IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ パナソニックIPマネジメント株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-照明装置 図1
  • 特許-照明装置 図2
  • 特許-照明装置 図3
  • 特許-照明装置 図4
  • 特許-照明装置 図5
  • 特許-照明装置 図6
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-09
(45)【発行日】2023-11-17
(54)【発明の名称】照明装置
(51)【国際特許分類】
   H05B 45/3575 20200101AFI20231110BHJP
【FI】
H05B45/3575
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2019100850
(22)【出願日】2019-05-30
(65)【公開番号】P2020194744
(43)【公開日】2020-12-03
【審査請求日】2022-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックIPマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106116
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100131495
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 健児
(72)【発明者】
【氏名】高橋 暁良
(72)【発明者】
【氏名】磯貝 俊明
(72)【発明者】
【氏名】岡 譲治
【審査官】野木 新治
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2015/0366019(US,A1)
【文献】特許第5558647(JP,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05B 45/00、47/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、
前記光源を点灯させる駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、
交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力端子間に接続され、前記整流回路から入力される直流電力を平滑する第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサで平滑された電圧に応じた検知信号を生成する検知回路と、
調光器にブリーダ電流を供給するブリーダ回路を含み、前記第1のコンデンサで平滑された前記直流電圧と前記検知信号に基づいて前記光源に電流を供給する調光回路と、を有し、
前記調光回路は、閾値電圧を有し
前記閾値電圧は、前記駆動回路に前記調光器が接続されている場合における前記第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも大きくかつ、前記駆動回路に前記調光器が接続されていない場合における前記第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも小さい値に設定され、
前記閾値電圧が前記第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも大きい場合は前記駆動回路に前記調光器が接続されていると判断し、
前記閾値電圧が前記第1コンデンサのリップル電圧の最小値よりも小さい場合は前記駆動回路に前記調光器が接続されていない判断し
前記調光器が接続されている場合は前記ブリーダ回路を動作させ、前記調光器が接続されていない場合は前記ブリーダ回路を動作させない、
照明装置。
【請求項2】
前記駆動回路は、ダイオードをさらに有し、
前記ダイオードの入力端子が前記整流回路の高電位側の出力端子に接続され、前記ダイオードの出力端子が前記調光回路に接続されている、請求項1に記載の照明装置。
【請求項3】
前記調光回路は、
前記第1のコンデンサと並列接続され、前記ダイオードを介して入力される直流電力をさらに平滑する第2のコンデンサを有する、請求項2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記リップル電圧の最小値は、前記調光器と前記駆動回路との接続による時定数の変化により変化する、請求項1から3のいずれか1項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、LED(Light Emitting Diode)等を光源として利用した、低消費電力で長寿命の照明装置が実用化されている。
【0003】
また、このような照明装置において、位相制御式などの調光器に対応した照明装置も実用化されている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第5558647号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
調光器に対応した照明装置では、調光器を誤作動なく動作させるために照明装置から調光器にブリーダ電流を供給するブリーダ回路が設けられている。そのため、照明装置での電力消費が増加し効率が低下するという課題がある。
【0006】
本開示は、効率の低下を抑える照明装置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】
【0007】
本開示の一態様に係る照明装置は、光源と、光源を点灯させる駆動回路と、を備える。駆動回路は、整流回路と、第1のコンデンサと、検知回路と、調光回路と、を有する。整流回路は、交流電力を直流電力に平滑する。第1のコンデンサは、整流回路の出力端子間に接続され、整流回路から入力される直流電力を平滑する。検知回路は、第1のコンデンサで平滑された電圧に応じた検知信号を生成する。調光回路は、調光器にブリーダ電流を供給するブリーダ回路を含み、第1のコンデンサで平滑された直流電力と検知信号に基づいて光源に電流を供給する。調光回路は、閾値電圧を有し、閾値電圧は、駆動回路に調光器が接続されている場合における第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも大きくかつ、駆動回路に調光器が接続されていない場合における第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも小さい値に設定され、閾値電圧が第1のコンデンサのリップル電圧の最小値よりも大きい場合は駆動回路に調光器が接続されていると判断し閾値電圧が第1コンデンサのリップル電圧の最小値よりも小さい場合は駆動回路に調光器が接続されていない判断する。駆動回路は、調光器が接続されている場合はブリーダ回路を動作させ、調光器が接続されていない場合はブリーダ回路を動作させない。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係る照明装置は、第1のコンデンサで平滑されたリップル電圧差と閾値電圧とに基づいて調光器の接続の有無を判断し、ブリーダ回路を開閉する。そのため、調光器の接続がない場合において、ブリーダ回路が動作することによる効率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施の形態に係る照明装置の構成を示すブロック図
図2】調光器で位相制御された交流電圧の波形を示す図
図3】制御回路によるスイッチング素子の制御を説明するための図
図4】コンデンサの電圧とブリーダ閾値電圧を示す図
図5】比較例に係る照明装置の構成を示すブロック図
図6】比較例に係る駆動回路の動作を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示に係る照明装置の実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべての点で例示であって、本開示に係る照明装置に制限を加える意図はない。
【0011】
なお、下記に開示される実施の形態では、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明や、実質的に同一の構成についての重複する説明を、省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避けることで、当業者の理解を容易にするためである。
【0012】
(実施の形態)
図1は、実施の形態に係る照明装置10の構成を示すブロック図である。照明装置10は、光源20と、駆動回路50と、を備える。図1には、照明装置10に交流電力を供給する交流電源60及び位相制御式の調光器70も併せて示している。
【0013】
照明装置10は、調光器70によって位相制御された交流電力の供給を受ける照明装置であり、例えば、電球、直管等の照明用光源、ダウンライト、シーリングライト、ペンダント、テーブルスタンド等の各種照明器具に用いられる。
【0014】
交流電源60は、交流を供給する電源であって、例えば100Vの商用電源である。
【0015】
調光器70は、交流電源60から入力された交流電圧を調光度に応じて位相制御する。具体的には、調光器70は、調光度に応じて交流電圧を所定の位相角に達するまでオフにし、所定の位相角に達した後にオンする。調光器70は、位相を制御する素子であるトライアック(図示せず)とトライアックにトリガ信号を出力する制御回路(図示せず)などを有する。なお、調光器70は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を有していてもよい。
【0016】
図2は、調光器70で位相制御された交流電圧の波形を示す図である。なお、図2の(a)は、調光度が100%の場合における波形を示す。図2の(b)は、調光度が80%の場合における波形を示す。図2の(c)は、調光度が50%の場合における波形を示す。図2の(a)から図2の(c)において、横軸が位相角[degree]を、縦軸が電圧[V]を示している。図2には、トレーリングエッジタイプの調光器によって位相制御された交流電圧の例を示したが、これに限らない。調光器は、位相制御式の調光器であればよく、例えば、リーディングエッジタイプであってもよい。
【0017】
調光器70を安定して動作させるためには、所定値以上の保持電流を駆動回路50から調光器70に供給する必要がある。トライアックは、制御回路から出力される信号によりオンとなり(導通を開始)、交流電圧が0Vになるとオフとなる。調光器70に必要な保持電流が流れなくなるとトライアックがオフしてしまい、位相角の異なる交流電圧が駆動回路50に出力される。また、調光器70への入力電圧が0Vに到達した際に調光器70の負荷側(駆動回路50側)に電圧が残っている場合、調光器70は、位相制御における次サイクルへの移行ポイントであるゼロクロスポイントを検知できなくなり動作が不安定になる。調光器70の動作が不安定になると、調光器70から不安定な交流電圧が駆動回路50に出力される。駆動回路50は、調光器70から出力される交流電力に応じて光源20を調光する。そのため、駆動回路50に位相角の異なる交流電圧や不安定な交流電圧が周期的に入力されると照明装置10はちらつきを生じ、ユーザーにとって不快となる。これを防止するため、駆動回路50には調光器70を正常に動作させるために、調光器70にブリーダ電流を供給するブリーダ回路が設けられている。詳細については後述する。
【0018】
光源20は、電流の供給を受けて発光する素子であり、例えば、LED、EL(Electronic Luminescent)等の固体発光素子である。
【0019】
駆動回路50は、調光器70に接続され、調光器70で位相制御された交流電力に基づいて光源20を点灯させる。駆動回路50は、整流回路55と、コンデンサC1(第1のコンデンサ)と、検知回路56と、ダイオードD1と、調光回路57と、を有する。
【0020】
整流回路55は、交流電源60から調光器70を介して入力される位相制御された交流電力を直流電力に整流する。なお、ここでいう位相制御された交流電力とは、調光器70によって調光度を0%~100%に調整された交流電力のことをいう。整流回路55は、例えば4個のダイオードなどで構成される。また、整流回路55の入力側には突入電流防止抵抗(図示せず)が接続されている。突入電流防止抵抗の抵抗値は、例えば20Ωである。
【0021】
コンデンサC1は、整流回路55で整流された直流電力を平滑する。コンデンサC1は、整流回路55の出力端子間に接続されている。コンデンサC1の静電容量は、例えば0.1μFである。
【0022】
検知回路56は、整流回路55とコンデンサC1とで整流平滑された電圧に応じた検知信号を生成する回路である。つまり、検知回路56は、駆動回路50に入力される交流電圧の位相を検知し、検知した位相に応じた検知信号を生成している。検知回路56は、例えばスイッチング素子、抵抗、ダイオード、コンデンサなどで構成される。検知回路56は、整流回路55の出力端子間にコンデンサC1と並列に接続されている。検知回路56で生成された検知信号は、調光回路57の制御回路58に出力される。
【0023】
ダイオードD1は、整流回路55とコンデンサC1で整流平滑された直流電流の逆流を防止する整流素子である。ダイオードD1は、入力端子が整流回路55の高電位側の出力端子に接続され、出力端子が調光回路57に接続されている。これにより、ダイオードD1の後段回路である調光回路57からダイオードD1の前段回路である検知回路56への電流の逆流が防止される。
【0024】
調光回路57は、検知回路56から入力される検知信号と、ダイオードD1を介して入力される直流電力に基づいて光源20に電流を供給する。調光回路57は、コンデンサC2(第2のコンデンサ),C3と、ノイズフィルタNFと、制御回路58と、スイッチング素子Q1と、点灯回路59と、を有する。
【0025】
コンデンサC2,C3とノイズフィルタNFは、ダイオードD1から入力される直流電力をさらに平滑化するとともに、ダイオードD1から入力される直流電力に含まれるノイズ、調光回路57で発生するノイズを除去する。コンデンサC2,C3は、コンデンサC1と並列接続されている。
【0026】
制御回路58とスイッチング素子Q1は、検知回路56から入力される検知信号に基づき、点灯回路59に流れる電流を制御する。制御回路58は、例えば制御IC(Integrated Circuit)、コンデンサ、抵抗、ダイオードなどで構成される。スイッチング素子Q1は、例えばFET(Field Effect Transistor)である。制御回路58は、検知信号に応じてスイッチング素子Q1のオンとオフを制御する。
【0027】
また、制御回路58は、ブリーダ回路51を有する。ブリーダ回路51は、調光器70が接続されている場合に、調光器70が正常に動作するためのブリーダ電流を供給する回路である。例えば、調光器70に入力される交流電圧が0Vになった際、駆動回路50に電荷がのこっていると、調光器70から出力される交流電圧が0V以上となる。そのため、調光器70は位相の反転を検知できなくなるため位相制御が不安定になり、不安定な交流電圧が駆動回路50に供給される。その結果として光源20がちらつくなどの不具合が生じる。そこでブリーダ回路51をオンすることで、例えばコンデンサC1の電荷を放電し、交流電圧の0V付近の位相と、調光器70に入力される位相と、調光器70から出力される位相を合致させる。これにより調光器70内部の信号のずれを矯正することで、光源20がちらつくなどの不具合を回避できる。
【0028】
点灯回路59は、制御回路58によるスイッチング素子Q1の制御に基づき、光源20に電流を供給する。点灯回路59は、例えばチョークコイル、ダイオード、コンデンサ、抵抗などで構成される。
【0029】
以上が駆動回路50の回路構成である。
【0030】
次に、駆動回路50の動作について説明する。
【0031】
調光器70で位相制御された交流電力は、整流回路55で整流され、コンデンサC1で平滑される。整流回路55とコンデンサC1で整流平滑された直流電圧は、調光回路57と検知回路56に入力される。
【0032】
検知回路56は、駆動回路50に入力される交流電圧の位相に応じた検知信号を生成し、生成した検知信号を制御回路58に出力する。
【0033】
制御回路58は、入力された検知信号に応じてスイッチング素子Q1のオンとオフを制御する。
【0034】
図3は、制御回路58によるスイッチング素子Q1の制御を説明するための図である。
【0035】
図3の(a)は、調光器70によってある位相角に位相制御されて、検知回路56に入力される電圧(実線)及び電流(破線)の波形を示す。図3の(b)は、図3の(a)に示す電圧に応じて検知回路56で生成された検知信号の電圧と調光閾値電圧Vtdを示している。図3の(c)は、検知信号の電圧と調光閾値電圧Vtdとの比較結果を示している。図3の(a)、(b)に示すように、検知回路56は、入力される電圧波形に応じた検知信号を生成する。
【0036】
図3の(b)に示すように、制御回路58は、入力された検知信号の電圧と予め設定されている調光閾値電圧Vtdとを比較する。ここで、検知信号の電圧が調光閾値電圧Vtdよりも大きい期間を期間Tc、交流電圧の一周期を一周期Tsとする。なお、一周期Tsは、交流電源60の周波数によって定まる値であり、交流電源60の周波数が60Hzの場合、8.33msである。
【0037】
制御回路58は、検知信号の電圧と調光閾値電圧Vtdとを比較し、一周期Tsに対する期間Tcの割合(Tc/Ts、以下、デューティ比という)を計算する。制御回路58は、例えば検知信号の電圧が調光閾値電圧Vtdより大きい場合、High信号を出力し、検知信号の電圧が調光閾値電圧Vtdより小さい場合、Low信号を出力する。期間Tcは、High信号が出力されている期間のことである。制御回路58は、デューティ比の大きさに応じてスイッチング素子Q1のオンとオフを制御し、点灯回路59に流れる電流の大きさを制御する。具体的には、制御回路58は、デューティ比が大きいほど点灯回路59に流れる電流が大きくなるよう、スイッチング素子Q1を制御する。点灯回路59に流れる電流が大きいほど、光源20に流れる電流が大きくなるので、光源20の輝度は高くなる。一方、デューティ比が小さい場合は点灯回路59に流れる電流が小さくなるため、光源20に流れる電流も小さくなり、光源20の輝度は低くなる。
【0038】
つまり、駆動回路50は、位相制御された交流電圧に応じた検知信号を生成してスイッチング素子Q1のオンとオフを制御し、光源20に供給する電流を調整することで光源20の輝度を調整している。
【0039】
次に、駆動回路50において、調光器70が接続されている場合と、接続されていない場合におけるブリーダ回路51の制御について説明する。
【0040】
制御回路58は、コンデンサC1の電圧と、ブリーダ閾値電圧Vbl(閾値電圧)とを比較し、比較結果に基づいて調光器70の接続の有無を判断し、ブリータ回路51の開閉(オンとオフ)を制御する。
【0041】
図4は、コンデンサC1の電圧とブリーダ閾値電圧Vblを示す図である。なお、図4の(a)は、調光器70が接続された場合におけるコンデンサC1の電圧とブリーダ閾値電圧Vblを示す図である。図4の(b)は、調光器70が接続されていない場合におけるコンデンサC1の電圧とブリーダ閾値電圧Vblを示す図である。図4の(c)は、図4の(a)と図4の(b)を重ね合わせた図である。図4の(a)から図4の(c)において、一点鎖線がブリーダ閾値電圧Vblを示している。また、図4の(c)の重なり部以外において、破線が図4の(a)を示しており、実線が図4の(b)を示している。また、図4の(a)では、調光度は100%に調整されている。
【0042】
図4に示すように、整流回路55で整流された直流電圧はコンデンサC1で平滑され、リップルを有している。また、調光器70を駆動回路50に接続すると時定数が変化するため、調光器70を駆動回路50に接続した場合と接続しない場合とでは、リップルの大きさが異なる。具体的には、図4に示すように、調光器70を駆動回路50に接続すると、コンデンサC1のリップルが大きくなる。つまり、調光器70の接続の有無によってコンデンサC1のリップルに電圧差が生じる。
【0043】
ここで、ブリーダ閾値電圧Vblは、予め設定される値である。そして、ブリーダ閾値電圧Vblは、調光器70が接続されている場合におけるコンデンサC1のリップルの最小値よりも大きく、かつ、調光器70が接続されていない場合におけるコンデンサC1のリップルの最小値よりも小さい値に設定されている。
【0044】
これにより、コンデンサC1の電圧とブリーダ閾値電圧Vblとを比較することで、駆動回路50に調光器70が接続されているか接続されていないかを判断できる。
【0045】
そして、図4の(a)に示すように、コンデンサC1のリップルの最小値がブリーダ閾値電圧Vblよりも小さい場合、駆動回路50は、調光器70が接続されていると判断し、ブリータ回路51をオンする(開く)。これにより、調光器70に入力される交流電圧が0Vになった際、駆動回路50に電荷が残っていても、駆動回路50は、交流電圧の0V付近の位相と、調光器70に入力される位相と、調光器70から出力される位相を合致させることができる。その結果、調光器70内部の信号のずれが矯正され、光源20がちらつくといった不具合が回避される。
【0046】
一方、図4の(b)に示すように、コンデンサC1のリップルの最小値がブリーダ閾値電圧Vblよりも大きい場合、駆動回路50は、調光器70が接続されていないと判断し、ブリーダ回路51をオフする(閉じる)。そのため、調光器70が接続されている場合と比較して、ブリーダ回路51を動作させない分、回路効率の低下が抑制される。
【0047】
次に、比較例に係る照明装置10Aについて、図5図6を用いて説明する。
【0048】
図5は、比較例に係る照明装置10Aの構成を示すブロック図である。照明装置10Aは、駆動回路50Aの構成が駆動回路50の構成と異なる。具板的には、駆動回路50Aは、コンデンサC1を有さない点で駆動回路50と異なり、その他の構成は同一である。
【0049】
図6は、比較例に係る駆動回路50Aの動作を説明するための図である。図6には、整流回路55から出力される直流電圧とブリーダ閾値電圧Vblが示されている。なお、図6は、調光器70が接続されていない場合における整流回路55から出力される直流電圧をしめしており、調光器70が接続されている場合でも、整流回路55から出力される直流電圧の波形は図6とほぼ同じである。
【0050】
駆動回路50Aは、コンデンサC1を有していないため、図6に示すように整流回路55から出力される直流電圧は平滑されていない。そのため、駆動回路50Aでは、調光器70が接続されていない場合であっても、整流回路55から出力された直流電圧がブリーダ閾値電圧Vblよりも小さくなる期間Texが生じる、つまり、駆動回路50Aでは、調光器70が接続されていても、接続されていなくても、ブリーダ回路51はオンしている。そのため、調光器70が接続されていない場合であっても、ブリーダ回路51が動作することにより回路効率が低下する。
【0051】
一方、駆動回路50はコンデンサC1を有するため、調光器70が接続されていない場合はブリーダ回路51をオフする。そのため、駆動回路50では、調光器70が接続されていない場合において、回路効率の低下が抑制される。具体的には、駆動回路50は、調光器70が接続されていない場合において、ブリーダ回路をオフにするため、駆動回路50Aよりも回路効率の低下を8%程度抑制している。なお、ここでいう回路効率とは、駆動回路から光源20に出力される電力を駆動回路に入力される電力で割ることで求められる。
【0052】
以上のように、本実施の形態に係る駆動回路50は、整流回路55から入力される直流電圧を平滑するコンデンサC1を有する。駆動回路50は、コンデンサC1のリップル電圧差とブリーダ閾値電圧Vblに基づいて、駆動回路50に調光器70が接続されているか、接続されていないかを判断する。そして、駆動回路50は、調光器70が接続されていないと判断した場合は、ブリーダ回路をオフにし、ブリーダ電流の供給を停止する。そのため、駆動回路50では、コンデンサC1を有しない駆動回路50Aよりも回路効率の低下が抑制される。
【0053】
また、コンデンサC1は、整流回路55から入力される直流電力を平滑するだけでなく、検知回路56で発生するノイズが照明装置10外に漏れ出すことを抑制している。そのため、コンデンサC1の静電容量は照明装置としてのノイズ特性を考慮して選定される必要がある。また、静電容量が大きくなるほどコンデンサのサイズがおおきくなるため、回路の設置スペースも考慮して適切な静電容量を有するコンデンサを選択する必要がある。さらに、コンデンサの静電容量は、コンデンサの種類、使用される電圧条件や温度条件で変化する。そのため、使用条件を考慮して静電容量を決定する必要がある。なお、コンデンサの種類としては、高分子タンタル電界コンデンサ、高分子アルミ電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、積層セラミックコンデンサなどがある。
【0054】
[変形例]
以上、本実施の形態に係る照明装置10について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。
【0055】
本実施の形態では、コンデンサC1のリップル電圧差とブリーダ閾値電圧Vblに基づいて駆動回路50に調光器70が接続されているか、接続されていないかを判断した。これに対し、例えば検知信号とブリーダ閾値電圧Vblに基づいて調光器70が接続されているか、接続されていないかを判断してもよい。
【0056】
検知回路56には、コンデンサC1で平滑された直流電圧が入力される。そして、検知回路56で生成される検知信号は、コンデンサC1の電圧波形が反映される(図3参照)。そのため、検知回路56が生成する検知信号の電圧もコンデンサC1と同様にリップルを有している。ここで、例えばブリーダ閾値電圧Vblを調光器70が接続されている場合(調光度100%)における検知信号のリップルの最小値よりも大きく、かつ、調光器70が接続されていない場合における検知信号のリップルの最小値よりも小さい値に設定する。これにより、検知信号の電圧とブリーダ閾値電圧Vblとを比較することで、駆動回路50に調光器70が接続されているか、接続されていないかを判断できる。
【符号の説明】
【0057】
10 照明装置
20 光源
50 駆動回路
51 ブリーダ回路
55 整流回路
56 検知回路
57 調光回路
C1 コンデンサ(第1のコンデンサ)
C2 コンデンサ(第2のコンデンサ)
D1 ダイオード
図1
図2
図3
図4
図5
図6