JP2019212535A - Light source lighting device and lighting fixture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロコンピュータなどの制御回路で出力電流を制御する光源点灯装置及び照明器具に関する。 The present invention relates to a light source lighting device and a lighting fixture that control an output current with a control circuit such as a microcomputer.
PWM信号を入力することで調光ができる光源点灯装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、マイクロコントローラ又はマイクロコンピュータで出力電流を制御する光源点灯装置も知られている。 There is known a light source lighting device capable of dimming by inputting a PWM signal (see, for example, Patent Document 1). A light source lighting device that controls an output current with a microcontroller or a microcomputer is also known.
マイクロコンピュータの出力はデジタル出力である。従って、マイクロコンピュータで出力電流を制御している光源点灯装置では、PWM信号により連続的に調光をさせようとしても、出力電流を連続的に変化させることできず、段階的な変化となってしまう。 The output of the microcomputer is a digital output. Therefore, in the light source lighting device in which the output current is controlled by the microcomputer, the output current cannot be continuously changed even if the light is continuously adjusted by the PWM signal. End up.
マイクロコンピュータのデジタル出力をアナログに変換する回路又は遅延時間を設ける回路などを付加することで、出力電流を連続的に変化させることも可能である。しかし、回路を追加することになるため、光源点灯装置が大型化し、コストが高くなってしまうという問題がある。 The output current can be continuously changed by adding a circuit for converting the digital output of the microcomputer to analog or a circuit for providing a delay time. However, since a circuit is added, there is a problem that the light source lighting device is increased in size and cost.
光源点灯装置の出力電流は光源の明るさに比例する。調光する際に出力電流が段階的に変化すると明るさも段階的に変化する。従って、視覚的に見た目がよくないという問題がある。特に、出力電流の少ない低調光の時ほど、同じ電流値の変化でも出力電流の変化率が大きいものとなり、明るさの変化が大きく感じられ、視覚的な見た目の悪さが顕著になる。 The output current of the light source lighting device is proportional to the brightness of the light source. When the output current changes stepwise during dimming, the brightness also changes stepwise. Therefore, there is a problem that the visual appearance is not good. In particular, when the dimming is performed with a small output current, the rate of change of the output current becomes large even with the same current value change, the change in brightness is felt greatly, and the visual appearance becomes noticeable.
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、その目的はマイクロコンピュータなどの制御回路で出力電流を制御する光源点灯装置においてPWM信号の変化に応じて出力電流を変化させたときに段階的に見える視覚的な明るさの変化を軽減することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to change an output current according to a change in a PWM signal in a light source lighting device that controls an output current by a control circuit such as a microcomputer. It is to reduce the change in visual brightness that appears step by step.
本発明に係る光源点灯装置は、光源を点灯させる出力電流を生成する電流生成部と、外部から入力されるPWM信号に応じて前記電流生成部を制御して前記出力電流を段階的に不連続に変化させる制御回路とを備え、前記制御回路は、前記PWM信号の変化に応じて前記出力電流を現在の電流値から次の電流値に変化させるときに前記出力電流の電流値を2段階以上で段階的に変化させることを特徴とする。 A light source lighting device according to the present invention includes: a current generation unit that generates an output current for lighting a light source; and the current generation unit is controlled in accordance with a PWM signal input from outside to discontinuously discontinue the output current. The control circuit changes the current value of the output current in two or more stages when the output current is changed from the current current value to the next current value according to the change of the PWM signal. It is characterized by changing it step by step.
本発明では、制御回路は、PWM信号の1段階の変化に応じて出力電流を現在の電流値から次の電流値に変化させるときに出力電流の電流値を2段階以上で段階的に変化させる。これにより、マイクロコンピュータなどの制御回路で出力電流を制御する光源点灯装置においてPWM信号の変化に応じて出力電流を変化させたときに段階的に見える視覚的な明るさの変化を軽減することができる。 In the present invention, the control circuit changes the current value of the output current stepwise in two or more steps when changing the output current from the current value to the next current value in accordance with the change in the PWM signal in one step. . As a result, in the light source lighting device that controls the output current by a control circuit such as a microcomputer, it is possible to reduce the change in visual brightness that appears stepwise when the output current is changed according to the change in the PWM signal. it can.
図1は、実施の形態における照明器具を示す図である。照明器具は、電源1、光源12、PWM調光器13、及び光源点灯装置200を備える。光源点灯装置200は、電源1より交流電圧を入力し電力の供給を受けて、光源12を点灯させる装置である。また、光源点灯装置200は、PWM調光器13からPWM信号を入力し、PWM信号のON−Dutyに応じて調光を行う。図1において、電源1、光源12、PWM調光器13以外は、光源点灯装置200の構成要素である。電源1は直流電圧であってもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a lighting apparatus according to an embodiment. The lighting fixture includes a
光源12は例えばLEDを複数個接続したLEDモジュールである。光源12は、LEDに限らず、光源点灯装置200から電流を流すことで点灯するものであればよく、例えば有機ELなどでもよい。光源12の種類に応じて、降圧チョッパ回路100でなく、整流回路2、平滑コンデンサ3を含め、光源12を点灯させるために適した回路構成を用いる。
The
光源点灯装置200は、整流回路2、平滑コンデンサ3、降圧チョッパ回路100、制御回路10、調光I/F(インターフェース)回路11、及びコネクタ50a〜50fを備えている。降圧チョッパ回路100は、スイッチング素子4、駆動回路5、還流ダイオード6、インダクタ7、コンデンサ8、及び電流検出抵抗9を有する。光源点灯装置200のコネクタ50a,50bは電源1と接続するために設けられ、コネクタ50c,50dは光源12と接続するために設けられ、コネクタ50e,50fはPWM調光器13と接続するために設けられている。
The light
整流回路2は電源1から供給される交流電圧を全波整流する。整流回路2は例えばダイオードブリッジで構成される。整流回路2で全波整流された脈流電圧を平滑コンデンサ3が平滑化する。本実施の形態の整流回路2はコンデンサインプット形整流回路であるが、これに限らず平滑コンデンサ3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2と平滑コンデンサ3の間に、力率改善回路として昇圧チョッパ回路を入れてもよい。平滑コンデンサ3で平滑された直流電圧は、降圧チョッパ回路100に供給される。
The
降圧チョッパ回路100では、一例として、光源12の電流を検出するため電流検出抵抗9が光源12と直列に設けられている。電流検出抵抗9と光源12の接続点は制御回路10に接続される。電流検出抵抗9は光源12と同じ電流が流れることになるので、電流検出抵抗9に発生する電圧で電源12の電流を知ることができる。制御回路10は、電流検出抵抗9の電圧をフィードバック制御し、光源12に流れる電流を制御する。ここではスイッチング素子4はMOSFETである。駆動回路5は、制御回路10から入力された制御信号に従ってスイッチング素子4のゲートにスイッチング素子4をオン/オフ制御する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7により降圧され、コンデンサ8により平滑化されると共に光源12に流れて光源12を点灯させる。還流ダイオード6は、スイッチング素子4がオフしたときインダクタ7に対する電流経路となる。ここでは、光源12に電流を供給する手段として降圧チョッパ回路100を用いているが、光源12に電流を供給する手段はこれ以外の回路でもよい。
In the step-
制御回路10は、電流検出抵抗9の電圧と調光I/F回路11の電圧に基づいて駆動回路5に制御信号を供給する。例えば、制御回路10は、プログラムで所望する動作を実行できるマイクロコンピュータなどである。制御回路10の制御の詳細は後で説明する。
The
制御回路10より出力されたスイッチング素子4の制御信号はスイッチング素子4のゲートに入力される。本実施の形態では、スイッチング素子4は高圧側に設けられているため、スイッチング素子4のゲートに駆動回路5から駆動信号が電気的に伝達される。駆動回路5として一般的にトランス又は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、制御回路10から入力された制御信号に基づいて駆動回路5は矩形波のオンデューティ比又は周波数を変化させる。このオンデューティ比に応じてスイッチング素子4はオン/オフする。オンデューティ比が大きくなると光源12に流れる電流は増加する。オンデューティ比が小さくなると光源12に流れる電流は減少する。このようにスイッチング素子4と駆動回路5は、制御回路10からの制御信号に応じて光源12を点灯させる出力電流を生成する。
The control signal of the
調光I/F回路11は、PWM信号の波形整形を行い、制御回路10に電圧を入力する。PWM調光器13と光源点灯装置200は別の製品である。両者の回路グランドが異なるため、直接接続すると故障又は誤動作の原因となる。従って、調光I/F回路11においてフォトカプラなどでPWM調光器13と絶縁する必要がある。基本的には、PWM調光器13から入力されるPWM信号をフォトカプラなどで絶縁し、PWM調光器13から入力された波形と同じになるように、波形整形し制御回路10に入力する。制御回路10は、PWM信号のON−Dutyに応じて駆動回路5及びスイッチング素子4を制御して出力電流を段階的に不連続に変化させる。
The dimming I /
PWM調光器13は照明用の調光器である。PWM調光器13は、調光器に限らずPWM信号を出力するものであればよく、人感センサーなどであってもよい。PWM調光器13から出力されるPWM信号は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation)であり、周期は一定でパルス幅のON−Duty(デューティサイクルの比)を変えて制御される。
The
PWM信号のON−Dutyについて説明する。調光I/F回路11で波形整形されたPWM信号は、波形整形する際に半導体素子のスイッチング動作などを行っている。このため、仮にPWM調光器13から出力されるPWM信号のON−Dutyに全く変動がなかったとしても、制御回路10に入力される波形整形されたPWM信号のON−Dutyは、常に僅かながら変動している。変動量はものによって異なるが±0.2%くらいである。
The ON-Duty of the PWM signal will be described. The PWM signal whose waveform is shaped by the dimming I /
上記は、仮にPWM調光器13から出力されるPWM信号のON−Dutyに全く変動がなかったものとして考えた。ただし、PWM信号も半導体素子のスイッチング動作などを行い出力しているため、PWM調光器13が一定の信号を出すようにしていても常に僅かながら変動している。変動量はものによって異なるが±0.2%くらいである。
The above is presumed that there was no change in the ON-Duty of the PWM signal output from the
PWM信号は常に僅かながら変動しているため、PWM信号のON−Dutyに対して細かい制御をすることが出来ない。例えば、ON−Dutyを0.1%単位で制御しようとした場合、PWM調光器13のPWM信号は変化していなくとも、調光I/F回路11を経由して制御回路10に入力されるPWM信号は僅かながら変化している。変動量はものによって異なるが±0.2%くらいである。このため、明るさを変化しようとしていないにも関わらず、常に明るさが変化してしまい、場合によってはチラツキに見えてしまう。
Since the PWM signal always fluctuates slightly, fine control cannot be performed on the ON-Duty of the PWM signal. For example, when the ON-Duty is to be controlled in units of 0.1%, the PWM signal of the
チラツキなどが起こらないようにするため、PWM信号のON−Dutyによる制御を1%単位で行うのが望ましい。これは、明るさの変化の最小の変化幅がON−Dutyの1%分になるということを意味する。例えば、全光(100%)から5%調光までの明るさの変化幅95%(=100%−5%)を、仮にON−Dutyを0%から100%の変化幅100%で変化させた場合、ON−Dutyの1%の変化に対して、明るさ(調光度)を約1%変化させる必要がある。 In order to prevent flicker and the like from occurring, it is desirable to perform control by ON-Duty of the PWM signal in units of 1%. This means that the minimum change width of the brightness change is 1% of ON-Duty. For example, 95% (= 100% -5%) of brightness change from total light (100%) to 5% dimming, and ON-Duty is changed with 0% to 100% change width of 100%. In this case, it is necessary to change the brightness (dimming degree) by about 1% with respect to the change of 1% of ON-Duty.
従来の調光カーブと動作を説明する。図2は、下限調光付近での従来の調光カーブを拡大した図である。横軸はPWM信号 ON−Duty[%]、縦軸は調光度[%]である。先に説明したように、チラツキなどが起きないようにPWM信号が1%変化する毎に調光度[%]が1%変化するようにしている。調光度は、全光から下限調光までを、PWM信号に比例して変化するようにしているため、どのポイントにおいてもPWM信号 ON−Duty1%に対して、変化する調光度(出力電流)は同じ値となる。PWM信号 ON−Duty1%変化したときの調光度の変化は一定値Aとなる。
A conventional dimming curve and operation will be described. FIG. 2 is an enlarged view of a conventional dimming curve near the lower limit dimming. The horizontal axis represents the PWM signal ON-Duty [%], and the vertical axis represents the dimming degree [%]. As described above, every time the PWM signal changes by 1%, the dimming degree [%] changes by 1% so that flickering does not occur. Since the dimming degree changes from the total light to the lower limit dimming in proportion to the PWM signal, the dimming degree (output current) that changes with respect to the PWM signal ON-
例えば、PWM調光信号のON−Dutyが5%の時に全光(100%)で点灯し、ON−Dutyが90%の時に5%の出力で点灯する場合、ON−Duty1%あたり、出力電流は1.12%変化することになる。図2、図3では分かりやすく説明するために、ON−Duty1%あたり、出力電流が1%変化するものとして図示している。 For example, when the PWM dimming signal ON-Duty is 5%, it lights with all light (100%), and when the ON-Duty is 90%, it lights with 5% output, the output current per 1% ON-Duty Will change by 1.12%. In FIG. 2 and FIG. 3, for the sake of easy understanding, the output current is illustrated as changing by 1% per 1% of ON-Duty.
ここで、従来の問題点について、全光が300mAで出力電流を5%調光の15mAまで調光できる光源点灯装置の場合で説明する。PWM調光信号によって、全光から5%調光までリニアに出力電流が変化するため、全光から5%調光までのいずれの場合においても、ON−Duty1%あたり出力電流は3mA、即ち全光300mAの1%の変化をする。 Here, a conventional problem will be described in the case of a light source lighting device capable of dimming the output current to 15 mA of 5% dimming with all light of 300 mA. Since the output current changes linearly from all light to 5% dimming according to the PWM dimming signal, the output current per 1% ON-Duty is 3 mA in all cases from all light to 5% dimming. It changes 1% of light 300mA.
全光の300mAからON−Duty1%の出力電流を減らそうとすると、ON−Duty1%に相当する3mAが減少し、297mAになる。先ほども述べたが、出力電流は光源の明るさに比例するため、明るさも1%減少したことになる。即ち、(297mA/300mA)×100=99%である。
When the output current of ON-
5%調光の15mAからON−Duty1%の出力電流を増やそうとすると、ON−Duty1%に相当する3mAが増加し、18mAになる。出力電流は光源の明るさに比例するため、明るさは20%増加したことになる。即ち、(18mA/15mA)×100=120%である。
When the output current of ON-
このように同じON−Duty1%が変化した場合でも、元の出力電流が小さいほど、出力電流(明るさ)の変化の割合が大きいことがわかる。これより、従来は5%調光などの調光の下限において、ON−Duty1%変化させた場合に、明るさが急に大きく変化することになり、視覚的に見た目のよいものではなく、場合によってはクレームとなることもある。
Thus, even when the same ON-
図3は、実施の形態の調光カーブを示す図である。図2と異なる点について説明する。図2ではPWM信号のON−Dutyが1%変化したときの調光度の変化はAであった。図3ではAを3分割してa、b、cとしている。先ほども説明したが、チラツキの点から調光度を1%単位以下で変化させることは難しい。そこで、調光度を変化させるときに、1回の変化で調光度、即ち出力電流を変化させるのではなく、何分割かに分けて出力電流を変化させる。これにより、1回あたりの出力電流(明るさ)の変化が小さくなり、視覚的な見た目も改善される。ここでは3分割し、調光度の変化Aをするときにa→b→c又はc→b→aと順に変化しAの変化を行う。 FIG. 3 is a diagram illustrating a dimming curve according to the embodiment. A different point from FIG. 2 is demonstrated. In FIG. 2, the change in the dimming degree when the ON-Duty of the PWM signal is changed by 1% is A. In FIG. 3, A is divided into three parts a, b, and c. As explained earlier, it is difficult to change the dimming degree in units of 1% or less in terms of flickering. Therefore, when changing the dimming degree, the dimming degree, that is, the output current is not changed by one change, but the output current is changed in several divisions. Thereby, the change of the output current (brightness) per one time becomes small, and the visual appearance is also improved. Here, it is divided into three, and when changing the dimming degree A, it changes in order of a → b → c or c → b → a and changes A.
例えば、ON−Dutyの1%の変化で出力電流が3mA変化する場合、Aは3mAとなる。図2ではON−Dutyの1%の変化で出力電流が3mA変化していた。一方、図3ではON−Dutyの1%の変化で出力電流が1mAずつ3回変化し、合計で3mA変化する。 For example, when the output current changes by 3 mA with a change of 1% of ON-Duty, A becomes 3 mA. In FIG. 2, the output current changed by 3 mA with a change of 1% of ON-Duty. On the other hand, in FIG. 3, the output current changes three times by 1 mA with a change of 1% of ON-Duty, and the total changes by 3 mA.
補足になるが、調光度はON−Duty1%単位での変化になるので、a、b、cの途中の調光度で常時点灯をすることはない。あくまで、調光度がAの変化をする場合に調光度の遷移するポイントとしてのみ使用される。ここでは、説明のため3回に分けて変化したが、変化は2回以上であればよい。分割の数が増えるほど1回あたりの変化を少なくすることができ、視覚的な見た目も改善される。
As a supplement, since the dimming level changes in units of ON-
実際に調光信号を可変させた場合、両者でどのような差があるかを図4〜図6を用いて説明する。図4は、従来技術で調光度を5%から6%に変化させた場合の図である。縦軸は調光度[%]、横軸は時間tである。調光度を5%から6%に1段階変化させている。図5は、実施の形態で調光度を5%から6%に変化させた場合の図である。調光度はa、b、cと小さい変化を繰返して5%から6%に変化する。 The difference between the two when the dimming signal is actually varied will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram when the dimming degree is changed from 5% to 6% in the prior art. The vertical axis represents dimming degree [%], and the horizontal axis represents time t. The dimming degree is changed by one step from 5% to 6%. FIG. 5 is a diagram when the dimming degree is changed from 5% to 6% in the embodiment. The dimming degree changes from 5% to 6% by repeating small changes such as a, b, and c.
図6は、理想的に調光度を5%から6%に変化させた場合の図である。このように調光度の変化は連続的に変化させていくことが望ましい。連続的に変化させることで視覚的な見た目の違和感は、段階的に変化するよりも格段に少ないものとなる。要するに、段階的に変化する場合でも分割する数を多くすればするほど、連続的に変化させているように見え、理想的な状態に近づくということである。制御回路10がマイクロコンピュータのようなデジタル制御のものであると調光度を連続的に変化させることは難しいが、制御ICがアナログICであれば調光度を連続的に変化させることができる。しかし、近年では光源点灯装置も初期照度補正など複雑な制御を求められるため、マイクロコンピュータが搭載されているものが多い。
FIG. 6 is a diagram when the dimming degree is ideally changed from 5% to 6%. In this way, it is desirable to change the dimming degree continuously. By changing continuously, the visual discomfort is much less than when changing step by step. In short, even if it changes stepwise, the more the number of divisions, the more it seems to change continuously and the closer it is to the ideal state. If the
図7は、従来技術で調光度を5%から8%に3段階変化させた場合の図である。図8は、実施の形態で調光度を5%から8%に3段階変化させた場合の図である。図9は、理想的に調光度を5%から8%に3段階変化させた場合の図である。基本的には図7は図4を、図8は図5を、図9は図6を繰返したものである。 FIG. 7 is a diagram when the dimming degree is changed in three steps from 5% to 8% in the prior art. FIG. 8 is a diagram when the dimming degree is changed in three steps from 5% to 8% in the embodiment. FIG. 9 is a diagram when the dimming degree is ideally changed in three steps from 5% to 8%. Basically, FIG. 7 repeats FIG. 4, FIG. 8 repeats FIG. 5, and FIG. 9 repeats FIG.
以上説明したように、本実施の形態では、制御回路10は、PWM信号の1段階の変化に応じて出力電流を現在の電流値から次の電流値に変化させるときに出力電流の電流値を2段階以上で段階的に変化させる。これにより、マイクロコンピュータなどの制御回路10で出力電流を制御する光源点灯装置において、PWM信号の変化に応じて出力電流を変化させたときに段階的に見える視覚的な明るさの変化を軽減することができる。
As described above, in the present embodiment, the
制御回路10はマイクロコンピュータなどであり、書き込まれたプログラムにより調光度(出力電流、明るさ)の変化を分割させて制御する。調光度を段階的に変化させるのは、調光度が低い場合のみとし、例えば調光度が50%以上の領域では、調光度を段階的に変化させる数を少なくしてもよいし、複数回に分割して調光度を変化させなくてもよい。プログラムの仕方によるところもあるが、限定することでプログラムの容量を減らすことができる可能性がある。
The
4 スイッチング素子(電流生成部)、5 駆動回路(電流生成部)、10 制御回路、12 光源 4 switching element (current generation unit), 5 drive circuit (current generation unit), 10 control circuit, 12 light source
Claims (2)
外部から入力されるPWM信号に応じて前記電流生成部を制御して前記出力電流を段階的に不連続に変化させる制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記PWM信号の1段階の変化に応じて前記出力電流を現在の電流値から次の電流値に変化させるときに前記出力電流の電流値を2段階以上で段階的に変化させることを特徴とする光源点灯装置。 A current generator for generating an output current for turning on the light source;
A control circuit that controls the current generator according to a PWM signal input from the outside and changes the output current in a stepwise manner;
The control circuit changes the current value of the output current stepwise in two or more steps when the output current is changed from the current current value to the next current value in accordance with the change of the PWM signal in one step. A light source lighting device characterized by that.
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