JP2001518690A

JP2001518690A - 省エネ型照明制御装置

Info

Publication number: JP2001518690A
Application number: JP2000514503A
Authority: JP
Inventors: エス．ジェームズ、マーク
Original assignee: ユー．エス．エナジーインコーポレイテッド
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2001-10-16
Also published as: CN1279879A; CA2303845C; CA2303845A1; HK1033735A1; ATE284126T1; US6046549A; CN1162053C; EP1025745B1; WO1999017590A1; EP1025745A1; DE69827968T2; DE69827968D1; EP1025745A4

Abstract

(57)【要約】電源切替回路（２０）と、電流検出回路（４０）と、制御回路（６０）とを含む省エネ型制御装置である。電源切替回路（２０）および電流検出回路（４０）は、それぞれ、異なる電圧および被測定電流信号を生成する。制御回路（６０）は、負荷（２００）が要求する電流の増分に応じて制御信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

発明の属する分野本発明は、一般的には照明制御装置に関し、さらに具体的には、通常の動作時
は負荷に対し低いレベルの電力を供給し、この負荷による電力の増加要求が検出
された時は、高いレベルの電力を供給する省エネ型制御装置に関する。

【０００１】発明の背景蛍光管や高輝度放電管（ＨＩＤ）は、一般に良く知られておりまた数多くの照
明装置に幅広く用いられている。こういったランプは、適切な電源によって通電
されると、良く知られたガス放電現象の結果として、光を生成する。こういった
ランプは、光を生成するガス放電効果を開始するためには、高いレベルの電力を
必要とするが、その後は、かなり低い電力レベルで動作させることができる。こ
の蛍光管および高輝度放電管の特性によって、様々な設計仕様の省エネ型照明制
御装置が可能となる。この省エネ型照明制御装置を用いると、負荷であるこれら
のランプの電力要求に応じることができるが、このことは、全電圧の供給から減
電圧の供給に切り替えることによって、或いは、それとは逆に切り替えることに
よって可能となる。

【０００２】例えば、トーマス（Ｔｈｏｍａｓ）による米国特許第４，５１３，２２４号に
は、３相変圧器を有する「蛍光照明装置用電圧制御装置」が開示されている。こ
の電圧制御装置には、３つの自動変圧器巻線が含まれており、各巻線は、２つの
減電圧を生成するようになっている。３つの接触器によって、この全電圧と減電
圧とが選択的にこれら照明装置に接続される。これら接触器は、停電を防止する
ために、閉接点切替方式で切り替えられる。接触器を一つ追加して、切替え動作
中に巻線の中性接続が開状態にされる。

【０００３】ウィドメイヤ（Ｗｉｄｍａｙｅｒ）による米国特許第４，７６６，３５２号に
は、「減出力レベルにおいて蛍光管と補助安定器を始動および動作させるための
方法と装置」が述べられている。ここでは、ラピッドスタート型、予熱型および
スリムライン型の蛍光管を効率良く始動させるためにコンデンサの選択がなされ
ている。標準の交流式安定変圧器は、省エネを実現するために減電力レベルで動
作する。このコンデンサは、安定一次巻線と直列に接続され、安定変圧器の一次
回路内で強共振現象を生成する値を有するように選択してある。

【０００４】ケープウェル（Ｃａｐｅｗｅｌｌ）らによる米国特許第４，５２７，０９９号
には、交流電源およびこの安定器に直列に接続された逆並列接続制御式整流器を
含む「ガス放電管用の制御回路」が述べられており、限流−エネルギ分流コンデ
ンサが、整流器と直列に接続され、安定変圧器と並列に接続されている。直列お
よび並列のスイッチング系から成る制御式整流器は、与えられた半波長のいずれ
においても、この並列スイッチング手段から成る関連した制御式整流器が始動し
、コンデンサを直列のスイッチング手段から成る常時導通制御式整流器に放電し
て、誘電型安定器に印加される電圧波形にノッチを生成するように制御される。

【０００５】ケイン（Ｋａｎｅ）による米国特許第４，４６４，６０６号には、「蛍光管用
のパルス幅変調式調光装置」が述べられている。この装置には、この蛍光管の励
起に用いられるベース駆動式高周波プッシュプルトランジスタ型インバータ回路
が含まれている。このインバータは、パルス幅変調によって調光を行う。このト
ランジスタ回路網は、インバータトランジスタの急峻なＯＮおよびＯＦＦを確実
に行うために備えられている。光応答センサが、この蛍光管によって生成された
周辺光と照明に応答し、それに応じてこのパルス幅変調器を制御する。

【０００６】エバンス（Ｅｖａｎｓ）らによる米国特許第４，４３５，６７０号には、「過
電流保護機能付省エネ型瞬時始動直列シーケンス式蛍光管装置」が述べられてい
る。この蛍光管装置には、２蛍光管系おいて１個或いは両方の蛍光管と直列に接
続された電力低減コンデンサが含まれている。第１の蛍光管の回路内には、保護
装置が接続してあり、第２のランプが故障して大電流が流れ出した時、この保護
装置が動作して、この装置の損傷を防ぐようになっている。

【０００７】カーバー（Ｃａｒｖｅｒ）らによる米国特許第４，４３４，３８８号には、「
電気照明制御装置」が述べられている。この制御装置は、電源供給線と蛍光管列
の間もしくは他の電気エネルギを消費する装置との間に接続されている。蛍光管
に印加される出力レベルは、駆動モータを有する可変自動変圧器によって制御さ
れており、この駆動モータは、増幅器比較器回路によって制御されている。

【０００８】リーガン（Ｒｅｇａｎ）らによる米国特許第４，３３９，６９０号には、「省
エネ型蛍光管照明装置」が述べられている。この蛍光管照明装置には、第１およ
び第２の蛍光管と直列に接続された反応変性式コンデンサが含まれている。この
第１のランプの始動中に、フィラメント・スイッチが動作し、フィラメント加熱
電流を流すようになっている。このフィラメント・スイッチは、第１の蛍光管の
両端にあるフィラメント間に接続されており、ランプの始動電圧に応じて、低イ
ンピーダンス状態を発生させるようになっている。

【０００９】モートン（Ｍｏｒｔｏｎ）による米国特許第４，２５６，９９３号には、「ラ
ピッドスタート式蛍光管装置用節電型装置」が述べられている。この節電型装置
は、２蛍光管式ラピッドスタート型蛍光管装置の一つの蛍光管と直列に接続され
ている。この装置には、二つの蛍光管の内、一つのランプの電極回路内に、常時
閉式のリレーと、このリレー接点の内、一つの接点と並列に接続されている電力
低減コンデンサが含まれている。この装置が始動すると、半導体製の時間遅延−
リレーコイル励磁回路が動作し、蛍光管が点灯した後、リレー接点を開の状態に
し、この並列コンデンサを動作中の蛍光管と直列に接続し、公称の電力消費量を
減らす。

【００１０】アバーネシィ（Ａｂｅｒｎｅｔｈｙ）らによる米国特許第４，１３５，１１５
号には、「蛍光管用機器の電力量低減装置」が述べられている。この装置には、
昇圧変圧器、抵抗器および二つのコンデンサを組合せたものが備えられており、
これらはすべて、安定器の外部に取付けてある。この装置は、安定器とこれらラ
ンプの内一つの蛍光管と直列に配線されており、正常な安定電圧が、蛍光管回路
に供給されるようにしてある。

【００１１】スマ（Ｓｕｍｍａ）による米国特許第４，８５９，９１４号には、「高周波省
エネ型安定器」が述べられている。この安定器によって、約６０ヘルツから３０
メガヘルツの範囲にある周波数を特徴とする励起信号を得ることができる。発振
器および変圧器によって、変圧器を介してこれらランプ回路に接続されている励
起信号が供給される。

【００１２】クラル（Ｋｒａｌ）による米国特許第４，８７０，３４０号には、「エネルギ
消費量を低減するための方法および装置」が述べられている。これには、印加さ
れた正弦波交流電力の任意の位置において、負荷電圧を断接するための切替機器
が含まれている。同時に、この装置はあらゆる誘導電流のための整流経路を提供
している。

【００１３】ボールドウィン（Ｂｏｌｄｗｙｎ）による米国特許第４，９６５，４９２号に
は、「照明制御装置およびモジュール」が述べられている。この装置およびモジ
ュールには、効率を最大限にしつつ、減電力レベルで照明装置を動作させるため
に用いられるマイクロプロセッサ制御装置が含まれている。このマイクロプロセ
ッサおよび制御回路網によって、印加された電力を連続的に監視し、また、選択
された所定のレベルの光を保つために、電力を望ましいレベルに維持されている
。

【００１４】上述の従来技術の装置によって、様々な方法で省エネが達成され、照明の特性
が向上した例も多いが、これらは、取付けやメンテナンスにおいて、複雑で高価
なものである場合が多い。従って、この技術分野においては、消費者に省エネを
提供する照明制御装置を、さらに改善し、またその信頼性をさらに高めることが
引き続き必要である。

【００１５】この必要性に鑑み、本譲受人は、米国特許第５，４４２，２６１号に開示され
ている通り、先に改良型照明制御装置の開発を行っている。かかる装置は、全般
的には、効果があると認められているが、高価な構成部品を使用せず、またある
電圧レベルから別の電圧レベルへの切替の際に、負荷の停電を防止すること、お
よび大きな過渡電流がこの装置の構成部品を還流することを防止する必要がある
。この装置が、全電圧から減電圧に切替わる際に、負荷に対する停電が起こった
場合、蛍光管あるいは高輝度放電管内のプラズマが消失し、再加熱するためには
、全電圧での始動サイクルが必要となる。

【００１６】本発明は、電圧の切替中、負荷に対して停電を発生させることなく、また構成
部品内を大きな電流が還流することなく、安価な構成部品を利用して、電圧の切
替機能を果たす装置を提供することによって上述の問題に対処するものである。

【００１７】発明の概要本発明は、遷移期間の間、負荷に対して停電を起こすことなく、一つの電源か
ら、複数の異なる電圧の内一つの電圧を、電気エネルギを消費する装置から成る
負荷に対して供給する省エネ型制御装置を開示するものである。この装置には、
電源切替回路、電流検出回路および制御回路が含まれる。この電源切替回路は、
調整された大きさの制御信号の受信に応じて、その出力ポートにおいて複数の異
なる電圧の内、一つの電圧を生成する。この電流検出回路は、電源切替回路の出
力電流を測定し、また被測定電流信号を生成する。この制御回路は、負荷による
電流増の要求を示す被測定電流信号の増分を検出し、また調整された大きさの制
御信号を電源切替回路へ出力し電圧切替を開始させる。制御信号の大きさを調整
するということは、制御信号をＯＮあるいはＯＦＦするということであり、ある
いは制御信号をある範囲内の値に設定するということを意味している。

【００１８】電源切替回路は、電圧切替の間、負荷に対して停電を起こさせることなく、ま
た大きな電流が構成要素中を還流することなく電圧切替機能を果たし、また電源
の全電圧および電力のわずかな値を定格にした小型の安価な変圧器を利用してい
る。降圧変圧器の二次巻線は、電源の正極端子と直列に接続されており、一方、
一次巻線は、一次巻線と二次巻線が反対の極性を有するように、リレーを介して
、電源に接続されている。このように構成することによって、リレーが、制御回
路からのゼロではない大きさの制御信号によって作動する時、二次巻線の出力端
子と電源の負極端子との間に生じる電圧は、電源電圧と、二次巻線の両端の電圧
との差分とほぼ等しくなる。制御信号がなくリレーの動作が停止した場合、リレ
ーは、電源電圧から一次巻線を断接し、一次巻線を短絡する。これによって、二
次巻線は、実質的に短絡し、二次巻線の出力端子と電源の負極端子との間に生じ
る電圧は、電源電圧とほぼ等しくなる。二次巻線は、切替え中、電源に接続され
たままであるため、負荷には停電が生じることはない。さらに、切替え前に一次
巻線を還流する電流は、二次巻線を流れる全定格電流のわずかな量に等しいだけ
であるため、切替においては、非常に小さな電流の分流が一次巻線に流れるだけ
である。従って、この目的のためには、小型で信頼性の高いリレーを用いること
が可能である。また、全電源電圧は、制御信号がない場合も負荷に供給されるた
め、この装置はフェイルセーフである。つまり、制御回路が故障した場合でも動
作可能である。

【００１９】本発明の上述した利点および他の利点は、以下の説明と図面によってさらに明
らかになるであろう。例示或いは説明されている特定の構造における変更は、請
求の範囲内において、本発明の精神から逸脱することなく行うことが可能である
ということを理解されたい。

【００２０】発明の詳細な説明以下に記載した添付図面に関する詳細説明は、本発明の現時点における好適な
実施例の説明として意図されたものであり、本発明の唯一の構成形態あるいは利
用形態を表すことを意図したものではない。この説明は、例示された実施例との
関連において、本発明を構成および動作するための機能と一連の段階とを示すも
のである。しかしながら、本発明の精神と範囲内に含まれるように意図されれば
、異なる実施例であっても、同じ或いは同等な機能が達成できることを理解され
たい。

【００２１】本発明のこの好適な実施例において、省エネ型制御装置は、１つの電源から、
２つの異なる電圧の内、１つの電圧を、電気エネルギを消費する装置の負荷に供
給する。当業者は、二つを越える異なる電圧の中から１つの電圧を負荷に供給で
きるように、この実施例を容易に変更できることに気付くであろう。

【００２２】図１は、本発明によって構成された省エネ型制御装置のブロック線図を示す図
である。この省エネ型制御装置は、主として、電源１００と電気的に接続されて
いる電源切替回路２０と、電源切替回路２０の出力ポート１０の正極端子１２に
接続されている電流検出回路４０と、電源切替回路２０および電流検出回路４０
と電気的に接続されている制御回路６０とから構成されている。

【００２３】電源切替回路２０は、制御回路６０から制御信号を受信すると、その出力ポー
ト１０において、２つの異なる電圧の内小さい方の電圧を生成し、制御信号がな
い場合、その出力ポート１０において大きい方の電圧を生成する。

【００２４】電流検出回路４０は、電源切替回路２０の端子１２における電流を測定し、そ
の出力１４において被測定電流信号を生成する。被測定電流信号の増分は、負荷
２００による電流増の要求、若しくは電源１００の電圧増のいずれか、またはそ
の両方を表すものである。負荷２００による電流増の要求（負荷増分と呼ぶ）は
、負荷２００において、少なくとももう１つ照明が追加され点灯したことを表す
。

【００２５】制御回路６０は、電源１００の電圧および被測定電流信号を監視する。制御回
路６０が、電源１００の電圧の増加と無関係な被測定電流信号の増分を検出した
場合、負荷２００による電流増の要求があることを表している。この場合、制御
回路６０は、被測定電流信号のこの検出された増分に応じて、電源切替回路２０
に対して制御信号の出力を停止する。

【００２６】図２は、本発明のこの好適な実施例における、電源切替回路２０および電流検
出回路４０を示す略図である。図２において、電源切替回路２０は、リレー２２と降圧変圧器２４とを備える
。リレー２２は、リレー端子１と２において、制御回路６０に接続され、リレー
端子６と５において、電源１００に接続されている。降圧変圧器２４は、一次巻
線２６と二次巻線３０とを備える。二次巻線３０は、電源１００の正極端子９９
と出力ポート１０の正極端子１２との間に直列に接続されている。一次巻線２６
は、一次巻線２６および二次巻線３０が反対の極性を有するように電源１００に
接続されている。一次巻線２６の端子２７は、リレー２２の端子４に接続されて
いる。一次巻線２６の端子２８は、電源１００の負極端子９８に接続されている
リレー２２の端子５に接続されている。制御回路６０からの制御信号が、リレー
２２の端子１に印加されると、リレー２２の端子４と６は接続され、それによっ
て、一次巻線２６は、電源１００に接続される。一次巻線２６の両端子に生じる
電圧は、電源１００の電圧とほぼ等しい。一方、これによって、一次巻線２６の
極性と反対の極性を有するより小さい電圧が二次巻線の両端に生ずる。その結果
として、出力ポート１０の両端の電圧は、電源１００の電圧と二次巻線３０の両
端の電圧との差分とほぼ等しくなる。変圧器２４の降圧比が、ｎ対１の場合、二
次巻線３０の電圧は、電源１００の電圧の、ほぼｎ分の１となる。例えば、変圧
器２４の降圧比が１０対１で、電源１００の電圧がＡＣ１２０Ｖの場合、一次巻
線２６にＡＣ１２０Ｖを印加すると、二次巻線３０にはＡＣ約１２Ｖが表れ、出
力ポート１０には、約１０８Ｖに降圧された電圧が生じる。この構成の利点は、
一次巻線２６が電源１００の全電圧を定格にしている場合、二次巻線３０は、全
電圧および全電力の一部を定格にすればよいことである。降圧比が１０対１の場
合、二次巻線３０は、全電圧の１０分の１を定格とする。従って、この目的のた
めには、小型で安価な変圧器を使用することが可能である。

【００２７】制御回路６０が、負荷２００において電流増の要求があると判断した場合、制
御回路６０は、リレー２２の端子１に接続された端子６６において、制御信号の
生成を停止する。この制御信号を取り除くと、リレー２２が停止し、これによっ
て、端子４は、端子６から断接され、端子５に接続される。リレー端子４がリレ
ー端子６から断接されることにより、一次巻線２６は電源１００の電圧から断接
される。リレー端子４がリレー端子５に接続されると、一次巻線２６は短絡する
。この短絡は、二次巻線３０に反映され、これにより、二次巻線３０のインピー
ダンスは非常に小さくなり、電源１００のほぼ全電圧が出力ポート１０に印加さ
れる。二次巻線３０は、電源１００の端子９９から断接されることは決してない
ため、出力ポート１０における減電圧から全電圧への遷移、或いは、全電圧から
減電圧への遷移は、負荷２００に対する停電が起こることなく実施される。

【００２８】負荷に対して電力遮断（停電）を起こさずに２つの異なる電圧間の切替えを行
うことは、本発明の重要な機能である。負荷２００が、蛍光管或いは高輝度放電
管から構成される場合、負荷２００に対する停電によって、ランプ内のプラズマ
が消失することがあり、プラズマを再加熱するためには、全電圧での始動サイク
ルが必要になることがある。

【００２９】電源切替回路２０の構成におけるもう一つの利点は、全電圧モードから減電圧
モードへの切替えには、一次巻線２６の電流を切替えさえすれば良いということ
である。この電流は、全定格電流のほんの一部（上記例の１０％）であるため、
小型で信頼性の高いリレーを用いて、リレー２２を実現することができる。さら
に、切替中には、装置に大きい電流が流れることがない。リレーの代わりに、半
導体スイッチをリレー２２の機能として用いることができる。しかしながら、リ
レーと比較して、半導体スイッチは、電源ライン上の過渡特性による損傷の影響
を受けやすい。

【００３０】電流検出回路４０は、一次巻線４４および二次巻線４６を含む変流器４２を備
えている。一次巻線４４は、電源切替回路２０の正極端子１２に接続されている
。二次巻線は、制御回路６０に接続されている。二次巻線４６を流れる電流は、
端子１２から出て一次巻線４４へと流れる電流の一部と等しく、制御回路６０へ
の被測定電流信号としての役割を果たす。

【００３１】被測定電流信号の増分は、負荷２００が要求する電流の増分若しくは電源１０
０の電圧における増分のいずれか、またはその両方の増分を表す。負荷２００が
要求する電流の増分（負荷増分とよぶ）は、負荷２００において、少なくともも
う１つの追加のランプが点灯したことを表す。電源１００の電圧の増分に起因す
る増加に無関係な負荷の増分による電力の増分を算出するために、制御回路６０
は、端子６２と６４において、電源１００に接続され、電源１００の電圧を監視
する。制御回路６０によって、この電流の増分が負荷側の増分によるものである
と判断された場合、制御回路６０は、リレー２２の入力１に接続されている端子
６６における制御信号の生成を停止する。このように制御信号を除去することに
よって、リレー２２が停止するため、端子４は、端子６から断接され端子５に接
続される。これによって、上述した通り、電源切替回路２０が切替わり、出力ポ
ート１０において全電圧を出力する。

【００３２】図３において、制御回路６０は、差動検出回路８０および処理回路９０を備え
ている。図４は、整流回路６２と、第一のフィルタ回路７０と、第二のフィルタ
回路７２と、可変利得差動増幅器７４とを備える差動検出回路８０を示す略図で
ある。

【００３３】図４において、図１に示される電流検出回路４０からの被測定電流信号は、端
子６１から整流回路６２に流れる。整流回路６２は、被測定電流信号を増幅およ
び整流した後、第一のフィルタ回路７０および第二のフィルタ回路７２にそれぞ
れ接続されている２つの出力６３および６５において、その結果として得られる
信号を生成する。この２つのフィルタ回路７０および７２は、単純な抵抗−コン
デンサによるフィルタ回路である。第一のフィルタ回路７０は、第二のフィルタ
回路７２よりも小さい時定数を有している。２つのフィルタ回路７０と７２から
の、その結果として得られるフィルタ処理された信号は、各々入力７１と７３か
ら可変利得差動増幅器７４に流れる。増幅器７４は、２つのフィルタ処理された
信号を比較する。入力７１における時定数の小さい方の信号が、入力７３におい
て、時定数の大きい方の信号より著しく大きい場合には、電流の増分が発生した
ということを表している。このような場合には、可変利得差動増幅器７４は、出
力８９において、処理回路９０に対してトリガ信号を生成する。増幅器８５の利
得は、抵抗器７５、７６、７７，７８および７９と共に、構成部品８１に備えて
ある４つの双方向アナログスイッチによって調整される。本発明のこの好適な実
施例において、構成部品８１は、カッドアナログスイッチ（型番７４HC４０１６
）によって実現されている。構成部品８１のアナログスイッチは、端子９１、９
２、９３および９４を介して、処理回路９０によって、オンまたはオフに選択さ
れる。増幅器８５の利得は、差動検出回路８０の感度と密接な関係がある。

【００３４】本発明のこの好適な実施例において、処理回路９０は、不揮発性メモリを有す
るマイクロプロセッサであり、この不揮発性メモリには、差動検出回路８０の感
度および制御信号の持続時間を制御するために用いられる設定値が記憶される。
この設定値は、ユーザが定義することも可能であり、或いは適応制御アルゴリズ
ムの結果による設定値とすることも可能である。適応制御アルゴリズムによって
決定される設定値を得る場合は、処理回路９０は、負荷２００に印加される電圧
および電流を、ある期間監視する。処理回路９０は、装置の状態を示す画像表示
装置、およびユーザからの入力を受信するコンピュータ・インターフェースに接
続されている。キーパッド、前面パネルおよび画像表示装置を備えるコンピュー
タ・インターフェースを用いることによって、ユーザは、差動検出回路８０の電
流感度用の設定値、並びに、装置が全電力モードで動作する時間、つまり、制御
回路６０から出力された制御信号の持続時間を入力できる。これらの設定値は、
装置の動作中に変更可能である。これらの設定値は、マイクロプロセッサ９０の
不揮発性メモリに保存され、装置を停止しても（たとえ１０年もの間でも）、こ
れらの設定値は保持され、装置を再始動すれば、自動的に再ロードされる。また
、コンピュータ・インターフェースを介して、ユーザは、自動制御を切り放し、
手動により装置を制御することができ、意図的に全電力モード或いは減電力モー
ドで装置を動作することができる。

【００３５】マイクロプロセッサ９０は、全電圧サイクル中および減電圧サイクル中に負荷
２００に送られる電圧および電流を監視し、節電量を算出する。マイクロプロセ
ッサ９０は、装置の負荷２００および節電量に関する情報を画像表示装置に出力
する。マイクロプロセッサ９０は、３相の電力を同時に監視することができ、効
率的に照明器具を動作させるために各相を独立に制御できる。このように、本発
明の３相構成は、３つの電源切替回路、３つの電流検出回路、３つの差動検出回
路および１つの処理回路を用いることによって実現可能である。本明細書に説明
され図面に示されている範例である省エネ型制御装置は、単に本発明の現時点に
おいて好ましい実施例を表しているに過ぎないということを理解されたい。実際
に、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々の変更や追加を行うことが
可能である。例えば、２つを越える異なる電圧間で切替えを行えるように、実施
例を変更することが可能である。他の例としては、２つのフィルタ回路および差
動検出回路の可変利得差動増幅器は、必ずしも例示したように構成する必要はな
い。また、差動検出回路の機能は、マイクロプロセッサに備えてあるソフトウェ
ア・プログラムによって、代用することも可能である。当業者は、種々の他の構
成が同等のものであり、従って同様に適合できるものであるということを認識で
きよう。従って、上述した形態、他の変更および追加は、当業者にとって、明白
なものであり、またそれを実現することによって、本発明を種々の用途に利用で
きるようにすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の省エネ型制御装置のブロック線図である。

【図２】電源切替回路および電流検出回路の略図である。

【図３】制御回路のブロック線図である。

【図４】制御回路の要素である差動検出回路の略図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極端子と負極端子を有する一つの電源から、複数の異なる
電圧の内一つの電圧を、電気エネルギを消費する少なくとも一つの装置を含む負
荷に対して供給する省エネ型制御装置において、（ａ）前記電源と電気的に接続されており、調整された大きさの制御信号に
応じて、出力ポートにおいて前記複数の異なる電圧の内一つを生成するための電
源切替回路を備え、前記電源切替回路は、前記負荷に電力遮断を起こさせること
なく前記異なる電圧間の切り替えを行うように構成され、（ｂ）前記電源切替回路の出力ポートと電気的に接続されており、前記出力
ポートにおいて電流を測定し、かつ被測定電流信号を生成するための電流検出回
路を備え、（ｃ）前記電源切替回路および前記電流検出回路と電気的に接続されており
、前記被測定電流信号の前記負荷による電流の増分を検出し、また前記電源切替
回路に対して制御信号を出力し、さらに、前記被測定電流信号の検出された増分
に応じて前記制御信号の大きさを調整するための制御回路を備えていることを特
徴とする省エネ型制御装置。
【請求項２】前記電源切替回路は、（ａ）前記制御信号を受信するための前記制御回路と接続されたリレーと、（ｂ）一次巻線と二次巻線から構成された降圧変圧器とを備え、前記二次巻
線は、前記電源の正極端子と前記出力ポートの正極端子間に直列に接続されてお
り、前記一次巻線は、前記リレーを介して、前記一次巻線と前記二次巻線が反対
の極性を有するように、前記電源と接続されており、これによって前記出力ポー
トの両端間の電圧が、前記電源電圧と前記二次巻線両端間の電圧との間の差に略
等しくなっており、（ｃ）調整された大きさの前記制御信号を受信した時、前記リレーは、前記
一次巻線を前記電源電圧から切り離し、その後、前記一次巻線を短絡し、これに
よって、前記二次巻線が、実質的に短絡され、また前記出力ポートの両端間の電
圧が前記電源電圧に略等しくなることを特徴とする請求項１に記載の省エネ型制
御装置。
【請求項３】前記電流検出回路は、電流変圧器を備えていることを特徴と
する請求項１に記載の省エネ型制御装置。
【請求項４】前記制御回路は、（ａ）前記被測定電流信号の増分を検出し、またそれを検出した時トリガ信
号を生成するための差動検出回路と、（ｂ）前記差動検出回路に接続され、前記制御信号を生成し、前記トリガ信
号の受信に応じて前記制御信号の大きさを調整し、前記制御信号の持続時間を制
御し、また前記差動検出回路の感度を調整する処理回路とを備えていることを特
徴とする請求項１に記載の省エネ型制御装置。
【請求項５】前記差動検出回路は、（ａ）前記被測定電流信号を整流し、整流信号を生成するための整流回路と
、（ｂ）第１の時定数を有し、前記整流回路に接続され、前記整流信号をフィ
ルタ処理し、第１のフィルタ処理信号を生成するための第１のフィルタ回路と、（ｃ）前記第１の時定数とは異なる第２の時定数を有し、前記整流回路に接
続され、前記整流信号をフィルタ処理し、第２のフィルタ処理信号を生成するた
めの第２のフィルタ回路と、（ｄ）前記トリガ信号を生成するための差動増幅回路とを備え、前記差動増
幅回路は、第１の入力装置において前記第１のフィルタ処理信号を受信し、また
第２の入力装置において前記第２のフィルタ処理信号を受信し、前記トリガ信号
は、前記二つのフィルタ処理信号の増幅された差分であることを特徴とする請求
項４に記載の省エネ型制御装置。
【請求項６】前記差動検出回路は、（ａ）前記被測定電流信号を整流し、整流信号を生成するための整流回路と
、（ｂ）第１の時定数を有し、前記整流回路に接続され、前記整流信号をフィ
ルタ処理し、第１のフィルタ処理信号を生成するための第１のフィルタ回路と、（ｃ）前記第１の時定数とは異なる第２の時定数を有し、前記整流回路に接
続され、前記整流信号をフィルタ処理し、第２のフィルタ処理信号を生成するた
めの第２のフィルタ回路と、（ｄ）前記トリガ信号を生成するための可変利得差動増幅回路とを備え、前
記差動増幅回路は、第１の入力装置において前記第１のフィルタ処理信号を受信
し、また第２の入力装置において前記第２のフィルタ処理信号を受信し、前記ト
リガ信号は、前記二つのフィルタ処理信号の増幅された差分であり、前記差動増
幅回路の利得は、前記処理回路によって調整され、前記利得は、前記差動検出回
路の感度に密接に関係していることを特徴とする請求項４に記載の省エネ型制御
装置。
【請求項７】前記処理回路は、前記制御信号の持続時間、および前記差動
検出回路の感度調整に用いられる設定値を記憶するための不揮発性メモリーを備
えており、前記設定値は、ユーザによって定義された設定値および適応制御アル
ゴリズムの結果として生じる設定値の中から選択されることを特徴とする請求項
４に記載の省エネ型制御装置。
【請求項８】前記処理回路は、マイクロプロセッサを備えていることを特
徴とする請求項４に記載の省エネ型制御装置。
【請求項９】請求項１に記載の省エネ型制御装置において、さらに（ａ）前記制御回路と電気的に接続され、前記装置の状態を示すための視認
用表示装置と、（ｂ）前記制御回路と電気的に接続され、ユーザからの入力を受信するため
のコンピュータインターフェースとを備えていることを特徴とする省エネ型制御
装置。
【請求項１０】前記第１および第２のフィルタ回路は、抵抗―コンデンサ
フィルタ回路を備えていることを特徴とする請求項５に記載の省エネ型制御装置
。
【請求項１１】前記第１および第２のフィルタ回路は、抵抗―コンデンサ
フィルタ回路を備えていることを特徴とする請求項６に記載の省エネ型制御装置
。
【請求項１２】前記可変利得差動増幅回路は、増幅回路と、前記増幅回路
の利得を決定するための複数の抵抗器と、少なくとも前記複数の抵抗器から一つ
の抵抗器を選択し、前記増幅回路の利得を変化するための複数のアナログスイッ
チとを備えていることを特徴とする請求項６に記載の省エネ型制御装置。
【請求項１３】前記制御回路は、前記制御信号の大きさを略ゼロに減じる
ことによって前記被測定電流信号の増分の検出に応じて前記制御信号の大きさを
調整し、これにより、前記電源切替回路が、前記制御信号が無い場合、前記出力
ポートにおいて、前記異なる電圧の内一つの電圧を生成することを特徴とする請
求項１に記載の省エネ型制御装置。
【請求項１４】一つの電源から、複数の異なる電圧の内一つの電圧を、少
なくとも一つの電気エネルギを消費する装置を含む負荷に対して供給する方法で
あって、前記異なる電圧間の切り替えは、前記負荷に対して停電を伴うことなく
実施され、（ａ）電源切替回路の出力ポートから前記負荷に供給される電流を測定する
段階を備え、前記回路はリレーと降圧変圧器とを含み、前記変圧器は、一次巻線
と二次巻線とを含み、前記二次巻線は、前記電源の正極端子と前記出力ポートの
正極端子間に直列に接続されており、前記一次巻線は、前記リレーを介して、前
記一次巻線と前記二次巻線が反対の極性を有するように、前記電源と接続されて
おり、これによって前記出力ポートの両端の電圧を、前記電源電圧と前記二次巻
線両端の電圧間の差に等しくし、（ｂ）被測定電流信号を生成する段階を備え、（ｃ）前記被測定電流信号を制御回路に印加し、前記被測定電流信号の増分
を検出する段階を備え、（ｄ）所定の期間、前記制御回路からの制御信号を出力する段階を備え、（ｅ）前記被測定電流信号の増分に応じて、前記制御信号の大きさを調整す
る段階を備え、（ｆ）調整された大きさの前記制御信号を前記電源切替回路に印加する段階
を備え、（ｇ）前記所定の期間、前記電源切替回路の前記出力ポートにおいて、前記
電源電圧に略等しい電圧を生成する段階とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】前記被測定電流信号を印加し、前記被電流信号の増分を検
出する段階は、さらに（ａ）前記被測定電流信号を整流する段階と、（ｂ）異なる時定数を有する二つのフィルタ回路によって前記整流された信
号をフィルタ処理する段階と、（ｃ）第１のフィルタ処理された信号と第２のフィルタ処理された信号を生
成する段階と、（ｄ）前記第２のフィルタ処理された信号から前記第１のフィルタ処理され
た信号を減算し、差分信号を得る段階と、（ｅ）前記差分信号を増幅し、トリガ信号を生成する段階と、（ｆ）前記トリガ信号を制御回路に印加する段階とを備えていることを特徴
とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】調整された大きさの前記制御信号を前記電源切替回路に印
加する段階は、さらに（ａ）調整された大きさの前記制御信号を、前記電源切替回路の前記リレー
に印加する段階を備え、（ｂ）前記電源電圧から前記一次巻線を断接する段階を備え、（ｃ）前記一次巻線を短絡させる段階とを備え、これによって前記二次巻線
を実質的に短絡し、前記電源切替回路の出力ポート両端の電圧を前記電源電圧と
略等しくすることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】前記被測定電流信号の増分に応じて前記制御信号の大きさ
を調整する段階は、前記制御信号の大きさを略ゼロに減じる段階を備えることを
特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】正極端子と負極端子を有する一つの電源から、切替の間停
電を伴うことなく、減電圧の供給から全電圧の供給に切り替える方法であって、（ａ）前記電源の正極端子に直列に降圧変圧器の二次巻線を接続する段階を
備え、前記二次巻線は出力端子を有し、（ｂ）前記一次巻線および前記二次巻線が反対の極性を有するように前記変
圧器の一次巻線を前記電源に接続する段階を備え、これによって、前記二次巻線
の出力端子と前記電源の負極端子に生じた電圧が、前記電源電圧と前記二次巻線
両端の電圧間の差分に略等しくなるようにし、（ｃ）前記電源電圧から前記一次巻線を断接する段階を備え、（ｄ）前記一次巻線を短絡させる段階とを備え、これによって前記二次巻線
を実質的に短絡し、また、前記二次巻線の出力端子と前記電源の負極端子間に生
じた電圧を前記電源電圧と略等しくすることを特徴とする方法。