(57)【要約】【課題】軽負荷の光源についても、その光源に印加される交流電圧の位相制御により調光できる調光装置および照明装置を提供する。【解決手段】光源１７に印加される交流電圧の位相角を制御するための導通角と導通時間を制御する導通制御信号を生成し出力する導通角制御手段１３と、光源に交流電圧が印加される通電路に開閉可能に介装され、導通制御信号が入力されたときに、その導通角で前記通電路を導通させて光源１７に印加される交流電圧の位相角を制御し、この導通状態を所要の保持電流により保持する自己保持形スイッチング装置１２とを有する。また、インダクタ１４ｂとコンデンサ１４ａを有し、自己保持形スイッチング装置１２の駆動時の雑音を低減する雑音防止回路と、導通制御信号の導通時間を、雑音防止回路１４のインダクタ１４ｂとコンデンサ１４ａの共振周波数の１周期分以上に制御する導通時間制御手段１５と、を具備している。【選択図】  図１
2012022840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に印加される交流電圧の位相角を制御するための導通角と導通時間を制御する導通制御信号を生成し出力する導通角制御手段と；
光源に交流電圧が印加される通電路に開閉可能に介装され、前記導通制御信号が入力されたときに、その導通角で前記通電路を導通させて光源に印加される交流電圧の位相角を制御し、この導通状態を所要の保持電流により保持する自己保持形スイッチング装置と；
インダクタとコンデンサを有し前記自己保持形スイッチング装置の駆動時の雑音を低減する雑音防止回路と；
前記導通制御信号の導通時間を、前記雑音防止回路のインダクタとコンデンサの共振周波数の１周期分以上に制御する導通時間制御手段と；
を具備していることを特徴とする調光装置。
【請求項２】
前記導通時間制御手段は、前記導通制御信号の導通時間を１０〜１００μｓｅｃに制御することを特徴とする請求項１記載の調光装置。
【請求項３】
前記請求項１または２記載の調光装置と；
この調光装置により印加電圧が制御される光源と；
この光源を収容する照明装置本体と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は位相制御形の調光装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、白熱電球を調光する調光装置の一例としては、主開閉素子としてトライアックを用いる位相制御形の調光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４はこの種の従来の調光装置１の回路図である。この調光装置１は、トライアック２のゲートｇに、ダイアック３からトリガパルスを与えることにより、このトライアック２をオン（導通）させる。この導通角は、可変抵抗器４および抵抗５の合成抵抗値Ｒと、コンデンサ６の容量Ｃの時定数ＣＲにより制御される。このために、可変抵抗器４の抵抗値を制御することにより、トライアック２の導通角を制御して白熱電球等のランプ７に印加される交流電源８の交流電圧の位相角を制御し、ランプ７の明るさを制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５３８３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、トライアック２は、一旦オン（導通）すると、その導通状態は保持電流により保持されるが、通流する電流が保持電流未満、または途中で保持電球未満に低下した場合には、そのオン（導通）状態を保持できず、導通の半ばでターンオフしてしまうという特性がある。
【０００６】
また、図５に示すようにこの種の調光装置１では、雑音防止回路９のコンデンサ９ａとインダクタ９ｂとにより共振周波数が例えば３０〜５０ＫＨｚの共振電流が発生する共振ループが形成され、トライアック２のターンオン時に、トライアック２に流れる電流とは逆方向の図中破線方向に流れる逆電流が発生する可能性がある。比較的大きな抵抗値を有する電球の場合、上記共振ループの共振は十分に減衰されるが、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた電球形のランプの場合には減衰し得ず、トライアック２に流れる電流が保持電流未満に低下するので、トライアック２はターンオフしてＬＥＤランプが消灯する。一般的に、同程度の光出力を得るためのＬＥＤランプ７の抵抗は白熱電球よりも例えば約１０倍程度高いので、共振電流が減衰しにくい。一旦ターンオフしたトライアック２は導通角制御回路によりターンオンされるが、再び共振電流によってターンオフされる。このようなターンオン・オフは電源周波数の半サイクルの中で複数回繰り返し発生し、その発生の規則性が無いので、チラツキとして視覚され易い。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、軽負荷の光源についても、その光源に印加される交流電圧の位相制御により調光できる調光装置および照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、光源に印加される交流電圧の位相角を制御するための導通角と導通時間を制御する導通制御信号を生成し出力する導通角制御手段と、光源に交流電圧が印加される通電路に開閉可能に介装され、導通制御信号が入力されたときに、その導通角で前記通電路を導通させて光源に印加される交流電圧の位相角を制御し、この導通状態を所要の保持電流により保持する自己保持形スイッチング装置とを有する。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、インダクタとコンデンサを有し、自己保持形スイッチング装置の駆動時の雑音を低減する雑音防止回路と、導通制御信号の導通時間を、雑音防止回路のインダクタとコンデンサの共振周波数の１周期分以上に制御する導通時間制御手段と、を具備している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置と調光装置の回路図。
【図２】図１で示す雑音防止回路で発生する共振電流が重畳されたトライアックに流れる電流とトリガパルスの相対関係を示すタイミングチャート。
【図３】第２の実施形態に係る照明装置と調光装置の回路図。
【図４】従来の白熱電球用調光装置の回路図。
【図５】図４で示す調光装置の要部の等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１に示すように第１の実施形態に係る照明装置１０は、照明装置本体１０ａ内に配設された商用交流電源（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）１６に接続されるＬＥＤランプ１７と、照明装置本体１０ａ外に配設された調光装置１１とを含んでいる。調光装置１１は、自己保持形スイッチング装置１２、導通角制御手段１３、雑音防止回路１４および導通時間制御手段１５を具備している。
【００１３】
自己保持形スイッチング装置１２は例えばトライアックであり、図１中上下一対の主端子１２ａ，１２ｂとゲート１２ｃを具備している。トライアック１２は、その一対の主端子１２ａ，１２ｂを、例えば商用（５０Ｈｚ）電源であるＡＣ（交流）１００Ｖの交流電源１６とＬＥＤ（発光ダイオード）ランプ１７とを直列に接続してなる閉回路に、直列に挿入している。トライアック１２は、そのゲート１２ｃを、導通角制御手段１３の一部を構成するゲートトリガ回路の一例であるダイアック１３ａの出力側に接続している。
【００１４】
導通角制御手段１３は、ダイアック１３ａ、このダイアック１３ａの入力側にトライアック２と並列に接続された第１の抵抗１３ｂおよび可変抵抗器１３ｃの直列回路と、第１のコンデンサ１３ｄを具備している。
【００１５】
導通角制御手段１３は、第１の抵抗１３ｂと可変抵抗器１３の合成抵抗値と、第１のコンデンサ１３ｄの容量Ｃ１との相乗積である時定数ＣＲ１により、交流電源１６の交流電圧が第１のコンデンサ１３ｄに充電される充電時間を設定し、トライアック１２のゲート１２ｃに与えられる導通制御信号であるゲートトリガパルスの導通角を設定している。
【００１６】
この導通角制御手段１３の入力側には、可変抵抗器１３の操作により導通角を最大に絞る（導通角を遮らせる）過程と最大に絞った状態から徐々に立ち上げていく過程とにおける導通角の相違、すなわちヒステリシスを軽減するためのヒステリシス防止回路１８を接続している。このヒステリシス防止回路１８は、第２の抵抗１８ａと直列に接続された第２のコンデンサ１８ｂとの直列回路の中点を、第３の抵抗１８ｃを介してダイアック１３ａの入力側に接続することにより構成されており、ダイアック１３ａがオンしたときに、第１のコンデンサ１３ｄに発生するヒステリシスによる第１のコンデンサ１３ｄの電圧の低下を抑制または防止することが可能である。
【００１７】
雑音防止回路１４はトライアック１２ａのオンオフ駆動時に発生する雑音を低減する、特にターンオン時の雑音が交流電源１６側に漏洩するのを防止するものであり、例えば０．３３４〜０．４７４μＦのいずれかの第３のコンデンサ１４ａをトライアック１２と並列的に、例えば６０μＨのインダクタ１４ｂをトライアック１２と直列的に接続して構成されている。
【００１８】
導通時間制御手段１５は、第１のコンデンサ１３ｄの放電路、すなわち、ダイアック１３ａの出力側Ａおよび入力側Ｂ、または、第１のコンデンサ１３ｄの高電位側Ｃ、低電位側Ｄのいずれかに、第４の抵抗１５ａを直列に挿入してゲートトリガパルスのオン幅、すなわち、トライアック１２ａの導通時間を雑音防止回路１４の共振周波数に応じて適宜設定する。
【００１９】
つまり、第１のコンデンサ１３ｄの放電路のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかの箇所にて、第４の抵抗１５ａを挿入し、その抵抗値を適宜設定することにより、第１のコンデンサ１３ｄの放電時の時定数ＣＲ２によりゲートトリガパルスのオン幅を適宜設定することができる。
【００２０】
すなわち、図２に示すようにゲートトリガパルスＰｔのオン幅ｗは雑音防止回路１４の共振電流の１周期分に相当する時間に設定されている。この種調光装置において通常設計される雑音防止回路は、共振周波数が１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの範囲であるから、その１周期は１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃとなる。したがって、トリガパルスのオン幅ｗも１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定される。また、共振周波数が３０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚの場合はトリガパルスＰｔのオン幅ｗはその１周期分の２０μｓｅｃ〜約３３μｓｅｃに設定される。
【００２１】
図２に示すようにトライアック１２に導通（ＯＮ）時に流れる電流ｉは、共振電流が重畳されるが、抵抗分等により経時的に漸次減衰し、最初の第１周期の負の半サイクルに発生する逆電流（図中ハッチングにより図示）が最大であり、第２周期以降は負にならずに経時的に減衰して行き、ＬＥＤランプ１７の消費電流で収束する。このために、共振電流が重畳するトライアック１２に流れる電流ｉの最初の１周期の負の半サイクルに発生する逆電流が発生している期間中にも、トリガパルスがトライアック１２に与えられるので、このトライアック１２の導通を強制的に保持することができる。このトリガパルスＰｔのオン幅ｗはトライアック１２の導通時の電流の１周期分以上あればよく、共振電流の減衰等の条件を考慮しても２周期、せいぜい数周期もあれば充分である。導通時間（本実施形態ではトリガパルスＰとのオン幅ｗ）をむやみに長くすることは、本実施形態においては第１のコンデンサ１３ｄの容量を大きくする等、部品の容量が大きくなって、大形化と高価格化を招くため避けるべきである。したがって、導通時間の上限は、共振電流の５周期、絶対時間で表わすなら１００μｓｅｃとすることが好ましい。
【００２２】
なお、図１中、符号１９はスイッチランプ点灯回路、２０はダンピング回路である。スイッチランプ点灯回路１９は例えば壁スイッチ等のスイッチ１９ａがオフの時に、このスイッチ１９ａと一体的に設けた表示用ランプ１９ｂを点灯させる回路であり、夜間等によりスイッチ１９ａの視認が困難であるときに、点灯中のランプ１９ｂにより、このスイッチ１９ａを見つけ易くすることができる。
【００２３】
ダンピング回路２０は、負荷回路抵抗の抵抗値を擬似的に低下させることにより、雑音防止回路１４に発生する共振電流の減衰を早めることができる回路である。トライアック１２のターンオン時にのみ擬似的負荷をトライアック１２の出力側に接続する等の手段によって構成することができる。
【００２４】
したがって、この調光装置１１によれば、トライアック１２を導通（オン）させるゲートトリガパルスＰｔのオン幅ｗを、雑音防止回路１４に発生する共振電流の共振周波数の１周期分以上に設定したので、トリガパルスによりトライアック１２に導通させ、かつその導通を保持することができ、その導通時は保持電流により自己保持されなくてもよい。このために、この共振電流の逆電流により、導通後にトライアック１２に流れる電流ｉが保持電流以下に低下してトライアック１２がターンオフしてＬＥＤランプ１７が消灯し、チラツキが発生することを防止することが可能である。
【００２５】
これにより、光源が軽負荷のＬＥＤランプ１７や白熱電球であっても、調光装置１として用いることができる。特に、ＬＥＤランプ１７については、光の応答性が電球に比してよいため、チラツキの問題が発生し易いが、これを低減できる。
【００２６】
また、導通時間制御回路１５は、第１のコンデンサ１３ｄの放電回路に、第４の抵抗１５ａを単に直列に挿入することにより構成されるので、回路構成の簡素化を図ることができると共に、コスト低減と実用的効果の向上を図ることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る照明装置１０Ａと調光装置１１Ａの回路図である。図３に示すように照明装置１０Ａは、その照明装置本体１０ａ内に配設されたＬＥＤランプ１７と、照明装置本体１０ａ外に配設された調光装置１１Ａを含んでいる。この調光装置１１Ａは、上記導通角制御回路１３として、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）化された導通角制御回路１３Ａを使用し、同じく、上記導通時間制御回路１５としてＩＣ化されたワンショットパルス発生回路１５Ａを用いた点に特徴がある。
【００２８】
ＩＣ化された導通角制御回路１３Ａは、上記導通角制御回路１３とヒステリシス防止回路１８を１チップでＩＣ化したＩＣ回路であり、図１で示す可変抵抗器１３ｃに相当する可変抵抗器１３ｃを外付けで配設している。導通角制御回路１３Ａは、上記導通角制御回路１３とヒステリシス防止回路１８と同様の機能を有し、ＬＥＤランプ１７に印加される交流電圧を位相制御するための所要の位相角でトライアック１２を導通させる導通角を、外付けの可変抵抗器１３ｃの抵抗値の制御により、微分波状の単一パルスＰａを生成し、ワンショットパルス発生回路１５Ａに出力する。
【００２９】
ワンショットパルス発生回路１５Ａは、入力された微分波状の単一パルスＰａを、図２で示す単発の方形パルスＰｔをトライアック２のゲートに与える。この方形パルスＰｔのオン幅ｗは、上記第４の抵抗１５ａに相当する外付けの可変抵抗器１５ｂの抵抗値を制御することにより、雑音防止回路１４の共振電流の共振周波数の１周期分、または１周期分以上に設定されている。
【００３０】
したがって、この調光装置１１Ａによっても、上記調光装置１１と同様に、光源が軽負荷のＬＥＤランプ１７や同，白熱電球であっても、調光装置として使用することができる。特に、ＬＥＤランプ１７では、チラツキを低減できる。
【００３１】
そして、照明装置１０，１０Ａは、上記調光装置１１または１１Ａを住宅の壁に設置されるスイッチボックス等に収容し、この調光装置１１または１１Ａを介して照明装置本体１０ａの光源に給電することにより構成されてもよい。このために、照明装置としても、軽負荷のＬＥＤランプ１７や白熱電球等軽負荷の光源を用いることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では自己保持形スイッチング装置としてトライアック１２を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスイッチング素子としてＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を用い、このＦＥＴの導通状態をその導通時の電流により保持するためのラッチ回路を設けることにより、トライアック１２と同様の機能を有する回路に構成してもよい。また、逆並列接続された一対のＳＣＲ、ダイオードブリッジとＳＣＲとを組み合せたもの等であってもよい。さらに、スイッチング素子としては、トランジスタ、ＩＧＢＴあるいは他の素子を用いて、上記のように構成してもよい。
【００３３】
以上、本発明の幾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。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１０Ａ…照明装置、１０ａ…照明装置本体、１１，１１Ａ…調光装置、１２…トライアック（自己保持形スイッチング装置）、１３，１３Ａ…導通角制御回路（導通角制御手段）、１３ａ…ダイアック、１３ｂ…第１のコンデンサ、１３ｃ…可変抵抗器、１３ｄ…第１のコンデンサ、１４…雑音防止回路、１４ａ…コンデンサ、１４ｂ…インダクタ、１５…導通時間制御回路（導通時間制御手段）、１５Ａ…ワンショットパルス発生回路（導通時間制御回路）、１５ａ…第４の抵抗、１６…交流電源、１７…ＬＥＤランプ。
【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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