(57)【要約】【課題】安定して発光素子を点灯させることができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供する。【解決手段】直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０に応じたフィードバック信号ＦＢを直流電源制御回路２０４に供給すると共に、発光素子２１０と電流調整回路２０６との接続点の電圧ＶＤを検出し、電圧ＶＤに応じたフィードバック信号ＦＢを直流電源制御回路２０４に供給するフィードバック回路２０８を備え、電流調整回路２０６がＰＷＭ調光制御されているとき、フィードバック信号ＦＢに応じて直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０が一定となるように制御し、ＰＷＭ調光制御されていないとき、フィードバック信号ＦＢに応じて電圧ＶＤが一定となるように直流電源回路２０６からの出力電圧Ｖ０を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調光指令値に基づいた電流を発光素子に供給する点灯装置であって、
前記発光素子に電圧を印加する直流電源回路と、
前記直流電源回路からの出力電圧を制御する直流電源制御回路と、
前記発光素子に直列に接続され、前記調光指令値に応じて前記発光素子に流れる電流を制御する電流調整回路と、
前記直流電源回路の出力電圧に応じた第１フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第１フィードバック回路と、
前記発光素子と前記電流調整回路との接続点の電圧を検出し、前記接続点の電圧に応じた第２フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第２フィードバック回路と、
を備え、
前記電流調整回路は、前記発光素子にＰＷＭ変調された電流を供給するＰＷＭ調光制御が可能であり、
前記電流調整回路がＰＷＭ調光制御されているとき、前記直流電源制御回路は、前記第１フィードバック信号に応じて前記直流電源回路の出力電圧が一定となるように制御し、前記電流調整回路がＰＷＭ調光制御されていないとき、前記直流電源制御回路は、前記第２フィードバック信号に応じて前記接続点の電圧が一定となるように前記直流電源回路からの出力電圧を制御することを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の点灯装置であって、
前記第１フィードバック信号と前記第２フィードバック信号のうち電圧値が低い方の信号を前記直流電源制御回路へ供給することを特徴とする点灯装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の点灯装置であって、
前記電流調整回路は、
前記発光素子に供給される電流を制御する電流調整素子と、
前記電流調整素子に流れる電流を検出する電流検出素子と、
前記電流検出素子によって検出された電流値と前記調光指令値に基づく電流指令値との差を増幅する誤差増幅回路と、
を備え、
前記電流調整素子は、前記誤差増幅回路の出力に応じて、前記電流検出素子によって検出された検出値と前記電流指令値とが所定の範囲内に収まるように前記発光素子に供給される電流を調整することを特徴とする点灯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置を備える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の明るさを広範囲に亘って滑らかに変化することを可能にした照明器具に関する技術が開示されている（特許文献１）。当該技術では、外部からの調光信号に応じてオンデューティ比が変化するＰＷＭ信号に従って第１のトランジスタをオン／オフさせることでＬＥＤに流れる電流を調整する第１電流調整部と、調光信号に従って第２のトランジスタのゲートに印加する電圧を変化させることでＬＥＤに流れる電流を調整する第２電流調整部とを備える。そして、調光信号による調光レベルが所定値以上である場合には、第１電流調整部によりＬＥＤの明るさを制御し、調光レベルが所定値より小さい場合には、調光レベルが所定値である場合における第１電流調整部の制御状態を保ちつつ、第２電流調整部によりＬＥＤの明るさを制御する。
【０００３】
また、発光素子のちらつきを抑えることを目的とした照明器具に関する技術が開示されている（特許文献２）。当該技術における点灯装置は、整流回路、変換回路、定電流回路、制御回路を備え、定電流回路の出力電圧が一定となるように交流／直流変換回路の出力電圧を制御する。
【０００４】
図９は、従来の点灯装置１００の構成例を示す。点灯装置１００では、ＤＣ調光信号とＰＷＭ調光信号に応じて電流調整回路１４においてトランジスタＱ１を制御することで、直流電源回路１０から発光素子１２へ印加される電圧を調整して調光を行う。ＰＷＭ調光信号がハイレベル（Ｈ）のときトランジスタＱ１はオン状態となり、ＰＷＭ調光信号がローレベル（Ｌ）のときトランジスタＱ１はオフ状態となる。ＰＷＭ調光信号の大きさによってトランジスタＱ１のオン状態とオフ状態のデューティ比を変化させることができ、これに伴って発光素子１２の明るさを広範囲に亘って調整することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４１４３０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１００１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の点灯装置１００において直流電源回路１０が一定電圧を出力する場合、出力電圧Ｖ０は負荷となる発光素子１２の順電圧ＶＦよりも大きい値であることが必要である。しかしながら、発光素子１２の順電圧ＶＦにはばらつきがあり、また温度によっても変化するため、直流電源回路１０の出力電圧Ｖ０は発光素子１２の順電圧ＶＦに対して大きな余裕を持たせる必要がある。また、ＰＷＭ調光状態においてトランジスタＱ１がオフ状態になると、発光素子１２の順電圧ＶＦが小さくなり不定となる。このとき、電流調整回路１４の端子電圧ＶＤを安定に制御できることが望まれている。
【０００７】
本発明は、安定して発光素子を点灯させることができる点灯装置及びそれを用いた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】
【０００８】
本発明の一つの態様は、調光指令値に基づいた電流を発光素子に供給する点灯装置であって、前記発光素子に電圧を印加する直流電源回路と、前記直流電源回路からの出力電圧を制御する直流電源制御回路と、前記発光素子に直列に接続され、前記調光指令値に応じて前記発光素子に流れる電流を制御する電流調整回路と、前記直流電源回路の出力電圧に応じた第１フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第１フィードバック回路と、前記発光素子と前記電流調整回路との接続点の電圧を検出し、前記接続点の電圧に応じた第２フィードバック信号を前記直流電源制御回路に供給する第２フィードバック回路と、を備え、前記電流調整回路は、前記発光素子にＰＷＭ変調された電流を供給するＰＷＭ調光制御が可能であり、前記電流調整回路がＰＷＭ調光制御されているとき、前記直流電源制御回路は、前記第１フィードバック信号に応じて前記直流電源回路の出力電圧が一定となるように制御し、前記電流調整回路がＰＷＭ調光制御されていないとき、前記直流電源制御回路は、前記第２フィードバック信号に応じて前記接続点の電圧が一定となるように前記直流電源回路からの出力電圧を制御することを特徴とする点灯装置である。
【０００９】
ここで、前記第１フィードバック信号と前記第２フィードバック信号のうち電圧値が低い方の信号を前記直流電源制御回路へ供給することが好適である。
【００１０】
また、前記電流調整回路は、前記発光素子に供給される電流を制御する電流調整素子と、前記電流調整素子に流れる電流を検出する電流検出素子と、前記電流検出素子によって検出された電流値と前記調光指令値に基づく電流指令値との差を増幅する誤差増幅回路と、を備え、前記電流調整素子は、前記誤差増幅回路の出力に応じて、前記電流検出素子によって検出された検出値と前記電流指令値とが所定の範囲内に収まるように前記発光素子に供給される電流を調整することが好適である。
【００１１】
本発明の別の態様は、上記点灯装置を備える照明器具である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安定して発光素子を点灯させることができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における点灯装置及び照明器具の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における照明器具の具体的な回路構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における調光の方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における調光制御を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態における調光制御の別例を説明する図である。
【図６】本発明の変形例１における照明器具の具体的な回路構成を示す図である。
【図７】本発明の変形例１における調光制御を説明する図である。
【図８】本発明の変形例２における照明器具の具体的な回路構成を示す図である。
【図９】従来の点灯装置及び照明器具の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態における点灯装置２００は、直流電源回路２０２、直流電源制御回路２０４、電流調整回路２０６及びフィードバック回路２０８を含んで構成される。点灯装置２００は、発光素子２１０に接続される。点灯装置２００及び発光素子２１０が組み合わされることで照明器具３００として使用される。
【００１５】
直流電源回路２０２は、発光素子２１０に対して電力を供給する電源回路である。直流電源制御回路２０４は、フィードバック回路２０８からのフィードバック信号に基づいて直流電源回路２０２からの出力電圧を制御する制御回路である。電流調整回路２０６は、調光信号に基づいて発光素子２１０に流れる電流を制御して、発光素子２１０の発光における明るさを調整する調整回路である。フィードバック回路２０８は、発光素子２１０と電流調整回路２０６の状態をフィードバック信号として直流電源制御回路２０４へフィードバックする回路である。
【００１６】
発光素子２１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等とすることができる。ただし、発光素子２１０は、これらに限定されるものではなく、他の発光素子を適用してもよい。発光素子２１０は、直流電源回路２０２から電力を受けて発光する。発光素子２１０の発光強度（明るさ）は、電流調整回路２０６による発光素子２１０に流れる電流値の制御によって行われる。
【００１７】
図２は、照明器具３００の具体的な回路構成を示す図である。以下、図２を参照しつつ、直流電源回路２０２、直流電源制御回路２０４、電流調整回路２０６及びフィードバック回路２０８について説明する。
【００１８】
直流電源回路２０２は、一例として、フライバック回路を含んだ構成としている。直流電源回路２０２は、整流回路及びスイッチング素子ＱＳＷ（パワーＭＯＳＦＥＴ等）を含んで構成される。整流回路は、商用電源等の交流電力を受けて直流電力に変換する回路である。整流回路は、ダイオードブリッジによる全波整流回路とすることができる。ただし、これに限定されるものではなく、整流回路をＰＦＣ回路やＥＭＩフィルタ回路を含むものとしてもよい。スイッチング素子ＱＳＷは、直流電源制御回路２０４によってスイッチング制御される。スイッチング素子ＱＳＷのオン期間中に絶縁トランスに電力を蓄え、スイッチング素子ＱＳＷをオフに切り替えることによって絶縁トランスの逆起電力を利用して蓄えられていた電力を出力する。これによって、スイッチング素子ＱＳＷのスイッチングに応じた出力電圧Ｖ０を出力する。
【００１９】
直流電源制御回路２０４は、直流電源回路２０２のスイッチング素子ＱＳＷをスイッチング制御することによって直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０を制御する回路である。直流電源制御回路２０４は、後述するフィードバック回路２０８からフィードバック信号ＦＢを受けて、フィードバック信号ＦＢに応じて直流電源回路２０２のスイッチング素子ＱＳＷをスイッチング制御する。すなわち、フィードバック信号ＦＢのフィードバック電圧ＶＲに応じてスイッチング素子ＱＳＷのオン期間とオフ期間との比（オンデューティ比）を調整することによって直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０を制御する。
【００２０】
本実施の形態では、直流電源制御回路２０４は、シャントレギュレータＱＳＲを含む回路構成としている。シャントレギュレータＱＳＲは、基準電圧ＶＲＥＦとリファレンス端子に入力されるフィードバック信号ＦＢのフィードバック電圧ＶＲとの電圧差（誤差電圧）を増幅する誤差増幅器を有し、誤差電圧に応じたカソード電流を流す。フィードバック電圧ＶＲが基準電圧ＶＲＥＦを超えるとシャントレギュレータＱＳＲのカソード電流が流れ、フォトカプラＰＣを介して制御回路に信号が伝えられる。制御回路は、フォトカプラＰＣからの信号を受けて、フィードバック電圧ＶＲが基準電圧ＶＲＥＦより小さい場合に直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０が大きくなるように、フィードバック電圧ＶＲが基準電圧ＶＲＥＦより大きい場合に直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０が小さくなるようにスイッチング素子ＱＳＷのスイッチングを制御する。
【００２１】
電流調整回路２０６は、外部から調光信号を受けて、調光信号に応じて発光素子２１０へ流れる電流ＩＯＵＴとなるように制御を行う。電流調整回路２０６の制御回路は、外部から調光信号に応じてＤＣ調光信号及びＰＷＭ調光信号を出力する。ＤＣ調光信号は、図３に示すように、調光信号が所定値未満では一定値となり、当該所定値以上において単調増加する信号である。ＰＷＭ調光信号は、図３に示すように、当該所定値未満では単調増加するＰＷＭ変調のデューティ比を示し、当該所定値以上で一定値となる信号である。ＤＣ調光信号は、オペアンプ（誤差増幅器）ＯＰの非反転入力端子（＋）に入力される。ＰＷＭ調光信号は、スイッチ素子Ｑ２のベース端子に入力される。スイッチ素子Ｑ２のエミッタ端子は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプ（誤差増幅器）ＯＰの反転入力端子（−）に接続される。これにより、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが制御されて、外部からの調光信号が当該所定値未満では発光素子２１０へ供給される電流ＩＯＵＴがＰＷＭ変調される。このとき、ＰＷＭ調光信号が示すデューティ比が増加するにつれて電流ＩＯＵＴを増加させるようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチングが制御される。一方、外部からの調光信号が当該所定値以上では、ＤＣ変調信号に応じて発光素子２１０へ供給される電流ＩＯＵＴは単調増加する。
【００２２】
このように、ＤＣ調光状態とＰＷＭ調光状態を切り替えることによって、図３に示すように、発光素子２１０をより明るく発光させる場合には発光素子２１０に対して常に電流ＩＯＵＴを供給し、発光素子２１０を暗く発光させる場合には発光素子２１０に対してＰＷＭ変調された断続的な電流ＩＯＵＴを供給する。これによって、ＤＣ調光状態のみで調光するよりも暗い状態、いわゆる深い調光状態において発光素子２１０の明るさを調整することができる。
【００２３】
フィードバック回路２０８は、直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０又は電流調整回路２０６の出力電圧ＶＤのいずれか一方に基づくフィードバック信号ＦＢを直流電源制御回路２０４へ出力する。本実施の形態では、図２に示すように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を制御する切替回路を含んで構成される。
【００２４】
具体的には、電流調整回路２０６がＰＷＭ調光制御されているとき、切替回路はＳＷ１をオフ状態及びＳＷ２をオン状態にする。これによって、直流電源制御回路２０４の出力電圧Ｖ０を分圧して得られた電圧Ｖ１に応じた第１フィードバック信号ＦＢ１が直流電源制御回路２０４に供給される。一方、電流調整回路２０６がＰＷＭ調光制御されていないとき、切替回路はＳＷ１をオン状態及びＳＷ２をオフ状態にする。これによって、電流調整回路２０６のスイッチング素子Ｑ１及び検出抵抗Ｒ０の端子電圧である出力電圧ＶＤが第２フィードバック信号ＦＢ２として直流電源制御回路２０４に供給される。
【００２５】
直流電源制御回路２０４は、電流調整回路２０６がＰＷＭ調光制御されているときには第１フィードバック信号ＦＢ１に応じて、第１フィードバック信号ＦＢ１がシャントレギュレータＱＳＲの基準電圧ＶＲＥＦに一致するように直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０を制御する。これによって、直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０が一定となるように制御される。また、直流電源制御回路２０４は、電流調整回路２０６がＰＷＭ調光制御されていないときには第２フィードバック信号ＦＢ２に応じて、第２フィードバック信号ＦＢ２がシャントレギュレータＱＳＲの基準電圧ＶＲＥＦに一致するように直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０を制御する。これによって、電流調整回路２０６の出力電圧ＶＤが一定となるように直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０が制御される。
【００２６】
図４に示すように、ＰＷＭ調光制御が行われているときにはスイッチング素子Ｑ１がオフ状態で出力電圧ＶＤが大きくなっても、直流電源制御回路２０４の出力電圧Ｖ０に応じて出力電圧Ｖ０が一定になるように直流電源回路２０２が制御される。このとき、出力電圧ＶＤは大きくなってしまうおそれがあるが、ＰＷＭ調光制御時には電流ＩＯＵＴが小さいので、結果として電流調整回路２０６の損失は著しく大きくなることはない。一方、図４に示すように、ＰＷＭ調光制御が行われていないとき（ＤＣ調光制御が行われているとき）には、電流調整回路２０６の出力電圧ＶＤに応じて出力電圧ＶＤが一定になるように直流電源回路２０２が制御される。したがって、ＰＷＭ調光制御時に比べて電流ＩＯＵＴが大きくなったとしても電流調整回路２０６の損失を抑制することができる。
【００２７】
なお、図５に示すように、調光指令値がＡ０未満、Ａ０以上Ａ１以下、Ａ１を超える３つの領域に分割して制御するようにしてもよい。調光指令値がＡ０未満のときには、直流電源制御回路２０４の出力電圧Ｖ０を分圧して得られた電圧に応じた第１フィードバック信号ＦＢ１を直流電源制御回路２０４に入力して制御を行う。調光指令値がＡ１を超えるときには、電流調整回路２０６の出力電圧ＶＤを第２フィードバック信号ＦＢ２として直流電源制御回路２０４に入力して制御を行う。調光指令値がＡ０以上Ａ１以下のときには、第１フィードバック信号ＦＢ１と第２フィードバック信号ＦＢ２とを比率に応じて混ぜて直流電源制御回路２０４に入力して制御する。このような制御を行うことによって、図５に示すように、ＰＷＭ調光制御とＤＣ調光制御との切替領域（調光指令値がＡ０以上Ａ１以下の領域）における電圧の跳びが無くなる。したがって、発光素子２１０の発光をフェードインやフェードアウトさせる際に発光素子２１０の明るさを急激に変化させることなく、滑らかに制御することができる。
【００２８】
［変形例１］
図６は、変形例１における照明器具３０２の構成を示す図である。本変形例では、上記実施の形態におけるフィードバック回路２０８を別の構成のフィードバック回路２０８−１に置き換えた構成としている。直流電源回路２０２、直流電源制御回路２０４及び電流調整回路２０６は、上記実施の形態の照明器具３００と同様の構成とすればよい。
【００２９】
フィードバック回路２０８−１は、オペアンプＱＡ，ＱＢを含んで構成される。オペアンプＱＡの非反転入力端子（＋）には電流調整回路２０６の出力電圧ＶＤが入力され、オペアンプＱＡの反転入力端子（−）にはダイオードを介して出力端子の信号がフィードバック入力される。オペアンプＱＢの非反転入力端子（＋）には直流電源回路２０２の出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒｈ及び抵抗Ｒｌで分圧した電圧Ｖ１が入力され、オペアンプＱＢの反転入力端子（−）にはダイオードを介して出力端子の信号がフィードバック入力される。
【００３０】
図７は、変形例１における照明器具３０２の作用を説明する図である。電圧Ｖ０の分圧比は、直流電源制御回路２０４のシャントレギュレータＱＳＲの基準電圧ＶＲＥＦに対してＶＲＥＦ＝Ｖｔｈ×Ｒｌ／（Ｒｈ＋Ｒｌ）となるように設定する。ここで、電圧閾値Ｖｔｈは、ＤＣ調光制御とＰＷＭ調光制御の切り替え点Ｃのときの発光素子２１０の順電圧ＶＦよりも大きい電圧に設定することが好適である。
【００３１】
領域Ａでは、電圧Ｖ１は出力電圧ＶＤより高くなる。すると、オペアンプＱＢに付随するダイオードはオフ状態となり、オペアンプＱＡに付随するダイオードはオン状態となる。したがって、直流電源制御回路２０４のシャントレギュレータＱＳＲのリファレンス端子には出力電圧ＶＤが入力される。一方、領域Ｂでは、電圧Ｖ１は出力電圧ＶＤより低くなる。すると、オペアンプＱＢに付随するダイオードはオン状態となり、オペアンプＱＡに付随するダイオードはオフ状態となる。したがって、直流電源制御回路２０４のシャントレギュレータＱＳＲのリファレンス端子には電圧Ｖ１が入力される。
【００３２】
このような構成とすることによって、領域Ａでは出力電圧ＶＤに基づいて出力電圧ＶＤが一定に維持されるように直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０が制御される。また、領域Ｂでは電圧Ｖ１に基づいて電圧Ｖ１が一定に維持されるように直流電源回路２０２からの出力電圧Ｖ０が制御される。
【００３３】
以上のように、変形例１における照明器具３０２の構成によっても上記実施の形態における照明器具３００と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
［変形例２］
図８に示すように、電流調整回路２０６の出力端子間に平滑コンデンサＣを接続した構成としてもよい。これによって、電流調整回路２０６によってオン／オフ制御された電流が整流され、発光素子２１０における光のちらつきや残像感、撮影時におけるフリッカの発生等を抑制することができる。
【００３５】
なお、平滑コンデンサＣに代えて、電流を平滑化できるフィルタ回路を設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  直流電源回路、１２  発光素子、１４  電流調整回路、１００，２００  点灯装置、２０２  直流電源回路、２０４  直流電源制御回路、２０６  電流調整回路、２０８  フィードバック回路、２１０  発光素子、３００，３０２  照明器具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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