JP5854940B2 - 定電流制御電源、定電流制御方法、および定電流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、定電流制御電源、定電流制御方法、および定電流制御装置に関する。

従来、定電流を出力する電源として、定電流制御電源がある。この定電流制御電源は、例えば、発光ダイオードを点灯させるために用いられる。

定電流制御電源から出力される定電流を制御する方法として、リニア制御とＰＷＭ制御とを組み合わせる方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図９は、リニア制御とＰＷＭ制御との関係を示す図である。図９において、縦軸は、定電流制御電源の出力電流の平均を示し、横軸は、定電流制御電源の出力電流により点灯する発光ダイオードの調光率を示す。

調光率をＸ％以上にする場合（Ｘは、０＜Ｘ＜１００を満たす値）には、リニア制御により、上述の出力電流を制御する。この場合、ＰＷＭ制御を行うためのＰＷＭ信号のデューティを、１００％で維持する。

一方、調光率をＸ％未満にする場合には、リニア制御およびＰＷＭ制御により、上述の出力電流を制御する。この場合、リニア制御において、例えば出力電流の最大値を一定に制御し、ＰＷＭ制御において、ＰＷＭ制御を行うためのＰＷＭ信号のデューティを制御する。

しかしながら、上述のＰＷＭ制御では、出力電流のオンオフが定期的に繰り返されるため、ノイズの増加や、急峻な電流変化による部品の音なりや、オフ期間に定電流制御電源が停止することによる光波高率の悪化が発生してしまう場合があった。なお、光波高率の悪化に対しては、定電流制御電源の出力に電解コンデンサといった大容量のキャパシタを設けることで、対策できる。

また、リニア制御において出力電流の最大値を一定に制御すると、入力電圧により出力電流が変化してしまう。また、出力電流の供給される負荷が発光ダイオードである場合には、発光ダイオードの順方向電圧によっても、出力電流が変化してしまう。そこで、出力電流の最大値を一定に制御する代わりに、図１０の定電流制御電源１００のように平均電流モードで動作させることが考えられる。

［定電流制御電源１００の構成］
図１０は、従来例に係る定電流制御電源１００の回路図である。定電流制御電源１００は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす整数）に定電流を出力する。この定電流制御電源１００は、整流部ＲＦと、キャパシタＣ１、Ｃ２と、ダイオードＤと、インダクタＬと、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑと、抵抗Ｒと、制御部１１０と、制御回路１２０と、を備える。

整流部ＲＦの２つの入力端子には、交流電源Ｖｉｎの両端が接続される。整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ１の一方の電極と、ダイオードＤのカソードと、キャパシタＣ２の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、キャパシタＣ２の他方の電極と、インダクタＬの一端と、が接続される。インダクタＬの他端には、ダイオードＤのアノードと、スイッチ素子Ｑのドレインと、が接続される。

スイッチ素子Ｑのソースには、抵抗Ｒを介して定電流制御電源１００の基準電位点に相当する整流部ＲＦの第２の出力端子が接続されるとともに、制御回路１２０が接続される。この制御回路１２０は、スイッチ素子Ｑのゲートと、整流部ＲＦの第２の出力端子と、制御部１１０と、にも接続される。整流部ＲＦの第２の出力端子には、キャパシタＣ１の他方の電極も接続される。

［定電流制御電源１００の動作］
以上の構成を備える定電流制御電源１００は、制御回路１２０によりスイッチ素子Ｑを制御して、定電流制御を行う。具体的には、制御部１１０から出力されるＰＷＭ信号と、スイッチ素子Ｑのドレイン電流の平均値と、に応じて制御回路１２０によりスイッチ素子Ｑを制御して、定電流を出力する。

制御部１１０は、指定された調光率に応じた周波数およびデューティのＰＷＭ信号を生成し、制御回路１２０に出力する。

制御回路１２０は、制御部１１０から出力されたＰＷＭ信号に応じて、スイッチ素子Ｑをスイッチングさせる。

具体的には、まず、制御回路１２０が、ＰＷＭ信号の立ち上がりに応じてスイッチ素子ＱのゲートにＨレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑをオン状態にしたとする。すると、交流電源Ｖｉｎから入力された交流電力が整流部ＲＦにより整流されて、第２の出力端子を基準とした直流電力が第１の出力端子から出力される。整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される直流電流は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、インダクタＬの一端から他端と、スイッチ素子Ｑと、抵抗Ｒと、を介して、整流部ＲＦの第２の出力端子に流れる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。また、インダクタＬの一端から他端に電流が流れることで、インダクタＬにエネルギーが蓄えられることとなる。

上述のスイッチ素子Ｑに流れる電流、すなわちスイッチ素子Ｑのドレイン電流は、抵抗Ｒに流れることで電圧変換され、制御回路１２０に入力される。ここで、スイッチ素子Ｑをオン状態にしておくと、インダクタＬの一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加する。また、スイッチ素子Ｑがオン状態である期間では、スイッチ素子Ｑのドレイン電流は、インダクタＬの一端から他端に流れる電流、すなわち定電流制御電源１００の出力電流に等しい。そして、スイッチ素子Ｑのドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものは、スイッチ素子Ｑのドレイン電流が増加するに従って高くなる。以上より、スイッチ素子Ｑがオン状態である期間では、制御回路１２０に入力される上述の電圧は、時間が経過するに従って上昇する。

次に、制御回路１２０が、ＰＷＭ信号の立ち下がりに応じてスイッチ素子ＱのゲートにＬレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑをオフ状態にしたとする。すると、スイッチ素子Ｑがオン状態であった期間にインダクタＬに蓄えられたエネルギーにより、インダクタＬの一端から他端、ダイオードＤ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの順に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。スイッチ素子Ｑがオン状態であった期間にインダクタＬに蓄えられたエネルギーは、上述の順に電流が流れるに従って減少し、上述の順に流れる電流は、インダクタＬに蓄えられているエネルギーが減少するに従って減少する。このため、スイッチ素子Ｑがオフ状態になると、時間が経過するに従って、インダクタＬの一端から他端に流れる電流が減少する。

以上のように、ＰＷＭ信号に応じて制御回路１２０がスイッチ素子Ｑをスイッチングさせることで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる出力電流の平均がＰＷＭ信号に応じた値になり、その結果、指定された調光率が実現されることになる。

さらに、制御回路１２０は、スイッチ素子Ｑのドレイン電流の平均値が予め定められた閾値電流以上になると、スイッチ素子Ｑをオフ状態にする。

具体的には、制御回路１２０は、制御回路１２０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑのドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものを監視している。そして、この電圧の平均値が予め定められた閾値電圧まで上昇すると、すなわちスイッチ素子Ｑのドレイン電流の平均値が予め定められた閾値電流まで大きくなると、スイッチ素子ＱのゲートにＬレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑがオフ状態になる。

以上のように平均電流モードで動作させると、出力電流の最大値を一定に制御する場合に起こってしまう上述の２つの問題、すなわち、入力電圧により出力電流が変化してしまうという問題と、発光ダイオードの順方向電圧により出力電流が変化してしまうという問題と、を解決できる。

しかしながら、図９の調光率Ｘ％において、リニア制御から、リニア制御およびＰＷＭ制御に切り替える際には、ＰＷＭ信号のデューティが１００％から１００％未満に変化する。また、図９の調光率Ｘ％において、リニア制御およびＰＷＭ制御から、リニア制御に切り替える際には、ＰＷＭ信号のデューティが１００％未満から１００％に変化する。このため、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際や、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流が急変してしまう。

例えばＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際には、図１１に示すように、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤにオーバーシュートが発生してしまう。

そこで、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際や、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に、ソフトスタートをかけることが考えられる。これによれば、例えばＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に、図１２に示すように、電流Ｉ_ＬＥＤにオーバーシュートが発生してしまうのを抑制できる。

特開２０１１−１０８６６８号公報

しかしながら、上述のようにソフトスタートをかけると、ソフトスタートをかけている期間では、電流Ｉ_ＬＥＤの平均値が小さくなってしまう。このため、図１３や図１４に示すように、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする場合、ソフトスタートが終わる際に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤの平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが急増してしまう。また、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる場合には、ソフトスタートが始まる際に、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが急減してしまう。

上述の課題を鑑み、本発明は、ＰＷＭ制御を行う定電流制御電源、定電流制御方法、および定電流制御装置において、出力電流の平均が急変してしまうのを抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、定電流を出力する定電流制御電源（例えば、図１の定電流制御電源１に相当）であって、スイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑに相当）と、前記スイッチ素子を制御して前記定電流を制御する第１の制御手段（例えば、図１の制御回路１２０に相当）と、前記第１の制御手段にＰＷＭ信号を出力する第２の制御手段（例えば、図１の制御部１０に相当）と、を備え、前記第１の制御手段は、前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御し、前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率（例えば、後述の１００％に相当）から変化させる際（例えば、図３のステップＳ１４に相当）と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際（例えば、図６のステップＳ３６に相当）と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させることを特徴とする定電流制御電源を提案している。

ここで、図１３や図１４を用いて上述したように、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際に、ソフトスタートをかけると、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが急減してしまう。しかしながら、図５を用いて後述するように、ＰＷＭ信号の周波数が低くなるに従って、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの減少が抑制される。

そこで、この発明によれば、定電流を出力する定電流制御電源に、スイッチ素子と、スイッチ素子を制御して定電流を制御する第１の制御手段と、第１の制御手段にＰＷＭ信号を出力する第２の制御手段と、を設けた。そして、第１の制御手段により、ＰＷＭ信号に応じてスイッチ素子をＰＷＭ制御することとした。また、第２の制御手段により、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際と、にＰＷＭ信号の周波数を低下させることとした。

このため、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際における出力電流の平均の急激な減少と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際における出力電流の平均の急激な増加と、を抑制できる。

（２） 本発明は、（１）の定電流制御電源について、前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号を基準信号に基づいて生成し、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記所定の比率から変化させる際と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて前記所定の比率にする際と、に前記基準信号のｎ周期（ただし、ｎはｎ≧２を満たす整数）を１周期とする信号を前記ＰＷＭ信号とすることを特徴とする定電流制御電源を提案している。

この発明によれば、（１）の定電流制御電源において、第２の制御手段により、ＰＷＭ信号を基準信号に基づいて生成し、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際と、に基準信号のｎ周期を１周期とする信号をＰＷＭ信号とすることとした。

このため、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際と、にＰＷＭ信号の周波数を低下させることができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（３） 本発明は、（１）または（２）の定電流制御電源において、前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記所定の比率から変化させる際（例えば、図３のステップＳ１４に相当）に、前記定電流が予め定められた閾値（例えば、図４のＩ２に相当）まで小さくなるまで、前記ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値（例えば、図３の所定値に相当）に低下させるとともに、当該ＰＷＭ信号のデューティを小さくしていく第１手順と、前記定電流を前記閾値に保ちつつ、前記ＰＷＭ信号の周波数を元に戻すとともに、当該ＰＷＭのデューティを予め定められた値（例えば、図４のＤ２に相当）に大きくする第２手順と、を行うことを特徴とする定電流制御電源を提案している。

この発明によれば、（１）または（２）の定電流制御電源において、第２の制御手段により、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際に、第１手順および第２手順を行うこととした。

そして、第１手順では、定電流が予め定められた閾値に小さくなるまで、ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値に低下させるとともに、ＰＷＭ信号のデューティを小さくしていくこととした。このため、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際に、出力電流の平均の急激な減少を抑制しつつ、出力電流の平均を緩やかに減少させていくことができる。

また、第２手順では、定電流を閾値に保ちつつ、ＰＷＭ信号の周波数を元に戻すとともに、ＰＷＭのデューティを予め定められた値に大きくすることとした。このため、出力電流の平均を変化させることなく、ＰＷＭ信号の周波数を元に戻すことができる。また、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際にＰＷＭ信号の周波数を低下させているのは、第１手順を行ってから第２手順を行うまでの間のみとなるため、光波高率の悪化やストロボ効果の発生を抑制できる。

（４） 本発明は、（１）〜（３）の定電流制御電源において、前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて前記所定の比率にする際（例えば、図６のステップＳ３６に相当）に、前記定電流が予め定められた閾値（例えば、図７のＩ２に相当）まで大きくなると、当該定電流を当該閾値に保ちつつ、前記ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値（例えば、図６の特別値に相当）に低下させるとともに、当該ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた値（例えば、図７のＤ１に相当）に小さくする第３手順と、前記ＰＷＭ信号の周波数を前記予め定められた値に保ちつつ、当該ＰＷＭ信号のデューティを大きくしていく第４手順と、前記ＰＷＭ信号のデューティが前記所定の比率になると、当該ＰＷＭ信号の周波数を元に戻す第５手順と、を行うことを特徴とする定電流制御電源を提案している。

この発明によれば、（１）〜（３）の定電流制御電源において、第２の制御手段により、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際に、第３手順、第４手順、および第５手順を行うこととした。

そして、第３手順では、定電流が予め定められた閾値まで大きくなると、定電流を閾値に保ちつつ、ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値に低下させるとともに、ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた値に小さくすることとした。このため、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際に、出力電流の平均を変化させることなく、ＰＷＭ信号の周波数を低下させることができる。

また、第４手順では、ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値に保ちつつ、ＰＷＭ信号のデューティを大きくしていくこととした。このため、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際に、出力電流の平均の急激な増加を抑制しつつ、出力電流の平均を緩やかに増加させていくことができる。

また、第５手順では、ＰＷＭ信号のデューティが所定の比率になると、ＰＷＭ信号の周波数を元に戻すこととした。このため、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際にＰＷＭ信号の周波数を低下させているのは、第３手順を行ってから第５手順を行うまでの間のみとなるため、光波高率の悪化やストロボ効果の発生を抑制できる。

（５） 本発明は、定電流を出力する定電流制御方法であって、スイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑに相当）を制御して前記定電流を制御する第１のステップと、ＰＷＭ信号を出力する第２のステップと、を備え、前記第１のステップでは、前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御し、前記第２のステップでは、前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率（例えば、後述の１００％に相当）から変化させる際（例えば、図３のステップＳ１４に相当）と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際（例えば、図６のステップＳ３６に相当）と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させることを特徴とする定電流制御方法を提案している。

この発明によれば、定電流を出力する定電流制御方法において、スイッチ素子を制御して定電流を制御する第１のステップと、ＰＷＭ信号を出力する第２のステップと、を行うこととした。そして、第１のステップでは、ＰＷＭ信号に応じてスイッチ素子をＰＷＭ制御することとした。また、第２のステップでは、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際と、にＰＷＭ信号の周波数を低下させることとした。このため、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（６） 本発明は、定電流を出力する定電流制御電源にＰＷＭ信号を出力する定電流制御装置（例えば、図１の制御部１０に相当）であって、前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率（例えば、後述の１００％に相当）から変化させる際（例えば、図３のステップＳ１４に相当）と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際（例えば、図６のステップＳ３６に相当）と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させ、前記定電流制御電源は、スイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑに相当）と、前記スイッチ素子を制御して前記定電流を制御する第１の制御手段（例えば、図１の制御回路１２０に相当）と、を備え、前記第１の制御手段は、前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御することを特徴とする定電流制御装置を提案している。

この発明によれば、定電流を出力する定電流制御電源にＰＷＭ信号を出力する定電流制御装置により、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際と、にＰＷＭ信号の周波数を低下させることとした。また、定電流制御電源に、スイッチ素子と、スイッチ素子を制御して定電流を制御する第１の制御手段と、を設け、第１の制御手段により、ＰＷＭ信号に応じてスイッチ素子をＰＷＭ制御することとした。このため、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際における出力電流の平均の急激な減少と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて所定の比率にする際における出力電流の平均の急激な増加と、を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る定電流制御電源の回路図である。 前記定電流制御電源に設けられた制御部が行う調光処理のフローチャートである。 前記制御部が行う減光処理のフローチャートである。 前記減光処理において、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際の前記制御部の動作について説明するための図である。 前記ＰＷＭ信号の周波数と、ソフトスタートによる影響と、の関係を示す図である。 前記制御部が行う増光処理のフローチャートである。 前記増光処理において、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際の前記制御部の動作について説明するための図である。 前記定電流制御電源におけるＰＷＭ信号と出力電流の平均とを示す図である。 リニア制御とＰＷＭ制御との関係を示す図である。 従来例に係る定電流制御電源の回路図である。 前記定電流制御電源においてＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際の出力電流を示す図である。 前記定電流制御電源においてＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際の出力電流を示す図である。 前記ＰＷＭ信号と出力電流の平均とを示す図である。 前記ＰＷＭ信号のデューティと出力電流の平均との関係を示す図である。 前記定電流制御電源におけるＰＷＭ信号と出力電流の平均とを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

［定電流制御電源１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る定電流制御電源１の回路図である。定電流制御電源１は、図１０に示した従来例に係る定電流制御電源１００とは、制御部１１０の代わりに制御部１０を備える点が異なる。なお、定電流制御電源１において、定電流制御電源１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

［定電流制御電源１の動作］
定電流制御電源１は、定電流制御電源１００と同様に、制御部１０から出力されるＰＷＭ信号と、スイッチ素子Ｑのドレイン電流と、に応じて制御回路１２０によりスイッチ素子Ｑを制御して、定電流を出力する。

制御部１０は、調光率が指定されると、図２に示す調光処理を行って、指定された調光率に応じた周波数およびデューティのＰＷＭ信号を生成し、制御回路１２０に出力する。

図２は、制御部１０が行う調光処理のフローチャートである。

ステップＳ１において、制御部１０は、指定された調光率に基づいて、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの目標値を設定し、ステップＳ２に処理を移す。なお、調光率の指定は、例えば調光率を変化させる操作をユーザがリモコンに対して行った際に、このリモコンから制御部１０に対して送信される信号により、行われる。

ステップＳ２において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが大きいか否かを判別する。そして、大きくないと判別した場合には、ステップＳ４に処理を移し、大きいと判別した場合には、ステップＳ３に処理を移す。

ステップＳ３において、制御部１０は、図３を用いて後述する減光処理を行って、図２に示した調光処理を終了する。

ステップＳ４において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さいか否かを判別する。そして、小さくないと判別した場合には、図２に示した調光処理を終了し、小さいと判別した場合には、ステップＳ５に処理を移す。

ステップＳ５において、制御部１０は、図６を用いて後述する増光処理を行って、図２に示した調光処理を終了する。

図３は、制御部１０が行う減光処理のフローチャートである。また、図４は、減光処理において、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際の制御部１０の動作について説明するための図である。図４において、縦軸は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤの平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤを示し、横軸は、ＰＷＭ信号のデューティを示す。

ステップＳ１１において、制御部１０は、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ１（図４参照）より大きいか否かを判別する。そして、大きいと判別した場合には、ステップＳ１２に処理を移し、大きくないと判別した場合には、ステップＳ１４に処理を移す。

なお、Ｉ１は、図９で示した調光率がＸ％であるときに平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが取る値のこと、すなわち、リニア制御のみを行う場合と、リニア制御およびＰＷＭ制御を行う場合と、を切り替えるときに平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが取る値のことであり、制御部１０に予め記憶されている数値である。

ステップＳ１２において、制御部１０は、リニア制御処理を行って、ステップＳ１１に処理を戻す。

ステップＳ１３において、制御部１０は、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２（図４参照）より小さいか否かを判別する。そして、小さいと判別した場合には、ステップＳ２０に処理を移し、小さくないと判別した場合には、ステップＳ１４に処理を移す。なお、Ｉ２は、制御部１０に予め記憶されている数値である。このＩ２については、後述する。

ステップＳ１４において、制御部１０は、ＰＷＭ信号の周波数を、予め定められた所定値に低下させて、ステップＳ１５に処理を移す。この所定値は、制御部１０に予め記憶されている数値である。この所定値について、図５を用いて以下に説明する。

図５は、ＰＷＭ信号の周波数と、ソフトスタートによる影響と、の関係を示す図である。図５において、縦軸は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤの平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤを示し、横軸は、ＰＷＭ信号のデューティを示す。

図１３や図１４を用いて上述したように、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際に、ソフトスタートをかけると、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが急減してしまう。しかしながら、図５に示すように、ＰＷＭ信号の周波数が低くなるに従って、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの減少が抑制される。そこで、ＰＷＭ信号の周波数をいくつまで低下させると、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な減少を許容できる範囲に抑えることができるのかを予め調べておき、調べた周波数を、上述の所定値とする。

このため、ステップＳ１４においてＰＷＭ信号の周波数を所定値に低下させることによって、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際に発生してしまうソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な減少を、許容できる範囲に抑えることができる。

ステップＳ１５において、制御部１０は、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２（図４参照）より大きいか否かを判別する。そして、大きくないと判別した場合には、ステップＳ１８に処理を移し、大きいと判別した場合には、ステップＳ１６に処理を移す。なお、Ｉ２は、制御部１０に予め記憶されている数値である。このＩ２について、図４を用いて以下に説明する。

Ｉ２を制御部１０に記憶させる際に、予め、ステップＳ１４においてＰＷＭ信号の周波数を所定値に低下させなかった場合に平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがいくつまで急激に減少してしまうのかを調べておく。そして、このときの値（図４では、Ｉ０）よりも小さい値に、Ｉ２を設定し、制御部１０に記憶させる。

このため、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２まで低下した状態では、ステップＳ１４において所定値に低下させるより前のＰＷＭ信号の周波数、すなわち元の周波数にＰＷＭ信号の周波数を戻しても、上述のソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な減少は、発生しないことになる。

ステップＳ１６において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた特定値だけ小さくし、ステップＳ１７に処理を移す。この特定値は、制御部１０に予め記憶されている数値である。これによれば、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さくなる。

ステップＳ１７において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが大きいか否かを判別する。そして、大きくないと判別した場合には、図３の減光処理を終了する。一方、大きいと判別した場合には、ステップＳ１５に処理を戻す。

ステップＳ１８において、制御部１０は、ＰＷＭ信号の周波数を元に戻し、ステップＳ１９に処理を移す。

ステップＳ１９において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティをＤ２（図４参照）まで大きくし、ステップＳ２０に処理を移す。ここで、Ｄ２は、ＰＷＭ信号の周波数が元の周波数で、かつ、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２である際に、ＰＷＭ信号のデューティが取る数値であり、制御部１０に予め記憶されている数値である。

このため、ステップＳ１８においてＰＷＭ信号の周波数を元に戻しても、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが変化してしまうのを防止できる。

ステップＳ２０において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた特定値だけ小さくし、ステップＳ２１に処理を移す。これによれば、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さくなる。

ステップＳ２１において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが大きいか否かを判別する。そして、大きくないと判別した場合には、図３の減光処理を終了する。一方、大きいと判別した場合には、ステップＳ２０に処理を戻す。

図６は、制御部１０が行う増光処理のフローチャートである。また、図７は、増光処理において、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際の制御部１０の動作について説明するための図である。図７において、縦軸は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤの平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤを示し、横軸は、ＰＷＭ信号のデューティを示す。

ステップＳ３１において、制御部１０は、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ１（図７参照）より大きいか否かを判別する。そして、大きくないと判別した場合には、ステップＳ３３に処理を移し、大きいと判別した場合には、ステップＳ３２に処理を移す。

ステップＳ３２において、制御部１０は、リニア制御処理を行って、ステップＳ３１に処理を戻す。

ステップＳ３３において、制御部１０は、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２（図７参照）より小さいか否かを判別する。そして、小さくないと判別した場合には、ステップＳ３６に処理を移し、小さいと判別した場合には、ステップＳ３４に処理を移す。

ステップＳ３４において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた特定値だけ大きくし、ステップＳ３５に処理を移す。これによれば、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが大きくなる。

ステップＳ３５において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さいか否かを判別する。そして、小さくないと判別した場合には、図６の減光処理を終了する。一方、小さいと判別した場合には、ステップＳ３３に処理を戻す。

ステップＳ３６において、制御部１０は、ＰＷＭ信号の周波数を、予め定められた特別値に低下させて、ステップＳ３７に処理を移す。この特別値は、制御部１０に予め記憶されている数値である。この特別値について、図７を用いて以下に説明する。

図７は、ＰＷＭ信号の周波数と、ソフトスタートによる影響と、の関係を示す図である。図７において、縦軸は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流Ｉ_ＬＥＤの平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤを示し、横軸は、ＰＷＭ信号のデューティを示す。

図１３や図１４を用いて上述したように、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に、ソフトスタートをかけると、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが急増してしまう。しかしながら、図５に示したように、ＰＷＭ信号の周波数が低くなるに従って、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な増加が抑制される。そこで、ＰＷＭ信号の周波数をいくつまで低下させると、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な増加を許容できる範囲に抑えることができるのかを予め調べておき、このときのＰＷＭ信号の周波数を、上述の特別値として制御部１０に予め記憶させておく。

このため、ステップＳ３６においてＰＷＭ信号の周波数を特別値に低下させることによって、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に発生してしまうソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な増加を、許容できる範囲に抑えることができる。

ステップＳ３７において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティをＤ１（図７参照）まで小さくし、ステップＳ３８に処理を移す。ここで、Ｄ１は、ＰＷＭ信号の周波数が特別値で、かつ、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤがＩ２である際に、ＰＷＭ信号のデューティが取る数値であり、制御部１０に予め記憶されている数値である。

このため、ステップＳ３６においてＰＷＭ信号の周波数を特別値に低下させても、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが変化してしまうのを防止できる。

ステップＳ３８において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた特定値だけ大きくし、ステップＳ３９に処理を移す。これによれば、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが大きくなる。

ステップＳ３９において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さいか否かを判別する。そして、小さくないと判別した場合には、図６の減光処理を終了する。一方、小さいと判別した場合には、ステップＳ４０に処理を移す。

ステップＳ４０において、制御部１０は、ＰＷＭ信号のデューティが１００％であるか否かを判別する。そして、１００％ではないと判別した場合には、ステップＳ３８に処理を戻し、１００％であると判別した場合には、ステップＳ４１に処理を移す。

ステップＳ４１において、制御部１０は、ＰＷＭ信号の周波数を元に戻し、ステップＳ４２に処理を移す。

ステップＳ４２において、制御部１０は、リニア制御処理を行って、ステップＳ４３に処理を戻す。

ステップＳ４３において、制御部１０は、ステップＳ１において設定した目標値より平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが小さいか否かを判別する。そして、小さくないと判別した場合には、図６の減光処理を終了する。一方、小さいと判別した場合には、ステップＳ４２に処理を戻す。

ここで、上述の従来例に係る定電流制御電源におけるＰＷＭ信号と電流Ｉ_ＬＥＤと平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤとを、図１５に示す。図１５では、時刻ｔ１１において、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させている。このため、時刻ｔ１１における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤと、時刻ｔ１１からＰＷＭ信号の１周期が経過した時刻ｔ１２における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤと、の差が大きくなっている。

これに対して、定電流制御電源１におけるＰＷＭ信号と電流Ｉ_ＬＥＤと平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤとを、図８に示す。図８では、時刻ｔ１において、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させるとともに、時刻ｔ１〜ｔ３の期間において、ＰＷＭ信号の周波数を所定値に低下させている。このため、時刻ｔ１における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤと、時刻ｔ１からＰＷＭ信号の１周期が経過した時刻ｔ２における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤと、の差が小さくなっている。これはすなわち、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの減少が抑制されているということである。

以上の定電流制御電源１によれば、以下の効果を奏することができる。

定電流制御電源１は、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際に、図３にステップＳ１４において、ＰＷＭ信号の周波数を制御部１０により低下させる。このため、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な減少を抑制できる。したがって、図９の調光率Ｘ％において、リニア制御から、リニア制御およびＰＷＭ制御に切り替える際に、光のちらつきを抑制でき、スムーズな連続減光を実現できる。

また、定電流制御電源１において、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際にＰＷＭ信号の周波数を低下させるのは、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが図４のＩ１からＩ２に変化する間でのみである。このため、光波高率の悪化やストロボ効果の発生を抑制できる。

また、定電流制御電源１は、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際に、図６にステップＳ３６において、ＰＷＭ信号の周波数を制御部１０により低下させる。このため、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際における平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの急激な増加を抑制できる。したがって、図９の調光率Ｘ％において、リニア制御およびＰＷＭ制御から、リニア制御に切り替える際に、光のちらつきを抑制でき、スムーズな連続増光を実現できる。

また、定電流制御電源１において、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際にＰＷＭ信号の周波数を低下させるのは、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤが図７のＩ２からＩ１に変化する間でのみである。このため、光波高率の悪化やストロボ効果の発生を抑制できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティを１００％から変化させる際と、ＰＷＭ信号のデューティを変化させて１００％にする際と、について説明した。しかしながら、上述の比率は、１００％に限らず、予め定められた所定の比率であればよい。

また、上述の実施形態では、図３のステップＳ１４において、ＰＷＭ信号の周波数をいくつまで低下させると、ソフトスタートによる平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの減少を許容できる範囲に抑えることができるのかを予め調べておき、調べた周波数まで、ＰＷＭ信号の周波数を制御部１０が低下させるものとした。しかしながら、これに限らず、例えば、ステップＳ１４において周波数を所定値に低下させる前のＰＷＭ信号のｎ周期（ただし、ｎは、ｎ≧２を満たす整数）を１周期とする信号を生成し、ＰＷＭ信号として制御部１０が出力するものとしてもよい。ただし、この場合には、生成した信号の周波数が、上述の調べた周波数よりも低くなければならない。

また、上述の実施形態では、図３のステップＳ１６およびステップＳ２０においてＰＷＭ信号のデューティを小さくする値と、図６のステップＳ３４およびステップＳ３８においてＰＷＭ信号のデューティを大きくする値と、を全て同じ特定値としたが、これに限らず、例えば互いに異なる値としてもよい。

また、上述の実施形態において、指定された調光率に応じた目標値がＩ０（図４参照）以上である場合に、平均電流ＡＶＥ＿Ｉ_ＬＥＤの絶対値を上げながらＰＷＭ信号のパルス幅を調整するものとしてもよい。

また、上述の実施形態では、定電流制御電源１は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を出力するものとしたが、これに限らない。例えば、交流電源Ｖｉｎの代わりに直流電源が定電流制御電源１に接続されており、この直流電源から入力される直流電力を用いて、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を出力するものとしてもよい。この場合には、整流部ＲＦは不要となる。

また、上述の実施形態では、制御部１０は、定電流制御電源１に設けられるものとしたが、これに限らず、例えば定電流制御電源１とは別個に設けられるものであってもよい。

また、上述の実施形態では、負荷として、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを適用したが、これに限らず、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）といった定電流制御する負荷を適用できる。

１、１００；定電流制御電源
１０、１１０；制御部
１２０；制御回路
Ｑ：スイッチ素子

Claims (6)

1. 定電流を出力する定電流制御電源であって、
   スイッチ素子と、
   前記スイッチ素子を制御して前記定電流を制御する第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段にＰＷＭ信号を出力する第２の制御手段と、を備え、
   前記第１の制御手段は、
   前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御し、
   前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させることを特徴とする定電流制御電源。
2. 前記第２の制御手段は、
   前記ＰＷＭ信号を基準信号に基づいて生成し、
   前記ＰＷＭ信号のデューティを前記所定の比率から変化させる際と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて前記所定の比率にする際と、に前記基準信号のｎ周期（ただし、ｎはｎ≧２を満たす整数）を１周期とする信号を前記ＰＷＭ信号とすることを特徴とする請求項１に記載の定電流制御電源。
3. 前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを前記所定の比率から変化させる際に、
   前記定電流が予め定められた閾値まで小さくなるまで、前記ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値に低下させるとともに、当該ＰＷＭ信号のデューティを小さくしていく第１手順と、
   前記定電流を前記閾値に保ちつつ、前記ＰＷＭ信号の周波数を元に戻すとともに、当該ＰＷＭのデューティを予め定められた値に大きくする第２手順と、を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の定電流制御電源。
4. 前記第２の制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて前記所定の比率にする際に、
   前記定電流が予め定められた閾値まで大きくなると、当該定電流を当該閾値に保ちつつ、前記ＰＷＭ信号の周波数を予め定められた値に低下させるとともに、当該ＰＷＭ信号のデューティを予め定められた値に小さくする第３手順と、
   前記ＰＷＭ信号の周波数を前記予め定められた値に保ちつつ、当該ＰＷＭ信号のデューティを大きくしていく第４手順と、
   前記ＰＷＭ信号のデューティが前記所定の比率になると、当該ＰＷＭ信号の周波数を元に戻す第５手順と、を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定電流制御電源。
5. 定電流を出力する定電流制御方法であって、
   スイッチ素子を制御して前記定電流を制御する第１のステップと、
   ＰＷＭ信号を出力する第２のステップと、を備え、
   前記第１のステップでは、
   前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御し、
   前記第２のステップでは、前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させることを特徴とする定電流制御方法。
6. 定電流を出力する定電流制御電源にＰＷＭ信号を出力する定電流制御装置であって、
   前記ＰＷＭ信号のデューティを所定の比率から変化させる際と、前記ＰＷＭ信号のデューティを変化させて当該所定の比率にする際と、に当該ＰＷＭ信号の周波数を低下させ、
   前記定電流制御電源は、スイッチ素子と、前記スイッチ素子を制御して前記定電流を制御する第１の制御手段と、を備え、
   前記第１の制御手段は、
   前記ＰＷＭ信号に応じて、当該スイッチ素子をＰＷＭ制御することを特徴とする定電流制御装置。

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