JPH0687432B2 - Power control device - Google Patents

Power control device

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JPH0687432B2
JPH0687432B2 JP2332772A JP33277290A JPH0687432B2 JP H0687432 B2 JPH0687432 B2 JP H0687432B2 JP 2332772 A JP2332772 A JP 2332772A JP 33277290 A JP33277290 A JP 33277290A JP H0687432 B2 JPH0687432 B2 JP H0687432B2
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JP
Japan
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voltage
power
control device
load
diode bridge
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JP2332772A
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Inventor
政義 宮島
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クロイ電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 (a)産業上の利用分野 この発明は、照明器具等の光量を調節する調光装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a light control device for adjusting the amount of light of a lighting fixture or the like.

(b)従来の技術 例えば照明器具の光量制御のように電力を無段階的に制
御する電力制御装置は、従来よりスイッチング素子の位
相角を制御する回路から構成されている。このような従
来の電力制御装置の最も典型的な回路は、可変抵抗とコ
ンデンサによりCR位相調整回路を構成し、サイリスタ
(トライアック等)のゲートと位相制御回路間にトリガ
素子を設け、可変抵抗の抵抗値によってトリガ素子がブ
レイクオーバーする位相を制御し、このことによりサイ
リスタの導通角を定めるようにしている。その結果ラン
プ等の負荷には第3図に示すような電圧が印加されるこ
とになる。
(B) Conventional Technology For example, a power control device that controls power steplessly, such as a light amount control of a lighting fixture, has conventionally been composed of a circuit that controls a phase angle of a switching element. The most typical circuit of such a conventional power control device is to configure a CR phase adjustment circuit with a variable resistor and a capacitor, and to provide a trigger element between the gate of the thyristor (triac etc.) and the phase control circuit. The resistance value controls the phase at which the trigger element breaks over, thereby determining the conduction angle of the thyristor. As a result, the voltage shown in FIG. 3 is applied to the load such as the lamp.

(c)発明が解決しようとする課題 ところが、サイリスタの導通角を位相制御する従来の調
光装置においては、負荷に印加される電圧波形は商用交
流電源電圧波形の各半サイクル毎に連続する非導通角が
存在するため、比較的低次の高調波成分が高い含有率で
電力系統に重畳されるという特性を備えている。このた
め電力系統に接続されている変圧器や調相回路における
電力損を増大させるという問題があった。
(C) Problem to be Solved by the Invention However, in the conventional dimmer that controls the conduction angle of the thyristor in phase, the voltage waveform applied to the load is a non-continuous signal for each half cycle of the commercial AC power supply voltage waveform. Since there is a conduction angle, it has a characteristic that relatively low-order harmonic components are superposed on the power system at a high content rate. For this reason, there has been a problem of increasing the power loss in the transformer and the phase adjusting circuit connected to the power system.

近年の位相制御による電力制御装置の多用によって上述
の問題は深刻化しつつあり、機器から電力系統に重畳さ
れる高調波成分の含有率を制限するための規格や規制が
提案されている。
The above-mentioned problems are becoming more serious due to the heavy use of power control devices using phase control in recent years, and standards and regulations have been proposed for limiting the content rate of harmonic components superposed on a power system by devices.

また従来の位相制御による電力制御装置は位相調整用コ
ンデンサの初期条件の違いによりヒステリシスが生じる
こと、商用交流電源周波数の違いにより特性が変化する
こと、更には電源電圧の変動によって導通角も変化して
供給電力が大きく変動すること等の問題もあった。
In the conventional power control device using phase control, hysteresis occurs due to the difference in the initial condition of the phase adjustment capacitor, the characteristics change due to the difference in the commercial AC power supply frequency, and the conduction angle also changes due to the fluctuation of the power supply voltage. There was also a problem that the supplied power greatly fluctuated.

この発明の目的は、高調波による電力系統に及ぼす影響
を低減するとともに上述の問題を解消した電力制御装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power control device that reduces the influence of harmonics on a power system and solves the above problems.

(d)課題を解決するための手段 この発明の電力制御装置は、商用交流電源を電源とする
負荷に直列に接続される装置であって、 入力端子間に流れる電流を整流するダイオードブリッジ
と、 このダイオードブリッジの出力を平滑して直流電圧を発
生する平滑回路と、 上記直流電圧を電源として高周波発振し、デューティー
比制御用可変抵抗を備える非安定マルチバイブレータ
と、 上記ダイオードブリッジの出力端子間に接続され、上記
非安定マルチバイブレータの出力によりオン/オフする
スイッチングトランジスタとからなる。
(D) Means for Solving the Problems A power control device according to the present invention is a device that is connected in series to a load that uses a commercial AC power source as a power source, and a diode bridge that rectifies a current flowing between input terminals, Between the output of the diode bridge, a smoothing circuit that smoothes the output of this diode bridge to generate a DC voltage, an astable multivibrator that oscillates at high frequency using the DC voltage as a power supply, and includes a variable resistor for controlling the duty ratio. The switching transistor is connected and is turned on / off by the output of the astable multivibrator.

(e)作用 この発明の調光装置では、ダイオードブリッジは負荷に
印加される電圧および電流を整流し、平滑回路がその出
力を平滑して直流電圧を発生する。非安定マルチバイブ
レータは、上記直流電圧を電源として作動し、可変抵抗
の状態で定まるデューティー比のパルスを発生する。そ
してスイッチングトランジスタはこの非安定マルチバイ
ブレータの出力によりオン/オフして、ダイオードブリ
ッジの出力端子間を導通/遮断する。非安定マルチバイ
ブレータの繰り返し周期は商用交流電源の周期より十分
に短いため、負荷に流れる電流は非安定マルチバイブレ
ータの発生する矩形波信号に応じて交流電源の1サイク
ル内で複数回断続される。負荷供給電力は上記スイッチ
ングトランジスタのオンデューティー比で定まり、非安
定マルチバイブレータのデューティー比制御用可変抵抗
を調節することによって負荷供給電力を調節することが
できる。
(E) Function In the light control device of the present invention, the diode bridge rectifies the voltage and current applied to the load, and the smoothing circuit smooths the output to generate a DC voltage. The non-stable multivibrator operates by using the DC voltage as a power source and generates a pulse having a duty ratio determined by the state of the variable resistance. Then, the switching transistor is turned on / off by the output of the astable multivibrator so as to connect / disconnect between the output terminals of the diode bridge. Since the repetition cycle of the unstable multivibrator is sufficiently shorter than the cycle of the commercial alternating-current power supply, the current flowing through the load is interrupted multiple times within one cycle of the alternating-current power supply according to the rectangular wave signal generated by the unstable multivibrator. The load supply power is determined by the on-duty ratio of the switching transistor, and the load supply power can be adjusted by adjusting the duty ratio control variable resistor of the unstable multivibrator.

このようにして商用交流電源電圧の半サイクル中に負荷
供給電流が連続的に遮断されることなく、全周期にわた
って一定デューティー比で負荷供給電流が断続されるた
め、電力系統に重畳される低次高調波成分の含有率は低
い。もちろんスイッチングトランジスタのオン/オフ周
期に対応する周波数成分が高次高調波成分として生じる
が、この高調波成分は電力系統のインダクタンス成分で
減衰され、また比較的低インダクタンスのコイルで容易
にフィルタリングすることができ、電力系統や電力系統
に接続されている他の機器に悪影響を与えない。
In this way, the load supply current is not interrupted continuously during the half cycle of the commercial AC power supply voltage, and the load supply current is interrupted at a constant duty ratio over the entire cycle. The content of harmonic components is low. Of course, the frequency component corresponding to the on / off cycle of the switching transistor occurs as a high-order harmonic component, but this harmonic component is attenuated by the inductance component of the power system and can be easily filtered by a coil with a relatively low inductance. The power system and other devices connected to the power system are not adversely affected.

(f)実施例 この発明の実施例である調光装置の回路を第1図に示
す。第1図においてLは負荷としてのランプであり、こ
のランプLとともに端子T1,T2を介して商用交流電源AC
に直列接続される回路が調光回路である。コンデンサC
3、チョークコイルCH、抵抗R5、コンデンサC4は高調波
(特に後述する非安定マルチバイブレータの発振周波
数)成分を除去するフィルタ回路を構成する。D3、D4、
D5、D6は上記フィルタを介して入力端子T1,T2間に流れ
る電流を整流するダイオードブリッジを構成する。Q5は
ダイオードブリッジの出力端子間を導通/遮断するFET
からなるスイッチングトランジスタである。D7は逆流防
止ダイオードである。抵抗R6、コンデンサC5、抵抗R7、
トランジスタQ6、ツェナーダイオードZD、コンデンサC6
は直流電圧安定化回路を構成する。トランジスタQ1,Q
2、コンデンサC1,C2、抵抗R1,R2、可変抵抗VR、トラン
ジスタQ3,Q4、抵抗R3,R4、ダイオードD1,D2は非安定マ
ルチバイブレータ(以下単にマルチバイブレータとい
う。)を構成する。このマルチバイブレータの出力信号
は抵抗R8およびスピードアップコンデンサC7を介してス
イッチングトランジスタQ5のゲートに与えられる。ダイ
オードD8はスイッチングトランジスタQ5のゲートの0レ
ベルを接地電位に保つ。抵抗R9,R10、コンデンサC8,C9
およびトリガ素子SBSはマルチバイブレータに対しトリ
カパルスを与えるトリガ回路を構成する。
(F) Embodiment FIG. 1 shows a circuit of a light control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, L is a lamp as a load, and the commercial AC power supply AC is also connected to the lamp L via terminals T1 and T2.
The circuit connected in series with is a dimming circuit. Capacitor C
3, the choke coil CH, the resistor R5, and the capacitor C4 form a filter circuit that removes harmonic components (particularly, the oscillation frequency of an unstable multivibrator described later). D3, D4,
D5 and D6 form a diode bridge that rectifies the current flowing between the input terminals T1 and T2 via the filter. Q5 is a FET that connects / disconnects between the output terminals of the diode bridge
Is a switching transistor. D7 is a backflow prevention diode. Resistor R6, capacitor C5, resistor R7,
Transistor Q6, Zener diode ZD, capacitor C6
Constitutes a DC voltage stabilizing circuit. Transistor Q1, Q
2. The capacitors C1 and C2, the resistors R1 and R2, the variable resistor VR, the transistors Q3 and Q4, the resistors R3 and R4, and the diodes D1 and D2 form an astable multivibrator (hereinafter simply referred to as a multivibrator). The output signal of this multivibrator is given to the gate of the switching transistor Q5 via the resistor R8 and the speed-up capacitor C7. The diode D8 keeps the 0 level of the gate of the switching transistor Q5 at the ground potential. Resistors R9, R10, Capacitors C8, C9
And the trigger element SBS constitutes a trigger circuit for giving a trica pulse to the multivibrator.

第1図に示した回路の動作は次の通りである。まず商用
交流電源ACが供給されるとダイオードブリッジD3〜D6の
出力に整流電圧が現れ、その電圧がR6,C5によって平滑
される。そしてQ6はZDのツェナー電圧+Q6のベース・エ
ミッタ間電圧にほぼ等しい安定化直流電圧を出力する。
C6はその電圧を平滑する。なおR6,C5およびC6がこの発
明に係る平滑回路に相当する。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 is as follows. First, when the commercial AC power supply AC is supplied, a rectified voltage appears at the outputs of the diode bridges D3 to D6, and the voltage is smoothed by R6 and C5. And Q6 outputs the stabilized DC voltage which is almost equal to the Zener voltage of ZD + the base-emitter voltage of Q6.
C6 smoothes that voltage. R6, C5 and C6 correspond to the smoothing circuit according to the present invention.

このようにしてマルチバイブレータおよびトリガ回路に
電源電圧が与えられると、R9を介してC8に充電電流が流
れ、R10を介してC9に充電電流が流れる。C9の充電にと
もないトリガ素子SBSの印加電圧が上昇し、その電圧が
ブレイクオーバ電圧を超えると、C8→SBS→R10の経路で
Q2に負のトリガパルスが与えられる。これによりQ2がオ
フする。SBSのブレイクオーバー後、SBSはオン状態を保
つ。Q2のオフによりQ4のベース電位が上昇し、Q4がオン
してQ4→C2→Q1の経路でQ1にベース電流が流れQ1がオン
する。そしてVR→R1→C1→D1→Q1の経路でC1に充電電流
が流れる。この時スイッチングトランジスタQ5のゲート
電位はD1の順方向降下電圧にほぼ等しい低電位となって
Q5はオフする。これによりランプLに対する負荷電流が
遮断される。
When the power supply voltage is applied to the multivibrator and the trigger circuit in this manner, a charging current flows through C9 via R9 and a charging current flows through C9 through R10. When the voltage applied to the trigger element SBS rises with the charging of C9 and the voltage exceeds the breakover voltage, the path of C8 → SBS → R10
Negative trigger pulse is applied to Q2. This turns off Q2. After SBS breakover, SBS remains on. When Q2 turns off, the base potential of Q4 rises, Q4 turns on, and the base current flows to Q1 through the path of Q4 → C2 → Q1 and Q1 turns on. Then, the charging current flows to C1 along the route of VR → R1 → C1 → D1 → Q1. At this time, the gate potential of the switching transistor Q5 becomes a low potential almost equal to the forward voltage drop of D1.
Q5 turns off. As a result, the load current to the lamp L is cut off.

その後、C1の充電電圧の上昇によってQ2のベース電位が
VBEを越えた時Q2がオンしてVR→R2→C2→D2→Q2の経路
でC2に充電電流が流れる。同時にQ1のベース電位が負と
なって、Q1はオフ状態となる。これによりQ3のベース電
位が高くなり、Q3がオンする。そのためQ5のゲート電位
はQ3を介して高電位になりQ5はオンする。その結果ダイ
オードブリッジD3〜D6とスイッチングトランジスタQ5を
介してランプLに負荷電流が流れる。
After that, the base voltage of Q2 rises due to the increase of the charging voltage of C1.
When V BE is exceeded, Q2 turns on and the charging current flows to C2 through the route of VR → R2 → C2 → D2 → Q2. At the same time, the base potential of Q1 becomes negative and Q1 is turned off. This raises the base potential of Q3 and turns on Q3. Therefore, the gate potential of Q5 becomes high via Q3 and Q5 turns on. As a result, a load current flows through the lamp L via the diode bridges D3 to D6 and the switching transistor Q5.

C2の充電に伴いQ1のベース電位が上昇し、Q1のベース電
位がVBEを越えるとQ1がオンする。これによりQ3がオフ
してQ5のゲート電位は低電位となってQ5が再びオフす
る。尚、上述の動作から明らかなようにQ3,Q4はQ2,Q1の
ターンオフを速めるために設けている。
The base potential of Q1 rises with the charging of C2, and when the base potential of Q1 exceeds V BE , Q1 turns on. As a result, Q3 turns off, the gate potential of Q5 becomes low, and Q5 turns off again. As is clear from the above operation, Q3 and Q4 are provided to accelerate the turn-off of Q2 and Q1.

以上の動作を繰り返すことによりマルチバイブレータは
発振動作してスイッチングトランジスタQ5が負荷電流を
断続する。第2図にランプLに供給される電圧・電流の
波形例を示す。
By repeating the above operation, the multivibrator oscillates and the switching transistor Q5 interrupts the load current. FIG. 2 shows an example of the waveform of the voltage / current supplied to the lamp L.

スイッチングトランジスタQ5のオン時間はQ2のオン時間
に等しく、これはVR,R2,C2の時定数で定まる。逆にQ2の
オフ時間(=Q1のオン時間)はVR,R1,C1の時定数で定ま
る。したがってVRの位置によってQ2のオン時間/オフ時
間がともに変化する。C1=C2であればQ2のオン時間+オ
フ時間は一定となり、VRの位置によってQ2オンデューテ
ィー比すなわちスイッチングトランジスタQ5のオンデュ
ーティ比が定まる。
The on-time of the switching transistor Q5 is equal to the on-time of Q2, which is determined by the time constants of VR, R2 and C2. On the contrary, the off time of Q2 (= the on time of Q1) is determined by the time constants of VR, R1, and C1. Therefore, both ON time and OFF time of Q2 change depending on the position of VR. If C1 = C2, the ON time + OFF time of Q2 is constant, and the Q2 on-duty ratio, that is, the on-duty ratio of the switching transistor Q5 is determined by the position of VR.

以上のようにしてマルチバイブレータの発振動作により
ランプLを断続するとともにVRの調整によってそのオン
デューティー比を制御して供給電力を制御することがで
きる。
As described above, it is possible to control the supply electric power by controlling the on-duty ratio of the lamp L by adjusting the VR by connecting and disconnecting the lamp L by the oscillation operation of the multivibrator.

(g)発明の効果 この発明によれば、商用交流電源周波数より高周波で負
荷供給電流を断続するとともにそのオンデューティー比
を可変としたため、比較的低次の高調波成分が抑えら
れ、電力系統に与える悪影響を防止することができる。
また、位相制御による方法ではないためヒステリシス現
象、商用交流電源周波数による特性変化、更には電源電
圧の変動による問題のない特性の安定した電力制御装置
が得られる。
(G) Effect of the Invention According to the present invention, since the load supply current is interrupted at a frequency higher than the commercial AC power supply frequency and the on-duty ratio thereof is made variable, relatively low-order harmonic components are suppressed, and the power system is suppressed. It is possible to prevent adverse effects.
Further, since the method is not based on the phase control, it is possible to obtain a power control device having stable characteristics with no problem due to a hysteresis phenomenon, a characteristic change due to a commercial AC power source frequency, and further, a variation in the power source voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の実施例である調光装置の回路図、第
2図は同装置の負荷供給電圧・電流波形図、第3図は従
来の位相制御による電力制御装置の負荷供給電圧・電流
波形図である。 D3,D4,D5,D6……ダイオードブリッジ、 R6,C5,C6……平滑回路、 Q5……スイッチングトランジスタ。
FIG. 1 is a circuit diagram of a light control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a load supply voltage / current waveform diagram of the device, and FIG. 3 is a load supply voltage / power supply device of a conventional phase control power control device. It is a current waveform diagram. D3, D4, D5, D6 …… Diode bridge, R6, C5, C6 …… Smoothing circuit, Q5 …… Switching transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】商用交流電源を電源とする負荷に直列に接
続される装置であって、 入力端子間に流れる電流を整流するダイオードブリッジ
と、 このダイオードブリッジの出力を平滑して直流電圧を発
生する平滑回路と、 上記直流電圧を電源として高周波発振し、デューティー
比制御用可変抵抗を備える非安定マルチバイブレータ
と、 上記ダイオードブリッジの出力端子間に接続され、上記
非安定マルチバイブレータの出力によりオン/オフする
スイッチングトランジスタとからなる電力制御装置。
1. A device connected in series to a load using a commercial AC power source as a power source, the diode bridge rectifying a current flowing between input terminals, and a DC voltage generated by smoothing the output of the diode bridge. Connected between the output circuit of the diode bridge and the astable multi-vibrator that oscillates at high frequency using the DC voltage as a power source and has a variable resistor for controlling the duty ratio, and is turned on / off by the output of the astable multi-vibrator. A power control device including a switching transistor that is turned off.
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