JP2013051074A - 発光素子の調光制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の調光を行うための制御回路を提供する。
【解決手段】交流電源を全波整流する整流部３０と、発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子３８と、整流部３０において整流された電圧に応じた導通角でスイッチング素子３８のスイッチングを制御するスイッチング制御部４２と、導通角が所定角以下である場合にスイッチング制御部４２によるスイッチング素子３８のスイッチング制御を停止させる発振制御部４４と、を備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子の調光を行う調光制御回路に関する。

現在、白熱電球を照明として用いる場合に発光強度（明るさ）を調光するために、交流電源の導通角を制御して、白熱電球に流れる電流の平均値を低下させることによって発光強度を制御するシステムが用いられている。また、省エネルギー等の観点から白熱電球に代わって発光ダイオード（ＬＥＤ）を照明用の発光素子として利用することが望まれている。ＬＥＤを照明に用いる場合、既にインフラとして用いられている白熱電球用の調光システムが流用されている。

図４は、従来の照明システムの制御回路１００を示す。制御回路１００は、整流部１０、整流用コンデンサ１２、チョークコイル１４、回生用ダイオード１６、スイッチング素子１８、基準電圧発生部２０及びスイッチング制御部２２を含んで構成される。

整流部１０にＡＣ電源を供給すると、ＡＣ電源が全波整流される。全波整流された電圧は整流用コンデンサ１２によって平滑化され、ＬＥＤ１０２のアノード端子へ駆動電圧として供給される。ＬＥＤ１０２のカソードは、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１の直列接続を介して接地される。抵抗Ｒ１の端子電圧はスイッチング電圧Ｖｓとしてスイッチング制御部２２のセンシング端子ＣＳに入力される。一方、基準電圧発生部２０は、抵抗Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ３の直列接続からなり、整流部１０で整流された電圧が分圧されてスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆとしてスイッチング制御部２２のリミッタ設定端子ＲＥＦ＿ＩＮに入力される。スイッチング制御部２２では、スイッチング電圧Ｖｓとスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆとを比較し、比較結果に基づいてスイッチング素子１８のスイッチングが制御される。これにより、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１を介してＬＥＤ１０２へ電流が流されてＬＥＤ１０２を発光させる。ここで、スイッチング電圧Ｖｓがスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆより小さい場合にはスイッチング素子１８をオンにしてＬＥＤ１０２へ電流を流し、スイッチング電圧Ｖｓがスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆより大きくなった場合にはスイッチング素子１８をオフにしてＬＥＤ１０２への電流を遮断する。このようにして、ＬＥＤ１０２に流れる電流を制御し、ＬＥＤ１０２の平均的な発光強度を制御することができる。また、スイッチング素子１８がオフになった際に、チョークコイル１４に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生させる回生用ダイオード１６がＬＥＤ１０２及びチョークコイル１４に並列に設けられる。

従来の制御回路１００では、整流後の脈流電圧を分圧してスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆを生成している。そのため、特に導通角が小さいときに発生するスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆが微少となる。それにより、図５に示すように、導通角が小さい領域においてスイッチング素子１８の発振が不安定となり、発光素子（ＬＥＤ１０２）の発光がちらつく等の不具合を生ずるおそれがあった。

本発明の１つの態様は、発光素子の調光制御回路であって、交流電源を全波整流する整流部と、発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記整流部において整流された電圧に応じた導通角で前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、前記導通角が所定角以下である場合に前記スイッチング制御部による前記スイッチング素子のスイッチング制御を停止させると発振制御部と、を備えることを特徴とする発光素子の調光制御回路である。

ここで、前記発振制御部は、前記整流部において整流された電圧に応じた比較電圧と一定の基準電圧とを比較し、前記比較電圧が前記基準電圧以下のときに前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ、前記比較電圧が前記基準電圧より大きいときに前記スイッチング素子のスイッチングを行うオペアンプを備えることが好適である。

また、前記スイッチング制御部は、制御端子に入力された電圧に応じて、前記スイッチング素子をパルス幅変調可能であり、前記発振制御部は、前記制御端子に入力する電圧を制御して前記導通角が前記所定角以下である場合に前記スイッチング素子のスイッチング制御を停止させることが好適である。

本発明によれば、導通角が小さいときにおける発光素子の調光におけるちらつきを低減することができる。

本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の作用を示す図である。 本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の別例の構成を示す図である。 従来のＬＥＤの発光の制御回路の構成を示す図である。 従来の発光素子の制御回路の作用を示す図である。

本発明の実施の形態における発光素子の制御回路２００は、図１に示すように、整流部３０、平滑用コンデンサ３２、チョークコイル３４、回生用ダイオード３６、スイッチング素子３８、基準電圧発生部４０、スイッチング制御部４２及び発振制御部４４を含んで構成される。

制御回路２００は、発光素子の発光の制御を行う。例えば、照明用の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２に接続され、ＬＥＤ１０２への電流の制御を行う。また、制御回路２００は、白熱電球の調光システムに用いられる交流電源の導通角を制御する調光回路に接続されて使用される。調光回路は、制御回路２００の整流部３０に接続される。すなわち、調光回路は、交流電源を受けて、調光ボリューム等の調整信号に応じて交流電源の導通角を調整して調整交流電圧Ｖｉｎを制御回路２００に入力する。

整流部３０は、整流ブリッジ回路３０ａを含んで構成される。整流部３０は、調整交流電圧Ｖｉｎを受けて、調整交流電圧Ｖｉｎを全波整流して全波整流電圧Ｓｒｅｃとして出力する。整流部３０には、図１に示すように、保護用のフューズ３０ｂやノイズ除去のためのフィルタ３０ｃを設けてもよい。

整流部３０の後段には、ダイオードＤ１を介してＬＥＤ１０２のアノード端子が接続される。ＬＥＤ１０２のアノード端子には平滑用コンデンサ３２を接続してもよい。また、ＬＥＤ１０２のカソード端子は、チョークコイル３４、スイッチング素子３８及び電圧検出用抵抗Ｒ１を介して接地される。ＬＥＤ１０２には、全波整流電圧Ｓｒｅｃを平滑用コンデンサ３２で平滑化した電圧Ｓｄｒｖが印加される。

チョークコイル３４は、ＬＥＤ１０２及びスイッチング素子３８を流れる電流を断続したものにするために設けられる。チョークコイル３４には、発振制御部４４への電源電圧も供給できるようにフォワード巻線を設けてもよい。

回生用ダイオード３６は、フライホイールダイオードであり、ＬＥＤ１０２及びチョークコイル３４に並列に接続される。回生用ダイオード３６は、スイッチング素子３８が遮断されたときにチョークコイル３４に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生する。

スイッチング素子３８は、ＬＥＤ１０２への電流を供給・遮断するために設けられる。スイッチング素子３８は、ＬＥＤ１０２の消費電力に応じた容量を有する素子とし、例えば、大電力パワー電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等が用いられる。スイッチング素子３８は、スイッチング制御部４２の制御信号Ｖｃｎｔによってスイッチング制御される。

基準電圧発生部４０は、抵抗Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ３の直列接続からなり、整流部３０で整流された電圧が分圧されてスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆとしてスイッチング制御部４２のリミッタ設定端子ＲＥＦ＿ＩＮに入力される。

スイッチング制御部４２では、スイッチング電圧Ｖｓとスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆとを比較し、比較結果に基づいてスイッチング素子３８のスイッチングが制御される。これにより、チョークコイル３４、スイッチング素子３８及び抵抗素子Ｒ１を介してＬＥＤ１０２へ電流が流されてＬＥＤ１０２を発光させる。ここで、スイッチング電圧Ｖｓがスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆより小さい場合にはスイッチング素子３８をオンにしてＬＥＤ１０２へ電流を流し、スイッチング電圧Ｖｓがスイッチング基準電圧Ｖｓｒｅｆより大きくなった場合にはスイッチング素子３８をオフにしてＬＥＤ１０２への電流を遮断する。

このようにして、ＬＥＤ１０２に流れる電流を制御し、ＬＥＤ１０２の平均的な発光強度を制御することができる。また、スイッチング素子３８がオフになった際に、回生用ダイオード３６によってチョークコイル３４に蓄えられているエネルギーがＬＥＤ１０２へ回生される。

なお、スイッチング制御部４２は、電源の供給と共に、定電圧端子ＲＥＦ＿ＯＵＴから一定の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。

発振制御部４４は、抵抗Ｒ４，Ｒ５及びオペアンプ４４ａを含んで構成される。抵抗Ｒ４及びＲ５は、全波整流電圧Ｓｒｅｃを分圧し、抵抗Ｒ５の端子電圧を比較電圧Ｖｃｍｐとしてオペアンプ４４ａの反転入力端子（−）へ入力する。ここで、抵抗Ｒ５の両端にコンデンサを設けて、比較電圧Ｖｃｍｐを平滑化してもよい。また、オペアンプ４４ａの非反転入力端子（＋）には、スイッチング制御部４２の定電圧端子ＲＥＦ＿ＯＵＴから出力された基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。オペアンプ４４ａは、比較電圧Ｖｃｍｐと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その大小関係に応じてスイッチング制御部４２のパルス幅変調端子ＰＷＭＤに入力される制御電圧Ｖｐｍｗを制御する。

スイッチング制御部４２は、パルス幅変調端子ＰＷＭＤに入力される制御電圧ＶｐｍｗがＰＷＭオフ電圧以上であれば制御信号Ｖｃｎｔの出力を停止し、ＰＷＭオン電圧未満であれば制御信号Ｖｃｎｔを出力するパルス幅変調モードを備える。ここで、発振制御部４４のオペアンプ４４ａは、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいときには、制御電圧ＶｐｍｗとしてＰＷＭオフ電圧以上の電圧を出力し、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには、制御電圧ＶｐｍｗとしてＰＷＭオン電圧未満の電圧を出力するように調整される。すなわち、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいときにはスイッチング制御部４２からの制御信号Ｖｃｎｔが停止され、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには制御信号Ｖｃｎｔが出力される。

ここで、抵抗Ｒ４，Ｒ５からなる分圧回路では、スイッチング素子３８の発振が不安定になる基準導通角θｒｅｆ以下において比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなるように抵抗値を調整する。これにより、図２の実線に示すように、スイッチング素子３８の発振が不安定になる領域である導通角が基準導通角θｒｅｆ以下においてスイッチング素子３８のスイッチング制御が停止され、発光素子（ＬＥＤ１０２）に流れる電流Ｉが０となる。なお、図２において、従来の制御回路１００を用いた場合の発光素子（ＬＥＤ１０２）に流れる電流Ｉを破線で示している。したがって、発光素子（ＬＥＤ１０２）の発光のちらつきを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、発光素子（ＬＥＤ１０２）が非絶縁型回路に組み込まれる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、発光素子（ＬＥＤ１０２）がトランス５０を介して、２次巻線側に接続される絶縁型回路の構成としても同様の効果を得ることができる。

１０ 整流部、１２ 整流用コンデンサ、１４ チョークコイル、１６ 回生用ダイオード、１８ スイッチング素子、２０ 基準電圧発生部、２２ スイッチング制御部、３０ 整流部、３０ａ 整流ブリッジ回路、３０ｂ フューズ、３０ｃ フィルタ、３２ 平滑用コンデンサ、３４ チョークコイル、３６ 回生用ダイオード、３８ スイッチング素子、４０ 基準電圧発生部、４２ スイッチング制御部、４４ 発振制御部、４４ａ オペアンプ、１００，２００ 制御回路。

Claims (3)

1. 発光素子の調光制御回路であって、
   交流電源を全波整流する整流部と、
   発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、
   前記整流部において整流された電圧に応じた導通角で前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、
   前記導通角が所定角以下である場合に前記スイッチング制御部による前記スイッチング素子のスイッチング制御を停止させると発振制御部と、
   を備えることを特徴とする発光素子の調光制御回路。
2. 請求項１に記載の発光素子の調光制御回路であって、
   前記発振制御部は、前記整流部において整流された電圧に応じた比較電圧と一定の基準電圧とを比較し、前記比較電圧が前記基準電圧以下のときに前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ、前記比較電圧が前記基準電圧より大きいときに前記スイッチング素子のスイッチングを行うオペアンプを備えることを特徴とする発光素子の調光制御回路。
3. 請求項１又は２に記載の発光素子の調光制御回路であって、
   前記スイッチング制御部は、制御端子に入力された電圧に応じて、前記スイッチング素子をパルス幅変調可能であり、
   前記発振制御部は、前記制御端子に入力する電圧を制御して前記導通角が前記所定角以下である場合に前記スイッチング素子のスイッチング制御を停止させることを特徴とする発光素子の調光制御回路。

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