＭＳ電圧の範囲に対する７つの異なる変圧器負荷の温度測定を示す図である。
【図９】制御器、例えばマイクロプロセッサによって実行される、本発明に基づく基礎的な閉ループシステムのためのソフトウェアに関するフローチャートを示す図である。
【図１０】回復機能を備える基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す図である。
【図１１】回復機能、及び故障指示を備える基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す図である。
【図１２】回復機能、及び故障指示を備える進歩した基礎的な閉ループシステムのためのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    調光器
１２    制御器
２０    レギュレータ回路
２４    入力蓄積容量
３１    コンデンサ
３２    コンデンサ
４０    交流電源
４２    ＭＬＶ電灯負荷
Ｑ１    第１の半導体スイッチ（ＦＥＴ）
Ｑ２    第２の半導体スイッチ（ＦＥＴ）
Ｑ３    ＦＥＴ
Ｑ４    ＦＥＴ
Ｄｌ    ボディダイオード
Ｄ２    ボディダイオード
Ｄ３    ダイオード
Ｄ４    ダイオード
Ｄ５    ダイオード
Ｄ６    ダイオード
Ｄ７    ダイオード
Ｄ８    ダイオード
Ｄ９    ダイオード
Ｄ１０    ダイオード
Ｄ１１    ダイオード
Ｄ１２    ダイオード
ＤＩＭ    調光信号
Ｇ１    ゲート
Ｇ２    ゲート
Ｇ３    ゲート
Ｇ４    ゲート
Ｈ    ホット端子
ＤＨ    調光されたホット端子
ＤＨ１    調光されたホット端子
ＤＨ２    調光されたホット端子
Ｎ    ニュートラル端子
Ｔ１    ステップダウン変圧器
Ｔ２    絶縁変圧器
Ｒ１    抵抗器
Ｒ２    抵抗器
Ｒ３    抵抗器
Ｒ４    抵抗器
Ｒ５    抵抗器
Ｒ６    抵抗器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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