JP2009021035A - 調光回路及び調光器 - Google Patents

Abstract

【課題】製品毎にバラツキのない正常な調光が可能な調光回路を提供する。
【解決手段】抵抗値を変化させることでトリガ信号の位相を変化させて調光を行う可変抵抗ＶＲ１とは別に、そのトリガ信号の位相を変化させる半固定抵抗ＶＲ２を備えた。これにより、調光回路を構成する各種の電気回路素子の個体差により例えばトリガ信号の位相を十分に遅らせる最小調光時に、トライアックＴＲＣの不意なオン又はオフする動作が半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値の調整にてトリガ信号の位相を調整することで解消される。
【選択図】図１

Description

本発明は、白熱灯等の照明負荷の調光を行う調光回路及び調光器に関するものである。

白熱灯等の照明負荷の調光を行う調光器は、調光つまみを回動操作等することにより、照明負荷の明るさが変更されるものであり、例えば特許文献１に示されるような調光回路が内蔵されている。調光回路は、照明負荷、点灯スイッチ及びトライアックの直列回路が商用交流電源に接続されるとともに、そのトライアックと並列に位相制御回路が備えられてなる。位相制御回路は、可変抵抗及びコンデンサの直列回路がトライアックに並列に接続されるとともにその可変抵抗及びコンデンサ間の接続点とトライアックのゲートとの間にトリガ素子（ダイアック）が接続され、可変抵抗の抵抗値が調光つまみの操作により変化するように構成されている。

このような調光回路では、点灯スイッチがオンされると、位相制御回路への交流電源の供給に基づきトリガ素子から可変抵抗及びコンデンサの時定数に基づくタイミングのトリガ信号がトライアックに出力される。トライアックは、そのトリガ信号の入力時からの半波期間オンし、そのオン期間中、照明負荷に点灯のための電流を供給する。そして、調光つまみが操作されると、可変抵抗の抵抗値が変化して交流電圧波形に対するトリガ信号の位相が変化し、トライアックのオン期間が長短する。これにより、照明負荷への負荷電流が変化し、明るさが変化するようになっている。
特開昭５１−１１６０６８号公報

ところで、上記した調光回路では、交流電源の電源ノイズを除去するためにコンデンサやコイル等を用いたノイズ除去回路を有するのが一般的であるが、このノイズ除去回路を設けることにより、トライアックのオン期間中に負荷電流が共振する。特に、照明負荷を最小調光付近に設定するような場合では、負荷電流の共振の振幅が大きく、負荷電流がゼロとなることがある。

ここで、トライアックの種類としてプレーナ形とメサ形があり、プレーナ形のトライアックを使用すると、負荷電流が共振によりゼロとなった時点でオフしてしまう。そのため、最小調光時等にトライアックが不意にオフすることで、照明負荷が暗くなり過ぎることがある。

一方、メサ形のトライアックでは、負荷電流が共振によりゼロとなってもオン状態が維持される構造のため上記問題は生じないが、オンタイミングが遅くなるため、特にトライアックの点弧角が１８０°（３６０°）付近となる最小調光時等に、負荷電流の電流減少率が大きくなることで転流失敗となり、トリガ信号無しでオン状態に移行してしまう。これにより、この半波期間制御不能となってオンとなってしまい、この期間だけ照明負荷が明るく点灯する所謂ちらつきが発生してしまう。

このような問題は特に最小調光時等に起こり易いため、可変抵抗等の電気回路素子の個体差の影響を強く受け、製品毎のバラツキが大きい。そのため、製品毎にバラツキのない正常な調光を行う構成が要求されている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、製品毎にバラツキのない正常な調光を行うことができる調光回路及び調光器を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、照明負荷を介して交流電源に接続され、ゲートに入力されるトリガ信号に基づいてオンするトライアックを有し、可変抵抗の抵抗値を変化させることで交流電圧波形に対する前記トリガ信号の位相を変化させて前記トライアックのオン期間を長短させ、これにより前記照明負荷に供給する電流を変化させて調光を行う調光回路であって、前記可変抵抗を第１可変抵抗とし、その第１可変抵抗とは別に前記トリガ信号の位相を変化させる第２可変抵抗を備えたことをその要旨とする。

この発明では、抵抗値を変化させることでトリガ信号の位相を変化させて調光を行う第１可変抵抗とは別に、そのトリガ信号の位相を変化させる第２可変抵抗が備えられる。ここで、調光回路を構成する各種の電気回路素子の個体差により例えばトリガ信号の位相を十分に遅らせる最小調光時に、トライアック（メサ形）が転流失敗により不意にオンすることで発生するちらつきや、トライアック（プレーナ形）が不意にオフして照明負荷が暗くなり過ぎたりすることが起こり易いが、第２可変抵抗の抵抗値の調整によりトリガ信号の位相を調整することで、これらの問題が解消可能となる。これにより、製品毎にバラツキのない正常な調光が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の調光回路において、前記第２可変抵抗は、前記第１可変抵抗と並列に接続されていることをその要旨とする。
この発明では、第２可変抵抗が第１可変抵抗と並列に接続されることで、第２可変抵抗の抵抗値変化による両可変抵抗の合成抵抗値変化は小さいため、この第２可変抵抗によるトリガ信号の位相の微調整が可能である。また、第１可変抵抗の抵抗値を小とする最大調光の場合に、第２可変抵抗が第１可変抵抗と並列なことから、この第２可変抵抗による大きな電圧降下を防止でき、最大調光時の明るさをより明るく設定可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の調光回路において、前記第１可変抵抗には、アノード同士を接続した少なくとも一対のツェナーダイオードの直列回路が並列に接続されていることをその要旨とする。

この発明では、アノード同士を接続した少なくとも一対のツェナーダイオードの直列回路が第１可変抵抗に並列に接続されることで、その第１可変抵抗への印加電圧が所定電圧値以下に制限できる。これにより、小型の第１可変抵抗が使用可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の調光回路を備えた調光器である。
この発明では、請求項１〜３のいずれか１項の調光回路が備えられるので、製品毎にバラツキのない正常な調光が可能な調光器を提供できる。

本発明によれば、製品毎にバラツキのない正常な調光を行うことができる調光回路及び調光器を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の調光回路を内蔵する調光器を示す。調光器１０は、一対の外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを備え、この外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを介して内部の調光回路１１が商用交流電源等の交流電源１と交流電流方式の白熱灯等の照明負荷２との直列回路に接続される。外部接続端子Ｔａ，Ｔｂ間には、点灯スイッチＳＷ１、トライアックＴＲＣ（本実施形態ではメサ形のトライアック）、電源ノイズ除去用のチョークコイルＬ及び温度ヒューズ１２の直列回路が接続され、チョークコイルＬとともに電源ノイズ除去用に用いられるコンデンサＣ１が点灯スイッチＳＷ１の後段と外部接続端子Ｔｂとの間に接続されている。点灯スイッチＳＷ１には、２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＬＥＤ１３の直列回路が並列に接続されるとともに、ＬＥＤ１３には、逆方向のダイオードＤ１が並列に接続されている。トライアックＴＲＣの両端子Ｔ１，Ｔ２には、位相制御回路１４が接続されている。

位相制御回路１４において、並列接続された２個の抵抗Ｒ３，Ｒ４、可変抵抗ＶＲ１（第１可変抵抗）及びコンデンサＣ２の直列回路がトライアックＴＲＣの端子Ｔ１，Ｔ２間に接続されている。因みに、可変抵抗ＶＲ１は前記点灯スイッチＳＷ１とともに後述の可変抵抗器２５内に備えられ、この可変抵抗器２５は、操作つまみ２６の回動操作に基づき、点灯スイッチＳＷ１のオフからオンへの切り替えと、最小調光から最大調光まで変化させるべく可変抵抗ＶＲ１の抵抗値の変化とを行う構成のものである。可変抵抗ＶＲ１及びコンデンサＣ２間の接続点Ｎ１とトライアックＴＲＣのゲートとの間には、抵抗Ｒ５及びトリガ素子（ＳＢＳ）１５が直列に接続されている。

並列接続の抵抗Ｒ３，Ｒ４及び可変抵抗ＶＲ１間の接続点Ｎ２とトリガ素子１５のゲートとの間には、その接続点Ｎ２にアノードが接続されるダイオードＤ２及び抵抗Ｒ６が直列に接続されている。また、接続点Ｎ２には、２段構成のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２における該ダイオードＺＤ１のカソードが接続される一方、トライアックＴＲＣの端子Ｔ２には、２段構成のツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ４における該ダイオードＺＤ４のカソードが接続され、ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ３のアノード同士が接続されている。更に、接続点Ｎ２，Ｎ１間には、抵抗Ｒ７及び半固定抵抗ＶＲ２（第２可変抵抗）が直列に接続されている。

このような構成の調光回路１１もおいて、点灯スイッチＳＷ１のオフ時には、照明負荷２に交流電源１からの電源供給がなされず消灯状態となっている一方で、ＬＥＤ１３はその電源供給を受け点灯している。

点灯スイッチＳＷ１がオンされると、ＬＥＤ１３の消灯とともに、交流電源１からの交流電圧がトライアックＴＲＣの端子Ｔ１，Ｔ２間と位相制御回路１４とに印加される。位相制御回路１４では、可変抵抗ＶＲ１とコンデンサＣ２との時定数に基づくタイミングの図２に示すようなトリガ信号がトライアックＴＲＣのゲートに出力される。この場合、操作つまみ２６の回動操作により可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変化させると、交流電源１の電圧波形に対するトリガ素子の位相が変化し、その抵抗値を大きくする程、トリガ信号の位相がより遅れる方向に変化する。尚、この可変抵抗ＶＲ１は、印加電圧がツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４により所定電圧値以下に制限されるため、小型のものが使用可能となっている。

トライアックＴＲＣは、そのトリガ信号の入力時から半波期間オンし、そのオン期間中、照明負荷２に点灯のための電流を供給する。そして、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変化させると、交流電圧波形に対するトリガ信号の位相が変化し、トライアックＴＲＣのオン期間が長短する。具体的には、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を小さくすると、図２（ａ）に示すようにトリガ信号の位相が進んでトライアックＴＲＣの点弧角が１８０°（３６０°）から離間し、トライアックＴＲＣのオン期間が長くなる。可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を大きくしていくと、図２（ｂ）（ｃ）に示すようにトリガ信号の位相が遅れて点弧角が１８０°（３６０°）に近づいていき、トライアックＴＲＣのオン期間が短くなる。このようにトライアックＴＲＣのオン期間を長短させて照明負荷２への負荷電流を変化させ、照明負荷２の調光が行われる。尚、点弧角が１８０°（３６０°）に近づく最小調光付近ほど、ノイズ除去用のチョークコイルＬ及びコンデンサＣ１による負荷電流の共振の振幅が大きくなる。

ここで、操作つまみ２６にて最小調光位置に操作されると、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値が十分に小さくなり、図２（ｄ）に示すようにトリガ素子の位相が１８０°（３６０°）付近まで遅くなる。これにより、トライアックＴＲＣのオン期間が極めて短くなり、メサ形を使用している本実施形態では、ちらつきの原因となる転流失敗（トリガ信号無しでオンする現象）が起こり易くなる。そのため、調光器１０の組み立て後の初期状態の検査において、可変抵抗ＶＲ１等の電気回路素子の個体差により転流失敗現象が発生してしまう調光器１０では、可変抵抗ＶＲ１と並列に設けられる半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値が調整される。

即ち、半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値の変化によってもコンデンサＣ２との時定数が変化してトリガ信号の位相が変化することから、ちらつきの発生しない位相までトリガ信号の位相が進むように、半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値が調整される。この調整方法として、例えば可変抵抗ＶＲ１を最小調光位置に操作しておき、照明負荷２のちらつきが生じなくなるまで半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値が調整される。またこの場合、半固定抵抗ＶＲ２が可変抵抗ＶＲ１と並列に設けられ、コンデンサＣ２に対して可変抵抗ＶＲ１等との合成抵抗となることから、半固定抵抗ＶＲ２による調整は微調整が可能である。更に、半固定抵抗ＶＲ２が可変抵抗ＶＲ１と並列に設けられることで、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を小とする最大調光の場合にこの半固定抵抗ＶＲ２にて大きな電圧降下が生じないため、最大調光時の明るさをより明るく設定することが可能となっている。

因みに、本実施形態の調光器１０は、図３に示すように、一面が開口する四角箱形状の一対のケース２０，２１内に、調光回路１１が構成された調光回路部材２２が収容されている。調光回路部材２２では、一対の回路基板２３がＬ字状に配置され、その基板２３間にコ字状の放熱板２４が配置されている。放熱板２４には、熱源となるトライアックＴＲＣが直付けされるとともに、調光を行う可変抵抗ＶＲ１と点灯スイッチＳＷ１とが一体に備えられる可変抵抗器２５が固定されている。可変抵抗器２５は、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変化させる回動軸２５ａを有し、該回動軸２５ａに取着される操作つまみ２６の一部がケース２０の開口部から露出されている。また、各回路基板２３の所定位置には、コイルＬや外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを有する端子部２７、ＬＥＤ１３が配置されるとともに、コ字状の放熱板２４の内側に調光の微調整を行う半固定抵抗ＶＲ２が配置されている。このような構成の調光器１０は例えば室内の壁面等に取り付けられ、その室内の照明負荷２が操作つまみ２６の回動操作により調光される。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、抵抗値を変化させることでトリガ信号の位相を変化させて調光を行う可変抵抗ＶＲ１（第１可変抵抗）とは別に、そのトリガ信号の位相を変化させる半固定抵抗ＶＲ２（第２可変抵抗）が備えられている。ここで、調光回路１１を構成する可変抵抗ＶＲ１等の電気回路素子の個体差により例えばトリガ信号の位相を十分に遅らせる最小調光時に、トライアックＴＲＣ（本実施形態ではメサ形）が転流失敗により不意にオンすることで発生するちらつきが、半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値の調整によりトリガ信号の位相が調整されることで、その問題を解消することができる。これにより、製品毎にバラツキのない正常な調光が可能な調光器１０（調光回路１１）を提供することができる。また、経年変化でちらつきが発生するようになっても、半固定抵抗ＶＲ２の再調整でこれを解消することもできる。

（２）本実施形態では、半固定抵抗ＶＲ２を可変抵抗ＶＲ１と並列に接続したことで、半固定抵抗ＶＲ２の抵抗値変化による両抵抗ＶＲ１，ＶＲ２の合成抵抗値変化は小さいため、この半固定抵抗ＶＲ２によるトリガ信号の位相の調整を微調整とするが可能である。また、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を小とする最大調光の場合に、半固定抵抗ＶＲ２が可変抵抗ＶＲ１と並列なことから、この半固定抵抗ＶＲ２による大きな電圧降下を防止でき、最大調光時の明るさをより明るく設定することができる。

（３）本実施形態では、アノード同士を接続した２段構成のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４の直列回路を可変抵抗ＶＲ１に並列に接続したことで、その可変抵抗ＶＲ１への印加電圧が所定電圧値以下に制限することができる。これにより、小型の可変抵抗ＶＲ１を使用することが可能となる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、メサ形のトライアックＴＲＣを用いて構成したが、プレーナ形のトライアックを用いて構成してもよい。この場合、例えばトリガ信号の位相を十分に遅らせる最小調光時に、トライアックが不意にオフして照明負荷が暗くなり過ぎたりするプレーナ形の問題を解消することができる。

・上記実施形態では、半固定抵抗ＶＲ２（第２可変抵抗）を可変抵抗ＶＲ１（第１可変抵抗）と並列に接続したが、直列に接続してもよい。
・上記実施形態では、４個のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４の直列回路を可変抵抗ＶＲ１に並列に接続し、可変抵抗ＶＲ１に印加する電圧を制限したが、ツェナーダイオードの数の変更やツェナーダイオード以外の素子を用いて可変抵抗ＶＲ１に印加する電圧を制限してもよい。また、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４等の素子を省略し、可変抵抗ＶＲ１に印加する電圧を制限しない構成としてもよい。

・上記実施形態で用いたトライアックＴＲＣや、ＳＢＳよりなるトリガ素子１５を他の素子に置き換えてもよく、例えばそのトリガ素子にダイアックを用いて構成してもよい。
・上記実施形態では、照明負荷２を白熱灯としたが、負荷電流を変化させることにより調光可能な別の照明負荷であってもよい。

本実施形態の調光回路を示す回路図である。 （ａ）〜（ｄ）は、各調光時における調光回路各所の電圧及び電流の波形図である。 本実施形態の調光回路を備える調光器の分解斜視図である。

符号の説明

１…交流電源、２…照明負荷、１０…調光器、１１…調光回路、ＴＲＣ…トライアック、ＶＲ１…可変抵抗（第１可変抵抗）、ＶＲ２…半固定抵抗（第２可変抵抗）、ＺＤ１〜ＺＤ４…ツェナーダイオード。

Claims (4)

1. 照明負荷を介して交流電源に接続され、ゲートに入力されるトリガ信号に基づいてオンするトライアックを有し、可変抵抗の抵抗値を変化させることで交流電圧波形に対する前記トリガ信号の位相を変化させて前記トライアックのオン期間を長短させ、これにより前記照明負荷に供給する電流を変化させて調光を行う調光回路であって、
   前記可変抵抗を第１可変抵抗とし、その第１可変抵抗とは別に前記トリガ信号の位相を変化させる第２可変抵抗を備えたことを特徴とする調光回路。
2. 請求項１に記載の調光回路において、
   前記第２可変抵抗は、前記第１可変抵抗と並列に接続されていることを特徴とする調光回路。
3. 請求項１又は２に記載の調光回路において、
   前記第１可変抵抗には、アノード同士を接続した少なくとも一対のツェナーダイオードの直列回路が並列に接続されていることを特徴とする調光回路。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の調光回路を備えたことを特徴とする調光器。

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