JP6546200B2 - 電力線を用いたｌｅｄ照明システム - Google Patents

Description

本発明は電力線を用いて制御データなどを送受信することができるようになった電力線を用いた通信装置に関するものである。また、本発明はこのような通信装置を用いてＬＥＤ照明を効率的に制御することができるようになったＬＥＤ照明システムに関するものである。

最近ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いる照明装置や照明システムに対する関心が急速に増加している。ＬＥＤ照明装置は既存に使用していた蛍光灯、白熱灯、ハロゲンランプなどに比べて消費電力が少なく、寿命が半永久的であるなどの長所を有している。
現在、殆どの一般家庭や建物などには照明装置が設けられている。

これらの照明装置は大部分高電力の交流電圧を使用するようになったものである。これに対して、ＬＥＤは通常ＰＮ接合構造で構成され、低電力の直流電源により駆動される。従来の照明装置との互換性を考えて、現在開発及び普及しているＬＥＤ照明装置は既存に配設されていた配線、即ち交流が供給されている配線に直接連結して使用することができる構成のものが提案されている。そして、このためにＬＥＤ照明装置には、整流手段と別の駆動手段が備えられている。また、前述した問題を解決するために交流電源によりＬＥＤを駆動できるように実現したＬＥＤドライバが紹介されたことがある。しかし、これらのＬＥＤドライバは価格が高価であるため、ＬＥＤ照明装置の単価が高くなるという短所がある。

一方、ＬＥＤ照明装置はいわゆる調光（ｄｉｍｍｉｎｇ）制御と称する調光制御が非常に容易である大きな長所を有する。ＬＥＤ照明装置は調光制御を介して様々な照明環境を実現することができると共に、その消費電力をさらに低減することができる。これらの調光制御はＬＥＤまたはＬＥＤモジュールに供給される電力量を調節する方法を通じて実現する。
前述したように、ＬＥＤモジュールやＬＥＤ照明装置には、ＬＥＤやＬＥＤモジュールを駆動するための駆動手段が備えられる。この駆動手段は、ＬＥＤやＬＥＤモジュールに供給される駆動電源を例えばデューティ制御（ＰＷＭ制御）することで、調光制御を行う。駆動手段は外部から供給される制御データに基づいて調光制御を行う。駆動手段に制御データを供給することは別の通信手段を介して行う。このため、駆動手段は有線または無線を介して制御データを送受信するための手段がさらに必要である。
通常、無線通信のためには多くの高価な部品を必要とする。これはＬＥＤ照明装置の製造コストや消費電力を増加させ、メンテナンスコストを増加させる問題を招く。また、有線通信のためには別の通信線路が必要であるため、照明装置の設置作業が面倒になり、特に既存に設けられている電灯配線を活用してＬＥＤ照明装置を設けることにおいては、多くの困難がある。

特許文献１（発明の名称：グループ調光が可能な定電流ＬＥＤコンバータ）には、ＬＥＤ照明装置に供給される入力電圧の大きさを変更する方法を通じてＬＥＤグループの調光を制御する装置が紹介されている。この特許はＬＥＤまたはＬＥＤモジュールに供給される供給電源を例えば２２０Ｖ、２１０Ｖ、２００Ｖ、１９０Ｖなどに変更して設定し、ＬＥＤ側コンバータが外部から供給される供給電源の電圧に応じてＬＥＤに供給される電力量を適切に調整することで、ＬＥＤを調光制御するようになったものである。
しかし、前述した特許は制御手段とコンバータ、即ち駆動手段の間の通信を行うものではなく、単にコンバータが外部から供給される駆動電源の電圧に基づいて調光制御を行うようになっている。従って、様々な駆動制御、即ち、様々な調光制御が不可能であり、特にＬＥＤ照明装置に対する動作の安定性を確保することができないなどの欠点がある。

また、特許文献２（発明の名称：双方向電力線通信を用いた遠隔制御装置及びその制御方法）と特許文献３（発明の名称：電力線通信を用いた遠隔機器制御装置）には、電力線を用いて双方向通信を行うことによって、電源装置を遠隔制御することができる構成が開示されている。しかし、これらの装置はその構成が複雑であり、製造コストが高いなどの問題がある。

韓国特許登録第１０−１１４２１０６号公報 韓国特許登録第１０−０２６１５１２号公報 韓国特許登録第１０−０４７３５２６号公報

本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な方法及び構成により電力線を用いて双方向通信を行うことができるようになった電力線を用いた通信装置を提供することに技術的な目的がある。
また、本発明の他の目的は前述した通信装置を用いたＬＥＤ照明システムを提供することにある。

前記目的を実現するための本発明の第１の観点に係る電力線を用いた通信装置は電力線を用いて通信を行う通信装置において、電力線に結合される第１の制御手段と、負荷に設けられる第２の制御手段と、を備えて構成され、前記第１の制御手段と第２の制御手段は電力線を用いてデータの送受信を行い、前記第１の制御手段は第２の制御手段に伝送するデータ値に基づいて、電力線を介して負荷に供給される電源１周期の電圧実効値を変更設定し、前記第２の制御手段は第１の制御手段に伝送するデータ値に基づいて、電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第１の区間に対応する電流レベルを変更設定することを特徴とする。

また、前記第１の区間は電源電流がゼロクロスする直前の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
さらに、前記第１の区間は電源電流がゼロクロス点から上昇し始める０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る電力線を用いた通信装置は電力線を用いて通信を行う通信装置において、電力線に結合される第１の制御手段と、負荷に設けられる第２の制御手段と、を備えて構成され、前記第１の制御手段と第２の制御手段は電力線を用いてデータの送受信を行い、前記第１の制御手段は第２の制御手段に伝送するデータ値に基づいて、電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第１の区間に対応する電圧レベルを変更設定することを特徴とする。

また、前記第２の制御手段は第１の制御手段に伝送するデータ値に基づいて、電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第２の区間に対応する電流レベルを変更設定することを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から上昇し始める０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から下降し始める０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電流がゼロクロスする直前の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
さらに、前記第１の区間は電源電流がゼロクロスした以降の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。

本発明の第３の観点に係る電力線を用いた通信装置は電力線を用いて通信を行う通信装置において、電力線に結合される制御装置と、負荷に設けられる負荷制御装置と、を備えて構成され、前記制御装置と負荷制御装置は電力線を用いてデータの送受信を行い、前記制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第１の電圧検出手段と、電力線に結合されて負荷に供給される電源電圧の実効電圧を変更設定する電圧設定手段と、前記電圧設定手段の動作を制御する第１の制御手段と、を含んで構成され、前記第１の制御手段は負荷制御装置に伝送するデータ値に基づいて、電圧設定手段を駆動して負荷に供給される電源電圧の実効電圧を変更設定し、前記負荷制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段の検出電圧に基づいて、電源電圧の実効値を判断して制御装置から伝送されてくるデータを受信する第２の制御手段と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、前記制御装置は電源１周期当たり１ビットのデータを伝送することを特徴とする。
また、前記第１の制御手段は第１の電圧検出手段による検出電圧に基づいて電源電圧のゼロクロス点を判断し、電源電圧のゼロクロス時点で前記電圧設定手段を駆動して電源電圧の実効電圧を変更設定することを特徴とする。
また、前記負荷制御装置は入力電源を用いて負荷駆動用電源を生成する電源手段を備え、前記電源手段は電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第１の区間の間に電力線を介して負荷に供給されている電源電流の流れを遮断し、負荷制御装置は前記第１の区間の間に電流パルスを生成するパルス生成手段をさらに含んで構成され、前記第２の制御手段は前記制御装置に伝送するデータ値に対応して前記パルス生成手段を駆動し、前記制御装置は電源電流を検出するための電流検出手段をさらに含んで構成され、前記第１の制御手段は前記第１の区間の間に前記電流パルスを検出して負荷制御装置からのデータを受信することを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電流がゼロクロスする直前の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電流がゼロクロスした以降の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
さらに、前記制御装置は外部との通信を行うための通信手段をさらに含んで構成されることを特徴とする。

本発明の第４の観点に係る電力線を用いた通信装置は電力線を用いて通信を行う通信装置において、電力線に結合される制御装置と、負荷に設けられる負荷制御装置と、を備えて構成され、前記制御装置と負荷制御装置は電力線を用いてデータの送受信を行い、前記制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第１の電圧検出手段と、電力線に結合されて負荷に供給される電源電圧を遮断する電圧遮断手段と、前記電圧遮断手段の動作を制御する第１の制御手段と、を含んで構成され、前記第１の制御手段は負荷制御装置に伝送するデータ値に基づいて前記電圧遮断手段を選択的に駆動し、前記負荷制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段の検出電圧に基づいて前記制御装置から伝送されてくるデータを受信する第２の制御手段と、を備えて構成されることを特徴とする。

また、前記制御装置は電源電圧１周期の第１の区間の間に前記電圧遮断手段を選択的に駆動することを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から上昇し始める０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
また、前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から下降し始める０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
さらに、前記制御装置は電源電圧がゼロクロス点から上昇し始める第１の区間と、電源電圧がゼロクロス点から下降し始める第２の区間の間に前記電圧遮断手段を選択的に駆動することを特徴とする。
また、前記負荷制御装置は入力電源を用いて負荷駆動用電源を生成する電源手段を備え、前記電源手段は電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第３のまたは第４の区間の間に電力線を通じて負荷に供給される電源電流の流れを遮断し、負荷制御装置は前記第３のまたは第４の区間の間に電流パルスを生成するパルス生成手段をさらに含んで構成され、前記第２の制御手段は前記制御装置に伝送するデータ値に対応して前記パルス生成手段を駆動し、前記制御装置は電源電流を検出するための電流検出手段をさらに含んで構成され、前記第１の制御手段は前記第３のまたは第４の区間の間に前記電流パルスを検出して負荷制御装置からのデータを受信することを特徴とする。
また、前記第３の区間は電源電流がゼロクロスした以降の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
また、前記第４の区間は電源電流がゼロクロスする直前の０．５ｍｓ区間を含むことを特徴とする。
さらに、前記制御装置は外部との通信を行うための通信手段をさらに含んで構成されることを特徴とする。

本発明の第５の観点に係るＬＥＤ照明システムは、電力線を介して商用電源に結合される１つ以上の制御装置と、電力線を介して前記各制御装置に結合される１つ以上のＬＥＤ照明装置と、前記制御装置との通信を行う管理装置を含んで構成され、前記制御装置とＬＥＤ照明装置は電力線を用いてデータを送受信し、制御装置からＬＥＤ照明装置へのデータ伝送はブロードキャスト方式で行い、 ＬＥＤ照明装置から制御装置へのデータ伝送はポーリング方式で行うことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ照明装置は１つ以上のグループＩＤを備え、制御装置はグループＩＤを用いてＬＥＤ照明装置に調光制御データを伝送することを特徴とする。

前述したように構成した本発明によれば、制御装置と負荷、即ちＬＥＤ照明装置が電力線を用いてデータを送受信することができる。従って、既存の配線を用いてＬＥＤ照明装置を設ける場合にも、追加の配線作業が不要になる。
また、本発明によれば、管理者が管理装置を用いてビルなどの屋内に設けられた複数のＬＥＤ照明装置を統合して制御することができるので、管理者の作業が非常に便利である。

本発明の基本的な概念を説明するための基本的な構成図 ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ ダウンリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ アップリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ アップリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ アップリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ アップリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ アップリンクデータ伝送方法を説明するためのグラフ 図１に示した制御装置１０の第１の構成例を示すブロック構成図 図５に示した電圧設定部１５の具体的な構成を示す回路構成図 図１に示した制御装置１０の第２の構成例を示すブロック構成図 図７に示した電源遮断部７１の具体的な構成を示す回路構成図 図１に示した負荷制御部２０の構成を示す構成図 本発明に係るＬＥＤ照明装置の構成例を示す構成図 本発明に係るＬＥＤ照明システムの構成を示すブロック構成図 図１１に示した制御装置２００とＬＥＤ照明装置３００との間に送受信するデータのフォーマット構成例を示す説明図

以下、添付した図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。但し、後述する実施形態は、本発明の一好ましい具体例を例示的に示したものであって、このような実施形態の例示は本発明の権利範囲を制限するためのものではない。本発明はその技術的思想を逸脱しない範囲内で多様に変形させて実施することができる。

図１は本発明の基本的な概念を説明するための基本的な構成図である。
図１に示すように商用電源１には電力線３を介して負荷２が電気的に結合される。電力線３には複数の負荷２を結合することができ、この場合、負荷２は電力線３に対して直列または並列に結合される。商用電源１側には制御装置１０が備えられる。この制御装置１０は負荷２の動作を制御するためのものである。そして、負荷２にはこの負荷２の動作を制御するための負荷制御部２０が備えられる。この負荷制御部２０は制御装置１０と電力線３を介して互いに結合される。

制御装置１０は管理者のためのユーザーインターフェイスを備えるか、または別の管理装置との通信を行うための有無線通信手段を備えることができる。制御装置１０は負荷２の駆動を制御するための制御データを生成し、生成した制御データは電力線３を介して負荷制御部２０に伝送する。負荷制御部２０は電力線３を介して伝送されてくる制御データを受信して負荷２を駆動制御する。
また、負荷制御部２０は受信確認データ（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）などを含む適切な応答データを生成し、電力線３を介して生成したデータを制御装置１０に伝送する。負荷制御部２０から制御装置１０にデータを伝送するアップリンクは本質的に必要せず、選択的に備えることができる。

制御装置１０から負荷制御部２０にデータを伝送するダウンリンクデータ伝送方法としては大きく以下の２つの方法を考えることができる。
１．負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、負荷２に供給される電源１周期の電圧最大値または電圧実効値を異なるように設定する（第１の方法）。
２．負荷２に供給する電源１周期の一定区間をデータ区間に設定し、負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、データ区間の電源電圧を選択的にローレベル、例えば「０」レベルに設定する（第２の方法）。

図２Ａは前記第１の方法によって負荷２に供給される電源の電圧波形を示す図である。図２Ａには第１の電源電圧Ｄ１と第２の電源電圧Ｄ２が示されている。
第１の電源電圧Ｄ１と第２の電源電圧Ｄ２の場合、経時による周期及び位相は同一である反面、その最大値または電圧実効値が異なるように設定される。第１の電源電圧Ｄ１の最大値は例えば、２２０Ｖに設定され、第２の電源電圧Ｄ２の最大値は例えば、２００Ｖに設定される。これによって、第１の電源電圧Ｄ１の最大値と第２の電源電圧Ｄ２最大値との差の値Ｖ０は２０Ｖ、即ち第１の電源電圧Ｄ１の最大値の約１０％程度に設定される。もちろん、ここで、第１の及び第２の電源電圧Ｄ１、Ｄ２の最大値は特定の値に限定されない。
また、電圧実効値の側面で考える時、第１の電源電圧Ｄ１は交流２２０Ｖであり、第２の電源電圧Ｄ２は交流２００Ｖであるので、第１の電源電圧Ｄ１の電圧実効値は約３１１Ｖになり、第２の電源電圧Ｄ２の電圧実効値は約２８３Ｖになる。

本方法において図１の制御装置１０はアイドル（ｉｄｌｅ）状態、即ち、データを伝送していない状態では例えば、第１の電源電圧Ｄ１を負荷２に供給し、データを伝送する状態では例えば、第２の電源電圧Ｄ２データ「１」、第１の電源電圧Ｄ１をデータ「０」として負荷２に供給する。また、アイドル状態で負荷２に供給する電源電圧を第２の電源電圧Ｄ２に設定する場合には、データ伝送時に例えば、第１の電源電圧Ｄ１をデータ「１」、第２の電源電圧Ｄ２をデータ「０」に設定する。

図２Ｂは第１の電源電圧Ｄ１をデータ「１」、第２の電源電圧Ｄ２をデータ「０」とした時に、制御装置１０から負荷２に制御データ「１０１１０」を伝送する場合に制御装置１０から負荷２に供給される電源電圧の波形を示す図である。
また、前述した方法は電源１周期に１ビットのデータを伝送するようになる。電源１周期のデータの最大値または電圧実効値を複数種類に設定すると、電源１周期の間に複数のデータを伝送することも可能である。

前記第２の方法、即ち、電源１周期の一定区間をデータ区間に設定する方法においては、優先的にデータを伝送するためのデータ区間が適切に選ばれる。前記データ区間は任意に設定することができ、好ましくは図３Ａに示すように、電源電圧がゼロクロス点から上昇するＡ区間と、電源電圧がゼロクロス点から下降するＢ区間が採用される。

図３Ｂは前記Ａ区間を用いて１ビットのデータ、即ちデータ「０」または「１」を伝送する場合に、負荷２に供給される電源の電圧波形を示す図である。図３Ｂには第３の電源電圧Ｄ３と第４の電源電圧Ｄ４が示されている。前記第３の電源電圧Ｄ３は通常の電源電圧と同一である。これに対して、第４の電源電圧Ｄ４は第３の電源電圧Ｄ３と経時による周期及び位相は同一である反面、電源１周期で電源電圧がゼロクロス点から上昇する一定区間、即ちデータ区間Ｔ１がローレベル、例えば「０」レベルに設定される。この時、データ区間Ｔ１は好ましくはゼロクロス点から０．５ｍｓ程度の時間区間に設定される。データ区間Ｔ１の長さは適宜変更設定することができる。
前記データ区間Ｔ１は負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、その電圧レベルが選択的に「０」レベルに設定される。言い換えれば、図１の制御装置１０はアイドル状態、即ち、データを伝送していない状態では例えば、第３の電源電圧Ｄ３を負荷２に供給し、データを伝送する状態では例えば、第４の電源電圧Ｄ４をデータ「１」、第３の電源電圧Ｄ３をデータ「０」として負荷２に供給する。

図３Ｃは図２Ｂと同様に、制御装置１０から負荷２に制御データ「１０１１０」を伝送する場合に制御装置１０から負荷２に供給される電源電圧の波形を示す図である。
図３Ｄは図３ＡからＢ区間、即ち電源電圧がゼロクロス点から下降する区間を用いて１ビットのデータ、即ちデータ「０」または「１」を伝送する場合に、負荷２に供給される電源の電圧波形を示す図である。図３Ｄには第５の電源電圧Ｄ５と第６の電源電圧Ｄ６が示されている。前記第５の電源電圧Ｄ５は通常の電源電圧と同一である。これに対して、第６の電源電圧Ｄ６は第５の電源電圧Ｄ５と経時による周期及び位相は同一である反面、電源１周期で電源電圧がゼロクロス点から下降する一定区間、データ区間Ｔ２がローレベル、例えば「０」レベルに設定される。この場合にも、データ区間Ｔ２は好ましくは、ゼロクロス点から０．５ｍｓ程度の時間区間に設定され、データ区間Ｔ２の長さは適宜変更設定することができる。
本例においても、前記データ区間Ｔ２は負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、その電圧レベルが選択的に「０」レベルに設定される。即ち、図１の制御装置１０はアイドル状態、即ち、データを伝送していない状態では例えば、第５の電源電圧Ｄ５を負荷２に供給し、データを伝送する状態では例えば、第６の電源電圧Ｄ６をデータ「１」、第５の電源電圧Ｄ５をデータ「０」として負荷２に供給する。

図３Ｅは本例によって制御装置１０から負荷２に制御データ「１０１１０」を伝送する場合に制御装置１０から負荷２に供給される電源電圧の波形を示す図である。
また、本方法の他の具体例として、図３ＡのＡ区間とＢ区間を共に用いてデータ「１」とデータ「０」をそれぞれ伝送するように実現することができる。例えば、制御装置１０はデータを伝送していないアイドル状態では通常の電源電圧を負荷２に供給し、データ「１」を伝送する場合にはＡ区間が「０」レベルに設定された電源電圧、データ「０」を伝送する場合にはＢ区間が「０」レベルに設定された電源電圧を負荷２に伝送する。

図３Ｆは本具体例によって制御装置１０から負荷２に制御データ「１０１１０」を伝送する場合に制御装置１０から負荷２に供給される電源電圧の波形を示す図である。
もちろん、この場合、データ「１」を伝送する場合にはＢ区間を「０」レベル、データ「０」を伝送する場合にはＡ区間を「０」レベルに設定する方法も同様に採用することができる。
また、前述した図３の方式においては、電源電圧１周期当たり１ビットのデータを伝送する場合を例に挙げて説明したが、図３ＡのＡ区間とＢ区間にそれぞれ１ビットのデータを伝送して電源電圧１周期に合計２ビットのデータを伝送するように実現することも可能である。

続いて、負荷２側に備えられる負荷制御部２０から制御装置１０にデータを伝送するアップリンクデータ伝送方法について説明する。
図１において負荷２のための駆動電力は商用電源１から負荷２側に供給される。この時、負荷２に駆動電流を供給するためには商用電源１と負荷２とを電気的に結合しなければならない。もし、負荷２で商用電源１から駆動電流が供給される電力線を開放すると、商用電源１と負荷２との間の電気的な結合が解除されることにより、商用電源１から負荷２に流れる駆動電流は遮断される。
本発明においては負荷制御部２０が商用電源１と負荷２との間の駆動電流の流れを断続する方法で制御装置１０にデータを伝送する。この時、駆動電流を断続する区間は制御装置１０と負荷制御部２０との間に予め約定される。以下の実施形態においては、負荷制御部２０から制御装置１０にデータを伝送するアップリンクデータ区間は電源電流の１周期のうち、特定の区間、好ましくは電源電流がゼロクロス点に下降する例えば０．５ｍｓ区間に設定される。

ここで、アップリンクデータ区間をゼロクロス点に下降する区間に設定した理由は制御装置１０から負荷制御部２０にデータを伝送する前記第２の方法でダウンリンクデータ伝送とアップリンクデータ伝送を同時に実行する場合に、ダウンリンクデータ区間Ｔ１、Ｔ２とアップリンクデータ区間とが互いに重畳することを防止するためである。もし、制御装置１０が前記第１の方法によって負荷制御部２０に制御データを伝送するように設定する場合には、図３のデータ区間Ｔ１、Ｔ２をアップリンクデータ区間として活用することができる。
また、ダウンリンクデータ伝送とアップリンクデータ伝送とが相異なる電源周期で行うように設定した場合にも、図３のデータ区間Ｔ１、Ｔ２をアップリンクデータ区間として活用することができる。
前記アップリンクデータ区間を用いてデータを伝送する方法としては優先的に前述したダウンリンクデータ伝送と同様に、負荷制御部２０から制御装置１０に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じてアップリンクデータ区間の電流値を選択的にローレベル、例えば「０」レベルに設定する方法を考えることができる。

さらに、好ましい方法としては図４Ａに示すように、アップリンクデータ区間Ｔ３の間に負荷２に供給される駆動電流の電流値を基本的に「０」レベルに設定しておき、負荷制御部２０から制御装置１０に伝送されるデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、図４Ｂに示すように、前記アップリンクデータ区間Ｔ３に選択的に電流パルスＰを挿入する。
図４Ｃはアップリンクデータ区間Ｔ３にパルスＰが挿入されている場合をデータ「１」に定義する時、負荷制御部２０から制御装置１０に応答データ「１０１１０」を伝送する場合に、商用電源１から負荷２に流れる駆動電流の波形を示す波形図である。
また、本発明の他の具体例において、前記アップリンクデータ区間は図４ＤにＴ４で示すように、電源電流が第１の方向にゼロクロス点に降下する０．５ｍｓの区間と第２の方向への電源電流が再びゼロクロス点から上昇する初期０．５ｍｓを含む合計１ｍｓ区間に設定する。これは制御装置１０が負荷制御部２０から伝送されてくるデータをより安定的に認識できるようにするためである。

図４Ａ〜図４Ｄの具体例においては、電源電流が第１の方向にゼロクロス点に降下する区間にアップリンクデータ区間が設定される。これによって、データ伝送量は電源１周期に１ビットで設定する。本発明の他の具体例において、前記アップリンクデータ区間は図４Ｅに示すように、電源電流が第１の方向にゼロクロス点に降下する前述したＴ３区間と電源電流が第１の方向にゼロクロス点から上昇するＴ５区間の２つの区間に設定する。本具体例においては、電源電流の１周期の間２つの区間を用いてデータを伝送するので、データ伝送量は電源１周期に２ビットで設定する。

次に、前述したデータ送受信方法によってデータの送受信を行う装置について説明する。ただし、以下では説明を簡単にするために、ダウンリンクデータ伝送は図２に示した第１の方法と図３Ｂ及び図３Cに示した第２の方法を通じて行い、アップリンクデータ伝送は図４Ｂおよび図４Ｃに示した方法を通じて行うことを例示する。

図５は本発明の第１の実施形態に係る制御装置１０の構成を示すブロック構成図であって、これは図２Ａ及び図２Ｂに示した第１の方法、即ち、負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかによって、負荷２に供給される電源１周期の電圧実効値を異なるように設定する場合の制御装置１０の構成を示す図である。
制御装置１０は選択的に通信部１１を備える。通信部１１としては管理者のためのユーザーインターフェイスや、別の管理装置との通信を行うための有無線通信手段を採用することができる。制御部１２は例えば、マイクロプロセッサで構成される。
制御部１２は通信部１１を介して制御コマンドが入力されると、これに基いて負荷２、より具体的には負荷制御部２０とデータを送受信することで、負荷２の駆動を制御する。
図５に示した電力線３には電圧検出部１３、電流検出部１４、及び電圧設定部１５が結合される。前記電圧検出部１３は負荷２に供給される電源電圧を検出して制御部１２に提供する。負荷２に供給される電源電圧は例えば、その最大値が２２０Ｖであるため、制御部１２は電源電圧の変動を直接確認することができない。

前記電圧検出部１３は図面に具体的に示していなかったが、抵抗分圧回路で構成される。これは電源電圧１を例えば５Ｖ以下の電圧に分圧して制御部１２に入力する。制御部１２は電圧検出部１３からの入力電圧の変動に基づいて、電源電圧のゼロクロス点、ダウンリンクデータ区間、及びアップリンクデータ区間を判定する。
電流検出部１４は負荷制御部２０から制御装置１０に伝送されるアップリンクデータを受信するためのものである。電流検出部１４は電力線３に設けられる変流機、この変流機の出力電流を整流するための、例えばブリッジ整流回路、及びこの整流回路の出力端に結合される抵抗分圧回路を備えて構成される。つまり、電流検出部１４は電力線３を介して負荷２に供給される電流値に対応するレベルの電圧を制御部１２に入力する。前記電流検出部１４としては特定の構成のものが要求されないため、具体的な構成の図示は省略する。
電圧設定部１５は負荷制御部２０にデータを伝送するためのものである。この電圧設定部１５は制御部１２から印加されるゲート信号に応じて負荷２に供給される電源電圧を変化させるようになる。

図６は前記電圧設定部１５の構成の一例を示す回路図である。図６において電圧設定部１５は電力線３の一側に直列に結合される１次コイル１５１と、電力線３の一側にその一端が結合される２次コイル１５２と、この２次コイル１５２の他端を電力線３の他側に選択的に結合させるスイッチング手段１５３と、を備えて構成される。
ここで、前記スイッチング手段１５３は好ましくは、トライアックで構成される。
図６の構成においてはトライアック１５３がオフされると、電力線３に対して２次コイル１５２が開放状態に設定されるので、Ｖ１とＶ２は同じ値に設定される。反面、トライアック１５３がオンされると、２次コイル１５２が電力線３に電気的に結合される。従って、この場合には１次コイル１５１の巻回数をＮ１、二次コイル１５２の巻回数をＮ２とした時、下記の数式１により決まる。

（数１）
Ｖ２＝Ｖ１＊Ｎ１／Ｎ２

本実施形態においては、前記Ｎ２とＮ１を適切に設定してトライアック１５３がオンされた時、例えばＶ２がＶ１に比べて約１０％程度低い値を有するように設定する。

図５において制御部１２は通信部１１からの命令に基づいて負荷２に制御データを伝送する場合には、そのデータ値に基づいて適切なゲート信号Ｇ１を用いて出力電圧設定部１５のトライアック１５３をオン／オフ制御する。トライアック１５３のオン／オフの切り替えは、好ましくは電源電圧のゼロクロス点の瞬間に行う。そして、制御部１２は図４のアップリンクデータ区間Ｔ３に対応して電流検出部１４からの入力電圧を読み取ることで、負荷２からアップリンクデータが受信されるかを確認する。制御装置１０は前述した過程を通じて負荷２とのデータの送受信を行う。

図７は本発明の第２の実施形態に係る制御装置１０の構成を示すブロック構成図であって、これは図３Ａ及び図３Ｂに示した第２の方法、即ち、負荷２に供給される電源１周期の一定区間をデータ区間に設定し、負荷２に伝送するデータが「０」であるか、または「１」であるかに応じて、データ区間の電源電圧を選択的にローレベル、例えば「０」レベルに設定する場合の制御装置１０の構成を示す図である。また、図７において前述した図５と実質的に同一の部分は同一の参照番号で示し、それについての説明は省略する。
図７の制御装置１０においては図５の電圧設定部１５の代わりに、電源遮断部７１を備える。この電源遮断部７１は電力線３に結合されて制御部７2から印加されるゲート信号Ｇ２、Ｇ３によって負荷２に供給される電源電圧を断続する。そして、制御部72は負荷２に制御データを伝送する場合に、図３に示したダウンリンクデータ区間Ｔ１に対応して電源遮断部７１にゲート信号Ｇ２、Ｇ３を供給する。

図８は前記電源遮断部７１の構成の一例を示す回路構成図である。図８においては電力線３の一側には、この電力線３を断続するための第１のスイッチング手段として、例えばトライアック７１１が直列に結合され、このトライアック７１１と並列に第２のスイッチング手段として、例えばリレースイッチ７1２が結合される。そして、前記トライアック７１１と、リレースイッチ７１２とは、ゲート信号Ｇ３、Ｇ２によりオン／オフ駆動される。
前記構成において、負荷２側のデータを伝送していないアイドル状態で制御部７２はリレースイッチ７１２をオン状態に設定すると共に、トライアック７１１はオフ状態に設定する。従って、この場合には商用電源１からの駆動電力がリレースイッチ７１２を介して負荷２に供給される。

一方、負荷２にデータを伝送する必要が発生すると、制御部７２はゲート信号Ｇ３、Ｇ２を順次供給して優先的にトライアック７１１をオン状態に設定すると共に、リレースイッチ７１２はオフ状態に設定する。従って、この場合には商用電源１からの駆動電力がトライアック７１１を介して負荷２に供給される。
続いて、制御部７２は図３のダウンリンクデータ区間Ｔ１に対応して前記トライアック７１１をオン／オフ駆動することで、電力線３を介して負荷２に制御データを伝送する。データ伝送が終了すると、制御部７２は再びリレースイッチ７１２をオンさせると共に、トライアック７１１をオフさせることで、電源遮断部７１をアイドル状態に設定する。そして、その他の動作、即ち負荷２からのデータ受信動作などは図５と実質的に同様である。

図９は負荷２に備えられる負荷制御部２０の構成の一例を示す構成図である。図９において整流部２１とＳＭＰＳ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）２２は通常の負荷２に備えられるものである。ただし、この構成においてＳＭＰＳ２２は図４Ａに示すように、アップリンクデータ区間Ｔ３の間には、１次コイル（図示せず）に流れる電流を遮断することで、商用電源１から負荷２に流れる駆動電流を「０」レベルに設定する。
また、図９において電力線３、好ましく整流部２１１の前端には電圧検出部２３が備えられる。この電圧検出部２３は電力線３との間に結合される抵抗器Ｒ１、Ｒ２と、これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２の結合ノードと信号接地との間に結合される抵抗Ｒ３を備えて構成される。そして、前記抵抗器Ｒ１、Ｒ２の結合ノードは例えば、制御部２５のアナログ信号入力端に結合される。前記電圧検出部２３は前述した図５における電圧検出部１３と同様に、電力線３を介して入力される電源電圧１を例えば５Ｖ以下の電圧に分圧して制御部２５に入力する。ここで、電圧検出部２３を整流部２１の前端に設けた理由は負荷２の駆動状態に応じて電圧検出部２３による検出電圧が変動することを最小化するためである。

また、前記電力線３にはパルス生成部２４が結合される。このパルス生成部２４は例えば、電力線３と信号接地との間に直列に結合される抵抗Ｒ４と、ＭＯＳトランジスタ２４１と、を備えて構成される。
制御部２５は例えば、マイクロプロセッサで構成される。この制御部２５は電圧検出部２３による検出電圧の変動に基づいて商用電源のゼロクロス点、ダウンリンクデータ区間、及びアップリンクデータ区間を判定する。特に制御部２５は電圧検出部２３から入力される電圧に基づいて制御装置１０から伝送されてくる制御データを認識する。
前記制御部２５はプログラムにより動作する。制御部２５は制御装置１０の構成によって適切にプログラミングされる。図５に示した制御装置１０と連携して動作する場合に、制御部２５は電力線３を介して入力される電源電圧が図２Ａに示した第１の電源電圧Ｄ１であるか、または第２の電源電圧Ｄ２であるかを判定する。この場合、制御部２５は電源電圧の１周期の最大値を検出するか、または電源電圧の１周期実効値を算出する方法を通じて電源電圧を判定する。前述したように、第１の電源電圧Ｄ１が交流２２０Ｖであり、第２の電源電圧Ｄ２が交流２００Ｖである場合、第１の電源電圧Ｄ１の実効値は約３１１Ｖになり、第２の電源電圧Ｄ２の実効値は約２８３Ｖになる。

また、図７に示した制御装置１０と連携して動作する場合に、制御部２５は電力線３を介して入力される電源電圧が図３Ａの第３の電源電圧Ｄ３であるか、または第４の電源電圧Ｄ４あるかを判定する。この場合、制御部２５はダウンリンクデータ区間Ｔ１の間に電圧検出部２３からの入力電圧を例えば１００μｓ単位でサンプリングすることで、電源電圧が第３の電源電圧Ｄ３であるか、または第４の電源電圧Ｄ４あるかを判定するようになる。
また、制御装置１０にデータを伝送しようとする場合に、制御部２５は図４に示したアップリンクデータ区間Ｔ３でパルス生成部２４のＭＯＳトランジスタ２４１を例えば０．２ｍｓの間にオンさせることで、電流パルスＰを生成する。そして、このような電流パルスＰは図５及び図７で説明したように、電流検出部１４によって検出されて制御装置１０内の制御部１２に入力されるようになる。

図１０は図９に示した負荷制御部２０をＬＥＤ照明装置に適用した場合の構成の一例を示す構成図である。また、図１０において前述した図９と実質的に同一の部分は同一の参照番号で示し、それについての説明は省略する。
図１０においてはＳＭＰＳ２２の電圧出力端ＶｏｕｔにＬＥＤモジュール２６の一端が結合され、ＬＥＤモジュール２６の他端はＬＥＤモジュール２６を通じて流れる駆動電流を断続するためのトランジスタ２８と、ＬＥＤモジュール２６を流れる駆動電流を検出するための抵抗Ｒ５を介して信号接地と結合される。
図１０には前記ＬＥＤモジュール２６を駆動するためのＬＥＤドライバ２９が示されている。このＬＥＤドライバ２９の場合、そのＧＤ端子が前記トランジスタ２８のゲートに 結合され、ＣＳ端子は前記トランジスタ２８と抵抗Ｒ５の接続ノードに結合される。

制御装置１０からＬＥＤ照明装置の調光制御のための制御データが入力されると、制御部２５は電圧検出部２３を介して前記制御データを受信した後、調光制御のためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。そして、このＰＷＭ信号はＬＥＤドライバ２９に提供される。ＬＥＤドライバ２９は調光制御段ＤＩＭを介して入力されるＰＷＭ信号をデジタル／アナログ変換してＰＷＭ信号に対応する基準電圧を生成する。そして、ＬＥＤドライバ２９はＣＳ端子を介して入力される電圧が基準電圧と同じ値を有するように、トランジスタ２８をオン／オフ駆動することで、ＬＥＤモジュール２６を介して流れる駆動電流を適切に調整する。さらに、ＬＥＤドライバ２９はＬＥＤのＳＭＰＳ２２に供給されるＶＦ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）電圧を適切に設定することで、現在の調光レベルに適合するようにＳＭＰＳ２２の出力を調整する。
また、前記制御部２５はパルス生成部２４を駆動して制御装置１０に受信応答信号などを送出する。

図１１は本発明に係るＬＥＤ照明システムを示すブロック構成図である。図１１において商用電源１００には電力線５００を介して複数の制御装置２００−１〜２００−ｎが電気的に結合される。そして、制御装置２００−１〜２００−ｎには電力線５００を介して複数のＬＥＤ照明装置３００１−１〜３００１−ｎ、３００Ｎ−１〜３００Ｎ−ｎが結合される。
前記制御装置２００は前述した図５または図７に示した制御装置１０と実質的に同一の構成を有する。また、前記ＬＥＤ照明装置３００は図１０に示した構成と実質的に同一の構成を有する。

管理装置４００は管理者のためのものである。管理装置４００は制御装置２００とのデータ通信を行う。管理者は管理装置４００を介して全体照明装置３００の駆動を制御する。
前記ＬＥＤ照明装置３００は固有ＩＤとグループＩＤを有する。グループＩＤは複数とすることができる。ＬＥＤ照明装置３００の調光制御はグループＩＤを用いて行うようになる。ＬＥＤ照明装置３００に与えるグループＩＤを複数にする場合には、多様な照明効果を実現することができる。
管理者が管理装置４００を介して調光制御を行う場合は、それに対応する制御コマンドが制御装置２００に伝送され、制御装置２００は入力された制御コマンドに対応する制御データを生成して電力線５００を介して送出する。制御データの送出はブロードキャスト方式で行い、必要な場合はそのデータの伝送先を定義するための個別またはグループＩＤが与える。

図１２は制御装置２００とＬＥＤ照明装置３００との間に送受信するデータのフォーマット構成例を示す図である。図１２において送受信データは例えば、１ビットの開始ビットと、４ビットのデータビットとを含み、この後には１ビットのフレームビットと４ビットのデータビットが繰り返す形態を有する。
ＬＥＤ照明装置３００は制御装置１００に対する応答が必要である場合、電力線５００を介して応答データを送出する。前述したように、応答データの制御は制御装置２００からＬＥＤ照明装置３００に流れる電源電流を断続する方法で行うので、もし複数のＬＥＤ照明装置３００が同時に応答データを伝送する場合にはデータの衝突が発生する。従って、ＬＥＤ照明装置３００から制御装置２００へのアップリンクデータ伝送はポーリング方式で行う。
そして、制御装置１００は制御データを送出したＬＥＤ照明装置３００からの応答データが全て受信されると、管理装置４００からの制御コマンドに対する処理を終了する。また、必要な場合に制御装置２００は制御コマンドの処理が完了したことを報告するための応答データを管理装置４００に伝送する。

前述したＬＥＤ照明システムは電力線５００に制御装置２００とＬＥＤ照明装置３００を結合するのみで照明システムを構成することができる。従って、既存に設けられている照明用配線を用いてＬＥＤ照明システムを容易に実現することができる。また、前述したシステムはユーザーが管理装置４００を用いて全体のＬＥＤ照明装置３００に対する調光制御などを非常に安定的に行うことができるので、管理者の利便性が大幅に向上する。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。
以上、好ましい実施形態を通じて本発明を説明したが、前述した実施形態は本発明の一つの好ましい具体例を示すものであり、本発明はこれらによって限定されず、当業者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能である。

１００ 入力電源
２００ 制御装置
３００ ＬＥＤ照明装置
４００ 管理装置
５００ 電力線

Claims (8)

1. 電力線に結合される制御装置と、負荷に設けられる負荷制御装置と、を備え、
   前記制御装置と負荷制御装置は電力線を用いてデータの送受信を行い、
   前記制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第１の電圧検出手段と、電力線に結合されて負荷に供給される電源電圧を遮断する電圧遮断手段と、前記電圧遮断手段の動作を制御する第１の制御手段と、を含んで構成され、
   前記第１の制御手段は負荷制御装置に伝送するデータ値に基づいて前記電圧遮断手段を選択的に駆動し、
   前記負荷制御装置は電力線に結合されて電源電圧の変動を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段の検出電圧に基づいて前記制御装置から伝送されてくるデータを受信する第２の制御手段と、を含んで構成され、
   前記負荷制御装置は入力電源を用いて負荷駆動用電源を生成する電源手段を備え、
   前記電源手段は電力線を介して負荷に供給される電源１周期の第３のまたは第４の区間の間に電力線を介して負荷に供給される電源電流の流れを遮断し、
   負荷制御装置は前記第３のまたは第４の区間の間に電流パルスを生成するパルス生成手段を含んで構成され、
   前記第２の制御手段は前記制御装置に伝送するデータ値に対応して前記パルス生成手段を駆動し、
   前記制御装置は電源電流を検出するための電流検出手段を含んで構成され、
   前記第１の制御手段は前記第３のまたは第４の区間の間に前記電流パルスを検出して負荷制御装置からのデータを受信する、通信制御装置を有するＬＥＤ照明システムにおいて、
   前記通信制御装置は、電力線を介して商用電源に結合され、
   前記電力線を介して前記各通信制御装置に結合される１つ以上のＬＥＤ照明装置と、
   前記通信制御装置と通信を行う管理装置と、を含んで構成され、
   前記通信制御装置と前記ＬＥＤ照明装置は前記電力線を用いてデータを送受信し、
   前記通信制御装置から前記ＬＥＤ照明装置へのデータ伝送はブロードキャスト方式で行い、
   前記ＬＥＤ照明装置から前記通信制御装置へのデータ伝送はポーリング方式で行い、
   前記ＬＥＤ照明装置は１つ以上のグループＩＤを備え、前記通信制御装置はグループＩＤを用いて前記ＬＥＤ照明装置に調光制御データを伝送する
   ことを特徴とするＬＥＤ照明システム。
2. 前記通信制御装置は電源電圧１周期の第１の区間の間に前記電圧遮断手段を選択的に駆動する
   請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
3. 前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から上昇し始める０．５ｍｓ区間を含む
   請求項２に記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記第１の区間は電源電圧がゼロクロス点から下降し始める０．５ｍｓ区間を含む
   請求項２に記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記通信制御装置は電源電圧がゼロクロス点から上昇し始める第１の区間と、電源電圧がゼロクロス点から下降し始める第２の区間の間に前記電圧遮断手段を選択的に駆動する
   請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
6. 前記第３の区間は電源電流がゼロクロスした以降の０．５ｍｓ区間を含む
   請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
7. 前記第４の区間は電源電流がゼロクロスする直前の０．５ｍｓ区間を含む
   請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
8. 前記通信制御装置は外部との通信を行うための通信手段を含む
   請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
   

Images