(57)【要約】【課題】複数の位相制御調光器の間における干渉によって生じるトライアックの誤動作によるフリッカを抑圧して安定な動作を維持することができる調光補償器を提供する。【解決手段】調光補償器１００を、整流回路１１０と、角度検出回路１３０と、整流回路１１０からの直流電圧が印加されている期間に電力を消費する負荷回路１５０と、負荷回路１５０の電流を制御する負荷制御回路１７０とで構成する。そして、負荷制御回路１７０により、交流電圧の位相に応じて、第１の電力、あるいはこれよりも高い第２の電力が負荷回路１５０で消費されるように負荷回路１５０を制御することにより、上記課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源に接続された位相制御調光器および前記位相制御調光器からの入力電流を受けて点灯するＬＥＤランプ群と並列に接続される調光補償器であって、
前記商用交流電源から前記位相制御調光器を介して受け取った交流電圧を整流して脈流の直流電圧にする整流回路と、
前記直流電圧のゼロ電圧付近を検出して角度検出電圧を出力する角度検出回路と、
前記直流電圧が印加されている期間に電力を消費する負荷回路と、
前記角度検出電圧を受け入れて前記負荷回路の電流を制御する負荷制御電圧を出力する負荷制御回路とを備えており、
前記負荷制御回路は、前記交流電圧の位相に応じて、第１の電力、あるいは、前記第１の電力に比べて高い第２の電力が前記負荷回路によって消費されるように前記負荷回路を制御することを特徴とする調光補償器。
【請求項２】
前記負荷制御回路は、前記ＬＥＤランプ群への入力電流が高いことから前記位相制御調光器のトライアックが誤動作しにくい前記交流電圧の位相の期間に前記第１の電力が前記負荷回路に消費され、前記ＬＥＤランプ群への入力電流が低いために前記トライアックが誤動作しやすい前記交流電圧の位相の期間に前記第２の電力が前記負荷回路に消費されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の調光補償器。
【請求項３】
前記負荷制御回路は、前記交流電圧の位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間は前記負荷回路によって前記第１の電力が消費され、前記交流電圧の位相が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間は前記負荷回路によって前記第２の電力が消費されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の調光補償器。
【請求項４】
複数の位相制御調光器と、
前記各位相制御調光器にそれぞれ接続された複数のＬＥＤランプ群と、
ひとつの前記ＬＥＤランプ群に対して少なくとも１つ設けられており、前記各位相制御調光器の出力側において前記各ＬＥＤランプ群に対して並列に接続された請求項１から３のいずれか１項に記載の調光補償器とを備えるＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用交流電源を用いてＬＥＤランプを点灯させる際に位相制御調光器による調光動作を可能にする調光補償器、および、これを含むＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハロゲンランプに代表される従来の白熱電球に比べて、消費電力が低くかつ長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤランプ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっている。これに伴い、白熱電球の代替としてＬＥＤランプを使用したいというニーズが急速に高まっている。
【０００３】
ところで、従来、白熱電球に供給する電流を減少させたり、あるいは印加する電圧を減少させたりすることにより、白熱電球から放射される光量を漸減（あるいは漸増）させる「調光」が、トライアック（２方向三端子サイリスタ）を用いた商用周波数電源のON／OFF位相制御によって実現されている。このような「調光」は、主に室内のダウンライト等に適用されている。
【０００４】
トライアックは、トリガが入力されてON状態になった後、そのON状態を維持するために、主端子間に所定の保持電流を流し続ける必要がある。このため、ＬＥＤランプのように負荷電流が小さい場合、トライアックのON状態を安定に維持することが困難となるといった問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、例えば、特許文献１では、調光回路によって位相制御される交流電圧のトライアックがONとなる位相に応じて、調光回路の適切な最小保持電流を維持することが可能なＬＥＤ駆動回路が開示されている。
【０００６】
具体的には、波形整形回路４と定電流制御回路６との間に保持電流制御回路７が接続されている。波形整形回路４で生成されたパルス信号Ｄがこの保持電流制御回路７に入力されることにより、保持電流制御回路７は、調光回路２によって制御されるトライアックがONとなる位相に応じて調光回路２の保持電流を制御する制御信号Ｅを生成する。そして、調光回路２から出力されるパルス電流をこの制御信号Ｅに応じたタイミングで流し、当該パルス電流を調光電流に重畳することにより、調光回路２の保持電流が維持されるようになっている。
【０００７】
このように、調光電流にパルス電流を重畳させることにより、負荷電流が小さいＬＥＤランプを点灯させる場合であっても、トライアックの主端子間に所定の保持電流を流して当該トライアックがONとなっている状態を維持できるようになっている。
【０００８】
また、特許文献２では、ＬＥＤ点灯装置の入力電源部に対して並列にインピーダンス手段が接続されたＬＥＤ調光点灯装置が開示されている。このインピーダンス手段は、位相制御調光器がオフになっている期間において、ＬＥＤ点灯装置の入力電源部に生じる電圧がＬＥＤランプの最小点灯電圧以下となるように設定されている。
【０００９】
このように、位相制御調光器がOFFになっている期間においてＬＥＤ点灯装置の入力電源部に生じる電圧をＬＥＤランプの最小点灯電圧以下にすることにより、位相制御調光器がOFFになっているにもかかわらずＬＥＤランプが微少点灯してしまう問題を回避できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２１１１３２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された技術の場合、保持電流を制御するパルス電流をＬＥＤ駆動回路に流すようになっているので、このパルス電流の分は損失電力となってしまう。このため、ＬＥＤ駆動回路の効率が低下することから当該ＬＥＤ駆動回路の回路規模が大きくならざるを得なくなり、ダウンライト等に用いられる駆動回路に求められる小型化の要請に反してしまうことになる。
【００１２】
また、パルス電流は調光回路に応じて制御する保持電流を変えて対応するようになっている。このため、誤動作しやすい調光器と誤動作しにくい調光器との違い、調光器出力に接続するＬＥＤランプの数の違い、および、ＬＥＤ駆動回路の形状寸法の違いによって最適なパルス電流が変わってしまうことから、ひとつのＬＥＤ駆動回路の適用可能範囲が狭くなってしまい、ＬＥＤ駆動回路の種類が増えざるを得なくなる。
【００１３】
さらに別の問題として、複数の位相制御調光器間の干渉によるノイズが印加されたときには、ノイズによるマイナス方向の電流が位相制御調光器の電流に重畳されることにより、位相制御調光器の誤動作による激しいちらつきの原因になる可能性がある。
【００１４】
複数の位相制御調光器の間の干渉ノイズによる位相制御調光器のトライアック誤動作の問題について説明する。図１２に従来のＬＥＤ照明装置の実施例を示し、図１３に従来の複数の位相制御調光器の間の干渉を説明する波形を示す。
【００１５】
例えば、図１２の第１調光器１に接続されるＬＥＤランプ群１０におけるＬＥＤランプの数ｎに対して、第２調光器２に接続されるＬＥＤランプ群２０におけるＬＥＤランプの数ｍがＬＥＤランプ群１０における数ｎに比べて大幅に多く、かつ、ＬＥＤランプ群１０における第１調光器１の導通角θ１（図１３（ａ））に対してＬＥＤランプ群２０における第２調光器２の導通角θ２（図１３（ｃ））が狭い場合、第２調光器２のON時突入電流による干渉ノイズは大きくなり、導通角の広い調光器１が誤動作の原因になる。
【００１６】
ＬＥＤランプ群２０の入力電流Ii(2)（図１３（ｄ））に示されるようなトライアックON時の突入電流による干渉ノイズがＬＥＤランプ群１０の入力電流Ii(1)（図１３（ｂ））に回り込んでマイナス方向の電流として第１調光器１からの電流に重畳されることにより、図１３（ｂ）における矢印に示すように、入力電流Ii(1)の波形が一瞬マイナスとなり、このタイミングで第１調光器１のトライアックがOFF状態となって第１調光器１が誤動作する。
【００１７】
すなわち複数の調光器を用いる場合、それぞれの調光器に接続されるＬＥＤランプの数によっては特許文献１に記載のパルス電流で誤動作の可能性を完全に防ぐことが困難である。
【００１８】
なお、本明細書では、トライアックの誤動作の可能性が高くなる調光器のタイプとして図１２に示すようなＡＣラインの片切りタイプを挙げて説明している。またトライアックの制御は正位相制御方式（リーディングエッジタイプ）を前提としている。
【００１９】
加えて、特許文献２に開示された技術は、ＬＥＤランプが意に反して微少点灯してしまう問題、いわゆる「ＬＥＤランプの蛍光」を防止することを目的としており、複数の調光器の間における干渉ノイズによる誤動作対策については記載されていない。実験によるとインピーダンス手段は概ね１Ｗ以下で蛍光を防止できるが、１Ｗ程度のインピーダンス手段では、調光器間の干渉ノイズによる誤動作を必ず防止できるとは言えない。例えば、干渉ノイズを発生する調光器から電力供給を受けるＬＥＤランプの数ｍが干渉ノイズを受ける調光器から電力供給を受けるＬＥＤランプの数ｎに比べて大幅に多くなる場合に干渉ノイズによる誤動作の発生が顕著となる。
【００２０】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、複数の位相制御調光器の間における干渉によって生じるトライアックの誤動作によるフリッカを抑圧して安定な動作を維持することができる調光補償器、および、これを含むＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一局面によれば、
商用交流電源に接続された位相制御調光器および前記位相制御調光器からの入力電流を受けて点灯するＬＥＤランプ群と並列に接続される調光補償器であって、
前記商用交流電源から前記位相制御調光器を介して受け取った交流電圧を整流して脈流の直流電圧にする整流回路と、
前記直流電圧のゼロ電圧付近を検出して角度検出電圧を出力する角度検出回路と、
前記直流電圧が印加されている期間に電力を消費する負荷回路と、
前記角度検出電圧を受け入れて前記負荷回路の電流を制御する負荷制御電圧を出力する負荷制御回路とを備えており、
前記負荷制御回路は、前記交流電圧の位相に応じて、第１の電力、あるいは、前記第１の電力に比べて高い第２の電力が前記負荷回路によって消費されるように前記負荷回路を制御することを特徴とする調光補償器が提供される。
【００２２】
好適には、前記負荷制御回路は、前記ＬＥＤランプ群への入力電流が高いことから前記位相制御調光器のトライアックが誤動作しにくい前記交流電圧の位相の期間に前記第１の電力が前記負荷回路に消費され、前記ＬＥＤランプ群への入力電流が低いために前記トライアックが誤動作しやすい前記交流電圧の位相の期間に前記第２の電力が前記負荷回路に消費されるように制御する。
【００２３】
好適には、前記負荷制御回路は、前記交流電圧の位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間は前記負荷回路によって前記第１の電力が消費され、前記交流電圧の位相が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間は前記負荷回路によって前記第２の電力が消費されるように制御する。
【００２４】
本発明の他の局面によれば、
複数の位相制御調光器と、
前記各位相制御調光器にそれぞれ接続された複数のＬＥＤランプ群と、
ひとつの前記ＬＥＤランプ群に対して少なくとも１つ設けられており、前記各位相制御調光器の出力側において前記各ＬＥＤランプ群に対して並列に接続された上記調光補償器とを備えるＬＥＤ照明装置が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
上記調光補償器によれば、脈流の直流電圧が印加されている期間に負荷回路が電力を消費するので、ＬＥＤランプの負荷電流が小さくても適切な最小保持電流を維持して位相制御調光器におけるトライアックがONとなっている状態を安定に維持することができるとともに、複数調光器間の干渉に起因するトライアックの誤動作によるフリッカを抑圧して安定な動作を維持することができる。また、負荷制御電圧が交流電圧の位相に応じて、第１の電力、あるいは、第１の電力に比べて高い第２の電力が負荷回路によって消費されるように当該負荷回路を制御することにより、負荷回路における消費電力をトライアックの誤動作防止に必要十分な電力に抑えることができるので、負荷回路における余計な発熱を抑えた効率的な調光補償器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が適用された調光補償器１００の一例を示す図である。
【図２】本発明が適用された調光補償器１００を含むＬＥＤ照明装置２００の一例を示す図である。
【図３】導通角が１３５°の場合における、調光補償器１００の各部における電圧あるいは電流波形の例を示すグラフである。
【図４】導通角が９０°の場合における、調光補償器１００の各部における電圧あるいは電流波形の例を示すグラフである。
【図５】導通角が４５°の場合における、調光補償器１００の各部における電圧あるいは電流波形の例を示すグラフである。
【図６】本発明が適用された調光補償器１００を含むＬＥＤ照明装置２００の位相制御調光器４００，４０１の間における干渉の例を示すグラフである。
【図７】低力率のＬＥＤ駆動回路の入力特性の例を示すグラフである。
【図８】高力率のＬＥＤ駆動回路の入力特性の例を示すグラフである。
【図９】本発明が適用された変形例に係る調光補償器５００を示す図である。
【図１０】変形例に係る調光補償器５００の各部における電圧あるいは電流波形の例を示すグラフである。
【図１１】変形例に係る調光補償器５００の各部における電圧あるいは電流波形の例を示すグラフである。
【図１２】従来のＬＥＤ照明装置の一例を示す図である。
【図１３】従来の位相制御調光器の間における干渉の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（調光補償器１００の構成例）
本発明が適用された調光補償器１００の構成例について説明する。図１に示すように、調光補償器１００は、大略、整流回路１１０と、角度検出回路１３０と、負荷回路１５０と、負荷制御回路１７０とを備えている。
【００２８】
図２は本発明が適用されたＬＥＤ照明装置２００の一例を示す。ＬＥＤ照明装置２００は、複数（本実施例では２つ）のＬＥＤランプ２１０で構成された第１ＬＥＤランプ群２２０と、上述した調光補償器１００（本実施例では２台の調光補償器１００が使用されている）と、１つの位相制御調光器４００とで構成された第１ＬＥＤ照明２３０を備えている。なお、各調光補償器１００は、第１ＬＥＤランプ群２２０に対して並列に接続されている。なお、各ＬＥＤランプ２１０は、ＬＥＤ素子とＬＥＤ駆動回路とでそれぞれ構成されている。
【００２９】
また、ＬＥＤ照明装置２００は、商用交流電源３００に対して第１ＬＥＤ照明２３０と並列に接続された第２ＬＥＤ照明２４０を備えている。この第２ＬＥＤ照明２４０も第１ＬＥＤ照明２３０と同様に、複数（本実施例では３つ以上）のＬＥＤランプ２１０で構成された第２ＬＥＤランプ群２５０と、調光補償器１００（本実施例では１台）と、上述した位相制御調光器４００とは別の位相制御調光器４１０とで構成されている。もちろん、調光補償器１００は、第２ＬＥＤランプ群２５０に対して並列に接続されている。
【００３０】
図１に戻り、整流回路１１０は、商用交流電源３００から位相制御調光器４００を介して受け取った交流電圧Viを整流して「脈流の直流電圧」Vdcにする回路であり、本実施例では４つのダイオード１１２を用いた全波整流回路が使用されている。なお、各導通角における「脈流の直流電圧」Vdcの波形は、導通角が１３５°の場合について図３（ｂ）に、導通角が９０°の場合について図４（ｂ）に、導通角が４５°の場合について図５（ｂ）にそれぞれ示されている。
【００３１】
図１に戻り、角度検出回路１３０は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３２と、第１抵抗１３４および第２抵抗１３６と、ツェナーダイオード１３８と、第３コンデンサ１８８と、第２ダイオード１９２とで構成されている。第１抵抗１３４の一端はツェナーダイオード１３８のカソード端子、および、ＭＯＳＦＥＴ１３２のゲート端子に接続されており、他端はＭＯＳＦＥＴ１３２のドレイン端子に接続されている。また、第２抵抗１３６の一端はＭＯＳＦＥＴ１３２のソース端子に接続されており、他端はツェナーダイオード１３８のアノード端子に接続されている。なお、第３コンデンサ１８８および第２ダイオード１９２の接続については後述する。
【００３２】
「脈流の直流電圧」VdcがＭＯＳＦＥＴ１３２のゲートON電圧（ゲート・ソース閾値電圧＝数Ｖ）以上になったときにＭＯＳＦＥＴ１３２がONとなり、角度検出回路１３０の出力である角度検出電圧Vaがツェナーダイオード１３８の電圧に近いHighレベルとなる。逆に、「脈流の直流電圧」VdcがゲートON電圧以下のときにＭＯＳＦＥＴ１３２はOFFとなり、角度検出回路１３０の出力である角度検出電圧Vaはゼロ電圧に近いLowレベルとなる。
【００３３】
なお、各導通角における角度検出電圧Vaの波形は、導通角が１３５°の場合について図３（ｃ）に、導通角が９０°の場合について図４（ｃ）に、導通角が４５°の場合について図５（ｃ）にそれぞれ示されている。「脈流の直流電圧」Vdcは０Ｖから約１４０Ｖピークの電圧であり、ＭＯＳＦＥＴ１３２のON電圧で位相約０°を検出できる。
【００３４】
図１に戻り、負荷回路１５０は、「脈流の直流電圧」Vdcの導通角の期間、すなわち、脈流の直流電圧が負荷回路１５０に印加されている期間に電力を消費する回路であり、第１トランジスタ１５２と、第２トランジスタ１５４と、第３トランジスタ１５６と、第３抵抗１５８と、第４抵抗１６０と、第５抵抗１６２と、第２ツェナーダイオード１６４とで構成されている。本実施例では、第１トランジスタ１５２および第２トランジスタ１５４で定電流回路が構成されている。第３抵抗１５８の一端は第１トランジスタ１５２のコレクタ端子に接続されており、他端は第１トランジスタ１５２のベース端子および第２トランジスタ１５４のコレクタ端子に接続されている。また、第２トランジスタ１５４のエミッタ端子は第２ツェナーダイオード１６４のカソード端子に接続されている。さらに、第１トランジスタ１５２のエミッタ端子は、第２トランジスタ１５４のベース端子に接続されている。
【００３５】
また、第４抵抗１６０の一端は第１トランジスタ１５２のエミッタ端子および第２トランジスタ１５４のベース端子に接続されており、他端は第３トランジスタ１５６のコレクタ端子に接続されている。第５抵抗１６２の一端は第１トランジスタ１５２のエミッタ端子、第２トランジスタ１５４のベース端子、および、第４抵抗１６０の一端に接続されている。また、第５抵抗１６２の他端は、第３トランジスタ１５６のエミッタ端子および第２ツェナーダイオード１６４のアノード端子に接続されている。
【００３６】
負荷回路１５０における第３トランジスタ１５６は、負荷回路１５０の電流を制御するトランジスタであり、第３トランジスタ１５６がONのときは第４抵抗１６０および第５抵抗１６２が並列に接続され、第３トランジスタ１５６がOFFのときは第５抵抗１６２にのみ電流が流れることにより、負荷回路１５０に流れる電流が決定される。
【００３７】
第３トランジスタ１５６がONの時の負荷回路１５０の電流ILaは、以下の式で表される。
ILa≒（第２ツェナーダイオード１６４のツェナー電圧＋第２トランジスタ１５４の順方向電圧）÷（第４抵抗１６０と第５抵抗１６２との並列抵抗）
また、第３トランジスタ１５６がOFFの時の負荷回路１５０の電流ILbは、以下の式で表される。
ILb≒（第２ツェナーダイオード１６４のツェナー電圧＋第２トランジスタ１５４の順方向電圧）÷（第５抵抗１６２の抵抗）
【００３８】
例えば、第２ツェナーダイオード１６４のツェナー電圧が約５Ｖ、第４抵抗１６０の抵抗値が５０Ω、そして、第５抵抗１６２の抵抗値が２００Ωであるとすると、以下の通りとなる。
ILa≒(5+0.6)/(50×200/(50+200))=5.6V/40Ω=140mA
ILb≒(5+0.6)/200=5.6V/200Ω=28mA
【００３９】
また、後述するように、負荷回路１５０は、交流電圧Viの位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間はILbの電力、交流電圧Viの位相が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間はILaの電力を消費するように動作する。このため、導通角１８０°の場合における調光補償器１００の消費電力Ｐは概ね以下のように計算できる。
P≒(100V×140mA/2)+(100V×28mA/2)=7W+1.4W=8.4W
【００４０】
負荷制御回路１７０は、角度検出電圧Vaの入力を受けて、負荷回路１５０の電流を制御する負荷制御電圧Vcを出力する回路であり、本実施例では、タイマーＩＣ（例えば、「５５５」）１７２と、第６抵抗１７４と、第７抵抗１７６と、第８抵抗１７８と、第９抵抗１８０と、第１０抵抗１８２と、第１コンデンサ１８４と、第２コンデンサ１８６と、第４トランジスタ１９０とで構成されている。
【００４１】
第６抵抗１７４の一端は負荷回路１５０における第３トランジスタ１５６のベース端子に接続されており、他端は第４トランジスタ１９０のコレクタ端子および第１０抵抗１８２の一端に接続されている。第７抵抗１７６の一端は、タイマーＩＣ１７２のＶｃｃ（８番ピン）、ＲＥＳＥＴ（４番ピン）、第４トランジスタ１９０のエミッタ端子、第８抵抗１７８の一端、第３コンデンサ１８８の一端、および、第２ダイオード１９２のカソード端子に接続されている。また、第７抵抗１７６の他端は、タイマーＩＣ１７２のディスチャージ（７番ピン）、ＴＨＲＥ（６番ピン）、および、第２コンデンサ１８６の一端に接続されている。
【００４２】
第８抵抗１７８の他端は、第９抵抗１８０の一端およびタイマーＩＣ１７２のＯＵＴ（３番ピン）に接続されている。第９抵抗１８０の他端は、第４トランジスタ１９０のベース端子に接続されている。第１０抵抗１８２の他端は第１コンデンサ１８４の一端、タイマーＩＣ１７２のＧＮＤ（１番ピン）、および、第２コンデンサ１８６の他端に接続されている。第１コンデンサ１８４の他端はタイマーＩＣ１７２のＣＯＮＴ（５番ピン）に接続されている。
【００４３】
第３コンデンサ１８８の一端は第２ダイオード１９２のカソード端子に接続されており、他端は角度検出回路１３０における第２抵抗１３６の他端やツェナーダイオード１４８のアノード端子に接続されている。第２ダイオード１９２のアノード端子は、タイマーＩＣ１７２のトリガ（２番ピン）、角度検出回路１３０における第２抵抗１３６の一端、および、ＭＯＳＦＥＴ１３２のソース端子に接続されている。
【００４４】
角度検出電圧Vaは、タイマーＩＣ１７２のトリガ（２番ピン）に入力されるようになっている。これにより、角度検出電圧Vaの立ち下がりをタイマーＩＣ１７２が検出して負荷制御電圧VcがHighに立ち上がり、第７抵抗１７６と第２コンデンサ１８６とで決まる所定の遅延時間（以下、「角度θｄ」で示す）後にLowに変化する。負荷制御電圧VcがHighとなる期間が位相０°から９０°、および、１８０°から２７０°の期間に近似するように第７抵抗１７６と第２コンデンサ１８６とを選択して角度θｄを決める。したがって、負荷制御電圧VcがLowの期間は、９０°から１８０°、および、２７０°から３６０°に相当する。
【００４５】
各導通角における負荷制御電圧Vcの波形を、導通角が１３５°の場合について図３（ｄ）に、導通角が９０°の場合について図４（ｄ）に、導通角が４５°の場合について図５（ｄ）にそれぞれ示す。負荷制御電圧Vcは、第４トランジスタ１９０による反転回路を介して第３トランジスタ１５６のベース端子に入力される。すなわち、負荷制御電圧VcがHighの期間は第３トランジスタ１５６がOFFとなって負荷回路１５０の消費電力は比較的低い「第１の電力」となり、負荷制御電圧VcがLowの期間は第３トランジスタ１５６がONとなり、負荷回路１５０の消費電力は「第１の電力」よりも高い「第２の電力」となる。この様子を表す入力電流Iiの波形を、導通角が１３５°の場合について図３（ｅ）に、導通角が９０°の場合について図４（ｅ）に、導通角が４５°の場合について図５（ｅ）にそれぞれ示す。ここで入力電流Iiは、角度検出回路１３０と負荷制御回路１７０の電流を極小とみなし、ほぼ負荷回路１５０の電流に近似している。
【００４６】
図３（ｅ）に示すように、入力電流Iiは位相制御調光器４００のトライアックがONになったときから流れ始め、その後、導通角が９０°となるまで、および、トライアックがONになってから導通角が２７０°となるまでの期間に入力電流Ii≒ILbで低めの電力を消費するように動作し、導通角が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間に入力電流Ii≒ILaで高めの電力を消費するように動作する。
【００４７】
なお、タイマーＩＣ１７２の電源電圧（８番ピンへのVcc）には、角度検出電圧Vaを第２ダイオード１９２および第３コンデンサ１８８で整流・平滑したものが供給される。
【００４８】
（調光補償器１００の作用効果）
次に、調光補償器１００の作用効果について説明する。図６は位相制御調光器４００，４１０の間における干渉ノイズの波形を説明するグラフである。本実施例の場合、第２ＬＥＤランプ群２５０を構成するＬＥＤランプ２１０の数が第１ＬＥＤランプ群２２０を構成するＬＥＤランプ２１０の数よりも多いことから干渉ノイズも大きくなり、さらに、第２ＬＥＤランプ群２５０への入力電圧Vi(2)の導通角θ２が第１ＬＥＤランプ群２２０への入力電圧Vi(1)の導通角θ1より小さい場合に第１ＬＥＤ照明２３０の位相制御調光器４００が誤動作する可能性がある。第２ＬＥＤ照明２４０における位相制御調光器４１０のトライアックがONになったタイミングにおける入力電流Ii(2)（図６(d)）の突入電流が干渉ノイズとなって、第１ＬＥＤ照明２３０における位相制御調光器４００のトライアックへの入力電流Ii(1)（図６(b)）に干渉するからである。
【００４９】
調光補償器１００の作用効果のポイントは、位相制御調光器４００，４１０の間の干渉ノイズによって生じたマイナス方向の電流が位相制御調光器４００，４１０から各ＬＥＤランプ２１０に供給される電流に重畳されたときに電流がマイナスになって位相制御調光器４００，４１０に誤動作が生じないよう、負荷回路１５０が補償電流を流して位相制御調光器４００，４１０のトライアックに適切な保持電流が流れるように維持する点にある。
【００５０】
上述のように、調光補償器１００は、位相制御調光器４００，４１０からの出力に対して、第１ＬＥＤランプ群２２０や第２ＬＥＤランプ群２５０と並列に接続されており、ＬＥＤランプ２１０とは独立したものである（図２参照）。調光補償器１００の消費電力が大きいほど位相制御調光器４００，４１０間の干渉ノイズ防止効果は大きくなるが、発熱も大きくなるとともに調光補償器１００自身の形状も大きくなることから現実的ではない。したがって、調光補償器１００の消費電力は、５Ｗ以上１０Ｗ以下が好適である。これは発熱の点で言えば、例えば効率９０％のＬＥＤランプ電源であれば５０Ｗから１００Ｗ相当となる。
【００５１】
単に補償電流を流して位相制御調光器４００，４１０のトライアックに適切な保持電流が流れるように維持するだけであれば、抵抗のみで調光補償器を構成することもできる。しかしながら、抵抗のみで調光補償器を構成すると、当該抵抗で発生する熱量が大きくなりすぎるという問題がある。この点、本実施例の調光補償器１００であれば、これら位相制御調光器４００，４１０の間における干渉ノイズによる誤動作が発生する可能性が高い位相９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までにおいては比較的高めの電力（「第２の電力」）を負荷回路１５０で消費するようにしておき、誤動作が発生する可能性も低い位相０°から９０°、および、１８０°から２７０°の期間は「第２の電力」よりも低い電力（「第１の電力」）を負荷回路１５０で消費するようにしている。これにより、発熱を抑えて効果的な調光補償を実現させることができるようになっている。
【００５２】
上述した調光補償器１００による補償電流の考え方について、ＬＥＤ駆動回路における入力特性の波形を示す図７および図８を用いて具体的に説明する。図７は、力率が比較的低いＬＥＤ駆動回路の典型的な入力特性の波形を示すグラフである。また、図８は、力率が比較的高いＬＥＤ駆動回路の典型的な入力特性の波形を示すグラフである。ここで、入力電圧Vi(1)および入力電流Ii(1)は、第１ＬＥＤ照明２３０に設けられた第１ＬＥＤランプ群２２０を構成するＬＥＤランプ２１０に係る電圧および電流の波形を示している。図７（ａ）および（ｂ）や、図８（ａ）および（ｂ）には、導通角θ１aが約１３５°の例を示す。また、図７（ｃ）および（ｄ）や、図８（ｃ）および（ｄ）には、導通角θ１bが約４５°の例を示す。
【００５３】
最初に、低力率のＬＥＤ駆動回路について説明する。図７（ａ）および（ｂ）のように第１ＬＥＤ照明２３０における位相制御調光器４００の導通角が大きい場合（図はθ１a＝約１３５°の例）の入力電流Ii(1)は、トライアックがONになったタイミングから９０°まで、および、トライアックがONになったタイミングから２７０°までの期間に多く流れ、９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間はほとんど流れない。
【００５４】
これに対し、導通角が図７（ｃ）および（ｄ）のように小さい場合（図はθ１b＝約４５°の例）、入力電流Ii(1)は絶対値が低くなる。したがって、調光補償器１００は９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間に負荷回路１５０で高めの電力（「第２の電力」）を消費するようにしておけば、位相制御調光器４００，４１０の全位相に渡ってトライアックの適切な保持電流を維持することができる。
【００５５】
低力率のＬＥＤ駆動回路の場合、位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間は部分的に入力電流が低くなる場合がある。これは例えば低力率のＬＥＤ駆動回路における平滑コンデンサの放電時定数により次の商用サイクルの充電開始タイイングが０°あるいは１８０°から遅れるためであり、０°あるいは１８０°から充電開始までの期間は入力電流が低くなるからである。このような理由により位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間はゼロではなく低めの電力を消費させることで、全位相に渡って、適切な保持電流を維持することができる。
【００５６】
次に、高力率のＬＥＤ駆動回路の場合について説明する。図８（ａ）および（ｂ）のように第１ＬＥＤ照明２３０における位相制御調光器４００の導通角が大きい場合（図はθ１a＝約１３５°の例）の入力電流Ii(1)は、トライアックがONになったタイミングから１８０°まで、および、トライアックがONになったタイミングから３６０°までのトライアックがONになっている期間のほぼすべてに渡って電流が流れているので、位相制御調光器４００，４１０の間の干渉ノイズの影響は少ない。
【００５７】
これに対し、図８（ｃ）および（ｄ）のように導通角が小さい場合（図はθ１b＝約４５°の例）の入力電流Ii(1)は絶対値が低くなる。したがって、調光補償器１００は９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間に負荷回路１５０で高めの電力（「第２の電力」）を消費するようにしておけば、位相制御調光器４００，４１０の全位相に渡ってトライアックの適切な保持電流を維持することができる。
【００５８】
図８（ｅ）および（ｆ）は、第２ＬＥＤ照明２４０における位相制御調光器４１０の導通角θ２ｂが第１ＬＥＤ照明２３０の導通角θ１ｂよりも小さい場合（図はθ２b＝約３０°の例）の入力電圧Vi(2)と入力電流Ii(2)を示す。入力電流Ii(2)の突入電流が第１ＬＥＤ照明２３０における位相制御調光器４００に干渉して入力電流Ii(1)に影響を及ぼし、入力電圧Vi(1)の波形が変形して誤動作気味になる様子を図８（ｃ）および（ｄ）における太点線（および太点線矢印）で示している。
【００５９】
したがって、調光補償器１００が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間に負荷回路１５０で高めの電力（「第２の電力」）を消費するようにしておけば、位相制御調光器４００，４１０の全位相に渡ってトライアックの適切な保持電流を維持することができる。
【００６０】
位相制御調光器４００，４１０に接続される各ＬＥＤランプ群２２０，２５０を構成するＬＥＤランプ２１０の数が概ね同数の場合には、各ＬＥＤランプ群２２０，２５０に対して並列に少なくとも各1個（必要に応じて複数個）の調光補償器１００を接続すればよい。実験的にはＬＥＤランプ２１０の総合電力の約1/5の消費電力の調光補償器１００が好適である。例えば調光ラインに定格５ＷのＬＥＤランプ２１０が５台接続される場合（n=5）、約５Ｗの調光補償器１００を1台並列に接続する（ただし調光補償器１００のタイプ等の条件によって誤動作しやすさは異なるので一概には言えず、あくまで目安である）。この程度の電力消費であれば、白熱ランプからＬＥＤランプ２１０に置き換えることによる省エネの効果を十分に維持することができる。
【００６１】
まとめると、調光補償器１００を用いることにより、位相制御調光器４００，４１０のトライアックの保持電流を維持することができるので、当該トライアックの誤動作を回避できる。また、１台の調光補償器１００では当該保持電流の維持が困難な場合は、複数台の調光補償器１００を互いに並列に接続して使用することもできる。
【００６２】
また、調光補償器１００によれば、脈流の直流電圧Vdcが印加されている期間に負荷回路１５０が電力を消費するので、ＬＥＤランプ２１０の負荷電流が小さくても適切な最小保持電流を維持して位相制御調光器４００，４１０におけるトライアックがONとなっている状態を安定に維持することができるとともに、複数の位相制御調光器４００，４１０間の干渉に起因するトライアックの誤動作によるフリッカを抑圧して安定な動作を維持することができる。
【００６３】
また、交流電圧Viの位相に応じて、第１の電力、あるいは、第１の電力に比べて高い第２の電力が負荷回路１５０によって消費されるように制御することにより、負荷回路１５０における消費電力をトライアックの誤動作防止に必要十分な電力に抑えることができるので、負荷回路１５０における余計な発熱を抑えた効率的な調光補償器１００を提供することができる。
【００６４】
また、調光補償器１００が、ＬＥＤランプの入力電流が高くて誤動作しにくい交流電圧Viの位相の期間（例えば、０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間）は低めの第１の電力を消費し、ＬＥＤランプ２１０の入力電流が低くて誤動作しやすい交流電圧Viの位相の期間（例えば、９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間）は高めの第２の電力を消費するように制御することにより、発熱を抑えて効果的な調光補償器を提供することができる。なお、このような調光補償器１００を備えるＬＥＤ照明装置２００は、例えば複数の調光器が使用されている舞台照明等に適用される。
【００６５】
（変形例）
本発明が適用された調光補償器１００は、上記実施例に限定されるものではなく、以下に示すようなものであってもよい。この変形例に係る調光補償器５００を図９に示す。また、図１０および図１１は、調光補償器５００の動作を説明するための各種波形を示すグラフである。先に説明した調光補償器１００と、変形例に係る調光補償器５００とは、それぞれの負荷回路１５０および負荷制御回路１７０の構成が互いに異なっている。このため、整流回路１１０および角度検出回路１３０についての説明は、調光補償器１００での説明を援用する。
【００６６】
調光補償器５００の負荷回路１５０は、２つの抵抗（第１１抵抗５１０および第１２抵抗５１２）と、第５トランジスタ５１４とで構成されている。２つの抵抗５１０，５１２は互いに並列に接続されており、また、第５トランジスタ５１４は、これら２つの抵抗５１０，５１２の間に配置されている。第５トランジスタ５１４のエミッタ端子は第１１抵抗５１０に接続されており、第５トランジスタ５１４のコレクタ端子は第１２抵抗５１２に接続されている。
【００６７】
第５トランジスタ５１４は、負荷回路１５０の抵抗値を制御することによって当該負荷回路１５０に流れる電流を制御する役割を有している。この第５トランジスタ５１４がONのとき、負荷回路１５０の抵抗値は第１１抵抗５１０と第１２抵抗５１２との並列抵抗となり、第５トランジスタ５１４がOFFのとき、負荷回路１５０の抵抗値は第１１抵抗５１０のみの抵抗値となる。
【００６８】
例えば、第５トランジスタ５１４がONのときの電流ILaは、ILa≒Vdc/(第１１抵抗５１０と第１２抵抗５１２の並列抵抗)となる。逆に、第５トランジスタ５１４がOFFのときの電流ILbは、ILb≒Vd/（第１１抵抗５１０の抵抗)となる。例えば第１１抵抗５１０の抵抗が９１０Ω、かつ、第１２抵抗５１２の抵抗が３．６ｋΩとすると、電流ILaは、ILa≒100V/(910×3600/(910+3600))≒140mAとなり、電流ILbは、ILb≒100V/3600≒28mAとなる。負荷回路１５０では、交流電圧Viの位相が０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間ではILbの電力が消費され、交流電圧Viの位相が９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までの期間ではILaの電力が消費されるので、導通角が１８０°の場合の調光補償器５００の消費電力Ｐは概ね以下のように計算できる。
P≒(100V×140mA/2)+(100V×28mA/2)=7W+1.4W=8.4W
第１２抵抗５１２の消費電力は約７Ｗ、第１１抵抗５１０の消費電力は約１．４Ｗとなり、大電力の抵抗が必要になるものの、回路構成は２つの抵抗および１つのトランジスタといったように簡単になる。
【００６９】
次に、調光補償器５００の負荷制御回路１７０は、角度検出電圧Vaを入力して負荷回路の電流を制御する負荷制御電圧Vcを出力する役割を有しており、ＲＳ型フリップフロップＩＣ（以下、「フリップフロップＩＣ」）５２０と、第１反転回路５３０と、遅延回路５５０と、第２反転回路５７０とを備えている。
【００７０】
第１反転回路５３０は、第１３抵抗５３２と、第１４抵抗５３４と、第６トランジスタ５３６とで構成されている。
【００７１】
第１３抵抗５３２は、一端が角度検出回路１３０におけるＭＯＳＦＥＴ１３２のソース端子に接続されており、他端が第６トランジスタ５３６のベース端子に接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３２のソース端子の電圧が角度検出電圧Vaである。
【００７２】
また、第１４抵抗５３４は、一端が角度検出回路１３０における第２ダイオード１９２のカソード端子に接続されており、他端が第６トランジスタ５３６のコレクタ端子に接続されている。
【００７３】
フリップフロップＩＣ５２０は、Ｓ入力がHighになるとＱ出力もHighになり、Ｒ入力がHighになるとＱ出力がLowになる。また、Ｓ入力とＲ入力とが共にLowの場合、Ｑ出力は前の状態を保持するようになっているラッチ回路である。
【００７４】
フリップフロップＩＣ５２０のＳ入力は、第６トランジスタのコレクタ端子に接続されている。また、Ｒ入力は、後述する遅延回路５５０の第２ＭＯＳＦＥＴ５６０におけるソース端子に接続されている。さらに、Ｑ出力は、遅延回路５５０や第２反転回路５７０に接続されている。なお、第２ダイオード１９２のカソード端子の電圧がフリップフロップＩＣ５２０の電源電圧Ｖｃｃである。
【００７５】
遅延回路５５０は、第１５抵抗５５２と、第１６抵抗５５４と、第３ダイオード５５６と、第４コンデンサ５５８と、第２ＭＯＳＦＥＴ５６０とで構成されている。
【００７６】
第１５抵抗５５２は、第３ダイオード５５６と互いに並列に接続されている。第１６抵抗５５４は、一端が第２ＭＯＳＦＥＴ５６０のソース端子に接続されており、他端が第４コンデンサ５５８の他端に接続されている。第３ダイオード５５６は、そのカソード端子がフリップフロップＩＣ５２０のＱ出力に接続されており、アノード端子が第２ＭＯＳＦＥＴ５６０のゲート端子に接続されている。第４コンデンサ５５８は、一端が第２ＭＯＳＦＥＴ５６０のゲート端子に接続されている。
【００７７】
第２反転回路５７０は、第１７抵抗５７２と、第１８抵抗５７４と、第７トランジスタ５７６とで構成されている。
【００７８】
第１７抵抗５７２は、一端がフリップフロップＩＣ５２０のＱ出力に接続されており、他端が第７トランジスタ５７６のベース端子に接続されている。
【００７９】
第１８抵抗５７４は、一端が第７トランジスタ５７６のコレクタ端子に接続されており、他端が第４コンデンサ５５８の他端に接続されている。
【００８０】
第７トランジスタ５７６のエミッタ端子は、第２ダイオード１９２のカソード端子に接続されている。また、第７トランジスタ５７６のコレクタ端子は、第１９抵抗５８０を介して負荷回路１５０における第５トランジスタ５１４のベース端子に接続されている。
【００８１】
角度検出電圧Vaは、第１反転回路５３０を介して第６トランジスタ５３６のコレクタ電圧VbがフリップフロップＩＣ５２０のS入力に入力し、ゼロ電圧付近（角度検出電圧VaがLowに変化するタイミング）で負荷制御電圧Vc（フリップフロップＩＣ５２０のＱ出力）がHighに立ち上がる。そして、負荷制御電圧Vcが印加された第１５抵抗５５２と第４コンデンサ５５８の積分回路が充電を開始し、所定の遅延時間（角度θdで示す）後に遅延回路出力電圧Ve（第２ＭＯＳＦＥＴ５６０のソース端子電圧）がHighに変化する。この遅延回路出力電圧VeはフリップフロップＩＣ５２０のＲ入力に接続されているので、遅延回路出力電圧VeがHighに変化するタイミングでフリップフロップＩＣ５２０のＱ出力がLowに変化する。
【００８２】
第３ダイオード５５６は、第４コンデンサ５５８を急速放電させるためのダイオードである。負荷制御電圧VcがHighとなっている期間が位相０°から９０°まで、および、１８０°から２７０°までの期間と近似するように第１５抵抗５５２と第４コンデンサ５５８を選択して角度θdを決める。負荷制御電圧VcがLowとなっている期間が位相９０°から１８０°まで、および、２７０°から３６０°までに相当する。
【００８３】
各部の波形を示すグラフ（導通角が１３５°の場合）を図１０および図１１に示す。負荷制御電圧Vcの波形を図１０（d）に示す。負荷制御電圧Vcは第１７抵抗５７２を介して第２反転回路５７０における第７トランジスタ５７６のベース端子に入力される。すなわち負荷制御電圧VcがHighの期間は第５トランジスタ５１４がOFFとなり負荷回路１５０の消費電力は低め（「第１の電力」）になり、負荷制御電圧VcがLowの期間は第５トランジスタ５１４がONとなり負荷回路１５０の消費電力は高め（「第２の電力」）になる。この様子を図１１（h）の入力電流Iiで示す。入力電流IiはトライアックがONになったタイミングから位相９０°まで、および、トライアックがONになったタイミングから位相２７０°までの期間にIi≒ILbで低めの電力を消費し、９０°から１８０°、および、２７０°から３６０°の期間にIi≒ILaで高めの電力を消費するように動作する。
【００８４】
なお、本明細書全体を通して、位相や導通角として記載した数値は厳密なものではなく、位相や導通角の数値は、本明細書を通して把握される発明の趣旨が没却されない程度の数値的な幅を有している。
【００８５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８６】
１００…調光補償器、
１１０…整流回路，１１２…ダイオード
１３０…角度検出回路、１３２…ＭＯＳＦＥＴ、１３４…第１抵抗、１３６…第２抵抗、１３８…ツェナーダイオード
１５０…負荷回路、１５２…第１トランジスタ、１５４…第２トランジスタ、１５６…第３トランジスタ、１５８…第３抵抗、１６０…第４抵抗、１６２…第５抵抗、１６４…第２ツェナーダイオード
１７０…負荷制御回路、１７２…タイマーＩＣ、１７４…第６抵抗、１７６…第７抵抗、１７８…第８抵抗、１８０…第９抵抗、１８２…第１０抵抗、１８４…第１コンデンサ、１８６…第２コンデンサ、１８８…第３コンデンサ、１９０…第４トランジスタ、１９２…第２ダイオード
２００…ＬＥＤ照明装置、２１０…ＬＥＤランプ、２２０…第１ＬＥＤランプ群、２３０…第１ＬＥＤ照明、２４０…第２ＬＥＤ照明、２５０…第２ＬＥＤランプ群
３００…商用交流電源
４００…位相制御調光器、４１０…（別の）位相制御調光器
５００…（変形例に係る）調光補償器
５１０…第１１抵抗、５１２…第１２抵抗、５１４…第５トランジスタ、
５２０…フリップフロップＩＣ
５３０…第１反転回路、５３２…第１３抵抗、５３４…第１４抵抗、５３６…第６トランジスタ
５５０…遅延回路、５５２…第１５抵抗、５５４…第１６抵抗、５５６…第３ダイオード、５５８…第４コンデンサ、５６０…第２ＭＯＳＦＥＴ
５７０…第２反転回路、５７２…第１７抵抗、５７４…第１８抵抗、５７６…第７トランジスタ、５８０…第１９抵抗
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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