JP2009026544A - Led用調光装置及びled照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LED照明ランプを調光の設定に応じた照度で常に安定した状態で点灯させることができるLED用調光装置を提供する。
【解決手段】調光回路4から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換し、このデジタル電圧信号から調光回路4で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように、PWM信号発生回路13が、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を第1のPWMで制御するためのPWM信号を生成し、このPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間中に、PWM制御回路9が、第1のスイッチング回路8のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、LED照明ランプ21に一定の電流が流れるようにする。
【選択図】図1
【解決手段】調光回路4から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換し、このデジタル電圧信号から調光回路4で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように、PWM信号発生回路13が、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を第1のPWMで制御するためのPWM信号を生成し、このPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間中に、PWM制御回路9が、第1のスイッチング回路8のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、LED照明ランプ21に一定の電流が流れるようにする。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)の調光を制御するLED用調光装置、並びにそのようなLED用調光装置を備えたLED照明装置に関する。
LEDを用いたLED照明装置は、長寿命且つ高効率といった特徴があるが、従来より白熱ランプで使用されるようなサイリスタ式の調光装置でLEDの調光を制御しようとした場合には、LEDの調光の範囲が狭まり、調光の設定に対してLEDの照度変化が小さくなることがある。
具体的に、このようなLED照明装置の照度を安定化するためには、スイッチング電源などによる定電圧若しくは定電流の駆動回路が賞用される。一方、サイリスタ式の調光装置は、商用交流(AC)電源から供給される交流電圧の位相を制御することにより、平均印加電圧を調整して調光制御を行うものである。このため、サイリスタ式の調光装置と定電圧又は定電流のLED点灯回路とを組み合わせた場合には、LED点灯回路内における駆動用電源の制御回路が調光装置から供給される電圧の平均値の変動を抑えるように働くために、例えば照度を30%程度に低くした場合には、平均入力電圧の低下によって、上述したLED点灯回路の動作が不安定となり、その結果、LEDの発光が停止したりすることがある。
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、例えば下記特許文献1,2がある。
このうち、特許文献1には、白熱ランプ負荷を調光するために設けられた位相制御式の照明コントローラと、白熱ランプ負荷に代えて照明コントローラに接続されるLEDランプ負荷との間に、照明コントローラと直列に接続されて照明コントローラの出力を整流する整流器と、整流器に並列に接続された電流保持手段とを設け、電流保持手段が、整流器から出力される電圧に基づいて整流器から電流を流すようにしたLEDランプ調光用アダプタ装置が記載されている。
このうち、特許文献1には、白熱ランプ負荷を調光するために設けられた位相制御式の照明コントローラと、白熱ランプ負荷に代えて照明コントローラに接続されるLEDランプ負荷との間に、照明コントローラと直列に接続されて照明コントローラの出力を整流する整流器と、整流器に並列に接続された電流保持手段とを設け、電流保持手段が、整流器から出力される電圧に基づいて整流器から電流を流すようにしたLEDランプ調光用アダプタ装置が記載されている。
この特許文献1に記載されるLEDランプ調光用アダプタ装置は、LEDに流れる電流を一定に保つ定電流回路を備えていないため、例えば入力電圧が80V以下に低下したときに、LEDに流れる負荷電流が急激に低下することによって生じる調光の不安定を安定化するために、並列に電流を流す回路を設けたものである。すなわち、この発明は、LEDの調光範囲の拡大よりもLEDのちらつきを抑制するために提案されたものである。しかしながら、この発明の場合、そもそもLEDに流れる電流を安定化させる機能が無ければ、入力電圧の変動によってLEDの照度は変動してしまう。
一方、特許文献2には、発光ダイオードと、位相制御された定電流源より交流電流が入力され、直流電圧を出力する全波整流回路と、全波整流回路の出力側に設けられ、主スイッチ素子のスイッチング動作により全波整流回路から出力された直流電圧を所定の電圧に変換して発光ダイオードに供給するチョッパ回路と、発光ダイオードに流れる電流を検出するLED電流検出回路と、全波整流回路の入力電流の実効値を実質的に検出する実効値検出回路と、LED電流検出回路より検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路とを備えたLED点灯装置が記載されている。
この特許文献2に記載されるLED点灯装置は、白熱ランプ用の調光回路を用いてLEDの調光を白熱ランプの場合と同様に行わせることを目的としたものである。すなわち、この発明は、入力電流の実効値を目標として、その目標に見合った電流をPWM制御でLEDに供給する、いわゆる入力実効値感応型の定電流LED点灯装置である。しかしながら、この発明の場合、電源電圧は別の手段で安定化されていることが前提となるため、電源電圧が安定化されていない電源にこのLED点灯装置を接続した場合は、電源電圧の変動が入力電流の実効値の変動となり、この実効値の変動によってLEDの照度が変動することになる。
特開2006−319172号公報
特開2004−335128号公報
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、従来より白熱ランプ等で使用されるようなサイリスタ式の調光装置でLEDの調光を制御しようとした場合でも、LEDの照度を調光の設定に応じて適切に制御できるLED用調光装置、並びにそのようなLED用調光装置を用いたLED照明装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下の手段を提供する。
(1) 商用交流電源と発光ダイオード(LED)との間に配置されて、前記LEDの調光を制御するLED用調光装置であって、
前記商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することにより、前記LEDに供給される電流を位相制御する調光回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形を整流して直流電圧とする整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧を平滑して前記LEDに出力する平滑回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換するA/D変換回路と、
前記デジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように前記LEDに供給される電流の通電時間を第1のパルス幅変調(PWM)で制御するためのPWM信号を生成するPWM信号発生回路と、
前記LEDに供給される電流のオン/オフ(ON/OFF)を切り換える第1のスイッチング回路と、
前記LEDに流れる電流を検出しながら前記LEDに一定の電流が流れるように前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御するPWM制御回路と、
前記PWM信号発生回路から出力されるPWM信号のPWM波形がハイ(H)となるときに、前記PWM制御回路による前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作をオン(ON)にする第2のスイッチング回路とを備えるLED用調光装置。
(2) 少なくとも前記A/D変換回路と、前記PWM信号発生回路と、前記A/D変換回路が出力するデジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角から予め内部メモリに記憶された設定テーブルに従って、前記PWM信号発生回路が出力する前記PWM信号のパルス幅を決定する調光制御回路とが集積された1チップマイクロコンピュータを備えることを特徴とする前項(1)に記載のLED用調光装置。
(3) 前記LEDに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記PWM制御回路は、前記電流検出回路が検出した結果に基づいて、前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、前記LEDに一定の電流が流れるようにすることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載のLED用調光装置。
(4) 前項(1)〜(3)の何れか一項に記載のLED用調光装置と、LED照明ランプが取り付け可能なLED照明具とを備え、前記LED照明具に取り付けられたLED照明ランプを前記LED用調光装置によって調光制御することを特徴とするLED照明装置。
(5) 前記LED用調光装置による調光制御を赤外線リモコンによって制御することを特徴とする前項(4)に記載のLED照明装置。
(6) 前記LED照明ランプは、複数のLEDが直列に接続された構造を有することを特徴とする前項(4)又は(5)に記載のLED照明装置。
(1) 商用交流電源と発光ダイオード(LED)との間に配置されて、前記LEDの調光を制御するLED用調光装置であって、
前記商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することにより、前記LEDに供給される電流を位相制御する調光回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形を整流して直流電圧とする整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧を平滑して前記LEDに出力する平滑回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換するA/D変換回路と、
前記デジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように前記LEDに供給される電流の通電時間を第1のパルス幅変調(PWM)で制御するためのPWM信号を生成するPWM信号発生回路と、
前記LEDに供給される電流のオン/オフ(ON/OFF)を切り換える第1のスイッチング回路と、
前記LEDに流れる電流を検出しながら前記LEDに一定の電流が流れるように前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御するPWM制御回路と、
前記PWM信号発生回路から出力されるPWM信号のPWM波形がハイ(H)となるときに、前記PWM制御回路による前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作をオン(ON)にする第2のスイッチング回路とを備えるLED用調光装置。
(2) 少なくとも前記A/D変換回路と、前記PWM信号発生回路と、前記A/D変換回路が出力するデジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角から予め内部メモリに記憶された設定テーブルに従って、前記PWM信号発生回路が出力する前記PWM信号のパルス幅を決定する調光制御回路とが集積された1チップマイクロコンピュータを備えることを特徴とする前項(1)に記載のLED用調光装置。
(3) 前記LEDに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記PWM制御回路は、前記電流検出回路が検出した結果に基づいて、前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、前記LEDに一定の電流が流れるようにすることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載のLED用調光装置。
(4) 前項(1)〜(3)の何れか一項に記載のLED用調光装置と、LED照明ランプが取り付け可能なLED照明具とを備え、前記LED照明具に取り付けられたLED照明ランプを前記LED用調光装置によって調光制御することを特徴とするLED照明装置。
(5) 前記LED用調光装置による調光制御を赤外線リモコンによって制御することを特徴とする前項(4)に記載のLED照明装置。
(6) 前記LED照明ランプは、複数のLEDが直列に接続された構造を有することを特徴とする前項(4)又は(5)に記載のLED照明装置。
以上のように、本発明では、調光回路から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換し、このデジタル電圧信号から調光回路で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように、PWM信号生成回路が、LEDに供給される電流の通電時間を第1のPWMで制御するためのPWM信号を生成する。また、このPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間において、第2のスイッチング回路がPWM制御回路による第1のスイッチング回路のスイッチング動作をオン(ON)にすることで、この期間中にPWM制御回路が、第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、LEDに一定の電流が流れるようにする。
これにより、本発明では、入力電圧の変動に因らずに常に一定の電流をLEDに流すことができ、調光回路の導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルに応じて、LEDに流れる電流を自由に制御することができる。
したがって、本発明によれば、従来より白熱ランプ等で使用されるようなサイリスタ式の調光装置(調光回路)でLED照明ランプの調光を制御しようとした場合でも、このLED照明ランプを調光の設定に応じた照度で常に安定した状態で点灯させることが可能である。
また、本発明によれば、赤外線リモコンに本発明の調光機能を容易に持たせることが可能である。
これにより、本発明では、入力電圧の変動に因らずに常に一定の電流をLEDに流すことができ、調光回路の導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルに応じて、LEDに流れる電流を自由に制御することができる。
したがって、本発明によれば、従来より白熱ランプ等で使用されるようなサイリスタ式の調光装置(調光回路)でLED照明ランプの調光を制御しようとした場合でも、このLED照明ランプを調光の設定に応じた照度で常に安定した状態で点灯させることが可能である。
また、本発明によれば、赤外線リモコンに本発明の調光機能を容易に持たせることが可能である。
以下、本発明を適用したLED用調光装置及びLED照明装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明を適用したLED照明装置1の一例を示すブロック図である。
このLED照明装置1は、図1に示すように、本発明を適用したLED用調光装置2と、LED照明具20とを備え、このLED照明具20に取り付けられたLED照明ランプ21をLED用調光装置2によって調光制御することにより、LED照明ランプ21の照度を自由に調節することが可能となっている。なお、LED照明ランプ21は、複数のLED21aが直列に接続された構造を有し、LED照明具20に対して着脱自在(交換可能)となっている。なお、LED照明具20の形態については、例えば吊り下げ式や、埋め込み式、直付け式など特に限定されるものではない。また、LED照明ランプ21の形状やLED21aの数についても特に限定されるものではなく、任意に設定することが可能である。
図1は、本発明を適用したLED照明装置1の一例を示すブロック図である。
このLED照明装置1は、図1に示すように、本発明を適用したLED用調光装置2と、LED照明具20とを備え、このLED照明具20に取り付けられたLED照明ランプ21をLED用調光装置2によって調光制御することにより、LED照明ランプ21の照度を自由に調節することが可能となっている。なお、LED照明ランプ21は、複数のLED21aが直列に接続された構造を有し、LED照明具20に対して着脱自在(交換可能)となっている。なお、LED照明具20の形態については、例えば吊り下げ式や、埋め込み式、直付け式など特に限定されるものではない。また、LED照明ランプ21の形状やLED21aの数についても特に限定されるものではなく、任意に設定することが可能である。
本発明を適用したLED用調光装置2は、商用交流(AC)電源3とLED照明具20との間に、調光回路4と、整流回路5と、平滑回路6と、1チップマイクロコンピュータ7と、第1のスイッチング回路8と、PWM制御回路9と、第2のスイッチング回路10とを備えて構成されている。また、1チップマイクロコンピュータ7は、A/D変換回路11と、調光制御回路12と、PWM信号発生回路13とを備えて構成されている。
調光回路4は、商用交流電源3から供給される交流の導通角を制御することにより、LED照明ランプ21のLED21aに供給される電流を位相制御するものである。この調光回路4は、位相制御素子として、トライアック(双方向サイリスタ)を用いており、このLED照明装置1が設置される室内の壁等に取り付けられたボリュームなどの調整手段を操作することによって、商用交流電源3から供給される交流の導通角を制御する。すなわち、本発明のLED用調光装置2では、従来より白熱ランプ等で使用されるようなサイリスタ式の調光装置の回路構成をそのまま調光回路4として利用することが可能である。なお、位相制御素子としては、上述したトライアックの他にもサイリスタを用いることが可能である。
整流回路5及び平滑回路6は、調光回路4から供給される交流電圧を直流電圧に変換してLED照明ランプ21に出力する直流電源回路を構成している。具体的に、整流回路5は、4つのダイオードを用いた全波整流回路からなり、調光回路4から出力される交流の電圧波形を全波整流し、直流電圧として平滑回路6に出力する。なお、整流回路5は、上述した全波整流回路の他にも1つのダイオードを用いた半波整流回路によって調光回路4から出力される交流の電圧波形を半波整流することも可能であるが、電力効率を高めるためには、上述した全波整流回路を用いることが好ましい。一方、平滑回路6は、コンデンサからなり、整流回路5から出力される直流電圧を平滑してLED照明ランプ21に出力する。
1チップマイクロコンピュータ7は、A/D変換回路11と、調光制御回路12と、PWM信号発生回路13とを集積した集積回路を構成するものであり、例えばCPU等からなる。また、この1チップマイクロコンピュータ7は、LED用調光装置2に設けられたソケット(図示せず。)に対して着脱自在(交換可能)となっている。
A/D変換回路11は、調光回路4から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換して調光制御回路12に出力する。具体的に、このA/D変換回路11は、例えば、50Hz、100Vの商用交流電源3の場合、調光回路4から出力される交流の電圧波形をサンプル周期0.1msでA/D変換する。
調光制御回路12は、A/D変換回路11が出力するデジタル電圧信号から調光回路4で設定された導通角を求め、この導通角から予め内部メモリ(ROM)に格納された設定テーブルに従って、PWM信号発生回路13が出力するPWM信号のパルス幅を決定する。具体的に、本発明では、例えば時間10ms内の電圧ゼロ(0)のサンプル数Nから、導通角θ=(100−N)×1.8(゜)を求めた。なお、電圧ゼロを決定する閾値は1.41Vとする。そして、下記表1に示すように、求めた導通角θに対して、θ=0゜のときにデューティーサイクルが100%、θ=180゜のときにデューティーサイクルが0%、θ=0゜〜180゜の間でデューティーサイクルが比例的に変化する方形波(パルス信号)となるように、導通角に対する調光のディーティーサイクルを決定した。
なお、本発明では、上述した表1に示す設定テーブルに限らず、導通角に対する調光のディーティーサイクルを自由に設定することができるため、テーブルの設定によって様々な調光特性を得ることができる。また、本発明は、上述した1チップマイクロコンピュータ7を交換するだけ設定テーブルを容易に変更できるといった利点を有している。
PWM信号発生回路13は、調光制御回路12からの命令に従って、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を第1のパルス幅変調(PWM)で制御するためのPWM信号を生成する。具体的に、この第1のPWMでは、例えば繰り返し周波数を500Hz(パルス幅:2ms)に設定しており、PWM信号は、上述したように導通角に対応したディーティーサイクルを有するパルス信号として、例えば、図2(a)に示すようにデューティーサイクルが80%の場合は、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が1.6ms(=2ms×80%)、図2(b)に示すようにデューティーサイクルが60%の場合は、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が1.2ms(=2ms×60%)、図2(c)に示すようにデューティーサイクルが40%の場合は、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が0.8ms(=2ms×40%)、図2(d)に示すようにデューティーサイクルが20%の場合は、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が0.4ms(=2ms×20%)となるように、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を制御する。これにより、LED照明ランプ21の照度が調光の設定に応じて制御されることになる。
第1のスイッチング回路8は、例えばNチャンネルのMOS型FETからなり、平滑回路6とLED照明ランプ21との間で、LED照明ランプ21に供給される電流のオン/オフ(ON/OFF)を切り換える。
PWM制御回路9は、LED照明ランプ21に一定の電流が流れるように第1のスイッチング回路8のスイッチング動作を第2のPWMで制御する。具体的に、第1のスイッチング回路8と平滑回路6との間には、LED照明ランプ21に流れる電流を検出する電流検出回路14が配置されている。この電流検出回路14は、例えば10Ω程度の抵抗をLED照明ランプ21に直列に接続した構成を有しており、この抵抗による電圧降下からLED照明ランプ21に流れる電流を検出する。すなわち、LED照明ランプ21に流れる電流は、この電流検出回路14によって電圧に変換され、電流検出回路14の出力電圧がPWM制御回路9に入力されることになる。
そして、PWM制御回路9は、LED照明ランプ21に流れる電流を電流検出回路14で検出しながら、LED照明ランプ21に一定の電流が流れるように、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を第2のPWMで制御するためのPWM信号を生成する。具体的に、この第2のPWMでは、例えば繰り返し周波数を33kHz(パルス幅:約30.3μs)に設定しており、PWM信号は、電流検出回路14からの入力電圧に比例して、LED照明ランプ21に供給される電流のオン(ON)時間が短くなるようなディーティーサイクルを有するパルス信号として、電流検出回路14の出力電圧が小さい場合には、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が長くなるように、一方、電流検出回路14の出力電圧が大きい場合には、PWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間が短くなるように、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を制御する。
第2のスイッチング回路10は、アンド(AND)回路からなり、PWM信号発生回路13から出力されるPWM信号と、PWM制御回路9から出力されるPWM信号とが入力され、PWM信号発生回路13からの入力がハイ(H)となるときに、PWM制御回路9からの入力を第1のスイッチング回路8に出力する。すなわち、この第2のスイッチング回路10は、PWM信号発生回路13から出力されるPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間中に、PWM制御回路9による第1のスイッチング回路8のスイッチング動作をオン(ON)にする。
なお、LED照明ランプ21と第1のスイッチング回路8との間に配置されたコイル15は、第1のスイッチング回路8のスイッチング動作によりLED照明ランプ21に断続して流れる電流を連続した電流とするためのものである。
以上のような構造を有するLED照明装置1では、調光回路4から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換し、このデジタル電圧信号から調光回路4で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように、PWM信号発生回路13が、LED照明ランプ21に供給される電流の通電時間を第1のPWMで制御するためのPWM信号を生成する。
ここで、図3(a)に示す波形は、調光回路4から出力される交流の電圧波形であり、図3(b)に示す波形は、このとき第1のスイッチング回路8とコイル15との間で測定した電圧波形である。
図3(b)に示す電圧波形は、PWM信号発生回路13から出力されるPWM信号に従って、500Hzの周期で電圧がハイ(H)となる期間と電圧がロー(L)となる期間とを繰り返しており、この波形の振幅は、LED照明ランプ21に印加される電圧とほぼ等しく、この波形のパルス幅は、LED照明ランプ21の調光の設定に応じたディーティーサイクルを有している。
図3(b)に示す電圧波形は、PWM信号発生回路13から出力されるPWM信号に従って、500Hzの周期で電圧がハイ(H)となる期間と電圧がロー(L)となる期間とを繰り返しており、この波形の振幅は、LED照明ランプ21に印加される電圧とほぼ等しく、この波形のパルス幅は、LED照明ランプ21の調光の設定に応じたディーティーサイクルを有している。
また、このPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間において、第2のスイッチング回路10がPWM制御回路9による第1のスイッチング回路8のスイッチング動作をオン(ON)にすることで、この期間中にPWM制御回路9がPWM信号を第1のスイッチング回路8に出力しながら、第1のスイッチング回路8のスイッチング動作を第2のPWMで制御する。
ここで、図4に電圧波形は、図3(b)に示す電圧波形のうち、電圧がハイ(H)となる期間を拡大した波形図である。
この図4に示す電圧波形は、PWM制御回路9から出力されるPWM信号に従って、33kHzの周期で電圧がハイ(H)となる期間と電圧がロー(L)となる期間とを繰り返しており、このうち、電圧がハイ(H)となる期間の波形は、第1のスイッチング回路8がオフ(OFF)のときであり、LED2aのアノードの電圧に相当する一方、電圧がロー(L)となる期間の波形は、第1のスイッチング回路8がオン(ON)のときであり、LED2aのカソードの電圧に相当している。
この図4に示す電圧波形は、PWM制御回路9から出力されるPWM信号に従って、33kHzの周期で電圧がハイ(H)となる期間と電圧がロー(L)となる期間とを繰り返しており、このうち、電圧がハイ(H)となる期間の波形は、第1のスイッチング回路8がオフ(OFF)のときであり、LED2aのアノードの電圧に相当する一方、電圧がロー(L)となる期間の波形は、第1のスイッチング回路8がオン(ON)のときであり、LED2aのカソードの電圧に相当している。
本発明では、上述したPWM信号発生回路13から出力されるPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間中に、LED照明ランプ21に流れる電流を電流検出回路14で検出しながら、LED照明ランプ21に一定の電流が流れるように、PWM制御回路9が第1のスイッチング回路8のスイッチング動作を第2のPWMで制御している。
具体的に、LED照明ランプ21に流れる電流が小さい場合には、電流検出回路14の出力電圧も小さくなり、PWM制御回路9の出力デューティーは高くなる。これにより、LED照明ランプ21に流れる電流が増加するが、LED照明ランプ21に流れる電流が増加すると、今度は電流検出回路14の出力電圧が大きくなるため、PWM制御回路9の出力デューティーを低くなる。そして、最終的に平衡状態となることで、LED照明ランプ21には一定の電流が流れることになる。
なお、この本発明による定電流作用は、電源電圧の変動や、交流1サイクル中の電圧変化に対しても有効に働くのは勿論、電源側の電圧変動に対しても有効に働くため、LED照明ランプ21に常に一定の電流を流すことが可能である。
なお、この本発明による定電流作用は、電源電圧の変動や、交流1サイクル中の電圧変化に対しても有効に働くのは勿論、電源側の電圧変動に対しても有効に働くため、LED照明ランプ21に常に一定の電流を流すことが可能である。
以上のようして、本発明を適用したLED用調光装置2では、入力電圧の変動に因らずに常に一定の電流をLED照明ランプ21に流すことが可能であり、調光回路4の導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルに応じて、LED照明ランプ21に流れる電流を自由に制御することが可能である。
したがって、このようなLED用調光装置2を備えた本発明のLED照明装置1では、従来より白熱ランプ等で使用されるようなサイリスタ式の調光装置(調光回路4)でLED照明ランプ21の調光を制御しようとした場合でも、このLED照明ランプ21を調光の設定に応じた照度で常に安定した状態で点灯させることが可能である。
なお、本発明によれば、既設のサイリスタ式調光装置の配線をそのまま使用でき、また、新規に設置する場合でも、建物等の照明スイッチには市販のサイリスタ式調光装置を使用し、本発明の回路を組み込んだLED照明装置を新たに設置するだけでよいため、既存の工法を全く変えることなく施工が可能であり、実用性が極めて高い。
また、本発明によれば、常に安定した照度を得ると同時に、LED照明ランプ21にはその定格電流の範囲内で最大の電流を流すことで最大の照度を得ることが可能である。一方、LED照明ランプ21に定格電流の範囲内で最大の電流を流したとしても、それ以上LED照明ランプ21に電流が流れる心配がないため、LED照明ランプ21の長寿命化を図ることが可能である。なお、上述した平衡状態のときにLED照明ランプ21に流れる電流値は、電流検出回路14の抵抗を変更することで容易に調整することが可能である。
また、本発明のLED照明装置1の中で電力を消費するのは各部品の直列抵抗成分だけである。したがって、本発明では、上述した第1のスイッチング回路8にON抵抗が充分低いMOS型FETを用いたり、コイル15や電流検出回路14の抵抗を小さく設計したりすることで、電力ロスを排除し、LED照明ランプ21を高い電力効率で点灯させることが可能である。
なお、上述した図3(b)に示す電圧波形の上の脈動は、平滑回路6のリップルによって電圧が上下したものであるが、平滑回路6を構成するコンデンサに、商用交流(AC)電源3からの入力電圧が低下する時期にLED2aの順方向の電圧を維持するのに充分な容量を有するものを選ぶことで、LED照明ランプ21に印加される電圧を維持することが可能である。
なお、本発明のLED照明装置1は、上述した図1に示す構成に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば図5に示すように、赤外線リモコン50によって上記LED照明装置1の調光を制御する構成としてもよい。
具体的に、赤外線リモコン50は、図5に示すように、LED用調光装置2とは別体に設けられたリモコン送信器51と、1チップマイクロコンピュータ7の調光制御回路12に接続された受信用IC52とを備えて構成されている。
リモコン送信器51は、図6に示すように、入力部53と、1チップマイクロコンピュータ54と、赤外線発光ダイオード55とを備えている。また、リモコン送信器51は、内部電源となる電池56を交換可能に収納しており、この電池56から各部に電力を供給している。
入力部53は、1チップマイクロコンピュータ54に接続された2つのボタンスイッチSW1,SW2を備えている。このうち、ボタンスイッチSW1は、押されたときにLED照明ランプ21の照度を明るくする指令を1チップマイクロコンピュータ54に入力し、ボタンスイッチSW2は、押されたときにLED照明ランプ21の照度を暗くする指令を1チップマイクロコンピュータ54に入力する。なお、入力部53は、上述したLED照明ランプ21の照度を調整する2つのボタンスイッチSW1,SW2の他にも、例えばLED照明装置1における電源のオン/オフ(点灯/消灯)を切り替える電源スイッチなどを備えることができ、そのスイッチの種類や数等については特に制限されるものではない。
1チップマイクロコンピュータ54は、上述した入力部53からLED照明ランプ21の照度を明るくする指令又は暗くする指令が入力されると、内部に記録されたプログラムに従って、出力ポートをオン/オフ(ON/OFF)させながら、調光コマンドに応じた送信符号を出力する。
送信符号は、例えば図7(a)に示すように、赤外線発光ダイオード55の点灯/消灯(ON/OFF)をパルス位相変調(PPM)で制御するものである。また、送信符号は、図7(b)に拡大して示すように、混信の防止及びS/N比の向上を図るため、例えば38KHzの周期で更に細かくオン/オフ(ON/OFF)を繰り返している。そして、この送信符号は、トランジスタ57のベースに供給されて、このトランジスタ57のオン/オフ(ON/OFF)を切り換える。
一方、トランジスタ57のコレクタには、赤外線発光ダイオード55が接続されており、赤外線発光ダイオード55は、上述した送信符号によって変調された赤外線IRを出射する。なお、赤外線発光ダイオード55に直列に接続された抵抗58は、赤外線発光ダイオード55から出射される赤外線IRの光量を調整するためのものである。
ここで、1チップマイクロコンピュータ54から出力される送信符号は、最低条件として、明と暗とに相当する2つの状態を示す符号を決めれば足りるものの、他のリモコン送信器との混信による誤作動を防止するためには、業界で標準的に使用されている符号に準拠して2つ又はそれ以上の符号を決める必要がある。そこで、本発明では、ボタンスイッチSW1又はボタンスイッチSW2が押された場合に、それぞれ異なるパターンの送信符号を発生させるものとした。
受信用IC52は、受光素子とバンドパスフィルタとコンパレータとを備えて構成されるものであり、リモコン送信器51から送信された赤外線IRを受光素子が受光し、電気信号に変換してバンドパスフィルターに出力する。バンドパスフィルターは、受信した信号のうち、上述した38KHzで変調された信号のみを通過させてコンパレータへと供給する。コンパレータは、受信した信号が一定の閾値を越えた場合に、1チップマイクロコンピュータ7の調光制御回路12に出力を出す。この出力結果が受信用IC52が受信して得た受信符号となる。この受信符号は、図7(c)に示すように、上述した送信符号と同一のビットでオン/オフ(ON/OFF)の符号が切り換わった調光コマンドを含む信号である。
LED用調光装置2では、リモコン送信器51から送られた調光コマンドを識別するプログラム(ソフトウェア)を1チップマイクロコンピュータ7の内部メモリ(ROM)に記憶させることで、調光コマンドに従って、調光すべき照度を示す設定テーブルの参照位置を変化させながら、LED照明ランプ21の照度がリモコン送信器51側の調光の設定に応じて制御されることになる。
具体的に、調光制御回路12では、調光コマンドを識別するプログラムに従って、リモコン送信器51から送られた調光コマンドが、LED照明ランプ21の照度を明るくする指令か暗くする指令かを判別する。
そして、調光コマンドがLED照明ランプ21の照度を明るくする指令の場合には、ボタンスイッチSW1が押されるたびに、現在使用しているデューティーサイクルを決定する設定テーブルの参照位置をデューティーサイクルが100%に近ずくように変更する。これにより、LED照明ランプ21の照度を以前より明るくすることができる。
一方、調光コマンドがLED照明ランプ21の照度を暗くする指令の場合には、ボタンスイッチSW2が押されるたびに、現在使用しているデューティーサイクルを決定する設定テーブルの参照位置をデューティーサイクルが0%に近ずくように変更する。これにより、LED照明ランプ21の照度を以前より暗くすることができる。
したがって、リモコン送信器51の2つのボタンスイッチSW1,SW2が押されたことを検出するたびに、デューティーサイクル決定する設定テーブルの参照位置を変化させながら、LED照明ランプ21の照度を自由に調整することが可能である。
そして、調光コマンドがLED照明ランプ21の照度を明るくする指令の場合には、ボタンスイッチSW1が押されるたびに、現在使用しているデューティーサイクルを決定する設定テーブルの参照位置をデューティーサイクルが100%に近ずくように変更する。これにより、LED照明ランプ21の照度を以前より明るくすることができる。
一方、調光コマンドがLED照明ランプ21の照度を暗くする指令の場合には、ボタンスイッチSW2が押されるたびに、現在使用しているデューティーサイクルを決定する設定テーブルの参照位置をデューティーサイクルが0%に近ずくように変更する。これにより、LED照明ランプ21の照度を以前より暗くすることができる。
したがって、リモコン送信器51の2つのボタンスイッチSW1,SW2が押されたことを検出するたびに、デューティーサイクル決定する設定テーブルの参照位置を変化させながら、LED照明ランプ21の照度を自由に調整することが可能である。
以上のように、本発明のLED照明装置1では、上述したLED用調光装置2の1チップマイクロコンピュータ7に、リモコン送信器51から送られた調光コマンドを識別するためのプログラムを追加することで、赤外線リモコン50に本発明の調光機能を容易に持たせることが可能である。
1…LED照明装置 2…LED用調光装置 3…商用交流電源 4…調光回路 5…整流回路 6…平滑回路 7…1チップマイクロコンピュータ 8…第1のスイッチング回路 9…PWM制御回路 10…第2のスイッチング回路 11…A/D変換回路 12…調光制御回路 13…PWM信号発生回路 14…電流検出回路 15…コイル 20…LED照明具 21…LED照明ランプ 21a…LED 50…赤外線リモコン 51…リモコン送信器 52…受信用IC
Claims (6)
- 商用交流電源と発光ダイオード(LED)との間に配置されて、前記LEDの調光を制御するLED用調光装置であって、
前記商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することにより、前記LEDに供給される電流を位相制御する調光回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形を整流して直流電圧とする整流回路と、
前記整流回路から出力される直流電圧を平滑して前記LEDに出力する平滑回路と、
前記調光回路から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換するA/D変換回路と、
前記デジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるように前記LEDに供給される電流の通電時間を第1のパルス幅変調(PWM)で制御するためのPWM信号を生成するPWM信号発生回路と、
前記LEDに供給される電流のオン/オフ(ON/OFF)を切り換える第1のスイッチング回路と、
前記LEDに一定の電流が流れるように前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御するPWM制御回路と、
前記PWM信号発生回路から出力されるPWM信号のPWM波形がハイ(H)となる期間中に、前記PWM制御回路による前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作をオン(ON)にする第2のスイッチング回路とを備えるLED用調光装置。 - 少なくとも前記A/D変換回路と、前記PWM信号発生回路と、前記A/D変換回路が出力するデジタル電圧信号から前記調光回路で設定された導通角を求め、この導通角から予め内部メモリに格納された設定テーブルに従って、前記PWM信号発生回路が出力する前記PWM信号のパルス幅を決定する調光制御回路とが集積された1チップマイクロコンピュータを備えることを特徴とする請求項1に記載のLED用調光装置。
- 前記LEDに流れる電流を検出する電流検出回路を備え、
前記PWM制御回路は、前記電流検出回路が検出した結果に基づいて、前記第1のスイッチング回路のスイッチング動作を第2のPWMで制御し、前記LEDに一定の電流が流れるようにすることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED用調光装置。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載のLED用調光装置と、LED照明ランプが取り付け可能なLED照明具とを備え、前記LED照明具に取り付けられたLED照明ランプを前記LED用調光装置によって調光制御することを特徴とするLED照明装置。
- 前記LED用調光装置による調光制御を赤外線リモコンによって制御することを特徴とする請求項4に記載のLED照明装置。
- 前記LED照明ランプは、複数のLEDが直列に接続された構造を有することを特徴とする請求項4又は5に記載のLED照明装置。
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