JP6369780B2 - 点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システム - Google Patents

点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システム Download PDF

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Description

本発明は、点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システムに関し、より詳細には、光量又は色温度を調整可能な点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システムに関する。
従来、コントローラから入力される調光信号に応じて、互いに発光色が異なる複数の発光素子の光量をそれぞれ調整することで、照明光の光色および光量を調整する電源ユニットを備えた点灯装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に記載された電源ユニットは、2本の電線を介して交流電源に接続され、これら2本の電線を介して電源が供給されている。また、電源ユニットは、別の2本の電線を介してコントローラに接続されている。コントローラは、回転自在に設けられた操作部の操作に応じた制御信号を電源ユニットに出力する。電源ユニットは、コントローラから入力される制御信号に応じて、各発光素子の光量をそれぞれ制御することで、出力光の光色および光量を調整する。
特開2013−168382号公報
特許文献1に記載された点灯装置では、交流電源に接続するための2本の電線と、コントローラに接続するための2本の電線とを含めた合計4本の電線が電源ユニットに接続されていた。
ところで、既存の住宅や施設において、白熱灯を調光するために位相制御式の調光器が設置されている場合、調光器と白熱灯の間は2本の電線で接続されている。このような、白熱灯と調光器の代わりに、発光ダイオードと上述の点灯装置を使用する場合、位相制御式の調光器と白熱灯の間は2本の電線のみで接続されているため、調光信号のための2本の電線を追加で配線する必要があった。既存の住宅や施設に、電線を追加で配線しようとすると、壁の裏側に電線を通す必要があるため、配線工事に手間がかかるという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みて為され、施工の手間を簡単にした点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システムを提供することを目的とする。
本発明の点灯装置は、交流直流変換部と、電圧変換部と、PWM信号発生部と、制御部とを備える。前記交流直流変換部は、交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する。前記電圧変換部は、前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する。前記PWM信号発生部は、前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生する。前記制御部は、前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する。前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記電圧変換部の出力電力の出力曲線が極大となるか、又は、変曲点を有するように、前記電圧変換部の出力電力を制御することを特徴とする。
また、本発明の点灯装置は、交流直流変換部と、電圧変換部と、PWM信号発生部と、制御部とを備える。前記交流直流変換部は、交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する。前記電圧変換部は、前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する。前記PWM信号発生部は、前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生する。前記制御部は、前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する。複数の前記光源モジュールは互いに発光色が異なり、複数の前記光源モジュールは、色温度が相対的に低い第1光源モジュールと、色温度が相対的に高い第2光源モジュールとを含む。前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記導通角が増加するにつれて前記第2光源モジュールに流れる電流が漸増し、且つ、前記第1光源モジュールに流れる電流の出力曲線が極大となるか、又は、変曲点を有するように、前記電圧変換部の出力を制御する。
本発明の照明装置は、上述の点灯装置と、前記点灯装置によって点灯される前記光源モジュールを含む照明負荷とを備えたことを特徴とする。
本発明の照明器具は、上述の照明装置と、前記照明負荷が取り付けられる器具本体とを備えたことを特徴とする。
本発明の照明システムは、上述の照明器具と、設定器とを備えたことを特徴とする。前記設定器は、操作部を有し、前記操作部の操作に応じて交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を前記照明器具に出力する。
本発明によれば、施工の手間を簡単にした点灯装置、照明装置、照明器具、及び照明システムを提供することができる。
実施形態1の点灯装置の概略的なブロック回路図である。 実施形態1の点灯装置の調光・調色特性を説明する説明図である。 実施形態1の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態1の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態1の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態1の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態1の点灯装置に用いられる設定器の説明図である。 実施形態2の点灯装置の概略的なブロック回路図である。 実施形態2の点灯装置の調光・調色特性を説明する説明図である。 実施形態2の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態2の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態2の点灯装置の動作を説明する説明図である。 実施形態2の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態2の点灯装置の別の回路構成を示した概略的なブロック回路図である。 実施形態2の点灯装置の動作を説明する波形図である。 実施形態2の照明器具の概略的な断面図である。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
実施形態1の点灯装置、及び、それを用いた照明装置、照明器具並びに照明システムについて図1〜図7を参照して説明する。
本実施形態の点灯装置1は、図1に示すように、交流直流変換部2と、第2コンバータ回路51a,51bと、PWM信号発生回路7と、平滑回路8cと、第1制御回路9とを備える。
また、本実施形態の点灯装置1は、第1電源回路10と、起動回路11と、第2制御回路12と、第2電源回路13と、フィルタ回路14と、ドライブ回路52a,52bを、さらに備え、光源モジュール6a,6bを点灯させる。
フィルタ回路14の入力側には、設定器20を介して、AC100Vの交流電源100が接続されている。フィルタ回路14の出力側には整流回路3が接続されている。
本実施形態の点灯装置1は2種類の光源モジュール6a,6bを点灯させる。
光源モジュール6aは、それぞれ暖色系の光(例えば色温度が約2000Kの光)を発光する複数個の発光ダイオード61を備える。これら複数個の発光ダイオード61は直列又は並列に接続されている。
光源モジュール6bは、それぞれ寒色系の光(例えば色温度が約8000Kの光)を発光する複数個の発光ダイオード62を備える。これら複数個の発光ダイオード62は直列又は並列に接続されている。
本実施形態では、光源モジュール6aを構成する複数個の発光ダイオード61と、光源モジュール6bを構成する複数個の発光ダイオード62とが同一の基板に実装され、この基板がユニットに内蔵されて、モジュール化されている。なお、複数個の発光ダイオード61をケース(図示せず)に内蔵することで光源モジュール6aとしてモジュール化し、複数個の発光ダイオード62を別のケース(図示せず)に内蔵することで光源モジュール6bとしてモジュール化してもよい。
本実施形態では、光源モジュール6aと光源モジュール6bとで照射光の色温度が互いに異なっている。そして、相対的に色温度が低い暖色系の光源モジュール6aからの照射光と、相対的に色温度が高い寒色系の光源モジュール6bからの照射光とを混色した光(混色光)が照射される。光源モジュール6aと光源モジュール6bとは、発光色が異なる固体発光素子を備えているが、発光色が同じ固体発光素子に蛍光体を重ねることで色温度を異ならせた光源を備えてもよい。なお、本実施形態では光源モジュール6a,6bがそれぞれ発光ダイオードを備えているが、有機EL(Electro Luminescence)や無機ELなどの固体発光素子を備えてもよい。
設定器20は、光源モジュール6aからの照射光と光源モジュール6bからの照射光とを混色した光(混色光)の光量及び色温度を、ユーザが設定するために用いられる。設定器20は、交流電源100と直列に接続されたサイリスタなどのスイッチング素子(図示せず)と、交流電源電圧の半周期ごとにスイッチング素子を導通させる位相角をユーザが設定するための設定ボリューム(図示せず)を備える。
設定器20は、交流電源電圧の半周期ごとに、設定ボリュームにより設定された位相角がくると、スイッチング素子を導通させ、次のゼロクロスまでスイッチング素子の導通状態を継続させることで、交流電源100から点灯装置1に電力を供給させている。したがって、交流電源電圧のゼロクロスから設定ボリュームで設定された位相角がくるまでは、交流電源100から点灯装置1に電力が供給されなくなり、正弦波形の一部をカットしたような交流電圧が生成される。このように、交流電源100から点灯装置1に入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成された設定信号が、設定器20から点灯装置1に出力される。本実施形態の点灯装置1では、設定信号の導通角に応じて混色光の光量及び色温度を変化させており、図2に示すような調色・調光カーブにしたがって調光及び調色を行う。設定信号の導通角が最小値θ1の場合は光源モジュール6a,6bは調光下限で点灯する。なお、設定信号の導通角が最小値θ1の場合に光源モジュール6a,6bが消灯してもよい。設定信号の導通角が最小値θ1からθ2までの間は導通角の増減に応じて調色・調光が行われる。導通角がθ2になると混色光は色温度が2800K(第1色温度)の光(電球色の光)になり、導通角が最大値θ3になると混色光は色温度が5000K(第2色温度)の光(昼白色の光)になる。なお、導通角とは、設定器20が備えるスイッチング素子が導通している位相角の範囲を意味する。
交流直流変換部2は、設定器20から入力される設定信号を整流、平滑して、所定電圧値の直流電圧に変換する。本実施形態の交流直流変換部2は、設定器20から入力される交流電圧を全波整流する整流回路3と、整流回路3の出力を平滑する第1コンバータ回路4とを備える。
整流回路3は例えばダイオードブリッジ回路で構成される。整流回路3は、フィルタ回路14を介して入力される交流電圧(調光信号)を全波整流して出力する。
第1コンバータ回路4は、例えばフライバック・コンバータのようなスイッチング電源からなる。第1コンバータ回路4は、整流回路3から出力される電圧信号V1を、スイッチング素子(図示せず)でスイッチングすることによって、所定電圧値の直流電圧V2に変換する。なお、第1コンバータ回路4が、光源モジュール6a,6bに流れる電流を直接制御してもよい。
第1コンバータ回路4の出力電圧V2は、第2制御回路12にフィードバックされている。第2制御回路12は、フィードバックされた出力電圧V2が予め設定された電圧値に一致するように、第1コンバータ回路4が備えるスイッチング素子(図示せず)のオン/オフを制御する。この第2制御回路12には第1電源回路10から動作に必要な電力が供給される。
第1電源回路10には、フライバック・コンバータからなる第1コンバータ回路4の一次側又は二次側から直流電圧が供給される。第1電源回路10は、第1コンバータ回路4から供給される直流電圧を、電圧レベルが一定の直流電圧に変換して、第2制御回路12に出力する。
起動回路11は、例えば整流回路3から出力される電圧信号V1が一定レベルを超えると、第1電源回路10を起動して、電圧変換動作を開始させる。
第2コンバータ回路51a,51b(電圧変換部)はそれぞれスイッチング電源(例えばフォワードコンバータ或いはバックコンバータ)からなり、第1コンバータ回路4の出力端に並列的に接続されている。第2コンバータ回路51aの出力端には光源モジュール6aが接続され、第2コンバータ回路51bの出力端には光源モジュール6bが接続されている。
第2コンバータ回路51aと、第2コンバータ回路51aが備えるスイッチング素子(図示せず)を駆動するドライブ回路52aとで、光源モジュール6aを点灯させる点灯回路5aが構成される。ドライブ回路52aは、第1制御回路9から入力される駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフさせ、第2コンバータ回路51aから光源モジュール6aに駆動信号に応じた出力電流が流れるように、第2コンバータ回路51bの出力を制御する。
また、第2コンバータ回路51bと、第2コンバータ回路51bが備えるスイッチング素子(図示せず)を駆動するドライブ回路52bとで、光源モジュール6bを点灯させる点灯回路5bが構成される。ドライブ回路52bは、第1制御回路9から入力される駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフさせ、第2コンバータ回路51bから光源モジュール6bに駆動信号に応じた出力電流が流れるように、第2コンバータ回路51bの出力を制御する。
第1制御回路9は例えばマイクロコンピュータ(ルネサスエレクトロニクス株式会社製のRL78/I1Aなど)を用いて実現される。第1制御回路9は、設定器20から点灯装置1に入力される調光信号に応じて、第2コンバータ回路51a,51bがそれぞれ備えるスイッチング素子のオン/オフを制御することによって、光源モジュール6a,6bに供給される電力をそれぞれ制御する。第1制御回路9には、第2電源回路13から動作に必要な電力が供給される。
設定器20から点灯装置1に入力された設定信号は、整流回路3によって全波整流された後にPWM信号発生回路7に入力される。
PWM信号発生回路7(PWM信号発生部、第1信号発生部)は、電圧信号V1と所定の基準値との高低を比較する。この基準値は、電圧信号V1がゼロか否かを検出するために用いられる基準値であり、ノイズレベルよりもやや大きい所定の電圧値に設定されている。PWM信号発生回路7は、電圧信号V1が上記の基準値を超えると、出力の電圧レベルをLレベルからHレベルに切り替え、電圧信号V1が基準値以下になると、出力の電圧レベルをHレベルからLレベルに切り替える。したがって、PWM信号発生回路7から出力されるPWM信号V3は、設定器20のスイッチング素子が導通している位相角の範囲(導通角)ではHレベルとなり、設定器20のスイッチング素子が非導通となっている位相角の範囲(非導通角)ではLレベルとなる。よって、PWM信号発生回路7は、設定器20から入力される設定信号の導通角に対応したデューティ比のPWM信号V3を出力する。
PWM信号発生回路7から出力されるPWM信号V3は平滑回路8c(平滑部、第2信号発生部)に入力される。
平滑回路8c(平滑部、第2信号発生部)は、例えばPWM信号発生回路7の出力端子と回路のグランドとの間に抵抗器とコンデンサとを直列に接続したRC積分回路(図示せず)で構成され、コンデンサの両端にはPWM信号V3を平滑した電圧が発生する。したがって、平滑回路8cは、PWM信号V3のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧V6を発生し、この直流電圧V6を第1制御回路9に出力する。
第1制御回路9は、平滑回路8cの出力電圧V6をそれぞれA/D変換して取り込むA/D変換部(図示せず)を備え、所定のタイミングで出力電圧V6をA/D変換することにより、調光信号の指令値を取り込む。なお、本実施形態ではPWM信号V3を平滑した直流電圧V6が第1制御回路9に入力されているが、第1制御回路9が、PWM信号V3のデューティ比を直接読み取ってもよい。
第1制御回路9は、出力電圧V6をA/D変換して得た調光信号と、ドライブ回路52a,52bにそれぞれ出力する駆動信号(PWM信号からなる)のデューティ比との対応関係を規定した対応表をメモリ(図示せず)に予め記憶させている。
第1制御回路9は、出力電圧V6をA/D変換して得た調光信号をもとに、対応表からドライブ回路52a,52bにそれぞれ出力する駆動信号のデューティ比を決定し、決定したデューティ比の駆動信号をドライブ回路52a,52bに出力する。ドライブ回路52aは、第1制御回路9から入力された駆動信号に応じて第2コンバータ回路51aのスイッチング素子を駆動する。ドライブ回路52bは、第1制御回路9から入力された駆動信号に応じて第2コンバータ回路51bのスイッチング素子を駆動する。これにより、第2コンバータ回路51a,51bの出力が個別に制御され、光源モジュール6a,6bの光出力が変化する。本実施形態では、発光色の色温度が異なる光源モジュール6a,6bの光出力を個別に変化させ、各光源モジュール6a,6bの出力光を混色させることで、図2に示す調光・調色カーブにしたがった出力光を照射させる。なお、図2に示す調光・調色カーブにおいて、光量が0%から90%までの調光・調色カーブは、白熱灯の場合の調光カーブに一致するように設定されている。
この点灯装置1の動作について説明する。
設定器20は、交流電源電圧の半周期ごとに、交流電源100と直列に接続されたスイッチング素子を、設定ボリュームによって設定された任意の位相角でオンさせることによって、正弦波形の一部がカットされたような交流電圧を生成し、点灯装置1に出力する。
点灯装置1では、整流回路3が設定器20からの入力電圧を全波整流し、第1コンバータ回路4が整流回路3の整流出力を平滑して得た直流電圧V2を第2コンバータ回路51a,51bに出力する。
また、PWM信号発生回路7が、整流回路3の出力電圧V1を所定の基準値と比較することで、設定器20から入力される設定信号の導通角に応じたデューティ比のPWM信号を発生する。PWM信号発生回路7から出力されるPWM信号V3は平滑回路8cによって平滑され、平滑回路8cの出力電圧V6が第1制御回路9に入力される。第1制御回路9は、平滑回路8cの出力電圧V6をもとに、メモリに予め記憶された対応表を参照して、ドライブ回路52a,52bにそれぞれ出力する駆動信号のデューティ比を決定する。第1制御回路9は、ドライブ回路52a,52bにそれぞれ駆動信号を出力して、第2コンバータ回路51a,51bの出力を制御することで、光源モジュール6a,6bに所望の電流を供給して、光源モジュール6a,6bを点灯させる。なお、第1制御回路9は、PWM信号V3のデューティ比を直接読み取り、このデューティ比に応じて、ドライブ回路52a,52bにそれぞれ出力する駆動信号のデューティ比(指令値)を決定してもよく、この場合は平滑回路8cは不要になる。
次に、点灯装置1が光源モジュール6a,6bを調色・調光する動作について説明する。一般的に調色照明を行う場合、照明空間の全体を照明する照明光として電球色と昼白色が推奨されており、電球色で照明する場合も昼白色で照明する場合も照明空間を十分な明るさで照明するために、所定の光出力が必要になる。電球色で照明する場合と昼白色で照明する場合で明るさを同程度にしたい場合、電球色で照明する場合は昼白色で照明する場合に比べて暗めに感じられるため、電球色で照明する場合の方がより高い電流を流す必要がある。また、調光レベルを調光下限まで低下させる間は電球色で調光するのが好ましい。なお、JIS Z 9112「蛍光ランプ・LEDの光源色及び演色性による区分」にはLEDの光源色である電球色および昼白色の色度範囲がxy色度図上において定義されている。電球色の相関色温度は2600〜3250K、昼白色の相関色温度は4600〜5500Kとなっている。本実施形態では光源モジュール6aの発光の色温度は電球色よりも低く、光源モジュール6bの発光の色温度は昼白色よりも高くなっており、両者の混色比を調整することで電球色や昼白色の発光を得ている。
図3は、設定器20による導通角と、光源モジュール6aに流す電流I1、光源モジュール6bに流す電流I2、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計P1との関係をそれぞれ示すグラフである。
本実施形態の点灯装置1は、導通角が最大値θ3となる場合(すなわち導通角の調整範囲における上限)では照明光(光源モジュール6a,6bの出力光の混色光)を昼白色とし、導通角の調整範囲の途中から下限にかけて電球色で調光する。
そして、点灯装置1は、導通角の調整範囲の途中で出力電力の合計値P1が極大となるように、第2コンバータ回路51a,51bの出力を制御しており、出力電力の合計値P1が極大となる状態では電球色で点灯させている。本実施形態の点灯装置1を用いた照明装置では、暖色系の光源モジュール6aと寒色系の光源モジュール6bとを用い、暖色系の光源モジュール6aに流れる電流と、寒色系の光源モジュール6bに流れる電流との比率(電流比)で調色を行っている。また、電球色での照明と昼白色での照明とで同程度の明るさが得られるように、電球色で照明する場合は、昼白色で照明する場合よりも高い電流を流している。
したがって、導通角の調整範囲の下限から上限にかけて光量が増加するように、点灯装置1は、寒色系の光源モジュール6bに流れる電流I2を単調増加させている。また、点灯装置1は、導通角の調整範囲の下限から暖色系の光源モジュール6aに流れる電流I1を徐々に増加させ、出力電力の合計値P1が極大となる導通角で電流値が極大となるように電流I1を調整している。
図4は、設定器20が備える操作部22の操作位置と、設定器20から入力される設定信号V1と、PWM信号V3と、平滑回路8cの出力電圧V6との関係をそれぞれ示している。また図5は、設定器20が備える操作部22の操作位置と、設定信号V1と、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値P1との関係をそれぞれ示している。
図4及び図5に示す設定器20は、設定器20の本体21に回転自在に取り付けられた操作部22を備えている。操作部22は円柱状の摘みからなり、その表面には操作位置を示す印23が刻印、印刷などの適宜の方法で形成されている。操作部22は、印23が真上を向いた位置を0度として、反時計回りに180度回転した位置から、時計回りに90度回転した位置まで回転できるように構成されている。なお、操作部22の操作角度範囲は一例であり、適宜変更が可能である。
操作部22を回転させることによって印23を反時計回りに180度回転した位置に合わせた状態では、設定器20から入力される設定信号V1の導通角は最小となり、PWM信号V3のオンデューティ比、出力電圧V6も最小となる。第1制御回路9は、出力電圧V6をもとに第2コンバータ回路51a,51bに出力する駆動信号のデューティ比を決定しており、光源モジュール6a,6bを調光下限で点灯させるか又は消灯させる。
印23が反時計回りに180度回転した位置から操作部22を時計回りに回転させると、設定信号V1の導通角は増加し、それに応じて、PWM信号V3のオンデューティ比、出力電圧V6も大きくなる。第1制御回路9は、出力電圧V6をもとに第2コンバータ回路51a,51bに出力する駆動信号のデューティ比を決定しており、導通角の増加に応じて出力電力の合計値P1を増加させて、調色及び調光を行う。
操作部22を回転させることによって印23を0度の位置に合わせた状態では、設定信号V1の導通角に応じた出力電圧V6が第1制御回路9に入力される。第1制御回路9は、出力電圧V6をもとに第2コンバータ回路51a,51bに出力する駆動信号のデューティ比を決定しており、光源モジュール6a,6bに流れる電流を制御して、照明光を電球色に調色する。このとき、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値P1は極大となる。
操作部22を回転させることによって印23を時計回りに90度回転した位置に合わせた状態では、設定信号V1の導通角は最大になり、それに応じて、PWM信号V3のオンデューティ比、出力電圧V6も最大になる。この場合、第1制御回路9は、出力電圧V6をもとに第2コンバータ回路51a,51bに出力する駆動信号のデューティ比を決定しており、出力電力の合計値P1が極大値から減少して、照明光が昼白色に調色される。
このように、設定器20では、照明光が電球色となる位置を、印23が真上に来る位置に設定しているので、電球色で点灯させる位置が判りやすくなる。また、設定器20では、操作部22の調整範囲における一端側を調光下限の位置、操作部22の調整範囲における他端側を昼白色で点灯させる位置としている。これにより、ユーザは、調光下限での操作部22の操作位置、電球色で点灯させる際の操作部22の操作位置、昼白色で点灯させる際の操作部22の操作位置が判りやすくなる。
ところで、本実施形態の点灯装置1を用いた照明装置では、光源モジュール6a,6bの出力光を混色した照明光の色温度を電球色から昼白色の間で変化させているが、電球色から、昼白色よりも色温度の高い昼光色の間で変化させてもよい。なお、JIS Z 9112「蛍光ランプ・LEDの光源色及び演色性による区分」には昼光色の色度範囲がxy色度図上において定義されており、昼光色の相関色温度は5700〜7100Kとなっている。一般的に6200K付近の色温度では文字が見えやすくなるという効果が知られているので、点灯装置1が混色光の色温度を電球色から昼光色の間で変化させることも好ましい。
図6は、設定器20が備える操作部24の操作位置と、設定信号V1と、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値P1と、光源モジュール6aに流す電流I1と、光源モジュール6bに流す電流I2との関係を示すグラフである。
図6に示す設定器20は、設定器20の本体21にスライド移動自在に取り付けられた操作部24を備えている。操作部24は前方に突出する突起25を有し、この突起25を図4中の上下方向においてスライド移動させることによって、設定信号V1の導通角が変化するように構成されている。
図6に示すように、操作部24を操作することによって突起25を調整範囲の一端側の位置(図6における下端位置)に位置させた場合、設定信号V1の導通角は最小値θ1となり、第1制御回路9は光源モジュール6a,6bを調光下限で点灯させる。なお、設定信号の導通角が最小値θ1の場合に、第1制御回路9は光源モジュール6a,6bを消灯させてもよい。
突起25が調整範囲の一端側(図6における下端位置)から中間位置までの間では、突起25の操作位置に応じて導通角が増減し、それに応じて調色・調光が行われる。
操作部24を操作することによって突起25を調整範囲の中間位置(図6における上下方向の中間位置)に位置させた場合、設定信号V1の導通角はθ2となり、第1制御回路9は、出力電力の合計値P1が極大となるように第2コンバータ回路51a,51bを制御する。このとき、光源モジュール6aに流れる電流I1は極大となり、混色光は色温度が2800K(電球色)の光になる。
操作部24を操作することによって突起25を調整範囲の他端位置(図6における上端位置)に位置させた場合、設定信号V1の導通角はθ3となる。第1制御回路9は、設定信号V1の導通角がθ2とθ3の間で、出力電力の合計値P1の変化曲線が変曲点を有するように第2コンバータ回路51a,51bを制御する。これにより、設定信号V1の導通角が変曲点からθ3まで変化する間は、導通角の増加に応じて出力電力の合計値P1も増加し、導通角がθ3になると混色光の色温度は6200Kとなり、昼光色の光が出力される。
したがって、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値P1は、図6に示すような変化曲線を有し、色温度が2800Kとなるような導通角θ2で極大となり、色温度が5000Kとなるような導通角θ3で極小となるような特性となる。
なお、操作部24は回転式やスライド式の操作部に限定されない。例えば図7に示すように、導通角を増大させるアップ操作用の第1ボタン26と、導通角を減少させるダウン操作用の第2ボタン27と、導通角の設定を表示するレベルメータのような表示部28を備えた操作部でもよい。
以上説明したように、本実施形態の点灯装置1は、交流直流変換部2と、電圧変換部(第2コンバータ回路51a,51b)と、PWM信号発生部(PWM信号発生回路7)と、制御部(第1制御回路9)とを備える。交流直流変換部2は、交流電源100から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器20から設定信号が入力され、設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する。電圧変換部は、交流直流変換部2から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュール6a,6bに出力する。PWM信号発生部は、設定器20から設定信号が入力され、設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生する。制御部は、PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて電圧変換部の出力を制御する。そして、制御部は、導通角の調整範囲内で、電圧変換部の出力電力の出力曲線が極大となるか、又は、変曲点を有するように、電圧変換部の出力電力を制御する。
このように、点灯装置1は、導通角の調整範囲内で出力電力の出力曲線が極大となるか変曲点を有するように出力電力を制御している。したがって、設定器20で導通角を調整することによって、調光下限から電球色で点灯する状態と昼白色又は昼光色で点灯する状態とに切り替えることができる。よって、設定器20から点灯装置1に設定信号を入力するだけで、光源モジュール6a,6bの調光、調色を行うことができ、設定器20と点灯装置1の間は2線で接続できるから、追加の配線が不要で、施工作業を容易に出来る。
また本実施形態の点灯装置1では、複数の光源モジュール6a,6bは互いに発光色が異なっている。複数の光源モジュール6a,6bは、色温度が相対的に低い第1光源モジュール(光源モジュール6a)と、色温度が相対的に高い第2光源モジュール(光源モジュール6b)とを含む。そして、制御部は、導通角の調整範囲内で、導通角が増加するにつれて第2光源モジュールに流れる電流が漸増し、且つ、第1光源モジュールに流れる電流の出力曲線が極大となるか、又は、変曲点を有するように、電圧変換部の出力を制御する。
このように、点灯装置1は、導通角の調整範囲内で、色温度が相対的に低い第1光源モジュールに流れる電流の出力曲線が極大となるか変曲点を有するように、電圧変換部の出力が制御されている。したがって、設定器20で導通角を調整することによって、調光下限から電球色で点灯する状態と昼白色又は昼光色で点灯する状態とに切り替えることができる。よって、設定器20から点灯装置1に設定信号を入力するだけで、光源モジュール6a,6bの調光、調色を行うことができ、設定器20と点灯装置1の間は2線で接続できるから、追加の配線が不要で、施工作業を容易に出来る。
また、本実施形態の点灯装置1において、PWM信号V3を平滑することによってPWM信号V3のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧を発生する平滑部(平滑回路8c)を備え、制御部(第1制御回路9)は、平滑部の出力に基づいて指令値を決定してもよい。制御部は、PWM信号V3のデューティ比に応じた電圧値となる平滑部の出力に基づいて指令値を決定しているので、PWM信号V3のデューティ比に応じて指令値を決定することができる。
また、本実施形態の点灯装置1において、制御部(第1制御回路9)は、複数の光源モジュール6a,6bによる出力光の光量が最小となる導通角で出力光の色温度を電球色以下の第1色温度としてもよい。制御部は、複数の光源モジュール6a,6bによる出力光の光量が最大となる導通角で出力光の色温度を昼白色以上の第2色温度としてもよい。そして、制御部は、導通角に応じて第1色温度と第2色温度の間で出力光の色温度を変化させるように、電圧変換部の出力を制御してもよい。
これにより、制御部は、設定器20によって調整される導通角に応じて、出力光(光源モジュール6a,6bの出力光を混色した光)の色温度を、第1色温度と第2色温度の間で変化させることができる。
また、本実施形態の点灯装置1において、制御部(第1制御回路9)は、出力曲線が極大となるか又は変曲点を有する導通角において、光源モジュール6a,6bによる出力光の光色が電球色となるように、電圧変換部の出力を制御してもよい。
これにより、調光下限から電球色で点灯する状態と昼白色又は昼光色で点灯する状態とに切り替えることができる。
また、本実施形態の照明装置は、上述した点灯装置1と、点灯装置1によって点灯される光源モジュール6a,6bを含む照明負荷とを備える。上述の点灯装置1を備えることで、追加の配線が不要で、施工作業が容易な照明装置を実現できる。
また、本実施形態の照明器具は、上述の照明装置と、照明負荷(光源モジュール6a,6b)が取り付けられる器具本体(第1ケース31)とを備える。上述の照明装置を備えることで、追加の配線が不要で、施工作業が容易な照明器具を実現できる。
また、本実施形態の照明システムは、上述の照明器具と、操作部22,24を有し、操作部22,24の操作に応じて交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を照明器具に出力する設定器20とを備える。上述の照明器具を備えることで、追加の配線が不要で、施工作業が容易な照明システムを実現できる。
この照明システムにおいて、操作部22は設定器20の本体21に回転自在に設けられ、操作部22には操作位置を示す印23が設けられる。本体21が壁に取り付けられた状態で、印23が上側になる位置に操作部22を回転させた状態で、出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように制御部が電圧変換部の出力を制御してもよい。印23が上側になる位置に操作部22を操作すれば、出力電力が極大又は変曲点となって、電球色又は昼白色で点灯するから、電球色又は昼白色で点灯させる操作位置が判りやすくなる。
この照明システムにおいて、操作部24は設定器20の本体21にスライド移動自在に設けられ、操作部24には操作位置を示す印(突起25)が設けられる。印が操作部24の調整範囲における中央位置になるように操作部24が操作された状態で、出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように制御部が電圧変換部の出力を制御してもよい。突起25が調整範囲の中央位置にくるように操作部24を操作すれば、出力電力が極大又は変曲点となって、電球色又は昼白色で点灯するから、電球色又は昼白色で点灯させる操作位置が判りやすくなる。
この照明システムにおいて、操作部は、設定器20の本体21に設けられたアップ操作用の第1ボタン26とダウン操作用の第2ボタン27を含み、導通角の設定値をレベル表示する表示部28を備えてもよい。表示部28の表示位置が表示範囲における中央位置になるように操作部を操作した状態で、出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように制御部が電圧変換部の出力を制御することも好ましい。第1ボタン26及び第2ボタン27を操作することによって、表示部28に表示される導通角の設定値を表示範囲における中央位置に合わせた状態では、出力電力が極大又は変曲点となって、電球色又は昼白色で点灯するから、電球色又は昼白色で点灯させる操作位置が判りやすくなる。
(実施形態2)
実施形態2の点灯装置、及び、それを用いた照明装置、照明器具並びに照明システムについて図8〜図16を参照して説明する。
本実施形態の点灯装置1は、図8に示すように、交流直流変換部2と、第2コンバータ回路51a,51bと、PWM信号発生回路7と、平滑回路8a,8bと、第1制御回路9とを備える。また、本実施形態の点灯装置1は、第1電源回路10と、起動回路11と、第2制御回路12と、第2電源回路13と、フィルタ回路14と、ドライブ回路52a,52bを、さらに備え、光源モジュール6a,6bを点灯させる。なお、本実施形態の点灯装置1は、2つの平滑回路8a,8bを備える点で実施形態1と相違し、それ以外は実施形態1と共通しているので、実施形態1と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
本実施形態において、光源モジュール6aと光源モジュール6bとで照射光の色温度が互いに異なり、光源モジュール6aからの照射光(色温度が約2000K)と光源モジュール6bからの照射光(色温度が約8000K)とを混色した光(混色光)が照射される。
設定器20は、光源モジュール6aからの照射光と光源モジュール6bからの照射光とを混色した光(混色光)の光量及び色温度を、ユーザが設定するために用いられる調光器である。設定器20は、交流電源100と直列に接続されたスイッチング素子を備え、このスイッチング素子の導通角を調整することによって設定信号を生成し、生成した設定信号を点灯装置1に出力する。
本実施形態の点灯装置1では、設定信号の導通角に比例して混色光の光量及び色温度を変化させており、図9に示すような調色・調光カーブにしたがって調光及び調色を行っている。ここで、導通角とは、設定器20が備えるスイッチング素子が導通している位相角の範囲のことをいい、例えば図11の時刻t1以前は導通角が150度、時刻t1以後は導通角が30度となっている。
本実施形態の点灯装置1に用いられる設定器20はリーディングエッジ方式であるが、設定器20はトレーリングエッジ方式でもよい。トレーリングエッジ方式の場合、設定器20は、交流電圧のゼロクロスから設定ボリュームで設定された位相角に達するまではスイッチング素子を導通させ、設定ボリュームで設定された位相角から次のゼロクロスまではスイッチング素子をオフさせる。これにより、交流電源電圧の半周期ごとに、設定ボリュームで設定された位相角から次のゼロクロスまで正弦波形の一部がカットされたような交流電圧が設定器20から点灯装置1に出力される。
設定器20から点灯装置1に入力された設定信号は、整流回路3によって全波整流された後にPWM信号発生回路7に入力される。図10に、整流回路3から出力される電圧信号V1と、PWM信号発生回路7から出力されるPWM信号V3と、平滑回路8aの出力電圧V4と、平滑回路8bの出力電圧V5の波形図をそれぞれ示す。
PWM信号発生回路7は、設定器20から入力される設定信号の導通角に対応したデューティ比のPWM信号V3を出力する。PWM信号発生回路7から出力されるPWM信号V3は、2つの平滑回路8a,8b(平滑部、第2信号発生部)にそれぞれ入力されている。
平滑回路8aは、例えばPWM信号発生回路7の出力端子と回路のグランドとの間に抵抗器とコンデンサとを直列に接続したRC積分回路(図示せず)で構成され、コンデンサの両端にはPWM信号V3を平滑した電圧が発生する。したがって、平滑回路8aは、PWM信号V3のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧V4を発生し、この直流電圧V4を第1制御回路9に出力する。
平滑回路8bも、平滑回路8aと同様に、PWM信号発生回路7の出力端子と回路のグランドとの間に抵抗器とコンデンサとを直列に接続したRC積分回路(図示せず)で構成され、コンデンサの両端にはPWM信号V3を平滑した直流電圧が発生する。したがって、平滑回路8bは、PWM信号V3のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧V5を発生し、この直流電圧V5を第1制御回路9に出力する。
第1制御回路9は、平滑回路8aの出力電圧V4、及び、平滑回路8bの出力電圧V5をそれぞれA/D変換して取り込むA/D変換部(図示せず)を備え、所定のタイミングで出力電圧V4,V5をA/D変換して取り込む。
第1制御回路9は、出力電圧V4,V5の取り込み値をもとに、第2コンバータ回路51a,51bの出力を制御し、光源モジュール6a,6bの光出力を変化させる。発光色の色温度が異なる光源モジュール6a,6bの光出力を変化させ、各光源モジュール6a,6bの出力光を混色させることで、図9に示す調光・調色カーブにしたがった出力光を照射させる。なお、図9に示す調光・調色カーブにおいて、光量が0%から90%までの調光・調色カーブは、白熱灯の場合の調光カーブに一致するように設定されている。
本実施形態では、平滑回路8aを構成するRC積分回路の時定数に比べて、平滑回路8bを構成するRC積分回路の時定数の方が大きい値に設定されている。
すなわち、平滑回路8bでは、出力電圧V5の電圧リップルが極力小さくなるように、その時定数が交流電圧の半周期よりも十分大きい値に設定されている。したがって、第1制御回路9が出力電圧V5を取り込むタイミングが多少ずれたとしても、出力電圧V5の取り込み値があまり変化しないから、第1制御回路9が出力電圧V5を取り込むタイミングの制約が緩和される。また、出力電圧V5の電圧リップルは十分小さい値になっているので、第1制御回路9において、出力電圧V5の取り込み値を平均化する必要が無く、平均化のための処理を不要にできる。また、電圧変動やノイズによって交流電源100の電源電圧に歪みが重畳し、それによってPWM信号V3のデューティ比が多少変動しても、平滑回路8bの時定数は交流電圧の半周期よりも十分大きい値に設定されているから、出力電圧V5の変動が抑制される。
一方、平滑回路8aでは、出力電圧V4の電圧リップルが多少大きくなっても、PWM信号V3のデューティ比の変化に出力電圧V4の平均電圧がレスポンスよく追従できるよう、その時定数は交流電圧の半周期よりも大きいが、平滑回路8bの時定数よりも十分に小さい値に設定されている。したがって、PWM信号V3のデューティ比の変化に応じて、平滑回路8aの出力電圧V4の平均電圧が変化することになる。ところで、図10に示すように、PWM信号V3のハイ/ローの各期間で出力電圧V4は大きく変動しているため、出力電圧V4を取り込むタイミングによって、出力電圧V4をA/D変換した値が大きく変動する可能性がある。本実施形態では、第1制御回路9が、電圧信号V1の周波数と同期をとり、1周期内のほぼ同じタイミングで出力電圧V4をA/D変換しているので、取り込みのタイミングでA/D変換した値がばらつくのを抑制できる。
ここで、図11に整流回路3から入力される電圧信号V1の一例を示し、時刻t1以前では位相角が30度の時点から次のゼロクロスまで電源電圧が入力されるので、電源電圧の導通角(電源電圧が供給される位相角の範囲)は150度となっている。一方、時刻t1より後では位相角が150度の時点から次のゼロクロスまで電源電圧が供給されるので、電源電圧の導通角は30度となっている。図11には、電圧信号V1の導通角が150度から30度に変化する前後での、平滑回路8aの出力電圧V4と、平滑回路8bの出力電圧V5の波形図を示してある。平滑回路8aの時定数は、平滑回路8bの時定数よりも小さい値に設定されているので、時刻t1以後の出力電圧V4の平均電圧は、出力電圧V5の平均電圧に比べて、短時間で変化しており、PWM信号V3のデューティ比の変化によく追従している。
第1制御回路9には、平滑回路8aから出力電圧V4が入力され、平滑回路8bから出力電圧V5が入力される。第1制御回路9は、2つの出力電圧V4,V5に対して重み付けを行い、重み付けを行った後の出力電圧V4,V5から指令値V6を決定する。
本実施形態では、第1制御回路9は、出力電圧V4に重み係数n(0≦n≦1)を、出力電圧V5に重み係数(1−n)をそれぞれ乗算した後、両者の平均を求めて指令値V6としている。すなわち、第1制御回路9は、以下の式(1)を用いて指令値V6を求める。
Figure 0006369780
第1制御回路9は、所定のタイミングで、平滑回路8aから出力電圧V4を取り込み、平滑回路8bから出力電圧V5を取り込むと、式(1)を用いて指令値V6を求める。第1制御回路9はメモリ(図示せず)を備え、このメモリには、指令値V6に対して、第2コンバータ回路51aからの出力値、及び、第2コンバータ回路51bからの出力値をそれぞれ関連付けしたテーブルが予め記憶されている。第1制御回路9は、式(1)を用いて指令値V6を求めると、メモリを参照して第2コンバータ回路51a,51bの出力値を求め、第2コンバータ回路51a,51bの出力を制御することによって、光源モジュール6a,6bの出力光を制御する。
ここで、第1制御回路9は、出力電圧V4及び出力電圧V5の値から、重み係数nを決定している。
出力電圧V4と出力電圧V5の差が所定の第1閾値以下である場合、ユーザが設定器20を用いて導通角を変化させておらず、PWM信号V3のデューティ比の変化が小さいと考えられるので、第1制御回路9は時定数が大きい平滑回路8bの重み付けを大きくする。すなわち、第1制御回路9は、出力電圧V5の重み係数(1−n)が、出力電圧V4の重み係数nよりも大きくなるように、重み係数nの値を決定する。例えば第1制御回路9が重み係数nの値をゼロに設定すると、V6=V5/2となり、時定数が大きい平滑回路8bの出力電圧V5によって指令値V6が決定される。そして、第1制御回路9は、この指令値V6をもとに、メモリ内のテーブルから第2コンバータ回路51aの出力値と第2コンバータ回路51bの出力値をそれぞれ読み出す。第1制御回路9は、テーブルから読み出した第2コンバータ回路51aの出力値をドライブ回路52aに出力して、光源モジュール6aの出力を変化させる。また、第1制御回路9は、テーブルから読み出した第2コンバータ回路51bの出力値をドライブ回路52bに出力して、光源モジュール6bの出力を変化させる。第1制御回路9が光源モジュール6a,6bの出力をそれぞれ変化させることで、混色光の色温度及び光出力が調整される。
平滑回路8bは、平滑回路8aに比べて時定数が大きい値に設定されているので、平滑回路8bの出力電圧V5は、平滑回路8aの出力電圧V4に比べてリップル電圧が小さく、ノイズの影響が小さくなっている。第1制御回路9は、出力電圧V5の重み付けを大きくして指令値V6を求めているので、電圧変動やノイズなどの影響により、光出力に意図しない変動が発生するのを抑制できる。
一方、出力電圧V4と出力電圧V5の差が第1閾値を超えた場合、ユーザが設定器20を用いて導通角を変化させることによって、PWM信号V3のデューティ比が大きく変化し、それに追随して平滑回路8aの出力が変化していると考えられる。この場合、第1制御回路9は、時定数が小さい平滑回路8aの重み付けを大きくしており、出力電圧V4の重み係数nが、出力電圧V5の重み係数(1−n)よりも大きくなるように、重み係数nの値を例えば0.6に設定する。重み係数nの値が0.6に設定されると、出力V6は次の式(2)により求められる。
Figure 0006369780
このように、PWM信号V3のデューティ比が大きく変化する場合、時定数が小さい平滑回路8aの重み係数を、時定数が大きい平滑回路8bの重み係数よりも大きくしているので、PWM信号V3のデューティ比の変化に対して、指令値V6の追従性が向上する。第1制御回路9は、指令値V6をもとに第2コンバータ回路51a,51bの出力を変化させており、光源モジュール6a,6bの出力を混色した混色光の光量及び色温度を調整する。
なお、本実施形態では出力電圧V4と出力電圧V5の差が第1閾値以下である場合と、第1閾値を超えている場合とで、重み係数nを2通りに切り替えているが、出力電圧V4と出力電圧V5の差の大きさに応じて、重み係数nを連続的に変化させてもよい。
以上のように、第1制御回路9は、整流回路3から出力される電圧信号V1の導通角の変化に、第2コンバータ回路51a,51bの出力を追随させているから、光源モジュール6a,6bの光出力が追随して変化する。したがって、ユーザが設定器20を操作してから、光出力が変化するまでの応答遅れを短くでき、ユーザが制御の遅れを感じにくくなる。
また本実施形態では、設定器20を用いて電圧信号V1の実効値を急減させた場合に、第1コンバータ回路4の出力電圧V2が、光源モジュール6a,6bを点灯させるのに必要な最低動作電圧を下回らないように制御している。その制御内容について図12及び図13を参照して説明する。
図12の実線L1は、図9に示した調色・調光カーブの縦軸を第2コンバータ回路51a,51bの出力電力とし、横軸を電圧信号V1の導通角又は実効値、或いは、指令値V6に置き換えて示した、点灯装置1の静特性である。また、図12の実線L2は、電圧信号V1の実効値に対して第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力値を示している。
図13の時刻t1以前では、電圧信号V1の導通角が150度に設定されており、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計は、第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力を下回っているため、第1コンバータ回路4の電圧V2は一定に保たれる。
一方、図13の時刻t1において、ユーザが設定器20を操作して、設定信号V1の導通角を150度から30度に急減させると、時定数の違いによって平滑回路8aの出力電圧V4と平滑回路8bの出力電圧V5との差が大きくなる。ここで、第1制御回路9が、時定数が大きい平滑回路8bの出力電圧V5の重み付けを大きくして、指令値V6の演算を行っていると、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力を変化させる制御が遅れる可能性がある。第2コンバータ回路51a,51bの出力電力を変化させる制御が遅れると、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計が、第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力(図12の実線L2)を上回る可能性がある(図12中に斜線で示した領域W1)。第1コンバータ回路4の出力電力が不足している状態が継続すると、図13に示すように、第1コンバータ回路4の出力電圧V2が所定の電圧値を維持できずに減少し続け、いずれは光源モジュール6a,6bを点灯させるのに必要な最低動作電圧を下回ることになる。
本実施形態では、第1制御回路9が、出力電圧V4と出力電圧V5との差を所定の第1閾値と比較し、出力電圧V4と出力電圧V5との差が第1閾値以上になると、時定数の小さい平滑回路8aの出力電圧V4の重み係数を大きくするように重み付けしている。したがって、第1制御回路9は、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値を、電圧信号V1の導通角が30度の場合に出力すべき出力電力の合計値に、短時間で収束させることができる。よって、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値が、第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力よりも小さくなる状態を実現でき、第1コンバータ回路4の出力電圧V2は図13に実線で示したものとなる。これにより、ユーザが設定器20を操作して、光源モジュール6a,6bからの光出力を変動させた場合でも、第1コンバータ回路4の出力電力が不足することによる光出力のちらつきが起こりにくくなり、ユーザが設定した点灯状態(調光或いは調色の状態)に移行させることができる。
上述のように、本実施形態の点灯装置1において、時定数が互いに異なる値にそれぞれ設定された複数の平滑部(平滑回路8a,8b)を備えてもよい。この場合、制御部(第1制御回路9)は、複数の平滑部の出力に対して重み付けを行い、重み付けを行った複数の平滑部の出力から決定した指令値に基づいて電圧変換部の出力を制御することも好ましい。第1制御回路9は、時定数が異なる平滑回路8a,8bの出力電圧V4,V5に重み付けを行っており、時定数が小さい平滑回路8aの重み付けを大きくすれば、設定信号の変化に対して光出力の変化をレスポンスよく追従させることができる。また第1制御回路9が、時定数の大きい平滑回路8bの重み付けを大きくすれば、電圧変動やノイズなどによって交流電源の電源電圧に歪みが重畳したとしても、光出力の変化を抑制できる。
また、本実施形態の点灯装置1において、第1制御回路9は、設定器20が導通角を変化させていない状態では、時定数が相対的に大きい平滑回路8bの方が、時定数が相対的に小さい平滑回路8aに比べて、出力の重み付けが大きくなるように重み付けを行うことも好ましい。また、第1制御回路9は、設定器20が導通角を変化させた状態では、時定数が相対的に小さい平滑回路8aの方が、時定数が相対的に大きい平滑回路8bに比べて、出力の重み付けが大きくなるように重み付けを行うことも好ましい。
設定器20が導通角を変化させていない状態では、時定数が大きい平滑回路8bの重み付けを大きくしているので、電圧変動やノイズなどによって交流電源の電源電圧に歪みが重畳したとしても、光出力の変化を抑制できる。また、設定器20が導通角を変化させた状態では、時定数が小さい平滑回路8aの重み付けを大きくしているので、設定信号の変化に対して光出力の変化をレスポンスよく追従させることができる。
また、本実施形態の点灯装置1において、第1制御回路9は、複数の平滑回路8a,8bの出力の差と第1閾値との大小の比較結果、及び、交流直流変換部2の出力変動と第2閾値との大小の比較結果のうち少なくとも何れか一方の比較結果に基づいて、複数の平滑回路8a,8bの出力に対して重み付けを行うことも好ましい。
この場合、図14に示すように、第1制御回路9には、第1コンバータ回路4の出力電圧V2をA/D変換して取り込むためのA/D変換部(図示せず)が設けられている。そして、第1制御回路9は、平滑回路8aの出力電圧V4と平滑回路8bの出力電圧V5との差が第1閾値以上であるという条件、及び、第1コンバータ回路4の出力電圧V2の出力変動が第2閾値以上であるという条件のうち、少なくとも何れか一方の条件が成立すると、設定器20によって導通角が変化させられたと判断する。
図15は、時刻t11に設定器20を用いて導通角を150度から30度に切り替えた場合の回路動作を説明する波形図である。
時刻t11以前は、設定器20から入力される設定信号、すなわち整流回路3の出力電圧V1の導通角が150度に設定されている。この場合、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計は、第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力を下回っているため、第1コンバータ回路4の出力電圧V2は所定電圧値に保たれる。
時刻t11においてユーザが設定器20を操作して電圧信号V1の導通角を150度から30度に切り替えた場合、平滑回路8aの時定数は、平滑回路8bの時定数よりも小さい値に設定されているので、平滑回路8bの出力電圧V5は緩やかに減少するのに比べ、平滑回路8aの出力電圧V4は急減する。ここで、第1制御回路9が、時定数の大きい平滑回路8bの出力電圧V5の重み付けを大きくして、指令値V6の演算を行った場合、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の変化が遅くなる。そのため、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計が、第1コンバータ回路4から供給可能な最大電力(図12の実線L2)を上回る可能性がある(図12中に斜線で示した領域W1)。この場合、図15に点線で示すように、時刻t11以降に第1コンバータ回路4の出力電圧V2が急激に低下する。そして、第1コンバータ回路4の出力電力が不足している状態が継続すると、図15中に点線で示すように出力電圧V2が減少し続け、いずれは、光源モジュール6a,6bを点灯させるのに必要な最低動作電圧を下回ることになる。
そこで、第1制御回路9は、出力電圧V4と出力電圧V5との差を所定の第1閾値と比較した結果をもとに、設定器20によって導通角が変更されたか否かを判断し、導通角が変更されたと判断した場合は平滑回路8a,8bの出力に対する重み付けを変更する。具体的には、第1制御回路9は、出力電圧V4と出力電圧V5との差が第1閾値以上になるという条件、及び、第1コンバータ回路4の出力電圧V2の出力変動が第2閾値dV1以上になるという条件のうち、少なくとも何れか一方の条件が成立すると重み付けを変更する。
図15の例では、時刻t12において出力電圧V2の出力変動が第2閾値dV1以上になっており、第1制御回路9は、出力電圧V2の出力変動が第2閾値dV1以上になることから、設定器20によって導通角が変更されたと判断する。このとき、第1制御回路9は、時定数が相対的に小さい平滑回路8aの出力電圧V4の重み係数を大きくするように重み付けを行い、式(1)で求めた指令値V6に基づいて第2コンバータ回路51a,51bの出力を制御する。これにより、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値が、電圧信号V1の導通角が30度の場合に出力すべき出力電力の合計値に短時間で収束する。よって、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値が、第1コンバータ回路4の最大出力より小さくなり、第1コンバータ回路4の出力電圧V2は、図15に実線で示すように、一時的に減少するものの、その後は回復して一定電圧となる。
これにより、ユーザが設定器20を操作して、出力光の光量及び光色を低下させた場合でも、第1コンバータ回路4の出力電力が足りた状態になるから、出力光のちらつきを低減することができる。
上述のように、図14に回路構成を示した点灯装置1では、第1制御回路9(制御部)は、複数の平滑回路8a,8b(第2信号発生部)の出力の差と第1閾値との大小を比較した結果、及び、交流直流変換部2の出力変動と第2閾値との大小を比較した結果に基づいて、複数の平滑回路8a,8bの出力に対して重み付けを行う。具体的には、複数の平滑回路8a,8b(第2信号発生部)の出力の差が第1閾値以上になるという条件、及び、交流直流変換部2の出力変動が第2閾値以上になるという条件のうち、少なくとも何れか一方の条件が成立すると、第1制御回路9は設定器20によって導通角が変化させられたと判断し、複数の平滑回路8a,8bの出力に対して重み付けを行う。
ここで、第1コンバータ回路4の出力電圧V2が低下したことは、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値が、第1コンバータ回路4が出力可能な最大電力を上回る状態が発生したことを示し、電圧信号V1の導通角が減少したことを示している。この場合、第1制御回路9は、時定数の小さい平滑回路8aの重み付けを大きくすることで、第2コンバータ回路51a,51bの出力を、電圧信号V1の導通角に対応した大きさに短時間で収束させることができる。したがって、第2コンバータ回路51a,51bの出力電力の合計値が、第1コンバータ回路4が出力可能な最大電力以下に抑制され、第1コンバータ回路4の出力電圧V2が所定電圧値に維持される。
一方、第1コンバータ回路4の出力電圧V2にほとんど変化がないのに、平滑回路8a,8bの出力電圧V4,V5の差が第1閾値以上になるということは、時定数の小さい平滑回路8aの出力電圧V4がノイズなどによって変動したと考えられる。この場合、第1制御回路9は、時定数の大きい平滑回路8bの重み付けを大きくすることで、ユーザの意図と異なって光出力が変動するのを抑制できる。
なお、本実施形態で説明した点灯装置1は複数(例えば2個)の光源モジュール6a,6bを備え、複数の光源モジュール6a,6bの各々は、他の光源モジュールと色温度が異なる固体発光素子(発光ダイオード61,62)を備えている。色温度が異なる光源モジュール6a,6bの光出力を変化させることで、調光と調色の両方を行うことができる。
なお、発光ダイオード61および発光ダイオード62は、それぞれLEDチップが発する光をそのまま利用するものであってもよいし、波長変換部材により、LEDチップの光の一部を波長変換して、LEDチップが発する光と波長変換部材が発する光とを混色した光を利用するものであってもよい。この場合、発光ダイオード61および発光ダイオード62に同じLEDチップを用いても、異なる波長変換部材を用いることで、発光ダイオード61および発光ダイオード62が互いに異なる色温度の光を発することができる。
また、本実施形態の点灯装置1において、複数の光源モジュール6a,6bの各々が、他の光源モジュールと固体発光素子の順方向電圧の合計値が異なるようにしてもよい。順方向電圧が異なる光源モジュール6a,6bの光出力を変化させることで、調光制御を行うことができる。
なお、本実施形態で例示した光源モジュール6a,6bの色温度や、出力光の調光・調色カーブは一例であって、光源モジュール6a,6bの色温度や、出力光の調光・調色カーブは本実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。また、設定器20から出力される設定信号の導通角に対して、第1コンバータ回路4から供給可能な電力の特性カーブ(図12参照)も一例であり、また簡略化して図示しており、図12の特性に限定されない。また光源モジュール6a,6bは固体発光素子として発光ダイオードを備えているが、固体発光素子として発光ダイオード以外の素子、例えば電界発光素子(Electroluminescence)などの素子を備えていてもよい。
次に、本実施形態の点灯装置1を用いた照明器具30の一例について図16を参照して説明する。
本実施形態の照明器具30は、例えば、天井材40に埋め込み配置される。
照明器具30は、複数の光源モジュール6a,6bを収納する第1ケース31と、点灯装置1の構成部品を収納する第2ケース32を備える。
第1ケース31は、例えば鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属で、下面が開口した円筒状に形成されている。第1ケース31の下端部には、径方向における外向きに突出する外鍔33が一体に設けられている。第1ケース31の底壁(図16における上側壁)の内面には、光源モジュール6a,6bが実装された実装基板34が、光源モジュール6a,6bを開口側に向けた状態で取り付けられている。第1ケース31の開口部分は光拡散板35で塞がれており、光源モジュール6a,6bから照射された光は光拡散板35を透過して、外部に照射される。光拡散板35は光を拡散させる機能を有しており、光源モジュール6a,6bから照射された光は光拡散板35によって拡散され、所望の照明領域に照射される。
第1ケース31は、天井材40に形成された取付用の孔41に下側から挿入され、外鍔33の上面を孔41の周縁部に接触させた状態で、天井材40に固定される。
第2ケース32は、例えば鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属で、箱状に形成されており、天井材40の上側に載置されている。第2ケース32の下部の両端にはスタンド36が取り付けられており、スタンド36を介して天井材40の上面に第2ケース32が載置された状態では、第2ケース32の下面と天井材40の上面との間に隙間が設けられている。
第1ケース31からは、光源モジュール6a,6bに電気的に接続された電線37が引き出され、電線37の先端にはコネクタ37aが接続されている。また、第2ケース32からは、第2コンバータ回路51a,51bの出力端に電気的に接続された電線38が引き出され、電線38の先端にはコネクタ38aが接続されている。コネクタ37aとコネクタ38aとが接続されると、第2コンバータ回路51aと光源モジュール6aの間が電気的に接続され、第2コンバータ回路51bと光源モジュール6bの間が電気的に接続される。
本実施形態の照明器具30は、上述した点灯装置1を備えており、意図しない出力光の変動を抑制したり、出力光の応答性を改善した照明器具を実現できる。
また本実施形態の照明システムは、上述した点灯装置1と、交流電源100から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を点灯装置1に出力する設定器20とを備える。照明システムは、上述した点灯装置1を備えているので、意図しない出力光の変動を抑制したり、出力光の応答性を改善した照明システムを実現できる。
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されない。
1 点灯装置
2 交流直流変換部
3 整流回路
4 第1コンバータ回路
6a,6b 光源モジュール
7 PWM信号発生回路(PWM信号発生部)
8a,8b,8c 平滑回路(平滑部)
9 第1制御回路(制御部)
30 照明器具
51a,51b 第2コンバータ回路(電圧変換部)
20 設定器
100 交流電源

Claims (17)

  1. 交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する交流直流変換部と、
    前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する電圧変換部と、
    前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生するPWM信号発生部と、
    前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する制御部と、
    複数の平滑部とを備え、
    前記複数の平滑部は時定数が互いに異なる値に設定され、
    前記複数の平滑部の各々は、前記PWM信号を平滑することによって前記PWM信号のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧を発生し、
    前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記電圧変換部の出力電力の出力曲線が極大となるか、又は、変曲点を有するように、前記電圧変換部の出力電力を制御し、
    前記制御部は、前記複数の平滑部の出力に対して重み付けを行い、重み付けを行った前記複数の平滑部の出力から決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする点灯装置。
  2. 交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する交流直流変換部と、
    前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する電圧変換部と、
    前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生するPWM信号発生部と、
    前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する制御部と、
    複数の平滑部とを備え、
    複数の前記光源モジュールは互いに発光色が異なり、複数の前記光源モジュールは、色温度が相対的に低い第1光源モジュールと、色温度が相対的に高い第2光源モジュールとを含み、
    前記複数の平滑部は時定数が互いに異なる値に設定され、
    前記複数の平滑部の各々は、前記PWM信号を平滑することによって前記PWM信号のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧を発生し、
    前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記導通角が増加するにつれて前記第2光源モジュールに流れる電流が漸増し、且つ、前記第1光源モジュールに流れる電流の出力曲線が極大となるように、前記電圧変換部の出力を制御し、
    前記制御部は、前記複数の平滑部の出力に対して重み付けを行い、重み付けを行った前記複数の平滑部の出力から決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする点灯装置。
  3. 交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する交流直流変換部と、
    前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する電圧変換部と、
    前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生するPWM信号発生部と、
    前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記電圧変換部の出力電力の出力曲線が変曲点を有するように、前記電圧変換部の出力電力を制御し、
    前記制御部は、前記出力曲線が極大となる導通角において、前記光源モジュールによる出力光の光色が電球色となるように、前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とすることを特徴とする点灯装置。
  4. 交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を出力する外部の設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号を整流、平滑して所定電圧値の直流電圧に変換する交流直流変換部と、
    前記交流直流変換部から出力される直流電圧の電圧レベルを変換して、固体発光素子をそれぞれ有する複数の光源モジュールに出力する電圧変換部と、
    前記設定器から前記設定信号が入力され、前記設定信号の導通角の大きさに対応したデューティ比のPWM信号を発生するPWM信号発生部と、
    前記PWM信号のデューティ比に応じて決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御する制御部とを備え、
    複数の前記光源モジュールは互いに発光色が異なり、複数の前記光源モジュールは、色温度が相対的に低い第1光源モジュールと、色温度が相対的に高い第2光源モジュールとを含み、
    前記制御部は、前記導通角の調整範囲内で、前記導通角が増加するにつれて前記第2光源モジュールに流れる電流が漸増し、且つ、前記第1光源モジュールに流れる電流の出力曲線が極大となるように、前記電圧変換部の出力を制御し、
    前記制御部は、前記出力曲線が極大となる導通角において、前記光源モジュールによる出力光の光色が電球色となるように、前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とすることを特徴とする点灯装置。
  5. 前記PWM信号を平滑することによって前記PWM信号のデューティ比に応じた電圧値の直流電圧を発生する平滑部を備え、
    前記制御部は、前記平滑部の出力に基づいて前記指令値を決定するように構成されたことを特徴とする請求項3又は4に記載の点灯装置。
  6. 時定数が互いに異なる値にそれぞれ設定された複数の前記平滑部を備え、
    前記制御部は、複数の前記平滑部の出力に対して重み付けを行い、重み付けを行った複数の前記平滑部の出力から決定した指令値に基づいて前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする請求項5記載の点灯装置。
  7. 前記制御部は、前記設定器が前記導通角を変化させていない状態では、時定数が相対的に大きい前記平滑部の出力の重み付けを、時定数が相対的に小さい前記平滑部の出力の重み付けに比べて大きくするように構成され、
    前記制御部は、前記設定器が前記導通角を変化させた状態では、時定数が相対的に小さい前記平滑部の出力の重み付けを、時定数が相対的に大きい前記平滑部の出力の重み付けに比べて大きくするように構成されたことを特徴とする請求項1、2及び6の何れか1項に記載の点灯装置。
  8. 前記制御部は、複数の前記平滑部の出力の差と第1閾値との大小の比較結果、及び、前記交流直流変換部の出力変動と第2閾値との大小の比較結果のうち少なくとも何れか一方の比較結果に基づいて、複数の前記平滑部の出力に対して重み付けを行うように構成されたことを特徴とする請求項1、2、6及び7の何れか1項に記載の点灯装置。
  9. 前記制御部は、複数の前記光源モジュールによる出力光の光量が最小となる導通角で前記出力光の色温度を電球色以下の第1色温度とし、且つ、前記出力光の光量が最大となる前記導通角で前記出力光の色温度を昼白色以上の第2色温度とし、前記導通角に応じて前記第1色温度と前記第2色温度の間で出力光の色温度を変化させるように、前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の点灯装置。
  10. 請求項1乃至9の何れか1項に記載の点灯装置と、前記点灯装置によって点灯される前記光源モジュールを含む照明負荷とを備えたことを特徴とする照明装置。
  11. 複数の前記光源モジュールの各々は、他の前記光源モジュールと、前記固体発光素子の順方向電圧の合計値が異なることを特徴とする請求項10記載の照明装置。
  12. 複数の前記光源モジュールの各々は、他の前記光源モジュールと色温度が異なる前記固体発光素子を備えることを特徴とする請求項10記載の照明装置。
  13. 請求項10乃至12の何れか1項に記載の照明装置と、前記照明負荷が取り付けられる器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。
  14. 請求項13記載の照明器具と、
    操作部を有し、前記操作部の操作に応じて交流電源から入力される交流電圧の導通角を調整することによって生成した設定信号を前記照明器具に出力する前記設定器とを備えたことを特徴とする照明システム。
  15. 前記操作部は前記設定器の本体に回転自在に設けられ、
    前記操作部には操作位置を示す印が設けられ、
    前記本体が壁に取り付けられた状態で、前記印が上側になる位置に前記操作部を回転させた状態で、前記出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように前記制御部が前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする請求項14記載の照明システム。
  16. 前記操作部は前記設定器の本体にスライド移動自在に設けられ、
    前記操作部には操作位置を示す印が設けられ、
    前記印が前記操作部の調整範囲における中央位置になるように前記操作部が操作された状態で、前記出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように前記制御部が前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする請求項14記載の照明システム。
  17. 前記操作部は、前記設定器の本体に設けられたアップ操作用の第1ボタンとダウン操作用の第2ボタンを含み、
    導通角の設定値をレベル表示する表示部を備え、
    前記表示部の表示位置が表示範囲における中央位置になるように前記操作部を操作した状態で、前記出力曲線が極大となるか又は変曲点を有するように前記制御部が前記電圧変換部の出力を制御することを特徴とする請求項14記載の照明システム。
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