JP2011070966A

JP2011070966A - 点灯回路およびそれを備えた光源装置

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Publication number: JP2011070966A
Application number: JP2009221602A
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Inventors: Minoru Maehara; 稔前原
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Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
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Abstract

【課題】発光ダイオードの調光制御において、白熱電球と近似の特性を比較的簡単な構成にて実現することができる点灯回路およびそれを備えた光源装置を提供する。
【解決手段】点灯回路１は、調光制御信号のオンデューティである調光制御値の大きさを検出する平滑回路１４と、平滑回路１４の出力と三角波信号とを比較することにより、オンデューティが調光制御値に相当するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成回路１５と、調光制御信号とＰＷＭ信号との論理積をとるアンド回路ＡＮＤとを備える。アンド回路ＡＮＤの出力は、発光ダイオード２への供給電流を入切するスイッチング素子ＳＷ１の駆動回路１６に入力され、スイッチング素子ＳＷ１をオンオフ制御する。これにより、単位時間当たりに発光ダイオード２に供給される電流量が、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍となり、白熱電球に近似の調光特性を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを調光点灯させることができる点灯回路およびそれを備えた光源装置に関するものである。

従来から、白熱電球を光源とする照明器具においては、一般的に、交流電源の位相制御において導通期間の長さを調節することにより、白熱電球に供給される交流電源の一周期当りの電流量を調節して光出力の大きさを変化させる調光制御が行われている。

一方、近年では低消費電力、長寿命の発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として注目されており、既存の白熱電球用の照明器具に対し白熱電球に代えて発光ダイオードが光源として用いられることもある。この場合に、上述したような位相制御による調光制御が可能な照明器具では、光源を発光ダイオードに代えた場合でも調光制御できるようにしたいという要望がある。

ただし、一般に知られているように、発光ダイオードと白熱電球とでは電流の変化に対する光出力の変化特性（電流−光出力特性）が異なっており、発光ダイオードの電流−光出力特性が略線形であるのに対し、白熱電球の電流−光出力特性は非線形である。そのため、発光ダイオードにおいて、白熱電球と同様の位相制御による調光制御を行った場合には、同じ調光率に設定しても白熱電球の場合とは光出力の大きさが異なることとなり、違和感を生じることがある。特に、白熱電球と発光ダイオードとを併用して同時に点灯させるような場合には、電流−光出力特性の違いが顕著なものとなる。

そこで、発光ダイオードの調光制御において、白熱電球と同様の調光特性を示すようにするための技術が検討されている。この種の技術の基本的な考え方は、外部から与えられる調光制御値に対して、白熱電球の光出力と同等の光出力が得られるような電流が発光ダイオードに流れるように、発光ダイオードに流す電流を制御することにある。

たとえば、電源（交流定電流電源）の出力電流に応じて、当該出力電流をそのまま白熱電球に流したときと同等の光出力が得られるように、前記出力電流を低減してから発光ダイオードに供給する点灯回路（点灯制御手段）が提案されている（たとえば特許文献１参照）。同様に、位相制御された交流電圧の実効値に応じて、発光ダイオードに流す電流を白熱電球と同様な調光曲線を有する目標電流に変換することも考えられている（たとえば特許文献２参照）。

特開２００２−４９９９２号公報特開２００４−３２７１５２号公報

しかし、上述した従来構成では、予め白熱電球の電流−光出力特性と発光ダイオードの電流−光出力特性との関係から、発光ダイオードに流す電流を求めるための換算式等をプログラムとして設定しておく必要があり、点灯回路は当該プログラムに従って発光ダイオードに流す電流を決定することになる。そのため、発光ダイオードを点灯させる点灯回路の構成は複雑になり、点灯回路の高コスト化につながるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、発光ダイオードの調光制御において、白熱電球と近似の特性を比較的簡単な構成にて実現することができる点灯回路およびそれを備えた光源装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、電流源に接続され発光ダイオードに電流を流すことで発光ダイオードを点灯させる点灯回路であって、単位時間当たりに電流源から供給される電流量について定格点灯時に対する比率を表す調光制御値を検出する検出手段と、検出手段の検出結果を用いて単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を制御する制御手段とを備え、制御手段が、単位時間当たりに電流源から供給される電流量に対する光出力の変化特性が白熱電球の特性と近似するように、単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍または調光制御値の三乗倍とすることを特徴とする。

この構成によれば、制御手段は、単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍または調光制御値の三乗倍とすることで、発光ダイオードにおいて、単位時間当たりに電流源から供給される電流量に対する光出力の変化特性を白熱電球の特性に近似させる。すなわち、白熱電球の場合、光出力は単位時間当たりに供給される電流量の８／３乗に比例するので、当該電流量を、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍または調光制御値の三乗倍とすることで、電流と光出力とが略比例する発光ダイオードでも、白熱電球に近似する調光特性を実現できる。ここで、単位時間当たりの電流量を調光制御値の二乗倍または三乗倍とするだけの簡単な処理で白熱電球に近似の調光特性を実現するから、実際の白熱電球の特性を再現する場合に比べて、複雑な換算式等をプログラムとして設定する必要もなく、点灯回路の構成を簡単にすることができる。そのため、点灯回路の低コスト化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記電流源から第１の周期で前記調光制御値をオンデューティとする電流が供給されており、前記制御手段が、電流源からの電流供給のオン期間よりも短い第２の周期で調光制御値をオンデューティとするパルス幅変調信号を生成し、電流源からの電流供給のオン期間で且つパルス幅変調信号のオン期間となる期間にのみ、前記発光ダイオードに対して一定の大きさの電流を流すことを特徴とする。

この構成によれば、制御手段はパルス幅変調という比較的単純な方法を用いて、単位時間当たりの電流量を定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍とすることができるため、プログラムを設定したりすることなく、簡単な回路構成で点灯回路を実現できる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記電流源から第１の周期で前記調光制御値をオンデューティとする電流が供給されており、前記制御手段が、電流源からの電流供給のオン期間よりも短い第２の周期で調光制御値をオンデューティとするパルス幅変調信号を生成し、電流源からの電流供給のオン期間で且つパルス幅変調信号のオン期間となる期間にのみ、前記発光ダイオードに対して定格点灯時の調光制御値倍の大きさの電流を流すことを特徴とする。

この構成によれば、制御手段は、パルス幅変調し且つ電流の大きさを調光制御値倍するという比較的単純な方法を用いて、単位時間当たりの電流量を定格点灯時に比べて調光制御値の三乗倍とすることができるため、プログラムを設定したりすることなく、簡単な回路構成で点灯回路を実現できる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記電流源が位相制御された交流電源からなり、交流電圧の半周期を前記第１の周期とし、前記検出手段が、第１の周期ごとに電流源から電流供給される期間の第１の周期に占める割合を前記調光制御値として検出することを特徴とする。

この構成によれば、位相制御された交流電源からの電力供給により調光制御される白熱電球に代えて発光ダイオードを用いる場合でも、白熱電球に近似の調光特性を実現でき、違和感が生じにくくなる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の点灯回路を発光ダイオードが設けられた筐体内に備え、白熱電球と共通形状の口金が筐体と一体に設けられ点灯回路に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、調光機能付きの照明器具に対して白熱電球に代えて本光源装置を接続するだけで、発光ダイオードを光源としながらも白熱電球に近似の調光特性を実現でき、違和感が生じにくくなる。

本発明は、制御手段が、単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍または調光制御値の三乗倍とすることで、発光ダイオードにおいて、単位時間当たりに電流源から供給される電流量に対する光出力の変化特性を白熱電球の特性に近似させる。その結果、発光ダイオードの調光制御において、白熱電球と近似の特性を比較的簡単な構成にて実現することができるという利点がある。

本発明の実施形態１の点灯回路の構成を示す概略回路図である。同上に用いる発光ダイオード等の電流−光出力特性を表す説明図である。同上の点灯回路の動作を示すタイムチャートである。同上の他の構成の点灯回路の動作を示すタイムチャートである。本発明の実施形態２の点灯回路の電流−光出力特性を表す説明図である。同上の調光制御値−光出力比特性を表す説明図である。本発明の点灯回路を備えた光源装置の外観を示す概略斜視図である。

以下の各実施形態で説明する本発明は、白熱電球の光出力は白熱電球のフィラメントを流れる電流の８／３乗に比例するという理論に着眼して為されたものであるため、ここではまず当該理論の根拠について説明する。

白熱電球に関しては、以下の数１に示すステファン・ボルツマンの法則が適用される。

ここで、Ｗは放射エネルギー、Ｔは黒体の熱力学温度、σはステファン・ボルツマン定数（σ＝５．６７×１０^−８）である。白熱電球への供給電力Ｐが全て放射エネルギーＷに変わると仮定すると、供給電圧Ｖ、電流Ｉにより、放射エネルギーＷは以下の数２でも表される。

フィラメントの抵抗Ｒは、そのときの温度Ｔに比例するので、定数ａを用いて以下の数３で表される。

ここで、数１および数２を数３に代入してＴを消去すると、以下の数４、数５が得られる。ただし、Ｋは定数である。

このことから、白熱電球の光出力は白熱電球のフィラメントを流れる電流の８／３乗に比例するという理論が導かれる。

一方、発光ダイオードの電流−光出力特性については、電流と光出力とが略比例することが知られている。

以下の説明において、調光制御値ｄとは、定格点灯時に対する光出力の比率を表すのではなく、白熱電球の調光時において白熱電球に流す電流Ｉと定格電流Ｉ０との比率を表すものとする（つまり、ｄ＝Ｉ／Ｉ０）。

したがって、定格電流Ｉ０において光出力が等しい白熱電球と発光ダイオードとにおいては、同値の調光制御値ｄが与えられている場合でも、光出力が異なることになる。すなわち、白熱電球に流れる電流値はＩ＝Ｉ０×ｄになるから、白熱電球の光出力は上述の理論により電流Ｉの８／３乗（つまりＩ^８／３）に比例した値となる。一方、発光ダイオードに関しては電流値と光出力とが略比例するから、白熱電球に流す電流Ｉ（＝Ｉ０×ｄ）の８／３乗倍の電流を発光ダイオードに与えれば、白熱電球と同等の調光特性が得られることになる。

（実施形態１）
本実施形態の点灯回路は、単位時間当たりに発光ダイオードに流す電流量を、定格点灯時（つまり、大きさ一定の定格電流Ｉ０を連続的に流す場合）に比べて、調光制御値ｄ（１≧ｄ＞０）の８／３乗に近い整数べき乗を乗じた値に低減することで、発光ダイオードの調光制御を行う。すなわち、２＜８／３＜３より、「８／３」に近い整数は「２」および「３」になるので、単位時間当たりに発光ダイオードに流す電流量を、定格点灯時の同電流量に比べて調光制御値ｄの二乗倍または三乗倍となるように制御する。

ここで、電流−光出力特性として、定格電流Ｉ０の０〜１００％の間で変化する電流に対してそれぞれ比例、二乗、三乗、８／３乗の各関係で光出力が変化するものを、図２に示す（図中「イ」が比例、「ロ」が二乗、「ハ」が三乗、「ニ」が８／３乗を表す）。この中で、８／３乗の特性が白熱電球の電流−光出力特性に相当し、比例関係（線形）にある特性が発光ダイオードの電流−光出力特性に相当する。図２では、定格電流Ｉ０に対する電流の大きさを百分率で表したものを横軸にとり、定格点灯時に対する光出力の大きさを百分率で表したものを縦軸にとる。つまり、図２の横軸は調光制御値ｄに相当する。

図２からも明らかなように、発光ダイオードに流す電流を二乗または三乗することにより、比例関係に比べて、白熱電球の電流−光出力特性（８／３乗の特性）に近づくことになる。以下では、図２に示した二乗、三乗、８／３乗の各関係となる電流−光出力特性をそれぞれ「二乗特性」、「三乗特性」、「８／３乗特性」という。

以下、比較的簡単な構成で二乗特性を実現することができる点灯回路の具体構成の一例を示す。

点灯回路１は、図１に示すように、交流電源ＶＳに位相制御用のトライアック（登録商標）ＴＲを介して接続された全波整流器ＤＢを備えている。交流電源ＶＳおよびトライアックＴＲは点灯回路１に電流を供給する電流源を構成する。全波整流器ＤＢは、トライアックＴＲにより位相制御された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。トライアックＴＲは、ゲートに印加される外部からの制御信号に応じて、交流電源ＶＳから入力される交流電圧を位相制御する。ここで、トライアックＴＲに印加される制御信号は、調光制御値ｄを決定する信号となる。

全波整流器ＤＢの出力端間には、所定の大きさの直流電圧に変換して出力するコンバータ回路１０が接続される。コンバータ回路１０は、インダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路と、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の直列回路とが全波整流器ＤＢの出力端間に並列に接続された昇圧チョッパ回路からなる。ここで、コンバータ回路１０は、入力電圧（全波整流器ＤＢの出力電圧）を抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路からなる第１の分圧回路１１で検出するとともに、出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）を抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路からなる第２の分圧回路１２で検出し、両検出結果に応じてスイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する制御回路１３を有している。コンバータ回路１０の出力には、複数個の発光ダイオード２を直列接続してなる発光ダイオードアレイ２０と、発光ダイオード２への供給電流を入切するためのスイッチング素子ＳＷ１との直列回路が接続される。

また、第１の分圧回路１１を構成する抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点には、当該分割回路１１の検出電圧を所定の基準電圧Ｖ０と比較する第１のコンパレータＣＯＭＰ１が接続されている。ここで、コンパレータＣＯＭＰ１からはトライアックＴＲの導通期間（トライアックＴＲがオンしてから交流電圧のゼロクロス点でトライアックＴＲがオフするまでの期間）にＨレベルとなり、それ以外の期間にＬレベルとなる調光制御信号が出力されるように、基準電圧Ｖ０の大きさが決定されている。調光制御信号は、図３（ａ）に示すように周期（第１の周期）Ｔ０が交流電源ＶＳの半周期に相当し、トライアックＴＲの導通期間Ｔ１にのみオンする（Ｈレベルとなる）ことにより、そのオンデューティ（Ｔ１／Ｔ０）が調光制御値ｄに相当する。

コンパレータＣＯＭＰ１の出力端には、オペアンプを用いた高入力インピーダンスのボルテージフォロア回路ＶＦを介して第２のコンパレータＣＯＭＰ２が接続される。ここで、ボルテージフォロア回路ＶＦの出力と回路グランドとの間には抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ２の並列回路を挿入し、当該並列回路とボルテージフォロア回路ＶＦとで平滑回路１４を構成する。これにより、コンパレータＣＯＭＰ１からの調光制御信号（図３（ａ）参照）を平滑回路１４で平滑した直流電圧からなる平滑信号が、第２のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子に入力される。つまり、コンパレータＣＯＭＰ２には、調光制御信号のオンデューティである調光制御値ｄの大きさに相当する大きさの直流電圧（平滑信号）が入力されることになる。

コンパレータＣＯＭＰ２の反転入力端子には、周期Ｔ２の三角波信号を発生する三角波発生部ＳＡＷが接続される。周期（第２の周期）Ｔ２は、調光制御信号のオン期間（トライアックの導通期間）Ｔ１に比べて十分に短く設定されている（つまり、Ｔ２＜Ｔ１）。コンパレータＣＯＭＰ２では、前記平滑信号（調光制御値ｄに相当する直流電圧）と三角波信号とを比較することにより、周期Ｔ２で、オンデューティ（Ｔ３／Ｔ２）が調光制御値ｄに相当するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する。このように、コンパレータＣＯＭＰ２と三角波発生部ＳＡＷとは、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路１５を構成する。要するに、調光制御値ｄは、上述の平滑回路１４により調光制御信号（周期Ｔ０、オンデューティｄ）を平滑することで容易に検出できるので、ＰＷＭ信号生成回路１５では当該検出結果（調光制御値ｄ）に応じて、オンデューティが調光制御値ｄのＰＷＭ信号を生成できる。ここで、平滑回路１４は検出手段を構成する。

両コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力はアンド回路ＡＮＤに入力されており、アンド回路ＡＮＤの出力として、コンパレータＣＯＭＰ１からの調光制御信号とコンパレータＣＯＭＰ２からのＰＷＭ信号との論理積が得られるように構成される。アンド回路ＡＮＤの出力は、発光ダイオード２への供給電流を入切するスイッチング素子ＳＷ１の駆動回路１６に入力される。駆動回路１６では、アンド回路ＡＮＤの出力がＨレベルの期間にスイッチング素子ＳＷ１がオンし、Ｌレベルの期間にスイッチング素子ＳＷ１がオフするようにスイッチング素子ＳＷ１を駆動制御する。

ここでは、アンド回路ＡＮＤは平滑回路１４およびＰＷＭ信号生成回路１５と共に二乗特性回路１７を構成し、二乗特性回路１７（アンド回路ＡＮＤ）の出力する駆動信号によって駆動回路１６が制御されるものとする。その結果、駆動信号がＨレベルの期間には発光ダイオードアレイ２０にコンバータ回路１０から電流が供給されて発光ダイオード２が点灯し、駆動信号がＬレベルの期間には発光ダイオードアレイ２０に電流が流れず発光ダイオード２が消灯することになる。

しかして、図１の点灯回路１では、ＰＷＭ信号生成回路１５が、アンド回路ＡＮＤ、駆動回路１６、スイッチング素子ＳＷ１と共に、検出手段たる平滑回路１４の出力（調光制御値ｄ）を用いて単位時間当たりに発光ダイオード２に供給する電流量を制御する制御手段を構成する。

次に、上述した構成の点灯回路１の動作について図３のタイムチャートを参照して説明する。ここでは、定格電流Ｉ０は大きさ一定の直流電流とする。

二乗特性回路１７は、周期Ｔ０、調光制御値ｄをオンデューティとする図３（ａ）の調光制御信号を受けることにより、図３（ｂ）に示すように、当該調光制御信号と、上記ＰＷＭ信号との論理積となる駆動信号をアンド回路ＡＮＤから出力する。この駆動信号にて発光ダイオード２に流す電流をオンオフすることにより、位相制御された交流電圧の周期Ｔ０における導通期間Ｔ１（＝Ｔ０×ｄ）内にのみ、周期Ｔ２でオンデューティが調光制御値ｄに相当するＰＷＭ制御にて発光ダイオード２を点灯させることができ、上述した二乗特性を実現することができる。

すなわち、発光ダイオード２に流れる電流の大きさは駆動信号がＨレベルの期間には常に一定（定格電流Ｉ０）となるものの、発光ダイオード２に電流を流す期間を駆動信号にて制御することで、単位時間当たりに発光ダイオード２に供給される電流量が制御される。具体的には、調光制御値ｄをオンデューティとする調光制御信号と、同じく調光制御値ｄをオンデューティとするＰＷＭ信号との論理積をとることで、調光制御信号の１周期（つまり、交流電源ＶＳの半周期）Ｔ０当たりに発光ダイオード２に供給される電流量は、大きさ一定の定格電流Ｉ０を連続的に流す場合のｄ×ｄ（＝ｄ^２）倍となる。

ここで、発光ダイオード２自体は、供給される電流量に比例して光出力が変化する電流−光出力特性（図２の「イ」参照）を示す。そのため、点灯回路１に対する位相制御された交流電源ＶＳからの入力電流を定格電流Ｉ０の０〜１００％の範囲で変化させた場合（つまり調光制御値ｄを０〜１の範囲で変化させた場合）に、発光ダイオードからの光出力は調光制御値ｄの二乗（＝ｄ^２）の曲線に沿って変化する。しかして、点灯回路１に対する位相制御された交流電源ＶＳからの入力電流と発光ダイオードからの光出力との関係は、図２に「ロ」で示した電流−光出力特性、つまり二乗特性を実現する。

一方、白熱電球においては、図３（ａ）の調光制御信号のＨレベルの期間にのみ定格電流Ｉ０を連続的に流すことで、調光制御値ｄにて調光点灯させることができ、この場合に、図２に「ニ」で示した電流−光出力特性（８／３乗特性）をとる。要するに、上記構成の点灯回路１を用いることにより、白熱電球を調光制御値ｄにて調光点灯させた場合と近似の調光特性を、発光ダイオード２において実現することができる。

ここにおいて、上述のように一定周期（周期Ｔ０）内で発光ダイオード２を点滅させ、点灯する期間と消灯する期間との比率を調節するＰＷＭ制御により調光制御するためには、発光ダイオード２の点滅が人に視認されないようにする必要がある。そこで、発光ダイオード２が点滅する周波数（１／Ｔ０）を、臨界融合周波数（光を明滅させる周波数を徐々に高めていったときに人がちらつきを感じずあたかも連続的に点灯しているように視認し始める周波数）以上とする。ここでは、周期Ｔ０は交流電源ＶＳの半周期に相当するから、交流電源ＶＳが商用電源（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）であれば、発光ダイオード２の点滅の周波数は１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとなり、十分に臨界融合周波数以上の条件を満たす。なお、発光ダイオード２はＰＷＭ信号の周期Ｔ２でも点滅するが、周期Ｔ２は周期Ｔ０に比べて十分に短いため、当然ながら臨界融合周波数以上の条件を満たすことになる。

次に、三乗特性を実現するための制御について図４のタイムチャートを参照して説明する。なお、図４（ａ）は上述した図３（ａ）と同様、周期Ｔ０、調光制御値ｄをオンデューティとする調光制御信号を示している。

二乗特性回路１７が図４（ａ）の調光制御信号を受けることにより、発光ダイオード２に流す電流について図４（ｂ）に示すような二乗特性（つまり、定格電流Ｉ０のｄ^２倍）を実現できることは上述した通りである。ここでは、図４（ｂ）の状態からさらに、発光ダイオード２に流す電流Ｉ１の大きさについて、図４（ｃ）に示すように定格電流Ｉ０の調光制御値ｄ倍となるように制御する（Ｉ１＝Ｉ０×ｄ）。

すなわち、発光ダイオード２に流す電流を時間軸方向についてｄ^２倍するとともに、その大きさについてもｄ倍する。これにより、調光制御信号の１周期Ｔ０当たりに発光ダイオード２に供給される電流量は、大きさ一定の定格電流Ｉ０を連続的に流す場合のｄ×ｄ×ｄ（＝ｄ^３）倍となり、三乗特性を実現することができる。なお、調光制御値ｄは上述の平滑回路１４にて検出されるので、当該検出結果（調光制御値ｄ）を用いて電流の大きさを制限することは、簡単な構成で実現可能である。

以上説明したように、二乗特性や三乗特性を採用することで、実際の白熱電球の電流−光出力特性（８／３乗特性）を再現する場合に比べると、簡単な構成の点灯回路１で発光ダイオード２において白熱電球と近似の調光特性を実現することができ、安価な点灯回路１を提供することができる。

すなわち、実際の白熱電球の電流−光出力特性を再現しようとすると、背景技術の欄で説明したように、予め白熱電球の電流−光出力特性と発光ダイオード２の電流−光出力特性との関係から、発光ダイオード２に流す電流を求めるための換算式等をプログラムとして設定しておくことにより、点灯回路１は当該プログラムに従って発光ダイオード２に流す電流を決定する必要がある。そのために、発光ダイオード２を点灯させる点灯回路１の構成は複雑になり、点灯回路１の高コスト化につながる。これに対して、本実施形態のように、白熱電球と近似の調光特性となる二乗特性や三乗特性は、プログラム等による複雑な演算を必要とせず、比較的簡単な構成の点灯回路１にて実現することができるため、点灯回路１の低コスト化が可能となるという利点がある。

ただし、上述した点灯回路１の具体構成は一例に過ぎず、たとえば調光制御値ｄの検出に関しても、上述の平滑回路１４によらずに他の方法で検出できるようにしてもよい。また、ＰＷＭ制御ではなく、発光ダイオード２に流す電流の大きさ自体を定格電流Ｉ０のｄ^２倍あるいはｄ^３倍とする構成の点灯回路１としてもよい。

さらに、上述の二乗特性や三乗特性の実現方法としては、調光制御値ｄに対して発光ダイオード２に流す電流のデータをプログラム化したり、あるいはオペアンプを用いた演算回路により当該電流を決定したりする方法も考えられる。このような場合でも、白熱電球の電流−光出力特性を近似する二乗特性または三乗特性を採用することにより、実際の白熱電球の電流−光出力特性を再現する従来例と比較して簡単な演算で発光ダイオード２に流す電流を決定でき、予め設定すべきデータの作成等が容易になるという利点がある。

また、上記実施形態においては、白熱電球の光出力は白熱電球のフィラメントを流れる電流の８／３乗に比例するという理論のもと、発光ダイオード２の光出力と入力電流との関係が二乗特性または三乗特性となるように制御する点灯回路１について説明した。ここで、仮に、白熱電球の電流−光出力特性が８／３乗特性からずれるものとしても、発光ダイオード２自体の電流−光出力特性（比例関係）に比較すれば、上記点灯回路１を用いることにより、簡単な構成で白熱電球の特性に近づけることができるという効果を奏することに変わりはない。

なお、発光ダイオードの点灯回路に関し、発光ダイオードに流れる電流のオンオフ制御と、発光ダイオードのＰＷＭ調光制御とをバースト波信号により同時に行うことについて、従来から提案されている（たとえば、特許文献３：「特開２００９−１４１８６３号公報」参照）。特許文献３に記載のバースト波信号は、一見すると上記実施形態の発光ダイオードの駆動信号（図３（ｂ））と波形が類似する。しかしながら、特許文献３においては、発光ダイオードの調光特性を白熱電球の調光特性と近似させるという課題は存在せず、上記実施形態で説明したように二乗特性を実現するという技術的思想は存在しない。

（実施形態２）
本実施形態の点灯回路１は、調光に伴い色温度についても変化させるようにした点が実施形態１の点灯回路１と相違する。

すなわち、一般的な白熱電球においては、調光が深くなるほど（つまり調光制御値ｄが小さくなるほど）色温度が低くなるという特性がある。一方、照明用として用いられる発光ダイオード２の多くは、青色の発光ダイオードチップからの単色光（青色光）と、当該単色光を蛍光体により波長変換した光（一般的には黄色）との合成光として白色光を出力する。この種の発光ダイオード２では、調光制御する場合、発光ダイオードチップからの光出力を低下させるしかなく、合成光（白色光）の色温度は僅かにしか変化せず、人の目では白熱電球のような色温度の変化は感じられない。

そこで、調光に伴って色温度も変化させるため、本実施形態では以下の構成を採用する。

発光ダイオード２として、比較的色温度が高い昼白色発光ダイオードと、昼白色発光ダイオードに比べて色温度が低い電球色発光ダイオードとの２種類の発光ダイオード２を用いる。さらに、点灯回路１は各色の発光ダイオード２に流す電流を個別に制御できる構成とし、定格点灯に近い調光状態では、光出力の比率が昼白色発光ダイオードと電球色発光ダイオードとでは昼白色発光ダイオードの方が高くなるように制御する。一方、調光が深くなる（つまり調光制御値ｄが小さくなる）に従って、電球色発光ダイオードの光出力の比率を高め、且つ、全体としての光出力（昼白色発光ダイオードと電球色発光ダイオードとを合わせた光出力）は調光制御値ｄの二乗特性あるいは三乗特性となるように変化させる。

図５では、全体としての光出力と点灯回路１への入力電流との関係が二乗特性となるように制御した場合の、昼白色発光ダイオードと電球色発光ダイオードとのそれぞれの光出力特性を示している（図中「イ」が全体としての特性、「ロ」が昼白色発光ダイオード、「ハ」が電球色発光ダイオードの特性を表す）。すなわち、点灯回路１の入力電流が定格電流Ｉ０のとき（つまり調光制御値ｄ＝１のとき）には昼白色発光ダイオードのみが光出力１００％で点灯し、電球色発光ダイオードは消灯（光出力０％）している。一方、調光制御値ｄの変化に応じて、昼白色発光ダイオードはｄ^４の特性で光出力が変化し、電球色発光ダイオードはｄ^２−ｄ^４の特性で光出力が変化するようにする。これにより、昼白色発光ダイオードからの光と電球色発光ダイオードからの光との合成光の光出力は、図中「イ」のように調光制御値ｄの変化に応じてｄ^２の特性（二乗特性）で変化することになる。

この場合、昼白色発光ダイオードと電球色発光ダイオードとの光出力比については、図６に示すように、昼白色発光ダイオードの占める割合が調光制御値ｄに比例し、電球色発光ダイオードの占める割合が（１−ｄ）に比例する（図中「イ」が昼白色発光ダイオード、「ロ」が電球色発光ダイオードの特性を表す）。図６では、横軸を調光制御値ｄ（百分率表示）としているが、点灯回路１への入力電流は定格電流Ｉ０×ｄであるから、定格電流Ｉ０に対する電流の大きさを百分率で表したものを横軸にとっても結果は同じである。

なお、その他の構成および機能については実施形態１と同様である。

ところで、上記各実施形態で説明した点灯回路１は、たとえば図７に示すように白熱電球型の筐体３０に発光ダイオード２を設けた光源装置（電球型発光ダイオード装置）３に用いられる。この光源装置３は、筐体３０と一体に口金３１を有しており、一般的な白熱電球と同様に口金３１をソケット（図示せず）に接続して使用される。筐体３０は、放熱部材としても兼用されるものであって、口金３１を頂点とする略円錐状に形成されており、その前面（図７の上面）側に複数個の発光ダイオード２が搭載される。本実施形態の点灯回路１は筐体３０内に収納され、電源入力端となる全波整流器ＤＢの入力端を口金３１に接続して構成される。

このように構成された光源装置３を用いることにより、一般的な白熱電球に代えて発光ダイオード２を光源として用いることが可能となる。しかも、発光ダイオード２の点灯回路１は上述した二乗特性または三乗特性を実現する機能を有するので、位相制御による調光を行う白熱電球用の照明器具に上記光源装置３を使用した場合でも、白熱電球に近似した調光特性を実現することができる。その結果、位相制御による調光機能付きの照明器具においても、調光時の違和感を生じさせることなく白熱電球から発光ダイオード２を用いた光源装置３への交換が可能になる。

１点灯回路
２発光ダイオード
３光源装置
１４平滑回路
１５ＰＷＭ信号生成回路
１６駆動回路
３０筐体
３１口金
ＡＮＤアンド回路
ＳＷ１スイッチング素子
Ｔ０第１の周期
Ｔ２第２の周期

Claims

電流源に接続され発光ダイオードに電流を流すことで発光ダイオードを点灯させる点灯回路であって、単位時間当たりに電流源から供給される電流量について定格点灯時に対する比率を表す調光制御値を検出する検出手段と、検出手段の検出結果を用いて単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を制御する制御手段とを備え、制御手段は、単位時間当たりに電流源から供給される電流量に対する光出力の変化特性が白熱電球の特性と近似するように、単位時間当たりに発光ダイオードに供給する電流量を、定格点灯時に比べて調光制御値の二乗倍または調光制御値の三乗倍とすることを特徴とする点灯回路。
前記電流源から第１の周期で前記調光制御値をオンデューティとする電流が供給されており、前記制御手段は、電流源からの電流供給のオン期間よりも短い第２の周期で調光制御値をオンデューティとするパルス幅変調信号を生成し、電流源からの電流供給のオン期間で且つパルス幅変調信号のオン期間となる期間にのみ、前記発光ダイオードに対して一定の大きさの電流を流すことを特徴とする請求項１記載の点灯回路。
前記電流源から第１の周期で前記調光制御値をオンデューティとする電流が供給されており、前記制御手段は、電流源からの電流供給のオン期間よりも短い第２の周期で調光制御値をオンデューティとするパルス幅変調信号を生成し、電流源からの電流供給のオン期間で且つパルス幅変調信号のオン期間となる期間にのみ、前記発光ダイオードに対して定格点灯時の調光制御値倍の大きさの電流を流すことを特徴とする請求項１記載の点灯回路。
前記電流源は位相制御された交流電源からなり、交流電圧の半周期を前記第１の周期とし、前記検出手段は、第１の周期ごとに電流源から電流供給される期間の第１の周期に占める割合を前記調光制御値として検出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の点灯回路。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の点灯回路を発光ダイオードが設けられた筐体内に備え、白熱電球と共通形状の口金が筐体と一体に設けられ点灯回路に接続されていることを特徴とする光源装置。