JP4715547B2 - 照明用電源回路、照明装置、及び照明システム - Google Patents

Description

本発明は、位相制御式の調光器を接続して調光を行う照明用電源回路、照明装置、及びこれを用いた照明システムに関する。

図１３は、背景技術に係る照明システムの構成を示す回路図である（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。図１３に示す照明システム１０１は、位相制御によって発光ダイオードを調光するもので、調光器１０２と、照明用電源回路１０３と、発光ダイオード１０４とを備えて構成されている。調光器１０２は、位相制御式の調光器で、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子であるサイリスタ１０６及びその制御部１０７、調光度合いを変える可変抵抗１０５などで構成されている。

調光器１０２には、商用交流電源電圧Ｖａｃが供給されており、制御部１０７により、可変抵抗１０５の抵抗値に応じてスイッチング素子のオン位相角を制御することで、交流電源電圧のデューティ比を変化させ、すなわち照明用電源回路１０３へ供給する電力量を変化させることにより、照明用電源回路１０３に接続された発光ダイオード１０４の調光を行うようになっている。

このように構成された位相制御式の調光器１０２では、スイッチング素子にサイリスタのような、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするものを用いると、オン位相角を制御するだけで交流電源電圧のデューティ比、すなわち電力を調整することができるので、調光器を簡素化できる。そのため、調光用のスイッチング素子として、サイリスタのような、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子が広く用いられている。

照明用電源回路１０３は、調光器１０２から出力された交流電源電圧を整流するダイオードブリッジ１１０と、ダイオードブリッジ１１０により整流された電圧を平滑するコンデンサ１１１と、コンデンサ１１１により平滑された電圧に応じて発光ダイオード１０４の発光用の直流電流を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ１１２とを備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２は、例えば降圧トランス１１３、パワーＭＯＳＦＥＴ１１４、パワーＭＯＳＦＥＴ内蔵ダイオード１１５、出力整流ダイオード１１６、出力平滑コンデンサ１１７等で構成される１石フライバックコンバータである。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２のスイッチングノイズが外部に漏れ出すことを防ぐために、ダイオードブリッジ１１０の入力端子間に雑音防止用のコンデンサ１０９が接続されている。さらに、コンデンサ１０９と並列に、抵抗１０８が接続されている。なお、図１４に示すように、コンデンサ１１１を省略して力率改善を図った照明用電源回路１０３ａも知られている。

上述のように構成された照明用電源回路１０３，１０３ａにおいて、コンデンサ１０９は雑音防止用であり、図略のインダクタ素子と組み合わせてフィルターを形成する場合も多く、インダクタ素子の前段、後段に分散されて設けられることもある。そして、交流電源電圧が調光器１０２から照明用電源回路１０３，１０３ａへ供給されると、コンデンサ１０９によって、入力電流の位相が進むこととなる。そこで、入力電流の進相を低減するために位相調整用の抵抗１０８が設けられている。

図１５は、図１３に示す照明用電源回路１０３における入力電源電圧Ｖｉｎと、入力電流との位相関係を示す波形図である。（Ａ０）に示す入力電源電圧Ｖｉｎに対して、平滑用のコンデンサ１１１における充電電流Ｉ_Ｃ１１１は、（Ｃ０）に示す如くパルス状となる。また全位相角にわたってコンデンサ１０９に流れる電流Ｉ_Ｃ１０９及び抵抗１０８を流れる電流Ｉ_Ｒ１０８は、それぞれ（Ｄ０）、（Ｅ０）のように流れる結果、これらを合成した入力電流Ｉｉｎは、（Ｆ０）に示すように、（Ｃ０）に示すパルス状の電流が存在しない位相角では雑音防止用のコンデンサ１０９による進相電流の影響が顕著となる。

図１６は、図１４に示す照明用電源回路１０３ａにおける入力電源電圧Ｖｉｎと、入力電流Ｉｉｎとの関係を示す波形図である。（Ａ１）は、入力電流Ｉｉｎに対してコンデンサ１０９による進相電流が無視できるほど小さい場合における入力電源電圧Ｖｉｎと、入力電流Ｉｉｎとを示している。この場合、入力電源電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとは、ほぼ同位相となる。これに対し、照明用電源回路１０３ａが例えば無負荷状態やＤＣ−ＤＣコンバータ１１２が停止したような軽負荷の状態においては、コンデンサ１０９による電流の進相が増大する。

図１６の（Ｂ１）、（Ｃ１）、（Ｄ１）は、抵抗１０８の抵抗値の違いによる入力電流Ｉｉｎの位相を示す波形図である。（Ｂ１）は、抵抗１０８の抵抗値が相当に大きい場合の入力電流位相を示しており、入力電源電圧Ｖｉｎに対して９０度近い進相電流（位相角α１）となる。（Ｃ１）、（Ｄ１）は、抵抗１０８の抵抗値を順次小さくしていった場合の入力電流位相を示している。

図１７は、図１６における（Ｂ１）の入力電流Ｉｉｎ、すなわち９０度近い位相角α１の進み位相となった状態において、調光器１０２でサイリスタ１０６のオン位相角が（１８０度−α１）を超えて大きく設定された場合の調光器１０２の動作を説明するための信号波形図である。（Ａ２）はサイリスタ１０６をオンさせる制御信号を示し、（Ｂ２）はサイリスタ１０６のオンオフ状態を示し、（Ｃ２）は照明用電源回路１０３ａにおける入力電源電圧Ｖｉｎを示している。（Ｄ２）は、説明の簡単のため、サイリスタ１０６が常時オンしている場合の入力電流Ｉｉｎを示している。

図１７に示すように、（１８０度−α１）を超えたタイミングＴ１でサイリスタ１０６がオンされると、本来サイリスタ１０６がオフすべき入力電源電圧Ｖｉｎのゼロクロス点（タイミングＴ２）では、入力電流Ｉｉｎがゼロにならないためサイリスタ１０６はオフせず、位相角が（１８０度−α１）遅れたタイミングＴ３までオンしたままとなる。そのため、（Ｃ２）に波線で示す電圧が入力電源電圧Ｖｉｎとして照明用電源回路１０３ａに入力されてしまう結果、発光ダイオード１０４の発光を正しく調光することができなかったり、発光がちらついたりする等の問題が生じる。

同様に、サイリスタ１０６をオンするタイミングが、（１８０度−α１）よりも早い位相角になった場合には、本来、１８０度の位相角でオフすべきサイリスタ１０６が（１８０度−α１）の位相角でオフしてしまうため、発光ダイオード１０４の発光を正しく調光することができなかったり、発光がちらついたりする。

ここで、図１６（Ｃ１）、（Ｄ１）に示すように、抵抗１０８の抵抗値を順次小さくすると、進相電流の進み位相角は、α２、α３というように、順次小さくなる。

そこで、従来、進相電流の進みを許容する最大限である許容最大進相角α０を、仕様上予め設定しておき、調光器１０２による調光範囲の位相角αを０度≦α＜（１８０度−α０）の範囲に限定し、すなわち位相角（１８０度−α０）≦α＜１８０度の範囲を、サイリスタ１０６をオンさせることを禁止するオン禁止位相角として設定するようにしている。例えば、位相角α３を許容最大進相角α０として設定すれば、調光器１０２による調光範囲の位相角αを（Ｅ１）に示すように、０度≦α＜（１８０度−α３）の範囲に限定し、すなわち位相角（１８０度−α３）≦α＜１８０度の範囲を、サイリスタ１０６をオンさせることを禁止するオン禁止位相角として設定する。

なお、オン禁止位相角は、１８０度から３６０度の範囲においても同様に設定されるが、説明の容易のため、以下、１８０度から３６０度の範囲については説明を省略する。

そして、照明用電源回路１０３ａでは、例えば最も照明用電源回路１０３ａの電流負荷が重い状態において、進相電流の進み位相角が許容最大進相角α０以下になるように抵抗１０８の抵抗値Ｒ_１０８を設定してコンデンサ１０９による進相電流の影響を低減することで、上記問題が生じるような位相タイミングではサイリスタ１０６をオンさせないようにしている。
特開２００４−３３５１２８号公報 特開２００４−３２７１５２号公報

ところで、上述のように構成された照明用電源回路１０３，１０３ａにおいて、位相調整用の抵抗１０８の抵抗値Ｒ_１０８及びその消費電力Ｐは、以下の式（１）、式（２）により与えられる。
ｔａｎα＝２πｆ×Ｃ_１０９Ｒ_１０８
Ｒ_１０８＝ｔａｎα／２πｆＣ ・・・（１）
Ｐ＝Ｖｉｎ^２／Ｒ_１０８ ・・・（２）
今、雑音防止用のコンデンサＣ１０９の静電容量をＣ_１０９＝０．１μＦとし、調光器１０２の位相制御信号範囲を１７０度まで、すなわちオン禁止位相角を位相角１７０度≦α＜１８０度の範囲に設定すると、許容される進相角度、すなわち許容最大進相角α０は１０度であることから、式（１）より、
Ｒ_１０８＝ｔａｎ１０°／（２πｆ×０．１×１０^６）≒４．７ｋΩ
その消費電力Ｐは、式（２）より、
Ｐ＝１００^２／４．７ｋΩ≒２．１Ｗ
（但し、入力電源電圧Ｖｉｎは１００Ｖ、６０Ｈｚとする）
以上より、調光器の特性や雑防コンデンサの容量値にも大きく影響されるが、照明用電源回路として位相制御式の調光器に対応する為に必要となる位相調整用の抵抗での損失は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明において１０Ｗ〜２０Ｗが主流である現状から見て決して無視できないほど大きいという不都合があった。特に、このような照明用電源回路を用いたＬＥＤ照明装置を、発光効率の良い放電灯の代替として用いるためには、発光効率を向上させる必要があり、位相調整用の抵抗での損失を低減したいというニーズがある。

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、位相制御式の調光器に接続されて用いられる照明用電源回路において、位相調整のために生じる電力損失を低減することができる照明用電源回路を提供することを目的とする。また、このような照明用電源回路を用いた照明装置、及び照明システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る照明用電源回路は、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子を用いて交流電源電圧をオン、オフすることによりオン位相角を制御する位相制御調光器によって、オン位相角が調整された交流電源電圧を、受電するための第１及び第２受電端子と、前記第１及び第２受電端子間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと並列に予め設定された定電流を流す定電流回路と、前記コンデンサの両端電圧におけるデューティ比に応じた電力を出力する電力制御部と、前記電力制御部から出力された電力を、外部に接続された発光部へ供給するための第１及び第２出力端子とを備えることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記位相制御調光器は、前記オン位相角を、予め設定されたオン禁止位相角の範囲を除く位相角に設定するものであり、前記定電流回路は、前記定電流の電流値を、前記第１及び第２受電端子間に流れる電流がゼロとなるゼロクロス位相角を前記オン禁止位相角の範囲内にさせるべく設定することを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記第１及び第２受電端子間の電圧のデューティ比を検出するデューティ比検出部をさらに備え、前記電力制御部は、前記デューティ比検出部により検出されたデューティ比の増減に応じて、前記電力を増減することを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記デューティ比検出部は、前記定電流回路を流れる電流に基づいて、前記デューティ比を検出することを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記定電流回路は、さらに、前記定電流を、前記保持電流以上にすることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記電力制御部は、前記コンデンサの両端電圧を整流する第１整流ブリッジと、前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を、前記照明負荷を点灯させるための前記電力に変換する電力変換部とを備えることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記定電流回路は、前記コンデンサの両端電圧を整流する第２整流ブリッジを介して前記コンデンサと並列に接続されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記定電流回路は、前記コンデンサの一端にアノードが接続された第１ダイオードのカソードと前記コンデンサの他端にアノードが接続された第２ダイオードのカソードとの接続点と、前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧を出力する出力端子との間に接続されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記電力制御部は、電流の逆流を防止する逆流防止用ダイオードを介して前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧を出力する出力端子間に接続された平滑用コンデンサをさらに備え、前記定電流回路は、前記第１整流ブリッジを介して前記コンデンサと並列に接続されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記定電流回路は、予め設定された設定電圧に応じた電流を流すトランジスタのエミッタフォロア回路によって構成されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記定電流回路は、予め設定された設定電圧に応じた電流を流すトランジスタのカレントミラー回路によって構成されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記設定電圧は、前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧をコンデンサにより平滑し、抵抗分圧して得られることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記電力制御部は、前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を平滑する平滑用コンデンサをさらに備え、前記電力変換部は、前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧から直流電力を生成し、前記電力として出力するＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されていることを特徴としている。

また、上述の照明用電源回路において、前記電力制御部は、前記コンデンサの両端電圧を整流する第１整流ブリッジと、前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧から直流電力を生成し、前記電力として出力するＤＣ−ＤＣコンバータとをさらに備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧を降圧するためのトランスを備え、前記設定電圧は、前記トランスに巻かれた巻き線から得られることを特徴としている。

そして、本発明の第２の手段に係る照明装置は、発光部と、前記発光部を発光させるための照明用電源回路とを備え、前記照明用電源回路は、上述のいずれかに記載の照明用電源回路であることを特徴としている。

また、上述の照明装置において、前記発光部は、発光ダイオードであることを特徴としている。

さらに、本発明の第３の手段に係る照明システムは、発光部と、前記発光部の明るさを調光するべくデューティ比が設定された交流電源電圧を出力する位相制御調光器と、前記位相制御調光器から出力された交流電源電圧に基づき前記発光部を発光させる照明用電源回路とを備え、前記位相制御調光器は、前記発光部の明るさを指示する調光指示を受け付ける受付部と、交流電源電圧をオン、オフすると共に流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子と、前記受付部により受け付けられた調光指示に応じて、前記スイッチング素子をオンさせるオン位相角を制御する制御部とを備え、前記照明用電源回路は、上述のいずれかに記載の照明用電源回路であり、前記第１及び第２受電端子によって、前記スイッチング素子によりオン、オフされた交流電源電圧を受電することを特徴としている。

このような構成の照明用電源回路、及びこれを用いた照明装置、照明システムでは、位相制御調光器によって、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子を用いて交流電源電圧をオン、オフすることによりオン位相角が調整された交流電源電圧が、第１及び第２受電端子の受電端子により受電される。また、第１及び第２受電端子間に接続されたコンデンサにより、外部に漏出するノイズが低減される。そして、定電流回路によって、このコンデンサと並列に予め設定された位相調整のための定電流が流されることにより、当該コンデンサによる電流位相の進みが低減される。そして、電力制御部により当該コンデンサの両端電圧におけるデューティ比に応じた電力が、第１及び第２出力端子に接続された発光部へ供給される。この場合、コンデンサと並列に接続された抵抗に電流を流して位相調整を行う場合と比較して、位相調整のために生じる電力損失を低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明システムの構成の一例を示す回路図である。図１に示す照明システム１は、位相制御調光器２と、照明用電源回路３及びＬＥＤ４（発光部）からなる照明装置５とを備えて構成されている。位相制御調光器２は、位相制御式の調光器で、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子であるサイリスタＱ１、サイリスタＱ１を用いて交流電源電圧Ｖａｃをオンオフすることによりオン位相角を制御する制御部２１、調光度合いを変えるボリュームスイッチである可変抵抗ＶＲ（受付部）、及びサイリスタＱ１によってオン位相角が制御された交流電源電圧Ｖｏｕｔを、照明用電源回路３へ出力するための接続端子２２，２３等で構成されている。

位相制御調光器２には、商用交流電源電圧Ｖａｃが供給されており、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御部２１により、可変抵抗ＶＲの抵抗値、すなわち調光指示、に応じてサイリスタＱ１のオン位相角を制御することで、交流電源電圧のデューティ比を変化させ、照明用電源回路３へ供給する電力量を変化させることにより、照明用電源回路３に接続されたＬＥＤ４の調光を行うようになっている。

制御部２１には、オン禁止位相角の範囲が予め設定されており、制御部２１は、サイリスタＱ１のオン位相角を、オン禁止位相角の範囲を除く位相角の範囲内で設定する。オン禁止位相角αは、例えば位相角１７０度≦α＜１８０度の範囲に設定されている。なお、オン禁止位相角αの範囲は、例えば、０度≦α＜１０度と１７０度≦α＜１８０度とのように、全位相範囲の最初と最後とに設定するようにしてもよい。

なお、サイリスタＱ１の代わりに、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフする他のスイッチング素子、例えばＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）やトライアック等を用いてもよい。

照明用電源回路３は、位相制御調光器２から出力された交流電源電圧Ｖｏｕｔを受電するための受電端子３１，３２（第１，第２受電端子）と、受電端子３１，３２間に接続された雑音防止用のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の両端電圧を整流し、整流電圧Ｖｄｂ１として出力するダイオードブリッジＤＢ１（第１整流ブリッジ）と、整流電圧Ｖｄｂ１を平滑する平滑用コンデンサＣ２と、平滑用コンデンサＣ２により平滑された整流電圧Ｖｄｂ１から直流電力を生成し、ＬＥＤ４を点灯させるための電流に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ３３（電力変換部）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３から出力された直流電流をＬＥＤ４へ供給するための出力端子３５，３６（第１，第２出力端子）と、コンデンサＣ１の両端電圧を整流するダイオードブリッジＤＢ２（第２整流ブリッジ）と、ダイオードブリッジＤＢ２を介してコンデンサＣ１と並列に接続された定電流回路３４とを備えて構成されている。

そして、出力端子３５，３６に発光部としてＬＥＤ４が取り付けられて、照明装置５が構成されている。なお、発光部は、ＬＥＤ限られず、例えばハロゲンランプや放電灯であってもよい。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、整流電圧Ｖｄｂ１に応じて発光部の発光用の電力を出力するものであればよく、電圧出力により発光部を発光させるものであってもよい。

定電流回路３４は、受電端子３１，３２間に流れる入力電流Ｉｉｎがゼロとなるゼロクロス位相角を、オン禁止位相角の範囲内にするべく電流値が、一定の電流Ｉ_０に設定されている。図２は、定電流回路３４の一例を示す回路図である。（Ａ）は、一定の電流を流す定電流ダイオードＤ１１（例えば、石塚電子（株）製、ＣＲＤ（Current Regulative Diode）を、定電流回路３４として用いるもので、電流値が電流Ｉ_０の定電流ダイオードを定電流回路３４として用いることで、定電流回路３４の電流Ｉ_０を予め設定することができる。

図２（Ｂ）は、エミッタフォロア回路を用いた定電流回路の一例であり、ダイオードブリッジＤＢ２の出力端子の一端にトランジスタＴｒ１１のコレクタが接続され、トランジスタＴｒ１１のエミッタが抵抗Ｒ１２を介してダイオードブリッジＤＢ２の出力端子の他端に接続され、抵抗Ｒ１２と並列にコンデンサＣ１１が接続されている。そして、予め設定された直流の設定電圧Ｖ_ｄｃを出力する直流定電圧源Ｖｄｃによって、設定電圧Ｖ_ｄｃが抵抗Ｒ１１を介してトランジスタＴｒ１１のベースに印加されることで、設定電圧Ｖ_ｄｃに応じたベース電流が流れる結果、設定電圧Ｖ_ｄｃに応じた電流Ｉ_０が流れるようにされている。

図２（Ｃ）は、カレントミラー回路を用いた定電流回路の一例であり、ダイオードブリッジＤＢ２の出力端子の一端にトランジスタＴｒ２１のコレクタが接続され、トランジスタＴｒ２１のエミッタがダイオードブリッジＤＢ２の出力端子の他端に接続されている。また、トランジスタＴｒ２２のベースがトランジスタＴｒ２１のベース及びトランジスタＴｒ２２のコレクタに接続され、トランジスタＴｒ２２のエミッタがダイオードブリッジＤＢ２の出力端子の他端に接続されている。そして、予め設定された直流の設定電圧Ｖ_ｄｃを出力する直流定電圧源Ｖｄｃによって、設定電圧Ｖ_ｄｃが抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＴｒ２２のコレクタ及びベースに印加されることで、設定電圧Ｖ_ｄｃに応じた電流Ｉ_０がトランジスタＴｒ２２に流れる結果、トランジスタＴｒ２２とミラー構成にされたトランジスタＴｒ２１に設定電圧Ｖ_ｄｃに応じた電流Ｉ_０が流れるようにされている。

位相制御調光器２は、例えば家屋の壁面に取り付けられ、照明装置５は、例えば家屋の天井に取り付けられる。そして、位相制御調光器２における接続端子２２，２３と、照明用電源回路３における受電端子３１，３２とがケーブルＣＢＬ１によって接続されて、照明システム１が構成されている。

次に、上述のように構成された照明システム１の動作について説明する。まず、ユーザがＬＥＤ４を調光するべく位相制御調光器２のボリュームスイッチを操作して可変抵抗ＶＲの抵抗値を設定すると、制御部２１により、可変抵抗ＶＲの抵抗値に応じてサイリスタＱ１のオン位相角が制御される。そして、サイリスタＱ１によりオン位相角が制御された交流電源電圧Ｖｏｕｔが、接続端子２２，２３、及びケーブルＣＢＬ１を介して受電端子３１，３２へ出力され、受電端子３１，３２によって、交流電源電圧Ｖｏｕｔが入力電源電圧Ｖｉｎとして受電される。

そうすると、入力電流Ｉｉｎは、コンデンサＣ１により進み位相となるものの、ダイオードブリッジＤＢ２を介して定電流回路３４により電流Ｉ_０が流されるため入力電流Ｉｉｎの進み位相が低減され、入力電流Ｉｉｎのゼロクロス位相角がオン禁止位相角αの範囲、例えば位相角１７０度≦α＜１８０度の範囲内にされる。

これにより、入力電流Ｉｉｎのゼロクロス位相角を超えた位相角でサイリスタＱ１がオンすることがないので、本来サイリスタＱ１がオフすべき入力電流Ｉｉｎのゼロクロス位相角でオフできずにサイリスタＱ１が次のサイクルまでオンを継続してしまうことが抑制される。また、入力電流Ｉｉｎのゼロクロス位相角の手前でサイリスタＱ１がオンする場合には、入力電流Ｉｉｎのゼロクロス位相角が例えば位相角１７０度≦α＜１８０度の範囲内、すなわち進相が１０度以下の範囲にされるので、サイリスタＱ１がオフするタイミングのずれが１０度以下となる。この場合、進相によるオフタイミングのずれが例えば９０度といった大きな値になることがないので、電流の進相による入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比への影響が低減される。

そうすると、サイリスタＱ１によるオン位相角に応じて、すなわちユーザが可変抵抗ＶＲを用いて設定した調光指示に応じて、入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比が設定される。そして、入力電源電圧Ｖｉｎは、ダイオードブリッジＤＢ１によって整流され、平滑用コンデンサＣ２によって平滑されて整流電圧Ｖｄｂ１にされる。この場合、整流電圧Ｖｄｂ１は、入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比の増減に応じて増減する。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３によって、整流電圧Ｖｄｂ１に応じた直流の負荷電流Ｉ_Ｌ、すなわち調光指示に応じた負荷電流Ｉ_Ｌが出力端子３５，３６を介してＬＥＤ４へ供給される。そうすると、ＬＥＤ４は、負荷電流Ｉ_Ｌすなわち調光指示に応じた明るさで発光する。

この場合、定電流回路３４により電流Ｉ_０が流されることにより入力電流Ｉｉｎの進み位相が低減され、入力電源電圧Ｖｉｎを調光指示に応じたデューティ比にすることができるので、ＬＥＤ４を正しく調光できなかったり、ちらつきが発生したりする等の問題の発生を抑制することができる。

また、図１に示す照明用電源回路３において、入力電流Ｉｉｎの進相角を許容最大進相角α０とし、入力電流Ｉｉｎにおけるゼロクロス点の位相角をα（＝１８０度−α０）とするためには、入力電源電圧ＶｉｎによりコンデンサＣ１を流れる電流Ｉ_Ｃ１を相殺するように、電流Ｉ_０の電流値を設定すればよい。コンデンサＣ１の静電容量をＣ_１とすると、電流Ｉ_０及び位相調整のために生じる電力損失Ｐは、以下の式（３）、式（４）により与えられる。
Ｉ_０＝−Ｉ_Ｃ１＝ωＣ_１×Ｖｉｎ×（２の平方根）×ｃｏｓα ・・・（３）
Ｐ＝Ｖｉｎ×Ｉ_０ ・・・（４）
図３、図４、図５は、図１に示す照明用電源回路３と、図１３に示す背景技術に係る照明用電源回路１０３とにおける位相調整のために生じる電力損失Ｐを示したグラフである。横軸は位相角α、縦軸は電力損失Ｐを示し、四角印は照明用電源回路３における電力損失Ｐを示し、丸印は照明用電源回路１０３における電力損失Ｐを示している。また、図３は雑音防止用コンデンサの静電容量Ｃ（＝Ｃ_１＝Ｃ_１０３）が０．１μＦの場合を示し、図４は雑音防止用コンデンサの静電容量Ｃ（＝Ｃ_１＝Ｃ_１０３）が０．０１μＦの場合を示し、図５は雑音防止用コンデンサの静電容量Ｃ（＝Ｃ_１＝Ｃ_１０３）が０．０４７μＦの場合を示している。図３、図４、図５に示すように、雑音防止用コンデンサの静電容量や、入力電流Ｉｉｎにおけるゼロクロス点の位相角α（＝１８０度−α０）に関わらず、図１に示す照明用電源回路３により位相調整のために生じる電力損失Ｐを低減できる。

なお、例えば、図６に示す照明用電源回路３ａのように、ダイオードブリッジＤＢ２を用いる代わりに、コンデンサＣ１の一端にアノードが接続されたダイオードＤ１（第１ダイオード）と、コンデンサＣ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ２（第２ダイオード）とを備え、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとの接続点と、ダイオードブリッジＤＢ１の低圧側出力端子との間に定電流回路３４が接続される構成としてもよい。この場合、ダイオードブリッジＤＢ２をダイオード２個と置き換えることができるので、回路を簡素化することができる。

また、例えば、図７に示す照明用電源回路３ｂのように、ダイオードブリッジＤＢ２を用いる代わりに、平滑用コンデンサＣ２からダイオードブリッジＤＢ１へ電流が逆流することを防ぐ逆流防止用のダイオードＤ３を備え、ダイオードブリッジＤＢ１の出力端子間に定電流回路３４を接続することにより、定電流回路３４を、ダイオードブリッジＤＢ１を介してコンデンサＣ１と並列に接続する構成としてもよい。この場合、ダイオードブリッジＤＢ２をダイオード１個と置き換えることができるので、回路を簡素化することができる。

また、例えば、照明用電源回路３，３ａ，３ｂにおいて、平滑用コンデンサＣ２の両端電圧を分圧する分圧抵抗と、当該分圧抵抗により分圧された電圧を設定電圧Ｖ_ｄｃに定電圧化するツェナーダイオードとによって、図２（Ｂ）（Ｃ）に示す定電流回路３４における直流定電圧源Ｖｄｃを構成してもよい。

また、例えば、図８に示す照明用電源回路３ｃのようにしてもよい。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３を、例えば降圧トランスＴ、パワーＭＯＳＦＥＴＱ２、パワーＭＯＳＦＥＴ内蔵ダイオードＤ４、出力整流ダイオードＤ５、出力平滑コンデンサＣ３等により１石フライバックコンバータとして構成する。そして、降圧トランスＴにおける出力巻線ｎ３の出力端をダイオードＤ７のアノードに接続し、ダイオードＤ７のカソードを、コンデンサＣ４を介してダイオードブリッジＤＢ１の低圧側出力端子に接続する。そして、コンデンサＣ４の両端電圧を、ツェナーダイオードＺＤにより設定電圧Ｖ_ｄｃに定電圧化して定電流回路３４へ供給することにより、図２（Ｂ）（Ｃ）に示す定電流回路３４における直流定電圧源Ｖｄｃを構成してもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３が動作を継続する限り、定電流回路３４を動作させることができる。

また、図６、図８に示す照明用電源回路３ａ，３ｃにおいて、平滑用コンデンサＣ２を備えない構成としてもよく、図７に示す照明用電源回路３ｂにおいて、平滑用コンデンサＣ２とダイオードＤ３とを備えない構成としてもよい。

図９は、交流電源電圧Ｖａｃの波形と、定電流回路３４を流れる電流Ｉ_０の波形とを示したもので、交流電源電圧Ｖａｃの殆どの位相において定電流を確保できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明システムについて説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る照明システム１ｄの構成の一例を示すブロック図である。図１０に示す照明システム１ｄは、図６に示す照明用電源回路３ａとは、照明用電源回路３ｄの構成が異なる。すなわち、図１０に示す照明用電源回路３ｄは、デューティ比検出部３７をさらに備える点で異なる。

デューティ比検出部３７は、入力電源電圧Ｖｉｎがオン状態であれば信号Ｓ１をハイレベルで出力し、入力電源電圧Ｖｉｎがオフ状態であれば信号Ｓ１をローレベルで出力することにより、入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比に応じた信号Ｓ１をＤＣ−ＤＣコンバータ３３へ出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、信号Ｓ１のデューティ比の増減に応じてＬＥＤ４への負荷電流Ｉ_Ｌ、すなわち出力電力を増減する。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、信号Ｓ１を平滑することにより得られた電圧、すなわち入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比に応じた電圧の増減に応じてＬＥＤ４への負荷電流Ｉ_Ｌ、すなわち出力電力を増減するようにされている。

図１１は、図１０に示す照明用電源回路３ｄのより詳細な構成の一例を示す回路図である。照明用電源回路３ｄでは、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、コンデンサＣ５、直流定電圧源Ｖｄｃ等で構成したエミッタフォロア回路からなる定電流回路３４におけるエミッタ抵抗Ｒ４の電圧降下、すなわち定電流回路３４を流れる電流をトランジスタＴｒ２で検出し、制限抵抗Ｒ６を介してフォトカプラＰｃを駆動してＤＣ−ＤＣコンバータ３３へ信号Ｓ１を出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３に信号Ｓ１に応じた調光制御を行わせるようになっている。

この場合、抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ２、及びフォトカプラＰｃがデューティ比検出部３７に相当している。そして、デューティ比検出部３７は、定電流回路３４を利用して入力電源電圧Ｖｉｎのオンオフを検出することができるので、回路を簡素化することができる。

図１、図６、図７、図８に示す照明システム１，１ａ，１ｂ，１ｃでは、位相制御調光器２は、交流電源電圧Ｖｏｕｔのデューティ比を変化させることにより照明用電源回路３，３ａ，３ｂ，３ｃへ供給する電力を変化させ、ＬＥＤ４の発光を調光するようになっている。そのため、ＬＥＤ４を調光して暗くし、消灯に近い明るさにしようとすると、位相制御調光器２から照明用電源回路３，３ａ，３ｂ，３ｃへ供給される電力量が低下する結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３に入力される電力がゼロ付近まで低下する。そうすると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３が動作するための電力を確保することが困難になり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３の動作が不安定になる結果、ＬＥＤ４を暗くする場合の調光が不安定になるおそれがあった。

一方、図１０、図１１に示す照明用電源回路３ｄでは、デューティ比検出部３７により検出された入力電源電圧Ｖｉｎのデューティ比に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３によりＬＥＤ４の発光が調光されるので、ＬＥＤ４を調光して暗くする場合であっても、位相制御調光器２から照明用電源回路３，３ａ，３ｂ，３ｃへ供給する電力量そのものを低下させる必要はない。

そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、図１２に示すように、信号Ｓ１のデューティ比が１００％の場合に負荷電流Ｉ_ＬをＬＥＤ４の最大負荷電流Ｉｍａｘとして出力し、信号Ｓ１のデューティ比が０％より大きく、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３の動作用電力を確保することができるデューティ比Ａにおいて、負荷電流Ｉ_Ｌをゼロ、すなわちＬＥＤ４を消灯させるようになっている。これにより、ＬＥＤ４を調光して暗くし、消灯に近い明るさにする場合であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３の動作用電力は確保されるので、ＬＥＤ４を暗くする場合の調光が不安定になることを抑制することができる。

また、図１０、図１１に示す照明用電源回路３ｄでは、位相制御調光器２から出力される交流電源電圧Ｖｏｕｔのデューティ比が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３の出力電流を制御する制御信号として用いられる。そして、ＬＥＤ４が暗く調光されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３から出力される負荷電流Ｉ_Ｌが低下し、入力電流Ｉｉｎも低下する。ところで、サイリスタＱ１は、制御部２１からのオン制御信号に関わらず、流れる電流すなわち入力電流Ｉｉｎが所定の保持電流を下回るとオフし、位相制御調光器２から交流電源電圧Ｖｏｕｔが出力されなくなる。そうすると、照明用電源回路３ｄは、調光用の制御信号としての交流電源電圧Ｖｏｕｔを受信できなくなり、可変抵抗ＶＲの抵抗値、すなわちユーザの調光指示に応じた調光を行うことができなくなるおそれがある。

そこで、定電流回路３４の電流Ｉ_０は、オン禁止位相角の範囲を除く位相角において、サイリスタＱ１がオンを維持することができる最小の保持電流以上に設定されている。

また、図１０、図１１に示す照明用電源回路３ｄでは、調光用の制御信号としての交流電源電圧Ｖｏｕｔが用いられるので、位相制御調光器２から照明用電源回路へ調光用の制御信号を出力して調光させる場合と比べて、ケーブルＣＢＬ１の他に別途調光用の制御信号を伝送する配線を設ける必要が無いので、省配線化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明システムの構成の一例を示す回路図である。 図１に示す定電流回路の一例を示す回路図である。（Ａ）は定電流ダイオードを用いた例であり、（Ｂ）はエミッタフォロア回路を用いた例であり、（Ｃ）はカレントミラー回路を用いた例である。 図１に示す照明用電源回路と、背景技術に係る照明用電源回路とにおける位相調整のために生じる電力損失Ｐを示したグラフである。 図１に示す照明用電源回路と、背景技術に係る照明用電源回路とにおける位相調整のために生じる電力損失Ｐを示したグラフである。 図１に示す照明用電源回路と、背景技術に係る照明用電源回路とにおける位相調整のために生じる電力損失Ｐを示したグラフである。 図１に示す照明システムの変形例を示す回路図である。 図１に示す照明システムの変形例を示す回路図である。 図１に示す照明システムの変形例を示す回路図である。 定電流回路を流れる電流の波形を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１０に示す照明用電源回路のより詳細な構成の一例を示す回路図である。 図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータの制御特性の一例を示す説明図である。 背景技術に係る照明システムの構成を示す回路図である。 背景技術に係る照明システムの構成を示す回路図である。 図１３に示す照明用電源回路における入力電源電圧と、入力電流との位相関係を示す波形図である。 図１４に示す照明用電源回路における入力電源電圧と、入力電流との関係を示す波形図である。 背景技術に係る調光器の動作を説明するための信号波形図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 照明システム
２ 位相制御調光器
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 照明用電源回路
４ ＬＥＤ
５ 照明装置
２１ 制御部
２２，２３ 接続端子
３１，３２ 受電端子
３３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３４ 定電流回路
３５，３６ 出力端子
３７ デューティ比検出部
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ 平滑用コンデンサ
Ｃ３ 出力平滑コンデンサ
ＣＢＬ１ ケーブル
Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３ ダイオード
Ｄ４ パワーＭＯＳＦＥＴ内蔵ダイオード
Ｄ５ 出力整流ダイオード
Ｄ７ ダイオード
ＤＢ１，ＤＢ２ ダイオードブリッジ
Ｉ_Ｌ 負荷電流
Ｉｉｎ 入力電流
Ｑ１ サイリスタ
Ｔ 降圧トランス
ＶＲ 可変抵抗
Ｖｄｂ１ 整流電圧
Ｖ_ｄｃ 設定電圧
Ｖｄｃ 直流定電圧源
Ｖｉｎ 入力電源電圧
Ｖｏｕｔ 交流電源電圧
ｎ３ 出力巻線

Claims (17)

1. 流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子を用いて交流電源電圧をオン、オフすることによりオン位相角を制御する位相制御調光器によって、オン位相角が調整された交流電源電圧を、受電するための第１及び第２受電端子と、
   前記第１及び第２受電端子間に接続されたコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に予め設定された定電流を流す定電流回路と、
   前記コンデンサの両端電圧におけるデューティ比に応じた電力を出力する電力制御部と、
   前記電力制御部から出力された電力を、外部に接続された発光部へ供給するための第１及び第２出力端子と
   を備えることを特徴とする照明用電源回路。
2. 前記位相制御調光器は、前記オン位相角を、予め設定されたオン禁止位相角の範囲を除く位相角に設定するものであり、
   前記定電流回路は、前記定電流の電流値を、前記第１及び第２受電端子間に流れる電流がゼロとなるゼロクロス位相角を前記オン禁止位相角の範囲内にさせるべく設定すること
   を特徴とする請求項１記載の照明用電源回路。
3. 前記第１及び第２受電端子間の電圧のデューティ比を検出するデューティ比検出部をさらに備え、
   前記電力制御部は、前記デューティ比検出部により検出されたデューティ比の増減に応じて、前記電力を増減すること
   を特徴とする請求項２に記載の照明用電源回路。
4. 前記デューティ比検出部は、前記定電流回路を流れる電流に基づいて、前記デューティ比を検出すること
   を特徴とする請求項３に記載の照明用電源回路。
5. 前記定電流回路は、さらに、前記定電流を、前記保持電流以上にすること
   を特徴とする請求項４に記載の照明用電源回路。
6. 前記電力制御部は、
   前記コンデンサの両端電圧を整流する第１整流ブリッジと、
   前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を、前記照明負荷を点灯させるための前記電力に変換する電力変換部と
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明用電源回路。
7. 前記定電流回路は、前記コンデンサの両端電圧を整流する第２整流ブリッジを介して前記コンデンサと並列に接続されていること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明用電源回路。
8. 前記定電流回路は、前記コンデンサの一端にアノードが接続された第１ダイオードのカソードと前記コンデンサの他端にアノードが接続された第２ダイオードのカソードとの接続点と、前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧を出力する出力端子との間に接続されていること
   を特徴とする請求項６記載の照明用電源回路。
9. 前記電力制御部は、
   電流の逆流を防止する逆流防止用ダイオードを介して前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧を出力する出力端子間に接続された平滑用コンデンサをさらに備え、
   前記定電流回路は、前記第１整流ブリッジを介して前記コンデンサと並列に接続されていること
   を特徴とする請求項６記載の照明用電源回路。
10. 前記定電流回路は、予め設定された設定電圧に応じた電流を流すトランジスタのエミッタフォロア回路によって構成されていること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明用電源回路。
11. 前記定電流回路は、予め設定された設定電圧に応じた電流を流すトランジスタのカレントミラー回路によって構成されていること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明用電源回路。
12. 前記設定電圧は、前記第１整流ブリッジにおける前記整流電圧をコンデンサにより平滑し、抵抗分圧して得られること
    を特徴とする請求項１０又は１１記載の照明用電源回路。
13. 前記電力制御部は、前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を平滑する平滑用コンデンサをさらに備え、
    前記電力変換部は、前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧から直流電力を生成し、前記電力として出力するＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されていること
    を特徴とする請求項６記載の照明用電源回路。
14. 前記電力制御部は、
    前記コンデンサの両端電圧を整流する第１整流ブリッジと、
    前記第１整流ブリッジにより整流された整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、
    前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧から直流電力を生成し、前記電力として出力するＤＣ−ＤＣコンバータとをさらに備え、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記平滑用コンデンサにより平滑された電圧を降圧するためのトランスを備え、
    前記設定電圧は、前記トランスに巻かれた巻き線から得られること
    を特徴とする請求項１０又は１１記載の照明用電源回路。
15. 発光部と、
    前記発光部を発光させるための照明用電源回路と
    を備え、
    前記照明用電源回路は、請求項１〜１４のいずれかに記載の照明用電源回路であること
    を特徴とする照明装置。
16. 前記発光部は、発光ダイオードであること
    を特徴とする請求項１５記載の照明装置。
17. 発光部と、
    前記発光部の明るさを調光するべくデューティ比が設定された交流電源電圧を出力する位相制御調光器と、
    前記位相制御調光器から出力された交流電源電圧に基づき前記発光部を発光させる照明用電源回路とを備え、
    前記位相制御調光器は、
    前記発光部の明るさを指示する調光指示を受け付ける受付部と、
    交流電源電圧をオン、オフすると共に流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子と、
    前記受付部により受け付けられた調光指示に応じて、前記スイッチング素子をオンさせるオン位相角を制御する制御部とを備え、
    前記照明用電源回路は、請求項１〜１４のいずれかに記載の照明用電源回路であり、前記第１及び第２受電端子によって、前記スイッチング素子によりオン、オフされた交流電源電圧を受電すること
    を特徴とする照明システム。

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