JP6532002B2

JP6532002B2 - 照明装置及び電源ユニット

Info

Publication number: JP6532002B2
Application number: JP2015006237A
Authority: JP
Inventors: 典明西田; 幸司藤本; 芳文黒木; 久也滝北
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: DE102016100125A1; JP2016134210A

Description

本発明は、照明装置及び電源ユニットに関し、特に、発光ダイオードなどの固体発光素子を点灯する電源ユニット及び当該電源ユニットを備える照明装置に関する。

従来、光源である固体発光素子と、交流電源を用いて固体発光素子を点灯させる点灯装置（電源ユニット）とを備える照明装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。このような照明装置は、点灯装置から固体発光素子に給電される電力を指示する制御信号を生成する調光制御回路部を備える。また、点灯装置は、調光制御回路部から送信される信号に対応して、固体発光素子を調光点灯させる制御回路部を備える。

特許第４３７０９０１号公報

ところで、従来の点灯装置は、制御回路部などを動作させるために外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部を必要とする。また、従来の調光制御回路部は、直流電力によって動作するように構成されているので、外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部を必要とする。

しかしながら、点灯装置及び調光制御回路部に各別にＡＣ／ＤＣ変換部が設けられると、照明装置として、電力変換に伴う損失が大きくなるという問題が生じる。

本発明は上記事由に鑑みてなされており、電力損失を抑制することを目的とする。

本発明の照明装置は、固体発光素子を有する１乃至複数の光源ユニットと、外部電源から供給される電力を電力変換して前記光源ユニットに給電する電源ユニットと、前記光源ユニットに供給される電力を調整するように前記電源ユニットを制御するコントローラとを備え、前記電源ユニットは、スイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路の動作を制御する制御回路と、前記制御回路及び前記コントローラの動作用の電力を生成する制御電源回路とを有し、前記コントローラは、制御部を備え、前記電源ユニットの制御電源回路で生成される電力が供給されて動作するように構成され、前記制御部は、前記スイッチング電源回路の出力レベルを指示する制御信号を生成して前記電源ユニットに送信し、前記電源ユニットの制御回路は、前記スイッチング電源回路の動作を制御して、前記スイッチング電源回路の出力電力を、前記制御信号で指示される出力レベルに対応した値に一致させるように構成されることを特徴とする。

本発明の電源ユニットは、前記照明装置に用いられ、前記コントローラに直流電力を供給する電源供給端子と、前記コントローラから前記制御信号を受信する制御信号端子とを備えることを特徴とする。

本発明の照明装置及び電源ユニットは、電力損失を抑制することできるという効果がある。

本発明に係る照明装置及び電源ユニットの実施形態を示す回路ブロック図である。同上の応用例の回路ブロック図である。

以下、本発明に係る照明装置及び電源ユニットの実施形態について、図１を参照して説明する。

本実施形態の照明装置は、図１に示すように、光源ユニット１と、電源ユニット２と、コントローラ３とを備える。

電源ユニット２は、図１に示すように、制御回路２０、整流器２１、昇圧チョッパ回路２２、降圧チョッパ回路２３、信号変換回路２４、制御電源回路２５などを備えている。また、電源ユニット２は、制御信号端子２６１と、１対の電源供給端子２６２とを備え、コントローラ３と電気的に接続されている。整流器２１は、ダイオードブリッジで構成され、商用の交流電源（外部電源）１００から供給される交流電圧・交流電流を全波整流する。

昇圧チョッパ回路２２は、力率の改善を目的とする従来周知の力率改善回路であって、スイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１、駆動回路２２０などで構成されている。すなわち、インダクタＬ１とダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１の直列回路が整流器２１の脈流出力端子間に電気的に接続され、ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１の直列回路に対して、スイッチング素子Ｑ１が電気的に並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１には、例えば、ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が使用されることが好ましい。駆動回路２２０は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに駆動信号を与えることでスイッチング素子Ｑ１をオン・オフ（スイッチング）するように構成されている。さらに、駆動回路２２０は、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を監視し、当該両端電圧を目標値（外部電源１００の電源電圧の実効値よりも十分に高い電圧）に一致させるように、スイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御するように構成されている。ただし、このような昇圧チョッパ回路２２は従来周知であるから、詳細な動作の説明は省略する。

降圧チョッパ回路２３は、昇圧チョッパ回路２２から入力する直流電圧・直流電流を、光源ユニット１に適した直流電圧・直流電流に降圧（電力変換）するＤＣ／ＤＣコンバータである。また、降圧チョッパ回路２３は、スイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ２、ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ２などで構成されることが好ましい。すなわち、平滑コンデンサＣ２とインダクタＬ２とスイッチング素子Ｑ２の直列回路が昇圧チョッパ回路２２の出力端子間に電気的に接続され、平滑コンデンサＣ２とインダクタＬ２の直列回路に対して、ダイオードＤ２が電気的に並列接続されている。スイッチング素子Ｑ２には、例えば、ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴが使用されることが好ましい。なお、スイッチング素子Ｑ２は、制御回路２０によってオン・オフ（スイッチング）される。また、平滑コンデンサＣ２の低電位側の端子が光源ユニット１の正極側の入力端子と電気的に接続されている。ただし、このような降圧チョッパ回路２３は従来周知であるから、詳細な動作の説明は省略する。

信号変換回路２４は、後述するように、コントローラ３から制御信号端子２６１を介して与えられる制御信号（ＰＷＭ信号）を直流の電圧信号に変換して制御回路２０に出力するように構成されている。なお、信号変換回路２４から出力される電圧信号の信号レベル（直流電圧レベル）は、制御信号で指示される出力レベル（調光レベル）に対応している。

制御電源回路２５は、外部電源１００の交流入力電圧から制御電圧（例えば、１５ボルトの直流電圧）Ｖｃｃを生成するように構成される。制御電源回路２５で生成される制御電圧Ｖｃｃは、制御回路２０及び信号変換回路２４に供給されるとともに、１対の電源供給端子２６２を介してコントローラ３にも供給されている。なお、１対の電源供給端子２６２のうちの片方は、グランド端子として使用され、コントローラ３から出力される制御信号のグランド（ＧＮＤ）と共有されることが好ましい。

制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ２のゲートに与える駆動信号をＰＷＭ制御することにより、インダクタＬ２に流れる電流を目標値に一致させるように構成されることが好ましい。また、制御回路２０は、前記目標値を信号変換回路２４から出力される電圧信号の信号レベル（調光レベル）に対応した値に調整することが好ましい。なお、このような制御回路２０は、例えば、市販されている調光機能付きのＬＥＤ照明用コントロールＩＣ、あるいはマイクロコントローラで構成されることが好ましい。

コントローラ３は、制御部３０と、記憶部３１と、第１電源回路３２と、第２電源回路３３と、制御信号出力端子３４と、１対の電源入力端子３５とを備えることが好ましい。

第１電源回路３２は、電源ユニット２から電源入力端子３５を介して供給される制御電圧Ｖｃｃを安定化するように構成されている。第２電源回路３３は、第１電源回路３２で安定化された制御電圧Ｖｃｃから、低電圧（例えば、５ボルト）の直流電圧を生成するように構成されている。第２電源回路３３で生成される直流電圧は、制御部３０に供給されている。

制御部３０は、例えば、マイクロコントローラで構成されることが好ましい。制御部３０は、第２電源回路３３から供給される直流電圧で動作するよう構成されている。制御部３０は、調光レベル（出力レベル）に対応するデューティー比のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、当該ＰＷＭ信号（制御信号）を制御信号出力端子３４を介して電源ユニット２に送信する。

記憶部３１は、フラッシュメモリなどの電気的に書換可能な不揮発性の半導体メモリで構成されることが好ましい。

本実施形態の照明装置は、電源ユニット２及びコントローラ３に各別にＡＣ／ＤＣ変換部が設けられる場合と比較して、電力変換に伴う損失が抑制できる。

本実施形態の照明装置の動作について説明する。

外部電源１００が投入されると、照明装置において、電源ユニット２の制御電源回路２５が動作を開始し、制御電圧Ｖｃｃを供給する。制御電圧Ｖｃｃが供給され始めると、昇圧チョッパ回路２２、制御回路２０及びコントローラ３が動作を開始する。コントローラ３の制御部３０は、ＰＷＭ信号（制御信号）を生成して、電源ユニット２に送信する。電源ユニット２の制御回路２０は、信号変換回路２４で変換された電圧信号の信号レベルから、指示されている出力レベル（調光レベル）を判断し、スイッチング素子Ｑ２を制御して光源ユニット１を調光点灯させる。

なお、本実施形態の照明装置は、図２に示すように、複数（図示例では２つ）の電源ユニット２と、１つのコントローラ３とを備えてもよい。コントローラ３は、複数の電源ユニット２の何れか１つの電源ユニット２から制御電圧Ｖｃｃが供給されるように構成されている。

また、本実施形態の照明装置及び電源ユニット２では、電源ユニット２に接続される光源ユニット１は１つとは限らない（図１参照）。複数の光源ユニット１は、電源ユニット２に対して、電気的に並列、又は直列に接続されていてもよい。

本実施形態の照明装置は、固体発光素子を有する１乃至複数の光源ユニット１と、外部電源１００から供給される電力を電力変換して光源ユニット１に給電する電源ユニット２と、光源ユニット１に供給される電力を調整するように電源ユニット２を制御するコントローラ３とを備える。電源ユニット２は、スイッチング電源回路（降圧チョッパ回路２３）と、スイッチング電源回路（降圧チョッパ回路２３）の動作を制御する制御回路２０と、制御回路２０の動作用の電力を生成する制御電源回路２５とを有する。コントローラ３は、制御部３０を備え、電源ユニット２の制御電源回路２５で生成される電力が供給されて動作するように構成される。制御部３０は、スイッチング電源回路（降圧チョッパ回路２３）の出力レベルを指示する制御信号を生成して電源ユニット２に送信する。電源ユニット２の制御回路２０は、スイッチング電源回路（降圧チョッパ回路２３）の動作を制御して、スイッチング電源回路（降圧チョッパ回路２３）の出力電力を、前記制御信号で指示される出力レベルに対応した値に一致させるように構成される。

本実施形態の照明装置は上述のように構成されるので、照明装置の電力損失が抑制される。

本実施形態の電源ユニット２は、本実施形態の照明装置に用いられ、コントローラ３に直流電力を供給する電源供給端子２６２と、コントローラ３から前記制御信号を受信する制御信号端子２６１とを備える。

本実施形態の電源ユニット２は上述のように構成されるので、端子を設けることで、電源ユニット２とコントローラ３の結線が容易になる。

１光源ユニット
１００外部電源
２電源ユニット
２０制御回路
２３降圧チョッパ回路（スイッチング電源回路）
２４信号変換回路
２５制御電源回路
２６１制御信号端子
２６２電源供給端子
３コントローラ
３０制御部

Claims

固体発光素子を有する１乃至複数の光源ユニットと、外部電源から供給される電力を電力変換して前記光源ユニットに給電する電源ユニットと、前記光源ユニットに供給される電力を調整するように前記電源ユニットを制御するコントローラとを備え、
前記電源ユニットは、スイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路の動作を制御する制御回路と、前記制御回路及び前記コントローラの動作用の電力を生成する制御電源回路とを有し、
前記コントローラは、制御部を備え、前記電源ユニットの制御電源回路で生成される電力が供給されて動作するように構成され、
前記制御部は、前記スイッチング電源回路の出力レベルを指示する制御信号を生成して前記電源ユニットに送信し、
前記電源ユニットの制御回路は、前記スイッチング電源回路の動作を制御して、前記スイッチング電源回路の出力電力を、前記制御信号で指示される出力レベルに対応した値に一致させるように構成される
ことを特徴とする照明装置。
請求項１記載の照明装置に用いられ、前記コントローラに直流電力を供給する電源供給端子と、前記コントローラから前記制御信号を受信する制御信号端子とを備える
ことを特徴とする電源ユニット。