JP6754104B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。
照明システムは省エネや快適性、演出などを目的とし、調光制御や消灯制御を行うものである。その方式は用途に応じて様々の方式が存在する。例えばオフィスや店舗などの規模の大きな施設では電源電線と調光信号線が独立した4線式調光方式が多く採用されている。一方で白熱電球を取り付けること想定して設計されたものは位相制御により白熱電球に印加される電圧実効値を調整することにより調光を実現するものが主流である。この照明システムは電源電線2線で電力供給と調光制御が可能であるため、電源配線が簡素であることが特長である。
近年では、受電部に白熱電球と同様の口金を設けた電球型LEDランプ(Light emitting diode:LED)が普及しているが、既存の位相調光照明システムと組み合わせたとき、電気特性の差異に起因して白熱電球と同様に低光束域まで安定して動作することが難しい。また、既設の配線や配線器具を交換し、他の方式に変更することは容易ではないため、既設の配線設備を用いて、発熱電球と同様に調光できる電球型LEDランプなどのLED照明装置が要望されている。
特開2015−65772号公報
上記の課題を解決するために、既設の位相調光の配線設備を活用して調光することができる照明装置を提供する。
実施形態によれば、照明装置は、接続部と、測定部と、第2変換部と、照明負荷と、を備える。接続部は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第1変換部から、変換された直流電圧が印加される。測定部は、接続部に印加される電圧の電圧値を測定する。第2変換部は、接続部に印加される電圧を測定部が測定した電圧値に応じた直流電圧に変換する。照明負荷は、第2変換部が変換した直流電圧によって流れる電流によって発光する。第2変換部は、測定部が測定した電圧値が第1の電圧値以上、かつ第1の電圧値よりも大きく照明負荷に最小の電流が流れる第2の電圧値未満の値である場合、0より大きく照明負荷に最小の電流が流れない直流電圧に変換する。
この発明によれば、既設の位相調光の配線設備を活用して調光することができる照明装置を提供することができる。
図1は、第1実施形態に係る照明システムの構成例を示す図である。 図2は、第1実施形態に係るAC/DCコンバータの構成例を示す回路図である。 図3は、第1実施形態に係るDC/DCコンバータの構成例を示す回路図である。 図4は、第1実施形態に係るVDCとIFとの関係を示す図である。 図5は、第1実施形態に係るVDCとVFとの関係を示す図である。 図6は、第2実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。 図7は、第2実施形態に係るVDCの時間変化を示す図である。 図8は、第3実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。 図9は、第3実施形態に係るVDCの時間変化を示す図である。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
以下で説明する実施形態に係る照明装置10A、10B又は10Cは、接続部と、測定部42と、変換部と、照明負荷4と、を備える。接続部は、直流電圧が印加される。測定部42は、前記接続部に印加される電圧の電圧値を測定する。変換部は、前記接続部に印加される前記電圧を前記測定部が測定した電圧値に応じた直流電圧に変換する。照明負荷4は、前記変換部が変換した前記直流電圧によって流れる電流によって発光する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が第1の電圧値以上、かつ前記第1の電圧値よりも大きく前記照明負荷4に最小の光量を発光させる第2の電圧値未満の値である場合、0より大きく前記照明負荷4を発光させない直流電圧に変換する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が前記照明負荷4に最大の光量を発光させる第3の電圧値以上、かつ、前記第3の電圧値より大きい第4の電圧値未満の値である場合、前記照明負荷4の光量が最大となる電圧値の直流電圧に変換する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が前記第4の電圧値以上、かつ、前記第4の電圧値より大きく前記照明負荷への通電を停止する第5の電圧値未満の値である場合、前記測定部が測定した前記電圧値が大きければ大きいほど、小さくなる電圧値の直流電圧に変換する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が前記第5の電圧値より大きい場合には、直流電圧を出力しない。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値に基づいて前記接続部に印加される電圧が交流電圧であるか判定し、前記接続部に印加される電圧が交流電圧であれば、直流電圧を出力しない。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が交流電圧判定用の電圧値よりも大きい場合に、前記接続部に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値がゼロクロスすることを検知した場合に、前記接続部に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記測定部42が測定した前記電圧値が
周期的に電圧変動することを検知した場合に、前記接続部に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
以下で説明する実施形態に係る前記照明負荷4は、LEDである。
以下で説明する実施形態に係る前記変換部は、前記接続部と前記照明負荷との間に直列に接続されるスイッチと、前記測定部が測定した前記電圧値に基づいて、前記スイッチをオン/オフ制御するドライブ回路36と、前記スイッチと前記照明負荷との間に生じる電圧を平滑化して出力するコンデンサ38と、を備える。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る照明システム100Aの構成例を示す図である。
照明システム100Aは、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ2(外部装置)とAC/DCコンバータ2からの直流電圧を用いて照明負荷4を発光させる照明装置10Aとを有するシステムである。照明装置10Aは、入力する直流電圧を照明負荷4に供給すべき値の直流電流に変換し、照明負荷4に供給する。たとえば、照明負荷4は、発光ダイオード(LED)であり、照明装置10Aは、LED電球又は蛍光灯形LEDランプなどである。また、照明システム100Aは、調光装置5からの信号に基づいて照明負荷4を調光する機能を有する。
図1が示すように、照明システム100Aは、交流電源1、AC/DCコンバータ2、DC/DCコンバータ3A、照明負荷4及び調光装置5などを備える。AC/DCコンバータ2とDC/DCコンバータ3Aとは、接点51と接点52とを接続し、接点53と接点54とを接続する。接点51及び接点53は、AC/DCコンバータ2側の接続部である。また、接点52及び接点54は、DC/DCコンバータ3A側の接続部である。DC/DCコンバータ3A、照明負荷4、接点52及び接点54などは、照明装置10Aを構成する。照明装置10Aは、接点51及び接点53から取り外し可能である。
ここでは、AC/DCコンバータ2が出力する直流電圧を直流電圧VDCとする。また、照明装置10AのDC/DCコンバータ3Aが出力する電圧(即ち、照明負荷4に印加される電圧)を直流電圧VFとする。また、照明負荷4に流れる電流をIFとする。
交流電源1は、交流の電圧を供給する。たとえば、交流電源1は、商用電源である。たとえば、交流電源1は、100Vであり、50Hz又は60Hzである交流電圧を供給する。交流電源1は、交流電圧をAC/DCコンバータ2へ供給する。
AC/DCコンバータ2は、交流電源1が供給する交流電圧を直流電圧に変換する。また、AC/DCコンバータ2は、交流電圧から得られた直流電圧を、調光装置5が送信する調光信号(Dimmer signal)に基づいて設定する電圧値の直流電圧VDCを出力する。即ち、AC/DCコンバータ2は、調光信号に基づいた電圧値の直流電圧VDCを出力する。AC/DCコンバータ2は、直流電圧VDCをDC/DCコンバータ3Aに印加する。
DC/DCコンバータ3Aは、接点52と接点54との間の電圧VDCの電圧値に基づいて出力する直流電流IFの電流値を設定し、入力した直流電圧VDCを設定した電流値の直流電流IFに変換する。言い換えると、DC/DCコンバータ3Aは、接点52と接点54との間の電圧の電圧値に基づいて設定された電流値IFを出力する。DC/DCコンバータ3Aは、照明負荷4に電気的に接続する。DC/DCコンバータ3Aは、電流IFを照明負荷4へ供給する。
照明負荷4は、供給される電流により発光する。ここでは、照明負荷4は、DC/DC
コンバータ3Aが印加する直流電圧VFによって流れる電流IFにより発光する。たとえば、照明負荷4は、供給される電流IFにより発光する発光ダイオード(LED)である。また、照明負荷4は、複数のLEDから構成されてもよい。
調光装置5は、照明負荷4が発光する光量を示す調光信号を出力する。例えば、操作者は、ダイヤルや入力ボタンなどにより調光する光量を指定する操作を行う。調光装置5は、操作者の操作により入力された入力量を取得する。調光装置5は、たとえば、操作者の操作が入力する入力量に応じた光量を示す調光信号を出力する。調光装置5は、AC/DCコンバータ2と電気的に接続する。調光装置5は、調光信号をAC/DCコンバータ2へ送信する。
電源線6は、例えば壁裏または天井裏等に配設されてAC/DCコンバータ2と接点51及び接点53とを接続する。
なお、照明システム100は、適宜必要な要素を備えてもよい。
次に、AC/DCコンバータ2について説明する。
図2は、AC/DCコンバータ2の構成例を示す回路図である。
図2が示すように、AC/DCコンバータ2は、整流回路11、インダクタ12、半導体スイッチ13、ダイオード14、コンデンサ15、フォトカプラ受光素子16、制御回路17、半導体スイッチ18、トランス19、ダイオード20、コンデンサ21、フォトカプラ発光素子22、オペアンプ23、直流可変電源24、抵抗25及び抵抗26などを備える。
インダクタ12、半導体スイッチ13、ダイオード14、及び、コンデンサ15などは、PFC201を構成する。また、整流回路11及びPFC201などは、AC/DCコンバータ202を構成する。また、フォトカプラ受光素子16、制御回路17、半導体スイッチ18、トランス19、ダイオード20、コンデンサ21、フォトカプラ発光素子22、オペアンプ23、直流可変電源24、抵抗25及び抵抗26などは、DC/DCコンバータ203を形成する。
半導体スイッチ13及び半導体スイッチ18は、たとえば、nMOS−FETである。また、フォトカプラ受光素子16及びフォトカプラ発光素子22は、フォトカプラを構成する。フォトカプラ受光素子16は、たとえば、フォトトランジスタである。フォトカプラ発光素子22は、たとえば、LEDである。
AC/DCコンバータ202は、交流電源1が出力する交流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換する。また、DC/DCコンバータ203は、調光信号に基づいて、AC/DCコンバータ202が出力する直流電圧を直流電圧VDCに変換する。
整流回路11は、交流電源1に接続する。整流回路11の電流が流れ出す側の端子は、インダクタ12の一端に接続する。整流回路11の電流が流れ込む側の端子は、半導体スイッチ13のソースに接続する。インダクタ12の他端は、半導体スイッチ13のドレインに接続する。また、インダクタ12の他端及び半導体スイッチ13のドレインは、ダイオード14のアノードに接続する。
コンデンサ15は、半導体スイッチ13と並列に接続する。コンデンサ15の一端は、ダイオード14のカソードに接続する。コンデンサ15の他端は、半導体スイッチ13のソースに接続する。
フォトカプラ受光素子16のエミッタは、コンデンサ15の他端に接続する。フォトカプラ受光素子16のコレクタは、制御回路17に接続する。制御回路17は、半導体スイ
ッチ18のゲートに接続する。ダイオード14のカソードは、トランス19の一次側の一端に接続する。トランス19の一次側の他端は、半導体スイッチ18のドレインに接続する。半導体スイッチ18のソースは、フォトカプラ受光素子16のエミッタに接続する。
トランス19の二次側の一端は、ダイオード20のアノードに接続する。ダイオード20のカソードは、コンデンサ21の一端に接続する。トランス19の二次側の他端は、コンデンサ21の他端に接続する。
コンデンサ21の一端は、フォトカプラ発光素子22のアノードに接続する。フォトカプラ発光素子22のカソードは、オペアンプの出力端子に接続する。コンデンサ21の他端は、直流可変電源24の負極に接続する。
抵抗25及び抵抗26は、直列に接続される。抵抗25及び抵抗26は、コンデンサ21と並列に接続する。抵抗25の一端は、フォトカプラ発光素子22のアノードに接続する。抵抗25の他端は、抵抗26の一端に接続する。抵抗26の他端は、直流可変電源24の負極に接続する。
直流可変電源24の正極は、オペアンプ23の非反転入力端子に接続する。オペアンプ23の反転入力端子は、抵抗25の他端及び抵抗26の一端の間に接続する。抵抗25の一端は、第1の出力部51aを介して電源線6及び接点51に接続され、抵抗26の他端は、第2の出力部53aを介して電源線6及び接点53に接続される。直流可変電源24は、調光装置5に接続する。
制御回路17は、半導体スイッチ18をオン/オフ制御する。たとえば、制御回路17は、所定の電圧がトランス19の二次側に生じるように、半導体スイッチ18をオン/オフする。
直流可変電源24は、調光装置5から調光信号を受信する。直流可変電源24は、調光信号に基づいて、オペアンプ23の非反転入力端子に電圧を印加する。即ち、直流可変電源24は、直流電圧VDCが調光信号の光量を示すように、オペアンプ23の非反転入力端子に電圧を印加する。たとえば、直流可変電源24は、調光信号が示す光量が大きいほど、高い電圧をオペアンプ23の非反転入力端子に印加する。たとえば、直流可変電源24は、直流電圧VDCが40Vから80Vの間の階調で調光信号の光量を示すように、オペアンプ23の非反転入力端子に電圧を印加する。
次に、DC/DCコンバータ3Aについて説明する。
図3は、DC/DCコンバータ3Aの構成例を示す回路図である。
図3が示すように、DC/DCコンバータ3Aは、抵抗31、電圧制御部32A、コンデンサ33、半導体スイッチ34、ダイオード35、ドライブ回路36、インダクタ37、コンデンサ38、オペアンプ39、直流可変電源40、抵抗41、及び、測定部42などを備える。
電圧制御部32A、半導体スイッチ34、ドライブ回路36、インダクタ37、コンデンサ38、オペアンプ39、直流可変電源40及び抵抗41などは、電圧変換部(変換部)を構成する。なお、電圧変換部は、適宜必要な構成を備え、又は、不要な構成を削除してもよい。また、インダクタ37及びコンデンサ38などは、平滑回路を構成する。
半導体スイッチ34は、たとえば、nMOS−FETである。
接点52は、抵抗31の一端に接続する。抵抗31の他端は、測定部42に接続する。測定部42は、電圧制御部32Aに接続する。電圧制御部32Aは、直流可変電源40に接続する。抵抗31の一端は、コンデンサ33の一端と接続する。接点54は、コンデン
サ33の他端と接続する。また、コンデンサ33の他端は、接地する。
コンデンサ33の一端は、半導体スイッチ34のドレインに接続する。半導体スイッチ34のゲートは、ドライブ回路36に接続する。半導体スイッチ34のソースは、ダイオード35のカソードに接続する。即ち、半導体スイッチ34は、接点52及び接点54と照明負荷4との間に直列に接続される。
ダイオード35のアノードは、コンデンサ33の他端に接続する。ダイオード35のカソード及び半導体スイッチ34のソースは、インダクタ37の一端に接続する。コンデンサ38は、ダイオード35に並列に接続する。インダクタ37の他端は、コンデンサ38の一端に接続する。コンデンサ38の他端は、ダイオード35のアノードに接続する。
コンデンサの他端は、抵抗41の一端に接続する。抵抗41の他端は、オペアンプ39の反転入力端子に接続する。オペアンプ39の非反転入力端子は、直流可変電源40の正極に接続する。直流可変電源40の負極は、接地する。オペアンプ39の出力端子は、ドライブ回路36に接続する。
照明負荷4は、コンデンサ38と並列に接続する。コンデンサ38の一端は、照明負荷4のLEDのアノードに接続する。照明負荷4のLEDのカソードは、抵抗41の他端及びオペアンプ39の反転入力端子に接続する。
ドライブ回路36は、オペアンプ39の出力端子から出力される出力電圧に基づいて、半導体スイッチ34をオン/オフ制御する。即ち、ドライブ回路36は、所望の直流電流IFが出力されるように、半導体スイッチ34を制御する。たとえば、ドライブ回路36は、オペアンプ39の非反転端子に入力される電圧制御部32Aの出力電圧と、反転端子に入力される出力電流検出信号電圧を比較して、第3の変換部の出力電流IFが所望の電流となるように制御する。
また、ドライブ回路36は、電圧制御部32Aの出力電圧に対応する、半導体スイッチ34オン時間テーブルを備えてもよい。この場合、ドライブ回路36は、当該テーブルに従って、半導体スイッチ34を制御する。たとえば、ドライブ回路36は、電圧制御部32Aの出力電圧が大きいほど、オンデューティを長くしてもよい。即ち、オペアンプ39の出力電圧が大きいほど、直流電流IFは増加する。
直流可変電源40は、電圧制御部32Aからの制御信号に従ってオペアンプ39の非反転入力端子に電圧を印加する。
測定部42は、接点52と接点54との間に生じる電圧(即ち、直流電圧VDC)を測定する。たとえば、測定部42は、抵抗31を用いて電圧を測定する。測定部42は、測定された電圧値を電圧制御部32Aに送信する。なお、測定部42は、電圧制御部32Aの一部として構成されてもよい。
電圧制御部32Aは、接点52と接点54との間に生じる電圧(即ち、直流電圧VDC)の電圧値に基づいて直流可変電源40が出力する電圧を制御する。電圧制御部32Aは、接点52と接点54との間に生じる電圧の電圧値を測定部42から取得する。たとえば、電圧制御部32Aは、マイコンなどから構成される。
電圧制御部32Aは、測定された電圧値に基づいて、直流可変電源40が出力する電圧を制御する。即ち、電圧制御部32Aは、測定された電圧値が示す光量を照明負荷4が発光するように、直流可変電源40が出力する電圧を制御する。
たとえば、電圧制御部32Aは、測定された電圧値から必要な電流IFを決定する。。電圧制御部32Aは、必要な電流IFに対応する直流可変電源40の電圧を指示し、ドライブ回路36が半導体スイッチ34を制御する。
電圧制御部32Aは、オペアンプ39の非反転入力端子に入力される直流可変電源40が出力する電圧を決定する。たとえば、電圧制御部32Aは、測定された電圧値に対応する制御信号を示すテーブルを備えてもよい。この場合、電圧制御部32Aは、例えばマイコンなどを用いて当該テーブルに従って制御信号を生成しても良い。これによって、接点52と接点54との間に生じる電圧(すなわちVDC)に対して任意の出力特性を有することができる。
ここでは、直流電圧VDCが高いほど、大きな光量を示すものとする。
また、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値に基づいて電圧VFとして0V以上であり照明負荷4が発光しない未発光電圧を出力するように、制御信号を出力する機能を有する。たとえば、電圧制御部32Aは、直流電圧VDC電圧値がVa(第1の電圧値)からVb(第2の電圧値)である場合には、電圧VFとして未発光電圧を出力するように、制御信号を出力する。Vaは、Vbよりも小さな電圧値である。Vbは、照明負荷4を最小の光量で発光させる電圧値である。直流電圧VDCの電圧値がVaである場合、電圧VFの電圧値は、V1である。また、直流電圧VDCの電圧値がVbである場合、直流電圧VFの電圧値は、最小の電流IFが流れるV2である。V1は、V2よりも小さな電圧値である。
また、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値が照明負荷4の最大光量よりも大きな光量を示す場合、電圧制御部32Aは、最大の光量を発光する電流IF(電流IF1)が照明負荷4に流れるように、制御信号を出力する。ここでは、Vc(第3の電圧値)は、照明負荷4を最大の光量で発光させる電圧値である。即ち、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値がVc以上である場合には、電流IF1が照明負荷4に流れるような直流電圧VF(V3)を出力するように、制御信号を出力する。
また、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値がVcよりも大きなVd(第4の電圧値)以上である場合、保護動作を開始する。即ち、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値がVd以上である場合には、直流電圧VDCが増加するほど電圧VFが低下するように、制御信号を出力する。
また、電圧制御部32Aは、直流電圧VDCが電圧Vdよりも大きな電圧Ve(第5の電圧値)より大きい場合、動作を停止する。電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値がVeよりも大きい場合には、直流電圧VFが0となるように、制御信号を出力する。Veは、照明負荷4への通電を停止する電圧値である。電圧制御部32Aは、直流電圧VDCの電圧値がVdである場合、所定の電流(電流値IF2)が照明負荷4に流れるような直流電圧VF(V4)を出力するように、制御信号を出力する。直流電圧VDCの電圧値がVeである場合の直流電圧VF(V4)の電圧値は、電流IFの電流値をIF2とする電圧値であり、少なくともV2より大きい値である。
V1、V2及びV3は、順に大きな値となる。また、V4は、V3より小さくV2よりも大きな値であればよい。また、Va、Vb、Vc、Vd及びVeは、順に大きな値となる。
V1乃至V4、及び、Va乃至Veは、上記の要件を満たせば特定の電圧に限定されるものではない。
次に、AC/DCコンバータ2が出力する直流電圧VDCとDC/DCコンバータ3A
が出力する直流電流IFとの関係について説明する。
図4は、直流電圧VDCと電流IFとの関係を示すグラフである。
図4において、横軸は、直流電圧VDCを示す。また、縦軸は、電流IFを示す。
直流電圧VDCが0以上Vb未満である間、電流IFは、0である。電流IFが0である場合、照明装置10Aは、発光しない。即ち、直流電圧VDCが0以上Vbである間、照明装置10Aは、発光しない。
直流電圧VDCの電圧値がVb以上であると、電流IFは、0よりも大きくなり、照明負荷4に電流が流れる。例えば、直流電圧VDCの電圧値がVbである場合、照明装置10Aは、照明負荷4を最小の光量で発光させる。
直流電圧VDCの電圧値がVb以上Vc未満である間、直流電圧VDCの電圧値が大きくなればなるほど、電流IFは、電流値が大きくなる。即ち、直流電圧VDCの電圧値がVb以上Vc未満の範囲では電圧値が大きくなればなるほど、照明装置10Aは、照明負荷4が発光する光量を増加させる。
Vcは、照明負荷4に流れる電流IFが最大となる電圧である。直流電圧VDCの電圧値がVcである場合、照明装置10Aは、照明負荷4を最大の光量で発光させる。直流電圧VDCの電圧値がVc以上電圧Vd未満である間、電流IFは、電流値がIF1である。即ち、直流電圧VDCの電圧値がVc以上Vd未満である間、照明装置10Aは、照明負荷4を最大の光量で発光させる。
直流電圧VDCの電圧値がVd以上Ve以下である間、直流電圧VDCの電圧値が大きくなればなるほど、電流IFの電流値は、低下する。即ち、直流電圧VDCの電圧値が大きくなればなるほど、照明装置10Aは、照明負荷4を発光させる光量を低下させる。ただし、直流電圧VDCの電圧値がVeである場合、電流IFの電流値IF2は、少なくともIF1よりも小さく0よりも大きい値であるものとする。これにより、直流電圧VDCの電圧値がVdからVeに変化すると、電流IFは、IF1からIF1よりも小さいIF2の間で低下する。例えば、IF2は、IF1に近い値とし、IF1からIF2に変動した場合に、照明負荷4が発光する光が暗くなった事を人間が認識できる程度の値に設定される。また、電流値IF2は、直流電圧VDCの電圧値がVd以上である場合であっても照明装置10Aが安全に出力することができる程度の値に設定されてもよい。
直流電圧VDCの電圧値がVeより大きい場合、電流IFは、0である。即ち、直流電圧VDCの電圧値がVeより大きい場合、照明装置10Aは、発光しない。
例えば、直流電圧VDCの電圧値を徐々に大きくする場合(調光信号が徐々に大きくなる場合)を想定する。この場合、上述のような照明装置10Aは、照明負荷4をVbで発光させた後、VbからVcまでの間、徐々に明るく発光させる。さらに、照明装置10Aは、VcからVdに達するまでの間、照明負荷4を最大の光量で発光させ、VdからVeまでの間、照明負荷4が発光する光量を少し低下させた後、Ve超過後は照明負荷4の発光を停止させる。
次に、AC/DCコンバータ2が出力する直流電圧VDCとDC/DCコンバータ3Aが出力する直流電圧VFとの関係について説明する。
図5は、直流電圧VDCと直流電圧VFとの関係を示すグラフである。
電圧制御部32Aは、図5の通りに、照明負荷4に直流電圧VDCに基づく直流電圧VFを印加するように、制御信号を直流可変電源40に送信する。
図5において、横軸は、直流電圧VDCを示す。また、縦軸は、直流電圧VFを示す。
図5が示すように、直流電圧VDCの電圧値が所定の電圧値以下である場合、直流電圧VFは、0である。
直流電圧VDCの電圧値がVaである場合、直流電圧VFの電圧値はV1である。また、直流電圧VDCの電圧値がVa以上Vb未満である場合、直流電圧VFは、照明負荷4を発光させない電圧である。
直流電圧VDCの電圧値がVbである場合、直流電圧VFの電圧値はV2である。
直流電圧VDCの電圧値がVb以上Vc未満である場合、直流電圧VDCの電圧値が大きくなればなるほど、直流電圧VFの電圧値は増加する。
直流電圧VDCの電圧値がVcである場合、直流電圧VFの電圧値はV3である。
直流電圧VDCの電圧値がVc以上Vd未満である場合、直流電圧VFの電圧値はV3である。
直流電圧VDCの電圧値がVd以上Ve以下である場合、直流電圧VDCの電圧値が大きくなればなるほど、直流電圧VFの電圧値は低下する。
直流電圧VDCの電圧値がVdである場合、直流電圧VFの電圧値はV4である。
直流電圧VDCの電圧値がVeより大きい場合、直流電圧VFの電圧値は、0である。
次に、照明システム100の動作例について説明する。
まず、AC/DCコンバータ2の動作例について説明する。
AC/DCコンバータ2は、交流電源1が出力する交流電圧をAC/DCコンバータ202などを通じて所定の電圧の直流電圧に変換する。
制御回路17は、半導体スイッチ18をオン/オフ制御して、変換された直流電圧をトランス19の一次側に印加する時間を制御する。制御回路17は、トランス19の二次側に所定の電圧が生じるように、半導体スイッチ18をオン/オフ制御する。
制御回路17のオン/オフ制御によって、トランス19の二次側に所定の電圧が生じる。トランス19の二次側に生じた電圧は、ダイオード20及びコンデンサ21によって整流及び平滑化される。
フォトカプラ発光素子22、オペアンプ23、直流可変電源24、抵抗25及び抵抗26は、調光信号に基づいて、直流電圧VDCを出力する。直流可変電源24は、調光信号に基づいてオペアンプ23の非反転入力端子に入力する電圧を出力する。
直流可変電源24がオペアンプ23の非反転入力端子に電圧を出力することで、オペアンプ23は、反転入力端子に入力される検出電圧と比較して、この結果をフォトカプラ発光素子22及びフォトカプラ受光素子16を介して制御回路17に帰還することで直流電圧VDCを所望の電圧に一定制御する。そのため、直流電圧VDCは、調光信号に応じた電圧に制御される。
次に、DC/DCコンバータ3Aの動作例について説明する。
測定部42は、抵抗31を用いて、接点52と接点54との間に生じる電圧の電圧値を測定する。測定部42は、測定された電圧値を電圧制御部32Aへ送信する。
電圧制御部32Aは、測定部42から測定された電圧値を取得する。電圧制御部32Aは、測定された電圧値(直流電圧VDCの電圧値)に基づいて制御信号を直流可変電源40へ送信する。即ち、電圧制御部32Aは、図5に示す通り、測定された電圧値に対応する電圧VFを出力するように、直流可変電源40が出力する電圧を制御する。
直流可変電源40は、制御信号に基づいてオペアンプ39の非反転入力端子に電圧を出力する。直流可変電源40がオペアンプ39の非反転入力端子に電圧を出力することで、オペアンプ39は、反転入力端子に入力される出力電流の検出電圧と比較し、この結果をドライブ回路36に帰還することで半導体スイッチ34のオンデューティを制御し、DC/DCコンバータの出力電流を所望の電流に一定制御することができる。

インダクタ37及びコンデンサ38(平滑回路)は、コンバータの出力電圧を平滑化して、照明負荷4に流れる直流電流のリプルを抑制している。
照明負荷4は、DC/DCコンバータ3Aが出力する電流IFに応じて、発光量が決定する。
次に、直流電圧VDCの電圧値がVaである場合に、照明装置10Aの動作例について説明する。
前述の通り、直流電圧VDCの電圧値がVaである場合には、照明装置10Aは、照明負荷4を発光させない。直流電圧VDCの電圧値がVaである場合であっても、電圧制御部32Aは、照明負荷4に電圧V1が印加するように制御信号を出力する。即ち、照明負荷4には、電圧V1が印加される。
この状態において、電圧制御部32Aは、起動状態を維持する。即ち、電圧制御部32Aのマイコンなどは、起動し続ける。また、DC/DCコンバータ3Aは、インダクタ37及びコンデンサ38に電流を流し続ける。そのため、コンデンサ38の帯電が維持される。また、インダクタ37は、磁束を維持する。そのため、入力される電圧が上昇した場合に速やかにコンデンサ38へ電流を流すことができる。
上記実施形態によれば、照明装置は、調光信号に対応する直流電圧に応じた電圧値の電圧を照明負荷に出力することができる。即ち、照明装置は、調光信号の光量を発光する電流を生じるような電圧を照明負荷に出力することができる。同時に、照明装置は、兆候信号に対応する直流電圧を用いて、照明装置のDC/DCコンバータに必要な電力の供給を受けることができる。
従って、照明装置は、調光信号に対応する直流電圧を印加するための2線を用いて、照明負荷の調光とDC/DCコンバータへの電力の受領とを行うことができる。
また、照明装置は、入力する直流電圧が最小の光量を示す電圧以下である場合、照明負荷に発光しない電圧を印加することができる。そのため、照明装置は、電圧制御部などの制御部をオンにし続けることができる。また、平滑回路のコンデンサは、発光に必要な電圧に比較的近い電圧に維持される。さらに、平滑回路のインダクタは、入力される電圧が上昇した場合に速やかにコンデンサへ電流を流すことができる。その結果、照明装置は、入力する直流電圧が点灯する電圧に増加した場合に、速やかに照明負荷を点灯させることができる。
また、照明装置は、入力する直流電圧が所定の電圧よりも高い場合、入力する直流電圧が増加するほど、照明負荷に印可する電圧を低下させる。また、照明装置は、入力する直流電圧がさらに高い場合、照明負荷に印可する電圧を0にする。その結果、照明装置は、入力電圧が上昇することで生じる照明装置の加熱又は誤作動などの不具合を防止することができる。したがって、照明装置は、外部装置に異常が生じ想定よりも高い電圧が印加された場合であっても安全に動作することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る照明システムについて説明する。
第2実施形態に係る照明システム100Bは、照明装置10Bが電圧値を閾値と比較して交流電圧の入力を検知する点で第1実施形態に係る照明システム100Aと異なる。従って、他の部位については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
照明システム100Bは、照明装置10Bを備える。照明装置10Bは、DC/DCコンバータ3Aの代わりにDC/DCコンバータ3Bを備える。
図6は、第2実施形態に係る照明装置10Bの構成例を示すブロック図である。
図6が示すように、照明装置10Bは、接点52と抵抗31の一端との間にダイオード61を備える。照明装置10Bは、電圧制御部32Aの代わりに電圧制御部32Bを備える。
ダイオード61のアノードは、接点52に接続する。ダイオード61のカソードは、抵抗31の一端に接続する。
電圧制御部32Bは、電圧制御部32Aの機能のほかに以下の機能を備える。
電圧制御部32Bは、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であるかを判定する機能を有する。即ち、電圧制御部32Bは、本来は接点52と接点54との間に直流電圧VDCが印加されるところ、接点52と接点54との間に交流電圧が印加されたことを検知する。
たとえば、電圧制御部32Bは、測定された電圧値と閾値とを比較して、接点52と接点54との間に印加される交流電圧であるかを判定する。
図7は、電圧制御部32Bが交流電圧を検知する方法を説明するためのグラフである。
図7において、横軸は、時間軸である。縦軸は、測定された電圧値を示す。
Vfは、AC/DCコンバータ2が出力する直流電圧VDCの最大の電圧値である。
Vg(交流電圧判定用の電圧値)は、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定する電圧値である。電圧値Vgは、電圧値Vfと同じ又は電圧値Vfよりも大きな値である。
ここでは、交流電圧の振幅は、Vfよりも大きいものとする。したがって、交流電圧のピークは、Vfを超過する。
そのため、電圧制御部32Bは、測定された電圧値がVgよりも大きい場合に、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
電圧制御部32Bは、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定した場合、動作を停止する。即ち、電圧制御部32Bは、電圧VFが0となるように、制御信号を出力する。
上記実施形態によれば、照明装置は、入力する電圧が交流電圧である場合、照明負荷に印可する電圧を0にする。その結果、照明装置は、交流電圧がDC/DCコンバータに入力されることで生じる不具合を防止することができる。したがって、照明装置は、上位装置に異常が生じ交流電圧が印加された場合であっても安全に停止することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る照明システム100Cについて説明する。
第3実施形態に係る照明システム100Cは、照明装置10Cが電圧値の変動を検出して交流電圧の入力を検知する点で第1実施形態に係る照明システム100Aと異なる。従って、他の部位については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
照明システム100Cは、照明装置10Cを備える。照明装置10Cは、DC/DCコンバータ3Aの代わりにDC/DCコンバータ3Cを備える。
図8は、第3実施形態に係る照明装置10Cの構成例を示すブロック図である。
図8が示すように、照明装置10Cは、整流回路71、抵抗72及び抵抗73をさらに備える。
整流回路71は、入力端子に接点52及び接点54を接続する。整流回路71は、接点52と接点54との間に生じる電圧を整流し、DC/DCコンバータ3Cへ出力する。即ち、整流回路71は、所定の向きに電流が流れるように、出力端子をDC/DCコンバータ3Cに接続する。即ち、整流回路71は、半導体スイッチ34、インダクタ37、照明負荷4及び抵抗41の順に電流が流れるようにDC/DCコンバータ3Cと接続する。
たとえば、整流回路71の電流が流れ出す側の端子は、抵抗31の一端に接続する。整流回路71の電流が流れ込む側の端子は、コンデンサ33の他端と接続する。
抵抗72の一端は、接点52と整流回路71の入力端子との間に接続する。抵抗72の他端は、抵抗73の一端に接続する。抵抗73の他端は、接点54と整流回路71の他の入力端子との間に接続する。また、測定部42は、抵抗72の他端と抵抗73の一端との間に接続する。
ここでは、抵抗72の他端と抵抗73の一端との接続点をU点とする。また、抵抗31と整流回路71との接続点をV点とする。
測定部42は、U点における電圧(即ち、接点52と接点54との間に生じる電圧)を測定する。測定部42は、U点における電圧値を電圧制御部32Cに送信する。
電圧制御部32Cは、電圧制御部32Aの機能のほかに以下の機能を備える。
電圧制御部32Cは、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であるかを判定する機能を有する。即ち、電圧制御部32Cは、本来は接点52と接点54との間に直流電圧VDCが印加されるところ、接点52と接点54との間に交流電圧が印加されたことを検知する。
たとえば、電圧制御部32Cは、U点の電圧に基づいて、接点52と接点54との間に生じる電圧のゼロクロスを検知する。即ち、電圧制御部32Cは、接点52と接点54との間の電圧が正から負への変化又は負から正への変化することを検知する。電圧制御部32Cは、電圧のゼロクロスを検知すると、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
また、電圧制御部32Cは、V点の電圧(即ち、整流後の電圧)に基づいて、周期的な電圧変動を検知する。即ち、電圧制御部32Cは、接点52と接点54との間の電圧が周期的に変動することを検知する。
図9は、電圧制御部32Cが交流電圧を検知する方法を説明するためのグラフである。
図9において、横軸は、時間軸である。縦軸は、V点で測定された電圧値を示す。
電圧Vhは、周期的な電圧変動を検知するための閾値である。
電圧制御部32Cは、測定された電圧値が電圧Vhを周期的に跨ぐことを検知する。即ち、電圧制御部32Cは、測定された電圧値が周期的に電圧Vhを超える又は割り込むことを検知する。電圧制御部32Cは、測定された電圧値が電圧Vhを周期的に跨ぐことを検知すると、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定する。
電圧制御部32Cは、接点52と接点54との間に印加される電圧が交流電圧であると判定した場合、動作を停止する。即ち、電圧制御部32Cは、電圧VFが0となるように、制御信号を出力する。
上記実施形態によれば、照明装置は、入力する交流電圧の振幅が直流電圧VDCの最大値よりも小さい場合であっても、入力された電圧が交流電圧であると判定することができる。そのため、照明装置は、第2実施形態の照明装置よりも効果的に交流電圧を検知することができる。その結果、照明装置は、交流電圧がDC/DCコンバータに入力されることで生じる不具合をより確実に防止することができる。したがって、照明装置は、外部装置に異常が生じ交流電圧が印加されてもより安全に停止することができる。
以上説明した実施例によれば、照明装置は、白熱電球を調光可能なソケットに取り付けられた場合であっても入力操作に応じて照明負荷を調光することができ、白熱電球と同様な操作感覚で照明負荷を調光できる。
その結果、照明装置は、既存の設備を用いて調光することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…交流電源、2…AC/DCコンバータ、3A、3B及び3C…DC/DCコンバータ、4…照明負荷、5…調光装置、10A、10B及び10C…照明装置、11及び71…整流回路、12及び37…インダクタ、13、18及び34…半導体スイッチ、14、20及び35…ダイオード、15、21、33及び38…コンデンサ、16…フォトカプラ受光素子、17…制御回路、19…トランス、22…フォトカプラ発光素子、23及び39…オペアンプ、24及び40…直流可変電源、25、26、31、41、72及び73…抵抗、32、32B及び32C…電圧制御部、36…ドライブ回路、51乃至54…接点、100A、100B及び100C…照明システム。

Claims (1)

  1. 交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する第1変換部から、前記変換された直流電圧が印加される接続部と、
    前記接続部に印加される電圧の電圧値を測定する測定部と、
    前記接続部に印加される前記電圧を前記測定部が測定した電圧値に応じた直流電圧に変換する第2変換部と、
    前記第2変換部が変換した前記直流電圧によって流れる電流によって発光する照明負荷と、を備え、
    前記第2変換部は、前記測定部が測定した前記電圧値が第1の電圧値以上、かつ前記第1の電圧値よりも大きく前記照明負荷に最小の電流が流れる第2の電圧値未満の値である場合、0より大きく前記照明負荷に最小の電流が流れない直流電圧に変換する、
    照明装置。
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