1.実施形態
図1は、本発明に係る一実施形態の点灯装置10を示す。点灯装置10は、光源70を、電源60から供給される電力で点灯させるように構成される。
光源70は、例えば、直流電力(直流電圧)で動作する直流光源である。光源70は、例えば、1以上の発光素子71を備える。例えば、光源70は、複数の発光素子71の直列回路である。発光素子71は、例えば、固体発光素子(例えば、発光ダイオード(LED)、有機エレクトロルミネッセンス素子、レーザダイオード)である。
電源60は、例えば、交流電力(交流電圧)を供給する交流電源である。電源60は、例えば、商用交流電源である。
点灯装置10は、整流回路20と、昇圧チョッパ回路(ブーストコンバータ)30と、降圧チョッパ回路(バックコンバータ)40と、制御回路50と、を備える。
整流回路20は、交流電圧を整流して、直流電圧を出力するように構成される。整流回路20は、例えば、一対の入力端子と、一対の高電圧側及び低電圧側端子と、を有する。一対の入力端子は、電源60に電気的に接続され、電源60からの入力電圧を受け取る。整流回路20は、電源60からの入力電圧を整流し、一対の高電圧側及び低電圧側端子間に直流電圧(正弦波交流電圧の場合は脈流電圧)を発生させる。整流回路20は、例えば、全波整流を行うダイオードブリッジである。整流回路20の低電圧側端子は、例えば、グラウンドに電気的に接続される。なお、電源60が直流電源である場合、整流回路20は必須ではない。
昇圧チョッパ回路30は、電源60からの入力電圧を元に直流出力電圧V30を生成するように構成される。例えば、昇圧チョッパ回路30は、整流回路20の一対の高電圧側及び低電圧側端子間の電圧(整流された入力電圧)を元に直流電圧を生成する。昇圧チョッパ回路30は、力率改善回路として使用される。例えば、昇圧チョッパ回路30は、インダクタL30と、ダイオードD30と、スイッチング素子Q30と、コンデンサ(平滑コンデンサ)C30と、を備える。インダクタL30は、第1端が整流回路20の高電圧側端子に電気的に接続され、第2端がダイオードD30のアノードに電気的に接続されている。また、インダクタL30は、第2端が、スイッチング素子Q30を介して、整流回路20の低電圧側端子に電気的に接続されている。スイッチング素子Q30は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)等の半導体スイッチング素子である。コンデンサC30は、ダイオードD30のカソードとグラウンドとの間に電気的に接続されている。コンデンサC30は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサC30の両端子間電圧が、昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30となる。昇圧チョッパ回路30は、スイッチング素子Q30のスイッチング動作によって、入力された電圧(整流回路20の一対の高電圧側及び低電圧側端子間の電圧)より高い直流電圧(直流出力電圧)V30をコンデンサC30の両端間に生じさせる。なお、昇圧チョッパ回路30の構成は周知であるから詳細な説明は省略する。
降圧チョッパ回路40は、昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30を元に光源70に直流電力を供給するように構成される。例えば、降圧チョッパ回路40は、スイッチング素子Q40と、インダクタL40と、ダイオードD40と、コンデンサ(平滑コンデンサ)C40と、を備える。スイッチング素子Q40は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)等の半導体スイッチング素子である。ダイオードD40は、カソードがスイッチング素子Q40を介してダイオードD30のカソードとコンデンサC30との接続点に電気的に接続され、アノードが整流回路20の低電圧側端子に電気的に接続されている。インダクタL40は、第1端がスイッチング素子Q40とダイオードD40との接続点に電気的に接続され、第2端がコンデンサC40を介して整流回路20の低電圧側端子に電気的に接続されている。コンデンサC40は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサC40の両端子間電圧が降圧チョッパ回路40の出力電圧V40となり、これが光源70に印加される。降圧チョッパ回路40は、スイッチング素子Q40のスイッチング動作によって、入力された電圧(昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30)より低い直流電圧(出力電圧)V40をコンデンサC40の両端間に生じさせる。なお、降圧チョッパ回路40の構成は周知であるから詳細な説明は省略する。
制御回路50は、昇圧チョッパ回路30及び降圧チョッパ回路40を制御するように構成される。制御回路50について詳細に説明する。制御回路50は、例えば、昇圧チョッパ制御回路51と、降圧チョッパ制御回路52と、過渡応答調整回路53と、モード選択回路54と、始動判定回路55と、を備える。また、制御回路50は、入力電圧検出回路56と、直流出力電圧検出回路57と、出力電圧検出回路58と、出力電流検出回路59と、を備える。
入力電圧検出回路56は、電源60からの入力電圧を検出するための回路である。入力電圧検出回路56は、例えば、抵抗R561,R562の直列回路で構成される分圧回路であり、整流回路20の一対の高電圧側及び低電圧側端子間に電気的に接続されている。
直流出力電圧検出回路57は、昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30を検出するための回路である。直流出力電圧検出回路57は、例えば、抵抗R571,R572の直列回路で構成される分圧回路であり、昇圧チョッパ回路30のコンデンサC30の両端子間に電気的に接続されている。直流出力電圧検出回路57は、抵抗R572の両端子間に、出力電圧V40に対応する電圧(検出電圧)を発生させる。
出力電圧検出回路58は、降圧チョッパ回路40の出力電圧V40を検出するための回路である。出力電圧検出回路58は、例えば、抵抗R581,R582の直列回路で構成される分圧回路であり、降圧チョッパ回路40のコンデンサC40の両端子間に電気的に接続されている。
出力電流検出回路59は、光源70に流れる電流I70を検出するための回路である。出力電流検出回路59は、例えば、抵抗であり、光源70とコンデンサC40の低電位側の端子との間に電気的に接続されている。
昇圧チョッパ制御回路51は、昇圧チョッパ回路30を制御するための回路である。昇圧チョッパ制御回路51は、例えば、昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30が目標電圧値となるようにスイッチング素子Q30を制御するように構成される。昇圧チョッパ制御回路51は、例えば、駆動回路511と、エラーアンプ512と、電圧源513と、過渡応答設定用端子514と、を備える。
エラーアンプ512は、第1入力端子512aと、第2入力端子512bと、出力端子512cと、を有する。第1入力端子512aは、例えば、反転入力端子であり、直流出力電圧検出回路57の抵抗R571と抵抗R572との接続点に電気的に接続されて、直流出力電圧検出回路57より検出電圧を受け取る。第2入力端子512bは、例えば、非反転入力端子であり、電圧源513に電気的に接続されている。電圧源513は、直流出力電圧V30の目標電圧値に対応する基準電圧を出力する。したがって、第2入力端子512bは、基準電圧を受け取る。出力端子512cは、駆動回路511及び過渡応答設定用端子514に電気的に接続されている。エラーアンプ512は、第1入力端子512aで受け取った検出電圧と第2入力端子512bで受け取った基準電圧との差に応じた出力信号を、出力端子512cから出力するように構成される。
駆動回路511は、エラーアンプ512からの出力信号に応じて昇圧チョッパ回路30のスイッチング素子Q30を制御するように構成される。例えば、駆動回路511は、出力信号(つまり、検出電圧と基準電圧との差)に応じたデューティ比でスイッチング素子Q30を制御して、直流出力電圧V30を目標電圧値に一致させる。このように、駆動回路511は、エラーアンプ512を利用したフィードバック制御により昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30を目標電圧値に設定する。駆動回路511は、例えば、マイクロコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより上記の動作を実行する。
降圧チョッパ制御回路52は、降圧チョッパ回路40を制御するための回路である。降圧チョッパ制御回路52は、例えば、昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30が目標電圧値となった後に、降圧チョッパ回路40の制御を開始する。降圧チョッパ制御回路52は、出力電流検出回路59に接続され、出力電流検出回路59から光源70に流れる電流I70の現在値(現在値に対応する電圧)を取得する。降圧チョッパ制御回路52は、光源70に流れる電流が目標電流値となるように、降圧チョッパ回路40のスイッチング素子Q40を制御する。目標電流値は、制御回路50に与えられる外部信号により決定される。外部信号は、例えば、光源70の調光レベルを示す調光信号である。降圧チョッパ制御回路52は、調光レベルに応じて目標電流値を決定する。また、降圧チョッパ制御回路52は、光源70の始動時においては、降圧チョッパ回路40を制御して光源70に流れる電流を徐々に増加させるように構成される。光源70の始動時は、例えば、光源70が消灯している状態から、光源70が与えられた調光レベルで点灯している状態になるまでの期間である。例えば、降圧チョッパ制御回路52は、始動判定回路55による後述の動作モードの切り替えが確実に行われるように、光源70に流れる電流を徐々に増加させることが好ましい。あるいは、降圧チョッパ制御回路52は、オーバーシュートが生じないように、光源70に流れる電流を徐々に増加させることが好ましい。あるいは、降圧チョッパ制御回路52は、光源70が徐々に明るくなっていくのを人が知覚できるように、光源70に流れる電流を徐々に増加させることが好ましい。降圧チョッパ制御回路52は、例えば、マイクロコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより上記の動作を実行する。
過渡応答調整回路53は、昇圧チョッパ回路30のフィードバック制御の過渡応答を調整するための回路である。過渡応答調整回路53は、過渡応答設定用端子514を介してエラーアンプ512の出力端子512cに電気的に接続されている。過渡応答調整回路53は、例えば、抵抗R531,R532,R533,R534と、コンデンサC531,C532,C533と、スイッチング素子Q531を備える。抵抗R531は、昇圧チョッパ制御回路51の過渡応答設定用端子514とグラウンドとの間に電気的に接続されている。コンデンサC531は、抵抗R531に並列に接続され、また、抵抗R532とコンデンサC532との直列回路も抵抗R531に並列に接続されている。さらに、コンデンサC532には、コンデンサC533とスイッチング素子Q531との直列回路が、並列に接続されている。スイッチング素子Q531は、例えば、NPNバイポーラトランジスタであり、コレクタがコンデンサC533を介してコンデンサC532に、エミッタがグラウンドに電気的に接続されている。抵抗R533は、スイッチング素子Q531のベース−エミッタ間に電気的に接続されている。抵抗R534は、第1端がスイッチング素子Q531のベースに電気的に接続されている。過渡応答調整回路53では、スイッチング素子Q531がオフであるときコンデンサC533は機能しないが、スイッチング素子Q531がオンであるときはコンデンサC533が機能する。そのため、スイッチング素子Q531がオンになると、過渡応答調整回路53の時定数は大きくなる。このように、過渡応答調整回路53は、時定数が、第1時定数(スイッチング素子Q531がオンのときの時定数)と第1時定数より小さい第2時定数(スイッチング素子Q531がオフのときの時定数)との間で切り替え可能に構成される。過渡応答調整回路53は、過渡応答設定用端子514を介してエラーアンプ512の出力端子512cに電気的に接続されている。そのため、スイッチング素子Q531がオンになると、スイッチング素子Q531がオフのときよりもフィードバック制御の過渡応答が遅くなる。
本実施形態において、過渡応答は、例えば、応答性を意味する。つまり、過渡応答は、例えば、フィードバック制御の周期で定義される。具体的には、昇圧チョッパ制御回路51が、昇圧チョッパ回路30のスイッチング素子Q30のデューティ比を更新する周期である。この周期は、エラーアンプ512の出力信号の更新の周期に等しい。
モード選択回路54は、制御回路50の動作モードを切り替えるための回路である。動作モードは、例えば、エラーアンプ512を用いたフィードバック制御により昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30を目標電圧値Vdcに設定する第1及び第2動作モードである。第2動作モードは、第1動作モードよりもフィードバック制御の過渡応答が速い。そのため、第2動作モードでは、第1動作モードよりも、直流出力電圧V30が目標電圧値Vdcに維持され易く、直流出力電圧V30の意図しない低下が抑制される。例えば、第1動作モードの過渡応答は、不要な成分を低減できるように設定される。不要な成分は、例えば、電源60に由来する周波数(例えば、50又は60Hz)のリプル成分である。例えば、第1動作モードの過渡応答は、カットオフ周波数が20Hzとなるように設定される。この場合、エラーアンプ512がリプル成分の影響を受け難くなる。例えば、第2動作モードの過渡応答は、光源70のちらつきと直流出力電圧V30の低下との少なくとも一方が低減されるように設定される。モード選択回路54は、例えば、マイクロコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより後述する動作を実行する。
モード選択回路54は、入力電圧検出回路56の抵抗R561と抵抗R562との接続点に電気的に接続されており、入力電圧検出回路56から入力電圧(入力電圧に対応する電圧)を受け取る。また、モード選択回路54は、逆流阻止用のダイオードD501を介して、過渡応答調整回路53の抵抗R534の第2端に電気的に接続されている。モード選択回路54は、入力電圧に基づいて、モード選択条件が成立するかどうかを判定するように構成される。モード選択条件は、例えば、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高いかどうかを判断するための条件である。モード選択条件は、例えば、α×V1≦V2である。ここで、V1は電源60の入力電圧のピーク値であり、V2は光源70の点灯開始電圧である。点灯開始電圧は、例えば、光源70が点灯可能な最低電圧である。αは、1より大きい。好ましくは、αは、1.1以上、5以下である。αの値は、始動時に直流出力電圧V30の低下に起因する望ましくない影響(例えば、光源70のちらつき)が起きないように設定されることが好ましい。モード選択条件が成立する場合、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くはないと判断される。
モード選択回路54は、モード選択条件が成立しない場合、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531にハイレベルの電圧を与えてオンにし、フィードバック制御の過渡応答を遅くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第1動作モードに設定される。一方、モード選択回路54は、モード選択条件が成立する場合、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531にロウレベルの電圧を与えてオフにし、フィードバック制御の過渡応答を速くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第2動作モードに設定される。モード選択回路54は、過渡応答調整回路53の時定数を第1時定数に切り替えることで第1動作モードを実行し、過渡応答調整回路53の時定数を第2時定数に切り替えることで第2動作モードを実行する。
始動判定回路55は、光源70が点灯しているか否かを判定するための回路である。始動判定回路55は、例えば、比較器551と、電圧源552と、を備える。比較器551は、例えば、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子と、を有する。非反転入力端子は、出力電圧検出回路58の抵抗R581と抵抗R582との接続点に電気的に接続されており、出力電圧検出回路58から出力電圧V40(出力電圧に対応する電圧)を受け取る。反転入力端子は、電圧源552に電気的に接続されている。電圧源552は、閾電圧値に対応する電圧を出力する。閾電圧値は、例えば、光源70の点灯開始電圧V2に等しい。なお、閾電圧値は、点灯開始電圧V2以下であってもよい。出力端子は、逆流阻止用のダイオードD502を介して、過渡応答調整回路53の抵抗R534の第2端に電気的に接続されている。出力電圧V40が閾電圧値を超える場合、出力端子の電圧はハイレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531がオンになる。そのため、制御回路50の動作モードは第1動作モードに設定される。一方、出力電圧V40が閾電圧値未満の場合、出力端子の電圧はロウレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531がオフになる。そのため、制御回路50の動作モードは第2動作モードに設定される。ただし、モード選択回路54が既にスイッチング素子Q531にハイレベルの電圧を与えている場合(第1動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がロウレベルであっても、スイッチング素子Q531はオンのままである。そのため、制御回路50の動作モードが第2動作モードに設定されることはない。一方、モード選択回路54がスイッチング素子Q531にロウレベルの電圧を与えている場合(第2動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がハイレベルになると、スイッチング素子Q531はオンになる。そのため、制御回路50の動作モードが第1動作モードに設定される。
以上述べたように、制御回路50は、昇圧チョッパ回路30のフィードバック制御用のエラーアンプ512を備える。制御回路50は、フィードバック制御により昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30を目標電圧値Vdcに設定する第1及び第2動作モードを有している。ここで、第2動作モードは、第1動作モードよりもフィードバック制御の過渡応答が速い。そして、制御回路50は、モード選択条件が成立しない場合、第1動作モードを実行し、モード選択条件が成立する場合、第2動作モードを実行する。つまり、本実施形態の点灯装置10では、入力電圧のピーク値V1が相対的に低い場合には、過渡応答を相対的に速くし、入力電圧のピーク値V1が相対的に高い場合には、過渡応答を相対的に遅くしている。
また、制御回路50は、第2動作モードの実行中に降圧チョッパ回路40により光源70に印加される出力電圧V40が閾電圧値を超えると、第2動作モードを終了して第1動作モードを実行する。つまり、制御回路50は、過渡応答が相対的に速い状態で平滑コンデンサC40をある程度充電した後は、過渡応答を相対的に遅くする。
以下、点灯装置10の動作(特に、光源70の始動時の動作)について説明する。なお、初期状態では、降圧チョッパ回路40の出力電圧V40は当然に閾電圧値(点灯開始電圧V2)未満であるから、始動判定回路55の比較器551の出力端子の電圧はロウレベルである。以下の説明におけるピーク値V1及び点灯開始電圧V2の値は一例に過ぎない。
初期状態において、電源60から点灯装置10に電力が供給されると、制御回路50では、モード選択回路54が入力電圧検出回路56から入力電圧のピーク値V1を取得する。モード選択回路54は、ピーク値V1に基づき、モード選択条件が成立するかどうかを判断する。
ここで、モード選択条件が成立しない場合の点灯装置10の動作について図2を参照して説明する。例えば、モード選択条件が、1.1×V1≦V2であり、電源60の入力電圧のピーク値V1が280V、光源70の点灯開始電圧V2が180Vである場合、モード選択条件は成立しない。そのため、モード選択回路54は、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531にハイレベルの電圧を与える。これによって、スイッチング素子Q531がオンになり、制御回路50は、第1動作モードを実行する。これによって、昇圧チョッパ制御回路51が昇圧チョッパ回路30の制御を開始し(時刻t10)、直流出力電圧V30を目標電圧値Vdcまで増加させる。この後に、降圧チョッパ制御回路52が降圧チョッパ回路40の制御を開始し(時刻t11)、光源70に流れる電流が目標電流値となるように出力電圧V40を徐々に増加させる。このとき、平滑コンデンサC40の充電に電力が使用される。しかし、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高いから、直流出力電圧V30の低下は少ない。そのため、過渡応答が相対的に遅くても出力電圧V40に影響が出ない。その後、降圧チョッパ回路40の出力電圧V40が閾電圧値(点灯開始電圧V2)を超えると(時刻t12)、光源70に電流I70が流れ始める。時刻t12以後、始動判定回路55の比較器551の出力端子の電圧はハイレベルになるが、既にモード選択回路54が、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531にハイレベルの電圧を与えているから、第1動作モードが継続される。なお、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高い場合、光源70に流れる電流I70に歪み(高周波成分)が生じ易い。しかし、第1動作モードでは、過渡応答が相対的に遅いため、結果として電流I70の歪みが抑制される。このようにして、点灯装置10は、光源70を与えられた調光レベルで点灯させる。
次に、モード選択条件が成立する場合の点灯装置10の動作について図3を参照して説明する。例えば、モード選択条件が、1.1×V1≦V2であり、電源60の入力電圧のピーク値V1が140V、光源70の点灯開始電圧V2が180Vである場合、モード選択条件が成立する。そのため、モード選択回路54は、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531にロウレベルの電圧を与える。これによって、スイッチング素子Q531がオフになり、制御回路50は、第2動作モードを実行する。これによって、昇圧チョッパ制御回路51が昇圧チョッパ回路30の制御を開始し(時刻t20)、直流出力電圧V30を目標電圧値Vdcまで増加させる。この後に、降圧チョッパ制御回路52が降圧チョッパ回路40の制御を開始し(時刻t21)、光源70に流れる電流が目標電流値となるように出力電圧V40を徐々に増加させる。このとき、平滑コンデンサC40の充電に電力が使用される。そのため、直流出力電圧V30が低下しようとするが、第2動作モードでは過渡応答が相対的に速いため、直流出力電圧V30はほとんど変化しない。その後、降圧チョッパ回路40の出力電圧V40が閾電圧値(点灯開始電圧V2)を超えると(時刻t22)、光源70に電流I70が流れ始める。時刻t22以後、始動判定回路55の比較器551の出力端子の電圧がハイレベルになり、これによって、スイッチング素子Q531がオンになる。つまり、制御回路50は、第2動作モードを終了して第1動作モードを実行する。以後、第1動作モードが継続される。このようにして、点灯装置10は、光源70を与えられた調光レベルで点灯させる。
次に、比較例の動作について図4を参照して説明する。比較例は、本実施形態の点灯装置10と、制御回路50が常に第1動作モードを実行するという点で相違する。例えば、電源60の入力電圧のピーク値V1が140V、光源70の点灯開始電圧V2が180Vである場合、比較例では、制御回路50は、第2動作モードではなく第1動作モードを実行する。これによって、昇圧チョッパ制御回路51が昇圧チョッパ回路30の制御を開始し(時刻t30)、直流出力電圧V30を目標電圧値Vdcまで増加させる。この後に、降圧チョッパ制御回路52が降圧チョッパ回路40の制御を開始し(時刻t31)、光源70に流れる電流が目標電流値となるように出力電圧V40を徐々に増加させる。このとき、平滑コンデンサC40の充電に電力が使用される。しかし、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くないため、直流出力電圧V30が低下する。さらに、比較例では、過渡応答が相対的に遅いため、直流出力電圧V30が低下し続けてしまう。その後、降圧チョッパ回路40の出力電圧V40が閾電圧値(点灯開始電圧V2)を超えると(時刻t32)、光源70に電流I70が流れ始める。これによって、さらに直流出力電圧V30が低下してしまう。その結果、出力電圧V40が低下して点灯開始電圧V2を下回り、光源70に電流I70が流れなくなる。その後、昇圧チョッパ制御回路51が直流出力電圧V30を再び目標電圧値Vdcまで増加させる。このときには、平滑コンデンサC40は一旦充電されているため、直流出力電圧V30の低下は少ない。これによって、出力電圧V40が点灯開始電圧V2を越えるため、再度、光源70に電流I70が流れる。このように、比較例では、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くない場合でも過渡応答が相対的に遅いため、平滑コンデンサC40に起因する直流出力電圧V30の低下を抑制できない場合がある。この場合、光源70のちらつきが生じる可能性がある。
上述したように、本実施形態の点灯装置10は、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高い場合(入力電圧が相対的に高い場合)には過渡応答を相対的に遅くする。また、本実施形態の点灯装置10は、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くない場合(入力電圧が相対的に低い場合)には過渡応答を相対的に速くする。入力電圧が相対的に高い場合、電源60から十分な電力が供給されている。そのため、過渡応答が相対的に遅くても平滑コンデンサC40に起因する直流出力電圧V30の低下が少ない。また、入力電圧が相対的に高い場合には電流I70に歪み(高周波成分)が生じ易い。しかし、過渡応答が相対的に遅いため、結果として電流I70の歪みが抑制される。入力電圧が相対的に低い場合、平滑コンデンサC40に起因する直流出力電圧V30の低下が大きくなりやすい。しかし、過渡応答を相対的に速くしているから、直流出力電圧V30の低下が抑制される。ここで、過渡応答が相対的に速い場合には過渡応答が相対的に遅い場合い比べて電流I70の歪みを低減し難い。しかし、入力電圧が相対的に低い場合には入力電圧が相対的に高い場合に比べて電流I70の歪みが少なくなり易い。そのため、過渡応答が相対的に速くても、電流I70の歪みが抑制される。
このように、本実施形態の点灯装置10によれば、光源70に流れる電流I70の歪みを抑制しながらも降圧チョッパ回路40の平滑コンデンサC40に起因する昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30の低下を抑制できる。また、本実施形態の点灯装置10では、過渡応答が相対的に速い状態で平滑コンデンサC40をある程度充電した後は、過渡応答を相対的に遅くする。そのため、入力電圧が相対的に低い場合に、電流I70の歪みがさらに抑制される。
以上述べた点灯装置10は、例えば、図5に示される照明器具に用いられる。図5の照明器具は、点灯装置10と、点灯装置10からの直流電力により点灯する光源70と、を備える。図5の照明器具は、例えば、投光器である。点灯装置10は、投光器以外の照明器具(例えば、ベースライト、スポットライト、ダウンライト、ホリゾントライト)にも使用され得る。このような照明器具によれば、光源70に流れる電流I70の歪みを抑制しながらも降圧チョッパ回路40の平滑コンデンサC40に起因する昇圧チョッパ回路30の直流出力電圧V30の低下を抑制できる。
2.変形例
本発明の実施形態は、上記の実施形態に限定されない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
図6は、上記実施形態の第1変形例の点灯装置10Aを示す。点灯装置10Aは、点灯装置10とは異なり、制御回路50は、第2動作モードの実行中に降圧チョッパ回路40から光源70に供給される電流I70が閾電流値を超えると、第2動作モードを終了して第1動作モードを実行するように構成される。点灯装置10Aの説明および図6においては、点灯装置10Aの構成のうち点灯装置10と同じ構成には、点灯装置10の構成と同じ符号を付している。
より詳細には、点灯装置10Aは、出力電圧検出回路58を備えていない。点灯装置10Aでは、始動判定回路55は、点灯装置10と同様に、例えば、比較器551と、電圧源552と、を備える。比較器551は、例えば、非反転入力端子と、反転入力端子と、出力端子と、を有する。非反転入力端子は、出力電流検出回路59に接続され、出力電流検出回路59から光源70に流れる電流I70の現在値(現在値に対応する電圧)を受け取る。反転入力端子は、電圧源552に電気的に接続されている。電圧源552は、閾電圧値を出力する。第1変形例では、閾電圧値は、例えば、予め設定された閾電流値に対応する電圧値である。閾電流値は、例えば、電流I70の最小値(つまり、点灯開始電圧V2に対応する電流値)に等しい。なお、閾電流値は、電流I70の最小値以下であってもよい。出力端子は、逆流阻止用のダイオードD502を介して、過渡応答調整回路53の抵抗R534の第2端に電気的に接続されている。
点灯装置10Aの始動判定回路55では、電流I70の現在値が閾電流値を超える場合、出力端子の電圧はハイレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531がオンになる。そのため、制御回路50の動作モードは第1動作モードに設定される。一方、電流I70の現在値が閾電流値未満の場合、出力端子の電圧はロウレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531がオフになる。そのため、制御回路50の動作モードは第2動作モードに設定される。ただし、モード選択回路54が既にスイッチング素子Q531にハイレベルの電圧を与えている場合(第1動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がロウレベルであっても、スイッチング素子Q531はオンのままである。そのため、制御回路50の動作モードが第2動作モードに設定されることはない。一方、モード選択回路54がスイッチング素子Q531にロウレベルの電圧を与えている場合(第2動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がハイレベルになると、スイッチング素子Q531はオンになる。そのため、制御回路50の動作モードが第1動作モードに設定される。
このように、制御回路50は、第2動作モードの実行中に降圧チョッパ回路40から光源70に供給される電流I70が閾電流値を超えると、第2動作モードを終了して第1動作モードを実行する。つまり、制御回路50は、過渡応答が相対的に速い状態で平滑コンデンサC40をある程度充電した後は、過渡応答を相対的に遅くする。入力電圧が相対的に低い場合に、電流I70の歪みがさらに抑制される。
図7は、上記実施形態の第2変形例の点灯装置10Bを示す。点灯装置10Bは、点灯装置10とは異なり、制御回路50は、エラーアンプ512の第1入力端子512aに電気的に接続される過渡応答調整回路53Aを有する。つまり、点灯装置10Bは、過渡応答調整回路53を備えておらず、代わりに、過渡応答調整回路53Aを備える。点灯装置10Bの説明および図7においては、点灯装置10Bの構成のうち点灯装置10と同じ構成には、点灯装置10の構成と同じ符号を付している。なお、点灯装置10Bでは、昇圧チョッパ制御回路51は、過渡応答設定用端子514を備えていないが、過渡応答設定用端子514を備えていてもよい。
過渡応答調整回路53Aは、コンデンサC534と、スイッチング素子Q532と、抵抗R535,536を備える。コンデンサC534は、第1端がエラーアンプ512の第1入力端子512aに電気的に接続され、第2端がスイッチング素子Q532を介してグラウンドに接続されている。スイッチング素子Q532は、例えば、NPNバイポーラトランジスタであり、コレクタがコンデンサC534に、エミッタがグラウンドに電気的に接続されている。抵抗R535は、スイッチング素子Q532のベース−エミッタ間に電気的に接続されている。抵抗R536は、第1端がスイッチング素子Q532のベースに電気的に接続されている。過渡応答調整回路53Aでは、スイッチング素子Q532がオフであるときコンデンサC534は機能しないが、スイッチング素子Q532がオンであるときはコンデンサC534が機能する。そのため、スイッチング素子Q532がオンになると、過渡応答調整回路53Aの時定数は大きくなる。このように、過渡応答調整回路53Aは、時定数が、第1時定数(スイッチング素子Q532がオンのときの時定数)と第1時定数より小さい第2時定数(スイッチング素子Q532がオフのときの時定数)との間で切り替え可能に構成される。過渡応答調整回路53Aは、エラーアンプ512の第1入力端子512aに電気的に接続されている。そのため、スイッチング素子Q532がオンになると、スイッチング素子Q532がオフのときよりもフィードバック制御の過渡応答が遅くなる。
点灯装置10Bでは、モード選択回路54は、逆流阻止用のダイオードD503を介して過渡応答調整回路53Aの抵抗R536の第2端に電気的に接続されている。モード選択回路54は、モード選択条件が成立しない場合、過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532にハイレベルの電圧を与えてオンにし、フィードバック制御の過渡応答を遅くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第1動作モードに設定される。一方、モード選択回路54は、モード選択条件が成立する場合、過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532にロウレベルの電圧を与えてオフにし、フィードバック制御の過渡応答を速くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第2動作モードに設定される。
点灯装置10Bでは、始動判定回路55の比較器551の出力端子が、逆流阻止用のダイオードD504を介して過渡応答調整回路53Aの抵抗R536の第2端に電気的に接続されている。出力電圧V40が閾電圧値を超える場合、出力端子の電圧はハイレベルになるから、過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532がオンになる。そのため、制御回路50の動作モードは第1動作モードに設定される。一方、出力電圧V40が閾電圧値未満の場合、出力端子の電圧はロウレベルになるから、過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532がオフになる。そのため、制御回路50の動作モードは第2動作モードに設定される。ただし、モード選択回路54が既にスイッチング素子Q532にハイレベルの電圧を与えている場合(第1動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がロウレベルであっても、スイッチング素子Q532はオンのままである。そのため、制御回路50の動作モードが第2動作モードに設定されることはない。一方、モード選択回路54がスイッチング素子Q532にロウレベルの電圧を与えている場合(第2動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がハイレベルになると、スイッチング素子Q532はオンになる。そのため、制御回路50の動作モードが第1動作モードに設定される。
点灯装置10Bは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高い場合(入力電圧が相対的に高い場合)には過渡応答を相対的に遅くする。また、点灯装置10Bは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くない場合(入力電圧が相対的に低い場合)には過渡応答を相対的に速くする。したがって、点灯装置10Bは、点灯装置10と同様の効果を奏する。
図8は、上記実施形態の第3変形例の点灯装置10Cを示す。点灯装置10Cは、点灯装置10とは異なり、過渡応答調整回路53に加えて、過渡応答調整回路53Aを備える。点灯装置10Cの説明および図7においては、点灯装置10Cの構成のうち点灯装置10又は点灯装置10Bと同じ構成には、点灯装置10又は点灯装置10Bの構成と同じ符号を付している。
点灯装置10Cでは、モード選択回路54は、ダイオードD501を介してスイッチング素子Q531のベースに電気的に接続され、さらに、ダイオードD503を介してスイッチング素子Q532のベースに電気的に接続されている。モード選択回路54は、モード選択条件が成立しない場合、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531及び過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532にハイレベルの電圧を与えてオンにし、フィードバック制御の過渡応答を遅くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第1動作モードに設定される。一方、モード選択回路54は、モード選択条件が成立する場合、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531及び過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532にロウレベルの電圧を与えてオフにし、フィードバック制御の過渡応答を速くする。これによって、制御回路50の動作モードが、第2動作モードに設定される。
点灯装置10Cでは、始動判定回路55の比較器551の出力端子が、ダイオードD502を介してスイッチング素子Q531のベースに電気的に接続され、さらに、ダイオードD504を介してスイッチング素子Q532のベースに電気的に接続されている。出力電圧V40が閾電圧値を超える場合、出力端子の電圧はハイレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531及び過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532がオンになる。そのため、制御回路50の動作モードは第2動作モードに設定される。一方、出力電圧V40が閾電圧値未満の場合、出力端子の電圧はロウレベルになるから、過渡応答調整回路53のスイッチング素子Q531及び過渡応答調整回路53Aのスイッチング素子Q532がオフになる。そのため、制御回路50の動作モードは第1動作モードに設定される。ただし、モード選択回路54が既にスイッチング素子Q531,Q532にハイレベルの電圧を与えている場合(第1動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がロウレベルであっても、スイッチング素子Q531,Q532はオンのままである。そのため、制御回路50の動作モードが第2動作モードに設定されることはない。一方、モード選択回路54がスイッチング素子Q531,Q532にロウレベルの電圧を与えている場合(第2動作モードの実行中)、比較器551の出力端子の電圧がハイレベルになると、スイッチング素子Q531,Q532はオンになる。そのため、制御回路50の動作モードが第1動作モードに設定される。
点灯装置10Cは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高い場合(入力電圧が相対的に高い場合)には過渡応答を相対的に遅くする。また、点灯装置10Cは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くない場合(入力電圧が相対的に低い場合)には過渡応答を相対的に速くする。したがって、点灯装置10Cは、点灯装置10と同様の効果を奏する。なお、点灯装置10Cでは、制御回路50は、過渡応答調整回路53,53Aを一括して制御しているが、過渡応答調整回路53,53Aを個別に制御してもよい。この場合、制御回路50は、過渡応答が異なる4つの動作モードのいずれかで動作できる。
図9は、上記実施形態の第4変形例の点灯装置10Dを示す。点灯装置10Dは、点灯装置10とは異なり、入力電圧検出回路56を備えておらず、代わりに、入力器80を備える。点灯装置10Dの説明および図9においては、点灯装置10Dの構成のうち点灯装置10と同じ構成には、点灯装置10の構成と同じ符号を付している。
入力器80は、例えば、使用者から、モード選択条件が成立するかどうかについての情報を受け取り、受け取った情報をモード選択回路54に与えるように構成される。入力器80は、例えば、使用者の操作に応じて第1状態と第2状態とが切り換えられる。第1状態では、入力器80は、モード選択条件が成立しない場合に対応する第1信号をモード選択回路54に与える。第2状態では、入力器80は、モード選択条件が成立する場合に対応する第2信号をモード選択回路54に与える。入力器80は、例えば、ディップスイッチや、切り替えスイッチを備える。
モード選択回路54は、第1信号を受け取ると第1動作モードを実行し、第2信号を受け取ると第2動作モードを実行する、ように構成される。つまり、モード選択回路54は、モード選択条件が成立するかどうかの判断を行わない。
点灯装置10Dは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高い場合(入力電圧が相対的に高い場合)には過渡応答を相対的に遅くする。また、点灯装置10Dは、点灯装置10と同様に、電源60の入力電圧が光源70に必要な電圧に対して十分に高くない場合(入力電圧が相対的に低い場合)には過渡応答を相対的に速くする。したがって、点灯装置10Dは、点灯装置10と同様の効果を奏する。
例えば、上記実施形態の点灯装置10では、制御回路50は、第2動作モードの実行中に降圧チョッパ回路40により光源70に印加される出力電圧V40が閾電圧値を超えると、第2動作モードを終了して第1動作モードを実行している。しかし、他の変形例では、制御回路50は、第2動作モードの実行中に出力電圧V40が閾電圧値を超えたかどうかにかかわらず、第2動作モードを継続してもよい。
例えば、別の変形例では、制御回路50は、フィードバック制御の過渡応答が異なる3以上の動作モードを有していてもよい。そして、モード選択回路54は、3以上の動作モードから、入力電圧のピーク値が低いほど過渡応答が速い動作モードを選択するようにしてもよい。つまり、動作モードは、上述の第1動作モードと第2動作モードとの2つだけである必要はない。
3.態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、本発明に係る第1の態様の点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)は、昇圧チョッパ回路(30)と、降圧チョッパ回路(40)と、制御回路(50)と、を備える。前記昇圧チョッパ回路(30)は、電源(60)からの入力電圧を元に直流出力電圧(V30)を生成するように構成される。前記降圧チョッパ回路(40)は、平滑コンデンサ(C40)を有し前記昇圧チョッパ回路(30)の前記直流出力電圧(V30)を元に光源(70)に直流電力を供給するように構成される。前記制御回路(50)は、前記昇圧チョッパ回路(30)及び前記降圧チョッパ回路(40)を制御するように構成される。前記制御回路(50)は、前記昇圧チョッパ回路(30)のフィードバック制御用のエラーアンプ(512)を有する。前記制御回路(50)は、前記フィードバック制御により前記昇圧チョッパ回路(30)の前記直流出力電圧(V30)を目標電圧値(Vdc)に設定する第1及び第2動作モードを有する。前記第2動作モードは、前記第1動作モードよりも前記フィードバック制御の過渡応答が速い。前記制御回路(50)は、モード選択条件が成立しない場合、前記第1動作モードを実行し、前記モード選択条件が成立する場合、前記第2動作モードを実行する、ように構成される。前記モード選択条件は、α×V1≦V2である。V1は前記電源(60)の前記入力電圧のピーク値である。V2は前記光源(70)の点灯開始電圧である。αは1より大きい。
第1の態様によれば、光源(70)に流れる電流(I70)の歪みを抑制しながらも降圧チョッパ回路(40)の平滑コンデンサ(C40)に起因する昇圧チョッパ回路(30)の直流出力電圧(V30)の低下を抑制できる。
本発明に係る第2の態様の点灯装置(10;10B;10C;10D)は、上記第1の態様との組み合わせにより実現され得る。第2の態様では、前記制御回路(50)は、前記第2動作モードの実行中に出力電圧(V40)が閾電圧値を超えると、前記第2動作モードを終了して前記第1動作モードを実行するように構成される。前記出力電圧(V40)は、前記降圧チョッパ回路(40)により前記光源(70)に印加される電圧である。
第2の態様によれば、降圧チョッパ回路(40)の動作後は電流(I70)の歪みをより抑制できる。
本発明に係る第3の態様の点灯装置(10;10B;10C;10D)は、上記第2の態様との組み合わせにより実現され得る。第3の態様では、前記閾電圧値は、前記点灯開始電圧(V2)以下である。
第3の態様によれば、光源(70)の点灯後は電流(I70)の歪みを抑制できる。
本発明に係る第4の態様の点灯装置(10A)は、上記第1の態様との組み合わせにより実現され得る。第4の態様では、前記制御回路(50)は、前記第2動作モードの実行中に前記光源(70)に流れる電流(I70)が閾電流値を超えると、前記第2動作モードを終了して前記第1動作モードを実行するように構成される。
第4の態様によれば、降圧チョッパ回路(40)の動作後は電流の歪み(I70)をより抑制できる。
本発明に係る第5の態様の点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)は、上記第1〜第4の態様のうちいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第5の態様では、αは、1.1以上、5以下である。
第5の態様によれば、直流出力電圧(V30)の意図しない低下をより抑制できる。
本発明に係る第6の態様の点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)は、上記第1〜第5の態様のうちいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第6の態様では、前記制御回路(50)は、前記光源(70)の始動時においては、前記降圧チョッパ回路(40)を制御して前記光源(70)に流れる電流(I70)を徐々に増加させるように構成される。
第6の態様によれば、降圧チョッパ回路(40)の動作後の直流出力電圧(V30)の意図しない低下をより抑制できる。
本発明に係る第7の態様の点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)は、上記第1〜第6の態様のうちいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第7の態様では、前記昇圧チョッパ回路(30)は、スイッチング素子(Q30)を有する。前記エラーアンプ(512)は、前記直流出力電圧(V30)に対応する検出電圧を受け取る第1入力端子(512a)と、前記目標電圧値(Vdc)に対応する基準電圧を受け取る第2入力端子(512b)と、出力端子(512c)と、を有する。前記エラーアンプ(512)は、前記検出電圧と前記基準電圧との差に応じた出力信号を前記出力端子(512c)から出力するように構成される。前記制御回路(50)は、前記出力信号に応じて前記昇圧チョッパ回路(30)の前記スイッチング素子(Q30)を制御する駆動回路(511)を有する。
第7の態様によれば、制御回路(50)の構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
本発明に係る第8の態様の点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)は、上記第7の態様との組み合わせにより実現され得る。第8の態様では、前記制御回路(50)は、前記エラーアンプ(512)の前記第1入力端子(512a)又は前記出力端子(512c)に電気的に接続される過渡応答調整回路(53;53A)を有する。前記過渡応答調整回路(53;53A)は、時定数が、第1時定数と前記第1時定数より小さい第2時定数との間で切り替え可能に構成される。前記制御回路(50)は、前記過渡応答調整回路(53;53A)の前記時定数を前記第1時定数に切り替えることで前記第1動作モードを実行するように構成される。前記制御回路(50)は、前記過渡応答調整回路(53;53A)の前記時定数を前記第2時定数に切り替えることで前記第2動作モードを実行するように構成される。
第8の態様によれば、制御回路(50)の構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
本発明に係る第9の態様の照明器具は、第1〜第8の態様のうちいずれか一つの点灯装置(10;10A;10B;10C;10D)と、前記光源(70)と、を備える。
第9の態様によれば、光源(70)に流れる電流(I70)の歪みを抑制しながらも降圧チョッパ回路(40)の平滑コンデンサ(C40)に起因する昇圧チョッパ回路(30)の直流出力電圧(V30)の低下を抑制できる。