(57)【要約】【課題】照明装置のコストを低減すると共に、簡単に交換できるパルス幅変調制御装置を提供する。【解決手段】負荷と、整流器と、パルス幅変調制御モジュールと、パルス幅変調制御式安定器とを有し、整流器は外部電力モジュールに接続することにより、切断正弦波電圧を接収すると共に、該切断正弦波電圧を整流した後、パルス直流電圧を生成し、前記パルス幅変調制御モジュールは、前記整流器と電力モジュールと接続されると共に、前記切断正弦波電圧に対応してパルス幅変調制御信号を発生し、且つ昇圧回路と、比較器と、位相ロックロープ回路と、工作サイクル感知器と、を有し、前記パルス幅変調制御式安定器は、前記パルス幅変調制御モジュールと接続され、前記高直流電圧にて駆動されると共に、前記パルス幅変調制御信号で制御されることにより電流を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と、整流器と、パルス幅変調制御モジュールと、パルス幅変調制御式安定器とを有し、
前記整流器は、外部電力モジュールと電気接続（電気的に接続）することにより、切断正弦波電圧を接収すると共に、該切断正弦波電圧を整流した後、パルス直流電圧を生成し、
前記パルス幅変調制御モジュールは、前記整流器と電力モジュールと電気接続（電気的に接続）されると共に、前記切断正弦波電圧に対応してパルス幅変調制御信号を発生し、且つ昇圧回路と、比較器と、位相ロックロープ回路と、工作サイクル感知器と、を有し、
前記昇圧回路は、前記整流器と電気接続（電気的に接続）されると共に、前記パルス直流電圧を接収して向上することにより、前記パルス幅変調制御式安定器を駆動するための高直流電圧を発生し、
前記比較器は、前記電力モジュールと電気接続（電気的に接続）され、前記切断正弦波電圧の零点の時間を計ることにより、前記切断正弦波電圧の工作サイクルと頻度を獲得しながら、その対応信号を発送し、
前記位相ロックロープ回路は、前記比較器と電気的に接続され、前記比較器からの信号を切断正弦波電圧の頻度と位相の根拠として接収した後、前記切断正弦波電圧と対応する制御信号を発送し、
前記工作サイクル感知器は、前記電力モジュールと前記位相ロックロープ回路と電気的に接続され、前記切断正弦波電圧のデューティファクタを根拠として前記位相ロックロープ回路の制御信号がパルス幅変調制御信号に転換され、又、前記パルス幅変調制御信号と前記切断正弦波電圧は、同じのデューティファクタを有し、
前記パルス幅変調制御式安定器は、前記パルス幅変調制御モジュールと電気的に接続され、前記高直流電圧にて駆動されると共に、前記パルス幅変調制御信号で制御されることにより、前記負荷に流通する電流を制御することを特徴とするパルス幅変調制御装置。
【請求項２】
前記工作サイクル感知器は、更にデューティファクタ転換器を含み、前記デューティファクタ転換器は、非線性転換函数を有することにより、前記工作サイクル感知器のパルス幅変調制御信号のデューティファクタを変換することができることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項３】
前記電力モジュールは、少なくとも３端子交流スイッチ部材を有し、交流電力と電気的に接続されることにより、該交流電力の正弦波交流電を接収すると共に、該交流電に対応する切断正弦波電圧を発生し、
前記３端子交流スイッチ部材は、位相制御の方式で交流電の各周期に制御点を提供することにより導電角度の大きさを改変し、そして負荷に流通する電流を改変することを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項４】
前記電力モジュールは、更に前記３端子交流スイッチ部材と電気的に接続される回転ボタンを含み、使用者は該回転ボタンを回転することにより、該制御点を調整すると共に、光調整動作を行うことができることを特徴とする請求項３に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項５】
前記負荷は、気体放電式の灯具、モータ、加熱装置、有機発光ダイオード灯具、発光ダイオード灯具又は白色発光ダイオードランプであることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項６】
前記気体放電式の灯具は、冷陰極蛍光灯管、熱陰極蛍光灯管、省エネランプ、外部電極蛍光ランプ、カーボンナノチューブランプ又は高強度放電ランプの灯具であることを特徴とする請求項５に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項７】
前記位相ロックロープ回路は、位相頻度感知器と、電荷ポンプと、回路フィルターと、電圧制御発振器と、周波数分周器と、を有し、
前記位相頻度感知器は、前記切断正弦波電圧とフィードバック信号との位相差を感知するために用いられ、
前記電荷ポンプは、前記位相頻度感知器と電気的に接続され、前記位相頻度感知器との位相差を根拠として制御信号を発送し、
前記回路フィルターは、前記電荷ポンプと電気的に接続され、前記制御信号における中、高頻度をろ過するために用いられ、
前記電圧制御発振器は、前記制御信号にて駆動されることにより、発振信号を発送し、前記発振信号はの頻度は、前記制御信号と対応し、
前記周波数分周器は、前記電圧制御発振器から発生した発振信号の頻度を降下した後、前記位相頻度感知器にフィードバックし、前記フィードバックの信号は、フィードバック信号であることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置。
【請求項８】
前記回路フィルターは、ローパスフィルターであることを特徴とする請求項７に記載のパルス幅変調制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調（Pluse-Width Modulation, PWM）制御装置であり、特に、３端子交流スイッチ（TRIode Alternating Current, TRIAC）光調整器に応用されるPWM装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にランプの輝度はランプに流通される電圧の大きさにより制御することができる。可変抵抗やトランジスタを利用するのは、従来の光調整方式である。しかし、従来のこのような光調整方式は、コストが高く、光調整の効率が悪く、さらに外部で制御できないという問題がある。
【０００３】
従って、現在の光調整器は、照明装置に供給される交流電圧の工作サイクル（duty cycle）を調整することにより、輝度の制御を行う。又、１９６０年乃至１９７０年の間に開発された３端子交流スイッチ（TRIode Alternating Current, TRIAC）技術は、設計が簡単、体積が小さく、及び低コストの特徴を有するので、室内の照明や舞台の灯光として様々の場合によく使用されている。
【０００４】
TRIACは、白熱電球に使用される場合、優れた光調整効率を得ることができるが、気体放電ランプ（gas discharge lamp）や冷陰極蛍光灯管（cold cathode fluorescent lamp, CCFL）やカーボンナノチューブランプ（carbon nanotube lamp, CNL）、又は白色発光ダイオードランプ（white light emitting diode lamp, WLED）など電子安定器を有する照明装置に使用する場合は、特別に設計した安定器を使用しないと、照明装置に対して損害を与える恐れがある。
【０００５】
又、照明装置に供給される電圧のデューティサイクル（duty cycle）を調整する他の光調整器としては、パルス幅変調（Pluse-Width Modulation, PWM）光調整器が知られている。該PWM光調整器は、所定のデューティサイクルと適当な頻度を供給する方式でランプのON又はOFFを制御し、その開閉の頻度が目玉で観測できる頻度より高ければ、工作サイクルを簡単に調整して様々な輝度の要求を満足できる。
【０００６】
しかし、PWM安定器を有するランプとTRIAC光調整器を結合するのは、非常に困難である。特に交流電の環境で従来のTRIAC光調整器により輸出電圧（生成電圧又は送信電圧）が低すぎるため、PWM安定器を駆動できない恐れがある。尚、前記したTRIAC光調整器又はPWM安定器は、よく使用されるものであるため、特に特許文献や非特許文献に記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
更に、被動式蛍光灯の安定器は、TRIAC光調整器から輸出（生成）された切断正弦波電圧（truncated sinusoidal voltage）を直接に接収すれば、該切断正弦波電圧の過渡電圧（transient voltage）により該蛍光灯管の損害を招く恐れがある。
【０００８】
又、大部分のPWM安定器は、輸入された交流電力が第１回の整流を行ったことにより、直流のような電力を発生して該ランプを駆動し、且つコンデンサーが設けられて該直流のような電力のエネルギーを貯存することにより、PWMのOFF期間でもランプに給電し続けることができる。しかし、そうすると、TRIAC光調整器から輸出（生成）された切断正弦波電圧でも該コンデンサーに貯存される。換言すると、該コンデンサーは、TRIAC光調整器からの全ての光調整情報をろ過して除去する。
【０００９】
上述したように、照明装置の製造メーカーは、PWM安定器を従来のTRIAC光調整器に応用できるように、照明装置のコストを低減すると共に、簡単に交換できる効果を達成するために開発し続けている。
【００１０】
そこで、出願されたのが本発明であって、３端子交流スイッチ（TRIode Alternating Current, TRIAC）光調整器に応用されるパルス幅変調（Pluse-Width Modulation, PWM）制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の請求項１の発明は、負荷と、整流器と、パルス幅変調制御モジュールと、パルス幅変調制御式安定器とを有し、前記整流器は、外部電力モジュールと電気接続（電気的に接続）することにより、切断正弦波電圧を接収（入力）すると共に、該切断正弦波電圧を整流した後、パルス直流電圧を生成し、
前記パルス幅変調制御モジュールは、前記整流器と電力モジュールと電気接続（電気的に接続）されると共に、前記切断正弦波電圧に対応してパルス幅変調制御信号を発生し、且つ昇圧回路と、比較器と、位相ロックロープ回路と、工作サイクル感知器と、を有し、
前記昇圧回路は、前記整流器と電気接続（電気的に接続）されると共に、前記パルス直流電圧を接収して向上することにより、前記パルス幅変調制御式安定器を駆動するための高直流電圧を発生し、
前記比較器は、前記電力モジュールと電気接続（電気的に接続）され、前記切断正弦波電圧の零点の時間を計ることにより、前記切断正弦波電圧の工作サイクルと頻度を獲得しながら、その対応信号を発送し、
前記位相ロックロープ回路は、前記比較器と電気接続（電気的に接続）され、前記比較器からの信号を切断正弦波電圧の頻度と位相の根拠として接収した後、前記切断正弦波電圧と対応する制御信号を発送し、
前記工作サイクル感知器は、前記電力モジュールと前記位相ロックロープ回路と電気接続（電気的に接続）され、前記切断正弦波電圧のデューティファクタを根拠として前記位相ロックロープ回路の制御信号がパルス幅変調制御信号に転換され、又、前記パルス幅変調制御信号と前記切断正弦波電圧は、同じのデューティファクタを有し、
前記パルス幅変調制御式安定器は、前記パルス幅変調制御モジュールと電気接続（電気的に接続）され、前記高直流電圧にて駆動されると共に、前記パルス幅変調制御信号で制御されることにより、前記負荷に流通する電流を制御することを特徴とするパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１２】
本願の請求項２の発明は、前記工作サイクル感知器は、更にデューティファクタ転換器を含み、前記デューティファクタ転換器は、非線性転換函数を有することにより、前記工作サイクル感知器のパルス幅変調制御信号のデューティファクタを変換することができることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１３】
本願の請求項３の発明は、前記電力モジュールは、少なくとも３端子交流スイッチ部材を有し、交流電力と電気接続（電気的に接続）されることにより、該交流電力の正弦波交流電を接収すると共に、該交流電に対応する切断正弦波電圧を発生し、
前記３端子交流スイッチ部材は、位相制御の方式で交流電の各周期に制御点を提供することにより導電角度の大きさを改変し、そして負荷に流通する電流を改変することを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１４】
本願の請求項４の発明は、前記電力モジュールは、更に前記３端子交流スイッチ部材と電気接続（電気的に接続）される回転ボタンを含み、使用者は該回転ボタンを回転することにより、該制御点を調整すると共に、光調整動作を行うことができることを特徴とする請求項３に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１５】
本願の請求項５の発明は、前記負荷は、気体放電式の灯具、モータ、加熱装置、有機発光ダイオード灯具、発光ダイオード灯具又は白色発光ダイオードランプであることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１６】
本願の請求項６の発明は、前記気体放電式の灯具は、冷陰極蛍光灯管、熱陰極蛍光灯管、省エネランプ、外部電極蛍光ランプ、カーボンナノチューブランプ又は高強度放電ランプの灯具であることを特徴とする請求項５に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１７】
本願の請求項７の発明は、前記位相ロックロープ回路は、位相頻度感知器と、電荷ポンプと、回路フィルターと、電圧制御発振器と、周波数分周器と、を有し、
前記位相頻度感知器は、前記切断正弦波電圧とフィードバック信号との位相差を感知するために用いられ、
前記電荷ポンプは、前記位相頻度感知器と電気接続（電気的に接続）され、前記位相頻度感知器との位相差を根拠として制御信号を発送し、
前記回路フィルターは、前記電荷ポンプと電気接続（電気的に接続）され、前記制御信号における中、高頻度をろ過するために用いられ、
前記電圧制御発振器は、前記制御信号にて駆動されることにより、発振信号を発送し、前記発振信号はの頻度は、前記制御信号と対応し、
前記周波数分周器は、前記電圧制御発振器から発生した発振信号の頻度を降下した後、前記位相頻度感知器にフィードバックし、前記フィードバックの信号は、フィードバック信号であることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【００１８】
本願の請求項８の発明は、前記回路フィルターは、ローパスフィルターであることを特徴とする請求項７に記載のパルス幅変調制御装置、を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は上記した構成を有するため、デューティファクタ転換器が設置される光調整装置により、光調整中において、切断正弦波電圧が低いためのフリッカー現象を発生してしまう問題がなくなり、又、照明効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るパルス幅変調（Pluse-Width Modulation, PWM）制御装置が３端子電流スイッチと電気接続（電気的に接続）する状態を示す参考図である。
【図２】本発明に係るパルス幅変調制御装置の電力モジュールを示す参考図である。
【図３】本発明に係わるパルス幅変調制御装置のPWM制御モジュールを示す参考図である。
【図４】本発明に係わるパルス幅変調制御装置の位相ロックロープ回路を示す参考図である。
【図５】本発明に係わるパルス幅変調制御装置において、デューティファクタ転換器を含む工作サイクル感知器を示す参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１乃至図３に示すように、本発明に係わるパルス幅変調（Pluse-Width Modulation, PWM）制御装置は、３端子交流スイッチ（TRIode Alternating Current, TRIAC）光調整器に応用されるものであり、負荷（４）と、整流器（５）と、パルス幅変調制御モジュール（２）と、パルス幅変調制御式安定器（３）と、を有する。
【００２２】
前記負荷（４）は、気体放電式の灯具、モータ、加熱装置、有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode, OLED）灯具、発光ダイオード灯具又は白色発光ダイオードランプである。
前記気体放電式の灯具は、冷陰極蛍光灯管、熱陰極蛍光灯管、省エネランプ（compact fluorescent lamp, CFL）、外部電極蛍光ランプ（external electrode fluorescent lamp, EEFL）、カーボンナノチューブランプ又は高強度放電ランプ（high intensity discharge lamp, HID）の灯具である。
【００２３】
図２と図３に示すように、前記整流器（５）は、外部電力モジュール（１）と電気接続（電気的に接続）することにより、切断正弦波電圧（truncated sinusoidal voltage）を接収すると共に、該切断正弦波電圧を整流した後、パルス直流電圧（pulsating direct current voltage）を輸出（生成）する。
【００２４】
前記電力モジュール（１）は、少なくとも３端子交流スイッチ部材（１１）を有し、交流電力（１０）と電気接続（電気的に接続）されることにより、該交流電力（１０）の正弦波交流電を接収すると共に、該交流電に対応する切断正弦波電圧を発生する。
【００２５】
前記３端子交流スイッチ部材（１１）は、位相制御の方式で交流電の各周期に制御点を提供することにより導電角度の大きさを改変し、そして負荷（４）に流通する電流を改変することにより、光調整の目的を図る。
【００２６】
前記電力モジュール（１）は、更に前記３端子交流スイッチ部材（１１）と電気接続（電気的に接続）される回転ボタン（１３）を含み、使用者は該回転ボタン（１３）を回転することにより、該制御点を調整すると共に、光調整動作を行うことができる。
【００２７】
前記パルス幅変調制御モジュール（２）は、前記整流器（５）と前記電力モジュール（１）とに電気接続（電気的に接続）されると共に、前記切断正弦波電圧に対応するPWM制御信号を発生する。
【００２８】
前記パルス幅変調制御式安定器（３）は、前記パルス幅変調制御モジュール（２）と電気接続（電気的に接続）され、前記PWM制御信号で制御されることにより、前記負荷（４）に流通する電流を制御する。
【００２９】
前記パルス幅変調制御モジュール（２）は、昇圧回路（２０）と、比較器（２１）と、位相ロックロープ回路（phase-locked loop circuit, PLL circuit）（２２）と、工作サイクル感知器（２３）と、を有する。
【００３０】
前記昇圧回路（２０）は、前記整流器（５）と電気接続（電気的に接続）されると共に、前記パルス直流電圧を接収して向上することにより、前記パルス幅変調制御式安定器（３）を駆動するための高直流電圧を発生する。前記高直流電圧の数値は４００ボルトである。又、本発明の昇圧回路（２０）は、昇圧特性を有する従来の昇圧回路であってもよく、エネルギーを貯存するためのコンデンサーを更に備える昇圧回路であってもよい。適当な変換設定で、本発明の昇圧回路（２０）は、効率因子校正（Power Factor Correctness, PFC）の効果を有することができる。
【００３１】
前記比較器（２１）は、前記電力モジュール（１）と電気接続（電気的に接続）され、前記切断正弦波電圧の零点の時間を計ることにより、前記切断正弦波電圧の工作サイクル（duty cycle）と頻度（frequency）を獲得しながら、その対応信号を発送する。
【００３２】
図１乃至図４に示すように、前記位相ロックロープ回路（２２）は、前記比較器（２１）と電気接続（電気的に接続）され、前記比較器（２１）からの信号を切断正弦波電圧の頻度と位相の根拠として接収した後、前記切断正弦波電圧と対応する制御信号を発送する。
【００３３】
前記位相ロックロープ回路（２２）は、位相頻度感知器（phase-frequency detector）（２２１）と、電荷ポンプ（charge pump）（２２２）と、回路フィルター（２２３）と、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator）（２２４）と、周波数分周器（Frequency Divider）（２２５）と、を有する。
【００３４】
前記位相頻度感知器（２２１）は、前記切断正弦波電圧とフィードバック信号との位相差を感知するために用いられる。
【００３５】
前記電荷ポンプ（２２２）は、前記位相頻度感知器（２２１）と電気接続（電気的に接続）され、前記位相頻度感知器（２２１）との位相差を根拠として制御信号を発送する。
【００３６】
前記回路フィルター（２２３）は、前記電荷ポンプ（２２２）と電気接続（電気的に接続）されるローパスフィルター（low pass filter）であり、前記制御信号における中、高頻度をろ過するために用いられる。
【００３７】
前記電圧制御発振器（２２４）は、前記制御信号にて駆動されることにより、発振信号を発送し、前記発振信号はの頻度は、前記制御信号と対応する。
【００３８】
前記周波数分周器（２２５）は、前記電圧制御発振器（２２４）から発生した発振信号の頻度を降下した後、前記位相頻度感知器（２２１）にフィードバックし、前記フィードバックの信号は、フィードバック信号である。
【００３９】
当業者にとってよく分かるように、輸出信号（生成信号又は送信信号）の頻度が高ければ高いほど、その頻度幅が高く、信号が安定し、頻度外の信号が低いとの特徴がある。又、５０Hzの交流電環境でTRIAC光調整回路を使用して照明装置に対して光調整する場合、光調整の制御信号が１００Hzの伝送速度で電流に干渉を起こし、目玉で感知できるフリッカー現象を発生してしまうという恐れがある。
【００４０】
図１乃至図３及び図５に示すように、前記工作サイクル感知器（２３）は、前記電力モジュール（１）と前記位相ロックロープ回路（２２）と電気接続（電気的に接続）され、前記切断正弦波電圧のデューティファクタを根拠として前記位相ロックロープ回路（２２）の制御信号がPWM制御信号に転換される。又、前記PWM制御信号と前記切断正弦波電圧は、同じのデューティファクタを有している。
【００４１】
又、前記工作サイクル感知器（２３）は、更にデューティファクタ転換器（duty factor mapping unit）（２３１）を含み、前記デューティファクタ転換器（２３１）は、非線性転換函数を有することにより、前記工作サイクル感知器（２３）のPWM制御信号のデューティファクタを変換することができる。
【００４２】
しかし、前記デューティファクタ転換器（２３１）の転換函数は、どの函数に限定するものではなく、実際の状況に応じて転換函数を使用することができる。例えば、切断正弦波電圧は、ランプの駆動可能な電圧より小さい場合、光調整用の回転ボタン（１３）の角度変化と前記切断正弦波電圧とは、非線性の関係であり、又、ランプの駆動可能な電圧まで達する場合、前記回転ボタン（１３）を回転し続けると、前記回転ボタン（１３）の角度変化と前記切断正弦波電圧は、線性の関係となり、従って、ランプの輝度が安定的に調整されることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、前記構成を有するので、デューティファクタ転換器（２３１）が設置される光調整装置によれば、光調整中、前記切断正弦波電圧が低いためのフリッカー現象を発生してしまう問題がなく、又、照明効率を向上することが達成できる。
【符号の説明】
【００４４】
１          電力モジュール
１０        交流電力
１１        ３端子交流スイッチ部材
１３        回転ボタン
２          パルス幅変調制御モジュール
２０        昇圧回路
２１        比較器
２２        位相ロックロープ回路
２２１      位相頻度感知器
２２２      電荷ポンプ
２２３      回路フィルター
２２４      電圧制御発振器
２２５      周波数分周器
２３        工作サイクル感知器
２３１      デューティファクタ転換器
３          パルス幅変調制御式安定器
４          負荷
５          整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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