JP2012209052A

JP2012209052A - 照明装置

Info

Publication number: JP2012209052A
Application number: JP2011072439A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kamata; 征彦鎌田; Kenji Takanashi; 賢二高梨
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Also published as: US20150054414A1; US9265127B2; CN102740546B; US8907579B2; US8643295B2; EP2506679B1; US20120249004A1; CN102740546A; US20140184087A1; EP2506679A1

Abstract

【課題】調光操作端末器を交流電源、点灯装置側と電気絶縁することが可能であり、また、比較的簡単かつ小容量な電源手段で調光操作端末器に動作用電圧を供給できるようにすること。
【解決手段】照明負荷１３の明るさを所望のものにするべく調光操作端末器１４の操作具１５を操作すると、調光制御手段１６が検知する通電電気信号例えば電圧レベルが変化する。調光制御手段１６は、この電気信号の変化に基づき、予め対応付けられた調光信号を作成する。調光制御手段１６への電力供給は絶縁形の補助電源手段１９により行い、調光信号の伝達は絶縁手段１８を介して行っている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、交流電源電圧を整流した直流電圧をスイッチングして所要の電圧に変換して照明負荷を付勢する一方、操作者による調光操作端末器の操作により変化される調光信号に応じて照明負荷の光出力を変化させるようにした照明装置に関する。

従来、交流電源電圧を位相制御して発光ダイオード（ＬＥＤ）等の照明負荷を調光点灯する照明装置が提案されている。このような照明装置における調光操作端末器は、交流電源と照明負荷との間に介在して交流電圧を位相制御する。また、このような位相制御式の調光操作端末器は、例えば壁等に埋込まれてあるいは露出して設置される。操作者は、前記調光操作端末器の前面に設けられた回動式またはスライド式の操作具を操作して位相制御式調光器の導通位相を変化させて、照明負荷による被照明空間の明るさを所望のものに変化させることが可能である。

このような位相制御式調光器は、照明負荷に供給される電源電圧そのものを変化（位相制御）させるものであり、通常２線式調光と称されている。

一方、照明負荷を点灯する点灯装置に対して、電源線とは別の信号線を介して調光信号を伝送する形式の調光装置が提案されている。このような信号線を介して調光信号を伝送する形式のものを４線式調光と称することがある。

特許文献１には、昇圧チョッパ回路を用いてＬＥＤ（発光ダイオード）を点灯するものであって、調光操作端末器からデューティ可変（ＰＷＭ制御）の調光信号を信号線を介して伝送し、前記昇圧チョッパ回路の出力を制御してＬＥＤを調光点灯するものが示されている。

特許文献１の前記デューティ可変の調光信号を発生する調光操作端末器は、詳細な説明は無いが、回路図上では交流電源から動作用の電源を得るように示されている。このような電源は、一般的には抵抗分圧や変圧器等にて降圧した後、整流・平滑して（さらに必要に応じて定電圧化も行う）所望の直流電圧を得るように構成される。

特開２００２−２３１４７１号公報

しかし、このような電源は、相対的に高電圧の交流電源を降圧して相対的に低電圧で小容量の電源を構成するため、構成が複雑で大形化する傾向があった。また、調光操作端末器が交流電源や点灯装置に対して十分に電気絶縁されていないと、操作者の感電に対する安全が保障されないという問題があった。また、複数個の調光操作端末器を並設する等、調光操作端末器を他の電気機器と隣接して設置する場合に他の電気機器との電気絶縁を十分配慮する必要があるため、複雑な構成を要求されることが多かった。

上記特許文献１のものでは、調光操作端末器が交流電源と絶縁されているか否か不明であるが、仮に、絶縁形の降圧変圧器を用いて調光操作端末器用電源を形成すると、電源手段の構成が複雑で大形化してしまうという問題がある。

また、調光操作端末器として、特許文献１のように自ら動作用電源を持ち、デューティ可変（ＰＷＭ制御）の調光信号を送出するものの他、自らは動作用電源を持たずに、操作により点灯装置側に調光信号を発生させるものがある。例えば、調光操作端末器には可変抵抗手段を設け、点灯装置側から前記可変抵抗手段に電力を供給し、調光操作端末器にて前記可変抵抗手段の抵抗を変化することにより点灯装置側に異なる電気信号を発生させるものである。この場合も、調光操作端末器は交流電源、点灯装置側と電気的に絶縁されていることが要求される。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、調光操作端末器を交流電源、点灯装置側と電気絶縁することが可能であり、また、比較的簡単かつ小容量な電源手段で調光操作端末器に動作用電圧を供給できるようにすることを目的とする。

請求項１記載の照明装置は、交流電源の電圧を整流する整流手段と；交流電源の周波数より高周波でオンオフされるスイッチング手段を有し、整流手段の出力電圧をスイッチングして所要の出力電力を照明負荷に供給する電力変換手段と；電力変換手段のスイッチング手段を制御して出力電力を調整可能な出力制御手段と；操作されることにより照明負荷の調光量を決定する調光操作端末器と；調光操作端末器と通電可能に形成され、調光操作端末器の操作に応じて変化する通電電気信号に基づいて調光信号を作成し、この調光信号に応じてスイッチング手段を制御する信号を出力制御手段に絶縁手段を介して送出する調光制御手段と；電力変換手段の高周波電圧発生部に磁気的に結合された絶縁形の補助巻線を有し、電力変換手段の出力の一部を調光制御手段の動作用電源として供給する補助電源手段と；を具備していることを特徴としている。

本発明において、照明負荷は代表的には発光ダイオードであるが、放電灯、電球、レーザ、有機ＥＬ素子等他のものであってもよい。

電力変換手段は、ＤＣ／ＡＣインバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等のいずれでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータの場合、昇圧チョッパ、降圧チョッパ、あるいは他のスイッチング式電力変換器等を許容する。また、機能的には、定電圧特性、定電流特性あるいは定電力特性を有するもの等を許容する。

そして、電力変換手段におけるスイッチング手段のスイッチング周波数は、交流電源の周波数より大きく設定されている。このスイッチング周波数は、電力変換手段および後述する補助電源手段の小形化を図るためにはより大きい方が好ましい。例えば数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの間のものに設定される。

出力制御手段は、電力変換手段の出力電力を制御できればよく、スイッチングのオンデューティ比（オン期間／スイッチングの一周期間）を制御するもの、スイッチング周波数を制御するもの等どのようなものでもよい。

調光操作端末器は、自己は動作用電源を有さずに、操作されることにより結果的に調光信号を送出するものである。すなわち、後述する調光制御手段から電力を供給され、操作者が操作することにより、調光制御手段側で供給電力の変化を通電電気信号の変化として検知できるようにしている。通電電気信号の変化は電圧であっても電流であっても、あるいは電力であってもよい。例えば、調光操作端末器が操作によってインピーダンス値を変化可能に構成されており、調光制御手段側から定電流特性または定電圧特性あるいは定電力特性を有するある値の電圧を調光操作端末器に印加するようにすると、調光操作端末器のインピーダンス値の変化により、調光制御手段側では電圧値の変化、または電流値あるいは電力値の変化として検知することが可能である。

調光制御手段から供給する電力は直流でも交流でもよいが、直流の方が調光操作端末器の構成や調光信号の処理が簡単である。

調光制御手段は、調光操作端末器の操作によって得られた調光信号（調光操作端末器の操作によって自己が検知する電気量の変化に基づく調光信号）に応じて電力変換手段の出力を制御する。調光制御手段は、その他に、負荷の電圧、電流に関連して変化する信号に応じて、負荷を定電圧、定電流あるいは定電力で付勢するための負帰還制御機能を備えていてもよい。

調光制御手段から出力制御手段への信号伝達に使用される絶縁手段は、例えばフォトカプラ、絶縁変圧器等が使用可能であるが、その他の手段であってもよい。

補助電源手段は、電力変換手段の出力の一部を調光制御手段に供給するためのもので、補助巻線を例えば電力変換手段を構成部品であるインダクタに分離形巻線として磁気的に結合することができる。また、その他、電力変換手段の構成部品あるいは出力端間に絶縁形の変圧器を設け、この変圧器の出力巻線を補助巻線としてもよい。いずれにしても、高周波電圧が発生している部分から補助巻線を介して補助電源を得るようにしているから、補助巻線を含む補助電源手段の小形化が可能である。また、必要とする補助電源の容量に見合う部分から補助電源を得ることが可能であるから、小形化、小容量化が可能である。

調光制御手段は、前記補助電源手段から電力の供給を受け、前記調光操作端末器に電力を供給する。

本発明における一実施形態の照明装置は、調光操作端末器が交流電源、点灯装置側（電力変換手段側）と電気的に絶縁されているから、調光操作端末器の複数個を並設したり、一個の調光操作端末器で複数個の点灯回路を制御するように構成したりする場合でも、電気系統の電気絶縁に関する問題が生じ難くなる。また、電力変換手段の一部を絶縁手段を介して動作用電源として供給するから、電源手段の構成を簡単化、小容量化することが可能である。

本発明の一実施形態において、前記調光制御手段は、調光操作端末器に対して所定の直流電圧を供給するものであるとともに、前記調光操作端末器は、前記所定の直流電圧の入力端間に設けられる可変抵抗手段を備え、操作者による調光操作端末器の操作に応じて前記調光制御手段の通電電気信号を最小値〜最大値の間で変化するように構成することができる。

また、本発明の他の一実施形態において、前記電力変換手段は、前記整流手段の出力電圧をスイッチングするスイッチング手段、このスイッチング手段と直列的に接続されスイッチング手段のオン時に電力を蓄積しオフ時に蓄積電力を放電するインダクタ、照明負荷に並列的に接続されるとともにインダクタの放電電力を供給されるコンデンサを有して構成され、前記補助電源手段は、前記インダクタに磁気結合された補助巻線を有するものとすることができる。

本発明の一実施形態によれば、調光操作端末器は交流電源、点灯装置側と電気的に絶縁されているので、調光操作端末器を設置する場合に、他の調光操作端末器や点灯装置との電気絶縁上の格別な配慮を要することがなく配線作業が容易であり、また、操作者に対しても感電の虞がなく安全である。しかも、補助電源手段を小形、小容量で安価に構成可能である。

本発明の一実施形態を示す回路図。同じく作用を示す図。調光操作端末器の操作具の配置例を示す概略図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す回路図である。１は整流手段で、商用電源等の交流電源２の電圧を整流して、また、必要に応じて平滑して直流電圧を得るものである。このような整流手段としては、整流器、平滑コンデンサ、入力電流の波形を正弦波に近づける昇圧チョッパ回路等を単独または適宜組合わせて構成することができる。本実施形態では全波整流器３と平滑コンデンサ４とで構成している。

整流手段１と交流電源２との間には、周知のまたは適宜構成される高周波阻止フィルタ５が設けられている。

前記整流手段１の出力は、電力変換手段６に入力される。電力変換手段６は、高周波例えば可聴周波数以上でスイッチングするスイッチング手段７を有している。スイッチング手段７としては、各種の半導体スイッチング素子を用いることが可能であるが、本実施形態では電界効果形トランジスタを用いて構成している。なお、スイッチング手段７の個数は、一個でも複数個でもよく、電力変換手段６の回路構成に応じて設定可能である。また、スイッチング手段７は、後述する出力制御手段１２と一体的に構成することも可能である。例えば、出力制御手段１２をＩＣ化した場合、スイッチング手段７を出力制御手段１２とともにＩＣ化することが可能である。

本実施形態の電力変換手段６は、整流手段１の出力端間に前記スイッチング手段７とともに直列的関係に接続されるコンデンサ８、インダクタ９及び電流検出用の抵抗１０を有している。なお、本発明において、直列的、並列的とは、中間に他の部品が介在していない場合および介在している場合の両方を含むことを意味している。

さらに、電力変換手段６は、スイッチング手段７のオフ期間にインダクタ９のエネルギをコンデンサ８に供給するフライホイール用のダイオード１１を有している。

本実施形態の電力変換手段６は上記のように構成され、出力制御手段１２によりスイッチング手段７が高周波でオンオフされると、コンデンサ８の両端には平滑化された直流電圧が現れ、照明負荷１３例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を付勢して点灯する。

電力変換手段６は、スイッチング手段７のオン期間に抵抗１０に流れる電流信号を出力制御手段１２に入力するようになっている。すなわち、抵抗１０の両端間電圧信号を出力制御手段１２に入力している。

出力制御手段１２は、ＩＣ、マイコンあるいはディスクリート部品等を用いて構成され、所定周期でスイッチング手段７にオン信号を出力するとともに、抵抗１０の両端間電圧信号が所定値に達すると、スイッチング手段７をオフさせるようになっている。すなわち、所定周期のオン信号および抵抗１０の両端間電圧信号に応じたオフ信号を繰返して、可聴周波数以上の周波数でスイッチング手段７をオンオフする。

抵抗１０に流れる電流は、照明負荷１３に流れる電流そのものではないが関連しているため、上記のように帰還制御することにより、照明負荷１３の電流値を略定電硫化することが可能になっている。

出力制御手段１２は、上述したように電力変換手段６のスイッチング手段７のオンオフを制御するとともに、後述するように調光制御手段１６からの制御信号によってもスイッチング手段７を制御するものである。

したがって、出力制御手段１２は、機能的及び／又は構成的に、スイッチング手段７をオンオフ制御する手段と、前記帰還制御、調光制御する手段とを分離可能であるが、本実施形態では一体化して示している。

１４は調光操作端末器であり、１６は調光制御手段である。前記調光操作端末器１４は、インピーダンス値を変化可能なインピーダンス手段を有するものであったり、オンデューティを変化可能なパルス発生手段を有するものであったりする。そして、外部から操作可能な例えば回動形の操作具１５を有している。調光操作端末器１４は調光制御手段１６から電力を通電されており、前記操作具１５を操作されることにより、調光制御手段１６での電圧信号、電流信号、電力信号、パルス信号のオンデューティ等を変化させる。

例えば、調光制御手段１６から略１０Vの直流電圧を調光操作端末器１４に供給し、調光操作端末器１４側に前記略１０Vの直流電圧の両端間に位置するように連続的可変抵抗器を設け、前記操作具１５にて連続的可変抵抗器を操作可能にすると、調光制御手段１６側で略０Ｖ〜１０Ｖの間の任意の電気信号を検出可能である。

以上は電圧値の変更について述べたものであるが、電流信号、電力信号、パルスのオンデューティ等についても可能であり、当業者であれば適宜設計可能である。

調光制御手段１６では、前述したように変化する電気信号例えば電圧信号の値に応じた調光量が予め対応付けられており、調光信号として送出する。このような調光制御手段１６としては、ＩＣ、マイコン等を用いて、記憶部、信号処理部、信号送出部等を備えた本体部１７を構成することができる。

図２に直流電圧レベルと照明負荷１３の明るさとの対応関係の一例を示す。この例では、直流電圧レベルが上昇するにしたがって、明るさが増加する関係としてある。調光信号の一例としてはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号であるが、電圧レベル信号等であってもよい。

この調光信号は絶縁手段１８を介して前記出力制御手段１２に送出する。本実施形態においては、フォトカプラを構成する発光ダイオード１８ａをＰＷＭ信号のオンデューティの期間発光させ、オフデューティの期間非発光とする。この発光ダイオード１８ａの発光をフォトカプラを構成するフォトトランジスタ１８ｂで受光して、出力制御手段１２に制御信号として入力する。

つぎに、１９は補助電源であり、電力変換手段６のインダクタ９に磁気的に結合された補助巻線２０、整流器２１及びコンデンサ２２を有している。そして、前記コンデンサ２２の両端電圧を調光制御手段１６に供給するようになっている。

つぎに、本実施形態の作用を説明する。

交流電源２が図示しないスイッチを介して投入されると、交流電圧は整流手段１にて整流されて電力変換手段６に供給される。電力変換手段６では、スイッチング手段７が出力制御手段１２によりオンオフを制御され、コンデンサ８の両端に所定の直流電圧を発生する。

照明負荷１３は、コンデンサ８両端の直流電圧を印加されて点灯する。

ついで、照明負荷１３の明るさを所望のものにするべく操作端末器１４の操作具１５を回動操作すると、調光制御手段１６の通電電気信号すなわち電圧レベルが変化する。調光制御手段１６は、この電気信号の変化に基づき、予め対応付けられた調光信号を作成する。

この調光信号は絶縁手段１８を介して出力制御手段１２に供給され、出力制御手段１２はスイッチング手段７のスイッチング状態を変化させる。

これにより、コンデンサ８両端の電圧を変化させたり、抵抗１０の両端電圧と比較される所定値を変化させたりすることが可能となり、照明負荷１３の電流値を変化させ、照明負荷１３の光出力を所望のものにすることができる。

調光制御手段１６への電力供給は絶縁形の補助電源１９により行い、調光信号の伝達は絶縁手段１８を介して行っているので、調光操作端末器１４は交流電源２、電力変換手段６と絶縁されている。したがって、複数個の調光操作端末器１４を複数個の照明負荷１３に対応して図３のように並設するような場合や、共通の調光操作端末器１４で複数個の照明負荷１３を制御するような場合でも、調光操作端末器１４間や電力変換手段６との電位差を格別考慮することなく電気配線作業を行え、作業が簡単になる。

なお、図３は、調光操作端末器１４の操作具１５を複数個横一列に配置した例を示しており、操作具１５に対応した各調光操作端末器本体は裏面側に配設されることになるが図示を省略してある。

また、上記のように絶縁されているので、仮に、調光操作端末器１４の接続極性を誤ったり、調光操作端末器１４側で電気絶縁不良が生じたりした場合でも、操作者が感電するといったことがない。

しかも、補助電源手段１９は、電力変換手段６の出力の一部を絶縁手段を介して得るようにしているので、補助電源手段１９を小形、小容量化できて、装置全体の小形化、低コスト化が可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態を中心説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨逸脱しない範囲内において、各種の変形を許容するものである。

１…整流手段、５…フィルタ回路、６…電力変換手段、７…スイッチング手段、９…インダクタ、１２…出力制御手段、１３…照明負荷、１４…操作端末器、１６…調光制御手段、１７…絶縁手段、１９…補助電源。

Claims

交流電源の電圧を整流する整流手段と；
交流電源の周波数より高周波でオンオフされるスイッチング手段を有し、整流手段の出力電圧をスイッチングして所要の出力電力を照明負荷に供給する電力変換手段と；
電力変換手段のスイッチング手段を制御して出力電力を調整可能な出力制御手段と；
操作されることにより照明負荷の調光量を決定する調光操作端末器と；
調光操作端末器と通電可能に形成され、調光操作端末器の操作に応じて変化する通電電気信号に基づいて調光信号を作成し、この調光信号に応じてスイッチング手段を制御する信号を出力制御手段に絶縁手段を介して送出する調光制御手段と；
電力変換手段の高周波電圧発生部に磁気的に結合された絶縁形の補助巻線を有し、電力変換手段の出力の一部を調光制御手段の動作用電源として供給する補助電源手段と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
前記調光制御手段は、調光操作端末器に対して所定の直流電圧を供給するものであるとともに、前記調光操作端末器は、前記所定の直流電圧入力端間に設けられる可変抵抗手段を備え、操作者による抵抗変化操作に応じて前記調光制御手段の通電電気信号を最小値〜最大値の間で変化するものであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記電力変換手段は、前記整流手段の出力電圧をスイッチングするスイッチング手段、このスイッチング手段と直列的に接続されスイッチング手段のオン時に電力を蓄積しオフ時に蓄積電力を放電するインダクタ、照明負荷に並列的に接続されるとともにインダクタの放電電力を供給されるコンデンサを有して構成され、前記補助電源手段の補助巻線は、前記インダクタに磁気結合されていることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。