JP5397787B2 - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子駆動装置に関し、特に、同時に複数の発光素子駆動装置に電力供給を行っても、通電開始時における供給電源の過大な突入電流を防止することが可能な発光素子駆動装置に関する。

１つの電源スイッチで複数個の照明装置の点灯又は消灯（起動又は停止）が操作される場合、電源スイッチをオンしたときにそれぞれの照明装置に内蔵されている発光素子駆動装置に通電が開始されて、ほぼ同時に発光素子駆動装置内の電源に突入電流が流れる。複数の発光素子駆動装置においてほぼ同時に突入電流が流れると、全体としての突入電流が非常に大きくなり、このため、ノイズが発生したり、スイッチ接点等が劣化したりする恐れがある。

このため、特許文献１では、電源装置が、遊技機の電源投入の際に複数の制御装置へ予め設定した時間差をおいて順次電力の供給を開始するように構成し、遊技機の電源投入時に生じる突入電流を低減することができる遊技機の電源装置が開示されている。

また、特許文献２では、発光素子を消灯状態で照明装置の通電を行い、点灯用の駆動信号によって発光素子の点灯を行っている。これにより、複数の照明装置に同時に通電を行い、時間差をおいて点灯用の駆動信号によって発光素子を順次点灯することにより、突入電流が低減される。

特開２００２−１７２２１５号公報 特開平９−３３１０１７号公報

１つの電源スイッチで点灯又は消灯（起動又は停止）の操作が行われる複数個の照明装
置における電源投入時の突入電流を減らすべく、特許文献２に開示された過電流保護装置のように、時間差をおいて点灯用の駆動信号によって発光素子を順次点灯するようにする。また、各々の照明装置の発光素子駆動装置の電源に、遅延回路及び遅延回路により通電可能となる通電スイッチを設けて、電源投入後に、遅延回路で設定された遅延時間経過後に通電スイッチをＯＮして電源を供給するようにして、照明装置の点灯のタイミングを変えるようにする。

しかしながら、特許文献２のように点灯用の駆動信号により時間差をおいて照明装置を点灯するためには、別途、点灯用の駆動信号を発する制御装置を設けて、制御装置によって個々の照明装置を制御するため、構成が複雑となってしまう。

また、特許文献１に開示された電源装置は、複数の制御装置へ予め設定した時間差をおいて順次電力の供給を開始するように構成されているため、電源装置の構成が複雑となる。また、照明装置のように、同一の照明装置を複数使用して大型の照明装置を構成する際には、照明装置同士で制御用の接続が必要となり、照明装置単体毎に独立した構成とすることが困難となる。

更に、各々の照明装置に遅延回路を設けて点灯のタイミングを変える場合には、照明装置毎に点灯のタイミングを設定する必要があり、照明装置の追加、交換等が容易に行えないという課題を有している。

そこで、本発明は、複数の照明装置に対して同時に電力供給が開始されても、ランダムに変化するノイズ成分から生成された遅延時間に基づいて通電を開始するようにして、それぞれの照明装置において電力供給が開始されてから突入電流が流れ始めるまでの時間を調整することなしに、異なるタイミングで通電を行うことが可能な発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

上記目標達成のため、本発明の発光素子駆動装置は、電源入力ラインに通電スイッチを備えた発光素子駆動装置であって、前記電源入力ラインへの通電開始時における電源のノイズ成分を含んだ電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出されたノイズ成分を含んだ電圧をデジタル値に変換処理する変換処理手段と、前記変換手段で変換処理されたデジタル値から、所定ビット数のデータを生成するデータ生成手段と、前記データ生成手段で生成した所定ビット数のデータに基づいて、前記通電スイッチをオンするまでの遅延時間を決定し、前記遅延時間経過後に前記通電スイッチをオンさせる制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の発光素子駆動装置は、前記電圧検出手段に代えて、電源入力ラインへの通電開始時に電圧供給された半導体素子から生じるノイズ成分を含んだ電圧を生成する電圧生成手段を備えることを特徴とする。

また、前記半導体素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする。

また、本発明の発光素子駆動装置の前記データ生成手段は、前記変換処理手段で少なくとも２回以上の変換処理されたノイズ成分を含んだ電圧のデジタル値の下位ｎビット（ｎは１以上の整数）を連結して、前記所定ビット数のデータを生成することを特徴とする。

本発明によれば、複数の照明装置に対して同時に電力供給が開始されても、それぞれの照明装置において電力供給が開始されてから突入電流が流れ始めるまでの時間に差異が生じるため、過大な突入電流が流れることを抑制することができる。

また、本発明は、電源供給のための遅延時間の決定にランダムに発生するノイズ成分に相当する値をデータ（乱数）として使用するため、個々の照明装置でランダムの遅延時間が生成される。このため、同一構成から成る複数の照明装置を同時に通電しても、通電タイミングが異なるため、突入電流を軽減することができる。また、発光素子駆動装置は、同一回路で形成されており、照明装置毎に点灯のタイミングを設定する必要がないため、照明装置の追加、交換等が容易に行える。

本発明の発光素子駆動装置の構成を示すブロック図であり、電源部に絶縁型コンバータを用いたものである。 本発明の発光素子駆動装置の構成を示すブロック図であり、電源部に非絶縁型コンバータを用いたものである。 ノイズを含む電源の電圧検出回路の構成を示す図である。 制御回路の構成を示す図である。 ノイズを含む電圧の生成を行う電圧生成回路の構成を示す図である。 図５に示す電圧生成回路を用いた本発明の発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。 制御回路による電源供給後の通電スイッチの制御を示すフローチャートである。 （ａ）は、複数の発光素子駆動装置で構成した照明装置の構成を示し、（ｂ）は、電源投入時から発光素子駆動装置ごとの通電状態を示すタイミング図である。

以下図面を参照して、本発明による発光素子駆動装置を実施するための形態について説明する。尚、本発明の発光素子駆動装置は、電源が投入されて照明装置に電源を供給するまでの遅延時間の決定に、ランダムに発生するノイズ成分に相当する値から遅延時間を決定して、決定した遅延時間に基づいて通電を行うようにして、複数の照明装置に対して同時に電力供給が開始されても、突入電流を抑制するようにしたものである。

［発光素子駆動装置の構成］
図１は、本発明の発光素子駆動装置の構成を示す図であり、電源部に絶縁型コンバータを用いたものである。図２は、本発明の発光素子駆動装置の構成を示すブロック図であり、電源部に非絶縁型コンバータを用いたものである。図１に示すように、本発明に係る発光素子駆動装置１は、電源部４と電圧検出回路１６と制御回路２０とを有している。

電源部４は、ダイオードブリッジから成る整流回路６と、平準化用のコンデンサ１４と、トランス８と、ＦＥＴ等から成るスイッチング素子９と、トランス８の２次側に接続されたダイオード１２と、コンデンサ１５と、電流検出用の抵抗１３とを有している。また、電流検出用の抵抗１３で検出したフードバック電流を基に発光素子部４０に流れる電流を一定に保つためのスイッチング素子９のＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行うコントローラ１０を備えている。発光素子駆動装置１の電源部４は、トランス８とスイッチング素子９とダイオード１２とによりフライバック方式の絶縁型コンバータを構成しており、整流回路６とフライバック方式の電源との間の正極側のラインに通電を行う通電スイッチ７が設けられている。通電スイッチ７は、電磁リレーから成る。尚、通電スイッチ７は、電磁リレー以外にＦＥＴ等の半導体であってもよい。尚、電源部４は、図１に示す電源Ｖｉｎにより電力が供給される。

発光素子駆動装置１の電圧検出回路１６は、整流回路６から出力される電圧Ｓ１から電源のノイズ成分を含む電圧Ｓ２を検出する回路である。制御回路２０は、電圧検出回路１６で検出されたノイズ成分を含む電圧Ｓ２から遅延時間設定用のデータを生成して、生成した遅延時間に基づいて通電スイッチ７を制御する回路である。通電スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦは制御回路２０によって行われる。

図１に示すように、発光素子駆動装置１は、ＬＥＤ等の発光素子４１を直列に接続した発光素子部４０を駆動するものであり、発光素子駆動装置１と発光素子部４０で照明等を行う発光装置を構成する。

また、図２に、電源部に非絶縁型コンバータを用いた発光素子駆動装置を示す。尚、図１に示す発光素子駆動装置の構成部分と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する説明は省略する。図２に示すように、発光素子駆動装置２の電源部５は、スイッチング素子９によりエネルギーの蓄積、放出を行うインダクタ１１を有し、非絶縁型コンバータを構成している。発光素子駆動装置２の他の構成は、図１に示す電源部４のトランス８を除き、発光素子駆動装置１と同一である。

［電圧検出回路及び制御回路の構成］
図３は、ノイズを含む電源の電圧検出回路の構成を示す図である。図３に示すように、電圧検出回路１６は、内部電源が２つの抵抗１８、１９で分圧されている。この２つの抵抗１７、１８の接続点はコンデンサ１７を介して整流回路６の出力に接続されており、電圧Ｓ１が入力される。従って、２つの抵抗１８、１９の接続点の電圧Ｓ２には、整流回路６の出力に含まれるノイズ成分である高周波が重畳される。このノイズ成分が重畳された電圧Ｓ２が制御回路２０のＡＤコンバータ２２（図４に示す）によりアナログ値からデジタル値に変換される。

図４は、制御回路の構成を示す図である。図４に示すように、制御回路２０はマイクロコンピュータからなり、マイクロコンピュータはＣＰＵ２１と、ＡＤコンバータ（図４にＡ／Ｄと記す）２２と、ＤＡコンバータ（図４にＤ／Ａと記す）２４と、タイマー２３と、入出力部（図４にＩ／Ｏと記す）２５とを備えている。制御回路２０としてのマイクロコンピュータは、プログラムを記憶したメモリ（図４に図示せず）を有しており、マイクロコンピュータのＣＰＵ２１は、メモリに記憶したプログラムを実行する。ＡＤコンバータ２２は、電圧検出回路１６で検出された電圧Ｓ２をアナログ値からデジタル値に変換するものである。タイマー２３は、ＣＰＵ２１により設定した時間データをカウントダウンして、０（ゼロ）でＣＰＵ２１に通知するように構成されている。入出力部２５は通電スイッチ７の制御を行う信号Ｓ３を出力するものである。ＤＡコンバータ２４は、コントローラ１０に発光素子部４０に出力する電流の目標値Ｓ４をアナログ値で出力するものである。

［ノイズの生成を行う電圧生成回路の構成］
ノイズ検出に関して、図３に示す電圧検出回路１６は、ノイズ成分を含む電源の電圧を検出するものであるが、電源電圧のノイズ検出に代えて、半導体素子としてのツェナーダイオード３２が発生する白色ノイズを検出する方式について図５を用いて説明する。図５は、ノイズを含む電圧の生成を行う電圧生成回路の構成を示す図である。図５に示すように、電圧生成回路３０では、トランジスタ３１が自己バイアスされており、トランジスタ３１のベースにはコンデンサ３３を介してツェナーダイオード３２のアノード側が接続されている。また、ツェナーダイオードのカソード側は、内部電源の電圧を分配する抵抗３４、３５の接続点に接続さえている。このような接続において、ツェナーダイオード３２が発生する白色ノイズによりトランジスタ３１のベース・エミッタ間の電圧が変動する。ベース・エミッタ間の電圧が変動することにより、トランジスタ３１のコレクタ・エミッタ間の電圧が変動する。このコレクタ・エミッタ間の電圧Ｓ５が、制御回路２０のＡＤコンバータ２２によりアナログ値からデジタル値に変換される。

図６は、図５に示すノイズ電圧生成回路を用いた本発明の発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、発光素子駆動装置３は図１に示す発光素子駆動装置１の電圧検出回路１６に変えて、電圧生成回路３０を有するようにしたものである。尚、図２に示す電源部５に非絶縁型コンバータを用いた発光素子駆動装置２に対しても、電圧検出回路１６に変えて、電圧生成回路３０を使用することが可能である。

［通電スイッチの制御］
次に、図７に示すフローチャートを用いて電源供給後の通電スイッチの制御について説明する。図７は、制御回路による電源供給後の通電スイッチの制御を示すフローチャートである。図７に示すように、最初に、発光素子駆動装置１に通電が行われるまで待機する（ステップＳ１）。即ち、発光素子駆動装置１に通電がされていないときには、制御回路２０に電源が供給されていないため、制御回路２０は動作しない。発光素子駆動装置１に通電がされたときには、制御回路２０に電源が供給されて、ＣＰＵ２１がメモリに格納されたプログラムを実行可能状態となる。発光素子駆動装置１に通電後に、制御回路２０のＣＰＵ２１は、ＡＤコンバータからのデータ読出し回数ｎの設定を行う。尚、データ読出し回数ｎは４とする（ステップＳ２）。次に、制御回路２０のＣＰＵ２１は、ＡＤコンバータ２２からのデータを読み出して（ステップＳ３）、読み出したデータの下位２ビットのデータをメモリに記憶する（ステップＳ４）。データをメモリに記憶後、データ読出し回数ｎの値を１減算して、減算した値をデータ読出し回数ｎとしてメモリに記憶する（ステップＳ５）。

次に、データ読出し回数ｎが０（ゼロ）であるかをチェックして（ステップＳ６）、データ読出し回数ｎが０（ゼロ）でない場合には（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ３に移行する。一方、データ読出し回数ｎが０（ゼロ）の場合には（ステップＳ６でＹｅｓ）、ＡＤコンバータ２２から読み出した下位２ビットの４つのデータがメモリに記憶されており、各データをメモリから読み出して、新たな８ビットデータを生成する（ステップＳ７）。即ち、ＡＤコンバータ２２から読み出した４つのデータを、例えば、最初のＡＤコンバータ２２から読み出した下位２ビットのデータを、新たな８ビットデータのビット７と６に割り当て、次のデータを新たな８ビットデータのビット５と４に割り当てるようにして、ＡＤコンバータ２２から読み出した４つのデータから新たな８ビットデータを生成する。尚、８ビットデータの生成は、ＡＤコンバータ２２から読み出した順に８ビットデータの上位ビットから割り当てた例を示したが、８ビットデータの生成順序は、ＡＤコンバータ２２から読み出した順に８ビットデータの下位ビットから割り当てもよく、これに限定するものではない。

次に、ＣＰＵ２１は、新たな８ビットデータを遅延時間設定用のデータとして、タイマー２３に設定する。データの設定後、ＣＰＵ２１は、タイマー２３に対してカウントダウンを開始するように制御する（ステップＳ８）。タイマー２３は、所定の周波数で、カウンタ値を減算する。タイマー２３は、カウント値が０（ゼロ）に成るまで、カウントダウンを行い（ステップＳ９）、カウント値が０（ゼロ）になったときにＣＰＵ２１に通知する（ステップＳ９でＹｅｓ）。ＣＰＵ２１は、カウンタ値が０（ゼロ）になった後、通電スイッチ７をＯＮするように入出力部２５に信号を出力する（ステップＳ１０）。通電スイッチ７は、ＯＮして通電が開始される。

このように、電源又は半導体素子に含まれるノイズ成分をＡＤコンバータ２２によりデジタル値の下位ｎビットを用いて遅延時間設定用のデータを生成する。即ち、ノイズは、デジタル化された値のビット０、ビット１に現れる。例えば、下位２ビットを用いて遅延時間設定用の８ビットのデータを生成する場合は、ＡＤコンバータ２２により４回の変換処理を行う。また、ＡＤコンバータ２２から出力されるデータの最下位ビットだけで８ビットのデータを生成する場合は、ＡＤコンバータ２２により８回の変換処理を行う。そして、この変換処理で得られたデジタル値の下位ビットを連結して８ビットのデータを生成する。本発明の発光素子駆動装置を装置毎に備えることにより、ＡＤコンバータ２２から出力される下位側のビットは、ノイズ成分から成るため装置毎に異なる値となり、このため生成された遅延時間設定用のデータも装置毎に異なる値となる。

また、制御回路２０は、この遅延時間設定用のデータに基づいてタイマー２３を起動して遅延時間を設定する。そして、この遅延時間が経過した後に通電スイッチ７をＯＮさせ、電源の供給を開始する。つまり、制御回路２０は、この遅延時間が経過するまで通電スイッチ７をＯＦＦ状態に維持し、この遅延時間が経過した後に通電スイッチ７をＯＮさせる。通電スイッチ７をＯＮ／ＯＦＦさせる信号Ｓ３は、制御回路２０の入出力部２５から出力される。

尚、遅延時間は、遅延時間設定用のデータに基づいてタイマー２３のカウント数を設定し、タイマー２３が、クロックによりこのカウント数を減算カウントして０（ゼロ）に達するまでの時間である。即ち、遅延時間は、遅延時間設定用のデータとタイマー２３のクロックの周波数とにより決定される。そして、制御回路２０は、タイマー２３によるカウントが終了したときに、信号Ｓ３により通電スイッチ７をＯＮさせる。

［複数の発光素子駆動装置で構成した照明装置の動作］
図８（ａ）は、複数の発光素子駆動装置で構成した照明装置の構成を示し、（ｂ）は、電源投入時から発光素子駆動装置ごとの通電状態を示すタイミング図である。図８に示すように、照明装置は、発光素子駆動装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなり、それぞれの発光素子駆動装置は、発光素子部４０に接続されている。このような複数の発光素子駆動装置で構成した照明装置では、電源スイッチ５０をＯＮすることにより、発光素子駆動装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに同時に電源が供給される。発光素子駆動装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、電源供給を検知して、電圧検出回路１６、制御回路２０により遅延時間設定用のデータが決定され、遅延時間設定用のデータに基づいて、通電スイッチ７の制御が行われる。図８（ｂ）に示すように、例えば、発光素子駆動装置１ａは、電源供給から遅延時間Ｔ１後に通電スイッチ７が制御回路２０によってＯＮされる。同様に、発光素子駆動装置１ｂは、電源供給から遅延時間Ｔ２後に、発光素子駆動装置１ｃは、電源供給から遅延時間Ｔ３後に、また、発光素子駆動装置１ｄは、電源供給から遅延時間Ｔ４後に、それぞれの通電スイッチ７がＯＮされる。

このように、遅延時間設定用のデータが装置毎に異なれば、通電スイッチ７がＯＮするタイミングが装置毎に異なる。従って、遅延時間設定用のデータが装置毎に異なるデータに設定されるため、突入電流が流れ始まるタイミングを装置毎に異ならせることができる。

以上述べたように、本発明によれば、複数の照明装置に対して殆ど同時に電力供給が開始されても、それぞれの照明装置において電力供給が開始されてから突入電流が流れ始めるまでの時間に差異が生じるため、過大な突入電流が流れることを抑制することができる。

また、本発明は、電源供給のための遅延時間の決定にランダムに発生するノイズ成分に相当する値をデータ（乱数）として使用するため、個々の照明装置でランダムの遅延時間が生成される。このため、複数の照明装置を同時に通電しても、通電タイミングが異なるため、突入電流を軽減することができる。また、発光素子駆動装置は、同一回路で形成されており、照明装置毎に点灯のタイミングを設定する必要がないため、照明装置の追加、交換等が容易に行える。

尚、本発明の発光素子駆動装置は、負荷としての発光ダイオード、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）等の発光素子に限らず、他の負荷に対しても使用することが可能である。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２、３ 発光素子駆動装置
４ 電源部（絶縁型）
５ 電源部（非絶縁型）
６ 整流回路
７ 通電スイッチ
８ トランス
９ スイッチング素子（ＦＥＴ）
１０ コントローラ
１１ インダクタ
１２ ダイオード
１３、１８、１９、３４、３５、３６ 抵抗
１４、１５、１７、３３ コンデンサ
１６ 電圧検出回路
２０ 制御回路（マイクロコンピュータ）
２１ ＣＰＵ
２２ ＡＤコンバータ
２３ タイマー
２４ ＤＡコンバータ
２５ 入出力部
３０ 電圧生成回路
３１ トランジスタ
３２ ツェナーダイオード
４０ 発光素子部
４１ 発光素子
５０ 電源スイッチ

Claims (4)

1. 電源入力ラインに通電スイッチを備えた発光素子駆動装置であって、
   前記電源入力ラインへの通電開始時における電源のノイズ成分を含んだ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出されたノイズ成分を含んだ電圧をデジタル値に変換処理する変換処理手段と、
   前記変換手段で変換処理されたデジタル値から、所定ビット数のデータを生成するデータ生成手段と、
   前記データ生成手段で生成した所定ビット数のデータに基づいて、前記通電スイッチをオンするまでの遅延時間を決定し、前記遅延時間経過後に前記通電スイッチをオンさせる制御手段と、を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
2. 請求項１に記載の発光素子駆動装置において、
   前記電圧検出手段に代えて、電源入力ラインへの通電開始時に電圧供給された半導体素子から生じるノイズ成分を含んだ電圧を生成する電圧生成手段を備えることを特徴とする発光素子駆動装置。
3. 前記半導体素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子駆動装置。
4. 前記データ生成手段は、前記変換処理手段で少なくとも２回以上の変換処理されたノイズ成分を含んだ電圧のデジタル値の下位ｎビット（ｎは１以上の整数）を連結して、前記所定ビット数のデータを生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、何れか１に記載の発光素子駆動装置。

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