JP4363305B2 - 照明システム - Google Patents

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Description

本発明は位相制御方式を用いて照明負荷を調光する調光システムが同じ電源ラインに複数接続された照明システムに関するものである。
従来、位相制御方式を用いた調光システムにおいて、位相制御の実効電圧の変化に応じて位相制御量を補正する制御方式があるが、特開平6−260288号のように、位相制御の実効電圧を求めて、その過不足分を次の電源半周期にて補正する従来技術では、電源波形に歪みが生じて位相制御の実効電圧が変化したときに、その電源半周期での補正は出来ない。
特開平6−260288号公報
いま、図7に示すように、同じ電源ラインPに位相制御方式の調光システムが2つ接続されている場合について考える。調光システムAは照明負荷LAを位相制御し、調光システムBは照明負荷LBを位相制御する。
ここで、位相制御の特徴として、調光システムBが図8(a)のように位相制御している場合、位相制御の導通期間の開始するタイミング(以下「ONタイミング」という)で電流が大きく流れるため、この調光システムBの電源ライン上では電源波形自体が図8(b)のようにONタイミングの部分で欠ける場合がある。調光システムBの電源波形が欠けると、調光システムAも同じ電源波形を利用しているため、図8(c)のように、位相制御された電源波形の一部が欠けて実効電圧が低下し、照明負荷LAが通常時に比べて暗くなるという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、同じ電源ラインに位相制御方式の調光システムが2つ以上接続されている照明システムにおいて、1つの調光システムが位相制御を開始することにより電源波形が歪んでも他の調光システムにより位相制御されている照明負荷の明るさが変動しないように補正可能とすることにある。
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、第1の照明負荷LAを第1の調光率に従って位相制御する第1の調光システムAと、第2の照明負荷LBを第2の調光率に従って位相制御する第2の調光システムBとが同じ電源ラインPに接続されている照明システムにおいて、少なくとも第1の調光システムAは、電源波形を読み込み電源波形の歪みを検出して次以降の電源半周期にて電源波形の歪みによる位相制御出力の実効電圧の変化を補正する機能を備え、第2の調光システムBは自己の位相制御に関する情報を第1の調光システムAに送信し、第1の調光システムAは受信した情報に従って第1の照明負荷LAの位相制御量を補正することを特徴とするものである。
本発明では、第1の調光システムと同じ電源ラインに接続された第2の調光システムが電源波形を歪ませる原因になっていること、そのときの電源波形の欠ける度合いは第2の調光システムの調光率に依存していることを利用して、第2の位相制御システムの位相制御に関する情報、例えば調光率の情報を第1の調光システムに取り入れて、その情報に応じて、第2の調光システムが位相制御を始めると同時に、第1の調光システムでも位相制御の補正を開始するようにしたことで、電源波形が欠けたその電源半周期においても、適切な位相制御の補正が可能となる効果がある。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る照明システムの全体構成図である。図1に示す照明システムでは、同じ電源ラインPに接続された位相制御方式の調光システムが2つ存在する。第1の調光システムAは第1の照明負荷LAを位相制御し、第2の調光システムBは第2の照明負荷LBを位相制御する。少なくとも第1の調光システムAは電源波形の歪みを検出し、位相制御の実効電圧を一定に保つ制御を行う機能を備えており、ここでは、第2の調光システムBにも同様の機能を持たせている。
調光システムAにおいて、A1は調光率の設定部であり、0〜100%の調光率を設定し、出力する。A2は位相制御部であり、電源ラインと照明負荷LAの間に直列的に接続されたスイッチング素子(トライアックなど)を備え、このスイッチング素子を電源電圧のゼロクロス点から所定の位相角(0〜180°)で導通開始させて、次のゼロクロス点で導通停止させることにより、照明負荷LAに供給される実効電圧を可変制御する機能を有している。A3は補正部であり、電源ラインP上の電源電圧波形の歪みを検出し、前記位相制御されるスイッチング素子の導通期間内において、電源電圧が部分的に欠けている場合にはスイッチング素子の導通期間を次の電源半周期から少し長くし、電源電圧が部分的に膨らんでいる場合にはスイッチング素子の導通期間を次の電源半周期から少し短くするように補正制御する機能を有している。調光システムBも調光システムAと同様の構成を備えており、B1は調光率の設定部、B2は位相制御部、B3は補正部である。
図2は補正部A3の動作を示す説明図である。(a)は調光システムAの電源ラインP上の電圧波形、(b)は設定部A1により設定された調光率、(c)は補正部A3による補正量、(d)は位相制御部A2により位相制御された電源電圧(負荷制御電源)の波形である。いま、調光率の設定部A1で設定された調光率が50%であり、t=t0〜t1のように、電源波形の歪みが検出されない場合には、補正部A3による補正量は0であるから、位相制御された電源電圧波形は図2(d)のt=t1〜t2のようになる。何らかの原因(ここでは調光システムBの位相制御の開始)により、電源ラインPの電源波形が図2(a)のt=t2〜t4のように歪むと、実効電圧が変化する。例えば、実効電圧に換算してe(V)に相当する欠けが各電源半周期で発生したとする。
t=t2〜t3の期間で電源波形が歪んで実効電圧が不足していることを補正部A3が検出し、e(V)に相当する補正が必要と演算されると、次の電源半周期であるt=t3〜t4の期間では、位相制御の導通期間がe(V)に相当する実効電圧分だけ長くなるように補正される。これにより、t=t3〜t4の調光出力はt=t1〜t2の調光出力と同じく調光率50%に相当する明るさに制御される。
ところが、t=t2〜t3の期間では、その直前の電源半周期であるt=t1〜t2の期間で電源波形の歪みが検出されていなかったので、補正部A3は位相制御量の補正が出来ず、t=t2〜t3の期間の電源波形の欠けがそのまま負荷制御電源に影響を与えてしまい、調光率50%に相当する明るさには制御されない。つまり、実効電圧に換算してe(V)に相当する明るさの不足が一時的に生じてしまい、光のちらつきが起きてしまう。
上述のように、位相制御の特徴として、同じ電源ラインPに接続された他の調光システムBが位相制御を開始した場合、位相制御のONタイミングで電流が大きく流れるため、この調光システムBの電源ライン上の電源波形自体が図2(a)のようにONタイミングの部分で欠ける場合がある。調光システムBの電源波形が欠けると、調光システムAも同じ電源波形を利用しているため、図2(d)のように、位相制御された負荷制御電源の一部が欠けて実効電圧が低下し、調光システムAが補正部A3を有していても、調光システムBが位相制御を開始したタイミングであるt=t2〜t3において、照明負荷LAが一時的に暗くなるという問題がある。
ここで、調光システムBの位相制御が開始されることによって、調光システムAの電源ラインP上の電源波形が欠けることは事前に予測できることなので、調光システムBが調光システムAに今から位相制御を行うことを通信によって伝えることで、調光システムAは調光システムBの位相制御が開始するタイミングで通常より位相制御の導通時間(スイッチング素子がONしている期間)を長くして実効電圧の低下を防ぐことで、それ以降の位相制御の補正量も少なくて済む。このために、図1のシステムでは、設定部B1から補正部A3に調光システムBの調光率の情報と、その調光率による位相制御の開始のタイミングを知らせる情報が送信されるように構成されている。なお、設定部A1からも補正部B3に対して同様の情報を送信可能としても良い。
いま、調光システムAが50%の調光率で照明負荷LAを調光点灯させている場合に、同じ電源ラインPに接続された調光システムBが同じく50%の調光率で照明負荷LBを調光点灯開始させる場合について考える。
図3のように、調光システムAが単独で電源波形の歪みを検出して、補正部A3による事後的な補正のみによって位相制御の実効電圧を一定に保つ調光システムAだけでは、電源波形が歪んだ瞬間(t=t2〜t3)には対応できず、その電源半周期では明るさの変動を補正することが出来ない。図示された例では、t=t0〜t1、t=t1〜t2では、調光システムAが50%の調光率で照明負荷LAを調光点灯させているが、t=t2〜t3の電源半周期以降は、調光システムBが50%の調光率で照明負荷LBを調光点灯開始させているため、t=t2〜t3の電源半周期において、調光システムAの電源波形が部分的に欠けることになり、調光システムAの照明負荷LAは一時的に暗くなる。その後、t=t3〜t4、t=t4〜t5の各電源半周期においては、調光システムAの補正部A3が直前の各電源半周期における電源波形の欠けを検出することで、位相制御量を増やすので、調光システムAの照明負荷LAは元の明るさに戻るが、その補正量は大きなものとなり、照明負荷LAがちらついたように見えてしまう。
そこで、この実施形態1では、図4に示すように、調光システムBの位相制御に関する情報(調光率と位相制御開始のタイミング)を調光システムAが受信し、調光システムAでは電源波形が歪むことを予測して位相制御量を補正し、調光システムBの位相制御が開始されるt=t2〜t3の電源半周期における位相制御の導通時間(調光システムAのスイッチング素子がONしている期間)を若干長く制御することで、調光システムBの位相制御が開始される電源周期(t=t2〜t3)で一時的に暗くなる割合を低減できる。また、それ以降の補正幅も小さくでき、t=t3〜t4の電源半周期で補正部A3により電源波形歪みの検出結果を反映させて厳密に実効電圧を制御するために位相制御量を補正するにしても、その補正幅は図3の場合に比べて少なくすることができる。図4の例では、例えば調光率に換算して3%増程度の予測補正をt=t2〜t3のタイミングで予め与えていることにより、t=t3〜t4のタイミングでの補正量は図3の場合に比べて少なくなっている。これにより、照明負荷LAがちらついたように見えることはなくなる。
また、調光システムBが位相制御をOFFさせると、これによる電源波形の歪みは無くなるので、調光システムBが今から位相制御をOFFさせることを調光システムAに知らせる。この情報を調光システムAが受信した場合は、調光システムBの位相制御がOFFするタイミングで、調光システムAの補正を元に戻すことで、調光システムBの位相制御がOFFするタイミングでの調光システムAの位相制御の実効電圧の変化は無くなる。
ここで、調光システムBは、調光率を増加させる場合と減少させる場合とがあり、それぞれの場合に応じて、調光システムAは、照明負荷LAの位相制御量を所定値より増やす場合と減らす場合がある。
つまり、調光システムAと調光システムBの位相制御の調光率によって、電源の欠ける歪みの割合が異なるため、それぞれの調光率に対して、どの程度の補正を行うのか、あらかじめ測定したデータに基づいて、補正しても良い。
Figure 0004363305
表1は調光システムAの調光率ごとの調光システムBの調光が開始した時点で行う調光システムAの位相制御の補正量を調光システムBの調光率ごとに、あらかじめ定めたテーブルの一例である。
なお、調光率の情報を調光システムA,B間で共有するためのデータ通信回路の具体例については図示しないが、0〜100%の調光率であれば、少なくとも7ビット(128段階)のシリアル通信またはパラレル通信を全二重または半二重で実現できるデータ通信回路が調光システムA,B間に設けられていればよい。
また、第1または第2の調光率が変化して、変化後の調光率で第1または第2の調光システムA,Bが位相制御を開始するタイミングは、遅くともその位相制御が実施される電源半周期が開始するまでには第2または第1の調光システムB,Aにそれぞれ通知されることは言うまでもない。つまり、図4の例で言えば、t=t2から始まる電源半周期から調光システムBが位相制御を開始しているが、この電源半周期が開始するタイミング(t=t2)では既に調光システムAは調光システムBがこの電源半周期から第2の調光率で位相制御を開始することを通知されている。
実際には、調光システムAが表1のデータテーブルを参照して、第1の調光率と第2の調光率のデータから必要な位相制御の補正量を読み出すのに要する演算時間や、調光システムBから調光システムAに第2の調光率の情報を伝送するのに要する通信時間を確保する必要があるので、例えば、図4のt=t1〜t2のタイミングで前記通信時間と前記演算時間を確保し、t=t2のタイミングでは、調光システムBから調光システムAにトリガ信号のみを伝送(例えば調光システムBのゼロクロスパルス1個を調光システムAに伝送)し、次のt=t2〜t3のタイミングから調光システムAでの位相制御量の補正を有効とするような制御が好ましい。
以上の説明は、第1の調光システムAが第2の調光システムBの調光率の情報を用いて照明負荷LAの位相制御量を補正する場合について説明したが、同様に、第2の調光システムBが第1の調光システムAの調光率の情報を用いて照明負荷LBの位相制御量を補正するようにしても良いことは言うまでも無い。以下の各実施形態においても同様である。
(実施形態2)
図5は本発明の実施形態2の動作を示すフローチャートである。実施形態1では、調光システムBが位相制御を開始したときに、調光システムAにおける位相制御の補正量は、あらかじめ決められた量(例えば表1)で制御していたが、調光システムBを動作させたときの電源波形の歪み度合いは、電源線のインピーダンスや電源の電力容量や調光システムに接続された負荷の台数などで大きく変化するため、あらかじめ補正量を設定することは困難な場合が多い。
そこで、調光システムAと調光システムB、それに接続される照明負荷すべてを接続した状態で、調光システムAを実効電圧が補正できるテストモードの状態にして、調光システムBの位相制御により調光率を0%〜100%まで変化させて、それぞれの調光率での補正値を調光システムAが記憶し、テストモードを終了する。そして、実際の通常動作のときには、調光システムBが位相制御を開始した時点では、テストモードで予め記憶された量の補正を行うことで、より精度の高い補正が可能になる。
(実施形態3)
図6は本発明の実施形態3の構成を示すブロック図である。実施形態1では、調光システムAと調光システムBという2つの調光システムが同じ電源ラインPに接続された照明システムを前提として説明したが、さらに多数の調光システムA,B,C,…が接続されている場合には、別途、電源歪みの計測用の端末Xを設け、この端末Xから位相制御補正信号を各調光システムA,B,C,…に送信するように構成すると良い。端末Xはそれぞれの調光システムA,B,C,…から調光率の情報を受信し、その調光率での補正値を各調光システムA,B,C,…へ送信する。
端末Xの詳しい内部構成は図示しないが、要するに、図1の補正部A3、B3に相当する構成を内蔵しており、各調光システムA,B,C,…の設定部A1,B1,C1,…から調光率の情報を伝送されて、各調光システムA,B,C,…の位相制御部A2,B2,C2,…に対して位相制御補正信号を伝送するような構成を備えている。
端末Xは、実施形態2に示したように、各調光システムA,B,C,…のそれぞれの調光率での電源波形の歪みを予め計測し、それぞれの調光率に対して、電源波形の歪み度合いを記憶しておき、通常動作の際に、各調光システムA,B,C,…から調光率を受信した際に、それに伴った補正量を各調光システムA,B,C,…に対して送信し、各調光システムはその補正信号に合わせた補正をかける。
実施形態1,2のように、調光システムA,Bに内蔵された補正部A3,B3が電源の歪みを計測するシステムに比べて、実施形態3では、調光システムが任意の台数であっても、電源歪み測定機能を持つ端末が1台あれば、各調光システムには電源歪み測定の機能は不要となるので、コストの低減につながる。また、図5に示したようなテストモードも端末Xで一括処理することで容易に実施できるし、表1に示したような補正量のテーブルも端末Xに一括して設けることで容易に管理できる。
本発明の実施形態1の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1の補正部の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態1に対する比較例である事後補正の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態1による予測補正の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態2の構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態3の構成を示すブロック図である。 従来例の構成を示すブロック図である。 従来例の課題を説明するための波形図である。
符号の説明
A,B 調光システム
A1,B1 設定部
A2,B2 位相制御部
A3,B3 補正部
LA,LB 照明負荷
P 電源ライン

Claims (3)

  1. 第1の照明負荷を第1の調光率に従って位相制御する第1の調光システムと、第2の照明負荷を第2の調光率に従って位相制御する第2の調光システムとが同じ電源ラインに接続されている照明システムにおいて、少なくとも第1の調光システムは、電源波形を読み込み電源波形の歪みを検出して次以降の電源半周期にて電源波形の歪みによる位相制御出力の実効電圧の変化を補正する機能を備え、第2の調光システムは自己の位相制御に関する情報を第1の調光システムに送信し、第1の調光システムは受信した情報に従って第1の照明負荷の位相制御量を補正することを特徴とする照明システム。
  2. 第2の調光システムは自己の調光率が変化したときに、変化後の調光率で位相制御を開始するタイミングを第1の調光システムに知らせるトリガ信号を出力する機能を有し、第1の調光システムは前記トリガ信号に同期して自己の位相制御量を補正することを特徴とする請求項1記載の照明システム。
  3. 第2の調光システムが調光率を変化する可能性のあるすべての値に変動させ、そのときの調光率に応じた位相制御の補正値を第1の調光システムが記憶するテストモードを有し、第1の調光システムはテストモードにて記憶した補正値を用いて通常動作における位相制御量を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の照明システム。
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