JP2011193651A - 2線式直流配電システムおよび2線式調光器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 直流配電システム10は、2線式配線に、直流配電分電盤12と、LED照明器具14と、LED照明器具14の制御装置16(調光器)とを接続したものである。MOSFETQ1がオフのとき、電源生成部20に流れる電流は、電源生成部20の積分回路によって平滑化されて、PWM発振部22に供給され、PWM発振部22に設けたLED照明器具14の照度をコントロールする調光制御回路の動作電源となる。これにより、直流配電システム10では調光器に2本のみ配線するため、敷設コストを削減又は軽減でき、無駄のない配線方式を提供することができる。
【選択図】 図1
Description
また、従来から地球温暖化対策として二酸化炭素を排出しない自然エネルギーの活用が求められており、近年太陽光発電が家庭に普及しつつある。従って、家庭では太陽光発電で得た直流電力を蓄電池に蓄え、その電力を直接電気製品に供給する直流配電システムが今後広く利用されるものと考えられる。
しかし、4線式配線による配電システムは敷設コストがかかるという問題があり、2線式配線によって直流を供給する方式の直流配電システムが望ましい。
特許文献1のナイトライトは、ナイトライトまでのAC100V商用交流電源の配線を不要としたものである。これにより、ナイトライトを設置する場所までの商用交流電源の配線工事を無くすことができ、敷設コストを軽減することができる。
また、特許文献1は、2線式配線によって直流電源で直接電気製品を動作させる直流配電システムを提供するものでもなかった。
また、前記直流配電システムに微小電流を流す微電流抑制回路を前記電気製品に設けるようにしたものである。
本発明の2線式調光器は、本発明の2線式直流配電システムと同様、スイッチング素子を流れる電流を制御して、その電流を動作電源とするものであり、配線敷設工事費を削減又は軽減することができ、無駄のない配線方式を提供するという効果を有するものである。
図1の2線式直流配電システム10は、2線式配線に、直流配電分電盤12(直流配電システム10の電源)と、LED照明器具14(電気製品)と、LED照明器具14の制御装置16とを接続したものである。LED照明器具14は、屋内に配置されるLED電球14aを点灯させる照明器具である。
主電流制御部18は、スイッチング素子であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)Q1を備える。MOSFETQ1がオンすると、主電流制御部18は導通し、LED照明器具14のLED電球14aが点灯する。なお、ツェナーダイオードZD1は、過電圧がかかった場合にMOSFETQ1のゲートGを保護するものである。
電源生成部20は、抵抗R1とコンデンサC1とからなる積分回路である。電源生成部20は、主電流制御部18の非導通時に電源生成部20に供給されるパルス電圧を積分回路により積分し、平滑にしてPWM発振部22に供給する。
PWM発振部22は、LED照明器具14の照度をコントロールする調光制御回路(LED照明器具14を調光するための動作制御部)を含むものであり、調光制御回路を流れる電流をPWM(パルス幅変調Pulse Width Modulation)で制御するロジックIC、I1,I2,I3(インバーター)を備えるものである。
図1において、直流配電分電盤12により供給される直流電圧は、負荷であるLED照明器具14を介して制御装置16(調光器)に供給される。供給された電圧は、電源生成部20の抵抗R1とコンデンサC1とからなる積分回路を介して、ロジックIC、I1,I2,I3に供給される。
デューティ比可変マルチバイブレータ24のロジックIC、I1,I2,I3は、直列に接続されている。ロジックIC、I3の出力は、図1に示すダイオードD1、D2および抵抗R5、R6と、可変抵抗器VR1と、コンデンサC2と、抵抗R4を介して、ロジックIC、I1の入力端子に接続されている。また、コンデンサC2の他の端子は、ロジックIC、I3の入力端子に接続されている。
(LED中間照度時の動作説明)
図1において、図示しない電源スイッチを入れたとき、可変抵抗器VR1が中間点でロジックIC、I3の出力電圧が「H」であると仮定した場合、その出力電圧は、ダイオードD2、抵抗6および可変抵抗器VR1の抵抗値の半分を加算した抵抗を通り、コンデンサC2を充電するようになっている。また、上記出力電圧は、抵抗R4を介してロジックIC、I1の入力端子へも供給される。このとき、ロジックIC、I1の入力端子(図1中のA点)の信号電圧は、抵抗6および可変抵抗器VR1の抵抗値の半分を加算した抵抗とコンデンサC2により構成される時定数回路26によって、バイアス状の信号電圧となり(図2(a))、そのバイアス状の信号電圧がロジックIC、I1のスレシホールド電圧を超えたときにロジックIC、I1の出力電圧は反転することになる(図1中のB点、図2(b))。また、図2(b)におけるPWM出力は、およそ50%のデューティ比となる。
他方、可変抵抗器VR1が中間点でロジックIC、I3の出力電圧が「L」であると仮定した場合、その出力電圧は、ダイオードD1、抵抗5および可変抵抗器VR1の抵抗値の半分を加算した抵抗を通り、コンデンサC2を充電する。
可変抵抗器VR1が中間点であるため、ロジックIC、I3の出力が「H」または「L」の場合でも、時定数回路定数は同様であるため、デューティ比は50%となり、LED照明装置14の照度は中間照度となる。
可変抵抗器VR1のつまみ28(図5)を図1の「明るい」の方に回すと、時定数回路定数が大きくなり、図3(a)に示すように出力電圧がスレシホールド電圧に達するまでに時間がかかるため、PWM出力は、およそ95%のデューティ比となる。
(LED最低照度時の動作説明)
可変抵抗器VR1のつまみ28(図5)を図1の「暗い」の方に回すと、時定数回路定数が小さくなり、図4(a)に示すように出力電圧がスレシホールド電圧に達するまでに時間が短いため、PWM出力は、およそ5%のデューティ比となる。
図6の直流配電システム30は、図1の2線式直流配電システム10のPWM発振部22に代えて、PWM発振部32とLED照明器具14の点灯を制御する人感センサスイッチである動作制御部34を設けたものである。
図6のような2線式配線の直流配電システム30において、LED照明器具14を点灯させる動作制御部34(人感センサスイッチ)に直流電圧が供給される。
動作制御部34は、人体検出部(焦電センサ)と増幅部とコンパレータとタイマー部から構成される人感センサスイッチである。上記人感センサスイッチは公知のものであるため、各構成部の説明は省略する。
図6の制御装置16において、タイマー部のタイマー出力が「H(ハイ)」となっている間、PWM発振部32のデューティ比可変発振部(デューティ比可変発振回路)の出力は、図3(b)のようにおよそ95%のデューティ比となるように設定されているものとする。従って、人体移動が検出された場合、図3(b)の出力オン時に主電流制御部18は導通し、LED照明器具14は点灯する。また、当該点灯期間において、図3(c)のようなデューティ比残り5%の出力電圧が、動作制御部34の人感センサスイッチの動作電源用として電源生成部20に送られ、電源生成部20から動作制御部34の人感センサスイッチに供給される(図3(d))。
タイマー部のタイマー出力が「L(ロー)」となった場合は、デューティ比可変発振部の出力はゼロ(0%)となるように設定されており、LED照明器具14は消灯する。
なお、図6において、PWM発振部32および動作制御部34はマイコン制御されるものである。
なお、図7において、図1の構成部と同一の構成部には、図1と同一の符号を付し、その構成部についての説明は省略する。
図7の直流配電システム36は、図1の2線式直流配電システム10のPWM発振部22に代えて、PWM発振部32と直流換気扇38の動作を制御する遅れスイッチである動作制御部40を設けたものである。
動作制御部40は、スイッチ部とスイッチ検出部とタイマー部から構成される遅れスイッチである。なお、上記遅れスイッチは公知のものであるため、各構成部の説明は省略する。
図7の動作制御部40において、タイマー部のタイマー出力が「H(ハイ)」となっている間、PWM発振部32のデューティ比可変発振部(デューティ比可変発振回路)の出力は、図3(b)のようにおよそ95%のデューティ比となるように設定されているものとする。従って、スイッチ部がオンされた場合、図3(b)の出力オン時に主電流制御部18は導通し、直流換気扇38は回転する。また、当該回転動作期間において、図3(c)のようなデューティ比残り5%の出力電圧が、動作制御部40の遅れスイッチの動作電源用として電源生成部20に送られ、電源生成部20から動作制御部40の遅れスイッチに供給される(図3(d))。
また、図7において、直流換気扇38の回転動作中にスイッチ部がオフされると、スイッチ検出部はタイマー部にカウント開始命令を出し、タイマー部はカウントを開始し設定時間経過後にPWM発振部32のデューティ比可変発振部を停止させるように設定されている。すなわち、タイマー部のタイマー出力が「L(ロー)」となった場合は、デューティ比可変発振部の出力はゼロ(0%)となるように設定されており、直流換気扇38の動作は停止する。
なお、図7において、PWM発振部32および動作制御部40はマイコン制御されるものである。
また、上記LED照明器具14や直流換気扇38に流れる電流による動作を停止するために、LED照明器具14や直流換気扇38に微電流抑制回路42を設けても良い(図8、図9)。なお、図8は微電流抑制回路42をLED照明器具14に内蔵した実施例を表わす図であり、図9は微電流抑制回路42を直流換気扇38に外付けした実施例を表わす図である。
微電流抑制回路42は、スイッチング素子(MOSFET)Q3、抵抗R7,R8、NPNトランジスタQ2およびコンデンサC3で構成されている。LED照明器具14や直流換気扇38の負荷電流がスイッチング素子Q3、抵抗R7を介して流れたときに発生する抵抗R7の両端電圧が所定の電圧(0.6V)に達すると、NPNトランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間がオンし、スイッチング素子Q3のゲート電圧が引き下がるため、スイッチング素子Q3はオフ状態となり、負荷電流を一定電流に制限する。抵抗R8は、スイッチング素子Q3をオンさせる抵抗である。微電流抑制回路42は、LED照明器具14では微点灯を無くし、直流換気扇38では微振動を無くすことができる。また、微電流抑制回路42を設けることにより、出力オフ状態(図3(b))でも、図1、図6及び図7の動作制御部に微電流を流すことができることから、図6のPWM発振部32及び動作制御部34のマイコンや図7のPWM発振部32及び動作制御部40のマイコンに電源電圧を供給することができる。
12 直流配電分電盤
14 LED照明機具
16 制御装置
18 主電流制御部
20 電源生成部
22 PWM発振部
30 直流配電システム
32 PWM発振部
34 動作制御部
36 直流配電システム
38 直流換気扇
40 動作制御部
42 微電流抑制回路
Claims (4)
- 直流電源を用いた2線式配線に直流電源により動作する電気製品とその電気製品の動作を制御する制御装置とを接続する直流配電システムであって、
前記制御装置が、パルス信号に基づいて電気製品の電源を制御するスイッチング素子を備える主電流制御部と、主電流制御部のオフ時に入力されるパルス電圧を積分する積分回路を備える電源生成部と、電源生成部が生成した電圧を電源として電気製品の動作を制御する電気機器を備える動作制御部と、動作制御部から出力される電圧をパルス幅変調したパルス信号を主電流制御部に送るデューティ比可変発振部を備えるPWM発振部とを備えることを特徴とする2線式直流配電システム。 - 前記電気製品が発光ダイオード照明器具である場合、前記制御装置は、前記発光ダイオード照明装置に供給する電流を制御する前記スイッチング素子と、前記スイッチング素子の非導通時に入力されるパルス電圧を積分する前記積分回路と、前記積分回路から出力される電圧をデューティ比可変マルチバイブレータを介して受ける可変抵抗器を備える時定数回路とを備え、前記時定数回路から出力される電圧を前記デューティ比可変マルチバイブレータによりパルス幅変調し前記スイッチング素子に送る調光器であることを特徴とする請求項1記載の2線式直流配電システム。
- 前記直流配電システムに微小電流を流す微電流抑制回路を前記電気製品に設けることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の2線式直流配電システム。
- 直流電源回路に接続する2線式の調光器であって、発光ダイオード照明装置に供給する電流を制御するスイッチング素子と、スイッチング素子の非導通時に入力されるパルス電圧を積分する積分回路と、積分回路から出力される電圧をデューティ比可変マルチバイブレータを介して受ける可変抵抗器を備える時定数回路とを備え、時定数回路から出力される電圧を前記デューティ比可変マルチバイブレータによりパルス幅変調し前記スイッチング素子に送ることを特徴とする2線式調光器。
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