(57)【要約】【課題】交流波形の振幅度を可変させて光源を調光制御する調光制御装置において、部品点数を低減して、低コスト化、小型化する。【解決手段】調光制御装置１０は、交流電圧Ｖ１を全波整流する整流器１１と、調光制御するための制御電圧Ｖ３の矩形波を発生する制御部１２と、全波整流電圧Ｖ２と制御電圧Ｖ３を重畳する電圧重畳部１３と、電圧重畳部１３出力の重量波形の高周波成分を阻止するチョークコイル１４と、重量波形を平滑して光源２０を点灯する平滑回路１５と、チョークコイル１４と平滑回路１５との直列回路に並行に接続されたダイオード１６とを備える。電圧重畳部１３への入力を全波整流電圧Ｖ２としたことにより、電圧重畳部１３が１つのスイッチング素子で構成できると共に、回生電流Ｉｒを流す閉回路も１つでよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流波形の振幅度を可変させて調光制御する調光制御装置において、
抵抗負荷成分を有する光源と、
前記交流電源からの供給電圧を全波整流する整流器と、
前記整流器の出力電圧に調光制御するための矩形波の制御電圧を重畳する波形制御部と、
前記波形制御部から出力される重畳波形の高周波成分を低減するためのチョークコイルと、
前記波形制御部から出力される重畳波形を平滑し、その平滑出力を前記光源に供給して該光源を点灯させる平滑回路と、
前記チョークコイルの回生電流を流すための閉回路と、
を備えたことを特徴とする調光制御装置。
【請求項２】
前記チョークコイルは、前記波形制御部と平滑回路との間に直列に配設され、
前記閉回路は、前記チョークコイルと平滑回路との直列回路に並列に配設されたダイオードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の調光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流波形の振幅度を可変させて調光制御する調光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源を用いて、白熱電灯やＬＥＤの照明負荷を調光する調光制御装置として、正弦波である交流電圧と光源を調光制御するための矩形波である制御電圧とを重畳した重畳電圧を平滑した点灯電圧を光源に供給し、調光制御する調光制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような調光制御装置は、正弦波の交流電圧と制御電圧とを重畳するため、交流電圧の１周期のうち、交流電圧の正電圧となる半周期と負電圧になる半周期でそれぞれ分けてスイッチングする必要があり、２つのスイッチング素子を必要とする。
【０００４】
また、このような交流電圧に交流電源の周波数より高い周波数の矩形波を重畳したときには、重畳出力の高周波成分を除去するため、高周波除去用のチョークコイルが使用される。しかし、このチョークコイルは、コイルに流れている電流がオフすると、コイルに蓄えられたエネルギーを回生しようとし、この回生のための電流（ここでは、回生電流と言う）を発生する。このため、回生電流が流れる閉回路等を形成して回生電流の影響を取り除くことが望ましい。
【０００５】
このような閉回路が形成された調光制御装置の例を、図４及び図５（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。この調光制御装置は、図４に示すように、交流電源からの交流電圧Ｖ１の正負極性を判定する極性判定回路１０１と、調光制御するための矩形波の制御電圧Ｖａ、Ｖｂを発生する制御部１０２と、第１、第２のスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂを持ち交流電圧Ｖ１と矩形波の制御電圧Ｖａ、Ｖｂとを重畳する電圧重畳部１０３と、電圧重畳部１０３に接続され重畳出力電圧Ｖｅの高周波成分を阻止するチョークコイル１０４と、チョークコイル１０４に接続されチョークコイル１０４からの出力を平滑する平滑コンデンサ１０５と、平滑コンデンサ１０５からの平滑電圧により点灯される光源１０６とから構成される。
【０００６】
この装置における各部の電圧波形は図５に示すようになり、制御部１０２は、極性判定回路１０１による交流電圧Ｖ１の極性の判定に基き、交流電圧Ｖ１の正負の各半周期に対応して、矩形波の制御電圧Ｖａ、Ｖｂを発生する。電圧重畳部１０３は、制御電圧Ｖａ、Ｖｂと交流電圧Ｖ１を第１、第２のスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂでそれぞれ重畳して、重畳出力電圧Ｖｅを出力する。この重畳出力電圧Ｖｅは、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂによりそれぞれ交流電圧Ｖ１の半周期毎に交互にスイッチングされた出力が合成されて形成される。
【０００７】
また、チョークコイル１０４においては、回生電流Ｉｒは、電圧重畳部１０３の重畳出力電圧Ｖｅの極性が交流電圧Ｖ１の半周期毎に変ることにより、これに対応してチョークコイル１０４内を半周期毎に逆方向に流れる。このため、回生電流Ｉｒの閉回路が回生電流Ｉｒの流れる方向毎に必要とされる。従って、電圧重畳部１０３には、正負２つの方向の回生電流Ｉｒを流すために、閉回路用のスイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄがスイッチング素子Ｑａ、Ｑｂの間に順に直列に接続されている。ここでは、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｃの直列接続とスイッチング素子Ｑｂ、Ｑｄの直列接続とは、互いに逆接続されている。これらスイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄは、スイッチング素子Ｑａ、Ｑｂのオフ期間に対応してそれぞれ制御電圧Ｖｃ、Ｖｄによりオンされる。これにより、スイッチング素子Ｑｃ、Ｑｄは、正負の半周期毎にそれぞれチョークコイル１０４と、平滑回路１０５と光源１０６との並列回路とが直列接続された閉回路をそれぞれ形成し、互いに逆方向の回生電流Ｉｒを流すようになっている。
【０００８】
しかしながら、このような調光制御装置においては、電圧重畳部１０３で交流電圧Ｖ１の正負の各半周期をそれぞれスイッチングするため、２つのスイッチング素子（Ｑａ、Ｑｂ）や極性判定回路１０１などを必要とすると共に、互いに逆方向の回生電流Ｉｒを流すために、閉回路を２つ必要とし、このため、スイッチング素子（Ｑｃ、Ｑｄ）も２つ必要とし、部品点数が多く、コスト高となっていた。
【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】
【０００９】
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、交流波形の振幅度を可変させて調光制御する調光制御装置において、部品点数を低減して、低コスト化、小型化することができる調光制御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】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、交流波形の振幅度を可変させて調光制御する調光制御装置において、抵抗負荷成分を有する光源と、前記交流電源からの供給電圧を全波整流する整流器と、前記整流器の出力電圧に調光制御するための矩形波の制御電圧を重畳する波形制御部と、前記波形制御部から出力される重畳波形の高周波成分を低減するためのチョークコイルと、前記波形制御部から出力される重畳波形を平滑し、その平滑出力を前記光源に供給して該光源を点灯させる平滑回路と、前記チョークコイルの回生電流を流すための閉回路と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、前記チョークコイルは、前記波形制御部と平滑回路との間に直列に配設され、前記閉回路は、前記チョークコイルと平滑回路との直列回路に並列に配設されたダイオードを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、矩形波と重畳する交流電源からの供給電圧を全波整流波形とすることにより、波形制御部として、例えば、半導体スイッチング素子を１つで行うことができ、また、負荷に流れる回生電流を流す閉回路も１つでよく、部品点数を削減でき、低コスト化及び小型化できる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、閉回路にダイオードを用いたことにより、３端子のスイッチ素子等を用いた場合に比べ、閉回路の回路構成が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施形態に係る調光制御装置（本装置という）について、図１乃至図３を参照して説明する。本装置は、図１に示すように、光源２０と、交流電源からの正弦波電圧Ｖ１を全波整流する整流器１１と、光源２０を調光制御するための矩形波の制御電圧Ｖ３を発生する制御部１２と、制御電圧Ｖ３と整流器１１により整流された全波整流電圧Ｖ２とを重畳する電圧重畳部（波形制御部）１３と、高周波を抑制するためのチョークコイル１４と、チョークコイル１４を通った重畳出力波形を平滑する平滑回路１５と、チョークコイル１４と平滑回路１５との直列回路に並列に配設されたダイオード１６とを備える。交流電源は、正負の値を交互に示す波形パターンを成す正弦波の交流電圧Ｖ１を整流器１１に供給する。
【００１５】
光源２０は、調光制御装置１０により点灯される照明灯（照明負荷）であり、調光制御装置１０からの点灯電力により電流が流れる抵抗負荷成分を有する。この光源２０としては、白熱球や、ＬＥＤ及び有機ＥＬなどの半導体からなる固体発光素子等を使用することができる。
【００１６】
整流器１１は、４つのダイオードによるダイオードブリッジ回路（不図示）からなり、交流電源から供給された交流電圧Ｖ１を全波整流する。これにより、整流器１１の出力は、全波整流電圧Ｖ２となり、正方向のみの電圧波形となり、電圧重畳部１３に入力される。
【００１７】
制御部１２は、ＣＰＵとメモリを備え、調光制御のための調光率を設定する設定部（不図示）を有する。制御部１２は、設定部で設定された調光率を基に、光源２０を調光制御するための矩形波の制御電圧Ｖ３を生成する。この制御電圧Ｖ３は、図２に示されるように、交流電源周波数より高い周波数（周期Ｔ０）の矩形波により形成される。また、制御部１２は、調光率により制御電圧Ｖ３の矩形波のオンデューティ（ｗ％）を可変することにより調光制御する。なお、オンデューティとは、パルスのオンとオフを周期的に切り替える際における１周期中のオン期間の割合を言う。
【００１８】
電圧重畳部１３は、半導体スイッチング素子として、トランジスタＱ１を備え、制御部１２で形成された矩形波の制御電圧Ｖ３と整流器１１で整流された全波整流電圧Ｖ２とを重畳し、重畳出力電圧Ｖ４を出力する。なお、スイッチング素子トランジスタとしては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor）、及びバイポーラトランジスタ等が使用される。
【００１９】
チョークコイル１４は、トランジスタＱ１のエミッタに接続され、チョークコイル１４の出力側の端子は、光源２０に接続される。このチョークコイル１４は、トランジスタＱ１における矩形波によるスイッチングにより発生した電圧重畳部１３の重畳出力波形に含まれる高周波成分を抑制する。また、このチョークコイル１４は、チョークコイル１４に流れる電流がオンからオフになると、コイルに蓄えられたエネルギーを回生させようとする性質により、電流がオフする前の状態を保つための電流（回生電流という）Ｉｒ（図１参照）を発生する。
【００２０】
平滑回路１５は、コンデンサＣ１からなり、チョークコイル１４と直列に、光源２０と並列接続されている。この平滑回路１５は、チョークコイル１４を経た電圧重畳部１３からの重畳出力波形をコンデンサＣ１で平滑する。これにより、平滑回路１５の出力は、滑らかな交流電圧波形の点灯電圧Ｖ５となり、光源２０に対して出力される。また、チョークコイル１４と平滑回路１５は低域通過フィルタを成し、このフィルタにより重畳出力電圧Ｖ４は重畳波形における矩形波成分及びその高調波の高周波成分等が濾過されて低減される。
【００２１】
また、ダイオード１６は、カソード側がトランジスタＱ１のエミッタに接続され、アノード側がコンデンサＣ１の一端に接続され、このコンデンサＣ１の一端は、チョークコイル１４と反対側に位置する。これにより、ダイオード１６と、チョークコイル１４と、平滑回路１５と光源２０との並列回路と、は互いに直列接続されて閉じた閉回路を構成し、回生電流Ｉｒを流すための回生回路となる。
【００２２】
上記のように構成された本装置において、図３（ａ）に示される交流電圧Ｖ１は、整流器１１で全波整流されて図３（ｂ）に示される全波整流電圧Ｖ２となる。この全波整流電圧Ｖ２は、電圧重畳部１３のトランジスタＱ１コレクタに印加され、トランジスタＱ１のベースには、制御部１２で形成された図３（ｃ）に示される周期Ｔ０の矩形波の制御電圧Ｖ３が入力される。この制御電圧Ｖ３をスイッチング電圧として、全波整流電圧Ｖ２が交流電源の全周期に亘ってトランジスタＱ１によりスイッチングされる。この結果、図３（ｄ）に示されるように、トランジスタＱ１のエミッタの出力電圧は、全波整流電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ３の矩形波によりオン、オフされて重畳された正電圧の重畳出力電圧Ｖ４となる。また、この重畳出力電圧Ｖ４は、チョークコイル１４で高周波成分が除去された後、平滑回路１５により平滑される。この平滑回路１５の出力は、図３（ｅ）に示されるように、矩形波のオンデューティにより全波整流波形の振幅レベルが変化する点灯電圧Ｖ５となる。また、矩形波の制御電圧Ｖ３によるトランジスタＱ１のスイッチングにより、チョークコイル１４に流れる電流がオン、オフされると、そのオン、オフ毎に、チョークコイル１４は、図３（ｆ）に示すように、全波整流波形に対応した正方向成分の回生電流Ｉｒを発生する。このチョークコイル１４の回生電流Ｉｒは、チョークコイル１４からコンデンサＣ１と抵抗負荷の光源２０との並列回路を通った後、ダイオード１６を通って再びチョークコイル１４に戻る閉ループを形成する閉回路に流れる。この回生電流Ｉｒは、チョークコイルのエネルギーがなくなるまで流れる。
【００２３】
本実施形態においては、電圧重畳部１３による全波整流電圧Ｖ２と矩形波の制御電圧Ｖ３との重畳において、全波整流電圧Ｖ２が直流電圧であることにより、従来のように、交流電圧Ｖ１の正弦波を正負でそれぞれスイッチングする必要がない。また、従来の極性を判定するための極性判定回路が不要となる。また、チョークコイル１４で発生した回生電流Ｉｒの流れる方向は、一方向（例えば、正方向）のみに限定されるので、一方向のみ回生電流Ｉｒを流せばよい。従って、閉回路のスイッチング素子も１つだけで構成でき、複数のスイッチング素子を用いる必要がない。
【００２４】
このように、矩形波の制御電圧Ｖ３と交流電圧Ｖ１を重畳するときに、交流電圧Ｖ１を全波整流して全波整流電圧Ｖ２としたことにより、重畳のためのスイッチングをトランジスタＱ１の１つで行うことができ、また、負荷に流れる回生電流Ｉｒを流すための閉回路も１つでよく、部品点数を削減でき、低コスト化、小型化することができる。また、閉回路にダイオード１６を用いたことにより、３端子のスイッチ素子等を用いた場合に比べ、閉回路の回路構成が簡単になり、低コストになる。
【００２５】
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。上記実施形態における回生回路のスイッチング素子として、ダイオードの代わりにＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのトランジスタ素子を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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制御電圧のオンデューティ波形を示す図。
【図３】（ａ）は上記システムにおける調光制御装置の交流電源電圧波形を示す図、（ｂ）は同装置の全波整流電圧の波形を示す図、（ｃ）は同装置の制御電圧の波形を示す図、（ｄ）は同装置の重畳出力電圧の波形を示す図、（ｅ）は同装置における平滑回路の出力電圧の波形を示す図、（ｆ）は同装置における回生電流を示す図。
【図４】従来の照明制御システムの構成図。
【図５】（ａ）は上記システムにおける調光制御装置の交流電源電圧波形を示す図、（ｂ）は同装置の正の交流電圧への制御電圧の波形を示す図、（ｃ）は同装置の負の交流電圧への制御電圧の波形を示す図、（ｄ）は同装置の回生電流用第１のスイッチング素子の制御電圧の波形を示す図、（ｅ）は同装置の他方の回生電流用第２のスイッチング素子の制御電圧の波形を示す図、（ｆ）は同装置の重畳出力電圧の波形を示す図、（ｇ）は同装置における回生電流を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１０  調光制御装置
１１  整流器
１２  制御部
１３  電圧重畳部（波形制御部）
１４  チョークコイル
１５  平滑回路
１６  ダイオード
２０  光源
【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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