JP2019091631A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクリート部品だけで簡単に構成でき、さらに特性が安定するとともに、他の回路と整合性が良い光電式自動点滅器を備えた照明装置を提供する。【解決手段】光電式自動点滅器は、ツェナーダイオード２１ａの両端間電圧を出力電圧とする電源回路２１と、フォトダイオード２２ａを含むセンサー回路２２と、センサー回路２２から得られる電圧を平滑する時定数回路２３と、ソースフォロアーからなるバッファー回路２４と、２つのトランジスタ２５ｃ、２５ｄを含むシュミットトリガー回路２５と、ツェナーダイオード２６ａのカソードが入力端子となる出力回路２６とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、光電式自動点滅器を備えた照明装置に関する。

暗くなったら自動的に点灯し、明るくなったら自動的に消灯する街路灯が知られている。このような街路灯に用いられる照明装置は、フォトダイオード等のセンサーを使用し、外部環境の明るさを検知している。この照明装置は、夕方になって周囲が暗くなってきたとき（又は明け方になって周囲が明るくなってきたとき）、点灯と消灯を小刻みに繰り返すことがあってはならない。これらの不具合を避けるため、街路灯用の照明装置では、ＣＰＵやヒステリシス特性を備えた演算回路を使うことがある。

例えば、特許文献１には、ＣＰＵを使って自動点滅制御を安定化させる照明装置が記載されている。特許文献１に記載された照明装置は、５０Ｈｚ以上の周波数で間欠パルス点灯し、この間欠区間で周囲照度の判定を行い、自己の点滅がセンサーに影響しないようにしている。

また、例えば、特許文献２には、センサーの出力電圧を平滑したうえで、この平滑した電圧を判定し、ＲＳラッチ回路で判定した状態を保持する電子式自動点滅器が記載されている。なお、この電子式自動点滅器は、判定した状態を反転させるのにヒステリシス特性をもたせている。すなわち、平滑、ヒステリシス、ラッチを組み合わせることにより自動点滅制御を安定化させている。

特開２００３―１６３０８９号公報（図１） 特開２０１３―１７１７０２号公報（図１）

消費電力が少なく構成が簡単な回路は、ツェナーダイオードを定電圧源として駆動されることがある。定電圧の基準となるツェナーダイオードの降伏電圧は、通常、電流や温度に依存して変化するが、降伏電圧の仕様を６．２Ｖ〜６．８Ｖにすると、電流や温度の影響を受けにくくなることがある。すなわち、降伏電圧仕様が６．２Ｖ〜６．８Ｖのツェナーダイオードを使えば、簡単な構成で安定した回路を構成できる。

しかしながら、電子式自動点滅器の駆動電圧を６．２Ｖ〜６．８Ｖとすると、３．３Ｖや５．０Ｖといった特定の電圧で駆動されるＣＰＵと動作電圧が合わなくなる。つまり、自動点滅制御を安定化させるためＣＰＵを使うと、センサー回路用とＣＰＵ用の２系統の電源を準備しなければならなくなる。とくに、多機能なＣＰＵを使わなくても済むような単純な製品（照明装置）にまでＣＰＵを使い、２系統の電源を準備することは、無駄が多くなる。

演算回路を使う場合にも電圧に係る問題が生じる。演算回路は、通常、ＩＣ化されており、汎用性を高めるため、使用電圧が５Ｖ用、１５Ｖ用というように段階的に設定されていることが多い。このとき、６．２Ｖ〜６．８Ｖで電子式自動点滅器を駆動する場合、演算回路は、低電圧用（例えば５Ｖ仕様）が使えないため、上位もの（例えば１５Ｖ仕様）を使用せざる得なくなる。上位のＩＣは、内部の素子サイズが大型化しているため、冗長
になり、無用なコストアップを招いてしまう。さらに、演算回路には、発振を予防するための措置が必要となる場合が多い。

そこで、本発明の照明装置は、これらの課題に鑑みて為されたものであり、ディスクリート部品だけで簡単に構成でき、さらに安定した特性が得られるとともに、他の回路との整合性が良い光電式自動点滅器を備えた照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明の照明装置は、光電式自動点滅器を備えた照明装置において、前記光電式自動点滅器は、第１ツェナーダイオードとコンデンサを含み、前記第１ツェナーダイオードの両端間電圧を出力電圧とする電源回路と、フォトダイオード及び抵抗を有する直列回路を含むセンサー回路と、抵抗とコンデンサを含み、前記センサー回路から得られる電圧を平滑する時定数回路と、ＦＥＴと抵抗で構成したソースフォロアーを含み、前記時定数回路の後段に設けられるバッファー回路と、第１トランジスタと第２トランジスタを含み、前記第１トランジスタのベースが前記ＦＥＴのソースと接続し、前記第２トランジスタのベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続し、前記ソースの電圧に応じて出力電圧を切り換えるシュミットトリガー回路と、第２ツェナーダイオードと第３トランジスタを含み、前記第２ツェナーダイオードのカソード及びアノードがそれぞれ前記シュミットトリガー回路の出力端子及び前記第３トランジスタのベースに接続する出力回路とを備えていることを特徴とする。

本発明の照明装置に含まれる光電式自動点滅器は、第１ツェナーダイオードの両端間電圧で、センサー回路、バッファー回路、シュミットトリガー回路に電力を供給している。センサー回路では、外部環境の明るさに応じた電流がフォトダイオードに流れ、この電流に基づいた電圧が出力される。時定数回路は、フォトダイオードに流れる電流が短時間で激しく変化しても、後段の回路が安定して動作するように、センサー回路の出力電圧を平滑する。バッファー回路は、時定数回路の出力電圧が後段の回路からの影響を受けないようにするため挿入される。シュミットトリガー回路は、時定数回路の出力電圧に基づいて暗状態であるか明状態であるか判断し信号を出力する。なお、時定数回路の平滑機能（ハイカットフィルター機能）とシュミットトリガー回路の有するヒステリシス特性により、後段の回路（光電式自動点滅器で制御される回路）を２重に安定化させている。出力回路は、第２ツェナーダイオードによりシュミットトリガー回路の出力信号に乗っているバイアス電圧を除去する。

以上のようにして、本発明の照明装置では、光電式自動点滅器が、ディスクリート部品だけで簡単に構成できる。さらに、本発明の照明装置では、光電式自動点滅器の特性が安定するとともに、光電式自動点滅器と他の回路との整合性が良くなる。

本発明の実施形態として示す照明装置の回路図である。 図1に示す照明装置に含まれる光電式自動点滅器の回路図である。 図２に示す光電式自動点滅器の動作を説明するための波形図であり、 （ａ）がシュミットトリガーへの入力信号、 （ｂ）がシュミットトリガーからの出力信号、 （ｃ）が光電式自動点滅器からの出力信号、を示す。

以下、図１〜３を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。
（）に特許請求の範囲で示した発明特定事項を示す。

図１は、本発明の実施形態として示す照明装置１０の回路図である。なお、図１では、説明のため、商用交流電源１１を書き加えている。照明装置１０は、ヒューズ１２、全波整流器１３、発光部１４、電流制限回路１８、光電式自動点滅器２０を含む。

ヒューズ１２は、商用交流電源１１と、主電源回路となる全波整流器１３の間に挿入される安全回路である。全波整流器１３は、ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからなるブリッジ回路であり、ダイオード１３ａ、１３ｃのカソード及びダイオード１３ｂ、１３ｄのアノードが入力端子、ダイオード１３ａ、１３ｃのアノードがグランド端子、ダイオード１３ｂ、１３ｄのカソードが全波整流波形を出力する出力端子となる。

発光部１４は、ダイオード１４ａと、ダイオード１４ａのカソードに接続するＬＥＤ列１５、コンデンサ１６、抵抗１７からなる。ＬＥＤ列１５は、複数のＬＥＤ１５ａが直列接続した回路である。全波整流器１３が出力する全波整流波形の電圧がＬＥＤ列１５の閾値電圧より高い位相では、全波整流器１３を発し、ダイオード１４ａ、ＬＥＤ列１５、電流制限回路１８を経て全波整流器１３に戻る電流が流れる。全波整流器１３が出力する全波整流波形の電圧がＬＥＤ列１５の閾値電圧より低い位相では、ダイオード１４ａがカットオフし、コンデンサ１６を発し、ＬＥＤ列１５を経てコンデンサ１６に戻る電流が流れる。なお、ＬＥＤ列１５の閾値電圧とは、ＬＥＤ１５ａの順方向ドロップ電圧にＬＥＤ列１５の直列段数を掛けたものである。全波整流波形の電圧がＬＥＤ列１５の閾値電圧より高い位相では、コンデンサ１６は充電される。抵抗１７は、コンデンサ１６の放電用抵抗である。

電流制限回路１８は、いわゆる定電流回路であり、ＬＥＤ電流入力端子１８ａと制御信号入力端子１８ｂを備えている。この電流制限回路１８は、制御信号入力端子１８ｂに入力する信号により、定電流回路として動作する状態と、電流を流さない状態とを切り換える。光電式自動点滅器２０は、電源電流入力端子２０ａと制御信号出力端子２０ｂを備えている。電源電流入力端子２０ａと全波整流器１３の出力端子との間には電流制限用の抵抗１９ａが挿入されている。制御信号出力端子２０ｂと電源電流入力端子２０ａとの間にはプルアップ用の抵抗１９ｂが挿入されている。

図２は、照明装置１０に含まれる光電式自動点滅器２０の回路図である。図２に示すように、光電式自動点滅器２０は、電源回路２１、センサー回路２２、時定数回路２３、バッファー回路２４、シュミットトリガー回路２５、出力回路２６を備えている。

電源回路２１において、ツェナーダイオード２１ａ（第１ツェナーダイオード）のカソードは、電源電流入力端子２０ａとなっている。抵抗１９ａ（図１参照）を経て、全波整流器１３（図１参照）から電源電流入力端子２０ａに間欠的に電流が供給される。ツェナーダイオード２１ａとコンデンサ２１ｂからなる並列回路は、この電流に基づき、ツェナーダイオード２１ａの降伏電圧（ツェナーダイオード２１ａの両端間電圧）である６．８Ｖで、センサー回路２２、バッファー回路２４、シュミットトリガー回路２５に電力を供給する。

センサー回路２２は、フォトダイオード２２ａと抵抗２２ｂからなる直列回路である。フォトダイオード２２ａは、外部環境の明るさに応じた電流が流れ、この電流に基づいて抵抗２２ｂの両端間に電圧が発生する。

時定数回路２３は、抵抗２３ａとコンデンサ２３ｂからなり、センサー回路２２から得
られる電圧（抵抗２２ｂの上端の電圧）を平滑する。すなわち、時定数回路２３は、フォトダイオード２２ａに流れる電流が短時間で繰り返すように変化しても、点灯・消灯を繰り返すこと（チラツキ）が起こらないようにしている。

バッファー回路２４は、ＦＥＴ２４ａと抵抗２４ｂでソースフォロアーを構成している。時定数回路２３の出力端子（コンデンサ２３ｂの上端）は電流供給能力がほとんどないため、時定数回路２３の出力端子とシュミットトリガー回路２５の入力端子との間に、バッファー回路２４（ソースフォロアー）を挿入し、電流供給能力を高めている。

シュミットトリガー回路２５は、２つのトランジスタ２５ｃ（第１トランジスタ）、２５ｄ（第２トランジスタ）、抵抗２５ａ、２５ｂ、２５ｅからなる。トランジスタ２５ｃのベースは、バッファー回路２４に含まれるＦＥＴ２４ａのソースと接続し、トランジスタ２５ｄのベースは、トランジスタ２５ｃのコレクタに接続している。シュミットトリガー回路２５は、ＦＥＴ２４ａのソースの電圧に応じて出力電圧（トランジスタ２５ｄのコレクタ電圧）が切り換わる。なお、シュミットトリガー回路２５は、ヒステリシスを有するため、暗い状態を感知する電圧より明るい状態を感知する電圧が高くなっている。

出力回路２６は、ツェナーダイオード２６ａ（第２ツェナーダイオード）とトランジスタ２６ｂ（第３トランジスタ）からなる。ツェナーダイオード２６ａのカソードは、シュミットトリガー回路２５の出力端子であるトランジスタ２５ｄのコレクタと接続している。ツェナーダイオード２６ａのアノードは、トランジスタ２６ｂのベースに接続している。トランジスタ２６ｂは、コレクタが光電式自動点滅器２０の制御信号出力端子２０ｂとなる（オープンコレクタ）。シュミットトリガー回路２５の出力信号には、抵抗２５ｅの影響でバイアス電圧が乗っている。そこで、出力回路２６は、シュミットトリガー回路２５の出力信号の電圧が、ツェナーダイオード２６ａの降伏電圧とトランジスタ２６ｂのベース-エミッタ電圧（０．６Ｖ）の和より高ければ、トランジスタ２６ｂにベース電流を流すようにしてバイアス電圧の影響を除去している。つまり、出力回路２６は、ツェナーダイオード２６ａとトランジスタ２６ｂだけで、コンパレータ又は波形成形器を構成している。

図３により、光電式自動点滅器２０の動作をさらに詳しく説明する。図３において、（ａ）は、光電式自動点滅器２０の全体的な動作特性を説明するためシュミットトリガー回路２５の入力端子に印加する入力信号３１の波形図、（ｂ）は、入力信号３１に応じてシュミットトリガー回路２５から出力される出力信号３２の波形図、（ｃ）は、光電式自動点滅器２０から出力される出力信号３３の波形図である。図３（ａ）〜（ｃ）の縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は時間（ｔ）である。

図３（ａ）に示す入力信号３１は、センサー回路２２の電圧出力を模したものである。シュミットトリガー回路２５の入力端子には、まず、０Ｖから電圧ＶＤ（６．８Ｖ）まで直線的に上昇する電圧を印加し、次に、電圧ＶＤから０Ｖまで直線的に下降する電圧を印加する。０Ｖから電圧ＶＤまで直線的に上昇する電圧は、暗い状態から明るい状態に変化する状況に対応し、電圧ＶＤから０Ｖまで直線的に下降する電圧は、明るい状態から暗い状態に変化する状況に対応する。なお、図３（ａ）では、この電圧変化の２周期分を示している。

図３（ｂ）に示すように、シュミットトリガー回路２５の出力信号３２（図２に示すトランジスタ２５ｄのコレクタ電圧）は、入力信号３１が電圧Ｖ１を超えるとハイレベル（電圧Ｖ３）となり、入力信号３１が電圧Ｖ２より下がるとローレベル（電圧Ｖ４）となる。このとき、電圧Ｖ４がバイアス電圧となる。出力信号３２は、入力信号３１に対しヒステリシス特性を示している。すなわち、暗い状態を感知する電圧Ｖ２より明るい状態を感
知する電圧Ｖ１が高くなっている。

図３（ｃ）に示すように、光電式自動点滅器２０の出力信号３３（図２に示すトランジスタ２６ｂのコレクタ電圧）は、シュミットトリガー回路２５の出力信号３２がハイレベルのときローレーベル（０Ｖ）となり、出力信号３２がローレベルのときハイレベル（ＶＤ）となる。なお、図１に示すように、制御信号出力端子２０ｂは、抵抗１９ｂを介して、電源電流入力端子２０ａに接続しているので、ハイレベルは電源電流入力端子２０ａの電圧（６．８Ｖ）に等しくなる。出力信号３３のハイレベル電圧を、例えばＣＰＵ用の５Ｖとしたいときは、トランジスタ２６ｂのコレクタに接続する抵抗１９ｂの他端を５Ｖ系の電源配線に接続すれば良い。また、前述のように、第２ツェナーダイオード２６ａの降伏電圧とトランジスタ２６ｂのベース-エミッタ電圧（０．６Ｖ）の和を電圧Ｖ３と電圧Ｖ４の間に設定する（適切な降伏電圧のツェナーダイオードを選定する）ことにより、バイアス電圧を含んだ出力信号３２を０Ｖか電圧ＶＤの２値で示される出力信号３３に変換できる。

以上のように、照明装置１０において、光電式自動点滅器２０は、ディスクリート部品だけで簡単に構成できている。さらに、光電式自動点滅器２０は、時定数回路２３とシュミットトリガー回路２５により二重にチラツキを抑え込む結果、安定した特性が得られる。このとき、ツェナーダイオード２６ａを含む簡単な構成の出力回路２６は、ディスクリート部品だけで簡単に構成したシュミットトリガー回路２５が出力信号３２にバイアス電圧を含まざるをえない状況のなかで、出力信号３２をバイアス電圧のない出力信号３３に波形成形し、他の回路との整合性を向上させている。

１０…照明装置、
１１…商用交流電源、
１２…ヒューズ、
１３…全波整流器、
１３ａ〜１３ｄ、１４ａ…ダイオード、
１４…発光部、
１５…ＬＥＤ列、
１５ａ…ＬＥＤ、
１６、２１ｂ、２３ｂ…コンデンサ、
１７、１９ａ、１９ｂ、２２ｂ、２３ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５ｅ…抵抗、
１８…電流制限回路、
１８ａ…ＬＥＤ電流入力端子、
１８ｂ…制御信号入力端子、
２０…光電式自動点滅器、
２０ａ…電源電流入力端子、
２０ｂ…制御信号出力端子、
２１…電源回路、
２１ａ、２６ａ…ツェナーダイオード（第１、第２ツェナーダイオード）、
２２…センサー回路、
２２ａ…フォトダイオード、
２３…時定数回路、
２４…バッファー回路、
２４ａ…ＦＥＴ、
２５…シュミットトリガー回路、
２５ｃ、２５ｄ、２６ｂ…トランジスタ（第１、第２、第３トランジスタ）、
２６…出力回路、
３１…入力信号、
３２、３３…出力信号。

Claims (1)

1. 光電式自動点滅器を備えた照明装置において、
   前記光電式自動点滅器は、
   第１ツェナーダイオードとコンデンサを含み、前記第１ツェナーダイオードの両端間電圧を出力電圧とする電源回路と、
   フォトダイオード及び抵抗を有する直列回路を含むセンサー回路と、
   抵抗とコンデンサを含み、前記センサー回路から得られる電圧を平滑する時定数回路と
   、
   ＦＥＴと抵抗で構成したソースフォロアーを含み、前記時定数回路の後段に設けられるバッファー回路と、
   第１トランジスタと第２トランジスタを含み、前記第１トランジスタのベースが前記ＦＥＴのソースと接続し、前記第２トランジスタのベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続し、前記ソースの電圧に応じて出力電圧を切り換えるシュミットトリガー回路と、
   第２ツェナーダイオードと第３トランジスタを含み、前記第２ツェナーダイオードのカソード及びアノードがそれぞれ前記シュミットトリガー回路の出力端子及び前記第３トランジスタのベースに接続する出力回路と
   を備えていることを特徴とする照明装置。