JP2016081693A - 調光機能を備えた点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入から調光制御の開始までの時間を少しでも短くして、調光制御の開始が遅れることのない点灯装置を提供すること。
【解決手段】
電力変換回路および制御回路を備えた点灯装置において、制御手段は、外部からの調光信号用の受信回路と、マイコンとを有する。受信回路は、フォトカプラー２０，３０と、コンデンサーＣ１を有する積分回路４０と、電流制限回路５０とを含み、コンデンサーＣ１にはＶｃｃの電圧が供給されている。マイコンは、調光信号をデジタル化するＡ／Ｄコンバーター６０と、これに基づいて電力変換回路の制御信号を演算するＣＰＵ７０と、受信回路に対してゼロ電位信号を出力可能なＩ／Ｏ９０とを含む。マイコンは、ピンの再設定を実行して、電力変換回路の動作開始からの所定時間内は、受信回路に向けてゼロ電位信号を出力するようにプログラムされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光素子用の調光機能を備えた点灯装置に関する。

例えば店舗等で用いられる照明器具として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子と、これを点灯させる点灯装置とを備えたものがあり、さらに発光素子の光出力を任意に変えることができる調光機能を有するものも知られている。例えば、ユーザが壁スイッチ等の調光操作部を操作すると、調光操作部とともに設置された調光制御装置が調光信号を生成する。そして、調光制御装置からの調光信号を点灯装置が受けて、発光素子を調光点灯させる。このような照明器具では、一般的に、ユーザが壁スイッチ等を操作することにより、点灯装置へ電源が投入され、同時に、調光信号を発生する調光制御装置へも電源が投入される（特許文献１参照）。

ところで、点灯装置への電源投入後、直ちに点灯装置に調光信号が入力されるのであれば問題ないが、点灯装置の始動から遅れて調光信号が入力されることがある。フィラメントを有する一般的な放電灯用の点灯装置では、電源投入直後にフィラメントの事前予熱を行うため、始動に一定時間を要し、その間に放電灯が点灯しないように設定されている。そのため、放電灯用の点灯装置では、調光信号の入力が遅れた場合でもあまり問題にはならない。

しかし、ＬＥＤ等の発光素子用の点灯装置では、事前予熱を行うことがないため、電源投入後すぐに回路が始動する。そのため、調光信号の入力が遅れた場合、発光素子が所望の光出力に調光制御される前に一瞬だけフラッシュ発光してしまい、その後、調光点灯に移行するという可能性がある。

特許文献１に記載の照明器具では、点灯装置の電源投入直後から所定時間だけ点灯装置が調光信号をキャンセルして、始動直後に一瞬だけ全点灯状態になる現象を回避するようになっている。

特開２００９−２３２６２５号公報

上述の一瞬だけ全点灯状態になる現象（フラッシュ発光）を確実に回避するためには、調光信号のキャンセル時間を電源投入直後から調光信号が出力されるまでの最大遅れ時間よりも長く設定する必要がある。また、使用する調光制御装置ごとに調光信号の最大遅れ時間にもばらつきがある。
理想を言えば、キャンセル時間を個々の調光制御装置に固有の最大遅れ時間に設定したいが、特許文献１に記載の点灯装置では、キャンセル時間がコンデンサーおよび抵抗の直列回路（微分回路）の時定数によって決まるため、設定を変更するにはこれらの素子を交換しなければならず、キャンセル時間の変更が非常に困難であった。そのため、調光信号のキャンセル時間は余裕を持って長めに設定する必要があり、比較的短い遅れ時間を示す調光制御装置を用いる場合には設定されたキャンセル時間に無駄が多く、結果的に、点灯装置の始動が遅れることになる。

本発明は上記従来技術に鑑みなされたものであり、その解決すべき課題は、電源投入から調光制御の開始までの時間を少しでも短くして、調光制御の開始が遅れることのない点灯装置を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明にかかる点灯装置は、
交流電力を直流電力に変換して発光素子に供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段による電力の変換開始から所定時間内は、外部からの調光信号の有無に関わらず、前記電力変換手段を制御し、前記所定時間の経過後は、前記調光信号に応じて、前記電力変換手段を制御する制御手段と、を備えた点灯装置であって、
前記制御手段は、
外部からのアナログ調光信号を受け取る受信回路と、
前記受信回路からのアナログ調光信号をデジタル化するＡ／Ｄコンバーター、デジタル調光信号に基づいて前記電力変換手段の制御信号を演算する演算素子、および、前記受信回路に対してゼロ電位信号を出力可能なＩ／Ｏ、を含むマイクロコンピューターと、
を有し、
前記受信回路には、受信したアナログ調光信号を平滑するためのコンデンサーを含む積分回路、および、前記電力変換手段の動作中に所定電位を前記コンデンサーに印加する電圧印加回路、が設けられ、
前記マイクロコンピューターは、前記所定時間内は前記積分回路に向けてゼロ電位信号を出力するようにプログラムされ、前記積分回路のコンデンサーに充電されている電荷を放出することを特徴とする。
ここで、前記受信回路には、さらに、前記積分回路のコンデンサーに充電されている電荷が放出される際に放電電流の最大値を制限する電流制限回路が設けられていることが好ましい。
また、前記マイクロコンピューターには前記積分回路に接続されるピンが設けられ、前記マイクロコンピューターは、前記所定時間内は前記ピンを前記Ｉ／Ｏの出力ピンとして機能させ、前記所定時間の経過後は前記ピンを前記Ａ／Ｄコンバーターの入力ピンとして機能させるプログラムを実行可能に設けられていることが好ましい。

本発明の点灯装置の構成によれば、調光信号をデジタル化して演算処理するマイコンが設けられているので、点灯装置の電源投入後に調光信号をキャンセルする時間の設定をマイコンのプログラム変更によって容易に行うことができる。しかし、単に、マイコンを設けただけでは、以下のような問題が生じた。本発明に係る点灯装置の具体例を示した図２に基づいて説明する。

まず、点灯装置への電源投入直後に、マイコンがゼロ電位信号を出力するプログラムを実行しない場合について説明する。外部からの調光信号を受信する回路２０〜５０は、調光信号を受信していない状態では、全光信号を受信している状態と同じ電気信号をマイコンに出力する。抵抗Ｒ３とコンデンサーＣ１からなる積分回路には、電圧印加回路（抵抗Ｒ２）を介して所定電位が印加されており、電源投入後にコンデンサーＣ１に電荷が充電されるので、マイコンへはその充電電圧に基づく全光信号が送られるからである。その結果、マイコンは、調光信号を受信していない状態にもかかわらず、全光信号を受信していると解釈してしまう。また、コンデンサーＣ１に電荷が溜まっていると、外部からの調光信号の受信が開始されても、すぐにはＣ１の放電が進まず、その影響が調光信号の受信開始後も長く続くことになり、調光信号のキャンセル時間を必要以上に長く設定しなければならない。

本発明では、点灯装置への電源投入後の所定時間は、マイコンのＡ／Ｄコンバーターへのアナログ信号の入力ピンを、Ｉ／Ｏのデジタル信号の出力ピンに切り替えるプログラムを実行し、Ｉ／Ｏからゼロ電位を積分回路に向けて出力するようにした。これによって、コンデンサーＣ１の電荷をマイコン経由で放出させる状態を維持することができて、上記のようなコンデンサーＣ１の充電電荷の影響を受けずに済む。従って、調光信号の受信開始よりも早い時点で、点灯開始動作を開始することができる。

従って、マイコンのプログラムによってゼロ電位の出力期間を所定時間に設定することによって、発光素子が所望の光出力に調光制御される前に一瞬だけフラッシュ発光してしまうことを確実に回避することができ、かつ、調光制御装置ごとの遅れ時間に合わせて所定時間を設定することもできる。さらには、調光信号の受信開始よりも早い時点で、点灯開始動作を開始することもできるので、点灯開始までの時間の短縮も可能になる。

本発明の一実施形態に係る照明用ＬＥＤ電源装置の構成図である。 前記電源装置に用いる調光信号受信回路およびマイコンの具体的な構成図である。 前記電源装置の動作を説明するための図であり、（ａ）および（ｃ）は前記受信回路内の電位の変化を示す図で、（ｂ）および（ｄ）は光出力の変化を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の点灯装置の一実施形態に係るＬＥＤ電源装置の構成、および、外部の調光制御装置と同時に電源が投入された時の調光信号受信回路の動作について説明する。

図１のＬＥＤ電源装置（光源点灯装置）は、点灯回路、調光信号の受信回路、および、マイクロコンピューター（以下、マイコン）を含む。
点灯回路１０は、交流−直流変換回路１１、調光信号に基づく点灯制御を行う定電流回路１２、電流検出回路１３を備えている。交流−直流変換回路１１は、商用電源ＡＣから供給される交流電圧を直流電圧に変換する。定電流回路１２は、交流−直流変換回路１１が変換した直流電圧を定電流制御し、光源ＬＡに向けて所定の負荷電流を供給する。
定電流回路１２はスイッチングＩＣを含むスイッチング回路であり、マイコンからの電流指令値に等しい電流が流れるように負荷電流を制御する。また、電流検出回路１３は、定電流回路１２が照明用ＬＥＤ負荷（光源）ＬＡに供給している電流値を検出して、定電流回路１２にフィードバックする。

受信回路は、外部からのＰＷＭ調光信号に基づく発光部２０、その受光部３０、積分回路４０、電流制限回路５０を有する。
マイコン（ＭＣＵ）は、Ａ／Ｄコンバーター６０、ＣＰＵ７０、Ｄ／Ａコンバーター８０を有する。

図２に、受信回路およびマイコンの具体的な構成を示す。
外部に設けられた調光制御装置（ＰＷＭ調光器）２００が出力するＰＷＭ調光信号のパルス列は、発光部２０の抵抗Ｒ１により、電流制限されたパルス電流にされて、ＰＣ（フォトカプラー）の発光ダイオードを点滅させる。調光信号ケーブルが逆接続された場合は、逆方向のパルス電流によって発光ダイオードが点滅することにより、同様の処理が可能となる。発光ダイオードからの近赤外線を受け、受光部３０のＰＣのフォト・トランジスター（スイッチ回路）はスイッチング動作を行う。このように調光信号に基づく発光と、その受光に基づくスイッチング動作とにより、調光器２００からのケーブルの長さによる信号減衰の影響を考慮する必要がなくなる。ＰＣ（フォトカプラー）を用いた信号処理をここでは、信号の正規化と呼ぶ。

また、受光部３０では、ハイレベル側の端子Ｃが抵抗Ｒ２を介してＶｃｃに接続され、受光部３０が調光器２００からの信号を反転した信号にして出力するようになっている。Ｖｃｃはマイコン駆動用の電源と共通であり、点灯回路１０の動作により所定電圧を供給可能な状態になる。抵抗Ｒ３およびコンデンサーＣ１からなる積分回路４０では、受光部３０からの反転信号を十分に平滑し、その直流電圧を直流制限回路５０を通してＡ／Ｄコンバーター６０に出力する。なお、Ａ／Ｄコンバーター６０の入力インピーダンスは非常に大きいので、電流制限回路５０による信号の減衰を無視することができる。

Ａ／Ｄコンバーター６０は、受信回路からの出力信号（直流電圧）をデジタル・データとして読み取り、ＣＰＵ７０がそのデジタル・データをＰＷＭ調光信号のオン・デューティー・パーセントとして認識できるようにする。

ＣＰＵ７０では、ＰＷＭ調光信号のオン・デューティー・パーセントと比例関係にあるデジタル・データを基に、特定のアルゴリズムにより、変換処理を行い、定電流回路１２への電流指令値を算出する。電流指令値はＤ／Ａコンバーター８０を通して、定電流回路１２に出力される。Ｄ／Ａコンバーター８０をＰＷＭ信号発生器および積分回路より構成して、ＰＷＭ信号発生器が発生したＰＷＭパルス列を積分回路により平滑して、その信号を定電流回路１２に出力する方式で代用することもできる。

なお、定電流回路１２は、電流検出回路１３からの信号とＤ／Ａコンバーター８０からの電流指令値とを比較し、電流検出回路１３からの信号が電流指令値と等しくなるような定電流制御を行って、光源３００を点灯制御する。

図２の調光信号受信回路において、点灯回路１０への電源投入直後にコンデンサーＣ１の電荷を放電させる処理を実施しない場合は、図３（ａ）のようにＣ１の充電に伴ってＰ点（コンデンサーＣ１の正極側）の電位が上昇し、調光信号の受信が開始するまでＰ点の電位が高い状態を維持する。コンデンサーＣ１に電荷が溜まっていると、外部からの調光信号の受信が開始されても、すぐにはＣ１の放電が進まず、Ｐ点の電位が調光信号レベルまで低下するのに時間がかかる。そのため、調光信号の受信開始後に、調光信号のキャンセル時間が満了するようにしたとしても、図３（ｂ）の光出力が示すように、不自然なフラッシュ発光が発生してしまう。この対策としては、どの程度まで光出力を絞れるかにもよるが、調光信号の受信をキャンセルする時間を長く設定する必要がある。

これに対して、本実施形態では、上記のフラッシュ発光の回避策として、電源投入直後の所定時間内は、コンデンサーＣ１の電荷を放電させる処理を実施するようにした。そうすると、Ｐ点の電位は図３（ｃ）のように調光信号の受信開始の時点でゼロ電位となり、図３（ｄ）の光出力が示すように、ＬＥＤ負荷には適正な電流が流れて、フラッシュ発光が発生しない。なお、電源投入直後の所定時間はマイコンのプログラムで容易に設定することができる。

図２を用いて、具体的な動作を説明する。
まず、本実施形態では、マイコンが電流制限回路に接続されたピンを有している。マイコンは、点灯回路１０の動作開始からの所定時間内は当該ピンをＩ／Ｏ９０の出力ピンとして機能させ、所定時間の経過後は当該ピンをＡ／Ｄコンバーター６０の入力ピンとして機能させるように、プログラミングされている。

ＬＥＤ電源装置と外部の調光器とに電源が同時に投入されると、調光器２００はすぐには調光信号を出力せず、Ｖｃｃからの電圧印加によって抵抗Ｒ２とＲ３を通してコンデンサーＣ１の充電が開始されて、コンデンサーＣ１の電位が上昇を開始する。Ｖｃｃからの電源供給のタイミングで、マイコンのＣＰＵ７０がＲＯＭの中の命令コードを読出し、Ａ／Ｄコンバーター６０のアナログ信号の入力ピンをＩ／Ｏ９０のデジタル信号の出力ピンに再設定するプログラムを実施し、Ｉ／Ｏ９０の出力ピンからゼロ電位信号を出力する。このゼロ電位信号を受けている間、電流制限回路５０の抵抗Ｒ４を通して、コンデンサーＣ１の電荷が放出される。つまり、電荷がマイコン経由でグランドラインに放出される。抵抗Ｒ４を設けたのは、デジタル信号の出力ピンの最大電流値以下に放出時の電流を制限して、マイコンの破壊を防ぐためである。

また、マイコンは、調光制御装置（ＰＷＭ調光器）２００から調光信号が出力される直前に、デジタル信号の出力ピンをアナログ信号の入力ピンに再設定するようにプログラムされ、マイコンのＣＰＵ７０がＲＯＭの中の命令コードを読出して実行する。アナログ信号の入力ピンは、ハイ・インピーダンスなのでマイコンの入力ピンによりＣ１の充電電荷が放電されることはない。外部からの調光信号に基づいて受光部３０のフォト・トランジスターがスイッチング動作し、スイッチがオン状態でコンデンサーＣ１の充電電荷がフォト・トランジスター経由でグランドレベルラインに放出される。よって、コンデンサーＣ１には、調光信号に対応した電位が充電されることになり、正常な調光制御を実行できる。

マイコンのＣＰＵ７０がＲＯＭの中の命令コードにより、調光信号に対応した電位をＡ／Ｄコンバーター６０によって数値データとして読出し、演算処理後、マイコン内部のＤ／Ａコンバーターを介してアナログ電位を定電流回路（スイッチングＩＣ）に向けて出力し、ＬＥＤ負荷電流を制御する。

ＡＣ 商用交流電源
ＰＣ フォトカプラー
Ｖｃｃ 制御用直流電源
１１ 交流−直流変換回路
１２ 定電流回路
１３ 電流検出回路
２０ 調光信号入力部（発光部）
３０ 調光信号によるスイッチング正規化回路（受光部）
４０ 積分回路
５０ 電流制限回路
６０ Ａ／Ｄコンバーター
７０ ＣＰＵ（中央処理装置）
８０ Ｄ／Ａコンバーター
９０ Ｉ／Ｏ
２００ 調光制御装置（ＰＷＭ調光器）
３００ 照明用ＬＥＤ負荷（光源）

Claims (3)

1. 交流電力を直流電力に変換して発光素子に供給する電力変換手段と、
   前記電力変換手段による電力の変換開始から所定時間内は、外部からの調光信号の有無に関わらず、前記電力変換手段を制御し、前記所定時間の経過後は、前記調光信号に応じて、前記電力変換手段を制御する制御手段と、を備えた点灯装置であって、
   前記制御手段は、
   外部からのアナログ調光信号を受け取る受信回路と、
   前記受信回路からのアナログ調光信号をデジタル化するＡ／Ｄコンバーター、デジタル調光信号に基づいて前記電力変換手段の制御信号を演算する演算素子、および、前記受信回路に対してゼロ電位信号を出力可能なＩ／Ｏ、を含むマイクロコンピューターと、
   を有し、
   前記受信回路には、受信したアナログ調光信号を平滑するためのコンデンサーを含む積分回路、および、前記電力変換手段の動作中に所定電位を前記コンデンサーに印加する電圧印加回路、が設けられ、
   前記マイクロコンピューターは、前記所定時間内は前記積分回路に向けてゼロ電位信号を出力するようにプログラムされ、前記積分回路のコンデンサーに充電されている電荷を放出することを特徴とする点灯装置。
2. 請求項１記載の点灯装置において、
   前記受信回路には、さらに、前記積分回路のコンデンサーに充電されている電荷が放出される際に放電電流の最大値を制限する電流制限回路が設けられていることを特徴とする点灯装置。
3. 請求項１または２記載の点灯装置において、
   前記マイクロコンピューターには前記積分回路に接続されるピンが設けられ、前記マイクロコンピューターは、前記所定時間内は前記ピンを前記Ｉ／Ｏの出力ピンとして機能させ、前記所定時間の経過後は前記ピンを前記Ａ／Ｄコンバーターの入力ピンとして機能させるプログラムを実行可能に設けられていることを特徴とする点灯装置。

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