JPH04334898A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、照明負荷を位相制御す
る調光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からの調光装置の構成を図７に示す
。交流電源１から照明負荷２に供給される電力は、位相
制御素子３によって位相制御される。照明負荷２は、白
熱電灯などが使用される。位相制御素子３は、双方向性
３端子サイリスタなどのスイッチング素子が使用される
。交流電源１と位相制御素子３との間には、位相制御素
子３を過大電流から保護するための開閉ブレーカ４が挿
入される。位相制御素子３と照明負荷２との間には、位
相制御に伴う雑音を防止するための塞流コイル５が挿入
される。位相制御素子３の制御電極イと、一方の出力端
子イ’との間には、制御回路６からのトリガ信号が与え
られる。従来からの調光装置においては、このような位
相制御素子３、開閉ブレーカ４、塞流コイル５および制
御回路６を含む調光制御回路７が、交流電源１と照明負
荷２との間に介在され、位相制御による調光制御が行わ
れる。

【０００３】照明負荷２は、白熱電灯などであり、消灯
状態から点灯状態に移行するときには、いわゆるラッシ
ュ電流が流れる。開閉ブレーカ４は、流れる電流によっ
て電気接点を機械的に引き離して電流を遮断する構成で
あり、一般に動作速度は遅い。一方、位相制御素子３で
ある双方向性３端子サイリスタは半導体素子であり、瞬
間的な過大電流によって、永久的な損傷を受け得る。

【０００４】図８は、図７図示の構成による負荷短絡時
の動作を説明するための波形図である。負荷短絡が発生
しても、開閉ブレーカ４が動作するまでは、位相制御素
子３の導通状態で数サイクルの過大電流が流れる。開閉
ブレーカ４が動作してトリップ状態となって電流を遮断
するまでに、位相制御素子３は内部の発熱などによって
破壊されてしまう可能性がある。このような負荷短絡電
流による位相制御素子３の破壊を防止するためには、開
閉ブレーカ４に高速遮断形ブレーカを使用する必要があ
る。高速遮断形ブレーカは、双方向性３端子サイリスタ
などの保護を十分に行うことができるように、短時間で
トリップ状態となることができるブレーカであるけれど
も、一般の開閉ブレーカと比較して高価である。そのた
め、高速遮断形ブレーカを使用することは、調光装置の
製造原価を上昇させる問題がある。

【０００５】また、照明負荷２は、一般に白熱電灯など
が使用されるので、消灯状態から点灯状態に移行する際
に、定格電流の１０倍程度、短時間のいわゆるラッシュ
電流が流れる。ところがこれらの高速遮断形のブレーカ
は、定格電流の３００％の電流でトリップするという特
性を有する。たとえば、２０Ａ定格のブレーカを、２ｋ
Ｗの白熱電灯の調光装置に使用すると、通常定格電流の
１０倍程度のラッシュ電流でトリップしてしまうという
問題がある。開閉ブレーカ４が、このようなラッシュ電
流によって動作してしまうと、調光制御を有効に行うこ
とができなくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、照明
負荷のラッシュ電流では保護動作を行わず、負荷短絡時
などの大電流時には迅速に位相制御素子を保護すること
ができる調光装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源と、
照明負荷と、位相制御素子と、開閉ブレーカと、塞流コ
イルとが閉ループを形成しており、調光信号に応答し、
照明負荷が調光信号の表す明るさとなるように、位相制
御素子にトリガ信号を与えて導通状態を制御する制御手
段と、照明負荷へ供給する電流の値が、開閉ブレーカの
動作電流値よりも大きい、予め定められる最大許容電流
値を超えることを検知する手段とを含み、制御手段は、
検知手段からの検知出力に応答し、照明負荷への供給電
流が最大許容電流値を超えたとき、位相制御素子へ与え
るトリガ信号の導出を停止することを特徴とする調光装
置である。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、照明負荷に交流電源から供給
される電流は、調光信号に応答して制御手段から導出さ
れるトリガ信号で位相制御素子の導通状態が制御される
ことによって位相制御される。照明負荷へ供給する電流
の値が、開閉ブレーカの動作電流値よりも大きい、予め
定められる最大許容電流値を超えると、検知手段によっ
て検知され、制御手段はトリガ信号の導出を停止する。 これによって、照明負荷の異常などによって負荷が短絡
状態となったとき、位相制御素子を導通させるトリガ信
号は与えられないので、短絡電流は流れなくなり、位相
制御素子は過大電流から保護される。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の電気的構成を示
すブロック図である。交流電源１１からの電力は位相制
御されて照明負荷１２を付勢する。照明負荷１２は、た
とえば白熱電灯などが用いられる。照明負荷１２に対す
る位相制御は、Ｑ１で示す双方向性３端子サイリスタな
どの位相制御素子１３によって行われる。位相制御素子
１３と交流電源１１との間には、開閉ブレーカ１４が挿
入される。位相制御素子１３と、照明負荷１２との間に
は、雑音防止用の塞流コイル１５が挿入される。位相制
御においては、交流電源１１の出力電圧の振幅が比較的
大きくなった時点から位相制御素子１３が急激に導通状
態となるように制御される場合が多く、そのような急激
な電流変化によるノイズの発生を防止するため、塞流コ
イル１５が用いられる。位相制御素子１３の制御電極で
あるゲートのイと、一方の陽極イ’との間には、制御回
路１６からのトリガ信号が与えられる。このような、位
相制御素子１３、開閉ブレーカ１４、塞流コイル１５お
よび制御回路１６を含む調光制御回路１７によって、交
流電源１１から照明負荷１２に供給する電力が位相制御
される。

【００１０】調光制御回路１７には、負荷短絡などを検
出するための検知回路１８が設けられる。Ｒ１およびＲ
２で示す抵抗２１，２２の直列回路は、開閉ブレーカ１
４と位相制御素子１３との接続点と、交流電源１１の他
方出力との間に挿入される。抵抗２１と抵抗２２との接
続点Ｘは、整流回路２３の一方入力に接続される。整流
回路２３の出力は、Ｐ１で表される光信号を発生する発
光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する）２４および
Ｑ２で表されるサイリスタ２５の直列回路に与えられる
。塞流コイル１５と照明負荷１２との接続点と、交流電
源１１の他方出力との間には、Ｒ３およびＲ４で表され
る抵抗２６，２７の直列回路が挿入される。抵抗２６と
抵抗２７の接続点Ｙは、整流回路２３の他方入力に接続
される。サイリスタ２５のゲート端子ロ’とカソード端
子ロとの間には、制御回路１６からのトリガ信号が与え
られ、検知回路１８が、位相制御素子１３の導通期間の
み動作するように制御される。

【００１１】図１図示の検知回路１８の動作を、図２に
よって説明する。ラインａは、交流電源１１の電源電圧
波形を示す。ラインｂは、正常負荷時の照明負荷１２の
両端の出力電圧波形を示す。ラインａとラインｂとの間
には、開閉ブレーカ１４、位相制御素子１３および塞流
コイル１５による電圧降下分だけの差が生じるけれども
、この差は電源電圧に比較して非常に小さい。たとえば
、位相制御素子１３に双方向性３端子サイリスタを使用
したときは、そのオン電圧は通常１．２Ｖ程度となる。 雑音防止用の塞流コイル１５の両端の電圧降下は、たと
えば、０．０２Ω×２０Ａ＝０．４Ｖ程度となる。 両者の加算された、約１．６Ｖ程度しか電圧降下は発生
しない。開閉ブレーカ１４の導通状態の接点間の電圧降
下は、ほとんど無視することができる。抵抗２１，２２
；２６，２７の抵抗値をほぼ等しくすると、接続点Ｘ，
Ｙ間の電圧は、前述の１．６Ｖの半分の値０．８Ｖとな
る。このような電圧は、整流回路２８の順方向電圧や、
ＬＥＤ２４の順方向電圧よりも小さいので、検知回路１
８は動作しない。

【００１２】照明負荷１２の異常などによって、その両
端電圧が低下すると、図２のラインｃで示すように出力
電圧波形の振幅が低下する。このときの短絡電流は、調
光制御回路１７と照明負荷１２までの配線インピーダン
スによって制限されるけれども、大きな電流、たとえば
経験則的に４００Ａ程度の電流が流れる。塞流コイル１
５の両端には、０．０２Ω×４００Ａ＝８Ｖ程度の電圧
が生じ、接続点Ｘ，Ｙ間にはその半分の４Ｖ程度の電圧
が生じる。この電圧は、整流回路２３，ＬＥＤ２４およ
びサイリスタ２５の順方向電圧よりも大きいので、サイ
リスタ２５が導通している期間に、ＬＥＤ２４およびサ
イリスタ２５の直列回路に電流が流れ、ＬＥＤ２４は発
光する。ＬＥＤ２４の発光信号は、制御回路１６に与え
られ、トリガ信号の導出を停止するように働く。この結
果、次の交流電源１１の出力電圧波形の半サイクルにお
いては、位相制御素子１３にトリガ信号が与えられなく
なるので、短絡電流は流れなくなる。開閉ブレーカ１４
は、このような瞬間的な過大電流に対しては動作する必
要がないので、高速遮断形ブレーカを使用する必要はな
く、調光装置を安価に製造することができる。上述の４
００Ａ程度の電流は、交流電源１１の電源電圧の半サイ
クル程度であれば、双方向性３端子サイリスタなどには
流すことができる。双方性３端子サイリスタなどの位相
制御素子には、４００Ａよりも小さい照明負荷１２のラ
ッシュ電流などは、より長い時間流すことができる。そ
のような電流では開閉ブレーカ１４が動作しないように
、開閉ブレーカ１４の定格を選択することによって、ラ
ッシュ電流などによっては動作しない調光装置を得るこ
とができる。

【００１３】図１図示の制御回路１６の電気回路図の一
例を図３に示す。制御回路１６には、直流電源（＋Ｖ〜
ＧＮＤ）が印加される。調光信号ＶＦは、０〜１０Ｖの
直流電圧レベルで０〜１００％の調光レベルを表す信号
であり、抵抗３１を介してトランジスタ３２のベースに
与えられる。トランジスタ３２のコレクタは直流電源＋
Ｖに接続されており、エミッタは、抵抗３３および抵抗
３４の直列回路を介してＧＮＤに接続される。抵抗３３
と抵抗３４との接続点には、ダイオード３５のカソード
が接続される。ダイオード３５のアノードは、ダイオー
ド３６のカソードに接続される。ダイオード３６のアノ
ードはＧＮＤに接続される。直流電圧＋ＶとＧＮＤとの
間には、抵抗３７、コンデンサ３８およびコンデンサ３
９の直列回路が接続される。コンデンサ３８とコンデン
サ３９との接続点は、ダイオード３５のアノードとダイ
オード３６のカソードとの接続点に接続される。抵抗３
７とコンデンサ３８の接続点は、トランジスタ４０のコ
レクタに接続される。トランジスタ４０のエミッタはＧ
ＮＤに接続され、ベースには、抵抗４１を介して同期信
号が与えられる。同期信号は、交流電源１１の電源電圧
のゼロクロス点付近で発生される。

【００１４】トランジスタ４０のコレクタベース間には
並列に、プログラマブルユニジャンクショントランジス
タ（以下「ＰＵＴ」と略称する）４１と抵抗４２との直
列回路が接続される。すなわちＰＵＴ４１のアノードＡ
がトランジスタ４０のコレクタに接続され、ＰＵＴ４１
のカソードＫが抵抗４２に接続される。ＰＵＴ４１のゲ
ートＧは、抵抗４３および抵抗４４の接続点に接続され
る。抵抗４３および抵抗４４の直列回路は、直流電源＋
ＶとＧＮＤとの間に接続される。直流電源＋ＶとＰＵＴ
４１のカソードＫとの間には、抵抗４５および逆方向に
接続されるダイオード４６の直列回路が接続される。抵
抗４５とダイオード４６のカソードとの接続点は、ホト
カプラ４７のホトサイリスタ４８のアノードと接続され
る。ホトサイリスタ４８のカソードはＧＮＤに接続され
る。ホトカプラ４７は、図１図示のＬＥＤ２４を含み、
ＬＥＤ２４からの光信号Ｐ１がホトサイリスタ４８に与
えられる。

【００１５】ＰＵＴ４１のカソードＫは、ダイオード４
９およびダイオード５０の直列回路を介してトランジス
タ５１のベースに接続される。トランジスタ５１のエミ
ッタはＧＮＤに接続される。トランジスタ５１のコレク
タ側には、２つのパルストランス５２，５７の１次コイ
ル５３，５８が直列に接続される。パルストランス５２
，５７の２次コイル５４，５９からの出力は、ダイオー
ド５５，６０を介して、出力イ，イ’；ロ，ロ’として
図１図示の位相制御素子１３およびサイリスタ２５に対
するトリガ信号となる。パルストランス５２，５７の１
次コイル５３，５８には並列に、逆電圧発生防止用のダ
イオード５６，６１が接続される。

【００１６】制御回路１６の動作を、図４によって説明
する。図４の（１）は、交流電源１１の電源電圧波形を
示す。図４の（２）は、電源電圧のゼロクロス点付近で
発生される同期信号を示す。トランジスタ４０のベース
に同期信号が与えられると、図４（３）に示すように、
コンデンサ３８およびコンデンサ３９の直列回路の両端
電圧は０にリセットされる。調光信号ＶＦは、外部の図
示しないフェーダなどの操作手段から与えられ、一般的
に、直流の０〜１０Ｖの電圧レベルを有する。この調光
信号ＶＦは、抵抗３１、トランジスタ３２、抵抗３３を
通して、抵抗３４の両端に調光信号ＶＦに比例した電圧
を発生させる。一方コンデンサ３８は、抵抗３７を介し
て充電される。コンデンサ３８の充電は、抵抗３７、コ
ンデンサ３８、ダイオード３５および抵抗３４の経路で
行われる。図４（３）に示すコンデンサ３８およびコン
デンサ３９の直列回路の両端電圧は、抵抗３４の両端電
圧と、ダイオード３５の順方向電圧と、コンデンサ３８
の両端電圧との和であり、交流電源１１の出力電圧の半
サイクル毎にほぼ直線的に増加するように充電される。

【００１７】一方、ＮゲートサイリスタであるＰＵＴ４
１のゲートＧの電位ＶＧは、抵抗４３および抵抗４４に
よって、電源電圧＋Ｖを分圧した値となる。ＰＵＴ４１
のアノードＡの電位、すなわち、コンデンサ３８および
コンデンサ３９の両端電位が、ゲート電位ＶＧを超える
と、ＰＵＴ４１はターンオンする。このとき、コンデン
サ３８の電荷が、ＰＵＴ４２のアノードからカソードお
よび直列接続された２つのダイオード４９，５０を経て
トランジスタ５１のベースからエミッタを通って放出さ
れる。これによってトランジスタ５１が導通状態となり
、パルストランス５２，５７を介して、図１図示の位相
制御素子１３とサイリスタ２５とへ図４（４）に示すよ
うなトリガ信号を与える。位相制御素子１３およびサイ
リスタ２５は、トリガ信号が与えられると導通状態とな
り、そのような導通状態は、交流電源１１の出力電圧波
形が次のゼロクロス点となるまで継続する。次のゼロク
ロス点では、位相制御素子１３およびサイリスタ２５に
は、順方向電圧が印加されなくなるので、位相制御素子
１３およびサイリスタ２５は遮断状態となる。

【００１８】調光信号ＶＦが０〜１０Ｖの範囲で変化す
ると、抵抗３４の両端電圧が変化し、トリガ信号が発生
される位相角が変化する。すなわち、調光信号ＶＦの電
圧レベルが上昇して、抵抗３４の両端電圧が上昇すると
、コンデンサ３８およびコンデンサ３９の両端電圧も上
昇し、トリガ信号が同期信号の後で短時間で発生される
ようになる。調光信号ＶＦの信号レベルが低くなると、
抵抗３４の両端電圧が小さくなり、コンデンサ３８およ
びコンデンサ３９の両端電圧も低くなる。このときは、
同期信号からトリガ信号が発生されるまでの時間が長く
なる。このようにして、調光信号ＶＦが大きくなれば、
交流電源１１が出力電圧波形の各半サイクルにおいて、
位相制御素子１３が導通状態となる期間が長くなり、調
光信号ＶＦが小さくなれば、導通状態となる期間が短く
なる。ランプなどの照明負荷１２は位相制御素子１３が
導通状態となっている期間に対応して明るさが変化し、
調光制御される。

【００１９】図３図示のホトカプラ４７のホトサイリス
タ４８は、通常は不導通状態である。検知回路１８によ
って、負荷短絡などが検知されたときは、光信号Ｐ１が
与えられてホトサイリスタ４８はターンオンして導通状
態となる。このとき、ダイオード４６を介して、ＰＵＴ
４１のカソードＫの電位は低くなるので、トランジスタ
５１のベースには、トランジスタ５１を導通状態とする
ことができるだけの信号を与えることができなくなる。 このようなトランジスタ５１のＯＦＦ動作を確実にする
ために、ダイオード４９，５０が挿入されている。ホト
サイリスタ４８のターンオンした状態は、直流電源＋Ｖ
が与えられている限り継続する。したがって、交流電源
１１の出力電圧波形の次の半サイクルにおいては、トラ
ンジスタ５１が遮断状態となるので、パルストランス５
２，５７を介してトリガ信号が発生されず、位相制御素
子１３が導通しないのでＬＥＤ２４からの光信号Ｐ１は
与えられないけれども、ホトサイリスタ４８は導通状態
を継続する。再びトリガ信号を発生させるためには、直
流電源＋Ｖを一旦ＯＦＦ状態としてから、再び印加する
ようにすればよい。

【００２０】なお、ホトサイリスタ４８の接続位置は、
図３図示の位置の他にも、一旦ターンオンした状態で、
トリガ信号が発生しないようにすることができる位置で
あれば他の位置であってもよいことは勿論である。また
、トリガ信号を発生する回路や、パルスを発生させるた
めのＰＵＴなどのトリガ素子についても、他の回路や他
の素子であってもよいことは勿論である。

【００２１】図５は、本発明の他の実施例の電気的構成
、特に検知回路７０の構成を示す。図１図示の実施例と
対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきは、
照明負荷１２に供給される負荷電流を電流トランス（Ｃ
Ｔ）７１によって検出することである。電流トランス７
１の両端に接続される抵抗７２は、通常の負荷電流にお
いて電流トランスを励磁するエネルギを消費して、整流
回路２３以降が作動しないようにするために接続する。 整流回路２３の出力側には、抵抗７３、ツェナダイオー
ド７４およびＬＥＤ２４によって構成される直列回路が
接続される。抵抗７３は、この直列回路に流れる電流を
制限するために用いられる。ツェナダイオード７４は、
異常電流を検知するレベルを定めるために挿入される。

【００２２】図５図示の検知回路７０の動作を図６によ
って説明する。位相制御素子１３が導通状態となる検知
区間において、照明負荷１２に正常な状態で電流が供給
されているときは、ラインｂに示すように、検知レベル
未満の電圧しか、電流トランス７１には発生しない。こ
の検知レベルは、ツェナダイオード７４のツェナ電圧に
よって定められる。負荷側で短絡が起こると、ラインｃ
に示すように、検知レベルを超える高い電圧が生じ、Ｌ
ＥＤ２４に電流が流れ、図３図示のホトサイリスタ４８
に光信号Ｐ１が与えられる。これによって、交流電源１
１からの出力電圧波形の次の半サイクル以降は、位相制
御素子１３にはトリガ信号が与えられず、位相制御素子
１３は過大な電流による破壊から保護される。

【００２３】なお、電流トランス７１の代わりに、低い
抵抗値を有するシャント抵抗を用いてもよく、また、塞
流コイル１５に検出巻線を設けて、検出巻線から出力を
取出すようにしてもよい。

【００２４】以上の各実施例においては、位相制御素子
１３として双方向性３端子サイリスタを使用しているけ
れども、サイリスタを逆並列接続して用いてもよいこと
は勿論である。また、制御回路１６の構成を変更するこ
とによって、トランジスタなどの他のスイッチング素子
を用いることができることは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、開閉ブレ
ーカの動作電流値よりも大きい予め定められる最大許容
電流値を負荷電流値が超えたときには、制御手段からの
トリガ信号が導出されなくなるので、位相制御素子は導
通状態とはならなくなり、過大な電流は遮断される。こ
れによって、位相制御素子に連続的に過大な電流が流れ
ることを防止することができ、位相制御素子の破壊を防
止することができる。位相制御素子は、その最大許容電
流が照明負荷のラッシュ電流値よりも大きいものを選択
することは容易であり、そのように選択することによっ
て、ラッシュ電流などでは動作せず、過大電流に対して
のみ有効に保護される調光装置を得ることができる。

【００２６】位相制御素子には直列に開閉ブレーカが挿
入されるので、連続的な過大電流に対しては、開閉ブレ
ーカによって位相制御素子の保護を確実に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図２】図１図示の実施例の動作を説明するための波形
図である。

【図３】図１図示の制御回路１６の電気回路図である。

【図４】図３図示の制御回路１６の動作を説明するため
の波形図である。

【図５】本発明の他の実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】図５図示の実施例の動作を説明するための波形
図である。

【図７】従来からの調光装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】図７図示の調光装置の動作を説明するための波
形図である。

【符号の説明】

１１　　交流電源 １２　　照明負荷 １３　　位相制御素子 １４　　開閉ブレーカ １５　　塞流コイル １６　　制御回路 １８　　検知回路 ２４　　ＬＥＤ ２５　　サイリスタ ３８，３９　　コンデンサ ４１　　ＰＵＴ ４８　　ホトサイリスタ ５２，５７　　パルストランス ７１　　電流トランス ７４　　　　ツェナダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電源と、照明負荷と、位相制御素
   子と、開閉ブレーカと、塞流コイルとが閉ループを形成
   しており、調光信号に応答し、照明負荷が調光信号の表
   す明るさとなるように、位相制御素子にトリガ信号を与
   えて導通状態を制御する制御手段と、照明負荷へ供給す
   る電流の値が、開閉ブレーカの動作電流値よりも大きい
   、予め定められる最大許容電流値を超えることを検知す
   る手段とを含み、制御手段は、検知手段からの検知出力
   に応答し、照明負荷への供給電流が最大許容電流値を超
   えたとき、位相制御素子へ与えるトリガ信号の導出を停
   止することを特徴とする調光装置。