JP2012195307A - 発光ダイオード用調光駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流点灯する発光ダイオードを光源とする発光体を、簡便で安価な構成で調光点灯する発光ダイオード用調光駆動装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード用調光駆動装置は電源幹線に接続されて動作する白熱灯用調光器から調光信号を受け、電源幹線に接続され生成する直流定電圧電源部からの直流をＰＷＭ制御して、発光ダイオード照明器具に供給し、調光制御点灯する。該発光ダイオード用調光駆動装置には、白熱灯用調光器（多くはＡＣ１００Ｖ）からの信号を受ける端子と、発光ダイオード器具にＰＷＭ制御された調光出力を送る端子を備える。又、発光ダイオード用調光駆動装置には、発光ダイオード用調光駆動装置の制御回路を動作させるためと、発光ダイオード器具へ電力を供給して調光点灯させるための、直流定電圧電源の端子を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、従来の位相制御方式による白熱灯用調光器の交流の出力調光信号を、直流点灯する発光ダイオードを光源とする発光体の調光信号として利用することにより、簡便で安価な調光点灯用の発光ダイオード用調光駆動装置を実現するための構成に関するものである。

一般的な白熱灯用調光器は位相制御した交流を白熱電球に印加して調光するものが安価に製作できることから広く販売、使用されている。該調光器は入力する交流電圧の電圧印加開始位相角を可変することにより電圧印加時間を変え、負荷に加わる電力を可変し調光点灯するものであり、一般的に白熱灯用の調光器として広く販売、設置されている。なお、白熱電球は交流でも直流でも何ら支障なく点灯するので、特別な理由が無い限り、そのまま交流を出力しているものが大半である。
一方、発光ダイオードは直流点灯半導体なので、発光ダイオードを使用する器具は、交流電圧を半波又は全波整流して直流電圧に変換し、発光ダイオードの点灯駆動電圧に調整し出力、印加する。

特許文献１には、位相制御回路を用いた既存の白熱灯用調光器を利用して発光ダイオードの照明器具を調光する調光制御回路に関する提案がなされている。

これによると、一般に位相制御回路を用いた既存の白熱灯用調光器に発光ダイオードの器具を単純に接続すると交流商用電源の変動に対し明るさも変動するという不都合が生ずる。そこで発光ダイオード点灯用の電源装置として白熱灯用調光器からの交流商用電源を、直流に整流・平滑し、スイッチング素子でスイッチングした電圧を一次側に絶縁トランスを介して印加し、二次側に設けられたダイオード、平滑コンデンサーを介して発光ダイオードに印加し、該発光ダイオードに流れる電流を検出し電流検出回路として導通幅が一定になるようにしたスイッチング電源装置について述べられている。さらに、調光操作を行うには白熱灯用調光器を流用することで調光できる。しかもこのような電源装置を用いると位相制御器の交換だけでなく、大規模な配線変更工事が必要にならないと記載されている。

ところがこのような特許文献１の調光制御方式の場合
１．一般に市販されている白熱灯用調光器ではその特性から白熱灯用調光器を１００％（最大）に設定しても発光ダイオード器具に１００％の電圧を供給できないことがあり、従って発光ダイオード器具の電流が１００％とならず十分な明るさが出ないことがある。
２．スイッチ付白熱灯調光器ではＯＦＦからＯＮにするとき、切り替えノイズにより、発光ダイオード器具が一瞬明るく点灯することがある。
３．白熱灯用調光器と負荷である発光ダイオード器具とのマッチングが悪い場合、消灯直前で発光ダイオード器具がちらつくことがある。
といった不具合がある。

特開２００７−３５４０３号公報

本発明の調光システムでの概要を以下に説明する。
本発明は、既存の白熱灯用調光器の出力（交流）から所定の駆動信号を得るために駆動信号整流回路と信号伝達回路とを組合わせた調光駆動装置を提供することを目的とする。本発明の調光駆動装置を該白熱灯用調光器と発光ダイオード器具の間に挿入し、該白熱灯用調光器の調光ツマミを操作することにより、簡単にして安価な調光システムを完成させようとするものである。
併せて、白熱灯用調光器の特性の違いや発光ダイオード器具への駆動電力を変化させ入力電源や負荷の変動に対しても予定外の明るさの変動などを生じない良質で安価な調光システムを得ることである。

発光ダイオード器具の駆動電圧より高い信号電圧を出力する白熱灯用調光器を用い調光点灯しようとするものである。調光器からの交流信号を用い発光ダイオード器具の駆動直流電源を調光制御しようとするものである。さらにこのとき、上記従来技術の不具合を解決すると共に、白熱灯用調光器のメーカ間の特性の違いや電源変動などに対しても安定した調光システムを、簡便で安価に得られるようにする。

本発明は、白熱灯用調光器と発光ダイオード器具の間に発光ダイオード器具を調光することのできる発光ダイオード用調光駆動装置を接続するもので、発光ダイオードを駆動させるための直流定電圧電源と白熱灯用調光器からの交流調光信号を受ける受電端子部と前記直流定電圧電源をＰＷＭ制御して発光ダイオード器具に加える出力端子部を備えた発光ダイオード用調光駆動装置を提供しようとするものである。合わせて、白熱灯用調光器の入力電圧の変動影響や発光ダイオード器具の負荷の変動により、設定した調光状態（明るさ）の変動を一層小さくすること、１００％点灯が得られない白熱灯用調光器にあっても該発光ダイオード用調光駆動装置内で白熱灯用調光器とは独立して発生させた直流定電圧電源をＰＷＭ制御することにより該白熱灯用調光器のツマミに遊び部分の生じない０〜１００％のスムーズな点灯を可能にする発光ダイオード用調光駆動装置を提供すること、また、電圧変換トランスを使用した場合に生ずる電源周波数に同期したフリッカーをなくすことを可能にする発光ダイオード用調光駆動装置を提供することである。

本発明に係る発光ダイオード用調光駆動装置は、白熱灯調光器の調光出力信号を受け、発光ダイオードの調光に適した調光変化特性を生成する制御回路部を有することを特徴とする。
本発明のある側面は、交流電源に接続し、調光のため位相制御する回路を組み込んで交流の調光信号を出力する白熱灯用調光器の位相調光信号から調光制御信号成分を抽出し、その信号により直流定電圧電源からの出力をＰＷＭ制御することにより、直流定電圧で駆動する発光ダイオードの点灯をＰＷＭ調光点灯するようにしたことを特徴とする。
本発明のある側面は、位相制御による白熱灯用調光器の０〜１００％点灯の設定ツマミの始端および終端における調光動作の不動作部を解消するため最小から最大までの調光器のツマミの動作範囲を最適・均等化するための自動調整回路を組み込んだことを特徴とする。
本発明のある側面は、スイッチ付白熱灯用調光器をＯＦＦからＯＮする時に生ずるノイズによる明りのチラツキ、揺らぎなどの誤調光をマスキングするための制御回路を有することを特徴とする。
本発明のある側面は、発光ダイオードのＯＮからＯＦＦの消灯直前におけるチラツキ防止するための制御回路を有することを特徴とする。
本発明のある側面は、調光信号検出部に商用電源周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの自動判別機能を有する最適化発光ダイオード調光信号を生成する回路を有することを特徴とする。

上記課題を解決するための発光ダイオード用調光駆動装置の回路構成は大きく分けると、［１］白熱灯用調光器の信号を受ける受電端子、この受電端子の交流信号を受けフォトカプラーで次の直流電源を制御する調光信号を発生、伝達する部分、［２］直流定電圧を発生する直流定電圧電源部分、［３］フォトカプラーで受けた調光信号を用い直流定電圧電源を半導体スイッチで点滅させる部分、［４］半導体スイッチで点滅させた直流定電圧を発光ダイオード器具に印加させるための出力端子部分および［５］発光ダイオード器具を駆動させるため上記［２］の直流定電圧電源を兼ねて直流定電圧電源に接続する端子部、以上の５つになる。このブロックダイアグラムを［図２］に示す。

白熱灯用調光器で発生する交流の調光信号電圧をフォトカプラーにより電気的に分離し、発光ダイオード用調光駆動装置への入力信号とする。このフォトカプラーにより白熱灯用調光器からの信号を直流定電圧電源の制御回路部に伝達している。

白熱灯用調光器で発生する交流の調光信号成分から必要な情報のみを抽出し、最終調光信号とするような素子（例えばマイコン）を介在させることにより白熱灯用調光器からの入力電源の周波数やノイズの影響を発光ダイオード器具は受けないですむ。

市場で容易に入手可能な白熱灯用調光器を使用することにより、発光ダイオード器具を調光するための信号を改めて製作する必要がなくなり、その分安い発光ダイオード用調光システムを提供することができる。

白熱灯用調光器と発光ダイオード器具との間に発光ダイオード用調光駆動装置を挿入することにより、市販や既設の白熱灯用調光器の種類による制約を受けない発光ダイオード調光システムを構成することができる。これは合わせて白熱灯用調光器への入力電源電圧の変動の影響を受けないことも意味する。

発光ダイオード器具の駆動電圧より高い白熱灯用調光器の調光信号を発光ダイオード器具の駆動電圧に合わせるための電圧変換用トランスが不要となる。

負荷変動の影響を受けやすい電源トランス方式でなく、負荷変動の影響を受けにくい直流定電圧電源を使用することにより発光ダイオード用器具の複数台接続時の電圧降下を最小限にとどめることができる。

発光ダイオード調光用駆動装置と関連機器のシステム図である。 発光ダイオード調光用駆動装置のブロックダイアグラムである。 発光ダイオード調光用駆動装置の実施回路図である。

以下、本発明の実施の形態を、［図１］発光ダイオード用調光駆動装置と関連機器のシステム図、［図２］発光ダイオード用調光駆動装置のブロックダイアグラム、［図３］発光ダイオード用調光駆動装置の実施回路図を用い説明する。

［図１］に示すように、本発明の発光ダイオード用調光駆動装置は電源幹線に接続されて動作する白熱灯用調光器から調光信号を受け、電源幹線に接続され生成する直流定電圧電源部からの直流をＰＷＭ制御して発光ダイオード照明器具に供給して調光制御点灯するものである。

［図２］に［図１］のシステム図に基づく発光ダイオード用調光駆動装置のブロックダイアグラムを示す。
［図２］に示すように、発光ダイオード用調光駆動装置には、既設又は一般に市販されている白熱灯用調光器（多くはＡＣ１００Ｖ）からの信号を受ける端子と、発光ダイオード器具にＰＷＭ制御された調光出力を送る端子とが備えられている。さらに、発光ダイオード用調光駆動装置には、発光ダイオード用調光駆動装置の制御回路を動作させるためと発光ダイオード器具へ電力を供給して調光点灯させるための直流定電圧電源の端子が備えられている。

［図３］は［図１］、［図２］による発光ダイオード用調光駆動装置の詳細な発光ダイオード用調光駆動装置の実施回路図を示す。回路図中の抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｃ）やダイオード（Ｄ）や半導体（Ｑ）やフォトカプラーや半導体スイッチなどの電子部品の定数は省略してある。
まず、白熱灯用調光器からの交流調光信号は、ＯＮ／ＯＦＦさせ制御させる電圧変動検出回路の制御を経て整流回路（Ｄ１）により直流調光信号に変換される。次に、変動負荷回路、定電流負荷回路で制御され、信号伝達回路のフォトカプラーを動作させて白熱灯用調光器の出力電圧から独立された信号が発生され、該発光ダイオード器具に加えられる外部からの直流定電流電源からの電力を制御する。
フォトカプラーで変換された直流調光信号は、発光ダイオード照明器具に接続される外部からの直流定電圧電源を半導体スイッチ（スイッチング素子Ｍ１）でＯＮ／ＯＦＦする。このＯＮ／ＯＦＦの時間を制御することにより、発光ダイオード器具に印加される電力を変化させ、発光量を制御させる。このようにして発光ダイオード用調光駆動装置に接続された発光ダイオード照明器具は調光される。
なお、チラツキをなくすため信号ノイズを除去するマイコンがマイコン用電源回路と組合わせ、組み込まれている。
また、発光ダイオード用調光駆動装置の制御回路を動作させるための直流定電圧電源と発光ダイオード用調光駆動装置に接続し発光ダイオード器具を点灯させる直流定電圧電源とを共用して、発光ダイオード用調光用駆動装置の外部に分離することにより、新たに発光ダイオード用調光駆動装置内部に制御回路用の電源を作成する必要がなくなり、コストダウンとなる。
さらに、発光ダイオード器具を点灯させる直流定電圧電源を発光ダイオード用調光用駆動装置の外部に分離することは、発光ダイオード器具の接続台数に合わせ、外部に接続する直流定電圧電源の容量を自由に選択することができるメリットとなる。

本発明は発光ダイオード用器具や発光ダイオード自体を市販の位相制御方式の白熱灯用調光器を利用して容易で安価に調光させるシステムを構築することができる。また，既設の白熱灯用調光器にも簡便に使用することができる。

Ｒ：抵抗器
Ｃ：コンデンサ
Ｄ：ダイオード
Ｑ：半導体
Ｍ１：スイッチング素子

本発明に係る発光ダイオード用調光駆動装置は、交流電源に接続された白熱灯調光器の調光信号を受け、直流定電圧電源からの出力を受けて発光する発光ダイオードの調光に適した調光変化特性を生成する制御回路部を有することを特徴とする。
本発明のある側面は、前記白熱灯調光器は、調光のため位相制御する回路を組み込んで交流の前記調光信号を出力するものであり、前記制御回路部は、前記調光信号から調光制御信号成分を抽出し、該調光制御信号成分により前記直流定電圧電源からの出力をＰＷＭ制御することにより、前記発光ダイオードの点灯をＰＷＭ調光点灯するようにしたことを特徴とする。
本発明のある側面は、位相制御による前記白熱灯用調光器の０〜１００％点灯の設定ツマミの始端および終端における調光動作の不動作部を解消するため、最小から最大までの前記白熱灯用調光器の前記設定ツマミの動作範囲を最適・均等化するための自動調整回路をさらに有することを特徴とする。
本発明のある側面は、スイッチ付の前記白熱灯用調光器をＯＦＦからＯＮする時に生ずるノイズによる明りのチラツキ、揺らぎなどの誤調光をマスキングするための制御回路をさらに有することを特徴とする。
本発明のある側面は、前記発光ダイオードのＯＮからＯＦＦの消灯直前におけるチラツキを防止するための制御回路を有することを特徴とする。
本発明のある側面は、前記調光信号を検出する際に商用電源周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚを自動判別して最適化発光ダイオード調光信号を生成する回路をさらに有することを特徴とする。
本発明のある側面は、前記交流調光信号を直流調光信号に変換する変換回路と、前記直流調光信号を前記白熱灯用調光器の出力電圧から独立した独立調光信号に変換するフォトカプラーと、発光ダイオード器具に供給する電力を直流定電圧電源から受け取る電源端子と、前記独立調光信号に基づき、前記直流定電圧電源からの電力の供給のオン／オフを切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子で変化させた電力を前記発光ダイオード器具に供給する出力端子とを備えたことを特徴とする。

Claims (6)

1. 白熱灯調光器の調光出力信号を受け、発光ダイオードの調光に適した調光変化特性を生成する制御回路部を有することを特徴とする発光ダイオード用調光駆動装置。
2. 交流電源に接続し、調光のため位相制御する回路を組み込んで交流の調光信号を出力する白熱灯用調光器の位相調光信号から調光制御信号成分を抽出し、その信号により直流定電圧電源からの出力をＰＷＭ制御することにより、直流定電圧で駆動する発光ダイオードの点灯をＰＷＭ調光点灯するようにした請求項１に記載する発光ダイオード用調光駆動装置。
3. 位相制御による白熱灯用調光器の０〜１００％点灯の設定ツマミの始端および終端における調光動作の不動作部を解消するため最小から最大までの調光器のツマミの動作範囲を最適・均等化するための自動調整回路を組み込んだことを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード用調光駆動装置。
4. スイッチ付白熱灯用調光器をＯＦＦからＯＮする時に生ずるノイズによる明りのチラツキ、揺らぎなどの誤調光をマスキングするための制御回路を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光ダイオード用調光駆動装置。
5. 発光ダイオードのＯＮからＯＦＦの消灯直前におけるチラツキ防止するための制御回路を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光ダイオード用調光駆動装置。
6. 調光信号検出部に商用電源周波数５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの自動判別機能を有する最適化発光ダイオード調光信号を生成する回路を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光ダイオード用調光駆動装置。

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