調光点灯装置及びそれを用いた照明装置
【課題】回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でもスイッチング周波数が低く安定した調光が行える調光点灯装置及びそれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】調光点灯装置１は、直流電源回路２の出力を降圧して得た電圧を照明負荷４に出力する降圧チョッパ回路３と、降圧チョッパ回路３の出力を制御する制御回路５と、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４を調光する調光回路を備える。この調光回路は、降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を制御することによって、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する振幅制御回路６ａと、降圧チョッパ回路３の動作を断続的に停止させることで、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路６ｂを具備する。そして、調光回路は、振幅制御回路６ａによる制御とＰＷＭ制御回路６ｂによる制御を同時に行わせることによって、照明負荷４を調光する。
【解決手段】調光点灯装置１は、直流電源回路２の出力を降圧して得た電圧を照明負荷４に出力する降圧チョッパ回路３と、降圧チョッパ回路３の出力を制御する制御回路５と、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４を調光する調光回路を備える。この調光回路は、降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を制御することによって、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する振幅制御回路６ａと、降圧チョッパ回路３の動作を断続的に停止させることで、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路６ｂを具備する。そして、調光回路は、振幅制御回路６ａによる制御とＰＷＭ制御回路６ｂによる制御を同時に行わせることによって、照明負荷４を調光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光点灯装置及びそれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）の調光制御方式としてＰＷＭ制御方式や振幅制御方式が採用されている。ＰＷＭ制御方式では、ＬＥＤに流れる電流を１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の低周波で間欠的に休止させ、その電流休止期間の長さを調整することで、光出力の平均値を調整する。振幅制御方式では、ＬＥＤに流れる電流の振幅を調整することで、ＬＥＤの光出力を調整している。また、ＰＷＭ制御方式と振幅制御方式を組み合わせて調光制御を行う調光装置も種々提案されている。例えば特許文献１では、調光の浅い領域ではＰＷＭ制御方式、深い領域では振幅制御方式を用いている。また特許文献２では、調光の浅い領域では振幅制御方式、深い領域ではＰＷＭ制御方式を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６７９９９号公報
【特許文献２】特開２００９−１２３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された調光装置では、全点灯状態から調光制御が開始されると、最初に断続的（１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）に点灯回路が動作するので、インダクタやトランスにうなりが発生する。また、特許文献２に開示された調光装置では、調光の初期にスイッチング素子のオンデューティや周波数を可変して、電流の振幅を制御するため、周波数が高くなって、幅射雑音や端子雑音が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でもスイッチング周波数が低く安定した調光が行える調光点灯装置及びそれを用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の調光点灯装置は、照明負荷を調光する調光回路を備える。この調光回路は、照明負荷に流れる電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続させるように制御する第２電流調整手段を具備する。そして、調光回路は、第１電流調整手段による制御と第２電流調整手段による制御を同時に行わせることで、照明負荷を調光することを特徴とする。ここにおいて、電流の振幅制御とパルス幅変調制御を同時に行うとは、振幅制御及びパルス幅変調制御を開始するタイミングや終了するタイミングが同時でない場合も含み、両方の制御を同時に実行する時間帯があればよい。
【０００７】
この調光点灯装置において、調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず第１電流調整手段による振幅制御を開始させ、第２電流調整手段による制御を追加して行わせるまでに時間差を設けることも好ましい。
【０００８】
この調光点灯装置において、調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず第２電流調整手段による制御を開始させ、第１電流調整手段による振幅制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことも好ましい。
【０００９】
本発明の照明装置は、照明負荷と、上記の調光点灯装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の調光点灯装置によれば、電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続する第２電流調整手段を同時に動作させているので、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でも、スイッチング周波数が高くならず安定した点灯動作を行わせることができる。
【００１１】
本発明の照明装置によれば、電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続する第２電流調整手段とを同時に動作させているので、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でも、スイッチング周波数が高くならず安定した点灯動作が可能な照明装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の調光点灯装置の回路図である。
【図２】同上の調光点灯装置に用いられる制御用集積回路の概略構成を説明する回路図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の調光点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図４】同上の調光点灯装置を用いた照明装置の概略構成を示す回路図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上の調光点灯装置の要部を示す回路図である。
【図６】同上の調光点灯装置を用いた照明装置の施工状態を説明する一部破断断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る調光点灯装置の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は調光点灯装置１の回路図であり、この調光点灯装置１は、電源が接続される電源コネクタＣＮ１と、照明負荷が接続される出力コネクタＣＮ２を備えている。
【００１４】
電源コネクタＣＮ１には商用交流電源（１００Ｖ，５０／６０Ｈｚ）が接続される。出力コネクタＣＮ２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子で構成された照明負荷４が接続される。本実施形態では複数のＬＥＤの直列回路で照明負荷４が構成されているが、ＬＥＤ１個で照明負荷４が構成されていてもよい。また複数個のＬＥＤを並列、或いは、直並列に接続して照明負荷４を構成してもよい。
【００１５】
電源コネクタＣＮ１には、電流フューズＦＳ１とフィルタ回路Ｆ１を介して直流電源回路２が接続されている。フィルタ回路Ｆ１は、サージ電圧吸収素子ＺＮＲ、フィルタコンデンサＣＦ１，ＣＦ２及びコモンモードチョークコイルＬＦ１で構成されている。
【００１６】
直流電源回路２は、フィルタ回路Ｆ１を介して入力される交流電圧を全波整流する全波整流器ＤＢ１と、全波整流器ＤＢ１の整流出力を整流する平滑コンデンサＣ１とで構成される。尚、直流電源回路２は、全波整流器ＤＢ１及び平滑コンデンサＣ１からなる整流平滑回路に限定される趣旨のものではなく、昇圧チョッパ回路を用いた力率改善回路でもよい。
【００１７】
直流電源回路２の出力端子には降圧チョッパ回路３が接続されている。降圧チョッパ回路３はインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１と回生ダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２とを主要な構成として備える。インダクタＬ１は、直流電流で点灯する照明負荷４に対して直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなり、インダクタＬ１及び照明負荷４の直列回路と、直流電源回路２の出力端子の間に、電流検出用の抵抗Ｒ１を介して直列に接続されている。回生ダイオードＤ１は、インダクタＬ１及び照明負荷４の直列回路と並列に接続されており、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタＬｌの蓄積エネルギーが照明負荷４へ放出される向きに接続されている。また照明負荷４と並列に出力コンデンサＣ２が接続されており、この出力コンデンサＣ２はスイッチング素子Ｑ１のオン／オフによる脈動成分を平滑化して、照明負荷４に平滑化された直流電流が流れるように、その静電容量が設定されている。
【００１８】
降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ１は制御回路５によって高周波でオン／オフ駆動される。制御回路５は制御用集積回路５０とその周辺回路で構成される。なお制御用集積回路５０としては例えばＳＴマイクロエレクトロニクス社製のＬ６５６２を用いている。この制御用集積回路５０は、元々、力率改善用の昇圧チョッパ回路を制御するための集積回路であり、内部に乗算回路など、降圧チョッパ回路の制御には余分な構成要素を含んでいる。その反面、入力電流の平均値を入力電圧の崩落線と相似形とする制御のために、入力電流のピーク値を制御する機能と、ゼロクロス制御機能を１つのチップ内に備えており、これらの機能を降圧チョッパ回路３の制御に転用している。
【００１９】
図２は制御用集積回路５０の内部回路を簡略的に示した回路図である。この制御用集積回路５０の１番ピンＰ１（ＩＮＶ）は内蔵する誤差増幅器ＥＡ１の反転入力端子に、２番ピンＰ２（ＣＯＭＰ）は誤差増幅器ＥＡ１の出力端子に、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）は乗算回路５２の入力端子に接続されている。４番ピンＰ４（ＣＳ）はチョッパ電流検出端子であり、スイッチング素子Ｑ１及び抵抗Ｒ１の接続点に接続されている。５番ピンＰ５（ＺＣＤ）はゼロクロス検出端子であり、抵抗Ｒ２を介してインダクタＬ１の二次巻線ｎ２に接続されている。６番ピンＰ６（ＧＮＤ）はグランド端子であり、回路のグランド（直流電源回路２の低圧側の出力端子）に接続されている。７番ピンＰ７（ＧＤ）はゲートドライブ端子であり、このゲートドライブ端子の出力でスイッチング素子Ｑ２のゲートがドライブされる。８番ピンＰ８（Ｖｃｃ）は電源端子であり、後述の電源回路１０によって電源端子とグランド端子の間に所定電圧以上の電源電圧が供給されると、内蔵する制御電源回路５１により基準電圧Ｅ１，Ｅ２が生成されるとともに、この集積回路内部の各回路が動作可能な状態となる。ここで、電源回路１０は、平滑コンデンサＣ１の正極から高抵抗の抵抗Ｒ１０を介して充電電流が供給される平滑コンデンサＣ３と、その両端電圧を制限するツェナーダイオードＺＤ１を備え、平滑コンデンサＣ３から上述の電源端子Ｖｃｃに電源電圧を供給する。尚、電源回路１０の平滑コンデンサＣ３に電源を供給する回路は上記のものに限定されるものではなく、より高効率の電源供給手段として、定常時にインダクタＬ１の二次巻線ｎ２からコンデンサＣ３を充電するような回路を採用してもよい。
【００２０】
電源投入時にスタータ回路５３によってフリップフロップＦＦ１のセット入力端子Ｓにスタートパルスが入力されると、フリップフロップＦＦ１のＱ出力はハイになる。これにより、駆動回路５４を介して７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）がハイになると、抵抗Ｒ２１，Ｒ２０で分圧されたゲート駆動電圧がスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加される。尚、抵抗Ｒ１は電流検出用の抵抗であり、その抵抗値は非常に小さいので、ゲート・ソース間の駆動電圧には殆ど影響しない。
【００２１】
スイッチング素子Ｑｌがオンになると、コンデンサＣ１の正極から出力コンデンサＣ２→インダクタＬｌ→スイッチング素子Ｑｌ→抵抗Ｒｌを介してコンデンサＣ１の負極へ電流が流れる。このとき、インダクタＬｌに流れるチョッパ電流ｉ１は、インダクタＬｌが磁気飽和しない限り略直線的に増加する電流となる。この電流は抵抗Ｒｌにより検出されて、制御用集積回路５０の４番ピンＰ４（ＣＳ）に入力される。
【００２２】
上述のように制御用集積回路５０の４番ピンＰ４（ＣＳ）はチョッパ電流検出端子であり、４番ピンＰ４に入力された電圧は、抵抗Ｒ５０及びコンデンサＣ５０からなるノイズフィルタを介してコンパレータＣＰ１のプラス側入力端子に入力される。コンパレータＣＰ１のマイナス側入力端子には基準電圧として乗算回路５２の出力電圧が入力されている。この基準電圧（乗算回路５２の出力電圧）は、１番ピンＰ１（ＩＮＶ）の印加電圧Ｖ１と基準電圧Ｅ１との偏差を誤差増幅器ＥＡ１で増幅した値と、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）の入力電圧Ｖ３とで決定される。
【００２３】
チョッパ電流検出端子ＣＳの入力電圧が基準電圧（乗算回路５２の出力電圧）を超えると、コンパレータＣＰ１の出力がハイになり、フリップフロップＦＦ１のリセット入力端子Ｒにリセット信号が入力される。これにより、フリップフロップＦＦ１のＱ出力がローになると、駆動回路５４は７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）から電流を引き込むように動作する。この時、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されたダイオードＤ２２がオンになり、抵抗Ｒ２２を介してスイッチング素子Ｑｌのゲート・ソース間電荷が引き抜かれるので、スイッチング素子Ｑ１は速やかにオフになる。
【００２４】
スイッチング素子Ｑｌがオフになると、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが回生ダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２に放出される。この時、インダクタＬ１の両端電圧は出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２にクランプされるので、インダクタＬ１に流れる電流ｉ１は略一定の傾き（ｄｉ／ｄｔ≒−Ｖｃ２／Ｌ１）で減少していく。
【００２５】
ここで、インダクタＬ１に電流ｉ１が流れている期間中は、インダクタＬ１の二次巻線ｎ２に、電流ｉ１が減少する傾きに応じた電圧が発生する。そして、インダクタＬｌの電流ｉ１が流れ終わると、二次巻線ｎ２の両端間の電圧は消失するので、そのタイミングを５番ピンＰ５（ゼロクロス検出端子ＺＣＤ）の入力電圧から検出する。
【００２６】
制御用集積回路５０の内部では、ゼロクロス検出用のコンパレータＣＰ２のマイナス側入力端子に５番ピンＰ５（ゼロクロス検出端子ＺＣＤ）が接続され、コンパレータＣＰ２のプラス側入力端子にはゼロクロス検出用の基準電圧Ｅ２が印加されている。
【００２７】
ここで、５番ピンＰ５に入力される二次巻線ｎ２の電圧が消失すると、コンパレータＣＰ２の出力がハイになり、ＯＲゲートＧ１を介してフリップフロップＦＦ１のセット入力端子Ｓにセットパルスが供給されるので、フリップフロップＦＦ１のＱ出力がハイになる。これにより、駆動回路５４を介して７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧レベルがハイになるので、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。以後、上記の動作を繰り返すことによって、スイッチング素子Ｑ１がオン／オフを繰り返すのである。
【００２８】
このようにして、出力コンデンサＣ２にはコンデンサＣ１の出力電圧を降圧した直流電圧が得られ、この直流電圧が出力コネクタＣＮ２を介して照明負荷４に供給される。ここで、照明負荷４が直列接続された複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される場合、ＬＥＤの順電圧をＶｆ、ＬＥＤの直列個数をｎ個とすると、出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は略（ｎ×Ｖｆ）にクランプされる。
【００２９】
また本実施形態では、インダクタＬｌの二次巻線ｎ２の電圧が消失するタイミングを検出することで、インダクタＬ１に流れる電流ｉ１が略ゼロになるタイミングを検出しているが、電流ｉ１がゼロになるタイミングは別の手段で検出してもよい。電流ｉ１がゼロになるタイミングを検出可能な手段としては、回生ダイオードＤｌの逆方向電圧の上昇を検出したり、スイッチング素子Ｑｌの両端電圧の降下を検出するなどの方法があり、回生電流が消失するタイミングを検出できれば、他の手段を採用してもよい。
【００３０】
次に、調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４を調光する調光回路について説明する。尚、調光信号Ｓ１は、低周波（約１ｋＨｚ）のＰＷＭ信号からなり、調光比に応じてオンデューティが変化するような信号である。
【００３１】
本実施形態では、調光回路として、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する振幅制御回路（第１電流調整手段）６ａと、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路（第２電流調整手段）６ｂを備えている。尚、振幅制御回路６ａの前段、ＰＷＭ制御回路６ｂの前段には、それぞれ、調光信号Ｓ１を予め設定された遅延時間だけ遅延させて出力するタイマー回路７ａ，７ｂが設けられている。各タイマー回路７ａ，７ｂの遅延時間は個別に設定されるようになっている。
【００３２】
振幅制御回路６ａは、調光信号に応じて、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御することで、照明負荷４を調光する回路である。上述の制御用集積回路５０は、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）に印加される電圧Ｖ３が高くなるほど、スイッチング素子Ｑｌに流れる電流のピーク値が高くなるように制御する機能を備えているので、振幅制御回路６ａはこの機能を利用して振幅制御を行う。
【００３３】
振幅制御回路６ａは、タイマー回路７ａで遅延された調光信号Ｓ１のハイ／ローを反転させるＮＯＴゲート８と、ＮＯＴゲート８の出力を積分する積分回路９からなり、積分回路９の出力は制御用集積回路５０の３番ピンＰ３に入力される。積分回路９は、ＮＯＴゲート８の出力端子間に接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、ロー側の抵抗Ｒ４に並列接続されたコンデンサＣ４とで構成されるＣＲ積分回路からなる。タイマー回路７ａを介して入力された、低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１は、ＮＯＴゲート８によって反転された後、大きさがオンデューティに反比例した直流電圧に変換される。
【００３４】
ここで、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のオンデューティが低下し、ハイの期間が短くなると、振幅制御回路６ａでは調光信号Ｓ１を反転させた信号を積分するので、３番ピンＰ３に印加される電圧が高くなる。これにより制御用集積回路５０が７番ピンＰ７の出力を制御して、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を高い値に制御するので、コンデンサＣ２で平滑された照明負荷４に流れる電流の振幅も大きくなって、照明負荷４の光出力が増加する。またスイッチング素子Ｑｌのオン時間は長くなるので、降圧チョッパ回路３の発振周波数は低下する。
【００３５】
一方、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のオンデューティが増加し、ハイの期間が長くなると、振幅制御回路６ａでは調光信号Ｓ１を反転させた信号を積分するので、３番ピンＰ３に印加される電圧が低くなる。これにより制御用集積回路５０が７番ピンＰ７の出力を制御して、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を低い値に制御するので、コンデンサＣ２で平滑された照明負荷４に流れる電流の振幅も小さくなって、照明負荷４の光出力が低下する。またスイッチング素子Ｑｌのオン時間は短くなるので、降圧チョッパ回路３の発振周波数は高くなる。
【００３６】
このように、調光信号Ｓ１のデューティ比に応じてスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の振幅を変化させることで、照明負荷４を調光させることができる。但し、振幅制御回路６ａだけで調光制御を行う場合、調光比の下限は約１０％が限界で、降圧チョッパ回路３の発振周波数も調光比の下限で数百ｋＨｚまで上昇する。
【００３７】
次に、降圧チョッパ回路３による高周波のチョッパ動作を、低周波のＰＷＭ信号に応じて間欠的に停止させることにより、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路６ｂについて説明する。
【００３８】
ＰＷＭ制御回路６ｂは、スイッチング素子Ｑ１の制御電極とグランド（コンデンサＣ１の負極）との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ２で構成される。このスイッチング素子Ｑ２のゲートにはタイマー回路７ｂの出力が入力されている。
【００３９】
調光信号Ｓ１は、低周波（例えば１ｋＨｚ）の矩形波電圧信号であって、調光が浅いほど（調光出力が明るいほど）、１周期中でローレベルの期間が長くなるような（オンデューティが小さくなるような）ＰＷＭ信号である。
【００４０】
ＰＷＭ制御回路６ｂでは、低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１がタイマー回路７ｂで遅延された後、スイッチング素子Ｑ２のゲートに入力される。
【００４１】
スイッチング素子Ｑ２は、そのゲート電圧がハイのときオンになり、スイッチング素子Ｑ１の制御電極とグランドの間が短絡される。スイッチング素子Ｑ２がオンとなる間は、抵抗Ｒ２１とスイッチング素子Ｑ２の接続点が常にローレベルとなる。したがって、制御用集積回路５０の７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧が高周波でハイ／ローに切り替わっても、そのゲートドライブ出力は抵抗Ｒ２１で消費され、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態に維持され、チョッパ動作が停止させられる。
【００４２】
一方、スイッチング素子Ｑ２は、そのゲート電圧がローのときオフになり、ドレイン−ソース間が高インピーダンス状態となるので、スイッチング素子Ｑ２が接続されていないのと同じ状態になる。したがって、スイッチング素子Ｑ２がオフしている間は、制御用集積回路５０の７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧が高周波でハイ／ローに切り替わるのに応じて、スイッチング素子Ｑｌがオン／オフに切り替わるので、通常のチョッパ動作が行われる。
【００４３】
したがって、ＰＷＭ制御回路６ｂによって降圧チョッパ回路３のチョッパ動作が断続され、チョッパ動作を行う期間とチョッパ動作を停止する期間の比率は、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のローの期間とハイの期間の比率に一致することになる。降圧チョッパ回路３がチョッパ動作を行う期間ではチョッパ動作に応じた定電流が照明負荷４に流れ、チョッパ動作を停止する期間では照明負荷４への電流供給が停止される。これにより、ＰＷＭ信号の１周期に対するローの期間の割合に応じた電流が照明負荷４に供給されることになり、ＰＷＭ制御回路６ｂによって照明負荷４の調光が可能になる。なお調光が浅くなると、調光信号Ｓ１のオンデューティが低下するので、降圧チョッパ回路３の停止期間が長くなり、調光が深くなると、調光信号Ｓ１のオンデューティが大きくなるので、降圧チョッパ回路３の停止期間は短くなる。
【００４４】
但し、ＰＷＭ制御回路６ｂだけで調光制御を行うと、全点灯状態、すなわち照明負荷４に定格電流が流れている状態で、降圧チョッパ回路３の動作状態と停止状態が周期的に繰り返されるので、インダクタやトランスから比較的大きなうなり音が発生する。また調光下限付近では降圧チョッパ回路３の停止期間が長くなるために、スイッチング素子Ｑ１の動作期間が非常に短くなる。ここで、図３（ａ）は調光信号Ｓ１の波形図、図３（ｂ）はスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の波形図であり、図３（ｂ）では時間軸を拡大して表示してある。調光信号Ｓ１がハイの期間（図３（ｂ）の期間Ｗ１）は降圧チョッパ回路３のチョッパ動作が停止され、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。一方、調光信号Ｓ１がローの期間（図３（ｂ）の期間Ｗ２）は降圧チョッパ回路３がチョッパ動作を行って、スイッチング素子Ｑ１がオン／オフするのであるが、調光下限付近ではスイッチング素子Ｑ１の動作期間が短く、スイッチング素子Ｑ１が２回程度しかオンしないため、降圧チョッパ回路３の動作が不安定になる。
【００４５】
そこで、本実施形態の調光点灯装置１では、振幅制御回路６ａによる振幅制御動作と、ＰＷＭ制御回路６ｂにより負荷電流ｉ１を断続させる制御とを同時に行うようにしており、調光制御時には電流の振幅を低減しながら、電流を断続的に遮断する動作を行っている。振幅制御と電流の断続制御をどちらか一方のみ行う場合に比べて、調光上限付近では照明負荷４に流れる電流を低下させた状態で電流を断続するからインダクタなどの回路部品が発するうなり音を低減できる。また調光下限付近では、照明負荷４に流れる電流を断続させる制御と同時に振幅の制御を行うから、振幅制御のみで調光する場合に比べて、降圧チョッパ回路３の発振周波数もあまり上昇せず（本回路では１００ｋＨｚ程度）、またスイッチング素子Ｑ１の動作期間が比較的長い状態で数十μＡまで電流を低減できるから、安定した調光制御を行うことができる。
【００４６】
尚、本実施形態ではＰＷＭ制御回路６ｂのスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧を低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１に応じて制御しているが、制御用集積回路５０の１番ピンＰ１（ＩＮＶ）の印加電圧、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）の印加電圧、４番ピンＰ４の印加電圧、５番ピンＰ５（ＺＣＤ）の印加電圧のうちの何れか１つ又は複数を調光信号Ｓ１に応じて制御することで、降圧チョッパ回路３の動作を断続させてもよい。
【００４７】
また本実施形態では振幅制御回路６ａ及びＰＷＭ制御回路６ｂの前段にそれぞれタイマー回路７ａ，７ｂを設けている。タイマー回路７ａ，７ｂの時間設定によって、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始されるタイミングと、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御が開始されるタイミングとに時間差を設けることができる。
【００４８】
ここで、タイマー回路７ａによる遅延時間を、タイマー７ｂによる遅延時間よりも短くすると、先ず、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始した後に、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御を開始する。これにより調光開始時は照明負荷４に流れる電流の振幅制御が先行して行われ、その後に電流を断続する制御が追加して行われることになる。振幅制御に比べて電流を断続する制御の方が光出力を大きく変化させるので、先ず振幅制御を開始することで、調光開始時にゆっくりと調光状態に切り換えられる。
【００４９】
一方、タイマー回路７ｂによる遅延時間を、タイマー７ａによる遅延時間よりも短くすると、先ず、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御が開始した後に、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始される。これにより調光開始時は照明負荷４に流れる電流を断続する制御が先行して行われ、その後に電流の振幅制御が追加して行われることになるので、調光開始後短時間で調光状態に移行させることができる。
【００５０】
ここで、上述の調光点灯装置１を組み込んだ照明装置の全体構成を図４に示す。この照明装置は、交流電源ＡＣが接続される電源コネクタＣＮ１と、照明負荷４が接続される出力コネクタＣＮ２と、調光器２０からの調光信号線が接続されるコネクタＣＮ３を備えている。
【００５１】
電源コネクタＣＮ１には電流フューズＦＳ１とフィルタ回路Ｆ１を介して直流電源回路２が接続されており、直流電源回路２によって交流電圧が整流、平滑される。尚、直流電源回路２を構成する平滑コンデンサＣ１の負極は、コンデンサＣ５，Ｃ６を介して、照明装置の筐体（図示せず）に高周波的に接続されている。
【００５２】
コネクタＣＮ３には、調光器２０から例えば周波数が１ｋＨｚで振幅が１０Ｖのデューティ可変の矩形波電圧信号からなる調光信号Ｓ１が入力される。コネクタＣＮ３に接続された整流回路１１は、コネクタＣＮ３に接続される調光信号線の配線を無極性化するための回路であり、調光信号線を逆接続しても正常に動作するようになっている。すなわち、コネクタＣＮ３から入力された調光信号Ｓ１は全波整流器ＤＢ２で全波整流され、抵抗などのインピーダンス要素Ｚ１を介してツェナーダイオードＺＤ２の両端間に矩形波電圧信号を発生させている。ツェナーダイオードＺＤ２の両端間に発生した矩形波電圧信号は、フォトカプラＰＣ１からなる絶縁回路１２に入力され、調光信号線と調光点灯装置１とを電気的に絶縁した状態で調光信号Ｓ１が制御回路５へと伝達される。そして、絶縁回路１２から出力された調光信号Ｓ１は波形整形回路１３によって波形整形され、ハイレベルとローレベルの明確なＰＷＭ信号として制御回路５に入力される。尚、調光器２０からの調光信号線が長くなると、調光器２０から長い距離を伝送されてきた矩形波電圧信号は、その波形に歪みが生じるので、波形整形回路１３を設けてある。
【００５３】
制御回路５には調光回路として、上述の振幅制御回路６ａとＰＷＭ制御回路６ｂが設けられており、振幅制御回路６ａは、調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する。またＰＷＭ制御回路６ｂは、調光信号Ｓ１に応じて、照明負荷４に流れる電流を断続する制御を行う。そして、上述したように振幅制御回路６ａによる制御とＰＷＭ制御回路６ｂによる制御を同時に行うことによって、照明負荷４の調光を行っており、出力のリップルを低減できるとともに、うなり音の発生を低減できる。
【００５４】
尚、上記の調光点灯装置１では、照明負荷４に流れる電流を制御する制御回路として、非絶縁型バックコンバータ方式の回路を例に説明を行ったが、定電流制御或いは定電圧制御を行う回路方式であれば、どのような回路方式を採用してもよい。例えば図５（ａ）〜（ｄ）に示すように絶縁式のフライバック型のコンバータやフォワード型のコンバータなどからなる制御回路３ａ〜３ｄを用いてもよい。尚、個々の回路については従来周知であるので、その説明は省略する。
【００５５】
次に、上述の調光点灯装置１を備えた照明装置について図６を参照して説明する。この照明装置Ａ１は、照明負荷と電源回路を別々の筐体に収めた電源別置型の照明装置であり、電源ブロック３０と灯具ブロック４０とを電力線を介して接続してある。
【００５６】
電源ブロック３０は、上述の調光点灯装置１が形成された回路基板（図示せず）を、金属製の筐体３１内に収納して構成され、天井１００の裏側に配置されている。
【００５７】
灯具ブロック４０の筐体４１は下端側が開放された金属製の円筒体からなり、下端の開口部は光拡散板４２によって閉塞されている。筐体４１の内部には、照明負荷４である複数の発光ダイオード４ａを実装した回路基板４３が、発光ダイオード４ａを光拡散板４２に対向させた状態で収納されている。
【００５８】
この筐体４１は、天井１００に設けた埋込孔に上部を挿入した状態で天井１００に固定されており、電源ブロック３０内の調光点灯装置１と電線４５及びコネクタ４６を介して接続されている。
【００５９】
このように、照明負荷４を筐体４１内に収めた灯具ブロック４０とは別の筐体３１に調光点灯装置１の回路基板を収納しているので、灯具ブロック４０の薄型化が可能になり、また電源ブロック３０は電線４５の届く範囲で自由な場所に設置できる。
【００６０】
尚、本実施形態の照明装置Ａ１は調光点灯装置１と照明負荷４を別々の筐体３１，４１に収納しているが、灯具ブロック４０と同じ筐体に調光点灯装置１を収納したものでもよい。
【００６１】
また、本実施形態の調光点灯装置１は照明装置に限らず、各種の光源、例えば液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタなどの光源として利用しても構わない。
【００６２】
また、上記の実施形態では照明負荷４として発光ダイオードを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば有機ＥＬ素子や半導体レーザー素子などでもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 調光点灯装置
２ 直流電源回路
３ 降圧チョッパ回路
４ 照明負荷
５ 制御回路
６ａ 振幅制御回路（第１電流調整手段、調光回路）
６ｂ ＰＷＭ制御回路（第２電流調整手段、調光回路）
Ｑ１ スイッチング素子
Ｓ１ 調光信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光点灯装置及びそれを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）の調光制御方式としてＰＷＭ制御方式や振幅制御方式が採用されている。ＰＷＭ制御方式では、ＬＥＤに流れる電流を１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の低周波で間欠的に休止させ、その電流休止期間の長さを調整することで、光出力の平均値を調整する。振幅制御方式では、ＬＥＤに流れる電流の振幅を調整することで、ＬＥＤの光出力を調整している。また、ＰＷＭ制御方式と振幅制御方式を組み合わせて調光制御を行う調光装置も種々提案されている。例えば特許文献１では、調光の浅い領域ではＰＷＭ制御方式、深い領域では振幅制御方式を用いている。また特許文献２では、調光の浅い領域では振幅制御方式、深い領域ではＰＷＭ制御方式を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６７９９９号公報
【特許文献２】特開２００９−１２３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された調光装置では、全点灯状態から調光制御が開始されると、最初に断続的（１００Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）に点灯回路が動作するので、インダクタやトランスにうなりが発生する。また、特許文献２に開示された調光装置では、調光の初期にスイッチング素子のオンデューティや周波数を可変して、電流の振幅を制御するため、周波数が高くなって、幅射雑音や端子雑音が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でもスイッチング周波数が低く安定した調光が行える調光点灯装置及びそれを用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の調光点灯装置は、照明負荷を調光する調光回路を備える。この調光回路は、照明負荷に流れる電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続させるように制御する第２電流調整手段を具備する。そして、調光回路は、第１電流調整手段による制御と第２電流調整手段による制御を同時に行わせることで、照明負荷を調光することを特徴とする。ここにおいて、電流の振幅制御とパルス幅変調制御を同時に行うとは、振幅制御及びパルス幅変調制御を開始するタイミングや終了するタイミングが同時でない場合も含み、両方の制御を同時に実行する時間帯があればよい。
【０００７】
この調光点灯装置において、調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず第１電流調整手段による振幅制御を開始させ、第２電流調整手段による制御を追加して行わせるまでに時間差を設けることも好ましい。
【０００８】
この調光点灯装置において、調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず第２電流調整手段による制御を開始させ、第１電流調整手段による振幅制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことも好ましい。
【０００９】
本発明の照明装置は、照明負荷と、上記の調光点灯装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の調光点灯装置によれば、電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続する第２電流調整手段を同時に動作させているので、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でも、スイッチング周波数が高くならず安定した点灯動作を行わせることができる。
【００１１】
本発明の照明装置によれば、電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、照明負荷に流れる電流を断続する第２電流調整手段とを同時に動作させているので、回路部品によるうなり音を低減しつつ、調光の深い領域でも、スイッチング周波数が高くならず安定した点灯動作が可能な照明装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の調光点灯装置の回路図である。
【図２】同上の調光点灯装置に用いられる制御用集積回路の概略構成を説明する回路図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の調光点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図４】同上の調光点灯装置を用いた照明装置の概略構成を示す回路図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上の調光点灯装置の要部を示す回路図である。
【図６】同上の調光点灯装置を用いた照明装置の施工状態を説明する一部破断断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る調光点灯装置の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は調光点灯装置１の回路図であり、この調光点灯装置１は、電源が接続される電源コネクタＣＮ１と、照明負荷が接続される出力コネクタＣＮ２を備えている。
【００１４】
電源コネクタＣＮ１には商用交流電源（１００Ｖ，５０／６０Ｈｚ）が接続される。出力コネクタＣＮ２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子で構成された照明負荷４が接続される。本実施形態では複数のＬＥＤの直列回路で照明負荷４が構成されているが、ＬＥＤ１個で照明負荷４が構成されていてもよい。また複数個のＬＥＤを並列、或いは、直並列に接続して照明負荷４を構成してもよい。
【００１５】
電源コネクタＣＮ１には、電流フューズＦＳ１とフィルタ回路Ｆ１を介して直流電源回路２が接続されている。フィルタ回路Ｆ１は、サージ電圧吸収素子ＺＮＲ、フィルタコンデンサＣＦ１，ＣＦ２及びコモンモードチョークコイルＬＦ１で構成されている。
【００１６】
直流電源回路２は、フィルタ回路Ｆ１を介して入力される交流電圧を全波整流する全波整流器ＤＢ１と、全波整流器ＤＢ１の整流出力を整流する平滑コンデンサＣ１とで構成される。尚、直流電源回路２は、全波整流器ＤＢ１及び平滑コンデンサＣ１からなる整流平滑回路に限定される趣旨のものではなく、昇圧チョッパ回路を用いた力率改善回路でもよい。
【００１７】
直流電源回路２の出力端子には降圧チョッパ回路３が接続されている。降圧チョッパ回路３はインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１と回生ダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２とを主要な構成として備える。インダクタＬ１は、直流電流で点灯する照明負荷４に対して直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなり、インダクタＬ１及び照明負荷４の直列回路と、直流電源回路２の出力端子の間に、電流検出用の抵抗Ｒ１を介して直列に接続されている。回生ダイオードＤ１は、インダクタＬ１及び照明負荷４の直列回路と並列に接続されており、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタＬｌの蓄積エネルギーが照明負荷４へ放出される向きに接続されている。また照明負荷４と並列に出力コンデンサＣ２が接続されており、この出力コンデンサＣ２はスイッチング素子Ｑ１のオン／オフによる脈動成分を平滑化して、照明負荷４に平滑化された直流電流が流れるように、その静電容量が設定されている。
【００１８】
降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ１は制御回路５によって高周波でオン／オフ駆動される。制御回路５は制御用集積回路５０とその周辺回路で構成される。なお制御用集積回路５０としては例えばＳＴマイクロエレクトロニクス社製のＬ６５６２を用いている。この制御用集積回路５０は、元々、力率改善用の昇圧チョッパ回路を制御するための集積回路であり、内部に乗算回路など、降圧チョッパ回路の制御には余分な構成要素を含んでいる。その反面、入力電流の平均値を入力電圧の崩落線と相似形とする制御のために、入力電流のピーク値を制御する機能と、ゼロクロス制御機能を１つのチップ内に備えており、これらの機能を降圧チョッパ回路３の制御に転用している。
【００１９】
図２は制御用集積回路５０の内部回路を簡略的に示した回路図である。この制御用集積回路５０の１番ピンＰ１（ＩＮＶ）は内蔵する誤差増幅器ＥＡ１の反転入力端子に、２番ピンＰ２（ＣＯＭＰ）は誤差増幅器ＥＡ１の出力端子に、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）は乗算回路５２の入力端子に接続されている。４番ピンＰ４（ＣＳ）はチョッパ電流検出端子であり、スイッチング素子Ｑ１及び抵抗Ｒ１の接続点に接続されている。５番ピンＰ５（ＺＣＤ）はゼロクロス検出端子であり、抵抗Ｒ２を介してインダクタＬ１の二次巻線ｎ２に接続されている。６番ピンＰ６（ＧＮＤ）はグランド端子であり、回路のグランド（直流電源回路２の低圧側の出力端子）に接続されている。７番ピンＰ７（ＧＤ）はゲートドライブ端子であり、このゲートドライブ端子の出力でスイッチング素子Ｑ２のゲートがドライブされる。８番ピンＰ８（Ｖｃｃ）は電源端子であり、後述の電源回路１０によって電源端子とグランド端子の間に所定電圧以上の電源電圧が供給されると、内蔵する制御電源回路５１により基準電圧Ｅ１，Ｅ２が生成されるとともに、この集積回路内部の各回路が動作可能な状態となる。ここで、電源回路１０は、平滑コンデンサＣ１の正極から高抵抗の抵抗Ｒ１０を介して充電電流が供給される平滑コンデンサＣ３と、その両端電圧を制限するツェナーダイオードＺＤ１を備え、平滑コンデンサＣ３から上述の電源端子Ｖｃｃに電源電圧を供給する。尚、電源回路１０の平滑コンデンサＣ３に電源を供給する回路は上記のものに限定されるものではなく、より高効率の電源供給手段として、定常時にインダクタＬ１の二次巻線ｎ２からコンデンサＣ３を充電するような回路を採用してもよい。
【００２０】
電源投入時にスタータ回路５３によってフリップフロップＦＦ１のセット入力端子Ｓにスタートパルスが入力されると、フリップフロップＦＦ１のＱ出力はハイになる。これにより、駆動回路５４を介して７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）がハイになると、抵抗Ｒ２１，Ｒ２０で分圧されたゲート駆動電圧がスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加される。尚、抵抗Ｒ１は電流検出用の抵抗であり、その抵抗値は非常に小さいので、ゲート・ソース間の駆動電圧には殆ど影響しない。
【００２１】
スイッチング素子Ｑｌがオンになると、コンデンサＣ１の正極から出力コンデンサＣ２→インダクタＬｌ→スイッチング素子Ｑｌ→抵抗Ｒｌを介してコンデンサＣ１の負極へ電流が流れる。このとき、インダクタＬｌに流れるチョッパ電流ｉ１は、インダクタＬｌが磁気飽和しない限り略直線的に増加する電流となる。この電流は抵抗Ｒｌにより検出されて、制御用集積回路５０の４番ピンＰ４（ＣＳ）に入力される。
【００２２】
上述のように制御用集積回路５０の４番ピンＰ４（ＣＳ）はチョッパ電流検出端子であり、４番ピンＰ４に入力された電圧は、抵抗Ｒ５０及びコンデンサＣ５０からなるノイズフィルタを介してコンパレータＣＰ１のプラス側入力端子に入力される。コンパレータＣＰ１のマイナス側入力端子には基準電圧として乗算回路５２の出力電圧が入力されている。この基準電圧（乗算回路５２の出力電圧）は、１番ピンＰ１（ＩＮＶ）の印加電圧Ｖ１と基準電圧Ｅ１との偏差を誤差増幅器ＥＡ１で増幅した値と、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）の入力電圧Ｖ３とで決定される。
【００２３】
チョッパ電流検出端子ＣＳの入力電圧が基準電圧（乗算回路５２の出力電圧）を超えると、コンパレータＣＰ１の出力がハイになり、フリップフロップＦＦ１のリセット入力端子Ｒにリセット信号が入力される。これにより、フリップフロップＦＦ１のＱ出力がローになると、駆動回路５４は７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）から電流を引き込むように動作する。この時、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されたダイオードＤ２２がオンになり、抵抗Ｒ２２を介してスイッチング素子Ｑｌのゲート・ソース間電荷が引き抜かれるので、スイッチング素子Ｑ１は速やかにオフになる。
【００２４】
スイッチング素子Ｑｌがオフになると、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが回生ダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２に放出される。この時、インダクタＬ１の両端電圧は出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２にクランプされるので、インダクタＬ１に流れる電流ｉ１は略一定の傾き（ｄｉ／ｄｔ≒−Ｖｃ２／Ｌ１）で減少していく。
【００２５】
ここで、インダクタＬ１に電流ｉ１が流れている期間中は、インダクタＬ１の二次巻線ｎ２に、電流ｉ１が減少する傾きに応じた電圧が発生する。そして、インダクタＬｌの電流ｉ１が流れ終わると、二次巻線ｎ２の両端間の電圧は消失するので、そのタイミングを５番ピンＰ５（ゼロクロス検出端子ＺＣＤ）の入力電圧から検出する。
【００２６】
制御用集積回路５０の内部では、ゼロクロス検出用のコンパレータＣＰ２のマイナス側入力端子に５番ピンＰ５（ゼロクロス検出端子ＺＣＤ）が接続され、コンパレータＣＰ２のプラス側入力端子にはゼロクロス検出用の基準電圧Ｅ２が印加されている。
【００２７】
ここで、５番ピンＰ５に入力される二次巻線ｎ２の電圧が消失すると、コンパレータＣＰ２の出力がハイになり、ＯＲゲートＧ１を介してフリップフロップＦＦ１のセット入力端子Ｓにセットパルスが供給されるので、フリップフロップＦＦ１のＱ出力がハイになる。これにより、駆動回路５４を介して７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧レベルがハイになるので、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。以後、上記の動作を繰り返すことによって、スイッチング素子Ｑ１がオン／オフを繰り返すのである。
【００２８】
このようにして、出力コンデンサＣ２にはコンデンサＣ１の出力電圧を降圧した直流電圧が得られ、この直流電圧が出力コネクタＣＮ２を介して照明負荷４に供給される。ここで、照明負荷４が直列接続された複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される場合、ＬＥＤの順電圧をＶｆ、ＬＥＤの直列個数をｎ個とすると、出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は略（ｎ×Ｖｆ）にクランプされる。
【００２９】
また本実施形態では、インダクタＬｌの二次巻線ｎ２の電圧が消失するタイミングを検出することで、インダクタＬ１に流れる電流ｉ１が略ゼロになるタイミングを検出しているが、電流ｉ１がゼロになるタイミングは別の手段で検出してもよい。電流ｉ１がゼロになるタイミングを検出可能な手段としては、回生ダイオードＤｌの逆方向電圧の上昇を検出したり、スイッチング素子Ｑｌの両端電圧の降下を検出するなどの方法があり、回生電流が消失するタイミングを検出できれば、他の手段を採用してもよい。
【００３０】
次に、調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４を調光する調光回路について説明する。尚、調光信号Ｓ１は、低周波（約１ｋＨｚ）のＰＷＭ信号からなり、調光比に応じてオンデューティが変化するような信号である。
【００３１】
本実施形態では、調光回路として、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する振幅制御回路（第１電流調整手段）６ａと、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路（第２電流調整手段）６ｂを備えている。尚、振幅制御回路６ａの前段、ＰＷＭ制御回路６ｂの前段には、それぞれ、調光信号Ｓ１を予め設定された遅延時間だけ遅延させて出力するタイマー回路７ａ，７ｂが設けられている。各タイマー回路７ａ，７ｂの遅延時間は個別に設定されるようになっている。
【００３２】
振幅制御回路６ａは、調光信号に応じて、照明負荷４に流れる電流の振幅を制御することで、照明負荷４を調光する回路である。上述の制御用集積回路５０は、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）に印加される電圧Ｖ３が高くなるほど、スイッチング素子Ｑｌに流れる電流のピーク値が高くなるように制御する機能を備えているので、振幅制御回路６ａはこの機能を利用して振幅制御を行う。
【００３３】
振幅制御回路６ａは、タイマー回路７ａで遅延された調光信号Ｓ１のハイ／ローを反転させるＮＯＴゲート８と、ＮＯＴゲート８の出力を積分する積分回路９からなり、積分回路９の出力は制御用集積回路５０の３番ピンＰ３に入力される。積分回路９は、ＮＯＴゲート８の出力端子間に接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、ロー側の抵抗Ｒ４に並列接続されたコンデンサＣ４とで構成されるＣＲ積分回路からなる。タイマー回路７ａを介して入力された、低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１は、ＮＯＴゲート８によって反転された後、大きさがオンデューティに反比例した直流電圧に変換される。
【００３４】
ここで、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のオンデューティが低下し、ハイの期間が短くなると、振幅制御回路６ａでは調光信号Ｓ１を反転させた信号を積分するので、３番ピンＰ３に印加される電圧が高くなる。これにより制御用集積回路５０が７番ピンＰ７の出力を制御して、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を高い値に制御するので、コンデンサＣ２で平滑された照明負荷４に流れる電流の振幅も大きくなって、照明負荷４の光出力が増加する。またスイッチング素子Ｑｌのオン時間は長くなるので、降圧チョッパ回路３の発振周波数は低下する。
【００３５】
一方、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のオンデューティが増加し、ハイの期間が長くなると、振幅制御回路６ａでは調光信号Ｓ１を反転させた信号を積分するので、３番ピンＰ３に印加される電圧が低くなる。これにより制御用集積回路５０が７番ピンＰ７の出力を制御して、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を低い値に制御するので、コンデンサＣ２で平滑された照明負荷４に流れる電流の振幅も小さくなって、照明負荷４の光出力が低下する。またスイッチング素子Ｑｌのオン時間は短くなるので、降圧チョッパ回路３の発振周波数は高くなる。
【００３６】
このように、調光信号Ｓ１のデューティ比に応じてスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の振幅を変化させることで、照明負荷４を調光させることができる。但し、振幅制御回路６ａだけで調光制御を行う場合、調光比の下限は約１０％が限界で、降圧チョッパ回路３の発振周波数も調光比の下限で数百ｋＨｚまで上昇する。
【００３７】
次に、降圧チョッパ回路３による高周波のチョッパ動作を、低周波のＰＷＭ信号に応じて間欠的に停止させることにより、照明負荷４に流れる電流を断続するＰＷＭ制御回路６ｂについて説明する。
【００３８】
ＰＷＭ制御回路６ｂは、スイッチング素子Ｑ１の制御電極とグランド（コンデンサＣ１の負極）との間にドレイン−ソース間が接続されたＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ２で構成される。このスイッチング素子Ｑ２のゲートにはタイマー回路７ｂの出力が入力されている。
【００３９】
調光信号Ｓ１は、低周波（例えば１ｋＨｚ）の矩形波電圧信号であって、調光が浅いほど（調光出力が明るいほど）、１周期中でローレベルの期間が長くなるような（オンデューティが小さくなるような）ＰＷＭ信号である。
【００４０】
ＰＷＭ制御回路６ｂでは、低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１がタイマー回路７ｂで遅延された後、スイッチング素子Ｑ２のゲートに入力される。
【００４１】
スイッチング素子Ｑ２は、そのゲート電圧がハイのときオンになり、スイッチング素子Ｑ１の制御電極とグランドの間が短絡される。スイッチング素子Ｑ２がオンとなる間は、抵抗Ｒ２１とスイッチング素子Ｑ２の接続点が常にローレベルとなる。したがって、制御用集積回路５０の７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧が高周波でハイ／ローに切り替わっても、そのゲートドライブ出力は抵抗Ｒ２１で消費され、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態に維持され、チョッパ動作が停止させられる。
【００４２】
一方、スイッチング素子Ｑ２は、そのゲート電圧がローのときオフになり、ドレイン−ソース間が高インピーダンス状態となるので、スイッチング素子Ｑ２が接続されていないのと同じ状態になる。したがって、スイッチング素子Ｑ２がオフしている間は、制御用集積回路５０の７番ピンＰ７（ゲートドライブ端子ＧＤ）の電圧が高周波でハイ／ローに切り替わるのに応じて、スイッチング素子Ｑｌがオン／オフに切り替わるので、通常のチョッパ動作が行われる。
【００４３】
したがって、ＰＷＭ制御回路６ｂによって降圧チョッパ回路３のチョッパ動作が断続され、チョッパ動作を行う期間とチョッパ動作を停止する期間の比率は、ＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１のローの期間とハイの期間の比率に一致することになる。降圧チョッパ回路３がチョッパ動作を行う期間ではチョッパ動作に応じた定電流が照明負荷４に流れ、チョッパ動作を停止する期間では照明負荷４への電流供給が停止される。これにより、ＰＷＭ信号の１周期に対するローの期間の割合に応じた電流が照明負荷４に供給されることになり、ＰＷＭ制御回路６ｂによって照明負荷４の調光が可能になる。なお調光が浅くなると、調光信号Ｓ１のオンデューティが低下するので、降圧チョッパ回路３の停止期間が長くなり、調光が深くなると、調光信号Ｓ１のオンデューティが大きくなるので、降圧チョッパ回路３の停止期間は短くなる。
【００４４】
但し、ＰＷＭ制御回路６ｂだけで調光制御を行うと、全点灯状態、すなわち照明負荷４に定格電流が流れている状態で、降圧チョッパ回路３の動作状態と停止状態が周期的に繰り返されるので、インダクタやトランスから比較的大きなうなり音が発生する。また調光下限付近では降圧チョッパ回路３の停止期間が長くなるために、スイッチング素子Ｑ１の動作期間が非常に短くなる。ここで、図３（ａ）は調光信号Ｓ１の波形図、図３（ｂ）はスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の波形図であり、図３（ｂ）では時間軸を拡大して表示してある。調光信号Ｓ１がハイの期間（図３（ｂ）の期間Ｗ１）は降圧チョッパ回路３のチョッパ動作が停止され、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。一方、調光信号Ｓ１がローの期間（図３（ｂ）の期間Ｗ２）は降圧チョッパ回路３がチョッパ動作を行って、スイッチング素子Ｑ１がオン／オフするのであるが、調光下限付近ではスイッチング素子Ｑ１の動作期間が短く、スイッチング素子Ｑ１が２回程度しかオンしないため、降圧チョッパ回路３の動作が不安定になる。
【００４５】
そこで、本実施形態の調光点灯装置１では、振幅制御回路６ａによる振幅制御動作と、ＰＷＭ制御回路６ｂにより負荷電流ｉ１を断続させる制御とを同時に行うようにしており、調光制御時には電流の振幅を低減しながら、電流を断続的に遮断する動作を行っている。振幅制御と電流の断続制御をどちらか一方のみ行う場合に比べて、調光上限付近では照明負荷４に流れる電流を低下させた状態で電流を断続するからインダクタなどの回路部品が発するうなり音を低減できる。また調光下限付近では、照明負荷４に流れる電流を断続させる制御と同時に振幅の制御を行うから、振幅制御のみで調光する場合に比べて、降圧チョッパ回路３の発振周波数もあまり上昇せず（本回路では１００ｋＨｚ程度）、またスイッチング素子Ｑ１の動作期間が比較的長い状態で数十μＡまで電流を低減できるから、安定した調光制御を行うことができる。
【００４６】
尚、本実施形態ではＰＷＭ制御回路６ｂのスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧を低周波のＰＷＭ信号からなる調光信号Ｓ１に応じて制御しているが、制御用集積回路５０の１番ピンＰ１（ＩＮＶ）の印加電圧、３番ピンＰ３（ＭＵＬＴ）の印加電圧、４番ピンＰ４の印加電圧、５番ピンＰ５（ＺＣＤ）の印加電圧のうちの何れか１つ又は複数を調光信号Ｓ１に応じて制御することで、降圧チョッパ回路３の動作を断続させてもよい。
【００４７】
また本実施形態では振幅制御回路６ａ及びＰＷＭ制御回路６ｂの前段にそれぞれタイマー回路７ａ，７ｂを設けている。タイマー回路７ａ，７ｂの時間設定によって、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始されるタイミングと、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御が開始されるタイミングとに時間差を設けることができる。
【００４８】
ここで、タイマー回路７ａによる遅延時間を、タイマー７ｂによる遅延時間よりも短くすると、先ず、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始した後に、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御を開始する。これにより調光開始時は照明負荷４に流れる電流の振幅制御が先行して行われ、その後に電流を断続する制御が追加して行われることになる。振幅制御に比べて電流を断続する制御の方が光出力を大きく変化させるので、先ず振幅制御を開始することで、調光開始時にゆっくりと調光状態に切り換えられる。
【００４９】
一方、タイマー回路７ｂによる遅延時間を、タイマー７ａによる遅延時間よりも短くすると、先ず、ＰＷＭ制御回路６ｂによる断続制御が開始した後に、振幅制御回路６ａによる振幅制御が開始される。これにより調光開始時は照明負荷４に流れる電流を断続する制御が先行して行われ、その後に電流の振幅制御が追加して行われることになるので、調光開始後短時間で調光状態に移行させることができる。
【００５０】
ここで、上述の調光点灯装置１を組み込んだ照明装置の全体構成を図４に示す。この照明装置は、交流電源ＡＣが接続される電源コネクタＣＮ１と、照明負荷４が接続される出力コネクタＣＮ２と、調光器２０からの調光信号線が接続されるコネクタＣＮ３を備えている。
【００５１】
電源コネクタＣＮ１には電流フューズＦＳ１とフィルタ回路Ｆ１を介して直流電源回路２が接続されており、直流電源回路２によって交流電圧が整流、平滑される。尚、直流電源回路２を構成する平滑コンデンサＣ１の負極は、コンデンサＣ５，Ｃ６を介して、照明装置の筐体（図示せず）に高周波的に接続されている。
【００５２】
コネクタＣＮ３には、調光器２０から例えば周波数が１ｋＨｚで振幅が１０Ｖのデューティ可変の矩形波電圧信号からなる調光信号Ｓ１が入力される。コネクタＣＮ３に接続された整流回路１１は、コネクタＣＮ３に接続される調光信号線の配線を無極性化するための回路であり、調光信号線を逆接続しても正常に動作するようになっている。すなわち、コネクタＣＮ３から入力された調光信号Ｓ１は全波整流器ＤＢ２で全波整流され、抵抗などのインピーダンス要素Ｚ１を介してツェナーダイオードＺＤ２の両端間に矩形波電圧信号を発生させている。ツェナーダイオードＺＤ２の両端間に発生した矩形波電圧信号は、フォトカプラＰＣ１からなる絶縁回路１２に入力され、調光信号線と調光点灯装置１とを電気的に絶縁した状態で調光信号Ｓ１が制御回路５へと伝達される。そして、絶縁回路１２から出力された調光信号Ｓ１は波形整形回路１３によって波形整形され、ハイレベルとローレベルの明確なＰＷＭ信号として制御回路５に入力される。尚、調光器２０からの調光信号線が長くなると、調光器２０から長い距離を伝送されてきた矩形波電圧信号は、その波形に歪みが生じるので、波形整形回路１３を設けてある。
【００５３】
制御回路５には調光回路として、上述の振幅制御回路６ａとＰＷＭ制御回路６ｂが設けられており、振幅制御回路６ａは、調光信号Ｓ１に応じて照明負荷４に流れる電流の振幅を制御する。またＰＷＭ制御回路６ｂは、調光信号Ｓ１に応じて、照明負荷４に流れる電流を断続する制御を行う。そして、上述したように振幅制御回路６ａによる制御とＰＷＭ制御回路６ｂによる制御を同時に行うことによって、照明負荷４の調光を行っており、出力のリップルを低減できるとともに、うなり音の発生を低減できる。
【００５４】
尚、上記の調光点灯装置１では、照明負荷４に流れる電流を制御する制御回路として、非絶縁型バックコンバータ方式の回路を例に説明を行ったが、定電流制御或いは定電圧制御を行う回路方式であれば、どのような回路方式を採用してもよい。例えば図５（ａ）〜（ｄ）に示すように絶縁式のフライバック型のコンバータやフォワード型のコンバータなどからなる制御回路３ａ〜３ｄを用いてもよい。尚、個々の回路については従来周知であるので、その説明は省略する。
【００５５】
次に、上述の調光点灯装置１を備えた照明装置について図６を参照して説明する。この照明装置Ａ１は、照明負荷と電源回路を別々の筐体に収めた電源別置型の照明装置であり、電源ブロック３０と灯具ブロック４０とを電力線を介して接続してある。
【００５６】
電源ブロック３０は、上述の調光点灯装置１が形成された回路基板（図示せず）を、金属製の筐体３１内に収納して構成され、天井１００の裏側に配置されている。
【００５７】
灯具ブロック４０の筐体４１は下端側が開放された金属製の円筒体からなり、下端の開口部は光拡散板４２によって閉塞されている。筐体４１の内部には、照明負荷４である複数の発光ダイオード４ａを実装した回路基板４３が、発光ダイオード４ａを光拡散板４２に対向させた状態で収納されている。
【００５８】
この筐体４１は、天井１００に設けた埋込孔に上部を挿入した状態で天井１００に固定されており、電源ブロック３０内の調光点灯装置１と電線４５及びコネクタ４６を介して接続されている。
【００５９】
このように、照明負荷４を筐体４１内に収めた灯具ブロック４０とは別の筐体３１に調光点灯装置１の回路基板を収納しているので、灯具ブロック４０の薄型化が可能になり、また電源ブロック３０は電線４５の届く範囲で自由な場所に設置できる。
【００６０】
尚、本実施形態の照明装置Ａ１は調光点灯装置１と照明負荷４を別々の筐体３１，４１に収納しているが、灯具ブロック４０と同じ筐体に調光点灯装置１を収納したものでもよい。
【００６１】
また、本実施形態の調光点灯装置１は照明装置に限らず、各種の光源、例えば液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタなどの光源として利用しても構わない。
【００６２】
また、上記の実施形態では照明負荷４として発光ダイオードを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば有機ＥＬ素子や半導体レーザー素子などでもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 調光点灯装置
２ 直流電源回路
３ 降圧チョッパ回路
４ 照明負荷
５ 制御回路
６ａ 振幅制御回路（第１電流調整手段、調光回路）
６ｂ ＰＷＭ制御回路（第２電流調整手段、調光回路）
Ｑ１ スイッチング素子
Ｓ１ 調光信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明負荷を調光する調光回路を備え、この調光回路は、前記照明負荷に流れる電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、前記照明負荷に流れる電流を断続させるように制御する第２電流調整手段を具備し、前記第１電流調整手段による制御と前記第２電流調整手段による制御を同時に行わせることで、前記照明負荷を調光することを特徴とする調光点灯装置。
【請求項２】
前記調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず前記第１電流調整手段による振幅制御を開始させ、前記第２電流調整手段による制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことを特徴とする請求項１記載の調光点灯装置。
【請求項３】
前記調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず前記第２電流調整手段による制御を開始させ、前記第１電流調整手段による振幅制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことを特徴とする請求項１記載の調光点灯装置。
【請求項４】
照明負荷と、請求項１乃至３の何れか１つに記載の調光点灯装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１】
照明負荷を調光する調光回路を備え、この調光回路は、前記照明負荷に流れる電流の振幅を制御する第１電流調整手段と、前記照明負荷に流れる電流を断続させるように制御する第２電流調整手段を具備し、前記第１電流調整手段による制御と前記第２電流調整手段による制御を同時に行わせることで、前記照明負荷を調光することを特徴とする調光点灯装置。
【請求項２】
前記調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず前記第１電流調整手段による振幅制御を開始させ、前記第２電流調整手段による制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことを特徴とする請求項１記載の調光点灯装置。
【請求項３】
前記調光制御部は、調光信号が入力されると、先ず前記第２電流調整手段による制御を開始させ、前記第１電流調整手段による振幅制御を追加して行わせるまでに時間差を設けたことを特徴とする請求項１記載の調光点灯装置。
【請求項４】
照明負荷と、請求項１乃至３の何れか１つに記載の調光点灯装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９４２９０（Ｐ２０１２−９４２９０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８８７５（Ｐ２０１０−２３８８７５）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]