(57)【要約】    【課題】  軽負荷であってもサイリスタを確実に点弧して出力電流の波形の乱れを防止するようにした位相制御装置を提供する。    【解決手段】  位相制御装置は、自己消弧形制御素子を備えた第１の位相制御回路1と、サイリスタを備え第１の位相制御回路と並列に接続した第２の位相制御回路2と、負荷電流検出手段3と、負荷電流検出手段と協働して、半波の全期間で導通させる場合に第１の位相制御回路をゼロクロスタイミングでＯＮさせ、かつ第１の位相制御回路に所定値以上の出力電流が流れたときに第２の位相制御回路をＯＮさせて第１の位相制御回路をＯＦＦさせ、第２の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値未満になった場合には第１の位相制御回路をＯＮさせて第２の位相制御回路をＯＦＦさせ、出力をＯＦＦするときは第１の位相制御回路をＯＦＦさせた後に第２の位相制御回路をＯＦＦさせる制御手段4とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧形制御素子を備えるとともに交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御する第１の位相制御回路と；
サイリスタを備えるとともに第１の位相制御回路と並列に接続して交流電圧を位相制御する第２の位相制御回路と；
負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；
負荷電流検出手段と協働して、交流半波の全期間にわたり導通させようとする場合には第１の位相制御回路をゼロクロスタイミングでＯＮさせるとともに第１の位相制御回路に所定値以上の出力電流が流れたときに第２の位相制御回路をＯＮさせて第１の位相制御回路をＯＦＦさせ、第２の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値未満になった場合には第１の位相制御回路をＯＮさせて第２の位相制御回路をＯＦＦさせるとともに出力をＯＦＦするときは第１の位相制御回路をＯＦＦさせた後に第２の位相制御回路をＯＦＦさせる制御手段と；
を具備していることを特徴とする調光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白熱電球などの負荷に応じて交流電圧を位相制御して出力する位相制御装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイリスタをＯＮさせて交流電流を位相制御する際にサイリスタに並列的に接続したＩＧＢＴなどの自己消弧形制御素子をＯＮさせて位相制御電圧を傾斜制御するように構成した調光を行う位相制御装置は既知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０１９３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のような従来技術においては、軽負荷の場合、サイリスタが点弧するのに十分なトリガー電流が流れないために、ＯＮに失敗することがある。
【０００５】
本発明は、軽負荷であってもサイリスタを確実に点弧して出力電流の波形が乱れるのを防止した位相制御装置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】
【０００６】
本発明の位相制御装置は、自己消弧形制御素子を備えるとともに交流電源ラインに挿入されて交流電圧を位相制御する第１の位相制御回路と；サイリスタを備えるとともに第１の位相制御回路と並列に接続して交流電圧を位相制御する第２の位相制御回路と；負荷電流を検出する負荷電流検出手段と；負荷電流検出手段と協働して、半波の全期間にわたり導通させようとする場合には第１の位相制御回路をゼロクロスタイミングでＯＮさせるとともに第１の位相制御回路に所定値以上の出力電流が流れたときに第２の位相制御回路をＯＮさせて第１の位相制御回路をＯＦＦさせ、第２の位相制御回路を流れる負荷電流が所定値未満になった場合には第１の位相制御回路をＯＮさせて第２の位相制御回路をＯＦＦさせるとともに出力をＯＦＦするときは第１の位相制御回路をＯＦＦさせた後に第２の位相制御回路をＯＦＦさせる制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【０００７】
本発明は以下の態様を許容する。
【０００８】
第１の位相制御回路は、自己消弧形制御素子を備えていて、交流電源ラインに挿入されて、交流半波の全期間にわたり導通する場合には後述する制御手段により制御されてゼロクロスタイミングでオンする。自己消弧形制御素子としては、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどを用いることができる。また、位相制御でＯＮした際には電流の立ち上がりを傾斜的に増加させる、いわゆる傾斜制御換言すればリニア形のＯＮ動作を行うことができる。なお、交流電源ラインとは、交流電源と負荷の間を接続するラインをいう。
【０００９】
交流電源電圧を位相制御するための回路構成は、特定の回路に限定されない。例えば、一対の自己消弧形制御素子を逆極性に直列接続し、一対の自己消弧形制御素子のそれぞれにダイオードを逆極性に並列接続した構成やダイオードブリッジの対向する一対の頂点間に一つの自己消弧形制御素子を接続した構成などを用いることができる。
【００１０】
第２の位相制御回路は、第１の位相制御回路に並列的に接続して後述する制御手段による制御により第１の位相制御回路に所定値以上の電流が流れたときにＯＮされて負荷電流を制御する。この場合の制御は、交流半波の全期間にわたる導通を行うのでもよいし、位相制御を行うのでもよい。交流電源電圧を位相制御可能にするための回路構成は、特定の回路に限定されないので、既知のこの種回路を適宜採用することができる。典型的には、一対のサイリスタを逆並列接続した構成などを用いることができる。サイリスタとしては、ＳＣＲなどの３端子サイリスタやＳＳＲなどの２端子サイリスタを用いることができる。
【００１１】
負荷電流検出手段は、負荷電流を検出する手段である。負荷電流を検出するための具体的な手段は特定の構成に限定されない。例えば、電流変成器、電流検出用抵抗器、半導体電流検出器などを適宜用いることができる。また、負荷電流検出手段の挿入位置は、負荷電流を検出可能であれば特定の回路位置に限定されない。例えば、位相制御装置の出力端と第１および第２の位相制御回路との間に直列的に挿入することが望ましい。しかし、要すれば、一対の電流検出手段を第１および第２の位相制御回路のそれぞれに直列に接続することにより分散して配設することもできる。そうして、負荷電流検出手段の検出出力は、後述する制御手段に制御入力して、所要の制御動作を行わせる。
【００１２】
制御手段は、負荷電流検出手段と協働して、交流半波の全期間にわたる導通を行う場合には次の制御を行う。
（１）第１の位相制御回路をゼロクロスタイミングでＯＮさせる。
（２）第１の位相制御回路に所定値以上の電流が流れたときには第２の位相制御回路をＯＮさせ、かつ第１の位相制御回路をＯＦＦさせる。なお、この場合の所定値とは、負荷電流が立ち上がり確実にサイリスタがＯＮできる程度以上の電流値であればよい。
（３）負荷電流が所定値未満になったときには、第１の位相制御回路をＯＮさせ、かつ第２の位相制御回路をＯＦＦさせる。なお、この場合の所定値は、第２の位相制御回路のサイリスタがＯＮできなくなる虞が生じる直前程度の電流値以上であればよい。
（４）負荷電流をＯＦＦさせる場合、第１の位相制御回路をＯＦＦさせた後に第２の位相制御回路をＯＦＦさせる。第２の位相制御回路はゲート信号が遮断後ゼロクロス位相でＯＦＦする。
【００１３】
また、制御手段は、マイコンおよびＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）などのディジタルデバイスを主体として構成するのが好適である。なお、上述の各種制御を行うためには、ディジタルデバイスからの制御出力をＤ／Ａコンバータを経由して制御信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
【００１５】
１．位相制御装置の定格が例えば１ｋＷであるが、１００Ｗ程度以下の負荷が当該位相制御装置に接続された場合のように軽負荷のときであっても、負荷電流検出手段と協働した制御手段による制御により、第１の位相制御回路が第２の位相制御回路に自動的に代わって作動する。このため、第２の位相制御回路のサイリスタが軽負荷のために点弧失敗して負荷電流波形に不都合な乱れが生じるのを防止することができる。
【００１６】
２．負荷電流の立上がり時には最初に第１の位相制御回路の自己消弧形制御素子がＯＮするので、ゼロクロス付近の電流の欠けが、サイリスタが最初からＯＮする場合に比較して小さくなる。
【００１７】
３．負荷電流が大きくなると、サイリスタがＯＮするので、定格が比較的小さい自己消弧形制御素子を第１の位相制御回路に使用できるため、コストを低減できる。
【００１８】
４．負荷電流をＯＦＦさせるときには、第１の位相制御回路をＯＦＦさせた後に第２の位相制御回路をＯＦＦさせるので、誘導負荷が接続している場合であっても、ゼロクロスで出力電流をＯＦＦできるため、キックバック電圧の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００２０】
図１および図２は、本発明の位相制御装置を実施するための一形態としての調光装置を示し、図１は回路図、図２は各部のタイミングチャートである。本形態において、調光装置は、第１の位相制御回路１、第２の位相制御回路２、負荷電流検出手段３および制御手段４を具備し、負荷５を位相制御された交流電流により調光点灯するように構成されている。なお、負荷５には、照明負荷として例えば白熱電球が用いられる。
【００２１】
第１の位相制御回路１は、交流電源６から負荷５に至る交流電源ライン７に挿入されており、自己消弧形制御素子を備えている。自己消弧形制御素子は、その一対１ａ、１ｂが逆直列接続されるとともにダイオード１ｃ、１ｄが図に示すようにそれぞれに逆並列接続されている。また、自己消弧形制御素子１ａとしてＩＧＢＴが用いられている。
【００２２】
第２の位相制御回路２は、第１の位相制御回路１と並列に接続されており、サイリスタを備えている。サイリスタは、その一対２ａ、２ｂが逆並列接続されている。また、サイリスタ２ａ、２ｂとしてＳＣＲが用いられている。
【００２３】
負荷電流検出手段３は、交流電源ライン７に流れる負荷電流を検出する手段であり、本形態においては電流変成器が交流ラインに挿入されている。
【００２４】
制御手段４は、マイコンを主体として構成されており、交流電源６から直流を得て付勢されるとともに、負荷電流検出手段３で検出された負荷電流が制御入力して、第１の位相制御回路１および第２の位相制御回路２を後述するように制御する。
【００２５】
次に、図２のタイミングチャートに基づいて各制御のタイミングを説明する。図において、（ａ）は出力電圧波形、（ｂ）は出力電流波形、（ｃ）は第１の位相制御装置における一方の極性のゲート信号波形、（ｄ）は同じく他方の極性のゲート信号波形、（ｅ）は第２の位相制御回路におけるゲート信号波形を、それぞれ時間を一致させて示している。なお、図２では全期間にわって導通させようとする場合を示している。
【００２６】
すなわち、負荷５を半波の全期間にわたり導通させて点灯開始するとき、制御手段４は、最初に時点ｔ１において、（ｃ）のゲート信号を第１の位相制御装置１に供給する。これにより自己消弧形制御素子１ａがＯＮするので、（ａ）の出力電圧および（ｂ）の出力電流が立ち上がる。このとき、負荷５が白熱電球であるため、（ｂ）の出力電流はラッシュ電流となって大きくなる。
【００２７】
そうして、時点ｔ１後の近接した時点ｔ２において、負荷電流が予め設定した所定値ｘを越えると、制御手段４は、（ｅ）のゲート信号を第２の位相制御回路２に供給開始するとともに（ｃ）のゲート信号の供給を停止する。（ｅ）のゲート信号により第２の位相制御回路２のサイリスタ２ａ、２ｂが交流電圧の半波ごとに交互にＯＮする。また、（ｃ）のゲート信号の供給停止により第１の位相制御回路が停止する。その結果、（ａ）の出力電圧および（ｂ）の出力電流は、上記立ち上がりに連続して第２の位相制御回路２を経由して交流半波のほぼ全期間にわたって流れ、負荷５に供給されるので、負荷５の白熱電球は、全光点灯する。
【００２８】
次に、負荷電流が所定値ｘを下回った場合は、時点ｔ３以降（ｃ）および（ｄ）のゲート信号が第１の位相制御装置１に供給される。これにより自己消弧形制御素子１ａ、１ｂが交互にＯＮするので、（ａ）の出力電圧および（ｂ）の出力電流が連続して負荷５に流れる。また、時点ｔ３において、（ｅ）のゲート信号の第２の位相制御回路２への供給が停止される。
【００２９】
負荷電流が上記のように所定値ｘ以下の状態で第１の位相制御回路１が動作しているときに、位相制御装置の動作を停止する場合について説明する。停止に先立つ時点ｔ４において、（ｅ）のゲート信号を第２の位相制御回路２に供給開始してサイリスタ２ａ、２ｂを交互にＯＮさせておいてから、（ｃ）および（ｄ）のゲート信号の供給を停止して第１の位相制御回路１の動作を停止させる。そして、時点ｔ５において、（ｅ）のゲート信号の第２の位相制御回路２への供給を停止して第２の位相制御回路２の動作を停止させる。そうすれば、負荷電流は、ゼロクロス位相で遮断されるから、たとえ誘導負荷が接続されていても、負荷電流遮断時にキックバック電圧が発生しなくなる。
【００３０】
以上の動作説明においては、位相制御動作について触れていないが、簡単に説明すれば以下のとおりである。すなわち、導通開始の位相において、（ｃ）または（ｄ）のゲート信号を所望位相で第１の位相制御回路１に供給して位相制御された傾斜制御による負荷電流を立ち上げ、負荷電流が所定値を越えたら、（ｅ）のゲート信号を第２の位相制御回路２に供給してサイリスタ２ａ、２ｂをＯＮさせれば、たとえ軽負荷であっても電流波形に欠けのない位相制御を行うことができる。なお、負荷電流が所定値ｘを下回った場合には、第１の位相制御回路１が位相制御動作を行う。また、負荷電流が所定値以下の状態で第１の位相制御回路１が動作しているときに、位相制御動作を停止する場合は、上述と同様に停止に先立って第２の位相制御回路２を動作させてから第１の位相制御回路１の動作を停止させ、その後第２の位相制御回路２の動作を停止すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の位相制御装置を実施するための一形態としての調光装置の回路図
【図２】同じく各部のタイミングチャート
【符号の説明】
【００３２】
１…第１の位相制御回路、１ａ、１ｂ…自己消弧形制御素子、１ｃ、１ｄ…ダイオード、２…第２の位相制御回路、２ａ、２ｂ…サイリスタ、３…負荷電流検出手段、４…制御手段、５…負荷、６…交流電源、７…交流電源ライン
【図１】
2009140671.tif 000003
【図２】
2009140671.tif 000004