JP2005517277A - 位相角調光器から照明器具に供給された信号からの付属品電力の抽出 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の主な目的は、追加のＤＣ電力ケーブルに対する必要性なしでかつランプ性能を低下させることなく照明器具部品に電力を供給するために位相角調光器によって供給されたランプ電力から部品電力を抽出する方法及びシステムを提供することである。
【解決手段】 一つ以上の照明器具アクセサリ（２６）用の電力が位相角調光器（２８）によって供給された一連のランプ動作パルスから抽出される。ＤＣ電源（４４）は、ＤＣ部品電力を発生かつ格納すべく調光器（２８）の出力（３８，４０）に接続される。ランプ・コントローラ（４８）は、ランプ動作パルスからランプ（２４）に電力を伝達すべく調光器（２８）の出力（３８，４０）に接続される。ランプ・コントローラ（４８）は、アクセサリ電力変化によってもたらされるランプ性能劣化なしでランプ電力を供給するための可変パルス転送特性を有する。可変パルス転送特性は、ランプ動作パルスの選択された部分を中断するかまたはブロックする切替装置（７６）によって実施することができる。パルス転送特性は、アクセス電力要求における変化に関係なく一定の見掛けランプ光輝を維持する。オフまたはプレヒート（予熱）状態では、ランプ（２４）への電力転送は、可視光ビームの放出（放射）を防ぐために低減される。全光輝状態では、ランプ動作パルスは、ランプ・コントローラ（４８）によって実質的に変更されない。

Description

本発明は、照明器具の付属品に対して電力を供給することに関し、特に位相角調光器から供給されるランプ電力信号からＤＣ電力を抽出することに関する。

劇場及びアーキテクチャ・アプリケーション用照明器具は、照明器具のランプを調光できるか、または可変の、選択された光レベルで動作できるように位相角調光器によって電力が供給される。この目的に対する位相角調光器は、よく知られており、かつＡＣ電源をランプ負荷に相互接続するためのＳＣＲｓのようなソリッドステート・スイッチを一般的に含む。ソース（電源）からのＡＣ電圧は、正弦波の形である。位相制御回路は、ソリッドステート・スイッチを正弦波の半周期中のある点で導電にする。そのある点は、所望の光レベルを生成するために所望の電力量を有しているランプ動作パルスをランプに供給すべく選択される。

照明器具は、専用の内部調光器を有することができるが、複数の照明器具アプリケーションにおける一般的なアプローチは、分散型調光器に伸長しているケーブル布線（撚り線）を通して電力を供給する集中型調光器を設けることである。複数の照明器具が単一の調光器から供給することができ、集中型調光器が共通的に制御することができかつ効率的電力分配であるので、集中型調光器が一般的に好ましい。

照明器具及び位相角調光器を含んでいるシステムは、広い範囲で使用されかつ多くのアプリケーションにおける可変光レベルを制御するために成功裏に採用されている。付属品及び自動化によって供給されるその他の可変パラメータを有する照明器具によって供給される調光効果を補足するための更なる望みが存在する。例えば、調光器電動式照明器具にカラー・スクローラーまたはカラー・ホィールまたはゴボー・ホィール等のような機械化装置を追加することが望ましいこともあり得る。照明器具からの光のビームがパン及びリルト・モーションで照準を定めることができるように照明器具の取り付け器具に組み込まれた電動機によって移動することができる照明器具を供給することが望ましいこともあり得る。照明器具は、ズーム・レンズ、アイリスまたはシャッター・システムのようなその他の付属品機構を設けられ得る。

係るアクセサリは、動作するために電力を必要とする。オートメーション及び付属品に用いられるモータは、低電圧ＤＣ電力によって一般的に電源投入される。ランプ電源投入のために調光器によって供給される電力は、ＡＣ線周波数に依存する周波数を有している一連のランプ動作パルスの形式である。パルスは、調光器システムに依存している線周波数であるかまたは複数の線周波数であり得る。付属品に一般的に用いられるモータは、照明器具のランプに供給される調光された電力から直接的に電力を供給することができない。その結果、既知の集中型調光器システムでは、付属品の動作に対するＤＣ電力を供給するために更なる電力ケーブルが用いられる。この種のシステムにおける照明器具は、調光器からランプ電力を供給する一つのケーブル・システムと、付属品電力を供給する別の独立ケーブル・システムとに接続される。特に多数の照明器具があらゆる特定の設置に用いられうるという事実を考慮して、これは高価でかつ複雑な構成である。

独立の付属品電源配線に対する必要性の欠点は、照明器具及び光電力ケーブル布線が以前に設置されていた既存の調光器制御式システムを改装する場合に行き当たる。以前に設置されたシステムに動力式付属品を追加することが望ましい場合には、付属品に電力を供給するための新しい、追加のケーブル・システムを加えることは、高価でかつ難しいであろう。

ランプ電力及び付属品電力用の個別の撚り線システムに対する必要性の結果としてもたらされる問題を克服するために、位相角調光器によって照明器具に供給されるランプ電力から付属品電力を抽出することが望ましい。

付属品電力抽出アプローチによる一つの潜在的障害は、照明器具で用いられる付属品が可変電力要求を有するということである。例えば、光ビームのねらいを定めるために照明器具を移動するためのモータは、照明器具が静止しているときに電力をほとんど或いはまったく引き出すことができないが、照明器具が移動しているときに増大した量の電力を引き出す。同様に、他の形式の動力式照明器具付属品では、電力に対する要求は、時間に対して変化しうる。可変量の付属品電力がランプ通電用調光器によって供給された電力から抽出される場合には、照明器具のランプによって放射される光の輝度も変化しうる。付属品の電力供給による光レベル変化は、気を散らし、魅力がなくかつ望ましくない。

別の潜在的障害は、調光器からのランプ電力から抽出された付属品電力は、ランプがオフであるときでさえも付属品を動作するために十分でなければならないということである。しかし、付属品とランプが同時に電力供給された場合には、付属品の動作に必要な電力レベルは、あまりにも大きいのでランプが可視状態に電力供給される。ランプは、オフ状態、またはフィラメント・予熱状態に置かれることができなければならないし、かつこの状態の間中、付属品電力は、利用可能のままでなければならないので、これは、望ましくない。

別の要求は、ランプは、完全な輝度まで電力供給されることができるべきであるということである。付属品電力がランプ電力から抽出される場合には、これは、完全なオン状態のランプ電力を減少しないような方法で達成されるべきである。

本発明の主な目的は、追加のＤＣ電力ケーブルに対する必要性なしでかつランプ性能を低下させることなく照明器具付属品に電力を供給するために位相角調光器によって供給されたランプ電力から付属品電力を抽出することである。他の目的は、オフ状態から完全な電力（フル・パワー）レベルまで選択したライト・レベルでランプを動作するための機能を保存すると同時に付属品電力負荷の範囲にわたり付属品電力を抽出する方法及びシステムを提供すること；ランプにオフまたは予熱状態で動作させる付属品電力を抽出する方法及びシステムを提供すること；及びランプに完全な輝度で動作させる付属品電力を抽出する方法及びシステムを提供することである。

本発明によれば、要するに、ランプを有しかつ可変電力要求を有する動力式付属品を有している照明器具に対する電源システムを提供する。電源システムは、ランプ動作パルスを供給しかつ出力を有しているソリッドステート・スイッチを有する位相制御調光器を含む。付属品電源は、調光器出力と動力式付属品との間に接続される。ランプ供給回路ブランチは、ランプ動作パルスからランプに電力を転送するために調光器出力とランプとの間に接続される。

本発明によれば、要するに、位相角調光器によって照明器具に供給されたランプ動作パルスから照明器具付属品動作に対する電力を抽出する方法を提供する。方法は、位相角調光器から付属品電源回路の入力に出力パルスを供給することを含む。付属品電源回路からの出力は、可変電力要求を有している照明器具付属品に供給される。位相角調光器からの出力パルスは、ランプ・コントローラの入力に引き渡される。ランプ・コントローラからの出力は、照明器具のランプに供給される。位相角調光器制御からランプへの出力パルスの転送は、ランプ・コントローラの動作によって調整される。
上記及び他の目的及び効果と共に本発明は、添付した図面に示した本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明から最もよく理解されるであろう。

ここで図を参照しかつ最初に図１を参照すると、参照番号２０で示されかつ本発明の原理に従って構築された電源システムが概略ブロック図形式で示されている。電源システム２０は、照明器具２２にランプ電力及び付属品電力を供給する。照明器具２２は、ランプ負荷２４を結果としてもたらす一つ以上のランプを有する。一般に、照明器具は、一つ以上の抵抗フィラメントを有する白熱電球を有する。また、照明器具２２は、付属品負荷２６を結果としてもたらす一つ以上の動力式付属品を有する。付属品負荷は、パンまたはチルト・モータ、モード駆動式カラー・スクローラまたはカラー・ホィールまたはゴーボー・ホィール、または動力式ズーム・レンズ、アイリス及び/またはシャッター・システム、またはその他、のようなあらゆる付属品からもたらされうる。付属品負荷は、時間に対する付属品電力要求に依存して可変である。

電源システム２０は、参照番号２８で示される位相角調光器を含む。調光器２８は、一般に、一対のソリッドステート・スイッチ３０及び３２を含んでいる通常の形式でありうる。図１に示すように、スイッチ３０及び３２は、ＳＣＲｓでありうる。位相制御装置３４は、ＳＣＲｓ３０及び３２を標準ＡＣ電源３６から供給されたＡＣ入力電力信号の各半サイクルの選択した点で伝導性にさせる。ＳＣＲｓは、各半サイクルの終りで非導電性になる。導電の点は、所望のランプ輝度に対応する電力の量をランプ負荷２４に供給すべく選択される。

ＳＣＲｓ３０及び３２の切替動作の結果として、調光器２８は、一連のランプ動作パスルを一対の調光器出力端子３８及び４０に供給する。ランプ動作パルスの周波数は、ＡＣ電源３６の周波数によって決定される。図１の通常の調光器では、交番極性のパルスが回線電源周波数の二倍で供給される。他の既知の構成では、交番パルスは、回線周波数または回線周波数に関連する別の周波数で複数のランプを多重化することによって供給されうる。位相コントローラ３４によって設定された導電点によって決定されたような、パルスの持続時間は、調光の量、それゆえにランプ負荷２４の輝度を設定する。インダクター４２は、急激な電流変化を減衰しかつ結果としてもたらされる振動及びランプ・フィラメントの雑音を制限するためにランプ動作パルスの経路に一般に含まれる。

本発明の特徴によれば、付属品負荷２６に対する電力は、調光器２８によって供給されたランプ動作パルスから抽出される。電源システム２０は、調光器２８と付属品負荷２６との間に接続された付属品電源４４を含む。付属品電源４４は、調光器出力から付属品電力を抽出しかつそれを付属品負荷２６に供給する。また、電源システム２０は、調光器２８からランプ負荷２４にランプ電力を供給するための調光器２８とランプ負荷２４との間に接続されたランプ供給回路ブランチ４６を含む。結果として、ランプ負荷２４及び付属品負荷２６の両方は、調光器２８から電力供給される。付属品負荷が調光器２８から電力供給されるので、ランプ負荷２４及び付属品負荷２６の両方に電力を供給するためにたった一つのケーブル５０を必要とする。

本発明の別の特徴によれば、ランプ供給回路ブランチは、調光器２８からランプ動作パルスを選択的に変換しかつ電力をランプ負荷２４に転送するランプ・コントローラ４８を含む。ランプ・コントローラ４８は、可変パルス転送特性を有する。可変パルス転送特性は、ランプ・コントローラ４８に、付属品負荷の電力要求における変化とは係わりがない一定の見掛けランプ輝度を維持させ、ランプ負荷に完全な輝度で動作させ、かつランプ・オフまたは予熱状態における付属品の電力供給を許可させる。

本発明の全ての利点を理解するために、付属品電源４４及びランプ・コントローラ４８は、照明器具２２にまたはその近くに好適に配置されかつケーブル５０によって調光器出力端子３８及び４０に接続される。図１に示すように、付属品電源４４及びランプ・コントローラ４８は、照明器具２２に組み込まれる。

付属品電源４４を図２に示す。図示した構成において、電源４４は、筐体/接地端子５６に対して浮動している出力端子５２及び５４に正及び負のＤＣ電力をそれぞれ供給する広域入力領域切替モードＤＣ電源である。この電源は、フライバック・バック変換器の一例であり、かつその他の実施を採用することができる。電源４４は、ＤＣモータ動力式照明器具付属品で用いられる。その他の形式の付属品負荷及び電源が本発明の適用範囲内で可能である。

調光器出力端子３８及び４０からのランプ動作パルスは、ケーブル５０を介して供給されかつ電源入力端子５８及び６０で受信される。コンデンサ６２及び６４は、ＡＣ入力から導通した雑音を分離するためにリップル・フィルタリングを提供する。ダイオード６６及び６８は、コンデンサ７０及び７２と共に、電源４４に対して高電圧ＤＣを供給する倍電圧器である。

変圧器７４は、Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ、Ｉｎｃ．によって販売されている“ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ”ブランドのＴＯＰ２０４モジュールのようなソリッドステート・スイッチング・モジュール７６の制御下で１００キロヘルツ（ＫＨｚ）のような高周波数で切り替わる。変圧器７４の主要スイッチング入力間に接続された一対のクランビング・ダイオード７８及び８０は、スイッチング・モジュール７６のドレイン端子に接続されかつスイッチング・モジュール７６を変圧器誘導キックから分離する。ダイオード８２は、変圧器７４のバイアス巻線に対する整流器である。コンデンサ８４及び８６は、バイパス・コンデンサである。

帰還（フィードバック）動作は、スイッチング・モジュール７６の制御端子に接続された（その）出力を有しているオプトカプラ８８によって可能になる。コンデンサ９０は、高周波数バイパスを供給する。コンデンサ９２及び抵抗９４は、帰還安定化に対する周波数補償を供給する。コンデンサ９０とコンデンサ９２及び抵抗９４を含んでいる回路ブランチとは、スイッチング・モジュール７６のソース端子として、ケルビン接続１０６に接続される。抵抗９６及び９８、コンデンサ１００及びダイオード１０２を含んでいるネットワークは、オプトカプラ８２の通電に対する電圧基準を設定する。抵抗１０４及び９８は、電圧基準ネットワークに対する分圧器入力である。

変圧器７４からの出力は、コンデンサ１１２及び１１４とインダクタ１１６とを含んでいる低域πフィルタにダイオード１１０を通して接続される。コンデンサ１１８及び１２０は、高周波数を平滑にする。ＤＣ電圧は、調光器２８によって供給されたランプ動作パルス中及び間の連続ＤＣ電力に対してコンデンサ１１２及び１１４に格納される。付属品電源４４によって供給された電力は、付属品負荷２６の可変電力要求に依存して変化する。この可変電力は、繰返しランプ動作パルスから直接的かつ連続的に抽出される。

ランプ・コントローラ４８を図３に示す。ランプ動作パルスは、ケーブル５０を介して調光器出力端子３８及び４０から入力端子１２２及び１２４で受信される。整流器ブリッジ１２６は、抵抗１３０及び１３２とコンデンサ１３４とを含んでいる積分器回路１２８によって同様な方法で一様な極性のパルスが積分されるようにランプ動作パルスを整流する。積分信号は、コンデンサ１３４に格納される。格納された積分信号がしきい値に達したとき、スイッチング回路１３５は、ランプ負荷２４にパルスを転送すべくトリガされる。しきい値に達したときに、ツェナー・ダイオード１３６は、抵抗１４０及び１４２を含んでいる分圧器を通して常開オプトトライアック１３８をオンにすべく導電にされる。

オプトトライアック１３８が通電するとき、抵抗１４４、１４６及び１４８を含んでいるトリガ回路は、ランプ動作パルスの選択かつ調整した部分を調光器出力端子３８及び４０からランプ負荷２４に接続すべくＳＣＲｓ１５０及び１５２を通電させる。ＳＣＲｓ１５０及び１５２は、逆極性でありかつ双方向ソリッドステート・スイッチング・デバイスとして機能する。シャント（分路）・バラスト抵抗１５４は、ＳＣＲｓ１５０及び１５２が非導通であるときにランプ・コントローラ４８の入力端子１２２及び１２４間で調光器２８に抵抗負荷を提供する。分路抵抗１５４は、それが通電するときにＳＣＲｓ１５０及び１５２によってバイパスされる。

積分器１２８及びスイッチング回路１３５は、可変パルス転送特性を供給すべく機能する。調光器２８からランプ負荷２４にランプ動作パルスを単に転送するよりも、ランプ・コントローラ４８は、その代わりに、転送されるパルスの一部分を変化させ、それによりランプ性能を低下させることなく付属品電力の抽出を許容する。この動作の効果は、図４Ａ及びＢ、５Ａ及びＢ、６Ａ及びＢ、そして７Ａ及びＢに示した波形で見ることができる。これらの図は、ランプ・コントローラ４８及び付属品電源４４への共通入力に存在している基本波形を示すために高周波数が取除かれているという点においてある程度理想化されている。これらの図において、水平Ｘ軸は、時間を表わしかつ垂直Ｙ軸は、電圧を表わす。

電源システム２０は、照明器具付属品に対して十分な電力を供給することを継続すると同時に、オフまたはフィラメント・予熱・モードで動作することができる。このモードを図４Ａ及び４Ｂに示す。図４Ａは、調光器２８の出力及びランプ・コントローラ４８の入力で見られるランプ動作パルスの時間に対する電圧波形を示す。このパルスは、調光器２８から供給される一連のパルスの一つである。図示した構成では、ランプ動作パルスは、二倍のＡＣ回線周波数で供給されかつ交番逆極性であるが、その他のパルス列構成を採用しうる。

図４Ａは、ランプ負荷が予熱状態でありかつ付属品負荷２６の負荷要求が低い値であるときの動作を示す。時間Ｔ１から時間Ｔ２までの、ランプ動作パルスの第１の部分の間、付属品電源は、増大した付属品電力要求の準備で格納したＤＣ電圧を発生しかつ維持するために十分な、比較的少量の付属品電力を抽出している。この期間中、ランプ・コントローラ４８のスイッチング回路１３５は、非導通または開であり、同時にランプ・コントローラ４８のコンデンサ１１２及び１１４に格納された積分信号の大きさは、維持されるかまたは増大する。

時間Ｔ２で、しきいトリガ値は、積分器１２８で達せられかつスイッチング回路１３５は、導電または閉である。インピーダンスの降下は、時間Ｔ２における波形電圧の降下をもたらす。パルスの残りに対して、時間Ｔ３まで、付属品電源４４は、動作することを継続し、同時にスイッチング回路１３５は、閉じたままでかつ電力は、ランプ負荷２４に供給される。この電力の量は、ランプ・フィラメントを予熱された状態に維持するために十分でありかつランプが可視光ビームを放射するためには不十分である。時間Ｔ３におけるランプ動作パルスの終端において、ランプ・コントローラ４８は、その初期状態に戻る。この動作モードにおけるランプ・コントローラ４８のパルス転送特性は、パルス全体のほんの少しの部分がランプ負荷に転送されるものである。

図４Ｂは、予熱状態におけるランプによる及び増大した付属品電力要求による動作を示す。時間Ｔ４及び時間Ｔ５におけるパルスの開始の間で、トリガ値は、積分器１２８で達しないし、スイッチング回路１３５は、開であり、かつ付属品電源回路４４は、付属品電力を抽出している。時間Ｔ５でトリガ値は、積分器１２８で達し、かつスイッチング回路１３５が閉じる。波形の電圧値は、インピーダンスの減少により時間Ｔ５で降下する。図４Ｂの時間Ｔ５から時間Ｔ６までの、パルスの残りの部分の間中、付属品電源４４は、付属品電力を抽出することを継続し、同時にランプ電力もランプ・コントローラ４８を通してランプ負荷２４に供給される。

調光器２８のインダクタ４２は、電流の速度における変化に抵抗しかつより高い電流速度でより大きな効果を有する。この効果により、積分器１２８がスイッチング回路１３５をトリガするために必要な時間は、低い付属品負荷要求（図４Ａ）よりも高い付属品負荷要求（図４Ｂ）に対してより大きい。しかしながら、図４Ａの低付属品電力要求動作によるように、パルス転送特性は、ランプ負荷に供給される電力の量は、ランプ・フィラメントを予熱状態に維持するためにだけ十分でありかつランプが可視光ビームを放射するには不十分であるようなものである。

望ましい場合には、積分器１２８の動作特性及び調光器２８によって供給されるパルスの持続時間は、完全なオフ・ランプ負荷状態を供給すべく構成することができる。この場合には、時間Ｔ２におけるパルス中で遅延点においてスイッチング回路１３５をオンにするよりも、スイッチング回路は、パルス全体を通してオープンに保持することができる。より安定したフィラメント抵抗を維持しかつフィラメントひずみを回避するために完全オフ・モードよりも予熱・モードが好ましい。

図５Ａ及び５Ｂは、ランプ負荷２４の低いまたは適度な光状態における低及び高付属品電力負荷をそれぞれ示す。ランプ動作パルスの開始は、図５Ａの時間Ｔ１１で発生し、かつ時間Ｔ１１から時間Ｔ１２まで付属品電源４４は、ＤＣ電力を発生しかつ格納すると同時にランプ・コントローラ４８は、ランプ負荷２４からの動作パルスの転送を最初はブロックする。時間Ｔ１２では、しきい値は、積分器１２８によって達せられかつスイッチング回路１３５は、閉じる。次いで、電力は、時間Ｔ１２からランプ動作パルスが時間Ｔ１３で終了するまでランプ負荷２４に供給される。インピーダンス減少により時間Ｔ１２で電圧の短い降下がある。パルス転送特性は、ランプ動作パルス全体の選択された一部分が所望の適度な光の輝度レベルを維持するためにランプ負荷２４に印加されるようなものである。

図５Ｂは、低付属品負荷要求よりも高付属品負荷要求を有する適度な光レベルにおける電源システムの動作を示す。時間Ｔ１４におけるランプ動作パルスの開始から時間Ｔ１５まで、積分器１２８が充電しておりかつスイッチング回路１３５がオープンである間、付属品電源４４は、動作しかつＤＣ電力が発生されかつ格納される。時間Ｔ１５で積分器１２８は、スイッチング回路１３５をトリガしかつ電力は、時間Ｔ１５から時間１６においてランプ動作パルスが終了するまでランプ負荷２４に供給される。インピーダンス減少により時間Ｔ１５で電圧に短い降下がある。インダクター４２の効果により、しきいレベルに達するために積分器１２８が必要な時間は、高付属品電力レベル（図５Ｂ）におけるよりも低付属品電力レベル（図５Ａ）において多少小さい。パルス変換特性は、ランプ動作パルス全体の選択した一部分が同じ所望の適度な光の輝度レベルを維持するためにランプ負荷２４に印加されるようなものである。付属品電源４４は、時間Ｔ１１から時間Ｔ１２までパルス持続時間全体を通して動作することを継続する。

ランプ・コントローラ４８は、付属品負荷要求における変動とは無関係に一定の見掛けランプ輝度を維持する。結果として、動力式付属品の間欠的動作は、ランプ性能を低下させない。図５Ａ及び５Ｂの転送パルス・セグメントを比較すると、時間Ｔ１２とＴ１３の間の図５Ａのパルス形状は、ピークがあり、丸みがありかつある程度正弦曲線である。対照的に、図５Ｂでは、時間Ｔ１５とＴ１６の間のパルス形状は、あまりピークがなく、かつその最初の部分における形状において正方形である。二つのパルス・セグメント形状は、主に異なる電流状態に応じてインダクター４２の効果により互いに異なる。しかしながら、形状差にも係わらず、ランプ負荷２４に供給される電力は、曲線下の領域、またはパルス・セグメントのＲＭＳ値が一般的に同じなので、低及び高付属品電力状況において比較的一定である。転送された電力は、輝度における差が観察者に検出可能ではないかまたは可視ではない低及び高付属品電力状態において十分に等しい。

図６Ａ及び６Ｂは、高いがしかし完全なランプ輝度レベルにおける及び低及び高付属品電力レベルにおける動作をそれぞれ示す。図６Ａの時間Ｔ２１におけるランプ動作パルスの開始から時間Ｔ２２まで、積分器１２８は、充電し、スイッチング回路１３５は、オフであり、かつ付属品電源４４は、ＤＣ電力を発生しかつ格納する。時間Ｔ２２において積分器１２８は、スイッチング回路１３５をトリガしかつ時間Ｔ２２からＴ２３におけるパルスの終端まで、電力がランプ負荷２４に供給される。

同様に図６Ｂにおいて増大した付属品負荷により、時間Ｔ２４におけるランプ動作パルスの開始から時間Ｔ２５まで、積分器１２８は、充電し、スイッチング回路１３５は、オフであり、かつ付属品電源４４は、ＤＣ電力を発生しかつ格納する。時間Ｔ２５において積分器１２８は、スイッチング回路１３５をトリガしかつ時間Ｔ２５から時間Ｔ２６におけるパルスの終端まで、電力は、ランプ負荷２４に供給される。

図６Ａ及び６Ｂの波形は、互いにかなり類似する。調光器２８のインダクター４４の効果は、図４Ａ及び４Ｂの低光レベル及び図５Ａ及び５Ｂの低光レベルにおけるよりも小さい。更に、調光器２８からの連続平均ランプ動作パルス電力レベルは、より高くかつ積分器１２８は、パルス間でまったく放電しない。これは、積分器を充電しかつスイッチング回路１３５をトリガするために必要な各パルスの開始における時間を減少する。結果として、低及び高付属品電力レベルの両方においてパルス転送特性は、パルス転送がパルスの開始の後ほんの少しだけ遅延されかつほぼパルス全体が転送されるようなものである。低及び高付属品電力レベルの間でランプ輝度において可視できる差が存在しない。

図７Ａ及び７Ｂは、低及び高付属品電力レベルにおける完全ランプ輝度レベルにおける電源システム２０の動作をそれぞれ示す。図７Ａの低付属品電力レベルでは、パルスは、時間Ｔ３１で開始しかつ時間Ｔ３２で終了する。図７Ｂの高付属品電力レベルでは、パルスは、時間Ｔ３３で開始しかつ時間Ｔ３４で終了する。図７Ａ及び７Ｂの波形は、実質的に同じである。いずれの場合においてもパルス全体を通して、付属品電源４４は、ＤＣ付属品電力を発生しかつ格納する。調光器２８から供給される連続平均ランプ動作パルス電力レベルは、比較的大きくかつ完全に充電されたかまたは実質的に完全に充電された積分器１２８を維持するために十分である。結果として、ランプ動作パルス全体または実質的に全体は、ランプ・コントローラ４８を通してランプ負荷２４に渡される。完全ランプ負荷におけるパルス転送特性は、実質的にランプ動作パルス全体を転送するためのでありランプ輝度を減少させない。あらゆる付属品電力レベルにおける付属品電源４４による付属品電力のランプ動作パルスからの抽出は、見掛けの完全ランプ輝度に認識されない効果を有していない。

ランプ・コントローラ２８の可変パルス転送特性は、図４Ａ、４Ａ（５Ａ）、６Ａ、及び７Ａの曲線を比較することから及び図４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ及び７Ｂを比較することから現れる。一般に、ランプ・コントローラは、調光器２８からランプ動作パルスを受信しかつ可変量によってランプ負荷２４に供給される電力の量を低減するためにランプ動作パルスの可変、選択部分をブロックする。低減は、低ランプ通電レベルで最も大きく（図４Ａ及び４Ｂ）かつ低減は、ランプ通電レベルが増大すると減少する（図５Ａ、５Ｂ、６Ａ及び６Ｂ）。高ランプ通電レベルにおいて、ランプ動作パルスの低減は、実質的にゼロに減少しかつランプ動作パルスは、本質的に減じられていない状態でランプ負荷２４に転送される（図７Ａ及び７Ｂ）。

調光器２８の動作及び/または制御は、ランプ・コントローラ４８のパルス転送特性を補償すべく好適には適合される。付属品負荷２６及び付属品電源４４を有していない通常の照明器具と比較すると、調光器２８は、同じランプ輝度を得るために低及び中間ランプ通電レベルでより大きなランプ動作パルスを供給しなければならない。

本発明の別の実施形態を備えている、電源システム１６０を、図１〜７と共通な構成要素を同じ参照文字によって指定する図８〜１０に示す。調光器２８は、ケーブル５０によって照明器具２２Ａに接続される。付属品負荷２６は、付属品電源４４によってＤＣ動作電力が供給される。電源システム１６０及び付属品電源４４は、照明器具２２Ａに組み込まれうるかまたはそれに近接して配置されうる。

電源システム１６０は、調光器２８からのランプ動作パルスを変換しかつ電力を可変パルス転送特性を有するランプ負荷２４に転送するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）技術を用いる。ＰＷＭランプ・コントローラ１６２は、調光器２８から選択した持続時間のランプ動作パルスを受信し、調光器２８からのランプ動作パルスを選択的に変換しかつ電力をランプ負荷２４に引き渡す。ランプ・コントローラ１６２の可変パルス転送特性は、ランプ・コントローラ１６２に付属品負荷２６の電力要求における変動に係わりなく一定の見掛けランプ輝度を維持させ、ランプ負荷に完全な輝度で動作させ、かつランプ・オフまたは予熱状態において付属品の電力供給を許可する。

整流器１６４は、調光器２８からの交番極性ランプ動作パルスを整流しかつ均一極性パルスを積分器１６６に供給する。積分器１６６は、調光器２８によって供給されるランプ動作パルスの持続時間に比例するＤＣ電圧を発生する。このＤＣ電圧は、発振器１７０によって一定の高周波数駆動信号が供給される電圧/デューティ・サイクル変換器１６８への入力として供給される。バック変換器１７２は、電圧/デューティ・サイクル変換器１６８とランプ負荷２４との間に接続される。ＰＷＭパルスは、電圧/デューティ・サイクル変換器１６８から出力されかつパルスは、積分器１６６から供給されるＤＣ電圧によって決定されるデューティ・サイクルを有する。ＰＷＭパルスは、調光器２８によって供給されるランプ動作パルスの一部分を可変的にかつ部分的にブロックすべく効果的にバック変換器１７２を動作し、かつそれによって可変パルス転送特性を達成する。

電圧/デューティ・サイクル変換器１６８の動作特性を図９にグラフで示す。低ランプ通電レベルにおいて、整流器１６４及び積分器１６６は、図９で参照文字１７４によって示されるような比較的低い電圧Ｖを供給する。この状態は、ランプ負荷予熱状態に対応する。電圧/デューティ・サイクル変換器１６８のデューティ・サイクルは、比較的低い値でありかつ比較的短い継続時間のＰＷＭパルスは、バック変換器１７２を制御するために供給される。

調光器２８からのランプ動作パルスの持続時間が増大すると、増大する電圧Ｖが整流器１６４及び積分器１６６によって発生される。増大する電圧は、図９において１７９で示される。電圧Ｖが増大すると、電圧/デューティ・サイクル変換器１６８のデューティ・サイクルは、増大しかつ増大する持続時間のＰＷＭパルスは、バック変換器１７２の動作を制御するために供給される。ランプ負荷２４の完全輝度に近付いてくると、整流器１６４及び積分器１６６によって発生される電圧Ｖは、最大１７８に達する。また、電圧/デューティ・サイクル変換器１６８のデューティ・サイクルも最大に達する。

図１０は、簡略化したバック変換器１７２の例を示す。バック変換器１７２は、電圧／デューティ・サイクル変換器１６８によって供給されるＰＷＭパルスによって制御される高速動作ソリッドステート・スイッチング装置が好ましいスイッチ１８０を含む。ＰＷＭパルスが存在するときには、スイッチ１８０は、閉じかつＰＷＭが村債しないときには、スイッチ１８０は、開いている。電圧／デューティ・サイクル変換器１６８によって供給されるＰＷＭパルスの持続時間が増大すると、スイッチ１８０が閉じる時間の割合も増大する。

整流されたランプ動作パルスは、整流器１６４からバック変換器１７２の入力端子１８２及び１８４に供給される。インダクター１８６及びコンデンサ１８８を含んでいるフィルタ（濾波）回路は、コンデンサ１８８間にｄｃランプ動作電圧を供給する。ダイオード１９０は、スイッチング・デバイス１８０の開放後にインダクター１８６の磁界の崩壊(collapse)によってもたらされる連続電流を許容する。

図８〜１０の電源システム１６０の動作において、電圧／デューティ・サイクル変換器１６８は、調光器２８によって供給されるランプ動作パルスの一部分を選択的かつ可変的にブロックするためにバック変換器１７２を動作する。可変ブロッキング動作は、ランプ動作パルスの持続時間に従って積分器１６６によって供給される電圧によって次いで制御される電圧／デューティ・サイクル変換器１６８の制御下でスイッチ１８０によって実行される。

低通電レベルにおいて、例えばランプ負荷予熱状態において、スイッチ１８０は、時間の比較的低い割合に対して開いており、ランプ動作パルスの比較的大きい部分は、ブロックされ、かつ比較的小さいランプ動作電圧が発生される。増大するランプ通電レベルにおいて、スイッチ１８０は、時間の増大する割合に対して閉じており、ランプ動作パルスの減少する部分は、ブロックされかつ増大する電圧がランプ負荷２４に供給される。高いランプ通電レベルにおいて、スイッチ１８０は、時間の最大割合に対して閉じており、最大電圧がランプ負荷２４に供給される。望ましいならば、最大輝度で、スイッチ１８０は、連続的に閉じることができる。

ランプ・予熱状態において、ランプ負荷は、低レベルに維持され、かつ十分な電力が付属品負荷２６の動作に対して利用可能である。ランプ輝度は、付属品負荷２６の可変電力要求とは係わりなく本質的に制御される。最大ランプ負荷電力レベルにおいて、ランプ輝度は、付属品負荷２６の動作によって低減されない。

本発明の別の実施形態を備えている、図１〜１０の実施形態と共通な構成要素を同じ参照文字によって指定する図１１に照明器具電源システム２００を示す。調光器２８は、ケーブル５０によって照明器具２２Ｂに接続される。付属品負荷２６は、付属品電源４４によってＤＣ動作電力が供給される。電源システム２００及び付属品電源４４は、照明器具２２Ａに組み込まれうるかまたはそれに近接して配置されうる。

電源システム２００は、中央処理装置２０４及びメモリ２０６を有するマイクロプロセッサ２０２を含む。整流器１６４は、調光器２８から交番極性ランプ動作パルスを受信し、かつマイクロプロセッサ２０２及びバック変換器１７２の入力端子１８２と１８４に均一極性パルスを供給する。

オン・タイム検出器２０８及びＲＭＳ検出器２１０は、通常のプログラミング技術によってマイクロプロセッサ２０２で実現される。オン・タイム検出器は、整流器１６４から供給されたパルスをスキャンしかつ各パルスの持続時間を決定する。これは、調光器２８の動作によって選択されるランプ輝度動作レベルの表示を提供する。ＲＭＳ検出器は、整流器１６４から供給されるパルスを受信しかつ各ランプ動作パルスに含まれる電力を決定するために２乗平均平方根計算を実行する。

プロセッサ２０４は、上述した方法でバック変換器１７２の動作を制御するためにパルスを供給する。これらのパルスは、可変持続時間のＰＷＭパルスでありうるか、または一定持続時間及び可変周波数または量のＰＷＭパルスでありうる。ＲＭＳ検出器２１０によって検出される実際のＲＭＳ電力は、時間通りの所与のパルスに対して、付属品負荷電力要求がほとんどないかまたは全くないときに大きく、かつ付属品負荷要求が増大するときに小さい。この差は、付属品電力要求変動にも係わらず一定のランプ輝度を維持するためにプロセッサ２０４からバック変換器１７２へのパルスの供給を変化させるために用いられる。

図１２は、電源システム２００のマイクロプロセッサ２０２によって実行されるランプ電源制御ルーチンを示すフローチャートでありかつランプ負荷２４を通電するためのパルス転送特性を実現している。ルーチンは、整流器１６４から受信した各パルスに対してプロセッサ２０２によって呼び出されかつ開始ブロック２１２で開始する。ブロック２０４では、オン・タイム検出器２０８は、ランプ動作パルスのオン・タイム、または、持続時間を検出する。

ブロック２１６において、ルーチンは、公称ＲＭＳ値を得るために検出したオン・タイムを用いる。公称ＲＭＳ値は、付属品負荷電力消費の欠如においてブロック２１４で検出される持続時間のパルスに含まれるＲＭＳ電力である。ブロック２１８において、また、ルーチンは、公称ＰＷＭパルス値を得るために検出したオン・タイムを用いる。公称ＰＷＭパルス値は、バック変換器１７２にプロセッサ２０４によって供給されたときに、付属品負荷電力消費の欠如において所望のランプ輝度を生成する、パルス値である。公称ＰＷＭ及び公称ＲＭＳ値は、メモリ２０６の一つ以上のルックアップ・テーブルから取得されうるか、または、メモリ２０６に含まれる適切なアルゴリズムを用いて計算されうる。

ＰＷＭ値は、システムのパルス変換特性を変更するために変化させることができるパルス持続時間または周波数またはパルス・カウントのような、可変パラメータを有する。これは、バック変換器１７２によってブロックされる調光器２８からのランプ動作パルスの割合を変化させることによって達成される。様々な検出したオン・タイム値に対する公称ＰＷＭ値は、電源システム２０及び１８０により達成されるパルス転送特性に類似するパルス転送特性を達成するために選択される。低ランプ通電レベルにおいて、ランプ動作パルスの割合及びランプ負荷２４に転送される電力は、付属品負荷２６に対する電力が利用可能であると同時にランプ負荷２４に電力がほとんどまたは全く供給されないように比較的低い。
増大するランプ通電レベルでは、バック変換器１７２でブロックされるランプ動作パルスの割合は、減少しかつランプ負荷に転送される電力のレベルは、増大する。完全ランプ通電において、最小のランプ動作パルスが発生するかまたはランプ動作パルス阻止が全く発生しないしかつ最大ランプ動作電力は、ランプ負荷２４が完全輝度で動作するように転送される。

調光器２８によって供給される動作パルスは、付属品負荷２６によって電力消費の欠如において所定のランプ輝度を生成する。付属品負荷がランプ動作パルスから動作電力を取り出している場合には、パルスのＲＭＳ値は、減少することができる。減少の量は、付属品負荷の大きさ、調光器２８の容量及びその他の要因に依存しうる。低減されたＲＭＳランプ動作パルスが補正なしでランプ負荷２４に転送された場合には、結果として得られるランプ輝度は、所定の所望のランプ輝度よりも少ないであろう。

電源２００は、この問題を回避する。ブロック２２０においてＲＭＳ検出器２０８は、ランプ動作パルスに対する実際のＲＭＳ値を検出する。この値は、パルス電圧エンベロープの検出及び２乗平均平方根計算の性能によって計算されうる。

ブロック２２２において、ブロック２２０で検出された実際のＲＭＳ値は、ブロック２１６で得られた公称ＲＭＳ値と比較される。差、ＤＥＬＴＡ ＲＭＳが取得されかつブロック２２４に渡されて公称ＰＷＭ値を調整するために用いられる。検出したＲＭＳ値が公称ＲＭＳ値に等しい場合には、ＤＥＬＴＡ ＲＭＳは、ゼロである。この場合には、プロセッサは、公称ＰＷＭパルスをバック変換器１７２に供給しかつ所定の所望のランプ輝度が得られる。

検出されたＲＭＳ値が公称値とは異なる場合には、ＤＥＬＴＡ ＲＭＳは、非ゼロである。この場合にはプロセッサ２０４は、差に対して補正するために公称ＰＷＭ値に対する調整を行う。付属品負荷電力消費がランプ動作パルスＲＭＳを低減する場合には、プロセッサ２０４は、バック変換器１７２においてブロックされるランプ動作パルスの割合を減少するために公称ＰＷＭパルス値を変更しかつランプ負荷２４に転送された電力を増大する。実現に依存して、この変更は、パルス持続時間またはパルス・カウントまたは周波数、等を変化させることによってもたらされうる。プロセッサは、計算によってまたはメモリ２０６に記憶されたルックアップ・テーブルから補正因子を取得しうる。ルーチンは、エンド・ブロック２２６で終了する。

本発明は、図面に示した本発明の実施形態の詳細を参照して記述したが、これらの詳細は、特許請求の範囲に記載された本発明の適用範囲を限定することを意図するものではない。

図１は、本発明に従って構築された照明器具に対する照明器具電源システムの概略ブロック図である。 図２は、図１の電源システムの付属品電源の概略図である。 図３は、図１の電源システムのランプ・コントローラの概略図である。 図４Ａは、ランプ・予熱状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図４Ｂは、ランプ・予熱状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図５Ａは、適度なランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図５Ｂは、適度なランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図６Ａは、より高いランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図６Ｂは、より高いランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図７Ａは、完全なランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図７Ｂは、完全なランプ輝度状態及び低及び高付属品負荷状態における位相角調光器の出力及びランプ・コントローラの入力における電圧をそれぞれ示している波形である。 図８は、本発明に従って構築されかつパルス幅変調器を用いている照明器具に対する照明器具電源システムの別の実施形態の概略ブロック図である。 図９は、図８の電源システムの電圧/デューティ・サイクル変換器の動作特性を示しているグラフである。 図１０は、図８または図１１の電源システムで用いることができるバック変換器の簡略化した概略図である。 図１１は、本発明に従って構築された照明器具電源システムの別の、マイクロプロセッサ・ベースの、実施形態の概略ブロック図である。 図１２は、図１１の照明器具電源システムによって実行されるランプ電力制御ルーチンのフローチャートである。

Claims (23)

1. 位相角調光器によって照明器具に供給されたランプ動作パルスから照明器具付属品操作に対する電力ーを抽出する方法であって、
   前記位相角調光器から付属品電源回路の入力に出力パルスを供給する段階と、
   前記付属品電源回路から可変電力要求を有している照明器具付属品に前記出力を適用する段階と、
   前記位相角調光器からランプ・コントローラの入力に前記出力パルスを引き渡す段階と、
   前記ランプ・コントローラから照明器具のランプに前記出力を提供する段階と、及び
   前記ランプ・コントローラの操作によって前記位相調光器コントロールから前記ランプへの前記出力パルスの転送を調整する段階と
   を具備することを特徴とする方法。
2. 前記調整する段階は、前記ランプ・コントローラの前記パルス転送特性を変更する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記調整する段階は、前記照明器具付属品の電力要求事項における変化と無関係に一定の見掛けランプ輝度を維持すべく前記ランプ・コントローラの前記パルス転送特性を変更する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記供給する段階及び前記提供する段階は、前記位相角調光器コントロールの前記出力を前記付属品電源の入力及び前記ランプ・コントローラの入力の両方に接続することによって同時に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記供給する段階は、前記ランプ動作パルス全体を通して連続的に実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記適用する段階は、ランプ動作パルス中にＤＣ電力を発生しかつ付属品電源回路に格納すること、及び格納したＤＣ電力を前記照明器具付属品に供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記変更する段階は、前記ランプ動作パルスの調整された部分を前記ランプに転送する段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
8. 前記変更する段階は、ランプ輝度における可視変化もたらすことから付属品電力要求事項における変化を防ぐために前記調整された部分を選択する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記変更する段階は、ランプ動作パルスを統合するために抵抗性及び容量性ネットワークを用いる段階と、前記統合の結果に従ってランプ動作パルス全体と調整された部分との間の関係を決定する段階とを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記変更する段階は、前記ランプ動作パルスの部分をブロックする段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
11. 前記変更する段階は、各ランプ動作パルスの初期部分をブロックする段階と、次いで各ランプ動作パルスの残りの部分をパスする段階とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記変更する段階は、前記ランプ動作パルスのパルス幅変調を行う段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記調整する段階の間に、前記ランプが光のビームを放射するためには不十分なレベルへの前記ランプ動作パルスの転送を低減すると同時に、付属品電力を維持すべく前記供給する段階及び前記適用する段階を継続することによってオフ状態で前記ランプを動作する段階を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の方法。
14. 前記動作する段階は、ランプを予熱するには十分なレベルへのランプ動作パルスの転送を低減することによって予熱状態で前記ランプを動作する段階を具備することを特徴とする請求項３に記載の方法。
15. ランプを有しかつ可変電力要求事項を伴う電動式付属品を有している照明器具用の電源システムであって、
    ランプ動作パルスを供給しかつ出力を有しているソリッドステート・スイッチを含んでいる位相制御調光器と、
    前記調光器出力と前記電動式付属品との間に接続された付属品電源と、及び
    前記ランプ動作パルスから前記ランプに電力を転送するために前記調光器出力と前記ランプとの間に接続されたランプ供給回路ブランチとを備えていることを特徴とする電源システム。
16. 前記ランプ供給回路ブランチは、前記調光器出力と前記ランプとの間に接続されたランプ・コントローラを含み、前記ランプ・コントローラは、前記ランプ動作パルスの調整された部分をブロックしかつ前記ランプに電力を適用するための可変パルス転送特性を有し、かつ
    前記ランプ・コントローラは、前記ランプ動作パルスの移動の経路に電力レベル検出器と、付属品電力要求事項における変化と無関係に一定の見掛けランプ輝度を維持すべく前記パルス転送特性を変更するために前記検出器により制御される調整器とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電源システム。
17. 前記検出器は、前記ランプ供給回路の入力に接続された積分器を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の電源システム。
18. 前記検出器は、前記調光器と前記積分器との間に接続された整流器を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電源システム。
19. 前記調整器は、前記ランプ動作パルスのセグメントをブロックするためのスイッチを備えていることを特徴とする請求項１６に記載の電源システム。
20. （記載なし）
21. 前記調整器は、前記スイッチを制御するためのパルス幅変調器を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の電源システム。
22. 前記調整器は、制御パルスを前記スイッチに適用するための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１９に記載の電源システム。
23. ランプ動作パルスを供給する位相角調光器で使用する照明器具組立体であって、
    前記調光器からランプ動作パルスを受信すべく接続された入力と、
    ランプ負荷と、
    可変電力要求事項を有している付属品負荷と、
    前記入力と前記付属品負荷との間に接続された付属品電源と、及び
    前記入力と前記ランプ負荷との間に接続されたランプ・コントローラと
    を備え、
    前記ランプ・コントローラは、ランプ動作パルスの経路にソリッドステート切替装置を含むことを特徴とする照明器具組立体。

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