JP2012054154A - 調光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプの調光機能を備えた調光装置で、非調光時におけるランプ点灯の効率化を図る。
【解決手段】電源１１からランプ１２を介して直列接続された抵抗Ｒ１、可変抵抗器ＶＲ、コンデンサに、トライアックＱ１を並列接続し、可変抵抗器ＶＲとコンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間にスイッチＳＷ２とトリガーダイオードＱ２を直列接続する。スイッチＳＷ２、トリガーダイオードＱ２に抵抗Ｒ２を並列接続する。可変抵抗器ＶＲの調整により、コンデンサＣの充放電時間のタイミングを調整してトリガーダイオードＱ２を介して得られるパルス信号の位相を変える。このパルス信号をトライアックＱ１のゲートに供給し、トライアックＱ１に流れる電流量を変えランプ１２の調光を行う。コンデンサＣの両端電圧ＶｃがトリガーダイオードＱ２を導通可能電圧になるまでスイッチＳＷ２をオフし、トリガーダイオードＱ２非導通期間にもトライアックＱ１を導通できるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、位相制御に基づく調光に係り、特に非調光時における点灯の効率化を図る調光装置およびこの調光装置を備えた照明装置に関する。

従来の調光装置は、ランプを付勢する商用電源の電圧波形を位相制御してランプの調光を行っている。導通位相角の調整は可変抵抗器による抵抗値の調整で、タイミングコンデンサの充電時間を制御し、トリガーダイオードを介してトライアックのゲートを制御し、トライアックがオンする位相角を変化させ調光を行っている。（例えば、特許文献１）

特開平９−３２０７６４号公報

上記した特許文献１の技術は、調光を行うためにトリガーダイオードを介してパルス信号を生成させ、トライアックのゲートを制御するようにしている。このため、図３矢印Ａの破線部分で示すように、可変抵抗器の抵抗値を絞って最大の照度を得ようとした場合に、トリガーダイオードの非導通期間が発生してしまい、この分の照度の低下が避けられない、という問題があった。

この発明の目的は、従来のトリガーダイオード非導通時にもトライアックを導通させることで、ランプ効率を向上させることのできる調光装置およびこの調光装置を備えた照明装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の調光装置に係る一実施形態は、調光用の可変抵抗器と、前記可変抵抗器に直列接続され、該可変抵抗器の抵抗値に基づき両端電圧が決定されるコンデンサと、前記可変抵抗器と前記コンデンサの直列回路に並列に接続され、流れる電流をランプに供給する制御端子付き自己保持形のスイッチング装置と、前記コンデンサの両端電圧に基づき得られるパルス信号で前記スイッチング装置のゲートを制御するトリガー素子と、前記トリガー素子が非導通状態になる低電圧の期間は、該トリガー素子を介さずに前記コンデンサの電圧を前記スイッチング装置のゲートに印加する切換手段と、を具備してなることを特徴とする。

また、この発明の照明装置に係る一実施形態は、この発明による調光装置の一実施形態と、前記調光装置により調光される光源と、を具備したことを特徴とする。

この発明の一実施形態によれば、非調光時における効率的なランプ点灯を実現させることが可能となる。

この発明の調光装置に関する第１の実施形態について説明するための回路構成図である。 図１の要部の具体例について説明するための説明図である。 図１の動作について説明するための説明図である。 図１の動作について説明するための説明図である。 図１の動作について説明するための説明図である。 この発明の調光装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図である。 この発明の調光装置に関する第３の実施形態について説明するための回路構成図である。 図７の動作について説明するための説明図である。 この発明の照明装置に関する一実施形態について説明するための概念的な回路構成図である。 制御端子付き自己保持形のスイッチング装置の他の具体例について説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図５は、この発明の調光装置に関する第１の実施形態について説明するための、図１は回路構成図、図２は図１の要部について説明するための説明図、図３〜図５はそれぞれ図１の動作について説明するための説明図である。

図１において、商用電源１１の一方は、ランプ１２の一方の端子１２ａに接続される。ランプ１２の他方の端子１２ｂは、電源スイッチＳＷ１を介して直列接続された電流制限用の抵抗Ｒ１、調光調節用の可変抵抗器ＶＲそれにタイミング用のコンデンサＣを介して商用電源１１の他方に接続される。

さらに、抵抗Ｒ１、可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの直列回路には、制御端子付き自己保持形のスイッチング装置としてのトライアックＱ１が並列に接続される。可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間にはトリガー素子としてのトリガーダイオードＱ２と電流制限用や過電圧保護用として作用する抵抗Ｒ２が並列的に配置される。トリガーダイオードＱ２と抵抗Ｒ２は、スイッチＳＷ２により可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間に選択的に接続される。つまり、スイッチＳＷ２の可動接点ｃが固定接点ａ側に接続された場合は、トリガーダイオードＱ２側を選択し、スイッチＳＷ２の可動接点ｃが固定接点ｂ側に接続された場合は、抵抗Ｒ２側を選択する。なお、トリガーダイオードＱ２を導通させる電圧は、例えば３０Ｖであり、トライアックＱ１を導通させるゲート電圧は、例えば１．５Ｖである。

スイッチＳＷ２は、例えば可変抵抗器ＶＲの抵抗が予め設定された値、例えば最小値となった場合に抵抗Ｒ２側に切り替わり、それ以外はトリガーダイオードＱ２側に切り替えられる構成となっている。スイッチＳＷ２の一例としては、図２（ｂ）に示すようなマイクロスイッチ２１を用いる。マイクロスイッチ２１は、スイッチ本体部２１１内の可動接点２１２と固定接点（図示せず）とを接離させるレバー部２１３とを備えている。マイクロスイッチ２１は、可変抵抗器ＶＲの回動軸２２に固定され、回動軸２２の回動とともに可動される可動レバー２３で、マイクロスイッチ２１の可動接点２１２を駆動させることによりオフさせることができる。この場合のマイクロスイッチ２１は、可動接点２１２が操作状態のときに図１のスイッチＳＷ２のｂ側に接続され、非操作状態のときにスイッチＳＷのａ側に接続される構成となっている。

可変抵抗器ＶＲの回動軸２２を、抵抗値が最小となる位置まで回動させると、マイクロスイッチ２１がｂ側の固定接点となる。これにより、マイクロスイッチ２１をスイッチＳＷ２とした場合の図１におけるトリガーダイオードＱ２は、非接続状態となり、可変抵抗器ＶＲとコンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間には抵抗Ｒ２が直接接続される状態となる。

なお、トリガーダイオードＱ２を可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間に直接接続し、可変抵抗器ＶＲの非操作時に抵抗Ｒ２を、可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間に接続するスイッチＳＷ２を用いても構わない。

また、可変抵抗器ＶＲの回動に連動して電源スイッチＳＷ１を入切するようにしてもよい。すなわち、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を最大にした場合や図２（ａ）のＭａｘあるいはそれ以上に回動させた場合は、電源スイッチＳＷ１をオフするようにしてもよい。

このように構成された調光装置の、まずスイッチＳＷ２と抵抗Ｒ２がない状態（従来）の動作について図３、図４を参照して説明する。図３は可変抵抗器ＶＲの値を最小とした場合、図４は中間値とした場合のそれぞれのパルス信号例を示している。

電源スイッチＳＷ１が閉じられると、抵抗Ｒ１および可変抵抗器ＶＲを通ってコンデンサＣに充電が開始される。この充電により、コンデンサＣの両端電圧がトリガーダイオードＱ２のブレークオーバー電圧に達すると、コンデンサＣに蓄えられた電荷は、トライアックＱ１を通して放電される。この動作により得られるパルス信号は、トライアックＱ１をトリガーさせ、トリガー後の商用電源１１の半サイクルの残る部分に対してトライアックＱ１も導通に導かれる。ランプ１２の光量は、トライアックＱ１の導通位相に基づき決定される。

そこで、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を最小とした場合は、図３に示すようにコンデンサＣの両端電圧がトリガーダイオードＱ２を導通させる電圧である３０Ｖに至る位相角Ｉａ°を経過する時間までは、トリガーダイオードＱ２が導通されず電流が流れない。コンデンサＣの両端電圧が３０Ｖ以上になると、トリガーダイオードＱ２は導通となり、トライアックＱ１のゲートを駆動させるパルス信号が生成される。

可変抵抗器ＶＲの抵抗値を中間値とした場合は、図４に示すようにコンデンサＣの両端電圧がトリガーダイオードＱ２を導通させる電圧である３０Ｖになるまでの位相角は、αだけシフトしＩｂ°となる。これは可変抵抗器ＶＲの抵抗値が上がり電流が小さくなったことに伴い、コンデンサＣに充電される時間がかかるためである。従って、トライアックＱ１を流れる電流、換言すればランプ１２に流れる電流量を減少させ、ランプ１２の調光度合いを下げることができる。

ところで、可変抵抗器ＶＲを絞ってランプ１２の照度を最大にした場合においても、トリガーダイオードＱ２を導通させるには、位相角Ｉａ°の時間を要する。このため、前述したようにこの期間は、トライアックＱ１も非導通状態となることから、供給された電力に対して効率的な利用がされていないことになる。

そこで、トリガーダイオードＱ２が導通されるまでの期間は、スイッチＳＷ２を抵抗Ｒ２側に切り替え、可変抵抗器ＶＲおよびコンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲートとの間は、抵抗Ｒ２を接続させるようにした。

可変抵抗器ＶＲの抵抗値を最小とした場合は、スイッチＳＷ２が抵抗Ｒ２側に接続されていることから、コンデンサＣの両端電圧がトライアックＱ１のゲートを制御する電圧である１．５Ｖに直ちに達する。このため、トライアックＱ１は、図５に示すように位相角Ｉａ°の時間を必要とすることなく導通を開始することになる。

従って、可変抵抗器ＶＲを絞り、トリガーダイオードＱ２が非導通の位相角Ｉａ°の期間にもランプ１２に電流が流せ、いわゆる１００％調光（全光）の実現が可能となる。このため、非調光時における明るさを向上させることができる。

図６は、この発明の調光装置に関する第２の実施形態を概念的に説明するための、図６（ａ）は図２（ａ）に、図６（ｂ）は図２（ｂ）にそれぞれ相当する説明図である。なお、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。以降の各実施形態の説明でも同様とする。

この実施形態は、図１のスイッチＳＷ２を機械的なスイッチを用いて強制的にオフさせ、トライアックＱ１のゲートに印加されるパルス信号の欠落を防止しようとするものである。

すなわち、非調光時にマイクロスイッチ２１を可変抵抗器ＶＲの抵抗値が最小となった状態で操作を行う非調光用の操作スイッチ６１が設けられる。図示しない操作パネルに出し入れ自在に取り付けられた操作スイッチ６１には操作杆６１１が一体的に形成され、この操作杆６１１の移動に伴いマイクロスイッチ２１のレバー部２１３が操作される。レバー部２１３が操作されると、可動接点２１２が可動され、マイクロスイッチ２１をオフさせるように構成する。

この場合も、可変抵抗器ＶＲが絞られた非調光時に操作スイッチ６１が操作されると、トリガーダイオードＱ２が非導通の位相角Ｉａ°の期間であっても、トライアックＱ１を導通させ、ランプ１２に電流を流せることから、非調光時における効率的なランプ点灯の実現が可能となる。

図７、図８は、この発明の調光装置に関する第３の実施形態について説明するための、図７は回路構成図、図８は図７の動作について説明するための説明図である。

この実施形態は、トリガーダイオードＱ２を可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間に直接接続し、可変抵抗器ＶＲの非操作状態のときには抵抗Ｒ２を、スイッチＳＷ２を介して可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの接続点とトライアックＱ１のゲート間に接続させたものである。さらに、機械的なスイッチＳＷ２を、電気的な例えばＣＭＯＳ型のスイッチングトランジスタＱ３に置き換えたものである。このトランジスタＱ３は、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃと例えばマイクロコンピュータにより構成される制御部７１に予め記憶された電圧情報との比較を行い、比較結果に基づきトランジスタＱ３を制御するようにしたものである。

図７の動作について図８のフローチャートとともに説明する。図８はコンデンサＣの両端電圧Ｖｃの情報に基づきトランジスタＱ３を制御する場合についてのみ示している。

電源スイッチＳＷ１が投入されると、抵抗Ｒ１、可変抵抗器ＶＲ、コンデンサＣの直列回路に電流が流れ、コンデンサＣに電荷が蓄積されて行きコンデンサＣの両端電圧Ｖｃの電圧が上昇する。両端電圧Ｖｃの情報が印加される制御部７１では、予め内部メモリに記憶された電圧と電源１１の電圧位相との関係を示す情報を参照し、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃが電源電圧波形の０位相から所定以上の時定数で立上るか否かを判断する（Ｓ１）。ステップＳ1において、所定以上の時定数で立上ったと判断した場合は、トランジスタＱ３をオン状態とし（Ｓ２）、このときの両端電圧ＶｃによりトライアックＱ１のゲートは制御される。トライアックＱ１は、１．５Ｖ程度で導通されることから可変抵抗器ＶＲの抵抗が最小値の場合にも導通状態となる。従って、可変抵抗器ＶＲを絞った場合に、図５に示すような点灯制御を行うことができる。

次に、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を上げると、両端電圧Ｖｃの立上り時定数が所定より小さくなり、制御部７１はトランジスタＱ３のオフさせる制御信号を出力し、トランジスタＱ３をオフする（Ｓ３）。トランジスタＱ３のオフにより、トライアックＱ１のゲートには、トリガーダイオードＱ２を介してトライアックＱ１のゲートが制御されることになる。これにより、トライアックＱ１は、両端電圧Ｖｃに基づく位相角で導通されることになり、調光状態となる。

この実施形態では、調光、非調光が電子的な制御に基づき可能となるばかりか、非調光時における効率的なランプ点灯も実現可能となる。なお、制御部７１は可変抵抗器ＶＲの抵抗値で調光か非調光かを判断するようにしてもよい。

この実施形態では、トグルスイッチをスイッチＳＷ２そのものとし、トグルスイッチのスイッチレバーを、操作ボタンとして調光装置の操作パネルに直接配置し、スイッチレバーを直接オン・オフ操作することで、トリガーダイオードＱ２と抵抗Ｒ２を並列接続するかどうかを切り替えても構わない。

図９は、この発明の照明装置に関する一実施形態について説明するための概念的な回路構成図ある。この実施形態は、この発明の調光装置１００の調光対象の光源としてＬＥＤランプを用いた例について説明するものである。

すなわち、一端が端子１２ａに、他端が端子１２ｂにそれぞれ接続されたＬＥＤランプ１２１は、ＬＥＤ駆動回路９１とＬＥＤモジュール９２から構成される。ＬＥＤ駆動回路９１は、入力電圧を整流するブリッジダイオード９１１、突入電流抑制用抵抗Ｒ３、平滑用コンデンサＣ２から構成される。ＬＥＤモジュール９２は直列接続された複数のＬＥＤから構成される。

商用電源１１から出力され調光装置１００で位相制御された電圧がブリッジダイオード９１１で全波整流、コンデンサＣ２で平滑され、ＬＥＤモジュール９２に印加される。可変抵抗器ＶＲが操作され、調光装置１００がある調光状態にある場合は、可変抵抗器ＶＲの抵抗値に基づいた位相のパルス信号を、トリガーダイオードＱ２から生成してトライアックＱ１のゲートを制御し、出力からパルス信号に基づいた電流が流れる。パルス信号の位相角は、可変抵抗器ＶＲの抵抗値が大きくなるに従って大きくなり、これに伴う電流は小さいものとなる。

このように、可変抵抗器ＶＲの抵抗値が大きいとブリッジダイオード９１１で整流される電圧も小さくなり、その分ＬＥＤモジュール９２の明るさも暗くなる。可変抵抗器ＶＲの調整でＬＥＤモジュール９２の調光を実現することができる。

この実施形態では、トリガーダイオードが導通される、これまでの非調光から調光が始まる調光されていなかった期間についても調光が可能となる、いわゆる１００％調光の実現が可能となる。

なお、被調光ランプとしてＬＥＤモジュールを例に挙げたが、これに限らず白熱電球やその他に調光可能なランプであれば構わない。ＬＥＤ駆動回路９１は、図９に加えて、コンデンサＣ２の出力をＤＣ／ＤＣ変換し、所望の直流電圧を得るＤＣ／ＤＣ変換装置、さらにブリッジダイオード９１１の出力電圧（あるいは波形）から導通位相を検知し、導通位相に応じて上記ＤＣ／ＤＣ変換装置の出力を変化させる位相検知手段を備えるものであってもよい。

上記各実施形態でのスイッチＳＷ２としては、機械的なマイクロスイッチやトグルスイッチを例に挙げたが、電子的なスイッチを用いても構わない。可変抵抗器ＶＲの最小の抵抗値を検出する部分は機械的なスイッチで、抵抗Ｒ２とトリガーダイオードＱ２を並列接続するかどうかのスイッチＳＷは電子的なスイッチとすることでも構わない。

さらに、制御端子付き自己保持形のスイッチング装置は、図１０（ａ）に示すトリガー素子１０１，１０２を、制御端子１０３，１０４に印加される電圧に応じてオン・オフするものや、図１０（ｂ）に示すトリガー素子１０５を、制御端子１０６に印加される電圧に応じてオン・オフものであれば、どのようなものでも構わない。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１ 商用電源
１２ ランプ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＶＲ 可変抵抗器
Ｃ コンデンサ
Ｑ１ トライアック
Ｑ２ トリガーダイオード
ＳＷ２ スイッチ

Claims (2)

1. 調光用の可変抵抗器と、
   前記可変抵抗器に直列接続され、該可変抵抗器の抵抗値に基づき両端電圧が決定されるコンデンサと、
   前記可変抵抗器と前記コンデンサの直列回路に並列に接続され、流れる電流をランプに供給する制御端子付き自己保持形のスイッチング装置と、
   前記コンデンサの両端電圧に基づき得られるパルス信号で前記スイッチング装置のゲートを制御するトリガー素子と、
   前記トリガー素子が非導通状態になる低電圧の期間は、該トリガー素子を介さずに前記コンデンサの電圧を前記スイッチング装置のゲートに印加する切換手段と、を具備してなることを特徴とする調光装置。
2. 請求項１に記載の調光装置と、
   前記調光装置により調光される光源と、を具備したことを特徴とする照明装置。

Images