JP4036003B2

JP4036003B2 - 位相制御装置

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Publication number: JP4036003B2
Application number: JP2002025857A
Authority: JP
Inventors: 達哉向井; 常弘北村; 之広村田; 芳範秋成; 健治岡田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003229295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明負荷への供給電力を位相制御して調光を行う位相制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来照明点灯装置として、演出効果を得るため、或いは省エネルギを目的として、白熱灯の点灯電力を位相制御によって可変するものがあった。
【０００３】
このような照明点灯装置には図１１に示すような一般的な位相制御装置が用いられている。この従来の位相制御装置は、商用交流電源（以下交流電源と言う）ＡＣと、白熱灯ＬＡとの直列回路を接続する２端子構造となっており、前記直列回路にリアクタンスＬを介して並列接続される双方向性３端子サイリスタ（以下トライアックと言う）Ｑ１と、抵抗Ｒ１、可変抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１の直列回路から構成されトライアックＱ１の両端間に接続された時定数回路及び、コンデンサＣ１と可変抵抗Ｒ２の接続点とトライアックＱ１の制御端たるゲート端子との間に接続されるダイアックＱ２、可変抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１の直列回路の両端間に接続され、両端電圧を一定に規制する定電圧ダイオードＺＤ１、ＺＤ２の逆直列回路から成るトリガ回路Ｔとで構成される。
【０００４】
この回路では抵抗Ｒ１、可変抵抗Ｒ２を通じて充電されるコンデンサＣ１の電圧がダイアックＱ２のブレークオーバー電圧に達したときにダイアックＱ２が導通してコンデンサＣ１の電荷をトライアックＱ１のゲート電流ｉとして放出し、トラックＱ１を点弧するようになっている。
【０００５】
ところでこれら位相制御装置では、トライアックＱ１により負荷である白熱灯ＬＡの負荷電流を直接点弧導通させるので、交流電源ＡＣの位相角が９０度付近では、非常に負荷電流が急峻な立ち上がりを示す。そして点弧時のｄｉ／ｄｔが大きいので、高周波ノイズが発生する（１５０ＫＨｚ〜３０ＭＨｚ）。また、負荷である白熱灯ＬＡでは急峻な負荷電流の影響によりフィラメントが振動して音響ノイズを発生させる。
【０００６】
その対策として、一般的な位相制御装置では、図１１，図１２に示すように白熱灯ＬＡと交流電源ＡＣの直列回路間にコンデンサＣ２を、また白熱灯ＬＡと交流電源ＡＣの直列回路にリアクタンスＬを介してトライアックＱ１を接続することで、負荷電流の立ち上がりをＬ成分により緩やかにしてノイズ発生を低減させている。
【０００７】
ところで従来例回路において、上記のノイズのレベルをＩＥＣ基準等の規格値を満足するレベルまで低減させるには、非常に大きなリアクタンスＬが必要となり、そのため位相制御装置本体が非常に大型化する。またそのリアクタンスＬ自体から音響ノイズが発生する或いは発熱するという問題もある。特に負荷容量の大きな位相制御装置においては、顕著である。
【０００８】
上記の問題の解決策として、最近では、位相制御素子としてトライアックや逆阻止３端子サイリスタ（以下サイリスタという）に代わってＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやパワートランジスタ等の自己消弧型のスイッチ素子を用いた回路構成が特許第２５０７８４８号公報や特許第２９２０７７１号公報に示されるように提案されている。
【０００９】
前者の回路構成では、所定の位相制御角でスイッチ素子の制御端への信号を制御して緩やかにスイッチングさせることにより、ノイズ発生を低減させるようになっている。又後者の回路構成ではＲＰＣ（逆位相制御方式）が採用されており、交流電源電圧のゼロクロスでスイッチ素子を導通させ、設定された位相角で緩やかに遮断させることでノイズ発生を低減するようになっている。
【００１０】
しかし、両者に共通する問題として、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子のオン抵抗がトライアックと比較して大きく、そのため放熱構造を大型にする必要があり、結果位相制御装置が大型化するという問題がある。一方同等のオン抵抗にする為には、スイッチ素子自身を大型にする必要があり、かつ大型化に伴い非常に高価になってしまうという欠点がある。
【００１１】
上記のような問題を解決するために、前記のＭＯＳＦＥＴ等とトライアック（或いはサイリスタ）との複合された位相制御技術が提案されている。この技術は例えばトライアックを点弧させる前にＩＧＢＴ或いはＭＯＳＦＥＴを制御回路によりリニア動作させて、その後にトライアックを点弧導通させるというソフトスイッチングの方法であり、ＩＧＢＴ或いはＭＯＳＦＥＴが投入される時間が短くすることができるので、これらスイッチ素子として大型化で高価格なものを使用することなく、ノイズ発生を低減させることが可能となる。また、リアクタンスＬが不用となるので発熱や音響ノイズを防止することができる。
【００１２】
このような技術を更に発展させてノイズの低減化と発熱防止化を両立させる為の位相制御の時分割制御を本発明者らは提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のノイズの低減化及び発熱の低減化以外に、近年、演出性或いは省エネルギーを対象とした照明負荷には、白熱灯の他に、低圧のハロゲンランプとこれを点灯させるための安定器（銅鉄からなる降圧トランスや電子式の降圧トランス）とを組み合わせた照明負荷や、調光可能型の電球型蛍光灯負荷等があり、これら照明負荷を一般的な位相制御装置で制御する場合には、ちらつきや、消灯や不点灯の問題が発生する。
【００１４】
第１に降圧トランスと低圧のハロゲンランプとからなる照明負荷や、電球型蛍光灯負荷の場合夫々に備わっている安定器自身に誘導成分（Ｌ）や容量成分（Ｃ）を有しており、従ってそのインダクタンス値や容量値と、位相制御装置に内蔵されたノイズ低減用のリアクタンスやコンデンサにより、サイリスタやトライアックの点弧導通時に振動波形が発生し、照明負荷の主電流に重畳する。その場合、主電流が大きい場合は問題が発生しないが、小さい場合には、図１３（ａ）に示すように振動成分により負荷電流がゼロクロスする。ところで図１１に示すような一般の位相制御装置では、トライアックＱ１（或いはサイリスタ）を点弧導通させた後、ゲート電流（ゲートパルス）ｉを図１３（ｂ）に示すように切るようになっているので、ゼロクロスが生じて保持電流以下となると、ターンオフしてしまう。その為にちらつき動作が発生するという問題がある。
【００１５】
通常の対策として、図１２に示すように主電圧である交流電源ＡＣ側ではなく別電源回路からトリガ回路Ｔに電源を供給し、そのトリガ回路ＴからトライアックＱ１（或いはサイリスタ）にゲート電流（ゲートパルス）ｉを与える時間を図１４（ｂ）に示すように長くすることで負荷電流が図１４（ａ）に示すようにゼロクロスした場合でもターオフしないようにすることができる。しかし、この構成によると長い時間数十ｍＡのゲート電流ｉを流す必要があり、そのため電源回路の供給能力を大きくする必要となるので、電源回路の大型化を招くという問題があり、また電源回路の電圧を確保するために全点灯（最大点灯）させる際のオフ期間を長くとらなければいけない、全点灯時の明るさが低下するという問題が発生すると言う問題がある。
【００１６】
第２に電球型蛍光灯負荷の場合には、蛍光ランプを初期始動させるのに高い電圧が必要となるが、位相制御装置の設定が最小位相制御角の位置に設定されている場合は、蛍光ランプが電圧不足で点灯しないという問題がある。
【００１７】
そのため全点灯した後に設定位置に戻すことで位相制御動作を可能としている。しかし、この方法では、最小付近に設定した状態での使用を主にしている場合、その設定位置において電源スイッチによりオン／オフ操作ができないという問題がある。
【００１８】
また外光量によって光量を制御を行う場合に、最小位相制御状態なった場合に、蛍光負荷の点灯装置（安定器）が再点弧動作を維持できずに消灯してしまうとう問題もある。
【００１９】
この場合は、一旦電源をオフにし、再度電流を確認しながら最小位相制御の設定値を微調整する必要があり、使用者においては、最小付近の位相制御ができないということになる。
【００２０】
本発明は、上述の点に鑑みて為された物で、その目的とするところは、誘導成分や容量成分を有した照明負荷を制御する場合であっても、ノイズ低減用のリアクタンスやコンデンサを搭載することなく、低ノイズ化が図れ、また発熱を抑制することができ、しかも位相制御制御電流が増加させることなく誤動作を防止することができ、負荷が電球型蛍光灯であってもちらつきが発生することなく、また使用者にとって快適な位相制御が可能な位相制御装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために請求項１の発明では、交流電源と照明負荷との間に挿入し、逆阻止若しくは双方向の３端子サイリスタからなる第１のスイッチ回路と、自己消弧型スイッチ素子からなり、上記第１のスイッチ回路の両端に接続される第２のスイッチ回路と、上記３端子サイリスタの点弧導通及び自己消弧型スイッチ素子の駆動を制御する制御部と、上記照明負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段とを備えるとともに、上記照明負荷の調光レベルを設定する外部設定手段を付設し、上記制御部は位相制御動作時に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する位相角から時間的に分割した区間単位で上記自己消弧型スイッチ素子を制御駆動して該自己消弧型スイッチ素子を通じて上記照明負荷に印加される負荷電圧を緩やかに上昇させる期間を設定し、この期間を経て上記３端子サイリスタを点弧導通させた後上記自己消弧型スイッチ素子の制御駆動を停止させる位相制御を行うにあたっては、上記負荷電流検出手段の検出する負荷電流から上記照明負荷の過渡的な状態の変化を検出して、この検出に基づいて上記期間を設定することを特徴とする。
【００２２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記照明負荷が誘導成分若しくは容量成分又は両成分を含む照明負荷であって、上記制御部が上記期間を負荷電流が過渡状態から定常状態になるまでに要する期間に設定することを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記制御部が負荷電流検出手段の検出する負荷電流のサイクル毎の積分値を求めるとともに、該積分値から上記照明負荷に供給する実効電力を算出する機能を備え、この実効電力から上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角を設定することを特徴とする。
【００２５】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、上記制御部が照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始するとともに上記負荷電流検出手段の負荷電流の検出の有無を判断し、負荷電流の検出が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に最大電力を供給する位相角で位相制御を行った後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行することを特徴とする。
【００２６】
請求項５の発明では、請求項１乃至４の何れかの発明において、上記制御部が照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始し、上記負荷電流検出手段が検出する負荷電流が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に位相制御開始の位相角を順次増大させる位相制御を行い、負荷電流検出によって蛍光灯負荷の点灯が確認された後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行することを特徴とする。
【００２７】
請求項６の発明では、請求項１乃至５の何れかの発明において、上記制御部が上記負荷電流検出手段から出力される負荷電流波形の各サイクルにおける波形を毎サイクル記憶し、この記憶する負荷電流波形が異常波形か否かを判断する機能を備え、異常波形と判断された際に、位相制御を停止させることを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明では、請求項１乃至６の何れかの発明において、上記制御部が上記外部設定手段が設定可能な最小な調光レベルを、上記照明負荷の点灯状態が維持できる位相角に対応させる機能を備えていることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を基本形態及び実施形態により説明する。
（基本形態）
図１は本発明の基本形態の回路構成を示しており、この基本形態回路は、交流電源ＡＣと照明負荷ＬＯの直列回路に対して、トライアックＱ１からなる第１のスイッチ回路を接続し、またトライアックＱ１の両端間に交流電源入力端間を接続したダイオードブリッジ回路１を介して自己消弧型のスイッチ素子であるＩＧＢＴ（ＭＯＳＦＥＴでも良い）Ｑ３からなる第２のスイッチ回路を接続し、これらスイッチ回路のトライアックＱ１、ＩＧＢＴＱ３を制御する制御する制御部２と、照明負荷ＬＯの照度比を調光レベルとして操作設定する外部設定部３とを備えている。制御部２は、ダイオードブリッジ回路１の整流出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するとともに交流電源電圧のゼロクロス点を検出する機能を備えた電源回路２１と、この電源回路２１から電源供給を受けるとともにゼロクロス検出信号を受けてトライアックＱ１、ＩＧＢＴＱ３の位相制御を行う駆動制御回路２２とから構成されており、駆動制御回路２２はＣＰＵ等により構成され、トライアックＱ１が点弧導通される前にＩＧＢＴＱ３を駆動制御する期間を設け、この期間を時間的に複数区分して夫々においてＩＧＢＴＱ３のゲート端子に印加する制御信号電圧を制御し（以下時分割制御と言う）、照明負荷ＬＯの両端電圧を緩やかに立ち上げる期間Ｔ１を図２（ａ）に示すように設定するようになっている。
【００３０】
更に詳説すると駆動制御回路２２は外部設定部３により設定される調光レベルに対応した導通位相角を求め、この位相角に対応させてＩＧＢＴＱ３の駆動を開始するととともに、ＩＧＴＢＱ３を飽和状態にスイッチングさせた後、トライアックＱ１を点弧導通させて導通期間Ｔ２を設定するようになっている。この場合ＩＧＢＴＱ３はトライアックＱ１が点弧導通した後オフされ、またトライアックＱ１は流れる電流が交流電源電圧のゼロクロス点付近で保持電流以下となったときにターンオフする。
【００３１】
以上の動作を以後交流電源ＡＣの各半サイクル毎に繰り返して照明負荷ＬＯを設定された調光レベルで調光する。
【００３２】
ここで駆動制御回路２２では誘導成分や容量成分を有した安定器を含む照明負荷ＬＯが接続される場合には、ＩＧＴＢＱ３を駆動制御する期間Ｔ１を、負荷電流が過渡状態から定常状態となるまでの期間に設定する。
【００３３】
而して本基本形態の構成によれば、誘導成分、容量成分を有する安定器を照明負荷ＬＯに含んでいても、位相制御装置側の内部にノイズ低減用のコンデンサやリアクタンスが存在しないため、振動電流が負荷電流に重畳する共振時間を図２（ｂ）に示すように短縮することができ、また負荷電流が定常状態となるまでの期間Ｔ１では、ＩＧＢＴＱ３を通じて負荷電流を流すため、トライアックＱ１がゼロクロスによってターンオフする誤動作が発生することが本質的になく、従って誤動作を防止するために、トライアックＱ１にゲート電流を供給し続けるための制御用の電源回路無しで防止することができるという利点がある。またリアクタンスの発熱や、主なる位相制御素子としてオン抵抗の小さいトライアックＱ１を用いるため、スイッチング損失による発熱も少ない。
（実施形態１）
本実施形態は図３に示すようにＩＧＢＴＱ３に直列に負荷電流を検出するための負荷電流検出用のシャント抵抗Ｒ３を直列に接続しており、ＩＧＢＴＱ３の駆動制御時に発生するシャント抵抗Ｒ３の両端電圧からなる負荷電流検出信号を制御部２内の駆動制御回路２２が取り込んで照明負荷ＬＯの過渡的な変化状態を検出し、ＩＧＢＴＱ３を駆動制御する期間Ｔ１を決定するようにしている。尚その他の構成は図１と同じあるので説明及び省略する。
【００３４】
而して本実施形態では駆動制御回路２が振動している負荷電流から照明負荷ＬＯの過渡的な変化状態を検出してその時間に合わせてＩＧＢＴＱ３をスイッチングさせる所定期間Ｔ１を決定し、そのため誤動作しない制御範囲内で上述のような低ノイズ及び発熱の低減を図ることができる。
【００３５】
尚シャント抵抗Ｒ３の代わりに磁気検出センサ（ホールセンサ）や、カレントトランスを用いて負荷電流を検出するようにしても良い。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すシャント抵抗Ｒ３等で検出される負荷電流のサイクル毎の電流積算値を求めて負荷電流の実効電力を算出し、外部設定部３で設定された調光レベル（照度比）に対して、自動的に位相制御を行う機能を駆動制御回路２２に持たせた点に特徴がある。尚駆動制御回路２の機能として実施形態１の駆動制御回路２の機能をも備えていても良い。
【００３７】
例えば照明負荷ＬＯが白熱灯の場合、低電圧ハロゲンランプのように降圧のためのトランスからなる安定器を含む場合、調光可能な電球型蛍光灯負荷の場合によって夫々負荷電流の波形が相違する。
【００３８】
例えば白熱灯の場合には図４の（イ）に示すように全点灯時の負荷電流は正弦波となるが、内部にコンデンサを含むようなインバータ負荷の場合にはコンデンサの充電によって流れる負荷電流の波形が（ロ）のようになって、白熱灯の場合と位相角に対する流れる実効電流値が異なり、その為にボリュームからなる外部設定部３を構成している場合、その操作設定位置に対して、照明負荷ＬＯの種類が異なると、ボリューム操作量（％）に対する照度比（％）の関係が図５に示すように白熱灯の場合（イ）と、コンデンサを含む場合（ロ）と相違するという問題があるが、本実施形態の場合照明負荷ＬＯに流れる負荷電流の実効値を算出することで、外部設定部３のボリュームの操作設定位置、言いかえれば所定の調光レベルになるように自動的に上述の位相角で制御することができるので、照明負荷ＬＯの種類が相違した場合であっても外部設定部３のボリュームの設定位置に対して、照明負荷ＬＯの種類に関わらず、同じ相対的な明るさに設定することができるという利点がある。
【００３９】
尚本実施形態の回路構成は図１を基本とし、負荷電流検出素子としては図３に示すシャント抵抗Ｒ３を用いているので、特に回路構成を示さない。また、シャント抵抗Ｒ３の代わりに磁気検出センサ（ホールセンサ）や、カレントトランスを用いて負荷電流を検出するようにしても良い。
【００４０】
（実施形態３）
ところで、調光可能な電球型蛍光灯負荷を照明負荷ＬＯとして用いる場合、初始動時に蛍光ランプを点灯させるには、所定以上の電圧が必要となるが、位相制御装置の外部設定部３の設定が最小位相角に対応する調光レベル位置に設定されている場合は、蛍光が点灯しないという問題がある。
【００４１】
そこで本実施形態は図１の回路に、負荷電流を検出する負荷電流検出素子として図３のようにシャント抵抗Ｒ３を設け、制御部２の駆動制御回路２２の動作モードとして、動作開始時に低電圧位相投入のテストモードＡを図６に示すように設定できるようにし、このテストモード時において駆動制御回路２２が、上述の期間Ｔ１、Ｔ２を設定してＩＧＢＴＱ３のスイッチング時に発生するシャント抵抗Ｒ３で検出される負荷電流値の有無から、照明負荷ＬＯが安定器を含む蛍光灯負荷であるか否かを判断するようになっている。
【００４２】
つまり抵抗負荷である白熱灯と違い、蛍光灯負荷の場合には点灯していない２次無負荷状態では安定器の漏れ電流のみが流れ、主電流が流れないので、上述の負荷電流検出によって接続されている照明負荷ＬＯが安定器を含む蛍光灯負荷であるか否かを自動的に判断することができるのである。
【００４３】
そして判断結果が蛍光灯負荷の場合には、最大電力となる位相角で導通させる動作Ｂに移行して蛍光灯負荷たる照明負荷ＬＯの蛍光ランプを確実に始動点灯させ、始動後の次の動作Ｃにて外部から設定された調光レベルに対する位相角による位相制御に移行させるのである。
【００４４】
而して、本実施形態によれば、確実に蛍光ランプを点灯させた後に所定の位相制御に移行するため、蛍光ランプが点灯しないという問題を解決することができ、白熱灯と同じ様に電球型蛍光灯負荷を調光させることができる。
【００４５】
尚シャント抵抗Ｒ３の代わりに磁気検出センサ（ホールセンサ）や、カレントトランスを用いて負荷電流を検出するようにしても良い。
【００４６】
また駆動制御回路２の機能として実施形態１や２の機能を付加しても良い。
（実施形態４）
上記実施形態３では電源投入時のテストモード動作で蛍光灯負荷と判断した場合に最大電力となる位相制御を行うようになっているが、本実施形態では、図７に示すようにテストモード動作Ａで蛍光灯負荷と判断したときには位相角を図示するようにＢ１…Ｂ４というように順次増大させて蛍光灯負荷の蛍光ランプを始動点灯に至らしめ、負荷電流の検出から点灯したと判断されると、次の動作Ｃにて外部設定部３で設定された調光レベルに対する位相制御に移行させる機能を制御部２の駆動制御回路２２に持たせる点に特徴がある。
【００４７】
つまり実施形態３では照明負荷ＬＯが蛍光灯負荷と判断した場合には最大電力となる位相角で制御して始動点灯させ、その後設定された位相角で制御するので、設定されている位相が最小位相角の場合、電源投入時に光量が大きく変化することになり、この大きな光量変化は、ちらつきが発生した場合と同じ様に使用者に不快感を抱かせる。特に演出を要求される用途で使用され場合には、その光量変化が問題となる。
【００４８】
これに対して本実施形態では、電源投入時には、蛍光灯が始動点灯できる最小の位相角で初期の始動点灯を行うことができ、そのため光量の変化分を最小にすることができ、使用者に不快感を与えることがなくなるという利点がある。
【００４９】
尚本実施形態の回路構成は図１に図３の構成を組み合わせたものであるので、特にここでは図示しない。またシャント抵抗Ｒ３の代わりに磁気検出センサ（ホールセンサ）や、カレントトランスを用いて負荷電流を検出するようにしても良い。
【００５０】
また駆動制御回路２の機能として実施形態１や２の機能を付加しても良い。
（実施形態５）
本実施形態は、図１の回路構成を基本として、図３で示す回路構成を組み合わせたものであるが、本実施形態の特徴は、制御部２の駆動制御回路２２に、負荷電流の波形を各半サイクル毎に記憶し、予め登録している基準波形或いは各サイクル毎の波形を比較することで、異常な電流波形の発生の有無を検出する機能を持たせ、異常な電流波形の発生があると位相制御を停止させる機能と、電球型蛍光灯からなる照明負荷ＬＯを接続する場合に、図８に示すように照明負荷ＬＯの点灯後、ユーザーが外部設定部３のボリュームを照度比が小さくなる方向に操作し、照明負荷ＬＯの印加電圧が点灯維持電圧（点弧電圧）以下となって消灯したときに、そのときの電圧に対応する位相角を駆動制御回路２２が記憶し、それ以後記憶した位相角以下を設定する外部設定部３のボリュームの操作量があっても、当該位相角直前の消灯しない位相角で照明負荷ＬＯの点灯を維持させるように、つまり消灯させないように制御する機能を持たせた点に特徴がある。
【００５１】
而して照明負荷ＬＯに異常が発生した場合は、位相制御装置側でその状態を把握することができないので、発熱による発火などの恐れがあるが、本実施形態では、図９に示すように検出される負荷電流の波形を駆動制御回路２２が設定された基本波形と比較は時間軸上での前後の波形の差を比較し、例えば図８のＸのような異常波形が検出された場合には位相制御を停止させるので安全性を確保することができる。また、照明負荷ＬＯが電球型蛍光灯負荷の場合であれば、外部設定部３のボリュームが照度比を小さくなる方向に操作された際に、点弧電圧以下となって蛍光ランプが消灯してしまうという問題があるが、本実施形態では最初のボリューム操作で消灯したことを記憶し、それ以降の動作に関しては、その位相角よりも小さい位相角には設定されないので、以降の使用者が図１０に示すように上記の消灯する照度比に相当する操作量までボリュームを操作したとしても点灯維持できる最小の照度比を確保する快適な位相制御が行える。
【００５２】
この点灯維持させる機能は上記の基本形態および実施形態１乃至４の何れに持たせても良い。また駆動制御回路２２の機能も基本形態および実施形態１乃至４の何れに持たせても良い。
【００５３】
ところで上記基本形態および各実施形態１又は２ではトライアックを用いた構成であるがサイリスタを用いた構成であっても良い。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、交流電源と照明負荷との間に挿入し、逆阻止若しくは双方向の３端子サイリスタからなる第１のスイッチ回路と自己消弧型スイッチ素子からなり、上記第１のスイッチ回路の両端に接続される第２のスイッチ回路と、上記３端子サイリスタの点弧導通及び自己消弧型スイッチ素子の駆動を制御する制御部とを備えるとともに、上記照明負荷の調光レベルを設定する外部設定手段を付設し、上記制御部は位相制御動作時に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する位相角から時間的に分割した区間単位で上記自己消弧型スイッチ素子を制御駆動して該自己消弧型スイッチ素子を通じて上記照明負荷に印加される負荷電圧を緩やかに上昇させる期間を設定し、この期間を経て上記３端子サイリスタを点弧導通させた後上記自己消弧型スイッチ素子の制御駆動を停止させる位相制御を行うので、導通開始時点では自己消弧型スイッチ素子の駆動によって負荷電圧を緩やかに立ち上がらせることによりノイズの発生を抑えることができ、しかもその後自己消弧型スイッチ素子をオフさせ且つオン抵抗の小さい３端子サイリスタの点弧導通で負荷電流を流すので、発熱も抑えることができるという効果がある。しかも、上記照明負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段を備え、上記制御部が負荷電流検出手段の検出する負荷電流から上記照明負荷の過渡的な状態の変化を検出して、この検出に基づいて上記期間を設定するので、誤動作しない制御範囲内で低ノイズ化と発熱の低減が図れるという効果がある。
【００５５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記照明負荷が誘導成分若しくは容量成分又は両成分を含む照明負荷であって、上記制御部が上記期間を負荷電流が過渡状態から定常状態になるまでに要する期間に設定するので、誘導成分や容量成分による振動電流が流れる過度領域での誤動作を無くすことができ、そのため使用者が快適に位相制御することができるという効果がある。
【００５７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、上記制御部が負荷電流検出手段の検出する負荷電流のサイクル毎の積分値を求めるとともに、該積分値から上記照明負荷に供給する実効電力を算出する機能を備え、この実効電力から上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角を設定するので、照明負荷の種類が相違しても外部設定部の設定調光レベルに対応して同じ相対明るさに調光することができるという効果がある。
【００５８】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの発明において、上記制御部が照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始するとともに上記負荷電流検出手段の負荷電流の検出の有無を判断し、負荷電流の検出が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に最大電力を供給する位相角で位相制御を行った後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行するので、照明負荷が蛍光灯負荷の場合、これを自動的に認識して確実に蛍光灯負荷の蛍光ランプを点灯させる制御が行え、しかも点灯後には所定の位相制御を行うので、使用者に操作上の煩わしさを無くして快適な操作性を提供できるという効果がある。
【００５９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの発明において、上記制御部が照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始し、上記負荷電流検出手段が検出する負荷電流が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に位相制御開始の位相角を順次増大させる位相制御を行い、負荷電流検出によって蛍光灯負荷の点灯が確認された後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行するので、請求項５の発明の効果に加えて、蛍光灯負荷の始動点灯させる位相角を点灯が可能な最小な位相角とすることができ、点灯時の光量の変化を最小に抑えることができ、使用者に不快感も与えないという効果がある。
【００６０】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかの発明において、上記制御部が上記負荷電流検出手段から出力される負荷電流波形の各サイクルにおける波形を毎サイクル記憶し、この記憶する負荷電流波形が異常波形か否かを判断する機能を備え、異常波形と判断された際に、位相制御を停止させるので、異常時における素子の発熱による発火などを未然に防げるという効果がある。
【００６１】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかの発明において、上記制御部が上記外部設定手段が設定可能な最小な調光レベルを、上記照明負荷の点灯状態が維持できる位相角に対応させる機能を備えているので、外部設定部で立ち消えが起きる位相角に対応する調光レベルを操作設定しても、立ち消えしない調光レベル以下には設定されることがなく、そのため使用者にとって快適な位相制御が行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本形態の回路構成図である。
【図２】同上の動作説明用波形図である。
【図３】本発明の実施形態１の要部の回路構成図である。
【図４】本発明の実施形態２が解決しようとする課題の説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】本発明の実施形態３の動作説明用波形図である。
【図７】本発明の実施形態４の動作説明用波形図である。
【図８】本発明の実施形態５の設定操作の説明図である。
【図９】同上の動作説明用の波形図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】従来例の回路構成図である。
【図１２】別の従来例の回路構成図である。
【図１３】従来例の課題の説明用波形図である。
【図１４】別の従来例の課題の説明波形図である。
【符号の説明】
１ダイオードブリッジ回路
２制御部
２１電源回路
２２駆動制御回路
３外部設定部
ＬＯ照明負荷
ＡＣ商用交流電源

Claims

交流電源と照明負荷との間に挿入し、逆阻止若しくは双方向の３端子サイリスタからなる第１のスイッチ回路と、
自己消弧型スイッチ素子からなり、上記第１のスイッチ回路の両端に接続される第２のスイッチ回路と、
上記３端子サイリスタの点弧導通及び自己消弧型スイッチ素子の駆動を制御する制御部と、
上記照明負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段とを備えるとともに、
上記照明負荷の調光レベルを設定する外部設定手段を付設し、
上記制御部は位相制御動作時に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する位相角から時間的に分割した区間単位で上記自己消弧型スイッチ素子を制御駆動して該自己消弧型スイッチ素子を通じて上記照明負荷に印加される負荷電圧を緩やかに上昇させる期間を設定し、この期間を経て上記３端子サイリスタを点弧導通させた後上記自己消弧型スイッチ素子の制御駆動を停止させる位相制御を行うにあたっては、
上記負荷電流検出手段の検出する負荷電流から上記照明負荷の過渡的な状態の変化を検出して、この検出に基づいて上記期間を設定することを特徴とする位相制御装置。
上記照明負荷が誘導成分若しくは容量成分又は両成分を含む照明負荷であって、上記制御部は上記期間として負荷電流が過渡状態から定常状態になるまでに要する期間に設定することを特徴とする請求項１記載の位相制御装置。
上記制御部は、上記負荷電流検出手段の検出する負荷電流のサイクル毎の積分値を求めるとともに、該積分値から上記照明負荷に供給する実効電力を算出する機能を備え、この実効電力から上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の位相制御装置。
上記制御部は、上記照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始するとともに上記負荷電流検出手段の負荷電流の検出の有無を判断し、負荷電流の検出が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に最大電力を供給する位相角で位相制御を行った後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の位相制御装置。
上記制御部は、上記照明負荷の印加電圧が蛍光灯が始動しない低電圧となる位相角で上記期間を開始し、その時に負荷電流検出手段が検出する負荷電流が無いときに照明負荷が安定器及び蛍光ランプを含む蛍光灯負荷であると判断するテストモード動作機能を備え、このテストモード動作機能で蛍光灯負荷と判断したときに、照明負荷に位相制御開始の位相角を順次増大させる位相制御を行い、負荷電流検出によって蛍光灯負荷の点灯が確認された後に、上記外部設定手段で設定された調光レベルに対応する上記位相角の位相制御へ移行することを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の位相制御装置。
上記制御部は、上記負荷電流検出手段から出力される負荷電流波形の各サイクルにおける波形を毎サイクル記憶し、この記憶する負荷電流波形が異常波形か否かを判断する機能を備え、異常波形と判断された際に、位相制御を停止させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の位相制御装置。
上記制御部は、上記外部設定手段が設定可能な最小な調光レベルを、上記照明負荷の点灯状態が維持できる位相角に対応させる機能を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか記載の位相制御装置。