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JP2015128034A - Led照明制御システム - Google Patents

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JP2015128034A
JP2015128034A JP2013273680A JP2013273680A JP2015128034A JP 2015128034 A JP2015128034 A JP 2015128034A JP 2013273680 A JP2013273680 A JP 2013273680A JP 2013273680 A JP2013273680 A JP 2013273680A JP 2015128034 A JP2015128034 A JP 2015128034A
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隆浩 宮島
Takahiro Miyajima
隆浩 宮島
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Abstract

【課題】
簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御することができるとともに、通常の照明装置を同時に駆動することができて、従来の照明装置の配線を利用する制御もできるLED照明制御システムを提供する。
【解決手段】
LED照明制御システム100は、外部から入力されるLED素子の制御信号40と、制御信号40により交流電力を変調する変調回路30aからなる変調ユニット30と、変調ユニット30からの変調交流電力が入力される少なくとも一つのLED照明装置とで構成されている。また、LED照明装置は、変調交流電力から制御信号を復調する復調回路を備え、変調交流電力が入力される点灯回路で制御信号に従いLED素子を制御する。

【選択図】図1

Description

本発明は、LED素子を光源に使用したLED照明装置に係わり、特に制御信号によってLED照明装置の光出射を制御できるLED照明制御システムに関するものである。
近年、環境意識の高まりから、省電力化に優れたLED素子を光源に使用したLEDランプが盛んに用いられるようになってきた。特に最近は、既設の調光器をそのまま利用してLED駆動回路を制御し調光可能とするLED照明装置が開発されている。
例えば、特許文献1には、交流電源の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器と、トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路と、整流回路で整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタと、コンデンサの両端に接続されたトランスの一次巻線とスイッチング素子との直列回路と、スイッチング素子を一定のオン幅でオン/オフさせることにより低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路と、二次巻線に流れるパルス電流を整流平滑する整流平滑回路の出力両端に直列に接続された複数のLED素子を有するLED照明回路が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載されているLED照明回路においては、トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路の出力に従って、複数のLED素子の調光を行っている。
そのため、交流電流を整流する整流回路の出力により、複数のLED素子の調光と通常の照明装置の駆動を同時に行う場合、位相制御された交流電流のため、通常の照明装置をこの交流電流で直接駆動することが、難しいLED照明回路となっている。
特開2011−28954号公報
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御することができるとともに、通常の照明装置を同時に駆動することができるLED照明制御システムを提供する。さらに、従来の照明装置の配線を利用しての制御もできるLED照明制御システムを提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するための第1の手段として、外部から入力されるLED素子の制御信号と、制御信号により交流電力を変調する変調回路からなる変調ユニットと、変調ユニットからの変調交流電力が入力される少なくとも一つのLED照明装置とで構成され、LED照明装置は、変調交流電力から制御信号を復調する復調回路を備え、変調交流電力が入力される点灯回路で制御信号に従いLED素子を制御することを特徴とするLED照明制御システムを提供するものである。
本発明は、上記の課題を解決するための第2の手段として、上記第1の解決手段において、変調回路は制御信号に従い設定された時間で、交流電力のゼロクロス点近傍において交流電力出力を出力しないゼロ出力を行う変調を行い、復調回路は変調交流電力のゼロクロス点近傍においてゼロ出力の時間を計測して、ゼロ出力の時間から制御信号に復調するこを特徴とするLED照明制御システムを提供するものである。
本発明は、上記の課題を解決するための第3の手段として、上記第1の解決手段において、変調回路は制御信号に従い設定されたゼロ出力の有無で、交流電力のゼロクロス点近傍において交流電力出力を出力しないゼロ出力の有無による変調を行い、復調回路は変調交流電力のゼロクロス点近傍においてゼロ出力の有無を判断して、ゼロ出力の有無から制御信号に復調することを特徴とするLED照明制御システムを提供するものである。
本発明によれば、制御信号により交流電力を変調する合成ユニットと、LED照明装置が交流電力線で接続され、変調交流電力から制御信号を復調した制御信号に基づき制御するLED照明装置からなるLED照明制御システムが構成されている。
それによって、簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御することができるとともに、通常の照明装置を同時に駆動することができるLED照明制御システムを提供する。さらに、従来の照明装置の配線を利用する制御もできるLED照明制御システムを提供することにある。
また、制御信号に対して、交流電力の半波毎に制御信号の設定を確認してLED照明装置を制御することもできるので、制御信号に即応した制御をすることができる。
本発明のLED照明制御システムの送り接続概略構成図である。 本発明のLED照明制御システムの並列接続概略構成図である。 本発明に用いられるLED照明装置A概略構成図である。 本発明に用いられるLED照明装置B概略構成図である。 本発明に用いられる実施例1の電力変調回路波形図である。 本発明に用いられる実施例1の制御信号分配器波形図である。 本発明に用いられる実施例2の電力変調回路波形図である。 本発明に用いられる実施例2の制御信号分配器波形図である。
以下に本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本実施形態は一例であり、これに限定されるものではない。
LED照明制御システム100の一例として、交流電力を制御信号で変調し、交流電力線に接続されている複数のLED照明装置において、変調交流電力から制御信号を復調してLED照明装置を制御している場合について説明する。
(1.LED照明制御システム)
LED照明制御システム100は、図1と図3に示すように、商用電源10からの交流電力をON/OFF動作する片切りスイッチの壁スイッチ20を経由して変調ユニット30に入力されて、操作パネル30b等からの制御信号40で交流電力を変調する。変調された変調交流電力は、交流電力線を通じて送り接続されている、複数のLED照明装置A、52と通常の照明装置56に、入力される。複数のLED照明装置A、52は、変調交流電力から制御信号60aを復調して、復調した制御信号60aに基づいてLED素子を制御し、光を出射させる。このように、LED照明制御システム100は、制御信号40に従って、複数のLED照明装置A、52を制御することができる。
また、制御信号40により変調された変調交流電力が入力された照明装置56は、変調交流電力に対応して制御される機能を有していないので、通常の照明装置56として光を出射する動作を行う。
さらに、LED照明制御システム100は、図2と図4に示すように、商用電源10からの交流電力をON/OFF動作する片切りスイッチの壁スイッチ20を経由して変調ユニット30に入力されて、操作パネル30b等からの制御信号40で交流電力を変調する。変調された変調交流電力は、交流電力線を通じて並列接続されている、複数のLED照明装置B、55と通常の照明装置56に、入力される。複数のLED照明装置B、55は、変調交流電力から制御信号60aを復調して、復調した制御信号60aに基づいてLED素子を制御し、光を出射させる。このように、LED照明制御システム100は、制御信号40に従って、複数のLED照明装置B、55を制御することができる。
また、制御信号が変調された変調交流電力が入力された照明装置56は、制御信号に対応する機能を有していないので、通常の照明装置56として光を出射する動作を行う。
(2.合成ユニット)
変調ユニット30は、図1と図2に示すように、LED素子を制御する制御信号40を入力する操作パネル30bと、操作パネル30bからの制御信号40で交流電力を変調する変調回路30aで構成される。
変調回路30aは、交流電力を制御信号40で変調し、変調された変調交流電力は、交流電力線でLED照明装置A、52、LED照明装置B、55や照明装置56へ送電される。変調交流電力には、交流電力と制御信号の情報が変調されて合わされていることとなる。
なお、操作パネルを既存の調光器や調光センサに変更して、LED照明制御システム100を構成しても対応することも可能である。
(3.LED照明装置A)
図1に示すように、複数のLED照明装置A、52と照明装置56は、交流電力線に送り接続されており、変調ユニット30からの変調交流電力が送電される。LED照明装置A、52は、図3に示すように、入力端子52aから入力される変調交流電力から制御信号60aを復調する復調回路60と、復調回路60により復調された制御信号60aによりLED素子80の制御を行う点灯回路70と、点灯回路70により駆動させられるLED素子80により構成されている。複数のLED照明装置A、52と送り端子52bにより変調交流電力の送り接続することが可能な構成なので、新たにLED照明装置A、52の追加や設置を行うときの工数を削減することが可能となる。また、現状の交流電力線が送り接続されている照明装置の置き換えを行う場合に、現状の配線を生かして簡単に照明装置の交換を行うことが可能となる。
LED照明装置の復調回路60により、変調交流電力を復調して制御信号60aを取り出し、制御信号60aを点灯回路70のLED駆動回路70cに入力することにより、LED素子80を制御する。
これにより、制御信号40により交流電力を変調した変調交流電力を復調して制御信号60aとして制御するので、複数のLED照明装置A、52が、制御信号40に従ってLED素子80を制御することができる。
(4.LED照明装置B)
図2に示すように、複数のLED照明装置B、55と照明装置56は、交流電力線に並列接続されており、変調ユニット30からの変調交流電力が送電される。LED照明装置B、55は、図4に示すように、入力端子55aから入力される変調交流電力から制御信号60aを復調する復調回路60と、復調回路60により復調された制御信号60aによりLED素子80の制御を行う点灯回路70と、点灯回路70により駆動させられるLED素子80で構成されている。複数のLED照明装置B、55と変調交流電力に並列接続することが可能な構成なので、新たにLED照明装置B、55の追加や設置を行うときの工数を削減することが可能となる。また、現状の変調交流電力線に並列接続されている照明装置の置き換えを行う場合に、現状の配線を生かして簡単に照明装置の交換を行うことが可能となる。
LED照明装置の復調回路60により、変調交流電力を復調して制御信号60aを取り出し、制御信号60aを点灯回路70のLED駆動回路70cに入力することにより、LED素子80を制御することができる。
これにより、制御信号40により交流電力を変調した変調交流電力を復調して制御信号60aとして制御するので、複数のLED照明装置B、55が、制御信号40に従ってLED素子80を制御することができる。
(5.点灯回路)
点灯回路70は、LED照明装置A、52とLED照明装置B、55において、共通であり、図3、図4に示すように、制御信号40で変調された変調交流電力を直流電力に整流する整流回路70aと、直流電力の高調波電流成分を抑える力率改善回路70bと、LED素子80を制御信号60aにより制御して駆動するLED駆動回路70cで構成されている。
点灯回路70には、交流電力が制御信号40により変調された変調交流電力が入力される。変調交流電力は、制御信号によりゼロクロス点近傍で所定の時間において、変調交流電力がゼロ出力となる部分が存在する。しかし、ゼロクロス点近傍からの短い時間(周期の10%以下)のみを変調しているので、ゼロ出力となる部分が少ないうえに、点灯回路70で交流から直流に変換されるので、LED素子80を駆動するLED駆動回路70cに影響を与えることはない。
(6.変調復調方式)
本LED照明制御システム100における、交流電力を制御信号で変調した変調交流電力を送電し、各LED照明装置において変調交流電力より制御信号を復調する変調復調の2方式について、図面を用いて詳細に説明する。
(6.−1 時間方式)
交流電力を変調復調する第1の方法は、制御信号に従い設定された時間で、交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍で交流電力出力を出力しないゼロ出力を行う変調を行い、変調された交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍において、変調交流電力のゼロ出力の時間を計測して、ゼロ出力の時間から制御信号に復調する方法である。
(6.−2 実施例1)
具体的には、壁スイッチ20がONに操作されて、操作パネル30bより50%で調光させる制御信号40が、変調回路30aに入力されている場合についてのLED照明制御システム100の変調復調動作について、図5、図6を用いて説明する。
図5(a)は、変調前の交流電力波形で、f=50Hz(1周期が20ms)のSIN波形である。図1に記載の変調回路30aに入力される波形を示している。
図5(b)は、変調後の交流電力波形で、50%で調光させる場合は、半波毎のゼロクロス点近傍から時間0.5msの間は、交流電力をゼロ出力となるように、交流電力を変調する。図1に記載の変調回路30aを通過した後における波形を示している。
この変調回路30aは、回路により構成しても、マイコンを用いて構成しても、回路とマイコンにより構成しても良い。
この変調された交流電力を、図1に示すように、複数のLED照明装置A、52と照明装置56に交流電力線の送り接続により送電される。
図6(a)は、LED照明装置A、52に入力される変調交流電力波形で、制御信号40に基づいて変調されていて、半波毎のゼロクロス点近傍から0.5msの間は、交流電力がゼロ出力となっている。
変調された変調交流電力の復調動作は、図3に示す復調回路60において、変調交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍において、変調交流電力のゼロ出力の時間を計測する。図6(b)に示すように、変調交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍から、変調交流電力におけるゼロ出力の時間より充分小さいサンプリング時間である0.05ms毎に、変調交流電力がゼロ出力かを判定する。計測したゼロ出力の時間である0.5msの計測時間から、復調回路60で、変調設定された制御信号40は50%調光の設定であることが判断される。復調された制御信号60aは、点灯回路70のLED駆動回路70cに50%調光する指示をし、復調された制御信号60aの50%調光の制御信号60aに従い、LED駆動回路70cでは、LED素子80を50%の明るさに調光して点灯させる。
この復調回路60は、回路で構成しても、マイコンを用いて構成しても、回路とマイコンで構成しても良い。
また、交流電力線により接続されている制御機能を有しない通常の照明装置56には、制御信号40により変調された変調交流電力が入力されるが、変調交流電力には、変調により半波毎にゼロクロス点近傍から所定の時間において、交流電力がゼロ出力となる部分が存在することになる。しかし、ゼロクロス点近傍の短い時間(周期の10%以下)のみを用いて変調しているので、ゼロ出力となる部分が少ないので、照明装置56を駆動することに影響を与えることはない。
さらに、本実施例1では、半波毎のゼロクロス点近傍の初期部分を変調しているが、半波毎のゼロクロス点近傍の後期部分を変調して、復調しても同様な効果を得ることができる。
このLED照明制御システム100の動作により、簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御し、従来の配線を利用することができ、通常の照明装置を同時に使用することができるLED照明制御システムを提供することができる。
また、制御信号40で変調した変調交流電力を半波毎に確認して制御しているので、制御信号の変化に即応した制御をすることができる。
(6.−3 符号方式)
交流電力を変調復調する第2の方法は、制御信号に従い設定されたゼロ出力の有無で、前記交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍で出力しないゼロ出力の有無による変調を行い、変調交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍において、変調された変調交流電力のゼロ出力の有無を判断して、ゼロ出力の有無から設定された制御信号に復調する方法である。
(6.―4 実施例3)
具体的には、壁スイッチ20がONに操作されて、操作パネル30bより70%で調光させる制御信号40が、変調回路30aに入力されている場合についてのLED照明制御システム100の変調復調動作について、図7、図8を用いて説明する。
図7(a)は、変調前の交流電力波形で、f=50Hz(1周期が20ms)のSIN波形である。図1に記載の変調回路30aに入力される波形を示している。
図7(b)は、変調後の交流電力波形で、70%で調光させる場合は、半波毎のゼロクロス点近傍から時間0.3msの間は、ゼロ出力の有無により、交流電力を変調する。制御信号40は、交流電力の4つの半波を用いて符号化している。70%の調光の信号の場合には、有のゼロ出力を3回出力して、次に無のゼロ出力なしを1回出力する4ビット信号により、調光信号を交流電力に変調している。図1に記載の変調回路30aを通過した後における波形を示している。変調交流電力に変調された調光信号を識別するために、調光信号を変調させる前にゼロ出力を設定回数出力した後に、変調出力するようにして、調光信号は一定の間隔で符号化して、交流電力を変調する。
この変調回路30aは、回路で構成しても、マイコンを用いて構成しても、回路とマイコンにより構成しても良い。
この変調された交流電力を、図1に示すように、複数のLED照明装置A、52と照明装置56に交流電力線の送り接続により送電される。
図8(a)は、LED照明装置A、52に入力される交流電力波形で、制御信号40に基づいて変調されていて、半波毎のゼロクロス点近傍から0.3msの間は、交流電力がゼロ出力となっている。
変調された変調交流電力の復調動作は、図3に示すように、復調回路60において、変調された変調交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍において、変調された変調交流電力のゼロ出力の時間を計測する。図8(b)に示すように、変調された変調交流電力の半波毎のゼロクロス点近傍から、変調されたゼロ出力の時間より充分小さいサンプリング時間である0.05ms毎に、変調された変調交流電力がゼロ出力かを判定する。計測したゼロ出力の時間の0.3msから、復調回路60で、変調設定された制御信号40は、“1”の設定であることが判断される。図7(b)に示すように、順次判定して、“1”、“1”、“1”、“0”の4ビットの判定信号から、7と復調された制御信号60aは、点灯回路70のLED駆動回路70cに70%調光する指示をし、復調された制御信号60aの70%調光の制御信号に従い、LED駆動回路70cでは、LED素子80を70%の明るさに調光して点灯させる。
この復調回路60は、回路で構成しても、マイコンを用いて構成しても、回路とマイコンにより構成しても良い。
また、交流電力線により接続されている制御機能を有しない通常の照明装置56には、交流電力が制御信号40により変調された変調交流電力が入力される。変調交流電力には、調光信号により半波毎にゼロクロス点近傍から所定の時間において、交流電力がゼロ出力となる部分が存在することになる。しかし、ゼロクロス点近傍の短い時間(周期の10%以下)のみを用いて変調しているので、ゼロ出力となる部分が少ないので、照明装置56を駆動することに影響を与えることはない。
さらに、本実施例2では、半波毎のゼロクロス点近傍の初期部分を変調しているが、半波毎のゼロクロス点近傍の後期部分を変調して、復調しても同様な効果を得ることができる。その上、半波毎のゼロクロス点近傍で1ビットのデータを変調しているが、設定時間を区切ることにより複数のビットデータを変調させて、復調しても同様な効果を得ることができる。
このLED照明制御システム100の動作により、簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御し、従来の配線を利用することができ、通常の照明装置を同時に使用することができるLED照明制御システムを提供することができる。
また、交流電力の制御信号40により変調された変調交流電力を一定の間隔で確認して制御することができるので、制御信号の変化に即応した制御をすることができる。
今回は、調光制御の場合を説明したが、例えばLED照明装置のON/OFFや、調色制御等のLED照明装置の場合や、調光制御と調色制御を一緒に行う制御等にも適用することが可能で、幅広くLED照明装置の制御に用いることができる。
また、本LED照明制御システム100は、変調・復調をゼロクロス点近傍からの時間で実施しているので、交流電力の周波数が50Hz/60Hzの場合においてもそのまま対応が可能なLED照明制御システムとなり、実施地域ごとにシステムを変更する必要がなく実施することができる。
さらに、本実施形態のLED照明装置では、LED素子として説明しているが、このLED素子は複数のLED素子から構成されているLEDランプとしても良く、特にこれに限定するものではない。例えば、外観が環形状やU字形状でもよく、更に複数本のランプを並列接続させた構成にしてもよい。なお、操作パネルを既存の調光器や調光センサに変更して、LED照明制御システムを構成しても対応することが可能である。
以上のように、本実施形態では、制御信号に基づき交流電力を変調して送電する制御ユニットと、LED照明装置が交流電力線で送りまたは並列に接続され、復調した信号に基づき制御されるLED照明装置からなるLED照明制御システムが構成されている。
これらによって、簡易な回路の構成で複数のLED照明装置を制御し、従来の配線を利用することができ、通常の照明装置を同時に使用することができるLED照明制御システムを提案している。
また、交流電力の制御信号により変調された変調交流電力を一定の間隔で確認して制御することができるので、制御信号の変化に即応した制御をすることができるLED照明制御システムを提案している。
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
本発明は、ショールームやホール、更に、会議室や事務所の各居室等の天井面に沿って設置されるLED照明装置のLED照明制御システムとして、広く適用することができる。
10:商用電源
20:壁スイッチ
30:変調ユニット
30a:変調回路
30b:操作パネル
40:制御信号
52:LED照明装置A
52a:入力端子
52b:送り端子
55:LED照明装置B
55a:入力端子
56:照明装置
60:復調回路
60a:制御信号
70:点灯回路
70a:整流回路
70b:力率改善回路
70c:LED駆動回路
80:LED素子
100:LED照明制御システム

Claims (3)

  1. 外部から入力されるLED素子の制御信号と、
    前記制御信号により交流電力を変調する変調回路からなる変調ユニットと、
    前記変調ユニットからの変調交流電力が入力される少なくとも一つのLED照明装置とで構成され、
    前記LED照明装置は、前記変調交流電力から制御信号を復調する復調回路を備え、
    前記変調交流電力が入力される点灯回路で前記制御信号に従いLED素子を制御することを特徴とするLED照明制御システム。
  2. 請求項1に記載されたLED照明制御システムであって、
    前記変調回路は前記制御信号に従い設定された時間で、前記交流電力のゼロクロス点近傍において交流電力出力を出力しないゼロ出力を行う変調を行い、
    前記復調回路は前記変調交流電力のゼロクロス点近傍においてゼロ出力の時間を計測して、ゼロ出力の時間から前記制御信号に復調することを特徴とするLED照明制御システム。
  3. 請求項1に記載されたLED照明制御システムであって、
    前記変調回路は前記制御信号に従い設定されたゼロ出力の有無で、前記交流電力のゼロクロス点近傍において交流電力出力を出力しないゼロ出力の有無による変調を行い、
    前記復調回路は前記変調交流電力のゼロクロス点近傍においてゼロ出力の有無を判断して、ゼロ出力の有無から前記制御信号に復調することを特徴とするLED照明制御システム。





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