(57)【要約】【課題】ＬＥＤ点灯装置に接続されるＬＥＤに関して、電圧極性の誤りが生じない装置の提供を目的とする。【解決手段】ＬＥＤ点灯装置３は、交流電圧が全波整流された電圧の各周期において、前記各周期の略開始時から一定期間だけ、前記全波整流された電圧を出力する逆位相制御装置から、前記全波整流された前記電圧を入力する入力端に配置された全波整流回路３１と、全波整流回路３１の正極に一端が接続され全波整流回路３１の負極に他端が接続されたコンデンサ３２とを備えた。【選択図】図２
2012221595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧が全波整流された電圧の各周期において、前記各周期の略開始時から一定期間だけ、前記全波整流された電圧を出力する逆位相制御装置から、前記全波整流された前記電圧を入力する入力端に配置されて、前記全波整流された前記電圧を入力する全波整流回路と、
前記全波整流回路の正極に一端が接続され前記全波整流回路の負極に他端が接続されたコンデンサと
を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ点灯装置は、さらに、
前記全波整流回路が前記逆位相制御装置から入力する各周期の電圧に基づき、ＬＥＤの光出力を徐々に高くするソフトスタートを実行する点灯制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
交流電圧を全波整流する整流回路と、
前記整流回路の正極から負極に流れる電流の経路の途中に配置され、入力される制御信号に応じて前記経路を流れる前記電流の導通をオンオフするトランジスタと、
前記整流回路によって全波整流された電圧の各周期の略開始時から一定期間だけ前記トランジスタに前記導通のオンを指令するオン信号を生成し、生成したオン信号を前記トランジスタに出力する導通制御回路と、
前記導通制御回路が出力した前記オン信号に基づく各周期の略開始時から一定期間だけ出力される電圧を入力してＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置の正極と負極とが接続される接続部と
を備え、
前記導通制御回路は、
前記接続部への前記ＬＥＤ点灯装置の接続の有無によらず、前記整流回路によって全波整流された電圧の波形に基づいて前記オン信号を生成することを特徴とする逆位相制御装置。
【請求項４】
前記導通制御回路は、
前記オン信号によって指令する前記一定期間の長さを変化させることで前記ＬＥＤ点灯装置のＬＥＤを調光すると共に、前記交流電圧を供給する交流電源の公称定格電圧が１００Ｖの時には、変化させる前記一定期間の長さを、前記交流電圧の電気角に換算して、２７度以上とすることを特徴とする請求項３記載の逆位相制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のＬＥＤ点灯装置と、請求項３記載の逆位相制御装置とを備えたことを特徴とする調光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ点灯装置、逆位相制御装置及び調光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源をサイリスタ等の半導体素子を用いて位相制御して、照明負荷を調光する装置が知られている。この種の装置では、電気角９０度近傍で半導体素子を導通させると照明負荷に急峻な電圧が印加される。このために騒音を発生するなどの場合があり、これを改善するものとして逆位相制御装置に関する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の図１において、逆位相制御装置２は、交流電源電圧Ｖ１を全波整流する整流器１１と、照明負荷２との間に介在するＦＥＴ１２と、全波整流された電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部１３と、照明負荷２の調光レベルを設定する調光レベル設定部１４と、ＦＥＴ１２をゼロクロスのタイミングでオンするとともに所定の点弧角でオフする制御部１５とを備え、照明負荷２が負荷接続部１６に接続される。整流器１１の接続により、照明負荷２には正方向のみの電圧が供給される。また、特許文献の図２に以下の（ａ）〜（ｅ）が示されている。
（ａ）交流電源電圧、
（ｂ）全波整流電圧、
（ｃ）ゼロクロス検出部１３が生成するゼロクロス信号、
（ｄ）制御部１５から出力されるＰＷＭ信号（ハイの時ＦＥＴ１２がオン）、
（ｅ）照明負荷への供給電圧（正方向電圧）。
特許文献１の装置では、上記（ｅ）のＰＷＭ信号のオン期間を変えることで、照明負荷２が調光制御される。このように、逆位相制御装置にＦＥＴを用いることで部品点数を少なくする装置があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７４０６号公報（図１及び図２参照。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、逆位相制御装置の負荷としてコンバータを含むＬＥＤ点灯装置を使用する場合には、適切な逆位相制御電圧を供給しないと、コンバータの安定動作の確立が困難になる。また、逆位相制御電圧を受電するＬＥＤ点灯装置の電圧極性の正負を逆にすると、ＬＥＤ点灯装置を故障させてしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、逆位相制御電圧を供給する期間を適切に設定することでＬＥＤ点灯装置の動作を安定化し、かつ、ＬＥＤ点灯装置の接続において電圧極性の誤りが生じない装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のＬＥＤ点灯装置は、
交流電圧が全波整流された電圧の各周期において、前記各周期の略開始時から一定期間だけ、前記全波整流された電圧を出力する逆位相制御装置から、前記全波整流された前記電圧を入力する入力端に配置されて、前記全波整流された前記電圧を入力する全波整流回路と、
前記全波整流回路の正極に一端が接続され前記全波整流回路の負極に他端が接続されたコンデンサと
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のＬＥＤ点灯装置によれば、入力端側に全波整流回路とコンデンサとを備えたので、ＬＥＤの接続極性を無極性化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の調光システム１００の回路図。
【図２】実施の形態１のＬＥＤ点灯装置３の回路図。
【図３】実施の形態１のＬＥＤ点灯装置３の別の回路図。
【図４】実施の形態１の逆位相制御装置２の動作を説明する図。
【図５】実施の形態１の導通制御回路２４の動作を説明する図。
【図６】実施の形態１のスイッチング制御回路３４の動作を説明する図。
【図７】実施の形態１のソフトスタート動作と定常動作とを交流電源の位相との関係で示す図。
【図８】実施の形態１の最小限のオン期間Ｔｏｎを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の調光システム１００の回路図である。
図２及び図３は、実施の形態１に適用可能なそれぞれのＬＥＤ点灯装置３の例を示す。
図４は、実施の形態１の逆位相制御装置２の原理的な動作を説明する電圧波形である。この図４は、交流電源電圧のゼロクロス位置の位相θ０から所望の位相θ１までの期間に負荷となるＬＥＤ点灯装置３に電圧を供給する図である。逆位相制御装置２は、位相θ１において交流電源側から負荷への給電を停止し、位相θ１を適宜変更することで負荷の調光を行う。
【００１０】
図１において、調光システム１００は、
（１）交流電源１が入力され、交流電源１の位相を制御する逆位相制御装置２と、
（２）逆位相制御装置２に並列に接続される複数のＬＥＤ点灯装置３と
からなる。
【００１１】
逆位相制御装置２は、
（１）交流電源１の交流を全波整流する整流回路２１と、
（２）整流回路２１に接続され、導通制御回路２４からオン期間信号が出力されている間はオンとなるトランジスタ２２（ここではＭＯＳ−ＦＥＴと称される素子）と、
（３）トランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間に並列に接続されるコンデンサ２３と、
（４）トランジスタ２２のオン期間信号（オン信号）を生成してトランジスタ２２に出力し、オン期間信号の出力の間、トランジスタ２２をオンする導通制御回路２４と、
（５）導通制御回路２４が出力したオン期間信号に基づく全波整流電圧の各周期の略開始時から一定期間だけ出力される電圧（後述の図５（２））を入力してＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置３の正極と負極とが接続される接続部２０ａ，２０ｂとを備える。この導通制御回路２４は、負荷となるＬＥＤ点灯装置３を介することなくトランジスタ２２のオン期間信号を生成できるように接続してある。すなわち、導通制御回路２４は、接続部２０ａ，２０ｂへのＬＥＤ点灯装置３の接続の有無によらず、後述のように、整流回路２１によって全波整流された電圧の波形に基づいてオン期間信号を生成する。
【００１２】
ＬＥＤ点灯装置３は、発光ダイオード（以下ＬＥＤ４と称する）を点灯する。ＬＥＤ点灯装置３は、逆位相制御装置２から給電された電力で、ＬＥＤ４に直流電力（電流）を供給し点灯させる。
【００１３】
図５は、導通制御回路２４の動作を示す図である。横軸は時間（あるいは位相）であり、縦軸は、（１）〜（４）の各々の値である。逆位相制御装置２の導通制御回路２４は、図５に示すように、交流電源の電圧（１）を整流した整流電圧（２）から生成する電源同期信号（３）を用いることで、オン期間信号（４）を発生する。これによりトランジスタ２２は、位相θ０から位相θ１までの期間、ＬＥＤ点灯装置３に電圧を供給する。
【００１４】
ここでＬＥＤ点灯装置３が図２のように構成されている場合を想定する。図２において、ＬＥＤ点灯装置３は、全波整流回路３１と、全波整流回路３１の出力端に接続されるコンデンサ３２と、スイッチング素子３３と、このスイッチング素子３３のスイッチングを制御するスイッチング制御回路３４（点灯制御部）とを備える。コンデンサ３２は、全波整流回路３１の正極に一端が接続され、全波整流回路３１の負極に他端が接続されている。
（１）コンデンサ３２は、位相制御での調光に対応し比較的小容量のコンデンサを使用する場合が多い。
（２）スイッチング素子３３は、ＬＥＤ４を点灯するための直流電力を発生するフライバックコンバータと称される図２のＬＥＤ点灯装置３のスイッチング素子であり、高周波でスイッチングすることで、その二次側のコンデンサ３５に直流を生成しＬＥＤ４を点灯する。
（３）スイッチング制御回路３４は、スイッチング素子３３のスイッチングを制御する。スイッチング制御回路３４は、例えば高周波数のパルス幅を変化させることで、ＬＥＤ４の電力（電流）を制御する。
図６は、スイッチング制御回路３４の動作を説明するため図である。図６（ａ）は、ソフトスタート時期と定常動作時期との関係を示し、図６（ｂ）は、スイッチング制御回路３４の出力するパルスを示す。図６においてｔ０で交流電源１が供給開始され、ｔ１においてスイッチング制御回路３４の制御電圧が立ち上がり、スイッチング制御回路３４が動作を開始する。動作初期のソフトスタート期（ｔ１〜ｔ２）では、スイッチング制御回路３４は、図６（ｂ）に示すように、スイッチング素子３３をオン駆動するパルス幅を狭くし、その後、順次パルス幅を広くして設定された定常動作へと移行する。これはＬＥＤ４への給電を安定して行うためである。
【００１５】
図７は、このソフトスタート動作と定常動作とを交流電源１の位相との関係で示す図である。図７（ａ）は、交流電源電圧を示し、図７（ｂ）は、ソフトスタート時期と定常動作時期との関係を示す。ここでθ０〜θｓの期間は、同期信号の生成期間である。逆位相制御装置２は、そのオン期間Ｔｏｎ（θ０〜θ１に対応）では、ＬＥＤ点灯装置３のソフトスタート期を過ぎて、定常動作期に入るまでの期間が最小限必要である。このソフトスタート期（θｓ〜ｔ２）の途中で逆位相制御装置２がオフして給電を停止してしまうと、ＬＥＤは所定の点灯に達せず不安定な点灯状態に成りやすい。
【００１６】
本実施の形態１では、この安定な動作のための下限としての最小限の供給期間Ｔｏｎ（θ０〜θ１の期間）をも提案する。ＬＥＤ点灯装置３は、ＬＥＤ４に所定の直流を供給する直流変換機能を備えるが、ソフトスタート時（図７のθｓ〜ｔ２）に、定常動作までには約０．５〜１．０ｍｓを要する。また、交流電源１の同期信号の生成期間（θ０〜θｓ）に約０．２５ｍｓを要する。これらは現在の技術で確実に動作させようとするときの要求である。また逆位相制御装置２から給電される瞬時値が１００Ｖ電源の場合でその４０％程度以上に達することが望ましいとすると好適な状態は以下のような設定となる。
【００１７】
本実施の形態１では、オン期間Ｔｏｎ（θ０〜θ１）を電気角で２７度以上とする。すなわち、導通制御回路２４は、オン期間Ｔｏｎが電気角２７度以上になるようにオン期間信号（図５（４））を生成する。これにより給電期間は５０Ｈｚ地域で約１．３ｍｓ，６０Ｈｚ地域で約１ｍｓとなる。これを図８を参照して説明する。
図８は、最小限のオン期間Ｔｏｎを説明するための表である。図８に示すように、オン期間Ｔｏｎを電気角２７度とした。この場合、給電期間は５０Ｈｚ地域であれば、
（１／５０）×（２７／３６０）＝１．５０ｍｓ
となり、同様に６０Ｈｚ地域では１．２５ｍｓとなる。前記のとおり、同期信号を生成するための期間を位相θ０から約０．２５ｍｓを要するとすれば、実質的な通電時間は、０．２５ｍｓを引き算して、
５０Ｈｚ地域→１．２５ｍｓ≒１．３ｍｓ、
６０Ｈｚ地域→１．０ｍｓ、
となる。この時の瞬時値は、図８に示すように、電源１００Ｖ（実効値）に対して６４Ｖｏ−ｐと充分な電圧を確保できる。この様に設定すれば、交流電源の各半サイクル内でＬＥＤ点灯装置３を定常動作させ、かつ、電圧値もＬＥＤ点灯装置３が低電圧による停止等の支障なく、ＬＥＤを深く調光させることが出来る。
【００１８】
また、図１の調光システム１００において、交流電源１が電源側スイッチ（図示せず）によりオンする瞬間には、交流電源１の配線のインピーダンス等により、サージ電圧が印加されることがしばしばある。このような場合に、図２、図３に示すように、ＬＥＤ点灯装置３に入力側にコンデンサ３２を備えていれば、サージ電圧の電圧値が軽減されてもＬＥＤ点灯装置３への電圧ストレスを減らすことが出来る。さらに逆位相制御装置２のトランジスタ２２（図１）も並列に接続したコンデンサ２３がサージ電圧の軽減に役立つ。サイリスタ素子ではサージ電圧が印加された時にブレークオーバーしてオン状態になっても素子をすぐに破壊してしまうわけではないが、トランジスタではサージ電圧印加でオンしてしまうとこの時のストレスがチップにダメージを与えてしまうことが多いので避けなければならない。よって、コンデンサ２３の接続は、トランジスタ２２の耐圧が印加されるサージ電圧に対してマージンの無い場合には非常に有効である。さらにこのトランジスタ２２には抵抗を並列に接続してもさらに効果高めることが出来る。
【００１９】
通常の位相制御装置においてＬＥＤ点灯装置の入力側にコンデンサ３２を備えている場合には、位相制御された急峻な電圧が交流電源の各半サイクル毎にＬＥＤ点灯装置３に印加される。このために、大きな突入電流が流れたり、あるいは不快な騒音が発生したりする場合がある。しかし、実施の形態１の逆位相制御装置２の出力電圧は、コンデンサ２３、コンデンサ３２の効果により、この急峻な電圧をＬＥＤ点灯装置３に印加しないのでこれらの問題を生じない。
【００２０】
逆位相制御装置２のトランジスタ２２は図示ではＭＯＳ  ＦＥＴと称される種類のトランジスタで構成した。しかし、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴと称されるトランジスタなど他の素子でも使用可能である。
【００２１】
導通制御回路２４が、負荷であるＬＥＤ点灯装置３を介さずに信号を生成することで、接続されるＬＥＤ点灯装置３の数に影響されずに信号を生成できる。また、ＬＥＤ点灯装置３が個別にスイッチ（図示せず）で開閉できる場合に、全部のＬＥＤ点灯装置３がオフ状態にあるとき、またはＬＥＤ点灯装置３が未装着である点検動作時にも、トランジスタ２２のオン期間信号を生成できる利点がある。
【００２２】
逆位相制御装置２の出力は正負の極性を有するが、ＬＥＤ点灯装置３がその入力端に全波整流回路３１を備えていることで、施工時にＬＥＤ点灯装置３との接続の極性上の問題がなくなる。交流電源１からＬＥＤを点灯する通常のＬＥＤ点灯装置３の基本的な構成は、入力側に全波整流回路を備えるので、同じプリント基板を使用して本実施の形態１の逆位相制御装置２に適用できるという利便さがある。
【００２３】
以上の調光システム１００によれば、調光時に逆位相制御電圧を供給する最小限の電気角を設定し、深い調光までＬＥＤ点灯装置３の安定な動作を確保することができる。さらにＬＥＤ点灯装置３の入力端側には全波整流装置を備えることで、施工上の誤結線を除去することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  交流電源、２  逆位相制御装置、３  ＬＥＤ点灯装置、４  ＬＥＤ、２０ａ，２０ｂ  接続部、２１  整流回路、２２  トランジスタ、２３  コンデンサ、２４  導通制御回路、３１  全波整流回路、３２  コンデンサ、３３  スイッチング素子、３４  スイッチング制御回路、３５  コンデンサ、３８  ダイオード、１００  調光システム。
【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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