(57)【要約】【課題】ＬＥＤの輝度調整ができ、位相制御方式の白熱電球用調光装置に接続しても輝度調整ができ、力率改善機能を使用せずに高調波の発生を抑止可能とする。【解決手段】交流を整流した脈流電圧の一波ごとの電圧がＳＷＲ制御部の動作下限値を超えて動作可能となってから、ＳＷＲ制御部の動作下限となって不動作になるまでの時間幅を二以上の区画に分割すると共に、前記脈流は直にＳＷＲ制御部に入れ、一波ごとの夫々の区画内で電流値が急増しないように電流値を漸増させ、後半の区画で電流値を漸減させ、この制御を一波ごとに繰り返して高調波の少ない入力電流と共に出力電圧を得、この出力電圧を用いてＬＥＤ駆動電流を生成し、このＬＥＤ駆動電流によりＬＥＤを発光させ、前記脈流一波ごとの区画幅又は区画数を制御し、位相制御された交流出力電圧が入力されることにより、前記不動作の時間が増減されてＬＥＤ点灯時間が増減し、調光されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流した脈流をスイッチング制御して出力電圧を得、その出力電圧を用いてＬＥＤ駆動用定電流を生成し、その定電流によりＬＥＤ照明具を点灯させるＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、前記脈流電圧の一波ごとの電圧がスイッチング電源制御部の動作下限値を超えて動作可能となってから、スイッチング電源制御部の動作下限となって不動作になるまでの時間幅（期間）を二以上の区画に分割すると共に、前記脈流は直にスイッチング電源制御部に入れ、一波ごとの夫々の区画内で電流値が急増しないように電流値を漸増させ、後半の区画で電流値を漸減させ、この制御を一波ごとに繰り返して高調波の少ない入力電流と共に出力電圧を得、この出力電圧をＬＥＤ定電流駆動部に入力してＬＥＤ駆動電流を生成し、このＬＥＤ駆動電流によりＬＥＤを発光させると共に、位相制御された交流出力電圧が入力されることにより、前記不動作の時間が増減されてＬＥＤ点灯時間が増減し、調光されるようにしたことを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、脈流の一波の電圧がスイッチング電源制御部の動作下限となってスイッチング電源制御部が動作を停止してから、動作再開までの間、スイッチング電源制御部の出力電圧が徐々に低下するようにして、その出力電圧がＬＥＤ定電流駆動部の動作許容範囲であれば、定電流駆動されるＬＥＤが点灯し、動作許容範囲外となった時点でＬＥＤが消灯或いは輝度が低下し、その後に消灯することを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、夫々の脈流の一波ごとにその幅を二以上の区画に分割し、分割された最初の区画で電流値を漸増させ、最後の区画で電流値を漸減させ、この区画ごとの制御を一波ごとに繰り返して出力電圧を得ることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、脈流一波ごとにスイッチング電源制御部の動作可能な時間を計測し、その時間情報を、スイッチング電源制御部の次の又はその後の脈流制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、脈流一波ごとにその幅を時間で計測し、先に計測された計測時間を元にその後の脈流を一波ごとに複数の区画（時間：幅）に分割し、その区画単位ごとにスイッチング電源制御部の制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、脈流一波ごとにスイッチング電源制御部の動作可能な時間と共にスイッチング電源制御部の制御のための制御情報を、次の又はその後の一波におけるスイッチング電源制御部の制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法。
【請求項７】
商用交流電源を整流する整流回路と、スイッチング電源制御部と、を備え、スイッチング電源制御部は整流回路から出力される脈流電圧の一波ごとの電圧がスイッチング電源制御部の動作下限値を超えて動作可能となってから、スイッチング電源制御部の動作下限となって不動作になるまでの時間幅（期間）を二以上の区画に分割すると共に、前記脈流を直にスイッチング電源制御部に入れ、一波ごとの夫々の区画内で電流値が急増しないように電流値を漸増させ、後半の区画で電流値を漸減させ、この制御を一波ごとに繰り返して高調波の少ない入力電流と共に出力電圧を得ることができ、位相制御された交流出力電圧が入力されると、前記脈流一波ごとの区画幅又は区画数が制御されて電圧が出力されると同時に、前記不動作の時間が増減されるようにしたものであり、この出力電圧をＬＥＤ定電流駆動部に入力すると、ＬＥＤ定電流駆動部においてＬＥＤ駆動電流が生成され、このＬＥＤ駆動電流によりＬＥＤが発光し、前記スイッチング電源制御部での不動作時間の増減によりＬＥＤ点灯時間が増減し、調光されるようにしたことを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【請求項８】
請求項７記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置において、スイッチング電源制御部は脈流の一波の電圧がスイッチング電源制御部の動作下限となると動作を停止し、その停止から動作再開までの間、スイッチング電源制御部の出力電圧が徐々に低下して、その出力電圧がＬＥＤ定電流駆動部の動作許容範囲であれば定電流駆動されるＬＥＤが点灯し、動作許容範囲外となった時点でＬＥＤが消灯或いは輝度が低下し、その後に消灯することを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置において、スイッチング電源制御部は、夫々の脈流の一波ごとにその幅を二以上の区画に分割し、分割された最初の区画で電流値を漸増させ、最後の区画で電流値を漸減させ、この区画ごとの制御を一波ごとに繰り返して出力電圧を得ることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置において、スイッチング電源制御部は脈流一波ごとに、スイッチング電源制御部の動作可能な時間を計測し、その時間情報を、スイッチング電源制御部の次の又はその後の脈流制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置において、スイッチング電源制御部は、脈流一波ごとにその幅を時間で計測し、先に計測された計測時間を元にその後の脈流を一波ごとに複数の区画（時間：幅）に分割し、その区画単位ごとにスイッチング電源制御部の制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１２のいずれかに記載のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置において、スイッチング電源制御部が、脈流一波ごとに、スイッチング電源制御部の動作可能な時間と共にスイッチング電源制御部の制御のための制御情報を、次の又はその後の一波の制御に用いることを特徴とするＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、商用交流電源を用いて発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬＥＤ照明具）を点灯させることができ、ＬＥＤ照明具の輝度調整が可能な電源制御方法及び電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーと環境への配慮の両立する照明機器としてＬＥＤを用いた照明機器が注目を集めている。ＬＥＤは半導体素子であり、従来の照明に用いられてきた白熱電球や蛍光灯とは全く異なる素子であり、動作温度や動作電流の許容範囲は一瞬たりとも超えない様に配慮する必要があり、また輝度や色調のばらつきも考慮する必要がある。
【０００３】
ＬＥＤは電流を流す事により発光し、その明るさは電流値に比例するため、現在のＬＥＤ照明機器はＬＥＤの輝度、すなわち電流値を制御するため、ＬＥＤを制御する機能部を含め全て直流電源で制御している。そのため、白熱電球用の輝度制御機器の出力に前述のＬＥＤ照明機器を接続しても、ＬＥＤ照明は点灯と消灯しか出来ず輝度制御を行うことはできなかった。
【０００４】
しかしながら、使用電力の削減を目的としたＬＥＤ照明機器の使用が増加している今日、白熱電球用の輝度制御を行う位相制御方式の機器の出力に、ＬＥＤ照明機器を接続して輝度制御を行うことができ、手軽で容易に実現可能な方法が求められている。
【０００５】
小電力のＳＷ電源では、コストと回路の手軽さから、平滑回路（フィルタ回路）にコンデンサインプット方式が多用されている。コンデンサインプット方式は入力電流に多大な高調波を生ずる方式であり、ビルやオフィスの照明用途として多数の照明を同時に点灯使用する場所に使用すると、特定の集中した場所に大きな高調波が流れ、周囲に不要電波や雑音を放射する事態に陥ってしまう。
【０００６】
前記現状において、また、コンデンサインプット方式の平滑回路の前記不都合を改善でき、なお且つ、力率改善機能（ＰＦＣ）の様な周辺部品を必要としないＳＷＲ制御方法の実用化も併せ求められていた。
【０００７】
白熱電球で輝度制御を行う場合、入力した交流電源波形の各半波毎に白熱電球に給電するタイミングを制御する（位相制御と称する）事で白熱電球に供給する電力を制御し、調光を行っている。しかしながら、このような交流の位相制御を行った波形を整流し平滑してもその出力電圧は通常動作時の交流を全波整流した時に得られる電圧値とは違って、前記タイミングによっては電圧が低く電源（スイッチング電源が大多数であるが）が動作しない場合がある。また、たとえ前述の電源が動作する電圧範囲であっても電源の出力は一定の電圧であるために、ＬＥＤ照明機器では、白熱電球の調光回路を用いても調光が出来ないということが常識であった。なお、一部ＬＥＤ電球では調光可能なものがあるが、これは白熱電球用調光装置出力の電源波形を検知し、輝度を推定して専用のＬＥＤ駆動素子を用いたパルス変調で輝度を制御する方法であり、高価な制御素子を用いる必要がある、手間がかかるという難点があった。
【０００８】
ＬＥＤ照明機器は一箇所に大量に、しかも同時に使用されることが多いため、個々のＬＥＤ照明機器が小さな高調波と不要輻射雑音しか発生せず、その値が各種規制の許容範囲内にあるとしても、ビルや地域全体で考えれば、発生する高調波や不要輻射雑音は該地域で使用するＬＥＤ照明機器の使用数に比例した値となり、各種規制値を大幅に超えた値となってしまう。日本において、街路灯２００台をＬＥＤ化した後にテレビに雑音が入り、その対策として、雑音対策を施したＬＥＤ照明機器に入替えを行った実例が出ている。このような現象の発生をなくすためには、高調波を発生しないスイッチング電源制御の方法と該方法を用いた制御素子が必要となる。高調波を生じない装置は力率が良く尖頭電流値が少ないために、尖頭電流に対応する必要のある給配電設備の容量を抑えることが可能で、社会インフラの整備に必要な費用も安く抑える事も出来る。
【０００９】
ちなみに、白熱電球の調光回路にＬＥＤ電球を搭載した機器の一例として、図３に示すものが考えられる。図３の機器は商用交流電源を位相制御する位相制御回路Ｉ、ノイズ防止用のノイズフィルタＡ、電源の力率を改善し高調波の発生を抑制する力率改善回路（ＰＦＣ）Ｂ、ＰＦＣからの出力を整流する整流回路Ｃ、整流回路Ｃで整流された脈流を平滑化する平滑回路Ｄ、平滑回路Ｄの出力電圧を所定電圧に変換するスイッチング電源制御部（ＳＷＲ）Ｅ、平滑ならびに高周波雑音除去用フィルタＦ、ＬＥＤ駆動部Ｇ、ｎ列ｍ段のＬＥＤ群Ｈを備えている。ＬＥＤ駆動部ＧはＬＥＤ群Ｈに駆動電流を供給するものである。ただ、ＰＦＣはある程度電流が流れないと入力電流の波形整形機能が動作し難いという事情もあり、現状では、ＬＥＤ照明に多用される数Ｗ〜二十数Ｗという小容量のスイッチング電源へのＰＦＣ搭載例は未だないに等しいのが現状である。また、ＰＦＣは５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの定格の入力に対して電流波形が正弦波に近くなるようにする機能を持つが、位相制御された交流入力に対して入力電流が正弦波に近くなるようにする機能は持ち合わせていない。従って、以降の説明では、ＰＦＣを用いない電源に対しての説明を行うこととする。
【００１０】
図３の回路でＰＦＣを迂回した場合の動作波形図を図４に示す。図４（ａ）は整流回路Ｂ（図３）で整流後の入力電圧波形、図４（ｂ）は平滑回路Ｄ（図３）で平滑後の電圧波形、図４（ｃ）は平滑回路（ＡＣ一時側：図３）に流れる電流波形、図４（ｄ）は図４（ａ）の出力電圧波形（出力電圧：一定）、図４（ｅ）、（ｉ）は図４（ａ）を異なる幅で位相制御した場合の電圧波形、図４（ｆ）、（ｊ）は図４（ｅ）、（ｉ）の位相制御時の平滑回路通過後の電圧波形、図４（ｇ）、（ｋ）は図４（ｅ）、（ｉ）の位相制御時に平滑回路（ＡＣ一時側）に流れる電流波形、図４（ｈ）は図４（ｅ）の波形の場合の出力電圧波形（出力電圧：一定）、図４（ｌ）は図４（ｉ）の波形の場合の出力電圧波形（出力無し：０Ｖ）である。図４では図４（ｂ）、（ｆ）、（ｇ）の電圧が電源制御部に入力する。図４（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は短いパルスで高調波を多量に含んでおり、これが入力電流の高調波となり、かつ妨害波となる。
【００１１】
ＬＥＤ点灯装置用電源回路の一例として特許文献１に開示のものもある。これは、入力電流の高調波成分を低減しながら、直流平滑電圧で点灯させた場合と同等の光出力が得られるようにしたものであるが、白熱電球用の輝度制御機器の出力にＬＥＤ照明機器を接続できるようにして、手軽で容易に輝度制御を実現できる方法ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１３４９４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明の課題は、位相制御方式の白熱電球用調光装置の出力に接続して使用しても接続しなくてもＬＥＤ照明具の輝度調整（調光）ができ、力率改善機能を用いずに高調波の発生を抑止可能な、ＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法（ＳＷＲ制御方法）及び電源制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、交流を整流した脈流をスイッチング制御して出力電圧を得、その出力電圧を用いてＬＥＤ駆動用定電流を生成し、その定電流によりＬＥＤ照明具を点灯させるＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法において、前記脈流電圧の一波ごとの電圧がスイッチング電源制御部の動作下限値を超えて動作可能となってから、スイッチング電源制御部の動作下限となって不動作になるまでの時間幅（期間）を二以上の区画に分割すると共に、前記脈流は直にスイッチング電源制御部に入れ、一波ごとの夫々の区画内で電流値が急増しないように電流値を漸増させ、後半の区画で電流値を漸減させ、この制御を一波ごとに繰り返して高調波の少ない入力電流と共に出力電圧を得、この出力電圧をＬＥＤ定電流駆動部に入力してＬＥＤ駆動電流を生成し、このＬＥＤ駆動電流によりＬＥＤを発光させると共に、位相制御された交流出力電圧が入力されることにより、前記不動作の時間が増減されてＬＥＤ点灯時間が増減し、調光されるようにしたＬＥＤ照明の輝度調整可能な電源制御方法である。
【００１５】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、前記電源制御方法において、脈流の一波の電圧がスイッチング電源制御部の動作下限となってスイッチング電源制御部が動作を停止してから、動作再開までの間、スイッチング電源制御部の出力電圧が徐々に低下するようにして、その出力電圧がＬＥＤ定電流駆動部の動作許容範囲であれば、定電流駆動されるＬＥＤが点灯し、動作許容範囲外となった時点でＬＥＤが消灯或いは輝度が低下し、その後に消灯となるようにすることもできる。
【００１６】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、前記電源制御方法において、夫々の脈流の一波ごとにその幅を二以上の区画に分割し、分割された最初の区画で電流値を漸増させ、最後の区画で電流値を漸減させ、この区画ごとの制御を一波ごとに繰り返して出力電圧を得るようにすることもできる。
【００１７】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、前記電源制御方法において、脈流一波ごとにスイッチング電源制御部の動作可能な時間を計測し、その時間情報を、スイッチング電源制御部の次の又はその後の脈流制御に用いるようにすることもできる。
【００１８】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、前記電源制御方法において、脈流一波ごとにその幅を時間で計測し、先に計測された計測時間を元にその後の脈流を一波ごとに複数の区画（時間：幅）に分割し、その区画単位ごとにスイッチング電源制御部の制御に用いるようにすることもできる。
【００１９】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法は、前記電源制御方法において、脈流一波ごとにスイッチング電源制御部の動作可能な時間と共にスイッチング電源制御部の制御のための制御情報を、次の又はその後の一波におけるスイッチング電源制御部の制御に用いるようにすることもできる。
【００２０】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、商用交流電源を整流する整流回路と、スイッチング電源制御部と、を備え、スイッチング電源制御部は整流回路から出力される脈流電圧の一波ごとの電圧がスイッチング電源制御部の動作下限値を超えて動作可能となってから、スイッチング電源制御部の動作下限となって不動作になるまでの時間幅（期間）を二以上の区画に分割すると共に、前記脈流を直にスイッチング電源制御部に入れ、一波ごとの夫々の区画内で電流値が急増しないように電流値を漸増させ、後半の区画で電流値を漸減させ、この制御を一波ごとに繰り返して高調波の少ない入力電流と共に出力電圧を得ることができ、位相制御された交流が入力されると、前記脈流一波ごとの区画幅又は区画数を制御し電圧を出力すると同時に、前記不動作の時間が増減されるようにしたものであり、この出力電圧をＬＥＤ定電流駆動部に入力すると、ＬＥＤ定電流駆動部においてＬＥＤ駆動電流が生成され、このＬＥＤ駆動電流によりＬＥＤが発光し、前記スイッチング電源制御部での不動作時間の増減によりＬＥＤ点灯時間が増減し、調光されるようにした電源制御装置である。
【００２１】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、前記電源制御装置において、スイッチング電源制御部は脈流の一波の電圧がスイッチング電源制御部の動作下限となると動作を停止し、その停止から動作再開までの間、スイッチング電源制御部の出力電圧が徐々に低下して、その出力電圧がＬＥＤ定電流駆動部の動作許容範囲であれば定電流駆動されるＬＥＤが点灯し、動作許容範囲外となった時点でＬＥＤが消灯或いは輝度が低下し、その後に消灯するものとすることもできる。
【００２２】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、前記電源制御装置において、スイッチング電源制御部は、夫々の脈流の一波ごとにその幅を二以上の区画に分割し、分割された最初の区画で電流値を漸増させ、最後の区画で電流値を漸減させ、この区画ごとの制御を一波ごとに繰り返して出力電圧を得るものとすることもできる。
【００２３】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、前記電源制御装置において、スイッチング電源制御部は脈流一波ごとに、スイッチング電源制御部の動作可能な時間を計測し、その時間情報を、スイッチング電源制御部の次の又はその後の脈流制御に用いるものとすることもできる。
【００２４】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、前記電源制御装置において、スイッチング電源制御部は、脈流一波ごとにその幅を時間で計測し、先に計測された計測時間を元にその後の脈流を一波ごとに複数の区画（時間：幅）に分割し、その区画単位ごとにスイッチング電源制御部の制御に用いるものとすることもできる。
【００２５】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置は、前記電源制御装置において、スイッチング電源制御部は、脈流一波ごとに、スイッチング電源制御部の動作可能な時間と共にスイッチング電源制御部の制御のための制御情報を、次の又はその後の一波の制御に用いるものとすることもできる。
【発明の効果】
【００２６】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法及び電源制御装置は次のような効果がある。
１．スイッチング電源制御部の出力電圧は、それに入力される脈流の電圧値と持続時間に依存する。本願発明の電源制御方法では脈流中の一波の瞬時電圧値がスイッチング電源制御部の動作範囲内のときだけスイッチング電源制御部から電圧が出力されるので、ＬＥＤに流れる電流は台形状又はほぼ台形状（図２（ｈ）、（ｌ））となる。ＬＥＤの輝度は電流の断続の比率に比例するので輝度調整が可能となる。
２．ＡＣ入力平滑用の電解コンデンサを使用しないので、長寿命化と小型化が同時に可能となり、従来のスイッチング電源で問題となる電源平滑用コンデンサへの充電に起因するラッシュ電流（図４（ｃ））が発生しない。
３．ＰＦＣ（力率改善モジュール）を使用しなくとも高調波の発生を低減できるため、小型化と低コスト化が同時に可能となる。
４．商用交流電源に、直に、接続して使用することができるのは勿論のこと、位相制御方式の既存の白熱電球対応の調光装置に接続することでＬＥＤ照明具の発光輝度を制御（調光）することができる。位相制御方式の既存の白熱電球対応の調光装置に接続して調光を行う場合は、位相制御を行った波形の電圧（図２（ｅ）、（ｉ））が、スイッチング電源制御部の動作限界以上となった時点から動作限界以下まで動作して電圧を出力し（図２（ｇ）、（ｋ））、その電圧に基づいてＬＥＤ電流駆動部からＬＥＤ駆動電流（図２（ｈ）、（ｌ））が出力されてＬＥＤが駆動されるので、前記位相制御はＬＥＤの点灯時間を制御することと等価であり、調光を行うことが出来る。
５．脈流の一波を複数の区画に分割して、各区画ごとに立ち上がり部分で電流値を漸増させ、立下り部分で電流値を漸減させるため、ＰＦＣを使用しなくても高調波を大幅に低減することができる。
６．尖頭電流値が少なくなるので、発電・給電・配電設備に必要な電流容量が少なくてすむ。また、発電所の発電容量や送電設備等は、尖頭電流値に合わせて設備を用意する必要があるため、尖頭電流値が少なければ少ないほど実際に必要とする電流容量等が少なくて済み、結果としてこれら社会インフラに要する費用が少なくてすむ。
７．動作原理上、ＡＣ入力電流波形が正弦波に近く、不要輻射の少ない低放射雑音動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置の一例を示すブロック図。
【図２】（ａ）〜（ｌ）は本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御方法における波形説明図。
【図３】従来のＬＥＤ照明用電源システムの一例を示すブロック図。
【図４】（ａ）〜（ｌ）は従来のＬＥＤ照明電源制御方法における波形説明図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は入力電界コンデンサを小容量のコンデンサにした場合の波形説明図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本願発明のＳＷＲ制御で電流波形を改善した場合の電流波形説明図。
【図７】本願発明のＳＷＲ制御素子の機能を説明したフローチャート図。
【図８】図７のフローチャートにおける第一ステージから第四ステージの動作の詳細説明図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は三角波を使用して脈流を区画する場合の説明図。
【図１０】本願発明で使用される定電流回路の一例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本願発明のＬＥＤ照明具の輝度調整可能な電源制御装置の一例を図１に示す。図１の電源制御装置１は、整流回路２、コンデンサＣ、ＳＷＲ制御素子を備えたスイッチング電源制御部（以下「ＳＷＲ制御部」と記す。）３を備えている。ＳＷＲ制御部３の出力電圧は出力フィルタ４を通してＬＥＤ定電流駆動部５に入力される。図１の電源制御装置１は、商用交流電源６を位相制御する位相制御回路７、ノイズフィルタ８を備えた位相制御型の電源に接続してあるが、本発明の電源制御装置は、位相制御しない場合にも使用できることは当然である。
【００２９】
図１の位相制御回路７は商用交流電源６を位相制御するためのもの、ノイズフィルタ８はＳＷＲ制御部３から発生するノイズが外部に放射或いは伝搬しないようにするためのものである。
【００３０】
図１の出力フィルタ４は、ＳＷＲ制御部３からの出力電圧を平滑化して高周波成分が除去された直流電圧を出力するためのものである。出力フィルタ４は平滑用コンデンサＣを備えている。
【００３１】
図１のＳＷＲ制御部３にはスイッチングレギュレータ（ＳＷＲ）を使用することができる。このＳＷＲ制御部３は力率改善回路も平滑回路も通さずに、整流回路２から直に入力される脈流電圧（図２（ａ））に基づいて出力電圧を得るものである。具体的には、入力される脈流がＳＷＲ制御部３の動作下限値を超えたときから動作を開始して電圧を出力し、脈流の電圧がＳＷＲ制御部３の動作下限となるまで動作を継続して出力電圧（図２（ｃ））を得るものである。ＳＷＲ制御部３の出力電圧は入力される脈流の電圧値と持続時間に依存する。ＳＷＲ制御部３に入力される脈流電圧（図２（ａ））がＳＷＲ制御部３の動作下限となって電源が動作停止してから動作再開までの間は、ＳＷＲ制御部３の出力電圧が徐々に低下するようにしてある。
【００３２】
前記ＳＷＲ電源制御部３は、脈流電圧（図２（ａ））の一波ごとにその幅を検出し、夫々の一波をその幅方向に二以上に区分し、夫々の区分の電圧の立ち上がり部分で急峻な電流増加が発生しないように電流値を次第に立ち上げ（漸増させ）、その区分の電圧の立下り部分で電圧の低下に伴い電流が急激に増加しないように電流値を次第に落とし（漸減させ）、この漸増と低減の制御を一波ごとに繰り返して、急峻な電流増加を抑止し、高調波の少ない電流波形（図２（ｃ））を得るようにするものである。前記動作の詳細については段落番号（００３６）に記す。
【００３３】
図１のＬＥＤ定電流駆動部５はＳＷＲ制御部３から出力されて、出力フィルタ４を通して入力される出力電圧（図２（ｃ））に基づいて、ＬＥＤ群９を駆動するための定電流を得るものであり、既存の、或いは、新規の定電流回路を使用することができる。新規の定電流回路としては図１０のような回路構成のものが考えられる。
【００３４】
図１０の定電流回路は部、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒと可変抵抗器ＶＲによる抵抗分割回路と、増幅器ＡとバイポーラトランジスタＴｒを備え、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒと可変抵抗器ＶＲで分割し、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変えることにより所望とする分割電圧（値）を生成し、この電圧値を増幅器Ａに入力して定電流を得、その定電流をＬＥＤ群９に供給して、それらＬＥＤ群９を定電流駆動できるようにしたものである。
【００３５】
ＬＥＤを定電流で駆動する場合、ＬＥＤ定電流駆動部５の動作許容範囲であればＬＥＤが点灯し、動作許容範囲外となった時点でＬＥＤ定電流駆動部５の特性により消灯あるいは輝度が低下し、その後消灯となる。前記出力電圧（図２（ｃ））が得られた場合は、ＬＥＤ定電流駆動部５からＬＥＤ群９に流れる電流は台形状（図２（ｄ））となる。輝度は電流の断続の比率に比例するので、前記一波の区画数、区画幅等を制御することにより、ＬＥＤ定電流駆動回路５の出力電流波形が図２（ｈ）、（ｌ）のように台形のパルスで、パルス幅が変化して、ＬＥＤ照明具の輝度調整（調光）が可能となる。
【００３６】
脈流電圧（図２（ａ））の一波をその幅方向に二以上に区画するには、前記ＳＷＲ制御部３のＳＷＲ制御素子により行うことができ、次のような機能を備えたＳＷＲ制御素子を使用することにより行うことができる。その機能を図７のフロー図を参照して説明する。図７のフロー図は一波ごとに４区画に分割する場合の例である。
１．第１ステップ：本発明の電源回路の電源ＯＮ
２．第２ステップ：初期化
：電源ＯＮにより本発明の電源回路がリセットされて、制御素子（ＳＷＲ）内がイニシャライズ（初期化）されて、既存のカウント値（ＣＮＴ値）、パラメータがクリアされる。
３．第３ステップ：ソフトスタート動作開始
：前記２ステップの初期化後、ＳＷＲのパルス幅を制限し、徐々にパルス幅を広げる処理を行う（ＳＷＲの出力段の損傷防止等を配慮して）。
４．第４ステップ：脈流一波のパルス幅のカウント
：脈流一波のパルス幅を内部クロック数としてカウンタで計測し、カウント値をＡＣパルス幅（ＡＣＰＷと称する）として保持する。ＳＷＲのＰＷＭのパルス幅を内部クロック数としてカウンタで計測し、カウント値をＳＷＲのパルス幅（ＳＷＰＷ）として保持する。
５．第５ステップ：計測
：脈流一波の幅をカウンタで計測して、ＣＮＴ値のオーバーフローを確認する。
６．第６ステップ：Ｙｅｓのとき
：第５ステップの脈流幅計測値がオーバーフローした（Ｙｅｓ）の場合は、ＤＣ入力と判断して動作制約無しのＳＷＲ動作とする。
７．第７ステップ：Ｎｏのとき
：第５ステップの脈流幅計測値がオーバーフローしない（Ｎｏ）の場合は、脈流の電圧値がＳＷＲ動作可能以上となったと判断された場合は、ＳＷＲが動作を開始する。
８．第８ステップ：ＡＣＰＷ、ＳＷＰＷの置き換え
：前記第７ステップでの動作開始に伴いＳＷＲが動作を開始するが、このとき、内部で保持した前記ＡＣＰＷの値を新たに計測された現ＡＣＰＷに、前記ＳＷＰＷの値を現ＳＷＰＷに置き換えた後、脈流一派のパルス幅を内部クロック数としてカウンタで計測開始する。
９．第９ステップ：第一ステージ動作開始
：内部クロックを用いて現ステージ経過時間をカウンタで計測し、カウント値が現ＡＣＰＷ／４となるまで動作を継続する。この場合、ＳＷＲの出力用半導体駆動パルス幅を、保持したＳＷＰＷのｘ％〜ｙ％まで漸増させてＳＷＲを動作させる。前記カウント値が現ＡＣＰＷ／４となったら第二ステージに移行する。
１０．第１０ステップ：第二ステージ動作開始
：内部クロックを用いて現ステージ経過時間をカウンタで計測し、カウント値が現ＡＣＰＷ／４となる迄動作を継続する。この場合、ＳＷＲの出力用半導体駆動パルス幅を、保持したＳＷＰＷのｙ％〜１００％まで漸増させてＳＷＲを動作させる。前記カウント値が現ＡＣＰＷ／４となったら第三ステージに移行する。
１１．第１１ステップ：第三ステージ動作開始
：内部クロックを用いて現ステージ経過時間をカウンタで計測し、カウント値がＡＣＰＷ／４となる迄動作を継続する。この場合、ＳＷＲの出力用半導体駆動パルス幅を保持したＳＷＰＷの１００％、上限１２５％で動作させる。ＳＷＲのパルス幅を、内部クロックを用いたカウント値として計測し、新ＳＷＰＷ値として保持する。前記カウント値が現ＡＣＰＷ／４となったら第四ステージに移行する。
１２．第１２ステップ：第四ステージ動作開始
１３．第１３ステップ：電圧判断
：第四ステージ動作開始により、脈流一波の電圧値がスイッチング電源駆動部３の動作限界以下か否かを判断する。
１４．第１４ステップ：固定動作
：前記第１３ステップにおいて、Ｎｏの場合は、ステップ１４において、脈流一波の電圧値がスイッチング電源駆動部３の動作可能な間は第四ステージ完了後もＳＷＲをｘ％固定で動作させる。
１５．第１５ステップ：漸増動作
：第四ステージ動作開始により、ＳＷＲの出力用半導体駆動パルス幅を保持したＳＷＰＷの１００％からｙ％まで漸減させて動作させる。
１６．第１６ステップ：ＡＣＰＷ値とＳＷＰＷ値の保持
：前記第１３ステップにおいて、Ｙｅｓの場合は、ステップ１６において、脈流一波の電圧値がスイッチング電源駆動部３の動作限界以下となった時点で、ＡＣＰＷ値とＳＷＰＷ値を保持する。
１７．第１６ステップの後は、ステップ７に戻る。
【００３７】
図７の第一ステージから第四ステージのいずれのステージ（第Ｎステージ）の動作も、詳細には図８のようにして行われる。図８の動作概要を次に示す。
１．図７の第一ステージ〜第四ステージのいずれかのステージ（第Ｎステージ）において、内部クロックを用いて現ステージの経過時間をカウンタで計測する。
２．前記カウント値と現ＡＣＰＷを比する。
３．前記比較の結果、Ｙｅｓ（カウント値が現ＡＣＰＷと等しいか又は現ＡＣＰＷより大きい）ときは次のステージに移り、Ｎｏ（前記結果でないとき）は、Ｎステージでの処理を継続する。
【００３８】
本発明における、各脈流ごとに電源に流れ込む電流波形を、ＳＷＲを駆動するパルス幅を変化させることにより制御する方法は、前記以外にも各種考えられるが、その一例としては、次のような方法がある。
１．現ＳＷＰＷの値に指定の係数を掛けて得られた値（パルスの数）を超えないようにＳＷＲを駆動するパルス幅を制御することで、入力電流を制御する方法。
２．図９（ａ）、（ｂ）のように、内部で生成するＰＷＭパルス幅を決定する三角波（鋸波）の開始点あるいは終了点の電圧レベルを変化させる、或いはその変化に加えて振幅も変化させる、あるいは電圧基準値を変化させることで入力電圧を制御する方法。
３．図９（ａ）、（ｂ）のように、内部で生成するＰＷＭパルス幅を決定する三角波（鋸波）の時間幅を可変とすることで制御する方法。
４．或いは、前記１〜３の複合動作させる方法。
【００３９】
図１のように、位相制御回路７で商用交流電源を位相制御する回路（白熱電球用の輝度制御回路）に、本願発明の電源制御装置を接続して調光を行う場合は、位相制御を行った波形の電圧（図２（ｅ）、（ｉ））が、ＳＷＲ制御部３の動作限界以上となった時点から動作限界まで動作して電圧を出力し（図２（ｇ）、（ｋ））、その電圧に基づいてＬＥＤ定電流駆動部５からＬＥＤ駆動電流（図２（ｈ）、（ｌ））が出力されてＬＥＤが駆動されるので、前記位相制御はＬＥＤの点灯時間を制御することと等価であり、調光を行うことが出来る。点滅の範囲はスイッチング電源制御部３の出力に接続されている出力フィルタ４内の平滑用コンデンサの容量で調整する。この容量は大き過ぎると保持時間が長くなり過ぎて調光が不十分になり、小さ過ぎると調光を行わない時もＬＥＤが消灯しちらつきを感じるため、必要に応じて使用ＬＥＤに合わせた容量となるように調整を行う。
【００４０】
本願発明において、入力電流の高調波を低減するには次のようにすることもできる。
１．コンデンサＣ(図１)をバイパス用として用いて、スイッチング電源制御部３への入力を整流波形とすると共に、整流波形の一波ごとにＳＷＲ駆動のパルス幅を最初は細く、次第に漸増させて定常状態とする処理と、入力電流を漸減させるようにＳＷＲ駆動のパルス幅を制御する処理とを組合せる。前記コンデンサＣの役割は、主として、スイッチング電源のリターンパス確保のために設けてある。
２．入力電圧が低下してスイッチング電源制御部３がＳＷＲとして機能しなくなると、出力電圧が漸減する。
３．位相制御による調光装置に本願発明の前記電源を使用する場合は、最後の出力電圧が漸減する期間が増加し、出力電圧が低下すれば、使用している駆動回路に流れる電流値が減少し、ＬＥＤ順方向電圧降下値に近くなれば電流は流れなくなり、ＬＥＤは消灯するので、位相に応じてＬＥＤの平均輝度が低下し、調光されたことになる。
【００４１】
通常用いられるＳＷＲ制御素子では位相制御出力の狭い三角状のＡＣ入力を加えると、ＳＷＲ制御素子の入力電圧の低下と誤認識して自身をリセットして初期状態となり、出力電圧は安定状態と非動作状態を繰り返すことがある。これを防ぐために、電源投入時は本来の動作を行い、その後、位相制御による輝度制御時にはＳＷＲ制御素子へ供給する電源の入力電圧低下を検知しない様な動作を行う機能部を外部に設ける必要がある。
【００４２】
また、通常用いられるＳＷＲ制御素子を用いて商用交流電源の高調波を低減する目的で、入力の大容量の平滑コンデンサを削除しても、供給電圧がＳＷＲ制御素子の動作範囲に回復したと同時に出力電圧を回復させるためにＳＷＲの最大能力で電圧を所定の値に復元させようとするためにＡＣ側から短時間に多量の電流を取り込み、その電流波形は高調波を多量に含むパルス状となり、高調波対策とはならない。これを防止するためには、本発明で記述したように、入力電流波形を制御して高調波の少ない電流波形となるように制御する機能が必要となる。
【００４３】
前述のとおりに、単に、整流回路出力に大容量のコンデンサを使用した平滑回路を使用しない様にした場合は、コンデンサインプット方式固有のパルス状の電流波形をなくする事は出来るが、整流波形の電圧がＳＷＲ制御を行える電圧値に回復した箇所と、整流波形の電圧が降下し始め且つＳＷＲ制御が可能な箇所にピークを持つパルス状の電流が流れるために、パルス状の電流が２箇所に分散しただけに留まる。これを防ぎ、高調波が生じないようにＳＷＲの制御を行う事が必要である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電源制御装置
２  整流回路
３  スイッチング電源制御部（ＳＷＲ制御部）
４  出力フィルタ
５  ＬＥＤ定電流駆動部
６  商用交流電源
７  位相制御回路
８  ノイズフィルタ
９  ＬＥＤ群
【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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