JP2016219350A - 点灯制御回路、照明灯、および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】照明灯の省電力化を図るとともに安全性を向上させることができる。【解決手段】照明灯の点灯制御回路のコントローラ150は、交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部151と、ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいてスイッチング素子を制御するゲート信号生成部155と、次のゼロクロスタイミングが起きる時間を推定する次ゼロクロスタイミング推定部152と、次のゼロクロス信号を受信可能とする期間を示す受信可能信号を生成する次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153と、を備え、ゲート信号生成部155は、ゼロクロス信号が受信可能信号で示される期間内に入力された場合、PWM信号を生成する。【選択図】図9
Description
本発明は、点灯制御回路、照明灯、および照明装置に関する。
従来から、蛍光灯を点灯させるインバータ安定器(広義には、灯具)にそのまま接続して点灯動作を行うことができる点灯制御回路を備える照明灯が知られている。このような照明灯としては、LED(Light Emitting Diode)照明灯などの半導体発光素子を用いた照明灯が挙げられる。
LED照明灯は、蛍光灯よりも発光効率が高いため、蛍光灯よりも少ない消費電力で蛍光灯と同等の明るさを作り出すことができる。但し、LED照明灯を灯具にそのまま接続して点灯動作を行う場合、灯具は、蛍光灯が接続された場合と同等の電力をLED照明灯に供給してしまうため、LED照明灯のLED負荷において、必要以上の消費電力が発生してしまう。
このため、このようなLED照明灯(いわゆる工事レスLED照明)において、LED負荷に対して、インダクタンスを接続することで、LED照明灯に無効電力を発生させ、省電力化を図る技術が知られている(例えば、特許文献1〜2)。
しかしながら、上述したような従来技術では、無効電力を発生させるためにインダクタンスを用いているため、インダクタンスにエネルギーが蓄積されている状態で電源遮断などの異常動作が起きると、逆起電力(高電圧)が発生し、照明灯を接続している灯具を破壊するおそれがある。
そこで本発明は、照明灯の省電力化を図るとともに安全性を向上させることができる点灯制御回路を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明に係る点灯制御回路は、照明灯に用いられる点灯制御回路であって、交流信号を全波整流するブリッジダイオードと、スイッチング素子を含み、全波整流された交流信号を直流信号に変換するスイッチングコンバータと、前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するコントローラと、前記スイッチングコンバータと接続され、前記直流信号が出力される半導体発光素子と、を備え、前記コントローラは、交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部と、前記ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいて前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するゲート信号生成部と、次のゼロクロスタイミングが起きる時間を推定するタイミング推定部と、該タイミング推定部からの入力に基づいて、次のゼロクロス信号を受信可能とする期間を示す受信可能信号を生成するタイミング生成部と、を備え、前記ゲート信号生成部は、前記ゼロクロス信号が前記受信可能信号で示される期間内に入力された場合に、前記PWM信号を生成するものである。
本発明によれば、照明灯の省電力化を図るとともに安全性を向上させることができる。
以下、本発明に係る構成を図1から図15に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
<第1の実施形態>
(照明装置)
先ず、図1〜図7を参照して照明装置の構成について説明する。図1は、本実施形態の照明装置300の外観斜視図である。図1に示すように、照明装置300は、照明灯100と、照明灯100が装着される灯具200とを備える。
(照明装置)
先ず、図1〜図7を参照して照明装置の構成について説明する。図1は、本実施形態の照明装置300の外観斜視図である。図1に示すように、照明装置300は、照明灯100と、照明灯100が装着される灯具200とを備える。
照明灯100は、キャップ部材1a,1b、筐体2、および透光部材3を有している。筐体2は、例えばアルミニウム合金またはマグネシウム合金等の金属部材を押出成形して作られた長尺形状を有している。また、筐体2は、断面が略半円筒形状となるように形成されている。透光部材3は、筐体2と組み合わされることで、全体が略円筒形状となるように、筐体2と同様に長尺の略半円筒形状を有している。また、透光部材3は、後述する複数のLEDから発光された光束を透過するように、樹脂またはガラスで形成されている。
キャップ部材1a,1bは有底円筒形状を有しており、筐体2および透光部材3の各両端部のキャップとして機能する。また、キャップ部材1a,1bは、灯具200のソケット201a,201bに取り付けられることで、灯具200と照明灯100との物理的かつ電気的な接続を図る。なお、この例では、筐体2は略半円筒形状であることとしたが、略半円筒形状に限定する必要はない。図1では、透光部材3を半円形で描いているが、蛍光灯のように断面が筒状になっていて、透光部材3が筐体2を包むような構成であってもよい。
図2は、本実施形態の灯具200を長手方向に沿って切断した断面図である。図2に示すように、灯具200は、蛍光灯安定器203と、照明灯100を着脱可能に装着するソケット201aおよび201bとを有し、商用電源Eと接続可能に構成されている。商用電源Eの周波数は、例えば50Hzまたは60Hz等である。商用電源Eからの電力は、蛍光灯安定器203に供給される。図2に示すように、灯具200は、ソケット201a,201bの反対側が、例えば天井等に埋め込まれており、ソケット201a,201b側が解放されている。ソケット201a,201bは、一対の電極端子202a,202bおよび配線204を介して、蛍光灯安定器203に接続されている。
蛍光灯安定器203は、例えば、蛍光灯インバータ安定器、蛍光灯グロー安定器、及び蛍光灯ラピッド安定器などが挙げられる。
ただし、照明灯100は商用交流電源と直結可能に構成されており、その場合には蛍光灯安定器203は不要となる。このように、照明灯100は、蛍光灯グロー安定器、蛍光灯ラピッド安定器、蛍光灯インバータ安定器、および商用交流電源の何れとも接続可能に構成することができる。
図3及び図5は、本実施形態の照明灯100の長手方向に向かって左側の端部近傍の分解斜視図であり、図4及び図6は、本実施形態の照明灯100の長手方向に向かって右側の端部近傍の分解斜視図である。図7は、本実施形態の照明灯100の横断面図である。但し、図3では、電源基板7の上方側に配置されている実装基板11aの図示を省略し、図5では、実装基板11aを図示している。同様に、図4では、実装基板11bの図示を省略し、図6では、実装基板11bを図示している。
図3及び図4に示すように、キャップ部材1a,1bは、複数のねじ5a,5b,5c,5dによって、筐体2に締付固定される。これにより、キャップ部材1a,1bは、筐体2と嵌合した透光部材3とが一体的になるように包み込んでいる。つまり、キャップ部材1a,1bは、筐体2および透光部材3の各両端部を覆うように形成されて設けられている。
キャップ部材1a,1bは、ねじ止めではなく、筐体2との継ぎ目を工具等で固く密着させて(カシメて)製作してもよいし、インサート成形してもよい。キャップ部材1a,1bの形状は、既存の蛍光灯の両端に位置するキャップ部材(口金)と略同一の形状とされている。照明灯100は、灯具200に取り付けられている既存の蛍光灯に代えて、容易に交換可能となっている。
図3〜図6に示すように、一方のキャップ部材1aには端子4a,4bが、他方のキャップ部材1bには電極端子4c,4dが、それぞれキャップ部材1aまたはキャップ部材1bから長手方向に沿って突出するように設けられている。各キャップ部材1aまたはキャップ部材1bに対して電極端子4a,4b,4c,4dを設ける場合、インサ−ト成形、カシメ、ねじ締結等の固定方法を用いることができる。照明灯100は、灯具200や各キャップ部材1a,1b内に配置されたコネクタ16等を介して商用電源Eからの交流電力を取り込む。取り込まれた交流電力は、リード線6a,6b,6c,6dを介して、図3に示す電源基板7に給電される。
電源基板7には、得られた交流電源を、直流電源に変換して実装基板11a,11bに供給するための直流電源変換用の電子部品9が設けられている。実装基板11a,11bには、図5及び図6に示すように、複数のLED(Light Emitting Diode)12aが長手方向に実装されたLED負荷170が設けられている。LEDは、半導体発光素子の一例である。電源基板7は、図3に示すように、略半円筒形状の筐体2の内部に収納され、筐体2内で動かないよう固定されている。また、本実施形態の照明装置300の場合、リード線6a,6bは、リード線6c,6dよりも短くなっている。
電子部品9によって直流に整流された電流は、図5に示すリード線13a,13bを介して実装基板11a,11bに供給される。長手方向に並列配置された実装基板11a,11bの間は、図示しないリード線やジャンパ−線等で電気的に接続されている。なお、この例では、LED負荷170を実装する実装基板として、実装基板11a,11bの2枚を図示しているが、1枚または3枚以上の実装基板を設けてもよい。
図5および図6に示すように、本実施形態の照明装置300の場合、実装基板11aの下方側に電源基板7を配置し、実装基板11b側には何も配置していない。換言すれば、実装基板11b側は、筐体2内が空洞となるように、平面的に構成されている。また筐体2の半円の弦に相当する部分となる平面部14に、実装基板11a,11bが装着される。この平面部14と実装基板11a,11bの間には、それぞれシ−ト状の樹脂部材10a,10bを、平面部14と実装基板11a,11bとでそれぞれ挟むようにして介装して配設している。
図3および図4に示すように、その両端にリード線6a、6bとリード線6c,6dがそれぞれ接続された電源基板7は、図7に示すように、長手方向に延びるカバー部材となる樹脂製のホルダ30で周囲が覆われている。リード線6aとリード線6bの先端と、リード線6cとリード線6dの先端には、各コネクタ16に挿入するための口金部が設けられている。ホルダ30は、電源基板7と同等以上の長さを有する長尺形状を有し、断面形状に切断部がない連続した筒状部品である。ホルダ30は、押出成形、引抜成形、射出成形等の成型方法により形成することができる。ホルダ30の材質は、例えばPC(ポリカーボネート)、PA(ナイロン)が用いられる。
ホルダ30は、図7に示すように、筐体2の内部に収納可能であって、長手方向において略同一の断面形状とされている。電源基板7はホルダ30に着脱可能に装着されることでホルダ30と一体化される。
すなわち、図7に示すように、ホルダ30の長手方向と交差する幅方向に位置する側面30a、30bには、幅方向に突出して受け台部31a,31bが形成されている。これら受け台部31a,31bは、電源基板7をホルダ30内に端部側から挿入する際の案内レール部として機能する。受け台部31a,31bは、電源基板7の挿入後においては、電源基板7とホルダ30の底部30cとの間に離間部(空間部)32が形成されるように電源基板7を支持する。離間部32は、電源基板7から突出した図3に示す電子部品9のリード線が、ホルダ30に触れない、或いは電気的絶縁性が確保できるような距離Z1を確保するためのものである。
ホルダ30は、電源基板7の全体(周囲)を外側から覆うことで、筐体2内部において電源基板7を筐体2から離隔している。ホルダ30は、図7に示すように、筐体2内において筐体2の内側面と接触する。ホルダ30は、筐体2内で滑りやすくするため、筐体2の内側面と接触する表面を平滑面としている。この例の場合、ホルダ30は、同ホルダ30を分割するための切断部が無い断面形状である。このため、ホルダ30内へ電源基板7を設置する場合、開口されているホルダ30の端部から電源基板7をホルダ30内に挿入することになる。ホルダ30と電源基板7は、筐体2への装着前に一体化されて電源基板ユニットとして構成され、電源基板ユニットの状態で筐体2の端部から筐体2の内部に挿入される。
このような構成によると、電源基板7の周囲を覆い、電源基板7を筐体2から離隔し、筐体2内に収納可能な断面が略同一形状で長手方向に延びる樹脂製のホルダ30を有するので、筐体2との電気的絶縁性を保つことができ、高い安全性を確保できる。また、電気的絶縁性を確保するために、筐体2の内部へ絶縁材の塗装を行わなくても良いので、低コストで筐体2を製作できる。さらに、筐体2内が、ホルダ30によって電源基板7と筐体2とに区分して離間できるため、電子部品9のリ−ド線13a,13bが突出していても筐体2に触れることがなく、チップ部品などの高価な部品を用いることなく作製できる。
また、本実施形態の照明装置300の場合、電源基板7と実装基板11a、11bの間にホルダ30(ホルダ30の底部30c)を設けているため、電源基板7の熱が実装基板11a、11bに伝わりにくくなり、LED負荷170に与える熱の影響が全てのLEDで均一になる。このため、時間の経過と共に部分的にLEDの寿命が短くなる不都合を防止できる。
また、電源基板7と一体化したホルダ30の接触面が平滑となっているため、摩擦抵抗を小さくでき、筐体2内において電源基板ユニットを滑走させることができる。このため、両端の口金部にコネクタ16を挿す作業を容易化できる。
また、ホルダ30の断面形状には切れ目がなく、連続するように形成しているので、直接、電子部品9が筐体2に接触することがなくなり、筐体2との電気的絶縁性が保たれ、高い安全性を確保できる。また、電気的絶縁性を確保するために筐体2の内部への塗装を行わなくても良いので、安価に筐体2を製作できる。
(照明灯)
本実施形態に係る照明灯100は、点灯制御回路(照明回路101)を備えるものであって、点灯制御回路は、交流信号を全波整流するブリッジダイオード(ブリッジダイオード102,103)と、スイッチング素子(アクティブスイッチ111)を含み、全波整流された交流信号を直流信号に変換するスイッチングコンバータと、スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するコントローラ(コントローラ150)と、スイッチングコンバータと接続され、直流信号が出力される半導体発光素子(LED負荷170)と、を備え、コントローラは、交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号(ZERO信号)を出力するゼロクロス検出部(ゼロクロス検出部151)と、ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいてスイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するゲート信号生成部(ゲート信号生成部155)と、次のゼロクロスタイミングが起きる時間を推定するタイミング推定部(次ゼロクロスタイミング推定部152)と、該タイミング推定部からの入力に基づいて、次のゼロクロス信号を受信可能とする期間を示す受信可能信号(次ZERO信号受信可能信号)を生成するタイミング生成部(次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153)と、を備え、ゲート信号生成部は、ゼロクロス信号が受信可能信号で示される期間内に入力された場合に、PWM信号を生成するものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
本実施形態に係る照明灯100は、点灯制御回路(照明回路101)を備えるものであって、点灯制御回路は、交流信号を全波整流するブリッジダイオード(ブリッジダイオード102,103)と、スイッチング素子(アクティブスイッチ111)を含み、全波整流された交流信号を直流信号に変換するスイッチングコンバータと、スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するコントローラ(コントローラ150)と、スイッチングコンバータと接続され、直流信号が出力される半導体発光素子(LED負荷170)と、を備え、コントローラは、交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号(ZERO信号)を出力するゼロクロス検出部(ゼロクロス検出部151)と、ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいてスイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するゲート信号生成部(ゲート信号生成部155)と、次のゼロクロスタイミングが起きる時間を推定するタイミング推定部(次ゼロクロスタイミング推定部152)と、該タイミング推定部からの入力に基づいて、次のゼロクロス信号を受信可能とする期間を示す受信可能信号(次ZERO信号受信可能信号)を生成するタイミング生成部(次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153)と、を備え、ゲート信号生成部は、ゼロクロス信号が受信可能信号で示される期間内に入力された場合に、PWM信号を生成するものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
[照明回路]
照明灯100が備える照明回路101(点灯制御回路)の回路構成について説明する。
照明灯100が備える照明回路101(点灯制御回路)の回路構成について説明する。
図8に示すように、照明装置300は、商用電源Eと、蛍光灯安定器203と、交流信号を全波整流するブリッジダイオード(「BD」とも称する)102,103と、コントローラ(「CNT」とも称する)150と、ブリッジダイオード102,103に接続されたインダクタンス(インダクタ素子、「L」とも称する)112と、インダクタンス112の他方とブリッジダイオード102,103の基準点を接続し、コントローラ150によりオンオフが制御されるアクティブスイッチ(スイッチング素子の一例)111と、アクティブスイッチ111でスイッチングされた信号を整流するダイオード(ダイオード素子、「D」とも称する)113と、ダイオード113で整流された信号を平滑化するコンデンサ(容量素子、「C」とも称する)104と、LED負荷170と、電流センス抵抗180と、を備える。そして、アクティブスイッチ111、インダクタンス112、およびダイオード113によりスイッチングコンバータが構成されている。
なお、ブリッジダイオード102,103、コントローラ150、アクティブスイッチ111、インダクタンス112、ダイオード113、コンデンサ104、LED負荷170、及び電流センス抵抗180からなる照明回路101は、照明灯100の実装基板11a、11b、及び電源基板7のいずれかに設けられている。
ブリッジダイオード102,103は、蛍光灯安定器203を介して商用電源Eから供給された交流信号を全波整流する。
コントローラ150は、アクティブスイッチ111のオン/オフタイミングを制御する。具体的には、コントローラ150は、アクティブスイッチ111のゲート信号を生成し、生成したゲート信号をアクティブスイッチ111に出力し、アクティブスイッチ111を駆動することで、アクティブスイッチ111のオン/オフタイミングを制御する。
ここで、コントローラ150は、ブリッジダイオード102,103により全波整流された交流信号(図8に示す例では、交流電圧Vm)のゼロクロスタイミング(全波整流された交流信号がブリッジダイオードの基準電位と同電位になるタイミング)と異なるタイミングでアクティブスイッチ111をオンするように制御するものとする。なお、交流電圧Vmの波形については後述する。また、コントローラ150の詳細についても、後述する。
スイッチングコンバータは、ブリッジダイオード102,103により全波整流された交流信号(図9に示す例では、交流電圧Vm)を直流信号に変換するコンバータであり、いわゆる、ACDCコンバータである。なお本実施形態では、スイッチングコンバータは、昇圧型のコンバータであり、LED負荷170に対して、インダクタンス112及びダイオード113が直列に接続され、アクティブスイッチ111が並列に接続されている。
コンデンサ104は、LED負荷170に対して並列に接続された平滑コンデンサであり、スイッチングコンバータから出力される直流電流に含まれる交流成分を除去する。
LED負荷170は、スイッチングコンバータと接続され、スイッチングコンバータにより変換された直流信号が出力される。具体的には、LED負荷170は、スイッチングコンバータから直流電圧が印加され、直流電流が流れることで、発光する。
電流センス抵抗180は、LED負荷170に流れる電流の電流値を検出するための抵抗であり、端子電圧Vcsをコントローラ150に出力する。
[コントローラ]
図9は、コントローラ150の構成の一例を示すブロック図である。図9に示すように、コントローラ150は、ゼロクロス検出部151と、次ゼロクロスタイミング推定部152と、次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153と、位相選択部154と、ゲート信号生成部155と、電流検出部156と、を備える。
図9は、コントローラ150の構成の一例を示すブロック図である。図9に示すように、コントローラ150は、ゼロクロス検出部151と、次ゼロクロスタイミング推定部152と、次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153と、位相選択部154と、ゲート信号生成部155と、電流検出部156と、を備える。
ゼロクロス検出部151は、ブリッジダイオード102,103により全波整流された交流信号(図8に示す例では、交流電圧Vm)のゼロクロスタイミングを検出する。そしてゼロクロス検出部151は、ゼロクロスタイミングにおいてHighとなり、ゼロクロスタイミング以外ではLowとなるZERO信号(ゼロクロス信号)をゲート信号生成部155に出力する。なお、ZERO信号の波形については後述する。ゼロクロス検出部151としては、例えば、コンパレータなどが挙げられる。
位相選択部154は、ゼロクロスタイミングからの位相PHIを選択する。そして位相選択部154は、選択した位相PHIをゲート信号生成部155へ出力する。なお、位相PHIの選択の詳細については、後述する。
なお、本実施形態ではゼロクロス検出部151は、全波整流された交流信号からゼロクロスタイミングを検出する構成としているが、全波整流される前の蛍光灯安定器203の出力からゼロクロスタイミングを検出するようにしてもよい。この場合、蛍光灯安定器203の出力は交流信号となるため、例えば、ウインドウコンパレータなどを用いればよい。
また位相選択部154は、アクティブスイッチ111のゲート信号のデューティ比(所定のデューティ比の一例)を示すduty信号をゲート信号生成部155へ出力する。
ここで、アクティブスイッチ111のゲート信号のデューティ比は、スイッチングコンバータの出力電圧が目標電圧となるように設定されることが一般的である。しかしながら、本実施形態の照明灯100は、多様な種類の蛍光灯安定器203に接続(装着)されることを想定している。蛍光灯安定器203から出力される交流電圧の値は、全ての蛍光灯安定器203で同一ではなく、蛍光灯安定器203の種類によって相違する。このため、蛍光灯安定器203の種類を問わず、スイッチングコンバータの出力電圧が目標電圧となるように、デューティ比を設定することはできない。
従って、本実施形態では、スイッチングコンバータの出力電圧を目標電圧とする制御は行わず、デューティ比を固定値に設定するものとする。固定値としては、例えば、50%が挙げられる。これは、スイッチングコンバータで発生させる無効電力の発生量を確保する上で好ましいためである。但し、デューティ比は、50%に限定されず、これ以外の値とすることもできる。
ゲート信号生成部155は、ゼロクロス検出部151により検出されたゼロクロスタイミング、位相選択部154により選択された位相、位相選択部154からのデューティ比に基づいてゲート信号を生成し、当該ゲート信号に基づいてアクティブスイッチ111のオン/オフタイミングを制御する。また、後述するように、ゲート信号は、次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153から出力される次ZERO受信可能信号に基づいて生成される。
本実施形態では、ゲート信号は、ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、デューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM(Pulse Width Modulation)信号である。なお、ゲート信号生成部155は、PWM信号の周波数については、ZERO信号からその周期を算出し、設定する。これにより、PWM信号をZERO信号に同期できる。
次ゼロクロスタイミング推定部152は、入力されたZERO信号から次のZERO信号が入力されるタイミングを推定する。タイミング推定は、入力されたZERO信号からその周期の平均化などで算出し、次のZERO信号が入力されるタイミングを推定し、次ZEROタイミング推定信号を出力する。
次ゼロクロス受信可能タイミング生成部153は、次ZEROタイミング推定信号から、次ZERO受信可能信号(受信可能信号)を出力する。次ZERO受信可能信号は、例えば、次のZERO信号が入力される推定タイミングを中心に、周期の±25%の時間(期間)を持つタイミングに関するウィンドウ信号であり、PWM信号生成スタートタイミングを有効にする。なお、以下の説明、図面では、次ZERO受信可能信号はHighを受信可能期間として示しているが、論理が逆でも構わないし、信号出力でなく論理的なイネーブルを示す手段でも構わない。
[信号波形(1)]
図10は、交流信号Vmが正常な場合(通常の場合)の各信号の波形タイミング図である。
図10は、交流信号Vmが正常な場合(通常の場合)の各信号の波形タイミング図である。
交流信号Vmの立ち上がりでZERO信号が出力される。このZERO信号の立ち上がりエッジは、次ZERO受信可能信号とゲートされる。次ZERO受信可能信号は、次のZERO信号の立ち上がりタイミングを推定し、そのタイミングから周期の±25%のタイミングで生成される。
例えば、ZERO信号周期を平均化することで得られた平均周期に対して、前のZERO信号立ち上がりタイミングから、平均周期の0.75倍の時間でHighとし、平均周期の1.25倍の時間でLowとして作成する。なお、次ZERO受信可能信号の立ち上がりと立下り時間は、平均周期の±25%に限定されるものではなく、他の値としてもよいのは勿論である。
この通常の場合、ZERO信号は、平均周期で立ち上がりエッジが出力されるため、次ZERO受信可能信号がHighの区間に立ち上がりが発生する。そのため、次ZERO受信可能信号とゲートしてもZERO信号の立ち上がり信号は有効となり、PWM信号の生成スタートタイミングとして使用される。
PWM信号のPHIは選択された位相を、tonはPWM信号がON、即ち、Highとなる期間を示し、周期はPWM信号の1周期を示している。
PWM信号はゼロクロスタイミングの立ち上がりをPWM信号生成スタートタイミングとして、位相選択部154により選択された位相に相当するPHI時間経過した時点でLowからHighに切り替わり、PHI時間から位相選択部154からのデューティ比に相当するton時間が経過した時点でHighからLowに切り替わる。この処理をZERO信号の立ち上がり毎に繰り返す。
[信号波形(2)]
図11は、交流信号Vmにノイズが生じ、ZERO信号が正しい周期以外の信号を発生した場合の各信号の波形タイミング図である。
図11は、交流信号Vmにノイズが生じ、ZERO信号が正しい周期以外の信号を発生した場合の各信号の波形タイミング図である。
図11の2波形目の交流信号Vmにノイズ(図中のn1)が生じている。ノイズの立ち上がりを検出してZERO信号が発生しており、2波形目では1周期に複数のZERO信号が発生する。
2波形目の最初のZERO信号の立ち上がりエッジは、次ZERO受信可能信号とゲートされ、次ZERO受信可能信号がHighでありZERO信号の立ち上がりエッジは有効となり、PWM信号の生成スタートタイミングとして使用される。PWM信号はゼロクロスタイミングの立ち上がりをPWM信号生成スタートタイミングとして、PHI時間経過した時点でLowからHighに切り替わり、PHI時間からton時間が経過した時点でHighからLowに切り替わる。
2波形目の2番目のZERO信号(図中のn2)はノイズの影響で発生したものであり、2番目のZERO信号の立ち上がりエッジは、次ZERO受信可能信号とゲートされる。この2番目のZERO信号の立ち上がりエッジは、交流信号Vmの開始を検出した信号ではないため、次ZERO受信可能信号がLowであり、PWM信号生成スタートタイミングとならず、PWM信号に影響しない(図中のn3)。
ここで、次ZERO受信可能信号とゲートしなければ、2波形目の2番目のZERO信号の立ち上がりをPWM信号の生成スタートタイミングとして使用してしまい、PWM信号のスタートタイミングが間違ったPWM信号出力となり、スイッチングコンバータの動作が不安定となる。なお、図11は交流信号Vmにノイズが生じた場合を示す図であるが、蛍光灯安定器203の出力波形が歪んで1周期に複数のZERO信号が発生する場合も同様の動作となる。
[信号波形(3)]
図12は、交流信号Vmに歪が生じ、ゼロクロス検出が正しく動作せず、ZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合の各信号の波形タイミング図である。
図12は、交流信号Vmに歪が生じ、ゼロクロス検出が正しく動作せず、ZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合の各信号の波形タイミング図である。
図12の2波形目の交流信号Vmに歪(図中のn4)が生じている。このため、2波形目の交流信号Vm周期期間にZERO信号が発生せず(図中のn5)、PWM信号生成スタートタイミングが発生しない。
このため、PWM信号は2波形目の交流信号Vm周期期間はLowのままとなり、スイッチングコンバータの動作が不安定となる。ゲート信号生成部155では、次ZERO受信可能信号がHighの区間にZERO信号の立ち上がりエッジが入力されない場合は、ゼロクロス検出の動作が何らかの不良を起こしていると判断して、ZERO信号待ちタイムアウトと判断してPWM信号を生成する。
この場合、すでに次ZERO受信可能信号がLowになる時点で周期の25%の時間が経過しており、位相選択部154により選択された位相に相当するPHI時間から周期の25%(遅延分)の時間を差し引いたPHI2時間経過した時点でLowからHighに切り替わるPWM信号を生成することが好ましい。PHI2時間は、次式で表される。
PHI2時間=PHI時間―周期の25%の時間
PHI2時間=PHI時間―周期の25%の時間
また、PHI2時間がマイナスの場合は、PHI2時間を0として、すぐにPWM信号をLowからHighに切り替えることが好ましい。
また、ZERO信号待ちタイムアウトと判断した周期の回数をカウントし、複数回連続でZERO信号待ちタイムアウトと判断する周期が続いた場合、例えば、あらかじめ決められた閾値(例えば、3回など)を超えた場合は、上記PWM信号の生成を中止することが好ましい。これにより、蛍光灯安定器203からの交流信号Vmがなくなった場合に、フリーランでPWM信号を連続に生成することを避けることができる。
[信号波形(4)]
図13は、交流信号Vmの時間軸の歪により、ゼロクロス検出が正しい周期の開始を示さず、ZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合の各信号の波形タイミング図である。
図13は、交流信号Vmの時間軸の歪により、ゼロクロス検出が正しい周期の開始を示さず、ZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合の各信号の波形タイミング図である。
図13の2波形目の交流信号Vmが時間軸の歪(図中のn6)を生じており、Vm信号の立ち上がりが周期の開始時間と異なっている。n7はVm信号の時間軸の歪みによるZERO信号を示している。
ゲート信号生成部155では、次ZERO受信可能信号がHighの区間にZERO信号の立ち上がりエッジが入力されない場合は、ゼロクロス検出の動作が何らかの不良を起こしていると判断して、ZERO信号待ちタイムアウトと判断してPWM信号を生成する。
この場合は、すでに次ZERO受信可能信号がLowになる時点で周期の25%の時間が経過しており、位相選択部154により選択された位相に相当するPHI時間から周期の25%の時間を差し引いたPHI2時間経過した時点でLowからHighに切り替わるPWM信号を生成することが好ましい。PHI2時間は、次式で表される。
PHI2時間=PHI時間―周期の25%の時間
PHI2時間=PHI時間―周期の25%の時間
また、PHI2時間がマイナスの場合は、PHI2時間を0として、すぐにPWM信号をLowからHighに切り替えることが好ましい。
2波形目のZERO信号の立ち上がりエッジは、次ZERO受信可能信号とゲートされる(図中のn8)。ZERO信号の立ち上がりエッジは、周期の開始タイミングと異なるため、次ZERO受信可能信号がLowであり、PWM信号生成スタートタイミングとならず、PWM信号に影響しない。
次ZERO受信可能信号とゲートしなければ、ZERO信号の立ち上がりをPWM信号の生成スタートタイミングとして使用し、PWM信号のスタートタイミングが本来の周期開始タイミングと異なったPWM信号出力となり、スイッチングコンバータの動作が不安定となる。
[コントローラ]
図9のコントローラ150の説明に戻る。上記のように、電流センス抵抗180は、端子電圧Vcsをコントローラ150に出力する。
図9のコントローラ150の説明に戻る。上記のように、電流センス抵抗180は、端子電圧Vcsをコントローラ150に出力する。
電流検出部156は、LED負荷170に流れる電流の電流値iledを検出する。具体的には、電流検出部156は、電流センス抵抗180から出力される端子電圧VcsをAD変換し、AD変換後の電圧と電流センス抵抗180の抵抗値からLED負荷170に流れる電流の電流値iledを検出し、位相選択部154へ出力する。なお、電流センス抵抗180の抵抗値は、電流検出部156において既知であるものとする。電流検出部156としては、例えば、ADコンバータ及び除算回路などが挙げられる。
位相選択部154は、電流検出部156により検出された電流値iledに基づいて、LED負荷170に流れる電流が目標電流となるゼロクロスタイミングからの位相PHIを選択する。そして位相選択部154は、選択した位相PHIをゲート信号生成部155へ出力する。
また、上記のように、位相選択部154は、アクティブスイッチ111のゲート信号のデューティ比(所定のデューティ比の一例)を示すDUTY信号をゲート信号生成部へ出力する。
ゼロクロスタイミングからの位相PHIを選択し、位相制御を行って無効電力を発生させることにより、位相制御を行わない場合に比べて平均電力が小さくなる。この結果、スイッチングコンバータから出力され、LED負荷170で消費される消費電力も小さくなり、省電力効果を得ることができる。
以上説明した本実施形態に係る照明灯によれば、交流信号Vmにノイズが発生してZERO信号が正しい周期以外の信号を発生した場合や、交流信号Vmに歪が発生してZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合や、交流信号Vmの時間軸の歪によりゼロクロス検出が正しい周期の開始を示さない場合であっても、インダクタンスの代わりにアクティブスイッチを用いて無効電力を発生させるため、逆起電力の発生を防止でき、省電力化とともに安全性を向上させることができる。
<第2の実施形態>
以下、本発明に係る点灯制御回路の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
以下、本発明に係る点灯制御回路の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
図14は、第2の実施形態に係る照明回路101が備えるコントローラ150の構成の一例を示すブロック図である。図14に示すように、コントローラ150は、ゼロクロス検出部151と、位相選択部154と、ゲート信号生成部155と、電流検出部156と、周期検出部157と、次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部158(開始タイミング生成部)と、次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部159(終了タイミング生成部)と、ゼロクロストランジェントゲート部160(期間設定部)と、を備える。
図15は、本実施形態に係る照明回路101における各信号の波形タイミング図である。図15を参照して動作を説明する。
ゼロクロス検出部151は、ブリッジダイオード102,103により全波整流された交流信号(図8に示す例では、交流電圧Vm)のゼロクロスタイミングを検出する。そしてゼロクロス検出部151は、ゼロクロスタイミングにおいてHighとなり、ゼロクロスタイミング以外ではLowとなるZERO信号をゲート信号生成部155に出力する。ゼロクロス検出部151としては、例えば、コンパレータなどが挙げられる。
なお、本実施形態ではゼロクロス検出部151は、全波整流された交流信号からゼロクロスタイミングを検出する構成としているが、全波整流される前の蛍光灯安定器203の出力からゼロクロスタイミングを検出するようにしてもよい。この場合、蛍光灯安定器203の出力は交流信号となるため、例えば、ウインドウコンパレータなどを用いればよい。
ゼロクロス検出部151からのZERO信号は、周期検出部157、次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部158、およびゼロクロストランジェントゲート部160に入力される。
周期検出部157は、ZERO信号の周期を検出する。具体的には、ZERO信号間隔の時間を検出するカウントと、より精度が必要な場合は時間間隔を平均化する機能を有する。
検出されたZERO信号の周期情報はゲート信号生成部155に入力され、位相選択部154により選択された位相PHI、および位相選択部154からのデューティ比DUTYに基づいて、ゲート信号を生成するための周期情報として使用される。また、周期情報は、次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部158、および次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部159に入力される。
次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部158は、次のゼロクロスタイミングが受信される想定タイミング(想定期間)の開始タイミングを生成する。具体的には、周期情報から次のゼロクロスタイミングは周期の0.75倍の時間を設定し、カウンタにより実現できる。開始タイミングは、ゼロクロストランジェントゲート部160に入力される。
次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部159は、次のゼロクロスタイミングが受信される想定タイミングの終了タイミングを生成する。具体的には、想定タイミングの開始タイミングから周期の0.5倍の時間を設定し、カウンタにより実現できる。終了タイミングは、ゼロクロストランジェントゲート部160に入力される。
上記想定タイミングの開始タイミングと終了タイミングにより、次ZERO推定タイミングに対して±25%の周期の幅を持った時間が設定可能となる。
なお、次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部158の周期の0.75倍や、次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部159の周期の0.5倍はこの値に限定されるものではなく、他の値としてもよいのは勿論である。
ゼロクロストランジェントゲート部160は次ゼロクロス受信可能開始タイミングから次ゼロクロス受信可能終了タイミングまでの時間のみを、ZERO信号のトランジェントを有効とする受信可能ゲート期間とする。
通常はこの期間にZERO信号のトランジェントが入力されるため、そのZERO信号は、ゲート信号生成部155に出力される。ゲート信号生成部155では、入力されたZERO信号から上記の手段によりPWM信号を生成する。交流信号がノイズや歪、時間的歪などで正常なZERO信号が出力されず受信可能ゲート期間以外に入力された場合は、ゼロクロストランジェントゲート部160は入力されたZERO信号のトランジェントを無効とし、ゲート信号生成部155には出力しない。
以上説明した本実施形態に係る照明灯によれば、第1の実施形態と同様に、交流信号Vmにノイズが発生してZERO信号が正しい周期以外の信号を発生した場合や、交流信号Vmに歪が発生してZERO信号が正しい周期で信号が発生しない場合や、交流信号Vmの時間軸の歪によりゼロクロス検出が正しい周期の開始を示さない場合であっても、インダクタンスの代わりにアクティブスイッチを用いて無効電力を発生させるため、逆起電力の発生を防止でき、省電力化とともに安全性を向上させることができる。
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
1a,1b キャップ部材
2 筐体
3 透光部材
4a,4b,4c,4d 電極端子
5a,5b,5c,5d ねじ
6a,6b,6c,6d リード線
7 電源基板
9 電子部品
10a,10b 樹脂部材
11a,11b 実装基板
12a LED
13a,13b リード線
14 平面部
16 コネクタ
30 ホルダ
30a、30b 側面
30c 底部
31a,31b 受け台部
32 離間部(空間部)
100 照明灯
101 照明回路
102,103 ブリッジダイオード(BD)
104 コンデンサ(C)
111 アクティブスイッチ
112 インダクタンス(L)
113 ダイオード(D)
150 コントローラ
151 ゼロクロス検出部
152 次ゼロクロスタイミング推定部
153 次ゼロクロス受信可能タイミング生成部
154 位相選択部
155 ゲート信号生成部
156 電流検出部
157 周期検出部
158 次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部
159 次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部
160 ゼロクロストランジェントゲート部
170 LED負荷
180 電流センス抵抗
200 灯具
201a,201b ソケット
202a,202b 電極端子
203 蛍光灯安定器
204 配線
300 照明装置
E 商用電源
2 筐体
3 透光部材
4a,4b,4c,4d 電極端子
5a,5b,5c,5d ねじ
6a,6b,6c,6d リード線
7 電源基板
9 電子部品
10a,10b 樹脂部材
11a,11b 実装基板
12a LED
13a,13b リード線
14 平面部
16 コネクタ
30 ホルダ
30a、30b 側面
30c 底部
31a,31b 受け台部
32 離間部(空間部)
100 照明灯
101 照明回路
102,103 ブリッジダイオード(BD)
104 コンデンサ(C)
111 アクティブスイッチ
112 インダクタンス(L)
113 ダイオード(D)
150 コントローラ
151 ゼロクロス検出部
152 次ゼロクロスタイミング推定部
153 次ゼロクロス受信可能タイミング生成部
154 位相選択部
155 ゲート信号生成部
156 電流検出部
157 周期検出部
158 次ゼロクロス受信可能開始タイミング生成部
159 次ゼロクロス受信可能終了タイミング生成部
160 ゼロクロストランジェントゲート部
170 LED負荷
180 電流センス抵抗
200 灯具
201a,201b ソケット
202a,202b 電極端子
203 蛍光灯安定器
204 配線
300 照明装置
E 商用電源
Claims (9)
- 照明灯に用いられる点灯制御回路であって、
交流信号を全波整流するブリッジダイオードと、
スイッチング素子を含み、全波整流された交流信号を直流信号に変換するスイッチングコンバータと、
前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するコントローラと、
前記スイッチングコンバータと接続され、前記直流信号が出力される半導体発光素子と、を備え、
前記コントローラは、
交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいて前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するゲート信号生成部と、
次のゼロクロスタイミングが起きる時間を推定するタイミング推定部と、
該タイミング推定部からの入力に基づいて、次のゼロクロス信号を受信可能とする期間を示す受信可能信号を生成するタイミング生成部と、を備え、
前記ゲート信号生成部は、前記ゼロクロス信号が前記受信可能信号で示される期間内に入力された場合に、前記PWM信号を生成することを特徴とする点灯制御回路。 - 前記タイミング推定部は、次のゼロクロスタイミングが起きる時間を、前記ゼロクロス信号周期の平均周期に基づいて算出することを特徴とする請求項1に記載の点灯制御回路。
- 前記ゲート信号生成部は、前記受信可能信号で示される期間内に前記ゼロクロス信号が入力されない場合は、前記受信可能信号で示される期間の終了時点を起点に前記PWM信号を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の点灯制御回路。
- 前記ゲート信号生成部は、前記受信可能信号で示される期間の終了時点を起点とし、
前記特定された位相分から、前記受信可能信号の遅延分を差し引いて位相分として、前記PWM信号を生成することを特徴とする請求項3に記載の点灯制御回路。 - 前記ゲート信号生成部は、前記受信可能信号で示される期間の終了時点を起点とした前記PWM信号を生成する回数をカウントし、所定の閾値を超えた場合は前記PWM信号を生成しないことを特徴とする請求項3に記載の点灯制御回路。
- 照明灯に用いられる点灯制御回路であって、
交流信号を全波整流するブリッジダイオードと、
スイッチング素子を含み、全波整流された交流信号を直流信号に変換するスイッチングコンバータと、
前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するコントローラと、
前記スイッチングコンバータと接続され、前記直流信号が出力される半導体発光素子と、を備え、
前記コントローラは、
交流信号のゼロクロスタイミングを検出して、ゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロスタイミング、および該ゼロクロスタイミングから特定された位相分ずらしたタイミングを基点として、LowからHighに切り替わり、以降、所定のデューティ比に基づいて、Low及びHighが切り替わるPWM信号を生成してゲート信号とし、該ゲート信号に基づいて前記スイッチング素子のオン/オフタイミングを制御するゲート信号生成部と、
前記ゼロクロス信号の周期情報を検出する周期検出部と、
前記周期情報に基づいて、次のゼロクロス信号が受信される想定期間の開始タイミングを生成する開始タイミング生成部と、
前記周期情報および前記開始タイミングに基づいて、前記想定期間の終了タイミングを生成する終了タイミング生成部と、
前記開始タイミングおよび前記終了タイミングに基づいて、前記ゼロクロス信号の受信可能期間を設定する期間設定部と、を備え、
前記ゲート信号生成部は、前記ゼロクロス信号が前記受信可能期間内に入力された場合に、前記PWM信号を生成することを特徴とする点灯制御回路。 - 前記ゼロクロス検出部は、前記ブリッジダイオードにより全波整流された交流信号、または、全波整流される前の蛍光灯安定器の出力に基づいて、ゼロクロスタイミングを検出することを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の点灯制御回路。
- 請求項1から7までのいずれかに記載の点灯制御回路を備えることを特徴とする照明灯。
- 請求項8に記載の照明灯と、
前記照明灯が接続される灯具と、を備えることを特徴とする照明装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015105686A JP2016219350A (ja) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | 点灯制御回路、照明灯、および照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015105686A JP2016219350A (ja) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | 点灯制御回路、照明灯、および照明装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016219350A true JP2016219350A (ja) | 2016-12-22 |
Family
ID=57579106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015105686A Pending JP2016219350A (ja) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | 点灯制御回路、照明灯、および照明装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016219350A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112017005659T5 (de) | 2016-11-10 | 2019-08-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Anzeigevorrichtung und Betriebsverfahren der Anzeigevorrichtung |
JP2020513221A (ja) * | 2017-03-08 | 2020-05-07 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | 電子安定器インターフェース回路 |
-
2015
- 2015-05-25 JP JP2015105686A patent/JP2016219350A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112017005659T5 (de) | 2016-11-10 | 2019-08-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Anzeigevorrichtung und Betriebsverfahren der Anzeigevorrichtung |
JP2020513221A (ja) * | 2017-03-08 | 2020-05-07 | シグニファイ ホールディング ビー ヴィSignify Holding B.V. | 電子安定器インターフェース回路 |
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