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公開番号2021103696
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2021064317
出願日20210405
発明の名称装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人特許業務法人北斗特許事務所
主分類H05B 47/105 20200101AFI20210618BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】より多くの種類の負荷に対応可能な装置を提供する。
【解決手段】一対の入力端子11,12は、負荷7と交流電源8との間に電気的に接続される。双方向スイッチ2は、一対の入力端子11,12間において、電流の遮断/通過を切り替えるように構成されている。入力部4には、負荷7の出力の大きさを指定するレベルが入力される。制御部6は、交流電源8の交流電圧の半周期の始点から第1時間が経過する第1時点から一対の入力端子11,12間を電流が通過できるように双方向スイッチ2を制御し、第1時点からレベルに応じた第2時間が経過する第2時点において一対の入力端子11,12間を遮断するように双方向スイッチ2を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
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、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、
前記負荷の出力の大きさを指定するレベルが入力される入力部と、
前記レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記交流電源の交流電圧の半周期の始点から第1時間が経過する第1時点から前記一対の入力端子間を電流が通過できるように前記双方向スイッチを制御し、
前記第1時点から前記レベルに応じた第2時間が経過する第2時点において前記一対の入力端子間を遮断するように前記双方向スイッチを制御する、
装置。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
前記一対の入力端子間に電気的に接続され、前記交流電源からの供給電力により制御電源を生成する電源部をさらに備え、
前記制御部は、前記電源部から前記制御電源の供給を受けて動作する、
請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記第2時点から前記半周期の終点までの期間は、第3時間及び第4時間を含み、
前記第1時間及び前記第4時間において、前記電源部は前記制御電源を生成する、
請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記制御電源の電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記第1時間は、前記半周期の始点から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までの時間である、
請求項2又は3に記載の装置。
【請求項5】
停止期間において、前記電源部での前記制御電源の生成を停止させる停止部を備え、
前記停止期間は、少なくとも前記一対の入力端子間が遮断される期間を除いて設定された期間である、
請求項2〜4のいずれか1項に記載の装置。
【請求項6】
前記交流電源の交流電圧の位相を検出する位相検出部を備え、前記位相検出部は前記半周期の始点を検出する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
【請求項7】
前記負荷は照明機器であり、前記レベルは前記照明機器の調光レベルである、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置。
【請求項8】
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、
前記負荷の出力の大きさを指定するレベルが入力される入力部と、
前記レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記双方向スイッチを前記交流電源の交流電圧の半周期の始点から第1時間が経過する第1時点から前記負荷に前記交流電源の電力が供給されるように制御し、
前記第1時点から第2時間が経過する第2時点において前記負荷への前記交流電源の電力の供給が遮断されるように制御する、
装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、負荷の出力を調整する装置に関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
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)。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2013−149498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、より多くの種類の負荷に対応可能な装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様に係る装置は、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、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、前記負荷の出力の大きさを指定するレベルが入力される入力部と、前記レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電源の交流電圧の半周期の始点から第1時間が経過する第1時点から前記一対の入力端子間を電流が通過できるように前記双方向スイッチを制御し、前記第1時点から前記レベルに応じた第2時間が経過する第2時点において前記一対の入力端子間を遮断するように前記双方向スイッチを制御する。
【0011】
本発明の一態様に係る装置は、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、前記負荷の出力の大きさを指定するレベルが入力される入力部と、前記レベルに応じて前記双方向スイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記双方向スイッチを前記交流電源の交流電圧の半周期の始点から第1時間が経過する第1時点から前記負荷に前記交流電源の電力が供給されるように制御し、前記第1時点から第2時間が経過する第2時点において前記負荷への前記交流電源の電力の供給が遮断されるように制御する。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
実施形態1に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。
実施形態1に係る調光装置の動作を示すタイミングチャートである。
実施形態1に係る調光装置と比較例との対比に用いるタイミングチャートである。
実施形態1の変形例1に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。
実施形態1の変形例2に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。
実施形態1の変形例2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2に係る調光装置の構成を示す概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(実施形態1)
(1.1)構成
以下、本実施形態の調光装置1について説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。本実施形態の調光装置1は、図1に示すように、一対の入力端子11,12、双方向スイッチ2、位相検出部3、入力部4、電源部5、制御部6、スイッチ駆動部9、ダイオードD1,D2、及び停止部13を備えている。
【0015】
一対の入力端子11,12は、通電時に点灯する負荷7と交流電源8との間に電気的に接続される。双方向スイッチ2は、一対の入力端子11,12間において、双方向の電流の遮断/導通を切り替えるように構成されている。位相検出部3は、交流電源8の交流電圧Vacの位相を検出する。入力部4は、負荷7の光出力の大きさを指定する調光レベルが入力される。電源部5は、一対の入力端子11,12間に電気的に接続され、交流電源8からの供給電力により制御電源を生成する。
【0016】
制御部6は、電源部5から制御電源の供給を受けて動作する。位相検出部3からの検出信号に基づいて、交流電圧Vacの半周期の始点から第1時間が経過する第1時点まで双方向スイッチ2がオフ状態となるように、制御部6が双方向スイッチ2を制御する。第1時点から調光レベルに応じた第2時間が経過する第2時点までは双方向スイッチ2がオン状態となるように、制御部6が双方向スイッチ2を制御する。また、第2時点から半周期の終点までは双方向スイッチ2がオフ状態となるように、制御部6が双方向スイッチ2を制御する。
【0017】
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「第1時点まで」は、第1時点は含まず、第1時点の直前までを意味する。また、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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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、プラス数〔V〕程度であり、第2検出部32の規定値は、マイナス数〔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。
【0025】
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。
【0026】
制御部6は、位相検出部3からの検出信号及び入力部4からの調光信号に基づいて双方向スイッチ2を制御する。制御部6は、スイッチ素子Q1,Q2の各々を別々に制御する。具体的には、制御部6は、第1制御信号にてスイッチ素子Q1を制御し、第2制御信号にてスイッチ素子Q2を制御する。
【0027】
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。
【0028】
スイッチ駆動部9は、スイッチ素子Q1を駆動(オン/オフ制御)する第1駆動部91と、スイッチ素子Q2を駆動(オン/オフ制御)する第2駆動部92と、を有している。第1駆動部91は、制御部6から第1制御信号を受けて、スイッチ素子Q1にゲート電圧を印加する。これにより、第1駆動部91はスイッチ素子Q1をオン/オフ制御する。同様に、第2駆動部92は、制御部6から第2制御信号を受けて、スイッチ素子Q2にゲート電圧を印加する。これにより、第2駆動部92はスイッチ素子Q2をオン/オフ制御する。第1駆動部91は、スイッチ素子Q1のソースの電位を基準にしてゲート電圧を生成する。第2駆動部92も同様である。
【0029】
電源部5は、制御電源を生成する制御電源部51と、駆動電源を生成する駆動電源部52と、容量性素子(コンデンサ)C1と、を有している。制御電源は、制御部6の動作用の電源である。駆動電源は、スイッチ駆動部9の駆動用の電源である。容量性素子C1は、制御電源部51の出力端子に電気的に接続されており、制御電源部51の出力電流により充電される。
【0030】
電源部5は、ダイオードD1を介して入力端子11に電気的に接続され、ダイオードD2を介して入力端子12に電気的に接続されている。これにより、一対のダイオードD1,D2と、スイッチ素子Q1,Q2の各々の寄生ダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、入力端子11,12間に印加される交流電圧Vacが全波整流されて、電源部5に供給される。駆動電源部52は、全波整流された交流電圧Vacを平滑化し、駆動電源を生成する。駆動電源部52は、スイッチ駆動部9及び制御電源部51に、駆動電源を供給する。駆動電源は、例えば10〔V〕である。制御電源部51は、駆動電源部52から供給された駆動電源を降圧して制御電源を生成し、容量性素子C1に出力する。制御電源は、例えば3〔V〕である。制御電源部51は、駆動電源部52を介さず、全波整流された交流電圧Vacから直接制御電源を生成してもよい。つまり、電源部5は、交流電源8からの供給電力により制御電源及び駆動電源を生成する。
(【0031】以降は省略されています)

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