(57)【要約】【課題】交流動作電圧と矩形波の制御電圧を重畳してなる電力により、光源を点灯制御する調光制御システムにおいて、他の電子機器等への電波ノイズの妨害を軽減する。【解決手段】照明制御システムは、光源１０と、光源１０に対し、点灯電力を供給する電源回路２０と、通信路４０を介して電源回路２０を調光制御するシステム制御部３０とを備える。正弦波の動作電圧Ｖ１と矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ）とを重畳してなる重畳出力電圧Ｖ３により点灯電力を形成し、制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波の周波数を、動作電圧Ｖ１の正弦波が正の値であるか負の値によって切替える。これにより、電源回路２０で発生する電波ノイズが特定の周波数域に集中することがなくなり、ノイズレベルが低減され、電源回路２０の近くに存在する他の電子機器や無線機器等への電波ノイズの妨害を軽減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、正弦波の動作電圧と矩形波の制御電圧とを重畳してなる点灯電力を前記光源に供給する電源回路と、を備えた調光制御システムであって、
前記電源回路における制御電圧の周波数を、所定の時間間隔で任意の値に切替自在としたことを特徴とする調光制御システム。
【請求項２】
前記点灯電力を平滑するためのフィルタをさらに備え、
前記点灯電力を前記フィルタで平滑してから前記光源に供給することを特徽とする請求項１に記載の調光制御システム。
【請求項３】
前記正弦波の動作電圧は正負の値を交互に示す波形パターンを成し、
前記制御電圧の周波数を、前記動作電圧が正の値であるか負の値であるかによって値を切替えるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の調光制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流動作電圧と矩形波の制御電圧を重畳してなる電力により、光源を点灯制御する調光制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源を調光する調光器において、交流電源をその周波数より高い周波数の矩形波にてオン／オフし、矩形波のパルスデューティを制御することにより、光源に印加する交流電源のオン時間を制御して調光制御するものが知られている。例えば、特許文献１には、交流電源と光源との間に設けたスイッチング素子にトリガ信号を与え、予め設定された時分割期間においてスイッチングさせることにより、調光制御する調光器が示されている。
【０００３】
しかしながら、このような交流電源を高周波の矩形波にてオン、オフして調光制御する調光器においては、スイッチング素子には、交流電圧と矩形波の制御電圧が重畳された重畳出力電圧が出力され、スイッチング素子を含む電源回路には、重畳出力電流が流れる。この重畳出力電流は、スイッチング素子に接続される電気部品、及びそれらが実装される回路基板の配線等にも流れる。このため、これら電気部材がアンテナとなって、主に重畳出力電流に含まれる周波数の高い矩形波の電流成分に基いてノイズが周囲空間に放射される。ここに、矩形波の周波数が固定値であると、その周波数域にノイズが集中し、無視できないレベルになる。このノイズが妨害電波となり、例えば、ノイズに敏感な電子機器や無線機器を近接して配設することが困難となっていた。また、調光器内の調光制御用の各種デジタル制御回路等を誤動作させることがあった。
【特許文献１】特開２００７−１２８６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、矩形波の制御電圧の周波数域にノイズが集中しないようにして、電源回路の近くに存在する他の電子機器等への電波ノイズの妨害を軽減することができる調光制御システム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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源と、正弦波の動作電圧と矩形波の制御電圧とを重畳してなる点灯電力を前記光源に供給する電源回路と、を備えた調光制御システムであって、前記電源回路における制御電圧の周波数を、所定の時間間隔で任意の値に切替自在としたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の調光制御システムにおいて、前記点灯電力を平滑するためのフィルタをさらに備え、前記点灯電力を前記フィルタで平滑してから前記光源に供給するものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の調光制御システムにおいて、前記正弦波の動作電圧は正負の値を交互に示す波形パターンを成し、前記制御電圧の周波数を、前記動作電圧が正の値であるか負の値であるかによって値を切替えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、矩形波の制御電圧の周波数を任意の値に切替えることができるので、電源回路で発生する電波ノイズが特定の周波数域に集中することがなくなり、ノイズレベルが低減される。従って、電源回路の近くに存在する他の電子機器や無線機器等への電波ノイズの妨害を軽減することができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、点灯電力が平滑されることにより、点灯電力に重畳される矩形波の周波数成分が濾過されて低下されるので、電波ノイズのレベルが低減され、他の電子機器等への電波ノイズの妨害をさらに軽減することができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、制御電圧の周波数を動作電圧の正負によって切替えるので、周波数切替えのシステム構成を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の実施形態に係る調光制御システム（以下、本システムという）について、図１乃至図８を参照して説明する。本システムは、図１に示すように、光源１０と、この光源１０に対し、点灯電力を供給する電源回路２０と、本システム全体を制御するシステム制御部３０と、システム制御部３０と電源回路２０とを無線で結ぶ通信路４０とを備える。なお、通信路４０は、有線の伝送路でもよい。
【００１２】
光源１０は、電源回路２０により点灯される照明灯であり、システム制御部３０により調光制御される。また、この光源１０には、白熱球、蛍光灯、ＬＥＤ等を使用することができる。
【００１３】
電源回路２０は、交流電源部２１、設定部２２、電圧制御部２３、電圧重畳部２４、及びフィルタ部２５を備える。交流電源部２１は、正負の値を交互に示す波形パターンを成す正弦波の動作電圧Ｖ１を電圧重畳部２４に供給する交流電源である。設定部２２は、システム制御部３０からの調光制御信号に基き、光源１０の調光率を設定すると共に、電圧制御部２３の制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数を切替え可能に設定する。電圧制御部２３は、設定部２２で設定された調光率と周波数を基に、周波数ｆの矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ）を発生し、この制御電圧Ｖ２（ｆ）により光源１０を点灯制御する。この電圧制御部２３による点灯制御は、設定部２２で設定された調光率に基いて、制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波のパルス幅を制御して行われると共に、この矩形波の周波数ｆは、設定部２２で設定される所定の時間間隔でその値が切替えられる。電圧重畳部２４は、動作電圧Ｖ１と制御電圧Ｖ２（ｆ）を重畳して、重畳出力電圧Ｖ３を出力する。フィルタ部２５は、電圧重畳部２４からの重畳出力電圧Ｖ３を平滑し、光源１０を点灯する点灯電圧Ｖ４を出力する。なお、交流電源部２１には、家屋等内の主幹交流電源線から動作電力が供給される。
【００１４】
システム制御部３０は、操作部３１と、無線通信部３２とを有する。操作部３１は、ユーザが操作して光源１０の調光率を指定するためのものである。無線通信部３２は、操作部３１で指定された調光率を基に、光源１０を調光制御するための調光制御信号を生成すると共に、この調光制御信号を電源回路２０に送信する。なお、システム制御部３０が行う各種制御処理は、ＣＰＵ等により具体化される。また、システム制御部３０からの調光制御信号の送信には、照明機材間のデータ通信を行うためのプロトコルであるＤＭＸ（Digital Multiplex）を用いる。このため、システム制御部３０は、操作部３１で指定された調光率を含む調光制御信号をＤＭＸデータに変換し、このＤＭＸデータを無線通信部３２より送信する。
【００１５】
図２に示すように、設定部２２は、無線通信部２６、周波数設定部２７、時間間隔設定部２８、及び制御電圧決定部２９を備える。無線通信部２６は、システム制御部３０から送信されたＤＭＸデータを無線の通信路４０を介して受信して、この受信したＤＭＸデータを基に、調光制御信号を復調し、操作部３１で指定された調光率を検出する。
【００１６】
周波数設定部２７は、制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波の周波数ｆを複数の値に設定できるようにして、その周波数を任意に切替えられるようにしたものである。この切替えられる周波数の複数の値は、ユーザにより予め設定される。
【００１７】
時間間隔設定部２８は、周波数設定部２７で設定された周波数値を一定の時間間隔で切替えるために所定の時間間隔を設定するものである。ここでは、所定の時間間隔の設定は、時間間隔設定部２８に動作電圧Ｖ１の正弦波が正の値であるか負の値であるかを検出する正負電圧検知機能を備え、この機能により動作電圧Ｖ１の正弦波の正負を検出し、動作電圧Ｖ１の正弦波が正の値又は負の値となる半波長の時間間隔を所定の時間間隔として自動的に設定している。なお、この時間間隔設定部２８における時間間隔の設定は、時間間隔設定部２８にボリュウム等を設け、ユーザにより予め手動で任意に行うこともできる。
【００１８】
制御電圧決定部２９は、時間間隔設定部２８で設定された所定の時間間隔と、周波数設定部２７で設定された複数の周波数の値から任意に選んだ値（ここでは、周波数ｆ１、ｆ２とする）を基に、制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数の切替時間間隔と切替える周波数値とを決定し、この切替時間間隔毎に矩形波の周波数ｆ１、ｆ２の切替えを周期的に繰り返すように電圧制御部２３を制御する。また、制御電圧決定部２９は、無線通信部２６で検出された調光制御信号により調光率を決定し、それぞれ決定された切替え周波数値、切替時間間隔及び調光率の各設定値を電圧制御部２３に入力する。
【００１９】
電圧制御部２３は、制御電圧決定部２９で決定された切替えの周波数値と時間間隔、及び調光率の各設定値を基に、動作電圧Ｖ１の正弦波が正の値のとき及び負の値のときに、周波数ｆ１、ｆ２の矩形波を発生し、これらの矩形波を正弦波の半波長間隔毎に切替えて形成される制御電圧Ｖ２（ｆ）を生成する。また、電圧制御部２３は、設定された調光率に基き、周波数ｆ１、ｆ２の矩形波のパルスデューティをそれぞれ設定する。ここでは、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、周波数ｆ１、ｆ２の矩形波のパルスデューティの設定は、それぞれの矩形波の周期Ｔ１（周波数ｆ１＝１／Ｔ１）及び周期Ｔ２（周波数ｆ２＝１／Ｔ２）の矩形波のオンデューティの幅ｗ１、ｗ２を調整することにより行われる。これらのオンデューティ幅ｗ１、ｗ２は、操作部３１で指定された同じ調光率に対して周波数ｆ１、ｆ２の矩形波のオンデューティ比を同じとして設定される。これにより、電圧制御部２３は、オンデューティ幅ｗ１、ｗ２を持つ制御電圧Ｖ２（ｆ１）、Ｖ２（ｆ２）を動作電圧Ｖ１の正弦波の半波長間隔毎に切替えて発生し、操作部３１で設定された調光率に対応して、各矩形波のオンデューティ幅ｗ１、ｗ２を替えることにより、制御電圧Ｖ２（ｆ）を制御して光源１０を調光制御する。
【００２０】
電圧重畳部２４は、半導体のスイッチング素子として、トランジスタＱ１、Ｑ２を備える。なお、スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、及びダイオード等を使用できる。電圧重畳部２４のトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタには、図４（ａ）に示される正弦波の動作電圧Ｖ１が印加され、それらの各ベースには、電圧制御部２３で形成された図４（ｂ）に示される矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ）が入力される。この制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数ｆは、正弦波の動作電圧Ｖ１における正負の半波長期間毎に周波数ｆ１及び周波数ｆ２に交互に切替えられるので、この結果、図４（ｃ）に示されるように、トランジスタＱ１、Ｑ２の各エミッタの出力電圧は、正弦波の動作電圧Ｖ１が制御電圧Ｖ２（ｆ１）と制御電圧Ｖ２（ｆ２）の各矩形波によりオン、オフされた波形となり、正弦波の動作電圧Ｖ１と、矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ１）、Ｖ２（ｆ２）が重畳された重畳出力電圧Ｖ３が出力される。ここで、動作電圧Ｖ１と制御電圧Ｖ２（ｆ）との重畳とは、制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波により動作電圧Ｖ１をスイッチングしてオン、オフさせることを言い、そのオン、オフされた出力が重畳出力電圧Ｖ３となる。この重畳出力電圧Ｖ３は、フィルタ部２５に入力される。
【００２１】
フィルタ部２５は、同じチョークコイルＬ１、Ｌ２と電解コンデンサＣ１を備えた低域通過フィルタからなる平滑フィルタであり、電圧重畳部２４の重畳出力電圧Ｖ３を平滑して点灯電圧Ｖ４を出力する。チョークコイルＬ１、Ｌ２は、それぞれトランジスタＱ１、Ｑ２の各エミッタに接続され、チョークコイルＬ１、Ｌ２の出力側の端子は、コンデンサＣ１で終端されている。これにより、フィルタ部２５の出力は、図４（ｄ）に示されるように、動作電圧Ｖ１より電圧レベルが低下する点灯電圧Ｖ４となって光源１０に印加され、平滑された点灯電力が光源１０に供給される。また、重畳出力電圧Ｖ３がフィルタ部２５によって平滑される際、点灯電圧Ｖ４に重畳されている矩形波の周波数成分がフィルタ部２５の低域通過フィルタの特性により濾過されて低減される。
【００２２】
上記のように構成された本システムにおいて、ユーザがシステム制御部３０の操作部３１で電源回路２０の調光率の設定値を指示すると、この指示された調光制御信号は、通信路４０を介して無線通信部３２から電源回路２０の設定部２２の無線通信部２６に伝送される。設定部２２は、無線通信部２６で受信した調光制御信号を基に調光率を設定すると共に、この調光率と、予め設定された切替え周波数値及び切替時間間隔の設定値を基に、電圧制御部２３を制御し、電圧制御部２３は周波数ｆ１、ｆ２の矩形波を動作電圧Ｖ１の正弦波の半波長毎に周期的に切替えて発生する制御電圧Ｖ２（ｆ）を形成する。これにより、電圧重畳部２４で矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ）と動作電圧Ｖ１を重畳して、点灯電圧Ｖ４を形成し、光源１０を点灯制御する。従って、システム制御部３０は、操作部３１で指定した調光率により、２つの周波数の矩形波で形成され制御電圧Ｖ２（ｆ）を制御して、光源１０を調光制御する。
【００２３】
ここで、電圧制御部２３における矩形波のオンデューティの設定について説明する。操作部３１で設定された調光率に対応するオンデューティの割合は、予め下記の表１に示すようにテーブル化され、電圧制御部２３に記憶されている。従って、電圧制御部２３は、制御電圧決定部２９で決定された調光率を基に、この表１のテーブルから自動的にオンデューティの割合（％）を選択して、設定された調光率に一致するようにオンデューティ幅を制御する。なお、電源回路２０がシステム制御部３０と通信路４０を介して接続されていない場合は、設定部２２に調光率調整用のボリュウム等を設けて、個々に調光率を調整してもよい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
また、ユーザが、例えば、操作部３１で調光率を５％に指示したとき、表１より調光率５％におけるオンデューティの割合が１４％なることから、電源回路２０における制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波（周波数を３２ｋＨｚとする）の波形は、図５に示されるように、１つの矩形波の幅（周期Ｔ１）は、１／３２０００（ｓ）、オンデューティ幅ｗ１は、１／３２０００×０．１４（ｓ）となる。このように、オンデューティ幅は、ユーザの指示した調光率に基いて表１から容易に計算され、このオンデューティ幅の制御により光源１０が調光制御される。また、矩形波の周波数は３６ｋＨｚについても、表１と同様のテーブルを利用し、計算によりオンデューティ幅を求めることができる。
【００２６】
次に、制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波の周波数をｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２とする）に切替えた場合と、切替えずに周波数をｆ１に固定にした場合について、それぞれの電波ノイズについて説明する。
【００２７】
矩形波の周波数をｆ１、ｆ２に切替えた場合は、図６（ａ）に示すように、動作電圧Ｖ１の正弦波の半波長間隔毎に、矩形波の周波数がそれぞれｆ１とｆ２の制御電圧Ｖ２（ｆ１）と制御電圧Ｖ２（ｆ２）が交互に切替わり、これらの２つの周波数ｆ１、ｆ２が繰返し発生される。このとき、電源回路２０には、動作電圧Ｖ１と、制御電圧Ｖ２（ｆ１）、Ｖ２（ｆ２）とがそれぞれ重畳されて重畳出力電流が流れ、この重畳出力電流の中に、矩形波の周波数ｆ１、ｆ２の周波数成分からなる高周波電流が含まれる。この高周波電流は、トランジスタＱ１、Ｑ２や、これらトランジスタＱ１、Ｑ２に接続される電気部品、及びそれらが実装される回路基板の配線等にも流れる。このため、これら電気部材がアンテナとなって、電源回路２０から、それらの矩形波の電流の一部が電波ノイズとなって空中に放射される。この場合の電波ノイズのノイズスペクトラムは、図６（ｂ）に示すように、矩形波の電流を基に発生するノイズスペクトルは、周波数ｆ１、ｆ２の２つの周波数のノイズスペクトル６１、６２に分散され、それぞれのノイズレベルは、ともに略同じレベル（Ｎｖ１）として示される。
【００２８】
一方、矩形波の周波数が同じ周波数（ｆ１＝ｆ２）に固定された場合は、図６（ｃ）に示すように、動作電圧Ｖ１の正弦波の１波長全体に亘って制御電圧Ｖ２（ｆ１）の矩形波の周波数ｆ１が変らない。従って、図６（ｂ）の点線波形で示すように、ノイズスペクトラムが常に同じ周波数ｆ１に集中して存在し、時間的に分散されず、周波数ｆ１における電波ノイズは、ノイズスペクトル６３のように、ノイズスペクトル６１、６２のノイズレベル（Ｎｖ１）より大きいノイズレベル（Ｎｖ２）となる。このように、本システムにおいては、矩形波の周波数が切替えられるため、各ノイズスペクトルは、互いに周波数が異なり、時間的に分散される。これにより、これらのノイズレベル（Ｎｖ１）は、矩形波の周波数が１つに固定された場合のノイズレベル（Ｎｖ２）に比較して、略半分に低減される。
【００２９】
ここで、例えば、動作電圧Ｖ１の半波長毎に制御電圧Ｖ２（ｆ）の矩形波の周波数ｆ１、ｆ２をそれぞれ３２ｋＨｚ、３６ｋＨｚとして切替えた場合、矩形波の周波数によるノイズスペクトラムは、図７（ａ）に示すように、周波数軸上で２つに分散され、各ノイズレベルは、それぞれノイズレベルＮｖ１となる。これに対し、矩形波の周波数を切替えず、同じ周波数の３２ｋＨｚ（ｆ１）に固定した場合は、図７（ｂ）に示すように、ノイズレベルＮｖ２は、３２ｋＨｚの周波数に集中してノイズレベルＮｖ１の略２倍となる。従って、矩形波の周波数を切替えて、時間的に分散することにより、電源回路２０から発生するノイズレベルを低減することができ、電波ノイズによる影響を軽減することができる。
【００３０】
また、図８（ａ）に示すように、重畳出力電圧Ｖ３を低周波濾過フィルタであるフィルタ部２５で平滑することにより、点灯電圧Ｖ４に重畳されている動作電圧Ｖ１の正弦波周波数（例えば、６０Ｈｚ）より高い周波数ｆ１（３２ｋＨｚ）、ｆ２（３６ｋＨｚ）成分を濾過することができる。これにより、図８（ｂ）に示すように、フィルタ部２５がない場合のノイズレベルＮｖ１に比較して、周波数ｆ１、ｆ２のノイズレベルをさらに低減することができる。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、矩形波の制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数を任意の値に切替えることができるので、制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数を周期的に切替えることにより、電源回路で発生する電波ノイズが特定の周波数域に集中することがなくなり、ノイズレベルが低減する。従って、電源回路２０の近くに存在する他の電子機器や無線機器等への電波ノイズの妨害を軽減することができる。また、調光制御システム内において、各種デジタル制御回路の誤動作や、無線有線の通信路への妨害等を軽減することができるので、光源の調光制御を安定して行うことができる。
【００３２】
また、フィルタ部２５により点灯電圧Ｖ４が平滑されることにより、点灯電力に重畳される矩形波の周波数成分が濾過されて低下されるので、電波ノイズのレベルが低減され、他の電子機器等への電波ノイズの妨害をさらに軽減することができる。
【００３３】
また、制御電圧Ｖ２（ｆ）の周波数を動作電圧Ｖ１の正負によって切替えるので、周波数切替えのシステム構成を簡略化することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態では、動作電圧の正弦波の半波長毎に制御電圧の矩形波の周波数を切替えたが、切替え時間間隔を、１乃至複数の波長毎のようにより長い時間間隔や、１／４波長間隔毎のようにより短い時間間隔で行ってもよい。また、切替える周波数を２つ以上設定して切替えることにより、ノイズの時間的、周波数的分散を広げて、よりノイズレベルを低減させることもできる。また、所定の時間間隔及び切替える周波数の設定は、調光率と共に、操作部からの指示で行うこともできる。また、上記実施形態では、矩形波の周波数が３２ｋＨｚ、３６ｋＨｚ等の場合について説明したが、この矩形波の周波数は、これらに限定されることなく自由に選択される。また、各電源回路とシステム制御部との通信路に無線通信を用いたが、伝送線による有線を用いることや、各電源回路に共通に電力を供給する交流電力配線を利用する電力線搬送通信（ＰＬＣ）を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明制御システムの構成図。
【図２】上記システムにおける電源回路の設定部の構成図。
【図３】（ａ）は上記電源回路の制御電圧の周波数を切替える前の矩形波を示す図、（ｂ）は同電源回路の制御電圧の周波数を切替えた後の矩形波を示す図。
【図４】（ａ）は上記システムにおける電源回路の交流電源の電圧波形を示す図、（ｂ）は同回路の制御電圧の波形を示す図、（ｃ）は同回路の重畳出力電圧の波形を示す図、（ｄ）は同回路のフィルタ部の出力波形を示す図。
【図５】上記電源回路の矩形波の周波数が３２ｋＨｚ、調光率５％における制御電圧のオンデューティ波形を示す図。
【図６】（ａ）は上記電源回路の制御電圧の周波数を動作電圧の正負で切替えた場合の重畳出力電圧を説明する図、（ｂ）は同電源回路の制御電圧の周波数によるノイズレベルを説明する図、（ｃ）は同電源回路の制御電圧の周波数を切替えない場合の重畳出力電圧を説明する図。
【図７】（ａ）は矩形波の周波数を３２ｋＨｚと３６ｋＨｚに切替えた場合のノイズレベルを説明する図、（ｂ）は矩形波の周波数を３２ｋＨｚに固定した場合のノイズレベルを説明する図。
【図８】（ａ）はフィルタがある場合のノイズレベルを説明する図、（ｂ）はフィルタがない場合のノイズレベルを説明する図。
【符号の説明】
【００３６】
１０  光源
２０  電源回路
２５  フィルタ部
３０  システム制御部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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