JP2017069180A - 光源点灯装置及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源点灯装置100は、整流回路2、力率改善回路部3、DC/DCコンバータ部4、制御部5、制御電源供給部6等を備える。DC/DCコンバータ部4は、整流回路2から入力される電圧を用いて、スイッチング素子SW2とインダクタL2とでエネルギの充放電を行うことにより、光源10に直流電流を供給する。制御部5は、DC/DCコンバータ部4の出力電圧を光源10の点灯電圧以上とすることで、光源10を点灯させる。また、DC/DCコンバータ部4の出力電圧を点灯電圧未満に低下させることで、光源10を消灯する。制御電源供給部6は、光源10の消灯中にDC/DCコンバータ部4の出力を用いて制御部5に駆動用電源を供給する。
【選択図】図1
Description
まず、図1から図4を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1による光源点灯装置を示す回路構成図である。この図に示すように、本実施の形態の光源点灯装置100は、商用電源等の交流電源1から電力の供給を受けることにより、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源10を点灯させるものである。光源点灯装置100は、整流回路2、力率改善回路部3、DC/DCコンバータ部4、制御部5、制御電源供給部6等を備えている。
次に、本実施の形態による光源点灯装置100の動作について説明する。まず、交流電源1から光源点灯装置100に交流電圧が印加されると、この交流電圧は、整流回路2により全波整流される。全波整流された電圧は、フィルタコンデンサC1の両端に印加される。なお、フィルタコンデンサC1は、スイッチングリプルの除去を目的として設けられたものであり、交流電源1の電源周波数成分を平滑化するためのものではない。力率改善回路部3の作動中には、電源周波数の2倍の周波数で脈動する全波整流電圧が整流回路2から力率改善回路部3に印加される。
次に、図2を参照して、制御電源供給部6の動作について説明する。図2は、本発明の実施の形態1による光源点灯装置の動作を示す波形図である。
(時刻t0〜t1)
まず、光源10の点灯中における制御電源供給部6の動作を説明する。光源10の点灯中において、DC/DCコンバータ部4では、前述のスイッチング動作が行われることにより、インダクタL2のエネルギが充放電されている。スイッチング素子SW2がONしている期間中には、力率改善回路部3の出力電圧とDC/DCコンバータ部4の出力電圧との差分(即ち、平滑コンデンサC2の電圧と出力コンデンサC3の電圧との差分)の電圧がインダクタL2に印加される。この結果、インダクタL2に結合された2次巻線L3には、2次巻線L3とインダクタL2との巻き数比に応じて、前記差分の電圧に比例した電圧が発生する。
次に、光源10が消灯する場合の動作について説明する。まず、例えば調光コントローラ11から制御部5に対して、光源10の消灯を指示する信号が送信されたとする。制御部5は、この信号を受信すると、DC/DCコンバータ部4の動作を定電流制御から定電圧制御に切換える。即ち、制御部5は、光源10の点灯時において、光源電流検出抵抗R1により光源電流を検出し、光源電流が目標電流と一致するようにDC/DCコンバータ部4を定電流制御していた。これに対し、光源10を消灯するときには、まず、例えばDC/DCコンバータ部4に配置された出力電圧検出抵抗R2a,R2bにより、DC/DCコンバータ部4の出力電圧、即ち、出力コンデンサC3の電圧を検出する。続いて、制御部5は、出力コンデンサC3の電圧が光源10の点灯電圧よりも低い所望の基準電圧となるように、DC/DCコンバータ部4を定電圧制御する。
続いて、出力コンデンサC3の電圧が前述の基準電圧に到達すると、制御部5により制御電源供給部6のスイッチング素子SW3がONされる。これにより、出力コンデンサC3から制御電源平滑コンデンサC4への電流経路が導通した状態に切換えられ、DC/DCコンバータ部4から制御部5に制御電源が供給される。このとき、制御電源の電圧は、光源10の点灯電圧よりも低く設定されるので、光源10は消灯状態となる。
次に、例えば時刻t3において、制御部5が調光コントローラ11から点灯を指示する信号を受信したとする。この場合、制御部5は、スイッチング素子SW3をOFFし、DC/DCコンバータ部4から制御部5への制御電源の供給を遮断する。そして、制御部5は、力率改善回路部3を再び作動させると共に、DC/DCコンバータ部4の動作を定電圧制御から定電流制御に切換える。
次に、図5及び図6を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態の特徴は、力率改善回路部及びDC/DCコンバータ部を1つのコンバータにより構成したことにある。図5は、本発明の実施の形態2による光源点灯装置を示す回路構成図である。この図に示すように、本実施の形態による光源点灯装置110は、SEPIC回路部7及び放電回路8を備え、回路を小型化している点で、前記実施の形態1と異なるものである。
次に、本実施の形態による光源点灯装置110の動作について説明する。まず、交流電源1から光源点灯装置100に交流電圧が印加されると、この交流電圧は、整流回路2により全波整流される。全波整流された電圧は、スイッチングリプルを除去する目的で設けられたフィルタコンデンサC5の両端に印加される。この結果、SEPIC回路部7の作動中には、電源周波数の2倍の周波数で正弦波状に脈動する全波整流電圧が整流回路2からSEPIC回路部7に印加される。
次に、図6を参照して、制御電源供給部6の動作について説明する。図6は、本発明の実施の形態2による光源点灯装置の動作を示す波形図である。
(時刻t0〜t1)
まず、光源10の点灯中における制御電源供給部6の動作を説明する。光源10の点灯中において、SEPIC回路部7では、前述のスイッチング動作が行われることにより、インダクタL4のエネルギが充放電されている。スイッチング素子SW4がONしている期間中には、インダクタL4に全波整流電圧が印加される。この結果、インダクタL4と磁気的に結合された2次巻線L5には、2次巻線L5とインダクタL4との巻き数比に応じて、全波整流電圧に比例した電圧が発生する。
次に、光源10が消灯する場合の動作について説明する。制御部5は、調光コントローラ11から消灯を指示する信号を受信すると、SEPIC回路部7の動作を定電流制御から定電圧制御に切換える。即ち、制御部5は、光源10の点灯時において、光源電流検出抵抗R1により光源電流を検出し、光源電流が目標電流と一致するようにSEPIC回路部7を定電流制御していた。これに対し、光源10を消灯するときには、まず、例えばSEPIC回路部7に配置された出力電圧検出抵抗R2a,R2bにより、SEPIC回路部7の出力電圧を検出する。続いて、制御部5は、SEPIC回路部7の出力電圧が光源10の点灯電圧よりも低い所望の基準電圧となるように、SEPIC回路部7を定電圧制御する。
制御部5は、SEPIC回路部7の出力電圧が定電圧制御により基準電圧に到達すると、スイッチング素子SW3をONする。また、スイッチング素子SW5をOFFし、放電制御を終了する。これにより、SEPIC回路部7の出力側と制御電源平滑コンデンサC4とが導通状態となり、SEPIC回路部7から制御部5に制御電源が供給される。このとき,光源10の点灯電圧は、制御電源の電圧より高く設定されているので、光源10は消灯状態となる。
次に、例えば時刻t3において、制御部5が調光コントローラ11から点灯を指示する信号を受信したとする。この場合、制御部5は、スイッチング素子SW3をOFFし、SEPIC回路部7から制御部5への制御電源の供給を遮断する。そして、制御部5は、SEPIC回路部7の動作を定電圧制御から定電流制御に切換える。これにより、出力コンデンサC7の電圧は光源10の点灯電圧まで上昇し、光源10が点灯を開始する。光源10が点灯すると、制御電源は、2次巻線L5から整流ダイオードD3を介して制御部5に供給される。なお、スイッチング素子SW3がOFFしてから光源10が点灯を開始するまでの期間中には、制御電源平滑コンデンサC4に充電された電荷を利用して制御電源を供給する。このとき,スイッチング素子SW5はOFF状態に保持されている。
次に、図7及び図8を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態は、制御電源供給部6が過電圧保護手段を備えることに特徴がある。図7は、本発明の実施の形態3による光源点灯装置を示す回路構成図である。本実施の形態に係る光源点灯装置120において、制御電源供給部6以外の構成は実施の形態1と同様である。
(時刻t0〜t1)
まず、光源10の点灯中における制御電源供給部6の動作について説明する。光源10の点灯中において、DC/DCコンバータ部4では、実施の形態1で述べたように、スイッチング動作が行われる。これにより、インダクタL2のエネルギが充放電される。このとき、実施の形態1で述べたように、2次巻線L3にはインダクタL2との巻き数比に応じた電圧が誘起される。本実施の形態では、光源10が点灯している場合、2次巻線L3に誘起される電圧が制御電源として制御部5に供給される。
次に光源10が消灯する場合の動作について説明する。ここでは、調光コントローラ11から制御部5に対して、光源10の消灯を指示する信号が送信された場合について説明する。制御部5は、消灯を指示する信号を受信すると、DC/DCコンバータ部4の動作を定電流制御から定電圧制御に切換える。DC/DCコンバータ部4の動作を定電流制御から定電圧制御に切換える方法は、実施の形態1と同様である。なお、定電流制御から定電圧制御に切換わる際、制御部5のフィードバック制御の応答速度は最適値に切換えられることが望ましい。
出力コンデンサC3の電圧が基準電圧に到達している状態では、スイッチング素子SW3は飽和領域でON状態となる。このとき、DC/DCコンバータ部4から制御部5の制御電源が供給される。なお、基準電圧は光源10の点灯電圧よりも低く設定されるので、光源10は消灯状態となる。
次に光源10が点灯する場合の動作について説明する。例えば時刻t3において、制御部5が調光コントローラ11から点灯を指示する信号を受信したとする。この場合、制御部5は、力率改善回路部3を再び作動させる。また、制御部5はDC/DCコンバータ部4の動作を定電圧制御から定電流制御に切換える。これにより出力コンデンサC3の電圧が、光源10の点灯電圧まで上昇を開始する。なお、定電圧制御から定電流制御に切換わる際には、制御部5のフィードバック制御の応答速度は最適値に切換えられることが望ましい。
出力コンデンサC3の電圧が時間経過とともに上昇し、点灯電圧に到達すると光源10が点灯を開始する。この時、2次巻線L3から整流ダイオードD3を介して、制御部5に制御電源を供給することが出来る。制御部5は、スイッチング素子SW3をオフする。この結果、出力コンデンサC3から制御電源平滑コンデンサC4への電流経路が遮断される。具体的には、トランジスタTr1をオンするため、制御部5はHIGHレベル信号を出力する。これにより、トランジスタTr1はON状態となる。トランジスタTr1がON状態となると、スイッチング素子SW3のゲート端子はトランジスタTr1を介して接地電位となる。このため、スイッチング素子SW3はOFF状態となる。このとき、スイッチング素子SW3のゲート‐ソース間電圧は、制御電源平滑コンデンサC4の電圧により負電圧となる。この期間中、制御電源は2次巻線L3から整流ダイオードD3を介して制御部5に供給される。
次に、図10および図11を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態は、実施の形態3とは別の過電圧保護手段を構成したことに特徴がある。図10は、本発明の実施の形態4による光源点灯装置を示す回路構成図である。本実施の形態による光源点灯装置140は、制御電源供給部6の構成以外は実施の形態3と同様である。
(時刻t0〜t1)
光源10の点灯中の動作は、実施の形態3と同様である。
次に、光源10が消灯する場合の動作について説明する。ここでは、調光コントローラ11から制御部5に対して、光源10の消灯を指示する信号が送信された場合について説明する。制御部5は、消灯を指示する信号を受信すると、DC/DCコンバータ部4の動作を定電流制御から定電圧制御に切換える。従って、制御部5は、出力コンデンサC3の電圧が光源10の点灯電圧よりも低い基準電圧となるように、DC/DCコンバータ部4を定電圧制御する。
期間t2〜t3の動作は、実施の形態3と同様である。
次に光源10が点灯する場合の動作について説明する。例えば時刻t3において、制御部5が調光コントローラ11から点灯を指示する信号を受信したとする。この場合、制御部5は、力率改善回路部3を再び作動させる。また、制御部5はDC/DCコンバータ部4の動作を定電圧制御から定電流制御に切換える。これにより出力コンデンサC3の電圧が、光源10の点灯電圧まで上昇を開始する。期間t3〜t4は出力コンデンサC3の電圧が点灯電圧に到達するまでの過渡的な移行期間である。この期間において、実施の形態3と同様に、制御部5はLOWレベル信号を維持する。
出力コンデンサC3の電圧が上昇し、点灯電圧に到達すると光源10が点灯を開始する。実施の形態3と同様に、制御部5はスイッチング素子SW3をオフし、出力コンデンサC3から制御電源平滑コンデンサC4への電流経路を遮断する。この期間中、制御電源は2次巻線L3から整流ダイオードD3を介して制御部5に供給される。
次に、図14を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1〜4による光源点灯装置を搭載した照明器具について説明する。図14は、本発明の実施の形態3による照明器具を示す断面図である。この図に示すように、本実施の形態の照明器具200は、照明器具本体40と、照明器具本体40に設けられたコネクタ41、光源基板42及び光源点灯装置43とを備えている。照明器具本体40は、光源点灯装置43等を取付けるための筐体である。コネクタ41は、商用電源等の交流電源から電力の供給を受けるための接続部であり、光源点灯装置43と接続されている。光源基板42には、例えばLED、有機EL等の光源が実装されている。
Claims (16)
- 交流電源を整流する整流回路と、
スイッチング素子とインダクタとを有し、前記整流回路から入力される電圧を用いて前記スイッチング素子と前記インダクタとでエネルギの充放電を行うことにより、光源に直流電流を供給可能な直流電源回路と、
前記直流電源回路の出力電圧を制御する機能を有し、前記出力電圧を前記光源の点灯電圧以上とすることで前記光源を点灯させ、前記出力電圧を前記点灯電圧未満に低下させることで前記光源を消灯する制御部と、
前記光源の消灯中に前記直流電源回路の出力を用いて前記制御部に駆動用電源を供給する制御電源供給部と、
を備えた光源点灯装置。 - 前記制御部は、前記光源の点灯中に前記直流電源回路を定電流制御で駆動し、前記光源の消灯中に前記直流電源回路を定電圧制御で駆動する請求項1に記載の光源点灯装置。
- 前記直流電源回路から前記制御部に対する前記駆動用電源の供給を実行及び遮断可能な電源スイッチ手段を備え、
前記制御部は、前記光源の消灯中に前記電源スイッチ手段を用いて前記駆動用電源の供給を実行し、前記光源の点灯中に前記電源スイッチ手段を用いて前記駆動用電源の供給を遮断する請求項1または2に記載の光源点灯装置。 - 前記電源スイッチ手段は、電圧駆動型半導体スイッチング素子を備え、
前記電圧駆動型半導体スイッチング素子は、前記制御部が出力した前記電源スイッチ手段のオンオフを制御するための信号を受信する第1端子と、前記出力電圧が供給される第2端子と、前記制御部が備える前記駆動用電源の供給を受けるための電源端子と接続される第3端子と、を備え、
前記制御電源供給部は、前記駆動用電源の電圧が上昇すると、前記第1端子と前記第3端子との間に印加される電圧を低下させる負帰還回路を備えることを特徴とする請求項3に記載の光源点灯装置。 - 前記電源スイッチ手段は、電流駆動型半導体スイッチング素子を備え、
前記電流駆動型半導体スイッチング素子は、前記制御部が出力した前記電源スイッチ手段のオンオフを制御するための信号を受信する第1端子と、前記出力電圧が供給される第2端子と、前記制御部が備える前記駆動用電源の供給を受けるための電源端子と接続される第3端子と、を備え、
前記制御電源供給部は、前記駆動用電源の電圧が上昇すると、前記第1端子を流れる電流を低下させる負帰還回路を備えることを特徴とする請求項3に記載の光源点灯装置。 - 前記制御部は、前記光源が点灯状態から消灯状態となる移行期間において、前記出力電圧が前記光源の消灯中の定常電圧に到達するのに先んじて、前記直流電源回路から前記制御部への前記駆動用電源の供給を実行するように前記電源スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項4または5に記載の光源点灯装置。
- 前記制御部は、前記光源が消灯状態から点灯状態となる移行期間において、前記出力電圧が上昇を開始した後に、前記直流電源回路から前記制御部への前記駆動用電源の供給を遮断するように前記電源スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項4から6のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。
- 前記第1端子は、前記整流回路の出力と接続されることを特徴とする請求項4から7のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。
- 前記直流電源回路は、前記整流回路の前記交流電源側の電流波形を正弦波化して力率を向上する力率改善回路を備え、
前記第1端子は、前記力率改善回路の出力と接続されることを特徴とする請求項4から7のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。 - 前記インダクタと磁気的に結合された2次巻線を備え、
前記光源の点灯中には、前記2次巻線から前記制御部に前記駆動用電源を供給する請求項3〜9のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。 - 前記直流電源回路は、前記整流回路の前記交流電源側の電流波形を正弦波化して力率を向上する力率改善回路を備え、
前記光源の消灯中には、前記力率改善回路の動作を停止する請求項1から10のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。 - 前記光源の消灯中には、光源点灯装置に接続された外部の機器に前記駆動用電源を供給する請求項1から11のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。
- 前記制御部は、前記光源の消灯中において、前記スイッチング素子が発振期間と停止期間とを交互に繰返す間欠発振を行うように当該スイッチング素子を制御する請求項1から12のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。
- 前記直流電源回路は、
前記光源に出力する電圧を平滑化するコンデンサと、
前記コンデンサと並列に接続された放電回路と、を備え、
前記放電回路は、互いに直列に接続された放電抵抗と放電スイッチ手段とを備え、
前記制御部は、前記直流電源回路の出力を用いて前記駆動用電源の供給を開始する前に、前記放電スイッチ手段を駆動して前記コンデンサの電荷を放電する請求項1から13のうち何れか1項に記載の光源点灯装置。 - 請求項1から14のうち何れか1項に記載の光源点灯装置と、
前記光源として前記直流電源回路の出力側に接続されたLEDと、
を備えた照明器具。 - 請求項1から14のうち何れか1項に記載の光源点灯装置と、
前記光源として前記直流電源回路の出力側に接続された有機ELと、
を備えた照明器具。
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