JP5442505B2 - 電源ユニット及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、電源ユニット及びそれを用いた照明器具に関する。

従来から、有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）を発光素子として用いた灯具は、発光面積を広くしたり、所望の光束を確保する等のため、複数の有機ＥＬ素子を設けることが一般的である。このような灯具を駆動する駆動装置として、灯具の台数に対応した電流制御回路を有し、複数台の灯具に電流を供給する電源ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電源ユニットは、複数台の灯具に電流を供給して複数の有機ＥＬを点灯させる。このような電源ユニットを用いて複数の有機ＥＬを点灯させると、一部の有機ＥＬが故障した場合、故障していない有機ＥＬ素子が点灯を継続するが、故障した有機ＥＬ素子の分の光束が減少し、灯具としての全光束が減少する。

特開２００６−３２４２０８号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、灯具内の一部の発光素子が故障しても灯具としての全光束の減少を抑制する電源ユニット、及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の電源ユニットは、一部の発光素子が故障した場合に故障していない発光素子が点灯を継続するように、複数の発光素子が接続されている灯具に、一定の電圧を供給する電源ユニットであって、出力電圧を一定にする定電圧部と、前記灯具への出力電流を検出する出力電流検出部と、調光指令値に対応する調光率で前記発光素子を調光するための調光信号を前記灯具に送信する調光信号送信部と、を備え、前記調光信号送信部は、前記出力電流検出部によって検出された出力電流をほぼ一定に制御するように前記調光率を変えることを特徴とする。

この電源ユニットにおいて、前記調光信号は、信号として調光率を含み、前記調光信号送信部は、前記出力電流が減少しようとしたらこの調光率を上げ、出力電流が増加しようとしたらこの調光率を下げることによって出力電流を略一定に制御することが好ましい。

前記調光信号は、所定の調光率の上限値を有することが好ましい。

前記調光信号送信部は、点灯初期の出力電流を一定に制御するように前記調光信号を可変にすることが好ましい。

この電源ユニットは、調光要求を前記調光信号送信部に伝える調光部を備え、前記調光信号送信部は、前記調光部から調光変更の要求を受けた場合、調光変更時の出力電流を一定に制御するように前記調光信号を可変にすることが好ましい。

また、本発明の照明器具は、前記電源ユニットと、この電源ユニットから電圧が供給される灯具と、を備えたものであって、前記灯具は、発光素子と、前記電源ユニットから送信される調光信号を受信する調光信号受信部と、前記調光信号受信部が受信した調光信号に基づいて前記発光素子を調光する点灯装置と、を有することを特徴とする。

前記発光素子は、有機ＥＬ素子であることが好ましい。

本発明の電源ユニットによれば、灯具内の複数の発光素子のうち一部の発光素子が故障しても、灯具への出力電流を一定に制御するので、故障していない発光素子の光出力が増大し、灯具としての全光束の減少を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る照明器具の構成図。 同照明器具における電源ユニットの構成図。 （ａ）は同電源ユニットの出力電流の時間変化例を示す図、（ｂ）は同電源ユニットが送信する調光信号における調光率の時間変化例を示す図。 （ａ）は同電源ユニットの出力電流の別の時間変化例を示す図、（ｂ）は同電源ユニットにおける調光部からの調光要求の時間変化例を示す図、（ｃ）は同電源ユニットが送信する調光信号における調光率の時間変化例を示す図。 本発明の実施形態に係る照明器具の変形例の構成図。 同照明器具の斜視図。

本発明の一実施形態に係る電源ユニット及びそれを用いた照明器具を、図１乃至図４を参照して説明する。図１に示されるように、照明器具１は、電源ユニット２と、灯具３とを備え、電源ユニット２及び灯具３が配線によって相互に接続される。電源ユニット２は、電圧Ｖを灯具３に供給すると共に、調光信号Ｓを灯具３に送信する。灯具３に供給される電圧Ｖは、一定とされる。灯具３は、複数の発光素子３１と、各々の発光素子３１に対応して設けられた調光信号受信部３２及び点灯装置３３と、入出力部３４とを有する。調光信号受信部３２は、電源ユニット２から送信される調光信号Ｓを受信する。点灯装置３３は、調光信号受信部３２が受信した調光信号Ｓに基づいて発光素子３１を調光する。

照明器具１は、電源ユニット２が灯具３に出力する出力電流Ｉを一定に制御する。このため、灯具３としての全光束がほぼ一定となる。なお、出力電流Ｉが一定であるとは、照明器具として実用上支障のない程度の一定、すなわち略一定である。

灯具３に用いられる発光素子３１は、入力電流と光出力がほぼ比例の関係にある素子であり、例えば有機ＥＬ素子やＬＥＤ（発光ダイオード）等の固体発光素子である。調光信号受信部３２は、電源ユニット２から受信した調光信号Ｓを指令値に変換し、点灯装置３３に伝える。点灯装置３３は、発光素子３１を定電流制御して点灯させるものである。点灯装置３３は、電源ユニット２からの出力電圧Ｖと発光素子３１の動作電圧との関係に応じて、降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路、又は昇降圧回路等で構成される。点灯装置３３は、調光機能を有し、調光信号受信部３２からの指令値を受け、発光素子３１をＰＷＭ調光又は振幅調光する。入出力部３４は、灯具３を電源ユニット２や他の灯具３に接続する３線式のソケットやコネクタ等である。照明器具１は、２台の灯具３を有し、各々の灯具３が、３つの発光素子３１、調光信号受信部３２、及び点灯装置３３を有するものを例示しているが、灯具３及び発光素子３１等の数はこれに限定されない。

図２に示されるように、電源ユニット２は、出力電流検出部２１と、調光信号送信部２２と、入力部２３と、ＡＣ／ＤＣ部２４と、制御電源回路２５と、定電圧部２６と、調光部２７と、出力部２８とを備える。定電圧部２６は、ＤＣ／ＤＣ部２６ａ及び定電圧制御部２６ｂを有する。出力電流検出部２１は、灯具３への出力電流Ｉを検出する。調光信号送信部２２は、調光信号Ｓを生成し、生成した調光信号Ｓを灯具３に送信する。調光信号送信部２２は、出力電流検出部２１によって検出された出力電流Ｉを一定に制御するように調光信号Ｓを可変にする。

電源ユニット２の入力部２３は、商用交流電源に接続される。商用交流電源から供給される交流には、ノイズやサージ電圧が含まれることがある。電源ユニット２をノイズ等から保護するため、入力部２３は、ノイズ除去用のインダクタやコンデンサ等からなる入力フィルタやサージアブソーバを有する（図示せず）。入力部２３の出力側は、ＡＣ／ＤＣ部２４に接続される。

ＡＣ／ＤＣ部２４は、整流ダイオード及び昇圧チョッパ回路を有する。昇圧チョッパ回路は、力率改善機能を有する。ＡＣ／ＤＣ部２４は、商用交流電源から供給される商用電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換する。変換された直流電圧は、制御電源回路２５及びＤＣ／ＤＣ部２６ａの入力側に供給される。ＤＣ／ＤＣ部２６ａに供給されたＤＣ電圧は、電解コンデンサＣ１に印加される。ＡＣ／ＤＣ部２４が供給する直流電圧の値は、商用交流電源の電圧を考慮して設定され、例えば数１００Ｖの一定値に保たれる。

制御電源回路２５は、制御回路である出力電流検出部２１、調光信号送信部２２、定電圧制御部２６ｂ、及び調光部２７に供給する電圧Ｖｃｃを生成する回路である。制御電源回路２５は、分圧用の抵抗Ｒ１、Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１を有し、電圧Ｖｃｃを一定に保つ。

ＤＣ／ＤＣ部２６ａは、降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子Ｑ１、回生用ダイオードＤ１、インダクタＬ１、及びコンデンサＣ２等を有する。ＤＣ／ＤＣ部２６ａは、スイッチング素子Ｑ１が高周波でスイッチングすることにより、電解コンデンサＣ１に蓄積された直流電圧を負荷に必要な電力に変換し、出力部２８に出力する。出力電圧Ｖは、例えば２４Ｖの一定値に保たれる。出力電圧Ｖは、抵抗Ｒ４、Ｒ５によって分圧され、定電圧制御部２６ｂに検出される。定電圧制御部２６ｂは、検出した出力電圧Ｖを一定にするようにスイッチング素子Ｑ１をＱ１駆動回路を介してスイッチングする。スイッチング周波数は、数１０ｋＨｚから数ＭＨｚである。

出力電流検出部２１は、増幅回路等を有し、抵抗Ｒ６によって出力電流Ｉを検出するものである。抵抗Ｒ６は、ＤＣ／ＤＣ部２６ａの出力側に挿入されており、出力電流Ｉに比例する電圧を発生する。出力電流検出部２１は、抵抗Ｒ６に発生した電圧によって出力電流Ｉを検出し、検出値を電圧振幅信号として調光信号送信部２２に伝える。

調光部２７は、外部からの調光要求を調光指令値に変換し、その調光指令値を調光信号送信部２２に伝える。調光部２７は、例えば抵抗ボリューム（可変抵抗器）を有し、抵抗ボリュームが回されることによって調光要求を受ける。調光部２７は、抵抗ボリュームの抵抗値に対応する電圧を調光指令値として調光信号送信部２２に伝える。なお、調光部２７は、調光指令値を通信信号に変換し、有線又は無線の通信手段によって調光信号送信部２２に伝えるように構成してもよい。

調光信号送信部２２は、マイクロコントローラ又は汎用ＩＣの組み合わせ等により構成される。調光信号送信部２２は、出力電流検出部２１から伝えられる検出値、及び調光部２７から伝えられる調光指令値に基づいて調光信号Ｓを生成し、調光信号Ｓを灯具３に送信する。調光信号Ｓは、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号であり、信号として調光率を含む。ＰＷＭ信号は、例えば振幅が１２Ｖ、ＰＷＭ周波数が１ｋＨｚであり、パルスのオン時間が長いほど調光率が高く、定格出力における調光率が１００％とされる。調光信号Ｓは、ＰＷＭ信号に替えて、振幅信号等を用いてもよい。

出力部２８は、定電圧部２６によって一定にされた出力電圧Ｖと、調光信号送信部２２によって生成された調光信号Ｓとを出力する。出力部２８は、出力電圧Ｖ及び調光信号ＳのＧＮＤ（グランド線）を共通とし、３線（Ｖ、Ｓ、ＧＮＤ）で出力する。出力部２８は、出力電圧Ｖに調光信号Ｓを重畳し、２線（Ｖ＋Ｓ、ＧＮＤ）で出力してもよい。

上記のように構成された電源ユニット２における出力電流Ｉの制御について説明する。図３（ａ）は電源ユニット２の出力電流Ｉ、図３（ｂ）はそれに対応する調光率Ｍを示す。電源ユニット２は、調光率Ｍが高いほど出力電流Ｉが大きくなる。Ｍ０は、定格の調光率、すなわち調光率１００％である。Ｉ０は、定格の出力電流、すなわち発光素子３１の光出力が定格となる出力電流である。Ｉ０ｆは、発光素子３１が故障したときに出力電流を制御しない場合の電流値である。Ｉ０に付けた添字のｆは、故障（failure）を表す。Ｍ０ａは、発光素子３１が故障したときに増加させた調光率である。Ｍ０に付けた添字のａは、増加（augmentation）を表す。図３（ａ）（ｂ）の横軸は時間軸である。

照明器具１が時刻ｔ１に点灯される。点灯直後の調光率Ｍは、Ｍ０（１００％）である。調光信号送信部２２は、点灯直後の出力電流Ｉ０を出力電流Ｉの基準とし、出力電流Ｉを一定に制御するように（Ｉ＝Ｉ０）、調光信号に含まれる調光率Ｍを可変にする。すなわち、調光信号送信部２２における制御は、フィードバック制御であり、出力電流Ｉを制御量、Ｉ０を目標値、調光信号を操作信号としている。調光信号送信部２２は、出力電流ＩがＩ０よりも減少しようとしたら調光信号に含まれる調光率Ｍを上げ、出力電流ＩがＩ０よりも増加しようとしたら調光率Ｍを下げ、出力電流Ｉを一定に制御する。

複数の発光素子３１のうち一部の発光素子３１が時刻ｔ２に故障した場合、出力電流ＩがＩ０ｆ（破線）に減少しようとする。調光信号送信部２２は、出力電流Ｉの減少を補うにように、調光信号に含まれる調光率ＭをＭ０からＭ０ａに上げ、出力電流ＩがＩ０となるように制御する。

従来の照明器具では、発光素子が故障しても、調光率が一定（Ｍ＝Ｍ０）であり、故障した発光素子の分の光束が減少し、灯具としての全光束が減少する。これに対し、本実施形態の照明器具１では、電源ユニット２が調光率Ｍを可変にし、出力電流Ｉを一定に制御するので、灯具３内の一部の発光素子３１が故障すると、故障していない発光素子３１の光出力が増加し、灯具３としての全光束の減少が抑制される。このように、電源ユニット２は、灯具３内の一部の発光素子３１が故障しても灯具３としての全光束の減少を抑制することができる。

調光信号送信部２２が送信する調光信号は、所定の調光率の上限値Ｍｍａｘを有する。上限値Ｍｍａｘは、発光素子３１の劣化を抑えるために予め定められ、例えば、定格の調光率Ｍ０の数１０％上の値とされる。調光信号送信部２２は、調光信号に含まれる調光率Ｍを上限値Ｍｍａｘ以下の範囲で可変にする。

このように、発光素子３１は、調光率Ｍが上限値Ｍｍａｘを超えないように調光されるので、灯具３としての全光束の減少を抑制するために調光率Ｍが上がっても、光出力が過大にならず、発光素子３１の劣化が抑えられる。従って、電源ユニット２は、調光率Ｍを上げるような制御をしても、発光素子３１の寿命に影響し難くなる。

調光信号送信部２２は、発光素子３１が故障していない場合における点灯初期の出力電流、すなわち正常な点灯初期値を、基準値Ｉ０として有することが好ましい。調光信号送信部２２は、この基準値Ｉ０を出力電流Ｉの基準とし、点灯初期の出力電流Ｉを一定（Ｉ＝Ｉ０）に制御するように調光信号Ｓを可変にする。このため、一部の発光素子３１が点灯時に既に故障している場合であっても（ｔ２≦ｔ１の場合）、点灯初期の出力電流Ｉは、発光素子３１が故障していない場合と同じ値（Ｉ０)に制御される。

このように、調光信号送信部２２は、発光素子３１の故障に起因する出力電流Ｉの変化に、点灯時を含む点灯初期から対応するので、電源ユニット２は、点灯初期に灯具３内の発光素子３１が故障していても、点灯初期の灯具３としての全光束の減少を抑制することができる。

次に、調光部２７が調光変更の要求を調光信号送信部２２に伝えた場合の電源ユニット２における出力電流Ｉの制御について説明する。図４（ａ）は電源ユニット２の出力電流Ｉ、図４（ｂ）は調光部から伝えられる調光要求としての調光指令値Ｋ、図４（ｃ）はそれらに対応する調光率Ｍを示す。調光信号送信部２２は、調光部２７から調光変更の要求を受けた場合、調光変更時の出力電流Ｉを一定に制御するように調光信号を可変にする。

照明器具１が時刻ｔ３に点灯される。例えば、点灯直後の調光指令値Ｋ１は定格出力の要求であり、その時の調光率Ｍ１は１００％である。調光信号送信部２２は、点灯直後の出力電流Ｉ１を出力電流Ｉの基準として、出力電流Ｉを一定に制御するように（Ｉ＝Ｉ１）、調光率Ｍを可変にする。

時刻ｔ４に調光指令値ＫがＫ１からＫ２に変更される。調光信号送信部２２は、調光部２７から調光変更の要求を受ける。調光信号送信部２２は、調光変更時の出力電流Ｉ２を出力電流Ｉの基準として、出力電流Ｉを一定に制御するように（Ｉ＝Ｉ２）、調光率Ｍを可変にする。

一部の発光素子３１が時刻ｔ５に故障した場合、出力電流ＩがＩ２からＩ２ｆに減少しようとする。調光信号送信部２２は、出力電流Ｉの減少を補うにように、調光率ＭをＭ２からＭ２ａに上げ、出力電流ＩがＩ２になるように制御する。

調光信号送信部２２は、発光素子３１が故障していない場合における調光指令値Ｋに対応する出力電流Ｉを基準値として有することが好ましい。例えば、調光指令値Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３に各々対応する出力電流Ｉの基準値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、テーブル、又は調光指令値Ｋに対する出力電流Ｉの関数として、調光信号送信部２２内のメモリに予め記憶される。

時刻ｔ６に調光指令値ＫがＫ２からＫ３に変更される。調光信号送信部２２は、調光部２７から調光変更の要求を受ける。調光信号送信部２２は、出力電流Ｉを制御し、調光指令値Ｋ３に対応するＩ３に変える。調光信号送信部２２は、調光変更時の出力電流Ｉ３を出力電流Ｉの基準として、出力電流Ｉを一定に制御するように（Ｉ＝Ｉ３）、調光率Ｍを可変にする。この時、発光素子３１が既に故障している。このため、調光率Ｍを発光素子３１が故障していない場合の調光率Ｍ３にすると、出力電流Ｉが基準値Ｉ３にならず、Ｉ３よりも小さいＩ３ｆに減少することになる。調光信号送信部２２は、調光率ＭをＭ３よりも大きい調光率Ｍ３ａに上げ、出力電流Ｉが基準値Ｉ３になるように制御する。

このように、調光信号送信部２２は、発光素子３１の故障に起因する出力電流Ｉの変化に、調光変更時から対応するので、電源ユニット２は、調光変更時に灯具３内の一部の発光素子３１が故障していても、灯具３としての全光束の減少を抑制することができる。

照明器具１は、発光素子３１が複数あればよく、灯具３及び発光素子３１の数は限定されない。例えば、図５に示されるように、照明器具１は、１台の灯具３が９つの発光素子３１を有するものであってもよい。灯具３内の１つの発光素子３１が故障した場合、電源ユニット２は、故障前後で出力電流Ｉが一定となるように制御するので、故障していない８つの発光素子３１の光出力がほぼ９／８倍となり、灯具３としての全光束の減少が抑制される。また、灯具３内の複数の発光素子３１が故障しても、故障していない発光素子３１は、調光率が上限値を超えないように調光されるので、灯具３としての全光束の減少を抑制するために調光率が上がっても、光出力が過大にならず、発光素子３１の劣化が抑えられる。

照明器具１は、図６に示されるように、例えばペンダントライトとして構成され、天井に設置される。照明器具１は、灯具３と、灯具３をリモコン制御するリモコン４とを備える。灯具３は、複数の発光素子３１、調光信号受信部３２、及び点灯装置３３と、灯具ケース３５と、吊具３６と、電源コード３７とを有する。発光素子３１は、有機ＥＬ素子である。発光素子３１、調光信号受信部３２、及び点灯装置３３は、灯具ケース３５に収容されて保護される。灯具ケース３５は、発光素子３１の発光面側に開口を有する。吊具３６は、天井面に取り付けられる。灯具ケース３５は、電源コード３７によって吊具３６から吊下される。吊具３６は、その表面にリモコン受光部３８を有する。また、吊具３６は、電源ユニット２の構成のうち、調光部２７以外の部分、すなわち出力電流検出部２１、調光信号送信部２２、入力部２３、ＡＣ／ＤＣ部２４、制御電源回路２５、定電圧部２６、及び出力部２８を内蔵する。

リモコン４は、調光部２７及びリモコン発光部４１を有する。調光部２７は、調光要求を受ける入力手段として抵抗ボリューム４２を有する。調光部２７は、入力手段として抵抗ボリューム４２に替えて、押しボタンスイッチ等を有してもよい。調光部２７は、抵抗ボリューム４２の抵抗値に対応する電圧を調光指令値として電気的信号に変換する。リモコン発光部４１は、この電気的信号を赤外線によるリモコン信号にして灯具３に送信する。リモコン信号は、赤外線をパルス変調した信号であり、赤外線に替えて電波を用いてもよい。

灯具３のリモコン受光部３８は、リモコン信号を受信する。リモコン信号に含まれる調光指令値は、吊具３６内にある調光信号送信部２２に伝えられる。調光信号送信部２２は、調光指令値に応じて調光信号を生成し、電源ユニット２の出力電流を一定に制御するように調光信号を可変にする。調光信号送信部２２は、電源コード３７を介して、灯具ケース３５内にある調光信号受信部３２に調光信号を送信する。点灯装置３３は、調光信号受信部３２が受信した調光信号に基づいて発光素子３１を調光する。

この照明器具１は、電源ユニット２の出力電流が一定に制御されるので、灯具３内の一部の発光素子３１が故障しても、灯具３としての全光束の減少が抑制される。また、発光素子３１を面状発光素子である有機ＥＬ素子としたので、灯具３を面状薄型にすることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の照明器具１は、ペンダントライトに限定されるものではなく、例えば、ベースライト、シーリングライト、ブラケット等であってもよい。

１ 照明器具
２ 電源ユニット
２１ 出力電流検出部
２２ 調光信号送信部
３ 灯具
３１ 発光素子
３２ 調光信号受信部
３３ 点灯装置
Ｉ 出力電流
Ｍ 調光率
Ｓ 調光信号
Ｖ 電圧

Claims (7)

1. 一部の発光素子が故障した場合に故障していない発光素子が点灯を継続するように、複数の発光素子が接続されている灯具に、一定の電圧を供給する電源ユニットであって、
   出力電圧を一定にする定電圧部と、
   前記灯具への出力電流を検出する出力電流検出部と、
   調光指令値に対応する調光率で前記発光素子を調光するための調光信号を前記灯具に送信する調光信号送信部と、を備え、
   前記調光信号送信部は、前記出力電流検出部によって検出された出力電流をほぼ一定に制御するように前記調光率を変えることを特徴とする電源ユニット。
2. 前記調光信号は、信号として調光率を含み、
   前記調光信号送信部は、前記出力電流が減少しようとしたらこの調光率を上げ、出力電流が増加しようとしたらこの調光率を下げることによって出力電流を略一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の電源ユニット。
3. 前記調光信号は、所定の調光率の上限値を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源ユニット。
4. 前記調光信号送信部は、点灯初期の出力電流を一定に制御するように前記調光信号を可変にすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電源ユニット。
5. 調光要求を前記調光信号送信部に伝える調光部を備え、
   前記調光信号送信部は、前記調光部から調光変更の要求を受けた場合、調光変更時の出力電流を一定に制御するように前記調光信号を可変にすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電源ユニット。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電源ユニットと、この電源ユニットから電圧が供給される灯具と、を備えた照明器具であって、
   前記灯具は、発光素子と、前記電源ユニットから送信される調光信号を受信する調光信号受信部と、前記調光信号受信部が受信した調光信号に基づいて前記発光素子を調光する点灯装置と、を有することを特徴とする照明器具。
7. 前記発光素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項６に記載の照明器具。

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