ＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置
【課題】極低輝度を含む範囲で調光行っても、安定な調光を可能にする。
【解決手段】フィードバック制御回路１０１の二次側制御回路１２０には、調光パルス信号が入力される。平滑回路１２１では調光パルス信号のパルス周波数に準じたリップルが残るように平滑処理が行われ、制御器１２２のオペアンプＯＰの非反転入力端子へは、当該平滑処理された電圧が与えられる。このリップルが残った電圧に基づいて、制御器１２２、絶縁手段１３０、一次側制御回路１１０によるフィードバック制御が実行される。リップルが残っていることで、低輝度時すなわち一次側制御回路１１０のフィードバック電圧ＶＦＢが低くなるときには、リップル成分のみからなる電圧がＱ１制御信号生成回路１１１に入力される。Ｑ１制御信号生成回路１１１は、このリップル成分のみからなる電圧に基づいてバースト調光制御を行う。
【解決手段】フィードバック制御回路１０１の二次側制御回路１２０には、調光パルス信号が入力される。平滑回路１２１では調光パルス信号のパルス周波数に準じたリップルが残るように平滑処理が行われ、制御器１２２のオペアンプＯＰの非反転入力端子へは、当該平滑処理された電圧が与えられる。このリップルが残った電圧に基づいて、制御器１２２、絶縁手段１３０、一次側制御回路１１０によるフィードバック制御が実行される。リップルが残っていることで、低輝度時すなわち一次側制御回路１１０のフィードバック電圧ＶＦＢが低くなるときには、リップル成分のみからなる電圧がＱ１制御信号生成回路１１１に入力される。Ｑ１制御信号生成回路１１１は、このリップル成分のみからなる電圧に基づいてバースト調光制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤを定電流駆動するＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置やディスプレイ装置のバックライト等、ＬＥＤは種々の形態で利用されている。ＬＥＤに対して電力を供給するＬＥＤ駆動回路は、一般に定電流制御によって駆動される。そして、現在、調光機能を備えるＬＥＤ照明装置が各種実用化されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は調光機能を備えるものである。当該特許文献１のＬＥＤ照明装置の電力コンバータは、入力端子に交流（ＡＣ）電圧Ｖａｃを受け取り、当該ＡＣ電圧を直流（ＤＣ）電圧Ｖｄｃへ変換し、ＬＥＤを駆動するための電流を出力する。電力コンバータ１０は、ＡＣの高入力電圧を、整流されたＡＣ入力レベルより高くても低くてもよい希望の電圧レベルへ変換し、ＬＥＤ電流を希望の輝度レベルに対して適切に制御できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５３７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＬＥＤ照明装置の輝度を調光により抑えようとする場合、駆動電流を低下させなければならない。
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤ照明装置の駆動電流を低下していくと、調光可能範囲の下限（ミニマム）付近で、ＬＥＤに流れる電流（ＬＥＤ電流）が非常に小さくなり、ＬＥＤ電流が不安定となる。そのため、消灯状態を含む範囲で調光を行う場合にはチラツキが発生する、という課題があった。
【０００７】
このようなＬＥＤ電流の不安定性は定電流制御によって生じる。具体的には、定電流制御のためには、ＬＥＤ照明装置からの電流フィードバックが必要であるが、ＬＥＤ電流が非常に小さくなると、電流フィードバック量が充分な値ではなくなる。
【０００８】
そのため、動作上最低限必要な電流フィードバック量が得られるまで、ＬＥＤ電流が一旦余分に増加し、フィードバック制御が掛かる。しかし、そのフィードバック制御によってＬＥＤ電流が余分に絞られることになり、再びＬＥＤ電流が余分に増加する。このような制御が繰り返されるため、上述のチラツキが発生する。
【０００９】
この発明の目的は、極低い輝度に調光する場合であっても、安定した調光が可能なＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、電力変換回路とフィードバック制御部とを備えるＬＥＤ駆動電源装置に関する。電力変換回路は、入力電源から電力を入力してＬＥＤへ電力を出力する。フィードバック制御部は、ＬＥＤの輝度またはＬＥＤへの供給電力を設定するための調光パルス信号を基準としてフィードバック制御を行い、ＬＥＤへの供給電力を制御する制御信号を、電力変換回路に与える。このような構成の上で、フィードバック制御部は、調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する平滑回路を備える。そして、フィードバック制御のゲインは、調光パルス信号の周波数で高く設定されている。
【００１１】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、制御信号にリップルの影響が残るような値に設定されていることが好ましい。
【００１２】
この構成では、調光パルス信号は、所定の周波数で繰り返されるリップルが残るように、すなわち波形が完全に平滑（直流化）しないように平滑化処理される。また、フィードバック制御のゲインが当該リップルの周波数で高い。このため、電力変換回路に与える制御信号にはリップルの影響が残る。
【００１３】
ＬＥＤの輝度を高く設定する場合すなわち制御信号の平均電圧値を高く設定する場合には、制御信号の直流電圧値に対してリップルの振幅割合が低くなり、通常の直流電圧制御となる。一方、ＬＥＤの輝度を低く設定する場合すなわち制御信号の電圧値を極低く設定する場合には、リップルの振幅割合が大きくなり、また、リップル成分のみが残り、バースト動作となる。これにより、輝度の高い場合も低い場合も安定した電力供給が可能になる。
【００１４】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、入力電源は商用電源であり、電力変換回路は、商用交流電源の電圧を入力し、ＬＥＤへの供給電流が商用交流電源の電圧と同位相で正弦波状に変化するように制御する力率改善コンバータであることが好ましい。
【００１５】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に力率改善コンバータを用いた場合を示している。この構成により、高力率なＬＥＤ駆動電源装置が可能となる。
【００１６】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、商用交流電源の脈動に応答しない値に設定されていることが好ましい。
【００１７】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、商用交流電源の２倍の周波数帯域で十分低下するように設定されていることが好ましい。
【００１８】
この構成では、具体的に力率改善コンバータのフィードバックゲインについて示している。一般に力率改善コンバータのフィードバックゲインは、商用周波数成分の変動が出力に生じないように、商用周波数の２倍において十分低下するように設計される。すなわち、より高力率なＬＥＤ駆動電源装置を実現できる。
【００１９】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、ＬＥＤが軽負荷のときに、調光パルス信号の周波数でバースト調光動作することが好ましい。
【００２０】
この構成では、極低輝度制御を行っても、リップル成分が残ることによりバースト調光動作を行うことができ、従来のような極低輝度時に発生するチラツキの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、電力変換回路は、絶縁状態で電力変換を行う絶縁トランスを備える絶縁型の電力変換回路であり、フィードバック制御部は、商用交流電源の入力側となる一次側制御回路と、ＬＥＤが接続される側となる二次側制御回路と、一次側制御回路と二次側制御回路とを絶縁した状態フィードバックループを形成する絶縁手段と、を備えることが好ましい。
【００２２】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に絶縁型の電力変換回路を用いた場合を示している。
【００２３】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、電力変換回路は、非絶縁の昇降圧コンバータであることが好ましい。
【００２４】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に非絶縁型の電力変換回路を用いた場合を示している。
【００２５】
また、この発明の好ましい例としては、ＬＥＤ照明装置に関し、当該ＬＥＤ照明装置は、上述のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置と、当該ＬＥＤ駆動電源装置によって電力供給を受けるＬＥＤと、を備える。
【００２６】
この構成では、上述のＬＥＤ駆動電源装置を備えたＬＥＤ照明装置を示している。上述のＬＥＤ駆動電源装置を備えることで、安定した調光動作が可能なＬＥＤ照明装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、極低い輝度を含む範囲で調光行っても、安定的に調光可能なＬＥＤ駆動電源装置及びＬＥＤ照明装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフィードバック制御部１０１の具体的構成を示す回路構成図である。
【図３】二次側制御回路１２０および一次側制御回路１１０のゲイン特性および位相特性を示す図である。
【図４】高輝度制御時および極低輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置について、図を参照して説明する。図１はＬＥＤ照明装置の構成を示す図である。
【００３０】
ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ駆動電源装置１００とＬＥＤモジュール３００とを備える。ＬＥＤモジュール３００は、複数のＬＥＤが所定配列で接続された発光モジュールである。ＬＥＤ駆動電源装置１００には商用交流電源２００が接続されている。
【００３１】
ＬＥＤ駆動電源装置１００は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２から商用交流電源２００の電圧を入力し、電源出力端子Ｐ２１，Ｐ２２に接続されているＬＥＤモジュール３００へ直流電力を供給する。このＬＥＤ駆動電源装置１００は基本的に不連続モードおよび臨界モードで駆動する絶縁型のＰＦＣ（力率改善コンバータ）である。
【００３２】
ダイオードブリッジＤＢは、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２から入力される交流電圧を全波整流する。ダイオードブリッジＤＢの出力には、トランスＴの１次巻線とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢの出力には、電流リップルやノイズを除去するためのコンデンサＣｉが接続されている。
【００３３】
トランスＴはフライバック型コンバータを構成するためのトランスである。トランスＴの２次巻線にはダイオードＤ１及びコンデンサＣ１による二次側整流平滑回路が接続されている。
【００３４】
これらダイオードブリッジＤＢ、トランスＴ、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１によって電力変換回路が構成されている。
【００３５】
二次側整流平滑回路の出力には電力供給端子Ｐ２１，Ｐ２２が接続されており、当該電力供給端子Ｐ２１，Ｐ２２間にＬＥＤモジュール３００が接続されている。ＬＥＤモジュール３００の電流経路（グランド側ライン）には電流検出用の抵抗Ｒｓが直列に接続されている。
【００３６】
フィードバック制御回路１０１は、具体的な調光制御については後述するが、概略的なフィードバック制御機能としては、次の制御を行う。なお、本実施形態では、定電流供給のフィードバック制御に関する具体的な回路構成は図示せず、調光制御に利用する回路構成のみを図示して説明する。
【００３７】
フィードバック制御回路１０１は、ＬＥＤモジュール３００に流れる電流Ｉｏを検出用の抵抗Ｒｓで電圧検知する。フィードバック制御回路１０１は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと当該検知電圧とから得られる二次側制御用電圧（後述するオペアンプＯＰの反転入力端子の電圧）と調光信号入力端子Ｐ３１から入力される調光パルス信号によって設定される基準電圧（後述するオペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧）とを一致させるように、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御する制御信号を生成する。
【００３８】
ここで、調光パルス信号とは、ＬＥＤモジュール３００に流れる電流Ｉｏを設定する信号であり、つまり輝度を設定する信号である。調光パルス信号は、ＬＥＤ駆動電源装置１００の外部から入力される矩形波である。調光パルス信号のオンデューティ（１周期におけるオン時間の比率）により、輝度が設定される。なお、本実施形態のＬＥＤ駆動電源装置１００では、調光パルス信号としてパルス周波数が１０００Ｈｚに設定されている。
【００３９】
スイッチング素子Ｑ１のオン／オフにおいて、フィードバック制御回路１０１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流変化が商用交流電源２００からの交流電圧Ｖａｃと同位相のほぼ正弦波状となるように、不連続モードもしくは臨界モードでスイッチング素子Ｑ１を制御する。このことにより、電力変換回路をＰＦＣ（力率改善）コンバータとして機能させることができる。
【００４０】
具体的に、本実施形態のフィードバック制御回路１０１は、一次側制御回路１１０、二次側制御回路１２０、および絶縁手段１３０を備える。図２はフィードバック制御回路１０１の具体的構成を示す回路構成図である。なお、以下ではフィードバックの経路に準じて、二次側から順に説明する。
【００４１】
二次側制御回路１２０は、調光パルス信号を平滑処理する平滑回路１２１（本発明の「平滑回路」に相当する。）を備える。平滑回路１２１は、抵抗ＲｆとコンデンサＣｆとの直列回路であり、コンデンサＣｆがグランドラインに接続されている。ここで、平滑回路１２１は、調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する。所定のリップルは、抵抗ＲｆとコンデンサＣｆの値により設定される。
【００４２】
この際、コンデンサＣｆは、グランドラインにおける電流検出用の抵抗ＲｓのＬＥＤモジュール３００側に接続されている。
【００４３】
平滑回路１２１の抵抗Ｒｆ側には、ｐｎｐ型トランジスタＱｐのコレクタが接続している。当該トランジスタＱｐのエミッタには、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが供給されている。また、トランジスタＱｐのベースには、調光信号入力端子Ｐ３１が接続されている。
【００４４】
トランジスタＱｐには、抵抗Ｒｂが並列接続されている。また、コンデンサＣｆには、放電用の抵抗Ｒｄが並列接続されている。抵抗Ｒｂ、抵抗Ｒｆおよび抵抗Ｒｄは、調光パルス信号が入力されていない状態で、オペアンプＯＰの反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧を同じにするような抵抗値に設定されている。
【００４５】
平滑回路１２１の抵抗ＲｆとコンデンサＣｆとの接続点は、抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されている。
【００４６】
抵抗Ｒｒｅｆと抵抗Ｒ１の直列回路は、抵抗Ｒ１側が、グランドラインに直列接続された電流検出用の抵抗Ｒｓにおける平滑回路１２１と接続する反対側に接続されている。抵抗Ｒｒｅｆ側には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが供給されている。オペアンプＯＰの反転入力端子は、抵抗Ｒｒｅｆと抵抗Ｒ１との接続点に接続されている。抵抗Ｒ１には、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３との直列回路が並列接続されている。したがって、オペアンプＯＰの反転入力端子には、抵抗Ｒｒｅｆと、抵抗Ｒ１，Ｒ３およびコンデンサＣ３からなる回路との分圧電圧が印加される。
【００４７】
オペアンプＯＰの出力端と反転入力端子との間には、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との直列回路が接続されている。
【００４８】
これらオペアンプＯＰ、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ２，Ｃ３によって制御器１２２を構成する。そして、これら抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ２，Ｃ３の素子値を適宜設定することで、図３（Ａ）に示すゲイン及び位相の周波数特性を実現する。図３（Ａ）は二次側制御回路１２０のフィードバックゲインおよび位相特性を示す図である。具体的に、本願の制御器１２２は、図３（Ａ）に示すように、ゲインが１００Ｈｚ付近で極小になり、１０００Ｈｚ付近まで上昇する特性を有する。なお、図３（Ａ）に示すように、１００Ｈｚまでの周波数の上昇に応じたゲインの低下はコンデンサＣ２のキャパシタンスで決定し、１００Ｈｚから１０００Ｈｚまでのゲインの上昇は抵抗Ｒ１の抵抗値およびコンデンサＣ３のキャパシタンスで決定し、１０００Ｈｚ以上のゲインは抵抗Ｒ３の抵抗値で決定する。
【００４９】
これにより、フィードバックゲインの周波数特性を、ＬＥＤ駆動電源装置１００に供給される商用交流電源の周波数の２倍の周波数である１００Ｈｚ付近の周波数で低下させるように変更できる。つまり、商用交流電源の全波整流の脈動に応答しない値にゲインを設定することができ、商用交流電源によるノイズ等を防止できる。また、調光パルス信号のパルス周波数である１０００Ｈｚでのゲインを上昇することができ、後述するフィードバック電圧ＶＦＢに調光パルス信号のリップル成分を残すことができる。なお、ここでは、１０００Ｈｚでのゲインの低下を抑制するような特性に設定しているが、パルス周波数に応じてゲインの低下を抑制する特性になるように、各素子値を設定すればよい。このようにすることで、１００Ｈｚ付近ではフィードバックの信号を減衰させ、１０００Ｈｚ付近ではフィードバックの信号を通過させることができる。
【００５０】
図２に戻り、オペアンプＯＰの出力端には、抵抗を介して絶縁手段１３０を構成するフォトカプラのフォトダイオードが接続されている。この際、フォトダイオードのカソードが抵抗を介してオペアンプＯＰの出力端に接続されている。フォトダイオードのアノードからは、直流駆動電圧Ｖｃｃ２が供給されている。
【００５１】
絶縁手段１３０を構成するフォトカプラのフォトトランジスタのコレクタ及びエミッタは、一次側制御回路１１０に接続されている。
【００５２】
一次側制御回路１１０は、駆動電圧Ｖｃｃ１が供給される定電流源Ｉｃｏｍを備える。定電流源Ｉｃｏｍの出力端子は、フォトトランジスタのコレクタに接続されており、フォトトランジスタのエミッタはグランドラインに接続されている。
【００５３】
フォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間には、抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ５の直列回路と、コンデンサＣ４とが、それぞれ並列接続されている。また、フォトトランジスタのコレクタは、Ｑ１制御信号生成回路１１１に接続されている。
【００５４】
そして、これら抵抗Ｒ５、コンデンサＣ４，Ｃ５の素子値を適宜設定することで、図３（Ｂ）に示すゲイン及び位相の周波数特性を実現する。図３（Ｂ）は一次側制御回路１１０のフィードバックゲインおよび位相特性を示す図である。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、１００Ｈｚ付近まで周波数が高くなるにしたがってゲインが低下し、且つ１００Ｈｚ付近から１０００Ｈｚ付近まではゲインが所定レベルを維持し、さらに周波数が高くなるにしたがってゲインが低下する特性を有する。
【００５５】
なお、図３（Ｂ）に示すように、１００Ｈｚまでの周波数の上昇に応じたゲインはコンデンサＣ５のキャパシタンスで決定し、１００Ｈｚから１０００Ｈｚまでのゲインは抵抗Ｒ５の抵抗値で決定し、１０００Ｈｚ以上の周波数の上昇に応じたゲインはコンデンサＣ４のキャパシタンスで決定する。
【００５６】
これにより、上述の二次側制御回路１２０と同様に、フィードバックゲインの周波数特性について、調光パルス信号のパルス周波数である１０００Ｈｚでのゲインを維持することができ、後述するフィードバック電圧ＶＦＢに調光パルス信号のリップル成分を残すことができる。そして、この際、商用交流電源の２倍の周波数である１００Ｈｚのゲインが高くなりすぎないように設定することができ、商用交流電源によるノイズ等を防止できる。なお、ここでも、二次側制御回路１２０と同様に、商用交流電源の周波数およびパルス周波数に応じて、各素子値を適宜設定することで、ゲイン特性を適切に調整すればよい。
【００５７】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フォトトランジスタのコレクタ電圧であるフィードバック電圧ＶＦＢに基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ出力する。Ｑ１制御信号生成回路１１１は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間をＴｏｎとすると、Ｔｏｎ＝α・ＶＦＢとなるように、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成する。また、Ｑ１制御信号生成回路１１１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流がゼロになるタイミングを検出して、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる。これにより、ＬＥＤ駆動電源装置１００は臨界モードで動作する。なお軽負荷では、Ｑ１制御信号生成回路１１１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流がゼロになるタイミングを検出してから所定の時間が経過した後に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる。これにより、ＬＥＤ駆動電源装置１００は不連続モードで動作する。
【００５８】
フィードバック電圧ＶＦＢに基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成する際、上述のように、一次側制御回路１１０と二次側制御回路１２０のゲインを調整していることにより、パルス周波数のゲインが高いので、フィードバック電圧ＶＦＢには、調光パルス信号のリップル成分が残る。逆に言えば、調光パルス信号のリップルを意図的に残したフィードバック電圧ＶＦＢを得ることができる。
【００５９】
以上のような構成のフィードバック制御回路１０１を用いることで、次に示すような動作で、調光制御される。
【００６０】
なお、本実施形態のＬＥＤ駆動電源装置１００では、調光パルス信号としてパルス周波数が１０００Ｈｚに設定されている。ここで、パルス周波数とは、パルスの立ち上がりタイミングが１／１０００秒周期となる信号の周波数をいう。そして、本実施形態で用いる調光パルス信号は、輝度を低下させる場合にはオンデューティが高くなり、輝度を向上させる場合にはオンデューティが低くなる信号である。
【００６１】
（ｉ）輝度を上昇させる場合
輝度を上昇させる場合、調光パルス信号のオンデューティが低くなる。オンデューティの低下にともない、トランジスタＱｐのオフ時間が短くなる。これにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆに近づき上昇する。
【００６２】
オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧が上昇すると、反転入力端子の電圧を基準とした非反転入力端子の電圧が高くなり、オペアンプＯＰの出力端電圧が高くなる。オペアンプの出力端電圧が高くなると、フォトダイオードに印加される電圧が低下する。
【００６３】
フォトダイオードに印加される電圧が低下すると、発光量が低下し、フォトトランジスタが検知する光量が低下し、コレクタ−エミッタ間の電圧が上昇する。これにより、Ｑ１制御信号生成回路１１１に入力されるフィードバック電圧ＶＦＢが上昇する。
【００６４】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フィードバック電圧ＶＦＢの上昇に応じて、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を長くする制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ与える。スイッチング素子Ｑ１のオン時間が長くなることで、ＬＥＤモジュール３００への供給電力が上昇する。これにより、ＬＥＤ輝度を上昇する方向へ制御することができる。
【００６５】
この際、フィードバック電圧ＶＦＢは、図４（Ａ）に示すように高い電圧値となり、直流成分とリップル成分とから構成される。図４（Ａ）は高輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。しかしながら、リップル成分の振幅に対して直流成分の振幅が大幅に高いので、リップル成分の影響は殆ど無く、このような場合には、通常のＤＣ調光制御を行うことができる。
【００６６】
（ｉｉ）輝度を低下させる場合
輝度を低下させる場合、調光パルス信号のオンデューティが高くなる。オンデューティの高くなるのにともない、トランジスタＱｐのオン時間が短くなる。これにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧がグランド電位に近づき低下する。
【００６７】
オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧が低下すると、反転入力端子の電圧に対して非反転入力端子の電圧が相対的に低くなり、オペアンプＯＰの出力端電圧が低下なる。オペアンプの出力端電圧が低下すると、フォトダイオードに印加される電圧が高くなる。
【００６８】
フォトダイオードに印加される電圧が高くなると、発光量が増加し、フォトトランジスタが検知する光量が増加してコレクタ−エミッタ間の電圧が低下する。これにより、Ｑ１制御信号生成回路１１１に入力されるフィードバック電圧ＶＦＢが低下する。
【００６９】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フィードバック電圧ＶＦＢの低下に応じて、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を短くする制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ与える。スイッチング素子Ｑ１のオン時間が短くなることで、ＬＥＤモジュール３００への供給電力が低下する。これにより、ＬＥＤの輝度を低下させる方向へ制御することができる。
【００７０】
この際、上述のフィードバックゲイン制御を行っていることで、フィードバック電圧ＶＦＢは、図４（Ｂ）に示すようにリップル成分のみから構成される。図４（Ｂ）は極低輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。このように、極低輝度制御を行っても、リップル成分が残ることによりバースト調光動作となる。バースト調光においては、電流オフの期間により輝度が調整されるため、すべての期間において電流の大きさにより輝度を調整するＤＣ調光ほど電流は小さくならず、安定に動作させることができる。また１０００Ｈｚ程度の明滅は人の眼にはチラツキとして現れない。これにより、従来のような極低輝度時に発生するチラツキの発生を抑制することができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態の構成および処理を用いることで、高輝度から消灯状態に近い極低輝度に亘っても安定した輝度が得られる調光が可能になる。この際、例えば高輝度時にＤＣ調光制御を行い低輝度時にＰＷＭ調光制御を行う等の二種類の制御方式に切り替える構造や処理を行う必要が無く、フィードバック制御回路１０１の回路素子値を適宜設定するだけで、安定した調光を行うことができる。
【００７２】
なお、上述の説明では、調光パルス信号の周波数を１０００Ｈｚとしたが、商用交流電源の周波数と略一致する周波数でなければ、当該商用交流電源の周波数よりも高い所定の周波数に設定すればよい。
【００７３】
本実施形態では、絶縁型のＰＦＣ（力率改善）コンバータを示しているが、非絶縁の昇降圧コンバータを回路方式としたＰＦＣ（力率改善）コンバータにおいても、同様の制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００：ＬＥＤ駆動電源装置、１０１：フィードバック制御部、１１０：一次側制御回路、１１１：Ｑ１制御信号生成回路、１２０：二次側制御回路、１２１：平滑回路、１２２：制御器、１３０：絶縁手段、２００：商用交流電源、３００：ＬＥＤモジュール
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤを定電流駆動するＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置やディスプレイ装置のバックライト等、ＬＥＤは種々の形態で利用されている。ＬＥＤに対して電力を供給するＬＥＤ駆動回路は、一般に定電流制御によって駆動される。そして、現在、調光機能を備えるＬＥＤ照明装置が各種実用化されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は調光機能を備えるものである。当該特許文献１のＬＥＤ照明装置の電力コンバータは、入力端子に交流（ＡＣ）電圧Ｖａｃを受け取り、当該ＡＣ電圧を直流（ＤＣ）電圧Ｖｄｃへ変換し、ＬＥＤを駆動するための電流を出力する。電力コンバータ１０は、ＡＣの高入力電圧を、整流されたＡＣ入力レベルより高くても低くてもよい希望の電圧レベルへ変換し、ＬＥＤ電流を希望の輝度レベルに対して適切に制御できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５３７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＬＥＤ照明装置の輝度を調光により抑えようとする場合、駆動電流を低下させなければならない。
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤ照明装置の駆動電流を低下していくと、調光可能範囲の下限（ミニマム）付近で、ＬＥＤに流れる電流（ＬＥＤ電流）が非常に小さくなり、ＬＥＤ電流が不安定となる。そのため、消灯状態を含む範囲で調光を行う場合にはチラツキが発生する、という課題があった。
【０００７】
このようなＬＥＤ電流の不安定性は定電流制御によって生じる。具体的には、定電流制御のためには、ＬＥＤ照明装置からの電流フィードバックが必要であるが、ＬＥＤ電流が非常に小さくなると、電流フィードバック量が充分な値ではなくなる。
【０００８】
そのため、動作上最低限必要な電流フィードバック量が得られるまで、ＬＥＤ電流が一旦余分に増加し、フィードバック制御が掛かる。しかし、そのフィードバック制御によってＬＥＤ電流が余分に絞られることになり、再びＬＥＤ電流が余分に増加する。このような制御が繰り返されるため、上述のチラツキが発生する。
【０００９】
この発明の目的は、極低い輝度に調光する場合であっても、安定した調光が可能なＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、電力変換回路とフィードバック制御部とを備えるＬＥＤ駆動電源装置に関する。電力変換回路は、入力電源から電力を入力してＬＥＤへ電力を出力する。フィードバック制御部は、ＬＥＤの輝度またはＬＥＤへの供給電力を設定するための調光パルス信号を基準としてフィードバック制御を行い、ＬＥＤへの供給電力を制御する制御信号を、電力変換回路に与える。このような構成の上で、フィードバック制御部は、調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する平滑回路を備える。そして、フィードバック制御のゲインは、調光パルス信号の周波数で高く設定されている。
【００１１】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、制御信号にリップルの影響が残るような値に設定されていることが好ましい。
【００１２】
この構成では、調光パルス信号は、所定の周波数で繰り返されるリップルが残るように、すなわち波形が完全に平滑（直流化）しないように平滑化処理される。また、フィードバック制御のゲインが当該リップルの周波数で高い。このため、電力変換回路に与える制御信号にはリップルの影響が残る。
【００１３】
ＬＥＤの輝度を高く設定する場合すなわち制御信号の平均電圧値を高く設定する場合には、制御信号の直流電圧値に対してリップルの振幅割合が低くなり、通常の直流電圧制御となる。一方、ＬＥＤの輝度を低く設定する場合すなわち制御信号の電圧値を極低く設定する場合には、リップルの振幅割合が大きくなり、また、リップル成分のみが残り、バースト動作となる。これにより、輝度の高い場合も低い場合も安定した電力供給が可能になる。
【００１４】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、入力電源は商用電源であり、電力変換回路は、商用交流電源の電圧を入力し、ＬＥＤへの供給電流が商用交流電源の電圧と同位相で正弦波状に変化するように制御する力率改善コンバータであることが好ましい。
【００１５】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に力率改善コンバータを用いた場合を示している。この構成により、高力率なＬＥＤ駆動電源装置が可能となる。
【００１６】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、商用交流電源の脈動に応答しない値に設定されていることが好ましい。
【００１７】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、フィードバック制御のゲインは、商用交流電源の２倍の周波数帯域で十分低下するように設定されていることが好ましい。
【００１８】
この構成では、具体的に力率改善コンバータのフィードバックゲインについて示している。一般に力率改善コンバータのフィードバックゲインは、商用周波数成分の変動が出力に生じないように、商用周波数の２倍において十分低下するように設計される。すなわち、より高力率なＬＥＤ駆動電源装置を実現できる。
【００１９】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、ＬＥＤが軽負荷のときに、調光パルス信号の周波数でバースト調光動作することが好ましい。
【００２０】
この構成では、極低輝度制御を行っても、リップル成分が残ることによりバースト調光動作を行うことができ、従来のような極低輝度時に発生するチラツキの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、電力変換回路は、絶縁状態で電力変換を行う絶縁トランスを備える絶縁型の電力変換回路であり、フィードバック制御部は、商用交流電源の入力側となる一次側制御回路と、ＬＥＤが接続される側となる二次側制御回路と、一次側制御回路と二次側制御回路とを絶縁した状態フィードバックループを形成する絶縁手段と、を備えることが好ましい。
【００２２】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に絶縁型の電力変換回路を用いた場合を示している。
【００２３】
また、この発明のＬＥＤ駆動電源装置では、電力変換回路は、非絶縁の昇降圧コンバータであることが好ましい。
【００２４】
この構成では、ＬＥＤ駆動電源装置として具体的に非絶縁型の電力変換回路を用いた場合を示している。
【００２５】
また、この発明の好ましい例としては、ＬＥＤ照明装置に関し、当該ＬＥＤ照明装置は、上述のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置と、当該ＬＥＤ駆動電源装置によって電力供給を受けるＬＥＤと、を備える。
【００２６】
この構成では、上述のＬＥＤ駆動電源装置を備えたＬＥＤ照明装置を示している。上述のＬＥＤ駆動電源装置を備えることで、安定した調光動作が可能なＬＥＤ照明装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、極低い輝度を含む範囲で調光行っても、安定的に調光可能なＬＥＤ駆動電源装置及びＬＥＤ照明装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフィードバック制御部１０１の具体的構成を示す回路構成図である。
【図３】二次側制御回路１２０および一次側制御回路１１０のゲイン特性および位相特性を示す図である。
【図４】高輝度制御時および極低輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動電源装置およびＬＥＤ照明装置について、図を参照して説明する。図１はＬＥＤ照明装置の構成を示す図である。
【００３０】
ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ駆動電源装置１００とＬＥＤモジュール３００とを備える。ＬＥＤモジュール３００は、複数のＬＥＤが所定配列で接続された発光モジュールである。ＬＥＤ駆動電源装置１００には商用交流電源２００が接続されている。
【００３１】
ＬＥＤ駆動電源装置１００は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２から商用交流電源２００の電圧を入力し、電源出力端子Ｐ２１，Ｐ２２に接続されているＬＥＤモジュール３００へ直流電力を供給する。このＬＥＤ駆動電源装置１００は基本的に不連続モードおよび臨界モードで駆動する絶縁型のＰＦＣ（力率改善コンバータ）である。
【００３２】
ダイオードブリッジＤＢは、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２から入力される交流電圧を全波整流する。ダイオードブリッジＤＢの出力には、トランスＴの１次巻線とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢの出力には、電流リップルやノイズを除去するためのコンデンサＣｉが接続されている。
【００３３】
トランスＴはフライバック型コンバータを構成するためのトランスである。トランスＴの２次巻線にはダイオードＤ１及びコンデンサＣ１による二次側整流平滑回路が接続されている。
【００３４】
これらダイオードブリッジＤＢ、トランスＴ、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１によって電力変換回路が構成されている。
【００３５】
二次側整流平滑回路の出力には電力供給端子Ｐ２１，Ｐ２２が接続されており、当該電力供給端子Ｐ２１，Ｐ２２間にＬＥＤモジュール３００が接続されている。ＬＥＤモジュール３００の電流経路（グランド側ライン）には電流検出用の抵抗Ｒｓが直列に接続されている。
【００３６】
フィードバック制御回路１０１は、具体的な調光制御については後述するが、概略的なフィードバック制御機能としては、次の制御を行う。なお、本実施形態では、定電流供給のフィードバック制御に関する具体的な回路構成は図示せず、調光制御に利用する回路構成のみを図示して説明する。
【００３７】
フィードバック制御回路１０１は、ＬＥＤモジュール３００に流れる電流Ｉｏを検出用の抵抗Ｒｓで電圧検知する。フィードバック制御回路１０１は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと当該検知電圧とから得られる二次側制御用電圧（後述するオペアンプＯＰの反転入力端子の電圧）と調光信号入力端子Ｐ３１から入力される調光パルス信号によって設定される基準電圧（後述するオペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧）とを一致させるように、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御する制御信号を生成する。
【００３８】
ここで、調光パルス信号とは、ＬＥＤモジュール３００に流れる電流Ｉｏを設定する信号であり、つまり輝度を設定する信号である。調光パルス信号は、ＬＥＤ駆動電源装置１００の外部から入力される矩形波である。調光パルス信号のオンデューティ（１周期におけるオン時間の比率）により、輝度が設定される。なお、本実施形態のＬＥＤ駆動電源装置１００では、調光パルス信号としてパルス周波数が１０００Ｈｚに設定されている。
【００３９】
スイッチング素子Ｑ１のオン／オフにおいて、フィードバック制御回路１０１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流変化が商用交流電源２００からの交流電圧Ｖａｃと同位相のほぼ正弦波状となるように、不連続モードもしくは臨界モードでスイッチング素子Ｑ１を制御する。このことにより、電力変換回路をＰＦＣ（力率改善）コンバータとして機能させることができる。
【００４０】
具体的に、本実施形態のフィードバック制御回路１０１は、一次側制御回路１１０、二次側制御回路１２０、および絶縁手段１３０を備える。図２はフィードバック制御回路１０１の具体的構成を示す回路構成図である。なお、以下ではフィードバックの経路に準じて、二次側から順に説明する。
【００４１】
二次側制御回路１２０は、調光パルス信号を平滑処理する平滑回路１２１（本発明の「平滑回路」に相当する。）を備える。平滑回路１２１は、抵抗ＲｆとコンデンサＣｆとの直列回路であり、コンデンサＣｆがグランドラインに接続されている。ここで、平滑回路１２１は、調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する。所定のリップルは、抵抗ＲｆとコンデンサＣｆの値により設定される。
【００４２】
この際、コンデンサＣｆは、グランドラインにおける電流検出用の抵抗ＲｓのＬＥＤモジュール３００側に接続されている。
【００４３】
平滑回路１２１の抵抗Ｒｆ側には、ｐｎｐ型トランジスタＱｐのコレクタが接続している。当該トランジスタＱｐのエミッタには、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが供給されている。また、トランジスタＱｐのベースには、調光信号入力端子Ｐ３１が接続されている。
【００４４】
トランジスタＱｐには、抵抗Ｒｂが並列接続されている。また、コンデンサＣｆには、放電用の抵抗Ｒｄが並列接続されている。抵抗Ｒｂ、抵抗Ｒｆおよび抵抗Ｒｄは、調光パルス信号が入力されていない状態で、オペアンプＯＰの反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧を同じにするような抵抗値に設定されている。
【００４５】
平滑回路１２１の抵抗ＲｆとコンデンサＣｆとの接続点は、抵抗Ｒ１０を介してオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されている。
【００４６】
抵抗Ｒｒｅｆと抵抗Ｒ１の直列回路は、抵抗Ｒ１側が、グランドラインに直列接続された電流検出用の抵抗Ｒｓにおける平滑回路１２１と接続する反対側に接続されている。抵抗Ｒｒｅｆ側には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが供給されている。オペアンプＯＰの反転入力端子は、抵抗Ｒｒｅｆと抵抗Ｒ１との接続点に接続されている。抵抗Ｒ１には、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３との直列回路が並列接続されている。したがって、オペアンプＯＰの反転入力端子には、抵抗Ｒｒｅｆと、抵抗Ｒ１，Ｒ３およびコンデンサＣ３からなる回路との分圧電圧が印加される。
【００４７】
オペアンプＯＰの出力端と反転入力端子との間には、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との直列回路が接続されている。
【００４８】
これらオペアンプＯＰ、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ２，Ｃ３によって制御器１２２を構成する。そして、これら抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ２，Ｃ３の素子値を適宜設定することで、図３（Ａ）に示すゲイン及び位相の周波数特性を実現する。図３（Ａ）は二次側制御回路１２０のフィードバックゲインおよび位相特性を示す図である。具体的に、本願の制御器１２２は、図３（Ａ）に示すように、ゲインが１００Ｈｚ付近で極小になり、１０００Ｈｚ付近まで上昇する特性を有する。なお、図３（Ａ）に示すように、１００Ｈｚまでの周波数の上昇に応じたゲインの低下はコンデンサＣ２のキャパシタンスで決定し、１００Ｈｚから１０００Ｈｚまでのゲインの上昇は抵抗Ｒ１の抵抗値およびコンデンサＣ３のキャパシタンスで決定し、１０００Ｈｚ以上のゲインは抵抗Ｒ３の抵抗値で決定する。
【００４９】
これにより、フィードバックゲインの周波数特性を、ＬＥＤ駆動電源装置１００に供給される商用交流電源の周波数の２倍の周波数である１００Ｈｚ付近の周波数で低下させるように変更できる。つまり、商用交流電源の全波整流の脈動に応答しない値にゲインを設定することができ、商用交流電源によるノイズ等を防止できる。また、調光パルス信号のパルス周波数である１０００Ｈｚでのゲインを上昇することができ、後述するフィードバック電圧ＶＦＢに調光パルス信号のリップル成分を残すことができる。なお、ここでは、１０００Ｈｚでのゲインの低下を抑制するような特性に設定しているが、パルス周波数に応じてゲインの低下を抑制する特性になるように、各素子値を設定すればよい。このようにすることで、１００Ｈｚ付近ではフィードバックの信号を減衰させ、１０００Ｈｚ付近ではフィードバックの信号を通過させることができる。
【００５０】
図２に戻り、オペアンプＯＰの出力端には、抵抗を介して絶縁手段１３０を構成するフォトカプラのフォトダイオードが接続されている。この際、フォトダイオードのカソードが抵抗を介してオペアンプＯＰの出力端に接続されている。フォトダイオードのアノードからは、直流駆動電圧Ｖｃｃ２が供給されている。
【００５１】
絶縁手段１３０を構成するフォトカプラのフォトトランジスタのコレクタ及びエミッタは、一次側制御回路１１０に接続されている。
【００５２】
一次側制御回路１１０は、駆動電圧Ｖｃｃ１が供給される定電流源Ｉｃｏｍを備える。定電流源Ｉｃｏｍの出力端子は、フォトトランジスタのコレクタに接続されており、フォトトランジスタのエミッタはグランドラインに接続されている。
【００５３】
フォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間には、抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ５の直列回路と、コンデンサＣ４とが、それぞれ並列接続されている。また、フォトトランジスタのコレクタは、Ｑ１制御信号生成回路１１１に接続されている。
【００５４】
そして、これら抵抗Ｒ５、コンデンサＣ４，Ｃ５の素子値を適宜設定することで、図３（Ｂ）に示すゲイン及び位相の周波数特性を実現する。図３（Ｂ）は一次側制御回路１１０のフィードバックゲインおよび位相特性を示す図である。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、１００Ｈｚ付近まで周波数が高くなるにしたがってゲインが低下し、且つ１００Ｈｚ付近から１０００Ｈｚ付近まではゲインが所定レベルを維持し、さらに周波数が高くなるにしたがってゲインが低下する特性を有する。
【００５５】
なお、図３（Ｂ）に示すように、１００Ｈｚまでの周波数の上昇に応じたゲインはコンデンサＣ５のキャパシタンスで決定し、１００Ｈｚから１０００Ｈｚまでのゲインは抵抗Ｒ５の抵抗値で決定し、１０００Ｈｚ以上の周波数の上昇に応じたゲインはコンデンサＣ４のキャパシタンスで決定する。
【００５６】
これにより、上述の二次側制御回路１２０と同様に、フィードバックゲインの周波数特性について、調光パルス信号のパルス周波数である１０００Ｈｚでのゲインを維持することができ、後述するフィードバック電圧ＶＦＢに調光パルス信号のリップル成分を残すことができる。そして、この際、商用交流電源の２倍の周波数である１００Ｈｚのゲインが高くなりすぎないように設定することができ、商用交流電源によるノイズ等を防止できる。なお、ここでも、二次側制御回路１２０と同様に、商用交流電源の周波数およびパルス周波数に応じて、各素子値を適宜設定することで、ゲイン特性を適切に調整すればよい。
【００５７】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フォトトランジスタのコレクタ電圧であるフィードバック電圧ＶＦＢに基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ出力する。Ｑ１制御信号生成回路１１１は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間をＴｏｎとすると、Ｔｏｎ＝α・ＶＦＢとなるように、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成する。また、Ｑ１制御信号生成回路１１１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流がゼロになるタイミングを検出して、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる。これにより、ＬＥＤ駆動電源装置１００は臨界モードで動作する。なお軽負荷では、Ｑ１制御信号生成回路１１１は、電源入力端子Ｐ１１，Ｐ１２に流れる電流がゼロになるタイミングを検出してから所定の時間が経過した後に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる。これにより、ＬＥＤ駆動電源装置１００は不連続モードで動作する。
【００５８】
フィードバック電圧ＶＦＢに基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する制御信号を生成する際、上述のように、一次側制御回路１１０と二次側制御回路１２０のゲインを調整していることにより、パルス周波数のゲインが高いので、フィードバック電圧ＶＦＢには、調光パルス信号のリップル成分が残る。逆に言えば、調光パルス信号のリップルを意図的に残したフィードバック電圧ＶＦＢを得ることができる。
【００５９】
以上のような構成のフィードバック制御回路１０１を用いることで、次に示すような動作で、調光制御される。
【００６０】
なお、本実施形態のＬＥＤ駆動電源装置１００では、調光パルス信号としてパルス周波数が１０００Ｈｚに設定されている。ここで、パルス周波数とは、パルスの立ち上がりタイミングが１／１０００秒周期となる信号の周波数をいう。そして、本実施形態で用いる調光パルス信号は、輝度を低下させる場合にはオンデューティが高くなり、輝度を向上させる場合にはオンデューティが低くなる信号である。
【００６１】
（ｉ）輝度を上昇させる場合
輝度を上昇させる場合、調光パルス信号のオンデューティが低くなる。オンデューティの低下にともない、トランジスタＱｐのオフ時間が短くなる。これにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧がリファレンス電圧Ｖｒｅｆに近づき上昇する。
【００６２】
オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧が上昇すると、反転入力端子の電圧を基準とした非反転入力端子の電圧が高くなり、オペアンプＯＰの出力端電圧が高くなる。オペアンプの出力端電圧が高くなると、フォトダイオードに印加される電圧が低下する。
【００６３】
フォトダイオードに印加される電圧が低下すると、発光量が低下し、フォトトランジスタが検知する光量が低下し、コレクタ−エミッタ間の電圧が上昇する。これにより、Ｑ１制御信号生成回路１１１に入力されるフィードバック電圧ＶＦＢが上昇する。
【００６４】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フィードバック電圧ＶＦＢの上昇に応じて、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を長くする制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ与える。スイッチング素子Ｑ１のオン時間が長くなることで、ＬＥＤモジュール３００への供給電力が上昇する。これにより、ＬＥＤ輝度を上昇する方向へ制御することができる。
【００６５】
この際、フィードバック電圧ＶＦＢは、図４（Ａ）に示すように高い電圧値となり、直流成分とリップル成分とから構成される。図４（Ａ）は高輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。しかしながら、リップル成分の振幅に対して直流成分の振幅が大幅に高いので、リップル成分の影響は殆ど無く、このような場合には、通常のＤＣ調光制御を行うことができる。
【００６６】
（ｉｉ）輝度を低下させる場合
輝度を低下させる場合、調光パルス信号のオンデューティが高くなる。オンデューティの高くなるのにともない、トランジスタＱｐのオン時間が短くなる。これにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧がグランド電位に近づき低下する。
【００６７】
オペアンプＯＰの非反転入力端子の電圧が低下すると、反転入力端子の電圧に対して非反転入力端子の電圧が相対的に低くなり、オペアンプＯＰの出力端電圧が低下なる。オペアンプの出力端電圧が低下すると、フォトダイオードに印加される電圧が高くなる。
【００６８】
フォトダイオードに印加される電圧が高くなると、発光量が増加し、フォトトランジスタが検知する光量が増加してコレクタ−エミッタ間の電圧が低下する。これにより、Ｑ１制御信号生成回路１１１に入力されるフィードバック電圧ＶＦＢが低下する。
【００６９】
Ｑ１制御信号生成回路１１１は、フィードバック電圧ＶＦＢの低下に応じて、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を短くする制御信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１へ与える。スイッチング素子Ｑ１のオン時間が短くなることで、ＬＥＤモジュール３００への供給電力が低下する。これにより、ＬＥＤの輝度を低下させる方向へ制御することができる。
【００７０】
この際、上述のフィードバックゲイン制御を行っていることで、フィードバック電圧ＶＦＢは、図４（Ｂ）に示すようにリップル成分のみから構成される。図４（Ｂ）は極低輝度制御時のフィードバック電圧ＶＦＢ波形を示す図である。このように、極低輝度制御を行っても、リップル成分が残ることによりバースト調光動作となる。バースト調光においては、電流オフの期間により輝度が調整されるため、すべての期間において電流の大きさにより輝度を調整するＤＣ調光ほど電流は小さくならず、安定に動作させることができる。また１０００Ｈｚ程度の明滅は人の眼にはチラツキとして現れない。これにより、従来のような極低輝度時に発生するチラツキの発生を抑制することができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態の構成および処理を用いることで、高輝度から消灯状態に近い極低輝度に亘っても安定した輝度が得られる調光が可能になる。この際、例えば高輝度時にＤＣ調光制御を行い低輝度時にＰＷＭ調光制御を行う等の二種類の制御方式に切り替える構造や処理を行う必要が無く、フィードバック制御回路１０１の回路素子値を適宜設定するだけで、安定した調光を行うことができる。
【００７２】
なお、上述の説明では、調光パルス信号の周波数を１０００Ｈｚとしたが、商用交流電源の周波数と略一致する周波数でなければ、当該商用交流電源の周波数よりも高い所定の周波数に設定すればよい。
【００７３】
本実施形態では、絶縁型のＰＦＣ（力率改善）コンバータを示しているが、非絶縁の昇降圧コンバータを回路方式としたＰＦＣ（力率改善）コンバータにおいても、同様の制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００：ＬＥＤ駆動電源装置、１０１：フィードバック制御部、１１０：一次側制御回路、１１１：Ｑ１制御信号生成回路、１２０：二次側制御回路、１２１：平滑回路、１２２：制御器、１３０：絶縁手段、２００：商用交流電源、３００：ＬＥＤモジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源から電力を入力し、ＬＥＤへ電力を出力する電力変換回路と、
前記ＬＥＤの輝度または前記ＬＥＤへの供給電力を設定するための調光パルス信号を基準としてフィードバック制御を行い、前記ＬＥＤへの供給電力を制御する制御信号を、前記電力変換回路に与えるフィードバック制御部と、を備え、
該フィードバック制御部は、前記調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する平滑回路を備えるとともに、
前記フィードバック制御のゲインは、前記調光パルス信号の周波数で高く設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記制御信号に前記リップルの影響が残るような値に設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、前記商用交流電源の電圧を入力し、前記ＬＥＤへの供給電流が前記商用交流電源の電圧と同位相で正弦波状に変化するように制御する力率改善コンバータである、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記商用交流電源の脈動に応答しない値に設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記商用交流電源の２倍の周波数帯域で十分低下するように設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記ＬＥＤが軽負荷のときに、前記調光パルス信号の周波数でバースト調光動作する、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、絶縁状態で電力変換を行う絶縁トランスを備える絶縁型の電力変換回路であり、
前記フィードバック制御部は、前記商用交流電源の入力側となる一次側制御回路と、ＬＥＤが接続される側となる二次側制御回路と、前記一次側制御回路と前記二次側制御回路とを、絶縁した状態フィードバックループを形成する絶縁手段と、を備える、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、非絶縁の昇降圧コンバータである、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置と、
該ＬＥＤ駆動電源装置によって電力供給を受けるＬＥＤと、を備えるＬＥＤ照明装置。
【請求項１】
入力電源から電力を入力し、ＬＥＤへ電力を出力する電力変換回路と、
前記ＬＥＤの輝度または前記ＬＥＤへの供給電力を設定するための調光パルス信号を基準としてフィードバック制御を行い、前記ＬＥＤへの供給電力を制御する制御信号を、前記電力変換回路に与えるフィードバック制御部と、を備え、
該フィードバック制御部は、前記調光パルス信号を所定のリップルが残るように平滑する平滑回路を備えるとともに、
前記フィードバック制御のゲインは、前記調光パルス信号の周波数で高く設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記制御信号に前記リップルの影響が残るような値に設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、前記商用交流電源の電圧を入力し、前記ＬＥＤへの供給電流が前記商用交流電源の電圧と同位相で正弦波状に変化するように制御する力率改善コンバータである、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記商用交流電源の脈動に応答しない値に設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記フィードバック制御のゲインは、前記商用交流電源の２倍の周波数帯域で十分低下するように設定されている、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記ＬＥＤが軽負荷のときに、前記調光パルス信号の周波数でバースト調光動作する、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、絶縁状態で電力変換を行う絶縁トランスを備える絶縁型の電力変換回路であり、
前記フィードバック制御部は、前記商用交流電源の入力側となる一次側制御回路と、ＬＥＤが接続される側となる二次側制御回路と、前記一次側制御回路と前記二次側制御回路とを、絶縁した状態フィードバックループを形成する絶縁手段と、を備える、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置であって、
前記電力変換回路は、非絶縁の昇降圧コンバータである、ＬＥＤ駆動電源装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＬＥＤ駆動電源装置と、
該ＬＥＤ駆動電源装置によって電力供給を受けるＬＥＤと、を備えるＬＥＤ照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１３４１００（Ｐ２０１２−１３４１００Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７３３５（Ｐ２０１０−２８７３３５）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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