JP6239689B2 - 給電制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、給電分野、特に給電制御システムおよび方法に関する。

交流ランプ応用において、従来の調光モードとしては、サイリスタ調光、無線通信調光およびオンオフ調光の３つの方式を含む。従来の上記調光制御システムはいずれも１つの調光コントローラと１つの調光受信モジュールを備える。

サイリスタ調光方式では、チョッパーにより電気網の実効出力電圧を変更して調光する。オンオフ調光方式では、従来の電力スイッチの切替動作により調光指令を送信する。また、無線通信調光方式では、調光コントローラに無線送信手段を追加し、ランプに無線受信手段を追加することで、伝統的な無線通信プロトコル（ＺｉｇＢｅｅ、ＷＩＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等）にて調光機能を達成する。

その中、サイリスタ調光方式には、ランプの輝度調整の対応可能、線変換の低コスト、およびランプの無段輝度調整可能というメリットがある。そのデメリットとしては、調光の互換性が悪く、異なる調光器の調光効果が相違し、さらに、調光中に電気網へある程度汚染をもたらすことがある。

無線通信調光方式のメリットは、無段調光可能、ネットワーキング可能、単一ランプ制御可能を含む。そのデメリットとしては、制御が複雑で、コストが高くて、制御信号が干渉されやすい。

オンオフ調光方式のメリットとしては、制御が簡単で、コストが安い。そのデメリットとしては、調光中に消灯現象があり、複数セットのランプの同期調光が困難である。
要するに、従来の３つの調光方式には、通常、通信距離が短く、コストが高く、調光互換性が悪いなどのデメリットがある。

従来技術における複数の調光方式の欠点を改良するために、本発明は、
給電電圧により電力を供給する制御対象機器と、
前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更することで、制御信号を生成するための波形制御手段と、
前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御するための電力検知・制御手段と、を備える給電制御システムを提供する。

好ましくは、前記制御対象機器はランプであり、前記制御コマンドは前記ランプのオン、オフ、輝度調整または色温度調整を制御するために用いられる。

好ましくは、前記制御信号はデジタル信号、アナログ信号又は両者の組み合わせである。

好ましくは、前記波形制御手段は、
前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更するための波形変更手段と、
前記波形変更手段で変更された波形を検知して位相信号を生成するための位相回路と、
前記位相信号に基づいて前記給電電圧の波形を変更することで制御信号を生成するための第１の制御手段と、を備える。

好ましくは、前記位相回路は、波形が変更された給電電圧に対してそれぞれサンプリング、ゼロクロス判定を行うことで、前記位相信号を生成するサンプリング回路およびゼロクロス判定回路を備える。

好ましくは、前記波形変更手段は、その開閉動作によって前記給電電圧の波形を変更する半導体スイッチである。

好ましくは、前記半導体スイッチはＭＯＳ素子又はＩＧＢＴ素子である。

好ましくは、前記電力検知・制御手段は、
前記制御信号の波形を受信し検出するための波形検出手段と、
検出された制御信号の波形と所定のプロトコルとを比較するための波形処理手段と、
前記比較結果に基づいて前記制御コマンドを生成するための第２の制御手段と、を備える。

好ましくは、前記制御信号の波形は正弦波であり、前記波形検出手段は前記正弦波を方形波に変換して前記波形処理手段に伝送する。

好ましくは、前記所定プロトコルは波形の時間間隔で表される。

好ましくは、前記制御コマンドは共通電圧信号又はＰＷＭ信号である。

本発明は、さらに、
給電電圧が制御対象機器に電力を供給するとともに、波形制御手段が前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更することで、制御信号を生成するステップと、
電力検知・制御手段が前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御するステップと、含む給電制御方法を提供する。

本発明の給電制御システムは、制御対象機器、波形制御手段および電力検知・制御手段を備え、給電電圧により制御対象機器に電力を供給するとともに、波形制御手段によって波形が変更されて制御信号が生成され、電力検知・制御手段が前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御する。上記給電制御システムによれば、本発明は、知能調光システムとして点灯、消灯、調光および色温度調整を実現することができる給電制御方法をさらに提供する。本発明の技術案は、知能ランプシステムの遠隔制御要求を満たし、安定性を向上させ、コストを低減させ、良好な経済効果を奏し、物的消費が低下するとともに環境保護にも役立つ。

本発明の一実施例に係る給電制御システムの構成模式図である。 本発明の一実施例に係る給電制御システムにおける波形制御手段の構成模式図である。 本発明の一実施例に係る給電制御システムにおける電力検知・制御手段の構成模式図である。 本発明の一実施例に係る給電制御システムにおける波形制御手段が正弦波の一周期内の上半軸波形又は下半軸波形を除去した波形図である。 本発明の一実施例に係る給電制御システムにおける波形検出手段が、半軸波形が除去された正弦波を方形波に変換した波形図である。 本発明の一実施例に係る給電制御システムにおける異なる制御コマンドの波形図である。 本発明の一実施例による給電制御方法のフローチャートである。

以下、図面および具体的な実施例を併せて本発明をさらに詳しく説明する。下記の説明および特許請求の範囲によれば、本発明のメリットおよび特徴はさらに明瞭となる。説明すべきことは、図面についてともに非常に簡易な形式で非精密の比率を用い、本発明実施例の目的を易く明確に補足説明するのに過ぎない。

図１に示すように、本発明は、
給電電圧により電力を供給する制御対象機器１０と、
前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更することで、制御信号を生成するための波形制御手段３０と、
前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器１０を制御するための電力検知・制御手段２０と、を備える給電制御システムを提供する。

本実施例では、前記波形制御手段３０には給電電圧を供給するための給電モジュール１００が接続される。波形制御手段３０は接続電力検知・制御手段２０に接続され、電力検知・制御手段２０は制御対象機器１０に接続される。この構造では、給電電圧波形制御手段３０および電力検知・制御手段２０を通過した後、前記制御対象機器１０に電力を供給するとともに、給電電圧は波形制御手段３０を介して波形が変更されて制御信号が生成され、電力検知・制御手段２０で前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて制御前記制御対象機器１０を制御する。

好ましい方案では、制御対象機器１０は具体的にランプであり、前記制御コマンドは前記ランプのオン、オフ、輝度調整や色温度調整を制御するために用いられる。電力検知・制御手段２０と制御対象機器１０とは一つの構造に統合され、制御可能ランプ構造を形成する。図１に示すように、本実施例において上記制御可能ランプ構造が複数あり、ともに波形制御手段３０に接続される。

交流給電のランプシステムでは、給電モジュール１００は通常動作電圧２２０Ｖａｃの正弦波を供給することができる。制御対象機器１０(ランプ)がエネルギー蓄積装置を用いて電力駆動を行うことが多いため、給電電圧が一定程度の変動（例えば±２０%）であっても正常に動作することができる。２２０Ｖａｃの正弦波が１０ｍＳの半波をロスしても機器の正常動作に影響を与えない。

波形制御手段３０は、前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更する波形変更手段と、前記波形変更手段で変更された波形を検知して位相信号を生成する位相回路と、前記位相信号に基づいて前記給電電圧の波形を変更することで制御信号を生成する第１の制御手段と、を備える。

好ましい波形制御手段３０は、内部構造図が図２に示すように、本実施例では、前記第１の制御手段がＭＣＵ３６である。波形制御手段３０（元のスイッチパネル位置）の波形変更手段は、半導体スイッチ（Ｑトランジスタ３１）であり、Ｑトランジスタ３１の開閉動作によって前記給電電圧の波形を変更する。好ましくは、前記Ｑトランジスタ３１はＭＯＳ素子又はＩＧＢＴ素子である。位相回路は、波形が変更された給電電圧に対してそれぞれサンプリング、ゼロクロス判定を行うことで、前記位相信号を生成するサンプリング回路およびゼロクロス判定回路を備える。具体的な方法としては、Ｑトランジスタ３１の動作を制御することで、波形制御手段３０を通過した給電電圧に対して波形変換する。波形制御手段３０内の位相回路は給電電圧波形を同期に検知し、給電電圧のクロスゼロ点を捉えるとともに、ＭＣＵ３６はキー回路３７の信号を検知し、キー回路３７の処理コマンドを待つ。

波形制御手段３０は、上記Ｑトランジスタ３１、サンプリング回路３２、ゼロクロス判定回路３３のほかに、前記Ｑトランジスタ３１とＭＣＵ３６の間に接続され、前記Ｑトランジスタ３１を駆動するための駆動回路３４と、前記ＭＣＵ３６に給電するための補助電源３５と、を更に備える。

図３に示すように、給電制御システムの電力検知・制御手段２０は、前記制御信号の波形を受信し検出するための波形検出手段２１と、検出された制御信号の波形と所定のプロトコルとを比較する波形処理手段２２と、前記比較結果に基づいて前記制御コマンドを生成する第２の制御手段と、を備える。本実施例では、電力検知・制御手段２０の第２の制御手段はＭＣＵ２３であり、電力検知・制御手段２０は、前記ＭＣＵ２３に給電するための補助電源２４を更に備える。好ましくは、前記ＭＣＵ２３の出力した制御コマンドは共通電圧信号又はＰＷＭ信号であるが、本実施例においては０Ｖ〜１０Ｖ調光制御信号又はＰＷＭ調光制御信号である。

本実施例では、前記波形制御手段３０の出力した制御信号の波形は正弦波であり、前記波形検出手段２１は前記正弦波を方形波に変換し前記波形処理手段２２に伝送する。具体的には、電力検知・制御手段２０のコマンド処理時に、波形制御手段３０のＭＣＵ３６は、位相回路の信号に基づいて、給電電圧の正弦波から正弦波の一周期内（周波数５０ｈｚ、周期２０ｍＳ）の上半軸波形又は下半軸波形（１０ｍＳ）を除去する。図４に示すように、半軸波形が除去された正弦波は、交流給電線によってランプ側の電力検知・制御手段２０まで伝送され、電力検知・制御手段２０内の波形検出回路２１は、正弦波の上半軸及び下半軸に対して検出を行う。波形変換されていない場合には、電力線は完全な正弦波形を伝送し、波形検出回路２１が出力するものは２０ｍＳの完全な方形波である。半軸ロスの波形は波形検出回路２１によって検出されると、波形検出手段２１は前記半軸ロスの正弦波を方形波に変換し前記波形処理手段２２に伝送し、図５に示すように、回路から出力したものは方形波となる。同時に、この波形は、制御コマンドとして電力検知・制御手段２０のＭＣＵ２３に送信される。

電力検知・制御手段２０は、給電電圧をリアルタイムに検知する手段を介して、給電線路波形の変化状況を波形検出手段２１の半波検出回路を通過させて方形波ロスの変化が得られて、制御信号波形を出力するとともに、検出された制御信号波形と所定のプロトコルとを波形処理手段２２で比較し、給電線路における制御コマンドの内容を解析して、共通信号、例えば０〜１０Ｖ（例えば０Ｖの場合は消灯コマンド、１０Ｖの場合は点灯コマンドである）、又はＰＷＭ（例えばデューティ比０の場合は消灯コマンド、デューティ比１００%の場合は点灯コマンドである）信号に変換することで、制御コマンドを生成するとともに、点灯、消灯、調光や色温度調整のコマンドを実行させて、点灯、消灯、調光及び色温度調整の遠隔制御を実現する。

好ましくは、図６に示すように、１００ｍｓの時間間隔を制御コマンドとしてもよく、他の時間間隔を他の制御コマンドとしてもよく、例えば１００ｍｓの時間間隔を点灯コマンドとし、２００ｍｓの時間間隔を消灯コマンドとし、３００ｍｓの時間間隔を調光コマンドとし、４００ｍｓの時間間隔を色温度調整コマンドとする。図６には１００ｍｓ〜３００ｍｓの制御コマンドのみが示される。

本発明の通信信号はアナログ方式、デジタル方式又は両者の組み合わせであってもよい。通信信号は、時間間隔コーディング、カウントコーディング、正負半波コーディング又は三者の組み合わせであってもよい。信号伝送の方式としては、ランプの適用に限らず、電気網給電の場合、例えばインテリア家電製品の制御、室外交流給電のインテリジェントデバイス等にも適用可能である。

本発明において信号伝送コマンドの内容は灯のオン・オフ、調光及び色温度調整の場合のみに限らない。つまり、０〜１０ＶやＰＷＭのコマンド情報は、０〜１０Ｖ （０Ｖの場合は消灯コマンド、１０Ｖの場合は点灯コマンドである）、又はＰＷＭ（例えばデューティ比０の場合は消灯コマンド、デューティ比１００%の場合は点灯コマンドである）だけではなく、他の方式で調光及び色温度調整のコマンドに組み合わせてもよい。

図７に示すように、本発明は、さらに
給電電圧により制御対象機器に電力を供給するとともに、波形制御手段が前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更することで、制御信号を生成するステップと、 電力検知・制御手段が前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御するステップと、含む給電制御方法を提供する。

上記給電制御方法は本発明の給電制御システムの作業過程であり、具体的な給電制御方法の実現過程は前述した給電制御システムに対する記載に詳細な記載があるため、ここで重複して記載しない。

本発明の給電制御システムは、公共電力を受けて給電電圧波形を変更する波形制御手段３０と、波形制御手段３０のコマンドを受信し、既定の通信プロトコルフォーマットに応じて、コマンドをアナログ又はデジタル信号に変換し出力する電力検知・制御手段２０と、を備える知能調光システムとしてもよい。波形制御手段３０によって電気網給電電圧波形を変更するとともに、電力検知・制御手段２０で入力電圧波形をリアルタイムに検知する手段を用いて、給電線における制御コマンドの内容を解析して実行することで、点灯、消灯、調光及び色温度調整の遠隔制御を実現する。

まず、この方案によれば、点灯、消灯、調光の遠隔制御コマンドを各制御対象機器(ランプ)まで伝送することができる。次に、線変換の必要がなく、スイッチの従来パネル及びランプを置き換えすればよく、エンジニアリング改良コストが大幅に低下する。新旧のランプ、調光可能及び非調光ランプについて、いずれも互換的に利用されることができ、適用範囲が広くなる。本発明の技術案は、知能ランプシステムの遠隔制御要求を満たし、安定性を向上させ、コストを低減させ、良好な経済効果を奏し、物的消費が低下するとともに環境保護にも役立つ。

明らかに、当業者は、発明について、本発明の製品及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び変形が可能である。このように、本発明のこれらの補正及び変形は、本発明の特許請求の範囲及びその同等の技術に属すると、本発明にもこれらの補正及び変形が含まれる意向がある。

１０ 制御対象機器
２３ ＭＣＵ
２４ 補助電源
３１ ＭＣＵ
３２ サンプリング回路
３３ ゼロクロス判定回路
３４ 駆動回路
３５ 補助電源
３６ ＭＣＵ
３７ キー回路
１００ 給電モジュール

Claims (12)

1. 給電電圧により電力を供給する制御対象機器と、
   前記給電電圧を受けて、前記給電電圧の正弦波から一周期内の上半軸波形又は下半軸波形を除去することにより前記給電電圧の波形を変更して、制御信号を生成するための波形制御手段と、
   前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御するための電力検知・制御手段と、を備えることを特徴とする給電制御システム。
2. 前記制御対象機器はランプであり、前記制御コマンドは前記ランプのオン、オフ、輝度調整または色温度調整を制御するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の給電制御システム。
3. 前記制御信号はデジタル信号、アナログ信号又は両者の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の給電制御システム。
4. 前記波形制御手段は、
   前記給電電圧を受けて前記給電電圧の波形を変更するための波形変更手段と、
   前記波形変更手段で変更された波形を検知して位相信号を生成するための位相回路と、
   前記位相信号に基づいて前記給電電圧の波形を変更することで制御信号を生成するための第１の制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電制御システム。
5. 前記位相回路は、
   波形が変更された給電電圧に対してそれぞれサンプリング、ゼロクロス判定を行うことで、前記位相信号を生成するサンプリング回路およびゼロクロス判定回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の給電制御システム。
6. 前記波形変更手段は、その開閉動作によって前記給電電圧の波形を変更する半導体スイッチであることを特徴とする請求項４に記載の給電制御システム。
7. 前記半導体スイッチはＭＯＳ素子又はＩＧＢＴ素子であることを特徴とする請求項６に記載の給電制御システム。
8. 前記電力検知・制御手段は、
   前記制御信号の波形を受信し検出するための波形検出手段と、
   検出された制御信号の波形と所定のプロトコルとを比較するための波形処理手段と、
   前記比較の結果に基づいて前記制御コマンドを生成するための第２の制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電制御システム。
9. 前記制御信号の波形は正弦波であり、前記波形検出手段は前記正弦波を方形波に変換して前記波形処理手段に伝送することを特徴とする請求項８に記載の給電制御システム。
10. 前記所定のプロトコルは波形の時間間隔で表されることを特徴とする請求項８に記載の給電制御システム。
11. 前記制御コマンドは共通電圧信号又はＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１に記載の給電制御システム。
12. 給電電圧により制御対象機器に電力を供給するとともに、波形制御手段が前記給電電圧を受けて、給電電圧の正弦波から一周期内の上半軸波形又は下半軸波形を除去することにより前記給電電圧の波形を変更して、制御信号を生成するステップと、
    電力検知・制御手段が前記制御信号を受信し解析して制御コマンドを出力し、前記制御コマンドに基づいて前記制御対象機器を制御するステップと、含むことを特徴とする給電制御方法。