JP5719260B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような調光可能な発光素子を備えた照明装置に関する。

ＬＥＤは輝度調整が簡単であり、この特徴を利用して、調光機能付きのＬＥＤ照明が家庭用の照明として使用され始めている。

ＬＥＤの調光方法として、代表的なものにＤＣ調光とＰＷＭ調光を挙げることができる。

ＤＣ調光では、例えば図７に示すＬＥＤ照明装置のように、ＬＥＤ駆動回路４２が、動トランジスタ１４のソースと接続するノードＡの電圧を、端子ＤＣ＿ＩＮに入力される直流の調光信号ＤＣ１の電圧と等しくなる様にオペアンプ２４及び駆動トランジスタ１４で制御することで、当該調光信号ＤＣ１の電圧と電流制御抵抗１５から定まる電流で発光部１３内のＬＥＤの点灯を制御する。即ち、ＬＥＤに流れる電流量をＤＣ調光信号の電圧値で調整してＬＥＤ１３の発光輝度を調節するものである。

これに対し、ＰＷＭ調光では、例えば図８に示すＬＥＤ照明装置のように、ＬＥＤ駆動回路４４が、駆動トランジスタ１４のオン時においてトランジスタ１４のソースと接続するノードＡの電圧を一定とすることにより、点灯時にＬＥＤに流れる電流が一定となるように制御する。調光はＬＥＤ駆動回路４４の端子ＰＷＭ＿ＩＮに入力されるパルス幅変調がされたパルス波形ＰＷＭ１に従って、トランジスタをオンオフするようにオペアンプ２４を制御することにより、ＬＥＤの点灯・非点灯の制御を行い、ＬＥＤの点滅間隔により発光輝度を調節するものである。

ＰＷＭ調光では高輝度で点灯を行う場合、ＰＷＭ波形の周期を短くし、オンオフによるちらつきが認識できないようにする必要がある。一方で、周期の短い高周波のＰＷＭ信号を使用すると、電磁ノイズの発生が問題となる。

このため、下記の特許文献１では、所定のレベルよりも高輝度側で点灯を行う場合にＤＣ調光を行い、低輝度側で点灯を行う場合にＰＷＭ調光を行うことで、電磁ノイズの発生が抑えられたＬＥＤ調光装置が示されている。

一方、ＤＣ調光では、電流制御抵抗１５に電流が流れ続けることによる消費電力の増大が問題となる。下記の特許文献２では、定電流回路の出力をオンオフするスイッチを設け、定電流回路のオフ時にはコイルに発生する逆起電力を用いてＬＥＤを点灯させることで、電力損失を低減できるＬＥＤ点灯回路が示されている。

特開２００９−１２３６８１号公報 特開平９−７４２２４号公報

ＤＣ調光とＰＷＭ調光の切替え時に調光度合いに大きな差があると、段階的に明るさを制御したときに、スムーズな明るさの調整ができない。更に、ＤＣ調光とＰＷＭ調光ではＬＥＤの駆動方式が異なるため、ＬＥＤに流れる電流を調整する定電流回路の制御とＬＥＤのオンオフ制御の双方を行う必要がある。

このため、ＤＣ調光とＰＷＭ調光のための回路制御や、スムーズな切り替えを行うためにマイコン等の複雑な回路が必要になる。

特に、複数の照明器具を同時に調光する場合、調光器と複数の照明器具の間を配線で結び、調光信号を各照明器具に伝送する。ここで、調光信号がＰＷＭ波形であると、調光信号が交流信号であることにより、当該配線から発生する電磁ノイズが他の電子機器に影響を与える虞がある。

本発明は、上記の状況に鑑み、簡単な回路構成で、伝送路で発生する電磁ノイズを低減し、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）の発生が抑止された照明装置を提供することを目的とする。

更に、本発明は、電力効率に優れ、省電力の照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る照明装置は、
ＰＷＭ波形の第１調光信号を生成する調光信号発生回路と、発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路と、前記第１調光信号のデューティ比を直流電圧値に変換し、直流電圧信号を生成するＰＷＭ／ＤＣ変換回路と、前記調光信号発生回路、前記ＰＷＭ／ＤＣ変換回路、及び、前記発光素子駆動回路の間を接続する伝送路と、前記発光素子の駆動のための電流を供給する駆動トランジスタとを備える照明装置であって、
前記発光素子駆動回路は、前記発光素子を介して前記駆動トランジスタに流れる電流量を電圧値に変換した参照電圧に基づき、前記第１調光信号より周期の短いＰＷＭ波形の第２調光信号を生成する第２調光信号発生回路と、前記参照電圧の時間変化を平均化する平滑回路を備え、
前記第２調光信号のオフ期間に、前記発光素子に回生電流を流すためのコイルを備え、
前記第２調光信号のデューティ比が、前記参照電圧が前記平滑回路により平均化されたフィードバック電圧により決定され、
前記第２調光信号に基づいて前記駆動トランジスタがオンオフ制御されるとともに、
予め設定された所定の調光度合いより低輝度では、前記第１調光信号に基づいて前記発光素子の点灯が行われ、
前記所定の調光度合いより高輝度では、前記伝送路を介して伝送された前記直流電圧信号に基づき前記参照電圧を変更し、前記第２調光信号のオン期間に前記参照電圧により定まる電流量で発光素子の点灯が行われることを第１の特徴とする。

上記第１の特徴の照明装置は、更に、
前記伝送路が、第１の伝送路と第２の伝送路とで構成され、
前記第１調光信号が、前記第１の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送され、
前記直流電圧信号が、前記第２の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送されることが好ましい。

尚、ここで、ＰＷＭ波形とは、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）がされたパルス波形を意味する。

上記特徴の照明装置に依れば、調光信号発生回路が、ちらつきが認識されない程度の比較的周期の長いＰＷＭ波形の第１調光信号を生成し、低輝度での点灯では、当該第１調光信号を発光素子駆動回路に伝送してＰＷＭ調光を行う。一方、高輝度での点灯では、調光信号発生回路が発生した調光信号を、ＰＷＭ／ＤＣ変換回路により直流電圧信号に変換したうえで発光素子駆動回路に伝送し、当該直流電圧信号に基づいて定電流制御される発光素子の駆動電流量の基準となる参照電圧を変更して調光制御を行う。

このような構成とすることで、調光信号発生回路と発光素子駆動回路間の伝送路には、周期の短い高周波のＰＷＭ信号が伝送されないため、電磁ノイズの発生を低減することができる。

尚、低輝度での点灯では、ＰＷＭ調光を行うため、ＰＷＭ／ＤＣ変換回路により変換された直流電圧信号は、伝送路を介して伝送されないか、参照電圧の制御に使用されないように設定しておく。

更に、第２調光信号発生回路が、第１調光信号より周期が短いＰＷＭ波形の第２調光信号を生成し、当該第２調光信号に基づいて駆動トランジスタのオンオフ制御を行う構成とする。ここで、第２調光信号のデューティ比は、駆動トランジスタに流れる電流の時間平均に基づき制御される。この結果、駆動トランジスタのオンオフが、参照電圧、および参照電圧の時間平均を介してフィードバック制御され、外部ノイズ等による電源電圧の変動や発光素子のＶｆ（順方向電圧）の変動に対して安定な発光素子の駆動を実現できる。

このとき、第２調光信号のオフ期間は、駆動トランジスタがオフ制御されるが、コイルの逆起電力による回生電流を発光素子に供給することで、発光素子の点灯は維持されている。

また、第２調光信号のオフ期間は、参照電圧の生成に必要な回路（例えば、抵抗）に電流を流す必要がないので、第２調光信号のオフ期間における無駄な電力消費を削減でき、電源エネルギーの有効利用を図れる。

上記第１の特徴の照明装置は、更に、
前記発光素子駆動回路は、
一方端が前記参照電圧と接続し、他方端が前記第２調光信号発生回路の入力と接続するスイッチ素子と、前記スイッチ素子の前記他方端側に設けられ、前記スイッチ素子がオフ状態の場合に前記第２調光信号発生回路の入力を所定の基準電位に固定する抵抗を備え、
前記駆動トランジスタがオン状態のとき、前記スイッチ素子がオン状態となることで、前記第２調光信号発生回路の入力に前記参照電圧が入力され、
前記駆動トランジスタがオフ状態のとき、前記スイッチ素子がオフ状態となることで、前記第２調光信号発生回路の入力に前記基準電位が入力されることを第２の特徴とする。

上記第２の特徴の照明装置に依れば、調光信号発生回路が発生した第１調光信号の伝送と、直流電圧信号の伝送が、夫々別の伝送線を介して伝送される場合に、低輝度時のＰＷＭ調光において、第２調光信号発生回路に入力される参照電圧の、直流電圧信号が伝送される伝送線の寄生容量により生じる立ち下がりの遅れを防止でき、立ち下がりの遅延による駆動電流の変動を防止できる。

上記第１又は第２の特徴の照明装置は、更に、
前記発光素子駆動回路は、
一方端が前記参照電圧と接続し、他方端が前記伝送路と接続する第２のスイッチ素子を備え、
前記所定の調光度合いより高輝度において、前記駆動トランジスタがオフ状態のとき、前記第２のスイッチ素子をオフ状態とすることで、前記伝送路を介した前記直流電圧信号の供給を停止することを第３の特徴とする。

上記第３の特徴の照明装置に依れば、高輝度時において、駆動トランジスタのオフ時（第２調光信号のオフ期間）に、直流電圧信号が参照電圧の生成に必要な回路（例えば、抵抗）に入力されないようにすることで、当該回路による無駄な電力消費を削減し、省電力化・電源エネルギーの有効利用を図れる。

上記第１乃至第３の何れかの特徴の照明装置は、更に、前記第２調光信号発生回路は、前記フィードバック電圧を、三角波と比較することにより、前記第２調光信号を生成することが好ましい。

上記第１乃至第３の何れかの特徴の照明装置は、更に、前記ＰＷＭ／ＤＣ変換回路が、ローパスフィルタにより構成されることが好ましい。

本発明に依れば、調光信号発生回路と発光素子駆動回路間の伝送路には、周期の短い高周波のＰＷＭ信号が伝送されないため、伝送路における電磁ノイズの発生が低減され、ＥＭＩの発生が抑止された照明装置を実現できる。

更に、駆動トランジスタのオンオフ期間の制御が、フィードバック制御により行われることにより、外部ノイズ等による電源電圧の変動や発光素子のＶｆ（順方向電圧）の変動に対して安定であり、輝度の揺らぎを防止できる。

また、定電流回路による無駄な電力消費を削減し、省電力化・電源エネルギーの有効利用を図れる。

また、発光素子駆動回路はＰＷＭ調光用の制御回路のみでよく、回路構成を簡単にすることができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置を示す回路構成図。 高輝度時と低輝度時における、調光制御のための各信号の時間変化を示すタイミングチャート。 ＤＣ／ＰＷＭ変換回路の動作を説明するためのタイミングチャート。 フィードバック電圧の立ち下がりの遅れによる、第２調光信号発生回路が生成する第２ＰＷＭ波形の変化を示すタイミングチャート。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置を示す回路構成図。 本発明の第３の実施形態に係る照明装置を示す回路構成図。 従来構成の照明装置の一例を示す回路構成図。 従来構成の照明装置の一例を示す回路構成図。

〈第１実施形態〉
本発明の一実施形態に係る照明装置（ＬＥＤ照明装置）１の構成例を図１に示す。図１の回路構成図に示されるように、照明装置１は、調光信号発生回路１１、ＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２、発光素子（ＬＥＤ）を備えた発光部１３、駆動トランジスタ１４、電流制御抵抗１５、発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路（ＬＥＤ駆動回路）１６、及び、回生電流発生用のコイル１９とダイオード２０を備えてなる。尚、図１において、発光部１３は複数（５個）のＬＥＤを直列に接続してなるが、これに限られるものではない。発光部１３は、任意の数のＬＥＤが直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。調光信号発生回路１１とＬＥＤ駆動回路１６とは、第１の伝送路１７、及び、第２の伝送路１８の２本の伝送線を介して接続されている。

調光信号発生回路１１は、調光度合いを示すＰＷＭ波形の第１調光信号ＰＷＭ１を生成する回路（不図示）を備え、論理回路２１、２２による第１調光信号ＰＷＭ１の演算結果を、伝送路を介してＬＥＤ駆動回路１６へ出力する。具体的には、調光信号発生回路１１は、当該第１調光信号ＰＷＭ１と、調光度合いが予め設定された所定の調光度合いより低輝度側であるか高輝度側であるかを示す選択信号ＳＥＬに基づき、２種類の調光信号ＣＨＯ１とＣＨＯ２を、夫々、第１の伝送路１７と第２の伝送路１８を介して出力する。ここで、選択信号ＳＥＬは、調光度合いが低輝度側であるとき低レベル（“Ｌ”）、高輝度側であるとき高レベル（“Ｈ”）となる信号とする。

図２に各信号ＰＷＭ１、ＳＥＬ、ＣＨＯ１、ＣＨＯ２、ＣＨＯ２’のタイミングチャート図を示す。選択信号ＳＥＬが低レベルである期間Ｔ１（低輝度側で照明を行う場合）では、調光信号発生回路１１内の論理回路２１の働きにより、第１調光信号ＰＷＭ１が、調光信号ＣＨＯ１として、第１の伝送路１７に伝送される。このとき、選択信号ＳＥＬにより論理回路２２とＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２との接続が切り離され、調光信号ＣＨＯ２、ＣＨＯ２’はハイインピーダンス状態になっている。

一方、選択信号ＳＥＬが高レベルの期間Ｔ２（高輝度側で照明を行う場合）では、第１の伝送路１７に伝送される調光信号は、調光信号発生回路１１内の論理回路２１の働きにより高レベルに固定され、調光信号ＣＨＯ１として伝送される。このとき、調光信号発生回路１１内の論理回路２２の働きにより、第１調光信号ＰＷＭ１が、調光信号ＣＨＯ２として、第２の伝送路１８に伝送される。

そして、調光信号ＣＨＯ２は、ＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２により、第１調光信号ＰＷＭ１のデューティ比に応じた電圧値を持つ直流の調光信号ＣＨＯ２’に変換され、当該調光信号ＣＨＯ２’が、第２の伝送路１８を介して、駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡの電圧（参照電圧）として伝送される。尚、ＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２は、例えば、図１に示すように、ローパスフィルタで構成することができる。

調光信号ＣＨＯ１は、ＬＥＤ駆動回路１６の端子ＰＷＭ＿ＩＮに入力され、直流変換された調光信号ＣＨＯ２’は、駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡに入力されるとともに、当該ノードＡを介してＬＥＤ駆動回路１６の端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥにも入力される。

ＬＥＤ駆動回路１６は、第２調光信号発生回路２３、駆動トランジスタ１４をオンオフ制御するための制御信号を出力するオペアンプ２４、及び、当該制御信号を切り替えるための信号をオペアンプ２４に出力する論理回路（ＡＮＤ回路）２５を、その内部に備えてなる。オペアンプ２４の出力が、出力端子ＶＯＵＴに接続されている。そして、ＬＥＤ駆動回路１６の出力端子ＶＯＵＴが駆動トランジスタ１４のゲートと接続している。

尚、本実施形態では、オペアンプ２４を、オペアンプ２４の入力端子対の双方に基準電圧源２６からの電圧が入力されることで、一定電圧を出力するバッファとして機能させている。論理回路２５の出力信号を、オペアンプ２４を介さずに直接、出力端子ＶＯＵＴへ入力し、駆動トランジスタ１４のゲートへの入力とする構成も可能である。

第２調光信号発生回路２３は、コンパレータ２７と三角波を発生する発振器２８を備え、駆動トランジスタ１４に流れる平均の電流量に応じたデューティ比で、調光信号発生回路１１が発生した調光信号ＰＷＭ１より周期の短いＰＷＭ波形の第２調光信号ＰＷＭ２を生成し、論理回路（ＡＮＤ回路）２５の入力端子の一方へ入力する。

より具体的には、第２調光信号発生回路２３は、端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥから駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡの電圧（参照電圧）が入力されると、当該電圧をアンプ２９ａを介して増幅し、増幅された電圧を、端子Ｃ＿ＯＵＴを介して接続する平滑回路３０に保持する。端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥからＰＷＭ駆動により変動する参照電圧が入力される結果、端子Ｃ＿ＯＵＴの電圧は、参照電圧の時間変化が平均化され、参照電圧の時間平均値（長期的には、第２調光信号の一周期における時間平均値に近似する）を反映したものとなる。端子Ｃ＿ＯＵＴの電圧は、更にアンプ２９ｂにより増幅された上で、コンパレータ２７の入力端子の一方に入力され、発振器２８が発生する三角波の電圧と比較される。これにより、コンパレータ２７の出力に第２調光信号ＰＷＭ２が得られる。

以下に、図３のタイミングチャートを参照し、第２調光信号発生回路２３の動作を説明する。ここで、平滑回３０により時間平均化され、アンプ２９ｂにより増幅されたフィードバック電圧が、図３（ａ）に示すように変化しているとする。この電圧が、コンパレータ２７の入力端子の一方に入力される。

一方、コンパレータ２７の入力端子の他方端には、発振器２８からの三角波が入力される。図３（ｂ）に発振器２８が発生する三角波の波形を、図３（ａ）のフィードバック電圧と重ねて示す。ここで、三角波の周期をＮとする。尚、実際には、調光信号ＰＷＭ１の周期は、周波数に換算して１ｋＨｚ程度であるのに対し、発振器２８が発生する三角波の周波数は、好ましくは３００ｋＨｚ程度であり、周期が１／３００程度短くなっている。

コンパレータ２７により、参照電圧の時間平均（フィードバック電圧）と、三角波の電圧値が比較され、三角波の電圧値がフィードバック電圧の時間平均よりも高い場合コンパレータ２７の出力が高レベル（“Ｈ”）になり、逆に低い場合低レベル（“Ｌ”）になる。

この結果、コンパレータ２７の出力は、図３（ｃ）に示すように、周期が発振器２８が発生する三角波の周期で定まり、デューティ比がフィードバック電圧で定まるＰＷＭ波形となる。当該ＰＷＭ波形が、第２調光信号ＰＷＭ２として論理回路２５に入力され、駆動トランジスタ１４のオンオフ制御に用いられる。

尚、本実施形態では、駆動トランジスタ１４がオン時における当該駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡの電圧が、発振器が発生する三角波の最大電圧振幅に対して１／１０程度であるため、図１に示すように、端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥとコンパレータ２７の入力との間にアンプ２９ａ、２９ｂを設け、ノードＡの電圧を１０倍に増幅したうえでコンパレータ２７の入力としている。本実施形態では、２倍に増幅するアンプ２９ａの出力に平滑回路３０を設け、更に５倍に増幅するアンプ２９ｂにより、ノードＡの電圧を１０倍に増幅している。

図３から分かるように、参照電圧の時間平均が上昇すると、コンパレータ２７の出力である第２調光信号ＰＷＭ２のパルス幅が短くなり、デューティ比は減少する。当該デューティ比の減少した第２調光信号ＰＷＭ２により駆動トランジスタ１４がオンオフ制御されることで、参照電圧の時間平均は減少する方向に変化する。一方、参照電圧の時間平均が減少すると、コンパレータ２７の出力である第２調光信号ＰＷＭ２のパルス幅が長くなり、デューティ比は増加する。当該デューティ比の増加した第２調光信号ＰＷＭ２により駆動トランジスタ１４がオンオフ制御されることで、参照電圧の時間平均は増加する方向に変化する。

この結果、第２調光信号ＰＷＭ２のデューティ比は、第１調光信号ＰＷＭ１のデューティ比に依らず、ある一定のデューティ比で安定する。

即ち、照明装置１では、第２調光信号ＰＷＭ２に基づく駆動トランジスタ１４のオンオフが、参照電圧（ノードＡの電圧）の時間平均に基づきフィードバック制御される構成となっている。これにより、外部ノイズ等による電源電圧の変動や発光素子のＶｆ（順方向電圧）の変動により、参照電圧が変動しても、これに応じて第２調光信号ＰＷＭ２のデューティ比が調整され、一定の輝度を維持するように制御される。

再び図１及び図２に戻って、図２の期間Ｔ１、即ち低輝度側で照明を行う場合、駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡと、調光信号発生回路１１内の論理回路２２との間の第２の伝送路１８を介した接続が切り離されるため、直流電圧信号がノードＡに入力されることはなく、第１の伝送線１７を介して、第１調光信号ＰＷＭ１が、調光信号ＣＨＯ１として伝送される。

調光信号ＣＨＯ１が高レベルの期間では、論理回路（ＡＮＤ回路）２５のＰＷＭ＿ＩＮ側の入力が高レベルであることにより、オペアンプ２４の制御はコンパレータ２７から出力される第２調光信号ＰＷＭ２に基づき行われる。第２調光信号ＰＷＭ２が高レベルの期間、オペアンプ２４は駆動トランジスタ１４をオン状態に制御し、ゲート電圧とソース‐ドレイン間の電圧で決まる電流量で駆動トランジスタ１４に電流を流し、発光部１３のＬＥＤを点灯させる。一方、第２調光信号ＰＷＭ２が低レベルの期間、オペアンプ２４は駆動トランジスタ１４を非導通状態に制御し、駆動トランジスタ１４に電流を流さない。しかしながら、この期間はコイル１９の働きによる回生電流により発光部１３のＬＥＤの点灯が行われている。

駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡの電圧（参照電圧）は、駆動トランジスタ１４がオン時の電圧（発光部１３のＬＥＤによる電圧降下量と駆動トランジスタ１４のオン抵抗と電流制御抵抗１５の抵抗値で決まる）と、駆動トランジスタ１４がオフ時の基準電位（ここでは、接地電位ＧＮＤ）の電圧を繰り返す。駆動トランジスタ１４のオフ時は、電流制御抵抗１５に電流は流れない。

ノードＡの電圧は、平滑回路３０により平均化され、コンパレータ２７が出力する第２調光信号ＰＷＭ２のデューティ比の決定に使用され、駆動トランジスタ１４のオンオフ期間の制御に使用される。

ここで、ＬＥＤの駆動電流は、第２調光信号ＰＷＭ２に基づき、駆動トランジスタ１４がオン時に流れる電流と、駆動トランジスタ１４がオフ時にコイル１９の働きにより流れる回生電流とを平均したものとなる。この平均駆動電流により点灯するＬＥＤの輝度は、第２調光信号ＰＷＭ２による駆動トランジスタ１４のオンオフ制御を行わない場合（ＰＷＭ＿ＩＮの入力を常に高レベルとした場合）の輝度と等しくなるように、発光部１３の電源電圧、電流制御抵抗１５、及び、コイル１９等により調整されている。

電源電圧が変動すると、ノードＡの電圧も変動し、コンパレータ２７から出力される第２調光信号ＰＷＭ２の波形も変動するため、駆動トランジスタ１４のオンオフ期間も変動するが、上記駆動電流は一定に保たれ、ＬＥＤの輝度が保持される。

一方、調光信号ＣＨＯ１が低レベルの期間は、論理回路（ＡＮＤ回路）２５の出力が低レベルであることにより、駆動トランジスタ１４は非導通状態である。また、調光信号ＣＨＯ１のＰＷＭ周期はコンパレータ２７から出力される第２調光信号ＰＷＭ２の周期よりも十分長く、コイル１９による回生電流を考慮してもＬＥＤが消灯する値に設定されている。

調光信号ＣＨＯ１が高レベルの期間と低レベルの期間を繰り返すことにより、ＬＥＤは点灯と消灯を繰り返すが、ＬＥＤの点滅周期は人が感知できないほど短いため、ＬＥＤの点滅は明暗の変化として認識される。

このようにして、低輝度側では、第１調光信号ＰＷＭ１（ＣＨＯ１）のデューティ比に応じたＬＥＤの輝度調整が行われる。

これに対し、図２の期間Ｔ２、即ち高輝度側で照明を行う場合、調光信号ＣＨＯ１が常に高レベルであるので、論理回路（ＡＮＤ回路）２５のＰＷＭ＿ＩＮ側の入力が常に高レベルである。従って、ＬＥＤ駆動回路１６の動作は上述した図２の期間Ｔ１において、調光信号ＣＨＯ１が高レベルの場合と同様となるが、選択信号ＳＥＬが高レベルであるため、第１調光信号ＰＷＭ１がそのデューティ比に応じてＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２により直流電圧に変換された直流の調光信号ＣＨＯ２’が、第２の伝送路１８を介して、ノードＡに接続されている。

当該直流電圧は、第２調光信号発生回路内のアンプ２９ａ、２９ｂにより増幅され、コンパレータ２７により発振器２８が発生する三角波と比較される。そして、コンパレータ２７から出力される第２調光信号ＰＷＭ２に基づき、オペアンプ２４の制御が行われる。上述したように、第２調光信号ＰＷＭ２のデューティ比は、参照電圧（ノードＡの電圧）の時間平均値で定まるが、この場合、調光信号ＣＨＯ２’の直流電圧に応じた値となる。

第２調光信号ＰＷＭ２が高レベルの期間、オペアンプ２４は駆動トランジスタ１４をオン状態に制御し、ゲート電圧とソース‐ドレイン間の電圧で決まる電流量で駆動トランジスタ１４に電流を流し、発光部１３のＬＥＤを点灯させる。一方、第２調光信号ＰＷＭ２が低レベルの期間、オペアンプ２４は駆動トランジスタ１４を非導通状態に制御し、駆動トランジスタ１４に電流を流さないが、この期間はコイル１９の働きによる回生電流により発光部１３のＬＥＤの点灯が行われる。

このように、高輝度側では、第２調光信号ＰＷＭ２のオン期間において、第１調光信号ＰＷＭ１を直流電圧に変換した調光信号ＣＨＯ２’の電圧値に基づいたＤＣ調光によりＬＥＤの輝度調整が行われる。

尚、本実施形態では、駆動トランジスタ１４のゲートに入力される電圧を一定としているため、調光信号ＣＨＯ２’の直流電圧値が高いと、ゲート‐ソース間の電圧差が低下することにより駆動トランジスタ１４の電流駆動能力が低下し、ＬＥＤの駆動に必要な電流を供給できなくなる。そこで、調光信号ＣＨＯ２’の直流電圧値が高くなりすぎないように、高輝度時における調光信号ＣＨＯ２のデューティ比を、（例えば、輝度１００％に対してデューティ比５０％程度となるように）輝度テーブルを用いて調光信号発生回路１１側で設定しておく。

以上、本実施形態の照明装置１では、調光信号発生回路１１が生成した第１調光信号ＰＷＭ１を、高輝度時は直流電圧に変換し、第２調光信号ＰＷＭ２のオン期間にＬＥＤ駆動回路１６でＤＣ調光を行い、低輝度時には、第１調光信号ＰＷＭ１に基づいたＰＷＭ調光を行うので、低輝度時の高輝度時の切替を簡単に行うことができる。また、周期の短い高周波のＰＷＭ信号を使用する必要がないため、ノイズ等によるＥＭＩの発生を防止することが可能になる。

更に、駆動トランジスタ１４のオンオフが、第２調光信号ＰＷＭ２に基づいてフィードバック制御されることにより、外部ノイズ等による電源電圧の変動や発光素子のＶｆ（順方向電圧）の変動に対して安定な発光素子の駆動を実現できる。

〈第２実施形態〉
図１に示す照明装置１では、ＬＥＤのＶｆの変動や、ＬＥＤ電源電圧の変動により、駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡの電圧（参照電圧）が変動すると、駆動トランジスタ１４のオンオフ期間を制御してＬＥＤ駆動電流を一定に保つように制御を行う。つまりオペアンプ２４に入力される制御信号に、駆動トランジスタ１４のオンオフ期間の変動の影響がフィードバックされることで、安定に駆動トランジスタ１４のオンオフ制御を行う構成である。

ところで、図１のノードＡには、第２の伝送路１８を介して調光信号発生回路１１が接続されているが、低輝度時（定電流駆動時）には、第２の伝送路１８を介した調光信号発生回路１１との接続が切り離されているため、第２の伝送路１８から直流電圧信号が伝送されることはない。しかし、第２の伝送路１８の寄生容量による影響を受ける。第２の伝送路１８の寄生容量が大きくなると、駆動トランジスタ１４をオフ制御した際のノードＡの電圧の立ち下がりが遅くなり、コンパレータ２７の出力である第２調光信号ＰＷＭ２の波形とフィードバック対象のノードＡの電圧波形との間で、補正できない差異が発生する虞がある。

この現象を図４のタイミングチャートを用いて説明する。図４（ａ）に、ノードＡの電圧を平均化した電圧（コンパレータ２７の入力端子の一方の電圧）ＶＡと発振器２８が発生する三角波の電圧波形を示す。図４（ｂ）に、電圧ＶＡと三角波を比較することにより得られる、コンパレータ２７から出力され、オペアンプ２４へ入力される調光信号ＰＷＭ２の電圧波形を示す。図４（ｃ）に、ノードＡの電圧波形（参照電圧の波形）を示す。

図４の期間Ｔ１では、図４（ａ）に示す三角波と電圧ＶＡの波形比較により、図４（ｂ）に示すパルス幅ＨＡの波形がオペアンプ２４に入力される。ここで、オペアンプ２４の入力波形が立ち下がると同時に、ノードＡの電圧（参照電圧）も立ち下がるのが理想的であるが、伝送路１８の寄生容量の存在により、図４（ｃ）に示すように、ノードＡの電圧の立ち下がりが遅延して２ｘの期間だけ余分にかかるとする。

この結果、図４の期間Ｔ２では、ノードＡの電圧を平均化した電圧ＶＡは、期間Ｔ１におけるノードＡの電圧の立ち下がりの遅れのため、図４（ｃ）の斜線部を積分したパルス幅ｘに相当するパルスの分だけ上昇する。当該上昇した電圧ＶＡが、発振器２８が発生する三角波と比較されることにより、オペアンプ２４の出力波形は、立ち上がり時刻がｘに比例する時間だけ遅くなり、立ち下がり時刻がｘに比例する時間だけ早まる。ここでは、立ち上がり時刻がｘだけ遅くなり、立ち下がり時刻がｘだけ早くなるとする。結果、図４（ｂ）のオペアンプ２４の出力波形のパルス幅は２ｘ減少したＨＡ−２ｘになる。

上記期間Ｔ２におけるオペアンプ２４の出力波形に対し、再び、ノードＡの電圧の立ち下がりが２ｘの期間だけ遅れる結果、図４の期間Ｔ３では、オペアンプ２４の出力波形は、立ち上がり時刻が逆に２ｘだけ早まり、立ち下がり時刻が２ｘだけ遅くなり、パルス幅がＨＡ＋２ｘになる。

このように、オペアンプ２４の出力波形のハイ幅（パルス幅）が一定にならないため、ＬＥＤの駆動電流が安定しない不具合が発生しうる。

もっとも、図４では説明の都合上、ノードＡの電圧の立ち下りの遅れを大きく、誇張して記載したものであるが、一般には立ち下がりの遅れは小さく駆動電流の増減も僅かであり、また、ＰＷＭ＿ＩＮから入力される調光信号ＣＨＯ１が低レベルに変化するに伴って駆動トランジスタ１４に流れる駆動電流は０になり、再び高レベルに変化するに伴って駆動電流が流れ始めるので、上記の駆動電流の増減はリセットされる。このため、実際には上述の現象による輝度変化は僅かではあるが、このような現象を防止する方法を図５に示す。

本発明の一実施形態に係る照明装置（ＬＥＤ照明装置）２の構成例を図５に示す。図５の回路構成図に示すように、照明装置２は、図１の構成に加え、一方端が駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡと接続し、他方端が第２調光信号発生回路２３の端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥと接続し、両端間の導通・非導通を切り替えるスイッチ素子としてのトランジスタ３１、トランジスタ３１が非導通のときに端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥに入力される電圧を低レベルの基準電圧に固定するプルダウン抵抗３２、及び、平滑回路３３を備える。うち平滑回路３３は、ＬＥＤ駆動回路１６内の平滑回路３０の働きを強化するために付加したものであり、ＬＥＤ駆動回路１６内の平滑回路３０で十分参照電圧の平均化が可能な場合は除いても構わない。尚、図５では、図面の煩雑化を避けるため、調光信号発生回路１１とＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２の記載を割愛した。

トランジスタ３１のゲートは、分圧抵抗３４、３５を介してオペアンプ２４の出力と接続され、オペアンプ２４の出力電圧に応じて、駆動トランジスタ１４がオン状態となると同時にトランジスタ３１もオン状態となり、駆動トランジスタ１４がオフ状態となると同時にトランジスタ３１もオフ状態となるように構成されている。従って、オペアンプ２４の出力電圧が高レベルのとき、トランジスタ３１がオン状態であり、ノードＡの電圧が端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥに入力される。オペアンプ２４の出力電圧が低レベルに変化し、トランジスタ３１がオン状態からオフ状態に切り替わると、端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥに入力される電圧はプルダウン抵抗３２により即時に低レベルに固定され、ノードＡの電圧の立ち下がり遅延の影響を受けない。

即ち、端子ＶＯＰ＿ＳＥＮＳＥに入力される電圧信号は、低レベルから高レベルへの立ち上がり時には駆動トランジスタ１４により駆動され、高レベルから低レベルへの立ち下がり時には、伝送路１８による大きな負荷容量を除外して、トランジスタ３１により駆動される。この結果、立ち上がり及び立ち下がり動作において十分な速度を保持することができ、上述の遅延による駆動電流の変動を防止できる。

〈第３実施形態〉
図１に示す照明装置１では、高輝度時において、第２調光信号ＰＷＭ２のオフ期間では、駆動トランジスタ１４がオフ状態であるが、コイル１９による回生電流によりＬＥＤの駆動がなされている。一方、駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡには、直流の調光信号ＣＨＯ２’が入力されているため、駆動トランジスタ１４がオフ状態であっても、電流制御抵抗１５に電流が流れ続ける。しかし、この駆動トランジスタ１４のオフ時に電流制御抵抗１５に流れる電流は、本来流す必要のない電流であり、流すことで無駄な電力を消費している。

本発明の一実施形態に係る照明装置（ＬＥＤ照明装置）３の構成例を図６に示す。図６の回路構成図に示すように、照明装置３は、図１の構成に加え、一方端が駆動トランジスタ１４のソースと電流制御抵抗１５の接続ノードＡと接続し、他方端が第２の伝送路１８と接続し、両端間の導通・非導通を切り替えるスイッチ素子としてのトランジスタ３６を備える。尚、図６では、図面の煩雑化を避けるため、調光信号発生回路１１とＰＷＭ／ＤＣ変換回路１２の記載を割愛した。

トランジスタ３６のゲートは、分圧抵抗３４、３５を介してオペアンプ２４の出力と接続され、オペアンプ２４の出力電圧に応じて、駆動トランジスタ１４がオン状態となると同時にトランジスタ３６もオン状態となり、駆動トランジスタ１４がオフ状態となると同時にトランジスタ３６もオフ状態となるように構成されている。従って、オペアンプ２４の出力電圧が高レベルのとき、トランジスタ３６がオン状態であり、ノードＡには調光信号ＣＨＯ２’が入力される。一方、オペアンプ２４の出力電圧が低レベルのとき、トランジスタ３６がオフ状態であり、調光信号ＣＨＯ２’による直流電圧信号の供給は停止される。

これにより、駆動トランジスタ１４のオフ期間では、ノードＡに直流の調光信号ＣＨＯ２’が入力されないため、電流制御抵抗１５に電流は流れず、無駄な電力消費を削減でき、省電力化・電源エネルギーの有効利用が可能になる。

更に、低輝度時において、オペアンプ２４の出力電圧が高レベルから低レベルに変化し、駆動トランジスタ１４がオン状態からオフ状態に切り替わるとき、トランジスタ３６がオフ状態となることで、ノードＡの電圧は、第２の伝送路１８の寄生容量の影響を受けず、即時に低レベルに立ち下がる。

つまり、第２実施形態の照明装置２と同様、照明装置３は、ノードＡの電圧（参照電圧）の立ち上がり及び立ち下がり動作において十分な速度を保持することができ、遅延による駆動電流の変動を防止できる。

〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。

〈１〉上記実施形態では、調光信号発生回路１１が、２つの論理回路２１と２２を用いて、第１及び第２の伝送路１７、１８への調光信号の伝送を制御する場合を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の回路構成が考えられる。

〈２〉特に、上記実施形態では、調光信号発生回路１１が生成した比較的ＰＷＭ周期の長い第１調光信号ＰＷＭ１を、低輝度時には、調光信号ＣＨＯ１として、第１の伝送路１７を介して伝送後、ＬＥＤ駆動回路１６内でより周期の短いＰＷＭ波形の第２調光信号ＰＷＭ２を生成し、ＰＷＭ調光を行う構成となっている。一方、高輝度時には、第１調光信号ＰＷＭ１を直流の調光信号ＣＨＯ２’に変換したうえで、第２の伝送路１８を介して伝送し、第２調光信号のオン期間にＤＣ調光を行う構成である。

しかしながら、本発明はこのような構成に限られるものではない。例えば、低輝度時における比較的ＰＷＭ周期の長い第１調光信号ＰＷＭ１、及び、高輝度時における直流の調光信号ＣＨＯ２’の何れか一方を、調光度合いが高輝度であるか低輝度であるかを示す選択信号ＳＥＬに応じて選択し、第１の伝送路１７を介して伝送する構成も可能である。この場合、第２の伝送路１８には選択信号ＳＥＬを伝送することとし、ＬＥＤ駆動回路１６は、選択信号ＳＥＬに応じて、低輝度の場合には論理回路２５の入力端の一方に調光信号ＰＷＭ１を入力し、高輝度の場合には論理回路２５の入力端の一方に高レベルの信号を入力した状態で当該直流の調光信号ＣＨＯ２’をノードＡに入力すればよい。

更に、選択信号ＳＥＬを第１の伝送路１７を介して伝送後に、当該選択信号ＳＥＬに応じた第１調光信号ＰＷＭ１または直流の調光信号ＣＨＯ２’の何れかを第１の伝送路１７を介して伝送するようにすれば、伝送路は１本で足りる。

〈３〉上記実施形態では、低輝度時における第１調光信号ＰＷＭ１は、波高値が高レベルのパルス信号であり、高輝度時における調光信号ＣＨＯ２’は、中間レベルの直流電圧信号であるので、両者は判別回路を設けることにより、選択信号ＳＥＬに依らなくとも判別可能である。つまり、当該判別回路により、調光度合いが高輝度であるか低輝度であるかを判別できるので、ＬＥＤ駆動回路１６が、低輝度と判別された場合には論理回路２５の入力端の一方に第１調光信号ＰＷＭ１を入力し、高輝度と判別された場合には論理回路２５の入力端の一方に高レベルの信号を入力した状態で調光信号ＣＨＯ２’をノードＡに入力するように構成できる。このように、別途判別回路を設けることで、選択信号ＳＥＬは必要なく、伝送路は１本で足りる。

〈４〉上記実施形態では、選択信号ＳＥＬは、調光度合いが低輝度側であるとき低レベル（“Ｌ”）、高輝度側であるとき高レベル（“Ｈ”）となる信号としたが、逆に、低輝度側で高レベル、高輝度側で低レベルとなる信号としても構わない。論理回路２１、２２の構成を変更すればよいだけである。

〈５〉上記実施形態の照明装置では、発光素子がＬＥＤである場合について詳細に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ＰＷＭ制御により輝度を制御できる発光素子であれば、本発明のように伝送路間に高周波数のＰＷＭ信号が伝送されないようにすることで、ＥＭＩ低減の効果が得られる。例えば、発光素子として有機ＥＬ素子を用いる照明装置に対しても本発明を適用することができる。

本発明は、照明装置に利用可能であり、特に、ＬＥＤを発光素子として用い、調光器と複数の照明器具との間が配線長の長い伝送路で接続される場合に、ＥＭＩ対策に有用である。

１〜３： 本発明に係る照明装置
１１： 調光信号発生回路
１２： ＰＷＭ／ＤＣ変換回路
１３： 発光部
１４： 駆動トランジスタ
１５： 電流制御抵抗
１６： ＬＥＤ駆動回路
１７： 第１の伝送路
１８： 第２の伝送路
１９： コイル
２０： ダイオード
２１、２２、２５： 論理回路
２３： 第２調光信号発生回路
２４： オペアンプ
２６： 基準電圧源
２７： コンパレータ
２８： 発振器
２９ａ、２９ｂ： アンプ
３０、３３： 平滑回路
３１、３６： スイッチ素子（トランジスタ）
３２： プルダウン抵抗
３４、３５： 分圧抵抗
４１、４３： 従来構成の調光信号発生回路
４２、４４： 従来構成のＬＥＤ駆動回路
ＣＨＯ１、ＣＨＯ２、ＣＨＯ２’： 調光信号
Ｃ＿ＯＵＴ、ＰＷＭ＿ＩＮ、ＶＯＰ＿ＳＥＮＣＥ、ＶＯＵＴ： ＬＥＤ駆動回路の端子
ＰＷＭ１： ＰＷＭ波形の調光信号（第１調光信号）
ＰＷＭ２： ＰＷＭ波形の調光信号（第２調光信号）
ＳＥＬ： 選択信号

Claims (5)

1. ＰＷＭ波形の第１調光信号を生成する調光信号発生回路と、
   発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路と、
   前記第１調光信号のデューティ比を直流電圧値に変換し、直流電圧信号を生成するＰＷＭ／ＤＣ変換回路と、
   前記調光信号発生回路、前記ＰＷＭ／ＤＣ変換回路、及び、前記発光素子駆動回路の間を接続する伝送路と、
   前記発光素子の駆動のための電流を供給する駆動トランジスタとを備える照明装置であって、
   前記発光素子駆動回路は、
   前記発光素子を介して前記駆動トランジスタに流れる電流量を電圧値に変換した参照電圧に基づき、前記第１調光信号より周期の短いＰＷＭ波形の第２調光信号を生成する第２調光信号発生回路と、
   前記参照電圧の時間変化を平均化する平滑回路を備え、
   前記第２調光信号のオフ期間に、前記発光素子に回生電流を流すためのコイルを備え、
   前記第２調光信号のデューティ比が、前記参照電圧が前記平滑回路により平均化されたフィードバック電圧により決定され、
   前記第２調光信号に基づいて前記駆動トランジスタがオンオフ制御されるとともに、
   予め設定された所定の調光度合いより低輝度では、前記第１調光信号に基づいて前記発光素子の点灯が行われ、
   前記所定の調光度合いより高輝度では、前記伝送路を介して伝送された前記直流電圧信号に基づき前記参照電圧を変更し、前記第２調光信号のオン期間に前記参照電圧により定まる電流量で発光素子の点灯が行われ、
   前記発光素子駆動回路は、
   一方端が前記参照電圧と接続し、他方端が前記第２調光信号発生回路の入力と接続するスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子の前記他方端側に設けられ、前記スイッチ素子がオフ状態の場合に前記第２調光信号発生回路の入力を所定の基準電位に固定する抵抗と、を更に備え、
   前記駆動トランジスタがオン状態のとき、前記スイッチ素子がオン状態となることで、前記第２調光信号発生回路の入力に前記参照電圧が入力され、
   前記駆動トランジスタがオフ状態のとき、前記スイッチ素子がオフ状態となることで、前記第２調光信号発生回路の入力に前記基準電位が入力されることを特徴とする照明装置。
2. 前記伝送路が、第１の伝送路と第２の伝送路とで構成され、
   前記第１調光信号が、前記第１の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送され、
   前記直流電圧信号が、前記第２の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. ＰＷＭ波形の第１調光信号を生成する調光信号発生回路と、
   発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路と、
   前記第１調光信号のデューティ比を直流電圧値に変換し、直流電圧信号を生成するＰＷＭ／ＤＣ変換回路と、
   前記調光信号発生回路、前記ＰＷＭ／ＤＣ変換回路、及び、前記発光素子駆動回路の間を接続する伝送路と、
   前記発光素子の駆動のための電流を供給する駆動トランジスタとを備える照明装置であって、
   前記発光素子駆動回路は、
   前記発光素子を介して前記駆動トランジスタに流れる電流量を電圧値に変換した参照電圧に基づき、前記第１調光信号より周期の短いＰＷＭ波形の第２調光信号を生成する第２調光信号発生回路と、
   前記参照電圧の時間変化を平均化する平滑回路を備え、
   前記第２調光信号のオフ期間に、前記発光素子に回生電流を流すためのコイルを備え、
   前記第２調光信号のデューティ比が、前記参照電圧が前記平滑回路により平均化されたフィードバック電圧により決定され、
   前記第２調光信号に基づいて前記駆動トランジスタがオンオフ制御されるとともに、
   予め設定された所定の調光度合いより低輝度では、前記第１調光信号に基づいて前記発光素子の点灯が行われ、
   前記所定の調光度合いより高輝度では、前記伝送路を介して伝送された前記直流電圧信号に基づき前記参照電圧を変更し、前記第２調光信号のオン期間に前記参照電圧により定まる電流量で発光素子の点灯が行われ、
   前記伝送路が、前記第１調光信号を前記発光素子駆動回路に伝送する第１の伝送路と、前記直流電圧信号を前記発光素子駆動回路に伝送する第２の伝送路とで構成され、
   前記発光素子駆動回路は、
   一方端が前記参照電圧と接続し、他方端が前記第２の伝送路と接続する第２のスイッチ素子を更に備え、
   前記所定の調光度合いより高輝度において、前記駆動トランジスタがオフ状態のとき、前記第２のスイッチ素子をオフ状態とすることで、前記第２の伝送路を介した前記直流電圧信号の供給を停止することを特徴とする照明装置。
4. 前記第２調光信号発生回路は、
   前記フィードバック電圧を、三角波と比較することにより、前記第２調光信号を生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の照明装置。
5. 前記ＰＷＭ／ＤＣ変換回路が、ローパスフィルタにより構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の照明装置。
   

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