(57)【要約】【課題】高速なスイッチング回路が不要でかつインダクタの容量増大を招くことなく、低光量の調光を可能にしたＬＥＤ調光装置を提供する。【解決手段】調光レベルに応じて所定の周期で所定デューティのＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑してＬＥＤ照明装置に出力するＬＥＤ調光方法において、前記調光レベルに応じて前記ＰＷＭ信号の前記周期を切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調光レベルに応じてディジタル制御回路で所定の周期で所定のデューティのＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑して出力するスイッチング電源装置と、該スイッチング電源装置の出力側に接続されたＬＥＤ照明装置と、前記ディジタル制御回路に前記調光レベルを入力する調光設定装置とを備えたＬＥＤ調光装置において、
前記ディジタル制御回路は、前記調光設定装置から入力する前記調光レベルに応じて前記ＰＷＭ信号の前記周期を切り替えることを特徴とするＬＥＤ調光装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ調光装置において、
前記ディジタル制御回路は、前記ＰＷＭ信号のオン時間が前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記ＰＷＭ信号の前記周期を延長することを特徴とするＬＥＤ調光装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤ調光装置において、
前記スイッチング電源装置は、前記ＬＥＤ照明装置に流れる出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記ディジタル制御回路は、前記電流検出手段で検出された電流値が前記調光レベルに対応した値となるような前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とするＬＥＤ調光装置。
【請求項４】
調光レベルに応じて所定の周期で所定のデューティのＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑してＬＥＤ照明装置に出力するＬＥＤ調光方法において、
前記調光レベルに応じて前記ＰＷＭ信号の前記周期を切り替えることを特徴とするＬＥＤ調光方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤ調光方法において、
前記ＰＷＭ信号の前記オン時間が、前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記ＰＷＭ信号の前記周期を延長することを特徴とするＬＥＤ調光方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のＬＥＤ調光方法において、
前記ＬＥＤ照明装置に流れる電流の値が前記調光レベルに対応した値となるような前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とするＬＥＤ調光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光レベルが低いときの調光制御について改良を施したＬＥＤ調光装置及びＬＥＤ調光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ照明用として効率の良いスイッチング電源装置が用いられている。このうち、マイクロプロセッサやＤＳＰを用いて構成されたディジタル制御回路を使用したディジタル制御型のスイッチング電源装置が注目されている。このディジタル制御型のスイッチング電源装置は、ＬＥＤに出力する電流や電圧をＰＷＭ制御することができ、外部設定される調光レベルに応じたデューティのＰＷＭ信号を生成することが可能である。
【０００３】
ディジタル制御型のスイッチング電源装置では、ＬＥＤ照明装置へ供給する電流／電圧は、スイッチング回路のスイッチング素子がオン／オフしたときにインダクタに生成される電圧を整流平滑して、印加している。スイッチング素子はＰＷＭ信号で制御される。このとき、図５に示すように、周期がＴ１のＰＷＭ信号のオン時間を調光レベルに応じて制御することで、ＬＥＤ照明装置の光量を増減調整することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、調光レベルによって設定された光量が低くなると、オン時間が短くなる。そして、そのオン時間が、スイッチング回路のスイッチング動作の限界応答速度に対応する時間を下回ると、スイッチング回路がそのオン時間に対応して動作することができなくなって、目的の光量を実現できなくなる。
【０００６】
これに対する解決方法としては、短いオン時間に対応可能な高速なスイッチング回路を用いる方法と、ＰＷＭ信号の周期を長くして同一デューティでのオン時間を長くする方法がある。
【０００７】
しかし、高速なスイッチング回路を用いる方法はコストの増大を招く。また、ＰＷＭ信号の周期を長くしてオン時間を長くする方法は、調光レベルを高く設定したときにインダクタへ流れる最大電流が大きくなるため、インダクタに容量増大が要求され実装面積が大きくなり、コストの増加と機器サイズの肥大化といった問題が起こる。
【０００８】
本発明の目的は、高速なスイッチング回路が不要で且つインダクタの容量増大を招くことなく低光量の調光を可能にしたＬＥＤ調光装置及びＬＥＤ調光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のＬＥＤ調光装置は、調光レベルに応じてディジタル制御回路で所定の周期で所定のデューティのＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑して出力するスイッチング電源装置と、該スイッチング電源装置の出力側に接続されたＬＥＤ照明装置と、前記ディジタル制御回路に前記調光レベルを入力する調光設定装置とを備えたＬＥＤ調光装置において、前記ディジタル制御回路は、前記調光設定装置から入力する前記調光レベルに応じて前記ＰＷＭ信号の前記周期を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＬＥＤ調光装置において、前記ディジタル制御回路は、前記ＰＷＭ信号のオン時間が前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記ＰＷＭ信号の前記周期を延長することを特徴とする。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤ調光装置において、前記スイッチング電源装置は、前記ＬＥＤ照明装置に流れる出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記ディジタル制御回路は、前記電流検出手段で検出された電流値が前記調光レベルに対応した値となるような前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４にかかる発明のＬＥＤ調光方法は、調光レベルに応じて所定の周期で所定のデューティのＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑してＬＥＤ照明装置に出力するＬＥＤ調光方法において、前記調光レベルに応じて前記ＰＷＭ信号の前記周期を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５にかかる発明は、請求項４に記載のＬＥＤ調光方法において、前記ＰＷＭ信号の前記オン時間が、前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記ＰＷＭ信号の前記周期を延長することを特徴とする。
【００１４】
請求項６にかかる発明は、請求項４又は５に記載のＬＥＤ調光方法において、前記ＬＥＤ照明装置に流れる電流の値が前記調光レベルに対応した値となるような前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所定のデューティのＰＷＭ信号のオン時間に応じてそのＰＷＭ信号の周期を切り替えるようにしているので、その調光レベルに応じて設定されるオン時間がスイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとＰＷＭ信号の周期を長くすることで、インダクタの容量増大やスイッチング回路の高速化を伴うことなく必要な調光を実現することができ、シンプルかつ低コストで広範囲にわたるＬＥＤ調光を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例のＬＥＤ調光装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１のＬＥＤ調光装置のディジタル制御回路による調光制御のフローチャートである。
【図３】図１のＬＥＤ調光装置の動作波形図である。
【図４】本発明の第２の実施例のＬＥＤ調光装置のディジタル制御回路による調光制御のフローチャートである。
【図５】従来のＬＥＤ調光装置の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施例＞
図１に本発明の第１の実施例のディジタル制御型のＬＥＤ調光装置の構成を示す。１０はＤＣ／ＤＣコンバータで構成されるスイッチング電源装置、２０はスイッチング電源装置１０から出力する電圧／電流によって駆動される複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ照明装置、３０はスイッチング電源装置１０に電圧を入力する入力電源、４０はＬＥＤ照明装置２０の光量を設定する調光設定装置である。スイッチング電源装置１０の入力端子Ｐ１１，Ｐ１２は入力電源３０に接続され、出力端子Ｐ２１，Ｐ２２はＬＥＤ照明装置２０に接続される。
【００１８】
スイッチング電源装置１０は、入力電圧をスイッチングするトランジスタＱ１及びそのトランジスタＱ１をＰＷＭ駆動する駆動回路１１１からなるスイッチング回路１１と、そのスイッチング回路１１をＰＷＭ制御するディジタル制御回路１２と、ＬＥＤ照明装置２０に流れる出力電流を検出してその検出信号をディジタル制御回路１２にフィードバックする電流検出回路１３と、昇圧用のインダクタＬ１と、整流用のダイオードＤ１と、平滑用のコンデンサＣ１とで構成されている。
【００１９】
ディジタル制御回路１２は、電流検出回路１３で検出された出力電流信号を入力し、その電流が調光設定装置４０で設定された調光レベルに応じた既定値となるように、特定の周期のＰＷＭ信号のデューティに基づいて、スイッチング回路１１のトランジスタＱ１のオン時間とオフ時間を算出し、駆動回路１１１に出力する。
【００２０】
図２にディジタル制御回路１２に内蔵のマイクロプロセッサあるいはＤＳＰのＣＰＵによって実行される調光制御の１つのプログラムのフローチャートを示した。本実施例では、ＰＷＭ信号のオン時間に応じてＰＷＭ信号の周期を更新する。
【００２１】
更新処理に使用する信号として、電流検出回路１３により検出された出力電流信号をディジタル制御回路１２に内蔵のＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換して取得し（ステップＳ１）、また、調光設定装置４０から入力する調光レベルを取得する（ステップＳ２）。
【００２２】
そして、出力電流が調光レベルに合致するように、ＬＥＤ照明装置２０に供給される電流値である既定値を算出する（ステップＳ３）。次に、その既定値からスイッチング回路１１へ出力するＰＷＭ信号の周期を決定する（ステップＳ４）。このときの周期は一定値である。
【００２３】
次に、決定したＰＷＭ信号の周期から、スイッチング素子Ｑｌのオン時間とオフ時間をそれぞれ算出する（ステップＳ５）。
【００２４】
そして、ここで算出されたオン時間が、スイッチング回路１１の限界応答速度に対応する時間よりも長い場合（ステップＳ６-ＹＥＳ）は、前記算出したオン／オフ時間のディジタル値が、ディジタル制御回路１２に内蔵のＰＷＭモジュールを介し、ＰＷＭ信号としてスイッチング回路１１の駆動回路１１１へ送信される（ステップＳ７）。これにより、出力電流が既定値に設定され、ＬＥＤ照明装置２０の光量が設定した調光レベルとなるよう調整される。
【００２５】
一方、ステップＳ５で算出されたオン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応する時間を下回る場合（ステップＳ６-ＮＯ）は、ＰＷＭ信号の周期を現在よりも所定時間だけ増加延長してから、その新たな周期でのオン／オフ時間を算出し（Ｓ５）、再度ステップＳ６で判断を行う。
【００２６】
これによって、ステップＳ６がＹＥＳになれば、前記所定時間だけ増加した周期において算出されたオン／オフ時間のＰＷＭ信号を駆動回路１１１に送信する（ステップＳ７）。ただし、ステップＳ６がＮＯになった場合は、ＰＷＭ周期がさらに一定時間だけ増加され、ステップＳ６がＹＥＳとなるまで、同様の処理が繰り返される。
【００２７】
以上により、図２に示す処理では、ステップＳ８におけるＰＷＭ周期の所定時間を小さな時間に設定することで、ＰＷＭ周期を必要最低限だけ延長させることができる。
【００２８】
なお、上記のようにＰＷＭ周期を長くする際は、ちらつき防止の観点から、オン時間が高光量設定時（例えば調光レベル５０％程度以上）のオン時間を超えないように、その周期の長さを決定することが好ましい。
【００２９】
図３に調光レベルに応じたＰＷＭ信号の波形と周期を変更する波形を示す。この図３では、周期Ｔ１のＰＷＭ信号で調光していた状態において、調光レベルが０．１％になったときに周期をＴ２（＞Ｔ１）に、０．０１％になったときにＴ３（＞Ｔ２）に切り替えている。
【００３０】
ここでは、オン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応した時間になる調光レベルを０．１％として、これ以下の既定値ではＰＷＭ信号の周期をＴ１からＴ２に、さらにはＴ３に変更して長くすることで、オン時間を長くしている。
【００３１】
これにより、スイッチング回路１１の限界応答速度に対応した時間の範囲内に収まるように、トランジスタＱ１のオン時間を設定することができるので、調光レベルが０．１％であっても、０．０１％であっても、ＬＥＤ照明装置２０が正常点灯可能となる。
【００３２】
このように、ＰＷＭ信号のオン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応した時間を下回らないように、ＰＷＭ信号の周期を調整してオン時間を長くすることで、スイッチング回路１１の高速化やインダクタＬ１の容量増大を要求されることなく、０．０１％といった低光量でも正常な調光が可能となる。
【００３３】
＜第２の実施例＞
図４にディジタル制御回路１２によって実行される調光制御の第２の実施例のプログラムのフローチャートを示した。これは、通常のＰＷＭ周期ではオン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応する時間を下回る場合のＰＷＭ周期を、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いて延長する例である。図２で説明したものと同じものには同じ符号をつけた。
【００３４】
本実施例では、ステップＳ６における判断でオン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応する時間を下回る場合（ステップＳ６−ＮＯ）に、そのオン時間と限界応答速度に対応する時間との差分を算出し（ステップＳ９）、この差分に応じて、予め設定したＰＷＭ周期をＬＵＴから読み出し（ステップＳ１０）、この読み出した周期に応じてオン／オフ時間を算出し（ステップＳ１１）、得られたＰＷＭ信号を駆動回路１１１に送信する（ステップＳ７）。
【００３５】
第１の実施例での処理手法では、オン時間がスイッチング回路１１の限界応答速度に対応する時間を下回る場合に、最適なＰＷＭ周期が決定されるまでは、Ｓ６→Ｓ８→Ｓ５のステップを２回以上経由させる場合が生じるが、第２の実施例の処理手法によれば最適なＰＷＭ周期を１回で決定することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：スイッチング電源装置、１１：スイッチング回路、１１１：駆動回路、１２：ディジタル制御回路、１３：電流検出回路、Ｐ１１，Ｐ１２：入力端子、Ｐ２１，Ｐ２２：出力端子
２０：ＬＥＤ照明装置
３０：入力電源
４０：調光設定装置
【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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