(57)【要約】【課題】発光素子の光量制御を安定的にすることを目的とする。【解決手段】所望の調光量に応じて調光信号を発信する調光器６と、調光信号を直流電圧に変換する変換回路８と、直流電圧の限度値をクランプするクランプ回路９と、クランプされた後の直流電流を制御信号に変換する制御部１０と、制御信号によって発光ＬＥＤ７へ流す発光電流を調節する発光電流調節回路１１とを備え、クランプ回路９は直流電圧の下限側をクランプする下限側クランプ回路と、直流電圧の上限側をクランプする上限側クランプ回路の双方あるいは一方で構成され、下限側クランプ回路および上限側クランプ回路はそれぞれ個別に動作するとともに温度補償機能を有することを特徴としたもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の調光量に応じて調光信号を発信する調光器と、
前記調光信号を直流電圧に変換する変換回路と、
前記直流電圧の限度値をクランプするクランプ回路と、
クランプされた後の前記直流電流を制御信号に変換する制御部と、
前記制御信号によって発光素子へ流す発光電流を調節する発光電流調節回路とを備え、
前記クランプ回路は前記直流電圧の下限側をクランプする下限側クランプ回路と、前記直流電圧の上限側をクランプする上限側クランプ回路の双方あるいは一方で構成され、
前記下限側クランプ回路および前記上限側クランプ回路はそれぞれ個別に動作するとともに温度補償機能を有する照明用電源装置。
【請求項２】
前記下限側クランプ回路はオペアンプを用いることにより下限側電圧をクランプするとともに、前記上限側クランプ回路はシャントレギュレータを用いることにより上限側電圧をクランプする、請求項１に記載の照明用電源装置。
【請求項３】
前記下限側クランプ回路および前記上限側クランプ回路はそれぞれダイオードとツェナーダイオードとをアノード側で直列に接続して構成した、請求項１に記載の照明用電源装置。
【請求項４】
前記変換回路では、任意の変換特性を選択することによって前記調光信号を前記直流電圧に変換する請求項１から３の何れかに記載の照明用電源装置。
【請求項５】
前記任意の変換特性は、予め設定された複数の直流電圧と前記調光信号との関係の中から選択する請求項４に記載の照明用電源装置。
【請求項６】
前記任意の変換特性は、前記発光素子の使用時間に応じて切り替える請求項４に記載の照明用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種照明器具に使用される照明用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の照明用電源装置について図面を用いて説明する。図５は従来の照明用電源装置の構成を示したブロック図であり、調光器１は任意の光量の指示を行うもので変換回路２へとＰＷＭ信号を発信し、この変換回路２を通じて制御部３へと調光電流を供給している。そして、制御部３はスイッチ回路４でのスイッチング動作を制御するための制御信号を発し、この制御信号に応じて発光素子５の光量が決定されることになる。ここで、制御部３は変換回路２から調光電圧の供給を受けるとともに、発光素子５に流れる電流を検知することで、調光器１によって指示された所望の光量を維持するよう動作を行っている。
【０００３】
そして、調光器１からの調光についての指示は、この指示に応じたデューティのＰＷＭ信号として変換回路２へと送られ、これによってその後順次、制御部３、スイッチ回路４がそれぞれの動作を行い、ＰＷＭ信号に対応した光量を発光素子５が発するように制御している。
【０００４】
ここで、調光器１はＰＷＭ信号を発信するにあたり個々の特性バラツキを有しているため、例えばデューティに対する指示が０％の近傍となった場合には、その指示に対して的確な追従ができなくなる恐れが生じることになる。そのため、個々の調光器１においてデューティが１０％程度以上のＰＷＭ信号を限定した範囲で用いることで、特性バラツキが生じにくい安定した制御を行うようにしていた。
【０００５】
そこで例えば、特に調光器１に対してＰＷＭ信号のデューティを１０％以下とさせる指示があった場合に対応する手段としては、変換回路２内の抵抗２ａ、２ｂ、２ｃやコンデンサ２ｄの定数とトランジスタ２ｅとの関係性を設定することによって、変換回路２で動作制限領域を設けていた。つまり、調光器１から発するＰＷＭ信号のデューティが１０％以下に該当する指示があった場合、調光電圧は調光器１から発するＰＷＭ信号のデューティが１０％である場合の値に固定されるように変換回路２の動作制限領域の設定が行われていた。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、変換回路２の内部の抵抗２ａ、２ｂ、２ｃやコンデンサ２ｄの定数とトランジスタ２ｅの特性値との関係性を設定することによって変換回路２の動作制限領域を正確に決定しようとする場合、抵抗２ａ、２ｂ、２ｃの抵抗値やコンデンサ２ｄの容量値およびトランジスタ２ｅの特性値に高い精度が求められるものであった。
【０００９】
そのため、照明用電源装置の変換回路２における温度の状態によって、特に抵抗２ａ、２ｂ、２ｃの抵抗値が温度特性に起因して変動することなどによって、調光器１から発せられるＰＷＭ信号のデューティに対する変換回路２の動作制限領域もまた変動してしまう可能性が生じる。つまり、調光器１からの指示によるデューティと変換回路２から発する調光電圧との関係は、図６に示すように、実線で示した変換器から発する想定上の調光電圧の曲線と、破線で示した変換器から発する実際の調光電圧の曲線とでは異なる曲線となる。そしてこの結果として図５に示す変換回路２の動作制限領域が変動してしまうことで、照明用電源装置における光量の制御範囲が変動する恐れが生じるという課題を有するものであった。
【００１０】
そこで本発明は、照明装置における光量の制御範囲を安定させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そして、この目的を達成するために、所望の調光量に応じてＰＷＭ信号を発信する調光器と、前記ＰＷＭ信号を直流電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧の限度値をクランプするクランプ回路と、クランプされた後の前記直流電圧を制御信号に変換する制御部と、前記制御信号によって発光素子へ流す発光電流を調節する発光電流調節回路とを備え、前記クランプ回路は前記直流電圧の下限側をクランプする下限側クランプ回路と、前記直流電圧の上限側をクランプする上限側クランプ回路の双方あるいは一方で構成され、前記下限側クランプ回路および前記上限側クランプ回路はそれぞれ個別に動作するとともに温度補償機能を有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、クランプ回路は調光を制御するための電圧に対して上限側と下限側とを個別の回路でクランプするとともに、クランプ回路では温度特性に優れて且つ高精度にクランプ電圧を設定できる回路を用いている。これにより、クランプ電圧を安定させることができ、発光素子の光量制御を安定的にすることを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における照明用電源装置の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態における照明用電源装置の調光電圧とデューティ指示の関係図
【図３】本発明の実施の形態における照明用電源装置の第１のクランプ回路詳細図
【図４】本発明の実施の形態における照明用電源装置の第２のクランプ回路詳細図
【図５】従来の照明用電源装置の回路ブロック図
【図６】従来の照明用電源装置の調光電圧とデューティ指示の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における照明用電源装置の回路ブロック図であり、ここでは発光素子として発光ダイオードを用いた場合を一例として調光器６によってＬＥＤ７の発光量を調節するものを示している。ここでは、まず所望の調光量に応じて調光器６は調光信号を変換回路８に対して発信する。調光器６から調光信号を受けた変換回路８は、この調光信号を直流電圧に変換する。そして、変換回路８はクランプ回路９へと直流電圧を送る。この直流電圧はクランプ回路９を介して制御部１０へと送られるが、クランプ回路９では設定された上限値および下限値の双方あるいはいずれかの一方によって直流電圧がクランプされる。制御部１０へと送られたクランプ後の直流電圧は、発光電流調節回路１１での動作を制御するための制御信号へと制御部１０で変換される。発光電流調節回路１１は制御信号に応じて動作することにより、ＬＥＤ７へと流す電流を調節することによってＬＥＤ７の発光量を制御している。
【００１６】
ここでクランプ回路９は、変換回路８から受けた直流電圧をクランプするが、直流電圧の下限側をオペアンプによってクランプするとともに、前記直流電圧の上限側をシャントレギュレータによってクランプしている。そして、前記下限側クランプ回路および前記上限側クランプ回路はそれぞれが独立して設けられており、個別に動作するとともに温度補償機能を有するものである。
【００１７】
ここで、調光信号としては様々なアナログ信号やデジタル信号を用いられるが、以下ではデジタル信号の中でも適用が容易であり、調光器６と変換回路８とが異なる基板上（図示せず）に配置された場合などにおいてもノイズによる影響を受け難いＰＷＭ信号を用いた場合を一例として説明する。当然ながら、本発明での調光信号とはＰＷＭ信号に限定されるものではない。以後でも改めて説明は行うが、デジタル信号であれば調光信号を変換回路８によってアナログ信号である直流電圧へと変換することができればよい。あるいは、調光信号として例えば可変抵抗を用いたアナログ信号を適用する場合などでは、調光信号をアナログ信号である直流電圧へと変換するようにアナログ・アナログ変換特性を有した変換回路を用いればよい。
【００１８】
以上の構成および動作により、クランプ回路９は調光を制御するための電圧に対して上限側と下限側とを、独立して動作するとともに互いに干渉を受けない個別の回路でクランプした状態としている。これによって、上限側のクランプ電圧と下限側のクランプ電圧とは互いに影響を及ぼすことがないため、それぞれのクランプ電圧を安定した状態に保つことが可能となる。また、下限側クランプ電圧の設定にはオペアンプを用い、上限側クランプ電圧の設定にはシャントレギュレータを用いることで、共に安定した温度特性や高精度の電圧設定機能を有することからも、発光ダイオードの光量制御を安定的にすることができる。従って、クランプ回路９の出力側での特性を示した図２のＬＥＤの調光電圧と調光器からのデューティ指示の関係図に示すように、上限側クランプ区間および下限側クランプ区間の双方を常に安定して設定できることとなる。
【００１９】
図２では一例として図１に示す調光器６から発せられるＰＷＭ信号が５％以下あるいは９５％以上となった場合に、このＰＷＭ信号をアナログ信号へと変換した直流電圧に対してクランプ回路９が直流電圧をクランプしているが、当然ながら下限値および上限値は任意の値として与えることが可能である。
【００２０】
また、下限値および上限値に対するクランプ回路９の動作としては、調光器６から発せられるＰＷＭ信号が５％以下および９５％に対応する変換回路８からの直流電圧をクランプ回路９に予め電圧下限値および電圧上限値設定し、これらの値を超越した場合に電圧をクランプすればよい。
【００２１】
あるいは、調光器６におけるデューティに関する指示の状態について、ＰＷＭ信号が下限値もしくは上限値に達したことを調光器６から直接にクランプ回路９へと伝え、その時点で変換回路８から出力されている直流電圧を限度値としてクランプ回路９が動作することによって電圧をクランプすることとしても構わない。
【００２２】
またこの実施例では、図１に示すようにＬＥＤ７に流れる電流を変換抵抗部１２によって電圧へと変換したうえで帰還路線部１３を通じて制御部１０へと帰還させているが、帰還路線部１３を含めて制御部１０、発光電流調節回路１１、ＬＥＤ７、変換抵抗部１２は、クランプ回路９の動作とは切り離された状態で完結が可能な回路構成となっている。つまり、発光電流調節回路１１に対する制御は全てが制御部１０のみによって行われることとなる。このため、発光電流調節回路１１の動作に対する制御動作を、他の素子からの制御を不要とした独立した状態で制御部１０によって行うことができる。
【００２３】
またこれは、調光の特性に対する様々な調整、例えば図２に示す調光電圧とデューティ指示との関係に対して曲線状に変化させた場合などについても、図１に示すクランプ回路９の特性や動作状態に関らず、制御部１０が発光電流調節回路１１に対して的確に、かつ、容易に対処することを可能とするものである。つまり、クランプ回路９は前段側の回路および後段側の回路から独立した動作をすることで、クランプ電圧を安定させることのみならず、制御部１０と発光電流調節回路１１との接続や動作の関係性を簡素化することとなる。これにより、ＬＥＤ７の光量制御を安定的にすることができる。
【００２４】
ここで、クランプ回路９について説明する。図３の第１のクランプ回路詳細図に示すように、クランプ回路９は下限側クランプ回路１４と上限側クランプ回路１５とからなり、下限側クランプ回路１４および上限側クランプ回路１５はそれぞれ、図２に示す下限側クランプ区間および上限側クランプ区間に対応して動作することになる。
【００２５】
まず、図３に示す下限側クランプ回路１４は、下限側基準電源１６と下限側基準電源１６を比較の基準として動作するオペアンプ１７と分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃとトランジスタ１９とによって構成されている。ここで、下限側基準電源１６、オペアンプ１７やトランジスタ１９の動作は周囲環境の温度に左右され難く、かつ、分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃは個々には温度によるその特性に対する影響が存在するものの、これら分圧抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃは分圧動作を行うために接続されていることから、これらの比率が重要である分圧動作としての特性は周囲環境の温度に左右され難いものである。
【００２６】
つまり、下限側クランプ回路１４はクランプ動作を行ううえでは周囲温度からの影響を受け難い安定した動作が可能な構成となっている。
【００２７】
また、上限側クランプ回路１５は、シャントレギュレータ２０と分圧抵抗２１ａ、２１ｂ、２１ｃとによって構成されている。ここで、シャントレギュレータ２０は、その内部に作動増幅器（図示せず）やトランジスタ（図示せず）を有したものであり、先に述べた場合と同様にこれらの動作は周囲温度からの影響を受け難い安定したものとなる。よって、シャントレギュレータ２０の特性は周囲環境の温度に左右され難いものである。
【００２８】
さらに、これもまた先に述べた場合と同様であるが、分圧抵抗２１ａ、２１ｂ、２１ｃは個々には温度によるその特性に対する影響が存在するものの、これら分圧抵抗２１ａ、２１ｂ、２１ｃは分圧動作を行うために接続されていることから、これらの比率が重要である分圧動作としての特性は周囲環境の温度に左右され難いものである。
【００２９】
つまり、上限側クランプ回路１５もまた、クランプ動作を行ううえでは周囲温度からの影響を受け難い安定した動作が可能な構成となっている。このため、図２に示すように下限側クランプ区間および上限側クランプ区間はともに正確な調光電流で規定され、発光素子の光量制御を安定的に実施することが可能となる。
【００３０】
またあるいは図４の第２のクランプ回路詳細図に示すように、クランプ回路９として下限側クランプ回路１４と上限側クランプ回路１５とを用い、下限側クランプ回路１４と上限側クランプ回路１５との双方あるいは一方をダイオード２２とツェナーダイオード２３とが直列接続することによって構成しても構わない。ここで、下限側クランプ回路１４としてはダイオード２２のカソード側とツェナーダイオード２３のカソード側とを接続するとともに、給電側の高電位側へダイオード２２のアノード側を、低電位側にあたる変換回路８から出力された直流電圧の信号側へツェナーダイオード２３のアノード側をそれぞれ接続している。また、上限側クランプ回路１５としてはダイオード２２のカソード側とツェナーダイオード２３のカソード側とを接続するとともに、変換回路８から出力された直流電圧の信号側へダイオード２２のアノード側を、低電位側である接地２４へツェナーダイオード２３のアノード側をそれぞれ接続している。そして、ダイオード２２とツェナーダイオード２３とを相互に温度特性を相殺させることによって、下限側クランプ回路１４および上限側クランプ回路１５はそれぞれが温度補償された状態となり、クランプ回路９は周囲温度の変化による特性変動が生じない安定した動作が可能となる。
【００３１】
ここで例えば、ツェナー電圧が４．７（Ｖ）のツェナーダイオード２３と、順方向電圧降下が０．７（Ｖ）のダイオード２２を適用することで、クランプ電圧が５．４（Ｖ）の温度補償されたクランプ回路９を容易に構成することができ、回路構成が非常に簡単であるため正確な温度補償が可能であることのみならず低コスト化も可能となる。
【００３２】
また、図３に示した実施例では、下限側クランプ回路１４と上限側クランプ回路１５とにはそれぞれに一対のダイオード２２とツェナーダイオード２３とを接続した場合を示している。しかしながら、クランプ電圧の必要に応じて複数組のダイオード２２とツェナーダイオード２３とを直列に接続することとしても構わない。あるいは、ダイオード２２とツェナーダイオード２３とは必ずしも一対一で構成する必要はなく、つまり、ダイオード２２およびツェナーダイオード２３の特性に応じて、ダイオード２２およびツェナーダイオード２３それぞれについて接続する数量を設定しても構わない。
【００３３】
そして、図１に示すように、下限側クランプ回路１４および上限側クランプ回路１５は、変換回路８や制御部１０の動作からは全く影響を受けずに相互に独立した動作が可能であるため、仮に、変換回路８が如何なる特性の調光電圧と調光器６からのデューティ指示との関係を有するものであっても安定した動作ができるものである。よって、調光器６からの指示に対応して変換回路８で生成される調光電圧は図２に示すような直線的な特性のみならず、複雑な曲線を描くような任意の特性を有した場合についても自由に選択することができることになる。
【００３４】
つまり、図１に示す調光器６からの同じ指示に対しても、予め設定された複数の、調光電圧とＰＷＭ信号に対応する調光器６からのデューティとの関係の中から任意の特性の対象を選択することが可能なように、変換回路８に機能を持たせることとすればよい。
【００３５】
これにより、必要なデューティ区間においてのみ任意の曲線の調光電圧特性を選択し、所望の調光電圧を的確に得ることができ、それ以外の区間ではクランプさせた調光電流を得ることができる。
【００３６】
また、ここではＬＥＤ７として示している発光装置の特性に応じて、最適な調光電圧が供給されるように調光特性が選択されることが可能となるものとして説明している。しかしながら、発光装置がＬＥＤ７から有機ＥＬなどの異なる光源へと切り替える場合であっても照明用電源装置全体が取り替えられる必要はなく、変換回路８における任意の変換特性や変換曲線が選択のうえ切り替えられればよいこととなる。
【００３７】
当然ながら、同じＬＥＤ７を適用する場合であっても、色調やあるいは照明の用途の違いにより、ＬＥＤ７の有する特性に応じて変換特性や変換曲線が選択可能な状態であればよい。
【００３８】
さらに、上記の変換特性や変換曲線は発光装置の点灯時間に伴って変化させられる構成としても構わない。これは、発光装置としてＬＥＤ７を使用した場合や、あるいはここでは図示していないが有機ＥＬを使用した場合に生じる、点灯時間の経過に伴う特性の変化に対応させるものである。
【００３９】
例えば、図２に示す調光電圧と調光器からのデューティ指示との関係は、下限側クランプ区間と上限側クランプ区間において時間の経過とともに、変換特性が急峻になるように変化する、あるいは平坦となるように自動的にあるいは任意に変化するようにすればよい。ここでの時間の経過とは、図１に示すＬＥＤ７の点灯から消灯までの時間の経過としても、あるいはＬＥＤ７の寿命に該当する長期の時間の累積経過としても構わない。これらの特性の時間的な変化については、予め設定された特性を必要に応じて切り替えて選択することで対応も容易に可能である。
【００４０】
このとき、先に述べたように上限側および下限側のクランプ電圧は調光器６の変換特性からは何らの影響も受けない。しかしながら、調光器６の変換特性が変化することに同期して上限側クランプ電圧あるいは下限側クランプ電圧もしくはこれらの双方を変化させても構わない。
【００４１】
また、変換特性や変換曲線を生成するにあたってはアナログ式の回路定数によって設定を行うものであっても、あるいは、演算装置（図示せず）などを用いてデジタル式の設定を行うものであっても何れであっても構わない。ここでクランプ回路９はこれらの設定に関係なく動作するとともに、クランプ回路９と変換回路８とが互いに悪影響を及ぼすことも無い。しかしながら、先に述べた説明のようにクランプ回路９では温度特性を安定させ、周囲温度からの影響を受けない構成としていることから、変換特性や変換曲線を生成するにあたって周囲温度の影響を受けない変換回路８の内部に設けた演算装置（図示せず）のみを用いた特性設定であることが望ましい。
【００４２】
本発明の実施例では、図２の調光電圧と調光器からのデューティ指示の関係などに基づいて図１のＬＥＤ７の発光量が調節されることとして説明したが、先にも述べたようにＬＥＤ７からの発光量はＬＥＤ７に流れる直流電流値によって決定される。この電流値は具体的に、発光電流調節回路１１に供給される電源のＶＬＥＤと、調光電圧に基づく発光電流調節回路１１の動作と、変換抵抗部１２とによって規定される。
【００４３】
そして、発光量に該当するＬＥＤ電流と、調光器６によるデューティ指示との関係は、図２に示す関係図における縦軸をＬＥＤ電流として置き換えたものとして実際の使用にあたって差し障りはない。
【００４４】
以上の説明では、発光電流調節回路１１がＬＥＤ７に流す電流値を調節することとして説明しているものの、発光電流調節回路１１としては、スイッチング素子（図示せず）を用いる構成であっても、あるいはシリーズドロッパ（図示せず）を用いる構成であっても構わない。例えば、スイッチング素子（図示せず）およびチョークコイル（図示せず）やトランス（図示せず）を用いることによって制御部１０から発せられる制御信号に応じてスイッチング素子（図示せず）を動作させることで、この結果として電力の変換効率を向上させて電力損失を抑制することが可能となる。この一方で、シリーズドロッパ（図示せず）を用いることによって発光電流調節回路１１を構成する素子数を低減することで、この結果として小型化や低コスト化を図ることが可能となる。特に、低電流対応のＬＥＤ７を適用する場合などにシリーズドロッパ（図示せず）を適用することは望ましいものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の電源装置は、安定した光量の制御を可能とするものであり、各種の照明装置において有効である。
【符号の説明】
【００４６】
６  調光器
７  ＬＥＤ
８  変換回路
９  クランプ回路
１０  制御部
１１  発光電流調節回路
１２  変換抵抗部
１３  帰還路線部
１４  下限側クランプ回路
１５  上限側クランプ回路
１６  下限側基準電源
１７  オペアンプ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  分圧抵抗
１９  トランジスタ
２０  シャントレギュレータ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  分圧抵抗
２２  ダイオード
２３  ツェナーダイオード
【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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