JP2017157381A - Lighting device, lighting apparatus and lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、点灯装置、照明器具および照明システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a lighting device, a lighting fixture, and a lighting system.
照明システムは、省エネや居住快適性向上、演出性向上等のために、照明器具の調光制御や消灯制御等を行う。照明システムの方式には、用途や施工時の制約等に応じていくつかの方式が用いられる。照明システムの方式のうち、電源線と調光信号線とを独立させた４線式調光方式は、汎用性が高く、多くの施設で採用されている。４線式調光方式は、電源線と調光信号線とを別々に配線する必要があるため、施工時の作業が煩雑になる傾向がある。２線式調光方式ですでに施工されている既設の照明システムを更新する場合、あるいは新規で施工する場合に、工事規模が大きくなる等の問題がある。 The lighting system performs dimming control, extinction control, and the like of lighting fixtures in order to save energy, improve living comfort, and improve performance. Several methods are used for the illumination system depending on the application, construction restrictions, and the like. Of the lighting system methods, the four-wire dimming method in which the power supply line and the dimming signal line are independent is highly versatile and is used in many facilities. In the 4-wire dimming method, since it is necessary to wire the power supply line and the dimming signal line separately, the work at the time of construction tends to be complicated. There is a problem that the construction scale becomes large when an existing lighting system already constructed by the two-wire dimming method is updated or newly constructed.
２線式調光方式は、位相制御を用いて交流電圧の実効値を制御して調光制御を行うため、簡素に照明システムを構築できるとの特徴を有する。位相制御は、電圧の実効値によって調光制御することができる発熱電球の調光制御には向いているが、半導体発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）や有機ＥＬダイオード（Organic Light Emitting Diode、ＯＬＥＤ）等のような電流制御形の発光デバイスを調光制御するのには向いていない。 The two-wire dimming method has a feature that an illumination system can be simply constructed because dimming control is performed by controlling the effective value of the AC voltage using phase control. The phase control is suitable for dimming control of a heat-generating bulb that can be dimmed and controlled by the effective value of the voltage. However, a semiconductor light-emitting diode (Light Emitting Diode, LED) or an organic EL diode (Organic Light Emitting Diode, OLED). ) Etc. are not suitable for dimming control of a current-controlled light emitting device.
調光信号の伝送を無線で行うことによって、４線式調光方式を２線化する方法も実用化されつつあるが、照明システムの構成を大幅に変更する必要があるとの問題もある。 Although a method of converting the four-wire dimming method into two lines by wirelessly transmitting the dimming signal is being put into practical use, there is a problem that the configuration of the illumination system needs to be significantly changed.
実施形態は、ＬＥＤやＯＬＥＤ等の調光制御を簡素な２線式で行うことができる点灯装置、照明器具および照明システムを提供する。 Embodiments provide a lighting device, a lighting fixture, and a lighting system capable of performing dimming control of LEDs, OLEDs, and the like with a simple two-wire system.
実施形態に係る点灯装置は、直流電圧が入力される入力端子と、前記入力端子を介して前記直流電圧を入力して、前記直流電圧に応じた出力電流を照明負荷に供給する電力変換部と、前記入力端子と前記照明負荷との間に接続され、入力される電流を断続する第１スイッチと、を備える。 The lighting device according to the embodiment includes an input terminal to which a DC voltage is input, and a power converter that inputs the DC voltage through the input terminal and supplies an output current corresponding to the DC voltage to a lighting load. And a first switch that is connected between the input terminal and the lighting load and that interrupts an input current.
本実施形態では、第１スイッチによって入力電流が断続されるので、点灯装置を取り外すときに直流アーク放電を生じにくくすることができる。したがって、供給される直流電圧に応じて照明負荷に供給する出力電流を設定する点灯装置が実現される。 In the present embodiment, since the input current is interrupted by the first switch, it is possible to make it difficult for DC arc discharge to occur when the lighting device is removed. Therefore, the lighting device that sets the output current to be supplied to the illumination load according to the supplied DC voltage is realized.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the present specification and drawings, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
図１は、本実施形態に係る照明システムを例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の照明システム１００は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と、照明器具２０と、を備える。照明システム１００は、交流入力端子１１ａ，１１ｂを介して、交流電源１に接続される。交流電源１は、たとえば商用電源である。交流電源１は、実効値が１００Ｖまたは２００Ｖの交流電圧を、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで照明器具２０に供給する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a lighting system according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the
照明システム１００は、調光信号入力端子１１ｅを介して調光装置２に接続される。照明システム１００は、調光信号入力端子１１ｅを介して、調光装置２から出力される調光信号Ｓｄを受信する。
The
調光信号Ｓｄは、照明システム１００によって点灯される発光モジュール５０の光量を示す調光度Ｄを設定する信号である。たとえば、調光信号Ｓｄが最小の調光度Ｄｍｉｎを示す場合には、発光モジュール５０の光量は最小となる。このときには、発光モジュール５０に流れる出力電流ＩＦは最小値に設定され、発光モジュール５０は消灯状態となる。調光信号Ｓｄが最大の調光度Ｄｍａｘを示す場合には、発光モジュール５０の光量は最大となる。このときには、発光モジュール５０に流れる出力電流ＩＦは最大値に設定され、発光モジュール５０は全点灯状態となる。
The dimming signal Sd is a signal for setting a dimming degree D indicating the light amount of the
調光装置２は、入力された調光度Ｄの設定値等にしたがって、調光信号Ｓｄを生成し、出力する。生成される調光信号Ｓｄは、アナログ値であってもよく、ディジタル値であってもよい。調光信号Ｓｄは、たとえば発光モジュール５０の光量に応じて増大する電圧値を有するアナログ信号であり、あるいはＤＡＬＩ（Degital Addressable Lighting Interface）等にもとづくデータを含む信号等である。
The
この例では、調光装置２は、照明システム１００の外部に設けられているが、調光装置２の機能は、照明システム１００に含まれていてもよい。たとえば、調光装置２の機能は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０に含まれていてもよい。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、調光装置２から供給されるＤＡＬＩ等にもとづく調光信号Ｓｄのデータを受信して、受信したデータを、光量に応じて増大する電圧値を有するアナログまたはディジタルの信号に変換するコンバータ等を含むようにしてもよい。
In this example, the
ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、交流入力端子１１ａ，１１ｂと、直流出力端子１１ｃ，１１ｄと、調光信号入力端子１１ｅと、を含む。交流入力端子１１ａ，１１ｂから入力された交流電圧は、直流電圧に変換されて直流出力端子１１ｃ，１１ｄから出力される。この例では、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、直流出力端子１１ｄから直流出力端子１１ｃに向かって正の電圧値を有する直流電圧ＶＤＣを出力する。直流出力端子１１ｃ，１１ｄから出力される直流電圧ＶＤＣの値は、調光信号Ｓｄに応じて設定される。たとえば、調光信号Ｓｄが最小の調光度Ｄｍｉｎを示す場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、最小直流電圧Ｖａを出力する。調光信号Ｓｄが最大の調光度Ｄｍａｘを示す場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、最大直流電圧Ｖｂを出力する。
The AC-
照明器具２０は、点灯装置３０と、発光モジュール５０と、を含む。点灯装置３０は、入力端子３１ａ，３１ｂと、出力端子３１ｃ，３１ｄと、を含む。点灯装置３０は、入力端子３１ａ，３１ｂを介して、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の直流出力端子１１ｃ，１１ｄに接続されている。
The
点灯装置３０の出力端子３１ｃ，３１ｄには、発光モジュール５０が接続されている。点灯装置３０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０から直流電圧ＶＤＣの供給を受けて、入力端子３１ａ，３１ｂに入力された直流電圧の電圧値に応じた出力電流ＩＦを発光モジュール５０に供給する。そのため、発光モジュール５０は、調光信号Ｓｄが示す調光度に応じた光量で点灯し、消灯する。
The
たとえば、照明器具２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０から直流電圧ＶＤＣの最小値である最小直流電圧Ｖａを供給された場合には、発光モジュール５０の光量が最小値になるように出力電流ＩＦを設定する。照明器具２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０から直流電圧ＶＤＣの最大値である最大直流電圧Ｖｂを供給された場合には、発光モジュール５０の光量が最大値になるように出力電流ＩＦを設定する。
For example, when the
このように、本実施形態の照明システム１００では、調光信号Ｓｄを受信したＡＣ−ＤＣコンバータ１０が、調光信号Ｓｄに応じた電圧値を有する直流電圧ＶＤＣを照明器具２０に供給する。照明器具２０は、供給された直流電圧ＶＤＣに応じた光量で発光モジュール５０を点灯させる。
Thus, in the
後に詳述するように、照明器具２０は、点灯装置３０に流入する電流を断続させている。そのため、照明器具２０は、照明システム１００から取り外す場合に、入力端子３１ａ，３１ｂにおいて直流アーク放電を生じにくい。
As will be described in detail later, the
照明器具２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力に１つ接続される場合に限らず、複数台が並列に接続されてもよい。照明器具２０がＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力に並列に接続された場合には、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が出力する直流電圧ＶＤＣに応じて、すべての照明器具２０は同一の光量で点灯する。
The
以下では、本実施形態の照明システム１００の各部の構成について詳述する。
（ＡＣ−ＤＣコンバータ）
図２は、本実施形態の照明システムのＡＣ−ＤＣコンバータを例示するブロック図である。
図２に示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、整流回路１２と、力率改善回路１３と、平滑回路１４と、電力変換部１５と、を含む。
Below, the structure of each part of the
(AC-DC converter)
FIG. 2 is a block diagram illustrating an AC-DC converter of the lighting system of this embodiment.
As shown in FIG. 2, the AC-
整流回路１２は、交流入力端子１１ａ，１１ｂを介して交流電源１に接続される。整流回路１２は、交流電圧を整流して、脈流の交流電圧に変換する。整流回路１２は、たとえば全波整流回路であり、ダイオードブリッジにより構成されている。
The
力率改善回路（Power Factor Correction、以下、ＰＦＣ回路ともいう。）１３は、整流回路１２の出力に接続されている。ＰＦＣ回路１３は、整流回路１２から出力される脈流の交流電圧を入力して、直流電圧に変換して出力する。ＰＦＣ回路１３は、たとえば昇圧電源回路である。この例では、ＰＦＣ回路１３は、コイル１３１と、スイッチング素子１３２と、ダイオード１３３と、制御回路１３４と、を含む。スイッチング素子１３２は、制御端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのゲート端子）を介して制御回路１３４によって駆動される。スイッチング素子１３２は、制御回路１３４によって設定されるオン時間またはオフ時間でスイッチングする。
A power factor correction circuit (Power Factor Correction, hereinafter also referred to as a PFC circuit) 13 is connected to the output of the
ＰＦＣ回路１３は、入力される脈流の電圧が低いときには、スイッチング素子１３２がオンする期間が長く、脈流の電圧が高いときにはスイッチング素子１３２がオンする期間が短くなるように動作する。そのため、平滑回路１４に入力される電流波形の歪が低減され、高調波が抑制される。
The
ＰＦＣ回路１３は、昇圧電源回路に限らず、昇降圧電源回路や降圧電源回路であってもよい。また、ＰＦＣ回路１３は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力容量が大きい場合、たとえば２５Ｗを超える場合に用いられる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力電力容量が、たとえば２５Ｗ以下の場合には、ＰＦＣ回路１３を用いずに、整流回路１２の出力をそのまま平滑回路１４に接続するようにしてもよい。
The
平滑回路１４は、たとえば平滑コンデンサである。入力される電流の変動を吸収して、安定した直流電圧を後段の電力変換部１５に供給する。平滑回路１４は、たとえば電解コンデンサを含む。電解コンデンサに並列にフィルムコンデンサやセラミックコンデンサ等の高周波ノイズを吸収することができるコンデンサを接続するようにしてもよい。
The smoothing
電力変換部１５は、制御回路１５２と、スイッチング素子１５３と、トランス１５４と、ダイオード１５５と、平滑コンデンサ１５６と、を含む。電力変換部１５は、オペアンプ１５８と、可変電源回路１５９と、抵抗器１６０ａ，１６０ｂと、をさらに含む。
The
電力変換部１５は、平滑回路１４を介して供給される直流電圧を他の電圧値を有する直流電圧ＶＤＣに変換する。変換する直流電圧ＶＤＣは、調光装置２から供給される調光信号Ｓｄによって設定される。
The
制御回路１５２は、スイッチング素子１５３の制御端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのゲート端子）に接続されており、制御端子を介してスイッチング素子１５３のオンオフを制御する。制御回路１５２は、フォトカプラの受光部１５１に接続されている。制御回路１５２は、フォトカプラの受光部１５１から出力される電圧または電流によって、スイッチング素子１５３のオン時間またはオフ時間を設定する。
The
スイッチング素子１５３は、主端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのドレイン端子）を介してトランス１５４の一次巻線に直列に接続されている。スイッチング素子１５３の他方の主端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのソース端子）は、平滑回路１４の低電位側の端子に接続されている。スイッチング素子１５３は、制御回路１５２から出力される駆動パルスに応じてトランス１５４の一次巻線を駆動する。
トランス１５４は、一次巻線と二次巻線とを含んでおり、一次巻線は、上述のとおり、スイッチング素子１５３によって駆動される。二次巻線の一方の端子は、ダイオード１５５を介して平滑コンデンサ１５６の高電位側に接続されており、他方の端子は、平滑コンデンサ１５６の低電位側に接続されている。ダイオード１５５のアノードは、トランス１５４に接続され、カソードは平滑コンデンサ１５６に接続されている。そのため、二次巻線から出力される交流電圧は、ダイオード１５５によって整流されて、平滑コンデンサ１５６を充電して直流電圧に変換される。
The
トランス１５４は、この例ではフライバック巻きされている。トランス１５４は、一次巻線に電流が流れたときに、エネルギを蓄積し、一次巻線の電流が遮断されたときに、蓄積されたエネルギが二次巻線から放出される。
The
電力変換部１５の構成は上述に限らず、入出力の電圧の範囲や出力電力容量等によって適切の他の回路構成を用いることができる。たとえば、電力変換部１５は、フォワード形式やハーフブリッジ形式等であってもよい。
The configuration of the
オペアンプ１５８の一方の入力には、可変電源回路１５９の出力が接続されている。オペアンプ１５８の他方の入力には、直列に接続された抵抗器１６０ａ，１６０ｂの接続ノードが接続されている。抵抗器１６０ａ，１６０ｂは、直列に接続され、この直列接続体の両端は、直流出力端子１１ｃ，１１ｄに接続されている。
The output of the variable
オペアンプ１５８の出力には、フォトカプラの発光部１５７が接続されている。電力変換部１５は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の直流出力端子１１ｃ，１１ｄから出力される電圧を検出して、可変電源回路１５９が出力する電圧に一致するようにオペアンプ１５８の出力電圧または出力電流を制御する。フォトカプラの発光部１５７は、受光部１５１を駆動する。
A
可変電源回路１５９は、調光信号Ｓｄに応じた基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する。たとえば、発光モジュール５０の光量を最小に設定する調光信号Ｓｄａが入力された場合には、可変電源回路１５９は、最小基準電圧Ｖｒｅｆ１ａを出力する。発光モジュール５０の光量を最大にする調光信号Ｓｄｂが入力された場合には、可変電源回路１５９は、最大基準電圧Ｖｒｅｆ１ｂを出力する。
The variable
抵抗器１６０ａ，１６０ｂの抵抗値をそれぞれＲａ，Ｒｂとすると、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が出力する直流電圧ＶＤＣは、以下の式（１）のように表される。
Assuming that the resistance values of the
ＶＤＣ＝（１＋Ｒａ／Ｒｂ）×Ｖｒｅｆ１ （１） VDC = (1 + Ra / Rb) × Vref1 (1)
したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、調光信号Ｓｄに応じて基準電圧Ｖｒｅｆ１を設定することによって、調光信号Ｓｄに応じた直流電圧ＶＤＣを出力することができる。
Therefore, the AC-
（照明器具の構成）
図３は、本実施形態の照明システムの照明器具を例示するブロック図である。
図４は、ＡＣ−ＤＣコンバータの入出力特性例および照明装置の調光の特性例を模式的に表したグラフである。
図３に示すように、照明器具２０は、点灯装置３０と、発光モジュール５０と、を含む。発光モジュール５０は、点灯装置３０の出力に接続されており、点灯装置３０から直流電力の供給を受けて点灯する。
(Structure of lighting equipment)
FIG. 3 is a block diagram illustrating a lighting fixture of the lighting system according to this embodiment.
FIG. 4 is a graph schematically illustrating an input / output characteristic example of the AC-DC converter and a light control characteristic example of the lighting device.
As shown in FIG. 3, the
発光モジュール５０は、発光素子５２を含む。発光素子５２は、複数含まれていてもよく、その場合には、発光素子５２は、直列に接続され、もしくは並列に接続され、または、直列接続されたものが並列に接続されていてもよい。
The
点灯装置３０は、入力端子３１ａ，３１ｂと、出力端子３１ｃ，３１ｄと、を含む。入力端子３１ａ，３１ｂには、配線４ａ，４ｂを介して、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の直流出力端子１１ｃ，１１ｄが接続される。
The
点灯装置３０は、スイッチ４４と、間欠駆動回路４５と、電力変換部３３と、を含む。スイッチ４４は、入力端子３１ａと電力変換部３３との間に直列に接続されている。スイッチ４４は、閉じたときには、電力変換部３３に入力電流を供給し、開放したときには、電力変換部３３への入力電流の供給を遮断する。電力変換部３３は、入力端子３１ａ，３１ｂおよびスイッチ４４を介して直流電圧ＶＤＣを入力して、直流電圧ＶＤＣに応じた出力電流ＩＦを設定する。スイッチ４４は、好ましくは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチである。電力変換部３３は、設定された出力電流ＩＦを出力端子３１ｃ，３１ｄを介して発光モジュール５０に供給する。
The
直流電圧ＶＤＣは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０が出力する直流電圧ＶＤＣに等しい。したがって、照明器具２０は、調光信号Ｓｄにしたがう光量で発光モジュール５０を発光させる。
The DC voltage VDC is equal to the DC voltage VDC output from the AC-
間欠駆動回路４５は、スイッチ４４の制御端子に接続されている。間欠駆動回路４５は、あらかじめ設定された周波数およびデューティサイクルでスイッチ４４を閉じ、開放する。
The
間欠駆動回路４５は、スイッチ４４を所定の周波数およびデューティサイクルで開閉することによって、点灯装置３０に流入する電流を間欠的に遮断する。点灯装置３０に供給される電流が遮断されることによって、入力端子３１ａにおける直流アーク放電の発生を防止する。スイッチ４４の両端の過電圧を防止するために、スイッチ４４の両端にスナバ回路４６を接続してもよい。
The
点灯装置３０は、スイッチ４４および間欠駆動回路４５によって、間欠的に電力の供給を受ける。そのため、点灯装置３０は、発光モジュール５０への電力供給が断続する場合がある。間欠駆動回路４５がスイッチ４４を駆動する周波数は、発光モジュール５０に供給される電力が断続するすることによってちらつき等を生じない程度に設定される。また、間欠駆動回路４５がスイッチ４４を駆動する周波数は、点灯装置３０のスイッチング素子３５のスイッチング周波数よりも十分低い値に設定される。間欠駆動回路４５がスイッチ４４を駆動する周波数は、商用周波数のゼロクロスの周波数程度であり、たとえば１００Ｈｚ程度である。
The
点灯装置３０は、この例では、降圧電源回路である。点灯装置３０は、入力コンデンサ３４と、スイッチング素子３５と、ダイオード３６と、制御回路３７と、コイル３８と、平滑コンデンサ３９と、抵抗器４０と、オペアンプ４１と、可変電源回路４２と、電圧制御部４３と、を含む。
The
入力コンデンサ３４の両端は、入力端子３１ａ，３１ｂに接続されている。入力コンデンサ３４の両端は、スイッチング素子３５およびダイオード３６の直列回路に接続されている。スイッチング素子３５とダイオード３６との接続ノードには、コイル３８の一端が接続されている。平滑コンデンサ３９の両端には、コイル３８の他端およびダイオード３６のアノードが接続されている。
Both ends of the
上述の点灯装置３０の回路の回路形式は、入力電圧の範囲や出力電圧の範囲、出力する電力容量等によって適切に選定される。たとえば、点灯装置３０の回路形式として、昇圧電源回路や、昇降圧電源回路等を用いてもよい。
The circuit format of the circuit of the
抵抗器４０は、この例では、低電位の出力端子３１ｄと平滑コンデンサ３９の低電位側の端子との間に接続されている。抵抗器４０は、点灯装置３０の出力電流ＩＦを検出して、検出電圧Ｖｓに変換する。抵抗器４０は、出力電流ＩＦを検出することができれば、他の箇所に接続されていてもよい。たとえば、高電位側の出力端子３１ｃと平滑コンデンサ３９の高電位側の端子との間に接続されてもよい。
In this example, the
オペアンプ４１の一方の入力端子は、抵抗器４０に接続されている。この入力端子によって、検出電圧Ｖｓがオペアンプ４１に入力される。オペアンプ４１の他方の入力端子は、可変電源回路４２の出力が接続されている。この入力端子によって、オペアンプ４１には、可変電源回路４２が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。
One input terminal of the
制御回路３７は、出力電流ＩＦに比例した検出電圧Ｖｓが、可変電源回路４２が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように、スイッチング素子３５のオン時間またはオフ時間を設定する。制御回路３７は、設定されたオン時間またはオフ時間でスイッチング素子３５を駆動する。これによって、出力電流ＩＦは、基準電圧Ｖｒｅｆ２によって設定された電流値に制御される。たとえば、最小の発光モジュール５０の光量を最小にする最小直流電圧Ｖａが入力された場合には、可変電源回路４２は、最小基準電圧Ｖｒｅｆ２ａを出力する。最大の発光モジュール５０の光量を最大にする最大直流電圧Ｖｂが入力された場合には、可変電源回路４２は、最大基準電圧Ｖｒｅｆ２ｂを出力する。
The
出力電流ＩＦは、基準電圧Ｖｒｅｆ２によって以下のように表される。
ＩＦ＝Ｖｒｅｆ２／Ｒｓ
ここで、Ｒｓは、抵抗器４０の抵抗値である。
The output current IF is represented by the reference voltage Vref2 as follows.
IF = Vref2 / Rs
Here, Rs is the resistance value of the
電圧制御部４３は、高電位側の入力端子３１ａに接続されている。電圧制御部４３は、可変電源回路４２に接続されている。電圧制御部４３は、入力端子３１ａから直流電圧ＶＤＣを入力して、出力電流ＩＦを出力するように、可変電源回路４２に対して制御信号を供給する。可変電源回路４２は、制御信号に応じて基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を設定して出力する。
The
直流電圧ＶＤＣの値およびその直流電圧ＶＤＣに対する出力電流ＩＦの値（基準電圧Ｖｒｅｆ２の値）は、たとえば電圧制御部４３にテーブルとして記憶されている。
The value of the DC voltage VDC and the value of the output current IF with respect to the DC voltage VDC (the value of the reference voltage Vref2) are stored as a table in the
図４の実線の特性曲線Ａに示すように、出力電流ＩＦは、直流電圧ＶＤＣに対して単調に増加する。このテーブルは、直流電圧ＶＤＣの各値に対する出力電流ＩＦの組として電圧制御部４３に記憶されているたとえば、最小直流電圧Ｖａに対しては、最小の出力電流Ｉａ、すなわち消灯が対応している。最大直流電圧Ｖｂに対しては、最大の出力電流Ｉｂ、すなわち全点灯が対応している。
As shown by a solid characteristic curve A in FIG. 4, the output current IF increases monotonously with respect to the DC voltage VDC. This table is stored in the
図４の実線の特性Ｂに示すように、直流電圧ＶＤＣが最大直流電圧Ｖｂ以上の場合には、出力電流ＩＦは、最大出力電流Ｉｂで一定となる。 As shown by the solid line characteristic B in FIG. 4, when the DC voltage VDC is equal to or higher than the maximum DC voltage Vb, the output current IF is constant at the maximum output current Ib.
なお、図４の一点鎖線の特性曲線Ｃに示すように、点灯装置３０に入力される直流電圧ＶＤＣが最大直流電圧Ｖｂよりも高い電圧Ｖｃ以上の場合には、出力することができる出力電流ＩＦを低減するようにしてもよい。Ｖｃよりも高い電圧Ｖｄに達した場合には、過電圧入力であるとして、出力を遮断するようにしてもよい。
As indicated by the one-dot chain line characteristic curve C in FIG. 4, when the DC voltage VDC input to the
また、発光モジュール５０がＬＥＤ等の半導体発光素子を用いている場合には、低電流領域において、半導体発光素子は、電流変化に対する光量の変化が小さくなる。一方で、半導体発光素子は、印加電圧による光量の変化が大きくなる。そのため、最小直流電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｅを設定し、ＶｅとＶａとの間で電圧制御を行うことによって発光モジュール５０の光量の制御を行うようにしてもよい。
Further, when the
電圧Ｖａ〜Ｖｅは、点灯する発光モジュール５０に印加すべき電圧や、発光モジュール５０に供給する電力等にもとづいて適切な値を任意に設定することができる。電圧Ｖａ〜Ｖｅを任意に設定することによって、点灯装置３０の回路の形式については、適切な形式を選定することができる。たとえば、発光モジュール５０における発光素子５２の直列数が多く、発光モジュール５０の動作電圧が高い場合には、電圧Ｖａ〜Ｖｅを低めに設定して、点灯回路を昇圧電源回路や、トランスを用いて構成することができる。
The voltages Va to Ve can arbitrarily be set to appropriate values based on the voltage to be applied to the
（照明システムおよび照明装置の動作）
本実施形態の照明システムおよび点灯装置の動作について説明する。
図５は、本実施形態の照明システムの照明器具の動作を説明するための一部断面図である。
照明システム１００のＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、図４の特性曲線Ａによって、調光度Ｄを示す調光信号Ｓｄに応じた直流電圧ＶＤＣを出力する。図４の特性曲線Ａに示すように、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、最小の調光度Ｄｍｉｎを有する調光信号Ｓｄを受信したときに、最小直流電圧Ｖａを出力する。ＡＣ−ＤＣコンバータ１０は、最大の調光度Ｄｍａｘを有する調光信号Ｓｄを受信したときに、最大直流電圧Ｖａを出力する。
(Operation of lighting system and lighting device)
Operations of the illumination system and the lighting device of the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining the operation of the lighting fixture of the lighting system of the present embodiment.
The AC-
点灯装置３０は、図４の特性曲線Ａにしたがって、直流電圧ＶＤＣに応じた出力電流ＩＦを出力し、発光モジュール５０を点灯させる。
The
図５に示すように、本実施形態の照明システム１００に用いられる照明器具２０は、たとえば、電球形のＬＥＤランプである。照明器具２０は、ベース２１と、筐体２２と、透光シールド２３と、をさらに含む。点灯装置３０は、筐体２２内に収納されている。発光モジュール５０は、発光素子５２が基板５１上に設けられている。発光素子５２は、基板５１上で発光面が透光シールド２３側に向くように設けられている。発光モジュール５０は、点灯装置３０の出力端子３１ｃ，３１ｄとコネクタ等により電気的に接続されて、筐体２２内に収納されている。
As shown in FIG. 5, the
ベース２１は、点灯装置３０の一部を収納するとともに、入力端子３１ａ，３１ｂを配線によって電極３３ａ，３３ｂにそれぞれ接続している。電極３３ａ，３３ｂは、絶縁材３３ｃとともに口金３２を形成している。
The base 21 houses a part of the
筐体２２は、たとえばアルミニウムを含む金属で形成されており、点灯装置３０および発光モジュール５０と熱的に結合させることによって、これらで発生する熱を効率よく放熱するヒートシンクとしての機能を有する。筐体２２の外表面は、安全のために絶縁物でおおわれている。
The
透光シールド２３は、発光モジュール５０上に設けられた発光素子５２から放射される光を透過するとともに発光モジュール５０を外部環境から保護する。
The translucent shield 23 transmits light emitted from the
ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の直流出力端子１１ｃ，１１ｄは、配線４ａ，４ｂを介してレセプタクル８に設けられた電極９ａ，９ｂにそれぞれ接続されている。
The
照明器具２０の口金３２は、オネジが切られており、レセプタクル８には、メネジが切られている。照明器具２０は、白熱電球を取り付けるようにねじ込むことによって取り付けを行うことができる。同様にして、照明器具２０は、取り外しを行うことができる。
The
レセプタクル８の電極９ａは、バネ状に付勢されており、照明器具２０がねじ込まれたときに、電極３３ａとの間で確実に電気的に接続される。
The
照明器具２０は、白熱電球を取り付けるようにねじ込みながら、口金３２をレセプタクル８に接続する。口金３２をレセプタクル８にねじ込むことによって、照明器具２０の一方の電極３３ａは、レセプタクル８の一方の電極９ａに接続される。照明器具２０の他方の電極３３ｂは、レセプタクル８の他方の電極９ｂに接続される。このようにして、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の直流出力端子１１ｃ，１１ｄと照明器具２０の入力端子３１ａ，３１ｂとは、電気的に接続される。
The
照明器具２０は、反時計方向に回すことによって、口金３２をレセプタクル８から取り外す。口金３２をレセプタクル８から取り外すすことによって、照明器具２０の一方の電極３３ａは、レセプタクル８の一方の電極９ａとの電気的接続を切断される。照明器具２０の他方の電極３３ｂは、レセプタクル８の他方の電極９ｂとの電気的接続を接続されている。
The
一般に、直流アーク放電は、直流電圧が印加されている箇所を断続することによって発生する。直流アーク放電を繰り返し発生すると、電極の摩耗、劣化等を生じ、接続不良等を生じやすくなる。また、直流アークが照明器具の取り扱い者の近傍で発生すると感電ややけど等の被害を及ぼすおそれがある。上述のような照明器具２０においては、取り外し時に、電極３３ａとレセプタクル８の電極９ａとの間で直流アーク放電が発生し得る。
In general, direct-current arc discharge is generated by intermittently connecting a portion to which a direct-current voltage is applied. When the DC arc discharge is repeatedly generated, the electrodes are worn and deteriorated, and the connection is likely to be poor. In addition, if a direct current arc is generated in the vicinity of the person who handles the luminaire, there is a risk of electric shock or burns. In the
商用の交流電圧によって動作させる照明器具の場合には、入力される交流電圧はゼロクロスするタイミングがあり、ゼロクロスの近傍の期間では、照明器具に印加される電圧が低くなり、照明器具への電流供給が絶たれるためにアーク放電は生じにくい。本実施形態の照明システム１００の照明器具２０では、間欠駆動回路４５によって、入力電流を周期的に断続させるスイッチ４４を設けている。このスイッチ４４が照明器具２０に入力する電流を周期的に遮断することによって、口金３２をレセプタクル８から取り外すときに、電極９ａと電極３３ａとの間で直流アーク放電を発生しにくくなる。
In the case of a luminaire operated by a commercial AC voltage, the input AC voltage has a timing of zero crossing, and during the period near the zero cross, the voltage applied to the luminaire becomes low, and current supply to the luminaire Arc discharge is less likely to occur because In the
上述では、照明器具２０が電球形のＬＥＤランプである場合の例について説明したが、その他の形式の照明器具にも適用することができる。たとえば、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０の出力の電極と照明器具の入力の電極との間の接続を他のコネクタ形式を用いた場合であっても同様に直流アーク放電を防止することができる。
Although the example in the case where the
本実施形態の照明システムおよび照明器具の作用および効果について説明する。
本実施形態の照明システム１００では、調光度Ｄを表す調光信号Ｓｄに応じて値が設定された直流電圧ＶＤＣを出力するＡＣ−ＤＣコンバータ１０と、入力された直流電圧ＶＤＣの値に応じて出力電流を設定する照明器具とを備えている。そのため、調光のための信号線を設けることなく、２線式で調光を行う照明システム１００を実現することができる。
The operation and effect of the lighting system and the lighting fixture of this embodiment will be described.
In the
本実施形態の照明システム１００の照明器具２０は、入力電流を所定のデューティサイクルで断続させるスイッチ４４を含んでいるので、コネクタや口金等による電気的接続時および切断時の電流値を実質的に小さくすることができる。そのため、照明器具２０の取り外し時に、直流アーク放電を生じにくくなり、電極３３ａ，３３ｂの劣化等を防止し、安全性を高めることができる。
Since the
（変形例１）
上述の実施形態では、照明器具の入力端子３１ａと入力コンデンサ３４との間にスイッチ４４を挿入して、入力電流を断続させたが、スイッチの位置を他の箇所にすることによって入力電流を断続させてもよい。
図６は、変形例の照明器具を例示するブロック図である。
図６に示すように、照明器具１２０は、点灯装置１３０と、発光モジュール５０と、を含む。点灯装置１３０は、電力変換部１３３ａを含む。電力変換部１３３ａは、スイッチ１４４を含む。スイッチ１４４は、コイル３８に直列に接続されている。スイッチ１４４は、間欠駆動回路４５によって所定のデューティサイクルで断続される。スイッチ１４４が所定の周波数でコイル３８の電流を遮断するので、点灯装置１３０から発光モジュール５０に供給する出力電流が低下する。そのため、照明器具１２０に入力される電流が低減されるので、直流アーク放電を生じにくくすることができる。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the
FIG. 6 is a block diagram illustrating a lighting fixture of a modified example.
As shown in FIG. 6, the
（変形例２）
発光モジュール５０に供給する電流を間欠させて、点灯装置に入力される電流を低減するために、他の方法を用いることができる。
図７は、他の変形例の照明器具を例示するブロック図である。
図７に示すように、照明器具２２０は、点灯装置２３０と、発光モジュール５０と、を含む。点灯装置２３０は、電力変換部２３３と、スイッチ２４４を含む。スイッチ２４４は、オペアンプ４１の出力と固定された定電圧源２４７との間に接続されている。スイッチ２４４が閉じると、オペアンプ４１の出力は、プルアップされる。プルアップされたオペアンプ４１の出力は、制御回路３７に入力されて、制御回路３７は、スイッチング素子３５のオン時間をゼロにするように動作する。点灯装置２３０は、発光モジュール５０に供給する電流を遮断する。そのため、照明器具２２０に入力される電流が低減されるので、直流アーク放電を生じにくくなる。
(Modification 2)
Other methods can be used in order to reduce the current input to the lighting device by intermittently supplying the current supplied to the
FIG. 7 is a block diagram illustrating a lighting fixture of another modification.
As shown in FIG. 7, the
（変形例３）
スイッチング素子３５を間欠的に動作させることによって、発光モジュール５０に供給する電流を間欠的に遮断し、照明器具に入力する電流を間欠的に低減させるようにしてもよい。
図８（ａ）は、他の変形例の照明器具を例示するブロック図である。図８（ｂ）および図８（ｃ）は、コイルに流れる電流の動作波形例を示す図である。
図８（ａ）に示すように、照明器具３２０は、点灯装置３３０と、発光モジュール５０と、を含む。点灯装置３３０は、電力変換部３３３を含む。電力変換部３３３は、制御回路３３７を含む。
(Modification 3)
By operating the switching
FIG. 8A is a block diagram illustrating a lighting fixture of another modification. FIG. 8B and FIG. 8C are diagrams illustrating examples of operation waveforms of the current flowing through the coil.
As shown in FIG. 8A, the
制御回路３３７は、間欠動作回路３４４を含んでいる。間欠動作回路３４４は、たとえば発光モジュール５０に供給する出力電流を監視して、出力電流があらかじめ設定された値よりも小さくなった場合に、スイッチング素子３５の駆動を停止する。
The
制御回路３３７は、出力電流が所定の値以上の場合には、図８（ｂ）に示すように、コイル３８に流れる電流が連続的になるようにスイッチング素子３５を駆動する。このときの状態は、一般にコイル電流連続モードともいう。
When the output current is greater than or equal to a predetermined value, the
制御回路３３７は、出力電流が所定の値よりも小さい場合には、図８（ｃ）に示すように、コイル３８に流れる電流が断続するようにスイッチング素子３５を駆動する。このときの状態は、一般にコイル電流不連続モードまたはコイル電流断続モードともいう。
When the output current is smaller than a predetermined value, the
コイル電流不連続モードでは、コイル３８に流れる電流がゼロになる期間がある。そのため、点灯装置３３０に入力する電流がこの期間に応じて低減される。このような状態において、照明器具３２０をレセプタクル８から取り外せば、直流アーク放電を発生しにくくすることができる。
In the coil current discontinuous mode, there is a period in which the current flowing through the
本変形例では、点灯回路にスイッチを追加することなく、直流アーク放電の発生を低減させることができる。 In this modification, it is possible to reduce the occurrence of DC arc discharge without adding a switch to the lighting circuit.
以上説明した実施形態によれば、ＬＥＤやＯＬＥＤ等の調光制御を簡素な２線式で行うことができる点灯装置、照明装置および照明システムを実現することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to realize a lighting device, a lighting device, and a lighting system that can perform dimming control of LEDs, OLEDs, and the like with a simple two-wire system.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
１ 交流電源、２ 調光装置、４ａ，４ｂ 配線、８ レセプタクル、１０ ＡＣ−ＤＣコンバータ、１２ 整流回路、１３ ＰＦＣ回路、１４ 平滑回路、１５ 電力変換回路、１５２ 制御回路、１５３ スイッチング素子、１５４ トランス、１５５ ダイオード、１５６ 平滑コンデンサ、１５８ オペアンプ、１５９ 可変電源回路、１６０ａ，１６０ｂ 抵抗器、２０，１２０，２２０，３２０ 照明器具、２１ ベース、２２ 筐体、２３ 透光シールド、３０，１３０，２３０，３３０ 点灯装置、３２ 口金、３４ 入力コンデンサ、３５ スイッチング素子、３６ ダイオード、３７，３３７ 制御回路、３８ コイル、３９ 平滑コンデンサ、４０ 抵抗器、４１ オペアンプ、４２ 可変電源回路、４３ 電圧制御部、４４，２４４ スイッチ、４５ 間欠駆動回路、４６ スナバ回路、５０ 発光モジュール、５１ 基板、５２ 発光素子、３４４ 間欠動作回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記入力端子を介して前記直流電圧を入力して、前記直流電圧に応じた出力電流を照明負荷に供給する電力変換部と、
前記入力端子と前記照明負荷との間に接続され、入力される電流を断続する第１スイッチと、
を備えた点灯装置。 An input terminal to which a DC voltage is input;
A power converter that inputs the DC voltage via the input terminal and supplies an output current corresponding to the DC voltage to a lighting load;
A first switch that is connected between the input terminal and the lighting load and interrupts an input current;
Lighting device with
前記第１スイッチは、前記第２スイッチに流れる電流を断続させる請求項１記載の点灯装置。 The power conversion unit includes a second switch that switches the DC voltage at a higher frequency than the first switch,
The lighting device according to claim 1, wherein the first switch interrupts a current flowing through the second switch.
前記制御部は、前記第１スイッチを所定の期間オフさせて前記第２スイッチを断続させる請求項３記載の点灯装置。 The power conversion unit includes a control unit that sets the output current according to the DC voltage,
The lighting device according to claim 3, wherein the control unit turns off the first switch for a predetermined period to intermittently connect the second switch.
前記入力端子を介して前記直流電圧を入力して、前記直流電圧に応じた出力電流を照明負荷に供給する電力変換部と、
を備え、
前記電力変換部は、
前記直流電圧を第１周波数以上で断続するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子によって駆動されるコイルと、
前記直流電圧を入力して前記直流電圧に応じた出力電流に制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記出力電流が所定の値よりも小さいときに、前記第１周波数よりも低い周波数を有する第２周波数で前記スイッチング素子を断続する点灯装置。 An input terminal to which a DC voltage is input;
A power converter that inputs the DC voltage via the input terminal and supplies an output current corresponding to the DC voltage to a lighting load;
With
The power converter is
A switching element that interrupts the DC voltage at a first frequency or higher;
A coil driven by the switching element;
A control unit that inputs the DC voltage and controls the output current according to the DC voltage;
Including
The controller is
A lighting device that intermittently switches the switching element at a second frequency having a frequency lower than the first frequency when the output current is smaller than a predetermined value.
前記点灯装置から前記出力電流を供給されて点灯する前記照明負荷と、
を備えた照明器具。 A lighting device according to any one of claims 1 to 5,
The lighting load that is lit by being supplied with the output current from the lighting device;
Lighting equipment with
前記照明器具に、前記出力電流となるように前記直流電圧を供給するＡＣ−ＤＣコンバータと、
を備えた照明システム。 A lighting fixture according to claim 6;
An AC-DC converter that supplies the DC voltage to the lighting apparatus so as to be the output current;
With lighting system.
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