JP7370013B2 - 負荷制御システム - Google Patents

Description

本開示は、負荷制御システムに関する。より詳細には、本開示は、交流電源と負荷との間に接続されるスイッチ部を備える負荷制御システムに関する。

特許文献１には、照明負荷を調光する調光装置が開示されている。この調光装置は、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を備えている。

一対の端子間には、制御回路部と制御電源部と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、スイッチ部（スイッチ）がオフの期間に、交流電源の交流電圧を制御電源に変換して、電解コンデンサに蓄積する。

制御部には、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、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ごとの期間途中で、照明負荷への給電を遮断する逆位相制御を行う。

特開２０１３－１４９４９５号公報

特許文献１の調光装置では、照明負荷の調光レベルが明るくなり、交流電圧の各半周期においてスイッチ部がオフの期間が短くなると、電解コンデンサに蓄積される電荷量が減少するため、制御電源部の供給電力が不足する可能性がある。

本開示の目的は、定電流電源部の供給電力が不足する可能性を低減した負荷制御システムを提供することにある。

本開示の一態様の負荷制御システムは、スイッチと、制御部と、付加機能部と、定電流電源部と、を備える。前記スイッチは、交流電源に対して負荷と直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧の位相を制御する。前記制御部は、前記スイッチを導通状態または非導通状態に制御する。前記付加機能部は、前記制御部の制御とは異なる処理を行う。前記定電流電源部は、前記交流電源から供給される電力を受けて、前記制御部及び前記付加機能部に供給するための定電流電力を生成する。前記定電流電源部は、前記交流電源からの入力電流によって充電される第１蓄電部を有し、前記第１蓄電部を電源として前記制御部及び前記付加機能部に供給するための定電流電力を生成する。前記制御部は、前記第１蓄電部の電圧値に応じて、前記定電流電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を制御する。前記定電流電源部の後段に、前記定電流電源部の出力電流によって充電される第２蓄電部が設けられ、前記第２蓄電部の充電電圧が一定電圧を超えると、前記第２蓄電部と並列にインピーダンス要素を接続するスイッチ回路が設けられ、前記第２蓄電部から前記制御部及び前記付加機能部に給電される。

本開示の一態様の負荷制御システムは、スイッチと、制御部と、付加機能部と、定電流電源部と、を備える。前記スイッチは、交流電源に対して負荷と直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧の位相を制御する。前記制御部は、前記スイッチを導通状態または非導通状態に制御する。前記付加機能部は、前記制御部の制御とは異なる処理を行う。前記定電流電源部は、前記交流電源から供給される電力を受けて、定電流電力を生成する。前記定電流電源部は、前記交流電源からの入力電流によって充電される第１蓄電部を有する。前記定電流電源部の後段に、前記定電流電源部の出力電流によって充電される第２蓄電部が設けられる。前記第２蓄電部の充電電圧が一定電圧を超えると、前記第２蓄電部と並列にインピーダンス要素を接続するスイッチ回路が設けられる。前記第２蓄電部から前記制御部及び前記付加機能部に給電される。

本開示によれば、定電流電源部の供給電力が不足する可能性を低減した負荷制御システムを提供することができる。

図１は、本開示の実施形態１に係る負荷制御システムのブロック回路図である。 図２は、同上の負荷制御システムの各部の波形図である。 図３は、同上の負荷制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。 図４は、同上の負荷制御システムの動作を説明するフローチャートである。 図５は、同上の負荷制御システムの動作を説明するフローチャートである。 図６は、同上の負荷制御システムが備える入力電圧検出部の検出電圧を示すグラフである。

（実施形態１）
（１）概要
以下、一実施形態に係る負荷制御システム１の概要について、図１を参照して説明する。

本実施形態に係る負荷制御システム１は、図１に示すように、交流電源２に対して負荷（図中「ＬＤ」と表記）３と直列に接続されるスイッチ１１を備える。

スイッチ１１は、例えば、トランジスタ又は双方向サイリスタ等の半導体スイッチにて実現される。本実施形態では、負荷制御システム１は、スイッチ１１を電子的に制御することにより、交流電源２と負荷３との間の導通／非導通を電子的に切り替える、いわゆる電子スイッチである。負荷制御システム１は、交流電源２及び負荷３の直列回路が接続される一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２を備えており、スイッチ１１は、一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２の間に電気的に接続されている。言い換えれば、負荷制御システム１の内部において、接続端子ＴＡ１と接続端子ＴＡ２とは、スイッチ１１を介して電気的に接続されている。一方の接続端子ＴＡ１が交流電源２に接続され、他方の接続端子ＴＡ２が負荷３に接続されることで、交流電源２と負荷３との間にスイッチ１１が電気的に直列に接続されている。

このような構成によれば、負荷制御システム１は、交流電源２から負荷３への通電状態（電力の供給状態）を、スイッチ１１にて制御することできる。基本的には、スイッチ１１の動作状態が導通状態にあれば、接続端子ＴＡ１と接続端子ＴＡ２との間がスイッチ１１を介して導通し、スイッチ１１の動作状態が遮断状態にあれば、接続端子ＴＡ１と接続端子ＴＡ２との間が非導通となる。つまり、スイッチ１１が導通状態にあれば、負荷制御システム１を介して交流電源２から負荷３への電力の供給が行われる給電状態となる。また、スイッチ１１が遮断状態にあれば、負荷制御システム１にて交流電源２から負荷３への電力の供給が遮断される遮断状態となる。つまり、本実施形態の負荷制御システム１は、負荷３に電力を供給する給電状態と、負荷３への電力供給を遮断する遮断状態とを切り替えるスイッチとして機能する。なお、負荷制御システム１は、調光レベルに応じてスイッチ１１がオンするタイミング又はオフするタイミングを制御することによって、照明負荷である負荷３の明るさを調整する調光機能を備えてもよいが、負荷制御システム１が調光機能を備えることは必須ではない。

ところで、本実施形態に係る負荷制御システム１は、スイッチ１１と、制御部１２１と、付加機能部１２２と、定電流電源部１３と、を備える。

スイッチ１１は、交流電源２に対して負荷３と直列に接続され、負荷３に供給する交流電圧の位相を制御する。

制御部１２１は、スイッチ１１を導通状態または非導通状態に制御する。

付加機能部１２２は、制御部１２１の制御とは異なる処理を行う。

定電流電源部１３は、交流電源２から供給される電力を受けて、制御部１２１及び付加機能部１２２に供給するための定電流電力を生成する。

定電流電源部１３は、交流電源２からの入力電流によって充電される蓄電部（第１蓄電部Ｃ１）を有している。定電流電源部１３は、蓄電部を電源として制御部１２１及び付加機能部１２２に供給するための定電流電力を生成する。

制御部１２１は、蓄電部の電圧値に応じて、定電流電源部１３が交流電源２から電力の供給を受ける供給期間を制御する。

ここにおいて、付加機能部１２２が行う「制御部１２１の制御とは異なる処理」とは、制御部１２１がスイッチ１１の導通状態又は遮断状態を制御するスイッチング動作以外の機能を実現するための処理である。以下では、付加機能部１２２が、間欠的な送受信が可能な無線通信部１２３を含み、制御部１２１の制御とは異なる処理が無線通信方式で通信を行う処理である形態について説明する。

本実施形態では、定電流電源部１３は、交流電源２からの入力電流によって充電される蓄電部を電源として、制御部１２１及び付加機能部１２２に供給するための定電流電力を生成する。そして、制御部１２１は、蓄電部の電圧値に応じて供給期間を制御しているので、蓄電部の充電状態に応じて、蓄電部が交流電源２からの入力電流によって充電される期間を制御することができる。よって、本実施形態の負荷制御システム１では、定電流電源部１３の供給電力が不足する可能性を低減できる。

また、本実施形態の負荷制御システム１では、交流電源２と負荷３との間にスイッチ１１を挿入するための一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２から、制御部１２１及び付加機能部１２２を有する処理回路１２等の動作用の電力を確保している。すなわち、負荷制御システム１は、一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２に接続される２本の電線にて、処理回路１２等の動作用の電力を確保できる、いわゆる２線式の負荷制御システムである。このような２線式の負荷制御システム１においては、処理回路１２等の動作用の電力を供給するための電源端子を、一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２とは別に設ける必要がなく、負荷制御システム１を設置する際の配線作業が簡単になる。なお、「接続端子」は、電線等を接続するための部品（端子）でなくてもよく、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。

（２）詳細
本実施形態に係る負荷制御システム１は、上述したように、スイッチ１１と、処理回路１２と、定電流電源部１３を含む電源回路２４と、一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２と、を備える。また、負荷制御システム１は、ダイオードＤ１，Ｄ２と、第２リニア電源１８と、レベルシフト回路１９１，１９２と、ゼロクロス検出回路（図中はＺＣと表記）２０１，２０２と、第１電圧検出部２１及び第２電圧検出部２２と、インタフェース部２５と、を更に備えている。処理回路１２は、上述した制御部１２１及び付加機能部１２２の機能を有している。

本実施形態の負荷制御システム１は、一例として壁スイッチ等に適用可能である。負荷制御システム１は、住宅用又は非住宅用の施設の壁等に取り付けられた状態で使用される。負荷制御システム１は、施設の壁等に取り付けられる器体を有しており、この器体には、図１に示す回路の構成部品が保持されている。

スイッチ１１は、例えば、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に電気的に直列に接続された２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を含む。例えば、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々は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、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２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のドレインは接続端子ＴＡ１に接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインは接続端子ＴＡ２に接続されている。両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースは、負荷制御システム１の基準電位（後述する電源回路２４の基準電位）に接続されている。

スイッチ１１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。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、それぞれ、制御部１２１によってオン又はオフに制御される。ここで、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ボディダイオードを通して一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２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、接続端子ＴＡ１から接続端子ＴＡ２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、接続端子ＴＡ２から接続端子ＴＡ１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、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に交流電源２から交流電圧Ｖacが印加される場合、交流電圧Ｖacの正極性、つまり接続端子ＴＡ１の電圧が接続端子ＴＡ２の電圧よりも高い半周期においては、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。交流電圧Ｖacの負極性、つまり接続端子ＴＡ２の電圧が接続端子ＴＡ１の電圧よりも高い半周期においては、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、スイッチ１１は、「双方向オン状態」及び「順方向オン状態」の両状態がスイッチ１１を介して負荷３に電流が流れる「導通状態」である。スイッチ１１は、「双方向オフ状態」及び「逆方向オン状態」の両状態がスイッチ１１を介して負荷３に電流が流れない「非導通状態」である。したがって、制御部１２１は、交流電圧Ｖacの正極性の半周期又は負極性の半周期において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれオン又はオフに制御することで、スイッチ１１を「導通状態」又は「非導通状態」に制御することができる。

各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子は、レベルシフト回路１９１，１９２に電気的に接続されている。レベルシフト回路１９１，１９２は、制御部１２１から入力される制御信号Ｓ１，Ｓ２に応じて、各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子に駆動信号を出力して、各スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を駆動する。

インタフェース部２５には、交流電圧Ｖacの各半周期において負荷３への通電を開始又は終了する位相角（導通角）を規定する入力レベルが入力される。つまり、入力レベルは、交流電圧Ｖacの各半周期においてスイッチ１１が導通状態になるタイミング又は非導通状態になるタイミングを規定する。本実施形態では、負荷制御システム１は調光装置であるから、インタフェース部２５は、ユーザによる操作を受け付け、入力レベルとしての調光レベルの入力を受け付ける。インタフェース部２５は、処理回路１２に対し調光レベルを表す調光信号を出力する。調光信号とは、負荷３の光出力の大きさを指定する数値等であって、負荷３を消灯状態とする「ＯＦＦレベル」を含む場合もある。本実施形態では一例として、インタフェース部２５は、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパネルを有している。タッチパネルは、負荷制御システム１の器体の前側に配置されており、施設の壁等に負荷制御システム１の器体が取り付けられた状態でユーザのタッチ操作を受け付け可能に構成されている。なお、インタフェース部２５は、入力レベル（調光レベル）を表す信号を出力する構成であればよく、例えば可変抵抗器又はロータリスイッチ等であってもよい。

インタフェース部２５は、入力された入力レベル（調光レベル）を表示する表示部（インジケータ）を更に有していることが好ましい。インタフェース部２５は、例えば、複数個のＬＥＤ素子からなる表示部を含み、ＬＥＤ素子の点灯数によって入力レベルを表示する。

処理回路１２は、上述のように、制御部１２１及び付加機能部１２２等の機能を有している。処理回路１２は、例えば、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを主構成とする。マイクロコントローラのメモリに記録されたプログラムを、マイクロコントローラのプロセッサが実行することにより、処理回路１２の各機能が実現される。プログラムは、メモリに記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。以下、処理回路１２が備える各機能について説明する。なお、本実施形態では、処理回路１２が、制御部１２１、及び、付加機能部１２２の機能を有しているが、制御部１２１と付加機能部１２２とは別々の部品で構成されていてもよい。

処理回路１２は、制御部１２１の制御とは異なる処理として、無線通信方式で通信処理を行う付加機能部１２２を備えている。具体的には、付加機能部１２２は、無線局の免許が不要な近距離の無線通信方式で通信を行う無線通信部１２３を含んでいる。本実施形態では、付加機能部１２２は、例えば特定小電力無線の通信規格に準拠した無線通信部１２３を含む。無線通信部１２３は、例えば、制御親機との間で無線通信方式で間欠的に通信を行う。無線通信部１２３は、制御親機から任意のタイミングで送信される無線信号の受信待ちを間欠的に行う。無線通信部１２３が制御親機から無線信号を受信すると、処理回路１２は無線通信部１２３が受信した無線信号に応じた動作を行う。また、処理回路１２は、制御親機からの無線信号に対する応答信号を無線通信部１２３から制御親機に送信させる場合もある。例えば、制御親機が負荷３の制御信号（例えば負荷３の調光信号）を含む無線信号を送信した場合、処理回路１２は、無線通信部１２３が受信した制御信号に応じて負荷３を制御し、制御結果を応答信号として無線通信部１２３から制御親機に送信させる。本実施形態では、無線通信部１２３が間欠的に動作するため、無線通信部１２３を含む付加機能部１２２の消費電力は一定ではない。無線通信部１２３の送信時には無線通信部１２３の消費電力が増加する。また、周囲のノイズ環境の悪化により通信エラーが増加すると、無線通信部１２３の受信回数や送信回数が増えることで、無線通信部１２３の消費電力が更に増加する。なお、無線通信部１２３は、特定小電力無線の通信規格に準拠した通信モジュールに限定されず、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に準拠した通信モジュールでもよい。

ゼロクロス検出回路２０１，２０２は、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に印加される交流電圧Ｖac（以下、スイッチ間電圧ともいう）の大きさを検出することで、スイッチ間電圧のゼロクロス点を検出するように構成されている。

ゼロクロス検出回路２０１は、接続端子ＴＡ１に電気的に接続されている。ゼロクロス検出回路２０１は、負荷制御システム１の基準電位に対する接続端子ＴＡ１の電圧の絶対値と、基準値（例えば、１０〔Ｖ〕）とを比較することにより、スイッチ間電圧が負極性から正極性に切り替わる際のゼロクロス点を検出する。つまり、ゼロクロス検出回路２０１は、正極性のスイッチ間電圧の絶対値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し、検出信号ＺＣ１を処理回路１２に出力する。

ゼロクロス検出回路２０２は、接続端子ＴＡ２に電気的に接続されている。ゼロクロス検出回路２０２は、負荷制御システム１の基準電位に対する接続端子ＴＡ２の電圧の絶対値と、基準値（例えば、１０〔Ｖ〕）とを比較することにより、スイッチ間電圧が正極性から負極性に切り替わる際のゼロクロス点を検出する。つまり、ゼロクロス検出回路２０２は、負極性のスイッチ間電圧の絶対値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し、検出信号ＺＣ２を処理回路１２に出力する。

したがって、ゼロクロス検出回路２０１，２０２で検出されるゼロクロス点の検出タイミングは、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ことになる。

制御部１２１は、ゼロクロス検出回路２０１，２０２によるゼロクロス点の検出結果と、負荷３の調光レベルとに基づいて、スイッチ１１を導通状態又は非導通状態に制御することで、負荷３に供給する交流電圧Ｖacを位相制御する。制御部１２１は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々を別々に制御することで、スイッチ１１を導通状態又は非導通状態に制御する。具体的には、制御部１２１は、制御信号Ｓ１，Ｓ２をレベルシフト回路１９１，１９２に出力し、レベルシフト回路１９１，１９２を介してスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々を別々に制御する。

本実施形態では、制御部１２１は、交流電圧Ｖacの半周期ごとの期間途中で、負荷３への給電を遮断する「逆位相制御」を行っている。図２は、制御部１２１が逆位相制御を行っている場合の交流電圧「Ｖac」、負荷３に印加される負荷電圧「ＶＬ」、スイッチ１１の両端間の電圧「Ｖ１０」を示している。制御部１２１は、交流電圧Ｖacの半サイクルごとにゼロクロス点（時間ｔ０，ｔ３）から、第１供給期間ＴＡ１が経過したタイミング（時間ｔ１，ｔ４）でスイッチ１１を導通状態に制御して負荷３に電力を供給する。制御部１２１は、スイッチ１１を導通状態に制御してから、期間Ｔ１０が経過したタイミング（時間ｔ２，ｔ５）で、スイッチ１１を非導通状態に制御し、負荷３への給電を遮断する。期間Ｔ１０の時間幅は、負荷３の調光レベルに応じた時間幅である。これにより、制御部１２１は、インタフェース部２５又は付加機能部１２２からの調光信号に基づいて、交流電圧Ｖacの半サイクルごとに、調光レベルに応じた時間幅の期間Ｔ１０だけ負荷３に電力を供給でき、負荷３を調光点灯することができる。

次に、電源回路２４について説明する。電源回路２４は、交流電源２から供給される電力を受けて、制御部１２１及び付加機能部１２２を有する処理回路１２に供給する電力を生成する。

本実施形態では、電源回路２４は、定電流電源部１３と、定電圧制御部１６と、第２電源であるＤＣ／ＤＣコンバータ（図中「ＤＣ／ＤＣ」と表記）１７と、を備えている。また、定電流電源部１３は、第１リニア電源１４と、第１蓄電部Ｃ１と、電流制限回路１５と、を備えている。

定電流電源部１３の第１リニア電源１４は、ダイオードＤ１を介して接続端子ＴＡ１に電気的に接続され、ダイオードＤ２を介して接続端子ＴＡ２に電気的に接続されている。これにより、ダイオードＤ１，Ｄ２と、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々のボディダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に印加される交流電圧Ｖacが全波整流されて、第１リニア電源１４に供給される。したがって、スイッチ１１が非導通状態にある場合、第１リニア電源１４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１リニア電源１４は、例えば、シリーズレギュレータ方式のドロッパ電源である。第１リニア電源１４に全波整流された交流電圧Ｖacが印加されると、第１リニア電源１４は印加された電圧の降圧及び平滑を行い、直流電圧を生成する。また、本実施形態では、処理回路１２が、第１リニア電源１４に含まれている半導体スイッチの制御端子に制御信号Ｓ３を出力することによって、第１リニア電源１４（すなわち電源回路２４）の入力インピーダンスを変化させることができる。処理回路１２は、第１リニア電源１４の入力インピーダンスを相対的に高い第１状態と相対的に低い第２状態とのいずれかに切り替えることができる。処理回路１２が、信号レベルが「Ｈｉ」の制御信号Ｓ３を第１リニア電源１４に出力すると、第１リニア電源１４の入力インピーダンスが第１状態に切り替わり、電源回路２４が電力の生成動作を停止する状態となる。また、処理回路１２が、信号レベルが「Ｌｏ」の制御信号Ｓ３を第１リニア電源１４に出力すると、第１リニア電源１４の入力インピーダンスが第２状態に切り替わり、電源回路２４が電力の生成動作を実行する状態となる。

第１蓄電部Ｃ１は例えば電解コンデンサのようなコンデンサを含む。第１蓄電部Ｃ１は、第１リニア電源１４の出力側に接続されている。第１リニア電源１４に全波整流された交流電圧Ｖacが印加されると、第１リニア電源１４は入力電圧を降圧及び平滑した直流電圧を出力し、第１リニア電源１４の出力電圧によって第１蓄電部Ｃ１が充電され、第１蓄電部Ｃ１の両端に充電電圧ＶＣ１が発生する。

本実施形態の負荷制御システム１は、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１を検出する第１電圧検出部（電圧検出部）２１を備えている。第１電圧検出部２１は、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１を所定の分圧比で分圧した電圧を制御部１２１に出力する。制御部１２１は、第１電圧検出部２１の検出結果に応じて、定電流電源部１３が交流電源２から電力の供給を受ける供給期間を制御する。具体的には、制御部１２１は、第１電圧検出部２１の検出電圧が所定の閾値より高い場合の供給期間に比べて、第１電圧検出部２１の検出電圧が閾値以下である場合の供給期間を長くする。これにより、第１蓄電部Ｃ１の電圧が閾値以下に低下すると、制御部１２１は、供給期間を長くすることで、第１蓄電部Ｃ１の電圧を上昇させることができ、定電流電源部１３の供給電力が不足する可能性を低減できる。

第１蓄電部Ｃ１には第２リニア電源１８が接続されており、第２リニア電源１８は、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１を降圧及び平滑して、レベルシフト回路１９１，１９２の動作用の電圧Ｖ４を生成する。

また、第１蓄電部Ｃ１には電流制限回路１５が接続されており、電流制限回路１５の出力側には定電圧制御部１６が接続されている。電流制限回路１５は、第１蓄電部Ｃ１から定電圧制御部１６に流れる電流を所定の電流値以下に制限する。ここで、電流制限回路１５によって電流値が例えば１．５〔ｍＡ〕以下に制限される。

定電流電源部１３の後段には、定電圧制御部１６が設けられている。定電圧制御部１６は、電流制限回路１５の出力電流によって充電される第２蓄電部Ｃ２と、第２蓄電部Ｃ２の両端電圧を定電圧に保つ定電圧デバイスと、を含み、第２蓄電部Ｃ２から制御部１２１及び付加機能部１２２に給電される。第２蓄電部Ｃ２は例えば電解コンデンサのようなコンデンサを含む。定電圧デバイスは例えばツェナーダイオードＺＤ１であり、第２蓄電部Ｃ２と並列に、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ１との直列回路が接続されている。第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１によって第２蓄電部Ｃ２が充電され、第２蓄電部Ｃ２の両端電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧（例えばＤＣ１８Ｖ）を超えると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通して抵抗Ｒ１に電流が流れる。つまり、定電圧デバイスは、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が定電圧（ツェナー電圧）に達すると両端電圧Ｖ２を定電圧にクランプすることによって、定電流電源部１３が定電流を出力する動作を継続させるツェナーダイオードＺＤ１を含む。換言すると、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が一定電圧（ツェナー電圧）を超えると、第２蓄電部Ｃ２と並列にインピーダンス要素である抵抗Ｒ１を接続するスイッチ回路としてツェナーダイオードＺＤ１を備えている。第２蓄電部Ｃ２がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧まで充電されると、電流制限回路１５の出力電流がツェナーダイオードＺＤ１を介して流れることによって、処理回路１２（制御部１２１及び付加機能部１２２）での消費電流に関係無く、電流制限回路１５は所定の電流値の電流を定常的に流す状態となる。これにより、付加機能部１２２を含む処理回路１２の消費電力が低い場合でも、電流制限回路１５が所定の電流値の電流を定常的に流すことによって、定電流電源部１３が交流電源２から電力供給を受ける供給期間が固定の期間に制限されるのを抑制できる。なお、電流制限回路１５が所定の電流値の電流を定常的に流すことによって、電流制限回路１５に流れる電流が所定の電流値以下に制限されることになる。

第２蓄電部Ｃ２の出力側には、第２電源であるＤＣ／ＤＣコンバータ１７が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、第２蓄電部Ｃ２を電源として、安定化した電圧Ｖ３（例えばＤＣ３．３Ｖ）を出力する。つまり、第２電源であるＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、第１電源である定電流電源部１３からの定電流電力を受けて、制御部１２１及び付加機能部１２２に電力供給する。このように、第２蓄電部Ｃ２の出力側に、第２蓄電部Ｃ２を電源として安定化した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１７が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力側に付加機能部１２２を含む処理回路１２が接続される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７によって安定化された電圧が付加機能部１２２を含む処理回路１２に供給されるので、処理回路１２の動作が安定する。

ここで、本実施形態の負荷制御システム１は、第２電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ１７）の入力電圧（つまり、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２）を検出する第２電圧検出部（入力電圧検出部）２２を備えている。第２電圧検出部２２は、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２を所定の分圧比で分圧した電圧を制御部１２１に出力する。制御部１２１は、第２電圧検出部２２の検出結果に応じて、付加機能部１２２の動作を制御する。具体的には、制御部１２１は、第２電圧検出部（入力電圧検出部）２２の検出電圧が停止閾値以下になると、付加機能部１２２の動作を制限する。なお、付加機能部１２２の動作を制限するとは、付加機能部１２２の動作を停止することでもよいし、付加機能部１２２を消費電流が制限された省電力モードで動作することでもよい。第２電圧検出部２２の検出電圧が停止閾値以下になると、制御部１２１が付加機能部１２２の動作を制限することによって、供給電力が不足した状態で付加機能部１２２が動作する可能性を低減できる。

ここで、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が１８Ｖ、電流制限回路１５に流れる電流の制限値が１．５ｍＡ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力電圧Ｖ３が３．３Ｖ、変換効率が８０％である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７から供給可能な電流Ｉ１は６．５ｍＡとなる。すなわち、Ｉ１＝１８×１．５×０．８／３．３＝６．５（ｍＡ）となる。電流制限回路１５での電圧降下を３Ｖと想定すると、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧が２１Ｖ以上であれば、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２を１８Ｖとすることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７から供給可能な電流Ｉ１として６．５ｍＡを確保できる。つまり、付加機能部１２２を含む処理回路１２の消費電流の最大値が６．５ｍＡである場合、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧が２１Ｖ以上であれば、処理回路１２の動作に必要な電力を確保できる。よって、本実施形態では、処理回路１２は、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１が２１Ｖ以上となるように、第１リニア電源１４が交流電源２から電力の供給を受ける供給期間を制御するのである。

ここで、定電流電源部１３の出力電力は処理回路１２の平均的な消費電力を賄える程度に設定されており、処理回路１２の消費電力が平均値に収まっていれば、定電流電源部１３からの出力電力で処理回路１２に電力が供給される。一方、処理回路１２の消費電力が平均値を超えた場合は、定電流電源部１３からの出力電流に加えて第２蓄電部Ｃ２からの放電電流が処理回路１２に供給されることで、処理回路１２に必要な電力が供給される。よって、定電流電源部１３の出力容量は、処理回路１２の最大消費電力よりも低く設定でき、負荷制御システム１の小型化を図ることができる。

（３）動作
（３．１）電源部の動作
本実施形態の負荷制御システム１の施工時に、接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に負荷３を介して交流電源２が接続されると、交流電源２から交流電圧Ｖacが接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に印加される。接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間に印加された交流電圧Ｖacは、ダイオードＤ１，Ｄ２とスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のボディダイオードとで構成される全波整流器によって全波整流され、整流後の脈流電圧が定電流電源部１３に入力される。定電流電源部１３では、整流後の脈流電圧が第１リニア電源１４に入力され、第１リニア電源１４によって所定の電圧値の直流電圧に変換され、第１蓄電部Ｃ１の両端に充電電圧ＶＣ１が発生する。このとき、電流制限回路１５から所定の電流値の電流が出力されて第２蓄電部Ｃ２が充電され、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通することによって、定電流電源部１３から定電流が出力される状態が継続する。このように、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２は定電圧制御部１６によって定電圧に制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７によって安定化された後、制御部１２１及び付加機能部１２２を含む処理回路１２に供給される。

処理回路１２が起動すると、処理回路１２は、例えば、ゼロクロス検出回路２０１，２０２の検出信号ＺＣ１，ＺＣ２に基づいて、交流電源２の周波数の判定を行う。そして、処理回路１２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、各種の時間等のパラメータの設定を行う。ここで、施工時にはインタフェース部２５から処理回路１２に例えばＯＦＦレベルの調光信号が入力されており、制御部１２１はスイッチ１１を非導通状態に制御して負荷３を消灯させる。

制御部１２１が、インタフェース部２５からの調光信号を受けて、負荷３を調光信号に応じた調光レベルで点灯させる場合の動作を図３に基づいて説明する。ここでは、図３を参照して、交流電圧Ｖacの正極性の半周期における動作を説明する。なお、交流電圧Ｖacの負極性の半周期における動作は、正極性の半周期における動作と同様であるのでその説明は省略する。図３は逆位相制御の動作例であるが、正位相制御の場合も同様の動作となる。

交流電圧Ｖacの極性が時点ｔ１０において負極性から正極性に切り替わり、時点ｔ１１においてゼロクロス検出回路２０１の検出信号ＺＣ１が「Ｈｉ」から「Ｌｏ」に変化すると、制御部１２１は、時点ｔ１２において制御信号Ｓ３を「Ｌｏ」に切り替える。これにより、第１リニア電源１４の入力インピーダンスが第２状態となり、第１リニア電源１４を介して第１蓄電部Ｃ１が充電される。電流制限回路１５は、第１蓄電部Ｃ１を電源として、第２蓄電部Ｃ２に定電流を流して第２蓄電部Ｃ２を充電し、第２蓄電部Ｃ２に充電された電荷によって第２蓄電部Ｃ２に充電電圧ＶＣ２が発生する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７が、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２を、所定の電圧値の電圧Ｖ３に変換して処理回路１２等に供給する。

その後、制御部１２１が、時点ｔ１３においてスイッチ素子Ｑ２をオン、時点ｔ１４にスイッチ素子Ｑ１をオンに制御すると、スイッチ１１が導通状態に切り替わる。制御部１２１は、スイッチ素子Ｑ１をオンに制御した時点ｔ１４から、調光レベルに応じた期間Ｔ１０が経過した時点ｔ１６になると、スイッチ素子Ｑ１をオフに切り替えて、負荷３への給電を停止する。これにより、交流電圧Ｖacの各半周期において調光レベルに応じた期間Ｔ１０だけ負荷３に給電されるので、負荷３が調光レベルに応じた明るさで点灯する。また、制御部１２１は、スイッチ素子Ｑ１をオンに制御した時点ｔ１４から所定の待機時間ｄｔ１が経過した時点ｔ１５において、制御信号Ｓ３を「Ｈｉ」に切り替える。待機時間ｄｔ１は、制御部１２１がスイッチ１１をオフからオンに制御した時点から、スイッチ１１が実際にオン状態に切り替わる時点までの時間よりも長い時間に設定されている。これにより、第１リニア電源１４の入力インピーダンスが第１状態となり、第１蓄電部Ｃ１の充電が停止するが、この状態でも、電流制限回路１５は、第１蓄電部Ｃ１を電源として、第２蓄電部Ｃ２に定電流を流して第２蓄電部Ｃ２を充電する。このとき、第２蓄電部Ｃ２に充電された電荷によって第２蓄電部Ｃ２に充電電圧ＶＣ２が発生し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７が、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２を、所定の電圧値の電圧Ｖ３に変換して処理回路１２等に供給する。

ここで、制御部１２１は、次にゼロクロス検出回路２０１又は２０２がゼロクロス点を検出するまでは、制御信号Ｓ３を「Ｈｉ」として、第１リニア電源１４の入力インピーダンスを第１状態とし、電源回路２４に電力の生成動作を停止させている。したがって、電源回路２４が交流電源２から切り離された状態で、ゼロクロス検出回路２０１及び２０２がゼロクロス点を検出できるので、ゼロクロス点の検出精度が向上するという利点がある。

次に、制御部１２１が、第１蓄電部Ｃ１の電圧値に応じて、定電流電源部１３が交流電源２から電力の供給を受ける供給期間を制御する動作について図４を参照して説明する。なお、制御部１２１が、供給期間を変更する制御は、スイッチ１１のオン／オフを制御する制御サイクルの数倍～数十倍の期間である所定の変更時間間隔（例えば１０ｍＳ）で行う。制御部１２１は、上記の変更時間間隔が経過するごとに第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１を監視し、充電電圧ＶＣ１が閾値よりも低い場合は、供給期間を所定時間（例えば１０μＳ）ずつ延ばす動作を繰り返すことによって、供給期間を制御する。

制御部１２１は、負荷３を点灯させている状態で、インタフェース部２５又は付加機能部１２２からの調光信号に基づいて、調光レベルが変化したか否かを監視する（ステップＳＴ１）。

ステップＳＴ１において調光レベルが変化した場合（ＳＴ１：Ｙｅｓ）、制御部１２１は、第１電圧検出部２１によって検出された第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１に基づいて、供給期間の変更処理を行う（ステップＳＴ２）。ここで、制御部１２１は、充電電圧ＶＣ１と所定の閾値とを比較し、充電電圧ＶＣ１が閾値以下になると、供給期間を所定時間だけ長くする。例えば、図３に示すように、交流電圧Ｖacの正極性では、制御部１２１は、スイッチ素子Ｑ１がオンになる時点を時点ｔ１４から所定時間ｄｔ２だけ遅らせることによって、供給期間を時間ｄｔ３だけ長くしている。つまり、交流電圧Ｖacの各半周期において、制御部１２１は、スイッチ１１が非導通状態から導通状態に切り替わる時点を遅らせることによって、供給期間を長くしている。このように、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１が閾値以下になると、制御部１２１は供給期間を所定時間だけ長くするように制御するので、充電電圧ＶＣ１が上昇し、定電流電源部１３の供給電力が不足する可能性を低減できる。また、供給期間を長くするために、制御部１２１は、スイッチ素子Ｑ１がオンになる時点を時間ｄｔ２だけ遅らせているので、負荷３の明るさにちらつきが発生する可能性があるが、制御部１２１は、調光レベルが変化するタイミングで、スイッチ素子Ｑ１がオンになる時点を遅らせることで供給期間を長くしているので、負荷３の明るさに発生するちらつきが目立ちにくいという利点もある。本実施形態では、第１蓄電部Ｃ１の容量を大きくすることで、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１の変化を緩やかにしており、制御部１２１が、所定の変更時間間隔が経過するごとに供給期間を調整する制御を行うことで、供給期間を緩やかに変化させている。

なお、第１蓄電部Ｃ１の両端電圧ＶＣ１が上昇して閾値を超えると、制御部１２１は、供給時間を変更前の時間に戻しており、所定の調光レベルで負荷３を点灯させることができる。

なお、制御部１２１は、調光レベルが変化するタイミング以外でも、第１蓄電部Ｃ１の充電電圧ＶＣ１が閾値以下に下がるのを検知すると、供給期間を長くする制御を行ってもよく、定電流電源部１３の供給電力が不足する可能性を低減できる。

また、制御部１２１は、想定外の無線ノイズの発生、又は、交流電源２の交流電圧Ｖacの電圧変動等によって、処理回路１２が必要な電力を一時的に得られない給電不可状態が発生すると、消費電力を抑制する制御を行っている。制御部１２１が、給電不可状態で消費電力を抑制する動作について図５のフローチャートを参照して説明する。図５に示すフローチャートは、制御部１２１が給電不可状態で消費電力を抑制する動作の一例に過ぎず、処理の順序が適宜変更されてもよいし、処理が適宜追加又は省略されてもよい。

制御部１２１は、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２と停止閾値ＶＬ３との高低を比較することによって、処理回路１２等への供給電力が不足する給電不可状態が発生しているか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。

ステップＳＴ１１の判定において、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が停止閾値ＶＬ３以上であれば（ステップＳＴ１１：Ｎｏ）、制御部１２１は、電源回路２４が処理回路１２に供給する電力が不足していないと判断して、処理を終了する。

一方、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が停止閾値ＶＬ３を下回っていれば（ステップＳＴ１１：Ｙｅｓ）、制御部１２１は、負荷３の明るさの変化が目立たない範囲で、交流電源２から電力の供給を受ける供給時間を長くする。制御部１２１は、供給時間を変化させることによって第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が停止閾値ＶＬ３以上になれば、処理回路１２に供給する電力が不足していない、つまり給電可能と判断し（ステップＳＴ１２：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

一方、制御部１２１は、供給時間を変化させても第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が停止閾値ＶＬ３を下回っていれば、処理回路１２に供給する電力が不足している、つまり給電不能と判断する（ステップＳＴ１２：Ｎｏ）。このとき、制御部１２１は、付加機能部１２２の消費電力を低減させる処理を行う（ステップＳＴ１３）。具体的には、制御部１２１は、付加機能部１２２が備える無線通信部１２３を間欠動作させる周期を長くする、又は、無線通信部１２３を間欠動作させる場合の動作時間を短くすることで、付加機能部１２２の消費電力を低減させる処理を行って、処理を終了する。これにより、制御部１２１は、供給電力が不足した状態で処理回路１２が動作する可能性を低減できる。

ここで、図６は、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２を示すグラフである。図６中のＶＬ１は第２蓄電部Ｃ２が満充電の時の充電電圧（つまりツェナー電圧）であり、ＶＬ２は復旧閾値、ＶＬ３は停止閾値である。なお、第２蓄電部Ｃ２が満充電の時の充電電圧は、高温時の電圧レベルＶＬ１１と低温時の電圧レベルＶＬ１２との間で温度に応じて変化し得る。

時点ｔ２１から時点ｔ２２までの期間Ｅ１では無線通信部１２３が受信動作を行い、時点ｔ２３から時点ｔ２４までの期間Ｅ２では無線通信部１２３が送信動作を行うため、一時的に第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が低下するが、充電電圧ＶＣ２は停止閾値ＶＬ３よりも高いため、制御部１２１は付加機能部１２２の動作を制限はしない。一方、通信環境の悪化などの原因で受信処理が正常に行えず、時点ｔ２５から時点ｔ２６までの期間Ｅ３に無線通信部１２３が受信処理を継続したために、時点ｔ２６において充電電圧ＶＣ２が停止閾値ＶＬ３を下回ると、制御部１２１は、無線通信部１２３の通信処理を停止させる。無線通信部１２３が通信処理を停止すると、処理回路１２での消費電力が低下するため、第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が徐々に上昇する。これにより、供給電力が不足する状態で処理回路１２が動作する可能性を抑制できる。その後、時点ｔ２７において充電電圧ＶＣ２が復旧閾値ＶＬ２を超えると、制御部１２１は、付加機能部１２２の動作の制限を解除し、無線通信部１２３の送受信を許可する。

負荷制御システム１の使用中は、制御部１２１が、ステップＳＴ１～ＳＴ２、ステップＳＴ１１～ＳＴ１３の処理を定期又は不定期に実行することで、定電流電源部１３が交流電源２から電力の供給を受ける供給期間が調整され、給電能力が不足する場合は付加機能部１２２の消費電流を抑制する処理が行われる。

（４）変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、負荷制御システム１と同様の機能は、負荷制御システム１の制御用のコンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。

以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

本開示における負荷制御システム１、又は負荷制御システム１の制御方法の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における負荷制御システム１、又は負荷制御システム１の制御方法の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムで読み取り可能な非一時的な記録媒体は、メモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等である。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１又は複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるものでもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ使い方が可能である。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、負荷制御システム１は、１つの器体に収まる１つの装置にて実現されているが、負荷制御システム１の各機能が２以上の装置に分散して設けられてもよい。負荷制御システム１の少なくとも一部の機能は、例えば、クラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されてもよい。

上記実施形態では、付加機能部１２２が無線通信部１２３であったが、付加機能部１２２は無線通信部１２３に限定されない。付加機能部１２２は、例えば、ユーザが音声で発した命令を認識する音声認識機能でもよい。付加機能部１２２が音声認識機能である場合、スイッチング動作とは異なる処理とは、ユーザが発した音声を認識して、ユーザの命令を取得する処理である。ここにおいて、ユーザの命令が負荷３を制御するための制御命令である場合、処理回路１２は、ユーザの命令に基づいて負荷３を制御する。また、ユーザの命令が、ユーザの質問に対する応答を要求する命令である場合、処理回路１２は、外部のサーバ装置と通信する通信機能を用いて外部のサーバ装置と通信を行って、サーバ装置から質問に対する応答の内容を取得する。そして、処理回路１２は、取得した応答の内容を例えばスピーカから出力したり、表示モニタに出力させたりする。ここで、付加機能部１２２である音声認識機能がユーザの発した音声の認識処理を行い、処理回路１２が認識結果に基づく動作を行うことで、音声認識機能を含む処理回路１２の消費電力が増加する。

上記実施形態の負荷制御システム１は、光源としてＬＥＤ素子を用いた負荷３に限らず、コンデンサインプット型の回路を搭載し、インピーダンスが高く、少ない電流で点灯する光源に適用可能である。この種の光源としては、例えば有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子が挙げられる。また、負荷制御システム１は、例えば放電灯など、様々な光源の負荷３に適用可能である。

さらに、負荷制御システム１によって制御される負荷３は、照明負荷に限らず、例えば、ヒータ、又はファン等であってもよい。負荷３がヒータである場合、負荷制御システム１は、ヒータに供給する平均電力を調節することでヒータの発熱量を調節する。また、負荷３がファンである場合、負荷制御システム１は、ファンの回転速度を調節するレギュレータを構成する。

また、スイッチ１１は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２で構成されるものに限らず、例えば、逆直列に接続された２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等で構成されていてもよい。さらに、スイッチ１１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のボディダイオードに限らず、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。また、スイッチ１１は、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）等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ってもよい。この構成によれば、スイッチ１１の導通損失の低減を図ることができる。

また、スイッチ１１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、スイッチ１１が、導通状態又は非導通状態の状態が変わらなければよい。

また、制御部１２１によるスイッチ１１の制御方式は、上述した例に限らず、交流電圧Ｖacの半周期の途中から次のゼロクロス点までの期間に一対の接続端子ＴＡ１，ＴＡ２間が導通する、正位相制御方式でもよい。

さらに、負荷制御システム１の制御部１２１の制御方式は、正位相制御方式及び逆位相制御方式のいずれにも対応可能なユニバーサル制御方式であってもよい。

また、上記の実施形態では、負荷制御システム１が２線式の場合について説明したが、この構成に限らず、負荷制御システム１は、例えば、３本の電線を接続可能な、いわゆる三路スイッチ、又は４本の電線を接続可能な、いわゆる四路スイッチ等であってもよい。負荷制御システム１が三路スイッチを構成する場合、２つの負荷制御システム１を組み合わせることにより、負荷３への通電状態を、例えば、建物における階段の上階部分と下階部分との２箇所で切り替えることが可能である。

また、電圧などの２値の比較において、「以上」としているところは「より大きい」であってもよい。つまり、２値の比較において、２値が等しい場合を含むか否かは、基準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、「超える」としているところは「以上」であってもよい。同様に、「下回る」又は「未満」としているところは「以下」であってもよいし、「以下」としているところは「未満」であってもよい。

（実施形態２）
以下、実施形態２に係る負荷制御システム１について説明する。なお、実施形態２の負荷制御システム１の回路構成は実施形態１の負荷制御システム１の回路構成と同様であるので、その説明は省略する。

実施形態２の負荷制御システム１は、図１に示すように、スイッチ１１と、制御部１２１と、付加機能部１２２と、定電流電源部１３と、を備える。スイッチ１１は、交流電源２に対して負荷３と直列に接続され、負荷３に供給する交流電圧Ｖａｃの位相を制御する。制御部１２１は、スイッチ１１を導通状態または非導通状態に制御する。付加機能部１２２は、制御部１２１の制御とは異なる処理を行う。定電流電源部１３は、交流電源２から供給される電力を受けて、定電流電力を生成する。定電流電源部１３は、交流電源２からの入力電流によって充電される第１蓄電部Ｃ１を有する。定電流電源部１３の後段に、定電流電源部１３の出力電流によって充電される第２蓄電部Ｃ２が設けられる。第２蓄電部Ｃ２の充電電圧が一定電圧を超えると、第２蓄電部Ｃ２と並列にインピーダンス要素（抵抗Ｒ１）を接続するスイッチ回路が設けられている。第２蓄電部Ｃ２から制御部１２１及び付加機能部１２２に給電される。

ここで、インピーダンス要素は例えば抵抗Ｒ１であるが、インピーダンス要素は抵抗Ｒ１に限らず、一定の抵抗値を有する回路要素であればよい。

また本実施形態では、スイッチ回路が、インピーダンス要素（抵抗Ｒ１）と直列に接続されるツェナーダイオードＺＤ１を含む。第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が一定電圧（ツェナー電圧）を超えると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通状態になることで第２蓄電部Ｃ２と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続する。これにより、第２蓄電部Ｃ２がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧まで充電されると、電流制限回路１５の出力電流がツェナーダイオードＺＤ１を介してインピーダンス要素（Ｒ１）に流れることによって、処理回路１２（制御部１２１及び付加機能部１２２）での消費電流に関係無く、電流制限回路１５は所定の電流値の電流を定常的に流す状態となる。

なお、制御部１２１及び付加機能部１２２の消費電力が変動した場合には第２蓄電部Ｃ２から電力が供給されるので、定電流電源部１３の供給電力が不足する可能性を低減することができる。よって、定電流電源部１３の出力容量が処理回路１２の最大消費電力に合わせて設定される場合に比べて、定電流電源部１３の小型化を図ることができる。

ここで、本実施形態ではスイッチ回路がツェナーダイオードＺＤ１で構成されているが、スイッチ回路はトランジスタなどのスイッチ素子で構成されてもよい。第２蓄電部Ｃ２の充電電圧ＶＣ２が一定電圧を超えると、制御部１２１がスイッチ素子をオフからオンに切り替えることで、第２蓄電部Ｃ２と並列にインピーダンス要素を接続する。このとき、電流制限回路１５の出力電流がスイッチ素子を介してインピーダンス要素（Ｒ１）に流れるので、処理回路１２（制御部１２１及び付加機能部１２２）での消費電流に関係無く、電流制限回路１５は所定の電流値の電流を定常的に流す状態となる。

また、負荷制御システム１は、交流電源２から負荷３へ給電する給電期間、及び、交流電源２から負荷３への給電が停止した給電停止期間のそれぞれで、ツェナーダイオードＺＤ１が、第２蓄電部Ｃ２の両端電圧を定電圧に保つ動作を行う。この場合、負荷３の動作状態に関係無く、ツェナーダイオードＺＤ１が、第２蓄電部Ｃ２の両端電圧を定電圧に保つ動作を行うことで、制御部１２１及び付加機能部１２２の消費電力に関係無く、定電流電源部１３は定電流を出力することができる。

また、本実施形態においても、制御部１２１は、第２電圧検出部（入力電圧検出部）２２の検出電圧が停止閾値以下になると、付加機能部１２２の動作を制限する。なお、付加機能部１２２の動作を制限するとは、付加機能部１２２の動作を停止することでもよいし、付加機能部１２２を消費電流が制限された省電力モードで動作することでもよい。第２電圧検出部２２の検出電圧が停止閾値以下になると、付加機能部１２２の動作を制限することによって、供給電力が不足した状態で付加機能部１２２が動作する可能性を低減できる。

なお、負荷制御システム１は、交流電源２から負荷３へ給電する給電期間のみに、ツェナーダイオードＺＤ１が、第２蓄電部Ｃ２の両端電圧を定電圧に保つ動作を行ってもよい。例えば、給電期間以外は、制御部１２１が、ツェナーダイオードＺＤ１と直列に接続されるスイッチをオフにすることで、ツェナーダイオードＺＤ１を介して電流が流れる経路を遮断してもよい。給電期間以外は、ツェナーダイオードＺＤ１を介して電流が流れる経路を遮断することで消費電力を低減できる。

なお、実施形態２で説明した構成はそれ単独でも実行し得る態様であり、実施形態１の構成を前提とすることは必須ではない。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様の負荷制御システム（１）は、スイッチ（１１）と、制御部（１２１）と、付加機能部（１２２）と、定電流電源部（１３）と、を備える。スイッチ（１１）は、交流電源（２）に対して負荷（３）と直列に接続され、負荷（３）に供給する交流電圧（Ｖａｃ）の位相を制御する。制御部（１２１）は、スイッチ（１１）を導通状態または非導通状態に制御する。付加機能部（１２２）は、制御部（１２１）の制御とは異なる処理を行う。定電流電源部（１３）は、交流電源（２）から供給される電力を受けて、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に供給するための定電流電力を生成する。定電流電源部（１３）は、交流電源（２）からの入力電流によって充電される蓄電部（Ｃ１）を有し、蓄電部（Ｃ１）を電源として制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に供給するための定電流電力を生成する。制御部（１２１）は、蓄電部（Ｃ１）の電圧値に応じて、定電流電源部（１３）が交流電源（２）から電力の供給を受ける供給期間を制御する。

この態様によれば、制御部（１２１）が蓄電部（Ｃ１）の電圧値に応じて供給期間を制御することによって、蓄電部（Ｃ１）の充電量を調整できるから、定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第２の態様の負荷制御システム（１）は、第１の態様において、蓄電部（Ｃ１）の電圧を検出する電圧検出部（２１）を更に備える。制御部（１２１）は、電圧検出部（２１）の検出電圧に応じて、供給期間を制御する。

この態様によれば、制御部（１２１）が電圧検出部（２１）の検出電圧に応じて供給期間を制御することによって、定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第３の態様の負荷制御システム（１）では、第２の態様において、制御部（１２１）は、電圧検出部（２１）の検出電圧が閾値より高い場合の供給期間に比べて、電圧検出部（２１）の検出電圧が閾値以下である場合の供給期間を長くする。

この態様によれば、電圧検出部（２１）の検出電圧が閾値以上である場合は制御部（１２１）が供給期間を長くするので、定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第４の態様の負荷制御システム（１）では、第１～３のいずれかの態様において、蓄電部（Ｃ１）が第１蓄電部（Ｃ１）である。定電流電源部（１３）の後段に、定電流電源部（１３）の出力電流によって充電される第２蓄電部（Ｃ２）が設けられる。第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧を超えると、第２蓄電部（Ｃ２）と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続するスイッチ回路が設けられる。第２蓄電部（Ｃ２）から制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に給電される。

この態様によれば、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧を超えると、スイッチ回路が、第２蓄電部（Ｃ２）と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続するので、定電流電源部（１３）は定電流を出力する動作を継続して行い、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧に保たれる。よって、定電流電源部（１３）から一定の電力を制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に供給できる。また、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）の消費電力が変動した場合には第２蓄電部（Ｃ２）から電力が供給されるので、定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第５の態様の負荷制御システム（１）は、スイッチ（１１）と、制御部（１２１）と、付加機能部（１２２）と、定電流電源部（１３）と、を備える。スイッチ（１１）は、交流電源（２）に対して負荷（３）と直列に接続され、負荷（３）に供給する交流電圧（Ｖａｃ）の位相を制御する。制御部（１２１）は、スイッチ（１１）を導通状態または非導通状態に制御する。付加機能部（１２２）は、制御部（１２１）の制御とは異なる処理を行う。定電流電源部（１３）は、交流電源（２）から供給される電力を受けて、定電流電力を生成する。定電流電源部（１３）は、交流電源（２）からの入力電流によって充電される第１蓄電部（Ｃ１）を有する。定電流電源部（１３）の後段に、定電流電源部（１３）の出力電流によって充電される第２蓄電部（Ｃ２）が設けられる。第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧（ＶＣ２）が一定電圧を超えると、第２蓄電部（Ｃ２）と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続するスイッチ回路が設けられる。第２蓄電部（Ｃ２）から制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に給電される。

この態様によれば、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧を超えると、スイッチ回路が、第２蓄電部（Ｃ２）と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続するので、定電流電源部（１３）は定電流を出力する動作を継続して行い、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧に保たれる。よって、定電流電源部（１３）から一定の電力を制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に供給できる。また、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）の消費電力が変動した場合には第２蓄電部（Ｃ２）から電力が供給されるので、定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第６の態様の負荷制御システム（１）では、第５の態様において、スイッチ回路が、インピーダンス要素（Ｒ１）と直列に接続されるツェナーダイオード（ＺＤ１）を含む。第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧を超えると、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が導通状態になることで第２蓄電部（Ｃ２）と並列にインピーダンス要素（Ｒ１）を接続する。

この態様によれば、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧が一定電圧を超えると、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が導通状態となることで、定電流電源部（１３）に定電流を出力する動作を継続して行わせることができる。

第７の態様の負荷制御システム（１）では、第６の態様において、交流電源（２）から負荷（３）へ給電する給電期間において、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧を一定電圧に保つ動作を行う。

この態様によれば、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧を一定電圧に保つ動作を行うことで、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）の消費電力に関係無く、定電流電源部（１３）は定電流を出力することができる。

第８の態様の負荷制御システム（１）では、第７の態様において、交流電源（２）から負荷（３）へ給電する給電期間、及び、交流電源（２）から負荷（３）への給電が停止した給電停止期間のそれぞれで、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧を一定電圧に保つ動作を行う。

この態様によれば、ツェナーダイオード（ＺＤ１）が、第２蓄電部（Ｃ２）の充電電圧を一定電圧に保つ動作を行うことで、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）の消費電力に関係無く、定電流電源部（１３）は定電流を出力することができる。

第９の態様の負荷制御システム（１）では、第５～８のいずれかの態様において、定電流電源部（１３）が第１電源である。負荷制御システム（１）は、第１電源からの定電流電力を受けて、制御部（１２１）及び付加機能部（１２２）に電力供給する第２電源（１７）と、第２電源（１７）の入力電圧を検出する入力電圧検出部（２２）と、を更に備える。制御部（１２１）は、入力電圧検出部（２２）の検出電圧が停止閾値以下になると、付加機能部（１２２）の動作を制限する。

この態様によれば、入力電圧検出部（２２）の検出電圧が停止閾値以下になると、付加機能部（１２２）の動作を制限することによって、供給電力が不足した状態で付加機能部（１２２）が動作する可能性を低減できる。

第１０の態様の負荷制御システム（１）では、第１～９のいずれかの態様において、付加機能部（１２２）は、間欠的な送受信が可能な無線通信部（１２３）を含む。

この態様によれば、無線通信部（１２３）が間欠的な送受信を行うことによって、無線通信部（１２３）での消費電力が変動するとしても定電流電源部（１３）の供給電力が不足する可能性を低減することができる。

第２～４及び１０の態様に係る構成については、第１の態様に係る負荷制御システム（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。また、第６～第１０の態様に係る構成については、第５の態様に係る負荷制御システム（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１ 負荷制御システム
２ 交流電源
３ 負荷
１１ スイッチ
１３ 定電流電源部（第１電源）
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２電源）
２１ 第１電圧検出部（電圧検出部）
２２ 第２電圧検出部（入力電圧検出部）
１２２ 付加機能部
１２３ 無線通信部
Ｃ１ 第１蓄電部（蓄電部）
Ｃ２ 第２蓄電部
Ｒ１ 抵抗（インピーダンス要素）
Ｖａｃ 交流電圧
ＺＤ１ ツェナーダイオード（スイッチ回路）

Claims (9)

1. 交流電源に対して負荷と直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧の位相を制御するスイッチと、
   前記スイッチを導通状態または非導通状態に制御する制御部と、
   前記制御部の制御とは異なる処理を行う付加機能部と、
   前記交流電源から供給される電力を受けて、前記制御部及び前記付加機能部に供給するための定電流電力を生成する定電流電源部と、を備え、
   前記定電流電源部は、前記交流電源からの入力電流によって充電される第１蓄電部を有し、前記第１蓄電部を電源として前記制御部及び前記付加機能部に供給するための定電流電力を生成し、
   前記制御部は、前記第１蓄電部の電圧値に応じて、前記定電流電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を制御し、
   前記定電流電源部の後段に、前記定電流電源部の出力電流によって充電される第２蓄電部が設けられ、
   前記第２蓄電部の充電電圧が一定電圧を超えると、前記第２蓄電部と並列にインピーダンス要素を接続するスイッチ回路が設けられ、
   前記第２蓄電部から前記制御部及び前記付加機能部に給電される、
   負荷制御システム。
2. 前記第１蓄電部の電圧を検出する電圧検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部の検出電圧に応じて、前記供給期間を制御する、
   請求項１に記載の負荷制御システム。
3. 前記制御部は、前記電圧検出部の検出電圧が閾値より高い場合の前記供給期間に比べて、前記電圧検出部の検出電圧が前記閾値以下である場合の前記供給期間を長くする、
   請求項２に記載の負荷制御システム。
4. 交流電源に対して負荷と直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧の位相を制御するスイッチと、
   前記スイッチを導通状態または非導通状態に制御する制御部と、
   前記制御部の制御とは異なる処理を行う付加機能部と、
   前記交流電源から供給される電力を受けて、定電流電力を生成する定電流電源部と、を備え、
   前記定電流電源部は、前記交流電源からの入力電流によって充電される第１蓄電部を有し、
   前記定電流電源部の後段に、前記定電流電源部の出力電流によって充電される第２蓄電部が設けられ、
   前記第２蓄電部の充電電圧が一定電圧を超えると、前記第２蓄電部と並列にインピーダンス要素を接続するスイッチ回路が設けられ、
   前記第２蓄電部から前記制御部及び前記付加機能部に給電される、
   負荷制御システム。
5. 前記スイッチ回路が、前記インピーダンス要素と直列に接続されるツェナーダイオードを含み、
   前記第２蓄電部の充電電圧が前記一定電圧を超えると、前記ツェナーダイオードが導通状態になることで前記第２蓄電部と並列に前記インピーダンス要素を接続する、
   請求項４に記載の負荷制御システム。
6. 前記交流電源から前記負荷へ給電する給電期間において、前記ツェナーダイオードが、前記第２蓄電部の充電電圧を前記一定電圧に保つ動作を行う、
   請求項５に記載の負荷制御システム。
7. 前記交流電源から前記負荷へ給電する給電期間、及び、前記交流電源から前記負荷への給電が停止した給電停止期間のそれぞれで、前記ツェナーダイオードが、前記第２蓄電部の充電電圧を前記一定電圧に保つ動作を行う、
   請求項６に記載の負荷制御システム。
8. 前記定電流電源部が第１電源であり、
   前記第１電源からの定電流電力を受けて、前記制御部及び前記付加機能部に電力供給する第２電源と、
   前記第２電源の入力電圧を検出する入力電圧検出部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記入力電圧検出部の検出電圧が停止閾値以下になると、前記付加機能部の動作を制限する、
   請求項４～７のいずれか１項に記載の負荷制御システム。
9. 前記付加機能部は、間欠的な送受信が可能な無線通信部を含む、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の負荷制御システム。

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