JP2009218000A - 照明灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＲＳ４を用いた照明灯２の光量を自動的に適切な明るさに維持する。
【解決手段】照明灯２の光及び照明灯２以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光検出部１５をさらに備え、制御装置１３は、調光量設定部５によって設定された光量に応じて交流電源３に対する駆動信号の位相を制御した際に、光検出部１５から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶部１６と、交流電源３に対する駆動信号の位相を制御した後は、光検出部１５から新たに取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて交流電源３に対する駆動信号の位相を制御する制御部１１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば蛍光灯、水銀灯、ナトリウム灯等を使用した照明灯の光量を制御する照明灯制御装置に関し、特に、交流電源と照明灯との間に接続され、交流電源から出力される電源電圧を調整して照明灯に出力する磁気エネルギー回生スイッチ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｗｉｔｃｈ ； 以下、単にＭＥＲＳと称する）と、このＭＥＲＳを制御する制御装置とを備えた照明灯制御装置に関する。

従来、このようなＭＥＲＳを備えた装置としては、例えばモータ等の誘導性負荷と交流電源との間に接続され、誘導性負荷に供給する負荷電力を制御する交流電源装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

ＭＥＲＳは、直列接続された２個の逆導通型半導体スイッチと、同じく直列接続された２個の逆導通型半導体スイッチとを並列接続して構成するブリッジ回路と、このブリッジ回路の２つの中点を接続するコンデンサとを有し、誘導性負荷（特許文献１では、例えば、誘導電動機）に交流電源を供給するとともに、交流電源の半周期のタイミングの電圧の零クロスポイントごとの電流遮断時に、誘導性負荷に発生する磁気エネルギーをコンデンサに充電（吸収）して、次に誘導負荷に電圧を供給する際に、コンデンサに電荷として蓄積した磁気エネルギーを誘導性負荷に放電（回生）する。各逆導通型半導体スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ及びダイオードで構成され、ＭＥＲＳに入力される交流の電源電圧の位相に対して、４個のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給する駆動信号の位相を制御して、誘導性負荷に供給する負荷電力を調整することができる。ＭＥＲＳに駆動信号を供給してＭＥＲＳを制御する制御装置は、電源電圧の零クロスポイント及び、その零クロスポイントの時間差に相当するゲート位相角に基づき、ブリッジ回路を構成する４個の逆導通型半導体スイッチの内、対角上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチを同時にＯＮ又はＯＦＦ動作する駆動信号の位相、すなわち、スイッチ切替タイミングを制御することで、ＭＥＲＳから誘導性負荷に供給する負荷電力を調整させるので、負荷における力率を改善することができる。また、誘導電動機の電源として使用する際に、始動トルクを増大させることができる。
特許第３７３５６７３号公報（「特許請求の範囲」、「発明の効果」及び「発明を実施するための最良の形態」参照）

このような負荷の力率を改善することで、電力の省エネも図ることができるＭＥＲＳを用いた交流電源装置は、その用途が期待されている。例えば、照明灯を駆動するためにＭＥＲＳを用いた交流電源装置が研究されている。ＭＥＲＳを用いた照明灯には、操作に応じて光量を設定することで、所望の光量、例えば、照度（ｌｘ：ルクス）、光束（ｌｍ：ルーメン）、光度（ｃｄ：カンデラ）、輝度（Ｌｖ：ルミナンス）で表される明るさが得られる。ところが、電源電圧の変動、負荷の変動、外光の明るさの変化によって総合的な光量が変化する場合がある。このため従来においては、ユーザは総合的な光量が変化するたびに、所望の光量を得るための煩雑な操作が必要であった。上記特許文献１においても、ＭＥＲＳを照明灯の駆動に使用したときに、ユーザが所望の光量を得るための煩雑な操作を解消することの対策に関しては記載も示唆もない。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気エネルギー回生スイッチを用いて照明灯を駆動する場合に、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる照明灯制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本願請求項１記載の照明灯制御装置は、誘導性負荷としての照明灯と交流電源との間に接続され、それぞれ駆動信号に応じてスイッチング動作を行う第１ないし第４の半導体スイッチング素子及び前記照明灯によって発生される磁気エネルギーを吸収して回生させるコンデンサを有し、前記交流電源の電源電圧を調整して前記照明灯を点灯するための負荷電力を出力する磁気エネルギー回生スイッチと、この磁気エネルギー回生スイッチに駆動信号を入力する制御装置と、操作に応じて前記照明灯の光量を設定して設定光量データを出力する光量設定手段とを備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じた負荷電力を出力させるべく、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御する照明灯制御装置であって、前記照明灯の光及び前記照明灯以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光量検出手段をさらに備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した際に、前記光量検出手段から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶手段と、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した後は、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御する制御手段とを有するようにした。

従って、本願請求項１記載の照明灯制御装置によれば、前記照明灯の光及び前記照明灯以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光量検出手段をさらに備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した際に、前記光量検出手段から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶手段と、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した後は、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御する制御手段とを有するので、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本願請求項２記載の照明灯制御装置は、本願請求項１において、前記制御装置は、前記光量設定手段の操作を監視して操作によって設定された光量に基づいて生成した設定光量データを前記制御手段に入力する設定監視手段と、この設定監視手段から入力された設定光量データに応じて前記制御手段の制御により前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を変更する位相制御手段と、この位相制御手段が駆動信号の位相を制御した後に前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定する光量一致判定手段とを有するようにした。

従って、本願請求項２記載の照明灯制御装置によれば、前記制御装置は、前記光量設定手段の操作を監視して操作によって設定された光量に基づいて生成した設定光量データを前記制御手段に入力する設定監視手段と、この設定監視手段から入力された設定光量データに応じて前記制御手段の制御により前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を変更する位相制御手段と、この位相制御手段が駆動信号の位相を制御した後に前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定する光量一致判定手段とを有するので、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本願請求項３記載の照明灯制御装置は、本願請求項１において、前記位相制御手段は、前記光量一致判定手段によって、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも大きいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を進めるように変更し、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも小さいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を遅らせるように変更するようにした。

従って、本願請求項３記載の照明灯制御装置によれば、前記位相制御手段は、前記光量一致判定手段によって、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも大きいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を進めるように変更し、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも小さいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を遅らせるように変更するので、負荷の力率を改善して電力の省エネを図るための制御処理の中で、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本願請求項４記載の照明灯制御装置は、本願請求項１において、前記光量検出手段は、前記照明灯から得られる照度と外光及び前記照明灯以外の光源から得られる照度とを合算して、当該合算した照度に応じた検出光量データを出力するようにした。

従って、本願請求項４記載の照明灯制御装置によれば、前記光量検出手段は、前記照明灯から得られる照度と外光及び前記照明灯以外の光源から得られる照度とを合算して、当該合算した照度に応じた検出光量データを出力するので、外光及び前記照明灯以外の光源の照度を考慮した状態で、ユーザの環境に合わせて照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本願請求項５記載の照明灯制御装置は、本願請求項１において、前記光量設定手段及び前記光量検出手段が一体に組み込まれた操作手段を備え、有線信号又は無線信号によって設定された調光量及び検出した光量を前記制御装置に送信するようにした。

従って、本願請求項５記載の照明灯制御装置によれば、前記光量設定手段及び前記光量検出手段が一体に組み込まれた操作手段を備え、有線信号又は無線信号によって設定された調光量及び検出した光量を前記制御装置に送信するので、操作部手段の位置を適切に選択することで、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

上記のように構成された本発明の照明灯制御装置によれば、前記照明灯の光及び前記照明灯以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光量検出手段をさらに備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した際に、前記光量検出手段から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶手段と、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した後は、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御するので、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

以下、図面に基づき本発明の照明灯制御装置に関わる実施の形態について説明する。図１は実施の形態における照明灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す照明灯システム１は、誘導性負荷としての照明灯２と、電源電圧Ｖを供給する交流電源３と、照明灯２と交流電源３との間に接続され、交流電源３の電源電圧Ｖから照明灯２へ入力する負荷電圧Ｖｌｏａｄを調整して出力するＭＥＲＳ４と、照明灯２のＯＮ／ＯＦＦは勿論のこと、操作に応じて照明灯２の光量を調節するための調光量を設定する調光量設定部５と、制御装置１３と、照明灯２の光量（例えば、照度）及び外光や照明灯２以外の光源の光量を検出する光検出部１５を備えている。

制御装置１３の内部には、交流電源３の電源電圧Ｖを検出する電源電圧検出部６、照明灯２への負荷電圧Ｖｌｏａｄを検出する負荷電圧検出部７、照明灯２に流れる負荷電流を誘導コイル等のセンサ８Ａによって検出する負荷電流検出部８、ＭＥＲＳ４内部のコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出部９、電源電圧Ｖの零クロスポイントを検出して零クロスポイントを基準にした時間差に相当する交流電源３の位相を検出する電源位相検出部１０、制御部１１、調光量設定部５の操作の有無を監視して設定された調光量を取得する設定監視部１４、記憶部１６、光量一致判定部１７、位相制御部１８を有する。制御部１１は、電源電圧検出部６、負荷電圧検出部７、負荷電流検出部８、コンデンサ電圧検出部９、電源位相検出部１０のそれぞれから出力される検出信号のデータを処理すると共に、設定監視部１４によって取得した調光量のデータ（以下、設定光量データという）を入力し、光検出部１５から取得した検出光量データを記憶部１６に基準光量データとして記憶し、光検出部１５からあらたに取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量のデータとを光量一致判定部１７に入力して、両者の光量データが一致するか否かを判定させ、その判定結果に応じて位相制御部１８を制御する。位相制御部１８は、制御部１１からのコマンドに応じて、ＭＥＲＳ４にゲート駆動信号Ｇ１ないしＧ４のゲート位相角αを制御する。

尚、制御部１１は、交流電源３を切り替えるための切替スイッチ３１、３２、３３に切替信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を出力する。また、調光量設定部５及び光検出部１５は一体に組み込まれて操作部１９を構成している。操作部１９は、壁面等に設置されて、有線（信号線及び電源線）によって制御装置１３に接続されていてもよいが、本実施の形態においては、赤外線やブルートゥース（登録商標）等の無線信号によって制御装置１３と通信するリモートコントロール装置によって構成されている。すなわち、調光量設定部５からの設定コマンドや設定する調光量のデータ及び光検出部１５からの検出光量のデータは、無線信号によって制御装置１３に送信される。

また、調光量設定部５、制御装置１３、及び光検出部１５を低電圧（例えば、５ｖ）の直流電源で駆動するために、交流電源３から供給される電源電圧を低い直流電圧に変換する電圧変換回路、整流回路、安定化回路等が設けられているが、広く知られた従来技術であるので、図及び詳細な説明は省略する。

また、制御部１１、設定監視部１４、記憶部１６、光量一致判定部１７、位相制御部１８は、ＣＰＵ、プログラムＲＯＭ、ワークＲＡＭ等を有するコンピュータで構成されていてもよい。ＣＰＵは、プログラムＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行し、処理する各種のデータを記憶部１６に相当するワークＲＡＭに記憶しながら、照明灯システム１を制御する。

図１に示すように、ＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第１ＭＯＳと称する）２１Ａ、第２ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第２ＭＯＳと称する）２２Ａ、第３ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第３ＭＯＳと称する）２３Ａ、第４ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第４ＭＯＳと称する）２４Ａを有し、ＭＯＳ２２Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａには、それぞれ第１ダイオード２１Ｂ、第２ダイオード２２Ｂ、第３ダイオード２３Ｂ、第４ダイオード２４Ｂがそれぞれ並列に接続され、各ＭＯＳのソースにアノードが接続され、ドレインにカソードが接続されている。また、第１ＭＯＳ２１Ａのソースと第２ＭＯＳ２２Ａのドレインとが接続され、第４ＭＯＳ２４Ａのソースと第３ＭＯＳ２３Ａのドレインとが接続されている。さらに、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのドレイン同士が接続され、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａのソース同士が接続されている。すなわち、直列接続された第１ＭＯＳ２１Ａ及び第２ＭＯＳ２２Ａと、同じく直列接続された第４ＭＯＳ２４Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａとがさらに並列接続されることにより、ブリッジ回路２０を構成している。

ブリッジ回路２０の入力側である第４ＭＯＳ２４Ａのソース及び第３ＭＯＳ２３Ａのドレインは、入力端子２６に接続され、切替スイッチ３１を介して交流電源３の一方の端子３Ａに接続されている。ブリッジ回路２０の出力側である第１ＭＯＳ２１Ａのソース及び第２ＭＯＳ２２Ａのドレインは、出力端子２７に接続され、その出力端子２７から照明灯２の一方の端子２Ａに接続されている。照明灯２の他方の端子２Ｂは、切替スイッチ３２を介して、交流電源３の他方の端子３Ｂに接続されている。したがって、後述する図２ないし図１０におけるＭＥＲＳ４の制御によってブリッジ回路２０がアクティブ状態で、且つ、切替スイッチ３１及び切替スイッチ３２がＯＮの場合には、交流電源３、切替スイッチ３１、ＭＥＲＳ４、照明灯２、及び、切替スイッチ３２が直列に接続されて閉ループを構成し、光量設定部５によって設定された光量、及び、制御装置１３の制御に応じて、交流電源３から照明灯２に負荷電流が供給される。

また、ブリッジ回路２０の２つの中点である第１ＭＯＳ２１Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのドレインと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａのソースとの間には、コンデンサ２５が接続されている。コンデンサ２５は、誘導性負荷である照明灯２に供給される負荷電流が遮断した時に、照明灯２に蓄積されている磁気エネルギーを電荷として充電（吸収）して蓄積し、次に照明灯２に負荷電流が供給される時に、蓄積した電荷を照明灯２に放電（回生）する。制御装置１３は、コンデンサ２５の充放電が交流電源３の周期の１／２ごとのタイミングで行われるように、第１ＭＯＳ２１Ａないし第４ＭＯＳ２４ＡのゲートＧ１ないしＧ４に、パルス信号であるゲート駆動信号Ｇ１ないしＧ４を与えて、第１ＭＯＳ２１Ａないし第４ＭＯＳ２４ＡのＯＮ／ＯＦＦを制御する。

以下、制御装置１３のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。制御装置１３は、交流電源３の電源電圧Ｖの零クロスポイント及び、この零クロスポイントを基準にした時間差に相当するゲート位相角αに基づくスイッチ切替タイミングに応じて、ブリッジ回路２０を構成する各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａの内、対角線上に位置する第１ＭＯＳ２１Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａを同時にＯＮ（又はＯＦＦ）すると共に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａを同時にＯＦＦ（又はＯＮ）すべく、ＭＥＲＳ４を制御する。

その結果、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＮした時には、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＦＦし、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＦＦした時は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＮするので、対角線上のペアのＭＯＳが交互にＯＮ／ＯＦＦすることになる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、設定に応じて同時にＯＦＦする期間（デッドタイム）を設けるようにしてもよい。

ＭＥＲＳ４は、ゲート駆動信号に応じて、そのゲート駆動信号に含まれるゲート位相角αに基づき、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ，第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮ／ＯＦＦし、これら各ＭＯＳ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦに応じて、照明灯２へ入力する負荷電圧Ｖｌｏａｄを調整し、照明灯２は、負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じた光量で点灯する。

光量設定部５は、照明灯２の消灯（ＯＦＦ）は勿論のこと、照明灯２の点灯（ＯＮ）、例えば光量１００％、すなわち負荷の力率（負荷電圧と負荷電流との位相差をφとしたときのｃｏｓφ）１．０相当の通常点灯から光量約７０％、すなわち負荷の力率０．７相当の範囲内で所定光量相当の力率を設定して、電力の省エネを図ることができる。

各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａは、ゲート駆動信号ＯＮに応じてソース及びドレイン間をスイッチＯＮした場合、ブリッジ回路２０は、電流Ｉを両方向に導通可能とするのに対し、ゲート駆動信号ＯＦＦに応じてソース及びドレイン間をスイッチＯＦＦした場合、ブリッジ回路２０は、ダイオード２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂを通じて電流Ｉをダイオードの順方向のみ導通可能とする。

また、ＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間をスイッチＯＮすると同時に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間をスイッチＯＦＦする。

また、同様に、ＭＥＲＳ４は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間をスイッチＯＮすると同時に、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間をスイッチＯＦＦする。

つまり、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは同一方向のスイッチ極性、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは同一方向のスイッチ極性を備え、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａのスイッチ極性は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチ極性と逆方向となる。

尚、請求項記載の照明灯制御装置は照明灯システム１、磁気エネルギー回生スイッチはＭＥＲＳ４、第１ないし第４の半導体スイッチング素子は並列接続された第１ＭＯＳＦＥＴ２１Ａ及び第１ダイオード２１Ｂないし並列接続された第４ＭＯＳＦＥＴ２４Ａ及び第４ダイオード２１Ｂ、光量設定手段は調光量設定部５、制御手段は制御部１１、設定監視手段は設定監視部１４、光量検出手段は光検出部１５、記憶手段は記憶部１６、光量一致判定手段は光量一致判定部１７、位相制御手段は位相制御部１８に相当するものである。

本願発明における照明灯制御装置の実施形態である照明灯システム１の動作を説明するに先だって、まず、図２ないし図１０を参照しながらＭＥＲＳ４の基本原理について説明する。

図２は、交流電源３の電源電圧ＶとＭＥＲＳ４を駆動制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。図２（ａ）は交流電源３が供給する電源電圧Ｖの時間的な変化を示し、電源電圧Ｖは、零クロスポイントのタイミング“ｔ２”（位相＝０°）から、次の零クロスポイントのタイミング“ｔ２”（位相＝０°）までを１周期Ｔとした正弦波である。尚、説明の便宜上、負電圧から正電圧へ移行する基準となる零クロスポイントのタイミングを“ｔ２”、次の正電圧から負電圧へ移行する零クロスポイントのタイミングを“ｔ４”、更に次の負電圧から正電圧へ再び移行する零クロスポイントのタイミングを“ｔ７”とする。また、電源電圧Ｖの位相とゲート駆動信号の位相との位相差で、この場合は、ゲート駆動信号の立ち上がりが電源電圧Ｖの零クロスポイントのタイミング“ｔ２”（位相＝０°）より先になる位相進みのゲート位相角αとする。

図２（ｂ）及び（ｃ）はゲート位相角αに応じた第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号を端的に示すタイミング説明図である。尚、図２（ａ）乃至図２（ｃ）は同一の時間軸で表されている。

図２（ｂ）は、ゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮにするゲート駆動信号のタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（位相＝０°）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ１”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮにするゲート駆動信号のタイミングとした場合、同タイミング“ｔ１”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ３”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦにするゲート駆動信号のタイミングとする。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチング位相は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａとは逆相となるため、タイミング“ｔ１”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングになり、タイミング“ｔ３”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングになる。

また、図２（ｃ）は、ゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮにするゲート駆動信号のタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（位相＝０°）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ０”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮにするゲート駆動信号のタイミングとした場合、同タイミング“ｔ０”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ２ｙ”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦにするゲート駆動信号のタイミングとする。尚、タイミング“ｔ０”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦにするタイミングになり、タイミング“ｔ２ｙ”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングになる。

また、図示せぬが、ゲート位相角αをα＝１８０°に設定した場合、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮ、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦである。

また、同様に図示せぬが、ゲート位相角αをα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖ及びゲート駆動信号は同じ位相になり、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、また、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮである。

図３はゲート位相角αを（α＝０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。尚、説明の簡便のために、図３（図５、図６、図８〜図１０も同様）において、スイッチＯＮのＭＯＳは短絡線で表現し、スイッチＯＦＦのＭＯＳは表示を省略している。

ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが正電圧の場合、図３（ａ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

また、ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが負電圧の場合、図３（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

つまり、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角をα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖが、そのまま、照明灯２に対する負荷電圧Ｖｌｏａｄとなるため、交流電源３及び照明灯２間にＭＥＲＳ４を配置しない場合と等価になる。

次にゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図４は、ゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図５乃至図６は、ゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。尚、図４の１／２Ｔごとにコンデンサ電圧Ｖｃの正負は反転するが、説明の便宜上、（図７も同様）においては絶対値で示している。

ＭＥＲＳ４は、図４に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとが交互にＯＮ／ＯＦＦする。

タイミング“ｔ１”の直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図５（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持し、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ１”に到達すると、図５（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ１”〜“ｔ２”の期間において、ＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、図４に示すように、９０°までの進み位相では電源電圧Ｖにコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの負電圧の減少は更に加速され、タイミング“ｔ１”を経過した後、電源電圧Ｖの基準点（位相＝０°）のタイミング“ｔ２”に到達する前は、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧に反転することになる。

その後、コンデンサ２５の充電電流が徐々に減少し、コンデンサ２５の電圧Ｖｃがピーク電圧になると、電流の向きが反転して（図５（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経由で放電することになる。また、放電開始に伴ってコンデンサ電圧Ｖｃは降下することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転した場合、図５（ｃ）に示すように、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの経路でコンデンサ２５は放電を継続することになる。

更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図６（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２ｘ”〜“ｔ３”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次に、ＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ３”に到達すると、図６（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ３”〜“ｔ４”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、負電圧のコンデンサ電圧Ｖｃの絶対値は上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに負電圧のコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの正電圧の減少は更に加速し、タイミング“ｔ３”を経過した後、タイミング“ｔ４”の前までは、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは負電圧に反転することになる。

その後、コンデンサ２５の充電電流が徐々に減少し、負電圧のコンデンサ２５の電圧Ｖｃがピーク電圧になると、電流の向きが反転して（図６（ｂ）内の点線矢印参照）、コンデンサ２５は放電を開始し、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経由で放電することになる。また、放電開始に伴ってコンデンサ電圧Ｖｃの絶対値は降下することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”に到達して、電源電圧Ｖが負電圧に反転した場合、図６（ｃ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経路でコンデンサ２５の放電を継続する。

更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図５（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ４ｘ”〜“ｔ６”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

そして、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ６”以降、前述したタイミング“ｔ１”〜“ｔ６”の処理動作を繰り返し継続することになる。

従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を０°＜α≦９０°に設定した場合、誘導性負荷の照明灯２による遅れ位相に対してコンデンサ電圧Ｖｃを進み位相で電源電圧Ｖに重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が改善され、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ＋Ｖｃ）が上昇し、その結果、負荷電力も上昇することになる。

尚、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５の容量及びゲート位相角αのタイミングに応じてコンデンサ２５が充電から放電に反転するタイミングは異なる場合があることは言うまでもなく、さらに、コンデンサ２５の容量を大きくした場合、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖにはならない動作もあり得ることは言うまでもない。

次にゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図７はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図８乃至図１０はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。

ＭＥＲＳ４は、図７に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとを交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

タイミング“ｔ０”の直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図８（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持し、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ０”に到達すると、図８（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ０”〜“ｔ１ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５は充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖにコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、タイミング“ｔ０”を経過した後、電源電圧Ｖがピークの負電圧になる前に、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは負電圧から正電圧に反転することになる。

その後、コンデンサ２５の充電電流が徐々に減少し、コンデンサ２５の電圧Ｖｃがピーク電圧になると、電流の向きが反転して（図８（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５は放電を開始し、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経路で放電することになる。また、放電開始に伴ってコンデンサ電圧Ｖｃは降下することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖになり、さらに、タイミング“ｔ２”に到達すると、電源電圧Ｖが正電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ１ｘ”〜タイミング“ｔ２”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが正電圧に反転するタイミング“ｔ２”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなる。

また、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図８（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ１ｘ”〜“ｔ２”の期間では、第４ダイオード２１Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転すると、図９（ａ）に示すように、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２”〜“ｔ２ｙ”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ２ｙ”に到達すると、図９（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ駆動するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零電圧スイッチングを実現している。

その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。

更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°を超えて進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、電源電圧Ｖがピークの正電圧になる前に、逆電圧方向でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは電源電圧Ｖに比較して減少する。その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”間では、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧から負電圧に反転することになる。

その結果、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５に流れる負荷電流の向きが反転して（図９（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５は放電を開始し、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの電流経路で放電することになる。

次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖ、さらに、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ３ｘ”〜タイミング“ｔ４”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが負電圧に反転するタイミング“ｔ４”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなる。

ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図９（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ３ｘ”〜“ｔ４”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

更にＭＥＲＳ２４は、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転し、図１０に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。

つまり、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”以降、前述したタイミング“ｔ０”〜“ｔ４”の処理動作を繰り返し継続することになる。

従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を９０°＜α＜１８０°に設定した場合、誘導性負荷の照明灯２に対してコンデンサ電圧Ｖｃを更に９０°を超えた進み位相で電源電圧Ｖに、コンデンサ電圧Ｖｃを逆電圧方向に重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が低下し、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ−Ｖｃ）が減少し、その結果、負荷電力も減少することになる。

次に、本願発明の主眼である照明灯２の光量を適正に制御する照明灯システム１の動作について説明する。図１１は、制御装置１３の動作を端的に示すフローチャートである。照明灯システム１の電源がＯＮされると、調光量設定部５から調光量のデータすなわち設定光量データを取得して（ステップＳ１）、その設定光量データに基づいてゲート位相角αを制御する（ステップＳ２）。次に、一定時間（例えば、１秒）ごとのタイマ割り込みに応じてインクリメントするタイマの値ｔを０にリセットする（ステップＳ３）。次に、光検出部１５から照度のデータすなわち検出光量データを取得して（ステップＳ４）、記憶部１６に基準光量データとして記憶する（ステップＳ５）。次に、調光量設定部５が操作されて調光量が変更されたか否かを判別する（ステップＳ６）。調光量が変更されたときは、ステップＳ１に移行して、調光量設定部５から新たな設定光量データを取得する。

ステップＳ６において、調光量が変更されない場合には、タイマ割り込みに応じてタイマの値ｔをインクリメントする（ステップＳ７）。このとき、ｔの値があらかじめ設定されている所定時間Ｔ（例えば、数分ないし十数分）に達したか否かを判別し（ステップＳ８）、この所定時間Ｔに達していない場合には、ステップＳ６に移行して調光量が変更されたか否かを判別する。ｔの値が所定時間Ｔに達したときは、ｔの値をリセットして（ステップＳ９）、光検出部１５から照度のデータを取得する（ステップＳ１０）。調光量が変更されない場合には、照明灯２の照度は電源電圧の変動、負荷の変動、又は外光の変化等によって変動するので、数分ないし十数分の時間間隔で測定すれば十分である。

次に、ステップＳ１０において、取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判別する（ステップＳ１１）。ユーザは、照明灯２及び外光の照度、あるいは他の光源があるとすればその光源の照度を含めた総合的な照度を所望の照度にするために調光量設定部５を操作するので、操作直後の照度がユーザの所望の照度であり、この照度が記憶部１６に記憶される基準光量データとなる。したがって、調光量設定部５が操作された後は、この記憶された基準光量データを維持するようにＭＥＲＳ４を制御することになる。

ステップＳ１０において、取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致する場合には、ゲート位相角αを変更する必要がないので、ステップＳ６に移行して調光量が変更されたか否かを判別する。一方、ステップＳ１０において取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致しない場合には、ゲート位相角αを変更するように制御する（ステップＳ１２）。

すなわち、光検出部１５から新たに取得した検出光量データが記憶部１６に記憶した基準光量データよりも大きい場合には、例えば、外光が強くなって、総合的な照度が所望の照度よりも強くなった場合である。したがってこの場合には、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を進めるように変更して、ＭＥＲＳ４から照明灯２に供給する電力を小さくして、照明灯２の照度を減少させる。

図１２は、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を進めて照明灯２の照度を減少させる様子を端的に示す図である。図１２において、信号波形ａは交流電源３の電源電圧、信号波形ｂは照明灯２に流れる負荷電流、信号波形ｆはＭＥＲＳ４の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡのゲートＧ１、Ｇ３に入力されるゲート駆動信号、信号波形ｇはＭＥＲＳ４の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡのゲートＧ２、Ｇ４に入力されるゲート駆動信号、信号波形ｈは光検出部１５から取得した検出光量データである。図１２（ａ）において、ゲート位相角α１のゲート駆動信号ｆ、ｇをＭＥＲＳ４に入力している状態で、外光が強くなって、図１２（ｂ）に示すように、検出光量データｈが上昇した場合には、ゲート駆動信号ｆ、ｇのゲート位相角αをα１からα２に進める。その結果、図１２（ｃ）に示すように、検出光量データｈが減少する。

一方、光検出部１５から新たに取得した検出光量データが記憶部１６に記憶した基準光量データよりも小さい場合には、例えば、外光が弱くなって、総合的な照度が所望の照度よりも弱くなった場合である。したがってこの場合には、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を遅らせるように変更して、ＭＥＲＳ４から照明灯２に供給する電力を大きくして、照明灯２の照度を上昇させる。

図１３は、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を遅らせて照明灯２の照度を上昇させる様子を端的に示す図である。図１３において、信号波形ａは交流電源３の電源電圧、信号波形ｂは照明灯２に流れる負荷電流、信号波形ｆはＭＥＲＳ４の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡのゲートＧ１、Ｇ３に入力されるゲート駆動信号、信号波形ｇはＭＥＲＳ４の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡのゲートＧ２、Ｇ４に入力されるゲート駆動信号、信号波形ｈは光検出部１５から取得した検出光量データである。図１３（ａ）において、ゲート位相角α１のゲート駆動信号ｆ、ｇをＭＥＲＳ４に入力している状態で、外光が弱くなって、図１３（ｂ）に示すように、検出光量データｈが減少した場合には、ゲート駆動信号ｆ、ｇのゲート位相角αをα１からα３に遅らせる。その結果、図１３（ｃ）に示すように、検出光量データｈが上昇する。

図１１のステップＳ１２において、ゲート位相角αを変更するように制御した後は、ステップＳ１０に移行して光検出部１５から照度のデータを取得する。そして、ステップＳ１１において取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判別し、取得した検出光量データと記憶した基準光量データとが一致するまで、ステップＳ１０ないしステップＳ１２の処理ループを繰り返す。ステップＳ１１において取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致したときは、ステップＳ６に移行して調光量が変更されたか否かを判別する。

本実施の形態によれば、誘導性負荷としての照明灯２と交流電源３との間に接続され、それぞれ駆動信号に応じてスイッチング動作を行うＭＥＲＳ４と、このＭＥＲＳ４に駆動信号を入力する制御装置１３と、照明灯２の調光量を設定する調光量設定部５とを備え、制御装置１３は、調光量設定部５によって設定された光量に応じた負荷電力を出力させるべく、交流電源３に対する駆動信号の位相を制御する照明灯システム１であって、照明灯２の光及び照明灯２以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光検出部１５をさらに備え、制御装置１３は、調光量設定部５によって設定された光量に応じて交流電源３に対する駆動信号の位相を制御した際に、光検出部１５から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶部１６と、交流電源３に対する駆動信号の位相を制御した後は、光検出部１５から新たに取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて交流電源３に対する駆動信号の位相を制御する制御部１１とを有するようにしたので、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本実施の形態によれば、制御装置１３は、調光量設定部５の操作を監視して操作によって設定された光量に基づいて生成した設定光量データを制御部１１に入力する設定監視部１４と、この設定監視部１４から入力された設定光量データに応じて制御部１１の制御によりＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を変更する位相制御部１８と、この位相制御部１８が駆動信号の位相を制御した後に、光検出部１５から新たに取得した検出光量データと記憶部１６に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定する光量一致判定部１７とを有するので、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本実施の形態によれば、位相制御部１８は、光量一致判定部１７によって、光検出部１５から新たに取得した検出光量データが記憶部１６に記憶した基準光量データよりも大きいと判定された場合には、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を進めるように変更し、光検出部１５から新たに取得した検出光量データが記憶部１６に記憶した基準光量データよりも小さいと判定された場合には、ＭＥＲＳ４に入力する駆動信号の位相を遅らせるように変更するので、負荷の力率を改善して電力の省エネを図るための制御処理の中で、照明灯２の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本実施の形態によれば、光検出部１５は、照明灯２から得られる照度と外光及び照明灯２以外の光源から得られる照度とを合算して、その合算した照度に応じた検出光量データを出力するので、外光及び照明灯２以外の光源の照度を考慮した状態で、ユーザの環境に合わせて照明灯２の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

また、本実施の形態によれば、調光量設定部５及び光検出部１５が一体に組み込まれた操作部１９を備え、有線信号又は無線信号によって設定された調光量及び検出した光量を制御装置１３に送信するので、操作部１９の位置を適切に選択することで、照明灯の光量を自動的に適切な明るさに維持することができる。

尚、上記実施の形態においては、光検出部１５は、照明灯２、外光及び照明灯２以外の光源から得られる照度を検出するような構成にしたが、照度以外の光量、例えば、光束（ルーメン）、光度（カンデラ）、輝度（ルミナンス）その他の光量を検出する構成にしてもよい。この場合には、光検出部１５を設置する位置と照明灯２の位置との関係に応じて適切な光センサを光検出部１５のために選択することができる。

また、上記実施の形態においては、調光量設定部５及び光検出部１５をリモートコントロール装置等の操作部１９内に一体に組み込むような構成にしたが、制御部１１、設定監視部１４，記憶部１６、光量一致判定部１７、及び位相制御部１８についても、リモートコントロール装置等の操作部１９内に一体に組み込むような構成にしてもよい。この場合には、各部を構成する半導体部品を発熱体である照明灯２から離すことで、半導体部品に対する照明灯２の熱の影響をなくすことができる。

本発明の照明灯制御装置によれば、照明灯の光及び照明灯以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光量検出手段を備え、制御装置は、光量設定手段によって設定された光量に応じて交流電源に対する駆動信号の位相を制御した際に、光量検出手段から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶手段と、交流電源に対する駆動信号の位相を制御した後は、光量検出手段から新たに取得した検出光量データと記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて交流電源に対する駆動信号の位相を制御する制御手段とを有するあらゆるシステムに有用である。

本発明の照明灯制御装置に関わる実施の形態を示す照明灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に関わる交流電源の電源電圧とＭＥＲＳを制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。（ａ）電源電圧のタイミング説明図（ｂ）ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図（ｃ）ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図 ゲート位相角（α＝０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。 制御装置の動作を端的に示すフローチャートである。 ＭＥＲＳに入力する駆動信号の位相を進めて照明灯の照度を減少させる様子を端的に示す図である。 ＭＥＲＳに入力する駆動信号の位相を遅らせて照明灯の照度を上昇させる様子を端的に示す図である。

符号の説明

１ 照明灯システム（照明灯制御装置）
２ 照明灯
３ 交流電源
４ ＭＥＲＳ（磁気エネルギー回生スイッチ）
５ 調光量設定部（光量設定手段）
１１ 制御部（制御手段）
１３ 制御装置
１４ 設定監視部（設定監視手段）
１５ 光検出部（光量検出手段）
１６ 記憶部（記憶手段）
１７ 光量一致制御部（光量一致制御手段）
１８ 位相制御部（位相制御手段）

Claims (5)

1. 誘導性負荷としての照明灯と交流電源との間に接続され、それぞれ駆動信号に応じてスイッチング動作を行う第１ないし第４の半導体スイッチング素子及び前記照明灯によって発生される磁気エネルギーを吸収して回生させるコンデンサを有し、前記交流電源の電源電圧を調整して前記照明灯を点灯するための負荷電力を出力する磁気エネルギー回生スイッチと、この磁気エネルギー回生スイッチに駆動信号を入力する制御装置と、操作に応じて前記照明灯の光量を設定して設定光量データを出力する光量設定手段とを備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じた負荷電力を出力させるべく、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御する照明灯制御装置であって、
   前記照明灯の光及び前記照明灯以外の光を受光してその光量を検出して検出光量データを出力する光量検出手段をさらに備え、前記制御装置は、前記光量設定手段によって設定された光量に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した際に、前記光量検出手段から取得した検出光量データを基準光量データとして記憶する記憶手段と、前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御した後は、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定して、その判定結果に応じて前記交流電源に対する駆動信号の位相を制御する制御手段とを有することを特徴とする照明灯制御装置。
2. 前記制御装置は、前記光量設定手段の操作を監視して操作によって設定された光量に基づいて生成した設定光量データを前記制御手段に入力する設定監視手段と、この設定監視手段から入力された設定光量データに応じて前記制御手段の制御により前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を変更する位相制御手段と、この位相制御手段が駆動信号の位相を制御した後に前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データと前記記憶手段に記憶した基準光量データとが一致するか否かを判定する光量一致判定手段とを有することを特徴とする請求項１記載の照明灯制御装置。
3. 前記位相制御手段は、前記光量一致判定手段によって、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも大きいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を進めるように変更し、前記光量検出手段から新たに取得した検出光量データが前記記憶手段に記憶した基準光量データよりも小さいと判定された場合には、前記磁気エネルギー回生スイッチに入力する駆動信号の位相を遅らせるように変更することを特徴とする請求項２記載の照明灯制御装置。
4. 前記光量検出手段は、前記照明灯から得られる照度と外光及び前記照明灯以外の光源から得られる照度とを合算して、当該合算した照度に応じた検出光量データを出力することを特徴とする請求項１記載の照明灯制御装置。
5. 前記光量設定手段及び前記光量検出手段が一体に組み込まれた操作手段を備え、有線信号又は無線信号によって設定された調光量及び検出した光量を前記制御装置に送信することを特徴とする請求項１記載の照明灯制御装置。