JP2011165496A

JP2011165496A - 点灯装置

Info

Publication number: JP2011165496A
Application number: JP2010027432A
Authority: JP
Inventors: Shingo Masumoto; 進吾増本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】光出力を可変範囲の全体にわたって連続的に変化させることができる点灯装置を提供する。
【解決手段】直流光源に直流電力が出力されるオン期間が動作の１周期中に占める割合（オンデューティ）の変更により直流光源の光出力を変更するというオンデューティ制御と、オン期間中における直流光源への出力電流の電流値を変化させることで直流光源の光出力を変化させるという電流制御とによって所望の光出力を達成する。オンデューティがとり得る範囲の上限を、１００％ではなく、１００％以外で達成可能なオンデューティの最高値Ｄｔとした。これにより、オンデューティが１００％と上記の最高値Ｄｔとの間で変化する際の光出力の不連続的な変化が発生しなくなるから、光出力の連続的な変化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置に関するものである。

従来から、直流電力で点灯され入力される電流の電流値に応じて光出力（見た目の明るさであり、一般的には光束）を変化させる直流光源を点灯させる点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。上記の直流光源としては、例えば発光ダイオードや有機ＥＬがある。

この種の点灯装置として、例えば図５に示すものがある。この点灯装置は、直流電源Ｅを電源として直流電力を生成するとともに直流光源Ｍに出力することで直流光源Ｍを点灯させる点灯回路１と、点灯回路１を制御する制御回路２とを備える。

点灯回路１は、周知のいわゆるバックコンバータ（降圧チョッパ回路）であって、直流電源Ｅの出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とコンデンサＣ１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１との接続点にカソードが接続されるとともにアノードが直流電源Ｅの低電圧側の出力端に接続されたダイオードＤ１と、制御回路２の制御に従ってスイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動する駆動部１１とを備える。

駆動部１１は、制御回路２の制御に従って、図６及び図７に示すように、スイッチング素子Ｑ１を周期的にオンオフ駆動するオン期間Ｔｏｎの動作と、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態に維持するオフ期間Ｔｏｆｆの動作とを、オン期間Ｔｏｎ中のオンオフ駆動の周期よりも充分に長い周期で繰り返す間欠動作と、オフ期間Ｔｏｆｆの動作を行わずオン期間Ｔｏｎの動作のみを継続する連続動作とが可能となっている。ここで、上記の間欠動作による直流光源Ｍのちらつきが人の目に認識できない程度に、上記の間欠動作の周期は充分に短く（つまり周波数は充分に高く）され、上記の間欠動作の周波数は例えば６０Ｈｚ以上とされる。上記の間欠動作の１周期中に占めるオン期間Ｔｏｎの割合（すなわちＴｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）。以下、「オンデューティ」と呼ぶ。）が高いほど、直流光源Ｍの光出力（すなわち光束の平均値であって単位時間当りの光量）は高くなる。

また、駆動部１１は、オン期間Ｔｏｎの開始時にスイッチング素子Ｑ１をオン制御するとともに、オン期間Ｔｏｎの動作中には、インダクタＬ１に流れる電流の電流値（以下、「回路電流」と呼ぶ。）ＩＬを監視し、回路電流ＩＬが制御回路２によって予め指示された上限値（以下、「上限電流」と呼ぶ。）ＩＬｔに達したときにスイッチング素子Ｑ１をオフ制御し、回路電流ＩＬが０となったときにスイッチング素子Ｑ１をオン制御するといった動作を繰り返す。この結果、回路電流ＩＬの波形は三角波状となる。また、上記の上限電流ＩＬｔが大きいほど、オン期間Ｔｏｎ中のコンデンサＣ１の両端電圧が高くなって直流光源Ｍへの出力電流の電流値（以下、単に「出力電流」と呼ぶ。）Ｉｏが増加することにより、直流光源Ｍの光出力は高くなる。上記のような駆動部１１は周知の電子回路で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

制御回路２は、光出力を指示する電気信号である調光信号が入力されるとともに、該調光信号で指示された光出力を達成するようなオンデューティ並びにオン期間Ｔｏｎ中の出力電流Ｉｏの目標値（以下、「目標電流」と呼ぶ。）Ｉｔをそれぞれ演算する演算部２１を備える。ここで、調光信号は、例えば、指示されうる光出力の最高値に対する、調光信号が指示する光出力の比（以下、「調光比」と呼ぶ。）に応じた電圧値の直流電圧であってもよいし、調光比を示すデジタル信号であってもよい。

また、制御回路２は、直流光源Ｍに直列に接続された抵抗Ｒｄの両端電圧に基づいて出力電流Ｉｏを検出するとともに、検出された出力電流Ｉｏを演算部２１によって演算された目標電流Ｉｔに一致させるような上限電流ＩＬｔを駆動部１１に対して指示する電流制御部２２を備える。さらに、制御回路２は、演算部２１によって演算されたオンデューティを駆動部１１に対して指示するオンデューティ制御部２３を備える。

上記のような制御回路２は、例えばいわゆるマイクロコントローラを用いて周知技術で実現可能であるので詳細な図示並びに説明は省略する。

ところで、上限電流ＩＬｔの変更などでのオン期間Ｔｏｎ中の出力電流の変更による直流光源Ｍの光出力の制御（以下、「電流制御」と呼ぶ。）は、オンデューティの変更による直流光源Ｍの光出力の制御（以下、「オンデューティ制御」と呼ぶ。）よりも、直流光源Ｍの光出力をより滑らかに変化させやすい。しかし、一般に直流光源Ｍには点灯を維持可能な入力電流の最低値が存在し、この最低値を入力電流（すなわち点灯回路１からの出力電流）Ｉｏが下回ると直流光源Ｍが立ち消えてしまうため、電流制御のみによって実現できる光出力の低さ（いわゆる調光の深さ）には限界がある。

そこで、従来は、図８に示すように、調光信号によって指示される調光比の変化のうち、調光比の最高値である１００％と所定の中間値Ｐｍとの間での変化については電流制御のみによって達成し、調光比を上記の中間値Ｐｍ未満とする際にオンデューティ制御を用いていた。つまり、調光信号によって指示される調光比が１００％から徐々に低下された場合、制御回路２の演算部２１は、調光比が上記の中間値Ｐｍに達するまではオンデューティを１００％に維持しつつ目標電流Ｉｔを低下させることで調光比を実現し、調光比が上記の中間値Ｐｍよりも低下されたときには目標電流Ｉｔを所定の最低電流に維持しつつオンデューティの低下により調光比を実現していた。上記の場合において、中間値Ｐｍは、電流制御のみによって達成可能な調光比の最低値である。

特開２００９−５４４２５号公報特開２００９−１２３６８１号公報

しかし、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ切替には、実際にはターンオン時間やターンオフ時間と呼ばれる一定の時間を要する。さらに、図７に示すように、オン期間Ｔｏｎとオフ期間Ｔｏｆｆとの切替時には出力電流Ｉｏは一定の時定数をもって変化する。以上により、１００％以外で達成可能なオンデューティの最高値と１００％との間には、上記の時定数やターンオン時間やターンオフ時間や間欠動作の周期などに応じた一定の差が生じてしまう。

従って、上記の中間値Ｐｍを跨いで調光比を変化させる際に、連続動作から間欠動作への移行またはその逆の移行といった、連続動作と間欠動作との相互の移行に伴い、オンデューティが連続的にではなく上記の一定の差分だけ一気に変化することになるので、図８に示すように実際の光出力が大きく変化してしまっていた。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光出力を可変範囲の全体にわたって連続的に変化させることができる点灯装置を提供することにある。

第１の発明は、直流電力で点灯され入力される電流の電流値に応じて光出力を変化させる直流光源を点灯させる点灯装置であって、前記直流光源に対して直流電力を出力する点灯回路と、前記直流光源の光出力を指示する調光信号を入力されるとともに、入力された前記調光信号に応じて前記点灯回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記点灯回路から前記直流光源に直流電力が出力されるオン期間の長さと前記点灯回路から前記直流光源に直流電力が出力されないオフ期間の長さとの比率の変更により前記直流光源の光出力を変更するオンデューティ制御と、前記オン期間中における前記点灯回路から前記直流光源への出力電流の電流値を変化させることで前記直流光源の光出力を変化させる電流制御とによって、前記調光信号が指示する光出力を達成するものであって、前記制御回路は、前記直流光源を点灯させる期間には、前記調光信号によって指示されている光出力に関わらず、前記点灯回路から前記直流光源への直流電力の出力を周期的にオンオフする間欠動作を行うことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、調光信号によって指示されうる光出力の範囲の最低値より高く且つ前記範囲の最高値よりも低い所定の中間値と前記最高値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記電流制御により行い、前記最低値と前記中間値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記オンデューティ制御によって行うことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、調光信号によって指示されうる光出力の範囲の最低値より高く且つ前記範囲の最高値よりも低い所定の中間値と前記最高値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記オンデューティ制御により行い、前記最低値と前記中間値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記電流制御によって行うことを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、変更の前後の光出力に関わらず、前記オンデューティ制御と前記電流制御との両方を並行して行うことを特徴とする。

本発明によれば、直流光源が点灯される期間には、調光信号によって指示されている光出力に関わらず、点灯回路から直流光源への直流電力の出力を周期的にオンオフする間欠動作が行われ、つまり、点灯回路から直流光源への直流電力の出力を連続的に行う連続動作が行われないことにより、連続動作と間欠動作との相互の移行に伴う光出力の不連続的な変化が発生しなくなるから、光出力を可変範囲の全体にわたって連続的に変化させることができる。

本発明の実施形態において、目標電流Ｉｔとオンデューティとのそれぞれについて、調光比との関係を示す説明図である。同上において、調光比と光出力との関係を示す説明図である。同上の変更例において、目標電流Ｉｔとオンデューティとのそれぞれについて、調光比との関係を示す説明図である。同上の別の変更例において、目標電流Ｉｔとオンデューティとのそれぞれについて、調光比との関係を示す説明図である。点灯装置の一例を示す回路ブロック図である。同上の動作を示し、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ状態と、回路電流ＩＬと、出力電流Ｉｏとの時間変化を示す説明図である。同上においてオンデューティが１００％よりもやや低い状態での出力電流Ｉｏの時間変化を示す説明図である。従来例において、調光比と光出力との関係を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の基本構成は図５及び図６で説明した従来例と共通であるので、共通する部分についての図示並びに説明は省略する。

本実施形態では、図１に示すように、オンデューティがとり得る範囲の上限値を、１００％以外で実現可能な最高値Ｄｔとしている。つまり、１００％（すなわち調光比の最高値）以下且つ中間値Ｐｍ以上の範囲内での調光比の変化を実現する際には、制御回路２の演算部２１は、オンデューティを上記の最高値Ｄｔに維持しつつ、目標電流Ｉｔを所定の最高電流Ｉｔｔと所定の最低電流Ｉｔｂとの間で変化させるという電流制御を行う。上記の最高電流Ｉｔｔは、例えば、直流光源Ｍに対して定格電力が供給されるような電流値とされる。また、上記の最低電流Ｉｔｂは、例えば、直流光源Ｍの点灯を安定して維持可能な目標電流Ｉｔの最低値とされる。

また、中間値Ｐｍ未満且つ最低値Ｐｂ以上の範囲内での調光比の変化を実現する際には、制御回路２の演算部２１は、目標電流Ｉｔを最低電流Ｉｔｂに維持したままで、オンデューティを上記の最高値Ｄｔと所定の最低値Ｄｂとの間で変更するというオンデューティ制御を行う。オンデューティの最低値Ｄｂは、従来例で説明したターンオン時間やターンオフ時間や時定数などを考慮しても直流光源Ｍが充分に点灯可能な程度の長さのオン期間Ｔｏｎが確保されるようなオンデューティとされる。

上記構成によれば、オンデューティが１００％とされること（すなわち連続動作が行われること）がないから、従来例のようにオンデューティが１００％と１００％より低い最高値Ｄｔとの間で変化することがない。従って、図８に示す従来例において中間値Ｐｍを跨いで調光比が変化する際に発生していた、連続動作と間欠動作との相互の移行に伴う光出力の不連続な変化が避けられる。これにより、図２に示すように、光出力を可変範囲の全体にわたって連続的に変化させることができる。

なお、電流制御とオンデューティ制御とを行う順序は上記に限られず、上記とは逆に図３に示すように１００％以下且つ所定の中間値Ｐｍ以上の範囲内での調光比の変化をオンデューティ制御によって実現し、中間値Ｐｍ未満且つ最低値Ｐｂ以上の範囲内での調光比の変化を電流制御によって実現してもよい。この場合、調光信号によって指示されている調光比が中間値Ｐｍ以上である期間には、目標電流Ｉｔが最高電流Ｉｔｔに維持され、オンデューティが最高値Ｄｔと最低値Ｄｂとの間で変更されることによって調光比が実現される。また、調光信号によって指示されている調光比が中間値Ｐｍ未満である期間には、オンデューティが最低値Ｄｂに維持され、目標電流Ｉｔが最高電流Ｉｔｔと最低電流Ｉｔｂとの間で変更されることによって調光比が実現される。

または、図４に示すように、調光比がとり得る範囲の全体にわたり、オンデューティ制御と電流制御とが並行して行われてもよい。

さらに、点灯回路１は、オンデューティ制御と電流制御とを可能とするものであればバックコンバータに限られず、例えばブーストコンバータなど他の周知の直流電源回路を用いてもよい。

上記のいずれの場合においても、制御回路２は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

１点灯回路
２制御回路
Ｍ直流光源
Ｐｍ中間値
Ｐｂ最低値
Ｔｏｎオン期間
Ｔｏｆｆオフ期間

Claims

直流電力で点灯され入力される電流の電流値に応じて光出力を変化させる直流光源を点灯させる点灯装置であって、
前記直流光源に対して直流電力を出力する点灯回路と、
前記直流光源の光出力を指示する調光信号を入力されるとともに、入力された前記調光信号に応じて前記点灯回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記点灯回路から前記直流光源に直流電力が出力されるオン期間の長さと前記点灯回路から前記直流光源に直流電力が出力されないオフ期間の長さとの比率の変更により前記直流光源の光出力を変更するオンデューティ制御と、前記オン期間中における前記点灯回路から前記直流光源への出力電流の電流値を変化させることで前記直流光源の光出力を変化させる電流制御とによって、前記調光信号が指示する光出力を達成するものであって、
前記制御回路は、前記直流光源を点灯させる期間には、前記調光信号によって指示されている光出力に関わらず、前記点灯回路から前記直流光源への直流電力の出力を周期的にオンオフする間欠動作を行うことを特徴とする点灯装置。
前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、調光信号によって指示されうる光出力の範囲の最低値より高く且つ前記範囲の最高値よりも低い所定の中間値と前記最高値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記電流制御により行い、前記最低値と前記中間値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記オンデューティ制御によって行うことを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、調光信号によって指示されうる光出力の範囲の最低値より高く且つ前記範囲の最高値よりも低い所定の中間値と前記最高値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記オンデューティ制御により行い、前記最低値と前記中間値との間の範囲内での前記光出力の変更は前記電流制御によって行うことを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
前記制御回路は、前記調光信号に応じて前記直流光源の光出力を変更する際、変更の前後の光出力に関わらず、前記オンデューティ制御と前記電流制御との両方を並行して行うことを特徴とする請求項１記載の点灯装置。