点灯装置およびこの点灯装置を備える照明器具
【課題】 調光が深くなったときでも力率の低下を抑えた点灯装置を提供する。
【解決手段】 交流電源１００を全波整流する整流回路２００の出力側に整流電圧検出部３００、その出力側に昇圧コンバータ制御部４４０を有する力率改善回路４００を接続し、その出力電力を光源点灯部５００に供給し、負荷の光源である発光ダイオード９１０を点灯する。調光度判別手段７００は、調光信号入力部６００から入力された調光信号を変換した出力信号に応じて、光源点灯部５００が負荷の光源を調光点灯するように制御する。調光度判別手段７００に深い調光レベルの調光信号が入力されたときは、整流電圧検出部３００に接続された電圧判別部８００が、交流電源１００のゼロクロスに跨る所定の動作停止期間を設ける駆動信号を生成し、昇圧コンバータ制御部４４０に出力することで力率改善回路４００を制御し、力率の低下を防止する。
【解決手段】 交流電源１００を全波整流する整流回路２００の出力側に整流電圧検出部３００、その出力側に昇圧コンバータ制御部４４０を有する力率改善回路４００を接続し、その出力電力を光源点灯部５００に供給し、負荷の光源である発光ダイオード９１０を点灯する。調光度判別手段７００は、調光信号入力部６００から入力された調光信号を変換した出力信号に応じて、光源点灯部５００が負荷の光源を調光点灯するように制御する。調光度判別手段７００に深い調光レベルの調光信号が入力されたときは、整流電圧検出部３００に接続された電圧判別部８００が、交流電源１００のゼロクロスに跨る所定の動作停止期間を設ける駆動信号を生成し、昇圧コンバータ制御部４４０に出力することで力率改善回路４００を制御し、力率の低下を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや放電ランプなどの光源を調光点灯させる点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昇圧チョッパを主体とする力率改善回路を用いる場合、ある程度の範囲の負荷に対して適切な制御動作を行うので、調光可能であるが、深い調光になって負荷が極めて軽くなったときに、制御動作異常が発生して間欠発振が生じて出力が変動してしまう。昇圧チョッパの後段にさらに直流コンバータを備えている場合、当該直流コンバータが出力一定化制御を行うように動作させ得る状態であればよいが、その制御動作が電源変動すなわち力率改善回路の出力変動に追従できない場合には、発光ダイオードの光出力が変動してちらつきが発生してしまうという問題がある。
このような問題を解決するため、調光信号に応じて力率改善回路の出力を制御し、発光ダイオードの光出力が所定レベル以下に低下したとき、力率改善回路の動作を停止して発光ダイオードのちらつきを防止している（例えば、特許文献１。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、深い調光のときには力率改善回路の動作を完全に停止させてしまうので、コンデンサインプット形の整流回路と同じように入力電流は、電気角９０度近傍の狭い期間だけに急峻に流れる波形となり、力率が低下したり、入力電流の高周波成分が増加してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、調光が深くなって負荷が極めて軽くなったときでも、力率の低下、入力電流の高周波成分の増加を抑えた点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係わる点灯装置は、交流電源を全波整流する整流回路の出力側に昇圧コンバータを含む力率改善回路を接続して、その出力電力を光源点灯部に供給し、負荷の光源である発光ダイオードや放電ランプを点灯する。さらに、調光信号を入力する手段を備え、光源点灯部は調光信号に応じて負荷の光源を調光点灯する。ここで、深い調光レベルの調光信号を調光度判別部に入力されたときは、昇圧コンバータ制御部が交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、スイッチング素子の動作を停止するような駆動信号を生成し、力率改善回路の動作期間を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係わる点灯装置によれば、調光により調光度が所定レベル以下になったときに、交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、力率改善回路を動作停止し、交流電源のゼロクロスに跨る所定期間以外では力率改善回路を動作させるので、深い調光になって負荷が極めて軽くなったときでも、力率の低下、入力電流の高周波成分の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の発光ダイオード接続時の点灯装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の蛍光灯接続時の点灯装置を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１のＰＷＭ調光信号のオン、オフの周期を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１の整流電圧のしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１の整流電圧の二つのしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図である。
【図６】本発明の実施の形態１の交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１の交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する図６とは別のパターンの波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１の光源出力（調光度）と力率改善回路の出力電圧の特性図である。
【図９】従来と本発明の光源の調光度と力率改善回路の動作安定性の関係を示す表である。
【図１０】本発明の実施の形態１の調光時の電気角と力率の特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の力率改善回路停止時の交流電源電圧と入力電流の波形図である。
【図１２】Ｔｏｎ期間をゼロクロスを中心に対称に設けた場合の電気角の好適設定例を示す表である。
【図１３】本発明の実施の形態２の整流電圧の周波数としきい値の関係を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の整流電圧のしきい値と動作停止信号から動作開始信号出力までの時間を示す波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の整流電圧のしきい値とゼロクロスから信号出力までの時間を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１の点灯装置を、図１ないし図１２に基づいて説明する。
【００１０】
図１は発光ダイオード接続時の点灯装置を示す回路図、図２は蛍光灯接続時の点灯装置を示す回路図、図３はＰＷＭ調光信号のオン、オフの周期を示す波形図、図４は整流電圧のしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図、図５は整流電圧の二つのしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図、図６は交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する波形図、図７は交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する図６とは別のパターンの波形図である。
【００１１】
本実施の形態において、点灯装置は、図１ないし図２に示す回路図のような構成となる。
交流電源１００に接続される整流回路２００、整流電圧検出部３００、力率改善回路４００、光源点灯回路５００、調光信号入力部６００、調光度判別部７００、整流電圧判別部８００、負荷の光源である発光ダイオード９１０または放電ランプ９２０を備える。
【００１２】
例として、負荷に発光ダイオード９１０を接続した場合の構成および回路動作に関して以下に説明する。
【００１３】
整流回路２００は、交流電圧入力側が交流電源１００に並列接続されたダイオードブリッジで構成され、交流電源１００から入力された交流電圧を非平滑直流電圧に変換し、整流電圧検出部３００を通して力率改善回路４００に出力する。
【００１４】
整流電圧検出部３００は、整流回路２００の直流出力端に接続されており、整流電圧を監視して検出した信号を整流電圧判別部８００に出力する。
【００１５】
整流電圧判別部８００は、電圧しきい値検出部８１０、電圧周波数検出部８２０で構成されており、昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する。
【００１６】
力率改善回路４００は、整流電圧検出部３００の出力端に接続したコンデンサ４１０、インダクタ４２０およびスイッチング素子４５０の直列回路、スイッチング素子４５０に並列接続したダイオード４３０および出力コンデンサ４７０、ならびに昇圧コンバータ制御部４４０を備えた昇圧コンバータで構成されている。なお、スイッチング素子４５０はＭＯＳ ＦＥＴなどの半導体素子で形成されている。
【００１７】
昇圧コンバータ制御部４４０は、スイッチング素子４５０を高周波でスイッチングさせ、スイッチング素子４５０の電流ピーク値の包絡線は、交流電源１００の正弦波とほぼ対応するような制御を行い、力率改善動作を行う。このような力率改善の動作原理を実現する信号の生成手段としては、力率改善用集積回路などが既知である。
【００１８】
出力電圧検出抵抗４６１と出力電圧検出抵抗４６２は直列接続され、電圧分圧回路４６０を構成している。電圧分圧回路４６０は出力コンデンサ４７０に並列接続され、その両端に加わる電圧を分圧し、出力電圧検出抵抗４６２の端子電圧を昇圧コンバータ制御部４４０に出力する。
【００１９】
光源点灯回路５００は、発光ダイオード９１０を負荷とする場合、バックコンバータなどで負荷の電流制御を行うことで点灯し、かつ調光を実現できる。力率改善回路４００の出力端の出力コンデンサ４７０の両端間に接続したスイッチング素子５１１およびダイオード５１３の直列回路、ダイオード５１３に並列接続したインダクタ５１２および平滑コンデンサ５１４の直列回路、ならびに発光ダイオード９１０に直列に接続された負荷検出抵抗５１５を備えていて、光源制御部５２０の制御によって直流電圧変換動作を行う。なお、スイッチング素子５１１はＭＯＳ ＦＥＴなどの半導体素子で形成されている。
【００２０】
光源制御部５２０は、バックコンバータのスイッチング素子５１１にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、光源点灯回路５００の負荷検出抵抗５１５から制御入力される負荷電流が一定になるように帰還制御するとともに、調光信号に応じて駆動信号をＰＷＭ制御する。
【００２１】
調光信号入力部６００は、外部から調光信号を入力する配線等を接続され、入力された調光信号を調光度判別部７００に出力する。
【００２２】
調光度判別部７００は、調光信号入力部６００から入力された調光信号を制御信号に変換し、力率改善回路４００のスイッチング素子４５０と光源点灯回路５００の光源制御部５２０に出力する。
【００２３】
発光ダイオード９１０は、複数が直列接続され、負荷検出抵抗５１５を経由して平滑コンデンサ５１４の両端に接続されている。
【００２４】
次に、本実施の形態の点灯装置の回路動作を説明する。
【００２５】
整流回路２００は、交流電源１００から入力された交流電圧をダイオードブリッジで全波整流し、非平滑直流電圧に変換して整流電圧検出部３００を通して力率改善回路４００に出力する。
【００２６】
力率改善回路４００の昇圧コンバータが動作することにより点灯装置の力率が改善され、かつ交流電源１００の電圧より高くなるように昇圧され、力率改善回路４００から出力コンデンサ４７０によって平滑された直流電圧が光源点灯回路５００に出力される。
【００２７】
光源点灯回路５００は、降圧動作を行い、負荷の発光ダイオード９１０に対して所要値に調整された直流電圧を出力する。その結果、光源点灯回路５００の出力側に負荷として接続された発光ダイオード９１０に直流電流が流れて、発光ダイオード９１０が点灯する。この点灯は、光源点灯回路５００の負荷検出抵抗５１５と光源制御部５２０によって定電流制御下で行われる。
【００２８】
また、調光信号入力部６００から出力された調光信号は、調光度判別部７００に入力され、ここで調光信号が調光制御信号に変換され、光源制御部５２０に出力される。この光源制御部５２０は、入力された調光制御信号に対応するＰＷＭ制御された駆動信号を生成して、光源点灯回路５００の負荷電力供給部５１０のスイッチング素子５１１に供給する。その結果、負荷電流の定電流制御の基準値が調光制御信号に応じて変更されるため、発光ダイオード９１０は、調光制御信号に対応する光出力の調光点灯を行う。
【００２９】
また、調光度判別部７００は、例えば図３のＴａ（ここでは所定レベルの調光度４０％に相当する波形とする）で示す位相よりもＨ期間が長くなると、これを昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する。このＨ期間が、Ｔａを超えたか否かの判別は図示の調光信号（例えば１ｋＨｚ周期信号）の立下りＴｅからの時間を計測することで実現する。あるいは、この直流信号を平滑した直流電圧にして、電圧値で調光度を判別する。調光度がＴａより大きいとき、昇圧コンバータ制御部４４０は、整流電圧判別部８００からの出力信号を有効な信号と判断せず、無視する「ＰＦＣ動作モード」に移行し、力率改善回路４００を常時動作させるように制御する。調光度がＴａ以下になったとき、調光度判別部７００の出力信号が入力された昇圧コンバータ制御部４４０は、整流電圧判別部８００からの出力信号を有効な信号と判断する「ＰＦＣ部分停止モード」に移行し、力率改善回路４００の動作を整流電圧判別部８００からの出力信号によって制御するようになる。
【００３０】
「ＰＦＣ部分停止モード」時における整流電圧検出部３００と整流電圧判別部８００の動作を二つの場合に分けて説明する。
まず、力率改善回路４００の動作停止および動作開始を整流電圧のしきい値で判定する場合について説明する。
【００３１】
整流電圧検出部３００は、図４のように整流回路２００で整流された整流電圧を監視し、整流電圧判別部８００に出力する。電圧しきい値検出部８１０で整流電圧の立下りを監視し、整流電圧が所定のしきい値を下回った場合、整流電圧判別部８００から力率改善回路４００の昇圧コンバータ制御部４４０に動作停止信号を出力し、力率改善回路４００の動作を停止させる。力率改善回路４００が停止しているとき、電圧しきい値検出部８１０は整流電圧の立上りを監視し、整流電圧が所定のしきい値を上回った場合、昇圧コンバータ制御部４４０に動作開始信号を出力し、力率改善回路４００の動作を開始させる。
【００３２】
図４において、前述の動作説明のように昇圧コンバータ制御部４４０が動作開始信号を入力されてから動作停止信号を入力されるまでが、力率改善回路４００が動作している期間Ｔｏｎである。同様に、昇圧コンバータ制御部４４０が動作停止信号を入力されてから動作開始信号を入力されるまでが、力率改善回路４００が動作停止している期間Ｔｏｆｆである。ＴｏｎとＴｏｆｆの定義は、図５〜図７、図１４および図１５においても図４と同様である。
【００３３】
次に、力率改善回路４００の動作停止を整流電圧のしきい値１で、動作開始を整流電圧のしきい値２で判定する場合について説明する。
【００３４】
整流電圧検出部３００は、図５のように整流回路２００で整流された整流電圧を監視し、整流電圧判別部８００に出力する。電圧しきい値検出部８１０で整流電圧の立下りを監視し、整流電圧が力率改善回路４００の動作停止させるためのしきい値１を下回った場合、整流電圧判別部８００から力率改善回路４００の昇圧コンバータ制御部４４０に動作停止信号を出力し、力率改善回路４００の動作を停止させる。力率改善回路４００が停止しているとき、電圧しきい値検出部８１０は整流電圧の立上りを監視し、整流電圧が力率改善回路４００の動作開始させるためのしきい値２を上回った場合、昇圧コンバータ４４０に動作開始信号を出力し、力率改善回路４００の動作を開始させる。
【００３５】
このように力率改善回路４００の動作停止と動作開始を判定する整流電圧のしきい値を別の値にする場合、動作停止と動作開始のしきい値を同じにする前述の条件と比べて整流電圧検出部３００の構成が複雑になってしまう。しかし、整流電圧のしきい値２をしきい値１に比べて低く設定し、できるだけ交流電源１００の電圧値が低いとき（ゼロクロスに近いとき）に、力率改善回路４００が動作開始するようにできる。それにより、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑えることができるので、回路を構成する部品にかかるストレスが軽減される効果が得られる。
【００３６】
前述の整流電圧判別部８００から出力される力率改善回路４００の動作停止信号および動作開始信号は、昇圧コンバータ制御部４４０に調光度判別部７００から調光度が所定レベルＴａ（図３参照）以下であることを示す出力信号が入力された「ＰＦＣ部分停止モード」時のみ有効になる。なお、動作開始信号は、調光度によってしきい値を変更する設定にしていなければ、調光度に係わらず有効になるように設定してもよい。なぜなら、この条件であれば調光度がどのレベルであっても整流電圧がしきい値以上であれば必ず力率改善回路４００が動作していなければならないからである。これにより、回路の簡略化やマイコン等を使用している場合はプログラムの簡略化の効果が得られる。
【００３７】
昇圧コンバータ制御部４４０は、調光度判別部７００、整流電圧判別部８００および光源制御部５２０とは別のマイコンにより、昇圧コンバータと組み合わせて構成することができ、昇圧コンバータからなる力率改善回路４００のスイッチング素子４５０にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、出力電圧検出抵抗４６１と出力電圧検出抵抗４６２で構成される電圧分圧回路４６０から、入力される出力電圧が所定値になるように帰還制御して駆動信号のデューティを制御する。
【００３８】
例えば、昇圧コンバータ制御部４４０が、正弦波の入力電圧波形を用いるアナログ乗算器を有する力率改善用集積回路であれば、例えばＴｏｎ以外の期間では、この正弦波電圧を削除した電圧を信号として供給することで、Ｔｏｎ期間のみスイッチング素子４５０を駆動することができる。このようにして、調光度が４０％以下になったとすると、この調光度判別部７００の出力信号と前述の整流電圧判別部８００の出力信号により、昇圧コンバータのスイッチング素子４５０は、図６のようにＴｏｆｆの期間は動作を停止する。
【００３９】
昇圧コンバータ制御部４４０による力率改善回路４００の動作停止、動作開始の制御は、調光度が所定レベルＴａ以下になった「ＰＦＣ部分停止モード」時のみ実施されるので、整流電圧判別部８００の出力信号よりも調光度判別部７００の出力信号の方が優先される。つまり、調光度が所定レベルＴａより大きければ、整流電圧判別部８００が動作停止信号を出力しても、力率改善回路４００は停止しないように昇圧コンバータ制御部４４０はスイッチング素子４５０を制御する。
【００４０】
なお、Ｔｏｆｆの期間は、ゼロクロスの点を中心に対称にする必要はないので、例えば図７のように図６に比べ、ゼロクロスの後の力率改善回路４００の動作停止期間を短くし、力率改善回路４００の動作開始を早めてもよい。これは前述したように、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑制する効果がある。
【００４１】
このように深い調光すなわち軽負荷のときは、昇圧コンバータはＴｏｆｆの期間は動作を停止する。また、Ｔｏｆｆの期間内にも力率改善回路４００からは、コンデンサインプット形の動作による出力電圧が連続的に供給されるので、負荷が軽いことから生じる昇圧コンバータの不要な間欠動作を防止できる。
【００４２】
また、負荷が放電ランプ９２０であれば、ハーフブリッジインバータでその出力周波数を変化させることでランプ電流を制御し、負荷が発光ダイオード９１０の場合と同様に調光できる。負荷が放電ランプ９２０である場合の回路図は図２に示す通りである。このとき、放電ランプにはコンデンサ９２１が接続される。
【００４３】
発光ダイオード９１０、放電ランプ９２０のいずれの負荷においても、複数灯でも１灯（ＬＥＤ１列分）でも適宜応用可能である。
【００４４】
以上より、深い調光度でも力率改善回路４００を動作させることができ、力率の低下や入力電流の高周波成分の増加を抑えた点灯装置を提供することができる。
【００４５】
以下、本発明を適用する調光度の範囲について説明する。
図８は、実施の形態１の光源出力（調光度）と力率改善回路の出力電圧の特性図である。
【００４６】
図８において、横軸は光源の出力（調光度）（％）を示し、縦軸は力率改善回路の出力電圧（％）を示す。破線が理想的な特性である比例関係の直線を示しているが、実際の特性は実線の通りとなる。その理由は、負荷が放電ランプの場合はもちろん、発光ダイオードの場合でも、負荷の出力電圧と力率改善回路の出力電力は同じ比率で変化せず、出力が低い場合には相対的な回路損失の増加などにより、力率改善回路からの電力が増加する傾向になるためである。
【００４７】
例えば負荷の出力が４０％（調光度４０％）程度を超えるとき、入力電力は４０％を超えており、力率改善回路に特別な動作停止期間を設けなくても、正常な動作を行える場合がほとんどである。
【００４８】
また、従来と本発明の光源の調光度と力率改善回路の動作安定性の関係は、図９の通りとなる。従来の点灯装置では、調光度４０％以下で力率改善回路の動作が不安定になり始める。
【００４９】
したがって、本発明は少なくとも負荷の光源の出力が４０％以下の場合に適用すれば適切である。
【００５０】
また、調光信号入力部６００に入力された調光信号の調光度が１００％のときは、力率改善回路４００の動作を停止させず、調光度が低くなるに従い、力率改善回路４００の動作時間Ｔｏｎ（図６参照）を長くしていくように、調光度判別部７００から昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する方法でもよい。この方法を用いると、例えば調光率４０％のときは、調光率１０％のときよりも力率改善回路４００の動作期間を長くできるので力率を高くすることができる。
【００５１】
以下、力率改善回路の動作期間と力率の関係について説明する。
図１０は調光時の電気角と力率の特性図、図１１は力率改善回路停止時の交流電源電圧と入力電流の波形図である。
【００５２】
力率改善回路４００が、交流電源１００の各サイクルのゼロクロス近傍で動作停止する期間を設けた場合、動作期間Ｔｏｎ（図６参照）の長さにより、力率が変化する。
【００５３】
図１０において横軸は、Ｔｏｎの期間を電気角であらわし、縦軸は力率を示す。
【００５４】
図１０の特性は、力率改善回路４００の性能と電源状態により、力率は多少変化するものではあるが、力率改善回路４００を作動させないで、コンデンサインプット形の整流回路と等価な状態になった場合と比較する。
【００５５】
コンデンサインプット形の動作になると、図１１のように、入力電流は電源電圧の正弦波のピーク付近の狭い期間Ｔだけ流れる。この電流の流入期間（電流波形の幅）は、回路のコンデンサ容量などにも依存するが、電気角で３０〜４０度程度である。
【００５６】
本発明の装置では、力率改善回路４００の作用により、たとえＴｏｆｆの期間を設けてもＴｏｎの期間が、電気角で４５度以上（すなわち各半サイクル中のＴｏｆｆの期間の合計が電気角で１３５度未満）であれば、このコンデンサインプット形での力率（一般的には５０〜６０％程度）より高い７０％近い力率とすることができ、有効である。
【００５７】
ＪＩＳ規格等で高力率と定められている力率８５％以上にするためには、Ｔｏｎの期間を電気角で７５度以上（すなわち各半サイクル中のＴｏｆｆの期間の合計が電気角で１０５度未満）にすればよい。
【００５８】
図１２は、Ｔｏｎの期間をゼロクロスを中心に対称に設けた場合の電気角の好適設定例を示す表である。調光度が低くなるに従い、Ｔｏｎの期間を短く、Ｔｏｆｆの期間を長く、つまり力率改善回路４００の動作停止期間を長くしていく方が、安定的な回路動作を期待できることを示している。また、Ｔｏｎの期間を固定して使用する場合は、電気角を約９０度に設定するとよい。これは力率が約９０％を実現できるにもかかわらず、Ｔｏｆｆの期間を比較的長くでき、様々な調光度に対して力率改善回路４００の安定的な動作を期待できるからである。
【００５９】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２の点灯装置を、図１３ないし図１５に基づいて説明する。
【００６０】
図１３は、整流電圧の周波数としきい値の関係を示す波形図である。２つの波がそれぞれ、交流電源の周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚのときに整流回路２００が出力する整流電圧波形を示しており、Ｔ１が６０Ｈｚの電圧波形がしきい値以下になってから再度しきい値以上になるまでの時間、Ｔ２が５０Ｈｚの電圧波形がしきい値以下になってから再度しきい値以上になるまでの時間を示している。なお、Ｔ２＞Ｔ１となる。
【００６１】
また、コンデンサインプット形の電源回路動作の場合、交流電源１００の周波数が５０Ｈｚのときよりも６０Ｈｚのときの方が、入力電流が少ない傾向があるのでＴ１を長く、Ｔ２を短くしてもよい。
【００６２】
図１４は、整流電圧のしきい値と動作停止信号から動作開始信号出力までの時間を示す波形図である。整流電圧波形は、電源周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。図１４に基づいて交流電源１００の電源周波数と電圧のしきい値を用いて、「ＰＦＣ部分停止モード」時の力率改善回路４００の制御方法について説明する。
【００６３】
整流回路２００が出力する整流電圧を整流電圧検出部３００で検出し、整流電圧判別部８００内にある電圧しきい値検出部８１０と電圧周波数検出部８２０に出力する。電圧周波数検出部８２０で交流電源１００の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判別後、整流回路２００が出力する整流電圧を電圧しきい値検出部８１０で監視し、整流電圧がしきい値を下回った場合、整流電圧判別部８００は力率改善回路４００に動作停止信号を出力する。力率改善回路４００が動作停止してから、所定時間ｔ１経過後に整流電圧判別部８００が動作開始信号を入力し、力率改善回路４００を動作開始させる。この場合、所定時間ｔ１と力率改善回路４００の動作停止時間Ｔｏｆｆは同じ長さである。
【００６４】
力率改善回路４００の動作開始電圧は、力率改善回路４００を動作停止させる整流電圧のしきい値と同じ電圧値でもよいが、しきい値の電圧値より低く設定してもよい。これは整流電圧のしきい値を二つ用いて、動作停止電圧と動作開始電圧を違う電圧値にした実施の形態１の場合と同様、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑えるためである。この場合、所定時間ｔ１を変更することで、所望の動作開始電圧値を得る。
【００６５】
各調光度において最大の力率を維持するため、力率改善回路４００の動作期間を調光度が低下するに従い、短くしていく制御を行う場合、昇圧コンバータ制御部４４０をマイコン等で、図１２のような最適の電気角になるようにｔ１の長さを制御する。これは、実施の形態１で示した力率改善回路４００の動作停止と動作開始で異なる二つのしきい値を用いて力率改善回路４００の動作開始電圧を変更するのに比べ、制御回路を簡略化できる効果がある。
【００６６】
図１５は、整流電圧のしきい値とゼロクロスから信号出力までの時間を示す波形図である。整流電圧波形は、電源周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。図１５に基づいて交流電源１００の電源周波数と電圧がゼロになってからの動作停止信号が出力されるまでの時間ｔ２と動作開始信号が出力されるまでの時間ｔ３を用いて、「ＰＦＣ部分停止モード」時の力率改善回路４００の制御方法について説明する。
【００６７】
整流回路２００が出力する整流電圧を整流電圧検出部３００で検出し、整流電圧判別部８００内にある電圧しきい値検出部８１０と電圧周波数検出部８２０に出力する。電圧周波数検出部８２０で交流電源１００の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判別後、整流回路２００が出力する整流電圧を電圧しきい値検出部８１０で監視し、整流電圧がゼロになった時間から所定時間ｔ２経過後に整流電圧判別部８００が動作開始信号を力率改善回路４００に入力して動作開始させる。同様に、整流電圧がゼロになった時間から所定時間ｔ３経過後に整流電圧判別部８００が動作停止信号を力率改善回路４００に入力して動作停止させる。
【００６８】
本実施の形態によれば、整流電圧判別部８００内に電圧周波数検出部８２０を設けなければならないが、整流電圧検出部３００が検出する整流電圧のしきい値は一つで済むので、整流電圧検出部を簡略化でき、また力率改善回路４００の動作停止時間と動作開始時間の設定を整流電圧のしきい値を二つ用いる場合に比べ、より簡単な回路で調光度の低下に従い、力率改善回路４００の動作停止時間を長くする制御が実現できる。
【符号の説明】
【００６９】
１００ 交流電源、２００ 整流回路、３００ 整流電圧検出部、４００ 力率改善回路、４１０ コンデンサ、４２０ インダクタ、４３０ ダイオード、４４０ 昇圧コンバータ制御部、４５０ スイッチング素子、４６０ 電圧分圧回路、４６１ 出力電圧検出抵抗、４６２ 出力電圧検出抵抗、４７０ 出力コンデンサ、５００ 光源点灯回路、５１０ 負荷電力供給部、５１１ スイッチング素子、５１２ インダクタ、５１３ ダイオード、５１４ 平滑コンデンサ、５１５ 負荷検出抵抗、５２０ 光源制御部、６００ 調光信号入力部、７００ 調光度判別部、８００ 整流電圧判別部、８１０ 電圧しきい値検出部、８２０ 電圧周波数検出部、９１０ 発光ダイオード、９２０ 放電ランプ、９２１ コンデンサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや放電ランプなどの光源を調光点灯させる点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昇圧チョッパを主体とする力率改善回路を用いる場合、ある程度の範囲の負荷に対して適切な制御動作を行うので、調光可能であるが、深い調光になって負荷が極めて軽くなったときに、制御動作異常が発生して間欠発振が生じて出力が変動してしまう。昇圧チョッパの後段にさらに直流コンバータを備えている場合、当該直流コンバータが出力一定化制御を行うように動作させ得る状態であればよいが、その制御動作が電源変動すなわち力率改善回路の出力変動に追従できない場合には、発光ダイオードの光出力が変動してちらつきが発生してしまうという問題がある。
このような問題を解決するため、調光信号に応じて力率改善回路の出力を制御し、発光ダイオードの光出力が所定レベル以下に低下したとき、力率改善回路の動作を停止して発光ダイオードのちらつきを防止している（例えば、特許文献１。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、深い調光のときには力率改善回路の動作を完全に停止させてしまうので、コンデンサインプット形の整流回路と同じように入力電流は、電気角９０度近傍の狭い期間だけに急峻に流れる波形となり、力率が低下したり、入力電流の高周波成分が増加してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、調光が深くなって負荷が極めて軽くなったときでも、力率の低下、入力電流の高周波成分の増加を抑えた点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係わる点灯装置は、交流電源を全波整流する整流回路の出力側に昇圧コンバータを含む力率改善回路を接続して、その出力電力を光源点灯部に供給し、負荷の光源である発光ダイオードや放電ランプを点灯する。さらに、調光信号を入力する手段を備え、光源点灯部は調光信号に応じて負荷の光源を調光点灯する。ここで、深い調光レベルの調光信号を調光度判別部に入力されたときは、昇圧コンバータ制御部が交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、スイッチング素子の動作を停止するような駆動信号を生成し、力率改善回路の動作期間を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係わる点灯装置によれば、調光により調光度が所定レベル以下になったときに、交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、力率改善回路を動作停止し、交流電源のゼロクロスに跨る所定期間以外では力率改善回路を動作させるので、深い調光になって負荷が極めて軽くなったときでも、力率の低下、入力電流の高周波成分の増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の発光ダイオード接続時の点灯装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の蛍光灯接続時の点灯装置を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１のＰＷＭ調光信号のオン、オフの周期を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１の整流電圧のしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１の整流電圧の二つのしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図である。
【図６】本発明の実施の形態１の交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１の交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する図６とは別のパターンの波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１の光源出力（調光度）と力率改善回路の出力電圧の特性図である。
【図９】従来と本発明の光源の調光度と力率改善回路の動作安定性の関係を示す表である。
【図１０】本発明の実施の形態１の調光時の電気角と力率の特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の力率改善回路停止時の交流電源電圧と入力電流の波形図である。
【図１２】Ｔｏｎ期間をゼロクロスを中心に対称に設けた場合の電気角の好適設定例を示す表である。
【図１３】本発明の実施の形態２の整流電圧の周波数としきい値の関係を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の整流電圧のしきい値と動作停止信号から動作開始信号出力までの時間を示す波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態２の整流電圧のしきい値とゼロクロスから信号出力までの時間を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１の点灯装置を、図１ないし図１２に基づいて説明する。
【００１０】
図１は発光ダイオード接続時の点灯装置を示す回路図、図２は蛍光灯接続時の点灯装置を示す回路図、図３はＰＷＭ調光信号のオン、オフの周期を示す波形図、図４は整流電圧のしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図、図５は整流電圧の二つのしきい値と力率改善回路のオン、オフ期間を示す波形図、図６は交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する波形図、図７は交流電源の電圧波形と力率改善回路のオン、オフ期間を説明する図６とは別のパターンの波形図である。
【００１１】
本実施の形態において、点灯装置は、図１ないし図２に示す回路図のような構成となる。
交流電源１００に接続される整流回路２００、整流電圧検出部３００、力率改善回路４００、光源点灯回路５００、調光信号入力部６００、調光度判別部７００、整流電圧判別部８００、負荷の光源である発光ダイオード９１０または放電ランプ９２０を備える。
【００１２】
例として、負荷に発光ダイオード９１０を接続した場合の構成および回路動作に関して以下に説明する。
【００１３】
整流回路２００は、交流電圧入力側が交流電源１００に並列接続されたダイオードブリッジで構成され、交流電源１００から入力された交流電圧を非平滑直流電圧に変換し、整流電圧検出部３００を通して力率改善回路４００に出力する。
【００１４】
整流電圧検出部３００は、整流回路２００の直流出力端に接続されており、整流電圧を監視して検出した信号を整流電圧判別部８００に出力する。
【００１５】
整流電圧判別部８００は、電圧しきい値検出部８１０、電圧周波数検出部８２０で構成されており、昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する。
【００１６】
力率改善回路４００は、整流電圧検出部３００の出力端に接続したコンデンサ４１０、インダクタ４２０およびスイッチング素子４５０の直列回路、スイッチング素子４５０に並列接続したダイオード４３０および出力コンデンサ４７０、ならびに昇圧コンバータ制御部４４０を備えた昇圧コンバータで構成されている。なお、スイッチング素子４５０はＭＯＳ ＦＥＴなどの半導体素子で形成されている。
【００１７】
昇圧コンバータ制御部４４０は、スイッチング素子４５０を高周波でスイッチングさせ、スイッチング素子４５０の電流ピーク値の包絡線は、交流電源１００の正弦波とほぼ対応するような制御を行い、力率改善動作を行う。このような力率改善の動作原理を実現する信号の生成手段としては、力率改善用集積回路などが既知である。
【００１８】
出力電圧検出抵抗４６１と出力電圧検出抵抗４６２は直列接続され、電圧分圧回路４６０を構成している。電圧分圧回路４６０は出力コンデンサ４７０に並列接続され、その両端に加わる電圧を分圧し、出力電圧検出抵抗４６２の端子電圧を昇圧コンバータ制御部４４０に出力する。
【００１９】
光源点灯回路５００は、発光ダイオード９１０を負荷とする場合、バックコンバータなどで負荷の電流制御を行うことで点灯し、かつ調光を実現できる。力率改善回路４００の出力端の出力コンデンサ４７０の両端間に接続したスイッチング素子５１１およびダイオード５１３の直列回路、ダイオード５１３に並列接続したインダクタ５１２および平滑コンデンサ５１４の直列回路、ならびに発光ダイオード９１０に直列に接続された負荷検出抵抗５１５を備えていて、光源制御部５２０の制御によって直流電圧変換動作を行う。なお、スイッチング素子５１１はＭＯＳ ＦＥＴなどの半導体素子で形成されている。
【００２０】
光源制御部５２０は、バックコンバータのスイッチング素子５１１にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、光源点灯回路５００の負荷検出抵抗５１５から制御入力される負荷電流が一定になるように帰還制御するとともに、調光信号に応じて駆動信号をＰＷＭ制御する。
【００２１】
調光信号入力部６００は、外部から調光信号を入力する配線等を接続され、入力された調光信号を調光度判別部７００に出力する。
【００２２】
調光度判別部７００は、調光信号入力部６００から入力された調光信号を制御信号に変換し、力率改善回路４００のスイッチング素子４５０と光源点灯回路５００の光源制御部５２０に出力する。
【００２３】
発光ダイオード９１０は、複数が直列接続され、負荷検出抵抗５１５を経由して平滑コンデンサ５１４の両端に接続されている。
【００２４】
次に、本実施の形態の点灯装置の回路動作を説明する。
【００２５】
整流回路２００は、交流電源１００から入力された交流電圧をダイオードブリッジで全波整流し、非平滑直流電圧に変換して整流電圧検出部３００を通して力率改善回路４００に出力する。
【００２６】
力率改善回路４００の昇圧コンバータが動作することにより点灯装置の力率が改善され、かつ交流電源１００の電圧より高くなるように昇圧され、力率改善回路４００から出力コンデンサ４７０によって平滑された直流電圧が光源点灯回路５００に出力される。
【００２７】
光源点灯回路５００は、降圧動作を行い、負荷の発光ダイオード９１０に対して所要値に調整された直流電圧を出力する。その結果、光源点灯回路５００の出力側に負荷として接続された発光ダイオード９１０に直流電流が流れて、発光ダイオード９１０が点灯する。この点灯は、光源点灯回路５００の負荷検出抵抗５１５と光源制御部５２０によって定電流制御下で行われる。
【００２８】
また、調光信号入力部６００から出力された調光信号は、調光度判別部７００に入力され、ここで調光信号が調光制御信号に変換され、光源制御部５２０に出力される。この光源制御部５２０は、入力された調光制御信号に対応するＰＷＭ制御された駆動信号を生成して、光源点灯回路５００の負荷電力供給部５１０のスイッチング素子５１１に供給する。その結果、負荷電流の定電流制御の基準値が調光制御信号に応じて変更されるため、発光ダイオード９１０は、調光制御信号に対応する光出力の調光点灯を行う。
【００２９】
また、調光度判別部７００は、例えば図３のＴａ（ここでは所定レベルの調光度４０％に相当する波形とする）で示す位相よりもＨ期間が長くなると、これを昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する。このＨ期間が、Ｔａを超えたか否かの判別は図示の調光信号（例えば１ｋＨｚ周期信号）の立下りＴｅからの時間を計測することで実現する。あるいは、この直流信号を平滑した直流電圧にして、電圧値で調光度を判別する。調光度がＴａより大きいとき、昇圧コンバータ制御部４４０は、整流電圧判別部８００からの出力信号を有効な信号と判断せず、無視する「ＰＦＣ動作モード」に移行し、力率改善回路４００を常時動作させるように制御する。調光度がＴａ以下になったとき、調光度判別部７００の出力信号が入力された昇圧コンバータ制御部４４０は、整流電圧判別部８００からの出力信号を有効な信号と判断する「ＰＦＣ部分停止モード」に移行し、力率改善回路４００の動作を整流電圧判別部８００からの出力信号によって制御するようになる。
【００３０】
「ＰＦＣ部分停止モード」時における整流電圧検出部３００と整流電圧判別部８００の動作を二つの場合に分けて説明する。
まず、力率改善回路４００の動作停止および動作開始を整流電圧のしきい値で判定する場合について説明する。
【００３１】
整流電圧検出部３００は、図４のように整流回路２００で整流された整流電圧を監視し、整流電圧判別部８００に出力する。電圧しきい値検出部８１０で整流電圧の立下りを監視し、整流電圧が所定のしきい値を下回った場合、整流電圧判別部８００から力率改善回路４００の昇圧コンバータ制御部４４０に動作停止信号を出力し、力率改善回路４００の動作を停止させる。力率改善回路４００が停止しているとき、電圧しきい値検出部８１０は整流電圧の立上りを監視し、整流電圧が所定のしきい値を上回った場合、昇圧コンバータ制御部４４０に動作開始信号を出力し、力率改善回路４００の動作を開始させる。
【００３２】
図４において、前述の動作説明のように昇圧コンバータ制御部４４０が動作開始信号を入力されてから動作停止信号を入力されるまでが、力率改善回路４００が動作している期間Ｔｏｎである。同様に、昇圧コンバータ制御部４４０が動作停止信号を入力されてから動作開始信号を入力されるまでが、力率改善回路４００が動作停止している期間Ｔｏｆｆである。ＴｏｎとＴｏｆｆの定義は、図５〜図７、図１４および図１５においても図４と同様である。
【００３３】
次に、力率改善回路４００の動作停止を整流電圧のしきい値１で、動作開始を整流電圧のしきい値２で判定する場合について説明する。
【００３４】
整流電圧検出部３００は、図５のように整流回路２００で整流された整流電圧を監視し、整流電圧判別部８００に出力する。電圧しきい値検出部８１０で整流電圧の立下りを監視し、整流電圧が力率改善回路４００の動作停止させるためのしきい値１を下回った場合、整流電圧判別部８００から力率改善回路４００の昇圧コンバータ制御部４４０に動作停止信号を出力し、力率改善回路４００の動作を停止させる。力率改善回路４００が停止しているとき、電圧しきい値検出部８１０は整流電圧の立上りを監視し、整流電圧が力率改善回路４００の動作開始させるためのしきい値２を上回った場合、昇圧コンバータ４４０に動作開始信号を出力し、力率改善回路４００の動作を開始させる。
【００３５】
このように力率改善回路４００の動作停止と動作開始を判定する整流電圧のしきい値を別の値にする場合、動作停止と動作開始のしきい値を同じにする前述の条件と比べて整流電圧検出部３００の構成が複雑になってしまう。しかし、整流電圧のしきい値２をしきい値１に比べて低く設定し、できるだけ交流電源１００の電圧値が低いとき（ゼロクロスに近いとき）に、力率改善回路４００が動作開始するようにできる。それにより、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑えることができるので、回路を構成する部品にかかるストレスが軽減される効果が得られる。
【００３６】
前述の整流電圧判別部８００から出力される力率改善回路４００の動作停止信号および動作開始信号は、昇圧コンバータ制御部４４０に調光度判別部７００から調光度が所定レベルＴａ（図３参照）以下であることを示す出力信号が入力された「ＰＦＣ部分停止モード」時のみ有効になる。なお、動作開始信号は、調光度によってしきい値を変更する設定にしていなければ、調光度に係わらず有効になるように設定してもよい。なぜなら、この条件であれば調光度がどのレベルであっても整流電圧がしきい値以上であれば必ず力率改善回路４００が動作していなければならないからである。これにより、回路の簡略化やマイコン等を使用している場合はプログラムの簡略化の効果が得られる。
【００３７】
昇圧コンバータ制御部４４０は、調光度判別部７００、整流電圧判別部８００および光源制御部５２０とは別のマイコンにより、昇圧コンバータと組み合わせて構成することができ、昇圧コンバータからなる力率改善回路４００のスイッチング素子４５０にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、出力電圧検出抵抗４６１と出力電圧検出抵抗４６２で構成される電圧分圧回路４６０から、入力される出力電圧が所定値になるように帰還制御して駆動信号のデューティを制御する。
【００３８】
例えば、昇圧コンバータ制御部４４０が、正弦波の入力電圧波形を用いるアナログ乗算器を有する力率改善用集積回路であれば、例えばＴｏｎ以外の期間では、この正弦波電圧を削除した電圧を信号として供給することで、Ｔｏｎ期間のみスイッチング素子４５０を駆動することができる。このようにして、調光度が４０％以下になったとすると、この調光度判別部７００の出力信号と前述の整流電圧判別部８００の出力信号により、昇圧コンバータのスイッチング素子４５０は、図６のようにＴｏｆｆの期間は動作を停止する。
【００３９】
昇圧コンバータ制御部４４０による力率改善回路４００の動作停止、動作開始の制御は、調光度が所定レベルＴａ以下になった「ＰＦＣ部分停止モード」時のみ実施されるので、整流電圧判別部８００の出力信号よりも調光度判別部７００の出力信号の方が優先される。つまり、調光度が所定レベルＴａより大きければ、整流電圧判別部８００が動作停止信号を出力しても、力率改善回路４００は停止しないように昇圧コンバータ制御部４４０はスイッチング素子４５０を制御する。
【００４０】
なお、Ｔｏｆｆの期間は、ゼロクロスの点を中心に対称にする必要はないので、例えば図７のように図６に比べ、ゼロクロスの後の力率改善回路４００の動作停止期間を短くし、力率改善回路４００の動作開始を早めてもよい。これは前述したように、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑制する効果がある。
【００４１】
このように深い調光すなわち軽負荷のときは、昇圧コンバータはＴｏｆｆの期間は動作を停止する。また、Ｔｏｆｆの期間内にも力率改善回路４００からは、コンデンサインプット形の動作による出力電圧が連続的に供給されるので、負荷が軽いことから生じる昇圧コンバータの不要な間欠動作を防止できる。
【００４２】
また、負荷が放電ランプ９２０であれば、ハーフブリッジインバータでその出力周波数を変化させることでランプ電流を制御し、負荷が発光ダイオード９１０の場合と同様に調光できる。負荷が放電ランプ９２０である場合の回路図は図２に示す通りである。このとき、放電ランプにはコンデンサ９２１が接続される。
【００４３】
発光ダイオード９１０、放電ランプ９２０のいずれの負荷においても、複数灯でも１灯（ＬＥＤ１列分）でも適宜応用可能である。
【００４４】
以上より、深い調光度でも力率改善回路４００を動作させることができ、力率の低下や入力電流の高周波成分の増加を抑えた点灯装置を提供することができる。
【００４５】
以下、本発明を適用する調光度の範囲について説明する。
図８は、実施の形態１の光源出力（調光度）と力率改善回路の出力電圧の特性図である。
【００４６】
図８において、横軸は光源の出力（調光度）（％）を示し、縦軸は力率改善回路の出力電圧（％）を示す。破線が理想的な特性である比例関係の直線を示しているが、実際の特性は実線の通りとなる。その理由は、負荷が放電ランプの場合はもちろん、発光ダイオードの場合でも、負荷の出力電圧と力率改善回路の出力電力は同じ比率で変化せず、出力が低い場合には相対的な回路損失の増加などにより、力率改善回路からの電力が増加する傾向になるためである。
【００４７】
例えば負荷の出力が４０％（調光度４０％）程度を超えるとき、入力電力は４０％を超えており、力率改善回路に特別な動作停止期間を設けなくても、正常な動作を行える場合がほとんどである。
【００４８】
また、従来と本発明の光源の調光度と力率改善回路の動作安定性の関係は、図９の通りとなる。従来の点灯装置では、調光度４０％以下で力率改善回路の動作が不安定になり始める。
【００４９】
したがって、本発明は少なくとも負荷の光源の出力が４０％以下の場合に適用すれば適切である。
【００５０】
また、調光信号入力部６００に入力された調光信号の調光度が１００％のときは、力率改善回路４００の動作を停止させず、調光度が低くなるに従い、力率改善回路４００の動作時間Ｔｏｎ（図６参照）を長くしていくように、調光度判別部７００から昇圧コンバータ制御部４４０に制御信号を出力する方法でもよい。この方法を用いると、例えば調光率４０％のときは、調光率１０％のときよりも力率改善回路４００の動作期間を長くできるので力率を高くすることができる。
【００５１】
以下、力率改善回路の動作期間と力率の関係について説明する。
図１０は調光時の電気角と力率の特性図、図１１は力率改善回路停止時の交流電源電圧と入力電流の波形図である。
【００５２】
力率改善回路４００が、交流電源１００の各サイクルのゼロクロス近傍で動作停止する期間を設けた場合、動作期間Ｔｏｎ（図６参照）の長さにより、力率が変化する。
【００５３】
図１０において横軸は、Ｔｏｎの期間を電気角であらわし、縦軸は力率を示す。
【００５４】
図１０の特性は、力率改善回路４００の性能と電源状態により、力率は多少変化するものではあるが、力率改善回路４００を作動させないで、コンデンサインプット形の整流回路と等価な状態になった場合と比較する。
【００５５】
コンデンサインプット形の動作になると、図１１のように、入力電流は電源電圧の正弦波のピーク付近の狭い期間Ｔだけ流れる。この電流の流入期間（電流波形の幅）は、回路のコンデンサ容量などにも依存するが、電気角で３０〜４０度程度である。
【００５６】
本発明の装置では、力率改善回路４００の作用により、たとえＴｏｆｆの期間を設けてもＴｏｎの期間が、電気角で４５度以上（すなわち各半サイクル中のＴｏｆｆの期間の合計が電気角で１３５度未満）であれば、このコンデンサインプット形での力率（一般的には５０〜６０％程度）より高い７０％近い力率とすることができ、有効である。
【００５７】
ＪＩＳ規格等で高力率と定められている力率８５％以上にするためには、Ｔｏｎの期間を電気角で７５度以上（すなわち各半サイクル中のＴｏｆｆの期間の合計が電気角で１０５度未満）にすればよい。
【００５８】
図１２は、Ｔｏｎの期間をゼロクロスを中心に対称に設けた場合の電気角の好適設定例を示す表である。調光度が低くなるに従い、Ｔｏｎの期間を短く、Ｔｏｆｆの期間を長く、つまり力率改善回路４００の動作停止期間を長くしていく方が、安定的な回路動作を期待できることを示している。また、Ｔｏｎの期間を固定して使用する場合は、電気角を約９０度に設定するとよい。これは力率が約９０％を実現できるにもかかわらず、Ｔｏｆｆの期間を比較的長くでき、様々な調光度に対して力率改善回路４００の安定的な動作を期待できるからである。
【００５９】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２の点灯装置を、図１３ないし図１５に基づいて説明する。
【００６０】
図１３は、整流電圧の周波数としきい値の関係を示す波形図である。２つの波がそれぞれ、交流電源の周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚのときに整流回路２００が出力する整流電圧波形を示しており、Ｔ１が６０Ｈｚの電圧波形がしきい値以下になってから再度しきい値以上になるまでの時間、Ｔ２が５０Ｈｚの電圧波形がしきい値以下になってから再度しきい値以上になるまでの時間を示している。なお、Ｔ２＞Ｔ１となる。
【００６１】
また、コンデンサインプット形の電源回路動作の場合、交流電源１００の周波数が５０Ｈｚのときよりも６０Ｈｚのときの方が、入力電流が少ない傾向があるのでＴ１を長く、Ｔ２を短くしてもよい。
【００６２】
図１４は、整流電圧のしきい値と動作停止信号から動作開始信号出力までの時間を示す波形図である。整流電圧波形は、電源周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。図１４に基づいて交流電源１００の電源周波数と電圧のしきい値を用いて、「ＰＦＣ部分停止モード」時の力率改善回路４００の制御方法について説明する。
【００６３】
整流回路２００が出力する整流電圧を整流電圧検出部３００で検出し、整流電圧判別部８００内にある電圧しきい値検出部８１０と電圧周波数検出部８２０に出力する。電圧周波数検出部８２０で交流電源１００の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判別後、整流回路２００が出力する整流電圧を電圧しきい値検出部８１０で監視し、整流電圧がしきい値を下回った場合、整流電圧判別部８００は力率改善回路４００に動作停止信号を出力する。力率改善回路４００が動作停止してから、所定時間ｔ１経過後に整流電圧判別部８００が動作開始信号を入力し、力率改善回路４００を動作開始させる。この場合、所定時間ｔ１と力率改善回路４００の動作停止時間Ｔｏｆｆは同じ長さである。
【００６４】
力率改善回路４００の動作開始電圧は、力率改善回路４００を動作停止させる整流電圧のしきい値と同じ電圧値でもよいが、しきい値の電圧値より低く設定してもよい。これは整流電圧のしきい値を二つ用いて、動作停止電圧と動作開始電圧を違う電圧値にした実施の形態１の場合と同様、力率改善回路４００の動作開始時に流れるラッシュ電流を抑えるためである。この場合、所定時間ｔ１を変更することで、所望の動作開始電圧値を得る。
【００６５】
各調光度において最大の力率を維持するため、力率改善回路４００の動作期間を調光度が低下するに従い、短くしていく制御を行う場合、昇圧コンバータ制御部４４０をマイコン等で、図１２のような最適の電気角になるようにｔ１の長さを制御する。これは、実施の形態１で示した力率改善回路４００の動作停止と動作開始で異なる二つのしきい値を用いて力率改善回路４００の動作開始電圧を変更するのに比べ、制御回路を簡略化できる効果がある。
【００６６】
図１５は、整流電圧のしきい値とゼロクロスから信号出力までの時間を示す波形図である。整流電圧波形は、電源周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。図１５に基づいて交流電源１００の電源周波数と電圧がゼロになってからの動作停止信号が出力されるまでの時間ｔ２と動作開始信号が出力されるまでの時間ｔ３を用いて、「ＰＦＣ部分停止モード」時の力率改善回路４００の制御方法について説明する。
【００６７】
整流回路２００が出力する整流電圧を整流電圧検出部３００で検出し、整流電圧判別部８００内にある電圧しきい値検出部８１０と電圧周波数検出部８２０に出力する。電圧周波数検出部８２０で交流電源１００の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判別後、整流回路２００が出力する整流電圧を電圧しきい値検出部８１０で監視し、整流電圧がゼロになった時間から所定時間ｔ２経過後に整流電圧判別部８００が動作開始信号を力率改善回路４００に入力して動作開始させる。同様に、整流電圧がゼロになった時間から所定時間ｔ３経過後に整流電圧判別部８００が動作停止信号を力率改善回路４００に入力して動作停止させる。
【００６８】
本実施の形態によれば、整流電圧判別部８００内に電圧周波数検出部８２０を設けなければならないが、整流電圧検出部３００が検出する整流電圧のしきい値は一つで済むので、整流電圧検出部を簡略化でき、また力率改善回路４００の動作停止時間と動作開始時間の設定を整流電圧のしきい値を二つ用いる場合に比べ、より簡単な回路で調光度の低下に従い、力率改善回路４００の動作停止時間を長くする制御が実現できる。
【符号の説明】
【００６９】
１００ 交流電源、２００ 整流回路、３００ 整流電圧検出部、４００ 力率改善回路、４１０ コンデンサ、４２０ インダクタ、４３０ ダイオード、４４０ 昇圧コンバータ制御部、４５０ スイッチング素子、４６０ 電圧分圧回路、４６１ 出力電圧検出抵抗、４６２ 出力電圧検出抵抗、４７０ 出力コンデンサ、５００ 光源点灯回路、５１０ 負荷電力供給部、５１１ スイッチング素子、５１２ インダクタ、５１３ ダイオード、５１４ 平滑コンデンサ、５１５ 負荷検出抵抗、５２０ 光源制御部、６００ 調光信号入力部、７００ 調光度判別部、８００ 整流電圧判別部、８１０ 電圧しきい値検出部、８２０ 電圧周波数検出部、９１０ 発光ダイオード、９２０ 放電ランプ、９２１ コンデンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下であるとき、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記電源整流回路の出力電圧を監視する整流電圧検出部と、
前記整流電圧検出部の出力が入力され、電圧しきい値検出部を有する整流電圧判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下で、前記電圧しきい値検出部で検出した整流電圧が第一のしきい値以下であるとき、前記整流電圧判別部から動作停止信号が入力されて前記力率改善回路が動作停止し、前記整流電圧が第二のしきい値以上になったとき動作開始信号を出力し、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項３】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記電源整流回路の出力電圧を監視する整流電圧検出部と、
前記整流電圧検出部の出力が入力され、電圧しきい値検出部を有する整流電圧判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下で、前記電圧しきい値検出部で検出した整流電圧がしきい値以下であるとき、前記整流電圧判別部から動作停止信号が入力されて前記力率改善回路が動作停止し、ゼロクロスの検出から所定時間が経過したとき動作開始信号を出力し、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項４】
前記整流電圧判別部内に設けられた電圧周波数検出部と、
前記電圧周波数検出部が前記整流電圧の周波数を監視し、前記調光度が所定レベル以下であり、かつ前記整流電圧がしきい値以下であることを検出したとき、前記力率改善回路を動作停止し、検出した前記整流電圧の周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚかで前記力率改善回路の動作開始時間が異なる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の点灯装置。
【請求項５】
前記調光度が所定レベル以上のときは前記力率改善回路を停止させず、前記調光度が前記所定レベルから低くなるに従い、前記力率改善回路の停止時間を長くしていく制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項６】
前記調光度判別部に入力される前記調光信号がパルス幅変調信号であり、前記調光信号のパルス幅か、あるいは前記調光信号を平滑した直流信号電圧レベルにより前記調光度を判別することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の点灯装置と、
前記点灯装置を固定する器具本体と、
を備えることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下であるとき、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項２】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記電源整流回路の出力電圧を監視する整流電圧検出部と、
前記整流電圧検出部の出力が入力され、電圧しきい値検出部を有する整流電圧判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下で、前記電圧しきい値検出部で検出した整流電圧が第一のしきい値以下であるとき、前記整流電圧判別部から動作停止信号が入力されて前記力率改善回路が動作停止し、前記整流電圧が第二のしきい値以上になったとき動作開始信号を出力し、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項３】
交流電源から入力される交流電圧を整流する電源整流回路と、
前記電源整流回路の出力が入力され、昇圧コンバータを含む力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力を入力とする光源点灯回路と、
外部からの調光信号が入力される調光信号入力部と、
前記調光信号入力部に入力される前記調光信号の調光度を判別する調光度判別部と、
前記電源整流回路の出力電圧を監視する整流電圧検出部と、
前記整流電圧検出部の出力が入力され、電圧しきい値検出部を有する整流電圧判別部と、
前記調光度判別部で検出した前記調光度が所定レベル以下で、前記電圧しきい値検出部で検出した整流電圧がしきい値以下であるとき、前記整流電圧判別部から動作停止信号が入力されて前記力率改善回路が動作停止し、ゼロクロスの検出から所定時間が経過したとき動作開始信号を出力し、前記交流電源のゼロクロスに跨る所定期間、前記力率改善回路の動作を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
【請求項４】
前記整流電圧判別部内に設けられた電圧周波数検出部と、
前記電圧周波数検出部が前記整流電圧の周波数を監視し、前記調光度が所定レベル以下であり、かつ前記整流電圧がしきい値以下であることを検出したとき、前記力率改善回路を動作停止し、検出した前記整流電圧の周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚかで前記力率改善回路の動作開始時間が異なる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の点灯装置。
【請求項５】
前記調光度が所定レベル以上のときは前記力率改善回路を停止させず、前記調光度が前記所定レベルから低くなるに従い、前記力率改善回路の停止時間を長くしていく制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項６】
前記調光度判別部に入力される前記調光信号がパルス幅変調信号であり、前記調光信号のパルス幅か、あるいは前記調光信号を平滑した直流信号電圧レベルにより前記調光度を判別することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の点灯装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の点灯装置と、
前記点灯装置を固定する器具本体と、
を備えることを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６４５０３（Ｐ２０１２−６４５０３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９３３１（Ｐ２０１０−２０９３３１）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]