JP3138281B2 - 調光制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、照明負荷を位相制御す
るための装置、特に位相角をデジタル化して位相制御を
行うための調光制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からの調光制御装置の電気的な構成
を図６に示す。照明灯などの照明負荷１を付勢するため
の交流電源２からの電力は、双方向性３端子サイリスタ
などのスイッチング素子３によって位相制御されて、照
明負荷１が所望の明るさとなるように調光制御される。
スイッチング素子３の位相制御は、トリガ出力手段４か
らスイッチング素子３のゲートに与えられるトリガ信号
によって行われる。トリガ出力手段４から、スイッチン
グ素子３を位相制御するためのトリガ出力が導出される
のは、計数用クロック生成手段５からのクロック信号
を、計数手段６に予め設定されている計数値だけ計数し
た時点である。計数手段６の計数動作は、交流電源２の
出力のゼロクロス点を検出する電源同期信号生成手段７
からの電源同期信号に応答して、制御手段８によって行
われる。制御手段８は、マイクロコンピュータなどを含
み、電源同期生成手段７からの電源同期信号に応答し
て、計数手段６に予め定める計数値を設定し、計数手段
６の計数動作を開始させる。

【０００３】すなわち、計数手段６には、交流電源２か
らの出力のゼロクロス点毎に計数値が設定され、計数用
クロック生成手段５からのクロック信号を、その計数値
だけ計数した後で、トリガ出力手段４から、スイッチン
グ素子３を導通させるための信号が発生される。計数手
段６が計数用クロック生成手段５からのクロック信号を
計数するときの計数値を大きく設定すれば、スイッチン
グ素子３が導通を開始する位相角が大きくなり、照明負
荷１に供給される交流電源２からの電力は少なくなり、
照明負荷１の明るさは小さくなる。計数手段６に設定す
る計数値を小さくすれば、スイッチング素子３が導通を
開始する位相角の値が小さくなり、照明負荷１に交流電
源２から供給される電力が多くなり、照明負荷１の明る
さが大きくなる。このように、従来からの調光制御装置
においては、交流電源２からの電力のゼロクロス点毎、
すなわち半周期毎に計数手段６に新たな計数値が設定さ
れ、計数用クロックを計数した時点でスイッチング素子
３の位相制御が開始される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来からの位相制御装
置においては、図６に示されるように、計数手段６に設
定された計数値に応じてスイッチング素子３の導通する
位相角が制御される。位相角をデジタル化して制御する
ときは、計数用クロック生成手段５から計数手段６に与
えられる計数用クロック信号の周波数が高いほど交流電
源２の出力の半周期を細かく分割して、位相を細精度で
制御することができる。照明負荷１の明るさを、或る明
るさの段階から異なる別の明るさの段階へ漸次的に移行
するフェード制御を行う場合には、かなりきめ細かく調
光レベルを変化させないと、人間の目には明るさが不安
定な不連続なものに認識され、心理的に不安や不快な感
じを与える。人の目に滑らかなフェードとして感じるに
は、６０Ｈｚや５０Ｈｚの電源周期では、半周期の位相
角として２５６段階以上の細精度が必要なことが実験お
よび既存の商品などの評価結果から判明している。

【０００５】図６の計数手段６が２５６段階以上の細精
度で位相制御を行うためには、計数用クロック信号の周
波数を高くして、１６ビット程度で構成される計数手段
６を用いる必要がある。８ビット程度の計数手段６によ
るときは、位相制御角の細精度が犠牲になる。

【０００６】従来からの調光制御装置において、調光レ
ベルを細精度で制御するときは、ビット数の大きい計数
手段６を必要とするため、ローコスト化、小形化に支障
がでる。さらに、そのような計数手段６のビット数に合
わせて、制御手段８のデータバスなどのビット数も同数
のビット数で構成されることが多く、ローコスト化、小
形化の点ではさらに不利となっている。

【０００７】本発明の目的は、交流電源からの電力の各
半周期内で分割する数を全体としては大きくしないでも
細精度の位相制御を行うことができる調光制御装置を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、照明負荷、交
流電源、スイッチング素子によって閉ループを形成し、
スイッチング素子のスイッチング動作を行って照明負荷
を設定された調光レベルで位相制御する調光制御装置に
おいて、照明負荷を駆動する交流電源からの出力の各半
周期が第１複数に分割されており、設定された調光レベ
ルがその分割された期間のどれに属するかを判断する手
段と、前記判断手段からの出力に応答して、設定された
調光レベルが属している分割された期間を第２複数でさ
らに分割して、設定された調光レベルに対応する半周期
毎の各時刻で照明負荷に直列に接続されているスイッチ
ング素子をスイッチング制御する手段とを含むことを特
徴とする調光制御装置である。

【０００９】また本発明は、照明負荷、交流電源、スイ
ッチング素子によって閉ループを形成し、スイッチング
素子のスイッチング動作を行って照明負荷を設定された
調光レベルで位相制御する調光制御装置において、照明
負荷の調光レベルを入力して設定する手段と、照明負荷
を駆動する交流電源からの出力の各半周期を第１複数に
分割し、その分割された期間毎に予め定める第１計数値
となるように計数を行うカウンタと、前記入力設定手段
によって設定された調光レベルがどの分割期間に属する
かを判断し、前記カウンタが前記第１計数値を計数した
回数によって、設定された調光レベルに対応する分割期
間を選び、その選ばれた分割期間内を第２複数でさらに
分割して、カウンタが入力された調光レベルに対応する
第２計数値を計数したとき、照明負荷に直列に接続され
ているスイッチング素子をスイッチング制御する手段と
を含むことを特徴とする調光制御装置である。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、照明負荷を調光制御するため
に設定された調光レベルが、交流電源からの出力をその
半周期毎に第１複数に分割した期間内のいずれに属して
いるかが判断される。その属している期間内で、位相角
に対応する半周期毎の各時刻で照明負荷に直列に接続さ
れているスイッチング素子をスイッチング制御する。調
光レベルは、予め第１複数に分割された期間をさらに第
２複数に分割した位相角に対応するので、分割の数は第
１複数または第２複数であって比較的小さくても、位相
角は、第１複数と第２複数との積である比較的大きな数
で分割され、細かい値に設定することができ、位相角の
滑らかな変化による、滑らかな調光レベルの変化を行う
ことができる。

【００１１】また本発明に従えば、照明負荷の調光レベ
ルが設定手段に入力される。交流電源の半周期は第１複
数に分割され、カウンタはその分割された期間毎に予め
定める第１計数値となるように計数を行う。入力設定手
段によって設定された調光レベルは、どの分割期間に属
するかを判断され、カウンタが第１計数値を計数した回
数に対応して調光レベルに対応する分割期間が選ばれ
る。その選ばれた分割期間内で、カウンタが入力された
調光レベルに対応する第２計数値を計数したとき、スイ
ッチング素子のスイッチング動作が制御される。カウン
タは、交流電源からの電力の半周期を予め第１複数に分
割された期間内で、第２計数値を計数するので、第２計
数値が小さな値であっても高い精度で設定された調光レ
ベルに対応するスイッチング素子の位相制御を行うこと
ができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例による調光制御装
置の電気的構成を示すブロック図である。白熱電灯や蛍
光灯などの照明負荷１１を交流電源１２からの電力を用
いて調光制御するため、位相制御用のスイッチング素子
１３が照明負荷１１および交流電源１２に直列に接続さ
れ、これらは閉ループを構成している。スイッチング素
子１３としては、双方向性３端子サイリスタなどを使用
することができる。このようなスイッチング素子１３の
制御電極であるゲートは、フリップフロップ１４からの
出力がトリガ出力として与えられて位相制御される。こ
の位相制御の細精度は、計数用クロック生成手段１５か
らの計数用クロック信号の周波数によって定まる。この
計数用クロック信号の周波数が高くなると、交流電源１
２の半周期内で発生される計数用クロック信号の数が大
きくなり、交流電源１２の半周期を細かく分割すること
ができる。計数用クロック信号の周波数が高いとき、交
流電源１２の各半周期内の全体を計数しようとするとき
は、カウンタ１６は多くのビット数を必要とするけれど
も、図１図示の実施例においては、カウンタ１６は８ビ
ットのプリセット可能なダウンカウンタで構成する。

【００１３】交流電源１２の各半周期は、その出力電圧
が零になるゼロクロス点から開始され、次のゼロクロス
点で終了し、新たな半周期が開始される。電源同期信号
生成手段１７は、交流電源１２のゼロクロス点を検出
し、その検出結果を表す電源周期信号を制御手段１８に
与える。ＣＰＵなどを含む制御手段１８には、照明負荷
１１を調光制御すべき調光レベルが入力手段１９を介し
て与えられる。制御手段１８は、設定された調光レベル
が交流電源１２の各半周期を分割した各期間のいずれか
に属するかを判別し、その期間になるまでは、カウンタ
１６からの出力信号を制御手段１８に対する割込み信号
として与えられるように、切換手段２０を切換え制御す
る。制御手段１８は、切換手段２０からの割込み信号に
応答し、調光レベルが属しない期間の間は、カウンタ１
６に第１計数値であるフルカウント値、すなわち零をプ
リセット値として設定する。その調光レベルが属する期
間においては、制御手段１８はカウンタ１６に調光レベ
ルに対応する第２計数値をプリセット値として設定し、
切換手段２０からの出力がフリップフロップ１４に与え
られるように切換手段２０を切換え制御する。これによ
って、カウンタ１６が第２計数値を計数したとき、フリ
ップフロップ１４から、スイッチング素子１３のトリガ
出力が導出される。スイッチング素子１３は、トリガ出
力に応答して、交流電源１２からの電力を照明負荷１１
に与える。次のゼロクロス点においては、電源同期信号
生成手段１７からの電源周期信号に応答して、制御手段
１８はフリップフロップ１４をリセットし、スイッチン
グ素子１３の位相制御を停止させる。

【００１４】図２は、本発明の他の実施例の電気的構成
を示すブロック図である。図１図示の実施例と対応する
部分には同一の参照符を付す。注目すべきは、図１図示
の実施例における切換手段２０が、スイッチ２１として
実現されていることである。制御手段１８は、ＣＰＵな
どを含み、基本クロック生成手段２２からのクロック信
号に同期して各種処理を行う。電源同期信号生成手段１
７からの電源同期信号および切換スイッチ２１からの出
力は、それぞれＣＰＵに対する割込み信号として与えら
れる。

【００１５】図３は、図１または図２図示の実施例にお
ける位相制御の状態を説明するための波形図である。図
３（１）は、交流電源１２の出力電圧波形を示す。最初
のゼロクロス点ｔ１から次のゼロクロス点ｔ４までの半
周期の期間は、時刻ｔ２およびｔ３において分割され、
期間Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の３つに分割される。スイッ
チング素子１３は位相制御されて、導通するのは、期間
Ｓ２内の時刻ｔ２１からｔ４までの、図において斜線で
示す期間である。このような制御を行うためには、まず
図３（２）に示すような電源同期信号が電源同期信号生
成手段１７によって制御手段１８に与えられる。制御手
段１８は、電源同期信号に応答して、フリップフロップ
１４をリセットする。また、調光すべき調光レベルが期
間Ｓ１に属しているかいないか判断し、この場合は属し
ていないのいで、カウンタ１６に期間Ｓ１に対応する計
数値を設定するためリセットする。カウンタ１６は、計
数用クロック信号を計数し、時刻ｔ２において計数終了
を示す信号を割込信号として制御手段１８に与える。制
御手段１８は、調光レベルに対応する期間Ｓ２１が期間
Ｓ２に属するので、カウンタ１６には、期間Ｓ２１に相
当する計数値を設定する。制御手段１８は、切換手段２
０または切換スイッチ２１を、カウンタ１６の出力がフ
リップフロップ１４に与えられるように切換える。この
ようにして期間Ｓ２内で期間Ｓ２１の計数が終了する
と、フリップフロップ１４はセットされ、スイッチング
素子１３が導通される。このようなフリップフロップ１
４の動作を図３（３）に示し、図３（４）には制御手段
１８がカウンタ１６に計数値を設定するための動作を斜
線を施して示す。すなわち、Ａは第１計数値を設定する
動作であり、Ｂは第２計数値を設定する動作である。

【００１６】図４は、制御手段１８の動作を説明するた
めのフローチャートである。ステップａ１において、電
源同期信号による割込みが発生する。この割込みに応答
して、制御手段１８は、ステップａ２において、フリッ
プフロップ１４をリセットする。

【００１７】次にステップａ３において、その動作中の
期間の次の期間が、調光レベルに対応する位相角が属す
る期間であるか否かが判断されて、位相角が属する期間
でないときは、予め定める第１計数値である期間全体を
計数するための計数値が算出され、調光レベルに対応す
る時刻が属する期間であるときは、調光レベルに対応す
る第２計数値が算出される。

【００１８】次にステップａ４において、調光レベルに
対応する位相角が属する期間であって、トリガ出力を行
う期間であるか否かが判断される。そのような期間でな
いときは、ステップａ５において、切換手段２０または
切換スイッチ２１を、制御手段１８に対する割込み入力
となるように切換える。このような状態でカウンタ１６
の第１計数値の計数が終了すると、ステップａ６におい
てカウンタ終了割込みが発生しステップａ３に戻る。

【００１９】ステップａ４において、トリガ出力区間で
あると判断されるときは、ステップａ７に移り、切換手
段２０または切換スイッチ２１を、トリガ出力を行うよ
うに切換える。このような状態で、カウンタ１６が第２
計数値の計数を終了すると、フリップフロップ１４がセ
ットされ、スイッチング素子１３に対するトリガ出力が
与えられる。このトリガ出力は、交流電源１２が次のゼ
ロクロス点になるときの、ステップａ１およびステップ
ａ２の動作によってリセットされる。

【００２０】図５は、本発明のさらに他の実施例の電気
的構成を示すブロック図である。図１図示の実施例に対
応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきは、フ
リップフロップ１４のトリガ出力はゲート２４を介して
スイッチング素子１３の制御端子に与えられることであ
る。また、カウンタ１６が計数する計数用クロック信号
は、制御手段１８の同期動作のためのシステムクロック
生成手段２６からのシステムクロックを分周手段２３に
よって分周し、１５μ秒周期の計数用クロックとしたも
のである。電源同期信号生成手段１７からの電源同期信
号およびカウンタ１６からのカウント終了時の割込み信
号は、制御バス信号線２５を介して制御手段１８に与え
られる。ゲート２４を制御する信号は、制御バス信号線
２５を介して制御手段１８から与えられる。

【００２１】カウンタ１６は８ビットのプリセット値を
設定して、ダウンカウントを行うことができ、４ビット
のＣＰＵを制御手段１８として、上位４ビットおよび下
位４ビットに分けてプリセット値を設定することができ
る。

【００２２】このような８ビットのカウンタ１６によれ
ば、１５μ秒の計数用クロックで、３．８４ｍ秒までの
時間測定が可能である。交流電源１２の周波数が６０Ｈ
ｚであるときは、その半周期は８．３ｍ秒である。した
がって、半周期を３つの期間に分割することによって、
８ビットのカウンタ１６を用いて、５５０段階以上の細
精度の調光制御を行うことができる。

【００２３】以上の各実施例においては、スイッチング
素子１３として双方向性３端子サイリスタを用いている
けれども、他のスイッチング素子、たとえばトランジス
タなどを用いてもよいことは勿論である。他のスイッチ
ング素子を用いるときには、その位相制御のためのゲー
ト信号を発生するための構成を、スイッチング素子に適
合するように変更して実現することができる。

【００２４】また、入力手段１９は、フェード制御を行
うように、漸次的に調光レベルを増減するようにしても
よいことは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、交流電源
からの電力の各半周期を小さな数で分割しても細かい精
度で照明負荷に交流電源から供給する電力の位相制御を
行うことができる。また、交流電源の半周期毎の分割数
が小さくても、位相角を滑らかに変化して調光制御を行
うことができる。さらに、分割の数が小さいので、調光
制御装置をローコスト化、小形化することが容易であ
る。

【００２６】また本発明によれば、カウンタに第１計数
値を設定して計数することによって、交流電源の各半周
期を第１複数に分割した各区間の終了を検出することが
でき、第２計数値を設定することによって、調光レベル
が属する期間内で、調光レベルに対応するスイッチング
素子のスイッチング動作を、細かい精度で制御すること
ができる。しかも、１つのカウンタで２種類の計数動作
を行うことができるので、調光装置をさらにローコスト
化、小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明の他の実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１または図２図示の実施例における位相制御
の状態を説明するための波形図である。

【図４】図１または図２図示の実施例における制御手段
１８の動作を説明するためのフローチャートである。

【図５】本発明のさらに他の実施例の電気的構成を示す
ブロック図である。

【図６】従来からの調光制御装置の電気的構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１１ 照明負荷 １２ 交流電源 １３ スイッチング素子 １４ フリップフロップ １５ 計数用クロック生成手段 １６ カウンタ １７ 電源同期信号生成手段 １８ 制御手段 １９ 入力手段 ２０ 切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 39/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明負荷、交流電源、スイッチング素子
   によって閉ループを形成し、スイッチング素子のスイッ
   チング動作を行って照明負荷を設定された調光レベルで
   位相制御する調光制御装置において、照明負荷を駆動す
   る交流電源からの出力の各半周期が第１複数に分割され
   ており、設定された調光レベルがその分割された期間の
   どれに属するかを判断する手段と、前記判断手段からの
   出力に応答して、設定された調光レベルが属している分
   割された期間を第２複数でさらに分割して、設定された
   調光レベルに対応する半周期毎の各時刻で照明負荷に直
   列に接続されているスイッチング素子をスイッチング制
   御する手段とを含むことを特徴とする調光制御装置。
2. 【請求項２】 照明負荷、交流電源、スイッチング素子
   によって閉ループを形成し、スイッチング素子のスイッ
   チング動作を行って照明負荷を設定された調光レベルで
   位相制御する調光制御装置において、照明負荷の調光レ
   ベルを入力して設定する手段と、照明負荷を駆動する交
   流電源からの出力の各半周期を第１複数に分割し、その
   分割された期間毎に予め定める第１計数値となるように
   計数を行うカウンタと、前記入力設定手段によって設定
   された調光レベルがどの分割期間に属するかを判断し、
   前記カウンタが前記第１計数値を計数した回数によっ
   て、設定された調光レベルに対応する分割期間を選び、
   その選ばれた分割期間内を第２複数でさらに分割して、
   カウンタが入力された調光レベルに対応する第２計数値
   を計数したとき、照明負荷に直列に接続されているスイ
   ッチング素子をスイッチング制御する手段とを含むこと
   を特徴とする調光制御装置。