JP2009259412A

JP2009259412A - パルス生成回路、パルス駆動装置、調光装置及び照明装置

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Publication number: JP2009259412A
Application number: JP2008103805A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamamoto; 山本　　誠
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-11-05
Also published as: WO2009125630A1

Abstract

【課題】負荷出力を連続的に増加させることができ、低デューティ比のパルス信号の分解能を向上することができるパルス生成回路、パルス駆動装置、調光装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】光源１と、光源１に電力を供給する電源回路部２と、光源１及び電源回路部２間に設けられ、光源１への給電／遮断を行うＦＥＴと、ＦＥＴに与えるパルス信号を生成する処理部４１を有し、光源１の明るさを制御する制御部４とを備える照明装置１０において、パルス信号の素パルスの最小幅を光源１に流れる電流が急激に増加する急増領域の時間以内になるように設定しているから、制御部４の処理部４１の性能を上げることなく、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することができる。光源１に流れる電流の立ち上がり時間以内になるようにパルス信号の１周期を設定しているから、素パルスの幅の増分に応じて光源の発光強度を連続的に増大させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス信号を生成するパルス生成回路、パルス信号に応じて駆動されるパルス駆動装置、調光装置及び照明装置に関する。

照明装置等の機器に用いられ、光源等の負荷に電力を供給する電源回路には、例えば、商用交流電源を入力とし、これを半導体の高速スイッチング作用を利用して高周波電力に変換し、整流及び平滑して直流電源を得るスイッチング電源が用いられている。また、この電源回路は、負荷に供給する電流を一定にすべく、定電流回路を有しているのが一般的であり、例えば、照明装置においては、定電流回路により一定値の電流を安定して光源に供給することにより、略同一の明るさにて光源が点灯されるように構成してある。

このような電源回路を用いて負荷に電力を供給した場合、負荷に流れる電流は、図９に示す如く、目標電流値Ｉ₀を超えて増加（オーバーシュート）したのち減少に転じ、目標電流値よりも減少（アンダーシュート）したのち目標電流値に収斂することになり、オーバーシュート、アンダーシュート等の非線形な波形部分を有する。なお、図９に示す負荷に流れる電流波形のオーバーシュート、アンダーシュート等の非線形な波形部分は電源回路の定電流回路の制御遅れにより生じ、負荷に電流が流れ始めてからオーバーシュートのピークに到達するまでの時間Ｔ_s（以下、立ち上がり時間という）は電源回路のスイッチング周波数等の電源回路の特性に依存し、電流の立ち上がり曲線の形状は負荷の特性に依存しており、この電源回路及び負荷を含む電気回路の電流特性は定電流回路を含む電源回路及び負荷に何を選定するかにより異なる。

一方、蛍光灯、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）等の光源を備える照明装置においては、一般に、人の操作等による入力信号に応じて、電源回路から光源に供給される電力をオン／オフ制御することにより、より詳しくは、パルス信号を生成して、該パルス信号に基づいて電源回路及び光源間に設けたスイッチング素子のオン／オフ動作を行うことにより、光源の発光強度を調節する調光制御を行うように構成してある。

蛍光灯を光源として用いる照明装置において、この調光制御は、例えば、高周波インバータの回路の複数のスイッチング素子の動作周波数を変化させて電源回路及び光源間のインピーダンスを変化させる方法、複数のスイッチング素子のオン時間の比率を変化させて負荷回路内の共振エネルギーを変化させる方法等により行われる。ＬＥＤを光源として用いる照明装置においては、スイッチング素子のオン時間の比率を変化させて光源に供給される平均電流値を制御することにより行われる。

このようにスイッチング素子のオン／オフ動作に応じて調光制御を行う場合、給電に応じて負荷に流れる電流は前述したような非線形な波形部分を有するが、蛍光灯のように低い応答速度の負荷の場合は、応答速度に応じてパルス信号の１周期が長く設定されるから、パルス信号を構成する個々のパルス（以下、素パルスという）に占める非線形な波形部分の割合が相対的に小さくなり、非線形な波形部分の影響は少なかった。

ところが、ＬＥＤのように高い応答速度の負荷の場合は、一般に、応答遅れが生じることを回避するために応答速度に応じてパルス信号の１周期を蛍光灯に比較して短く設定してある。一般に、パルス信号の周波数を選定する際には、光源のちらつきが生じる領域（例えば、２００Ｈｚ以下の低周波数域）と、電源回路のトランスのうなり音が聞こえる可聴域（１〜２ｋＨｚ近傍）とを避けた周波数域から選定しており、可聴域以上の高周波数域から選定した場合においても、前述した非線形な波形部分がパルス信号の１周期の範囲に含まれる可能性がある。この場合、ＬＥＤに供給される電流が増減するから、ＬＥＤの明るさが明暗に変動して人に違和感を与える虞があった。また、照度センサにより室内の明るさに応じて自動的に調光するように構成された照明装置においては、本来、パルス信号のパルス幅の広狭に応じて明暗になるはずであるが、オーバーシュート後の電流値の落ち込みにより一時的に暗くなる又は照度の増分が減るため、フィードバック制御が円滑に行われないという虞があった。

また、ＬＥＤの場合は、パルス信号の素パルスの幅が１周期に占める割合（以下、デューティ比という）とＬＥＤの発光強度とが比例の関係にあることから、素パルスの幅を細かく設定することによりＬＥＤの調光制御をきめ細かく行うことが可能であり、従来、ＬＥＤの調光制御をきめ細かく行うべく、パルス信号の分解能を上げる種々の提案がなされている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の制御方法は、複数の素パルスが発せられる期間を１制御周期とし、該１制御周期内に生成されるパルス幅の異なる素パルスの組合せを変えることにより、１制御周期の平均のオン時間を細かく設定して、パルス信号の見かけ上の分解能を向上する方法である。これにより、パルス信号を生成するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）の容量を大きくすることなく、きめ細かい制御が可能となる。
特開平５−２６５５０５号公報

ところが、低デューティ比のパルス信号を生成する場合において、１制御周期を長くすることは応答遅れの観点から限界があり、パルス幅の異なる素パルスの組合せにより分解能を向上することは困難である。照明装置の場合、例えば夜間の安全灯の如く、低い照度にて照明を行うべく、低デューティ比のパルス信号を生成する必要があり、照度が高いときよりも照度が低いときの方が照度の変化に対する人の感受性が高いことから、人に違和感を与えないように低デューティ比のパルス信号の分解能を向上したいという要望がある。このような低デューティ比のパルス信号の分解能を向上するためには、特許文献１に記載の制御方法を用いても、より高ビットデータ幅のマイコンを用いる必要がある。

また、特許文献１に記載の制御方法においては、給電に応じてＬＥＤに流れる電流の非線形な波形部分について特に考慮しておらず、前述した如く、不連続な照度変化により人に違和感を与えるという問題、照度センサを用いた自動調光時にフィードバック制御が円滑に行われないという問題が生じる虞がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、素パルスの幅の増分に応じて負荷の出力を連続的に増加させることができ、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することができるパルス生成回路、パルス駆動装置、調光装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係るパルス生成回路は、電源回路から負荷への給電を制御するスイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるべきパルス信号を生成するパルス生成回路において、前記パルス信号のパルス幅を、前記負荷に給電される電流の立ち上がり時間以内とすることにより、前記パルス信号の分解能を向上させたことを特徴とする。

この発明にあっては、パルス信号の素パルスの幅であるパルス幅を、電源回路から負荷に給電されたときに負荷に電流が流れ始めてからオーバーシュートのピークに到達するまでの時間である立ち上がり時間以内にしており、負荷の電流波形は電流が連続的に増加する立ち上がり部分のみが繰り返される波形になり、低デューティ比のパルス信号において、該パルス信号に応じて負荷に流れる電流の波高値が大きく異なることになるから、素パルスの幅の変化に対する負荷の出力の変化が高デューティ比のパルス信号に比較して大きくなり、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することが可能となる。

本発明に係るパルス駆動装置は、負荷と、該負荷に電力を供給する電源回路と、前記負荷への給電／遮断を行うスイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるべきパルス信号を生成するパルス生成回路とを備えるパルス駆動装置において、前記電源回路及び負荷を含む電気回路は、給電に応じて該負荷に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記負荷が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、前記パルス信号の素パルスの最小幅が前記急増領域の時間以内になるようにしてあることを特徴とする。

この発明にあっては、負荷に電力を供給する電源回路及び前記負荷を含む電気回路を、給電に応じて負荷に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記負荷が駆動される電流特性を有するように構成して、スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号の素パルスの最小幅を、前記急増領域の時間以内になるように設定している。素パルスの最小幅が前記急増領域の時間以内であるから、この素パルスの最小幅を適切に設定することにより、低デューティ比のパルス信号において、該パルス信号に応じて負荷に流れる電流の波高値が大きく異なることになるから、素パルスの幅の変化に対する負荷の出力の変化が高デューティ比のパルス信号に比較して大きくなり、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することが可能となる。

また、本発明に係るパルス駆動装置は、前記パルス生成回路は、前記パルス信号の１周期が前記立ち上がり時間以内になるようにしてあることを特徴とする。

この発明にあっては、給電に応じて負荷に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間以内になるようにパルス信号の１周期を設定している。パルス信号の１周期の範囲において負荷に流れる電流は連続的に増加しているから、素パルスの幅の増分に応じて負荷の出力を連続的に増加させることができる。また、パルス信号の１周期を適切に選定することにより、パルス信号のデューティ比の上限を変更して、電流容量が異なるパルス駆動装置に共通の電源回路を用いることが可能となる。

本発明に係る調光装置は、光源と、該光源に電力を供給する電源回路と、前記光源及び電源回路間に設けられ、前記光源への給電／遮断を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号を生成するパルス生成回路とを備える調光装置において、前記電源回路及び光源を含む電気回路は、給電に応じて該光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、前述の発明に記載のパルス生成回路であることを特徴とする。

この発明にあっては、光源に電力を供給する電源回路及び前記光源を含む電気回路を、給電に応じて光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有するように構成して、スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号の素パルスの最小幅を、前記急増領域の時間以内になるように設定している。素パルスの最小幅が前記急増領域の時間以内であるから、この素パルスの最小幅を適切に設定することにより、低デューティ比のパルス信号において、該パルス信号に応じて光源に流れる電流の波高値が大きく異なることになるから、素パルスの幅の変化に対する光源の発光強度の変化が高デューティ比のパルス信号に比較して大きくなり、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することが可能となり、低照度域における調光をきめ細かく行うことが可能となる。また、給電に応じて光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間以内になるようにパルス信号の１周期を設定しているから、素パルスの幅の増分に応じて光源の発光強度を連続的に増大させることができ、人に違和感を与えずにすむと共に、自動調光を行う際にフィードバック制御を円滑に行うことができる。また、パルス信号の１周期を適切に選定することにより、パルス信号のデューティ比の上限を変更して、電流容量が異なる調光装置に共通の電源回路を用いることが可能となる。

本発明に係る照明装置は、光源と、該光源に電力を供給する電源回路と、前記光源及び電源回路間に設けられ、前記光源への給電／遮断を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号を生成するパルス生成回路を有し、前記光源の明るさを制御する制御手段とを備える照明装置において、前記電源回路及び光源を含む電気回路は、給電に応じて該光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、前述の発明に記載のパルス生成回路であることを特徴とする。

この発明にあっては、光源に電力を供給する電源回路及び前記光源を含む電気回路を、給電に応じて光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有するように構成して、スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号の素パルスの最小幅を、前記急増領域の時間以内になるように設定している。素パルスの最小幅が前記急増領域の時間以内であるから、この素パルスの最小幅を適切に設定することにより、低デューティ比のパルス信号において、該パルス信号に応じて光源に流れる電流の波高値が大きく異なることになるから、素パルスの幅の変化に対する光源の発光強度の変化が高デューティ比のパルス信号に比較して大きくなり、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することが可能となり、低照度域における調光をきめ細かく行うことが可能となる。また、給電に応じて光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間以内になるようにパルス信号の１周期を設定しているから、人の操作等による入力信号に応じて光源の明るさを制御すべく、素パルスの幅の増分に応じて光源の発光強度を連続的に増大させることができ、人に違和感を与えずにすむと共に、自動調光を行う際にフィードバック制御を円滑に行うことができる。また、パルス信号の１周期を適切に選定することにより、パルス信号のデューティ比の上限を変更して、電流容量が異なる照明装置に共通の電源回路を用いることが可能となる。

本発明によれば、素パルスの幅の増分に応じて負荷の出力を連続的に増加させることができると共に、低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて、照明装置を例に詳述する。図１は本発明に係る照明装置の概略構成を示すブロック図である。

本発明に係る照明装置１０は、負荷である光源１と、光源１に電力を供給する電源回路部２と、光源１及び電源回路部２間に設けられ、光源１への給電／遮断を行う駆動回路部３と、駆動回路部３に与えるパルス信号を生成し、光源１の明るさを制御する制御部４と、人の操作を受け付ける操作部５と、室内の照度を検出する照度センサ６とを備えている。

図２は、電源回路部２の電気的構成を示すブロック図である。電源回路部２には、１００Ｖの商用交流電源（ＡＣ）が端子台（図示せず）を介して接続してある。端子台には、電源回路部２を構成するヒューズ２１の一端が接続してあり、これにより過電流が発生したとき、ヒューズ２１が速やかに溶断するから、発煙、発火から電源回路部２の内部部品が保護される。ヒューズ２１の他端には、整流回路２２が接続してあり、整流回路２２は、例えば、ブリッジダイオードであり、整流回路２２により商用交流電源から供給された交流電流が全波整流される。整流回路２２の他端には、ノイズフィルタ回路２３の一端が接続してあり、ノイズフィルタ回路２３により電源回路部２にて生じるノイズが低減され、他の電子機器への悪影響が低減される。

ノイズフィルタ回路２３の他端には、スイッチ回路２４の一端が接続してある。スイッチ回路２４は、トランジスタ、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴという）等のスイッチング素子であり、制御ＩＣ２５により与えられる信号に応じたオン／オフ動作をなす。スイッチ回路２４により、ノイズフィルタ回路２３を介して整流回路２２から供給された電流が高周波の交流電流に変換される。スイッチ回路２４の他端には、１次２次絶縁型のトランス２６の１次側が接続してあり、トランス２６の１次側には、スイッチ回路２４のオン／オフ動作に応じた交流電流が供給される。この１次側の交流電圧は、２つのコイル間の相互誘導を利用して交流電圧の昇降を行うトランス２６により、１次側及び２次側の巻き線数比に応じた交流電圧に変換される。

トランス２６の２次側には、制御電源供給回路２７及び定電流供給回路２８の一端が夫々接続してあり、制御電源供給回路２７及び定電流供給回路２８には、トランス２６にて変圧された交流電圧が夫々印加される。制御電源供給回路２７の他端には、制御部４が接続してあり、制御部４には、制御電源供給回路２７により整流され、平滑化された５Ｖの電源電圧の電力が供給される。

定電流供給回路２８は、３３Ｖの電源電圧にて一定電流を負荷である光源１に供給するように構成してある。定電流供給回路２８は、それ自体公知であるので詳細な説明は省略する。定電流供給回路２８には、負荷電流電圧検出ＩＣ２８ａが接続してあり、負荷電流電圧検出ＩＣ２８ａは、例えば、光源１の帰還ラインに設けられた抵抗を電流が通過することにより発生する電圧を検出し、検出した電圧と基準電圧とを比較して、これら２つの電圧が等しくなるように信号を出力するようにしてある。

負荷電流電圧検出ＩＣ２８ａには、入力された信号に応じて発光するＬＥＤと該ＬＥＤからの光を受光して信号を出力する受光素子とを備えてなるフォトカプラ２８ｂのＬＥＤが接続してあり、フォトカプラ２８ｂのＬＥＤには、負荷電流電圧検出ＩＣ２８ａにより出力された信号が入力される。フォトカプラ２８ｂの受光素子は、制御ＩＣ２５に接続してあり、該信号に応じてＬＥＤが発光し、該ＬＥＤからの光に応じて受光素子が出力した信号は、制御ＩＣ２５に与えられる。制御ＩＣ２５は、フォトカプラ２８ｂを介して負荷電流電圧検出ＩＣ２８ａにより与えられた信号を用いてパルス信号を生成して、生成したパルス信号をスイッチ回路２４に与え、スイッチ回路２４のスイッチング素子をパルス信号に応じてオン／オフ動作させることにより、電源回路部２から光源１に供給される電流を一定に保つフィードバック制御をなす。なお、制御ＩＣ２５は、１次側過電流保護回路を内蔵している。

定電流供給回路２８の他端には、過電圧保護回路２９の一端が接続してある。過電圧保護回路２９の他端には、駆動回路部３の一端が接続してあり、駆動回路部３の他端には、光源１が接続してある。過電圧保護回路２９により過電圧が加わらないように光源１が保護される。駆動回路部３には、定電流供給回路２８により一定の電流値になるように調整された３３Ｖの電源電圧の電力（ＤＣ）が供給され、駆動回路部３は、光源１への給電／遮断を行うべく、制御部４により与えられたパルス信号に応じたオン／オフ動作をなす。

図３は、駆動回路部３の構成を示す回路図である。電源回路部２の他端には、ＦＥＴ３１のソース電極が接続してある。ＦＥＴ３１のドレイン電極には、複数のＬＥＤを備えてなる光源１の一端が接続してあり、光源１の他端は接地用ラインに接続してある。ＦＥＴ３１は、ソース電極とゲート電極との電圧差が所定値（例えば、５Ｖ）以上のときに、ソース電極及びドレイン電極間に電流が流れてオン状態となるタイプであり、このＦＥＴ３１のオン動作に応じて光源１に電流が供給されることになる。

電源回路部２の他端には、抵抗３２の一端が接続してあり、抵抗３２の他端には、抵抗３３の一端が接続してある。抵抗３３の他端はトランジスタ３４のコレクタ電極に接続してあり、トランジスタ３４のエミッタ電極は、接地用ラインに接続してある。このトランジスタ３４のベース電極には、制御部４にて生成されたパルス信号がスピードアップ回路３５を介して入力される。スピードアップ回路３５は、トランジスタ３４のベース電極に接続される抵抗３５ａと、該抵抗３５ａに並列接続されたコンデンサ３５ｂと、トランジスタ３４のベース電極及びエミッタ電極間に設けられた抵抗３５ｃとを有してなる。この構成により、入力信号がオフ信号からオン信号へ変化したときに、ベース電流がコンデンサ３５ｂを通るから、制御部４により与えられるパルス信号に応じてトランジスタ３４は素早いオン動作を行うことができる。また、入力信号がオフ信号からオン信号へ変化したときに、トランジスタ３４のベース電極及びエミッタ電極間に蓄えられている電荷がコンデンサ３５ｂを介して放出されると共に、抵抗３５ｃを通って前記電荷が抜けるから、制御部４により与えられるパルス信号に応じてトランジスタ３４は素早いオフ動作を行うことができる。

また電源回路部２の他端には、オフ回路３６が接続してある。オフ回路３６は、トランジスタ３６ａとダイオード３６ｂとを有してなる。電源回路部２の他端には、トランジスタ３６ａのコレクタ電極が接続してあり、トランジスタ３６ａのエミッタ電極には、ダイオード３６ｂの一端が接続してある。トランジスタ３６ａのベース電極には、抵抗３２の他端が接続してあり、トランジスタ３６ａは、ベース電極への通電／遮断に応じてオン／オフ動作をなす。オフ回路３６は、制御部４により与えられるパルス信号のオフ信号に応じて、ＦＥＴ３１のゲート電極に蓄えられている電荷を引き抜き、トランジスタ３６ａから放電する。この結果、ＦＥＴ３１は素早いオフ動作を行うことができる。

一方、ダイオード３６ｂの他端には、コンデンサ３７の一端が接続してあり、コンデンサ３７の他端には、抵抗３８の一端が接続してある。抵抗３８の他端は、抵抗３３とトランジスタ３４のコレクタ電極との接続点に接続してある。ダイオード３６ｂとコンデンサ３７との接続点は、抵抗３２と抵抗３３との接続点に接続してある。コンデンサ３７によりバイアス量を変えており、これにより光源１に流れる電流の立ち上がり曲線の形状を後述するような形状にしている。

トランジスタ３６ａのエミッタ電極とダイオード３６ｂとの接続点には、ＦＥＴ３１のゲート電極が接続してあり、ＦＥＴ３１のソース電極とゲート電極との間には、ツェナーダイオード３９が設けてある。ツェナーダイオード３９によりＦＥＴ３１が保護される。

図４は、駆動回路部３のスピードアップ回路３５に信号が与えられたとき、駆動回路部３に印加される電圧波形及び光源１に流れる電流波形の概略形状を示す図である。図４（ａ）に示すような矩形状の信号がスピードアップ回路３５に与えられたとき、トランジスタ３４のベース電極に供給される電圧波形は、図４（ｂ）に示すように、微分回路が入っているため立ちあがったのち減少する波形となる。トランジスタ３４のコレクタ電極と抵抗３３との接続点の電流波形は、図４（ｃ）に示すように、ベース電極への入力波形（図４（ｂ））が反転した波形となる。抵抗３２と抵抗３３との接続点に流れる電流波形は、図４（ｄ）に示すような波形となる。ＦＥＴ３１のゲート電極の電流波形は、図４（ｅ）に示すような矩形状の波形となる。一方、電源回路部２から供給される電流は一定値の直流電流（図４（ｆ））であり、光源１に流れる電流波形は、図４（ｇ）に示すように、電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とを有する波形となる。なお、図４は、波形形状の概略を示すものであり、電圧値及び電流値の大きさは実際とは異なる。

このような特性を有する駆動回路部３に制御部４が生成したパルス信号が与えられる。制御部４は、例えば８ビットマイコン等の処理部４１と、ＲＯＭ等の記憶部４２とを備えてなる。処理部４１には、操作部５からの信号を受信する受信部（図示せず）が接続してあり、受信部は、操作部５からの信号を受信し、受信した信号を制御部４の処理部４１に与える。

操作部５は、例えば、光源を点灯／消灯する操作を受け付ける電源スイッチと、光源の明るさを連続的に変化させる操作を受け付けるロータリスイッチ等から構成される調光ボリュームと、自動調光及び手動調光間を切り替える操作を受け付ける切替スイッチと、これらスイッチの操作に応じた赤外線信号の送信を行う送信部とを備えてなる赤外線リモコンである。

照度センサ６は、例えば、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を備えるそれ自体公知の照度センサであり、室内の照度を検出すべく、照明装置の内部又は外部に設けてあり、検出された照度に応じた信号を制御部４の処理部４１に出力する。

処理部４１は、記憶部４２に記憶されている調光用の制御プログラムを読込み、操作部５又は照度センサ６からの信号に応じて光源１の明るさを変化させるべく、前記信号に対応するデューティ比を求め、求めたデューティ比のパルス信号を生成する制御プログラムを実行し、前記デューティ比のパルス信号を生成する。このパルス信号は、後述するように、光源１に流れる電流波形に応じて決定される。制御部４の処理部４１には、前述の如く、駆動回路部３のスピードアップ回路３５の一端が接続してあり、処理部４１は、生成したパルス信号を駆動回路部３に与える。

以上のように構成された照明装置１０においては、電源の投入に応じて、１００Ｖの商用交流電源から電源回路部２に交流電流が供給され、電源回路部２にて３３Ｖの直流電圧に変換された一定値の直流電流が駆動回路部３を介して光源１に供給され、制御部４にて生成されたパルス信号に応じた駆動回路部３のオン／オフ動作に応じた明るさにて光源１が点灯することになる。このとき、制御部４にて生成されるパルス信号は、負荷である光源１を流れる電流波形に応じて設定してある。

図５は、本実施の形態に係る照明装置の光源１の立ち上がり特性を示す概念図である。図６は、光源１の立ち上がり特性の部分拡大図であり、主として急増領域部分を拡大して示している。図５及び図６の横軸は時間を、縦軸は光源１を流れる電流を夫々示している。光源１を流れる電流は、オーバーシュートしたのち減少に転じ、アンダーシュートしたのち目標電流値Ｉ₀に収斂する。光源１に電流が流れ始めてからオーバーシュートのピークに到達するまでの立ち上がり時間Ｔ_sは、給電に応じて光源１に流れる電流が急激に増加する急増領域（図において傾きが大の領域）の時間Ｔ₁と電流が緩やかに増加する漸増領域（図において傾きが小の領域）の時間Ｔ₂とからなる。

このような光源１に対して、前述した制御部４にて生成されるパルス信号は、パルス信号の素パルスの最小幅Ｔ_mを急増領域の時間Ｔ₁以内に、パルス信号の１周期Ｔを光源１の電流の立ち上がり時間Ｔ_s以内になるように設定してある。また、パルス信号のデューティ比は１００％未満になるように設定してある。これにより、パルス信号の入力に応じて光源１に流れる電流波形は、連続的に増加する立ち上がり部分のみが繰り返される波形になる。なお、パルス信号の１周期Ｔは、光源１の電流の立ち上がり時間Ｔ_s以内であればよく、光源１に用いるＬＥＤの個数に応じて決まる必要電流に基づいて決定してある。

以下、制御部４の処理部４１として８ビットマイコンを用いた場合について説明する。８ビットマイコンの場合、パルス信号の素パルスの幅は２５６段階に変更可能であり、例えば、パルス信号の１周期Ｔを図５に示す立ち上がり時間Ｔ_sと等しく設定した場合、この立ち上がり時間Ｔ_sの時間幅を２５５に分割した幅が素パルスの最小幅Ｔ_mとなる。

本実施の形態において、パルス信号の１周期Ｔは光源１の電流の立ち上がり時間Ｔ_s以内の適宜の時間に設定して、パルス信号の素パルスの最小幅Ｔ_mが、図６に示す如く、急増領域の時間Ｔ₁よりも小さくなるようにしてある。なお、図６中の破線の間隔は素パルスの最小幅Ｔ_mと同一であり、素パルスの幅はこの間隔にて決定され、光源１の電流波形もこれら破線の何れかにより切り出された形状が現れることになる。素パルスの幅は、急増領域の時間Ｔ₁の範囲内において、最小幅Ｔ_mから最小幅Ｔ_mの８倍までの８段階に変更することが可能である。急増領域の時間Ｔ₁の範囲内において、素パルスの幅が２倍に増加したときに、光源１の電流波形と破線にて囲まれる面積、換言すると光源１に流れる電流量の増加は、２倍よりも大となる。漸増領域の時間Ｔ₂の範囲内において、素パルスの幅の増加に応じて光源１の電流波形と破線にて囲まれる面積は略比例して増加する。最小幅Ｔ_mの素パルスに対応する光源１の電流の波高値（図６において一番左の破線にて切り出される電流波形の波高値）は、漸増領域の時間Ｔ₂の範囲内の光源１の電流の波高値の略半分であり、最小幅Ｔ_mの素パルスに対応する光源１の電流波形と破線にて囲まれる面積は、漸増領域の時間Ｔ₂の範囲内において時間幅Ｔ_mにて切り出された光源１の電流波形と破線にて囲まれる面積の略１／４となる。この結果、急増領域の時間Ｔ₁に対応する低デューティ比のパルス信号の分解能を部分的に４倍近く向上することができる。

図７及び図８は、本実施の形態に係る照明装置のＰＷＭ制御特性を示す図である。図７は、パルス信号の素パルスを最小幅Ｔ_mにした場合であり、８ビットマイコンを用いた場合、デューティ比は約０．４％であり、例えば、最小幅Ｔ_mを１２４ｎＳにしたとき、パルス信号の１周期Ｔは約３２μＳである。図に示す如く、入力された矩形状のパルス信号に応じて、パルス信号の１周期Ｔ毎に１つの鋸歯形状の電流波形が現れる。前述した如く、漸増領域において同一時間幅Ｔ_mにて切り出される電流波形に比較して、本電流波形において光源１を流れる電流量は略１／４であるから、実質的なデューティ比は約０．１％となる。図８は、パルス信号のデューティ比を５％にした場合であり、素パルスの幅は１．５９μＳに設定してある。入力された矩形状のパルス信号に応じて、パルス信号の１周期Ｔ毎に１つの半波形状の電流波形が現れる。前述した如く、漸増領域において同一時間幅Ｔ_mにて切り出される電流波形に比較して、本電流波形において光源１を流れる電流量は少なくなるから、実質的なデューティ比は５％よりも小さい値となる。以上のように、急増領域の時間Ｔ₁に対応する低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することができる。

以上のように構成された本発明に係る照明装置においては、駆動回路部３のＦＥＴ３１にオン／オフ動作のために与えるパルス信号の素パルスの最小幅を、給電に応じて光源１に流れる電流が急激に増加する急増領域の時間Ｔ₁以内になるように設定している。急増領域の時間Ｔ₁に対応する低デューティ比のパルス信号において、該パルス信号に応じて光源１に流れる電流の波高値が大きく異なることになるから、素パルスの幅の変化に対する光源１の発光強度の変化が高デューティ比のパルス信号に比較して大きくなり、制御部４の処理部４１の性能を上げることなく、急増領域の時間Ｔ₁に対応する低デューティ比のパルス信号の実質的な分解能を向上することができる。この結果、低照度域における調光をきめ細かく行うことが可能となる。

また、給電に応じて光源１に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間Ｔ_s以内になるようにパルス信号の１周期Ｔを設定しているから、人の操作等による入力信号に応じて光源１の明るさを制御すべく、素パルスの幅の増分に応じて光源の発光強度を連続的に増大させることができ、人に違和感を与えずにすむと共に、自動調光を行う際にフィードバック制御を円滑に行うことができる。

また、本照明装置においては、パルス信号の周波数が約３２ｋＨｚであるという高速ＰＷＭ制御を行っているから、光源１のチラツキ及び電源回路部２のトランス２６のうなり音を生じることがなく、人に不快感を与えずにすむ。

さらに、本照明装置においては、光源１に電流が流れ始めてからオーバーシュートのピークに到達するまでの立ち上がり時間Ｔ_sまでの電流波形を用いているから、平均電流値は、図５に示す安定点である目標電流値Ｉ₀よりも大となる。このことを利用して、パルス信号のデューティ比の上限を変更することにより、電流容量が異なる照明装置に共通の電源回路部２を用いることが考えられる。

例えば、目標電流値Ｉ₀が２Ａである電源回路部を用意した場合、立ち上がり時間Ｔ_sまでの電流波形を用いることにより、光源１に供給される平均電流値は約２．３Ａとなる。このとき、１００％近傍のデューティ比のパルス信号にて駆動回路部３のＦＥＴ３１を動作させた場合、光源１に供給される平均電流値は約２．３Ａとなり、９０％近傍のデューティ比のパルス信号にて駆動回路部３のＦＥＴ３１を動作させた場合、光源１に供給される平均電流値は約２Ａとなり、８０％近傍のデューティ比のパルス信号にて駆動回路部３のＦＥＴ３１を動作させた場合、光源１に供給される平均電流値は約１．８Ａとなる。このようにデューティ比の上限を変更することにより、ある程度の範囲に亘って電流容量が異なる照明装置に共通の電源回路部を用いることができる。但し、パルス信号の素パルスの幅を変化させることが可能な段数が減少するから、デューティ比の上限を低くし過ぎることは好ましくない。

なお、本実施の形態においては、パルス信号の素パルスの最小幅Ｔ_mを、負荷である光源１の電流波形の急増領域Ｔ₁の時間以内になるように設定しているが、これに限定されず、パルス信号の素パルスの幅が立ち上がり時間Ｔ_s以内になるように設定してあればよく、これにより分解能を向上させることができる。つまり、パルス信号の素パルスの幅がＴ₁以内であれば、立ち上がりが急峻な鋸歯形状の電流波形を利用できるので分解能が高い制御ができるが、立ち上がり時間Ｔ_s以内にあれば鋸歯形状の電流波形を利用できるので、分解能を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、パルス信号の１周期Ｔを立ち上がり時間Ｔ_s以内にしているが、これに限定されず、例えば、９０％以上の高デューティ比のパルス信号の素パルスの幅の一部が立ち上がり時間Ｔ_sを超えてもよい。人に不快感を与える虞があるのは、人の感受性が高い低照度、即ち低デューティ比のパルス信号に応じて光源１を駆動した場合であるからである。

また、本実施の形態においては、処理部４１として８ビットマイコンを用いているが、これに限定されず、異なるビットのマイコンを用いてもよいことは言うまでもない。この場合、ビット数に応じてパルス信号の素パルスの幅を変化させることができる段数が異なることになる。

また、本実施の形態においては、照度センサを用いて自動調光可能なように構成してある照明装置を例にして説明したが、人の操作のみにより調光されるように構成された照明装置にも同様に適用できることは言うまでもない。

また、本実施の形態に係る照明装置においては、ＬＥＤを用いているが、これに限定されず、半導体を用いた光源であればよい。例えば、ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を照明装置の光源として用いることができる。

また、本実施の形態においては、照明装置を例に詳述したが、本発明は、照明装置に限定されず、高応答速度の負荷を対象とする機器に適用することが可能であり、例えば、複写機等のトナーを温めるＰＴＣヒータにも好適に用いることができる。

さらに、本発明は、その他、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明に係る照明装置の概略構成を示すブロック図である。電源回路部の電気的構成を示すブロック図である。駆動回路部の構成を示す回路図である。駆動回路部に印加される電圧波形及び光源に流れる電流波形の概略形状を示す図である。光源の立ち上がり特性を示す図である。光源の立ち上がり特性の部分拡大図である。本実施の形態に係る照明装置のＰＷＭ制御特性を示す図である。本実施の形態に係る照明装置のＰＷＭ制御特性を示す図である。負荷の立ち上がり特性を示す図である。

符号の説明

１光源（負荷）
２電源回路部（電源回路）
３駆動回路部
３１ＦＥＴ（スイッチング素子）
４制御部（制御手段）
４１処理部（パルス生成回路）
１０照明装置

Claims

電源回路から負荷への給電を制御するスイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるべきパルス信号を生成するパルス生成回路において、
前記パルス信号のパルス幅を、前記負荷に給電される電流の立ち上がり時間以内とすることにより、前記パルス信号の分解能を向上させたことを特徴とするパルス生成回路。
負荷と、該負荷に電力を供給する電源回路と、前記負荷への給電／遮断を行うスイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるべきパルス信号を生成するパルス生成回路とを備えるパルス駆動装置において、前記電源回路及び負荷を含む電気回路は、給電に応じて該負荷に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記負荷が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、前記パルス信号の素パルスの最小幅が前記急増領域の時間以内になるようにしてあることを特徴とするパルス駆動装置。
前記パルス生成回路は、前記パルス信号の１周期が前記立ち上がり時間以内になるようにしてあることを特徴とする請求項２に記載のパルス駆動装置。
光源と、該光源に電力を供給する電源回路と、前記光源及び電源回路間に設けられ、前記光源への給電／遮断を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号を生成するパルス生成回路とを備える調光装置において、前記電源回路及び光源を含む電気回路は、給電に応じて該光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、請求項１から３の何れか一つに記載のパルス生成回路であることを特徴とする調光装置。
光源と、該光源に電力を供給する電源回路と、前記光源及び電源回路間に設けられ、前記光源への給電／遮断を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子にオン／オフ動作のために与えるパルス信号を生成するパルス生成回路を有し、前記光源の明るさを制御する制御手段とを備える照明装置において、前記電源回路及び光源を含む電気回路は、給電に応じて該光源に流れる電流が急増する急増領域と電流が漸増する漸増領域とからなる立ち上がり時間にて前記光源が駆動される電流特性を有しており、前記パルス生成回路は、請求項１から３の何れか１つに記載のパルス生成回路であることを特徴とする照明装置。