(57)【要約】【課題】  位相制御式調光器の不安定な信号を安定的なＰＷＭ出力をする変換器によってＰＷＭ調光するＬＥＤ照明器具を安定的に調光できる位相制御・ＰＷＭ変換器を提供すること。【解決手段】  位相制御式調光器の出力を調光用の信号として安定的なＰＷＭ信号変換するために前記出力に含まれるノイズ成分や波形の乱れなどの不安定要素を取り除く目的で、絶縁降圧部、整流部、ノイズ除去部、計測部、演算部、ＰＷＭ信号出力部、ＰＷＭ電力増幅部で構成し、電圧の計測は５〜２０マイクロ秒の間隔で電圧計測を行い、この値の５，０００〜２０，０００回分の期間（以下、期間Ａという）の相加平均を算出し、順次期間Ａの２倍の時間（以下、期間Ｂ）より大きくかつ期間Ｂを除したとき整数にならない時間ごとに、過去４つの期間Ａを相加平均し、前記相加平均値からＰＷＭ信号を出力することによって、ＰＷＭ制御するＬＥＤを安定的に点灯することができる。【選択図】図５
2017220438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で調光を行うＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）照明器具において、前記ＬＥＤ照明器具に供給する、ＰＷＭ信号およびまたはＰＷＭ電力を出力する位相制御信号をＰＷＭ信号に変換する変換器において、位相制御入力信号は絶縁降圧部、整流部、ノイズ除去部、計測部、演算部、ＰＷＭ信号出力部、ＰＷＭ電力増幅部を経て出力し、前記計測手段を５〜２０マイクロ秒の間隔で電圧計測を行い、この値の５，０００〜２０，０００回分の期間（以下、期間Ａという）の相加平均を算出し、順次期間Ａの２倍の時間（以下、期間Ｂ）より大きくかつ期間Ｂを除したとき整数にならない時間ごとに、過去４つの期間Ａを相加平均し、前記相加平均値からＰＷＭ信号を出力することを特徴とする位相制御信号・ＰＷＭ変換器。
【請求項２】
前記請求項１におけるＰＷＭ信号出力は、正論理と負論理の切り替え可能としたことを特徴とする位相制御信号・ＰＷＭ変換器。
【請求項３】
前記請求項１におけるＰＷＭ信号出力は、リニア出力と対数出力の切り替え可能としたことを特徴とする位相制御信号・ＰＷＭ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）調光照明システムに係り、特に、ＬＥＤで構成された照明器具をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で調光するＬＥＤ用の位相制御信号・ＰＷＭ変換器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  照明の調光分野では、トライアックを使用して交流電圧を位相制御方式によって白熱球、ハロゲン電球などを調光する位相制御調光器が広く普及している。【０００３】  位相制御方式の調光は、電球などのタングステン球の場合フィラメントが加熱しているので、１００階調で調光しながら消灯した場合、消灯直前の点灯領域においても違和感のない安定的な調光が可能であった。【０００４】  更に、位相波形が乱れた場合や、波形にノイズなどが重畳した場合でも、電球の場合はフィラメントによって実質的に平滑するので、光のチラツキは感じられなかった。【０００５】  しかしながらＬＥＤの場合は、交流で直接点灯させることができず、位相制御方式の機器を使用することはできなかった。ＬＥＤを容易に調光する手段として、ＬＥＤにＰＷＭ電力を供給して調光する方式が広く用いられている。【０００６】  なお、一部、位相制御方式で調光できるＬＥＤ照明器具もあるが、器具が高価になる、ＬＥＤ照明器具が大きくなり低電圧で安全に自在にレイアウトできるなどのＬＥＤ照明の特徴を失うなどの欠点があった。また、既設の位相制御機器で調光していた電球をＬＥＤに置き換える場合は、新たにＰＷＭ調光機器に交換するなど、工事の手間と費用を要する欠点があった。【０００７】  更に従来の位相制御信号・ＰＷＭ変換器は特定の位相制御器のみで安定動作を保証している場合や、調光階調が粗く、ステップ状の調光となった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ＬＥＤはＯＮ‐ＯＦＦの応答性が速くＰＷＭによって微細調光が可能で、小型の照明器具を安全にかつ自在にレイアウトできる特徴がある。この特徴を生かしながら位相制御器を利用するために、位相制御信号をＰＷＭ信号に安定的に変換することである。
【０００９】  位相制御方式の位相波形は、電力環境の悪いホテルや病院などでは乱れやすく、単純に整流してマイコンで処理をしてＰＷＭに変換すると、位相のずれやノイズでマイコンが誤動作し、ＰＷＭが不安定になり、ＬＥＤの光のチラツキとして認識される。その位相波形を安定的な信号として変換することである。
【００１０】  位相制御器は各社から上市されているが、統一された規格がなく、機種、個体によりその出力波形はさまざまである。この出力を従来の位相制御信号・ＰＷＭ変換器に入力した場合、ＬＥＤの明るさの違いやチラツキなど不安定な調光が発生する場合があった。本発明は各種の位相制御器のさまざまな出力波形に対応する安定的なＰＷＭ信号を得ることである。
【００１１】  また、光源をＰＷＭ制御するＬＥＤに置き換えても電球のような滑らかな調光を実現することである。
【００１２】  また、光源をＬＥＤに変更する場合でも、既設の位相制御器を使用できるので工事費のコストダウンができることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明の位相制御信号・ＰＷＭ変換器は、位相制御器から出力される電圧を絶縁降圧させる手段、整流する手段、その電圧を安定した信号に変換する手段、信号を計測する手段、計測した値を演算し処理する手段、処理した値をもとにＰＷＭ信号を出力する手段、およびＰＷＭ信号を電力増幅する手段によって主に構成される。
【００１４】信号の計測は、マイコンを用い、入力された信号の電圧計測を、５〜２０マイクロ秒の間隔で行い、次いで演算・処理では、この値の５，０００〜２０，０００回分の期間（以下、期間Ａという）の相加平均を算出し、順次期間Ａの２倍の時間（以下、期間Ｂ）より大きくかつ期間Ｂを除したとき整数にならない時間ごとに、過去４つの期間Ａを相加平均し、この値から出力するＰＷＭ信号を決定する。
【００１５】  出力されるＰＷＭ信号は、内蔵されたマイコンによって任意に決定できるため、使用するＬＥＤの特性に合わせ、ガンマ補正などの処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】  位相制御対応のＬＥＤ照明器具ではチラツキが出る場合があり、本発明にすることにより、白熱球のような安定的な調光が平易に実現可能となった。
【００１７】  図１は市販位相制御器の出力波形である。従来の位相制御信号・ＰＷＭ変換器ではこのようなさまざまなノイズを含んだ信号では安定した動作が保証されていない。これに対し本発明は、図２の通り、ＰＷＭ出力は安定している。
【００１８】  また、図３は市販ガソリン式発電機を利用した時の、位相制御器から出力波形である。波形全体に粗いノイズが重畳している。この発電機を用い、位相制御器の出力をマイコンで操作し、６０秒で０〜１００％に上昇させ、その後、４０秒で１００％〜０％に下降させたときの本発明の出力が図４である。ノイズにもかかわらず、安定して動作している。
【００１９】  従来の位相制御・ＰＷＭ変換器は、位相制御器機種ごとに接続方法を変更することで対応しようとしていた。本発明では機種によって接続方法を変える必要はない。よって、工事の手間を削減できる。
【００２０】  また、従来の位相制御・ＰＷＭ変換器は、不安定動作を防止するために、出力階調を１００階調未満と低く設定していた。このため、ＬＥＤとＰＷＭ制御の特徴である微細な調光が実現できなかった。本発明は階調数を下げることなく微細な調光を実現できる。
【００２１】  白熱球などでは、調光の際にガンマ補正などの処理を行うことは困難、または効果がなかった。マイコンを用いてＬＥＤをＰＷＭで制御する場合は、ＬＥＤの応答性と相まって、高い演出性を生み出すことができる。
【００２２】  すでに広く普及し、また、設置されているさまざまな位相制御器を利用することができるので、これまでの資産を有効活用でき、いわゆるリフォームの場合、室内のデザインを必要以上に変更することなく、かつ、工事の規模も縮小可能となる。また、ＰＷＭ調光に対応したＬＥＤは品種も多く、デザインの自由度が大きくなる。
【００２３】  以上のように、本発明の課題を満足する安定的なＰＷＭ制御によるＬＥＤ調光が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  図５がＬＥＤ用位相制御信号・ＰＷＭ変換器（以下、本器と称す）のブロック構成図である。【００２５】  入力信号として用いる位相制御信号は、市販のＡＣ１００Ｖ位相制御式調光器の出力を用いる。調光器によっては、本器が負荷として十分な容量を持たないため正常に動作しないことがある。このため、調光器の出力部と本器の信号入力部の間に適切な値のブリーダ抵抗またはそれに類する負荷装置を挿入する。【００２６】  本器内部で信号の取扱を平易にするため、絶縁降圧部でＡＣ１００Ｖ（実効値）の入力信号をトランスなど用い例えば５Ｖ程度の電圧に降下させる。また、絶縁することで電気的安全性を確保している。【００２７】  低電圧となった入力信号を、整流部で全波整流し、交流から直流に変換する。【００２８】  直流に変換された信号は、ノイズ成分や波形の乱れを含んでいることがあり、そのまま計測を行うとノイズ成分などを信号と誤判定し、動作異常を生じることがある。このため、ノイズ除去部にはフォトカプラを用いることでフォトカプラの発光部を駆動できない微細なノイズ成分を除去するとともに、波形を安定化させる。【００２９】  マイコンは変換された信号の計測と演算処理、ＰＷＭ信号出力を行う。【００３０】  図７に本発明の計測、演算方法についての図解を示す。信号の計測は、入力された信号の電圧計測を、５〜２０マイクロ秒の間隔で行う。演算処理は計測した値の５，０００〜２０，０００回分の期間（以下、期間Ａという）の相加平均を算出し、順次期間Ａの２倍の時間（以下、期間Ｂ）より大きくかつ期間Ｂを除したとき整数にならない時間（以下、時間アとする）ごとに、過去４つの期間Ａを相加平均しＰＷＭ出力の基準値とする。時間アが期間Ｂより短い場合は異常値を排除できず、期間Ａの４倍より大きい場合は計算から漏れる期間Ａが生じる。また、期間Ｂを除した値が整数となる場合は、定期に発生するノイズを排除できない場合がある。このため、本例では時間アは２５０ミリ秒とする。【００３１】  上記演算により取得された値に対してどのようなＰＷＭ信号を出力するかは、マイコンの演算処理方法、およびそれに与えるパラメータにより任意に決定する。使用者の簡便さを考慮し、標準的な出力として、周波数１ｋＨｚ、階調数４０９６とし、入力信号に対して比例出力する場合と、視覚効果を考慮し対数的に出力する場合を設定し、磯械的電気接点の切り替えによりいずれかを選択できる。【００３２】  調光に対応したＬＥＤおよび機器は、ＰＷＭ信号に対して正論理で明るさが変化するものと、負論理で明るさが変化するものがある。そのいずれも対応可能なように、切り替えのための機械的電気接点を持つ。【００３３】  電力増幅部は、マイコンから出力されたＰＷＭ信号を、一般的なＬＥＤ照明器具を点灯可能な電力に増幅する。【００３４】  以上の実施例により、手動、およびマイコン制御の位相制御器によってもなだらかで安定した調光が実現できた。また、大電力のＬＥＤ照明器具を点灯するために本器とＬＥＤ照明器具の間に電力増幅器を使用したところ、負論理に対応したものであり、正常に調光することができた。また、ガンマ補正を行うことによって、白熱球と同様の自然な照明を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】  ノイズ成分の多い市販位相制御器の出力波形の一例である。
【図２】  図１の市販位相制御器を用いた場合の本発明の出力電圧である。
【図３】  市販ガソリン式発電機を用いた場合の位相制御器からの出力波形である。
【図４】  図３を用い、位相制御器の出力を変化させた場合の本発明の出力電圧の変化である。
【図５】  本発明のブロック構成図である。
【図６】  本発明の一実施例を示す調光システムのブロック構成図である。
【図７】  本発明の計測・演算方法の解説である。
【図１】
2017220438.tif 000003
【図２】
2017220438.tif 000004
【図３】
2017220438.tif 000005
【図４】
2017220438.tif 000006
【図５】
2017220438.tif 000007
【図６】
2017220438.tif 000008
【図７】
2017220438.tif 000009