JP2020061324A - Led lighting device and lighting equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異なる発光色を有する複数のLED(Light Emitting Diode)負荷を点灯させるLED点灯装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device that lights a plurality of LED (Light Emitting Diode) loads having different emission colors.
特許文献1は、異なる発光色を有する複数のLEDを順次切り替えて点灯させ、かつ、各発光色の強度および混合割合を調整することにより調光および調色可能な照明装置を開示している。 Patent Document 1 discloses a lighting device capable of dimming and toning by sequentially switching and lighting a plurality of LEDs having different emission colors and adjusting the intensity and mixing ratio of each emission color.
しかしながら、上記従来技術によれば、複数のLED負荷のそれぞれに平滑コンデンサが並列接続されることがある。この場合、点灯開始時つまり電源投入直後に突入電流の問題が生じ得る。突入電流は、電源投入の開始直後に主に平滑コンデンサを充電するために通常よりも大きな電流が流れることであり、突入電流が流れる回路素子に多大なストレスを与えることがある。このようなストレスは、例えは、回路素子の故障を誘発し、寿命を損ね、信頼性を低下させる原因となり得る。 However, according to the above conventional technique, the smoothing capacitor may be connected in parallel to each of the plurality of LED loads. In this case, the problem of inrush current may occur at the start of lighting, that is, immediately after the power is turned on. The inrush current is a current larger than usual mainly flowing to start charging the smoothing capacitor immediately after the power is turned on, which may give a great stress to the circuit element through which the inrush current flows. Such stress can, for example, induce failure of circuit elements, impair life, and reduce reliability.
そこで本発明は、点灯開始時の突入電流を緩和し、回路素子にかかるストレスを低減するLED点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an LED lighting device and a lighting device that alleviate a rush current at the start of lighting and reduce stress applied to a circuit element.
上記課題を解決するために本発明のLED点灯装置は、異なる発光色を有する複数のLED負荷と、前記複数のLED負荷に電力を供給する電源回路と、前記複数のLED負荷のそれぞれに直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子(M3〜M6)を順番にオンおよびオフさせることにより前記複数のLED負荷を順送り点灯させる制御回路と、を備え、前記複数のLED負荷のそれぞれは、1つ以上のLEDと、前記1つ以上のLEDと並列に接続された平滑コンデンサとを有し、前記制御回路は、前記LED負荷の点灯を開始する直前に、前記スイッチング素子のうち少なくとも2つを同時にオンにし、対応する平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する。 In order to solve the above problems, an LED lighting device of the present invention includes a plurality of LED loads having different emission colors, a power supply circuit that supplies power to the plurality of LED loads, and a series connection to each of the plurality of LED loads. And a control circuit for sequentially lighting the plurality of LED loads by sequentially turning on and off the switching elements (M3 to M6), and each of the plurality of LED loads has one The control circuit includes the above LEDs and a smoothing capacitor connected in parallel with the one or more LEDs, and the control circuit simultaneously controls at least two of the switching elements immediately before starting lighting of the LED load. Turn on and charge the corresponding smoothing capacitor below the forward voltage of the LED load.
本発明のLED点灯装置および照明器具によれば、点灯開始時の突入電流に緩和し、回路素子にかかるストレスを低減することができる。 According to the LED lighting device and the lighting fixture of the present invention, it is possible to reduce the inrush current at the start of lighting and reduce the stress applied to the circuit element.
(本発明の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した照明装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Findings that form the basis of the present invention)
The present inventor has found that the following problems occur in the lighting device described in the “Background Art” section.
まず、本発明者の知見に係る照明器具を比較例として説明する。 First, a lighting fixture according to the knowledge of the present inventor will be described as a comparative example.
図6は、本発明者の知見に係る比較例の照明器具の構成を示す図である。同図の照明器具は、電源回路90、LED負荷91〜94、スイッチング素子SW3〜SW6を備える。電源回路90は、スイッチング素子SW1、SW2、インダクタL0を有し、いわゆる降圧チョッパー型のDC−DCコンバータである。スイッチング素子SW1、SW2は、排他的にオン状態になるように制御される。インダクタL0は、スイッチング素子SW1、SW2の接続点から供給されるエネルギーを蓄積および放出する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a lighting fixture of a comparative example according to the knowledge of the present inventor. The luminaire shown in the figure includes a
LED負荷91〜94は、異なる発光色を有する。
The
スイッチング素子SW3〜SW6は、1周期内で順にオンになるように制御される。 The switching elements SW3 to SW6 are controlled so as to be sequentially turned on within one cycle.
図7は、比較例の照明器具の電流波形を示す図である。同図の縦軸は、インダクタ電流を示す。インダクタ電流は、インダクタL0を介していずれかのLED負荷に供給される、電源回路90の出力電流である。横軸は時間を示す。同図の上段は比較的明るい状態を示す。同図の下段は調光により暗くなった状態を示す。また、色α、色β、色γ、色δは、LED負荷91〜94の発光色を示す。LED負荷91〜94の発光色は、例えば、赤、緑、青、白である。
FIG. 7: is a figure which shows the electric current waveform of the lighting fixture of a comparative example. The vertical axis of the figure shows the inductor current. The inductor current is an output current of the
図7のように、LED負荷91〜94は、周期Tsにおいて一巡して発光する。この動作を順送り点灯と呼ぶ。図7では、周期Tsが固定であり、スイッチング素子SW3〜SW6のスイッチング周波数が固定である場合を示している。
As shown in FIG. 7, the
また、図6のLED負荷91〜94には、ちらつきを低減するために、それぞれ平滑コンデンサが並列接続される構成が考えられる。この場合、点灯開始時に突入電流の問題が生じることがある。突入電流が流れる回路素子には、多大なストレスをかかることがある。このようなストレスは、例えは、回路素子の故障を誘発し、寿命を損ね、信頼性を低下させる原因となり得る。
Further, a configuration in which smoothing capacitors are connected in parallel to each of the
このような問題を解決するために、本発明の一態様に係るLED点灯装置は、異なる発光色を有する複数のLED負荷と、前記複数のLED負荷に電力を供給する電源回路と、前記複数のLED負荷のそれぞれに直列接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子(M3〜M6)を順番にオンおよびオフさせることにより前記複数のLED負荷を順送り点灯させる制御回路と、を備え、前記複数のLED負荷のそれぞれは、1つ以上のLEDと、前記1つ以上のLEDと並列に接続された平滑コンデンサとを有し、前記制御回路は、前記LED負荷の点灯を開始する直前に、前記スイッチング素子のうち少なくとも2つを同時にオンにし、対応する平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する。 In order to solve such a problem, an LED lighting device according to an aspect of the present invention includes a plurality of LED loads having different emission colors, a power supply circuit that supplies power to the plurality of LED loads, and a plurality of the plurality of LED loads. The plurality of LEDs are provided with a switching element connected in series to each of the LED loads, and a control circuit for sequentially lighting the plurality of LED loads by sequentially turning on and off the switching elements (M3 to M6). Each of the loads has one or more LEDs and a smoothing capacitor connected in parallel with the one or more LEDs, and the control circuit immediately before starting lighting of the LED loads, the switching element. At least two of them are turned on at the same time and the corresponding smoothing capacitors are charged below the forward voltage of the LED load.
これにより、点灯開始時の突入電流に緩和して回路素子にかかるストレスを低減することができる。 As a result, the inrush current at the start of lighting can be relaxed and the stress applied to the circuit element can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that each of the embodiments described below shows one comprehensive or specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept are described as arbitrary constituent elements.
(実施の形態1)
[1.1 LED点灯装置および照明器具の構成]
まず、実施の形態1に係るLED点灯装置30を備える照明器具100の構成例について説明する。
(Embodiment 1)
[1.1 Configuration of LED Lighting Device and Lighting Fixture]
First, a configuration example of the
図1は、実施の形態1に係るLED点灯装置30を有する照明器具100の回路構成例を示す図である。同図の照明器具100は、AC−DC電源10、光源20およびLED点灯装置30を備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a
AC−DC電源10は、例えば商用100V電源に接続され、交流電力を入力し直流電力に変換する。
The AC-DC
光源20は、LED負荷21〜24を備える。LED負荷21〜24は、異なる発光色を有する。LED負荷21〜24の発光色は、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)、W(白)である。
The
光源20内のLED負荷21は、スイッチング素子M3と直列に接続される。スイッチング素子M3がオンのとき、LED負荷21は通電可能な選択状態となる。スイッチング素子M3がオフのとき、LED負荷21は、通電不能な非選択状態となる。
The LED load 21 in the
具体的な回路例として、LED負荷21は、LEDd1〜d3と、LEDd1〜d3と並列に接続された平滑コンデンサC2と、LEDd1〜d3および平滑コンデンサC2を含む並列回路と直列に接続された逆流防止用のダイオードDaと、電源オフ時の放電用の抵抗R2とを有する。 As a specific circuit example, the LED load 21 includes LEDs d1 to d3, a smoothing capacitor C2 connected in parallel with the LEDs d1 to d3, and a backflow prevention connected in series with a parallel circuit including the LEDs d1 to d3 and the smoothing capacitor C2. Diode Da and a resistor R2 for discharging when the power is off.
LEDd1〜d3は、直列接続された同じ発光色のLED発光素子であり、スイッチング素子M3と直列に接続される。 The LEDs d1 to d3 are LED light emitting elements of the same light emission color that are connected in series, and are connected in series with the switching element M3.
平滑コンデンサC2は、インダクタL1からダイオードDaを介して供給されるインダクタ電流を平滑化する。 The smoothing capacitor C2 smoothes the inductor current supplied from the inductor L1 via the diode Da.
ダイオードDaは、平滑コンデンサC2からインダクタL1に電流が逆流することを防止する。つまり、ダイオードDaは、平滑コンデンサC2にチャージされた電荷をLEDd1〜d3のみに供給させる。 The diode Da prevents reverse current from flowing from the smoothing capacitor C2 to the inductor L1. That is, the diode Da supplies only the LEDs d1 to d3 with the charges charged in the smoothing capacitor C2.
抵抗R2は、高抵抗値を有し、電源オン状態からオフ状態になった後に平滑コンデンサC2の電荷を放電させる。 The resistor R2 has a high resistance value and discharges the electric charge of the smoothing capacitor C2 after the power source is turned on.
LED負荷22〜24は、発光色が異なる点以外はLED負荷21と類似の構成である。なお、LED負荷21は、平滑コンデンサC2、逆流防止用のダイオードDaを備えない構成であってもよい。また、LED負荷22〜24も同様である。 The LED loads 22 to 24 have the same configuration as the LED load 21 except that the emission colors are different. The LED load 21 may be configured without the smoothing capacitor C2 and the backflow preventing diode Da. The same applies to the LED loads 22 to 24.
LED点灯装置30は、異なる発光色を有する複数のLED負荷21〜24を点灯させる装置である。そのためLED点灯装置30は、電源回路31、セレクタ回路32および制御回路33を備える。
The
電源回路31は、AC−DC電源10からの直流電力を電圧の異なる直流電力に変換し、変換した直流電力を光源20に供給するDC−DCコンバータである。
The
LED点灯装置30内の電源回路31は、降圧チョッパー回路の例を示す。具体的には、電源回路31は、レギュレータ34、HVIC(High Voltage Integrated Circuit)35、入力抵抗R6、R7、スイッチング素子M1、M2およびインダクタL1を備える。
The
レギュレータ34は、AC−DC電源10からの直流電力を受け、HVIC35および制御回路33に安定化した電源電圧を供給する。
The
HVIC35は、制御回路33の制御に従って、入力抵抗R6、R7を介してスイッチング素子M1、M2にゲート信号を供給する。スイッチング素子M1、M2のゲート信号は、高速かつ周期的に排他的にアクティブになる。
The HVIC 35 supplies a gate signal to the switching elements M1 and M2 via the input resistors R6 and R7 under the control of the
スイッチング素子M1、M2は、AC−DC電源10から供給される直流電圧とグラウンドレベルとを交互にインダクタL1に接続するためのハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタである。
The switching elements M1 and M2 are high-side transistors and low-side transistors for alternately connecting the DC voltage supplied from the AC-
インダクタL1は、スイッチング素子M1、M2のスイッチングに応じて電気エネルギーを蓄積および放出する。 The inductor L1 stores and releases electric energy according to the switching of the switching elements M1 and M2.
セレクタ回路32は、複数のLED負荷21〜24から1つのLED負荷を順次巡回的に選択することによって、選択したLED負荷に対して電源回路31から給電させる。そのため、セレクタ回路32は、スイッチング素子M3〜M6を備える。スイッチング素子M3〜M6のそれぞれは、複数のLED負荷21〜24のうちのいずれかのLED負荷と直列に接続される。例えば図1では、スイッチング素子M3は、LED負荷21に直列に接続される。スイッチング素子M4は、LED負荷22に直列に接続される。スイッチング素子M5は、LED負荷23に直列に接続される。スイッチング素子M6は、LED負荷24に直列に接続される。これらのスイッチング素子M3〜M6は、例えば、排他的にオン状態になるように制御される。これにより、LED負荷21〜24は排他的につまり1つずつ発光する。
The selector circuit 32 causes the
より具体的には、セレクタ回路32は、入力抵抗R8〜R11およびスイッチング素子M3〜M6を備える。 More specifically, the selector circuit 32 includes input resistors R8 to R11 and switching elements M3 to M6.
スイッチング素子M3は、LED負荷21と直列に接続される。スイッチング素子M3のゲートには、制御回路33から入力抵抗R8を介してオンおよびオフを指示するゲート信号が入力される。スイッチング素子M3はゲート信号に応じてオンおよびオフする。
The switching element M3 is connected in series with the LED load 21. A gate signal for instructing on and off is input from the
スイッチング素子M4〜M6も、スイッチング素子M3と同様である。 The switching elements M4 to M6 are similar to the switching element M3.
制御回路33は、例えば、プロセッサ、メモリ、タイマー36およびADC(アナログデジタルコンバーター)37を内蔵するMCU(Micro Controller Unit またはMicro Computer Unit)により構成される。制御回路33は、大きく分けて順送り点灯の制御と、初期充電の制御とを行う。順送り点灯において、制御回路33は、複数のLED負荷21〜24から1つのLED負荷を順次巡回的に選択するようにセレクタ回路32を制御する。初期充電の制御において、制御回路33は、LED負荷21〜24の点灯を開始する直前に、スイッチング素子M3〜M6のうち少なくとも2つを同時にオンにし、対応する平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する。
The
タイマー36は、周期的な各種時間を計測する。例えば複数のLED負荷21〜24の選択が一巡する周期、給電区間、休止区間などを計測するのに用いられる。
The
ADC37は、平滑コンデンサC2〜C5の電圧値va〜vdをアナログ値からでデジタル値にそれぞれ変換する。すなわちADC37は、初期充電において平滑コンデンサC2〜C5の電圧va〜vdをそれぞれ検出するために用いられる。
The
[1.2 LED点灯装置および照明器具の動作]
次に、実施の形態1に係るLED点灯装置30を備える照明器具100の動作例について説明する。
[1.2 Operation of LED Lighting Device and Lighting Equipment]
Next, an operation example of the
図2は、実施の形態に係るLED点灯装置を有する照明器具の初期充電および順送り点灯における各部の電流波形および電圧波形を示す図である。同図の横軸は時間軸である。縦軸は各部の電流または電圧を示す。 FIG. 2 is a diagram showing a current waveform and a voltage waveform of each part during initial charging and progressive lighting of a lighting fixture having the LED lighting device according to the embodiment. The horizontal axis of the figure is the time axis. The vertical axis represents the current or voltage of each part.
「初期充電」の区間は、平滑コンデンサC2〜C5を初期充電またはプリチャージする期間であり、順送り点灯の直前に設けられる。制御回路33は、初期充電の開始時に、ゲート電圧V0、Vr、Vg、Vb、Vwを同時に立ち上げる(アクティブレベルにする)。言い換えれば、制御回路33は、スイッチング素子M3〜M6を同時にオンにすることにより、LED負荷21〜24を選択状態(つまり通電可能な状態)にし、同時に、スイッチング素子M1(つまりハイサイドトランジスタ)をオンにすることにより給電を開始する。これにより、電源回路31からのインダクタL1を介した給電が開始し、平滑コンデンサC2〜C5は、プリチャージとしての充電を開始する。
The "initial charge" section is a period during which the smoothing capacitors C2 to C5 are initially charged or precharged, and is provided immediately before the progressive lighting. The
さらに、制御回路33は、平滑コンデンサC2〜C5の1つが、対応するLED負荷の順方向電圧に達する前に、ゲート電圧V0を立ち下げる(インアクティブレベルにする)。これにより、電源回路31からのインダクタL1を介した給電が停止し、平滑コンデンサC2〜C5は、プリチャージとしての充電を完了する。さらに、制御回路33は、ゲート電圧Vr、Vg、Vb、Vwを立ち下げる(つまりインアクティブレベルにする)。
Further, the
このようにして、制御回路33は、初期充電において、平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する。
In this way, the
初期充電の続いて、制御回路33は、順送り点灯を制御する。
Following the initial charging, the
周期Tsは、順送り点灯においてLED負荷21〜24が一巡して点灯する周期である一巡点灯周期を示す。ここでは一巡点灯周期Tsは固定であるものとする。色α、β、γ、δは、LED負荷21〜24の発光色を示し、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)、W(白)である。 The cycle Ts indicates a one-cycle lighting cycle, which is a cycle in which the LED loads 21 to 24 are lit one cycle during the sequential lighting. Here, it is assumed that the one-turn lighting period Ts is fixed. The colors α, β, γ, and δ indicate the emission colors of the LED loads 21 to 24, and are, for example, R (red), G (green), B (blue), and W (white).
区間Taは、電源回路31から発光色αのLED負荷21に給電される給電区間である。区間Tb、Tc、Tdも同様に、電源回路31からLED負荷22、23、24に給電される給電区間である。
The section Ta is a power supply section in which power is supplied from the
インダクタ電流ILは、インダクタL1を流れる電流、つまり、電源回路31からいずれかのLED負荷に供給される電流を示す。同図においてインダクタ電流ILが流れている区間は、給電区間である。給電区間Taは、電源回路31からLED負荷21に給電されている区間を示す。同様に、給電区間Tb〜Tdは、電源回路31からLED負荷22〜24に給電されている区間をそれぞれ示す。また、LED負荷21〜24の発光色は、R、G、B、Wであるものとする。
The inductor current IL indicates a current flowing through the inductor L1, that is, a current supplied from the
ゲート電圧V0は、制御回路33からHVIC35を介してスイッチング素子M1のゲートに入力される電圧を示す。ゲート電圧Voがハイレベルのときスイッチング素子M1はオン状態になる。ゲート電圧V0がハイレベルの区間ではインダクタ電流ILは増加していく。このとき、インダクタL1は電気エネルギーを磁気エネルギーとして蓄積する。ゲート電圧V0がローレベルのときスイッチング素子M1はオフ状態になる。スイッチング素子M1がオン状態からオフ状態に切り替わった直後は、インダクタL1は蓄積したエネルギーを放出する、つまり、インダクタL1の逆起電力によりインダクタ電流ILが0まで減少しながらLED負荷21に供給される。その結果、給電区間Taは、ゲート電圧V0のハイレベル区間よりも長くなる。インダクタ電流ILは同図では三角波となる。電源回路31からLED負荷に給電される給電区間Taは、1つの三角波の区間を含む。言い換えれば、給電区間Taは、三角波の区間と一致してもよいし、三角波の区間とインダクタ電流ILが0の区間とを含んでもよい。給電区間Tb〜Tdについても同様である。
The gate voltage V0 indicates a voltage input from the
ゲート電圧Vrは、制御回路33からスイッチング素子M3のゲートに入力される電圧を示す。ゲート電圧Vrがハイレベルのときスイッチング素子M3はオン状態になり、つまり、対応するLED負荷21が選択された状態となる。また、ゲート電圧Vrのハイレベル区間は、ゲート電圧V0のハイレベル区間を含み、かつ対応するインダクタ電流ILの三角波を含む期間になるように制御される。ゲート電圧Vg、Vb、Vwも、ゲート電圧Vrと同様である。なお、ゲート電圧Vr、Vg、Vb、Vwのハイレベル区間同士の間には、4つともローレベルになるデッドタイムが設けられる。
The gate voltage Vr represents the voltage input from the
LED電流Irは、LED負荷21内のLEDd1〜d3を流れる電流を示す。給電区間Taの後、つまり、電源回路31からLED負荷21への給電が終わった後もLED電流Irは0にならずに電流が減少しながら流れ続けている。これは、平滑コンデンサC2および逆流防止ダイオードDaによる。
The LED current Ir indicates the current flowing through the LEDs d1 to d3 in the LED load 21. After the power supply section Ta, that is, after the power supply from the
LED電流Ig、Ib、Iwについても、LED電流Irと同様である。 The LED currents Ig, Ib, and Iw are the same as the LED current Ir.
なお、照明器具100において照明光の色を調整する調色は、複数の発光色の明るさの割合を変更することにより実現される。具体的には、図2では、制御回路33が給電区間Ta〜Tdのゲート電圧V0の4つのパルス幅の割合を変更することによって調色する。また、照明器具100において照明光の明るさを調整する調光は、複数の発光色の明るさの割合を一定に保ったまま、明るさを変更することにより実現される。具体的には、図2では、制御回路33が給電区間Ta〜tdのゲート電圧V0の4つのパルス幅の割合を一定に保ったまま、ゲート電圧V0の4つのパルス幅を増減することにより調光する。
Note that the toning for adjusting the color of the illumination light in the
図2に示す順送り点灯の例では、セレクタ回路32によっていずれかのLED負荷が選択された期間内に、電源回路31のスイッチング素子M1がオンになるように制御される。すなわち、スイッチング電源である電源回路31におけるスイッチング動作と、セレクタ回路32における選択動作とが同期している。
In the example of sequential lighting shown in FIG. 2, the switching element M1 of the
図2に示したように、初期充電において平滑コンデンサC2〜C5は、プリチャージされる。すなわち、LED負荷の点灯を開始する時点で平滑コンデンサC2〜C5が既にプリチャージされている。その結果、LED負荷の点灯開始時の突入電流を緩和し、回路素子にかかるストレスを低減することができる。 As shown in FIG. 2, the smoothing capacitors C2 to C5 are precharged in the initial charging. That is, the smoothing capacitors C2 to C5 have already been precharged at the time when the lighting of the LED load is started. As a result, the rush current at the start of lighting the LED load can be mitigated, and the stress applied to the circuit element can be reduced.
なお、一巡点灯周期Tsは、人に知覚できない速度で周期的であればよい。例えば、一巡点灯周期Tsの逆数である周波数は、100Hz以上としてもよい。 It should be noted that the one-cycle lighting cycle Ts may be periodic at a speed that cannot be perceived by humans. For example, the frequency that is the reciprocal of the one-turn lighting period Ts may be 100 Hz or higher.
ここで、「人が知覚できない速度で周期的な」は「人にちらつきを知覚させない」ことを意味している。LED照明のちらつき対策については、例えば、電気用品安全法(PSE)の解説書類である、「電気用品安全法の改正政省令施行について(平成24年7月1日から施行)」(経済産業省商務流通グループ製品安全課による)に基準が示されている。同解説書類28頁の「光出力のちらつき(フリッカー)対策」では、「光出力はちらつきを感じないものであること」に相当する効果をもたらす周波数を次のように解釈している。すなわち、同解説書類においては、「光出力はちらつきを感じないものであること」を満たすのは、(1)繰り返し周波数が100Hz以上で光出力に欠落部がない、(2)繰り返し周波数が500Hz以上、のいずれかと解釈されている。 Here, "periodic at a speed that cannot be perceived by a person" means "a person does not perceive flicker". Regarding the measures against flicker of LED lighting, for example, "Electrical Appliance and Material Safety Law (PSE) commentary document," Enforcement of revised government ordinance of Electrical Appliance and Material Safety Law (enforced from July 1, 2012) "(METI) Standards are provided in the Business Safety Group, Product Safety Division. In the “Countermeasure against flicker of light output” on page 28 of the same explanatory document, the frequency that brings about an effect equivalent to “the light output does not feel flicker” is interpreted as follows. That is, in the explanation document, "the light output does not flicker" is satisfied (1) the repetition frequency is 100 Hz or more and there is no missing part in the light output, and (2) the repetition frequency is 500 Hz. It is interpreted as one of the above.
本実施の形態の照明器具100において、図2の例では光出力に欠落がないと考えられるので上記(1)を満たせばよいと考えられる。この場合、一巡点灯周期Tsの逆数である周波数は、100Hz以上としてもよい。
In the
次に、初期充電における平滑コンデンサの電圧波形の一例について説明する。 Next, an example of the voltage waveform of the smoothing capacitor in the initial charging will be described.
図3は、実施の形態に係るLED点灯装置を有する照明器具の平滑コンデンサの電圧波形の一例を示す図である。同図は、平滑コンデンサC2〜C5のうちのいずれか1つの電圧波形を代表例として示す。横軸は時間軸であり、縦軸は平滑コンデンサの電圧を示す。電圧Vfは、平滑コンデンサに対応するLED負荷の順方向電圧値を示す。電圧Vicは、順方向電圧Vfよりもやや小さい値を示す。初期充電では、セレクタ回路32において、2つ以上の平滑コンデンサに対応するスイッチング素子が選択されることにより、電源回路31から平滑コンデンサへの給電が開始し、給電電圧の上昇に連れて平滑コンデンサの電圧が上昇する。平滑コンデンサの電圧は、ADC37によりアナログ−デジタル変換され、制御回路33にモニターされる。図3では、制御回路33は、このデジタル値が電圧Vicに達すると、電源回路31からの給電を停止する。こうして、制御回路33は、平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に電圧値に充電する。これにより、初期充電においてLED負荷が誤って発光することを防止している。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a voltage waveform of the smoothing capacitor of the lighting fixture including the LED lighting device according to the embodiment. The figure shows a voltage waveform of any one of the smoothing capacitors C2 to C5 as a representative example. The horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the voltage of the smoothing capacitor. The voltage Vf indicates the forward voltage value of the LED load corresponding to the smoothing capacitor. The voltage Vic shows a value slightly smaller than the forward voltage Vf. In the initial charge, in the selector circuit 32, switching elements corresponding to two or more smoothing capacitors are selected, so that power supply from the
初期充電に続く、順送り点灯では、図3に示すように、平滑コンデンサの電圧が順方向電圧Vfを下回らないように、平滑コンデンサの容量値、電源回路31の給電電圧値などを設計してもよい。そうすれば、平滑コンデンサによる平滑作用によって、順送り点灯におけるLED負荷の点灯状態を途切れさせることを抑制することができる。
In the progressive lighting following the initial charging, as shown in FIG. 3, the capacitance value of the smoothing capacitor and the power supply voltage value of the
次に、制御回路33による、初期充電の処理例について説明する。
Next, an example of the initial charging process performed by the
図4は、制御回路33(MCU)による初期充電の処理例を示すフローチャート図である。同図の初期充電処理は、LED負荷の点灯開始直前、つまり、順送り点灯の開始直前に、制御回路33によって実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of initial charging processing by the control circuit 33 (MCU). The initial charging process in the figure is executed by the
まず、制御回路33は、ゲート電圧Vr、Vg、Vb、Vwをハイレベルにすることにより、セレクタ回路32内のスイッチング素子M3〜M6をオンにする(S11)。さらに、制御回路33は、ゲート電圧V0をハイレベルにすることにより、電源回路31内のスイッチング素子M1(つまりハイサイドトランジスタ)をオンにする。スイッチング素子M1がオンすることにより、電源回路31から平滑コンデンサC2〜C5の充電が開始する。このとき、制御回路33は、平滑コンデンサC2〜C5の電圧値va〜vdをADC37を介してモニターすることを開始する(S12)。電圧値va〜vdのモニターは、例えば、周期的に発生する割込み処理によってADC37の変換結果を制御回路33内のプロセッサに通知してもよい。
First, the
続いて、制御回路33は、ADC37から得られる平滑コンデンサC2の電圧値vaが第1のしきい値以上か否かを判定する(S13)。電圧値vaが第1のしきい値tha以上でなければ、制御回路33は、ADC37から得られる平滑コンデンサC3の電圧値vbが第2のしきい値thb以上か否かを判定する(S14)。電圧値vbが第2のしきい値thb以上でなければ、制御回路33は、ADC37から得られる平滑コンデンサC4の電圧値vcが第3のしきい値thc以上か否かを判定する(S15)。電圧値vcが第3のしきい値thc以上でなければ、制御回路33は、ADC37から得られる平滑コンデンサC5の電圧値vdが第4のしきい値thd以上か否かを判定する(S15)。ここで、第1のしきい値thaは、LED負荷21の順方向電圧よりも小さい値である。第2のしきい値thbは、LED負荷22の順方向電圧よりも小さい値である。第3のしきい値thcは、LED負荷23の順方向電圧よりも小さい値である。第4のしきい値thdは、LED負荷24の順方向電圧よりも小さい値である。
Subsequently, the
ステップS13〜S16のいずれかの判定結果が肯定であるとき、制御回路33は、電源回路31内のスイッチング素子M1をオフにする(S17)。同時に、制御回路33は、セレクタ回路32内のスイッチング素子M3〜M6をオフにし(S18)、平滑コンデンサC2〜C5の電圧値va〜vdのモニターを終了する(S19)。
When the determination result of any of steps S13 to S16 is affirmative, the
図4に示したように、制御回路33は、平滑コンデンサC2〜C5を、対応する順方向電圧よりも小さい電圧値にそれぞれ充電することができる。
As shown in FIG. 4, the
なお、制御回路33は、ステップS17の代わりに次の処理を行ってもよい。すなわち、制御回路33は、ステップS13の判定結果が肯定であるときは、対応するスイッチング素子M3をオフにする。制御回路33は、ステップS14の判定結果が肯定であるときは、対応するスイッチング素子M4をオフにする。制御回路33は、ステップS15の判定結果が肯定であるときは、対応するスイッチング素子M5をオフにする。制御回路33は、ステップS16の判定結果が肯定であるときは、対応するスイッチング素子M6をオフにする。こうすれば、平滑コンデンサC2〜C5を、第1〜第4のしきい値にまでそれぞれ充電することができる。
The
以上説明してきたように、実施の形態に係るLED点灯装置30は、異なる発光色を有する複数のLED負荷21〜24と、複数のLED負荷21〜24に電力を供給する電源回路31と、複数のLED負荷21〜24のそれぞれに直列接続されたスイッチング素子M3〜M6と、スイッチング素子M3〜M6を順番にオンおよびオフさせることにより複数のLED負荷21〜24を順送り点灯させる制御回路33と、を備え、複数のLED負荷21〜24のそれぞれは、1つ以上のLED(d1等)と、1つ以上のLEDと並列に接続された平滑コンデンサ(C2等)とを有し、制御回路33は、LED負荷21〜24の点灯を開始する直前に、スイッチング素子M3〜M6のうち少なくとも2つを同時にオンにし、対応する平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する。
As described above, the
これによれば、平滑コンデンサの全部または一部を初期充電するので、点灯開始時の突入電流を緩和し、回路素子にかかるストレスを低減することができる。その結果、ストレスに起因する、例えは、回路素子の故障、寿命の劣化、および信頼性の低下を抑制することができる。 According to this, since all or part of the smoothing capacitor is initially charged, it is possible to reduce the rush current at the start of lighting and reduce the stress applied to the circuit element. As a result, it is possible to suppress the failure of the circuit element, the deterioration of the life, and the deterioration of the reliability due to the stress.
ここで、前記少なくとも2つのスイッチング素子は、複数のLED負荷と同数であってもよい。 Here, the at least two switching elements may be the same in number as the plurality of LED loads.
これによれば、平滑コンデンサの全部を初期充電するので、点灯開始時の突入電流をより緩和し、回路素子にかかるストレスをより低減することができる。 According to this, since the entire smoothing capacitor is initially charged, the inrush current at the start of lighting can be more relaxed and the stress applied to the circuit element can be further reduced.
ここで、制御回路33は、平滑コンデンサの充電電圧を検知し、所定の電圧レベルに達したときにスイッチング素子をオフにしてもよい。
Here, the
これによれば、初期充電の電圧値は、順方向電圧により近い値にすることができる。その結果、突入電流をより緩和することができる。 According to this, the voltage value of the initial charge can be closer to the forward voltage. As a result, the inrush current can be further reduced.
ここで、電源回路31は、インダクタL1を含むスイッチング電源であり、インダクタL1を介して複数のLED負荷21〜24に給電してもよい。
Here, the
これによれば、電源回路の高効率化、小型化、低コスト化を図ることができる。 According to this, it is possible to achieve high efficiency, downsizing, and cost reduction of the power supply circuit.
ここで、複数のLED負荷のそれぞれは、平滑コンデンサと直列に逆流防止用のダイオードを有していてもよい。 Here, each of the plurality of LED loads may have a backflow prevention diode in series with the smoothing capacitor.
これによれば、逆流による誤動作(例えば誤発光)を防止することができる。 According to this, it is possible to prevent malfunction (for example, erroneous light emission) due to backflow.
ここで、複数のLED負荷のそれぞれは、平滑コンデンサと並列に放電用の抵抗を有していてもよい。 Here, each of the plurality of LED loads may have a discharge resistor in parallel with the smoothing capacitor.
これによれば、点灯終了後の電源オフの状態で適切に平滑コンデンサを放電することができる。 According to this, the smoothing capacitor can be appropriately discharged in the power-off state after the end of lighting.
また、実施の形態に係る照明器具は、上記のLED点灯装置を備える。 Moreover, the lighting fixture which concerns on embodiment is equipped with the said LED lighting device.
これによれば、平滑コンデンサの全部または一部を初期充電するので、点灯開始時の突入電流を緩和し、回路素子にかかるストレスを低減することができる。その結果、ストレスに起因する、例えは、回路素子の故障、寿命の劣化、および信頼性の低下を抑制することができる。 According to this, since all or part of the smoothing capacitor is initially charged, it is possible to reduce the rush current at the start of lighting and reduce the stress applied to the circuit element. As a result, it is possible to suppress the failure of the circuit element, the deterioration of the life, and the deterioration of the reliability due to the stress.
なお、LED負荷91〜94の発光色の組み合わせは、赤、緑、青、白に限らない。 The combination of the emission colors of the LED loads 91 to 94 is not limited to red, green, blue, and white.
上記のLED点灯装置30を備える照明器具100の例について、図5A〜図5Cを用いて説明する。
An example of the
図5Aは、実施の形態に係るLED点灯装置30を有する照明器具100の外観例を示す図である。図5Aでは、照明器具100の例として、ダウンライト100aの外観を示す。
FIG. 5A is a diagram showing an external appearance example of a
ダウンライト100aは、回路ボックス101a、灯体102aおよび配線103aを備える。回路ボックス101aは、実施の形態に係るLED点灯装置30の全部または一部を収納する筐体である。灯体102aは、光源20を装着した灯体である。配線103aは、回路ボックス101aと灯体102a内の光源20とを電気的に接続する。
The
図5Bは、実施の形態に係るLED点灯装置30を有する照明器具100の他の外観例を示す図である。図5Bでは、照明器具100の例として、スポットライト100bの外観を示す。スポットライト100bは、回路ボックス101b、灯体102bおよび配線103bを備える。これらの回路ボックス101b、灯体102bおよび配線103bは、図5Aの回路ボックス101a、灯体102aおよび配線103aと同様である。
Drawing 5B is a figure showing other examples of appearance of
図5Cは、実施の形態に係るLED点灯装置30を有する照明器具100のさらに他の外観例を示す図である。図5Cでは、照明器具100の例として、スポットライト100cの外観を示す。スポットライト100cは、回路ボックス101cおよび灯体102cを備える。これらも図5Aの回路ボックス101aおよび灯体102aと同様である。
FIG. 5C is a diagram showing still another appearance example of the
なお、光源20内のLEDd1〜d12は、いわゆる発光ダイオードだけでなく、有機EL発光素子(OLED:Organic Light Emitting Diode)、レーザー発光素子などの固体発光素子でもよい。
The LEDs d1 to d12 in the
以上、本開示の一つまたは複数の態様に係るLED点灯装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。 The LED lighting device according to one or more aspects of the present disclosure has been described above based on the embodiment, but the present disclosure is not limited to this embodiment. As long as it does not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications that a person skilled in the art can think of in the present embodiment, and configurations constructed by combining components in different embodiments are also included in the scope of the present disclosure. May be.
21、22、23、24 LED負荷
30 LED点灯装置
31 電源回路
32 セレクタ回路
33 制御回路
100 照明器具
C2、C3、C4、C5 平滑コンデンサ
d1〜d12 LED
Da、Db、Dc、Dd ダイオード
L1 インダクタ
M3、M4、M5、M6 スイッチング素子
R2〜R5 抵抗
21, 22, 23, 24
Da, Db, Dc, Dd Diode L1 Inductors M3, M4, M5, M6 Switching elements R2 to R5 Resistance
Claims (7)
異なる発光色を有する複数のLED(Light Emitting Diode)負荷と、
前記複数のLED負荷に電力を供給する電源回路31と、
前記複数のLED負荷のそれぞれに直列接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を順番にオンおよびオフさせることにより前記複数のLED負荷を順送り点灯させる制御回路と、を備え、
前記複数のLED負荷のそれぞれは、1つ以上のLEDと、前記1つ以上のLEDと並列に接続された平滑コンデンサとを有し、
前記制御回路は、前記LED負荷の点灯を開始する直前に、前記スイッチング素子のうち少なくとも2つを同時にオンにし、対応する平滑コンデンサをLED負荷の順方向電圧以下に充電する
LED点灯装置。 An LED lighting device,
A plurality of LED (Light Emitting Diode) loads having different emission colors,
A power supply circuit 31 for supplying electric power to the plurality of LED loads,
A switching element connected in series to each of the plurality of LED loads;
A control circuit for sequentially lighting the plurality of LED loads by sequentially turning on and off the switching elements,
Each of the plurality of LED loads has one or more LEDs and a smoothing capacitor connected in parallel with the one or more LEDs,
The LED lighting device, wherein the control circuit turns on at least two of the switching elements at the same time immediately before starting lighting of the LED load and charges a corresponding smoothing capacitor to a voltage equal to or lower than the forward voltage of the LED load.
請求項1に記載のLED点灯装置。 The LED lighting device according to claim 1, wherein the number of the at least two switching elements is the same as the number of the LED loads.
請求項1または2に記載のLED点灯装置。 The LED lighting device according to claim 1, wherein the control circuit detects a charging voltage of the smoothing capacitor and turns off the switching element when a predetermined voltage level is reached.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED点灯装置。 The LED lighting device according to claim 1, wherein the power supply circuit is a switching power supply including an inductor, and supplies power to the plurality of LED loads via the inductor.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のLED点灯装置。 The LED lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of LED loads has a diode for preventing backflow in series with the smoothing capacitor.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のLED点灯装置。 The LED lighting device according to claim 1, wherein each of the plurality of LED loads has a discharge resistor in parallel with the smoothing capacitor.
照明器具。 A lighting fixture comprising the LED lighting device according to claim 1.
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