JP6399445B2 - 照明制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、照明制御システムに関し、特にトンネル内の照明に用いられる照明制御システムに関する。
従来、トンネル内のような複数の照明器具が長距離に亘って配列される場合において、配線長による電圧降下で各照明器具に供給される調光信号電圧に差が生じるという問題があった。また、調光信号が微弱な直流電圧であるため、ノイズの影響を受けやすくなるという問題もあった。
上記問題を解決する従来例として、特許文献1記載の調光照明システム(照明制御システム)を例示する。
特許文献1記載の調光照明システムでは、電源供給源から高い電源電圧を伝送する3つの電力線が用いられている。当該3つの電力線は、トンネル内の長手方向に配線されており、配線方向に沿って複数の照明器具がある間隔をおいて配置されている。前記3つの電力線のうち、2つの電力線(第1電力線及び第2電力線)は、電源周波数50Hz又は60HzでAC200〜300Vの範囲内の電圧を送電可能な電源線である。第1電力線及び第2電力線は、各照明器具内の点灯回路(例えばインバータ式点灯回路)の電源端子に電源を供給するための主電源線として使用されている。また、残り1つの電力線(第3電力線)は、電源周波数50Hz又は60HzでAC100〜300Vの範囲内の電圧を送電可能な電源線である。第3電力線は、第1電力線及び第2電力線から出力される電源電圧に対して電圧差又は位相差を有しており、調光信号線として用いられる。第3電力線の経路上には、調光用操作スイッチが接続されている。電源電圧は、第3電力線を介して調光用操作スイッチがオン・オフすることによって照明器具への電圧印加の有無が切り替わる。
このように、特許文献1記載の調光照明システムでは、100V〜300Vの高電圧が第3電力線を介して配電されることによって配線長による電圧降下を抑制している。また、電源電圧は、ノイズによる影響が少ない。したがって、特許文献1記載の調光照明システムでは、安定した調光動作が可能である。
特開2001−244082号公報
ところで、特許文献1記載の調光照明システムでは、調光用操作スイッチがオフのとき、調光信号としての電源電圧は照明器具に印加されず、照明器具内の光源は100%の調光レベルで点灯する。また、調光用操作スイッチがオンのとき、調光信号としての電源電圧が照明器具に印加され、予め照明器具に記憶されている調光レベル、(例えば、50%のレベル)で光源が点灯する。ゆえに、特許文献1記載の調光照明装置は、調光レベルが100%または50%の2段階でしか調光することができない。調光レベルは照明器具に予め記憶されているため、各照明器具の調光レベルを変更したい場合、照明器具を付け替える等の対応が必要である。
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、配線長による調光信号の電圧降下を抑制しつつ調光制御の自由度を高くすることを目的とする。
本発明の照明制御システムは、1乃至複数の照明器具と、前記照明器具に高電圧の交流電圧・交流電流を供給するための電力線と、調光レベルを指示する調光信号を生成して出力するコントローラと、前記調光信号を、前記調光レベルを変えずに波高値が前記交流電圧の実効値と同等以上である高圧調光信号に変換する変換装置と、前記高圧調光信号を前記照明器具に伝送する信号線とを備え、前記照明器具は、光源と、前記高圧調光信号を前記調光信号に変換する変換部と、前記電力線を介して供給される交流電圧・交流電流を用いて、前記光源を点灯する点灯回路部とを備え、前記点灯回路部は、前記変換部で変換された前記調光信号の調光レベルに対応して前記光源を調光点灯するように構成されることを特徴とする。
本発明の照明制御システムは、配線長による電圧降下を抑制しつつ調光制御の自由度を高くすることができる。
本発明に係る照明制御システムの実施形態1を示すシステム構成図である。 同上における調光信号を示す波形図である。 同上における変換装置の回路構成図である。 同上における変換部の回路構成図である。 同上の動作説明用のタイミングチャートである。 本発明に係る照明制御システムの実施形態2を示すシステム構成図である。 本実施形態に係る照明制御システムの実施形態3を示すシステム構成図である。 同上における導通角制御信号を示し、図8Aは導通角制御信号の波形図、図8BはPWM調光信号の波形図である。 本実施形態に係る照明制御システムの実施形態4を示すシステム構成図である。
以下、本発明に係る照明制御システムについて、図1から図9を参照して詳細に説明する。
(実施形態1)
本実施形態の照明制御システムの構成について、図1を参照して説明する。照明制御システムは、複数の照明器具1と、電力線6と、調光レベルを指示するコントローラ2と、調光信号を高圧調光信号に変換する変換装置4とを備える。さらに、照明制御システムは、照明器具1へ高電圧のPWM調光信号を伝送する信号線5を備える。
交流電源100は、実効値100V又は200Vの交流電圧・交流電流を、電力線6を介して変換装置4及び複数の照明器具1に供給する。
コントローラ2は、例えば、制御部201、入力部202、表示部203、信号出力部204を有する。
コントローラ2の入力部202は、押釦スイッチや、タッチパネル等の入力デバイスを有する。ユーザは入力部202の入力デバイスを使用して調光レベルの入力及び変更ができる。入力された調光レベルのデータは、制御部201に記憶される。
コントローラ2の表示部203は、液晶ディスプレイ(LCD)等の表示デバイスを有する。LCDに表示される内容、例えばユーザが入力部202に入力した調光レベルは、制御部201によって制御される。
コントローラ2の制御部201は、マイコン(マイクロコンピュータ)を有し、入力部202によって入力されたデータを記憶する。制御部201は、図2に示すように、パルス信号のデューティ比(=T1/T0)を光源11の調光レベルで変換したPWM調光信号を生成する。
コントローラ2の信号出力部204は、制御部201によって生成されたPWM調光信号をPWM調光信号線3を介して変換装置4に送信する。
変換装置4は、コントローラ2の信号出力部204から出力されたPWM調光信号の調光レベルを変えずに信号電圧の波高値が交流電圧の実効値(100V又は200V)と同等以上である高電圧のPWM調光信号、つまり高圧PWM調光信号に変換する。
本実施形態の変換装置4は、図3に示すように、ダイオードブリッジDB1と、平滑コンデンサC1と、抵抗R11,R12と、トランジスタTr1とを用いて構成される。ダイオードブリッジDB1の出力端子間には、平滑コンデンサC1と、抵抗R12とトランジスタTr1の直列回路とが電気的に並列接続される。トランジスタTr1のベースは、抵抗R11を介して入力端子65に電気的に接続される。トランジスタTr1のエミッタは、グランドに電気的に接続される。トランジスタTr1のコレクタとエミッタには、一対の出力端子63,64がそれぞれ電気的に接続される。
ダイオードブリッジDB1は、交流電源100から入力端子61,62に入力される交流電圧を全波整流する。平滑コンデンサC1は、ダイオードブリッジDB1から出力される脈流電圧を平滑する。入力端子65から入力されるPWM調光信号の電圧値がハイレベルの場合、トランジスタTr1はオンになり、出力端子63,64から出力される電圧は0Vとなる。入力端子65から入力されるPWM調光信号の電圧値がローレベルの場合、トランジスタTr1はオフになり、高電圧(例えば、141V)の直流電圧が出力端子63,64から出力される。出力端子63,64から出力される高圧PWM調光信号のオン期間及びオフ期間は、コントローラ2によって生成されるPWM調光信号のオン期間及びオフ期間と入れ換わる。
高圧PWM調光信号は、信号線5を介して変換装置4から複数の照明器具1に伝送される。
照明器具1は、光源11と、変換部13と、点灯回路部12とを備える。
光源11は、連続的に調光可能な光源、例えば、複数のLED(発光ダイオード)が用いられる。ただし、光源11は高圧放電ランプでも構わない。
変換部13は、高圧PWM調光信号を低電圧のPWM調光信号に変換する。
本実施形態の変換部13は、図4に示すように、ダイオードブリッジDB2と、抵抗R21,R22,R23、R24,R25,R26と、ツェナーダイオードZD1と、フォトカプラPC1を用いて構成される。フォトカプラPC1は、発光ダイオードとフォトトランジスタとで構成される。抵抗R21,R22は分圧抵抗であり、ダイオードブリッジDB2の出力端子の間に電気的に直列接続されている。ツェナーダイオードZD1のカソードは、抵抗R21,R22の接続点に電気的に接続されている。ツェナーダイオードZD1のアノードは、ダイオードブリッジDB2の低電位側の出力端子に電気的に接続されている。フォトカプラPC1の発光ダイオードのアノードは抵抗R23を介して抵抗R21,R22の接続点に電気的に接続されている。フォトカプラPC1の発光ダイオードのカソードは、ダイオードブリッジDB2の低電位側の出力端子と電気的に接続されている。フォトカプラPC1のフォトトランジスタのコレクタは、抵抗R24,R25の直列回路を介して制御電源Vccに電気的に接続される。フォトカプラPC1のフォトトランジスタのエミッタは、グランドに電気的に接続される。抵抗R26は、抵抗R24,R25の接続点とグランドの間に電気的に接続される。抵抗R26の両端には、一対の出力端子68,69が各々電気的に接続される。
入力端子66,67には、信号線5から高圧PWM調光信号が入力される。ダイオードブリッジDB2は、入力端子66,67を無極性化するために設けられる。ダイオードブリッジDB2の出力電圧は、抵抗R21,R22の分圧回路によって分圧される。ツェナーダイオードZD1は、フォトカプラPC1を保護するために使用されている。高圧PWM調光信号のオン期間に、フォトトランジスタがオンになり、フォトトランジスタのコレクタとエミッタ間に電流が流れる。制御電源Vccの電圧は、抵抗R24,R25,R26に分圧されて出力端子68,69から出力される。フォトトランジスタがオフの場合、制御電源Vccの電圧は、抵抗R25,R26に分圧されて出力端子68,69から出力される。抵抗R26は、抵抗R24よりも非常に高い抵抗値に設定される。変換部13は、高圧PWM調光信号のオン期間に、ローレベルとなり、オフ期間に、ハイレベルとなる電圧(PWM調光信号)を出力する。したがって、変換装置4によって反転された高圧PWM調光信号は、変換部13によって、デューティ比が再度反転して、コントローラ2が生成したPWM調光信号と同じデューティ比のPWM調光信号に変換される。
点灯回路部12は、LEDからなる光源11を点灯させるために、交流電源100からの交流電圧・交流電流をコンバータ回路等によって直流電圧・直流電流に変換する。さらに、点灯回路部12は、図1に示すように、変換部13から出力されたPWM調光信号の調光レベルを受け取り、降圧回路等によって直流電圧を調光レベルに対応する電圧値に制御する。
コントローラ2のタイムスケジュール制御について、図1、図5を参照して説明する。
タイムスケジュール制御では、ユーザが、コントローラ2の入力部202を使用して調光レベルやその期間を入力及び変更することができる。
図5は、横軸を時間軸とし、縦軸を調光レベルとした、タイムスケジュール制御のタイムチャートを示している。
タイムスケジュール制御では、ユーザが、図5に示すように、1日(24時間)を複数の期間、例えば、期間S1,S2,S3,S4,・・・に分けて、各期間S1,S2,S3,S4の時間と調光レベルとを指定することができる。コントローラ2の入力部202に入力された調光レベルとその時間は、コントローラ2の制御部201のマイコンの記憶部に記憶される。
最初に、コントローラ2は、期間S1の調光レベルに基づいてPWM調光信号を生成する。期間S1の調光レベルはD4(ここでは100%とする)なので、期間S1のデューティ比を例えば95%に設定する。コントローラ2の制御部201は、95%のデューティ比のPWM調光信号を生成する。信号出力部204は、PWM調光信号を変換装置4に送信する。各照明器具1は、期間S1の間、100%の調光レベルで点灯する。
図5に示すように、コントローラ2の制御部201は、期間S1が終了すると期間S2に移行する。この場合、コントローラ2は、期間S1の調光レベルD4から期間S2の調光レベルD3に達するまで調光レベルをフェードアウトさせていく。
調光レベルが調光レベルD3にまで低下すると、コントローラ2は、期間S2が終了するまで、調光レベルD3に対応するPWM調光信号を生成し出力する。
期間S2が終了すると、図5に示すように、コントローラ2は、期間S1から期間S2に移行したときと同様に、期間S3の調光レベルD1に達するまで調光レベルをフェードアウトさせる。
期間S3が終了して期間S4に移行する場合、コントローラ2は、調光レベルを期間S3の調光レベルD1から期間S4の調光レベルD2までフェードインさせる。
ただし、調光レベルのフェードアウト及びフェードインは、必ずしもコントローラ2で行う必要はなく、点灯回路部12がフェードアウト及びフェードインの制御を行ってもよい。この場合、例えば、期間S1から期間S2に移行する場合、点灯回路部12は、調光レベルD4と調光レベルD3の差分を計算し、所定の時間内で光源11の発光がフェードアウトするように光源11に印加する電圧を制御する。
ところで、本実施形態の照明制御システムでは、PWM調光信号を使用したが、1V〜10Vまでの直流電圧の調光信号を用いてもよいし、DALI(Digitally Addressable Lighting Interface)等のシリアル信号を使用してもよい。さらに、調光信号は、調光情報だけでなく、色温度情報を伝送する調色制御に用いられてよい。
信号線5における電力の損失を抑制するには、信号線5に流れる電流を小さくする必要がある。ゆえに、変換部13の入力インピーダンスは、高インピーダンスとなるように設計されることが好ましい。
PWM調光信号では、急速に電圧・電流が変化すると不要輻射ノイズが発生し易くなるので、変換部13の入力インピーダンスを高くするだけではなく、電圧・電流の立ち上がり及び立ち下がりを緩やかな勾配にすることが好ましい。
変換装置4は、力率を改善するために、ダイオードブリッジDBと平滑コンデンサC1間に昇圧チョッパー回路を有してもよい。また、変換装置4は、抵抗R2をトランジスタに置き換えてハーフブリッジ構造にしてもよい。つまり、変換装置4は、2個のトランジスタを使用してPWM調光信号に応じて相互にスイッチングしてもよい。
コントローラ2は、変換装置4を内蔵してもよい。
本実施形態の照明制御システムは、1乃至複数の照明器具1と、照明器具1に交流電圧・交流電流を供給するため電力線6と、調光レベルを指示する調光信号を生成して出力するコントローラ2とを備える。さらに、本実施形態の照明制御システムは、調光信号の調光レベルを変えずに波高値が交流電圧の実効値と同等以上である高圧調光信号に変換する変換装置4と、高圧調光信号を照明器具1に伝送する信号線5とを備える。照明器具1は、光源11と、高圧調光信号を調光信号に変換する変換部13と、電力線6とを介して供給される交流電圧・交流電流を用いて、光源11を点灯する点灯回路部12とを備える。点灯回路部12は、変換部13で変換された調光信号の調光レベルに対応して光源11を調光点灯するように構成される。
したがって、本実施形態の照明制御システムでは、配線長による電圧降下を抑制しつつ調光制御の自由度を高くすることができる。照明制御システムの設置後、ユーザは、調光レベルの入力や変更等を容易に行うことができる。さらに、照明器具1の変換部13がマイコンを使用せず、抵抗分圧回路等で構成されるので、本実施形態の制御システムは、変換装置4を追加しても低コストのシステムを構築することが可能である。
本実施形態の照明制御システムにおいて、コントローラ2は、調光信号として、一定周期のパルス信号のデューティ比を前記調光レベルで変調したパルス幅変調(PWM)信号を生成することが好ましい。
したがって、本実施形態の照明制御システムにおいて、コントローラ2は、PWM調光信号を出力するので、本実施形態の照明制御システム以外のシステムでも共通して使用することができる。
(実施形態2)
本実施形態の照明制御システムにおいて、コントローラ21が生成するPWM調光信号の代わりに、DMX512調光信号を使用する点、及び変換装置41がDMX512調光信号を導通角制御信号に変換する点が実施形態1と相違する。なお、コントローラ21は、実施形態1のコントローラ2に代えて使用されるが、DMX512調光信号を使用する点以外はコントローラ2と同様の構成及び機能を有する。また、変換部131が導通角制御信号をDMX512調光信号に変換する点で実施形態1と相違する。さらに、点灯回路部121が、DMX12調光信号を扱う点で実施形態1と相違する。ただし、実施形態1と重複する構成については同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
本実施形態の照明制御システムについて、図6を参照して説明する。
コントローラ21の制御部211は、入力部212から入力された調光レベルを基に、スタートビット、データビット、ストップビット等で構成されるDMX512の規格に対応したDMX512調光信号を生成する。コントローラ21の信号出力部214は、生成したDMX512調光信号を、DMX512調光信号線31を介して変換装置41に送信する。なお、コントローラ21の表示部213は、調光レベルを表示することが好ましい。
変換装置41は、トライアック等を用いて、交流電源100から供給される交流電圧の導通角を、DMX512調光信号に対応して変化させるように構成される。例えば、変換装置41は、DMX512調光信号のスタートビット、データビット、ストップビットで構成される1フレームを受信する。変換装置41は、受信したDMX512調光信号の1フレームを4ビット毎に分割する。4ビットに分割された信号は16通りになるので、交流電源100の交流電圧の半周期を、π/16に分割させて、1対1に対応させればよい。高電圧の導通角制御信号は、信号線51を介して照明器具1の変換部131に伝送される。ただし、変換装置4は、DMX512信号で指示される調光レベルのみを導通角に対応させてもよい。
変換部131は、高電圧の導通角制御信号をダイオードブリッジDB2で全波整流したあと、1フレーム分に相当する高圧導通角制御信号を低電圧のDMX512調光信号に変換する。
点灯回路部121は、このDMX512調光信号を受信し、DMX512調光信号から調光レベルを読み出す。
なお、電力ケーブル10は、電力線6と信号線51とを収納しており、電力線6の一線と信号線5の一線を共通化してもよい。
本実施形態の照明制御システムでは、調光信号として、一定周期の正弦波電圧の導通角を調光レベルで変調した導通角制御信号を生成することが好ましい。
このように、本実施形態の照明制御システムは、舞台やTV(Television)スタジオ等で普及されている制御システムを流用することができる。
(実施形態3)
本実施形態に係る照明制御システムについて、図7及び図8を参照して説明する。本実施形態の照明制御システムにおいて、変換装置42がPWM調光信号を導通角制御信号に変換する点、及び変換部132が導通角制御信号をPWM調光信号に変換する点が実施形態1と相違する。本実施形態の照明制御システムの構成において、実施形態1または2と重複する構成については同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
図8に示すように、変換装置42は、コントローラ2によって生成されたPWM調光信号(図8B)を、トライアック等を用いて構成された回路によって高電圧の導通角制御信号(図8A)に変換する。高電圧の導通角制御信号(図8A)は信号線52を介して変換部132に入力される。変換部132は、高電圧の導通角制御信号(図8A)をPWM調光信号に変換する。
なお、電力ケーブル10は、電力線6と信号線52とを収納している。
このように、本実施形態の照明制御システムにおいて、コントローラ2は、PWM調光信号を出力するので、本実施形態の照明制御システム以外のシステムでも共通して使用することができる。
(実施形態4)
本実施形態に係る照明制御システムについて、図9を参照して説明する。本実施形態の照明制御システムにおいて、照度センサ7がさらに追加されている点と、コントローラ22が照度センサ7によって検出された照度によって調光信号を生成する点が実施形態1と相違する。なお、コントローラ22は、実施形態1のコントローラ2に代えて使用されるが、照度センサ7によって検出された照度によって調光信号を生成する点以外はコントローラ2と同様の構成及び機能を有する。本実施形態の照明制御システムの構成は、実施形態2又は3と併用可能である。また、実施形態1乃至3と重複する構成については同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
照度センサ7は、トンネルの出入口付近の路面の照度を検出するように構成されることが好ましい。
コントローラ22は、通信部222を有する。通信部222は、照度センサ7との間でRS485の規格に準拠した通信を行うように構成される。コントローラ22の制御部221は、信号線8を介して通信部222で受信したセンサ値に対応して、調光レベルを決定しPWM調光信号を生成する。制御部221によって生成されたPWM調光信号は、出力部224から出力される。なお、コントローラ22の表示部223は、照度センサ値及び調光レベルを表示することが好ましい。
ただし、通信は、RS485以外の制御に準拠した通信を行うように構成されてもよい。
なお、本実施形態照明制御システムは、照度センサ7を用いた例であるが、車の走行台数を検出するセンサを用いて、車の走行頻度に応じて光源11の調光レベルを制御してもよい。
本実施形態の照明制御システムでは、照度を検出する照度センサ7をさらに備え、コントローラ22は、照度センサ7で検出される照度に対応した調光レベルによって調光信号を生成して出力することが好ましい。
したがって、本実施形態の照明制御システムにおいて、不要な光出力を抑制することが可能である。ゆえに、照明器具1が減少して、コスト削減が期待できる。
1 照明器具
11 光源
12 点灯回路部
13 変換部
2 コントローラ
4 変換装置
5 信号線
6 電力線

Claims (4)

  1. 1乃至複数の照明器具と、
    前記照明器具に高電圧の交流電圧・交流電流を供給するための電力線と、
    調光レベルを指示する調光信号を生成して出力するコントローラと、
    前記調光信号を、前記調光レベルを変えずに波高値が前記交流電圧の実効値と同等以上である高圧調光信号に変換する変換装置と、
    前記高圧調光信号を前記照明器具に伝送する信号線とを備え、
    前記照明器具は、光源と、
    前記高圧調光信号を前記調光信号に変換する変換部と、
    前記電力線を介して供給される交流電圧・交流電流を用いて、前記光源を点灯する点灯回路部とを備え、
    前記点灯回路部は、前記変換部で構成された前記調光信号の調光レベルに対応して前記光源を調光点灯するように構成される
    ことを特徴とする照明制御システム。
  2. 前記コントローラは、前記調光信号として、一定周期のパルス信号のデューティ比を前記調光レベルで変調したパルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項1記載の照明制御システム。
  3. 前記コントローラは、前記調光信号として、一定周期の正弦波電圧の導通角を前記調光レベルで変調した導通角制御信号を生成することを特徴とする請求項1記載の照明制御システム。
  4. 照度を検出する照度センサをさらに備え、
    前記コントローラは、前記照度センサで検出される照度に対応した調光レベルの前記調光信号を生成して出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の照明制御システム。
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