JP2013196759A

JP2013196759A - Ｌｅｄ点灯装置および照明器具

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Publication number: JP2013196759A
Application number: JP2012058995A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Otake; 寛和大武
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】簡単な構成で深い調光を可能にしたＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置24は、スイッチング素子Q1を備え、このスイッチング素子Q1のスイッチングにより定電流を出力する定電流電源21を有する。ＬＥＤ点灯装置24は、定電流電源21からの出力電流により点灯する発光ダイオードD2を有する。ＬＥＤ点灯装置24は、定電流電源21に対して発光ダイオードD2と並列に接続され、定電流電源21からの出力電流を分流する電流パス経路22を有する。ＬＥＤ点灯装置24は、電流パス経路22に流れる電流を増減することにより発光ダイオードD2を調光する調光制御回路23を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、定電流電源からの出力電流により点灯する発光ダイオードを有するＬＥＤ点灯装置およびこれを備えた照明器具に関する。

従来、発光ダイオード(ＬＥＤ)に対して電流を供給してこの発光ダイオードを点灯するＬＥＤ点灯装置がある。このようなＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードを調光する際には、発光ダイオードに流れる電流値を制御する必要がある。

そこで、例えばスイッチング素子を備えたスイッチングレギュレータ型の定電流電源を用い、発光ダイオードに流れる電流を電流検出器によって検出し、この検出した電流に対応する検出信号と、調光深度に対応して設定される基準信号とを比較して、その比較結果に対応してスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、定電流電源から発光ダイオードへの出力電流を調光深度に応じて一定に制御する。

特開２００９−２６１２１３号公報

しかしながら、発光ダイオードの調光深度を所定以上とした低電流領域においては、電流検出器のダイナミックレンジが確保できず、発光ダイオードに流れる電流の検出が容易でないので、定電流電源からの出力電流を調光深度に応じて適切に設定することが容易でない。したがって、所定以上深い調光を実現するためには、例えば検出回路の信号が微小とならないようにするなど、特別な制御および回路が必要になり、回路が複雑化するという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で深い調光を可能にしたＬＥＤ点灯装置およびこれを備えた照明器具を提供することである。

実施形態のＬＥＤ点灯装置は、少なくとも１つのスイッチング素子を備え、このスイッチング素子のスイッチングにより定電流を出力する定電流電源を有する。また、このＬＥＤ点灯装置は、定電流電源からの出力電流により点灯する発光ダイオードを有する。さらに、このＬＥＤ点灯装置は、定電流電源に対して発光ダイオードと並列に接続され、定電流電源からの出力電流を分流する電流パス経路を有する。そして、このＬＥＤ点灯装置は、電流パス経路に流れる電流を増減することにより発光ダイオードを調光する調光制御回路を有する。

本発明によれば、発光ダイオードに対して並列に接続した電流パス経路に流れる電流を調光制御回路によって増減することで発光ダイオードに流れる電流を制御して調光するので、簡単な構成で深い調光を可能にすることが期待できる。

第１の実施形態のＬＥＤ点灯装置を示す回路図である。同上ＬＥＤ点灯装置を備えた照明器具の斜視図である。同上ＬＥＤ点灯装置での調光深度に対する出力電流、発光ダイオードに流れる電流および電流パス経路に流れる電流の関係を示す説明図である。第２の実施形態のＬＥＤ点灯装置での調光深度に対する出力電流、発光ダイオードに流れる電流および電流パス経路に流れる電流の関係を示す説明図である。

以下、第１の実施形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図２において11は照明器具であり、この照明器具11は、例えば天井面などに埋設されるダウンライトである。そして、この照明器具11は、略円筒状の器具本体12の下端側に円形の化粧枠13が設けられ、この化粧枠13に透光性カバー14が配設されている。そして、器具本体12は、この器具本体12を天井などの取付面に固定するための取付けばね15を備えている。

また、器具本体12は、下端側内部に、負荷としての光源部16および図示しない反射板を配設している。また、器具本体12の上部には、端子台17が設けられており、この端子台17は、配線部である電源ケーブル18を介して電源装置である電源ユニット19と電気的に接続されている。

そして、図１ないし図３に示すように、電源ユニット19は、直流の定電流を出力する定電流電源21と、この定電流電源21に対して光源部16と電気的に並列に接続された電流パス経路22と、この電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを制御する調光制御回路23とを備えている。この電源ユニット19と光源部16とにより、ＬＥＤ点灯装置24が構成されている。

定電流電源21は、本実施形態では降圧チョッパ型のスイッチングレギュレータであり、直流電源25と、この直流電源25に対して接続されたＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子Q1および還流ダイオードD1の直列回路と、スイッチング素子Q1のデューティ比を制御するドライバである制御端子回路26と、還流ダイオードD1に対して並列に接続されたチョークコイルであるインダクタＬおよび平滑用の電解コンデンサなどのコンデンサC1の直列回路とを備え、このコンデンサC1に対して光源部16が接続される。

直流電源25は、例えば電池などの直流電源、あるいは、(商用)交流電源を整流した電源を含むものとする。

また、制御端子回路26は、スイッチング素子Q1の制御端子であるゲート端子に接続されている。そして、この制御端子回路26は、ＰＷＭ信号などの制御信号を生成する図示しない制御素子などを備えている。

光源部16は、少なくとも１つ、本実施形態では複数の発光ダイオード(ＬＥＤ)D2を直列に備えている。

また、電流パス経路22には、例えばＮＰＮ型などのトランジスタQ2のエミッタ端子に対して、一方のインピーダンス素子である抵抗R1および例えばＮＰＮ型のトランジスタなどのスイッチング素子Q3の直列回路と他方のインピーダンス素子である抵抗R2との並列回路が接続されて構成された、いわゆるシリーズレギュレータが装着されている。さらに、トランジスタQ2の制御端子であるベース端子は、抵抗R3を介して調光制御回路23と接続され、スイッチング素子Q3の制御端子であるベース端子は、調光制御回路23と接続されている。

また、調光制御回路23は、調光信号が入力される制御回路31と、この制御回路31に対して抵抗R4，R5を介してそれぞれ接続される比較器であるコンパレータ(オペアンプ)OP1，OP2とを備えている。そして、この調光制御回路23は、外部から入力された調光信号に対応して定電流電源21からの出力電流Ｉ_outおよび電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを可変させることで、光源部16(発光ダイオードD2)に流れる電流Ｉ_Lを可変させ、光源部16(発光ダイオードD2)を調光するように構成されている。

具体的に、調光制御回路23は、１００％調光状態すなわち全光状態(光源部16(発光ダイオードD2)に対して定電流電源21からの最大の出力電流Ｉ_out(例えば発光ダイオードD2の定格電流)が供給されている状態)から、出力電流Ｉ_outが所定電流値Ｉ_TH1となる第１の調光深度TH1までは、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを増減させることにより光源部16(発光ダイオードD2)に流れる電流Ｉ_Lを増減させ、第１の調光深度TH1から調光下限までは、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを一定とするとともに電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを増減させることにより光源部16(発光ダイオードD2)に流れる電流Ｉ_Lを増減させるように構成されている。すなわち、調光制御回路23は、出力電流Ｉ_outが所定電流値Ｉ_TH1となる第１の調光深度TH1よりも調光深度が浅い状態と深い状態とで、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを増減させる制御と、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを一定とし電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを増減させる制御とに、調光制御が切り換わるように構成されている。

コンパレータOP1の非反転入力端子は、抵抗R4を介して制御回路31と接続されているとともに、コンデンサC2を介して接地されている。さらに、このコンパレータOP1の反転入力端子は、光源部16(発光ダイオードD2)と直流電源25(定電流電源21)との間に接続され定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを読み取るための読取インピーダンス素子である抵抗R6と光源部16(発光ダイオードD2)との接続点と接続されている。また、このコンパレータOP1の出力端子は、制御端子回路26と接続されている。そして、このコンパレータOP1と抵抗R6とにより、定電流電源21から出力される出力電流Ｉ_outを検出する(定)電流検出器34が構成されており、この電流検出器34と、調光制御回路23と、制御端子回路26とにより、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを制御する出力電流制御回路35が構成されている。なお、調光制御回路23による調光制御が切り換わる所定電流値Ｉ_TH1(第１の調光深度TH1)は、例えばコンパレータOP1(電流検出器34)の電流検出のダイナミックレンジに対応して設定されている。

同様に、コンパレータOP2の非反転入力端子は、抵抗R5を介して制御回路31と接続されているとともに、コンデンサC3を介して接地されている。また、このコンパレータOP2の反転入力端子は、トランジスタQ2と抵抗R1，R2との接続点と接続されている。さらに、このコンパレータOP2の出力端子は、抵抗R3を介してトランジスタQ2のベースと接続されている。そして、このコンパレータOP2と抵抗R1，R2およびスイッチング素子Q3とにより、電流パス経路22(トランジスタQ2)に流れる電流Ｉ_Pを検出する(分流)電流検出器36が構成されている。なお、抵抗R1は、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pが相対的に小さいとき、すなわち電流Ｉ_Pが所定のパス電流値Ｉ_TH2以下のとき、換言すれば光源部16(発光ダイオードD2)の調光深度が第１の調光深度TH1からこの第１の調光深度TH1よりも深い第２の調光深度TH2までの間で電流Ｉ_Pを読み取るためのものであり、抵抗R2は、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pが相対的に大きいとき、すなわち電流Ｉ_Pが所定のパス電流値Ｉ_TH2以上であるとき、換言すれば光源部16(発光ダイオードD2)の調光深度が第２の調光深度TH2から調光下限までの間で電流Ｉ_Pを読み取るためのものである。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。

直流電源25から直流電源が投入されると、制御端子回路26が所定のデューティ比でパルス信号を出力し、このパルス信号がスイッチング素子Q1のゲート端子に印加されることで、スイッチング素子Q1のオンオフが切り換えられる。そして、このスイッチング素子Q1のオンによってインダクタＬに電磁的エネルギを蓄積し、スイッチング素子Q1のオフによって、インダクタＬに蓄積された電磁的エネルギが還流ダイオードD1を介して出力される。すなわち、定電流電源21は、スイッチング素子Q1のオンオフを制御端子回路26によって高速に切り換えることにより、光源部16に所定の出力電流Ｉ_outを出力して、この光源部16の各発光ダイオードD2を点灯させる。

制御端子回路26からスイッチング素子Q1のゲート端子へと供給されるパルス信号のデューティ比は、調光制御回路23によって、この調光制御回路23の制御回路31へと外部から入力された調光信号に対応して設定される。

調光制御回路23は、光源部16(発光ダイオードD2)の全光状態から第１の調光深度TH1までの調光深度においては、出力電流制御回路35によって定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを増減することにより調光制御する。

具体的に、コンパレータOP1では、抵抗R6によって読み取った出力電流Ｉ_outに対応した電圧が反転入力端子に入力され、この電圧と調光信号に対応して制御回路31から非反転入力端子へと入力された電圧とを比較することにより、出力端子から制御端子回路26へと出力する信号を可変する。この結果、制御端子回路26からスイッチング素子Q1のゲート端子へと出力されるパルス信号のデューティ比が可変され、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outが、全光状態から第１の調光深度TH1までの間で、例えばリニアに増減される。

また、コンパレータOP2では、制御回路31から非反転入力端子へと電圧が入力されず、出力端子から電圧が出力されない。このため、トランジスタQ2にベース電流が流れず(トランジスタQ2が導通せず)、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pは０となる。

すなわち、光源部16(発光ダイオードD2)には、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outが電流パス経路22に分流されることなく電流Ｉ_L(＝Ｉ_out−Ｉ_P＝Ｉ_out)として全て流れ、この出力電流Ｉ_outの増減により、光源部16(発光ダイオードD2)の調光が可能となる。

一方、第１の調光深度TH1から調光下限までの調光深度においては、出力電流Ｉ_outが相対的に小さくなることから、電流検出器34での電流検出のダイナミックレンジを充分に取ることが容易でない。このため、調光制御回路23は、出力電流制御回路35により定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを所定電流値Ｉ_TH1に固定し、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを増減することにより調光制御する。

具体的に、調光制御回路23は、制御回路31からコンパレータOP1の非反転入力端子へと、第１の調光深度TH1に対応した一定電圧を入力することで、コンパレータOP1の出力端子から制御端子回路26へと出力される信号が第１の調光深度TH1に対応した一定電圧となり、制御端子回路26からスイッチング素子Q1のゲート端子へと出力されるパルス信号のデューティ比が第１の調光深度TH1に対応したデューティ比に固定され、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outが、第１の調光深度TH1から調光下限までの間で一定となる。

また、コンパレータOP2では、抵抗R1または抵抗R2によって読み取った電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pに対応した電圧が反転入力端子に入力され、この電圧が調光信号に対応して制御回路31から非反転入力端子へと入力された電圧と比較されることにより、コンパレータOP2の出力端子からトランジスタQ2のベース端子へと出力される信号が可変され、トランジスタQ2のベース電流(コレクタ電流)が可変される。したがって、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pが、第１の調光深度TH1から調光下限までの間で、例えばリニアに増減される。

ここで、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pは、第１の調光深度TH1からこの第１の調光深度TH1よりも調光深度が深い所定の第２の調光深度TH2までの間で極めて小さく、電流検出器36での電流検出のダイナミックレンジを充分に取ることが容易でない。このため、調光制御回路23は、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pが相対的に小さい領域と相対的に大きい領域とで、電流Ｉ_Pを読み取るための抵抗R1，R2を切り換える。具体的に、調光制御回路23は、電流Ｉ_Pが０である第１の調光深度TH1から所定のパス電流値Ｉ_TH2となる第２の調光深度TH2までの間では、制御回路31からスイッチング素子Q3のゲート端子に信号を出力することでスイッチング素子Q3を導通(オン)させ、相対的にインピーダンス値(抵抗値)が大きい抵抗R1を用い、電流Ｉ_Pに対応した電圧を相対的に大きくして電流Ｉ_Pを読み取り可能とする。そして、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pが所定のパス電流値Ｉ_TH2以上となる、第２の調光深度TH2から調光下限までの調光深度では、相対的にインピーダンス値(抵抗値)が小さい抵抗R2を用いても、電流Ｉ_Pに対応した電圧を大きくでき、電流検出器36での電流検出のダイナミックレンジを充分に確保できるので、調光制御回路23はスイッチング素子Q3を非導通(オフ)とする。

この結果、光源部16(発光ダイオードD2)には、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outのうち、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを差し引いた電流Ｉ_L(＝Ｉ_out−Ｉ_P)が流れ、電流Ｉ_Pの増減によって電流Ｉ_Lが増減することにより、光源部16(発光ダイオードD2)の調光が可能となる。

このように、上記第１の実施形態によれば、発光ダイオードD2に対して並列に接続した電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを調光制御回路23によって増減することで発光ダイオードD2に流れる電流Ｉ_Lを制御して調光するので、特別な部品などを用いることなく簡単な構成で深い調光が可能となる。

すなわち、深い調光を行う場合、単に定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを小さくする制御をすると、この出力電流Ｉ_outが所定電流値Ｉ_TH1以下などとなったときに電流検出器34のダイナミックレンジを確保できず、発光ダイオードD2に流れる電流Ｉ_Lの検出が容易でないので、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを調光深度に応じて適切に設定することが容易でなく、このような検出を可能とするために複雑な構成を用いる必要があった。これに対して、本実施形態によれば、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pの増減によって調光を制御するので、出力電流Ｉ_outを必要以上に小さくすることなく深い調光が可能となり、微小な出力電流Ｉ_outを検出するための複雑な構成などを用いる必要がない。

しかも、電流パス経路22には、シリーズレギュレータが備えられているため、信頼性が高く、小型でかつ安価に構成できる。

また、出力電流制御回路35により定電流電源21の出力電流Ｉ_outが所定電流値Ｉ_TH1以下に制御された状態で調光制御回路23が電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを増減することにより、深い調光を可能としつつ、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを相対的に抑制できるので、電流パス経路22での無駄な電力消費を抑制できる。

さらに、上記のＬＥＤ点灯装置24を照明器具11に備えることにより、安価および小型で、信頼性が高く、かつ、深い調光が可能な照明器具11を提供できる。

なお、上記第１の実施形態において、例えば図４に示す第２の実施形態のように、全光状態から調光下限までの間で、定電流電源21からの出力電流Ｉ_outを一定とし、電流パス経路22に流れる電流Ｉ_Pを増減させることで光源部16(発光ダイオードD2)に流れる電流Ｉ_Lを増減させるように制御してもよい。この場合には、電流検出器34などの構成を省略することが可能となり、構成をより簡略化できる。

また、定電流電源21は、スイッチング素子を少なくとも１つ備え出力電流Ｉ_outを可変できる構成であれば、上記の構成に限定されるものではない。

そして、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 照明器具
12 器具本体
16 光源部
21 定電流電源
22 電流パス経路
23 調光制御回路
24 ＬＥＤ点灯装置
35 出力電流制御回路
D2 発光ダイオード
Q1 スイッチング素子

Claims

少なくとも１つのスイッチング素子を備え、このスイッチング素子のスイッチングにより定電流を出力する定電流電源と；
この定電流電源からの出力電流により点灯する発光ダイオードと；
定電流電源に対して発光ダイオードと並列に接続され、定電流電源からの出力電流を分流する電流パス経路と；
この電流パス経路に流れる電流を増減することにより発光ダイオードを調光する調光制御回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
定電流電源の出力電流を制御可能な出力電流制御回路を具備し、
調光制御回路は、出力電流制御回路により定電流電源の出力電流が所定電流値以下に制御された状態で電流パス経路に流れる電流を増減する
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；
このＬＥＤ点灯装置の少なくとも光源部が配置された器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。