JP3900761B2 - 照明制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は白熱灯や蛍光灯など各種照明の明るさを制御する照明制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照明の明るさを変化させる調光制御には複数の方式があり、白熱灯の調光制御については、半導体（サイリスタやトライアック）を用いた位相制御によりランプ電力を直接制御する方式が現在では一般的である。一方、蛍光灯では、上記位相制御方式のほか、電子安定器にＰＷＭ（パルス幅変調）の弱電信号を与えて、このＰＷＭ信号のオン・デューティに応じてランプ電流を変化させて調光する方式が一般的であり、省電力用途のインバータ回路による蛍光灯の調光などに用いられている。したがって、調光する照明負荷の種類（蛍光灯では更に器具に内蔵される安定器の種類）に合わせて、それぞれ適切な調光器を選択しなければならず、選択を誤ると、調光できなかったり、調光できても調光可能な範囲が機器の本来持つ実力より大幅に狭くなるなど、種々のトラブルが発生する。
【０００３】
そこで、これら方式の異なる照明負荷を一つの操作系で一括して扱えるように、既存商品の中には、図５に示すように、白熱灯用の位相制御方式の調光器の出力電圧を信号として用いて、ＰＷＭ信号に変換し、白熱灯４は位相制御で調光し、インバータ蛍光灯５はＰＷＭ信号で同時に調光するシステムが存在する。図中、操作器１０は白熱灯用の位相制御電圧を発生させる調光器であり、当社のハイパーライコンＮＱ２８０４１ＴＫ等が用いられる。また、ＰＷＭ変換器３０は、位相制御電圧をＰＷＭ信号に変換するものであり、当社のハイパーブースタＮＱＬ４４０００等が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５の従来例のように、位相制御電圧をＰＷＭ信号に変換する方式では、確かに制御方式の異なる照明負荷を一括調光できるものの、１００Ｖ系の位相制御電圧を電力出力と兼用で制御信号として使用しているため、操作器（位相制御方式の調光器）１０とＰＷＭ変換器３０の間は信号線であるにも関わらず、強電用の電線、例えばＶＶＦなどの太くて加工しづらい電力線を複数組、操作器１０に接続する必要がある。操作器１０は壁面にスイッチボックスなどを使って埋設されることが多く、スイッチボックス内の限られたスぺースにこうした電力線を複数組収めることは極めて施工性が悪い。特に直接白熱灯につないで電力制御を行う割合よりも、位相制御電圧を制御信号として使用する割合が多い場合でも、電力線と共通の端子を使うため、やむなく過剰で不必要な太線を使用する必要がある。
【０００５】
本発明は上記の事由に鑑みてなされたもので、施工性が良い弱電信号配線を用いつつ、白熱灯や蛍光灯など制御方式の異なる照明負荷を一括して合理的に調光できるようにした照明制御装置を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の照明制御装置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、調光操作のための操作部（フェーダ２）と、操作部の操作に応じてパルス幅が変化し且つ商用交流電圧の半周期の間に複数の周期が含まれるように周期が短いＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生器（ＰＷＭ調光器１）と、ＰＷＭ信号発生器から出力されるＰＷＭ信号を受けてパルス幅に応じて点弧角が変化する位相制御電圧に変換して出力する変換器３とを備え、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷（インバータ蛍光灯５）と、位相制御電圧により位相制御される照明負荷（白熱灯４）を同一系統で制御することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施形態の概略構成を示す。この照明制御装置にあっては、複数の照明負荷を一括して調光制御するための複数のＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ調光器１を備えている。このＰＷＭ調光器１は複数のフェーダ２を備えており、各フェーダ２の操作量に応じてそれぞれのパルス幅を独立して可変とされた複数のＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ調光器１から出力されるＰＷＭ信号は弱電線により複数の照明負荷に分配される。一部のＰＷＭ信号は変換器３に入力されて、ＰＷＭ信号のパルス幅に応じて点弧角が変化する位相制御電圧に変換される。図１の例では、この位相制御電圧により白熱灯４が調光制御されている。他のＰＷＭ信号はインバータ蛍光灯、すなわち、インバータによる電子安定器を備えた蛍光灯照明器具５に入力されて、インバータの発振周波数等を変化させることにより蛍光灯の光出力が制御される。
【０００８】
図２に変換器３の動作の概要を示す。図２（ａ）は変換器３に入力されるＰＷＭ信号の波形図であり、（ｂ）は変換器３から出力される位相制御出力の波形図である。この例では、ＰＷＭ信号は一定周波数の電圧信号であり、オン・デューティ（図中の一周期Ｔに占めるオン期間ｔｏｎの割合）が小さいほど、明るく調光するように、点弧角を変化させている。白熱灯４の位相制御は、商用周波数の交流線路の途中に介在させた半導体スイッチ素子を所定のタイミングで点弧させて電力を制御するものであり、図２（ｂ）の左側に示すように、点弧のタイミングを早くすれば、負荷である白熱灯４に給電される電力（図中の斜線部の面積に相当）は大きくなり、ランプは明るく調光される。また、図２（ｂ）の右側に示すように、点弧のタイミングを遅らせると供給電力が小さくなり、白熱灯４は暗くなる。さらに、点弧角０°すなわちゼロクロス点で点弧させれば、１００％の明るさとなる。
【０００９】
本実施形態の詳細な構成を図３に示す。ＰＷＭ調光器１は、図１に示したフェーダ２のような操作部１１と、この操作部１１の操作量に応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生器１２とから構成されている。ＰＷＭ信号発生器１２から出力される複数のＰＷＭ信号のうち、一部はインバータ蛍光灯５に供給されている。このインバータ蛍光灯５は、ＰＷＭ信号のオンデューティが小さいほど蛍光灯を明るく調光するようにインバータによりランプ放電を制御するものである。他のＰＷＭ信号は複数の位相制御変換器３に供給されている。ＰＷＭ信号はフォトカプラ３１で絶縁入力され、ＤＣ変換部３２で整流・平滑されて一旦ＤＣ電圧に変換され、Ａ／Ｄコンバータ３３でデジタル値としてマイコン３４に入力される。一方、位相制御の点弧角制御は、交流電圧のゼロクロス点を基準として制御する必要があるので、交流電源６のゼロクロス点を同期回路３５で検出し、マイコン３４に入力している。マイコン３４はＰＷＭ信号のオンデューティに応じてゼロクロス点から所定の点弧角で半導体スイッチ素子３６（ここではトライアック）を次のゼロクロス点まで導通させるようにゲート信号を出力し、ＰＷＭ信号のオンデューティが変化するまで、これを繰り返す。
【００１０】
図３のマイコン３４の出力は、点弧角を連続的に変化させるゲート信号を出力するにとどまらず、ＰＷＭ信号のオンデューティの一定値に対して、位相制御用のトライアック３６へのゲート信号をＯＮ／ＯＦＦすることにより、照明負荷の点灯、消灯を制御する機能を備える。例えば、ＰＷＭ信号のオンデューティが９５％以上では照明負荷を消灯させる、また、ＰＷＭ信号のオンデューティが５％以下では最大の明るさで点灯させる機能を備える。
【００１１】
図３では、個々の位相制御変換器３に、同期回路３５のほか、マイコン３４やＡ／Ｄコンバータ３３を備えているが、マイコン３４の能力が許せば、これらを一元化して、入出力端子と制御用の半導体スイッチ素子３６（トライアック）のみのブロックを増設する方法も考えられる。また、ＰＷＭ信号を位相制御電圧に変換する方法は、Ａ／Ｄコンバータ３３とマイコン３４を用いる方法に限定されず、例えば、ＲＣの時定数を用いたアナログ回路などを用いる方法であっても良い。
【００１２】
ところで、照明の明るい領域と暗い領域とでは、同じ度合の明るさ変化でも、目視では明るさの変化度合いが異なって見えるため、ＰＷＭ信号を用いて連続的に光出力を制御するインバータ蛍光灯では、操作器の操作量（例えば図１の調光器１のフェーダ２を上下させるストローク）に対して、蛍光灯の明るさ変化は常に一様ではなく、明るさの変化が急激過ぎたり緩慢過ぎたりしないよう、意識的に変化が付けられているものがある。その例を図４（ａ）に示す。一方、蛍光灯と白熱灯では入力電力に対する光出力の変化が異なるため、ＰＷＭ信号のオンデューティに対し、位相制御点弧角を直線的に変換しただけでは、白熱灯の光出力は図４（ｂ）に示すように変化することになり、必ずしも自然に見えない。そこで、ＰＷＭ信号のオンデューティと位相制御点弧角の関係（調光カーブ）を予め求めておき、例えば前記マイコン３４のテーブルデータとして記憶させておき、ＰＷＭ信号のオンデューティを直流電圧に変換し、Ａ／Ｄ変換してマイコン３４に入力した後、前記テーブルデータに応じた点弧角のゲート信号をトライアック３６に与えて位相制御する方法を採用する。
【００１３】
インバータ蛍光灯（当社ＥＤＨなど）では、信号線断線等でＰＷＭ信号が無くなった場合に、照明が１００％点灯（フル点灯）する設計となっている。このため、本実施形態のシステムでは、ＰＷＭ信号のオンデューティが小さいほど、照明の光出力は大きく（明るく）なるように設計されている。しかしながら、従来の位相制御による白熱灯の調光制御では、操作器からの信号が断線した場合（本発明のシステムでＰＷＭ信号のオンデューティが零になった場合に相当）、消灯するのが一般的なため、オンデューティが５％で最大の明るさとし、例えばオンデューティが２％未満ではトライアック３６をＯＦＦし、消灯する回路を付加している。図３の構成では、トライアック３６のゲートを駆動するマイコン３４の出力を、例えばオンデューティが０〜２％ではＯＦＦ、オンデューティが２〜９５％ではＯＮ（位相制御による連続調光）、オンデューティが９５〜ｌ００％では常にＯＮとする仕様としておく。無論、必要に応じて逆に信号断線時に１００％点灯する仕様とすることもできる。
【００１４】
また、ＰＷＭ信号により調光される既存の蛍光灯器具のなかには、定値の信号入力に対する光出力比が品種により異なるものがあるため（当社ＥＤＨやＨｆのＰＤタイプ、ＰＥタイプなど）、負荷の品種に合わせてＰＷＭ調光器１のオンデューティの最大・最小値や変化率を変えている（当社ＥＤＨではオンデューティの最小値５％、最大値９５％、ＰＤでは最小値３％、最大値９９％で、調光カーブも異なる）。位相制御変換器３に接続されるＰＷＭ調光器１がこれらいずれの器具に合わせて設計されていても、確実に消灯できるようにするため、例えばＰＷＭ信号のオンデューティが９５％以下のとき、位相制御出力が零となるように、前記マイコン３４のテーブルデータを決める。
【００１５】
また、信号断線時に出力をＯＦＦする回路を付加しても構わない。
【００１６】
なお、図３の位相制御変換器３の出力に接続される負荷としては、１００Ｖの白熱灯４に限らず、ダウントランス７を介して１２Ｖの白熱灯８を接続しても良いし、銅鉄型の安定器で点灯する蛍光灯９を接続しても良い。表１は調光器の出力と調光する負荷の組み合わせを示している。ＩＬは白熱灯、ＦＬは蛍光灯を意味する。図５の従来例はＮｏ．３に相当し、図１の実施形態はＮｏ．７に相当する。本発明のシステムは、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷が白熱灯である場合（Ｎｏ．５、Ｎｏ．８）や、位相制御電圧により位相制御される照明負荷が蛍光灯である場合（Ｎｏ．６、Ｎｏ．８）を含むものである。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば、ＰＷＭ発振器を備えた調光器を用いて商用交流電圧の半周期の間に複数の周期が含まれるような周期が短いＰＷＭ信号で調光制御される照明負荷と、位相制御電圧により調光制御される照明負荷とを、同一系統で調光することができ、しかも、従来例のように、１００Ｖ系の位相制御電圧を制御信号として用い、これをＰＷＭ信号に変換して一括調光するシステムに比較すると、信号電圧が低いため、配線に弱電信号線を用いればよく、施工性に優れるという効果がある。したがって、商用交流電圧の半周期の間に複数の周期が含まれるような周期が短いＰＷＭ信号により調光制御される蛍光灯が既設されている現場で、白熱灯を増設する場合には、特に有用である。また、操作器が位相制御出力の場合のように、電力を直接制御する回路ではないため、通電電流が小さく、大容量の放熱設計を必要とせず、扱う信号電圧が低くて済むため、絶縁距離に対する設計配慮が強電に比べて容易など、構造設計の分量が大幅に軽減されるという効果がある。さらに、信号電圧が低いことと、交流を整流してから出力を作ることから、操作器単体で見たときに輻射ノイズの発生や高調波電流の流出など、他の機器に対するノイズや電源歪みの影響を小さくできるという効果がある。
【００１９】
請求項５の発明によれば、明るさ変化が人の目に感じる目視での明るさの変化度合いが操作器の操作量に対して一様となるような変化をさせられ、必要部分だけきめ細かく制御できるという効果がある。請求項６の発明によれば、信号線断線の際、従来の白熱灯／蛍光灯と同一のシーケンスで消灯／フル点灯が起こるため、作業時の配線確認や、断線時の人の対処が従来と同じ感覚で出来るという効果がある。請求項７の発明によれば、照明器具との組み合わせによって、操作を零に絞っても消灯できないというトラブルを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成図である。
【図２】図１の変換器の動作説明図である。
【図３】図１の各部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】調光用操作器の操作量に対する光出力比の変化が蛍光灯と白熱灯とで異なることを一例として示す説明図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ＰＷＭ調光器
２ フェーダ
３ 位相制御変換器
４ 白熱灯
５ インバータ蛍光灯

Claims (10)

1. 調光操作のための操作部と、操作部の操作に応じてパルス幅が変化し且つ商用交流電圧の半周期の間に複数の周期が含まれるように周期が短いＰＷＭ信号を発生させるＰＷＭ信号発生器と、ＰＷＭ信号発生器から出力されるＰＷＭ信号を受けてパルス幅に応じて点弧角が変化する位相制御電圧に変換して出力する変換器とを備え、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷と、位相制御電圧により位相制御される照明負荷を同一系統で制御することを特徴とする照明制御装置。
2. 請求項１において、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷は、インバータ回路により点灯される蛍光灯であることを特徴とする照明制御装置。
3. 請求項１において、位相制御電圧により位相制御される照明負荷は、白熱灯であることを特徴とする照明制御装置。
4. 請求項１において、上記変換器は、ＰＷＭ信号のパルス幅が所定値になると、照明負荷の点灯又は消灯を行う手段を備えることを特徴とする照明制御装置。
5. 請求項１において、上記変換器は、ＰＷＭ信号のパルス幅に対する位相制御電圧の点弧角を、操作器の操作量に対して照明負荷の目視での明るさの変化度合いが一様となるような比率で変換する手段を備えることを特徴とする照明制御装置。
6. 請求項１において、上記変換器は、ＰＷＭ信号が無い場合に、照明負荷を全点灯又は消灯させる手段を備えることを特徴とする照明制御装置。
7. 請求項４において、照明負荷の点灯又は消灯を行う所定値は、発生するＰＷＭ信号のパルス幅の最大値または最小値が異なるＰＷＭ信号発生器に対して確実に消灯又は点灯が出来るように設定されることを特徴とする照明制御装置。
8. 請求項１において、上記変換器は、ＰＷＭ信号を整流・平滑して一旦ＤＣ電圧に変換し、そのＤＣ電圧に応じて位相制御の点弧角を変化させることを特徴とする照明制御装置。
9. 請求項１において、ＰＷＭ信号により調光制御される照明負荷は、白熱灯であることを特徴とする照明制御装置。
10. 請求項１において、位相制御電圧により位相制御される照明負荷は、蛍光灯であることを特徴とする照明制御装置。

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