JP5344189B2 - 電源装置システム - 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における調光機能を有する電源装置システム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おり、これら電源装置には、外部から与えられる調光信号に応じて発光ダイオードの光量を調整する調光機能を有するものも用いられている。

そして、従来、このような調光機能を有するものとして、例えば、特許文献１に開示されるように発光ダイオードへの印加電圧を制御する電圧調光回路と、発光ダイオードへの印加電圧をスイッチング制御するデューティ調光回路を具備し、調光制御信号に応じて電圧調光回路とデューティ調光回路を切換えて制御するものが知られている。

特開２００３−１５７９８６号公報

ところが、特許文献１は、パルス幅により調光制御を行うものであるため、発光ダイオードによる光出力にフリッカが発生し易く、また、パルス幅制御するため出力電流制御のための限流要素とは別に、発光ダイオードに直列又は並列にスイッチ素子が必要となり、部品点数が増加するとともに、回路効率も低下する。

一方、発光ダイオードは略定電圧特性を示すため、安定に点灯させるには限流要素を有する部品や装置が必要であり、一般的にスイッチング手段を用いた電源装置で制御する場合、電流制御が用いられる。この電流制御は、発光ダイオードに流す電流値によって発光ダイオードの素子温度が決定され、ひいては素子の寿命に影響するため、点灯装置の設計では重要な制御要素となる。

発光ダイオードを調光することは、これまでの放電灯点灯装置と比較すると比較的容易である。これは負荷が電気的に安定な特性であることと、温度など外的要因にも変動が少ないことによる。しかし、例えば、深い調光を要求する用途で定電流制御を採用すると、全光点灯の電流の大きい領域では安定に点灯できるものの、深い調光領域においては検出信号や、この信号を制御するための電流基準値が微小信号となるため、検出回路や比較器の精度に高い性能が要求されたり、ノイズの影響を受けやすくなり安定した動作が難しくなる。そこで、制御のための信号電圧を大きくすることも手段として考えられるが、電流検出信号は発光ダイオードに直列に挿入された抵抗器で検出するのが一般的であるため、発光ダイオードに流れる電流が大きい領域での検出抵抗器での消費電力や発生する熱の処理も製品を開発する上では障害となる。

これを解決するものとして、出力電圧を一定制御する方式も提案されている。例えば、発光ダイオードがＯＮする電圧は、一般のシリコンダイオードと比較して高く、例えば青色に代表されるＧａＮ系ダイオードでは２．５Ｖ程度から電流が流れ始め、全光点灯でも３．５〜４．５Ｖ程度であり、深い調光であっても発光ダイオードの性能やノイズなどの影響を受けず比較的安定した調光ができる。しかし、発光ダイオードの順方向電圧は負温度特性を有するため、電流を流したときに自己発熱で、順方向電圧が低下し、さらに電流が増加することで、発熱が大きくなり熱暴走することが懸念される。また、発光ダイオードのばらつきも大きく、点灯装置の出力を調整しても発光ダイオードの個体差によって出力電流にはばらつきが発生する。これは調光状態でも同様で、温度特性や発光ダイオードのばらつきによって、発光ダイオードに流れる電流がばらつき、ひいては発光ダイオードの光出力にばらつきが生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、安定した調光制御を実現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記載の電源装置システムは、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回路と；前記半導体発光素子に印加される負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と；調光信号を出力する調光操作部と；調光操作部からの調光信号が入力され、前記調光信号に応じて前記半導体発光素子に連続的に供給される電流を制御するための第１の基準信号と、前記調光信号に応じて前記半導体発光素子に連続的に電流を供給するとともに前記半導体発光素子に印加される前記負荷電圧を制御するための第２の基準信号とを有し、前記調光信号に応じて前記第１の基準信号または前記第２の基準信号が優先され、前記第１の基準信号が優先する場合には、前記電流検出回路が検出する電流検出値と前記第１の基準信号とを比較する電流制御モードを設定し、前記第２の基準信号が優先する場合には、前記負荷電圧検出回路が検出する負荷電圧検出値と前記第２の基準信号とを比較する電圧制御モードを設定して半導体発光素子の点灯を制御する制御手段と；を具備することを特徴とする。

本発明によれば、調光操作部からの調光信号に応じて基準信号を選択するだけで電流制御モード及び電圧制御モードを簡単に切り替えることができる。

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の斜視図。 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。 本発明の第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基準信号を説明する図。 第１の実施の形態にかかる電源装置の負荷特性を示す図。 第１の実施の形態にかかる電源装置の基準信号を説明する図。 本発明の第２の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示す図。 第２の実施の形態にかかる電源装置の負荷特性を示す図。 本発明の第３の実施の形態に用いられる基準信号を説明する図。 第３の実施の形態に用いられる基準信号を説明する図。 第３の実施の形態に用いられる他の基準信号を説明する図。 本発明の第４の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示す図。 第４の実施の形態にかかる電源装置の負荷特性を示す図。 第４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。 第４の実施の形態に用いられる発光ダイオードのばらつき範囲を説明する図。

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第１の実施の形態にかかる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、リップル電流平滑用のコンデンサ１３が接続されている。また、このコンデンサ１３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１４の一次巻線１４ａ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、整流平滑手段として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。

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、半導体発光素子である複数個（図示例では３個）直列に接続された発光ダイオード１９〜２１（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１９〜２１の直列回路には、電流検出回路２２が直列に接続されている。この電流検出回路２２は、インピーダンス素子である抵抗器２２１からなるもので、発光ダイオード１９〜２１に流れる電流を検出し、この電流検出値Ｉを検出信号として出力する。また、発光ダイオード１９〜２１の直列回路には、負荷電圧検出回路２３が並列に接続されている。この負荷電圧検出回路２３は、インピーダンス素子である抵抗器２３１，２３２の直列回路からなるもので、発光ダイオード１９〜２１に印加される負荷電圧を検出し、この負荷電圧Ｖを検出信号として出力する。

電流検出回路２２及び負荷電圧検出回路２３には、調光制御手段として調光制御部３３が接続されている。調光制御部３３は、比較器３４、３５及び基準信号出力部３６を有している。比較器３４は、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒｅｆ１との比較結果を出力する。比較器３５は、負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒｅｆ２との比較結果を出力する。そして、これら比較器３４、３５には、ダイオード３７、３８を各別に介して制御回路３０が接続されている。

基準信号出力部３６は、調光操作部３９の調光信号ｋによる調光深度ｋ１〜ｋ７（ここでは、調光深度ｋ１が最も浅く、調光深度ｋ７に向かうほど深い）に応じて図４に示すような基準信号Ｖｒｅｆ１及び基準信号Ｖｒｅｆ２を出力する。この場合、基準信号Ｖｒｅｆ１は、全光時の最大電流に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化する。また、基準信号Ｖｒｅｆ２は、全光時の最大電流時の負荷電圧に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化する。この場合、電流が全く流れなくなる消灯状態に移行した時点でも発光ダイオードのオン電圧が残るために、基準信号Ｖｒｅｆ２はゼロとならない。つまり、この場合、図６に示すように発光ダイオードのＶ−Ｉ特性Ａに対して電流制御レンジＢ及び電圧制御レンジＣがそれぞれ得られるようにしている。

制御回路３０は、基準信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２に応じた比較器３４、３５の出力によりスイッチングトランジスタ１５のオンオフ動作を制御し、整流平滑回路１８より発光ダイオード１９〜２１に供給される出力を制御する。これにより、電源装置として、図５に示すように調光信号ｋの調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に応じて異なる負荷特性を得られる。この場合、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に対応するそれぞれの負荷特性は、電圧Ｖｆの変化に対し電流Ｉｆが一定で、電圧Ｖｆが所定電圧に達すると電圧Ｖｆを一定にする。また、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に対応する負荷特性は、発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの関係が、図５のようにも設定されている。この場合、調光深度ｋ１〜ｋ４に対応する負荷特性とＶ−Ｉ特性Ａとの交点の動作点ａ１〜ａ４は電流モードの制御となり、調光深度ｋ５に対応する負荷特性とＶ−Ｉ特性Ａとの交点の動作点ａ５は臨界点、調光深度ｋ６、ｋ７に対応する負荷特性とＶ−Ｉ特性Ａとの交点の動作点ａ６、ａ７は電圧モードの制御となる。

このような構成において、まず調光操作部３１より、全光（例えば調光深度ｋ１）の調光信号ｋが出力されると、この調光信号ｋに応じて図５に示す調光深度ｋ１に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ１に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ１となる。また、基準信号出力部３６は、図４に示すように調光深度ｋ１により基準信号Ｖｒｅｆ１としてＶｒａ１、基準信号Ｖｒｅｆ２としてＶｒｂ１を設定する。

これにより、比較器３４より電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒａ１の比較結果が出力され、比較器３５より負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒｂ１の比較結果が出力されるが、この場合、基準信号はＶｒａ１＞Ｖｒｂ１の関係にあるので、比較器３４の出力が優先して制御回路３０に与えられる。この結果、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）に基づいて発光ダイオード１９〜２１に流れる電流が一定になるようにスイッチングトランジスタ１５のオンオフ動作が制御される。

次に、調光操作部３１の操作により、例えば調光深度ｋ５の調光信号ｋを出力すると、図５に示す調光深度ｋ５に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ５に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ５となる。また、基準信号出力部３６は、図４に示すように調光深度ｋ５の設定により基準信号Ｖｒｅｆ１としてＶｒａ５、基準信号Ｖｒｅｆ２としてＶｒｂ５を設定する。

この場合も、比較器３４から電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒａ５との比較結果が出力され、また、比較器３５より負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒｂ５との比較結果が出力されるが、ここでの基準信号はＶｒａ５＝Ｖｒｂ５の関係にあり、比較器３４と比較器３５の出力は等しくなる。これにより制御回路３０は、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）及び負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）の両者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する。

次に、調光操作部３１より、例えば調光深度ｋ６の調光信号ｋを出力すると、図５に示す調光深度ｋ６に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ６に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ６となる。また、基準信号出力部３６は、図４に示すように調光深度ｋ６の設定により基準信号Ｖｒｅｆ１としてＶｒａ６、基準信号Ｖｒｅｆ２としてＶｒｂ６を設定する。

これにより、比較器３４から電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒａ６との比較結果が出力され、また、比較器３５より負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と基準信号出力部３６の基準信号Ｖｒｂ６との比較結果が出力されるが、この場合、基準信号はＶｒｂ１＞Ｖｒａ１の関係にあるので、比較器３５の出力が優先して制御回路３０に与えられる。この結果、負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）に基づいて発光ダイオード１９〜２１の負荷電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタ１５のオンオフ動作が制御される。

したがって、このようにすれば、調光信号ｋの調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に応じて全光時の最大電流に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化する基準信号Ｖｒｅｆ１、全光時の最大電流時の負荷電圧に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化する基準信号Ｖｒｅｆ２を用意し、調光深度が浅い全光に近い領域では、基準信号Ｖｒｅｆ１を選択して電流制御モードにより発光ダイオード１９〜２１を定電流制御し、調光深度が深い領域では基準信号Ｖｒｅｆ２を選択して電圧制御モードにより発光ダイオード１９〜２１を定電圧制御するようにした。このようにすれば調光信号ｋの調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に応じて定電流制御と定電圧制御をスムーズに切り替えることができるので、調光深度の浅い領域から深い領域までの広い範囲の調光制御を安定して行うことができる。また、調光制御にパルス幅の制御が用いられないことから、特許文献１のパルス幅により調光制御を行うものと比べ、発光ダイオードの光出力にフリッカが発生するのを防止でき、また、調光制御のためのスイッチ素子などを必要としないことで回路構成を簡単にして部品点数を減らすことができ、装置の小型化及び低廉化を実現することができ、さらに回路効率の低下も抑制することができる。

（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示すもので、図３と同一部分には同符号を付している。

この場合、電流検出回路２２及び負荷電圧検出回路２３には、調光制御手段として調光制御部４１が接続されている。調光制御部４１は、電流検出回路２２に第１のオペアンプ４２の正極入力端子が接続されている。この第１のオペアンプ４２は、負極入力端子が抵抗４３を介して接地されるとともに、抵抗４４を介して出力端子に接続されている。また、第１のオペアンプ４２の出力端子は、ダイオード４５を介して比較器４６の一方入力端子に接続されている。また、負荷電圧検出回路２３には、第２のオペアンプ４７の正極入力端子が接続されている。この第２のオペアンプ４７は、負極入力端子が出力端子に接続されるとともに、ダイオード４８を介して比較器４６の一方入力端子に接続され、さらに抵抗４９を介して第３のオペアンプ５０の正極入力端子が接続されている。第３のオペアンプ５０は、正極入力端子を、第１のオペアンプ４２の出力端子と接地との間に接続された抵抗５１，５２の直列回路の接続点に接続され、また、負極入力端子が接地されている。さらに第３のオペアンプ５０は、出力端子をダイオード５３を介して比較器４６の一方入力端子に接続されている。比較器４６は、他方の入力端子に調光操作部３９より調光信号ｋが入力され、これら入力端子に与えられる信号の比較結果を制御回路３０に入力する。

このような構成において、調光操作部３１より、調光信号ｋを入力すると、このときの調光深度ｋ１〜ｋ５に応じて図８に示すような負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ５に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの関係は図８のようになっている。

まず、調光操作部３１の操作により全光（例えば調光深度ｋ１）の調光信号ｋが入力されると、この調光信号ｋに応じて図８に示す調光深度ｋ１に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ１に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ１であり、この動作点ａ１では、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）に応じた第１のオペアンプ４２の出力が比較器４６に入力され、発光ダイオード１９〜２１は定電流制御される。

次に、調光操作部３１より調光深度ｋ５の調光信号ｋが入力されると、この調光信号ｋに応じて図８の調光深度ｋ５に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ５に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ５となり、この動作点ａ５では、負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）に応じた第２のオペアンプ４７の出力が比較器４６に入力され、制御回路３０により発光ダイオード１９〜２１は定電圧制御される。

次に、調光操作部３１より調光深度ｋ３の調光信号ｋが入力されると、この調光信号ｋに応じて図８の調光深度ｋ３に対応する負荷特性の出力が得られる。この場合、調光深度ｋ３に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ３となり、この動作点ａ３では、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）に応じた第３のオペアンプ５０の出力が比較器４６に入力され、制御回路３０により発光ダイオード１９〜２１は、電力制御される。

したがって、このようにすれば、発光ダイオード１９〜２１の動作点が電流制御モードと電圧制御モードの中間に位置するような場合は、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）と負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）に応じた第３のオペアンプ５０の出力により発光ダイオード１９〜２１を電力制御するようにしたので、電流制御モードと電圧制御モード間での制御の移行をさらにスムーズに行うことができる。

（第３の実施の形態）次に、第３の実施の形態を説明する。この場合、第３の実施の形態にかかる電源装置の概略構成は、図３を援用するものとする。

ところで、第１の実施の形態では、基準信号出力部３６により基準信号Ｖｒｅｆ１と基準信号Ｖｒｅｆ２を別々に出力したが、この第３の実施の形態では、基準信号Ｖｒｅｆ１と基準信号Ｖｒｅｆ２を一つの基準信号Ｖｒｅｆとして出力するようにしている。この基準信号Ｖｒｅｆは、図９（ａ）に示すように電流制御モードの領域で用いられる基準信号Ｖｒｅｆ１を発生する第１の信号発生器５５と電圧制御モードの領域で用いられる基準信号Ｖｒｅｆ２を発生する第２の信号発生器５６を設け、これら第１及び第２の信号発生器５５、５６の基準信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２をそれぞれダイオード５７、５８を各別に介して出力することにより図９（ｂ）に示す基準信号Ｖｒｅｆを出力するようにしている。この場合、基準信号Ｖｒｅｆ１は、図１０（ａ）に示すように全光時の最大電流に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化する。また、電圧制御モードの領域の基準信号Ｖｒｅｆ２は、図１０（ｂ）に示すように全光時の最大電流時の負荷電圧に相当する信号値から調光深度が最も深い時の最小電流に相当する信号値まで変化するが、電流が全く流れなくなる消灯状態に移行した時点でも等価回路上の発光ダイオードのオン電圧が残るために、基準信号Ｖｒｅｆ２はゼロとならない。そして、図９（ｂ）に示すように、これら基準信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のうち大きい信号を優先させて電流制御モード及び電圧制御モードの各領域での基準信号Ｖｒｅｆを生成し、この基準信号Ｖｒｅｆを比較器３４、３５の基準信号とする。

このようにしても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

（変形例）上述では基準信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のうち大きい信号を優先させて基準信号Ｖｒｅｆを生成するようにしたが、電流制御モードと電圧制御モードの領域の切り替えがスムーズに行かないことがある。そこで、図１１（ａ）に示すように第１の信号発生器５５と第２の信号発生器５６の他に、基準信号Ｖｒｅｆ１と基準信号Ｖｒｅｆ２の中間的ゲインを有する基準信号Ｖｒｅｆ３を発生する第３の信号発生器５９を設け、これら第１乃至第３の信号発生器５５、５６の基準信号Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３をそれぞれダイオード５７、５８、６０を各別に介して出力することにより図１１（ｂ）に示す基準信号Ｖｒｅｆを出力させる。このようにして電流制御モードと電圧制御モードの各領域の間で基準信号Ｖｒｅｆａと基準信号Ｖｒｅｆｂのそれぞれのゲインの中間的な変化をする基準信号Ｖｒｅｆ３を介在させることにより、電流制御モードと電圧制御モードの各領域間での制御モードの移行をスムーズにできる。

（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図１２は、本発明の第４の実施の形態にかかる電源装置の概略構成を示すもので、図３と同一部分には同符号を付している。

この場合、電流検出回路２２及び負荷電圧検出回路２３には、調光制御手段として調光制御部２４が接続されている。調光制御部２４は、乗算器２６、加算器２７、比較器２８を有している。乗算器２６は、負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と調光操作部３１の調光信号ｋを乗算した信号を出力する。加算器２７は、乗算器２６の出力と電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）を加算した出力ａを発生する。比較器２８は、加算器２７の出力ａと基準値（一定）２９との比較結果を出力する。

比較器２８には、調光制御部２４とともに制御手段を構成する制御回路３０が接続されている。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１５をオンオフさせてスイッチングトランス１４をスイッチング駆動して整流平滑回路１８より発光ダイオード１９〜２１に供給される出力を制御する。この場合、制御回路３０は、調光制御部２４の比較器２８の出力に基づいて、つまり負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と調光信号ｋの積と、電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）の和より得られる値ａに基づいて、この値ａが常に一定になるように発光ダイオード１９〜２１に供給される出力を制御する。

調光操作部３１は、例えばパルス状信号のデューティ比を変えることで異なる調光深度の調光信号ｋを出力するもので、ここでは、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７（調光深度ｋ１が最も浅く、調光深度ｋ７に向かうほど深い）の調光信号ｋを出力する。

これにより、電源装置として、図１３に示すように調光信号ｋの調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に応じて異なる負荷特性を得られる。この場合、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に対応するそれぞれの負荷特性は、電流軸上の一定値ａ（負荷インピーダンス０の位置）を中心に放射状となり、Ｉｆ＝ａ−ｋ（Ｖｆ）の一次関数で表される。これによりＩｆ＋ｋ（Ｖｆ）＝ａ…（１）の関係、つまり、電流検出回路２２の電流検出値Ｉと、調光信号ｋと負荷電圧Ｖの積の和が常に一定の値ａとなる関係が得られる。

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。

この場合、調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａが、図１３に示す関係にあるものとする。

まず、調光操作部３１より、全光（例えば調光深度ｋ１）の調光信号ｋが出力されると、この調光信号ｋに応じて図１３に示す調光深度ｋ１に対応する負荷特性が得られる。この場合、調光深度ｋ１に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの交点が発光ダイオード１９〜２１の動作点ａ１１となる。

そして、この状態で、制御回路３０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、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１９〜２１が点灯される。

この場合、負荷電圧検出回路２３の検出信号（負荷電圧Ｖ）と調光信号ｋを乗算器２６で乗算し、この乗算器２６の出力と電流検出回路２２の検出信号（電流検出値Ｉ）を加算器２７で加算して出力ａを発生し、この出力ａと基準値（一定）２９との比較結果を比較器２８より出力し、この出力に基づいて出力ａが常に一定値になるように、制御回路３０により発光ダイオード１９〜２１に供給される出力が制御される。

この場合、図１３に示す動作点ａ１１では、上述の（１）式においてａを決定するｋ（Ｖｆ）成分は略ゼロで、Ｉｆ成分のみで（図１３の（ａ０−ａ）参照）となる。これにより発光ダイオード１９〜２１は、電流制御モードが強調されて点灯制御される。

次に、調光操作部３１より、例えば調光深度ｋ２に対応する調光信号ｋが出力されると、このときの調光信号ｋに応じて図１３に示す調光深度ｋ２に対応する負荷特性が得られる。これにより、調光深度ｋ２に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの交点が動作点ａ１２となる。

この場合も、上述したと同様に制御回路３０によるスイッチングトランジスタ１５のオンオフにより発光ダイオード１９〜２１が点灯されるが、図１３に示す動作点ａ１２では、上述の（１）式においてａを決定するｋ（Ｖｆ）成分は図１３に示す（ａ−ａ１）、Ｉｆ成分は図１３に示す（ａ０−ａ１）となり、この場合も、Ｉｆ成分が大部分を占め、これにより発光ダイオード１９〜２１は、電流制御モードが強調されて点灯制御される。

その後、調光操作部３１より、深い調光、例えば調光深度ｋ６に対応する調光信号ｋが出力されると、このときの調光信号ｋに応じて図１３に示す調光深度ｋ６に対応する負荷特性が得られる。これにより、調光深度ｋ６に対応する負荷特性と発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性Ａとの交点が動作点ａ１６となる。

この場合も、上述したと同様に制御回路３０によるスイッチングトランジスタ１５のオンオフにより発光ダイオード１９〜２１が点灯されるが、図１３に示す動作点ａ１６では、上述の（１）式においてａを決定するｋ（Ｖｆ）成分は図１３に示す（ａ−ａ６）、Ｉｆ成分は図１３に示す（ａ０−ａ６）となる。この状態では、Ｉｆ成分は僅かで、大部分を占めるｋ（Ｖｆ）成分によりaが決定されるようになり、発光ダイオード１９〜２１は、電圧制御モードが強調されて点灯制御される。

ここでは、動作点ａ１１、ａ１２、ａ１６についてのみ述べたが、他の動作点ａ１３〜ａ１５、ａ１７についても同様である。

したがって、このようにすれば、調光信号ｋにより調光深度をｋ１、ｋ２、…ｋ７の範囲で調整すると、これら調光深度ｋ１、ｋ２、…ｋ７に応じた負荷特性により調光深度が浅い全光に近い領域では、電流制御モードになって発光ダイオード１９〜２１を点灯制御し、調光深度が深くなるにつれて電流制御モードから電圧制御モードに徐々に移行させて発光ダイオード１９〜２１を点灯制御とするようにした。これにより、調光信号の調光深度に応じて電流制御モード及び電圧制御モードによる調光制御方式の移行をスムーズに行うことができるとともに、調光深度の浅い領域から深い領域までの広い範囲の調光制御を安定して行うことができる。また、調光制御にパルス幅の制御が用いられないことから、特許文献１のパルス幅により調光制御を行うものと比べ、発光ダイオードの光出力にフリッカが発生するのを防止でき、また、調光制御のためのスイッチ素子などを必要としないことで回路構成を簡単にして部品点数を減らすことができ、装置の小型化及び低廉化を実現することができ、さらに回路効率の低下も抑制することができる。

また、発光ダイオード１９〜２１のＶ−Ｉ特性は、図１４に示すように指数関数的に立ち上がる領域を有し、また、素子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。この場合、調光深度が浅く比較的大きな電流が流れる領域では、上述したように電流制御モードが選択されるため、図１５（ａ）に示すようにΔＩ／ΔＶが小さな領域でのばらつきＢ１１に対しΔＩ／ΔＶが大きな領域でのばらつきＢ１２を小さくできる。また、調光深度が深く小さな電流が流れる領域では、上述したように電圧制御モードが選択されるため、図１５（ｂ）に示すようにΔＩ／ΔＶが大きな領域でのばらつきＢ２１に対しΔＩ／ΔＶが小さな領域でのばらつきＢ２２を小さくできる。これにより、発光ダイオード１９〜２１のばらつきや温度特性による動作点のばらつきに起因する光出力の変動を極力抑制することができる。

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、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。

１…器具本体、２…光源部、３…電源室、６…電源端子台、１１…交流電源、１２…全波整流回路、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、１９〜２１…発光ダイオード、２２…電流検出回路、２３…負荷電圧検出回路、２４…調光制御部、２６…乗算器、２７…加算器、２８…比較器、２９…基準値、３０…制御回路、３１…調光操作部、３３…調光制御部、３４．３５…比較器、３６…基準信号出力部、３９…調光操作部、４１…調光制御部、５５…第１の信号発生器、５６…第２の信号発生器、５９…第３の信号発生器

Claims (1)

1. 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回路と；
   前記半導体発光素子に印加される負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と；
   調光信号を出力する調光操作部と；
   調光操作部からの調光信号が入力され、前記調光信号に応じて前記半導体発光素子に連続的に供給される電流を制御するための第１の基準信号と、前記調光信号に応じて前記半導体発光素子に連続的に電流を供給するとともに前記半導体発光素子に印加される前記負荷電圧を制御するための第２の基準信号とを有し、前記調光信号に応じて前記第１の基準信号または前記第２の基準信号が優先され、前記第１の基準信号が優先する場合には、前記電流検出回路が検出する電流検出値と前記第１の基準信号とを比較する電流制御モードを設定し、前記第２の基準信号が優先する場合には、前記負荷電圧検出回路が検出する負荷電圧検出値と前記第２の基準信号とを比較する電圧制御モードを設定して半導体発光素子の点灯を制御する制御手段と；
   を具備する電源装置システム。

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