(57)【要約】【課題】電力制御を細かく行うための回路構成を簡素化できるようにする。【解決手段】トライアックＴの第２の電極Ｔ２端子とタイミング容量ＣＴとの間に、ダイオードブリッジ整流回路Ｂを接続し、ダイオードブリッジ整流回路Ｂの出力に、抵抗器Ｒ１とフォトカプラＰＣの２次側の出力を直列に接続し、前記フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤを制御信号で駆動することにより、フォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲと直列に接続されたダイオードブリッジ整流回路Ｂに、前記制御信号のデューティに対応する電流を前記タイミング容量ＣＴに断続的に流し、前記タイミング容量ＣＴを前記双方向性トリガダイオードＳの起動電圧まで充電させるようにして、ひとつの制御信号で駆動電力を細かく調整することができるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧波形の一部をカットして負荷に供給する電力を調整する電力調整回路であって、
前記交流電圧波形の一部をカットするために前記負荷と直列に接続されたトライアックと、
前記トライアックを起動させるために、トライアックのゲートに接続された双方向性トリガダイオードと、
前記双方向性トリガダイオードが起動電圧に到達するまでに要する時間を生成する起動タイミング生成回路と、
前記起動タイミング生成回路が前記双方向性トリガダイオードを駆動状態にするまでの時間を制御する駆動制御回路とを有し、
前記起動タイミング生成回路は、タイミング抵抗とタイミング容量とで構成され、
前記駆動制御回路は、１本の信号線を介して外部のコントローラから送られる制御信号に応じて前記起動タイミング生成回路のタイミング容量が所定の電圧値まで充電されるまでの時間を制御することにより、前記トライアックのオン／オフ期間を制御し、
前記起動タイミング生成回路は、第１のダイオード〜第４のダイオードよりなるダイオードブリッジ整流回路を有し、
前記ダイオードブリッジ整流回路の第１の入力端子を前記トライアックの第１の電極端子に接続し、第２の入力端子をタイミング容量と双方向性トリガダイオードの接続点に接続し、前記タイミング容量の他端を前記トライアックの第１の電極端子に接続し、前記双方向性トリガダイオードの他端を前記トライアックのゲート端子に接続し、
前記タイミング抵抗とフォトカプラの２次側の出力側のトランジスタが直列に接続され、前記フォトカプラの１次側の発光ダイオードが外部のコントローラから送られる制御信号に応じて点灯制御されことにより、前記２次側の出力側のトランジスタのオン／オフ動作が制御され、前記タイミング容量が所定の電圧値まで充電されるまでの時間が制御されることを特徴とする電力調整回路。
【請求項２】
前記タイミング容量と前記双方向性トリガダイオードとの間に、フィルタ容量とフィルタ抵抗とからなるローパスフィルタを配設し、前記フィルタ容量に充電した充電した電圧を、前記フィルタ抵抗を介して前記タイミング容量に印加して充電してから前記トリガダイオードに印加するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力調整回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力調整回路に関し、特に、サイリスタやトライアックを用いた位相制御方式によって交流電圧電源における電力調整を行う電力調整回路に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
トライアックを用いて交流電圧波形の一部をカットする電力調整を行う回路が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。図９に、トライアックを用いて電力調整を行う回路の基本的な構成を示す。
【０００３】
図９に示す電力調整回路では、２本の電源ライン間にトライアックＴと負荷ＲＬが直列に接続されており、前記トライアックＴの第２の電極Ｔ２端子に、タイミング抵抗器ＲＴが接続され（Ａ点）ている。
【０００４】
また、タイミング抵抗器ＲＴの他端は、タイミング容量ＣＴと接続されていて、タイミング抵抗器ＲＴとタイミング容量ＣＴとの接続点（Ｂ点）に双方向性トリガダイオードＳに接続されている。また、タイミング容量ＣＴの他端はトライアックＴの第１の電極Ｔ１端子に接続され（Ｃ点）、双方向性トリガダイオードＳの他端は、トライアックＴのゲート端子Ｇに接続されている。
【０００５】
図９のように構成された電力調整回路においては、ＡＣ電源の正負の極性が反転するタイミングではオフしているトライアックＴを遅延時間後に起動させて負荷ＲＬに電力を供給している。この遅延時間は、トライアックＴのＴ２−Ｔ１端子間（Ａ―Ｃ点間）電圧を前記タイミング抵抗器ＲＴを介して前記タイミング容量ＣＴに印加して、前記双方向性トリガダイオードＳの起動電圧まで充電させるのに要する時間で作り出している。
すなわち、トライアックＴを起動させるまでに要する遅延時間を制御することで、負荷ＲＬに供給する電力を調整していた。
【０００６】
遅延時間を制御するために、一般には、タイミング抵抗器ＲＴの値を制御している。前記タイミング容量ＣＴが前記双方向性トリガダイオードＳの起動電圧まで充電されると、双方向性トリガダイオードＳが導通し、さらに負性特性を有するためトライアックＴが起動されてオンし、タイミング容量ＣＴは放電されて初期化される。
【０００７】
トライアックＴは、一旦起動すると、トライアックＴに流れる電流が保持電流以下になるまでオン状態を維持する。電源は交流のため、正負の極性が反転する時に、トライアックＴに流れる電流が小さくなるため、トライアックＴはオフする。よって、次の電源の正負の極性の反転した半サイクルの最初には、トライアックＴはオフしている。
【０００８】
前述のように動作するので、負荷ＲＬに供給する電力を調整するための電力調整回路として、２つの電力調整回路が考えられる。第１の電力調整回路は、タイミング抵抗器ＲＴを可変抵抗器にしておき、この抵抗値を機械的に調整する回路である。また、第２の電力調整回路としては、外部のコントローラから送信される制御信号でタイミング抵抗器ＲＴの抵抗値を制御する回路である。
【０００９】
制御信号Ｓｉｇでタイミング抵抗器ＲＴの抵抗値を切り替えるために、図１０に示すように、タイミング抵抗器ＲＴを、第１のタイミング抵抗器ＲＴ１〜第４のタイミング抵抗器ＲＴ４で構成する。そして、第２のタイミング抵抗器ＲＴ２と並列に第１のフォトモスリレーＰＭ１を接続し、第３のタイミング抵抗器ＲＴ３と並列に第２のフォトモスリレーＰＭ２を接続し、第４のタイミング抵抗器ＲＴ４と並列に第３のフォトモスリレーＰＭ３を接続する。
【００１０】
このような構成により、第１のフォトモスリレーＰＭ１〜第３のフォトモスリレーＰＭ３に対して、外部のコントローラから制御信号を送信して、第１のフォトモスリレーＰＭ１〜第３のフォトモスリレーＰＭ３の開閉動作を制御することにより、第１のタイミング抵抗器ＲＴ１〜第４のタイミング抵抗器ＲＴ４の抵抗値を制御して負荷ＲＬに供給する電力を制御することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３４０４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１０に示したように、タイミング抵抗器ＲＴの抵抗値を、複数の抵抗器を直列に接続して分割するようにした場合は、電力を細かく制御するためには、多数のタイミング抵抗、フォトモスリレー及び制御信号が必要になる。図１０は電力を８段階に制御することが可能であるが、例えば、３２段階に制御するためには、図１１に示すように、第１のタイミング抵抗器ＲＴ１〜第６のタイミング抵抗器ＲＴ６、第１のフォトモスリレーＰＭ１〜第５のフォトモスリレーＰＭ５、制御信号Ｃ１〜Ｃ５が必要になる。このため、制御信号もそれに応じて多数が必要になるので、電力制御を細かく行うためには回路構成が複雑になってしまう問題点があった。
本発明は前述の問題点に鑑み、電力制御を細かく行うための回路構成を簡素化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のトライアック起動回路は、交流電圧波形の一部をカットして負荷に供給する電力を調整する電力調整回路であって、
前記交流電圧波形の一部をカットするために前記負荷と直列に接続されたトライアックと、
前記トライアックを起動させるために、トライアックのゲートに接続された双方向性トリガダイオードと、
前記双方向性トリガダイオードが起動電圧に到達するまでに要する時間を生成する起動タイミング生成回路と、
前記起動タイミング生成回路が前記双方向性トリガダイオードを駆動状態にするまでの時間を制御する駆動制御回路とを有し、
前記起動タイミング生成回路は、タイミング抵抗とタイミング容量とで構成され、
前記駆動制御回路は、１本の信号線を介して外部のコントローラから送られる制御信号に応じて前記起動タイミング生成回路のタイミング容量が所定の電圧値まで充電されるまでの時間を制御することにより、前記トライアックのオン／オフ期間を制御し、
前記起動タイミング生成回路は、第１のダイオード〜第４のダイオードよりなるダイオードブリッジ整流回路を有し、
前記ダイオードブリッジ整流回路の第１の入力端子を前記トライアックの第１の電極端子に接続し、第２の入力端子をタイミング容量と双方向性トリガダイオードの接続点に接続し、前記タイミング容量の他端を前記トライアックの第１の電極端子に接続し、前記双方向性トリガダイオードの他端を前記トライアックのゲート端子に接続し、
前記タイミング抵抗とフォトカプラの２次側の出力側のトランジスタが直列に接続され、前記フォトカプラの１次側の発光ダイオードが外部のコントローラから送られる制御信号に応じて点灯制御されことにより、前記２次側の出力側のトランジスタのオン／オフ動作が制御され、前記タイミング容量が所定の電圧値まで充電されるまでの時間が制御されることを特徴とする。
また、本発明の他の特徴とするところは、前記タイミング容量と前記双方向性トリガダイオードとの間に、フィルタ容量とフィルタ抵抗とからなるローパスフィルタを配設し、前記フィルタ容量に充電した電圧を、前記フィルタ抵抗を介して前記タイミング容量に印加して充電してから前記トリガダイオードに印加するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コントローラから電力調整制御を行う場合に、１本の信号線を用いて、フォトカプラの１次側の発光ダイオードの点灯させるデューティを変化させるだけで、負荷に供給する電力を細かく制御することができるので、電力制御を細かく行うための回路構成を簡素化することができる。
また、交流電圧をダイオードブリッジ整流回路で整流しているので、電源電圧の正負の極性によらずフォトカプラの２次側の出力回路に正常な方向にバイアスを掛けることができる。
また、コントローラからの制御をフォトカプラを介して行うことで、コントローラ側の回路と電気的に絶縁されるため、制御回路の基準電位を自由に選べる利点がある。
また、本発明の他の特徴によれば、タイミング容量の充電波形の微小な変動を小さくすることができ、フォトカプラのＯＮ−ＯＦＦのデューティの変化による負荷への電力印加時間の変化の直線性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態を示し、電力調整回路の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態の電力調整回路の動作を説明する図である。
【図３】第２の実施形態を示し、第１の抵抗器をダイードブリッジ整流回路の前に接続した例を示す図である。
【図４】第３の実施形態を示し、第２の高抵抗器、第３の高抵抗器でダイオードブリッジ整流回路の整流電圧を分圧した例を示す図である。
【図５】第３の実施形態の変形例を示し、第１の抵抗器の接続位置を変えた例を示す図である。
【図６】第３の実施形態の変形例を示し、第１の抵抗器の接続位置を変えた例を示す図である。
【図７】第３の実施形態の変形例を示し、トランジスタの極性をＮＰＮからＰＮＰに変えた例を示す図である。
【図８】第４の実施形態を示し、タイミング容量に充電された電圧をローパスフィルタとトリガダイオードを介してトライアックのゲートに印加する様にした例を示す図である。
【図９】トライアックを用いて電力調整を行う回路の基本的な構成例を示す図である。
【図１０】制御信号でタイミング抵抗器の抵抗値を切り替える第１の例を示す図である。
【図１１】制御信号でタイミング抵抗器の抵抗値を切り替える第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の電力調整回路の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。以下、図１を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
「図１の構成」
図１は、本実施形態のトライアック起動回路を用いた電力調整回路の例を示す回路図である。図１に示すように、本実施形態においては２本の電源ラインＬ１、Ｌ２間にトライアックＴと負荷ＲＬが直列に接続されており、第１のダイオードＤ１〜第４のダイオードＤ４によるダイオードブリッジ整流回路Ｂの第１の入力端子をトライアックＴの第２の電極Ｔ２端子（Ａ点）に接続している。また、第２の入力端子をタイミング容量ＣＴと双方向性トリガダイオードＳの接続点（Ｂ点）に接続し、タイミング容量ＣＴの他端はトライアックＴの第１の電極Ｔ１端子に接続され（Ｃ点）、双方向性トリガダイオードＳの他端はトライアックＴのゲート端子Ｇに接続されている。また、信号線１０を介して、図示しないコントローラから制御信号Ｓｉｇが制御入力端子に入力されるように構成されている。
【００１８】
ダイオードブリッジ整流回路Ｂの正側出力点である第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２の共通カソードと、負側出力点である第３のダイオードＤ３、第４のダイオードＤ４の共通アノードの間に、タイミング抵抗（ＲＴ）として設けられた第１の抵抗器Ｒ１とフォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲが直列に接続されている。また、フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤはコントローラで点灯を制御され、フォトカプラＰＣの１次側に制御入力が印加されている。
【００１９】
「図１の動作」
図１に示した本実施形態の電力調整回路の動作を、図２を参照しながら説明する。
トライアックＴの第２の電極Ｔ２端子（Ａ点）と、他端をタイミング容量ＣＴと双方向性トリガダイオードＳの接続点（Ｂ点）との間の電圧を、第１のダイオードＤ１〜第４のダイオードＤ４によるダイオード整流回路Ｂで整流して、第１の抵抗器Ｒ１とフォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲの直列回路に印加しているので、電源電圧の正負の極性によらずフォトカプラＰＣの２次側の出力回路に正常な方向にバイアスを掛けることができている。
【００２０】
第１のダイオードＤ１〜第４のダイオードＤ４によるダイオードブリッジ整流回路Ｂの第２の入力端子に流れる電流でタイミング容量ＣＴを充電している。
制御信号Ｓｉｇの周期は、ＡＣ電源の周期より十分短く、前記、フォトカプラＰＣの応答速度より十分遅い。本実施形態においては、０．１ｍＳＥＣ（＝１００μＳＥＣ）としている。
図示しないコントローラの動作制御は、一例として２ＭＨｚのクロックで動作させると、０．５μＳＥＣステップで変化させられるので、制御信号Ｓｉｇのデューティは０％〜１００％の範囲を０．５％刻みで調整できる。
【００２１】
フォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲが断続的にオン、オフすることによって第１の抵抗器Ｒ１とフォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲの直列回路に断続的に電流が流れても、タイミング容量ＣＴの充電波形は平均化された電流で充電されるので、充電された時の波形は電流が連続して流れた場合とほぼ等しくなる。
【００２２】
図２（ａ）で示すように、コントローラが、フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤを１０％以下のデューティで点灯させた時は、フォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲが断続的にオンして、ダイオードブリッジ整流回路Ｂに断続的に電流が流れるが、電流が小さいため、タイミング容量ＣＴの充電電圧Ｖｃｔは双方向性トリガダイオードＳの起動電圧Ｖｔｈまで充電されない。このため、トライアックＴには起動が掛からず、負荷ＲＬに電力ＰＲＬは供給されない。
【００２３】
図２（ｂ）で示すように、コントローラが、フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤを２０％程度のデューティで点灯させた時は、フォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲが断続的にオンして、ダイオードブリッジ整流回路Ｂには断続的に電流が流れる。この場合の平均電流は前述した１０％以下のデューティで点灯させた時の平均電流よりも大きいので、タイミング容量ＣＴの電圧Ｖｃｔは、双方向性トリガダイオードＳの起動電圧Ｖｔｈまで充電される。しかしながら、この場合はトライアックＴに起動が掛かかるまでの遅延時間が大きいため、負荷ＲＬには供給される電力ＰＲＬは、小さく制限されている。
【００２４】
図２（ｃ）で示すように、コントローラが、フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤを７０％以上のデューティで点灯させた時は、フォトカプラＰＣの２次側の出力側のトランジスタＴＲがオンする期間の比率が大きくなるので、ダイオードブリッジ整流回路Ｂに電流が流れる時間割合が増えて、平均電流は２０％程度のデューティで点灯させた時よりも大きくなる。
【００２５】
この場合も、２０％程度のデューティで点灯させた時と同様に、双方向性トリガダイオードＳの起動電圧Ｖｔｈまで充電される。しかしながら、この場合は、タイミング容量ＣＴへの充電時間が短くなることにより、双方向性トリガダイオードＳの起動電圧Ｖｔｈまで充電されるまでの遅延時間が短くなるので、トライアックＴに起動が早く掛かかる。したがって、トライアックＴがオンしている期間の比率が上がって負荷ＲＬには大きな電力ＰＲＬが供給される。
【００２６】
前述したように、トライアックＴが起動されるときに双方向性トリガダイオードＳの負性特性でタイミング容量ＣＴは放電される。さらに、タイミング容量ＣＴはトライアックＴがオンしている期間は、ダイオードブリッジ整流回路Ｂと第１の抵抗器Ｒ１とフォトカプラＰＣを介してトライアックＴの第２の電極Ｔ２端子と第１の電極Ｔ１端子に接続されているため、放電される。
【００２７】
「第１の実施形態の電力調整回路の効果」
以上、説明したように第１の実施形態の電力調整回路によれば、コントローラから電力調整制御を行う場合に、ひとつの制御信号を用いて、フォトカプラＰＣの１次側の発光ダイオードＬＥＤの点灯させるデューティを変化させるだけで、負荷ＲＬに供給する電力ＰＲＬを細かく制御できる利点がある。
また、交流電圧をダイオードブリッジ整流回路Ｂで整流しているので、電源電圧の正負の極性によらずフォトカプラＰＣの２次側の出力回路に正常な方向にバイアスを掛けることができる。
また、コントローラからの制御をフォトカプラＰＣを介して行うことで、コントローラ側の回路と電気的に絶縁されるため、制御回路の基準電位を自由に選べる利点がある。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３に示すように、第２の実施形態においては、抵抗器には正負の極性がないので第１の抵抗器Ｒ１を、ダイードブリッジ整流回路の前に接続したものである。動作は、図１に示した第１の実施形態の電力調整回路と同じである。
【００２９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、耐圧が高いフォトカプラＰＣの入手が困難な場合に好適な例である。
本実施形態においては、図４に示したように、第２の高抵抗器Ｒ２、第３の高抵抗器Ｒ３でダイオードブリッジ整流回路Ｂの整流電圧を分圧し、このダーリントン接続された第１のトランジスタＱ１、第２のトランジスタＱ２によりフォトカプラＰＣに掛かる電圧を低い値に制限したものである。
【００３０】
高速のフォトカプラＰＣは耐圧が低めなので、本実施形態の電力調整回路は実用性に優れている。
第２の抵抗器Ｒ２、第３の抵抗器Ｒ３を高抵抗にすると、タイミング容量ＣＴへの充電時間への影響を小さくすることができる。第２の抵抗器Ｒ２、第３の抵抗器Ｒ３を高抵抗にするために第１のトランジスタＱ１だけでは、ベース電流による電圧降下が大きくなるためダーリントン接続にしてある。
【００３１】
（他の実施形態）
図５、図６は、第１の抵抗器Ｒ１の接続位置を変えたものである。第１の抵抗器Ｒ１の接続位置を変えても、図４の例と同じ効果が得られる。
図７は、トランジスタＱの極性をＮＰＮからＰＮＰに変えた例を示す図である。トランジスタＱの極性を変えても、図４の例と同じ効果が得られる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図８に、タイミング容量ＣＴにローパスフィルタＦを介して充電電流を流す様にした実施形態を示す。
本実施形態においては、フィルタ容量ＣＦとフィルタ抵抗ＲＦで構成されるフィルタＦを、タイミング容量ＣＴと双方向性トリガダイオードＳとの間に配設している。
このように構成した本実施形態の電力調整回路においては、まずフィルタ容量ＣＦに充電させた電圧でフィルタ抵抗ＲＦを介してタイミング容量ＣＴを充電してからトリガダイオードに印加する様にすることで、電力調整特性をよりリニアにすることができる。
【００３３】
制御信号Ｖｓｉgの周期は０．１ｍＳＥＣと電源周期よりは十分に短く設定しているが、やはりタイミング容量ＣＴの充電波形には微小な段が出来ている。
図８に示した電力調整回路によれば、フィルタ容量ＣＦとフィルタ抵抗ＲＦで構成されるフィルタＦを通すことで、タイミング容量ＣＴの充電波形の微小な段を小さくすることができる。これにより、フォトカプラＰＣのＯＮ−ＯＦＦのデューティの変化による負荷への電力印加時間の変化の直線性を改善することができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｌ１、Ｌ２  電源ライン
Ｔ  トライアック、Ｔ１  第１の電極、Ｔ２  第２の電極、Ｇ  ゲート
Ｓ  双方向トリガダイオード
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
Ｂ  ダイオードブリッジ整流回路
ＣＴ  タイミング容量
Ｒ１、ＲＴ、ＲＴ１〜ＲＴ４  タイミング抵抗器
Ｒ２、Ｒ３分圧抵抗器
ＲＬ  負荷
ＰＣ  フォトカプラ
Ｓｉｇ、Ｃ１〜Ｃ５  制御信号
１０  信号線
ＴＲ、Ｑ１、Ｑ２  トランジスタ
ＬＥＤ  発光ダイオード
Ｆ  ローパスフィルタ
ＲＦ  フィルタ抵抗
ＣＦ  フィルタ容量
【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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