JP2010251203A

JP2010251203A - 調光用点灯装置

Info

Publication number: JP2010251203A
Application number: JP2009101230A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tanigawa; 哲也谷川; Shinji Matsuda; 真二松田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP5469362B2

Abstract

【課題】白熱電球が冷えた状態で点灯しても、安全性の高い調光用点灯装置を提供する。
【解決手段】調光用点灯装置Ａは、交流電源７と光源８との間に挿入されたＩＧＢＴからなるトランジスタ１（１ａ、１ｂ）と、トランジスタ１をオン／オフ制御するスイッチング制御部２と、トランジスタ１によりスイッチングされた電圧を平滑化する平滑部３と、トランジスタ１の出力電流値Ｉ１を測定する電流値測定部４と、トランジスタ１と並列に接続されたトライアックを位相制御する位相制御部５と、点灯制御部６とを備える。点灯制御部６は、出力電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ以上の場合には、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を停止させるとともに、位相制御部５により位相制御を行わせ、出力電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ未満の場合には、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源を調光可能な調光用点灯装置に関するものである。

従来、白熱電球からなる光源への供給電力を位相制御することで、光源の調光制御を行う調光用点灯装置があり、位相制御素子としてトライアックを用いて供給電力の位相をＯＮ／ＯＦＦさせていた。しかしながら、トライアックによって位相制御を行う場合には、トライアックを導通させるタイミングで大きな電流が流れ、光源や電源にストレスがかかり、これらの寿命が短くなるなどの問題があった。

そこで、トライアックの代わりとして、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用い、光源に供給する正弦波交流の振幅を制御することで調光制御を行う調光用点灯装置が考えられている（特許文献１を参照）。

特許文献１に開示された調光器においては、正弦波からなる交流電源と光源との接続・非接続を切り替えるスイッチ手段と、スイッチ手段による接続・非接続に基づいて光源に供給される電圧を平滑化する平滑手段を備え、平滑手段によって平滑化された交流電圧を光源に供給している。ここで、スイッチ手段の接続・非接続の周期を制御手段が制御することで、光源に印加される電圧の振幅が０から１００％までの範囲で制御され、光源の調光制御が行われる。

特開２００７−１２８６６９号公報

ところで、ＩＧＢＴは、トライアックと比較すると耐突入電流値が低いことが知られている。また、白熱電球の温度が低い場合における白熱電球に流れる電流値は、点灯状態における電流値と比べて数倍の電流値となることが知られている。

このため、上記特許文献１のように調光制御用の素子として、ＩＧＢＴを使用し、白熱電球が冷えた状態で点灯を開始し、交流電圧を白熱電球に印加させると（図５（ａ）を参照）、ＩＧＢＴの耐突入電流値Ｉｍを超える大きな電流値が流れ（図５（ｂ）を参照）、ＩＧＢＴに過大なストレスが加わるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、白熱電球が冷えた状態で点灯しても、スイッチング用のトランジスタに過電流が流れることなく、安全性の高い調光用点灯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、交流電源と光源とを接続する電源経路に挿入され、交流電源からの正弦波交流をスイッチングするトランジスタと、前記トランジスタをオン／オフ制御するスイッチング制御部と、前記トランジスタによりスイッチングされた電圧を平滑化した交流電圧を前記光源に出力する平滑部と、前記トランジスタの出力電流値を測定する電流値測定部と、前記トランジスタと並列に接続されたトライアックを位相制御して、光源の点灯電力を制御する位相制御部と、前記光源の点灯開始時において、前記スイッチング制御部にスイッチング動作を行わせた状態で、前記電流値測定部にて測定した前記出力電流値が所定の閾値以上の場合には、前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を停止させるとともに、前記位相制御部によりトライアックの位相制御を行わせ、前記出力電流値が所定の閾値未満の場合には、前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を継続させるよう制御する点灯制御部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１記載の発明において、前記光源の点灯終了時からの経過時間を計測する計測手段を備え、前記点灯制御部は、前記光源の点灯開始時において、前記経過時間が所定の時間よりも長い場合には前記位相制御部によりトライアックの位相制御を行わせ、所定の時間よりも短い場合には前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を行わせることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、スイッチング制御部を流れる電流値が所定の閾値以上の場合には、スイッチング制御部によってトランジスタのスイッチング動作を停止させるとともに、位相制御部によってトライアックを位相制御させ、光源の点灯電力を供給することができる。これにより、白熱電球からなる光源が冷えた状態で点灯を開始させても、トランジスタに過電流が流れることがなく、安全性の高い調光用点灯装置を提供することができる。また、閾値未満の場合には、スイッチング制御部によるスイッチング動作を継続させて光源の点灯電力を供給することで、トライアックを用いた位相制御に比べ、光源や電源へのストレスを低減することができる。

請求項２の発明によれば、光源の点灯終了時からの経過時間を計測する計測手段を備えており、この経過時間から光源が冷えているかを予測することができる。これにより、所定時間経過し、光源が冷えた状態と予測される場合には、点灯開始時に位相制御部によってトライアックを位相制御させ、光源に点灯電力を供給して光源を点灯することができるので、トランジスタに過電流が流れることを防ぐことができ、安全性の高い調光用点灯装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる調光用点灯装置を示す概略回路図である。同制御システムにおける回路内の電圧値を示すグラフであり、（ａ）は交流電源の供給電圧値、（ｂ）はスイッチング制御部における制御電圧値、（ｃ）はトランジスタの出力電圧値、（ｄ）は光源の点灯電圧値を表している。同制御システムの要部を示す概略ブロック図である同制御システムを用いて光源を点灯させる際の電流値及び電圧値を示すグラフであり、（ａ）は交流電源の供給電圧値、（ｂ）はトランジスタを流れる電流値、（ｃ）はトライアックを流れる電流値を表している。（ａ）は、従来の調光用点灯装置における交流電圧の電圧値を示すグラフであり、（ｂ）は交流電圧を印加した際にＩＧＢＴを流れる電流値を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態にかかる調光用点灯装置について、図１〜図４に基づいて説明を行う。図１に示すとおり、本実施の形態の調光用点灯装置Ａは、商用電源からなる交流電源７と白熱電球からなる光源８とを接続する電源経路に挿入されたトランジスタ１（１ａ、１ｂ）と、トランジスタ１をオン／オフ制御するスイッチング制御部２と、コイルＬ１、Ｌ２及びコンデンサＣを用いたフィルタ回路からなり、トランジスタ１によりスイッチングされた電圧を平滑化する平滑部３と、トランジスタ１の出力電流値Ｉ１を測定する電流値測定部４と、トランジスタ１及び平滑部３と並列に接続されたトライアック（図示せず）を有する位相制御部５と、電流値測定部４で測定された出力電流値Ｉ１に基づいて、スイッチング制御部２及び位相制御部５を制御する点灯制御部６とを備える。また、調光用点灯装置Ａは、光源８の調光レベルを調整するための既知の技術からなる操作部１０及び設定部９を備え、使用者が操作部１０を操作することで設定部９に調光レベル値が保持される。

トランジスタ１ａ、１ｂはそれぞれ、例えばｎチャンネルＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなり、コレクタは交流電源７に、エミッタは平滑部３の入力端に接続される。また、トランジスタ１のゲート側の端子は、スイッチング制御部２に接続され、スイッチング制御部２からの制御電圧に基づいて、交流電源７からの正弦波交流をスイッチングして平滑部３に出力する。また、トランジスタ１ａ、１ｂには、それぞれ逆方向の電流を流すフライホイールダイオードＤが接続されている。

スイッチング制御部２は、設定部９と接続され、交流電源７からの電力を動作電力として動作し、交流電源７よりも高い周波数に設定された矩形波の制御電圧（図２（ｂ）を参照）を、各トランジスタ１のゲートに印加してトランジスタ１をスイッチングさせている。なお、図２（ｂ）に示す制御電圧のオン期間とオフ期間との比率を示すオンデューティは、点灯を行う光源８の動作電圧、交流電源７の有効電圧、および、設定部９が保持する光源８の調光レベル値によって決定される。

これにより、トランジスタ１ａ、１ｂは、スイッチング制御部２から出力される矩形波の制御電圧を受けて、交流電源７から出力された正弦波状の交流電圧（図２（ａ）を参照）をオン／オフして、図２（ｃ）に示す電圧を平滑部３に出力する。また、平滑部３がこの出力電圧を図２（ｄ）に示すような正弦波状の交流電圧に平滑化して光源８に出力することで光源８を点灯させることができる。

電流値測定部４は、例えばカレントトランスなどからなる既知の電流測定回路であり、トランジスタ１ａとコイルＬ１との間に流れる電流値Ｉ１を測定する。

位相制御部５は、トライアック（図示せず）を含んでおり、設定部９と接続され、点灯を行う光源８の動作電圧、交流電源７の有効電圧、および、設定部９が保持する調光レベル値などに基づいてトライアックを位相制御し、光源８の点灯電力を光源８に出力する。これにより、位相制御部５及びスイッチング制御部２の何れの経路によって光源８に点灯電力が供給された場合でも、光源８の調光レベルを等しくすることができる。

点灯制御部６は、トランジスタ１の耐久電流値よりも低い電流値に閾値Ｉｔｈが設定されており、この閾値Ｉｔｈと電流値測定部４で測定された電流値Ｉ１の絶対値に基づいて、スイッチング制御部２のスイッチング動作を開始・停止させるとともに、位相制御部５による位相制御を開始・停止させる。具体的には、スイッチング制御部２によるスイッチング動作が行われている際に、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも小さい場合にはスイッチング制御部２のスイッチング動作を継続させ、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ以上になると、スイッチング制御部２のスイッチング動作を停止するとともに、位相制御部５による位相制御を開始させる。また、位相制御部５による位相制御が行われている際には、交流電源７の半周期ごとに位相制御部５による位相制御を停止させ、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を開始させる。

また、点灯制御部６は例えば図３に示すように、閾値Ｉｔｈ及び電流検出部４からの電流値を示す信号電圧をコンパレータ６１を用いて比較し、比較結果の電圧とスイッチング制御部２の制御電圧とをＡＮＤ回路６２で掛け合わせてトランジスタ１に印加するとともに、比較結果をＮＯＴ回路６３によって反転させて位相制御部５に出力する。

これにより、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ未満の場合には、トランジスタ１及び平滑部３を介して正弦波交流が光源８に供給されるので、光源８や交流電源７へのストレスを低減することができ、また、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ以上の場合には、トランジスタ１に信号が入力されず、位相制御部５を介して位相制御された交流電源７を光源８に供給されるので、トランジスタ１に大きな電流が流れて過大なストレスを与えること抑制することができる。

ここで、光源８が冷えている場合における光源８の点灯開始時の動作について、図４に示すグラフを用いて説明を行う。まず、点灯制御部６によってスイッチング制御部２のスイッチング動作が開始される（図４のｔ０）。このとき、電流値測定部４で測定されるトランジスタ１の電流値Ｉ１は、上述したように急激に増加するが、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きな値になると（図４のｔ１）、点灯制御部６はスイッチング制御部２のスイッチング動作を停止させるとともに、位相制御部５による位相制御を開始させる。これにより、トランジスタ１を流れる電流値Ｉ１は徐々に減少し、トランジスタ１に過大な電流が流れることを防ぐことができる。

次に、点灯開始から交流電源７の半周期分の時間が経過すると（図４のｔ２）、点灯制御部６は位相制御部５による位相制御を停止するとともに、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を開始させる。ここで、光源８がまだ十分に温まっていない場合には、再度、急激に電流値が増加するが、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きな値になると（図４のｔ３）、点灯制御部６がスイッチング制御部２によるスイッチング動作を停止させ、位相制御部５による位相制御を開始することで、トランジスタ１に過大な電流が流れることを防ぐ。

さらに交流電源７の半周期分の時間が経過すると（図４のｔ４）、点灯制御部６は位相制御部５による位相制御を停止するとともに、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を開始させる。ここで、光源８が十分に温まっている場合には、電流値Ｉ１は閾値Ｉｔｈを超えることなく、緩やかに上昇・下降を繰り返すので、点灯制御部６は、位相制御部５の動作を停止させたままにして、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を継続させる。

このようにして、光源８が十分温まり、閾値Ｉｔｈよりも小さな電流がトランジスタ１を流れるようになるまでの間は、耐久電流値が高いトライアックを用いた位相制御部５によって光源８が点灯され、トランジスタ１に過大な電流が流れることを抑制することができ、安全性の高い調光用点灯装置を提供することができる。

なお、本実施例においては、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きくなり、スイッチング制御部２のスイッチング動作を停止させた後、点灯制御部６は交流電源７の半周期ごとに位相制御部５による位相制御を停止させ、スイッチング制御部２のスイッチング動作を開始させているが、交流電源７の周期毎や、交流電源７の周期によらず、所定の時間が経過した後に同様の制御を行うようにしてもよい。

また、光源８の点灯開始時において、点灯制御部６がスイッチング制御部２のスイッチング動作を開始するようにしているが、点灯制御部６に光源８の点灯終了時間からの経過時間を計測する計測部を設け、所定の時間が経過していない場合には、スイッチング制御部２のスイッチング動作を開始させずに、位相制御部５による位相制御を開始するようにしてもよい。なお、位相制御部５による位相制御を開始した後、光源８が温められると予想される所定の時間経過後や、交流電源７の周期毎に、位相制御部５による位相制御を停止させ、スイッチング制御部２によるスイッチング動作を開始させるように点灯制御部６が制御することで、光源８や交流電源７へのストレスを低減することができる。

また、本実施の形態では、スイッチング素子としてｎチャンネルＩＧＢＴを使用しているが、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。

Ａ調光用点灯装置
１ａ、１ｂトランジスタ
２スイッチング制御部
３平滑部
４電流値測定部
５位相制御部
６点灯制御部
７交流電源
８光源

Claims

交流電源と光源とを接続する電源経路に挿入され、交流電源からの正弦波交流をスイッチングするトランジスタと、
前記トランジスタをオン／オフ制御するスイッチング制御部と、
前記トランジスタによりスイッチングされた電圧を平滑化した交流電圧を前記光源に出力する平滑部と、
前記トランジスタの出力電流値を測定する電流値測定部と、
前記トランジスタと並列に接続されたトライアックを位相制御して、光源の点灯電力を制御する位相制御部と、
前記光源の点灯開始時において、前記スイッチング制御部にスイッチング動作を行わせた状態で、前記電流値測定部にて測定した前記出力電流値が所定の閾値以上の場合には、前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を停止させるとともに、前記位相制御部によりトライアックの位相制御を行わせ、前記出力電流値が所定の閾値未満の場合には、前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を継続させるよう制御する点灯制御部とを備えることを特徴とする調光用点灯装置。
前記光源の点灯終了時からの経過時間を計測する計測手段を備え、
前記点灯制御部は、前記光源の点灯開始時において、前記経過時間が所定の時間よりも長い場合には前記位相制御部によりトライアックの位相制御を行わせ、所定の時間よりも短い場合には前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を行わせることを特徴とする請求項１記載の調光用点灯装置。