JP2555037Y2

JP2555037Y2 - 電球用調光回路

Info

Publication number: JP2555037Y2
Application number: JP1991014263U
Authority: JP
Inventors: 孝造岩田; さだ江山本
Original assignee: 関西日本電気株式会社
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2006-02-19
Also published as: JPH04101398U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、交流を電源にした電球
において、電球に直列接続した電気弁の導通位相角を制
御して電球照度を可変する電球用調光回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電球用調光回路の一例を図９を参照して
次に示す。図において（１）は交流電源回路、（２）は
基準電圧発生回路、（ＴＲ１）は電気弁の動作をするト
ライアック、（３）は電気弁を駆動するための回路を示
す。

【０００３】基準電圧発生回路は、例えば図１０に示す
鋸歯状波（Ｖａ）、または正弦波交流電源（Ｅ）の全波
整流波形を積分したコサイン波（Ｖｂ）形の電圧を交流
電源（Ｅ）の半周期毎に同期してなる基準電圧（Ｖｒ）
として発生し比較回路（ＣＭ）へ出力する。

【０００４】制御電圧（Ｅｃ）は、電球照度を操作する
ための直流電圧であり、比較器（ＣＭ）により基準電圧
（Ｖｒ）と制御電圧（Ｅｃ）が比較され、例えば制御電
圧（Ｅｃ）より基準電圧（Ｖｒ）が高くなった時点で、
電気弁を導通させるための信号（Ｅｐ）が電気弁駆動回
路（３）へ出力され、電気弁の動作をするトライアック
は導通状態になり、交流電源電圧（Ｅ’）が電球（Ｌ）
に印加される。一方、トライアックは自身に流れる電流
が零になった時点で非導通の状態に復帰することが一般
に知られており、次に駆動信号が印加されるまで導通状
態にはならない。これにより、電球（Ｌ）には、交流電
源（Ｅ）の半周期の任意の時間から電流が零になる時間
までの電圧が印加されることになり、駆動信号を与える
位相により電球（Ｌ）へ印加する平均、または実効電圧
が可変できる。このことから、このような電圧制御方式
は一般に位相角制御方式と呼ばれている。

【０００５】電気弁駆動回路（３）の（ＰＣ）は、基準
電圧発生回路（２）や、比較器（ＣＭ）を電気弁回路か
ら絶縁するために使用する素子であり、素子中のフォト
ダイオード（Ｄ）を点灯するとその光により素子中のト
ライアック（ＴＲ２）が導通状態になる特性がある。こ
のほか、トライアック（ＴＲ２）の替わりに光トランジ
スタを使用するものが一般にあるが、本考案では駆動用
信号を電気弁に伝える目的以外に直接関係ないので省略
する。

【０００６】位相角制御方式における導通位相角（φ）
（０＜φ＜πとする）と出力電圧の関係は、交流電源電
圧をｅ＝Ｅｍ・ｓｉｎωｔとし、出力実効電圧を
（Ｖｒｍｓ）、出力平均電圧を（Ｖａｖｅ）とすると、

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】であらわすことができる。

【００１０】また、位相角制御方式では、基準電圧（Ｖ
ｒ）の波形により、制御電圧（Ｅｃ）に対する出力電圧
特性が設計できる特長があり、図４によりその一例を説
明する。出力電圧の計算には、式（１）および、式
（２）を用いた。図４（ａ）は基準電圧（Ｖｒ）の波形
を鋸歯状波とした結果であり、同図（ｂ）は基準電圧
（Ｖｒ）の波形に正弦波の半周期を積分して得られるコ
サイン波形とした結果を百分率で示している。

【００１１】特に、基準電圧（Ｖｒ）をコサイン波形と
した結果では、制御電圧に対し出力平均電圧は直線的に
変化するので制御性が良く、位相角制御方式での基準電
圧として最も一般的であり多用されている。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述した位
相角制御方式による電球照明用調光では、制御電圧（Ｅ
ｃ）の操作量に対して感覚上の明るさは、直線的に変化
することが要求される。そこで、鋸歯状波や、コサイン
波形を基準電圧（Ｖｒ）にすると、未だ不十分であると
いう不具合いがあった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本考案では、交流電源と
電球と電気弁の直列接続回路で、交流電源電圧半周期毎
の位相に同期して基準電圧波形発生回路により発生させ
た基準電圧と、直流制御電圧とを入力とする比較器の出
力信号により電気弁の導通を制御する位相角制御方式に
より電球照度を可変する電球調光回路において、基準電
圧波形を電源電圧の半周期に同期し、かつ時間に対して
二乗特性を有する回路により発生させたことを特長と
し、さらに、二乗波形の基準電圧発生には、直流電流を
積分し、交流電源電圧の零ボルトクロス付近のタイミン
グにおいて前記積分をリセットする回路を具備した第一
の積分回路と、第一の積分回路よりの出力電圧をさらに
積分し、第一の積分回路のリセットと概略同期してリセ
ットされる第二の積分回路を有し、第二の積分回路の出
力電圧を用いたことを特長とする。

【００１４】

【作用】人の明るさ感覚は、感覚量であり実測光量との
正確な対応はつけにくいが、一般的には、実測光量の１
／２乗ないし１／３乗に比例すると言われている。した
がって、電球の調光特性においても、操作量に対して実
測光量が２乗ないし３乗で変化すると、制御量と人の明
るさ感覚の一致ができるといえる。

【００１５】考案者自身の測定によると、一般に市販さ
れている白熱電球の印加実効電圧と電球照度の関係は、
図１１に示すように近似式で印加実効電圧に対し約３乗
の照度特性を持っている。このことから、上述の位相
角制御方式の電球調光回路において制御電圧（Ｅｃ）と
出力実効電圧が直線的になれば、人の明るさ感覚に合っ
た調光ができる。

【００１６】さらに、考案者自身の実験により、位相角
制御の基準電圧波形を交流電源電圧位相に同期し、かつ
時間に対して二乗の特性を持つ波形とすることにより、
図４（ｃ）に示すように制御電圧（Ｅｃ）に対しての出
力実効電圧（Ｖｒｍｓ）の特性は、図４（ａ）や、同図
（ｂ）に示すように鋸歯状波や、コサイン波形を使用す
るのに比較し大幅な改善ができ、略直線的な明るさ感覚
が得られる電球の調光ができる。

【００１７】

【実施例】［実施例１］本考案の実施例を図１、図２、および図３を参照して以
下に説明する。図１において図９と同一の部分には同一
参照符号を付してその説明を省略する。

【００１８】トランジスタ（Ｑ５）は、交流電源電圧零
ボルト付近でのみＯＦＦになり、そのコレクタ電圧は同
時にロジックハイレベル（Ｈ）になる。この信号（Ｘ）
と、この信号（Ｘ）をロジック反転ゲート（ＩＣ３）と
抵抗（Ｒ６）、およびコンデンサ（Ｃ４）により反転遅
延させた信号（Ｙ）をロジックＮＡＮＤゲート（ＩＣ
１）に加えると、交流電源電圧零ボルト点より僅かに位
相が進んだパルス状のリセット信号（Ｚ）が得られる。

【００１９】本考案の特長は、交流電源電圧の半周期毎
に同期し、かつ時間に対して二乗特性を持った基準電圧
（Ｖｒ）の波形による位相角制御方式により、制御電圧
（Ｅｃ）と人の明るさ感覚に合わせた電球調光にあり、
その主要部は二乗波形の基準電圧（Ｖｒ）発生回路にあ
る。次に、基準電圧（Ｖｒ）を発生させる基準電圧発生
回路（５）の一実施例を図２を参照して説明する。

【００２０】上記基準電圧発生回路（５）では、積分用
コンデンサ（Ｃ２）（Ｃ３）により直流電圧を二回積分
することで時間に対して二乗波形の基準電圧（Ｖｒ）を
発生させる。

【００２１】まず直流電圧（Ｖｄｃ）を印加すると、抵
抗（Ｒ５）により分圧された電圧（Ｖｂ２）がトランジ
スタ（Ｑ２）のベースに印加される。トランジスタ（Ｑ
２）のエミッタに挿入した抵抗（Ｒ３）の効果により、
トランジスタのコレクタ電流（ＩＣ２）はおおよそ、

【００２２】ＩＣ２＝（Ｖｂ２−Ｖｂｅ）／Ｒ３（但
し、Ｖｂｅはトランジスタのベース・エミッタ間電圧）
となり、大部分が第一の積分用コンデンサ（Ｃ２）に流
れ、時間に対して直線的に増加する第一積分電圧（ＶＣ
２）がつくられる。

【００２３】次に、第一の積分電圧（ＶＣ２）に抵抗
（Ｒ４）と並列に接続されたダイオード（Ｄ１）（Ｄ
２）による電圧降下を加えた電圧（Ｖｂ３）がトランジ
スタ（Ｑ３）のベースに印加される。このため、トラン
ジスタ（Ｑ３）のコレクタ電流（ＩＣ３）は、おおよ
そ、

【００２４】ＩＣ３＝（Ｖｂ３−Ｖｂｅ）／Ｒ５（但
し、抵抗（Ｒ５）は、トランジスタ（Ｑ３）のエミッタ
に挿入した抵抗）となり、第二の積分用コンデンサに流
れ、第二積分電圧（Ｖ０）が作られる。したがって、第
二積分電圧（Ｖ０）は、時間に対しておおよそ二乗特性
になる。

【００２５】第一の積分用コンデンサ（Ｃ２）に接続さ
れたトランジスタ（Ｑ１）、および第二の積分用コンデ
ンサ（Ｃ３）に接続されたトランジスタ（Ｑ４）は、リ
セット信号（Ｚ）によりＯＮしそれぞれの積分用コンデ
ンサに充電された電荷を放電させ、交流電源電圧の位相
との同期がとられる。

【００２６】第二の積分用コンデンサ（Ｃ３）の端子電
圧（Ｖ０）は、位相角制御回路の基準電圧（Ｖｒ）とし
て図１における比較器（ＣＭ）へ印加される。

【００２７】比較器（ＣＭ）は、もう一方の端子に印加
された電球照度可変のための制御電圧（Ｅｃ）との電圧
比較動作を行い、制御電圧（Ｅｃ）より基準電圧（Ｖ
ｒ）が高くなった時点で、電気弁の動作をするトライア
ック（ＴＲ１）を導通状態にする駆動信号（Ｅｐ）を出
力し絶縁型信号伝達素子（ＰＣ）を介してトライアック
（ＴＲ１）を導通状態にする。トライアック（ＴＲ１）
が導通状態になると、交流電源電圧（Ｅ’）が電球に印
加される。

【００２８】このため、制御電圧（Ｅｃ）が高くなると
トライアック（ＴＲ１）の導通位相角は小さくなり、電
球印加実効電圧（Ｖｒｍｓ）は低くなり、基準電圧（Ｖ
ｒ）波形の最大値よりも制御電圧が高くなると、電球に
は全く電圧が印加されなくなる。

【００２９】この実測例を図８によって説明する。同図
の横軸には位相角制御のための制御電圧（Ｅｃ）をと
り、縦軸は定格電圧印加時の電球照度を１００％とした
百分率電球照度と、電球印加実効電圧とを示す。電球印
加実効電圧は電球照度の実用範囲内で略直線的であり、
電球の照度は、同図に示す近似式によると制御電圧の変
化に対し約２．１から２．５乗の特性を示し良好な電球
調光制御ができている。

【００３０】［実施例２］位相角制御回路では、前述したように制御電圧を高くす
ると電球への印加実効電圧が低くなり電球照度は低下す
る。したがって、電球を明るく点灯させるためには制御
電圧を低くすればできるが、これには基準電圧（Ｖｒ）
の波形の最小値と同等もしくは、それよりも低い制御電
圧（Ｅｃ）を必要とすることは明白である。

【００３１】図５の実施例は、図２における基準電圧波
形発生回路の第二の積分用コンデンサのリセット信号に
よる電荷放電の際、放電用トランジスタ（Ｑ４）のエミ
ッタに挿入したダイオード（Ｄ３）の順方向電圧降下ま
でで放電を停止させたことを特長としている。

【００３２】これにより、第二の積分用コンデンサには
常にダイオード（Ｄ３）の順方向電圧降下に相当する電
圧が直流バイアスとして残留し、基準波形（Ｖｒ）にバ
イアス電圧を加えることができ、制御電圧（Ｅｃ）を零
ボルトにすることで電球には最大の電圧（全角導通）印
加でき、容易に、かつ確実に最大輝度状態が実現でき
る。

【００３３】又、ダイオード（Ｄ３）は、トランジスタ
（Ｑ４）のコレクタに挿入しても同等の効果が得られ
る。

【００３４】［実施例３］図６の実施例は、位相角制御方式における基準電圧（Ｖ
ｒ）の波形発生回路に使用されるトランジスタ定電流回
路のトランジスタベース電圧発生回路に、１個もしくは
複数個の順方向接続のダイオード（Ｄ４）・・・（Ｄ
ｎ）を挿入し、順方向電圧が前記ベース電圧に加算され
るようにしたことを特長としている。

【００３５】一般的にトランジスタによる定電流動作の
電流値（Ｉｃ）は、トランジスタベース電圧を（Ｖ
ｂ）、トランジスタベース・エミッタ間順方向電圧を
（Ｖｂｅ）、トランジスタのエミッタに挿入した抵抗の
値を（Ｒｅ）とすると、おおよそ、Ｉｃ＝（Ｖｂ−Ｖｂ
ｅ）／Ｒｅになることが知られている。さらに、トラ
ンジスタベース・エミッタ間順方向電圧（Ｖｂｅ）は、
温度上昇に伴い低下することが知られており、温度が上
昇すると定電流回路の電流値は増加する傾向を示す。ダ
イオード（Ｄ４）・・・（Ｄｎ）の順方向電圧は温度上
昇に伴い低下する特性がありトランジスタベース・エミ
ッタ間順方向電圧の影響を低減できるほか、電球の周囲
気温上昇に伴う消費電力の低減に対しても効果がある。

【００３６】［実施例４］図７の実施例は、トランジスタ（Ｑ２）のエミッタに挿
入した電流制限用抵抗（Ｒ３）を抵抗（Ｒ３’）、（Ｒ
３”）に２分割しトランジスタ（Ｑ５）を使用し５０Ｈ
ｚ・６０Ｈｚ選択信号（Ｈ）により切り替えられること
を特長にしている。

【００３７】一般的に交流電源には５０Ｈｚまたは、６
０Ｈｚの商用電源が使用される。交流電圧半周期の積分
では周期の長い５０Ｈｚでの基準電圧の最大値が、６０
Ｈｚに比べ約２０％高くなる。積分電流設定用抵抗を調
整して基準電圧（Ｖｒ）の最大値を揃えることにより、
同一の制御電圧可変範囲での同一電球照度可変特性を得
ることができる。

【００３８】

【考案の効果】本考案によれば、位相角制御による電球
用調光回路において、交流電源電圧の半周期毎に同期
し、かつ時間に対し二乗特性の波形を持つ基準電圧と、
制御電圧とを比較器において比較し、その出力信号によ
り電気弁の導通位相角を制御する電球調光ができ、制御
電圧操作量に対し「明るさ感覚」が略比例する調光がで
き、調光特性の改善ができる。

【００３９】また、商用電源の５０Ｈｚまたは、６０Ｈ
ｚに対して積分回路の電流値を対応させることにより同
一の制御電圧特性により、概略同じ特性の調光ができ
る。

【００４０】また、上記基準電圧波形に直流電圧のバイ
アスを加えることにより、とくに調光動作で重要な全角
導通が容易におこなえる。

【００４１】さらに、電球照度の低いところでは感じや
すい照度の安定化が、温度に対して位相角制御動作と電
球の双方についてダイオードの順方向電圧特性により補
償ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係わる電球用調光回路の実施例を示す
回路図である。

【図２】本考案の要部である位相角制御回路における基
準電圧発生回路の実施例を示す回路図である。

【図３】本考案に係わる基準電圧発生の説明をするため
の関連波形を示す図である。

【図４】位相角制御における基準電圧波形に対しての出
力平均電圧、及び出力実効電圧特性を示す図である。

【図５】位相角制御回路において基準電圧に直流バイア
スを加える実施例を示す回路図である。

【図６】本考案の基準電圧発生回路のトランジスタによ
る定電流回路において、ダイオード順方向電圧を加えた
電流設定ベース電圧発生の実施例を示す回路図である。

【図７】本考案の基準電圧発生回路のトランジスタによ
る定電流回路において、電流設定値を切り換える実施例
を示す回路図である。

【図８】本考案の位相角制御回路における制御電圧に対
する電球印加実効電圧、及び電球照度（定格電圧での照
度を１００％とした）実測特性を示す図である。

【図９】従来の電球調光回路の一具体例を示す回路図で
ある。

【図１０】従来の位相角制御に係わる主な部分の動作波
形を示した図である。

【図１１】電球の印加電圧と照度の関係を測定した図で
ある。

【符号の説明】

３位相制御回路５基準電圧発生回路Ｅ交流電源Ｌ電球ＴＲ１電気弁ＥＣ直流制御電圧ＣＭ比較器

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】交流電源と電球と電気弁の直列接続回路
で、交流電源電圧半周期毎の位相に同期して基準電圧波
形発生回路により発生させた基準電圧と、直流制御電圧
とを入力とする比較器の出力信号により電気弁の導通を
制御する位相角制御方式により電球照度を可変する電球
調光回路において、基準電圧波形が電源電圧の半周期に
同期し、かつ時間に対して二乗特性を有することを特徴
とする電球用調光回路。
【請求項２】基準電圧発生回路は、直流電流を積分
し、交流電源電圧の零ボルトクロス付近のタイミングに
おいて前記積分をリセットする回路を具備した第一の積
分回路と、第一の積分回路の出力電圧をさらに積分し、
第一の積分回路のリセットと概略同期してリセットされ
る第二の積分回路を有し、第二の積分回路の出力電圧を
基準電圧波形とした請求項１記載の電球用調光回路。
【請求項３】前記第１の積分回路及び／又は第２の積分
回路が、トランジスタのエミッタに直列に接続した抵抗
と、同トランジスタのベースに印加したベース電圧とに
より電流値が制御できる定電流特性を有するトランジス
タ回路のトランジスタのコレクタに接続したコンデンサ
の端子電圧をもって積分電圧出力とすることを特徴とす
る請求項２記載の電球用調光回路。
【請求項４】前期トランジスタのエミッタに挿入した
抵抗を、直列、または並列接続の複数の抵抗に分割し、
抵抗に接続したスイッチング回路によりトランジスタエ
ミッタの合成抵抗を可変にすることを特徴とする請求項
３記載の電球用調光回路。
【請求項５】請求項２の第二の積分回路のリセットに
おいて、コンデンサ放電回路に順方向のダイオードを直
列に挿入したことを特徴とする請求項２記載の電球用調
光回路。
【請求項６】請求項３における積分回路において、ト
ランジスタのベースへ印加するベース電圧印加回路に挿
入したダイオードの順方向電圧降下成分がベース電圧に
加算されるようにしたことを特徴とする請求項３記載の
電球用調光回路。
【請求項７】請求項２におけるリセット信号に関し、
交流電源全波整流非平滑電圧を整形し零ボルトクロスの
位相に同期させた信号を得、本信号と、本信号に対し極
性反転処理後遅延させた信号との論理積により、交流電
源電圧零ボルト直前のタイミングでリセット信号を発生
させたことを特徴とする請求項２記載の電球用調光回
路。