JP2007035403A - 発光ダイオード用直流電源装置およびそれを用いる照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 商用交流を入力し、発光ダイオードを点灯させる直流電流を出力する電源装置において、白熱電灯の照明器具で使用していた位相制御調光器での調光制御を可能にする。
【解決手段】 位相制御調光器１３２は、商用電源６と電源装置２との間に介在され、該電源装置２では、位相制御調光器１３２からの位相制御された商用交流の導通幅を導通幅検出回路７で検出し、ＰＷＭ制御回路５に与える。したがって、照明器具を発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを用いた照明器具１に置換える際に、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、既存の位相制御調光器１３２を用いて調光制御を行うことができる。また、調光量を導通幅から決定することで、電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができ、調光の操作感や明るさに変動を生じない制御を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に照明用として用いられる発光ダイオードを点灯させるための電源装置およびそれを用いる照明器具に関し、特に白熱電灯の照明器具から発光ダイオードの照明器具に置換える際に既存の位相制御調光器を用いた調光制御を実現するための構成に関する。

近年、輝度の向上に伴い、発光ダイオードを用いた照明器具が普及してきている。その基本的な照明器具１０１は、たとえば図１３に示すように構成される。この照明器具１０１は、発光ダイオード点灯用の電源装置１０２と、１または複数個が直並列に接続される（図１３ではｎ個が直列）発光ダイオードｌ１〜ｌｎとを備えて構成される。電源装置１０２は、商用電源１０３からの商用交流を、ダイオードブリッジ１０４および平滑コンデンサｃ１によって一旦直流に整流・平滑化した後、スイッチング素子ｑでスイッチングすることで、絶縁用のトランスｔから整流用のダイオードｄ１および平滑コンデンサｃ２を介して発光ダイオードｌ１〜ｌｎへ出力する。

前記発光ダイオードｌ１〜ｌｎを流れる電流の電流値は、該発光ダイオードｌ１〜ｌｎに直列に接続される電流検知抵抗ｒによって電圧値で検出され、図示しないフォトカプラなどのフィードバック手段を介して、前記スイッチング素子ｑのスイッチングを制御するＰＷＭ制御回路１０５にフィードバックされる。ＰＷＭ制御回路１０５は、前記トランスｔにおいて、商用交流側の１次巻線ｔ１および発光ダイオードｌ１〜ｌｎ側の２次巻線ｔ２とともに設けられる３次巻線ｔ３に誘起される電圧をコンデンサｃ３で平滑化して電源としており、フィードバックされた発光ダイオードｌ１〜ｌｎの電流値に応じて、スイッチング素子ｑのＯＮデューティを変化することで、前記発光ダイオードｌ１〜ｌｎを流れる電流値を一定に制御する。

このように構成される照明器具１０１において、調光を行う場合は、図１４の照明器具１１１や図１５の照明器具１２１で示すように、調光操作のために回路定数を可変する専用の調光器１１２を前記電源装置１０２に接続し、発光ダイオードｌ１〜ｌｎの定電流制御の目標値を変化する必要がある。

具体的には、図１４の照明器具１１１では、前記調光器１１２は前記ＰＷＭ制御回路１０５の電源となるコンデンサｃ３と直列に接続され、該調光器１１２による調光量、すなわち抵抗値が大きくなる程、コンデンサｃ３の充電電圧を小さくし、これによってＰＷＭ制御回路１０５によるスイッチング素子ｑの前記ＯＮデューティが小さくなる。また、図１５の照明器具１２１では、前記調光器１１２は前記電流検知抵抗ｒとして用いられ、該調光器１１２による調光量、すなわち抵抗値が大きくなる程、発光ダイオードｌ１〜ｌｎを流れる電流値が見掛け上大きいことを表し、これによってＰＷＭ制御回路１０５はスイッチング素子ｑの前記ＯＮデューティを小さくする。こうして、発光ダイオードｌ１〜ｌｎを流れる電流値が、調光器１１２によって定められた一定の調光量となる。

しかしながら、上述のような調光制御の構成では、天井などに据付けられる電源装置１０２は、壁内や天井裏を通る商用交流の電源線１０６に直接接続され、壁面などに設けられる前記調光器１１２とは、専用の信号線１１３によって接続されることになる。

一方、図１６で示すように、従来から用いられている白熱電灯１３３の照明器具１３１では、前記商用電源１０３から該照明器具１３１への電源線１０６に位相制御調光器１３２が挿入され、位相制御された交流電圧を白熱電灯１３３に直接印加することによって調光が行われるものが多い。このような構成の場合、白熱電灯１３３の照明器具１３１を発光ダイオードｌ１〜ｌｎの照明器具１１１，１２１に置換えると、壁面の位相制御調光器１３２を調光器１１２に付替える必要があるとともに、大規模な配線変更の工事が必要になる。

そこで、このような問題を解決するために、特許文献１が提案されている。その従来技術による照明器具１４１の構成を、図１７に示す。その構成において、前述の図１３〜図１６の各構成と同一の構成には、同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この照明器具１４１では、発光ダイオードｌ１〜ｌｎを調光点灯させる電源装置１４２において、ダイオードブリッジ１０４と平滑コンデンサｃ１との間にはダイオードｄ２が介在されており、ダイオードブリッジ１０４で得られた脈流を分圧抵抗ｒ１，ｒ２で分圧して、実効値換算回路１４３に取込むようになっている。その検出された実効値に応じて、該実効値換算回路１４３はＰＷＭ制御回路１４５における目標電流値を変化させて調光を行うことで、既存の白熱電灯１３３の照明器具１３１のための位相制御調光器１３２を流用して、配線の変更を伴うことなく、発光ダイオードｌ１〜ｌｎの調光制御が可能となっている。
特開２００４−３２５１５２号公報

上述の従来技術では、商用交流の電圧が変動すると、実効値も変動するので、調光の操作感や、発光ダイオードｌ１〜ｌｎの明るさそのものが変化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、白熱電灯用の位相制御調光器を用いて調光制御を行うことができるとともに、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができる発光ダイオード用直流電源装置およびそれを用いる照明器具を提供することである。

本発明の発光ダイオード用直流電源装置は、スイッチング電源へ商用交流を入力し、制御手段が前記スイッチング電源をＰＷＭ制御して、予め定める電流値で発光ダイオード点灯させる発光ダイオード用直流電源装置において、前記商用交流が位相制御された際の導通幅を検出する導通幅検出手段を含み、前記制御手段は、前記発光ダイオードに流れる電流が前記導通幅検出手段の検出結果に対応した電流値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする。

上記の構成によれば、商用交流を入力として、制御手段がスイッチング電源をＰＷＭ制御して、予め定める電流値で発光ダイオード点灯させるようにした定電流制御型の発光ダイオード用直流電源装置において、導通幅検出手段を設け、入力される商用交流が位相制御されていると、前記導通幅検出手段がその導通幅を検出し、制御手段に与える。前記制御手段は、発光ダイオードへ出力する直流電流のレベルを、前記導通幅検出手段で検出された導通幅に対応して、該導通幅が大きくなる程、大きくさせる。

したがって、白熱電灯の照明器具を使用して商用交流のラインに位相制御調光器が介在されて調光が行われている構成から、照明器具を発光ダイオードの照明器具に置換える際に、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、既存の位相制御調光器を用いて調光制御を行うことができる。また、調光量を位相制御調光器の導通幅から決定することで、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができ、調光の操作感や明るさに変動を生じない制御を行うことができる。

また、本発明の発光ダイオード用直流電源装置では、前記スイッチング電源は、入力される商用交流を直流電圧に変換する整流平滑回路と、変換された直流電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が１次側に印加されるトランスと、前記トランスの２次側に設けられ、誘起されたパルス電圧を直流電圧に変換して発光ダイオードに与える出力平滑回路と、前記発光ダイオードに流れる電流を検出し、前記制御手段にフィードバックする電流検出回路とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、フィードバック制御によって発光ダイオードに直流の定電流を与えるスイッチング電源を具体的に実現することができる。

さらにまた、本発明の発光ダイオード用直流電源装置では、前記導通幅検出手段は、位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換する矩形波変換回路と、前記矩形波をその導通幅に対応した直流電圧に変換する平滑回路とを備えて構成され、前記制御手段は、前記発光ダイオードを流れる電流値が、前記平滑回路の出力する直流電圧に対応した値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記導通幅を検出するにあたって、位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流から、矩形波変換回路にて、その商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換することで、商用交流の電圧変動の影響を受けず、導通幅が等しい矩形波を得ることができ、平滑回路が、前記矩形波をその導通幅に対応した直流電圧に変換することで、制御手段は前記導通幅を認識することができる。こうして、前記のように商用交流の電圧変動に対しても、導通幅を正確に検出することができる導通幅検出手段を具体的に構成することができる。

また、本発明の発光ダイオード用直流電源装置では、前記導通幅検出手段は、位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換する矩形波変換回路と、前記矩形波のＨｉ／Ｌｏの切換わりタイミングから前記導通幅を検出する導通幅演算回路とを備えて構成され、前記制御手段は、前記発光ダイオードを流れる電流値が、前記導通幅演算回路の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記導通幅を検出するにあたって、位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流から、矩形波変換回路にて、その商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換することで、商用交流の電圧変動の影響を受けず、導通幅が等しい矩形波を得ることができ、導通幅演算回路が、前記矩形波のＨｉ／Ｌｏの切換わりタイミングから前記導通幅を直接検出し、その検出結果を制御手段に入力することで、該制御手段は前記導通幅を認識することができる。こうして、前記のように商用交流の電圧変動に対しても、導通幅を正確に検出することができる導通幅検出手段を具体的に構成することができる。

さらにまた、本発明の発光ダイオード用直流電源装置では、前記商用交流のピーク値を検出するピーク値検出回路をさらに備え、前記制御手段は、前記導通幅検出手段、電流検出回路およびピーク値検出回路の検出結果に応答し、前記商用交流のピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を、前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記スイッチング電源および制御手段は、ＰＷＭのデューティ制御によって発光ダイオードに流れる電流値を制御し、そのＰＷＭのデューティ制御を行うにあたって、制御手段には、電流検出回路によって発光ダイオードに流れる電流値がフィードバックされる。さらに、ピーク値検出回路からの検出結果が入力されることで、商用交流のピーク値変動に伴う導通幅検出手段で検出された導通幅の変動が補償される。

したがって、商用交流のピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を、前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように正確に制御することができ、商用交流のピーク値変動に対して、調光の操作感や明るさの変動が起こらない制御を行うことができる。

また、本発明の発光ダイオード用直流電源装置は、前記商用交流のピーク値を検出するピーク値検出回路と、前記導通幅検出手段およびピーク値検出回路からの出力に応答し、ピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償するとともに、発光ダイオードの電流−輝度特性における非線形補正を行う補正回路とをさらに備え、前記制御手段は、前記補正回路および電流検出回路の検出結果に応答し、前記商用交流のピーク値変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を、前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記スイッチング電源および制御手段は、ＰＷＭのデューティ制御によって発光ダイオードに流れる電流値を制御し、そのＰＷＭのデューティ制御を行うにあたって、制御手段には、電流検出回路によって発光ダイオードに流れる電流値がフィードバックされる。さらに、前記補正回路から入力される信号には、商用交流のピーク値変動に伴う導通幅検出手段で検出された導通幅の変動が補償されるとともに、発光ダイオードの電流−輝度特性における非線形性が補正されている。

したがって、商用交流のピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように正確に制御することができ、商用交流のピーク値変動に対して、調光の操作感や明るさの変動が起こらない制御を行うことができる。

さらにまた、本発明の発光ダイオード用直流電源装置は、前記電流検出回路の出力を増幅する増幅回路をさらに備え、前記増幅回路の増幅率が前記導通幅検出手段の検出結果に応じて変化されることを特徴とする。

上記の構成によれば、制御目標値に対するフィードバック値の差からスイッチング素子のデューティを制御することで発光ダイオードに流れる電流値を一定とする既存の制御手段の構成を用いて、前記導通幅検出手段は、フィードバックループに介在される増幅回路の増幅率を変化させるだけの簡易な構成で、白熱電灯の照明器具を使用していた既存の位相制御調光器を用いて、調光制御を行うことができる。

また、本発明の発光ダイオード用直流電源装置では、前記電流検出回路は、前記増幅回路の増幅率を変化させるとともに、前記制御手段における発光ダイオード電流の制御目標値を併せて変化させることを特徴とする。

上記の構成によれば、制御手段の制御目標値も変化させることで、導通幅の変化に対して、発光ダイオードの電流値に多様な変化を与えることができる。

さらにまた、本発明の照明器具は、前記の発光ダイオード用直流電源装置に、発光ダイオードを一体化して成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、白熱電灯の照明器具を使用していた既存の位相制御調光器を、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、そのまま流用して調光制御を行うことができるとともに、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができる発光ダイオードを用いた照明器具を実現することができる。

本発明の発光ダイオード用直流電源装置は、以上のように、商用交流を入力として、制御手段がスイッチング電源をＰＷＭ制御して、予め定める電流値で発光ダイオード点灯させるようにした定電流制御型の発光ダイオード用直流電源装置において、導通幅検出手段を設け、入力される商用交流が位相制御されていると、前記導通幅検出手段がその導通幅を検出し、前記制御手段は、発光ダイオードへ出力する直流電流のレベルを、前記導通幅検出手段で検出された導通幅に対応して、該導通幅が大きくなる程、大きくさせる。

それゆえ、白熱電灯の照明器具を使用して商用交流のラインに位相制御調光器が介在されて調光が行われている構成から、照明器具を発光ダイオードの照明器具に置換える際に、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、既存の位相制御調光器を用いて調光制御を行うことができる。また、調光量を位相制御調光器の導通幅から決定することで、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができ、調光の操作感や明るさに変動を生じない制御を行うことができる。

また、本発明の照明器具は、以上のように、前記の発光ダイオード用直流電源装置に、発光ダイオードを一体化して成る。

それゆえ、白熱電灯の照明器具を使用していた既存の位相制御調光器を、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、そのまま流用して調光制御を行うことができるとともに、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができる発光ダイオードを用いた照明器具を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る照明器具１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具１は、光源として発光ダイオードを用いるものであり、電源装置２と、１または複数個が直並列に接続される（図１ではｎ個が直列）発光ダイオードＬ１〜Ｌｎとを備えて構成され、壁面などに設けられた前記図１５および図１６で示す白熱電灯用の既存の位相制御調光器１３２を用いて、前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを調光制御するものである。

電源装置２は、商用電源３からの商用交流を、ダイオードブリッジ４および平滑コンデンサＣ１によって一旦直流に整流・平滑化した後、スイッチング素子Ｑでスイッチングすることで、絶縁用のトランスＴから整流用のダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２を介して、前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎへ出力する。以上の構成は、スイッチング電源を構成し、前記ダイオードブリッジ４および平滑コンデンサＣ１は入力される商用交流を直流電圧に変換する整流平滑回路を構成し、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ２は誘起されたパルス電圧を直流電圧に変換して発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに与える出力平滑回路を構成する。この図１の構成では、トランスＴを介した絶縁型の構成を例示し、また回路方式はフライバック方式を例示しているけれども、絶縁性や回路方式は特に限定するものではない。

前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを流れる電流の電流値は、該発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに直列に接続される電流検知抵抗Ｒによって電圧値で検出され、図示しないフォトカプラなどのフィードバック手段を介して、前記スイッチング素子Ｑのスイッチングを制御するＰＷＭ制御回路５にＬＥＤ電流検出信号としてフィードバックされる。ＰＷＭ制御回路５は、前記トランスＴにおいて、商用交流側の１次巻線Ｔ１および発光ダイオードＬ１〜Ｌｎ側の２次巻線Ｔ２とともに設けられる３次巻線Ｔ３に誘起される電圧をコンデンサＣ３で平滑化して電源としており、フィードバックされた発光ダイオードＬ１〜Ｌｎの電流値に応じて、スイッチング素子ＱのＯＮデューティを変化することで、前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを流れる電流値を一定に制御する。

以上の構成は、前述の図１２、図１３、図１４および図１６で示す構成と同様である。注目すべきは、本発明では、前記商用電源３から該照明器具１への電源線６に前記位相制御調光器１３２が挿入されることに対応して、前記商用交流の導通幅を検出する導通幅検出回路７が設けられ、前記ＰＷＭ制御回路５は、前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値が、その導通幅検出回路７の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング素子ＱのＯＮデューティを制御して、調光制御を行うことである。具体的には、導通幅が大きくなる程、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに供給すべき直流電流の制御目標値を大きくする。

このため、電源装置２において、ダイオードブリッジ４と平滑コンデンサＣ１との間にはダイオードＤ２が介在されており、ダイオードブリッジ４で得られた脈流を分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して、前記導通幅検出回路７に取込むようになっている。

図２は、前記導通幅検出回路７の具体的な一構成例である導通幅検出回路７ａを示すブロック図である。前記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された脈流の電圧は、コンパレータＣＰ１１に入力され、基準電圧源Ｅ１１からの予め定める基準電圧でレベル弁別されて、脈流の電圧が低いときにはハイレベル、高いときにはローレベルの論理が反転された矩形波パルスになる。前記矩形波パルスはトランジスタＴＲのベースに与えられ、このトランジスタＴＲのエミッタは接地され、コレクタはプルアップ抵抗Ｒ１１を介してハイレベルＶｃｃの電源に接続されている。これによって、前記矩形波の論理が再び反転され、かつ前記商用交流の実効値レベルよりも充分低いレベルＶｃｃのパルスに変換される。前記トランジスタＴＲのコレクタからのパルスは、ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１によって直流電圧に平滑化されて、導通幅検出信号として前記ＰＷＭ制御回路５に入力される。

したがって、前記位相制御調光器１３２からの図３（ａ）で示すような位相制御された商用交流は、まずコンパレータＣＰ１１、基準電圧源Ｅ１、トランジスタＴＲおよびプルアップ抵抗Ｒ１１から成る矩形波変換回路において、図３（ｂ）で示すような前記商用交流の実効値レベルよりも充分低いレベルＶｃｃで、等しい導通幅のパルスに変換され、これによって商用交流の電圧変動の影響を受けず、導通幅が等しい矩形波を得ることができる。また、ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１から成る平滑回路によって、図３（ｃ）で示すようなその導通幅に対応した直流電圧に変換されることで、ＰＷＭ制御回路５は、入力電圧レベルから、前記導通幅を認識することができる。こうして、商用交流の電圧変動に対しても、導通幅を正確に検出することができる導通幅検出回路７を具体的に構成することができる。

このように構成することで、前記図１６で示すように白熱電灯１３３の照明器具１３１を使用して商用交流のラインに位相制御調光器１３２が介在されて調光が行われている構成から、照明器具を発光ダイオードＬ１〜Ｌｎの照明器具１に置換える際に、新たな制御用の配線の敷設などを伴うことなく、既存の位相制御調光器１３２を用いて調光制御を行うことができ、照明器具の置換えを容易に行うことができる。また、調光量を位相制御調光器１３２の導通幅から決定することで、商用交流の電圧変動に対しても、常に所望とする調光量（電流値）で点灯させることができ、調光の操作感や明るさに変動を生じない制御を行うことができる。

図４は、前記導通幅検出回路７の具体的な他の一構成例である導通幅検出回路７ｂを示すブロック図である。ダイオードブリッジ４にて全波整流された脈流の電圧が、前記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されてコンパレータＣＰ１１に入力され、基準電圧源Ｅ１１からの予め定める基準電圧でレベル弁別される点は、上述の導通幅検出回路７ａと同様である。この導通幅検出回路７ｂでは、前記コンパレータＣＰ１１からのパルスは、導通時間演算回路１８に入力され、タイマなどで実現されるこの導通時間演算回路１８は、前記パルスのＨｉ／Ｌｏの切換わりタイミングから、直接導通幅を検出することである。導通時間演算回路１８は、前記ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１から成る平滑回路と同様に、その検出結果に対応した直流電圧を出力してもよく、前記ＰＷＭ制御回路５がマイクロコンピュータなどから成る場合は、導通幅のデータをそのまま出力してもよい。

このように構成してもまた、前記のように商用交流の電圧変動に対しても、導通幅を正確に検出することができる。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の第２の形態に係る照明器具２１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具２１の電源装置２２は、前述の電源装置２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この電源装置２２では、前記導通幅検出回路７と共に、交流電圧のピークを検出するピーク検出回路２８が設けられ、ＰＷＭ制御回路２５は、前記導通幅検出回路７の出力から、そのピーク検出回路２８からの出力を減算して制御目標値を設定することである。

ここで、前記位相制御調光器１３２としてサイリスタ素子を用いた構成では、商用交流の入力電圧が変動すると、導通幅自体が微妙に変動（交流電圧が大きくなると導通幅も大きくなる）してしまい、また導通幅検出回路７のコンパレータＣＰ１１も、前記基準電圧源Ｅ１１からの一定レベルの基準電圧で弁別して導通幅を検出しても、弁別タイミングにずれを生じ、導通幅が変動する可能性もある。

したがって、前記ピーク検出回路２８を設けて、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを定電流制御する制御目標値に補償を行うことで、調光の操作感や明るさが変わらないようにすることができる。

［実施の形態３］
図６は、本発明の実施の第３の形態に係る照明器具３１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具３１の電源装置３２は、前述の電源装置２２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この電源装置３２では、前記導通幅検出回路７およびピーク検出回路２８と共に、それらからの出力に応答し、ピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償するとともに、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎの電流−輝度特性における非線形補正を行う補正回路３３が設けられていることである。

図７は、前記補正回路３３の動作を説明するためのグラフであり、ランプ電流の変化に対する明るさの感じ方の変化を示す。白熱電灯の場合、参照符号α１で示すように、ランプ電流に比例して、明るさが変化するように感じられる。これに対して、発光ダイオードの場合、光束の拡がりが小さく、調光制御のためにランプを見つめていると、参照符号α２で示すように、ランプ電流を減少させても、明るさの変化がなかなか感じられない。そこで、前記補正回路３３が、フィードバックされるＬＥＤ電流検出信号に対して、参照符号α３で示すような制御を行うことで、前記参照符号α２で示す非線形性を補償し、参照符号α１で示す白熱電灯の特性に近付けることができる。

このように構成することで、前記補正回路３３からＰＷＭ制御回路３５に入力される信号には、商用交流のピーク値変動に伴う導通幅の変動および発光ダイオードＬ１〜Ｌｎの電流−輝度特性における非線形性を補償することができ、前記発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値を、前記導通幅検出回路７の検出結果に対応した値となるように正確に制御することができる。こうして、商用交流のピーク値変動に対して、調光の操作感や明るさの変動が起こらない制御を行うことができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の第４の形態に係る照明器具４１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具４１の電源装置４２は、前述の電源装置２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この電源装置４２では、ＰＷＭ制御回路４５がＣＲ発振器などの簡易な構成から成り、制御目標値に対するフィードバック値の差からスイッチング素子Ｑのデューティを制御することで、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値を一定とする既存のＰＷＭ制御回路の構成を用いることである。

このため、前記電流検知抵抗ＲからフィードバックされるＬＥＤ電流検出信号を増幅して前記ＰＷＭ制御回路４５へ出力する増幅回路４３に対して、前記導通幅検出回路７は、その検出結果に対応した前記導通幅検出信号を与え、その増幅率を変化させる。前記導通幅が大きくなると、前記増幅回路４３の増幅率を小さくして、フィードバックされる電流値を見掛け上小さくして、ＯＮデューティを大きくさせ、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値を大きくする。

このように構成することで、フィードバックループに介在される増幅回路４３の増幅率を変化させるだけの簡易な構成で、ＰＷＭ制御回路４５としては一定の制御目標値にて定電流制御を行っていても、実際に発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値を変化することができ、調光制御が可能となる。

［実施の形態５］
図９は、本発明の実施の第５の形態に係る照明器具５１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具５１の電源装置５２は、前述の電源装置４２に類似している。注目すべきは、この電源装置４２では、ＰＷＭ制御回路５５がマイクロコンピュータなどで実現され、前記増幅回路４３を介するＬＥＤ電流検出信号に応答してフィードバック制御を行うととともに、前記導通幅検出回路７からの導通幅検出信号に応答して、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを流れる電流の制御目標値も変化することである。

このように構成することで、前記図７において参照符号α３で示すような非線形な特性を細かく制御することができるとともに、導通幅の変化に対して、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎに流れる電流値に多様な変化を与えることができる。

［実施の形態６］
図１０は、本発明の実施の第６の形態に係る照明器具６１の電気的構成を示すブロック図である。この照明器具６１の電源装置６２は、前述の電源装置５２に類似している。注目すべきは、この電源装置６２では、前記ＰＷＭ制御回路４５へのＬＥＤ電流検出信号のフィードバックループに切換えスイッチ６３が介在されることである。

前記切換えスイッチ６３は、前記導通幅検出回路７によって切換え制御され、導通幅が小さくなると前記増幅回路４３側に切換えられ、ＬＥＤ電流検出信号は大きいゲインでＰＷＭ制御回路４５にフィードバックされて、見掛け上発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを流れる電流値が増加したことになり、スイッチング素子ＱのＯＮデューティが小さくなる。これに対して、前記導通幅が大きくなると、前記切換えスイッチ６３はスルー側に切換えられ、ＬＥＤ電流検出信号は増幅されずに（ゲイン１）直接フィードバックされて、見掛け上発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを流れる電流値が減少したことになり、スイッチング素子ＱのＯＮデューティが大きくなる。

このように構成することで、前記図７において参照符号α３で示すような細かい調光特性を必要としない場合に、簡易な構成のＰＷＭ制御回路４５を用いて、図１１のような調光特性を実現することができる。

上述のように構成される各電源装置２，２２，３２，４２，５２，６２を、図１２で示すように発光ダイオードＬ１〜Ｌｎと一体化して、照明器具７１を構成することで、位相制御調光器１３２を用いる照明器具１３１と、配線構成が同じで、相互の置き換えが容易な発光ダイオードＬ１〜Ｌｎを用いる照明器具を実現することができる。

本発明の実施の第１の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 図１で示す照明器具における導通幅検出回路の具体的な一構成例を示すブロック図である。 前記導通幅検出回路の動作を説明するための波形図である。 導通幅検出回路の具体的な他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の第２の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第３の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 図６で示す照明器具における補正回路の動作を説明するためのグラフである。 本発明の実施の第４の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第５の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第６の形態に係る照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 図６で示す照明器具における電源装置の動作を説明するためのグラフである。 本発明の実施の他の形態の照明器具のブロック図である。 発光ダイオードを用いた基本的な照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 発光ダイオードを用いた調光制御可能な従来技術の照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 発光ダイオードを用いた調光制御可能な他の従来技術の照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 白熱電灯を用いた調光制御可能な照明器具の電気的構成を示すブロック図である。 発光ダイオードを用いた調光制御可能な典型的な従来技術の照明器具の電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ 照明器具
２，２２，３２，４２，５２，６２ 電源装置
３ 商用電源
４ ダイオードブリッジ
５，２５，３５，４５，５５ ＰＷＭ制御回路
６ 電源線
７，７ａ，７ｂ 導通幅検出回路
１８ 導通時間演算回路
２８ ピーク検出回路
３３ 補正回路
４３ 増幅回路
６３ 切換えスイッチ
１３２ 位相制御調光器
Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｃ３，Ｃ１１ コンデンサ
ＣＰ１１ コンパレータ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１ ダイオード
Ｅ１１ 基準電圧源
Ｌ１〜Ｌｎ 発光ダイオード
Ｑ スイッチング素子
Ｒ 電流検知抵抗
Ｒ１，Ｒ２ 分圧抵抗
Ｒ１１ プルアップ抵抗
Ｔ 絶縁用のトランス
ＴＲ トランジスタ

Claims (9)

1. スイッチング電源へ商用交流を入力し、制御手段が前記スイッチング電源をＰＷＭ制御して、予め定める電流値で発光ダイオード点灯させる発光ダイオード用直流電源装置において、
   前記商用交流が位相制御された際の導通幅を検出する導通幅検出手段を含み、
   前記制御手段は、前記発光ダイオードに流れる電流が前記導通幅検出手段の検出結果に対応した電流値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする発光ダイオード用直流電源装置。
2. 前記スイッチング電源は、
   入力される商用交流を直流電圧に変換する整流平滑回路と、
   変換された直流電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子によってスイッチングされた電圧が１次側に印加されるトランスと、
   前記トランスの２次側に設けられ、誘起されたパルス電圧を直流電圧に変換して発光ダイオードに与える出力平滑回路と、
   前記発光ダイオードに流れる電流を検出し、前記制御手段にフィードバックする電流検出回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード用直流電源装置。
3. 前記導通幅検出手段は、
   位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換する矩形波変換回路と、
   前記矩形波をその導通幅に対応した直流電圧に変換する平滑回路とを備えて構成され、
   前記制御手段は、前記発光ダイオードを流れる電流値が、前記平滑回路の出力する直流電圧に対応した値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード用直流電源装置。
4. 前記導通幅検出手段は、
   位相制御されて、前記整流平滑回路で全波整流された商用交流と同じ導通幅でピーク値が一定の矩形波に変換する矩形波変換回路と、
   前記矩形波のＨｉ／Ｌｏの切換わりタイミングから前記導通幅を検出する導通幅演算回路とを備えて構成され、
   前記制御手段は、前記発光ダイオードを流れる電流値が、前記導通幅演算回路の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング電源を制御することを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード用直流電源装置。
5. 前記商用交流のピーク値を検出するピーク値検出回路をさらに備え、
   前記制御手段は、前記導通幅検出手段、電流検出回路およびピーク値検出回路の検出結果に応答し、前記商用交流のピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を、前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード用直流電源装置。
6. 前記商用交流のピーク値を検出するピーク値検出回路と、
   前記導通幅検出手段およびピーク値検出回路からの出力に応答し、ピーク値変動に伴う導通幅の変動を補償するとともに、発光ダイオードの電流−輝度特性における非線形補正を行う補正回路とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記補正回路および電流検出回路の検出結果に応答し、前記商用交流のピーク値変動を補償して、前記発光ダイオードに流れる電流値を、前記導通幅検出手段の検出結果に対応した値となるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード用直流電源装置。
7. 前記電流検出回路の出力を増幅する増幅回路をさらに備え、
   前記増幅回路の増幅率が前記導通幅検出手段の検出結果に応じて変化されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード用直流電源装置。
8. 前記電流検出回路は、前記増幅回路の増幅率を変化させるとともに、前記制御手段における発光ダイオード電流の制御目標値を併せて変化させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード用直流電源装置。
9. 前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光ダイオード用直流電源装置に、発光ダイオードを一体化して成ることを特徴とする照明器具。

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