JP5206000B2 - 電源装置及び照明器具 - Google Patents

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ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出回路とＤＣ−ＤＣコンバータから発光ダイオードなどの光源に供給する出力電流を検出する電流検出回路とを有し、これら電圧検出回路と電流検出回路の検出電圧と検出電流に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータの出力を調整するようにしたものが知られている。
特開２００６−２１０８３５号公報

ところで、このような電源装置は、例えば、人などの有無を感知して光源を点灯、消灯させる照明器具や、舞台演出に用いられる照明用光源を点灯、消灯させる照明器具などに適用されることがある。このような照明器具に用いられる電源装置は、光源の点灯、消灯時の動作の立ち上がりを速やかに行う必要があり、このため、光源である発光ダイオードを通電状態のままで点灯、消灯させることが望まれる。

ところが、例えば、発光ダイオードに流れる電流を電流検出回路で検出し、この電流検出回路の検出信号に基づいて略一定の電流により発光ダイオードを点灯させるようにしたものでは、発光ダイオードを消灯するため発光ダイオードに流れる電流を、例えば１００μＡ程度の限りなく小さな電流になるように制御しても、発光ダイオードは点灯し続けてしまい、消灯することが困難になるという問題を生じる。一方、発光ダイオードに印加される電圧を電圧検出回路で検出し、この電圧検出回路の検出信号に基づいて略一定の電圧により発光ダイオードを点灯させるようにすると、発光ダイオードの特性のばらつきにより発光ダイオードに流れる電流が異なるため、所望する明るいものと暗いものが発生し、照明器具としての商品性を損なうという問題も生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、通電状態で半導体発光素子を確実に消灯することができ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、スイッチング手段により駆動され、交流電源の交流電力より整流平滑手段を介して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により点灯される半導体発光素子と；前記半導体発光素子の電流値及び端子間電圧値に基づいて、前記直流出力生成手段の出力を制御する制御回路と；を具備し、前記制御回路が、前記半導体発光素子の消灯操作により前記半導体発光素子に印加される電圧を前記半導体発光素子の点灯開始電圧以下及び前記制御回路の動作電圧以上の電圧に制御する電圧制御手段を具備し、この一定電圧が前記制御回路の電源部に供給されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧制御手段は、予め設定された電圧基準値と前記半導体発光素子に印加される電圧との比較結果に基づいて前記半導体発光素子に印加される電圧を前記半導体発光素子の点灯開始電圧以下の一定電圧に制御することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記半導体発光素子の点灯操作により、予め設定された電流基準値と前記半導体発光素子に供給される電流との比較結果に基づいて前記半導体発光素子に供給される電流を一定に制御する電流制御手段をさらに有することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一記載の電源装置と、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。

請求項１記載の発明によれば、通電状態で半導体発光素子を確実に消灯することができる電源装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、半導体発光素子に印加される電圧を半導体発光素子の点灯開始電圧以下の一定電圧に制御でき、通電状態のままで半導体発光素子を消灯させることができる。

請求項３記載の発明によれば、さらに半導体発光素子の特性にばらつきがあっても、半導体発光素子に略同じ明るさを得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、通電状態で半導体発光素子を確実に消灯することができ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、電源スイッチ１２を介して全波整流回路１３の入力端子が接続されている。全波整流回路１３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１３の正負極の出力端子間には、リップル電流平滑用のコンデンサ１４が接続されている。また、このコンデンサ１４の両端には、フライバックトランスであるスイッチングトランス１６の一次巻線１６ａとスイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１７の直列回路が接続されている。スイッチングトランス１６は、一次巻線１６ａと磁気的結合された二次巻線１６ｂを有している。

スイッチングトランス１６の一次巻線１６ａ両端には、コンデンサ１８と抵抗１９の並列回路と図示極性のダイオード２０の直並列回路からなるスナバ回路２１１が接続されている。このスナバ回路２１１は、スイッチングトランス１６の一次巻線１６ａに発生するフライバック電圧をコンデンサ１８による充電と抵抗１９の放電により吸収し、スイッチングトランス１６のリーケージインダクタンスにより発生するリンギング電圧をコンデンサ１８により吸収する。

スイッチングトランス１６の二次巻線１６ｂには、整流平滑手段として図示極性のダイオード２１と平滑コンデンサ２２からなる整流平滑回路２３が接続されている。この整流平滑回路２３は、スイッチングトランジスタ１７、スイッチングトランス１６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１６の二次巻線１６ｂより発生する交流出力をダイオード２１で整流し、この整流出力を平滑コンデンサ２２により平滑して直流出力として発生する。

整流平滑回路２３の平滑コンデンサ２２両端には、負荷として、半導体発光素子である複数個（図示例では４個）直列に接続された発光ダイオード２４〜２７（図２で述べたＬＥＤ２ａに相当する。）が接続されている。

発光ダイオード２４〜２７の直列回路には、電圧検出部２８が並列に接続されている。電圧検出部２８は、発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を検出し、この検出電圧に応じた検出信号を出力する。

発光ダイオード２４〜２７の直列回路には、電流検出部２９が直列に接続されている。電流検出部２９は、発光ダイオード２４〜２７に供給される電流を検出し、この検出電流に応じた検出信号を出力する。

電圧検出部２８及び電流検出部２９には、制御手段としてマイコンなどからなる制御回路３０が接続されている。この制御回路３０には、点灯／消灯指示部３１と調光手段としての調光操作部３２が接続されている。点灯／消灯指示部３１は、ユーザによる点灯・消灯操作により発光ダイオード２４〜２７の点灯又は消灯に応じた点灯指示信号又は消灯指示信号を出力し、制御回路３０に入力する。調光操作部３２は、発光ダイオード２４〜２７の光量を調整するための調光信号をマイコンなどからなる制御回路３０に入力する。

制御回路３０は、不図示の電源部により駆動されるもので、その動作によりスイッチングトランジスタ１７をオンオフさせてスイッチングトランス１６をスイッチング駆動する。また、制御回路３０は、電流制御手段３０１と電圧制御手段３０２を有している。

電流制御手段３０１は、点灯／消灯指示部３１より点灯指示信号が入力されると、予め設定される基準値（電流値）と電流検出部２９の検出信号とを比較し、この比較結果に基づいてスイッチングトランジスタ１７のオンオフ動作を制御し、発光ダイオード２４〜２７に供給される電流を一定に制御する。また、電流制御手段３０１は、調光操作部３２からの調光信号に応じて前記基準値を変更し、この変更した基準値に基づいてスイッチングトランジスタ１７をオンオフ動作させ発光ダイオード２４〜２７の光量を、例えば定格の０〜１００％の範囲で調整可能にしている。

電圧制御手段３０２は、点灯／消灯指示部３１より消灯指示信号が入力されると、予め設定された基準値（発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い電圧値）と電圧検出部２８の検出信号とを比較し、この比較結果に基づいてスイッチングトランジスタ１７をオンオフ動作させ、発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧に制御する。この場合、発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧は、マイコンなどの制御回路３０の動作電圧以上であり、この一定電圧が発光ダイオード２４〜２７の消灯時も制御回路３０の不図示の電源部に供給されている。

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。

交流電源１１の交流電力が全波整流回路１３で全波整流され、リップル電流平滑用のコンデンサ１４で平滑されてスイッチングトランス１６及びスイッチングトランジスタ１７に供給される。

この状態から、発光ダイオード２４〜２７を点灯させる場合、ユーザの点灯操作により点灯／消灯指示部３１より点灯指示信号が出力される。この点灯指示信号は、制御回路３０に入力される。

制御回路３０は、電流制御手段３０１によりスイッチングトランジスタ１７をオンオフ動作しスイッチングトランス１６をスイッチング駆動させる。この場合、スイッチングトランジスタ１７のオンでスイッチングトランス１６の一次巻線１６ａ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１７のオフで、一次巻線１６ａに蓄積したエネルギーを二次巻線１６ｂを通して放出する。これにより整流平滑回路２３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２４〜２７が点灯される。

発光ダイオード２４〜２７に流れる電流は、電流検出部２９で検出され、この検出電流に応じた検出信号が電流制御手段３０１に入力される。電流制御手段３０１は、予め設定される基準値（電流値）と電流検出部２９の検出信号を比較し、この比較結果に基づいてスイッチングトランジスタ１７のオンオフ動作を制御し、発光ダイオード２４〜２７に供給される電流を一定に制御する。

また、調光操作部３２より調光信号が出力されると、この調光信号に応じて前記基準値が変更される。電流制御手段３０１は、この変更された基準値に基づいてスイッチングトランジスタ１７をオンオフ動作させる。これにより発光ダイオード２４〜２７に流れる電流は変更され、発光ダイオード２４〜２７の光量が、例えば定格の０〜１００％の範囲で調整される。

この場合、発光ダイオード２４〜２７は、図４（ａ）に示す発光ダイオードのＶ−Ｉ特性曲線上の、例えば動作点Ａ、Ｂ、Ｃなどで点灯され、所望の光量を得られるよう制御される。ここで、動作点Ａでは電流Ｉ１、動作点Ｂでは電流Ｉ２、動作点Ｃでは電流Ｉ３の一定電流がそれぞれ発光ダイオード２４〜２７に供給される。

この状態から、発光ダイオード２４〜２７を消灯する場合、ユーザの消灯操作により点灯／消灯指示部３１より消灯指示信号が出力される。この消灯指示信号は、制御回路３０に入力される。

制御回路３０は、電圧制御手段３０２により予め設定された基準値（発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い電圧値）と電圧検出部２８の検出信号とを比較し、この比較結果に基づいてスイッチングトランジスタ１７をオンオフ動作させ、発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧に制御する。この場合、図４（ａ）に示す発光ダイオードのＶ−Ｉ特性曲線において、例えば動作点Ａ（又はＢ、Ｃ）を動作点Ｄに移動させ、発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧（図示Ｖ５）まで低下させる（図４（ｂ）参照）。これにより、発光ダイオード２４〜２７は、点灯開始電圧より低い一定電圧が印加された通電状態のまま消灯される。この場合、発光ダイオード２４〜２７の消灯後も、発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧は、制御回路３０の不図示の電源部に供給され、制御回路３０は待機状態になっている。

したがって、このようにすれば、スイッチングトランジスタ１７のオンオフによりスイッチングトランス１６の二次巻線１６ｂを通して放出されるエネルギーを整流平滑回路２３により直流出力に変換し、この直流出力により発光ダイオード２４〜２７を点灯させる電源装置であって、発光ダイオード２４〜２７の点灯時、電流検出部２９の検出信号に応じて発光ダイオード２４〜２７に供給される電流を一定に制御し、発光ダイオード２４〜２７を消灯する場合、基準値として予め設定される発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い電圧値と電圧検出部２８の検出信号との比較により発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を、該発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧に制御し、この点灯開始電圧より低い一定電圧が印加された通電状態のまま発光ダイオード２４〜２７を消灯させるようにした。この場合、発光ダイオード２４〜２７が消灯していても、電源は完全にオフしておらず制御回路３０などマイコンを用いた制御系には、動作電圧により僅かな電流が流れ続け待機状態にあるので、その後、ユーザ操作により点灯／消灯指示部３１より点灯指示信号が出力されると、制御回路３０は、この点灯指示信号に直ちに応動し、発光ダイオード２４〜２７を速やかに再点灯させることができる。この結果、人などの有無を感知して光源を点灯、消灯させる照明器具や、舞台演出に用いられ照明用光源を点灯、消灯させる照明器具など、光源の発光ダイオード２４〜２７の点灯、消灯時の動作の立ち上がりを速やかに行うのが必要な場合も、最適な電源装置として利用することができる。勿論、これらの照明器具への利用だけでなく、これら以外の幅広い用途での利用も可能である。

また、発光ダイオード２４〜２７の点灯時は、発光ダイオード２４〜２７に流れる電流を一定に制御するようにしているので、仮に、発光ダイオードの特性にばらつきがあっても、各発光ダイオードに略同じ明るさを得ることができるので、例えば、複数の照明器具を配置したような場合も各照明器具間での明るさのばらつきを抑制することもでき、照明器具としての商品性を損なうという問題も解決できる。

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、発光ダイオード２４〜２７を消灯するのに発光ダイオード２４〜２７に印加される電圧を、発光ダイオード２４〜２７の点灯開始電圧より低い一定電圧で、制御回路３０などのマイコンの動作電圧以上としたが、マイコンの動作電圧以下であっても良い。このようにしても、制御回路３０には予備的な僅かな電流が流れつづけるので、その後の動作の立ち上がりを速やかにできる。また、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の実施の形態の動作を説明するための発光ダイオードの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、１３…全波整流回路、１４…コンデンサ
１６…スイッチングトランス
１７…スイッチングトランジスタ、２３…整流平滑回路
２４〜２７…発光ダイオード、２８…電圧検出部
２９…電流検出部、３０…制御回路
３０１…電流検出手段、３０２…電圧検出手段、
３１…点灯／消灯指示部、３２…調光操作部

Claims (4)

1. スイッチング手段により駆動され、交流電源の交流電力より整流平滑手段を介して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により点灯される半導体発光素子と；
   前記半導体発光素子の電流値及び端子間電圧値に基づいて、前記直流出力生成手段の出力を制御する制御回路と；を具備し、
   前記制御回路が、前記半導体発光素子の消灯操作により前記半導体発光素子に印加される電圧を前記半導体発光素子の点灯開始電圧以下及び前記制御回路の動作電圧以上の一定電圧に制御する電圧制御手段を具備し、この一定電圧が前記制御回路の電源部に供給されることを特徴とする電源装置。
2. 前記電圧制御手段は、予め設定された電圧基準値と前記半導体発光素子に印加される電圧との比較結果に基づいて前記半導体発光素子に印加される電圧を前記一定電圧に制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記制御回路が、前記半導体発光素子の点灯操作により、予め設定された電流基準値と前記半導体発光素子に供給される電流との比較結果に基づいて前記半導体発光素子に供給される電流を一定に制御する電流制御手段を、さらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一記載の電源装置と；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。

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