(57)【要約】      （修正有）【課題】アーク放電による電磁波ノイズを抑制する。【解決手段】半導体電力制御素子１１と、電磁リレー１３と、電磁リレーに並列に接続されたスナバ回路１４とを有し、負荷１２と、電力制御素子と、電磁リレーは、交流電源１０の一端と他端の間で直列に接続され、交流電源から負荷に供給される駆動電力を制御する。スナバ回路に流れる微少な交流電流を抑制するために、スナバ回路に直列にスイッチ１５を接続し、スナバ回路及びスイッチを電磁リレーに並列に接続する。【選択図】図３
2016122254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源による負荷に対する駆動電力を制御するための電力制御回路であって、
電力制御素子と、電磁リレーと、スナバ回路と、スイッチと、制御手段とを備え、
前記負荷と、前記電力制御素子と、前記電磁リレーは、前記交流電源の一端と他端の間で直列に接続され、
前記スナバ回路と前記スイッチとは直列に接続され、
直列に接続された前記スナバ回路と前記スイッチとは、前記電磁リレーに並列に接続され、
前記制御手段は、前記スイッチをオフからオンにし、その後に、前記電磁リレーをオフからオンにし、その後に、前記電力制御素子の電力制御動作を可能にし、その電力制御動作が終了した後に、前記電磁リレーをオンからオフにし、その後に前記スイッチをオンからオフにすることを特徴とする電力制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御回路であって、前記スイッチは前記交流電源のゼロクロスポイントでオン／オフすることを特徴とする電力制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電力制御回路であって、
前記スイッチは、オフからオンに切り替わる際に前記交流電源のゼロクロスポイントを自ら検出する機能を有するトライアックを備えることを特徴とする電力制御回路。
【請求項４】
請求項２に記載の電力制御回路であって、
前記スイッチは、フォトトライアックを有し、
該フォトトライアックをオフからオンにさせる際に、そのための制御信号を前記交流電源のゼロクロスポイントに同期させる同期化手段を備えることを特徴とする電力制御回路。
【請求項５】
請求項２に記載の電力制御回路であって、
前記スイッチは、フォトＭＯＳＦＥＴリレーを有し、
該フォトＭＯＳＦＥＴリレーをオフからオンにさせる際及びオフからオンにさせる際に、それらのための制御信号を前記交流電源のゼロクロスポイントに同期させる同期化手段を備えることを特徴とする電力制御回路。
【請求項６】
請求項１に記載の電力制御回路であって、
前記スイッチは、フォトトライアックを備えることを特徴とする電力制御回路。
【請求項７】
請求項１に記載の電力制御回路であって、
前記スイッチは、フォトＭＯＳＦＥＴリレーを備えることを特徴とする電力制御回路。
【請求項８】
交流電源による負荷に対する駆動電力を電力制御回路を用いて制御する電力制御方法であって、
前記電力制御回路は、
電力制御素子と、電磁リレーと、スナバ回路と、スイッチとを備え、
前記負荷と、前記電力制御素子と、前記電磁リレーは、前記交流電源の一端と他端の間で直列に接続され、
前記スナバ回路と前記スイッチとは直列に接続され、
直列に接続された前記スナバ回路と前記スイッチとは、前記電磁リレーに並列に接続され、
当該電力制御方法は、前記スイッチをオフからオンにする工程と、その後に、前記電磁リレーをオフからオンにする工程と、その後に、前記電力制御素子の電力制御動作を可能にする工程と、その電力制御動作が終了した後に、前記電磁リレーをオンからオフにする工程と、その後に前記スイッチをオンからオフにする工程とを有することを特徴とする電力制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電力制御方法であって、前記スイッチがオフからオン又はオンからオンへの切り替わりのうちの少なくとも一方に対して、前記交流電源のゼロクロスに同期する機能を有さず、その機能を有さない切り替わりに対して、その切り替わりを前記交流電源のゼロクロスに同期させる工程を更に有することを特徴とする電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力制御回路及び電力制御方法に関し、特に、半導体電力制御素子と電磁リレーとを有し、負荷と、電力制御素子と、電磁リレーが、交流電源の一端と他端の間で直列に接続され、交流電源から負荷に供給される駆動電力を制御する電力制御回路及び電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源から負荷に供給される駆動電力を制御する電力制御回路としては、例えば特許文献１に記載されたハイブリットリレーがある。このハイブリッドリレーは、負荷、第２機械式接点スイッチ、半導体スイッチが、交流電源の一端と他端の間で直列に接続されている。また、第１機械式接点スイッチが第２機械式接点スイッチと半導体スイッチとの直列回路に並列に接続されている。そして、第１機械式接点スイッチに並列接続となるように半導体スイッチ内にスナバ回路を設ける構成例、及び半導体スイッチと並列になるようにスナバ回路を設ける構成例の記載がある。
【０００３】
特許文献１に記載の構成では、第２機械式接点スイッチをＯＮ状態としたときに第２機械式接点スイッチの接点間にノイズ成分が含まれても、半導体スイッチ及び負荷の誤動作を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５９６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたハイブリットリレーでは、半導体スイッチ及び負荷の誤動作を抑制することはできても、電磁リレー等の第２の機械式接点スイッチの接点間でアーク放電が発生して電磁波ノイズが発生する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は電磁リレーのオン／オフ時に電磁波ノイズが発生しない電力制御回路及び電力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力制御回路は、交流電源による負荷に対する駆動電力を制御するための電力制御回路であって、
電力制御素子と、電磁リレーと、スナバ回路と、スイッチと、制御手段とを備え、
前記負荷と、前記電力制御素子と、前記電磁リレーは、前記交流電源の一端と他端の間で直列に接続され、
前記スナバ回路と前記スイッチとは直列に接続され、
直列に接続された前記スナバ回路と前記スイッチとは、前記電磁リレーに並列に接続され、
前記制御手段は、前記スイッチをオフからオンにし、その後に、前記電磁リレーをオフからオンにし、その後に、前記電力制御素子の電力制御動作を可能にし、その電力制御動作が終了した後に、前記電磁リレーをオンからオフにし、その後に前記スイッチをオンからオフにすることを特徴とする電力制御回路である。
【０００８】
本発明の電力制御方法は、交流電源による負荷に対する駆動電力を電力制御回路を用いて制御する電力制御方法であって、
前記電力制御回路は、
電力制御素子と、電磁リレーと、スナバ回路と、スイッチとを備え、
前記負荷と、前記電力制御素子と、前記電磁リレーは、前記交流電源の一端と他端の間で直列に接続され、
前記スナバ回路と前記スイッチとは直列に接続され、
直列に接続された前記スナバ回路と前記スイッチとは、前記電磁リレーに並列に接続され、
当該電力制御方法は、前記スイッチをオフからオンにする工程と、その後に、前記電磁リレーをオフからオンにする工程と、その後に、前記電力制御素子の電力制御動作を可能にする工程と、その電力制御動作が終了した後に、前記電磁リレーをオンからオフにする工程と、その後に前記スイッチをオンからオフにする工程とを有することを特徴とする電力制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電磁リレーに並列に接続するスナバ回路を設けることで、アーク放電による電磁波ノイズを抑制することができる。
【００１０】
また、スナバ回路とスイッチとを直列に接続し、直列に接続されたスナバ回路とスイッチとを、電磁リレーに並列に接続し、適宜スイッチをオフすることで、スナバ回路に流れる交流電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態の電力制御回路のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置を示す回路図である。
【図４】第２の実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図５】スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチとしてフォトＭＯＳＦＥＴリレーを用いた場合のヒーター装置を示す回路図である。
【図６】スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）タイミングを、交流電源の電圧のゼロクロスポイントに同期させた場合を示すタイミングチャートである。
【図７】スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチにゼロクロス型フォトトライアックを用いた場合のヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図８】スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフタイミングを、ゼロクロスポイントに同期させる他の構成例を示すヒーター装置の回路図である。
【図９】図８のヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図１０】ヒーター装置の制御部が半導体電力制御素子及び電磁リレーをゼロクロスポイントで制御する構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置を示す回路図である。本実施形態の電力制御回路は、半導体電力制御素子１１、電磁リレー１３、電磁リレー１３に並列に接続されたスナバ回路１４、半導体電力制御素子１１と電磁リレー１３とに対してオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御を行う制御手段となる制御部１９を備えている。ヒーター装置は、交流電源１０の一端と他端の間で、半導体電力制御素子１１、負荷となるヒーター１２、電磁リレー１３が直列接続され、電磁リレー１３にスナバ回路１４が並列接続されて構成される。
【００１４】
ヒーター１２は、交流電源１０を電源とし、電熱器となるものであればよい。例えば、ハロゲンランプや、セラミックヒーター、カーボンヒーター等が挙げられる。
【００１５】
半導体電力制御素子１１は、例えば、トライアックと、トライアックのゲートに接続されるスイッチとしてのフォトトライアックとを用いる。半導体電力制御素子１１として、トライアックとフォトトライアック以外の素子を用いてよい。トライアックはフォトトライアックがオンしたときから電流が流れ、ヒーター１２に電力が供給される。制御部１９は半導体電力制御素子１１のフォトトライアック及び電磁リレー１３のオン／オフを制御する。
【００１６】
半導体電力制御素子１１のフォトトライアックは、オンからオフの切り替わるタイミングで、交流電源１０の交流電圧のゼロクロスポイントに同期してオフする。後述する第２の実施形態を示す図３のフォトトライアック１５も同様に、オンからオフの切り替わるタイミングで、交流電源１０の交流電圧のゼロクロスポイントに同期してオフする。
【００１７】
スナバ回路１４は電磁リレー１３のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）時に生ずる過渡的な高電圧を吸収する保護回路であり、本実施形態で用いられるスナバ回路１４は、コンデンサと抵抗とを直列接続することで構成される。
【００１８】
制御部１９は、半導体電力制御素子１１と電磁リレー１３とをオン／オフ制御することによって、交流電源１０からヒーター１２に供給される駆動電力を制御している。主たるヒーター制御は、半導体電力制御素子１１が担うものとし、何らかの原因によって半導体電力制御素子１１が制御不能に陥った場合に、電磁リレー１３を用いて、安全にヒーター１２をオフ（ＯＦＦ）できるような回路構成にしている。電磁リレー１３は機械的接点であるためオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）（開閉回数）に寿命がある。このためにオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）回数に上限のない半導体電力制御素子１１を主たるヒーター制御に用いている。但し、このような制限が無ければ、半導体電力制御素子以外の電力制御素子を用いてもよい。
【００１９】
半導体電力制御素子１１は無接点であるのに対して、電磁リレー１３は機械式接点であるためにオン／オフのタイミングで機械式接点間にアーク放電が発生し、電磁波ノイズが発生する。そこで、本実施形態では、電磁リレー１３にスナバ回路１４を並列に接続することで、オン／オフのタイミングで電磁リレー１３に急峻な電圧が印加されないようにして、アーク放電による電磁波ノイズの発生を抑制している。
【００２０】
図２は本実施形態の電力制御回路のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。図２に示すように、負荷となるヒーター１２への駆動電力供給を開始するときにおいては、制御部１９は、電磁リレー１３をオンし、その後に、半導体電力制御素子１１のオン／オフ動作を開始する（電力制御素子の電力制御動作を可能にする）。電磁リレー１３をオンにしたまま、主たるヒーター制御は、半導体電力制御素子１１が行う。制御部１９は、ヒーター１２の作動期間において、ヒーター制御のために半導体電力制御素子１１のオン／オフ動作を制御する。次に、負荷となるヒーター１２への駆動電力供給を停止するときにおいては、制御部１９は半導体電力制御素子１１によるオン／オフ制御を終了させてから、電磁リレー１３をオフする。このように動作することで、負荷としてのヒーター１２の非作動作中に、電磁リレー１３を用いて、半導体電力制御素子１１が仮に短絡故障してもヒーター１２による加熱が続かないようにしている。
【００２１】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置を示す回路図である。図３において、図１と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。本実施形態の電力制御回路は、半導体電力制御素子１１、電磁リレー１３、スナバ回路１４、スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチとしてのフォトトライアック１５、半導体電力制御素子１１と電磁リレー１３とフォトトライアック１５とに対してオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御を行う制御手段となる制御部２０を備えている。スナバ回路１４と、フォトトライアック１５とが直列に接続され、直列に接続されたスナバ回路１４とフォトトライアック１５とが電磁リレー１３に並列に接続されている。
【００２２】
図１のヒーター装置の電力制御回路では、スナバ回路１４のみを電磁リレー１３に並列に接続しているために、半導体電力制御素子１１と電磁リレー１３をオフしている状態でも、スナバ回路１４に微少な交流電流が流れ続ける。これによって、電力制御回路がオフの状態（待機状態）でも無駄な電力が消費される。
【００２３】
そこで、本実施形態では、スイッチとなるフォトトライアック１５をスナバ回路１４に直列に接続することで、電磁リレー１３の接続期間以外の殆どの期間でフォトトライアック１５をオフすることでスナバ回路１４に交流電流が流れないようにしている。
【００２４】
図４は本実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。まず、負荷となるヒーター１２への駆動電力供給を開始するときの、ヒーター装置がオフ（ＯＦＦ）状態からオン（ＯＮ）状態となるシーケンス（ＯＮシーケンス）では、第一に、制御部２０は、スナバ回路１４の有効化／無効化を切り替えるためのスイッチとなるフォトトライアック１５をオンする。これによって、電磁リレー１３の接点間に抵抗とコンデンサを直列に接続したスナバ回路１４が並列に接続されることになる。次に制御部２０は電磁リレー１３をオンするが、スナバ回路１４により、電磁リレー１３のオフからオンへの変化に伴うアーク放電を抑制でき、その際に発生する電磁波ノイズも抑制可能となる。制御部２０は電磁リレー１３がオンした後、ヒーター１２の作動期間において、ヒーター制御のために半導体電力制御素子１１のオン／オフ動作を制御する（電力制御素子の電力制御動作を可能にする）。制御部２０は、負荷となるヒーター１２の作動期間では、スナバ回路１４に直列に接続されたフォトトライアック１５及び電磁リレー１３をオンにしたままの状態で半導体電力制御素子１１のみをオン／オフ作動させることにより、ヒーター１２のオン／オフ制御を行う。
【００２５】
ヒーター１２への駆動電力供給を停止するときの、ヒーター装置がオン（ＯＮ）状態からオフ（ＯＦＦ）状態となるシーケンスは、ＯＮシーケンスと逆である。すなわち、制御部２０は、半導体電力制御素子１１によるオン／オフ制御を終了させてから、電磁リレー１３をオフする。この時、スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチとなるフォトトライアック１５はオンしたままの状態であり、先に述べたとおり、電磁リレー１３のオンからオフへの変化に伴い発生する電磁波ノイズも抑制可能となる。制御部２０は、電磁リレー１３がオフした後で、スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチとなるフォトトライアック１５をオフする。
【００２６】
スナバ回路１４の有効化／無効化を切り替えるためのスイッチは、フォトトライアックに限られず、他のスイッチ素子、例えばフォトＭＯＳＦＥＴリレーを用いてもよい。
【００２７】
図５は、スナバ回路に直列接続されるスイッチとしてフォトＭＯＳＦＥＴリレーを用いた場合のヒーター装置を示す回路図である。図５において、図１と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。図４のフォトトライアック１５がフォトＭＯＳＦＥＴリレー１６に置き換えられている点を除いて回路構成及びその動作は同じである。
【００２８】
（第３の実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、図３又は図５のスナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチ（フォトトライアック１５又はフォトＭＯＳＦＥＴリレー１６）のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）タイミングを、交流電源の電圧のゼロクロスポイントに同期させている。例えば、交流電圧が最大になる９０度、または２７０度位相のときにスナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチがオンされる場合に比べ、交流電圧が最小になるゼロクロスポイント（０度または１８０度）のときにスイッチがオンされる場合の方が、スイッチに流れる、突入電流を小さくでき、スイッチへの過電流ストレスを最小化できる。
【００２９】
スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフタイミングを、ゼロクロスポイントに同期させる一つの構成例は、図３のスナバ回路１４に直列接続されるスイッチとなるフォトトライアック１５として、ゼロクロスポイントを検出して自動的にゼロクロスタイミングでオンとなるゼロクロス型フォトトライアックを用いる構成である。ゼロクロス型フォトトライアックは、入力側の発光ダイオードに制御信号が入力されても、交流電源の交流電圧がゼロにならないと出力電流が流れないフォトトライアックであり、フォトトライアック内にゼロクロス検出回路が内蔵されている。以下、図７の説明においては、フォトトライアック１５をゼロクロス型フォトトライアック１５と呼ぶ。
【００３０】
図７はスナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチにゼロクロス型フォトトライアックを用いた場合のヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【００３１】
負荷となるヒーターへの駆動電力供給を開始するとき（ヒーター装置がオフ状態からオン状態となるとき）のシーケンス（ＯＮシーケンス）について説明する。まず、時刻Ｔ１に、スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチとなるゼロクロス型フォトトライアック１５の入力側の発光ダイオードに、制御部２０から発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）を超えた電圧の制御信号が入力される。スイッチとしてゼロクロス型フォトトライアック１５を用いているために、この制御信号は、交流電源の電圧のゼロクロスポイントに同期しない信号でよい。当該制御信号の入力後に、時刻Ｔ２に、ゼロクロス型フォトトライアック１５が内蔵するゼロクロス検出回路で交流電源の電圧のゼロクロスポイントを検出して自身をオンする。その後に、時刻Ｔ３に、電磁リレー１３に制御部２０から電磁リレー１３をオンするための制御信号をロウレベルからハイレベルとし、それから時刻Ｔ４から時刻Ｔ５のヒーター１２の作動期間において、ヒーター１２への駆動電力制御のために制御部２０は、半導体電力制御素子１１のオン／オフ動作を制御する。半導体電力制御素子１１のオン／オフ動作は半導体電力制御素子１１のフォトトライアックの入力側の発光ダイオードに入力される制御信号の電圧レベルを、順方向降下電圧（ＶＦ）を超えた電圧（オン時）、順方向降下電圧（ＶＦ）以下の電圧（オフ時）に制御することで行われる。電磁リレー１３に入力される制御信号はゼロクロスポイントの時刻とは無関係に入力されるが、半導体電力制御素子１１へ入力される制御信号はゼロクロスポイントの時刻と同期してもしなくともよい。
【００３２】
次に、負荷となるヒーターへの駆動電力供給を停止するとき（ヒーター装置がオン状態からオフ状態となるとき）のシーケンス（ＯＦＦシーケンス）について説明する。まず、時刻Ｔ５で制御部２０から半導体電力制御素子１１に入力される制御信号の電圧レベルを発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低くして、時刻Ｔ６で半導体電力制御素子１１をオフし、ヒーター１２の駆動電力供給を停止する。時刻Ｔ５で制御信号の電圧レベルを順方向降下電圧（ＶＦ）より低くしても、半導体電力制御素子１１はすぐにオフせず、時刻Ｔ６の交流電圧のゼロクロスポイントでオフする。その後に、時刻Ｔ７で電磁リレー１３に制御信号の電圧レベルがハイレベルからロウレベルとなって電磁リレー１３がオフする。さらに、時刻Ｔ８でスナバ回路１４の有効／無効を切り替えるゼロクロス型フォトトライアック１５に入力される制御信号の電圧レベルを発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低くして、時刻Ｔ９でゼロクロス型フォトトライアック１５をオフする。時刻Ｔ８で制御信号の電圧レベルを順方向降下電圧（ＶＦ）より低くしてもゼロクロス型フォトトライアック１５はすぐにオフせず、時刻Ｔ９の交流電圧のゼロクロスポイントでオフする。電磁リレー１３に入力される制御信号はゼロクロスポイントの時刻とは無関係に入力される。ゼロクロス型フォトトライアックへ入力される、電圧レベルを発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低い制御信号は、交流電源の電圧のゼロクロスポイントの時刻に同期しない信号でよい。ゼロクロス型フォトトライアック１５に入力される制御信号の電圧レベルを発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低くした後に、ゼロクロス型フォトトライアック１５が交流電源の電圧のゼロクロスポイントを検出してオフする。
【００３３】
スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフタイミングを、ゼロクロスポイントに同期させる他の構成例は次の２つを挙げることができる。
【００３４】
第１の例は、スイッチとして、ゼロクロス検出機能を有さないフォトトライアックを用いて、これに応じて、フォトトライアックのオンオフを切り替える制御信号がオフを指示するレベル（発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低い電圧レベル）からオンを指示するレベル（発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）を超えた電圧レベル）に変化するタイミングを、交流電源のゼロクロスポイントに同期させるための同期化手段を追加する構成である。
【００３５】
第２の例は、スイッチとして、ゼロクロス検出機能を有さないフォトＭＯＳＦＥＴリレーを用いて、これに応じて、フォトＭＯＳＦＥＴリレーのオンオフを切り替える制御信号がオフを指示するレベル（発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）より低い電圧レベル）からオンを指示するレベル（発光ダイオードの順方向降下電圧（ＶＦ）を超えた電圧レベル）に変化するタイミング及びオンを指示するレベルからオンを指示するレベルに変化するタイミングを、それぞれ交流電源のゼロクロスポイントに同期させるための同期化手段を追加する構成である。
【００３６】
図８はスナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフタイミングを、ゼロクロスポイントに同期させる他の構成例のうちの第１例を示すヒーター装置の回路図である。図８において、図１と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。図９は図８のヒーター装置のオン／オフ制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【００３７】
図８に示す回路構成は、図３に示す回路構成に、同期化手段となる、ゼロクロス検出回路１８と制御部（制御回路）１７とを加え、制御部からの制御信号の代わりに、制御部１７からの制御信号でフォトトライアック１５をオンする。制御部２０は、図３においては、スナバ回路１４の有効化／無効化を切り替えるためのスイッチとなるフォトトライアック１５のオン／オフを制御していたが、図８においては、制御部２０は、フォトトライアック１５のオン／オフを制御するための信号を制御部１７に入力し、この信号とゼロクロス検出回路１８からのゼロクロス検知信号とを用いて、制御部１７でフォトトライアック１５のオンオフを切り替える制御信号がオフを指示するレベルからオンを指示するレベルに変化するタイミングを交流電源のゼロクロスポイントに同期させるように制御信号を生成して、フォトトライアック１５に出力して、フォトトライアック１５のオン／オフを制御する。制御部１７と制御部２０とは図８では分かれて設けているが、一つの制御部に一体化させてもよい。
【００３８】
ゼロクロス検出回路１８は、全波整流回路とフォトカプラとフォトカプラのフォトトランジスタに接続される抵抗とから構成される。フォトカプラの入力側の発光ダイオードには全波整流信号が入力され、発光ダイオードは交流電圧のゼロクロスポイント近傍で発光しなくなるためにフォトカプラの出力側のフォトトランジスタがオフし、フォトトランジスタに接続される抵抗の電位が上昇し、図９に示すようなゼロクロス検知信号が制御部１７に入力される。
【００３９】
負荷となるヒーター１２への駆動電力供給を開始するときに、制御部１７は入力されたゼロクロス検知信号のタイミングに同期した、図９に示す、スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチとなるフォトトライアック１５をオンするための制御信号を、フォトトライアック１５へ出力する。その他の動作は図７に示したタイミングチャートと同じである。
【００４０】
次に、スナバ回路の有効／無効を切り替えるスイッチのオン／オフタイミングを、ゼロクロスポイントに同期させる他の構成例のうちの第２例を示すヒーター装置について説明する。
【００４１】
第２例の回路構成が第１例の回路構成と違う点は、スイッチとして、ゼロクロス検出機能を有さないフォトトライアック１５の代わりに、図５に示した、ゼロクロス検出機能を有さないフォトＭＯＳＦＥＴリレー１６を用いる点である。それ以外の回路構成は図８に示した構成と同じである。
【００４２】
第２例の回路動作が第１例の回路動作との違う点は、スイッチとして、ゼロクロス検出機能を有さないフォトトライアック１５を用いた場合には、フォトトライアックはゼロクロスポイントでしかオフしないので特に制御信号をゼロクロスポイントに同期させなくともよいが、ゼロクロス検出機能を有さないフォトＭＯＳＦＥＴリレー１６を用いた場合には、制御信号がオンを指示するレベルからオンを指示するレベルに変化するタイミングをゼロクロスポイントに同期させる必要がある。具体的に図７のタイミングチャートを用いて説明すると、スイッチ（フォトＭＯＳＦＥＴリレー１６）への制御信号を時刻Ｔ８で制御信号がオンを指示するレベルからオンを指示するレベルに変化するタイミングに切り替えていたのを、スイッチ（フォトＭＯＳＦＥＴリレー１６）への制御信号を時刻Ｔ９で制御信号がオンを指示するレベルからオンを指示するレベルに変化するタイミングに切り替える。それ以外の回路動作は図９に示した構成と同じである。
【００４３】
図１０はヒーター装置の制御部が、フォトトライアック１５のみならず、半導体電力制御素子１１及び電磁リレー１３の動作を制御する構成を示す回路図である。図１０において、図１と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。図１０に示す制御部２１は図８の制御部１７の機能の他に制御部２０の機能を備えており、制御手段と同期化手段とを構成する。図８では制御部２０は、フォトトライアック１５のオン／オフを制御するための信号を制御部１７に入力し、制御部１７で交流電圧のゼロクロスポイントに同期させているが、制御部２１は交流電圧のゼロクロスポイントに同期させた、フォトトライアック１５のオン／オフを制御するための信号を生成する。また制御部２１は、電磁リレー１３への制御信号と、半導体電力制御素子１１への制御信号として、ゼロクロスポイントとは関係のない信号を生成する。なお、制御部２１は、電磁リレー１３への制御信号と、半導体電力制御素子１１への制御信号とをゼロクロスポイントで制御してもよく、そうすることで、電磁リレー１３及び半導体電力制御素子１１のスイッチ（フォトトライアック）に流れる、突入電流を小さくでき、電磁リレー及びスイッチへの過電流ストレスを最小化できる。
【００４４】
図８及び１０に示した回路構成では、半導体電力制御素子１１として、トライアックと、このトライアックのゲート電圧を制御するためのフォトトライアックとを含むものを用い、スナバ回路１４の有効／無効を切り替えるスイッチとしてフォトトライアック１５を用い、さらに、ゼロクロス検出回路１８は、フォトカプラを用いている。
【００４５】
このように、フォトトライアックとフォトカプラを用いることで、交流信号が通る側（１次側）と、交流信号が通らない側（２次側）とを光学的な結合として、電気的な絶縁を保つことができる。このように、フォトトライアックを用いることで１次側と２次側を電気的に分離することで、制御部（制御回路）を含む弱電系の誤動作を防止することができる。
【００４６】
以上のように、各実施形態の電力制御回路を含むヒーター装置について説明したが、ヒーター装置のヒーターは、例えば、電子写真方式の複写機に使用される定着ユニットのヒーターに用いることができる。定着ユニットのヒーターは、電子写真方式によって印刷用紙に転写されたトナーを定着させるため、印刷用紙及びそこに転写されているトナーを加熱・加圧する、ヒートローラーの熱源であり、ヒートローラーの表面温度を所定温度に調整するため、ヒーターをオン／オフ制御する。ヒートローラーの表面温度に応じて、図１、図３、図５、図８又は図１０に示した制御部１９、２０、２１による半導体電力制御素子１１のオン／オフ制御を行うことでヒーター１２に供給する駆動電力を制御する。複写機のヒートローラー温度制御は、可能な限り、ヒートローラーの表面温度が所定の一定温度になるように行うことが好ましく、そのためには、ヒーターを頻繁にオン／オフ制御することが望ましい。このオン／オフ制御を電磁リレーのみで行うと、電磁リレーのオン／オフ積算回数が、所定のリレー開閉回数寿命を超えてしまう。そのため、温度制御は、オン／オフ回数に上限がない、半導体素子を用いて行うことが望ましく、且つ半導体素子が短絡故障を起こす可能性があることを考慮すると半導体素子に直列に電磁リレーを接続することが望ましく、上述した各実施形態のヒーター装置を好適に用いることができる。
【００４７】
また各実施形態では、負荷としてヒーターを取り上げて説明したが、制御対象となる負荷は特にヒーターに限定されるものではなく、負荷をオン／オフするために半導体電力制御素子等の電力制御素子と、電磁リレーとを用いる場合に本発明の電力制御回路及び電力制御方法を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は負荷に交流電源から供給する駆動電力を制御する電力制御回路及び電力制御方法に適用され、駆動電力の供給先となる負荷がヒーターの場合、特に電子写真方式の複写機に使用される定着ユニットのヒーターの場合の電力制御に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  交流電源
１１  半導体電力制御素子
１２  ヒーター
１３  電磁リレー
１４  スナバ回路
１５  フォトトライアック
１６  フォトＭＯＳＦＥＴリレー
１７  制御部
１８  ゼロクロス検出回路
１９、２０、２１  制御部
【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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