WO2017038097A1 - 調光装置 - Google Patents

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WO2017038097A1
WO2017038097A1 PCT/JP2016/003996 JP2016003996W WO2017038097A1 WO 2017038097 A1 WO2017038097 A1 WO 2017038097A1 JP 2016003996 W JP2016003996 W JP 2016003996W WO 2017038097 A1 WO2017038097 A1 WO 2017038097A1
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storage unit
voltage
power storage
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後藤 潔
栄一郎 新倉
賢吾 宮本
智裕 三宅
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a dimming device for dimming a lighting load.
  • a dimming device for dimming an illumination load for example, Patent Document 1.
  • the dimming device described in Patent Document 1 includes a pair of terminals, a control circuit unit, a control power supply unit that supplies control power to the control circuit unit, and a dimming operation unit that sets a dimming level of an illumination load. It has.
  • the control circuit section and the control power supply section are connected in parallel between the pair of terminals.
  • a series circuit of an AC power source and a lighting load is connected between the pair of terminals.
  • the illumination load includes a plurality of LED (Light-Emitting-Diode) elements and a power supply circuit that lights each LED element.
  • the power supply circuit includes a smoothing circuit of a diode and an electrolytic capacitor.
  • the control circuit unit includes a switch unit that controls the phase of the AC voltage supplied to the lighting load, a switch drive unit that drives the switch unit, and a control unit that controls the switch drive unit and the control power supply unit.
  • the control power supply is connected in parallel to the switch.
  • the control power supply unit converts the AC voltage of the AC power supply into a control power supply.
  • the control power supply unit includes an electrolytic capacitor that stores the control power supply.
  • the control unit is supplied with control power from the control power unit through an electrolytic capacitor.
  • the control unit includes a microcomputer.
  • the microcomputer performs anti-phase control for cutting off the power supply to the illumination load during the period of every half cycle of the AC voltage according to the dimming level set by the dimming operation unit.
  • An object of the present invention is to provide a light control device that can cope with more types of lighting loads.
  • the light control device includes a pair of input terminals, a bidirectional switch, an input unit, a power storage unit, a control unit, and a charging unit.
  • the pair of input terminals are electrically connected between a lighting load and an AC power source.
  • the bidirectional switch is configured to switch between bidirectional current blocking / passing between the pair of input terminals.
  • the input unit receives a signal representing a dimming level that specifies the magnitude of the light output of the illumination load.
  • the control unit operates in response to the supply of control power from the power storage unit, and in a lighting mode in which the lighting load is lit, a length corresponding to the dimming level for each half cycle of the AC voltage of the AC power source.
  • the bidirectional switch is controlled to be in an ON state during the ON time.
  • the charging unit causes a current to flow from the pair of input terminals to the power storage unit.
  • the impedance of the charging unit when current is supplied to the power storage unit in the lighting mode is smaller than the impedance of the charging unit when current is supplied to the power storage unit in the extinguishing mode where the lighting load is turned off.
  • the light control device 1 of the present embodiment includes a pair of input terminals 11 and 12, a bidirectional switch 2, a phase detection unit 3, an input unit 4, and a power supply unit. 5, a control unit 6, a switch drive unit 9, diodes D ⁇ b> 1 and D ⁇ b> 2, a stop unit 13, and a voltage detection unit 62.
  • the power supply unit 5 includes a power storage unit 50 and charging units (a first charging unit 51 and a second charging unit 52), and the control unit 6 includes a switching control unit 61.
  • the “input terminal” here may not have an entity as a component (terminal) for connecting an electric wire or the like, for example, a lead of an electronic component or a part of a conductor included in a circuit board Good.
  • the light control device 1 is a two-wire light control device, and is used in a state where it is electrically connected in series with a load 7 with respect to an AC power supply 8.
  • the load 7 is lit when energized.
  • the load 7 includes an LED element as a light source and a lighting circuit that lights the LED element.
  • the AC power supply 8 is, for example, a single-phase 100 [V], 60 [Hz] commercial power supply.
  • the light control device 1 is applicable to a wall switch or the like as an example.
  • the bidirectional switch 2 includes, for example, two elements, a first switch element Q1 and a second switch element Q2, which are electrically connected in series between the input terminals 11 and 12.
  • each of the switch elements Q1 and Q2 is a semiconductor switch element made of an enhancement type n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Field Effect Transistor).
  • the switch elements Q1 and Q2 are connected in reverse so-called between the input terminals 11 and 12. That is, the sources of the switch elements Q1 and Q2 are connected to each other.
  • the drain of the switch element Q1 is connected to the input terminal 11, and the drain of the switch element Q2 is connected to the input terminal 12.
  • the sources of both switch elements Q 1 and Q 2 are connected to the ground of the power supply unit 5.
  • the ground of the power supply unit 5 serves as a reference potential for the internal circuit of the light control device 1.
  • the bidirectional switch 2 can be switched between four states depending on the combination of ON and OFF of the switch elements Q1 and Q2.
  • the four states include a bidirectional off state in which both switch elements Q1 and Q2 are both off, a bidirectional on state in which both switch elements Q1 and Q2 are both on, and only one of the switch elements Q1 and Q2 is on.
  • the switch element Q1 when the switch element Q1 is on and the switch element Q2 is off, the first one-way on state in which current flows from the input terminal 11 toward the input terminal 12 is set. Further, when the switch element Q2 is on and the switch element Q1 is off, the second one-way on state in which current flows from the input terminal 12 toward the input terminal 11 is set. Therefore, when the AC voltage Vac is applied from the AC power supply 8 between the input terminals 11 and 12, the first one-way ON state is “in the positive polarity of the AC voltage Vac, that is, in the half cycle of the input terminal 11 being positive.
  • the “forward ON state” and the second unidirectional ON state are “reverse ON state”.
  • the second one-way on state is the “forward on state” and the first one-way on state is the “reverse on state”. It becomes.
  • both the “bidirectional on state” and the “forward on state” are in the on state, and both the “bidirectional off state” and the “reverse on state” are in the off state. It is.
  • the phase detector 3 detects the phase of the AC voltage Vac applied between the input terminals 11 and 12.
  • the “phase” here includes the zero cross point of the AC voltage Vac and the polarity (positive polarity, negative polarity) of the AC voltage Vac.
  • the phase detection unit 3 is configured to output a detection signal to the control unit 6 when the zero cross point of the AC voltage Vac is detected.
  • the phase detection unit 3 includes a diode D31, a first detection unit 31, a diode D32, and a second detection unit 32.
  • the first detection unit 31 is electrically connected to the input terminal 11 via the diode D31.
  • the second detection unit 32 is electrically connected to the input terminal 12 via the diode D32.
  • the first detector 31 detects a zero cross point when the AC voltage Vac shifts from a negative half cycle to a positive half cycle.
  • the second detector 32 detects a zero cross point when the AC voltage Vac shifts from a positive half cycle to a negative half cycle.
  • the first detection unit 31 determines that it is a zero cross point and controls the first detection signal ZC1. Output to unit 6.
  • the second detection unit 32 detects that the voltage having the input terminal 12 as the positive electrode has shifted from a state below the specified value to a state equal to or higher than the specified value, the second detecting unit 32 determines that it is a zero-cross point, and generates the second detection signal ZC2. Output to the control unit 6.
  • the specified value is a value (absolute value) set near 0 [V].
  • the specified value of the first detector 31 is about several [V]
  • the specified value of the second detector 32 is about several [V]. Therefore, the detection point of the zero cross point detected by the first detection unit 31 and the second detection unit 32 is slightly delayed from the zero cross point (0 [V]) in a strict sense.
  • the input unit 4 receives a signal indicating the dimming level from the operation unit operated by the user, and outputs the signal to the control unit 6 as a dimming signal.
  • the input unit 4 may or may not process the received signal when outputting the dimming signal.
  • the dimming signal is a numerical value or the like that specifies the magnitude of the light output of the load 7 and may include an “OFF level” that turns off the load 7.
  • the operation unit may be configured to output a signal indicating the dimming level to the input unit 4 in response to a user operation.
  • the operation unit may be a variable resistor, a rotary switch, a touch panel, a remote controller, or a communication terminal such as a smartphone. is there.
  • the control unit 6 controls the bidirectional switch 2 based on the detection signal from the phase detection unit 3 and the dimming signal from the input unit 4.
  • the control unit 6 controls each of the switch elements Q1, Q2 separately. Specifically, the control unit 6 controls the switch element Q1 with the first control signal Sb1, and controls the switch element Q2 with the second control signal Sb2. Further, the switching control unit 61 of the control unit 6 outputs a switching signal Sa1 to the second charging unit 52.
  • the switching signal Sa1 switches the interruption / passage of the current flowing through the power storage unit 50 via the second charging unit 52.
  • the control unit 6 includes, for example, a microcomputer as a main component.
  • the microcomputer realizes a function as the control unit 6 by executing a program recorded in a memory of the microcomputer by a CPU (Central Processing Unit).
  • the program may be recorded in advance in a memory of a microcomputer, may be provided by being recorded on a recording medium such as a memory card, or may be provided through an electric communication line.
  • the program is a program for causing a computer (here, a microcomputer) to function as the control unit 6.
  • the switch drive unit 9 includes a first drive unit 91 that drives the switch element Q1 (on / off control) and a second drive unit 92 that drives the switch element Q2 (on / off control).
  • the first drive unit 91 receives the first control signal Sb1 from the control unit 6 and applies a gate voltage to the switch element Q1. Accordingly, the first drive unit 91 performs on / off control of the switch element Q1.
  • the second drive unit 92 receives the second control signal Sb2 from the control unit 6 and applies a gate voltage to the switch element Q2. As a result, the second drive unit 92 performs on / off control of the switch element Q2.
  • the first drive unit 91 generates a gate voltage with reference to the source potential of the switch element Q1. The same applies to the second drive unit 92.
  • the stop unit 13 stops the charging of the power storage unit 50.
  • the control unit 6 Charging of power storage unit 50 is stopped.
  • the stopping unit 13 stops the charging of the power storage unit 50 by electrically shutting off the power supply unit 5 or controlling a semiconductor switch element included in the power supply unit 5.
  • the power supply unit 5 continues to generate the control power supply by the electric charge charged in the power storage unit 50 while the stop signal Ss1 is not input from the control unit 6. In the example of FIG.
  • the stop unit 13 constitutes a series circuit with the power supply unit 5, and the series circuit of the stop unit 13 and the power supply unit 5 is electrically in parallel with the bidirectional switch 2 between the input terminals 11 and 12.
  • the stop unit 13 is a switch electrically connected between the connection point of the pair of diodes D1 and D2 and the power supply unit 5, and receives the stop signal Ss1 from the control unit 6.
  • the power supply unit 5 is electrically disconnected from the input terminals 11 and 12.
  • the “lighting mode” here is a mode in which the load 7 is turned on. In the lighting mode, the control unit 6 performs a bidirectional switch for an ON time having a length corresponding to the dimming level every half cycle of the AC voltage Vac.
  • the bidirectional switch 2 is controlled so that 2 is turned on.
  • the “light-off mode” is a mode in which the load 7 is turned off. In the light-off mode, the bidirectional switch 2 is always off. That is, in the extinguishing mode, the control unit 6 always maintains the bidirectional switch 2 in the off state.
  • the power supply unit 5 includes a power storage unit 50, a first charging unit 51, and a second charging unit 52.
  • the power supply unit 5 is electrically connected to the input terminal 11 via the diode D1, and is electrically connected to the input terminal 12 via the diode D2.
  • the ground of the power supply unit 5 is electrically connected to a connection point of a parasitic diode provided in each of the switch elements Q1 and Q2.
  • the AC voltage Vac applied between the input terminals 11 and 12 is full-wave rectified in a diode bridge composed of the diodes D1 and D2 and the parasitic diodes included in each of the switch elements Q1 and Q2. It is supplied to the power supply unit 5. Therefore, when the bidirectional switch 2 is in the OFF state, the full-wave rectified AC voltage Vac (pulsating voltage output from the diode bridge) is applied to the power supply unit 5.
  • the power storage unit 50 includes a capacitive element (capacitor C1), and the power storage unit 50 serves as a power source for the control unit 6 and the switch drive unit 9.
  • the voltage across the capacitive element C1 is, for example, a constant voltage of 3 [V] or higher. However, a voltage obtained by boosting the voltage across the capacitive element C1 may be applied to the switch driver 9.
  • the first charging unit 51 is a series regulator circuit using resistors R1 and R2, a switch element Q3, and a Zener diode ZD1.
  • a resistor R1 and a switch element Q3 are connected in series between the stop unit 13 and the capacitive element C1 (power storage unit 50).
  • the switch element Q3 is, for example, an npn bipolar transistor, the collector of the switch element Q3 is connected to the resistor R1, and the emitter of the switch element Q3 is connected to the capacitive element C1.
  • a resistor R2 is connected between the stop portion 13 and the base of the switch element Q3.
  • the cathode of the Zener diode ZD1 is connected to the base of the switching element Q3, and the anode of the Zener diode ZD1 is connected to the ground of the power supply unit 5.
  • a pulsating voltage (a voltage obtained by full-wave rectification of the AC voltage Vac) is input to the first charging unit 51 via the diodes D1 and D2
  • the first charging unit 51 converts the input voltage into a constant DC voltage
  • a charging current flows through the capacitive element C1 via the resistor R1 which is an impedance element.
  • the maximum value of the input voltage is about 140 V
  • the resistance value of the resistor R1 is set to several hundred k ⁇ in order to set the input current to several mA.
  • the second charging unit 52 is a circuit that allows current to flow from the input terminals 11 and 12 to the capacitor C1 (power storage unit 50) in the lighting mode of the load 7.
  • the first charging unit 51 also allows current to flow from the input terminals 11 and 12 to the capacitive element C1 even in the lighting mode.
  • the second charging unit 52 includes switch elements Q4 and Q5, resistors R3 and R4, and a diode D11.
  • a switch element Q4 and a diode D11 are connected in series between the stop portion 13 and the capacitive element C1.
  • the switch element Q4 is a pnp bipolar transistor, for example.
  • the emitter of the switch element Q4 is connected to the stop portion 13.
  • the collector of the switch element Q4 is connected to the capacitive element C1 via the diode D11.
  • a resistor R3 is connected between the base and emitter of the switch element Q4, and the base of the switch element Q4 is connected to the ground of the power supply unit 5 via the resistor R4 and the switch element Q5.
  • the switch element Q5 is, for example, an npn type bipolar transistor.
  • the collector of the switch element Q5 is connected to the resistor R4, and the emitter of the switch element Q5 is connected to the ground of the power supply unit 5.
  • the base of the switching element Q5 is connected to the control unit 6, and a switching signal Sa1 is input from the control unit 6 (switching control unit 61) to the base of the switching element Q5.
  • the switching signal Sa1 is an “ON” signal
  • the switch element Q5 is turned on, the switch element Q4 is turned on, and a current flows through the second charging unit 52.
  • the switching signal Sa1 is an “OFF” signal
  • the switch element Q5 is turned off, the switch element Q4 is turned off, and no current flows through the second charging unit 52.
  • the impedance viewed from the input terminals 11 and 12 is lower than that of the first charging unit 51. .
  • the first charging unit 51 and the second charging unit 52 are not limited to the circuit configuration described above.
  • the first charging unit 51 and the second charging unit 52 are appropriately changed as long as the circuit configuration is such that the impedance seen from the input terminals 11 and 12 is lower in the second charging unit 52 than in the first charging unit 51. Is possible. That is, the charging unit (the first charging unit 51 and the second charging unit 52) for the power storage unit 50 has an impedance viewed from the input terminals 11 and 12 that is lower in the lighting mode than in the extinguishing mode. .
  • the voltage detection unit 62 detects the voltage Vc1 across the capacitive element C1, and outputs the detected value of the voltage Vc1 across the control unit 6 (see FIG. 2).
  • the voltage detector 62 may detect the value of the both-end voltage Vc1 as it is, or may detect a voltage divided by a voltage dividing resistor.
  • the control unit 6 detects the detected value (of the capacitive element C1).
  • the voltage Vc1) is compared with a predetermined threshold value Vth1 (see FIG. 3).
  • the threshold value Vth1 is a voltage across the capacitive element C1 when the capacitive element C1 is charged to such an extent that at least the operation of the control unit 6 until the next switching time can be ensured.
  • the threshold value Vth1 a value obtained by adding a predetermined margin to the minimum value Vmin is used as the threshold value Vth1 so that the voltage Vc1 of the capacitive element C1 does not fall below the minimum value Vmin (see FIG. 3) regardless of the dimming level. It is done.
  • the “minimum value Vmin” is the minimum value of the voltage Vc1 necessary for the control unit 6 to operate normally.
  • the stop unit 13 stops the operation of generating the control power in the power storage unit 50 while the stop signal Ss1 input from the control unit 6 is an “OFF” signal (for example, L level).
  • the stopping unit 13 stops the charging of the power storage unit 50 by electrically shutting off the power supply unit 5 or controlling a semiconductor switch element included in the power supply unit 5.
  • the stop unit 13 forms a series circuit with the power supply unit 5.
  • the series circuit of the stop unit 13 and the power supply unit 5 is electrically connected in parallel with the bidirectional switch 2 between the pair of input terminals 11 and 12 via the diode bridge.
  • the stop unit 13 is a switch electrically connected between the connection point of the pair of diodes D1 and D2 and the power supply unit 5, and receives the stop signal Ss1 from the control unit 6. Turn on / off.
  • the stop unit 13 is turned on when the stop signal Ss1 is an “ON” signal (for example, H level), and electrically connects the power supply unit 5 to the input terminals 11 and 12.
  • the stop signal Ss1 is an “OFF” signal, the stop unit 13 is turned off, and the power supply unit 5 is electrically disconnected from the input terminals 11 and 12.
  • the lighting circuit of the load 7 reads the dimming level from the waveform of the AC voltage Vac phase-controlled by the dimmer 1 and changes the magnitude of the light output of the LED element.
  • the lighting circuit has a current securing circuit such as a bleeder circuit as an example. Therefore, it is possible to pass a current through the load 7 even during a period when the bidirectional switch 2 of the light control device 1 is non-conductive.
  • the control unit 6 is activated.
  • the control unit 6 determines the frequency of the AC power supply 8 based on the detection signal of the phase detection unit 3. And the control part 6 sets parameters, such as various time, with reference to the numerical table previously memorize
  • the dimming level input to the input unit 4 is “OFF level”
  • the control unit 6 maintains the bidirectional switch 2 in the bidirectionally off state, so that the pair of input terminals 11, 12 is connected. Is maintained in a high impedance state. Thereby, the load 7 maintains a light extinction state.
  • the first detection signal ZC1 is generated when the first detection signal ZC1 changes from the “H” level to the “L” level.
  • the second detection signal ZC2 is generated when the second detection signal ZC2 changes from the “H” level to the “L” level. That is, the first detection signal ZC1 and the second detection signal ZC2 are signals that change from the “H” level to the “L” level when the zero cross point is detected.
  • the voltage Vc1 of the capacitive element C1 and the stop signal Ss1 will be described in the section “(1.2.3) Control power supply generation operation”.
  • the expression “from time A” includes time A.
  • “from the first time point” means to include the first time point.
  • the expression “until time A” does not include time A but means immediately before time A.
  • “to the end of the half cycle” means not to include the end of the half cycle, but to the point just before the end of the half cycle.
  • the dimmer 1 detects the zero cross point of the AC voltage Vac, which is a reference for phase control, by the phase detector 3.
  • the first detection unit 31 outputs the first detection signal ZC1. Output.
  • the time point at which the first detection signal ZC1 is generated is the first time point t1
  • the period from the positive half-cycle start point (zero cross point) t0 to the first time point t1 is the first time period T1.
  • the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “OFF” signals. Thereby, in the first period T1, both the switch elements Q1 and Q2 are turned off, and the bidirectional switch 2 is in the bidirectional off state. At the first time point t1, the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “ON” signals.
  • the second time point t2 is a time point when the ON time having a length corresponding to the dimming signal has elapsed from the first time point t1.
  • the controller 6 changes the first control signal Sb1 to the “OFF” signal while maintaining the second control signal Sb2 at the “ON” signal.
  • the switch elements Q1 and Q2 are both turned on, and the bidirectional switch 2 is in the bidirectionally on state. Therefore, in the second period T2, power is supplied from the AC power supply 8 to the load 7 via the bidirectional switch 2, and the load 7 is lit.
  • the third time point t3 is a time point that is a certain time (for example, 300 [ ⁇ s]) before the end point (zero cross point) t4 of the half cycle. That is, the third time point t3 is when the time point when the time obtained by subtracting the first period T1 from the half-cycle time has elapsed from the first time point t1 when the first detection signal ZC1 is generated is estimated as the end point t4.
  • the time point is a certain time before the end point t4.
  • the third time point t3 coincides with the timing at which the AC voltage Vac reaches the positive specified value “Vzc” and the timing at which the AC voltage Vac reaches the negative specified value “ ⁇ Vzc”. However, the third time point t3 is determined regardless of the timing at which the AC voltage Vac reaches the positive specified value “Vzc” or the negative specified value “ ⁇ Vzc”.
  • the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “OFF” signals.
  • the switch element Q1 is turned off among the switch elements Q1 and Q2, and the bidirectional switch 2 is turned on in the reverse direction. Therefore, power supply from the AC power supply 8 to the load 7 is cut off in the third period T3.
  • the operation of the light control device 1 when the AC voltage Vac is in the negative half cycle is basically the same as the positive half cycle.
  • the second detection unit 32 In the negative half cycle, when the AC voltage Vac reaches the negative value “ ⁇ Vzc”, the second detection unit 32 outputs the second detection signal ZC2.
  • the period from the start point t0 (t4) of the negative half cycle to the first time point t1 when the second detection signal ZC2 is generated is defined as the first time period T1.
  • the second time point t2 is a time point when an on-time having a length corresponding to the dimming signal has elapsed from the first time point t1
  • the third time point t3 is a fixed time (from the end point t4 (t0) of the half cycle) For example, the time is 300 [ ⁇ s]).
  • the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “OFF” signals.
  • the bidirectional switch 2 is turned off in the first period T1.
  • the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “ON” signals.
  • the switch elements Q1 and Q2 are both turned on, and the bidirectional switch 2 is in the bidirectionally on state. Therefore, in the second period T2, power is supplied from the AC power supply 8 to the load 7 via the bidirectional switch 2, and the load 7 is lit.
  • the control unit 6 sets the second control signal Sb2 to the “OFF” signal while maintaining the first control signal Sb1 at the “ON” signal.
  • the control unit 6 turns the first control signal Sb1 and the second control signal Sb2 into “OFF” signals.
  • the switch element Q2 is turned off among the switch elements Q1 and Q2, and the bidirectional switch 2 is turned on in the reverse direction. Therefore, power supply from the AC power supply 8 to the load 7 is cut off in the third period T3.
  • the switch elements Q1 and Q2 are both turned off, and the bidirectional switch 2 is in the bidirectionally off state.
  • the light control device 1 of the present embodiment alternately performs the positive half-cycle operation and the negative half-cycle operation described above for each half cycle of the AC voltage Vac, thereby dimming the load 7. Do.
  • the time point when the bidirectional switch 2 switches from the bidirectional on state to the reverse direction on state that is, the second time point.
  • t2 corresponds to a “switching point”. Since the time (ON time) from the first time point t1 to the switching time point (second time point t2) is a time according to the dimming level input to the input unit 4, the input terminals 11 and 12 in a half cycle. The time during which the gap is conducted will be defined according to the dimming level.
  • the first time point (the generation of the first detection signal ZC1 or the second detection signal ZC2) from the start point t0 of the half cycle.
  • the time until time t1 is a substantially fixed time.
  • the time from the start point t0 of the half cycle to the switching time point (second time point t2) that is, the first time period T1, and the on time (second time period T2) whose length changes according to the dimming level.
  • the length of the “variable time”, which is the total time, changes according to the dimming level.
  • the variable time is a variable length time
  • the phase at the switching point (second time point t2) with respect to the AC voltage Vac changes according to the dimming level. That is, when the light output of the load 7 is reduced, the variable time is short, and when the light output of the load 7 is large, the variable time is long. Therefore, the magnitude of the light output of the load 7 can be changed according to the dimming level input to the input unit 4.
  • the period from the switching time point (second time point t2) to the end point t4 of the half cycle (third time period T3 and fourth time period T4) is bidirectional.
  • the switch 2 is turned off (reverse direction on state or bidirectional off state).
  • the total period of the third period T3 and the fourth period T4 corresponds to the “off period”.
  • the light control device 1 can secure power supply from the AC power supply 8 to the power supply unit 5 by using this off period.
  • the operation of the power supply unit 5 will be described in detail in the section “(1.2.3) Control power supply generation operation”.
  • the bidirectional switch 2 is also in the OFF state during the period from the start point (zero cross point) t0 of the half cycle to the first time point t1. Therefore, when attention is paid to two consecutive half cycles, the bidirectional switch 2 is from the second time point t2 of the first half cycle to the first time point t1 of the next half cycle (that is, the second half cycle). Is turned off.
  • the expression “from time A” includes time A.
  • “from the first time point” means to include the first time point.
  • the expression “until time A” does not include time A but means immediately before time A.
  • “to the end of the half cycle” means not to include the end of the half cycle, but to the point just before the end of the half cycle.
  • the off period is set with priority given to securing the power supply from the AC power supply 8 to the power supply unit 5, power is supplied to the load 7 according to the dimming level input to the input unit 4.
  • the second period T2 to be set may not be set. For example, even when the user operates the operation unit so as to maximize the light output of the load 7, the setting of the off period (third period T3 and fourth period T4) is prioritized, and dimming from the input unit is performed. According to the signal, the second period T2 may not be set.
  • the switching control unit 61 of the control unit 6 selects the first charging unit 51 in the extinguishing mode and the first charging unit in the lighting mode as a charging unit for supplying a charging current to the power storage unit 50. In addition to the first charging unit 51, the second charging unit 52 is selected.
  • the switching control unit 61 switches the switching signal Sa1 to the “OFF” signal.
  • the switching signal Sa1 becomes an “OFF” signal
  • the switch elements Q5 and Q4 are both turned off, and the charging current does not flow from the second charging unit 52 to the capacitive element C1, and the capacitance is passed through the first charging unit 51.
  • a charging current flows through the conductive element C1.
  • the charging unit that supplies the charging current to the power storage unit 50 is the first charging unit 51. Since the diode D11 is connected between the switch element Q4 and the capacitive element C1, the current flowing from the first charging unit 51 to the capacitive element C1 does not flow into the second charging unit 52.
  • the bidirectional switch 2 In the extinguishing mode, the bidirectional switch 2 is turned off, and a pulsating voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage Vac with a diode bridge is input to the power supply unit 5. At this time, since the charging current flows to the capacitive element C1 through the first charging unit 51 in the power supply unit 5, the charging current is suppressed as compared with the case where the current flows to the capacitive element C1 through the second charging unit 52. Thus, the stress applied to the circuit components can be reduced. Therefore, electric power necessary for the operation of the control unit 6 and the switch driving unit 9 is ensured in the capacitive element C1 while suppressing the charging current flowing through the capacitive element C1.
  • the power supply unit 5 In the on time (second period T2) in which the bidirectional switch 2 is turned on in the lighting mode, the voltage generated between the input terminals 11 and 12 becomes very small, and the power supply unit 5 cannot charge the power storage unit 50. That is, the power supply unit 5 can charge the power storage unit 50 only during the off time of the bidirectional switch 2 (first period T1, third period T3, and fourth period T4). The power storage unit 50 is charged in the third period T3 and the fourth period T4.
  • the second period T2 becomes long and the power storage unit 50 can be charged (the third period T3 and the fourth period).
  • the total time of the period T4) is shortened.
  • the voltage value of the AC voltage Vac applied to the input terminals 11 and 12 in the third period T3 and the fourth period T4 also decreases. Therefore, power supply unit 5 needs to charge power storage unit 50 in a short time even when AC voltage Vac is low.
  • the switching control unit 61 switches the switching signal Sa1 to the “ON” signal from the second time point t2 to the end point t4 of the half cycle every half cycle of the AC voltage Vac.
  • the switching signal Sa1 becomes an “ON” signal
  • the switch element Q5 is turned on
  • the switch element Q4 is turned on
  • a charging current flows through the capacitive element C1 via the second charging unit 52.
  • the control unit 6 sets the stop signal Ss1 to be output to the stop unit 13 to the “ON” signal at the switching time point (second time point t2) that is the start point of the off time, and the power source unit 5 is connected to the input terminals 11 and 11. 12 is electrically connected.
  • the switching control unit 61 may switch the switching signal Sa1 from the “OFF” signal to the “ON” signal between the first time point t1 and the second time point t2.
  • the second charging unit 52 receives power supply from the AC power supply 8.
  • a charging current is passed through the power storage unit 50 to generate a control power source. Therefore, charging of the capacitive element C1 is started from the second time point t2, and the voltage Vc1 of the capacitive element C1 gradually increases. Since the impedance of the second charging unit 52 viewed from the input terminals 11 and 12 is lower than that of the first charging unit 51, the charging current flowing through the capacitive element C1 increases, and the capacitive element C1 is charged in a shorter time. Is done.
  • the impedance of the charging unit (second charging unit 52) when a current flows through the power storage unit 50 in the lighting mode is the impedance of the charging unit (first charging unit 51) when the current flows through the power storage unit 50 in the extinguishing mode. Smaller than.
  • control unit 6 compares the voltage Vc1 of the capacitive element C1 with the threshold value Vth1 during the off time (a period during which the power storage unit 50 is charged). When the voltage Vc1 reaches the threshold value Vth1, the control unit 6 sets the stop signal Ss1 to “ON”. ”Signal to“ OFF ”signal. After switching the stop signal Ss1 to the “OFF” signal, the control unit 6 sets the stop signal Ss1 to “OFF” at least until the next first time point (the generation time point of the first detection signal ZC1 or the second detection signal ZC2) t1. ”Signal.
  • the stop unit 13 electrically disconnects the power supply unit 5 from the input terminals 11 and 12 to stop the charging of the power storage unit 50. Therefore, even during the off time, the charging current does not always flow from the second charging unit 52 to the capacitive element C1, but the capacitive element C1 is charged and the voltage Vc1 of the capacitive element C1 reaches the threshold value Vth1. Thereafter, charging of the capacitive element C1 is stopped. When the charging of the capacitive element C1 is stopped, the charge V accumulated in the capacitive element C1 is consumed by the control unit 6, so that the voltage Vc1 of the capacitive element C1 gradually decreases.
  • the control unit 6 sets the stop signal Ss1 to “ON” if the stop signal Ss1 is an “OFF” signal at the first time point (the generation time point of the first detection signal ZC1 or the second detection signal ZC2) t1. Switch to signal. If the stop signal Ss1 is the “ON” signal at the first time point t1, the control unit 6 maintains the stop signal Ss1 at the “ON” signal. Thereby, when the charge of the power storage unit 50 is stopped in the off period, the stop unit 13 charges the power storage unit 50 immediately after the phase detection unit 3 detects the phase (zero cross point) of the AC voltage Vac. It will be resumed.
  • the bidirectional switch 2 is in the on state (bidirectional on state), and from the AC power source 8 to the power source unit 5 in the first place. Since the power supply to the power supply cannot be ensured, the control power supply is not generated by the power supply unit 5. Since the bidirectional switch 2 is in the OFF state during the period from the start point t0 of the half cycle of the AC voltage Vac to the first time point t1, the charging operation in which the second charging unit 52 supplies the charging current to the power storage unit 50 is performed during this period. May be.
  • the switching control unit 61 switches the charging unit that supplies the charging current to the power storage unit 50 to the second charging unit 52 in the lighting mode. That is, the impedance of the charging unit (consisting of the first charging unit 51 and the second charging unit 52) when current is supplied to the power storage unit 50 in the lighting mode is the same as that of the charging unit when current is supplied to the power storage unit 50 in the light-off mode. Less than impedance. Therefore, even when the dimming level is increased and the charging period in which the current flows through the power storage unit 50 is shortened, the power storage unit 50 is shortened for a short time by increasing the charging current flowing from the second charging unit 52 to the power storage unit 50. It becomes possible to charge with.
  • the ratio of the ON time in the half cycle of the AC voltage Vac increases, and accordingly, the charging period during which a current flows in the power storage unit 50 may be shortened, but the light control device 1 of the present embodiment. Accordingly, the power storage unit 50 can be rapidly charged by the second charging unit 52. Therefore, since the electric power necessary for operating the control unit 6 and the like can be stored in the power storage unit 50, there is an advantage that more types of loads can be handled.
  • the light-off mode a higher voltage is applied between the pair of input terminals 11 and 12 than in the light-on mode, but in the light-off mode, the impedance of the charging unit when current flows through the power storage unit 50 is larger than that in the light-on mode. Therefore, the charging current flowing through power storage unit 50 is suppressed. Therefore, the stress applied to the circuit components of the charging unit is reduced.
  • the second charging unit 52 switches the cutoff / passage of the current flowing from the pair of input terminals 11 and 12 to the power storage unit 50 in accordance with the switching signal Sa1 input from the switching control unit 61.
  • the switching element Q4 When the switching element Q4 is turned on, the impedance viewed from the input terminals 11 and 12 can be made smaller than that of the first charging unit 51, and a larger current can be passed to the power storage unit 50 than the first charging unit 51. Therefore, the power storage unit 50 can be charged in a short time.
  • the light control device 1 may further include a phase detector 3 that detects the phase of the AC voltage Vac.
  • the control unit 6 controls the bidirectional switch 2 to be in the ON state from the start point of the half cycle of the AC voltage Vac until the variable time including the ON time elapses based on the detection signal from the phase detection unit 3. That's fine.
  • the dimming device is controlled between the pair of input terminals 11 and 12 during the period from the middle of the half cycle of the AC voltage Vac to the zero cross point.
  • a positive phase control method leading edge method
  • power supply is started from the zero cross point to the load 7 including the LED element as the light source, so that the current waveform distortion at the start of power supply can be suppressed to a low level.
  • the light control device 1 basically employs an antiphase control method, but first time (first detection signal ZC1 or second detection signal) slightly delayed from the start point (zero cross point) t0 of the half cycle. Supply of power to the load 7 is started at time t1 when ZC2 is generated. Therefore, the current waveform distortion may be larger than that in the antiphase control method in which power supply to the load 7 is started at the zero cross point. However, since the absolute value of the AC voltage Vac at the first time point t1 is not so large, the influence of the current waveform distortion is so small that it can be ignored.
  • the light control device 1 includes a voltage detection unit 62 that detects the voltage Vc1 of the power storage unit 50, and a stop that stops charging the power storage unit 50 when a stop signal is input from the control unit 6.
  • the unit 13 may be further provided.
  • the control unit 6 stops when the voltage Vc1 detected by the voltage detection unit 62 reaches a predetermined threshold value Vth1 in a state where the charging unit (second charging unit 52) supplies current to the power storage unit 50.
  • a stop signal may be output to the unit 13.
  • the charging operation by the charging unit is stopped, so that the voltage Vc1 is applied between the input terminals 11 and 12 as compared with the case without the stopping unit 13.
  • a shift is less likely to occur between the voltage and the AC voltage Vac. Therefore, there is an advantage that the phase of the AC voltage Vac can be detected more accurately by the phase detector 3 and the controllability of the phase control is improved.
  • the bidirectional switch 2A includes a switching element Q6 having a double gate structure.
  • the switch element Q6 is a semiconductor element having a double gate (dual gate) structure using a wide band gap semiconductor material such as GaN (gallium nitride).
  • the bidirectional switch 2A includes a pair of diodes D3 and D4 connected between the input terminals 11 and 12 in a so-called reverse series.
  • the cathode of the diode D3 is connected to the input terminal 11, and the cathode of the diode D4 is connected to the input terminal 12.
  • the anodes of both the diodes D3 and D4 are electrically connected to the ground of the power supply unit 5.
  • the pair of diodes D3 and D4 form a diode bridge together with the pair of diodes D1 and D2.
  • the bidirectional switch 2A can further reduce the conduction loss compared to the bidirectional switch 2.
  • the dimming device is not limited to the load 7 using an LED element as a light source, but can be applied to a light source that is mounted with a capacitor input type circuit and has high impedance and is lit with a small current. is there.
  • An example of this type of light source is an organic EL (Electroluminescence) element.
  • the light control device can be applied to the load 7 of various light sources such as a discharge lamp.
  • the control method of the bidirectional switch 2 by the control unit 6 is not limited to the above-described example.
  • the first control signal and the second control signal are alternately turned “ON” in the same cycle as the AC voltage Vac. It may be a method.
  • the bidirectional switch 2 becomes conductive during the period when the switch element on the high potential side of the AC voltage Vac is on among the switch elements Q1 and Q2. That is, in this modification, so-called reverse phase control is realized in which the pair of input terminals 11 and 12 are electrically connected during a period from the zero cross point of the AC voltage Vac to the middle of the half cycle.
  • the conduction time of the bidirectional switch 2 can be adjusted by adjusting the phase difference between the first control signal and the second control signal and the AC voltage Vac.
  • control method of the bidirectional switch 2 is not limited to the antiphase control method (trailing edge method), but may be the positive phase control method (leading edge method).
  • the control unit 6 When the control method of the bidirectional switch 2 is the positive phase control method, the control unit 6 has a length of off time corresponding to the dimming signal from the start point (zero cross point) of the half cycle in the half cycle of the AC voltage Vac. When the time has elapsed, the bidirectional switch 2 is turned on. In addition, the control unit 6 turns off the bidirectional switch 2 when a time obtained by subtracting a certain time from the half cycle time has elapsed from the start point of the half cycle.
  • the bidirectional switch 2 in the positive phase control method, is in the ON state from the time when the OFF time corresponding to the dimming signal has elapsed from the start point of the half cycle of the AC voltage Vac to the point before the end point (zero cross point) of the half cycle. It becomes. In other words, the bidirectional switch 2 is in the OFF state during a period from the time before the zero cross point of the AC voltage Vac to the time when a certain time is added to the OFF time having a length corresponding to the dimming signal.
  • the switching control unit 61 of the control unit 6 selects the first charging unit 51 in the extinguishing mode and the first charging unit 51 in the lighting mode as the charging unit that supplies the charging current to the power storage unit 50.
  • the second charging unit 52 is selected. Therefore, in the lighting mode, when a current is supplied to the power storage unit 50 during the period in which the bidirectional switch 2 is in the off state, a current flows to the power storage unit 50 via the low impedance second charging unit 52.
  • the control unit 6 causes the power storage unit to 50 charge is stopped. In the extinguishing mode, a current flows through power storage unit 50 via first charging unit 51, and power storage unit 50 is charged.
  • the switch drive unit 9 is not an essential component of the light control device 1 and may be omitted as appropriate.
  • the control unit 6 drives the bidirectional switch 2 directly.
  • each of the switch elements Q1 and Q2 constituting the bidirectional switch 2 is not limited to an enhancement type n-channel MOSFET, but may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.
  • the rectifying element (diode) for realizing the unidirectional ON state is not limited to the parasitic diode of the switching elements Q1 and Q2, but may be an external diode as in the first modification. Good.
  • the diode may be incorporated in the same package as each of the switch elements Q1, Q2.
  • the diodes D1 and D2 in the above-described embodiment and Modification 1 are not essential to the light control device 1, and the diodes D1 and D2 may be omitted as appropriate.
  • the first period T1 may be a certain length of time, and the length can be set as appropriate.
  • the delay time is 300 [ ⁇ s. However, it is appropriately set within the range of 0 [ ⁇ s] to 500 [ ⁇ s].
  • the third time point t3 only needs to be before the end point (zero cross point) t4 of the half cycle, and the length from the third time point t3 to the end point t4 of the half cycle can be appropriately set.
  • the specified time is not limited to 300 [ ⁇ s], but is 100 [ ⁇ s] to 500 [ ⁇ s]. It is set as appropriate within the range.
  • Stop unit 13 may be configured to stop charging of power storage unit 50 when voltage Vc1 detected by voltage detection unit 62 reaches threshold value Vth1 in the lighting mode. Therefore, it is not essential to control the stop unit 13. For example, a function of comparing the detection value of the voltage detection unit 62 with the threshold value Vth1 may be added to the stop unit 13, and the stop unit 13 may stop charging the power storage unit 50 based on the comparison result. Further, the voltage detection unit 62 may be provided in the control unit 6. In this case, for example, if the capacitive element C1 is connected to the A / D conversion input terminal of the control unit 6, the voltage Vc1 of the capacitive element C1 is input to the control unit 6 as an analog value.
  • the stop unit 13 is not limited to a configuration in which at least one of the pair of input terminals 11 and 12 and the power source unit 5 are electrically disconnected.
  • the stopping unit 13 increases the input impedance of the power source unit 5 by stopping the output of the power source unit 5 (output of the control power source) or controls the semiconductor switch element included in the power source unit 5. Further, a configuration in which charging of the power storage unit 50 is stopped may be employed.
  • the power supply from the AC power supply 8 to the power supply unit 5 is ensured in the third period T3 from the second time point t2 to the third time point t3 described above. It is not limited to this.
  • the power from the AC power supply 8 to the power supply unit 5 over the period (third period T3, fourth period T4) from the second time point t2 to the end point t4 (zero cross point) of the half cycle of the AC voltage Vac. Supply may be secured. Further, power supply from the AC power supply 8 to the power supply unit 5 may be ensured for a certain period only after the start point (zero cross point) t0 of the half cycle of the AC voltage Vac (first period T1). The power supply from the AC power supply 8 to the power supply unit 5 is performed before and after the third period T3, the fourth period T4, and the first period T1 before and after the start point (zero cross point) t0 of the half cycle of the AC voltage Vac. It may be secured.
  • the period T2 may be controlled to a period shorter than the length that maximizes the light output.
  • control unit 6 can be stably operated by supplying power from the AC power supply 8 to the power supply unit 5.

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Abstract

本発明の課題は、より多くの種類の照明負荷に対応可能とすることである。本発明に係る調光装置では、制御部(6)は、蓄電部(50)から制御電源の供給を受けて動作し、点灯モードでは交流電源(8)の交流電圧(Vac)の半周期ごとに、調光レベルに応じた長さのオン時間に双方向スイッチ(2)をオン状態に制御する。第1充電部(51)及び第2充電部(52)からなる充電部は、一対の入力端子(11,12)から蓄電部(50)に電流を流す。点灯モードにおいて蓄電部(50)に電流を流す場合の充電部である第2充電部(52)のインピーダンスが、消灯モードにおいて蓄電部(50)に電流を流す場合の充電部である第1充電部(51)のインピーダンスよりも小さい。

Description

調光装置
 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を備えている。マイクロコンピュータは、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。
 本発明の一態様に係る調光装置は、一対の入力端子と、双方向スイッチと、入力部と、蓄電部と、制御部と、充電部とを備える。前記一対の入力端子は、照明負荷と交流電源との間に電気的に接続される。前記双方向スイッチは、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。前記入力部は、前記照明負荷の光出力の大きさを指定する調光レベルを表す信号が入力される。前記蓄電部は、電荷を蓄えることで制御電源を生成する。前記制御部は、前記蓄電部から制御電源の供給を受けて動作し、前記照明負荷を点灯させる点灯モードでは、前記交流電源の交流電圧の半周期ごとに、前記調光レベルに応じた長さのオン時間に、前記双方向スイッチをオン状態に制御する。前記充電部は、前記一対の入力端子から前記蓄電部に電流を流す。前記点灯モードにおいて前記蓄電部に電流を流す場合の前記充電部のインピーダンスが、前記照明負荷が消灯する消灯モードにおいて前記蓄電部に電流を流す場合の前記充電部のインピーダンスよりも小さい。
実施形態に係る調光装置の回路図である。 実施形態に係る調光装置の電源部の回路図である。 実施形態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。 実施形態の変形例に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。
 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。
 (実施形態)
 (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、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、ダイオードD1,D2、停止部13、及び電圧検出部62を備えている。電源部5は、蓄電部50と、充電部(第1充電部51及び第2充電部52)とを含み、制御部6は切替制御部61を含む。ここでいう「入力端子」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。
 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、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。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、つまり入力端子11が正極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、つまり入力端子12が正極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規定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、第1検出信号ZC1を制御部6に出力する。同様に、第2検出部32は、入力端子12を正極とする電圧が規定値未満の状態から規定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、第2検出信号ZC2を制御部6に出力する。規定値は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の規定値は、数〔V〕程度であり、第2検出部32の規定値は、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。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Sb1にてスイッチ素子Q1を制御し、第2制御信号Sb2にてスイッチ素子Q2を制御する。また、制御部6の切替制御部61が第2充電部52に切替信号Sa1を出力している。この切替信号Sa1により第2充電部52を介して蓄電部50に流れる電流の遮断/通過が切り替えられる。
 制御部6は、例えばマイクロコンピュータを主構成として備えている。マイクロコンピュータは、マイクロコンピュータ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、予めマイクロコンピュータ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(ここではマイクロコンピュータ)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Sb1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Sb2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。
 停止部13は、制御部6から停止信号Ss1が入力されると蓄電部50の充電を停止させる。制御部6は、点灯モードにおいて、第2充電部52が蓄電部50に電流を流している状態で、電圧検出部62で検出される電圧Vc1が所定の閾値Vth1に達すると、停止部13に蓄電部50の充電を停止させる。本実施形態では、停止部13は、電源部5を電気的に遮断したり、電源部5に含まれる半導体スイッチ素子を制御したりすることにより、蓄電部50の充電を停止させる。ただし、電源部5は、制御部6から停止信号Ss1が入力されていない間に蓄電部50に充電された電荷により、制御電源を生成し続ける。図1の例では、停止部13は電源部5と直列回路を構成し、停止部13と電源部5との直列回路は、入力端子11,12間において双方向スイッチ2と、電気的に並列に接続される。具体的には、停止部13は、一対のダイオードD1,D2の接続点と、電源部5との間に電気的に接続されたスイッチであって、制御部6からの停止信号Ss1を受けてオフし、入力端子11,12から電源部5を電気的に切り離す。ここでいう「点灯モード」は負荷7を点灯させるモードであり、点灯モードでは、制御部6が、交流電圧Vacの半周期ごとに、調光レベルに応じた長さのオン時間に双方向スイッチ2がオン状態になるように双方向スイッチ2を制御する。また、「消灯モード」は負荷7を消灯させるモードであり、消灯モードでは双方向スイッチ2は常にオフ状態となる。つまり、消灯モードでは、制御部6は、双方向スイッチ2を常にオフ状態に維持する。
 電源部5は、蓄電部50と、第1充電部51と、第2充電部52と、を有している。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。また、電源部5のグランドは、スイッチ素子Q1,Q2の各々が備える寄生ダイオードの接続点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の各々が備える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。したがって、双方向スイッチ2がオフ状態にある場合、電源部5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。
 蓄電部50は容量性素子(コンデンサC1)を有し、蓄電部50が制御部6及びスイッチ駆動部9の電源となる。容量性素子C1の両端電圧は例えば3〔V〕以上の一定電圧であるが、スイッチ駆動部9には容量性素子C1の両端電圧を昇圧した電圧を印加してもよい。
 第1充電部51は、図2に示すように、抵抗R1,R2と、スイッチ素子Q3と、ツェナーダイオードZD1とを用いたシリーズ・レギュレータ回路である。停止部13と容量性素子C1(蓄電部50)との間に抵抗R1とスイッチ素子Q3とが直列に接続されている。スイッチ素子Q3は例えばnpn形のバイポーラトランジスタであり、スイッチ素子Q3のコレクタは抵抗R1に接続され、スイッチ素子Q3のエミッタは容量性素子C1に接続されている。停止部13とスイッチ素子Q3のベースとの間には抵抗R2が接続されている。スイッチ素子Q3のベースにはツェナーダイオードZD1のカソードが接続され、ツェナーダイオードZD1のアノードは電源部5のグランドに接続されている。ダイオードD1,D2を介して脈流電圧(交流電圧Vacを全波整流した電圧)が第1充電部51に入力されると、第1充電部51が入力電圧を一定の直流電圧に変換し、インピーダンス要素である抵抗R1を介して容量性素子C1に充電電流が流れる。なお、消灯モードでは入力電圧の最大値は140V程度になり、入力電流を数mAとするために、抵抗R1の抵抗値は数百kΩに設定されている。
 第2充電部52は、負荷7の点灯モードにおいて、入力端子11,12からコンデンサC1(蓄電部50)に電流を流す回路である。第1充電部51は、点灯モードにおいても、入力端子11,12から容量性素子C1に電流を流す。第2充電部52はスイッチ素子Q4,Q5と抵抗R3,R4とダイオードD11とを備えている。停止部13と容量性素子C1との間にスイッチ素子Q4とダイオードD11とが直列に接続されている。スイッチ素子Q4は例えばpnp形のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Q4のエミッタが停止部13に接続されている。スイッチ素子Q4のコレクタはダイオードD11を介して容量性素子C1に接続されている。スイッチ素子Q4のベース・エミッタ間には抵抗R3が接続され、スイッチ素子Q4のベースは抵抗R4とスイッチ素子Q5とを介して電源部5のグランドに接続されている。スイッチ素子Q5は例えばnpn形のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Q5のコレクタが抵抗R4に接続され、スイッチ素子Q5のエミッタは電源部5のグランドに接続されている。スイッチ素子Q5のベースは制御部6に接続されており、制御部6(切替制御部61)からスイッチ素子Q5のベースに切替信号Sa1が入力される。切替信号Sa1が「ON」信号であれば、スイッチ素子Q5がオン、スイッチ素子Q4がオンになり、第2充電部52を介して電流が流れる。切替信号Sa1が「OFF」信号であれば、スイッチ素子Q5がオフ、スイッチ素子Q4がオフになり、第2充電部52を介して電流が流れない。第2充電部52では、スイッチ素子Q4とダイオードD11とを介して容量性素子C1に充電電流が流れるため、入力端子11,12から見たインピーダンスが第1充電部51に比べて低くなっている。
 第1充電部51及び第2充電部52は上記の回路構成に限定されない。第1充電部51及び第2充電部52は、入力端子11,12から見たインピーダンスが第1充電部51に比べて第2充電部52の方が低くなるような回路構成であれば適宜変更が可能である。すなわち、蓄電部50への充電部(第1充電部51及び第2充電部52)は、入力端子11,12から見たインピーダンスが、消灯モードに比べて、点灯モードの方が低くなっている。
 また、本実施形態では電圧検出部62が、容量性素子C1の両端電圧Vc1を検出しており、両端電圧Vc1の検出値を制御部6に出力する(図2参照)。電圧検出部62は、両端電圧Vc1のそのままの値を検出してもよいし、分圧抵抗で分圧した電圧を検出してもよい。
 制御部6は、切替時点(双方向スイッチ2がオン状態からオフ状態に切り替わる時点)から交流電圧Vacの半周期の終点までのオフ期間において、電圧検出部53の検出値(容量性素子C1の電圧Vc1)と所定の閾値Vth1(図3参照)とを比較する。このとき、検出値(電圧Vc1)が閾値Vth1に達すると、停止信号Ss1を「ON」信号から「OFF」信号に切り替える。ここで、閾値Vth1は、少なくとも次の切替時点までの制御部6の動作を確保できる程度に、容量性素子C1が充電されたときの容量性素子C1の両端電圧とする。具体的には、調光レベルによらず、容量性素子C1の電圧Vc1が最小値Vmin(図3参照)を下回らないように、最小値Vminに所定のマージンを加えた値が閾値Vth1として用いられる。ここでいう、「最小値Vmin」は制御部6が正常に動作するために必要な電圧Vc1の最小値である。
 停止部13は、制御部6から入力される停止信号Ss1が「OFF」信号(例えばLレベル)である間は、蓄電部50で制御電源を生成する動作を停止させる。本実施形態では、停止部13は、電源部5を電気的に遮断したり、電源部5に含まれる半導体スイッチ素子を制御したりすることにより、蓄電部50の充電を停止させる。図1の例では、停止部13は電源部5と直列回路を構成する。停止部13と電源部5との直列回路は、上記ダイオードブリッジを介して、一対の入力端子11,12間において双方向スイッチ2と、電気的に並列に接続される。
 具体的には、停止部13は、一対のダイオードD1,D2の接続点と、電源部5との間に電気的に接続されたスイッチであって、制御部6からの停止信号Ss1を受けてオン/オフする。停止部13は、停止信号Ss1が「ON」信号(例えばHレベル)であればオンし、入力端子11,12に電源部5を電気的に接続する。一方、停止信号Ss1が「OFF」信号であれば、停止部13がオフし、入力端子11,12から電源部5を電気的に切り離す。
 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が整流されて電源部5に供給される。このとき、第1充電部51を介して容量性素子C1が充電され、容量性素子C1の両端電圧が最小値Vminを超えると、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検出信号「ZC1」、第2検出信号「ZC2」、第1制御信号「Sb1」、第2制御信号「Sb2」、容量性素子C1の電圧「Vc1」、及び停止信号「Ss1」を示している。
 本実施形態では、第1検出信号ZC1が「H」レベルから「L」レベルに変化することをもって、第1検出信号ZC1が発生したこととする。また、第2検出信号ZC2が「H」レベルから「L」レベルに変化することをもって、第2検出信号ZC2が発生したこととする。つまり、第1検出信号ZC1及び第2検出信号ZC2は、ゼロクロス点の検出時に「H」レベルから「L」レベルに変化する信号である。容量性素子C1の電圧Vc1、及び停止信号Ss1については、「(1.2.3)制御電源の生成動作」の欄で説明する。また、以下の説明において、「時点Aから」という表現は、時点Aを含む意味とする。例えば「第1時点から」は、第1時点を含む意味である。一方、「時点Aまで」という表現は、時点Aは含まず、時点Aの直前までを意味する。例えば「半周期の終点まで」は、半周期の終点は含まず、半周期の終点の直前までを意味する。
 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が正極性の規定値「Vzc」に達すると、第1検出部31が第1検出信号ZC1を出力する。本実施形態では、第1検出信号ZC1の発生時点を第1時点t1とし、正極性の半周期の始点(ゼロクロス点)t0から第1時点t1までの期間を、第一の期間T1とする。半周期の始点t0から第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、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。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長さのオン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、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〕)だけ手前の時点である。つまり、第3時点t3は、第1検出信号ZC1の発生時点である第1時点t1より、半周期の時間から第一の期間T1を差し引いた時間が経過した時点を終点t4と推定した場合に、この終点t4の一定時間だけ手前の時点である。なお、図3のタイミングチャートでは、第3時点t3が、交流電圧Vacが正極性の規定値「Vzc」に達するタイミング、及び交流電圧Vacが負極性の規定値「-Vzc」に達するタイミングに一致するように図示されているが、第3時点t3は、交流電圧Vacが正極性の規定値「Vzc」又は負極性の規定値「-Vzc」に達するタイミングとは関係無く決められている。
 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、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への電力供給が断たれる。
 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、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、交流電圧Vacが負極性の規定値「-Vzc」に達すると、第2検出部32が第2検出信号ZC2を出力する。本実施形態では、負極性の半周期の始点t0(t4)から第2検出信号ZC2の発生時点である第1時点t1までの期間を第一の期間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長さのオン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、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、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への電力供給が断たれる。第3時点t3から半周期の終点t4までの第四の期間T4には、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。
 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、「双方向オン状態」はオン状態であり、「逆方向オン状態」はオフ状態であるから、双方向スイッチ2が双方向オン状態から逆方向オン状態に切り替わる時点、つまり第2時点t2は「切替時点」に相当する。そして、第1時点t1から切替時点(第2時点t2)までの時間(オン時間)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。さらに、正極性の規定値「Vzc」及び負極性の規定値「-Vzc」が固定値であれば、半周期の始点t0から第1時点(第1検出信号ZC1又は第2検出信号ZC2の発生時点)t1までの時間は、略固定長の時間になる。
 そのため、半周期の始点t0から切替時点(第2時点t2)までの時間、つまり第一の期間T1と、調光レベルに応じて長さが変化するオン時間(第二の期間T2)とを合計した時間である「可変時間」は、調光レベルに応じて長さが変化することになる。言い換えれば、可変時間は可変長の時間であって、交流電圧Vacに対する切替時点(第2時点t2)の位相は調光レベルに応じて変化する。すなわち、負荷7の光出力を小さくする場合には可変時間は短く、負荷7の光出力を大きくする場合には可変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の半周期の後半、具体的には切替時点(第2時点t2)から半周期の終点t4までの期間(第三の期間T3及び第四の期間T4)には、双方向スイッチ2がオフ状態(逆方向オン状態又は双方向オフ状態)となる。本実施形態では、第三の期間T3及び第四の期間T4を合計した期間が「オフ期間」に相当する。調光装置1は、このオフ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。電源部5の動作について詳しくは、「(1.2.3)制御電源の生成動作」の欄で説明する。さらに、半周期の始点(ゼロクロス点)t0から第1時点t1までの期間にも双方向スイッチ2はオフ状態にある。したがって、連続する2つの半周期に着目すると、1つ目の半周期の第2時点t2から、次の半周期(つまり2つ目の半周期)の第1時点t1までは、双方向スイッチ2はオフ状態となる。
 ここで「時点Aから」という表現は、時点Aを含む意味とする。例えば「第1時点から」は、第1時点を含む意味である。一方、「時点Aまで」という表現は、時点Aは含まず、時点Aの直前までを意味する。例えば「半周期の終点まで」は、半周期の終点は含まず、半周期の終点の直前までを意味する。
 本実施形態の場合、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オフ期間が設定されるため、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しても、オフ期間(第三の期間T3及び第四の期間T4)の設定が優先され、入力部からの調光信号の通りには第二の期間T2が設定されないことがある。
 (1.2.3)制御電源の生成動作
 制御部6の切替制御部61は、蓄電部50に充電電流を流す充電部として、消灯モードでは第1充電部51を選択し、点灯モードでは第1充電部51に加えて第2充電部52を選択する。
 消灯モードでは切替制御部61は切替信号Sa1を「OFF」信号に切り替える。切替信号Sa1が「OFF」信号になれば、スイッチ素子Q5,Q4が共にオフになり、第2充電部52からは容量性素子C1に充電電流が流れず、第1充電部51を介して容量性素子C1に充電電流が流れる状態となる。すなわち、消灯モードでは、蓄電部50に充電電流を流す充電部は第1充電部51である。スイッチ素子Q4と容量性素子C1との間にはダイオードD11が接続されているので、第1充電部51から容量性素子C1に流れる電流が第2充電部52に流れ込むことはない。
 消灯モードでは、双方向スイッチ2がオフ状態となり、交流電圧Vacをダイオードブリッジで全波整流した脈流電圧が電源部5に入力される。このとき、電源部5では第1充電部51を介して容量性素子C1に充電電流が流れるから、第2充電部52を介して容量性素子C1に電流が流れる場合に比べて充電電流が抑制され、回路部品に加わるストレスを低減できる。したがって、容量性素子C1に流れる充電電流を抑制しつつ、容量性素子C1に制御部6及びスイッチ駆動部9の動作に必要な電力が確保される。
 次に、点灯モードにおける電源部5の動作について図3を参照して説明する。
 点灯モードにおいて双方向スイッチ2がオン状態となるオン時間(第二の期間T2)では、入力端子11,12間に発生する電圧は非常に小さくなり、電源部5では蓄電部50を充電できない。すなわち、電源部5は双方向スイッチ2のオフ時間(第一の期間T1、第三の期間T3、第四の期間T4)でしか蓄電部50を充電できず、本実施形態の電源部5は第三の期間T3及び第四の期間T4において蓄電部50を充電する。
 また、点灯モードにおいて、調光レベルが大きくなって調光レベルの上限値に近づくと、第二の期間T2が長くなって蓄電部50を充電可能な時間(第三の期間T3及び第四の期間T4の合計時間)が短くなる。また、第三の期間T3及び第四の期間T4において入力端子11,12に印加される交流電圧Vacの電圧値も小さくなる。そのため、電源部5は、交流電圧Vacが低くなっているときであっても、短時間で蓄電部50を充電する必要がある。
 そこで、点灯モードにおいて、切替制御部61は、交流電圧Vacの半周期ごとに第2時点t2から半周期の終点t4まで切替信号Sa1を「ON」信号に切り替える。切替信号Sa1が「ON」信号になれば、スイッチ素子Q5がオンになって、スイッチ素子Q4がオンになり、第2充電部52を介して容量性素子C1に充電電流が流れる状態となる。また、制御部6は、オフ時間の始点である切替時点(第2時点t2)においては、停止部13へ出力する停止信号Ss1を「ON」信号にしており、電源部5を入力端子11,12に電気的に接続している。なお、切替制御部61は、第1時点t1と第2時点t2との間で、切替信号Sa1を「OFF」信号から「ON」信号に切り替えればよい。
 よって、第2時点t2から半周期の終点t4までのオフ時間(第三の期間T3及び第四の期間T4を合わせた期間)において、第2充電部52が交流電源8から電力供給を受けて蓄電部50に充電電流を流し、制御電源を生成する。そのため、第2時点t2から容量性素子C1の充電が開始され、容量性素子C1の電圧Vc1が徐々に大きくなる。第2充電部52は、入力端子11,12から見たインピーダンスが第1充電部51に比べて低いから、容量性素子C1に流れる充電電流が大きくなり、容量性素子C1がより短い時間で充電される。つまり、点灯モードにおいて蓄電部50に電流を流す場合の充電部(第2充電部52)のインピーダンスが、消灯モードにおいて蓄電部50に電流を流す場合の充電部(第1充電部51)のインピーダンスよりも小さくなる。
 また、制御部6は、オフ時間(蓄電部50を充電する期間)において、容量性素子C1の電圧Vc1と閾値Vth1とを比較し、電圧Vc1が閾値Vth1に達すると、停止信号Ss1を「ON」信号から「OFF」信号に切り替える。停止信号Ss1を「OFF」信号に切り替えた後、制御部6は、少なくとも次の第1時点(第1検出信号ZC1又は第2検出信号ZC2の発生時点)t1までは、停止信号Ss1を「OFF」信号に維持する。
 停止信号Ss1が「OFF」信号である間、停止部13は、入力端子11,12から電源部5を電気的に切り離すことで、蓄電部50の充電を停止させる。そのため、オフ時間であっても、常に第2充電部52から容量性素子C1に充電電流が流れるのではなく、容量性素子C1が充電されて容量性素子C1の電圧Vc1が閾値Vth1に達した以降は、容量性素子C1の充電が停止される。容量性素子C1の充電が停止すると、容量性素子C1に蓄積された電荷が制御部6で消費されることにより、容量性素子C1の電圧Vc1は徐々に小さくなる。
 本実施形態では、制御部6は、第1時点(第1検出信号ZC1又は第2検出信号ZC2の発生時点)t1において、停止信号Ss1が「OFF」信号であれば、停止信号Ss1を「ON」信号に切り替える。第1時点t1において停止信号Ss1が「ON」信号であれば、制御部6は、停止信号Ss1を「ON」信号に維持する。これにより、停止部13は、オフ期間において蓄電部50の充電を停止させた場合、位相検出部3にて交流電圧Vacの位相(ゼロクロス点)が検出された直後に、蓄電部50の充電を再開させることになる。ただし、第1時点t1から第2時点(切替時点)t2までの第二の期間T2においては、双方向スイッチ2がオン状態(双方向オン状態)にあって、そもそも交流電源8から電源部5への電力供給を確保できないため、電源部5での制御電源の生成は行われない。交流電圧Vacの半周期の始点t0から第1時点t1までの期間は双方向スイッチ2がオフ状態であるから、この期間に第2充電部52が蓄電部50に充電電流を流す充電動作を行ってもよい。
 (1.4)利点
 本実施形態の調光装置1では、切替制御部61が点灯モードにおいて蓄電部50に充電電流を流す充電部を第2充電部52に切り替えている。つまり、点灯モードにおいて蓄電部50に電流を流す場合の充電部(第1充電部51及び第2充電部52からなる)のインピーダンスが、消灯モードにおいて蓄電部50に電流を流す場合の充電部のインピーダンスよりも小さい。したがって、調光レベルが大きくなり、蓄電部50に電流が流れる充電期間が短くなった場合でも、第2充電部52から蓄電部50に流れる充電電流を大きくすることで、蓄電部50を短時間で充電することが可能になる。負荷の種類によっては、交流電圧Vacの半周期におけるオン時間の割合が高くなり、それに伴い、蓄電部50に電流が流れる充電期間が短くなる可能性があるが、本実施形態の調光装置1によれば、第2充電部52によって蓄電部50を急速に充電できる。したがって、蓄電部50に、制御部6などを動作させるのに必要な電力を蓄積できるようになるため、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。なお、消灯モードでは点灯モードに比べて一対の入力端子11,12間に高い電圧が印加されるが、消灯モードでは点灯モードに比べて蓄電部50に電流を流す場合の充電部のインピーダンスが大きいので、蓄電部50に流れる充電電流が抑制される。したがって、充電部の回路部品に加わるストレスが低減する。
 本実施形態のように、第2充電部52は、切替制御部61から入力される切替信号Sa1に応じて、一対の入力端子11,12から蓄電部50に流れる電流の遮断/通過を切り替えるスイッチ素子Q4を有してもよい。スイッチ素子Q4がオン状態になることで、入力端子11,12から見たインピーダンスが第1充電部51に比べて小さくでき、第1充電部51に比べて大きな電流を蓄電部50に流すことができるため、蓄電部50を短時間で充電できる。
 本実施形態のように、調光装置1は、交流電圧Vacの位相を検出する位相検出部3を、更に備えてもよい。制御部6は、点灯モードにおいて位相検出部3からの検出信号に基づき交流電圧Vacの半周期の始点から、オン時間を含めた可変時間が経過するまで、双方向スイッチ2をオン状態に制御すればよい。
 また、調光装置の制御方式には、逆位相制御方式(トレーリングエッジ方式)の他、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)がある。逆位相制御方式は、光源としてのLED素子を備えた負荷7に、ゼロクロス点から電力供給を開始するため、電力供給開始時の電流波形歪みを小さく抑えることができる。これにより、調光装置に接続可能な負荷7の数(灯数)が増えたり、うなり音の発生を抑制できたりする利点がある。
 本実施形態の調光装置1は、基本的に逆位相制御方式を採用しつつも、半周期の始点(ゼロクロス点)t0からやや遅れた第1時点(第1検出信号ZC1又は第2検出信号ZC2の発生時点)t1にて負荷7に電力供給を開始している。そのため、ゼロクロス点にて負荷7への電力供給を開始する逆位相制御方式よりも電流波形歪みは大きくなる可能性がある。ただし、第1時点t1での交流電圧Vacの絶対値はそれほど大きくはないため、電流波形歪みの影響は無視できるほど小さい。
 また、本実施形態のように、調光装置1は、蓄電部50の電圧Vc1を検出する電圧検出部62と、制御部6から停止信号が入力されると蓄電部50の充電を停止させる停止部13と、を更に備えてもよい。制御部6は、点灯モードにおいて、充電部(第2充電部52)が蓄電部50に電流を流している状態で、電圧検出部62が検出した電圧Vc1が所定の閾値Vth1に達すると、停止部13に停止信号を出力してもよい。
 蓄電部50の電圧Vc1が閾値Vth1に達すると、充電部(第2充電部52)による充電動作が停止されるため、停止部13がない場合に比べて入力端子11,12間に印加される電圧と交流電圧Vacとの間にずれが生じにくくなる。したがって、位相検出部3で交流電圧Vacの位相をより正確に検出でき、位相制御の制御性が向上する、という利点がある。
 (1.5)変形例
 (1.5.1)変形例1
 上記実施形態の変形例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、上記実施形態の調光装置1と相違する。以下、上記実施形態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Q6を含む。スイッチ素子Q6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。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以外の実施形態の変形例を列挙する。
 上述した実施形態及び変形例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、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(Electroluminescence)素子が挙げられる。また、調光装置は、例えば放電灯など、様々な光源の負荷7に適用可能である。
 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、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。
 また、双方向スイッチ2の制御方式は、逆位相制御方式(トレーリングエッジ方式)に限らず、正位相制御方式(リーディングエッジ方式)でもよい。
 双方向スイッチ2の制御方式が正位相制御方式である場合、制御部6は、交流電圧Vacの半周期において、半周期の始点(ゼロクロス点)から調光信号に応じた長さのオフ時間が経過した時点で双方向スイッチ2をオン状態とする。また、制御部6は、半周期の始点より、半周期の時間から一定時間を差し引いた時間が経過した時点で双方向スイッチ2をオフ状態とする。すなわち、正位相制御方式では、交流電圧Vacの半周期の始点から調光信号に応じたオフ時間が経過した時点から、半周期の終点(ゼロクロス点)の手前まで、双方向スイッチ2がオン状態となる。言い換えれば、交流電圧Vacのゼロクロス点の手前から、調光信号に応じた長さのオフ時間に一定時間を加えた時間が経過する時点までの期間に、双方向スイッチ2はオフ状態となる。
 この場合においても、制御部6の切替制御部61は、蓄電部50に充電電流を流す充電部として、消灯モードでは第1充電部51を選択し、点灯モードでは第1充電部51に加えて第2充電部52を選択する。よって、点灯モードにおいて、双方向スイッチ2がオフ状態となる期間に蓄電部50に電流を流す場合には、低インピーダンスの第2充電部52を介して蓄電部50に電流が流れる。制御部6は、第2充電部52を介して蓄電部50に電流が流れている状態で、電圧検出部62で検出される電圧Vc1が所定の閾値Vth1に達すると、停止部13に蓄電部50の充電を停止させる。なお、消灯モードでは、第1充電部51を介して蓄電部50に電流が流れて、蓄電部50が充電される。
 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。
 また、双方向スイッチ2を構成するスイッチ素子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。また、上述した実施形態及び変形例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、第一の期間T1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、検出点から一定の遅延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、遅延時間は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、第1時点t1から第3時点t3までの時間長さが、半周期よりも一定の規定時間だけ短い場合、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。
 また、停止部13は、点灯モードにおいて電圧検出部62で検出される電圧Vc1が閾値Vth1に達すると、蓄電部50の充電を停止させる構成であればよく、制御部6からの停止信号Ss1にて停止部13が制御されることは必須の構成ではない。例えば、電圧検出部62の検出値を閾値Vth1と比較する機能が停止部13に付加され、この比較結果により、停止部13が蓄電部50の充電を停止させてもよい。また、電圧検出部62は制御部6に設けられていてもよい。この場合、例えば制御部6のA/D変換入力端子に容量性素子C1が接続されていれば、容量性素子C1の電圧Vc1がアナログ値として制御部6に入力される。
 また、停止部13は、一対の入力端子11,12の少なくとも一方と電源部5との間を電気的に遮断する構成に限定されない。例えば、停止部13は、電源部5の出力(制御電源の出力)を停止することで電源部5の入力インピーダンスを高くしたり、電源部5に含まれる半導体スイッチ素子を制御したりすることにより、蓄電部50の充電を停止させる構成であってもよい。
 (その他の実施形態)
 上述の実施形態(変形例を含む)では、上述した第2時点t2から第3時点t3までの第三の期間T3において、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。
 上述した第2時点t2から交流電圧Vacの半周期の終点t4(ゼロクロス点)までの期間(第三の期間T3、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。交流電圧Vacの半周期の始点(ゼロクロス点)t0の前後(第三の期間T3、第四の期間T4、第一の期間T1)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もよい。つまり、第一の期間T1、第三の期間T3、及び第四の期間T4のいずれかで交流電源8から電源部5への電力供給を確保することができる。なお、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した場合に、第一の期間T1、第三の期間T3、及び第四の期間T4の確保を優先し、第二の期間T2については光出力を最大にする長さよりも短い期間に制御するようにしてもよい。
 双方向スイッチ2のオフ期間において、交流電源8から電源部5への電力供給を行うことで、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
 3 位相検出部
 4 入力部
 6 制御部
 7 照明負荷
 8 交流電源
 11,12 入力端子
 13 停止部
 50 蓄電部
 51 第1充電部(充電部)
 52 第2充電部(充電部)
 61 切替制御部
 Q4 スイッチ素子
 Sa1 切替信号
 Vc1 蓄電部の電圧
 Vth1 閾値

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を表す信号が入力される入力部と、
     電荷を蓄えることで制御電源を生成する蓄電部と、
     前記蓄電部から制御電源の供給を受けて動作し、前記照明負荷を点灯させる点灯モードでは、前記交流電源の交流電圧の半周期ごとに、前記調光レベルに応じた長さのオン時間に、前記双方向スイッチをオン状態に制御する制御部と、
     前記一対の入力端子から前記蓄電部に電流を流す充電部とを備え、
     前記点灯モードにおいて前記蓄電部に電流を流す場合の前記充電部のインピーダンスが、前記照明負荷が消灯する消灯モードにおいて前記蓄電部に電流を流す場合の前記充電部のインピーダンスよりも小さい、
     調光装置。
  2.  前記充電部は、前記蓄電部にそれぞれ充電電流を流す第1充電部と第2充電部とを有しており、
     前記第2充電部のインピーダンスが前記第1充電部のインピーダンスよりも小さく、
     前記第2充電部は、前記一対の入力端子と前記蓄電部との間に接続されたスイッチ素子を有し、
     前記消灯モードでは前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記点灯モードにおいて前記蓄電部に電流を流す場合は前記スイッチ素子をオン状態とする切替制御部を更に備える
     請求項1に記載の調光装置。
  3.  前記交流電圧の位相を検出する位相検出部を、更に備え、
     前記制御部は、前記点灯モードにおいて前記位相検出部からの検出信号に基づき前記交流電圧の半周期の始点から、前記オン時間を含めた可変時間が経過するまで、前記双方向スイッチをオン状態に制御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.  前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、
     前記制御部から停止信号が入力されると前記蓄電部の充電を停止させる停止部とを、更に備え、
     前記制御部は、前記点灯モードにおいて、前記充電部が前記蓄電部に電流を流している状態で、前記電圧検出部で検出される電圧が所定の閾値に達すると、前記停止部に前記停止信号を出力する
     請求項1~3のいずれか1項に記載の調光装置。
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