JPH03503223A

JPH03503223A - 調光制御方法及びその制御回路

Info

Publication number: JPH03503223A
Application number: JP2502264A
Authority: JP
Inventors: カニンガム，デイビッド　ダブリュ．
Original assignee: リー　カラトラン，インコーポレイテッド
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-07-18
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: KR910700597A; US5004957A; JPH081832B2; EP0404913A1; WO1990007855A1; EP0404913A4; KR0140526B1; MX173235B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】改良型調光制御回路発明の分野本発明は照明調光回路に関し、特に照明装置によって生ずる音響的ノイズを減らしている間に照明装置の明るさを制御する調光回路に関する。

先行技術の記述明るさの強さの制御は、劇場、音楽ステージ、テレビ照明および建築分野など多くの分野で必要とされている。

このような分野では異なる位置に複数の照明があり、多くの場合そのような照明の集合が特定の場所におかれているという点で全く共通している。代表的なものとして、各々の調光回路を構成する複数のモジュールは照明装置のグループ毎に照明の強さを格付し、特殊な照明効果を得るために用いられている。

従来、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）が、例えば固体交流リレーをシリコン制御整流器の調光制御用に逆並列に接続して調光制御システムとして用いてきた。このような先行技術による制御回路は、負荷に送出される電源の各々のサイクルを制御し、白熱照明灯に対する電力供給量を制御するために、多くは１２０ヘルツ（Ｈｚ）の線路周波数の倍数の放電間隔による基本動作に基づき作動している（位相制御）。位相制御によると、単に各サイクル間に現われる電力の分数が白熱照明灯に供給されることから、基準値に対する出力の調光実現度は調光ゼロ（照明出力１００％）から調光１００％（照明出力ゼロ）となる。

このような調光回路は、人間の目が照明強度の明滅を区別せず、輝度１００％以下で作動するときの照明灯の素早いオン／オフ動作を検出しない、という理由から実施可能であり使用されている。先行技術のシリコン制御整流器は、電力供給源と固体リレーの間に直列回路の関係にあるインダクタを使うことで特徴づけられていた。然しなから、このような回路は照明装置が作動している間にフィラメントから出力される相対的に大きい音量によっても特徴づけられるのである。最小限度、このような音は、特に照明灯の近（にいる人々にとっては不都合な事であり、例えば、特に舞台やテレビジョンの照明の場合、そのような雑音は受入れ難いほどの大きさとなる。

更に、必要となるインダクタンスの大きさから云って、そのような回路は本質的に重く、容積が大きいという特徴を有している。

本発明に基づく調光制御回路の特徴は照明装置の音響出力を本質的に減少させる点、特に照明強度の低い範囲で減少させる点と、よりコンパクトで軽いという物理的な構成の点にある。

発明の要約本発明は、それぞれのシリコン制御整流回路が制御電極を有し、逆並列回路（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ）の関係に接続されているシリコン制御整流器の対を含む照明装置を制御するための調光回路を提供する。位相制御信号発生器は、シリコン制御整流器をオンまたはオフに切替える各々のシリコン制御整流器の制御電極に接続されている。電力供給源は電源と、逆並列に接続されているシリコン制御整流器の入力電極の間で直列回路関係に接続されている誘導部材によって調光回路に対する入力に接続されている。誘導部材は線路周波数で動作する発生器からのパルス手段によって入れられたり切られたりする信号発生器の出力を制御し、照明装置によってもたらされる照明強度を所定のパルス間隔で制御し、照明装置により生成される音響的ノイズを抑止する。

本発明は（公知の交流電源周波数＞　　１２０ヘルツ（Ｈｚ）ではなくむしろ６０ヘルツ（Ｈｚ）でシリコン制御整流器を放電するという点で公知の調光回路とは異なっている。

結果として、例えば白熱照明灯では０％から５０％の輝度範囲で装置が作動している時、フィラメントによって生成される音響ノイズの顕著な減少がなされるのである。

これに加えて、公知の調光回路と比較すると、本発明に基づく調光回路によって制御される時、白熱照明灯によって発生される電磁妨害雑音（ＥＭＩ）と無線周波数妨害（ＲＦＩ）もまた交流電源からの電力信号の正弦曲線のチョッピング（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）の量の減少により比例的に減少する。

１２０ヘルツではなくむしろ６０ヘルツでシリコン制御整流器を放電させることによる本発明の調光回路の作動によって、調光回路設計における多くの著しい改良をなし得る。−例として、調光回路の音響性能は実質的により低い率を用いる間、公知の調光回路の性能に等しいか、またはそれ以上を達成でき、公知の先行技術による調光回路を使用した場合の６０％程度の大きさおよび軽さのインダクタを用い得る。一方、公知または代表的な先行技術によるインダクタを用いた公知の調光回路を６０ヘルツで作動させることによって、非常に実質的な音響性能の改善、たとえばノイズの減少、が得られる。

このように、６０ヘルツでの調光回路の作動は回路設計者に最適な結果を得るよう多くのパラメータの中から選択させることを可能にする。インダクタンスの大きさを減らすことは、より小さくて、より軽くて、よりコンパクトで少くとも公知の大きさのインダクタンスを用いる１２０ヘルツの動作と等しい音響ノイズ抑制を行なうパッケージを提供することである。６０ヘルツでの回路作動で公知のサイズのインダクタンスを保持することは実質的に高いノイズ抑制と、同時に、調光回路によって発生する熱を著しく少な（することである。発生熱量の減少化は調光回路に結合している冷却および空調設備の量を実質的に減少することを意味している。

図面の説明実施例の説明の中で用いると同様に、上記に記述した本発明の特徴と長所をよりわかり易くするために、下記の図面が示されている。

第１図は、本発明の好ましい実施例の概要図である。

第２Ａ図は、公知の調光回路の電力出力波形を描いた波形図である。

第２Ｂ図は、本発明に基づく調光回路の電力出力波形を描いた波形図である。

第３Ａ図は、本発明の回路の２つの調光回路に１つのインダクタを共通させて用いた他の実施例の概要図である。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の回路の電力出力波形を描いた波形図である。

好ましい実施例の記述第１図に示すように、本発明の調光回路８は本発明の調光回路に用いられている白熱照明灯のような照明機器に対する電源として６０ヘルツ／１２０ボルトの交流電源１０を備えている。調光回路は直列回路であり、現時点での好ましい実施例では電源１０は遮断器１２を介してインダクタ１４と接続している。インダクタ１４はシリコン制御整流器（ＳＣＲ）の対１６．１８に正逆に接続されており、シリコン制御整流器の対１６．１８は逆並列回路関係に接続されている。シリコン制御整流器１６はゲート電極１９、陽極電極２０および陰極電極２２を含んでいる。シリコン制御整流器１８はゲート電極２４、陽極電極２６および陰極電極２８を含んでいる。陰極電極２８は陽極電極２０に電気的に接続されている。

陰極電極２２および陽極電極２６は同様に電気的な回路相互関係に接続されており、これら２つの電極の共通回路接続は電気的な白熱照明負荷２１に対して接続されている調光回路の出力を形成している。電極１９と２４はトリガ信号またはパルスが制御電極に伝送された時、シリコン制御整流器をオンおよびオフに切替えるための制御電極である。

位相制御信号発生器３０は光遮断器１７を介して、シリコン制御整流器１６．１８のゲート電極１９．２４に対して接続された出力端子を有する。発生器３０の出力はシリコン制御整流器１６と１８の放電を制御する。線路周波数の何倍かの大きさよりも、発生器３０からの６０ヘルツの出力が供給されることにより、シリコン制御整流器１６とシリコン制御整流器１８は公知の交流線路のそれぞれの１サイクルごとの期間内で放電、即ちオン／オフの切替えをする。

照明灯負荷の調光を制御するために信号発生器３０の出力が制御される。本発明の好ましい実施例において、制御モジュール（図示せず）が発生器３０からのパルス間隔（パルス幅）を選択するために作動され、パルス間隔は線路電力の位相角を制御し、照明装置に送出される電力量に対応している。より大きなパルス間隔は照明装置により大きな電力を送出し照明装置によって生成される照明強度を高める。単一パルスは選択された調光量に基づいて変化するパルス幅を伴なう制御信号発生器３０によって電源の各々の全サイクルの間に生成される。信号発生器３０からの出力パルス幅は高い割合の調光が要求される間は狭く、低い割合の調光が要求される間は広い。パルス幅はシリコン制御整流器がオンの間の期間を制御し、それによって位相角と電源から照明灯負荷に対して伝送する電気的エネルギーの量を制御する。

上述したことは第２Ａ図および第２Ｂ図に示す波形図を参照することによりより良く理解することができる。

第２Ａ図には公知例の１２０ヘルツ位相制御信号発生器からの出力波形が示されている。ゼロ照明の照明出力レベル、即ち最大調光は記号９で示されている。この設定では信号発生器からの出力はなされていない。輝度２５％の出力負荷では２つのパルス１１が、図示されているように信号発生器のパルス幅で線路出力の各全サイクル間に生成される。５０％の輝度の出力負荷では、信号発生器からの２つの出力パルスの幅が図示されている。この設定では、各パルスの幅は線路電圧の各２分の１サイクルの幅にほぼ等しい。７５％の出力ではパルス１５の幅が図示され、１００％では信号発生器からの出力が記号２３で示されている。図示されているように信号発生器からの出力は平坦であり、波形ではない。

公知の１２０ヘルツ調光回路によって制御される照明装置に対して送出される電力の波形は位相制御信号発生器から形成されるパルスとして第２Ａ図に示されている。

照明灯からの出力ゼロに対応する波形２５は、即ち最大調光であり、波形２５が示すように白熱照明灯に送出される電力はゼロである。記号２７で示されている２５％の出力レベルの波形は、そこに示されているように信号発生器の位相制御下で影の部分３５として示されており各半サイクルの４分の１で電力が照明灯に送出される。

波形を記号２９で示し、電力送出量を記号３７で示している出力電力５０％のレベルは各半サイクルの２分の１に等しい。出力型カフ５％のレベルは波形が記号３１で示され、斜線（影の部分）３９は照明灯に送出される電力量を示している。照明灯からの出力レベル１００％の場合は各サイクルにおいて記号５６で示されるように１００％の電力が白熱ランプに送出される。

第２Ｂ図には、位相制御信号発生器からの出力波形が示されている。ゼロ照明の照明出力レベル、即ち最大調光が記号３２で示されている。この設定値では信号発生器からの出力はゼロである。輝度２５％の出力負荷での信号発生器のパルス幅が記号３４で示されている。輝度５０％の出力負荷での信号発生器からの出力パルスの幅が記号３６で示されている。この設定値ではパルスの幅は線路電圧の２分の１サイクルの幅にほぼ等しい。７５％の出力での波形が記号３８で示され、そして１００％の出力での信号発生器からのパルスが記号４０で示されている。

信号発生器からの出力は平らであり波形ではない。

本発明に基づく調光回路によって制御される照明装置に送出される電力の波形が位相制御信号発生器のパルス波形として第２Ｂ図に示されている。

記号４２の波形は照明灯からのゼロ出力に対応している。即ち白熱照明灯には電力は全く送出されていない。

２５％の出力レベルの波形は記号４４で示され、そこに示されているように信号発生器の位相制御の下に影の部分４６で示され、１サイクルの４分の１で電力が照明灯に送出される。出力電力のレベル５０％では、波形は記号４８で示され、送出電力量は記号５０で示されているように１サイクルの２分の１に等しい。出カフ５％では波形は記号５２で示されており、照明灯に対して送出される電力量は斜線５４で示されている。照明灯からの１００％出力レベルでは各サイクルの電力の１００％が記号５６で示されているように白熱照明灯に送出される。

前述したように、本発明の調光回路は、調光回路が接続されている照明灯のフィラメント、照明灯のグループまたは照明灯の集団によって生み出される音響的ノイズの量を実質的に減少させるものである。第１図の回路によって与えられる交流電力信号を制御する位相に対する音響ノイズの減少は照明灯が０％〜５０％の電力出力レベルで作動される時に実質的に達成される。このようなノイズの減少は演芸／テレビジョンおよび建築設備分野の両照明分野で特に必要とされている。

更に、図示したように本発明の調光回路で使用しているインダクタは、実施例の１つとしていえば、公知例のものと較べ大きさおよび重さが４０％小さい。また同時に、本発明に基づく調光回路によって生成される電磁妨害雑音（ＥＭＩ）および無線周波数妨害（ＲＦＩ）の量は公知の技術による回路と比較して著しく減少している。

本発明の現時点での好ましい実施例では、調光回路の制御は制御モジュールにマイクロプロセッサを使用して行なわれる。調光回路のシリコン制御整流器の放電率が制御され、それによって調光回路から必要な出力電力を制御し、必要な輝度を白熱照明灯から得ることができる。

必要な輝度出力がマイクロプロセッサに伝送され、マイクロプロセッサは信号発生器と信号発生器からの出力パルスの幅と周波数を順番に制御する。

現時点での好ましい実施例では、位相制御信号発生器は光遮断器を介して各シリコン制御整流器のゲート電極に接続されている。光遮断器は調光回路と線路の高電圧側からの使用を遮断している。

第３Ａ図に示されている回路は、本発明の回路の他の実施例を示すものである。

この実施例では、回路は逆並列のシリコン制御整流回路の対６０．６６がシリコン制御整流回路の対の入力側に共通して接続されているインダクタ５８と共に並列回路関係に接続されている。

第３Ａ図に示されているようにインダクタ５８はシリコン制御整流器６４と逆並列の関係にあるシリコン制御整流器６２とからなるシリコン制御整流回路６０のシリコン制御整流器６４と、シリコン制御整流器７０と逆並列の関係にあるシリコン制御整流器６８とからなるシリコン制御整流器６６回路のシリコン制御整流器６８に接続されている。６０ヘルツ位相制御信号発生器７２は光遮断器７３を介して回路６０のシリコン制御整流器のゲート電極７４．７６に接続されており、同様に６０ヘルツ位相制御信号発生器７８が光遮断器７５を介して回路６６のシリコン制御整流器のゲート電極８０．８２に接続されいる。回路６０．６６はそれぞれ回路遮断器８４，８６を介してそれぞれの負荷８８．９０に接続されている。

動作時には、例えばシリコン制御整流回路６０は位相放電されシリコン制御整流器６４が作動してシリコン制御整流器６２がオン／オフいずれかのスイッチとして作動している間に入力電力信号の正弦波の負の半サイクルをチョッピングする。この半サイクルの間に電流がインダクタ５８を経てシリコン制御整流器６４へと流れ、そしてその後回路遮断器８４を経て照明灯負荷８８へと流れる。シリコン制御整流器６２はオン／オフいずれかであるから、シリコン制御整流器６２からの入力電力信号の正弦波のチョッピングされない部分が生じ、濾過されないことが要求される。このことはインダクタ５８での平均電流を５０％はど減少する。

電力信号の正の半サイクルの間に回路６６は回路６６に対すると同様な方法で作動する。例えば、シリコン制御整流器７０がスイッチとして作動していてチョッピングをしない間、シリコン制御整流器６８は入力電力信号の正弦波の正の半サイクルをチョッピングする。この半サイクルに電流はインダクタ５８を経てシリコン制御整流器６８に流れ、そしてその後回路遮断器８６を経て照明負荷９０へ流れる。各半サイクルに生ずるインダクタでの電流の減少が５０％であり、平均電流は実質的に小さくて安価なインダクタの使用が可能な単一のシリコン制御整流器逆並列回路と同じである。

第３Ｂ図に示されている波形は０％と１００％、即ち輝度１００％に対する調光１００％の電力出力レベルに対する出力電力の波形を図示している。このような極限値の中間的なものとして、全電力の２５％、５０％および７５％に対する電力出力レベルに対応する波形が示されている。２５％の電力出力レベルに対する位相角は正の半サイクルの２分の１であり、５０％の電力に対する位相角は正の半サイクルと全く同じ幅であり、７５％に対する位相角は正の半サイクルの２分の１のと負の半サイクルの幅である。

１００％の出力に対する位相角は完全なサイクルと全く同じ幅である。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．照明装置用調光回路であって、互いに並列で逆向きの回路関係に接続されている一対のシリコン制御整流器と、それぞれのシリコン制御整流器が制御電極を有することと、シリコン制御整流器を切替えてオンおよびオフさせるためにそれぞれのシリコン制御整流器の制御電極に接続されている位相制御信号発生器と、調光回路の入力に接続されている電源と、電源およびシリコン制御整流器の対と直列な回路関係に接続されている誘導性の部材と、正規線路周波数を有する位相制御信号発生器からのパルス手段によってシリコン制御整流器の一方または両方をオンおよびオフにする位相制御信号発生器と、照明装置によって与えられる照明の強度を制御するための所定のパルス持続期間とを制御し、且つ照明装置によって生成される音響的ノイズを抑制するための部材から構成される調光回路。
２．前記誘導性部材がインダクタである請求項第１項に記載の調光回路。
３．前記インダクタが環状チョークである請求項第２項に記載の調光回路。
４．前記位相制御信号発生器からのパルス周波数が６０ヘルツである請求項第２項に記載の調光回路。
５．前記位相制御信号発生器からのパルス周波数が５０ヘルツである請求項第２項に記載の調光回路。
６．対になったシリコン制御整流器の一方だけが、輝度０％から５０％の間の照明強度の範囲内で調光回路が作動する時、所定の時間周期に対してオンにされる請求項第４項に記載の調光回路。
７．対になったシリコン制御整流器の１つが全サイクルの２分の１の始めから終りまでオンになり、輝度５０％から１００％の間の照明強度の範囲内で調光回路が作動する時、他の半サイクルの所定の部分に対してもう一方のシリコン制御整流器がオンになる請求項第４項に記載の調光回路。
８．光遮断器が制御信号発生器とシリコン制御整流器の対の間で直列回路関係に結合されている請求項第６項に記載の調光回路。
９．照明装置が白熱照明灯である請求項第７項に記載の調光回路。
１０．照明装置用調光回路であって、並列回路関係に接続されている少なくとも２つの並列なシリコン制御整流器と、それぞれのシリコン制御整流器が制御電極を有することと、シリコン制御整流器を切替えてオンおよびオフさせるためにそれぞれのシリコン制御整流器の制御電極に接続されている位相制御信号発生器と、調光回路の入力に接続されている電源と、電源が少なくとも２つの位相を有し、それぞれの位相が前記シリコン制御整流器のそれぞれの１つに接続されていることと、電源と照明装置の負荷の間で並列なシリコン制御整流器と共に直列な回路関係で接続している誘導部材と、正規線路周波数を有する前記位相制御信号発生器からのパルス手段によってシリコン制御整流器の１つまたはそれ以上をオンおよびオフにする位相制御信号発生器と照明強度を制御するための所定のパルス持続期間とを制御し、且つ照明装置によって生成される音響的ノイズを抑制するための部材とから構成される調光回路。
１１．照明装置用調光直路であって、並列で逆向きの回路関係に接続されているシリコン制御整流器の第１の対と、それぞれのシリコン制御整流器が制御電極を有することと、照明装置に電力を与えるため調光回路の入力に接続されている交流電力電源と、並列に逆向きの回路関係に接続されているシリコン制御整流器の第２の対と、それぞれのシリコン制御整流器が制御電極を有することと、前記第２の対が前記第１の対と並列な回路関係に接続されていることと、電源からの各サイクルの部分が正である間で、他方のシリコン制御整流器のオンかオフのいずれかの状態を保持している間に、シリコン制御整流器の１つをオンおよびオフに切替えるために第１の対のそれぞれのシリコン制御整流器の制御電極に接続されている第１の位相制御信号発生器と、電源からの各サイクルの部分が負である間で、他方のシリコン制御整流器がオンかオフのいずれかの状態を保持している間に、シリコン制御整流器の１つをオンおよびオフに切替えるために第２の対のそれぞれのシリコン制御整流器の制御電極に接続されている第２の位相制御信号発生器と、電源と第１および第２の対におけるシリコン制御電極の所定の１つに直列な回路関係で接続されている誘導部材と、ほぼ６０ヘルツの周波数を有する信号発生器からパルス手段によって第１と第２の対におけるシリコン制御整流器をオンおよびオフに切替えられ得る信号発生器と照明装置によって与えられる照明の強度を制御するための所定のパルス持続期間とを制御し、且つ照明装置により生成される音響的ノイズを抑制するための部材とから構成される調光回路。
１２．電気照明用の調光回路を作動させる方法であって、１）信号発生器に電力を供給する段階と、２）各シリコン制御整流器が制御電極を有し、ノイズ制御インダクタと、逆並列回路関係に接続されているシリコン制御整流回路の対との直列回路の相互接続を介して、白熱照明灯に伝送するために電力電源を接続する段階と、３）インダクタとシリコン制御整流器の対とシリコン制御整流器の対の制御電極に対する信号発生器との直列回路の組合せの出力側に照明灯を接続する段階と、４）信号発生器を選択的に作動させることによって、照明灯に送出すべき電力量を制御する段階と、５）一方または両方のシリコン制御整流器の対が信号発生器に対し応答している間に、照明灯の輝度を制御する所定の時間周期に対しそれぞれ正規線路周波数を選択的にオンおよびオフにし、照明灯によって生成される音響的ノイズを抑制する段階とからなる調光回路作動方法。
１３．信号発生手段によって白熱照明灯に供給される電力の位相角を制御する段階を含む請求項第１２項に記載の調光回路作動方法。
１４．照明灯の電力の位相角を制御するための所定のパルス幅のパルスを選択し、それによって照明灯の輝度を制御する段階を含む請求項第１３項に記載の調光回路作動方法。
１５．シリコン制御整流器のそれぞれの制御電極に対し予め選択されたパルスを伝送する段階を含む請求項第１４項に記載の調光回路作動方法。
１６．所定の時間周期に対して、ただ１つのシリコン制御整流器を作動するようにパルス幅を制限することによって、ノイズ抑制を最大にするために、０％から５０％の出力電力の範囲で調光回路を作動する段階を含む請求項第１５項に記載の記載の調光回路作動方法。
１７．第１の所定の時間周期に対する第１のシリコン制御整流器と第２の所定の時間周期に対する第２のシリコン制御整流器を作動させるようにパルス幅を増大させることによって５１％から１００％の出力電力の範囲で調光回路を作動する段階を含む請求項第１５項に記載の調光回路作動方法。
１８．シリコン制御整流器の対の一方もしくは両方が６０ヘルツの周波数でオンおよびオフにされる請求項第１５項に記載の調光回路作動方法。