JP2015219966A

JP2015219966A - 点灯装置

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Publication number: JP2015219966A
Application number: JP2014100385A
Authority: JP
Inventors: 丈裕野瀬; Takehiro Nose; 明穂相場; Akiho Aiba
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP6314644B2

Abstract

【課題】大型のスイッチを用いなくとも確実な消灯を実現することができる点灯装置を提供する。
【解決手段】コンバータ回路６０は、スイッチング素子Ｑ１と、バックコンバータを構成する図示しないインダクタ（チョークコイル）などの回路要素と、駆動用制御ＩＣ６１と、ＦＢ回路６２とを備える。マイコン４０は、調光器２８からの調光信号および負荷電流の値からＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを生成し、ＦＢ回路６２にＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを供給する。ＦＢ回路６２は、検出抵抗５３で検出した負荷電流をＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎに近づけるように、駆動用制御ＩＣ６１への出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}を調節してスイッチング素子Ｑ１のオンオフを調整する。コンバータ回路６０は消灯スイッチ６３を備えている。消灯スイッチ６３は、ＦＢ回路６２と駆動用制御ＩＣの間の接続点Ｐを選択的に消灯レベルに接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置に関する。

従来、下記の特許文献１に記載されているように、オペアンプ等の比較器を用いてフィードバック（ＦＢ）制御を実施する点灯装置が知られている。オペアンプ等の比較器が所定のオフセット電圧（約１０ｍＶ）を有していることなどに起因して、消灯制御時の目標レベルが実際の消灯レベルより高くなってしまう場合がある。この場合、消灯制御を実施しているにも関わらず微弱な電流がＬＥＤに流れてしまうので、消灯が確実になされないという問題がある。この問題を解決する方法として、例えば、下記の特許文献２に記載されたＬＥＤ電流遮断方法が知られている。特許文献２にかかるＬＥＤ電流遮断方法においては、ＬＥＤに流れる電流を遮断するためのスイッチ回路を設けている。なお、下記の非特許文献１には、点灯装置用に現在販売されている制御用マイコンの一例が示されている。

特開２０１１−１７６９１１号公報特許第４５６８０５２号公報

BL0200-DS Rev.2.2、データシート、SANKEN ELECTRIC CO.,LTD.［平成２６年５月１日検索］、インターネット〈URL：http://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/bl0202c_ds_jp.pdf>

一般に、ＬＥＤの負荷電流は数百ｍＡ〜数Ａである。特許文献２のようにＬＥＤの負荷電流経路に挿入したスイッチを用いてその経路を直接に遮断するためには、大型のスイッチが必要となるという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、大型のスイッチを用いなくとも確実な消灯を実現することができる点灯装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる点灯装置は、入力電圧を変換するためのスイッチング素子、および前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路を含むコンバータ回路と、前記負荷電流を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した負荷電流が目標出力値に近づくように前記スイッチング素子のオンオフを調整する信号を前記駆動回路に与えるフィードバック回路と、前記フィードバック回路に前記目標出力値を供給する制御回路と、前記フィードバック回路と前記駆動回路の接続点に接続し、前記接続点を選択的に消灯レベルに接続する消灯スイッチと、を備える。

本発明によれば、フィードバック回路の出力値を消灯レベルに選択的に接続する消灯スイッチを設けたので、大型のスイッチを用いなくとも確実な消灯を実現することができる。

本発明の実施の形態にかかる点灯装置の回路図である。本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示すタイムチャートである。

図１は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の回路図であり、この点灯装置１を備えた照明器具１００もあわせて図示している。照明器具１００は、複数のＬＥＤ２６を備えるＬＥＤモジュール２７と、点灯装置１と、この点灯装置１に接続された調光器２８と、を備えている。調光器２８が調光率に応じたＰＷＭ信号を後述するマイコン４０へと入力する。なお、ＬＥＤモジュール２７を、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬモジュールに置換してもよい。

点灯装置１は、コンバータ回路６０と、マイコン４０と、整流回路８と、抵抗３１、３２が直列接続した分圧回路と、抵抗５１、５２が直列接続した分圧回路と、検出抵抗５３とを備えている。コンバータ回路６０は、本実施形態では一例としてバックコンバータ回路であるものとする。整流回路８は、交流電源７と接続している。整流回路８の出力端子と並列に、抵抗３１、３２からなる分圧回路が接続している。抵抗３１、３２からなる分圧回路で分圧された電圧は、入力電圧Ｖｉｎとしてマイコン４０に入力される。入力電圧Ｖｉｎを検出することで、交流電源７の電圧レベルを検出する。コンバータ回路６０の出力側には抵抗５１、５２からなる分圧回路が接続しており、この分圧回路で分圧した電圧に基づいてコンバータ回路６０の出力電圧（言い換えるとＬＥＤの負荷電圧）を検出することができる。検出抵抗５３は、ＬＥＤモジュール２７のカソードに直列に接続されている。検出抵抗５３は、ＬＥＤモジュール２７に流れるＬＥＤ電流（すなわち負荷電流）を検出するためのものである。これらの負荷電圧および負荷電流はマイコン４０に入力される。

コンバータ回路６０は、スイッチング素子Ｑ１と、このスイッチング素子Ｑ１とともにバックコンバータを構成する図示しないインダクタ（チョークコイル）、ダイオード、およびコンデンサなどの回路要素と、駆動用制御ＩＣ６１と、フィードバック回路（以下、ＦＢ回路）６２とを備えている。なお、ここではコンバータ回路６０が有するバックコンバータ部分についてのみ説明しているが、コンバータ回路６０に昇圧チョッパ回路がさらに含まれていてもよい。この昇圧チョッパ回路は、整流回路８からの直流電圧を受けて力率改善を行い、次段のバックコンバータへ直流電圧を供給する。また、整流回路８の出力端子と並列に入力コンデンサが設けられていてもよい。このような入力コンデンサ、昇圧チョッパ回路、およびバックコンバータ回路が順次接続した点灯回路は既に公知であり、新規な事項ではないので、ここでは詳細な説明を省略する。

入力電圧を変換するためのスイッチング素子Ｑ１は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴであり、第１端子（本実施形態では例えばドレイン）、第２端子（本実施形態では例えばソース）および第１、２端子間をスイッチングするための制御端子（本実施形態ではゲート）を備えている。駆動用制御ＩＣ６１は、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動するためのパルス信号（具体的にはＰＷＭ信号）を、ＦＢ回路６２からの入力信号に基づいて生成する。マイコン４０は、調光器２８からの調光信号および負荷電流の値からＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを生成し、このＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎをＦＢ回路６２に供給する。ＦＢ回路６２は、その内部に比較器を有しており、この比較器に検出抵抗５３で検出される負荷電流およびマイコン４０からのＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎが入力される。ＦＢ回路６２は、検出抵抗５３で検出した負荷電流をＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎに近づけるように、駆動用制御ＩＣ６１への出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}を調節して、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを調整する。

本実施形態では、消灯スイッチ６３がコンバータ回路６０内に設けられている。消灯スイッチ６３は、一方の端子、他方の端子、およびこれら一方と他方の端子間の電気的接続をオンオフする制御端子を備えている。マイコン４０は、消灯スイッチ６３の制御端子にオンオフの切り替え信号を伝達する。消灯スイッチ６３の一方の端子が接続点Ｐに接続され、消灯スイッチ６３の他方の端子が接地されている。接続点Ｐは、ＦＢ回路６２と駆動用制御ＩＣ６１との接続点である。消灯スイッチ６３は、例えば、バイポーラトランジスタおよびベース入力抵抗を内蔵したいわゆるデジタルトランジスタを用いてもよい。

消灯スイッチ６３は、接続点Ｐを選択的に「消灯レベル」に接続する。この消灯レベルは、予め定めた所定電位であり、点灯閾値Ｖｔｈよりも低い。点灯閾値Ｖｔｈは、駆動用制御ＩＣ６１がスイッチング素子Ｑ１を駆動してＬＥＤモジュール２７を点灯させはじめる閾値である。消灯レベルを点灯閾値Ｖｔｈよりも低い電位に設定することで、駆動用制御ＩＣ６１の起動中においても、確実な消灯を実現することができる。本実施の形態では消灯スイッチ６３の他方の端子を接地させているので、消灯レベルは接地電位である。消灯レベルは、接地電位以外の他の基準電位としてもよいが、消灯を確保するためには接地電位と同様に十分に低い電位とすることが好ましい。

なお、消灯スイッチ６３は駆動用制御ＩＣ６１に入力される電圧を消灯レベルに選択的に切り替えることができればよく、消灯スイッチ６３の配置箇所および具体的構造などは本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変形してもよい。つまりＦＢ回路６２と駆動用制御ＩＣ６１の間に１つの部品として消灯スイッチ６３としてデジタルトランジスタを設ける実施形態のほか、ＦＥＴなどの他のスイッチング素子がＦＢ回路６２の出力端から駆動用制御ＩＣ６１の入力端までのいずれかの箇所に設けられてもよい。

なお、本実施の形態ではコンバータ回路６０を一例としてバックコンバータ回路であるものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではない。定電流フィードバックが実施されるＬＥＤ電源用の他のコンバータ回路、例えば、フライバックコンバータ回路、ＳＥＰＩＣコンバータ（Single Ended Primary Inductor Converter）回路、あるいはＨブリッジコンバータ回路などを用いてもよい。これらの回路においても、定電流フィードバック制御を実施するＦＢ回路と、フィードバック制御されるスイッチング素子と、このスイッチング素子と接続することでスイッチング方式のコンバータを構成するインダクタ、ダイオード、およびコンデンサなどの回路要素と、このスイッチング素子を制御する駆動用制御ＩＣとを設けるとともに、本実施の形態と同様に消灯スイッチ６３を設けることができる。

ＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎと負荷電流を比較してフィードバック制御する場合に、ＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎが消灯を指示する値であるにもかかわらず、残留電圧、部品のばらつき、温度特性等に起因して消灯できない場合があるという問題がある。そこで、本実施形態では消灯スイッチ６３を設けることで、接続点Ｐの電圧レベルを、マイコン４０によるＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎの制御とは別に独立して調節できるようにしている。消灯スイッチ６３は、オン（つまり閉）となることで、接続点Ｐを接地電位に接続する。これにより、接続点Ｐの電圧レベルを強制的に消灯レベルに維持することができ、駆動用制御ＩＣ６１への信号伝達を遮断できる。その結果、点灯装置１の消灯を確保することができる。一方、消灯スイッチ６３をオフ（つまり開）とすることで、接続点Ｐが接地電位から切り離され、ＦＢ回路６２と駆動用制御ＩＣ６１の間の電気的経路が導通状態となる。これによりＦＢ回路６２から駆動用制御ＩＣ６１への信号伝達が可能となるので、ＦＢ回路６２からの信号に従って駆動用制御ＩＣ６１がスイッチング素子Ｑ１を駆動させる。その結果、点灯装置１によりＬＥＤモジュール２７を点灯させることができる。

図２は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の動作を示すタイムチャートである。本実施形態では、より好ましい形態として、マイコン４０が、点灯開始時に消灯スイッチ６３をオフに切り替えた後にＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎの出力を開始する。さらに好ましい形態として、消灯時には、マイコン４０は、ＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを下限まで低下させた後に消灯スイッチ６３をオンに切り替える。ここで、マイコン４０は、点灯時および消灯時それぞれにおける消灯スイッチ６３のオンオフの切り替えとＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎの調節との間に、予め定めた遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２を設けることが好ましい。

具体的に図２を用いて説明すると、まず、点灯時に、図２の上段に示すように消灯スイッチ６３をオフ（つまり開）して点灯可能状態とする。その後、遅延時間Ｔｄ１の経過までは、マイコン４０はＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを出力しない。遅延時間Ｔｄ１が経過すると、図２の中段に示すように、マイコン４０がＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを現時点での目標点灯状態に対応する値まで増加させる。これに応じて、図２の下段に示すように、ＦＢ回路６２の出力が徐々に増加し、目標の点灯レベルまで到達する。これにより、点灯時に、ＦＢ制御の遅れによるフラッシュを抑制することができる。

また、消灯時については、まず、図２の中段に示すように、マイコン４０が、ＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを消灯に達する下限値まで低下させる。これに応じて、図２の下段に示すように、ＦＢ回路６２の出力が徐々に減少する。その後、遅延時間Ｔｄ２が経過してから、消灯スイッチ６３をオン（つまり閉じる）ことで消灯を確保する。これにより、消灯時は確実に下限調光までフィードバック制御を実施することができる。なお、本実施の形態では点灯開始時の遅延時間Ｔｄ１と消灯時の遅延時間Ｔｄ２を両方を設けたが、本発明はこれに限られず、いずれか一方の遅延時間のみを設けてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、負荷電流とＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎを比較しフィードバック制御する点灯装置１において、ＦＢ回路６２の出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}を消灯に制御する消灯スイッチ６３を設けている。これにより、確実な消灯を実現することができる。また、図２を用いて説明したように、ＦＢ目標出力値Ｖ_ＦＢｉｎの生成とは時間差をおいて消灯スイッチ６３のオンオフが行われる。これにより、ＬＥＤ２６のフラッシュを抑制した点灯、および下限調光までフィードバック制御した後の消灯をそれぞれ行うことができる。

なお、図２において下段に示した、ＦＢ回路６２の出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}は、点灯開始時において、消灯スイッチ６３をオフにしたあと遅延時間Ｔｄ１の間、点灯閾値Ｖｔｈと等しくなっている。また、消灯時においては、ＦＢ回路６２の出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}が徐々に低下した後、その低下が点灯閾値Ｖｔｈで止まっている。このような動作は一例として図示したものであり、本発明を限定するものではない。例えば、ＦＢ回路６２の出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}が、点灯開始時において消灯スイッチ６３をオフにしたあと遅延時間Ｔｄ１の間、点灯閾値Ｖｔｈより若干高くなる場合、点灯閾値Ｖｔｈより低くなる場合、あるいは零（つまり接地電位レベル）となることもある。消灯時も同様に、ＦＢ回路６２の出力値Ｖ_{ＦＢｏｕｔ}が徐々に低下した後、その低下が点灯閾値Ｖｔｈより若干高い電圧レベルで止まる場合、点灯閾値Ｖｔｈより低い電圧レベルで止まる場合、あるいは、零（つまり接地電位レベル）まで低下する場合もある。また、常に一定の挙動とならず、毎回異なる場合もある。この点、本実施の形態によれば、消灯スイッチ６３を用いることにより、ＦＢ回路６２の出力値がどのような挙動をとるかにかかわらず確実な消灯を行うことができる。

１点灯装置、７交流電源、８整流回路、２６ＬＥＤ、２７モジュール、２８調光器、３１、３２、５１、５２抵抗、４０マイコン、５３検出抵抗、６０コンバータ回路、６１駆動用制御ＩＣ、６２ＦＢ回路、６３消灯スイッチ、１００照明器具、Ｐ接続点、Ｑ１スイッチング素子、Ｔｄ１、Ｔｄ２遅延時間、Ｖ_ＦＢｉｎＦＢ目標出力値、Ｖ_{ＦＢｏｕｔ} 出力値、Ｖｔｈ点灯閾値

Claims

入力電圧を変換するためのスイッチング素子、および前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路を含むコンバータ回路と、
負荷電流を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した負荷電流が目標出力値に近づくように前記スイッチング素子のオンオフを調整する信号を前記駆動回路に与えるフィードバック回路と、
前記フィードバック回路に前記目標出力値を供給する制御回路と、
前記フィードバック回路と前記駆動回路の接続点に接続し、前記接続点を選択的に消灯レベルに接続する消灯スイッチと、
を備える点灯装置。
点灯開始時には、前記消灯スイッチをオフに切り替えた後に、前記制御回路が前記目標出力値の出力を開始する請求項１に記載の点灯装置。
消灯時には、前記制御回路が前記目標出力値を下限まで低下させた後に、前記消灯スイッチをオンに切り替える請求項１または２に記載の点灯装置。