JP2010218969A - 直流照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流調光器を用いないでダウンライトを生成する。
【解決手段】直流照明装置1000は、その前段に図示しない電圧可変な直流電力源を有する。制御電圧生成部101では、ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2BのIC2Cの出力は各々Vb、V0となる。pnpトランジスタQ2のエミッタ電位はV0となる。抵抗R10の端子間にVb−V0の電位差が生ずる。Vb>V0であれば、IR10=(Vb−V0)/R10が流れる。Vb≦V0であれば、pnpトランジスタQ2のエミッタに流れ込む電流は生じない。npnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eは、発光部200のLED電流であり、オペアンプIC2AはR14I3eがVCに等しくなるようnpnトランジスタQ3を制御する。発光部200のLED電流は、ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminで0、電位Vaが最大値VamaxでI3emax、その間では線形に制御できる。
【選択図】図1
【解決手段】直流照明装置1000は、その前段に図示しない電圧可変な直流電力源を有する。制御電圧生成部101では、ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2BのIC2Cの出力は各々Vb、V0となる。pnpトランジスタQ2のエミッタ電位はV0となる。抵抗R10の端子間にVb−V0の電位差が生ずる。Vb>V0であれば、IR10=(Vb−V0)/R10が流れる。Vb≦V0であれば、pnpトランジスタQ2のエミッタに流れ込む電流は生じない。npnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eは、発光部200のLED電流であり、オペアンプIC2AはR14I3eがVCに等しくなるようnpnトランジスタQ3を制御する。発光部200のLED電流は、ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminで0、電位Vaが最大値VamaxでI3emax、その間では線形に制御できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、直流電力を電源とする照明装置に関する。特に電源が商用交流を15V〜30V程度の範囲で可変な直流電力に変換する、調光器の役割を担うものを想定している。
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。
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。
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。
そこで、本発明者らは全く新しく、商用交流を15V〜30V程度の範囲で可変な直流電力に変換する調光器を想定し、当該調光器からの直流電力の電圧に応じて、発光強度の調整可能な直流照明装置を考案した。
請求項1に係る発明は、直流電力を電源とする直流照明装置であって、1個以上の発光ダイオードから成る発光部と、発光部の発光ダイオードを流れる電流を制御することにより発光ダイオードの発光強度を調整する発光制御部と、発光制御部に出力する制御電圧を生成する制御電圧生成部とを有し、直流電力は、その電圧が所定の最小電圧から最大電圧まで可変に供給されるものであり、直流電力の電圧が最小電圧の時に発光部の発光強度が0であり、直流電力の電圧が最小電圧から最大電圧に増加するに従って発光部の発光強度が狭義の単調増加となることを特徴とする直流照明装置である。
請求項2に係る発明は、制御電圧生成部は、所定の比較電圧を生成して、直流電力の電圧との差電圧を生成する手段を有し、当該差電圧に比例して制御電圧を生成することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、発光制御部は、フィードバック手段と、フィードバック手段の出力によりベース又はゲート電位が制御されるトランジスタと、トランジスタに接続され、トランジスタを流れる電流により両端に電位差が生じる抵抗を有し、フィードバック手段は、制御電圧と、抵抗の両端の電位差との差を0とする機能を有することを特徴とする。
請求項4に係る発明は、フィードバック手段はオペレーションアンプであることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、制御電圧生成部は、所定の比較電圧を生成して、直流電力の電圧との差電圧を生成する手段を有し、当該差電圧に比例して制御電圧を生成することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、発光制御部は、フィードバック手段と、フィードバック手段の出力によりベース又はゲート電位が制御されるトランジスタと、トランジスタに接続され、トランジスタを流れる電流により両端に電位差が生じる抵抗を有し、フィードバック手段は、制御電圧と、抵抗の両端の電位差との差を0とする機能を有することを特徴とする。
請求項4に係る発明は、フィードバック手段はオペレーションアンプであることを特徴とする。
本発明は新規な直流照明装置であるので、トライアックその他のサイリスタを用いた調光器による交流電力を電力源とする際の問題は生じない。
また、以下に示す通り、極めて簡単な構成で、電流源の電圧変化に基づき照明装置の発光強度を増減できるので、極めて有用である。
なお、本発明の直流照明装置は完全に平滑化された直流電源を電力源とする場合には、チラつきが生ずる可能性は全く無い。
この他、消弧区間を有する交流電力に比較して低圧の電力供給とすることが可能であり、ノイズが小さく、高周波対策にもなる。また回路が簡潔なので、多数のランプ群を接続しても安価に構成できる。
また、発光部を構成する発光ダイオード(LED)に適した、例えば15乃至30Vの比較的低い直流電圧を電力源とするため、安全である。
また、以下に示す通り、極めて簡単な構成で、電流源の電圧変化に基づき照明装置の発光強度を増減できるので、極めて有用である。
なお、本発明の直流照明装置は完全に平滑化された直流電源を電力源とする場合には、チラつきが生ずる可能性は全く無い。
この他、消弧区間を有する交流電力に比較して低圧の電力供給とすることが可能であり、ノイズが小さく、高周波対策にもなる。また回路が簡潔なので、多数のランプ群を接続しても安価に構成できる。
また、発光部を構成する発光ダイオード(LED)に適した、例えば15乃至30Vの比較的低い直流電圧を電力源とするため、安全である。
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。
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直流照明装置1000の回路図である。
直流照明装置1000は、図示しない出力直流電圧を可変とした調光器から、一定電圧範囲の定電圧直流電力を受け取り、当該電圧に応じて、LEDの発光強度を調整するものである。
直流照明装置1000は、電流制御部100と4つのLEDの直列接続から成る発光部200とから成る。
なお、図1では外部から供給される直流電力の負極側に接続されるものをアースとして示し、以下においても、外部から供給される直流電力の負極側に接続されるものを「アースに接続する」と表現する。
直流照明装置1000は、図示しない出力直流電圧を可変とした調光器から、一定電圧範囲の定電圧直流電力を受け取り、当該電圧に応じて、LEDの発光強度を調整するものである。
直流照明装置1000は、電流制御部100と4つのLEDの直列接続から成る発光部200とから成る。
なお、図1では外部から供給される直流電力の負極側に接続されるものをアースとして示し、以下においても、外部から供給される直流電力の負極側に接続されるものを「アースに接続する」と表現する。
電流制御部100の構成は次の通りである。
外部から供給される直流電力の正極側は、ヒューズFと順方向に接続されたダイオードD1を介して4つのLEDの直列接続から成る発光部200のアノード側に接続される。4つのLEDの直列接続から成る発光部200のカソード側は、以下で説明する、電流制御用のnpnトランジスタQ3と抵抗R14を介してアースに接続される。
また、ダイオードD1のカソードとアースとの間には、ツェナーダイオードZDと抵抗R1が並列接続されている。ツェナーダイオードZDは逆方向接続されている。
また、ダイオードD1のカソードとアースとの間には、制御電圧生成部101と定電圧源補償部102とが接続されている。制御電圧生成部101の生成する制御電圧Vcと、定電圧源補償部102により補償された定電圧VCCとがLED制御部(発光制御部)103に入力される。以下に説明する通り、LED制御部103は制御電圧生成部101の生成する制御電圧Vcに応じてnpnトランジスタQ3のベース電位を制御することにより、4つのLEDの直列接続から成る発光部200に流れる電流を制御する。
外部から供給される直流電力の正極側は、ヒューズFと順方向に接続されたダイオードD1を介して4つのLEDの直列接続から成る発光部200のアノード側に接続される。4つのLEDの直列接続から成る発光部200のカソード側は、以下で説明する、電流制御用のnpnトランジスタQ3と抵抗R14を介してアースに接続される。
また、ダイオードD1のカソードとアースとの間には、ツェナーダイオードZDと抵抗R1が並列接続されている。ツェナーダイオードZDは逆方向接続されている。
また、ダイオードD1のカソードとアースとの間には、制御電圧生成部101と定電圧源補償部102とが接続されている。制御電圧生成部101の生成する制御電圧Vcと、定電圧源補償部102により補償された定電圧VCCとがLED制御部(発光制御部)103に入力される。以下に説明する通り、LED制御部103は制御電圧生成部101の生成する制御電圧Vcに応じてnpnトランジスタQ3のベース電位を制御することにより、4つのLEDの直列接続から成る発光部200に流れる電流を制御する。
電流制御部100には、シャントレギュレータIC1と、4つのオペアンプIC2A、IC2B、IC2C、IC2Dが含まれる。シャントレギュレータIC1は定電圧源補償部102の構成要素であり、オペアンプIC2AはLED制御部103の構成要素であり、3つのオペアンプIC2B、IC2C、IC2Dは制御電圧生成部101の構成要素である。
4つのオペアンプIC2A、IC2B、IC2C、IC2Dは、一体化されたいわゆるクワッドタイプの集積回路である。4つのオペアンプIC2A、IC2B、IC2C、IC2Dは、それぞれの定電圧入力端子が共通であり、それぞれのグランド端子も共通である。図1ではこれを各々端子4と11で示した。図1の回路図ではオペアンプIC2Aに当該端子4と11を記載したが、残りのオペアンプIC2B、IC2C、IC2Dでもこの定電圧入力端子4とグランド端子11に接続されている。
4つのオペアンプIC2A、IC2B、IC2C、IC2Dは、一体化されたいわゆるクワッドタイプの集積回路である。4つのオペアンプIC2A、IC2B、IC2C、IC2Dは、それぞれの定電圧入力端子が共通であり、それぞれのグランド端子も共通である。図1ではこれを各々端子4と11で示した。図1の回路図ではオペアンプIC2Aに当該端子4と11を記載したが、残りのオペアンプIC2B、IC2C、IC2Dでもこの定電圧入力端子4とグランド端子11に接続されている。
制御電圧生成部101の回路構成は次の通りである。
まず、ダイオードD1のカソードとアースとの間に2つの抵抗R2及びR3の直列接続が挿入されている。ダイオードD1のカソードの電位をVaとすると、2つの抵抗R2及びR3の接続点の電位Vbは、Vb=VaR3/(R2+R3)である。また、抵抗R2と並列にダイオードD2が逆方向に接続されており、抵抗R3と並列にキャパシタC1が接続されている。
2つの抵抗R2及びR3の接続点はオペアンプIC2Bの正入力5に接続され、オペアンプIC2Bの負入力6は出力7に接続されている。即ちオペアンプIC2Bは正入力5に入力される電圧Vbについてのボルテージフォロワである。
オペアンプIC2Cの正入力10には、定電圧源Vccとアースの間に挿入された2つの抵抗R7及びR8の直列接続により生成された比較電圧V0(<Vcc)が入力される。オペアンプIC2Cの正入力10とアースの間には、キャパシタC3が挿入されている。オペアンプIC2Cの負入力9には出力8が接続されている。即ちオペアンプIC2Cは正入力10に入力される比較電圧V0についてのボルテージフォロワである。
オペアンプIC2Cの出力8とオペアンプIC2Bの出力7とは、抵抗R9を介して接続されている。
まず、ダイオードD1のカソードとアースとの間に2つの抵抗R2及びR3の直列接続が挿入されている。ダイオードD1のカソードの電位をVaとすると、2つの抵抗R2及びR3の接続点の電位Vbは、Vb=VaR3/(R2+R3)である。また、抵抗R2と並列にダイオードD2が逆方向に接続されており、抵抗R3と並列にキャパシタC1が接続されている。
2つの抵抗R2及びR3の接続点はオペアンプIC2Bの正入力5に接続され、オペアンプIC2Bの負入力6は出力7に接続されている。即ちオペアンプIC2Bは正入力5に入力される電圧Vbについてのボルテージフォロワである。
オペアンプIC2Cの正入力10には、定電圧源Vccとアースの間に挿入された2つの抵抗R7及びR8の直列接続により生成された比較電圧V0(<Vcc)が入力される。オペアンプIC2Cの正入力10とアースの間には、キャパシタC3が挿入されている。オペアンプIC2Cの負入力9には出力8が接続されている。即ちオペアンプIC2Cは正入力10に入力される比較電圧V0についてのボルテージフォロワである。
オペアンプIC2Cの出力8とオペアンプIC2Bの出力7とは、抵抗R9を介して接続されている。
オペアンプIC2Cの出力8は、オペアンプIC2Dの正入力12に接続されている。
オペアンプIC2Bの出力7は、抵抗R10(R9と同じ大きさ)を介してオペアンプIC2Dの負入力13とpnpトランジスタQ2のエミッタに接続されている。
オペアンプIC2Dの出力14は、抵抗R11を介してpnpトランジスタQ2のベースに接続されている。pnpトランジスタQ2のベースにはダイオードD3のカソードが、pnpトランジスタQ2のエミッタにはダイオードD3のアノードが接続されている。
pnpトランジスタQ2のコレクタは抵抗R12を介してアースされ、また、オペアンプIC2Aの正入力3に接続されている。
制御電圧生成部101の作用はLED制御部103の作用と合わせて説明する。
オペアンプIC2Bの出力7は、抵抗R10(R9と同じ大きさ)を介してオペアンプIC2Dの負入力13とpnpトランジスタQ2のエミッタに接続されている。
オペアンプIC2Dの出力14は、抵抗R11を介してpnpトランジスタQ2のベースに接続されている。pnpトランジスタQ2のベースにはダイオードD3のカソードが、pnpトランジスタQ2のエミッタにはダイオードD3のアノードが接続されている。
pnpトランジスタQ2のコレクタは抵抗R12を介してアースされ、また、オペアンプIC2Aの正入力3に接続されている。
制御電圧生成部101の作用はLED制御部103の作用と合わせて説明する。
定電圧源補償部102の回路構成は次の通りである。
ダイオードD1のカソードが抵抗R4を介してシャントレギュレータIC1のカソードKに接続されている。シャントレギュレータIC1のアノードAはアースされている。
また、ダイオードD1のカソードがnpnトランジスタQ1のコレクタに接続されている。npnトランジスタQ1のベースはシャントレギュレータIC1のカソードKに接続され、npnトランジスタQ1のエミッタは定電圧源Vccに接続されている。
定電圧源Vccとアースの間には2つの抵抗R5及びR6の直列接続が挿入されており、また、それらと並列にキャパシタC2が挿入されていてる。抵抗R5及びR6の接続点はシャントレギュレータIC1のレファレンスRefに接続されている。定電圧源Vccに変動が無ければシャントレギュレータIC1のレファレンスRefに入力される電位はVccR6/(R5+R6)である。
また定電圧源Vccには、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4が接続されている。
ダイオードD1のカソードが抵抗R4を介してシャントレギュレータIC1のカソードKに接続されている。シャントレギュレータIC1のアノードAはアースされている。
また、ダイオードD1のカソードがnpnトランジスタQ1のコレクタに接続されている。npnトランジスタQ1のベースはシャントレギュレータIC1のカソードKに接続され、npnトランジスタQ1のエミッタは定電圧源Vccに接続されている。
定電圧源Vccとアースの間には2つの抵抗R5及びR6の直列接続が挿入されており、また、それらと並列にキャパシタC2が挿入されていてる。抵抗R5及びR6の接続点はシャントレギュレータIC1のレファレンスRefに接続されている。定電圧源Vccに変動が無ければシャントレギュレータIC1のレファレンスRefに入力される電位はVccR6/(R5+R6)である。
また定電圧源Vccには、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4が接続されている。
定電圧源補償部102の作用は次の通りである。
シャントレギュレータIC1は、レファレンスRef電位が設定値以上の場合はカソードKからアノードAの方向に電流を増加させる。これは抵抗R4での電圧降下を意味し、npnトランジスタQ1のベース電位はエミッタ電位よりも低くなっている。このためnpnトランジスタQ1のエミッタ電流は生ぜず、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4には定電圧源Vccが直接印加される。
シャントレギュレータIC1は、レファレンスRef電位が設定値を下回ると、カソードKからアノードAの方向の電流が減少する。これは抵抗R4での電圧降下が小さくなることを意味し、npnトランジスタQ1のベース電位がエミッタ電位よりも高くなる。このためnpnトランジスタQ1のエミッタ電流が生じ、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4にはダイオードD1のカソードからトランジスタQ1で低下しただけの電圧が印加される。
そこでレファレンスRef電位と比較される、シャントレギュレータIC1の設定値を、定電圧源Vccに変動が無い場合の電位VccR6/(R5+R6)と設定すると、定電圧源Vccが減少した場合にそれを補償する構成が可能となる。
シャントレギュレータIC1は、レファレンスRef電位が設定値以上の場合はカソードKからアノードAの方向に電流を増加させる。これは抵抗R4での電圧降下を意味し、npnトランジスタQ1のベース電位はエミッタ電位よりも低くなっている。このためnpnトランジスタQ1のエミッタ電流は生ぜず、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4には定電圧源Vccが直接印加される。
シャントレギュレータIC1は、レファレンスRef電位が設定値を下回ると、カソードKからアノードAの方向の電流が減少する。これは抵抗R4での電圧降下が小さくなることを意味し、npnトランジスタQ1のベース電位がエミッタ電位よりも高くなる。このためnpnトランジスタQ1のエミッタ電流が生じ、LED制御部103のオペアンプIC2Aの端子4にはダイオードD1のカソードからトランジスタQ1で低下しただけの電圧が印加される。
そこでレファレンスRef電位と比較される、シャントレギュレータIC1の設定値を、定電圧源Vccに変動が無い場合の電位VccR6/(R5+R6)と設定すると、定電圧源Vccが減少した場合にそれを補償する構成が可能となる。
LED制御部103の回路構成は次の通りである。
npnトランジスタQ3のコレクタには、発光部200のカソードが接続されている。npnトランジスタQ3のベースには、抵抗R13を介してオペアンプIC2A(フィードバック手段)の出力1が接続されている。npnトランジスタQ3のエミッタとアースの間には抵抗R14が挿入されている。
既に述べた通り、オペアンプIC2Aの正入力3には、制御電圧生成部101のpnpトランジスタQ2のコレクタが接続されている。
オペアンプIC2Aの負入力2は、npnトランジスタQ3のエミッタに接続されている。
また、既に述べた通り、オペアンプIC2Aの端子4には、定電圧源補償部102により補償された定電圧源Vccの電位が印加される。オペアンプIC2Aの端子11はアースされ、端子4及び端子11間にはキャパシタC4が挿入されていてる。また、定電圧源補償部102により補償された定電圧源VccとオペアンプIC2Aの端子2の間には、抵抗R15が挿入されている。
npnトランジスタQ3のコレクタには、発光部200のカソードが接続されている。npnトランジスタQ3のベースには、抵抗R13を介してオペアンプIC2A(フィードバック手段)の出力1が接続されている。npnトランジスタQ3のエミッタとアースの間には抵抗R14が挿入されている。
既に述べた通り、オペアンプIC2Aの正入力3には、制御電圧生成部101のpnpトランジスタQ2のコレクタが接続されている。
オペアンプIC2Aの負入力2は、npnトランジスタQ3のエミッタに接続されている。
また、既に述べた通り、オペアンプIC2Aの端子4には、定電圧源補償部102により補償された定電圧源Vccの電位が印加される。オペアンプIC2Aの端子11はアースされ、端子4及び端子11間にはキャパシタC4が挿入されていてる。また、定電圧源補償部102により補償された定電圧源VccとオペアンプIC2Aの端子2の間には、抵抗R15が挿入されている。
まず、制御電圧生成部101の作用は次の通りである。
ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2Bの出力7は、その正入力5に等しくVbとなる。ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2Cの出力8は、その正入力10に等しくV0となる。
同様に、オペアンプIC2Cの出力8を正入力12とするオペアンプIC2Dの負入力13はV0となるので、pnpトランジスタQ2のエミッタ電位はV0となる。すると、抵抗R10の端子間にはVbとV0の電位が係るので、Vb>V0であれば、オペアンプIC2Bの出力7からpnpトランジスタQ2のエミッタに向って電流IR10、但しIR10=(Vb−V0)/R10が流れる。
pnpトランジスタQ2においては、エミッタに電流IR10が流れ込むので、pnpトランジスタQ2のコレクタから抵抗R12に電流IR12=hfe×IR10が流れ、pnpトランジスタQ2のコレクタ電位VcはVc=R12IR12となる。
一方、Vb≦V0となると、オペアンプIC2Dは、ダイオードD3がオンし、オペアンプIC2Dの出力が抵抗R11、ダイオードD3を介して負入力13にフィードバックするモードで動作する。この結果、ダイオードD3の順方向電圧によりpnpトランジスタQ2のエミッタはベースよりも低電位となり、pnpトランジスタQ2はオフする。このため、コレクタから抵抗R12に流れる電流IR12も0となるので、コレクタ電位Vcはアース電位の0となる。
ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2Bの出力7は、その正入力5に等しくVbとなる。ボルテージフォロワを形成するオペアンプIC2Cの出力8は、その正入力10に等しくV0となる。
同様に、オペアンプIC2Cの出力8を正入力12とするオペアンプIC2Dの負入力13はV0となるので、pnpトランジスタQ2のエミッタ電位はV0となる。すると、抵抗R10の端子間にはVbとV0の電位が係るので、Vb>V0であれば、オペアンプIC2Bの出力7からpnpトランジスタQ2のエミッタに向って電流IR10、但しIR10=(Vb−V0)/R10が流れる。
pnpトランジスタQ2においては、エミッタに電流IR10が流れ込むので、pnpトランジスタQ2のコレクタから抵抗R12に電流IR12=hfe×IR10が流れ、pnpトランジスタQ2のコレクタ電位VcはVc=R12IR12となる。
一方、Vb≦V0となると、オペアンプIC2Dは、ダイオードD3がオンし、オペアンプIC2Dの出力が抵抗R11、ダイオードD3を介して負入力13にフィードバックするモードで動作する。この結果、ダイオードD3の順方向電圧によりpnpトランジスタQ2のエミッタはベースよりも低電位となり、pnpトランジスタQ2はオフする。このため、コレクタから抵抗R12に流れる電流IR12も0となるので、コレクタ電位Vcはアース電位の0となる。
LED制御部103の作用は次の通りである。
npnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eは、発光部200のLED電流であると考えて良い。オペアンプIC2Aの負入力2に印加される電位はR14I3eであり、正入力3に印加される電位はVCであるので、オペアンプIC2Aの出力は、R14I3eがVCに等しくなる電位となる。よって、LED制御部103は、発光部200のLED電流に等しいnpnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eが、I3e=VC/R14となるように制御する。即ち制御電圧VCに比例するように、発光部200のLED電流が制御される。
npnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eは、発光部200のLED電流であると考えて良い。オペアンプIC2Aの負入力2に印加される電位はR14I3eであり、正入力3に印加される電位はVCであるので、オペアンプIC2Aの出力は、R14I3eがVCに等しくなる電位となる。よって、LED制御部103は、発光部200のLED電流に等しいnpnトランジスタQ3のエミッタ電流I3eが、I3e=VC/R14となるように制御する。即ち制御電圧VCに比例するように、発光部200のLED電流が制御される。
以上の作用を次のとおり利用して各素子の値を決定すると良い。
ダイオードD1のカソード電位Vaの範囲を最小値Vamin以上最大値Vamaxとする。
ダイオードD1のカソード電位VaがVaminの場合のオペアンプIC2Bの正入力Vbmin(=VaminR3/(R2+R3))を、オペアンプIC2Cの正入力の比較電圧V0に等しくする。これによりダイオードD1のカソード電位VaがVamin以下の場合に、制御電圧生成部101からLED制御部103に出力される制御電圧Vcが0となる。この時、エミッタ電流I3eはI3e=VC/R14=0となる。
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの場合に、エミッタ電流I3eが最大値I3emaxとするようにするには、IR10が、(Vamax−Vamin)R3/(R2+R3)R10となるので、この時のVc=R12IR12=R14I3emaxとなるように設定する。
ダイオードD1のカソード電位Vaの範囲を最小値Vamin以上最大値Vamaxとする。
ダイオードD1のカソード電位VaがVaminの場合のオペアンプIC2Bの正入力Vbmin(=VaminR3/(R2+R3))を、オペアンプIC2Cの正入力の比較電圧V0に等しくする。これによりダイオードD1のカソード電位VaがVamin以下の場合に、制御電圧生成部101からLED制御部103に出力される制御電圧Vcが0となる。この時、エミッタ電流I3eはI3e=VC/R14=0となる。
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの場合に、エミッタ電流I3eが最大値I3emaxとするようにするには、IR10が、(Vamax−Vamin)R3/(R2+R3)R10となるので、この時のVc=R12IR12=R14I3emaxとなるように設定する。
このように設定すると、制御電圧生成部101からLED制御部103に出力される制御電圧Vcは、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminの時に0、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの時にR14I3emax
となるので、発光部200のLED電流は、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminの時に0、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの時にI3emax
となる。しかもカソード電位Vaが最小値Vaminと最大値Vamaxの間では発光部200のLED電流は線形に制御できる。
これは、発光部200に印加する電圧を制御するのでなく、発光部200に流れる電流自体を制御することを意味する。
即ち、調光器から供給される直流電源の電圧により、線形に発光部200に流れる電流を制御できるので、各LEDの閾値電圧に関係なく、滑らかな調光が可能となることを意味する。
ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminの時に0、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの時にR14I3emax
となるので、発光部200のLED電流は、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最小値Vaminの時に0、
ダイオードD1のカソード電位Vaが最大値Vamaxの時にI3emax
となる。しかもカソード電位Vaが最小値Vaminと最大値Vamaxの間では発光部200のLED電流は線形に制御できる。
これは、発光部200に印加する電圧を制御するのでなく、発光部200に流れる電流自体を制御することを意味する。
即ち、調光器から供給される直流電源の電圧により、線形に発光部200に流れる電流を制御できるので、各LEDの閾値電圧に関係なく、滑らかな調光が可能となることを意味する。
ダイオードD1のカソード電位Vaは、電圧可変で供給される外部からの直流電力の電圧と比例すると考えて良い。また、上記実施例では比較電圧V0とカソード電位Vaを直接比較せず、比較電圧V0とカソード電位Vaの電圧分割により生成される電圧Vbを比較したが、これらは技術的に同等である。
図1の直流照明装置1000を複数個用いた照明系統を図2に示す。
図2の照明系統は、商用交流電源ACに、整流及び調光器3000を接続し、整流及び調光器3000の直流電力DCを、n個の直流照明装置1000−1〜1000−nの並列接続に供給するものである。n個の直流照明装置1000−1〜1000−nは、各々、図1に示される直流照明装置1000の回路図と同等の構成を有するものであるが、簡略化してブロック図で示した。
即ち、図2のn個の直流照明装置1000−1〜1000−nの各々の電流制御部100−1〜100−nは、図1の直流照明装置1000の電流制御部100と略同等の構成を有する。図2では単にオペアンプとトランジスタで代表させて示した。図2のn個の直流照明装置1000−1〜1000−nの各々の発光部200−1〜200−nは、各々任意個のLEDの直列接続から成る。各発光部200−1〜200−nのLEDの個数は全く任意である。各発光部200−1〜200−nに用いられるLEDの個数及び特性に応じ、対応する各電流制御部100−1〜100−nの電流制御特性が任意に設計できることは当然である。
図2の照明系統における整流及び調光器3000の構成は全く任意であって、例えば100V、50又は60Hzの商用交流を、例えば17乃至30Vの範囲で可変な電圧とできる直流電力を供給するものであればよい。
図2の照明系統は、商用交流電源ACに、整流及び調光器3000を接続し、整流及び調光器3000の直流電力DCを、n個の直流照明装置1000−1〜1000−nの並列接続に供給するものである。n個の直流照明装置1000−1〜1000−nは、各々、図1に示される直流照明装置1000の回路図と同等の構成を有するものであるが、簡略化してブロック図で示した。
即ち、図2のn個の直流照明装置1000−1〜1000−nの各々の電流制御部100−1〜100−nは、図1の直流照明装置1000の電流制御部100と略同等の構成を有する。図2では単にオペアンプとトランジスタで代表させて示した。図2のn個の直流照明装置1000−1〜1000−nの各々の発光部200−1〜200−nは、各々任意個のLEDの直列接続から成る。各発光部200−1〜200−nのLEDの個数は全く任意である。各発光部200−1〜200−nに用いられるLEDの個数及び特性に応じ、対応する各電流制御部100−1〜100−nの電流制御特性が任意に設計できることは当然である。
図2の照明系統における整流及び調光器3000の構成は全く任意であって、例えば100V、50又は60Hzの商用交流を、例えば17乃至30Vの範囲で可変な電圧とできる直流電力を供給するものであればよい。
例えば、次の構成が考えられる。トランスを設けて、その一次側に、4つのダイオードから成るダイオードブリッジ、大型の平滑用コンデンサと、パルス幅変調(PWM)可能なスイッチを設ける。こうして交流を直流に変換して断続的にトランスの一次側に供給する。スイッチのパルス幅変調(PWM)を適当に制御すれば、トランスの一次側に供給される直流電力の時間平均を可変とできる。
トランスの二次側の一方の端子はダイオードとチョークコイルを直列に接続して直流電源である整流及び調光器3000の高電位側出力端子とし、他方の端子は直流電源である整流及び調光器3000の低電位側出力端子とする。直流電源の高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に大型の平滑用コンデンサを挿入する。別途、トランスに接続されたダイオードとチョークコイルの接続点と直流電源の低電位側出力端子との間に別のダイオードを挿入してバイパスとする。
直流電源の高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に適当な大きな値の2個の抵抗の直列接続を挿入して直流出力電圧を分割してフィードバックする。この電圧を、調整ダイアル等に連動した可変抵抗VRにより生成される指示電圧と比較して、例えばフォトカプラを介して、適当なマイクロコンピュータやデバイスにより上記トランスの一次側のスイッチをパルス幅変調(PWM)で制御すれば良い。
トランスの二次側の一方の端子はダイオードとチョークコイルを直列に接続して直流電源である整流及び調光器3000の高電位側出力端子とし、他方の端子は直流電源である整流及び調光器3000の低電位側出力端子とする。直流電源の高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に大型の平滑用コンデンサを挿入する。別途、トランスに接続されたダイオードとチョークコイルの接続点と直流電源の低電位側出力端子との間に別のダイオードを挿入してバイパスとする。
直流電源の高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に適当な大きな値の2個の抵抗の直列接続を挿入して直流出力電圧を分割してフィードバックする。この電圧を、調整ダイアル等に連動した可変抵抗VRにより生成される指示電圧と比較して、例えばフォトカプラを介して、適当なマイクロコンピュータやデバイスにより上記トランスの一次側のスイッチをパルス幅変調(PWM)で制御すれば良い。
本発明は電圧可変な整流器を前段に設けることで調光器とし、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:直流照明装置
100:電流制御部
101:制御電圧生成部
102:定電圧源補償部
103:LED制御部
200:発光部
100:電流制御部
101:制御電圧生成部
102:定電圧源補償部
103:LED制御部
200:発光部
Claims (4)
- 直流電力を電源とする直流照明装置であって、
1個以上の発光ダイオードから成る発光部と、
前記発光部の前記発光ダイオードを流れる電流を制御することにより前記発光ダイオードの発光強度を調整する発光制御部と、
前記発光制御部に出力する制御電圧を生成する制御電圧生成部とを有し、
前記直流電力は、その電圧が所定の最小電圧から最大電圧まで可変に供給されるものであり、
前記直流電力の電圧が最小電圧の時に発光部の発光強度が0であり、
前記直流電力の電圧が最小電圧から最大電圧に増加するに従って発光部の発光強度が狭義の単調増加となることを特徴とする直流照明装置。 - 前記制御電圧生成部は、所定の比較電圧を生成して、前記直流電力の電圧との差電圧を生成する手段を有し、
当該差電圧に比例して前記制御電圧を生成することを特徴とする請求項1に記載の直流照明装置。 - 前記発光制御部は、フィードバック手段と、フィードバック手段の出力によりベース又はゲート電位が制御されるトランジスタと、トランジスタに接続され、トランジスタを流れる電流により両端に電位差が生じる抵抗を有し、
前記フィードバック手段は、前記制御電圧と、前記抵抗の前記両端の電位差との差を0とする機能を有することを特徴とする請求項2に記載の直流照明装置。 - 前記フィードバック手段はオペレーションアンプであることを特徴とする請求項3に記載の直流照明装置。
Priority Applications (1)
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JP2009066660A JP2010218969A (ja) | 2009-03-18 | 2009-03-18 | 直流照明装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101106180B1 (ko) * | 2011-07-04 | 2012-01-20 | 주식회사 바이옵틱 | Led 조명기구용 전류제어장치 |
JP2012104332A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Panasonic Corp | 照明器具 |
JP2015041427A (ja) * | 2013-08-20 | 2015-03-02 | パナソニック株式会社 | 点灯装置及びそれを用いた照明器具 |
CN106793422A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-05-31 | 中山自信照明科技有限公司 | 应急照明电路 |
CN110430642A (zh) * | 2013-08-09 | 2019-11-08 | 意法半导体研发(深圳)有限公司 | 用于发光设备的驱动装置及其方法 |
-
2009
- 2009-03-18 JP JP2009066660A patent/JP2010218969A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110322 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120730 |