JP4972536B2

JP4972536B2 - 調光装置

Info

Publication number: JP4972536B2
Application number: JP2007332647A
Authority: JP
Inventors: 建司西岡; 光治中川原; 直親吉田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: JP2009158173A

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷の光源の照度を調整可能な調光装置に関する。

近年、ＬＥＤや低ワットの低電圧ミニハロゲンランプなどの照明器具が、住宅、店舗、屋内共用スペースなどでスポット照明や間接照明、あるいは小口径のダウンライトなどに使用されている。これらの照明器具は、白熱灯を使用した器具と比べて省エネルギー、省施工、省スペースの特長を持ち、建築物と一体化した明かりのデザインや演出用途として多く活用されるようになってきている。

さらに、これらの実現においては、複数の照明器具の明かりを個々に空間の照度、輝度感を時間に応じて変化させたり、必要に応じて点灯、消灯を行ったりする機能が要望され、多回路のライトコントロールや調光装置などが必要となっている。このようなライトコントロールや調光装置には、空間のベース照明や主照明として使用される比較的消費電力の多い照明器具が接続される回路と、前述のようなＬＥＤや低ワットの低電圧ミニハロゲンランプなどの消費電力の極めて少ない照明器具が接続される回路とを同様に制御するための機能が要望される。

現在、明かりの量をコントロールするための技術として、双方向サイリスタに代表されるような半導体式開閉素子を用いた位相制御方式が広く一般に使用されている。このような半導体式開閉素子を用いた回路で構成される照明制御装置において、ＬＥＤや低ワットの低電圧ミニハロゲンランプなどの負荷容量の小さい軽負荷に対して位相制御を行う場合、調光や点灯制御の際の器具に流れる電流（負荷電流）がサイリスタ等の半導体開閉素子を流れる電流を保持するために必要な電流（保持電流）を下回る場合、調光や点滅状態を維持することができなくなり、一時的な消弧状態（負荷電圧波形の半波が無くなる状態）によるまばたきや継続的な消弧状態によるちらつきが発生する。このため、負荷電流が保持電流を下回ることがない最小負荷容量を規定している。

また、最小負荷容量を補足するために、図５に示すように複数の抵抗５０を負荷２０と並列に接続した回路構成や、サイリスタの導通時にコンデンサを放電させてサイリスタ電流値を定格保持電流値より増大させる回路構成もある（例えば、特許文献１参照）
特開平５−２２５４６４号公報

しかしながら、抵抗などを負荷と並列に接続した回路構成では導通時に損失する電力が増加するとともに、発生する熱が機器の本体や内蔵部品などの温度上昇を助長してしまう。また、サイリスタの導通時にコンデンサを放電させてサイリスタ電流値を保持電流値より増大させる回路構成では、コンデンサ放電終了とともに保持電流値を下回るので、一時的にしか保持することができない。このように、軽負荷の光源から比較的容量の大きな負荷の光源に亘って安定して調光を行うことは困難である。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、発熱を最小限に抑えつつ、軽負荷の光源から比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光を行うことができる調光装置を提供することを目的とする。

本発明の調光装置は、調光対象の負荷に直列に介挿され前記負荷を位相制御するための主電源開閉素子と、前記主電源開閉素子に流れる電流が該主電源開閉素子の保持電流を超えるように補足する電流補足手段と、前記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段で検出された負荷電流値と前記主電源開閉素子の保持電流値を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果により前記負荷が負荷容量の小さい軽負荷か否かを判定し軽負荷の場合には前記電流補足手段を回路に介挿する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷が用いられた場合に電流補足手段を回路に挿入して電源開閉素子に流れる電流が保持電流を下回らないようにするので、軽負荷の光源から比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光を行うことが可能となる。

また、上記構成において、前記電流補足手段は、前記主電源開閉素子よりも保持電流値が低く設定されて該主電源開閉素子と並列に接続された副電源開閉素子であり、前記制御手段は、前記負荷が軽負荷の場合に前記副電源開閉素子に切替えて該副電源開閉素子にて前記負荷を位相制御することを特徴としてもよい。

上記構成によれば、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷が用いられた場合には、電源開閉素子よりも保持電流値が低く設定された副電源開閉素子に切替えるので、軽負荷の光源から比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光を行うことができる。また、負荷と並列に抵抗を介挿するものではないので、発熱の問題が生じない。

また、上記構成において、前記電流補足手段は、前記主電源開閉素子に流れる電流が該主電源開閉素子の保持電流を超えるように補足する抵抗と、該抵抗を前記負荷に並列に接続したり、切り離したりする切替手段とを有し、前記制御手段は、前記負荷が軽負荷の場合に前記切替手段を制御して前記抵抗を前記負荷に並列に接続することを特徴としてもよい。

上記構成によれば、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷が用いられた場合に負荷と並列に抵抗を介挿して電源開閉素子に流れる電流が保持電流を下回らないようにするので、軽負荷の光源から比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光を行うことができる。また、軽負荷が用いられた場合にのみ抵抗を使用するので、該抵抗による発熱を最小限に抑えることができる。

本発明は、発熱を最小限に抑えつつ、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷の光源から白熱灯などの比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光することができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る調光装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、本実施の形態の調光装置１は、主電源開閉素子２と、副電源開閉素子３と、フィルタチョーク４と、負荷電流検出器５と、データ変換部６と、ゼロクロス検出部７と、制御部８と、電源部９とを備えて構成される。なお、副電源開閉素子３は電流補足手段に対応する。また、負荷電流検出器５とデータ変換部６と制御部８は負荷電流検出手段１１を構成する。また、制御部８は比較手段及び制御手段に対応する。

主電源開閉素子２はフィルタチョーク４とともに負荷２０と直列に介挿され、副電源開閉素子３は主電源開閉素子２に並列接続される。主電源開閉素子２及び副電源開閉素子３は双方向サイリスタ等の半導体式開閉素子である。副電源開閉素子３は、その保持電流値が主電源開閉素子２の保持電流値よりも小さい仕様のものである。副電源開閉素子３は、負荷２０にＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷が用いられるなどして、負荷電流値が主電源開閉素子２の保持電流値を下回るようになると、主電源開閉素子２に替わって位相制御に用いられる。

負荷電流検出器５は、電流を電圧として取り出すことができるＣＴ（カレントトランス）を有し、負荷電流を電圧として出力する。データ変換部６は、負荷電流検出器５でアナログ値として検出される電圧をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換等により閾値判定（負荷２０が軽負荷か否かを判定するための閾値）が可能なデータに変換する。ゼロクロス検出部７は、交流電源１０の電源波形よりゼロクロス検出を行い、その結果を制御部８に入力する。

制御部８は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）とこのＣＰＵを動作させるためのプログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリを有して構成され、電源開閉のためのトリガ信号の出力タイミングを演算して主電源開閉素子２又は副電源開閉素子３に供給する。制御部８は、ゼロクロスのタイミングと負荷電流を検出したタイミングにより軽負荷を調光している状態か軽負荷以外の負荷を調光している状態かを判定し、軽負荷を調光している状態と判断した場合は主電源開閉素子２へのトリガ信号の供給を停止すると共に、副電源開閉素子３へのトリガ信号の供給を開始して副電源開閉素子３による位相制御を行う。すなわち、制御部８は、負荷２０に軽負荷が使用されて負荷電流値が主電源開閉素子２の保持電流値を下回るようになると、主電源開閉素子２より保持電流値の小さい保持電流値を持つ副電源開閉素子３に切替えて副電源開閉素子３による位相制御を開始する。

ここで、軽負荷か否かの判定に、負荷電流値の他にゼロクロスタイミングを用いる理由は、負荷電流波形がゼロクロスから次のゼロクロスまで（電源周波数が５０Ｈｚの場合、１０ｍｓｅｃ）のどの時点から観測されたのかを知ることによって、電流が位相制御されたピーク値の低いものなのか、もともと軽負荷で流れたものであるかを判別できるからである。これによって、軽負荷を調光している状態か、軽負荷以外の負荷を調光している状態かを明確に判断することが可能となる。

負荷電流値が主電源開閉素子２の保持電流値を下回るようになった場合における主電源開閉素子２から副電源開閉素子３への切替えは、例えば図２の動作波形図に示すように、電源１サイクル（半波２つ分）を判定して、その判定結果の論理が”１”の場合（すなわち、負荷電流が閾値を超えない場合）に行う。

なお、図２において、（ａ）は電源電圧の波形、（ｂ）はデータ変換部６の出力、（ｃ）は閾値判定結果、（ｄ）は負荷電流の有無である。また、”ＴＲ１”は主電源開閉素子２を示し、”ＴＲ２”は副電源開閉素子３を示す。データ変換部６の出力が閾値を超えていなければ、閾値の判定は”１”となり、また負荷電流が流れていれば負荷電流の有無が”１”となる。

また、主電源開閉素子２から副電源開閉素子３への切替え判定において、負荷電流の有無を一定区間（例えば電源電圧波形の半サイクル）検出して判定の論理に加えることも可能である。また、ゼロクロス時、電源起動時及び負荷電流を検出しなくなったときに、主電源開閉素子２を使用する初期状態に戻すことにより、電源投入時の突入電流を許容できる。

図３は、軽負荷に図示せぬ負荷切スイッチを接続して、該負荷切スイッチで負荷２０の回路への入切をした場合の動作波形図である。負荷２０が回路から切り離されていて、負荷電流を一定期間内で全く検出しないときは、主電源開閉素子２と副電源開閉素子３の回路とし、負荷切スイッチが操作されて負荷２０が回路に再投入されると、次の電源１サイクル（半波２つ分）の判定（閾値の判定と負荷電流の有無が共に”１”）後、軽負荷と判断し、副電源開閉素子３のみの回路にする。負荷切スイッチをオフした状態からオンすると、突入電流により一時的に軽負荷状態ではなくなる場合があるが（閾値の判定が”０”となる）、安定後は軽負荷状態となる。

このように本実施の形態の調光装置１によれば、負荷に対する位相制御を行うための主電源開閉素子２よりも保持電流値の小さい副電源開閉素子３を有し、負荷２０に軽負荷が使用されて、負荷電流値が主電源開閉素子２の保持電流値を下回るようになると、主電源開閉素子２から副電源開閉素子３に切替えて副電源開閉素子３による位相制御を行うので、軽負荷でも一時的な消弧状態によるまばたきや継続的な消弧状態によるちらつきが発生することなく調光が可能とる。したがって、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷の光源から白熱灯などの比較的容量の大きな負荷の光源まで安定して調光を行うことが可能となる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る調光装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図４において前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態の調光装置１２は、前述した実施の形態の調光装置１と同一の構成の他に、負荷２０に並列接続するための補足負荷１３と、この補足負荷１３と直列に接続される切替部１４とを有し、制御部８Ａが切替部１４を制御して補足負荷１３を負荷２０に並列に接続させたり、切り離したりする。なお、補足負荷１３と切替部１４は電流補足手段を構成する。また、負荷電流検出器５とデータ変換部６と制御部８Ａは負荷電流検出手段１５を構成する。また、制御部８Ａは比較手段及び制御手段に対応する。

制御部８Ａは、軽負荷を調光している状態と判断した場合、切替部１４に切替信号を送り、補足負荷１３を負荷２０に並列接続する。負荷２０に対して補足負荷１３を並列に接続することで、主電源開閉素子２を流れる電流は補足負荷１３を流れる電流と負荷２０を流れる電流の和となるため、主電源開閉素子２には主電源開閉素子２の保持電流を超える電流が流れることになり、軽負荷でも位相制御が可能となる。

このような動作を行うことにより、軽負荷の場合のみ補足負荷１３が負荷２０に接続され、軽負荷でない場合は補足負荷１３が負荷２０から切り離されるため、補足負荷１３による発熱を最小限に抑えることができる。

このように本実施の形態の調光装置１２によれば、負荷２０に並列接続するための補足負荷１３と、この補足負荷１３と直列接続される切替部１４とを有し、負荷２０に軽負荷が使用されて、負荷電流値が主電源開閉素子２の保持電流値を下回るようになると、補足負荷１３を負荷２０に並列接続して主電源開閉素子２に保持電流値を超える電流を流すので、軽負荷でも一時的な消弧状態によるまばたきや継続的な消弧状態によるちらつきが発生することなく調光が可能とる。したがって、ＬＥＤや消費電力の少ないランプなどの負荷容量の小さい軽負荷の光源から白熱灯などの比較的容量の大きな負荷の光源までの照度を容易に調整することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る調光装置の概略構成を示すブロック図である。図１の調光装置において軽負荷を検出して副電源開閉素子に切替える場合の動作波形図である。図１の調光装置において軽負荷で負荷側の入切をさせた場合の動作波形図である。本発明の第２の実施の形態に係る調光装置の概略構成を示すブロック図である。従来の調光装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１、１２調光装置
２主電源開閉素子
３副電源開閉素子
４フィルタチョーク
５負荷電流検出器
６データ変換部
７ゼロクロス検出部
８、８Ａ制御部
９直流電源部
１０交流電源
１３補足負荷
１４切替部
２０負荷

Claims

調光対象の負荷に直列に介挿され前記負荷を位相制御するための主電源開閉素子と、
前記主電源開閉素子に流れる電流が該主電源開閉素子の保持電流を超えるように補足する電流補足手段と、
前記負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段で検出された負荷電流値と前記主電源開閉素子の保持電流値を比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果により前記負荷が負荷容量の小さい軽負荷か否かを判定し軽負荷の場合には前記電流補足手段を回路に介挿する制御手段と、
を備えたことを特徴とする調光装置。
前記電流補足手段は、前記主電源開閉素子よりも保持電流値が低く設定されて該主電源開閉素子と並列に接続された副電源開閉素子であり、
前記制御手段は、前記負荷が軽負荷の場合に前記副電源開閉素子に切替えて該副電源開閉素子にて前記負荷を位相制御することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
前記電流補足手段は、前記主電源開閉素子に流れる電流が該主電源開閉素子の保持電流を超えるように補足する抵抗と、該抵抗を前記負荷に並列に接続したり、切り離したりする切替手段とを有し、
前記制御手段は、前記負荷が軽負荷の場合に前記切替手段を制御して前記抵抗を前記負荷に並列に接続することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。