(57)【要約】【課題】光量のばらつきを抑えつつ低い調光レベルまで調光可能にする。【解決手段】ピーク電流検出部21は、同期信号の立ち下がりの前後でしきい値をVth1からVth2(Vth2<Vth1)に減少させ、且つ同期信号の立ち上がりの前後でしきい値を増加させて元の値Vth1に戻す。すなわち、スイッチング素子Q1がオンしている間に同期信号のオン期間Tonが終了した場合、しきい値がVth1からVth2に減少しているため、しきい値がVth1に固定されている場合と比較して、スイッチング素子Q1がオフするタイミングを早めることができる。その結果、同期信号の１周期の期間に光源部３に供給される直流電力量の変動を抑制し、光量のばらつきを抑えつつ低い調光レベルまで調光可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光素子を光源とする光源部を負荷とし、入力電力を前記光源部に必要な直流電力に変換する電力変換手段と、前記電力変換手段を制御することにより、単位時間当たりに前記光源部に供給される前記直流電力を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整する制御手段とを備え、前記電力変換手段は、前記光源部と並列に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに直列接続されるインダクタと、前記インダクタに電流を流して磁気エネルギを蓄積させる状態と前記インダクタに蓄積された磁気エネルギを電流として放出させる状態を交互に切り替えるスイッチング素子とを有するスイッチング電源回路からなり、前記制御手段は、前記スイッチング素子がオンしているときに当該スイッチング素子に流れる電流の検出値が所定のしきい値に達したことを検出するとピーク検出信号を出力するピーク電流検出部と、前記インダクタから放出される前記電流が所定の下限値以下に低下したときにゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出部と、前記調光レベルに応じた周期及びオン幅を有する同期信号を出力する同期信号制御部と、前記同期信号の立ち上がりに同期して前記スイッチング素子のスイッチングを開始し、且つ前記同期信号の立ち下がりに同期して前記スイッチング素子のスイッチングを停止するスイッチング制御部とを有し、前記スイッチング制御部は、前記同期信号の立ち上がり又は前記ゼロクロス検出信号の出力に同期して前記スイッチング素子をオンし、且つ前記ピーク検出信号の出力に同期して前記スイッチング素子をオフし、前記ピーク電流検出部は、前記同期信号の立ち下がりの前後で前記しきい値を減少させ、且つ前記同期信号の立ち上がりの前後で前記しきい値を増加させて元の値に戻すことを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
前記ピーク電流検出部は、前記検出値を増減することで前記しきい値を相対的に減少及び増加させることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
固体発光素子を光源とする光源部と、請求項１又は２の点灯装置と、前記光源部並びに前記点灯装置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体発光素子からなる光源を点灯する点灯装置、及びその点灯装置を備える照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱ランプや蛍光ランプに代えて、発光ダイオードや有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などの固体発光素子を光源とする点灯装置及び照明器具が急速に普及してきている。例えば、特許文献１には、発光ダイオード(ＬＥＤ)を光源とし、調光器から与えられる調光信号に応じてＬＥＤの光量を調整(調光)する点灯装置(ＬＥＤ調光装置)が開示されている。
【０００３】
ところで、ＬＥＤの調光方式には、ＬＥＤに連続して流れる電流の大きさを変化させる調光方式(以下、ＤＣ調光方式と呼ぶ。)や、ＬＥＤへの通電を周期的にオン・オフし、通電期間の比率(オンデューティ比)を変化させる方式(以下、バースト調光方式と呼ぶ。)などがある。また、特許文献１記載の従来例のように、調光レベルが相対的に高い(明るい)ときはＤＣ調光方式を採用し、調光レベルが相対的に低い(暗い)ときはバースト調光方式を採用する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０８６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＬＥＤを点灯する点灯回路には、通常、スイッチング電源回路が用いられる。そして、バースト調光方式における調光レベルが低くなるにつれてスイッチング電源回路がスイッチング動作を行う通電期間も短くなり、通電期間内にスイッチング電源回路がスイッチング動作を行う回数のばらつきも大きくなる。その結果、調光レベルが低いときほど光量のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、光量のばらつきを抑えつつ低い調光レベルまで調光可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の点灯装置は、固体発光素子を光源とする光源部を負荷とし、入力電力を前記光源部に必要な直流電力に変換する電力変換手段と、前記電力変換手段を制御することにより、単位時間当たりに前記光源部に供給される前記直流電力を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整する制御手段とを備え、前記電力変換手段は、前記光源部と並列に接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに直列接続されるインダクタと、前記インダクタに電流を流して磁気エネルギを蓄積させる状態と前記インダクタに蓄積された磁気エネルギを電流として放出させる状態を交互に切り替えるスイッチング素子とを有するスイッチング電源回路からなり、前記制御手段は、前記スイッチング素子がオンしているときに当該スイッチング素子に流れる電流の検出値が所定のしきい値に達したことを検出するとピーク検出信号を出力するピーク電流検出部と、前記インダクタから放出される前記電流が所定の下限値以下に低下したときにゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出部と、前記調光レベルに応じた周期及びオン幅を有する同期信号を出力する同期信号制御部と、前記同期信号の立ち上がりに同期して前記スイッチング素子のスイッチングを開始し、且つ前記同期信号の立ち下がりに同期して前記スイッチング素子のスイッチングを停止するスイッチング制御部とを有し、前記スイッチング制御部は、前記同期信号の立ち上がり又は前記ゼロクロス検出信号の出力に同期して前記スイッチング素子をオンし、且つ前記ピーク検出信号の出力に同期して前記スイッチング素子をオフし、前記ピーク電流検出部は、前記同期信号の立ち下がりの前後で前記しきい値を減少させ、且つ前記同期信号の立ち上がりの前後で前記しきい値を増加させて元の値に戻すことを特徴とする。
【０００８】
この点灯装置において、前記ピーク電流検出部は、前記検出値を増減することで前記しきい値を相対的に減少及び増加させることが好ましい。
【０００９】
本発明の照明器具は、固体発光素子を光源とする光源部と、前記何れかの点灯装置と、前記光源部並びに前記点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の点灯装置及び照明器具は、スイッチング素子がオンしている間に同期信号のオン期間が終了した場合、しきい値が減少しているため、しきい値が固定されている場合と比較して、スイッチング素子がオフするタイミングを早めることができ、その結果、光量のばらつきを抑えつつ低い調光レベルまで調光可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る点灯装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】同上の動作説明用のタイミングチャートである。
【図３】同上の動作説明用のタイミングチャートである。
【図４】同上の比較用のタイミングチャートである。
【図５】(ａ)，(ｂ)は本発明に係る照明器具の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発光ダイオードを光源とする点灯装置に本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、本発明に係る点灯装置によって点灯可能な固体発光素子は発光ダイオードに限定されず、例えば、有機ＥＬ素子などの他の固体発光素子であっても構わない。
【００１３】
本実施形態の点灯装置は、図１に示すように直流の入力電圧Ｖinを光源部３に印加可能な電圧に降圧(変換)する電力変換部１と、電力変換部１を制御する制御部２とを備える。光源部３は、複数個の発光ダイオード(図示せず)の直列回路、あるいは複数個の発光ダイオードの直列回路が並列に接続されて構成される。なお、光源部３の定格電圧は、発光ダイオードの順方向電圧に直列接続される個数を乗じた電圧となる。
【００１４】
電力変換部１は、従来周知である非絶縁型のバックコンバータで構成され、電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1、インダクタL1、ダイオードD1、平滑コンデンサC1、コンデンサC2などを具備する。スイッチング素子Q1のドレインにダイオードD1のアノードとインダクタL1の一端とコンデンサC2の一端が接続され、スイッチング素子Q1のソースにコンデンサC2の他端と検出抵抗R1の一端が接続されている。また、インダクタL1の他端が平滑コンデンサC1の低電位側の一端と光源部３の一端(発光ダイオードのカソード)に接続されている。さらに、ダイオードD1のカソードが平滑コンデンサC1の高電位側の一端と光源部３の他端(発光ダイオードのアノード)に接続され、ダイオードD1のカソードと検出抵抗R1の他端との間に入力電圧Ｖinが印加される。なお、スイッチング素子Q1のオフ期間にインダクタL1から放出される電流(以下、インダクタ電流と呼ぶ。)を検出するための検出巻線L2がインダクタL1に磁気結合されている。ただし、電力変換部１の回路構成は一例であって、入力電圧Ｖinを光源部３の定格電圧以下に降圧可能なスイッチング電源回路であれば、他の回路構成であっても構わない。
【００１５】
制御部２は、スイッチング制御部20、ピーク電流検出部21、ゼロクロス検出部22、同期信号制御部23、コンデンサ24、抵抗25などを具備する。ピーク電流検出部21は、検出抵抗R1の両端電圧V(R1)を検出することでスイッチング素子Q1に流れる電流(ピーク電流)を間接的に検出し、スイッチング素子Q1に流れる電流に比例した検出電圧V(R1)を所定のしきい値Vthと比較する。そして、ピーク電流検出部21は、検出電圧V(R1)がしきい値Vthに達したときにピーク検出信号をスイッチング制御部20に出力する。
【００１６】
ゼロクロス検出部22は、検出巻線L2の両端電圧Vsubからインダクタ電流を間接的に検出し、インダクタ電流が下限値以下に低下したときにゼロクロス検出信号をスイッチング制御部20に出力する。コンデンサ24と抵抗25は積分回路を構成しており、PWM信号として外部から入力される調光信号を積分し、調光信号のオンデューティ比に対応した直流電圧信号(調光レベル信号)を同期信号制御部23に出力する。なお、調光信号は、調光レベルが低下(光量が減少)するほどオンデューティ比が短縮する周期的な方形波信号からなる。また、調光レベルは、光源部３に定格電流を常時流して定格点灯するときを１００％としたときの光源部３の電流平均値の割合で表される。
【００１７】
同期信号制御部23は、周期的な方形波信号からなり、且つそのオン期間(オン幅)Tonが前記直流電圧信号の信号電圧に比例した同期信号(図２参照)をスイッチング制御部20とピーク電流検出部21に出力する。
【００１８】
スイッチング制御部20は、同期信号の立ち上がりに同期してスイッチング素子Q1のスイッチングを開始し、且つ同期信号の立ち下がりに同期してスイッチング素子Q1のスイッチングを停止する。すなわち、スイッチング制御部20は、同期信号のオン期間(立ち上がりから立ち下がりまでの期間)Ton内でスイッチング素子Q1のスイッチングを行い、同期信号のオフ期間(立ち下がりから立ち上がりまでの期間)Toff内ではスイッチング素子Q1のスイッチングを行わない。さらにスイッチング制御部20は、同期信号のオン期間Tonにおいて、同期信号の立ち上がり又はゼロクロス検出信号の出力(立ち上がり)に同期してスイッチング素子Q1をオンし、且つピーク検出信号の出力(立ち上がり)に同期してスイッチング素子Q1をオフする(図２参照)。したがって、インダクタL1には、図２に示すように三角波状の電流I(L1)が流れ、負荷である光源部３には、図２に示すようにインダクタL1に流れる電流I(L1)を平滑コンデンサC1で平滑した電流(出力電流)が流れる。
【００１９】
ここで、スイッチング素子Q1がオフしてからゼロクロス検出信号を受け取るまでの間に同期信号のオン期間Tonが終了したら(同期信号が立ち下がったら)、スイッチング制御部20は、ゼロクロス検出信号を受け取ってもスイッチング素子Q1をオンしない。しかしながら、スイッチング素子Q1がオンしている間に同期信号のオン期間Tonが終了した場合、スイッチング制御部20がスイッチング素子Q1をオフしてインダクタL1に蓄積された磁気エネルギが無くなるまで電流が流れ続けることになる(図４参照)。その結果、同期信号の１周期の期間に光源部３に供給される直流電力量が変動してしまい、光源部３の光量が一時的に増えてちらつきを生じてしまう。
【００２０】
そこで本実施形態では、ピーク電流検出部21が、同期信号の立ち下がりの前後でしきい値をVth1からVth2(Vth2<Vth1)に減少させ、且つ同期信号の立ち上がりの前後でしきい値を増加させて元の値Vth1に戻すようにしている(図２参照)。すなわち、スイッチング素子Q1がオンしている間に同期信号のオン期間Tonが終了した場合、しきい値がVth1からVth2に減少しているため、しきい値がVth1に固定されている場合と比較して、スイッチング素子Q1がオフするタイミングを早めることができる。その結果、同期信号の１周期の期間に光源部３に供給される直流電力量の変動を抑制し、光量のばらつきを抑えつつ低い調光レベルまで調光可能になる。
【００２１】
ところで、ピーク電流検出部21は、検出値(検出電圧V(R1))を増減することでしきい値Vthを相対的に減少及び増加させてもよい(図３参照)。例えば、同期信号のオフ期間Toffにおいて検出電圧V(R1)をアンプで増幅したり、あるいは、１乃至複数の補助抵抗がスイッチを介して検出抵抗R1と並列に接続され、同期信号のオン期間Tonにスイッチがオンされ、同期信号のオフ期間Toffにスイッチがオフされてもよい。
【００２２】
次に、本発明に係る照明器具の実施形態について説明する。
【００２３】
図５(ａ)に示す照明器具は、円板状の基板31に複数のＬＥＤ30が実装された光源部３を円筒形状の筐体40内に収納した光源ユニット４と、上述した点灯装置を箱形のケース50内に収納した電源ユニット５と、光源ユニット４と電源ユニット５を接続するケーブル６とを有する。筐体40は、開口端に外鍔を有する有底円筒形に形成された本体40Aと、透光性を有する材料で円板状に形成され、本体40Aの開口面を閉塞するカバー40Bとを有し、天井９に設けられた埋込孔に埋込配設される。また、本体40Aの底面中央からケーブル６が引き出されており、そのケーブル６の先端にコネクタ60が設けられている。電源ユニット５は天井裏に設置され、電源ユニット５から引き出されたケーブル６の先端に設けられたコネクタ60が、光源ユニット４から引き出されたケーブル６先端のコネクタ60に接続される。なお、筐体40とケース50が器具本体に相当する。
【００２４】
また別の実施形態として、図５(ｂ)に示す照明器具がある。この照明器具は、光源部３と点灯装置を一つの筐体７内に収納している点に特徴がある。筐体７は、有底円筒形状に形成されて天井９に埋込配設される器具本体70と、透光性を有する材料で円板状に形成され、器具本体70の開口面を閉塞するカバー71とを有する。器具本体70内には、カバー71と平行に対向する取付板72が設けられ、この取付板72の下面側に光源部３が取り付けられている。点灯装置は、電力変換部１や制御部２を構成する回路部品81が円板状のプリント配線板80に実装されてなり、器具本体70内における底面と光源部３との間に配置される。なお、プリント配線板80から導出される電線82が取付板72の中央に開口した貫通孔72Aを通して光源部３に接続される。
【符号の説明】
【００２５】
１  電力変換部(電力変換手段)
２  制御部(制御手段)
３  光源部
20  スイッチング制御部
21  ピーク電流検出部
22  ゼロクロス検出部
23  同期信号制御部
C1  平滑コンデンサ
L1  インダクタ
Q1  スイッチング素子
【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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