JP2010262745A

JP2010262745A - Ｌｅｄ点灯制御装置

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Publication number: JP2010262745A
Application number: JP2009110340A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Harasawa; 和樹原沢
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP5066131B2

Abstract

【課題】光源としてのＬＥＤの調光を行うＬＥＤ点灯制御装置に関し、電力損失を低減して、好適な調光を図る。
【解決手段】交流電圧を位相制御して出力する調光器６と、この調光器６の出力電圧を全波整流して入力するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を印加する複数の直列接続のＬＥＤ１と、調光器６の出力電圧を全波整流して入力し、調光器６により調整した導通角を検出する導通角検出部４とを含むＬＥＤ点灯制御装置であって、導通角検出部４の前段に入力電圧レベルが設定値以下の時にオンとなるトランジスタＱ１と、このトランジスタＱ１と直列にダミー抵抗Ｒ１とを接続した構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用のＬＥＤを連続的に調光可能のＬＥＤ点灯制御装置に関する。

照明用の光源として白熱灯、蛍光灯等が一般的に使用され、且つそれらの明るさを調整する調光器も各種提案され、且つ実用化されている。このような調光器は、交流電圧位相に対するサイリスタのオンタイミングを制御して、光源に印加される実効値を制御し、それによって調光する構成が一般的である。又ＬＥＤ（発光ダイオード；ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の発光効率の向上と演色性の改善とにより、一般の照明用光源として実用化されている。従って、ＬＥＤを光源として、その明るさや色温度を調整する調光用の構成も提案されている。例えば、複数のＬＥＤを全部点灯させた時の照度に対して、順次消灯させるＬＥＤの個数を増加させることにより、照度を順次低下させる構成が提案されたが、これは段階的調光機能を有するもので、連続的な調光機能を示すものではなかった。そこで、複数のＬＥＤを直列接続した単一の回路又はＬＥＤの直列接続回路を複数並列接続した構成に対して、昇圧チョッパ回路の出力直流電圧を印加し、デューティ比により調光制御を行う調光器の出力信号と、ＬＥＤ回路に流れる電流とを基に、昇圧チョッパ回路のスイッチング制御を行い、調光器により、ＬＥＤの照度を連続的に制御可能とした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

又白熱灯用の調光装置をＬＥＤの調光に適用して、連続的な調光を可能としても、白熱灯とＬＥＤとは、印加電圧（実効値）と発光光度との関係特性が異なり、従って、直線的な特性による調光は困難であった。そこで、トライアックを用いた調光器と、全波整流回路と、昇圧チョッパ回路と、ＬＥＤに流れる電流の検出値と全波整流回路の出力電圧の検出値とを入力する関数回路とを含む構成とし、関数回路の特性に従って昇圧チョッパ回路のオン期間を制御し、ＬＥＤの発光特性と直線的な関連特性を有する調光特性となる制御構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２３１４７１号公報特開２００４−３２７１５２号公報

調光装置は、正弦波の交流電圧を全波整流した波形の０Ｖ電圧点又はその近傍のタイミングを検出し、その０Ｖ点から所定の期間後に出力する位相制御構成を有する場合が一般的である。その場合の従来例の概略構成は、図４に示すものとなる。同図に於いて、１はＬＥＤ、２はＤＣ／ＤＣコンバータ、３は全波整流回路、４は導通角検出部、５は全波整流回路、６は調光器、７は交流電源を示し、ＬＥＤ１は、複数のＬＥＤの直列接続構成とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力直流電圧を印加する構成の場合を示す。調光器６は、交流電源７からの交流電圧の半波波形毎のオン位相角を制御し、０度でオンとする制御の場合は、調整無しの全光度発光の状態となる。又１８０度位相角の中間の９０度位相角でオンとする場合は、略調整無しの全光度の略１／２の発光状態となる。又１８０度位相角でオンとする場合は、出力零の状態であるから、完全消灯の状態となる。

導通角検出部４は、全波整流回路５の出力信号が、調光器６による導通角制御波形の０レベルからの立上りタイミングを検出するものであるから、理想的には、正弦波の０クロス点に相当する０レベルからの立上り波形であることが望ましい。しかし、理想状態の完全０レベル状態となるタイミングを含む全波整流波形とならないので、導通角検出部４に於ける導通角の検出精度が低い問題があった。それにより、所望の調光特性を得ることが困難である問題があった。

そこで、図５に示す構成が提案されている。同図に於いて、図４と同一符号は同一名称部分を示し、調光器６は、サイリスタＳＲ１，ＳＲ２と抵抗ｒ１と可変抵抗ｒｖとインダクタンスＬとを含む構成を有し、可変抵抗ｒｖによりサイリスタＳＲ１，ＳＲ２のオンのタイミングの制御を行う場合の要部を示す。又全波整流回路５にダミー負荷を構成するダミー抵抗Ｒ１を接続し、全波整流回路５の出力電圧波形が０レベル近傍に迄低下させる。又導通角検出部４は、比較器４１（ＣＰ）と、誤差増幅器４２（ＡＭＰ）と、トランジスタ４３と、抵抗４４と、コンデンサ４５とを含む構成を有する場合を示し、全波整流回路５の出力電圧を比較器４１の−端子に入力し、その比較器４１の＋端子を接地し、全波整流回路５の出力電圧が０レベルの時に、トランジスタ４３をオンとし、このトランジスタ４３と並列接続のコンデンサ４５の抵抗４４を介した電圧ＶＣＣによる充電電荷を放電させる。このコンデンサ４５の端子電圧とＬＥＤ１に流れる電流を検出する抵抗Ｒ０の両端の電圧とを誤差増幅器４２により比較し、この比較出力信号によりＰＷＭ制御として示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のオン、オフのパルス幅を制御する。

図５に於ける調光器の出力電圧と、全波整流回路５の出力電圧の波形の一例を図６に示す。同図の（Ａ），（Ａ‘）は調光器６の出力電圧波形、（Ｂ），（Ｂ’）は理想的な全波整流波形、（Ｃ），（Ｃ‘）は実際の全波整流波形を示す。調光器６の出力電圧波形が（Ａ）に示す場合は、調光零の状態で、ＬＥＤ１は、最大の光度となる。又調光器６の出力電圧波形が（Ａ’）に示す場合は、３６０度の交流電圧波形の９０度と２７０度のタイミングでオンとした波形を示し、ＬＥＤ１は、光度が１／２となる。（Ｂ‘）は、全波整流回路５の理想的な出力波形を示す。しかし、実際には、（Ｃ’）に示すような波形となる。このように、実際の全波整流波形は、０レベル迄低下しないものとなる。このような実際の全波整流波形として示すように、０レベルに低下しないことにより、導通角検出部４に於ける導通角の検出が不正確となり、調光器６による調光制御に対応した光度となるようにＬＥＤ１を制御することが容易でない問題があった。又全波整流回路５の出力電圧を、正弦波の０クロス点タイミングで０レベルに近づける為に、ダミー抵抗Ｒ１を接続する場合、このダミー抵抗Ｒ１に流れる電流による電力損失が増加する問題がある。

本発明は、前述の問題点を解決することを目的とし、電力損失を低減し、且つ導通角の検出を容易とするものである。

本発明のＬＥＤ点灯制御装置は、交流電圧を位相制御する調光器と、この調光器の出力電圧を全波整流して入力するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を印加する複数の直列接続のＬＥＤと、調光器の出力電圧を全波整流して入力し、この調光器により制御した導通角を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングタイミングを制御する導通角検出部とを含むＬＥＤ点灯制御装置であって、導通角検出部の前段に、調光器の出力電圧を全波整流して入力する入力電圧が設定値以下のレベルに低下した時にオンとなるトランジスタと、このトランジスタに直列に接続したダミー抵抗とからなるダミー負荷回路を設けた構成を有する。

又前記ダミー負荷回路は、ダミー抵抗と直列に接続したトランジスタのオン、オフを制御する制御トランジスタと、調光器の出力電圧を全波整流して入力する導通角検出部の入力電圧が設定値以下のレベルに低下した時にオフとなって制御トランジスタをオンとし、入力電圧が設定値を超えた時にオンとなって制御トランジスタをオフとするツェナーダイオードとを備えている。

又導通角検出部の前段に設けたダミー負荷回路は、ダミー抵抗と直列に接続したトランジスタを、導通角検出部の入力電圧と、ダミー抵抗に流れる電流による電圧との比を一定となるように制御する比較器を備えることができる。又ダミー負荷回路は、ダミー抵抗に流れる電流による電圧と基準電圧とを比較器により比較して、トランジスタを制御する構成を備えることができる。又ダミー負荷回路は、ダミー抵抗と直列に接続したトランジスタを、導通角検出部の入力電圧と、ダミー抵抗に流れる電流による電圧との乗算結果と基準電圧とを比較して制御する比較器を備えることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する為の導通角検出部による検出精度を向上させる為に、調光出力電圧を全波整流した波形の立上りタイミングに於けるレベルを０レベル近傍に低下させる為のダミー抵抗を、全波整流した波形のレベルが所定値以下に低下した時にのみ接続するから、このダミー抵抗による電力損失を低減することができる利点がある。

本発明の実施例１の説明図である。本発明の実施例２の要部説明図である。本発明の実施例３及び実施例４の要部説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。従来例の動作説明図である。

本発明のＬＥＤ点灯制御装置は、図１を参照して説明すると、交流電圧を位相制御する調光器６と、この調光器６の出力電圧を全波整流して入力するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を印加する複数の直列接続のＬＥＤ１と、調光器６の出力電圧を全波整流して入力して導通角を検出する導通角検出部４とを含むＬＥＤ点灯制御装置であって、全波整流回路５と導通角検出部４との間に、全波整流回路５の出力電圧がピーク値から０Ｖ近傍に低下した時にオンとするトランジスタＱ１により、ダミー抵抗Ｒ１を全波整流回路５の出力端子間に接続する構成を備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はＬＥＤ、２はＤＣ／ＤＣコンバータ、３は全波整流回路、４は導通角検出部、５は全波整流回路、６は調光器、７は交流電源、８はダミー負荷回路、Ｑ１はトランジスタ、Ｑ２は制御トランジスタ、Ｒ０，Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、ＺＤはツェナーダイオード、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサを示す。ダミー負荷回路８を除く他の回路は、従来例の図４又は図５に示す構成と同様な構成とすることができる。又調光器６は、例えば、図５に示すように、サイリスタＳＲ１，ＳＲ２とリアクトルＬと抵抗ｒ１と可変抵抗ｒｖとコンデンサＣ０とを含む構成とすることができる。又ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、ＬＥＤ１の直列接続個数に対応した直流電圧を、スイッチング制御によって出力できる構成とするもので、既に知られている各種の構成を適用することができる。又ダミー負荷回路８は、ダミー抵抗Ｒ１と直列に接続したトランジスタＱ１と、このトランジスタＱ１のオン、オフを制御する為の制御トランジスタＱ２とツェナーダイオードＺＤ等を含む構成を有する。

調光器６の出力電圧を全波整流する全波整流回路５の出力電圧が所定値以上の期間では、抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧された電圧がツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧以上となって制御トランジスタＱ２のベース電流が流れ、この制御トランジスタＱ２はオンとなり、トランジスタＱ１はベース電圧が０Ｖとなるからオフとなる。従って、ダミー抵抗Ｒ１は切り離された状態となる。又全波整流回路５の出力電圧が所定値以下に低下し、抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧された電圧がツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧以下となると、制御トランジスタＱ２はオフとなり、トランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ２を介して＋Ｖの電圧が印加され、トランジスタＱ１はオンとなる。それによって、ダミー抵抗Ｒ１が全波整流回路５に接続された状態となり、導通角検出部４の入力電圧を更に低下させ、０レベル近傍の検出による導通角検出精度を向上することができる。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、（Ａ）は、図１に於ける導通角検出部４と全波整流回路５とダミー負荷回路８とを示し、１０はダミー抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１とを含むダミー負荷部を示す。抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ２とツェナーダイオードＺＤと制御トランジスタＱ２とダミー負荷部１０とによりダミー負荷回路８を構成し、このダミー負荷部１０についての実施例２の構成を（Ｂ）に示す。図２の（Ｂ）に於いて、端子ａ，ｂ，ｃは、図２の（Ａ）のダミー負荷部１０の端子ａ，ｂ，ｃに対応し、Ｑ１はトランジスタ、Ｒ１はダミー抵抗、１１は比較回路、１２は除算回路、Ｖｒは基準電圧、Ｒ１１は抵抗を示す。除算回路１２は、端子ａの電圧Ａ、即ち、全波整流回路５の出力電圧Ａと、ダミー抵抗Ｒ１に流れる電流による電圧ＢとのＡ／Ｂの除算結果と、抵抗Ｒ１１を介した基準電圧Ｖｒとを比較回路１１により比較し、＋端子の電圧が−端子の電圧より大きい時にトランジスタＱ１がオンとなって、端子ａ，ｂ間、即ち、全波整流回路５にダミー抵抗Ｒ１を接続し、導通角検出部４の入力電圧レベルを低下させる。この場合の構成は、制御トランジスタＱ２がオフとなって、端子ｃが開放端の状態の時に、端子ａ，ｂ間に印加される電圧（全波整流回路５の出力電圧）に対して、トランジスタＱ１を介してダミー抵抗Ｒ１に流れる電流は、比例的な大きさで流れることになり、この場合のダミー負荷部１０は、定抵抗特性を示すことになる。

図３の（Ａ）は、本発明の実施例３の要部説明図であり、図２の（Ｂ）と同一符号は同一名称部分を示し、端子ｃが開放状態の時（制御トランジスタＱ２（図２の（Ａ）参照）がオフの時）、比較回路１１の＋端子には基準電圧Ｖｒが抵抗Ｒ１１を介して印加され、この比較回路１１の出力信号により、トランジスタＱ１はオンとなり、端子ａ，ｂに印加される全波整流回路５（図１及び図２の（Ａ）参照）の出力電圧により、ダミー抵抗Ｒ１に電流が流れ、端子ａ，ｂ間の電圧、即ち、導通角検出部４に入力する全波整流回路５の出力電圧を低下させる。この場合、トランジスタＱ１に流れる電流が増加すると、比較回路１１の−端子に入力される電圧が上昇し、トランジスタＱ１に流れる電流を低下させるように作用する。従って、この場合のダミー負荷部は、定電流特性を示すものとなる。

図３の（Ｂ）は、本発明の実施例４の要部説明図であり、図２の（Ａ），（Ｂ）及び図３の（Ａ）と同一符号は同一名称部分を示し、１３は乗算器を示す。この乗算器１３は、トランジスタＱ１のコレクタに印加される電圧と、エミッタの電圧とを乗算し、比較回路１１の−端子に入力する。この比較回路１１の＋端子に基準電圧Ｖｒを、抵抗Ｒ１１を介して入力する。この比較回路１１の出力によりトランジスタＱ１を制御する。従って、乗算結果を比較器１１の−端子に入力し、端子ｃが開放状態の時（トランジスタＱ２（図２の（Ａ）参照）がオフの時）、比較回路１１の＋端子には基準電圧Ｖｒが抵抗Ｒ１１を介して印加され、この比較回路１１の出力信号により、トランジスタＱ１はオンとなり、端子ａ，ｂに印加される全波整流回路５（図１及び図２の（Ａ）参照）の出力電圧により、ダミー抵抗Ｒ１に電流が流れ、端子ａ，ｂ間の電圧、即ち、導通角検出部４に入力する全波整流回路５の出力電圧を低下させる。この場合、トランジスタＱ１のコレクタの電圧、即ち、端子ａに印加される全波整流回路５の出力電圧と、抵抗Ｒ１１に流れる電流に比例した電圧とを乗算器１３に入力し、その乗算出力信号と基準電圧Ｖｒとにより、トランジスタＱ１を制御するので、定電力制御特性を示すことになる。なお、前述のトランジスタＱ１及び制御トランジスタＱ２は、バイポーラ型の場合を示すが、電界効果型とすることも勿論可能である。

１ＬＥＤ
２ＤＣ／ＤＣコンバータ
３全波整流回路
４導通角検出部
５全波整流回路
６調光器
７交流電源
８ダミー負荷回路
Ｑ１トランジスタ
Ｑ２制御トランジスタ
Ｒ０，Ｒ１〜Ｒ５抵抗
ＺＤツェナーダイオード
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ

Claims

交流電圧を位相制御する調光器と、該調光器の出力電圧を全波整流して入力するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を印加する複数の直列接続のＬＥＤと、前記調光器の出力電圧を全波整流して入力し、前記調光器により制御した導通角を検出し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングタイミングを制御する導通角検出部とを含むＬＥＤ点灯制御装置に於いて、
前記導通角検出部の前段に、前記調光器の出力電圧を全波整流して入力する入力電圧が設定値以下のレベルに低下した時にオンとなるトランジスタと、該トランジスタに直列に接続したダミー抵抗とからなるダミー負荷回路を設けた
ことを特徴とするＬＥＤ点灯制御装置。
前記導通角検出部の前段に設けた前記ダミー負荷回路は、前記ダミー抵抗と直列に接続した前記トランジスタのオン、オフを制御する制御トランジスタと、前記調光器の出力電圧を全波整流して入力する前記導通角検出部の前記入力電圧が設定値以下のレベルに低下した時にオフとなって前記制御トランジスタをオンとし、前記入力電圧が設定値を超えた時にオンとなって前記制御トランジスタをオフとするツェナーダイオードとを備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯制御装置。
前記導通角検出部の前段に設けた前記ダミー負荷回路は、前記ダミー抵抗と直列に接続した前記トランジスタを、前記導通角検出部の前記入力電圧と、前記ダミー抵抗に流れる電流による電圧との比を一定となるように制御する比較器を備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯制御装置。
前記導通角検出部の前段に設けた前記ダミー負荷回路は、前記ダミー抵抗に流れる電流による電圧と基準電圧とを比較器により比較して前記トランジスタを制御する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯制御装置。
前記導通角検出部の前段に設けた前記ダミー負荷回路は、前記ダミー抵抗と直列に接続した前記トランジスタを、前記導通角検出部の前記入力電圧と、前記ダミー抵抗に流れる電流による電圧との乗算結果と基準電圧とを比較して制御する比較器を備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯制御装置。