JP6432385B2 - 点灯装置、照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、点灯装置と、点灯装置により点灯負荷を点灯させる照明器具に関する。

特許文献１には、ＤＣ電源を点灯負荷が必要とする所定の出力へ変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該所定の出力を検出する検出回路と、検出回路の検出結果によりＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部とから構成される点灯装置が開示されている。この点灯装置の制御部は、所定時間内の出力変化量が閾値以上となった場合に、出力を低減させる。これにより点灯装置の安全動作を確保する。

特開２０１１−１００６６６号公報

点灯装置の電圧又は電流をモニターするために設けられる検出回路が正常に動作することを確保した上で、点灯装置を動作させることが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示の技術では、検出回路が故障した場合でも点灯装置の動作を継続するので安全動作を確保できない。

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、検出回路の故障時に速やかに保護動作を行うことができる点灯装置及び照明器具を提供することを目的とする。

本願の発明に係る点灯装置は、スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、該昇圧チョッパ回路の出力電圧に比例する昇圧検出値を検出する昇圧検出回路と、該昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するように該スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、該制御装置は、該スイッチング素子のオン時間を変化させたときの該昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、該スイッチング素子をオフにすることを特徴とする。

本願の発明に係る他の点灯装置は、スイッチング素子を有するコンバータ回路と、該コンバータ回路の出力電流に比例するコンバータ検出値を検出するコンバータ検出回路と、該コンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するように該スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、該制御装置は、該スイッチング素子のオン時間を変化させたときの該コンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、該スイッチング素子をオフにすることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング素子のオン時間と検出回路で検出した値に基づいて保護動作を行うので、検出回路の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。

実施の形態１に係る照明器具の回路図である。 スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。 スイッチング素子のオン時間を狭めたときのタイムチャートである。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。 スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。

本発明の実施の形態に係る点灯装置と照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る照明器具１００の回路図である。照明器具１００は、点灯装置１、複数のＬＥＤを備えるＬＥＤモジュール２、調光器３、及び調光信号インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路４を備えている。点灯装置１は、昇圧チョッパ回路１０、バックコンバータで構成されたコンバータ回路１２、及び制御装置１４を備えている。

昇圧チョッパ回路１０は力率改善回路である。昇圧チョッパ回路１０は、交流電源２０に接続された整流回路２２、コンデンサ２４、抵抗２６，２８が直列接続した検出回路、インダクタ３０、スイッチング素子Ｑ１、ダイオード３２、コンデンサ３４、及び抵抗３６、３８が直列接続した昇圧検出回路３９を備えている。

コンデンサ２４は整流回路２２の出力端子に並列接続する。抵抗２６，２８が直列接続した分圧回路は、コンデンサ２４に並列接続される。コンデンサ２４の両端電圧が抵抗２６，２８を用いて分圧され、分圧電圧が制御装置１４に入力される。

インダクタ３０は、一端が整流回路２２の高電位側に接続される。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、第１端子（ドレイン）、第２端子（ソース）および第１、２端子間をスイッチングするための制御端子（ゲート）を備える。第１端子がインダクタ３０の他端に接続される。

ダイオード３２のアノードがスイッチング素子Ｑ１の第１端子とインダクタ３０の他端との接続点に接続される。コンデンサ３４は、ダイオード３２のカソードに正極が接続され、整流回路２２の低電位側に負極が接続される電解コンデンサである。昇圧検出回路３９は、コンデンサ３４に並列接続される。コンデンサ３４の両端電圧が抵抗３６、３８を用いて分圧され制御装置１４に入力される。すなわち、昇圧チョッパ回路１０の出力端に設けられた昇圧検出回路３９で検出された電圧が制御装置１４に入力される。なお、昇圧検出回路３９は、昇圧チョッパ回路１０の出力電圧に比例した値（昇圧検出値という）を検出するものであれば、別の構成としてもよい。以後、昇圧検出回路３９で検出した値を昇圧検出値という。

制御装置１４は昇圧検出値に基づいて、昇圧チョッパ回路１０の出力電圧（昇圧検出値）が一定になるように昇圧チョッパ回路１０のスイッチング素子Ｑ１をオンオフする。

コンバータ回路１２は、スイッチング素子Ｑ２、ダイオード４０、インダクタ（チョークコイル）４２、コンデンサ４４、及び抵抗で構成されたコンバータ検出回路４６を備えている。スイッチング素子Ｑ２とダイオード４０からなる直列回路が、昇圧チョッパ回路１０のコンデンサ３４と並列に接続されている。

スイッチング素子Ｑ２は、例えば、第１端子（ドレイン）、第２端子（ソース）および第１、第２端子間をスイッチングするための制御端子（ゲート）を備えるＭＯＳＦＥＴである。第１端子がコンデンサ３４の一端（正極）と接続し、第２端子がダイオード４０のカソードに接続される。インダクタ４２、コンデンサ４４、およびコンバータ検出回路４６がこの順に接続して直列回路を形成している。この直列回路はダイオード４０に並列接続している。

コンバータ検出回路４６は、コンバータ回路１２に設けられており、ＬＥＤモジュール２に流れるＬＥＤ電流を検出する。コンバータ検出回路４６は、コンバータ回路１２の出力電流に比例する値（コンバータ検出値という）を検出するものであれば別の構成としてもよい。以後、コンバータ検出回路４６で検出した値をコンバータ検出値という。

コンバータ検出回路４６で検出された電流は制御装置１４に入力される。そして、制御装置１４はこの電流値に基づいて、ＬＥＤモジュール２に流れる電流が一定になるようにスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。

制御装置１４としては、デジタル電源用制御装置として提供されている公知の各種マイコンを使用することができる。ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の演算装置で制御装置１４を構成することもできる。

本発明の実施の形態１に係る制御装置１４は、内部バスを介して互いに接続された制御回路５０、５２、記憶部５４、処理回路５６、及びＡ／Ｄ変換回路５８を備えている。制御回路５０、５２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をスイッチングするＰＷＭ信号を出力する。記憶部５４は、例えば不揮発性メモリなどからなり、処理回路５６で実行すべき演算プログラムおよび演算に用いられる各種データなどを記憶している。なお、適宜、外部から記憶部５４に対してデータの書き込みおよび読み出しが行われる。

処理回路５６は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング制御におけるオン時間などを算出する。制御装置１４には、抵抗３６，３８で分圧された昇圧検出値、抵抗２６、２８で分圧された交流電源２０を整流した電圧に応じた検出値、及びコンバータ検出回路４６で検知したコンバータ検出値が入力される。これらの入力は、Ａ／Ｄ変換回路５８でデジタル値に変換された後、処理回路５６による演算処理に用いられる。

制御装置１４は、昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するようにスイッチング素子Ｑ１のオン時間を調整する。つまり定電圧制御を行っている。また、制御装置１４に対し、調光器３から調光信号Ｉ／Ｆ回路４を介して調光指令値が入力される。制御装置１４は、ＬＥＤ電流がこの調光指令値に基づいて決定される目標電流と一致するように、コンバータ検出値に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン時間を調整する。つまり、定電流制御を行っている。

ところで、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は時間変化しており、そのオン時間に応じて昇圧検出値も変化する。しかし、抵抗３６がオープン故障したり抵抗３８が短絡故障したりして昇圧検出回路３９が機能しない場合は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させても、昇圧検出値は変化しない。この場合、制御装置１４によるスイッチング素子Ｑ１の定電圧制御ができなくなってしまう。

そこで、本発明の実施の形態１の制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を広げた場合に、昇圧検出値が変化しないとき、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。また、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を狭めた場合に、昇圧検出値が変化しないとき、スイッチング素子Ｑ１をオフする。このような保護動作について図２、３を参照して説明する。

図２は、点灯装置１の動作を示すタイムチャートである。一番上の波形Ｑ１がスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御する信号波形を示し、中段の波形Ｖ_{１０ＯＵＴ}が昇圧チョッパ回路１０の出力電圧波形を示し、下段の波形Ｖ_３８が昇圧検出回路３９で検出された昇圧検出値の波形を示す。

スイッチング素子Ｑ１のオン時間を広げていくと、昇圧チョッパ回路１０の出力電圧Ｖ_{１０ＯＵＴ}は次第に高くなっていく。しかし、昇圧検出回路３９が故障している場合、昇圧検出値Ｖ_３８は変化しない。このとき、制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。

図３は、点灯装置１の別の動作を示すタイムチャートである。スイッチング素子Ｑ１のオン時間を狭めていくと、昇圧チョッパ回路１０の出力電圧Ｖ_{１０ＯＵＴ}は次第に低くなっていく。しかし、昇圧検出回路３９が故障している場合、昇圧検出値Ｖ_３８は変化しない。このとき、制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。

図４は、制御装置１４が行う保護動作を示すフローチャートである。まず、制御装置１４が昇圧検出回路３９から昇圧検出値を取得する（Ｓ１）。次いで、制御装置１４は、調光指令に基づき決定された目標値と、昇圧検出値が一致するか判定する（Ｓ２）。両者が一致する場合は保護動作の必要がないので、Ｓ１に戻る。他方、目標値と昇圧検出値が一致しない場合にはスイッチング素子Ｑ１のオン時間を調整する。具体的には、昇圧検出値が目標値より小さければスイッチング素子Ｑ１のオン時間を広げ、昇圧検出値が目標値より大きければスイッチング素子Ｑ１のオン時間を狭める（Ｓ３）。

次いで、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させたことに伴い昇圧検出値も変化したか判定する（Ｓ４）。昇圧検出値が変化していれば保護動作の必要がないのでＳ１に戻る。他方、昇圧検出値が変化していない場合は、保護動作を実行する（Ｓ５）。具体的にはスイッチング素子Ｑ１をオフする。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を両方オフにしてもよい。

このように、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させた際に昇圧検出値が変化しない場合にスイッチング素子Ｑ１をオフにすることで、昇圧検出回路３９の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る点灯装置１と照明器具１００については、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。幾つかの変形例について説明する。

点灯装置の回路構成によってはスイッチング素子Ｑ１のオン時間を変動させてから所定時間経過後に昇圧検出値が変化する場合がある。そのため、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても昇圧検出値が目標値と一致しないとき、制御装置１４がスイッチング素子Ｑ１をオフすることが好ましい。記憶部５４に「予め定められた時間」を記憶させておき、そのデータを読み込み使用する。なお、この「予め定められた時間」は、実際の回路構成により異なる。

図５は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させた後、予め定められた時間（所定時間）経過後に昇圧検出値と目標値が一致するか判断することを示すタイムチャートである。スイッチング素子Ｑ１のオン時間を広げた後、所定時間経過後の時刻ｔ１において昇圧検出値Ｖ_３８が変化していないことが示されている。この場合、昇圧検出値と目標値が一致しないこととなるので、スイッチング素子Ｑ１をオフする。なお、この例では、所定時間として、スイッチング素子Ｑ１の制御信号の周期を採用している。

別の変形例について説明する。昇圧検出回路３９の抵抗３６、３８がオープン故障した場合は、昇圧検出値は不定値となる。このような故障に速やかに対応するために、スイッチング素子Ｑ１のオン時間の変化量に対する昇圧検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、制御装置１４がスイッチング素子Ｑ１をオフするようにすることが好ましい。

例えば、スイッチング素子Ｑ１のオン時間が広がる（増える）場合、その増加量に対する昇圧検出値の変化量が決まる。そのため、「スイッチング素子Ｑ１のオン時間の変化量」と、予め定められた「昇圧検出値の変化量」とを対応付けて記憶部５４に保存しておくことで、「スイッチング素子のオン時間の変化量」から予め定められた「昇圧検出値の変化量」を求めることができる。

そして、「スイッチング素子Ｑ１のオン時間の変化量」に対する昇圧検出値の変化量が、予め定められた「昇圧検出値の変化量」と一致しない場合は、何らかの理由により昇圧検出回路３９が故障していると考えられるので、スイッチング素子Ｑ１をオフする。

図６は、昇圧検出値の変化量を示すタイムチャートである。スイッチング素子Ｑ１のオン時間の変化量に対して「予め定められた昇圧検出値の変化量」はΔＶ３８で示されている。

点灯装置１から電力供給を受ける点灯負荷としてＬＥＤモジュール２を示したが、別の点灯負荷を設けてもよい。実施の形態１の制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を変化させたときの昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、スイッチング素子Ｑ１をオフにするものである。この特徴を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

これらの変形は以下の実施の形態に係る点灯装置及び照明器具に応用できる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置及び照明器具は実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る照明器具の回路構成は、実施の形態１(図１)と同じである。実施の形態２の点灯装置１は、コンバータ検出回路４６の故障時に保護動作を実行するものである。保護動作の要否の判定方法と保護動作の内容は、実施の形態１と類似であるので要点のみ説明する。

制御装置１４は、コンバータ検出回路４６で検出されたコンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するようにスイッチング素子Ｑ２のオン時間を調整する。制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ２のオン時間を広げた場合又は狭めた場合に、コンバータ検出値が変化しないとき、スイッチング素子Ｑ２をオフにする。

スイッチング素子Ｑ２のオン時間を広げたり狭めたりしたにもかかわらずコンバータ検出値が変化しない場合、コンバータ検出回路４６が故障している。実施の形態２に係る点灯装置１によれば、コンバータ検出回路４６の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。

点灯装置の回路構成によってはスイッチング素子Ｑ２のオン時間を変動させてから所定時間経過後にコンバータ検出値が変化する場合がある。そのような場合に対応するために、スイッチング素子Ｑ２のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過してもコンバータ検出値が目標値と一致しないとき、制御装置１４がスイッチング素子Ｑ２をオフすることが好ましい。

コンバータ検出回路４６の抵抗がオープン故障した場合は、コンバータ検出値は不定値となる。このような故障に速やかに対応するために、スイッチング素子Ｑ２のオン時間の変化量に対するコンバータ検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、制御装置１４でスイッチング素子Ｑ２をオフすることが好ましい。「スイッチング素子Ｑ２のオン時間の変化量に対する（予め定められた）コンバータ検出値の変化量」は記憶部５４に記憶させておく。

図２、３、５、６におけるＱ１をＱ２に置き換え、Ｖ_{１０ＯＵＴ}をＩ_{１２ＯＵＴ}（ＬＥＤ電流）に置き換え、Ｖ_３８をＩ_４６（コンバータ検出値）に置き換えることで、実施の形態２の点灯装置の動作を示す図が得られる。

実施の形態２の制御装置１４は、スイッチング素子Ｑ２のオン時間を変化させたときのコンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、スイッチング素子Ｑ２をオフにするものである。この特徴を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。実施の形態２に係る点灯装置と照明器具は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

実施の形態１、２で説明した各処理は、典型的には、制御装置１４の記憶部５４に記憶されたプログラムを、ＣＰＵ、システムＬＳＩ等で構成された処理回路５６で実行することにより実現される。また、複数の処理回路が連携して上記各処理を実行してもよい。なお、実施の形態１，２の特徴を適宜に組み合わせて用いてもよい。

１ 点灯装置、 ２ ＬＥＤモジュール、 １０ 昇圧チョッパ回路、 １２ コンバータ回路、 １４ 制御装置、 ４０ 昇圧検出回路、 ４６ コンバータ検出回路

Claims (11)

1. スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、
   前記昇圧チョッパ回路の出力電圧に比例する昇圧検出値を検出する昇圧検出回路と、
   前記昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するように前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させたときの前記昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする点灯装置。
2. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を広げた場合に、前記昇圧検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を狭めた場合に、前記昇圧検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても前記昇圧検出値が前記目標値と一致しないとき、前記スイッチング素子をオフ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. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間の変化量に対する前記昇圧検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、前記スイッチング素子をオフ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. スイッチング素子を有するコンバータ回路と、
   前記コンバータ回路の出力電流に比例するコンバータ検出値を検出するコンバータ検出回路と、
   前記コンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するように前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させたときの前記コンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする点灯装置。
7. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を広げた場合に、前記コンバータ検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする請求項６に記載の点灯装置。
8. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を狭めた場合に、前記コンバータ検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項６又は７に記載の点灯装置。
9. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても前記コンバータ検出値が前記目標値と一致しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の点灯装置。
10. 前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間の変化量に対する前記コンバータ検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の点灯装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の点灯装置と、
    前記点灯装置から電力供給を受ける点灯負荷と、を備えたことを特徴とする照明器具。

Images