JP2012226924A - 半導体発光素子の点灯装置およびそれを用いた照明器具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】不連続モードで動作するDC−DCコンバータ3により半導体発光素子4を調光点灯させる装置において、スイッチング素子Q1のオンオフ動作を間欠的に停止させることにより半導体発光素子4に流れる電流を調整するバースト調光制御部と、半導体発光素子4に流れる電流または印加される電圧の少なくとも一方を検出する出力検出部5a,5bと、出力検出部5a,5bの検出値が目標値に近づく方向に、オンオフ動作中のスイッチング素子Q1のオン期間またはバースト調光期間を調整するフィードバック制御部6を備える。調光下限付近では、フィードバック制御部6への給電を停止しても良い。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の実施形態1の回路図である。入力直流電源1は、フィルタ回路1a、整流回路1b、昇圧チョッパ回路1cよりなり、商用交流電源Vsを整流平滑して略一定の入力直流電圧Vdcを出力する。制御用電源回路2は、例えばIPD素子を用いた降圧チョッパ回路(後述の図4参照)よりなり、入力直流電圧Vdcを降圧して制御電源電圧Vccを生成する。
図2は本発明の実施形態2の回路図である。本実施形態では、図1の電流検出回路5b、フィードバック制御回路6、高周波発振回路7の構成をさらに具体化して示したものである。
高周波発振回路7は、汎用のタイマー回路TM1、TM2とその周辺回路により構成されている。第1のタイマー回路TM1は、スイッチング素子Q1のオンオフ周波数を設定する無安定マルチバイブレータであり、第2のタイマー回路TM2は、スイッチング素子Q1のオンパルス幅を設定する単安定マルチバイブレータである。
5番ピンは制御端子であり、内部のブリーダ抵抗(3個の抵抗Rの直列回路)により通常は電源電圧Vccの2/3となる基準電圧が印加されている。
次に、第2のタイマー回路TM2の5番ピンの電圧を制御するフィードバック制御回路6の構成について説明する。フィードバック制御回路6は、オペアンプOP1とその周辺回路により構成されている。オペアンプOP1の反転入力端子と出力端子の間には、抵抗R11、R12とコンデンサC6よりなる帰還インピーダンスが接続されている。オペアンプOP1の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが印加されている。オペアンプOP1の出力端子の電圧は、オペアンプOP1の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧(基準電圧Vref)と一致するように変化する。オペアンプOP1の反転入力端子には、第1の入力抵抗R9を介して電流検出回路5bの検出電圧Vdetが入力されると共に、第2の入力抵抗R10を介して調光制御回路8からの調光制御電圧Vdimが入力されている。
図2の電流検出回路5bでは、半導体発光素子4と並列に、ダイオードD2と抵抗R6の直列回路を接続している。抵抗R6は定電流回路に置き換えても良い。ダイオードD2はトランジスタTr3のベース・エミッタ間のダイオードと略同等の温度特性のものを用いることが好ましい。ダイオードD2の順電圧とトランジスタTr3のベース・エミッタ間電圧がほぼ相殺し合うことにより、電流検出抵抗R4の両端電圧をベースバイアス抵抗R5の両端電圧として写し取ることができる。電流検出抵抗R4は低抵抗、ベースバイアス抵抗R5は高抵抗であるが、ベースバイアス抵抗R5に流れる電流は、その両端電圧÷抵抗R5であるから、電流検出抵抗R4に流れる電流(点灯電流+バイパス電流)に応じたベース電流をトランジスタTr3に流すことができる。そのベース電流に応じたコレクタ電流が抵抗R7、R8の直列回路に流れるから、抵抗R8の両端には、電流検出抵抗R4の両端電圧に応じた検出電圧Vdetを得ることができる。
図2の調光制御回路8は、マイクロコンピュータで構成しても良い。例えば、図1の調光信号回路9から出力されるアナログの調光電圧をA/D変換入力ポートから読み取り、その読み取り値に基づいて内部のメモリテーブルを参照して調光制御電圧Vdimを決定し、D/A変換出力端子bから出力する。高輝度域〜中輝度域の範囲では調光制御電圧Vdimに応じたフィードバック制御を実施するべく、端子aをLowレベルとし、端子cはHighレベルに固定しておく。低輝度域では、フィードバック制御を停止させるべく、端子aをHighレベルとし、また、高周波のオンオフ動作を低周波で間欠的に停止させるべく、端子cを低周波でHigh/Lowに切り替える。そのLowレベルの期間の割合は、図1の調光信号回路9から出力されるアナログの調光電圧をA/D変換入力ポートから読み取った値に基づいて、内部のメモリテーブルを参照して決定すれば良い。
図3(b)は本発明の実施形態3の要部構成を示している。本実施形態では、図2に示した実施形態2において、第1のタイマー回路TM1の5番ピンの電圧を低輝度域において可変とすることにより、スイッチング素子Q1の高周波のオンオフ動作の周波数を可変とするものである。
図4は本発明の実施形態4の回路図である。本実施形態では、降圧チョッパ回路のスイッチング素子Q1が高電位側に配置され、半導体発光素子4が低電位側に配置されている。半導体発光素子4が低電位側に配置されていることにより、半導体発光素子4に流れる点灯電流の検出は、他の実施形態に比べて容易となる。また、フィードバック制御回路6を低電位側に配置し、調光回路80から得られる制御目標信号と、電流検出抵抗R4から得られる検出信号を直接比較できる。
以下、制御用電源回路2の構成について説明する。
半導体発光素子4を接続された平滑コンデンサC1には、IPD素子IC1とその周辺回路よりなる制御用電源回路2が接続されている。IPD素子IC1は、いわゆるインテリジェント・パワー・デバイスであり、例えば、パナソニック製のMIP2E2Dよりなる。この素子は、ドレイン端子Dとソース端子Sとコントロール端子Cを有する3ピンのICであり、内部にパワーMOSFETよりなるスイッチング素子と、そのオンオフ動作を制御するための制御回路を内蔵している。
次に、フィードバック制御回路6について説明する。フィードバック制御回路6は、オペアンプA1、A2と出力トランジスタQ4を内蔵したフィードバック制御用の集積回路IC3(例えば、新日本無線のNJM2146B)とその周辺回路よりなる。オペアンプA1の+入力端子(3番ピン)には、入力抵抗R61を介して電流検出抵抗R4による検出電圧が入力されており、−入力端子(2番ピン)には、調光回路80から出力される制御目標電圧が入力されている。出力端子(1番ピン)と+入力端子(3番ピン)の間に接続された抵抗R62とコンデンサC62の直列回路は帰還インピーダンスである。他方のオペアンプA2は本実施形態では使用していないが、必要であれば、調光が深いときに半導体発光素子4の印加電圧を目標電圧に一定化する電圧フィードバック制御に用いても良い(特開2009−232623号公報参照)。
次に、調光回路80の構成及び動作について説明する。調光回路80は、低周波のPWM信号よりなる調光信号を受光するフォトカプラPC3と、その受光出力を波形整形するためのシュミットインバータIC2とその周辺回路よりなる。
図5は本発明の実施形態5の回路図である。本実施形態では、高周波発振回路7を1個のタイマー回路TMで構成している。また、その高周波の発振動作を低周波で間欠的に停止させる制御と、高周波のオン時間幅とオフ時間幅の制御を、PWM制御回路IC4により実施している。PWM制御回路IC4は、タイマー回路TMの動作を許可するときには、タイマー回路TMの4番ピンをHighレベルに設定する。
上述の各実施形態では、DC−DCコンバータ3として、降圧チョッパ回路を用いたが、図7(a)〜(c)に例示するような各種のスイッチング電源回路を本発明のDC−DCコンバータとして使用しても構わない。図7(a)は昇圧チョッパ回路3a、図7(b)はフライバックコンバータ回路3b、図7(c)は昇降圧チョッパ回路3cの例である。
図8は本発明のLED点灯装置を用いた電源別置型LED照明器具の概略構成を示している。この電源別置型LED照明器具では、LEDモジュール40の筐体42とは別のケースに電源ユニットとしての点灯装置30を内蔵している。こうすることによってLEDモジュール40は薄型化することが可能となり、別置型の電源ユニットとしての点灯装置30は場所によらず設置可能となる。
L1 インダクタ
D1 回生ダイオード
3 DC−DCコンバータ
4 半導体発光素子
5a 電圧検出回路
5b 電流検出回路
6 フィードバック制御回路
7 高周波発振回路
8 調光制御回路
Claims (8)
- 直流電源を電力変換して半導体発光素子に直流電流を供給するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータを制御して半導体発光素子に流れる電流の大きさを調整する調光制御部とを備える半導体発光素子の点灯装置であって、
前記DC−DCコンバータは、スイッチング素子と誘導性素子と回生ダイオードを少なくとも備え、スイッチング素子のオン時に直流電源から誘導性素子に蓄積されたエネルギーをスイッチング素子のオフ時に回生ダイオードを介して放出し、誘導性素子のエネルギー放出が完了した後にスイッチング素子をオンさせる不連続モードで動作し、
前記調光制御部は、
スイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させることにより半導体発光素子に流れる電流を調整するバースト調光制御部と、
半導体発光素子に流れる電流または印加される電圧の少なくとも一方を検出する出力検出部と、
前記出力検出部の検出値が目標値に近づく方向に、オンオフ動作中のスイッチング素子のオン期間を調整するフィードバック制御部とを備えることを特徴とする半導体発光素子の点灯装置。 - 前記バースト調光制御部は、調光レベルの全範囲でスイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の点灯装置。
- 前記バースト調光制御部は、調光レベルが所定値よりも低いときに、スイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の点灯装置。
- 調光レベルが所定値よりも低いときに、フィードバック制御部への給電を停止させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置。
- 直流電源を電力変換して半導体発光素子に直流電流を供給するDC−DCコンバータと、DC−DCコンバータを制御して半導体発光素子に流れる電流の大きさを調整する調光制御部とを備える半導体発光素子の点灯装置であって、
前記DC−DCコンバータは、スイッチング素子と誘導性素子と回生ダイオードを少なくとも備え、スイッチング素子のオン時に直流電源から誘導性素子に蓄積されたエネルギーをスイッチング素子のオフ時に回生ダイオードを介して放出し、誘導性素子のエネルギー放出が完了した後にスイッチング素子をオンさせる不連続モードで動作し、
前記調光制御部は、
スイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させることにより半導体発光素子に流れる電流を調整するバースト調光制御部と、
半導体発光素子に流れる電流または印加される電圧の少なくとも一方を検出する出力検出部と、
前記出力検出部の検出値が目標値に近づく方向に、スイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させる期間を調整するフィードバック制御部とを備えることを特徴とする半導体発光素子の点灯装置。 - バースト調光制御部により前記スイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させる信号を平滑化した直流電圧に応じてスイッチング素子のオン期間またはオンオフ周期を可変とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置。
- 調光下限付近において半導体発光素子に流れる電流よりも大きなバイパス電流を流すバイパス回路を半導体発光素子と並列に接続し、前記出力検出部は半導体発光素子に流れる電流を前記バイパス電流により嵩上げされた負荷電流として検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置を備える照明器具。
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