JP2011243325A - Ｌｅｄ調光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相制御電力波に同期したＴＴＬ入出力レベルのパルス信号を生成し、このパルス信号をＬＥＤに供給することによって、応答性が良好でノイズによる輝度ムラやちらつき等を防止することのできるＬＥＤ調光装置を提供することである。
【解決手段】 交流電源からの位相制御電力波を用いてＬＥＤの調光を行うＬＥＤ調光装置であって、前記位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスすることによってＴＴＬ入出力レベルに降圧させた第１パルス信号を生成し、該第１パルス信号のエッジを急峻にすることによって矩形状に整形された第２パルス信号を生成し、さらにこの第２パルス信号を積分した後矩形状の第０パルス信号を生成し、この第０パルス信号をＬＥＤに供給することによって、前記位相制御電力波に同期した調光制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電力波から変換したパルス信号によって調光を制御するＬＥＤ調光装置に関するものである。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光源が多く利用されつつある。例えば、電球、蛍光灯、ダウンライト、投光器、ディスプレイ照明装置、自動車の車内灯や前照灯などに採用されている。このようなＬＥＤを用いた照明装置には、発光の明るさを可変することのできる調光機能を備えたものがある。この調光機能を実現する方法として、特許文献１には、交流電源の位相制御を行うことによってＬＥＤの調光点灯させる技術が開示されている。さらに、特許文献２には、交流電力を位相制御させるための電力制御装置であるトライアックを用い、このトライアックから出力される制御信号がオフしている間はＬＥＤを点灯させないように制御することで、簡易に調光を行うことのできる装置が開示されている。

特開平５−６６７１８号公報 特開２００４−２９６２０５号公報

上記特許文献１，２にあっては、トライアックによって位相制御された交流電力波を直流に整流させてＬＥＤの調光制御を行うようになっているが、アナログ的な制御であるため、応答性が悪く、ノイズによる輝度ムラやちらつきが発生しやすいといった問題がある。

また、トライアック調光制御は一般的にＬＥＤのチラツキの問題から、ＬＥＤの順方向定格電圧ＶＦより僅かに高い出力レベル位置、すなわちＡＣ電力波の出力電力が例えば１０％程度まだ残った状態で、トライアックのボリューム回転を停止させてオフとしていた。したがって、ボリュームをオンさせてＬＥＤを点灯開始した際に急に明るく見えてしまい、ＬＥＤのオン点灯からもっと徐々に明るさを増していくような演出性の高い（暗い状態から徐々に明るさを増す）制御ができないかといった要望を叶えることが出来なかった。

また、交流電力をパルスに変換したＰＷＭ制御によって調光制御を行うものにあっては、ＰＷＭ制御を行わせるための制御回路や制御信号線が必要となり、従来の蛍光灯や白熱灯を用いた照明設備を変更しなければならないといった問題がある。

このように、従来の照明設備を変更せず、また、トライアックから出力される位相制御電力波と同期がとれ、且つロジック回路で信号処理が可能となるようなＴＴＬ入出力レベルでパルス化した信号を用い、さらにＬＥＤの点灯時の明るさをより演出性の高い調光制御を可能にした調光装置がなかった。

そこで、本発明の目的は、位相制御電力波に同期したＴＴＬ入出力レベルのパルス信号を生成し、このパルス信号をＬＥＤに供給することによって、応答性が良好でノイズによる輝度ムラやちらつき等を防止し、さらに調光開始時の演出性を向上した調光制御をすることのできるＬＥＤの調光装置を提供することである。

上記課題を解決するに、本発明のＬＥＤ調光装置は、交流電源から供給される電力を位相制御する電力制御部と、この電力制御部に接続されるＬＥＤ駆動部との間に設けられるＬＥＤ調光装置であって、前記電力制御部から出力される位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号を生成する波形スライス手段と、前記第１駆動パルス信号の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号を生成した後、この第２パルス信号を積分し、さらに矩形状の第０パルス信号を生成する波形整形手段とを備え、前記第０パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行うことを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤ調光装置によれば、トライアックによる調光開始時の演出性を向上することにより、点灯時の明るさを薄暗い状態から徐々に明く制御することが可能となる。

また、位相制御を行う電力制御部にそのまま直結することができると共に、前記電力制御部から出力される電力波に同期したＴＴＬ入出力レベルのパルス信号によってＬＥＤの調光制御を行うため、ちらつきのない連続した調光操作が可能となる。

さらに、前記電力波から生成されたパルス信号に対して、所定のオン／オフ周期にスイッチングさせたパルス信号を用いてＬＥＤを駆動させるため、消費電力を最小限に抑えつつ、ＬＥＤの駆動能力を最大限に高めることができる。

本発明に係るＬＥＤの調光装置のブロック図である。 出力電力８０％近傍での各部の出力波形を示す図である。 出力電力１０％近傍での各部の出力波形を示す図である。 積分回路及び第２波形整形部の回路図である。 本発明に係るＬＥＤ調光装置の点灯開始時近傍の動作概念説明図である。 パルス制御部の構成を示すブロック図である。 充放電部の回路図である。 パルス制御部の動作を示すタイミングチャートである。 充放電の動作を示す波形図である。

本発明に係るＬＥＤの調光装置の実施形態を詳細に説明する前に、図５の本発明の動作概念説明図を用いて、トライアックによる調光開始時の演出性を向上した点灯時の明るさを薄暗い状態から徐々に明く制御する動作概念について説明する。図５において、横軸はトライアックのボリューム回転角を、縦軸はＡＣ電力波の出力電力を示す。直線Ｎは原点Ａ０と点Ａ２を結ぶ直線で、ＬＥＤのチラツキを防止するために、ボリュームの回転スタート位置を直線Ｎの途中であるＡ１点で規制され、Ａ２点で回転終点とした従来調光装置の調光制御動作を示す。したがって、従来装置のＬＥＤ点灯状態は、ボリュームの回転スタート時点である回転角ＶＲ０では出力電力ＯＰ１で急に明るく見え、ボリュームの回転角を増すに従って回転角ＶＲmax（直線ＮのＡ２点で、出力電力はＯＰ２）までほぼ直線的に増加し、明るさも比例して増加していく。本発明はこのボリューム回転角スタート時点ＶＲ０のＡ１点における出力電力ＯＰ１（残り出力電力）に着目し、ボリューム回転角ＶＲ０での残り出力電力ＯＰ１をゼロにすることによるＢ０点とＡ２点を結ぶ直線Ｍとすれば、ボリューム回転角スタート時点ＶＲ０からほとんどゼロ点灯から始まる直線Ｍに沿った直線的調光制御が可能であることが分かる。すなわち、従来におけるトライアック調光は、ボリューム回転開始時点ＶＲ０では既に出力電力ＯＰ１からはじまる直線Ｎに沿って変化するため、急に明るくなるが、本発明に係るトライアック調光では、ボリューム回転開始点ＶＲ０ではほとんど出力電力が生じていないＢ０点からスタートする直線Ｍに沿った調光制御が行われるため、暗い状態から徐々に明るくなる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤの調光装置の実施形態を詳細に説明する。図１はＬＥＤの調光装置のブロック図を示したものである。図２、図３はＡＣ出力波形から各部において生成されるそれぞれの出力波形を示したものであり、図２は出力電力が８０％近傍時を、図３は出力電力が１０％近傍（トライアックのボリュームの回転スタート位置ＶＲ０）時をそれぞれ示したものである。図４は各回路部の詳細回路図である。

このＬＥＤ調光装置１１は、ＡＣ電源１２の交流波Ａ１をトライアック１３によって出力される位相制御電力波（以下、電力波という）Ａ２に位相制御させて入力させるための入力端子部１６と、ＬＥＤ１５が接続されるＬＥＤ駆動部１４に駆動信号を出力するための出力端子部１７と、前記入力端子部１６から取り込まれた電力波Ａ２を全波整流した後、この全波整流波Ａ３を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号Ｐ１を生成する波形スライス手段（波形スライス部）１８と、前記第１パルス信号Ｐ１の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号Ｐ２を第１波形整形部２６にて生成した後、この第２パルス信号Ｐ２を積分する積分回路４０を介し第２波形整形部４１にて第０パルス信号Ｐ０を生成する波形整形手段（波形整形部）１９とを基本構成として備えている。

前記入力端子部１６は、ＡＣ電源１２から供給される交流波Ａ１からトライアック１３によって位相制御された電力波Ａ２を印加するための二極の入力端子を有し、前記出力端子部１７は、ＬＥＤ１５のアノード側及びカソード側にパルス状の信号を出力する二極の出力端子を有している。

前記波形スライス部１８は、前記入力端子部１６を介して入力される電力波を全波整流する全波整流部２２と、全波整流された電力波の力率を改善するとともに、平滑化する平滑部２３と、この平滑部２３の出力側に接続され、トライアック調光器を安定動作させるための抵抗素子、半導体素子からなるブリーダ部２４と、このブリーダ部２４と並列に接続され、平滑化された電力波を薄くスライスするスライス部２５とを備える。前記スライス部２５を通した電力波は、２〜７Ｖ程度に降圧された台形状の第１パルス信号Ｐ１となって出力される。

前記波形整形部１９は、ヒステリシス特性を有したシュミットトリガ回路からなる第１波形整形部２６と、この第１波形整形部２６に対して電圧を補助的に供給する補助電源部２７と、ＣＲ回路を含む積分回路４０と、この積分回路４０に直結したシュミットトリガ回路からなる第２波形整形部４１とを備えて構成されている。前記波形スライス部１８によってスライスされた第１パルス信号Ｐ１は、波形整形部１９によって立上りエッジ及び立下りエッジが略直角となるように急峻に整形された方形状の第２パルス信号Ｐ２として積分回路４０に出力される。また、この第２パルス信号Ｐ２は、補助電源部２７によって、ロジック回路の安定動作保証電圧である４．７５〜５．２５ＶのＴＴＬ入出力レベル電圧を保持する。

積分回路４０は図４（ａ）に示したように、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３を直列につなぎ入力した第２パルス信号Ｐ２の時間積分を出力する。本実施例では、抵抗Ｒ３は２２ｋΩ、コンデンサＣ３は０．１μＦ、制限抵抗Ｒ４は１ｋΩに設定されており、ＬＥＤ１５の点灯開始段階での不安定なパルス（不連続発振）をキャンセルするために、第２パルス信号Ｐ２のオンデューティ１０％以下で有効で、且つ１０％を超えるオンデューティに対しては無効となるように積分回路４０は構成されている。

第２波形整形部４１は図４（ｂ）に示したように、第１波形整形部２６と同様ヒステリシス特性を有したシュミットトリガ回路から構成されている。即ち、正論理ＮＡＮＤ４１ａと負論理ＮＡＮＤ４１ｂが直列接続されており、ＬＥＤ１５の順方向定格電圧ＶＦのオン電圧とオフ電圧とに一定の幅を持たせることができる。これにより、オン／オフの境の電圧をキャンセル（オフセット）することでＬＥＤ１５のオンとオフ（点灯と不点灯）間の不安定なチラツキを無くした制御が可能となる。

このように、波形整形部１９に、第１波形整形部２６の後段に積分回路４０と第２の波形整形部４１を構成したため、第１波形整形部２６からの第２パルス信号Ｐ２（第１パルス信号Ｐ１と同様２〜７Ｖ程度）は、例えばＬＥＤ１５のＶＦが３．５ＶのＬＥＤを使用した場合、第２波形整形部４１のシュミットトリガのオン閾値を３Ｖに、オフ閾値を１．８Ｖ近傍に設定しておけば、前述の図５で説明したように、ボリューム回転角のスタート時点ＶＲ０での出力電力ＯＰ１をゼロに近づけた第０パルス信号Ｐ０として第２波形整形部４１から出力することが出来る。この状態の各部の出力波形を図３に示す。ボリューム回転角のスタート時点ＶＲ０から徐々にボリュームの回転角を上げて行くと、図５の直線Ｍに沿って第０パルス信号Ｐ０が変化していき、ＬＥＤ１５は薄暗い状態で点灯を開始し、ボリュームの回転に比例して徐々に明るくなって行く。第２パルス信号Ｐ２のオンデューティ１０％を超える範囲では、一例として図２に示したように、出力電力８０％近傍では、積分回路４０の抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３によるＣＲ容量により、この積分回路４０の影響を受けなくなるため、パルスＰ２がスルー状態で通過し、第０パルス信号Ｐ０は第２パルス信号Ｐ２とほぼ同じ信号波形となる。なお、本実施例では第２パルス信号Ｐ２のオンデューティを１０％として説明したが、オンデューティ比はこれに限定されるものではなく、適宜選定できるものである。

前記平滑部２３から供給される電源電圧Ｖｃｃと前記第０パルス信号Ｐ０を出力端子部１７に直接供給することによって、ＬＥＤ駆動部１４に接続されているＬＥＤ１５をトライアック１３で位相制御される電力波に同期させた状態で調光制御させることができる。

すなわち、電源をＯＮした後、ＡＣ電源から供給されるＡＣ電力波Ａ１をトライアックによって位相制御された電力波Ａ２に変換した後、この電力波Ａ２を全波整流した全波整流波Ａ３を生成する。前記全波整流された電力波Ａ３の波高部分を平滑にスライスして、３．７Ｖ〜７Ｖの電圧レベルに降圧させた第１パルス信号Ｐ１を生成する。次に、第１波形整形部２６によって前記第１パルス信号Ｐ１の立上がりエッジ及び立下がりエッジを急峻にして矩形波に整形した第２パルス信号Ｐ２を生成する。この第２パルス信号Ｐ２は、ＴＴＬロジックの動作保証が可能な４．７５Ｖ〜５．２５Ｖの電圧値に調整された後、
積分回路４０によって積分され、更に第２波形整形部４１によって矩形波に整形した第０パルス信号Ｐ０をそのままＬＥＤ１５に供給する。これによって、前記電力波Ａ３に同期したノイズの少ないパルス波で、暗い段階から徐々に明るく演出された調光制御を行うことができる。

また、前記波形整形部１９の後段にＬＥＤを最適且つ省電力で駆動させるためのパルス制御手段（パルス制御部）２０や充放電部２１が設けられており、ＬＥＤ固有のピーク電流値（ＩＰ）で駆動するＩＰパルス調光モードや前記ＩＰによるパルス波を所定のデューティ比で細かくオン／オフさせて駆動する省電力ＩＰパルス調光モードが実現できる。

前記パルス制御部２０は、図６に示すように、定電流パルス駆動部３１と負荷容量検出部３２とからなる。前記定電流パルス駆動部３１は、ＬＥＤ駆動部１４に接続されるＬＥＤ１５のピーク電流値（ＩＰ）を設定する電流値設定手段（レジスタ部）２８と、前記第０パルス信号Ｐ０から前記ＩＰを最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号Ｐ３を生成する第１スイッチング駆動手段（第１ＳＷ部）２９と、前記第３パルス信号Ｐ３を更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ＩＰとなるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号Ｐ４を生成する第２スイッチング駆動手段（第２ＳＷ部）３０と、電流制御部３３とを備えて構成されている。

前記レジスタ部２８は、前記波形整形部１９を経て出力される第０パルス信号Ｐ０を最大振幅で駆動させるためのＩＰが設定される。このＩＰは、駆動するＬＥＤ１５の定格電圧値ＶＦを基準として、絶対最大定格電流値(ＩＰmax)に所定の係数ｋを乗算することによって得られる。前記係数ｋは発光量を規定するものであり、例えば、０．９に設定すればＩＰmax近傍での高輝度発光が得られる。この係数ｋは１を超えない範囲（０＜ｋ＜１）であれば任意に設定することができ、この設定によってＬＥＤ１５の発光量を調整することができる。なお、この係数ｋの設定は、ＬＥＤ調光装置の外部端子（図示せず）に接続される可変抵抗、トリマーあるいはディップスイッチなどの調整デバイスによって外部から設定することができる。

また、ＩＰを設定する手段として、レジスタ部２８内に定格電流値参照テーブル（VF−IFテーブル）や絶対最大定格電流値参照テーブル（IF−IPmaxテーブル）を記憶させておき、これらの参照テーブルを基にしたプログラム処理によって算出させることもできる。

ここで、定格電圧値ＶＦとは、前記ＬＥＤ駆動部１４に接続される各ＬＥＤ１５を安定した状態で一定の明るさに発光させることが可能な電圧値であり、定格電流値ＩＦは、そのときにＬＥＤ１５を流れる値である。また、絶対最大定格電流値ＩＰmaxとは、ＬＥＤ１５の動作を一定の条件の下で保証し得る最大許容値であり、この値を超えれば素子の破壊につながるため、短時間であっても越えないように規定されている値である。これに対して、ＩＰとは、前記定格電流値ＩＦ以上且つ絶対最大定格電流値ＩＰmaxを超えない範囲（IF≦IP＜IPmax）をいい、この範囲を維持するようにパルス駆動制御される。なお、前記定格電圧値ＶＦ及び定格電流値ＩＦは、ＬＥＤの接続個数や接続形態あるいは設定する明るさに応じて変動する。

前記第１ＳＷ部２９は、第１ＳＷ素子Ｑ１と、この第１ＳＷ素子Ｑ１をスイッチング駆動させる第１ドライブ回路を有し、第２ＳＷ部３０は、第２ＳＷ素子Ｑ２と、この第２ＳＷ素子Ｑ２をスイッチング駆動させる第２ドライブ回路３５を有している。定電流制御部３３は、出力端子部１７側に流れる電流値Ｉ１を常時監視して常に一定供給するように制御される。この定電流制御部３３には昇降圧コンバータ（図示せず）を備え、ＬＥＤ駆動部１４に流れる電流値Ｉ１の増減分を補うように電流レベルを増減させる。これによって、一定の電流レベルを維持している。第１ＳＷ素子Ｑ１は、第１のオン／オフ周期Ｔ１からなる第３パルス信号Ｐ３を生成するためのもので、第２波形整形部４１から出力される第０パルス信号Ｐ０を第１ドライブ回路３４によって所定のタイミングでスイッチングさせることで、オン期間とオフ期間の比率（デューティ）を設定する。前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、２００Ｈｚ程度となるように制御される。また、デューティは、ＬＥＤ１５が有する定格輝度となるように制御されるが、オン期間を５０％程度又はそれ以下となるように設定することで、発熱量や消費電力を低減させることができる。本実施形態では、オン期間を１０％、オフ期間を９０％となるようにデューティを設定した。

第２ＳＷ素子Ｑ２は、第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる第４パルス信号Ｐ４を生成するためのもので、前記第１ＳＷ素子Ｑ１がオンしている間で動作可能となっている。この第２ＳＷ素子Ｑ２は、第２ドライブ回路３５を介して高速にスイッチングされる。このスイッチングによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２は３００ｋＨｚで、デューティ比はオン期間が１０％、オフ期間が９０％となるように制御される。

上記パルス制御部２０は、図７に示すように、前記出力端子部１７に接続される出力側にインダクタンス（コイル）Ｌ１とキャパシタンス（コンデンサ）Ｃ１，Ｃ２とによる充放電部２１が設けられている。この充放電部２１では、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２がオンする度にＬＥＤ１５に流れる電流がコンデンサＣ２にも充電される。そして、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２がオフになっている間にコンデンサＣ２に充電された電荷が放電してＬＥＤ駆動部１４に電流が流れる。これによって、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングによるそれぞれのオン期間だけでなくオフ期間においてもＬＥＤには電流を一定量供給し続けることができる。このため、駆動電流は間欠的な方形波状のパルスでありながらＬＥＤには一定の電流が連続して流れるため、発光輝度を一定に維持することができるとともに、消費電力を低減させることが可能となる。なお、コイルＬ１とコンデンサＣ１は、第２ＳＷ素子Ｑ２がオンすることによってＬＥＤ１５に流れるピーク電流値ＩＰを平滑化するために設けられる。

また、前記充放電部２１には、保護回路３９が設けられる。この保護回路３９は、コンデンサＣ２への充電電流を制限するための制限抵抗Ｒ２と、放電電流をバイパスするための整流素子（ダイオード）Ｄ１とからなっており、出力端子部１７がオープンの状態やＬＥＤ調光装置１１の主電源がオンの状態でＬＥＤ駆動部１４に接続する際に過電流が流れるのを防止することができる。この保護回路３９によれば、第２ＳＷ素子Ｑ２のスイッチングによって生じる第４パルス信号Ｐ４のオン期間において、コンデンサＣ１及びコイルＬ１によるピーク電流値ＩＰの平滑化と同時にコンデンサＣ２への充電が開始され、ＬＥＤ１７が点灯する。このとき、制限抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ２への突入電流の防止と充電電流を制限する働きをする。そして、前記第４パルス信号Ｐ４のオフ期間に移行した際には、コンデンサＣ２に充電された電荷がダイオードＤ１を介して出力端子部に放電することでＬＥＤ１５の点灯が持続することになる。

負荷容量検出部３２は、図６に示したように、電流検出素子Ｒ１、ＲＣ積分回路３６、差動増幅器３７を備える。電流検出素子Ｒ１は、高精度のシャント抵抗が用いられ、前記第２ＳＷ素子Ｑ２のスイッチングによってＬＥＤ１５を流れる電流を検出する。ＲＣ積分回路３６では、前記電流検出素子Ｒ１によって検出された検出電流を第２ＳＷ素子Ｑ２のオン／オフ周期によって積分した積分波形を生成する。差動増幅器３７は、前記ＲＣ積分回路３６による積分波形信号と基準電圧源３８との差分をとって増幅した検出電圧Ｖ１を出力する。この検出電圧Ｖ１は定電流制御部３３に送られる。

図８に示すように、第３パルス信号Ｐ３は、第０パルス信号Ｐ０によってパルス幅変調された連続した第１のオン／オフ周期Ｔ１からなっており、電流が流れる期間（オン期間）と電流が流れない（オフ期間）を連続して繰り返す。第１のオン／オフ周期Ｔ１は、一例として、約２００Ｈｚ、デューティ比はオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。前記Ｔ１は、ＬＥＤ１５の駆動能力に応じて適宜設定される。

前記第３パルス信号Ｐ３は、第１のオン期間の中で高速にスイッチングさせることで、さらに電流が流れる期間を細かく断続させた第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる方形状の発光駆動信号（第４パルス信号）Ｐ４が生成される。第２のオン／オフ周期Ｔ２は、前述したＴ１の条件の下では、一例として、約３００ｋＨｚ、デューティ比は第３パルス信号Ｐ３と同様にオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。この第４パルス信号Ｐ４は、前記第３パルス信号Ｐ３と同様にＬＥＤ１５の種類や数等の駆動能力に応じて設定されたピーク電流値ＩＰによる振幅幅で制御されて出力される。

また、図９に示すように、前記第４パルスＰ４は、ＲＣ積分回路３６を通すことによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２で充放電を繰り返す三角波状の発光駆動波形Ｗ２として出力される。さらに、この発光駆動波形Ｗ２から第１のオン／オフ周期Ｔ１で充放電を繰り返す三角波状の発光周期波形Ｗ１を生成する。このように生成されたピーク電流値ＩＰを最大振幅幅とする発光周期波形Ｗ１を出力端子部に接続されているＬＥＤ１５に印加することによって、消費電力を抑えつつ、高効率でＬＥＤ１５を連続的に安定した状態で発光駆動させることができる。

次に、上記ＬＥＤ調光装置１１の省電力ＩＰ駆動モードにおける操作手順について説明する。出力端子部１７にＬＥＤ駆動部１４を接続した後、主電源を立ち上げてオンにする。この主電源のオンによって、入力端子部１６にトライアック１３からの電力波が入力され、この電力波が波形スライス部１８及び波形整形部１９を介してＴＴＬ入出力レベルの第０パルス信号Ｐ０が生成される。この第０パルス信号Ｐ０をパルス制御部２０に入力することで、定電流パルス駆動部３１内の第２ＳＷ素子Ｑ２を閉じ、第１ＳＷ素子Ｑ１をＯＮにする。

次に、設定されたピーク電流値ＩＰに基づいて、第２ＳＷ素子Ｑ２を所定のタイミングでオン／オフにスイッチングさせる。このスイッチングによって、前記出力端子部１７には、ＬＥＤ１５の発光周期を決める第３パルス信号Ｐ３中でさらに高速にスイッチングされた第４パルス信号Ｐ４によって生成された発光駆動波形Ｗ２が印加されることになる。この発光駆動波形Ｗ２は、オン期間とオフ期間を周期的に繰り返す方形パルス波を基にしてＲＣ積分された三角波であるため、全体的な消費電力や発熱を抑えつつ、発光輝度を高いレベルで維持した状態でＬＥＤを連続駆動させることが可能となる。

また、前記ＬＥＤ１５は、外部からの制御信号（図示せず）によって、定電流パルス駆動部３１内の第１ＳＷ素子Ｑ１及び第２ＳＷ素子Ｑ２がオンする幅（デューティ）を制御したり、ＲＣ積分回路３６のＲＣ時定数や充放電部２１内のキャパシタンス容量などを調整したりすることによって、発光量や発光輝度等の調整が可能である。

上記パルス制御部２０によれば、出力端子部１７に接続されるＬＥＤの特性や個数に応じた定電流をＬＥＤ駆動部に対して連続的に供給するのではなく、ピーク電流値ＩＰのオン／オフが変化するパルス信号を高速にスイッチングすることでＬＥＤを発光制御する。このため、ＬＥＤの発光レベルを一定に維持した状態で、発熱及びこの発熱に伴う消費電力の低減化が図られるといった有利な効果を奏する。

ＬＥＤの特性としては、順方向の定格電圧値ＶＦが温度の上昇によって低下する傾向にあるため、従来の一般的な定電流源からの出力電圧が一定であると、出力端子部に流れる電流が増し、それに伴って前記定格電圧値ＶＦがさらに低下するといった問題があったが、前述したように、定電流パルス駆動部によって、ＬＥＤへの通電時間を間欠的にスイッチングさせることで、温度上昇の低減とともに、ＶＦの変動を抑制する効果も得られる。

前記出力端子部１７に接続されるＬＥＤは１個から駆動可能であり、複数接続される場合は、直列や並列あるいは直列並列が混在したものであってもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤの調光を目的としたが、ＬＥＤには限定されず、パルス状の定電流信号で駆動可能な各種モータ、電磁弁コイル、アクチュエータ等の誘導性負荷の駆動レベル調整用途にも応用が可能である。

１１ ＬＥＤ調光装置
１２ ＡＣ電源
１３ トライアック（電力制御部）
１４ ＬＥＤ駆動部
１５ ＬＥＤ
１６ 入力端子部
１７ 出力端子部
１８ 波形スライス部
１９ 波形整形部
２０ パルス制御部
２１ 充放電部
２２ 全波整流部
２３ 平滑部
２４ ブリーダ部
２５ スライス部
２６ 第１波形整形部
２７ 補助電源部
２８ レジスタ部
２９ 第１ＳＷ部
３０ 第２ＳＷ部
３１ 定電流パルス駆動部
３２ 負荷容量検出部
３３ 定電流制御部
３４ 第１ドライブ回路
３５ 第２ドライブ回路
３６ ＲＣ積分回路
３７ 差動増幅器
３８ 基準電圧源
３９ 保護回路
４０ 積分回路
４１ 第２波形整形部
Ｑ１ 第１ＳＷ素子
Ｑ２ 第２ＳＷ素子
Ｒ１, Ｒ３ 電流検出素子
Ｒ２, Ｒ４ 制限抵抗
Ｃ１，Ｃ２, Ｃ３ コンデンサ（キャパシタンス）
Ｌ１ コイル（インダクタンス）
Ｄ１ ダイオード
Ｐ１ 第１駆動パルス
Ｐ２ 第２駆動パルス
Ｐ０ 第０駆動パルス
Ｔ１ 第１のオン／オフ周期
Ｔ２ 第２のオン／オフ周期
Ｗ１ 発光周期波形
Ｗ２ 発光駆動波形
Ｖ１ 検出電圧
ＶＦ 定格電圧値
ＩＰ ピーク電流値
ＩＦ 定格電流値
ＩＰmax 絶対最大定格電流値

Claims (7)

1. 交流電源から供給される電力を位相制御する電力制御部と、この電力制御部に接続されるＬＥＤ駆動部との間に設けられるＬＥＤ調光装置であって、
   前記電力制御部から出力される位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号を生成する波形スライス手段と、
   前記第１駆動パルス信号の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号を生成した後、この第２パルス信号を積分し、さらに矩形状の第０パルス信号を生成する波形整形手段とを備え、
   前記第０パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行うことを特徴とするＬＥＤ調光装置。
2. 前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤのピーク電流値を設定する電流値設定手段と、
   前記第０パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成する第１スイッチング駆動手段とを備え、
   前記第３パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加する請求項１に記載のＬＥＤ調光装置。
3. 前記第３パルス信号を更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号を生成する第２スイッチング駆動手段とを備え、
   前記第４パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加する請求項１又は２に記載のＬＥＤ調光装置。
4. 前記第１パルス信号は２Ｖ〜７Ｖの範囲で降圧され、前記第２パルス信号は４．７５Ｖ〜５．２５Ｖの範囲で出力調整される請求項１に記載のＬＥＤ調光装置。
5. 前記ピーク電流値は、前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤを定常に駆動するための定格電流値と、ＬＥＤの動作保障の限界を定めた絶対最大定格電流値との間で設定される請求項２に記載のＬＥＤ調光装置。
6. 前記ＬＥＤ駆動部が接続される出力側にキャパシタンス及びインダクタンスからなる充放電回路を備え、最大振幅が前記ピーク電流値となるように駆動される第３パルス信号及び第４パルス信号のオン期間で充電してオフ期間で放電させることによって、前記ＬＥＤ駆動部側に前記充放電によるパルス信号で駆動された電流を印加する請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ調光装置。
7. 前記充放電回路には、前記キャパシタンスへの充電電流を阻止あるいは制限させるための制限抵抗及びＬＥＤ駆動部に向けて整流させるためのダイオードからなる保護回路が設けられる請求項７に記載のＬＥＤ調光装置。