(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、トライアック調光器は、回路構造上、そのオン時に流れるトライアック電流Idimとして所定値以上の保持電流Ihldを流しておかなければ、誤動作(誤オフ)を生じてチラつき(フリッカ)の原因となる。そのため、
図6及び
図7で示したように、トライアック調光器DIMに対応したLED照明機器Z10は、位相調光機能を備えたLEDドライバZ11のほか、トライアック調光器DIMのオン時にブリーダ電流IBを生成するブリーダ回路Z12を有する構成とされていた。
【0006】
ブリーダ回路Z12は、トライアック調光器DIMの誤動作を防止する手段として非常に有効である。しかしながら、単一のトライアック調光器DIMに複数のLED照明機器Z10が並列接続されたLED照明システムでは、複数のLED照明機器Z10毎に独立してブリーダ電流IBが生成されるので、トライアック調光器DIMのオン時に不要な電力損失を生じるという課題があった(
図8Aを参照)。また、複数のブリーダ電流IBに生じるリンギングが重畳した場合には、トライアック電流Idimが瞬間的に保持電流Ihldを下回り、ブリーダ電流IBを流しているにも関わらず、トライアック調光器DIMの誤動作を生じるという課題もあった(
図8Bを参照)。
【0007】
本発明は、本願の発明者により見出された上記の課題に鑑み、ブリーダ回路での不要な電力損失やトライアック調光器の誤動作を防止することが可能なLED照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明に係るLED照明システムは、交流電圧の位相制御を行う位相調光器と、前記交流電圧の位相角に応じた位相調光機能を持つ複数のLED照明機器と、系内にただ一つ設けられて前記位相調光器にブリーダ電流を供給するブリーダ回路と、を有する構成(第1の構成)とされている。
【0009】
なお、上記第1の構成から成るLED照明システムにおいて、前記ブリーダ回路は、LED照明機能を持たないブリーダモジュールに組み込まれている構成(第2の構成)にするとよい。
【0010】
また、上記第2の構成から成るLED照明システムにおいて、前記複数のLED照明機器と前記ブリーダモジュールは、それぞれ前記交流電圧の印加ラインに着脱可能なコネクタを有し、前記ブリーダモジュールは、前記複数のLED照明機器と並列に前記交流電圧の印加ラインに接続される構成(第3の構成)にするとよい。
【0011】
また、上記第2の構成から成るLED照明システムにおいて、前記複数のLED照明機器と前記ブリーダモジュールは、それぞれ互いに着脱可能なコネクタを有し、前記ブリーダモジュールは、前記複数のLED照明機器のいずれか一つに接続される構成(第4の構成)にするとよい。
【0012】
また、上記第1の構成から成るLED照明システムにおいて、前記ブリーダ回路は、前記複数のLED照明機器のいずれか一つに組み込まれている構成(第5の構成)にするとよい。
【0013】
また、上記第1〜第5いずれかの構成から成るLED照明システムにおいて、前記ブリーダ回路は、前記交流電圧を整流して得られる整流電圧が閾値電圧を下回っている期間において、前記整流電圧の印加端から接地端に向けたバイパス電流を流し、前記整流電圧が前記閾値電圧を上回っているものの、前記位相調光器に流れる電流が閾値電流を下回っている期間において、前記位相調光器に前記ブリーダ電流を流し、前記整流電圧が前記閾値電圧を上回っており、かつ、前記位相調光器に流れる電流が前記閾値電流を上回っている期間において、前記バイパス電流と前記ブリーダ電流をいずれも停止する構成(第6の構成)にするとよい。
【0014】
また、上記第1〜第6いずれかの構成から成るLED照明システムにおいて、前記位相調光器は、トライアック調光器である構成(第7の構成)にするとよい。
【0015】
また、本発明に係るブリーダモジュールは、上記第2〜第4いずれかの構成から成るLED照明システムで用いられるものであり、位相調光器にブリーダ電流を供給するためのブリーダ回路を持つ一方でLED照明機能を持たない構成(第8の構成)とされている。
【0016】
なお、上記第8の構成から成るブリーダモジュールは、交流電圧の印加ラインに着脱可能なコネクタを有する構成(第9の構成)にするとよい。
【0017】
また、上記第8の構成から成るブリーダモジュールは、LED照明機器に着脱可能なコネクタを有する構成(第10の構成)にするとよい。
【0018】
また、本発明に係るLED照明機器は、上記第1〜第7いずれかの構成から成るLED照明システムで用いられるものであり、交流電圧の位相角に応じた位相調光機能を持つ一方で位相調光器にブリーダ電流を供給するブリーダ回路を持たない構成(第11の構成)とされている。
【0019】
なお、上記第11の構成から成るLED照明機器は、前記ブリーダ回路を持つ一方でLED照明機能を持たないブリーダモジュールに着脱可能なコネクタを有する構成(第12の構成)にするとよい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、ブリーダ回路での不要な電力損失やトライアック調光器の誤動作を防止することが可能なLED照明システムを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
<第1実施形態>
図1は、LED照明システムの第1実施形態を示す図である。第1実施形態のLED照明システム1は、トライアック調光器DIMと、単一のLED照明機器X10(ブリーダ回路搭載型)と、複数のLED照明機器Y10(ブリーダ回路非搭載型)と、を有する。
【0023】
トライアック調光器DIMは、商用交流電源Pから供給される交流電圧VACの位相制御を行う。より具体的に述べると、トライアック調光器DIMは、交流電圧VACが所定の位相角に達するまでオフとなり、LED照明機器X10及びY10への給電経路を遮断する。一方、トライアック調光器DIMは、交流電圧VACが所定の位相角に達して以後オンとなり、LED照明機器X10及びY10への給電経路を導通する。ただし、従来技術の項でも述べた通り、トライアック調光器DIMは、回路構造上、そのオン時に流れるトライアック電流Idimとして所定値以上の保持電流Ihldを流しておかなければ、誤動作(誤オフ)を生じてチラつき(フリッカ)の原因となる。
【0024】
LED照明機器X10及びY10は、それぞれ、コネクタX11及びY11と、全波整流回路X12及びY12と、LEDドライバ回路X13及びY13と、LEDモジュールX14及びY14と、を有する。
【0025】
コネクタX11及びY11は、それぞれ、交流電圧VACの印加ラインに着脱可能な形状を有する。特に、コネクタX11及びY11は同一規格に準拠することが望ましい。
【0026】
全波整流回路X12及びY12は、それぞれ、コネクタX11及びY11から入力される交流電圧VACを全波整流して整流電圧VINを生成する。全波整流回路X12及びY12としては、ダイオードブリッジを好適に用いることができる。なお、全波整流回路X12及びY12の前段にノイズやサージを除去するためのフィルタ回路を設けてもよい。
【0027】
LEDドライバ回路X13及びY13は、それぞれ、整流電圧VINの入力を受けて、LEDモジュールX14及びY14の駆動電圧VOUTや駆動電流ILEDを生成する。なお、LEDドライバ回路X13及びY13は、いずれも、整流電圧VINの位相角に応じて駆動電流ILEDのPWM[pulse width modulation]制御を行う位相調光機能を備えている。
【0028】
LEDモジュールX14及びY14は、それぞれ、昼光色(色温度5000K程度)や電球色(色温度3000K程度)の光を発するLED照明機器X10及びY10の光源であり、単一または複数のLED素子を含む。
【0029】
また、LED照明機器X10は、上記構成要素X11〜X14のほかに、ブリーダ回路X15を有する。ブリーダ回路X15は、トライアック調光器DIMのオン時にブリーダ電流IBを生成する。
【0030】
上記したように、第1実施形態のLED照明システム1において、系内にただ一つ設けられたLED照明機器X10はブリーダ回路搭載型であり、系内に複数(ないしは少なくとも一つ)設けられたLED照明機器Y10はブリーダ回路非搭載型である。
【0031】
すなわち、第1実施形態のLED照明システム1において、ブリーダ回路X15は、系内に複数設けられたLED照明機器X10及びY10のうち、いずれか一つ(LED照明機器X10)にのみ組み込まれている。
【0032】
このように、トライアック調光器DIMにブリーダ電流IBを供給する手段として、LED照明システム1の系内にただ一つのブリーダ回路X15を設ける構成であれば、複数のブリーダ電流IBが重複して生成されないので、不要な電力損失やリンギングの重畳に起因するトライアック調光器DIMの誤動作を防止することが可能となる。
【0033】
図2は、LED照明機器X10の一構成例を示す図である。本構成例のLED照明機器X10において、ブリーダ回路X15は、抵抗101及び102と、コンパレータ103と、Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタ201及び202と、抵抗203〜205と、コンパレータ206と、ブリーダ電流制御部207と、ドライバ208と、インバータ209と、を含む。また、LEDドライバ回路X13は、DC/DCコンバータ301と、駆動電流制御部302と、コンデンサ303と、Nチャネル型 MOS電界効果トランジスタ304と、抵抗305と、ドライバ306と、を含む。なお、LED照明機器Y10についても、ブリーダ回路X15を除いて、上記と同様の構成要素を有する。
【0034】
コネクタX11の第1端は、全波整流回路(ダイオードブリッジ)X12の第1入力端に接続されている。コネクタX11の第2端は、全波整流回路X12の第2入力端に接続されている。全波整流回路X12の第1出力端は、DC/DCコンバータ301の入力端に接続される一方、抵抗101及び203の第1端に接続されている。抵抗101の第2端は、コンパレータ103の非反転入力端(+)に接続される一方、抵抗102を介して接地端にも接続されている。コンパレータ103の反転入力端(−)は、閾値電圧Vth1の印加端に接続されている。コンパレータ103の出力端は、ブリーダ電流制御部207と駆動電流制御部302に接続されている。
【0035】
抵抗203の第2端は、トランジスタ201のドレインに接続されている。トランジスタ201のソースは、トランジスタ202のドレインに接続される一方、抵抗204の第1端にも接続されている。トランジスタ201のゲートは、ドライバ208の出力端に接続されている。ドライバ208の入力端はブリーダ電流制御部207に接続されている。トランジスタ202のソースは、接地端に接続されている。トランジスタ202のゲートは、インバータ209の出力端に接続されている。インバータ209の入力端は、ブリーダ電流制御部207に接続されている。
【0036】
抵抗204の第2端は、コンパレータ206の反転入力端(−)と、抵抗205の第1端と、全波整流回路X12の第2出力端に接続されている。抵抗205の第2端は、接地端に接続されている。コンパレータ206の非反転入力端(+)は、閾値電圧Vth2の印加端に接続されている。コンパレータ206の出力端は、ブリーダ電流制御部207に接続されている。
【0037】
DC/DCコンバータ301の出力端は、LEDモジュールX14のアノードに接続される一方、コンデンサ303を介して接地端にも接続されている。LEDモジュール14のカソードは、トランジスタ304のドレインに接続されている。トランジスタ304のソースは、抵抗305の第1端に接続される一方、駆動電流制御部302にも接続されている。トランジスタ304のゲートは、ドライバ306の出力端に接続されている。ドライバ306の入力端は、駆動電流制御部302に接続されている。抵抗305の第2端は抵抗205の第2端に接続されている。
【0038】
上記構成から成るLED照明機器X10において、抵抗101及び102は、整流電圧VINを分圧して分圧電圧Vaを生成する。コンパレータ103は、非反転入力端(+)に印加される分圧電圧Vaと、反転入力端(−)に印加される閾値電圧Vth1とを比較して比較信号CMP1を生成する。比較信号CMP1は、分圧電圧Vaが閾値電圧Vth1よりも高いときにハイレベルとなり、逆に、分圧電圧Vaが閾値電圧Vth1よりも低いときにローレベルとなる。従って、比較信号CMP1のデューティ(=TH/(TH+TL))を監視することにより、分圧電圧Va(延いては交流電圧VAC)の位相角を検出することができる(
図3を参照)。
【0039】
なお、
図2では、抵抗101及び102とコンパレータ103をブリーダ回路X15の構成要素として描写したが、比較信号CMP1がブリーダ電流制御部207だけでなく、駆動電流制御部302にも送出されていることから分かるように、抵抗101及び102とコンパレータ103は、LEDドライバ回路X13の構成要素としても機能する。すなわち、抵抗101及び102とコンパレータ103は、LEDドライバ回路X13とブリーダ回路X15に共用されている。従って、ブリーダ回路X15を持たないLED照明機器Y10では、抵抗101及び102とコンパレータ103がLEDドライバ回路X13の構成要素として組み込まれる形となる。
【0040】
LEDドライバ回路X13において、DC/DCコンバータ301は、整流電圧VINを降圧及び平滑して駆動電圧VOUTを生成し、これをLEDモジュールX14のアノードに供給する。なお、DC/DCコンバータ301の出力端に接続されたコンデンサ303は、駆動電圧VOUTを平滑するための出力コンデンサである。
【0041】
駆動電流制御部302は、コンパレータ103から入力される比較信号CMP1に応じてLEDモジュールX14の駆動電流ILEDを制御する。具体的に述べると、駆動電流制御部302は、抵抗305(抵抗値:Rs)の第1端に現れる電流検出電圧Vc(=ILED×Rs)が比較信号CMP1に応じて設定される目標値と一致するようにトランジスタ304のオン/オフ制御信号を生成する。ドライバ306は、このオン/オフ制御信号の電流能力を増幅してトランジスタ304のゲート信号を生成する。このような構成とすることにより、交流電圧VACの位相制御を行うトライアック調光器DIMを用いて、LED照明機器X10の位相調光制御を行うことが可能となる。
【0042】
一方、ブリーダ回路X15において、コンパレータ206は、反転入力端(−)に印加される電流検出電圧Vbと、非反転入力端(+)に印加される所定の閾値電圧Vth2とを比較して比較信号CMP2を生成する。電流検出電圧Vbは、抵抗205に流れる電源入力電流Isupが大きいほど低くなり、逆に、電源入力電流Isupが小さいほど高くなる負電圧である。従って、比較信号CMP2は、電源入力電流Isupが閾値電流よりも大きく、電流検出電圧Vbが閾値電圧Vth2よりも低いときにハイレベルとなり、逆に、電源入力電流Isupが閾値電流よりも小さく、電流検出電圧Vbが閾値電圧Vth2よりも高いときにローレベルとなる。比較信号CMP2は、ブリーダ電流制御部207に送出される。
【0043】
ブリーダ電流制御部207は、比較信号CMP1及びCMP2に基づいて動作モード(ストロングブリーダ/ウィークブリーダ/オフ)を切り替えるように、第1オン/オフ制御信号と第2オン/オフ制御信号を生成する。ドライバ208は、第1オン/オフ制御信号の電流能力を増幅してトランジスタ201のゲート信号を生成する。インバータ209は、第1オン/オフ制御信号の論理レベルを反転させると共に、その電流能力を増幅してトランジスタ202のゲート信号を生成する。
【0044】
図3は、ブリーダ電流生成動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、分圧電圧Va、比較信号CMP1、電流検出電圧Vb、比較信号CMP2、及び、動作モードが描写されている。
【0045】
ブリーダ電流制御部207は、比較信号CMP1がローレベルである期間、すなわち、分圧電圧Vaが閾値電圧Vth1を下回っている期間において、トランジスタ201及び202をいずれもオン状態とする。この動作状態は、ブリーダ制御モードがストロングブリーダモード(
図3では「SB[Strong Bleeder]」と標記)に設定された状態に相当する。分圧電圧Vaのオフ期間にもトライアック調光器DIMにはトライアック電流Idimが流れている。従って、全波整流回路X12に接続される負荷が大きいと、上記オフ期間に分圧電圧Vaが持ち上がり、閾値電圧Vth1を意図せずに上回って誤動作を生じるおそれがある。一方、分圧電圧Vaのオフ期間において、ブリーダ制御モードをストロングブリーダSBに設定する構成であれば、全波整流回路X12の第1出力端(整流電圧VINの印加端)から抵抗202(例えば1kΩ)を介して接地端に至る電流経路でバイパス電流Ixを流すことができる。従って、全波整流回路X12に接続される負荷を小さく見せることができるので、上記オフ期間における分圧電圧Vaの持ち上がりを防止することが可能となる。なお、ブリーダ制御モードがストロングブリーダSBに設定されているときには、ブリーダ回路X15からトライアック調光器DIMにブリーダ電流IBが流されることはない。
【0046】
また、ブリーダ電流制御部207は、比較信号CMP1がハイレベルであるものの、比較信号CMP2がローレベルである期間において、トランジスタ201をオン状態とする一方、トランジスタ202をオフ状態とする。この動作状態は、ブリーダ制御モードがウィークブリーダモード(
図3では「WB[Weak Bleeder]」と標記)に設定された状態に相当する。すなわち、ブリーダ電流制御部207は、分圧電圧Vaが閾値電圧Vth1を上回っているものの、電源入力電流Isupが閾値電流を下回っており、電流検出電圧Vbが閾値電圧Vth2を上回っている期間において、ブリーダ回路X15からトライアック調光器DIMにブリーダ電流IBを流すようにブリーダ回路X15を制御する。このような動作により、トライアック調光器DIMのオン時に十分な保持電流Ihldを流すことができる。
【0047】
また、ブリーダ電流制御部207は、比較信号CMP1及びCMP2がいずれもハイレベルである期間において、トランジスタ201及び202をいずれもオフ状態とする。この動作状態は、ブリーダ制御モードがオフオード(
図3では「OFF」と標記)に設定された状態に相当する。すなわち、ブリーダ電流制御部207は、分圧電圧Vaが閾値電圧Vth1を上回っている期間であって、かつ、電源入力電流Isupが閾値電流を上回っている期間(電流検出電圧Vbが閾値電圧Vth2を下回っている期間)において、バイパス電流Ix及びブリーダ電流IBを停止するようにブリーダ回路X15を制御する。このような動作により、トライアック調光器DIMに十分なトライアック電流Idimが流れているときには、バイパス電流Ix及びブリーダ電流IBを停止して、ブリーダ回路X15による電力の浪費を抑えることが可能となる。
【0048】
<第2実施形態>
図4は、LED照明システムの第2実施形態を示す図である。第2実施形態のLED照明システム1は、ブリーダ回路搭載型のLED照明機器X10に代えて、ブリーダモジュールX20を用いる点に特徴を有している。
【0049】
ブリーダモジュールX20は、ブリーダ回路搭載型のLED照明機器X10からLED照明機能(LEDドライバ回路X13及びLEDモジュールX14)を取り除いたものであり、コネクタX21と、全波整流回路X22と、ブリーダ回路X23と、を有する。
【0050】
コネクタX21は、先出のコネクタX11と同様、交流電圧VACの印加ラインに着脱可能な形状を有する。コネクタX21は、LED照明機器Y10に設けられたコネクタY11と同一規格に準拠するものであり、ブリーダモジュールX20は、複数のLED照明機器Y10と並列して交流電圧VACの印加ラインに接続される。例えば、天井に敷設されたレールに複数のLED照明機器Y10を並べて取り付けられる場合、ブリーダモジュールX20は、同レール上の目立たない位置(例えば最端部)に取り付けられる。
【0051】
なお、全波整流回路X22及びブリーダ回路X23については、第1実施形態の全波整流回路X12及びブリーダ回路X15と同様であるため、重複した説明は割愛する。
【0052】
上記したように、第2実施形態のLED照明システム1において、ブリーダ回路X15は、系内に一つだけ設けられたLED照明機能を持たないブリーダモジュールX20に組み込まれている。このような構成とすることにより、先出の第1実施形態と同様、不要な電力損失やトライアック調光器DIMの誤動作を防止することが可能となる。
【0053】
また、ブリーダモジュールX20は、その外観がLED照明機器Y10とは大きく異なり、ブリーダ回路の搭載/非搭載を一目で判別することができるので、第1実施形態と比べて施工ミス(ブリーダ回路の複数設置)を生じ難くなる。
【0054】
<第3実施形態>
図5は、LED照明システムの第3実施形態を示す図である。第3実施形態のLED照明システム1は、単一のブリーダモジュールX30と複数(ないしは少なくとも一つ)のLED照明機器Y20と、を有する。
【0055】
ブリーダモジュールX30は、コネクタX31とブリーダ回路X32を有する。コネクタX31は、交流電圧VACの印加ラインに着脱可能な形状ではなく、LED照明機器Y20に着脱可能な形状を有する。ブリーダ回路X32は、第1実施形態のブリーダ回路X15と同様であるため、重複した説明は割愛する。
【0056】
LED照明機器Y20は、コネクタY21と、全波整流回路Y22と、LEDドライバ回路Y23と、LEDモジュールY24と、コネクタY25と、を有する。コネクタY25以外の構成要素Y21〜Y24については、第1実施形態の構成要素Y11〜Y14と同様であるため、重複した説明は割愛する。コネクタY25は、ブリーダモジュールX30を着脱可能な形状を有する。なお、コネクタY25は、全波整流回路Y22の後段側に設けられているので、ブリーダモジュールX30には全波整流回路が設けられていない。
【0057】
上記したように、第3実施形態のLED照明システム1において、ブリーダ回路X15は、LED照明機器Y20のいずれかに着脱されるブリーダモジュールX30に組み込まれている。このような構成とすることにより、先出の第1実施形態や第2実施形態と同様に、不要な電力損失やトライアック調光器DIMの誤動作を防止することが可能となる。
【0058】
また、ブリーダモジュールX30は、LED照明機器Y20に装着されるので、第2実施形態と比べて目立たないように設置することが可能となる。
【0059】
<その他の変形例>
なお、本明細書では、トライアック調光器を用いたLED照明システムを例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、他方式の位相調光器(安定動作のために所定値以上の保持電流を必要とするもの)を用いたLED照明システムにも適用することが可能である。
【0060】
また、系内にただ一つ設けられるブリーダ回路の位置についても、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、トライアック調光器の裏側などに設置しても構わない。
【0061】
このように、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えばバイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【符号の説明】
【0063】
1 LED照明システム
X10 LED照明機器(ブリーダ回路あり、位相調光機能あり)
X20 ブリーダモジュール(独立型)
X30 ブリーダモジュール(LED照明機器への着脱型)
Y10 LED照明機器(ブリーダ回路なし、位相調光機能あり)
Y20 LED照明機器(ブリーダモジュール着脱可能、位相調光機能あり)
X11、X21、Y11、Y21 コネクタ(交流電圧ラインへの着脱用)
X12、X22、Y12、Y22 全波整流回路
X13、Y13、Y23 LEDドライバ回路
X14、Y14、Y24 LEDモジュール
X15、X23、X32 ブリーダ回路
X31、Y25 コネクタ(ブリーダモジュール着脱用)
P 商用交流電源
DIM トライアック調光器
101、102 抵抗
103 コンパレータ
201、202 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
203、204、205 抵抗
206 コンパレータ
207 ブリーダ電流制御部
208 ドライバ
209 インバータ
301 DC/DCコンバータ
302 駆動電流制御部
303 コンデンサ
304 Nチャネル型 MOS電界効果トランジスタ
305 抵抗
306 ドライバ