(57)【要約】【課題】光のちらつきを抑制することができる照明器具を提供する。【解決手段】照明器具８は、直流電源６と接続される点灯装置２と、ＬＥＤ光源４と、を備える。点灯装置２は、バックコンバータ回路１０を備えている。ＬＥＤ光源４は、バックコンバータ回路１０の出力する電力で点灯する。ＬＥＤ光源４は、無機ＬＥＤ光源でもよく、ＯＬＥＤつまり有機ＥＬであってもよい。点灯装置２は、入力端子台ＣＮ１と、逆流防止ダイオードＤ１と、入力側コンデンサＣ１と、バックコンバータ回路１０と、定電流制御回路１４と、出力端子台ＣＮ２と、を備えている。入力側コンデンサＣ１および逆流防止ダイオードＤ１の直列回路は、入力端子台ＣＮ１の正極入力端子および負極入力端子に対して並列接続している。逆流防止ダイオードＤ１のアノードが正極入力端子に接続され、逆流防止ダイオードＤ１のカソードが入力側コンデンサＣ１に接続されている。【選択図】図１
2018196249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極入力端子および負極入力端子を有する入力端子部と、
アノードが前記正極入力端子に接続したダイオードと、
一端に前記ダイオードのカソードの電圧が印加されることで充電される入力側コンデンサと、
前記ダイオードの前記カソードと前記入力側コンデンサの前記一端との接続点から直流電力を受け、前記直流電力を変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路が出力する電力で点灯する発光素子と、
を備え、
前記入力端子部と前記電力変換回路とが、間に他の電力変換回路を挟むことなく接続された照明器具。
【請求項２】
前記電力変換回路は、出力平滑コンデンサを含み、
前記入力側コンデンサの容量は前記出力平滑コンデンサの容量よりも大きい請求項１に記載の照明器具。
【請求項３】
直流電源と、
正極入力端子および負極入力端子を有し、前記直流電源と接続される入力端子部と、
アノードが前記正極入力端子に接続したダイオードと、
一端に前記ダイオードのカソードの電圧が印加されることで充電される入力側コンデンサと、
前記ダイオードの前記カソードと前記入力側コンデンサの前記一端との接続点から直流電力を受け、前記直流電力を変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路が出力する電力で点灯する発光素子と、
を備え、
前記入力端子部と前記電力変換回路とが、間に他の電力変換回路を挟むことなく接続された照明システム。
【請求項４】
前記直流電源が、太陽光発電システムおよび蓄電池の少なくとも一方である請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記電力変換回路は、出力平滑コンデンサを含み、
前記入力側コンデンサの容量は前記出力平滑コンデンサの容量よりも大きい請求項３または４に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明器具および照明システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムおよび蓄電池の普及により、直流電圧を扱うエネルギー源が増えている。その一方で、照明器具のＬＥＤ化が進み、例えば特開２０１３−７０５８３号公報に開示されているように、直流電源を用いてＬＥＤ照明を点灯する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直流電源の出力が変動することで、照明器具に入力される直流電圧が変動することがある。例えば、太陽光発電システムでは、日が暮れて太陽光発電による電力供給から蓄電池による電力供給へと切り替る際に、照明器具に入力される直流電圧が一瞬低下する。直流電源にこのような電圧変動が生ずると、ＬＥＤ光源が一瞬暗くなるので光がちらついてしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光のちらつきを抑制することができる照明器具および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】
【０００６】
本発明にかかる照明器具は、正極入力端子および負極入力端子を有する入力端子部と、アノードが前記正極入力端子に接続したダイオードと、一端に前記ダイオードのカソードの電圧が印加されることで充電される入力側コンデンサと、前記ダイオードの前記カソードと前記入力側コンデンサの前記一端との接続点から直流電力を受け、前記直流電力を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路が出力する電力で点灯する発光素子と、を備え、前記入力端子部と前記電力変換回路とが、間に他の電力変換回路を挟むことなく接続されたものである。
【０００７】
本発明にかかる照明システムは、直流電源と、正極入力端子および負極入力端子を有し、前記直流電源と接続される入力端子部と、アノードが前記正極入力端子に接続したダイオードと、一端に前記ダイオードのカソードの電圧が印加されることで充電される入力側コンデンサと、前記ダイオードの前記カソードと前記入力側コンデンサの前記一端との接続点から直流電力を受け、前記直流電力を変換する電力変換回路と、前記電力変換回路が出力する電力で点灯する発光素子と、を備え、前記入力端子部と前記電力変換回路とが、間に他の電力変換回路を挟むことなく接続されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直流電源の直流電圧が変動した場合でも入力側コンデンサおよびダイオードによって電力変換回路へ入力される電圧の変動を抑制できるので、光のちらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる照明器具および照明システムを示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる照明器具および照明システムの動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態１にかかる照明器具８および照明システム１を示す回路図である。照明システム１は、直流電源６と、直流電源６から直流電力を受け取る照明器具８とを備える。直流電源６は、直流給電システムであり、具体的には太陽電池を含む太陽光発電システムおよび蓄電池などである。照明器具８は、直流電源６と接続される点灯装置２と、ＬＥＤ光源４と、を備える。点灯装置２は、バックコンバータ回路１０を備えている。ＬＥＤ光源４は、バックコンバータ回路１０の出力する電力で点灯する。ＬＥＤ光源４を構成する発光素子は、無機ＬＥＤでもよく、ＯＬＥＤつまり有機ＥＬであってもよい。点灯装置２は、入力端子台ＣＮ１と、逆流防止ダイオードＤ１と、入力側コンデンサＣ１と、バックコンバータ回路１０と、定電流制御回路１４と、出力端子台ＣＮ２と、を備えている。
【００１１】
入力端子台ＣＮ１は、正極入力端子および負極入力端子を有する。入力端子台ＣＮ１は、直流電源６に接続されている。入力端子台ＣＮ１の正極入力端子には、逆流防止ダイオードＤ１のアノードが接続されている。入力端子台ＣＮ１の負極入力端子には、回路グランドつまり基準電位が与えられる。
【００１２】
逆流防止ダイオードＤ１および入力側コンデンサＣ１からなる直列回路が、入力端子台ＣＮ１の正極入力端子および負極入力端子に対して並列接続している。入力側コンデンサＣ１の負極端子および直流電源６の負電極は、回路グランドに接続されている。逆流防止ダイオードＤ１は、正極入力端子と入力側コンデンサＣ１の間に介在している。より具体的には、実施の形態にかかる点灯装置２では、逆流防止ダイオードＤ１のアノードと入力端子台ＣＮ１の正極入力端子とが直接接続され、逆流防止ダイオードＤ１のカソードと入力側コンデンサＣ１の正極端子とが直接接続されている。逆流防止ダイオードＤ１のカソードからバックコンバータ回路１０へと直流電力が入力される。「直接接続」とは、他の回路素子を間に挟むことのない接続を意味している。
【００１３】
バックコンバータ回路１０は、ＭＯＳＦＥＴＱ１と、コイルＬ１と、ダイオードＤ２と、出力平滑コンデンサＣ２とを備えている。バックコンバータ回路１０は、直流電源６とＬＥＤ光源４との間に介在している。逆流防止ダイオードＤ１のカソードには、入力側コンデンサＣ１とＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインとの接続点が接続されている。バックコンバータ回路１０は、逆流防止ダイオードＤ１のカソードから入力される直流電力を変換して出力端子台ＣＮ２から出力する。逆流防止ダイオードＤ１を介してバックコンバータ回路１０に直流電源６の出力電圧ＶＤＣが供給される。逆流防止ダイオードＤ１のカソードからの電力によって入力側コンデンサＣ１の充電も行われる。ＭＯＳＦＥＴＱ１のソースには、ダイオードＤ２のカソードとコイルＬ１の一端との接続点が接続されている。コイルＬ１の他端には、出力平滑コンデンサＣ２の正極端子が接続される。ダイオードＤ２のアノードも回路グランドに接続されている。
【００１４】
出力平滑コンデンサＣ２と並列に、出力端子台ＣＮ２を介してＬＥＤ光源４が接続されている。出力平滑コンデンサＣ２は、出力端子台ＣＮ２と並列に接続されている。入力側コンデンサＣ１の容量は出力平滑コンデンサＣ２の容量よりも大きいことが好ましい。
【００１５】
定電流制御回路１４は、制御ＩＣ１２と、コイルＬ１の二次巻線Ｌ２と、コンデンサＣ４と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、比較器ＯＰ１と、定電圧源Ｖｒｅｆと、を備えている。出力平滑コンデンサＣ２の負極端子には、抵抗Ｒ１の一端が接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、回路グランドに接続されている。抵抗Ｒ２の一端は出力平滑コンデンサＣ２の正極端子に接続され、抵抗Ｒ２の他端は抵抗Ｒ１の他端と接続されている。
【００１６】
制御ＩＣ１２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートに接続されるＶｇ端子と、制御ＩＣ１２の動作電源を取得するための制御電源Ｖｃｃ端子と、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオン時間を検出するオン時間検出端子ｄｅｔと、ゼロクロス検出端子であるｚｃｄ端子と、を備えている。オン時間検出端子ｄｅｔには、マイナス端子電圧を安定化させるためにコンデンサＣ４が接続されている。二次巻線Ｌ２には抵抗Ｒ３の一端が接続され、抵抗Ｒ３の他端はｚｃｄ端子に接続されている。抵抗Ｒ３は、二次巻線Ｌ２の電流を限流させてｚｃｄ端子に供給する。
【００１７】
抵抗Ｒ１と出力平滑コンデンサＣ２の負極端子との接続点は、比較器ＯＰ１のマイナス端子に接続される。比較器ＯＰ１のプラス端子には、定電圧源Ｖｒｅｆが印加される。比較器ＯＰ１の出力端子は、制御ＩＣ１２のオン時間検出端子ｄｅｔに接続される。
【００１８】
定電流制御回路１４は、バックコンバータ回路１０を定電流動作させる。バックコンバータ回路１０は、いわゆる臨界動作を行うことで定電流を出力する。ＭＯＳＦＥＴＱ１がオンすると、直流電源６および入力側コンデンサＣ１からコイルＬ１を介して電流が供給される。ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフすると、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオンしているときにコイルＬ１に蓄えられたエネルギーが放出される。出力平滑コンデンサＣ２は、コイルＬ１を介して流れる電流を平滑する。平滑された電流がＬＥＤ光源４に供給される。
【００１９】
抵抗Ｒ１には、出力平滑コンデンサＣ２及びＬＥＤ光源４に流れる電流に応じた電圧が発生する。抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ光源４に流れる平均電流を電圧に変換する。抵抗Ｒ１に発生した電圧は、比較器ＯＰ１のマイナス端子で検出され、定電圧源Ｖｒｅｆの電圧と比較される。比較器ＯＰ１の出力信号は、オン時間検出端子ｄｅｔに入力される。制御ＩＣ１２は、オン時間検出端子ｄｅｔに入力された信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング動作を制御する。比較器ＯＰ１は、抵抗Ｒ１で検出された電圧と定電圧源Ｖｒｅｆの電圧との差分に応じて出力電圧を変化させる。比較器ＯＰ１の出力電圧に応じて制御ＩＣ１２のオン時間が制御されることで、ＬＥＤ光源４のＬＥＤ電流を一定にする定電流制御が行われる。二次巻線Ｌ２の電圧は制御ＩＣ１２のｚｃｄ端子で検出されている。ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフしてコイルＬ１からエネルギーが放出されたことを検出して、再びＭＯＳＦＥＴＱ１をオンさせる臨界動作が行われる。
【００２０】
実施の形態にかかる点灯装置２では、入力端子台ＣＮ１とバックコンバータ回路１０との間に、昇圧チョッパ回路などの他の電力変換回路は挟まれていない。仮に入力側コンデンサＣ１が設けられずに入力端子台ＣＮ１とバックコンバータ回路１０とが直接接続されてしまうと、直流電源６の瞬時的な電圧低下がバックコンバータ回路１０へと直接に伝達され、この電圧変動によってＬＥＤ光源４の光がちらついてしまう。この点、実施の形態では、入力側コンデンサＣ１によって直流電源６の瞬時的な電圧低下を補うことにより、ＬＥＤ光源４に安定した電力供給を行うことができる。さらに、逆流防止ダイオードＤ１は、入力側コンデンサＣ１から入力端子台ＣＮ１の正極入力端子へと電流が逆流することを防止している。この逆流防止機能により、入力側コンデンサＣ１から直流電源６の側へと無駄に電荷が戻ってしまうことが抑制される。直流電源６の出力電圧ＶＤＣが低下したとき、入力側コンデンサＣ１から電荷が逆流して入力側コンデンサＣ１の電圧が急変することを逆流防止ダイオードＤ１によって抑制することができる。以上説明したように、実施の形態によれば、直流電源６の電圧変動があった場合でも、入力側コンデンサＣ１および逆流防止ダイオードＤ１によって、バックコンバータ回路１０に入力される電圧の変動を抑制することができる。従って、直流電源６の電圧変動があってもＬＥＤ光源４の光のちらつきを抑制することができる。
【００２１】
なお、変形例として、逆流防止ダイオードＤ１の代わりにダイオードブリッジを用いてもよい。ダイオードブリッジは複数のダイオードからなる整流回路であり、そのうちの１つのダイオードは、逆流防止ダイオードＤ１と同様にアノードが正極入力端子に接続されカソードが入力側コンデンサＣ１の正極端子に接続される。ただしダイオードブリッジでは、電圧降下が２回起こるため回路効率が悪化するというデメリットもある。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる照明器具８および照明システム１の動作を示すタイムチャートである。図２は、直流電源６の出力電圧ＶＤＣが瞬時的に低下したときの照明器具８の動作を示している。なお、説明の便宜上、ＬＥＤ電流のグラフはＹ軸方向に拡大されている。
【００２３】
まず、時刻ｔ１において、直流電源６の出力電圧ＶＤＣが低下する。つぎに、時刻ｔ１〜ｔ２において、直流電源６の出力電圧ＶＤＣの低下に伴い、入力側コンデンサＣ１の電圧も低下する。入力側コンデンサＣ１の電圧が低下している間、比較器ＯＰ１のフィードバック制御の遅れ時間分はフィードバック制御が間に合わないので、ＬＥＤ電流が低下する。
【００２４】
つぎに、時刻ｔ２〜ｔ３において、比較器ＯＰ１の出力電圧に基づいて制御ＩＣ１２がＭＯＳＦＥＴＱ１のオン期間を長く調節する。これにより、入力側コンデンサＣ１の電圧変動を抑制してＬＥＤ電流を定電流に保とうとする制御が行われる。
【００２５】
つぎに、時刻ｔ３において直流電源６が復帰することで、直流電源６が元の定常電圧を出力する。時刻ｔ３〜ｔ４において、直流電源６が定常に戻ったので、再び入力側コンデンサＣ１が充電されていく。時刻ｔ１〜ｔ２と同様に時刻ｔ３〜ｔ４でも比較器ＯＰ１のフィードバック制御の遅れ時間分はフィードバック制御が間に合わない。よって、直流電源６が定常に戻ってはいるものの、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオン時間は長めに調整され続ける。
【００２６】
時刻ｔ３以後に、ＬＥＤ電流が予め定めた所定値よりも大きくなる。時刻ｔ４〜ｔ５において、制御ＩＣ１２は、ＬＥＤ電流を所定値に保つために比較器ＯＰ１の出力電圧に基づいてオン時間を短く調節する。つぎに、時刻ｔ５において、入力側コンデンサＣ１が定常値まで充電される。時刻ｔ５〜ｔ６において、オン時間が十分に短くなり、ＬＥＤ電流も定常値まで戻る。
【００２７】
以上説明した動作によれば、入力側コンデンサＣ１によって、直流電源６の瞬時的な電圧低下を補いつつＬＥＤ光源４に安定した電力供給を行うことができる。従って照明器具８の明るさの変化を抑制することができる。
【００２８】
なお、実施の形態では、バックコンバータ回路１０を臨界モードで動作させたが、バックコンバータ回路１０の動作モードは周波数固定のオンデューティ制御であってもよい。また、バックコンバータ回路１０以外の電力変換回路を用いてもよく、バックコンバータ回路１０をフライバック回路およびバックブースト回路などの昇降圧回路に置換しても良い。しかしながら、昇降圧回路では入力電圧がＬＥＤ電圧より低くなっても直流電圧を出力することができるので、そのような昇降圧動作ができないバックコンバータ回路１０に対して実施の形態の回路構成を適用することが好ましい。
【符号の説明】
【００２９】
１  照明システム
２  点灯装置
４  ＬＥＤ光源
６  直流電源
８  照明器具
１０  バックコンバータ回路
１４  定電流制御回路
Ｃ１  入力側コンデンサ
Ｃ２  出力平滑コンデンサ
Ｃ４  コンデンサ
ＣＮ１  入力端子台
ＣＮ２  出力端子台
Ｄ１  逆流防止ダイオード
Ｄ２  ダイオード
１２  制御ＩＣ
Ｌ１  コイル
Ｌ２  二次巻線
ＯＰ１  比較器
Ｒ１〜Ｒ３  抵抗
Ｖｃｃ  制御電源
Ｖｒｅｆ  定電圧源
【図１】
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【図２】
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