JP2011003424A - 調光用点灯装置及び照明器具及び照明制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によってフォトカプラのスイッチング遅れ時間を補正し、調光信号送出装置から送出されるＰＷＭ信号の周波数に関わらず、送出された前記ＰＷＭ信号に対応する調光用直流電圧を生成可能な調光用直流電圧装置を提供する。
【解決手段】調光用直流電圧出力装置１００は、１次側の電圧変化に対応する電圧変化を２次側に出力すると共に、前記１次側と前記２次側とを絶縁するフォトカプラＰＣ１と、フォトカプラＰＣ１の１次側に接続されてＰＷＭ信号を送出する調光信号送出部１１０と、フォトカプラＰＣ１によって前記２次側に出力された前記ＰＷＭ信号に対応する２次側電圧を入力し、入力された前記２次側電圧の立下り勾配を緩やかにし、勾配が緩やかにされたこの電圧に応じて直流電圧を生成し、生成された前記直流電圧を制御信号生成部２１０に出力する直流電圧生成部１２０とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、調光用のＰＷＭ信号を、光源の調光用の直流電圧に変換して出力する調光用直流電圧出力装置に関する。

従来は、調光信号処理回路は特許文献１の第１図に示すような回路で構成されている。この方式では、調光信号送出装置から入力されたＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号をフォトカプラを介して直流変換回路に入力している。また、特許文献１の第２図に示すようにＰＷＭ信号のオンデューティが大きい程出力する直流電圧が大きくなる特性を持っている。

図６は、フォトカプラの一般的な特性を示す図である。図６に示すように、フォトカプラではターンオン時間ｔＯＮ、ターンオフ時間ｔＯＦＦが規定されている。東芝製フォトカプラＴＬＰ１８１を例に説明すると、ターンオン時間ｔＯＮが２μｓ、ターンオフ時間ｔＯＦＦが４０μｓで規定されている。

前記のようにフォトカプラは、調光信号送出装置からのＰＷＭ信号を直流変換回路に伝達するものである。つまり、フォトカプラによるスイッチング時間の遅れがあると、調光信号送出装置で送出されるＰＷＭのデューティと直流変換回路に入力されるＰＷＭのデューティに誤差が生じて、調光信号送出装置で送出した信号と直流変換回路から出力する信号で誤差が生じることとなる。

例えば、調光信号送出装置から送出される信号の周波数が１００Ｈｚ（周期１０ｍｓ）の場合、フォトカプラのスイッチング遅れ時間「４０μｓ−２μｓ＝３８μｓ」の影響度は３８μｓ／１０ｍｓ＝０．３８％であるが、調光信号送出装置から送出される信号の周波数が１ｋＨｚ（周期１ｍｓ）の場合の影響度は「３８μｓ／１ｍｓ＝３．８％」となり、調光信号送出装置から送出される信号のデューティと直流変換回路に入力されるデューティ間で約４％誤差が生じることとなる。

特公平８−１２７９７号公報

この発明は、簡易な構成によってフォトカプラのスイッチング遅れ時間を補正し、調光信号送出装置から送出されるＰＷＭ信号の周波数に関わらず、送出された前記ＰＷＭ信号に対応する調光用直流電圧を生成可能な調光用直流電圧生成装置の提供を目的とする。

この発明の調光用点灯装置は、調光用の直流電圧を入力し、前記直流電圧に応じた制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号により制御されて動作することにより、光源を点灯させる光源点灯部とを備えた調光用点灯装置において、
調光用の第１のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を送出する調光信号送出部が接続された１次側の電圧変化に対応する電圧変化を２次側に出力すると共に、前記１次側と前記２次側とを絶縁する電圧変換部と、
前記電圧変換部によって前記２次側に出力された前記第１のＰＷＭ信号に対応する第２のＰＷＭ信号を入力し、入力された前記第２のＰＷＭ信号と前記第２のＰＷＭ信号に由来するＰＷＭ信号である由来ＰＷＭ信号とのいずれかのデューティ比を補正し、デューティ比の補正された前記ＰＷＭ信号の補正後のデューティ比に応じて直流電圧を生成し、生成された前記直流電圧を前記調光用の直流電圧として前記制御信号生成部に出力する直流電圧生成部と
を備えたことを特徴とする

この発明により、簡易な構成によってフォトカプラのスイッチング遅れ時間を補正することで、調光信号送出装置から送出されるＰＷＭ信号の周波数に関わらず、送出された前記ＰＷＭ信号に対応する調光用直流電圧を生成可能な調光用直流電圧生成装置を提供できる。

実施の形態１の照明制御システム１０００の構成図。 実施の形態１の調光用点灯装置１００の構成を示す図。 実施の形態１の遅延回路１２１の構成を示す図。 遅延回路１２１がない場合の電圧変化を示す図。 遅延回路１２１を設けた場合の電圧変化を示す図。 従来のフォトカプラの特性を説明する図。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の照明制御システム１０００の構成図である。照明制御システム１０００は調光信号（ＰＷＭ信号）を送出する調光コントローラ（調光信号送出部３００）と、調光コントローラと信号線で接続された複数の照明器具Ａ〜Ｎとを備えている。各照明器具は後述する調光用点灯装置１００を備えている。各照明器具の調光用点灯装置１００は調光コントローラからのＰＷＭ信号を入力し、このＰＷＭ信号に従ってランプを調光制御する。本実施の形態１では、調光用点灯装置１００がＰＷＭ信号のデューティ比を補正する点が特徴である。以下では図を参照して調光用点灯装置１００を説明する。

図２は、実施の形態１の調光用点灯装置１００の回路図である。調光用点灯装置１００は、フォトカプラＰＣ１（電圧変換部）、直流電圧生成部１２０、制御信号生成部２１０、光源点灯部２２０を備えている。調光用点灯装置１００は、図１に示したように、照明器具ごとに組み込まれている。
（１）制御信号生成部２１０は調光用の直流電圧を入力し、この直流電圧に応じた制御信号を生成する。
（２）光源点灯部２２０は、この制御信号により制御されて動作することにより、光源２３０を点灯させる。なお、点灯対象の光源は放電灯でもよいし発光ダイオードでもよいし、その他の光源でも構わない。
（３）フォトカプラＰＣ１は、調光用の第１のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を送出する調光信号送出部３００が接続された１次側の電圧変化に対応する電圧変化を２次側に出力すると共に、前記１次側と前記２次側とを絶縁する。
（４）直流電圧生成部１２０は、フォトカプラＰＣ１によって２次側に出力された第１のＰＷＭ信号に対応する第２のＰＷＭ信号を入力し、この第２のＰＷＭ信号と第２のＰＷＭ信号に由来するＰＷＭ信号である由来ＰＷＭ信号とのいずれかのデューティ比を補正し、デューティ比の補正された前記ＰＷＭ信号の補正後のデューティ比に応じて直流電圧を生成し、生成された直流電圧を調光用の直流電圧として制御信号生成部２１０に出力する。

（１次側：調光信号送出部３００）
フォトカプラＰＣ１の１次側には調光信号送出部３００が接続されている。調光信号送出部３００は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号（第１のＰＷＭ信号）を送出する。フォトカプラＰＣ１の１次側に構成される抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１、ブリッジを構成するダイオードＤ１、Ｄ２には、調光信号送出部３００の発生したＰＷＭ信号が入力され、この構成によりＰＷＭ信号がフォトカプラＰＣ１に送出される。

（２次側：直流電圧生成部１２０）
フォトカプラＰＣ１の２次側には、後述する遅延回路１２１を有する直流電圧生成部１２０が接続されている。直流電圧生成部１２０は、フォトカプラＰＣ１によって２次側に出力された１次側のＰＷＭ信号対応する第２のＰＷＭ信号（フォトカプラＰＣ１の２次側出力）を入力し、第２のＰＷＭ信号と第２のＰＷＭ信号に由来するＰＷＭ信号である由来ＰＷＭ信号（後述のようにＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧あるいはＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）のゲート電圧）とのいずれかのデューティ比を補正し、デューティ比の補正されたＰＷＭ信号の補正後のデューティ比に応じて直流電圧を生成し、生成された直流電圧を調光用の直流電圧として制御信号生成部２１０に出力する。
図２において、
（１）抵抗Ｒ３は、フォトカプラＰＣ１のスイッチングに伴いＦＥＴ（Ｑ２）をスイッチングさせる。
（２）遅延回路１２１は、ＦＥＴ（Ｑ２）のＯＦＦを遅らせるデューティ比の補正回路である。
（３）ＦＥＴ（Ｑ３）、ＦＥＴ（Ｑ４）は、Ｐ−ＭＯＳ、Ｎ−ＭＯＳで構成されており、ＦＥＴ（Ｑ２）のスイッチングに伴いスイッチングする。
（４）抵抗Ｒ４は、ＦＥＴ（Ｑ３）、ＦＥＴ（Ｑ４）をスイッチングさせる。
（５）Ｖｃｃは定電圧の制御電源を示す。
（６）抵抗Ｒ７、コンデンサＣ３は、ＦＥＴ（Ｑ３）、（Ｑ４）のデューティに伴いその平均値を直流電圧として出力する。

図４は従来の直流電圧生成回路の波形を示す。従来の直流電圧生成回路は、図２の直流電圧生成部１２０において遅延回路１２１がない構成である。
図４に示すＶｉｎは、送出されるＰＷＭ信号のデューティを示す。図４において、ＰＷＭ信号の周波数は、
１／（ｔ４−ｔ１）Ｈｚ、
ＨＩ−ＤＵＴＹは
［（ｔ２−ｔ１）／（ｔ４−ｔ１）］×１００（％）
で示される。
ＶＱ２は、ＦＥＴ（Ｑ２）のゲートに印加される電圧波形（第２のＰＷＭ信号）を示す。この波形は、フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れ時間の影響を示している。フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れ時間は、課題にも説明しているように、ターンオンとターンオフの遅れが存在するが、東芝製ＴＬＰ１８１を例に挙げて説明したように、ターンオン遅れ時間は、ターンオフ遅れ時間に対して非常に小さいため、ターンオン遅れ時間は省略して説明する。ＦＥＴ（Ｑ２）はゲートに印加される電圧がＶｔｈ以上になるとＯＮするので、送出されるＰＷＭ信号のデューティよりも、
「ｔ３−ｔ２」時間だけ
誤差が生じることになる。
ＶＱ４は、ＦＥＴ（Ｑ２）のスイッチングに伴いＦＥＴ（Ｑ３）、（Ｑ４）がスイッチングするため、ＶＱ２で発生した
「ｔ３−ｔ２」時間
の誤差はそのまま影響されることになる。出力電圧Ｖｏｕｔは、ＶＱ４の平均値を示すため、ＶＱ２で発生した
「ｔ３−ｔ２」時間
の誤差はそのまま影響されることになる。つまり、調光信号送出部３００から送出されたＰＷＭ信号（第１のＰＷＭ信号）に対して、正確な直流電圧が出力されていないことになる（ｈ１の高さが目標値よりも低い）。

図５は、遅延回路１２１を有する実施の形態１の直流電圧生成部１２０の波形を示す。また、図３に、遅延回路１２１の具体構成を示した。図３は図３に対して遅延回路１２１の具体的構成を示した図である。

（遅延回路１２１の構成）
遅延回路１２１は、抵抗Ｒ１３、コンデンサＣ６、ダイオードＤ５を備える。抵抗Ｒ１３、コンデンサＣ６は、ＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧の放電時間を遅延させ、ダイオードＤ５はＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧の充電時間には遅延が生じないようにする。

（波形図）
（１）図５に示すＶｉｎは、送出されるＰＷＭ信号のデューティを示し、条件は図４で説明したものとする。
（２）ＶＱ２は、ＦＥＴ（Ｑ２）のゲートに印加される電圧波形（第２のＰＷＭ信号）を示す。この波形は、図４で説明したように、ＦＥＴ（Ｑ２）のＯＮ時にフォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れ時間の影響により送出されるＰＷＭのデューティよりも
「ｔ３−ｔ２」時間
の誤差が生じているが、一方、遅延回路１２１の効果により、ＦＥＴ（Ｑ２）のＯＦＦ時に
「ｔ１’−ｔ１」時間
の誤差が生じる。
よって、
「ｔ３−ｔ２≒ｔ１’−ｔ１」
の条件を満たすような遅延回路１２１の値を設計することにより、フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れ時間の影響をなくすことができる。

つまり遅延回路１２１は、フォトカプラＰＣ１の２次側電圧（第２のＰＷＭ信号）の電圧の立下り勾配を緩やかにすることで、各１サイクルごとに「ｔ１’−ｔ１」の遅れを作り出す。この「ｔ１’−ｔ１」の遅れにより、フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れに由来する誤差「ｔ３−ｔ２」（立ち上がりの遅れ）を「ｔ１’−ｔ１」（立下りの遅れ）でキャンセルすることができる。

また、本実施の形態１の遅延回路１２１は、ＦＥＴ（Ｑ２）のゲートに接続されたが、フォトカプラＰＣ１の２次側と出力電圧Ｖｏｕｔの間であれば、ＦＥＴ（Ｑ３）、（Ｑ４）のゲートに構成（接続）しても良い。すなわち、直流電圧生成部１２０は、フォトカプラＰＣ１の２次側電圧（第２のＰＷＭ信号）に由来するそれぞれ異なる電圧（由来ＰＷＭ信号）がゲートに印加される２つの電界効果トランジスタＦＥＴ（Ｑ４）、ＦＥＴ（Ｑ５）を備えているが、これら３つの電界効果トランジスタのうちのいずれかのゲート電圧の立下り勾配を緩やかにすることにより、デューティ比を補正しても構わない。

よって、本実施の形態１の調光用点灯装置１００は、フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れ時間を補正することにより、調光信号送出部３００から送出される信号の周波数に関わらず、調光信号送出部３００で送出されるＰＷＭのデューティと直流電圧生成部１２０に入力されるＰＷＭ信号のデューティに誤差が生じさせず、調光信号送出部３００で送出した信号と直流電圧生成部１２０から出力する信号で誤差が生じることを防止することを可能とした。
従って、１台の調光信号送出部に複数の照明器具（調光用点灯装置）を接続した照明制御システムを構築する場合であっても、互いの照明器具の明るさ（調光率）を等しくすることができる。

なお、以上の実施の形態１では、例えば図５で述べたように、ＰＷＭ信号（ＶＱ２）の立下りの勾配を緩やかにしたが、反転した信号が処理される場合（図５のＶＱのグラフは上下さかさまになる場合）には、フォトカプラＰＣ１のスイッチング遅れの影響は立下りに出るので、その場合には遅延回路１２１は、立ち上がりの勾配を緩やかにする構成となる。

また、以上の実施の形態１では、１次側の電圧変化に対応する電圧変化を２次側に出力し、１次側と２次側とを絶縁する電圧変換部の例としてフォトカプラＰＣ１を説明したが、フォトカプラＰＣ１の他にトランスでも構わない。

１００ 調光用点灯装置、３００ 調光信号送出部、１２０ 直流電圧生成部、２００ 光源点灯装置、２１０ 制御信号生成部、２２０ 光源点灯部、２３０ 光源、１０００ 照明制御システム。

Claims (7)

1. 調光用の直流電圧を入力し、前記直流電圧に応じた制御信号を生成する制御信号生成部と、
   前記制御信号により制御されて動作することにより、光源を点灯させる光源点灯部と
   を備えた調光用点灯装置において、
   調光用の第１のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を送出する調光信号送出部が接続された１次側の電圧変化に対応する電圧変化を２次側に出力すると共に、前記１次側と前記２次側とを絶縁する電圧変換部と、
   前記電圧変換部によって前記２次側に出力された前記第１のＰＷＭ信号に対応する第２のＰＷＭ信号を入力し、入力された前記第２のＰＷＭ信号と前記第２のＰＷＭ信号に由来するＰＷＭ信号である由来ＰＷＭ信号とのいずれかのデューティ比を補正し、デューティ比の補正された前記ＰＷＭ信号の補正後のデューティ比に応じて直流電圧を生成し、生成された前記直流電圧を前記調光用の直流電圧として前記制御信号生成部に出力する直流電圧生成部と
   を備えたことを特徴とする調光用点灯装置。
2. 前記直流電圧生成部は、
   前記第２のＰＷＭ信号と前記由来ＰＷＭ信号とのいずれかのＰＷＭ信号に対して、電圧の立ち上がり勾配と立下り勾配とのいずれかを緩やかにすることによりデューティ比を補正することを特徴とする請求項１記載の調光用点灯装置。
3. 前記直流電圧生成部は、
   ゲート電圧として前記第２のＰＷＭ信号が印加される１つの電界効果トランジスタと、ゲート電圧としてそれぞれ異なる前記由来ＰＷＭ信号が印加される２つの電界効果トランジスタとを備えると共に、前記１つの電界効果トランジスタのゲート電圧となる前記第２のＰＷＭ信号と前記２つの電界効果トランジスタのゲート電圧となるそれぞれの前記由来ＰＷＭ信号とのうちのいずれかのＰＷＭ信号に対して、電圧の立ち上がり勾配と立下り勾配とのいずれかを緩やかにすることによりデューティ比を補正することを特徴とする請求項２記載の調光用点灯装置。
4. 前記直流電圧生成部は、
   前記第２のＰＷＭ信号と前記由来ＰＷＭ信号とのいずれかのＰＷＭ信号に対して、各１サイクルにおける立ち上がり勾配と立下り勾配とのいずれかの勾配を緩やかにすることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の調光用点灯装置。
5. 前記電圧変換部は、
   フォトカプラとトランスとのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調光用点灯装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の調光用点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の調光用点灯装置を備えた複数の照明器具と、
   それぞれの前記照明器具の前記調光用点灯装置の前記電圧変換部の１次側に接続されて前記第１のＰＷＭ信号を送出する調光信号送出部と
   を備えたことを特徴とする照明制御システム。

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