JP2010080238A

JP2010080238A - 照明システム

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Publication number: JP2010080238A
Application number: JP2008246835A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tanigawa; 哲也谷川; Yoshinobu Murakami; 善宣村上
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】交流電源を位相制御する調光装置により照明器具を調光制御する照明システムにおいて、照明器具が平滑部を持つか持たないかを簡単に判断でき、異なる照明器具毎に適正な調光制御を行えるようにする。
【解決手段】調光装置４は、照明器具３と直列のＦＥＴ５と、ＦＥＴ５の出力電流を検出する電流検出部８と、ＦＥＴ５で交流電源２を位相制御して照明器具３に電力を供給する制御部１０とを有する。制御部１０は電流検出部８で計測された出力電流波形を計測する波形計測部１１を備え、波形計測部１１で計測された電流波形の対称性を基に照明器具３が非平滑型であるか、平滑型であるかを判別して調光範囲を設定する。これにより、簡単に器具判別が行え、異なる照明器具毎に適正な調光制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源を位相制御する調光装置により照明器具を調光制御する照明システムに関する。

従来より、この種の照明システムにおいては、商用交流電源と照明器具との間に接続された調光装置のスイッチング素子がオンする位相角を制御することにより照明器具に供給する実効電力を可変させて調光する制御方式が使用される。

このような位相制御方式の照明システムの照明器具としては、電力効率を良くするために、コンデンサやＤＣ／ＤＣ変換部を有する平滑部を持つ照明器具（平滑型器具と言う）と、低コスト化のために、平滑部を持たない照明器具（非平滑型器具と言う）とがある。

図１２は、従来の非平滑型器具１０３を用いた照明システム１００を示す。照明システム１００は、位相制御を行う調光装置１０２と非平滑型器具１０３とを備えている。非平滑型器具１０３は、ダイオードブリッジで成る整流回路１０４と、整流回路１０４の出力端に接続されたＬＥＤ１０５とを備えている。調光装置１０２は、商用電源電圧が供給され、制御部１２２と、この制御部１２２から出力される調光率の調光レベルに基づくＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により交流電圧のデューティ比を定めるＦＥＴ１２１とを備える。

上記非平滑型器具１０３には、調光装置１０２からの位相制御された出力電圧が入力電圧Ｖｉｎとして入力され、この入力電圧Ｖｉｎが整流回路１０４により整流されて、ＬＥＤ１０５にＬＥＤ電流ＩＬが流れる。

図１３は、上記非平滑型器具１０３において、交流電圧が位相制限無しに出力された場合の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ、及びＬＥＤ電流ＩＬの各波形を示す。ＬＥＤ電流ＩＬは、入力電圧ＶｉｎがＬＥＤ１０５の順方向電圧を超えたときに電流が流れ、このとき入力電流ＩｉｎとＬＥＤ電流ＩＬは、電流オンタイミングと電流オフタイミングが略一致する同形の電流波形となる。

このように、上記非平滑型器具１０３においては、入力電流ＩｉｎとＬＥＤ電流ＩＬは、同位相の導通角（オン位相角という）を成す。すなわち、入力電流ＩｉｎとＬＥＤ電流ＩＬとは、電流の流れるタイミングが一致する。

これにより、上記非平滑型器具１０３を持つ照明システム１においては、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、調光率１０％、５０％、１００％に対応して、調光装置４の出力電圧のオン電圧とオフ電圧間の位相角を制御し、入力電流Ｉｉｎが流れるオン位相角を制御してＬＥＤ電流ＩＬを導通制御する。即ち、交流電圧が位相制限無しに出力された場合の電流オンタイミングｔａと、電流オフタイミングｔｂとをそれぞれ調光率０％と１００％に対応させて調光制御している。

図１５は、従来の平滑型器具１０６を用いた照明システム１０１を示す。この平滑型器具１０６は、全波整流する整流回路１０７と、整流回路１０４の出力端に接続された平滑用のコンデンサＣ１０と、コンデンサＣ１０の出力端に接続されたＤＣ／ＤＣ変換部１０８と、その出力端に直列に接続されたＬＥＤ１０９及びトランジスタ１１０と、入力電圧Ｖｉｎの位相制御された位相角を読み取る位相読取部１１１とを備える。

上記平滑型器具１０６においては、入力電圧Ｖｉｎが整流回路１０７及びコンデンサＣ１０で整流平滑され、ＤＣ／ＤＣ変換部１０８で直流電圧に変換されて、トランジスタ１１０がオンしたときに、ＬＥＤ１０９にＬＥＤ電流ＩＬが流れる。トランジスタ１１０は、位相読取部１１１が読み取った入力電圧Ｖｉｎの位相角によりオンされ、ＬＥＤ１０９は位相制御される。

図１６は、上記平滑型器具１０６において、交流電圧が位相制限無しに出力された場合の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ、及びＬＥＤ電流ＩＬの各波形を示す。ここでは、入力電圧波形の位相角は、交流電圧の半周期の位相角１８０度（全位相角という）となっており、ＬＥＤ電流ＩＬは交流電圧の全位相角の範囲で一定の直流電流となる。また、入力電流Ｉｉｎは、コンデンサＣ１０の充電時の交流電圧のピーク時点近くで流れ、ＬＥＤ電流ＩＬと異なる電流波形となる。

上記平滑型器具１０６においては、入力電流Ｉｉｎの波形とＬＥＤ電流ＩＬの波形とは同形状とはならず、前記非平滑型器具１０３とは異なり、入力電流ＩｉｎとＬＥＤ電流ＩＬとの電流の流れるタイミングが一致しない。このため、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、位相読取部１１１により、例えば、調光率１０％、５０％、１００％に対して、出力電圧の位相角とＬＥＤ１０９の導通の位相角とが同じになるように制御している。すなわち、上記平滑型器具１０６を有する照明システム１０１においては、交流電圧の立ち上がりのオンタイミングと、立ち下がりのオフタイミング間の全位相角を調光率０〜１００％に対応させた調光範囲としている。

上述のように、調光装置１０２の出力電圧の電圧波形に対して、器具に電流が流れる出力電圧の位相範囲を調光範囲として、この位相範囲に調光率を割り付ける照明システム１００においては、器具を平滑型器具１０６としたときには、器具に流れる電流（ここでは、入力電流Ｉｉｎ）のタイミングと、光源に流れる電流（ここでは、ＬＥＤ電流ＩＬ）のタイミングとが相違する。このため、器具が平滑型器具１０６の場合には、非平滑型器具１０３の場合の調光範囲と同じように、出力電圧の位相範囲に調光率を割り付けることは妥当ではなくなり、適正な調光を行うことが困難である。

ところで、交流電源を位相制御するトライアック及びＩＧＢＴのスイッチング素子を用いて照明負荷を点灯制御すると共に、照明負荷電流を検出して負荷電流のサイクル毎の積分値を求め、照明負荷に供給される実効電力を算出し、この実効電力を基に照明負荷が白熱灯か、コンデンサを含むインバータ負荷かを区分し、調光レベルに対応して位相角を設定することにより、同じ相対明るさに調光するようにした照明システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このシステムは、照明負荷の実効電力を基に照明負荷の種類を区別するので、負荷電流の積分値を求める必要があり、負荷判定が複雑となっていた。

また、スイッチング素子としてＦＥＴを用い、交流電源からの供給電力を逆位相制御又は位相制御して照明器具を調光制御する照明システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このシステムは、照明器具が平滑部を持つか持たないかを区別できないので、種類の異なる照明器具毎に適正な調光をすることができない。
特開２００３−２２９２９５号公報特開２００８−１８１７９０号公報

本発明は、上記の問題を解決するものであり、交流電源を位相制御する調光装置により照明器具を調光制御する照明システムにおいて、照明器具が平滑部を持つか持たないかを簡単に判断でき、異なる照明器具毎に適正な調光ができる照明システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源を有し、交流電源を位相制御された電圧波形により前記光源を点灯制御する照明器具と、電界効果トランジスタを有し、該電界効果トランジスタにより前記交流電源を位相制御する調光装置と、を備えた照明システムであって、前記調光装置は、前記照明器具に流す出力電流を計測する電流検出部と、前記電流検出部により計測された出力電流波形を計測する波形計測部と、前記電界効果トランジスタ及び前記各部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記波形計測部により計測された電流波形が交流電圧のピーク時を中心として対称性を有するか否かを判定し、前記電流波形が非対称の場合は、平滑部を有する照明器具と判断し、前記電流波形が対称の場合は、平滑部を有しない照明器具と判断し、前記判断結果に基いて、前記電界効果トランジスタにより位相制御される調光範囲を設定するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、前記照明器具に平滑部が無いと判断したとき、前記波形計測部により計測した電流波形の勾配が不連続に変化する点を求め、この時点の交流電源の位相角を前記調光範囲の調光下限として設定するものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の照明システムにおいて、前記制御部は、前記照明器具に平滑部が有ると判断したとき、交流電圧の全位相角を前記調光範囲として設定するものである。

請求項１の発明によれば、波形計測部で計測された電流波形の対称性から、簡単に照明器具が平滑部を持つか持たないかの判断を行うことができるので、照明器具毎に適正な調光制御を行うことができる。

請求項２の発明によれば、照明器具に平滑部が無い場合にも、光源の導通範囲に合わせて適正な調光範囲を設定することができる。

請求項３の発明によれば、照明器具に平滑部が有る場合にも、適正に調光レベルと位相角の対応を取ることができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る照明システム１について、図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、本実施形態の照明システム１の電気ブロック構成を示す。本実施形態の照明システム１は、光源を有し、交流電源２を位相制御された電圧波形により光源を点灯制御する照明器具３と、交流電源２を位相制御して照明器具３を調光する調光装置４とを備える。調光装置４は、スイッチング素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴという）５を有し、ＦＥＴ５により交流電源２を位相制御して出力電圧を照明器具３に供給する。

照明器具３は、ＬＥＤ、白熱灯、及び蛍光灯等の抵抗性の光源を有し、調光装置４による交流電源２の位相制御に基いて光源を点灯制御する。このとき、照明器具３は、ＦＥＴ５が制御部１０からのＰＷＭ信号により位相制御され、オンのときに調光装置４から交流電源２が供給される。

調光装置４は、交流電源２から電力供給を受け、ＦＥＴ５が照明器具３と直列に接続されると共に、ＦＥＴ５のオン期間を設定する調光レベル設定部６と、交流電源２のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部７と、照明器具３に流す出力電流を計測する電流検出部８と、ＦＥＴ５の電流オン時間を計測する時間計測部（タイマという）９と、ＦＥＴ５及び前記各部を制御する制御部１０とを備える。

ＦＥＴ５は、ドレイン側には交流電源２から交流電圧Ｖａｃが供給され、ソース側は電流検出部８を介して照明器具３に直列に接続されている。また、ＦＥＴ５のゲートには、制御部１０から調光用のＰＷＭ信号が供給される。ＦＥＴ５はＰＷＭ信号によりスイッチングされ、ＦＥＴ５に印加される交流電圧Ｖａｃが位相制御され、照明器具３への入力電圧として供給される。

調光レベル設定部６は、調光用ボリュームや調光信号に基いて照明器具３の調光率を設定する。また、調光レベル設定部６は、予め調光率とＦＥＴ５のオン期間及びその位相角との関係を示す調光テーブルを記憶しており、調光率が指定されると、指定された調光率に基いてＦＥＴ５のオン期間を設定し、調光レベルを設定する。このとき、例えば、調光レベルは調光用ボリュームの操作角と対応して設定される。

ゼロクロス検出部７は、交流電源２から入力される交流電圧Ｖａｃのゼロクロスタイミング（以下、ゼロクロスという）を検出する。このゼロクロスの検出は、交流電圧Ｖａｃの正弦波形の正電圧時と負電圧時にそれぞれ動作するスイッチング回路を形成し、それらのスイッチング動作が切り替わるときを検出して行う。

電流検出部８は、調光装置４から照明器具３に流れる電流を測定する。この測定された入力電流は、制御部１０に入力され、その電流波形から電流のオン、オフのタイミングが検出される。また、タイマ９は、ゼロクロス検出部７により検出されたゼロクロスと制御部１０により検出される電流オンタイミングの各時間を測定し、それらの時間差を計測する。なお、電流検出部８は、カレントトランスやフォトカプラを用いた負荷電流計測手段でもよい。

制御部１０は、マイコンを有し、電流検出部８で計測された出力電流波形を計測する波形計測部１１を備える。波形計測部１１は、測定した負荷電流波形のデジタル処理により電流オン、オフタイミングを検出する。また、制御部１０は、調光レベル設定部６で設定された調光率の指示に基いて、位相制御のためのＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号によりＦＥＴ５を位相制御する。ＰＷＭ信号は、ゼロクロス検出部７により検出されたゼロクロスをスタート点とするパルス信号である。

照明器具３の入力電流を検出するための構成について、図２を参照して説明する。電流検出部８は電流検出用の抵抗Ｒ１を有し、抵抗Ｒ１はＦＥＴ５のソースと接地間に接続される。制御部１０からＰＷＭ信号が入力されると、ＦＥＴ５がオンし、照明器具３の光源が導通すると、抵抗Ｒ１にＦＥＴ５の出力電流が流れる。抵抗Ｒ１の両端電圧は、照明器具３の入力電流に比例し、この電圧が電流検出電圧Ｖｅとして波形計測部１１に入力される。波形計測部１１は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１２を有し、電流検出電圧Ｖｅのアナログ信号がデジタル信号に変換されることにより、入力電流の電流波形が計測される。

ここで、波形計測部１１は、上記計測された電流波形に基づく電圧波形をサンプリングして、波形の傾き変化から電流オンタイミングを求める。これについて、図３を参照して説明する。いま、図３（ａ）に示される交流電圧Ｖａｃが調光装置４のＦＥＴ５に印加され、照明器具３に、図３（ｂ）に示すような電流の立ち上がり点及び立ち下がり点を持つＦＥＴ出力電流が流れたとすると、図３（ｃ）に示すように、ＦＥＴ出力電流と同じ波形の電流検出電圧Ｖｅが検出される。波形計測部１１は、図３（ｄ）に示すように、電流検出電圧Ｖｅを一定間隔でサンプリングし（例えば、サンプリング周期は１０μｓ）、サンプリングした電圧波形を基に、電圧波形の傾きを計算し、電流の立ち上がり点及び立ち下がり点付近で得られる傾きの変化点を勾配不連続点、すなわち、電流オン、オフタイミングとする。このとき、波形計測部１１は、この勾配不連続点で電流タイミング検出信号を発生する。

また、このようなサンプリングによる電流検出電圧Ｖｅの波形計測は、電流検出電圧Ｖｅにノイズが重畳されていた場合にも、影響が少なくなり、オン、オフのタイミングを精度良く測定することができる。なお、電流オンタイミングは、電流検出電圧Ｖｅが一定電圧を越えたところを電流オンタイミングとしてもよい。また、マイコンの立ち上がりエッジ検出機能を用いて、電流検出電圧Ｖｅのオンの立ち上がりのみ検出してもよい。

（照明器具が非平滑型のとき）
図４は、前記図１における照明器具３を非平滑型器具３ａとした場合の照明システム１の構成を示す。以下に、この場合の構成及び制御部１０によるゼロクロス及び電流オンタイミングの検出と調光制御の動作とについて説明する。

非平滑型器具３ａは、ダイオードブリッジＤ１〜Ｄ４からなる整流回路３１と、整流回路３１の出力端に接続されたＬＥＤ３２とを備えている。非平滑型器具３ａには、調光装置４からの位相制御された入力電圧Ｖｉｎが入力され、この入力電圧Ｖｉｎが整流回路３１で全波整流されてＬＥＤ３２に供給され、ＬＥＤ電流ＩＬが流れる。

図５（ａ）〜（ｆ）は、制御部１０による調光制御の動作を説明するための各部の波形を示す。図５（ａ）は、交流電源２からの入力される交流電圧Ｖａｃの正弦波形（Ｔｗは電源周波数の半周期）を示し、電圧値ＶｆはＬＥＤ３２の順方向電圧を示す。ゼロクロス検出部７は、交流電圧Ｖａｃの半周期毎にゼロクロスを検出して、図５（ｂ）に示すように、パルス波形のゼロクロス検出信号を生成する。このゼロクロス検出信号に基いて、ゼロクロスの時間ｔ１〜ｔ３が測定される。

図５（ｃ）は、ＦＥＴ５が常時オン時の非平滑型器具３ａの入力電流を示す。入力電流は、交流電圧ＶａｃがＬＥＤ３２の順方向電圧Ｖｆを越えたときに立ち上がり、順方向電圧Ｖｆを下回わると立ち下がる。この電流のオン、オフする点は、波形計測部１１で計測される電流波形の勾配が不連続に変化する勾配不連続点に対応する。上記入力電流波形において、ゼロクロスから最初の不連続点が電流オンタイミングｔａ、次の不連続点が電流オフタイミングｔｂである。このとき、波形計測部１１により発生される電流タイミング検出信号を基に、電流オンタイミングｔａと電流オフタイミングｔｂの各時間がタイマ９により計測される。図５（ｄ）は、制御部１０により電流オンタイミングｔａと電流オフタイミングｔｂを基に検出される電流オン検出信号であって、ＬＥＤ３２の導通期間Ｔｘを示す。

図５（ｅ）は、制御部１０から出力されるＰＷＭ信号を示し、ＰＷＭ信号は、調光レベル設定部６で設定された調光率により、そのオン期間Ｔｃ（位相角θｃ）が決定される。ＦＥＴ５は、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｃ（時間ｔ１〜ｔｃ）のみオンとなる。図５（ｆ）は、オン期間ＴｃにおいてＬＥＤ３２に流れるＬＥＤ電流ＩＬを示す。ＬＥＤ電流ＩＬは、電流オンタイミングｔａからＦＥＴ５がオフする時間ｔｃまで流れる。

ここでは、ユーザがボリューム等で調光率を変えることにより、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｃが変化され、非照明器具３ａが調光制御される。このとき、制御部１０は、電流オンタイミングｔａから電流オフタイミングｔｂまでの導通期間Ｔｘを調光範囲として設定し、この調光範囲に調光率の０〜１００％に対応させ、調光率に対応された位相角に合わせてＬＥＤ３２を調光制御する。

ここで、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、照明器具が非平滑型器具３ａの場合の電流波形の対称性について説明する。図６（ａ）に示されるように、交流電圧は正弦波であるので、半周期の波形は、ピーク電圧Ｖｐとなる時間ｔｐの位置で時間軸ｔに直交する中心軸２０に対して左右対称である。従って、順方向電圧Ｖｆ以上の交流電圧の半周期の波形が入力されたとき、導通するＬＥＤ３２の電流波形は、中心軸２０に対して対称になる。この時間ｔｐは、隣接するゼロクロスｔ１、ｔ２間の中点から求めることができる。このとき、図６（ｂ）に示されるように、非平滑型器具３ａの入力電流Ｉｉｎの波形は、ＬＥＤ電流ＩＬの波形と略同形となって中心軸２０に対して対称形を成し、電流オン、オフタイミングが両波形間でそれぞれ一致する。

これにより、電流オンタイミングｔａとゼロクロス時間ｔ１との時間差をＴａとし、電流オフタイミングｔｂと次のゼロクロス時間ｔ２との時間差をＴｂとすると、時間差Ｔａ，Ｔｂは等しくなる。また、電流オンタイミングｔａ及び電流オフタイミングｔｂに対する時間ｔｐとのそれぞれの時間差をＴｓ，Ｔｔとすると、時間差Ｔｓ，Ｔｔは、ともにＴｘ／２となり等しくなる。従って、時間差Ｔａ，Ｔｂ、又は時間差Ｔｓ，Ｔｔをそれぞれ求めて、いずれかの時間差同士が互いに等しい場合（Ｔａ＝Ｔｂ、又はＴｓ＝Ｔｔ）は、入力電流Ｉｉｎの波形が対称であるとすることできる。

また、この対称性により、電流オンタイミングｔａが計測されれば、電流オフタイミングｔｂは計算で求めることができる。このとき、調光レベル設定部６は、電流オンタイミングｔａを調光範囲の調光下限として調光レベルを設定することができる。

この電流波形の対称性は、照明器具３の種類により異なるので、電流波形の対称性を判定することにより、照明器具３の種類を判別することが可能となる。なお、交流電圧のピーク時点の測定は、別途、交流電圧測定用の交電圧測定手段を設け、電圧ピークを直接測定して中心軸２０の位置を求めてもよい。

（照明器具が平滑型のとき）
図７は、前記図１における照明器具３を平滑型器具３ｂとした場合の照明システム１の構成を示す。この場合の構成及び制御部１０による動作を以下に説明する。

平滑型器具３ｂは、全波整流ダイオードを有する整流回路３３と、整流回路３３の出力端に接続された高周波阻止用のチョークコイルＬ１と、チョークコイルＬ１に直列に接続された平滑部３４と、平滑部３４の出力端と接続されたＬＥＤ３５と、ＬＥＤ３５に直列に接続されたスイッチング用のトランジスタ３６と、入力電圧Ｖｉｎの位相角を読み取る位相読取部３７とを備える。平滑部３４は、入力電圧Ｖｉｎを整流した整流回路３３の出力を平滑するコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の平滑電圧ＶｃをＬＥＤ３５の順方向電圧以上の一定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部３８とを有し、この直流電圧をＬＥＤ３５に供給する。チョークコイルＬ１は入力電圧Ｖｉｎの高周波成分を阻止すると共に、コンデンサＣ１の電圧が低下時に回生電流を発生してコンデンサＣ１の電圧低下を軽減する。

位相読取部３７は、調光装置４で調光制御された入力電圧Ｖｉｎの波形から位相角を読み取り、読み取った位相角に基く調光制御信号Ｖｓを生成し、この調光制御信号Ｖｓによりトランジスタ３６をスイッチングしてＬＥＤ３５を駆動する。これにより、調光率に対応してＬＥＤ３５が位相制御される。

上記動作を図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、ＦＥＴが常時オンのときの平滑型器具３ｂの入力電圧Ｖｉｎは、整流回路３３で整流され、平滑用のコンデンサＣ１で平滑されて、図８（ｂ）に示すように波型波形の平滑電圧Ｖｃとなる。この平滑電圧Ｖｃは、コンデンサＣ１の電圧が入力電圧Ｖｉｎより低くなったときのみ、充電電流が入力電圧Ｖｉｎより供給され、図８（ｃ）に示す入力電流Ｉｉｎが流れる。この入力電流Ｉｉｎの波形から波形計測部１１により勾配不連続点に基づく電流オンタイミングｔｄと電流オフタイミングｔｅが求められる。この入力電流Ｉｉｎは、通常、コンデンサＣ１は電源用として容量が大きく、充電電圧を高く、時間的に長く保てるので、入力電圧Ｖｉｎのピーク付近に流れる。また、平滑電圧Ｖｃの波形は、通常、負荷によりコンデンサＣ１の充電時間と放電時間が異なるため、交流電圧の半周期Ｔｗの電圧ピーク時点の時間ｔｐを中心として左右非対称となり、入力電流Ｉｉｎの波形も非対称となる。

ここでは、ＬＥＤ３５は調光装置４の出力電圧の整流電圧が直接入力されるのではなく、平滑部３４で変換されて出力される一定の直流電圧が常に入力されるので、ＬＥＤ電流ＩＬは、図８（ｄ）に示すように、各半周期において一定の電流となり、常にオン状態にある。従って、ここでは、ＬＥＤ電流ＩＬは電流オン、オフタイミングがないので、入力電流Ｉｉｎのオン、オフタイミングとの時間的相関はない。

このため、上記平滑型器具３ｂを有する照明システム１においては、調光率０〜１００％に対応して、交流電圧の全位相角（０〜１８０°）（半周期Ｔｗ）を調光範囲に設定して調光する。制御部１０は、調光率に応じて調光装置４の出力電圧の位相角を位相制御し、この位相角に合わせてＬＥＤ３５が位相制御される。

ここで、図９（ａ）、（ｂ）を参照して、照明器具が平滑型器具３ｂの場合の入力電流波形の対称性について説明する。図９（ａ）に示す正弦波の交流電圧が入力されたとき、前述のように、図９（ｂ）に示すように、平滑型器具３ｂの入力電流Ｉｉｎの波形は、交流電圧の半周期の中心軸２０に関して左右非対称となっている。このため、電流オンタイミングｔｄと交流電圧の電圧オンタイミング（ここでは、ゼロクロス時間ｔ１）との時間差をＴｄとし、電流オフタイミングｔｅと電圧オフタイミング（ここでは、ゼロクロス時間ｔ２）との時間差をＴｅとすると、時間差Ｔｄ，Ｔｅは等しくならない。また、導通期間Ｔｙにおける中心軸２０の時間ｔｐと電流オンタイミングｔｄ及び電流オフタイミングｔｅとのそれぞれの時間差をＴｕ，Ｔｖとすると、時間差Ｔｕ，Ｔｖも等しくならない。従って、これらの時間差が互いに等しくならないこと（Ｔｄ≠Ｔｅ、又はＴｕ≠Ｔｖ）に基づき、波形の非対称性を判定でき、照明器具が平滑型器具３ｂであることを判別できる。

ここで、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、制御部１０が行う非平滑型器具３ａと平滑型器具３ｂとの判別について説明する。ここでの判別は、非平滑型器具３ａと平滑型器具３ｂのそれぞれに対して、入力電流Ｉｉｎの電流波形が中心軸２０に関して対称性を有するか否かにより行う。例えば、ゼロクロス時間ｔ１と電流オンタイミングｔ−ｏｎ（ｔａ又はｔｄ）との時間差Ｔｏｎ（Ｔａ又はＴｄ）と、ゼロクロス時間ｔ２と電流オフタイミングｔ−ｏｆｆ（ｔｂ又はｔｅ）との時間差Ｔｏｆｆを測定することにより、時間差Ｔｏｎと時間差Ｔｏｆｆが等しければ、左右対称と判定し、等しくなければ左右非対称と判定する。また、上記と同様に、電流オンタイミングｔ−ｏｎと電流オフタイミングｔ−ｏｆｆとに対する時間ｔｐとのそれぞれの時間差（Ｔｓ，Ｔｔ、又はＴｕ，Ｔｖ）を測定し、それらを比較して判定することもできる。

また、対称性の他の判定方法を、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）に示す電源半周期Ｔｗの交流電圧が入力され、図１１（ｂ）に示すように、入力電流Ｉｉｎの全電流波形がサンプリングにより求められるとき、中心軸２０から左右に等間隔にサンプリングしたサンプリング値の電圧レベルを比較する。この比較により、電圧レベルが中心軸２０から左右等位置で等しい場合は対称と、等しくないときには非対称と判定できる。また、電流波形から電流立ち上がりと、電流立ち下がりとの傾きが等しい場合は左右対称とし、そうでないときには左右非対称と判定できる。これらの対称性の判定により、上記と同様に、非平滑型器具３ａと平滑型器具３ｂとを判別することができる。

これにより、照明器具３の判別は、電流波形が左右対称のときは、非平滑型器具３ａとし、左右非対称のときは、平滑型器具３ｂとすることができる。この判別結果により、非平滑型器具３ａと判別された場合は、位相制御する位相角の変化範囲を電流オンタイミングｔａから電流オフタイミングｔｂの間に設定し、平滑型器具３ｂと判別された場合は、その変化範囲を交流電源のオンタイミングからオフタイミングの間の電源半周期の全位相角に設定する。

また、上記制御する位相角の変化範囲が決定すれば、位相角の変化範囲の最小値を調光率０％、最大値を調光率１００％として、調光レベル設定部６で設定される調光レベルの値を基に、変化範囲内を均等配分すれば、ＬＥＤの器具タイプによらず適正に０〜１００％の調光操作が可能となる。

すなわち、非平滑型器具３ａ及び平滑型器具３ｂ毎に対応して、予め設定した調光テーブルを切り替えることにより、調光率と位相角との割り付けを自動的に行い、調光レベルと調光ボリュームの操作角とを的確に対応させることができ、それぞれ最適な調光制御を行うことができる。

このように、本実施形態によれば、調光装置４の電流波形の対称性から、照明器具３が非平滑型器具３ａであるか平滑型器具３ｂであるかを判別するので、従来の照明負荷の電流波形の積分値で実効電力を求めて器具判別をする場合に比べ、より簡単に器具を判別することができる。従って、この器具判別結果に基いて、各調光範囲に対応して調光レベルを設定することにより、異なる照明器具毎に適正な調光制御を行うことができる。

なお、本発明は上記各種の実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、非平滑型器具として、平滑部を有しないＬＥＤ器具を例に説明したが、照明負荷が白熱球であってもよい。また、スイッチング素子をＦＥＴとしたが、ＦＥＴ以外の他のスイッチング素子を用いてもよい。また、平滑部のＤＣ／ＤＣ変換部として、デューティ比に応じてＬＥＤへの出力直流電圧のレベルが変化する直流電圧可変型電源回路を用いてもよい。また、検出した交流電圧値を基に予め交流電圧値に対応する照明器具の種類とその光源の発光効率等の性能仕様を記憶しておき、各照明器具の発光効率等を加味した調光レベルを算出することにより、照明器具の種類が変わっても明るさ状態が大きく変わらないように照明することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る照明システムの電気構成図。上記システムの電流検出部の回路構成図。（ａ）は上記システムの交流電圧を示す図、（ｂ）は同システムにおけるＦＥＴ出力電流を示す図、（ｃ）は電流検出電圧を示す図、（ｄ）は電流検出電圧のＡ／Ｄサンプリングを示す図。上記システムの照明器具を非平滑型器具とした場合の電気構成図。（ａ）は上記システムにおける入力の交流電圧を示す図、（ｂ）はゼロクロス検出信号を示す図、（ｃ）はＦＥＴが常時オンの場合の器具の入力電流を示す図、（ｄ）は電流オン検出信号を示す図、（ｅ）はＰＷＭ信号を示す図、（ｆ）は（ｅ）のＰＷＭ信号で制御されたＬＥＤ電流を示す図。（ａ）（ｂ）は上記システムにおける非平滑型器具の入力電流波形の対称性判定を説明する図。上記システムの照明器具を平滑型器具とした場合の電気構成図。（ａ）はＦＥＴが常時オンの場合の平滑型器具の入力電圧を示す図、（ｂ）は平滑電圧を示す図、（ｃ）は入力電流を示す図、（ｄ）はＬＥＤ電流を示す図。（ａ）（ｂ）は上記システムにおける平滑型器具の入力電流波形の対称性判定を説明する図。（ａ）、（ｂ）は上記システムにおける入力電流波形の対称性に基づく非平滑型と平滑型との判別を説明するための図。（ａ）、（ｂ）は上記システムにおける入力電流波形の傾斜による対称性判定に基づく平滑型と平滑型との判別を説明するための図。従来の照明システムの照明器具を非平滑型とした場合の電気構成図。上記照明システムの調光装置から交流電圧を位相制限無しで出力した場合の照明器具の入力電圧、出力電流、及びＬＥＤ電流を示す図。（ａ）は上記システムの調光率１０，５０，１００％における調光装置の出力電圧波形図、（ｂ）はＬＥＤ電流を示す図。従来の照明システムの照明器具を平滑型とした場合の電気構成図。上記照明システムの調光装置から交流電圧を位相制限無しで出力した場合の照明器具の入力電圧、出力電流、及びＬＥＤ電流を示す図。（ａ）は上記システムの調光率１０，５０，１００％における調光装置の出力電圧を示す図、（ｂ）はＬＥＤ電流を示す図。

符号の説明

１照明システム
２交流電源
３照明器具
３ａ非平滑型器具
３ｂ平滑型器具
４調光装置
５ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
８電流検出部
１０制御部
１１波形計測部
３２、３５ＬＥＤ
３４平滑部
３８ＤＣ／ＤＣ変換器（平滑部）
Ｒ１電流検出用抵抗（電流検出部）
Ｃ１コンデンサ（平滑部）

Claims

光源を有し、交流電源を位相制御された電圧波形により前記光源を点灯制御する照明器具と、電界効果トランジスタを有し、該電界効果トランジスタにより前記交流電源を位相制御する調光装置と、を備えた照明システムであって、
前記調光装置は、
前記照明器具に流す出力電流を計測する電流検出部と、
前記電流検出部により計測された出力電流波形を計測する波形計測部と、
前記電界効果トランジスタ及び前記各部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記波形計測部により計測された電流波形が交流電圧のピーク時を中心として対称性を有するか否かを判定し、前記電流波形が非対称の場合は、平滑部を有する照明器具と判断し、前記電流波形が対称の場合は、平滑部を有しない照明器具と判断し、前記判断結果に基いて、前記電界効果トランジスタにより位相制御される調光範囲を設定することを特徴とする照明システム。
前記制御部は、前記照明器具に平滑部が無いと判断したとき、前記波形計測部により計測した電流波形の勾配が不連続に変化する点を求め、この時点の交流電源の位相角を前記調光範囲の調光下限として設定することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
前記制御部は、前記照明器具に平滑部が有ると判断したとき、交流電圧の全位相角を前記調光範囲として設定することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。