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JP7594608B2 - Two-wire electronic switches and dimmers - Google Patents
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Description

本発明は、電力管理システム、ならびに、電子スイッチおよび調光制御を提供する方法に関する。 The present invention relates to a power management system and a method for providing electronic switches and dimming control.

[関連出願への相互参照]
適用なし。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Not applicable.

[連邦出資の研究または開発に関する記述]
適用なし。
[STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH OR DEVELOPMENT]
Not applicable.

[関連する背景技術]
従来、家庭およびビジネス環境における、交流(AC)電力へのアクセスは、施設電気系に有線接続された機械的なコンセントによって提供されている。これらのコンセントは、ヒューズおよび回路ブレーカ等の電気機械素子を用いて、過剰な電気的負荷や潜在的に危険な接地事故から保護される。同様に、従来の室内用電気機器(照明や天井ファン等)の制御は、電気機械的スイッチを用いて行われる。これらの基本的に機械的な制御素子は、単純なオン・オフ制御を提供して不可避的に摩耗し、時間が経過すると、短絡や潜在的に危険なアーク放電を起こし得る。
[Related Background Art]
Traditionally, access to alternating current (AC) power in homes and business environments is provided by mechanical outlets that are hardwired into the facility's electrical system. These outlets are protected from excessive electrical loads and potentially dangerous ground faults using electromechanical devices such as fuses and circuit breakers. Similarly, control of traditional indoor electrical equipment (such as lights and ceiling fans) is achieved using electromechanical switches. These essentially mechanical control elements provide simple on-off control and inevitably wear out, and over time can cause short circuits and potentially dangerous arcing.

一般的な電気機器の、よりニュアンス化された制御は、典型的には、AC主波形をサイクル単位で割り込み可能とするトライアック等の電子的素子によって提供される(いわゆる相制御)。トライアックは、以前からあった加減抵抗器や単巻変圧器よりは大幅に効率的であるが、大規模な電気的負荷を制御するための小型筐体内で効果的に用いるには依然として非効率に過ぎ、施設電気系へと電気的ノイズを発生し得る。さらに、それらは、健康への悪影響について責任のある現代の発光ダイオード(LED)ランプにおいてちらつきを起こし得る。 More nuanced control of common electrical equipment is typically provided by electronic elements such as triacs that can interrupt the AC mains waveform on a cycle-by-cycle basis (so-called phase control). Triacs are significantly more efficient than the predecessor rheostats and autotransformers, but are still too inefficient to be used effectively in small enclosures to control large electrical loads, and can emit electrical noise into a facility's electrical system. Furthermore, they can cause flicker in modern light-emitting diode (LED) lamps, which has been linked to adverse health effects.

最先端のACスイッチは、所望の負荷へのAC電力の適用を制御するために、高電圧半導体デバイス(バイポーラトランジスタまたはMOSFET等)を採用する。これらの現代の回路は、AC/DC電源と、トランジスタ化された制御回路(典型的な単相回路内で3本の配線(AC主電源からのホットリード、スイッチングされる負荷へのリード、および共通中性リード)すべてにアクセスを要するもの)とを組み込む。そのような最先端の三配線システムの例は、国際公開第2019/133110号パンフレット(電子スイッチおよび調光器、Telefus他、2018年11月7日国際出願)を含む。 State-of-the-art AC switches employ high voltage semiconductor devices (such as bipolar transistors or MOSFETs) to control the application of AC power to the desired load. These modern circuits incorporate an AC/DC power source and transistorized control circuitry that requires access to all three wires in a typical single-phase circuit: the hot lead from the AC mains, the lead to the load being switched, and the common neutral lead. Examples of such state-of-the-art three-wire systems include WO 2019/133110 (Electronic Switches and Dimmers, Telefus et al., International Application Published November 7, 2018).

施設電気系において、広範な用途に対して、より信頼性があり高度に効率的な制御オプションを幅広く提供する、改良された電子AC制御システムが必要である。さらに、そのような制御システムとして、先進的電力制御機能のために他の回路に組み込むことが可能な半導体素子を用いて実現可能であり、低コストで製造可能なものと、2本の配線(ホットAC主電源リードおよび負荷)のみを用いて簡単に設置可能な制御システムとが必要である。 There is a need for improved electronic AC control systems that provide a wide range of more reliable and highly efficient control options for a wide range of applications in facility electrical systems. Furthermore, there is a need for such control systems that can be realized using semiconductor devices that can be integrated with other circuits for advanced power control functions, can be manufactured at low cost, and can be easily installed using only two wires (the hot AC mains lead and the load).

[発明の簡単なサマリー]
本発明は、単純なコンセントオン・オフ切り替えから、印加されるAC電力の連続的変化にまでわたる、施設電気系を通したAC電力の制御(たとえば電灯の調光)のための新規な手法に関する。より詳細には、本発明は、一実施形態においてオン・オフおよびAC主波形の相制御の双方を提供する機能の組み合わせに関する。
[Brief summary of the invention]
The present invention relates to novel approaches for the control of AC power (e.g., dimming lights) through a facility electrical system, ranging from simple outlet on/off switching to continuous variation of applied AC power. More particularly, the present invention relates to a combination of functionality that, in one embodiment, provides both on/off and phase control of the AC mains waveform.

一実施形態は、AC主電源と所望の負荷との間に接続される、非常に低い「オン」抵抗を持つ電子スイッチとして、パワーMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いる。典型的なパワーMOSFETは、本質的に導電チャネルと平行にボディダイオードを組み込んでいるため、素子対をバックツーバック構成で接続してソース端子を共通とし、真に双方向の(AC)スイッチ構成が提供される。パワーMOSFETのスイッチング動作を制御するために、新規な浮動AC/DC電源が含まれ、これはMOSFETスイッチの動作を介して、AC主電源波形と同期して周期的にリフレッシュされる。個別の例は、本発明の概念を応用例に限定するよう意図されるものではない。本発明の他の態様および利益は、添付図面および詳細な説明から明らかになる。 One embodiment uses power metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) as electronic switches with very low "on" resistance connected between the AC mains power source and the desired load. A typical power MOSFET inherently incorporates a body diode in parallel with the conduction channel, so that pairs of devices are connected in a back-to-back configuration with a common source terminal to provide a truly bidirectional (AC) switch configuration. To control the switching action of the power MOSFETs, a novel floating AC/DC power supply is included that is periodically refreshed in synchronization with the AC mains power waveform through the action of the MOSFET switches. The specific examples are not intended to limit the inventive concept to the application. Other aspects and advantages of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and detailed description.

基本的な従来の三配線スイッチ/調光器回路のブロック図。Block diagram of a basic conventional three-wire switch/dimmer circuit. 従来のスイッチングされるAC/DC電源の概略図。1 is a schematic diagram of a conventional switched AC/DC power supply. 従来の双方向スイッチの基本的要素の概略図。Schematic diagram of the basic elements of a conventional bidirectional switch. 全スイッチデバイスにわたる追加の負荷を含む、図3Aの回路の変形。A variation of the circuit of FIG. 3A including an additional load across all switch devices. 各スイッチデバイスが「オフ」である場合に追加の負荷を流れる電流を示す、図3Bの回路である。3C is the circuit of FIG. 3B showing the current through the additional load when each switch device is "off." 二配線スイッチ/調光器回路の実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of a two-wire switch/dimmer circuit. MOSFETを用いた図2のAC/DC電源の実施形態の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an embodiment of the AC/DC power supply of FIG. 2 using MOSFETs. 図5のAC/DC電源および図3Aの基本的なスイッチ回路の変形を用いた図1の三配線回路の実施形態の概略図である。6 is a schematic diagram of an embodiment of the three-wire circuit of FIG. 1 using the AC/DC power supply of FIG. 5 and a variation of the basic switch circuit of FIG. 3A. 図4の二配線回路を製造するために各要素が再接続された図6の実施形態の概略図である。7 is a schematic diagram of the embodiment of FIG. 6 with the elements reconnected to produce the two-wire circuit of FIG. 4. 双方向スイッチ内の各MOSFETが「オフ」であり、中性ラインがホットラインに対して正である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。7 shows the effective configuration of the circuit of FIG. 7 when each MOSFET in the bidirectional switch is "off" and the neutral line is positive with respect to the hot line. 双方向スイッチ内の各MOSFETが「オフ」であり、ホットラインが中性ラインに対して正である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。7 shows the effective configuration of the circuit of FIG. 7 when each MOSFET in the bidirectional switch is "off" and the hot line is positive with respect to the neutral line. 双方向スイッチ内の各MOSFETが「オン」である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。8 shows the effective configuration of the circuit of FIG. 7 when each MOSFET in the bidirectional switch is "on." 過電流保護および出力DC電圧制御のための追加のサブ回路を有する、図7の回路を示す。8 shows the circuit of FIG. 7 with additional subcircuits for overcurrent protection and output DC voltage control. 図10で用いられる安定器回路の詳細を示す。Details of the ballast circuit used in FIG. 10 are shown.

図1は、固体スイッチデバイスを採用した基本的な従来技術の三配線スイッチ/調光器ユニット100のブロック図である。AC主電源101は、負荷104および中性105出力接続に接続された負荷102へのスイッチ/調光器回路100を介したホット103および中性105入力接続を提供する。スイッチデバイス108は、AC/DC電源106によって電源を供給されるDC電源を備えるスイッチ制御回路107によって駆動される。スイッチモードでは、閉成を維持するために、連続的なDCバイアスが制御回路107によってスイッチデバイス108に供給される。調光器モードでは、AC主電源101波形と同期したパルスとして、動作バイアスが制御回路107によって提供され、これらのパルスのデューティサイクルが負荷に供給される総電力の比率を確立する。調光器動作について、コントローラ107はパルス生成回路を備え、従来既知のようにAC主電源と同期する。コントローラは、所望の電力を負荷に入力するためのユーザインタフェースを含んでもよい。一実施形態では、ユーザインタフェースは制御回路107内に物理的に組み込まれる。別の実施形態では、制御回路は無線通信回路を含み、ユーザインタフェースは制御回路107とは物理的にリモートに配置される。スイッチ/調光器ユニットを設置するために、最小で3つの接続(103~105)が必要であるということに留意すべきである。 FIG. 1 is a block diagram of a basic prior art three-wire switch/dimmer unit 100 employing solid-state switch devices. An AC mains supply 101 provides hot 103 and neutral 105 input connections via a switch/dimmer circuit 100 to a load 102 connected to a load 104 and neutral 105 output connections. The switch device 108 is driven by a switch control circuit 107 comprising a DC power supply powered by an AC/DC power supply 106. In switch mode, a continuous DC bias is provided to the switch device 108 by the control circuit 107 to maintain closure. In dimmer mode, an operating bias is provided by the control circuit 107 as pulses synchronized with the AC mains supply 101 waveform, and the duty cycle of these pulses establishes the ratio of total power delivered to the load. For dimmer operation, the controller 107 comprises a pulse generating circuit and is synchronized with the AC mains supply as is known in the art. The controller may include a user interface for inputting the desired power to the load. In one embodiment, the user interface is physically incorporated within the control circuit 107. In another embodiment, the control circuit includes wireless communication circuitry and the user interface is physically located remotely from the control circuit 107. It should be noted that a minimum of three connections (103-105) are required to install the switch/dimmer unit.

図2は、従来技術のスイッチングされるAC/DC電源106の概略図である。回路は、分圧器ネットワーク201、202(出力ノード204を有し、AC主電源101の両端に接続される)を含む。コンパレータ回路203は、分圧器出力ノード204に接続される反転入力と、非反転入力に接続され基準電圧Vを有する電圧基準205とを有する。コンパレータ203は直列スイッチ206を制御し、直列スイッチ206は、分圧器出力電圧Vが基準電圧Vを超えると、ホット入力103を後続の回路から切断する(スイッチ206を開離する)。スイッチ206が閉成されると、コンデンサ208が、直列ダイオード207を介して充電される。ダイオード207は、分圧器出力電圧が低下した場合に、スイッチ206を介してコンデンサ208が逆に充電されることを防止する。このように、ダイオード207およびコンデンサ208の組み合わせは「ピーク検出器」回路を形成し、これは、後続のレギュレータ回路および負荷209に供給するために、AC主電源サイクルの各半分においてエネルギーを蓄える。コンデンサ208の両端の電圧は、後続のレギュレータ回路および負荷209のエネルギー要件を満足するのに十分な大きさであればよい。後続のレギュレータ209への入力電圧は、AC主電源のrms値に比べて実質的に低減される。「ピーク検出器」回路の動作により、分圧器出力204における電圧がVより大きく維持されている限り、AC主電源のピーク電圧のふらつきに関わらず、コンデンサ208に蓄えられる定常電圧は常にVとなることが保証される。スイッチング回路のこの実施形態は、電圧レギュレータ回路そのものとして動作する。 2 is a schematic diagram of a prior art switched AC/DC power supply 106. The circuit includes a voltage divider network 201, 202 (having an output node 204 and connected across the AC mains power supply 101). A comparator circuit 203 has an inverting input connected to the voltage divider output node 204 and a voltage reference 205 connected to the non-inverting input and having a reference voltage V R. The comparator 203 controls a series switch 206 which disconnects the hot input 103 from the subsequent circuitry (opens switch 206) when the voltage divider output voltage V D exceeds the reference voltage V R. When switch 206 is closed, a capacitor 208 is charged through a series diode 207. The diode 207 prevents the capacitor 208 from charging back through switch 206 if the voltage divider output voltage drops. Thus, the combination of diode 207 and capacitor 208 forms a "peak detector" circuit, which stores energy during each half of the AC mains cycle for supplying the downstream regulator circuit and load 209. The voltage across capacitor 208 only needs to be large enough to satisfy the energy requirements of the downstream regulator circuit and load 209. The input voltage to the downstream regulator 209 is substantially reduced compared to the rms value of the AC mains. The operation of the "peak detector" circuit ensures that the steady state voltage stored in capacitor 208 will always be V R , regardless of fluctuations in the peak voltage of the AC mains, as long as the voltage at the voltage divider output 204 remains greater than V R. This embodiment of the switching circuit operates as a voltage regulator circuit itself.

図3Aは、AC電源101から負荷102に伝達される電力を制御する双方向電子スイッチを作製するためにパワーMOSFETを用いた従来技術の双方向スイッチ108の基本的な要素を示す概略図である。パワーMOSFET301および302は、それぞれボディダイオード303および304を含む。スイッチ306は、パワーMOSFET301および302に印加されるゲート・ソースバイアス電圧を制御する。「オン」307位置では、バイアス電圧305は各パワーMOSFET301、302のゲート端子313、314に印加される。電圧305は、各パワーMOSFETの閾値電圧(典型的には5~10ボルト)より高く、反転層を形成して、各素子のドレイン309、310からソース311、312まで延びる導電チャネルを生成する。この「オン」状態では、各パワーMOSFETのドレインからソースまでの振る舞いは、低値抵抗器Rdsとしてモデル化できる。ドレインとソースとの間の電圧降下が約0.6ボルト未満に留まる限り、ボディダイオードは非導通のままであり、無視できる。「オン」状態では、図3Aの回路は、AC電源101に2Rdsの値の直列抵抗を介して接続される負荷102と等価である。 3A is a schematic diagram showing the basic elements of a prior art bidirectional switch 108 that uses power MOSFETs to create a bidirectional electronic switch that controls power transferred from an AC power source 101 to a load 102. Power MOSFETs 301 and 302 include body diodes 303 and 304, respectively. Switch 306 controls the gate-source bias voltage applied to power MOSFETs 301 and 302. In the "on" 307 position, a bias voltage 305 is applied to the gate terminals 313, 314 of each power MOSFET 301, 302. Voltage 305 is greater than the threshold voltage of each power MOSFET (typically 5-10 volts), forming an inversion layer and creating a conductive channel extending from the drain 309, 310 to the source 311, 312 of each device. In this "on" state, the drain-to-source behavior of each power MOSFET can be modeled as a low-value resistor R ds . As long as the voltage drop between the drain and source remains below about 0.6 volts, the body diode remains non-conducting and can be neglected. In the "on" state, the circuit of Figure 3A is equivalent to a load 102 connected to an AC power source 101 through a series resistor with a value of 2Rds .

スイッチ306の「オフ」308位置では、各パワーMOSFET301、302のゲート端子313、314がソース端子311、312に短絡され、ドレイン・ソース間電圧が各ボディダイオードの降伏電圧未満に留まる限り、ドレイン・ソース間の導電チャネルが消失する。「オフ」状態では、図1の回路は、AC電源101にバックツーバックボディダイオード303および304を介して接続される負荷102と等価であり、実質的に負荷102を電源101から切り離す。 In the "off" 308 position of switch 306, the gate terminals 313, 314 of each power MOSFET 301, 302 are shorted to the source terminals 311, 312, and the drain-to-source conduction channel disappears as long as the drain-to-source voltage remains below the breakdown voltage of each body diode. In the "off" state, the circuit of FIG. 1 is equivalent to a load 102 connected to an AC power source 101 through back-to-back body diodes 303 and 304, effectively isolating the load 102 from the power source 101.

「オフ」状態において、各パワーMOSFETのドレイン・ソース間電圧がボディダイオードVbrの降伏電圧未満に留まるという要件は、ボディダイオードの降伏電圧がAC電源101のピーク電圧を超えることを要求する。したがって、たとえば、電源101が一般的な120ボルト(rms)AC主電源に対応すると仮定すると、各ボディダイオードの降伏電圧は、170ボルトというピーク電源電圧を超えなければならない。 The requirement that in the "off" state the drain-to-source voltage of each power MOSFET remain below the breakdown voltage of its body diode Vbr demands that the breakdown voltage of the body diode exceed the peak voltage of AC power source 101. Thus, for example, assuming power source 101 corresponds to a typical 120 volt (rms) AC mains supply, the breakdown voltage of each body diode must exceed the peak power source voltage of 170 volts.

パワーMOSFET構造のより詳細な分析によれば、ボディダイオードは、実質的に、MOSFETチャネルと並列に接続されたバイポーラトランジスタのベース・コレクタ接合である。追加の寄生要素は、ベース・コレクタ接合の容量と、ベース・エミッタ間の寄生抵抗とである。このAC結合回路は、ベース・エミッタ接合の順バイアスを回避するために、ドレイン・ソース間電圧の変化率dVds/dtに制約を課し、これによって、MOSFETチャネルが「オフ」である間、バイポーラトランジスタを導通させる。結果として生じる漏れ電流は、負荷102に電力を供給するには不十分な可能性があるが、効率や安全性の懸念を追加で発生させるほど大きい可能性がある。 A more detailed analysis of the power MOSFET structure reveals that the body diode is essentially the base-collector junction of a bipolar transistor connected in parallel with the MOSFET channel. Additional parasitic elements are the capacitance of the base-collector junction and the parasitic resistance between the base and emitter. This AC-coupled circuit imposes a constraint on the rate of change of the drain-source voltage, dV ds /dt, to avoid forward biasing the base-emitter junction, which would cause the bipolar transistor to conduct while the MOSFET channel is "off". The resulting leakage current may be insufficient to power the load 102, but may be large enough to cause additional efficiency and safety concerns.

同様に、「オン」状態における制約の考慮は、各パワーMOSFETのドレイン・ソース間電圧降下(Rds*Iloadによって与えられる)が約0.6ボルト未満であることを要求する。潜在的により重要なのは、過剰な温度上昇を避けるために、「オン」状態において各パワーMOSFETで散逸する電力(Rds*Iloadによって与えられる)が数ワット未満に留まらなければならないということである。したがって、たとえば、20アンペアの典型的な制限を有する、120ボルトAC主電源からの一般的な家庭回路をスイッチングすることは、各パワーMOSFETのRdsが0.005オーム(5ミリオーム)未満であることを要求する。 Similarly, constraint considerations in the "on" state require that the drain-to-source voltage drop of each power MOSFET (given by R ds *Iload) be less than about 0.6 volts. Potentially more importantly, the power dissipated in each power MOSFET in the "on" state (given by R ds *Iload 2 ) must remain less than a few watts to avoid excessive temperature rise. Thus, for example, switching a typical household circuit from a 120 volt AC mains supply, with a typical limit of 20 amps, requires that the R ds of each power MOSFET be less than 0.005 ohms (5 milliohms).

ボディダイオードの降伏電圧は、デバイスの構造およびドーピングレベルを変化させることにより、Rdsの値に対して有利にトレードオフできるということが、従来技術において周知である。とくに、Rdsの値はVbr 2.5に比例することが示されている。したがって、たとえば、Vbrを半分にカットすると、結果としてRdsが係数5.7だけ減少する。 It is well known in the art that the breakdown voltage of the body diode can be favorably traded off against the value of Rds by varying the device structure and doping levels. In particular, it has been shown that the value of Rds is proportional to Vbr 2.5 . Thus, for example, cutting Vbr in half results in a reduction in Rds by a factor of 5.7.

図3Aの回路によれば、スイッチ306および電圧源305を備える概念的バイアススイッチング回路が、バックツーバックのパワーMOSFET301および302の共通ソース端子を有して電気的に浮動するということが示され、これは電源101のピークツーピーク範囲全体にわたって電圧において変化する。概念的には単純であるが、この浮動バイアス回路を低コストで実現するのは困難な可能性がある。 The circuit of FIG. 3A shows a conceptual bias switching circuit with switch 306 and voltage source 305 electrically floating with the common source terminals of back-to-back power MOSFETs 301 and 302 varying in voltage over the entire peak-to-peak range of power supply 101. While conceptually simple, this floating bias circuit can be difficult to implement at low cost.

図3Bは、図3Aの回路の変更を示し、そこにおいて、追加の負荷デバイス317がパワーMOSFET301および302と並列に接続され、制御スイッチ306は「オン」位置にあり、パワーMOSFETゲート313、314を電圧305に接続する。電流は、AC電源101からパワーMOSFETチャネルを介して負荷102へと流れ、経路318に従い、追加の負荷デバイス317を実効的にバイパスする。図3Cは、制御スイッチ306が「オフ」位置へと変化し、パワーMOSFETゲート電極313、314をソース端子311、312に接続した場合の図3Bの回路を示す。この場合には、各パワーMOSFETデバイスは導通せず、電流はAC電源101から追加の負荷317を介して流れる。電流は経路319に従い、追加の負荷317および負荷102を介して流れ、AC電源101に戻る。このように、双方向スイッチ回路は、二極スイッチのように作用し、各パワーMOSFETが「オン」である場合に負荷102に満電流を供給し、各パワーMOSFETが「オフ」である場合に追加の負荷317に低減された電力を供給する。 3B shows a modification of the circuit of FIG. 3A in which an additional load device 317 is connected in parallel with the power MOSFETs 301 and 302, and the control switch 306 is in the "on" position, connecting the power MOSFET gates 313, 314 to the voltage 305. Current flows from the AC source 101 through the power MOSFET channel to the load 102, following path 318, effectively bypassing the additional load device 317. FIG. 3C shows the circuit of FIG. 3B with the control switch 306 changed to the "off" position, connecting the power MOSFET gate electrodes 313, 314 to the source terminals 311, 312. In this case, each power MOSFET device does not conduct, and current flows from the AC source 101 through the additional load 317. Current flows following path 319 through the additional load 317 and the load 102, and back to the AC source 101. In this way, the bidirectional switch circuit acts like a two-pole switch, supplying full current to the load 102 when each power MOSFET is "on" and supplying reduced power to the additional load 317 when each power MOSFET is "off."

図4は、二配線スイッチ/調光器400の実施形態のブロック図である。図1と対比して、電子スイッチおよび調光器400は、接続および動作のために2つの配線103、104しか必要としない。電子スイッチ要素401は、AC主電源101を直接的に負荷102に接続する。供給ライン402、403を介してAC電力がAC/DCコンバータ106に提供され、フィルタリングされ調節されたDC電力が、DC出力ライン404、405を介して後続の回路に供給される。制御回路107には入力ライン406、407を介してDC電力が供給され、スイッチ401の状態を制御するための制御信号が、制御ライン408、409を介して提供される。図1の回路のように、調光器モードでは、
スイッチ401のための動作バイアスは、AC主電源101波形と同期したパルスとして制御回路107から提供され、これらのパルスのデューティサイクルが、負荷に適用される総電力の比率を確立する。スイッチモードでの連続的なフルパワー動作には、スイッチ401が周期的に開離して、AC/DC電源106(リフレッシュ動作とリフレッシュ動作の間に動作DC電力を提供するために十分なエネルギー蓄電を組み込まねばならない)をリフレッシュすることが必要である。
Figure 4 is a block diagram of an embodiment of a two-wire switch/dimmer 400. In contrast to Figure 1, the electronic switch and dimmer 400 requires only two wires 103, 104 for connection and operation. An electronic switch element 401 connects the AC mains 101 directly to a load 102. AC power is provided to an AC/DC converter 106 via supply lines 402, 403, and filtered and regulated DC power is provided to subsequent circuitry via DC output lines 404, 405. A control circuit 107 is supplied with DC power via input lines 406, 407, and a control signal for controlling the state of the switch 401 is provided via control lines 408, 409. Like the circuit of Figure 1, in dimmer mode:
The operating bias for switch 401 is provided by control circuit 107 as pulses synchronized with the AC mains 101 waveform, and the duty cycle of these pulses establishes the percentage of total power applied to the load. Continuous full power operation in switched mode requires that switch 401 be periodically opened to refresh AC/DC power supply 106, which must incorporate sufficient energy storage to provide operating DC power between refresh operations.

図5は、MOSFETを用いた図2のAC/DC電源の実施形態の概略図であり、1つのMOSFET503は入力/ゲート510と出力511とを有して簡単なコンパレータ回路(図2の203)を形成し、1つのMOSFET506は、スイッチ(図2の206)として入力/ゲート512および出力513を有する。コンパレータへの入力はMOSFET503のゲート510であり、図2の電圧基準205のアナログがMOSFET503の閾値電圧となる。MOSFET503および506はいずれも、それぞれ504および507として明記されるボディダイオードを組み込んでいる。AC主電源101の両端に表れるのではなく、抵抗器501および502を備える分圧器が、DC出力ノード514にわたって実効的に表れる。このように、DC出力514が、MOSFET503の閾値電圧ならびに抵抗器501および502によって確立される分圧器比率によって決定される値に達すると、MOSFET503がオンに切り替わり、これによって、スイッチMOSFET506をオフに切り替える。この回路は、AC主電源101のホットリード103が中性リード105に対して正である場合に、上述のように動作するということに留意すべきである。中性リード105がホットリード103に対して正である場合には、電流は、ボディダイオード504、電流制限抵抗器505、ツェナーダイオード508およびコンデンサ509からなる並列ネットワーク、を介して流れ、ボディダイオード507を介してAC主電源101へと戻る。これによって、コンデンサ509は、ツェナー電圧(AC主電源101の極性が反転した場合に、スイッチMOSFET506が完全にオンとなることを保証するのに十分なほどスイッチMOSFET506の閾値電圧を超えるよう選択される)に充電される。この回路構成は、順方向導通モードにあるスイッチMOSFET506で消散する電力を実質的に低減し、これによって回路の効率を実質的に増大させる。 5 is a schematic diagram of an embodiment of the AC/DC power supply of FIG. 2 using MOSFETs, one MOSFET 503 with input/gate 510 and output 511 to form a simple comparator circuit (203 in FIG. 2) and one MOSFET 506 with input/gate 512 and output 513 as a switch (206 in FIG. 2). The input to the comparator is the gate 510 of MOSFET 503, and the analog of voltage reference 205 in FIG. 2 becomes the threshold voltage of MOSFET 503. Both MOSFETs 503 and 506 incorporate body diodes, identified as 504 and 507, respectively. Rather than appearing across the AC mains supply 101, a voltage divider with resistors 501 and 502 effectively appears across DC output node 514. Thus, when the DC output 514 reaches a value determined by the threshold voltage of MOSFET 503 and the voltage divider ratio established by resistors 501 and 502, MOSFET 503 switches on, thereby switching switch MOSFET 506 off. It should be noted that this circuit operates as described above when the hot lead 103 of the AC mains supply 101 is positive with respect to the neutral lead 105. When the neutral lead 105 is positive with respect to the hot lead 103, current flows through the parallel network of body diode 504, current limiting resistor 505, Zener diode 508 and capacitor 509, and returns to the AC mains supply 101 via body diode 507. This charges capacitor 509 to a Zener voltage (selected to be sufficiently above the threshold voltage of switch MOSFET 506 to ensure that switch MOSFET 506 is fully on if the polarity of the AC mains supply 101 reverses. This circuit configuration substantially reduces the power dissipated in the switch MOSFET 506 in forward conduction mode, thereby substantially increasing the efficiency of the circuit.

図6は、図5のAC/DC電源および図3Aの基本的なスイッチ回路の変形を用いた図1の三配線回路100の実施形態の概略図である。スイッチ回路は、パワーMOSFET301および302(それぞれボディダイオード303および304を含む)を備え、AC/DC電源によって提供される複数の制御電圧レベルを可能にするために、AC主電源101中性ライン105に再配置される。図3のスイッチ306の機能は、制御回路107(浮動制御出力408および409を提供し、図5に示すAC/DC電源回路によって電力を供給される)を用いることによって直接的に達成される。 Figure 6 is a schematic diagram of an embodiment of the three-wire circuit 100 of Figure 1 using the AC/DC power supply of Figure 5 and a variation of the basic switch circuit of Figure 3A. The switch circuit comprises power MOSFETs 301 and 302 (including body diodes 303 and 304, respectively) relocated to the AC mains 101 neutral line 105 to allow for multiple control voltage levels provided by the AC/DC power supply. The function of switch 306 of Figure 3 is achieved directly by using a control circuit 107 (providing floating control outputs 408 and 409 and powered by the AC/DC power supply circuit shown in Figure 5).

図7は、図4の二配線回路400を製造するために各要素が代替的に接続された図6の実施形態の概略図である。この新たな構成は、主に、AC電源101のホットリード103を、それまで中性ライン105であったものに再接続することと、負荷を、それまでAC主電源101ホットリード103であったものからAC主電源101中性リード105に再接続することと、MOSFET506のドレイン701を、AC主電源101のホットリード103であったものから双方向スイッチ出力ノード702に再接続することと、浮動中性404ライン(コンデンサ208と、制御回路107と、MOSFETスイッチデバイス301および302の共通ソース接続に接続される)を、AC主電源101中性ライン105であったものから分離することとを含む。図6に示すように、制御回路107は、浮動制御出力408および409を提供する。まとめると、第1端子および第2端子を有するAC電源101と、第1端子および第2端子を有する負荷102との間の交流電流(AC)回路において電流をスイッチングするための双方向電子スイッチシステム400であって、AC電源101の第1端子に接続される入力端子103と、負荷102の第1端子に接続される出力端子104とを有し、AC電源101の第2端子と、負荷102の第2端子とは、双方向スイッチシステムの外部で相互接続され、さらに、
a.制御回路システム107に接続される第1(404)および第2(405)出力端子に直流電流(DC)でAC電源101からエネルギーを提供するための第1(402)および第2(403)入力端子を有するAC/DC変換システム106と、
b.前記AC/DC変換システム106の第1(404)および第2(405)出力にそれぞれ接続される第1(406)および第2(407)DC入力端子と、電子スイッチ401に制御信号を提供するための第1(408)および第2(409)出力端子とを有する制御回路システム107と、
c.入力端子103および双方向スイッチ出力端子104の間に接続される電子スイッチ401と、
とを備え、制御システム出力端子408、409の間に表れる制御信号の状態が、スイッチの状態を決定する。
Figure 7 is a schematic diagram of the embodiment of Figure 6 with the elements alternatively connected to produce the two-wire circuit 400 of Figure 4. This new configuration primarily involves reconnecting the hot lead 103 of the AC power source 101 to what was previously the neutral line 105, reconnecting the load from what was previously the AC mains 101 hot lead 103 to the AC mains 101 neutral lead 105, reconnecting the drain 701 of MOSFET 506 from what was previously the AC mains 101 hot lead 103 to the bidirectional switch output node 702, and isolating the floating neutral 404 line (connected to capacitor 208, control circuit 107, and the common source connection of MOSFET switch devices 301 and 302) from what was previously the AC mains 101 neutral line 105. As shown in Figure 6, the control circuit 107 provides floating control outputs 408 and 409. In summary, a bidirectional electronic switch system 400 for switching current in an alternating current (AC) circuit between an AC power source 101 having a first terminal and a second terminal, and a load 102 having a first terminal and a second terminal, the bidirectional electronic switch system having an input terminal 103 connected to the first terminal of the AC power source 101 and an output terminal 104 connected to the first terminal of the load 102, the second terminal of the AC power source 101 and the second terminal of the load 102 being interconnected external to the bidirectional switch system, and further comprising:
a. an AC/DC conversion system 106 having first (402) and second (403) input terminals for providing energy from an AC power source 101 in the form of direct current (DC) to first (404) and second (405) output terminals connected to a control circuit system 107;
b. a control circuit system 107 having first (406) and second (407) DC input terminals respectively connected to the first (404) and second (405) outputs of said AC/DC conversion system 106, and first (408) and second (409) output terminals for providing control signals to an electronic switch 401;
c. An electronic switch 401 connected between the input terminal 103 and the bidirectional switch output terminal 104;
and the state of the control signal appearing between control system output terminals 408, 409 determines the state of the switch.

図8Aは、双方向スイッチ内のMOSFET301および302が「オフ」であり、AC主電源101ホットライン103がAC主電源101中性ライン105に対して正である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。電流は、ボディダイオード504、電流制限抵抗器505、ツェナーダイオード508およびコンデンサ509からなる並列ネットワーク、を介して流れ、ボディダイオード507および負荷102を介してAC主電源101へと戻る。これによって、コンデンサ509は、ツェナー電圧(AC主電源101の極性が反転した場合に、スイッチMOSFET506が完全にオンとなることを保証するのに十分なほどスイッチMOSFET506の閾値電圧を超えるよう選択される)に充電される。 Figure 8A shows the effective configuration of the circuit of Figure 7 when the MOSFETs 301 and 302 in the bidirectional switch are "off" and the AC mains 101 hot line 103 is positive with respect to the AC mains 101 neutral line 105. Current flows through the parallel network of body diode 504, current limiting resistor 505, Zener diode 508 and capacitor 509, and returns to the AC mains 101 through body diode 507 and the load 102. This charges capacitor 509 to the Zener voltage (selected to be sufficiently above the threshold voltage of switch MOSFET 506 to ensure that switch MOSFET 506 is fully on if the polarity of the AC mains 101 reverses).

図8Bは、双方向スイッチ内の各MOSFETが「オフ」であり、AC主電源101中性ライン105がAC主電源101ホットライン103に対して正である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。電流は、負荷102を介して、MOSFET506のチャネルを介して、および、ピーク検出ダイオード207を介して流れ、コンデンサ208を、MOSFET503の閾値電圧と抵抗器501および502を備える分圧器とによって決定される電圧に充電し、順方向バイアスされたボディダイオード303を介してAC主電源101へと戻る。 Figure 8B shows the effective configuration of the circuit of Figure 7 when each MOSFET in the bidirectional switch is "off" and the AC mains 101 neutral line 105 is positive with respect to the AC mains 101 hot line 103. Current flows through the load 102, through the channel of MOSFET 506, through the peak detector diode 207, charging the capacitor 208 to a voltage determined by the threshold voltage of MOSFET 503 and the voltage divider comprising resistors 501 and 502, and back to the AC mains 101 through the forward biased body diode 303.

図9は、双方向スイッチ内の各MOSFETが「オン」である場合の、図7の回路の実効的構成を示す。AC/DC電源回路はバイパスされ、全電流がAC主電源101から負荷102を介して流れる。 Figure 9 shows the effective configuration of the circuit of Figure 7 when each MOSFET in the bidirectional switch is "on". The AC/DC power circuit is bypassed and all current flows from the AC mains 101 through the load 102.

図10は、過電流保護および出力DC電圧制御のための追加のサブ回路を有し、LED照明のための安定器を提供する、図7の回路を示す。電流サンプリング抵抗器1002およびnpnバイポーラトランジスタ1001が、過電流保護回路を形成する。抵抗器1002は、パワーMOSFET506の最大電流定格によって決定される非常に小さい値(1オームよりはるかに小さい)を有する。抵抗器1002の両端の電圧降下が約0.6V(シリコントランジスタの場合)を超えると、バイポーラトランジスタ1001は導通し、MOSFET506のゲートをそのソースに接続し、電流を低減させる。系列は、簡単な電圧制御回路を形成するMOSFET1003、バイアス抵抗器1004、ツェナーダイオード1005およびフィルタコンデンサ1006を通過する。出力電圧514は、ダイオード1005のツェナー電圧から通過MOSFET1003の閾値電圧を減じたものによって与えられる値に制御される。一実施形態では、二配線スイッチは、さらに、負荷電流のさらなる制御を提供する安定器回路1007を含む。回路1007は、スイッチ301、302と直列に接続される。安定器回路1007は、制御回路107によって制御され、1108を介してスイッチ制御回路107に接続される。接続1008は、制御回路107への有線または無線接続とすることができる。 10 shows the circuit of FIG. 7 with additional subcircuits for overcurrent protection and output DC voltage control to provide a ballast for LED lighting. A current sampling resistor 1002 and an npn bipolar transistor 1001 form the overcurrent protection circuit. Resistor 1002 has a very small value (much less than 1 ohm) determined by the maximum current rating of power MOSFET 506. When the voltage drop across resistor 1002 exceeds about 0.6V (for a silicon transistor), bipolar transistor 1001 conducts, connecting the gate of MOSFET 506 to its source, reducing the current. The series goes through MOSFET 1003, bias resistor 1004, Zener diode 1005 and filter capacitor 1006, which form a simple voltage control circuit. The output voltage 514 is controlled to a value given by the Zener voltage of diode 1005 minus the threshold voltage of pass MOSFET 1003. In one embodiment, the two-wire switch further includes a ballast circuit 1007 that provides further control of the load current. The circuit 1007 is connected in series with the switches 301, 302. The ballast circuit 1007 is controlled by the control circuit 107 and is connected to the switch control circuit 107 via 1108. The connection 1008 can be a wired or wireless connection to the control circuit 107.

図11に示す一実施形態では、安定器回路1007は、並列に配線される安定器抵抗器1101およびスイッチ1102を含む。スイッチ1102は、制御回路107によって、接続1008を介して制御される。LED照明を調光するための一実施形態では、スイッチ1102は常時閉であり、0%出力にまで減光する際に開離され、これによって、安定器抵抗器1101は、接続されたLED負荷を通る電流を、LEDを点灯させるのに必要な閾値未満に低減する。一実施形態では、スイッチ1102はリレースイッチである。別の実施形態では、制御ライン1008は、制御回路107への無線接続である。 In one embodiment shown in FIG. 11, ballast circuit 1007 includes ballast resistor 1101 and switch 1102 wired in parallel. Switch 1102 is controlled by control circuit 107 via connection 1008. In one embodiment for dimming LED lighting, switch 1102 is normally closed and opens when dimming to 0% output, causing ballast resistor 1101 to reduce the current through the connected LED load below the threshold required to light the LED. In one embodiment, switch 1102 is a relay switch. In another embodiment, control line 1008 is a wireless connection to control circuit 107.

[サマリー]
AC電源から負荷への電力の制御のための双方向スイッチおよび調光器が記載される。本手法は、負荷へのAC電源の接続と、AC/DC電源へのAC電源の周期的接続とを交番させる固体双極スイッチおよび浮動AC/DC電源を含む双方向スイッチサブ回路構成においてパワーMOSFETを用いる。スイッチおよび調光器回路構成により、2つの配線のみを用いる既存の単相回路への挿入が可能となる。この設計により、回路全体を単一のチップ上で製造することが可能となる。
[Summary]
A bidirectional switch and dimmer for controlling power from an AC source to a load is described. The approach uses power MOSFETs in a bidirectional switch subcircuit configuration that includes a solid-state bipolar switch and a floating AC/DC power source that alternates between connecting the AC source to the load and cyclically connecting the AC source to the AC/DC power source. The switch and dimmer circuit configuration allows insertion into an existing single-phase circuit using only two wires. The design allows the entire circuit to be fabricated on a single chip.

Claims (10)

第1端子および第2端子を有するAC電源(101)と、第1端子および第2端子を有する負荷(102)との間の、交流電流(AC)回路において、電流をスイッチングするための双方向電子スイッチシステム(400)であって、
a.前記双方向電子スイッチシステムは、前記AC電源の前記第1端子と前記負荷の前記第1端子との間にのみ接続され、前記負荷の前記第2端子と前記AC電源の前記第2端子の間には前記双方向電子スイッチシステムに接続されていない導線のみが接続されており、
前記双方向電子スイッチシステムは、
.AC電源(101)の第1端子に接続される入力端子(103)と、負荷(102)の第1端子に接続される出力端子(104)とを備え、AC電源(101)の第2端子(105)および負荷(102)の前記第2端子は、前記双方向スイッチシステムの外部で相互接続され、
.2つのMOSFET(301、302)を含み、共通のソース端子を有するバックツーバック構成で接続された、電子スイッチ(401)と、
.制御回路システム(107)に接続される第1(404)および第2(405)出力端子に、直流電流(DC)で前記AC電源(101)からエネルギーを提供するための第1(402)および第2(403)入力端子を有するAC/DC変換システム(106)と、
.前記電子スイッチ(401)に制御信号を提供するための第1(408)および第2(409)出力端子を有する前記制御回路システム(107)と、を備え、
前記AC/DC変換システムへの電力は、前記電子スイッチ(401)の動作を介してリフレッシュされ、
前記AC/DC変換システムは、
(i) 前記制御回路システム(107)の両端に接続される分圧器(501、502)と、
(ii) 第1MOSFETスイッチ(503)であって、入力(510)および出力(511)を有し、その入力(510)を介して前記分圧器に接続される、第1MOSFETスイッチ(503)と、
(iii) 第2MOSFETスイッチ(506)であって、入力(512)および出力(513)を有し、その入力(512)が電流制限抵抗器(505)を介して前記第1MOSFET(503)の前記出力(511)に接続される、第2MOSFETスイッチ(506)と、
(iv) 前記第2MOSFETスイッチ(506)の前記出力(513)に、ダイオード(207)を介して接続される、蓄電コンデンサ(208)と、
(v) ツェナー電圧を有するツェナーダイオード(508)であって、前記第2MOSFETスイッチ(506)の前記入力(512)および出力(513)の間に接続され、シャントコンデンサ(509)が前記ツェナーダイオード(508)と並列に接続され、これによって、前記第2MOSFETスイッチ(506)の前記入力(512)および前記出力(513)の間の電圧を、前記ツェナーダイオード(508)の前記ツェナー電圧にクランプする、ツェナーダイオード(508)と、
(vi)前記蓄電コンデンサ(208)に接続される前記制御回路システム(107)と、を備え、
.前記電子スイッチ(401)は、前記入力端子(103)および双方向スイッチ出力端子(104)の間に接続され、制御システム出力端子(408、409)間に表れる前記制御信号の状態が、前記電子スイッチ(401)の状態を決定し、
.前記AC/DC変換システムへの電力は、前記電子スイッチ(401)がオフで前記AC/DC変換システムがバイパスされたときにONとなり、全電流は、前記電子スイッチ(401)がオンのときに前記AC電源(101)から前記負荷(102)を介して流れる、双方向電子スイッチシステム。
A bidirectional electronic switch system (400) for switching current in an alternating current (AC) circuit between an AC power source (101) having a first terminal and a second terminal, and a load (102) having a first terminal and a second terminal, comprising:
a) the bidirectional electronic switch system is connected only between the first terminal of the A.C. power source and the first terminal of the load, and only conductors not connected to the bidirectional electronic switch system are connected between the second terminal of the load and the second terminal of the A.C. power source;
The bidirectional electronic switch system comprises:
b . An input terminal (103) connected to a first terminal of an AC power source (101) and an output terminal (104) connected to a first terminal of a load (102), wherein a second terminal (105) of the AC power source (101) and the second terminal of the load (102) are interconnected outside the bidirectional switch system;
c . an electronic switch (401) including two MOSFETs (301, 302) connected in a back-to-back configuration with a common source terminal;
d . an AC/DC conversion system (106) having first (402) and second (403) input terminals for providing energy from said AC power source (101) in the form of direct current (DC) to first (404) and second (405) output terminals connected to a control circuit system (107);
e . the control circuit system (107) having first (408) and second (409) output terminals for providing a control signal to the electronic switch (401);
Power to the AC/DC conversion system is refreshed via operation of the electronic switch (401);
The AC/DC conversion system includes:
(i) a voltage divider (501, 502) connected across said control circuit system (107);
(ii) a first MOSFET switch (503) having an input (510) and an output (511), connected to the voltage divider via its input (510);
(iii) a second MOSFET switch (506) having an input (512) and an output (513), the input (512) being connected to the output (511) of the first MOSFET (503) through a current limiting resistor (505);
(iv) a storage capacitor (208) connected to the output (513) of the second MOSFET switch (506) through a diode (207);
(v) a Zener diode (508) having a Zener voltage connected between the input (512) and output (513) of the second MOSFET switch (506), with a shunt capacitor (509) connected in parallel with the Zener diode (508) thereby clamping the voltage between the input (512) and the output (513) of the second MOSFET switch (506) to the Zener voltage of the Zener diode (508);
(vi) the control circuit system (107) connected to the storage capacitor (208),
f . the electronic switch (401) is connected between the input terminal (103) and the bidirectional switch output terminal (104), and the state of the control signal appearing between the control system output terminals (408, 409) determines the state of the electronic switch (401);
g . A bidirectional electronic switch system, wherein power to the AC/DC conversion system is ON when the electronic switch (401) is OFF and the AC/DC conversion system is bypassed, and full current flows from the AC power source (101) through the load (102) when the electronic switch (401) is ON.
請求項1に記載の双方向電子スイッチシステムであって、
前記蓄電コンデンサ(208)および前記制御回路システム(107)の間に挿入される直列電圧制御回路をさらに備え、
前記直列電圧制御回路は、特性閾値電圧(V)を有し前記制御回路システム(107)に接続される通過トランジスタ(1003)と、前記通過トランジスタにわたって接続されるバイアス抵抗器(1004)とを備え、ツェナー電圧(V)を有するツェナーダイオード(1005)が前記バイアス抵抗器に接続され、これによって、前記制御回路システム(107)への出力電圧がV-Vに維持される、AC/DC変換システム。
2. The bidirectional electronic switch system of claim 1,
a series voltage control circuit interposed between the storage capacitor (208) and the control circuit system (107);
the series voltage control circuit comprises a pass transistor (1003) having a characteristic threshold voltage (V T ) connected to the control circuit system (107), and a bias resistor (1004) connected across the pass transistor, a Zener diode (1005) having a Zener voltage (V Z ) connected across the bias resistor, thereby maintaining an output voltage to the control circuit system (107) at V Z -V T .
請求項2に記載の双方向電子スイッチシステムであって、
前記第2MOSFETスイッチ(506)を介して流れる電流を制限するために、前記第2MOSFETスイッチ(506)と前記蓄電コンデンサ(208)の間に挿入される電流制限電子回路をさらに備え、
前記電流制限電子回路は、
a.前記第2MOSFETスイッチ(506)の前記出力(513)と、前記制御回路システム(107)との間に接続される、検知抵抗器(1002)と、
b.前記制御回路システムと、前記第2MOSFETスイッチ(506)の前記入力(512)との間に接続されるバイポーラトランジスタ(1001)と、
を含む、双方向電子スイッチシステム。
3. The bidirectional electronic switch system of claim 2,
a current limiting electronic circuit interposed between the second MOSFET switch (506) and the storage capacitor (208) for limiting the current flowing through the second MOSFET switch (506);
The current limiting electronic circuit includes:
a. a sense resistor (1002) connected between the output (513) of the second MOSFET switch (506) and the control circuit system (107);
b. a bipolar transistor (1001) connected between said control circuit system and said input (512) of said second MOSFET switch (506);
A two-way electronic switch system including:
請求項1に記載の双方向電子スイッチシステムであって、すべての半導体デバイスが単一の集積回路チップ上に製造される、双方向電子スイッチシステム。 The bidirectional electronic switch system of claim 1, wherein all semiconductor devices are fabricated on a single integrated circuit chip. 請求項2に記載の双方向電子スイッチシステムであって、すべての半導体デバイスが単一の集積回路チップ上に製造される、双方向電子スイッチシステム。 The bidirectional electronic switch system of claim 2, wherein all semiconductor devices are fabricated on a single integrated circuit chip. 請求項3に記載の双方向電子スイッチシステムであって、すべての半導体デバイスが単一の集積回路チップ上に製造される、双方向電子スイッチシステム。 The bidirectional electronic switch system of claim 3, wherein all semiconductor devices are fabricated on a single integrated circuit chip. 請求項1に記載の双方向電子スイッチシステムであって、前記スイッチ制御回路(107)出力信号(408、409)は、前記AC電源(101)と同期してパルスされ、前記負荷(102)に伝達されるAC電力の相制御を提供する、双方向電子スイッチシステム。 The bidirectional electronic switch system of claim 1, wherein the switch control circuit (107) output signal (408, 409) is pulsed in synchronization with the AC power source (101) to provide phase control of the AC power delivered to the load (102). 請求項1に記載の双方向電子スイッチシステムであって、
前記制御回路システム(107)出力信号(408、409)は、前記AC電源(101)と同期したパルス列を備え、
前記パルス列は、前記負荷(102)に伝達される平均電流/電力を実効的に制御するための調節可能なパルス幅を有し、
これによって、光源負荷に対して減光効果を提供し、ACモータ負荷に対してスピード制御を提供する、
双方向電子スイッチシステム。
2. The bidirectional electronic switch system of claim 1,
the control circuit system (107) output signal (408, 409) comprises a pulse train synchronized with the AC power source (101);
the pulse train having an adjustable pulse width for effectively controlling the average current/power delivered to the load (102);
This provides dimming effect for light source loads and speed control for AC motor loads.
Two-way electronic switch system.
請求項1に記載の双方向電子スイッチシステムであって、
前記電子スイッチ(401)は、
a.直列接続された第3MOSFET(301)および第4MOSFET(302)を備え、
前記第3MOSFETおよび前記第4MODFETのそれぞれは、ドレイン端子(309、310)、ソース端子(311、312)およびゲート端子(313、314)を有し、
前記第3MOSFETおよび第4MOSFETのそれぞれは、前記ゲート端子(313、314)および前記ソース端子(311、312)の間の特性閾値電圧を有し、
前記第3MOSFET(301)の前記ドレイン端子(309)は、前記固体双方向電子スイッチシステム(400)の前記第1端子を備え、
前記第4MOSFET(302)のドレイン端子(310)は、前記固体双方向電子スイッチシステム(400)の前記第2端子を備え、
前記第1および第2MOSFET(301、302)の前記ソース端子(311、312)は、第1制御端子(315)において相互接続され、
前記第1および第2MOSFET(301、302)の前記ゲート端子(313、314)は、第2制御端子(316)において相互接続される、
双方向電子スイッチシステム。
2. The bidirectional electronic switch system of claim 1,
The electronic switch (401)
a. a third MOSFET (301) and a fourth MOSFET (302) connected in series;
Each of the third MOSFET and the fourth MOSFET has a drain terminal (309, 310), a source terminal (311, 312) and a gate terminal (313, 314);
each of the third and fourth MOSFETs having a characteristic threshold voltage between the gate terminal (313, 314) and the source terminal (311, 312);
the drain terminal (309) of the third MOSFET (301) comprises the first terminal of the solid-state bidirectional electronic switch system (400);
a drain terminal (310) of the fourth MOSFET (302) comprises the second terminal of the solid-state bidirectional electronic switch system (400);
the source terminals (311, 312) of the first and second MOSFETs (301, 302) are interconnected at a first control terminal (315);
the gate terminals (313, 314) of the first and second MOSFETs (301, 302) are interconnected at a second control terminal (316);
Two-way electronic switch system.
請求項9に記載の双方向電子スイッチシステムであって、
前記MOSFET(301)の前記ドレイン端子(309)と前記入力端子(103)との間に接続される安定器回路(1007)をさらに備え、
前記安定器回路は、第5スイッチ(1102)および安定器抵抗器(1101)を含み、
前記安定器抵抗器および前記第5スイッチは並列に接続され、
前記第5スイッチは、前記電子制御システム(107)によって制御され、
これによって、
前記第5スイッチは、第1状態において閉成され、前記負荷(102)への前記双方向電子スイッチシステム(400)を介した電流は、前記安定器抵抗器(1101)をバイパスし、
前記第5スイッチは、第2状態において開離され、前記負荷(102)への前記双方向電子スイッチシステム(400)を介した電流は、前記安定器抵抗器(1101)によって制限される、
双方向電子スイッチシステム。
10. The bidirectional electronic switch system of claim 9,
a ballast circuit (1007) connected between the drain terminal (309) of the MOSFET (301) and the input terminal (103);
The ballast circuit includes a fifth switch (1102) and a ballast resistor (1101);
the ballast resistor and the fifth switch are connected in parallel;
The fifth switch is controlled by the electronic control system (107);
This means,
the fifth switch is closed in a first state such that current through the bidirectional electronic switch system (400) to the load (102) bypasses the ballast resistor (1101);
the fifth switch is open in a second state and the current through the bidirectional electronic switch system (400) to the load (102) is limited by the ballast resistor (1101);
Two-way electronic switch system.
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