JP2012109053A

JP2012109053A - 位相制御式調光器

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Publication number: JP2012109053A
Application number: JP2010255357A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Matsuda; 光弘松田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP5637441B2

Abstract

【課題】電磁ノイズを抑制するとともに、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減できる位相制御式調光器を提供する。
【解決手段】商用交流電源ＡＣに接続される照明負荷２をスイッチング手段Ｑ５による位相制御によって調光制御する負荷駆動回路１１と、この負荷駆動回路１１の出力端に印加される位相制御時における電圧波形の急峻な立ち上がりを緩和させる波形整形回路１６と、前記負荷駆動回路１１のスイッチング手段Ｑ５に流れる最大電流を制限する電流制限回路１７とを備えた位相制御式調光器１である。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、照明負荷を位相制御により調光する位相制御式調光器に関する。

従来、交流電源を位相制御して照明負荷へ供給する電力を１００％から０％までの範囲で変化させて、調光制御する位相制御式調光器が知られている。例えば、室内の廊下などに設置されたダウンライトに装着された白熱電球を調光制御して調光点灯を行うものである。

ところで、近時、長寿命や省エネの観点から、光源としてＬＥＤを用いるＬＥＤ電球が開発されている。このＬＥＤ電球は、白熱電球と同様にダウンライト等の照明器具に口金を介して装着して使用できるものである。

東芝ライテック（株）｜商品紹介｜配線器具・住宅用分電盤｜白熱電球用調光器・ＷＩＤＥコントルクス［平成22年11月5日検索］（http://www.tlt.co.jp/tlt/new/haisen/contolux/contolux.htm）

特開２０１０−３３８６３号公報

しかしながら、このようなＬＥＤ電球を調光点灯する場合、ＬＥＤ電球はコンデンサインプット型の整流回路を備えた非線形負荷であり、スイッチング手段による位相制御時にスイッチング手段が急激にＯＮすると、電圧、電流の急峻な立ち上がり波形が生じ、このためコンデンサに急激なパルス状の充電電流が流れ、強烈な電流スパイクとなって電磁ノイズを放射するとともに、周辺の回路部品に過渡的な振動電流等によってストレスを与える問題が発生する。
したがって、電磁ノイズによる障害が生じるとともに、調光器やＬＥＤ電球に損傷を与えて製品寿命を短縮させてしまう虞が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、電磁ノイズを抑制するとともに、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減できる位相制御式調光器を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による位相制御式調光器は、商用交流電源に接続される照明負荷をスイッチング手段による位相制御によって調光制御する負荷駆動回路と、この負荷駆動回路の出力端に印加される位相制御時における電圧波形の急峻な立ち上がりを緩和させる波形整形回路と、前記負荷駆動回路のスイッチング手段に流れる最大電流を制限する電流制限回路とを備えている。

本発明の実施形態によれば、電磁ノイズを抑制することができるとともに、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減できる位相制御式調光器を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る位相制御式調光器を示す概略の構成図である。同位相制御式調光器を示すブロック構成図である。同位相制御式調光器を示す回路図である。同位相制御式調光器における各部の波形を示す波形図である。

以下、本発明の実施形態に係る位相制御式調光器ついて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、位相制御式調光器の構成図、図２は、ブロック図、図３は、回路図、図４は、各部における電圧の波形図を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
図１において、商用交流電源ＡＣに接続された位相制御式調光器１及び照明負荷２が示されている。

照明負荷２は、天井面に設置されたダウンライトに装着されたＬＥＤ電球である。このＬＥＤ電球は、Ｅ型の口金を有しており、本体内に、基板に実装された複数のＬＥＤ及びＬＥＤを点灯制御する点灯回路を備えている。点灯回路は、コンデンサインプット型の整流回路を備えていて、例えば、全波整流回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。したがって、このＬＥＤ電球は、ダウンライトのソケットに装着され、商用交流電源ＡＣから給電されることによって点灯し、床面方向における所定の範囲を照明する。

位相制御式調光器１は、ボックス形の本体を備え、壁面に埋め込まれて取付けられる壁埋込形であり、その前面側には、調光用の回動操作摘み２１や表示ランプ２２が設けられている。

次に、図２は、位相制御式調光器１のブロック構成図を示している。また、加えて、各部の波形を示している。図２に示すように、商用交流電源ＡＣには位相制御式調光器１と照明負荷２とが接続されている。位相制御式調光器１は、負荷駆動回路１１、駆動電源回路１２、同期信号発生回路１３、定電流放電回路１４、タイミング発生回路１５、波形整形回路１６、電流制限回路１７及びバッファ回路１８を備えている。

負荷駆動回路１１は、スイッチング素子等のスイッチング手段によって照明負荷２に電力を供給する機能を有する。また、スイッチング手段によって商用交流電源ＡＣを位相制御してその導通角を調整し、照明負荷２に流れる電流を調整して調光点灯できるようになっている。

駆動電源回路１２は、調光器１の動作用の電源を発生させるためのものであり、例えば、１２Ｖの安定化電源を供給するため、３端子レギュレータ等のＩＣが用いられている。また、駆動電源回路１２の入力端には、ダイオードブリッジ等で全波整流された波形の電圧が入力されるようになっている。
同期信号発生回路１３は、前記全波整流された波形の電圧（非平滑波形）に対応して電源に同期するパルス信号を発生する回路である。

定電流放電回路１４は、インパルスの同期信号に同期してコンデンサに充電し、これを定電流放電させてコンデンサの端子間に鋸歯状波の電圧を発生させる機能を有している。

タイミング発生回路１５は、負荷駆動回路１１におけるスイッチング手段の駆動タイミング信号を設定し生成するものであり、位相制御による導通角、すなわち、調光度を設定する部分である。したがって、タイミング発生回路１５には、前記回動操作摘み２１によって操作調整される可変抵抗器が設けられている。

波形整形回路１６は、タイミング発生回路１５からの出力を受けてこの出力波形の前縁を傾斜制御するものである。タイミング発生回路１５で生成された駆動信号は、立ち上がりが急峻となっている。このため、電源の基本周波数の奇数倍の高調波を含むこととなり、高調波ノイズが発生する虞がある。

したがって、波形整形回路１６は、波形の急峻な立ち上がりを緩和させ、つまり、波形の前縁をなまらせて高調波を抑制し、ノイズの発生を抑制するものである。

電流制限回路１７は、波形整形回路１６からの駆動信号の振幅を規制して、負荷駆動回路１１におけるスイッチング手段に流れる最大電流を制限するものである。この電流制限回路１７からの出力は、バッファ回路１８を経由して負荷駆動回路１１のスイッチング手段に駆動信号として印加される。
このため、スイッチング手段に流れる最大電流を制限でき、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減することが可能となる。

以上のように照明負荷２に印加される電圧波形は、急峻な立ち上がりが緩和されたものとなり、また、スイッチング手段に流れる最大電流が制限されるので、電磁ノイズを抑制できるとともに、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減できる。

次に、上記構成の位相制御式調光器１について図３及び図４を参照して詳細な回路構成を説明する。図３に示すように、商用交流電源ＡＣに位相制御式調光器１及び照明負荷２が接続されている。

まず、商用交流電源ＡＣの両端には、電源トランスＴ１を介してダイオードブリッジＤＢ１が接続されている。また、商用交流電源ＡＣによる入力電圧波形を図４（ａ）に示している。ダイオードブリッジＤＢ１の出力端には、駆動電源回路１２が接続されている。

駆動電源回路１２は、ダイオードブリッジＤＢ１の出力端に接続された抵抗Ｒ１、ダイオード、平滑コンデンサを備えており、また、１２Ｖの安定化電源を供給するための３端子レギュレータＵ１を備えている。

駆動電源回路１２には、同期信号発生回路１３が接続されている。この同期信号発生回路１３は、トランジスタＱ１と、このトランジスタＱ１のエミッタとコレクタ間に接続された抵抗Ｒ５とを備えている。トランジスタＱ１のベースは、ダイオードブリッジＤＢ１の出力端に接続された抵抗Ｒ１の一端側に接続されていて、図４（ｂ）に示す全波整流された後の非平滑波形、つまり、抵抗Ｒ１の両端の電圧が印加される。

したがって、トランジスタＱ１によって全波整流された後の波形におけるゼロボルトに同期して約２００μｓ幅のパルスが生成され、電源と同期がとられるようになっている。このパルスの同期信号は、図４（ｃ）に示すように、抵抗Ｒ５の両端に１２Ｖのパルス波形の電圧として現れる。

定電流放電回路１４は、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ４で構成されるカレントミラー回路を備えている。また、トランジスタＱ３のベースには、可変抵抗ＶＲ１が接続されている。

前記インパルスの同期信号は、バッファ用トランジスタＱ２をＯＮして鋸歯状波発生用のコンデンサＣ３を瞬時に充電させる。そして、コンデンサＣ３に充電された電圧は、定電流放電によって時間に対して一次関数的に低下する。このため、コンデンサＣ３の両端間電圧は、図４（ｄ）に示すように鋸歯状波となる。なお、放電電流の値は、可変抵抗ＶＲ１にて設定するようになっている。

タイミング発生回路１５は、コンパレータＵ２と可変抵抗ＶＲ２とを備えている。コンパレータＵ２のマイナス側入力端子には、可変抵抗ＶＲ２が接続され、また、プラス側端子には、前記トランジスタＱ４のコレクタ側が接続されており、前記鋸歯状波が入力されるようになっている。

可変抵抗ＶＲ２は、位相制御による調光度を設定する部分であり、前記図１に示す回動操作摘み２１によって操作調整され、所望の調光点灯の状態にすることができるものである。

コンパレータＵ２において、鋸歯状波と可変抵抗ＶＲ２で設定された電圧とが比較され、可変抵抗ＶＲ２で設定された電圧値が時間関数に変換され（図４（ｄ）参照）、コンパレータＵ２から電源周期に同期したパルスが出力される。

波形整形回路１６は、トランジスタＱ１１及びトランジスタＱ１２で構成されるカレントミラー回路、トランジスタＱ１１及びトランジスタＱ１２のベースに共通接続された可変抵抗ＶＲ１１、トランジスタＱ１２のコレクタ側に接続されたトランジスタＱ１３、このトランジスタＱ１３のエミッタ−コレクタ間に接続されたコンデンサＣ１１を備えている。

このように構成された波形整形回路１６において、コンパレータＵ２の出力がハイレベルになると、これがトランジスタＱ１３のベースに印加され、トランジスタＱ１３はＯＮし、トランジスタＱ１１及びトランジスタＱ１２には、同じ大きさのコレクタ電流Ｉｃが流れる。そして、コンパレータＵ２の出力がローレベルになると、トランジスタＱ１３はＯＦＦし、トランジスタＱ１２を介してコンデンサＣ１１に充電電流Ｉｃが流れる。

このとき、トランジスタＱ１２のベース電流は、可変抵抗ＶＲ１１に制限され、コレクタ電流も制限される。したがって、可変抵抗ＶＲ１１の調整によりコンデンサＣ１１の充電量を調整できる。すなわち、コンデンサＣ１１の両端の電圧は、図４（ｅ）に示すように、立ち上がりが緩和した、つまり、ｄｉ／ｄｔが小さく、波形の前縁をなまらせたものとなる。

また、このコンデンサＣ１１の電圧の立ち下りについては、次の半サイクルに同期したトランジスタＱ１３のＯＮによって瞬時に放電されリセットされる。なお、図４（ｅ）に示すコンデンサＣ１１の両端の電圧波形における立ち上がりの緩和の度合いは、可変抵抗ＶＲ１１を調整することにより変更することができる。

電流制限回路１７は、コンデンサＣ１１の両端間に接続された可変抵抗ＶＲ１２を備えて構成されている。この可変抵抗ＶＲ１２の出力電圧は、オペアンプＵ３からなるバッファ回路１８を経由して負荷駆動回路１１のスイッチング手段としての電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５のゲートに入力され電界効果トランジスタＱ５を駆動する。

可変抵抗ＶＲ１２は、電界効果トランジスタＱ５のゲート駆動電圧波形の最大値調整用の可変抵抗であり、電界効果トランジスタＱ５に流れる最大電流Ｉ_Ｄｍａｘを制限するために、可変抵抗ＶＲ１２の出力電圧の最大値Ｖ_ｍａｘを調整するものである。因みに、この出力電圧の最大値Ｖ_ｍａｘを調整することにより、電界効果トランジスタＱ５に流れる最大電流Ｉ_Ｄｍａｘは、ゲート−ソース間の電圧をＶ_ＧＳとすると、ソース電流帰還抵抗Ｒ１４との関係で、Ｉ_Ｄｍａｘ＝（Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_ＧＳ）／Ｒ１４で表わされる値に制限することが可能となる。

負荷駆動回路１１は、スイッチング手段としての電界効果トランジスタＱ５によって照明負荷２に商用交流電源ＡＣを位相制御して照明負荷２に流れる電流を調整して調光点灯を行うものである。したがって、商用交流電源ＡＣに接続された照明負荷２であるＬＥＤ電球は、ダイオードブリッジＤＢ２を介して負荷駆動回路１１に接続されている。
なお、上述のダイオードブリッジＤＢ１の出力端間に接続された発光ダイオードＬＥＤは、通電確認用の表示ランプ２２である。

以上のような本実施形態の構成によれば、調光用の回動操作摘み２１を操作することにより照明負荷２を位相制御によって調光点灯することができる。そして、この場合、図４（ｆ）に示すように、照明負荷２には、立ち上がりが緩和された電圧が印加され、また電界効果トランジスタＱ５に流れる最大電流Ｉ_Ｄｍａｘは、制限された値のすることができるため、電磁ノイズを抑制することができるとともに、周辺の回路部品に与えるストレスを軽減できる位相制御式調光器１を提供することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１・・・位相制御式調光器、２・・・照明負荷、１１・・・負荷駆動回路、
１２・・・駆動電源回路、１３・・・同期信号発生回路、
１４・・・定電流放電回路、１５・・・タイミング発生回路、
１６・・・波形整形回路、１７・・・電流制限回路、
１８・・・バッファ回路、Ｑ５・・・スイッチング手段（電界効果トランジスタ）、
ＡＣ・・・商用交流電源

Claims

商用交流電源に接続される照明負荷をスイッチング手段による位相制御によって調光制御する負荷駆動回路と；
この負荷駆動回路の出力端に印加される位相制御時における電圧波形の急峻な立ち上がりを緩和させる波形整形回路と；
前記負荷駆動回路のスイッチング手段に流れる最大電流を制限する電流制限回路と；
を具備することを特徴とする位相制御式調光器。