(57)【要約】【課題】調光率を絞ったときも光ちらつきなく安定した点灯を行うことができる照明器具を提供する。【解決手段】点灯装置１０は、交流電源４と接続し交流電圧を整流する典型的にはダイオードブリッジである整流回路６と、整流回路６の出力端子に並列に接続したコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１と並列に接続した抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧回路と、整流回路６で全波整流された直流電流を受けるＨブリッジ回路１４とを備えている。マイコン２２がスイッチング信号Ｑ２／ＳＷを生成することで、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗとの間をコイル電流ＩＬが往復的に増減する。スイッチング信号Ｑ２／ＳＷにマスキングを施すことで、意図的に電流を流さないオフ期間ｔｏｆｆを間欠的かつ周期的に発生させて、コイル電流ＩＬの往復的増減を間欠化する間欠制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるＨブリッジ回路と、
前記コイル電流を検出する検出回路と、
前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成するとともに前記スイッチング信号に前記コイル電流の往復的増減を間欠化するオフ期間を設ける制御を実行可能な制御回路と、
を備え、
前記スイッチング信号のパルスを間引くことで前記オフ期間を設けるように構築された照明器具。
【請求項２】
前記発光素子が第一明るさに調光されているときに第一スイッチング信号で前記スイッチング素子がスイッチングされ、前記発光素子が前記第一明るさよりも暗い第二明るさに調光されているときに前記第一スイッチング信号からパルスを間引いた第二スイッチング信号で前記スイッチング素子がスイッチングされるように構築された請求項１に記載の照明器具。
【請求項３】
前記スイッチング信号に前記オフ期間を設ける間欠化制御と、
前記コイル電流の前記往復的増減に前記オフ期間による間欠化を行わないように前記スイッチング信号に前記オフ期間を設けない非間欠化制御と、
を選択的に実行可能であるように構築された請求項１に記載の照明器具。
【請求項４】
下限調光時を含むように予め定めた点灯条件に該当する場合に、前記間欠化制御を実行する請求項３に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００９−２７８９５号公報に開示されているように、Ｈブリッジ回路をスイッチング電源に利用した点灯装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｈブリッジ回路において、コイル電流を上限値と下限値との間で往復的に増減するようにスイッチング素子を制御するいわゆるバンバン（Ｂａｎｇ−Ｂａｎｇ）制御を実施すると、調光率を絞っていった際に光ちらつきが発生するという問題があった。
【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、調光率を絞ったときも光ちらつきなく安定した点灯を行うことができる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】
【０００６】
本発明にかかる照明器具は、
発光素子と、
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるＨブリッジ回路と、
前記コイル電流を検出する検出回路と、
前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成するとともに前記スイッチング信号に前記コイル電流の往復的増減を間欠化するオフ期間を設ける制御を実行可能な制御回路と、
を備え、
前記スイッチング信号のパルスを間引くことで前記オフ期間を設ける。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング信号にコイル電流の往復的増減を間欠化するオフ期間を設けたので、調光率を絞ったときも光ちらつきなく安定した点灯を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具を示す回路図である。
【図２】実施の形態にかかる点灯装置のマイコンの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【図４】昇圧モード時にマスク信号でマスキングを行わないとした場合に生ずる光ちらつきの問題を説明するための図である。
【図５】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【図６】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【図７】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【図８】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態の装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１０および照明器具１を示す回路図である。照明器具１は、ＬＥＤモジュール２および点灯装置１０を備えている。ＬＥＤモジュール２は、複数のＬＥＤ素子２ａを直列接続したものである。点灯装置１０は、出力端子を介してＬＥＤモジュール２と接続し、交流電源４の交流電圧を直流電圧に変換し、ＬＥＤ素子２ａを点灯させる。ＬＥＤモジュール２は、少なくとも１つのＬＥＤ素子２ａを含むものであればよく、また複数のＬＥＤ素子２ａが並列あるいは直列と並列を組み合わせた形態に接続されたものであってもよく、ＬＥＤ素子２ａに代えて有機ＥＬ素子を用いてもよい。
【００１０】
点灯装置１０は、交流電源４と接続し交流電圧を整流する典型的にはダイオードブリッジである整流回路６と、整流回路６の出力端子に並列に接続したコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１と並列に接続した抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧回路と、整流回路６で全波整流された直流電流を受けるＨブリッジ回路１４とを備えている。交流電源４と整流回路６との間には、電源スイッチ（図示せず）が介在している。
【００１１】
Ｈブリッジ回路１４は、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、コイルＬ１と、ダイオードＤ２と、スイッチング素子Ｑ２を備え、これらがＨブリッジ型に接続されたものである。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、本実施の形態ではＭＯＳＦＥＴを用いているがスイッチング素子であればこれに限定されない。スイッチング素子Ｑ１の第１端子（本実施の形態ではドレイン）は、整流回路６の高圧側出力端子に接続している。スイッチング素子Ｑ１の第２端子（本実施の形態ではソース）は、ダイオードＤ１のカソードと接続している。ダイオードＤ１のアノードは、整流回路６の低圧側出力端子に接続している。コイルＬ１の一端は、スイッチング素子Ｑ１の第２端子（本実施の形態ではソース）とダイオードＤ１のカソードとの接続点に接続している。コイルＬ１の他端は、ダイオードＤ２のアノードとスイッチング素子Ｑ２の第１端子（本実施の形態ではドレイン）との接続点に接続している。スイッチング素子Ｑ２の第２端子（本実施の形態ではソース）は抵抗Ｒ３を介して接地されている。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２の一端に接続している。ダイオードＤ１のアノードにはコイル電流検出用の抵抗Ｒ３の一端が接続し、抵抗Ｒ３の他端はスイッチング素子Ｑ２の第２端子（ソース）に接続している。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の制御端子（本実施の形態ではゲート）に駆動回路２０からの駆動信号が供給されることでスイッチングが実現される。駆動回路２０は、マイコン２２からスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフをそれぞれ指示するスイッチング信号Ｑ１／ＳＷ、Ｑ２／ＳＷを受けて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２それぞれの駆動信号を生成する。Ｈブリッジ回路１４は、降圧モード、昇圧モード、および昇降圧モードという３つのモードで駆動することができる。降圧モードは、スイッチング素子Ｑ１をオンオフし、かつスイッチング素子Ｑ２をオフに維持することで実現される。昇圧モードは、スイッチング素子Ｑ１をオンに維持し、かつスイッチング素子Ｑ２をオンオフすることで実現される。昇降圧モードは、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２の両方をオンオフすることで実現される。
【００１２】
Ｈブリッジ回路１４の出力側には、電解コンデンサであるコンデンサＣ２が設けられている。コンデンサＣ２の他端は抵抗Ｒ３を介して接地されている。コンデンサＣ２に対して並列に、ＬＥＤモジュール２および電流検知抵抗Ｒ６の直列回路が接続している。点灯装置１０は、抵抗Ｒ４、Ｒ５からなる分圧回路を備えており、この分圧回路で電圧検知を行うことができる。抵抗Ｒ４の一端がダイオードＤ２のカソードと接続し、抵抗Ｒ４の他端が抵抗Ｒ５の一端に接続し、抵抗Ｒ４、Ｒ５の接続点の電圧が検知電圧としてマイコン２２に入力され、抵抗Ｒ５の他端は抵抗Ｒ３を介して接地されている。
【００１３】
マイコン２２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧回路を用いて検出した入力電圧Ｖｉｎと、抵抗Ｒ４、Ｒ５の分圧回路を用いて検出した出力電圧Ｖｏｕｔと、調光器３０からの調光信号とをそれぞれ受信する。マイコン２２は、抵抗Ｒ３の電圧に基づいてコイル電流ＩＬを検出し、電流検知抵抗Ｒ６の電圧に基づいてＬＥＤ電流Ｉｏｕｔを検出する。マイコン２２は、その内部でＰＷＭ信号Ｉｒｅｆｗを生成し、マイコン２２の外部に設けた直列抵抗Ｒ７およびこれにシャント接続したコンデンサＣ３に入力する。これにより脈流化された上限電流値ＩＬ＊ｍａｘを生成することができる。この上限電流値ＩＬ＊ｍａｘはマイコン２２に入力され、後述するバンバン（Ｂａｎｇ−Ｂａｎｇ）制御の上限電流値として利用される。なお、上記では、上限目標値は、ＰＷＭ信号Ｉｒｅｆｗを生成し、外部に設けた直列抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ３で脈流化したが、本発明はこれに限られず、マイコン内部または外部のＤＡ変換器を用いて生成する構成でもよい。
【００１４】
図２は、マイコン２２の構成を示すブロック図である。マイコン２２は、スイッチング信号生成部２３と、ＡＤ変換回路２４と、ＣＰＵ２５と、タイマー２６を備えている。各要素の詳細を説明すると、先ずスイッチング信号生成部２３は、コンパレータ２３ａと、コンパレータ２３ｂと、タイマー２３ｃを備えている。コンパレータ２３ａは、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘとコイル電流ＩＬとが一致したら強制停止信号を出力する。コンパレータ２３ｂは、下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗとコイル電流ＩＬとが一致したらリスタート信号を出力する。タイマー２３ｃは、強制停止信号およびリスタート信号を受けてスイッチング信号Ｑ１／ＳＷ、Ｑ２／ＳＷをそれぞれ生成および出力する。ＡＤ変換回路２４は、例えば交流電圧が全波整流されることで生成された脈流入力電圧Ｖｉｎと、出力電圧Ｖｏｕｔと、ＬＥＤ電流Ｉｏｕｔとを受信する。ＡＤ変換回路２４は、それらの値をＡＤ変換してＣＰＵ２５に伝達する。ＣＰＵ２５は、Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔ、Ｉｏｕｔ、および調光信号を含む入力値に基づいてＩｏｕｔの目標値である目標出力電流値Ｉｏｕｔ１を算出し、これに基づいてタイマー２６を制御する。タイマー２６はＰＷＭ信号を生成するオンオフタイミングを計るものであり、ＣＰＵ２５によりオン時間、周波数を制御されてＰＷＭ信号Ｉｒｅｆｗを生成する。ＣＰＵ２５は、下限電流ＩＬ＊ｌｏｗをコンパレータ２３ｂに伝達するとともに、後述するマスク信号Ｓｍａｓｋを生成してタイマー２３ｃに伝達する。なお、上記では、マイコン内部にコンパレータ等が内蔵されている場合の例を示したが、本発明はこれに限られず、図２に示した制御系の一部の機能をマイコン外部のアナログ回路で実現してもよい。
【００１５】
図３は、実施の形態にかかる点灯装置１０の動作を説明するための波形図である。図３は、いわゆるバンバン（Ｂａｎｇ−Ｂａｎｇ）制御の内容を説明するための波形図である。ここでは一例として昇圧モード時の動作を説明する。昇圧モードではスイッチング素子Ｑ１はオンに維持され、スイッチング素子Ｑ２がオンオフされる。この場合、バンバン制御では、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗとの間をコイル電流ＩＬが往復的に増減するように、マイコン２２はスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。スイッチング信号Ｑ２／ＳＷがハイとなりスイッチング素子Ｑ２がオンとなることでコイル電流ＩＬが増大すると、コイル電流ＩＬは脈流状に形成された上限電流値ＩＬ＊ｍａｘに達する。このときコンパレータ２３ａが強制停止信号を発することでスイッチング信号Ｑ２／ＳＷはローとなりスイッチング素子Ｑ２はオフとなる。その後コイル電流ＩＬは減少していき、コイル電流ＩＬは一定値に定められた下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗに達する。このときコンパレータ２３ｂがリスタート信号を発することでスイッチング信号Ｑ２／ＳＷは再びハイとなりスイッチング素子Ｑ２が再びオンとなる。このような動作を繰り返すようにマイコン２２がスイッチング信号Ｑ２／ＳＷを生成することで、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗとの間をコイル電流ＩＬが往復的に増減する。このときコイル電流ＩＬはいわゆる臨界モードでの動作となる。
【００１６】
（光ちらつきの問題）
図４は、昇圧モード時にマスク信号Ｓｍａｓｋでマスキングを行わないとした場合に生ずる光ちらつきの問題を説明するための図である。図３を用いて説明したいわゆるバンバン制御を実施すると、調光器３０の指令により調光率が絞られていった際に、光ちらつきが発生するという問題がある。図４で破線に示す脈流波形はそれぞれ下限調光率よりも高い調光率における上限電流値を示している。調光率を絞ると矢印のように上限電流値ＩＬ＊ｍａｘの振幅が小さくなり、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘが下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗに近づくことでコイル電流ＩＬが低下する。調光率を絞るほど上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗが近づくので、コイル電流ＩＬをより小刻みに往復させるようにスイッチング周波数が高くなる。下限調光時にはスイッチング素子Ｑ２を例えば１ＭＨｚ程度でスイッチングさせる必要があり、スイッチング動作が正確に行うことができなくなる。その結果、ＬＥＤ電流Ｉｏｕｔの大きさが不規則となる状態つまり電流制御ができていない状態となり、光ちらつきが発生するという問題がある。
【００１７】
（マスキングによる間欠制御）
図５〜図８は、実施の形態にかかる点灯装置１０の動作を説明するための波形図である。図５は、マスク信号Ｓｍａｓｋを用いたスイッチング信号Ｑ２／ＳＷのマスキングを行っている様子を表している。本実施の形態では、マイコン２２は、スイッチング信号Ｑ２／ＳＷにコイル電流ＩＬの往復的増減を間欠化するオフ期間を設ける制御を実行可能に構成されている（以下、便宜上この制御を「間欠制御」とも称する）。本実施の形態では、そのようなオフ期間を設けるための方法の一つとして、マイコン２２がスイッチング信号Ｑ２／ＳＷにマスキングを施すことで、間欠的かつ周期的に、意図的にコイル電流ＩＬを流さないオフ期間ｔｏｆｆを発生させる。図５に示す例では、コイル電流ＩＬの三角波形が３つ連続した後、マスク信号Ｓｍａｓｋのオン幅ｔｍｏｎだけスイッチング信号Ｑ２／ＳＷがローに維持され、オフ期間ｔｏｆｆが設けられている。マイコン２２は定電流制御によりＬＥＤ電流Ｉｏｕｔを一定に保とうとするので、オフ期間ｔｏｆｆを設けることで出力電流が低下すると、その低下分を補うために上限電流値ＩＬ＊ｍａｘが増加し、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗの間隔が拡大する。このため、スイッチング信号Ｑ２／ＳＷの周波数を低下させることができ、安定したスイッチングが可能となり、流れる電流が不規則とならないように制御することができる。以上説明したように、点灯装置１０によれば、バンバン制御を行う場合において調光率を絞ったときも、ＬＥＤモジュール２を光ちらつきなく安定して点灯させることができる。図３に示す昇圧モード動作などの通常時のバンバン制御と図５〜８に例示した間欠制御は必要に応じて適宜に切り替えればよい。
【００１８】
マスク信号Ｓｍａｓｋの生成は、下記のように様々な形態が可能である。マスク信号Ｓｍａｓｋの長さおよび周期Ｔｍは、必要なＬＥＤ電流Ｉｏｕｔが安定的に得られるように、入力電圧Ｖｉｎおよび目標出力電流値Ｉｏｕｔ１などに基づいて調整することが好ましい。好ましい形態の一つとして、図５の下段に示すように、入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｉｎｔｈ以下となったら、マスク信号Ｓｍａｓｋを立ち上げてもよい。また、Ｈブリッジ回路１４の入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｉｎｔｈを越えたら、マスク信号Ｓｍａｓｋを立ち下げてもよい。なお、マスク信号Ｓｍａｓｋの立下り時期については、Ｈブリッジ回路１４の入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｉｎｔｈ以下となってから予め定めた期間後にオフ期間ｔｏｆｆを解除する（つまりマスク信号Ｓｍａｓｋを立ち下げる）ことで、スイッチング信号Ｑ２／ＳＷのマスキングを停止してもよい。この閾値電圧Ｖｉｎｔｈは、目標出力電流値Ｉｏｕｔ１に基づいて調整することが好ましい。閾値電圧Ｖｉｎｔｈを調整することで、入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｉｎｔｈ以下である期間の長さを調整でき、マスク信号Ｓｍａｓｋのオン幅ｔｍｏｎを調整することができる。また、図６に示すように、マスク信号Ｓｍａｓｋがスイッチング信号Ｑ２／ＳＷのパルスを１つおきに間引くようにしてもよい。また、図７に示すように、脈流状に変化する上限電流値ＩＬ＊ｍａｘの脈流１周期の間に複数回のオフ期間ｔｏｆｆを設けてもよい。つまり上限電流値ＩＬ＊ｍａｘの１周期の間にマスク信号Ｓｍａｓｋが２回以上オンオフしてもよい。つまり、マスク信号Ｓｍａｓｋは、スイッチング信号Ｑ２／ＳＷにおいて複数個のパルスが連続する度に少なくとも１つのパルスを間引くというマスキングを繰り返すようにしてもよい。
【００１９】
図８は、マスク信号Ｓｍａｓｋとは異なる方法でオフ期間ｔｏｆｆを設定することでスイッチング信号Ｑ２／ＳＷを間欠化する例を示す図である。上限電流値ＩＬ＊ｍａｘが脈流状に変化し、下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗが可変である。図８（ａ）に示すように下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗをΔＩ１だけ増加させると、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗとが交差し、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘよりも下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗが大きい反転期間が発生する。この反転期間Ｔｉにスイッチング信号Ｑ２／ＳＷをオフとするように予めマイコン２２を構成しておくことで、スイッチング信号Ｑ２／ＳＷを間欠化することができる。反転期間Ｔｉの長さに比例してオフ期間ｔｏｆｆの長さが決まる。図８（ｂ）に示すように下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗをΔＩ２（ただしΔＩ１＜ΔＩ２）だけ増加させると、上限電流値ＩＬ＊ｍａｘと下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗの交点の間隔が変化する。これにより反転期間Ｔｉが変化し、オフ期間ｔｏｆｆを調整できる。以上のように、下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗの大きさを調整することで、オフ期間ｔｏｆｆの長さを調節してもよい。下限電流値ＩＬ＊ｌｏｗの調整も、マスク信号Ｓｍａｓｋと同様に、入力電圧値Ｖｉｎおよび目標出力電流値Ｉｏｕｔ１などに基づいて調整することが好ましい。
【００２０】
なお、上記実施の形態では一例として昇圧モードにおいてスイッチング信号Ｑ２／ＳＷにのみオフ期間ｔｏｆｆを設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。降圧モードおよび昇降圧モードにおいてもいずれのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフするかの違いを除いては上記と同様に制御を行えばよい。昇降圧モードにおいては、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を同時にオンオフ制御するので、スイッチング信号Ｑ１／ＳＷ、Ｑ２／ＳＷの両方に対してオフ期間ｔｏｆｆを設ければよく、マスク信号Ｓｍａｓｋあるいは反転期間Ｔｉを利用してオフ期間ｔｏｆｆを設ければよい。降圧モードでは、スイッチング素子Ｑ１をオンオフし、かつスイッチング素子Ｑ２をオフに維持するので、スイッチング信号Ｑ１／ＳＷに対してオフ期間ｔｏｆｆを設ければよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  照明器具、２  ＬＥＤモジュール、２ａ  ＬＥＤ素子、４  交流電源、６  整流回路、１０  点灯装置、１４  Ｈブリッジ回路、２０  駆動回路、２２  マイコン、２３  スイッチング信号生成部、２３ａ、２３ｂ  コンパレータ、２３ｃ、２６  タイマー、２４  ＡＤ変換回路、２５  ＣＰＵ、３０  調光器
【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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