JPH03503223A - 調光制御方法及びその制御回路 - Google Patents
調光制御方法及びその制御回路Info
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- JPH03503223A JPH03503223A JP2502264A JP50226490A JPH03503223A JP H03503223 A JPH03503223 A JP H03503223A JP 2502264 A JP2502264 A JP 2502264A JP 50226490 A JP50226490 A JP 50226490A JP H03503223 A JPH03503223 A JP H03503223A
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-
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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(a
ntiparallel 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6
0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16.1
8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 (18)
- 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。
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