JP2012160271A - 調光装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源又は点灯装置に短絡故障等の不具合が発生した場合に、調光装置を故障から保護する。
【解決手段】交流電源１１が投入されると、調光装置１２の導通制御回路２３は、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率が徐々に上がるように、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂへの入力電圧の導通位相を制御する。正常時において、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率が所望の調光率となる導通位相まで制御すると、それ以降は入力電圧の導通位相をそのまま維持する。電流検出部２２で過電流が検出された場合、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を、電流検出部２２で過電流が検出される前の導通位相に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、調光装置及び照明器具に関するものである。

従来、照明器具の光源を調光する調光装置において、光源である白熱電球へ供給する電力を制御するサイリスタ調光器と、白熱電球に流れる電流の大きさを検出する電流検出器と、電流検出器で過電流が検出されたとき、一定期間サイリスタ調光器をオフにする信号を送出するタイマーとを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

白熱電球のフィラメントが寿命末期等で断線すると、フィラメントでアーク放電が発生する場合がある。白熱電球へ電力が供給され続けていると、アーク放電の電流は配電線路のインピーダンスで決まる値まで増加する。これによって、サイリスタ調光器に過大電流が流れ、サイリスタ調光器が破損する場合がある。そこで、従来の調光装置では、電流検出器で過電流を検出した際に、タイマーにより所定期間だけサイリスタ調光器の出力を停止し、その後、再びサイリスタ調光器の出力を発生させる。

特開２００７−１７９９０９号公報

上記のように、従来の調光装置では、白熱電球のフィラメントが断線してアーク電流が生じた場合に装置内部等の保護動作を行う。しかしながら、負荷が白熱電球でない場合には、負荷に不具合が発生したときに同様の保護動作を行っても確実な保護にはならないという課題があった。特に、負荷がＬＥＤの場合には、ＬＥＤ又はＬＥＤを点灯させる装置に不具合が発生したときにタイマーで所定期間だけ調光装置の出力を停止しても、所定期間経過後に不具合（例えば、短絡故障）の状態が変わるわけではないので、再び出力が発生したときには不具合による過電流が生じてしまう。

本発明は、例えば、光源又は点灯装置に短絡故障等の不具合が発生した場合に、調光装置を故障から保護することを目的とする。

本発明の一の態様に係る調光装置は、
印加される入力電圧の導通位相に応じて光源を調光する点灯装置と接続され、前記点灯装置に前記入力電圧を印加する調光装置であり、
前記点灯装置に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記光源の調光率が徐々に上がるように前記入力電圧の導通位相を制御する制御部であって、前記電流検出部で過電流が検出された場合、前記入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持する制御部とを備える。

本発明の一の態様によれば、調光装置において、光源の調光率が徐々に上がるように点灯装置への入力電圧の導通位相を制御する制御部が、電流検出部で過電流が検出された場合、入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持することにより、光源又は点灯装置に短絡故障等の不具合が発生した場合に、調光装置を故障から保護することが可能となる。

実施の形態１に係る照明器具の構成を示す回路図。 実施の形態１に係る（ａ）交流電源の出力電圧、（ｂ）調光装置の正常時の出力電圧、（ｃ）調光装置の異常時の出力電圧を示す波形図。 実施の形態２に係る調光装置の間欠動作を示す図。 実施の形態３に係る照明器具の構成を示す回路図。 実施の形態４に係る照明器具の構成を示す回路図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明器具１０の構成を示す回路図である。

図１において、照明器具１０は、交流電源１１に接続される調光装置１２と、調光装置１２に接続されるＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂ（点灯装置の例）と、ＬＥＤ点灯装置１３Ａに接続される２つのＬＥＤ１４Ａ（光源の例）と、ＬＥＤ点灯装置１３Ｂに接続される２つのＬＥＤ１４Ｂ（光源の例）とを具備する。

調光装置１２は、位相制御部２１、電流検出部２２、導通制御回路２３、異常表示装置２４（通知部の例）、整流回路２５（整流部の例）を備える。位相制御部２１及び導通制御回路２３は、制御部の例である。整流回路２５は、交流電源１１から入力される交流電圧を整流して脈流電圧（直流電圧）に変換する。位相制御部２１は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、この脈流電圧をスイッチング動作によってオン／オフすることで、位相制御電圧を出力する。この位相制御電圧は、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに入力電圧として印加される。導通制御回路２３は、位相制御部２１にスイッチング動作のタイミングを指令することで、位相制御部２１から出力される位相制御電圧を制御する。即ち、導通制御回路２３は、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加する入力電圧の導通位相を制御する。電流検出部２２は、抵抗であり、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに流れる電流を検出する。異常表示装置２４は、電流検出部２２で過電流が検出された場合（電流検出部２２で検出された電流が予め定められた閾値より大きい場合）、例えば表示灯を点灯又は点滅させることにより異常を通知する。表示灯は、調光装置１２の表面プレート等に設けられる。

ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂは、ダウンコンバータやバックコンバータといった定電流電源回路（直流電力発生回路）からなり、負荷であるＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂに電力を供給することで、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂを点灯させる。ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂは、調光装置１２から印加される入力電圧の導通位相に応じてＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂを調光する。ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂは、後述するようにインピーダンス成分を含んでいる。

以下、調光装置１２の導通制御回路２３の動作について説明する。

交流電源１１が投入されると、導通制御回路２３は、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率が徐々に上がるように、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂへの入力電圧の導通位相を制御する。正常時において、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率（光出力）が所望の調光率（例えば、定格出力、あるいは、コントローラ等から指定された調光率）となる導通位相まで制御すると、それ以降は入力電圧の導通位相をそのまま維持する。異常時において、即ち、電流検出部２２で過電流が検出された場合、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持する。このとき、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を、電流検出部２２で過電流が検出される前の導通位相に維持する（導通制御回路２３は、制御対象である入力電圧の導通位相を記憶装置に少なくとも一定期間、例えば時系列データとして記憶しているものとする）。あるいは、導通制御回路２３は、入力電圧の導通位相を、予め定められた導通位相に維持する。この場合、導通制御回路２３は、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率が２０％以下に保たれるように（定格出力の２０％以下でＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂが点灯するように）入力電圧の導通位相を制御することが望ましい。

図２（ａ）は、交流電源１１の出力電圧を示す波形図である。図２（ｂ）は、調光装置１２の正常時の出力電圧を示す波形図である。図２（ｃ）は、調光装置１２の異常時の出力電圧を示す波形図である。

図２（ａ）において、交流電源１１は、ゼロクロス位相θ_０の交流電圧を出力している。図２（ｂ）において、調光装置１２は、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加する入力電圧として、例えばＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率を９０％程度に制御する導通位相θ_２の電圧を出力している。図２（ｃ）において、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂのうち少なくとも１つ、あるいは、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂのうち少なくとも１つが故障のため短絡状態であるとする。このとき、調光装置１２は、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加する入力電圧として、例えばＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの調光率を１０％程度に制御する導通位相θ_１の電圧を出力している。

例えば、ＬＥＤ１４Ａを含むＬＥＤ点灯装置１３Ａ側で短絡故障があったとする。交流電源１の投入時、導通制御回路２３は位相制御部２１をソフトスタートさせる（交流電源１１のゼロクロス近傍から徐々に出力電圧を上昇させる）。このとき、電流検出部２２が過電流を検出すると、導通制御回路２３は、位相制御部２１の出力電圧の導通位相を、過電流の限度値を超えない位相θ_１にとどめる。これにより、位相制御部２１が過電流で故障することを防ぐことができる。また、正常なＬＥＤ点灯装置に接続された正常なＬＥＤには、設定された位相θ_２に対応する電力より小さいものの、一定の電力が供給されるので、点灯状態を維持できる。よって、使用者はどのＬＥＤ又はＬＥＤ点灯装置が不点灯であるか判別でき、修理すべきＬＥＤ又はＬＥＤ点灯装置をすぐに見極めることができる。

電流検出部２２が過電流を検出した状態では、さらに、異常表示装置２４が、例えば表示灯の点灯（又は点滅）により異常な負荷等が接続されていることを表示する。表示灯の点灯（又は点滅）状態は、交流電源１１をオフすることで調光装置１２がリセットされるまで維持されることが望ましい。

このように、本実施の形態では、調光装置１２に接続されたＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３ＢあるいはＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの中で短絡的な故障が発生したものがあっても過電流を防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、特にＬＥＤを負荷とする点灯装置を接続した調光装置１２において、負荷を含む点灯装置側の短絡故障等が発生したときに調光装置１２を故障から保護することができる。

ここで、白熱電球の光出力と電気的入力との関係は、例えばランプ電力を３０％供給しても光出力はわずか数％しかないというようなものである。即ち、白熱電球では、供給される電力が小さい場合、輝度が著しく低くなる。本実施の形態では、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの代わりに白熱電球を負荷として使用することもできるが、この場合、異常時に負荷の調光率を低く抑えることで負荷の点灯状態を維持したとしても、人間が正常ランプと不点灯ランプとを識別するのは容易ではない。

ＬＥＤは、白熱電球の発光効率が約１０［ｌｍ／Ｗ（ルーメン毎ワット）］であるのに対し、その１０倍近い発光効率が期待できるものである。また、ＬＥＤは、指向性が強いため、照射する光の方向が限定されており、供給される電力が小さくても（その結果、出力全光束が少なくなっても）、直下の輝度は人間が正常（点灯）／不点灯を識別するのに十分な高さとなる。例えば、ＬＥＤでは、定格電力の１０〜２０％の光源電力でも、人間が正常ランプと不点灯ランプとを容易に識別できる。よって、本実施の形態のように、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂを負荷として使用すれば、正常／不点灯の確認のために必要な光源電力はわずかで足りる。そのため、調光装置１２を故障させることなく、正常ランプと不点灯ランプとの識別が可能な程度に負荷の点灯状態を維持することができる。つまり、本実施の形態によれば、調光装置１２が、正常な点灯装置に接続された正常なＬＥＤに対し、正常／不点灯を識別するための電力を供給することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のＬＥＤあるいは複数の点灯装置の中で短絡故障したものがあっても、過電流を防止して調光装置１２を故障させないようにするとともに、正常なＬＥＤを識別可能なように点灯させておくことができる。

なお、本実施の形態では、位相制御部２１としてＭＯＳ−ＦＥＴを使用しているが、位相制御部２１としてサイリスタ等、他の種類のスイッチング素子を使用しても構わない。

また、本実施の形態では、交流電源１１から入力される交流電圧を整流回路２５で脈流電圧に変換した上で位相制御し、入力電圧としてＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加しているが、後述する実施の形態３のように、交流電圧を位相制御し、入力電圧としてＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加してもよい。この場合、整流回路２５と同様の整流部をＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに設ける。

また、本実施の形態では、照明器具１０が２つのＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂを具備しているが、照明器具１０が１つのみ又は３つ以上のＬＥＤ点灯装置を具備しても構わない。なお、照明器具１０がＬＥＤ点灯装置を１つのみ具備している場合、このＬＥＤ点灯装置に短絡故障等の不具合が発生すると、正常なＬＥＤも点灯させることができないが、異常表示装置２４が異常を通知していれば、使用者はＬＥＤ点灯装置又はＬＥＤに不具合が発生したことを認識できる。

また、本実施の形態では、照明器具１０がＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂの各々に対応するＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂを２つずつ具備しているが、ＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂの個数がそれぞれ３つ以上でも構わないし、互いに異なる個数でも構わない。また、本実施の形態では、照明器具１０が負荷としてＬＥＤ１４Ａ，１４Ｂを具備しているが、負荷として有機ＥＬ等、他の種類の光源を具備しても構わない。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

実施の形態１では、調光装置１２において、電流検出部２２で過電流が検出された場合、導通制御回路２３が、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加する入力電圧の導通位相を単に一定の導通位相に維持する。これに対し、本実施の形態では、電流検出部２２で過電流が検出された場合、導通制御回路２３が、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに印加する入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持する期間（通電期間）と、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ，１３Ｂに入力電圧を印加しない期間（停電期間）とを交互に複数回繰り返す間欠動作を行う。ここで、通電期間及び停電期間の長さ、間欠動作の繰り返し回数等は、例えば、調光装置１２に備えられるマイコン等で適宜設定されるものとする。

図３は、導通制御回路２３の間欠動作を示す図である。

図３において、交流電源１１が投入されたときに、異常なＬＥＤ点灯装置あるいはＬＥＤが調光装置１２に接続されていた場合、導通制御回路２３は、通電を複数回（例えば、４回）間欠的に行った後、位相制御部２１の出力を停止させる。これにより、故障したＬＥＤ点灯装置あるいはＬＥＤの通電中に発生する位相制御部２１等の過熱を防止できる。また、調光装置１２は、交流電源１１を再投入すれば同じ動作を繰り返すので、故障箇所を再確認することは可能である。仮に使用者が故障箇所を確認する前に導通制御回路２３が間欠動作を終えてしまっても、異常表示装置２４は、位相制御部２１の出力が停止している間も表示灯の点灯等により異常な負荷等が接続されていることを表示しているため、故障箇所の確認が必要であることを使用者に容易に気付かせることができる。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

図４は、本実施の形態に係る照明器具１０の構成を示す回路図である。

図４において、調光装置１２からＬＥＤ点灯装置１３Ａに印加される入力電圧は交流の位相制御電圧である。ＬＥＤ点灯装置１３Ａは、突入電流を抑制する突入電流抑制部３１のほか、スイッチング素子３２、点灯制御回路３３、整流回路３４、出力コンデンサ３５、平滑コンデンサ３６、ダイオード３７、トランス３８を備えたフライバックコンバータとして構成されている。なお、ＬＥＤ点灯装置１３Ｂも、ＬＥＤ点灯装置１３Ａと同様に構成されるが、図示を省略している。

突入電流抑制部３１は、ＬＥＤ点灯装置１３Ａ又はＬＥＤ１４Ａが短絡故障したときのインピーダンスを大きくし、故障箇所の判別を容易にする。

本実施の形態においても、調光装置１２は、ＬＥＤ１４Ａを含むＬＥＤ点灯装置１３Ａ側の異常に対して、実施の形態１と同様の保護動作を行うことができる。

実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

図５は、本実施の形態に係る照明器具１０の構成を示す回路図である。

図５において、照明器具１０は、２つのＬＥＤ１４が接続されたＬＥＤ点灯装置１３を１つのみ具備している。ＬＥＤ点灯装置１３は、突入電流を抑制する突入電流抑制部３１のほか、スイッチング素子３２、点灯制御回路３３、出力コンデンサ３５、平滑コンデンサ３６、ダイオード３７、チョークコイル３９を備えたバックコンバータとして構成されている。

本実施の形態において、突入電流抑制部３１は、サーミスタのような抵抗からなる。なお、突入電流抑制部３１としてサーミスタ以外の手段（例えば、サイリスタと並列抵抗）を使用しても構わない。

ここで、実施の形態３及び４において、突入電流抑制部３１を備えていないが、それ自身で設定電流維持機能を有しているコンバータを、ＬＥＤ点灯装置１３，１３Ａの代わりに、調光装置１２に接続する場合について考える。この場合、ＬＥＤ点灯装置１３，１３Ａは正常で、その負荷のＬＥＤ１４，１４Ａに短絡故障が発生したとしても、調光装置１２から無制限に短絡的電流が流れないことが多いので、調光装置１２側からみてコンバータ側はある程度のインピーダンスを有するとみなせる。しかしながら、ＬＥＤ１４，１４Ａではなく、ＬＥＤ点灯装置１３，１３Ａに短絡故障が発生したとすると、調光装置１２側からみてコンバータ側は非常にインピーダンスが低い状態になるため、調光装置１２からＬＥＤ点灯装置１３，１３Ａに突入電流が流れやすくなる。したがって、このような状況に対処するため、本実施の形態のように、突入電流抑制部３１があることが望ましい。特に、ＬＥＤ点灯装置１３，１３Ａの入力側に大きな容量の平滑コンデンサ３６が備えられている場合には、突入電流抑制部３１が有効である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。

１０ 照明器具、１１ 交流電源、１２ 調光装置、１３，１３Ａ，１３Ｂ ＬＥＤ点灯装置、１４，１４Ａ，１４Ｂ ＬＥＤ、２１ 位相制御部、２２ 電流検出部、２３ 導通制御回路、２４ 異常表示装置、２５ 整流回路、３１ 突入電流抑制部、３２ スイッチング素子、３３ 点灯制御回路、３４ 整流回路、３５ 出力コンデンサ、３６ 平滑コンデンサ、３７ ダイオード、３８ トランス、３９ チョークコイル。

Claims (8)

1. 印加される入力電圧の導通位相に応じて光源を調光する点灯装置と接続され、前記点灯装置に前記入力電圧を印加する調光装置において、
   前記点灯装置に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記光源の調光率が徐々に上がるように前記入力電圧の導通位相を制御する制御部であって、前記電流検出部で過電流が検出された場合、前記入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持する制御部と
   を備えることを特徴とする調光装置。
2. 前記制御部は、前記電流検出部で過電流が検出された場合、前記入力電圧の導通位相を前記電流検出部で過電流が検出される前の導通位相に維持することを特徴とする請求項１の調光装置。
3. 前記制御部は、前記電流検出部で過電流が検出された場合、前記入力電圧の導通位相を一定の導通位相に維持する期間と前記点灯装置に前記入力電圧を印加しない期間とを交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項１又は２の調光装置。
4. 前記調光装置は、さらに、前記電流検出部で過電流が検出された場合、異常を通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかの調光装置。
5. 前記制御部は、前記電流検出部で過電流が検出された場合、前記光源の調光率が２０％以下に保たれるように前記入力電圧の導通位相を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかの調光装置。
6. 請求項１から５のいずれかの調光装置を具備するとともに、
   前記点灯装置として、突入電流を抑制する突入電流抑制部を介して前記調光装置と接続された点灯装置を具備することを特徴とする照明器具。
7. 請求項１から５のいずれかの調光装置と、前記点灯装置とを具備するとともに、
   前記光源として、ＬＥＤを複数具備することを特徴とする照明器具。
8. 前記照明器具は、前記点灯装置を複数具備することを特徴とする請求項６又は７の照明器具。

Images