(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧放電灯に接続された電力制御素子の導通タイミングを制御することにより、高圧放電灯の消費電力を節減する節電装置において、
電圧波形のゼロクロスを検出する回路と、電流波形のゼロクロスを検出する回路と、両方の検出回路からゼロクロス信号を入力する制御回路とを備え、
前記制御回路が、高圧放電灯の点灯状態が安定した時点に、電圧および電流ゼロクロス信号の時間差を電力制御素子のタイミング補正値として求め、高圧放電灯の点灯状態が安定した後に、前記補正値を用いて電力制御素子の導通タイミングを補正することを特徴とする高圧放電灯の節電装置。
【請求項２】
前記電流波形のゼロクロスを検出する回路が、電力制御素子に並列接続されたスナバ回路と、スナバ回路に直列接続された双方向フォトカプラとを含むことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯の節電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀灯やナトリウム灯などの高圧放電灯の消費電力を節減するための節電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力制御素子を使用した節電装置が知られている。例えば、図６に示す節電装置５１は、交流電源５２と高圧放電灯５３の間に電力制御素子であるトライアック５４を備えている。高圧放電灯５３の節電率は設定回路５５で設定され、電圧波形のゼロクロスが電圧ゼロクロス検出回路５６で検出される。記憶回路５７には、電圧波形のゼロクロスからトライアック５４がターンオンするまでの時間情報が予め記憶されている。
【０００３】
制御回路５８は、設定回路５５から節電率を読み込み、この節電率に応じた時間情報を記憶回路５７から読み出して、トライアック５４の導通タイミングを制御する。そして、図８に示すように、電圧波形の半サイクルごとにアーク放電を休止させ、放電休止時間に応じた電力を節減する。図７に示す節電装置６１には、トライアック５４の導通タイミングを調整する調整回路６２が設けられている。特許文献１には、高圧放電灯の節電を無線遠隔操作によって制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の節電装置５１は、高圧放電灯５３の個体差により力率が相違すると、それに応じてアーク放電の休止時間が変動する。例えば、図８に示す放電灯Ａのように、電圧波形に対する電流波形の遅れ時間が小さく、力率が大きい場合は放電休止時間が長くなるが、放電灯Ｂのように、電流波形の遅れ時間が大きく、力率が小さい場合に放電休止時間が短くなる。このため、複数の放電灯５３を同じ節電率で制御しているにも係わらず、放電灯５３ごとに電力節減量が相違し、場合によっては、所期の節電効果が得られなくなるという問題点があった。
【０００６】
また、従来の節電装置６１によると、調整回路６２を機能させるために、装置の使用開始に際し、高圧放電灯５３を交流電源５２に接続して、通電状態の電力を予め計測しておく必要があった。これは、電力計測のために専用の計測器を用意しなければならず、設置時の初期調整にたいへん手間がかかった。また、電力計測回路を節電装置に実装し、電力計測を行いながら節電を制御する方法も考えられるが、この場合は、節電装置の回路構成および制御プログラムが複雑となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡単かつ安価な構成により、高圧放電灯の個体差による力率の違いを補正し、常に安定した節電効果が得られる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、高圧放電灯に接続された電力制御素子の導通タイミングを制御することにより、高圧放電灯の消費電力を節減する装置において、次のような手段を採用したことを特徴とする。
【０００９】
（１）交流電源の電圧波形に対する電流波形の遅れ時間を計測し、計測結果に従って電力制御素子の導通タイミングを補正する制御回路を備えたことを特徴とする高圧放電灯の節電装置。
【００１０】
（２）電圧波形のゼロクロスを検出する回路と、電流波形のゼロクロスを検出する回路とを備え、制御回路が両方の検出回路から入力したゼロクロス信号の時間差を計測することを特徴とする（１）に記載の高圧放電灯の節電装置。
【００１１】
（３）電流波形のゼロクロスを検出する回路が、電力制御素子に並列接続されたスナバ回路と、スナバ回路に直列接続された双方向フォトカプラとを含むことを特徴とする（２）に記載の高圧放電灯の節電装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の節電装置によれば、電圧波形に対する電流波形の遅れ時間に従って電力制御素子の導通タイミングを補正するので、力率の違いによる電力節減量の変動を抑え、常に安定した節電効果が得られる。
【００１３】
また、電圧波形および電流波形のゼロクロスに基づいて遅れ時間を計測するので、専用の計測器を使用する必要がなく、初期調整の手間を省くことができる。
【００１４】
特に、電流ゼロクロス検出回路は、スナバ回路と双方向フォトカプラとで簡単かつ安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による節電装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】節電装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】電圧波形に対する電流波形の遅れ時間を計測する動作を示す波形図である。
【図４】電流波形のゼロクロスを検出する動作を示す波形図である。
【図５】電流波形の経時的な変化を示す波形図である。
【図６】従来の節電装置を示すブロック図である。
【図７】従来の別の節電装置を示すブロック図である。
【図８】従来の節電装置の動作を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この実施形態の節電装置１１は、交流電源１２から高圧放電灯１３に供給される電力を制御する電力制御素子としてのトライアック１４と、トライアック１４の導通タイミングを制御する制御回路１８と、高圧放電灯１３の節電率を設定するためのダイヤル（図示略）を備えた設定回路１５と、電圧波形のゼロクロスを検出する電圧ゼロクロス検出回路１６と、電圧波形のゼロクロスからトライアック１４がターンオンするまでの時間情報を記憶する記憶回路１７とを備えている。
【００１７】
トライアック１４の両端には、電流波形のゼロクロスを検出する電流ゼロクロス検出回路２０が接続されている。電流ゼロクロス検出回路２０は、トライアック１４に並列接続されたスナバ回路２１と、スナバ回路２１に直列接続された双方向フォトカプラ２２とを備えている。スナバ回路２１には、トライアック１４のスイッチング動作に伴う高電圧を吸収するコンデンサＣと抵抗Ｒが設けられている。図１において、２３は高圧放電灯１３の安定器、２４は電源側端子、２５は負荷側端子である。
【００１８】
次に、節電装置１１の動作を図２〜図５に従って説明する。図２に示すように、高圧放電灯１３に電源が投入されると、制御回路１８は、まず起動処理を実行し（Ｓ１）、トライアック１４に起動信号を出力し、高圧放電灯１３を点灯する。
【００１９】
続いて、制御回路１８は、図３に示すように、電圧ゼロクロス検出回路１６から入力した電圧ゼロクロス信号と、電流ゼロクロス検出回路２０から入力した電流ゼロクロス信号との時間差を求め、電圧波形に対する電流波形の遅れ時間を計測する（Ｓ２）。
【００２０】
このとき、電流ゼロクロス検出回路２０では、図４に示すように、トライアック１４の電圧変化に伴い、スナバ回路２１のコンデンサＣに充放電が発生し、この充放電電流を双方向フォトカプラ２２が検出して電流ゼロクロス信号を出力する。
【００２１】
次に、制御回路１８は、高圧放電灯１３の点灯状態が安定するまで待機する（Ｓ３）。図５に示すように、放電灯１３の点灯直後は、電流波形が電圧波形に対して約９０°遅れているが、始動電流が減少して放電灯１３が定常状態になると、電流波形の位相が進み（電流ゼロクロスが電圧ゼロクロス側に移動）、約５０°〜７０°の遅れで安定する。この現象を利用し、電圧および電流ゼロクロス信号の時間差を定常時の遅れ位相と比較することで、放電灯１３の点灯状態を判断できる。
【００２２】
点灯状態が安定すると、制御回路１８は、この時点におけるゼロクロス信号の時間差をトライアック１４のタイミング補正値として確定する（Ｓ４）。続いて、ダイヤル操作により設定された節電率（例えば０％〜４０％）を設定回路１５から読み込み（Ｓ５）、この節電率に応じた時間情報を記憶回路１７から読み出し、トライアック１４の導通タイミングをタイミング補正値で補正する（Ｓ６）。そして、補正後の導通タイミングで駆動信号を出力し、トライアック１４をターンオンする（Ｓ７）。
【００２３】
その後、電流ゼロクロス信号を監視し、トライアック１４が正常に導通しているかどうかを判断することで、高圧放電灯１３の点灯確認を行う（Ｓ８）。トライアック１４が正常に導通している場合は、放電灯１３の点灯を確認し、ステップＳ５に戻り、トライアック１４の導通タイミングを継続的に制御する。トライアック１４が正常に導通していない場合は、放電灯１３が立ち消えしている可能性があるため、ステップＳ１に戻り、再起動処理を実行する。
【００２４】
なお、上記実施形態では設定回路１５のダイヤル操作によって節電率を設定しているが、節電装置１１に無線または有線の送受信回路を設けることで、複数個所に設備された高圧放電灯１３の節電率をリモコンやパソコンで設定できるように構成してもよい。その他、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１１    節電装置
１２    交流電源
１３    高圧放電灯
１４    トライアック
１５    設定回路
１６    電圧ゼロクロス回路
１７    記憶回路
１８    制御回路
２０    電流ゼロクロス回路
２１    スナバ回路
２２    双方向フォトカプラ
【図１】
0005578546.tif 000002
【図２】
0005578546.tif 000003
【図３】
0005578546.tif 000004
【図４】
0005578546.tif 000005
【図５】
0005578546.tif 000006
【図６】
0005578546.tif 000007
【図７】
0005578546.tif 000008
【図８】
0005578546.tif 000009