(57)【要約】【課題】位相制御式の調光装置に白熱電球に代えて電子トランスなどのインバータ回路を負荷として接続した場合に調光不能となる不具合を解消する。【解決手段】商用電源に接続された位相制御式の調光装置と、前記調光装置により位相制御された交流電圧により動作するインバータとが組み合わされた調光システムにおいて、前記インバータには、容量性の回路と全波整流回路と全波整流回路の出力に接続されたトリガ回路が内蔵されており、トリガ回路はインバータの入力電圧が所定の電圧Ｖｔとなったときに動作しインバータの発振を開始させる構成であって、調光装置の位相制御における最小導通角での商用電源の瞬時電圧をＶｐとすると、Ｖｐ＞Ｖｔとした。【選択図】図１
2005327607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に接続された位相制御式の調光装置と、前記調光装置により位相制御された交流電圧により動作するインバータとが組み合わされた調光システムにおいて、前記インバータには、容量性の回路と全波整流回路と全波整流回路の出力に接続されたトリガ回路が内蔵されており、トリガ回路はインバータの入力電圧が所定の電圧Ｖｔとなったときに動作しインバータの発振を開始させる構成であって、調光装置の位相制御における最小導通角での商用電源の瞬時電圧をＶｐとすると、Ｖｐ＞Ｖｔとなっていることを特徴とする位相制御式調光システム。
【請求項２】
請求項１において、調光装置に接続される負荷が白熱灯である場合にＶｐ＜Ｖｔとなるように最小導通角を切り替える切替スイッチを調光装置に備えたことを特徴とする位相制御式調光システム。
【請求項３】
商用電源に接続された位相制御式の調光装置と、前記調光装置により位相制御された交流電圧により動作するインバータとが組み合わされた調光システムにおいて、前記位相制御式の調光装置のゲートトリガは、調光装置が導通している時間トリガ電圧が出ているベタトリガ方式であり、前記インバータには、容量性の回路が内蔵されており、前記インバータには複数の種類の負荷が接続可能であり、調光装置側に印加される電圧のゼロクロス点と電流のゼロクロス点のずれが最大になる場合の組み合わせでもトリガ電圧が出なくなるタイミングが電流のゼロクロス点よりも遅くならないように構成されたことを特徴とする位相制御式調光システム。
【請求項４】
請求項３において、位相制御式の調光装置に、ゲートトリガ電圧が出なくなる電源位相角上のタイミングを切り替えるための切替スイッチを設けたことを特徴とする位相制御式調光システム。
【請求項５】
請求項２または４において、前記調光装置により位相制御された交流電圧により動作するインバータとして自励発振回路と高周波トランスを組み合わせた電子トランスを用い、電子トランス特有のピーク電流を検出することにより前記切替スイッチの切り替えを自動的に行うための検出回路を設けたことを特徴とする位相制御式調光システム。
【請求項６】
請求項４において、接続する負荷に応じて、ゲートトリガ電圧が出なくなる電源位相角上のタイミングが異なるように構成された位相制御式調光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相制御により出力を制御する位相制御式調光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位相制御式調光システムは、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、商用電源１と調光装置２と負荷３とから構成される。商用電源１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流１００Ｖであり、２線で供給される電源である。調光装置２は商用電源１と負荷３とに接続される。負荷３は一般には白熱電球が用いられる。調光装置２の接続形態は基本的に、図６（ａ），(ｂ），（ｃ）の３通りが存在する。
【０００３】
調光装置２は位相制御式の調光装置で、トライアックのようなスイッチ素子により位相制御を行うものである。より具体的には例えば、図７に示すような回路である。この調光装置２は、電源電圧の位相角により動作し、電源電圧が設定されたある位相角になると位相検出回路からスイッチ素子Ｑにトリガ信号が印加され、スイッチ素子がＯＮ（導通）する。スイッチ素子Ｑは、一旦ＯＮして電流が流れると、電流が流れている間ＯＮを保持する。しかし、電源位相が進み、スイッチ素子Ｑに流れる電流が保持電流以下になると、スイッチ素子ＱはＯＦＦする。さらに電源位相が進み、再度設定されたある位相角になるとスイッチ素子Ｑにトリガ信号Ｔｐが印加され、スイッチ素子ＱがＯＮする。このような動作により、端子Ｂ−Ｂ’間の電圧は図８のＶｂに示されるようなものとなる。Ｖａは端子Ａ−Ａ’間の商用電源１の波形を示す。設定されたある位相角を変化させることにより、負荷に印加される電圧Ｖｂの実効値が変化し、調光を行うことが可能となる。
【０００４】
トリガ信号の波形は図８のＴｐに示されるパルストリガ方式と図８のＴｂに示されるベタトリガ方式がある。一般に白熱灯を負荷とする図６（ａ）の結線方式の調光装置はパルストリガ方式が用いられるが、電子トランスを負荷とするような調光装置や図６（ｂ），（ｃ）の結線方式の調光装置はベタトリガ方式が用いられる。
【特許文献１】特開２００１−１２６８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の位相制御式の調光システムは、電子トランスなどのインバータ回路を負荷とする場合、ベタトリガ方式が用いられるが、位相制御用のスイッチ素子に用いられるトライアックの特性上、調光を絞ったときに調光ができなくなったり、電子トランスに接続される負荷の大きさによっては調光できなくなるといった不具合が発生する場合がある。
【０００６】
本発明はこのようにトライアックなどを用いた位相制御式の調光装置に白熱電球に代えて電子トランスなどのインバータ回路を負荷として接続した場合に発生する不具合を解消することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位相制御式調光システムにあっては、上記の課題を解決するために、商用電源に接続された位相制御式の調光装置と、前記調光装置により位相制御された交流電圧により動作するインバータとが組み合わされた調光システムにおいて、前記インバータには、容量性の回路と全波整流回路と全波整流回路の出力に接続されたトリガ回路が内蔵されており、トリガ回路はインバータの入力電圧が所定の電圧Ｖｔとなったときに動作しインバータの発振を開始させる構成であって、調光装置の位相制御における最小導通角での商用電源の瞬時電圧をＶｐとすると、Ｖｐ＞Ｖｔとなっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によると、位相制御式の調光装置の最小調光レベルのピーク電圧を、負荷とするインバータの起動電圧よりも高くするように構成したことにより、軽負荷時に容量性となるインバータ回路を負荷としても調光可能な調光システムを提供することが可能となった。また、請求項３の発明によると、ベタトリガのトリガを切るタイミングを早くすることにより、軽負荷時に容量性となるインバータ回路を負荷としても調光可能な調光システムを提供することが可能となった。さらに、請求項２，４の発明によると、常に抵抗性負荷である白熱電球もしくは軽負荷時に容量性となるインバータ回路のいずれを負荷としても調光可能な調光システムを提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１を示す。商用電源１と調光装置２と負荷３とからなり、調光装置２は、スイッチ素子Ｑとしてトライアックが用いられて、更にチョークコイルＬおよびコンデンサＣでフィルター回路が構成されているものである。また、スイッチＳＷ１により調光の下限レベルが切り替えられるようになっている。負荷３は、電子トランスとなっており、電源フィルター４と整流器５とトリガ回路６と発振回路７とランプ８とからなる。発振回路７は数十ＫＨｚで発振しており、出力トランスＴｆを介してランプ８に電力を供給している。負荷３はインバータを構成しているが、平滑回路を持っていないため、各サイクル毎（商用電源の周期の半分の時間）に発振が停止する。そして、各サイクル毎にトリガ回路６により発振が起動される。トリガ回路６は入力電圧がある電圧Ｖｔを超えると瞬時にトリガパルスが発生し、インバータの発振を起動する構成となっている。
【００１０】
トリガ回路６の構成については図示されたものに限定されないが、整流器５の出力電圧（端子Ｃ−Ｃ’間の電圧）が略ゼロになると、ダイオードＤ３を介してコンデンサＣｔの電荷が放電される。この状態から整流器５の出力電圧（端子Ｃ−Ｃ’間の電圧）が上昇していくと、所定の電圧Ｖｔに達した時点でトリガ素子Ｑｔがブレークオーバーして、コンデンサＣｔ、トリガ素子Ｑｔを介して発振回路７のスイッチング素子Ｑ２の制御電極にトリガパルスが印加される。これにより、発振回路７が自励発振動作を開始する。
【００１１】
本実施形態では、発振回路７としてハーフブリッジ型のインバータ回路を用いている。整流器５の出力電圧（端子Ｃ−Ｃ’間の電圧）は、コンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路に印加されており、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点の間に、出力トランスＴｆの１次巻線が接続されている。出力トランスＴｆの２次巻線にはランプ８が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は図示しない電流帰還回路（例えば、電流帰還トランス）により交互にオンするように自励発振駆動される。すなわち、トリガ回路６によりスイッチング素子Ｑ２の制御電極にトリガパルスが印加されると、スイッチング素子Ｑ２がオンとなり、その後は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンするように動作する。整流器５の出力電圧（端子Ｃ−Ｃ’間の電圧）が発振維持電圧以下になると、発振回路７の自励発振動作は停止する。なお、ここでは、発振回路７としてハーフブリッジ型のインバータ回路を例示したが、その他の構成のインバータ回路、例えば、プッシュプル型のインバータ回路などを用いても良い。
【００１２】
位相制御の動作は、従来例と同じであるので、説明は省略するが、正常に調光されているときの各部の波形を図２に示す。Ｖａは商用電源の波形を示す。Ｖｂは、位相制御された電圧波形を示す。Ｉｂは調光装置２を流れる電流で、本実施形態の場合は負荷３の電源フィルター４と調光装置２のチョークコイルＬにより電流が振動し、電流がゼロレベルを下回り、反転している様子が示されている。もし、トライアックＱのゲートトリガが印加されていなければ、トライアックＱはＯＦＦするが、図２のＶｇに示されるようにトライアックＱのゲートトリガはゼロクロス付近まで印加されるベタトリガ方式となっているため、トライアックＱはＯＮを維持する。Ｖｃは位相制御された電圧が負荷３の整流器５を通り全波整流された電圧波形を示す。調光装置２のトライアックＱがＯＮした時に印加される電圧の瞬時値をＶｐとすると、ＶｐがＶｔより大きい場合にトリガ回路６が動作し、発振回路７にトリガ信号が印加され発振が開始される。Ｖｄは発振回路７の出力電圧を示す。
【００１３】
いま、調光する位相角を調節して負荷３に印加される電圧の実効値を小さくしていくと、ＶｐがＶｔより小さくなる点が存在する。この場合の各部の波形は図３に示されるようなものになる。Ｖａは商用電源の波形を示す。Ｖｂは位相制御された電圧波形であり、設定された位相でトライアックＱのゲートトリガ信号Ｖｇが印加され、トライアックＱがＯＮする。しかし、ＶｐがＶｔに満たないため、Ｖｄに示されるように、この時点では負荷３の発振回路７は発振しない。負荷３の発振回路７が発振しない場合、調光装置２から見ると負荷３は容量性の負荷となり、電流Ｉｂには進相電流が流れる。従って、図３のＩｂで示されるように、一旦は電圧と同相の電流が流れるが、負荷３の発振が開始されないため、進相電流となり、逆方向の電流が流れる。この間、Ｖｇで示されるゲートトリガ信号が印加されるため、トライアックＱはＯＮを維持する。ここで、逆方向の電流が流れると、次の半周期は進相電流がトライアックＱの保持電流となり、トライアックＱはＯＮを維持する。結果として、負荷３も次の半周期はＶｔを超える電圧が印加されるため、発振を開始し、ランプ８が点灯することとなる。
【００１４】
しかし、一旦点灯すると、今度は負荷３が抵抗性の負荷となるため、その半周期で発振を停止する。このように、調光を絞って、ＶｐがＶｔよりも小さくなると半波点灯の状態になってしまうことがある。そこで、電子トランスを負荷とする場合は、スイッチＳＷ１を切り替えることにより、調光を絞った場合でもＶｐがＶｔよりも小さくならないように制御する。すると上記の半波点灯の問題はなくなる。
【００１５】
本発明によると、電子トランスを負荷とする場合は、調光装置２の調光レベルを制限するスイッチＳＷ１を切り替えて、ＶｐがＶｔよりも小さくならないように設定することにより、電子トランスを負荷とする場合でも、半波点灯することのない調光システムを提供することが可能となった。また、白熱灯を負荷とする場合は、前記スイッチＳＷ１を元に戻して調光装置２の調光レベルを制限しないことにより、十分に小さい出力まで絞ることができる。なお、負荷となる電子トランス側のＶｔをＶｐよりも低くすることでも同様の効果が得られる。
【００１６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図４に示す。基本的な構成は図１の回路と同様であるが、本実施形態では、電流の検出回路９が備えられており、調光の下限レベルを切り替えるためのスイッチＳＷ１を自動で切り替えられるようになっている。位相制御の動作は、従来例と同じであるので、説明は省略する。また、正常に調光されているときの各部の波形は、実施形態１と同じであり、図２に示すとおりである。
【００１７】
いま、電子トランスに接続されるランプ８の消費電力を小さいものに変更すると、電子トランスの抵抗性が小さくなり、相対的に容量性の負荷に近づいていく。電子トランスに接続されるランプ８がある消費電力以下になると、各部の波形は、図５のようになり、全点灯したまま調光できなくなる。これは、負荷３が容量性の負荷に近づくと、電圧Ｖｂに対して電流Ｉｂの位相が進み、結果として電流のゼロクロスポイントが電圧のゼロクロスよりも早くなるからである。
【００１８】
ベタトリガ方式の調光装置の場合は、ゲートトリガ信号Ｖｇが電圧Ｖａのゼロクロスに近いところ（ゼロクロス点の約５００μ秒前）まで印加されているため、電流Ｉｂのゼロクロスが早くなると、図５の矢印に示すように、まだゲートトリガ信号Ｖｇが印加されている状態で電流Ｉｂのゼロクロスを通過してしまう。すると、トライアックＱはＯＦＦ出来ずに、次の半サイクルもＯＮを維持することになる。このため、電子トランスは発振し、ランプ８も点灯するが、負荷３の消費電力が小さいため、やはり電流Ｉｂは進相電流になり、ゼロクロスでトライアックＱはＯＦＦすることが出来ない。従って、調光レベルに関わらず、この場合は全点灯を維持することになり、調光が出来なくなる。
【００１９】
そこで、検出回路９により電子トランスに特徴的なピーク電流を検出し、負荷３として電子トランスが接続された場合には、ベタトリガの出力を切るタイミングを通常よりも早く切る（例えばゼロクロス点の１ｍ秒程度以上前に切る）。すると、上述のように全点灯状態になる問題は解消される。
【００２０】
本発明によると、自励発振回路と高周波トランスを組み合わせた電子トランスに特徴的なピーク電流を検出し、調光装置のベタトリガを切るタイミングを通常よりも早くしたことにより、電子トランスの軽負荷時に全点灯してしまう誤動作をしない、調光システムを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の実施形態１の動作説明のための波形図である。
【図４】本発明の実施形態２の回路図である。
【図５】本発明の実施形態２の動作説明のための波形図である。
【図６】従来例の調光システムの構成を示すブロック回路図である。
【図７】従来例に用いる調光装置の回路図である。
【図８】従来例の動作説明のための波形図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  交流電源
２  調光装置
３  負荷
４  電源フィルター
５  整流器
６  トリガ回路
７  発振回路
８  ランプ
９  検出回路
【図１】
2005327607.tif 000003
【図２】
2005327607.tif 000004
【図３】
2005327607.tif 000005
【図４】
2005327607.tif 000006
【図５】
2005327607.tif 000007
【図６】
2005327607.tif 000008
【図７】
2005327607.tif 000009
【図８】
2005327607.tif 000010