JP2018037136A - Lighting control lighting device including choke transformer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting control lighting device which does not need to use a conventional switch element of high breakdown voltage performance, but can use a switch element of relatively low breakdown voltage performance, when performing lighting control of a lamp for illumination by phase control.SOLUTION: A lighting control lighting device includes the main winding L1 of a choke transformer 34 connected in series between an AC power supply 10 and a lamp 12, a triac 38 connected in series with the sub-winding L2 of the choke transformer and forming a loop circuit, and a phase control circuit 40 imparting an on/off command for the triac 38 performing phase control of the conduction current i+i'of the main winding L1, by cutting a loop current iflowing through the sub-winding L2 and the triac 38. The phase control circuit 40 is provided to change the on-duty of the triac 38 according to an external input signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放電灯やLEDランプなどの照明用点灯装置に関し、特に、チョークトランスを備えた調光点灯装置に関する。   The present invention relates to lighting lighting devices such as discharge lamps and LED lamps, and more particularly to a dimming lighting device including a choke transformer.

約30年前より以前の銅鉄式の安定器で無段階調光を実現するためには、ボルトスライダーによる可変電圧入力が必要であり、そのような調光点灯装置が主流であった。しかし、調光を行う安定器のVA以上のボルトスライダーが必要になり、非常に大がかりなシステムであった。   In order to realize stepless dimming with a copper-iron type ballast before about 30 years ago, a variable voltage input by a bolt slider is necessary, and such a dimming lighting device has been mainstream. However, a bolt slider more than VA of the ballast that performs dimming is required, and the system is very large.

この課題に対し、位相制御を応用した図4(C)の連続調光点灯装置が提案されている(例えば、特許文献1)。まず、ベースとなる放電灯点灯装置について図4(A)を用いて説明する。図4(A)の点灯装置は、電源10(例えば2200V)に対して直列接続されたランプ12およびメインチョーク14を有し、交流で点灯するランプに流れる電流を制限する。メインチョーク14は、単独で最大出力(例えば9kW)を発揮するコイルである。また、チョーク14を用いた場合、電源電圧に対してランプ電流が遅れ位相になり一次力率が低下するため、ランプ12に並列接続された力率改善用コンデンサ16により力率改善が行われる。ここで、「チョーク」はチョークコイルを指す。   In response to this problem, a continuous dimming / lighting device shown in FIG. 4C using phase control has been proposed (for example, Patent Document 1). First, a discharge lamp lighting device as a base will be described with reference to FIG. The lighting device in FIG. 4A includes a lamp 12 and a main choke 14 connected in series to a power supply 10 (for example, 2200 V), and limits the current flowing through the lamp that is lit with alternating current. The main choke 14 is a coil that exhibits a maximum output (for example, 9 kW) alone. In addition, when the choke 14 is used, the lamp current is delayed in phase with respect to the power supply voltage and the primary power factor is lowered. Therefore, the power factor is improved by the power factor improving capacitor 16 connected in parallel to the lamp 12. Here, “choke” refers to a choke coil.

これに対して、図4(B)の2段階調光点灯装置は、放電灯12に直列接続されたメインチョーク14および追加チョーク18を有し、追加チョーク18に並列接続されたバイパス用のスイッチ20を有する。スイッチ20をONさせた状態で点灯動作させれば、8.1Aの電流が、スイッチ20→メインチョーク14を介して流れ、ランプ12には定格ランプ電力(1300V、9kW)が供給される。また、スイッチ20がOFFの状態で点灯動作すれば、5.7Aの電流が、追加チョーク18→メインチョーク14を介して流れ、ランプ12には定格の例えば2/3倍のランプ電力(1240V、6kW)が供給される。このようにメインチョークに直列にインピーダンスを足すことで2段階調光が可能となり、一般照明の回路では非常にポピュラーな構成として知られている。   On the other hand, the two-stage dimming / lighting device of FIG. 4B has a main choke 14 and an additional choke 18 connected in series to the discharge lamp 12, and a bypass switch connected in parallel to the additional choke 18. 20 If the lighting operation is performed with the switch 20 turned on, a current of 8.1 A flows through the switch 20 → the main choke 14, and the lamp 12 is supplied with rated lamp power (1300 V, 9 kW). Further, if the lighting operation is performed with the switch 20 turned off, a current of 5.7 A flows through the additional choke 18 → the main choke 14, and the lamp 12 has a lamp power (1240V, 6 kW) is supplied. In this way, by adding impedance in series with the main choke, it becomes possible to perform two-stage dimming, which is known as a very popular configuration in general lighting circuits.

図4(C)の連続調光点灯装置は、上記の2段階調光の構成に位相制御を組み合わせたものと言える。つまり、連続調光点灯装置では、スイッチ20に代えて、トライアック(三端子半導体スイッチ素子)22が追加チョーク18に並列接続される。図5の波形図を使って調光動作について説明する。点灯中、トライアック22が常時OFFであれば、2つのチョークのインピーダンスの作用により、波形iの最小電流(5.7A)が流れ、ランプ電力は6kW(最小調光状態)になる。また、トライアック22が常時ONであれば、メインチョークのインピーダンスのみが作用するので、波形iの最大電流(8.1A)になり、ランプ12には定格ランプ電力(9kW)が供給される。 It can be said that the continuous light control lighting device in FIG. 4C combines the above-described two-stage light control configuration with phase control. That is, in the continuous light control lighting device, instead of the switch 20, a triac (three-terminal semiconductor switch element) 22 is connected in parallel to the additional choke 18. The dimming operation will be described with reference to the waveform diagram of FIG. If the triac 22 is always OFF during lighting, the minimum current (5.7 A) of the waveform i 1 flows due to the impedance of the two chokes, and the lamp power becomes 6 kW (minimum dimming state). Further, if the triac 22 is always ON, only the impedance of the main choke acts, so that the maximum current (8.1 A) of the waveform i 2 is obtained and the rated lamp power (9 kW) is supplied to the lamp 12.

そして、図4(C)の位相制御回路23によって、交流電源の0V位相(ゼロクロス)に同期してトライアック22がOFFされ、その半周期の間にONされるという動作を繰り返すことで、追加チョーク18の通電時間が制御(位相制御)される。図5にて、OFF期間には波形iの電流が流れ、ON期間には波形iの電流が流れる。ONデューティー(位相角(π−φ))を可変にすることで、追加チョーク18に流れる電流量が調整されて、ランプ電流を実効値的に最大電流から最小電流まで変化させることができ、定格ランプ電力の1倍〜2/3倍の間での調光が可能になる。 Then, the phase control circuit 23 in FIG. 4C repeats the operation of turning off the triac 22 in synchronization with the 0 V phase (zero cross) of the AC power supply and turning it on during the half cycle, thereby adding choke. 18 energization time is controlled (phase control). In FIG. 5, the waveform i 1 current flows during the OFF period, and the waveform i 2 current flows during the ON period. By making the ON duty (phase angle (π−φ)) variable, the amount of current flowing through the additional choke 18 can be adjusted, and the lamp current can be changed from the maximum current to the minimum current in an effective value. Dimming is possible between 1 and 2/3 times the lamp power.

特開平05‐13189号公報(図1)JP 05-13189 A (FIG. 1)

しかしながら、図4(C)の調光点灯装置において、トライアック22が開閉する電圧は、調光用の追加チョーク18のインピーダンス電圧であり、この追加チョーク18は、高いインピーダンス電圧と比較的大きなインダクタンスとを示す。このような追加チョーク18の入り切りをトライアック22が行えば、スイッチOFF時のサージ電圧が高くなってしまい、その結果、耐圧性の高い高価なトライアックを使用しなければならなかった。例えば、8kW型のUVランプ用電源装置(定格9kW)を想定すると、交流電源2200Vに対して、追加チョークのインピーダンス電圧は470V程度に分圧される。トライアックの耐圧性能については、OFF時のサージ電圧を考慮すると、600V耐圧品では足らず、その上位の耐圧性能を有するトライアックを使わざるを得なかった。   However, in the dimming / lighting device of FIG. 4C, the voltage that the triac 22 opens and closes is the impedance voltage of the dimming additional choke 18, and this additional choke 18 has a high impedance voltage and a relatively large inductance. Indicates. If the triac 22 performs such on / off of the additional choke 18, the surge voltage when the switch is turned off becomes high, and as a result, an expensive triac with high pressure resistance must be used. For example, assuming an 8 kW type UV lamp power supply device (rated 9 kW), the impedance voltage of the additional choke is divided to about 470 V with respect to the AC power supply 2200 V. With regard to the withstand voltage performance of the triac, considering the surge voltage at the OFF time, the 600V withstand voltage product is insufficient, and a triac having a higher withstand voltage performance has to be used.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、照明用ランプを位相制御により調光させる際に、従来のような高い耐圧性能のスイッチ素子を使用する必要がなく、比較的低い耐圧性能のスイッチ素子を使用できる調光点灯装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and when dimming an illumination lamp by phase control, there is no need to use a switch element having a high withstand voltage performance as in the prior art, and a switch with a relatively low withstand voltage performance. It aims at providing the light control lighting device which can use an element.

発明者は、従来型の位相制御方式の派生タイプとして、まず、図6(A)および(B)に示す調光点灯装置について検討した。図6(A)の調光点灯装置には、メインチョーク24に対して、追加チョーク28およびスイッチ30の直列回路が、並列に接続されている。スイッチ30をOFFさせた状態で点灯動作させれば、5.7Aの電流がメインチョーク24を流れ、ランプ12には定格の2/3倍のランプ電力(1240V、6kW)が供給される。また、スイッチ30がONの場合は、メインチョーク24に5.7Aの電流が流れるとともに、追加チョーク28に2.4Aの電流が流れるので、ランプ12にはこれらを合算した8.1Aの電流が流れて、定格ランプ電力(1300V、9kW)が供給される。このように、2つのチョークを流れる電流を足し合わすことで、ランプを増光させて、2段階調光が可能となる。   The inventor first examined the dimming lighting device shown in FIGS. 6A and 6B as a derivative type of the conventional phase control system. In the dimming / lighting device of FIG. 6A, a series circuit of an additional choke 28 and a switch 30 is connected in parallel to the main choke 24. If the lighting operation is performed with the switch 30 turned off, a current of 5.7 A flows through the main choke 24 and the lamp 12 is supplied with 2/3 times the rated lamp power (1240 V, 6 kW). When the switch 30 is ON, a current of 5.7 A flows through the main choke 24 and a current of 2.4 A flows through the additional choke 28. Therefore, the lamp 12 has a combined current of 8.1 A. The rated lamp power (1300 V, 9 kW) is supplied. In this way, by adding the currents flowing through the two chokes, the lamp is brightened and two-stage dimming is possible.

図6(B)の連続調光点灯装置は、スイッチ30に代えて、トライアック32が追加チョーク28に直列接続されている。図6(C)の波形図を用いると、点灯中、位相制御回路33によってトライアック32が常時OFFであれば、メインチョーク24のインピーダンスだけの作用により、波形iの最小電流(5.7A)が流れ、ランプ電力は6kW(最小調光状態)になる。また、トライアック32が常時ONであれば、2つのチョークのインピーダンスの作用によって、波形iおよび波形iを重ね合せた波形i+iの最大電流(8.1A)が得られ、ランプ12には定格ランプ電力(9kW)が供給される。 In the continuous dimming / lighting device of FIG. 6B, a triac 32 is connected in series to the additional choke 28 instead of the switch 30. Using the waveform diagram of FIG. 6C, if the TRIAC 32 is always OFF by the phase control circuit 33 during lighting, the minimum current (5.7 A) of the waveform i 1 due to the effect of only the impedance of the main choke 24. And the lamp power becomes 6 kW (minimum dimming state). If the triac 32 is always ON, the maximum current (8.1 A) of the waveform i 1 + i 2 obtained by superimposing the waveform i 1 and the waveform i 2 is obtained by the action of the impedance of the two chokes, and the lamp 12 Is supplied with rated lamp power (9 kW).

そして、トライアック32を動作させて、追加チョーク28の通電時間を制御(位相制御)すると、トライアック32のONデューティー(位相角(π−φ))に応じて、図6(C)のように、OFF期間には波形iの電流が流れ、ON期間には波形i+iの電流が流れる。従って、ONデューティーを可変にすることで、ランプ電流を実効値的に最大電流から最小電流まで変化させることができ、定格ランプ電力の1倍〜2/3倍の間での調光が可能になる。 Then, when the triac 32 is operated to control the energization time of the additional choke 28 (phase control), according to the ON duty (phase angle (π−φ)) of the triac 32, as shown in FIG. A current having a waveform i 1 flows during the OFF period, and a current having a waveform i 1 + i 2 flows during the ON period. Therefore, by making the ON duty variable, the lamp current can be changed from the maximum current to the minimum current in an effective value, and dimming between 1 and 2/3 times the rated lamp power becomes possible. Become.

しかし、図6(B)の調光点灯装置では、交流電源2200Vに対して、メインチョーク24のインピーダンス電圧が1500V程度の分圧であり、このような高いインピーダンス電圧が、トライアック32にも印加されることになる。従って、このような2つのチョークを並列に接続するような調光点灯装置は、従来においても採用されることは無かったものと考えられる。   However, in the dimming / lighting device of FIG. 6B, the impedance voltage of the main choke 24 is divided by about 1500 V with respect to the AC power supply 2200 V, and such a high impedance voltage is also applied to the triac 32. Will be. Therefore, it is considered that such a dimming / lighting device in which two chokes are connected in parallel has not been adopted in the past.

ここで、発明者は、図6(B)の位相制御方式のような、メインチョークの電流に、位相制御によって追加の電流を足し合わせる技術に着目した。そして、メインチョークをトランスの主巻線で構成し、磁気的に結合している副巻線のループ電流をスイッチ素子で入り切りするという構成にすれば、スイッチON期間中だけ、メインチョークの電流にトランスの相互インダクタンスによる追加電流を足し合わせることができて、位相制御による調光動作が実現することを見出した。この結果、スイッチ素子を高圧であるメインチョークの回路上に配置せずに済み、低いインピーダンス電圧と小さなインダクタンスを有するチョークで構成された副巻線をスイッチング対象にできる。そうすれば、スイッチOFF時のサージ電圧も小さくなり、低い耐圧性能のスイッチ素子を利用することができる。   Here, the inventor paid attention to a technique of adding an additional current by phase control to the current of the main choke as in the phase control method of FIG. If the main choke is composed of the main winding of the transformer and the loop current of the magnetically coupled sub winding is turned on and off by the switch element, the current of the main choke is changed only during the switch ON period. It was found that the additional current due to the mutual inductance of the transformer can be added and the dimming operation by phase control is realized. As a result, it is not necessary to dispose the switch element on the main choke circuit having a high voltage, and the sub-winding composed of the choke having a low impedance voltage and a small inductance can be set as a switching target. If it does so, the surge voltage at the time of switch OFF will also become small, and the switch element of a low pressure | voltage resistant performance can be utilized.

すなわち、本発明に係る調光点灯装置は、
図2のように交流電源入力端(P1)とランプ電流出力端(P2)との間に直列に接続されたチョークトランス(34)の主巻線(L1)と、
前記チョークトランス(34)の副巻線(L2)に直列に接続されてループ回路を形成する半導体スイッチ素子(38)と、
前記副巻線(L2)および前記半導体スイッチ素子(38)を流れるループ電流(i)を入り切りすることで、前記主巻線(L1)の導通電流(i+i’)を位相制御する前記半導体スイッチ素子(38)に対してオン/オフ指令を与える位相制御回路(40)と、
を含んで構成され、
前記位相制御回路(40)は、外部入力信号に応じて半導体スイッチ素子(38)のオンデューティーを変化させるように設けられることを特徴とする。
That is, the dimming lighting device according to the present invention is
The main winding (L1) of the choke transformer (34) connected in series between the AC power supply input terminal (P1) and the lamp current output terminal (P2) as shown in FIG.
A semiconductor switching element (38) connected in series to the auxiliary winding (L2) of the choke transformer (34) to form a loop circuit;
Phase control of the conduction current (i 1 + i 2 ′) of the main winding (L1) is performed by turning on and off the loop current (i 2 ) flowing through the sub-winding (L2) and the semiconductor switch element (38). A phase control circuit (40) for giving an on / off command to the semiconductor switch element (38);
Comprising
The phase control circuit (40) is provided so as to change the on-duty of the semiconductor switch element (38) in accordance with an external input signal.

ここで、前記チョークトランス(34)は三次巻線(L3)を有し、前記三次巻線(L3)に生じる誘導起電力に基づいて、ランプ電流またはランプ電圧を検出する検出回路(44)を備えることが好ましい。
前記ランプ電流出力端(P2)には放電灯(12)が接続されていることを特徴とする。または、図3において前記ランプ電流出力端(P2)には交流‐直流変換回路(62)を介してLEDランプ(64)が接続されていることを特徴とする。
Here, the choke transformer (34) has a tertiary winding (L3), and a detection circuit (44) for detecting a lamp current or a lamp voltage based on an induced electromotive force generated in the tertiary winding (L3). It is preferable to provide.
A discharge lamp (12) is connected to the lamp current output terminal (P2). Alternatively, in FIG. 3, an LED lamp (64) is connected to the lamp current output terminal (P2) via an AC-DC conversion circuit (62).

以上の構成によれば、位相制御の際、半導体スイッチ素子は、低いインピーダンス電圧と小さなインダクタンスを示すチョークトランスの副巻線を入り切りすることになり、スイッチOFF時のサージ電圧を小さく抑えられるので、低圧大電流の半導体スイッチ素子による位相制御方式の調光点灯装置を提供することができる。   According to the above configuration, during phase control, the semiconductor switch element turns on and off the sub winding of the choke transformer that exhibits a low impedance voltage and a small inductance, and the surge voltage when the switch is OFF can be suppressed to a low level. It is possible to provide a phase control type dimming / lighting device using a low-voltage, high-current semiconductor switch element.

本発明の第一実施形態の調光点灯装置を示す概略構成図および動作波形図。The schematic block diagram and operation waveform diagram which show the light control lighting device of 1st embodiment of this invention. 前記調光点灯装置の具体的な回路構成を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure of the said light control lighting apparatus. 本発明の第二実施形態の調光点灯装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the light control lighting apparatus of 2nd embodiment of this invention. 直列接続されたチョークトランスを含む従来の調光点灯装置の説明図。Explanatory drawing of the conventional light control lighting apparatus containing the choke transformer connected in series. 図4の装置における調光動作と電流波形の関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the light control operation and current waveform in the apparatus of FIG. 並列接続されたチョークトランスを含む従来の調光点灯装置の説明図。Explanatory drawing of the conventional light control lighting apparatus containing the choke transformer connected in parallel.

本発明の一実施形態に係る放電灯用の調光点灯装置の回路構成および回路動作について図面を参照して説明する。
図1(A)の調光用点灯装置は、交流電源10(例えば2200V)に対して直列接続されたチョークトランス34の主巻線(メインチョーク)L1およびランプ12を有し、交流で点灯するランプ12に流れる電流を制限する。主巻線L1は、最小調光時(後述するトライアックが常時OFF)に単独で例えば6kW出力になるように設計されたメインチョークである。チョークトランス34には、副巻線L2の分の窓枠(巻く余裕)を有し、必要に応じて三次巻線の分の窓枠を有していてもよい。また、主巻線L1およびランプ12の直列回路に対して、力率改善用コンデンサ36が並列に接続されている。なお、電源10から主巻線L1までの間にあるコンデンサ36の接続点P1は交流電源入力端子を示し、主巻線L1とランプ12との接続点P2はランプ電流出力端子を示す。
A circuit configuration and circuit operation of a dimming / lighting device for a discharge lamp according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A includes a main winding (main choke) L1 of a choke transformer 34 and a lamp 12 that are connected in series to an AC power supply 10 (for example, 2200 V), and is lit with an alternating current. The current flowing through the lamp 12 is limited. The main winding L1 is a main choke designed to have, for example, 6 kW output alone at the time of minimum dimming (triac to be described later is always OFF). The choke transformer 34 has a window frame (winding margin) for the auxiliary winding L2, and may have a window frame for the tertiary winding as necessary. A power factor improving capacitor 36 is connected in parallel to the series circuit of the main winding L1 and the lamp 12. A connection point P1 of the capacitor 36 between the power supply 10 and the main winding L1 indicates an AC power supply input terminal, and a connection point P2 between the main winding L1 and the lamp 12 indicates a lamp current output terminal.

チョークトランス34の副巻線L2には、半導体スイッチ素子であるトライアック38が直列に接続されており、副巻線L2およびトライアック38によりループ回路が形成されている。主巻線L1に対する副巻線L2の巻線比率(N2/N1)は、主巻線L1のインピーダンス電圧に対して副巻線L2に生じる電圧を、選定したトライアック38の耐圧まで落とすことができるように、概ね1/5〜1/10の範囲内に設定されている。トライアック38へは、位相制御回路40からのオン/オフ指令が与えられ、副巻線L2およびトライアック38を流れるループ電流iを入り切りする。 A triac 38, which is a semiconductor switching element, is connected in series to the secondary winding L2 of the choke transformer 34, and a loop circuit is formed by the secondary winding L2 and the triac 38. The winding ratio (N2 / N1) of the secondary winding L2 to the primary winding L1 can reduce the voltage generated in the secondary winding L2 to the withstand voltage of the selected triac 38 with respect to the impedance voltage of the primary winding L1. Thus, it is set within the range of approximately 1/5 to 1/10. To the triac 38, given the on / off instruction from the phase control circuit 40, it turns on and off the loop current i 2 flowing through the auxiliary winding L2 and the triac 38.

図1(B)を使って回路動作を説明する。トライアック38をOFFさせた状態で点灯動作させれば、5.7Aの電流iが主巻線L1を流れて、ランプ12の点灯電力が6kWになる。主巻線L1に流れる電流iが交流波形であることから、トライアック38をONさせた状態で点灯動作させると、副巻線L2には相互誘導によりループ電流iが流れる。そして、チョークトランス34の相互インダクタンスによって、単独で6kW出力の主巻線L1に、巻数比(N2/N1)に比例した2.4Aの電流i’が追加される。その結果、主巻線L1には8.1A(=i+i’=5.7A+2.4A)の電流が流れる。この電流値は、ランプ12の最大出力9kWに相当する電流である。このようにチョークトランス34の副巻線L2に設けたトライアックをONまたはOFFするだけで、ランプ12を2段階に調光することが可能となる。なお、図1(B)では、主巻線L1に流れる電流に対して、副巻線L2に流れる電流は桁が異なるため、別グラフとして示している。図的には図5の波形と似ているが、概念的には図6(C)の派生回路の動作と似ていて、トライアックONによって主巻線L1の電流波形iに電流波形i’の足し算が行われている。 The circuit operation will be described with reference to FIG. If brought into lighting operation in a state of being turned OFF triac 38, current i 1 of 5.7A flows through the main winding L1, the lighting power of the lamp 12 is 6 kW. Since the current i 1 flowing through the main winding L1 is an AC waveform, and light up operation in a state of being ON the triac 38, a loop current i 2 flows through mutual induction in the auxiliary winding L2. Then, due to the mutual inductance of the choke transformer 34, a 2.4 i current i 2 ′ proportional to the turn ratio (N2 / N1) is added to the main winding L1 having a 6 kW output alone. As a result, a current of 8.1 A (= i 1 + i 2 ′ = 5.7 A + 2.4 A) flows through the main winding L1. This current value is a current corresponding to the maximum output 9 kW of the lamp 12. In this way, the lamp 12 can be dimmed in two stages simply by turning on or off the triac provided in the sub-winding L2 of the choke transformer 34. In FIG. 1 (B), the current flowing through the sub-winding L2 differs from the current flowing through the main winding L1, and therefore is shown as a separate graph. 5 is conceptually similar to the waveform of FIG. 5, but conceptually similar to the operation of the derivative circuit of FIG. 6C, the current waveform i 2 of the main winding L 1 is changed to the current waveform i 2 by the triac ON. 'Addition is performed.

さらに、図1(B)の波形図を使って位相制御の動作を説明する。上記の2段階調光の構成にトライアック38による位相制御を組み合わせれば、ランプ12の連続調光制御が可能になる。点灯中、トライアック38が常時OFFであれば、主巻線L1のインピーダンスの作用により、波形iの最小電流(5.7A)が流れ、ランプ電力は6kW(最小調光状態)になる。また、トライアック38が常時ONであれば、チョークトランス34の相互インダクタンスが作用して、波形i+i’の最大電流(8.1A)が流れて、ランプ12には定格ランプ電力(9kW)が供給される。 Further, the phase control operation will be described with reference to the waveform diagram of FIG. If the phase control by the triac 38 is combined with the above-described two-stage dimming configuration, the continuous dimming control of the lamp 12 becomes possible. If the triac 38 is always OFF during lighting, the minimum current (5.7 A) of the waveform i 1 flows due to the impedance of the main winding L1, and the lamp power becomes 6 kW (minimum dimming state). If the triac 38 is always ON, the mutual inductance of the choke transformer 34 acts and the maximum current (8.1 A) of the waveform i 1 + i 2 ′ flows, and the lamp 12 has a rated lamp power (9 kW). Is supplied.

そして、図1(A)の位相制御回路40によって、交流電源の0V位相(ゼロクロス)に同期してトライアック34がOFFされ、その半周期の間にONされるという動作を繰り返すことで、相互インダクタンスによる追加電流i’の通電時間が制御(位相制御)される。図1(B)にて、OFF期間には波形iの電流が流れ、ON期間には波形i+i’の電流が流れる。ONデューティー(位相角(π−φ))を可変にすることで、主巻線L1に流れる電流量が調整されて、ランプ電流を実効値的に最大電流から最小電流まで変化させることができ、定格ランプ電力の1倍〜2/3倍の間での調光が可能になる。 Then, the phase control circuit 40 in FIG. 1A repeats the operation that the triac 34 is turned off in synchronization with the 0 V phase (zero cross) of the AC power supply and is turned on during the half cycle, thereby mutual inductance. The energization time of the additional current i 2 ′ is controlled (phase control). In FIG. 1B, a current having a waveform i 1 flows during the OFF period, and a current having a waveform i 1 + i 2 ′ flows during the ON period. By making the ON duty (phase angle (π−φ)) variable, the amount of current flowing through the main winding L1 can be adjusted, and the lamp current can be changed from the maximum current to the minimum current in an effective value. Dimming is possible between 1 and 2/3 times the rated lamp power.

ここで、例えば、耐圧600V、30Aのトライアックを選定したい場合、副巻線L2については180〜200V程度を目安として起電圧が発生するような巻数N2に設定すると良い。巻数N2を少なくすればトライアック38への印加電圧は小さくなるが、インピーダンスが小さくなるため電流iは大きくなる。電流iがちょうど数十A程度流れるという設計にするのが良い。詳細は、チョークトランスの結合状態にもよるため、カット&トライで実用的な巻数N2などに詰めていくと良い。 Here, for example, when it is desired to select a triac having a withstand voltage of 600V and 30A, the auxiliary winding L2 may be set to the number of turns N2 that generates an electromotive voltage with about 180 to 200V as a guide. Becomes the voltage applied to the triac 38 decreases if less number of turns N2, the current i 2 for the impedance decreases increases. It is preferable to design the current i 2 to flow about several tens of A. The details depend on the coupled state of the choke transformer, so it is better to cut and try to reduce the practical number of turns to N2.

図2は、本実施形態の調光点灯装置の具体的な回路構成図である。
点灯装置は、交流電源10側から、昇圧トランス50、力率改善用コンデンサ36、チョークトランス式トライアック回路52、始動回路54、および、ランプ12の順に接続されている。
FIG. 2 is a specific circuit configuration diagram of the dimming / lighting device of the present embodiment.
The lighting device is connected in order of the step-up transformer 50, the power factor improving capacitor 36, the choke transformer type triac circuit 52, the starting circuit 54, and the lamp 12 from the AC power supply 10 side.

位相制御回路40は、調光ボリューム46からの外部入力信号に応じてトライアック38のオンデューティーを変化させるように構成されている。また、位相制御回路40は、交流電源の電源電圧を検出する検出回路42、および、ランプ電圧・電流検出回路44を含んでいる。検出回路44は、チョークトランス34に設けられた三次巻線L3に生じる誘導起電力に基づいて、ランプ電圧・ランプ電流をフィードバックする。位相制御は、電源電圧、ランプ電圧およびランプ電流の中から選択された検出値に基づいて切換タイミングを決定してもよい。また、ランプ12の過電流や過電圧を検出することも可能である。例えば、ランプの整流現象が発生した場合に、位相制御を最小調光状態に切り替えることが可能となり、整流現象を抑制することができる。   The phase control circuit 40 is configured to change the on-duty of the triac 38 in accordance with an external input signal from the dimming volume 46. The phase control circuit 40 also includes a detection circuit 42 that detects the power supply voltage of the AC power supply, and a lamp voltage / current detection circuit 44. The detection circuit 44 feeds back the lamp voltage and the lamp current based on the induced electromotive force generated in the tertiary winding L3 provided in the choke transformer 34. In the phase control, the switching timing may be determined based on a detection value selected from the power supply voltage, the lamp voltage, and the lamp current. It is also possible to detect an overcurrent or overvoltage of the lamp 12. For example, when the rectification phenomenon of the lamp occurs, the phase control can be switched to the minimum dimming state, and the rectification phenomenon can be suppressed.

トライアック回路52は、チョークトランス34の副巻線L2およびトライアック38によるループ回路を含み、本実施形態では、トライアック38に対して、抵抗およびコンデンサの直列回路が並列に接続されている。また、位相制御回路40の出力端子GTから発せられる指令信号は、抵抗を介してトライアック38のゲートに印加される。
調光ボリューム46は、単なる調光指示のボリュームである。本実施形態では、調光ボリューム46を可変抵抗VRで構成しており、この可変抵抗VRは、トライアック38のゲートのトリガー素子をONさせるための素子である。可変抵抗VRを操作すると、副巻線L2とトライアック38の接続部の電位が変化して、トライアック38のゲートのトリガー素子のオン電圧を調整することができ、位相制御のオンデューティーが変更されるようになっている。
The triac circuit 52 includes a loop circuit including the sub winding L2 of the choke transformer 34 and the triac 38. In this embodiment, a series circuit of a resistor and a capacitor is connected to the triac 38 in parallel. A command signal issued from the output terminal GT of the phase control circuit 40 is applied to the gate of the triac 38 through a resistor.
The dimming volume 46 is a simple dimming instruction volume. In the present embodiment, the dimming volume 46 is constituted by a variable resistor VR, and this variable resistor VR is an element for turning on the trigger element of the gate of the triac 38. When the variable resistor VR is operated, the potential at the connection between the sub-winding L2 and the triac 38 changes, and the on-voltage of the trigger element at the gate of the triac 38 can be adjusted, and the on-duty of the phase control is changed. It is like that.

<本実施形態の効果>
本実施形態の調光点灯装置では、交流電源2200Vに対して、チョークトランスの主巻線L1のインピーダンス電圧が1500V程度の分圧になるものの、副巻線L2のインダクタンスを小さく選定できることから、その副巻線L2に発生する誘導電圧を180〜200V程度に小さく設定することが容易になり、トライアック32には比較的低いインピーダンス電圧が印加されることになる。副巻線L2に生じる逆起電圧によるサージ電圧も小さくなる。このように、トライアック38をメインの回路内に配置するのではなく、磁気的に結合したチョークトランスを利用して、その副巻線L2内に配置することで、位相制御の際にトライアック38に印加される電圧をトライアック38の定格(耐圧性能など)に合わせることが可能となった。従って、位相制御回路40において、低圧・大電流のトライアックの利用が可能になった。
<Effect of this embodiment>
In the dimming / lighting device of the present embodiment, although the impedance voltage of the main winding L1 of the choke transformer is divided by about 1500V with respect to the AC power supply 2200V, the inductance of the sub winding L2 can be selected to be small. It becomes easy to set the induced voltage generated in the auxiliary winding L2 as small as about 180 to 200 V, and a relatively low impedance voltage is applied to the triac 32. The surge voltage due to the counter electromotive voltage generated in the auxiliary winding L2 is also reduced. As described above, the triac 38 is not arranged in the main circuit, but is arranged in the auxiliary winding L2 by using a magnetically coupled choke transformer. The applied voltage can be matched with the rating (breakdown voltage performance, etc.) of the triac 38. Therefore, the phase control circuit 40 can use a low voltage and large current triac.

スイッチOFF時には、主巻線L1に流れる電流i’は無くなるが、電流iは引き続いて流れるので、主巻線L1に生じるサージ電圧は少ない。 When the switch is OFF, the current i 2 ′ flowing through the main winding L1 disappears, but the current i 1 flows continuously, so that the surge voltage generated in the main winding L1 is small.

図3は、本発明の第二実施形態に係るLEDランプ用の調光点灯装置の回路構成である。電源10からの交流電力は、チョークトランス式トライアック調光器60を介して電源ユニット62に供給される。電源ユニット62では、入力電力に対して交流‐直流変換が実行され、LEDランプ64へ所定の直流電流が供給されるようになっている。   FIG. 3 is a circuit configuration of a dimming / lighting device for an LED lamp according to the second embodiment of the present invention. AC power from the power supply 10 is supplied to the power supply unit 62 via the choke transformer type triac dimmer 60. In the power supply unit 62, AC-DC conversion is performed on the input power, and a predetermined DC current is supplied to the LED lamp 64.

図3のチョークトランス式トライアック調光器60は、第一実施形態のトライアック回路と同様に、チョークトランスの主巻線、および、その副巻線とトライアックからなるループ回路を含み、外部からの調光信号に応じて主巻線の導通電流が位相制御されるように構成されている。   As in the triac circuit of the first embodiment, the choke transformer type triac dimmer 60 in FIG. 3 includes a main circuit of the choke transformer and a loop circuit composed of the sub winding and the triac. The conduction current of the main winding is phase-controlled in accordance with the optical signal.

以上の各実施形態では、図1のように、チョークトランスの副巻線L2にトライアック38を直列接続してなるループ回路を具体例として説明した。そして、図2の例のように、位相調整用の可変抵抗VRからなる調光ボリューム46を用いる場合を述べた。この可変抵抗VRは、トライアック38のゲートのトリガー素子をONさせる電圧を調整するための素子である。
しかしながら、他の実施形態として、トライアックに代えてFET等の半導体スイッチ素子を用いて、FET等をICやマイコンで制御するように構成することもできる。例えばマイコンへ調光用の電圧信号をアナログ入力する場合、調光ボリュームによって、そのアナログ電圧値を調整するとよい。
In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 1, the loop circuit formed by connecting the triac 38 in series to the auxiliary winding L2 of the choke transformer has been described as a specific example. As described in the example of FIG. 2, the case where the dimming volume 46 including the variable resistor VR for phase adjustment is used has been described. This variable resistor VR is an element for adjusting the voltage for turning on the trigger element of the gate of the triac 38.
However, as another embodiment, a semiconductor switch element such as an FET can be used instead of the triac, and the FET or the like can be controlled by an IC or a microcomputer. For example, when an analog voltage signal for dimming is input to the microcomputer, the analog voltage value may be adjusted by the dimming volume.

10 交流電源
12 ランプ(放電灯)
34 チョークトランス
36 力率改善用コンデンサ
38 トライアック(半導体スイッチ素子)
40 位相制御回路
42 電源電圧検出回路
44 ランプ電圧・電流検出回路
46 調光ボリューム
50 昇圧トランス
52 チョークトランス式トライアック回路
54 始動回路
60 チョークトランス式トライアック調光器
62 電源ユニット(交流‐直流変換回路)
64 LED発光素子(LEDランプ)
ループ電流
+i’ 導通電流
L1 主巻線
L2 副巻線
L3 三次巻線
P1 交流電源入力端
P2 ランプ電流出力端
10 AC power supply 12 Lamp (discharge lamp)
34 Choke transformer 36 Power factor improving capacitor 38 Triac (semiconductor switch element)
40 Phase control circuit 42 Power supply voltage detection circuit 44 Lamp voltage / current detection circuit 46 Dimming volume 50 Step-up transformer 52 Choke transformer type triac circuit 54 Start circuit 60 Choke transformer type triac dimmer 62 Power supply unit (AC-DC conversion circuit)
64 LED light emitting device (LED lamp)
i 2 loop current i 1 + i 2 'conduction current L1 main winding L2 sub winding L3 tertiary winding P1 AC power input P2 lamp current output

Claims (4)

交流電源入力端とランプ電流出力端との間に直列に接続されたチョークトランスの主巻線と、
前記チョークトランスの副巻線に直列に接続されてループ回路を形成する半導体スイッチ素子と、
前記副巻線および前記半導体スイッチ素子を流れるループ電流を入り切りすることで、前記主巻線の導通電流を位相制御する前記半導体スイッチ素子に対してオン/オフ指令を与える位相制御回路と、
を含んで構成され、
前記位相制御回路は、外部入力信号に応じて半導体スイッチ素子のオンデューティーを変化させるように設けられることを特徴とする調光点灯装置。
A main winding of a choke transformer connected in series between the AC power supply input terminal and the lamp current output terminal;
A semiconductor switch element connected in series to the sub winding of the choke transformer to form a loop circuit;
A phase control circuit that gives an on / off command to the semiconductor switch element that controls the phase of the conduction current of the main winding by turning on and off a loop current flowing through the sub-winding and the semiconductor switch element;
Comprising
The dimming / lighting device according to claim 1, wherein the phase control circuit is provided so as to change an on-duty of the semiconductor switch element in accordance with an external input signal.
請求項1記載の装置において、前記チョークトランスは三次巻線を有し、前記三次巻線に生じる誘導起電力に基づいて、ランプ電流またはランプ電圧を検出する検出回路を備えることを特徴とする調光点灯装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein the choke transformer has a tertiary winding, and includes a detection circuit that detects a lamp current or a lamp voltage based on an induced electromotive force generated in the tertiary winding. Light lighting device. 請求項1または2記載の装置において、前記ランプ電流出力端には放電灯が接続されていることを特徴とする調光点灯装置。   3. The dimming / lighting device according to claim 1, wherein a discharge lamp is connected to the lamp current output terminal. 請求項1または2記載の装置において、前記ランプ電流出力端には交流‐直流変換回路を介してLEDランプが接続されていることを特徴とする調光点灯装置。   3. The dimming / lighting device according to claim 1, wherein an LED lamp is connected to the lamp current output terminal via an AC-DC conversion circuit.
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