JP5562081B2

JP5562081B2 - Ｌｅｄの調光方法及び調光装置

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Publication number: JP5562081B2
Application number: JP2010065898A
Authority: JP
Inventors: 栄樹吉田; 光敏後藤; 暁夫藤田
Original assignee: KOUYOU ELECTRONICS CO., LTD.
Current assignee: KOUYOU ELECTRONICS CO., LTD.
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: JP2011198673A

Description

本発明は、交流電力波から変換したパルス信号によって調光を制御するＬＥＤの調光方法及び調光装置に関するものである。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光源が多く利用されつつある。例えば、液晶表示装置などにおけるバックライト、自動車の車内灯や前照灯、室内外の照明装置などに採用されている。このようなＬＥＤを用いた照明装置には、発光の明るさを可変することのできる調光機能を備えたものがある。この調光機能を実現する方法として、特許文献１には、ＬＥＤの通電時間幅を変えることで発光する間隔を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、交流電源の位相制御を行うことによってＬＥＤの調光点灯させる技術が開示されている。さらに、特許文献３には、交流電力を位相制御させるための電力制御装置であるトライアックを用い、このトライアックから出力される制御信号がオフしている間はＬＥＤを点灯させないように制御することで、簡易に調光を行うことのできる装置が開示されている。

特開２０００−１７３３０４号公報特開平５−６６７１８号公報特開２００４−２９６２０５号公報

上記特許文献１に開示されている調光制御方法は、階調変換回路による階調信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅を変更させるため、連続的に変化するような調光制御ができない。また、特許文献２，３にあっては、トライアックによって位相制御された交流電力波を直流に整流させてＬＥＤの調光制御を行うようになっているが、アナログ的な制御であるため、応答性が悪く、ノイズによる輝度ムラやちらつきが発生しやすいといった問題がある。

また、交流電力をパルスに変換したＰＷＭ制御によって調光制御を行うものにあっては、ＰＷＭ制御を行わせるための制御回路や制御信号線が必要となり、従来の蛍光灯や白熱灯を用いた照明設備を変更しなければならないといった問題がある。

このように、従来の照明設備を変更せず、また、トライアックから出力される位相制御電力波と同期がとれ、且つロジック回路で信号処理が可能となるようなＴＴＬ入出力レベルでパルス化した信号を用いた調光方法及び調光装置がなかった。

そこで、本発明の目的は、位相制御電力波に同期したＴＴＬ入出力レベルのパルス信号を生成し、このパルス信号をＬＥＤに供給することによって、電力供給量に対して応答性が良好でノイズによる輝度ムラやちらつき等を防止することのできるＬＥＤの調光方法及び調光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ調光方法は、交流電源からの位相制御電力波を用いてＬＥＤの調光を行うＬＥＤ調光方法であって、前記位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスすることによってＴＴＬ入出力レベルに降圧させた第１パルス信号を生成し、該第１パルス信号のエッジを急峻にすることによって矩形状に整形された第２パルス信号を生成し、該第２パルス信号をＬＥＤに供給することによって、前記位相制御電力波に同期した調光制御を行うパルス調光モードと、前記第２パルス信号からＬＥＤのピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成し、この第３パルス信号をＬＥＤに供給することによって調光制御を行うＩＰパルス調光モードとを備え、前記パルス調光モード及び前記ＩＰパルス調光モードのいずれかを選択可能としたことを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ調光装置は、交流電源から供給される電力を位相制御する電力制御部とこの電力制御部に接続されるＬＥＤ駆動部との間に設けられるＬＥＤ調光装置であって、前記電力制御部から出力される位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号を生成する波形スライス手段と、前記第１パルス信号の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号を生成する波形整形手段とを有すると共に、前記第２パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行うパルス調光モード駆動と、前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤのピーク電流値を設定する電流値設定手段と、前記第２パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成する第１スイッチング駆動手段とを有すると共に、前記第３パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加するＩＰパルス調光モード駆動とを備え、前記パルス調光モード駆動及び前記ＩＰパルス調光モード駆動のいずれかを選択可能としたことを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤの調光方法によれば、交流電源から位相制御された電力波をスライスさせた後、矩形状のパルス信号に変換してＬＥＤに供給することができるので、ちらつきのない連続した調光制御を行うことができる。

また、前記パルス信号をさらにスイッチングさせ、ＬＥＤのピーク電流値で駆動させることで、省電力化が図られる。

また、本発明に係るＬＥＤ調光装置によれば、位相制御を行う電力制御部にそのまま直結することができると共に、前記電力制御部から出力される電力波に同期したＴＴＬ入出力レベルのパルス信号によってＬＥＤの調光制御を行うため、ちらつきのない連続した調光操作が可能となる。

また、前記電力波から生成されたパルス信号に対して、所定のオン／オフ周期にスイッチングさせたパルス信号を用いてＬＥＤを駆動させるため、消費電力を最小限に抑えつつ、ＬＥＤの駆動能力を最大限に高めることができる。

本発明に係るＬＥＤの調光方法を示すフロー図である。各部の出力波形を示す図である。本発明に係るＬＥＤの調光装置のブロック図である。パルス制御部の構成を示すブロック図である。充放電部の構成を示す回路図である。パルス制御部の駆動タイミング図である。パルス制御部の出力波形図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤの調光方法及び調光装置の実施形態を詳細に説明する。図１はＬＥＤの調光方法の流れを示したものであり、図２はＡＣ出力波形から各ステップにおいて生成されるそれぞれの出力波形を示したものである。

本実施形態のＬＥＤ調光方法は、図１に示したように、ＡＣ電源から電力制御装置（トライアック）を介して出力される位相制御電力波（以下、電力波という）をＴＴＬ入出力レベルのパルス波にしてＬＥＤの調光を行うパルス調光モードを基本としている。また、前記パルス調光モードによるパルス波をＬＥＤ固有のピーク電流値（ＩＰ）で駆動するＩＰパルス調光モードと、前記ＩＰによるパルス波を所定のデューティ比で細かくオン／オフさせて駆動する省電力ＩＰパルス調光モードとを選択的に備える。

前記パルス調光モードは、電源をＯＮした後、ＡＣ電源から供給されるＡＣ電力波Ａ１をトライアックによって位相制御された電力波Ａ２に変換した後、この電力波Ａ２を全波整流した全波整流波Ａ３を生成する（Ｓ１１）。前記全波整流された電力波Ａ３の波高部分を平滑にスライスして、３．７Ｖ〜７Ｖの電圧レベルに降圧させた第１パルス信号Ｐ１を生成する（Ｓ１２）。次に、前記第１パルス信号Ｐ１の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にして矩形状に整形した第２パルス信号Ｐ２を生成する（Ｓ１３）。この第２パルス信号Ｐ２は、ＴＴＬロジックの動作保証が可能な４．７５Ｖ〜５．２５Ｖの電圧値に調整された後、そのままＬＥＤに供給する。これによって、前記電力波Ａ３に同期したノイズのないパルス波でＬＥＤの調光制御を行うことができる（Ｓ１５）。

また、前記パルス調光モードによる調光制御において、ＩＰ駆動（Ｓ１４）を選択した場合は、接続されているＬＥＤのピーク電流値（ＩＰ）に基づいた定電流駆動を行うことができる。前記ＩＰは、定格電流値（ＩＦ）より高く、予め定められた絶対最大定格電流値（ＩＰｍａｘ）を超えない範囲に設定される（Ｓ２１）。このＩＰを最大振幅として、前記第２パルス信号Ｐ２を制御することによって、第３パルス信号Ｐ３が生成され、この第３パルス信号をＬＥＤに供給することで、前記電力波Ａ２に同期し、且つＩＰによる定電流で輝度ムラやちらつきのない調光制御を行うことができる。

更に、前記ＩＰパルス調光モードによる調光制御において、省電力駆動（Ｓ２３）を選択した場合は、前記第３パルス信号Ｐ３のオン／オフ周期を細かくしたＩＰによる省電力調光制御を行うことができる。このモードでは、前記第３パルス信号Ｐ３を高速にスイッチングさせることによって、細かいオン／オフ周期が連続する第４パルス信号Ｐ４を生成する（Ｓ３１）。次に、前記ＩＰに基づいてオン／オフのデューティ比を設定する（Ｓ３２）。このデューティ比に設定された第４パルス信号Ｐ４をＬＥＤに供給することによって、前記ＩＰパルス調光モードによる駆動を省電力で行うことができる（Ｓ３３）。

このように、本実施形態におけるＬＥＤの調光方法によれば、トライアックに接続される従来の蛍光灯や白熱灯等の既存の照明設備をＬＥＤ用に置き換えるだけで、ＬＥＤの特性に適したパルス駆動による調光制御を行うことができる。また、ＩＰ駆動によって輝度ムラやちらつきを抑え、更に、省電力による駆動も可能となる。

図３は本発明のＬＥＤ調光装置１１の構成をブロック図で示したものである。このＬＥＤ調光装置１１は、ＡＣ電源１２の交流波Ａ１をトライアック１３によって電力波Ａ２に位相制御させて入力させるための入力端子部１６と、ＬＥＤ１５が接続されるＬＥＤ駆動部１４に駆動信号を出力するための出力端子部１７と、前記入力端子部１６から取り込まれた電力波Ａ２を全波整流した後、この全波整流波Ａ３を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号Ｐ１を生成する波形スライス手段（波形スライス部）１８と、前記第１パルス信号Ｐ１の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号Ｐ２を生成する波形整形手段（波形整形部）１９とを基本構成として備えている。

前記入力端子部１６は、ＡＣ電源１２から供給される交流波Ａ１からトライアック１３によって位相制御された電力波Ａ２を印加するための二極の入力端子を有し、前記出力端子部１７は、ＬＥＤ１５のアノード側及びカソード側にパルス状の信号を出力する二極の出力端子を有している。

前記波形スライス部１８は、前記入力端子部１６を介して入力される電力波Ａ２を全波整流する整流部２２と、全波整流された電力波の力率を改善するとともに、平滑化する平滑部２３と、この平滑部２３の出力側に接続され、出力電圧が無負荷時に上がり過ぎないように常時一定の電流を流すための抵抗素子からなるブリーダ部２４と、このブリーダ部２４と並列に接続され、平滑化された電力波を薄くスライスするスライス部２５とを備える。前記スライス部２５を通した電力波は、３．７Ｖ〜７Ｖ程度に降圧された台形状の第１パルス信号Ｐ１となって出力される。

前記波形整形部１９は、ヒステリシス特性を有したシュミットトリガ回路からなる整形部２６と、この整形部２６に対して電圧を補助的に供給する補助電源部２７とを備えて構成されている。前記波形スライス部１８によってスライスされた第１パルス信号Ｐ１は、波形整形部１９によって立上りエッジ及び立下りエッジが略直角となるように急峻に整形された方形状の第２パルス信号Ｐ２として出力される。また、この第２パルス信号Ｐ２は、補助電源部２７によって、ロジック回路の安定動作保証電圧である４．７５Ｖ〜５．２５ＶのＴＴＬ入出力レベル電圧を保持する。

前記平滑部２３から供給される電源電圧Ｖｃｃと前記第２パルス信号Ｐ２を出力端子部１７に直接供給することによって、ＬＥＤ駆動部１４に接続されているＬＥＤ１５をトライアック１３で位相制御される電力波Ａ２に同期させた状態で調光制御させることができる。この調光制御は上記調光方法で示したパルス調光モードに対応する。

図３に示した実施形態では、前記波形整形部１９の後段にＬＥＤを最適且つ省電力で駆動させるためのパルス制御手段（パルス制御部）２０及び充放電部２１を設け、ＩＰパルス調光モード及び省電力ＩＰパルス調光モードを実現する構成となっている。

前記パルス制御部２０は、図４に示すように、定電流パルス駆動部３１と負荷容量検出部３２とからなる。前記定電流パルス駆動部３１は、ＬＥＤ駆動部１４に接続されるＬＥＤ１５のピーク電流値（ＩＰ）を設定する電流値設定手段（レジスタ部）２８と、前記第２パルス信号Ｐ２から前記ＩＰを最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号Ｐ３を生成する第１スイッチング駆動手段（第１ＳＷ部）２９と、前記第３パルス信号Ｐ３を更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ＩＰとなるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号Ｐ４を生成する第２スイッチング駆動手段（第２ＳＷ部）３０と、電流制御部３３とを備えて構成されている。

前記レジスタ部２８は、前記波形整形部１９を経て出力される第２パルス信号Ｐ２を最大振幅で駆動させるためのＩＰが設定される。このＩＰは、駆動するＬＥＤ１５の定格電圧値ＶＦを基準として、絶対最大定格電流値(ＩＰmax)に所定の係数ｋを乗算することによって得られる。前記係数ｋは発光量を規定するものであり、例えば、０．９に設定すればＩＰmax近傍での高輝度発光が得られる。この係数ｋは１を超えない範囲（０＜ｋ＜１）であれば任意に設定することができ、この設定によってＬＥＤ１５の発光量を調整することができる。なお、この係数ｋの設定は、ＬＥＤ調光装置の外部端子（図示せず）に接続される可変抵抗、トリマーあるいはディップスイッチなどの調整デバイスによって外部から設定することができる。

また、ＩＰを設定する手段として、レジスタ部２８内に定格電流値参照テーブル（VF−IFテーブル）や絶対最大定格電流値参照テーブル（IF−IPmaxテーブル）を記憶させておき、これらの参照テーブルを基にしたプログラム処理によって算出させることもできる。

ここで、定格電圧値ＶＦとは、前記ＬＥＤ駆動部１４に接続される各ＬＥＤ１５を安定した状態で一定の明るさに発光させることが可能な電圧値であり、定格電流値ＩＦは、そのときにＬＥＤ１５を流れる値である。また、絶対最大定格電流値ＩＰmaxとは、ＬＥＤ１５の動作を一定の条件の下で保証し得る最大許容値であり、この値を超えれば素子の破壊につながるため、短時間であっても越えないように予め定められている値である。これに対して、ＩＰとは、前記定格電流値ＩＦ以上且つ絶対最大定格電流値ＩＰmaxを超えない範囲（IF≦IP＜IPmax）をいい、この範囲を維持するようにパルス駆動制御される。なお、前記定格電圧値ＶＦ及び定格電流値ＩＦは、ＬＥＤの接続個数や接続形態あるいは設定する明るさに応じて変動する。

前記第１ＳＷ部２９は、第１ＳＷ素子Ｑ１と、この第１ＳＷ素子Ｑ１をスイッチング駆動させる第１ドライブ回路３４を有し、第２ＳＷ部３０は、第２ＳＷ素子Ｑ２と、この第２ＳＷ素子Ｑ２をスイッチング駆動させる第２ドライブ回路３５を有している。定電流制御部３３は、出力端子部１７側に流れる電流値Ｉ１を常時監視して常に一定供給するように制御される。この定電流制御部３３には昇降圧コンバータ（図示せず）を備え、ＬＥＤ駆動部１４に流れる電流値Ｉ１の増減分を補うように電流レベルを増減させる。これによって、一定の電流レベルを維持している。図６に示すように、第１ＳＷ素子Ｑ１は、第１のオン／オフ周期Ｔ１からなる第３パルス信号Ｐ３を生成するためのもので、波形整形部１９から出力される第２パルス信号Ｐ２を第１ドライブ回路３４によって所定のタイミングでスイッチングさせることで、オン期間とオフ期間の比率（デューティ）を設定する。前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、本実施形態では２００Ｈｚ程度となるように制御される。また、デューティは、ＬＥＤ１５が有する定格輝度となるように制御されるが、オン期間を５０％程度又はそれ以下となるように設定することで、発熱量や消費電力を低減させることができる。本実施形態では、オン期間を１０％、オフ期間を９０％となるようにデューティを設定した。

第２ＳＷ素子Ｑ２は、第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる第４パルス信号Ｐ４を生成するためのもので、前記第１ＳＷ素子Ｑ１がオンしている間で動作可能となっている。この第２ＳＷ素子Ｑ２は、第２ドライブ回路３５を介して高速にスイッチングされる。このスイッチングによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２は、本実施形態では３００ｋＨｚで、デューティ比はオン期間が１０％、オフ期間が９０％となるように制御される。

上記パルス制御部２０は、図５（ａ）に示すように、前記出力端子部１７に接続される出力側にインダクタンス（コイル）Ｌ１、キャパシタンス（コンデンサ）Ｃ１，Ｃ２、保護回路３９からなる充放電部２１が設けられている。この充放電部２１では、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２がオンする度にＬＥＤ１５に流れる電流がコンデンサＣ２にも充電される。そして、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２がオフになっている間にコンデンサＣ２に充電された電荷が放電してＬＥＤ駆動部１４に電流が流れる。これによって、第１及び第２のＳＷ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングによるそれぞれのオン期間だけでなくオフ期間においてもＬＥＤには電流を一定量供給し続けることができる。このため、駆動電流は間欠的な方形波状のパルスでありながらＬＥＤには一定の電流が連続して流れるため、発光輝度を一定に維持することができるとともに、消費電力を低減させることが可能となる。なお、コイルＬ１とコンデンサＣ１は、第２ＳＷ素子Ｑ２がオンすることによってＬＥＤ１５に流れるピーク電流値ＩＰを平滑化するために設けられる。

前記保護回路３９は、コンデンサＣ２への充電電流を制限するための制限抵抗Ｒ２と、放電電流をバイパスするための整流素子（ダイオード）Ｄ１とからなっており、出力端子部１７がオープンの状態やＬＥＤ調光装置１１の主電源がオンの状態でＬＥＤ駆動部１４に接続する際に過電流が流れるのを防止することができる。この保護回路３９によれば、第２ＳＷ素子Ｑ２のスイッチングによって生じる第４パルス信号Ｐ４のオン期間において、コンデンサＣ１及びコイルＬ１によるピーク電流値ＩＰの平滑化と同時にコンデンサＣ２への充電が開始され、ＬＥＤ１５が点灯する。このとき、制限抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ２への突入電流の防止と充電電流を制限する働きをする。そして、前記第４パルス信号Ｐ４のオフ期間に移行した際には、コンデンサＣ２に充電された電荷がダイオードＤ１を介して出力端子部に放電することでＬＥＤ１５の点灯が持続することになる。

なお、図５（ａ）において、コンデンサＣ２の容量がコンデンサＣ１に対して小さい場合は、コンデンサＣ１の方が優先されるため、出力端子部１７に対する充放電効果が十分に得られない場合がある。このような場合は、図５（ｂ）に示すように、コンデンサＣ１を省いた回路構成にすることもできる。この回路構成によれば、コンデンサＣ２の容量が比較的小さい場合であっても、十分な充放電効果を得ることが可能である。

負荷容量検出部３２は、図４に示したように、電流検出素子Ｒ１、ＲＣ積分回路３６、差動増幅器３７を備える。電流検出素子Ｒ１は、高精度のシャント抵抗が用いられ、前記第２ＳＷ素子Ｑ２のスイッチングによってＬＥＤ１５を流れる電流を検出する。ＲＣ積分回路３６では、前記電流検出素子Ｒ１によって検出された検出電流を第２ＳＷ素子Ｑ２のオン／オフ周期によって積分した積分波形を生成する。差動増幅器３７は、前記ＲＣ積分回路３６による積分波形信号と基準電圧源３８との差分をとって増幅した検出電圧Ｖ１を出力する。この検出電圧Ｖ１は定電流制御部３３に送られる。

図６に示したように、第３パルス信号Ｐ３は、第２パルス信号Ｐ２によってパルス幅変調された連続した第１のオン／オフ周期Ｔ１からなっており、電流が流れる期間（オン期間）と電流が流れない（オフ期間）を連続して繰り返す。第１のオン／オフ周期Ｔ１は、一例として、約２００Ｈｚ、デューティ比はオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。前記Ｔ１は、ＬＥＤ１５の駆動能力に応じて適宜設定される。

前記第３パルス信号Ｐ３は、第１のオン期間の中で高速にスイッチングさせることで、さらに電流が流れる期間を細かく断続させた第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる方形状の発光駆動信号（第４パルス信号）Ｐ４が生成される。第２のオン／オフ周期Ｔ２は、前述したＴ１の条件の下では、一例として、約３００ｋＨｚ、デューティ比は第３パルス信号Ｐ３と同様にオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。この第４パルス信号Ｐ４は、前記第３パルス信号Ｐ３と同様にＬＥＤ１５の種類や数等の駆動能力に応じて設定されたピーク電流値ＩＰによる振幅幅で制御されて出力される。また、図７に示すように、前記第４パルスＰ４は、ＲＣ積分回路３６を通すことによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２で充放電を繰り返す三角波状の発光駆動波形Ｗ２として出力される。さらに、この発光駆動波形Ｗ２から第１のオン／オフ周期Ｔ１で充放電を繰り返す三角波状の発光周期波形Ｗ１を生成する。このように生成されたピーク電流値ＩＰを最大振幅幅とする発光周期波形Ｗ１を出力端子部に接続されているＬＥＤ１５に印加することによって、消費電力を抑えつつ、高効率でＬＥＤ１５を連続的に安定した状態で発光駆動させることができる。

次に、上記ＬＥＤ調光装置１１の省電力ＩＰ駆動モードにおける操作手順について説明する。出力端子部１７にＬＥＤ駆動部１４を接続した後、主電源を立ち上げてオンにする。この主電源のオンによって、入力端子部１６にトライアック１３からの電力波Ａ２が入力され、この電力波が波形スライス部１８及び波形整形部１９を介してＴＴＬ入出力レベルの第２パルス信号Ｐ２が生成される。この第２パルス信号Ｐ２をパルス制御部２０に入力することで、定電流パルス駆動部３１内の第２ＳＷ素子Ｑ２を閉じ、第１ＳＷ素子Ｑ１をＯＮにする。

次に、設定されたピーク電流値ＩＰに基づいて、第２ＳＷ素子Ｑ２を所定のタイミングでオン／オフにスイッチングさせる。このスイッチングによって、前記出力端子部１７には、ＬＥＤ１５の発光周期を決める第３パルス信号Ｐ３中でさらに高速にスイッチングされた第４パルス信号Ｐ４によって生成された発光駆動波形Ｗ２が印加されることになる。この発光駆動波形Ｗ２は、オン期間とオフ期間を周期的に繰り返す方形パルス波を基にしてＲＣ積分された三角波であるため、全体的な消費電力や発熱を抑えつつ、発光輝度を高いレベルで維持した状態でＬＥＤを連続駆動させることが可能となる。

また、前記ＬＥＤ１５は、外部からの制御信号（図示せず）によって、定電流パルス駆動部３１内の第１ＳＷ素子Ｑ１及び第２ＳＷ素子Ｑ２がオンする幅（デューティ）を制御したり、ＲＣ積分回路３６のＲＣ時定数や充放電部２１内のキャパシタンス容量などを調整したりすることによって、発光量や発光輝度等の調整が可能である。

上記パルス制御部２０によれば、出力端子部１７に接続されるＬＥＤの特性や個数に応じた定電流をＬＥＤ駆動部に対して連続的に供給するのではなく、ピーク電流値ＩＰのオン／オフが変化するパルス信号を高速にスイッチングすることでＬＥＤを発光制御する。このため、ＬＥＤの発光レベルを一定に維持した状態で、発熱及びこの発熱に伴う消費電力の低減化が図られるといった有利な効果を奏する。

ＬＥＤの特性としては、順方向の定格電圧値ＶＦが温度の上昇によって低下する傾向にあるため、従来の一般的な定電流源からの出力電圧が一定であると、出力端子部に流れる電流が増し、それに伴って前記定格電圧値ＶＦがさらに低下するといった問題があったが、前述したように、定電流パルス駆動部によって、ＬＥＤへの通電時間を間欠的にスイッチングさせることで、温度上昇の低減とともに、ＶＦの変動を抑制する効果も得られる。

前記出力端子部１７に接続されるＬＥＤは１個から駆動可能であり、複数接続される場合は、直列や並列あるいは直列並列が混在したものであってもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤの調光を目的としたが、ＬＥＤには限定されず、パルス状の定電流信号で駆動可能な各種モータ、電磁弁コイル、アクチュエータ等の誘導性負荷の駆動レベル調整用途にも応用が可能である。

１１ＬＥＤ調光装置
１２ＡＣ電源
１３トライアック（電力制御部）
１４ＬＥＤ駆動部
１５ＬＥＤ
１６入力端子部
１７出力端子部
１８波形スライス部
１９波形整形部
２０パルス制御部
２１充放電部
２２整流部
２３平滑部
２４ブリーダ部
２５スライス部
２６整形部
２７補助電源部
２８レジスタ部
２９第１ＳＷ部
３０第２ＳＷ部
３１定電流パルス駆動部
３２負荷容量検出部
３３定電流制御部
３４第１ドライブ回路
３５第２ドライブ回路
３６ＲＣ積分回路
３７差動増幅器
３８基準電圧源
３９保護回路
Ｑ１第１ＳＷ素子
Ｑ２第２ＳＷ素子
Ｒ１電流検出素子
Ｒ２制限抵抗
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ（キャパシタンス）
Ｌ１コイル（インダクタンス）
Ｄ１ダイオード
Ｐ１第１パルス信号
Ｐ２第２パルス信号
Ｐ３第３パルス信号
Ｐ４第４パルス信号
Ｔ１第１のオン／オフ周期
Ｔ２第２のオン／オフ周期
Ｗ１発光周期波形
Ｗ２発光駆動波形
Ｖ１検出電圧
ＶＦ定格電圧値
ＩＰピーク電流値
ＩＦ定格電流値
ＩＰmax 絶対最大定格電流値

Claims

交流電源からの位相制御電力波を用いてＬＥＤの調光を行うＬＥＤ調光方法であって、
前記位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスすることによってＴＴＬ入出力レベルに降圧させた第１パルス信号を生成し、該第１パルス信号のエッジを急峻にすることによって矩形状に整形された第２パルス信号を生成し、該第２パルス信号をＬＥＤに供給することによって、前記位相制御電力波に同期した調光制御を行うパルス調光モードと、
前記第２パルス信号からＬＥＤのピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成し、この第３パルス信号をＬＥＤに供給することによって調光制御を行うＩＰパルス調光モードとを備え、
前記パルス調光モード及び前記ＩＰパルス調光モードのいずれかを選択可能としたことを特徴とするＬＥＤ調光方法。
交流電源からの位相制御電力波を用いてＬＥＤの調光を行うＬＥＤ調光方法であって、
前記位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスすることによってＴＴＬ入出力レベルに降圧させた第１パルス信号を生成し、該第１パルス信号のエッジを急峻にすることによって矩形状に整形された第２パルス信号を生成し、該第２パルス信号をＬＥＤに供給することによって、前記位相制御電力波に同期した調光制御を行うパルス調光モードと、
前記第２パルス信号からＬＥＤのピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成し、この第３パルス信号をＬＥＤに供給するＩＰパルス調光モードと、
前記第３パルス信号を更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号を生成し、この第４パルス信号をＬＥＤに供給する省電力ＩＰパルス調光モードとを備え、
前記パルス調光モード、前記ＩＰパルス調光モード及び前記省電力ＩＰパルス調光モードのいずれかを選択可能としたことを特徴とするＬＥＤ調光方法。
前記省電力ＩＰパルス調光モードは、前記ＬＥＤの定格電圧値から絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該ＬＥＤに流し得るピーク電流値を算出し、
前記第２パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成し、
該第３パルス信号の第１のオン期間の中で更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号を生成し、
この第４パルス信号をＬＥＤに供給することによって、前記位相制御電力波に同期した調光制御を行う請求項２に記載のＬＥＤ調光方法。
交流電源から供給される電力を位相制御する電力制御部とこの電力制御部に接続されるＬＥＤ駆動部との間に設けられるＬＥＤ調光装置であって、
前記電力制御部から出力される位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号を生成する波形スライス手段と、前記第１パルス信号の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号を生成する波形整形手段とを有すると共に、前記第２パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行うパルス調光モード駆動と、
前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤのピーク電流値を設定する電流値設定手段と、前記第２パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成する第１スイッチング駆動手段とを有すると共に、前記第３パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加するＩＰパルス調光モード駆動とを備え、
前記パルス調光モード駆動及び前記ＩＰパルス調光モード駆動のいずれかを選択可能としたことを特徴とするＬＥＤ調光装置。
交流電源から供給される電力を位相制御する電力制御部とこの電力制御部に接続されるＬＥＤ駆動部との間に設けられるＬＥＤ調光装置であって、
前記電力制御部から出力される位相制御電力波を全波整流した後、この全波整流波を平滑にスライスして降圧させた第１パルス信号を生成する波形スライス手段と、前記第１パルス信号の立上りエッジ及び立下りエッジを急峻にした矩形状の第２パルス信号を生成する波形整形手段とを有すると共に、前記第２パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行うパルス調光モード駆動と、
前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤのピーク電流値を設定する電流値設定手段と、前記第２パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成する第１スイッチング駆動手段とを有すると共に、前記第３パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加するＩＰパルス調光モード駆動と、
前記第３パルス信号を更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号を生成する第２スイッチング駆動手段とを有し、前記第４パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加する省電力ＩＰパルス調光モード駆動とを備え、
前記パルス調光モード駆動、前記ＩＰパルス調光モード駆動及び前記省電力ＩＰパルス調光モード駆動のいずれかを選択可能としたことを特徴とするＬＥＤ調光装置。
前記省電力ＩＰパルス調光モード駆動は、前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤの定格電圧値から絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該ＬＥＤに流し得るピーク電流値を設定する電流値設定手段と、
前記第２パルス信号から前記ピーク電流値を最大振幅とする第１のオン／オフ周期による第３パルス信号を生成する第１スイッチング駆動手段と、
前記第３パルス信号の第１のオン期間の中で更にスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第４パルス信号を生成する第２スイッチング駆動手段とを備え、
前記第４パルス信号を前記ＬＥＤ駆動部に印加することによって、前記位相制御電力波に同期したＬＥＤの調光制御を行う請求項５に記載のＬＥＤ調光装置。
前記第１パルス信号は３．７Ｖ〜７Ｖの範囲で降圧され、前記第２パルス信号は４．７５Ｖ〜５．２５Ｖの範囲で出力調整される請求項４に記載のＬＥＤ調光装置。
前記ピーク電流値は、前記ＬＥＤ駆動部に接続されるＬＥＤを定常に駆動するための定格電流値と、ＬＥＤの動作保障の限界を定めた絶対最大定格電流値との間で設定される請求項４乃至６のいずれかに記載のＬＥＤ調光装置。
前記ＬＥＤ駆動部が接続される出力側にキャパシタンス及びインダクタンスからなる充放電回路を備え、最大振幅が前記ピーク電流値となるように駆動される第３パルス信号及び第４パルス信号のオン期間で充電してオフ期間で放電させることによって、前記ＬＥＤ駆動部側に前記充放電によるパルス信号で駆動された電流を印加する請求項４乃至６のいずれかに記載のＬＥＤ調光装置。
前記充放電回路には、前記キャパシタンスへの充電電流を阻止あるいは制限させるための制限抵抗及びＬＥＤ駆動部に向けて整流させるためのダイオードからなる保護回路が設けられる請求項９に記載のＬＥＤ調光装置。