JP2011076874A - 調光器および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相制御および調光信号による制御ができる。
【解決手段】調光器１は、交流電源Ｖｓに接続される交流電圧入力部２ａ，２ａと、交流電圧入力部２ａ，２ａに接続された位相制御部６と、位相制御部６の導通時間を連続的に変化させる操作部７と、位相制御部６により位相制御された位相制御電圧を出力する位相制御電圧出力部４ａ，４ａと、位相制御部６から出力された位相制御電圧に応じ、オンデューティを有する直流の矩形電圧を生成し、この矩形電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路８と、調光信号生成回路８から出力された調光信号を出力する調光信号出力部５ａ，５ａとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明負荷を調光制御する調光器およびこの調光器を具備する照明装置に関する。

白熱ランプや蛍光ランプ等の複数種の照明負荷を同一系統で調光制御する照明制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この従来技術の照明制御装置は、調光操作のための操作部と、操作部の操作に応じてＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生器と、ＰＷＭ信号発生器から出力されるＰＷＭ信号を位相制御電圧に変換して出力する変換器とを備え、位相制御電圧により調光制御される照明負荷と、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷とを同一系統で制御するものであって、変換器は、タイマ部とマイコンとを備え、タイマ部が測定するＰＷＭ信号のオンデューティ時間から、マイコンがＰＷＭ信号を位相制御信号に変換して出力するものである。これにより、変換器においてＤＣ変換部が不要となり、照明制御装置のコストアップを抑えることができるというものである。

特開２００７−１７３０３７号公報（第３−４頁、第１図）

しかしながら、上記照明制御装置は、変換器において、タイマ時間（オンデューティ時間）に応じた位相制御時間をテーブル化して記憶部（ＲＯＭ）に記憶し、マイコンは、タイマ部が測定したタイマ時間に応じた位相制御時間を、テーブルを参照して決定するので、操作部の操作に応じて連続的な位相制御電圧が出力しにくく、ほぼ連続的な位相制御電圧を出力させるには、タイマ時間の時間間隔を小さくしてタイマ時間と位相制御電圧の相関をテーブル化する必要があり、これにより、記憶部（ＲＯＭ）の容量が大きくなるものである。

また、ＰＷＭ信号発生器は、操作部から出力される操作信号とＰＷＭ信号発生器が出力するＰＷＭ信号のオンデューティ時間との関係を予めテーブル化して定めており、このテーブルに従ってＰＷＭ信号のオンデューティ時間を決定するものである。したがって、マイコンを備え、このマイコンの記憶部（ＲＯＭ）に前記テーブルを記憶させることになるので、上記変換器に対する説明と同様に、記憶部（ＲＯＭ）の容量が大きくなるものである。

マイコンは、構成部品の中で比較的価格が高く、記憶部（ＲＯＭ）の容量が大きくなると価格も上昇する。したがって、マイコンおよびこれに付随する回路要素を有する上記照明制御装置は、コスト低減を図りにくいという欠点を有する。

本発明は、位相制御および調光信号による制御ができるとともに、コスト低減が図れる調光器およびこの調光器を具備する照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の調光器の発明は、交流電源に接続される交流電圧入力部と；この交流電圧入力部に接続された位相制御部と；この位相制御部の導通時間を連続的に変化させる操作部と；前記位相制御部により位相制御された位相制御電圧を出力する位相制御電圧出力部と；前記位相制御部から出力された位相制御電圧に応じ、オンデューティを有する直流の矩形電圧を生成し、この矩形電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路と；この調光信号生成回路から出力された調光信号を出力する調光信号出力部と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

交流電圧入力部、位相制御電圧出力部および調光信号出力部は、例えば端子、コネクタなどであり、リード線（電線）や接続部材などが接続されるように形成されていればよく、その構造は問わない。

位相制御部の導通時間は、交流電源の交流電圧の導通角を意味する。

調光信号は、矩形電圧のＰＷＭ信号、矩形電圧を平均化した直流信号（一定の直流電圧）などである。

本発明によれば、操作部を操作して位相制御部の導通時間が変化されると、これに伴って交流電源の交流電圧の導通角が変化し、変化した交流電圧が位相制御電圧として位相制御電圧出力部に発生するとともに、位相制御電圧に応じた直流の矩形電圧が生成されることにより調光信号が生成されて、当該調光信号が調光信号出力部に発生する。

請求項２に記載の照明装置の発明は、請求項１記載の調光器と；この調光器によって光出力が変化される照明負荷と；この照明負荷を配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。

位相制御電圧出力部には、例えば白熱ランプが接続され、ＰＷＭ信号出力部には、例えば放電ランプを調光制御するインバータ点灯装置が接続される。インバータ点灯装置であっても、位相制御電圧を電源とする構成のものは、位相制御電圧出力部に接続される。

本発明によれば、操作部を操作することによって、位相制御電圧出力部および調光信号出力部にそれぞれ接続される照明負荷の光出力が同時にかつ連続的に変化される。

請求項１の発明によれば、操作部の操作によって位相制御部の導通時間が連続的に変化することにより、操作部の操作に応じた位相制御電圧が連続的に形成されるとともに、調光信号生成回路により位相制御部の導通時間に応じた調光信号が連続的に形成されるので、簡易な構成で、操作部の操作によって連続的に変化する位相制御電圧および調光信号を出力することができるとともに、調光器を安価に形成することができる。

請求項２の発明によれば、操作部を操作することによって、位相制御電圧出力部および調光信号出力部にそれぞれ接続される照明負荷の光出力が同時にかつ連続的に変化される照明装置を提供することができる。

本発明の実施例１を示す調光器の概略回路図。 同じく、電圧波形を示し、（ａ）は交流電圧の波形図、（ｂ）は位相制御電圧の波形図、（ｃ）は位相制御電圧の全波整流波形図、（ｄ）は矩形電圧の波形図。 同じく、ＰＷＭ信号のオンデューティに対する交流電圧の導通角の変化図。 本発明の実施例２を示す調光器の概略回路図。 同じく、電圧波形を示し、（ａ）は交流電圧の波形図、（ｂ）は位相制御電圧の波形図、（ｃ）は位相制御電圧の全波整流波形図、（ｄ）は矩形電圧の波形図、（ｅ）は反転された矩形電圧の波形図。 同じく、ＰＷＭ信号のオンデューティに対する交流電圧の導通角の変化図。 本発明の実施例３を示す照明装置の概略ブロック図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明において、操作部は、位相制御部の導通時間を連続的に変化させるように形成されており、位相制御部により連続的に位相制御電圧が形成されるとともに、この位相制御電圧を用いて調光信号が形成される。そして、位相制御された位相制御電圧および調光信号は、それぞれ位相制御電圧出力部および調光信号出力部から出力可能となっている。

図１ないし図３は、本発明の実施例１を示し、図１は調光器の概略回路図、図２は電圧波形を示し、（ａ）は交流電圧の波形図、（ｂ）は位相制御電圧の波形図、（ｃ）は位相制御電圧の全波整流波形図、（ｄ）は矩形電圧の波形図、図３はＰＷＭ信号のオンデューティに対する交流電圧の導通角の変化図である。

図１において、調光器１は、交流電圧入力部としての交流電圧入力端子２ａ，２ｂ、交流電圧出力部としての交流電圧出力端子３ａ，３ｂ、位相制御電圧出力部としての位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂ、調光信号出力部としての調光信号出力端子５ａ，５ｂ、位相制御部としての位相制御素子６、操作部７および調光信号生成回路８を有して構成されている。

交流電圧入力端子２ａ，２ｂは、商用交流電源Ｖｓに接続されるものである。交流電圧出力端子３ａ，３ｂは、交流電圧入力端子２ａ，２ｂに接続されており、商用交流電源Ｖｓの交流電圧例えばＡＣ１００Ｖの出力端子である。交流電圧出力端子３ａ，３ｂには、図２（ａ）に示すように、交流電圧入力端子２ａ，２ｂに入力した交流電圧が発生する。位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂは、商用交流電源Ｖｓの位相制御された交流電圧（位相制御電圧）の出力端子である。そして、調光信号出力端子５ａ，５ｂは、調光信号の出力端子である。

位相制御素子６は、例えばトライアック（２方向性３端子サイリスタ）であり、その主端子Ｓ１が位相制御出力端子４ａに接続され、主端子Ｓ２が交流電圧入力端子２ａに接続されている。位相制御素子６は、ゲート端子Ｇおよび主端子Ｓ２間に所定電圧以上の電圧が印加されると、双方向に導通するものである。

交流電圧入力端子２ａ，２ｂ間には、抵抗Ｒ１、可変抵抗ＶＲ１およびコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。そして、コンデンサＣ１および可変抵抗ＶＲ１の中点ａに双方向性トリガーダイオードＴＤ１の一端が接続され、双方向性トリガーダイオードＴＤ１の他端が位相制御素子６のゲート端子Ｇに接続されている。

双方向性トリガーダイオードＴＤ１は、コンデンサＣ１の両端間電圧が所定電圧以上になったときに導通する。これにより、位相制御素子６のゲート端子Ｇおよび主端子Ｓ２間に所定電圧以上の電圧が印加されて、位相制御素子６が導通する。位相制御素子６は、一旦導通すると、交流電圧が零電圧近傍となって、自己に流れる電流が自己保持電流以下になったときに導通しなくなる。そして、位相制御素子６が導通している期間（導通時間）に亘って、位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂに商用交流電源Ｖｓの交流電圧が出力される。この位相制御素子６の導通時間に位相制御素子６の後段側（位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂ側）に発生する交流電圧が、図２（ｂ）に示すように、位相制御された交流電圧（位相制御電圧）となるものである。

そして、コンデンサＣ１は、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値が可変されると、交流電圧による充電速度が変化し、交流電圧に対して前記所定電圧以上となるタイミングが変化する。これにより、位相制御素子６の導通時間が変化し、交流電圧の導通角Ｋ１が変化する。すなわち、位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂから出力される位相制御電圧が変化する。そして、可変抵抗ＶＲ１は、その抵抗値が連続的に変化するものを用いているので、相制御素子６の導通時間が連続的に変化し、位相制御電圧が連続的に変化する。

操作部７は、例えばボリューム（つまみ）やフェーダ（移動体）からなり、可変抵抗ＶＲ１に設けられており、その操作によって可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を連続的に変化させる。すなわち、操作部７の操作に応じて位相制御素子６の導通時間が連続的に変化され、位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂに出力される位相制御電圧が連続的に変化される。

調光信号生成回路８は、全波整流器９、比較器１０および波形成形回路１１を有して構成されている。全波整流器９は、その入力端子が位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂに接続されており、位相制御電圧を入力する。そして、図２（ｃ）に示すように、全波整流した位相制御電圧の全波整流電圧を、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の直列回路を用いて比較器１０の非反転入力端子に入力する。

比較器１０は、その反転入力端子に基準電源１２の基準電圧Ｖ１を入力し、この基準電圧Ｖ１と位相制御電圧の全波整流電圧を比較する。基準電圧Ｖ１は、図２（ｃ）に示すように、全波整流電圧の最大値よりも低い適宜の正電圧値に設定されている。そして、全波整流電圧が基準電圧Ｖ１以上である期間に亘って、所定電圧を波形成形回路１１に出力する。

波形成形回路１１は、所定電圧を所定の直流の矩形電圧に成形し、所望のオン幅を持つＰＷＭ信号を調光信号として調光信号出力端子５ａ，５ｂに出力するように形成されている。また、波形成形回路１１は、比較器１０からの矩形電圧
を平均化し直流変換した調光信号を調光信号出力端子５ａ，５ｂに出力するように形成されていてもよい。

そして、比較器１０において、所定電圧の出力期間は、図２（ｄ）に示すように、ＰＷＭ信号のオンデューティとなっている。また、ＰＷＭ信号の周波数は、全波整流電圧の周波数と同等であり、位相制御電圧（交流電圧）の２倍の周波数となっている。すなわち、商用交流電源Ｖｓの周波数が５０Ｈｚ（６０Ｈｚ）であるときには、１００Ｈｚ（１２０Ｈｚ）となっている。

また、ＰＷＭ信号のオンデューティは、全波整流電圧が基準電圧Ｖ１以上の期間であるので、図３に示すように、ＰＷＭ信号のオンデューティに対して商用交流電源Ｖｓの交流電圧の導通角（位相制御素子６の導通時間）が比例的に変化する。すなわち、操作部７の操作量によって、ＰＷＭ信号のオンデューティを比例的に増減できるものである。こうして、操作部７の操作によって、位相制御素子６の導通時間に応じたオンデューティを有するＰＷＭ信号が調光信号出力端子５ａ，５ｂから出力可能となっている。

上述したように、操作部７の操作によって可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を連続的に変化させ、位相制御素子６の導通時間を連続的に変化させることにより、操作部７の操作に応じた位相制御電圧を連続的に形成することができ、位相制御素子６の導通時間に応じたオンデューティを有するＰＷＭ信号を連続的に形成することができて、位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂおよび調光信号出力端子５ａ，５ｂから出力することができる。

そして、調光信号生成回路８は、全波整流器９、比較器１０および波形成形回路１１等を有する簡易な構成で形成され、構成部品の中で比較的価格の高いマイクロコンピュータを具備しない構成であるので、調光器１を安価に形成することができる。

また、調光器１は、位相制御電圧が出力される位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂおよびＰＷＭ信号（調光信号）が出力される調光信号出力端子５ａ，５ｂに加え、商用交流電源Ｖｓの交流電圧が出力される交流電圧出力端子３ａ，３ａが設けられているので、交流電圧出力端子３ａ，３ｂに調光制御を要しない照明負荷（照明器具）や他の電気機器を接続することができ、汎用性を向上させることができる。

なお、調光信号生成回路８は、位相制御電圧に応じて生成した矩形電圧を平均化（平滑）して一定の直流電圧を生成し、この直流電圧を調光信号として出力するように形成されてもよい。当該直流電圧（直流信号）は、位相制御電圧に応じて、すなわち操作部７の操作に応じて連続的に変化する。

図４ないし図６は、本発明の実施例２を示し、図４は調光器の概略回路図、図５は電圧波形を示し、（ａ）は交流電圧の波形図、（ｂ）は位相制御電圧の波形図、（ｃ）は位相制御電圧の全波整流波形図、（ｄ）は矩形電圧の波形図、（ｅ）は反転された矩形電圧の波形図、図６はＰＷＭ信号のオンデューティに対する交流電圧の導通角の変化図である。なお、図１ないし図３と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図４に示す調光器１Ａは、図１に示す調光器１の調光信号生成回路８に比較器１０の出力電圧を反転させる出力反転回路１２を設けて、調光信号生成回路８Ａとしたものである。したがって、図５（ａ）ないし図５（ｃ）は、実施例１における図２（ａ）ないし図２（ｃ）と同様の構成であり、図５（ｄ）および図５（ｅ）のみが異なっている。出力反転回路１２は、図５（ｄ）および図５（ｅ）に示すように、比較器１０から所定電圧が出力されていない期間に亘って所定電圧を出力する。波形成形回路１１は、出力反転回路１２から出力された所定電圧を所定の矩形電圧に成形してＰＷＭ信号を形成する。

そして、比較器１０の出力電圧が反転されてＰＷＭ信号が形成されるので、図６に示すように、ＰＷＭ信号のオンデューティは、交流電圧の導通角Ｋ１（位相制御素子６の導通時間）の増加に対して比例的に減少する。すなわち、操作部７を操作することにより、図１の調光器１とは逆に、オンデューティの減少するＰＷＭ信号を形成することができる。

なお、調光信号生成回路８Ａは、調光信号として、位相制御電圧に応じて生成した矩形電圧に応じて直流信号を生成するように形成されていてもよい。

図７は、本発明の実施例３を示す照明装置の概略ブロック図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

照明装置１３は、調光器１の操作部７の操作によって、照明負荷としての白熱ランプ１４および蛍光ランプ１５を調光点灯させるとともに、常夜灯１６を点灯させる。調光器１は、その交流電圧入力端子２ａ，２ｂ（図示しない。）が商用交流電源Ｖｓに接続されている。

そして、常夜灯１６は、調光器１の交流電圧出力端子３ａ，３ｂ（図示しない。）に接続されており、商用交流電源Ｖｓの交流電圧ＡＣ１００Ｖに適用されるＬＥＤ電球や電球形蛍光ランプなどが用いられている。そして、例えば円筒状の器具本体（照明器具）１７に配設されて、建物の例えば出入口に設けられている。常夜灯１６は、商用交流電源Ｖｓの停電が発生しない限り、常時点灯する。

白熱ランプ１４は、例えば部屋の天井に吊り下げられた器具本体１８に配設され、調光器１の位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂ（図示しない。）に接続されている。白熱ランプ１４は、調光器１の操作部７の操作に応じて変化した位相制御電圧が印加し、調光点灯される。

そして、蛍光ランプ１５は、インバータ点灯装置１９により調光点灯される。インバータ点灯装置１９は、調光器１の調光信号出力端子５ａ，５ｂ（図示しない。）に接続されており、調光器１から出力されたＰＷＭ信号のオンデューティに応じて蛍光ランプ１５を調光点灯させる。ここで、インバータ点灯装置１９は、当該オンデューティが大きくまたは小さくなるにしたがい、蛍光ランプ１５の光出力を次第に増加させるように構成されていてもよく、逆に蛍光ランプ１５の光出力を次第に減少させるように構成されていてもよい。蛍光ランプ１５およびインバータ点灯装置１９は、例えば部屋の天井に直付けされた器具本体２０に配設されている。

照明装置１３は、調光器１の操作部７を操作することによって、位相制御電圧出力端子４ａ，４ｂおよび調光信号出力端子５ａ，５ｂにそれぞれ接続されている白熱ランプ１４および蛍光ランプ１５の光出力を同時にかつ連続的に変化させることができるとともに、常夜灯１６を常時点灯させることができる。

本発明は、屋外、屋内を問わず、照明負荷の放射光により照明を行う照明装置に利用することができる。

１，１Ａ…調光器、 ２ａ，２ｂ…交流電圧入力部としての交流電圧入力端子、 ４ａ，４ｂ…位相制御電圧出力部としての位相制御電圧出力端子、 ５ａ，５ｂ…調光信号出力部としての調光信号出力端子、 ６…位相制御部としての位相制御素子、 ７…操作部、 ８，８Ａ…調光信号生成回路、 １３…照明装置、 １４…照明負荷としての白熱ランプ、 １５…照明負荷としての蛍光ランプ、 １８，２０…器具本体

Claims (2)

1. 交流電源に接続される交流電圧入力部と； この交流電圧入力部に接続された位相制御部と； この位相制御部の導通時間を連続的に変化させる操作部と； 前記位相制御部により位相制御された位相制御電圧を出力する位相制御電圧出力部と； 前記位相制御部から出力された位相制御電圧に応じ、オンデューティを有する直流の矩形電圧を生成し、この矩形電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路と； この調光信号生成回路から出力された調光信号を出力する調光信号出力部と；を具備していることを特徴とする調光器。
2. 請求項１記載の調光器と； この調光器によって光出力が変化される照明負荷と； この照明負荷を配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする照明装置。

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