JP2011150980A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空冷ファンを無駄なく動作させることができる調光装置を提供する。
【解決手段】ファン制御部１６は、変流器１８を用いて調光回路１１から照明負荷２に供給される負荷電流を測定する。ファン制御部１６は、検知された負荷電流のときに、スイッチング素子１３で生じる損失が閾値になるような位相角を求め、この位相角を臨界角とする。ファン制御部１６は、調光制御部１２から調光レベルに応じた位相角の通知を受け、当該位相角が前記臨界角を超えるか否かを判断し、位相角が臨界角を超えるとスイッチング素子１３の損失が閾値を超えたと判定する。スイッチング素子１３の損失が閾値を超えると、ファン制御部１６は空冷ファン１５への電力供給を開始して空冷ファン１５を作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、舞台や劇場、宴会場やホールなどに用いられる照明負荷を調光制御するための調光装置に関するものである。

従来から、舞台や劇場、宴会場やホールなどでは、照明負荷への供給電力を調節する調光装置が使用されている。調光装置は、外部から与えられる調光信号の調光レベルに基づいて照明負荷への供給電力を調節し、調節後の電力を照明負荷に供給することで照明負荷を調光制御する。

この種の調光装置は、交流電源より供給される交流電流の任意の位相角からゼロクロス点までの間に導通するスイッチング素子を具備し、照明負荷へ供給される負荷電流の位相制御を行う調光回路を備えている。この調光回路は、スイッチング素子が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体素子からなり、動作時にスイッチング素子で生じる損失（スイッチング損失および導通損失）により発熱する。

そこで、調光装置は、スイッチング素子で生じた熱を放熱するため、図４に示すようにスイッチング素子に取り付けられる放熱フィンと、放熱フィンが奪ったスイッチング素子の熱を放熱する空冷ファンとを備えている。空冷ファンは、動作時に放熱フィンに対し冷却風を供給する。

ただし、空冷ファンの動作中は、空冷ファンで電力が消費され、また空冷ファンの動作音が生じて舞台等の演出に影響を与えることがあるので、空冷ファンの無駄な動作は極力なくしたいという要望がある。そこで、たとえば調光装置が収納される調光盤内にサーミスタ等の温度センサを設け、温度センサの検知温度が所定値以上のときのみ空冷ファンを動作させることが考えられる。しかし、この場合、温度センサが調光装置と別途必要になり、部品点数が増えるとともに、スイッチング素子の付近に温度センサを配置するスペースを確保しなければならないという問題がある。

これに対して、空冷ファンの無駄な動作をなくす目的で、外部から与えられる調光信号の有無および調光信号の調光レベルに基づいて、空冷ファンのオンオフ制御を行う調光装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００７−３０５３９４号公報

ところで、定格電力が１０Ｗの照明負荷と２０００Ｗの照明負荷とでは、たとえ調光レベルが同じでも、照明負荷を流れる電流の大きさは異なるので、調光時に、スイッチング素子で発生する熱量も異なる。しかし、上述した構成の調光装置では、調光信号のみに基づいて空冷ファンを制御するため、調光信号の表す調光レベルがいずれも同一であれば、定格電力が異なる照明負荷でも、空冷ファンは同じようにオンオフ制御される。

つまり、ある調光レベル（たとえば５０％）で照明負荷を調光点灯させる場合、殆ど発熱がない１０Ｗの照明負荷の点灯時でも、２０００Ｗの照明負荷に合わせて空冷ファンを作動することとなり、無駄に空冷ファンが動作することになる。極端な例では、調光回路に照明負荷が接続されておらず実際にはスイッチング素子で損失が生じない場合でも、調光装置が調光信号を受けると空冷ファンが動作することになる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、空冷ファンを無駄なく動作させることができる調光装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、交流電源から照明負荷への給電路に挿入さるスイッチング素子を具備し、照明負荷へ供給される負荷電流の位相制御を行う調光回路と、スイッチング素子を冷却する空冷ファンと、調光レベルの指示に応じた位相角でスイッチング素子のオンオフを反転させる調光制御部と、調光回路から照明負荷へ供給される負荷電流を検知する変流器と、変流器で検知される負荷電流の大きさと調光制御部で用いる位相角とにより決まるスイッチング素子の損失が予め定められた閾値を超える場合に空冷ファンを作動させるファン制御部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、ファン制御部は、変流器で検知される負荷電流の大きさと調光制御部で用いる位相角とにより決まるスイッチング素子の損失が予め定められた閾値を超える場合に空冷ファンを作動させる。すなわち、ファン制御部は、スイッチング素子で生じるスイッチング損失および導通損失を決める負荷電流および位相角に基づいて空冷ファンを制御するため、スイッチング素子で発生する熱量に合わせて空冷ファンを無駄なく動作させることができる。結果的に、空冷ファンで消費される電力量を低減でき、また空冷ファンの動作音が舞台等の演出に与える影響も軽減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ファン制御部が、前記照明負荷が消灯するタイミングに合わせて前記空冷ファンを停止させることを特徴とする。

この構成によれば、空冷ファンが一旦作動すると照明負荷が消灯するまで空冷ファンが動作し続けることになるため、空冷ファンの作動後に調光レベルが変化することで空冷ファンが頻繁にオンオフされることを回避できる。したがって、空冷ファンのオンオフ切り替えに伴って生じる音やノイズを少なくでき、これらの音やノイズが舞台等の演出に与える影響を軽減できるという利点がある。たとえば、静寂な雰囲気のホールで空冷ファンが頻繁にオンオフすると、空冷ファンのオンオフに伴う音がホールでの演出の邪魔になる可能性があるが、このような音の影響を軽減することができる。

本発明は、ファン制御部が、変流器で検知される負荷電流の大きさと調光制御部で用いる位相角とにより決まるスイッチング素子の損失が予め定められた閾値を超える場合に空冷ファンを作動させるので、スイッチング素子で発生する熱量に合わせて空冷ファンを無駄なく動作させることができるという利点がある。

本発明の実施形態１の構成を示す概略ブロック図である。 同上の調光システムの概略システム構成図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の要部の構成を示す概略側面図である。 同上のスイッチング素子の損失−位相角特性を示すグラフである。 同上の位相角−負荷電流特性を示すグラフである。

（実施形態１）
本実施形態では、図２に示すように複数台の照明負荷２を調光制御の対象とした調光システムに用いる調光装置１を例として、本発明の調光装置について説明する。

図２の調光システムは、調光レベルを指示するための調光信号を出力する調光操作卓３と、複数台の調光装置１を有した調光盤１０とを備えている。各調光装置１は、調光操作卓３からの調光信号を個別に受信し、当該調光信号で表される調光レベルで点灯させるように、対象となる照明負荷２を調光制御する。

調光操作卓３は、ユーザからの操作入力に応じて、調光盤１０の各調光装置１に対してＤＭＸ信号からなる調光信号を送信する。ＤＭＸ信号は、最大で５１２個のチャンネルのデータを送信可能であって、１チャンネルごとに２５６段階の調光レベルのデータが付与される信号である。

調光装置１は、図１に示すように交流電源（図示せず）から照明負荷２へ供給される負荷電流の位相制御を行う調光回路１１と、調光操作卓３からの調光信号を受けて調光回路１１を制御する調光制御部１２とを備えている。なお、図１では１台の調光装置１のみ図示しているが、他の調光装置１も共通の構成である。

調光回路１１は、交流電源から照明負荷２への給電路に挿入されたスイッチング素子１３を具備する。スイッチング素子１３は、交流電源より供給される交流電流の任意の位相角からゼロクロス点までの間に導通する。調光制御部１２は、調光操作卓３からの調光信号に応じてスイッチング素子１３がオンする位相角を変化させることで、単位時間に照明負荷２に供給される電力量を調節し、照明負荷２の調光制御を行う。

すなわち、図３に示すように、調光制御部１２は、調光レベルが低くなるとスイッチング素子１３がオンする位相角を大きくし、負荷電流の１周期当たりにスイッチング素子１３がオンする期間を短くする。これにより、調光装置１から照明負荷２に負荷電流が供給される期間は短くなって、照明負荷２の調光が深くなる。図３では、負荷電流を（ａ）、スイッチング素子１３のオンオフ状態を（ｂ）、調光レベルを（ｃ）に示している。

ところで、調光回路１１のスイッチング素子１３は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体素子からなる。そのため、スイッチング素子１３がオンする際にはスイッチング損失が生じ、スイッチング素子１３の導通期間にはオン抵抗による導通損失が生じて、これらの損失によりスイッチング素子１３は発熱する。なお、本実施形態ではスイッチング素子１３が交流電流のゼロクロス点でオフするようにしているため、スイッチング素子１３がオフする際のスイッチング損失は無視できるものとして説明する。

調光装置１１は、スイッチング素子１３で生じた熱を放熱するため、図４に示すようにスイッチング素子１３に取り付けられる放熱フィン１４と、放熱フィン１４が奪ったスイッチング素子１３の熱を放熱する空冷ファン１５とを備えている。空冷ファン１５は、動作時に放熱フィン１４に対し冷却風を供給することで、スイッチング素子１３の熱を効率よく放熱する。

ただし、空冷ファン１５の動作中は、当然ながら空冷ファン１５で電力が消費され、また空冷ファン１５の動作音が生じて舞台等の演出に影響を与えることがあるので、空冷ファン１５の無駄な動作は極力なくしたいという要望がある。そこで、調光装置１は、空冷ファン１５を常時動作させるのではなく、空冷ファン１５のオンオフ制御を行うファン制御部１６を備えている。ファン制御部１６は、スイッチング素子１３で生じる損失が、予め定められた閾値を超えると空冷ファン１５が作動するように空冷ファン１５のオンオフ制御を行う。なお、ファン制御部１６および調光制御部１２は、１つのＣＰＵ（中央演算装置）１７にそれぞれのプログラムを実行させることにより実現される。

ここにおいて、スイッチング素子１３で生じる損失（スイッチング損失および導通損失）と、スイッチング素子１３がオンする位相角との間には、図５に示すような関係がある。この損失−位相角特性は、常に一定ではなく、スイッチング素子１３を流れる負荷電流の大きさによって変化する。図５では、横軸を位相角度〔°〕、縦軸をスイッチング素子１３で生じる損失〔Ｗ〕として、複数の負荷電流についての各損失−位相角特性を示す。図５中で「Ｉ１」、「Ｉ２」、「Ｉ３」、「Ｉ４」、「Ｉ５」の順に負荷電流が小さくなるものとする。

図５の関係を用いることにより、負荷電流と位相角とからスイッチング素子１３で生じる損失を推定することが可能である。たとえば、スイッチング素子１３で生じる損失が、予め定められた閾値Ｘ〔Ｗ〕になるときの負荷電流と位相角との関係（図５中の丸印箇所）は、図６のように表すことができる。図６では横軸を負荷電流〔Ａ〕、縦軸を位相角度〔°〕として、スイッチング損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕となるときの位相角−負荷電流特性を表す。この図６に示す位相角−負荷電流特性を用いれば、負荷電流と位相角とからスイッチング素子１３での損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えるか否かを判断することができる。

そこで、ファン制御部１６は、スイッチング素子１３の損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えると空冷ファン１５が作動するように、負荷電流と位相角とに基づいて空冷ファン１５のオンオフ制御を行う。すなわち、負荷電流と位相角との組み合わせが、図６の位相角−負荷電流特性線Ｘ１を上回る場合には、ファン制御部１６はスイッチング素子１３での損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えるものと判断し、空冷ファン１５を作動させる。ファン制御部１６は、図６の位相角−負荷電流特性を表すテーブル、あるいは近似式を予め記憶している。

本実施形態の調光装置１は、調光回路１１から照明負荷２への給電路に設けられ負荷電流を検知する変流器（カレントトランス）１８を備える。ファン制御部１６は、変流器１８の出力から、負荷電流の瞬時値ではなく負荷電流の絶対値の平均値を検知する。これにより、たとえ定格電力が異なる複数種類の照明負荷２が用いられる場合でも、調光装置１は照明負荷２に供給される負荷電流を検知可能となる。ファン制御部１６は、変流器１８で検知される負荷電流の大きさ（絶対値の平均値）と調光制御部１２で調光レベルにより決定される位相角とに基づいて、スイッチング素子１３の損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えるか否かを判断して空冷ファン１５を制御する。

以下、本実施形態の調光装置１におけるファン制御部１６が空冷ファン１５のオンオフを決定する際の処理について説明する。ここでは、スイッチング素子１３の損失の閾値は予めＸ〔Ｗ〕に設定されているものと仮定する。

ファン制御部１６は、まず変流器１８を用いて調光回路１１から照明負荷２に供給される負荷電流を測定する。次に、ファン制御部１６は、図６に示す位相角−負荷電流特性から、検知された負荷電流のときに、スイッチング素子１３で生じる損失が閾値Ｘになるような位相角を求め、この位相角を臨界角とする。ここでは、一例として負荷電流がＩ２であって、臨界角が６０〔°〕とする。

ファン制御部１６は、調光制御部１２から調光レベルに応じた位相角の通知を受け、当該位相角が前記臨界角（６０〔°〕）を超えるか否かを判断し、位相角が臨界角を超えるとスイッチング素子１３の損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えたと判定する。スイッチング素子１３の損失が閾値Ｘ〔Ｗ〕を超えると、ファン制御部１６は空冷ファン１５への電力供給を開始して空冷ファン１５を作動させる。

ファン制御部１６は、負荷電流の検知から位相角が臨界角を超えるか否かの判断までの処理を、照明負荷２の点灯中に一定周期（たとえば数秒周期）で繰り返す。これにより、照明負荷２の点灯直後には空冷ファン１５が作動しなくても、負荷電流と位相角との少なくとも一方の変化によってスイッチング素子１３で生じる損失が閾値を超えると、空冷ファン１５が作動する。

以上説明した構成の調光装置１によれば、空冷ファン１５のオンオフ制御は、ファン制御部１６により、変流器１８で検知される負荷電流の大きさと調光制御部１２で決定される位相角とに基づいて行われる。したがって、ファン制御部１６は、スイッチング素子１３で生じる損失が閾値を超える場合にのみ空冷ファン１５を作動させることで、実際にスイッチング素子１３で発生する熱量に合わせて空冷ファン１５を動作させることができる。結果的に、調光装置１ごとに異なる定格電力の照明負荷２が接続される場合などでも、空冷ファン１５を無駄なく動作させることができ、空冷ファン１５の消費電力の削減および空冷ファン１５の動作音の軽減が可能になる。

また、ファン制御部１６が空冷ファン１５を停止させるタイミングに関しては、スイッチング素子１３の損失が閾値を下回ったときとしてもよいが、この場合、空冷ファン１５が頻繁にオンオフする可能性がある。つまり、調光レベルが頻繁に上下するような場合、空冷ファン１５の作動直後に位相角が小さくなりスイッチング素子１３で生じる損失が閾値を下回って、空冷ファン１５がすぐに停止することになる。このようなことを繰り返すことで、空冷ファン１５が頻繁にオンオフする。空冷ファン１５が頻繁にオンオフすると、空冷ファン１５のオンオフ切り替えに伴って発生する音やノイズが舞台等の演出に影響を及ぼすことがある。たとえば、静寂な雰囲気のホールで空冷ファン１５が頻繁にオンオフすると、空冷ファン１５のオンオフに伴う音がホールでの演出の邪魔になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、ファン制御部１６は、照明負荷２が消灯すると変流器１８で検知される負荷電流がゼロになることを利用して照明負荷２の点灯・消灯を監視し、照明負荷２が消灯するタイミングに合わせて空冷ファン１５を停止させるように構成される。これにより、空冷ファン１５は一旦作動すると、その後照明負荷２が消灯して負荷電流がゼロになるまで動作を継続することになる。したがって、空冷ファン１５のオンオフの頻度を下げ、空冷ファン１５のオンオフ切り替えに伴う音やノイズの影響を軽減することができる。

ところで、上記実施形態では、１台の調光装置１に対して１台の照明負荷２が接続される例を示したが、この例に限らず、１台の調光装置１に対して複数台の照明負荷２が接続されていてもよい。この場合、調光装置１は、照明負荷２ごとに負荷電流を制御できるように、照明負荷２ごとにスイッチング素子１３を有し、複数台の照明負荷２を個別に調光制御する。さらに空冷ファン１５はスイッチング素子１３ごとに設けられ、ファン制御部１６は、各スイッチング素子１３の負荷電流および位相角に基づいて、各空冷ファン１５を個別に制御する。

また、上記実施形態では、各調光装置１ごとに空冷ファン１５を設けた例を示したが、調光盤１０内の調光装置１複数台ごとに１台の空冷ファン１５を設け、１台の空冷ファン１５で複数台の調光装置１のスイッチング素子１３を冷却することも考えられる。この場合、ファン制御部１６は、各調光装置１の負荷電流および位相角を個別に監視し、少なくとも１台の調光装置１でスイッチング素子１３の損失が閾値を超えると、空冷ファン１５を作動する。

１ 調光装置
２ 照明負荷
１１ 調光回路
１２ 調光制御部
１３ スイッチング素子
１５ 空冷ファン
１６ ファン制御部
１８ 変流器

Claims (2)

1. 交流電源から照明負荷への給電路に挿入されるスイッチング素子を具備し、照明負荷へ供給される負荷電流の位相制御を行う調光回路と、スイッチング素子を冷却する空冷ファンと、調光レベルの指示に応じた位相角でスイッチング素子のオンオフを反転させる調光制御部と、調光回路から照明負荷へ供給される負荷電流を検知する変流器と、変流器で検知される負荷電流の大きさと調光制御部で用いる位相角とにより決まるスイッチング素子の損失が予め定められた閾値を超える場合に空冷ファンを作動させるファン制御部とを備えることを特徴とする調光装置。
2. 前記ファン制御部は、前記照明負荷が消灯するタイミングに合わせて前記空冷ファンを停止させることを特徴とする請求項１記載の調光装置。
   

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