JP6182941B2 - 点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、点灯装置および照明器具に関する。

近年の照明器具における無駄な明かりの削減は、省エネ、省電力において重要である。このことから、発光ダイオード(以下ＬＥＤ)は、省エネ性に優れていることで着目されている。また、無駄な明かりを抑制し、より省エネを行える調光制御がＬＥＤ点灯装置には要求される。

一方で照明器具では、使用者がスイッチを操作した時の照明の点灯の仕方についても、違和感のない点灯を希望する要求がある。ＬＥＤ照明の場合、ＬＥＤ点灯装置の出力にＬＥＤの発光が瞬時に追随するので違和感のある点灯になることがあり、これは特に調光制御時に起こることが多い。

この点、下記の特許文献１、特許文献２にかかる構成は、トランスを用いたＬＥＤ点灯装置であって、第１の二次巻線に接続されＬＥＤ負荷にも接続される第１の平滑回路と、第２の二次巻線に接続される第２の整流平滑回路と、第２の整流平滑回路より電源供給を受けるＬＥＤ電流の演算回路を備えている。この演算回路は、補助用に第１の整流平滑回路からも電源供給を受けることができる。

調光時などの負荷電圧が低下した場合、第２の二次巻線に発生する電圧が低下し、第２の二次巻線からの電源供給が出来なくなる問題が起こりうる。この点、上記特許文献１、２では補助用に電源供給ができるので、調光点灯時においても安定した違和感のない点灯が可能である。

特開２０１１−２００１１７号公報 特許第４９４４５６２号公報

しかしながら、上記従来の技術を用いた場合、調光時などの負荷電圧が低下した場合、電源をＯＦＦし、短時間の間に電源を再びＯＮにすると、ＬＥＤが一瞬明るくなってから徐々に設定した明るさに推移する現象が起こることがある。この現象が、ＬＥＤ照明の使用者から点灯の際の違和感として指摘されることも少なくない。そこで、本願発明者は鋭意研究を行い、使用者にとって違和感のある点灯を抑制できる技術を見出した。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、使用者にとって違和感のある点灯が生ずることが抑制された点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。

本発明にかかる点灯装置は、１つ以上の発光素子を有する発光素子負荷に接続する点灯装置であって、
交流電源と接続する一次巻線と、複数の二次巻線とを備えるトランスと、
前記トランスの前記一次巻線に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する点灯制御回路と、
前記発光素子負荷に接続され、第１のダイオードと、第１のコンデンサとで構成される第１の平滑回路と、
前記発光素子の電流検出回路に電源を供給する電源生成回路に接続され、第２のダイオード、第３のダイオード、および第２のコンデンサから構成される第２の平滑回路と
を備え、
前記複数の二次巻線は、第１の二次巻線と、前記第１の二次巻線とは極性の異なる第２の二次巻線を含み、
前記第１の二次巻線には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのアノードが接続され、
前記第２の二次巻線に、第３のダイオードのアノードが接続され、
前記第１のダイオードのカソードが、前記発光素子負荷に接続し、
前記第２のダイオードのカソードおよび前記第３のダイオードのカソードが、前記電源生成回路に接続し、
トライアックおよび前記トライアックを制御する位相制御回路を含む調光器が前記交流電源との間に介在して接続され、
前記第１の二次巻線に接続し、位相制御による電源電圧の状態を検出する電源位相検出回路と、
前記電源位相検出回路の出力に連動させて、自身の出力値を変化させる調光信号生成回路と、
を備えることを特徴とする。

本発明にかかる点灯装置および照明器具によれば、使用者にとって違和感のある点灯が生ずることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる点灯装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態２にかかる点灯装置を示す回路図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる点灯装置１００を示す回路図である。交流電源ＡＣからの商用交流電圧が印加される点灯装置１００は、入力フィルタ回路、および脈流の直流電圧（以下、整流電圧ともいう。）に変換する整流回路（ダイオードブリッジ）ＤＢとを備えている。整流回路ＤＢと並列にコンデンサＣ１が接続されている。

実施の形態１においては、この整流回路ＤＢに、いわゆるフライバックコンバータが接続される。実施の形態１にかかるフライバックコンバータは、スイッチング素子Ｑ１、このスイッチング素子Ｑ１に接続した点灯制御回路１、トランスＴＲ１、および平滑回路１０を備えている。ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１のドレインには、コンデンサＣ４の一端が接続し、コンデンサＣ４の他端はグランドに接続する。

典型的なフライバックコンバータの構成および動作は公知であり、実施の形態１にかかるフライバックコンバータも同様であるため、詳細な説明は省略する。このフライバックコンバータには、発光ダイオードＬＡが接続されている。この発光ダイオードＬＡのカソードには抵抗Ｒ１０が接続される。発光ダイオードＬＡは、１つの発光ダイオードで構成されてもよいし、複数の発光ダイオードが直列接続されている構成であってもよい。

点灯装置１００はＬＥＤ電流検出回路１１を備えている。ＬＥＤ電流検出回路１１は、抵抗Ｒ１０に発生する電圧と調光指令電圧とを比較し、点灯制御回路１にＬＥＤ電流の状態をフィードバックする。

以上説明したように、点灯装置１００は、整流回路ＤＢ、フライバックコンバータ、抵抗Ｒ１０、およびＬＥＤ電流検出回路１１によって、発光ダイオードＬＡへ所望の直流電流を供給することができる。

点灯制御回路１は、スイッチング素子Ｑ１にターンオン・ターンオフの指令を出す役割を持ち、点灯制御集積回路ＩＣ１を中心に構成される。点灯制御集積回路ＩＣ１は、ターンオン検出回路２と接続されている。点灯制御集積回路ＩＣ１、スイッチングのターンオンのタイミングを検出し、オン時間検出回路３を接続することで、スイッチングのオン時間を検出する。

ターンオン検出回路２は、トランスＴＲ１の補助巻線Ｔ４に接続されるダイオードＤ２と、補助巻線Ｔ４からの電流を抑制する抵抗Ｒ２を備えている。ダイオードＤ２のカソードが点灯制御集積回路ＩＣ１のゼロクロス検出機能の端子に接続する。これにより補助巻線Ｔ４に発生する電圧を検出して、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１がターンオンするタイミングを検出する。

オン時間検出回路３は、フォトカプラＰＣ１の受光部と、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とにより構成されている。コンデンサＣ３および抵抗Ｒ３が、点灯制御集積回路ＩＣ１のオン時間検出機能の端子に接続する。

図１の回路図では、便宜上、フォトカプラＰＣ１の発光部と受光部とを離して図示している。フォトカプラＰＣ１の受光部をオン時間検出回路３の回路要素とし、フォトカプラＰＣ１の発光部をＬＥＤ電流検出回路１１の回路要素とするためである。

オン時間検出回路３内のフォトカプラＰＣ１の受光部（具体的には、発光ダイオード）は、ＬＥＤ電流検出回路１１内のフォトカプラＰＣ１の発光部（具体的には、フォトトランジスタ）と電気絶縁を確保された状態で接続している。フォトカプラＰＣ１の発光部から、比較器としてのオペアンプＯＰ１の出力を検出することができる。

ＬＥＤ電流検出回路１１は、比較器としてのオペアンプＯＰ１を有する。オペアンプＯＰ１は、制御電源Ｖｃｃ２と接続し、その電圧を受けて動作する。オペアンプＯＰ１は、ＬＥＤ電流を検出するための抵抗Ｒ１０に発生する電圧と、調光指令電圧とをそれぞれ入力端子に受けて、それらの電圧を比較する。オペアンプＯＰ１は、その比較した結果に応じて出力端子の出力信号を変化させることができる。オペアンプＯＰ１の出力端子は、抵抗Ｒ２３を介してフォトカプラＰＣ１の発光部に接続している。

抵抗Ｒ１０と発光ダイオードＬＡのカソードとの接続点に抵抗Ｒ２０の一端が接続する。抵抗Ｒ２０の他端は、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子と接続する。オペアンプＯＰ１の出力端子とマイナス入力端子は、コンデンサＣ２１および抵抗Ｒ２１を介して接続する。Ｖｃｃ２が抵抗Ｒ２２とインピーダンス可変素子２２により分圧された電圧が、調光指令電圧である。この調光指令電圧が、オペアンプＯＰ１のプラス入力端子に入力される。インピーダンス可変素子２２は、例えば受光素子であったり、ボリューム抵抗で構成される。

制御電源Ｖｃｃ２は、Ｖｃｃ２生成回路２１から供給される。Ｖｃｃ２生成回路２１は、レギュレータなどの、定電圧を出力する回路から構成することができる。

ＬＥＤ電流検出回路１１は、フォトカプラＰＣ１の発光部を備える。フォトカプラＰＣ１の発光部は、制御電源Ｖｃｃ２から電源供給を受け、オペアンプＯＰ１の出力をフォトカプラＰＣ１の受光部（オン時間検出回路３の回路要素）に伝達することができる。これにより、点灯制御集積回路ＩＣ１へのフィードバックループが形成されている。

点灯制御集積回路ＩＣ１は、起動時は起動抵抗Ｒ１を介して起動する。起動抵抗Ｒ１は、点灯制御集積回路ＩＣ１の電源端子部に接続されている。交流電源ＡＣが入力されると、起動抵抗Ｒ１を介して、点灯制御集積回路ＩＣ１に制御電源Ｖｃｃ１を供給する。点灯制御集積回路ＩＣ１の起動後は、トランスＴＲ１の補助巻線Ｔ４に発生する電圧をダイオードＤ２，抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ２で平滑化して、点灯制御集積回路ＩＣ１に制御電源Ｖｃｃ１を供給する。

トランスＴＲ１は、一次巻線Ｔ１と、二次巻線Ｔ２と、補助巻線Ｔ３と、補助巻線Ｔ４とを備えている。二次巻線Ｔ２は、一次巻線との巻線比に応じた電圧が発生する主たる二次巻線である。補助巻線Ｔ３は、二次巻線Ｔ２に比例した電圧が発生する二次巻線である。補助巻線Ｔ４は、一次巻線Ｔ１に比例した電圧が発生する二次巻線である。二次巻線Ｔ２と補助巻線Ｔ４は、一次巻線Ｔ１と逆極性に巻かれたフライバック巻きである。補助巻線Ｔ３は、一次巻線Ｔ１と同じ極性に巻かれたフォワード巻きである。

二次巻線Ｔ２は、ダイオードＤ１０とダイオードＤ２０のアノードに接続される。補助巻線Ｔ３は、ダイオードＤ３０のアノードに接続される。補助巻線Ｔ４は、抵抗Ｒ２に接続される。

ダイオードＤ１０のカソードは、コンデンサＣ１０に接続され、ダイオードＤ１０とコンデンサＣ１０とで平滑回路１０を構成し、二次巻線Ｔ２に発生する高周波電圧をコンデンサＣ１０で平滑して発光ダイオードＬＡに供給する。

ダイオードＤ２０のカソードは、コンデンサＣ２０に接続されている。ダイオードＤ２０とコンデンサＣ２０とで平滑回路２０を構成している。二次巻線Ｔ２に発生する高周波電圧を、コンデンサＣ２０で平滑してＶｃｃ２生成回路２１に供給することができる。

ダイオードＤ３０のカソードは、コンデンサＣ２０に接続され、ダイオードＤ２０のカソードとも接続される。これにより補助巻線Ｔ３に発生する高周波電圧をコンデンサＣ２０で平滑して、Ｖｃｃ２生成回路２１に電源を供給する。ダイオードＤ２０のカソードおよびダイオードＤ３０のカソードが、Ｖｃｃ２生成回路２１に接続している。

この接続により、Ｖｃｃ２生成回路２１は、二次巻線Ｔ２と補助巻線Ｔ３で発生する電圧のうち、高い方の高周波電圧からの電源供給を受けることができる。このような構成によれば、電力損失を抑制することもできる。

トランスＴＲ１の二次巻線Ｔ２は、フライバック巻きである。このため、スイッチング素子Ｑ１がオフの時、トランスＴＲ１の一次巻線Ｔ１に印加される電圧の巻き数比に比例した電圧が出力されるとともに、この電圧により、ダイオードＤ１０を介して、コンデンサＣ１０を充電しつつ発光ダイオードＬＡに電流を供給することができる。同時にダイオードＤ２０を介して、コンデンサＣ２０を充電しつつ、Ｖｃｃ２生成回路２１に電源を供給する。

また、トランスＴＲ１の補助巻線Ｔ３は、フォワード巻きである。このため、スイッチング素子Ｑ１がオンの時、トランスＴＲ１の一次巻線Ｔ１に印加される電圧の巻き数比に比例した電圧が出力されるとともに、この電圧により、ダイオードＤ３０を介して、コンデンサＣ２０を充電しつつＶｃｃ２生成回路２１に電流を供給することができる。このような構成によれば、スイッチング素子Ｑ１がオンの時、オフの時もＶｃｃ２生成回路２１に電源を供給でき、コンデンサＣ２０の容量を小さくすることが出来る。

本実施の形態では、オペアンプＯＰ１を動作させる制御電源回路としてのＶｃｃ２生成回路２１を、発光ダイオードに接続される平滑回路１０内の比較的大きな容量のコンデンサＣ１０とは分離して構成することができる。上述したように、実施の形態１においてＶｃｃ２生成回路２１は、平滑回路１０からの電源供給は受けない。従って、平滑回路１０内のコンデンサＣ１０の残留電荷の影響を受けない。

仮に平滑回路１０がＶｃｃ生成回路２１に電気的に接続していると、コンデンサＣ１０の残留電荷の影響により、演算回路であるオペアンプＯＰ１が不要な動作をするおそれがある。この不要動作は、ＬＥＤが一瞬明るくなってから徐々に設定した明るさに推移する現象が生じ、違和感のある点灯が生じてしまう。この点、実施の形態１にかかる点灯装置１００によれば、そのような不要動作を抑制し、違和感のある点灯を抑制することができる。

こうすることで、オペアンプＯＰ１が不要な動作することを防ぐことができるので、発光ダイオードＬＡにおいて、一瞬明るくなってから徐々に設定した明るさに推移する違和感のある現象を抑制することができる。これにより、調光制御状態で電源ＯＦＦし、短時間の間に電源を再びＯＮした場合であっても、使用者にとって違和感のない点灯開始をすることができる照明装置を実現することができる。

また、コンデンサＣ２０は容量を小さく出来るので、電源をオフした場合、速やかにコンデンサの電荷が放電される。これにより、制御電源Ｖｃｃ２に接続されるフォトカプラＰＣ１をすばやく停止できたり、定電流制御回路が接続した場合にもこれをすばやく停止できる。この結果、フォトカプラＰＣ１や、定電流制御回路の不要な動作に起因する、ＬＥＤが一瞬明るくなってから徐々に設定した明るさに推移する現象が改善できるようになる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる点灯装置２００を示す回路図である。図１に示す実施の形態１にかかる点灯装置１００との違いは、点灯装置２００ではその調光方式が位相制御方式であることである。

実施の形態２では、交流電源ＡＣ、調光器１０１、点灯装置２００、および発光ダイオードＬＡが直列接続する。調光器１０１には、トライアックＴＲとトライアックＴＲが動作するタイミングを制御する位相制御回路が含まれている。位相制御回路は、調光器のボリュームに関連してトライアックＴＲがオンするタイミングを制御するものである。調光器を介して波形生成された交流電圧は、点灯装置２００に入力される。

点灯装置２００は、調光信号生成回路１２および電源位相検出回路１３を備えている点、およびインピーダンス可変素子２２を備えていない点が、点灯装置１００と異なっている。調光信号生成回路１２の入力は、電源位相検出回路１３の出力に接続される。調光信号生成回路１２は、電源位相検出回路１３の出力により、出力値が変化するように連動している。

電源位相検出回路１３は、ダイオードＤ４０を介してトランスＴＲ１の二次巻線Ｔ２に接続され、位相制御による電源電圧の状態を検出している。位相制御による電源電圧の導通時間は、点灯制御集積回路ＩＣ１がスイッチングしている時間と同じと考えることができる。そこで、電源位相検出回路１３は、二次巻線Ｔ２に発生するパルス電圧を平均化して出力する回路を構成している。

この電源位相検出回路１３の出力の変動を調光信号生成回路１２に入力し、調光信号生成回路１２の電圧を調光指令電圧として、比較器としてのオペアンプＯＰ１に入力する。そうすると、比較器としてのオペアンプＯＰ１の出力が増減し、点灯制御回路１の動作をコントロールすることができ、発光ダイオードＬＡに供給する電流を増減することができ、照明器具としての調光ができるようになる。

実施の形態２にかかる点灯装置２００においても、点灯装置１００と同様に、Ｖｃｃ２生成回路２１は、平滑回路１０からの電源供給は受けないので、平滑回路１０内のコンデンサＣ１０の残留電荷の影響を受けない。

また、コンデンサＣ２０は容量を小さくできるので、電源をオフした場合、速やかにコンデンサの電荷が放電され、制御電源Ｖｃｃ２に接続されるフォトカプラＰＣ１をすばやく停止できたり、定電流制御回路が接続した場合にもこれをすばやく停止できる。

以上説明した実施の形態２にかかる点灯装置２００によれば、フォトカプラや、定電流制御回路の不要な動作に起因する、ＬＥＤが一瞬明るくなってから徐々に設定した明るさに推移する現象が改善できるようになる。

１ 点灯制御回路、２ ターンオン検出回路、３ オン時間検出回路、１０ 平滑回路、１１ ＬＥＤ電流検出回路、１２ 調光信号生成回路、１３ 電源位相検出回路、２０ 平滑回路、２１ 生成回路、２２ インピーダンス可変素子、１００ 点灯装置、１０１ 調光器、２００ 点灯装置、ＡＣ 交流電源、Ｃ１、Ｃ１０、Ｃ２、Ｃ２０、Ｃ３、Ｃ４ コンデンサ、Ｄ１、Ｄ１０、Ｄ２、Ｄ２０、Ｄ３０、Ｄ４０ ダイオード、ＤＢ 整流回路、ＩＣ１ 点灯制御集積回路、ＬＡ 発光ダイオード、ＯＰ１ オペアンプ、ＰＣ１ フォトカプラ、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ１ 抵抗（起動抵抗）、Ｒ１０ 抵抗（電流検出抵抗）、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ２２、Ｒ２３ 抵抗、Ｔ１ 一次巻線、Ｔ２ 二次巻線、Ｔ３ 補助巻線、Ｔ４ 補助巻線、ＴＲ トライアック、ＴＲ１ トランス、Ｖｃｃ１ 制御電源、Ｖｃｃ２ 制御電源

Claims (6)

1. １つ以上の発光素子を有する発光素子負荷に接続する点灯装置であって、
   交流電源と接続する一次巻線と、複数の二次巻線とを備えるトランスと、
   前記トランスの前記一次巻線に接続されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を制御する点灯制御回路と、
   前記発光素子負荷に接続され、第１のダイオードと、第１のコンデンサとで構成される第１の平滑回路と、
   前記発光素子の電流検出回路に電源を供給する電源生成回路に接続され、第２のダイオード、第３のダイオード、および第２のコンデンサから構成される第２の平滑回路と
   を備え、
   前記複数の二次巻線は、第１の二次巻線と、前記第１の二次巻線とは極性の異なる第２の二次巻線を含み、
   前記第１の二次巻線には、前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのアノードが接続され、
   前記第２の二次巻線に、第３のダイオードのアノードが接続され、
   前記第１のダイオードのカソードが、前記発光素子負荷に接続し、
   前記第２のダイオードのカソードおよび前記第３のダイオードのカソードが、前記電源生成回路に接続し、
   トライアックおよび前記トライアックを制御する位相制御回路を含む調光器が前記交流電源との間に介在して接続され、
   前記第１の二次巻線に接続し、位相制御による電源電圧の状態を検出する電源位相検出回路と、
   前記電源位相検出回路の出力に連動させて、自身の出力値を変化させる調光信号生成回路と、
   を備えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記第２のコンデンサの容量は、前記第１のコンデンサの容量より小さいことを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記電流検出回路が、前記電源生成回路で生成された電圧を受けて駆動する演算回路を備え、前記演算回路の出力信号に基づいて前記発光素子の電流を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の点灯装置。
4. 前記電流検出回路が、オペアンプを含み、
   前記オペアンプは、第１入力端子、第２入力端子、および出力端子を備え、前記第１入力端子と前記第２入力端子の電圧を比較して前記出力端子の出力信号を切り替えるものであり、
   前記第１入力端子には、前記発光素子に流れる電流に比例した電圧が入力され、
   前記第２入力端子には、前記調光信号生成回路の前記出力値が入力され、
   前記出力端子からの出力信号が前記点灯制御回路に入力されることで、前記電流検出回路で検出した前記発光素子の電流状態を前記点灯制御回路にフィードバックすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置。
5. 発光部および受光部を備え、前記電源生成回路で生成された電圧を受けて駆動するフォトカプラと、
   を備え、
   前記発光部に前記電流検出回路の出力が与えられ、
   前記受光部が前記点灯制御回路と接続することで、前記電流検出回路で検出した前記発光素子の電流状態を前記点灯制御回路にフィードバックすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の点灯装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の点灯装置と、
   前記点灯装置に接続された発光素子負荷と、
   を備えることを特徴とする照明器具。

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