JP2010035320A

JP2010035320A - 照明灯制御回路

Info

Publication number: JP2010035320A
Application number: JP2008194322A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Yamada; 茂美山田
Original assignee: Kuroi Electric Co Ltd
Current assignee: Kuroi Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】複数の照明灯に対して過負荷状態が生じた時に、電源供給ラインを遮断することで照明灯の保護を図る。
【解決手段】電源供給ライン中に設けられた並列路のそれぞれに介設された照明灯１０ａ、…１０ｎへの電力供給を制御するスイッチング素子１２１ａ、…１２１ｎを含むスイッチング制御回路１２ａ、…１２ｎを備えた照明灯制御回路１において、各並列路を流れる電流を検出する個別電流センサ２１ａ…２１ｎと、個別電流センサ２１ａ…２１ｎの検出電流を加算する加算回路２２と、加算回路２２の出力を平滑する電流検出回路２３と、電流検出回路２３で検出された検出電流値と所定の閾値とを比較する比較回路２４と、比較の結果、検出電流値が所定の閾値を超えると、スイッチング素子１２１ａ、…１２１ｎをオフ状態に切り換える切換信号を出力する保護回路２７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源供給ライン中に設けられた並列路のそれぞれに介設された照明灯への電力供給を制御する照明灯制御回路に関する。

従来、位相制御により照明灯への供給電力をスイッチングするスイッチ素子等の回路構成部品の発熱状態を温度センサで検出し、検出温度が異常レベルに達すると照明灯への電力供給を停止（消灯）する保護回路が一般的に知られている。また、特許文献１には、温度センサに代えて、白熱球を流れる電流を検出する電流検出回路を設け、検出電流から過電流状態にあると判断したとき、位相制御量を調整して過電流を緩和させる過負荷検出装置が提案されている。
特開平８−１１１９３１号公報

従来の温度センサを用いる態様の場合、使用場所等の環境温度によって検出温度にばらつきが発生することが考えられることから、照明灯の安定保護には一定の限界がある。また、特許文献１の過負荷検出装置は、電源電圧と負荷電流とのレベル関係を検出して位相制御量を調整することで過負荷状態をより適正に緩和させるものであるが、位相制御による調整に関するものであり、かつ複数の白熱球に対して一体として位相制御を行っているものである。また、配線施工が適切でなかった場合や負荷の誤使用がある場合に、過度な位相制御状態が継続される可能性があり、負荷や回路を劣化させる虞がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、複数の照明灯に対して過負荷状態が生じた時に、電源供給ラインを遮断することで照明灯の保護を図る照明灯用過負荷保護回路を提供するものである。また、各照明灯について過負荷状態が生じた時に、電源供給ラインを遮断する照明灯用過負荷保護回路を提供するものである。

請求項１記載の発明は、電源供給ライン中に設けられた並列路のそれぞれに介設された照明灯への供給電力を制御するスイッチング素子を含むスイッチング制御回路を前記各並列路に備えた照明灯制御回路において、前記各並列路を流れる電流を検出する個別電流センサと、前記個別電流センサの検出電流を加算する加算回路と、前記加算回路からの加算出力を平滑する電流検出回路と、前記電流検出回路で平滑された電流値と所定の閾値とを比較する比較回路と、前記比較の結果、前記検出電流値が前記所定の閾値を超えると、前記スイッチング素子を全てオフ状態に切り換える切換信号を出力する保護回路とを備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、並列路の各照明灯には電源供給ラインから電力が供給されて点灯される。電源供給ラインの各並列路は各スイッチング素子でスイッチングされることで、例えば交流電源にあっては位相制御され、あるいは交流、直流を問わず間歇的に制御された電力が各照明灯に供給され、用途に応じた調光器として、あるいは点滅器として機能する。個別電流センサで、並列路を流れる各電流が検出され、加算回路からの加算出力が電流検出回路で平滑される。比較回路で平滑された検出電流値と所定の閾値とが比較される。すなわち、照明灯全体に対する過負荷か否かの検出が行われる。そして、比較の結果、検出電流値が所定の閾値を超えると、保護回路によって、スイッチング素子を全てオフ状態に切り換える切換信号が出力される。従って、照明灯全体に対する検出電流値が所定の閾値を超えるような過負荷状態が検出されると、電源供給が、その後停止されるので、照明灯の一括的かつ効果的な保護が図れる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明灯制御回路において、前記個別電流センサの検出電流をそれぞれ平滑する個別電流検出回路と、前記個別電流検出回路で検出された個別検出電流値と所定の個別閾値とをそれぞれ比較する個別比較回路とを備え、前記保護回路は、前記個別比較の結果、前記個別検出電流値が前記所定の個別閾値を超えると、前記スイッチング素子を全てオフ状態に切り換える切換信号を出力するものであることを特徴とする。

この構成によれば、個別比較回路によって、各照明灯に対する過負荷状態の有無の検出が行われ、各照明灯の過負荷に対して一括で電源供給を停止するようにしたので、正常な照明灯に対する保護が可能となる。また、一括で検出する態様では、異なる照明灯について過負荷と低負荷という異常が混在したような場合に、負荷電流が相殺されて過負荷が検出されない虞があるが、個別検出を併用することで、かかる不具合に対しても効果的に対処可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の照明灯制御回路において、前記切換信号の出力の有無に応じた報知を行う報知回路を備えたことを特徴とする。この構成によれば、照明灯が消灯している場合に、過負荷検出によって消灯したのか、あるいはマニュアル操作によって例えばメインスイッチをオフ（遮断に）したことで消灯状態にあるのかが識別可能に報知される。

請求項１記載の発明によれば、照明灯全体に対する検出電流値が所定の閾値を超えるような過負荷状態を検出すると、電源供給を、その後停止するので、照明灯の一括的かつ効果的な保護を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、同時に、各照明灯に対する過負荷状態の有無の検出を行い、各照明灯の過負荷に対しても一括で電源供給を停止するようにしたので、正常な照明灯に対する保護が可能となる。また、一括で検出する態様では、異なる照明灯について過負荷と低負荷という異常が混在したような場合に、負荷電流が相殺されて過負荷が検出されない虞があるが、個別検出を併用することで、かかる不具合に対しても効果的に対処可能となる。

請求項３記載の発明によれば、照明灯が消灯している場合に、過負荷検出によって消灯したのか、あるいはマニュアル操作によって例えばメインスイッチをオフ（遮断に）したことで消灯状態にあるのかが識別可能に報知できる。

図１は、本発明に係る照明灯制御回路の一実施形態を示す全体ブロック図である。照明灯制御回路１は、端子Ｐ１，Ｐ２間の電源供給ライン中に設けられた並列路に介設される白熱灯又は放電灯等の照明灯１０（１０ａ、１０ｂ、…１０ｎ）を点灯制御するための回路で、前記並列路毎にスイッチング制御回路１２（１２ａ、１２ｂ、…１２ｎ）を備えている。照明灯１０のそれぞれは、並列路に図略のソケット乃至はコネクタ等を介して着脱可能に接続される。また、照明灯制御回路１は、電源供給ラインの端子Ｐ１，Ｐ２がメインスイッチ１１を介設して商用電源１３にソケット等で接続可能にされている。

スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎは、同一構成を有するもので、照明灯１０ａ…１０ｎが接続される並列路にそれぞれ介設されている。スイッチング制御回路１２は、照明灯１０を調光器として使用する態様と、点滅器として使用する態様とで動作が異なる。調光器として使用する態様の場合、トライアック素子等からなるスイッチング素子１２１を有し、オンオフタイミングを商用電源の交流を位相制御によって調整することで供給電力を調整し、対応する照明灯の設定光量を出力する、特開平８−１１１９３１号公報に示すようなスイッチング制御回路が用いられる。点滅器として使用する態様では、間歇的に対応する照明灯１０を点滅させるべく、前記トライアック素子や一般的なスイッチング素子が採用可能である。スイッチング素子１２１がトライアックである場合、商用電源１３の半サイクル毎について、そのゲート端子にハイレベルのトリガ電圧が印加されるタイミングでオンされる。また、ローレベルのトリガ電圧が印加されるとオフするものである。

電源回路１４は、電解コンデンサ等から構成され、商用電源１３から所要電圧レベルの電源（例えば５ボルト）を作成し、スイッチング制御回路１２その他の回路部に必要な電源（図２の電源ｅ１，ｅ２等）を供給するものである。

照明灯１０の過負荷状態を検出し、保護を図る回路は、個別電流センサ２１、加算回路２２、電流検出回路２３、比較回路２４、個別電流検出回路２５、個別比較回路２４、及び保護回路２７で構成されている。報知回路２８は、照明灯制御回路１を構成する筐体の適所に配設され、負荷状態を報知するものである。

個別電流センサ２１ａ…２１ｎは、同一構成を有するもので、照明灯１０ａ…１０ｎが接続される並列路に介設されている。加算回路２２は、個別電流センサ２１ａ…２１ｎでの検出電流を実質的に加算（重畳）するものである。

電流検出回路２３は、加算回路２２で加算された検出電流を対応する電圧に変換し、さらに平滑して出力するものである。比較回路２４は、電流検出回路２３からの検出電流値である、平滑された出力電圧と予め設定された閾値とを比較し、出力電圧が予め設定された閾値を超えている時に、過負荷と見なして異常信号を生成するものである。保護回路２７は、比較回路２４から異常信号が入力されると、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎを強制的にオフ状態に切り換える切換信号を出力するものである。この切換信号は、後述するように、一旦生成されると、電源回路１４がオフ、すなわちメインスイッチ１１が遮断されるまで持続される。

個別電流検出回路２５ａ…２５ｎは、同一構成を有するもので、個別電流センサ２１ａ…２１ｎからの各検出出力を平滑して検出電流値として出力するものである。個別比較回路２６ａ…２６ｎは、同一構成を有するもので、個別電流検出回路２５ａ…２５ｎに対応して設けられ、個別電流検出回路２５ａ…２５ｎからの検出電流値としての、平滑された出力電圧と予め設定された各個別閾値とを比較し、出力電圧が予め設定された個別閾値を超えている時に異常信号を生成し、保護回路２７に出力するものである。

保護回路２７は、個別比較回路２６ａ…２６ｎから異常信号が入力されると、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎの全てのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎを強制的にオフ状態に切り換える切換信号を出力するものである。

図２は、個別電流センサ２１〜保護回路２７までの具体例を示す回路図である。個別電流センサ２１ａ〜２１ｎ、個別電流検出回路２５ａ〜２５ｎ、及び個別比較回路２６ａ〜２６ｎはそれぞれ同一構成を有するので、ここでは、個別電流センサ２１ａ、個別電流検出回路２５ａ、及び個別比較回路２６ａについて説明する。

個別電流センサ２１ａは、一次コイルを流れる電流のレベルに対応した電流を二次コイルに誘起する絶縁型のカレントトランス２１１ａと、ダイオードブリッジからなる全波整流回路２１２ａと、抵抗回路２１３ａとで構成されている。なお、個別電流センサ２１ａと個別電流検出回路２５ａとの間には、電圧フォロア用のオペアンプＯＰ１ａがそれぞれ介設されている。

個別電流検出回路２５ａは、オペアンプＯＰ１ａからなるバッファの出力側に、スイッチング素子１２１ａのオンオフによるスイッチングタイミングで生じる突入電流を吸収するノイズ除去及び検出出力を平滑するＣＲ型の積分回路２５１ａを備えている。

個別比較回路２６ａは、オペアンプＯＰ２ａと基準電圧回路２６１ａとで構成され、オペアンプＯＰ２ａの非反転入力端子に個別電流検出回路２５ａの積分回路２５１ａの出力電圧が入力され、反転入力端子に基準電圧回路２６１ａの個別基準電圧が閾値として入力されている。個別比較回路２６ａは、基準電圧回路２６１ａの積分回路２５１ａの出力電圧が個別基準電圧以下である（正常動作）の期間、ローレベル信号を出力し、一方、基準電圧回路２６１ａの積分回路２５１ａの出力電圧が個別基準電圧を超える（過負荷の）期間、ハイレベル信号を出力するものである。

保護回路２７は、互いのベースが他方のコレクタに接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、抵抗Ｒ０及びノイズ除去用のコンデンサＣ０とで構成されている。コンデンサＣ０は、一端が、抵抗Ｒ０を介して個別比較回路２６ａ〜２６ｎ及び後述するように比較回路２４と、トランジスタＱ１のコレクタと、トランジスタＱ２のベースとに接続され、他端が接地されている。トランジスタＱ１のエミッタは電源ｅ１及びスイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎのゲートに接続されている。トランジスタＱ２のエミッタは接地されている。

ここで、保護回路２７の動作を説明する。照明灯１０ａ〜１０ｎが正常負荷として動作している場合、すなわち個別比較回路２６ａ〜２６ｎがローレベルを出力している時は、トランジスタＱ２のベースはローレベルであり、そのためトランジスタＱ２はオフ状態に維持される。また、トランジスタＱ１のベースは、トランジスタＱ２のコレクタがハイレベルに維持されているため、オフ状態とされている。従って、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎのゲートは電源ｅ２の電圧が印加されるので、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎは、内部の図略の位相制御回路部によって各照明灯１０ａ〜１０ｎの制御を行う。すなわち、この間は、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎの図略の位相制御回路部からのハイ、ロー信号により商用電源１３に対する周期的な位相制御が実行されている。

一方、照明灯１０ａ〜１０ｎの少なくとも１個が過負荷状態になった場合、例えば照明灯１０ａが過負荷状態になった場合、すなわち個別比較回路２６ａがハイレベルを出力すると、トランジスタＱ２のベースはハイレベルとなり、そのためトランジスタＱ２はオフ状態からオンに切り換えられる。すると、トランジスタＱ１のベースは、トランジスタＱ２のコレクタがローレベルに切り換えられるため、オフ状態からオンへと切り換えられる。従って、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎのゲートには電源ｅ２の電圧が印加されなくなって、ローレベルとなるので、オフ状態に切り換えられる。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２がいずれもオンすることで、個別比較回路２４ａが、後にロー状態に戻ったとしても、トランジスタＱ２をオンさせ続けることになる。この結果、保護回路２７は一旦、過負荷状態を検知すると、切換信号の出力状態が保持され（ラッチされ）、商用電源１３からの照明灯１０ａ〜１０ｎへの電力供給が停止状態とされる。従って、保護回路７は、メインスイッチ１１がマニュアルで遮断操作されて初期状態に戻されるまで、すなわち電源回路１４からの供給電源がなくなるまでラッチ状態が維持される。

報知回路２８は、電源ｅ１とアース間に直列接続されたフォトダイオード等の発光素子Ｐｈ１と発光素子Ｐｈ２とを有する。また、発光素子Ｐｈ１と発光素子Ｐｈ２との接続点には、電流制限抵抗を介して電源ｅ２が印加されている。報知回路２８は、照明灯１０ａ〜１０ｎが正常負荷状態では、トランジスタＱ１のエミッタがハイレベルにあるので、発光素子Ｐｈ２が発光し、一方、照明灯１０ａ〜１０ｎの少なくとも１個が過負荷状態である場合には、トランジスタＱ１のエミッタがローレベルにあるので、発光素子Ｐｈ１が発光する。従って、発光素子Ｐｈ１として赤色の発光色（異常報知）を有するものを採用し、発光素子Ｐｈ２として青色の発光色（正常報知）を有するものを採用することで、負荷状態の正常異常を識別可能に報知することが可能となる。このように、照明灯１０全体の過負荷状態に対する保護を一括して行うようにしたので、一部に異常な照明灯があったり、照明灯１０以外の部位に異常があって過負荷が検出されている場合に、正常な照明灯の劣化進行等の防止が可能となる。

次に、放電灯１０の全体としての負荷状態に対する制御のための構成を説明する。

加算回路２２は、実質的に個別電流センサ２１ａ、２１ｂ、〜２１ｎの出力電流を加算するべく、本実施形態ではオペアンプＯＰ１ａ〜ＯＰ１ｎの出力端をそれぞれ抵抗Ｒａ〜Ｒｎを介して結線してなるものである。加算回路２２によって、個別電流センサ２１ａ、２１ｂ、〜２１ｎからの出力電流が加算（重畳）される。電流検出回路２３は、オペアンプＯＰ３からなるバッファと、スイッチング素子１２１のオンオフによるスイッチングタイミングで生じる突入電流を吸収するノイズ除去及び検出出力を平滑するＣＲ型の積分回路２３１とで構成されている。

比較回路２４は、オペアンプＯＰ４と基準電圧回路２４１とで構成され、オペアンプＯＰ４の非反転入力端子に電流検出回路２３の積分回路２３１の出力電圧が入力され、反転入力端子に基準電圧回路２４１の基準電圧が閾値として入力されている。比較回路２４は、電流検出回路２３の積分回路２３１の出力電圧が基準電圧以下である（正常動作）の期間、ローレベル信号を出力し、一方、電流検出回路２３の積分回路２３１の出力電圧が基準電圧を超える（過負荷の）期間、ハイレベル信号を出力するものである。

比較回路２４によって制御される保護回路２７は、前述したように、個別比較回路２６ａ〜２６ｎの場合と同様である。すなわち、照明灯１０が全体として正常負荷として動作している場合、すなわち比較回路２４がローレベルを出力している時は、放電灯１０ａ〜１０ｎは、スイッチング制御回路１２の図略の位相制御回路部によって動作させられる。一方、照明灯１０が全体として過負荷状態になった場合、すなわち比較回路２４がハイレベルを出力すると、スイッチング制御回路１２ａ〜１２ｎのスイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎはオフ状態に切り換えられる。そして、保護回路２７は一旦、過負荷状態を検知すると、切換信号の出力状態が保持され（ラッチされ）、商用電源１３からの照明灯１０ａ〜１０ｎへの電力供給が停止状態とされる。従って、保護回路２７は、メインスイッチ１１がマニュアルで遮断操作されて初期状態に戻されるまで、すなわち電源回路１４からの供給電源がなくなるまでラッチ状態が維持される。このように、照明灯１０ａ〜１０ｎの全体としての過負荷状態に対する保護に加えて、照明灯１０ａ〜１０ｎの個々に対する過負荷状態の検知に対しても同様に保護を行うようにしたので、保護の一層の強化が図れる。

図３は、個別電流センサ２１’〜個別比較回路２６’までの他の具体例を示す回路図である。なお、その他の構成は、図１、図２と同一である。

この回路例では、個別電流センサ２１ａ’として、絶縁型のホール素子が採用されている。ホール素子は内部に形成した磁界に直交する方向に商用電源１３からの負荷電流を流し、その電流レベルに対応した電子の進行偏向量によって生じる（ホール効果による）電圧差を検出信号として出力するものである。加算回路２２’は個別電流センサ２１ａ’〜２１ｎ’の出力線を結線したものである。

個別電流検出回路２５ａ’〜２５ｎ ’は、同一構成を有する。個別電流検出回路２５ａ’は、オペアンプＯＰ１ａ’を介して、スイッチング素子１２１ａ〜１２１ｎによるスイッチングノイズ吸収用及び検出電流の平滑を行うＣＲ型の積分回路２５１ａ’を有する。個別比較回路２６ａ’〜２６ｎ’は、同一構成を有する。個別比較回路２６ａ’は、非反転入力端子の電位と反転入力端子の基準電圧回路２６１ａ’の個部電圧（閾値）との差分を所定の増幅度で増幅し、ハイ、ローの２値のいずれかのレベル出力を生成するオペアンプＯＰ２ａ’で構成されている。

また、電流検出回路２３’、比較回路２４’は個別電流検出回路２５’、個別比較回路２６’と同一構成である。異なる点は、比較回路２４’における閾値が照明灯１０全体における正常と過負荷の閾値レベルに設定されている点である。

なお、本発明は、以下の回路構成が採用可能である。

（１）本実施形態では、スイッチング素子としてトライアックを採用した例で説明したが、これに限定されず、サイリスタやパワートランジスタ、リレーを採用してもよい。

（２）本実施形態では、保護回路２７として２個のトランジスタを用いてラッチ動作を行うようにした回路を採用したが、これに限定されずサイリスタ等でもよく、また論理型のラッチ回路を採用してもよい。

（３）図１では、照明灯１０を比較回路２４で保護する回路と、個別比較回路２６’で個別に保護する回路とを含めたものとし、個別電流センサ２１の回路部を兼用タイプとしたが、電源供給ラインの電流レベルを検出して照明灯１０を一括で保護する回路のみの場合には、照明灯１０ａ、１０ｂ、…１０ｎの各並列路に介設する態様に代えて、電源供給ラインに電流センサを１個配設する構成にして回路の簡素化を図ってもよい。

本発明に係る照明灯制御回路の一実施形態を示す全体ブロック図である。個別電流センサ〜保護回路までの具体例を示す回路図である。個別電流センサ〜比較回路までの他の具体例を示す回路図である。

符号の説明

１照明灯制御回路
１０，１０ａ、…１０ｎ照明灯
１１メインスイッチ
１２，１２ａ、…１２ｎスイッチング制御回路
１２１，１２１ａ、…１２１ｎスイッチング素子
１３商用電源（電源）
１４電源回路
２１，２１’，２１ａ〜２１ｎ個別電流センサ
２２，２２’ 加算回路
２３，２３’ 電流検出回路
２４，２４’ 比較回路
２５，２５ａ〜２５ｎ，２５’，２５ａ’〜２５ｎ’ 個別電流検出回路
２６，２６ａ〜２６ｎ，２６’，２６ａ’〜２６ｎ’ 個別比較回路
２７保護回路
２８報知回路

Claims

電源供給ライン中に設けられた並列路のそれぞれに介設された照明灯への供給電力を制御するスイッチング素子を含むスイッチング制御回路を前記各並列路に備えた照明灯制御回路において、
前記各並列路を流れる電流を検出する個別電流センサと、前記個別電流センサの検出電流を加算する加算回路と、前記加算回路からの加算出力を平滑する電流検出回路と、前記電流検出回路で平滑された電流値と所定の閾値とを比較する比較回路と、前記比較の結果、前記検出電流値が前記所定の閾値を超えると、前記スイッチング素子を全てオフ状態に切り換える切換信号を出力する保護回路とを備えたことを特徴とする照明灯制御回路。
前記個別電流センサの検出電流をそれぞれ平滑する個別電流検出回路と、前記個別電流検出回路で検出された個別検出電流値と所定の個別閾値とをそれぞれ比較する個別比較回路とを備え、前記保護回路は、前記個別比較の結果、前記個別検出電流値が前記所定の個別閾値を超えると、前記スイッチング素子を全てオフ状態に切り換える切換信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載の照明灯制御回路。
前記切換信号の出力の有無に応じた報知を行う報知回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明灯制御回路。