JP3374417B2 - 調光装置 - Google Patents

調光装置

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JP3374417B2
JP3374417B2 JP24163692A JP24163692A JP3374417B2 JP 3374417 B2 JP3374417 B2 JP 3374417B2 JP 24163692 A JP24163692 A JP 24163692A JP 24163692 A JP24163692 A JP 24163692A JP 3374417 B2 JP3374417 B2 JP 3374417B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば舞台、スタジオ
等に用いられる比較的大容量の白熱灯を調光点灯させる
ための調光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】照明器具に関する調光方式として、略図
的に示す図6のように、双方向性サイリスタ等の主スイ
ッチ素子1を交流電源2の電源ラインに設け、その位相
(即ち、点弧角)を制御し、負荷3に印加する実効電圧
を変化させることで調光することは、従来よりよく知ら
れている。
【0003】しかし、この方式による場合、負荷電流は
図7に示すように主スイッチ素子1がオンした瞬間に立
上がる。この立上りが急峻かつ大きな電流ステップとな
るため、配線を通して衝撃波が発生し、電気的な雑音を
発生させたり、器具やランプからの音響的騒音(例え
ば、急峻な電流立上りによりフィラメントが振動するこ
とによる)を発生させる一因となり、舞台、スタジオ向
け等の白熱灯の調光には特に不向きとなる。
【0004】このため、通常はこのような電流の立上り
をおだやかにして妨害波の発生を防止するため、図6に
示すように、電源ライン上にチョークコイル4を配設す
るようにしている。このようなチョークコイル4のイン
ダクタンスを大きくすれば調光時の電流の立上りはおだ
やかになるものの、コイル自体が大きくなり、その分、
ロスも大きくなる。さらには、このチョークコイル4自
身が新たな騒音源となり得る。
【0005】このような欠点を解消するため、自己消弧
可能なスイッチ素子を用いたチョッパ方式が特開昭49
−8077号公報に示されている。これは、負荷電流が
ほぼ正弦波となるようにサイリスタ素子の制御を工夫し
たものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この公報方
式は、実質的に交流電圧の各サイクルを高周波スイッチ
ングするものであり、このような高周波スイッチングに
伴う損失が大きく、普及するに至っていないものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、交流電圧の位相制御により白熱灯を調光点灯させる
ようにした調光装置において、電源ライン上に配設され
て自己消弧自在なスイッチ素子と、前記交流電圧の毎半
サイクル期間でこのスイッチ素子を完全にオンするオン
期間と完全にオフするオフ期間とチョッパ動作をするチ
ョッパ期間との組合せで位相制御する制御手段とによる
チョッパ回路を設けた。
【0008】この際、請求項2記載の発明では、オン期
間とオフ期間とチョッパ期間との組合せによるスイッチ
素子の位相制御を、交流電圧の毎半サイクルに対してセ
ンタ振分けとした1つのオン期間と2つのオフ期間と2
つのチョッパ期間とにより行う制御手段とした。
【0009】また、請求項3記載の発明では、オン期間
とオフ期間とチョッパ期間との組合せにおけるチョッパ
期間を一定とし、オン期間とオフ期間との比率を変化さ
せて調光する制御手段とした。
【0010】請求項4記載の発明では、逆に、オン期間
とオフ期間とチョッパ期間との組合せにおけるチョッパ
期間を調光の度合い、負荷の軽重に応じて変化させて調
光する制御手段とした。
【0011】また、請求項5記載の発明では、オフ期間
からオン期間に移行する間のオン比率を順次連続的に変
化させるパルス幅変調制御によるチョッパ期間とした。
【0012】さらに、請求項6記載の発明では、過電流
を検出する過電流検出手段を設け、この過電流検出手段
による過電流検出時にはスイッチ素子を交流電圧の毎半
サイクル期間の全てについてチョッパ動作させるチョッ
パ回路とした。
【0013】
【作用】請求項1記載の発明においては、オフ期間から
オン期間への移行段階をチョッパ期間として位相制御す
ることで、白熱灯に対する電流の急峻な立上りをおだや
かなものとすることができる。よって、騒音や電気的雑
音を低減させることができ、舞台、スタジオ等に用いる
白熱灯に適した調光制御となる。また、オン期間とオフ
期間との組合せを含むことにより全てチョッパ制御によ
るものに比してスイッチング損失が少なく効率のよいも
のとなる。
【0014】この際、請求項2記載の発明においては、
オン期間とオフ期間とチョッパ期間との組合せをセンタ
振分けとしているので、位相制御に伴う電流位相の進み
/遅れがなくなり、電圧位相との同相関係を維持でき、
損失が少なくて効率のよい制御となる。
【0015】また、請求項3記載の発明においては、チ
ョッパ期間は一定として制御を行うので、簡単な制御で
調光を行える。
【0016】請求項4記載の発明においては、チョッパ
期間を調光の度合い、負荷の軽重に応じて変化させて調
光を行うので、チョッパ動作に伴うスイッチ素子のスイ
ッチング損失を極力低減することができる。
【0017】請求項5記載の発明においては、チョッパ
動作をパルス幅変調方式で行うので、オフ期間からオン
期間への立上り移行をよりおだやかなものとすることが
できる。
【0018】さらに、請求項6記載の発明においては、
過電流検出手段により過電流が検出された場合には、全
てチョッパ動作させる制御に切換えるので、過電流から
負荷を保護することができる。
【0019】
【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図5に基づい
て説明する。まず、本実施例の調光装置は、概念的に示
すと図2のように、交流電源11に対して位相基準をと
るためのフィルタ12、自己消弧可能なスイッチ素子1
3、フィルタ14を介して白熱灯15を接続し、前記ス
イッチ素子13の動作を制御する制御回路(制御手段)
16を設けて、チョッパ回路17を形成したものであ
る。
【0020】ここに、本実施例は、前記スイッチ素子1
3の動作を図1に示すように、交流電圧の毎半サイクル
期間について、スイッチ素子13が完全にオンするオン
期間TONと、スイッチ素子13が完全にオフするオフ期
間TOFF と、スイッチ素子13がオン・オフチョッパ動
作するチョッパ期間TCHOPとの組合せで制御することを
特徴としている。より具体的には、ある半サイクル期間
に関してみれば、 TOFF +TCHOP+TON+TCHOP+TOFF なる組合せで、かつ、センタ振分けとされている。
【0021】このようにオフ期間TOFF からオン期間T
ONへの移行をチョッパ期間TCHOPを介して行うことによ
り、位相制御時の負荷電流の急峻な立上りをおだやかに
できることになる。また、各サイクル期間の全てをチョ
ッパ動作させるものに比して、基本的な調光はオン期間
ONとオフ期間TOFF との比率により行われるものであ
り、チョッパ動作に伴うスイッチ素子13の高周波スイ
ッチングによる損失を極力減少させ得るものとなる。さ
らに、センタ振分けでスイッチ素子13を制御している
ので、調光時にあっても全光時と同様に、位相制御に伴
う電流位相の進み/遅れがなくなり、電圧位相との同相
関係を維持できるものとなり、よって、損失が少なくて
効率のよい調光制御となる。
【0022】ところで、これらのオン期間TONとオフ期
間TOFF とチョッパ期間TCHOPとの組合せによる調光制
御方式としては、次のような方式がある。
【0023】第1は、チョッパ期間TCHOPは常に一定と
し、残りの期間について、オン期間TONとオフ期間T
OFF との比率を調光信号(調光の度合い)に応じて変化
させて調光制御する方式である。この方式によれば、調
光制御が極めて簡単なものとなる。
【0024】第2は、逆に、チョッパ期間TCHOPを可変
とし、調光の度合いや負荷、ここでは白熱灯15の軽重
に応じて変化させて調光制御する方式である。例えば、
調光の度合いが低く全光に近い場合には急峻な立上りに
よる影響が元々少なく、チョッパ期間TCHOPが短くても
おだやかな立上りとなるので、スイッチ素子13のスイ
ッチング動作を減らし得ることから、スイッチング損失
を軽減することができる。これは、軽負荷時にも同様で
ある。
【0025】第3は、チョッパ動作をPWM(パルス幅
変調)方式で制御する方式である。例えば、図3(a)
に示すようにスイッチ素子13をそのオン比率(幅)が
順次大きく(広く)なるように連続的に変化させると、
得られる近似電流波形は同図(b)に示すように階段状
にオフ期間TOFF からオン期間TONへ移行するものとな
り、位相制御時の立上り特性がよりおだやかなものとな
る。
【0026】第4は、負荷、ここでは白熱灯15に対し
て過電流検出手段を設け、過電流が検出された場合に
は、上記の制御方式を解除し、全期間にわたってチョッ
パ動作を行うようにスイッチ素子13をスイッチング制
御する方式である。これによれば、過電流発生時に負荷
(白熱灯15)を保護し得るものとなる。
【0027】このような作用をなす本実施例の調光装置
は、より具体的には、図4に示すように構成される。ま
ず、フィルタ12はチョークコイルL1 とコンデンサC
1 とにより構成され、調光制御に供するための位相基準
信号が取出される。即ち、ゼロクロス検出回路のような
ものでよい。
【0028】また、フィルタ14も同様にチョークコイ
ルL2 とコンデンサC2 との組合せよりなるが、交流電
圧の正負極性に対応させるためフライホイール回路18
も設けられている。このフライホイール回路18は接続
極性を逆としたダイオードD1 ,D2 と制御回路16か
らの極性切換え信号(位相基準信号に基づく)に応じて
交互に導通して前記ダイオードD1 ,D2 を選択するス
イッチ素子、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タTr1 ,Tr2 とを並列接続して構成されている。こ
のようにフィルタ14からは負荷軽重情報となり得る出
力電圧信号が取出される。
【0029】さらに、これらのフィルタ12,14間の
電源ライン上には交流電圧の正負極性に対応するため、
ダイオードD3 ,D4 を通して極性を逆とした一対の絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタTr3 ,Tr4 がス
イッチ素子13として設けられている。
【0030】さらに、白熱灯15に対する負荷ライン上
には過電流検出手段となる検出巻線19が設けられてお
り、過電流検出信号を取出し得るように構成されてい
る。
【0031】一方、制御回路16は調光信号に基づき前
記トランジスタTr3 ,Tr4 を交流電圧の正負極性毎
に、交互に、前述したように、チョッパ動作を伴う位相
制御をするものである。位相制御の基準として前記フィ
ルタ12からの位相基準信号が用いられる。また、位相
制御の可変要素として、出力電圧信号や過電流検出信号
が用いられる。
【0032】図5は、図4に関して、交流電圧の半サイ
クル分について見た場合の等価回路を示すものである。
【0033】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、交流電圧
の位相制御により白熱灯を調光点灯させるようにした調
光装置において、電源ライン上に配設されて自己消弧自
在なスイッチ素子と、前記交流電圧の1サイクル期間で
このスイッチ素子を完全にオンするオン期間と完全にオ
フするオフ期間とチョッパ動作をするチョッパ期間との
組合せで位相制御する制御手段とによるチョッパ回路を
設け、オフ期間からオン期間への移行段階をチョッパ期
間として位相制御するようにしたので、白熱灯に対する
電流の急峻な立上りをおだやかなものとすることがで
き、よって、騒音や電気的雑音を低減させることがで
き、舞台、スタジオ向けの白熱灯に適した調光制御とな
り、かつ、オン期間とオフ期間との組合せを含むことに
より全てチョッパ制御によるものに比してスイッチング
損失が少なく効率のよいものとなる。
【0034】この際、請求項2記載の発明によれば、オ
ン期間とオフ期間とチョッパ期間との組合せによるスイ
ッチ素子の位相制御を、交流電圧の1サイクルに対して
センタ振分けとした1つのオン期間と2つのオフ期間と
2つのチョッパ期間とにより行うようにしたので、位相
制御に伴う電流位相の進み/遅れがなくなり、電圧位相
との同相関係を維持でき、損失が少なくて効率のよい制
御となる。
【0035】また、請求項3記載の発明によれば、オン
期間とオフ期間とチョッパ期間との組合せにおけるチョ
ッパ期間を一定とし、オン期間とオフ期間との比率を変
化させて調光するようにしたので、簡単な制御で調光を
行えるものとなる。
【0036】請求項4記載の発明によれば、オン期間と
オフ期間とチョッパ期間との組合せにおけるチョッパ期
間を調光の度合い、負荷の軽重に応じて変化させて調光
するようにしたので、チョッパ動作に伴うスイッチ素子
のスイッチング損失を極力低減することができる。
【0037】また、請求項5記載の発明によれば、オフ
期間からオン期間に移行する間のオン比率を順次連続的
に変化させるパルス幅変調制御によるチョッパ期間とし
たので、オフ期間からオン期間への立上り移行をよりお
だやかなものとすることができる。
【0038】さらに、請求項6記載の発明によれば、過
電流を検出する過電流検出手段を設け、この過電流検出
手段による過電流検出時にはスイッチ素子を交流電圧の
1サイクル期間の全てについてチョッパ動作させるよう
にしたので、過電流から負荷を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す位相制御の原理波形図
である。
【図2】概念的構成を示すブロック図である。
【図3】PWM制御方式を示す原理波形図である。
【図4】具体的構成例を示す回路図である。
【図5】等価回路図である。
【図6】従来例を示す回路図である。
【図7】その動作を示す波形図である。
【符号の説明】
13 スイッチ素子 15 白熱灯 16 制御手段 17 チョッパ回路 19 過電流検出手段 TON オン期間 TOFF オフ期間 TCHOP チョッパ期間
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 39/08 H05B 37/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電圧の位相制御により白熱灯を調光
    点灯させるようにした調光装置において、電源ライン上
    に配設されて自己消弧自在なスイッチ素子と、前記交流
    電圧の毎半サイクル期間でこのスイッチ素子を完全にオ
    ンするオン期間と完全にオフするオフ期間とチョッパ動
    作をするチョッパ期間との組合せで位相制御する制御手
    段とによるチョッパ回路を設けたことを特徴とする調光
    装置。
  2. 【請求項2】 オン期間とオフ期間とチョッパ期間との
    組合せによるスイッチ素子の位相制御を、交流電圧の毎
    半サイクルに対してセンタ振分けとした1つのオン期間
    と2つのオフ期間と2つのチョッパ期間とにより行う制
    御手段としたことを特徴とする請求項1記載の調光装
    置。
  3. 【請求項3】 オン期間とオフ期間とチョッパ期間との
    組合せにおけるチョッパ期間を一定とし、オン期間とオ
    フ期間との比率を変化させて調光する制御手段としたこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の調光装置。
  4. 【請求項4】 オン期間とオフ期間とチョッパ期間との
    組合せにおけるチョッパ期間を調光の度合い、負荷の軽
    重に応じて変化させて調光する制御手段としたことを特
    徴とする請求項1又は2記載の調光装置。
  5. 【請求項5】 オフ期間からオン期間に移行する間のオ
    ン比率を順次連続的に変化させるパルス幅変調制御によ
    るチョッパ期間としたことを特徴とする請求項1,2,
    3又は4記載の調光装置。
  6. 【請求項6】 過電流を検出する過電流検出手段を設
    け、この過電流検出手段による過電流検出時にはスイッ
    チ素子を交流電圧の毎半サイクル期間の全てについてチ
    ョッパ動作させるチョッパ回路としたことを特徴とする
    請求項1記載の調光装置。
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