(57)【要約】【課題】主開閉部としてトライアックを、補助開閉部としてサイリスタを用いた負荷制御装置において、トライアック及びサイリスタのスイッチングノイズを低減する。【解決手段】商用電源２と負荷３の間に直列に接続され、負荷３に通電する際、先に導通する補助開閉部１７と、補助開閉部１７が導通した後、補助開閉部１７よりも負荷３に近い側で、より安定した電力を供給する主開閉部１１を備え、補助開閉部１７はスイッチ素子としてサイリスタ１７ａを用い、主開閉部は主スイッチ素子としてトライアック１１ａを用い、サイリスタ１７ａ及びトライアック１１ａのスイッチングノイズを低減させる補助電源部をさらに備える。補助電源部１９は、コイル１９ａとキャパシタ１９ｂを備えた直列共振回路で構成されている。【選択図】図３
2012242910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と負荷の間に直列に接続され、負荷に通電する際、先に導通する補助開閉部と、補助開閉部が導通した後、前記補助開閉部よりも前記負荷に近い側で、より安定した電力を供給する主開閉部を備え、前記補助開閉部はスイッチ素子としてサイリスタを用い、前記主開閉部は主スイッチ素子としてトライアックを用い、前記サイリスタ及び前記トライアックのスイッチングノイズを低減させる補助電源部をさらに備えたことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
前記補助電源部は、前記主開閉部及び前記補助開閉部よりも、前記商用電源及び前記負荷に近い側に設けられてい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】
主スイッチ素子の主電極が商用電源及び負荷に対し直列に接続され、前記負荷に対する電力の供給を制御する主開閉部と、
前記主スイッチ素子の主電極間に接続された整流部と、
外部からの信号に応じて負荷のオン又はオフを制御する制御部と、
前記制御部に安定して電力を供給するための第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、前記負荷をオフする状態のときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、
前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記負荷をオンする状態のときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部と、
前記整流部の出力端子間に接続され、前記負荷に給電する際、前記主開閉部よりも先に導通する補助開閉部を備え、
補助開閉部はスイッチ素子としてサイリスタを用い、前記主開閉部は前記主スイッチ素子としてトライアックを用い、前記サイリスタ及び前記トライアックのいずれかの端子電圧が低下したときに、電荷を放電してスイッチングノイズを低減させる補助電源部をさらに備えたことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項４】
前記補助電源部は、前記トライアックのＴ１端子及びＴ２端子と並列に接続された直列共振回路を備えたことを特徴とする請求項３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、２線式の負荷制御装置、特にその負荷開閉回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、照明装置や換気扇など負荷のオン／オフを制御するために、接点が機械的に開閉される２線式スイッチに変えて、トライアックなどの無接点スイッチ素子を用いた負荷制御装置（電子スイッチ）が実用化されている（特許文献１参照）。その様な負荷制御装置は、省配線の見地から、２線式結線が一般的であり、商用電源（交流電源）と負荷との間に直列に接続される。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の商用電源２と負荷３との間に直列に接続される２線式の負荷制御装置５０の回路構成を示す。この負荷制御装置５０は、負荷３のオン／オフを制御する主開閉部５１及び補助開閉部５７と、主開閉部５１及び補助開閉部５７の導通を制御する制御部５３と、制御部５３に駆動電力を供給するための電源回路で構成されている。
【０００４】
この負荷制御装置５０は、例えば照明装置などの負荷３のオン及びオフを制御するために、負荷開閉回路を２つ備えている。補助開閉部５７は、スイッチ素子としてサイリスタ５７ａを用いて構成され、負荷３に通電する際、先に導通して通電路を提供する。主開閉部５１は、主スイッチ素子としてトライアック５１ａを用いて構成され、補助開閉部５７が導通した後、補助開閉部５７よりも負荷３に近い側で、より安定した通電路を提供する。
【０００５】
負荷３を起動させるための操作ハンドル（ＳＷ）４が操作されると、制御部５３は制御信号を出力し、それによって第３電源部５６のスイッチ素子５６ｃが導通し、さらにスイッチ素子５６ｂが導通する。それによって、整流部５２から出力された電流はスイッチ素子５６ｂを介して流れ、バッファキャパシタ５８を充電する。バッファキャパシタ５８が充電されると、電流は、ツェナーダイオード５６ａを介して補助開閉部５７のサイリスタ５７ａのゲートに流れ、それによってサイリスタ５７ａが導通する。サイリスタ５７ａは整流部５２の出力端子間に接続されているので、サイリスタ５７ａの導通により、整流部５２によって整流された電流が負荷３に流れる。この電流は主開閉部５１のトライアック５１ａのゲートにも流れるので、電圧がトライアック５１ａのトリガ電圧よりも高くなると、トライアック５１ａ、すなわち主開閉部５１が導通する。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、商用電流がゼロクロス点に達したときにトライアック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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９７５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、サイリスタやトライアックは、その通電開始時に、いわゆるスイッチングノイズを発生する。図５（ａ）において、破線は商用電源の電圧波形を示し、実線は負荷に供給される電力の電圧波形を示す。図５（ｂ）は、負荷に供給される電力の電圧波形の拡大図である。これら図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、サイリスタやトライアックによるスイッチングノイズが発生すると、負荷３に供給される電力の電圧波形にスイッチングノイズによる波形の乱れが生じる。そして、負荷３の動作において、電圧波形の乱れによる影響は、例えば照明装置の明るさの瞬間的な変動などが生じる。
【０００８】
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、主開閉部を構成するトライアック及び補助開閉部を構成するサイリスタのスイッチングノイズを低減した負荷制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る負荷制御装置は、商用電源と負荷の間に直列に接続され、負荷に通電する際、先に導通する補助開閉部と、補助開閉部が導通した後、前記補助開閉部よりも前記負荷に近い側で、より安定した電力を供給する主開閉部を備え、前記補助開閉部はスイッチ素子としてサイリスタを用い、前記主開閉部は主スイッチ素子としてトライアックを用い、前記サイリスタ及び前記トライアックのスイッチングノイズを低減させる補助電源部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記補助電源部は、前記主開閉部及び前記補助開閉部よりも、前記商用電源及び前記負荷に近い側に設けられていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の他の一態様に係る負荷制御装置は、主スイッチ素子の主電極が商用電源及び負荷に対し直列に接続され、前記負荷に対する電力の供給を制御する主開閉部と、前記主スイッチ素子の主電極間に接続された整流部と、外部からの信号に応じて負荷のオン又はオフを制御する制御部と、前記制御部に安定して電力を供給するための第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、前記負荷をオフする状態のときに、前記第１電源部への電源を供給する第２電源部と、前記主開閉部の両端から整流部を介して電力供給され、前記負荷をオンする状態のときに、前記第１電源部への電源を供給する第３電源部と、前記整流部の出力端子間に接続され、前記負荷に給電する際、前記主開閉部よりも先に導通する補助開閉部を備え、
補助開閉部はスイッチ素子としてサイリスタを用い、前記主開閉部は前記主スイッチ素子としてトライアックを用い、前記サイリスタ及び前記トライアックのいずれかの端子電圧が低下したときに、電荷を放電してスイッチングノイズを低減させる補助電源部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記補助電源部は、前記トライアックのＴ１端子及びＴ２端子と並列に接続された直列共振回路を備えたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成によれば、サイリスタ又はトライアックが導通する際、サイリスタ又はトライアックの端子電圧が低下すると、補助電源部から電荷が放電され、サイリスタ又はトライアックの端子電圧が回復する。その結果、スイッチングノイズが低減され、負荷に供給される電力の電圧波形が安定し、例えば照明装置の明るさの瞬間的な変動などが低減される。また、補助電源部を、主開閉部及び補助開閉部よりも、商用電源及び前記負荷に近い側に設けることにより、１つの補助電源部により、補助開閉部を構成するサイリスタ及び主開閉部を構成するトライアックの両方のスイッチングノイズを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の基本概念を示す回路図。
【図２】本発明に係る負荷制御装置における電圧波形図。
【図３】上記負荷制御装置の具体的な構成例を示す回路図。
【図４】従来の負荷制御装置の構成を示す回路図。
【図５】（ａ）は従来の負荷制御装置の問題点を示す電圧波形図、（ｂ）は符号Ａで示す部分の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る負荷制御装置１の基本概念について、図１を参照しつつ説明する。この負荷制御装置１は、商用電源２と負荷３に対して直列に接続される。負荷制御装置１は、上記従来例と同様に、負荷３のオン／オフを制御する主開閉部１１及び補助開閉部１７と、主開閉部１１及び補助開閉部１７の導通を制御する制御部１３と、制御部１３に駆動電力を供給するための電源回路で構成されている。電源回路は、整流部１２と、制御部１３への給電を安定させる第１電源部１４と、負荷３への電力停止時に第１電源部１４へ電力を供給する第２電源部１５と、負荷３への電力供給時に第１電源部１４へ電力を供給する第３電源部１６で構成されている。主開閉部１１は、主スイッチ素子としてトライアック１１ａを備えている。また、補助開閉部１７は、スイッチ素子として、例えばサイリスタ１７ａを備えており、サイリスタ１７ａはダイオードブリッジで構成された整流部１２の出力端子間に接続されている。第１電源部１４は、入力された直流電流を、出力電圧が入力電圧よりも低くなるように降圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、第２電源部１５及び第３電源部１６の構成及び動作は上記従来例と同様であるため、その説明を省略する。
【００１６】
負荷３を起動させるための操作ハンドル（ＳＷ）４が操作されると、制御部１３は制御信号を出力し、それによって第３電源部１６のスイッチ素子１６ｃが導通し、さらにスイッチ素子１６ｂが導通する。それによって、整流部１２から出力された電流はスイッチ素子１６ｂを介して流れ、バッファキャパシタ１８を充電する。バッファキャパシタ１８が充電されると、電流は、ツェナーダイオード１６ａを介して補助開閉部１７のサイリスタ１７ａのゲートに流れ、それによってサイリスタ１７ａが導通する。サイリスタ１７ａは整流部１２の出力端子間に接続されているので、サイリスタ１７ａの導通により、整流部１２によって整流された電流が負荷３に流れる。この電流は主開閉部１１のトライアック１１ａのゲートにも流れるので、電圧がトライアック１１ａのトリガ電圧よりも高くなると、トライアック１１ａ、すなわち主開閉部１１が導通する。一旦、主開閉部１１が導通する（閉状態）と電流を流し続けるが、商用電流がゼロクロス点に達したときにトライアック１１ａは自己消弧し、主開閉部１１が非導通（開状態）になる。主開閉部１１が非導通（開状態）になると、整流部１２から第３電源部１６を経て第１電源部１４に電流が流れ、負荷制御装置１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１の自己回路電源確保、補助開閉部１７の導通及び主開閉部１１の導通動作が繰り返される。
【００１７】
この負荷制御装置１は、サイリスタ１７ａ及びトライアック１１ａのスイッチングノイズを低減させる補助電源部１９をさらに備えている。図１は、本発明に係る負荷制御装置１の概念を説明するためのものであり、トライアック１１ａのＴ１端子及びＴ２端子と並列に補助電源部１９が設けられている。補助電源部１９は、トライアック１１ａが非導通の時、整流部１２を介してサイリスタ１７ａのアノードとカソードに接続されている。先にサイリスタ１７ａが導通する際、サイリスタ１７ａの端子電圧が低下したときに、補助電源部１９から電荷が放電され、スイッチングノイズを低減させるように機能する。また、トライアック１１ａが導通する際、トライアック１１ａの端子電圧が低下したときに、電荷を放電してスイッチングノイズを低減させるように機能する。そのため、図２に示すように、サイリスタ１７ａ又はトライアック１１ａの端子電圧が変動したとしても、補助電源部１９から放電される電荷によって、サイリスタ１７ａ又はトライアック１１ａの端子電圧の低下分が補充され、負荷３に供給される電力の電圧波形はなだらかになる。すなわち、サイリスタ１７ａ及びトライアック１１ａの導通開始時のスイッチングノイズが低減される。
【００１８】
図３は、上記負荷制御装置１の具体的な構成例を示す。商用電源２及び負荷３に直列接続されるこの負荷制御装置１の両端子１ａ及び１ｂの間には、補助電源部１９として、コイル１９ａとキャパシタ１９ｂの直列回路で構成された直列共振回路が接続されている。以下、直列共振回路１９と称する。なお、図３に示す回路構成上、直列共振回路（補助電源部）１９は、負荷制御装置１の全体において、主開閉部１１及び補助開閉部１７よりも商用電源２に近い側に設けられている。
【００１９】
この直列共振回路１９の共振周波数が、サイリスタ１７ａ及びトライアック１１ａのスイッチングノイズの周波数と近くなるように、コイル１９ａのリアクタンス及びキャパシタ１９ｂの静電容量が設定されている。サイリスタ１７ａ又はトライアック１１ａが導通する際、スイッチングノイズによりサイリスタ１７ａ又はトライアック１１ａの端子電圧が急激に低下すると、この直列共振回路が直列共振現象を起こす。それによって、負荷３に流れる電流が、専らサイリスタ１７ａ又はトライアック１１ａから直列共振回路１９に転流する。直列共振回路１９が直列共振現象を起こすと、見かけのインピーダンスがほぼ０Ωになり、負荷３に流れる電流から特定周波数成分、すなわちスイッチングノイズが除去されることになる。その結果、コイル１９ａとキャパシタ１９ｂで構成された簡単な直列共振回路１９により、負荷３の動作において、電圧波形の乱れによる影響を除去することができ、例えば照明装置の明るさの瞬間的な変動などが生じることはない。
【００２０】
なお、上記実施形態において、整流部１２として全波整流回路を用いたが、それに限定されるものではなく、半波整流回路であってもよい。整流部１２が半波整流回路である場合、半波整流回路と第２電源部を２組用意し、２組の半波整流回路と第２電源部を並列接続させ、それぞれの回路に流れる電流の位相を１／２周期ずらすように構成しても、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００２１】
１  負荷制御装置
２  商用電源
３    負荷
１１  主開閉部
１２  整流部
１４  第１電源部
１５  第２電源部
１６  第３電源部
１７  補助開閉部
１９  補助電源部（直列共振回路）
１９ａ  コイル
１９ｂ  キャパシタ
【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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