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技術 LED点灯装置及びLED照明装置

出願人 岩崎電気株式会社
発明者 鈴木信一永瀬徹山口良明山下将武
出願日 2014年7月10日 (6年5ヶ月経過) 出願番号 2014-142503
公開日 2016年2月1日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2016-018736
状態 特許登録済
技術分野 光源の回路一般
主要キーワード 照明点灯装置 定電流出力制御 付加電流 制御解 定電圧出力回路 低電位出力 低抵抗素子 帰還素子
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

LEDの順方向降下電圧にばらつきがある場合でも無負荷設定電圧を最適化し、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制を可能とする。

解決手段

LED点灯装置(1)は、LED(2)に対して可変出力電圧及び出力電流を供給可能な電源回路部(100)と、出力電圧を検出する電圧検出回路(200)と、出力電流を検出する電流検出回路(250)と、電源回路部の動作開始後であって出力電流が検出されるまで出力電圧を徐々に上昇させる基準値生成部(311)、出力電流が検出された時点の点灯電圧を取得する取得部(312)、取得された点灯電圧に基づいて無負荷設定電圧を決定する決定部(313)、及び無負荷設定電圧を記憶する記憶部(314)を有し、記憶された無負荷設定電圧が出力電圧の上限値となるように電源回路部を制御するように構成された制御回路(300)を備える。

概要

背景

特許文献1は、LED等の負荷に所定の最小付加電流を流し、その負荷の種類を自動的に特定し、特定した負荷に最適な制御を行う照明点灯装置を開示する。具体的には、照明点灯装置において、設定された最小電流値を流した場合に、接続可能な複数の負荷の各々が示す複数の電圧値及び電流値組合せが記憶され、負荷データ記憶部に記憶された電圧値及び電流値の組合せと、負荷に最小電流値を流した場合に検出される電圧に基づいて負荷が特定される。

概要

LEDの順方向降下電圧にばらつきがある場合でも無負荷設定電圧を最適化し、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制を可能とする。LED点灯装置(1)は、LED(2)に対して可変出力電圧及び出力電流を供給可能な電源回路部(100)と、出力電圧を検出する電圧検出回路(200)と、出力電流を検出する電流検出回路(250)と、電源回路部の動作開始後であって出力電流が検出されるまで出力電圧を徐々に上昇させる基準値生成部(311)、出力電流が検出された時点の点灯電圧を取得する取得部(312)、取得された点灯電圧に基づいて無負荷設定電圧を決定する決定部(313)、及び無負荷設定電圧を記憶する記憶部(314)を有し、記憶された無負荷設定電圧が出力電圧の上限値となるように電源回路部を制御するように構成された制御回路(300)を備える。

目的

本発明は、LEDの順方向降下電圧にばらつきがある場合でも無負荷設定電圧を最適化し、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制を可能とするLED点灯装置及びそれを用いたLED照明装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

LED点灯装置であって、LEDに対して可変出力電圧及び出力電流を供給可能な電源回路部と、前記出力電圧を検出する電圧検出回路と、前記出力電流を検出する電流検出回路と、前記電源回路部の動作開始後であって前記出力電流が検出されるまで前記出力電圧を徐々に上昇させる基準値生成部、前記出力電流が検出された時点の点灯電圧を取得する取得部、取得された前記点灯電圧に基づいて無負荷設定電圧を決定する決定部、及び前記無負荷設定電圧を記憶する記憶部を有し、記憶された前記無負荷設定電圧が前記出力電圧の上限値となるように前記電源回路部を制御するように構成された制御回路とを備えたLED点灯装置。

請求項2

請求項1に記載のLED点灯装置において、前記電源回路部の動作開始ごとに前記無負荷設定電圧が決定されるように構成されたLED点灯装置。

請求項3

請求項1又は2に記載のLED点灯装置において、前記基準値生成部が、前記出力電圧を前記LEDの公称順方向降下電圧のばらつき下限値から上昇させるように構成されたLED点灯装置。

請求項4

請求項1に記載のLED点灯装置において、前記記憶部が不揮発性メモリからなり、前記記憶部に前記点灯電圧又は前記無負荷設定電圧が記憶されている場合には、前記基準値生成部が、前記記憶されている点灯電圧又は無負荷設定電圧よりも所定量だけ低い電圧から前記出力電圧を上昇させるように構成されたLED点灯装置。

請求項5

請求項1に記載のLED点灯装置において、前記記憶部が不揮発性メモリからなり、前記電源回路部の動作開始時に前記記憶部に前記無負荷設定電圧が記憶されている場合には、前記基準値生成部が、前記記憶されている無負荷設定電圧を採用するように構成され、又は前記電源回路部の動作開始時に前記記憶部に前記点灯電圧が記憶されている場合には、前記基準値生成部が、前記記憶されている点灯電圧に基づいて決定された無負荷設定電圧を採用するように構成されたLED点灯装置。

請求項6

請求項1から5のいずれか一項に記載のLED点灯装置と、前記LEDとを備えたLED照明装置

技術分野

0001

本発明はLED点灯装置及びそれを用いたLED照明装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1は、LED等の負荷に所定の最小付加電流を流し、その負荷の種類を自動的に特定し、特定した負荷に最適な制御を行う照明点灯装置を開示する。具体的には、照明点灯装置において、設定された最小電流値を流した場合に、接続可能な複数の負荷の各々が示す複数の電圧値及び電流値組合せが記憶され、負荷データ記憶部に記憶された電圧値及び電流値の組合せと、負荷に最小電流値を流した場合に検出される電圧に基づいて負荷が特定される。

先行技術

0003

特許第5311624号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1の構成においては、接続されるLED(負荷)が正常であり、かつ負荷電流が流れ始めた後の状態において負荷が特定されて制御の最適化が行われる。しかし、LED点灯装置においては、LEDが接続されない、いわゆる無負荷状態における制御も最適化される必要がある。一般に無負荷状態においは、電源回路から見た負荷が軽くなるため、あるいは出力電流フィードバックの作用により、電源回路の出力電圧が上昇する。そして、電源回路では、この上昇した出力電圧が上限値、すなわち無負荷設定電圧以下となるように制御されることになる。

0005

ここで、無負荷設定電圧がLED順方向降下電圧未満であると、出力電圧も順方向降下電圧未満となるためLEDを点灯することはできない。一方、これを回避するために無負荷設定電圧がLED順方向降下電圧よりも大幅に高く設定されると、LEDが接触不良等の無負荷状態から回復した場合等に電源回路からLEDに非常に大きな突入電流が流れ、LED又は電源回路の短寿命化がもたらされてしまう(詳細は後述する)。したがって、無負荷設定電圧は、接続されるLEDの順方向降下電圧に対して適切な値に設定されることが好ましい。ただし、LED順方向降下電圧には個体ばらつきがあるため、このばらつきを考慮して上記無負荷設定電圧が適切な値に設定されなければならない。

0006

そこで、本発明は、LEDの順方向降下電圧にばらつきがある場合でも無負荷設定電圧を最適化し、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制を可能とするLED点灯装置及びそれを用いたLED照明装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明のLED点灯装置は、LEDに対して可変の出力電圧及び出力電流を供給可能な電源回路部と、出力電圧を検出する電圧検出回路と、出力電流を検出する電流検出回路と、電源回路部を制御する制御回路を備える。制御回路は、電源回路部の動作開始後であって前記出力電流が検出されるまで出力電圧を徐々に上昇させる基準値生成部、出力電流が検出された時点の点灯電圧を取得する取得部、取得された点灯電圧に基づいて無負荷設定電圧を決定する決定部、及び無負荷設定電圧を記憶する記憶部を有し、記憶された無負荷設定電圧が出力電圧の上限値となるように電源回路部を制御するように構成される。

0008

上記LED点灯装置によると、点灯開始時に取得されたLEDの点灯電圧に基づいて無負荷設定電圧が決定されるので、LEDの順方向降下電圧にばらつきがある場合でも無負荷設定電圧が最適化され、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制が可能となる。

0009

ここで、第1の形態では、電源回路部の動作開始ごとに無負荷設定電圧が決定されるように構成される。これにより、無負荷設定電圧の決定がLEDの点灯回ごとに行われるので、その決定が高精度化され、無負荷時動作に関する信頼性が高まる。

0010

更に、基準値生成部は、出力電圧をLEDの公称順方向降下電圧のばらつき下限値から上昇させるように構成されるようにしてもよい。これにより、点灯電圧を取得する動作が短縮化され、迅速な点灯動作が可能となる。

0011

また、第2の形態では、記憶部が不揮発性メモリからなり、記憶部に点灯電圧又は無負荷設定電圧が記憶されている場合には、基準値生成部が、記憶されている点灯電圧又は無負荷設定電圧よりも所定量だけ低い電圧から出力電圧を上昇させるように構成される。これにより、2回目点灯以降において、点灯電圧を取得する動作が短縮化され、迅速な点灯動作が可能となる。

0012

また、第3の形態では、記憶部が不揮発性メモリからなり、電源回路部の動作開始時に記憶部に無負荷設定電圧が記憶されている場合には、基準値生成部が、記憶されている無負荷設定電圧を採用するように構成される。あるいは、電源回路部の動作開始時に記憶部に点灯電圧が記憶されている場合には、基準値生成部が、記憶されている点灯電圧に基づいて決定された無負荷設定電圧を採用するように構成される。これにより、2回目点灯以降において、点灯電圧の取得及び無負荷設定電圧の決定の動作、又は無負荷設定電圧の決定の動作が省略され、更に迅速な点灯動作が可能となる。

0013

本発明のLED照明装置は、上記いずれかのLED点灯装置と、LEDとを備える。これにより、LEDの始動性が確保され、LED及びLED点灯装置の寿命が確保された信頼性の高いLED照明装置が実現される。

図面の簡単な説明

0014

本発明の第1の実施形態によるLED点灯装置及びLED照明装置の回路構成図である。
第1の実施形態によるLED点灯装置の動作を説明する図である。
第1の実施形態によるLED点灯装置の動作を説明する図である。
第1の実施形態によるLED点灯装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の第2の実施形態によるLED点灯装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の第3の実施形態によるLED点灯装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の変形例によるLED点灯装置及びLED照明装置の回路構成図である。
一般的なLED点灯装置の回路構成を説明する図である。
一般的なLED点灯装置の動作を説明する図である。

実施例

0015

<第1の実施形態>
図1に、本発明の第1の実施形態によるLED点灯装置1及びそれを用いたLED照明装置3の回路構成図を示す。LED照明装置3はLED点灯装置1及びLED2を含む。LED点灯装置1には入力端子T1及びT2から交流電源AC(例えば、商用電源)が投入され、LED点灯装置1の出力端子T3及びT4から直流出力がLED2に供給される。LED2は直列接続された複数のLED素子からなるLEDモジュールであればよい。本実施形態においては、図1に示すように、8個のLED素子からなるLEDモジュールを例示するが、LED素子の接続数は任意である。

0016

LED点灯装置1は、電源回路部100、電圧検出回路200、電流検出回路(電流検出抵抗)250及び制御回路300を備える。なお、本明細書における説明において、各回路又は構成要素が上記のどのブロックに属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。また、同様の構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

0017

電源回路部100は、入力回路110、力率改善回路120(以下、「PFC120」という)、降圧チョッパ回路130及び補助電源生成回路150を含む。なお、以降の説明において、電源回路部100(より具体的には降圧チョッパ回路130)の出力電圧及び出力電流をそれぞれ出力電圧Vout及び出力電流Ioutというものとする。したがって、LED2が正常に接続されている場合には、出力電圧VoutはLED電圧に実質的に等しく、出力電流IoutはLED電流に実質的に等しい。

0018

入力回路110は、電流ヒューズ111及び112、全波整流器113並びに入力コンデンサ114を含む。電流ヒューズ111及び112はそれぞれ入力端子T1及びT2と全波整流器113の入力端子間に接続される。入力回路110はまた、必要に応じてノイズフィルタバリスタ等をさらに含んでいてもよい。入力交流電圧が全波整流器113によって全波整流され、入力コンデンサ114に発生する脈流電圧後段のPFC120に供給される。なお、電源回路部100に直流電源が投入される場合には、全波整流器113は不要である。

0019

PFC120は、インダクタ121、スイッチング素子122、ダイオード123、平滑コンデンサ124、PWM制御回路125及び電流検出抵抗126を含む。以降の説明において、コンデンサ124の負極側電極と同電位ノードグランドというものとする。なお、PWM制御回路125は、不図示の配線によってグランド接続されている。スイッチング素子122はPWM制御回路125によって高周波スイッチングによりPWM制御され、これにより入力力率が改善される。スイッチング素子122がオンの期間においては、入力回路110からの脈流電圧がインダクタ121及びスイッチング素子122に流れることによりインダクタ121にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子122がオフの期間においては、インダクタ121に蓄えられているエネルギーがダイオード123を介してコンデンサ124に充電される。これにより、コンデンサ124には入力電源電圧から昇圧された電圧が充電される。このように、PFC120は昇圧回路としても機能する。PWM制御回路125は、不図示の電圧検出回路によって検出されるコンデンサ124の電圧が所望の値となるようにPWM制御におけるオン幅を決定するとともに、電流検出抵抗126によって検出される電流を参照してスイッチング素子122の動作状態を制御する。

0020

降圧チョッパ回路130は、スイッチング素子131、インダクタ132、ダイオード133、コンデンサ134、PWM制御回路135及びフィルタコンデンサ136を含み、電流制限用の機能を実現する。なお、PWM制御回路135は不図示の配線によってグランド接続されている。降圧チョッパ回路130は、コンデンサ124の電圧を電源として制限された出力電流をLED2に供給する。スイッチング素子131はPWM制御回路135によってPWM制御される。スイッチング素子131がオンの期間においては、PFC120(コンデンサ124)→スイッチング素子131→インダクタ132→LED2→電流検出抵抗250に出力電流Ioutが流れ、インダクタ132にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子131がオフの期間においては、インダクタ132に蓄えられたエネルギーをもとに、インダクタ132→LED2→電流検出抵抗250→ダイオード133に出力電流Ioutが流れる。コンデンサ134は出力電圧Vout及び出力電流Ioutを平滑化する。これにより、制限された直流電圧及び直流電流が降圧チョッパ回路130からLED2に供給される。

0021

補助電源生成回路150は、例えば、降圧チョッパ回路、リンギングチョークコンバータ回路、三端子レギュレータ等の定電圧出力回路を含み、コンデンサ124の電圧からPWM制御回路125、PWM制御回路135、後述の制御回路300の制御電源を生成する。なお、補助電源回路150は不図示の配線によってグランド接続されているものとする。制御電源は5〜15V程度の一定の低電圧であればよく、PWM制御回路125、PWM制御回路135及び制御回路300に供給される制御電源は同じ電圧値であっても異なる電圧値であってもよい。

0022

電圧検出回路200は降圧チョッパ回路130の出力端間に接続された抵抗201、202及び203の直列回路からなる。出力電圧Voutが各抵抗によって分圧され、抵抗203に発生した分圧値が電圧検出値として制御回路300に供給される。したがって、電圧検出回路200では、LED2が正常に接続されているときはLED電圧が検出され、LED2が開放状態にあるときは無負荷電圧が検出される。

0023

電流検出抵抗(電流検出回路)250は0.1〜1Ω程度の低抵抗素子からなる。出力電流Ioutによって電流検出抵抗250に発生した電圧が電流検出値として制御回路300に供給される。

0024

制御回路300は、誤差増幅器301及び302並びにマイクロコンピュータ(MC)310を備える。誤差増幅器301及び302並びにMC310の各々は補助電源生成回路150から制御電源の供給を受け、不図示の配線によってグランド接続されているものとする。概略として、誤差増幅器301は出力電圧Voutを基準値(目標値)に一致させる機能を担う電圧帰還制御用オペアンプであり、誤差増幅器302は出力電流Ioutを基準値(目標値)に一致させる機能を担う電流帰還制御用のオペアンプである。

0025

電圧帰還制御用の誤差増幅器301の負入力端子(−)には電圧検出回路200によって検出された電圧検出値が入力され、正入力端子(+)には出力電圧Voutの目標値に対応する電圧基準値がMC310から入力される。なお、誤差増幅器301の負入力端子と出力端子の間には帰還素子(抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路)が接続されていてもよい。誤差増幅器301は、負入力端子に入力される電圧検出値と、正入力端子に入力される電圧基準値との誤差増幅して出力する。言い換えると、PWM制御回路135において電圧帰還制御が選択されている場合には、誤差増幅器301及びPWM制御回路135によって、電圧検出値が電圧基準値に一致するようにPWM制御におけるオン幅が決定されることになる。

0026

電流帰還制御用の誤差増幅器302の負入力端子(−)には電流検出抵抗250によって検出された電流検出値が入力され、正入力端子(+)には出力電流Ioutの目標値に対応する電流基準値がMC310から入力される。なお、誤差増幅器302の負入力端子と出力端子の間にも帰還素子が接続されていてもよい。誤差増幅器302は、負入力端子に入力される電流検出値と、正入力端子に入力される電流基準値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、PWM制御回路135において電流帰還制御が選択されている場合には、誤差増幅器302及びPWM制御回路135によって、電流検出値が電流基準値に一致するようにPWM制御におけるオン幅が決定されることになる。

0027

なお、PWM制御回路135においては、例えば、ダイオードOR回路等の選択回路(不図示)によって電圧帰還制御又は電流帰還制御が選択されるようにすればよい。具体的には、誤差増幅器301及び302の出力端子が第1及び第2のダイオードのカソードにそれぞれ接続され、第1及び第2のダイオードの共通アノードにおける電位に基づいてPWM制御におけるオン幅が決定されるようにすればよい。すなわち、誤差増幅器301及び302における増幅誤差の小さい方に関して帰還制御が行われる。

0028

MC310は、入出力インターフェイスI/F、基準値生成部311、点灯電圧取得部312(以下、「取得部312」という)、無負荷設定電圧決定部313(以下、「決定部313」という)及び記憶部314を含み、これらはバスBによって相互にデータ又は信号のやり取りが可能な態様で接続されている。入出力インターフェイスI/Fには、電圧検出回路200からの電圧検出値及び電流検出回路250からの電流検出値が入力され、入出力インターフェイスI/Fからは、誤差増幅器301及び302の正入力端子に電圧基準値及び電流基準値がそれぞれ出力される。

0029

基準値生成部311は、LED点灯装置1が起動すると(すなわち、制御回路300が起動すると)、誤差増幅器301へ出力する電圧基準値をゼロ付近の低電圧から徐々に上昇させる。この間、基準値生成部311は、誤差増幅器302に対しては通常点灯用(例えば、定格点灯用)の電流基準値を出力するものとする。電圧基準値の上昇開始時点では、出力電圧VoutはLED2の順方向降下電圧Vf未満であるので出力電流Ioutは流れない。したがって、電流帰還制御用の誤差増幅器302の出力は最大となり、PWM制御回路135における選択回路(ダイオードOR回路)においては電圧帰還制御用の誤差増幅器301の出力が選択され、これがPWM制御に反映される。すなわち、出力電圧VoutがLED2の順方向降下電圧Vf以上となるまでは、誤差増幅器301による電圧帰還制御が行われる。

0030

なお、基準値生成部311の出力信号デューティ比可変(オン幅可変)のPWM信号であればよい。基準値生成部311からのPWM信号は、MC310と誤差増幅器301及び302の間にそれぞれ設けられた不図示の積分回路によって平滑化(アナログ化)され、そのアナログ信号が誤差増幅器301及び302の正入力端子にそれぞれ入力されるようにすればよい。すなわち、誤差増幅器301への電圧基準値を上昇させる動作においては、基準値生成部311はPWM出力信号のデューティ比(オン幅)を増加させる。なお、本実施形態においては、基準値生成部311はPWM信号を出力するものとするが、基準値生成部311がアナログ値を出力する構成としてもよい。すなわち、基準値生成部311内においてデジタル値がD/A変換される構成としてもよい。

0031

取得部312は、基準値生成部311が電圧基準値を上昇させる過程で出力電流Ioutが検出された時点の点灯電圧V1を取得する。具体的には、取得部312は、電流検出値の立ち上がりを検出してLED2の点灯開始を検出し、その時点での電圧検出値を読み取り、これに基づいて点灯電圧V1を特定する。なお、点灯電圧V1はLED2の順方向降下電圧Vfと実質的に等しい。

0032

決定部313は、取得部312によって取得された点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定する。詳細を後述するように、無負荷設定電圧V2は点灯電圧V1よりも若干高い電圧に設定される。

0033

記憶部314は、決定部313によって決定された無負荷設定電圧V2を記憶する。そして、記憶部314に記憶された無負荷設定電圧V2は、電圧基準値(誤差増幅器301の正入力端子電圧)として基準値生成部311から出力される。本実施形態では、記憶された無負荷設定電圧V2はMC310の電源リセット時、すなわちLED消灯後の次回点灯時にリセットされる。

0034

したがって、LED2が点灯を開始した後は、電圧検出値(点灯電圧V1に対応)と電圧基準値(無負荷設定電圧V2に対応)の誤差により電圧帰還制御用の誤差増幅器301の出力は増大する。これにより、PWM制御回路135における選択回路(ダイオードOR回路)においては電流帰還制御用の誤差増幅器302の出力が選択されて、これがPWM制御に反映される。すなわち、LED2の点灯開始後通常点灯時では、誤差増幅器302による定電流出力制御が行われる。一方、電圧帰還制御用の誤差増幅器301は、無負荷状態が発生して出力電流Ioutが検出されなくなった場合の出力電圧リミッタ回路として機能する。

0035

図2に、LED点灯装置1の始動時の出力電圧Vout、無負荷設定電圧V2、及び出力電流(LED電流)Ioutを示す。左縦軸は電圧、右縦軸は電流、横軸は時間を示し、時刻t0において制御回路300が起動するものとする。本例では、LED2を構成する各LED素子の順方向降下電圧Vfは30V±10%であり、したがって8個のLED素子からなるLED2の順方向降下電圧Vfは240V±10%(すなわち、216V〜264V)であるものとする。定電流出力電流は500mAであるものとする。

0036

時刻t0以降、基準値生成部311が電圧基準値、すなわち出力電圧Voutを徐々に上昇させる。本例では、出力電圧Voutが段階的に上昇される態様を示すが、この上昇は連続的であってもよい。このように、充分に低い電圧から出力電圧Voutを上昇させる構成によると、接続されるLED2が設計変更される場合(例えば、LED素子の接続数が変更される場合、異なる順方向降下電圧のLED素子に変更される場合など)に対して、同じLED点灯装置1を適用することができ、点灯装置標準化の観点から好ましい。

0037

また、本例では、段階的上昇における上昇幅が略一定の態様を示すが、この上昇幅が時間とともに(すなわち、段階を進むごとに)細かくなるようにしてもよい。また更に、出力電圧Voutの上昇が連続的である場合も、上昇速度が時間とともに遅くなるようにしてもよい。これにより、点灯可能性の低い低電圧付近での所要時間を短縮することができる。あるいは、LED2の仕様がある程度分かっている場合には、出力電圧Voutの上昇を開始させる電圧(以下、「上昇開始電圧V0」という)は0Vでなくてもよい。例えば、上昇開始電圧V0は、LED2の公称順方向降下電圧のばらつき下限値(本例では、240Vの−10%である216V)であってもよい。これによっても、点灯電圧V1を取得する動作が短縮化され、迅速な点灯動作が可能となる。

0038

時刻t1においてLED2が点灯開始した時点で、取得部312が点灯電圧V1を取得し、決定部313が点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定し、記憶部314がこれを記憶する。時刻t2以降、基準値生成部311は、電圧基準値として無負荷設定電圧V2を出力する。言い換えると、出力電圧Voutは時刻t1までは無負荷設定電圧V2に等しく、時刻t1以降は点灯電圧V1に等しい。なお、時刻t2は時刻t1の後であってもよいし、時刻t1と実質的に同時であってもよい。

0039

無負荷設定電圧V2と点灯電圧V1との差は点灯電圧V1に対して1〜5%程度、好ましくは2〜3%程度であればよい。あるいは、無負荷設定電圧V2と点灯電圧V1との差は、制御回路300における制御解像度を考慮して固定値(例えば、5V)としてもよい。例えば、本例では、点灯電圧V1が240Vである場合には、無負荷設定電圧V2は245Vとなるように構成される。時刻t1以降は、誤差増幅器302の作用により出力電流(LED電流)Ioutが500mAで一定となるように定電流制御される。

0040

ここで、LED点灯装置1の無負荷状態回復時の動作を説明する前に、一般的なLED点灯装置について説明しておく。図8は、一般的なLED点灯装置4の回路構成図である。LED点灯装置4と図1のLED点灯装置1とは制御回路が異なる。LED点灯装置4の制御回路400は、電圧帰還制御用の誤差増幅器401、電流帰還制御用の誤差増幅器402、電圧基準値用の電圧源411及び電流基準値用の電圧源412を含む。誤差増幅器401及び402は図1に関して上述した誤差増幅器301及び302と同様であり、電圧源411及び412は所定の基準電圧抵抗分割する回路である。基準電源411は固定の電圧基準値を誤差増幅器401の正入力端子に入力し、基準電源412は固定の電流基準値を誤差増幅器402の正入力端子に入力する。すなわち、LED点灯装置4においては、無負荷設定電圧V3は点灯電圧V1にかかわらず固定値である。

0041

ここで、上述したように、8個のLED素子からなるLED2の順方向降下電圧Vfの公称値は240Vとなり、順方向降下電圧Vfには±10%のばらつきがあるものとする。すなわち、本例では、LED2の順方向降下電圧Vfは216Vから264Vの範囲でばらつくことになる。ここで、電圧源411によって決まる無負荷設定電圧V3をばらつきの中心である240Vとした場合、ばらつきにより順方向降下電圧Vfが240Vを超えるLED2を点灯することができない。これを考慮して、無負荷設定電圧V3をばらつき上限の264Vとした場合、この無負荷設定電圧V3と現実の順方向降下電圧Vfの差が大きい場合に、LED2における無負荷状態回復時の突入電流が大きくなってしまう。この状況を、図9を用いて説明する。なお、無負荷状態回復時とは、主にLED2に関する接触不良回復時を想定している。この接触不良は、LED2の個々の素子又は素子間において、あるいは出力端子T3又はT4の接続状態に起因して発生し得る。

0042

図9は、無負荷状態回復時の出力電圧Vout及び出力電流(LED電流)Ioutを示す。左縦軸は電圧、右縦軸は電流、横軸は時間を示し、時刻trにおいて無負荷状態が回復するものとする。LED2の現実の順方向降下電圧Vfは240Vであり、無負荷設定電圧V3は264Vであり、定電流出力電流は500mAであるものとする。時刻trまでは、無負荷状態であるため、電圧帰還制御用の誤差増幅器401の作用により出力電圧Voutが無負荷設定電圧V3(264V)に固定される。したがって、LED2の両端には、接触不良個所を介して264Vの無負荷電圧が印加される。時刻trにおいて無負荷状態が回復すると、無負荷電圧(264V)と現実の順方向降下電圧(240V)の差に起因して、LED2には定電流出力電流500mAよりもはるかに高い突入電流が流れてしまう。この突入電流によって、LED2の故障又は電源回路部100(例えば、スイッチング素子131)の故障がもたらされる可能性がある。

0043

一方、図3に、本実施形態によるLED点灯装置1における無負荷状態回復時の出力電圧Vout及び出力電流(LED電流)Ioutを示す。図9と同様に、左縦軸は電圧、右縦軸は電流、横軸は時間を示し、時刻trにおいて無負荷状態が回復するものとする。図2に関して前述したように、LED2の現実の順方向降下電圧Vfが240Vであり、無負荷設定電圧V2が245Vであり、定電流出力電流が500mAであるものとする。時刻trまでは、無負荷状態であるため、誤差増幅器301の作用により出力電圧Voutが無負荷設定電圧V2(245V)に固定される。したがって、LED2の両端には、接触不良個所を介して245Vの無負荷電圧が印加される。時刻trにおいて無負荷状態が回復しても、無負荷電圧(245V)と順方向降下電圧Vf(240V)の差が、図9に示す場合よりも大幅に小さいため、LED2には、定電流出力電流500mAよりも若干高い突入電流しか流れない。このように、無負荷設定電圧V2が、点灯電圧V1(順方向降下電圧Vf)に対してわずかに高い値に設定されることにより、LED2の始動性を確保しつつも無負荷状態回復時の突入電流を抑制することができる。

0044

図4は、本実施形態のLED点灯装置1の動作を示すフローチャートである。
入力電源ACが投入されて制御回路300が起動すると、ステップS10において、基準値生成部311が電圧基準値、すなわち出力電圧Voutを上昇させる。
ステップS15で、取得部312がLED2の点灯開始を検出し、LED2の点灯開始が検出されない場合(ステップS15、NO)、処理はステップS10に戻り、LED2の点灯開始が検出された場合(ステップS15、YES)、処理はステップS20に進む。

0045

ステップS20において、取得部312が点灯電圧V1を取得し、ステップS25において、決定部313が点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定し、ステップS30において、記憶部314が無負荷設定電圧V2を記憶する。

0046

ステップS35において、基準値生成部311が、記憶部314に記憶された無負荷設定電圧V2を電圧基準値として出力する。これにより、制御回路300は全体として、出力電圧Voutの上限値が、記憶部314に記憶されている無負荷設定電圧V2となるように電源回路部100を制御する。

0047

以上のように、本実施形態のLED点灯装置1によると、以下の有利な効果が得られる。

0048

(1)始動性の確保及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制
制御回路300が、LED2の始動時に出力電圧Voutを徐々に上昇させる基準値生成部311、LED2の点灯開始時点の点灯電圧V1を取得する取得部312、点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定する決定部313、及び無負荷設定電圧V2を記憶する記憶部314を備える。そして、制御回路300は、無負荷設定電圧V2が出力電圧Voutの上限値がとなるように電源回路部100を制御するように構成される。したがって、点灯開始時に取得されたLED2の点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2が決定されるので、LED2の順方向降下電圧Vfにばらつきがある場合でも無負荷設定電圧V2が最適化され、LED正常時の始動性の確保、及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制が可能となる。また、上記のLED点灯装置1を含むLED照明装置3においては、LEDの始動性が確保され、無負荷状態回復時の突入電流の抑制によりLED及びLED点灯装置の寿命が確保される。

0049

(2)無負荷設定電圧の高精度化
また、本実施形態においては、電源回路部100の動作開始ごと、すなわちLED2の点灯回ごとに無負荷設定電圧V2が決定されるように構成した。これにより、例えば、LED2の順方向降下電圧Vfが使用時間又は使用環境の変化とともに変化する場合、又はLED2が交換された場合においても、点灯回ごとに常に最適な無負荷設定電圧が決定される。したがって、無負荷設定電圧の決定が高精度化され、無負荷時動作に関する信頼性が高まる。

0050

<第2の実施形態>
上記第1の実施形態においては、点灯回ごとに固定の上昇開始電圧V0から出力電圧Voutを上昇させる構成を示したが、本実施形態では、前回点灯における点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2に基づいて上昇開始電圧V0が決定される構成を示す。なお、LED点灯装置1の回路構成は図1に示すものと同様である。ただし、記憶部314は、不揮発性メモリからなるものとし、一旦点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶された後はMC310の電源がオフされた後も、その点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が保持されるものとする。

0051

図5は、本実施形態によるLED点灯装置1の動作を示すフローチャートである。
ステップS5において、基準値生成部311は、記憶部314に点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶されているか否かを判別する。記憶部314に点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶されていないと判別された場合(例えば、初回点灯の場合)(ステップS5、NO)、処理はステップS6に進む。一方、記憶部314に点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶されていると判別された場合(例えば、2回目以降の点灯の場合)(ステップS5、YES)、処理はステップS7に進む。

0052

ステップS6において、基準値生成部311は、上昇開始電圧V0をデフォルト値に設定する。このデフォルト値は、第1の実施形態において説明したように、0Vであってもよいし、LED2の順方向降下電圧Vfの公称値の下限値であってもよいし、0Vと当該下限値の間のいずれかの値であってもよい。

0053

ステップS7において、基準値生成部311は、上昇開始電圧V0を、記憶された点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2よりも所定電圧ΔV1又はΔV2だけ低い値に設定する。なお、点灯電圧V1<無負荷設定電圧V2であるから、所定電圧ΔV1<所定電圧ΔV2である。

0054

ステップS10、S15、S20及びS25は、図4に示した第1の実施形態における対応の処理と同様である。すなわち、ステップS10及びS15において、基準値生成部311が出力電圧Voutを徐々に上昇させる。LED2が点灯を開始すると、ステップS20において、取得部312が点灯電圧V1を取得し、ステップS25において、決定部313が点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定する。

0055

ステップS31において、記憶部314は、決定部313によって決定された無負荷設定電圧V2、又は取得部312によって取得された点灯電圧V1及び決定部313によって決定された無負荷設定電圧V2を記憶する。そして、ステップS35において、無負荷設定電圧V2が出力電圧Voutの上限値となるように電源回路部100が制御される。

0056

本実施形態のLED点灯装置1によると、上記第1の実施形態における有利な効果(1)始動性の確保及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制及び(2)無負荷設定電圧の高精度化に加えて、以下の効果が得られる。

0057

(3)点灯動作の迅速化
不揮発性メモリからなる記憶部314に点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶されている場合には、これらの点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2よりも所定量だけ低い電圧から出力電圧Voutの上昇が開始される。したがって、2回目点灯以降は、LED始動時の出力電圧Voutの上昇幅が減少されて点灯電圧V1を取得する動作が短縮化され、迅速な点灯動作が可能となる。

0058

<第3の実施形態>
上記第1の実施形態においては、点灯回ごとに点灯電圧V1が取得され、無負荷設定電圧V2が決定される構成を示したが、本実施形態では、2回目点灯以降においては少なくとも無負荷設定電圧V2の決定動作が省略される構成を示す。なお、LED点灯装置1の回路構成は図1に示すものと同様である。ただし、記憶部314は、不揮発性メモリからなるものとし、一旦点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が記憶された後はMC310の電源がオフされた後も、その点灯電圧V1又は無負荷設定電圧V2が保持されるものとする。

0059

図6は、本実施形態によるLED点灯装置1の動作を示すフローチャートである。
ステップS8において、基準値生成部311は、記憶部314に無負荷設定電圧V2が記憶されているか否かを判別する。記憶部314に無負荷設定電圧V2が記憶されていないと判別された場合(例えば、初回点灯の場合)(ステップS8、NO)、処理はステップS9に進む。一方、記憶部314に無負荷設定電圧V2が記憶されていると判別された場合(例えば、2回目以降の点灯の場合)(ステップS8、YES)、処理はステップS35に進む。これにより、ステップS10からS31が省略される。

0060

ステップS9において、基準値生成部311は、記憶部314に点灯電圧V1が記憶されているか否かを判別する。記憶部314に点灯電圧V1が記憶されていないと判別された場合(例えば、初回点灯の場合)(ステップS9、NO)、処理はステップS10に進む。一方、記憶部314に点灯電圧V1が記憶されていると判別された場合(例えば、2回目以降の点灯の場合)(ステップS9、YES)、処理はステップS25に進む。これにより、ステップS10からS20が省略される。

0061

なお、ステップS10、S15、S20、S25、S31及びS35は、図5に示した第2の実施形態における対応の処理と同様である。すなわち、ステップS10及びS15において、基準値生成部311が出力電圧Voutを徐々に上昇させ、LED2が点灯を開始すると、ステップS20において、取得部312が点灯電圧V1を取得する。ステップS25において、決定部313が点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2を決定する。ステップS31において、記憶部314が無負荷設定電圧V2、又は点灯電圧V1及び無負荷設定電圧V2を記憶する。そして、ステップS35において、無負荷設定電圧V2が出力電圧Voutの上限値となるように電源回路部100が制御される。

0062

本実施形態の構成によると、上記第1の実施形態における有利な効果(1)始動性の確保及び無負荷状態回復時の突入電流の抑制に加えて、以下の効果が得られる。なお、ステップS8又はステップS9のいずれか一方が省略されていても、以下の相応の効果が得られる。

0063

(4)点灯動作の更なる迅速化
不揮発性メモリからなる記憶部314に無負荷設定電圧V2が記憶されている場合には、その無負荷設定電圧V2が採用される。したがって、2回目点灯以降において、点灯電圧V1の取得及び無負荷設定電圧V2の決定の動作が省略され、一層迅速な点灯動作が可能となる。あるいは、不揮発性メモリからなる記憶部314に点灯電圧V1が記憶されている場合には、その点灯電圧V1に基づいて無負荷設定電圧V2が決定される。これによっても、2回目点灯以降において、点灯電圧V1の取得の動作が省略され、相応の迅速な点灯動作が可能となる。

0064

以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

0065

(1)電源回路部100の変形
上記各実施形態においては、電源回路部100がPFC120及び降圧チョッパ回路130を備える構成を示したが、電源回路部100は他の構成であってもよい。例えば、電源回路部100は、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式絶縁型フライバックコンバータを備えていてもよい。図7に、電源回路部100が絶縁型のフライバックコンバータ140を含む場合の回路構成図を示す。フライバックコンバータ140は、トランス141、スイッチング素子142、ダイオード143、コンデンサ144及びPWM制御回路145を含む。

0066

フライバックコンバータ140において、スイッチング素子142のオン期間にトランス141の一次巻線によってエネルギーが蓄積され、スイッチング素子142のオフ期間にそのエネルギーがトランス141の二次巻線側からダイオード143を介してコンデンサ144に充電される。出力電圧Vout及び出力電流Ioutは、トランス141の巻数比、スイッチング素子142のPWM制御におけるオンデューティ(オン幅)等によって決まる。PWM制御回路145は、制御回路300(フォトカプラ330)の出力に基づいてPWM制御におけるオン幅を決定し、スイッチング素子142を駆動する。なお、PWM制御回路145及び制御回路300への制御電源は、トランス141の補助巻線に発生する電力から生成されるようにすればよい。

0067

制御回路300は、図1の構成に加えて、選択回路320及びフォトカプラ330を有する。選択回路320は、例えば、ダイオードOR回路からなり、誤差増幅器301及び302の出力端子がダイオード321及び322のカソードにそれぞれ接続され、ダイオード321及び322の共通アノードにおける電位がフォトカプラ330に入力される。この選択回路320は、第1の実施形態に関して上述したPWM制御回路135内の選択回路と同じ機能を持つものである。フォトカプラ330は、フライバックコンバータ140の二次側のグランド(コンデンサ144の負極)を基準とする入力信号を、一次側のグランド(ダイオードブリッジ113の低電位出力端)を基準とする出力信号に変換して、PWM制御回路145に出力する。PWM制御回路145においては、このフォトカプラ330からの出力信号に基づいてPWM制御におけるオン幅が決定される。このような構成においても、上記第1〜第3の実施形態と同様の有利な効果が得られる。

0068

(2)出力電流制御の変形
上記各実施形態においては、通常点灯時に出力電流Ioutが誤差増幅器302の作用によってフィードバック制御される構成を示したが、出力電流Ioutはフィードフォワード制御される構成としてもよい。この場合においても、無負荷状態においては、降圧チョッパ回路130又はフライバックコンバータ140からみて負荷が非常に軽くなるので出力電圧Voutが上昇し、出力電圧Voutが、電圧帰還制御用の誤差増幅器301の作用によって無負荷設定電圧V2に固定される(すなわち、上限値に張り付く)ことになる。したがって、出力電流Ioutがフィードフォワード制御される場合においても、無負荷設定電圧V2を適正化する本発明の効果を享受できる。

0069

1LED点灯装置
2LED
3LED照明装置
100電源回路部
200電圧検出回路
250電流検出回路(電流検出抵抗)
300制御回路
301、302誤差増幅器
310マイクロコンピュータ(MC)
311基準値生成部
312点灯電圧取得部(取得部)
313無負荷設定電圧決定部(決定部)
314 記憶部

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