CN106341921B - 调光控制器、照明系统和设备机器 - Google Patents

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平松明则
城户大志
鸭井武志
上田大辅
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    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • HELECTRICITY
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light emitting diodes [LED]

Abstract

本发明所要解决的问题是提供一种调光控制器、照明系统和设备机器,其用于抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件所发出的光中产生谐波成分。控制电路被配置为通过根据具有与光源单元的调光水平相对应的占空比的PWM信号对开关元件进行切换来将从DC电源输出的DC电压转换成方波电压,并且使该方波电压输出至光源单元。控制电路包括电压控制器,其中该电压控制器被配置为控制用于使开关元件进行工作的工作电压,以使得流经开关元件的电流的上升时间和下降时间至少之一是1微秒以上。

Description

调光控制器、照明系统和设备机器

技术领域

本发明涉及一种调光控制器、照明系统和设备机器,并且具体涉及用于对半导体发光元件进行发光所用的调光控制的调光控制器、照明系统和设备机器。

背景技术

迄今为止,提供了用于对半导体发光元件进行发光所用的调光控制的点亮装置(参见文献1:JP 2012-226924A)。文献1所述的点亮装置包括升压斩波电路和降压斩波电路。升压斩波电路被配置为对AC(交流)电源电压进行整流和平滑并且输出恒定的DC(直流)电压。降压斩波电路被配置为对升压斩波电路的输出进行降压并且将降压后的电压供给至半导体发光元件。

在文献1所述的点亮装置中,调光控制电路通过控制降压斩波电路中所包括的开关元件的接通时间宽度来对半导体发光元件进行发光所用的调光控制。

此外,设置如下的点亮装置,其中该点亮装置被配置为通过根据PWM(脉冲宽度调制)信号间歇地供给从DC电源输出的DC电压来对半导体发光元件进行发光所用的调光控制。该点亮装置包括电气连接在DC电源和半导体发光元件之间的开关元件。DC电源被配置为输出具有与半导体发光元件相对应的电压值的DC电压。

在该点亮装置中,通过根据PWM信号接通和断开开关元件来将与PWM信号相对应的方波电压供给至半导体发光元件,结果对半导体发光元件进行发光所用的调光控制。

顺便提及,在上述的后一点亮装置中,经由开关元件向半导体发光元件供给的电流除基波成分外还包括谐波成分,因此从半导体发光元件发出的光也包括谐波成分。

因此,在例如读取条形码时在利用半导体发光元件的照明下使用发出具有与谐波成分其中之一的频率相同的频率的光的条形码读取器的情况下,可能由于从半导体发光元件发出的光而无法读取条形码的内容。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而作出的,并且本发明的目的是提供抑制了由于开关元件的切换操作而在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分的调光控制器、照明系统和设备机器。

根据本发明的一个方面的一种调光控制器,包括:开关元件,其被配置为电气连接在光源单元和直流电源之间,其中所述直流电源被配置为输出具有能够使所述光源单元中所包括的半导体发光元件发光的电压值的直流电压;以及控制电路,其被配置为控制所述开关元件的切换操作。所述控制电路被配置为通过根据具有与所述光源单元的调光水平相对应的占空比的脉冲宽度调制信号对所述开关元件进行切换来将从所述直流电源所输出的直流电压转换成方波电压,并且使所述方波电压输出至所述光源单元。所述控制电路包括电压控制器。所述电压控制器被配置为控制与所述脉冲宽度调制信号相关联地得到的用于使所述开关元件工作的工作电压,以使得流经所述开关元件的电流的上升时间和下降时间至少之一是1微秒以上。

根据本发明的另一方面的一种照明系统,包括:上述的调光控制器;以及所述光源单元。所述调光控制器被配置为对所述光源单元进行调光控制。

根据本发明的又一方面的一种设备机器,包括:上述的调光控制器;所述光源单元;以及设备机器本体。所述调光控制器被配置为对所述光源单元进行调光控制。所述设备机器本体被配置为保持所述光源单元和所述调光控制器。

附图说明

附图仅以示例而非限制的方式根据本教导来描述一个或多个实现。在附图中,相同的附图标记是指相同或相似的元件。

图1是根据本发明的实施例的照明系统的电路图;

图2是根据本发明的实施例的照明系统的示意结构图;

图3是示出根据本发明的实施例的照明系统中开关元件的切换频率和半导体发光元件的光频率之间的关系的曲线图;

图4是示出根据本发明的实施例的调光控制器的主要部分的电路图;

图5是用于说明根据本发明的实施例的调光控制器的操作的波形图;

图6是流经根据本发明的实施例的调光控制器的开关元件的电流的波形图;

图7是示出根据本发明的实施例的变形例1的调光控制器的主要部分的电路图;

图8是用于说明根据本发明的实施例的变形例1的调光控制器的操作的波形图;

图9是示出根据本发明的实施例的变形例2的调光控制器的主要部分的电路图;

图10是用于说明根据本发明的实施例的变形例2的调光控制器的操作的波形图;

图11是示出根据本发明的实施例的变形例3的调光控制器的主要部分的电路图;

图12是用于说明根据本发明的实施例的变形例3的调光控制器的操作的波形图;

图13是用于说明根据本发明的实施例的变形例3的调光控制器的另一操作的波形图;

图14是根据本发明的实施例的变形例4的照明系统的电路图;

图15是用于说明根据本发明的实施例的变形例4的照明系统的操作的波形图;

图16是用于说明根据本发明的实施例的变形例5的照明系统的电路图;

图17是用于说明根据本发明的实施例的变形例5的照明系统的操作的波形图;

图18是用作根据本发明的实施例的设备机器的冷藏陈列柜的外观立体图;以及

图19是用作根据本发明的实施例的设备机器的自动售卖机的外观立体图。

附图标记列表

1 DC电源单元(DC电源)

2 调光控制器

3 光源单元

6 冷藏陈列柜(设备机器)

7 自动售卖机(设备机器)

10 照明系统

21 MOSFET(开关元件)

23 电源电路

22 控制电路

25 微计算机(信号输出单元)

60,70 本体(设备机器本体)

261 恒流电路(电压控制器)

262 电流检测器

263 限流器

274,275 电阻器(电压控制器)

281,282 滤波器单元

311~317 发光二极管(半导体发光元件)

Dm 调光的下限的占空比

I1 漏极电流(电流)

S3 PWM信号

T1 周期

V1 栅极电压(工作电压)

tr 上升时间

tf 下降时间

具体实施方式

将参考附图来具体说明根据实施例的调光控制器、照明系统和设备机器。注意,以下所述的结构仅是本发明的示例,并且本发明不限于以下实施例。因此,除本实施例外,可以根据设计等来进行各种变形,只要这些变形没有背离本发明的技术概念即可。

如图1所示,本实施例的照明系统10包括DC电源单元1(DC电源)、调光控制器2、光源单元3和调光信号输出电路4。

DC电源单元1是一般的开关电源。DC电源单元1被配置为将从诸如商用AC电源等的AC电源100所输入的AC电压(例如,其有效值是AC 100[V]~AC 242[V])转换成恒定的DC电压,并且输出该DC电压。DC电源单元1被配置为输出具有能够使光源单元3进行发光的电压值(例如,DC 24[V])的DC电压。

光源单元3包括作为半导体发光元件的七个发光二极管311~317、恒流电路32、逆流防止所用的二极管33和用于防止恒流电路32的振荡的电容器34。恒流电路32包括NPN型晶体管321和322以及电阻器323~326。恒流电路32被配置为将流经发光二极管311~317的电流控制为恒定。半导体发光元件不限于发光二极管,并且可以是除发光二极管外的、诸如有机电致发光元件等的电致发光(EL)元件。

此外,光源单元3包括一对连接端子301和302。二极管33的阳极和电容器34的一端电气连接至正极侧的连接端子301。晶体管321的集电极经由电阻器323电气连接至二极管33的阴极。

晶体管321的发射极电气连接至负极侧的连接端子302和电容器34的另一端。晶体管321的集电极经由电阻器324电气连接至晶体管322的基极。晶体管322的发射极电气连接至晶体管321的基极。

在晶体管322的发射极和晶体管321的发射极之间电气连接有电阻器325和326的并联电路。在二极管33的阴极和晶体管322的集电极之间串联电气连接有七个发光二极管311~317,使得流经这七个发光二极管311~317的电流的方向与二极管33中的电流的方向相同。

这里,由于使调光控制器2和光源单元3电气连接的线81(参见图2)的电感,因而电气连接在一对连接端子301和302之间的电容器34防止了恒流电路32进入振荡状态。因此,在线81的电感小的情况下,不必设置电容器34。

调光控制器2包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)21(开关元件)、控制电路22和电源电路23。控制电路22包括信号转换电路24、微计算机25和驱动电路26,并且被配置为控制MOSFET 21的接通和断开。

MOSFET 21的栅极电气连接至驱动电路26的输出端子。此外,MOSFET 21的漏极电气连接至后面所述的连接端子222,并且MOSFET 21的源极电气连接至后面所述的连接端子212。开关元件不限于上述的MOSFET,并且可以是诸如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等的双极型晶体管。

从调光信号输出电路4经由后面所述的连接端子231和232向信号转换电路24输入调光信号S1。从调光信号输出电路4输出的调光信号S1例如是占空比与光源单元3的调光水平相对应地改变的PWM信号。信号转换电路24被配置为例如通过对从调光信号输出电路4输入的调光信号S1进行平滑化来将调光信号S1转换成具有依赖于占空比(即,调光水平)的电压值(例如,0[V]~10[V])的电压信号S2。

从调光信号输出电路4向信号转换电路24输入的调光信号S1不限于PWM信号,并且可以是电压值根据调光水平而改变的电压信号。在这种情况下,信号转换电路24可以调整调光信号S1的电压值的变化范围,并且将经过了调整的信号输出至微计算机25。

微计算机25被配置为通过利用诸如CPU(中央处理单元)等的处理器执行ROM(只读存储器)中所存储的程序来执行针对MOSFET 21的控制操作。微计算机25被配置为生成占空比根据从信号转换电路24输入的电压信号S2的电压值而改变的PWM信号S3,并且将该PWM信号S3输出至驱动电路26。该程序可被预先存储在ROM中、由存储有程序的诸如存储卡等的记录介质提供、或者经由电气通信线路提供。

驱动电路26的输出端子电气连接至MOSFET 21的栅极。驱动电路26被配置为根据从微计算机25输入的PWM信号S3的信号电平来切换MOSFET 21。换句话说,驱动电路26被配置为在PWM信号S3的信号电平处于高电平的情况下使得MOSFET 21处于接通状态,并且在PWM信号S3的信号电平处于低电平的情况下使得MOSFET 21处于断开状态。后面将说明驱动电路26的电路结构。

电源电路23被配置为将从DC电源单元1输入的DC电压的电压值(例如,DC 24[V])转换成预定电压值(例如,DC 12[V]),并且将经过了转换的电压供给至信号转换电路24、微计算机25和驱动电路26。

调光控制器2包括一对连接端子211和212。连接端子211电气连接至正极侧的DC电源单元1的输出端子。连接端子212电气连接至负极侧的DC电源单元1的输出端子。此外,调光控制器2包括正极侧的连接端子221和负极侧的连接端子222。连接端子221电气连接至光源单元3的连接端子301。连接端子222电气连接至光源单元3的连接端子302。

此外,调光控制器2包括一对连接端子231和232。一对连接端子231和232连接至调光信号输出电路4的输出端子。连接端子211和连接端子221经由内部布线电气连接。

图2是本实施例的照明系统10的示意结构图。在DC电源单元1和光源单元3之间电气连接有调光控制器2。来自光源单元3的线81电气连接至调光控制器2的各个连接端子221和222。来自DC电源单元1的线82电气连接至调光控制器2的各个连接端子211和212。来自调光信号输出电路4的线83电气连接至调光控制器2的各个连接端子231和232。

接着,将说明在调光控制器2对光源单元3进行调光控制的情况下的操作。

在将包括具有与调光水平相对应的占空比的PWM信号的调光信号S1从调光信号输出电路4输入至调光控制器2的情况下,信号转换电路24将调光信号S1转换成具有与该调光信号S1的占空比相对应的电压值的电压信号S2,并且将该电压信号S2输出至微计算机25。

微计算机25在从信号转换电路24接收到电压信号S2时,生成具有与电压信号S2的电压值相对应的占空比的PWM信号S3,并且将所生成的PWM信号S3输出至驱动电路26。

驱动电路26在从微计算机25接收到PWM信号S3时,根据PWM信号S3的信号电平来将MOSFET 21切换成接通和断开。换句话说,驱动电路26在PWM信号S3的信号电平处于高电平的时间段内使MOSFET 21处于接通状态,并且在PWM信号S3的信号电平处于低电平的时间段内使MOSFET 21处于断开状态。

在驱动电路26使MOSFET 21处于接通状态的情况下,从DC电源单元1经由调光控制器2向光源单元3施加DC电压,并且发光二极管311~317发光。另一方面,在驱动电路26使MOSFET 21处于断开状态的情况下,电流没有流经光源单元3,并且发光二极管311~317不发光。因此,从调光控制器2向光源单元3施加方波电压,并且光源单元3间歇地发光。

在向光源单元3施加DC电压的状态下,流经发光二极管311~317的电流由恒流电路32控制为恒定。作为从调光控制器2向光源单元3施加方波电压的结果,光源单元3间歇地发光,因而对光源单元3进行调光控制。

此外,发光二极管311~317发光的时间段和发光二极管311~317不发光的时间段之间的比根据从微计算机25输出的PWM信号S3的占空比而改变,结果对光源单元3的调光水平进行了控制。

图3是示出在PWM信号S3的占空比是50%的情况下、MOSFET 21的切换频率(PWM频率)Freq和发光二极管311~317的光频率Apk之间的关系的曲线图。这里,光频率是指发光二极管中的发光→不发光→发光的循环的频率。切换频率Freq优选为100[Hz]~10[kHz]。在切换频率Freq小于100[Hz]的情况下,人眼感测到闪烁。

假定MOSFET 21的切换频率Freq是fp1,则经由MOSFET 21向发光二极管311~317供给的电流除基波成分(与基频fp1相对应的电流成分)外,还包括频率是基波成分的频率的奇数倍的谐波成分(与谐波频率fp2、fp3、fp4、...相对应的电流成分)。因此,从发光二极管311~317发出的光除与基频fp1相对应的光成分外,还包括与谐波频率fp2、fp3、fp4、...相对应的光成分。

这里,在经由MOSFET 21所供给的电流(换句话说,MOSFET 21的漏极电流)的上升时间和下降时间都为0的情况下,光频率Apk从与基波成分fp1相对应的频率成分起按-20[dB/dec]的比率衰减。即,以作为切换频率Freq的10倍的频率的光频率Apk的频率成分是与切换频率Freq相对应的频率成分的0.1倍。因此,在切换频率Freq=1[kHz]并且光频率Apk=0[dB]的情况下,以101[kHz]的频率的光频率Apk的成分值是-40[dB]。

此外,假定MOSFET 21的漏极电流的上升时间和下降时间都是tr,则在上升频率fr=1/tr处存在光频率Apk取极小值的变化点。例如,在上升时间和下降时间tr=1[μsec]的情况下,在上升频率fr0=1[MHz]处光频率Apk取极小值。此外,在上升时间和下降时间tr=10[μsec]的情况下,在上升频率fr1=100[kHz]处光频率Apk取极小值。

在上升频率fr0=1[MHz]的情况下,从发光二极管311~317发出的光的上升时间和下降时间短,并且光急剧地改变,因此在宽的频率范围内产生谐波成分。另一方面,在上升频率fr1=100[kHz]的情况下,从发光二极管311~317发出的光的上升时间和下降时间长,并且光缓慢地改变,因此可以抑制谐波成分的产生。

通过以上,为了抑制在从发光二极管311~317发出的光中产生谐波成分,光需要缓慢地改变,并且优选延长MOSFET 21的漏极电流的上升时间和下降时间。因此,在本实施例中,将MOSFET 21的漏极电流的上升时间和下降时间设置为1[μsec]以上。

在本实施例的调光控制器2中,通过利用图4所示的驱动电路26延长MOSFET 21的漏极电流的上升时间和下降时间,来抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

此外,在如本实施例的照明系统10那样电容器34电气连接在光源单元3的输入端子之间的情况下,在电容器34的充电开始时产生脉冲状的浪涌电流。因此,该浪涌电流也在MOSFET 21的漏极和源极之间流动。

例如,在供给至光源单元3的电压的大小是24[V]、流经光源单元3的电流是4.17[A]、并且电容器34的静电容是1[μF]的情况下,浪涌电流上升得接近30[A]。因此,向MOSFET21施加了大的应力。

因此,如图4所示,本实施例的调光控制器2设置有限流器263,其中该限流器263被配置为限制MOSFET 21的漏极电流的峰值。以下将具体说明驱动电路26。

如图4所示,驱动电路26包括恒流电路261、电流检测器262、限流器263、NPN型晶体管264、电容器265、电阻器266~268和二极管269。

恒流电路261包括PNP型晶体管2611和2612以及电阻器2613。晶体管2611的发射极电气连接至电源电路23的输出端子233和电阻器2613的一端。电阻器2613的另一端电气连接至晶体管2611的基极和晶体管2612的发射极。

晶体管2611的集电极电气连接至晶体管2612的基极和电阻器266的一端。晶体管2612的集电极电气连接至电阻器268的一端和MOSFET 21的栅极。即,本实施例的恒流电路261电气连接在电源电路23的输出端子233和MOSFET 21(开关元件)的控制端子(栅极)213之间。

电阻器266的另一端电气连接至晶体管264的集电极。晶体管264的发射极电气连接至接地端。晶体管264的基极经由电阻器267电气连接至微计算机25的输出端子。

电阻器268的另一端电气连接至二极管269的阳极。二极管269的阴极电气连接至微计算机25的输出端子。在从微计算机25输出的PWM信号S3的信号电平处于低电平的情况下,后面所述的电容器265中所累积的电荷沿电阻器268→二极管269的路径进行放电。该放电的时间常数由电阻器268来设置。

上述的恒流电路261通过控制晶体管2612以使得电阻器2613两端的电压等于晶体管2611的基极和发射极之间的电压,来将流经电阻器2613和晶体管2612的电流控制为恒定。在晶体管264断开的情况下,电流没有流经电阻器266,因而晶体管2612断开并且恒流电路261不工作。

电流检测器262包括电气连接在MOSFET 21的源极和接地端之间的电阻器2621。电流检测器262检测MOSFET 21的漏极和源极之间流动的电流、即漏极电流I1。

限流器263包括NPN型晶体管2631以及电阻器2632和2633。限流器263被配置为基于电流检测器262的检测结果来限制MOSFET 21的源极和漏极之间流动的漏极电流I1的峰值。

晶体管2631的集电极经由电阻器2632电气连接至MOSFET 21的栅极。晶体管2631的发射极电气连接至接地端。晶体管2631的基极经由电阻器2633电气连接至MOSFET 21的源极。电容器265电气连接在MOSFET 21的栅极和源极之间。

这里,设置上述的电容器265以使MOSFET 21的栅极电压V1(施加至栅极的电压)缓慢地改变,并且优选将电容器265的静电容设置为MOSFET 21的寄生电容的两倍以上。例如,在MOSFET 21的栅极和源极之间的寄生电容为1000[pF]的情况下,将电容器265的静电容设置为2000[pF]以上。因此,即使在MOSFET 21的寄生电容改变的情况下,也可以抑制由于寄生电容的改变所引起的特性变化。

此外,上述的限流器263检测流经电流检测器262中的电阻器2621的电流、即检测由于MOSFET 21的漏极电流I1而产生的电阻器2621两端的电压。在限流器263中,在电阻器2621两端的电压达到晶体管2631的基极和发射极之间的电压(约0.6[V])的情况下,晶体管2631接通,并且电容器265中的电荷经由电阻器2632进行放电。因此,可以抑制MOSFET 21的栅极电压V1的上升,并且可以限制MOSFET 21的漏极电流I1的峰值。

接着,将参考图5来具体说明使用图4的驱动电路26的调光控制器2的操作。

在时刻t1、从微计算机25输入的PWM信号S3的信号电平变为高电平的情况下,晶体管264接通。在晶体管264接通的情况下,晶体管2612接通,并且电流沿电源电路23→电阻器2613→晶体管2612→电容器265→接地端的路径流动。结果,电容器265两端的电压、即MOSFET 21的栅极电压V1上升。

晶体管2612的发射极电流由晶体管2611和电阻器2613控制为恒定。即,对晶体管2612的基极电流进行控制,以使得电阻器2613两端的电压等于晶体管2611的基极和发射极之间的电压Vbe。结果,晶体管2612的发射极电流Ie满足以下关系:Ie=Vbe/R1。如果晶体管2612的hfe(电流放大率)是100以上,则可以将Ic视为等于Ie。R1是电阻器2613的电阻值,并且Ic是晶体管2612的集电极电流。

这里,电容器265的充电速度满足以下关系:C1/Ic=C1×R1/Vbe,其中C1是电容器265的静电容。假定C1=0.01[μF]、R1=220[Ω]并且Vbe=0.6[V],则电容器265的充电速度约为3.7[μsec/V]。在这种情况下,栅极电压上升为5[V]需要约19[μsec]。

在时刻t2、MOSFET 21的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通,并且漏极电流I1在MOSFET 21的漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

在时刻t3、MOSFET 21的漏极电流I1达到限流器263的限制值Ip1的情况下,晶体管2631接通,并且MOSFET 21的栅极电压V1被限制为V11。结果,MOSFET 21的漏极电流I1也被限制为限制值Ip1。之后,在MOSFET 21的漏极电流I1降至限制值Ip1以下的情况下,栅极电压V1再次上升。

在时刻t4、MOSFET 21的栅极电压V1达到第二电压Vth2的情况下,MOSFET 21的漏极电流I1(电流值I11)由光源单元3的恒流电路32控制为恒定,其中在该第二电压Vth2处,漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。

在时刻t5、PWM信号S3的信号电平变为低电平的情况下,晶体管264断开,并且恒流电路261停止。在恒流电路261停止的情况下,由于电容器265中所累积的电荷,因此电流沿电容器265→电阻器268→二极管269→微计算机25的路径流动,因而MOSFET 21的栅极电压V1下降。

这里,电容器265放电时的时间常数是R2×C1,其中R2是电阻器268的电阻值。

在时刻t6、MOSFET 21的栅极电压V1降至第二电压Vth2以下的情况下,漏极和源极之间的导通电阻增加,并且漏极电流I1也减少。在时刻t7、MOSFET 21的栅极电压V1降至第一电压Vth1以下的情况下,MOSFET 21断开,并且漏极电流I1变为零。之后,重复时刻t1~时刻t7的操作。

在本实施例中,利用限流器263来限制漏极电流I1的峰值,因此可以减少施加至MOSFET 21的应力。此外,作为限制漏极电流I1的峰值的结果,可以使用电流容量小的MOSFET 21(开关元件),因此可以降低成本。

此外,如本实施例那样,作为利用恒流电路261来延长漏极电流I1的上升时间tr(=t3-t2)和下降时间tf(=t7-t6)的结果,漏极电流I1可以缓慢地改变。结果,从发光二极管311~317发出的光可以缓慢地改变,并且可以抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。这里,在本实施例中,电压控制器由恒流电路261配置成。

此外,在本实施例中,在漏极电流I1上升和下降的情况下,MOSFET 21在有源区域中工作,结果漏极电流I1呈线性连续地改变。此外,优选将MOSFET 21的切换频率限制为10[kHz]以下,因而可以使漏极电流I1缓慢地上升和下降。

顺便提及,在本实施例中,将MOSFET 21的漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf的下限值设置为1[μsec],并且按照如下所述设置上限值。

图6是MOSFET 21的漏极电流I1的波形图。获得MOSFET 21的漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf的上限值作为T1×Dm,其中T1是从微计算机25输出的PWM信号S3的周期,并且Dm是调光的下限的占空比。

例如,在周期T1=1[msec]并且占空比Dm=0.5的情况下,tr和tf分别在以下范围内:1[μsec]≤tr≤500[μsec]并且1[μsec]≤tf≤500[μsec]。优选将周期T1设置在100[μsec]~2[msec]的范围呢,并且将占空比Dm设置在0.01~0.8的范围内。

接着,将说明根据本实施例的变形例1的调光控制器2。尽管在图4的驱动电路26中设置有用于对由于电容器34所引起的浪涌电流进行限制的限流器263,但例如在浪涌电流小或者MOSFET 21的电流容量大的情况下,如图7所示,可以不设置限流器263。在图7的驱动电路26中,电流检测器262和限流器263以外的构成元件与图4的驱动电路26中的构成元件相同,因此将省略针对这些构成元件的说明。

接着,将参考图8来具体说明使用图7的驱动电路26的调光控制器2的操作。

在时刻t1、从微计算机25输入的PWM信号S3的信号电平变为高电平的情况下,晶体管264接通。在晶体管264接通的情况下,晶体管2612接通,并且电流流经电源电路23→电阻器2613→晶体管2612→电容器265→接地端的路径。因此,电容器265两端的电压、即MOSFET21的栅极电压V1上升。

晶体管2612的发射极电流由晶体管2611和电阻器2613控制为恒定。即,对晶体管2612的基极电流进行控制,以使得电阻器2613两端的电压等于晶体管2611的基极和发射极之间的电压Vbe。结果,晶体管2612的发射极电流Ie变为Ie=Vbe/R1。如果晶体管2612的hfe(电流放大率)是100以上,则可以将Ic视为等于Ie。

这里,电容器265的充电速度是C1/Ic=C1×R1/Vbe。假定C1=0.01[μF]、R1=220[Ω]并且Vbe=0.6[V],则电容器265的充电速度约为3.7[μsec/V]。在这种情况下,栅极电压上升为5[V]需要约19[μsec]。

在时刻t2、MOSFET 21的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通,并且漏极电流I1在MOSFET 21的漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

这里,在MOSFET 21接通、并且将漏极电流I1供给至光源单元3的情况下,在光源单元3的输入端子之间电气连接的电容器34中产生浪涌电流。在变形例1中,利用恒流电路261使MOSFET 21的栅极电压V1缓慢地上升,并且可以限制浪涌电流的峰值Ip2。

在时刻t3,MOSFET 21的栅极电压V1达到第二电压Vth2,其中在该第二电压Vth2处,MOSFET 21的漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。这里,MOSFET 21的漏极电流I1由光源单元3中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11)。

在时刻t4、PWM信号S3的信号电平变为低电平的情况下,晶体管264断开,并且恒流电路261停止。在恒流电路261停止的情况下,由于电容器265中的电荷,因而电流流经电容器265→电阻器268→二极管269→微计算机25的路径,因此MOSFET 21的栅极电压V1下降。这里,电容器265放电时的时间常数是R2×C1。

在时刻t5、MOSFET 21的栅极电压V1降至第二电压Vth2以下的情况下,漏极和源极之间的导通电阻增大,并且漏极电流I1也减少。在时刻t6、MOSFET 21的栅极电压V1降至第一电压Vth1以下的情况下,MOSFET 21断开,并且漏极电流I1变为零。之后,重复时刻t1~时刻t6的操作。

在变形例1中,作为利用恒流电路261来增加漏极电流I1的上升时间tr(=t3-t2)和下降时间tf(=t6-t5)的结果,漏极电流I1可以缓慢地改变。结果,从发光二极管311~317发出的光可以缓慢地改变,并且可以抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

此外,通过延长漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf,可以限制由于电容器34而引起的浪涌电流的峰值Ip2,并且可以减少施加至MOSFET 21的应力。

接着,将说明根据本实施例的变形例2的调光控制器2。图9是变形例2的驱动电路26的电路图。尽管在图4和7的驱动电路26中电压控制器由恒流电路261配置成,但在图9的驱动电路26中,电压控制器由电阻器274和275配置成。以下将具体说明该驱动电路26。

驱动电路26包括NPN型晶体管271、电容器272、电阻器273~275和二极管276。

晶体管271的基极电气连接至微计算机25的输出端子,并且利用从微计算机25输出的PWM信号S3来控制晶体管271的接通和断开。晶体管271的集电极经由电阻器273电气连接至电源电路23的输出端子233。晶体管271的发射极电气连接至接地端。

晶体管271的集电极和电阻器273之间的连接点经由电阻器274和二极管276的串联电路电气连接至MOSFET 21的栅极(控制端子213)。此外,电阻器275电气连接在电阻器274和二极管276的串联电路的两端之间。此外,电容器272电气连接在MOSFET 21的栅极和源极之间。

这里,电容器272被充电时的时间常数由电阻器274来设置,并且电容器272放电时的时间常数由电阻器275来设置。此外,电阻器274和275的电阻值优选是1[kΩ]以上。

此外,设置电容器272以使MOSFET 21的栅极电压V1(施加至栅极的电压)缓慢地改变,并且优选将电容器272的静电容设置为MOSFET 21的寄生电容的两倍以上。例如,在MOSFET 21的栅极和源极之间的寄生电容是1000[pF]的情况下,将电容器272的静电容设置为2000[pF]以上。因此,即使在MOSFET 21的寄生电容改变的情况下,也可以抑制由于寄生电容的改变所引起的特性变化。

接着,将参考图10来具体说明使用图9的驱动电路26的调光控制器2的操作。

在时刻t1、从微计算机25输出的PWM信号S3的信号电平变为低电平的情况下,晶体管271断开,并且晶体管271的集电极电压Vc变为Vc1。这里,电流流经电源电路23→电阻器273→电阻器274→二极管276→电容器272→接地端的路径,并且电容器272两端的电压、即MOSFET 21的栅极电压V1上升。

这里,电容器272被充电时的时间常数是(R3+R4)×C2,其中R3是电阻器273的电阻值,R4是电阻器274的电阻值,并且C2是电容器272的静电容。

在时刻t2、MOSFET 21的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通,并且漏极电流I1在MOSFET 21的漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

这里,在MOSFET 21接通并且将漏极电流I1供给至光源单元3的情况下,在电气连接在光源单元3的输入端子之间的电容器34中发生浪涌电流。在变形例2中,利用电阻器274使MOSFET 21的栅极电压V1缓慢地上升,并且可以限制浪涌电流的峰值Ip2。

在时刻t3,MOSFET 21的栅极电压V1达到第二电压Vth2,其中在该第二电压Vth2处,MOSFET 21的漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。这里,MOSFET 21的漏极电流I1由光源单元3中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11)。

在时刻t4、PWM信号S3的信号电平变为高电平的情况下,晶体管271接通,并且晶体管271的集电极电压Vc变为零。这里,由于电容器272中所累积的电荷,因而电流流经电容器272→电阻器275→晶体管271→接地端的路径。因此,电容器272两端的电压、即MOSFET 21的栅极电压V1下降。

这里,电容器272放电时的时间常数是R5×C2,其中R5是电阻器275的电阻值。

在时刻t5、MOSFET 21的栅极电压V1降至第二电压Vth2以下的情况下,漏极和源极之间的导通电阻增大,并且漏极电流I1也减少。在时刻t6、栅极电压V1降至第一电压Vth1以下的情况下,MOSFET 21断开,并且漏极电流I1也变为零。之后,重复时刻t1~时刻t6的操作。

在变形例2中,作为利用电阻器274和275来增加漏极电流I1的上升时间tr(=t3-t2)和下降时间tf(=t6-t5)的结果,漏极电流I1可以缓慢地改变。结果,从发光二极管311~317发出的光可以缓慢地改变,并且可以抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

此外,通过延长漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf,可以限制由于电容器34而引起的浪涌电流的峰值Ip2,并且可以减少施加至MOSFET 21的应力。

接着,将说明根据本实施例的变形例3的调光控制器2。图11是变形例3的驱动电路26的电路图。尽管在图4和7的驱动电路26中电压控制器由恒流电路261配置成,但在图11的驱动电路26中,电压控制器由微计算机25以及滤波器单元281和282配置成。以下将具体说明该驱动电路26。

如图11所示,驱动电路26包括两个滤波器单元281和282。

滤波器单元281是包括电阻器2811和电容器2812的低通滤波器。电阻器2811的一端电气连接至MOSFET 21的栅极(控制端子213)和电容器2812的一端。电阻器2811的另一端电气连接至滤波器单元282中的电阻器2821的一端。此外,电容器2812的另一端电气连接至接地端。

滤波器单元282是包括电阻器2821和电容器2822的低通滤波器。电阻器2821的一端电气连接至电阻器2811的另一端和电容器2822的一端。电阻器2821的另一端电气连接至微计算机25的输出端子。此外,电容器2822的另一端电气连接至接地端。

这里,基于从微计算机25输出的PWM信号S3的最小脉冲宽度和PWM信号S3的周期来设置滤波器单元281和282的时间常数。

例如,在PWM信号S3的最小脉冲宽度是100[μsec]的情况下,将滤波器单元281和282的时间常数设置为比周期小的值(例如,50[μsec]以下)。此外,在PWM信号S3的周期是5[μsec]的情况下,期望滤波器单元281和282的时间常数是PWM信号S3的周期的两倍以上(10[μsec]以上)。因此,在这种情况下,将滤波器单元281和282的时间常数设置在10[μsec]~50[μsec]的范围内。

接着,将参考图12来具体说明使用图11的驱动电路26的调光控制器2的操作。

在时刻t1,微计算机25开始将脉冲宽度逐渐增加的PWM信号S3输出至驱动电路26。输入至驱动电路26的PWM信号S3由滤波器单元281和282进行平滑化,并且将平滑后的信号施加至MOSFET 21的栅极。因此,栅极电压V1上升。

在时刻t2,微计算机25开始将脉冲宽度变大的PWM信号S3输出至驱动电路26。输入至驱动电路26的PWM信号S3由滤波器单元281和282进行平滑化,并且将平滑后的信号施加至MOSFET 21的栅极。因此,栅极电压V1进一步上升,并且在栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通,并且漏极电流I1在MOSFET 21的漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

这里,在MOSFET 21接通、并且将漏极电流I1供给至光源单元3的情况下,在电气连接在光源单元3的输入端子之间的电容器34中发生浪涌电流。在变形例3中,利用滤波器单元281和282使MOSFET 21的栅极电压V1缓慢地上升,因此可以限制浪涌电流的峰值Ip2。

在时刻t3,MOSFET 21的栅极电压V1达到第二电压Vth2,其中在该第二电压Vth2处,MOSFET 21的漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。这里,MOSFET 21的漏极电流I1由光源单元3中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11)。

在时刻t4,微计算机25开始将振幅固定为高电平(DC 5[V])的PWM信号S3输出至驱动电路26,因而使MOSFET 21的栅极电压V1维持为恒定(电压值V12)。

在时刻t5,微计算机25开始将脉冲宽度逐渐减小的PWM信号S3输出至驱动电路26,因而MOSFET 21的栅极电压V1根据该脉冲宽度而逐渐下降。

在时刻t6、MOSFET 21的栅极电压V1降至第二电压Vth2以下的情况下,漏极和源极之间的导通电阻增加,并且漏极电流I1也减少。在时刻t7、MOSFET 21的栅极电压V1降至第一电压Vth1以下的情况下,MOSFET 21断开,并且漏极电流I1变为零。之后,重复时刻t1~时刻t7的操作。

在变形例3中,作为利用微计算机25以及滤波器单元281和282来增加漏极电流I1的上升时间tr(=t3-t2)和下降时间tf(=t7-t6)的结果,漏极电流I1可以缓慢地改变。结果,从发光二极管311~317发出的光可以缓慢地改变,并且可以抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

此外,通过延长漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf,可以限制由于电容器34而引起的浪涌电流的峰值Ip2,并且可以减少施加至MOSFET 21的应力。此外,作为改变从微计算机25输出的PWM信号S3的脉冲宽度的控制模式,与图7和9的驱动电路26相比,可以提高漏极电流I1上升或下降时的控制精度。这里,在变形例3中,信号输出单元由微计算机25配置成。

顺便提及,图11的驱动电路26还可以以波形如图13所示的波形图示出的方式进行工作。以下将给出具体说明。

微计算机25将脉冲宽度小的PWM信号S3输出至驱动电路26,使得在MOSFET 21没有接通的时刻t1~时刻t2的时间段内,过渡时间(t2-t1)变短。因而,MOSFET 21的栅极电压V1急剧地上升。

在时刻t2,微计算机25开始将脉冲宽度变大的PWM信号S3输出至驱动电路26。在作为脉冲宽度变大的结果、MOSFET 21的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通。在MOSFET 21接通的情况下,漏极电流I1在漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

这里,在MOSFET 21接通、并且将漏极电流I1供给至光源单元3的情况下,在电气连接在光源单元3的输入端子之间的电容器34中发生浪涌电流。在变形例3中,利用滤波器单元281和282使MOSFET 21的栅极电压V1缓慢地上升,因此可以限制浪涌电流的峰值Ip2。

在时刻t3,MOSFET 21的栅极电压V1达到第二电压Vth2,其中在该第二电压Vth2处,MOSFET 21的漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。这里,MOSFET 21的漏极电流I1由光源单元3中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11)。

之后,微计算机25改变PWM信号S3的脉冲宽度,以在栅极电压V1增加得达到电压V12的时刻t3~时刻t4的时间段内,缩短过渡时间(t4-t3)。

在变形例3中,作为如上所述改变PWM信号S3的脉冲宽度的结果,可以在无需改变栅极电压V1增加得达到恒定电压(V12)的时间段的情况下,进一步延长漏极电流I1的上升时间tr。因此,可以进一步抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

在上述实施例中,尽管说明了从微计算机25输出PWM信号S3的情况,但例如可以使用利用梯形电阻电路的D/A转换或者ΔΣ调制。

图14是根据本实施例的变形例4的照明系统10的电路图。变形例4的照明系统10包括DC电源单元1、调光控制器2和光源单元3。调光控制器2包括MOSFET 21、电源电路23、微计算机25、低通滤波器27和电流检测电路28。

电源电路23被配置为根据DC电源单元1的输出来生成微计算机25进行工作所用的电力,并且将所生成的电力供给至微计算机25。电流检测电路28例如包括电气连接在MOSFET 21的源极和DC电源单元1的负极侧的输出端子之间的电阻器。电流检测电路28被配置为检测MOSFET 21的漏极电流I1,并且将该检测结果输出至微计算机25。

微计算机25被配置为基于从外部输入的调光信号和电流检测电路28的检测结果来生成PWM信号S3,并且将PWM信号S3输出至MOSFET 21。这里,利用低通滤波器27对PWM信号S3进行平滑化,并且将平滑化后的信号施加至MOSFET 21的栅极。

接着,将参考图15来具体说明图14的照明系统10的操作。以下将说明在光源单元3内发生短路的情况作为示例。此外,作为微计算机25的构成元件的ROM预先存储MOSFET 21的漏极电流I1的上限值Ip3。

在时刻t1,微计算机25开始输出脉冲宽度逐渐增加的PWM信号S3。该PWM信号S3由低通滤波器27进行平滑化,并且将平滑化后的信号施加至MOSFET 21的栅极。因此,MOSFET21的栅极电压V1上升。

在时刻t2,微计算机25开始输出脉冲宽度变大的PWM信号S3。在作为脉冲宽度变大的结果、MOSFET 21的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,MOSFET 21接通。在MOSFET 21接通的情况下,漏极电流I1在漏极和源极之间流动。漏极电流I1随着栅极电压V1的上升而增加。

在时刻t3,在光源单元3内发生短路。在MOSFET 21的漏极电流I1达到上限值Ip3的情况下,微计算机25设置PWM信号S3的脉冲宽度,以使得漏极电流I1恒定(电流值Ip3)。因此,可以抑制MOSFET 21的栅极电压V1的上升。

微计算机25在基于电流检测电路28的检测结果判断为漏极电流I1等于Ip3的状态在给定时间段(t4-t3)内持续时,停止PWM信号S3的输出并且将MOSFET 21的栅极电压V1设置为零。因此,MOSFET 21断开,并且MOSFET 21的漏极电流I1变为零。

例如,在如上述的图4的驱动电路26那样仅设置限流器263的情况下,尽管可以限制MOSFET 21的漏极电流I1的峰值,但维持了MOSFET 21的损耗大的状态。作为对比,根据图14的调光控制器2,在光源单元3内发生短路的情况下,可以安全地停止调光控制器2。

此外,作为利用电流检测电路28检测漏极电流I1的结果,还可以检测第一电压Vth1和第二电压Vth2,其中在该第一电压Vth1处,MOSFET 21接通,并且在该第二电压Vth2处,MOSFET 21的漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。因此,可以校正由于MOSFET 21的个体差异而产生的第一电压Vth1和第二电压Vth2的变化,并且可以提高漏极电流I1上升或下降时的控制精度。

图16是根据本发明的变形例5的照明系统10的电路图。在上述的图14中,说明了光源单元3的数量是一个的情况,然而如图16所示,照明系统10可被配置为控制第一光源单元3A和第二光源单元3B。

变形例5的照明系统10包括DC电源单元1、调光控制器2、第一光源单元3A和第二光源单元3B以及接口电路5。接口电路5被配置为在外部设置的调光器和调光控制器2的微计算机25之间进行中继,并且将从调光器所接收到的调光信号输出至微计算机25。

调光控制器2包括第一MOSFET 21A和第二MOSFET 21B、电源电路23、微计算机25、第一低通滤波器27A和第二低通滤波器27B以及电流检测电路28。光源单元3的数量不限于两个,并且可以是三个以上。在这种情况下,需要增加MOSFET 21和低通滤波器27的数量以匹配光源单元3的数量。

电源电路23被配置为根据DC电源单元1的输出来生成微计算机25进行工作所用的电力,并且将所生成的电力供给至微计算机25。

第一MOSFET 21A电气连接至第一光源单元3A,并且还经由第一低通滤波器27A电气连接至微计算机25。第二MOSFET 21B电气连接至第二光源单元3B,并且还经由第二低通滤波器27B电气连接至微计算机25。

电流检测电路28例如包括电气连接在第一MOSFET 21A的源极和DC电源单元1的负极侧的输出端子之间的第一电阻器以及电气连接在第二MOSFET 21B的源极和该输出端子之间的第二电阻器。电流检测电路28被配置为利用第一电阻器来检测第一MOSFET 21A的漏极电流I1,利用第二电阻器来检测第二MOSFET 21B的漏极电流I2,并且将检测结果输出至微计算机25。电流检测电路28可以是针对各个光源单元3所设置的。

接着,将参考图17来具体说明图16的照明系统10的操作。

在时刻t1,在第一MOSFET 21A的栅极电压V1达到第一电压(阈值电压)Vth1的情况下,第一MOSFET 21A接通,并且漏极电流I1流动。之后,在第一MOSFET 21A的栅极电压V1达到第二电压Vth2的情况下,漏极电流I1由第一光源单元3A中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11),其中在该第二电压Vth2处,漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。此时,第二MOSFET 21B的栅极电压V2是0[V],并且第二MOSFET 21B断开。

在时刻t2,第一MOSFET 21A的栅极电压V1降至第一电压Vth1以下,第一MOSFET21A断开,并且漏极电流I1变为零。此时,第二MOSFET 21B的栅极电压V2是0[V],并且第二MOSFET 21B保持断开。

在时刻t3,第二MOSFET 21B的栅极电压V2达到第一电压Vth1,第二MOSFET 21B接通,并且漏极电流I2流动。之后,在第二MOSFET 21B的栅极电压V2达到第二电压Vth2的情况下,漏极电流I2由第二光源单元3B中的恒流电路32控制为恒定(电流值I11),其中在该第二电压Vth2处,漏极和源极之间的导通电阻变得足够小。此时,第一MOSFET 21A的栅极电压V1是0[V],并且第一MOSFET 21A断开。

在时刻t4,第二MOSFET 21B的栅极电压V2降至第一电压Vth1以下,第二MOSFET21B断开,并且漏极电流I2变为零。此时,第一MOSFET 21A的栅极电压V1是0[V],并且第一MOSFET 21A保持断开。之后,重复时刻t1~时刻t4的时间段内的操作。

这里,在第一光源单元3A和第二光源单元3B之间光色不同的情况下,可以通过改变第一光源单元3A的点亮时间段(t2-t1)和第二光源单元3B的点亮时间段(t4-t3)之间的比,来改变通过使来自第一光源单元3A和第二光源单元3B的光混合而产生的混色光的色温。

顺便提及,在变形例5中,尽管将第一光源单元3A和第二光源单元3B控制成交替点亮,但可以将第一光源单元3A和第二光源单元3B控制成同时点亮。注意,在这种情况下,在第一光源单元3A点亮时流动的漏极电流I1与在第二光源单元3B点亮时流动的漏极电流I2的总和需要处于DC电源单元1的容许范围内。

作为用于判断漏极电流I1和I2的总和是否在DC电源单元1的容许范围内的方法,优选结构如下:将DC电源单元1的输出电压的值输入至微计算机25,以使得可以检测来自DC电源单元1的输出电压的电压下降。

这里,在上述实施例中,尽管说明了漏极电流I1呈线性上升和下降的情况作为示例,但漏极电流I1可能不是呈线性上升和下降。同样在这种情况下,作为漏极电流I1缓慢地上升和下降的结果,可以抑制从发光二极管311~317发出的光中的谐波成分的产生。

此外,在上述实施例中,尽管漏极电流I1的上升时间tr和下降时间tf都延长,但上升时间tr和下降时间tf至少之一延长就足够了。优选延长上升时间tr。

如上所述,上述实施例的调光控制器2包括开关元件(MOSFET 21)和控制电路22。开关元件电气连接在DC电源(DC电源单元1)和光源单元3之间。光源单元3包括半导体发光元件(发光二极管311~317)。DC电源输出具有能够使得半导体发光元件发光的电压值的DC电压。控制电路22控制开关元件的切换操作。控制电路22被配置为通过根据具有与光源单元3的调光水平相对应的占空比的PWM信号S3对开关元件进行切换,来将从DC电源输出的DC电压转换成方波电压,并且将该方波电压输出至光源单元3。控制电路22包括电压控制器(例如,恒流电路261)。电压控制器控制用于使开关元件进行工作的工作电压(栅极电压V1),以使得流经开关元件的电流(漏极电流I1)的上升时间tr和下降时间tf至少之一是1微秒以上。

根据上述结构,流经开关元件的电流I1在电流I1上升的时间段和电流I1下降的时间段至少之一内缓慢地改变,因而从半导体发光元件发出的光缓慢地改变。结果,可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,电压控制器优选控制工作电压,以使得上升时间tr是1微秒以上。

根据上述结构,在流经开关元件的电流上升的情况下,电流缓慢地改变,因而从半导体发光元件发出的光缓慢地改变。结果,可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且例如,电压控制器可被配置为控制工作电压,以使得下降时间tf是1微秒以上。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,电压控制器优选控制工作电压,以使得上升时间tr和下降时间tf至少之一是T1×Dm以下。T1是PWM信号S3的周期,并且Dm是调光的下限的占空比。

根据上述结构,流经开关元件的电流I1在电流I1上升的时间段和电流I1下降的时间段至少之一内缓慢地改变,因而从半导体发光元件发出的光缓慢地改变。结果,可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构。例如,只要电流I1在电流I1上升的时间段和电流I1下降的时间段至少之一内缓慢地改变,就可以控制工作电压以使得上升时间tr和下降时间tf都超过T1×Dm。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,开关元件优选包括晶体管(MOSFET 21)。在这种情况下,电压控制器优选通过控制工作电压以使得晶体管在上升时间tr和下降时间tf至少之一期间工作在有源区域中,来使流经晶体管的电流连续地改变。

根据上述结构,在流经开关元件的电流上升的时间段和该电流下降的时间段至少之一内,电流缓慢地改变,因而从半导体发光元件发出的光缓慢地改变。结果,可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且开关元件不限于晶体管,并且例如可以是晶闸管。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,调光控制器2优选还包括用于供给工作电压的电源电路23。在这种情况下,电压控制器优选包括电气连接在电源电路23的输出端子233和开关元件的控制端子(栅极)213之间的电阻值为1千欧以上的电阻器274和275。

根据上述结构,作为使电阻器274和275所设置的时间常数增大的结果,开关元件的工作电压缓慢地上升,因而流经开关元件的电流缓慢地上升。结果,从半导体发光元件发出的光缓慢地改变,并且可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且例如,电压控制器可以包括恒流电路261。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,调光控制器2优选还包括用于供给工作电压的电源电路23。在这种情况下,电压控制器优选包括电气连接在电源电路23的输出端子233和开关元件的控制端子(栅极)213之间的恒流电路261。

根据上述结构,利用恒流电路261使开关元件的工作电压缓慢地上升,因此流经开关元件的电流缓慢地上升。结果,从半导体发光元件发出的光缓慢地改变,并且可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且例如,电压控制器可以包括电阻值为1千欧以上的电阻器274和275。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,电压控制器优选包括信号输出单元(微计算机25)以及滤波器单元281和282。信号输出单元输出具有与工作电压的大小相对应的脉冲宽度的PWM信号,并且滤波器单元281和282对该PWM信号进行平滑化并将平滑化后的信号输出至开关元件的控制端子(栅极)213。

根据上述结构,作为对从信号输出单元输出的PWM信号的脉冲宽度进行调整的结果,可以使开关元件的工作电压缓慢地上升,因而可以使流经开关元件的电流缓慢地上升。结果,从半导体发光元件发出的光缓慢地改变,并且可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且例如,电压控制器可以包括恒流电路261。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,控制电路22优选被配置为将开关元件的切换频率限制为10千赫以下。

根据上述结构,作为将开关元件的切换频率限制为10千赫以下的结果,流经开关元件的电流缓慢地上升和下降。结果,从半导体发光元件发出的光缓慢地改变,并且可以抑制由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构。例如,只要流经开关元件的电流缓慢地上升和下降,切换频率就可以超过10千赫。

此外,如上述实施例的调光控制器2那样,调光控制器2优选还包括电流检测器262和限流器263。电流检测器262检测流经开关元件的电流。限流器263基于电流检测器262的检测结果来限制流经开关元件的电流的峰值。

根据上述结构,作为利用限流器263来限制流经开关元件的电流的峰值的结果,可以抑制流经开关元件的过大电流。结果,可以使用电流容量小的开关元件。注意,该结构不是调光控制器2的必须结构,并且可以省略电流检测器262和限流器263。

上述实施例的照明系统10包括光源单元3和调光控制器2。光源单元3包括半导体发光元件(发光二极管311~317)。调光控制器2对光源单元3进行调光控制。

根据上述结构,可以实现抑制了由于开关元件的开光操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分的照明系统10。

顺便提及,上述实施例所述的照明系统10除空间照明所用的照明器具外,还可应用于包括照明所用的光源单元的设备机器。这种设备机器的示例包括包含用于对商品进行照明的光源单元的冷藏陈列柜以及包含用于对商品或商品样本进行照明的光源单元的自动售卖机等。

图18是用作本实施例的设备机器的冷藏陈列柜6的外观立体图。冷藏陈列柜6例如安装在诸如便利店等的零售店中,并且用于在对商品进行冷却或加热的同时展示并出售这些商品。冷藏陈列柜6的本体60(设备机器本体)包括正面开口的展示室61。在展示室61中设置用于展示商品的两个或更多个(在本实施例中为三个)展示架62。

在本体60中将光源单元3安装在展示室61的天花板部中,并且将DC电源电路1和调光控制器2安装至本体60。利用调光控制器2对光源单元3进行调光控制,并且利用从光源单元3发出的光来对展示架62上所展示的商品进行照明。

图19是用作本实施例的设备机器的自动售卖机7的外观立体图。在自动售卖机7的本体70(设备机器本体)内设置用于展示商品样本72的展示隔间71,并且可以通过本体70的正面所设置的透明窗部73来观看展示隔间71的内部。

在本体70内,例如将光源单元3配置在展示隔间71的上侧。此外,将DC电源单元1和调光控制器2配置在本体70内。利用调光控制器2对光源单元3进行调光控制,并且利用从光源单元3发出的光来对展示隔间71中所配置的商品样本72进行照明。

作为近来节能意识提高的结果,存在如下需求:在针对电力的要求增加的诸如夏季和冬季等的季节中以及在存在自然光的诸如白天等的时间带中,抑制光源单元3的电力消耗,从而抑制设备机器的电力消耗。本实施例的设备机器包括调光控制器2,并且作为调光控制器2对光源单元3进行发光所用的调光控制的结果,可以在对诸如商品或商品样本等的物体进行照明的同时抑制光源单元3的电力消耗。

如上所述,本实施例的设备机器(冷藏陈列柜6、自动售卖机7)包括光源单元3、调光控制器2和设备机器本体(本体60或70)。光源单元3包括半导体发光元件(发光二极管311~317)。调光控制器2对光源单元3进行调光控制。各设备机器本体保持光源单元3和调光控制器2。

根据上述结构,可以实现抑制了由于开关元件的切换操作而导致在从半导体发光元件发出的光中产生谐波成分的设备机器。

Claims (10)

1.一种调光控制器,包括:
开关元件,其被配置为电气连接在光源单元和直流电源之间,其中所述直流电源被配置为输出具有能够使所述光源单元中所包括的半导体发光元件发光的电压值的直流电压;以及
控制电路,其被配置为控制所述开关元件的切换操作,
其中,所述控制电路被配置为通过根据具有与所述光源单元的调光水平相对应的占空比的脉冲宽度调制信号对所述开关元件进行切换来将从所述直流电源所输出的直流电压转换成方波电压,并且使所述方波电压输出至所述光源单元,
所述控制电路包括电压控制器,所述电压控制器被配置为控制与所述脉冲宽度调制信号相关联地得到的用于使所述开关元件工作的工作电压,以使得流经所述开关元件的电流的上升时间和下降时间至少之一是1微秒以上,以及
所述电压控制器被配置为控制所述工作电压,以使得所述上升时间和所述下降时间至少之一是T1×Dm以下,其中:T1表示所述脉冲宽度调制信号的周期,并且Dm表示所述光源单元的所述调光水平的下限的占空比。
2.根据权利要求1所述的调光控制器,其中,所述电压控制器被配置为控制所述工作电压,以使得所述上升时间是1微秒以上。
3.根据权利要求1或2所述的调光控制器,其中,
所述开关元件包括晶体管,以及
所述电压控制器被配置为控制所述工作电压,以使得所述晶体管在所述上升时间和所述下降时间至少之一期间工作在有源区域中,从而使流经所述晶体管的电流连续地改变。
4.根据权利要求3所述的调光控制器,其中,还包括电源电路,所述电源电路被配置为供给所述工作电压,
其中,所述电压控制器包括1千欧以上的电阻器,所述电阻器电气连接在所述电源电路的输出端子和所述开关元件的控制端子之间。
5.根据权利要求3所述的调光控制器,其中,还包括电源电路,所述电源电路被配置为供给所述工作电压,
其中,所述电压控制器包括恒流电路,所述恒流电路电气连接在所述电源电路的输出端子和所述开关元件的控制端子之间。
6.根据权利要求3所述的调光控制器,其中,所述电压控制器包括:信号输出单元,其被配置为输出具有与所述工作电压的大小相对应的脉冲宽度的所述脉冲宽度调制信号;以及滤波器单元,其被配置为对具有与所述工作电压的大小相对应的脉冲宽度的所述脉冲宽度调制信号进行平滑化,并且将平滑化后的信号输出至所述开关元件的控制端子。
7.根据权利要求1或2所述的调光控制器,其中,所述控制电路被配置为将所述开关元件的切换频率限制为10千赫以下。
8.根据权利要求1或2所述的调光控制器,其中,还包括:
电流检测器,其被配置为检测流经所述开关元件的电流;以及
限流器,其被配置为基于所述电流检测器的检测结果来限制流经所述开关元件的电流的峰值。
9.一种照明系统,包括:
根据权利要求1至8中任一项所述的调光控制器;以及
所述光源单元。
10.一种设备机器,包括:
根据权利要求1至8中任一项所述的调光控制器;
所述光源单元;以及
设备机器本体,其被配置为保持所述光源单元和所述调光控制器。
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