JP2015053281A - 電源装置、照明器具及び照明器具調光システム - Google Patents

Abstract

【課題】
半導体発光素子に安定した点灯状態を得られる電源装置、照明器具及び照明器具調光システムを提供する。
【解決手段】
実施形態の電源装置は、一次巻線と、第１の二次巻線と、第２の二次巻線とを有するとともに、調光手段からの調光信号に応じて直流電力を出力する直流出力生成手段と、前記調光手段からの調光信号の出力後に、前記調光信号に応じて前記直流出力生成手段から出力される前記直流電力を制御して前記調光信号に従った半導体発光素子の点灯制御を開始する制御手段とを具備し、前記直流出力生成手段の第１の二次巻線は、前記半導体発光素子に前記直流電力を出力するとともに、前記直流出力生成手段の第２の二次巻線は、前記制御手段に前記直流電力を出力することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの半導体発光素子の駆動に最適な電源装置及び照明器具に関するものである。

最近、発光ダイオードなどの半導体発光素子の電源として、スイッチング手段を用いた直流の電源装置が多く用いられている。

ところで、この種の電源装置は、店舗などの照明用として光源の光量を任意に調整可能にした調光機能を有する照明器具に用いられることがある。このような照明器具は、一般的に調光方式として４線式調光方式が用いられている。これは店舗などでは照明器具の使用個数が多いためで、位相制御による調光方式のような入力電流の高調波の問題がないことと、多数の器具を一斉に操作するのに向いているからである。

４線式調光方式のものは、壁面に配置される所謂壁スイッチに調光操作部が一体に設けられるものが一般的であり、調光操作部の機械スイッチに負荷への送り端子を介して調光信号発生部が接続され、この調光信号発生部から調光信号が出力され、この信号が各照明器具に送られるようになっている。この場合、調光操作部の機械スイッチは、ユーザがオンを操作することで、照明器具の電源をオンにし、同時に調光信号発生部の電源もオンにする。

ところが、機械スイッチのオン操作により照明器具の電源オン（電源投入）と調光信号発生部の電源オン（電源投入）が同時に行われ調光信号が直ちに出力されるのであれば問題ないが、調光信号が出力される前に照明器具が点灯されることがあると、調光信号により所望する光量に制御される前に調光信号が入力されない状態で照明器具が点灯される期間が生じる。このことは、一般に照明器具は、調光信号が入力されない場合は、全光状態で点灯するような設定になっているので、一瞬だけ全光状態で点灯し、その後に調光状態に移行するようになる

このようなことは、これまでの放電灯の点灯回路では、電源投入直後に事前予熱の状態があり、多少の時間であれば回路が意図的にランプを点灯しないように設定されているため、あまり問題とならないが、最近の光源として発光ダイオードを用いた照明器具では、調光信号の遅れが原因で起動直後に一瞬だけ全光状態になる現象が起こり易く、照明器具として点灯移行が不自然になり、商品性を著しく損ねるという問題を生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、半導体発光素子に安定した点灯状態を得られる電源装置、照明器具及び照明器具調光システムを提供することを目的とする。

実施形態の電源装置は、一次巻線と、第１の二次巻線と、第２の二次巻線とを有するとともに、調光手段からの調光信号に応じて直流電力を出力する直流出力生成手段と、前記調光手段からの調光信号の出力後に、前記調光信号に応じて前記直流出力生成手段から出力される前記直流電力を制御して前記調光信号に従った半導体発光素子の点灯制御を開始する制御手段とを具備し、前記直流出力生成手段の第１の二次巻線は、前記半導体発光素子に前記直流電力を出力するとともに、前記直流出力生成手段の第２の二次巻線は、前記制御手段に前記直流電力を出力することを特徴とする。

本発明によれば、電源投入直後から調光信号の出力遅れが原因で起動直後に一瞬だけ全光状態になるような現象を回避できる電源装置、照明器具及び照明器具調光システムを提供できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる電源装置が適用される照明器具を示す斜視図。 第１の実施の形態にかかる電源装置が適用される照明器具の断面図。 第１の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示す図。 第１の実施の形態にかかる電源装置の動作を説明するための図。 本発明の第２の実施の形態にかかる電源装置の要部のみを示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）まず、本発明の電源装置が適用される照明器具について簡単に説明する。図１及び図２において、１は器具本体で、この器具本体１は、アルミニウムのダイカスト製のもので、両端を開口した円筒状をしている。この器具本体１は、内部を仕切り部材１ａ、１ｂにより上下方向に３分割され、下方開口と仕切り部材１ａの間の空間は、光源部２に形成されている。この光源部２には、半導体発光素子としての複数のＬＥＤ２ａと反射体２ｂが設けられている。複数のＬＥＤ２ａは、仕切り部材１ａ下面に設けられた円盤状の配線基板２ｃの円周方向に沿って等間隔に配置され実装されている。

器具本体１の仕切り部材１ａと１ｂの間の空間は電源室３に形成されている。この電源室３は、仕切り部材１ａ上部に配線基板３ａが配置されている。この配線基板３ａには、前記複数のＬＥＤ２ａを駆動するための本発明の電源装置を構成する各電子部品が設けられている。この直流電源装置と複数のＬＥＤ２ａは、リード線４により接続されている。

器具本体１の仕切り板１ｂと上方開口の間の空間は、電源端子室５に形成されている。この電源端子室５は、仕切り板１ｂに電源端子台６が設けられている。この電源端子台６は、電源室３の電源装置に商用電源の交流電力を供給するための端子台で、電絶縁性の合成樹脂で構成されたボックス６ａの両面に電源ケーブル用端子部となる差込口６ｂ、送りケーブル用端子部となる差込口６ｃ及び電源線及び送り線を切り離すリリースボタン６dなどを有している。

図３は、このように構成された照明器具の電源室３に組み込まれる本発明の電源装置の概略構成を示している。

図３において、１１は交流電源で、この交流電源１１は、不図示の商用電源からなっている。この交流電源１１には、コンデンサ１２、インダクタ１３を有するフィルタ回路１４を介して全波整流回路１５の入力端子が接続されている。全波整流回路１５は、交流電源１１からの交流電力を全波整流した出力を発生する。

全波整流回路１５の正負極の出力端子間には、リップル電流平滑用コンデンサ１６が接続されている。また、このリップル電流平滑用コンデンサ１６の両端には、フライバックトランスであるスイッチングトランス１７の一次巻線１７ａとスイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１８の直列回路が接続されている。スイッチングトランス１７は、一次巻線１７ａと磁気的結合された二次巻線１７ｂ及び三次巻線１７ｃを有している。

スイッチングトランス１７の一次巻線１７ａ両端には、コンデンサ１９と抵抗２０の並列回路と図示極性のダイオード２１の直並列回路からなるスナバ回路２２が接続されている。このスナバ回路２２は、スイッチングトランス１７の一次巻線１７ａに発生するフライバック電圧をコンデンサ１９による充電と抵抗２０の放電により吸収し、スイッチングトランス１７のリーケージインダクタンスにより発生するリンギング電圧をコンデンサ１９により吸収する。

スイッチングトランス１７の二次巻線１７ｂには、整流平滑手段として図示極性のダイオード２３と平滑コンデンサ２４からなる整流平滑回路２５が接続されている。この整流平滑回路２５は、スイッチングトランジスタ１８、スイッチングトランス１７とともに直流出力生成手段を構成し、スイッチングトランス１７の二次巻線１７ｂより発生する交流出力をダイオード２３で整流し、この整流出力を平滑コンデンサ２４により平滑して直流出力として発生する。

整流平滑回路２５の平滑コンデンサ２４両端には、負荷として、半導体発光素子である複数個（図示例では４個）直列に接続された発光ダイオード２６〜２９（図２で述べたＬＥＤ２ａに相当する。）が接続されている。

スイッチングトランス１７の三次巻線１７ｃには、ダイオード３０とコンデンサ３１の直列回路が接続されている。ダイオード３０は、三次巻線１７ｃより発生する交流出力を整流し、コンデンサ３１は、ダイオード３０の整流出力を平滑して直流出力として発生する。

コンデンサ３１には、抵抗３２とフォトカプラ３３のフォトトランジスタ３３２の直列回路が接続されている。フォトカプラ３３は、発光ダイオード３３１とフォトトランジスタ３３２を同一パッケージに収容したもので、発光ダイオード３３１より発生する光をフォトトランジスタ３３２で受光し出力を発生する。この場合、発光ダイオード３３１は、調光操作部３４に設けられている。調光操作部３４は、不図示の調光信号発生部からの調光信号を整流回路３５を介して発光ダイオード３３１より光信号として出力する。この場合の調光信号は、パルス状信号のデューティ比を変えることで異なる調光深度を得られるようにしている。

コンデンサ３１には、コンデンサ３６と抵抗３７の直列回路が接続されている。このコンデンサ３６と抵抗３７の直列回路は、微分回路を構成するもので、コンデンサ３１の出力により所定時間Ｔだけコンデンサ３６と抵抗３７の接続点に出力を発生する。この場合の所定時間Ｔは、電源オン時に調光信号が出力されるまでの最大遅れ時間ＴＤより長く設定される。抵抗３７には、図示極性のダイオード３８が接続されている。このダイオード３８は、コンデンサ３６の充電電荷を放電するためのものである。

コンデンサ３６と抵抗３７の接続点には、スイッチング素子としてトランジスタ３９のベースが接続されている。このトランジスタ３９は、エミッタが接地され、コレクタをオペアンプ４０の正極側入力端子に接続されており、コンデンサ３６と抵抗３７の接続点に発生する出力により所定時間Ｔだけオン動作される。

抵抗３２とフォトトランジスタ３３２の接続点ａは、抵抗４１とコンデンサ４２の直列回路を介して接地されている。そして、これら抵抗４１とコンデンサ４２の接続点ｂは、オペアンプ４０の正極側入力端子に接続されている。この場合、抵抗３２とフォトトランジスタ３３２の接続点ａには、発光ダイオード３３１より出力されフォトトランジスタ３３２により受光される図４（ｂ）に示す調光信号（Ｖ ＤＩＭ）が出力され、抵抗４１とコンデンサ４２の接続点ｂには、調光信号（Ｖ ＤＩＭ）をコンデンサ４２で平滑した図４（ｃ）に示す調光出力（Ｖｄｅｔ）が出力される。

オペアンプ４０は、負極側入力端子を出力端子に接続され、この出力端子が図示極性のダイオード４３を介して制御回路４４に接続されている。また、制御回路４４には、図示極性のダイオード４５を介して基準信号Ｖｒｅｆが接続されている。この場合、ダイオード４３、４５は、アンド回路を構成し、これらの接続点ｃには、図４（ｅ）に示すようにオペアンプ４０及び基準信号Ｖｒｅｆのうち大きい方の信号を制御信号Ｖｃｏｎｔとして制御回路４４に出力する。

制御回路４４は、制御信号Ｖｃｏｎｔに応じた動作によりスイッチングトランジスタ１８をオンオフさせてスイッチングトランス１７をスイッチング駆動し発光ダイオード２６〜２９に供給される出力を制御する。

次に、このように構成した照明器具調光システムの作用を説明する。

この場合、調光操作部３４は、調光信号発生部より所定の調光深度の調光信号を出力可能な状態にあり、また、基準信号Ｖｒｅｆは、図４（ｄ）に示すように発光ダイオード２６〜２９を、例えば最小光量で点灯させるのに必要なレベルに設定されているものとする。

この状態で、調光操作部３４でスイッチ操作すると、照明器具の電源オン（電源投入）と同時に、不図示の調光信号発生部の電源もオンとなる。この場合、照明器具の電源オンにより交流電源１１の交流電力が全波整流回路１５に供給され、全波整流回路１５の出力によりリップル電流平滑用コンデンサ１６に図４（ａ）に示す出力が発生する。この出力は、スイッチングトランス１７及びスイッチングトランジスタ１８に供給される。

また、これと同時に、図４（ｄ）に示す基準信号Ｖｒｅｆが同図（ｅ）に示す制御信号Ｖｃｏｎｔとして制御回路４４に入力される。これにより、制御回路４４は、駆動を開始し、制御回路４４によるスイッチングトランジスタ１８のオンオフによりスイッチングトランス１７がスイッチング駆動され、スイッチングトランジスタ１８のオンでスイッチングトランス１７の一次巻線１７ａに電流を流してエネルギーを蓄積し、スイッチングトランジスタ１８のオフで、一次巻線１７ａに蓄積したエネルギーを二次巻線１７ｂを通して放出する。これにより整流平滑回路２５を介して直流出力が発生し、この直流出力により発光ダイオード２６〜２９が点灯される。この場合、発光ダイオード２６〜２９は、基準信号Ｖｒｅｆにより最小光量で点灯される。

一方、スイッチングトランス１７の三次巻線１７ｃに出力が発生すると、ダイオード３０を介してコンデンサ３１の両端に直流出力が発生する。これにより、微分回路を構成するコンデンサ３６と抵抗３７の接続点に所定時間Ｔだけ出力が発生し、この間トランジスタ３９がオン動作される。

また、上述した調光操作部３４のスイッチ操作により照明器具の電源オンより遅れて調光信号発生部（不図示）より調光信号が発生すると、例えば、リップル電流平滑用コンデンサ１６の図４（ａ）に示す出力に対し、同図４（ｂ）に示すように遅れ時間ＴＤの後に、調光信号（Ｖ ＤＩＭ）が抵抗３２とフォトトランジスタ３３２の接続点ａに発生すると、この調光信号（Ｖ ＤＩＭ）により抵抗４１とコンデンサ４２の接続点ｂに調光出力（Ｖｄｅｔ）が発生しようとする。しかし、この場合、トランジスタ３９が所定時間Ｔだけオン動作しているので、この間、調光出力（Ｖｄｅｔ）はキャンセルされ（図４（ｃ）参照）、オペアンプ４０より調光出力が発生しない。これにより、発光ダイオード２６〜２９は、基準信号Ｖｒｅｆが与えられる制御回路４４の動作により、最小光量で点灯される。

その後、所定時間Ｔが経過すると、コンデンサ３６と抵抗３７の接続点の出力がなくなり、トランジスタ３９がオフする。すると、抵抗３２とフォトトランジスタ３３２の接続点ａの調光信号（Ｖ ＤＩＭ）により抵抗４１とコンデンサ４２の接続点ｂに調光出力（Ｖｄｅｔ）が発生し（図４（ｃ）参照）、この出力がオペアンプ４０を介して発生する。この場合、調光出力（Ｖｄｅｔ）は、図４（ｄ）に示す基準信号Ｖｒｅｆより大きいので、今度は、この調光出力（Ｖｄｅｔ）が制御回路４４に入力される。これにより、制御回路４４の動作により調光出力（Ｖｄｅｔ）に応じた光量により発光ダイオード２６〜２９が点灯される。

したがって、このようにすれば、電源オン直後から所定時間Ｔだけ調光信号をキャンセルして発光ダイオード２６〜２９を所定の光量（例えば最小光量）で点灯させ、所定時間Ｔの経過後に調光信号のキャンセルを解除して調光信号が指示する光量で発光ダイオード２６〜２９を点灯させるようにした。これにより、電源オン直後から所定時間Ｔだけ調光信号の影響を確実に排除することができるので、調光信号の出力遅れが原因で起動直後に一瞬だけ全光状態になるような現象を回避でき、照明器具としての違和感のない点灯状態を得られ、商品性の向上を図ることができる。

（変形例１）上述した実施の形態では、電源投入直後から所定時間Ｔだけ発光ダイオード２６〜２９を所定の光量（例えば最小光量）で点灯させ、所定時間Ｔの経過後に調光信号が指示する光量で発光ダイオード２６〜２９を点灯させるようにしたが、例えば、基準信号Ｖｒｅｆのレベルを更に小さくして発光ダイオード２６〜２９が点灯できない程度の信号レベル（制御回路４４の動作のみ可能なレベル）に設定すれば、電源投入直後から所定時間Ｔ、発光ダイオード２６〜２９を消灯させ、所定時間Ｔの経過後に調光信号が指示する光量で発光ダイオード２６〜２９を点灯させるようにできる。

（変形例２）また、基準信号Ｖｒｅｆの設定レベルを可変できるようにすれば、電源投入直後から所定時間Ｔで点灯される発光ダイオード２６〜２９の光量を任意に調整できる調光機能を持たせることができる。

（変形例３）さらに、上述の抵抗４１とコンデンサ４２による時定数を大きく設定し、抵抗３２とフォトトランジスタ３３２の接続点ａの調光信号（Ｖ ＤＩＭ）により抵抗４１とコンデンサ４２の接続点ｂに出力される調光出力（Ｖｄｅｔ）が増加していく過程で、この調光出力（Ｖｄｅｔ）が上述した所定時間Ｔの経過後に発光ダイオード２６〜２９を点灯させるのに必要な最小レベルに達するようにすれば、その後の調光出力（Ｖｄｅｔ）の増加にともなう制御信号Ｖｃｏｎｔにより発光ダイオード２６〜２９の明るさをフェードインさせるようにもできる。この場合は、調光信号をキャンセルするための回路を構成するコンデンサ３６と抵抗３７の直列回路とトランジスタ３９を省略することができる。

（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態の概略構成の要部のみ示す図で、図３と同一部分には、同符号を付している。

この場合、全波整流回路１５の正極出力端子とリップル電流平滑用コンデンサ１６の接続点には、コンデンサ５１と抵抗５２の直列回路が接続されている。このコンデンサ５１と抵抗５２の直列回路は、微分回路を構成するもので、リップル電流平滑用コンデンサ１６の出力により所定時間だけコンデンサ５１と抵抗５２の接続点に出力を発生する。コンデンサ５１と抵抗５２の接続点には、トランジスタ５３のベースが接続されている。このトランジスタ５３は、エミッタが接地され、コレクタをコンデンサ３６に接続されており、コンデンサ５１と抵抗５２の接続点に発生する出力により所定時間だけオン動作される。

このようにすると、照明器具の電源オンにより交流電源１１の交流電力が全波整流回路１５に供給され、全波整流回路１５の出力によりリップル電流平滑用コンデンサ１６に出力が発生すると、コンデンサ５１と抵抗５２の接続点に所定時間だけ出力が発生し、この間トランジスタ５３がオン動作される。これにより、コンデンサ３６の残留電荷がダイオード３８、トランジスタ５３を介して図示矢印方向ｄに強制的に放出され、コンデンサ３６と抵抗３７より構成される微分回路がリセットされる。

このようにすれば、電源オンの直後に、コンデンサ３６と抵抗３７より構成される微分回路を強制的にリセットするようにしたので、コンデンサ３６と抵抗３７の微分回路による所定時間Ｔを正確に設定することができ、電源投入直後から所定時間Ｔだけ調光信号をキャンセルするための動作を安定して得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、電源オンの直後に、コンデンサ３６と抵抗３７より構成される微分回路を強制的にリセットするようにし、このような動作は、電源オフや外部信号による消灯の際に行わせるようにしても良い。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、半導体発光素子として発光ダイオードの例を述べたが、レーザダイオードなど他の半導体発光素子を用いた場合にも適用できる。また、上述した実施の形態では、交流電源１１を備えたものを述べているが、交流電源１１は、装置外部に設けられるものでもよい。さらに上述した実施の形態では、アナログ回路の例を述べたが、マイコンやデジタル処理を用いた制御方式を採用することもできる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

１…器具本体、２…光源部、２ａ…ＬＥＤ、３…電源室、５…電源端子室、１１…交流電源、１５…全波整流回路、１６…リップル電流平滑用コンデンサ、１７…スイッチングトランス、１８…スイッチングトランジスタ、２２…スナバ回路、２５…整流平滑回路、２６〜２９…発光ダイオード、３１…コンデンサ、３３…フォトカプラ、３４…調光操作部、３６…コンデンサ、３７…抵抗、３８…ダイオード、３９…トランジスタ、４０…オペアンプ、４１…抵抗、４２…コンデンサ、４４…制御回路、５１…コンデンサ、５２…抵抗、５３…トランジスタ

Claims (7)

1. 一次巻線と、第１の二次巻線と、第２の二次巻線とを有するとともに、調光手段からの調光信号に応じて直流電力を出力する直流出力生成手段と、
   前記調光手段からの調光信号の出力後に、前記調光信号に応じて前記直流出力生成手段から出力される前記直流電力を制御して前記調光信号に従った半導体発光素子の点灯制御を開始する制御手段と
   を具備し、
   前記直流出力生成手段の第１の二次巻線は、前記半導体発光素子に前記直流電力を出力するとともに、前記直流出力生成手段の第２の二次巻線は、前記制御手段に前記直流電力を出力することを特徴とする電源装置。
2. 前記制御手段は、電源装置への電源投入直後から所定時間は、前記半導体発光素子が予め定められた調光状態で点灯或いは消灯するように前記直流出力生成手段を制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記制御手段は、電源装置への電源投入直後から所定時間は、前記半導体発光素子が点灯できない程度の前記直流電力を前記直流出力生成手段が出力するように、前記直流出力生成手段を制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 前記所定時間は、少なくとも電源装置への電源投入直後から、前記調光手段からの前記調光信号が出力されるまでの間であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の電源装置。
5. 前記調光手段からの調光信号の出力後に、前記半導体発光素子が予め定められた調光状態で点灯或いは消灯した状態から前記調光信号に応じた点灯状態に移行することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の電源装置。
6. 請求項１ないし５いずれか一記載の電源装置と、
   前記直流出力生成手段の第１の二次巻線から出力された前記直流電力が供給されて発光する半導体発光素子と、
   を具備する照明器具。
7. 調光操作部を有し、前記調光操作部の操作により調光信号を発生する調光手段と、
   請求項６に記載の照明器具と、
   を具備する照明器具調光システム。

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