JP6108750B2 - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents
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Description
また、調光しない場合でも、LEDに供給される電流が一定になるようにインバータ制御することにより、複数の照明器具間の照度のバラツキをなくすことができる。
また、従来は、LEDに供給される直流電流をそのまま利用して、電流検出用の抵抗素子に流し、当該抵抗素子における電圧降下に基づき、電流値を検出している。そして、LEDに供給される直流電流がそのまま電流検出用の抵抗素子に流される為、当該抵抗素子において発生する消費電力の調整が出来ず、点灯装置の消費電力が大きくなるという課題がある。
直流により発光する発光素子を点灯させる点灯装置において、
直流を供給する直流供給部と、
前記直流供給部により供給される直流を、制御を受けることにより、前記制御に応じた特性の交流に変換する交流変換部と、
前記交流変換部により変換される交流を整流して大きさが経時変動する脈流に変換し、変換した脈流を前記発光素子に供給する負荷整流回路部と、
前記負荷整流回路部により前記発光素子に供給される脈流の大きさを、当該脈流により発生する磁束を利用して検出する脈流検出部と、
前記脈流検出部により検出される脈流の大きさを監視し、監視している脈流の大きさに応じて前記交流変換部を制御する交流変換制御部とを備えることを特徴とする。
実施の形態1において、点灯装置が、LEDに供給される電流をカレントトランスにより検出する第1の構成を説明する。
図1は、カレントトランス23を利用した点灯装置100の構成を示す図である。
点灯装置100は、電源整流回路2、アクティブフィルタ回路3、インバータ回路4(インバータ回路部)、電流共振回路5(共振回路部)、負荷整流回路6(負荷整流回路部)、平滑用コンデンサ7、LED電流検出回路21、基準電圧回路12、比較器13、インバータ制御回路14を備える。
電流共振回路5は、共振用コンデンサ17とインダクタ18とを備える。
ここで、インバータ回路4と電流共振回路5とは、交流変換部を構成する。
そして、点灯装置100は、発光素子としてLED光源8(1つ以上のLED)を点灯させる。つまり、点灯装置100は、LED光源8(1つ以上のLED)を発光素子とする照明器具に備えられる。
また、基準電圧回路12と比較器13とインバータ制御回路14とは、交流変換制御部を構成する。
比較器13は、例えばオペアンプなどを用いた電圧コンパレータである。また、インバータ制御回路14は、例えばIC(集積回路)化されたマイクロコンピュータである。
点灯装置100を構成する各部の動作について説明する。
点灯装置100は、商用電源1に接続される。商用電源1は、例えばコンセントなどの交流電源である。
電源整流回路2は、ノイズフィルタとダイオードブリッジとで構成され、商用電源1から交流が供給され、供給された交流のノイズを除去し、更に、整流を行ってアクティブフィルタ回路3に出力する。
インバータ回路4(第一のスイッチング素子15と第二のスイッチング素子16)は、アクティブフィルタ回路3で昇圧された直流電圧から高周波電圧を発生させる。
その為に、インバータ制御回路14は、インバータ回路4の制御を行うための、所定の周波数と所定のデューティー比との矩形波電圧を生成する。
そして、第一のスイッチング素子15と第二のスイッチング素子16とは、インバータ制御回路14が生成した矩形波電圧に応じて交互にスイッチングする。その為、インバータ回路4は、インバータ制御回路14が生成した矩形波電圧に応じた高周波電圧(交流)を発生する。換言すると、インバータ回路4は、電源整流回路2とアクティブフィルタ回路3とにより供給される直流を、インバータ制御回路14の制御に応じた特性の高周波電圧(交流)、すなわち、インバータ制御回路14により設定された数値(周波数およびデューティー比)の特性を有する高周波電圧(交流)に変換する。
そして、インダクタ18は、絶縁トランス20と共振用インダクタ19とから構成される。
ここで、共振用インダクタ19は、絶縁トランス20の漏れインダクタであってもよい。その場合、インダクタ18は、絶縁トランス20と共振用インダクタ19(漏れインダクタ)との一体型となる。
あるいは、共振用インダクタ19は、絶縁トランス20とは別のインダクタ素子であってもよい。その場合、インダクタ18は、絶縁トランス20と共振用インダクタ19(インダクタ素子)との2つから構成される。
絶縁トランス20は、電流共振回路5に流れる電流に応じた電圧を点灯装置100の2次側回路に出力する。
つまり、電流共振回路5は、共振特性を利用して、インバータ回路4により変換された交流の大きさ(交流電圧)を、当該交流の周波数に応じて変更している。
換言すると、電流共振回路5は、インバータ制御回路14の制御に応じて、点灯装置100の2次側回路(後述)に出力される交流の特性(電圧)を調整している。
一方、商用電源1、電源整流回路2、アクティブフィルタ回路3、インバータ回路4、電流共振回路5、LED電流検出回路21、基準電圧回路12、比較器13、インバータ制御回路14を「点灯装置100の1次側回路」と称する。
すなわち、絶縁トランス20は、点灯装置100の1次側回路と2次側回路とを電気的に絶縁している。
負荷整流回路6は、4つのダイオードからなるブリッジ回路である。負荷整流回路6は、電流共振回路5により大きさが変更され、絶縁トランス20から出力された交流を整流して、脈流に変換する回路である。更に、具体的には、負荷整流回路6は、絶縁トランス20から出力された交流を全波整流して、全波波形の脈流(全波波形の直流)に変換する。全波波形の脈流を「全波の脈流」とも称する。
変換された脈流は、LED光源8に供給される。ここで、脈流とは、直流のうち、大きさ(電流値、電圧値)が時間の経過とともに変動(経時変動)するものである。
なお、LED光源8には、平滑用コンデンサ7が並列に接続されている。その為、負荷整流回路6により変換された脈流は、平滑用コンデンサ7により平滑化され、高周波成分がカットされた状態でLED光源8に供給される。すなわち、平滑用コンデンサ7は、LED光源8に直流電流を流すためのものである。
カレントトランス23は、LED光源8に供給される電流を精度よく検出し、かつ、点灯装置100の1次側回路と点灯装置100の2次側回路との電気的な絶縁を確保するための素子である。
カレントトランス23は、点灯装置100の1次側回路に接続される2次側コイル41(第2の通電部、第2のコイル)と、点灯装置100の2次側回路に接続される1次側コイル42(第1の通電部、第1のコイル)とを有する。
そして、カレントトランス23は、カレントトランス23の1次側コイル42に流れる脈流もしくは交流を検出する。
図1において、カレントトランス23の1次側コイル42は、LED光源8のカソード側に接続されることで、LED光源8から帰還される電流を検出する箇所に配置されている。すなわち、図1のカレントトランス23の1次側コイル42には、平滑用コンデンサ7によりカットされた高周波成分の電流と、LED光源8に流れた電流とが合流し、全波波形となった電流が流れる。
一方、カレントトランス23の1次側コイル42は、LED光源8のアノード側に接続されてもよい。この場合、カレントトランス23の1次側コイル42には、負荷整流回路6から出力され、平滑用コンデンサ7とLED光源8とに流れ込む全波波形の電流が流れる。
そして、カレントトランス23は、平滑用コンデンサ7とLED光源8とに流れる電流、すなわち全波波形の電流を負荷整流回路6によりLED光源8に供給される電流(脈流)として検出する。
その為、カレントトランス23が、カレントトランス23の1次側コイル42に流れる全波波形の電流を検出することにより、LED光源8に流れる電流を検出することが可能である。
ここで、カレントトランス23は、カレントトランス23の1次側コイル42に流れる電流(脈流)の大きさを、当該電流(脈流)により発生する磁束を利用して検出する。
ここで、カレントトランス23は、カレントトランス23の2次側コイル41に発生する誘導電流を用いて、カレントトランス23の1次側コイル42に流れる電流(脈流)の大きさを検出する。
なお、カレントトランス23の1次側コイル42とカレントトランス23の2次側コイル41とは、電気的に接続されておらず、カレントトランス23は、点灯装置100の1次側回路と点灯装置100の2次側回路との電気的な絶縁を確保している。
ここで、検出抵抗24の抵抗値は既知であり、比較器13は、検出電圧の値に基づき、検出抵抗24に流れる誘導電流の値を検出可能である。
「2次側コイル41の誘導電流値=1次側コイル42の電流値×1次側コイル42の巻き数÷2次側コイル41の巻き数」
すなわち、2次側コイル41に発生する誘導電流と、1次側コイル42に流れる電流とは比例関係である。その為、比較器13は、2次側コイル41に発生する誘導電流を検出することにより、1次側コイル42に流れる電流を検出可能である。換言すると、比較器13は、検出電圧の値を1次側コイル42に流れる電流(脈流)の大きさとして検出することが出来る。
比較器13は、前述の通り、検出電圧の値を検出する。
更に、比較器13は、検出した検出電圧の値と、予め設定された基準電圧の値との比較を行う。そして、比較器13は、比較結果に応じた電圧をインバータ制御回路14に出力する。ここで、基準電圧は、基準電圧回路12により入力される。
そして、LED光源8により、調光目標の照度が得られている場合、検出抵抗24で検出される検出電圧と基準電圧とは等しくなる。
例えば、比較器13により、検出電圧の値が基準電圧の値よりも小さいと演算された場合、LED光源8に供給される電流を多くする必要がある。その為に、インバータ制御回路14は、その差分値に応じて、周波数とデューティー比との少なくともいずれかの数値を大きくした矩形波電圧を生成する。
ここで、インバータ制御回路14は、周波数とデューティー比との少なくともいずれかの数値を予め設定された一定量大きくした矩形波電圧を生成してもよい。また、インバータ制御回路14は、比較器13の演算結果の差分値に応じた周波数とデューティー比との少なくともいずれかの数値の補正量を演算し、その補正量分大きくした矩形波電圧を生成してもよい。
そして、インバータ制御回路14は、生成した矩形波電圧によりインバータ回路4を制御する。
すなわち、インバータ制御回路14は、検出電圧の値と基準電圧の値とに基づいてインバータ回路4を制御する。
ここで、比較の為に、カレントトランスを使用しない点灯装置の構成を説明する。
図2は、電流検出用の抵抗素子を利用した点灯装置の第1の構成を示す図である。
図3は、電流検出用の抵抗素子を利用した点灯装置の第2の構成を示す図である。
なお、図2と図3とにおいて、本実施の形態1の回路(図1)と共通する部分については、同一の符号を付して説明する。
図2において、図1の構成と異なるものとして、電流検出抵抗9、I−V変換回路10(電流−電圧変換回路)、フォトカプラ11がある。
電流検出抵抗9は、LED光源8と直列に接続され、電流検出抵抗9には、LED光源8に供給され電流がそのまま流れる。
I−V変換回路10は、電流検出抵抗9に流れる電流により発生する電流検出抵抗9の両端の電位差を検出し、この検出電圧に応じて、フォトカプラ11のフォトダイオードに電流を流す。
フォトカプラ11は、フォトダイオードに電流が流されることで、フォトダイオードが発光する。そして、フォトカプラ11のフォトトランジスタが動作し、比較器13にVccから電圧が入力される。
フォトカプラ11によって、点灯装置100aの1次側回路と点灯装置100aの2次側回路とが電気的に絶縁される。
また、I−V変換回路10は、オペアンプ等の比較素子からなることが一般的であり、この比較素子は、駆動するための電源が必要である。この電源は、2次側回路で生成して供給することは可能であるが、負荷変動に影響するため、安定した電源の供給が出来ない。
また、一般的に、1次側回路にも電源を生成する回路が備えられるため、単純に、電源を生成する回路の追加となる。一方、1次側回路で生成した電源を比較素子に供給することも可能ではあるが、1次側回路から伝送するための部品が必要になるため、部品点数が大幅に増加し、近年の小型化の要求に対応することが厳しくなる。
また、1次側回路で生成した電源を2次側回路に伝送させるには、基板のパターン及び部品配置の設計が困難になる。
また、一般的にフォトカプラ11はFET(Field Effect Transistor)などに比べスイッチング特性が劣っているため、検出された電流値を比較器13に正確に伝達できないという課題がある。
図3は、フォトカプラ11を使用することなくLED光源8に供給される電流の検出を行う場合の構成である。
図3において、図1及び図2の構成と異なるものとして、スイッチング素子駆動インダクタ22がある。
スイッチング素子駆動インダクタ22は、インバータ制御回路14の出力する電圧をインバータ回路4に伝達している。
図3の構成では、図1、図2と異なり、インバータ制御回路14、比較器13、基準電圧回路12が点灯装置100bの2次側回路となっている。そして、スイッチング素子駆動インダクタ22によって、点灯装置100bの1次側回路と点灯装置100bの2次側回路とが電気的に絶縁される。
前述の図2、図3の構成を踏まえた上で、実施の形態1(図1)の効果を説明する。
一方、実施の形態1の点灯装置100は、最終的に検出抵抗24により電流を検出するが、カレントトランス23により、検出抵抗24に流れる電流を調整可能である。
具体的には、前述の式「2次側コイル41の誘導電流値=1次側コイル42の電流値×1次側コイル42の巻き数÷2次側コイル41の巻き数」に示されるように、カレントトランス23は、1次側コイル42の巻き数より2次側コイル41の巻き数を多くすることで、2次側コイル41に発生する誘導電流を減らすことが出来る。その為、実施の形態1の点灯装置100は、検出抵抗24で消費する消費電力、すなわち、電源効率を改善することが可能である。
また、実施の形態1の点灯装置100は、検出電圧の基準電位が回路のグランドであるため(検出抵抗24の一端がグランドであるため)、安定性に優れている。
また、実施の形態1の点灯装置100は、2次側回路に配置される部品が、1次側回路に配置される部品よりも極めて少ない為に、基板のパターン及び部品配置の設計が容易である。
実施の形態2において、点灯装置が、LEDに供給される電流をカレントトランスにより検出する第2の構成を説明する。
本実施の形態2について、主に実施の形態1との差異を説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
実施の形態1と異なるのは、カレントトランス23の配置である。
点灯装置200も、LED光源8(1つ以上のLED)を発光素子とする照明器具に備えられる。
なお、実施の形態2では、負荷整流回路6の4つのダイオードを、第一のダイオード27、第二のダイオード28、第三のダイオード29、第四のダイオード30と区別して説明を行う。
負荷整流回路6は、第一のダイオード27〜第四のダイオード30の各々が変換した半波の脈流をLED光源8に全波の脈流として供給する。
そして、第一のダイオード27と第三のダイオード29との接続部において、第一のダイオード27で整流された半波の脈流と第三のダイオード29で整流された半波の脈流とが合成されて、全波の脈流として平滑用コンデンサ7とLED光源8とに供給される。すなわち、第一のダイオード27と第三のダイオード29との接続部から平滑用コンデンサ7までのラインには、全波の脈流が流れている。第二のダイオード28と第四のダイオード30との接続部から平滑用コンデンサ7までのラインも同様に全波の脈流が流れている。
つまり、カレントトランス23の1次側コイル42は、第一のダイオード27〜第四のダイオード30のいずれかのカソード端と直列に接続され、半波の電流(脈流)を検出する。
そして、カレントトランス23の1次側コイル42に脈流(ここでは半波波形の電流)が通電すると、カレントトランス23の1次側コイル42には、脈流の大きさ(半波波形の電流の大きさ)の経時変動に応じて、経時変動する磁束が発生する。
以降の動作は、実施の形態1と同様である為、説明を省略する。
実施の形態2の点灯装置200は、カレントトランス23で検出する電流が半波波形であり、全波波形の場合と比べて、カレントトランス23の1次側コイル42に流れる電流が半減する。その為、実施の形態2の点灯装置200は、更なる消費電力の改善が可能である。
また、カレントトランス23の1次側コイル42の接続箇所の選択肢が増える為、実施の形態2の点灯装置200は、基板のパターン及び部品配置の設計が更に容易である。
実施の形態3において、点灯装置が、カレントトランスに発生する逆方向誘導電圧を所定の電圧以下に抑制する構成を説明する。
本実施の形態3について、主に実施の形態2との差異を説明する。
なお、実施の形態2と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
ここで、改めてLED電流検出回路21の構成を説明する。
図5は、LED電流検出回路21の構成の第1の例を示す図である((a)は、脈流の通電期間を示す図、(b)は、脈流の停止期間を示す図)。
図5に示すLED電流検出回路21(脈流検出部)は、図4に示す点灯装置200におけるLED電流検出回路21と同じである。更には、図5に示すLED電流検出回路21は、図1に示す点灯装置100におけるLED電流検出回路21とも同じである。
2次側コイル41の一方の端には、検出電流整流ダイオード25のアノードが接続されており、2次側コイル41の他方の端は、接地(グランド接続)されている。
検出電流整流ダイオード25のカソードには、コンデンサ26の一方の端が接続されている。そして、コンデンサ26の他方の端は、接地されている。
更に、コンデンサ26には、検出抵抗24が並列に接続されている。すなわち、検出抵抗24の一方の端がコンデンサ26の一方の端に接続されており、検出抵抗24の他方の端は、接地されている。
検出電流整流ダイオード25とコンデンサ26と検出抵抗24とから成る回路は、平均検出部260の一例であって、平均検出部260は例えばオペアンプなどにより構成されていてもよい。
次に、逆方向誘導電圧の発生について説明する。
まず、図5(a)を用いて、1次側コイル42にLED光源8に供給された脈流が流れている場合の説明をする。
1次側コイル42には、LED光源8に供給された脈流が流れる。図5(a)では、脈流を「I2」として図示している。すなわち、脈流I2は、図5(a)に示す矢印の方向に流れる。
つまり、LED電流検出回路21が図1の点灯装置100に用いられる場合、図5(a)において脈流I2が流入する1次側コイル42の端子は、平滑用コンデンサ7とLED光源8とが接続された端子(図1)に対応する。そして、図5(a)において脈流I2が流出する1次側コイル42の端子は、負荷整流回路6に接続された端子(図1)に対応する。
一方、LED電流検出回路21が図4の点灯装置200に用いられる場合、図5(a)において脈流I2が流入される1次側コイル42の端子は、第四のダイオード30のカソードが接続された端子(図4)に対応する。そして、図5(a)において脈流I2が流出する1次側コイル42の端子は、第三のダイオード29のアノードと絶縁トランス20とに接続された端子(図1)に対応する。
そして、1次側コイル42に脈流が流れる(通電する)と、磁気的に結合している2次側コイル41には誘導電流が流れる。図5(a)では、この誘導電流を「I1」として図示している。
換言すると、1次側コイル42に矢印方向の脈流I2が通電している場合に2次側コイル41には、矢印方向の誘導電流I1を生じさせる誘導電圧VFが発生する。
そして、この時、図5(a)の電圧V1には、誘導電圧VFが現れる。ここで、電圧V1は、平均検出部260の入力電圧(平均検出部260に印加される電圧)である。以下、この電圧V1を入力電圧V1と記載する。
1次側コイル42に通電していた脈流の通電が停止すると、電磁誘導の作用により、誘導電圧VFとは逆極性の逆方向誘導電圧VRが発生する。換言すると、1次側コイル42に通電していた脈流の流れが停止した直後、2次側コイル41の逆起電力により、瞬間的に逆方向誘導電圧VRが発生する。
なお、検出電流整流ダイオード25は、逆回復時間よりも短い時間に発生するパルス状の逆方向電圧が印加された場合に、逆方向の電流を通電する。その為、逆方向誘導電圧VRが発生する瞬間的な時間が検出電流整流ダイオード25の逆回復時間よりも短い場合に、この逆方向誘導電圧VRにより生じる逆方向誘導電流IRが図5(b)の矢印方向に流れる。すなわち、逆方向誘導電流IRは、コンデンサ26、検出電流整流ダイオード25、2次側コイル41の経路で流れる。
そして、この時、図5(b)の入力電圧V1には、逆方向誘導電圧VRが現れる。
以降、逆方向誘導電圧VRが発生する時間は、検出電流整流ダイオード25の逆回復時間よりも短いものとして説明を進める。
ここで、図6(a)に示すように、カレントトランス23の1次側コイル42に、実施の形態2と同様の半波の脈流I2が流れる場合を説明する。
半波の脈流I2の瞬時値は、図6(a)の実線に示すような値となる。
半波の脈流I2においては、1次側コイル42に脈流が通電している通電期間T1と、1次側コイル42への脈流の通電が停止している停止期間T2とがある。そして、通電期間T1と停止期間T2とが1周期であり、この周期が繰り返される。
なお、LED電流検出回路21は、脈流の大きさとして、図6(a)の破線に示すような半波の脈流I2の平均値を検出する。すなわち、脈流の大きさとは脈流の平均値を意味する。図示は省略するが、全波の脈流も同様である。
なお、脈流の大きさを脈流の平均値とするのは、一例であり、脈流の大きさは脈流の最大値でもよい。あるいは脈流の最大値をある定数で除した値でもよい。つまり脈流の大きさとは、脈流ごとに特定できる値であり、脈流ごとに同一の決め方で得られる値であればよい。
半波の脈流I2の通電期間T1においては、1次側コイル42に流れる脈流I2によって、2次側コイル41の両端に誘導電圧VF(誘導起電力)が発生し、入力電圧V1には誘導電圧VFが現れる。
一方、1次側コイル42に通電していた脈流I2の通電が停止する度に(脈流I2の電流値がゼロになる度に)、逆方向誘導電圧VRが発生する。
ここで、2次側コイル41は、図6(b)に示すように、1次側コイル42に通電していた脈流I2の通電の停止時から通電の停止中の所定の期間(停止期間T2の開始時から所定の期間)において逆方向誘導電圧VRを発生する。この所定の期間を逆方向誘導電圧発生期間T3と称する。
逆方向誘導電圧VRは誘導電圧VFと逆極性である為、図6(b)に示すように、停止期間T2内の逆方向誘導電圧発生期間T3において、入力電圧V1には誘導電圧VFと逆極性の逆方向誘導電圧VRが現れる。
また、逆方向誘導電圧発生期間T3も均一で無い場合もある。
図5と図6とを用いて、平均検出部260の動作を説明する。
平均検出部260は、前述の通り、平均検出部260に流れる電流を平均化する。そして、平均検出部260は、平均化した電流を検出抵抗24の両端電圧として検出する。この平均検出部260が検出する電圧を検出電圧と称する。
ここで、検出電流整流ダイオード25とコンデンサ26とが平滑回路を構成している。そして、平均検出部260に例えば矩形波の誘導電圧VFに対応した矩形波の電流I1が流れる場合、検出電流整流ダイオード25とコンデンサ26とにより矩形波の瞬時値が平均化された直流に変換される。なお、平均化された電流は、コンデンサ26の充電および放電の特性に応じて脈流となる場合もあるが、コンデンサ26の容量値を最適化することで、検出抵抗24に流れる電流は、リップル(脈流成分)の少ない直流となる。以降、平均化された電流は、直流として説明を進める。
平均化された電流は、検出抵抗24の両端に直流電圧として現れ、検出電圧Va(図6(b)の破線)として検出される。
そして、誘導電圧VF(もしくは誘導電流I1)の瞬時値が平均化された値と検出電圧Vaの電圧値とは比例関係となる。なお、図6(b)において、検出電圧Vaの電圧値は、誘導電圧VFのピーク値の約半分として図示しているが、検出電圧Vaの電圧値は検出抵抗24の値に依存する為、必ずしも、誘導電圧VFのピーク値の半分になる訳ではない。
すなわち、脈流I2の大きさ(平均値)と検出電圧Vaとは予め設定されている比例関係で対応付けられている。
その為、逆方向誘導電圧VRが無い(0V(ゼロボルト)である)場合、検出電圧Vaを検出することで、脈流I2の大きさを検出することが可能である。
通電期間T1においては、誘導電流I1による電荷がコンデンサ26に充電される。
一方、停止期間T2においては、逆方向誘導電圧VRが発生し、逆方向誘導電圧VRの大きさに応じた逆方向誘導電流IRが、前述の通り、コンデンサ26、検出電流整流ダイオード25、2次側コイル41の経路で流れる。そのため、通電期間T1においてコンデンサ26に充電された電荷が、逆方向誘導電流IRの大きさに応じた量(逆方向誘導電圧VRの大きさに応じた量)だけ放電される。
なお、逆方向誘導電圧VRの電圧値は、安定しない為、検出抵抗24で検出される検出電圧Vbの電圧値は、周期ごとに異なってしまう。
そして、検出抵抗24で検出される検出電圧Vbの電圧値は逆方向誘導電圧VRによる誤差を含んでおり、脈流I2の大きさとは対応しない。
その為、逆方向誘導電圧VRが発生する場合においては、検出電圧Vbを検出しても、脈流I2の大きさと一致しない。
ここで、逆方向誘導電圧VRの電圧値が一定であれば、予め逆方向誘導電圧VRによる誤差を考慮することにより、検出電圧Vbを検出することで、脈流I2の大きさを検出することも可能であるが、前述の通り、逆方向誘導電圧VRの電圧値は、安定しない。
そこで、本実施の形態では、逆方向誘導電圧VRを0V(ゼロボルト)に抑圧するLED電流検出回路211を説明する。
図7は、LED電流検出回路の構成の第2の例を示す図である。
図示は、省略するが、図4に示す点灯装置200が、LED電流検出回路21の代わりに、図7のLED電流検出回路211を有する場合を以下に説明する。
なお、LED電流検出回路21のカレントトランス23とLED電流検出回路211のカレントトランス23とは同じものであり、図1及び図4におけるカレントトランス23の1次側コイル42の接続は、前述の説明と同様である。
具体的には、電圧抑制回路250は、コンデンサ220と抵抗221との並列回路に対し、ダイオード222のアノード側が直列に接続された回路である。コンデンサ220と抵抗221とダイオード222のアノードとが接続されている点を接続点bとする。
ダイオード222のカソードは、2次側コイル41の一方の端(誘導電圧VFが発生する場合の高電位側)に接続されている。ダイオード222のカソードと2次側コイル41の一方の端が接続されている点を接続点dとする。
そして、コンデンサ220と抵抗221との並列回路においてダイオード222のアノードに接続されていない側の端子は2次側コイル41の他方の端(誘導電圧VFが発生する場合の低電位側)と共に接地されている。抵抗221が接地されている点を接続点c、コンデンサ220が接地されている点を接続点aとする。なお、接続点cと接続点aとは区別されていなくてもよい。
図8は、電圧抑制回路250により逆方向誘導電圧が抑制された場合の入力電圧と検出電圧とを示す図である((a)は脈流を示す図、(b)は入力電圧と検出電圧とを示す図)。
図7と図8とを用いて、電圧抑制回路250の説明を行う。
すなわち、誘導電流I1は平均検出部260に流れる。誘導電流I1が平均検出部260に流れた場合の平均検出部260の動作は前述の通りである。
そして、逆方向誘導電圧VRの発生が停止する期間において、逆方向誘導電圧VRが電圧抑制回路250に印加されなくなる。ここで、逆方向誘導電圧VRの発生が停止する期間とは、停止期間T2内の逆方向誘導電圧発生期間T3経過後の期間(停止期間T2内の逆方向誘導電圧発生期間T3以外の期間)である。また、逆方向誘導電圧VRの発生が停止する期間に通電期間T1が含まれてもよい。
その為、逆方向誘導電圧VRの発生が停止する期間において、コンデンサ220は、逆方向誘導電圧発生期間T3において充電した電流を放電する。
すなわち、抵抗221は、コンデンサ220により放電された電流を通電する。そして、抵抗221は、通電した電流を消費する。具体的には、抵抗221は、通電した電流を熱エネルギーに変換する。
図8(b)に入力電圧V1を示す。電圧抑制回路250により逆方向誘導電圧VRが0V(ゼロボルト)に抑制されているため、入力電圧V1には誘導電圧VFしか現れない。つまり、検出抵抗24に反映される逆方向誘導電圧VRは、0V(ゼロボルト)に抑制される。
実施の形態3の点灯装置は、逆方向誘導電圧VRの電圧値を0V(ゼロボルト)に抑制するLED電流検出回路211を有するため、逆方向誘導電圧VRの影響を受けることなく、脈流I2の大きさを精度良く検出することが可能である。
なお、実施の形態3においては、脈流I2が半波の脈流の場合を説明したが、脈流I2が全波の脈流であっても、1次側コイル42における脈流の通電が停止するタイミング(脈流がゼロとなるタイミング)が存在し、2次側コイル41に逆方向誘導電圧VRが発生する場合がある。その為、脈流I2が全波の脈流であっても、同様の効果を得ることが可能であり、図1に示す点灯装置100がLED電流検出回路21の代わりにLED電流検出回路211を有していてもよい。
実施の形態4において、点灯装置が、カレントトランスに発生する逆方向誘導電圧を所定の電圧に抑制する構成を説明する。
本実施の形態4について、主に実施の形態3との差異を説明する。
なお、実施の形態3と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図示は、省略するが、図4に示す点灯装置200が、LED電流検出回路21の代わりに、図9のLED電流検出回路212を有する場合を以下に説明する。
なお、LED電流検出回路21のカレントトランス23とLED電流検出回路212のカレントトランス23とは同じものであり、図1及び図4におけるカレントトランス23の1次側コイル42の接続は、前述の説明と同様である。
具体的には、電圧抑制回路251は、直列に接続されたダイオード222と定電圧ダイオード223とから構成されている。ここでダイオード222のアノードと定電圧ダイオード223のアノードとが接続されている。定電圧ダイオード223は、ツェナーダイオードとも称し、所定の降伏電圧(ツェナー電圧)を持つダイオード素子である。この降伏電圧をVdとする。
また、ダイオード222のカソードは、2次側コイル41の一方の端(誘導電圧VFが発生する場合の高電位側)に接続されている。ダイオード222のカソードと2次側コイル41の一方の端が接続されている点を接続点fとする。
そして、定電圧ダイオード223のカソードは、2次側コイル41の他方の端(誘導電圧VFが発生する場合の低電位側)と共に接地されている。定電圧ダイオード223のカソードが接地されている点を接続点eとする。
図10は、電圧抑制回路により逆方向誘導電圧が抑制された場合の入力電圧と検出電圧とを示す図である((a)は脈流を示す図、(b)は入力電圧と検出電圧とを示す図)。
図9と図10とを用いて、電圧抑制回路251の説明を行う。
すなわち、誘導電流I1は平均検出部260に流れる。
ここで、2次側コイル41が発生する逆方向誘導電圧VRは、電圧抑制回路251(定電圧ダイオード223及びダイオード222)に印加される。この時、定電圧ダイオード223のカソード側(接続点e側)が高電位となり、定電圧ダイオード223は、逆方向誘導電圧VRに対して逆方向に接続されている。
そして、印加された逆方向誘導電圧VRの電圧値が定電圧ダイオード223の降伏電圧の電圧値Vdよりも大きい場合に、定電圧ダイオード223は、逆方向誘導電圧VRにより生じる逆方向誘導電流IRを通電する。なお、逆方向誘導電流IRは、接続点e、定電圧ダイオード223、ダイオード222、接続点f、2次側コイル41の経路で流れる。そして、ダイオード222においても順方向電圧に相当する電位差が生じるが、定電圧ダイオード223の降伏電圧の電圧値Vdに比べて無視出来る大きさである。
ここで、定電圧ダイオード223の両端の電圧、すなわち、逆方向誘導電流IRにより生じる電位差は、降伏電圧の電圧値Vdに保たれる。換言すると、定電圧ダイオード223の両端の電圧は、一定値に保たれる。
なお、印加された逆方向誘導電圧VRの電圧値が定電圧ダイオード223の降伏電圧の電圧値Vdよりも小さい場合には、逆方向誘導電流IRは流れない。
なお、逆方向誘導電圧VRと降伏電圧の電圧値Vdとの差分のエネルギーは、定電圧ダイオード223により例えば熱エネルギーに変換され、消費される。
すなわち、定電圧ダイオード223は、通電した逆方向誘導電流IRにより生じる電位差を降伏電圧の電圧値Vdに保つことで、逆方向誘導電圧VRの電圧値(ピーク値)を降伏電圧の電圧値Vdに抑制する。
なお、前述の通り、ダイオード222の順方向電圧は、降伏電圧の電圧値Vdに比べて無視出来る大きさである。その為、換言すると、電圧抑制回路251が、逆方向誘導電圧VRの電圧値を降伏電圧の電圧値Vdに抑制する。
図10(b)に入力電圧V1を示す。入力電圧V1には、通電期間T1において、誘導電圧VFが現れ、停止期間T2において降伏電圧の電圧値Vdに保たれた逆方向誘導電圧VRが現れる。そして、図示は省略するが、降伏電圧の電圧値Vdに保たれた逆方向誘導電圧VRにより生じる逆方向誘導電流IR(逆方向誘導電流IRのピーク値)も一定に保たれる。
逆方向誘導電圧VRがコンデンサ26に印加される点は、前述の図6(b)を用いた説明と同様であるが、電圧抑制回路251により逆方向誘導電圧VRの電圧値が一定となっている。そして、逆方向誘導電圧VRにより生じる逆方向誘導電流IRの電流値も一定である。その為、通電期間T1においてコンデンサ26に充電された電荷が、放電される量は一定であり、検出抵抗24で検出される検出電圧Vbの電圧値も一定となる。
すなわち、検出抵抗24で検出される電圧は、前述の検出電圧Vaよりも一定電圧分(降伏電圧の電圧値Vdに基づく電圧分)低い検出電圧Vb(図10(b)の一点鎖線)となる。
そして、検出電圧Vaと検出電圧Vbとの差分の電圧である差分電圧は、降伏電圧の電圧値Vdから算出可能である。その為、基準電圧回路12(図4)により発生される基準電圧の電圧値が予め、当該差分電圧の分、低く設定されていれば、比較器13(図4)は、当該差分電圧の影響を相殺して、脈流の大きさを検出することが可能である。
換言すると、逆方向誘導電圧VRの電圧値が一定であるため、予め逆方向誘導電圧VRによる誤差を考慮しておけば、検出電圧Vbを検出することで、脈流I2の大きさを検出することが可能である。
実施の形態4の点灯装置は、逆方向誘導電圧VRの電圧値を所定の電圧(一定電圧)に抑制するLED電流検出回路211を有するため、予め逆方向誘導電圧VRの影響を考慮することで、脈流I2の大きさを精度良く検出することが可能である。
更には、逆電圧耐圧の低いダイオードは、順方向電圧(Vf)も低くなる。その為、平均検出部260を動作させる為に必要な電圧値も低くなる。その為、検出抵抗24に流れる電流も低減され、検出抵抗24における消費電流を低減させることが可能となる。
Claims (11)
- 直流により発光する発光素子を点灯させる点灯装置において、
直流を供給する直流供給部と、
前記直流供給部により供給される直流を、制御を受けることにより、前記制御に応じた特性の交流に変換する交流変換部と、
前記交流変換部により変換される交流を整流して大きさが経時変動する脈流に変換し、変換した脈流を前記発光素子に供給する負荷整流回路部と、
前記負荷整流回路部により前記発光素子に供給される脈流の大きさを、当該脈流により発生する磁束を利用して検出する脈流検出部と、
前記脈流検出部により検出される脈流の大きさを監視し、監視している脈流の大きさに応じて前記交流変換部を制御する交流変換制御部と
を備え、
前記脈流検出部は、
前記脈流を通電し、当該脈流の大きさの経時変動に応じて、経時変動する磁束が発生する第1の通電部と、
前記第1の通電部とは電気的に接続されておらず、前記第1の通電部に発生する磁束の経時変動に応じて誘導電流が発生する第2の通電部と
を有する脈流検出素子を備え、
前記第2の通電部に発生する誘導電流を用いて、前記脈流の大きさを検出し、
前記脈流検出部の前記第2の通電部は、
前記脈流検出部の前記第1の通電部に前記脈流が通電している場合に前記誘導電流を生じさせる誘導電圧を発生し、
前記第1の通電部に通電していた前記脈流の通電が停止する度に、前記誘導電圧とは逆極性である逆方向誘導電圧を発生し、
前記脈流検出部は、さらに、
前記第2の通電部が前記逆方向誘導電圧を発生すると、前記第2の通電部により発生された前記逆方向誘導電圧の電圧値を所定の電圧値以下に抑制する電圧抑制回路を有することを特徴とする点灯装置。 - 前記脈流検出部は、
前記第1の通電部として第1のコイルを有し、前記第2の通電部として第2のコイルを有するカレントトランスを前記脈流検出素子として備えることを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。 - 前記負荷整流回路部は、
前記交流変換部により変換される交流を全波整流して脈流に変換し、変換した脈流を前記発光素子に供給し、
前記脈流検出部は、
前記脈流検出素子の第1の通電部が前記発光素子と直列に接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の点灯装置。 - 前記負荷整流回路部は、
前記交流変換部により変換される交流を、それぞれが半波整流して半波の脈流に変換する整流素子を複数有し、前記整流素子の各々が変換した半波の脈流を前記発光素子に全波の脈流として供給し、
前記脈流検出部は、
前記脈流検出素子の第1の通電部が、前記整流素子のいずれかにより半波整流された半波の脈流を通電することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の点灯装置。 - 前記交流変換制御部は、
監視している脈流の大きさに応じて、前記交流の周波数とデューティー比との少なくともいずれかの数値を設定し、設定した数値に基づいて前記交流変換部を制御し、
前記交流変換部は、
前記直流供給部により供給される直流を、前記交流変換制御部により設定された数値の特性を有する交流に変換するインバータ回路部と、
共振特性を利用して、前記インバータ回路部により変換された交流の大きさを、当該交
流の周波数に応じて変更する共振回路部と
を備え、
前記負荷整流回路部は、
前記共振回路部により大きさの変更された交流を、整流して脈流に変換することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の点灯装置。 - 前記脈流検出部は、
前記脈流検出素子の第2の通電部が発生した誘導電流が流れる抵抗素子を備え、
前記抵抗素子の両端の電位差である抵抗両端電圧を前記脈流の大きさとして検出し、
前記交流変換制御部は、
前記脈流検出部により検出された抵抗両端電圧の値と、予め設定された基準電圧の値とに基づいて前記交流変換部を制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の点灯装置。 - 前記点灯装置は、
前記発光素子としてLEDを点灯させることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の点灯装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。
- 前記脈流検出部の前記第2の通電部は、
前記第1の通電部に通電していた前記脈流の通電の停止時から通電の停止中の所定の期間において前記逆方向誘導電圧を発生し、
前記電圧抑制回路は、
前記所定の期間内において前記第2の通電部が発生する前記逆方向誘導電圧により生じる電流を充電し、前記所定の期間経過後に、前記所定の期間内において充電した電流を放電するコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子により放電された電流を通電し、通電した電流を消費する抵抗素子とを有し、
前記抵抗素子が前記逆方向誘導電圧により生じる電流を消費することで、前記逆方向誘導電圧の電圧値を所定の電圧値以下に抑制することを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。 - 前記電圧抑制回路は、
所定の降伏電圧を持つダイオード素子であって、
前記第2の通電部が発生する前記逆方向誘導電圧が印加され、印加された前記逆方向誘導電圧の電圧値が前記降伏電圧の電圧値よりも大きい場合に、前記逆方向誘導電圧により生じる電流を通電し、通電した電流により生じる電位差を前記降伏電圧の電圧値に保つことで、前記逆方向誘導電圧の電圧値を前記降伏電圧の電圧値に抑制するダイオード素子を有することを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。 - 前記ダイオード素子は、定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項10に記載の点灯装置。
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