(57)【要約】【課題】光源負荷の特性にバラつきがあり、且つ光源負荷の周囲温度に変化があっても十分な精度で入力電力を求めることのできる点灯装置及びそれを用いた照明器具、並びに照明システムを提供する。【解決手段】制御部５は、光源負荷２００に供給する電力の大きさを決定する電力設定値、及び電流検出抵抗４５で検出した電流検出値を用いて光源負荷２００に流れる負荷電流が一定値となるように電力変換部４の動作を制御し、負荷電力演算部９０は、電力設定値と電圧検出部６で検出した電圧検出値とを用いて光源負荷２００の負荷電力を求め、入力電力推定部９１は、求めた負荷電力に対して回路損失を補正して入力電力を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給する負荷電力を前記スイッチング素子のオン／オフにより調整する電力変換部と、前記光源負荷を流れる負荷電流を検出する電流検出部と、前記光源負荷に印加される負荷電圧を検出する電圧検出部と、前記光源負荷に供給する電力の大きさを決定する電力設定値、及び前記電流検出部で検出した電流検出値を用いて前記光源負荷に流れる負荷電流が一定値となるように前記電力変換部の動作を制御する制御部と、前記電力設定値と前記電圧検出部で検出した電圧検出値とを用いて前記光源負荷の負荷電力を求める負荷電力演算部と、求めた前記負荷電力に対して回路損失を補正して入力電力を推定する入力電力推定部と、前記入力電力推定部での演算結果を外部に通知する通知部とを備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記入力電力推定部は、入力電圧及び前記光源負荷の点灯状態に関わらず補正する回路損失を一定値として入力電力を推定することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
前記入力電力推定部は、前記光源負荷の点灯状態に基づいて、前記電力設定値を用いて補正する回路損失を変化させて入力電力を推定することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項４】
前記通知部は、前記入力電力推定部の演算結果を含む通知信号をディジタル信号により送出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の点灯装置。
【請求項５】
前記通知部は、前記入力電力推定部の演算結果を含む通知信号をアナログ信号により送出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の点灯装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の前記点灯装置と、前記点灯装置及び前記光源負荷を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項７】
請求項６に記載の複数台の前記照明器具と、前記照明器具の前記通知部から送信される前記通知信号を受信して前記入力電力推定部の演算結果を読み出す読出装置とを備えることを特徴とする照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電力を推定する点灯装置及びそれを用いた照明器具、並びに照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部電源から供給された電力を適宜変換して負荷に供給するとともに、入力電力（消費電力）を測定して外部へ提示する電源装置が提案されている。このような電源装置から得られる入力電力の測定結果は、電源装置の使用者や電源装置が取り付けられている設備の管理者などに提示され、無駄な消費電力の削減（節電）等に役立てることができる。
【０００３】
ところで、近年注目を浴びている発光ダイオードを用いた光源負荷は、その温度特性により、周囲温度によってインピーダンスが変化する。この点に鑑みて、光源負荷の周囲温度が変化しても十分な精度で入力電力を求めることを試みた点灯装置が知られており、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１に記載の点灯装置は、光源負荷に供給される電力をスイッチング素子のオンオフ動作によって調整する電力変換部と、光源負荷に供給される電力の大きさを決定する電力設定値を入力し電力変換部の動作を制御する制御部とを備える。また、この点灯装置は、スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部の検出値を用いて入力電力を推定する電力推定部とを備える。電力推定部は、電力設定値と、電流検出部の出力に対応する電流検出値とを用い、光源負荷の周囲温度の変化に起因して生じる電流検出値の変動分を補正して、入力電力を求める。
【０００５】
特に、電力推定部では、光源負荷に供給される電力が最大となるときの電力設定値を最大電力値として用いて電力設定値を正規化し、電力設定値と電流検出値との差分に応じた電力調整値を用いて入力電力を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０７４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来例では、入力電力を求めるために光源負荷の最大電力値を予め記憶しておく必要がある。このため、最大電力値を記憶した特定の光源負荷については十分な精度で入力電力を求めることができる一方、光源負荷の特性のバラつきにより特性が異なる他の光源負荷については、十分な精度で入力電力を求めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、光源負荷の特性にバラつきがあり、且つ光源負荷の周囲温度に変化があっても十分な精度で入力電力を求めることのできる点灯装置及びそれを用いた照明器具、並びに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】
【０００９】
本発明の点灯装置は、スイッチング素子を含み直流電力を入力として光源負荷に供給する負荷電力を前記スイッチング素子のオン／オフにより調整する電力変換部と、前記光源負荷を流れる負荷電流を検出する電流検出部と、前記光源負荷に印加される負荷電圧を検出する電圧検出部と、前記光源負荷に供給する電力の大きさを決定する電力設定値、及び前記電流検出部で検出した電流検出値を用いて前記光源負荷に流れる負荷電流が一定値となるように前記電力変換部の動作を制御する制御部と、前記電力設定値と前記電圧検出部で検出した電圧検出値とを用いて前記光源負荷の負荷電力を求める負荷電力演算部と、求めた前記負荷電力に対して回路損失を補正して入力電力を推定する入力電力推定部と、前記入力電力推定部での演算結果を外部に通知する通知部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この点灯装置において、前記入力電力推定部は、入力電圧及び前記光源負荷の点灯状態に関わらず補正する回路損失を一定値として入力電力を推定することが好ましい。
【００１１】
この点灯装置において、前記入力電力推定部は、前記光源負荷の点灯状態に基づいて、前記電力設定値を用いて補正する回路損失を変化させて入力電力を推定することが好ましい。
【００１２】
この点灯装置において、前記通知部は、前記入力電力推定部の演算結果を含む通知信号をディジタル信号により送出することが好ましい。
【００１３】
この点灯装置において、前記通知部は、前記入力電力推定部の演算結果を含む通知信号をアナログ信号により送出することが好ましい。
【００１４】
本発明の照明器具は、上記何れかの点灯装置と、前記点灯装置及び前記光源負荷を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の照明システムは、複数台の前記照明器具と、前記照明器具の前記通知部から送信される前記通知信号を受信して前記入力電力推定部の演算結果を読み出す読出装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、制御部が光源負荷を流れる負荷電流が一定値となるように制御することから、光源負荷の負荷電圧の電圧検出値が周囲温度とともに変化する。そして、本発明は、光源負荷の負荷電圧と比例関係にある電圧検出値と、光源負荷の負荷電流と比例関係にある電力設定値とに基づいて負荷電力を演算している。すなわち、本発明では、光源負荷の周囲温度の変化分と、光源負荷の特性のバラつきとの何れをも含む形で負荷電力及び入力電力を求めることができる。したがって、本発明では、光源負荷の特性にバラつきがあり、且つ光源負荷の周囲温度に変化があっても十分な精度で入力電力を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る点灯装置の実施形態を示す回路概略図である。
【図２】同上の点灯装置における電力変換部の動作を示すタイムチャート図で、（ａ）は電流臨界モード制御を示す図で、（ｂ）はバーストモード制御を示す図で、（ｃ）はＰＷＭモード制御を示す図である。
【図３】同上の点灯装置における入力電力の実測値及び演算結果の相関を示す図で、（ａ）は電源電圧が変化した場合の図で、（ｂ）は周囲温度が変化した場合の図で、（ｃ）は光源部の負荷電圧にバラつきが生じた場合の図である。
【図４】本発明に係る照明器具の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る点灯装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の点灯装置１は、図１に示すように、交流電源１００に接続する整流器２と、直流電源部３と、電力変換部４と、制御部５と、電圧検出部６と、電力調整部７と、制御信号入力部８と、電力演算部９と、通知部１０とを備える。
【００１９】
整流器２は、例えばダイオードブリッジから成り、交流電源１００から出力される交流電圧を全波整流して出力する。直流電源部３は、平滑用コンデンサ（図示せず）を有し、整流器２から出力される脈流電圧を平滑化して直流電圧を出力する。この直流電圧は、電力変換部４に印加する。なお、直流電源部３は、少なくとも平滑用コンデンサを有していればよく、特定の具体的な構成には限定されない。
【００２０】
電力変換部４は、ＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子４０、ダイオード４１の直列回路と、ダイオード４１と並列に接続するダイオード４２、チョークコイル４３、平滑用コンデンサ４４の直列回路とを備えた降圧チョッパ回路から成る。スイッチング素子４０は、後述する制御部５のドライブ部５０から出力される駆動信号を抵抗４６を介して与えることによりオン／オフを切り替える。また、平滑用コンデンサ４４には、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を直列に接続して成る光源負荷２００を並列に接続する。したがって、電力変換部４は、直流電源部３から出力される直流電圧を降圧して光源負荷２００に印加し、直流電力を光源負荷２００に供給する。
【００２１】
平滑用コンデンサ４４には、光源負荷２００に流れる負荷電流を検出するための電流検出抵抗４５（電流検出部）を直列に接続している。また、平滑用コンデンサ４４及び電流検出抵抗４５の直列回路には、光源負荷２００に印加する負荷電圧を検出するための電圧検出部６を並列に接続している。電圧検出部６は、３つの電圧検出抵抗６０〜６２を直列に接続して成る。電圧検出部６は、負荷電圧を抵抗６２の両端電圧に分圧して後述する電力演算部９の負荷電力演算部９０に出力する。
【００２２】
制御部５は、スイッチング素子４０に駆動信号を与えるドライブ部５０と、後述する電力調整値に基づいて駆動信号を設定する信号設定部５１とを備える。また、制御部５は、光源負荷２００の負荷電力を一定値に制御するための電力調整部７を備える。
【００２３】
信号設定部５１には、チョークコイル４３の２次巻線４３０に誘起される誘起電圧を抵抗４７，４８を介して入力する。なお、抵抗４８には、過電圧保護用のダイオード４９を並列に接続している。また、信号設定部５１には、後述する電力調整部７のオペアンプ７０の出力電圧を抵抗７３を介して入力する。このオペアンプ７０の出力電圧の値を、以下では「電力調整値」と呼ぶ。
【００２４】
制御部５は、信号設定部５１に入力される誘起電圧が零になる（すなわち、チョークコイル４３を流れる電流が零になる）と、ドライブ部５０を介してスイッチング素子４０をオンに切り替える。また、制御部５は、信号設定部５１に入力される誘起電圧の値が電力調整部７の出力する電力調整値に達すると、ドライブ部５０を介してスイッチング素子４０をオフに切り替える。すなわち、制御部５は、図２（ａ）に示すように、電流臨界モードで制御するように駆動信号をスイッチング素子４０に与える。これにより、電力変換部４は、光源負荷２００に一定の直流電流を供給する。制御部５は、信号設定部５１において電力調整値に基づいて駆動信号の周波数を変化させることで、光源負荷２００を流れる負荷電流を調整する。
【００２５】
ところで、制御部５は、光源負荷２００の負荷電流を一定に制御できるものであれば、他のモードでスイッチング素子４０のオン／オフを制御してもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように、高周波でスイッチング素子４０のオン／オフを切り替える動作期間と、スイッチング素子４０がオフの状態を維持する停止期間とを交互に繰り返すバーストモードで制御してもよい。このバーストモードで制御する場合は、制御部５は、信号設定部５１において電力調整値に基づいて駆動信号の動作期間の幅を変化させることで、光源負荷２００を流れる負荷電流を調整する。また、図２（ｃ）に示すように、スイッチング素子４０のオン期間とオフ期間とを交互に繰り返すＰＷＭモードで制御してもよい。このＰＷＭモードで制御する場合は、制御部５は、信号設定部５１において電力調整値に基づいて駆動信号のオンデューティ比を変化させることで、光源負荷２００を流れる負荷電流を調整する。
【００２６】
電力調整部７は、オペアンプ７０と、オペアンプ７０の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサ７１とを有し、積分器を構成している。オペアンプ７０の非反転入力端子には、後述する制御信号入力部８から出力される直流電圧を入力する。また、オペアンプ７０の反転入力端子には、電流検出抵抗４５の両端電圧を抵抗７２を介して入力する。すなわち、オペアンプ７０の反転入力端子には、光源負荷２００の負荷電流に相当する「電流検出値」を入力する。
【００２７】
制御信号入力部８は、外部で操作可能な調光コントローラ（図示せず）に接続され、調光コントローラから出力される調光信号の調光比に基づく直流電圧を、電力調整部７と電力演算部９とにそれぞれ出力する。この制御信号入力部８から出力される直流電圧の値を、以下では「電力設定値」と呼ぶ。電力設定値は、調光コントローラで設定した調光比が大きくなると増大し、調光比が小さくなると減少する。なお、制御信号入力部８と調光コントローラとの接続手段は、有線、無線の何れでもよい。
【００２８】
以下、制御部５の動作について説明する。オペアンプ７０の反転入力端子に入力される電流検出値が、非反転入力端子に入力される電力設定値よりも大きくなると、オペアンプ７０の出力電圧（電力調整値）が低下する。電力調整値が低下すると、信号設定部５１では、駆動信号の周波数を高く設定する。これにより、光源負荷２００を流れる負荷電流が減少し、負荷電力も減少する。一方、オペアンプ７０の反転入力端子に入力される電流検出値が、非反転入力端子に入力される電力設定値よりも小さくなると、電力調整値が増大する。電力調整値が増大すると、信号設定部５１では、駆動信号の周波数を低く設定する。これにより、光源負荷２００を流れる負荷電流が増大し、負荷電力も増大する。
【００２９】
上述のように、制御部５は、電力調整部７の出力する電力調整値の増減に基づいてスイッチング素子４０の駆動周波数を変化させることで、光源負荷２００の負荷電力が電力設定値に基づく一定値となるように制御する。
【００３０】
通知部１０は、後述する電力演算部９の入力電力推定部９１での演算結果を含む出力信号を受信し、且つ当該演算結果を含む通知信号を外部の読出装置（図示せず）に対して送出する。なお、通知部１０と読出装置との間の通信手段は、有線、無線の何れであってもよい。また、通知部１０から送出する通知信号は、ディジタル信号又はアナログ信号の何れであってもよい。
【００３１】
電力演算部９は、負荷電力演算部９０と、入力電力推定部９１とから成る。負荷電力演算部９０は、制御信号入力部８の出力電圧（電力設定値）と、電圧検出部６で検出した電圧検出値とに基づいて所定の演算を行うことで、光源負荷２００の負荷電力を演算する。具体的には、負荷電力をＷｋ、電力設定値をＷｓ、電圧検出値をＶＬ、補正係数をＫとして、式Ｗｋ＝Ｋ×Ｗｓ×ＶＬを用いて負荷電力を演算する。
【００３２】
ここで、光源負荷２００を流れる負荷電流は、オペアンプ７０の反転入力端子の入力電圧（電流検出値）と比例関係にある。また、電力調整部７は、反転入力端子の電流検出値が非反転入力端子の入力電圧（電力設定値）と等しくなるようにフィードバック制御する。したがって、光源負荷２００の負荷電流は、電力設定値と比例関係にある。また、光源負荷２００の負荷電圧は、電圧検出部６において負荷電圧を分圧した電圧が電圧検出値であることから、電圧検出値と比例関係にある。すなわち、負荷電力演算部９０は、光源負荷２００の負荷電流と負荷電圧とに基づいて負荷電力を演算する。なお、電力設定値と電流検出値とが等しくなるように制御していることから、上式において、電力設定値の代わりに電流検出値を用いて負荷電力を演算してもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、制御部５が光源負荷２００の負荷電流を一定値に制御するため、電圧検出値は周囲温度とともに変化する。このため、負荷電力演算部９０で演算される負荷電力は、周囲温度の変化分を含む値となる。
【００３４】
入力電力推定部９１は、負荷電力演算部９０で求めた負荷電力を用い、且つ一定値を回路損失として負荷電力を補正することで、入力電力を推定する演算を行う。具体的には、入力電力をＷｉｎ、回路損失を表す損失定数をＬとして、式Ｗｉｎ＝Ｗｋ＋Ｌを用いて入力電力を演算する。
【００３５】
各種条件を変更して入力電力を演算し、入力電力の演算結果と実測値とを比較した結果を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。各図では、何れも調光率が１００％、６０％、２５％の３パターンについて、それぞれ入力電力の演算結果と実測値とを比較している。なお、入力電力を演算するに当たっては、定格電流３５０ｍＡ、定格電圧９３Ｖの光源負荷２００を用い、補正係数Ｋを０．００２０２２、損失定数Ｌを９６．８２５８に設定している。
【００３６】
図３（ａ）には、交流電源１００の電源電圧が１００Ｖ、２００Ｖ、２４２Ｖの３パターンについて、それぞれ入力電力の実測値と演算結果とを比較した表を示す。図３（ｂ）には、周囲温度が０℃、５０℃の２パターンについて、それぞれ入力電力の実測値と演算結果とを比較した表を示す。図３（ｃ）には、光源負荷２００の特性のバラつきにより定格電圧の最も大きい個体品（Ｖｆｍａｘ）と、定格電圧の最も小さい個体品（Ｖｆｍｉｎ）との２パターンについて、それぞれ入力電力の実測値と演算結果とを比較した表を示す。各図より、何れの場合においても、実測値に対して−３．５％〜＋３．５％の誤差の範囲で入力電力を求めることができることが分かる。
【００３７】
上述のように、本実施形態では、制御部５が光源負荷２００を流れる負荷電流が一定値となるように制御することから、光源負荷２００の負荷電圧の電圧検出値が周囲温度とともに変化する。そして、本実施形態は、光源負荷２００の負荷電圧と比例関係にある電圧検出値と、光源負荷２００の負荷電流と比例関係にある電力設定値とに基づいて負荷電力を演算している。すなわち、本実施形態は、光源負荷２００の周囲温度の変化分と、光源負荷２００の特性のバラつきとの何れをも含む形で負荷電力及び入力電力を求めることができる。したがって、本実施形態では、光源負荷２００の特性にバラつきがあり、且つ光源負荷２００の周囲温度に変化があっても十分な精度で入力電力を求めることができる。
【００３８】
なお、入力電力推定部９１での演算において、損失定数Ｌを光源負荷２００の点灯状態に基づいて変化させてもよい。具体的には、損失係数をＭとして、式Ｗｉｎ＝Ｗｋ＋Ｍ×Ｗｓを用いて入力電力を演算する。この場合、光源負荷２００の点灯状態の変化を考慮して回路損失を補正するため、より精度良く入力電力を演算することができる。
【００３９】
ところで、上記実施形態の点灯装置１は、図４に示すように、例えば天井取付型の器具本体１１０に内蔵し、器具本体１１０に保持される光源負荷２００（ここでは、直管型ＬＥＤランプ）とともに照明器具１１を構成する。なお、点灯装置１と光源負荷２００との間は、器具本体１１０に設けた１対のソケット１１，１１２を介して電気的に接続する。
【００４０】
このような照明器具１１を複数台備えた照明システムにおいて、システム管理者や使用者は、数値表示可能なリモコン受信器やパソコン等を読出装置として用いることで、複数台の照明器具１１の各通知部１０から出力される通知信号を受信する。したがって、システム管理者や使用者は、１台の読出装置によって各通知部１０からの通知信号を受信して入力電力推定部９１の演算結果を読み出すことで、安価な構成で使用電力量を把握することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  点灯装置
２００  光源負荷
３  直流電源部
４  電力変換部
４５  電流検出抵抗（電流検出部）
５  制御部
６  電圧検出部
９０  負荷電力演算部
９１  入力電力推定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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