(57)【要約】【課題】高機能な制御回路を安定に起動できる人感センサスイッチ回路を提供する。【解決手段】実施形態の人感センサスイッチ回路は、トライアックと、トライアックの一方の主端子およびゲート端子が接続された交流入力を有する整流ブリッジと、整流ブリッジの直流出力間に入力が接続された第１電源回路と、第１電源回路の出力および人感センサの出力が接続され、起動後に第１制御信号を出力する制御回路と、第１電源回路を縦続に接続する第２電源回路と、整流ブリッジと第２電源回路との間に接続され、交流電源が投入されたときには整流ブリッジの直流出力間および整流ブリッジと第２電源回路との間を導通させ、制御回路が起動後には第１制御信号によって整流ブリッジの直流出力間および整流ブリッジと第２電源回路との間を遮断させる第１スイッチ回路と、第２スイッチ回路と、を備える。【選択図】図１
2016173952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源および負荷と直列回路となるトライアックと、
前記トライアックの一方の主端子および前記トライアックのゲート端子が接続された交流入力端子を有する整流ブリッジと、
前記整流ブリッジの直流出力端子間に入力が接続された第１電源回路と、
前記第１電源回路の出力および人感センサの出力が接続され、起動後に第１制御信号を出力する制御回路と、
前記第１電源回路を縦続に接続する第２電源回路と、
前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間に接続され、前記交流電源が投入されたときには前記整流ブリッジの直流出力端子間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を導通させ、前記制御回路が起動後には前記第１制御信号によって前記整流ブリッジの直流出力間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を遮断させる第１スイッチ回路と、
前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間に直列に接続され、前記制御回路から出力される、前記人感センサの出力に応じた第２制御信号によって前記整流ブリッジの直流出力間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を導通させる第２スイッチ回路と、
を備えた人感センサスイッチ回路。
【請求項２】
前記第２電源回路は、制御素子が前記第１電源回路の入力に並列に接続されたシャント形の電源回路であり、
前記第１スイッチ回路は、前記整流ブリッジの一方の直流出力端子に接続された第１抵抗器と、前記第１抵抗器に直列に接続され、前記第１抵抗器と前記第２電源回路との間に接続された第１スイッチ素子と、前記第１抵抗器に直列に接続され、前記第１抵抗器と前記整流ブリッジの他方の直流出力端子との間に接続された第２スイッチ素子と、を含む請求項１記載の人感センサスイッチ回路。
【請求項３】
前記制御素子は、定電圧ダイオードを含む請求項２記載の人感センサスイッチ回路。
【請求項４】
前記第２スイッチ回路は、前記整流ブリッジの一方の直流出力端子に接続された第２抵抗器と、前記第２抵抗器に直列に接続され、前記第２抵抗器と前記第２電源回路との間に接続された第３スイッチ素子と、前記第２抵抗器に直列に接続され、前記第２抵抗器と前記整流ブリッジの他方の直流出力端子との間に接続された第４スイッチ素子と、を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の人感センサスイッチ回路。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、人感センサスイッチ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギを実現するため、人間が立ち入る場合に一時的に電灯を点灯させたり、換気扇等を動作させたりすることができる人感センサスイッチが普及している。人感センサには、いくつかの方式があるが、配線工事が容易な２線式の人感センサスイッチが多く普及するようになってきた。近年、より細やかな省エネルギ化や高機能化を実現するために、人感センサスイッチの高機能化が要求され、柔軟にプログラミングを行うことができる制御回路を内蔵することが必要となっている。
【０００３】
一方で、２線式の人感センサスイッチの場合には、内蔵する制御回路への電源供給が間欠的となるため、高機能化にともなう制御回路の消費電力の増大に対応する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０８４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、高機能な制御回路を搭載したときに安定して起動することができる人感センサスイッチ回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る人感センサスイッチ回路は、交流電源および負荷と直列回路となるトライアックと、前記トライアックの一方の主端子および前記トライアックのゲート端子が接続された交流入力を有する整流ブリッジと、前記整流ブリッジの直流出力間に入力が接続された第１電源回路と、前記第１電源回路の出力および人感センサの出力が接続され、起動後に第１制御信号を出力する制御回路と、前記第１電源回路を縦続に接続する第２電源回路と、前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間に接続され、前記交流電源が投入されたときには前記整流ブリッジの直流出力間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を導通させ、前記制御回路が起動後には前記第１制御信号によって前記整流ブリッジの直流出力間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を遮断させる第１スイッチ回路と、前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間に直列に接続され、前記制御回路から出力される、前記人感センサの出力に応じた第２制御信号によって前記整流ブリッジの直流出力間および前記整流ブリッジと前記第２電源回路との間を導通させる第２スイッチ回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
もっとも消費電力が大きくなる制御回路の起動時においても安定して起動することができる人感センサスイッチ回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る人感センサスイッチ回路を例示するブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、２線式人感センサスイッチ回路の動作を例示する回路図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の回路主要部の波形を示す波形図である。
【図３】人感センサスイッチ回路の主要部の動作を示す波形図である。
【図４】人感センサスイッチ回路の制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る人感センサスイッチ回路を例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の人感センサスイッチ回路１は、トライアック１０と、整流ブリッジ１２と、第１電源回路１４と、制御回路１６と、起動スイッチ回路（第１スイッチ回路）１８と、第２電源回路２０と、主スイッチ回路（第２スイッチ回路）２２と、を備える。人感センサスイッチ回路１は、入力端子１ａ，１ｂを有する。人感センサスイッチ回路１は、入力端子１ａ，１ｂを介して、交流電源２および負荷４に接続される。人感センサスイッチ回路１、交流電源２および負荷４は、直列に接続される。人感センサスイッチ回路１は、人感センサスイッチ回路１、交流電源２および負荷４の直列回路内にさらに直列に接続されたスイッチ６を含むようにしてもよい。交流電源２は、たとえば商用交流電源であり、交流１００Ｖを出力している。負荷４は、交流で動作する交流負荷であり、たとえば照明装置や換気扇等である。人感センサスイッチ回路１と、交流電源２および負荷４の直列回路との間にスイッチ６が接続される。スイッチ６は、たとえばアンペアブレーカや配電盤に設けられたスイッチである。なお、交流電源２、負荷４およびスイッチ６は、人感センサスイッチ回路１の外部の回路要素である。スイッチ６が閉じており、人感センサスイッチ回路１がオンした場合に、負荷４に交流電力が供給されて、負荷４が動作する。スイッチ６が閉じていても、人感センサスイッチ回路１がオフした場合には、負荷４の供給電力が切断され、負荷４の動作が自動的に停止する。
【００１０】
トライアック１０は、第１主端子Ｔ１および第２主端子Ｔ２が入力端子１ａ，１ｂを介して交流電源２および負荷の直列回路に接続される。トライアック１０のゲート端子Ｇにゲートトリガ電流以上の電流が流れたときに、トライアック１０はオンする。オンしたトライアック１０、交流電源２および負荷４は、閉回路をなす。トライアック１０には、交流電源２および負荷４に応じた電流が流れており、第１主端子Ｔ１と第２主端子Ｔ２との間に保持電流を超える電流が流れている間には、トライアック１０はオン状態を継続する。第１主端子Ｔ１と第２主端子Ｔ２との間に流れる電流が保持電流を下回ると、ゲート端子Ｇへの入力にかかわらずトライアック１０はオフする。なお、トライアック１０のゲート端子Ｇと第２主端子Ｔ２との間に接続されている抵抗器１５は、ノイズ等によりトライアック１０が誤点弧しないようにするために接続されている。
【００１１】
整流ブリッジ１２は、２つの交流入力端子１３ａ，１３ｂと、直流出力端子１３ｃ，１３ｄとを有する。整流ブリッジ１２は、４つのダイオード１２ａ〜１２ｄを含む。ダイオード１２ａは、アノードが交流入力端子１３ａに接続され、カソードが直流出力端子１３ｃに接続されている。ダイオード１２ｂは、アノードが直流出力端子１３ｄに接続され、カソードが交流入力端子１３ｂに接続されている。ダイオード１２ｃは、アノードが交流入力端子１３ｂに接続され、カソードが直流出力端子１３ｃに接続されている。ダイオード１２ｄは、アノードが直流出力端子１３ｄに接続され、カソードが交流入力端子１３ａに接続されている。整流ブリッジ１２の一方の交流入力端子１３ａは、トライアック１０の第１主端子Ｔ１に接続されている。整流ブリッジ１２の他方の交流入力端子１３ｂは、トライアック１０のゲート端子Ｇに接続されている。整流ブリッジ１２の一方の直流出力端子１３ｃは、起動スイッチ回路１８および主スイッチ回路２２を介して第２電源回路２０の正入力に接続されている。
【００１２】
整流ブリッジ１２の交流入力端子１３ａ，１３ｂには交流電圧が印加される。交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が正である交流周期では、交流入力端子１３ａに電流が流入し、直流出力端子１３ｃから電流が出力される。直流出力端子１３ｃから出力された電流は、起動スイッチ回路１８、主スイッチ回路２２、第２電源回路２０、および第１電源回路１４を介して制御回路１６の電源端子Ｖｄｄに入力される。リターン電流は、制御回路１６の接地端子Ｖｓｓから流出し、接地１１を介して整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｄに流入する。直流出力端子１３ｄに入力された電流は、交流入力端子１３ｂから出力される。交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が負である交流周期では、電流は、交流入力端子１３ｂに流入し、直流出力端子１３ｃから出力される。出力された電流は、起動スイッチ回路１８、主スイッチ回路２２、第２電源回路２０、および第１電源回路１４を介して制御回路１６の電源端子Ｖｄｄに入力される。リターン電流は、制御回路１６の接地端子Ｖｓｓから流出し、接地１１を介して整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｄに流入する。直流出力端子１３ｄに流入した電流は、交流入力端子１３ａから出力される。したがって、整流ブリッジ１２は、交流入力端子１３ａ，１３ｂに入力された交流電圧を全波整流して、全波整流された電圧を直流出力端子１３ｃ，１３ｄから出力する。直流出力端子１３ｃの電圧は、直流出力端子１３ｄの電圧に対して正の電圧となる。交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が正である交流周期では、交流電流は、交流入力端子１３ａに流入し、交流入力端子１３ｂから出力されてトライアック１０のゲート端子Ｇから第２主端子Ｔ２に流れる。つまり、交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が正である交流周期では、トライアック１０は、いわゆる第１象限モード（または、モードＩと呼ばれる。）で動作する。一方、交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が負である交流周期では、トライアック１０の第２主端子Ｔ２に流入された電流は、ゲート端子Ｇを介して交流入力端子１３ｂに流入し、交流入力端子１３ａから出力される。つまり、交流入力端子１３ｂの電圧に対して交流入力端子１３ａの電圧が負である交流周期では、トライアック１０は、いわゆる第３象限モード（または、モードＩＩＩと呼ばれる。）で動作する。
【００１３】
起動スイッチ回路１８は、整流ブリッジ１２と第２電源回路２０との間に接続されている。起動スイッチ回路１８は、信号線６０を介して制御回路１６の出力信号端子Ｏ１に接続されている。信号線６０は、抵抗器３０によって制御回路１６の電源端子Ｖｄｄに接続されている。
【００１４】
起動スイッチ回路１８は、抵抗器３１，３２，３４，３５とトランジスタ２９，３３とを含んでいる。トランジスタ２９は、ＰＮＰ形のトランジスタであり、トランジスタ３３はＮＰＮ形のトランジスタである。抵抗器３１およびトランジスタ２９は整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃと第２電源回路の逆流防止ダイオード５１のアノードとの間で直列に接続されている。つまり、トランジスタ２９がオンしたときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとは、抵抗器３１を介して接続される。トランジスタ２９がオフしたときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとの接続が切断される。トランジスタ２９のベース端子には、抵抗器３２を介してトランジスタ３３が接続されている。トランジスタ３３のベース端子には、信号線６０を介して制御回路１６の出力信号端子Ｏ１が接続されている。トランジスタ３３のベースエミッタ間には、抵抗器３５が接続されている。抵抗器３４，３５は、トランジスタ３３のバイアス条件を設定する。制御回路１６の出力信号端子Ｏ１の出力レベルがハイレベルのときには、トランジスタ３３がオンする。そのため、トランジスタ２９のベース電流が流れて、トランジスタ２９がオンする。制御回路１６の出力信号端子Ｏ１の出力レベルがローレベルのときには、トランジスタ３３はオフし、トランジスタ２９もオフする。したがって、制御回路１６の出力信号端子Ｏ１の出力レベルがハイレベルのときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードは、抵抗器３１で接続されるとともに、直流出力端子１３ｃと接地１１との間は、直列に接続された抵抗器３１，３２を介して接続される。
【００１５】
トランジスタ３３のベース端子は、抵抗器３０を介して第１電源回路１４の出力にプルアップされている。つまり、第１電源回路１４が動作して所定の電圧を出力している場合には、制御回路１６の出力信号端子Ｏ１の出力がローレベルである場合を除いて、トランジスタ３３はオンしており、トランジスタ２９もオンしている。
【００１６】
逆流防止ダイオード５１のアノードに流入する電流は、抵抗器３１の抵抗値によって設定される。抵抗器３１によって設定された電流が定電圧ダイオード５２を流れて、定電圧ダイオード５２のＶｚでクランプされた電圧にもとづく電力が平滑コンデンサ５３および第１電源回路１４に供給される。換言すれば、抵抗器３１は、定電圧ダイオードからなるシャント形電源回路の動作電流および出力電流を設定する。
【００１７】
抵抗器３１および抵抗器３２は、整流ブリッジ１２とともにトライアックのゲート端子Ｇへの電流供給のための経路を形成する。したがって、抵抗器３１および抵抗器３２の合計の抵抗値は、トライアック１０のゲート端子Ｇに流れる電流を設定する。
【００１８】
以上より、起動スイッチ回路１８は、制御回路１６の出力信号端子Ｏ１の出力レベルがローレベル以外のときに、抵抗器３１を介して、第２電源回路２０以降の回路に電力を供給するとともに、抵抗器３１，３２を介してトライアック１０のゲート端子Ｇに電流を供給する。
【００１９】
主スイッチ回路２２は、整流ブリッジ１２と第２電源回路２０との間に接続され、起動スイッチ回路１８と並列に接続されている。主スイッチ回路２２は、信号線６１を介して制御回路１６の出力信号端子Ｏ２に接続されている。
【００２０】
主スイッチ回路２２は、抵抗器３６，３８，３９，４２，４３と、トランジスタ３７，４１とを含んでいる。トランジスタ３７は、ＰＮＰ形トランジスタであり、トランジスタ４１は、ＮＰＮ型トランジスタである。抵抗器３６および抵抗器３８は、整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃと第２電源回路２０の逆流防止ダイオード５１のアノードとの間に直列に接続されている。トランジスタ３７は、抵抗器３８と並列に接続されている。したがって、トランジスタ３７がオンのときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとの間は、抵抗器３６を介して接続される。トランジスタ３７がオフのときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとの間の接続は、直列に接続された抵抗器３６，３８を介して接続される。トランジスタ４１は、抵抗器３９を介してトランジスタ３７のベース端子に接続されている。トランジスタ４１のベース端子は、抵抗器４２および信号線６１を介して制御回路１６の出力信号端子Ｏ２に接続されている。トランジスタ４１のベースエミッタ間には抵抗器４３が接続されている。抵抗器４２，４３はトランジスタ４１のバイアス条件を設定する。制御回路１６の出力信号端子Ｏ２の出力レベルがハイレベルのときには、トランジスタ４１がオンし、トランジスタ３７もオンする。制御回路１６の出力信号端子Ｏ２の出力レベルがローレベルのときには、トランジスタ４１はオフし、トランジスタ３７もオフする。つまり、制御回路１６の出力信号端子Ｏ２の出力レベルがハイレベルのときには、整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとの間は、抵抗器３６を介して接続される。また、直流出力端子１３ｃと接地１１との間は、直列に接続された抵抗器３６および抵抗器３９を介して接続される。一方、制御回路１６の出力信号端子Ｏ２の出力レベルがローレベルのときには、直流出力端子１３ｃと逆流防止ダイオード５１のアノードとの間は、抵抗器３６，３８を介して接続される。
【００２１】
直列に接続された抵抗器３６，３９は、整流ブリッジ１２とともにトライアック１０のゲート端子Ｇに流れる電流の経路を構成する。したがって、抵抗器３６および抵抗器３９の合計の抵抗値は、トライアック１０のゲート端子Ｇに流れる電流値を設定する。
【００２２】
制御回路１６の出力信号端子Ｏ２がハイレベルを出力しているときに、逆流防止ダイオード５１のアノードに流入する電流は、抵抗器３６の抵抗値によって設定される。抵抗器３６によって設定された電流が定電圧ダイオード５２を流れて、定電圧ダイオード５２のＶｚでクランプされた電圧にもとづく電力が平滑コンデンサ５３および第１電源回路１４に供給される。換言すれば、抵抗器３６は、出力信号端子Ｏ２の出力レベルがハイレベルのときに、定電圧ダイオードからなるシャント形電源回路の動作電流および出力電流を設定する。
【００２３】
第２電源回路２０は、起動スイッチ回路１８と主スイッチ回路２２との並列回路を介して整流ブリッジ１２に接続されている。第２電源回路２０は、逆流防止ダイオード５１と定電圧ダイオード５２と平滑コンデンサ５３とを含んでいる。逆流防止ダイオード５１のアノードは、起動スイッチ回路１８および主スイッチ回路２２の出力に接続されている。逆流防止ダイオード５１のカソードは、第１電源回路１４の入力に接続されている。また、逆流防止ダイオードのカソードと接地１１との間に定電圧ダイオード５２および平滑コンデンサ５３が並列に接続されている。定電圧ダイオード５２のカソードアノード間にはアノードからカソードに向かって正の電圧が印加され、カソードアノード間には、ほぼ一定の電圧Ｖｚが生成される。逆流防止ダイオード５１は、アノードに、逆流防止ダイオード５１の順方向電圧と定電圧ダイオード５２が出力する定電圧Ｖｚとが加算された電圧を超える電圧が起動スイッチ回路１８または主スイッチ回路２２から出力されて逆流防止ダイオード５１のアノードに印加された場合に導通する。逆流防止ダイオード５１を流れる電流は、平滑コンデンサ５３を充電する。逆流防止ダイオード５１のアノードの電圧が、逆流防止ダイオード５１の順方向電圧と定電圧ダイオード５２が出力する定電圧Ｖｚとが加算された電圧よりも小さい場合には、逆流防止ダイオード５１はオフする。
【００２４】
第２電源回路２０は、逆流防止ダイオード５１のアノードの電圧が定電圧ダイオード５２のＶｚと自己の順方向電圧との和となる電圧を超えたときに、逆流防止ダイオード５１がオンして、平滑コンデンサ５３および第１電源回路１４に電力を供給する。
【００２５】
第２電源回路２０に入力する電流は、起動スイッチ回路１８および主スイッチ回路２２の状態によって異なる。起動スイッチ回路１８がオン、すなわち出力信号端子Ｏ１がハイレベルを出力しているときには、入力電流は、抵抗器３１の抵抗値で設定される。なお、このとき主スイッチ回路２２はオフしている。起動スイッチ回路１８がオフであり、主スイッチ回路２２がオンのときには、入力電流は、抵抗器３６の抵抗値で設定される。起動スイッチ回路１８がオフであり、主スイッチ回路２２がオフのときには、入力電流は、直列に接続された抵抗器３６，３９の合計の抵抗値で設定される。これらの抵抗値は、それぞれの入力電流に応じて適切な値が設定される。
【００２６】
第１電源回路１４は、第２電源回路２０の出力に縦続接続されている。第１電源回路１４の出力は、制御回路１６の電源端子Ｖｄｄに接続されている。第１電源回路１４は、たとえば出力電圧よりも高い電圧を入力して、安定した出力電圧を出力するシリーズレギュレータである。より具体的には、第１電源回路１４は、たとえば５Ｖ程度〜１０Ｖ程度の入力電圧を入力して、３Ｖ程度の安定化された出力電圧を生成する。
【００２７】
制御回路１６は、電源端子Ｖｄｄと接地端子Ｖｓｓとを有する。電源端子Ｖｄｄには、第１電源回路１４から出力された安定化された電圧が入力される。接地端子Ｖｓｓは、接地１１に接続される。なお、接地１１は、人感センサスイッチ回路１の接地電位を提供する。接地１１は、他の回路要素の接地電位を提供する。
【００２８】
制御回路１６は、入力信号端子Ｉ１と、出力信号端子Ｏ１，Ｏ２と、を有する。入力端子Ｉ１には、信号線６２を介して人感センサ５４の出力が接続されている。出力信号端子Ｏ１には、信号線６０を介して、起動スイッチ回路１８の入力が接続されている。出力信号端子Ｏ２には、信号線６１を介して、主スイッチ回路２２の入力が接続されている。制御回路１６は、電源端子Ｖｄｄに入力される電圧に応じて、出力信号端子Ｏ１の出力を設定する。制御回路１６は、入力信号端子Ｉ１のレベルに応じて、出力信号端子Ｏ２の出力を設定する。制御回路１６は、たとえばマイクロコントローラである。制御回路１６であるマイクロコントローラは、プログラムを格納する記憶部を含んでいる。制御回路１６は、記憶部に格納されたプログラムの各ステップを逐次実行する。なお、記憶部は、マイクロコントローラの外部に設けられ、適切な信号バスによって接続されるようにしてもよい。制御回路１６は、プログラムを逐次実行して人感センサスイッチ回路１の動作状態を設定し、状態を遷移させる機能を有する電子回路であればよく、マイクロコンピュータや、演算装置を含むＰＬＤ（Programmable Logic Device）等であってもよい。
【００２９】
制御回路１６は、人感センサ５４が出力する信号のレベルに応じて、人間の接近を検知してトライアック１０をオンさせて、負荷４に交流電源２の電力を供給する。人感センサ５４は、たとえば赤外線センサを含む。赤外線センサは、たとえば焦電型赤外線センサ等である。人感センサ５４は、赤外線センサに限らず、超音波センサや可視光センサ等でもよい。人感センサ５４には、赤外線センサ等が出力する電圧信号を増幅し、レベル変換してデジタル信号として出力する出力回路等を含んでいてもよい。人感センサ５４は、必ずしも制御回路１６等と同一の筐体内に実装されていなくてもよく、接続配線を伸ばして筐体外に設置されたり、筐体とは別体に設けられ、無線信号によって赤外線等の検出信号を人感センサスイッチ回路の本体に送信するようにしてもよい。この例では、人感センサ５４は、第１電源回路１４によって電圧供給を受けて動作し、ハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。赤外線等を検知したときに、人感センサ５４は、たとえばハイレベルを出力し、無検出の状態ではローレベルを出力する。
【００３０】
制御回路１６は、人感センサ５４からの信号が赤外線等の検出がなくなった場合に、トライアック１０のオン状態を所定の期間継続させるタイマとして動作する。タイマ時間は、プログラムによって任意に設定されることができ、複数種類設定されることができる。
【００３１】
制御回路１６は、上述の入出力端子以外にも入出力端子を有していてもよい。制御回路１６には、他のセンサ回路からの信号等を入力して、その入力に応じた動作をさせてもよい。たとえば、照度センサ５５の出力を制御回路１６に入力してもよい（図示せず）。照度センサ５５は、たとえば周囲が暗い場合にハイレベルの信号を出力する。制御回路１６は、照度センサ５５の出力に応じてトライアック１０のオンおよびオフを制御する。たとえば、制御回路１６は、照度センサ５５がハイレベルの出力信号を入力したときには、トライアック１０をオンする。
【００３２】
次に、本実施形態の人感センサスイッチ回路１の動作について説明する。
図２（ａ）は、２線式人感センサスイッチ回路の動作を例示する回路図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の回路の主要部の波形を示す波形図である。
図３は、人感センサスイッチ回路の主要部の動作を示す波形図である。
図４は、人感センサスイッチ回路の制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
本実施形態の人感センサスイッチ回路１は、２線式人感センサスイッチである。２線式人感センサスイッチの場合には、交流電源２および負荷４と直列に接続されるトライアック１０によって負荷４に流れる電流のオンオフを制御する。トライアック１０のオンオフを制御する制御回路１６は、トライアック１０がオフしているときに、平滑コンデンサ５３を充電し、トライアック１０がオンしたときに平滑コンデンサ５３に充電された電力を用いて動作する。平滑コンデンサ５３に充電する電流は、トライアック１０のゲート端子Ｇに直列に接続された抵抗器の抵抗値によって設定される。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、２線式人感センサスイッチでは、トライアック１０は、交流電源２および負荷４と直列に接続される。交流電源の出力電圧はｖｏである。ゲート端子Ｇに流れる電流ｉＡは、第１主端子Ｔ１とゲート端子Ｇとの間に接続された抵抗器の抵抗値Ｒによって決定される。
【００３４】
図２（ｂ）では、最上段の図が交流電源の電圧波形を示している。２段目および最下段の図では、抵抗器に流れる電流波形が示されており、オームの法則で決まる仮想的な電流波形が破線で示されている。ゲート端子Ｇに実際に入力される電流ｉＡの波形が実線で示されている。２段目の図では、抵抗器Ｒの抵抗値がＲ１であり、最下段の図では抵抗器Ｒの抵抗値がＲ２である。抵抗値Ｒ１は、抵抗値Ｒ２よりも小さい。抵抗値Ｒ１は、Ｒ２よりも小さいので、抵抗器Ｒに流れる電流は、抵抗値Ｒ１の場合の方が抵抗値Ｒ２の場合よりも大きい。トライアック１０は、ゲート端子Ｇに流れる電流がゲートトリガ電流ｉＧＴを超えるとオンする。電流は、ほぼ正弦波状に流れるので、０Ａ近くの電流の傾きは、抵抗値Ｒ１によって決定される電流の場合の方が、抵抗値Ｒ２によって決定される電流の場合よりも大きい。つまり、より小さい抵抗値Ｒ１によって電流値を設定した方が、より大きい抵抗値Ｒ２によって電流値が設定された場合よりも速くゲートトリガ電流ｉＧＴに達する。したがって、トライアックのゲート端子Ｇに直列に接続されてトライアックのゲート電流を設定する抵抗器Ｒの抵抗値が小さい方が、トライアックがオンするまでの期間が短くなる。換言すれば、トライアック１０のゲート端子Ｇに直列に接続された抵抗器Ｒの抵抗値が小さい方が、トライアック１０のオフ期間が短く、オン期間が長くなる。抵抗値Ｒ１のときのオフ期間をＴ１とし、抵抗値Ｒ２のときのオフ期間をＴ２とすると、図２（ｂ）に示すように、Ｔ１＜Ｔ２（Ｒ１＜Ｒ２）となる。
【００３５】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、トライアック１０がオフの期間に、逆流防止ダイオード５１がオンする。逆流防止ダイオード５１がオンして、定電圧ダイオード５２のＶｚを超える電圧が印加される期間に、平滑コンデンサ５３が充電される。一方、トライアック１０がオンの期間では、逆流防止ダイオード５１はオフしているので、平滑コンデンサは充電されない。このように、人感センサスイッチ回路１では、トライアックが動作しているときには、第２電源回路２０には、間欠的に電力が供給され、第２電源回路２０に直列に接続された抵抗器の抵抗値によって電力供給の間欠デューティが決定される。
【００３６】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、トライアック１０のゲート端子Ｇに直列に接続される抵抗器は、起動スイッチ回路１８がオンする場合には、抵抗器３１および抵抗器３２である。主スイッチ回路２２がオンする場合には、抵抗器３６および抵抗器３９である。起動スイッチ回路１８の抵抗器３１，３２の合計の抵抗値は、主スイッチ回路２２の抵抗器３６，３９の合計の抵抗値よりも大きな値に設定されている。つまり、起動スイッチ回路１８がオンした場合の方が、トライアック１０がオフしている期間が長く、平滑コンデンサ５３を充電する期間が長い。したがって、起動スイッチ回路１８がオンした場合には、主スイッチ回路２２がオンした場合よりもより大きな電力を平滑コンデンサ５３に送ることができる。起動スイッチ回路１８がオンすることによって、より大きな動作電力を消費する場合でも制御回路１６を動作させることができる。
【００３７】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１は、制御回路１６の動作状態により複数の動作モードを有する。複数の動作モードは、待機モードと、交流電力供給モードと、起動モードとを含む。待機モードとは、人感センサ５４が赤外線等の検出待ちの状態で、トライアックがこの期間ではオフであり、負荷４に交流電力が供給されていない状態である。交流電力供給モードとは、人感センサ５４が赤外線等を検出し、トライアック１０がオンして、負荷４に交流電力を供給している状態である。起動モードとは、スイッチ６が切断された後、スイッチ６が再投入され、制御回路１６の初期化動作が完了するまでの状態である。人感センサスイッチ回路１の消費電力は、待機モード、交流電力供給モード、起動モードの順に大きくなる。たとえば、待機モードと交流電力供給モードとの間の消費電力の比率は、１０倍程度あり、交流電力供給モードと起動モードとの間の消費電力の比率は、１０倍程度ある。
【００３８】
図３を用いて、本実施形態の人感センサスイッチ回路１の動作を説明する。図３の最上段の図は、人感センサスイッチ回路１の入力端子１ａ，１ｂ間の交流電圧ｖＡＣの波形である。図３の２段目から４段目の図は、それぞれ図１のＢ点、Ｃ点およびＤ点の電圧ｖｂ，ｖｃ，ｖｄの波形である。図３の５段目から最下段の図は、上から順に制御回路１６の出力信号端子Ｏ１、入力信号端子Ｉ１、出力信号端子Ｏ２の出力電圧の波形である。時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間が待機モード、時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間が交流電力供給モード、時刻ｔ６から時刻ｔ８の期間が起動モードである。なお、時刻ｔ３と時刻ｔ６の間の時刻ｔ４において、スイッチ６が切断され、時刻ｔ５までに人感センサスイッチ回路１は、動作を停止する。
【００３９】
待機モード（ｔ０〜ｔ１）では、人感センサ５４は、赤外線等を検出していないため、制御回路１６の出力信号端子Ｏ１，Ｏ２の出力は、いずれもローレベルである。そのため、起動スイッチ回路１８および主スイッチ回路２２ともにオフであり、トライアック１０が交流周期の全期間にわたってオフしている。第２電源回路２０には、直列に接続された抵抗器３６および抵抗器３８の合計の抵抗値で設定される電流が供給される。第２電源回路２０の定電圧ダイオード５２は、ブレークダウン電圧ＶｚでｖＡＣの全波整流電圧をクランプし、クランプされた電圧に相当する電力が平滑コンデンサ５３に充電され、第１電源回路１４以降の回路に供給される。なお、待機モードの場合には、トライアック１０のゲート電流を供給せず、制御回路１６の消費電力ももっとも小さい。そのため、整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃと第２電源回路２０の入力（逆流防止ダイオード５１のアノード）との間に接続される抵抗器３６，３８の合計の抵抗値は、他のモードよりも大きな値に設定されている。
【００４０】
交流電力供給モード（ｔ１〜ｔ３）では、人感センサ５４が赤外線等に反応し、制御回路１６の入力信号端子Ｉ１をハイレベルに遷移させる。制御回路１６の出力信号端子Ｏ２は、入力信号端子Ｉ１の入力電圧レベルがハイレベルであることに応答して、ハイレベルを出力する。時刻ｔ２において、赤外線等の入力がなくなり、人感センサ５４の出力がローレベルに遷移すると、制御回路１６は、あらかじめ設定されたタイマ時間だけ出力信号端子Ｏ２をハイレベルに維持し、タイマ時間の経過後、ローレベルに遷移する（時刻ｔ３）。交流電力供給モードでは、制御回路１６のハイレベルを出力する出力信号端子Ｏ２によって主スイッチ回路２２がオンする。整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃから流出する電流は、主スイッチ回路２２の抵抗器３６，３９を介してトライアック１０のゲート端子Ｇに流れ込む。ゲート端子Ｇに流れ込む電流がゲートトリガ電流ｉＧＴに達するとトライアック１０はオンするので、入力端子１ａ，１ｂ間電圧ｖＡＣは、ほぼ０Ｖとなる。トライアック１０は、オンの期間において、交流電源２の電力を負荷４に供給する。トライアック１０には、交流電源２および負荷４に応じた電流が流れており、主端子Ｔ１，Ｔ２間に流れる電流が保持電流を下回ると、トライアック１０はオフする。次の半サイクルにおいて、−ｉＧＴに達するまでトライアック１０はオフを継続し、−ｉＧＴを下回る電流がゲート端子Ｇに供給されると、トライアック１０は再びオンして負荷４に交流電力を供給する。
【００４１】
交流電力供給モードでは、トライアック１０がオンの期間では、ｖＡＣがほぼ０Ｖとなるため、トライアックがオフの期間に平滑コンデンサ５３に十分な電力を蓄積する必要がある。トライアック１０がオフの期間に定電圧ダイオード５２の両端に印加される電圧がブレークダウン電圧Ｖｚを超える期間に平滑コンデンサ５３を充電し、第１電源回路１４以降の回路に電力を供給する。
【００４２】
スイッチ６を一旦切断し、平滑コンデンサ５３に蓄えられた電荷をすべて放電した後に、時刻ｔ６において、ふたたびスイッチ６を投入する。制御回路１６は、電力供給の切断によって一旦リセット状態に陥る。制御回路１６の電源端子Ｖｄｄに電源が投入され、所定のしきい値電圧に達すると、パワーオンリセットが開始され、制御回路１６は、初期化動作のためのプログラムのロード等を行う。このとき、制御回路１６の出力信号端子Ｏ１，Ｏ２は、不定状態（ハイインピーダンス状態）となっている。起動スイッチ回路１８のトランジスタ３３のベース端子は、抵抗器３０を介して第１電源回路１４の出力に接続されているので、第１電源回路１４に出力の上昇にしたがって起動スイッチ回路１８はオンする。整流ブリッジ１２の直流出力端子１３ｃから抵抗器３１および抵抗器３２を介して直流出力端子１３ｃに電流が流れる。この電流は、トライアック１０のゲート端子Ｇに流れ込み、ゲートトリガ電流ｉＧＴに達したときにトライアック１０がオンする。一方、トライアック１０がオンすることによって、ｖＡＣがほぼ０Ｖとなるため、人感センサスイッチ回路１への電流流入が停止する。したがって、トライアック１０がオフの期間に、定電圧ダイオード５２のブレークダウン電圧Ｖｚを超えた期間に平滑コンデンサ５３は充電される。なお、上述したとおり、このとき、出力信号端子Ｏ２は、ハイインピーダンス状態であるが、主スイッチ回路２２のトランジスタ４１のベースエミッタ間に接続された抵抗器４３によってプルダウンされている。そのため、主スイッチ回路２２のトランジスタ４１，３７のオフ状態は維持され、主スイッチ回路２２を経由してトライアック１０のゲート端子Ｇに電流を供給することはない。
【００４３】
一般に、制御回路１６を構成するマイクロコントローラ等のようにプログラムをロードして制御を行う回路の場合には、電源停止後の再起動のときに初期化動作を行うために、他の動作モードにくらべて消費電力が大きくなる。そのため、交流電力供給モードにおいて、人感センサスイッチ回路１の消費電力を供給するように設定された抵抗器の抵抗値では、制御回路１６へ十分な電力を供給することができない。
【００４４】
図２において説明したように、トライアック１０のゲート端子Ｇに流れ込む電流を設定する抵抗器Ｒの抵抗値を大きく設定することによって、トライアック１０のオフ期間を延長することができる。起動スイッチ回路１８の抵抗器３１および抵抗器３２の合計の抵抗値は、主スイッチ回路２２の抵抗器３６および抵抗器３９の合計の抵抗値よりも十分大きく設定されている。上述したように、交流電力供給モードと起動モードでは、１０倍程度の消費電力の差がある。したがって、起動スイッチ回路１８の抵抗器３１および抵抗器３２の合計の抵抗値は、主スイッチ回路２２の抵抗器３６および抵抗器３９の合計の抵抗値の１０倍程度である。
【００４５】
このようにして、本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、起動モードにおいて、起動スイッチ回路１８を動作させて、トライアック１０のオフ期間を延長することができる。したがって、人感センサスイッチ回路１では、平滑コンデンサ５３に充電する十分な時間を確保し、起動モードにおいて、制御回路１６へ十分な電力を供給することができる。
【００４６】
上述の動作モードを実現するために、たとえば制御回路１６は、以下のフローチャートにしたがって動作する。図４に示すように、人感センサスイッチ回路１は、ステップＳＴ１において、スイッチ６が投入されて、各部に電力が供給される。
【００４７】
ステップＳＴ２において、制御回路１６は、初期化動作を開始し、初期化動作が完了するまで待機する。このとき、起動スイッチ回路１８のトランジスタ３３のベース端子はプルアップされており、起動スイッチ回路１８はオン状態となっている。
【００４８】
ステップＳＴ３において、制御回路１６は、出力信号端子Ｏ１，Ｏ２をローレベルに設定する。したがって、起動スイッチ回路１８および主スイッチ回路２２ともにオフ状態となる。
【００４９】
ステップＳＴ４において、制御回路１６は、人感センサ５４の出力信号を監視している。人感センサ５４の出力レベルがローレベルの場合には、出力信号端子Ｏ１，Ｏ２をローレベルに維持する。
【００５０】
ステップＳＴ４において、制御回路１６が人感センサ５４の出力レベルがハイレベルになったことを検出した場合には、ステップＳＴ５において、出力信号端子Ｏ２をハイレベルに遷移させる。これによって、主スイッチ回路２２はオンしてトライアック１０のゲート端子Ｇに電流を供給する。
【００５１】
人感センサ５４の検知と同時に、ステップＳＴ６において、制御回路１６は、あらかじめ設定されているタイマ時間を有するタイマのリセット／リスタートを行う。
【００５２】
同時に制御回路１６は、人感センサ５４の出力を監視し、ハイレベルの場合には、ステップＳＴ５に戻ってタイマのリセット／リスタートを行い、人感センサ５４の出力がローレベルになるのを待機する。所定のタイマ時間が経過した場合には、ステップＳＴ３に戻って、出力信号端子Ｏ２をローレベルに遷移させる。
【００５３】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１の作用および効果について説明する。
人感センサスイッチ回路１では、トライアック１０がオフしている期間に制御回路１６への電力供給を行う。トライアック１０がオフしている期間を長くするためには、トライアックのゲート端子Ｇに電流が流れている時間を長くする必要があり、ゲート端子Ｇに直列に接続された抵抗器の抵抗値を大きくする必要がある。
【００５４】
起動スイッチ回路１８を設けずに、主スイッチ回路２２の抵抗器３６および抵抗器３９の合計の抵抗値を単純に大きくした場合には、抵抗器３６および抵抗器３９において発生する損失が大きくなる。そのため、人感センサスイッチ回路１自体の消費電力が大きくなるという問題が生じる。人感センサスイッチ回路１で設定されるタイマ時間は、一般的には、数１０秒から数分であり、抵抗器３６，３９で消費される電力も大きいため許容損失の大きい部品を用いる必要があり、装置の小型化の制約となる。また、抵抗器３６および抵抗器３９の合計の抵抗値を単純に大きくした場合には、トライアック１０のオフ時間が長くなりオン期間が短くなる。そのため、制御回路１６のための十分な電力を平滑コンデンサ５３に蓄積することが可能になる一方で、負荷４に入力することができる電力が小さくなる。また、この場合には、ＬＥＤ点灯装置のような最低動作電圧が存在するような負荷４を接続すると、電力の供給が断続し、チラつき等を生じるおそれがある。
【００５５】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、３つの動作モードを含んでいる。３つの動作モードは、待機モード、交流電力供給モードおよび起動モードである。それぞれの動作モードにおいて、人感センサスイッチ回路１の消費電力は大きく相違し、待機モード、交流電力供給モード、起動モードの順で消費電力は大きくなる。人感センサスイッチ回路１は、それぞれの動作モードに対応したスイッチ回路を有している。待機モードおよび交流電力供給モードでは、主スイッチ回路２２が用いられる。起動モードでは、起動スイッチ回路１８が用いられる。起動スイッチ回路１８は、主スイッチ回路２２よりも大きな抵抗値を有する抵抗器３１，３２を有しており、一時的に消費電力が大きい状態となる起動モードにおいて、抵抗器３１，３２をトライアック１０のゲート端子Ｇに直列に接続することができる。主スイッチ回路２２の抵抗器３６，３９よりも大きい抵抗値を有する抵抗器３１，３２を用いることによって、トライアックのオフ期間を、起動モードの期間において十分長くすることができる。制御回路１６の起動後は、制御回路１６自身が起動スイッチ回路１８をオフするので、待機モードや交流電力供給モードにおいて、消費電力を増大させることがない。また、起動後は、起動スイッチ回路１８がオフされるので、負荷４には、十分な期間だけ交流電力を入力することができるとともに動作の断続等を生じることがない。
【００５６】
起動モードは、制御回路１６が電源投入時に初期化動作を行うため状態であり、初期化動作は、一般的には電源投入から１秒以内に完了し、通常、０．２秒から０．５秒程度である。起動モードは、このような短時間で完了することから、抵抗器３１には許容損失の小さいものを用いることができる。したがって、抵抗器３１の抵抗値には十分大きなものを用いることができるので、制御回路１６等の消費電力のばらつき等の影響を小さくすることができる。
【００５７】
本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、制御回路１６に起動時に大きな電力を消費する、プログラムをロードして動作を設定することができるマイクロコントローラ等を用いることができる。そのため、マイクロコントローラ等のプログラムを追加、変更等によって容易に機能の拡張、変更を行うことができる。機能の拡張、変更等をプログラムによって行うことができるので、部品点数の増大を要しない。したがって、本実施形態の人感センサスイッチ回路１では、装置の小型化や薄型化を実現することができる。
【００５８】
以上説明した実施形態によれば、高機能な制御回路を搭載して安定して起動することができる人感センサスイッチ回路を実現することができる。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  人感センサスイッチ回路、１ａ，１ｂ  入力端子、２  交流電源、４  負荷、１０  トライアック、１１  接地、１２  整流ブリッジ、１２ａ〜１２ｄ  ダイオード、１３ａ，１３ｂ  交流入力端子、１３ｃ，１３ｄ  直流出力端子、１４  第１電源回路、１５  抵抗器、１６  制御回路、１８  起動スイッチ回路、２０  第２電源回路、２２  主スイッチ回路、２９，３３，３７，４１  トランジスタ、３０，３１，３２，３４，３５，３６，３８，３９，４２，４３  抵抗器、５１  逆流防止ダイオード、５２  定電圧ダイオード、５３  平滑コンデンサ、５４  人感センサ、５５  照度センサ、６０〜６２  信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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