JP5446221B2 - 照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明負荷を遠隔制御する照明システムに関する。

従来、電源、照明負荷器具及びコントローラが直列接続され、コントローラにより照明負荷器具に対して照明制御が行われる照明システムが採用されることがある。このような照明システムにおいては、２線式の配線を用いて照明負荷器具に電力が供給される。そして、コントローラが電源位相制御方式により照明負荷器具への供給電力を調整することで、調光制御が行われる。

このような２線式の照明システムにおいては、電源位相制御を行うスイッチング素子としては双方向性３端子サイリスタ（以下、トライアックという）が用いられる。このようなトライアックを用いた調光器としては、特許文献１に開示されたもの等がある。

しかし、トライアックは、導通を維持するために比較的大きな保持電流を流す必要がある。このため、照明負荷としてインピーダンスが大きい照明負荷器具（例えば電力が比較的小さいＬＥＤ照明器具等の高効率器具等）を採用した場合には、器具の消費電流より保持電流が大きくなり、負荷の点灯ができない。また、高効率器具等を調光制御しようとして負荷電流を小さくしようとすると、トライアックの保持電流以下となってしまい、点灯を維持することができない。このため、２線式の配線を用いスイッチング素子としてトライアックを使用した照明システムでは、使用可能な照明負荷器具に制約が生じるという問題があった。
特開２００６−１３４７１８号公報

そこで、スイッチング素子としてトランジスタと整流素子による組み合わせ回路を用いることが考えられる。しかしながら、大きな容量の照明負荷を制御するためには、大きな電流制御が可能な大型の素子を使用しなければならず、装置が大型化し配線器具のスイッチボックスに収納設置することができない等の構造上の不具合が生じるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、照明負荷の容量に拘わらず、２線式の配線によって照明制御することができる小型の照明システムを提供することを目的とする。

請求項１記載の照明システムは、相対的に容量が大きい照明負荷または相対的に容量が小さい異種の照明負荷を選択的に制御するために、照明負荷を点灯させるための電力を発生する交流電源に前記照明負荷と共に直列接続されて、前記交流電源から得られる電力を制御して前記照明負荷に供給することにより前記照明負荷の点灯を制御する照明制御部；を具備し、前記照明制御部は、前記交流電源から前記照明負荷への第１の電流路の導通を制御する双方向性３端子サイリスタと；トランジスタ及び整流素子によって構成されて、前記第１の電流路に並列な第２の電流路の双方向の導通を制御するスイッチング部と；前記照明負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出部と；前記電流検出部が検出した負荷電流の大きさが負荷の容量に応じて異なることに基づいて、前記双方向性３端子サイリスタの導通制御又は前記スイッチング部の導通制御を選択的に行う導通制御部と；を具備し、前記導通制御部は、前記交流電源から前記照明負荷への電力供給開始直後には、交流電源の少なくとも１サイクル以上の短時間だけ前記スイッチング部を選択して導通制御を行う；ことを特徴とする。

請求項２記載の照明システムは、前記電流検出部は、電流トランスによって構成され；前記電流トランスに発生した電圧を用いて、前記導通制御部を駆動する電源電圧を発生する；ことを特徴とする。

本発明の請求項１の発明によれば、照明負荷の容量に拘わらず、２線式の配線によって照明制御することができるという効果を有する。

また、本発明の請求項１の発明によれば、照明負荷の容量に拘わらず、照明負荷を始動させることができるという効果を有する。

本発明の請求項２の発明によれば、十分な電力を確保することができるという効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本実施の形態に係る照明システムを示すブロック図である。

図１に示す照明システムは、電源１０、照明負荷１１及び照明制御部１２が直列に接続された、所謂２線式の配線を用いて照明制御を行うものである。電源１０は、例えば交流１００Ｖ等の交流電源電圧を発生する。電源１０の一方端は照明負荷１１を介して照明制御部１２の一方の端子１４に接続され、他方端は照明制御部１２の他方の端子１５に接続される。照明負荷１１としては適宜の照明負荷器具が用いられる。照明負荷１１は大容量の照明負荷であってもよく、小容量の照明負荷であってもよい。

照明制御部１２は端子１４，１５相互間に、トライアックＴ１及び電流検出回路２１が直列接続される。トライアックＴ１は、後述する導通タイミング切換え制御部２３によってオン，オフ制御される。トライアックＴ１のオン期間には、電源１０の電圧の向きに応じて、電源１０、照明負荷１１、端子１４、トライアックＴ１、電流検出回路２１及び端子１５を介して電源１０に電流が流れるか又は、電源１０、端子１５、電流検出回路２１、トライアックＴ１及び端子１４を介して電源１０に電流が流れる。

また、端子１４と電流検出回路２１との間には、トライアックＴ１と並列に、ダイオードＤ１，Ｄ２及びトランジスタＱ１，Ｑ２によるスイッチング部１６が構成されている。スイッチング部１６は、端子１４と電流検出回路２１との間に、ダイオードＤ１，Ｄ２が相互に逆向きに導通するように直列接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２に夫々トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタエミッタ路が並列接続されて構成される。トランジスタＱ１，Ｑ２のベースには、導通タイミング切換え制御部２３からの導通制御信号が供給される。トランジスタＱ１，Ｑ２は導通制御信号によって交互にオン，オフする。

トランジスタＱ１のオン期間には、電源１０、照明負荷１１、端子１４、トランジスタＱ１、ダイオードＤ２、電流検出回路２１及び端子１５を介して電源１０に電流が流れ、トランジスタＱ２のオン期間には、電源１０、端子１５、電流検出回路２１、トランジスタＱ２、ダイオードＤ１及び端子１４を介して電源１０に電流が流れる。

導通タイミング切換え制御部２３は、トライアックＴ１、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ２のオン，オフを制御するための導通制御信号を発生する。導通タイミング切換え制御部２３によってトライアックＴ１又はスイッチング部１６が導通する時間が制御されて、電源位相制御方式による照明負荷１１の調光制御が行われる。

導通タイミング切換え制御部２３は、切換え判定部２４及び調整操作部２５の出力に基づいて、導通制御信号を発生する。導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５によって、トライアックＴ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２の導通を制御する導通制御部が構成される。

導通タイミング切換え制御部２３は、調整操作部２５からの調光信号に基づいて、トライアックＴ１をオンにする期間、又はトランジスタＱ１，Ｑ２をオンにする期間を決定して導通制御信号を生成する。調整操作部２５は、ユーザの調光操作に基づく調光信号を発生して導通タイミング切換え制御部２３に出力する。導通タイミング切換え制御部２３は、電源電圧の周期と調光率とに基づいて、トライアックＴ１又はスイッチング部１６をオンにするタイミング及び期間を算出する。

更に、本実施の形態においては、導通タイミング切換え制御部２３は、切換え判定部２４の判定結果に基づいて、トライアックＴ１をオン，オフ制御してトライアックＴ１による調光制御を行うか、トランジスタＱ１，Ｑ２をオン，オフ制御してスイッチング部１６による調光制御を行うかを切換えるようになっている。

電流検出回路２１は、トライアックＴ１又はスイッチング部１６を介して流れる負荷電流を検出して、検出結果を切換え判定部２４に出力するようになっている。切換え判定部２４は、電流の検出結果によって負荷電流が所定の閾値以上流れたことが示された場合には、トライアックＴ１による調光制御を選択するための判定結果を導通タイミング切換え制御部２３に出力し、負荷電流が所定の閾値よりも小さいことが示された場合には、スイッチング部１６による調光制御を選択するための判定結果を導通タイミング切換え制御部２３に出力する。

また、端子１４と電流検出回路２１との間には、トライアックＴ１と並列に、電源回路２２が接続されている。電源回路２２は、端子１４と電流検出回路２１との間に現れる電圧を用いて、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５を駆動する電源電圧を発生するようになっている。

なお、電源回路は端子１４と端子１５との間に接続されてもよい。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図２を参照して説明する。図２は横軸に時間をとり、調光制御を説明するための説明図である。

電源１０からの交流電圧が２線式の配線を介して照明負荷１１に供給される。導通タイミング切換え制御部２３は、電源投入直後においては、短時間だけトランジスタＱ１，Ｑ２をオンにする。これにより、交流電源の正極性期間に、電源１０から照明負荷１１、端子１４、トランジスタＱ１、ダイオードＤ２、電流検出回路２１及び端子１５を介して電源１０に電流が流れ、交流電源の負極性期間に、電源１０、端子１５、電流検出回路２１、トランジスタＱ２、コンデンサＤ１及び端子１４を介して電源１０に電流が流れる。

電流検出回路２１はこの場合の電流を検出し、検出結果を切換え判定部２３に出力する。切換え判定部２３は、検出結果によって負荷電流が閾値以上流れているか否かを判定する。なお、スイッチング部１６を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２は、導通の保持電流は十分に少ない電流で駆動することができ、照明負荷１１の容量に拘わらず、確実に電流検出回路２２による電流検出が可能である。

いま、照明負荷１１として、容量が比較的大きいランプが用いられているものとする。この場合には、負荷電流は閾値以上であり、切換え判定部２３は、導通タイミング切換え制御部２３にトライアックＴ１による調光制御を選択させるための判定結果を出力する。

この判定結果に基づいて、導通タイミング切換え制御部２３は、トランジスタＱ１，Ｑ２はオフにし、トライアックＴ１をオン，オフさせるための導通制御信号を発生する。また、導通タイミング切換え制御部２３は、トライアックＴ１をオンにする期間を、調整操作部２５からの調光信号に基づいて決定する。

照明制御部１２の調整操作部２５は、ユーザの調光操作に応じた調光信号を発生している。例えば、ユーザが５０％調光のための操作をするものとする。この場合には、導通タイミング切換え制御部２３は、図２に示すように、電源電圧の半周期分の期間にトライアックＴ１をオンにする。図２では、導通タイミング切換え制御部２３は、電源電圧の正極性期間の約半分の期間に導通制御信号をハイレベル（以下、“Ｈ”レベルという）にしてトライアックＴ１をオンにすると共に、電源電圧の負極性期間の約半分の期間に導通制御信号を“Ｈ”レベルにしてトライアックＴ１をオンにする。これにより、約５０％の調光制御が行われる。図２の斜線部は照明負荷１１に電力が供給されている期間を示している。

次に、照明負荷１１として、容量が比較的小さいＬＥＤ照明器具が用いられているものとする。この場合には、負荷電流は閾値よりも小さく、切換え判定部２３は、導通タイミング切換え制御部２３にスイッチング部１６による調光制御を選択させるための判定結果を出力する。

この判定結果に基づいて、導通タイミング切換え制御部２３は、トライアックＴ１をオフにし、トランジスタＱ１，Ｑ２をオン，オフさせるための導通制御信号を発生する。また、導通タイミング切換え制御部２３は、トランジスタＱ１，Ｑ２をオンにする期間を、調整操作部２５からの調光信号に基づいて決定する。

例えば、ユーザが５０％調光のための操作をするものとする。この場合には、導通タイミング切換え制御部２３は、図２に示すように、電源電圧の正極性期間の約半分の期間にトランジスタＱ１をオンにすると共に、電源電圧の負極性期間の約半分の期間にトランジスタＱ２をオンにする。これにより、約５０％の調光制御が行われる。

このように本実施の形態においては、照明負荷１１として大きな容量のランプが採用された場合には、トライアックＴ１による調光制御が行われ、照明負荷１１として小さい容量のランプ（ＬＥＤ等）が採用された場合には、スイッチング部１６による調光制御が行われる。スイッチング部１６を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２は導通のための保持電流が少ない電流で駆動することができる。従って、照明負荷１１として用いられＬＥＤに比較的小さい電流を流して点灯させることができ、確実な調光制御が可能であと共に、スイッチング部１６を小さい熱容量の小さい素子で構成することができ、小型化が可能である。

図３は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。図３において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態は、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５を駆動する電源電圧を、電流検出を行う電流トランスを利用して発生するようにしたものである。本実施の形態は、電流検出回路２２に変えて電流トランス３１を採用すると共に、電源回路３２を付加した照明制御部３０を用いる点が第１の実施の形態と異なる。

電流トランス３１は、負荷電流に応じた電圧値を発生して検出結果として切換え判定部２４に出力する。切換え判定部２４は、電流トランス３１からの検出結果に基づいて負荷電流が所定の閾値以上の流れたか否かを判定する。電源回路３２は、電流トランス３１が発生した電圧を用いて、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５を駆動する電源電圧を発生する。

電源１０の電源投入直後は、電源回路２２が発生する電源電圧によって、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５が駆動される。照明負荷１１が駆動されると、電流トランス３１に電流が流れるので、電流トランス３１に電圧が発生する。電源回路３２は、電流トランス３１に発生した電圧を用いて電源電圧を発生し、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５に供給する。

電源回路２２はトライアックＴ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２のオフ期間には電源１０の電源電圧が供給されるが、トライアックＴ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２のオン期間に供給される電圧は小さい。しかし、トライアックＴ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２のオン期間には、電流トランス３１に十分な電流が流れるので、電源回路３２に十分な電圧が供給される。従って、電源回路２２，３２によって、十分な電力を確保することができる。

このように、本実施の形態においては、電源回路２２だけでなく、電源回路３２によっても、導通タイミング切換え制御部２３、切換え判定部２４及び調整操作部２５を駆動するための電源電圧が得られるので、安定した駆動が可能である。

本実施の形態に係る照明システムを示すブロック図。 実施の形態の動作を説明するための説明図。 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１０…電源
１１…照明負荷
１２…照明制御部
２１…電流検出回路
２２…電源回路
２３…導通タイミング切換え制御部
２４…切換え判定部
２５…調整操作部

Claims (2)

1. 相対的に容量が大きい照明負荷または相対的に容量が小さい異種の照明負荷を選択的に制御するものであって、照明負荷を点灯させるための電力を発生する交流電源に前記照明負荷と共に直列接続されて、前記交流電源から得られる電力を制御して前記照明負荷に供給することにより前記照明負荷の点灯を制御する照明制御部；
   を具備し、
   前記照明制御部は、
   前記交流電源から前記照明負荷への第１の電流路の導通を制御する双方向性３端子サイリスタと；
   トランジスタ及び整流素子によって構成されて、前記第１の電流路に並列な第２の電流路の双方向の導通を制御するスイッチング部と；
   前記照明負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出部と；
   前記電流検出部が検出した負荷電流の大きさが負荷の容量に応じて異なることに基づいて、前記双方向性３端子サイリスタの導通制御又は前記スイッチング部の導通制御を選択的に行う導通制御部と；
   を具備し、
   前記導通制御部は、前記交流電源から前記照明負荷への電力供給開始直後には、交流電源の少なくとも１サイクル以上の短時間だけ前記スイッチング部を選択して導通制御を行う；
   ことを特徴とする照明システム。
2. 前記電流検出部は、電流トランスによって構成され；
   前記電流トランスに発生した電圧を用いて、前記導通制御部を駆動する電源電圧を発生する；
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明システム。

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