(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】
【0004】
しかしながら、上記従来の点灯装置では、点灯時におけるLEDモジュールの負荷電圧が異なると、これに応じて、電源回路の出力電圧判定のための閾値(すなわち保護閾値電圧)そのものを可変させている。しかしながら、保護閾値電圧を変化させる範囲は、制御回路の電源電圧によって制約を受けてしまう。その結果、対応可能な負荷電圧の範囲を広くとることが難しいという問題があった。
【0005】
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、広範囲の負荷電圧に対応しつつ保護動作を適切に実行することのできる点灯装置および照明器具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】
【0006】
本発明にかかる点灯装置は、電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、入力側電源回路からの直流電圧が入力され、発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、を備える。
【0007】
本発明にかかる照明器具は、発光素子と、前記発光素子を点灯させる点灯装置と、を備える。前記点灯装置は、電源と接続して直流電圧を出力する入力側電源回路と、入力側電源回路からの直流電圧が入力され、前記発光素子と接続する出力端子を有し、前記出力端子を介して前記発光素子に直流電流を供給する出力側電源回路と、前記出力端子の負荷電圧を検出する負荷電圧検出回路と、入力信号を受け、前記負荷電圧を前記入力信号に応じて異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧として出力する検出電圧可変回路と、前記直流電圧の最大値が大きいほど前記負荷電圧を小さな値に変換させるように前記入力信号を前記検出電圧可変回路に与え、前記保護電圧の大きさに基づいて保護動作を行う制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、負荷電圧から保護電圧を生成する検出電圧可変回路が可変な出力特性を有するので、発光素子の負荷電圧が広範囲に及んでも保護動作を適切に実行することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1および
図2は、本発明の実施の形態にかかる照明器具300を示す図である。照明器具300は、商用電源Vacと接続する点灯装置100と、点灯装置100に接続するLEDモジュール120とを備えている。LEDモジュール120にはLED素子の個数が互いに異なるLEDモジュール120a、120bが含まれており、これらのいずれか一方を任意に選択して使用できる。
図1および
図2には点灯装置100の回路図が示されている。点灯装置100は、入力端子102が交流電源(典型的には商用電源)Vacに接続し、出力端子104を介してLEDモジュール120a、120bのいずれかに定電流を流し、LED素子を点灯させる。点灯装置100は、
図1に示すようにLED素子の個数が互いに異なる複数のLEDモジュール120a、120bの両方に対応しており、どちらが接続されても点灯が可能である。
図2に示すように、点灯装置100は、入力端子102と、ノイズ抑制回路1と、整流回路2と、入力側の電源回路である昇圧チョッパ回路3と、昇圧チョッパ回路3と接続してこれよりも出力側に設けられた電源回路である降圧チョッパ回路4と、負荷電圧検出回路5と、制御回路6と、検出電圧可変回路8と、出力端子104とを備えている。
図2は、LEDモジュール120aが点灯装置100に接続されているときの回路図である。LED素子数がLEDモジュール120aより多いLEDモジュール120bも点灯装置100に接続可能である。制御回路6には調光器200が接続されている。
【0011】
[ノイズ抑制回路1、整流回路2]
ノイズ抑制回路1は、例えばL型あるいはΠ型のノイズフィルタなどからなる。整流回路2は、全波整流を行うダイオードブリッジである。
【0012】
[昇圧チョッパ回路3]
昇圧チョッパ回路3は、一端が整流回路2の高電位側に接続されるインダクタL2と、このインダクタL2の他端に接続されるMOSFETであるスイッチング素子Q1と、アノード端子がスイッチング素子Q1とインダクタL2との接続点に接続されるダイオードD1と、このダイオードD1のカソード端子に正極が接続され整流回路2の低電位側に負極が接続される平滑コンデンサC3と、この平滑コンデンサC3に並列に接続される抵抗R1、R2の直列回路とを備えている。スイッチング素子Q1は、制御回路6により交流電源Vacの電源周波数よりも十分に高い周波数(例えば数百kHz)でオンオフされる。昇圧チョッパ回路3では、スイッチング素子Q1をオンオフさせると、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL2に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子Q1のオフ期間にダイオードD1を介して放出される。そして、整流回路2からの出力にインダクタL2から放出されるエネルギーが重畳される形で平滑コンデンサC3が充電されるため、平滑コンデンサC3の両端電圧を整流回路2の出力電圧よりも昇圧することができる。平滑コンデンサC3の両端電圧は抵抗R1、R2を用いて分圧され、抵抗R2の両端電圧が制御回路6に入力される。制御回路6は、入力された抵抗R2の両端電圧に基づいて、平滑コンデンサC3の両端電圧の平均値が一定化されるようにスイッチング素子Q1をオンオフする。
【0013】
[降圧チョッパ回路4]
降圧チョッパ回路4はMOSFETからなるスイッチング素子Q2とダイオードD2の直列回路を備えており、この直列回路が昇圧チョッパ回路3の平滑コンデンサC3と並列に接続されている。降圧チョッパ回路4は、チョークコイルL3、平滑コンデンサC4、および抵抗R3の直列回路を備えており、この直列回路がダイオードD2に並列に接続されている。抵抗R3は、LEDモジュール120aに流れるLED電流を検出するためのものである。降圧チョッパ回路4は、いわゆる非絶縁型の降圧コンバータである。この降圧チョッパ回路4は、入力される平滑コンデンサC3の平滑電圧を低い直流電圧に変換する。降圧チョッパ回路4は、スイッチング素子Q2のオン期間に入力から出力へ電流が流れるとともに、チョークコイルL3にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子Q2のオフ期間に、チョークコイルL3に蓄えられたエネルギーにて、ダイオードD2を介して、LEDモジュール120aのLED素子に電流を流す。さらに、平滑コンデンサC4にて高周波リップルを抑制している。このとき、LEDモジュール120aの電流を検出する抵抗R3からの検出電圧が制御回路6に入力され、制御回路6はこの検出電圧に基づいて、LED素子に流れる電流が一定電流になるように降圧チョッパ回路4のスイッチング素子Q2をオンオフする。また、この抵抗R3からの検出電圧に基づいて、LEDモジュール120aが接続されているか否かを判断する。この点については他の方法でも良く例えば特開2012−160322号公報に記載の方法などでも構わない。
【0014】
[負荷電圧検出回路5]
負荷電圧検出回路5は、降圧チョッパ回路4の出力端に接続するLEDモジュール120aの負荷電圧VFを分圧して、制御回路6に入力する。すなわち、負荷電圧検出回路5は、負荷電圧VFに比例的に対応する保護電圧Vsを制御回路6に入力する。負荷電圧検出回路5は、抵抗R4、R5、R6からなる直列回路が、降圧チョッパ回路4のチョークコイルL3と平滑コンデンサC4の接点と、グランドの間に並列に接続されている。また、抵抗R6と並列に、検出電圧可変回路8が接続されている。
【0015】
[検出電圧可変回路8]
図3は、検出電圧可変回路8の回路図である。検出電圧可変回路8は、抵抗R7、R8の直列回路が、負荷電圧検出回路5の抵抗R6と並列に接続されている。抵抗R8に並列に接続しているコンデンサC5は、ノイズ除去用である。制御回路6の端子Cからの入力は、抵抗R10、R11にて分圧され、トランジスタQ3のベースに入力される。抵抗R11に並列に接続しているコンデンサC6は、ノイズ除去用である。
【0016】
検出電圧可変回路8は、制御回路6の端子Cから入力信号を受け、この入力信号に応じて負荷電圧VFを異なる大きさの電圧に変換し、保護電圧Vsとして出力する。すなわち、制御回路6の端子Cから入力信号でトランジスタQ3がオンすると、抵抗R7、R8、R9の分圧電圧が、制御回路6の端子Dに入力される。一方、トランジスタQ3がオフすると、抵抗R7、R8の分圧電圧が制御回路6の端子Dに入力される。このようにすることで、検出電圧可変回路8は、端子Cから受ける入力信号に応じてトランジスタQ3のオン、オフを制御することによって、負荷電圧VFに対する保護電圧Vsの出力特性を切り替えることができる。
【0017】
[制御回路6]
制御回路6は、点灯装置100に交流電源Vacが入力されると、昇圧チョッパ回路3を駆動させるとともに、降圧チョッパ回路4を起動させる。制御回路6は、LED電流IFを検出する抵抗R3からの検出電圧より、LEDモジュール120aまたはLEDモジュール120bの接続有無を確認する。その後、LEDモジュール接続有りの場合、制御回路6は、降圧チョッパ回路4を駆動させる。一方、モジュールの接続無しの場合、制御回路6は、昇圧チョッパ回路3と降圧チョッパ回路4のそれぞれのスイッチング素子Q1、Q2を停止する。
【0018】
制御回路6は、検出電圧可変回路8の出力する保護電圧Vsをその端子Dで受けて、保護電圧Vsの大きさに基づいて保護動作を行う。制御回路6は、昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値が大きいほど負荷電圧VFを小さな値に変換させるように、入力信号を検出電圧可変回路8のトランジスタQ3のベースにバイアスする。制御回路6は、異なる負荷電圧VFを有するLEDモジュール120a、120bのいずれが点灯されている場合においても保護電圧Vsが概略同等の値、好ましくは等しい値になるように、トランジスタQ3のオンオフを制御する。
【0019】
図4〜
図7は、それぞれ異なる動作条件での点灯装置100の特性を説明するための図である。
図4(a)〜
図7(a)はそれぞれ昇圧チョッパ回路3の出力電圧Vbusの波形を示しており、破線Vbus(av)は出力電圧Vbusの平均値である。
図4(b)〜
図7(b)はそれぞれ調光電圧Vdimを示し、
図4(c)〜
図7(c)はそれぞれ保護電圧Vsを示している。
図4および
図7は、LED電圧すなわち負荷電圧がVFであるLEDモジュール120aを点灯装置100に接続したときの特性である。
図5および
図6は、負荷電圧がその4倍(すなわちVF×4)であるLEDモジュール120bを点灯装置100に接続したときの特性である。
図4および
図5におけるLED電流をIFとすると、
図6および
図7におけるLED電流はその半分である。
図4の場合の昇圧チョッパ回路3の出力電流をIOとすると、
図5の場合には昇圧チョッパ回路3がその4倍の出力電流(IO×4)を出力し、
図6の場合には昇圧チョッパ回路3がその2倍の出力電流(IO×2)を出力し、
図7の場合には昇圧チョッパ回路3がその1/2倍の出力電流(IO×1/2)を出力する。IO=(VF×IF)/Vbusで求められる。
【0020】
降圧チョッパ回路4を駆動させた後、昇圧チョッパ回路3の出力電圧を所定時間検出して得た値が基準値とされる。なお、この所定期間は、
図4(a)〜
図7(a)に示すように本実施の形態では出力電圧波形の4周期分の長さとしているが、本発明はこれに限られず、3周期分以下でもよいし、5周期分以上でもよい。
図4(a)〜
図7(a)に示すように昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値を、閾値Vbth1、Vbth2と比較する。
図4(a)に示すように所定期間内で出力電圧の最大値が閾値Vbth2を数回超えた場合、制御回路6は端子Cにハイ電圧を出力する。一方、
図7(a)に示すように閾値Vbth1を下回っている場合は、制御回路6は端子Cにロー電圧を出力する。
【0021】
図6(a)に示すように所定期間内で出力電圧の最大値が閾値Vbth1を数回超えかつ閾値Vbth2以下の場合、制御回路6は、LED電流IFを検出する抵抗R3からの検出電圧と、閾値を比較する。すなわち、
図6(b)に示すように降圧チョッパ回路4の負荷電流に対応する調光電圧Vdimと、調光閾値電圧Vdthを比較する。
図6(c)に示すように調光電圧Vdimが調光閾値電圧Vdthを下回っている場合は、制御回路6は端子Cにロー電圧を出力する。一方、調光電圧Vdimが調光閾値電圧Vdth以上の場合、制御回路6は端子Cにハイ電圧を出力する。
【0022】
昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値と、降圧チョッパ回路4の負荷電流に対応する調光電圧Vdimと調光閾値電圧Vdthを比較することで、降圧チョッパ回路4の負荷電圧を試算する。その結果を基に、異なる負荷電圧VFを有するLEDモジュール120a、120bのいずれが点灯されている場合も、制御回路6に入力される保護電圧Vs(すなわち端子Dの電圧)が概略同じ電圧となるように、検出電圧可変回路8のトランジスタQ3をオン/オフさせる。また、概略同じ電圧が入力されるように、抵抗R4〜R9の定数は選定される。
【0023】
保護電圧Vsが保護閾値電圧Vsthを逸脱したときには、制御回路6は降圧チョッパ回路4を制御して安全動作をおこなう。安全動作の内容は既に公知の各種の制御動作を適宜に採用すればよいので、説明は省略する。
【0024】
なお、本実施の形態では昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値に対する閾値を2つ設け(すなわちVbth1、Vbth2)、降圧チョッパ回路4の負荷電流に対応する調光電圧の調光閾値電圧Vdthを1つ設けたが、本発明はこれに限られない。互いに負荷電圧が異なるさらに多くの個数のLEDモジュールに対応するため、検出電圧可変回路8、昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値に対する閾値Vbthの数と、降圧チョッパ回路4の負荷電流に対応する調光電圧Vdimの調光閾値電圧Vdthの数を増やしてもよい。また、LED電流すなわちIFが固定出力の点灯装置の場合、昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値と閾値を比較することで、降圧チョッパ回路4の負荷電圧を試算できることはいうまでもない。
【0025】
このように、異なる負荷電圧のLEDモジュールを使用しても、昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値と、降圧チョッパ回路4の負荷電流に対応する調光電圧と閾値を比較することで、降圧チョッパ回路4の負荷電圧を試算する。その結果を基に、異なる負荷電圧のLEDモジュール120a、120bのいずれを点灯させる場合でも概略同じ電圧が入力されるように、検出電圧可変回路8のトランジスタQ3をオン/オフさせる。また、概略同じ電圧が入力されるように、抵抗R4〜R9の定数を選定しておく。また、例えば、LEDモジュールを点灯しているときにLEDモジュールが接続手段から外された場合、降圧チョッパ回路4が一定電流を流そうとする結果、降圧チョッパ回路4の出力電圧が上昇する。降圧チョッパ回路4の出力電圧は最大で昇圧チョッパ回路3の出力電圧まで上がるが、制御回路6はその前に降圧チョッパ回路4および昇圧チョッパ回路3の発振を停止する。このようにすることで、LED電圧に対して出力電圧が過度に大きな値となるのを防止でき、LEDモジュールが接続手段に再接続されたときに過大なサージ電流がLED素子に流れることを防止できる。
【0026】
また、負荷電圧に対応する保護電圧の出力特性を可変させているので保護閾値電圧Vsthを可変しなくともよく、制御回路6の電源電圧の制約を受けずに負荷電圧が広範囲である場合にも適切に保護動作を実行できる。
なお、上述したように、制御回路6は、昇圧チョッパ回路3の出力電圧の最大値が大きいほど負荷電圧VFを小さな値に変換させるように、入力信号を検出電圧可変回路8のトランジスタQ3のベースにバイアスしている。このバイアス制御には、「出力電圧の最小値が小さいほど」負荷電圧VFを小さな値に変換させるようにトランジスタQ3のベースへのバイアスを制御することを含んでもよく、「出力電圧の最大値あるいは最小値と出力電圧の平均値との間の差が大きいほど」負荷電圧VFを小さな値に変換させるようにトランジスタQ3のベースへのバイアスを制御することを含んでもよい。