JP2020027751A - Lighting device and lighting apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。 The present invention relates to a lighting device and a lighting fixture using the same.
発光素子の明るさを広範囲に亘って滑らかに変化することを可能にした照明器具に関する技術が開示されている(特許文献1)。当該技術では、外部からの調光信号に応じてオンデューティ比が変化するPWM信号に従って第1のトランジスタをオン/オフさせることでLEDに流れる電流を調整する第1電流調整部と、調光信号に従って第2のトランジスタのゲートに印加する電圧を変化させることでLEDに流れる電流を調整する第2電流調整部とを備える。そして、調光信号による調光レベルが所定値以上である場合には、第1電流調整部によりLEDの明るさを制御し、調光レベルが所定値より小さい場合には、調光レベルが所定値である場合における第1電流調整部の制御状態を保ちつつ、第2電流調整部によりLEDの明るさを制御する。 There is disclosed a technology relating to a lighting fixture that enables the brightness of a light emitting element to be smoothly changed over a wide range (Patent Document 1). In this technology, a first current adjustment unit that adjusts a current flowing through an LED by turning on / off a first transistor in accordance with a PWM signal whose on-duty ratio changes according to an external dimming signal; And a second current adjustment unit that adjusts the current flowing through the LED by changing the voltage applied to the gate of the second transistor according to Then, when the dimming level by the dimming signal is equal to or higher than a predetermined value, the brightness of the LED is controlled by the first current adjusting unit. The brightness of the LED is controlled by the second current adjustment unit while maintaining the control state of the first current adjustment unit in the case of the value.
また、発光素子のちらつきを抑えることを目的とした照明器具に関する技術が開示されている(特許文献2)。当該技術における点灯装置は、整流回路、変換回路、定電流回路、制御回路を備え、定電流回路の出力電圧が一定となるように交流/直流変換回路の出力電圧を制御する。 In addition, a technique relating to a lighting fixture for suppressing flickering of a light emitting element is disclosed (Patent Document 2). A lighting device according to the related art includes a rectifier circuit, a conversion circuit, a constant current circuit, and a control circuit, and controls an output voltage of an AC / DC conversion circuit so that an output voltage of the constant current circuit becomes constant.
図9は、従来の点灯装置100の構成例を示す。点灯装置100では、DC調光信号とPWM調光信号に応じて電流調整回路14においてトランジスタQ1を制御することで、直流電源回路10から発光素子12へ印加される電圧を調整して調光を行う。PWM調光信号がハイレベル(H)のときトランジスタQ1はオン状態となり、PWM調光信号がローレベル(L)のときトランジスタQ1はオフ状態となる。PWM調光信号の大きさによってトランジスタQ1のオン状態とオフ状態のデューティ比を変化させることができ、これに伴って発光素子12の明るさを広範囲に亘って調整することを可能としている。
FIG. 9 shows a configuration example of a
ところで、従来の点灯装置100において直流電源回路10が一定電圧を出力する場合、出力電圧V0は負荷となる発光素子12の順電圧VFよりも大きい値であることが必要である。しかしながら、発光素子12の順電圧VFにはばらつきがあり、また温度によっても変化するため、直流電源回路10の出力電圧V0は発光素子12の順電圧VFに対して大きな余裕を持たせる必要がある。また、PWM調光状態においてトランジスタQ1がオフ状態になると、発光素子12の順電圧VFが小さくなり不定となる。このとき、電流調整回路14の端子電圧VDを安定に制御できることが望まれている。
Meanwhile, when the DC
本発明は、安定して発光素子を点灯させることができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a lighting device capable of stably lighting a light-emitting element and a lighting fixture using the same.
本発明の一つの態様は、調光指令値に基づいた電流を発光素子に供給する点灯装置であって、前記発光素子に電圧を印加する直流電源回路と、前記直流電源回路からの出力電圧を制御する直流電源制御回路と、前記発光素子に直列に接続され、前記調光指令値に応じて前記発光素子に流れる電流を制御する電流調整回路と、前記直流電源回路の出力電圧に応じた第1フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第1フィードバック回路と、前記発光素子と前記電流調整回路との接続点の電圧を検出し、前記接続点の電圧に応じた第2フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第2フィードバック回路と、を備え、前記電流調整回路は、前記発光素子にPWM変調された電流を供給するPWM調光制御が可能であり、前記電流調整回路がPWM調光制御されているとき、前記直流電源制御回路は、前記第1フィードバック信号に応じて前記直流電源回路の出力電圧が一定となるように制御し、前記電流調整回路がPWM調光制御されていないとき、前記直流電源制御回路は、前記第2フィードバック信号に応じて前記接続点の電圧が一定となるように前記直流電源回路からの出力電圧を制御することを特徴とする点灯装置である。 One aspect of the present invention is a lighting device that supplies a current based on a dimming command value to a light emitting element, and includes a DC power supply circuit that applies a voltage to the light emitting element, and an output voltage from the DC power supply circuit. A DC power supply control circuit for controlling, a current adjustment circuit connected in series to the light emitting element, for controlling a current flowing through the light emitting element according to the dimming command value, and a current adjusting circuit corresponding to an output voltage of the DC power supply circuit (1) a first feedback circuit that supplies a feedback signal to the DC power supply control circuit, and a voltage at a connection point between the light emitting element and the current adjustment circuit is detected, and a second feedback signal corresponding to the voltage at the connection point is generated. A second feedback circuit for supplying a DC power supply control circuit, wherein the current adjustment circuit is capable of performing PWM dimming control for supplying a PWM-modulated current to the light emitting element. When the current adjustment circuit is under PWM dimming control, the DC power supply control circuit controls the output voltage of the DC power supply circuit to be constant according to the first feedback signal, and the current adjustment circuit performs PWM control. When dimming control is not performed, the DC power supply control circuit controls an output voltage from the DC power supply circuit so that a voltage at the connection point is constant according to the second feedback signal. It is a lighting device.
ここで、前記第1フィードバック信号と前記第2フィードバック信号のうち電圧値が低い方の信号を前記直流電源制御回路へ供給することが好適である。 Here, it is preferable that a signal having a lower voltage value among the first feedback signal and the second feedback signal is supplied to the DC power supply control circuit.
また、前記電流調整回路は、前記発光素子に供給される電流を制御する電流調整素子と、前記電流調整素子に流れる電流を検出する電流検出素子と、前記電流検出素子によって検出された電流値と前記調光指令値に基づく電流指令値との差を増幅する誤差増幅回路と、を備え、前記電流調整素子は、前記誤差増幅回路の出力に応じて、前記電流検出素子によって検出された検出値と前記電流指令値とが所定の範囲内に収まるように前記発光素子に供給される電流を調整することが好適である。 Further, the current adjustment circuit is a current adjustment element that controls a current supplied to the light emitting element, a current detection element that detects a current flowing through the current adjustment element, and a current value detected by the current detection element. An error amplification circuit that amplifies a difference from a current command value based on the dimming command value, wherein the current adjustment element detects a detection value detected by the current detection element in accordance with an output of the error amplification circuit. It is preferable to adjust the current supplied to the light emitting element such that the current and the current command value fall within a predetermined range.
本発明の別の態様は、上記点灯装置を備える照明器具である。 Another embodiment of the present invention is a lighting fixture including the lighting device.
本発明によれば、安定して発光素子を点灯させることができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lighting device which can light a light emitting element stably and the lighting fixture using the same can be provided.
本発明の実施の形態における点灯装置200は、直流電源回路202、直流電源制御回路204、電流調整回路206及びフィードバック回路208を含んで構成される。点灯装置200は、発光素子210に接続される。点灯装置200及び発光素子210が組み合わされることで照明器具300として使用される。
The
直流電源回路202は、発光素子210に対して電力を供給する電源回路である。直流電源制御回路204は、フィードバック回路208からのフィードバック信号に基づいて直流電源回路202からの出力電圧を制御する制御回路である。電流調整回路206は、調光信号に基づいて発光素子210に流れる電流を制御して、発光素子210の発光における明るさを調整する調整回路である。フィードバック回路208は、発光素子210と電流調整回路206の状態をフィードバック信号として直流電源制御回路204へフィードバックする回路である。
The DC
発光素子210は、例えば、発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)等とすることができる。ただし、発光素子210は、これらに限定されるものではなく、他の発光素子を適用してもよい。発光素子210は、直流電源回路202から電力を受けて発光する。発光素子210の発光強度(明るさ)は、電流調整回路206による発光素子210に流れる電流値の制御によって行われる。
The
図2は、照明器具300の具体的な回路構成を示す図である。以下、図2を参照しつつ、直流電源回路202、直流電源制御回路204、電流調整回路206及びフィードバック回路208について説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific circuit configuration of the
直流電源回路202は、一例として、フライバック回路を含んだ構成としている。直流電源回路202は、整流回路及びスイッチング素子QSW(パワーMOSFET等)を含んで構成される。整流回路は、商用電源等の交流電力を受けて直流電力に変換する回路である。整流回路は、ダイオードブリッジによる全波整流回路とすることができる。ただし、これに限定されるものではなく、整流回路をPFC回路やEMIフィルタ回路を含むものとしてもよい。スイッチング素子QSWは、直流電源制御回路204によってスイッチング制御される。スイッチング素子QSWのオン期間中に絶縁トランスに電力を蓄え、スイッチング素子QSWをオフに切り替えることによって絶縁トランスの逆起電力を利用して蓄えられていた電力を出力する。これによって、スイッチング素子QSWのスイッチングに応じた出力電圧V0を出力する。
The DC
直流電源制御回路204は、直流電源回路202のスイッチング素子QSWをスイッチング制御することによって直流電源回路202からの出力電圧V0を制御する回路である。直流電源制御回路204は、後述するフィードバック回路208からフィードバック信号FBを受けて、フィードバック信号FBに応じて直流電源回路202のスイッチング素子QSWをスイッチング制御する。すなわち、フィードバック信号FBのフィードバック電圧VRに応じてスイッチング素子QSWのオン期間とオフ期間との比(オンデューティ比)を調整することによって直流電源回路202からの出力電圧V0を制御する。
The DC power
本実施の形態では、直流電源制御回路204は、シャントレギュレータQSRを含む回路構成としている。シャントレギュレータQSRは、基準電圧VREFとリファレンス端子に入力されるフィードバック信号FBのフィードバック電圧VRとの電圧差(誤差電圧)を増幅する誤差増幅器を有し、誤差電圧に応じたカソード電流を流す。フィードバック電圧VRが基準電圧VREFを超えるとシャントレギュレータQSRのカソード電流が流れ、フォトカプラPCを介して制御回路に信号が伝えられる。制御回路は、フォトカプラPCからの信号を受けて、フィードバック電圧VRが基準電圧VREFより小さい場合に直流電源回路202からの出力電圧V0が大きくなるように、フィードバック電圧VRが基準電圧VREFより大きい場合に直流電源回路202からの出力電圧V0が小さくなるようにスイッチング素子QSWのスイッチングを制御する。
In this embodiment, the DC power
電流調整回路206は、外部から調光信号を受けて、調光信号に応じて発光素子210へ流れる電流IOUTとなるように制御を行う。電流調整回路206の制御回路は、外部から調光信号に応じてDC調光信号及びPWM調光信号を出力する。DC調光信号は、図3に示すように、調光信号が所定値未満では一定値となり、当該所定値以上において単調増加する信号である。PWM調光信号は、図3に示すように、当該所定値未満では単調増加するPWM変調のデューティ比を示し、当該所定値以上で一定値となる信号である。DC調光信号は、オペアンプ(誤差増幅器)OPの非反転入力端子(+)に入力される。PWM調光信号は、スイッチ素子Q2のベース端子に入力される。スイッチ素子Q2のエミッタ端子は、抵抗R2を介してオペアンプ(誤差増幅器)OPの反転入力端子(−)に接続される。これにより、スイッチング素子Q1のスイッチングが制御されて、外部からの調光信号が当該所定値未満では発光素子210へ供給される電流IOUTがPWM変調される。このとき、PWM調光信号が示すデューティ比が増加するにつれて電流IOUTを増加させるようにスイッチング素子Q1のスイッチングが制御される。一方、外部からの調光信号が当該所定値以上では、DC変調信号に応じて発光素子210へ供給される電流IOUTは単調増加する。
The
このように、DC調光状態とPWM調光状態を切り替えることによって、図3に示すように、発光素子210をより明るく発光させる場合には発光素子210に対して常に電流IOUTを供給し、発光素子210を暗く発光させる場合には発光素子210に対してPWM変調された断続的な電流IOUTを供給する。これによって、DC調光状態のみで調光するよりも暗い状態、いわゆる深い調光状態において発光素子210の明るさを調整することができる。
In this way, by switching between the DC dimming state and the PWM dimming state, as shown in FIG. 3, when the
フィードバック回路208は、直流電源回路202の出力電圧V0又は電流調整回路206の出力電圧VDのいずれか一方に基づくフィードバック信号FBを直流電源制御回路204へ出力する。本実施の形態では、図2に示すように、スイッチング素子SW1,SW2を制御する切替回路を含んで構成される。
The
具体的には、電流調整回路206がPWM調光制御されているとき、切替回路はSW1をオフ状態及びSW2をオン状態にする。これによって、直流電源制御回路204の出力電圧V0を分圧して得られた電圧V1に応じた第1フィードバック信号FB1が直流電源制御回路204に供給される。一方、電流調整回路206がPWM調光制御されていないとき、切替回路はSW1をオン状態及びSW2をオフ状態にする。これによって、電流調整回路206のスイッチング素子Q1及び検出抵抗R0の端子電圧である出力電圧VDが第2フィードバック信号FB2として直流電源制御回路204に供給される。
Specifically, when the
直流電源制御回路204は、電流調整回路206がPWM調光制御されているときには第1フィードバック信号FB1に応じて、第1フィードバック信号FB1がシャントレギュレータQSRの基準電圧VREFに一致するように直流電源回路202の出力電圧V0を制御する。これによって、直流電源回路202の出力電圧V0が一定となるように制御される。また、直流電源制御回路204は、電流調整回路206がPWM調光制御されていないときには第2フィードバック信号FB2に応じて、第2フィードバック信号FB2がシャントレギュレータQSRの基準電圧VREFに一致するように直流電源回路202の出力電圧V0を制御する。これによって、電流調整回路206の出力電圧VDが一定となるように直流電源回路202からの出力電圧V0が制御される。
DC power
図4に示すように、PWM調光制御が行われているときにはスイッチング素子Q1がオフ状態で出力電圧VDが大きくなっても、直流電源制御回路204の出力電圧V0に応じて出力電圧V0が一定になるように直流電源回路202が制御される。このとき、出力電圧VDは大きくなってしまうおそれがあるが、PWM調光制御時には電流IOUTが小さいので、結果として電流調整回路206の損失は著しく大きくなることはない。一方、図4に示すように、PWM調光制御が行われていないとき(DC調光制御が行われているとき)には、電流調整回路206の出力電圧VDに応じて出力電圧VDが一定になるように直流電源回路202が制御される。したがって、PWM調光制御時に比べて電流IOUTが大きくなったとしても電流調整回路206の損失を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, also increases the output voltage V D switching element Q1 is in the off state when the PWM dimming control is performed, the output voltage V according to the output voltage V 0 which DC power
なお、図5に示すように、調光指令値がA0未満、A0以上A1以下、A1を超える3つの領域に分割して制御するようにしてもよい。調光指令値がA0未満のときには、直流電源制御回路204の出力電圧V0を分圧して得られた電圧に応じた第1フィードバック信号FB1を直流電源制御回路204に入力して制御を行う。調光指令値がA1を超えるときには、電流調整回路206の出力電圧VDを第2フィードバック信号FB2として直流電源制御回路204に入力して制御を行う。調光指令値がA0以上A1以下のときには、第1フィードバック信号FB1と第2フィードバック信号FB2とを比率に応じて混ぜて直流電源制御回路204に入力して制御する。このような制御を行うことによって、図5に示すように、PWM調光制御とDC調光制御との切替領域(調光指令値がA0以上A1以下の領域)における電圧の跳びが無くなる。したがって、発光素子210の発光をフェードインやフェードアウトさせる際に発光素子210の明るさを急激に変化させることなく、滑らかに制御することができる。
As shown in FIG. 5, the dimming control value may be divided into three areas smaller than A0, A0 or more, A1 or less, and more than A1, and control may be performed. When dimming command value is less than A0 controls to input the first feedback signal FB1 corresponding to a voltage which is an output voltage V 0 which DC power
[変形例1]
図6は、変形例1における照明器具302の構成を示す図である。本変形例では、上記実施の形態におけるフィードバック回路208を別の構成のフィードバック回路208−1に置き換えた構成としている。直流電源回路202、直流電源制御回路204及び電流調整回路206は、上記実施の形態の照明器具300と同様の構成とすればよい。
[Modification 1]
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a
フィードバック回路208−1は、オペアンプQA,QBを含んで構成される。オペアンプQAの非反転入力端子(+)には電流調整回路206の出力電圧VDが入力され、オペアンプQAの反転入力端子(−)にはダイオードを介して出力端子の信号がフィードバック入力される。オペアンプQBの非反転入力端子(+)には直流電源回路202の出力電圧V0を抵抗Rh及び抵抗Rlで分圧した電圧V1が入力され、オペアンプQBの反転入力端子(−)にはダイオードを介して出力端子の信号がフィードバック入力される。
Feedback circuit 208-1 is configured to include an operational amplifier Q A, a Q B. The non-inverting input terminal of the operational amplifier Q A (+) is input the output voltage V D of the
図7は、変形例1における照明器具302の作用を説明する図である。電圧V0の分圧比は、直流電源制御回路204のシャントレギュレータQSRの基準電圧VREFに対してVREF=Vth×Rl/(Rh+Rl)となるように設定する。ここで、電圧閾値Vthは、DC調光制御とPWM調光制御の切り替え点Cのときの発光素子210の順電圧VFよりも大きい電圧に設定することが好適である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the
領域Aでは、電圧V1は出力電圧VDより高くなる。すると、オペアンプQBに付随するダイオードはオフ状態となり、オペアンプQAに付随するダイオードはオン状態となる。したがって、直流電源制御回路204のシャントレギュレータQSRのリファレンス端子には出力電圧VDが入力される。一方、領域Bでは、電圧V1は出力電圧VDより低くなる。すると、オペアンプQBに付随するダイオードはオン状態となり、オペアンプQAに付随するダイオードはオフ状態となる。したがって、直流電源制御回路204のシャントレギュレータQSRのリファレンス端子には電圧V1が入力される。
In region A, voltages V 1 is higher than the output voltage V D. Then, the diode associated with the operational amplifier Q B is turned off, the diode associated with the operational amplifier Q A is turned on. Therefore, the reference terminal of the shunt regulator Q SR of the DC power
このような構成とすることによって、領域Aでは出力電圧VDに基づいて出力電圧VDが一定に維持されるように直流電源回路202からの出力電圧V0が制御される。また、領域Bでは電圧V1に基づいて電圧V1が一定に維持されるように直流電源回路202からの出力電圧V0が制御される。
With such a configuration, the output voltage V 0 which from the DC
以上のように、変形例1における照明器具302の構成によっても上記実施の形態における照明器具300と同様の効果を得ることができる。
As described above, even with the configuration of the
[変形例2]
図8に示すように、電流調整回路206の出力端子間に平滑コンデンサCを接続した構成としてもよい。これによって、電流調整回路206によってオン/オフ制御された電流が整流され、発光素子210における光のちらつきや残像感、撮影時におけるフリッカの発生等を抑制することができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 8, a configuration may be employed in which a smoothing capacitor C is connected between the output terminals of the
なお、平滑コンデンサCに代えて、電流を平滑化できるフィルタ回路を設ける構成としてもよい。 Note that, instead of the smoothing capacitor C, a configuration in which a filter circuit capable of smoothing a current may be provided.
10 直流電源回路、12 発光素子、14 電流調整回路、100,200 点灯装置、202 直流電源回路、204 直流電源制御回路、206 電流調整回路、208 フィードバック回路、210 発光素子、300,302 照明器具。
Claims (4)
前記発光素子に電圧を印加する直流電源回路と、
前記直流電源回路からの出力電圧を制御する直流電源制御回路と、
前記発光素子に直列に接続され、前記調光指令値に応じて前記発光素子に流れる電流を制御する電流調整回路と、
前記直流電源回路の出力電圧に応じた第1フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第1フィードバック回路と、
前記発光素子と前記電流調整回路との接続点の電圧を検出し、前記接続点の電圧に応じた第2フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第2フィードバック回路と、
を備え、
前記電流調整回路は、前記発光素子にPWM変調された電流を供給するPWM調光制御が可能であり、
前記電流調整回路がPWM調光制御されているとき、前記直流電源制御回路は、前記第1フィードバック信号に応じて前記直流電源回路の出力電圧が一定となるように制御し、前記電流調整回路がPWM調光制御されていないとき、前記直流電源制御回路は、前記第2フィードバック信号に応じて前記接続点の電圧が一定となるように前記直流電源回路からの出力電圧を制御することを特徴とする点灯装置。 A lighting device that supplies a current based on a dimming command value to a light emitting element,
A DC power supply circuit for applying a voltage to the light emitting element;
A DC power supply control circuit for controlling an output voltage from the DC power supply circuit,
A current adjustment circuit connected in series to the light emitting element and controlling a current flowing through the light emitting element according to the dimming command value;
A first feedback circuit that supplies a first feedback signal corresponding to an output voltage of the DC power supply circuit to the DC power supply control circuit;
A second feedback circuit that detects a voltage at a connection point between the light emitting element and the current adjustment circuit and supplies a second feedback signal corresponding to the voltage at the connection point to the DC power supply control circuit;
With
The current adjustment circuit is capable of performing PWM dimming control for supplying a PWM-modulated current to the light emitting element;
When the current adjustment circuit is under PWM dimming control, the DC power supply control circuit controls the output voltage of the DC power supply circuit to be constant according to the first feedback signal, and the current adjustment circuit When PWM dimming control is not performed, the DC power supply control circuit controls an output voltage from the DC power supply circuit so that a voltage at the connection point is constant according to the second feedback signal. Lighting device.
前記第1フィードバック信号と前記第2フィードバック信号のうち電圧値が低い方の信号を前記直流電源制御回路へ供給することを特徴とする点灯装置。 The lighting device according to claim 1,
A lighting device, wherein a signal having a lower voltage value among the first feedback signal and the second feedback signal is supplied to the DC power supply control circuit.
前記電流調整回路は、
前記発光素子に供給される電流を制御する電流調整素子と、
前記電流調整素子に流れる電流を検出する電流検出素子と、
前記電流検出素子によって検出された電流値と前記調光指令値に基づく電流指令値との差を増幅する誤差増幅回路と、
を備え、
前記電流調整素子は、前記誤差増幅回路の出力に応じて、前記電流検出素子によって検出された検出値と前記電流指令値とが所定の範囲内に収まるように前記発光素子に供給される電流を調整することを特徴とする点灯装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
The current adjustment circuit,
A current adjusting element for controlling a current supplied to the light emitting element;
A current detection element for detecting a current flowing through the current adjustment element;
An error amplifier circuit that amplifies a difference between the current value detected by the current detection element and a current command value based on the dimming command value,
With
The current adjustment element adjusts a current supplied to the light emitting element such that a detection value detected by the current detection element and the current command value fall within a predetermined range according to an output of the error amplification circuit. A lighting device characterized by adjusting.
A lighting fixture comprising the lighting device according to claim 1.
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JP2017073492A (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | ローム株式会社 | Light-emitting element drive device |
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