JP3103705B2

JP3103705B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP3103705B2
Application number: JP05139056A
Authority: JP
Inventors: 善之沢田; 尚西尾
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH06325877A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、白熱ランプ等を用い
て居間、劇場内、スタジオや舞台の照明に利用される照
明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、照明装置は、逆並列に接続した２
個のサイリスタを負荷の白熱ランプと直列に接続し、サ
イリスタのゲートに制御信号を与えて、交流入力電源の
各半サイクルごとにそれぞれサイリスタをスイッチ制御
して、負荷電流を位相制御していた。

【０００３】ところが、サイリスタのスイッチング時に
単位時間当たり、大きな電流変化が生じるので、それを
制御するためにサイリスタと負荷との間にリアクトルを
設ける必要があった。また、サイリスタはゲート制御信
号を印加した後、サイリスタが自然転流するまでオンを
続けるので電力の利用率が悪いものであった。

【０００４】そこで、最近図４に示すような自己消弧性
のあるバイポーラトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴ，ＩＧ
ＢＴ等の自己消弧型制御素子４２，４５と、この制御素
子と逆並列にダイオード４３，４６とを設けた並列回路
４１，４４を２組逆方向に直列に接続した照明装置が提
案されている。交流電源１の零電圧時に制御素子の駆動
装置４７からの駆動信号により、制御素子４２，４５を
オンさせる。例えば交流電源１、自己消弧型制御素子４
２、ダイオード４６を介して照明負荷の白熱ランプ２に
図５の実線で示すように交流電流を供給させる。そし
て、この半サイクル時の所定位相で駆動信号をオンから
オフへ変化させると、図５（ａ）に示すように単位時間
当たりの電流変化を低減させて、零にすることができ
る。これによりリアクトルを除いている。また、駆動信
号をオフしたのち、この半サイクル中に駆動信号を出力
させ、制御素子をオンさせると、図５（ｂ）の実線で示
すような交流電流が照明負荷に供給される。これにより
電力の利用率を向上させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自己消
弧型制御素子を用いて、白熱ランプを起動させると、図
６に示すように定常時の約１０倍の突入電流が流れる場
合がある。また、負荷側の短絡時にはさらに大きな電流
が流れる。これら自己消弧型制御素子は安全動作領域
（ＳＯＡ）の制約を受け、自己消弧型制御素子のチップ
の容量に対し、短時間に流れる電流は２倍程度で大電流
をとることができなかった。この解決策にチップサイズ
を大きくする方法と突入電流を制御する方法が考えられ
るが、前者ではコスト高になる。また、後者ではランプ
に与える電力が少なくなり、フィラメントが熱くなるま
で時間がかかり点灯スピードに問題があった。

【０００６】この発明の目的は、サイリスタが自己消弧
型制御素子に比較して短時間に流すことができる電流が
大きくとれることを留意し、起動時安定に動作させ、さ
らに異常時と定常時を区別させて安定に動作させる照明
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は交流電源電圧の零電位から通電して、照明
負荷へ位相制御により給電する自己消弧型制御素子と、
上記自己消弧型制御素子と直列に設けられたダイオード
とにより構成された照明装置において、上記自己消弧型
制御素子と並列に設けられたサイリスタと、上記サイリ
スタを駆動するサイリスタ駆動装置と、上記サイリスタ
の起動時に所定サイクル全導通を上記サイリスタ駆動装
置に指令する制御装置とを設けたものである。

【０００８】また、上記自己消弧型制御素子と上記ダイ
オードが、自己消弧型制御素子とダイオードの直列回路
が互いに逆並列に接続された自己消弧型制御素子とダイ
オードで構成されている。

【０００９】さらに、上記自己消弧型制御素子と上記ダ
イオードが、交流電源の交流ラインに接続された全波整
流回路とその出力に設けられた自己消弧型制御素子で構
成されている。

【００１０】上記サイリスタが互いに逆並列に接続され
た逆阻止三端子サイリスタ叉はトライアックである。

【００１１】上記サイリスタの全導通前に駆動される上
記自己消弧型制御素子に流れる電流を検出する電流検出
器と、上記電流検出器の検出信号と単位時間当りの基準
値とを比較し、上記検出信号が基準値に達しない場合上
記サイリスタを全導通させ上記検出信号が上記基準値に
達すると上記サイリスタをオフさせる比較信号を上記制
御装置に出力する比較器とを設けたものである。

【００１２】さらに上記サイリスタが１個で構成されて
いる。

【００１３】

【作用】自己消弧型制御素子は、交流電源電圧の零電位
から通電し、照明負荷に位相制御電圧を印加する。起動
時にはこの自己消弧型制御素子と並列に設けられたサイ
リスタを自己消弧型制御素子の位相制御に先立ち、短時
間全導通させる。

【００１４】また、自己消弧型制御素子と直列に設けら
れたダイオードにより、自己消弧型制御素子に逆方向過
大電圧が印加するのを防止し、自己消弧型制御素子とダ
イオードの直列回路を２回路設け、その直列回路を逆並
列接続して交流の全波を位相制御させる。

【００１５】交流電源の交流ラインに設けたダイオード
の全波整流回路の出力に設けた自己消弧型制御素子を駆
動することによって交流の１サイクルを１個の自己消弧
型制御素子で位相制御する。

【００１６】互いに逆並列制御された逆阻止三端子サイ
リスタ叉はトライアックにより起動時、交流の１サイク
ルを全導通させる。

【００１７】サイリスタの全導通前に、自己消弧制御素
子に単位時間流し、自己消弧型制御素子に流れるサーチ
電流を検出する。このサーチ電流を基準値と比較し、基
準値以下の場合、サイリスタを全導通させる。サーチ電
流が基準値を越えると、サイリスタには駆動信号を出力
しない。

【００１８】サイリスタを導通させる極性の半波を決
め、サイリスタを出力しない半波に自己消弧型制御素子
にサーチ電流を流し、サーチ電流が基準値以下の場合、
サイリスタを全導通させる。

【００１９】

【実施例】（第１の実施例）図１は、本発明の第一の実
施例の照明装置を主としてブロックで示した図であり、
図２は図１の照明装置の起動時の電流波形図、また図３
は起動時の指令信号と位相信号との関係のフローチャー
ト図である。図１において、１は交流電源、２は白熱ラ
ンプ等の照明負荷であり、交流電源１と照明負荷２との
間に照明装置３が設けられている。照明装置３は互いに
逆方向に直列接続されたトランジスタと，ＭＯＳＦＥ
Ｔ，ＩＧＢＴなどの自己消弧型制御素子４，５と、この
自己消弧型制御素子４，５とそれぞれ逆方向に並列に設
けられたダイオード６，７と、自己消弧型制御素子４と
ダイオード７の直列回路と並列に設けられたサイリスタ
８と、自己消弧型制御素子５とダイオード６の直列回路
と並列にサイリスタ９と、自己消弧型制御素子４，５を
駆動させる自己消弧型制御素子用駆動装置１０と、サイ
リスタ８，９を駆動させるサイリスタ駆動装置１１と、
ＣＰＵ（中央演算処理装置）を有し駆動装置１０，１１
を制御する制御装置１２により構成されている。なお、
１３は自己消弧型制御素子４，５の位相を指令する指令
信号の入力端子である。

【００２０】まず、定常時の動作について説明する。
今、交流電源１のＡ端子の電位がＢ端子の電位より高い
半波の場合、自己消弧型制御素子４に駆動装置１０の駆
動信号を入力すると、交流電源１、自己消弧型制御素子
４、ダイオード７、照明負荷２を介して電流が流れる。
また、Ｂ端子の電位がＡ端子の電位より高い半波では交
流電源１、照明負荷２、自己消弧型制御素子５、ダイオ
ード６を介して電流が流れる。この時、自己消弧型制御
素子４，５は交流電源の零電位から通電される。なお、
この時サイリスタ８，９には駆動装置１１の駆動信号が
入力されておらずサイリスタ８，９はオフしている。

【００２１】次に起動時の動作について説明する。今、
指令信号端子１３に指令信号を入力する。まず、自己消
弧型制御素子４、又は５が全導通に対して８０〜１００
％出力の位相信号を出力させる場合には、サイリスタ８
又は９を例えば２サイクルオンさせる信号を制御装置１
２からサイリスタ駆動装置１１に入力し、それ以後のサ
イクルを自己消弧型制御素子４，５を零電位でオンし位
相制御時にオフする制御信号を制御装置１２から自己消
弧型制御素子用駆動装置１０に入力する。

【００２２】次に、自己消弧型制御素子４，５が全導通
に対して５０〜８０％出力の位相信号を出力させる場合
には、サイリスタ８又は９を１サイクルオンさせる信号
をサイリスタ駆動装置１１に入力し、それ以後のサイク
ルを自己消弧型制御素子４，５を零電位でオンし位相制
御時にオフする制御信号を制御装置１２から自己消弧型
制御素子用駆動装置１０に入力する。これにより、駆動
時サイリスタ８又は９は、駆動装置１１の駆動信号によ
り１サイクル全導通する。サイリスタ８，９が１サイク
ル全導通した後のサイクルは、自己消弧型制御素子４，
５は駆動装置１０の駆動信号により零電位でオンし位相
制御時にオフする電圧を出力する。

【００２３】さらに、自己消弧型制御素子４，５が全導
通に対して５０％未満の出力の位相信号を出力させる場
合には、起動時サイリスタをオフさせ、自己消弧型制御
素子４，５のみを零電位でオンさせ位相制御時にオフさ
せる。以上の関係をフローチャートに示すと、図３のよ
うになる。

【００２４】以上のように、自己消弧型制御素子に比較
して短時間における電流耐量が数倍以上大きいサイリス
タ８，９をオンすることによって、自己消弧型制御素子
のチップサイズを大きくする必要もなく、また、サイリ
スタのチップサイズを小さくすることができる。また、
位相信号の出力が大きい場合、サイリスタの全導通時間
を２サイクルに設定してもランプの定常時の点灯のレベ
ルを越えることもない。これに対し、位相信号の出力が
小さい時はサイリスタの導通期間を少なくあるいはなく
しており、サイリスタの導通によるランプの発光の影響
を除き、調光への影響を取り除いている。

【００２５】上記実施例では、起動時にサイリスタ８，
９をまずオンし、その後自己消弧型制御素子をオンさせ
ているが、起動時にサイリスタと自己消弧型制御素子を
両方ともオンさせることもできる。この場合、サイリス
タ８又は９のオン電圧は約１.５Ｖであるのに対し、自
己消弧型制御素子側はダイオード６，７が直列接続され
ているため、オン電圧は２.５Ｖ以上となって、サイリ
スタ側にほとんどの電流が流れるので、自己消弧型制御
素子が損傷することはない。また、上記実施例では、位
相信号の出力が８０〜１００％の高レベルの出力設定時
は２サイクル、５０〜８０％の中レベルは１サイクル、
５０％未満の低レベルの時はサイクルをオフしている
が、ランプが冷えている場合は、サイリスタを数サイク
ル間導通させてもランプが発光することはない。

【００２６】上記図１の実施例では、自己消弧型制御素
子４及び５が逆方向に直列接続し、この制御素子４と５
のそれぞれに逆並列にダイオード６，７を設けている
が、制御素子４とダイオード７を直列接続し、制御素子
５とダイオード６を直列接続し、この２つの直列接続さ
れた回路を逆方向に並列接続してもよい。また、逆並列
された逆阻止三端子サイリスタをトライアックに代える
こともできる。

【００２７】（第２の実施例）さらに第２の実施例を図
７に示す。図１の実施例では自己消弧型制御素子を２つ
設けていたが、図７においては交流ラインにダイオード
２１〜２４の全波整流回路を設け、この全波交流回路の
出力に自己消弧型制御素子を設けている。この場合、全
波整流回路の交流ラインと並列に逆並列接続したサイリ
スタ８，９を設ける。起動時のサイリスタ及び自己消弧
型制御素子の動作は図１の照明装置と同じである。

【００２８】ところで、照明装置及び照明負荷は通常数
十ないし数百個使用されることが多く、劇場、スタジオ
や舞台等に設置されるときに誤配線され、照明装置３の
出力で短絡することがある。このような場合に照明装置
を起動させると、照明装置に短絡電流が流れてサイリス
タを損傷させることがある。

【００２９】（第３の実施例）図８は第３の実施例で、
照明装置の出力が短絡したような異常時において、照明
装置を安定に動作させる照明装置である。すなわち、図
１の第１の実施例と異なる点は、自己消弧型制御素子
４，５と並列にそれぞれサイリスタ８，９を設けた点
と、自己消弧型制御素子８，９に流れる電流を検出する
電流検出器３１を設けた点と、単位時間当たりの基準値
Ｅ１を出力する第１の基準電源３３及び第１の基準電源
３３の基準値よりも低い基準値Ｅ２を出力する第２の基
準電源３４を設けた点と、電流検出器３１の単位時間当
たりの検出信号と基準電源３３，３４の基準値とを比較
し、比較信号を制御装置１２に入力する比較器３２を設
けた点にある。

【００３０】起動時、例えば交流電源１のＡ端子の電位
がＢ端子の電位より高い半波の場合、図９の時刻Ｔ１か
ら時刻Ｔ２までの単位時間に、駆動装置１０から自己消
弧型制御素子４に駆動信号を入力する。図９の時刻Ｔ１
の零電位から端子Ａ，自己消弧型制御素子４，電流検出
器３１，ダイオード７，照明負荷２を介して端子Ｂに電
流が流れる。そして、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで電流検
出器３１により流れる電流を検出し、この検出信号を第
１の基準電源３３の基準値Ｅ１及び第２の基準電源の基
準値Ｅ２とを比較し、検出信号が基準値Ｅ２を超え基準
値Ｅ１に達していない場合は比較器３２から比較信号を
制御装置１２に入力し、制御装置１２から自己消弧型制
御素子用駆動装置１０を介して自己消弧型制御素子４を
オフさせる。さらに制御装置１２からサイリスタ駆動装
置１１を介して次の半波（Ｂ端子の電位がＡ端子の電位
より高い半波）から図９に示すようにサイリスタ９，８
を導通させる。このサイリスタ９，８の導通期間は上述
した位相信号の設定値に応じて決定される。

【００３１】また、時刻Ｔ１までに検出信号が第１の基
準電源３３の基準値Ｅ１に達すると、比較器３２からの
比較信号を制御装置１２に入力し、制御装置１２から自
己消弧型制御素子用駆動装置１０を介して自己消弧型制
御素子４を直ちにオフさせ、さらにサイリスタ駆動装置
１１，サイリスタ８，９には駆動信号を出力しないよう
に指令する。

【００３２】なお、上記の検出信号が第２の基準電源３
４の基準値Ｅ２に達しない場合は、比較器３２から比較
信号を制御装置１２に入力し、制御装置１２から自己消
弧型制御素子用駆動装置１０を介して自己消弧型制御素
子４のオンを継続して定常運転を行う。

【００３３】以上のように図８の照明装置では、自己消
弧型制御素子に単位時間電流を流して照明装置３の出力
が短絡あるいは過負荷を検出することができ、短絡時又
は過負荷時のサイリスタを保護することができる。

【００３４】図８の照明装置では、電流検出器３１は自
己消弧型制御素子４と５の接続点と、ダイオード６，７
の接続点間に設けているが、電流検出器の位置は自己消
弧型制御素子４，５に流れる電流を検出できる位置であ
ればよい。また、図８の照明装置では自己消弧型制御素
子４，５と並列にサイリスタ８，９を設けているが、図
１で見られるように自己消弧型制御素子とダイオードと
の直列回路と並列にサイリスタを設けてもよい。なお、
第２の基準電源を除き、第１の基準電源３３と検出信号
とを比較し、検出信号が基準値Ｅ１に達しない場合はサ
イリスタ８，９をオンさせてもよい。

【００３５】（第４の実施例）さらに図１０は第４の実
施例であり、サイリスタが１個でサイリスタ８が導通し
ない半波（Ｂ端子の電位がＡ端子の電位より高い半波）
に導通する自己消弧型制御素子５にサーチ電流を流し、
検出信号が第２の基準電源３４の基準値を超え第１の基
準電源３３の基準値より低い時はサイリスタ８を全導通
させる。これにより、サイリスタが１個でコストダウン
がなされる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明の照明装置によ
れば、サイリスタは短時間に流す電流を大きくとること
ができ、起動時サイリスタを所定時間全導通させること
により、起動時に流れる突入電流による自己消弧型制御
素子の破損を防止することができる。また、起動からの
点灯スピードも早く直ちに定常時にすることができる。
さらに、自己消弧型制御素子に流れる電流を検出し、単
位時間当たりの基準値と比較し、基準値以下のときサイ
リスタの全導通を行ない照明装置の出力が短絡、すなわ
ち基準値以上のときサイリスタを導通させないように
し、サイリスタを保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の照明装置の第一の実施例のブロック
図である。

【図２】図１の照明装置に流れる電流波形図である。

【図３】図１の照明装置のフローチャート図である。

【図４】従来の照明装置のブロック図である。

【図５】図４の照明装置の電流波形図である。

【図６】白熱ランプに流れる起動電流の波形図である。

【図７】この発明の照明装置の第２の実施例のブロック
図である。

【図８】この発明の照明装置の第３の実施例のブロック
図である。

【図９】図８の照明装置に流れる出力電流波形図であ
る。

【図１０】この発明の照明装置の第４の実施例のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１交流電源２照明負荷（ランプ）３照明装置４，５，２５，４２，４５自己消弧型制御素子６，７，２１，２２，２３，４３，４６ダイオード８，９サイリスタ１０，４７自己消弧型制御素子用駆動装置１１サイリスタ駆動装置１２制御装置１３指令端子３１電流検出器３２比較器３３第１の基準電源３４第２の基準電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−218749（ＪＰ，Ａ) 特開平４−334898（ＪＰ，Ａ) 特開平５−290983（ＪＰ，Ａ) 特開平４−48590（ＪＰ，Ａ) 特開平６−168787（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−176614（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 39/08 H05B 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源電圧の零電位から通電し、照明
負荷へ位相制御により給電する自己消弧型制御素子と、
上記自己消弧型制御素子と直列に設けられたダイオード
とにより構成された照明装置において、上記自己消弧型
制御素子と並列に設けられたサイリスタと、上記サイリ
スタを駆動するサイリスタ駆動装置と、上記サイリスタ
の起動時に所定サイクル全導通を上記サイリスタ駆動装
置に指令する制御装置とを設けたことを特徴とする照明
装置。
【請求項２】上記自己消弧型制御素子と上記ダイオー
ドが、自己消弧型制御素子とダイオードの直列回路が互
いに逆並列に接続された自己消弧型制御素子とダイオー
ドである請求項１の照明装置。
【請求項３】上記自己消弧型制御素子と上記ダイオー
ドが、交流電源の交流ラインに接続された全波整流回路
とその出力に設けられた自己消弧型制御素子である請求
項１の照明装置。
【請求項４】上記サイリスタが互いに逆並列に接続さ
れた逆阻止三端子サイリスタ叉はトライアックである請
求項２の照明装置。
【請求項５】上記サイリスタの全導通前に駆動される
上記自己消弧型制御素子に流れる電流を検出する電流検
出器と、上記電流検出器の検出信号と単位時間当りの基
準値とを比較し、上記検出信号が基準値に達しない場合
上記サイリスタを全導通させ上記検出信号が上記基準値
に達すると上記サイリスタをオフさせる比較信号を上記
制御装置に出力する比較器とを設けた請求項１の照明装
置。
【請求項６】上記サイリスタが１個で構成された請求
項５の照明装置。