JP5967513B2

JP5967513B2 - 調光器

Info

Publication number: JP5967513B2
Application number: JP2011153877A
Authority: JP
Inventors: 村上　善宣; 善宣村上; 光治中川原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: JP2013020839A; CN102883500B; EP2547172A3; EP2547172B1; CN102883500A; EP2547172A2

Description

本発明は、位相制御により光源を調光点灯する調光器に関する。

従来から、ＡＣ電源と、これをオン／オフ制御する３極双方向サイリスタであるトライアックを電気的に接続し、トライアックのオン／オフ制御により発光ダイオードランプの点灯をオン／オフ制御するものが知られており、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の従来例は、交流電源をオン／オフ制御するトライアックからの交流を直流に整流するダイオードブリッジ回路と、このブリッジ回路からの直流により点灯される発光ダイオードランプとを有している。

特開平５−６６７１８号公報

ところで、上述のようにトライアックのオン／オフ制御により、外部電源から光源に供給される電源電圧の導通角を位相制御するものでは、トライアックをターンオンさせるためにトリガ信号をトライアックのゲート端子に一定周期毎に入力する必要がある。そして、このトリガ信号を出力する周期は、外部電源の電源電圧の周期に合わせる必要がある。このため、外部電源の電源電圧を監視し、所定の電圧値に達すると同期信号を立ち上げ、この同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいてトリガ信号を出力することが従来行われていた。具体的には、図３（ａ）に示すように、同期信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔ１が経過するとトリガ信号を出力する。このように同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいてトリガ信号を出力することで、トリガ信号を出力する周期を外部電源の電源電圧の周期に合わせることができる。

しかしながら、図３（ｂ）に示すように、瞬時停電により外部電源の電源電圧が変動した場合、外部電源の電源電圧が所定の電圧値に達するタイミングが通常時とは異なるため、同期信号の立ち上がりのタイミングが通常時と異なってしまう。この場合、トリガ信号の出力タイミングも通常時とは異なってしまう。そして、トリガ信号の出力タイミング如何によっては、外部電源の電源電圧がゼロクロスしてもトライアックが非導通状態に切り替えられず（ターンオフせず）、電源電圧の次の半周期においてトライアックのターンオン状態が継続する虞があった。このように瞬時停電により外部電源の電源電圧が変動した場合、トリガ信号の出力タイミングが通常時と異なるためにトライアックが適切にオン／オフ制御されず、予期せぬ調光が行われて光源にチラツキが生じるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、瞬時停電により外部電源の電源電圧が変動した場合における光源のチラツキを防止することのできる調光器を提供することを目的とする。

本発明の調光器は、固体発光素子を光源とする照明器具及び外部電源と直列に接続されるスイッチング素子と、前記外部電源の電源電圧が所定の電圧値に達すると同期信号を出力する位相検出回路と、前記スイッチング素子を入／切させて前記外部電源から前記照明器具に供給される電源電圧の導通角を変化させるトリガ信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記同期信号の立ち上がりに基づいて前記トリガ信号を生成し、前記同期信号の立ち上がりの間隔が基準範囲から外れると前記トリガ信号の生成を停止し、前記同期信号の立ち上がりの間隔が前記基準範囲内に戻ると前記トリガ信号の生成を再開し、前記基準範囲は、通常時における前記同期信号の立ち上がりの間隔を中央値として±２ｍｓ以下に設定されることを特徴とする。

本発明は、瞬時停電により外部電源の電源電圧が変動した場合における光源のチラツキを防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る調光器の実施形態を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は動作を説明するための波形図である。同上の調光器における照明器具の概略図である。従来の調光器における課題を説明するための動作波形図で、（ａ）は通常時の図で、（ｂ）は瞬時停電により外部電源の電源電圧が変動した場合の図である。

以下、本発明に係る調光器の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の調光器２は、図１（ａ）に示すように、商用電源（外部電源）ＡＣ１から光源部１０を有する照明器具１に供給される電源電圧の導通角を、位相制御により変化させるものである。

照明器具１は、図２に示すように、直列に接続した複数の固体発光素子である発光ダイオード１０Ａ、及び電流制限用の抵抗Ｒ１を備える光源部１０と、光源部１０に直列に接続されて光源部１０への給電をオン／オフする調光スイッチ部１１とを備える。また、照明器具１は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を整流する整流部１２と、整流部１２の出力を平滑化して光源部１０に出力する平滑部１３と、整流部１２の出力電圧を検出する電圧検出部１４とを備える。更に、照明器具１は、電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて導通角を検出し、この導通角に基づくデューティ比で調光スイッチ部１１のオン／オフを切り替えることにより光源部１０を調光する調光制御部１５を備える。

整流部１２は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を全波整流するダイオードブリッジから成る。平滑部１３は、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ１を介して整流部１２の出力端間に接続される平滑コンデンサＣ１とから成る。電圧検出部１４は、整流部１２の出力端間に接続される抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路から成る。したがって、電圧検出部１４では、整流部１２の出力電圧が抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧され、抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点における電位に基づいて調光制御部１５が導通角を検出するようになっている。

調光器２は、図１（ａ）に示すように、入力端に接続されて雑音防止用のフィルタを構成するコンデンサＣ２及びインダクタＬ１と、自己保持機能を有する双方向スイッチング素子であるトライアックＱ１（スイッチング素子）とを備える。このトライアックＱ１が導通状態にある（ターンオンしている）とき、商用電源ＡＣ１から照明器具１へ交流電力が供給されるようになっている。また、調光器２は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧をダイオードＤ２を介して平滑化する平滑コンデンサＣ３を備える。更に、調光器２は、平滑コンデンサＣ３からの出力電圧を定電圧に変換する電源ＩＣ２０を備える。電源ＩＣ２０は、スイッチング電源であって、そのグラウンド端子にはダイオードＤ３が接続されている。

電源ＩＣ２０の出力端には、インダクタＬ２、コンデンサＣ４、ダイオードＤ４から成る閉回路が接続されている。この閉回路は、インダクタＬ２を流れる回生電流によりコンデンサＣ４を充電することで、トライアックＱ１のゲート端子の電位を他の２つの主端子の電位に対して低電位にする。すなわち、コンデンサＣ４がトライアックＱ１の導通／非導通を制御するために必要な制御電源となる。

トライアックＱ１の出力端には、ダイオードＤ５を介して位相検出回路２１が接続されている。位相検出回路２１は、商用電源ＡＣ１から供給される電源電圧の位相に基づいて同期信号を生成し、後述する制御回路２２に出力する。本実施形態では、位相検出回路２１は、図１（ｂ）に示すように、商用電源ＡＣ１の電源電圧と所定の電圧値Ｖ１とを比較し、商用電源ＡＣ１の電源電圧が当該電圧値Ｖ１を上回ると同期信号を立ち上げる。この同期信号は、商用電源ＡＣ１の電源電圧が所定の電圧値Ｖ１を下回ると立ち下がる。なお、図１（ｂ）において、破線は商用電源ＡＣ１の電源電圧を示している。

ここで、位相検出回路２１の入力電圧は、商用電源ＡＣ１の電源電圧を半波整流したものであるため、位相検出回路２１では、商用電源ＡＣ１の電源電圧の１周期に１回ずつ電源電圧が所定の電圧値Ｖ１を上回るのを検出する。すなわち、本実施形態の位相検出回路２１は、商用電源ＡＣ１の電源電圧の１周期に１回のみ同期信号を出力する。

トライアックＱ１のゲート端子には、スイッチング素子Ｑ２が接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ｎｐｎ型トランジスタであって、コレクタ端子にトライアックＱ１のゲート端子が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子にはコンデンサＣ４が接続されており、ベース端子には制御回路２２が接続されている。

制御回路２２は、位相検出回路２１から与えられる同期信号、及び調光器２の操作部（図示せず）から与えられる調光信号に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えるトリガ信号を生成する（図１（ｂ）参照）。トリガ信号を生成するタイミングは、同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいて決定される。本実施形態では、同期信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔ１が経過すると１つ目のトリガ信号が生成されて立ち上がるようになっている。また、１つ目のトリガ信号が生成されてから商用電源ＡＣ１の電源電圧の半周期後に２つ目のトリガ信号が生成されて立ち上がるようになっている。すなわち、本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源電圧の周期毎に、１つの同期信号から２つのトリガ信号を生成するようになっている。

このトリガ信号はスイッチング素子Ｑ２のベース端子に入力される。そして、トリガ信号がハイレベルのときにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１のゲート端子の電位が他の２つの主端子の電位に対して低電位となることで、ゲート端子に電流が流れてトライアックＱ１が導通状態となる。

なお、トリガ信号の立ち上がりのタイミング、すなわち所定時間Ｔ１は、調光器２の操作部から送られる調光信号によって変化する。例えば、調光率が大きい場合には、所定時間Ｔ１を短くすることでトリガ信号のパルス幅を大きくし、調光率が小さい場合には、所定時間Ｔ１を長くすることでトリガ信号のパルス幅を小さくする。これにより、照明器具１に印加される電源電圧の導通期間が変化するため、光源部１０の調光を行うことができる。

また、制御回路２２は、入力される同期信号の立ち上がりの間隔を監視している。ここで、同期信号の立ち上がりの間隔とは、前回の同期信号の立ち上がりから今回の同期信号の立ち上がりまでに要する時間である。この同期信号の立ち上がりの間隔は、通常時においては商用電源ＡＣ１の電源電圧の周期とほぼ一致する。本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源周波数が５０Ｈｚであるので、同期信号の立ち上がりの間隔の基準値Ｔ２を、１／５０＝２０ｍｓに設定している。この同期信号の立ち上がりの間隔が予め設定された基準範囲から外れると、制御回路２２はトリガ信号の生成を停止する。本実施形態では、基準範囲を、基準値Ｔ２を中央値として±０．８ｍｓに設定している。したがって、例えば同期信号の立ち上がりの間隔が２１ｍｓや１９ｍｓであれば、制御回路２２はトリガ信号の生成を停止する。

以下、本実施形態の動作について図１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。まず、位相検出回路２１が、商用電源ＡＣ１の電源電圧を検出して同期信号を生成し、制御回路２２に出力する。制御回路２２は、入力される同期信号の立ち上がりに基づいてトリガ信号を生成し、スイッチング素子Ｑ２のベース端子に出力する。したがって、トリガ信号の立ち上がりとともにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１が導通状態となる（ターンオンする）。これにより、商用電源ＡＣ１の電源電圧が照明器具１に印加される。

その後、トリガ信号が立ち下がると、スイッチング素子Ｑ２がオフに切り替わることでトライアックＱ１のゲート端子に電流が流れなくなる。トライアックＱ１は、一定以上の保持電流が流れている間は導通状態を維持するため、トリガ信号の立ち下がり後も暫くは照明器具１に商用電源ＡＣ１の電源電圧が印加され続ける。そして、商用電源ＡＣ１の電源電圧がゼロクロスに達すると、トライアックＱ１を流れる保持電流が一定以下となり、トライアックＱ１が非導通状態に切り替わる（ターンオフする）。これにより、照明器具１への商用電源ＡＣ１の電源電圧の印加が停止する。

照明器具１では、調光制御部１５が電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて導通角を検出する。そして、調光制御部１５は、検出した導通角に基づくデューティ比で調光スイッチ部１１のオン／オフを切り替えることにより、光源部１０を調光する。

ここで、図１（ｂ）に示すように、瞬時停電により商用電源ＡＣ１の電源電圧が変動し、商用電源ＡＣ１の出力が一定期間停止したものと仮定する。この場合、通常時の同期信号の立ち上がりのタイミングでは同期信号は立ち上がらず、商用電源ＡＣ１の出力が復帰した時点で同期信号が立ち上がる。したがって、瞬時停電が発生した後の同期信号の立ち上がりのタイミングは、通常時の同期信号の立ち上がりのタイミングからずれる。

制御回路２２では、瞬時停電が発生する前の同期信号の立ち上がりから、今回の瞬時停電が発生した後の同期信号の立ち上がりまでの間隔を監視し、当該間隔が基準範囲から外れていると判定することで、トリガ信号の生成を停止する。本実施形態では、上記の同期信号の立ち上がりのずれが±０．８ｍｓを超えているため、制御回路２２がトリガ信号の生成を停止する。すなわち、瞬時停電が発生すると、調光器２は照明器具１の調光を一時的に停止する。そして、制御回路２２は、同期信号の立ち上がりの間隔が基準範囲内に戻ったと判定すると、トリガ信号を生成し、調光器２による照明器具１の調光を再開させる。

上述のように、本実施形態では、瞬時停電により商用電源ＡＣ１の電源電圧が変動し、同期信号の立ち上がりの間隔が基準範囲を外れた場合には、制御回路２２がトリガ信号の生成を停止し、調光器２による照明器具１の調光を一時的に停止する。これにより、本実施形態では、瞬時停電の発生後に予期せぬ調光が行われることがなく、瞬時停電により商用電源ＡＣ１の電源電圧が変動した場合における光源部１０のチラツキを防止することができる。

なお、本実施形態では、同期信号の立ち上がりの間隔の基準範囲を、上述のように基準値Ｔ２を中央値とした±０．８ｍｓに設定しているが、これに限定される必要はなく、他の値であってもよい。望ましくは、同期信号の立ち上がりの間隔の基準範囲は、基準値Ｔ２を中央値とした±２ｍｓ以下に設定するのがよい。

また、本実施形態では、外部電源から照明器具に供給される電源電圧を入／切するスイッチング素子としてトライアックＱ１を用いているが、例えばＦＥＴ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。

１照明器具
２調光器
２１位相検出回路
２２制御回路
ＡＣ１商用電源（外部電源）
Ｑ１トライアック（スイッチング素子）

Claims

固体発光素子を光源とする照明器具及び外部電源と直列に接続されるスイッチング素子と、前記外部電源の電源電圧が所定の電圧値に達すると同期信号を出力する位相検出回路と、前記スイッチング素子を入／切させて前記外部電源から前記照明器具に供給される電源電圧の導通角を変化させるトリガ信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記同期信号の立ち上がりに基づいて前記トリガ信号を生成し、前記同期信号の立ち上がりの間隔が基準範囲から外れると前記トリガ信号の生成を停止し、前記同期信号の立ち上がりの間隔が前記基準範囲内に戻ると前記トリガ信号の生成を再開し、
前記基準範囲は、通常時における前記同期信号の立ち上がりの間隔を中央値として±２ｍｓ以下に設定されることを特徴とする調光器。