説明

照明装置

【課題】 伝送路で発生する電磁ノイズを低減し、EMIの発生が抑止された照明装置を提供する。
【解決手段】
調光信号発生回路11、PWM/DC変換回路12、LEDを備えた発光部13、トランジスタ14、電流制御抵抗15、及び、LED駆動回路16を備えた照明装置1であり、調光信号発生回路11が、ちらつきが認識されない程度の比較的周期の長いPWM波形の調光信号PWM1を発生し、低輝度では、当該信号PWM1を、第1の伝送路17を介してLED駆動回路16に伝送しPWM調光を行う。一方、高輝度では、調光信号PWM1を、PWM/DC変換回路12により直流電圧CHO2’に変換後、第2の伝送路18を介してLED駆動回路16に伝送し、LED駆動回路16内で、当該直流電圧をPWM1より周期の短いPWM波形の調光信号PWM2に変換してPWM調光を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明装置に関し、特に、発光ダイオード(LED)のような調光可能な発光素子を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
LEDは輝度調整が簡単であり、この特徴を利用して、調光機能付きのLED照明が家庭用の照明として使用され始めている。
【0003】
LEDの調光方法として、代表的なものにDC調光とPWM調光を挙げることができる。
【0004】
DC調光では、例えば図4に示すLED照明装置のように、LED駆動回路32が、トランジスタ14のソースと接続するノードaの電圧を、端子DC_INに入力される直流の調光信号DC1の電圧と等しくなる様にオペアンプ20及びトランジスタ14で制御することで、当該調光信号DCの電圧と電流制御抵抗15から定まる電流で発光部13内のLEDの点灯を制御する。即ち、LEDに流れる電流量をDC調光信号の電圧値で調整してLED13の発光輝度を調節するものである。
【0005】
これに対し、PWM調光では、例えば図5に示すLED照明装置のように、LED駆動回路34が、トランジスタ14のオン時においてトランジスタ14のソースと接続するノードaの電圧を一定とすることにより、点灯時にLEDに流れる電流が一定となるように制御する。調光はLED駆動回路34の端子PWM_INに入力されるPWM波形PWM1に従って、トランジスタをオンオフするようにオペアンプ20を制御することにより、LEDの点灯・非点灯の制御を行い、LEDの点滅間隔により発光輝度を調節するものである。
【0006】
PWM調光では高輝度で点灯を行う場合、PWM波形の周期を短くし、オンオフによるちらつきが認識できないようにする必要がある。一方で、周期の短いPWM信号を使用すると、電磁ノイズの発生が問題となる。
【0007】
下記の特許文献1では、PWM波形を略台形形状にして、波形の立ち上がり立ち下がりをなまらせることにより、スイッチングトランジスタと負荷とを接続する配線から発生する電磁ノイズを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平9−204230号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、波形をなまらせるだけでは、電磁ノイズの発生は完全に防止できない。特に、複数の照明器具を同時に調光する場合、調光器と複数の照明器具の間を配線で結び、調光信号を各照明器具に伝送する。ここで、調光信号がPWM波形であると、調光信号が交流信号であることにより、当該配線から発生する電磁ノイズが他の電子機器に影響を与える虞がある。
【0010】
本発明は、上記の状況に鑑み、伝送路で発生する電磁ノイズを低減し、EMI(Electro-Magnetic Interference)の発生が抑止された照明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】
【0011】
上記目的を達成するための本発明に係る照明装置は、
PWM波形の調光信号を発生する調光信号発生回路と、発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路と、前記調光信号発生回路と前記発光素子駆動回路との間を接続する、第1調光信号が伝送される伝送路と、前記PWM波形の調光信号のデューティ比を直流電圧値に変換するPWM/DC変換回路とを備え、
前記発光素子駆動回路は、
前記PWM/DC変換回路により変換され、前記伝送路を介して伝送された前記直流電圧値に基づき、デューティ比が前記調光信号発生回路が発生したPWM波形と同じで、より周期の短いPWM波形の第2調光信号を生成するDC/PWM変換回路を備え、
予め設定された所定の調光度合いより低輝度では、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形の前記第1調光信号に基づいたPWM制御により調光制御を行い、
前記所定の調光度合いより高輝度では、前記第2調光信号に基づいたPWM制御により調光制御を行うことを特徴とする。
【0012】
上記特徴の照明装置は、更に、前記伝送路が、第1の伝送路と第2の伝送路とで構成され、
前記調光信号発生回路が発生した前記PWM波形が、前記第1の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送され、前記PWM/DC変換回路により変換された前記直流電圧が、前記第2の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送されることが好ましい。
【0013】
上記特徴の照明装置に依れば、調光信号発生回路が、ちらつきが認識されない程度の比較的周期の長いPWM波形を発生し、低輝度での点灯では、当該PWM波形の調光信号を発光素子駆動回路に伝送してPWM調光を行う。一方、高輝度での点灯では、当該PWM波形の調光信号を一旦直流電圧信号に変換したうえで発光素子駆動回路に伝送し、発光素子駆動回路内部で、当該直流電圧信号をより周期の短いPWM波形(第2調光信号)に変換してPWM調光を行う。
【0014】
このような構成とすることで、調光信号発生回路と発光素子駆動回路間の伝送路には、周期の短いPWM信号が伝送されないため、電磁ノイズの発生を低減することができる。
【0015】
上記特徴の照明装置は、更に、前記DC/PWM変換回路は、前記直流電圧と、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形の周期より周期の短い三角波との電圧比較により、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形のデューティ比を再現したPWM波形を生成することが好ましい。
【0016】
上記特徴の照明装置は、更に、前記PWM/DC変換回路が、ローパスフィルタにより構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明に依れば、調光信号発生回路と発光素子駆動回路間の伝送路には、周期の短いPWM信号が伝送されないため、伝送路における電磁ノイズの発生が低減され、EMIの発生が抑止された照明装置を実現できる。
【0018】
また、発光素子駆動回路内部で、調光信号発生回路が発生したPWM波形のデューティ比を再現するので、低輝度から高輝度まで、スムーズな調光が可能となる。
【0019】
また、発光素子駆動回路はPWM調光用の制御回路のみでよく、回路構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態に係る照明装置を示す回路構成図。
【図2】高輝度時と低輝度時における、調光制御のための各信号の時間変化を示すタイミングチャート。
【図3】DC/PWM変換回路の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図4】従来構成の照明装置の一例を示す回路構成図。
【図5】従来構成の照明装置の一例を示す回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
〈第1実施形態〉
本発明の一実施形態に係る照明装置(LED照明装置)1の構成例を図1に示す。図1の回路構成図に示されるように、照明装置1は、調光信号発生回路11、PWM/DC変換回路12、発光素子(LED)を備えた発光部13、トランジスタ14、電流制御抵抗15、及び、発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路(LED駆動回路)16を備えてなる。尚、図1において、発光部13は複数(5個)のLEDを直列に接続してなるが、これに限られるものではない。発光部13は、任意の数のLEDが直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。調光信号発生回路11とLED駆動回路16とは、第1の伝送路17、及び、第2の伝送路18の2本の伝送線を介して接続されている。
【0022】
調光信号発生回路11は、調光度合いを示すPWM波形の調光信号PWM1を発生する。更に、調光信号発生回路11は、当該調光信号PWM1と、調光度合いが予め設定された所定の調光度合いより低輝度側であるか高輝度側であるかを示す選択信号SELに基づき、2種類の調光信号CHO1とCHO2を、夫々、第1の伝送路17と第2の伝送路18を介して出力する。ここで、選択信号SELは、調光度合いが低輝度側であるとき低レベル(“L”)、高輝度側であるとき高レベル(“H”)となる信号とする。
【0023】
図2に各信号PWM1、SEL、CHO1、CHO2、CHO2’のタイミングチャート図を示す。選択信号SELが低レベルである期間T1(低輝度側で照明を行う場合)では、調光信号発生回路11内の論理回路21の働きにより、調光信号PWM1が、調光信号CHO1として、第1の伝送路17に伝送される。このとき、第2の伝送線路18に伝送される調光信号は、調光信号発生回路11内の論理回路22の働きにより高レベルに固定され、調光信号CHO2として伝送される。
【0024】
一方、選択信号SELが高レベルの期間T2(高輝度側で照明を行う場合)では、第1の伝送線路17に伝送される調光信号は、調光信号発生回路11内の論理回路21の働きにより高レベルに固定され、調光信号CHO1として伝送される。このとき、調光信号発生回路11内の論理回路22の働きにより、調光信号PWM1が、調光信号CHO2として、第2の伝送路18に伝送される。
【0025】
調光信号CHO2は、PWM/DC変換回路12により、調光信号PWM1のデューティ比に応じた電圧値を持つ直流の調光信号CHO2’に変換され、当該調光信号CHO2’が、第2の伝送路18を介して、LED駆動回路16に伝送される。尚、PWM/DC変換回路12は、例えば、図1に示すように、ローパスフィルタで構成することができる。
【0026】
調光信号CHO1は、LED駆動回路16の端子PWM_INに入力され、直流変換された調光信号CHO2’は、LED駆動回路16の端子VOP_SENSE2に入力される。
【0027】
LED駆動回路16は、DC/PWM変換回路19、トランジスタ14をオンオフ制御するための制御信号を出力するオペアンプ20、及び、当該制御信号のオンオフを切り替えるための信号をオペアンプ20に出力する論理回路(AND回路)23を、その内部に備えてなる。オペアンプ20の出力が、出力端子VOUTに接続されている。
【0028】
LED駆動回路16は、図5に示されるLED駆動回路34と同様、LED点灯時にLEDに流れる電流を定電流制御し、トランジスタ14をオンオフする間隔を制御することで、PWM調光によりLEDの点灯・非点灯を制御する。LED駆動回路16の出力端子VOUTがトランジスタ14のゲートと接続し、LED駆動回路16の端子VOP_SENSEがオペアンプ20の入力端子対の一方とトランジスタ14のソースとを接続している。
【0029】
尚、オペアンプ20の入力端子対の他方に接続される基準電圧源26は、トランジスタ14のソースの電位を、当該基準電圧源26の電位に固定する役割を有している。
【0030】
DC/PWM変換回路19は、コンパレータ24と三角波を発生する発振器25で構成され、端子VOP_SENSE2に入力された直流の調光信号CHO2’を、調光信号発生回路11が発生した調光信号PWM1とデューティ比が同じで、且つ周期の短いPWM波形の調光信号PWM2(第2調光信号)に変換して、AND回路23の入力端子の一方端へ入力する。
【0031】
以下に、図3のタイミングチャートを参照し、DC/PWM変換回路19の動作を説明する。調光信号発生回路11が生成した調光信号PWM1は、図3(a)に示すように、波高値Mで周期2NのPWM波形でありデューティ比は1:4であるとする。この場合、当該調光信号PWM1は、図3(b)に示されるように、PWM/DC変換回路12により、波高値が4/5MのDCの調光信号CHO2’に変換され、コンパレータ24の入力端子の一方に入力される。
【0032】
コンパレータ24の入力端子の他方には、発振器25からの三角波が入力される。図3(c)に発振器25が発生する三角波の波形を示す。尚、ここでは、図面による説明の都合上、三角波の周期をNとした。即ち、図面による説明の都合上、発振器25が発生する三角波の周期を、調光信号発生回路11が発生する調光信号PWM1の周期の1/2とした。実際には、調光信号PWM1の周期は、周波数に換算して1kHz程度であるのに対し、発振器25が発生する三角波の周波数は、好ましくは300kHz程度であり、周期において1/300程度の差がある。
【0033】
コンパレータ24により、調光信号CHO2’の電圧値と、三角波の電圧値が比較され、三角波の電圧値が調光信号CHO2’の電圧値よりも低い場合コンパレータ24の出力が高レベル(“H”)になり、逆に高い場合低レベル(“L”)になる。
【0034】
この結果、コンパレータ24の出力は、図3(d)に示すように、周期がNでデューティ比1:4のPWM波形になり、直流の調光信号CHO2’から、元の調光信号PWM1と同じデューティ比のPWM信号を再現する事ができる。
【0035】
再び図1及び図2に戻って、図2の期間T1、即ち低輝度側で照明を行う場合、調光信号CHO2’の電圧は常に高レベル(波高値M)であるので、DC/PWM変換回路19のコンパレータ24の出力は常に高レベルであり、AND回路23の出力は、調光信号CHO1、即ち、調光信号発生回路11が発生した調光信号PWM1を再現したものとなる。この結果、調光信号PWM1に基づいてPWM調光が行われる。調光信号PWM1が高レベルの期間、オペアンプ20はトランジスタ14をオン状態に制御し発光部13のLEDを点灯させる。一方、調光信号PWM1が低レベルの期間、オペアンプ20はトランジスタ14を非導通状態に制御しLEDを非点灯とする。
【0036】
図2の期間T2、即ち高輝度側で照明を行う場合、調光信号CHO1が常に高レベルであるので、AND回路23の出力は、DC/PWM変換回路19のコンパレータ24の出力電圧値を反映したものとなる。コンパレータ24の入力端子の一方端には、調光信号PWM1が直流電圧値に変換された調光信号CHO2’が入力されるため、上述の通り、三角波と比較されることで、デューティ比がPWM1と同じで、より周期の短い調光信号PWM2に変換され、当該調光信号PWM2がコンパレータ24の出力となる。したがって、調光信号PWM2に基づいてPWM調光が行われる。調光信号PWM2が高レベルの期間、オペアンプ20はトランジスタ14をオン状態に制御し発光部13のLEDを点灯させる。一方、調光信号PWM2が低レベルの期間、オペアンプ20はトランジスタ14を非導通状態に制御しLEDを非点灯とする。
【0037】
このように、本実施形態の照明装置1では、調光信号発生回路11が生成した調光信号PWM1を、PWM/DC変換回路12が、高輝度時は直流電圧に変換したうえでLED駆動回路16に伝送し、DC/PWM変換回路19がPWM周期を変換し、デューティ比が同じでより周期の短い調光信号PWM2に復元するため、低輝度時と高輝度時の切り替えを簡単に行うことができる。このため、低輝度時には比較的周期の長いPWM信号で調光制御を行うことができ、高輝度時には発振器25の周期に従う周期の短いPWM信号で調光制御を行うことができ、ちらつきのないLEDの発光を行うことができる。
【0038】
更に、高輝度時に周期の短いPWM波形を伝送する必要がないため、伝送路でのEMI発生を防止できる。
【0039】
〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。
【0040】
〈1〉上記実施形態では、調光信号発生回路11が、2つの論理回路21と22を用いて、第1及び第2の伝送路17、18への調光信号の伝送を制御する場合を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の回路構成が考えられる。
【0041】
〈2〉特に、上記実施形態では、調光信号発生回路11が生成した比較的PWM周期の長い調光信号PWM1を、低輝度時には、調光信号CHO1として、そのまま第1の伝送路17を介して伝送し、高輝度時には、直流の調光信号CHO2’に変換したうえで、第2の伝送路18を介して伝送し、LED駆動回路16内で周期の短いPWM波形の調光信号PWM2に復元する構成となっている。このとき、他方の伝送路(低輝度時における第2の伝送路または高輝度時における第1の伝送路を指す)には、常に高レベルの信号が伝送されるため、論理回路23により論理積をとることで、調光信号PWM1またはPWM2の何れかを取り出すことができる。
【0042】
しかしながら、本発明はこのような構成に限られるものではない。例えば、低輝度時における比較的PWM周期の長い調光信号PWM1、及び、高輝度時における直流の調光信号CHO2’の何れか一方を、調光度合いが高輝度であるか低輝度であるかを示す選択信号SELに応じて選択し、第1の伝送路17を介して伝送する構成も可能である。この場合、第2の伝送路18には選択信号SELを伝送することとし、LED駆動回路16は、選択信号SELに応じて、オペアンプ20に出力すべきPWM信号を、低輝度の場合には調光信号PWM1、高輝度の場合にはCHO2’をPWM変換した調光信号PWM2の間で切り替える構成とすればよい。
【0043】
更に、選択信号SELを第1の伝送路17を介して伝送後に、当該選択信号SELに応じた調光信号PWM1またはCHO2’の何れかを第1の伝送路17を介して伝送するようにすれば、伝送路は1本で足りる。
【0044】
〈3〉上記実施形態では、低輝度時における調光信号PWM1は、波高値が高レベルのパルス信号であり、高輝度時における調光信号CHO2’は、中間レベルの直流信号であるので、両者は判別回路を設けることにより、選択信号SELに依らなくとも判別可能である。つまり、当該判別回路により、調光度合いが高輝度であるか低輝度であるかを判別できるので、LED駆動回路16が、オペアンプ20に出力すべきPWM信号を、低輝度の場合には調光信号PWM1、高輝度の場合にはCHO2’をPWM変換した調光信号PWM2の間で切り替えることができる。従って、別途判別回路を設けることで、選択信号SELは必要なく、伝送路は1本で足りる。
【0045】
〈4〉上記実施形態では、選択信号SELは、調光度合いが低輝度側であるとき低レベル(“L”)、高輝度側であるとき高レベル(“H”)となる信号したが、逆に、低輝度側で高レベル、高輝度側で低レベルとなる信号としても構わない。論理回路21、22の構成を変更すればよいだけである。
【0046】
〈5〉上記実施形態の照明装置では、発光素子がLEDである場合について詳細に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、PWM制御により輝度を制御できる発光素子であれば、本発明のように伝送路間に高周波数のPWM信号が伝送されないようにすることで、EMI低減の効果が得られる。例えば、発光素子として有機EL素子を用いる照明装置に対しても本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明は、照明装置に利用可能であり、特に、LEDを発光素子として用い、調光器と複数の照明器具との間が配線長の長い伝送路で接続される場合に、EMI対策に有用である。
【符号の説明】
【0048】
1: 本発明に係る照明装置
11: 調光信号発生回路
12: PWM/DC変換回路
13: 発光部
14: トランジスタ
15: 電流制御抵抗
16: LED駆動回路
17: 第1の伝送路
18: 第2の伝送路
19: DC/PWM変換回路
20: オペアンプ
21〜23: 論理回路
24: コンパレータ
25: 発振器
26: 基準電圧源
31、33: 従来構成の調光信号発生回路
32、34: 従来構成のLED駆動回路
CHO1、CHO2、CHO2’: 調光信号
PWM1、PWM2: PWM波形の調光信号
SEL: 選択信号


【特許請求の範囲】
【請求項1】
PWM波形の調光信号を発生する調光信号発生回路と、
発光素子の点灯を制御する発光素子駆動回路と、
前記調光信号発生回路と前記発光素子駆動回路との間を接続する、第1調光信号が伝送される伝送路と、
前記PWM波形の調光信号のデューティ比を直流電圧値に変換するPWM/DC変換回路とを備え、
前記発光素子駆動回路は、
前記PWM/DC変換回路により変換され、前記伝送路を介して伝送された前記直流電圧値に基づき、デューティ比が前記調光信号発生回路が発生したPWM波形と同じで、より周期の短いPWM波形の第2調光信号を生成するDC/PWM変換回路を備え、
予め設定された所定の調光度合いより低輝度では、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形の前記第1調光信号に基づいたPWM制御により調光制御を行い、
前記所定の調光度合いより高輝度では、前記第2調光信号に基づいたPWM制御により調光制御を行うことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記伝送路が、第1の伝送路と第2の伝送路とで構成され、
前記調光信号発生回路が発生した前記PWM波形が、前記第1の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送され、
前記PWM/DC変換回路により変換された前記直流電圧が、前記第2の伝送路を介して前記発光素子駆動回路に伝送されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
【請求項3】
前記DC/PWM変換回路は、
前記直流電圧と、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形の周期より周期の短い三角波との電圧比較により、前記調光信号発生回路が発生したPWM波形のデューティ比を再現したPWM波形を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記PWM/DC変換回路が、ローパスフィルタにより構成されることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の照明装置。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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