JP5645109B2

JP5645109B2 - ２線式負荷制御装置

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Publication number: JP5645109B2
Application number: JP2010168349A
Authority: JP
Inventors: 東浜　弘忠; 弘忠東浜; 齋藤　裕; 裕齋藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN103026794B; WO2012014020A1; JP2012029529A; US9166496B2; CN103026794A; KR101524954B1; TWI423003B; US20130128641A1; TW201222184A; KR20130041921A; EP2600697A1

Description

本発明は、２線式の負荷制御装置に関する。

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。このように商用電源と負荷との間に直列に接続される負荷制御装置においては、如何にして自己の回路電源を確保するかが問題となる。

図１０は、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。電源回路は、整流部５２と、制御部５３への給電を安定させる第１電源部５４と、負荷３への電力停止時に第１電源部５４へ電力を供給する第２電源部５５と、負荷３への電力供給時に第１電源部５４へ電力を供給する第３電源部５６で構成されている。補助開閉部５７は、例えばサイリスタ５７ａを備えており、このサイリスタ５７ａは、負荷３の容量が小さく、主開閉部５１のトライアック（主スイッチ素子）５１ａの導通状態を保持するための保持電流よりも小さい電流しか流れない場合に、この負荷３に主回路電流を流す役割を果たす。

第２電源部５５は、例えば電流を制限する抵抗と電圧をクリップするツェナーダイオード（定電圧ダイオード）５５ａなどで構成された定電圧回路であり、整流部５２により全波整流された脈流が入力される。そして、入力された脈流の電圧値がツェナーダイオード５５ａのツェナー電圧よりも高いときだけ電流が流れる。電流の一部は第１電源部５４に流れ、制御部５３の電力として供給されると共に、第１電源部５４の入力端子間に接続されたバッファコンデンサ５４ａを充電する。整流部５２により全波整流された脈流の電圧がツェナー電圧よりも低いときは、バッファコンデンサ５４ａが電源となって第１電源部５４に電力を供給する。そのため、バッファコンデンサ５４ａは充放電を繰り返す。換言すれば、本来負荷３がオフの状態であっても、ツェナーダイオード５５ａ及び整流部５２を介して負荷３に電流が流れる。そのときに負荷３に流れる電流は、負荷３が誤動作しない程度の微小電流でなければならず、制御部５３の消費電流を小さく、第２電源部５５のインピーダンスを高く維持されるように設定されている。なお、第１電源部５４は電圧安定化部として機能する。

一方、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、その結果バッファコンデンサ５４ａを充電する。バッファコンデンサ５４ａが充電されると、電流は、ツェナーダイオード５６ａ、補助開閉部５７のサイリスタ５７ａ、主開閉部５１のトライアック５１ａの順に流れる。トライアック５１ａがオンすると、整流部５２の整流電圧がほぼ零になるので、第２電源部５５は非導通となり、電流は流れない。第３電源部５６も同様である。

第２電源部５５及び第３電源部５６が非導通の間、第１電源部５４はバッファコンデンサ５４ａから電力が供給されるので、第１電源部５４の入力電圧、すなわち、バッファコンデンサ５４ａの端子電圧が徐々に低下する。そして、トライアック５１ａに流れる電流が零になると、自己消弧によりトライアック５１ａが開状態（非導通）になり、整流部５２に電圧が発生する。この電圧がバッファコンデンサ５４ａの端子電圧よりも高くなると、バッファコンデンサ５４ａを充電し始める。第２電源部５５のインピーダンスは第３電源部５６のインピーダンスよりも十分に高くなるように設定されているので、負荷３がオンしているとき、第２電源部５５は負荷制御装置５０の動作には寄与しない。

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、再び整流部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。

ところで、消費電力低減の観点からＬＥＤ電球などへの置き換えが進められている。ＬＥＤ素子は直流によって発光するため、ＬＥＤ電球の内部に交流を直流に変換する電源回路が設けられているが、安価なＬＥＤ電球など、一部の負荷の電源回路にはノイズ対策（例えば、電源回路の端子間にコンデンサなどを並列接続するなど）が施されていないものも存在する。上記２線式の負荷制御装置５０にノイズ対策が施されていないＬＥＤ電球などが負荷として接続された場合、本来負荷かオフの状態であるべきときでも、負荷制御装置５０の自己回路電源確保のために、負荷に電流が流れ、それによって負荷の誤動作（例えば、ＬＥＤ電球の点滅など）が生じる可能性がある。また、上記従来の負荷制御装置５０では、ツェナーダイオード５５ａによって電圧を降下させているため、電圧降下分のエネルギーが熱変換などによって消費され、エネルギー効率の改善にはあまり寄与していない。

特開２００８−９７５３５号公報

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、負荷をオフする状態において、負荷制御装置の待機電力（内部電源における消費電力）を少なくして、ノイズ対策が施されていないＬＥＤ電球などの負荷が接続された場合でも漏れ電流による負荷の誤作動（ＬＥＤ電球の誤発光など）を防止しうる２線式の負荷制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による２線式負荷制御装置は、商用電源と負荷の間に直列に接続され、
前記主スイッチ素子の主電極が前記商用電源及び前記負荷に対し直列に接続され、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電源部とを備え、
前記第１電源部は、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コンバータであり、
前記第２電源部は複数のコンデンサ、前記複数のコンデンサを直列接続と並列接続に切り換える直並列切換回路と、前記第１電源部への出力端子に接続された第１スイッチ及び前記第１スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第１スイッチ制御部を備え、
前記第２電源部への入力電圧が所定の電圧よりも高いときは、前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサを直列接続して前記複数のコンデンサを充電させると共に、前記第１スイッチ制御部は、前記第１スイッチをオフ（開状態）とし、前記第２電源部への入力電圧が前記所定の電圧以下のときは、前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサを並列接続して前記複数のコンデンサを放電させると共に、前記第１スイッチ制御部は、前記第１スイッチをオン（閉状態）とし、前記複数のコンデンサの充電と放電を繰り返させることにより、前記整流部からの入力電圧を所定レベルに降圧して出力し、
前記第２電源部は、前記整流部から入力される電圧を所定の値にクランプする電圧クランプ回路をさらに備え、直列接続された前記複数のコンデンサに前記所定の電圧以上の電圧が印加されないようにしたことを特徴とする。

また、前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサの端子に接続され、前記複数のコンデンサの直列接続と並列接続を切り換える第２スイッチ及び前記第２スイッチの接続状態を制御する第２スイッチ制御部で構成されていることが好ましい。

また、前記複数のコンデンサは３個以上であり、前記第２スイッチ制御部は、直列接続される前記複数のコンデンサの数を可変とすることが好ましい。

前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、前記第２スイッチ制御部は、前記商用電源のピーク電圧に応じて前記第２スイッチにより直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することが好ましい。

前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサの間に直列接続された第１ダイオードと、充電時とは逆の方向に電流を流すように接続された第２ダイオードで構成されていることが好ましい。

前記複数のコンデンサは３個以上であり、前記複数のコンデンサの少なくとも１つと並列に接続された第３スイッチ及び前記第３スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第３スイッチ制御部をさらに備え、前記第３スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御することにより、直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することが好ましい。

前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、前記第３スイッチ制御部は、前記商用電源のピーク電圧に応じて前記第３スイッチにより直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することが好ましい。

前記複数のコンデンサが直列接続されているときに、前記複数のコンデンサを充電するための電流量を制限するための限流素子をさらに備えたことが好ましい。

前記限流素子は電流量可変であり、前記第２電源部から前記第１電源部に出力される電圧を検出する出力電圧検出部及び前記限流素子による電流量を制御する限流素子制御部をさらに備え、前記限流素子制御部は、前記出力電圧検出部により検出された第２電源部からの出力電圧に応じて前記限流素子による電流量を制御することが好ましい。

前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、前記第１スイッチ制御部は、前記ピーク電圧に応じて、前記第１スイッチの開時間を制御することが好ましい。

前記第１スイッチ及び前記第１スイッチ制御部は、所定の制御信号を入力することによって導通する半導体スイッチ素子で構成され、前記電圧クランプ回路からの出力電圧を前記制御信号として前記半導体スイッチ素子に入力することが好ましい。

前記第１スイッチ制御部は前記第２電源部の出力電圧に応じて前記第１スイッチの開時間を制御することが好ましい。

前記電圧クランプ回路は、直列接続された複数の定電圧ダイオードを備え、前記直列接続された複数の定電圧ダイオードの中間接続点が前記第１電源部の入力部に接続され、前記直列接続された複数の定電圧ダイオードに流れる電流の一部を前記第１電源部側に流すことが好ましい。

前記電圧クランプ回路は、直列接続された複数の定電圧ダイオード及び少なくとも１つの定電圧ダイオードに並列接続されたスイッチ素子を備え、前記負荷制御装置は、前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部と、前記スイッチ素子のオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第４スイッチ制御部をさらに備え、前記第４スイッチ制御部は、前記ピーク電圧に応じて前記定電圧ダイオードの電圧を可変とすることが好ましい。

本発明の構成によれば、負荷をオフする状態における負荷制御装置の内部電源となる第２電源部（オフ電源部）において、直列接続されるコンデンサの段数に応じて入力電圧（脈流）のピーク電圧が降圧される。第２電源部（オフ電源部）による降圧の際、熱変換などによるエネルギーロスはツェナーダイオードを用いる場合に比べて遙かに少ないので、負荷制御装置の待機電力（内部電源における消費電力）を少なくすることができる。また、負荷のオフ状態において、第２電源部（オフ電源部）を介して負荷に流れる電流がさらに少なくなるので、仮にノイズ対策が施されていないＬＥＤ電球などの負荷が接続された場合でも、負荷が誤動作する可能性が小さくなる。

本発明の第１実施形態に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。第１実施形態に係る２線式負荷制御装置の各部の電圧及び動作を示すタイムチャート。本発明の第２実施形態に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。第２実施形態に係る２線式負荷制御装置の各部の電圧及び動作を示すタイムチャート。本発明の第３実施形態に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。第２実施形態の変形例に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。他の変形例に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。さらに他の変形例に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。さらに他の変形例に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。従来例に係る２線式負荷制御装置の構成を示す回路図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る２線式負荷制御装置１Ａについて、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は２線式負荷制御装置１Ａの構成を示す回路図であり、図２は各部の電圧及び動作を示すタイムチャートである。この負荷制御装置１Ａ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、上記第１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。補助開閉部１７は、例えばサイリスタ１７ａを備えており、主開閉部１１のトライアック（主スイッチ素子）１１ａを導通させるために必要な大きさの電流を主スイッチ素子のゲートに供給する。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以外の構成は上記第１従来例と同様であるため、その説明を省略する。

第２電源部１５は、複数（例えば３つ）のコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃと、各コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの端子間に接続された複数のダイオード１５２ａ〜１５２ｇを備えている。また、第２電源部１５の出力端子１５ｂには、第１スイッチ（ＦＥＴ）１５３が接続されており、第１スイッチ１５３の制御電極（ＦＥＴのゲート電極）には、第２電源部１５の入力電圧が印加される。整流部１２からは、図２に示すように、全波整流された脈流（すなわち、第２電源部１５の入力電圧）が出力されるので、最初、第１スイッチ１５３はオン（閉状態）であり、第２電源部１５の入力電圧は０Ｖ電圧と仮定する。第２電源部１５の入力電圧の上昇に伴って、電流がダイオード１５２ａ及び第１スイッチ１５３を通って第１電源部１４に流れる。第２電源部１５の入力電圧が所定の電圧よりも高くなると、第１スイッチ１５３はオフ（開状態）となり、第１電源部１４への電力の供給が停止され、バッファコンデンサ１４ａから第１電源部１に電力が供給される。

第１スイッチ１５３がオフ（開状態）になると、ダイオード１５２ａ、コンデンサ１５１ａ、ダイオード１５２ｂ、コンデンサ１５１ｂ、ダイオード１５２ｃ、コンデンサ１５１ｃが直列接続され、電流はこれらの直列回路を経てグランドに流れる。その間、各コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃはそれぞれ充電され、各コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの端子電圧は、同じ規格のコンデンサ（部品）を用いることを条件として、入力電圧のピーク電圧をコンデンサの数で割った電圧となる。ダイオード１５２ａ、１５２ｂ及びダイオード１５２ｃは、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃを直列接続する第１ダイオードとして機能する。

第２電源部１５の入力電圧が所定の電圧以下になると、再び第１スイッチ１５３はオン（閉状態）となり、電流が限流抵抗、ダイオード１５２ａ及び第１スイッチ１５３を通って第１電源部１４に流れる。第２電源部１５の入力電圧がコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの端子電圧よりも低くなると、各コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃに受電された電荷が放電されはじめ、第１スイッチ１５３を通って第１電源部１４に流れる。すなわち、第２電源部１５の入力電圧の低下による電力不足を、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃからの放電によって補完することになり、図１に示す第２電源部１５の回路構成は、いわゆる谷埋め回路となる。また、入力電圧のピーク電圧が複数のコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの直列回路によって分圧されると共に、第１スイッチ１５３により、上記所定の電圧以上の電圧が出力されないので、第２電源部１５は降圧回路として機能する。ダイオード１５２ａ〜１５２ｇは、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃを並列接続すると共に、充電時とは逆向きに電流を流すための第２ダイオードとして機能する。また、ダイオード１５２ａ〜１５２ｇ及び第１スイッチ１５３は、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの直列と並列を切り換えるための直並列切換回路として機能する。さらに、第１スイッチ１５３の制御電極（ＦＥＴのゲート電極）及び第２電源部１５の入力電圧は、第１スイッチ１５３のオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第１スイッチ制御部として機能する。

なお、第２電源部１５のコンデンサの数は２以上であればよく、特に限定されない。また、第１スイッチ及び第１スイッチ制御部は、第２電源部１５への入力電圧が所定の電圧よりも高いときに第１スイッチをオフ（開状態）とし、第２電源部１５への入力電圧が前記所定の電圧以下のときに、第１スイッチをオン（閉状態）とすることができればよく、上記ＦＥＴには限定されない。例えば、マイクロコンピュータにより制御されるスイッチなどであってもよい。

第１実施形態の構成によれば、ツェナーダイオードを用いた定電圧回路で構成された従来例に比べて、熱変換などによるエネルギーロスはツェナーダイオードを用いる場合に比べて遙かに少ないので、負荷制御装置１Ａの待機電力を少なくすることができる。そのため、負荷３をオフする状態において、第２電源部１５を介して負荷３に流れる電流がさらに少なくなり、ノイズ対策が施されていないＬＥＤ電球などの負荷が接続された場合でも負荷の誤作動（ＬＥＤ電球の誤発光など）を防止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る２線式負荷制御装置１Ｂについて、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は２線式負荷制御装置１Ｂの構成を示す回路図であり、図４は各部の電圧及び動作を示すタイムチャートである。この負荷制御装置１Ｂの第２電源部１５は、上記第１実施形態の構成に加えて、直列接続される複数のダイオードの１５１ａ〜１５１ｃの前段に、入力電圧をクランプするために、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）１５４と半導体スイッチ素子１５５で構成された電圧クランプ回路（定電圧回路）が接続されている。

電圧クランプ回路からは、ツェナーダイオード１５４のツェナー電圧に支配された矩形波電圧が出力され、第１スイッチ１５３は、この矩形波とほぼ同期してオン／オフされる。第１スイッチ１５３がオン（閉状態）のとき、電圧クランプ回路からの出力電圧はほぼ０Ｖであるので、専らコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃから放電された電荷のみが第１電源部１４に供給される。第２電源部１５からの出力電圧は、入力電圧のピーク電圧をコンデンサ数で割った電圧をピーク電圧とする略矩形波となる。

第２実施形態の第２電源部１５は、従来例と同様に、ツェナーダイオード１５４と半導体スイッチ素子１５５で構成された電圧クランプ回路（定電圧回路）を備えている。しかしながら、電圧クランプ回路から出力される電流は専らコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃを充電するためにのみ用いられ、直接第１電源部１４には流れないので、クランプ回路に流れる電流値は非常に小さい。さらに、電圧クランプ回路の出力電圧は、さらに複数のコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃによって分圧され、降圧される。従って、従来例に比べて、ツェナーダイオード１５４のツェナー電圧を高くすることができ、熱変換などによるエネルギーロスをさらに小さくすることができる。また、上記第１実施形態の構成と比較して、コンデンサやダイオードなどの部品に印加される電圧が電圧クランプ回路によって降圧されているので、これらの部品の耐圧を保証することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る２線式負荷制御装置１Ｃについて、図５を参照しつつ説明する。図５は２線式負荷制御装置１Ｃの構成を示す回路図である。第３実施形態では、第１スイッチ１５３及び複数のコンデンサの直列接続と並列接続を切り換える直並列切換回路及びそれらの制御部をＩＣ化したものである。直並列切換回路は、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの端子に接続され、コンデンサの直列接続と並列接続を切り換える第２スイッチ１５６と、第２スイッチ１５６の接続状態を制御する第２スイッチ制御部１５７で構成されている。第２スイッチ制御部１５７は、第１スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第１スイッチ制御部を兼ねるように構成されていてもよい。

さらに、コンデンサが３個以上の場合、第２スイッチ制御部１５７は、直列接続されるコンデンサの数を任意に変更できるように構成されていてもよい。あるいは、商用電源２又は整流部１２から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部１５８を設け、例えば入力電圧のピーク電圧に応じて自動的に変更できるように構成されていてもよい。周知のように、商用電源２の電圧として１００〜１２０Ｖ系と２００〜２４０Ｖ系が併存している。このような構成によれば、同じ負荷制御装置１Ｃを商用電源１００Ｖ系と２００Ｖ系など、電圧の異なるシステムに使用することができる。さらに、第２スイッチ制御部１５７が第１スイッチ制御部を兼ねる場合、ピーク電圧検出部１５８により検出されたピーク電圧に応じて、第１スイッチ１５３の開時間を制御するように構成してもよい。あるいは、第２電源部１５から第１電源部１４に出力される電圧を検出する出力電圧検出部１６２を設け、第２電源部１５の出力電圧に応じて第１スイッチ１５３の開時間を制御するように構成してもよい。例えば、第２電源部１５への入力電圧又は第２電源部１５からの出力電圧が所定の閾値よりも高い場合、第１スイッチ１５３の開時間が短くなるように制御することにより、第２電源部１５から出力される電流量が一定となるように制御することができる。さらに、ピーク電圧に応じて閾値を変更するように構成してもよい。

（その他の変形例）
図６は、図３に示す第２実施形態の変形例に係る２線式負荷制御装置１Ｄの構成を示し、直列接続されたコンデンサが３個以上の場合に、複数のコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの少なくとも１つと並列に第３スイッチ１５９を並列接続すると共に、第３スイッチ１５９のオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第３スイッチ制御部１６０を設けたものである。それによって、直列接続される複数のコンデンサの数を変更することが可能となる。さらに、商用電源２又は整流部１２から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部１５８を設け、入力電圧のピーク電圧に応じて自動的に変更できるように構成されていてもよい。

図７は、他の変形例に係る２線式負荷制御装置１Ｅの構成を示す回路図である。この２線式負荷制御装置１Ｅでは、複数のコンデンサ１５１ａ〜１５１ｃの直列回路に抵抗器などの限流素子１６１が直列接続されている。限流素子１６１により、コンデンサ１５１ａ〜１５１ｃに充電する際の充電電流を制限することができる。さらに、限流素子１６１として可変抵抗器などを用いて電流量可変とし、第２電源部１５から第１電源部１４に出力される電圧を検出する出力電圧検出部１６２及び限流素子１６１による電流量を制御する限流素子制御部１６３をさらに設けてもよい。それによって、第２電源部１５からの出力電圧に応じて限流素子１６１による電流量を制御することができる。なお、図７は図３に示す第２実施形態の構成をベースとして描かれているが、第２実施形態の変形例に限定されるものではなく、その他の実施形態の構成に限流素子を追加することも可能である（以下の変形例においても、特に矛盾のない限り、同様である）。

図８は、さらに他の変形例に係る２線式負荷制御装置１Ｆの構成を示す回路図である。この２線式負荷制御装置１Ｆでは、電圧クランプ回路のツェナーダイオードとして、複数（２つに限定されない）のツェナーダイオード１５４ａ、１５４ｂ・・・を直列接続し、ツェナー電圧の中間電圧が第２電源部１５の出力端子１５ｂに入力される。電圧クランプ回路のツェナーダイオードを流れる電流がグランドを介して負荷３にも流れるが、その一部を第１電源部１４に流すことによって、負荷３に流れる電流を少なくすることができる。

図９は、さらに他の変形例に係る２線式負荷制御装置１Ｇの構成を示す回路図である。この２線式負荷制御装置１Ｆでは、電圧クランプ回路のツェナーダイオードとして、複数（２つに限定されない）のツェナーダイオード１５４ａ、１５４ｂ・・・を直列接続すると共に、少なくとも１つのツェナーダイオード（例えば１５４ｂ）に並列接続されたスイッチ素子１６４と、スイッチ素子１６４のオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第４スイッチ制御部１６５を備えている。このような構成によれば、２線式負荷制御装置１Ｇが接続される商用電源２のピーク電圧に応じてツェナー電圧を切り換えることにより、電圧クランプ回路から出力される電圧を一定に又は任意の値に切り換えることができる。

また、上記各実施形態において、電圧クランプ回路としてツェナーダイオードと半導体スイッチ素子で構成された定電圧回路を例示したが、この構成に限定されるものではなく、トランスやコンデンサなどを用いたその他の降圧回路を用いることも可能である。さらに、複数のコンデンサの直列回路を複数組用意し、さらに、複数組のコンデンサの直列回路の直並列を切り換えるように構成してもよい。さらに、整流部１２は全波整流回路である必要はなく、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。あるいは、複数の第２電源部を直列接続させるように構成してもよい。

１Ａ〜１Ｇ２線式負荷制御装置
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
１５１ａ〜１５１ｃ複数のコンデンサ
１５２ａ〜１５２ｇダイオード
１５３第１スイッチ
１５４，１５４ａ，１５４ｂ（電圧クランプ回路を構成する）ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）
１５５（電圧クランプ回路を構成する）半導体スイッチ素子
１５６第２スイッチ
１５７第２スイッチ制御部（第１スイッチ制御部を兼ねる場合もある）
１５８ピーク電圧検出部
１５９第３スイッチ
１６０第３スイッチ制御部
１６１限流素子
１６２出力電圧検出部
１６３限流素子制御部
１６４第４スイッチ素子
１６５第４スイッチ制御部

Claims

商用電源と負荷の間に直列に接続される２線式負荷制御装置であって、
前記主スイッチ素子の主電極が前記商用電源及び前記負荷に対し直列に接続され、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電源部とを備え、
前記第１電源部は、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コンバータであり、
前記第２電源部は複数のコンデンサ、前記複数のコンデンサを直列接続と並列接続に切り換える直並列切換回路と、前記第１電源部への出力端子に接続された第１スイッチ及び前記第１スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第１スイッチ制御部を備え、
前記第２電源部への入力電圧が所定の電圧よりも高いときは、前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサを直列接続して前記複数のコンデンサを充電させると共に、前記第１スイッチ制御部は、前記第１スイッチをオフ（開状態）とし、前記第２電源部への入力電圧が前記所定の電圧以下のときは、前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサを並列接続して前記複数のコンデンサを放電させると共に、前記第１スイッチ制御部は、前記第１スイッチをオン（閉状態）とし、前記複数のコンデンサの充電と放電を繰り返させることにより、前記整流部からの入力電圧を所定レベルに降圧して出力し、
前記第２電源部は、前記整流部から入力される電圧を所定の値にクランプする電圧クランプ回路をさらに備え、直列接続された前記複数のコンデンサに前記所定の電圧以上の電圧が印加されないようにしたことを特徴とする２線式負荷制御装置。
前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサの端子に接続され、前記複数のコンデンサの直列接続と並列接続を切り換える第２スイッチ及び前記第２スイッチの接続状態を制御する第２スイッチ制御部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２線式負荷制御装置。
前記複数のコンデンサは３個以上であり、前記第２スイッチ制御部は、直列接続される前記複数のコンデンサの数を可変とすることを特徴とする請求項２に記載の２線式負荷制御装置。
前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、
前記第２スイッチ制御部は、前記商用電源のピーク電圧に応じて前記第２スイッチにより直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することを特徴とする請求項３に記載の２線式負荷制御装置。
前記直並列切換回路は、前記複数のコンデンサの間に直列接続された第１ダイオードと、充電時とは逆の方向に電流を流すように接続された第２ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の２線式負荷制御装置。
前記複数のコンデンサは３個以上であり、
前記複数のコンデンサの少なくとも１つと並列に接続された第３スイッチ及び前記第３スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第３スイッチ制御部をさらに備え、
前記第３スイッチのオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御することにより、直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することを特徴とする請求項５に記載の２線式負荷制御装置。
前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、
前記第３スイッチ制御部は、前記商用電源のピーク電圧に応じて前記第３スイッチにより直列接続される前記複数のコンデンサの数を変更することを特徴とする請求項６に記載の２線式負荷制御装置。
前記複数のコンデンサが直列接続されているときに、前記複数のコンデンサを充電するための電流量を制限するための限流素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の２線式負荷制御装置。
前記限流素子は電流量可変であり、
前記第２電源部から前記第１電源部に出力される電圧を検出する出力電圧検出部及び前記限流素子による電流量を制御する限流素子制御部をさらに備え、
前記限流素子制御部は、前記出力電圧検出部により検出された第２電源部からの出力電圧に応じて前記限流素子による電流量を制御することを特徴とする請求項８に記載の２線式負荷制御装置。
前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部をさらに備え、
前記第１スイッチ制御部は、前記ピーク電圧に応じて、前記第１スイッチの開時間を制御することを特徴とする請求項１に記載の２線式負荷制御装置。
前記第１スイッチ及び前記第１スイッチ制御部は、所定の制御信号を入力することによって導通する半導体スイッチ素子で構成され、前記電圧クランプ回路からの出力電圧を前記制御信号として前記半導体スイッチ素子に入力することを特徴とする請求項１に記載の２線式負荷制御装置。
前記第１スイッチ制御部は前記第２電源部の出力電圧に応じて前記第１スイッチの開時間を制御することを特徴とする請求項１０に記載の２線式負荷制御装置。
前記電圧クランプ回路は、直列接続された複数の定電圧ダイオードを備え、前記直列接続された複数の定電圧ダイオードの中間接続点が前記第１電源部の入力部に接続され、前記直列接続された複数の定電圧ダイオードに流れる電流の一部を前記第１電源部側に流すことを特徴とする請求項１に記載の２線式負荷制御装置。
前記電圧クランプ回路は、直列接続された複数の定電圧ダイオード及び少なくとも１つの定電圧ダイオードに並列接続されたスイッチ素子を備え、
前記負荷制御装置は、前記商用電源又は前記整流部から入力される入力電圧のピーク電圧を検出するピーク電圧検出部と、前記スイッチ素子のオン（閉状態）及びオフ（開状態）を制御する第４スイッチ制御部をさらに備え、
前記第４スイッチ制御部は、前記ピーク電圧に応じて前記定電圧ダイオードの電圧を可変とすることを特徴とする請求項１に記載の２線式負荷制御装置。