JP5768979B2 - 調光装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、２線式の調光装置に関する。

従来、交流電源に対して白熱電球などの負荷と直列に接続されて負荷を調光制御する２線式の調光装置においては、トライアックや逆向きに直列接続したスイッチング素子および整流素子を有するスイッチ部を用い、設定された調光レベルに応じて交流電圧の毎半サイクルの期間途中で負荷への導通、非導通を制御するようにした位相制御方式が採用されている。このような調光装置では、スイッチ部を制御する制御部、および交流電源に対してスイッチ部と並列に接続されて交流電源を所定の制御電源に変換して制御部に供給する制御電源部を備えている。

また、光源として放電灯やＬＥＤおよび有機ＥＬなどの半導体発光素子を用いた負荷の場合、点灯特性を改善し、高効率で安定した点灯を実現するために電源回路を備えている。この電源回路は調光機能を付加することにより、交流電源に対して電源回路を有する負荷と２線式の調光装置とを直列に接続して使用することが可能となっている。調光機能を有する電源回路は、調光装置によって制御された交流電圧の位相から調光情報を取得し、光源を調光制御している。

特開２０１１−２３８３５３号公報

しかしながら、交流電源に対して電源回路を有する負荷と２線式の調光装置とを直列に接続して使用すると、調光装置側の制御電源部が負荷側の電源回路の影響を受けた場合、調光装置で制御する交流電圧の位相が変化し、負荷側の電源回路で交流電圧の位相から正確な調光情報を取得できず、負荷側の電源回路が誤動作する虞がある。

本発明が解決しようとする課題は、負荷が電源回路を有する場合でも負荷を正常に調光できる調光装置を提供することである。

実施形態の調光装置は、スイッチ部、同期信号発生部、制御電源部および制御部を具備する。スイッチ部は、交流電源に対して負荷と直列に接続され、負荷に供給する交流電圧を位相制御する。同期信号発生部は、交流電源の交流電圧波形に同期した同期信号を発生する。制御電源部は、スイッチ部に並列に接続され、交流電源を所定の制御電源に変換するとともに変換動作の稼働および停止を制御可能とし、制御電源を蓄積する容量性素子を有する。制御部は、制御電源部から容量性素子を通じて制御電源が供給され、同期信号発生部が発生する同期信号に基づき、交流電圧の毎半サイクルの期間中を第１の区間、第２の区間および第３の区間に区分する。第１の区間では、スイッチ部を導通制御して負荷に電力供給するとともに制御電源部の変換動作を停止制御する。第２の区間では、スイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を停止制御する。第３の区間では、スイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を稼働制御する。

本発明によれば、第１の区間ではスイッチ部を導通制御して負荷に電力供給するとともに制御電源部の変換動作を停止制御し、第２の区間ではスイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を停止制御して負荷側に調光情報を伝え、第３の区間ではスイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を稼働制御して制御部に電力供給し、制御部で同期信号を取得できるようにするため、負荷が電源回路を有する場合でも負荷を正常に調光制御することが期待できる。

第１の実施形態を示す調光装置のブロック図である。 同上調光装置の回路図である。 同上調光装置の回路図である。 同上調光装置の斜視図である。 同上調光装置を用いた照明システムのブロック図である。 同上照明システムの回路図である。 同上調光装置で位相制御された交流電圧を負荷で整流した後の波形を(a)(b)(c)に示す波形図である。 同上調光装置による位相制御を説明するもので、(a)は位相制御した波形図、(b)は第１の制御方法による電界効果トランジスタのオンオフを示すタイミングチャート、(c)は第２の制御方法による電界効果トランジスタのオンオフを示すタイミングチャートである。 同上調光装置で位相制御する電圧の波形を示す波形図である。 第２の実施形態を示す調光装置で位相制御する電圧の波形を示す波形図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図９を参照して説明する。

図５に照明システム10を示す。照明システム10では、交流電源Ｅに対して、負荷（照明負荷）Ｌと２線式の調光装置11とが直列に接続されている。

図１に調光装置11のブロック図を示す。調光装置11は、交流電源Ｅおよび負荷Ｌにそれぞれ接続される端子14，15を有し、これら端子14，15間に、制御回路部16と、この制御回路部16に制御電源を供給する制御電源部17とが並列に接続されている。

制御回路部16は、負荷Ｌに供給する交流電圧を位相制御するスイッチ部19、このスイッチ部19を駆動するスイッチドライブ部20、調光の調整や設定の操作機能および表示機能を有する操作表示部21、交流電源Ｅの交流電圧波形に同期した同期信号を発生する同期信号発生部22、負荷Ｌに流れる電流を検出する検出部23、操作表示部21および同期信号発生部22および検出部23からの信号に基づいてスイッチドライブ部20や制御電源部17を制御する制御部24を有している。また、制御部24は、調光下限値の設定情報などを記憶する記憶部25を有している。

次に、図２および図３に調光装置11の回路図を示す。なお、図２に示す回路と図３に示す回路とに分けて図示しているが、図２に示す回路と図３に示す回路とはコネクタCN1およびコネクタCN2で電気的に接続されている。

端子14，15間にヒューズF1およびバリスタVZ1が接続され、バリスタVZ1の両端に制御回路部16および制御電源部17が接続されている。

制御回路部16のスイッチ部19は、ヒューズF1に接続されたバリスタVZ1の一端にダイオードD1のカソードが接続され、バリスタVZ1の他端にダイオードD2のカソードが接続され、これらダイオードD1，D2のアノードが互いに接続されているとともにコネクタCN1を介して制御電源部17の接地側ラインに接続されている。各ダイオードD1，D2のカソードにスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1，Q2のドレインが接続され、各ダイオードD1，D2のアノードに電界効果トランジスタQ1，Q2のソースが抵抗R1，R2を介して接続されている。

電界効果トランジスタQ1，Q2のゲートとダイオードD1，D2のアノードとの間に、バイアス用のコンデンサC1，C2と、トランジスタQ3，Q4のコレクタ・エミッタおよびコンデンサC3，C4の直列回路と、サイリスタSR1，SR2のアノード・カソードとが並列に接続されている。トランジスタQ3，Q4のベースは制御部24のマイコンIC1に接続され、マイコンIC1からの「Ｈ」、「Ｌ」の信号でトランジスタQ3，Q4がオンオフする。

サイリスタSR1，SR2のゲートが抵抗R3，R4を介して電界効果トランジスタQ1，Q2のソースに接続され、サイリスタSR1，SR2のゲート・カソード間に抵抗R5，R6およびコンデンサC5，C6が接続されている。そして、サイリスタSR1，SR2、抵抗R1〜R6およびコンデンサC5，C6により、電界効果トランジスタQ1，Q2を含む電流回路に過電流が流れたときに電界効果トランジスタQ1，Q2をオフさせる過電流保護回路が構成されている。

電界効果トランジスタQ1，Q2のゲートはコネクタCN2および抵抗R7，R8を介してスイッチドライブ部20に接続されている。そして、スイッチドライブ部20からの「Ｈ」、「Ｌ」の信号で電界効果トランジスタQ1，Q2がオンオフする。また、コンデンサC1，C2、トランジスタQ3，Q4、コンデンサC3，C4および抵抗R7，R8により、電界効果トランジスタQ1，Q2のオフ制御時（遮断制御時）の交流電圧の立下りに傾斜角を設定するとともに、制御部24のマイコンIC1の制御によって傾斜角を変化させることが可能な傾斜制御手段26としての時定数回路27a，27bが構成されている。なお、時定数回路27a，27bは、トランジスタQ3，Q4およびコンデンサC3，C4に代えて、図３に２点鎖線で示すように、抵抗R7，R8と並列にトランジスタQ51，Q52のエミッタ・コレクタおよび抵抗R51，R52を接続し、トランジスタQ51，Q52のベースを制御部24のマイコンIC1に接続するようにしてもよい。

また、スイッチドライブ部20は、電界効果トランジスタQ1，Q2をオンオフする制御信号を供給するバッファ用の集積回路IC2，IC3を備えている。集積回路IC2，IC3のポート５に制御電源部17から１０〜１１Ｖの制御電源が供給される制御電源供給ラインが接続されている。制御電源供給ラインは、抵抗R9，R10を介して集積回路IC2，IC3のポート２に接続され、コンデンサC7，C8を介して集積回路IC2，IC3のポート３に接続されている。抵抗R9，R10と集積回路IC2，IC3のポート２との間にトランジスタQ5，Q6のコレクタが接続され、制御電源部17の接地側ラインにトランジスタQ5，Q6のエミッタが接続されている。トランジスタQ5，Q6のベースは制御部24のマイコンIC1に接続されている。そして、マイコンIC1からの「Ｈ」、「Ｌ」の信号によってトランジスタQ5，Q6がオンオフし、これに応じて集積回路IC2，IC3のポート４から「Ｈ」、「Ｌ」の信号が電界効果トランジスタQ1，Q2に出力される。

また、操作表示部21は、調光を変更操作するための可変抵抗器VR1、負荷Ｌのオフ時に点灯するとともに設定時に所定の表示形態で点灯表示する表示部29としてのＬＥＤ30、および調光下限値の設定および解除を操作するための押ボタンスイッチSW1を有している。これら可変抵抗器VR1、ＬＥＤ30および押ボタンスイッチSW1は、それぞれ制御部24のマイコンIC1の各ポートと制御電源部17の接地側ラインとの間に接続されている。

また、同期信号発生部22は、正極用と負極用の２つのゼロクロス検出部22a，22bで構成されており、バリスタVZ1の両端にダイオードD3，D4のアノードが接続され、ダイオードD3，D4のカソードと制御電源部17の接地側ラインとの間に抵抗R11，R12の分圧回路および抵抗R13，R14の分圧回路が接続されている。抵抗R11，R12の中間点および抵抗R13，R14の中間点にトランジスタQ7，Q8のベースが接続され、抵抗R12および抵抗R14と並列にトランジスタQ7，Q8のベース・エミッタが接続されているとともにコンデンサC9，C10が並列に接続されている。トランジスタQ7，Q8のコレクタは抵抗R15，R16を介して制御電源部17の３．３Ｖの制御電源供給ラインに接続されている。トランジスタQ7，Q8のコレクタ・エミッタ間にコンデンサC11，C12が接続され、トランジスタQ7，Q8のコレクタとコンデンサC11，C12との間が制御部24のマイコンIC1に接続されている。

そして、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたときにトランジスタQ7がオンし、トランジスタQ8がオフし、また、端子15側が交流電圧の負極性の半サイクルの期間に転じたときにトランジスタQ8がオンし、トランジスタQ7がオフする。これらトランジスタQ7，Q8のオンオフに応じて、交流電圧の位相およびゼロクロスが検出される。

また、検出部23は、スイッチ部19の電界効果トランジスタQ1，Q2のソースと抵抗R1，R2との間が制御部24のマイコンIC1のポート12に接続されており、抵抗R1，R2を介して負荷Ｌに流れる負荷電流を検出する。なお、検出部23は、電流の検出に代えて、電圧を検出するようにしてもよい。すなわち、図３に２点鎖線で示すように、制御電源部17の正極側ラインと接地側ラインとの間に抵抗R41，R42の分圧回路を接続し、抵抗R41，R42間を制御部24のマイコンIC1のポート12に接続する。

また、制御部24は、タイミング発生部であり、マイコンIC1を具備している。マイコンIC1のポート１に制御電源部17から３．３Ｖの制御電源が供給され、ポート１とポート14との間にコンデンサC13が接続されている。ポート２，13に同期信号発生部22のトランジスタQ7，Q8のコレクタが抵抗R17，R18を介して接続されている。ポート３に操作表示部21の可変抵抗器VR1の中間接点が抵抗R19を介して接続され、ポート８に可変抵抗器VR1の端部接点が接続されている。ポート４に押ボタンスイッチSW1が接続され、ポート４とポート８との間に抵抗R20が接続されている。ポート５にＬＥＤ30が抵抗R21を介して接続されている。ポート６，７にスイッチドライブ部20のトランジスタQ5，Q6のベースが接続されている。

制御部24は、さらにリセット用の集積回路IC4を具備している。集積回路IC4のポート２に制御電源部17から３．３Ｖの制御電源が供給され、ポート１がマイコンIC1のポート10に接続されている。ポート１とポート２との間に抵抗R22が接続され、ポート１および抵抗R22の間と制御電源部17の接地側ラインとの間にコンデンサC14が接続されている。

マイコンIC1は、スイッチドライブ部20および制御電源部17を制御する機能を有している。また、マイコンIC1は、タイマ機能を有し、タイマ機能を含む必要最低限の機能のみを残してその他を休止させて消費電力を極力抑えるスリープモードの機能も有している。

また、制御電源部17には、バリスタVZ1の両端にアノードが接続されたダイオードD5，D6を介して接続される正極側ラインと、バリスタVZ1の両端にダイオードD1，D2を介して接続される接地側ラインとが接続されている。正極側ラインにはドロッパ回路の制御素子として用いられる電界効果トランジスタQ9のドレインが抵抗R23を介して接続され、接地側ラインには電界効果トランジスタQ9のソースが電解コンデンサC15を介して接続されている。正極側ラインと接地側ラインとの間には分圧回路の抵抗R24，R25が接続され、これら抵抗R24，R25の中間点が電界効果トランジスタQ9のゲートに接続され、抵抗R24，R25の中間点と電界効果トランジスタQ9のゲートとの間にカソードを接続したツェナーダイオードZD1が抵抗R25と並列に接続されている。そして、電界効果トランジスタQ9の動作時に電解コンデンサC15に電荷が蓄積され、電解コンデンサC15を介して１０〜１１Ｖの制御電源がスイッチドライブ部20に供給される。

電解コンデンサC15の両端に、コンデンサC16、３．３Ｖの電圧に変換するレギュレータIC5、コンデンサC17および容量性素子としての電解コンデンサC18が並列に接続されている。そして、電界効果トランジスタQ9の動作時に電解コンデンサC18に電荷が蓄積され、電解コンデンサC18を介して３．３Ｖの制御電源が制御部24に供給される。

電界効果トランジスタQ9のベースと接地側ラインとの間にトランジスタQ10のコレクタ・エミッタが接続され、トランジスタQ10のベースが制御部24のマイコンIC1のポート９に接続されている。そして、マイコンIC1からの「Ｈ」、「Ｌ」の信号でトランジスタQ10がオンオフし、トランジスタQ10のオン時に電界効果トランジスタQ9が停止され、トランジスタQ10のオフ時に電界効果トランジスタQ9が動作される。

次に、図４に調光装置11の斜視図を示す。調光装置11は、配線ボックス取付用のサポート34を有し、このサポート34に制御回路部16および制御電源部17などを収容した本体35が取り付けられている。本体35の前面にはカバー36が着脱可能に取り付けられている。カバー36には、可変抵抗器VR1を操作する調光操作部37が突出されているとともに、ＬＥＤ30の光が透過する表示窓38（表示部29）が形成されている。本体35の前面には、カバー36を外すことで操作可能とする押ボタンスイッチSW1が配置されている。

次に、図６に照明システム10の回路図を示す。

負荷Ｌは、光源としての半導体発光素子である複数のＬＥＤ素子41、およびＬＥＤ素子41を点灯させる電源回路42を備えている。

電源回路42は、交流電源Ｅに調光装置11と直列に接続される端子43，44を有し、端子43，44間にコンデンサやチョークコイルを備えたフィルタ回路45が接続されている。フィルタ回路45の両端に全波整流器RECの一対の入力端子が接続され、全波整流器RECの一対の出力端子にダイオードD30および電解コンデンサC31の平滑回路が接続されている。電解コンデンサC31の両端にコンバータ46の入力部が接続され、コンバータ46の出力部にＬＥＤ素子41が接続されている。また、全波整流器RECの一対の出力端子とダイオードD30および電解コンデンサC31でなす平滑回路との間に、調光装置11によって位相制御された電圧の位相を検知する位相検知回路47が接続されている。位相検知回路47で検知された位相情報はコンバータ46に入力される。

コンバータ46は、例えば降圧チョッパによって構成され、図示しない点灯制御回路により降圧チョッパのスイッチング素子をオンオフ制御するとともに位相検知回路47からの位相情報に応じてスイッチング素子のオンデューティを制御することにより、整流および平滑された直流電圧をＬＥＤ素子41を点灯させるための所定の出力電圧に変換する。

また、全波整流器RECの一対の出力端子とダイオードD30および電解コンデンサC31でなす平滑回路との間には、位相検知回路47と並列に、抵抗R30および電界効果トランジスタQ30を有するブリーダ回路48が接続されている。このブリーダ回路48は、図示しない点灯制御回路により調光レベルに応じて電界効果トランジスタQ30をオン制御し、抵抗R30によって決定されるブリーダ電流を引き出す。

電源回路42がブリーダ回路48を備えるため、調光レベルを調光下限付近にしたときにコンバータ46に電流が流れ込まなくなる期間においても、ブリーダ回路48を介してブリーダ電流が流れることにより、調光装置11において電源電圧の波形を監視することができるとともにゼロクロスを検出することができる。

次に、調光装置11の動作を説明する。

調光装置11の制御電源部17が交流電源Ｅを所定の制御電源に変換し、変換した制御電源を制御部24のマイコンIC1やスイッチドライブ部20の集積回路IC2，IC3に供給する。

マイコンIC1は、同期信号発生部22で検出される交流電圧の位相およびゼロクロスの情報、調光操作部37の操作に連動して可変抵抗器VR1で設定される調光レベル情報、および検出部23によって検出される負荷Ｌに流れる電流値情報を取得する。

そして、マイコンIC1は、交流電圧の位相に同期してポート６およびポート７から「Ｈ」、「Ｌ」の信号を出力し、トランジスタQ5，Q6をオンオフ制御する。トランジスタQ5，Q6のオンオフに応じて集積回路IC2，IC3のポート４から「Ｈ」、「Ｌ」の信号を出力し、スイッチ部19の電界効果トランジスタQ1，Q2をオンオフ制御する。

マイコンIC1の制御により、交流電圧の正極性の半サイクルの期間中に電界効果トランジスタQ1をオンオフさせ、交流電圧の負極性の半サイクルの期間中に電界効果トランジスタQ2をオンオフさせる。なお、同期信号発生部22が正極用と負極用の２つのゼロクロス検出部22a，22bで構成されており、交流電圧のゼロクロスとともに正負極性の位相も検出できるため、マイコンIC1が交流電圧の正負極性の位相に応じて２つの電界効果トランジスタQ1，Q2を制御できる。

そして、マイコンIC1による電界効果トランジスタQ2をオンオフ制御には、第１の制御方法（図８(b)参照）および第２の制御方法（図８(c)参照）があり、いずれを用いてもよい。

第１の制御方法では、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じると、集積回路IC2のポート４からの信号を「Ｌ」から「Ｈ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ1をオン制御する。そして、交流電源ＥがヒューズF1、電界効果トランジスタQ1、抵抗R1、ダイオードD2の経路を通じて端子15に流れ、負荷Ｌに電流が流れる。マイコンIC1は、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたゼロクロスから調光レベルに応じた所定の時間後に、集積回路IC2のポート４からの信号を「Ｈ」から「Ｌ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ1をオフ制御する。

同様に、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じると、集積回路IC3のポート４からの信号を「Ｌ」から「Ｈ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ2をオン制御する。そして、交流電源Ｅが電界効果トランジスタQ2、抵抗R2、ダイオードD1およびヒューズF1の経路を通じて端子14に流れ、負荷Ｌに電流が流れる。マイコンIC1は、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたゼロクロスから調光レベルに応じた所定の時間後に、集積回路IC3のポート４からの信号を「Ｈ」から「Ｌ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ2をオフ制御する。

また、第２の制御方法では、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたときには、電界効果トランジスタQ1がオンしている。そのため、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じると、交流電源ＥがヒューズF1、電界効果トランジスタQ1、抵抗R1、ダイオードD2の経路を通じて端子15に流れ、負荷Ｌに電流が流れる。そして、マイコンIC1は、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたゼロクロスから調光レベルに応じた所定の時間後に、集積回路IC2のポート４からの信号を「Ｈ」から「Ｌ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ1をオフ制御する。同時に、マイコンIC1は、集積回路IC3のポート４からの信号を「Ｌ」から「Ｈ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ2をオン制御する。電界効果トランジスタQ2をオンしても、端子14側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間は、逆極性となるために電流は流れない。

同様に、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたときには、電界効果トランジスタQ2がオンしている。そのため、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じると、交流電源Ｅが電界効果トランジスタQ2、抵抗R2、ダイオードD1およびヒューズF1の経路を通じて端子14に流れ、負荷Ｌに電流が流れる。そして、マイコンIC1は、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間に転じたゼロクロスから調光レベルに応じた所定の時間後に、集積回路IC3のポート４からの信号を「Ｈ」から「Ｌ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ2をオフ制御する。同時に、マイコンIC1は、集積回路IC2のポート４からの信号を「Ｌ」から「Ｈ」に切り換えさせ、電界効果トランジスタQ1をオン制御する。電界効果トランジスタQ1をオンしても、端子15側が交流電圧の正極性の半サイクルの期間は、逆極性となるために電流は流れない。

第２の制御方法では、ゼロクロスの時点で電界効果トランジスタQ1，Q2がオンしているため、ゼロクロスからの電圧の立上りをスムーズにできる。

このように、マイコンIC1により、調光操作部37で設定された調光レベルに応じて、交流電圧の毎半サイクルの期間途中で負荷Ｌへの導通を遮断するいわゆる逆位相制御（後切り位相制御）を行う（図９参照）。

また、スイッチ部19が２つの電界効果トランジスタQ1，Q2を用いて毎半サイクル毎に位相制御する構成であるため、スイッチ部19での電力ロスを少なくできる。この場合、２つの電界効果トランジスタQ1，Q2を制御するマイコンIC1が交流電圧のゼロクロスとともに正負極性の位相も把握する必要がある。そこで、同期信号発生部22を正極用と負極用の２つのゼロクロス検出部22a，22bで構成し、交流電圧のゼロクロスとともに正負極性の位相も検出できるようにしている。そのため、マイコンIC1が交流電圧のゼロクロスとともに正負極性の位相の情報も取得し、交流電圧の正負極性の位相に応じて２つの電界効果トランジスタQ1，Q2を制御できる。

また、調光装置11で位相制御された交流電圧が負荷Ｌの電源回路42に供給される。電源回路42では、点灯制御回路が調光装置11で位相制御された交流電圧の波形から調光情報を取得してコンバータ46を制御し、ＬＥＤ素子41を調光点灯する。

また、電源回路42では、交流電圧を全波整流器RECで整流するとともに電解コンデンサC31で平滑し、コンバータ46に供給する。

図７(a)(b)(c)は調光装置11で位相制御された交流電圧を電源回路42で整流した後の波形を示す。図７(a)には全光調光レベルに相当する整流後の波形を示し、図７(b)には所定の調光レベルに位相制御した整流後の波形を示す。整流後は電源回路42の電解コンデンサC31で所定の平滑電圧Vcに平滑する。平滑電圧Vcより低い区間は、コンバータ46に電流が流れ込まず、インピーダンスが非常に大きくなる。

電源回路42はブリーダ回路48を備えているため、コンバータ46に電流が流れ込まない期間においても、ブリーダ回路48からブリーダ電流を流す。これにより、調光装置11において、電源電圧の波形を監視することができるとともに、ゼロクロスを検出することができる。

ところで、電源回路42がブリーダ回路48を備えていると、交流電源Ｅを制御電源に変換動作している制御電源部17を介して電源ラインに電流が流れ、制御電源部17のインピーダンスとブリーダ回路48のインピーダンスとの分圧で決まる電圧が調光装置11で位相制御する電圧に影響し、目的の位相波形が得られなくなる現象が発生する。

すなわち、目的とする調光レベルに位相制御した整流後の波形は、図７(b)に示すような交流電圧の毎半サイクルの期間途中で交流電圧がゼロまで立下がる波形であるが、交流電源Ｅを制御電源に変換動作している制御電源部17から電源ラインに流れる電流の影響によって、図７(c)に示すように、交流電圧の毎半サイクルの期間途中で交流電圧がゼロまで立下がらず、毎半サイクルの期間の最後まで継続して電圧が発生する。

電源回路42では、図７(b)のような電圧が立下がった波形から調光情報を取得しているため、図７(c)のような波形であると調光情報を正しく取得できず、調光制御に不具合が生じる。

このような不具合を解消するために、調光装置11の制御部24は、同期信号発生部22が発生する同期信号に基づき、図９に示すように、交流電圧の毎半サイクルの期間中を第１の区間、第２の区間および第３の区間に区分し、第１の区間ではスイッチ部19を導通制御して負荷Ｌに電力供給するとともに制御電源部17の変換動作を停止制御し、第２の区間ではスイッチ部19を非導通制御して負荷Ｌへの電力供給を遮断するとともに制御電源部17の変換動作を停止制御し、第３の区間ではスイッチ部19を非導通制御して負荷Ｌへの電力供給を遮断するとともに制御電源部17の変換動作を稼働制御する。

具体的には、制御部24のマイコンIC1は、同期信号発生部22からの同期信号に基づいて交流電圧のゼロクロスを判別すると、交流電圧の半サイクルの第１の区間に入ったことを判別し、スイッチドライブ部20を通じてスイッチ部19を導通制御し、交流電圧を負荷Ｌに供給する。また、第１の区間に入ると、マイコンIC1は、制御電源部17のトランジスタQ10をオン制御し、タイマ機能を含む必要最低限の機能のみを残してその他を休止させて消費電力を極力抑えるスリープモードに移行する。制御電源部17のトランジスタQ10をオン制御することで制御電圧の変換動作を停止するが、電解コンデンサC18に蓄積された電荷がマイコンIC1に供給されるため、マイコンIC1はスリープモードを維持する。

また、マイコンIC1は、設定されている調光レベルに応じてゼロクロスを基準とした所定の時間後に、第１の区間から第２の区間に切り換わったと判断し、スリープモードから通常モードに一時的に復帰してスイッチドライブ部20を通じてスイッチ部19を非導通制御し、負荷Ｌへの電力供給を遮断する。スイッチ部19を非導通制御したマイコンIC1は、再びスリープモードに移行する。この第２の区間においても、マイコンIC1は、制御電源部17のトランジスタQ10をオン制御することで制御電圧の変換動作を停止するが、電解コンデンサC18に蓄積された電荷がマイコンIC1に供給されるため、マイコンIC1はスリープモード状態を維持する。なお、電解コンデンサC18の容量は、第１の区間および第２の区間中に制御電源部17がオフしていても、マイコンIC1の機能を維持可能とする容量に設定されている。

そして、第２の区間では、制御電源部17の変換動作を停止するため、上述した制御電源部17とブリーダ回路48との関係による制御電源部17からの電流が電源ラインに流れることがなく、調光装置11で位相制御した整流後の波形は、図７(b)に示すような交流電圧の毎半サイクルの期間途中で交流電圧がゼロまで立下がる波形となる。そのため、負荷Ｌの電源回路42は、図７(b)のような電圧が立下がった波形の位相から調光情報を正しく取得でき、調光制御を適切に行える。

また、マイコンIC1は、ゼロクロスを基準とした所定の時間後に、第２の区間から第３の区間に切り換わったと判断し、スリープモードから通常モードに復帰して制御電源部17のトランジスタQ10をオフ制御し、制御電源部17による制御電源の変換動作を再開させる。これにより、制御電源部17から制御電源をマイコンIC1などに供給するとともに制御電源部17の電解コンデンサC18に電荷を蓄積する。

そして、通常モードに復帰したマイコンIC1は、同期信号発生部22からの同期信号に基づいて交流電圧の次のゼロクロスを判別することができ、次のゼロクロスを判別すれば、第３の区間を完了し、次の半サイクルにおける第１の区間に入ったことを判別し、上述のように制御する。なお、マイコンIC1は、第２の区間とともに第３の区間においてもスイッチ部19を非導通状態とする。

第３の区間において、制御電源部17が変換動作し、ブリーダ回路48との影響で、制御電源部17から電源ラインに電流が流れたとしても、電源回路42では既に調光情報を取得しているため、電源回路42による調光制御には影響がない。

第３の区間は、マイコンIC1に制御電源が供給されて通常の動作モードに復帰し、次のゼロクロスを判別できればよいため、次のゼロクロスの直前のタイミングの短い期間でよい。第３の区間を短くすることにより、制御電源部17での電力ロスを低減することができる。

また、調光装置11全体のインピーダンスは、負荷Ｌへ電源供給している第１の区間が最も低く、この第１の区間より制御電源部17に電流が流れている第３の区間が高く、負荷Ｌへの電源供給を停止しているとともに制御電源部17が変換動作を停止している第２の区間が最も高い関係にある。

このように、調光装置11は、第１の区間ではスイッチ部19を導通制御して負荷Ｌに電力供給するとともに制御電源部17の変換動作を停止制御し、第２の区間ではスイッチ部19を非導通制御して負荷Ｌへの電力供給を遮断するとともに制御電源部17の変換動作を停止制御して負荷Ｌ側に調光情報を伝え、第３の区間ではスイッチ部19を非導通制御して負荷Ｌへの電力供給を遮断するとともに制御電源部17の変換動作を稼働制御して制御部24に電力供給し、制御部24で同期信号を取得できるようにするため、負荷Ｌが電源回路42を有する場合でも負荷Ｌを正常に調光制御することができる。

また、調光装置11全体のインピーダンスは、第１の区間、第３の区間および第２の区間の順に高くなる関係を有することにより、調光装置11の回路を簡素化できる。

また、制御部24は、スイッチ部19および制御電源部17を交流電圧の毎半サイクルの期間中に第１の区間、第２の区間および第３の区間の順に制御することにより、逆位相制御方式の調光制御に対応できる。

次に、図１０に、第２の実施形態を示す。

第２の実施形態では、調光レベルに応じて交流電圧の毎半サイクルの期間途中から負荷Ｌへ導通する位相制御方式に対応した例について説明する。

制御部24のマイコンIC1は、交流電圧の毎半サイクルの期間中を、ゼロクロスから第３の区間、第２の区間および第１の区間の順に区分する。

そして、マイコンIC1は、同期信号発生部22からの同期信号に基づいて交流電圧のゼロクロスを判別すると、交流電圧の半サイクルの第３の区間に入ったことを判別する。第３の区間中は、マイコンIC1により制御電源部17のトランジスタQ10をオン制御し、制御電源部17が制御電圧の変換動作を行い、制御電源部17から制御電源をマイコンIC1などに供給するとともに制御電源部17の電解コンデンサC18に電荷を蓄積する。第３の区間中は、スイッチ部19を非導通状態とする。

第３の区間において、制御電源部17が変換動作し、ブリーダ回路48との影響で、制御電源部17から電源ラインに電流が流れたとしても、半サイクルの立上りの電圧が小さい時点であり、かつ第３の区間が短期間であることから、電源回路42による調光制御には影響がない。

また、マイコンIC1は、ゼロクロスを基準とした所定の時間後に、第３の区間から第２の区間に切り換わったと判断し、制御電源部17のトランジスタQ10をオフ制御し、タイマ機能を含む必要最低限の機能のみを残してその他を休止させて消費電力を極力抑えるスリープモードに移行する。制御電源部17のトランジスタQ10をオフ制御することで制御電圧の変換動作を停止するが、第３の区間で電解コンデンサC18に蓄積された電荷がマイコンIC1に供給されるため、マイコンIC1はスリープモードを維持する。

第２の区間では、制御電源部17の変換動作を停止するため、上述した制御電源部17とブリーダ回路48との関係による制御電源部17から電流が電源ラインに流れることがなく、調光装置11で位相制御した整流後の波形は、交流電圧の毎半サイクルの期間途中から交流電圧が立ち上がる波形となる。そのため、負荷Ｌの電源回路42は、その波形の位相から調光情報を正しく取得でき、調光制御を適切に行える。

また、マイコンIC1は、設定されている調光レベルに応じてゼロクロスを基準とした所定の時間後に、第２の区間から第１の区間に切り換わったと判断し、スリープモードから通常モードに一時的に復帰してスイッチドライブ部20を通じてスイッチ部19を導通制御し、交流電圧を負荷Ｌに供給する。スイッチ部19を導通制御したマイコンIC1は、再びスリープモードに移行する。この第１の区間においても、マイコンIC1は、制御電源部17のトランジスタQ10をオフ制御することで制御電圧の変換動作を停止するが、電解コンデンサC18に蓄積された電荷がマイコンIC1に供給されるため、マイコンIC1はスリープモードを維持する。

また、マイコンIC1は、同期信号発生部22からの同期信号に基づいて交流電圧の次のゼロクロスを判別すると、第１の区間を完了し、次の半サイクルにおける第３の区間に入ったことを判別し、スリープモードから通常モードに復帰してスイッチドライブ部20を通じてスイッチ部19を非導通制御し、負荷Ｌへの電力供給を遮断するとともに、制御電源部17のトランジスタQ10をオン制御する。その後は、上述のように制御する。

このように、制御部24のマイコンIC1は、スイッチ部19および制御電源部17を交流電圧の毎半サイクルの期間中に第３の区間、第２の区間および第１の区間の順に制御することにより、位相制御方式の調光制御に対応できる。

なお、スイッチ部19は、２つの電界効果トランジスタQ1，Q2を用いて毎半サイクル毎に位相制御する場合に限らず、全波整流器を併用することで１つのスイッチング素子を用いて毎半サイクル毎に位相制御してもよいし、他のスイッチ構成を用いても構わない。

また、負荷Ｌは、電源回路42を備えた電球形ランプやその他の照明装置のいずれでもよい。光源は、ＬＥＤ素子41に限らず、ＥＬ素子などの他の半導体発光素子でもよいし、放電灯でもよい。

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。

11 調光装置
17 制御電源部
19 スイッチ部
22 同期信号発生部
24 制御部
C18 容量性素子としての電解コンデンサ
Ｅ 交流電源
Ｌ 負荷

Claims (4)

1. 交流電源に対して負荷と直列に接続され、負荷に供給する交流電圧を位相制御するスイッチ部と；
   交流電源の交流電圧波形に同期した同期信号を発生する同期信号発生部と；
   スイッチ部に並列に接続され、交流電源を所定の制御電源に変換するとともに変換動作の稼働および停止を制御可能とし、制御電源を蓄積する容量性素子を有する制御電源部と；
   制御電源部から容量性素子を通じて制御電源が供給され、同期信号発生部が発生する同期信号に基づき、交流電圧の毎半サイクルの期間中を第１の区間、第２の区間および第３の区間に区分し、第１の区間ではスイッチ部を導通制御して負荷に電力供給するとともに制御電源部の変換動作を停止制御し、第２の区間ではスイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を停止制御し、第３の区間ではスイッチ部を非導通制御して負荷への電力供給を遮断するとともに制御電源部の変換動作を稼働制御する制御部と；
   を具備していることを特徴とする調光装置。
2. 調光装置全体のインピーダンスは、第１の区間、第３の区間および第２の区間の順に高くなる関係を有している
   ことを特徴とする請求項１記載の調光装置。
3. 制御部は、スイッチ部および制御電源部を交流電圧の毎半サイクルの期間中に第１の区間、第２の区間および第３の区間の順に制御する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の調光装置。
4. 制御部は、スイッチ部および制御電源部を交流電圧の毎半サイクルの期間中に第３の区間、第２の区間および第１の区間の順に制御する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の調光装置。

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