PWM調光と位相制御調光の違い

電気設備の知識と技術 > 照明設計・電球の知識 > PWM調光と位相制御調光の違い

調光とは

スポンサーリンク

電気設備分野における調光は、照明器具の明るさを変化させる。省エネルギーを図るため、明るさを抑えることでムード感を高めるためなど、節電とデザインの両方面から、調光を活用することが求められる。

調光は非常に歴史が古く、白熱電球、蛍光灯、HID照明、近年ではLED照明が普及しているが、全ての種類で調光機能が対応されており、調光対応の照明器具を選定することで、明るさを変化させられる。

前述のように、照明器具の調光を行うためには、調光対応の器具を使用する。調光非対応の照明器具を調光すると、器具焼損のおそれがある。調光対応器具は照明生産コストが高くなるため、必要場所のみ調光対応の器具を設置するのが一般的である。

調光の種類

照明器具の調光には、PWM調光と、位相制御調光がある。

PWM調光

PWM調光は、パルス変調を利用した調光制御を行うシステムである。PWMとは Pulse Width Modulation の略語を示す。LED照明の調光に適した方式で、LED照明の点灯と消灯の時間を調整することで明るさを制御する方式である。

点灯と消灯を繰り返すことが、人の目にはちらつきとして認識されてしまっては、照明品質の著しい低下を引き起こす。これを防止するため、点滅周波数を高くし点滅が人の目に認識できないことで解決している。

調光範囲は、1~100%という高い反応性を持たせられ、電圧変動など電源品質の影響を受けにくいという利点がある。動画撮影などレコーダーによる映像の保存に対しても、ちらつきが視認されにくいというのも利点のひとつである。

PWM調光を行うためには専用の調光装置としてコントローラなど各種機器が必要となるため、機材が高価となりがち、という欠点がある。システムのシンプルさを求める場合は、白熱電球などで採用されている位相制御方式を採用するのが良い。

位相制御方式

位相制御調光は、白熱電球などフィラメントに電圧を印加し、発熱を光に変換するような一般電球に採用されている調光方式である。トライアックを使用し、交流電源の波長のうち一部分を切断することで明るさを調整する。波長を切断するタイミングを制御し、流れる電流値を調整することから、位相制御方式といわれる。

位相制御調光は調光を行うために必要な機器類が少なく、安価にシステム構築が可能なため、従来の白熱電球ではこの方式が主流である。

ランプ電流を多く流すほど、つまり波長を切断する時間が長いほど光は強くなり、切断時間が長いほど、明るさは小さくなる。調光範囲を大きく設定すると、ちらつきを視認してしまうことや、電源電圧が変動すると明るさに影響してしまうことが欠点である。

現在ではLED照明が普及しているが、LED照明は白熱電球と照明の点灯方式が違い、位相制御方式を単純に採用できない。LED照明は、内蔵するドライバで交流を直流に変換しているため、交流電源の位相が反映されない。LEDで位相制御を行うため、位相情報をPWM信号に変換するの措置が必要である。

調光による寿命の変化

白熱電球は、フィラメントを加熱しその熱によって発光している。フィラメントが一定時間以上発熱すると、フィラメントのタングステンが蒸発してしまい、最終的には細くなって切れてしまう。この切れた瞬間が白熱電球の寿命である。

調光を行い、電流が流れる時間が短くなることでタングステンの蒸発が抑制され、フィラメントが切れる時間を遅らせる。これが、調光による寿命延長の原理である。

通常、スイッチのオンオフでは寿命の変動を引き起こすが、トライアックによる点滅は非常に高速であり、フィラメントに対し冷える時間を与えない。調光はフィラメントにやさしい電流の流れとなり、寿命を延長するために適した方式といえる。

位相制御方式による調光は、電源の波形を崩すものであり、一般蛍光灯を位相制御された回路に接続すると、蛍光灯安定器に異常な負担を与え、寿命の低下や発熱を引き起こす。これは調光100%状態でも位相が崩れているためであり、白熱電球の調光回路に蛍光灯を接続することは禁止されている。

蛍光灯の調光と寿命の関係

蛍光灯は、インバータに対して調光信号を伝送し、器具側で照明を高速点滅させることで明るさを調整する方式や、余熱回路を持つ調光専用安定器から調光する方式がある。

蛍光灯の連続調光は、白熱電球と違って蛍光管の寿命を短くする原因となり、20%を下回るような低光束への設定を続けると、著しい寿命低下につながる。蛍光灯は定格で運用するのが最も長寿命となる設計がなされており、調光制御は蛍光管への負担が大きくなる。

インバータ駆動による調光であれば、蛍光管への負担が少なく、定格使用と同等の寿命が確保できるとされる。

電気設備の知識と技術 > 照明設計・電球の知識 > PWM調光と位相制御調光の違い