JP7041841B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、点灯装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源を有するランプに直流電流を供給してランプを点灯させる点灯装置がある。こうした点灯装置において、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御などを行い、ランプへの直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、ランプから照射される光の調光を行う調光回路を設けることが行われている（例えば、特許文献１）。

また、点灯装置では、定電流回路を設け、ランプに供給する直流電流が一定になるように制御することにより、ランプから照射される光の明るさが一定になるようにすることも行われている。

しかしながら、定電流回路に調光回路を接続し、ランプから照射される光の明るさが所定の調光度で一定になるように制御しようとした際に、ランプに流れる電流が振動する共振現象が、発生してしまう場合があった。こうした共振現象は、不本意な調光度や内部で使用する素子の故障を招いてしまう可能性がある。このため、点灯装置では、定電流回路に調光回路を接続した場合にも、共振現象の発生を抑制できるようにすることが望まれる。

特開２０１３－４４１３号公報

本発明の実施形態は、定電流回路に調光回路を接続した場合にも、共振現象の発生を抑制することができる点灯装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、容量成分を有するランプに直流電流を供給することにより、前記ランプを点灯させる点灯装置において、前記ランプと接続される出力部と、前記ランプに対して直列に接続されるインダクタを有し、前記直流電流の電流値が一定になるように制御する定電流回路と、前記ランプに対して並列に接続されるスイッチング素子を有し、外部から入力された調光信号に応じて前記スイッチング素子のオン・オフを切り替え、前記ランプへの前記直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、前記ランプから照射される光の調光制御を行う調光回路と、前記出力部と前記調光回路との間に設けられ、前記ランプの高圧側の端子から前記調光回路側への電流の逆流を抑制し、共振現象を抑制する逆流抑制素子と、を備えた点灯装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、定電流回路に調光回路を接続した場合にも、共振現象の発生を抑制することができる点灯装置を提供することができる。

実施形態に係る点灯装置を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る点灯装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、点灯装置１０は、出力部１２と、定電流回路１４と、調光回路１６と、逆流抑制素子１８と、を備える。

点灯装置１０は、例えば、交流電源２と電気的に接続される。点灯装置１０には、交流電源２から交流電力が供給される。交流電源２は、例えば、商用電源である。交流電源２は、例えば、自家発電機などでもよい。なお、点灯装置１０に供給される電力は、交流電力に限ることなく、直流電力などでもよい。また、本願明細書において、「電気的に接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して接続される場合も含むものとする。

点灯装置１０は、ランプ４と電気的に接続される。点灯装置１０は、交流電源２から供給される交流電力をランプ４に対応した直流電力に変換し、ランプ４に直流電流を供給する。これにより、点灯装置１０は、ランプ４を点灯させる。

ランプ４は、光源５を含む。ランプ４は、例えば、複数の光源５を含む。各光源５は、例えば、直列に接続される。各光源５は、例えば、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。光源５の数は、任意でよい。光源５の数は、例えば、１つでもよい。

光源５には、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が用いられる。光源５は、例えば、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic ElectroLuminescence）発光素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence）発光素子、または、その他の電界発光型の発光素子などでもよい。光源５は、例えば、電球などでもよい。以下では、光源５をＬＥＤとして説明を行う。

出力部１２は、ランプ４との電気的な接続に用いられる。出力部１２は、ランプ４の高圧側の端子４ａと接続される第１端子１２ａと、ランプ４の低圧側の端子４ｂと接続される第２端子１２ｂと、を有する。ランプ４の高圧側の端子４ａは、換言すれば、ＬＥＤである光源５のアノードである。ランプ４の低圧側の端子４ｂは、換言すれば、ＬＥＤである光源５のカソードである。ランプ４は、出力部１２を介して点灯装置１０に着脱可能に接続される。点灯装置１０は、これに限ることなく、配線などによってランプ４と直接的に接続してもよい。

点灯装置１０は、例えば、フィルタ回路２０、整流回路２２、力率改善回路２４、検出部２６、及び制御部２８などを、さらに備える。制御部２８は、点灯装置１０の各部を統括的に制御する。

フィルタ回路２０は、交流電源２と電気的に接続される。フィルタ回路２０は、例えば、交流電源２から供給される交流電力に含まれるノイズを抑制する。

整流回路２２は、フィルタ回路２０に電気的に接続される。整流回路２２は、フィルタ回路２０を介して入力された交流電圧を整流して整流電圧に変換する。整流回路２２には、例えば、４つの整流素子を組み合わせたダイオードブリッジが用いられる。すなわち、整流回路２２は、全波整流器である。整流電圧は、例えば、脈流電圧である。

整流回路２２は、一対の入力端子２２ａ、２２ｂと、高電位出力端子２２ｃと、低電位出力端子２２ｄと、を有する。入力端子２２ａ、２２ｂは、フィルタ回路２０と電気的に接続されている。整流回路２２は、入力端子２２ａ、２２ｂを介して入力される交流電圧を整流電圧に変換し、高電位出力端子２２ｃ及び低電位出力端子２６２から出力する。低電位出力端子２２ｄの電位は、基準電位（例えば接地電位）に設定される。高電位出力端子２２ｃの電位は、低電位出力端子２２ｄの電位よりも高い電位に設定される。

整流回路２２は、半波整流器などでもよい。整流電圧は、全波整流された脈流でもよいし、半波整流された脈流でもよい。整流回路２２には、例えば、ショットキーバリアダイオードが用いられる。これにより、例えば、良好な応答性を得ることができる。

力率改善回路２４は、整流回路２２の出力側と電気的に接続される。力率改善回路２４は、整流電圧において、電源周波数の整数倍の高調波の発生を抑制する。これにより、力率改善回路２４は、整流電圧の力率を改善する。

力率改善回路２４は、例えば、スイッチング素子３０と、インダクタ３１と、ダイオード３２と、平滑コンデンサ３３と、を含む。スイッチング素子３０は、電極３０ａ～電極３０ｃを有する。インダクタ３１の一端は、高電位出力端子２２ｃと電気的に接続されている。インダクタ３１の他端は、電極３０ａと電気的に接続されている。電極３０ｂは、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。ダイオード３２のアノードは、電極３０ａと電気的に接続されている。ダイオード３２のカソードは、平滑コンデンサ３３の一端と電気的に接続されている。平滑コンデンサ３３の他端は、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。すなわち、この例において、力率改善回路２４は、昇圧チョッパ回路である。力率改善回路２４は、これに限ることなく、整流電圧の力率を改善することができる任意の回路でよい。

電極３０ｃは、制御部２８と電気的に接続されている。電極３０ｃは、いわゆる制御電極である。スイッチング素子３０は、制御部２８からの信号に応じてスイッチングする。力率改善回路２４は、例えば、スイッチング素子３０をスイッチングさせ、入力電流を正弦波に近づけることにより、力率を改善する。

スイッチング素子３０は、例えば、ｎチャネル形のＦＥＴである。例えば、電極３０ａは、ドレインであり、電極３０ｂは、ソースであり、電極３０ｃは、ゲートである。スイッチング素子３０は、例えば、ｐチャネル形のＦＥＴでもよいし、バイポーラトランジスタなどでもよい。

平滑コンデンサ３３は、力率改善後の脈流電圧を平滑化することにより、脈流電圧を直流電圧に変換する。

例えば、点灯装置１０に供給される電力が直流電力である場合には、フィルタ回路２０、整流回路２２、及び力率改善回路２４を省略してもよい。このように、フィルタ回路２０、整流回路２２、及び力率改善回路２４は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

定電流回路１４は、出力部１２に接続されたランプ４に供給される直流電流が一定になるように、出力電流を制御する。定電流回路１４は、一対の入力端子１４ａ、１４ｂと、一対の出力端子１４ｃ、１４ｄと、を有する。高電位側の入力端子１４ａは、平滑コンデンサ３３の高電位側の一端と電気的に接続されている。低電位側の入力端子１４ｂは、低電位出力端子２２ｄと電気的に接続されている。すなわち、定電流回路１４においては、一対の入力端子１４ａ、１４ｂに直流電力が供給される。出力端子１４ｃは、出力部１２の第１端子１２ａと電気的に接続されている。出力端子１４ｄは、出力部１２の第２端子１２ｂと電気的に接続されている。これにより、定電流回路１４から出力された電流が、ランプ４に供給される。

定電流回路１４は、例えば、スイッチング素子４０と、インダクタ４１と、ダイオード４２と、を有する。スイッチング素子４０は、電極４０ａ～４０ｃを有する。スイッチング素子４０には、スイッチング素子３０に関して説明したものと同様のものを用いることができる。電極４０ａは、入力端子１４ａと電気的に接続されている。電極４０ｂは、インダクタ４１の一端に接続されている。インダクタ４１の他端は、高電位側の出力端子１４ｃと電気的に接続されている。ダイオード４２のカソードは、スイッチング素子４０の電極４０ｂと電気的に接続されている。ダイオード４２のアノードは、低電位側の入力端子１４ｂ及び出力端子１４ｄと電気的に接続されている。

電極４０ｃは、制御部２８と電気的に接続されている。スイッチング素子４０は、制御部２８からの信号に応じてスイッチングする。定電流回路１４は、例えば、スイッチング素子４０をスイッチングさせることにより、ランプ４に供給される直流電流が一定になるように制御する。

また、この例において、定電流回路１４は、いわゆる降圧チョッパ回路である。定電流回路１４は、力率改善回路２４によって昇圧された直流電圧の電圧値を、ランプ４に対応した電圧値に降圧する。なお、定電流回路１４の構成は、上記に限ることなく、ランプ４に実質的に一定な電流を供給可能な任意の構成でよい。

調光回路１６は、ランプ４に対して並列に接続されるスイッチング素子４４を有する。スイッチング素子４４は、電極４４ａ～４４ｃを有する。スイッチング素子４４には、スイッチング素子３０に関して説明したものと同様のものを用いることができる。

電極４４ａは、定電流回路１４の出力端子１４ｃと電気的に接続されている。電極４４ｂは、定電流回路１４の出力端子１４ｄと電気的に接続されている。これにより、スイッチング素子４４が、ランプ４と並列に接続される。電極４４ｃは、制御部２８と電気的に接続されている。スイッチング素子４４は、制御部２８からの信号に応じてスイッチングする。

調光回路１６及び制御部２８は、外部から入力された調光信号に応じてスイッチング素子４４のオン・オフを切り替え、ランプ４への直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、ランプ４から照射される光の調光制御を行う。このため、点灯装置１０では、調光回路１６よりもランプ４側（出力側）には、電圧を平滑するような比較的大きな容量の電荷蓄積素子（例えばコンデンサなど）が設けられていない。これにより、例えば、パルス状に変化する直流電圧（直流電流）の立上りや立下りが遅れ、不本意な調光度となってしまうことを抑制することができる。

調光回路１６では、ランプ４と並列に接続されるスイッチング素子４４をオフにすることにより、ランプ４に直流電流を供給することができる。一方、スイッチング素子４４をオンにすると、スイッチング素子４４に電流が流れることにより、ランプ４側への直流電流の供給が停止される。

逆流抑制素子１８は、出力部１２と調光回路１６との間に設けられる。逆流抑制素子１８は、例えば、電極４４ａと第１端子１２ａとの間に設けられる。これにより、逆流抑制素子１８は、ランプ４の高圧側の端子４ａから調光回路１６側への電流の逆流を抑制する。逆流抑制素子１８は、例えば、スイッチング素子４４をオン状態とした時に、ランプ４側からスイッチング素子４４側に流れる電流を抑制する。逆流抑制素子１８は、例えば、ダイオードである。より詳しくは、ファストリカバリダイオードである。

検出部２６は、ランプ４及びスイッチング素子４４の下流側に設けられ、スイッチング素子４４がオフになり、ランプ４に直流電流が流れた時に、ランプ４に流れる直流電流の電流値を検出し、スイッチング素子４４がオンになり、ランプ４への直流電流の供給が停止された時に、スイッチング素子４４に流れる直流電流の電流値を検出する。検出部２６は、制御部２８と電気的に接続され、制御部２８に検出結果を入力する。

検出部２６は、例えば、ランプ４の低圧側の端子４ｂ及びスイッチング素子４４の電極４４ｂの接続点と低電位出力端子２２ｄとの間に設けられる。検出部２６は、例えば、直流電流の電流値を検出するための検出抵抗である。検出部２６は、例えば、磁束の変化などを計測するクランプ型の電流計などでもよい。

制御部２８は、力率改善回路２４の動作を制御するためのドライバ５０と、定電流回路１４の動作を制御するためのドライバ５２と、調光回路１６の動作を制御するためのドライバ５４と、を有する。

ドライバ５０は、スイッチング素子３０の電極３０ｃと電気的に接続され、スイッチング素子３０をスイッチングさせることにより、力率改善回路２４の動作を制御する。ドライバ５２は、スイッチング素子４０の電極４０ｃと電気的に接続され、スイッチング素子４０をスイッチングさせることにより、定電流回路１４の動作を制御する。ドライバ５４は、スイッチング素子４４の電極４４ｃと電気的に接続され、スイッチング素子４４をスイッチングさせることにより、調光回路１６の動作を制御する。

ドライバ５２には、検出部２６によって検出された直流電流の検出値が入力される。ドライバ５２及び定電流回路１４は、検出部２６の検出結果に基づいて、スイッチング素子４０をスイッチングすることにより、ランプ４及びスイッチング素子４４に流れる直流電流の電流値が一定になるように制御する。

制御部２８は、通信制御装置６と電気的に接続されている。通信制御装置６は、ネットワークなどを介して外部機器８と通信可能に接続されている。通信制御装置６は、例えば、外部機器８との相互通信が可能である。通信制御装置６は、外部機器８から調光信号を受信する。通信制御装置６は、例えば、外部機器８からの調光信号の受信のみを可能とする構成でもよい。

制御部２８は、例えば、通信制御装置６との相互通信が可能である。制御部２８は、通信制御装置６から調光信号を受信する。制御部２８は、通信制御装置６からの調光信号の受信のみを可能とする構成でもよい。また、調光信号は、例えば、点灯装置１０に設けられたダイヤルやスライドスイッチなどの操作部から制御部２８に入力してもよい。

制御部２８は、受信した調光信号をドライバ５４に入力する。ドライバ５４は、調光信号に基づいてスイッチング素子４４をスイッチングさせることにより、調光回路１６の調光制御を行う。これにより、調光信号の調光度に応じた所望の明るさで、ランプ４を点灯させることができる。

制御部２８及び調光回路１６の行う調光制御は、例えば、パルス幅変調方式、パルス密度変調方式、及び振幅変調方式のいずれかを含む。パルス幅変調方式では、例えば、調光度が大きい程、スイッチング素子４４のオン期間を長くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。パルス密度変調方式では、例えば、調光度が大きい程、スイッチング素子４４のオン期間の密度を高くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。振幅変調方式では、例えば、調光度が大きい程、力率改善回路２４において昇圧される直流電圧を高くすることにより、ランプ４から照射される光の明るさを調光する。

点灯装置１０は、ケース６０をさらに備える。ケース６０は、例えば、定電流回路１４、調光回路１６、逆流抑制素子１８、フィルタ回路２０、整流回路２２、力率改善回路２４、検出部２６、及び制御部２８などの点灯装置１０の各部を収容する。一方、通信制御装置６は、点灯装置１０のケース６０とは別のケース６２に設置されている。

例えば、逆流抑制素子１８が設けられていない場合には、スイッチング素子４４をオンにし、ランプ４への直流電流の供給を停止した際に、インダクタ４１の誘導成分と、ランプ４の容量成分と、によって共振現象が発生してしまう場合がある。

共振現象が発生すると、スイッチング素子４４をオンにした状態でも、意図しない電流がランプ４に流れ、調光信号で設定された調光度よりも高い不本意な調光度になってしまう可能性がある。

また、共振現象が発生すると、スイッチング素子４４をオンにした際に、定電流回路１４側からスイッチング素子４４に電流が流れ込むとともに、ランプ４側からも容量成分に起因する電流が流れ込み、意図しない大きな電流がスイッチング素子４４に流れて、スイッチング素子４４の故障を招いてしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態に係る点灯装置１０では、出力部１２と調光回路１６との間に逆流抑制素子１８を設けている。これにより、ランプ４の高圧側の端子４ａから調光回路１６側への電流の逆流を抑制することができる。これにより、スイッチング素子４４をオンにした際のランプ４の容量成分の影響を抑制し、共振現象を発生し難くすることができる。従って、定電流回路１４に調光回路１６を接続した場合にも、共振現象の発生を抑制することができる。

図２は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２に表したように、この点灯装置１０ａでは、制御部２８が、通信制御装置６から受信した調光信号をドライバ５４に入力するとともに、ドライバ５２にも入力する。

ドライバ５２及び定電流回路１４は、検出部２６の検出結果及び調光信号に基づいて、スイッチング素子４０をスイッチングすることにより、ランプ４及びスイッチング素子４４に流れる直流電流の電流値が一定になるように制御するとともに、調光信号に応じて直流電流の電流値を変化させる。

このように、調光信号に応じて直流電流の電流値を変化させることにより、ランプ４から照射される光の調光制御を、より適切に行うことができる。例えば、ランプ４から照射される光を、調光信号の調光度に応じた明るさに設定し易くすることができる。あるいは、より細かいステップでの調光度の設定を可能にすることができる。

図３は、実施形態に係る点灯装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように、この点灯装置１０ｂでは、通信制御装置６が、点灯装置１０ｂと同じケース６０に設置されている。このように、通信制御装置６は、点灯装置と別体に設けてもよいし、点灯装置と一体に設けてもよい。換言すれば、点灯装置１０ｂは、通信制御装置６を備えてもよい。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電源、 ４…ランプ、 ５…光源、 ６…通信制御装置、 ８…外部機器、 １０、１０ａ、１０ｂ…点灯装置、 １２…出力部、 １４…定電流回路、 １６…調光回路、 １８…逆流抑制素子、 ２０…フィルタ回路、 ２２…整流回路、 ２４…力率改善回路、 ２６…検出部、 ２８…制御部、 ３０…スイッチング素子、 ３１…インダクタ、 ３２…ダイオード、 ３３…平滑コンデンサ、 ４０…スイッチング素子、 ４１…インダクタ、 ４２…ダイオード、 ４４…スイッチング素子、 ５０…ドライバ、 ５２…ドライバ、 ５４…ドライバ、 ６０…ケース、 ６２…ケース

Claims (9)

1. 容量成分を有するランプに直流電流を供給することにより、前記ランプを点灯させる点灯装置において、
   前記ランプと接続される出力部と、
   前記ランプに対して直列に接続されるインダクタを有し、前記直流電流の電流値が一定になるように制御する定電流回路と、
   前記ランプに対して並列に接続されるスイッチング素子を有し、外部から入力された調光信号に応じて前記スイッチング素子のオン・オフを切り替え、前記ランプへの前記直流電流の供給及び供給の停止を周期的に切り替えることにより、前記ランプから照射される光の調光制御を行う調光回路と、
   前記出力部と前記調光回路との間に設けられ、前記ランプの高圧側の端子から前記調光回路側への電流の逆流を抑制し、共振現象を抑制する逆流抑制素子と、
   を備えた点灯装置。
2. 前記調光回路の行う前記調光制御は、パルス幅変調方式、パルス密度変調方式、及び振幅変調方式のいずれかを含む請求項１記載の点灯装置。
3. 前記定電流回路は、前記調光信号に応じて前記直流電流の前記電流値を変化させる請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 前記ランプは、発光ダイオードを含む請求項１～３のいずれか１つに記載の点灯装置。
5. 前記逆流抑制素子は、ダイオードである請求項１～４のいずれか１つに記載の点灯装置。
6. 前記ランプ及び前記スイッチング素子の下流側に設けられ、前記スイッチング素子がオフになり、前記ランプに前記直流電流が流れた時に、前記ランプに流れる前記直流電流を検出し、前記スイッチング素子がオンになり、前記ランプへの前記直流電流の供給が停止された時に、前記スイッチング素子に流れる前記直流電流を検出する検出部を、さらに備え、
   前記定電流回路は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記ランプ及び前記スイッチング素子に流れる前記直流電流の電流値が一定になるように制御する請求項１～５のいずれ
   か１つに記載の点灯装置。
7. 外部機器から前記調光信号を受信する通信制御装置と接続され、前記通信制御装置から前記調光信号を受信し、受信した前記調光信号に基づいて前記調光回路の前記調光制御を行う制御部をさらに備え、
   前記通信制御装置は、前記外部機器との相互通信が可能であり、
   前記制御部は、前記通信制御装置との相互通信が可能である請求項１～６のいずれか１つに記載の点灯装置。
8. 前記定電流回路、前記調光回路、及び前記逆流抑制素子を収容するケースをさらに備え、
   前記通信制御装置は、前記ケースに設置される請求項７記載の点灯装置。
9. 前記定電流回路、前記調光回路、及び前記逆流抑制素子を収容するケースをさらに備え、
   前記通信制御装置は、前記ケースとは別のケースに設置される請求項７記載の点灯装置。

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