JP2016152087A - Led点灯装置及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるLED点灯装置及び照明器具を得る。【解決手段】電源回路4は、LED2に出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子Q1のスイッチング動作で出力電流の電流値を調整する。制御回路9は、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。出力電流検出器5は出力電流を検出する。出力電圧検出器6はLED2に印加する出力電圧を検出する。出力電流比較部7は、出力電流検出器5が検出した出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値として出力する。出力電圧比較部8は、出力電圧検出器6が検出した出力電圧と第2の基準値を比較する。制御回路9は、出力電圧が第2の基準値と同じになるようにスイッチング素子Q1を制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるLED点灯装置及び照明器具に関する。
近年、照明器具の光源として従来の白熱電球及び蛍光灯に代わって、LEDが主流になりつつある。LEDは低消費電力及び長寿命という特性を有する。LEDを点灯させるLED点灯装置の研究開発が各社で行われている。LED点灯装置では、光束を一定とするため、負荷であるLEDに流す電流を一定とする定電流制御が主に用いられている。定電流制御の一例として、LEDと直列に接続された電流検出抵抗に発生する電圧を検出し、フィードバック制御によりスイッチング素子のオン時間を調整し、電流検出抵抗の電圧を一定にすることで、LEDに一定の電流が流れるように制御している。
LEDの取り外しなどでLED点灯装置からLEDに流れる電流の経路がなくなると、電流検出抵抗に電流が流れなくなる。電流検出抵抗に電流が流れなくなるため、電流検出抵抗に電圧が発生しなくなる。しかし、定電流制御では電流検出抵抗の電圧を一定にするように動作するため、過剰な出力電圧が発生する。
また、LEDの取り外しなどで出力電圧が高くなると、LED点灯装置に使用している部品の定格電圧を超えることがある。または、短時間の出力コネクタの抜き差しでコネクタを差した時にLEDにラッシュ電流が流れることもある。これにより、LEDや点灯装置にダメージを与えられる。そこで、過剰な出力電圧になるのを抑制するために、保護回路を設けることが一般的である(例えば、特許文献1,2参照)。
短時間の出力コネクタの抜き差しでのLEDのラッシュ電流を抑制することから、保護回路は点灯状態の出力電圧に対してなるべく低い電圧で動作することが求められる。一方、保護回路の動作電圧を低く設定してしまうと、電源投入や瞬時停電、ノイズなどの誤動作で保護回路が不要動作することがある。また、LEDの取り外しなどでは、瞬時に出力電圧が上昇するため、短時間で保護動作をしなければならない。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるLED点灯装置及び照明器具を得るものである。
本発明に係るLED点灯装置は、LEDに出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子のスイッチング動作で前記出力電流の電流値を調整する電源回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記出力電流を検出する出力電流検出器と、前記LEDに印加する出力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記出力電流検出器が検出した前記出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値として出力する出力電流比較部と、前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧と前記第2の基準値を比較する出力電圧比較部とを備え、前記制御回路は、前記出力電圧が前記第2の基準値と同じになるように前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする。
本発明では、検出した出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値とし、検出した出力電圧が第2の基準値と同じになるようにスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。これにより、過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができる。
本発明の実施の形態に係るLED点灯装置及び照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明器具を示す図である。図1において、商用交流電源1とLED2以外はLED点灯装置の構成要素である。LED点灯装置は、商用交流電源1から電力の供給を受けてLED2を点灯させる装置である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明器具を示す図である。図1において、商用交流電源1とLED2以外はLED点灯装置の構成要素である。LED点灯装置は、商用交流電源1から電力の供給を受けてLED2を点灯させる装置である。
LED点灯装置は、整流回路3と、平滑コンデンサC1と、電源回路4と、出力電流検出器5と、出力電圧検出器6と、出力電流比較部7と、出力電圧比較部8と、制御回路9と、LED2を接続するためのコネクタ11a,11bとを備えている。
整流回路3は、商用交流電源1から供給される交流電圧を全波整流する。平滑コンデンサC1は、整流回路3で全波整流された脈流電圧を平滑化する。整流回路3は例えばダイオードブリッジを構成し、ここではコンデンサインプット形整流回路であるが、平滑コンデンサC1に直流電圧を生成する回路構成であればよい。例えば、力率改善を行うような場合は、整流回路3と平滑コンデンサC1の間に、昇圧チョッパ回路(力率改善回路)を入れてもよい。
電源回路4は、スイッチング素子Q1と、駆動回路12と、還流ダイオードD1と、インダクタL1と、コンデンサC2とを有する降圧チョッパ回路である。スイッチング素子Q1は例えばMOSFETである。駆動回路12は、スイッチング素子Q1のゲートにスイッチング素子Q1をオン/オフ制御するためのゲート信号を供給する。オン/オフ制御された電流はインダクタL1により降圧され、コンデンサC2により平滑化されると共にLED2を流れる。還流ダイオードD1は、スイッチング素子Q1がオフしたときインダクタL1に対する電流経路となる。このように電源回路4は、スイッチング素子Q1のスイッチング動作で出力電流の電流値を調整し、LED2に出力電流を供給して点灯させる。
出力電流検出器5は、LED2と直列に接続された抵抗R1を有する。出力電圧検出器6は、コネクタ11aと接地点との間に直列に接続された抵抗R2,R3を有する。この出力電圧V1を抵抗R2,R3で抵抗分圧し、抵抗比で低い電圧にして抵抗R2と抵抗R3の接続点から出力する。これにより、出力電流検出器5は出力電流I1を検出し、出力電圧検出器6はLED2に印加する出力電圧V1を検出する。
出力電流比較部7は、出力電流検出器5が検出した出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値として出力する。具体的には、出力電流検出器5の出力電圧と基準電圧refを比較し、その差分に応じて出力電流比較部7の出力電圧を変化させる。なお、調光ができるように、調光器などの外部からの信号に応じて基準電圧refを可変できるようにしてもよい。
出力電圧比較部8は、出力電圧検出器6が検出した出力電圧と第2の基準値を比較する。なお、出力電流比較部7から出力電圧比較部8に出力する電圧はフェードを持たせて徐々に目標値としてもよい。
制御回路9は、出力電圧比較部8の出力に基づいて駆動信号を駆動回路12に送り、駆動回路12はスイッチング素子Q1のゲートにスイッチング素子Q1をオン/オフ制御するためのゲート信号を供給する。
ここで、制御回路9からの駆動信号はスイッチング素子Q1のゲートに入力されるが、本実施の形態ではスイッチング素子Q1が高圧側に設けられているため、駆動回路12により駆動信号が電気的に伝達される。駆動回路12として一般的にトランスやフォトカプラなどが用いられる。駆動信号は矩形波であり、出力電圧比較部8の出力に基づいて矩形波のオンデューティ比を変化させる。このオンデューティ比に応じて、スイッチング素子Q1はオン/オフする。オンデューティ比が大きくなると、LED2の電流は増加し、オンデューティ比が小さくなると、LED2の電流は減少する。
本実施の形態では、制御回路9は、出力電圧が第2の基準値と同じになるようにスイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。このように出力電圧を第2の基準値と同じになるように制御することで、第2の基準電圧を作り出している出力電流を第1の基準値と同じになるように制御している。この結果、出力電流が一定になるよう制御される。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。比較例には出力電圧検出器6や出力電圧比較部8が無く、制御回路9は出力電流比較部7の出力が一定となるように定電流制御する。
図2は比較例に係る照明器具におけるLEDの取り外し時の動作を示すタイムチャートである。図中のAはLED2を取り外したタイミングを表す。図中のBは電源回路4の動作が停止したタイミングを表す。△Vは、安定状態の電圧との差分を表す。
AでLED2が取り外されると、LED2に流れる電流経路が無くなり、出力電流I1が0となる。AからBにかけてLED2に電流を流そうと急峻に出力電圧V1が高くなる。Bにおいて、予め設定していた出力電圧の過電圧を検出する保護レベルとなると、制御回路9はスイッチング素子Q1の動作を停止する制御信号を出力する。これにより、電源回路4は動作を停止する。具体的には、電源回路4により制御された駆動回路12からスイッチング素子Q1のゲートにゲート信号が入力されなくなるため、スイッチング素子Q1のゲート電圧V2が0(停止)となる。その後、コンデンサC2に溜まった電荷が抵抗R2,R3を介して放電され、出力電圧V1が徐々に低下する。
図3は比較例に係る照明器具における出力コネクタの抜き差しの動作を示すタイムチャートである。図中のCは、LED2を取り外した後、再び取り付けたタイミングを表す。AからBまでの動作は図2と同じであるため説明を省略する。Bで動作を停止した後、電圧V1は徐々に低下するが、その途中のCでLED2を取り付ける。このタイミングは、LED2を取り付けた時の電圧V1が安定状態での電圧以上となる短時間での出力コネクタの抜き差しを想定したものである。
Cの時に出力電圧V1が安定状態の電圧以上となっているため、コンデンサC2に蓄えられている電荷が、取り付けたLED2に過渡的なラッシュ電流(Cの時の出力電流I1)として流れる。ラッシュ電流は、電圧差△Vが大きいほど大きくなる。従って、LED2を取り外してから取り付けられるまでの時間が短いほど電圧V1が高い状態でLED2が取り付けられるため、ラッシュ電流は大きくなる。ラッシュ電流は通常時にLED2に流れる電流よりも大きいため、LED2にストレスを与えるとともに、最悪の場合ではLED2が故障となる場合もある。出力電流検出器5の抵抗R1にもラッシュ電流は流れるため、LED点灯装置にもストレスを与える。
図4は、本発明の実施の形態1に係る照明器具の動作を示すタイムチャートである。比較例と比べて、AでLED2を取り外してから、Bで動作停止するまでの出力電圧V1の上昇が緩やかになっている。また、Bで電源回路4が動作を停止した時の△Vが、比較例と比較して低く抑えられている。このため、B以降にLED2を再び取り付けた場合でもLED2に流れるラッシュ電流を少なくすることができる。
以上説明したように本実施の形態では、検出した出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値とし、検出した出力電圧が第2の基準値と同じになるようにスイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。従来の定電流制御では、点灯中にLED2を取り外すと、LED2に電流を流そうとし、急峻に出力電圧が上昇する。一方、実施の形態では出力電圧を制御しているため、LED2を取り外した時に急峻に出力電圧が上がることはない。先ほど述べたように出力電流比較部7の出力電圧にフェードを持たせておけば、ゆっくりと徐々に出力電圧を上げる動作となる。これが図4のAからBにかけての動作となる。出力電圧が徐々に上がるため、保護動作の時間遅れを考慮しても、出力電圧の過電圧の保護動作を低い電圧で行うことができる。よって、本実施の形態により、LED2の取り外しなどでの過剰な出力電圧を抑制しつつ、出力コネクタの抜き差しなどでのLED2のラッシュ電流を抑制することができる。
なお、制御回路9は、メモリに記憶されたプログラムを実行するCPU、システムLSI等の処理回路により実現される。また、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、出力電流比較部7及び出力電圧比較部8はマイコンで構成してもよいが、オペアンプなどの電子部品で構成してもよい。
また、LED2の特徴として、流す電流を変化させてもほぼ定電圧特性を示す。このため、LED2に流す電流を大きく変化させる場合にも、LED2の電圧の変化は小さくてよいので、出力電圧は緩やかに少し変化させればよい。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係る照明器具を示す図である。本実施の形態は、実施の形態1の構成に出力状態判定部13と出力制御部14を追加している。出力状態判定部13は、出力電流検出器5が検出した出力電流と出力電圧検出器6が検出した出力電圧に基づき出力状態の判定を行う。具体的には、出力電圧と出力電流が検出された場合にLED2が正常に点灯していると判定する。一方、出力電圧が上昇し、出力電流が0又は低下した場合に、LED2を取り外したと判定する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る照明器具を示す図である。本実施の形態は、実施の形態1の構成に出力状態判定部13と出力制御部14を追加している。出力状態判定部13は、出力電流検出器5が検出した出力電流と出力電圧検出器6が検出した出力電圧に基づき出力状態の判定を行う。具体的には、出力電圧と出力電流が検出された場合にLED2が正常に点灯していると判定する。一方、出力電圧が上昇し、出力電流が0又は低下した場合に、LED2を取り外したと判定する。
出力制御部14は、出力状態判定部13の判定結果に基づいて出力の制御を行う。具体的には、LED2が正常に点灯していると判定された場合、出力制御部14は出力電圧比較部8の出力をそのまま制御回路9に伝達する。一方、出力状態判定部13がLED2を取り外したと判定した場合、出力制御部14はスイッチング素子Q1の動作を停止するように制御回路9に通知する。このため、制御回路9は、出力状態判定部13がLED2を取り外したと判定した場合にスイッチング素子Q1のスイッチング動作を停止させる。
なお、LED2を取り外したとの判定が出力状態判定部13から100ms継続して出力された場合に、出力制御部14がスイッチング素子Q1の動作を停止するように制御回路9に通知することが好ましい。これにより、出力電圧の異なるLED2を用いた場合でも、安定した出力電圧から少し電圧が上がる程度で動作を停止させることができる。ただし、100msに限るものではなく、出力電圧の上昇を考慮して長くしても短くしてもよい。誤動作を防止するという点では、ある程度、継続した時間を持って判定することが好ましい。図4のAからBの期間がこれに相当する。これにより、Bのタイミングでゲート電圧V2が停止した時の△Vを小さく抑えることができる。
2 LED、4 電源回路、5 出力電流検出器、6 出力電圧検出器、7 出力電流比較部、8 出力電圧比較部、9 制御回路、13 出力状態判定部、Q1 スイッチング素子
Claims (3)
- LEDに出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子のスイッチング動作で前記出力電流の電流値を調整する電源回路と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
前記出力電流を検出する出力電流検出器と、
前記LEDに印加する出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記出力電流検出器が検出した前記出力電流と第1の基準値を比較した結果を第2の基準値として出力する出力電流比較部と、
前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧と前記第2の基準値を比較する出力電圧比較部とを備え、
前記制御回路は、前記出力電圧が前記第2の基準値と同じになるように前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とするLED点灯装置。 - 前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧が上昇し、前記出力電流検出器が検出した前記出力電流が低下した場合に、前記LEDを取り外したと判定する出力状態判定部を更に備え、
前記制御回路は、前記出力状態判定部が前記LEDを取り外したと判定した場合に前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させることを特徴とする請求項1に記載のLED点灯装置。 - 請求項1又は2に記載のLED点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015027918A JP2016152087A (ja) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Led点灯装置及び照明器具 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019061854A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 点灯システム、照明装置、照明制御システム、及びプログラム |
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2015
- 2015-02-16 JP JP2015027918A patent/JP2016152087A/ja active Pending
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