JP2013020840A

JP2013020840A - 調光器

Info

Publication number: JP2013020840A
Application number: JP2011153878A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Murakami; 善宣村上
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】外部電源の電源ラインにノイズが重畳した場合における光源のチラツキを防止することのできる調光器を提供する。
【解決手段】発光ダイオード１０Ａを光源とする照明器具１及び商用電源ＡＣ１と直列に接続される自己保持機能を有するトライアックＱ１と、商用電源ＡＣ１の電源電圧が第１の電圧値Ｖ１に達すると第１の仮同期信号を出力する第１の位相検出回路２１と、商用電源ＡＣ１の電源電圧が第２の電圧値Ｖ２に達すると第２の仮同期信号を出力する第２の位相検出回路２２と、トライアックＱ１を入／切させて商用電源ＡＣ１から照明器具１に供給される電源電圧の導通角を変化させるトリガ信号を生成する制御回路２３とを備え、制御回路２３は、各仮同期信号の時間差Ｔ２が基準値を上回ると第２の仮同期信号を同期信号とみなし、当該同期信号の立ち上がりに基づいてトリガ信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相制御により光源を調光点灯する調光器に関する。

従来から、ＡＣ電源と、これをオン／オフ制御する３極双方向サイリスタであるトライアックを電気的に接続し、トライアックのオン／オフ制御により発光ダイオードランプの点灯をオン／オフ制御するものが知られており、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の従来例は、交流電源をオン／オフ制御するトライアックからの交流を直流に整流するダイオードブリッジ回路と、このブリッジ回路からの直流により点灯される発光ダイオードランプとを有している。

特開平５−６６７１８号公報

ところで、上述のようにトライアックのオン／オフ制御により、外部電源から光源に供給される電源電圧の導通角を位相制御するものでは、トライアックをターンオンさせるためにトリガ信号をトライアックのゲート端子に一定周期毎に入力する必要がある。そして、このトリガ信号を出力する周期は、外部電源の電源電圧の周期に合わせる必要がある。このため、外部電源の電源電圧を監視し、所定の電圧値に達すると同期信号を立ち上げ、この同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいてトリガ信号を出力することが従来行われていた。具体的には、図４（ａ）に示すように、同期信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔ１が経過するとトリガ信号を出力する。このように同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいてトリガ信号を出力することで、トリガ信号を出力する周期を外部電源の電源電圧の周期に合わせることができる。

しかしながら、図４（ｂ）に示すように、外部電源の電源ラインにノイズが重畳すると、ノイズにより外部電源の電源電圧が所定の電圧値を割り込んだ後に再度所定の電圧値に達するという現象が瞬間的に生じる。このため、同期信号がノイズの重畳により途切れ途切れに立ち上がるため、トリガ信号を出力するタイミングにも乱れが生じる。そして、トリガ信号の出力タイミングが通常時と異なるためにトライアックが適切にオン／オフ制御されず、予期せぬ調光が行われて光源にチラツキが生じるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、外部電源の電源ラインにノイズが重畳した場合における光源のチラツキを防止することのできる調光器を提供することを目的とする。

本発明の調光器は、固体発光素子を光源とする照明器具及び外部電源と直列に接続されるスイッチング素子と、前記外部電源の電源電圧が第１の電圧値に達すると第１の仮同期信号を出力する第１の位相検出回路と、前記外部電源の電源電圧が前記第１の電圧値よりも大きい第２の電圧値に達すると第２の仮同期信号を出力する第２の位相検出回路と、前記スイッチング素子を入／切させて前記外部電源から前記照明器具に供給される電源電圧の導通角を変化させるトリガ信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記各仮同期信号の時間差が基準値を上回ると前記第２の仮同期信号を同期信号とみなし、当該同期信号の立ち上がりに基づいて前記トリガ信号を生成することを特徴とする。

本発明は、外部電源の電源ラインにノイズが重畳した場合における光源のチラツキを防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る調光器の実施形態を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は動作を説明するための波形図である。同上の調光器における照明器具の概略図である。（ａ），（ｂ）は、同上の調光器を用いた照明システムの例を示す概略図である。（ａ）は従来の調光器の動作を説明するための波形図で、（ｂ）は従来の調光器における課題を説明するための動作波形図である。

以下、本発明に係る調光器の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の調光器２は、図１（ａ）に示すように、商用電源（外部電源）ＡＣ１から光源部１０を有する照明器具１に供給される電源電圧の導通角を、位相制御により変化させるものである。

照明器具１は、図２に示すように、直列に接続した複数の固体発光素子である発光ダイオード１０Ａ、及び電流制限用の抵抗Ｒ１を備える光源部１０と、光源部１０に直列に接続されて光源部１０への給電をオン／オフする調光スイッチ部１１とを備える。また、照明器具１は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を整流する整流部１２と、整流部１２の出力を平滑化して光源部１０に出力する平滑部１３と、整流部１２の出力電圧を検出する電圧検出部１４とを備える。更に、照明器具１は、電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて導通角を検出し、この導通角に基づくデューティ比で調光スイッチ部１１のオン／オフを切り替えることにより光源部１０を調光する調光制御部１５を備える。

整流部１２は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を全波整流するダイオードブリッジから成る。平滑部１３は、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ１を介して整流部１２の出力端間に接続される平滑コンデンサＣ１とから成る。電圧検出部１４は、整流部１２の出力端間に接続される抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路から成る。したがって、電圧検出部１４では、整流部１２の出力電圧が抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧され、抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点における電位に基づいて調光制御部１５が導通角を検出するようになっている。

調光器２は、図１（ａ）に示すように、入力端に接続されて雑音防止用のフィルタを構成するコンデンサＣ２及びインダクタＬ１と、自己保持機能を有する双方向スイッチング素子であるトライアックＱ１（スイッチング素子）とを備える。このトライアックＱ１が導通状態にある（ターンオンしている）とき、商用電源ＡＣ１から照明器具１へ交流電力が供給されるようになっている。また、調光器２は、商用電源ＡＣ１から供給される交流電圧を整流するダイオードブリッジＤＢ１と、ダイオードブリッジＤＢ１の出力をダイオードＤ２を介して平滑化する平滑コンデンサＣ３とを備える。更に、調光器２は、平滑コンデンサＣ３からの出力電圧を定電圧に変換する電源ＩＣ２０を備える。電源ＩＣ２０は、スイッチング電源であって、そのグラウンド端子にはダイオードＤ３が接続されている。

電源ＩＣ２０の出力端には、インダクタＬ２、コンデンサＣ４、ダイオードＤ４から成る閉回路が接続されている。この閉回路は、インダクタＬ２を流れる回生電流によりコンデンサＣ４を充電することで、トライアックＱ１のゲート端子の電位を他の２つの主端子の電位に対して低電位にする。すなわち、コンデンサＣ４がトライアックＱ１の導通／非導通を制御するために必要な制御電源となる。

ダイオードブリッジＤＢ１の出力端には、ダイオードＤ５を介して第１の位相検出回路２１が接続されるとともに、ダイオードＤ６を介して第２の位相検出回路２２が接続されている。第１の位相検出回路２１は、商用電源ＡＣ１から供給される電源電圧の位相に基づいて第１の仮同期信号を生成し、後述する制御回路２３に出力する。本実施形態では、第１の位相検出回路２１は、図１（ｂ）に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１の出力電圧を検出することで商用電源ＡＣ１の電源電圧と第１の電圧値Ｖ１とを比較する。そして、第１の位相検出回路２１は、商用電源ＡＣ１の電源電圧が当該電圧値Ｖ１を上回ると第１の仮同期信号を立ち上げる。この第１の仮同期信号は、商用電源ＡＣ１の電源電圧が第１の電圧値Ｖ１を下回ると立ち下がる。なお、図１（ｂ）において、破線は商用電源ＡＣ１の電源電圧を示している。

第２の位相検出回路２２は、商用電源ＡＣ１から供給される電源電圧の位相に基づいて第２の仮同期信号を生成し、後述する制御回路２３に出力する。本実施形態では、第２の位相検出回路２２は、図１（ｂ）に示すように、ダイオードブリッジＤＢ１の出力電圧を検出することで商用電源ＡＣ１の電源電圧と第２の電圧値Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）とを比較する。そして、第２の位相検出回路２２は、商用電源ＡＣ１の電源電圧が当該電圧値Ｖ２を上回ると第２の仮同期信号を立ち上げる。この第２の仮同期信号は、商用電源ＡＣ１の電源電圧が第２の電圧値Ｖ２を下回ると立ち下がる。

トライアックＱ１のゲート端子には、スイッチング素子Ｑ２が接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ｎｐｎ型トランジスタであって、コレクタ端子にトライアックＱ１のゲート端子が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子にはコンデンサＣ４が接続されており、ベース端子には制御回路２３が接続されている。

制御回路２３は、各位相検出回路２１，２２から入力される各仮同期信号の時間差Ｔ２を監視する。ここで、各仮同期信号の時間差Ｔ２とは、第１の仮同期信号の立ち上がりから第２の仮同期信号の立ち上がりまでに要する時間、又は第２の仮同期信号の立ち下がりから第１の仮同期信号の立ち下がりまでに要する時間である。制御回路２３では、この各仮同期信号の時間差Ｔ２と予め設定された基準値とを比較し、当該時間差Ｔ２が基準値を上回ると、第２の仮同期信号を同期信号とみなす。

具体的には、第１の仮同期信号が立ち上がってから第２の仮同期信号が立ち上がるまでに要する時間が基準値を上回れば、制御回路２３は、第２の仮同期信号の立ち上がりを同期信号の立ち上がりとみなす。また、第２の仮同期信号が立ち下がってから第１の仮同期信号が立ち下がるまでに要する時間が基準値を上回れば、制御回路２３は、第２の仮同期信号の立ち下がりを同期信号の立ち下がりとみなす。

そして、制御回路２３は、同期信号及び調光器２の操作部（図示せず）から与えられる調光信号に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを切り替えるトリガ信号を生成する（図４（ａ）参照）。トリガ信号を生成するタイミングは、同期信号の立ち上がりのタイミングに基づいて決定される。本実施形態では、同期信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔ１が経過するとトリガ信号が生成されて立ち上がるようになっている。

このトリガ信号はスイッチング素子Ｑ２のベース端子に入力される。そして、トリガ信号がハイレベルのときにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１のゲート端子の電位が他の２つの主端子の電位に対して低電位となることで、ゲート端子に電流が流れてトライアックＱ１が導通状態となる。

なお、トリガ信号の立ち上がりのタイミング、すなわち所定時間Ｔ１は、調光器２の操作部から送られる調光信号によって変化する。例えば、調光率が大きい場合には、所定時間Ｔ１を短くすることでトリガ信号のパルス幅を大きくし、調光率が小さい場合には、所定時間Ｔ１を長くすることでトリガ信号のパルス幅を小さくする。これにより、照明器具１に印加される電源電圧の導通期間が変化するため、光源部１０の調光を行うことができる。

以下、本実施形態の動作について図１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。まず、第１の位相検出回路２１が、ダイオードブリッジＤＢ１の出力電圧を検出して第１の仮同期信号を生成し、制御回路２３に出力する。次に、第２の位相検出回路２２が、ダイオードブリッジＤＢ１の出力電圧を検出して第２の仮同期信号を生成し、制御回路２３に出力する。制御回路２３は、入力される各仮同期信号の時間差Ｔ２と基準値とを比較し、当該時間差Ｔ２が基準値を上回っていれば第２の仮同期信号を同期信号とみなし、同期信号の立ち上がりに基づいてトリガ信号を生成し、スイッチング素子Ｑ２のベース端子に出力する。したがって、トリガ信号の立ち上がりとともにスイッチング素子Ｑ２がオンに切り替わり、トライアックＱ１が導通状態となる（ターンオンする）。これにより、商用電源ＡＣ１の電源電圧が照明器具１に印加される。

その後、トリガ信号が立ち下がると、スイッチング素子Ｑ２がオフに切り替わることでトライアックＱ１のゲート端子に電流が流れなくなる。トライアックＱ１は、一定以上の保持電流が流れている間は導通状態を維持するため、トリガ信号の立ち下がり後も暫くは照明器具１に商用電源ＡＣ１の電源電圧が印加され続ける。そして、商用電源ＡＣ１の電源電圧がゼロクロスに達すると、トライアックＱ１を流れる保持電流が一定以下となり、トライアックＱ１が非導通状態に切り替わる（ターンオフする）。これにより、照明器具１への商用電源ＡＣ１の電源電圧の印加が停止する。

照明器具１では、調光制御部１５が電圧検出部１４で電圧が検出される期間に基づいて導通角を検出する。そして、調光制御部１５は、検出した導通角に基づくデューティ比で調光スイッチ部１１のオン／オフを切り替えることにより、光源部１０を調光する。

ここで、同期信号が立ち上がっている状態で、商用電源ＡＣ１の電源ラインにノイズが重畳したものと仮定する。この場合、ノイズにより商用電源ＡＣ１の電源電圧が各電圧値Ｖ１，Ｖ２を割り込んだ後に再度各電圧値Ｖ１，Ｖ２に達するという現象が瞬間的に生じる。このとき、各位相検出回路２１，２２では、ノイズにより各々第１の仮同期信号、第２の仮同期信号を出力するが、ノイズは急峻であり、その発生時間が非常に短いことから、各仮同期信号の時間差Ｔ２は基準値よりも小さくなる。したがって、制御回路２３では、ノイズにより入力される各仮同期信号の時間差Ｔ２が基準値を上回らないため、第２の仮同期信号を同期信号とはみなさない。すなわち、本実施形態では、ノイズにより同期信号が瞬間的に立ち上がる、又は立ち下がるという現象が生じ得ないので、同期信号がノイズの重畳により途切れ途切れに立ち上がることもなく、トリガ信号を出力するタイミングにも乱れが生じない。

上述のように、本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源ラインにノイズが重畳した場合に、制御回路２３が各仮同期信号の時間差Ｔ２に基づいて第２の仮同期信号を同期信号とみなさないため、同期信号が途切れ途切れに立ち上がるのを防ぐことができる。これにより、本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源ラインにノイズが重畳した場合における光源部１０のチラツキを防止することができる。

なお、本実施形態の調光器２は、図３（ａ）に示すように２線式で用い、商用電源ＡＣ１及び照明器具１と併せた照明システムとして構成することができる。勿論、図３（ｂ）に示すように調光器２を３線式で用い、商用電源ＡＣ１及び照明器具１と併せた照明システムとしても構成することができる。

また、本実施形態では、外部電源から照明器具に供給される電源電圧を入／切するスイッチング素子としてトライアックＱ１を用いているが、例えばＦＥＴ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。

１照明器具
２調光器
２１第１の位相検出回路
２２第２の位相検出回路
２３制御回路
ＡＣ１商用電源（外部電源）
Ｑ１トライアック（スイッチング素子）

Claims

固体発光素子を光源とする照明器具及び外部電源と直列に接続されるスイッチング素子と、前記外部電源の電源電圧が第１の電圧値に達すると第１の仮同期信号を出力する第１の位相検出回路と、前記外部電源の電源電圧が前記第１の電圧値よりも大きい第２の電圧値に達すると第２の仮同期信号を出力する第２の位相検出回路と、前記スイッチング素子を入／切させて前記外部電源から前記照明器具に供給される電源電圧の導通角を変化させるトリガ信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記各仮同期信号の時間差が基準値を上回ると前記第２の仮同期信号を同期信号とみなし、当該同期信号の立ち上がりに基づいて前記トリガ信号を生成することを特徴とする調光器。