(57)【要約】【課題】電力損失を低減しながら明るさが低照度まで安定して制御できるＬＥＤ照明装置を提供することである。【解決手段】電流制御手段１６は、ＬＥＤ１３と半導体素子であるトランジスタ１４と抵抗１５とが直列接続されたＬＥＤユニット１２を流れる電流が所定値になるようにトランジスタ１４のベース電圧を制御し、スイッチ手段１８は制御信号によりトランジスタ１４をオンオフ制御する。入力電力制御手段２０は、ＬＥＤ非通電検出手段２１がＬＥＤ電流の非通電状態を検出していないときは、トランジスタ１４のコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃが予め定めた基準値Ｖ１となるように直流電源１１の出力電圧を制御し、ＬＥＤ非通電検出手段２１がＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中は、直流電源１１の出力電圧を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力が入力されるＬＥＤと、前記ＬＥＤに流れる電流を制御する半導体スイッチ素子とが直列接続されたＬＥＤユニットと；
前記ＬＥＤユニットを流れる電流が所定値になるように前記半導体スイッチ素子を制御する電流制御手段と；
外部からの制御信号により前記半導体スイッチ素子をオンオフ制御するスイッチ手段と；
前記スイッチ手段の制御により前記半導体スイッチ素子がオフし、前記直流電源から前記ＬＥＤに電流が供給されていない非通電状態を検出するＬＥＤ非通電検出手段と；
前記ＬＥＤ非通電検出手段が前記ＬＥＤ電流の非通電状態を検出していないときは、前記半導体スイッチ素子の端子間電圧が予め定めた基準値となるように前記ＬＥＤに入力される直流電力を制御し、前記ＬＥＤ非通電検出手段が前記ＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中は、前記ＬＥＤに入力される直流電力を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持する入力電力制御手段と；
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤに流れる電流を制御する半導体スイッチ素子がＬＥＤに直列接続されたＬＥＤユニットを有するＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤに流入する電流を安定化してその照度のバラツキを抑制している。ＬＥＤに流入する電流を安定化するものとして、ＬＥＤと直列に高抵抗を接続するようにしたものがある。ＬＥＤと直列に高抵抗を接続した場合には、高抵抗による電圧降下や電力損失が大きく効率が悪くなる。そこで、ＬＥＤに流入する電流を安定化するものとして、ＬＥＤと直列に簡易定電流回路を接続し、電力損失を最小化すると同時に照度のバラツキを少なくしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、単一トランジスタと抵抗器とで構成した定電流回路とＬＥＤとを直列接続した複数のＬＥＤユニットを設け、ＬＥＤユニットに流れる電流は抵抗器の電圧降下として検出し、定電流基準回路の電圧と比較増幅し、トランジスタのベースに帰還して自動制御を行い、常に抵抗器の電圧降下が一定となる様に制御を行ってＬＥＤユニットの電流を一定値に保つようにしている。そして、複数のＬＥＤユニット内でトランジスタと抵抗器との電圧降下の和を最低電圧検出装置に入力し、ＬＥＤユニットの内最も小さい電圧を検出して、この電圧が目標値になる様に電源部の出力電圧を制御するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２７８３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のものでは、ＬＥＤ照明装置で調光制御を行う場合には、ＬＥＤユニットのＬＥＤの電流を極小さく制御することになるが、定電流回路における電流検出部の値（トランジスタに直列接続された抵抗器の電圧降下の値）が極小になり、電流検出が困難になる。
【０００５】
そこで、ＬＥＤユニットのＬＥＤ電流のオンオフ時比率制御を行うことが考えられるが、ＬＥＤ電流のオンオフ時比率制御により、すべてのＬＥＤユニットのＬＥＤがオフする期間が発生すると、そのすべてのＬＥＤユニットのＬＥＤがオフしている期間は、定電流回路の印加電圧（トランジスタと抵抗器との電圧降下の和）が高くなり、電源部の出力電圧は、定電流回路の印加電圧（トランジスタと抵抗器との電圧降下の和）が最低電圧検出装置の目標値になるように制御されるので、定電流回路の印加電圧が高くなると電源部の出力電圧が下がるように制御される。その後、いずれかのＬＥＤユニットのＬＥＤにオン信号が出力された瞬間は、電源部の出力電圧は不足しているので、すぐにＬＥＤが光らなくなる。これを防止するには、最低電圧検出装置の目標値を高めに設定することになるが、そうすると、連続点灯時において、定電流回路のトランジスタや抵抗器で消費する電力損失が大きくなる。
【０００６】
本発明の目的は、電力損失を低減しながら明るさが低照度まで安定して制御できるＬＥＤ照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に係わるＬＥＤ照明装置は、直流電力が入力されるＬＥＤと、前記ＬＥＤに流れる電流を制御する半導体スイッチ素子とが直列接続されたＬＥＤユニットと；前記ＬＥＤユニットを流れる電流が所定値になるように前記半導体スイッチ素子を制御する電流制御手段と；外部からの制御信号により前記半導体スイッチ素子をオンオフ制御するスイッチ手段と；前記スイッチ手段の制御により前記半導体スイッチ素子がオフし、前記直流電源から前記ＬＥＤに電流が供給されていない非通電状態を検出するＬＥＤ非通電検出手段と；前記ＬＥＤ非通電検出手段が前記ＬＥＤ電流の非通電状態を検出していないときは、前記半導体スイッチ素子の端子間電圧が予め定めた基準値となるように前記ＬＥＤに入力される直流電力を制御し、前記ＬＥＤ非通電検出手段が前記ＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中は、前記ＬＥＤに入力される直流電力を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持する入力電力制御手段と；を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明及び以下の発明において用語の定義及び技術的意味は以下による。ＬＥＤに入力される直流電力は、例えば、直流電源から供給される。この直流電源には交流を直流に変換して直流を発生する直流電源を含む。ＬＥＤには複数個のＬＥＤを直列接続したものを含む。ＬＥＤと直列接続される半導体スイッチ素子は、例えばトランジスタである。半導体スイッチ素子がトランジスタである場合には、例えば、ＬＥＤユニットは、ＬＥＤとトランジスタのコレクタとを接続し、さらにトランジスタのエミッタと抵抗とを接続して形成される。
【０００９】
ＬＥＤユニットを流れる電流とは、ＬＥＤと半導体スイッチ素子との直列接続回路に流れる電流であり、その大きさは半導体スイッチ素子がトランジスタの場合には、トランジスタのベース電圧により決められる。トランジスタのベース電圧は、電流制御手段により予め定められた所定値に制御される。予め定められた所定値は、定格に応じてＬＥＤに流すべきＬＥＤ電流の値が設定される。
【００１０】
スイッチ手段は、オンオフ機能を有した素子、例えば、トランジスタやサイリスタなどである。外部からの制御信号は、例えば、ＰＷＭ制御信号である。スイッチ手段は、ＬＥＤに直列接続された半導体スイッチ素子がトランジスタである場合には、トランジスタのベースとエミッタとの間に接続され、オンすることにより、トランジスタのベース電圧を強制的に零としトランジスタをオフさせる。
【００１１】
ＬＥＤ非通電検出手段は、スイッチ手段により半導体スイッチ素子がオフして、ＬＥＤに電流が供給されていない非通電状態を検出するものである。複数個のＬＥＤユニットが直流電力を供給する電源に並列に接続されている場合には、すべてのＬＥＤユニットに電流が供給されていないときが非通電状態となる。
【００１２】
入力電力制御手段は、半導体スイッチ素子の端子間電圧をフィードバックして、直流電源の出力電圧を制御するものである。半導体スイッチ素子の端子間電圧とは、半導体スイッチ素子がトランジスタである場合にはコレクタ電圧である。
【００１３】
ＬＥＤ非通電検出手段がＬＥＤ電流の非通電状態を検出していないときは、半導体スイッチ素子の端子間電圧が予め定めた基準値となるように直流電源の出力電圧を制御する。この基準値は、望ましくは、ＬＥＤが点灯する半導体スイッチ素子の端子間電圧の最低値である。実際には余裕を見込んでＬＥＤが点灯する半導体スイッチ素子の端子間電圧の最低値より余裕値分だけ大きな値に設定される。
【００１４】
また、ＬＥＤ非通電検出手段がＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中は、直流電源の出力電圧を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持する。これは、すべてのＬＥＤユニットに電流が供給されていないときには、半導体スイッチ素子の端子間電圧が高くなり、入力電力制御手段が直流電源の出力電圧を下げるように制御するのを防止するためである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ＬＥＤに電流が流れているときは、トランジスタのコレクタ電圧が予め定めた基準値となるように直流電源の出力電圧を制御し、ＬＥＤに電流が流れていないときは、直流電源の出力電圧を電流が流れていたときの直前の電圧値または予め定めた固定値に保持するので、ＬＥＤに電流が流れていないときに直流電源の出力電圧を下げるように制御するのを防止できる。従って、調光制御を行う場合に、電力損失を低減しながら、ＬＥＤ電流のオンオフ時比率制御により低照度まで明るさを安定して制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係わるＬＥＤ照明装置の回路構成図である。直流電力を出力する直流電源１１には、コンデンサＣを介して複数のＬＥＤユニット１２が並列に接続されている。図１では３個のＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃが接続された場合を示している。３個のＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃは同一構成である。
【００１７】
ＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃは、直列接続された複数個のＬＥＤ１３ａ〜１３ｃ、半導体スイッチ素子であるトランジスタ１４ａ〜１４ｃ、抵抗１５ａ〜１５ｃを直列接続して構成されている。ＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃのトランジスタ１４ａ〜１４ｃは、電流制御手段１６によりベース電圧が制御されて、トランジスタ１４ａ〜１４ｃを流れる電流（ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃを流れるＬＥＤ電流）が制御される。すなわち、電流制御手段１６の演算増幅器１７は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのエミッタ電圧（抵抗１５ａ〜１５ｃの電圧）が所定電圧値Ｖ１になるように、ダイオードＤａ１〜Ｄｃ１を介してトランジスタ１４ａ〜１４ｃのベース電圧を制御する。所定電圧値Ｖ１が大きいときはＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃを流れる電流（ＬＥＤ電流）は大きくなり、所定電圧値Ｖ１が小さいときはＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃを流れる電流（ＬＥＤ電流）は小さくなる。
【００１８】
また、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのベースとエミッタとの間にはスイッチ手段１８ａ〜１８ｃが設けられている。このスイッチ手段１８ａ〜１８ｃは、外部のＰＷＭ制御手段１９からのＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３によりオンオフしてトランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンオフ制御するものである。ＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３は、ＬＥＤ電流の通電及び非通電の時比率を定めるものであり、スイッチ手段１８ａ〜１８ｃがオンのときは、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのベースとエミッタ間とを短絡するので、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのベース電圧が強制的に零となる。従って、トランジスタ１４ａ〜１４ｃをオフさせ、ＬＥＤ電流を非導通とする。これにより、トランジスタ１４ａ〜１４ｃをＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３によりオンオフしてトランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンオフ制御する。
【００１９】
次に、入力電力制御手段２０は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃが予め定めた基準値となるように直流電源１１の出力電圧を制御するものである。ここで、演算増幅器１７の出力電圧Ｖ１とトランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃのそれぞれが小さいほど電力損失は小さくできるので、この基準値は、ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃが点灯するトランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃの最低値に設定される。なお、実際には、余裕を見込んでＬＥＤ１３ａ〜１３ｃが点灯するトランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃの最低値より余裕値分だけ大きな値に設定する。
【００２０】
また、スイッチ手段１８ａ〜１８ｃにより、トランジスタ１４ａ〜１４ｃがオフし、直流電源１１からＬＥＤ１３ａ〜１３ｃに電流が供給されていない非通電状態を検出するＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃが設けられている。ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃはトランジスタ１４ａ〜１４ｃのベース電圧によりオンオフ動作する。従って、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのオンオフ動作と同じ動作をする。そして、すべてのＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃがオフのときにHigh信号の非導通検出信号Ｖ２が入力電力制御手段２０に入力される。
【００２１】
ここで、このＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃを設けている理由について以下に説明する。図２はＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃを設けていない場合の動作波形図、図３はＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃを設けている場合の動作波形図である。図２に示すように、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃを設けていない場合に、直流電源１１からＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃに供給されるＬＥＤ電流の合計が零となる期間Ｔｉ（ｉ＝１、２、３…）では、トランジスタ１４ａ〜１４ｃと抵抗１５ａ〜１５ｃとの電圧降下の和（トランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧）が高くなる。これにより、入力電力制御手段２０は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧が予め定めた基準値になるように制御するので、結果として直流電源１１の出力電圧が下がるように制御することになる。そうすると、その後、トランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンした瞬間は、直流電源１１の出力電圧が低下したままであるので、直流電圧が不足しており、ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃを点灯させるに必要な直流電圧を供給することができない。
【００２２】
そこで、図３に示すように、直流電源１１からＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃに供給されるＬＥＤ電流の合計が零となる期間Ｔｉ（ｉ＝１、２、３…）をＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃで検出する。つまり、ＬＥＤ電流の合計が零となる期間Ｔｉでは、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃがオフとなり、High信号の非導通検出信号Ｖ２を入力電力制御手段２０に出力する。入力電力制御手段２０は、非導通検出信号Ｖ２がHigh信号であるときは、直流電源１１の出力電圧（ＬＥＤに入力される直流電力）を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持する。これにより、コレクタ電圧が高くなることを防止できるので、直流電源１１の出力電圧が下がるように制御されることはない。
【００２３】
すなわち、３個のすべてのＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃのＬＥＤ電流が非通電状態となっている期間は、ＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃのすべてのトランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃは高くなり、入力電力制御手段２０は、コレクタ電圧を最低電圧で制御するように動作するので、直流電源１１の出力電圧を下げるように動作する。そうすると、その後、トランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンした瞬間は、直流電源１１の出力電圧が低下したままであるので、直流電圧が不足しており、ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃを点灯させるに必要な直流電圧を供給することができないので、すぐにＬＥＤ１３ａ〜１３ｃが光らなくなる。
【００２４】
そこで、ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃに電流が流れていない期間を検出するＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃを設け、入力電力制御手段２０は、すべてのＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃがＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中は、直流電源１１の出力電圧を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持し、すべてのＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃのＬＥＤ電流が非通電状態中において直流電源１１の出力電圧が低下することを防止する。これにより、ＬＥＤ電流の非通電状態からトランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンした場合であっても、すぐにＬＥＤ１３ａ〜１３ｃを光らせることができるようにした。
【００２５】
ＰＷＭ制御手段１９のＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３がLowの場合、ＬＥＤ１３ａ〜１３ｃにはＬＥＤ電流が流れ、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃはオンしている。一方、３個のすべてのトランジスタ１４ａ〜１４ｃがオフしてＬＥＤ電流が流れなくなったときには、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃはすべてがオフとなり、非導通検出信号Ｖ２にはHigh信号が出力される。３個のトランジスタ１４ａ〜１４ｃのうちの１個でもＬＥＤ電流が流れている場合には、非導通検出信号Ｖ２はLow信号となり、また、直流電源１１は安定にコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃの最低値でフィードバック制御される。
【００２６】
本発明の実施の形態によれば、入力電力制御手段２０は、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃがＬＥＤ電流の非通電状態を検出していないとき（非導通検出信号Ｖ２がLow信号のとき）は、トランジスタ１４ａ〜１４ｃのコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃが予め定めた基準値となるように直流電源１１の出力電圧を制御するので、直流電源１１は安定にコレクタ電圧Ｖａ〜Ｖｃの最低値でフィードバック制御される。従って、トランジスタ１４ａ〜１４ｃ及び抵抗１５ａ〜１５ｃでの電力損失を低減できる。
【００２７】
一方、ＬＥＤ非通電検出手段２１ａ〜２１ｃがＬＥＤ電流の非通電状態を検出している期間中（非導通検出信号Ｖ２がHigh信号のとき）は、直流電源１１の出力電圧を非通電状態の直前の値または予め定めた固定値に保持するので、すべてのＬＥＤユニット１２ａ〜１２ｃのＬＥＤ電流が非通電状態中において直流電源１１の出力電圧が低下することを防止できる。従って、ＬＥＤ電流の非通電状態からトランジスタ１４ａ〜１４ｃをオンした場合であっても、すぐにＬＥＤ１３ａ〜１３ｃを光らせることができる。このように、時比率制御とすることにより、トランジスタ１４ａ〜１４ｃ及び抵抗１５ａ〜１５ｃでの電力損失を低減しつつ低照度まで安定して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係わるＬＥＤ照明装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施の形態におけるＬＥＤ非通電検出手段を設けていない場合の動作波形図。
【図３】本発明の実施の形態におけるＬＥＤ非通電検出手段を設けている場合の動作波形図。
【符号の説明】
【００２９】
１１…直流電源、１２…ＬＥＤユニット、１３…ＬＥＤ、１４…トランジスタ、１５…抵抗、１６…電流制御手段、１７…演算増幅器、１８…スイッチ手段、１９…ＰＷＭ制御手段、２０…入力電力制御手段、２１…ＬＥＤ非通電検出手段、２２…交流電源、２３…整流器、２４…昇圧チョッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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