JP5185468B1

JP5185468B1 - 照明装置および制御回路

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Publication number: JP5185468B1
Application number: JP2012268414A
Authority: JP
Inventors: 健司藤城
Original assignee: Toki Corp
Current assignee: Toki Corp
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-04-17
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Abstract

【課題】複数色のＬＥＤを組み合わせて色再現範囲を拡大させた照明装置の点灯制御を簡素化する。
【解決手段】照明装置１００は色温度が異なる第１ＬＥＤ部と第２ＬＥＤ部を備える。パルス−電圧変換回路２０は、電源供給線と低電位側基準線の間に接続され、入力電力の脈動を電圧に変換する。分圧回路３０は、パルス−電圧変換回路２０の出力端子と低電位側基準線の間に接続され、パルス−電圧変換回路２０により変換された電圧を分圧する。分圧回路３０の分圧点と第２ＬＥＤ部の低電位側端子が接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた照明装置およびその制御回路に関する。

近年、白熱電球やキセノンランプからＬＥＤ照明への置き換えが加速している。白熱電球やキセノンランプの調光は、トライアックを用いた位相制御方式を用いるのが一般的である。ＬＥＤは白熱電球やキセノンランプと比較して電流変化に対する色変化が小さく、白熱電球やキセノンランプと同様の調光制御を適用した場合、十分な色変化が得られない。そこで白色のＬＥＤと橙色のＬＥＤを使用して混色させることにより色再現範囲を広げる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１７５７９３号公報

複数色のＬＥＤを使用して調光する場合、各色のＬＥＤを個別に調光制御する必要がある。これを実現するためマイクロプロセッサを使用して、ユーザにより指定された調光比に応じて各色のＬＥＤのデューティ比を決定し、各色のＬＥＤに指定することが考えられる。しかしながら、マイクロプロセッサを使用するとコスト増を招き、回路規模も増大する。またマイクロプロセッサを使用せずに、ＰＷＭ制御と位相制御双方に対応する、調光制御方式に依存しない汎用的なＬＥＤ照明装置が求められている。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数色のＬＥＤを組み合わせて色再現範囲を拡大させた照明装置の点灯制御を簡素化する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の照明装置は、調光制御された入力電力が通る電源供給線と、低電位側基準線の間に接続される第１ＬＥＤ部と、第１ＬＥＤ部と色が異なるＬＥＤ部であって、その高電位側端子が電源供給線に第１ＬＥＤ部と並列に接続される第２ＬＥＤ部と、電源供給線と低電位側基準線の間に接続され、入力電力の脈動を電圧に変換する変換部と、変換部の出力端子と低電位側基準線の間に接続され、変換部により変換された電圧を分圧する分圧回路と、を備える。分圧回路の分圧点と第２ＬＥＤ部の低電位側端子が接続されている。

本発明の別の態様は、制御回路である。この制御回路は、調光制御された入力電力が通る電源供給線と、低電位側基準線の間に設けられる第１ＬＥＤ部と、第１ＬＥＤ部と色が異なるＬＥＤ部であって、その高電位側端子が電源供給線に第１ＬＥＤ部と並列に接続される第２ＬＥＤ部と、を備える照明装置に搭載されるべき制御回路であって、電源供給線と低電位側基準線の間に接続され、入力電力の脈動を電圧に変換する変換部と、変換部の出力端子と低電位側基準線の間に接続され、変換部により変換された電圧を分圧する分圧回路と、を備える。分圧回路の分圧点と第２ＬＥＤ部の低電位側端子が接続されている。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、複数色のＬＥＤを組み合わせて色再現範囲を拡大させた照明装置の点灯制御を簡素化できる。

実施の形態１に係る照明システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る照明装置の原理を説明するための図である。実施の形態１に係る照明装置の実装例を説明するための図である。ＰＷＭ調光が１００％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。ＰＷＭ調光が８０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。ＰＷＭ調光が５０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。ＰＷＭ調光が１０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。ＰＷＭ調光が０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。実施の形態２に係る照明システムの構成を示すブロック図である。図１０（ａ）−（ｅ）は、位相制御された交流波形を示す図である。位相制御調光が１００％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。位相制御調光が８０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。位相制御調光が５０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。位相制御調光が２５％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。位相制御調光が０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。

調光制御の代表的なものには位相制御方式、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式がある。位相制御方式は、交流駆動が一般的な白熱電球やキセノンランプの調光制御に広く使用されている。ＬＥＤ照明は一般的に直流駆動であるため、ＰＷＭ制御方式に適しており広く使用されている。しかしながら、既存の配線を利用する場合や、システム上、特定の位相制御方式の調光器を用いなければならない場合など、ＬＥＤ器具の位相制御方式での調光を求められる場合も多く、位相制御方式、ＰＷＭ制御方式双方に対応することが求められている。以下、実施の形態１でＰＷＭ制御方式を採用したＬＥＤ照明システムを、実施の形態２で位相制御方式を採用したＬＥＤ照明システムを説明する。

図１は、実施の形態１に係る照明システム５００の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る照明システム５００は調光器２００ａ、照明装置１００を備える。本実施の形態では調光器２００ａによりＰＷＭ制御された直流電力が照明装置１００に電源として入力されることを想定する。ユーザは図示しない操作部から調光器２００ａに調光比を指定できる。この調光比がデューティ比に変換される。ＰＷＭ制御方式ではデューティ比が高いほど光量が増大する。

照明装置１００は制御回路１１０及びＬＥＤ部１２０を備える。制御回路１１０は調光制御された入力電力をもとにＬＥＤ部１２０を制御する。ＬＥＤ部１２０は色温度が異なる複数色のＬＥＤを含む。複数色のＬＥＤは図示しない一つの照明カバー内に配置され、混色される。

図２は、実施の形態１に係る照明装置１００の原理を説明するための図である。実施の形態１ではＬＥＤ部１２０に含まれる複数色のＬＥＤとして白色ＬＥＤ（Ｄｗ）、橙色（アンバー）ＬＥＤ（Ｄａ）を使用する。橙色ＬＥＤ（Ｄａ）は白色ＬＥＤ（Ｄｗ）より色温度が低く、順方向降下電圧Ｖｆも低い。従って橙色ＬＥＤ（Ｄａ）のほうが白色ＬＥＤ（Ｄｗ）より低い電圧で点灯する。

白色ＬＥＤ（Ｄｗ）は、調光器２００ａによりＰＷＭ制御された入力電力が通る電源供給線と、低電位側基準線（本実施の形態では以下、グラウンド線を想定する）の間に接続される。具体的には白色ＬＥＤ（Ｄｗ）のアノード側が電源供給線に接続され、カソード側がグラウンド線に接続される。

橙色ＬＥＤ（Ｄａ）は、上記の電源供給線と後述するオペアンプＯＰの出力端子の間に接続される。具体的には橙色ＬＥＤ（Ｄａ）のアノード側が電源供給線に接続され、カソード側がオペアンプＯＰの出力端子に接続される。このように白色ＬＥＤ（Ｄｗ）と橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の高電位側は、電源供給線に並列に共通接続されるが、低電位側はそれぞれ別の端子に接続される。

制御回路１１０はパルス−電圧変換回路２０、分圧回路３０、オペアンプＯＰを備える。パルス−電圧変換回路２０は、上記の電源供給線とグラウンド線の間に接続される。パルス−電圧変換回路２０は本照明装置１００への入力電力のパルスを電圧に変換する。換言すれば入力電力のデューティ比を電圧に変換する。デューティ比が高いほど高い電圧に変換する。

分圧回路３０は、パルス−電圧変換回路２０の出力端子とグラウンド線の間に接続される。分圧回路３０はパルス−電圧変換回路２０により変換された電圧を、所定の分圧比で分圧する。

オペアンプＯＰは非反転入力端子が分圧回路３０の分圧点に接続され、出力端子が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子であるカソード端子に接続される。またオペアンプＯＰの出力端子と反転入力端子が接続される。オペアンプＯＰの正電源端子は上記の電源供給線と接続され、負電源端子はグラウンド線に接続される。

オペアンプＯＰは非反転入力端子と反転入力端子が仮想接地するように動作するため、非反転入力端子、反転入力端子、出力端子は同電位になる。即ち、当該オペアンプＯＰはボルテージフォロアとして機能する。本実施の形態では、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）のインピーダンスの影響を排除しつつ、分圧回路３０の分圧電圧をサンプリングするために使用されている。

このように実施の形態１に係る照明装置１００では、分圧回路３０の分圧点と橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子がボルテージフォロアを介して電気的に接続されることになる。これによりパルス−電圧変換回路２０により変換された電圧の分圧電圧が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子に印加される。また橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の導通時、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子の電位により、パルス−電圧変換回路２０により変換された電圧の高電位側電位が規定されることになる。この接続形態により好適な色変化を実現できる。以下、具体的に説明する。

まずデューティ比が１００％の状態では、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）のみが点灯する。デューティ比が高くなると分圧回路３０により生成される分圧電圧も高くなり、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）間の電位差が小さくなる。この電位差が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の順方向降下電圧Ｖｆより小さくなるように設計しておけば、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）のみを点灯させることができる。

デューティ比が下がり当該分圧電圧が小さくなると、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の両端の電位差が大きくなる。この電位差が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の順方向降下電圧Ｖｆより大きくなると橙色ＬＥＤ（Ｄａ）も点灯する。橙色ＬＥＤ（Ｄａ）に電流が流れると、その分、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）に流れる電流が少なくなる。白色光の光量が落ち橙色光が追加されるため、全体として少し赤味を帯びた光となる。橙色ＬＥＤ（Ｄａ）が導通すると分圧回路３０の分圧点が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子の電位に固定される。当該分圧点の電位が固定されると、それに応じてパルス−電圧変換回路２０により生成される電圧の高電位側の電位が固定される。

デューティ比がさらに下がり当該分圧電圧がさらに小さくなると、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）に、より大きな電流が流れ橙色光の光量が増大する。その分、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）に流れる電流が減少し白色光の光量が落ちる。よって、より赤味が増した暗い光となる。

デューティ比が下がるとパルス−電圧変換回路２０により生成される電圧も小さくなる。分圧回路３０の分圧点が橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の低電位側端子の電位に固定された後は、パルス−電圧変換回路２０により生成される電圧が小さくなると、低電位側のグラウンド線の電位が上昇する。従って白色ＬＥＤ（Ｄｗ）の両端の電位差が小さくなる。この電位差が白色ＬＥＤ（Ｄｗ）の順方向降下電圧Ｖｆより小さくなると、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）が消灯する。これにより橙色光のみの光となる。デューティ比が０％の状態では、白色ＬＥＤ（Ｄｗ）及び橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の両方が消灯する。

図３は、実施の形態１に係る照明装置１００の実装例を説明するための図である。この実装例では白色ＬＥＤを８個、橙色ＬＥＤを４個使用する。第１白色ＬＥＤ（Ｄｗ１）、第２白色ＬＥＤ（Ｄｗ２）、第３白色ＬＥＤ（Ｄｗ３）、第４白色ＬＥＤ（Ｄｗ４）を直列接続する。当該ＬＥＤ縦列回路のアノード側を第１１抵抗Ｒ１１を介して電源供給線に接続し、カソード側をグラウンド線に接続する。同様に第５白色ＬＥＤ（Ｄｗ５）、第６白色ＬＥＤ（Ｄｗ６）、第７白色ＬＥＤ（Ｄｗ７）、第８白色ＬＥＤ（Ｄｗ８）を直列接続する。当該ＬＥＤ縦列回路のアノード側を第１２抵抗Ｒ１２を介して電源供給線に接続し、カソード側をグラウンド線に接続する。本実施の形態では白色ＬＥＤ（Ｄｗ）の順方向降下電圧Ｖｆを約３．０Ｖに設定する。

第１橙色ＬＥＤ（Ｄａ１）、第２橙色ＬＥＤ（Ｄａ２）を直列接続し、当該ＬＥＤ縦列回路のアノード側を第９抵抗Ｒ９を介して電源供給線に接続し、カソード側を後述する第１オペアンプＯＰ１及び第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続する。同様に第３橙色ＬＥＤ（Ｄａ３）、第４橙色ＬＥＤ（Ｄａ４）を直列接続し、当該ＬＥＤ縦列回路のアノード側を第１０抵抗Ｒ１０を介して電源供給線に接続し、カソード側を後述する第１オペアンプＯＰ１及び第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続する。本実施の形態では橙色ＬＥＤ（Ｄａ）の順方向降下電圧Ｖｆを約２．３Ｖに設定する。

図３に示す制御回路１１０は、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、全波整流回路１０、ツェナーダイオードＤｚ、パルス−電圧変換回路２０、分圧回路３０、第１オペアンプＯＰ１、第２オペアンプＯＰ２、第７抵抗Ｒ７、第８抵抗Ｒ８を備える。

第１抵抗Ｒ１は、本照明装置１００の第１入力端子から入力される電流を制限するための電流制限抵抗である。第２抵抗Ｒ２は、本照明装置１００の第２入力端子から入力される電流を制限するための電流制限抵抗である。

全波整流回路１０は、第１入力端子および第２入力端子から入力される交流電力を全波整流するための回路である。全波整流回路１０は第１整流ダイオードＤｒ１、第２整流ダイオードＤｒ２、第３整流ダイオードＤｒ３、第４整流ダイオードＤｒ４により形成されるダイオードブリッジ回路で構成される。実施の形態１ではＰＷＭ制御された直流電力が入力されることを想定するため基本的に不要であるが、後述する実施の形態２のように交流電力の入力にも対応するため設けている。また、逆接続による破壊を防止し、本照明装置１００が逆接続されても動作するようにしている。

ツェナーダイオードＤｚは、上記の電源供給線とグラウンド線の間に接続される。定格を超える大電流が入力された場合に導通し、ＬＥＤ及び内部素子を保護する。

パルス−電圧変換回路２０は第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４、コンデンサＣ１を備える。即ち本実施の形態ではパルス−電圧変換回路２０はＲＣローパスフィルタで構成される。第３抵抗Ｒ３の一端は上記の電源供給線に接続され、他端はコンデンサＣ１の一端に接続される。コンデンサＣ１の他端はグラウンド線に接続される。第４抵抗Ｒ４の一端は上記の電源供給線に接続され、他端はグラウンド線に接続される。第３抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１の接続点が出力となる。

分圧回路３０は第５抵抗Ｒ５、第６抵抗Ｒ６を備える。第５抵抗Ｒ５及び第６抵抗Ｒ６は直列接続され、その抵抗縦列回路の一端は、第３抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１の接続点に接続され、他端はグラウンド線に接続される。

第１オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６の接続点に接続され、出力端子が第７抵抗Ｒ７を介して第２橙色ＬＥＤ（Ｄａ２）及び第４橙色ＬＥＤ（Ｄａ４）のカソード端子に接続される。また第１オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子が接続される。第１オペアンプＯＰ１の正電源端子は上記の電源供給線と接続され、負電源端子はグラウンド線に接続される。

第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子は、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６の接続点に接続され、出力端子が第８抵抗Ｒ８を介して第２橙色ＬＥＤ（Ｄａ２）及び第４橙色ＬＥＤ（Ｄａ４）のカソード端子に接続される。また第２オペアンプＯＰ２の出力端子と反転入力端子が接続される。第２オペアンプＯＰ２の正電源端子は上記の電源供給線と接続され、負電源端子はグラウンド線に接続される。このように第１オペアンプＯＰ１及び第２オペアンプＯＰ２はいずれも、ボルテージフォロアとして機能する。

オペアンプを２つ並列に設けるのは電流容量を確保するためである。電流容量が大きいオペアンプを１つ設けてもよいが、サイズが大きなオペアンプを使用する必要がある。電流容量が小さい複数のオペアンプを並列に設けるほうが全体のサイズを小さくできる。

以下、図３の照明装置１００における白色ＬＥＤ（Ｄｗ）に流れる白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）に流れる橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実験結果を示す。

図４は、ＰＷＭ調光が１００％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃはローパス演算後、分圧前の電圧波形を示している。白色ＬＥＤ用電流Ｉｗは、白色ＬＥＤ用の電流制限抵抗である第１１抵抗Ｒ１１の両端電圧から換算した電流波形を示している。橙色ＬＥＤ用電流Ｉａは、橙色ＬＥＤ用の電流制限抵抗である第９抵抗Ｒ９の両端電圧から換算した電流波形を示している。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃは、まだ橙色ＬＥＤを導通させる電圧まで下がっていないため橙色ＬＥＤは非点灯である。白色ＬＥＤのみが点灯している。

図５は、ＰＷＭ調光が８０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。入力電圧ＶｉｎはＰＷＭ制御方式で調光された電源電圧波形を示している。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃは、少しずつ橙色ＬＥＤを導通させることができる電圧まで下がっている。白色ＬＥＤの光量が大きく下がり、少量の橙色ＬＥＤの光が追加される。このように調光レベルの高い段階で色変化演出が開始している。

図６は、ＰＷＭ調光が５０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃがさらに下がり、橙色ＬＥＤにより大きな電流が流れるようになっている。白色ＬＥＤの光量は非常に小さくなり、橙色ＬＥＤの光量が大きくなり、橙色の演出が強くなる。

図７は、ＰＷＭ調光が１０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃの平均値は十分に下がっている。白色ＬＥＤはほぼ消灯している。橙色ＬＥＤは、ＰＷＭ値が１０％であるため減衰調光を演出しながら減光している。

図８は、ＰＷＭ調光が０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１に残った浮遊電圧が誤差として計測されている。白色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤの両方ともほぼ消灯している。

次に実施の形態２に係る位相制御方式を採用した照明システム５００について説明する。図９は、実施の形態２に係る照明システム５００の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る照明システム５００は調光器２００ｂ、降圧変圧器４００、照明装置１００を備える。

調光器２００ｂはトライアックを備え、商用電源３００から供給される交流電力の一部分を切り出す。ユーザは図示しない操作部から調光器２００ｂに調光比を指定できる。調光器２００ｂは、指定された調光比に応じたタイミングでトライアックをオンする。

図１０（ａ）−（ｅ）は、位相制御された交流波形を示す図である。図１０（ａ）は調光比が０％のときの波形を示し、図１０（ｂ）は調光比が２５％のときの交流波形を示し、図１０（ｃ）は調光比が５０％のときの交流波形を示し、図１０（ｄ）は調光比が７５％のときの交流波形を示し、図１０（ｅ）は調光比が１００％のときの交流波形を示す。

降圧変圧器４００は、位相制御された交流電圧を降圧する。例えば、１００Ｖの交流電圧を２４Ｖの交流電圧に降圧する。なお１００Ｖ以上の定格の照明装置１００を用いる場合は降圧変圧器４００は不要である。

照明装置１００は、図２、図３に示した照明装置１００をそのまま使用できる。パルス−電圧変換回路２０に入力される電力は、ＰＷＭ制御された直流電力ではなく位相制御された交流電力になるが、コンデンサＣ１に調光比に応じたエネルギーを蓄え、電圧に変換する原理は同じである。このように本発明に係る照明装置１００では、調光比が入力電圧の脈動に反映されていれば、その入力電圧の波形形態は問わない。よって、メーカや機種の違いによって異なる様々な波形の調光器を利用できる。

以下、図３の照明装置１００に、実施の形態に２に係る位相制御された電力が入力される場合における白色ＬＥＤ（Ｄｗ）に流れる白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ（Ｄａ）に流れる橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実験結果を示す。

図１１は、位相制御調光が１００％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃはローパス演算後、分圧前の電圧波形を示している。白色ＬＥＤ用電流Ｉｗは、白色ＬＥＤ用の電流制限抵抗である第１１抵抗Ｒ１１の両端電圧から換算した電流波形を示している。橙色ＬＥＤ用電流Ｉａは、橙色ＬＥＤ用の電流制限抵抗である第９抵抗Ｒ９の両端電圧から換算した電流波形を示している。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃは、まだ橙色ＬＥＤを導通させる電圧まで下がっていないため橙色ＬＥＤは非点灯である。白色ＬＥＤのみが点灯している。

図１２は、位相制御調光が８０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。入力電圧Ｖｉｎは位相制御方式で調光された電源電圧波形を示している。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃは、少しずつ橙色ＬＥＤを導通させることができる電圧まで下がっている。白色ＬＥＤの光量が大きく下がり、少量の橙色ＬＥＤの光が追加される。このように調光レベルの高い段階で色変化演出が開始している。

図１３は、位相制御調光が５０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃがさらに下がり、橙色ＬＥＤにより大きな電流が流れるようになっている。白色ＬＥＤの光量は非常に小さくなり、橙色ＬＥＤの光量が大きくなり、橙色の演出が強くなる。

図１４は、位相制御調光が２５％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃは十分に下がっている。白色ＬＥＤはほぼ消灯している。

図１５は、ＰＷＭ調光が０％時の、入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ、白色ＬＥＤ用電流Ｉｗ、橙色ＬＥＤ用電流Ｉａの実測値を示す図である。コンデンサＣ１に残った浮遊電圧が誤差として計測されている。白色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤの両方ともほぼ消灯している。

図４−図８に示したＰＷＭ制御方式の調光制御と、図１１−図１５に示した位相制御方式の調光制御を比較すると概ね同様の動作をすることが分かる。

以上説明したように本発明の実施の形態１、２によれば、白色ＬＥＤと橙色ＬＥＤを組み合わせることにより、キセノンランプの色変化と同等な好適な色変化をＬＥＤ照明で実現できる。その際、マイクロプロセッサを用いずオールアナログ素子で実現できる。従ってデジタル素子を用いる場合と比較し、コストを大幅に低減でき、回路面積も小さくできる。またデジタル素子に供給するクロックが不要であるため消費電力を低減できる。

またＰＷＭ制御方式、位相制御方式のいずれの調光方式にも適用可能であり汎用性が高い。既存の白熱電球やキセノンランプに使用されていた位相制御方式の調光器や、常に同じ色で点灯していたＬＥＤ照明に使用されていたＰＷＭ制御方式の調光器を、本発明に係る照明装置１００にそのまま転用できる。

また決められた定格電力の範囲内で回路が、各色のＬＥＤに供給するエネルギーを自動調節するため、無駄なく色変化演出を行うことができる。また低い順方向降下電圧ＶｆのＬＥＤ（上述の例では橙色ＬＥＤ）を点灯させるため、従来のＬＥＤよりもゼロクロス付近の負荷要素が増すことになり、位相制御調光でフリッカが発生する範囲を狭めることができる。

また分圧回路３０の分圧比を調整することにより色変化の感度を自由に調整できる。分圧比を低く設定すれば橙色ＬＥＤがより早いタイミングで導通するため赤味が強調された演出となり、分圧比を高く設定すれば、橙色ＬＥＤの導通タイミングが遅れるため赤味が緩和された演出となる。第５抵抗Ｒ５または第６抵抗Ｒ６を可変抵抗にすれば、ボリューム調整により事後的に色変化の感度を調整できる。なお同様の感度調整は、白色ＬＥＤまたは橙色ＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆを調整することによっても実現できる。このように色変化の感度の調節が容易であるから、白熱電球のような色変化を再現することが容易である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。本実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

ＬＥＤ部１２０に含まれるＬＥＤの種類、数は設計者が任意に選択できる。例えば、３色以上のＬＥＤを並列に接続してもよい。その場合、分圧回路３０に複数の分圧点を設ける。また同色のＬＥＤの直列数、並列数も設計者が任意に選択できる。

パルス−電圧変換回路２０はＲＣローパスフィルタ構成に限らない。脈動を持つエネルギーを蓄えて電圧に変換できる構成であればよい。類似の動作をするものとしては、フォトカプラとコンデンサの組み合わせ、またはモータとフライホイールの組み合わせなどがあり、同様な動作をするものであればよい。

５００照明システム、１００照明装置、１１０制御回路、１２０ＬＥＤ部、２００ａ，２００ｂ調光器、３００商用電源、４００降圧変圧器、１０全波整流回路、２０パルス−電圧変換回路、３０分圧回路、Ｄｒ１第１整流用ダイオード、Ｄｒ２第２整流用ダイオード、Ｄｒ３第３整流用ダイオード、Ｄｒ４第４整流用ダイオード、Ｄａ橙色ＬＥＤ、Ｄａ１第１橙色ＬＥＤ、Ｄａ２第２橙色ＬＥＤ、Ｄａ３第３橙色ＬＥＤ、Ｄａ４第４橙色ＬＥＤ、Ｄｗ白色ＬＥＤ、Ｄｗ１第１白色ＬＥＤ、Ｄｗ２第２白色ＬＥＤ、Ｄｗ３第３白色ＬＥＤ、Ｄｗ４第４白色ＬＥＤ、Ｄｗ５第５白色ＬＥＤ、Ｄｗ６第６白色ＬＥＤ、Ｄｗ７第７白色ＬＥＤ、Ｄｗ８第８白色ＬＥＤ、Ｒ１第１抵抗、Ｒ２第２抵抗、Ｒ３第３抵抗、Ｒ４第４抵抗、Ｒ５第５抵抗、Ｒ６第６抵抗、Ｒ７第７抵抗、Ｒ８第８抵抗、Ｒ９第９抵抗、Ｒ１０第１０抵抗、Ｒ１１第１１抵抗、Ｒ１２第１２抵抗、ＯＰオペアンプ、ＯＰ１第１オペアンプ、ＯＰ２第２オペアンプ、Ｃ１コンデンサ、Ｄｚツェナーダイオード。

Claims

調光制御された入力電力が通る電源供給線と、低電位側基準線の間に接続される第１ＬＥＤ（Light Emitting Diode）部と、
前記第１ＬＥＤ部と色が異なるＬＥＤ部であって、その高電位側端子が前記電源供給線に前記第１ＬＥＤ部と並列に接続される第２ＬＥＤ部と、
前記電源供給線と前記低電位側基準線の間に接続され、前記入力電力の脈動を電圧に変換する変換部と、
前記変換部の出力端子と前記低電位側基準線の間に接続され、前記変換部により変換された電圧を分圧する分圧回路と、を備え、
前記分圧回路の分圧点と前記第２ＬＥＤ部の低電位側端子が接続されていることを特徴とする照明装置。
前記分圧回路の分圧点と前記第２ＬＥＤ部の低電位側端子がボルテージフォロアを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記変換部は、抵抗およびコンデンサを備えるローパスフィルタであり、
前記コンデンサの電圧が前記分圧回路に入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記第２ＬＥＤ部は前記第１ＬＥＤ部より色温度が低く、順方向降下電圧が低いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
入力段に全波整流回路を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式または位相制御方式の調光器により調光制御された電力が入力されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
調光制御された入力電力が通る電源供給線と、低電位側基準線の間に設けられる第１ＬＥＤ部と、
前記第１ＬＥＤ部と色が異なるＬＥＤ部であって、その高電位側端子が前記電源供給線に前記第１ＬＥＤ部と並列に接続される第２ＬＥＤ部と、を備える照明装置に搭載されるべき制御回路であって、
前記電源供給線と前記低電位側基準線の間に接続され、前記入力電力の脈動を電圧に変換する変換部と、
前記変換部の出力端子と前記低電位側基準線の間に接続され、前記変換部により変換された電圧を分圧する分圧回路と、を備え、
前記分圧回路の分圧点と前記第２ＬＥＤ部の低電位側端子が接続されていることを特徴とする制御回路。