JP5195193B2

JP5195193B2 - 電源装置及び照明器具

Info

Publication number: JP5195193B2
Application number: JP2008233423A
Authority: JP
Inventors: 拓朗平松; 博志寺坂; 充彦西家; 寛和大武; 敏行平岡
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010067831A

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの半導体発光素子の駆動に最適な電源装置及び照明器具に関するものである。

最近、発光ダイオードなどの半導体発光素子の電源として、スイッチング手段を用いた直流の電源装置が多く用いられている。

そして、この種の電源装置として、特許文献１に開示されるように負荷に流れる負荷電流を検出し、この検出信号に基づいて制御回路によりスイッチング素子をオンオフさせて負荷に対する出力を制御するようなものがある。
特開２００１−３１３４２３号公報

ところが、かかる特許文献１のものは、例えば負荷として発光ダイオードを用い、この発光ダイオードの光量を任意に調整可能する調光機能を持たせるようにした場合、電流検出部の検出信号により発光ダイオードを深い調光、つまり限りなく低い調光比まで調光を行おうとすると、発光ダイオードに流れる電流が小さく検出信号が極めて小さくなるため、調光のための制御が難しくなる。

そこで、従来、例えば調光比が５％以下になると、調光制御を停止して発光ダイオードを強制的に消灯させるようにしたものがある。しかし、このように強制的に発光ダイオードを消灯させようにすると、発光ダイオードを複数個使用した照明では、これら複数の発光ダイオード間での光出力のばらつきなどにより各発光ダイオードの点灯状態から消灯への移行が不自然になってしまいユーザに違和感を与えるという問題を生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、調光深度の深い領域でも良好な調光動作が得られる電源装置及び照明器具を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、直流出力を生成する直流出力生成手段と；前記直流出力生成手段より生成される直流出力が供給される半導体発光素子と；前記半導体発光素子に流れる電流を検出する電流検出手段と；所定の調光度より浅い調光領域では調光信号の調光度に応じた基準信号と前記電流検出手段の検出信号とに応じて前記直流出力生成手段を制御し、所定の調光度より深い調光領域では調光度に応じた基準信号のみにより前記直流出力生成手段を制御して前記半導体発光素子を調光動作させる制御手段と；を具備することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置と；前記電源装置を有する器具本体と：を具備したことを特徴とする照明器具である。

本発明によれば、調光深度の深い領域でも半導体発光素子の光出力のばらつきの影響を受け難い調光動作を得ることができる。

さらに、本発明によれば、調光深度の深い領域でも良好な調光動作が得られる照明器具を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の電源装置が適用される照明器具について簡単に説明する。図１及び図２において、１は器具本体で、この器具本体１は、アルミニウムのダイカスト製のもので、両端を開口した円筒状をしている。この器具本体１は、内部を仕切り部材１ａ、１ｂにより上下方向に３分割され、下方開口と仕切り部材１ａの間の空間は、光源部２に形成されている。この光源部２には、半導体発光素子としての複数のＬＥＤ２ａと反射体２ｂが設けられている。複数のＬＥＤ２ａは、仕切り部材１ａ下面に設けられた円盤状の配線基板２ｃの円周方向に沿って等間隔に配置され実装されている。

器具本体１の仕切り部材１ａと１ｂの間の空間は電源室３に形成されている。この電源室３は、仕切り部材１ａ上部に配線基板３ａが配置されている。この配線基板３ａには、前記複数のＬＥＤ２ａを駆動するための本発明の電源装置を構成する各電子部品が設けられている。この直流電源装置と複数のＬＥＤ２ａは、リード線４により接続されている。

器具本体１の仕切り板１ｂと上方開口の間の空間は、電源端子室５に形成されている。この電源端子室５は、仕切り板１ｂに電源端子台６が設けられている。この電源端子台６は、電源室３の電源装置に商用電源の交流電力を供給するための端子台で、電絶縁性の合成樹脂で構成されたボックス６ａの両面に電源ケーブル用端子部となる差込口６ｂ、送りケーブル用端子部となる差込口６ｃ及び電源線及び送り線を切り離すリリースボタン６dなどを有している。

図３は、このように構成された照明器具の電源室３に組み込まれる本発明の電源装置の概略構成を示している。

図３において、１１は交流電源で、この交流電源１１は、不図示の商用電源からなっている。この交流電源１１には、全波整流回路１２の入力端子が接続されている。全波整流回路１２は、交流電源１１からの交流電力を全波整流した出力を発生する。全波整流回路１２の正負極の出力端子間には、平滑用のコンデンサ１３が接続され、全波整流回路１２とともに直流電源を構成している。

ここでは、直流電源として、商用電源を整流平滑したものを用いたが、力率改善のための力率改善コンバータを使用しても良い。

コンデンサ１３には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、フライバックトランスであるスイッチングトランス１４、スイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１５、整流平滑手段としてのダイオード１６と平滑コンデンサ１７からなる整流平滑回路１８より構成されている。ここで、コンデンサ１３の両端には、スイッチングトランス１４の一次巻線１４ａとスイッチングトランジスタ１５の直列回路が接続されている。スイッチングトランス１４は、一次巻線１４ａと磁気的結合された二次巻線１４ｂを有している。スイッチングトランス１４の二次巻線１４ｂには、図示極性のダイオード１６と平滑コンデンサ１７からなる整流平滑回路１８が接続されている。この整流平滑回路１８は、スイッチングトランジスタ１５、スイッチングトランス１４とともに直流出力生成手段を構成し、スイッチングトランス１４の二次巻線１４ｂより発生する交流出力をダイオード１６で整流し、この整流出力を平滑コンデンサ１７により平滑して直流出力として発生する。

ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０としてフライバックコンバータを用いたが、例えば、負荷側の電圧が電源電圧より低い場合は降圧型コンバータ、負荷側の電圧が電源電圧より高い場合は昇圧型コンバータなど、昇降圧型コンバータを用いても良い。要は、負荷の状態や外部からの信号に応じて出力を可変できるものであればよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の整流平滑回路１８の平滑コンデンサ１７の両端には、負荷として、光源として半導体発光素子である発光ダイオード１９１、１９２（図２で述べたＬＥＤ２ａに相当する。）が直列に接続されている。

発光ダイオード１９１、１９２の直列回路には、電流検出手段として電流検出部２０が直列に接続されている。この電流検出部２０は、インピーダンス素子として抵抗２０１を有している。電流検出部２０には、調光設定手段として調光設定部２１が接続されている。

調光設定部２１は、比較手段である比較器２２と図示極性のダイオード２３を有している。そして、比較器２２の一方入力端子には、電流検出部２０の抵抗２０１と発光ダイオード１９の接続点が接続され、他方の入力端子には、制御回路２４が接続されている。また、比較器２２の出力端子には、ダイオード２３を介して制御回路２４が接続されている。

制御回路２４は、装置全体を制御するもので、調光手段として調光信号発生部２５が接続されている。また、制御回路２４は、基準信号設定部２４１を有している。調光信号発生部２５は、外部からの調光操作信号に基づいて発光ダイオード１９１、１９２の光量を調整するための調光信号を発生して制御回路２４に入力する。

基準信号設定部２４１は、比較器２２の他方入力端子に対し基準信号Ｖｒｅｆを設定する。この場合、基準信号設定部２４１は、調光信号発生部２５の調光信号による調光の深さ（調光深度）に応じた大きさの基準信号Ｖｒｅｆを出力する。

そして、制御回路２４は、比較器２２の出力に応じてスイッチングトランジスタ１５のオンオフを制御しスイッチングトランス１４をスイッチング駆動して発光ダイオード１９１、１９２に供給される電流を制御する。

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。

いま、外部の調光操作信号に応じた調光信号が調光信号発生部２５より発生すると、このときの調光信号の調光深度に応じた基準信号Ｖｒｅｆが制御回路２４の基準信号設定部２４１から出力され比較器２２の他方入力端子に入力される。

この状態で、交流電源１１の交流電力が全波整流回路１２で全波整流され、リップル電流平滑用コンデンサ１３を介してスイッチングトランス１４及びスイッチングトランジスタ１５に供給される。

そして、制御回路２４によるスイッチングトランジスタ１５のオンオフによりスイッチングトランス１４がスイッチング駆動される。この場合、スイッチングトランジスタ１５のオンでスイッチングトランス１４の一次巻線１４ａに電流を流してエネルギーを蓄積し、スイッチングトランジスタ１５のオフで、一次巻線１４ａに蓄積したエネルギーを二次巻線１４ｂを通して放出する。これにより整流平滑回路１８を介して直流出力が発生し、この直流出力により発光ダイオード１９１，１９２が点灯される。

発光ダイオード１９１，１９２に流れる電流は、電流検出部２０の抵抗器２０１により検出され、この検出電流に応じた検出信号が比較器２２の一方入力端子に入力される。この状態で、比較器２２は、他方入力端子に入力される調光深度に応じた基準信号Ｖｒｅｆと電流検出部２０の検出信号とを比較し、この結果に応じた出力を、ダイオード２３を介して出力する。これにより、制御回路２４は、比較器２２の出力に基づいてスイッチングトランジスタ１５のオンオフ動作を制御し、発光ダイオード９１，１９２に流れる電流を一定に制御する。

この場合、外部からの調光操作信号により調光信号発生部２５から出力される調光信号の調光深度を調整し、このときの調光深度に応じた基準信号Ｖｒｅｆを基準信号設定部２６２により設定することにより、発光ダイオード１９１，１９２を調光深度が浅い領域から深い領域までの範囲にわたって調光動作を行うことができる。

ところで、光源に用いられる発光ダイオード１９１，１９２のＶ−Ｉ特性は、図４に示すように指数関数的に立ち上がる領域を有し、また、発光ダイオード素子間のバラツキや温度特性による動作点のばらつきによりＡｃｅｎを中心にＡｍａｘとＡｍｉｎの間で変動することが知られている。ここで、仮に発光ダイオード１９１のＶ−Ｉ特性をＡｍａｘ、発光ダイオード１９１のＶ−Ｉ特性をＡｍｉｎとすると、これら発光ダイオード１９１，１９２を定電流により制御した場合、電流が比較的大きな全光に近い領域（調光深度が浅い領域）では、電流Ｉａに対してＢ１１のばらつきが生じるのに対し、電流がほとんど流れなくなる領域（調光深度が深い領域）では、電流Ｉｂに対してばらつきはＢ１２となり、このときのばらつきＢ１２は、ばらつきＢ１１に比べて著しく小さくなり、発光ダイオード１９１，１９２の間の光出力が殆どばらつかないことが分かる。

そこで、本発明の電源装置では、所定の調光深度よりも深い調光領域、つまり、発光ダイオード１９１，１９２に電流がほとんど流れなくなるような調光深度の深い領域（発光ダイオード１９１，１９２間の光出力が殆どばらつかない領域）、例えば調光比２％以下の調光領域において、制御回路２４は、基準信号設定部２６２の調光深度に応じた基準信号Ｖｒｅｆのみにより発光ダイオード１９１，１９２を調光動作させるようにする。つまり、調光比２％以下の調光深度が深い領域では、発光ダイオード１９１，１９２に電流がほとんど流れなくなるため電流検出部２０の抵抗器２０１の抵抗値のばらつきなどにより検出信号が取得できないことがあるが、このような場合、制御回路２４は、基準信号設定部２６２の調光深度に応じた基準信号Ｖｒｅｆのみにより発光ダイオード１９１，１９２を調光動作させるようにする。

このようにしても調光深度が深い領域では、上述したように発光ダイオード１９１，１９２間でのばらつきが小さく光出力を同じにできるので、基準信号Ｖｒｅｆのみにより発光ダイオード１９１，１９２を調光動作させるようにしても、発光ダイオード１９１，１９２の光出力のばらつきの影響を受け難い良好な調光動作を得ることができる。

なお、上述では所定の調光深度より深い調光領域で電流検出部２０より検出信号が取得できない場合を述べたが、仮に電流検出部２０より検出信号が取得できることがあっても、このときの検出信号を無視して基準信号Ｖｒｅｆのみにより発光ダイオード１９１，１９２を調光動作させるようにしてもよい。

したがって、このようにすれば、所定の調光深度より深い調光領域では、調光深度に応じた基準信号のみにより発光ダイオード１９１，１９２を調光動作させるようにした。これにより、発光ダイオード１９１，１９２の光出力のばらつきの影響を受け難い良好な調光動作を得られ消灯まで移行させることができる。

また、調光深度が深い領域での調光制御を継続させるための特別な制御系を用意する必要もないので、回路部品点数を減らして回路構成を簡単にでき、装置の小型化と価格的安価を実現できる。

さらに、調光深度が深くない通常の調光領域では、調光信号の調光深度に応じた基準信号と、調光深度に応じて選択された電流検出部２０の検出信号の比較結果により、制御回路２４はスイッチングトランジスタ１５のオンオフ動作を制御し、発光ダイオード１９１，１９２に流れる電流を一定に制御するようにしたので、きめ細かなで安定した調光を実現できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、半導体発光素子として発光ダイオードの例を述べたが、レーザダイオードなど他の半導体発光素子を用いた場合にも適用できる。また、上述した実施の形態では、交流電源１１を備えたものを述べているが、交流電源１１は、装置外部に設けられるものでもよい。さらに、上述した実施の形態では、アナログ回路の例を述べたが、マイコンやデジタル処理を用いた制御方式を採用することもできる。また、調光深度の切替えは、連続的に調光するものや段階的に調光するものも含み、また、電源電圧の導通期間を制御して負荷への実効電圧を可変させる位相制御でもよい。さらに、調光信号は、専用信号線を用いたり、電源電線に調光信号を重畳させた電力線信号を用いることもできる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる電源装置が適用される照明器具を示す斜視図。第１の実施の形態にかかる電源装置が適用される照明器具の断面図。第１の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示す図。第１の実施の形態に用いられる発光ダイオードのＶ−Ｉ特性を示す図。

符号の説明

１…器具本体、２…光源部、２ａ…ＬＥＤ
３…電源室、５…電源端子室
１１…交流電源、１２…全波整流回路、１３…コンデンサ
１４…スイッチングトランス、１５…スイッチングトランジスタ
１８…整流平滑回路、１９１，１９２…発光ダイオード、
２０…電流検出部、２１…電流検出部、
２２…比較器、２４…制御回路、２４１…基準信号設定部、
２５…調光信号発生部。

Claims

直流出力を生成する直流出力生成手段と；
前記直流出力生成手段より生成される直流出力が供給される半導体発光素子と；
前記半導体発光素子に流れる電流を検出する電流検出手段と；
所定の調光度より浅い調光領域では調光信号の調光度に応じた基準信号と前記電流検出手段の検出信号とに応じて前記直流出力生成手段を制御し、所定の調光度より深い調光領域では調光度に応じた基準信号のみにより前記直流出力生成手段を制御して前記半導体発光素子を調光動作させる制御手段と；
を具備することを特徴とする電源装置。
請求項１記載の電源装置と；前記電源装置を有する器具本体と：を具備したことを特徴とする照明器具。