JP5632587B2 - 調光用点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源を調光可能な調光用点灯装置に関するものである。

従来、白熱電球からなる光源への供給電力を位相制御することで、光源の調光制御を行う調光用点灯装置があり、位相制御素子としてトライアックを用いて供給電力の位相をＯＮ／ＯＦＦさせていた。しかしながら、トライアックによって位相制御を行う場合には、トライアックを導通させるタイミングで大きな電流が流れ、光源や電源にストレスがかかり、これらの寿命が短くなるなどの問題があった。

そこで、トライアックの代わりとして、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用い、光源に供給する正弦波交流の振幅を制御することで調光制御を行う調光用点灯装置が考えられている（特許文献１を参照）。

特許文献１に開示された調光器においては、正弦波からなる交流電源と光源との接続・非接続を切り替えるスイッチ手段と、スイッチ手段による接続・非接続に基づいて光源に供給される電圧を平滑化する平滑手段を備え、平滑手段によって平滑化された交流電圧を光源に供給している。ここで、スイッチ手段の接続・非接続の周期を制御手段が制御することで、光源に印加される電圧の振幅が０から１００％までの範囲で制御され、光源の調光制御が行われる。

特開２００７−１２８６６９号公報

ところで、ＩＧＢＴは、トライアックと比較すると耐突入電流値が低いことが知られている。また、白熱電球の温度が低い場合における白熱電球に流れる電流値は、点灯状態における電流値と比べて数倍の電流値となることが知られている。

このため、上記特許文献１のように調光制御用の素子として、ＩＧＢＴを使用し、白熱電球が冷えた状態で点灯を開始し、交流電圧を白熱電球に印加させると（図５（ａ）を参照）、ＩＧＢＴの耐突入電流値Ｉｍを超える大きな電流値が流れ（図５（ｂ）を参照）、ＩＧＢＴに過大なストレスが加わるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、白熱電球が冷えた状態で点灯しても、スイッチング用のトランジスタに過電流が流れることなく、安全性の高い調光用点灯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、交流電源と光源とを接続する電源経路に挿入され、交流電源からの正弦波交流をスイッチングするトランジスタと、前記トランジスタをオン／オフ制御するスイッチング制御部と、前記トランジスタによりスイッチングされた電圧を平滑化した交流電圧を前記光源に出力する平滑部と、前記トランジスタの出力電流値を測定する電流値測定部とを備え、前記出力電流値が所定の閾値を超えると、前記スイッチング制御部はスイッチング動作を停止させ、前記スイッチング動作を停止後、前記交流電源からの供給電圧と同じ半周期内で所定の時間が経過すると前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を再開させることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、前記スイッチング制御部は、前記スイッチング動作を停止後、前記交流電源からの供給電圧と同じ半周期内で、前記供給電圧がスイッチング動作を停止させた時点における供給電圧と等しくなった時に、スイッチング動作を再開させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、スイッチング制御部を流れる電流値が所定の閾値以上の場合には、スイッチング制御部によるスイッチング動作を停止させるので、トランジスタに過大な電流が流れることを防止でき、安全性の高い調光用点灯装置を提供することができる。さらに、スイッチング動作を停止後、所定の時間経過すると再度スイッチング動作を開始させるので、徐々に光源を温めることができる。

請求項２の発明によれば、スイッチング制御部を流れる電流値が所定の閾値以上の値になった時点における交流電源の電圧値と同じ電圧値になった時点でスイッチング動作を再開させることで、スイッチング制御部に閾値以上の電流値が流れることなく光源に点灯電力を供給することができ、光源をより早く温めることができる。

本発明の実施の形態にかかる調光用点灯装置を示す概略回路図である。 同制御システムにおける回路内の電圧値を示すグラフであり、（ａ）は交流電源の供給電圧、（ｂ）はスイッチング制御部における制御電圧、（ｃ）はトランジスタの出力電圧、（ｄ）は光源に供給される点灯電圧を表している。 同制御システムの要部を示す概略ブロック図である 同制御システムを用いて光源を点灯させる際の電流値及び電圧値を示すグラフであり、（ａ）は交流電源の供給電圧値、（ｂ）はスイッチング制御部における制御電圧値、（ｃ）はトランジスタを流れる電流値、（ｄ）は他の例によるトランジスタを流れる電流値を示している。 （ａ）は、従来の調光用点灯装置における交流電圧の電圧値を示すグラフであり、（ｂ）は交流電圧を印加した際に光源及びＩＧＢＴを流れる電流値を示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態にかかる調光用点灯装置について、図１〜図４に基づいて説明を行う。

図１に示すとおり、本実施の形態の調光用点灯装置Ａは、商用電源からなる交流電源５と白熱電球からなる光源６とを接続する電源経路に挿入されたトランジスタ１（１ａ、１ｂ）と、トランジスタ１をオン／オフ制御するスイッチング制御部２と、コイルＬ１、Ｌ２及びコンデンサＣを用いたフィルタ回路からなり、トランジスタ１によりスイッチングされた電圧を平滑化する平滑部３と、例えばカレントトランスなどからなる既知の電流測定回路であり、トランジスタ１ａとコイルＬ１との間に流れる電流値Ｉ１を測定する電流値測定部４とを備える。

また、調光用点灯装置Ａは、光源６の調光レベルを調整するための既知の技術からなる操作部８及び設定部７を備え、使用者が操作部８を操作することで設定部７に調光レベル値が保持される。

トランジスタ１ａ、１ｂはそれぞれ、例えばｎチャンネルＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなり、コレクタは交流電源５に、エミッタは平滑部３の入力端に接続される。また、トランジスタ１のゲート側の端子は、スイッチング制御部２に接続され、スイッチング制御部２からの制御電圧に基づいて、交流電源５からの正弦波交流をスイッチングして平滑部３に出力する。また、トランジスタ１ａ、１ｂのコレクタ・エミッタ間には、それぞれ逆方向の電流を流すフライホイールダイオードＤが接続されている。

スイッチング制御部２は、設定部７と接続され、交流電源５からの電力を動作電力として動作し、交流電源５よりも高い周波数に設定された矩形波の制御電圧（図２（ｂ）を参照）を、各トランジスタ１のゲートに印加してトランジスタ１をスイッチングさせている。なお、図２（ｂ）に示す制御電圧のオン期間とオフ期間との比率を示すオンデューティは、点灯を行う光源６の動作電圧、交流電源５の有効電圧、および、設定部７が保持する調光レベル値によって決定され、オンデューティを変化させることで光源６への供給電力が制御される。

ここで、トランジスタ１ａ、１ｂは、スイッチング制御部２から出力される矩形波の制御電圧を受けて、交流電源５から出力された正弦波状の交流電圧（図２（ａ）を参照）をオン／オフして、図２（ｃ）に示す電圧を平滑部３に出力する。また、平滑部３がこの出力電圧を図２（ｄ）に示すような正弦波状の交流電圧に平滑化して、光源６の点灯電力として出力される。

またスイッチング制御部２には、トランジスタ１の耐久電流値よりも低い電流値に設定された閾値Ｉｔｈが設けられ、閾値Ｉｔｈ及び電流値測定部４からの電流値を示す信号電圧をコンパレータ２１を用いて比較し、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ未満であれば、コンパレータ２１の出力はＬレベル、閾値Ｉｔｈ以上であればコンパレータ２１の出力はＨレベルとなる。またスイッチング制御部２は、この比較結果を示す電圧に基づいて、トランジスタ１のスイッチング動作を制御する制御部２２を有し、制御部２２に上述した比較結果の電圧がＬレベルになるとトランジスタ１のスイッチング動作が停止される。その後、例えばトランジスタ１にスイッチング動作をさせるための制御電圧の周期時間が経過すると、再度トランジスタ１のスイッチング動作を開始させ、光源６への点灯電力を供給させる。

これにより、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ未満の場合には、トランジスタ１及び平滑部３を介して正弦波交流が光源６に供給されるので、光源６や交流電源５へのストレスを低減することができ、また、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈ以上の場合には、トランジスタ１に大きな電流が流れて過大なストレスが加わること抑制することができる。

ここで、光源６が冷えている場合における光源６の点灯開始時の動作について、図４に示すグラフを用いて説明を行う。まず、スイッチング制御部２がトランジスタ１によるスイッチング動作を開始する（図４のｔ０）。このとき、電流値測定部４で測定されるトランジスタ１の電流値Ｉ１は、上述したように急激に増加するが、電流値Ｉ１の絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きな値になると（図４のｔ１）、スイッチング制御部２がスイッチング動作を停止させるので、トランジスタ１を流れる電流値Ｉ１は徐々に減少する。

その後、トランジスタ１にスイッチング動作をさせるための制御電圧の周期時間（図４（ｂ）を参照）が経過すると（図４のｔ２）、スイッチング制御部２が再度トランジスタ１によるスイッチング動作を開始させる。このとき、光源６がまだ温まっていない場合には、電流値Ｉ１が急激に上昇して閾値Ｉｔｈよりも大きな値になるので（図４のｔ３）、スイッチング制御部２がトランジスタ１によるスイッチング動作を停止させる。この動作が複数回繰り返すことで（図４のｔ４、ｔ５）光源６は徐々に温められ、その後ｔ６において、スイッチング制御部２がトランジスタ１によるスイッチング動作を開始させた際には、電流値Ｉ１が急激に上昇することなく閾値Ｉｔｈ未満の値となる（図４（ｃ）を参照）。これにより、スイッチング動作２はトランジスタ１によるスイッチング動作を継続させて、光源６は継続して点灯する。

このようにして、冷えた状態の光源６であっても、閾値Ｉｔｈよりも大きな電流がトランジスタ１を流れることはなく、トランジスタ１に過大なストレスが加わることを防ぐとともに、トライアックによる調光制御に比べて、交流電源５や光源６にかかるストレスを低減した調光用点灯装置を提供することができる。

なお、スイッチング制御部２は、電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ以上となってトランジスタ１によるスイッチング動作を停止させた後、制御電圧の次の周期でスイッチング動作を開始させているが、スイッチング動作を停止させた時点（図４のｔ１）における交流電源５の電圧値Ｖ１として（図４（ａ）を参照）、交流電源５の電圧値が同半周期内において電圧値Ｖ１と同じ値になった時点で（図４のｔ７）、トランジスタ１によるスイッチング動作を再開させるようにしてもよい（図４（ｄ）を参照）。このようにすると、電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ以上となるのは交流電源５の電源周期の半周期における電圧上昇時であり、再度、電圧が等しくなる際は電圧下降時であるので、スイッチング動作を再開させても、電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ以上となることは無く、交流電源５の電源周期内で光源６に電流が流れる回数が増やすことができ、光源６を早く温めることができる。また、トランジスタ１を流れる電流値が急激に上昇して電流値Ｉ１が閾値Ｉｔｈ以上になることを防ぐことができ、トランジスタ１、交流電源５、及び、光源６へのストレスを低減することができる。

なお、本実施の形態では、トランジスタ１としてｎチャンネルＩＧＢＴを使用しているが、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。

Ａ 調光用点灯装置
１ａ、１ｂ トランジスタ
２ スイッチング制御部
３ 平滑部
４ 電流値測定部
５ 交流電源
６ 光源

Claims (2)

1. 交流電源と光源とを接続する電源経路に挿入され、交流電源からの正弦波交流をスイッチングするトランジスタと、
   前記トランジスタをオン／オフ制御するスイッチング制御部と、
   前記トランジスタによりスイッチングされた電圧を平滑化した交流電圧を前記光源に出力する平滑部と、
   前記トランジスタの出力電流値を測定する電流値測定部とを備え、
   前記出力電流値が所定の閾値を超えると、前記スイッチング制御部はスイッチング動作を停止させ、前記スイッチング動作を停止後、前記交流電源からの供給電圧と同じ半周期内で所定の時間が経過すると前記スイッチング制御部によるスイッチング動作を再開させる
   ことを特徴とする調光用点灯装置。
2. 前記スイッチング制御部は、前記スイッチング動作を停止後、前記交流電源からの供給電圧と同じ半周期内で、前記供給電圧がスイッチング動作を停止させた時点における供給電圧と等しくなった時に、スイッチング動作を再開させる
   ことを特徴とする請求項１記載の調光用点灯装置。

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