JP2016051525A

JP2016051525A - 点灯装置、該点灯装置を用いた照明器具、並びに、該照明器具を用いた照明システム

Info

Publication number: JP2016051525A
Application number: JP2014174450A
Authority: JP
Inventors: 浩太熊谷; Kota Kumagai
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-04-11

Abstract

【課題】始動時間のバラツキが抑えられる点灯装置及び該点灯装置を用いた照明器具及び該照明器具を用いた照明システムを提供する。【解決手段】固体発光素子１０の消灯時は、０でなく且つ固体発光素子１０が点灯しない程度に低い待機電圧を固体発光素子１０に出力するように点灯回路２３が制御するという待機動作が行われる。固体発光素子１０の点灯時は、固体発光素子１０に一定の電流が入力されるように点灯回路２３を制御するという点灯動作が行われる。上記の待機電圧は、始動時間（点灯動作を開始してから実際に固体発光素子１０が点灯するまでの時間）を一定値に近づけるように決定される。【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置、該点灯装置を用いた照明器具、並びに、該照明器具を用いた照明システムに関する。

従来、固体発光素子に直流電力を供給して点灯させる点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の点灯装置は、出力端間に接続されたコンデンサを有し、このコンデンサへの充電がオンオフされることで、固体発光素子への出力電流が一定に維持される。

特開２０１１−１５０８７８号公報

上記の点灯装置では、回路の時定数により、出力電圧の上昇が開始されてから、出力電圧が固体発光素子の順方向降下電圧に達して固体発光素子が実際に点灯を開始するまでに、ある程度の時間（以下、「始動時間」と呼ぶ。）がかかる。

そして、固体発光素子の順方向降下電圧のバラツキなどにより、上記の始動時間にはバラツキが発生する。

上記の始動時間のバラツキが、人の目に認識できる程度まで大きくなると、複数個の点灯装置が同時に制御される場合であっても一斉点灯の照明効果が得られなくなる可能性がある。

本発明の目的は、始動時間のバラツキが抑えられる点灯装置及び該点灯装置を用いた照明器具及び該照明器具を用いた照明システムを提供することにある。

本発明に係る点灯装置は、固体発光素子に直流電力を出力する点灯回路と、前記固体発光素子の消灯時は０でなく且つ前記固体発光素子が点灯しない程度に低い待機電圧を前記固体発光素子に出力するように前記点灯回路を制御するという待機動作を行い、前記固体発光素子の点灯時は前記固体発光素子に一定の電流が少なくとも間欠的に入力されるように前記点灯回路を制御するという点灯動作を行う制御回路とを備え、前記制御回路は、前記待機動作から前記点灯動作に移行してから前記固体発光素子が点灯するまでの時間を一定値に近づけるように、前記待機電圧を決定することを特徴とする。

本発明に係る照明器具は、上記いずれかの点灯装置と、前記固体発光素子とを備えることを特徴とする。

本発明に係る照明システムは、複数個の上記の照明器具と、前記照明器具に対して前記固体発光素子の制御を指示する制御信号を入力する制御装置とを備え、前記照明器具は、前記制御信号が入力される入力回路を有し、前記制御回路は、前記入力回路に入力された制御信号に従って、前記点灯回路を制御することを特徴とする。

本発明によれば、始動時間のバラツキが抑えられる。

本発明の実施形態に係る照明器具を示す回路ブロック図である。本発明の実施形態に係る照明器具を示す回路ブロック図である。制御信号のデューティ比と調光比との関係の一例を示す説明図である。バックコンバータの出力電圧の時間変化の例を示し、Ａ〜Ｃはそれぞれ固体発光素子の順方向降下電圧が異なる例を示す。図４の例において固体発光素子の順方向降下電圧毎に待機電圧を異ならせた場合におけるバックコンバータの出力電圧の時間変化を示す。バックコンバータの出力電圧の時間変化の例を示し、Ａ〜Ｃはそれぞれ回路の時定数が異なる例を示す。図６の例において回路の時定数毎に待機電圧を異ならせた場合におけるバックコンバータの出力電圧の時間変化を示す。本発明の別の実施形態に係る照明器具を示す回路ブロック図である。

本発明に係る点灯装置２は、図１に示すように、固体発光素子１０に直流電力を出力する点灯回路２３と、点灯回路２３を制御する制御回路２５とを備える。制御回路２５は、固体発光素子１０の消灯時は、０でなく且つ固体発光素子１０が点灯しない程度に低い待機電圧を固体発光素子１０に出力するように点灯回路２３を制御するという待機動作を行う。また、制御回路２５は、固体発光素子１０の点灯時は、固体発光素子１０に一定の電流が少なくとも間欠的に入力されるように点灯回路２３を制御するという点灯動作を行う。制御回路２５は、待機動作から点灯動作に移行してから固体発光素子が点灯するまでの時間を一定値に近づけるように、待機電圧を決定する。

上記の点灯装置２において、制御回路２５は、固体発光素子１０が点灯したときの点灯回路２３の出力電圧が高いほど、次の待機動作における待機電圧を高くしてもよい。

上記の点灯装置２において、制御回路２５は、待機動作から点灯動作に移行してから固体発光素子１０が点灯するまでの時間が長いほど、次の待機動作における待機電圧を高くしてもよい。

上記の点灯装置２において、制御回路２５は、点灯動作が行われる度に、待機電圧を決定することが望ましい。

本発明に係る照明器具１は、上記いずれかの点灯装置２と、固体発光素子１０とを備えることを特徴とする。

本発明に係る照明システムは、複数個の上記の照明器具１と、照明器具１に対して固体発光素子１０の制御を指示する制御信号を入力する制御装置４とを備える。照明器具１は、制御信号が入力される入力回路２４を有し、制御回路２５は、入力回路２４に入力された制御信号に従って、点灯回路２３を制御する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態の照明器具１は、直流電力を出力する点灯装置２と、点灯装置２の出力によって点灯する固体発光素子１０とを備える。固体発光素子１０としては、例えば発光ダイオードや有機ＥＬを用いることができる。

点灯装置２は、直流電源２２と、直流電源２２の出力を変換して固体発光素子１０に出力する点灯回路２３とを備える。

直流電源２２としては、例えば図２に示すような、いわゆるブーストコンバータ（昇圧チョッパ）を用いることができる。この場合、点灯装置２は、外部の交流電源３に接続されるフィルタ回路２０と、交流電源３からフィルタ回路２０を介して入力された交流電流を整流する整流回路２１とを備える。フィルタ回路２０は、例えばコモンモードチョークやアクロスザラインコンデンサ（Ｘコンデンサ）を含み、交流電源３との間でのノイズの出入りを抑える。また、整流回路２１は、例えばダイオードブリッジからなる。

また、図２の直流電源２２は、整流回路２１の高電位側の直流出力端に一端を接続された第１インダクタＬ１と、第１インダクタＬ１の他端にアノードを接続された第１ダイオードＤ１とを備える。また、直流電源２２は、第１ダイオードＤ１のカソードと整流回路２１の低電位側の直流出力端との間に接続された第１コンデンサＣ１を備え、この第１コンデンサＣ１の両端が出力端として後段の点灯回路２３の入力端に接続されている。さらに、直流電源２２は、第１インダクタＬ１と第１ダイオードＤ１との接続点と整流回路２１の低電位側の直流出力端との間に接続された第１スイッチング素子Ｑ１と第１抵抗Ｒ１との直列回路を備える。また、直流電源２２は、第１スイッチング素子Ｑ１を駆動する第１駆動部２２１を備える。第１駆動部２２１は、第１スイッチング素子Ｑ１をオンした後、第１抵抗Ｒ１の両端電圧が所定の第１オフ電圧に達したときに第１スイッチング素子Ｑ１をオフする。また、第１インダクタＬ１には、一端をグランドに接続されて他端を第１駆動部２２１に接続された二次巻線が設けられている。第１駆動部２２１は、第１スイッチング素子Ｑ１をオフした後、第１インダクタＬ１に流れる電流が停止したとき、つまり上記の二次巻線の両端電圧が０になったときに、第１スイッチング素子Ｑ１を再度オンする。すなわち、直流電源２２の動作はいわゆる臨界モードとなる。第１駆動部２２１は、直流電源２２の出力電圧すなわち第１コンデンサＣ１の両端電圧を一定の目標電圧に維持するように、上記の第１オフ電圧を随時変更するというフィードバック動作を行う。

点灯回路２３は、いわゆるバックコンバータ（降圧チョッパ）からなり、カソードを直流電源２２の高電位側の出力端に接続された第２ダイオードＤ２を備える。また、点灯回路２３は、第２ダイオードＤ２のアノードと直流電源２２の低電位側の出力端との間に接続された第２スイッチング素子Ｑ２と第２抵抗Ｒ２との直列回路と、第２スイッチング素子Ｑ２を駆動する第２駆動部２３１とを備える。さらに、点灯回路２３は、第２ダイオードＤ２とともに閉ループを構成する第２コンデンサＣ２とインダクタＬ２との直列回路を備え、第２コンデンサＣ２の両端を出力端としている。第２駆動部２３１は、第２スイッチング素子Ｑ２をオンした後、第２抵抗Ｒ１の両端電圧が所定の第２オフ電圧に達したときに第２スイッチング素子Ｑ２をオフする。また、第２インダクタＬ２には、一端をグランドに接続されて他端を第２駆動部２３１に接続された二次巻線が設けられている。第２駆動部２３１は、固体発光素子１０を点灯させる期間中は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフした後、第２インダクタＬ２に流れる電流が停止したとき、つまり上記の二次巻線の両端電圧が０になったときに、第２スイッチング素子Ｑ２を再度オンする。すなわち、点灯回路２３の動作はいわゆる臨界モードとなる。第２駆動部２３１は、点灯回路２３の出力電流を一定の目標電流に維持するように、上記の第２オフ電圧を随時変更する。

また、点灯装置２は、外部の制御装置４から制御信号を入力される入力回路２４と、入力回路２４に入力された制御信号に従って点灯回路２３を制御する制御回路２５とを備える。複数個の照明器具１は、上記の制御装置４とともに照明システムを構成する。制御回路２５が制御信号に従って行う動作としては、固体発光素子１０に一定の電流を出力して固体発光素子１０を点灯させるように点灯回路２３を制御する点灯動作と、固体発光素子１０の消灯を維持するように点灯回路２３を制御する待機動作とがある。さらに、点灯動作中には、固体発光素子１０の光束の制御（いわゆる調光制御）が行われてもよい。調光制御としては、例えば、点灯回路２３における目標電流を増減させることによって実現されるアナログ調光がある。また、調光制御としては、他に例えば、固体発光素子１０を人の目に点滅として認識されない程度に十分に短い周期での間欠点灯のデューティ比を増減させることによって実現されるバースト調光や、上記のアナログ調光とバースト調光との組み合わせなどがある。

制御信号は、例えばＰＷＭ信号である。この場合、制御信号のデューティ比と、指示する調光比（指示する光束を、定格点灯且つ連続点灯の場合の光束で除した値）との関係は、例えば図３のようなものである。なお、制御信号は、上記のようなＰＷＭ信号に限られず、電圧値によって調光比を指示する電圧信号であってもよい。また、制御信号は、光や電波を媒体とする無線信号であってもよい。制御信号が光を媒体とする無線信号である場合における入力回路２４は例えばフォトダイオードを用いて実現することができる。また、制御信号が電波を媒体とする無線信号である場合における入力回路２４は周知のアンテナを用いて実現することができる。

また、制御回路２５は、固体発光素子１０の消灯中に行われる待機動作では、固体発光素子１０への出力電圧Ｖｆが０Ｖより高い待機電圧となるように点灯回路２３を制御する。具体的には、点灯回路２３は、低電位側の出力端とグランドとの間に接続された３個の抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３の直列回路と、上記抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３のうち２個の抵抗Ｒ３２，Ｒ３３の１個ずつに並列に接続された２個のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とを備える。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２としては例えばＮＰＮ型のトランジスタを用いることができる。また、点灯回路２３は、制御回路２５の制御に従って上記２個のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ制御するスイッチ制御部２３２と、出力端間に接続された抵抗Ｒ３０とを備える。固体発光素子１０の消灯中、制御回路２５は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態に維持する。これにより、待機電圧は、直流電源２２の出力電圧Ｖｄｃが抵抗Ｒ３０〜Ｒ３３で分圧された電圧となる。また、上記のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のうちオフされているものの個数が多いほど、上記分圧の分圧比が高くなることで待機電圧が高くなる。上記の待機電圧は、固体発光素子１０が点灯しない程度に低い（つまり固体発光素子１０の順方向降下電圧よりも低い）電圧とされる。上記のような待機電圧の出力により、消灯中に点灯回路２３の出力電圧が０とされる場合に比べ、固体発光素子１０の点灯にかかる時間が短縮される。

ところで、固体発光素子１０の点灯に必要な電圧（順方向降下電圧）にはバラツキが存在する。上記のバラツキにより、点灯回路２３の出力電圧が待機電圧から上昇して固体発光素子１０の順方向降下電圧に達し固体発光素子１０が点灯するまでの時間（以下、「始動時間」と呼ぶ。）にはバラツキが発生する。上記の始動時間のバラツキが、人の目に認識できる程度まで大きいと、複数個の照明器具１が１個の制御信号により同時に制御される場合に点灯のタイミングが照明器具１毎にばらついて見えてしまう。

そこで、制御回路２５は、下記のように待機電圧を随時更新する。

制御回路２５は、待機動作から点灯動作に移行して固体発光素子１０の点灯を開始させる際、固体発光素子１０が点灯を開始したタイミングを判定する。具体的には例えば、図２に示すように固体発光素子１０に直列に接続された抵抗Ｒ４などにより固体発光素子１０への出力電流を検出して所定の点灯判定閾値と随時比較し、出力電流が点灯判定閾値を上回ったときに固体発光素子１０が点灯を開始したと判定する。なお、実際には上記の抵抗Ｒ４の両端の電圧は分圧抵抗で分圧されて制御回路２５に入力されるが、図２では分圧抵抗の図示は省略されている。また、制御回路２５は、固体発光素子１０が点灯を開始したと判定されたタイミングで固体発光素子１０への出力電圧Ｖｆを検出し、検出された出力電圧（以下、「点灯電圧」と呼ぶ。）が高いほど、次の待機動作における待機電圧を高くする。上記の出力電圧Ｖｆは、固体発光素子１０のアノード側の電位（すなわち直流電源２２の高電位側の出力端の電位）Ｖｄｃからカソード側の電位を減算することにより得られる。図１の回路では、固体発光素子１０のアノード側の電位を分圧して制御回路２５に入力する分圧抵抗Ｒ５１，５２と、固体発光素子１０のカソード側の電位を分圧して制御回路２５に入力する分圧抵抗Ｒ６１，６２とが設けられている。

図４及び図５を用いて、点灯電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３に基づいて待機電圧を決定する動作の具体例を説明する。制御回路２５は、点灯電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３を所定の第１基準電圧Ｖｔ１及び第１基準電圧Ｖｔｈ１よりも低い第２基準電圧Ｖｔｈ２と比較し、比較結果に応じて待機時間を決定する。そして、図４にＡで示すように点灯電圧Ｖｓ１が第１基準電圧Ｖｔｈ１よりも低く且つ第２基準電圧Ｖｔｈ２よりも高ければ、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の一方のみがオンされることで、図５にＡで示すように待機電圧は所定の中間待機電圧Ｖｗ１とされる。また、図４にＢで示すように点灯電圧Ｖｓ２が第１基準電圧Ｖｔｈ１よりも高ければ、両方のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がオンされることで、図５にＢで示すように待機電圧は中間待機電圧Ｖｗ１よりも高い所定の上側待機電圧Ｖｗ２とされる。さらに、図４にＣで示すように点灯電圧Ｖｓ３が第２基準電圧Ｖｔｈ２よりも低ければ、両方のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２がオフされることで、図５にＣで示すように待機電圧は中間待機電圧Ｖｗ１よりも低い所定の下側待機電圧Ｖｗ３とされる。

上記構成によれば、固体発光素子１０の順方向降下電圧のバラツキに起因する始動時間のバラツキを抑えることができる。

ところで、第２コンデンサＣ２のキャパシタンス等のバラツキにより、時定数（出力電圧の上昇速度）にもバラツキが発生し、このバラツキによっても始動時間のバラツキが発生する。また、点灯回路２３における目標電流が小さいほど始動時間が長くなる。このような時定数のバラツキや目標電流の差に起因する始動時間のバラツキは、上記のような始動電圧の測定によっては補正することができない。

そこで、制御回路２５は、始動時間を計測し、得られた始動時間に応じて待機電圧を決定してもよい。具体的には、制御回路２５は、入力回路２４に入力された制御信号に従って待機動作から点灯動作に移行したとき（図６でのｔ０）から固体発光素子１０が点灯したと判定されたとき（図６でのｔ１〜ｔ３）までの時間を上記の始動時間として計測する。そして、制御回路２５は、計測により得られた始動時間が長いほど、次の待機動作における待機電圧を高くする。

図６及び図７を用いて、始動時間に基づいて待機電圧を決定する動作の具体例を説明する。制御回路２５は、計測された始動時間を所定の第１基準時間Ｔｔｈ１及び第１基準時間Ｔｔｈ１よりも長い第２基準時間Ｔｔｈ２と比較し、比較結果に応じて待機電圧を決定する。そして、図６にＡで示すように始動時間ｔ１−ｔ０が第１基準時間Ｔｔｈ１よりも長く且つ第２基準時間Ｔｔｈ２よりも短ければ、図７にＡで示すように待機電圧は所定の中間待機電圧Ｖｗ１とされる。また、図６にＢで示すように始動時間ｔ２−ｔ０が第２基準時間Ｔｔｈ２よりも長ければ、図７にＢで示すように待機電圧は中間待機電圧Ｖｗ１よりも高い所定の上側待機電圧Ｖｗ２とされる。さらに、図６にＣで示すように始動時間ｔ３−ｔ０が第１基準時間Ｔｔｈ１よりも短ければ、図７にＣで示すように待機電圧は中間待機電圧Ｖｗ１よりも低い所定の下側待機電圧Ｖｗ３とされる。

この場合、点灯電圧に応じて待機電圧を決定する場合に比べて始動時間の測定が必要になることで回路が比較的に複雑になる代わりに、時定数のバラツキに起因する始動時間のバラツキも抑えることができる。

待機電圧の決定は製造後の最初の点灯動作でのみ行われてもよいが、第２コンデンサＣ２等の経年劣化の進行に対応するためには、点灯動作毎に待機電圧の決定が行われることが望ましい。

なお、点灯回路２３は図１のようなバックコンバータに限られず、例えば図８に示すように第２ダイオードＤ２と第２インダクタＬ２と第２コンデンサＣ２とのループよりも高電位側に第２スイッチング素子Ｑ２が接続されたバックコンバータであってもよい。図８の点灯回路２３では、第２スイッチング素子Ｑ２をオフするタイミングの決定に用いられる第２抵抗Ｒ２は、上記のループと直流電源２２の低電位側の出力端との間に接続されている。また、図８の点灯回路２３においても、固体発光素子１０の消灯中には、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ状態に維持され、待機電圧は直流電源２２の出力電圧が抵抗Ｒ３０〜Ｒ３３で分圧された電圧となる。図８の点灯回路２３では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が並列に接続された抵抗Ｒ３２，Ｒ３３を含む３個の抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３の直列回路が出力端間に接続されている。さらに、図８の点灯回路２３では、分圧用の抵抗Ｒ３０〜Ｒ３３のうち１個の抵抗Ｒ３０は直流電源２２の高電位側の出力端と点灯回路２３の高電位側の出力端との間に接続されている。すなわち、図８の点灯回路２３では、図１の点灯回路２３とは逆に、オンされているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の個数が多いほど、待機電圧が低下する。また、図８の例では、固体発光素子１０のカソード側の電位はほぼグランドとみなせるので、出力電圧Ｖｆの検出には、固体発光素子１０のアノード側の電位を分圧して制御回路２５に入力する分圧抵抗Ｒ７１，Ｒ７２のみが用いられている。

または、点灯回路２３は、例えばブーストコンバータやフライバックコンバータなどの他の周知の直流電源回路であってもよい。また、直流電源２２としては、ブーストコンバータに代えて、整流回路２１や電池などの他の直流電源を用いてもよい。ただし、点灯回路２３への入力電圧Ｖｄｃを安定させ且つ力率を改善するためには、直流電源２２としてはブーストコンバータが用いられることが望ましい。

１照明器具
２点灯装置
３交流電源
４制御装置
１０固体発光素子
２３点灯回路
２４入力回路
２５制御回路

Claims

固体発光素子に直流電力を出力する点灯回路と、
前記固体発光素子の消灯時は０でなく且つ前記固体発光素子が点灯しない程度に低い待機電圧を前記固体発光素子に出力するように前記点灯回路を制御するという待機動作を行い、前記固体発光素子の点灯時は前記固体発光素子に一定の電流が少なくとも間欠的に入力されるように前記点灯回路を制御するという点灯動作を行う制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記待機動作から前記点灯動作に移行してから前記固体発光素子が点灯するまでの時間を一定値に近づけるように、前記待機電圧を決定することを特徴とする点灯装置。
前記制御回路は、前記固体発光素子が点灯したときの前記点灯回路の出力電圧が高いほど、次の待機動作における前記待機電圧を高くすることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
前記制御回路は、前記待機動作から前記点灯動作に移行してから前記固体発光素子が点灯するまでの時間が長いほど、次の待機動作における前記待機電圧を高くすることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
前記制御回路は、前記点灯動作が行われる度に、前記待機電圧を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の点灯装置と、前記固体発光素子とを備えることを特徴とする照明器具。
請求項５記載の複数個の照明器具と、前記照明器具に対して前記固体発光素子の制御を指示する制御信号を入力する制御装置とを備え、
前記照明器具は、前記制御信号が入力される入力回路を有し、前記制御回路は、前記入力回路に入力された制御信号に従って、前記点灯回路を制御することを特徴とする照明システム。