JP2010218715A

JP2010218715A - 照明装置

Info

Publication number: JP2010218715A
Application number: JP2009060616A
Authority: JP
Inventors: Takao Mukogawa; 隆夫向川
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】サイリスタを用いた調光器の誤点弧を検出し、正しくＬＥＤをオンオフする。
【解決手段】サイリスタを用いた調光器から電流０の時間区間を挿入された交流電流が供給される。整流して直流電流としたのちマイクロコンピュータ１０で点弧区間と消弧区間を監視する。直近の正常時の点弧区間と消弧区間をマイクロコンピュータ１０に記憶させ、整流した直流電流の点弧区間と消弧区間が異常であれば、制御回路ＩＣのＧＡＴＥ端子の制御は、マイクロコンピュータ１０に記憶されたオンオフタイミングに基づくデューティー比で実施されるため、図示しない交流調光器の出力に対応せずに、発光部２００は問題が無かったオンオフタイミングに基づき点灯する。この間、規則正しい点弧区間と消弧区間に基づき、発光部２００は点弧及び消弧されるので、発光部２００のチラつきは生じない。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置に関する。

室内照明等において、調光器と、ＬＥＤを用いた照明装置を組み合わせたいわゆるダウンライトが汎用されるようになった。最も簡単な構成は、調光器としてトライアックその他のサイリスタを用い、交流電流波形に電流０の区間を挿入するものである。即ち、半波形ごとに概略、交流波形に電流値０のオフ区間と、電流値が０でないオン区間を設けて各照明装置に交流電力として供給し、各照明装置で整流して直流とし、ＬＥＤをオンオフする。この際、オンされている間の発光強度が、１回のオンオフで平均化された発光強度として視認される。ここにおいて、各照明装置は整流後に完全な平滑化をする必要は無い。

特開２００６−０３２０３２号公報特開２００６−０３２０３３号公報

ところが、調光器に用いるトライアックその他のサイリスタは、誤点弧により電流０の区間の挿入ができないことが度々起こり、結果、オン時間が連続する時間が生ずる。これは、白熱灯のダウンライトと異なり、ＬＥＤを用いた照明装置においては整流ブリッジやコンデンサを挿入する必要があるため、電流がパルス状に流れたり、負荷電流が０のタイミングと電圧が０になるタイミングが異なる等の理由による。
商用交流の５０又は６０ＨｚのＬＥＤの規則正しいオンオフは、チラつきとしては視認されない。しかし、ＬＥＤのオン状態が連続する時間が一定時間を超えるとその間は発光強度が大きくなり、はっきりとしたチラつきとして視認されてしまう。このように、調光器に用いる半導体素子の誤点弧は、調光器で設定した明るさを超える発光を照明装置で生じさせ、照明装置のチラつきとして視認される問題があった。例えば特許文献１及び２では調光器に回路を追加することにより調光器に用いる半導体素子の誤点弧を回避する技術が示されているが、回路構成が複雑になり、電力損失と製造コストが増加する問題があった。

ここで、発光ダイオードを用いた照明装置においては、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチを挿入し、発光ダイオードの電流を検知して当該電流が一定値を下回るとＭＯＳＦＥＴスイッチをオフとする制御回路（ＩＣ）が市販されている。この制御回路には、信号入力により所望のタイミングで当該ＭＯＳＦＥＴスイッチをオフとすることが可能な入力端子が設けられているものもある。

そこで本発明者は、トライアックその他のサイリスタを用いた調光器に接続される照明装置において、調光器の当該トライアックその他のサイリスタが誤点弧した場合でも照明装置側でそれを検知して、正しくＬＥＤをオンオフできる照明装置を完成した。

本発明は、外部供給電力により発光部を発光させる照明装置において、外部供給電力は、商用交流から生成されるものであって、電流値が半波形毎に点弧区間と消弧区間とを有するものであり、制御可能なスイッチにより、発光部を消灯させるスイッチ手段と、現時点での点弧区間及び消弧区間の配置が正常か否かを判定する判定手段と、現時点より前の所定時間内の正常時の点弧区間及び消弧区間の配置を記憶する記憶手段と、判定手段の判定結果が正常である場合は、外部供給電力の当該点弧区間及び消弧区間により発光部を点灯及び消灯させ、判定手段の判定結果が異常である場合は、記憶手段に記憶された、現時点より前の所定時間内の正常時の点弧区間及び消弧区間により発光部を点灯及び消灯させるように、スイッチ手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする照明装置である。

本発明によれば、トライアックその他のサイリスタを用いた調光器の構成に手を加えること無く、調光器のトライアックその他のサイリスタが誤点弧した場合でも、規則正しく発光部を点灯及び消灯させることが可能となる。

本発明の具体的な一実施例に係る照明装置１０００の回路図。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の具体的な一実施例に係る照明装置１０００の回路図である。
図１の照明装置１０００は、交流入力（ＡＣ）により、ＬＥＤから成る発光部２００を点灯させるものである。この際、交流入力（ＡＣ）はサイリスタ、特にトライアックを用いた図示しない調光器を介して、交流のオン時間の割合（デューティー比）が調整される。図１の照明装置１０００は、この図示しない調光器のサイリスタ等が、消弧すべき時間区間で誤作動により誤点弧し、点弧時間が長くなってしまう場合でも、照明装置１０００の内部回路で正しいデューティー比となるように調整するものである。

図１の照明装置１０００の回路構成は次の通りである。
照明装置１０００は、整流及び点灯制御回路１００と、ＬＥＤから成る発光部２００とから成る。整流及び点灯制御回路１００は、整流及び通常点灯回路１１０と、デューティー比補正回路１２０とから成る。

まず、整流及び通常点灯回路１１０について説明する。
交流入力（ＡＣ）の一方はヒューズＦを介してダイオードブリッジＤＢの第２端子に接続され、交流入力（ＡＣ）の他方はダイオードブリッジＤＢの第３端子に接続されている。ダイオードブリッジＤＢの第２端子と第３端子の間にはバリスタＶＤＲが接続されている。
ダイオードブリッジＤＢは４つのダイオードが、第１、第２、第３、第４端子間に次のように接続されている。即ち、第４端子から第２端子に向って直流電流を許容するダイオード、第２端子から第１端子に向って直流電流を許容するダイオード、第４端子から第３端子に向って直流電流を許容するダイオード、第３端子から第１端子に向って直流電流を許容するダイオードである。

ダイオードブリッジＤＢの直流正極である第１端子には第１のショットキーダイオードＳＫＤ₁のアノードが接続され、第１のショットキーダイオードＳＫＤ₁のカソードには、電解コンデンサＣ_iの正極が接続され、電解コンデンサＣ_iの負極はダイオードブリッジＤＢの直流負極である第４端子に接続されている。

また、第１のショットキーダイオードＳＫＤ₁のカソードには、４個のＬＥＤの直列接続から成る発光部２００のアノードが接続されている。４個のＬＥＤの直列接続から成る発光部２００のカソードには、インダクタＬ_oを介してＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のドレインが接続されている。ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のソースには抵抗Ｒ_csを介してダイオードブリッジＤＢの直流負極である第４端子が接続されている。以下の説明のため、抵抗Ｒ_csとダイオードブリッジＤＢの直流負極である第４端子との接続をグランドラインＧＬ₁と呼ぶこととする。
また、４個のＬＥＤの直列接続から成る発光部２００のアノード及びカソード間には、キャパシタＣ_Oが接続されてる。また、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のドレインには第２のショットキーダイオードＳＫＤ₂のアノードが接続されており、第２のショットキーダイオードＳＫＤ₂のカソードは４個のＬＥＤの直列接続から成る発光部２００のアノードに接続されている。

整流及び通常点灯回路１１０は制御回路ＩＣを有している。制御回路ＩＣは、８つの端子ＶＩＮ、ＧＮＤ、ＧＡＴＥ、ＣＳ、ＶＤＤ、ＰＷＭＤ、ＬＤ、ＲＴを有している。制御回路ＩＣのＶＩＮ端子は第１のショットキーダイオードＳＫＤ₁のカソードに接続されており、制御回路ＩＣのＧＮＤ端子はグランドラインＧＬ₁に接続されている。こうして、直流電力が制御回路ＩＣに供給される。
また、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のゲート電位の制御は制御回路ＩＣのＧＡＴＥ端子により行われる。この際、電位を調整するため、ＧＡＴＥ端子とグランドラインＧＬ₁間に直列接続された２つの抵抗Ｒ_g1及びＲ_g2により電圧分割が行われ、抵抗Ｒ_g1及びＲ_g2の接続点がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のゲートに接続されている。
また、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のソースは制御回路ＩＣのＣＳ端子に接続されている。制御回路ＩＣのＣＳ端子にはキャパシタＣ_csの一端が接続され、その他端はグランドラインＧＬ₁に接続されている。こうして、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のソース電流、即ち４個のＬＥＤの直列接続から成る発光部２００を流れる電流が、抵抗Ｒ_csの電圧降下、即ちＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のソース電位として制御回路ＩＣのＣＳ端子で検知される。ＣＳ端子で検知された電位が設定された電位を下回ると、ＧＡＴＥ端子はグランド電位になり、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）がオフとなって発光部２００の電流を遮断することができる。

制御回路ＩＣのＲＴ端子は抵抗Ｒ_rtを介してグランドラインＧＬ₁に接続されている。制御回路ＩＣのＲＴ端子は抵抗Ｒ_rtにより内部クロックの周波数を調整するための端子である。
制御回路ＩＣのＶＤＤ端子は、例えば７．５Ｖの定電圧を供給する端子である。制御回路ＩＣのＶＤＤ端子とグランドラインＧＬ₁との間にキャパシタＣ_vddが挿入されている。
制御回路ＩＣのＬＤ端子はＣＳ端子で検知される電位と比較する電位に接続される。
制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子は、その入力がＧＮＤ端子の電位に等しいとき、スイッチであるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）をオフ（発光部２００を消灯）するようにＧＡＴＥ端子の出力がＧＮＤ端子の電位となる。一方ＰＷＭＤ端子の入力が所定電圧以上であれば、ＧＡＴＥ端子の制御は他の条件により行われる。即ち制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子は、必要な場合に発光部２００を消灯させるためのものである。制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子とグランドラインＧＬ₁との間にキャパシタＣ_pwmdが挿入されている。

次にデューティー比補正回路１２０の構成について説明する。
デューティー比補正回路１２０は、フォトカプラＰＣと４つの端子を有するマイクロコンピュータ１０を有する。
フォトカプラＰＣは、４つの端子を有し、それらを端子１、３、４、６と表示する。端子１及び端子３間にはＬＥＤが、端子６及び端子４間にはフォトトランジスタが接続されており、端子１から端子３に電流を流すことにより端子６及び端子４間が導通する。
マイクロコンピュータ１０の４端子は、Ｖｃｃ、ＧＮＤ、入力端子ｉｎ、出力端子ｏｕｔである。マイクロコンピュータ１０のＶｃｃ端子には図示しない定電圧源から例えば５Ｖの正電位が印加される。マイクロコンピュータ１０のＧＮＤ端子はダイオードブリッジＤＢの直流負極である第４端子に接続されている。以下の説明のため、マイクロコンピュータ１０のＧＮＤ端子とダイオードブリッジＤＢの直流負極である第４端子との接続をグランドラインＧＬ₂と呼び、その電位をＧＮＤ電位と呼ぶこととする。

まず、ダイオードブリッジＤＢの直流正極である第１端子と直流負極である第４端子の間に、抵抗Ｒ_pcとフォトカプラＰＣの発光ダイオードが直列接続されている。フォトカプラＰＣのフォトトランジスタ側は、端子６が抵抗Ｒ_mciを介して制御回路ＩＣのＶＤＤ端子に接続され、端子４がグランドラインＧＬ₂に接続されている。
また、マイクロコンピュータ１０の入力端子ｉｎに、フォトカプラＰＣの端子６が接続されている。更にマイクロコンピュータ１０の入力端子ｉｎとグランドラインＧＬ₂の間にキャパシタＣ_mciが挿入されている。

また、マイクロコンピュータ１０の出力端子ｏｕｔは、制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子に接続されている。マイクロコンピュータ１０の出力端子ｏｕｔとグランドラインＧＬ₂との間には、２つの抵抗Ｒ_mco1とＲ_mco2の直列接続が挿入されている。抵抗Ｒ_mco1とＲ_mco2の接続点には制御回路ＩＣのＬＤ端子が接続されている。抵抗Ｒ_mco1とＲ_mco2の接続点とグランドラインＧＬ₂との間には、キャパシタＣ_mcoが接続されている。

こうして、ダイオードブリッジＤＢから直流電力が供給されると、フォトカプラＰＣ内部を端子１から端子３に向って電流が流れ、端子６と端子４とが導通する。これにより端子６はＧＮＤ電位となる。制御回路ＩＣのＶＤＤ端子を電源として抵抗Ｒ_mciに電流が流れ、抵抗Ｒ_mciにおいて制御回路ＩＣのＶＤＤ端子の電位分の電圧降下が生ずる。これにより、マイクロコンピュータ１０の入力端子ｉｎの電位はＧＮＤ電位となる。
一方、ダイオードブリッジＤＢのから直流電力が供給されないと、端子６と端子４とは導通しないので抵抗Ｒ_mciには電流が流れない。このため抵抗Ｒ_mciにおいて電圧降下は生じず、マイクロコンピュータ１０の入力端子ｉｎの電位は制御回路ＩＣのＶＤＤ端子電位となる。

こうして、マイクロコンピュータ１０の入力端子ｉｎの電位により、ダイオードブリッジＤＢからの直流電流の有無が検出できるので、マイクロコンピュータ１０はそのオンオフタイミングを監視できる。ここにおいて、直近の、例えば０．５秒以内の、正常なオンオフタイミングをメモリに記憶させ、現在のオンオフタイミングに問題が無いかどうか判別させると良い。
即ち、５０又は６０Ｈｚの交流からデューティー比により生成される、点弧区間と消弧区間を常時監視し、直近の、例えば０．５秒以内の、正常なオンオフタイミングをメモリに記憶させる。即ち、マイクロコンピュータ１０はメモリに記憶した規則正しい点弧区間と消弧区間と、入力端子ｉｎから入力される現在の点弧区間と消弧区間の関係を比較する。
半波ごとに点弧区間と消弧区間が生ずるならば、１００又は１２０Ｈｚで、点弧区間と消弧区間が規則正しく交替するはずである。調光器の半導体素子の誤作動により、消弧区間が消滅したり、異なる波形になった場合は、消弧区間に異常が発見される。

こうして、現在のオンオフタイミングに問題が無い場合は、出力端子ｏｕｔから制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子へ所定の高電位を出力する。これにより、制御回路ＩＣのＧＡＴＥ端子の制御は、ＣＳ端子による電流監視のみとなり、ダイオードブリッジＤＢからの直流電流が所定値を超えている間は発光部２００は点灯する。即ち、図示しない交流調光器の出力にほぼ対応して発光部２００は点灯する。この間、規則正しい点弧区間と消弧区間に基づき、発光部２００は点灯及び消灯されるので、発光部２００のチラつきは生じない。
尚、入力端子ｉｎの電位に合わせて、出力端子ｏｕｔから制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子へ出力しても良い。即ち、入力端子ｉｎの電位がＧＮＤ電位であってダイオードブリッジＤＢから直流電力が供給されている場合に出力端子ｏｕｔから制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子へ、所定の高電位、例えばＶＣＣを出力する。入力端子ｉｎの電位がＶＤＤ電位であってダイオードブリッジＤＢから直流電力が供給されていない場合に出力端子ｏｕｔから制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子へＧＮＤ電位を出力する。

現在のオンオフタイミングに問題がある場合は、入力端子ｉｎの電位に関わらず、直近のオンオフタイミングに問題が無かったオンオフタイミングに基づき、出力端子ｏｕｔから制御回路ＩＣのＰＷＭＤ端子へ、所定の高電位とＧＮＤ電位を出力する。これにより、制御回路ＩＣのＧＡＴＥ端子の制御は、マイクロコンピュータ１０に記憶されたオンオフタイミングに基づくデューティー比で実施されるため、図示しない交流調光器の出力に対応せずに、発光部２００は問題が無かったオンオフタイミングに基づき点灯する。この間、規則正しい点弧区間と消弧区間に基づき、発光部２００は点灯及び消灯されるので、発光部２００のチラつきは生じない。

上記実施例では、ＣＳ端子を有した制御回路ＩＣを用いる構成を示したが、ＣＳ端子を有した制御回路ＩＣを用いないで、マイクロコンピュータ１０の出力端子により、直接ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のゲート電位を制御しても良い。この場合、特許請求の範囲に示した手段のうち、スイッチ手段以外の、判定手段、記憶手段、制御手段はマイクロコンピュータ１０が該当する。
一方上記実施例では、ＣＳ端子を有した制御回路ＩＣがＧＡＴＥ端子信号によりＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）のゲート電位を制御しているので、特許請求の範囲に示した手段のうち、判定手段と記憶手段はマイクロコンピュータ１０が該当するが、制御手段はマイクロコンピュータ１０と制御回路ＩＣが該当する。
なお、いずれの場合も特許請求の範囲のスイッチ手段は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ）が該当する。

本発明は簡易な構成の調光器と組み合わせることにより、商用交流を電力源とした住宅その他の居室空間のダウンライトとして用いることができる。

１０００：照明装置
１００：整流及び点灯制御回路
１１０：整流及び通常点灯回路
１２０：デューティー比補正回路
１０：マイクロコンピュータ
２００：発光部

Claims

外部供給電力により発光部を発光させる照明装置において、
前記外部供給電力は、商用交流から生成されるものであって、電流値が半波形毎に点弧区間と消弧区間とを有するものであり、
制御可能なスイッチにより、前記発光部を消灯させるスイッチ手段と、
現時点での点弧区間及び消弧区間の配置が正常か否かを判定する判定手段と、
現時点より前の所定時間内の正常時の点弧区間及び消弧区間の配置を記憶する記憶手段と、
前記判定手段の判定結果が正常である場合は、前記外部供給電力の当該点弧区間及び消弧区間により前記発光部を点灯及び消灯させ、
前記判定手段の判定結果が異常である場合は、前記記憶手段に記憶された、現時点より前の所定時間内の正常時の点弧区間及び消弧区間により前記発光部を点灯及び消灯させるように、前記スイッチ手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする照明装置。