JP4363305B2 - 照明システム - Google Patents

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。

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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