JPS62224000A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、調光装置に関する。

背景技術 いわゆるトチイアツク、サイリスタなど、シリコン制御
整流素子（以下ＳＣＲと記す）を用い、ＳＣＲの導通角
を位相制御して照明負荷への電力付勢量を変化し、光量
を変化させる調光装置が劇場、ホールあるいは宴会場な
どの舞台照明に用いられている。

第９図は従来技術によるＳＣＲを用いた調光装置の回路
である。逆並列接続された２個のＳＣＲＳ　１１　、’
　Ｓ　１２と照明負荷りとの直列回路に交流電源ＡＣが
接続され、各５ＣＲ３ＩＩ、Ｓ１２のデートにはパルス
トランスＳＴの２次コイルＴ１１、Ｔ１２が個別的に接
続されている。制御回路ｐＨには整流器Ｂを介して直流
電圧が印加され、制御回路ｐＨに接続された７エーダＦ
の摺動片Ｋを変化して、トランジスタＱ１１のベース電
位を変化させ、トランジスタＱ１１．Ｑ１２から成るパ
ルス発生回路を能動化し、パルストランスＳＴ　ｌ：Ｏ
’　〜１８０°間の任意のパルス幅のデートパルス信号
を発生させ、その２次コイルＴｌｌ、Ｔ１２を介して前
記５ＣＲ３ＩＩ、Ｓ１２の導通角を設定し、照明負荷り
の通電時間を制御して電力付勢量を変えることにより調
光を行なっている。

しかしながら重連の在米技術による調光装置の回路によ
って得られる調光特性は、第１０図に示されるように、
７エーダＦの摺動片にの位置が７エーダＦの全目盛の２
０〜８０％の間は光量の変化が着しく、前記目盛が２０
％以下、８０％以上の場合には光量の変化が少なくなる
ような特性を示す。

すなわち５ＣＲ３Ｉ　１．Ｓｌ　２を制御する導通角の
変化は、フェーダＦの摺動片にの変化に対応して線形に
変化するけれども、交流型［ＡＣから与えられる電源電
圧は正弦波であるから、摺動片にの変化に対応せず、最
初は徐々に変化し、目盛の２０〜８０％の範囲では変化
の割合が増加し、８０％以降は再び変化の割合が少なく
なるからである。しかも負荷りである白熱電球の光量は
、印加電圧の３．３８乗に比例することが知られており
、これによって上記の非対応性がさらに助長される結果
となるためである。

このため操作者が、調光の目的で７エーダＦの摺動片Ｋ
を操作しても光量の変化は追随せず、操作量と変化量と
が視感的に一致しないという問題点があった。また前掲
第９図示の在米技術の回路は、交流電源ＡＣの電源電圧
が変動すれば照明負荷りに加えられる電圧も変動すると
いう問題点があった。

目的 本発明の目的は、上述の技術的問題点を解決し、照明の
光量を視感的にも線形に変化させるように制御可能な調
光装置を提供することである。

実施例 第１図は本発明の一実施例の回路図である。逆並列接続
された２個の５ＣＲＳＩ、Ｓ２と照明負荷りどの直列回
路に交流電源ＡＣが接続され、各５ＣＲ３Ｉ、Ｓ２のデ
ートには、パルストランスＳＴの２次コイルＴ１．Ｔ２
が個別的に接続されている。制御回路Ｐ１には第１の整
流器Ｂ１を介して直流電圧が印加され、制御回路Ｐ１に
接続された７エーダＦの摺動片Ｋを操作してライン！１
の直流電位ｅｒを変化させ、これを位相信号作成部Ｕに
入力する。位相信号作成部Ｕの動作については後述する
。

位相信号作成部Ｕによって位相信号が作成され、ライン
７２を介してトランジスタＱ１のゲートに与えられ、ト
ランジスタＱ１に接続されているパルストランスＳＴに
、５ＣＲ３Ｉ、Ｓ２の導通角を設定するデートパルス信
号を発生させる。デートパルス信号ハパルストランスＳ
Ｔの２次側コイルＴ　１　、Ｔ　２を介して、５ＣＲ３
Ｉ、Ｓ２のデートをトリ〃し、５ＣＲ８Ｉ、Ｓ２は設定
された導通角により、照明負荷りの通電時間を制御して
電力付勢量を変えることにより調光を行なう。

本実施例において注目すべきは、位相信号作成回路Ｕを
設け、７エーダＦの摺動片に操作の動きに、視感的にも
線形に対応する光量の変化を得ることを可能としたこと
である。

第２図は位相信号作成回路Ｕの構成を示すブロック図で
あり、第３図はその回路例を示す図であり、第４図は第
３図示の回路の各部の波形を示す波形図である。第２図
〜第４図を参照して、以下に位相信号作成部Ｕの動作を
説明する。

交流ｒｌ源ＡＣより電源波形検出部ｕ１に交流電源波形
が加えられ、変圧器ＰＴを経て第２の整流器Ｂ２により
全波整流されてその整流出力が電源波形としてラインｌ
ａに導出される。電源波形は第４図（１）の矢符ａを付
した波形である。

上記電源波形は、ラインノａを介してリセット信号発生
回路ｕ２および積分回路ｕ３に入力される。

リセット信号発生回路ｕ２に入力された電源波形は、演
算増幅器（以下オベアンープと記す。）ＯＡｌの非反転
入力端子に入力されると同時に、ダイオードＤ１を介し
てライン！ｅに接続されたコンデンサＣ２にそのピーク
値が保持され、そのピーク値電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２で分
圧された電圧が、基準電圧ｅｒｌとして反転入力端子に
加えられる。この基準電圧ｃｒ　１の波形は、第４図（
１）の矢符すで示されている。

したがってリセット信号発生回路ｕ２　　のオペアンプ
ＯＡＩは、？４源波形のレベルが上記基準電圧ｅｒｌを
越えると、第４図（２）に示される出力波形をラインノ
ｄに導出する。ラインノｄに導出されるリセツ）　（ｆ
ｆ号発生回路ｕ２　　の出力波形は、その立上がりと立
下がりとが、上記基準電圧ｅｒｌと電源波形との交差す
る点であり、この交差点は第４図において時刻ｔｌ　＋
ｔ３　＋ｔ５　、ｔ７　、・・・で示される。

したがって時刻ｔｌ　＋ｔ３　：ｔ５　＋ｔ７　；・・
・間の幅Ｗ１は、上記基準電圧ｅｒｌのレベルにより定
まる。また時刻し３〜し５間の時間幅Ｗ２は出力波形が
Ｏレベルとなる期間であり、この期間Ｗ２ではたとえば
ホトカプラＰＣなどによって実現される充電式リセット
スイッチ回路ｕ４　　が導通し、後述するように積分回
路ｕ３の出力をリセットする。

一方、積分回路ｕ３　　を構成するオペアンプ○Ａ２の
反転入力端子と出力端子との間にはコンデンサＣ２が接
続され、オペアンプ○Ａ２とともに積分回路ｕ３を構成
している。積分回路ｕ３によって電源波形が積分され、
その出力はラインノｂに導出される。

この積分出力波形は第４図（３）に示されており、前述
のｐｔＳ４図（２）に示されたリセット信号が０レベル
となる期間Ｗ２は、リセットスイッチ回路Ｕ４が導通ず
るので、この間リセットさている。ただし電源波形はオ
ペアンプ○Ａ２の反転入力に加えられるため、その積分
出力は負方向に出力され、そのピーク値は−ｅｓｌで示
されるレベルである。

この積分値のピークレベル−ｅｓｌは、ダイオードＤ２
を介してコンデンサＣ３によって形成されるピークホー
ルド回路ｕ５により保持される。

積分回路ｕ３の出力−ｅｓＯは、減算回路Ｕ６を構成す
るオペアンプＯＡ３の非反転入力端子に加えられ、また
そのピーク値−ｅｓｌが反転入力端子に加えられる。減
算回路Ｕ７は上記２つの入力レベル−ｅｓｏと−ｅｓｌ
との減算 ｅｓ２　＝　ｌ　ｅｓＯ−ｅｓｌ　Ｉ　　　　　　　　
−（０）を演算し、得られたｅｓ２を調光特性信号ライ
ンＩＣに導出する。この調光特性信号の波形は、ｆｊＳ
４図（４）の矢符Ｃで示される波形となり、デートタイ
ミング作成回路ｕ７　　を構成するオペアンプＯＡ４の
反転入力端子に入力される。

一方、オペアンプＯＡ４の非反転入力端子には７エーグ
Ｆによって設定される電圧ｅｒ２が位相角制御信号とし
て入力される０位相角制御信号は、第４図（４）の参照
符ｄで示される波形であり、そのレベルは本実施例では
たとえばＯ〜１０ｖである。

これによりオペアンプＯＡ４は、上記の２つの信号、調
光特性信号の波形と位相角制御信号の波形とが交差する
時刻ｔ２　、ｔ６・・・で立上り、時刻Ｌ３゜ｔ７．・
・・で立下る時間幅Ｗ３の信号を位相信号としてライン
１２に導出する。この位相信号の波形はｆｊＳ４図（５
）に示されている。上記位相信号によりトランノスタＱ
１は駆動され、位相信号に同期したデートパルス信号を
イヤ成し、５ＣＲ３Ｉ、Ｓ２をトリがする。したがって
５ＣＲ３Ｉ、Ｓ２は位相信号の立上りで導通し、第４図
（６）で示される波形で調光制御が行なわれる。

このように５ＣＲ９Ｉ、Ｓ２のＯＮ１０　Ｆ　Ｆを制御
するのは第４図（５）に示される位相信号であり、位相
信号はｒｊ＆４図（４）の矢符ＣとＤで示される２つの
信号すなわち調光特性信号と位相角制御信号との交点に
より定まる。

ここで従来技術の項で述べた如く照明負荷が白熱電球の
場合は印加される電圧Ｖ　ｒ＋ａｓと得られる光量Φと
の間には比例定数なψ、としてΦ　＝　φ　、　　・　
Ｖ　　ｒＩｌｓコ・　コ”　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　・　　（１）すなわち光量Φは印加電圧
の３．３８乗に比例することから知られており、−力７
エーグＦによつて設定される位相角制御信号のレベルｅ
ｒ２とそれによって得られる出力電圧Ｖ　ｒｍｓとの間
には比例定数をψ２として Ｖｒｍｓ””ψ２−ｅｒ２１′”　　　　　　　　　−
（２）の関係があり上記第１式と第２式とからΦ＝ψ・
ｅｒ２’・６ｇ　　　　　　　　　　・・・（３）ψは
比例定数である。即ち光量Φは７エーグＦに、　よって
設定される位相角制御信号のレベルの１゜６９乗に比例
する。

したがって位相角制御信号と調光特性信号との交点が１
．６９　乗特性で表される波形の上を動くようにすれば
、７エーグＦの摺動片にの変位が実際の光量の変化と線
形に対応し、従来技術の項で述べたごとき不具合が解消
され、目的が達せられる。　調光特性信号の波形を決め
るものは第４図（２）で示されるリセット信号のリセッ
ト時間幅Ｗ２であるから、幅Ｗ２を規定する時刻ｔｌ　
＋ｔ３　、ｔ５　。

ｔ７．・・・に相当する位相角αを何処に設定するかが
重要事となる。

発明者は上記位相角の設定につき種々の考察と実験を行
ない、位相角αを３０度付近に設定すればよいことを検
証した。

第　１　表 （以下余白） 第　　２　　表 上記第１表は出力電圧ＶＯの変化を、位相角αと７エー
ダＦの変位量Ｓとの対応により示したものであり、第２
表は光量Φの変化を同様にして示したものである。いず
れも各人の最右欄の理想特性である１、６９采特性と比
較すれば、α＝３０度に設定した場合が最良の結果が生
じることがわかる。たとえばリセット幅が最も少ないα
＝Ｏ度の場合には、変位Ｓが０．１のとき出力電圧ｖＯ
で８〜９％、光量Φでも８〜９％の誤差が生じているが
、α＝３０度に設定すると誤差が少なく同一変位の場合
、出力電圧■０で１〜２％、光量Φで１〜５％である。

待にα＝Ｏの場合は位相角制御信号のレベルが低いとき
、出力光の立上りが遅く、位相角制御信号のレベルが上
昇するにつれて急激に光量が増す、といった特性を持っ
たうえでの誤差であるから、背景技術の項でも述べたよ
うな問題点があったが、本実施例のごとく調光特性信号
を作成し、その特性を上記のようにリセット信号の幅Ｗ
２で、すなわち位相角αの位置によって理想的特性に近
眼させるようにしたことにより解？１１される。

上記特性の改善は、α〉２０度で有効であるが、α〉４
０度となると今度は７エーダＦの変位が最小、したがっ
て位相角制御信号のレベルが最小のときと、反対に前記
レベルが最大のときとでかえって誤差が生じることも前
掲各人よりわかる。したがってリセット信号はαが２０
度〜４０度の範皿内に設定すればよい。

再び第３図および第４図を参照して、上記の目的のため
には、リセット信号作成部ｕ２で作成される信号すなわ
ち第４図（１）の矢符Ｂで示される信号レベルと、電源
波形すなわち矢符Ａで示される信号レベルと、電源波形
すなわち矢符Ａで示される波形との交点が位相角０２３
０度の位置で生じるように１ｌＩＩ整すればよく、これ
は第３図においてリセット信号作成部ｕ２の入力回路に
設けられた抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値による分圧比の設定
により容易に実現される。

ｍ３表は、電源波形の半サイクルすなわち位相角θが０
〜１８０度の期間中における種々の調光特性信号によっ
て出力電圧ＶＯ，Ｖ２０．Ｖ３０゜Ｖ２Ｏによって得ら
れる出力電圧と、１．６９Ｊｌｔ特性の調光特性信号に
よって得られる出力電圧Ｖと、さらに実際の実効値ＶＯ
との相対関係を示すものである。なお最右欄の光量Φは
実効値ＶＯによって得られる光量を示す。第３表からも
α＝３０度に設定して得られる調光特性信号によって得
られる出力電圧Ｖ３０が１．６９末特性による調光特性
信号によって得られる出力電圧■ともっともよく近似し
ていることが知られる。

（以下余白） ｔｊＳｓ　　　表 θ：　位相角 ｖＯ：　リセット　０度（ｆｆ＝ｏ”）Ｖ２Ｏ：’）セ
ラ）　　ｍ後２０度（α＝２０’）Ｖ２Ｏ：リセット　
直後３０度（α＝３０°）Ｖ２Ｏ：リセット　前後４０
度（ａ　＝　４０°）Ｖ：　　１．＋３９末特性 ｖＯ：実効値 Φ：　出力光量 第５図は調光特性信号の波形を示すグラフである。第５
図示のグラフはｔｊＳ４図（４）の参照符Ｃで示される
波形に相当し、位相角αを０度および３０度に設定した
ときの調光特性信号の波形を、理想特性である１、６９
乗特性と比較している。グラフにおいて参照符Ａで示し
たのはａ＝Ｑ度、参照ｆｆ−Ｂで示したのは０２３０度
に設定してそれぞれ得られた調光特性イボ号を示す。参
照符Ｃは１．６９乗特性の波形を示す。グラフより明ら
がなごとく、位相角０２３０度に設定した場合、埋！！
！特性（参照符Ｃ）の波形ときわめて近官スしている。

ｔｐａ図は調光特性信号とそれによって得られる出力電
圧および理想特性に対する誤差とを表したグラフである
。グラフは横軸に位相角制御信号のレベルをとり、縦軸
に出力電圧および誤差率を取り、位相角α＝Ｏ度、３０
度の調光特性信号と理想特性の場合とを比較している。

参照符Ｌ　、Ｍ　、Ｎはα＝３０度および１．６９来特
性における出力電圧特性をそれぞれ示し、参照符Ｓ、Ｔ
はα＝Ｏ度、３０度における誤差率の特性を示す。本実
施例によるα＝３０度に設定された調光特性信号の低い
誤差率；こ注目さるべきである。

上述の実施例では、調光特性信号の特性を１゜６９来特
性に近似させるようにしたけれども、実際の調光操作の
際には調光効果を高めるために、１．６９釆特性の他に
１乗から３乗まで特性が連続的に変化できることが望ま
れる。したがって７エーダＦにより設定された位相角制
御信号を第７図示のように、ｎ）ｐｉ回路ｕ３に入力し
、そのレベルを１１乗したものを位相信号作成部ｕ７の
オペアンプＯＡ　４に入力すればよい。ｎ水回路ｕ８の
指数設定は、指数設定部ｕ９　　により設定され、指数
２を１、’１．６９から３／１．６９に連続設定可能と
すれば、１来特性かｔ）３釆特性まで得られ、優れた調
光効果が得られる。

さらに上述の実施例では、位相信号によってトランジス
タＱｌをｆｆｉ動じパルストランスＳＴの２次コイルＴ
１．Ｔ２を介して５ＣＲ３Ｓ　１　、Ｓ　２　をトリ〃
するようにしたけれども、第８図に示されるようにトラ
ンジスタＱ２によってホトサイリスタなどにより実現さ
れる光学スイッチング素子ＰＳを駆動し、トライアック
などによって実現される５ＣＲ３３の導通角を制御し、
調光制御を行なうようにしてもよい。これによってパル
ストランスＳＴが不要となり回路構成の小形化が実現さ
れる。

効　　果 以上のように本発明によれば、電源電圧波形を検出して
その波形を積分し、他方電源電圧波形のゼロクロス点を
中心とする前後において、予め定める期間、上記積分出
力をリセットするリセット信号を作成し、積分波形をリ
セット信号幅より光景の変化に線形に対応する調光特性
信号を得、調光特性信号と調整手段によって設定される
位相角制御信号とによって、半導体スイッチング素子の
導通角を設定するようにした。したがって、調整手段に
よって設定される設定量と照明負荷の光量とが線形に対
応し、視感的にも円滑な調光制御が簡単な回路構成によ
って実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、ｔｊＳ２図は位相
イボ号作成部の構成を示すブロック図、第３図はその回
路例を示す図、１７％４１ｍはその回路の各部の波形を
示す図、第５図およびｆ：ｔＳ６図は本発明の一実施例
の特性を示すグツ７、第７図は位相角制御１１号を得る
ための回路を示す回路図、第８図は本発明の他の実施例
の一部を示す回路図、第９図は従来技術による調光装置
の回路図、第１０図は従来技術による調光装置の特性を
示すグラフである。 Ａ　Ｃ−２ａ、　Ｔｉ　ａ、Ｂ、Ｂｌ、Ｂ２・・・整流
器、ＣＩ。 Ｃ２、Ｃ３・・・コンテ゛ンサ、Ｄｉ、Ｄ２・・・ダイ
オード、Ｆ・・・７エーグ、Ｋ・・・摺動片、Ｌ・・・
照明負荷、ＯＡ１〜ＯＡ４・・・演算増幅器、Ｐｉ、Ｐ
ｌｌ・・・制御回路、ＰＣ・・・ホトカプラ、ＰＳ・・
・光学スイッチング素子、ＰＴ・・・変圧器、Ｑｌ、Ｑ
２．Ｑｌ　１．Ｑｌ　２・・−）　５ンｌスＰ、Ｓｌ、
Ｓ２．Ｓ３．Ｓｌｌ、５１２−・・シリコン制御整流素
子、ＳＴ・・・パルストランス、Ｕ・・・位相信号作成
部、ｕｌ・・・電源波形検出部、ｕ２・・・リセット信
号発生回路、ｕ３・・・積分回路、ｕ４・・・リセット
スイッチ回路、ｕ５・・・ピークホールド回路、ｕ６・
・・減算回路、ｕｌ・・・デートタイミング作成回路、
ｕ８・・・ｎ乗回路、ｕ９・・・指数設定回路代理人　
　弁理士　四教　圭一部 第１図 ゝＰ１ 第５図 第６図 位４１宵１７１１礒Ｔ＠号１１ 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源と、 半導体スイッチング素子と照明負荷とから成る直列回路
   と、 上記半導体スイッチング素子の導通角を変化させて照明
   負荷への電力付勢量を制御する制御手段と、 上記制御手段に対し当該負荷に対する電力付勢を指示す
   る調整手段とを含む調光装置において、前記制御手段は
   、 電源電圧波形を検出しその値を積分する積分回路と 上記電源電圧波形からゼロクロス点を検出し、そのゼロ
   クロス点にて上記積分回路の出力をリセットさせるリセ
   ット信号発生回路と、 上記積分回路の出力を当該出力のピーク値から減算する
   ことにより調光特性信号を発生させる調光特性信号発生
   回路とを含み、 前記リセット信号は電源電圧波形のゼロクロス点を中心
   とする前後において予め定める期間中出力され、 前記調光特性信号と調整手段により設定される位相角制
   御信号とを比較し、上記半導体スイッチング素子の導通
   角を設定するようにしたことを特徴とする調光装置。