JP2020017497A - 負荷制御システム、及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】電源部の供給電力が不足する可能性を低減する。【解決手段】負荷制御システム1は、スイッチ10と、制御部(21)と、付加機能部(22)と、電源部30と、調整部23とを備える。スイッチ10は、交流電源2に対して負荷3と電気的に直列に接続され、負荷3に供給する交流電圧Vacを位相制御する。制御部(21)はスイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御する。付加機能部(22)はスイッチ10のスイッチング動作とは異なる処理を行う。電源部30は、交流電源2から供給される電力を受けて、制御部(21)及び付加機能部(22)に供給する電力を生成する。調整部23は、付加機能部(22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(22)の消費電力が最大となる最大負荷状態において、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整する。【選択図】図1

Description

本開示は、負荷制御システム、及びプログラムに関する。より詳細には、本開示は、負荷に供給する交流電圧を位相制御する負荷制御システム、及びプログラムに関する。
従来、照明負荷を調光する調光装置が知られている(例えば、特許文献1)。
特許文献1に記載された調光装置は、一対の端子と、制御回路部と、制御回路部に制御電源を供給する制御電源部とを備えている。
一対の端子間には、制御回路部と制御電源部とが並列に接続されている。また、一対の端子間には、交流電源と照明負荷との直列回路が接続される。照明負荷は、複数のLED(Light Emitting Diode)素子と、各LED素子を点灯させる電源回路とを備えている。電源回路は、ダイオードと電解コンデンサとの平滑回路を備えている。
制御回路部は、照明負荷に供給する交流電圧を位相制御するスイッチ部と、スイッチ部を駆動するスイッチドライブ部と、スイッチドライブ部及び制御電源部を制御する制御部と、を備えている。
制御電源部は、スイッチ部に並列に接続されている。制御電源部は、交流電源の交流電圧を制御電源に変換する。制御電源部は、制御電源を蓄積する電解コンデンサを備えている。
制御部は、制御電源部(電源部)から電解コンデンサを通じて制御電源が供給される。制御部は、調光操作部で設定された調光レベルに応じて、交流電圧の半サイクルごとの期間途中で、照明負荷への給電を遮断する逆位相制御を行う。
特開2013−149495号公報
特許文献1に記載の調光装置では、制御電源部(電源部)は、スイッチ部(スイッチ)がオフの期間に、交流電源の交流電圧を制御電源に変換し、電解コンデンサに蓄積している。制御電源部は、スイッチ部がオフの期間に蓄積した電力で、全ての期間での制御回路部の消費電力を賄っているため、制御回路部(制御部及び付加機能部)の消費電力が増大した場合、制御電源部の供給電力が不足する可能性があった。
本開示の目的は、電源部の供給電力が不足する可能性を低減可能な負荷制御システム、及びプログラムを提供することにある。
本開示の一態様の負荷制御システムは、スイッチと、制御部と、付加機能部と、電源部と、調整部と、を備える。前記スイッチは、交流電源に対して負荷と電気的に直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧を位相制御する。前記制御部は、前記スイッチを導通状態又は非導通状態に制御する。前記付加機能部は、前記スイッチのスイッチング動作とは異なる処理を行う。前記電源部は、前記交流電源から供給される電力を受けて、前記制御部及び前記付加機能部に供給する電力を生成する。前記調整部は、最大負荷状態において、前記電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を調整する。前記最大負荷状態は、前記付加機能部が正常に動作している状態のうちで前記付加機能部の消費電力が最大となる状態である。
本開示の一態様のプログラムは、コンピュータシステムに、第1処理と、第2処理と、第3処理とを実行させるためのプログラムである。第1処理は、スイッチを導通状態又は非導通状態に制御する処理である。前記スイッチは、交流電源に対して負荷と電気的に直列に接続されて、前記負荷に供給する交流電圧を位相制御する。第2処理は、前記スイッチのスイッチング動作とは異なる処理を付加機能部に実行させる処理である。第3処理は、最大負荷状態において電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を調整する処理である。前記最大負荷状態は、前記付加機能部が正常に動作している状態のうちで前記付加機能部の消費電力が最大となる状態である。前記電源部は、前記交流電源から供給される電力を受けて、前記付加機能部に供給する電力を生成する。
本開示によれば、電源部の供給電力が不足する可能性を低減可能な負荷制御システム、及びプログラムを提供することができる。
図1は、本開示の一実施形態に係る負荷制御システムのブロック回路図である。 図2は、同上の負荷制御システムの前カバーを外した状態の正面図である。 図3は、同上の負荷制御システムの各部の波形図である。 図4は、同上の負荷制御システムが備える電源部の回路図である。 図5は、同上の負荷制御システムの動作を説明するフローチャートである。 図6Aは、起動時の負荷電圧及び充電電流の波形図である。図6Bは、供給期間の調整後の負荷電圧及び充電電流の波形図である。
(実施形態)
(1)概要
本実施形態に係る負荷制御システム1は、図1に示すように、交流電源2に対して負荷3と電気的に直列に接続されるスイッチ10を備えている。負荷制御システム1は、交流電源2から負荷3に供給される交流電圧Vacを、スイッチ10にて位相制御する。ここでいう「位相制御」は、交流電圧Vacの半周期ごとに、負荷3への通電を開始する位相角(導通角)と、負荷3への通電を終了する位相角とをそれぞれ変化させることによって、負荷3に供給(印加)される交流電圧Vacを制御する方式を意味する。つまり、負荷制御システム1は、負荷3に供給される交流電圧Vacを位相制御することにより、例えば、照明負荷、ヒータ、又はファン等の負荷3を制御する。
本実施形態では一例として、負荷3が、複数のLED素子と、複数のLED素子を点灯させる点灯回路と、を備える照明負荷である場合について説明する。すなわち、負荷制御システム1は、位相制御により、照明負荷からなる負荷3の光出力の大きさを調節する調光装置を構成する。ここで、負荷3の点灯回路は、負荷制御システム1で位相制御された交流電圧Vacの波形から調光レベルを読み取り、LED素子の光出力の大きさを変化させる。負荷3の点灯回路は、一例としてブリーダ回路等の電流確保用の回路を有している。そのため、負荷制御システム1のスイッチ10が非導通状態となる期間においても、負荷3に電流を流すことが可能である。交流電源2は、例えば、単相100〔V〕、60〔Hz〕の商用電源である。
ここで、本実施形態に係る負荷制御システム1は、2線式であって、スイッチ10が交流電源2に対して負荷3と電気的に直列に接続されるように、交流電源2と負荷3との間に電気的に接続される。言い換えれば、負荷制御システム1には、交流電源2につながる電線4Aと、負荷3につながる電線4Bとの、2本の電線4A,4Bが接続され、これら2本の電線4A,4B間にスイッチ10が挿入される。そのため、スイッチ10が導通状態にあれば、交流電源2からの交流電圧Vacが負荷3に印加されて負荷3に電力が供給される。スイッチ10が非導通状態にあれば、交流電源2からの交流電圧Vacが負荷制御システム1に印加されて、負荷3への電力供給が停止する。負荷制御システム1は、負荷制御システム1自身の動作用電力を、これら2本の電線4A,4Bを通して交流電源2から取得し、スイッチ10の制御等を行う。すなわち、負荷制御システム1は、スイッチ10が非導通状態にある場合に、後述する電源部30にて自身の動作用電力を生成するので、2線式の負荷制御システム1を実現可能である。
本実施形態に係る負荷制御システム1は、上記したスイッチ10と、制御部(例えば、調光制御部21)と、付加機能部(例えば、無線通信部22)と、電源部30と、調整部23とを備える。
制御部(調光制御部21)は、スイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御する。ここにおいて、スイッチ10が導通状態又は非導通状態に制御されることで、負荷3に供給(印加)される交流電圧Vacが位相制御されており、スイッチ10が負荷3に供給(印加)する交流電圧Vacを制御する動作をスイッチング動作という。
付加機能部(無線通信部22)は、スイッチ10のスイッチング動作とは異なる処理を行う。「スイッチング動作とは異なる処理」とは、付加機能部が有するスイッチング動作以外の機能を実現するための処理である。以下の実施形態では、付加機能部が無線通信部22であり、スイッチング動作とは異なる処理が無線通信方式で通信を行う処理である場合について説明する。
電源部30は、交流電源2から供給される電力を受けて、制御部(調光制御部21)及び付加機能部(無線通信部22)に供給する電力を生成する。
調整部23は、付加機能部(無線通信部22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(無線通信部22)の消費電力が最大となる最大負荷状態において、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整する。ここで、「付加機能部が正常に動作している状態」とは、付加機能部が、当該付加機能部の機能を実現可能な状態で動作している状態をいう。付加機能部(無線通信部22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(無線通信部22)の消費電力が最大となる「最大負荷状態」とは、故障等により付加機能部(無線通信部22)の消費電力が増加している状態を除いて、消費電力が最大となる状態をいう。電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間は、交流電圧Vacの半周期ごとに、電源部30が、交流電源2から電力の供給を受けて、制御部(調光制御部21)及び付加機能部(無線通信部22)に供給する電力を生成する期間である。
上述のように、電源部30は、スイッチ10が非導通状態にある期間で、制御部(調光制御部21)及び付加機能部(無線通信部22)に供給する電力を生成し、この期間に生成した電力で、全期間に必要な電力を賄っている。本実施形態の負荷制御システム1では、調整部23は、最大負荷状態において電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整している。したがって、最大負荷状態において電源部30の供給電力が不足しないように供給期間が調整されていれば、付加機能部(無線通信部22)の消費電力が変動した場合に、電源部30の供給電力が不足する可能性を低減できる。また、付加機能部(無線通信部22)の消費電力が増大したタイミングで供給期間を長くする場合は、供給期間を調整することによって、スイッチ10が導通状態となる期間が短くなり、負荷の出力が変動する可能性がある。それに対して、本実施形態では、調整部23が、最大負荷状態において供給期間を調整しており、付加機能部(無線通信部22)の消費電力が変動するたびに供給期間を調整していないので、負荷の出力の変動を抑制できる。
(2)詳細
本実施形態に係る負荷制御システム1は、図1に示すように、上記のスイッチ10及び電源部30と、処理回路20と、を備える。また、本実施形態に係る負荷制御システム1は、一対の入力端子61,62と、ダイオードD1,D2と、インタフェース部40と、操作部50とを更に備えている。処理回路20は、上記の制御部(調光制御部21)、付加機能部(無線通信部22)、及び調整部23の機能を有している。また、処理回路20は、操作部50の操作を受け付ける操作受付部24の機能も有している。なお、「入力端子」は、電線等を接続するための部品(端子)でなくてもよく、例えば電子部品のリードや、回路基板に含まれる導体の一部であってもよい。本実施形態の負荷制御システム1は、一例として壁スイッチ等に適用可能である。負荷制御システム1は、図2に示すように、壁等の造営材100に、枠部材を用いて取り付けられる器体70を有している。器体70の前面は、枠部材の前側に取り付けられる化粧枠80の開口から露出する。なお、図2に示す器体70の前側には、後述するインタフェース部40が備えるタッチパネルが設けられた前カバー72が取り付けられる。
スイッチ10は、例えば、入力端子61,62間に電気的に直列に接続された2個のスイッチ素子Q1,Q2からなる。例えば、スイッチ素子Q1,Q2の各々はMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)からなる半導体スイッチ素子である。
スイッチ素子Q1,Q2は、入力端子61,62間において、いわゆる逆直列に接続されている。つまり、スイッチ素子Q1,Q2はソース同士が互いに接続されている。スイッチ素子Q1のドレインは入力端子61に接続され、スイッチ素子Q2のドレインは入力端子62に接続されている。両スイッチ素子Q1,Q2のソースは、電源部30のグランドに接続されている。ここで、電源部30のグランドは、負荷制御システム1の内部回路にとって基準電位となる。
スイッチ10は、スイッチ素子Q1,Q2のオン、オフの組み合わせにより、4つの状態を切替可能である。スイッチ素子Q1,Q2は、それぞれ、調光制御部21によってオン又はオフに制御される。ここで、4つの状態には、両スイッチ素子Q1,Q2が共にオフである「双方向オフ状態」と、両スイッチ素子Q1,Q2が共にオンである「双方向オン状態」と、スイッチ素子Q1,Q2の一方のみがオンである2種類の「一方向オン状態」とがある。一方向オン状態では、スイッチ素子Q1,Q2のうち、オンの方のスイッチ素子から、オフの方のスイッチ素子の寄生ダイオードを通して一対の入力端子61,62間が一方向に導通することになる。例えば、スイッチ素子Q1がオン、スイッチ素子Q2がオフの状態では、入力端子61から入力端子62に向けて電流を流す「第1の一方向オン状態」となる。また、スイッチ素子Q2がオン、スイッチ素子Q1がオフの状態では、入力端子62から入力端子61に向けて電流を流す「第2の一方向オン状態」となる。そのため、入力端子61,62間に交流電源2から交流電圧Vacが印加される場合、交流電圧Vacの正極性、つまり入力端子61が正極の半周期においては、第1の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第2の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。一方、交流電圧Vacの負極性、つまり入力端子62が正極の半周期においては、第2の一方向オン状態が「順方向オン状態」、第1の一方向オン状態が「逆方向オン状態」となる。
ここで、スイッチ10は、「双方向オン状態」及び「順方向オン状態」の両状態がスイッチ10を介して負荷3に電流が流れる「導通状態」である。スイッチ10は、「双方向オフ状態」及び「逆方向オン状態」の両状態がスイッチ10を介して負荷3に電流が流れない「非導通状態」である。したがって、調光制御部21は、交流電圧Vacの正極性の半周期又は負極性の半周期において、スイッチ素子Q1,Q2をそれぞれオン又はオフに制御することで、スイッチ10を「導通状態」又は「非導通状態」に制御することができる。
インタフェース部40には、交流電圧Vacの半周期ごとにおける負荷3への通電を開始又は終了する位相角(導通角)を規定する入力レベルが入力される。つまり、入力レベルは、交流電圧Vacの半周期においてスイッチ10が導通状態になるタイミング又は非導通状態になるタイミングを規定する。本実施形態では、負荷制御システム1は調光装置であるから、インタフェース部40は、ユーザによる操作を受け付け、入力レベルとしての調光レベルの入力を受け付ける。インタフェース部40は、処理回路20に対し調光レベルを表す調光信号を出力する。調光信号とは、負荷3の光出力の大きさを指定する数値等であって、負荷3を消灯状態とする「OFFレベル」を含む場合もある。本実施形態では一例として、インタフェース部40は、ユーザのタッチ操作を受け付けるタッチパネルを有している。タッチパネルは、器体70の前側に取り付けられる前カバー72に保持されており、壁などの造営材100に負荷制御システム1の器体70が取り付けられた状態でユーザのタッチ操作を受け付け可能に構成されている。なお、インタフェース部40は、入力レベル(調光レベル)を表す信号を出力する構成であればよく、例えば可変抵抗器又はロータリスイッチ等であってもよい。さらに、インタフェース部は、リモートコントローラ、又はスマートフォン等の通信端末からの信号を受信する受信部にて構成されていてもよい。
操作部50は、例えば、図2に示すように、負荷制御システム1の器体70の前面に配置された一対の操作ボタン51,52を含む。操作ボタン51,52は、器体70の前側に前カバー72が取り付けられた状態では、前カバー72によって覆われている。したがって、器体70の前側に前カバー72が取り付けられた状態では操作ボタン51,52を操作することはできず、前カバー72を取り外した状態で操作ボタン51,52の操作が可能になる。操作ボタン51は、例えば、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を長くする場合にユーザが操作するボタンである。操作ボタン52は、例えば、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を短くする場合にユーザが操作するボタンである。
また、器体70の前面には、例えばLEDからなる表示ランプ71が配置されている。処理回路20は、調整部23が供給期間を調整した場合に、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できているか否かを判定する。電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できていなければ、処理回路20は表示ランプ71を点灯させる。一方、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できていれば、処理回路20は表示ランプ71を消灯させる。したがって、表示ランプ71を点灯させる。したがって、ユーザは、表示ランプ71の状態を確認しながら操作部50を操作することで、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できるように供給期間を調整することができる。
また、インタフェース部40は、入力された入力レベル(調光レベル)を表示する表示部(インジケータ)を更に有している。インタフェース部40は、例えば、複数個のLED素子からなる表示部を含み、LED素子の点灯数によって入力レベルを表示する。
処理回路20は、上述のように、調光制御部21、無線通信部22、調整部23、及び操作受付部24等の機能を有している。処理回路20は、例えば、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを主構成とする。マイクロコントローラのメモリに記録されたプログラムを、マイクロコントローラのプロセッサが実行することにより、処理回路20の各機能が実現される。プログラムは、メモリに記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。以下、処理回路20が備える各機能について説明する。なお、本実施形態では、処理回路20が調光制御部21と無線通信部22の機能を含んでいるが、制御部である調光制御部21と付加機能部である無線通信部22とは別々の部品で構成されていてもよい。
処理回路20は、スイッチング動作とは異なる処理を行うための付加機能部として無線通信部22を備えている。無線通信部22は、無線局の免許が不要な近距離の無線通信方式で通信を行う通信モジュールである。本実施形態では、無線通信部22は、例えば特定小電力無線の通信規格に準拠した通信モジュールである。無線通信部22は、例えば、制御親機5との間で無線通信方式で間欠的に通信を行う。無線通信部22は、制御親機5から任意のタイミングで送信される無線信号の受信待ちを間欠的に行う。無線通信部22が制御親機5から無線信号を受信すると、処理回路20は無線通信部22が受信した無線信号に応じた動作を行う。また、処理回路20は、制御親機5からの無線信号に対する応答信号を無線通信部22から制御親機5に送信させる場合もある。例えば、制御親機5が負荷3の制御信号(例えば負荷3の調光信号)を含む無線信号を送信した場合、処理回路20は、無線通信部22が受信した制御信号に応じて負荷3を制御し、制御結果を応答信号として無線通信部22から制御親機5に送信させる。本実施形態では、付加機能部である無線通信部22は間欠的に動作するため、無線通信部22の消費電力は一定ではない。無線通信部22の送信時には無線通信部22の消費電力が増加する。また、周囲のノイズ環境の悪化により通信エラーが増加すると、無線通信部22の受信回数や送信回数が増えることで、無線通信部22の消費電力が更に増加する。なお、無線通信部22は、特定小電力無線の通信規格に準拠した通信モジュールに限定されず、例えば、Bluetooth(登録商標)、Wi−Fi(登録商標)等の通信方式に準拠した通信モジュールでもよい。
調光制御部21は、入力端子61,62間に印加される交流電圧Vacの位相を検出し、交流電圧Vacの位相の検出結果に基づいて、スイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御することで、負荷3に供給する交流電圧Vacを位相制御する。ここでいう「位相」には、交流電圧Vacのゼロクロス点、交流電圧Vacの極性(正極性、負極性)を含んでいる。調光制御部21は、例えば、入力端子61の電圧を、複数の抵抗器で構成される抵抗分圧回路によって分圧した電圧に基づいて、交流電圧Vacが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出する。また、調光制御部21は、例えば、入力端子62の電圧を、複数の抵抗器で構成される抵抗分圧回路によって分圧した電圧に基づいて、交流電圧Vacが正極性の半周期から負極性の半周期に移行する際のゼロクロス点を検出する。ここで、ゼロクロス点とは、厳密な意味でのゼロクロス点(0〔V〕)に限定されない。交流電圧Vacが負極性の半周期から正極性の半周期に移行する際のゼロクロス点は、例えば、0〔V〕付近に設定された正の閾値を交流電圧Vacが上回る点でもよい。また、交流電圧Vacが正極性の半周期から負極性の半周期に移行する際のゼロクロス点は、例えば、0〔V〕付近に設定された負の閾値を交流電圧Vacが下回る点でもよい。したがって、調光制御部21で検出されるゼロクロス点の検出点は、厳密な意味でのゼロクロス点(0〔V〕)から少し時間が遅れる場合がある。
調光制御部21は、ゼロクロス点の検出結果と、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号とに基づいてスイッチ10を制御する。調光制御部21は、スイッチ素子Q1,Q2の各々を別々に制御することで、スイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御する。具体的には、調光制御部21は、第1制御信号SG1にてスイッチ素子Q1を制御し、第2制御信号SG2にてスイッチ素子Q2を制御することで、スイッチ素子Q1,Q2の各々を別々に制御する。
本実施形態では、調光制御部21は、交流電圧Vacの半周期ごとの期間途中で、負荷3への給電を遮断する「逆位相制御」を行っている。図3は、調光制御部21が逆位相制御を行っている場合の交流電圧「Vac」、負荷3に印加される負荷電圧「VL」、スイッチ10の両端間の電圧「V10」を示している。調光制御部21は、交流電圧Vacの半サイクルごとにゼロクロス点(時間t0,t4)から、調整部23が設定した第1供給期間TA1が経過したタイミング(時間t1,t5)でスイッチ10を導通状態に制御して負荷3に電力を供給する。調光制御部21は、スイッチ10を導通状態に制御してから、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号に応じた時間幅の期間T10が経過したタイミング(時間t2,t6)で、スイッチ10を非導通状態に制御し、負荷3への給電を遮断する。これにより、調光制御部21は、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号に基づいて、交流電圧Vacの半サイクルごとの期間途中で、調光信号に応じた時間幅の期間T10だけ負荷3に電力を供給でき、負荷3を調光点灯することができる。
調整部23は、例えば、負荷制御システム1の起動時(つまり、負荷3の点灯時)、又は、負荷3の調光レベルを変更する場合に、電源部30が交流電源2の交流電圧Vacから電力の供給を受ける供給期間の長さを変更する。本実施形態では調光制御部21が逆位相制御を行っている。また、処理回路20は、電源部30に含まれている半導体スイッチを制御することによって、電源部30に電力の生成動作を実行させる状態と、電源部30に電力の生成動作を停止させる状態とを切り替える。処理回路20は、交流電圧Vacの半周期ごとに、ゼロクロス点から、スイッチ10を導通状態に制御するタイミングまでの第1供給期間TA1において、電源部30を電力の生成動作を実行させる状態に制御する。これにより、第1供給期間TA1において電源部30は、交流電源2から電力の供給を受けて、処理回路20に供給する電力を生成する。処理回路20は、交流電圧Vacの半周期ごとに、スイッチ10を導通状態に制御するタイミングで電源部30を電力の生成動作を停止させる状態に切り替える。その後、処理回路20は、スイッチ10が非導通状態に制御された状態で、交流電圧Vacの電圧値の絶対値が所定の基準電圧(負荷3が動作しない程度の電圧値)を下回ったタイミング(図3の時間t3,t7)で、電源部30を電力の生成動作を実行する状態に切り替える。これにより、交流電圧Vacの電圧値の絶対値が基準電圧を下回ったタイミング(時間t3,t7)からゼロクロス点(時間t4,t8)までの第2供給期間TA2において、電源部30は、交流電源2から電力の供給を受けて電力を生成する(図3参照)。すなわち、電源部30が、処理回路20に供給する電力を生成するために、交流電源2から電力の供給を受ける供給期間は、第1供給期間TA1と第2供給期間TA2とを含む期間となる。ここで、本実施形態の調整部23は、第1供給期間TA1の時間幅(長さ)を調整することで、処理回路20を動作させるのに必要な電力が得られるように供給期間の時間幅を調整する。調整部23は、電源部30から後述する第1充電部321の充電電圧V1が入力され、第1充電部321の充電電圧V1に基づいて供給期間の時間幅を調整する。
また、本実施形態では、調整部23は、負荷3の点灯時や調光レベルを変更する場合等、負荷3の明るさが変化するタイミングに合わせて供給期間の調整を行っている。したがって、供給期間の調整によってスイッチ10の導通期間が変化し、それに応じて負荷3の明るさが変化したとしても、ユーザは、明るさの変化が供給期間の調整によって発生したと気付きにくくなり、ユーザが違和感を覚える可能性を低減できる。なお、調整部23は、負荷3の点灯時や調光レベルの変更時以外の定常状態においても、供給期間の調整を行ってもよい。これにより、交流電源2の周波数変動又は電圧変動が発生した場合でも、調整部23が供給期間の調整を行うことで、電源部30の供給電力が不足する可能性を低減できる。
操作受付部24は、操作部50から供給期間を変更するための操作を受け付ける。操作部50は操作ボタン51及び52を有しており、ユーザが操作ボタン51を操作すると、操作受付部24は、操作ボタン51から供給期間を長くするための操作信号を受け付ける。また、ユーザが操作ボタン52を操作すると、操作受付部24は、操作ボタン52から供給期間を短くするための操作信号を受け付ける。操作受付部24が操作ボタン51又は52から操作信号を受け付けた場合、調整部23は、操作受付部24が受け付けた操作信号に基づいて、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整する。
次に、電源部30について説明する。電源部30は、交流電源2から供給される電力を受けて、調光制御部21(制御部)及び無線通信部22(付加機能部)を含む処理回路20に供給する電力を生成する。
図4は電源部30の一例を示す回路図である。電源部30は、第1充電部321と、第2充電部322と、を備えている。また、電源部30は、ドロッパ回路31と、定電流回路33と、ダミー負荷であるツェナーダイオード34と、スイッチ35と、電圧安定化回路であるDC/DCコンバータ36と、を備えている。
電源部30は、ダイオードD1を介して入力端子61に電気的に接続され、ダイオードD2を介して入力端子62に電気的に接続されている。これにより、ダイオードD1,D2と、スイッチ素子Q1,Q2の各々の寄生ダイオードとで構成されるダイオードブリッジにて、入力端子61,62間に印加される交流電圧Vacが全波整流されて、電源部30に供給される。したがって、スイッチ10が非導通状態にある場合、電源部30には、全波整流された交流電圧Vac(ダイオードブリッジから出力される脈流電圧)が印加されることになる。
ドロッパ回路31には、ダイオードD1,D2とスイッチ素子Q1,Q2の寄生ダイオードとで構成される全波整流器によって交流電源2の交流電圧Vacを全波整流した電圧が入力される。ドロッパ回路31は、シリーズレギュレータ方式の電源回路であって、全波整流された交流電圧Vacが印加されることにより、印加された電圧の降圧及び平滑を行い、直流電圧を生成する。本実施形態では、処理回路20がドロッパ回路31に含まれている半導体スイッチを制御することで、ドロッパ回路31(すなわち電源部30)の入力インピーダンスを変化させることができる。処理回路20は、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを相対的に高い第1状態と相対的に低い第2状態とのいずれかに切り替えることができる。処理回路20は、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第1状態に切り替えることで、電源部30による電力の生成動作を停止する状態とする。また、処理回路20は、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第2状態に切り替えることで、電源部30による電力の生成動作を実行させる状態とする。
第1充電部321は例えば電解コンデンサのようなコンデンサC1を含む。第1充電部321は、ドロッパ回路31の出力側に接続されている。ドロッパ回路31に全波整流された交流電圧Vacが印加されると、ドロッパ回路31の出力電圧によって第1充電部321が充電され、第1充電部321の両端に充電電圧V1が発生する。
第1充電部321には定電流回路33が接続されており、定電流回路33の出力側には第2充電部322が接続されている。定電流回路33は、第1充電部321の充電電圧V1により一定の電流を発生する。定電流回路33から出力される電流によって第2充電部322が充電される。
第2充電部322は例えば電解コンデンサのようなコンデンサC2を含む。第2充電部322は、第1充電部321の出力側、具体的には第1充電部321に接続された定電流回路33の出力側に接続されており、第1充電部321の充電電圧V1によって充電される。すなわち、第1充電部321が充電電圧V1を発生すると、第1充電部321を電源として定電流回路33が所定の電流値の電流を出力し、定電流回路33の出力電流によって第2充電部322が充電される。ここで、定電流回路33の出力電流は例えば2〔mA〕である。
また、第1充電部321の出力側には、ダミー負荷であるツェナーダイオード34とスイッチ35との直列回路が接続されている。ここで、ツェナーダイオード34とスイッチ35との直列回路は、第2充電部322と並列に接続される。スイッチ35は調整部23によってオン又はオフに制御され、スイッチ35がオンになると、第1充電部321の出力側にツェナーダイオード34(ダミー負荷)が接続された状態となる。ツェナーダイオード34のツェナー電圧は例えば10〔V〕である。したがって、スイッチ35がオンになると、第1充電部321の出力側に接続されている回路の消費電力は、2〔mA〕×10〔V〕=20〔mW〕に設定され、最大負荷状態となる。
DC/DCコンバータ36は第2充電部322の出力側に接続されている。DC/DCコンバータ36は、第2充電部322を電源として、安定化した電圧を出力する。DC/DCコンバータ36の出力側には、調光制御部21及び無線通信部22を含む処理回路20が接続されている。このように、第2充電部322の出力側に、第2充電部322を電源として安定化した電圧を出力するDC/DCコンバータ36(電圧安定化回路)が接続され、DC/DCコンバータ36(電圧安定化回路)の出力側に付加機能部である無線通信部22が接続される。したがって、DC/DCコンバータ36によって安定化された電圧が調光制御部21及び無線通信部22を含む処理回路20に供給されるので、処理回路20の動作が安定する。例えば、DC/DCコンバータ36の出力電圧は3.3〔V〕、出力電流は5〔mA〕であり、処理回路20での消費電力は16.5〔mW〕である。したがって、最大負荷状態では、付加機能部である無線通信部22を含む処理回路20が正常に動作している場合の消費電力よりも大きくなる。
(3)動作
(3.1)電源部の動作
本実施形態の負荷制御システム1の施工時に、入力端子61,62間に負荷3を介して交流電源2が接続されると、交流電源2から入力端子61,62間に印加される交流電圧Vacが整流されて電源部30に供給される。電源部30では、全波整流された交流電圧Vacがドロッパ回路31に入力され、ドロッパ回路31によって所定の電圧値の直流電圧に変換され、第1充電部321の両端に充電電圧V1が発生する。このとき、定電流回路33から所定の電流値の電流が出力されて第2充電部322が充電され、第2充電部322の両端に充電電圧V2が発生する。第2充電部322の充電電圧V2はDC/DCコンバータ36によって安定化されて処理回路20及びインタフェース部40に供給され、処理回路20及びインタフェース部40が動作を開始する。
処理回路20が起動すると、処理回路20は、例えば、入力端子61,62の電圧を分圧回路で分圧した電圧に基づいて、交流電源2の周波数の判定を行う。そして、処理回路20は、判定した周波数に応じて、予めメモリに記憶されている数値テーブルを参照し、各種の時間等のパラメータの設定を行う。ここで、施工時にはインタフェース部40から処理回路20に例えばOFFレベルの調光信号が入力されており、調光制御部21はスイッチ10を非導通状態に制御して負荷3を消灯させる。
本実施形態の負荷制御システム1では、調整部23が、負荷3を消灯状態から点灯状態に切り替える場合、又は、負荷3の調光レベルを変化させる場合に、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整する処理を行っている。ここで、調整部23が供給期間を調整する処理について図5に基づいて説明する。なお、供給期間の初期値は、供給期間の時間幅が取り得る範囲内で任意の時間に設定されている。
処理回路20が、インタフェース部からの調光信号を受けて、負荷3を消灯状態から調光信号に応じた調光レベルで点灯させる場合に、調整部23は供給期間を調整する処理を行う。具体的には、調整部23は、無線通信部22を動作させている状態で、スイッチ35をオン状態にセットして、定電流回路33の出力側にツェナーダイオード34を接続する。ツェナーダイオード34は、無線通信部22を含む処理回路20が正常に動作している状態のうちで無線通信部22の消費電力が最大となる最大負荷状態を実現するためのダミー負荷である。無線通信部22は間欠的に動作しており、無線通信部22の動作状態に応じて、無線通信部22の消費電力は変動する。また、周囲のノイズ環境の悪化により通信エラーが増加すると、無線通信部22が無線信号の送信出力を大きくする場合、周囲のノイズ環境によっても無線通信部22の消費電力が変動する。したがって、定電流回路33の出力側にツェナーダイオード34が接続された場合に、無線通信部22の消費電力が最大となる最大負荷状態を実現できるように、ダミー負荷であるツェナーダイオード34が選定されている。
調整部23は、最大負荷状態を発生させた状態で、第1充電部321の充電電圧V1を監視する。
ここで、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が所定の閾値電圧Vth以上であれば、調光制御部21及び無線通信部22を含む処理回路20を動作させるのに必要な電力を確保できていると判断する。調整部23は、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける第1供給期間TA1(供給期間)を変更する処理は行わず(S1:No)、ステップS3の処理に移行する。
一方、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vth未満であれば、処理回路20を動作させるのに必要な電力を確保できていないと判断し、充電電圧V1が閾値電圧Vth以上となるまで第1供給期間TA1を増加させる。調整部23は、第1供給期間TA1(供給期間)を変更する処理を行った場合(S1:Yes)、第1供給期間TA1(供給期間)の下限値が既に設定されたため、供給期間の下限値の設定を不可にし(S2)、ステップS7に移行する。
負荷3の点灯時に供給期間(第1供給期間TA1)を変更する処理が行われなかった場合、調整部23は、例えば器体70の前面に配置された設定スイッチで下限設定モードに設定されているか否かを判断する(S3)。
ここで、設定スイッチにより下限設定モードに設定されている場合(S3:Yes)、調整部23は、電源部30が交流電圧Vacから電力の供給を受ける第1供給期間TA1(つまり供給期間)を設定する処理を開始する。
調整部23は、無線通信部22が動作している状態で、スイッチ35をオン状態にセットして最大負荷状態を実現し、この最大負荷状態において供給期間を調整する処理を行う(S4)。すなわち、調整部23は、最大負荷状態において、第1供給期間TA1の時間幅を短くしながら、第1充電部321の充電電圧V1を監視する。
ここで、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vthを下回らなかった場合(S5:No)、調整部23は、第1供給期間TA1の時間幅を予め設定された最小時間幅に設定し、ステップS7に移行する。
一方、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vthを下回った場合(S5:Yes)、調整部23は、充電電圧V1が閾値電圧Vthを下回る前の時間幅を第1供給期間TA1(つまり供給期間)の下限値に設定し(S6)、ステップS7の処理に移行する。
ここで、図6A及び図6Bは、下限値を設定する前後での第1供給期間TA1の変化を示している。図6Aは、負荷3の起動時における負荷電圧VLと、交流電源2から電源部30に流れる負荷電流I1とを示している。図6Bは、第1供給期間TA1の下限値を設定した後の負荷電圧VLと負荷電流I1とを示している。本実施形態では、初期時(負荷3の点灯時)において第1供給期間TA1が長めの時間に設定されており、電源部30が処理回路20で必要な電力を確保できるようにしている。そして、下限設定モードでは、調整部23が、第1供給期間TA1の時間幅を、電源部30が処理回路20に供給する電力が不足しない程度の下限値に調整しているので、スイッチ10を導通状態とする期間の最大値をより大きくすることができる。すなわち、第1供給期間TA1を最小限の時間に設定することで、スイッチ10を導通状態とする期間の最大値をより大きくでき、負荷3の調光レベルをより明るくすることができる。
ステップS7では、調整部23は、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号に基づいて、調光レベルが変化したか否かを監視する。
ステップS7において調光レベルが変化した場合(S7:Yes)、調整部23は、スイッチ35をオン状態にセットし、第2充電部322の出力側にツェナーダイオード34を接続することで最大負荷状態を実現する。調整部23は、最大負荷状態において第1充電部321の充電電圧V1を監視する。調整部23は、充電電圧V1が閾値電圧Vth以上であれば、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける第1供給期間TA1(供給期間)を変更しない。一方、調整部23は、充電電圧V1が閾値電圧Vthを下回っていれば、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける第1供給期間TA1(供給期間)を長くする。このように、調整部23は、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける第1供給期間TA1(供給期間)を設定した後、ステップS9の処理に移行する。
一方、ステップS7において調光レベルに変化がない場合(S7:No)、調整部23は、ステップS9に移行する。
ステップS9では、調整部23は、想定外の無線ノイズの発生、又は、交流電源2の交流電圧Vacの電圧変動等によって、処理回路20が必要な電力を一時的に得られない給電不可状態が発生したか否かを監視する。
ステップS9において、調整部23が、給電不可状態が発生したと判定すると(S9:Yes)、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1と閾値電圧Vthとの高低を比較する(S10)。
ここで、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vth以上であれば(S10:No)、電源部30が処理回路20に供給する電力が不足していないと判断して、処理を終了する。
一方、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vthを下回っていれば(S10:Yes)、負荷3の明るさの変化が目立たない範囲で、交流電源2から電力の供給を受ける第1供給期間TA1を変化させる。調整部23は、第1供給期間TA1を変化させた場合でも充電電圧V1が閾値電圧Vth以上であれば、充電電圧V1を維持可能である、つまり電源部30が処理回路20に供給する電力が不足していないと判断し(S11:Yes)、処理を終了する。
一方、調整部23は、第1供給期間TA1を変化させた場合に、第1充電部321の充電電圧V1が閾値電圧Vth未満であれば、充電電圧V1を維持不可能、つまり電源部30が処理回路20に供給する電力が不足すると判断する(S11:No)。このとき、調整部23は、無線通信部22を間欠動作させる周期を長くする、又は、無線通信部22を間欠動作させる場合の動作時間を短くすることで、無線通信部22の消費電力を低減させる処理を行って(S12)、処理を終了する。これにより、調整部23は、電源部30が処理回路20に供給する電力が不足する事態が発生する可能性を低減できる。
また、ステップS9において、調整部23が、給電不可状態が発生していないと判定すれば(S9:No)、調整部23は処理を終了する。
そして、負荷制御システム1の使用中は、調整部23が、上記の処理を定期又は不定期に実行することで、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間が調整される。例えば、調整部23が、第1供給期間TA1の時間幅を、電源部30での電力確保に必要な最小の時間幅よりも長くすることで、電源部30が、調光制御部21及び無線通信部22を含む処理回路20に供給する電力が不足する事態が発生する可能性を低減できる。また、調整部23は、第1供給期間TA1の時間幅を、電源部30での電力確保に必要な時間幅に所定のマージンを加えた時間幅よりも短い時間に設定すればよく、第1供給期間TA1の時間幅が必要以上に長い時間に設定される可能性を低減できる。これにより、スイッチ10が導通状態となる期間T10を長くとることができるので、負荷3を最大の調光レベルで点灯させたときの明るさが暗くなるのを抑制できる。また、第1供給期間TA1の時間幅が長くなると、スイッチ10が導通状態になるとき(図3の時間t1)の交流電圧Vacの電圧値が大きくなる。そのため、第1供給期間TA1の時間幅が長くなると、調光レベルの最小値が大きくなるが、第1供給期間TA1の時間幅を短くすることで、調光レベルの最小値をできるだけ小さくできる。
なお、上記の説明では、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1と閾値電圧Vthとの高低を比較しているが、充電電圧V1に対して2つの閾値(第1の閾値と第2の閾値)を設定し、充電電圧V1と2つの閾値との高低に応じて供給期間を調整してもよい。ここで、第1の閾値は、第2の閾値よりも大きい値に設定されている。調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が第1の閾値以下に低下すると、供給期間(第1供給期間TA1)を長くして、充電電圧V1を増加させる。また、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が第2の閾値以上に増加すると、供給期間(第1供給期間TA1)を短くして、充電電圧V1を低下させる。これにより、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1が第1の閾値よりも大きく、かつ、第2の閾値よりも小さい電圧値になるように第1供給期間TA1を調整することができる。
上述のように本実施形態では、調整部23は、最大負荷状態において、調光制御部21(制御部)及び無線通信部22(付加機能部)で必要な電力が得られるように、供給期間(具体的には第1供給期間TA1)を調整する。したがって、調整部23は、ユーザの操作に依らずに自動的に供給期間を調整することができる。なお、調整部23は、第1供給期間TA1の長さを調整することで供給期間を調整しているが、第1供給期間TA1と第2供給期間TA2との少なくとも一方の長さを調整することで供給期間を調整してもよい。
また、本実施形態では、調整部23は、付加機能部である無線通信部22が動作している状態で、電源部30にダミー負荷であるツェナーダイオード34を電気的に接続することによって最大負荷状態を実現している。ダミー負荷であるツェナーダイオード34は、付加機能部である無線通信部22とは別の負荷である。これにより、本実施形態では、無線通信部22が制御親機5と通信可能な状態で、つまり付加機能部がその機能を実行可能な状態で最大負荷状態を実現できる。
また、本実施形態では、電源部30が、交流電源2からの交流電圧Vacによって充電されて充電電圧V1を発生する第1充電部321と、第1充電部321の充電電圧によって充電される第2充電部322とを備える。第2充電部322の出力側に、ダミー負荷であるツェナーダイオード34と、付加機能部である無線通信部22とが電気的に接続される。そして、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1の大きさに基づいて、電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間(第1供給期間TA1)を調整する。ここで、調整部23は、第1充電部321の充電電圧V1の大きさに基づいて、調光制御部21及び無線通信部22に供給するための電力が不足しているか否かを判断できる。したがって、調整部23が、第1充電部321の充電電圧V1の大きさに基づいて供給期間TA1を調整することで、電源部30の供給電力が不足する可能性を低減できる。
また、本実施形態では、負荷3が、調光点灯が可能な光源(LED素子)を含んでいる。制御部(調光制御部21)は、スイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御することによって、負荷3に供給する交流電圧を位相制御する。調整部23は、光源の調光レベルに応じてスイッチ10が導通状態となる導通期間(期間T10)以外の非導通期間において、供給期間(例えば第1供給期間TA1)を調整する。したがって、供給期間の調整によってスイッチ10の導通時間(期間T10)が短くなると、光源の明るさが暗くなる可能性はあるが、調整部23は最大負荷状態で供給期間を調整するので、電源部30の供給電力が不足する可能性を低減できる。
(3.2)負荷制御動作
次に、本実施形態の負荷制御システム1の負荷制御動作について、図3を参照して説明する。
まず、交流電圧Vacが正極性の半周期における負荷制御システム1の動作について説明する。調光制御部21は、交流電圧Vacの正極性の半周期において、交流電圧Vacのゼロクロス点を検出した結果に基づき、ゼロクロス点(図3の時間t0)から第1供給期間TA1が経過したタイミング(図3の時間t1)で、スイッチ10を導通状態に制御する。
ここで、交流電圧Vacの正極性の半周期において、交流電圧Vacのゼロクロス点(時間t0)から時間t1までの第1供給期間TA1では、スイッチ10が非導通状態であり、電源部30は交流電源2から電力の供給を受けることができる。電源部30は、交流電源2から電力の供給を受けて、処理回路20等に供給するための電力を生成し、生成した電力を処理回路20等に供給する。また、処理回路20は、時間t1においてドロッパ回路31の半導体スイッチを制御して、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第1状態とすることで、電源部30が電力の生成動作を停止する状態とする。
また、調光制御部21は、時間t1から調光レベルに応じた期間T10が経過したタイミング(図3の時間t2)で、スイッチ10を非導通状態に制御する。
これにより、時間t1から時間t2までの期間T10において、交流電源2からスイッチ10を介して負荷3に電力が供給されるので、負荷3が所定の調光レベルで点灯する。
その後、交流電圧Vacの電圧値の絶対値が所定の基準電圧を下回ると(図3の時間t3)、処理回路20は、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第2状態とすることで、電源部30が電力の生成動作を実行する状態とする。これにより、時間t3から交流電圧Vacのゼロクロス点(図3の時間t4)までの第2供給期間TA2においても、電源部30は交流電源2から電力の供給を受けることができる。したがって、電源部30は、第2供給期間TA2においても交流電源2から電力の供給を受けて、処理回路20等に供給するための電力を生成することができる。
次に、交流電圧Vacが負極性の半周期における負荷制御システム1の動作について説明する。調光制御部21は、交流電圧Vacの負極性の半周期において、交流電圧Vacのゼロクロス点を検出した結果に基づき、ゼロクロス点(図3の時間t4)から第1供給期間TA1が経過したタイミング(図3の時間t5)で、スイッチ10を導通状態にセットする。
ここで、交流電圧Vacの負極性の半周期において、交流電圧Vacのゼロクロス点(時間t4)から時間t5までの第1供給期間TA1では、スイッチ10が非導通状態であり、電源部30は交流電源2から電力の供給を受けることができる。電源部30は、交流電源2から電力の供給を受けて、処理回路20等に供給するための電力を生成し、生成した電力を処理回路20等に供給する。また、処理回路20は、時間t5においてドロッパ回路31の半導体スイッチを制御して、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第1状態とすることで、電源部30が電力の生成動作を停止する状態とする。
また、調光制御部21は、時間t4から調光レベルに応じた期間T10が経過したタイミング(図3の時間t6)で、スイッチ10を非導通状態に制御する。
これにより、時間t5から時間t6までの期間T10において、交流電源2からスイッチ10を介して負荷3に電力が供給されるので、負荷3が所定の調光レベルで点灯する。
その後、交流電圧Vacの電圧値の絶対値が所定の基準電圧を下回ると(図3の時間t7)、処理回路20は、ドロッパ回路31の入力インピーダンスを第2状態とすることで、電源部30が電力の生成動作を実行する状態とする。これにより、時間t7から交流電圧Vacのゼロクロス点(図3の時間t8)までの第2供給期間TA2においても、電源部30は交流電源2から電力の供給を受けることができる。したがって、電源部30は、第2供給期間TA2においても交流電源2から電力の供給を受けて、処理回路20等に供給するための電力を生成することができる。
負荷制御システム1は、交流電圧Vacの正極性の半周期における動作と、交流電圧Vacの負極性の半周期における動作とを交互に繰り返すことで、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号によって設定される調光レベルで負荷3を調光点灯する。
なお、インタフェース部40又は無線通信部22からの調光信号の調光レベルが「OFFレベル」であれば、調光制御部21は、スイッチ10を非導通状態に維持することで、一対の入力端子61,62間のインピーダンスをハイインピーダンス状態とする。これにより、負荷3は消灯状態となる。
(4)変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、負荷制御システム1と同様の機能は、負荷制御システム1の制御用のコンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、第1処理と、第2処理と、第3処理とを実行させるためのプログラムである。第1処理は、スイッチ10を導通状態又は非導通状態に制御する処理である。スイッチ10は、交流電源2に対して負荷3と電気的に直列に接続されて、負荷3に供給する交流電圧Vacを位相制御する。第2処理は、スイッチ10のスイッチング動作とは異なる処理を付加機能部(無線通信部22)に実行させる処理である。第3処理は、最大負荷状態において電源部30が交流電源2から電力の供給を受ける供給期間を調整する処理である。最大負荷状態は、付加機能部(無線通信部22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(無線通信部22)の消費電力が最大となる状態である。電源部30は、交流電源2から供給される電力を受けて付加機能部(無線通信部22)に供給する電力を生成する。また、一態様に係る負荷制御システム1の制御方法は、上記の第1処理と、第2処理と、第3処理とを含む。
以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
本開示における負荷制御システム1、又は負荷制御システム1の制御方法の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における負荷制御システム1、又は負荷制御システム1の制御方法の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムで読み取り可能な非一時的な記録媒体は、メモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等である。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1又は複数の電子回路で構成される。ここでは、IC又はLSIと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(very Large Scale Integration)、又はULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれるものでもよい。LSIの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、又はLSI内部の接合関係の再構成又はLSI内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ使い方が可能である。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
また、上記の実施形態では、負荷制御システム1は、1つの器体70に収まる1つの装置にて実現されているが、負荷制御システム1の各機能が2以上の装置に分散して設けられてもよい。負荷制御システム1の少なくとも一部の機能は、例えば、クラウド(クラウドコンピューティング)によって実現されてもよい。
上記実施形態では、調整部23が、最大負荷状態において制御部及び付加機能部で必要な電力が得られるように供給期間を調整しているが、調整部23は、操作受付部24が受け付けた操作に基づいて供給期間(例えば第1供給期間TA1)を変更してもよい。
調整部23は、ユーザによる操作ボタン51の操作を操作受付部24が受け付けると、供給期間を長くする。また、調整部23は、ユーザによる操作ボタン52の操作を操作受付部24が受け付けると、供給期間を短くする。また、処理回路20は、第1充電部321の充電電圧V1を監視することで、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できているか否かを判断する。処理回路20は、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できていないと判断すると、表示ランプ71を点灯させる。処理回路20は、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できていると判断すると、表示ランプ71を消灯させる。したがって、ユーザは、表示ランプ71の点灯/消灯を確認しながら操作部50を操作することで、電源部30が調光制御部21及び無線通信部22を動作させるのに必要な所要電力を生成できるように供給期間を調整することができる。
このように、負荷制御システム1は、供給期間を変更するための操作を受け付ける操作受付部24を有しており、調整部23は、操作受付部24が受け付けた操作に基づいて供給期間を変更する。したがって、調整部23は、ユーザの操作に応じて供給期間を変更することができる。
上記実施形態では、調整部23は、下限設定モードに設定された場合、又は、負荷3の調光レベルが変化する場合(負荷3を点灯させる場合、調光レベルを変化させる場合、等)に供給期間を調整しているが、それ以外のタイミングで供給期間を調整してもよい。例えば、調整部23は、電源部30の状態(例えば充電電圧V1)を常時監視し、電源部30の供給電力が不足しそうな場合には供給期間を調整してもよい。
また、上記実施形態では、調整部23は、付加機能部である無線通信部22を動作させた状態で、ダミー負荷であるツェナーダイオード34を電源部30に接続することで最大負荷状態を実現していたが、最大負荷状態を実現する方法はこれに限定されない。
調整部23は、付加機能部である無線通信部22を停止させた状態で、ダミー負荷であるツェナーダイオード34を電源部30に接続することで最大負荷状態を実現してもよい。
また、調整部23は、電源部30にダミー負荷を接続することなく、付加機能部である無線通信部22を消費電力が最大となる状態で動作させることによって、最大負荷状態を実現してもよい。すなわち、調整部23は、付加機能部を動作させることによって、最大負荷状態を実現してもよい。付加機能部自体で最大負荷状態を実現できるので、ダミー負荷を備える必要がないという利点がある。
また、ダミー負荷はツェナーダイオード34に限定されず、ダミー負荷は抵抗器などのインピーダンス要素でもよい。
上記実施形態では、付加機能部が無線通信部22であったが、付加機能部は無線通信部22に限定されない。付加機能部は、例えば、ユーザが音声で発した命令を認識する音声認識機能でもよい。付加機能部が音声認識機能である場合、スイッチング動作とは異なる処理とは、ユーザが発した音声を認識して、ユーザの命令を取得する処理である。ここにおいて、ユーザの命令が負荷3を制御するための制御命令である場合、処理回路20は、ユーザの命令に基づいて負荷3を制御する。また、ユーザの命令が、ユーザの質問に対する応答を要求する命令である場合、処理回路20は、外部のサーバ装置と通信する通信機能を用いて外部のサーバ装置と通信を行って、サーバ装置から質問に対する応答の内容を取得する。そして、処理回路20は、取得した応答の内容を例えばスピーカから出力したり、表示モニタに出力させたりする。ここで、付加機能部である音声認識機能がユーザの発した音声の認識処理を行い、処理回路20が認識結果に基づく動作を行うことで、音声認識機能を含む処理回路20の消費電力が増加する。
上記実施形態の負荷制御システム1は、光源としてLED素子を用いた負荷3に限らず、コンデンサインプット型の回路を搭載し、インピーダンスが高く、少ない電流で点灯する光源に適用可能である。この種の光源としては、例えば有機EL(Electroluminescence)素子が挙げられる。また、負荷制御システム1は、例えば放電灯など、様々な光源の負荷3に適用可能である。
さらに、負荷制御システム1によって制御される負荷3は、照明負荷に限らず、例えば、ヒータ、又はファン等であってもよい。負荷3がヒータである場合、負荷制御システム1は、ヒータに供給する平均電力を調節することでヒータの発熱量を調節する。また、負荷3がファンである場合、負荷制御システム1は、ファンの回転速度を調節するレギュレータを構成する。
また、スイッチ10は、MOSFETからなるスイッチ素子Q1,Q2で構成されるものに限らず、例えば、逆直列に接続された2つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等で構成されていてもよい。さらに、スイッチ10において、一方向オン状態を実現するための整流素子(ダイオード)は、スイッチ素子Q1,Q2の寄生ダイオードに限らず、外付けのダイオードであってもよい。ダイオードは、スイッチ素子Q1,Q2の各々と同一パッケージに内蔵されていてもよい。また、スイッチ10は、例えば、GaN(窒化ガリウム)等のワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート(デュアルゲート)構造の半導体素子であってもよい。この構成によれば、スイッチ10の導通損失の低減を図ることができる。
また、電源部30では、ドロッパ回路31を介さず、全波整流された交流電圧Vacから直接的に、第1充電部321を充電してもよい。さらに、第2充電部322は、定電流回路33を介さずに第1充電部321の充電電圧V1で直接的に充電されてもよい。
また、スイッチ10の制御においては、「双方向オン状態」の代わりに「順方向オン状態」に制御することも可能であり、逆に「順方向オン状態」の代わりに「双方向オン状態」に制御することも可能である。また、「双方向オフ状態」の代わりに「逆方向オン状態」に制御することも可能であり、「逆方向オン状態」の代わりに「双方向オフ状態」に制御することも可能である。すなわち、スイッチ10が、導通状態又は非導通状態の状態が変わらなければよい。
また、調光制御部21によるスイッチ10の制御方式は、上述した例に限らず、例えば、交流電圧Vacと同じ周期で第1制御信号SG1と第2制御信号SG2とを交互に「ON」信号とする方式であってもよい。この場合、スイッチ素子Q1,Q2のうち、交流電圧Vacの高電位側となるスイッチ素子がオンしている期間に、スイッチ10が導通することになる。つまり、この変形例では、交流電圧Vacのゼロクロス点から半周期の途中までの期間に一対の入力端子61,62間が導通する、いわゆる逆位相制御が実現される。この場合、第1制御信号及び第2制御信号と交流電圧Vacとの位相差を調節することで、スイッチ10の導通時間を調節することができる。
さらに、負荷制御システム1の調光制御部21の制御方式は、正位相制御方式及び逆位相制御方式のいずれにも対応可能なユニバーサル制御方式であってもよい。
また、上記の実施形態では、負荷制御システム1が2線式の場合について説明したが、この構成に限らず、負荷制御システム1は、例えば、3本の電線を接続可能な、いわゆる三路スイッチ、又は4本の電線を接続可能な、いわゆる四路スイッチ等であってもよい。負荷制御システム1が三路スイッチを構成する場合、2つの負荷制御システム1を組み合わせることにより、負荷3への通電状態を、例えば、建物における階段の上階部分と下階部分との2箇所で切り替えることが可能である。
また、測定データなどの2値の比較において、「以上」としているところは「より大きい」であってもよい。つまり、2値の比較において、2値が等しい場合を含むか否かは、基準値等の設定次第で任意に変更できるので、「以上」か「より大きい」かに技術上の差異はない。同様に、「下回る」としているところは「以下」であってもよい。
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様の負荷制御システム(1)は、スイッチ(10)と、制御部(21)と、付加機能部(22)と、電源部(30)と、調整部(23)と、を備える。スイッチ(10)は、交流電源(2)に対して負荷(3)と電気的に直列に接続され、負荷(3)に供給する交流電圧(Vac)を位相制御する。制御部(21)は、スイッチ(10)を導通状態又は非導通状態に制御する。付加機能部(22)は、スイッチ(10)のスイッチング動作とは異なる処理を行う。電源部(30)は、交流電源(2)から供給される電力を受けて、制御部(21)及び付加機能部(22)に供給する電力を生成する。調整部(23)は、最大負荷状態において、電源部(30)が交流電源(2)から電力の供給を受ける供給期間(TA1)を調整する。最大負荷状態とは、付加機能部(22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(22)の消費電力が最大となる状態である。
この態様によれば、調整部(23)は、最大負荷状態において電源部(30)が交流電源(2)から電力の供給を受ける供給期間を調整している。したがって、最大負荷状態において電源部(30)の供給電力が不足しないように供給期間が調整されていれば、付加機能部(無線通信部22)の消費電力が変動した場合に、電源部(30)の供給電力が不足する可能性を低減できる。
第2の態様の負荷制御システム(1)は、第1の態様において、供給期間(TA1)を変更するための操作を受け付ける操作受付部(24)を更に備える。調整部(23)は、操作受付部(24)が受け付けた操作に基づいて供給期間(TA1)を変更する。
この態様によれば、調整部(23)は、ユーザの操作に応じて供給期間(TA1)を変更することができる。
第3の態様の負荷制御システム(1)では、第1の態様において、調整部(23)は、最大負荷状態において、制御部(21)及び付加機能部(22)で必要な電力が得られるように、供給期間(TA1)を調整する。
この態様によれば、調整部(23)が、ユーザの操作に依らずに供給期間(TA1)を調整することができる。
第4の態様の負荷制御システム(1)では、第1〜第3のいずれかの態様において、調整部(23)は、付加機能部(22)を動作させることによって最大負荷状態を実現する。
この態様によれば、付加機能部(22)自体で最大負荷状態を実現できる。
第5の態様の負荷制御システム(1)では、第1〜第3のいずれかの態様において、調整部(23)は、電源部(30)にダミー負荷(34)を電気的に接続することによって、最大負荷状態を実現する。ダミー負荷(34)は、付加機能部(22)とは別の負荷である。
この態様によれば、電源部(30)にダミー負荷(34)を接続することで最大負荷状態を実現できる。
第6の態様の負荷制御システム(1)では、第1〜第3のいずれかの態様において、調整部(23)は、付加機能部(22)が動作している状態で、電源部(30)にダミー負荷(34)を電気的に接続することによって最大負荷状態を実現する。ダミー負荷(34)は、付加機能部(22)とは別の負荷である。
この態様によれば、付加機能部(22)を通常通りに動作させている状態で、電源部(30)にダミー負荷(34)を接続することで最大負荷状態を実現できる。
第7の態様の負荷制御システム(1)では、第5又は第6の態様において、電源部(30)は、第1充電部(321)と第2充電部(322)とを備える。第1充電部(321)は、交流電源(2)からの交流電圧(Vac)によって充電されて充電電圧(V1)を発生する。第2充電部(322)は、第1充電部(321)の充電電圧(V1)によって充電される。第2充電部(322)の出力側に、ダミー負荷(34)と、付加機能部(22)とが電気的に接続される。調整部(23)は、第1充電部(321)の充電電圧(V1)の大きさに基づいて、電源部(30)が交流電源(2)から電力の供給を受ける供給期間(TA1)を調整する。
この態様によれば、第1充電部(321)の充電電圧(V1)の大きさに基づいて、制御部(21)及び付加機能部(22)に供給するための電力が不足しているか否かを判断できる。したがって、調整部(23)が、第1充電部(321)の充電電圧(V1)の大きさに基づいて供給期間(TA1)を調整することで、電源部(30)の供給電力が不足する可能性を低減できる。
第8の態様の負荷制御システム(1)では、第7の態様において、第2充電部(322)の出力側に、第2充電部(322)を電源として安定化した電圧を出力する電圧安定化回路(36)が電気的に接続される。電圧安定化回路(36)の出力側に付加機能部(22)が電気的に接続される。
この態様によれば、付加機能部(22)に安定化された電圧を供給できる。
第9の態様の負荷制御システム(1)では、第1〜第8のいずれかの態様において、付加機能部(22)は間欠的に動作する。
この態様によれば、付加機能部(22)が間欠的に動作することで、付加機能部(22)の消費電力が変動する場合でも、電源部(30)の供給電力が不足する可能性を低減できる。
第10の態様の負荷制御システム(1)では、第1〜第9のいずれかの態様において、負荷(3)は、調光点灯が可能な光源を含む。制御部(21)は、スイッチ(10)を導通状態又は非導通状態に制御することによって、負荷(3)に供給する交流電圧(Vac)を位相制御する。調整部(23)は、光源の調光レベルに応じてスイッチ(10)が導通状態となる導通期間以外の非導通期間において、供給期間(TA1)を調整する。
この態様によれば、供給期間(TA1)の調整によってスイッチ(10)の導通時間が短くなると、光源の明るさが暗くなる可能性はあるが、最大負荷状態で供給期間(TA1)を調整することで、電源部(30)の供給電力が不足する可能性を低減できる。
第11の態様のプログラムは、コンピュータシステムに、第1処理と、第2処理と、第3処理とを実行させるためのプログラムである。第1処理は、スイッチ(10)を導通状態又は非導通状態に制御する処理である。スイッチ(10)は、交流電源(2)に対して負荷(3)と電気的に直列に接続されて、負荷(3)に供給する交流電圧(Vac)を位相制御する。第2処理は、スイッチ(10)のスイッチング動作とは異なる処理を付加機能部(22)に実行させる処理である。第3処理は、最大負荷状態において、電源部(30)が交流電源(2)から電力の供給を受ける供給期間(TA1)を調整する処理である。最大負荷状態は、付加機能部(22)が正常に動作している状態のうちで付加機能部(22)の消費電力が最大となる状態である。電源部(30)は、交流電源(2)から供給される電力を受けて、付加機能部(22)に供給する電力を生成する。
この態様によれば、最大負荷状態において電源部(30)が交流電源(2)から電力の供給を受ける供給期間を調整している。したがって、最大負荷状態において電源部(30)の供給電力が不足しないように供給期間が調整されていれば、付加機能部(無線通信部22)の消費電力が変動した場合に、電源部(30)の供給電力が不足する可能性を低減できる。
上記態様に限らず、上記の実施形態に係る負荷制御システム(1)の種々の構成(変形例を含む)は、(コンピュータ)プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化可能である。
第2〜第10の態様に係る構成については、負荷制御システム(1)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
1 負荷制御システム
2 交流電源
3 負荷
10 スイッチ
21 調光制御部(制御部)
22 無線通信部(付加機能部)
23 調整部
24 操作受付部
30 電源部
34 ツェナーダイオード(ダミー負荷)
36 DC/DCコンバータ(電圧安定化回路)
321 第1充電部
322 第2充電部
TA1 第1供給期間(供給期間)
V1 充電電圧
Vac 交流電圧

Claims (11)

  1. 交流電源に対して負荷と電気的に直列に接続され、前記負荷に供給する交流電圧を位相制御するスイッチと、
    前記スイッチを導通状態又は非導通状態に制御する制御部と、
    前記スイッチのスイッチング動作とは異なる処理を行うための付加機能部と、
    前記交流電源から供給される電力を受けて、前記制御部及び前記付加機能部に供給する電力を生成する電源部と、
    前記付加機能部が正常に動作している状態のうちで前記付加機能部の消費電力が最大となる最大負荷状態において、前記電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を調整する調整部と、を備える、
    負荷制御システム。
  2. 前記供給期間を変更するための操作を受け付ける操作受付部を更に備え、
    前記調整部は、前記操作受付部が受け付けた操作に基づいて前記供給期間を変更する、
    請求項1に記載の負荷制御システム。
  3. 前記調整部は、前記最大負荷状態において、前記制御部及び前記付加機能部で必要な電力が得られるように、前記供給期間を調整する、
    請求項1に記載の負荷制御システム。
  4. 前記調整部は、前記付加機能部を動作させることによって前記最大負荷状態を実現する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の負荷制御システム。
  5. 前記調整部は、前記電源部に、前記付加機能部とは別のダミー負荷を電気的に接続することによって、前記最大負荷状態を実現する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の負荷制御システム。
  6. 前記調整部は、前記付加機能部が動作している状態で、前記電源部に前記付加機能部とは別のダミー負荷を電気的に接続することによって前記最大負荷状態を実現する、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の負荷制御システム。
  7. 前記電源部は、前記交流電源からの交流電圧によって充電されて充電電圧を発生する第1充電部と、前記第1充電部の充電電圧によって充電される第2充電部とを備え、
    前記第2充電部の出力側に、前記ダミー負荷と、前記付加機能部とが電気的に接続され、
    前記調整部は、前記第1充電部の充電電圧の大きさに基づいて、前記電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を調整する、
    請求項5又は6に記載の負荷制御システム。
  8. 前記第2充電部の出力側に、前記第2充電部を電源として安定化した電圧を出力する電圧安定化回路が電気的に接続され、
    前記電圧安定化回路の出力側に前記付加機能部が電気的に接続される、
    請求項7に記載の負荷制御システム。
  9. 前記付加機能部は間欠的に動作する、
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の負荷制御システム。
  10. 前記負荷は、調光点灯が可能な光源を含み、
    前記制御部は、前記スイッチを導通状態又は非導通状態に制御することによって、前記負荷に供給する交流電圧を位相制御し、
    前記調整部は、前記光源の調光レベルに応じて前記スイッチが導通状態となる導通期間以外の非導通期間において、前記供給期間を調整する、
    請求項1〜9のいずれか1項に記載の負荷制御システム。
  11. コンピュータシステムに、
    交流電源に対して負荷と電気的に直列に接続されて前記負荷に供給する交流電圧を位相制御するスイッチを、導通状態又は非導通状態に制御する処理と、
    前記スイッチのスイッチング動作とは異なる処理を付加機能部に実行させる処理と、
    前記付加機能部が正常に動作している状態のうちで前記付加機能部の消費電力が最大となる最大負荷状態において、前記交流電源から供給される電力を受けて前記付加機能部に供給する電力を生成する電源部が前記交流電源から電力の供給を受ける供給期間を調整する処理と、を実行させるための、
    プログラム。
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