JP5968974B2 - 調光制御回路調光方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、広くは、ランプの調光制御(dimming control)に関し、とりわけ、ランプを調光する方法及びシステムに関する。

電子バラストは、エネルギ効率及び遠隔調光制御等の多様な照明制御のニーズに対処するためサブシステムが加えられてより高性能になっている。斯かるサブシステムは、複雑さを増大させるとともに、高品質及び限定されたフォームファクタを要しながら多くの電子機器を電子バラストに加える。サブシステムは、電力用のメインボードに繋がる別体のドーターボードにあることが多い。ドーターボードの大部分は、バラストの製造を難しくし、望ましくないほど大きなドーターボードの外形(profile)をもたらし、コストを増大させ、機械的な接続不良に起因して品質を低下させる。

調光可能な電子バラストの分野において、調光制御サブシステムでよく行われていることは、メインボードのハーフブリッジ回路の高電圧の整流出力から電力をタップすることである。そのような高電力源から電力を引き出すことは、メインボードからのノイズを含む経路(noisy path)を渡ることになるだけでなく、クリーンな低電圧のＤＣ信号を供給するため重量のある変圧器及びノイズフィルタリング回路を含むことを必要とする。要約すると、現行の調光可能な電子バラストは、多くの部品、メインボードへの望ましくないパワーコネクション、大きなドーターボードの外形、乏しい製造可能性、及び高い生産コストを持つ。

上述の不利な点を解消する調光制御回路調光方法及びシステム(dim control circuit dimming method and system)を提供することが望ましいであろう。

本発明の一態様は、第１の端子及び第２の端子を持つディマースイッチ入力部(dimmer switch input)、電源、電流リミッタ並びにカプラを含む、電子バラストランプ調光制御回路(electronic ballast lamp dim control circuit)を提供する。電源、電流リミッタ及びカプラは、第１の端子及び第２の端子間で直列に接続され、カプラは、第１の端子及び第２の端子が電気的に接続された場合ランプ調光制御信号(lamp dim control signal)を生成する。

本発明の他の態様は、直列に接続されたディマースイッチ入力部、電源、電流リミッタ及びカプラを持つランプ調光制御回路(lamp dim control circuit)を備える工程、ディマー入力部が閉じられた場合調光制御回路にループ電流を生成する工程、及びループ電流に応じてカプラにおいてランプ調光制御信号を生成する工程を有する、電子バラストランプ調光制御方法(electronic ballast lamp dimming control method)を提供する。

本発明の他の態様は、調光信号(dimming signal)を受信する手段、電力を供給する手段及びカップリング手段(means for coupling)を含むランプ調光制御システム(lamp dimming control system)を提供する。受信手段、電力供給手段及びカップリング手段は、直列に接続される。電力供給手段は、ディマー入力部が閉じられた場合カップリング手段にループ電流を生成し、カップリング手段は、ループ電流に応じてランプ調光制御信号を生成する。

本発明の上述した及びその他の特徴及び利点は、添付図面と併せて読まれる、目下好ましい実施例の下記詳細な説明からさらに明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するものではなく単に例示するものであり、本発明の範囲は、添付請求項及びその均等物により規定される。

図１は、本発明に従って作られた調光可能な電子バラストを備える照明システムのブロック図である。 図２は、本発明に従って作られた調光バラスト調光制御回路を備える調光可能な電子バラストのブロック図である。 図３は、本発明に従って作られた調光バラスト調光制御回路の概略図である。

図１は、本発明に従って作られた調光可能な電子バラストを備える照明システムのブロック図である。ディマースイッチ１０２は、調光信号(dim signal)１０６を電子バラスト１００に供給する。電子バラスト１００は、調光信号１０６に応じて光出力信号１０８をランプ１０４に供給する。一実施例において、ディマースイッチ１０２は、所望の調光レベルが、接点が開いている又は閉じられている相対的時間をサンプリングすることにより決定されるように交互に開閉される接点を備える。代替的な実施例において、ディマースイッチ１０２は、同時に開いている及び閉じられている時間の合計が一定であるように交互に開閉される接点を備え、所望の調光レベルは、接点が開いている又は閉じられている相対的時間をサンプリングすることにより決定される。

図２は、本発明に従って作られた調光バラスト調光制御回路(dimming ballast dim control circuit)を備える調光可能な電子バラストのブロック図である。バラスト１００は、電源電圧入力部１１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２、ハーフブリッジ回路１１６、共振タンク回路１３６、力率補正（ＰＦＣ）回路１１４、ランプコントローラ１１８、及び調光制御回路１４８を含む。本例において、調光制御回路１４８は、変圧器１４４の二次巻線１４６、電流リミッタ１２６、カプラ１２８、並びに第１の端子１５４及び第２の端子１５６を含むディマースイッチ入力部１２０を含む。変圧器１４４は、二次巻線１４６に結合される一次巻線１７８を持ち、ＰＦＣ回路１１４の一部である。

電源電圧入力部１１０は、主電源から電源電圧を受け、該電源電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ１１２に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２は、電源電圧をＤＣ電圧に変換する。ＰＦＣ回路１１４は、ハーフブリッジ回路１１６において所望のＤＣバス電圧を確立するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の出力を切換える。ランプコントローラ１１８は、共振タンク回路１３６からランプ１０４への光出力信号１０８の高周波ＡＣ電圧を設定するようにハーフブリッジ回路１１６のスイッチングを制御する。

本例において、ランプ調光制御回路１４８は、変圧器１４４の二次巻線１４６においてＰＦＣ回路１１４から回路電力(circuit power)を引き出す。電源１２４は、変圧器１４４の二次巻線１４６である。第１の端子１５４及び第２の端子１５６が電気的に接続された場合、即ち、ディマースイッチの接点が閉じられた場合、電源１２４により駆動されるループ電流１３０が、電流リミッタ１２６及びカプラ１２８を流れる。カプラ１２８は、ループ電流１３０に応じてランプコントローラ１１８に供給されるランプ調光制御信号１３２を生成する。

当業者は、ランプ調光制御回路１４８が所望のとおり特定のアプリケーション向けに設計され得ることを理解するであろう。カプラ１２８は、ループ電流に応じてランプ調光制御信号を生成することができ且つランプコントローラ１１８からディマースイッチ１０２を切り離す(isolate)ことができる任意の光学的、容量性又は誘導性カップリングデバイスである。一実施例において、カプラ１２８は、オプトカプラ(optocoupler)である。代替的な実施例において、カプラ１２８は、シリアルデータバッファリングを備える集積回路装置、リピータ又はＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)である。電源１２４は、第１の端子１５４及び第２の端子１５６が電気的に接続された場合ループ電流１３０を生成することができる任意の電源である。一実施例において、電源１２４は、ＰＦＣ回路１１４に含まれる変圧器１４４の二次巻線１４６である。代替的な実施例において、電源１２４はバッテリである。他の代替的な実施例において、電源１２４は、電子バラストスタンバイＤＣ電源等の、電子バラスト内で独立したＤＣ源である。

動作時、ランプ調光制御回路１４８は、ディマースイッチ１０２の状態を検出し、パーセントのランプ出力に対応するランプ調光制御信号１３２を生成する。ランプ調光制御回路１４８のスパン(span)は、上記パーセントのランプ出力が、例えば５％のランプ出力である下限と例えば１００％のランプ出力である上限との間にあるように設定され得る。一実施例において、ディマースイッチ１０２の状態は、ディマースイッチ１０２が開いている、即ち、第１の端子１５４及び第２の端子１５６を接続していないか、ディマースイッチ１０２が閉じられている、即ち、第１の端子１５４及び第２の端子１５６を接続しているかどうかである。ディマースイッチ１０２は交互に開閉し、ランプ調光制御信号１３２として方形波を生成する。調光レベルは、ランプ調光制御信号１３２がハイ又はローである相対的時間をサンプリングすることによってランプコントローラ１１８により決定される。信号のタイミングは、各サイクルに所与の時間がかかるように設定され得る。例えば、サイクル時間は、ディマースイッチ１０２が１００パーセントのランプ出力のため５．５ミリ秒間閉じられ、２．８ミリ秒間開いているような８．３ミリ秒とすることができる。同様に、ディマースイッチ１０２は、５０パーセントのランプ出力のため４．１５ミリ秒間閉じられ、４．１５ミリ秒間開いていて、５パーセントのランプ出力のため１．８ミリ秒間閉じられ、６．５ミリ秒間開いている。代替的な実施例において、ディマースイッチ１０２の状態は、ディマースイッチ１０２間の抵抗値であり、ループ電流１３０が該抵抗値に応じて変化する。当業者は、ランプ調光制御回路１４８が、特定のアプリケーションに対し所望のとおりランプ調光制御信号を生成するためディマースイッチ１０２の種々の状態を検出するように設計され得ることを理解するであろう。ディマースイッチ１０２は、所望のランプ出力に対応するループ電流のパターン又は振幅を生成し、ランプ調光制御信号１３２を生成するため、閉じるタイミング又は抵抗値を変えることができる。ランプコントローラ１１８は、ランプ調光制御信号１３２のパターン又は振幅に応じてコントローラランプ信号１２２を生成する。

図３は、本発明に従って作られた調光バラスト調光制御回路(dimming ballast dim control circuit)の概略図である。図３において、図２と同様の要素は同様の参照数字を共用している。変圧器１４４の二次巻線１４６は、第１の端子１５４及び第２の端子１５６間で電流リミッタ１２６及びカプラ１２８の入力部と直列に接続されている。第１の端子１５４及び第２の端子１５６が電気的に接続された場合ループ電流１３０が調光制御回路１４８を流れる。カプラ１２８の出力部は、０及び５Ｖ間のランプ調光制御信号１３２を生成するようにローサイドドライバ１５８として構築されている。ループ電流１３０は一方向にしか流れないため本実施例ではＤＣ検知フォトトランジスタ出力オプトカプラが用いられ得るが、本例のカプラ１２８は、ＡＣ検知フォトトランジスタ出力オプトカプラである。

図示された例示の調光制御回路１４８は、回路保護及び信号処理(signal conditioning)のための付加的な光学部品を備える。変圧器１４４の二次巻線１４６間に並列に接続されるツェナーダイオード１６２と共に、変圧器１４４の二次巻線１４６及びカプラ１２８の入力部と直列に接続される抵抗１７６を含むスパイク防止回路１７０により電源１２４におけるスパイクが防止される。変圧器１４４の二次巻線１４６間に並列に接続されるコンデンサ１７２及び抵抗１７４を含むノイズフィルタ１６０によりノイズが制限される。代替的な実施例において、ノイズフィルタは、ノイズフィルタリング集積回路とすることができる。ディマースイッチ入力部１２０間に並列に接続されるツェナーダイオード１６４によりディマースイッチ入力部１２０におけるスパイクが防止される。当業者は、特定のアプリケーションに対し所望に応じて付加的な部品が含められ得る又は省略され得ることを理解するであろう。例えば、ダイオード１６８等の整流ダイオードが、電源１２４からの電力がノイズを含む又はＡＣ成分を含む場合に電源１２４からの電圧を整流するため変圧器１４４の二次巻線１４６及びカプラ１２８の入力部と直列に接続され得る。付加的な抵抗が、ループ電流１３０をさらに制限するため又は個々の抵抗間の電圧降下を分割するため電流リミッタ１２６と直列に接続され得る。

本願明細書に開示された本発明の実施例は目下好ましいと考えられる一方、種々の変形及び修正が本発明の範囲を逸脱することなくなされ得る。当業者は、図１乃至３について述べられた実施例は例示的であり、代替的な回路が特定のアプリケーションに対し所望に応じて用いられ得ることを理解するであろう。本発明の範囲は添付請求項に示されていて、均等物の意味及び範囲に入る全ての変形が添付請求項に含まれるものである。

Claims (12)

1. 電子バラストのランプコントローラにランプ調光制御信号を供給する回路であって、当該回路は、ディマースイッチ、第１の端子及び第２の端子を持つディマースイッチ入力部であって、前記ディマースイッチの接点に機能的に接続されるディマースイッチ入力部、電源、電流リミッタ並びに前記ランプ調光制御信号を生成するカプラを有し、
   前記電源、前記電流リミッタ及び前記カプラは、前記第１の端子及び前記第２の端子間で直列に接続され、
   当該回路は、前記電源として、前記電子バラストに含まれるハーフブリッジ回路における所望のＤＣバス電圧を確立するための電子機器から回路電力を引き出す、回路。
2. 前記カプラはオプトカプラであることを特徴とする請求項１に記載の回路。
3. 前記電源及び前記電流リミッタと直列に接続される整流器をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の回路。
4. 前記電源と並列に接続されるノイズフィルタをさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路。
5. 前記電源と並列に接続されるスパイク防止回路をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回路。
6. 前記ディマースイッチ入力部と並列に接続されるツェナーダイオードをさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路を有する電子バラスト。
8. 前記電子機器として、変圧器を含む力率補正回路をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の電子バラスト。
9. 前記電源は、前記変圧器の二次巻線を有することを特徴とする請求項８に記載の電子バラスト。
10. 前記力率補正回路は、前記ハーフブリッジ回路における所望のＤＣバス電圧を確立し、当該電子バラストはさらに、共振タンク回路、前記ハーフブリッジ回路、及び前記共振タンク回路からランプへの光出力信号の高周波ＡＣ電圧を設定するように前記ハーフブリッジ回路のスイッチングを制御するランプコントローラを有することを特徴とする請求項８または９に記載の電子バラスト。
11. 前記電子バラストが、前記電子機器として、変圧器を含む力率補正回路を有し、前記電源は、前記変圧器の二次巻線を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路。
12. 回路を介して電子バラストのランプコントローラにランプ調光制御信号を供給する工程を有するランプ調光制御方法であって、
    前記回路は、ディマースイッチ、第１の端子及び第２の端子を持つディマースイッチ入力部であって、前記ディマースイッチの接点に機能的に接続されるディマースイッチ入力部、電源、電流リミッタ並びに前記ランプ調光制御信号を生成するカプラを持ち、
    前記電源、前記電流リミッタ及び前記カプラは、前記第１の端子及び前記第２の端子間で直列に接続され、
    当該回路は、前記電源として、前記電子バラストに含まれるハーフブリッジ回路における所望のＤＣバス電圧を確立するための電子機器から回路電力を引き出す、方法。

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