JP6777449B2 - Ｌｅｄストロボ発光用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面検査等に用いられるＬＥＤストロボ発光用の電源装置等に関するものである。

ＬＥＤは、短時間で、かつ相当の休止期間を空ければ（例えば１０ｍｓ以下でデューティ比１／１０以下であれば）、定格の数倍の電流を流して高輝度発光させることができる。特許文献１に示すようなストロボ発光装置にＬＥＤを用いる場合は、この特性を利用するので、これに電流を供給する電源装置には、ストロボ発光時に瞬間的に大電流を供給できる機能が要求される。

しかして、これをすべて、当該電源装置に内蔵されたＤＣ−ＤＣコンバータなどの連続電流源から供給することは難しいので、この種の電源装置においては、内部に大容量コンデンサなどを設け、ＬＥＤが消灯している休止期間に、前記コンデンサに連続電流源から電荷をチャージし、発光時に該コンデンサからＬＥＤに大電流を放出するようにしてある。

具体的に説明すると、例えばストロボ発光定格（オーバドライブ定格）が、４８Ｖ、１０ＡのＬＥＤをデューティ比１／１０でストロボ発光させる場合、電源装置には、効率を無視すれば、理論上、４８Ｖを出力でき、連続で供給できる電流が１Ａのもの、すなわち、４８Ｗを出力できるものが用いられる（実際には、効率１００％はあり得ないのでもう少し容量の大きいものとはなる。）。

そして、休止期間には、連続電流源からコンデンサに１Ａの電流がチャージされ、発光時には、連続電流源からの１Ａに加えて、チャージされたコンデンサからの９Ａが放出され、あわせて１０ＡがＬＥＤストロボ発光装置に供給されることになる。なお、このときのコンデンサの電流波形と電荷量の変化を、図３（容量大）に示す。

上述した電源装置は、当然のことながら定格電力のより低いＬＥＤストロボ発光装置にも用いることができる。

ところが、例えば、ユーザが、容量の小さい（電力の小さい）ＬＥＤストロボ発光装置（例えば、ストロボ発光が、４８Ｖ、５Ａで行われ、これをデューティ比１／１０で動作させている装置）を使用しており、これに前記電源装置を使用しようとした場合に、以下のような不具合が生じ得る。

前記ＬＥＤストロボ発光装置で必要な平均電流は０．５Ａで、そのためにユーザの有する外部電源設備が、それに合わせて０．５Ａ又はそれよりも若干大きい電流を供給できる程度だったとする。

従来の電源装置は、コンデンサへのチャージ電流はコントロールすることはできないので、休止期間に電源装置内で前記１Ａをコンデンサにチャージしようとする。このときのコンデンサの電流波形と電荷量の変化を、図３（容量小）に示す。

しかしながら、その１Ａの電流を外部電源装置は供給することはできないので、その結果、外部電源装置の電圧がダウンしたり、エラーによって当該電源装置の動作が停止したりする恐れが生じる。
すなわち、ＬＥＤストロボ発光装置の消費電力を十分カバーできるだけの容量の外部電源設備にもかかわらず、その間に介在する電源装置によって、動作に支障が生じるといった不具合が生じ得るのである。

特開2013-156305

本発明はかかる不具合に鑑みてなされたものであって、外部から不必要に過大な電流を必要とすることがなく、接続されるＬＥＤの容量に応じた電流で動作するＬＥＤストロボ発光用電源装置を提供すべく図ったものである。

すなわち、本発明に係るＬＥＤストロボ発光用電源装置は、接続されたＬＥＤに、少なくとも所定の休止期間を空けて電流を供給し、該ＬＥＤをストロボ発光させるものであって、連続電流源と、該連続電流源に接続されるとともにＬＥＤに接続されて、ＬＥＤのストロボ発光時には該ＬＥＤに電流を供給し、前記休止期間には前記連続電流源から電荷をチャージされる蓄電素子と、前記休止期間における蓄電素子へのチャージ電流を可変に制御する電流制御部とを具備することを特徴とする。

より具体的には、前記電流制御部が、前記ストロボ発光でディスチャージされた蓄電素子の電荷量に基づいて、該蓄電素子へのチャージ電流を定めるものであり、最も好ましくは、前記電流制御部が、前記ストロボ発光でディスチャージされた蓄電素子の電荷量を前記休止期間で除算した値をもって前記チャージ電流とするものを挙げることができる。

このようなものであれば、接続されるＬＥＤのストロボ発光時に流す電流が小さければ、それに応じて、休止期間における蓄電素子へのチャージ電流も小さくできる。
したがって、外部電源設備に不必要に過大な電流を要求とすることがなく、種々の容量のＬＥＤに無理なく適用することができる。

本発明の一実施形態における電源装置の模式図。 同実施形態における電源装置でストロボ発光を繰り返した時の、ストロボ発光期間と休止期間とにおけるコンデンサの電流波形と電荷量の時間変化を示すグラフ。 従来の電源装置でストロボ発光を繰り返した時の、ストロボ発光期間と休止期間とにおけるコンデンサの電流波形と電荷量の時間変化を示すグラフ。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態におけるＬＥＤ照明システム１００は、ワークの表面検査等に用いられるものであって、図１に示すように、ＬＥＤストロボ発光装置１（以下、単に発光装置１ともいう。）と、この発光装置１に電力を供給するＬＥＤストロボ発光用電源装置２（以下、単に電源装置２ともいう。）とを具備するものである。

前記発光装置１は、内部に直列乃至並列に配置したＬＥＤ１１を備えたものである。これらＬＥＤ１１には、オーバドライブによるストロボ発光可能なものが用いられている。なお、この発光装置１は、ＬＥＤ１１をストロボ発光の他に連続発光させることもできる。

電源装置２は、外部電源設備ＰＳ（例えば、工場内に設置されている直流電源設備、ＡＣ−ＤＣコンバータなど）から電力を供給され、これを直流に変換して前記発光装置１に供給する連続電流源３と、この連続電流源３に接続されて、ストロボ発光時には前記発光装置１に電流を付加供給する蓄電素子たるコンデンサ４と、ストロボ発光のタイミングをコントロールする制御回路５とを具備している。

連続電流源３は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり、その入力端子には、ユーザ側に設けられた外部電源設備ＰＳが接続され、その出力端子は、電気ケーブルを介して、前記発光装置１に設けられたＬＥＤ１１のアノードに接続される。
この連続電流源３として、ここでは、電圧・電流を可変に調整できるＣＶＣＣタイプのものが用いられているが、電圧・電流を可変に調整するための調整回路をＤＣ／ＤＣコンバータとは別に設けてもよい。

コンデンサ４は、フィルムコンデンサやアルミ電解コンデンサなどの大容量のものである。そして、このコンデンサ４は、前述したように、その一端が前記連続電流源３の出力端子に、その他端がグラウンドに接続されており、連続電流源３から電荷をチャージされるとともに、チャージされた電荷をＬＥＤ１１に供給できるように構成されている。

制御回路５は、前記ＬＥＤ１１を所定の発光時間及び所定のデューティ比でストロボ発光させるものであり、この実施形態では、ＬＥＤ１１の電流ライン上に設けられたスイッチ素子５２と、情報処理装置５１とから構成されている。

スイッチ素子５２は、ここでは、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタなどを用いてもよい。

情報処理装置５１は、例えば、図示しないＣＰＵ、メモリ、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ、増幅器などを具備したアナログ、デジタル混在回路であり、メモリに記憶させた所定のプログラムにしたがってＣＰＵ及びその周辺機器が協働することにより、前記スイッチ素子５２に制御信号を発してこれをＯＮ／ＯＦＦさせ、ＬＥＤ１１の点滅タイミングをコントロールするＬＥＤ点灯制御部７や、前記連続電流源３に電流指令信号及び電圧指令信号を発し、その値に応じた出力電流及び出力電圧で該連続電流源３を動作させる電流制御部８等としての機能を発揮する。

次に、かかる構成の電源装置２の動作について説明する。
前提として、初期設定により、あるいは、その後のユーザからの入力や他機器からの通信による設定によって、前記連続電流源３の出力電圧及び出力電流と、ストロボ発光のデューティ比及び１回のストロボ発光時間とが定められていて、その値がメモリの所定領域に格納されている。

そこで、ユーザによる動作開始指令を受け付けると、前記情報処理装置５１は、ＬＥＤ１１を消灯した状態で連続電流源３を動作させ、コンデンサ４に電荷をフルチャージする。
次に、情報処理装置５１（ＬＥＤ点灯制御部７）は、スイッチ素子５２にＯＮの制御信号を発して、前記ＬＥＤ１１を１回だけ、テストでストロボ発光させる。

このテストストロボ発光時に、前記情報処理装置５１（電流制御部８）は、コンデンサ４からディスチャージされた電荷を算出する。
すなわち、該情報処理装置５１は、ストロボ発光時にＬＥＤに流れた電流を検出し、その時間積分を行うことにより、前記ディスチャージ電荷量を算出する。そして、そのディスチャージ量を、１回の休止期間、すなわち、１回のデューティサイクルの中でストロボ発光していない時間でチャージするための最低の電流を算出する。そのために、該情報処理装置５１は、算出したディスチャージ電荷量を前記休止期間で除算した値をもって前記最低チャージ電流とする。
最後に、このようにして算出した最低チャージ電流、又は、これに所定の安全係数をかけた（あるいは足した）それよりもやや大きい電流を、前記連続電流源３の出力電流として設定する。

なお、この実施形態では、ＬＥＤ１１に流れる電流を検出するために、電流検出回路６が設けられている。この電流検出回路６は、一端が前記スイッチ素子５２に、他端がグラウンドに接続された抵抗素子がその機能を担う。そして、該抵抗素子の一端が出力端となり、その電圧が、ＬＥＤ１１に流れる電流を示す電流指標値となる。情報処理装置５１は、この電流検出回路６の出力電圧を取得し、その値から電流を算出する。

このようにして、連続電流源３の出力電流が設定されると、その後は、通常のストロボ発光動作が営まれる。

しかして、このようなものであれば、図２に示すように、接続されるＬＥＤ１１へのストロボ発光時に流す電流が小さければ、それに応じて、休止期間におけるコンデンサ４へのチャージ電流も小さくなる。
したがって、外部電源設備ＰＳに不必要に過大な電流を要求とすることがなく、種々の容量のＬＥＤ１１に無理なくこの電源装置２を適用することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、ディスチャージ量は、例えばコンデンサの出力端電圧から算出してもよい。具体的には、コンデンサの容量と前記出力端電圧を掛けた値をストロボ発光時間で積分すれば、ディスチャージ量を算出することができる。

また、例えば、予めＬＥＤストロボ発光装置の種類とそれに必要な休止期間における最低チャージ電流とを、メモリにテーブルを設けて対で記憶させておき、接続されたＬＥＤストロボ発光装置の種類を、ユーザによる入力やあるいは自動識別によってこれを認識し、前記電流制御部が前記テーブルを参照して最低チャージ電流、すなわち連続電流源の動作電流を設定するようにしてもよい。

テストストロボ発光は、動作開始前に複数回行ってもよい。その場合は、これらテストストロボ発光で得られた平均チャージ電流や最大チャージ電流などを前記動作電流として設定すればよい。

テストストロボ発光は、設置時にのみ行ってもよいし、動作毎にその開始前に行って動作電流を都度更新するようにしてもよい。

ＬＥＤストロボ発光装置は、前記実施形態のようなワーク表面検査に用いるだけでなく、例えば、露光や分光計、その他一般照明に適用することもできる。

その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

２・・・ＬＥＤストロボ発光用電源装置
１１・・・ＬＥＤ
３・・・連続電流源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
４・・・蓄電素子（コンデンサ）
７・・・電流制御部

Claims (5)

1. 接続されたＬＥＤに、少なくとも所定の休止期間を空けて電流を供給し、該ＬＥＤを所定の発光時間及び所定のデューティ比で繰り返しストロボ発光させるものであって、
   連続電流源と、
   該連続電流源に接続されるとともにＬＥＤに接続されて、そのストロボ発光時には該ＬＥＤに電流を供給し、前記休止期間には前記連続電流源から電荷をチャージされる蓄電素子と、
   前記休止期間における蓄電素子へのチャージ電流を可変に制御する電流制御部とを具備し、
   前記電流制御部が、前記接続されるＬＥＤにストロボ発光時に流れる電流の大きさと、前記休止期間の長さとに応じて前記蓄電素子へのチャージ電流を設定することを特徴とするＬＥＤストロボ発光用電源装置。
2. 前記電流制御部は、前記ストロボ発光でディスチャージされた蓄電素子の電荷量に基づいて、該蓄電素子へのチャージ電流を定めるものである請求項１記載のＬＥＤストロボ発光用電源装置。
3. 前記電流制御部は、前記ストロボ発光でディスチャージされた蓄電素子の電荷量を前記休止期間で除算した値をもって前記チャージ電流とするものである請求項２記載のＬＥＤストロボ発光用電源装置。
4. 接続されたＬＥＤに、少なくとも所定の休止期間を空けて電流を供給し、該ＬＥＤを所定の発光時間及び所定のデューティ比で繰り返しストロボ発光させるものであって、連続電流源と、該連続電流源に接続されるとともにＬＥＤに接続されて、ＬＥＤのストロボ発光時には該ＬＥＤに電流を供給し、前記休止期間には前記連続電流源から電荷をチャージされる蓄電素子とを具備したＬＥＤストロボ発光用電源装置に対して、
   前記接続されるＬＥＤにストロボ発光時に流れる電流の大きさと、前記休止期間の長さとに応じて前記蓄電素子へのチャージ電流を設定する電流制御部としての機能を発揮させることを特徴とする電源装置用プログラム。
5. 接続されたＬＥＤに、少なくとも所定の休止期間を空けて電流を供給し、該ＬＥＤを所定の発光時間及び所定のデューティ比で繰り返しストロボ発光させるものであって、連続電流源と、該連続電流源に接続されるとともにＬＥＤに接続されて、ＬＥＤのストロボ発光時には該ＬＥＤに電流を供給し、前記休止期間には前記連続電流源から電荷をチャージされる蓄電素子とを具備したＬＥＤストロボ発光用電源装置を用いたストロボ発光方法であって、
   前記接続されるＬＥＤにストロボ発光時に流れる電流の大きさと、前記休止期間の長さとに応じて前記蓄電素子へのチャージ電流を設定することを特徴とするストロボ発光方法。