JP2009301876A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調光信号により調光レベルの可変と共に調光カーブを選択可能とし、ＬＥＤ光源の仕様によっては、異なる調光カーブを選定出来るＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】交流電源１を受けてＬＥＤ３を点灯させる制御回路２を有し、前記制御回路２にはＬＥＤ３の光出力を調光制御するための調光信号入力手段を有したＬＥＤ照明装置において、前記調光信号が第１の調光信号と第２の調光信号の組合せの信号であり、第１の調光信号で調光レベルを設定し、第２の調光信号で調光カーブを設定する。第１の調光信号は周波数一定のデューティ可変のパルス信号あるいは周波数可変のパルス信号とし、第２の調光信号はパルス信号の電圧振幅値を可変とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とした照明装置に関するものであり、外部から供給される調光信号によりＬＥＤを調光することが出来る制御装置を有したＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来の蛍光灯照明装置を調光制御する手段として、周波数一定でデューティを可変としたパルス信号を調光信号として用いるデューティ制御方式が知られている。調光信号を受けた蛍光灯照明装置では、パルス信号のデューティに応じて蛍光灯出力電流を可変する手段を有し、蛍光灯負荷を調光制御していた。

ＬＥＤ照明装置にも同じような手段が用いられ、デューティ可変のパルス信号よりなる調光信号を受けて、ＬＥＤ電流を可変する方式が提案されている（特許文献１）。図４に従来例の構成を示す。交流電源１を整流器ＤＢにより整流し、制御回路２に入力し、その出力でＬＥＤ負荷３に電流を流している。外部からの調光信号、ここではデューティ比可変（ｔ２／ｔ１可変）のパルス信号を調光器４から制御回路２に入力し、ＬＥＤ負荷３の電流をデューティ比に応じて可変制御することにより調光している。図５に調光カーブを示す。本従来例では、デューティ比を大きくすることで増光し、小さくすることで減光する方式としている。
特開２００３−１５７９８６号公報

しかし、蛍光灯負荷の場合、光源であるランプ形状が大きいため、調光制御が目で見た変化としてスムーズに見えるが、ＬＥＤ光源の場合、点光源であり、輝度が高いため、調光しても減光していることが直接、目で認識しにくいという課題があった。そのため、調光カーブを直線的な制御とするのではなく、最初は調光度合いを深くして、次第に浅くする方式を採る必要がある。特に調光下限域では低い調光レベルをさらに細分化して調光しなければ消灯レべルまでの調光がスムーズにならないという問題があった。

そこで、その対策として、電流制御手段とデューティ可変手段の組み合わせで調光制御する方式を提案したのが、特願２００７−２７８１９１である。本制御において、調光信号は特に限定していないが、単一の信号をＬＥＤ照明装置により受けて、ＬＥＤ制御する段階で、調光下限域ではデューティ調光を組み合せた制御手段を有していることが特徴である。

現在、蛍光灯負荷においては、白熱灯の調光レべルと合わせるために、調光カーブを２乗カーブとか、３乗カーブにして、調光の最初は深く、次第に浅くする方式を採用しているが、ＬＥＤ負荷の場合も適切な調光カーブを設定する必要がある。

但し、ＬＥＤ負荷の場合、蛍光灯負荷、白熱灯負荷と比較してＬＥＤ１個での点光源としたり、ＬＥＤを複数並べて面的に構成したり、直線的に構成したり、ＬＥＤ前面にレンズやパネルを置いてグレアを抑えた光源としたり、というような多種多様な光源形態とすることが出来るために、蛍光灯負荷、白熱灯負荷と比較して、視覚的に直線的な制御となるようにある特定の調光カーブとすることが困難であるという課題がある。

また、従来の照明器具では調光信号としてデューティ可変のパルス信号を電源とは別に２線配線で照明器具に送り、調光するような手段を用いており、更に追加の制御を行おうとすると、その制御のために更に別の２線、グランドを共通にしたとしても、別に１線の追加配線が必要となってくる課題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、調光信号により調光レベルの可変と共に調光カーブを選択できる手段を提案し、ＬＥＤ光源の仕様によっては、異なる調光カーブを選定出来るＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、交流電源１を受けてＬＥＤ３を点灯させる制御回路２を有し、前記制御回路２にはＬＥＤ３の光出力を調光制御するための調光信号入力手段を有したＬＥＤ照明装置において、前記調光信号が第１の調光信号と第２の調光信号の組合せの信号であることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、第１の調光信号で調光レベルを設定し、第２の調光信号で調光カーブを設定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、第１の調光信号は周波数一定のデューティ可変のパルス信号であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、第１の調光信号は周波数可変のパルス信号であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、第２の調光信号はパルス信号の電圧振幅値を可変することを特徴とする。

本発明によると、交流電源を受けてＬＥＤを点灯させる制御装置を有し、前記制御装置にはＬＥＤの光出力を調光制御するための調光信号入力手段を有したＬＥＤ照明装置において、前記調光信号が第１の調光信号と第２の調光信号の組合せの信号であるので、例えば、第１の調光信号で調光レベルを設定し、第２の調光信号で調光カーブを設定することにより、ＬＥＤ照明の特徴である多種多様なＬＥＤモジュール体に対応した、調光カーブの情報を調光信号と同時に送ることが出来る。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の構成を図１に示す。また、複数の調光カーブを図２に示す。交流電源１を整流器ＤＢにより整流し、制御回路２に入力する。制御回路２は調光信号入力端子を備え、外部の調光器４から入力した調光信号に応じて調光レベルを設定すると共に、調光カーブを選択する。制御回路２の出力にはＬＥＤ負荷３が接続され、ＬＥＤ負荷３は電流供給されて点灯する。調光器４から出力される調光信号は、デューティ（ｔ２／ｔ１）並びに電圧振幅（Ｖ１）を可変としたパルス信号である。

図２は調光制御する際の調光信号のデューティ（ｔ２／ｔ１）の変化に対する光出力の変化を示す調光カーブであり、本実施形態では、複数設定された調光カーブのなかから、１つの調光カーブが選択して使用される。調光カーブＡは、調光信号に従って直線的に光出力が減光していく特性である。また、調光カーブＢ、Ｃ、Ｄは、それぞれ見た目の上で直線的に光出力が減光していく特性を実現するために、それぞれ１／２乗、２乗、３乗の調光特性となっている。ただし、図２で図示されているのは正確なカーブではなく、イメージとして図示している。本実施形態では、これらの調光カーブを事前に制御回路２内に設定しておいて、外部からの調光信号を受けて、どの調光カーブを選択するかを第２の調光信号であるパルス電圧の振幅（Ｖ１）に応じて決定するものである。

本実施形態では、第１の調光信号はデューティ可変のパルス信号としたが、周波数可変のパルス信号としても良い。例えば、パルス幅あるいはデューティ比が一定で周波数が可変のパルス信号を調光信号とし、その周波数の増減に応じて調光比を増減させるようにしても構わない。

（実施形態２）
図３に本発明のより具体的な実施形態の回路構成を示す。本実施形態では、一般的なＬＥＤ制御回路として、１石のフライバック方式を用いている。フライバック方式のＤＣ−ＤＣコンバータの構成は周知であり、絶縁トランスＴ１の１次側巻線はスイッチ回路８の出力端子Ｑ、グランド端子Ｇを介して、電解コンデンサＣ１に並列に接続される。スイッチ回路８はパワーＭＯＳＦＥＴとフィードバック制御回路を内蔵した集積回路を用いて構成することができ、帰還入力端子ＦＢにフィードバックされる検出電圧が制御目標電圧入力端子ＶＣに印加される電圧と一致するように内蔵のパワーＭＯＳＦＥＴが高周波でスイッチング制御される。スイッチ回路８の出力端子Ｑとグランド端子Ｇの間には内蔵のパワーＭＯＳＦＥＴのドレイン端子とソース端子が接続されている。

絶縁トランスＴ１の２次側には出力巻線、制御電源巻線が設けられている。出力巻線には、出力整流用ダイオードＤ１を介して、平滑コンデンサＣ２が接続されている。制御電源巻線には、２次側の制御電源回路１０が接続されている。平滑コンデンサＣ２とＬＥＤ負荷回路３の間には、出力電圧・電流検出回路１１が接続されており、出力電圧・電流検出回路１１の信号を受けて駆動回路１２によりフォトカプラ９の発光素子を駆動している。フォトカプラ９の受光素子はスイッチ回路８の帰還入力端子ＦＢに出力電力検出信号をフィードバックしている。

スイッチ回路８の制御目標電圧入力端子ＶＣには調光信号変換回路１３のマイコン１５から制御目標電圧が入力されており、フォトカプラ９の受光素子を介して帰還入力される出力電力検出信号と制御目標電圧の誤差が小さくなる方向にスイッチ回路８のオンオフが制御される。

スイッチ回路８がオンすると、電解コンデンサＣ１から絶縁トランスＴ１の１次側巻線に電流が流れて、絶縁トランスＴ１にエネルギーが蓄積され、スイッチ回路８がオフすると、出力整流用ダイオードＤ１を介して出力巻線から平滑コンデンサＣ２に充電電流が流れる。スイッチ回路８は高周波でオンオフされるが、そのオン時間が可変制御されることで出力電力を制御可能となっている。

なお、交流電源１を受ける入力部には雷サージ電圧吸収用のＺＮＲが設けられ、また、スイッチ回路８の高周波のスイッチングによるノイズ吸収用として雑音防止回路５を有している。整流器ＤＢの出力側に設けられた突入電流制限回路６は、電源投入時の平滑用の電解コンデンサＣ１への突入電流を制限している。スイッチ回路８にはサージ電圧吸収のためのスナバ回路７が接続されている。

調光信号変換回路１３やスイッチ回路８の電源は図示していないが、絶縁トランスＴ１の１次側の制御電源回路から供給されている。ＤＣ−ＤＣコンバータの１次側のグランドと２次側のグランドの間には雑音防止用コンデンサＣ３，Ｃ４が接続されている。

調光信号変換回路１３には、外部からの調光信号であるデューティ（ｔ２／ｔ１）可変、電圧振幅（Ｖ１）可変のパルス信号が調光信号として入力されている。この調光信号としては、例えば、数百Ｈｚから数ｋＨｚの低周波矩形波信号が使用される。

デューティ調光信号変換回路１６では、調光信号のデューティ比をＬＥＤ電流可変信号としてマイコン１５に入力する。例えば、適当な時定数を有するＣＲ積分回路により調光信号を平滑することで平均値に相当するＤＣ電圧に変換して、そのＤＣ電圧をマイコン１５のＡ／Ｄ変換入力ポートから読み込む。あるいは、マイコン１５のタイマー割り込み機能を用いて調光信号がＨレベルであるか否かを２値入力ポートにより周期的に監視し、調光信号がＨレベルである時間の長さをカウントすることで、デューティ比に応じたデジタル値を取得する。前者の方式では、平均値として読み込んだＤＣ電圧は電圧振幅（ピーク値）で正規化する必要があるのに対して、後者の方式では、パルス幅の情報のみを抽出できるので、本発明に適している。

また、パルス電圧振幅検出回路１７で調光信号の振幅を検出してその電圧Ｖ１に応じて、予めマイコン１５の内部に設定された調光カーブのテーブルを選定する。例えば、逆流防止用のダイオードを介して前記調光信号を小容量のコンデンサに印加することにより、該コンデンサには調光信号のピーク電圧値が充電されるから、この電圧値をマイコン１５のＡ／Ｄ変換入力ポートから読み込む。読み込んだ電圧値に応じて、複数の調光カーブのなかから１つを選択する。

そのほか、デューティ調光信号変換回路１６とパルス電圧振幅検出回路１７を一体化した構成として、マイコン１５の複数の２値入力ポートに、それぞれ電圧分圧比の異なる複数の抵抗分圧回路を介して調光信号を入力しておき、マイコン１５のタイマー割り込み機能により調光信号よりも十分に短い周期で各２値入力ポートの状態を読み込んだときに、どのポートまでＨレベルと判定できるかを検出することにより、調光信号のデューティ比を取得するのと同時に、調光信号の電圧振幅を判定することができる。つまり、電圧分圧比の高いポートがＨレベルと判定しているタイミングで、電圧分圧比のより低いポートがＨレベルと判定できるか否かを検出することにより、調光信号の電圧振幅を判定することができる。

マイコン１５では、判定した電圧振幅に応じて選定された調光カーブを用いて、調光信号のデューティ比に応じた光出力が得られるように、スイッチ回路８の制御目標電圧入力端子ＶＣに制御目標電圧を与える。マイコン１５から制御目標電圧（アナログ値）を出力する手段としては、マイコン１５のＤ／Ａ変換機能を用いても良いし、マイコン１５の２値出力ポートから出力したＰＷＭ信号をＣＲ積分回路により平滑することで制御目標電圧を出力するように構成しても良い。

調光カーブは２乗〜４乗程度まで設定されており、パルス電圧の振幅に応じて選定することができる。また、前記調光カーブは、負荷に応じて最適に調整された調光カーブを数値テーブルとして記憶したもので構成されていても良い。

本発明の実施形態１の概略構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態１の動作説明のための特性図である。 本発明の実施形態２の構成を示すブロック回路図である。 従来例の概略構成を示すブロック回路図である。 従来例の動作説明のための特性図である。

符号の説明

１ 商用交流電源
２ 制御回路
３ ＬＥＤ負荷
４ 調光器

Claims (5)

1. 交流電源を受けてＬＥＤを点灯させる制御装置を有し、前記制御装置にはＬＥＤの光出力を調光制御するための調光信号入力手段を有したＬＥＤ照明装置において、前記調光信号が第１の調光信号と第２の調光信号の組合せの信号であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 第１の調光信号で調光レベルを設定し、第２の調光信号で調光カーブを設定することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
3. 第１の調光信号は周波数一定のデューティ可変のパルス信号であることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明装置。
4. 第１の調光信号は周波数可変のパルス信号であることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明装置。
5. 第２の調光信号はパルス信号の電圧振幅値を可変することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。

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