ご　質　問　　　

　40〜65Wのハロゲンランプをホタルのようにソフト点灯とソフト消灯の繰り返しをさせたい。
　

回　　　答　　　

１　ご質問への回答

　ご要望の機能は大きく２つに分けることができます。　一つは点灯／消灯の時間設定機能、もう一方は点灯・消灯時にに光量を徐々に変化する機能（以下、スロー制御機能と記載）です。

　このうち、時間設定機能はタイマーＩＣを使って容易に実現できます。　いろいろ各ホームページで紹介されていますので「タイマ」、「555」などで検索してみて下さい。　また、エレキットで「リレー付間欠タイマ【ＰＳ−３０４１】」などを使用するのも手頃でよいでしょう。

　問題は点灯・消灯時にに光量を徐々に変化する機能です。　こちらについては、トライアックを使った位相制御回路の事例があります。　しかし、ボリュームによる手動調整や、ここ最近はマイコンをした位相制御によりボタン操作で調整するものはありますが、今回のご要望のようにスロー制御機能を見つけることができませんでした。

　そこで、この機能に関して回路検討した結果を以下に掲載します。　なお、負荷としてハロゲンランプはありませんので通常の白熱電球４０Ｗ品を使用しています。

２　スロー制御回路

　交流１００ＶＡＣ負荷のハロゲン電球の光量を徐々に変化させる方法はＤＣ点灯するのが制御が一番楽なのですが、比較的高いＤＣ電圧が必要となるので、この方法は今回はパスすることにします。　その代わりに、オーソドックスな方法ですがトライアックを使用した回路とすることにします。

　位相制御は手元にあった秋月電子通商の「トライアック万能調光器キット（２０Ａタイプ）　(K-98)」を使用することにします。　このキットではどこにでもあるボリューム式の手動調整となっていますので、ボリュームの代わりに調光できる制御信号を加えることにします。　この制御信号は電源周波数に同期させる必要がありますので、電源ラインの電源電圧が０Ｖ付近になっていることを示す同期信号も必要となります。　この制御信号と同期信号は１００ＶＡＣと接続する必要がありますが、手元に有る汎用のフォトカプラＴＬＰ５２１−１を用いてスロー制御回路と１００ＶＡＣ回路を光で絶縁することにしました。

２．１　スロー制御回路の回路図

　今回試作したスロー制御回路の回路図を下図に掲載します。

上図をクリックすると原寸の回路図をダウンロードできます。

【　スロー制御回路の回路図　】

• 　回路は３つの部分に分かれています。　

（ａ）　スロー制御回路　：　今回の自作回路です。

（ｂ）　「トライアック万能調光器キット（２０Ａタイプ）　(K-98)」　：　少し改造して使用します。

（ｃ）　ＩＦ基板　：　スロー制御回路と「トライアック万能調光器キット（２０Ａタイプ）　(K-98)」の
　　　　　　　　　インターフェース回路。
　　　　　　　　　　汎用フォトカプラＴＬＰ５２１−１を用いた光を用いた絶縁回路です。

• 　Ｕ１のオペアンプはレールツーレールの片電源で、出力電流３０ｍＡ程度確保できる仕様が要求されます。　通常のオペアンプを使用すると思ったような動作ができませんので、この仕様は必ず守って下さい。　今回は秋月電子通商で購入したＪＲＣのＮＪＵ７０４４Ｄを使用しています。

• 　フォｒトカプラＰＣ１は電源ラインの電圧が０Ｖ付近であることを検出する回路です。　Ｒ１〜Ｒ４は耐電圧及び電力に注意を要します。　損失は０．５Ｗ以上、また、定格電圧１００Ｖ程度の抵抗を選択して下さい。　ダイオードブリッジＤＢ１で全波整流して、０Ｖ付近ではＰＣ１のＬＥＤ電流が小さくなることを利用して、電源同期信号を作っています。

• 　Ｕ１−１のオペアンプは位相を電圧に変換したランプ波形をつくります。　この波形の形状から、のこぎり波形とも呼ばれます。　周期的にリセットするために前記のＰＣ１の出力信号を使用します。　ここではこの信号を電源同期ランプ波形と記載します。　

（ａ）　ＶＲ１はランプ波形の傾きを調整します。　商用周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚで調整値が変わります。
　　もし、オシロがある場合、右上がり時電圧が４．５〜４．７Ｖ程度になるように調整して下さい。

• 　Ｕ１−２のオペアンプは明るさの制御を行う信号レベルをつくる回路です。　この信号を出力制御信号と記載します。　ＳＷ１をオンの時に点灯、ＳＷ１がオフのときには消灯します。　ＳＷ１の接点がオフ→オンのときに徐々に明るく、オン→オフの時に序徐々に消灯していきます。

（ａ）　ＶＲ２で点灯時の変化時間を調整することができます。

（ｂ）　ＶＲ３で消灯時の変化時間を調整することができます。

• 　Ｕ１−３のオペアンプは電源同期ランプ波形と出力制御信号を比較してLED駆動信号を作ります。　今回は、オペアンプで直接LEDを駆動しています。

• 　Ｃ２，Ｃ３は無極性電デンサを使用して下さい。　今回は積層セラミックコンデンサを使用しています。　Ｃ３の１００μＦは秋月電子通商で購入しています。　Ｃ２の１μＦは秋月電子通商で購入できませんが、代わりに１．５μＦでも使用可能と思います。

• 　電源ラインの電解コンデンサＣ５〜Ｃ７はたまたま設けただけです。　部品実装レイアウト、電源パターンに応じて適度に設けて下さい。　Ｃ４はセラミックコンデンサで０．１〜１００μＦであれば、静電容量値はあまり気にする必要はありません。

３．　製作例

　前記回路図を元に製作した例を下記します。

スロー制御回路はブレッドボードで試作しました。

【　スロー制御回路　】

【　位相制御基板、ＩＦ基板　】

　各部の波形を下記に示します。　詳細説明は省略させて頂きます。

【　スロー制御回路各部波形　】

　当初、Ｒ１３＋ＺＤ１の回路は有りませんでした。　このとき、ＳＷ１を押して出力が変化するまでワンテンポ遅れて反応する感じがしていました。　出力制御信号の波形を確認すると下図のように出力制御信号が飽和している状態となっていました。　当然といえば当然ですが。　これが原因なのか不明ですが、ＳＷ１オンオフに対して０．３ｓ程度の遅れが観測されています。

【　Ｒ１３＋ＺＤ１無し時　波形　】

　これを改善するためにＲ１３＋ＺＤ１を設けてオペアンプ出力振幅に制限をかける方法をとることにしました。　手持ちのツェナーダイオードが４，３Ｖ品でしたので、カットアンドトライでＲ１３は１５ｋΩとしました。　その際の波形を下図に記載します。　出力制御信号の電圧は電源同期ランプ波形の最小電圧（約１Ｖ）程度が望ましいですが、下記でも応答遅れが認められませんのでこれで良しとしました。
　

【　Ｒ１３＋ＺＤ１有り時　波形　】

　Ｒ１３＋ＺＤ１は、ＺＤ１の特性（ツェナー電圧）に合わせてＲ１３を調整すれば４．３Ｖ品に拘る必要がありません。　ＺＤ１は３．５〜４．５Ｖの範囲であれば調整できるのではないかと推測します。

　この回路を使って白熱電球をオンオフしたときの動画を下記に掲載します。

ｑａ１１ａ１、３ｇｐ　（６６２，４７６バイト）

　残念ながら、思ったようにスムーズに明るさが変化しているようには見えません。　消灯時はそれなりに見えますが、点灯時は直ぐに明るくなる感じです。　位相角と出力電圧、出力電圧と明るさの関係が線形ではありませんので、とりあえずこれで良しとすることにしました。

４　その他

• 　ソフト点灯とソフト消灯を繰り返すやめには、タイマー機能（例：「リレー付間欠タイマ【ＰＳ−３０４１】」）のリレー接点をスロー制御回路のＳＷ１の接点に接続して下さい。

• 　電源電圧は４．５〜５．５Ｖの範囲として下さい。

• 　ＩＦ基板のＲ１〜Ｒ４は発熱しますので、注意して下さい。

• 　スロー制御回路以外は１００ＶＡＣラインから絶縁されていませんので、感電しないように注意して下さい。

• 　今回は汎用のフォトカプラを使用しています。　田舎に住んでいると、手元に有る部品で済ますことをまず考えます。　もし、部品入手できる環境にあれば、ＰＣ１の代わりにＴＬＰ６２６、また、ＰＣ２，ＰＣ３の部分はＴＬＰ５６０などを使用すればもっと洗練された回路に変更することができます。