JP6745478B2 - 保護回路及び配線器具 - Google Patents

Description

本発明は、一般に保護回路及び配線器具に関し、より詳細には、交流電源と負荷との間に電気的に接続されるスイッチ部を保護するための保護回路及び配線器具に関する。

従来、照明負荷を調光する調光器が提供されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の調光器は、半導体開閉素子と、半導体開閉素子の導通角を制御する調光制御回路と、半導体開閉素子に流れる過電流を検出する過電流検出回路と、一対の端子とを備えている。一対の端子間には、照明負荷と商用電源との直列回路が接続されている。また、一対の端子間には、半導体開閉素子が接続されている。

特許文献１に記載の調光器では、過電流検出回路が半導体開閉素子に流れる過電流を検出すると、調光制御回路が照明負荷の調光比を所定の調光比以下に制限する。その結果、半導体開閉素子に流れる電流が半導体開閉素子の定格電流以下になる。

特開２００１−３０７８９０号公報

ところで、特許文献１に記載のような調光器（配線器具）において、例えば、施工者が誤って照明負荷を介さずに商用電源を一対の端子間に接続した場合には、半導体開閉素子（スイッチ部）が破損する可能性があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされており、負荷を介さずに交流電源をスイッチ部の両端間に接続した場合においてスイッチ部を保護することができる保護回路及び配線器具を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る保護回路は、スイッチ部とスイッチ制御部とを備えた配線器具に用いられる。前記スイッチ部は、制御端子を有し、交流電源と負荷との直列回路の両端にそれぞれ電気的に接続される第１入力端子及び第２入力端子間に電気的に接続され、前記制御端子への制御信号によって前記交流電源と前記負荷との間の導通／非導通を切り替える。前記スイッチ制御部は、前記スイッチ部を制御する。保護回路は、電流検出部と、単一の保護用スイッチとを備えている。前記電流検出部は、前記スイッチ部に流れる電流を検出する。前記単一の保護用スイッチは、前記制御端子と基準電位点との間に電気的に接続され、前記電流検出部により検出された前記電流の電流値が閾値を超えるとオンになるように構成されている。前記スイッチ部は、オフ時に片方向に電流を流し、かつ前記片方向が逆向きとなるように直列に電気的に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を有している。前記単一の保護用スイッチは、前記第１スイッチ素子の前記制御端子と前記基準電位点との間に電気的に接続され、かつ前記第２スイッチ素子の前記制御端子と前記基準電位点との間に電気的に接続されている。前記電流検出部は、第１端が前記第１入力端子に電気的に接続される前記第１スイッチ素子の第２端と前記基準電位点との間に電気的に接続される２つの第１抵抗と、第１端が前記第２入力端子に電気的に接続される前記第２スイッチ素子の第２端と前記基準電位点との間に電気的に接続される２つの第２抵抗とを有している。

本発明の一態様に係る配線器具は、上述の保護回路と、スイッチ部と、スイッチ制御部とを備えている。前記スイッチ部は、制御端子を有し、交流電源と負荷との間に電気的に接続され、前記制御端子への制御信号によって前記交流電源と前記負荷との導通／非導通を切り替える。前記スイッチ制御部は、前記スイッチ部を制御する。

本発明は、負荷を介さずに交流電源をスイッチ部の両端間に接続した場合においてスイッチ部を保護することができる、という効果がある。

本発明の一実施形態に係る保護回路及び配線器具の構成を示す概略回路図である。 同上の保護回路による保護動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る保護回路及び配線器具について、図面を参照して具体的に説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されない。したがって、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。

本実施形態の配線器具１０は、例えば２線式の調光装置（以下、調光装置１０とも呼ぶ）であって、図１に示すように、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、例えば照明負荷であり、光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）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２２０〔Ｖ〕、５０〔Ｈｚ〕の商用電源である。調光装置１０は、一例として壁スイッチ等に適用可能である。

調光装置１０は、図１に示すように、保護回路１と、スイッチ部２と、位相検出部３と、入力部４と、電源部５と、マイクロコンピュータ６と、スイッチ駆動部９と、表示部２０と、一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２とを備えている。

スイッチ部２は、交流電源８と負荷７との間に電気的に接続され、交流電源８と負荷７との間の導通／非導通を切り替えるように構成されている。スイッチ部２は、例えば、一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に直列に電気的に接続された第１スイッチ素子Ｑ１及び第２スイッチ素子Ｑ２（以下、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２という）を有している。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、例えば、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ＴＭ１，ＴＭ２間において、オフ時に片方向に電流Ｉ１を流し、かつ上記片方向が逆向きとなるように直列に電気的に接続されている（いわゆる逆直列接続）。本実施形態では、図１に示すように、スイッチ素子Ｑ１は、オフ時に入力端子ＴＭ２から入力端子ＴＭ１に向かう向きの電流Ｉ１を流し、スイッチ素子Ｑ２は、オフ時に入力端子ＴＭ１から入力端子ＴＭ２に向かう向きの電流Ｉ１を流す。つまり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、後述の電流検出部１１０を介して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ＴＭ１に接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインは、入力端子ＴＭ２に接続されている。両スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースは、電流検出部１１０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Ｑ１のゲート２１（制御端子）は、後述の第１駆動部９１の出力端子に電気的に接続されており、スイッチ素子Ｑ２のゲート２２（制御端子）は、後述の第２駆動部９２の出力端子に電気的に接続されている。なお、電源部５のグランドは、調光装置１０の内部回路にとって基準電位点となる。

位相検出部３は、入力端子ＴＭ１，ＴＭ２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。本実施形態では、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、検出信号をマイクロコンピュータ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ＴＭ１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ＴＭ２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ＴＭ１を正極とする電圧が基準値未満の状態から基準値以上の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断する。同様に、第２検出部３２は、入力端子ＴＭ２を正極とする電圧が基準値未満の状態から基準値以上の状態に移行したことを検出すると、ゼロクロス点と判断する。基準値は０〔Ｖ〕付近に設定された値（絶対値）である。例えば、第１検出部３１の基準値は、＋数〔Ｖ〕程度であり、第２検出部３２の基準値は、−数〔Ｖ〕程度である。したがって、第１検出部３１及び第２検出部３２で検出されるゼロクロス点の検出点は、厳密な意味でのゼロクロス点（０〔Ｖ〕）から少し時間が遅れる。

入力部４は、ユーザによって操作される操作部から、調光レベルを表す信号を受け付け、受け付けた信号をマイクロコンピュータ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、加工しなくてもよい。調光信号とは、負荷７の光出力の大きさを指定する数値等であって、負荷７を消灯状態とする「ＯＦＦレベル」を含む場合もある。なお、操作部は、ユーザの操作を受けて入力部４に調光レベルを表す信号を出力する構成であればよく、例えば可変抵抗器やロータリスイッチ、ロータリエンコーダ、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。

マイクロコンピュータ６は、スイッチ制御部６１と、保護用制御部６２とを有している。スイッチ制御部６１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スイッチ部２を制御する。スイッチ制御部６１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、スイッチ制御部６１は、第１駆動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。なお、保護用制御部６２については後述する。

マイクロコンピュータ６は、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、スイッチ制御部６１及び保護用制御部６２としての機能を実現する。ＣＰＵで実行するプログラムは、ここでは予めマイクロコンピュータ６のメモリに記録させているが、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。

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、スイッチ制御部６１から第１駆動信号を受けて、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、スイッチ制御部６１から第２駆動信号を受けて、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。

電源部５は、ダイオードＤ１を介して入力端子ＴＭ１に電気的に接続され、ダイオードＤ２を介して入力端子ＴＭ２に電気的に接続されている。これにより、一対のダイオードＤ１，Ｄ２と、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々の寄生ダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、入力端子ＴＭ１，ＴＭ２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。そして、電源部５は、全波整流された交流電圧Ｖａｃを平滑化し、駆動電源及び制御電源を生成する。駆動電源は、スイッチ駆動部９の駆動用の電源であり、例えば１０〔Ｖ〕である。制御電源は、マイクロコンピュータ６の動作用の電源であり、例えば３〔Ｖ〕である。

表示部２０は、調光装置１０の動作状態に応じて点灯／消灯する光源２００を有している。光源２００は、例えばＬＥＤ素子である。ＬＥＤ素子のアノードは、マイクロコンピュータ６に電気的に接続され、かつ電源部５により生成された駆動電源の高圧側に電気的に接続されている。ＬＥＤ素子のカソードは、抵抗Ｒ１を介して駆動電源の低圧側（グランド）に電気的に接続されている。表示部２０は、マイクロコンピュータ６から出力される信号により光源２００を点灯／消灯させるように構成されている。具体的には、表示部２０は、調光装置１０がオフで負荷７が消灯しているときに光源２００を点灯させ、調光装置１０がオンで負荷７が所定の調光レベルで点灯しているときに光源２００を消灯させるように構成されている。これにより、調光装置１０の動作状態をユーザに知らせることができる。

なお、負荷７の点灯回路は、調光装置１０により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１０のスイッチ部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。

次に、本実施形態の調光装置１０の調光動作について説明する。以下の説明では、スイッチ制御部６１によるスイッチ部２の制御方式が、いわゆる逆位相制御方式（トレーリングエッジ方式）である場合について例示する。

まず、交流電圧Ｖａｃが正極性の半周期における調光装置１０の動作について説明する。スイッチ制御部６１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第１検出部３１が検出すると、第１駆動部９１に第１駆動信号を出力してスイッチ素子Ｑ１をオンにする。また、スイッチ制御部６１は、入力部４からの調光信号に応じた導通時間が経過するとスイッチ素子Ｑ１をオフにする。スイッチ素子Ｑ１のオン期間では、オンであるスイッチ素子Ｑ１から、オフであるスイッチ素子Ｑ２の寄生ダイオードを通して一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間が導通する。

続けて、交流電圧Ｖａｃが負極性の半周期における調光装置１０の動作について説明する。スイッチ制御部６１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第２検出部３２が検出すると、第２駆動部９２に第２駆動信号を出力してスイッチ素子Ｑ２をオンにする。また、スイッチ制御部６１は、入力部４からの調光信号に応じた導通時間が経過するとスイッチ素子Ｑ２をオフにする。スイッチ素子Ｑ２のオン期間では、オンであるスイッチ素子Ｑ２から、オフであるスイッチ素子Ｑ１の寄生ダイオードを通して一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間が導通する。

本実施形態の調光装置１０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。

ところで、上述の調光装置１０を施工する際、正しくは負荷７を介して交流電源８を一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に接続する。しかし、例えば、施工者が誤って負荷７を介さずに交流電源８を一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に接続してしまうと、スイッチ素子Ｑ１又はＱ２がオンになったときに過電流（短絡電流）が流れ、スイッチ素子Ｑ１又はＱ２が破損する可能性がある。したがって、施工者が誤って負荷７を介さずに交流電源８を一対の入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に接続した場合でも、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を保護できるように、調光装置１０が構成されていることが好ましい。本実施形態の調光装置１０では、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を保護するための保護回路１を設けている。以下、保護回路１について詳しく説明する。

保護回路１は、図１に示すように、過電流保護部１１と、保護用制御部６２と、報知部３０とを備えている。過電流保護部１１は、電流検出部１１０と、保護用スイッチ１２０とを有している。

電流検出部１１０は、図１に示すように、４つの抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４により構成されている。電流検出部１１０は、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースとの間に電気的に接続されている。つまり、電流検出部１１０は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２間に流れる電流Ｉ１を検出するように構成されている。電流検出部１１０は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１３の直列回路と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１４の直列回路とを有している。抵抗Ｒ１１，Ｒ１３の接続点及び抵抗Ｒ１２，Ｒ１４の接続点は、電源部５のグランドに接続されている。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の他端部は、ドレインが入力端子ＴＭ１に接続されているスイッチ素子Ｑ１のソースに接続され、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の他端部は、ドレインが入力端子ＴＭ２に接続されているスイッチ素子Ｑ２のソースに接続されている。つまり、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と抵抗Ｒ１３，Ｒ１４とは、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２間において、電源部５のグランドに対して対称となるように接続されている。交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期では、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が電流検出部として機能し、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により過電流が検出されると保護用スイッチ１２０がオンになる。また、交流電圧Ｖａｃの負極性の半周期では、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４が電流検出部として機能し、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４により過電流が検出されると保護用スイッチ１２０がオンになる。

保護用スイッチ１２０は、例えばサイリスタである。サイリスタのアノードは、ダイオードＤ５を介してスイッチ素子Ｑ１のゲート２１（制御端子）に電気的に接続され、かつダイオードＤ６を介してスイッチ素子Ｑ２のゲート２２（制御端子）に電気的に接続されている。サイリスタのカソードは、電源部５のグランドに電気的に接続されている。つまり、本実施形態では、電源部５のグランドが基準電位点である。サイリスタのゲートは、抵抗Ｒ２及びダイオードＤ３を介して、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とスイッチ素子Ｑ１のソースとの接続点Ｐ１に電気的に接続されている。また、サイリスタのゲートは、抵抗Ｒ２及びダイオードＤ４を介して、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４とスイッチ素子Ｑ２のソースとの接続点Ｐ２に電気的に接続されている。さらに、サイリスタのカソードとゲートとの間には、抵抗Ｒ３が電気的に接続され、かつコンデンサＣ１が電気的に接続されている。

保護用制御部６２は、上述のように、マイクロコンピュータ６のメモリに記録されているプログラムをＣＰＵで実行することにより実現される。保護用制御部６２は、計数部６２０を有している。計数部６２０は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超えた回数、言い換えるとスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に過電流（短絡電流）が流れた回数を計数する。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に過電流が流れていない状態では、保護用スイッチ１２０はオフであるため、保護用スイッチ１２０のアノードの電位は電源部５における駆動電源の高圧側と同電位である。一方、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に過電流が流れると、保護用スイッチ１２０がオンになり、保護用スイッチ１２０のアノードの電位が電源部５のグランドと同電位になる。計数部６２０は、保護用スイッチ１２０のアノードの電位を監視している。そして、計数部６２０は、保護用スイッチ１２０のアノードの電位が電源部５のグランドと同電位になる回数を計数することで、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に過電流が流れた回数を計数する。そして、保護用制御部６２は、計数部６２０の計数値が規定値（例えば１０回）に達すると、交流電源８と負荷７との間が非導通に固定されるように、スイッチ制御部６１にスイッチ部２を制御させる。言い換えると、保護用制御部６２は、計数部６２０の計数値が規定値に達すると、スイッチ制御部６１にスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオフにさせる。

以上のようにして交流電源８と負荷７との間が非導通に固定された後、例えばブレーカがオフにされることで交流電源８から調光装置１０への給電が停止されると、保護用制御部６２（計数部６２０）の計数値がリセットされる。これにより、交流電源８と負荷７との間の非導通が解消される。誤配線が解消されていない場合には、再び異常（過電流）が検知されて、計数部６２０が計数を開始する。そして、計数部６２０の計数値が規定値に達すると、交流電源８と負荷７との間が非導通に固定される。一方、施工者により誤配線が解消されると（正しい配線状態になると）、配線器具１０が調光装置である場合には、調光レベルに応じた調光制御を行うことができる。また、後述のように、配線器具１０がレギュレータである場合には、レギュレータの設定に応じた速度調節制御を行うことができる。つまり、本実施形態の調光装置１０では、保護用制御部６２は、交流電源８からの給電が停止されて計数部６２０の計数値がリセットされると、交流電源８と負荷７との間が非導通に固定されないように、スイッチ制御部６１にスイッチ部２を制御させる。

本実施形態の調光装置１０では、交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期においてスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超え、さらに交流電圧Ｖａｃの負極性の半周期において電流Ｉ１の電流値が閾値を超える。言い換えると、交流電圧Ｖａｃの１周期において電流Ｉ１の電流値が閾値を２回超える。したがって、保護用制御部６２は、計数部６２０の計数値が交流電圧Ｖａｃの５周期分に達した時点で、交流電源８と負荷７との間が非導通に固定されるように、スイッチ制御部６１にスイッチ部２を制御させる。なお、本実施形態の調光装置１０では、例えば停電等によって交流電源８が遮断されるまでは交流電圧Ｖａｃが継続して印加されるため、計数部６２０の計数値は、交流電源８が停電になったときにリセットされる。

報知部３０は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超えている状態（以下、第１状態という）と計数部６２０の計数値が規定値に達している状態（以下、第２状態という）との少なくとも一方であることを報知するように構成されている。本実施形態では、上述した調光装置１０の表示部２０が報知部３０に兼用されている。報知部３０は、保護用制御部６２から出力される信号によって点滅するように構成されている。例えば、保護用制御部６２が第１状態であると判断した場合、報知部３０は、保護用制御部６２からの信号によって所定間隔（例えば１秒間隔）で光源２００を点滅させる。また、保護用制御部６２が第２状態であると判断した場合、報知部３０は、保護用制御部６２からの信号によって第１状態とは異なる間隔（例えば、０．５秒間隔）で光源２００を点滅させる。このように、報知部３０によって、調光装置１０が第１状態と第２状態との少なくとも一方であることをユーザに知らせることができる。また、配線器具１０の表示部２０を報知部３０として兼用することにより、報知部３０を別途設けた場合に比べて部品点数を削減することもできる。

次に、保護回路１の保護動作について、図２を参照して具体的に説明する。図２は、交流電源８から出力される交流電圧Ｖａｃの１周期分のタイミングチャートである。図２におけるＶｇ１は、スイッチ素子Ｑ１のゲート２１に印加されるゲート電圧である。図２におけるＶｇ２は、スイッチ素子Ｑ２のゲート２２に印加されるゲート電圧である。図２におけるＶｇ３は、保護用スイッチ１２０のゲートに印加されるゲート電圧である。図２におけるＳｉｇ１は、スイッチ制御部６１から第１駆動部９１に出力される第１駆動信号である。図２におけるＳｉｇ２は、スイッチ制御部６１から第２駆動部９２に出力される第２駆動信号である。

時刻ｔ１において、交流電圧Ｖａｃの極性は正極性であるため、マイクロコンピュータ６のスイッチ制御部６１は、第１駆動部９１に対してＨｉｇｈレベルの第１駆動信号Ｓｉｇ１を出力する。第１駆動部９１は、Ｈｉｇｈレベルの第１駆動信号Ｓｉｇ１を受けて、スイッチ素子Ｑ１のゲート２１にゲート電圧Ｖｇ１を印加する。このとき、第１駆動部９１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけてスイッチ素子Ｑ１がターンオンするように、ゲート電圧Ｖｇ１を比例的に増加させる。またこのとき、保護用スイッチ１２０のゲートには、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけてゲート電圧Ｖｇ１と同様の波形のゲート電圧Ｖｇ３（スイッチ素子Ｑ１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２との接続点Ｐ１の電位）が印加される。

時刻ｔ２においては、ゲート電圧Ｖｇ３の電圧値が閾値Ｖｔｈに達しており、保護用スイッチ１２０がオンになる。保護用スイッチ１２０がオンになると、スイッチ素子Ｑ１のゲート２１に蓄積された電荷がダイオードＤ５を介して保護用スイッチ１２０に流れる。その結果、ゲート電圧Ｖｇ１が０〔Ｖ〕になり、スイッチ素子Ｑ１がオフになる。スイッチ素子Ｑ１がオフになると、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１が０〔Ａ〕になり、ゲート電圧Ｖｇ３も０〔Ｖ〕になる。

なお、時刻ｔ２においては、ゲート電圧Ｖｇ３も０〔Ｖ〕になるが、時刻ｔ３になるまでは第１駆動信号Ｓｉｇ１がＨｉｇｈレベルであるため、保護用スイッチ１２０には電流が流れ続ける。その結果、ゲート電圧Ｖｇ３が０〔Ｖ〕となる時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ１においても、保護用スイッチ１２０はオンの状態を維持し、これによりスイッチ素子Ｑ１もオフの状態が維持される。そして、時刻ｔ３において、第１駆動信号Ｓｉｇ１がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると、ゲート電圧Ｖｇ３が０〔Ｖ〕であることから、保護用スイッチ１２０はオフになる。

時刻ｔ４において、交流電圧Ｖａｃの極性は負極性であるため、スイッチ制御部６１は、第２駆動部９２に対してＨｉｇｈレベルの第２駆動信号Ｓｉｇ２を出力する。第２駆動部９２は、Ｈｉｇｈレベルの第２駆動信号Ｓｉｇ２を受けて、スイッチ素子Ｑ２のゲート２２にゲート電圧Ｖｇ２を印加する。このとき、第２駆動部９２は、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけてスイッチ素子Ｑ２がターンオンするように、ゲート電圧Ｖｇ２を比例的に増加させる。またこのとき、保護用スイッチ１２０のゲートには、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけてゲート電圧Ｖｇ２と同様の波形のゲート電圧Ｖｇ３（スイッチ素子Ｑ２と抵抗Ｒ１３，Ｒ１４との接続点Ｐ２の電位）が印加される。

時刻ｔ５においては、ゲート電圧Ｖｇ３の電圧値が閾値Ｖｔｈに達しており、保護用スイッチ１２０がオンになる。保護用スイッチ１２０がオンになると、スイッチ素子Ｑ２のゲート２２に蓄積された電荷がダイオードＤ６を介して保護用スイッチ１２０に流れる。その結果、ゲート電圧Ｖｇ２が０〔Ｖ〕になり、スイッチ素子Ｑ２がオフになる。スイッチ素子Ｑ２がオフになると、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１が０〔Ａ〕になり、ゲート電圧Ｖｇ３も０〔Ｖ〕になる。

なお、時刻ｔ５においては、ゲート電圧Ｖｇ３も０〔Ｖ〕になるが、時刻ｔ６になるまでは第２駆動信号Ｓｉｇ２がＨｉｇｈレベルであるため、保護用スイッチ１２０には電流が流れ続ける。その結果、ゲート電圧Ｖｇ３が０〔Ｖ〕となる時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間Ｔ２においても、保護用スイッチ１２０はオンの状態を維持し、これによりスイッチ素子Ｑ２もオフの状態が維持される。そして、時刻ｔ６において、第２駆動信号Ｓｉｇ２がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると、ゲート電圧Ｖｇ３が０〔Ｖ〕であることから、保護用スイッチ１２０はオフになる。

本実施形態の保護回路１は、以上説明した交流電圧Ｖａｃの１周期の動作を繰り返し行うことができる。つまり、保護回路１は、交流電圧Ｖａｃの１周期が経過した時点で初期状態に復帰するように構成されている。そして、本実施形態の保護回路１では、計数部６２０の計数値が規定値に達した時点で、交流電源８と負荷７との間を非導通に固定するように構成されている。

また、本実施形態の保護回路１では、電源部５のグランドに対してスイッチ素子Ｑ１側に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を接続し、スイッチ素子Ｑ２側に抵抗Ｒ１３，Ｒ１４を接続している。これにより、単一の保護用スイッチ１２０を用いているにもかかわらず、交流電圧Ｖａｃの１周期に亘って過電流を検出することが可能になる。

ここで、負荷７を介さずに交流電源８が入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に接続された状態において、スイッチ素子Ｑ１又はＱ２がオンになったときにスイッチ部２に流れる電流Ｉ１は、スイッチ素子Ｑ１又はＱ２の定格電流以下であることが好ましい。言い換えると、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１がスイッチ素子Ｑ１又はＱ２の定格電流以下となるように、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の抵抗値が設定されていることが好ましい。これにより、負荷７を介さずに交流電源８が入力端子ＴＭ１，ＴＭ２間に接続された場合でも、スイッチ部２を保護することができ、さらにスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が破損しにくくなるという利点もある。

以上説明したように、本実施形態の保護回路１は、スイッチ部２とスイッチ制御部６１とを備えた配線器具１０に用いられる。スイッチ部２は、制御端子（ゲート２１，２２）を有し、交流電源８と負荷７との間に電気的に接続され、制御端子への制御信号によって交流電源８と負荷７との間の導通／非導通を切り替える。スイッチ制御部６１は、スイッチ部２を制御する。保護回路１は、電流検出部１１０と、保護用スイッチ１２０とを備えている。電流検出部１１０は、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１を検出する。保護用スイッチ１２０は、制御端子と基準電位点（本実施形態では、電源部５のグランド）との間に電気的に接続され、電流検出部１１０により検出された電流Ｉ１の電流値が閾値を超えるとオンになるように構成されている。この構成によれば、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超えると保護用スイッチ１２０がオンになり、スイッチ部２の制御端子への制御信号が制御端子に入力されなくなる。これにより、交流電源８と負荷７との間の導通／非導通の切り替えが停止し、スイッチ部２に電流Ｉ１が流れなくなるので、例えば、施工者が誤って負荷７を介さずに交流電源８をスイッチ部２の両端間に接続した場合でも、スイッチ部２を保護することができる。

また、本実施形態の保護回路１のように、スイッチ部２は、逆直列に電気的に接続された第１スイッチ素子Ｑ１及び第２スイッチ素子Ｑ２を有していることが好ましい。この場合、保護用スイッチ１２０は、第１スイッチ素子Ｑ１の制御端子（ゲート２１）と基準電位点との間に電気的に接続され、かつ第２スイッチ素子Ｑ２の制御端子（ゲート２２）と基準電位点との間に電気的に接続されていることが好ましい。この構成によれば、交流電圧Ｖａｃの正極性の半周期においてオンになる第１スイッチ素子Ｑ１と、負極性の半周期においてオンになる第２スイッチ素子Ｑ２とが単一の保護用スイッチ１２０に接続されている。したがって、交流電圧Ｖａｃの１周期に亘って過電流が生じる場合でも、単一の保護用スイッチ１２０によって過電流を低減することができる。ただし、この構成は保護回路１の必須の構成ではなく、例えば第１スイッチ素子Ｑ１及び第２スイッチ素子Ｑ２の各々に対して別々の保護用スイッチが接続されていてもよい。

また、本実施形態の保護回路１のように、保護用制御部６２をさらに備えていることが好ましい。この場合、保護用制御部６２は、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超えた回数を計数する計数部６２０を有していることが好ましい。そして、保護用制御部６２は、計数部６２０の計数値が規定値に達すると、スイッチ制御部６１に対して交流電源８と負荷７との間を非導通に固定させるように構成されている。この構成によれば、計数部６２０の計数値が規定値に達した時点で交流電源８と負荷７との間が非導通に固定されるので、突入電流などによる誤検出を低減できる。ただし、この構成は保護回路１の必須の構成ではなく、保護用制御部６２が省略されていてもよい。

また、本実施形態の保護回路１のように、報知部３０をさらに備えていることが好ましい。この場合、報知部３０は、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１の電流値が閾値を超えている状態と計数部６２０の計数値が規定値に達している状態との少なくとも一方の状態であることを報知する。この構成によれば、スイッチ部２に過電流（短絡電流）が流れていることをユーザに知らせることができる。ただし、この構成は保護回路１の必須の構成ではなく、報知部３０が省略されていてもよい。

また、本実施形態の保護回路１のように、配線器具１０の動作状態に応じて点灯／消灯する光源２００を有する表示部２０が報知部３０に兼用されていることが好ましい。この構成によれば、報知部３０を別途設けなくてもよく、報知部３０を別途設けた場合に比べて部品点数を削減することができる。ただし、この構成は保護回路１の必須の構成ではなく、表示部２０とは別に報知部３０が設けられていてもよい。

本実施形態の配線器具１０は、保護回路１と、スイッチ部２と、スイッチ制御部６１とを備えている。スイッチ部２は、制御端子（ゲート２１，２２）を有し、交流電源８と負荷７との間に電気的に接続され、制御端子への制御信号によって交流電源８と負荷７との導通／非導通を切り替える。スイッチ制御部６１は、スイッチ部２を制御する。この構成によれば、上述の保護回路１を用いることによって、負荷７を介さずに交流電源８をスイッチ部２の両端間に接続した場合においてスイッチ部２を保護することができる。

以下、上述の実施形態の変形例について説明する。

上述の実施形態では、配線器具１０が調光装置である場合について説明したが、配線器具１０は調光装置に限らず、例えば、電動機の速度調節を行うレギュレータであってもよい。この場合、負荷７は、電動機を動力源とする換気扇やサーキョレータなどである。つまり、負荷７についても照明負荷に限らない。また、配線器具１０は、例えばタイマなどの電子スイッチであってもよい。

さらに、上述の実施形態では、逆直列に電気的に接続された２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２によりスイッチ部２が構成されているが、例えばダブルゲート構造のスイッチ素子によりスイッチ部２が構成されていてもよい。この場合、スイッチ素子は、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ことが好ましい。そして、スイッチ部２は、入力端子ＴＭ１，ＴＭ２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を含んでいることが好ましい。この構成によれば、２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２でスイッチ部２が構成されている場合に比べて、導通損失を低減することができる。

また、上述の実施形態では、マイクロコンピュータ６によるスイッチ部２の制御方式が逆位相制御方式である場合について説明したが、スイッチ部２の制御方式は逆位相制御方式に限らず、正位相制御方式（リーディングエッジ方式）であってもよい。この場合、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ＴＭ１，ＴＭ２が導通することになる。

さらに、上述の実施形態では、計数部６２０の計数値に対する規定値が１０である場合について説明したが、突入電流などによって誤検出されないように構成されていれば、規定値は１０に限定されない。すなわち、規定値は２〜９の間で設定されていてもよいし、１１以上に設定されていてもよい。

また、負荷７を消灯状態とする「ＯＦＦレベル」については、入力部４から入力される調光信号に含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。「ＯＦＦレベル」が調光信号に含まれていない場合には、負荷７を消灯状態とするためのメカニカルスイッチ（例えば押釦スイッチなど）を別途設けることが好ましい。この場合、計数部６２０の計数値は、メカニカルスイッチにより負荷７が消灯状態となったときにリセットされるように構成されていることが好ましい。

さらに、スイッチ部２を構成する２個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の各々は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などであってもよい。また、保護用スイッチ１２０についてもサイリスタに限らず、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。

さらに、スイッチ部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、外付けのダイオードであってもよい。この場合、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、上述の実施形態では、スイッチ制御部６１と保護用制御部６２とが単一のマイクロコンピュータ６で実現されるように構成されているが、スイッチ制御部と保護用制御部とが別々のマイクロコンピュータで実現されるように構成されていてもよい。

また、スイッチ部２に流れる電流Ｉ１の電流値と閾値との比較において、電流Ｉ１の電流値が閾値を「超える」には、電流Ｉ１の電流値と閾値とが等しい場合が含まれていてもよい。すなわち、「超える」が「以上」と同義であってもよい。つまり、電流Ｉ１の電流値と閾値とが等しい場合を含むか否かは閾値の設定次第で任意に変更できるので、「超える」と「以上」との間に技術上の差異はない。

さらに、上述の実施形態では、第１状態と第２状態との両方において、報知部３０により報知するように構成されているが、第１状態と第２状態との少なくとも一方の状態において報知部３０により報知するように構成されていればよい。

１ 保護回路
２ スイッチ部
７ 負荷
８ 交流電源
１０ 配線器具
２０ 表示部
２１，２２ ゲート（制御端子）
３０ 報知部
６１ スイッチ制御部
６２ 保護用制御部
１１０ 電流検出部
１２０ 保護用スイッチ
２００ 光源
６２０ 計数部
Ｉ１ 電流
Ｑ１ 第１スイッチ素子
Ｑ２ 第２スイッチ素子

Claims (5)

1. 制御端子を有し、交流電源と負荷との直列回路の両端にそれぞれ電気的に接続される第１入力端子及び第２入力端子間に電気的に接続され、前記制御端子への制御信号によって前記交流電源と前記負荷との間の導通／非導通を切り替えるスイッチ部と、前記スイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備えた配線器具に用いられる保護回路であって、
   前記スイッチ部に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記制御端子と基準電位点との間に電気的に接続され、前記電流検出部により検出された前記電流の電流値が閾値を超えるとオンになるように構成されている単一の保護用スイッチとを備え、
   前記スイッチ部は、オフ時に片方向に電流を流し、かつ前記片方向が逆向きとなるように直列に電気的に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を有しており、
   前記単一の保護用スイッチは、前記第１スイッチ素子の前記制御端子と前記基準電位点との間に電気的に接続され、かつ前記第２スイッチ素子の前記制御端子と前記基準電位点との間に電気的に接続されており、
   前記電流検出部は、
   第１端が前記第１入力端子に電気的に接続される前記第１スイッチ素子の第２端と前記基準電位点との間に電気的に接続される２つの第１抵抗と、
   第１端が前記第２入力端子に電気的に接続される前記第２スイッチ素子の第２端と前記基準電位点との間に電気的に接続される２つの第２抵抗とを有している
   ことを特徴とする保護回路。
2. 保護用制御部をさらに備え、
   前記保護用制御部は、前記電流値が前記閾値を超えた回数を計数する計数部を有しており、
   前記保護用制御部は、前記計数部の計数値が規定値に達すると、前記スイッチ制御部に対して前記交流電源と前記負荷との間を非導通に固定させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の保護回路。
3. 前記電流値が前記閾値を超えている状態と前記計数値が前記規定値に達している状態との少なくとも一方の状態であることを報知する報知部をさらに備えている
   ことを特徴とする請求項２記載の保護回路。
4. 前記配線器具の動作状態に応じて点灯／消灯する光源を有する表示部が前記報知部に兼用されている
   ことを特徴とする請求項３記載の保護回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の保護回路と、
   制御端子を有し、交流電源と負荷との間に電気的に接続され、前記制御端子への制御信号によって前記交流電源と前記負荷との導通／非導通を切り替えるスイッチ部と、
   前記スイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備えている
   ことを特徴とする配線器具。

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