JP2013235776A - 調光信号変換装置及びそれを用いた照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源の立ち上がり時における照明器具の瞬間的な全点灯をなくした調光信号変換装置及びそれを用いた照明システムを提供する。
【解決手段】調光信号変換装置２は、照明器具１を全点灯させる際のデューティ比が０％に設定される調光信号が入力されるＲＣ回路２３と、ＲＣ回路２３に入力された調光信号に応じて商用電源４から照明器具１に供給される電源電圧の導通角を制御する制御回路２２、トライアックＱ１及びスイッチング素子Ｑ２とを備える。制御回路２２は、商用電源４から制御回路２２への給電開始時において、調光信号が入力されてから第１時間が経過するまでは上記導通角の制御を停止しており、これにより、電源の立ち上がり時における照明器具１の瞬間的な全点灯をなくすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、調光信号変換装置及びそれを用いた照明システムに関するものである。

従来、調光器から出力される調光信号（デューティ信号）に応じて光源を調光点灯させる電源装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。このような電源装置では、調光器から調光信号が出力されない無信号時には光源を全点灯（ＦＵＬＬ点灯）させるのが一般的であり、その一例として、調光信号のデューティ比が０％のときは光源を全点灯させ、８０％のときは調光下限で点灯させ、それ以上になると消灯させる。

また、外部電源から光源に供給される電源電圧の導通角を変化させることで、光源を調光点灯させる電源装置も提供されている。このような電源装置では、外部電源と光源の間に介装されたトライアックのオン／オフを制御することで、外部電源から光源に供給される電源電圧の導通角を制御して光源を調光点灯させる。

ここで、上述の前者の電源装置が設置されている場合に、上述の後者の電源装置用の光源に交換しようとすると、調光器を含めた装置全体を交換しなければならず、コストがかかってしまう。そこで、調光器を残したままで光源のみを交換できるように、調光信号を位相制御信号に変換する変換装置に対する要望が高まっており、調光器と光源の間に変換装置を介在させて調光信号を位相制御信号に変換することで、位相制御方式に対応した光源の調光が可能になる。

特許第４６３６１０２号公報

しかしながら、上述の前者の電源装置では、調光器から調光信号が出力されない無信号時には光源を全点灯させるため、電源の立ち上がりに対して調光信号の入力が遅れた場合には、調光信号が入力されるまでの無信号区間において光源が瞬間的に全点灯してしまうという問題があった。

また、上述の前者の電源装置では、ノイズ対策として変換装置の入力部分にＲＣ回路を設ける場合があるが、この場合、消灯を指示する調光信号に設定した状態で電源を立ち上げると、消灯状態に至るまでの経緯で全点灯状態を経由するため、同様に光源が瞬間的に全点灯してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電源の立ち上がり時における照明器具の瞬間的な全点灯をなくした調光信号変換装置及びそれを用いた照明システムを提供することにある。

本発明の調光信号変換装置は、照明器具を全点灯させる際のデューティ比が０％に設定される調光信号が入力される入力部と、入力部に入力された調光信号に応じて外部電源から照明器具に供給される電源電圧の導通角を制御する制御部とを備える。制御部は、外部電源から制御部への給電開始時において、調光信号が入力されてから第１時間が経過するまでは導通角の制御を停止する。

この調光信号変換装置において、入力部は、抵抗器とコンデンサとを含むＲＣ回路からなり、第１時間は、コンデンサの両端電圧が所定値に達するまでの時間以上であるのが好ましい。

また、この調光信号変換装置において、制御部は、外部電源から制御部への給電開始から第１時間よりも長い第２時間が経過するまでに調光信号が入力されない場合、導通角を、デューティ比が０％の調光信号に対応する角度に設定するのも好ましい。

本発明の照明システムは、上記の調光信号変換装置と、上記の調光信号変換装置に対して調光信号を出力する信号出力装置と、照明器具とを備えている。

本発明によると、電源の立ち上がり時において、調光信号が入力されてから第１時間が経過するまでは照明器具の位相制御を停止しているので、電源の立ち上がり時における照明器具の瞬間的な全点灯をなくした調光信号変換装置、及びそれを用いた照明システムを得ることができる。

（ａ）は本実施形態の照明システムの概略構成図、（ｂ）は同上を構成する照明器具の概略構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明するためのグラフである。 （ａ）、（ｂ）は同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下に、調光信号変換装置及び照明システムの実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

図１（ａ）は本実施形態の照明システムの概略構成図である。本発明において、照明システムとは、少なくともひとつの照明器具を備え、この照明器具が適当に制御できるように接続されたシステムをいう。本実施形態の照明システムは、照明器具１と、調光信号変換装置２と、調光器（信号出力装置）３とを主要な構成として備える。

図１（ｂ）は照明器具１の概略構成図である。この照明器具１は、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の発光ダイオード１０Ａからなる発光部１０と、発光部１０に流れる電流を制御する定電流制御部１６とを備える。また照明器具１は、商用電源（外部電源）４から供給される交流電圧を整流する整流部１２と、整流部１２の出力を平滑して光源部１０に出力する平滑部１３と、整流部１２の出力電圧を検出する電圧検出部１４とを備える。さらに照明器具１は、電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて導通角を検出し、この導通角に基づくデューティ比で定電流制御部１６により光源部１０を調光する調光制御部１５を備える。

整流部１２は、商用電源４から供給される交流電圧を全波整流するダイオードブリッジからなり、平滑部１３は、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ１を介して整流部１２の出力端間に接続される平滑コンデンサＣ１とからなる。また電圧検出部１４は、整流部１２の出力端間に接続される抵抗器Ｒ２，Ｒ３の直列回路からなる。したがって、電圧検出部１４では整流部１２の出力電圧が抵抗器Ｒ２，Ｒ３で分圧され、抵抗器Ｒ２，Ｒ３の接続点における電位に基づいて調光制御部１５が導通角を検出する。

調光信号変換装置２は、調光信号（デューティ信号）を位相制御信号に変換するための装置であって、図１（ａ）に示すように、入力端に接続されて雑音防止用のフィルタを構成するコンデンサＣ２及びインダクタＬ１と、自己保持機能を有する双方向性のトライアックＱ１とを備える。このトライアックＱ１が導通状態にある（ターンオンしている）とき、商用電源４から照明器具１に交流電力が供給される。また調光信号変換装置２は、ダイオードＤ２を介して商用電源４から供給される交流電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ３と、平滑コンデンサＣ３からの出力電圧を定電圧に変換する電源ＩＣ２０とを備える。この電源ＩＣ２０はスイッチング電源であって、平滑コンデンサＣ３の負側端子にはダイオードＤ３が接続されている。

電源ＩＣ２０の出力端には、インダクタＬ２、コンデンサＣ４、ダイオードＤ４からなる閉回路が接続されており、この閉回路は、インダクタＬ２を流れる回生電流によりコンデンサＣ４を充電することで、トライアックＱ１のゲート端子の電位を他の２つの主端子の電位に対して低電位にする。すなわち、コンデンサＣ４がトライアックＱ１の導通／非導通を制御するために必要な制御電源となる。

商用電源４の一端側には、ダイオードＤ５を介して位相検出回路２１が接続されている。この位相検出回路２１は、商用電源４から供給される電源電圧の位相に基づいて同期信号を生成し、後述する制御回路２２に出力する。一例として、位相検出回路２１は、商用電源４の電源電圧と所定の閾値とを比較し、商用電源４の電源電圧が上記閾値を上回ると同期信号を立ち上げ、商用電源４の電源電圧が上記閾値を下回ると同期信号を立ち下げる。

トライアックＱ１のゲート端子には、ｎｐｎ型トランジスタからなるスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子にはコンデンサＣ４が接続され、ベース端子には制御回路２２が接続されている。

制御回路２２には、抵抗器Ｒ４及びコンデンサＣ５で構成されたＲＣ回路（入力部）２３が接続されている。このＲＣ回路２３はノイズ対策用の入力回路であり、後述する調光器３から出力される調光信号を直流に平滑化して制御回路２２に出力する。

制御回路２２は、位相検出回路２１より与えられる同期信号と、ＲＣ回路２３を介して調光器３より与えられる調光信号とに基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えるトリガ信号を生成する。このトリガ信号を生成するタイミングは同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいて決定され、生成されたトリガ信号はスイッチング素子Ｑ２のベース端子に入力される。そして、トリガ信号がハイレベルのときにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１のゲート端子の電位が他の２つの主端子の電位に対して低電位となることで、ゲート端子に電流が流れてトライアックＱ１が導通状態になる。

なお、トリガ信号の立ち上がりタイミングは調光器３から出力される調光信号によって変化し、例えば調光率が大きい場合にはトリガ信号の立ち上がりを早くすることでトリガ信号のパルス幅を大きくし、調光率が小さい場合にはトリガ信号の立ち上がりを遅くすることでトリガ信号のパルス幅を小さくする。これにより、照明器具１に印加される電源電圧の導通期間を変化させることができるので、調光器３から出力される調光信号を位相制御信号（トリガ信号）に変換可能な調光信号変換装置２を提供することができる。ここに本実施形態では、上述の制御回路２２、トライアックＱ１、及びスイッチング素子Ｑ２により制御部が構成されている。

調光器３は、壁面などに取り付けられる矩形箱状の調光器本体３０を有し、調光器本体３０の前面には、照明器具１の調光レベルを設定する回転式の操作ツマミ３１と、照明器具１の調光特性を設定する設定スイッチ３２とが設けられている。そして、操作ツマミ３１を回転させて所定の操作角に設定することで、操作角に応じた調光信号が調光器３から出力される。

図２（ａ）は調光器３の操作ツマミ３１の操作角と調光信号のデューティ比との関係を示すグラフであり、設定スイッチ３２の設定状態により実線ａ又は実線ｂのように変化する。実線ａの場合には、操作角が０°のときにデューティ比は８０％となり、操作角が２７０°になるとデューティ比が０％になる。また実線ｂの場合には、操作角が０°のときにデューティ比は１００％となり、操作角が２７０°になるとデューティ比が０％になる。

図２（ｂ）は調光信号変換装置２のＲＣ回路２３に入力される調光信号のオン幅と、このオン幅をデジタル変換したＡＤ値との関係を示すグラフであり、図２（ｃ）は上記ＡＤ値と位相制御信号の導通角との関係を示すグラフである。これらのグラフによれば、実線ｃに示すように調光信号のオン幅が大きくなるほど上記ＡＤ値は大きくなり、また実線ｄに示すように上記ＡＤ値が大きくなるほど上記導通角は小さくなる。つまり、調光信号のオン幅が大きくなるほど上記導通角が小さくなる。

図２（ｄ）は位相制御信号の導通角と調光率との関係を示すグラフであり、導通角の小さい領域ｅ及び導通角の大きい領域ｇでは導通角の増加に伴って調光率が緩やかに高くなり、中間の領域ｆでは導通角の増加に伴って調光率が急激に高くなる。以上のことから、本実施形態の照明システムでは、調光器３の操作ツマミ３１の操作角が０°のときは照明器具１の光源部１０の調光率は調光下限に設定され、操作ツマミ３１の操作角が２７０°のときは光源部１０の調光率は１００％に設定される。

次に、本実施形態の照明システムの動作について説明する。ユーザーが調光器３の操作ツマミ３１を操作すると、操作ツマミ３１の操作角に応じた調光信号が調光器３から出力され、この調光信号はＲＣ回路２３を介して制御回路２２に入力される。またこのとき、位相検出回路２１が商用電源４の電源電圧を検出して同期信号を生成し、この同期信号は制御回路２２に入力される。そして制御回路２２は、入力された調光信号及び同期信号に基づいてトリガ信号（位相制御信号）を生成し、生成したトリガ信号をスイッチング素子Ｑ２のベース端子に出力する。したがって、トリガ信号の立ち上がりとともにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１が導通状態になる（ターンオンする）。これにより、商用電源４の電源電圧が照明器具１に印加される。

その後、制御回路２２から出力されるトリガ信号が立ち下がると、スイッチング素子Ｑ２がオフに切り替わることでトライアックＱ１のゲート端子に電流が流れなくなる。トライアックＱ１は、一定以上の保持電流が流れている間は導通状態を維持するため、トリガ信号の立ち下がり後も暫くは照明器具１に商用電源４の電源電圧が印加され続ける。そして、商用電源４の電源電圧がゼロクロスに達すると、トライアックＱ１に流れる保持電流が一定以下となり、トライアックＱ１が非導通状態に切り替わる（ターンオフする）。これにより、商用電源４の電源電圧が照明器具１に印加されなくなる。

一方、照明器具１では、電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて調光制御部１５が導通角を検出する。そして、調光制御部１５は、検出した導通角に基づくデューティ比で定電流制御部１６が電流を変化させることにより、光源部１０を調光点灯させる。

ところで、上述の制御回路２２は、デューティ比が０％の調光信号が入力されると、位相制御信号（トリガ信号）の導通角を、照明器具１を全点灯させる所定の角度（本実施形態では１８０°）に設定するので、例えば電源の立ち上がりに対して調光信号の入力が遅れた場合には、調光信号のデューティ比が０％となる区間が生じることになり、その結果照明器具１が瞬間的に全点灯してしまう。また本実施形態のように、ノイズ対策として、調光信号変換装置２の入力部分にＲＣ回路２３を設けた場合には、消灯を指示する調光信号に設定した状態で電源を立ち上げると、消灯状態に至るまでの経緯で全点灯状態を経由するため、同様に光源部１０が瞬間的に全点灯してしまう。

そこで本実施形態では、制御回路２２に調光信号が入力されてから所定時間（第１時間）が経過するまで照明器具１の位相制御を停止させることで、上記の不具合を解消しており、以下具体的に説明する。図３（ａ）（ｂ）は上記の動作を説明するためのタイミングチャートであり、時刻ｔ１のときに調光信号変換装置２及び調光器３に電源が投入された後、時刻２のときに調光器３から調光信号（ＤＵＴＹ信号）が出力される。そして、調光信号変換装置２の制御回路２２は、調光信号が入力される時刻ｔ２より第１時間が経過した時刻ｔ３のときに照明器具１の位相制御を開始する。つまり本実施形態では、調光信号が入力されてから第１時間が経過するまでは照明器具１の位相制御を停止させており、これにより、電源の立ち上がり時における照明器具１の瞬間的な全点灯をなくすことができる。なお、上記の第１時間は、ＲＣ回路２３を介して制御回路２２に入力される調光信号が安定するまでの時間、つまりコンデンサＣ５の両端電圧が所定値に達するまでの時間以上とするのが好ましい。

また、調光器３から出力される調光信号のデューティ比が０％に設定されている場合、電源が投入されても調光信号は出力されないため、制御回路２２では調光信号の入力タイミングを検出できず、上記の第１時間をカウントすることができない。そしてこの場合、照明器具１の光源部１０は消灯状態を維持することになる。そこで本実施形態では、電源が投入されてから上記の第１時間よりも長い第２時間が経過するまでに制御回路２２に調光信号が入力されない場合、制御回路２２はデューティ比が０％の調光信号が入力されていると判断し、位相制御信号の導通角を、この調光信号に対応する角度（本実施形態では１８０°）に設定する。これにより、調光信号のデューティ比が０％に設定されている状態で電源が投入された場合でも、照明器具１の光源部１０を全点灯させることができる。

１ 照明器具
２ 調光信号変換装置
３ 調光器（信号出力装置）
４ 商用電源（外部電源）
２２ 制御回路（制御部）
２３ ＲＣ回路（入力部）
Ｑ１ トライアック（制御部）
Ｑ２ スイッチング素子（制御部）

Claims (4)

1. 照明器具を全点灯させる際のデューティ比が０％に設定される調光信号が入力される入力部と、前記入力部に入力された前記調光信号に応じて外部電源から前記照明器具に供給される電源電圧の導通角を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記外部電源から前記制御部への給電開始時において、前記調光信号が入力されてから第１時間が経過するまでは前記導通角の制御を停止することを特徴とする調光信号変換装置。
2. 前記入力部は、抵抗器とコンデンサとを含むＲＣ回路からなり、
   前記第１時間は、前記コンデンサの両端電圧が所定値に達するまでの時間以上であることを特徴とする請求項１記載の調光信号変換装置。
3. 前記制御部は、前記外部電源から前記制御部への給電開始から前記第１時間よりも長い第２時間が経過するまでに前記調光信号が入力されない場合、前記導通角を、デューティ比が０％の前記調光信号に対応する角度に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の調光信号変換装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の調光信号変換装置と、前記調光信号変換装置に対して前記調光信号を出力する信号出力装置と、前記照明器具とを備えていることを特徴とする照明システム。

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