JP6555612B2 - 調光装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明負荷を調光する調光装置に関する。

従来、照明負荷を調光する調光装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載された調光装置は、一対の端子と、制御回路部と、制御回路部に制御電源を供給する制御電源部と、照明負荷の調光レベルを設定する調光操作部とを備えている。

一対の端子間には、制御回路部及び制御電源部それぞれが並列に接続されている。また、一対の端子間には、交流電源と照明負荷との直列回路が接続される。照明負荷は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子と、各ＬＥＤ素子を点灯させる電源回路とを備えている。電源回路は、ダイオードと電解コンデンサとの平滑回路を備えている。

制御回路部は、照明負荷に供給する交流電圧を位相制御するスイッチ部と、スイッチ部を駆動するスイッチドライブ部と、スイッチドライブ部及び制御電源部を制御する制御部と、を備えている。

制御電源部は、スイッチ部に並列に接続されている。制御電源部は、交流電源の交流電圧を制御電源に変換する。制御電源部は、制御電源を蓄積する電解コンデンサを備えている。

制御部は、制御電源部から電解コンデンサを通じて制御電源が供給される。制御部は、
マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」）を備えている。マイコンは、調光操作部で設定された調光レベルに応じて、交流電圧の半サイクル毎の期間途中で、照明負荷への給電を遮断する逆位相制御を行う。

特開２０１３−１４９４９８号公報

本発明は、より多くの種類の照明負荷に対応可能な調光装置を提供することを目的とする。

本発明の調光装置は、照明負荷と交流電源との間に電気的に接続される一対の入力端子と、前記一対の入力端子間において、双方向の電流の遮断・通過を切り替えるように構成されている双方向スイッチと、前記照明負荷の光出力の大きさを指定する調光レベルが入力される入力部と、前記一対の入力端子間に電気的に接続され、前記交流電源からの供給電力により制御電源を生成する電源部と、前記電源部から前記制御電源の供給を受けて動作し、前記調光レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、前記交流電源から前記電源部に規定値以上の電流が流れると、前記電源部での前記制御電源の生成を停止させる電流制限部と、を備える。

本発明は、より多くの種類の照明負荷に対応可能になる、という利点がある。

実施形態１に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。 実施形態１に係る調光装置の電源部の構成を示す概略回路図である。 実施形態１に係る調光装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施形態１の変形例１に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。

（実施形態１）
（１．１）構成
本実施形態の調光装置１は、図１及び図２に示すように、一対の入力端子１１，１２と、双方向スイッチ２と、入力部４と、電源部５と、制御部６と、電流制限部５３とを備えている。

一対の入力端子１１，１２は、照明負荷（以下、単に「負荷」という）７と交流電源８との間に電気的に接続される。双方向スイッチ２は、一対の入力端子１１，１２間において、双方向の電流の遮断・導通を切り替えるように構成されている。入力部４は、負荷７の光出力の大きさを指定する調光レベルが入力される。

電源部５は、一対の入力端子１１，１２間に電気的に接続され、交流電源８からの供給電力により制御電源を生成する。制御部６は、電源部５から制御電源の供給を受けて動作し、調光レベルに応じて双方向スイッチ２を制御する。電流制限部５３は、交流電源８から電源部５に規定値以上の電流が流れると、電源部５での制御電源の生成を停止させる。

なお、ここでいう「入力端子」等の「端子」は、電線等を接続するための部品（端子）として実体を有しなくてもよく、例えば電子部品のリードや、回路基板に含まれる導体の一部であってもよい。

以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。本実施形態の調光装置１は、図１に示すように、一対の入力端子１１，１２、双方向スイッチ２、位相検出部３、入力部４、電源部５、制御部６、スイッチ駆動部９、及びダイオードＤ１，Ｄ２を備えている。電流制限部５３（図２参照）は、電源部５に設けられている。

調光装置１は、２線式の調光装置であって、交流電源８に対して負荷７と電気的に直列に接続された状態で使用される。負荷７は通電時に点灯する。負荷７は、光源としてのＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させる点灯回路と、を備えている。交流電源８は、例えば単相１００〔Ｖ〕、６０〔Ｈｚ〕の商用電源である。調光装置１は、一例として壁スイッチ等に適用可能である。

双方向スイッチ２は、入力端子１１，１２間において、双方向の電流の遮断・通過を切り替えるように構成されている。双方向スイッチ２は、例えば、入力端子１１，１２間に電気的に直列に接続された第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２の２個の素子からなる。例えば、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）からなる半導体スイッチ素子である。

スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、入力端子１１，１２間において、いわゆる逆直列に接続されている。つまり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はソース同士が互いに接続されている。スイッチ素子Ｑ１のドレインは入力端子１１に接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインは入力端子１２に接続されている。両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースは、電源部５のグランドに接続されている。なお、電源部５のグランドは、調光装置１の内部回路にとって基準電位となる。

双方向スイッチ２は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフの組み合わせにより、４つの状態を切替可能である。４つの状態には、両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が共にオフである双方向オフ状態と、両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が共にオンである双方向オン状態と、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の一方のみがオンである２種類の一方向オン状態とがある。一方向オン状態では、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうち、オンの方のスイッチ素子から、オフの方のスイッチ素子の寄生ダイオードを通して一対の入力端子１１，１２間が一方向に導通することになる。例えば、スイッチ素子Ｑ１がオン、スイッチ素子Ｑ２がオフの状態では、入力端子１１から入力端子１２に向けて電流を流す第１の一方向オン状態となる。また、スイッチ素子Ｑ２がオン、スイッチ素子Ｑ１がオフの状態では、入力端子１２から入力端子１１に向けて電流を流す第２の一方向オン状態となる。そのため、入力端子１１，１２間に交流電源８から交流電圧Ｖａｃが印加される場合、交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期においては、第１の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第２の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。一方、交流電圧Ｖａｃの負極性の半周期においては、第２の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第１の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。

ここで、双方向スイッチ２は、「双方向オン状態」及び「順方向オン状態」の両状態がオン状態であり、「双方向オフ状態」及び「逆方向オン状態」の両状態がオフ状態である。

位相検出部３は、入力端子１１，１２間に印加される交流電圧Ｖａｃの位相を検出する。ここでいう「位相」には、交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点、交流電圧Ｖａｃの極性（正極性、負極性）を含んでいる。位相検出部３は、交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点を検出すると検出信号を制御部６に出力するように構成されている。位相検出部３は、ダイオードＤ３１と、第１検出部３１と、ダイオードＤ３２と、第２検出部３２と、を有している。第１検出部３１は、ダイオードＤ３１を介して入力端子１１に電気的に接続されている。第２検出部３２は、ダイオードＤ３２を介して入力端子１２に電気的に接続されている。第１検出部３１は、交流電圧Ｖａｃが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出する。第２検出部３２は、交流電圧Ｖａｃが正極性の半周期から負極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出する。

すなわち、第１検出部３１は、入力端子１１を正極とする電圧が規定値未満の状態から基準値以上の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断する。同様に、第２検出部３２は、入力端子１２を正極とする電圧が基準値未満の状態から基準値以上の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断する。基準値は０〔Ｖ〕付近に設定された値（絶対値）である。例えば、第１検出部３１の基準値は、＋数〔Ｖ〕程度であり、第２検出部３２の基準値は、−数〔Ｖ〕程度である。したがって、第１検出部３１及び第２検出部３２で検出されるゼロクロス点の検出点は、厳密な意味でのゼロクロス点（０〔Ｖ〕）から少し時間が遅れる。

入力部４は、ユーザによって操作される操作部から、調光レベルを表す信号を受け付け、制御部６に調光信号として出力する。入力部４は、調光信号を出力するのに際して、受け付けた信号を加工してもよいし、しなくてもよい。調光信号とは、負荷７の光出力の大きさを指定する数値等であって、負荷７を消灯状態とする「ＯＦＦレベル」を含む場合もある。なお、操作部は、ユーザの操作を受けて入力部４に調光レベルを表す信号を出力する構成であればよく、例えば可変抵抗器やロータリスイッチ、タッチパネル、リモートコントローラ、あるいはスマートフォン等の通信端末などである。

制御部６は、位相検出部３からの検出信号及び入力部４からの調光信号に基づいて双方向スイッチ２を制御する。制御部６は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々を別々に制御する。具体的には、制御部６は、第１制御信号にてスイッチ素子Ｑ１を制御し、第２制御信号にてスイッチ素子Ｑ２を制御する。

制御部６は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成として備えている。マイコンは、マイコンのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、制御部６としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。言い換えれば、上記プログラムは、コンピュータ（ここではマイコン）を、制御部６として機能させるためのプログラムである。

スイッチ駆動部９は、スイッチ素子Ｑ１を駆動（オン／オフ制御）する第１駆動部９１と、スイッチ素子Ｑ２を駆動（オン／オフ制御）する第２駆動部９２と、を有している。第１駆動部９１は、制御部６から第１制御信号を受けて、スイッチ素子Ｑ１にゲート電圧を印加する。これにより、第１駆動部９１はスイッチ素子Ｑ１をオン／オフ制御する。同様に、第２駆動部９２は、制御部６から第２制御信号を受けて、スイッチ素子Ｑ２にゲート電圧を印加する。これにより、第２駆動部９２はスイッチ素子Ｑ２をオン／オフ制御する。第１駆動部９１は、スイッチ素子Ｑ１のソースの電位を基準にしてゲート電圧を生成する。第２駆動部９２も同様である。

電源部５は、制御電源を生成する制御電源部５１と、駆動電源を生成する駆動電源部５２と、第１のコンデンサＣ１と、を有している。駆動電源部５２の出力端子は、第１電源端子５１１を構成する。制御電源部５１の出力端子は、第２電源端子５１２を構成する。電源部５は、第１電源端子５１１から駆動電源を出力し、第２電源端子５１２から制御電源を出力する。制御電源は、制御部６の動作用の電源である。駆動電源は、スイッチ駆動部９の駆動用の電源である。コンデンサＣ１は、制御電源部５１の出力端子（第２電源端子５１２）に電気的に接続されており、制御電源部５１の出力電流により充電される。

電源部５は、ダイオードＤ１を介して入力端子１１に電気的に接続され、ダイオードＤ２を介して入力端子１２に電気的に接続されている。これにより、一対のダイオードＤ１，Ｄ２と、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々の寄生ダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、入力端子１１，１２間に印加される交流電圧Ｖａｃが全波整流されて、電源部５に供給される。駆動電源部５２は、全波整流された交流電圧Ｖａｃを平滑化し、駆動電源を生成する。駆動電源部５２は、スイッチ駆動部９及び制御電源部５１に、駆動電源を供給する。駆動電源は、例えば１０〔Ｖ〕である。

駆動電源部５２の出力端子（第１電源端子５１１）には、制御電源部５１が電気的に接続されている。制御電源部５１は、駆動電源部５２から供給された駆動電源を降圧して制御電源を生成し、コンデンサＣ１に出力する。制御電源は、例えば３〔Ｖ〕である。なお、制御電源部５１は、駆動電源部５２を介さず、全波整流された交流電圧Ｖａｃから直接制御電源を生成してもよい。つまり、電源部５は、交流電源８からの供給電力により制御電源及び駆動電源を生成する。電源部５の具体的な構成については、「（１．３）電源部について」の欄で説明する。

なお、負荷７の点灯回路は、調光装置１で位相制御された交流電圧Ｖａｃの波形から調光レベルを読み取り、ＬＥＤ素子の光出力の大きさを変化させる。ここで、点灯回路は、一例としてブリーダ回路などの電流確保用の回路を有している。そのため、調光装置１の双方向スイッチ２が非導通となる期間においても、負荷７に電流を流すことが可能である。

（１．２）動作
（１．２．１）起動動作
まず、本実施形態の調光装置１の通電開始時の起動動作について説明する。

上述した構成の調光装置１によれば、入力端子１１，１２間に負荷７を介して交流電源８が接続されると、交流電源８から入力端子１１，１２間に印加される交流電圧Ｖａｃが整流されて駆動電源部５２に供給される。駆動電源部５２で生成された駆動電源はスイッチ駆動部９に供給され、かつ制御電源部５１に供給される。制御電源部５１で生成された制御電源が制御部６に供給されると、制御部６が起動する。

制御部６が起動すると、制御部６は、位相検出部３の検出信号を基に交流電源８の周波数の判定を行う。そして、制御部６は、判定した周波数に応じて、予めメモリに記憶されている数値テーブルを参照し、各種の時間などのパラメータの設定を行う。ここで、入力部４に入力された調光レベルが「ＯＦＦレベル」であれば、制御部６は、双方向スイッチ２を双方向オフ状態に維持することで、一対の入力端子１１，１２間のインピーダンスをハイインピーダンス状態に維持する。これにより、負荷７は消灯状態を維持する。

（１．２．２）調光動作
次に、本実施形態の調光装置１の調光動作について、図３を参照して説明する。図３では、交流電圧Ｖａｃ、第１制御信号Ｓｂ１、及び第２制御信号Ｓｂ２を示している。

まず、交流電圧Ｖａｃが正極性の半周期における調光装置１の動作について説明する。調光装置１は、位相制御の基準となる交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点を位相検出部３で検出する。交流電圧Ｖａｃが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際には、交流電圧Ｖａｃが正極性の基準値に達すると、第１検出部３１が第１検出信号を出力する。本実施形態では、第１検出信号の発生時点を「検出点」とし、半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０から検出点までの期間と、検出点から一定時間（例えば３００〔μｓ〕）が経過するまでの期間の合計を、第一の期間Ｔ１とする。半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０から第１時間が経過する第１時点ｔ１までの第一の期間Ｔ１では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第一の期間Ｔ１では、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオフになり、双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。検出点から一定時間（例えば３００〔μｓ〕）が経過した時点、つまり第１時点ｔ１において、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号にする。

第２時点ｔ２は、第１時点ｔ１から調光信号に応じた第２時間が経過した時点である。第２時点ｔ２においては、制御部６は、第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号に維持したまま、第１制御信号Ｓｂ１を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの第二の期間Ｔ２には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオンになり、双方向スイッチ２が双方向オン状態となる。そのため、第二の期間Ｔ２には、交流電源８から双方向スイッチ２を介して負荷７へ電力が供給され、負荷７が点灯する。

第３時点ｔ３は、半周期の終点（ゼロクロス点）ｔ４よりも一定時間（例えば３００〔μｓ〕）だけ手前の時間である。第３時点ｔ３においては、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第２時点ｔ２から第３時点ｔ３までの第三の期間Ｔ３には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうちスイッチ素子Ｑ１のみがオフし、双方向スイッチ２が逆方向オン状態となる。そのため、第三の期間Ｔ３には、交流電源８から負荷７への電力が断たれる。

第３時点ｔ３から半周期の終点（ゼロクロス点）ｔ４までの第四の期間Ｔ４には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオフになり、双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。

また、交流電圧Ｖａｃが負極性の半周期における調光装置１の動作は、正極性の半周期と基本的に同様の動作となる。

負極性の半周期において、半周期の始点ｔ０（ｔ４）から第１時間が経過する第１時点ｔ１までの第一の期間Ｔ１とする。また、第２時点ｔ２は、第１時点ｔ１から調光信号に応じた第２時間が経過した時点であり、第３時点ｔ３は、半周期の終点ｔ４（ｔ０）よりも一定時間（例えば３００〔μｓ〕）だけ手前の時間である。

第一の期間Ｔ１では、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第一の期間Ｔ１には双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる。そして、第１時点ｔ１において、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＮ」信号にする。これにより、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの第二の期間Ｔ２には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がいずれもオンになり、双方向スイッチ２が双方向オン状態となる。そのため、第二の期間Ｔ２には、交流電源８から双方向スイッチ２を介して負荷７へ電力が供給され、負荷７が点灯する。

第２時点ｔ２においては、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１を「ＯＮ」信号に維持したまま、第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。第３時点ｔ３においては、制御部６は、第１制御信号Ｓｂ１及び第２制御信号Ｓｂ２を「ＯＦＦ」信号にする。これにより、第２時点ｔ２から第３時点ｔ３までの第三の期間Ｔ３には、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうちスイッチ素子Ｑ２のみがオフし、双方向スイッチ２が逆方向オン状態となる。そのため、第三の期間Ｔ３には、交流電源８から負荷７への電力が断たれる。

本実施形態の調光装置１は、以上説明した正極性の半周期の動作と負極性の半周期の動作とを交流電圧Ｖａｃの半周期ごとに交互に繰り返すことで、負荷７の調光を行う。ここで、第１時点ｔ１から第２時点ｔ２までの時間（第２時間）は、入力部４に入力された調光レベルに応じた時間であるので、半周期において入力端子１１，１２間が導通する時間は、調光レベルに従って規定されることになる。言い換えれば、制御部６は調光レベルに応じて双方向スイッチ２を制御する。すなわち、負荷７の光出力を小さくする場合には第２時間は短く、負荷７の光出力を大きくする場合には第２時間は長く規定される。そのため、入力部４に入力される調光レベルに応じて、負荷７の光出力の大きさを変えることが可能である。また、交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点の前後には、それぞれ双方向スイッチ２が双方向オフ状態となる期間（第一の期間Ｔ１、第四の期間Ｔ４）があるので、調光装置１は、この期間を用いて交流電源８から電源部５への電力供給を確保できる。

（１．３）電源部について
（１．３．１）電源部の構成及び基本動作
電源部５の構成について、さらに詳しく説明する。電源部５は、図２に示すように、電流制限部５３を含んでいる。図２の例では、電流制限部５３は、駆動電源部５２に含まれている。電源入力端子５０１は、電源部５の入力端子に相当し、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに電気的に接続される。これにより、双方向スイッチ２がオフ状態にある場合、電源入力端子５０１とグランド（基準電位点）との間には、全波整流された交流電圧Ｖａｃ（ダイオードブリッジから出力される脈流電圧）が印加されることになる。第２電源端子５１２と電気的に等価である電源出力端子５０２は、電源部５の出力端子に相当し、制御部６に電気的に接続される。なお、図２においては、図１とは左右が反転されており、駆動電源部５２が制御電源部５１の左方に位置している。

本実施形態では、駆動電源部５２は、ツェナダイオードＺＤ１と、トランジスタＱ１０と、第１の抵抗Ｒ１と、第２の抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ５と、第２のコンデンサＣ２と、を有している。駆動電源部５２は、ツェナダイオードＺＤ１及びトランジスタＱ１０を含む定電圧回路を構成する。

具体的には、電源入力端子５０１とグランドとの間においては、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１０、ダイオードＤ５、及びコンデンサＣ２が、電気的に直列に接続されている。これにより、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１０、及びダイオードＤ５の直列回路は、コンデンサＣ２の充電経路５０の一部を構成する。トランジスタＱ１０とダイオードＤ５との間には電流制限部５３の第３の抵抗Ｒ３が介在するが、ここではまず電流制限部５３が省略（つまりトランジスタＱ１０とダイオードＤ５とが直接接続）されていることとして、駆動電源部５２の構成を説明する。

トランジスタＱ１０は、一例として、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。トランジスタＱ１０のドレインは、抵抗Ｒ１を介して電源入力端子５０１に電気的に接続されている。トランジスタＱ１０の出力端子となるソースは、ダイオードＤ５のアノードに電気的に接続されている。ダイオードＤ５のカソードは、コンデンサＣ２を介してグランドに電気的に接続されている。コンデンサＣ２の高電位側の端子、つまりダイオードＤ５との接続点は、駆動電源部５２の出力端子としての第１電源端子５１１と、電気的に等価である。なお、「トランジスタＱ１０の出力端子」は、トランジスタＱ１０を上述した定電圧回路として用いた場合に定電圧を出力する端子を意味している。一般的にトランジスタは一対の主端子（ＭＯＳＦＥＴであればドレイン、ソース）と制御端子（ＭＯＳＦＥＴであればゲート）とを有しているので、一対の主端子のうちの一方が、ここでいうトランジスタＱ１０の出力端子に相当する。

抵抗Ｒ２及びツェナダイオードＺＤ１は、電源入力端子５０１とグランドとの間において電気的に直列に接続されている。ツェナダイオードＺＤ１のカソードは、抵抗Ｒ２を介して電源入力端子５０１に電気的に接続されている。ツェナダイオードＺＤ１のアノードはグランドに電気的に接続されている。トランジスタＱ１０のゲート（制御端子）は、ツェナダイオードＺＤ１のカソードに電気的に接続されている。

上記構成により、駆動電源部５２は、交流電源８からの電力供給を受けて、ツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧（降伏電圧）に基づく定電圧にて、コンデンサＣ２を充電する。すなわち、抵抗Ｒ２及びツェナダイオードＺＤ１の直列回路により、トランジスタＱ１０の閾値電圧以上のゲート電圧がトランジスタＱ１０のゲート−ソース間に印加されると、トランジスタＱ１０のソースから定電圧が出力される。このとき、トランジスタＱ１０のゲートとグランドとの間の電圧は、ツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧にクランプされる。そのため、コンデンサＣ２の両端間には、ツェナ電圧から、トランジスタＱ１０のゲート電圧及びダイオードＤ５の順方向電圧を差し引いた電圧が、印加されることになる。このようにして、駆動電源部５２は、第１電源端子５１１から定電圧の駆動電源を出力する。

制御電源部５１は、本実施形態では、三端子レギュレータ（シリーズレギュレータ）からなるレギュレータ５１０を有している。レギュレータ５１０の入力端子は、駆動電源部５２の出力端子（第１電源端子５１１）に電気的に接続されている。レギュレータ５１０の出力端子は、コンデンサＣ１を介して基準電位的に電気的に接続されている。コンデンサＣ１の高電位側の端子、つまりレギュレータ５１０との接続点は、制御電源部５１の出力端子としての第２電源端子５１２と、電気的に等価である。

上記構成により、制御電源部５１は、駆動電源部５２からの入力電圧をレギュレータ５１０で降圧した定電圧にて、コンデンサＣ１を充電する。このようにして、制御電源部５１は、第２電源端子５１２から定電圧の制御電源を出力する。

（１．３．２）電流制限部の構成及び動作
次に、電流制限部５３の構成について説明する。本実施形態では、電流制限部５３は、入力端子１１，１２間におけるコンデンサＣ２の充電経路５０に設けられ、充電経路５０に規定値上の電流が流れると、充電経路５０を遮断することで、電源部５での制御電源の生成を停止させる。ここでいう充電経路５０は、コンデンサＣ２に流れる電流が通る経路を意味し、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１０、及びダイオードＤ５の直列回路を含んでいる。また、本実施形態では、電流制限部５３は、駆動電源部５２のトランジスタＱ１０に規定値以上の電流が流れると、トランジスタＱ１０をオフすることで、充電経路５０を遮断し、電源部５での制御電源の生成を停止させる。

具体的には、電流制限部５３は、第３の抵抗Ｒ３と、第４の抵抗Ｒ４と、第３のスイッチ素子Ｑ１１と、を有している。抵抗Ｒ３は、トランジスタＱ１０の出力端子（ソース）に電気的に接続され、トランジスタＱ１０に流れる電流を検出する検出抵抗として機能する、シャント抵抗である。ここでは、抵抗Ｒ３は、駆動電源部５２におけるトランジスタＱ１０のソースとダイオードＤ５のアノードとの間に、電気的に接続されている。

スイッチ素子Ｑ１１は、トランジスタＱ１０の出力端子（ソース）と制御端子（ゲート）との間に電気的に接続されている。スイッチ素子Ｑ１１は、一例として、ｎｐｎ形のバイポーラトランジスタからなる。スイッチ素子Ｑ１１のエミッタは、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１０のソースに電気的に接続されている。スイッチ素子Ｑ１１のコレクタは、トランジスタＱ１０のゲートに電気的に接続されている。スイッチ素子Ｑ１１のベースは、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ１０のソースに電気的に接続されている。つまり、スイッチ素子Ｑ１１のベース−エミッタ間には、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４の直列回路が電気的に接続されている。

上記構成によれば、電流制限部５３は、トランジスタＱ１０を流れる電流（ドレイン電流）が規定値以上になると、抵抗Ｒ３の両端電圧にてスイッチ素子Ｑ１１がオンし、これによりトランジスタＱ１０をオフにする。すなわち、トランジスタＱ１０から抵抗Ｒ３に規定値以上の電流が流れると、この電流により抵抗Ｒ３に発生する電圧にてスイッチ素子Ｑ１１にバイアスがかかり、抵抗Ｒ４を通してスイッチ素子Ｑ１１のベースに電流が流れ込む。このとき、スイッチ素子Ｑ１１がオンすることでトランジスタＱ１０のゲート−ソース間が短絡し、トランジスタＱ１０がオフする。これにより、コンデンサＣ２の充電経路５０が遮断され、電源部５での制御電源の生成が停止する。言い換えれば、交流電源８から電源部５に規定値以上の電流が流れると、電流制限部５３にて電源入力端子５０１からコンデンサＣ２が電気的に切り離され、電源部５での駆動電源及び制御電源の生成が停止する。

また、本実施形態では、コンデンサＣ２の充電経路５０は、コンデンサＣ１の充電経路５０を兼ねているため、電流制限部５３は、コンデンサＣ２の充電経路５０だけでなくコンデンサＣ１の充電経路５０も遮断することになる。電流制限部５３は、いずれかのコンデンサＣ１，Ｃ２の充電経路５０にのみ設けられていてもよく、例えば、駆動電源部５２と制御電源部５１との間など、コンデンサＣ１の充電経路５０にのみ設けられていてもよい。

ところで、ここでいう規定値は、電流制限部５３が作動するときの電源部５の電流値であって、例えば、抵抗Ｒ３の抵抗値などの回路定数により任意に設定可能である。本実施形態では、一例として、電源部５の定格電流値に所定のマージンを加えた値を規定値とする。

（１．３．３）比較例との対比
以下、本実施形態から電流制限部５３を省略した構成の調光装置を比較例とし、本実施形態と比較例とを対比した場合の、両者の相違点について説明する。ここで示す比較例は、電流制限部がない点で本実施形態とは異なるものの、その他の回路構成については本実施形態と同じであるため、以下、本実施形態と同様の構成要素については共通の符号を付して説明する。

比較例においては、例えば交流電源８の停電からの復旧時など、電源部５のコンデンサＣ１，Ｃ２が殆ど充電されていない状態で、通電（交流電源８からの電力供給）が開始すると、電源部５に定格電流値を超える突入電流が一時的に流れることがある。この場合、電源部５の入力インピーダンスがローインピーダンス状態にあるので、双方向スイッチ２が双方向オフ状態であっても、一対の入力端子１１，１２間に電流（突入電流）が流れることになる。一対の入力端子１１，１２間を流れる突入電流は負荷７にも流れる。そのため、負荷７の種類によっては、上記突入電流により負荷７の光源が一時的に点灯する、いわゆるフラッシュ現象が発生する可能性がある。また、電源部５の定格電流値を超える大電流が電源部５に流れることにより、調光装置の構成部品にストレスが掛かる可能性もある。

これに対して、本実施形態では、電源部５に上記突入電流が流れようとすると、電源部５を流れる電流が規定値を超えた時点で電流制限部５３が作動し、電源部５での制御電源の生成が停止する。具体的には、電流制限部５３のスイッチ素子Ｑ１１がオンすることで、コンデンサＣ２の充電経路５０に含まれているトランジスタＱ１０がオフする。トランジスタＱ１０がオフすることで、コンデンサＣ２の充電経路５０が遮断され、電源部５での制御電源の生成が停止する。この場合、電源部５の入力インピーダンスがハイインピーダンス状態になるので、双方向スイッチ２が双方向オフ状態であれば、一対の入力端子１１，１２間に電流（突入電流）が流れなくなる。そのため、本実施形態では、負荷７の種類によらず、上記突入電流に起因した負荷７のフラッシュ現象を防止できる。また、規定値が電源部５の定格電流値に近い値に設定されていれば、定格電流値を超える大電流が電源部５に流れることにより、調光装置１の構成部品にストレスが掛かることも回避できる。

上述した突入電流は一例に過ぎず、本実施形態の調光装置１は、突入電流以外の大電流が電源部５に流れようとした場合でも、電流制限部５３が作動して電源部５での制御電源の生成を停止する。要するに、電流制限部５３は、規定値以上の電流が電源部５に流れないように、電源部５に流れる電流を制限する機能を有している。

（１．４）利点
本実施形態の調光装置１は、電流制限部５３を備えることにより、電源部５に規定値以上の電流が流れた際には、電源部５を停止させて電源部５の入力インピーダンスをハイインピーダンス状態にすることができる。これにより、例えば、上述した突入電流のような大電流が電源部５に流れることにより、負荷７の光源が一時的に点灯するフラッシュ現象の発生が抑制される。したがって、本実施形態の調光装置１によれば、より多くの種類の負荷に対応可能になる、という利点がある。また、電源部５に流れる電流が制限されることにより、調光装置１の構成部品に掛かるストレスを低減できる、という利点もある。

また、本実施形態では、電源部５はコンデンサＣ１，Ｃ２を有している。この場合、電流制限部５３は、一対の入力端子１１，１２間におけるコンデンサＣ１，Ｃ２の充電経路５０に設けられ、充電経路５０に規定値以上の電流が流れると、充電経路５０を遮断するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、電流制限部５３は、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電流を制限することができる。本実施形態でのコンデンサＣ１，Ｃ２は調光装置１に必須の構成ではなく、コンデンサＣ１，Ｃ２の一方又は両方は適宜省略されていてもよい。

また、本実施形態では、電源部５は、ツェナダイオードＺＤ１及びトランジスタＱ１０を含む定電圧回路（駆動電源部５２）を有している。この場合、電流制限部５３は、トランジスタＱ１０に規定値以上の電流が流れると、トランジスタＱ１０をオフするように構成されていることが好ましい。この構成によれば、電流制限部５３は、トランジスタＱ１０をオフにすることで、電源部５での制御電源の生成を停止させることができ、比較的簡単な回路構成で電流制限部５３が実現可能になる。

また、本実施形態のように、電流制限部５３は、トランジスタＱ１０の出力端子に電気的に接続された抵抗（検出抵抗）Ｒ３と、出力端子とトランジスタＱ１０の制御端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子Ｑ１１とを有することが好ましい。この場合、電流制限部５３は、抵抗Ｒ３に規定値以上の電流が流れると、抵抗Ｒ３の両端電圧によりスイッチ素子Ｑ１１がオンするように構成される。この構成によれば、抵抗Ｒ３を、電流の検出と、スイッチ素子Ｑ１１の駆動（オン／オフ制御）と、に用いることでき、比較的簡単な回路構成で電流制限部５３が実現可能になる。

（１．５）変形例
（１．５．１）変形例１
実施形態１の変形例１に係る調光装置１Ａは、図４に示すように、双方向スイッチ２に相当する部分が、実施形態１の調光装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本変形例では、双方向スイッチ２Ａが、ダブルゲート構造のスイッチ素子Ｑ３を含む。スイッチ素子Ｑ３は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート（デュアルゲート）構造の半導体素子である。さらに、双方向スイッチ２Ａは、入力端子１１，１２間において、いわゆる逆直列に接続された一対のダイオードＤ３，Ｄ４を含んでいる。ダイオードＤ３のカソードは入力端子１１に接続され、ダイオードＤ４のカソードは入力端子１２に接続されている。両ダイオードＤ３，Ｄ４のアノードは、電源部５のグランドに電気的に接続されている。なお、本変形例では、一対のダイオードＤ３，Ｄ４が、一対のダイオードＤ１，Ｄ２と共にダイオードブリッジを構成する。

本変形例の構成によれば、双方向スイッチ２Ａは、双方向スイッチ２に比較して導通損失のさらなる低減を図ることができる。

（１．５．２）その他の変形例
以下、上述した変形例１以外の実施形態１の変形例を列挙する。

上述した実施形態１及び変形例１の調光装置は、光源としてＬＥＤ素子を用いた負荷７に限らず、有機ＥＬ（Electroluminescence）素子や放電灯など、様々な光源の負荷７に適用可能である。

また、スイッチ駆動部９は、調光装置１に必須の構成ではなく、適宜省略されていてもよい。スイッチ駆動部９が省略される場合、制御部６が直接的に双方向スイッチ２を駆動する。スイッチ駆動部９が省略される場合には、駆動電源部５２が省略される。

双方向スイッチ２の制御においては、「双方向オン状態」の代わりに「順方向オン状態」に制御することも可能であり、逆に「順方向オン状態」の代わりに「双方向オン状態」に制御することも可能である。また、「双方向オフ状態」の代わりに「逆方向オン状態」に制御することも可能であり、「逆方向オン状態」の代わりに「双方向オフ状態」に制御することも可能である。すなわち、双方向スイッチ２が、オン状態又はオフ状態の状態が変わらなければよい。

また、制御部６による双方向スイッチ２の制御方式は、上述した例に限らず、例えば、交流電圧Ｖａｃと同じ周期で第１制御信号と第２制御信号とを交互に「ＯＮ」信号とする方式であってもよい。この場合、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のうち、交流電圧Ｖａｃの高電位側となるスイッチ素子がオンしている期間に、双方向スイッチ２が導通することになる。つまり、この変形例では、交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点から半周期の途中までの期間に一対の入力端子１１，１２間が導通する、いわゆる逆位相制御が実現される。この場合、第１制御信号及び第２制御信号と交流電圧Ｖａｃとの位相差を調節することで、双方向スイッチ２の導通時間を調節することができる。

さらに、制御方式として、逆位相制御方式（トレーリングエッジ方式）に限らず、交流電圧Ｖａｃの半周期の途中からゼロクロス点までの期間に一対の入力端子１１，１２間が導通する、正位相制御方式（リーディングエッジ方式）が、採用されてもよい。

また、双方向スイッチ２を構成する２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などであってもよい。さらに、双方向スイッチ２において、一方向オン状態を実現するための整流素子（ダイオード）は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の寄生ダイオードに限らず、変形例１のように外付けのダイオードであってもよい。ダイオードは、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々と同一パッケージに内蔵されていてもよい。

電源部５のトランジスタＱ１０についても、同様に、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであってもよい。この場合、トランジスタＱ１０のエミッタがトランジスタＱ１０の出力端子に相当し、トランジスタＱ１０のベースがトランジスタＱ１０の制御端子に相当する。

また、電源部５の具体回路は、図２に示す回路に限らず、適宜変更が可能である。例えば、制御電源を駆動電源として兼用する場合には、電源部５は、駆動電源部５２と制御電源部５１との２段の回路構成ではなく、制御電源部５１のみの１段の回路構成となる。駆動電源部５２は、例えば、ツェナダイオードＺＤ１及びトランジスタＱ１０に加え、オペアンプを有する定電圧回路であってもよいし、トランジスタＱ１０が省略されていてもよい。制御電源部５１は、例えば、駆動電源部５２と同様に、ツェナダイオード及びトランジスタを含む定電圧回路であってもよい。電源部５のコンデンサが駆動電源や制御電源の出力に設けられている構成に限らず、電源部５の入力にコンデンサが設けられていてもよい。

また、電流制限部５３の具体回路は、図２に示す回路に限らず、適宜変更が可能ある。さらに、電流制限部５３は、駆動電源部５２に含まれる構成に限らず、例えば、制御電源部５１に含まれていてもよいし、電源部５とは別に設けられていてもよい。また、電流制限部５３は、電源部５に流れる電流を検出する第１機能部と、第１機能部の検出値を受けて電源部５での制御電源の生成を停止させる第２機能部と、が別々に設けられていてもよい。電流制限部５３のスイッチ素子Ｑ１１は、バイポーラトランジスタに限らず、例えばエンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。

また、第１時間は一定長さの時間であればよく、その長さは適宜設定可能である。例えば、半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０から検出点までの期間と、検出点から一定の待機時間が経過するまでの期間の合計が第一の期間Ｔ１である場合、待機時間は３００〔μｓ〕に限らず、０〔μｓ〕〜５００〔μｓ〕の範囲で適宜設定される。

また、第３時点ｔ３は半周期の終点（ゼロクロス点）ｔ４の手前にあればよく、第３時点ｔ３から半周期の終点ｔ４までの長さは適宜設定可能である。例えば、検出点から第３時点ｔ３までの時間長さが、半周期よりも一定の第１規定時間だけ短い場合、第１規定時間は３００〔μｓ〕に限らず、１００〔μｓ〕〜５００〔μｓ〕の範囲で適宜設定される。

なお、実施形態１でのダイオードＤ１，Ｄ２は調光装置１に必須の構成ではなく、ダイオードＤ１，Ｄ２は適宜省略されていてもよい。

また、電源部５を流れる電流及び規定値等の２値間の比較において、「以上」としているところは、２値が等しい場合、及び２値の一方が他方を超えている場合との両方を含む。ただし、これに限らず、ここでいう「以上」は、２値の一方が他方を超えている場合のみを含む「より大きい」と同義であってもよい。つまり、２値が等しい場合を含むか否かは、規定値等の設定次第で任意に変更できるので、「以上」か「より大きい」かに技術上の差異はない。同様に、「未満」においても「以下」と同義であってもよい。

（その他の実施形態）
上述の実施形態１（変形例を含む）では、交流電圧Ｖａｃの半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０の前後（第一の期間Ｔ１、第四の期間Ｔ４）に亘って、交流電源８から電源部５への電力供給を確保しているが、これに限られない。

交流電圧Ｖａｃの半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０の後（第一の期間Ｔ１）のみ、一定時間の間、交流電源８から電源部５への電力供給を確保してもよい。また、交流電圧Ｖａｃの半周期の始点（ゼロクロス点）ｔ０の前（第四の期間Ｔ４）のみ、一定時間の間、交流電源８から電源部５への電力供給を確保してもよい。この場合においても、交流電源８から電源部５への電力供給の確保を優先して第一の期間Ｔ１又は第四の期間Ｔ４が設定されるため、入力部４に入力された調光レベルに応じて負荷７へ電力を供給する第二の期間Ｔ２が設定されない場合がある。例えば、ユーザが操作部を負荷７の光出力を最大にするように操作する場合である。

上記一定時間を、交流電源８から電源部５への電力供給を十分に行えるように設定することで、電流波形歪みを抑制しつつ、制御部６を安定動作させることができる。

１，１Ａ 調光装置
２，２Ａ 双方向スイッチ
４ 入力部
５ 電源部
６ 制御部
７ 負荷（照明負荷）
８ 交流電源
１１ 入力端子
１２ 入力端子
５０ 充電経路
５２ 駆動電源部（定電圧回路）
５３ 電流制限部
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ コンデンサ
Ｑ１０ トランジスタ
Ｑ１１ スイッチ素子
Ｒ３ 抵抗（検出抵抗）
ＺＤ１ ツェナダイオード

Claims (4)

1. 照明負荷と交流電源との間に電気的に接続される一対の入力端子と、
   前記一対の入力端子間において、双方向の電流の遮断・通過を切り替えるように構成されている双方向スイッチと、
   前記照明負荷の光出力の大きさを指定する調光レベルが入力される入力部と、
   前記一対の入力端子間に電気的に接続され、前記交流電源からの供給電力により制御電源を生成する電源部と、
   前記電源部から前記制御電源の供給を受けて動作し、前記調光レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、
   前記交流電源から前記電源部に規定値以上の電流が流れると、前記電源部での前記制御電源の生成を停止させる電流制限部と、
   を備える調光装置。
2. 前記電源部はコンデンサを有し、
   前記電流制限部は、前記一対の入力端子間における前記コンデンサの充電経路に設けられ、当該充電経路に前記規定値以上の電流が流れると、前記充電経路を遮断するように構成されている
   請求項１に記載の調光装置。
3. 前記電源部は、ツェナダイオード及びトランジスタを含む定電圧回路を有しており、
   前記電流制限部は、前記トランジスタに前記規定値以上の電流が流れると、前記トランジスタをオフするように構成されている
   請求項１又は２に記載の調光装置。
4. 前記電流制限部は、前記トランジスタの出力端子に電気的に接続された検出抵抗と、前記出力端子と前記トランジスタの制御端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子とを有し、前記検出抵抗に前記規定値以上の電流が流れると、前記検出抵抗の両端電圧により前記スイッチ素子がオンするように構成されている
   請求項３に記載の調光装置。

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